JPS5837711A - プラント制御装置 - 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】 本発明はプラント制御装置に係り、特に分散形コントロ
ーラ局と表示局が通信路に接続され、各局が自己状態を
診断し、１部のコントローラが故障しても、継続して制
御が可能となるプラント制御装置に関する。

分散制御システムにおいて、故障発生時に、バックアッ
プを行なったり、故障部分を修理して復帰させたりする
とき、故障以前の該当局の制御状態を記憶するために特
別のメモリが必要となったＦ）　、ｎ　：１　バックア
ツプ局とコントローラ局のハード構造が異なったりして
、システムコストカ高価になり、信頼性のボトルネック
になったり、生産性が悪かったりした。

従来の技術では、仮にメモリを特別にもうけた上ｎ：１
バツクアツプ局を、コントロール局と同一のハードウェ
アにしようとすると、局の識別やバックアップ対象の選
択のために必要となるハードウェアが大きくなり、コン
トロール局に余分なハードがぜい肉となってつき、価格
的、体積的に不利で実用的で無かった。

近年、ＬＳＩ化技術の発達にともない、メモリや論理回
路若干の増加はコスト的に見て問題でなくなり、むしろ
均一なハード構成がＬＳＩの大量生産効果に適合するよ
うになって来た。

本発明の目的は、分散形コントローラにおいて、故障発
生時の持続運転を、特別なメモリ局や、°ｎ：１バック
アップ局を必要とせず実現し、Ｌｓ■技術の大量生産効
果と、小形化効果を利用して、高信頼化コントロールシ
ステムを実現するこトニある。

本発明を実現する上で満足すべき条件を列挙すると下記
のとおりである。

（１）　　運転を持続するために必要となる、故障局の
故障以前の情報を、コントローラ間の通信路を介して待
避し、特別な配線を必要としない。

（２）　　コントローラの動的ならびに静的な制御情報
を互いに隣同志で記憶し合い、これらの情報を記憶する
ための特別なメモリ局を必要としない。

（３）　　コントローラ間とｎ：ｌバックアツプ局の構
造を同一な形として、ｎ：１バックアップ局の出力は、
わずか３〜４点の、バックアップ対象局選択信号とし、
ＬＳＩを利用して小形にまとめる。

（４）　　コントローラ間とｎ：１バックアップ局のり 識別は、各局に相当するボードをさし込むスロットのソ
ケット側に、バック配線の１部として埋め込み、同一ボ
ードでも機能が分化できるようにする。

以上により、コントローラ間とｎ：１バックアップ局は
、余分なぜい肉がほとんどなく、同一のボードで実現で
き、大量生産効果のあるＬＳＩ化に向いている。

実際に、１部のコントロール局で故障が発生しても、他
の正常局に被害を波及させないためには、各局が自己診
断機能により、故障を発見し、通信路よりバイパスする
ことが必要である。

また、本発明のように、高信頼化の構成制御を通信路を
介して実現するには、通信制御上のボトルネックの無い
、完全対等の通信方式、および通信路上の異なる２地点
における多重故障に対して、通信が可能となるような局
所的２重系通信方式を採用すべきである。

また、本発明のように、故障局や復帰間の挿脱によって
、１時通信路が中断し、しかも、上述のように、対等形
であるため、通信系の正常状態への回復に混乱が生じて
も、秩序が取り戻せるように、送信権信号再発行の方式
の採用が必要である。

本発明の実施例を第１図乃至第６図を参照して説明する
。本実施例では、二重系対等形環状通信路に複数のコン
トローラ間、表示局及びＮ：１バックアップ局が接続さ
れているプラント制御装置を参照して説明するが、（１
）通信路に接続される局の稲類が変化しても、（２）通
信路が２重系でなくても、（３）通信路が環状でなくて
も、発明の本質は変らない。ここでＮ：１バックアップ
局は、複数のコン）ｏ−ラ局の１局が故障した場合に、
故障局に代りプラントを制御する機能をもつ。

