JPS6236241B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は２台の上位計算機と複数台の下位計算
機よりなる２重系ハイアラーキシステムに関す
る。

大規模な制御系の制御において、制御性の向上
のために制御処理機能を階層化し、高度の制御処
理機能を上位計算機で行い、プロセスの直接の制
御を複数台設置した下位計算機で行うハイアラー
キシステムが広く用いられている。その際、重要
な処理を行う上位計算機は２重化することが信頼
性の向上を計るために必要となる。この２重化し
た上位計算機の切替えに関して従来は上位計算機
の自己診断のみによる方法、待機系上位計算機と
の信号比較による方法、さらに１台の上位計算機
を追加し、３台の多数決による方法などが行われ
てきた。第１の方法では故障診断精度の点で問題
があり、第２の法方ではどちらの計算機が正常で
あるかの区別が難しいという欠点がある。第３の
方法ではこれらの欠点は解消し、正確で確実な切
替えが可能であるが、これは３重化構成であり、
通常のプロセス制御などに適用するにはコストの
点で難点がある。

そこで、本発明の目的は高精度で確実に切替え
を行い、しかも安価な２重系ハイアラーキシステ
ムを提供するにある。

本発明は待機系の上位計算機が主系の上位計算
機と同一の信号を受信し、同一の演算を行つてい
るため主系の信号の異常を高精度で発見できるこ
と、下位計算機が上位計算機の信号を受信し、診
断する機能を有すること、さらに主系の上位計算
機の自己診断機能を利用し、これら３つの診断を
組み合わせワイヤードロジツクの多数決論理判断
処理回路にて主系の故障診断を迅速かつ正確に行
い主系から待機系への切替えを行うようにしたも
のである。

以下、本発明の実施例を図面に従い説明する。
第１図においてプロセスの検出端９０から得るセ
ンサ信号のうちの一部は入力信号処理部４０に取
り込まれる。入力信号処理部４０では取り込んだ
信号の合理性チエツクなどの処理を行い、処理後
のプロセス量をシステムバス１を介して上位計算
機１０―Ａ，１０―Ｂに伝送する。また同時にセ
レクタステーシヨン５０に設けた指示計５１を駆
動する信号を発する。

上位計算機１０―Ａ，１０―Ｂはマスタ制御部
としての機能を受け持ち、システムバス１から取
り込んだ各種プロセス量により各種の制御指令を
算出する。上位計算機１０―Ａ，１０―Ｂは互い
に同一内容の演算を行うが、外部から指定された
一方のみが主系として算出した制御指令システム
バス１を介して下位計算機２０―１…２０―Ｎに
伝送し、他方は待機系となる。

下位計算機２０―１，…２０―Ｎはそれぞれ上
位計算機より伝送される制御指令およびプロセス
の検出端９０より取り込むプロセス量によりそれ
ぞれのサブループ制御演算を行い、プロセスの操
作端８０を操作するための制御信号をそれぞれ発
する。

ここで、このようなハイアラーキ構成の制御シ
ステムの機能分担を具体的に説明するため、第２
図に火力発電プラントの制御システムの例を制御
フロー図にて示す。上位計算機１０―Ａ，１０―
Ｂの受け持つマスタ制御部１０には中給指令所か
ら伝送される負荷指令１０１の他に入力信号処理
部４０で処理された発電機周波数信号４１、主蒸
気圧力信号４２、主蒸気温度信号４３、排気ガス
O₂濃度信号が周期的に取りこまれる。まず負荷
脂令１０１は自動手動切替手段１０２を介して変
化率制限機能１０４に与えられる。変化率制限機
能ではあらかじめ設定された設定値１０３により
負荷指令の変化率を制限する。次に周波数補正手
段１０５では発電機周波数信号４１の値に応じて
負荷指令を補正し、発電機出力指令１０６を作
る。次に主蒸気圧力補正機能１０９では主蒸気圧
力信号４２と設定値１０７との減算によつて得る
主蒸気圧力偏差１０８を用いて補正を行い給水指
令１１０を作成する。以下同様に主蒸気温度補正
機能１１３では主蒸気温度偏差１１２を用いて燃
料量指令１１４が、またO₂補正機能１１７では
O₂濃度偏差１１６を用いて空気流量指令１１８
が作成される。なお１１１は主蒸気温度の設定
値、１１５は排気ガスO₂濃度の設定値である。

