JPS58121401A - 多重ル−ププロセス制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈発明の背景〉 仁の発明は基本モジュールに対し複数の拡張モジエール
がパスラインを介して接続され、各拡張モジエール社そ
れぞれ基本モジュールからパスラインを介して伝送され
るプロセス制御に必要な信号を入力し、プロセスフィー
ルドへプロセス制御信号を結合するようにされた多重ル
ーププロセス制御値ｆに関する。

この糟のプロセス制御装置の一般的構成を第１図に示す
。基本モジュールＩＩＫ対し、パスラインを介して複数
の拡張モジュール１３１　＃　１３ｍ・・・・・・１３
ｎが接続されて２る。基本モジュールｌｌＦ！通信線１
４管通じて上位装置（図示せず）と結合されている。。

基本モジュールｆｌ＃ｉ例えば多重ループコントローラ
であり、拡張モジュール１３はプロセス入出力部てあ詐
、或は基本モジ為−ル１１は上位装置との結合の九めの
通信手段であり、拡張モジュール１３は単ループブーセ
スコントローラであり、更に他の例は基本モジエール１
１は多重ルーグデータ監視警報手段であり、拡張モジエ
ール１３はプロセス入力部又＃ｉ譬報信号発信手段であ
る。例えば基本モジエール１１＃ｉ上位から制御結果と
して得られるべき製品の種類中製造量を受散り、この情
報にもとづき、各種制御パラメータを拡張モジエール１
３１〜１３ｎＫ与え、また拡張モジェ１＋７　ｋ１３ｔ
〜１３Ｉｌから得られるプロセスフィールドの状況を上
位へ伝え、拡張モジュール１３１〜１３ｎの相関制御を
担当する。

拡張モジエール１３１〜１３ｎＦｉそれぞれプ窒竜スフ
イールドと入出力線１５ｓ〜１５ｎを通じて結合し、単
純なＰＩＤ制御を行う単ループコントμｍ２の場合、オ
ンオフ制御を行うジ−タンス制御の中継手段の場合、ア
ナ冑グの入出力を単に中継する場合があり、これら機器
に応じて基本モジュール１１からＰＩＤの演算に必要な
パラメータなど、つまりプロセス制御に必要な信号を受
けとり、歳はアナログ又はオンオフのブー七ス制御信号
を１ｍ受は取り中継する。拡張モジュール１３は対象プ
ロセスフィールドに応じてその数が増減される。

この種の多重ループプ四セス制御装置（おいて□　　拡
ｉＡモジ：ｓ−−ル１３が故障すると、その拡張モジュ
ールは基本モジ凰−ル１１からのデータの取込みに対し
て無応答とな染、その故障が検出され、この検出された
故障は通信［！１４を介して上位へ伝達される。拡張モ
ジュールの故障は全制御ループの小さな一部であ抄、そ
の故障の影響は比較的軽微である。従って従来において
は故障が検出されると、その故障拡張モジエールに対す
る補修を行い、その補修の間はその拡張モジュールによ
る制御を停止し、または可搬形手動操作器により手動制
御を行っていえ。

しかしこのように拡張モジュールが故障し、その補修期
間には制御を一時停止することや手動操作による制御は
避は走力がよい。このためには拡張モジエール１３ｓ〜
１３ｎに対し予備拡張モジュールを設けて、１：１又は
Ｎ：１のバックアップが考えられる。その場合故障発生
時に°その拡張モジエール自体で予備拡張モジュールと
の切替えを行うと次のような問題が生じる。その予備拡
張モジ具−ルは故障拡張モジュールの故障直前の制御状
態を正しく受けとって制御することができないため、予
備拡張モジュールに切替えた時に制御が円滑に連続せず
、いわゆるバンプが一時的に発生する。またＮ：１のバ
ックアップの場合は、一つの拡張モジュールが故障して
予備拡張モジュールが使用中に他の拡張モジュールが故
障となった場合に、何れの故障モジュールに対するバッ
クアップを優先させるかの判断制御を各拡張モジュール
に設ける必要があり、それだけ拡張モジュールが複雑に
して高価になる。更に故障が発生した時に、故障拡張モ
ジュールがその制御系から完全く離れた後に、予備拡張
モジュールを接続するようにしないと、プロセスフィー
ルドの同一の制御点に対して二つの拡張モジュールから
制御信号が発信されるおそれが生じる。よって故障拡張
モジュールの切離しと、予備拡張モジュールの接続とが
２段階で行われ、切替え動作に遅れを伴う。