第１図において複数のコントローラ間１．２はプラント
３をそれぞれプラント操作信号２１゜２２を介して９制
御する。一方、コントローラ間１は送受信信号線１７８
．１７ｂ及びスイッチ９ａ。

９ｂを介して部分通信路７ａ、７ｂに接続される。

ここで部分通信路７ａ、７ｂは２重系を構成している。

本説明で用いるａ、ｂは、理解を容易にするために、２
組の部分通信路７ａ、７ｂに対応している。また、シス
テムとしての通信路は各周毎の動作中の部分通信路ｔ−
環状に連結して構成される。

マタ、コントローラ間２もコントローラ間１と同様に接
続されている。

さらに通信路７には表示局５が送受信信号線１７８．１
７ｂ及びスイッチ９ａ、９ｂを介して接続される。表示
局５は表示信号２３を介して表示装置６にプラント状態
を表示させ、また表示装置６に入力されるキーインデー
タが表示局５に送られる。

また、複数のコントロール局の１台が故障した時に故障
局の代りにプラント３を制御するＮ：１バックアップ局
４も送受信信号線１７ａ、１７ｂ及びスイッチ９ａ、９
ｂを介して通信路７ａ“。

７ｂ“に接続される。

各局に接続されるスイッチｇａ、ｇｂはスイッチ駆動信
号１９ａ、１９ｂにより制御される。

コントローラ局１は、通信制御を司どる通信インタフェ
ース回路１１、自己状態の診断とスイッチ９ａ、９ｂの
スイッチ駆動信号１９ａ、１９ｂを制御する自己診断切
替切離回路１２、プラント３を制御するプラント制御回
路１４及びこれらを全体制御する制御回路１３より構成
される。コントローラ局２も同様に構成される。このう
ち、通信インタフェース回路１１、自己診断切替切離回
路１２及び制御回路１４Ｆｉコントロ一ラ局１．２ばか
りでなくＮ：１バックアップ回路４及び表示組５にも共
通する共通回路である。Ｎ；１バックアップ局４はコン
トローラ局１．２が構成される回路群の他に故障局の代
りを行うためのプラント操作信号２１．２２１切替える
切替回路１５１＆：有する。

表示組５は、共通回路１１，１２．１３の他に表示制御
回路１６を有する。

部分通信路７　ａ、　７　ａ’とスイッチ９ａ及び各局
との接続部を第２図を参照して説明すると、上位局から
の通信路７ａはスイッチ３１の接点３２及び各局への受
信データ３４ａに接続され、スイッチ３１の他の接点３
３は各局からの送信データ３５ａに接続され、２ケの接
点３２．３３のうちいずれかに接続されたスイッチ状態
の信号が下位局への通信路７　ａ　／へ伝送される。ス
イッチ３１は各局からのスイッチ駆動信号１９ａが“バ
イパス状態”か各局が存在しないか、あるいは各局の電
源がオフの場合、接点３２側と導通し、通信路７ａはバ
イパス状態となる。一方、スイッチ駆動信号１９ａが１
オン”状態の場合、接点３３側に導通し、上位局からの
送信データが各局へ受信され、受信信号の数ビット遅れ
のデータまたは各局からの送信データが部分通信路７ａ
’ｅ介して下位局へ伝送される。なお、第２の部分通信
路７ｂスイツチ９ｂ及び各局との接続部は第２図と同じ
である。

制御回路１３の一例を、第３図を参照して説明スルト、
マイクロコン４１、プログラムメモリ４２、データメモ
リ４３、入出力インタフェース回路４４、データ線４５
、アドレス線４６及びコントロール線４７から構成され
、マイクロコン４１は各局全体の制御を実行する。プロ
グラムメモリ４２及びデータメモリ４３には、各局に共
通な通信制御、スイッチ制御、自己診断の機能と、各局
固有の機能すなわちコントロ、−ラ局１，２ではプラン
ト制御機能が、Ｎ：１ノくツクアップ局４ではプラント
切替機能とプラント制御機能が、表示組５では表示制御
機能に関するプログラム及びデータが記憶されている。

