JPH07230301A - 分散形制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】冗長化構成の制御装置を備えた分散形制御装置
において、制御権が移行した際における入出力データの
継続性を維持する。 【構成】各制御装置に、制御演算部が扱う入出力データ
を格納する第１のメモリ手段と、異常があった場合に相
手側の制御装置に制御権を移行する二重化制御手段と、
リモート入出力バスを介してリモート入出力装置との間
でサイクリックスキャン通信を行うスキャン通信手段
と、スキャン通信手段が扱う送受信データを格納する第
２のメモリ手段と、第１のメモリ手段から第２のメモリ
手段への出力データの書込みと第２のメモリ手段から第
１のメモリ手段への入力データの書込みを制御する入出
力データ更新手段と、制御権の移行があった場合、自身
の側の入出力データの更新動作を中断させ、相手側スキ
ャン通信手段の動作状態が正常であることを確認し、相
手側第２のメモリ手段に送信データを格納後、自身のス
キャン通信手段を停止し、相手側のスキャン通信手段を
起動する通信制御手段とを設けて構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、温度や圧力などのプロ
セス制御を担当する制御演算機能を持つ制御装置と、こ
の制御装置とは分離・分散配置されていてセンサーやア
クチュエータとの間で信号の授受を行うための複数のリ
モート入出力装置とで構成される分散形制御装置に関
し、更に詳しくは、制御装置が冗長化構成となってい
て、一方の制御装置が何らかの原因で異常となり他方の
制御装置に制御権の移行が発生した場合、速やかな入出
力データの収集／継続を可能とする分散形制御装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】分散形制御装置は、制御対象であるプロ
セスから多数の信号を入力するとともに、多数の操作端
へ操作信号を出力するように構成されており、制御対象
全体を総合的に監視したり制御できるように、受け持つ
仕事の性質に応じて、複数のリモート入出力装置が制御
装置に結合している。

【０００３】この様な分散形制御装置の一例としては、
例えば、特開平１−２６１７０２号公報等に開示されて
いるものがある。ここで、制御装置とリモート入出力装
置との間は、リモート入出力バスを介して接続され、制
御装置と各リモート入出力装置内には、所定の通信規約
に従ってデータ通信を行うためのインターフェース機能
を持つ通信装置が設けられる。この通信装置内には、制
御演算を行うプロセッサとリモート入出力装置の両方か
らリード／ライトアクセスが可能な共有メモリが設けら
れる。そして、この共有メモリの内容は、リモート入出
力バスを介して、通信装置とリモート入出力装置との間
で行われるサイクリックスキャン通信により、リモート
入出力装置側の入出力データと等しく維持されるように
してある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この様な分散形制御装
置において、高い信頼性を実現するために制御装置やリ
モート入出力バスを冗長化構成とすることが通常行われ
る。この場合、サイクリックスキャン通信をする通信装
置も冗長化構成となる。冗長化された通信装置は、制御
権（実際にリモート入出力装置にアクセスを行っている
側）を持つ制御装置に含まれる通信装置が、常に、リモ
ート入出力装置とサイクリックに最新の入出力データの
送受信動作を行うことになる。このため、他方の側の制
御装置内の通信装置（その主メモリ）には、最新の入出
力データが存在していない。