〈発明の概要〉 この発明は拡張モジュールに対して予備拡張モジエール
を設け、拡張モジュールが故障した時に手動操作による
こ°となく連続的に制御を行い、しかも切替え時におい
てバンプのない制御が可能であり、拡張モジエールを複
雑にする仁となく、複数の拡張モジュールの故障に対し
て対応することができ、かつ迅速な切替えを可能とする
多重ループプロセス制御装着を提供することを目的とす
る。

この発明によれば拡張モジュールと同様な機能をもつ予
備拡張モジュールが設けられ、拡張モジエールのプロセ
スフィールドとの結合を切替え部によ）予備拡張モジュ
ールに切替えることができるようにされる。その場合特
にその切替え部の制御を基本モジュールにより制御する
。このように故障拡張モジュールのプロセスフィールド
との結合を切離して、代って予備拡張モジュールをプロ
セスフィールドへ結合させることを故障拡張モジュール
自体ではなく基本モジュールによす行うことにより、パ
ンプレスの切替えが可−となり、複数の拡張モジニー１
が故障し九場合の対策が簡単となり、かつ迅速な切替え
が可能となる。

〈実施例〉 例えば第２図にＩ！１図と対応する部分に同一符号を付
けて示すように、この発明においては拡張モジュール１
３と同様の機能をもつ予備拡張モジュ−ル１６が設けら
れ、この予備拡張モジュール１６はパスライン１２に接
続される。切替え部１７により、拡張モジュール１３ｓ
〜１３ｎとそれぞれのプロセス入出力＠１５１〜１５ｎ
との各結合の一つを切離し、代ってその切離した一つの
プロセス入出力１！１Ｂと予備拡張モジュール１６とを
結合することができるようにされる。この切替え部１７
の制御は基本モジュール１１により行われる。

切替え部１７の具体的構成例を第３図に示す。拡張モジ
ュール１３１〜１３ｎ、　予（１１拡張モジユール１６
の配列に沿って切替えバス１８が設けられ、更に各拡張
モジュール１３１〜１３ｎ、予備拡張モジユール１６に
はそれぞれ切替えスイッチ１９ｚ〜１９ｎｔ　１９ｇが
それぞれ設けられる。各切替えスイッチ１９はその可動
子に接続線部２１が接続され、その接続線部２１を切替
えスイッチ１９の制御により、切替えパス１８と各拡張
、モジュールの入出力線部２２とに切替え接続する。切
替えスイッチ１９１〜１９ｎ、　１９．はそれぞれリレ
ー２３１〜２３ｎ、　２３．て制御され、リレー２３１
〜２３ｎ、　２３．は基本毎ジュール１１より制御線２
４１〜２４ｎ、　２４．を通じる制御信号により制御さ
れる。拡張モジュール１３１〜１３ｎに対する各接＃Ｉ
ＩＩＩＭ部２１は、対応するプロセス入出力＠１５１〜
１５ｎに接続されている。ｋにこの例では切替え部１７
の構成を拡張モジュール１３１〜１３ｎに対する部分も
、予備拡張モジュール１６に対するものも同一構成とし
た場合で、接続線部２１を切替えパス１８と接続するこ
とを可能とする短絡設定部２５が設けられている。拡張
モジュール１３１〜１３ｎＫ対するものは短絡設定部２
５は開放とされているが、予備拡張モジュール１６に対
するものけ短絡設定部２５は短絡されている。