インタフェース回路４４は自己診断切替切離回路１２及
びＮ：１バックアップ局４では切替回路１５を制御する
入出力制御信号４８を制御する。

データ線４５、アドレス線４６及びコントロール線４７
はｇ３図に示されていない回路の制御にも用いられる。

例えば通信インタフェース回路１１と接続される。

本実施例ではマイクロコン４１、プログラムメモリ４２
、データメモリ４３、入出力インタフェース回路４４、
データ縁４５、アドレス線４６及びコントロール線４７
で制御回路１３が構成されると説明しているが、前述の
機能を有する回路であれば、例えばワンチップマイクロ
コンでも本発明の効果を損なうものでなく、さらに、通
信インタフェース回路１１、自己診断切替切離回路１２
０機能をも全であるいは一部を含めた回路であってもよ
い。

次に通信インタフェース回路１１を第４図を参照して説
明すると、２組の通信路７ａ＊７ｂからの受信データ３
４ａ、３４ｔ）は、フォトカプラ６２ａ、６２ｂを介し
た後セレクタ５１で通信路のいずれかを選択する通信路
選択信号６１により、いずれか一方の受信データが選択
され、セレクタ５２及びシフトレジスタ５５ｔ−介して
セレクタ５２の他の入力に接続される。セレクタ５２は
ＧＡ局信号６０により２本の入力信号のいずれかを選択
する。これは、通信路のＧＡ監視担当局ではシフトレジ
スタ５５を介して一定時間遅れた受信データを、−万、
通信路の送信板４４しない局ではセレクタ５１の出力で
ある受１ぎデータを選択し、通信制御回路５６の受信デ
ータ５７となる。

通信制御回路５６は通信制御で標準化されているＨ　Ｄ
　Ｌ　Ｃ（Ｈｉｇｈ　］）ａｔａ　１ｉｎｋ　Ｃｏｎｔ
ｒｏｌ　ｌｅｒ　）アルイＩｄ　Ｓ　Ｄ　Ｌ　Ｃ（５ｅ
ｒｉａｌ　１）ａｔａ　１ｉｎｋＣｏｎｔｒｏｌ　ｌｅ
ｒ　）手順を実行する機能を有する回路でめり、通信制
御のコントロールの設定、送受信データとマイクロコン
の接続は、データ線４５、アドレス、Ｗ４６及びコント
ロール＠４７’ｉ通して行われる。

通信路７ａ′、７ｂ′への送信データ３５ａ。

３５ｂはドライバー５３８．５３ｂの出力である。

ドライバー５３８および５３ｂは通信制御回路５６から
の送信データ５８ｔ−人力信号としている。

ＯＡ監視担当局信号６０及び通信路選択信号６１は入出
力インタフェース回路４４から得られる。しかし、ＧＡ
監視担当局信号６０は、別の実施例において、通信制御
回路５６から指示されても同じである。

次にＮ：１バックアップ局４の構成要素である切替回路
１５を第５図全参照して説明すると、Ｎ：１バックアッ
プ局４０制御回路１３からの切替信号２４はデコーダ・
ドライバ７１の入力となる。

切替信号２４はバックアップすべき故障局のアドレス番
号とバックアップすべきか否かを指示する。

コントロール局１をバックアップする場合は、プラント
操作信号２１がスイッチ７２が導通しバックアツプ局の
プラント信号７４を経てプラント制御回路１４と接続で
きる。同時にスイッチ７７が連動し、局２側への接続が
遮断される。スイッチ７２はスイッチ駆動信号７６によ
り駆動される。

またコントロール局２をバックアップする時は、スイッ
チ７３が導通してプラント操作信号２２がバックアツプ
局のプラント信号７４と接続される。

スイッチ７３はスイッチ駆動信号７５により駆動される
。同時にスイッチ７７が連動し、局２側への接続が遮断
される。ここでスイッチ７２．７３を用いている理由は
、各局間の絶縁を必要とするためであシ、他の絶縁法に
よっても同じである。