【０００５】従って、何らかの原因で制御権が他方の制
御装置側に移行した場合、他方の側の制御装置で用いる
入出力データの継続性が保証されないという課題が発生
する。本発明は、この様な点に鑑みてなされたもので、
リモート入出力装置を備え、制御装置を冗長化構成とし
た場合において、何らかの原因で制御権の移行が発生し
た時、入出力装置との間のデータの速やかな収集と継続
性を保持することのできる分散形制御装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この様な目的を達成する
本発明は、制御演算機能を備えた冗長化構成の制御装置
と、これらの各制御装置にリモート入出力バスを介して
結ばれるリモート入出力装置とで構成される分散形制御
装置であって、前記各制御装置に、制御演算機能を有す
る制御演算部と、この制御演算部が扱う入出力データを
格納する第１のメモリ手段と、自身の装置の動作状態を
監視し異常があった場合に相手側制御装置に制御権を移
行する二重化制御手段と、リモート入出力バスを介して
リモート入出力装置との間でサイクリックスキャン通信
を行いデータの送受信を行うスキャン通信手段と、この
スキャン通信手段が扱う送受信データを格納する第２の
メモリ手段と、第１のメモリ手段から第２のメモリ手段
への出力データの書込みと第２のメモリ手段から第１の
メモリ手段への入力データの書込みを制御する入出力デ
ータ更新手段と、前記二重化制御手段によって制御権の
移行が行われる際、自身の側の入出力データ更新手段に
よる入出力データ更新動作を中断させると共に、相手側
制御装置のスキャン通信手段の動作状態が正常であるこ
とを確認し、相手側制御装置の第２のメモリ手段に送信
データを格納後、自身のスキャン通信手段を停止し、相
手制御装置側のスキャン通信手段を起動する通信制御手
段とを設けたことを特徴とする分散形制御装置である。

【０００７】

【作用】冗長化構成の制御装置において、制御側装置に
何らかの異常が発生すると、制御権はそれまで待機側に
あった制御装置に移行する。通信制御手段は、制御権が
移行するに際して、制御権が切り替えられる直前の出力
データを待機側（相手側）のスキャン通信手段のメモリ
（第２のメモリ）に書き込む制御をする。その後に、自
身のスキャン通信手段を停止し、相手制御装置側のスキ
ャン通信手段を起動する。

【０００８】これにより、制御側のプロセッサからスキ
ャン通信手段のメモリへのアクセス回数を少なくし、制
御演算機能を実現するプロセッサの負担を軽減すると共
に、制御権が移行した際における入出力データの継続性
を確保する。

【０００９】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の一実施例を詳細
に説明する。図１は、本発明が適用される分散形制御装
置の一例を示す構成概念図である。図において、ＦＣは
制御演算を担当する制御装置、ＯＰはプラントの操作と
監視を担当する監視装置（オペレータステーション）
で、これらは通信回線ＶＮによって結ばれている。監視
装置ＯＰは、通信回線ＶＮにつながる複数の制御装置か
らのデータを集中して監視したり、制御運転等を行う機
能を備えている。

【００１０】ＰＯ１，ＰＯ２…は、制御装置ＦＣにリモ
ート入出力バスＢＳ及びノードインターフェースＮＩＦ
１，ＮＩＦ２…を介して結ばれる複数のリモート入出力
装置である。これらの各リモート入出力装置ＰＯ１，Ｐ
Ｏ２…は、分散配置されていて、フィールドに設置され
た各種のセンサーから入力信号が印加されるとともに、
バルブ等のアクチュエータに操作信号を出力するように
構成されている。また、各リモート入出力装置は、複数
点のリモート入出力信号をまとめて扱うように構成した
複数のユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３…からなる。

【００１１】更に、これら各ユニットＵ１，Ｕ２…は、
プロセスからの信号を制御装置ＦＣが扱えるデジタルデ
ータの信号形態にしたり、また、制御装置からの信号を
バルブなどが扱えるアナログ信号や接点信号などの信号
形態にする機能や、信号絶縁などの機能を実現する電子
回路を搭載した複数のプリント板カードで構成されてい
る。

【００１２】制御装置ＦＣは、高い信頼性を維持するた
めに冗長化構成となっており（従って、制御装置ＦＣ内
に備えられ通信手段も冗長化構成となっている）、一方
の制御装置が異常になった場合には、他方の制御装置が
リモート入出力バスＢＳを介して各リモート入出力装置
に対して、所定の通信規約に沿って通信を行い、プロセ
ス制御が継続して行えるようにしている。