拡張モジュール１３１〜１３ｎが何れも故障していない
場合は図（示すように切替えスイッチ１９１〜１９Ｈｅ
　ｌ’ｌは対応する接続線部２１を対応する拡張モジュ
ールの入出力線部２２に接続している。従って予備拡張
モジュール１６の入出力線部２２は切替えスイッチ１９
．、短絡設定部２５を通じて切替えパス１８と接続され
、また拡張モジュール１３１〜１３ｎの各入出力線部２
２Ｆｉ切替えバス１８から切離されている。拡張モジュ
ール１３１〜１３ｎの何れか、例えば１３１が故障する
と、基本モジュール１１はその拡張モジエール１３．に
対するデータ取込みに対して応答がないことより、拡張
モジュール１Ｂ＋が故障であることを検出し、リレー２
３１を制御して切替えスイッチ１９ｓを点線で示すよう
〈切替える。この結果故障拡張モジュール１３１０入出
力線郁２２はプロセス入出力線１５ｓから切離され、従
ってプロセス入出力線１５１は切替えバス１８を通じて
予備拡張モジュール１６に接続される。よって故障拡張
モジュール１３１による制御に代って予備拡張モジュー
ル１６により、それまで拡張モジュール１３１により制
御されていたプロセスを制御することができる。

〈実施例の効果〉 この切替えに商って、４基本モジュール１１には故障拡
張モジュール１３１のその故障直前のデータが保存され
ているため、基本モジエール１１は必要に応じてその保
存データをパスライン１２を通じて予備拡張毎ジュール
１６へ送ることにより、スイッチ１９１を切替えた時に
パ／プを伴なわ壜い円滑な制御を可能とする仁とができ
る。ま九スイッチ１９ｓの制御により故障拡張モジュー
ルｔａｔの切離しと、予備拡張モジュールの接続とを同
時に行うことができ、切−しと接続とを段階的に行わず
に済み、高速度に切替えを迅速に行うことができる。贋
に拡張モジュール１３＞〜１３ｎの複数に故障が発生し
喪場合く、基本モジュール１１において倒れの故障拡張
モ、ジュールを優先して予備拡張モジュール１６と切替
えるか判定して制御することができ、各拡張モジュール
に故障が複数のモジュールで発生した時の対策手段金膜
ける必要がなく、それだけ各拡張モジュールの構成を簡
単にし、かつ安価に作ることができる。

く構造例〉 プロセス制御装曾においては一般に基本モジュール、拡
張モジュールがケースに収容され、そのケースを架に取
付けるように構成されている。前述したこの発明のプロ
セス制御装置においても同様にして例えば次のように構
成する。即ち第４図及びｌＪ［５図に示すように、架に
取付けられるべきケース２６は直方体状とされ、基本モ
ジュール１１゜拡張モジエール１３１〜１３１　を予備
拡張モジエ二ル１６がそれぞれ１枚の基板上に構成され
、いわゆるカード２７とされ、これらカード２７がケー
ス２６の一面より順次相対向した状態で差込まれて収容
されている。各拡張モ９　ｚ−ルの接続線部２１なぐが
形成されたコネクタカード２８が各カード２９と対応し
て、例えばその下側においてケース２６に差込まれ、そ
のコネクタカード２８の外端には外部、例えば、プロセ
ス入出力線１５と接続されるコネクタ２９が取付けられ
ている。カード２７　、２８の内端はケース２６の背板
（いわゆるパンクボード）３１に差込まれ、背板３１を
通じて対応するカード２７とコネクタカード２８との電
気的接続が行われる。

コネクタカード２８は例えば第６図に示すように、基板
３２上の中央部に切替えスイッチ１９及びリレー２３が
設けられ、切替えスイッチ１９に対し、切替え−パス１
８．接ｔＩＡｓ部２１．入出力線部２２．制御＠２４゜
電源線３３が接続配線され、更に短絡設定部２５も設け
られている。このように拡張モジュール１３中の機能構
成部分のカード２７とプロセス入出力４１１５との接続
用のカード２８をカード２７とは別体とすることにより
、故障時には前ｒ切替えを行った後その故障となった拡
張モジュールの機能カード２７を抜き取って修理をした
り、他の正常拡張モジュールのカード２７と差替えるよ
うにすることができる。