下位計算機２０―１の受け持つ発電機出力制御
部では負荷検出器２０３から取り込んだ負荷検出
値が自動手段切替手段６０―１を介して取り込ん
だ発電機出力指令に一致するような制御出力を発
し、これによりタービン加減弁８１の開度が制御
される。同様に下位計算機２０―２の受け持つ給
水制御部では給水指令１１０に基づき給水調節弁
８２の開度制御信号が、また下位計算機２０―３
の受け持つ燃料機制御部では燃料量指令１１４に
基づき燃料調節弁８３の開度制御信号が、また下
位計算機２０―４の受け持つ空気流量制御部では
空気流量指令１１８を基に空気流量制御ダンパ８
４の開度制御信号が算出される。また下位計算機
２０―５の受け持つスプレ量制御部では主蒸気温
度偏差１１２の値、およびスプレ装置前段の蒸気
温度検出値２１３を補正機能２１４で補正した先
行値に基づきスプレ弁８５の開度制御信号が算出
される。なお、２０１，２０４，２０７，２１０
はそれぞれ取り込んだ制御指令の値の下上限を制
限する制限機能、６０―１，…，６０―５および
７０―１…７０―５は自動手動切替手段である。
また２０６，２０９，２１２はそれぞれ給水流
量、燃料量、空気流量の検出器である。そして、
２０２，２０５，２０８，２１１，２１５は比例
積分機能を有する調節器である。

以上、第２図の例で示したように第１図の上位
計算機１０―Ａ，１０―Ｂと下位計算機２０―
１，２０―２…２０―Ｎは機能分担される。ここ
で２重系とされた上位計算機１０―Ａ，１０―Ｂ
にはそれぞれ自己の計算機が正常であるか否かを
診断する自己診断機能SD_A，SD_Bと相手側の上位
計算機に異常があるか否かを診断する相互診断手
段MD_AおよびMD_Bを備えている。この自己診断
機能SD_AおよびSD_Bは計算機の演算信号のパリテ
イエラーをチエツクする機能、ウオツチドツグタ
イマーの名称で知られるプログラム周期のチエツ
ク機能、計算機から出力した信号を再度取り込ん
で値が一致するか否かをチエツクする計算機入出
力装置のチエツク機能から成り、全ての診断に異
常がないとき自己計算機が正常であるとする出力
を発する。なお、このような計算機の自己診断機
能は種々の例が知られており、他にも種々のもの
を採用できるが詳細な説明は省略する。次に相互
診断手段MD_AおよびMD_Bはそれぞれ自己計算機
が待機系とされたときに機能し、システムバス１
から取り込む制御指令と自己の計算機の演算した
制御指令とを比較して値が異なつていたとき、も
しくはシステムバス１から取り込んだ制御指令の
値の上下限、および変化率チエツクにより異常を
検出したとき相手側の上位計算機が異常であると
して出力を発する。

第３図はこの上位計算機の相互診断手段の回路
構成を示したものである。ここで、Ｄ―１はシス
テムバスから取り込んだ制御指令である。また減
算器Ｄ―２、高ゲイン増幅器Ｄ―３、リミツタＤ
―４、積分器Ｄ―５及び帰還ループからは変化率
制限回路が構成され、積分器Ｄ―５の出力は減算
器Ｄ―２で入力信号と比較され、その差がゼロに
なるまで積分動作が継続する。このような構成の
変化率制限回路により規定の変化率に制限された
出力と制御指令Ｄ―１の値はモニタリレーＤ―６
により比較され、両者の間に差が生じればモニタ
リレーＤ―６が動作する。またモニタリレーＤ―
７は制御指令Ｄ―１の値が規定の上下限の範囲を
越えたとき動作する。またＤ―８は自己の計算機
が演算した制御指令で、システムバスから取り込
んだ制御指令Ｄ―１がＤ―８とに値の差があれば
モニタリレーＤ―９が動作する。モニタリレーＤ
―６，Ｄ―７，Ｄ―９のいずれかが動作すればオ
ア回路Ｄ―１０より相手側の計算機異常の出力が
発せられる。