【００１３】なお、この例では、通信回線ＶＮやリモー
ト入出力バスＢＳをいずれも二重化構成としたものであ
るが、これらはシングル構成でもよい。図２は、本発明
の一実施例を示す機能ブロック図で、制御装置ＦＣとリ
モート入出力装置内の主要な機能について示してある。
図において、ＦＣ１，ＦＣ２は冗長化構成の制御装置
で、内部はいずれも同様の構成となっている。これらの
各制御装置において、１１，２１は、制御演算機能を備
えた制御演算部で、この中には、例えば、フィードバッ
ク制御演算機能を有するもの、シーケンス制御機能を有
するものなど多数の制御機能ブロックが用意してあり、
これらを適宜組み合わせて、制御システムが構築される
ようになっている。１２，２２はこれらの各制御演算部
に結合する第１のメモリで、制御演算部１１，２１が扱
う信号（入出力データ）がここに格納される。

【００１４】１３，２３は自分の制御装置の動作状態を
監視していて、何らかの異常があった場合に相手側の制
御装置に制御権を移行する二重化制御手段である。この
二重化制御手段としては、例えば、制御演算部を構成し
ているプロセッサのレディー信号や、図示していないが
電源の状態を示す信号等を監視する監視回路、この監視
回路からの信号に基づいて互いに排他的な信号を出力す
るような回路を含んで構成され、常に、いずれか一方の
制御装置が制御権を得て、リモート入出力装置にアクセ
スし、プロセス制御を行うようにしている。

【００１５】制御演算部１１，第１のメモリ手段１２，
二重化制御手段１３等の機能を実現する回路は、例えば
ＣＰＵカードと称する１枚のプリント基板上に形成され
る。１４，２４はリモート入出力バスＢＳを介して各リ
モート入出力装置ＰＯとの間で所定の通信規約に従って
サイクリックスキャン通信を行うスキャン通信手段であ
る。リモート入出力バスＢＳを用いて行われる通信規約
は、フィールドバス通信規約として今後標準化されるも
のを用いることが可能である。

【００１６】１５，２５はスキャン通信手段１４，２４
が扱う送受信データを格納する第２のメモリ手段、１
６，２６は第１のメモリ手段１２，２２から第２のメモ
リ手段１５，２５への出力データの書込みと、第２のメ
モリ手段１５，２５から第１のメモリ手段１２，２２へ
の入力データの書込みを制御する入出力データ更新手段
である。この入出力データ更新手段１６，２６は、互い
に相手側制御装置内の第２のメモリ手段に対してもアク
セスすることができるように構成してある。

【００１７】１７，２７は通信制御手段で、冗長化され
た制御装置の制御権の移行を監視し、制御権の移行があ
った場合、自身の側の入出力データ更新手段による入出
力データの更新動作を中断させると共に、相手側制御装
置のスキャン通信手段の動作状態が正常であることを確
認し、相手側制御装置の第２のメモリ手段に送信データ
を格納後、自身のスキャン通信手段を停止し、相手制御
装置側のスキャン通信手段を起動するように構成してあ
る。なお、相手側制御装置のスキャン通信手段に異常が
ある場合には処理を終了するようにしてある。

【００１８】スキャン通信手段１４，第２のメモリ手段
１５，入出力データ更新手段１６を実現する各回路は、
例えば、通信カードと称する１枚のプリント基板上に形
成される。従って、制御演算部１１等を実現する回路が
搭載されたＣＰＵカード側とは、バックボードバス経由
で互いに接続されると共に、それぞれのカードはバック
ボードに対して着脱自在に構成してある。また、各制御
装置内のＣＰＵカードと通信カードは、それぞれ異なる
バックボードバスにより接続され、各ＣＰＵカードから
両方の通信カードに対してアクセスすることができるよ
うになっている。

【００１９】リモート入出力装置ＰＯにおいて、３１は
そこにつながる各プロセスから収集したデータやプロセ
ス側に出力するデータを格納するデータ格納手段、３２
はリモート入出力バスＢＳを介して制御装置との間でス
キャン通信を行うスキャン通信手段である。このスキャ
ン通信手段３２は、制御装置側から送られるデータ送信
指令に基づき、データ格納手段３１に格納されているデ
ータをサイクリックに伝送するようになっている。