コネクタカード２８も、拡張モジュール１３．予備拡張
モジエール１６の両者に対して同一のものが用いられる
。

く蒙形実施例〉 第７図は基本モジュールをｌｌａ　、　ｌｌｂと二重些
し、かつパスラインも１２ｍ　、　１２ｂと二重化した
場合であって、基本モジュールｌ１ｍはパスライン１．
２．ａ及び通信線１４＆に接続さす、基本モジュール１
１ｂ　＃ｉパスライン１２ｂ及び通信ＩＩ　１４ｂ　Ｋ
接続され、拡張モジュール１３１〜１３ｎ、予備拡張モ
ジュール１ｅｔ１パスライン＊１２ｍ　＋　１２ｂの両
者にそれぞれ接続されている。このような場合に切替え
部１７に対する制御を基本モジュールｌｌａ　、　ｌｌ
ｂの両者忙よ抄混乱なく行うに＃ｉ例えば次のようにす
ればよい。

即ち第８図に示すように基本モジュール１．１ｍ　。

１１ｂの各制御４９２４．〜２軸、２４．０対応するも
のは互に接続される。基本モジュールｌｌａ内のマイク
ロコンピュータ３４は入力された各種情報をもとに拡張
モジュールの切替えが必要であると判断を行うと、リレ
ー３５１〜３５．　、３５．を選択的に制御し、そのリ
レー接点３６１〜３６ｎ、　３６−を選択してオンにし
て制御線２４１〜２４．　＃　２４．を選択的に接地す
る。更（この基本モジュールｉ１ｍが機能状轢か停止状
輝かを示す状態情報を補助線３７へ出力する。同様に基
本モジュールｌｌｂもマイク−コンピュータ３４．リレ
ー３５１〜３５ｒｌ、　３５．を備え、基本モジュール
ｆｌｂは補助＠３８に状節情報を出力する。

補助＠３７　、３８は基本モジュールｌｌａ　、　ｌｌ
ｂ間に互に接続され、補助線３７　、３８は基本モジュ
ール１１ａ。

１１ｂ内でデコーダ３９０入力側に共に接続される。

これらデコーダ３９はその入力＠３７　、３８の状態に
対してその出力端子に第１表に示すよう表出力を生じる
デコーダ３９の出力端子中の２端子、３端子はそれぞれ
ＯＲゲート４１及び駒ゲー）４２にそれぞれ第１１！ 接続され、ＡＮＤゲート４２の出力はＯＲゲート４１に
入力されている。基本モジュールｌｌ＆についてはＡＮ
Ｉ）ゲート４２の他方の入力に高レベル＠１１が電源端
子４３から与えられているが、基本モジュール１１ｂで
＃１ＡＮＤゲート４２の他方の入力は端子４４を通じて
接地されて低レベル＠０”が与えられている。

従ってこの例では基本モジュールｌｌａ側が基本モジュ
ールｌｌｂよりも優先している。即ち基本モジュール１
１１が機能を停止し、補助線３７が″０”で、基本モジ
ュールｆｌｂが機能して補助線３８が＠１”の場合は、
基本モジュールｌｌａのＯＲゲート４１の出力は＠０”
でその出力によりリレー４５ａ　ｕ駆動されず、そのリ
レー接点４６＆　Ｆｉオフの壕まで基本モジュールｌｌ
＠のりＬ”−ａｓｌ　”’　３５１　ｅ　３５＠　４Ｃ
対して電源電圧が印加されず、基本モジュール１１＆か
ら制御線２４１〜２４１　＃　２４Ｂ　Ｋ制御信号を出
力することはできない。しかし基本モジュールｌｌｂに
おいてはＯＲゲート４１の出力が＠１１でリレー４５ｂ
　２５を動作し、その接点４６ｂがオンとなっており、
リレー接点４６ｂ　１！−通じてリレー３５１〜３５１
　ｅ　３５ｇ　Ｋ：電源電圧が印加される。よって基本
モジュールｌｌｂから制御線２４．〜２４ｎ＋　２４Ｂ
　Ｋ制御信号を出すことができる。