また各々の下位計算機にも自己診断機能
SD₁SD₂…SD_Nが設けられており、その内容は上
位計算機の自己診断機能と同様である。また各下
位計算機システムバス１から取り込んだ制御指令
の合理性チエツクにより上位計算機の異常を検出
する異常検出手段MD₁，MD₂…MD_Nがそれぞれ
設けられる。これらの異常検出手段の構成は第４
図に示すとおりであり、第３図に示した上位計算
機の相互診断手段からモニタリレーＤ―９を除い
た構成である。すなわち、主系の上位計算機の発
する制御指令を取り込み、この値の上下限チエツ
ク及び率化率チエツを行い、いずれかが規定の値
を越えたとき上位計算機異常とする出力を発す
る。

以上のような各計算機による診断出力は切替判
定回路３０に接続され、切替判定回路３０にて主
系、待機の切替えが行われる。

第５図は切替判定回路３０を詳細に示したもの
である。３８は切替リレーで、セツトされた状態
では接点ｘが閉じて上位計算機１０―Ａが主系と
され、またリセツトされれば接点ｙが閉じて上位
計算機１０―Ｂが主系となる。３１は重み２の重
み信号を出力している信号発生器、３２は重み１
の重み信号を出力している信号発生器、３３は加
算器、３４は加算器３３の出力が重み３以上とな
つたとき駆動されるリレーである。またａは上位
計算機１０―Ａの相互診断機能MD_Aが上位計算
機１０―Ｂの異常を検出したとき駆動されるリレ
ーRy―２_Aの常開接点、ｂは上位計算機１０―Ｂ
の相互診断手段MD_Bが上位計算機１０―Ａ異常
を検出したとき駆動されるリレーRy―２_Bの常開
接点である。またｃ，ｄ，ｅは下位計算機２０―
１，…２０―Ｎにそれぞれ設けられた異常検出手
段MD₁…MD_oの出力により閉じられる常開接点を
示し、それぞれ自己の計算機の自己診断機能SD₁
…SD_oが自己を正常と判断したとき閉じられる接
点ｈ，ｉ，ｊと直列に接続される。また、ｆ，ｖ
はリレー３８がリセツトされたとき閉じられる接
点、ｇ，ｗはリレー３８がセツトされたとき閉じ
られる接点で、ｏ，ｓはそれぞれオペレータの操
作により主系、待機系を切替えるために設けた接
点である。また上位計算機１０―Ａの自己診断機
能SD_Aが自己正常を判断すればリレーRy―１_Aが
動作して接点α、及びｐは閉じられｕは開かれ
る。上位計算機１０―Ｂの自己診断機能SD_Bが自
己正常を判断すれば接点β及びｑは閉じられ、ｔ
は開かれる。

いま、切替リレー３８がセツトされ、上位計算
機１０―Ａが主系とされていたとする。このと
き、リレー３８がセツトされているために、接点
ｘ，ｇ，ｗが閉じて、ｆ，ｙ，ｖが開いている。
リレーRy―１ＡとRy―１Ｂは上位計算機１０―
Ａと１０―Ｂがそれぞれ正常であるため動作して
おり接点α，β，ｔ，ｐが閉じてｕ，ｑが開いて
おり、リレー３９の動作により接点ｚも閉じてい
る。そして、接点ｍ，ｋを除くその他の接点は全
て開いている。従つて、この状態でもし上位計算
機１０―Ａに異状が生じれば、上位計算機１０―
Ｂの相互診断手段MD_Bはこれを検出し、接点ｂ
が閉じられて重み２の重み信号が加算器３３に印
加する。また下位計算機２０―１…２０―Ｎのう
ち少なくともひとつに設けられた異常検出手段
MD₁…MD_oは異常を検出するので接点ｃ，ｄ…ｅ
のうち少なくともひとつは閉じ、下位計算機正常
のとき閉じる接点ｈ，ｉ，ｊ、を介して重み１の
重み信号が加算器３３に印加する。すると加算器
３３の出力は３以上となり、リレー３４は動作し
て接点ｎ，ｒが閉じる。このとき上位計算機１０
―ＡのリレーRy―１Ａが異常を検出して不動作
になり接点β，ｐを開きｕを閉じる。しかし、こ
のことと関係なく接点ｚ，ｔ，ｒ，ｗを介してリ
セツト信号がリレー３８に因加し、リレー３８が
リセツトして主系と待機系が切替えられる。