【００２０】この様に構成した装置の動作を次に説明す
る。いま、例えば制御装置ＦＣ１側が制御権を得て制御
側に、制御装置ＦＣ２が待機側になっているものとす
る。この状態では、制御装置ＦＣ１内のスキャン通信手
段１４がリモート入出力装置ＰＯにアクセスし、入出力
データの送受信をサイクリックに行っている。他方（待
機側）の制御装置ＦＣ２内のスキャン通信手段２４は、
直ぐにでもリモート入出力装置との間で、入出力データ
の送受信を行える状態になっていはいるが、送信データ
は初期状態になっている。

【００２１】これは、ＣＰＵカード側から通信カード側
の第２のメモリ手段に送信データを書き込む際、制御側
と待機側のメモリ手段１５，２５の双方に書き込もうと
すると、かなりのＣＰＵパワー（負担）が必要となり、
制御演算部としての本来の機能低下を招く恐れがある。
このため、制御側にある通信カード内の第２のメモリ手
段１５にのみ、出力データ（送信データ）を書き込むこ
とでＣＰＵの負担を軽減するようにしている。

【００２２】制御権がある制御装置ＦＣ１において、入
出力データ更新手段１６は、スキャン通信手段１４によ
り収集され、第２のメモリ手段１５に書き込まれた入力
データを制御側の第１のメモリ手段１２と待機側の第１
のメモリ手段２２に書き込むと共に、第１のメモリ手段
１２に書き込まれた制御演算部１１からの出力データを
第２のメモリ手段１５に書き込む動作を行う。制御演算
部１１は、第１のメモリ手段１２に書き込まれた入力デ
ータを用いて、所定の制御演算を行い、演算結果を制御
出力データとして、第１のメモリ手段１２に書き込む。
第１のメモリ手段１２に書き込まれた出力データは、入
出力データ更新手段１６により、第２のメモリ手段１５
に書き込まれ、スキャン通信手段１４によりリモート入
出力装置ＰＯ側に送信される。

【００２３】待機側の制御装置ＦＣ２において、制御演
算部２１は制御側のスキャン通信手段１４により収集さ
れ、第１のメモリ手段２２に書き込まれた入力データを
用い、いつ制御権が切替えられてもよいように制御演算
を行っている。なお、制御演算部２１での制御演算結果
は、第１のメモリ手段２２に書き込まれるが、第２のメ
モリ手段２５側には書き込まれない。

【００２４】この様な制御状態において、制御側になっ
ている制御装置ＦＣ１に異常が発生すると、二重化制御
手段１３がそれを検出し、制御装置ＦＣ２に制御権を切
り替える。図３は、制御権が移行する際の動作を示すフ
ローチャートである。ここで、ステップ１（ＳＴ１）
は、二重化制御手段１３，２３による動作を示してお
り、システムが異常と判断されるとＳＴ２に進む。ここ
で、通信制御手段１７は、入出力データ更新手段１６に
対して、第１のメモリ手段１２の入出力データの更新を
中断するように指示する。これにより、制御演算部１１
が以後行う制御演算結果は、第２のメモリ手段１５側に
は送られない。

【００２５】続いて、通信制御手段１７は、相手制御装
置ＦＣ２内のスキャン通信手段２４の動作状態が正常か
（各通信手段１４，２４は、それが正常に動作している
か否かを示すステータス信号を出力している）を読み込
み（ＳＴ３）、それが正常であるか判断する（ＳＴ
４）。ここで、正常でないと判断された場合、制御権移
行のシーケンス処理は停止する。

【００２６】ＳＴ４において、正常と判断されると、通
信制御手段１７は、第１のメモリ手段１２に書き込まれ
ている出力データ（制御権が切り替えられる直前に制御
演算部１１が出力していた送信データ）を、待機側の第
２のメモリ手段２５に書き込むように制御する（ＳＴ
５）。続いて、それまで制御側となっていた制御装置Ｆ
Ｃ１のスキャン通信手段１４に対して、動作停止の命令
を出力すると共に、それまで待機側となっていた制御装
置ＦＣ２のスキャン通信手段２４に対して、通信動作を
開始するように指示する（ＳＴ６，７）。これにより、
スキャン通信手段２４は、制御権が切り替えられた直後
において、第２のメモリ手段２５にＳＴ５で書き込まれ
た制御権が切り替えられる直前まで制御演算部１１が出
力していた出力データ（演算結果）を読み出し、それを
リモート入出力装置ＰＯ側に送信することになる。