同様にして基本モジエールｌ１ｍが機能状態で補助線３
７が＠１”、基本モジュールｌｌｂが停止状態で補助Ｊ
ｉ１３ｇが１０＃の場合は基本モジュールｌｌａのＯＲ
ゲート４１の出力が＠ｌ”となって基本モジュール１１
ｍ側からのみ制御線２４．〜２４ｎ＃　２４．　Ｋ：制
御信号を出すことができる。更に基本モジュール１１ａ
。

＃１１ｂが共に機能状態で補助線３７　、３８が共に＠
１１の場合は、基本モジエール１１１　声のＯＲゲート
４１の出力が″１”となり、基本モジエールｌ　ｊｂ側
のＯＲゲート４１の出力は＠０１である。よって基本モ
ジュール１１ａ　１１のみから制御ＩＩ　２４ｔ〜２４
ｎ＋　２４Ｂに制御信号を出力することができる。つま
り基本モジュールｌｌａ　、　ｌｌｂが共に動作状態の
場合は基本モジュールｌｉａが優先し、基本モジュール
ｌ１ｍからの判断により拡張モジュールに対する切替え
制御が行われ、両基本モジュールｌｌａ　、　ｌｌｂか
ら切替え制御信号が発信して切替え制御が衝突するおそ
れはない。

く更に他の実施例〉 一つの多重ループプロセス制御装置が分担するプロセス
フィールドにより、その各拡張モジュールの数９重要性
などが異なる。よってプロセスフィールドにより幾つの
拡張モジュール１３に対して予備拡張モジュール１６を
設けるかが異なる８このような場合にケース２６内での
予備拡張モジュール１６の配置個所が異なってもその接
続を容品にするために例えば次のようにすればよい。即
ちケース２６の背板３１（第５図）Ｋは例えば第９図に
示すようくカード２７　、２８のコネクタ部分と接触す
べきコネクタ接点４７（４７ｓ　　、　４７ｍ・・・・
・・　、４７．４７−を代車 表している）が縦に配列されており、そのコネクタ接点
４７はパスライン１２で横に接続され、同様に電源＠３
３　、制御線２４．入出力線部２２．切替えノ（ス１８
でそれぞれコネクタ接点４７は横に接続している。

ただし、切替えバス１８については各隣接するコネクタ
接点４７０間に一対の補助接点４８が挿入され、その各
補助接点４８により切替えバス１８は切離され、補助接
点４８を短絡することによりその両側のコネクタ接点４
７が切替えバス１８を通じて互に接続される。カード２
７　、２８を背板３１に差込むと拡張モジエール１３が
バス２イン１２への接続、プ四セス入出力線１５への接
続などが自動的に行われる。更に予備拡張モジュール１
６への接続は補助接点４８ｔ−短絡することＫより行わ
れる。

例えば第１０図に示すように一つの多重ループプロセス
制御装置内において３個の拡張モジエール１３１〜１３
ｓ　Ｋ：対し、１個の予備拡張モジュール１６を設け、
１個の拡張モジエール１３４に対して１個の予備拡張モ
ジュール１６′を設ける場合は、第６図に示し九拡張モ
ジュール１３．〜１３ｍ、予備拡張モジュール１６の各
コネクタカード２８より瀝る切替え１ｆｌｓ１７ｔ〜１
７ｍ　、　１７．については切替えバス１８を相互に接
続し、拡張モジュール１３４．予備拡張モジエール１６
′の各切替え部１７４　ａ　１７’ｊについて・は切替
えバス１８を相互に接続する。このような接続を行うに
は、第９図に点線で示すように切替えバス１８について
拡張・モジュール１３ｚ〜１３−、１３．と対応するコ
ネクタ接点４７１〜４７ｓ　ｔ　４７．の各隣接するも
のを相互に接続するように１対の補助接点４８をそれぞ
れ短絡する。同様に拡張モジュール１３４゜１３′、の
コネクタ接点４７ａ　ｔ　４７’１間の切替えバスの補
助接点４８を短絡する。このようにしておけば、カード
２７　、２８を対応するコネクタ接点４７に差込めば所
望のバックアップシステムができ上る。拡張モジュール
に応じて一般にＮ：１の予備拡張モジュール１６を設け
、そのＮ個の拡張モジュールを順次配列して背板３１に
差込むごとに予備拡張モジュール１６″ｆｔ：差込み、
これら間の切替えバス上の補助接点４８をそれぞれ短絡
すれば、その多重ループプロセス制御装置に対応したバ
ックアップシステムを容ＪＩＫ構成することができる。