各局間の絶縁が不要であるプラント制御装置においては
、セレクタとデコーダとによりプラント操作信号を周毎
に選択することもできる。

次に、自己診断切替切離回路１２を第６図を参照して説
明する。自己診断切替切離回路１２は、２組の通信路７
ａ、７ｂのいずれかを使用するためにスイッチｇａ、ｇ
ｂの双方を”オン状態”にし、セレクター５１により、
一方を選択させるか、あるいは制御回路１３または通信
インタフェース回路１１が故障した場合に該当局が故障
していると自己診断し、２組の通信路７ａ、７ｂ両方か
ら局を切離す機能を有している。

これは、制御回路１３が正常の場合には周期的に繰シ返
すパルス信号を発生すること、送信データが一定時間以
内には必ず変化することから、送信データ３５ａ、３５
ｂ制御回路正常信号８９が１　０　のレベルを変化する
毎にパルスを発生するパルス発生回路８２．８５．８３
の出力信号を用いる。パルス発生回路は、入力信号にレ
ベル変化があると一定時間巾のパルスを出力し、−足時
間巾以内に入力信号に次のレベル変化が生じるとさらに
一定時間のパルス巾を出力する機能を有する。すなわち
、入力信号にレベル変化が一定時間以内にあれば、パル
ス発生回路の出力は常にレベル状態のパルスとなるが、
異常が発生して入力信号のレベル変化が無いとパルス発
生回路の出力にパルスは発生しなくなる。

以上のことから、スイッチ駆動信号１９ａ。

１９ｂがスイッチ９ａｔ９ｂを°オン状態”とする条件
は次式で表わされる。

“オン状態”＝（制御回路正常）・（送信データ変化な
し） すなわち、通信インタフェース回路１１及び制御回路１
３が正常で、かつ送信データに変化があるときは、スイ
ッチ駆動信号１９ａ、１９ｂはオン状態に決定される。

他方、制御回路正常信号８９のレベル変化がない場合か
、あるいは、送信データに変化が無い場合には、局が異
常であるため、スイッチ駆動信号１９ａ、１９ｂはスイ
ッチ９ａｓ９ｂが°バイパス状態”になるよう指示し、
通信路７ａ、７ｂ両方から局が自動的に切離され、他の
局へ異常による影響を波及させない。

次に本発明の動作を、本実施例を用いて説明する。本実
施例ではコントローラ局１．２、Ｎ：１バックアップ局
４及び表示組５の合計４局が二重系対等形環状通信路７
を介して接続され、各局が相互に通信できる。

本通信系では従来技術で述べた管理モジュールを必要と
せず、各局が通信系に関して対等に接続される。すなわ
ち、ある時刻に送信権を与えられた局は、通信路上に１
局しか存在しない。そしてこの送信権が順送りに下位の
局へ譲られる。

他局へ送信準備をしていた局が送信権を与えられると、
相手局へ通信を行い、通信が終了したことで下位局へ送
信権を譲る。送信準備のない局は送信権を与えられると
、そのまま下位局へ送信権を譲る。送信権を表わす通信
コマンドとして、本実施例ではＧＡ（・ＧｏＡｈｅａｄ
）の名称を用いて説明している。

この方式により送信権を順送りして各局が対等に通信路
を用いることができるう 各局は一定周期毎に、自己が正常であることを示すデー
タをＮ：１バックアップ局４及び表示組５に送信する。

故障し九局はこのデータを送信しないため、受信局４，
５は正常／異常の判定ができる。この正常／異常の判定
結果は、Ｎ：１バックアップ局４ではコントローラ局１
．２のバックアップを、表示組５では各局の状態表示を
行うために用いられる。

Ｎ：１バックアップ局４は、コントローラ局１゜２のい
ずれか１台の故障を認識すると、故障局はプラント３と
接続するプラント操作信号２１あるいは２２を切離し、
Ｎ：、１バックアップ局４は切替信号２４に従い、故障
局のプラント操作信号を切替回路１５によって選択して
故障局に代りプラント３を制御する。