【００２７】従って、制御権の切替え時において制御出
力の継続性を維持することができる。また、スキャン通
信手段２４は、入力データ収集のための通信指令（入力
送信フレーム）をリモート入出力装置ＰＯ側に送信し
て、入力データを収集し、それらを第２のメモリ手段２
５，入出力データ更新手段２６を経て、第１のメモリ手
段２２の内容に反映させる（ＳＴ８）。以上のシーケン
スを経て制御権は、制御装置ＦＣ２側に移行し、以後、
制御装置ＦＣ２内の制御演算部２１は、スキャン通信手
段２４が収集した入力データに基づいて所定の制御演算
を行い、演算結果は、第１のメモリ手段２２、第２のメ
モリ手段２５を経て、リモート入出力装置側に送信され
ることとなる。

【００２８】なお、上記の説明では、入出力データ更新
手段１６，２６を通信カード側に設けることを想定して
いるが、この機能はＣＰＵカード側に設けるものでもよ
い。また、ＣＰＵカード，通信カードは、それぞれの基
板毎の取替えや保守などが便利なように、別々のプリン
ト基板に構成する旨説明したが、同一の基板に設けるも
のでもよい。

【００２９】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明は、
冗長化構成の制御装置において、制御権が切り替えられ
る際に、制御側が持つ出力データを待機側にあったスキ
ャン通信手段のメモリ（第２のメモリ手段）に書き込む
ように構成したもので、制御側のプロセッサからスキャ
ン通信手段のメモリへのアクセス回数を少なくでき、制
御演算機能を実現するプロセッサの負担を軽減できると
共に、制御権が移行した際における入出力データの継続
性を維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される分散形制御装置の構成概念
図である。

【図２】本発明の一実施例を示す機能ブロック図であ
る。

【図３】制御権が移行する際の動作を示すフローチャー
トである。

【符号の説明】

ＯＰ 監視装置 ＦＣ 制御装置 ＮＩＦ ノードインターフェース ＰＯ１，ＰＯ２，… リモート入出力装置 ＢＳ リモート入出力バス １１，２１ 制御演算部 １２，２２ 第１のメモリ手段 １３，２３ 二重化制御手段 １４，２４ スキャン通信手段 １５，２５ 第２のメモリ手段 １６，２６ 入出力データ更新手段 １７，２７ 通信制御手段 ３１ データ格納手段 ３２ スキャン通信手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】制御演算機能を備えた冗長化構成の制御装
   置と、これらの各制御装置にリモート入出力バスを介し
   て結ばれるリモート入出力装置とで構成される分散形制
   御装置であって、 前記各制御装置に、 制御演算機能を有する制御演算部と、 この制御演算部が扱う入出力データを格納する第１のメ
   モリ手段と、 自身の装置の動作状態を監視し異常があった場合に相手
   側制御装置に制御権を移行する二重化制御手段と、 リモート入出力バスを介してリモート入出力装置との間
   でサイクリックスキャン通信を行いデータの送受信を行
   うスキャン通信手段と、 このスキャン通信手段が扱う送受信データを格納する第
   ２のメモリ手段と、 第１のメモリ手段から第２のメモリ手段への出力データ
   の書込みと第２のメモリ手段から第１のメモリ手段への
   入力データの書込みを制御する入出力データ更新手段
   と、 前記二重化制御手段によって制御権の移行が行われる
   際、自身の側の入出力データ更新手段による入出力デー
   タ更新動作を中断させると共に、相手側制御装置のスキ
   ャン通信手段の動作状態が正常であることを確認し、相
   手側制御装置の第２のメモリ手段に送信データを格納
   後、自身のスキャン通信手段を停止し、相手制御装置側
   のスキャン通信手段を起動する通信制御手段とを設けた
   ことを特徴とする分散形制御装置。