なお第１Ｏ図において拡張モジュール１３ｇ　、　１３
・に対しては予備拡張モジュール１６を設けない場合で
Ｔｏ９、これらに対するコネクタカード２８は例えば第
１１図に示すように入出力線部２２と接続線部２１とを
直結したものを用いればよい。

く１明の効果〉 以上述べたようＫこの発明のプロセス制御装置によれば
、プロ七スフイールドと直接入出力を行う拡張モジュー
ルに対して予備拡張モジュールを設けることにより、故
障し友プロセス制御を停止することなく、また手動操作
にすることなく連続的に制御を行うことができる。しか
もその切替え制御を拡張モジュール自体ではなく、基本
モジュールにより行うことにより切替え時にパンプレス
の最適制御が可能であり、かつ故障毫ジュールと２　　
　　予備モジュールとの切替えを同時に行うことができ
、切替え時間を小さくすることができ、更に複数の拡張
モジュールが故障し走時の優先制御を拡張モジュールの
構成を複雑にすることなく容易に行うことができる。ま
たバックアップの規模を任意ＫＪＩ択することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は多重ループプロセス制御装置の一般的構成を示
すブロック図、第２図はこの発明による多重ループプロ
セス制御装置の一例を示すブロック図、第３図は第２図
中の切替え部１７の具体例を示す接続図、第４図は多重
ループプロセ゛ス制御装置の構造例を示す正面図、第５
図＃ｉ＠４図の側面図、第６図はコネクタカード２８の
具体例を示す電気的接続図、第７図は基本モジュールを
二重化したものにこの発明を適用した例を示すブロック
図、第８図は第７図に示した例において゛制御の衝突を
解決するための具体例を示す図、第９図は背板３１上の
配線例を示す図、第１Ｏ図はバックアップの規模の各種
状態例を示すブロック図、第１１図はバックアップなし
の拡張モジュールに対するコネクタカードの例を示す接
続図である。 １１　、　ｌｌａ　、　ｌｌｂ　：基本モジュール、１
２　＊　１２ｍ　、　１２ｂ　：バスライン、１３ｔ　
〜１３ｎ：拡張モジュール、１４１１４１　ｅ　１４ｂ
　：上位との通信線、１５１〜１５Ｈ：プロセス入出力
線、１６　、１６’　：予備拡張モジュール、１７．１
７１〜１７ｎｅ　１７．　ｖ　ｔ’ｙ−：切替え部、１
８：切替えパス。 特許出願人　　株式会社　北辰電機製作所代珊人　草野
　卓 尤４図 ２９ 第５図 オ　６　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）多重ループプロセス制御演算を行う基本モジュー
   ルと、その基本モジエールからパスラインを介して伝達
   させるプロセス制御に必要な信号倉入力し、かつプロセ
   スフィールドへプロセス制御信号を結合する拡張モジュ
   ールと、その拡張モジュールと同様の機能をもち上記パ
   スラインに接続され九予備拡張モジュールと、上記基本
   モジュールにより制御され、上記拡張モジュールとプロ
   セスフィールドとの結合を切離し、上記予備拡張モジエ
   ールをそのプロセスフィールドへ結合する切替え部とを
   備え、上記基本モジュールの制御により上記予備拡張モ
   ジュールとの切替えを行う多重ループプロセス制御装置
   。