コン）ｏ−ラ局１２は正常時にはプラント３の状態を一
定周期毎にＮ：１バックアップ局４へ送信しているため
、Ｎ：１バックアップ局４が故障局に代りプラント３を
、切替処理後連、続して制御できる。

Ｎ：１バックアップ局４が故障局に代り、プラント３を
制御している期間に、表示組５により故障局を認識した
オペレータによシ故障したコントローラ局を修復させる
。故障局の通信路からの挿脱によシ、該当するスイッチ
９ａ、ｇｂは前述で明らかなようにパバイパス状態″に
なり、他局の通信路利用に悪影響を及ぼさない。故障局
が修理された後かあるいは新しいコントローラ局が通信
路に挿入すると、コントローラ局の制御回路１３が初期
状態を設定するまではスイッチｇａ、ｇｂを゛バイパス
状態”とし、初期状態設定後にスイッチ９ａ、９ｂを“
オン状態”′にする。

本★流側ではコントローラ局数が２局の場合を述べてい
るが、通信路７ａ、７ｂ上にスイッチ９ａ、９ｂを必要
な筒数だけあらかじめ設定しておキ、マた切替回路を増
加してＮ：１バックアップ機能を高めておくことにより
、コントロール局数、および設定場所を任意に選べ拡張
性を高めることができる。

次に、本発明の中心である、故障発生後、運転を連続的
に持続させる上で必要となる制御情報の流れについて第
７図〜１１図、１４図を用いて説明する。第７図は、従
来技術でシステムを実現した例を示したもので、（ａ）
、　（ｂ）いずれの場合も、各コントローラ局をバック
アップするための制御情報は、充分大きいメモリ容量を
有するｎｉｌバックアップ局か、専用のメモリ局がオン
ラインで制御情報のコピーを有している。この結果（ａ
）では、ｎ：ｌバックアツプ局はコントローラ局と同一
のハード構成にならず、（ｂ）では、専用のメモリ局が
別途必要となるという欠点がある。

第８図およびその変形である第１４図は、本発明による
制御情報のコピーの作成方法を示している。すなわち、
第８図では、左隣間が、左隣間へオンラインで周期的に
コピーを作っている。第１４図では、全情報のコピーを
省略し、１部、基本となる制御情報のみコピーし、残り
の情報は必要な時に演算によって算出しようというもの
である。これによシ、必要通信容量および各局の必要メ
モリ容量が大幅に節減できる。なお、右隣局は、物理的
に端に位置する局では特異性が生じるので、適当な局数
でグルービング、その中で、論理的に局関係を座環させ
て、決めるものとす＼る。

次に、ｎ：１バツクアツプなしで、故障が発生した場合
の情報の流れを、第９図によって説明する。故障発生後
、故障局の出力は外付回路により保持されるものとする
。復帰局を挿入後１オペレータが表示組を介して、復帰
要求を入力すると、復帰要求コマンドが通信路を通して
、復帰局に到達し、次に、右隣局および左隣局より、制
御動作の継続、および将来の右隣間故障時の持続運転の
ための制御情報が復帰局へ転送される。

第１０図は、ｎ：１バツクアツプ局ありの場合のバック
アップ時のデータフローを示している。

バックアップをするためには最低減、左隣局から故障局
の制御情報をコピーする必要がある。しかし、バックア
ップから回復時の情報の流れを一体化するには、右隣局
からの制御情報をコピー・する必要がある。

第１１図は、ｎ：１バツクアツプ局あり時の、復帰時の
データフロを示している。オペレータの′指示に基づく
、復帰要求がｎ：１バツクアツプ局に通信路を経て、伝
送されると、ｎ：１バツクアツプ局より、２局分の制御
情報が、復帰局へ転送される。

第１２図は、ｎ：１バツクアツプ局とコントロール局と
のハード構成を一致させた構成図の１例である。構成上
注意すべき点は、次の２点である。

（１）　　メモリは、第８図、第１４図に示したように
、少なくとも基本部の制御情報は２局分記憶できるよう
にメそり容量を大きくしである。

（２）アナログ入出力信号およびディジタル入出力信号
は、リレー切替盤を介して、プラント信号に接続されて
いる。このようにすれば、ｎ：１バツクアツプ局は、バ
ックアップ対象と々るコントローラ局の識別のための３
〜４点程度のディジタル出力を余分に必要となるだけの
ため、ｎ：１バツクアツプ局と、コントローラ局のハー
ドウェアを共通化できる。

第１３図は、同一のノ・−ド構成であるコントローラ局
と、ｎ：１・（ツクアップ局に対して、機能の分化をさ
せるための方法を説明している。これらのボードは通常
ケージに格納される。従ってケージ側のボードを支える
ソケットに対する）（ツク配線にあらかじめコード化し
たモードを印字しておき、これのありなり、すなわちス
ロット位置により、機能の分化を行なう。各局がボード
でなく、モジュールやチップになっても同様の方法が考
えられる。

本実施例では表示組５が１局の場合であるが、複数台の
表示組を、スイッチ９ａ、９ｂを増加することで、通信
路７ａ、７ｂに接続できる。これは、ある表示組の故障
の場合、他の表示組で機能を代行させ、プラント制御装
置の機能を低下させないという効果が得られる。さらに
、複数の表示局間あるいは表示組とＮ：１）（ツクアッ
プ局間とで、プラント制御装置の状態を相互に比較照合
することにより、表示機能あるいは）（ツクアップ機能
をさらに高信頼化できるという効果が得られる。

以上本発明によれば、コントローラ群の一部に故障が発
生した場合、コントローラとして連続的な運転を可能と
する上で、ｎ：１・くツクアップ局を通常のコント・ロ
ーラ局と同一の）・−ドウエアで実現でき、しかも、特
別なメモリー局を必要としない。

従って、保守の一本化、大量生産効果、ＬＳＩ化向き等
のメリットが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による実施例を示す構成図、第２図は第
１図のスイッチの構成図、第３図は第１図の制御回路の
構成図、第４図は第１図の通信インタフェース回路の構
成図、第５図は第１図の切替回路の構成図、第６図は第
１図の自己診断切替切離回路の構成図、第７図は従来の
構成図、第８図は定常時のデータの流れの説明図、第９
，１１図は復帰時のデータの流れの説明図、第１０図は
バックアップ時のデータの流れの説明図、第１２゜１３
図はノ・−ド構成を一本化するための説明図、第１４図
は各局のメモリー分担の説明図である。 １．２・・・コントローラ局、４・・・Ｎ二１バックア
ップ局、５・・・表示局、７・・・対等形通信路、１１
・・・通ｆ、９０ （４１，り苛Ｌξ−） ［−くＣＲ丁ルー　　　　　　　（イ簀’Ｉｆ）　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　（ｆＬ：Ｉｌぐ
、）２ア、ノフｊら）躬１２０ 第１３国 コントローＩし　コ訃ロー１し　　コントローＩＬ　　
　　　ｙｌ：１／ｒｆＩ３　　　Ｌ２　　　Ｆ！−Ｊｌ
　　　ｔ＼’／７７−ｔ７゜始１４の

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、アナログ制御点毎に分割される複数のコントローラ
   局、このコントローラ局の状態を表示・操作する表示局
   を含む機能モジュール群、この機能モジュール群間を接
   続する通信路から構成され、前記機能モジュール群は専
   門の機能に関するタスクと、共通の通信・診断機能を分
   担し、全ての機能モジュールに共通な通信インターフェ
   イス回路と、前記機能モジュール群が各々自己状態を診
   断する自己診断回路により接続されるプラント制御装置
   において、前記コントローラ局を複数局集めて、その集
   団の中で循環的に量関係を定義し、前記機能モジュール
   群の制御状態情報を、下記通信路金倉して周期的にそれ
   ぞれの左隣に転送するようにしたことを特徴とするプラ
   ント制御装置。