なお、リレー３４が動作する条件としては次の
ものが考えられる。上位計算機１０―Ｂの相互診
断機能MD―Ｂが故障して異常出力が出なくと
も、下位計算機２０―１…２０―Ｎの異常検出手
段の３台以上が異常を検出し、接点ｈ，ｉ，ｊを
閉じれば加算器３３の出力は重み３以上となり、
リレー３４が動作して主系、待機系の切替えが行
われる。また上位計算機１０―Ｂの相互診断機能
MD―Ｂのみ、もしくは下位計算機２０―１…２
０―Ｎの異常検出手段の２台以下のみが異常を検
出すれば加算器３３の出力は１または２であり、
このときリレー３４は動作せず、切替えは行われ
ないが、軽故障として警報３５を動作させる。ま
た３６は切替判定回路３０の診断回路で、重み３
の重み信号を発生する信号発生器３７の出力を接
点ｌにより周期的に加算器３３に印加し、このと
きリレー３４が動作するか否かを確認する。この
場合には接点ｍ，ｋは開かれ、切替えは行われず
警報３５も動作しない。

また、仮りに、リレー３４が不動作となるとき
であつても主系とされた上位計算機の自己診断機
能SD_A（もしくはSD_B）の自己正常の出力が無く
なれば、すなわち自己の異常を検出したか、もし
くは計算機電源が断たれれば接点、ｕ（もしくは
ｑ）が閉じ、接点ｚ，ｕ，ｗの回路（もしくは
ｚ，ｑ，ｖの回路）によりリレー３４の動作を持
たずに主系、待機系の切替えが行われる。また、
正常状態において、運転員が主系を１０―Ａから
１０―Ｂに変更したいとき接点ｓを手動にて閉じ
ることにより回路ｚ，ｔ，ｓ，ｗが形成されリレ
ー３８がリセツトされて上位計算機１０―Ｂが主
系とされる。なお、接点ｕ，ｔ，ｓ，ｒ，ｗはリ
レー３８をリセツトするための回路、接点ｑ，
ｐ，ｏ，ｎ，ｖはリレー３８をセツトするための
回路であり、接点ｕ，ｔ，ｓ，ｒ，ｗはそれぞれ
接点ｑ，ｐ，ｏ，ｎ，ｖに対応する機能のもので
ある。したがつて、逆にセツト状態からリセツト
状態へ移行するときの動作は容易に理解できるで
あろう。ところで、リレー３８がリセツトされた
直後のつぎの状態を想定してみる。つまり、上位
計算機１０―Ａの自己診断結果が正常であつて接
点ｐが閉じｕが開いており、上位計算機１０―Ｂ
の自己診断結果が異常であつて接点ｑが閉じｔが
開いているときに、上位計算機１０―Ａの自己診
断結果が異常に変化したとする。このような場
合、接点ｐ，ｕと接点ｑ，ｔとの開閉状態によつ
てはリセツト後に直ちにセツトされてしまうと考
えられがちであるが、この場合接点α，βがとも
に開放されているためにリレー３９がリセツトさ
れ接点ｚが開かれるのでリレー３８はリセツトさ
れたままでホールドされることになる。このと
き、１０―Ａ，１０―Ｂとも異常のため制御系は
手動モードになり、上位計算機のいずれが主系に
なつていても制御上意味がない。

また第５図において３９はマスタ制御部自動を
許可するリレーであり、接点α，βの少なくとも
一方が閉じられれば動作する。仮にα，βいずれ
も開、すなわち上位計算機１０―Ａ，１０―Ｂと
も自己正常の出力を発しないときはリレー３９は
不動作で接点Ｚは開かれ、不用な切替動作を行わ
ない。と同時に第１図のセレクタステーシヨン５
０にマスタ制御自動の許可が出力されない。この
ような状態では、第１図のセレクタステーシヨン
の切替制御器５２により切替器６２―１，６２―
２…６２―Ｎが全て手動側に切替えられ、上位計
算機を用いない手動によるプロセス制御のみ可能
となる。

なお第１図で６１―１，６１―２…６１―Ｎは
それぞれ下位計算機２０―１，２０―２…２０―
Ｎが取り込んだ制御指令の値に追従してこれを記
憶するメモリで、切替器６２―１，６２―２…６
２―Ｎが手動側に切替えらればその内容がシステ
ムバス１の内容に代わつて下位計算機に取り込ま
れる。またこの内容は手動操作により増減可能で
ある。また７１―１，７１―２，…，７１―Ｎも
同様なメモリで、これらの内容は下位計算機２０
―１，２０―２，…，２０―Ｎの出力する制御信
号に常に追従しており、切替制御器５２により切
替器７２―１，７２―２…７２Ｎが手動側に切替
えられれば手動によるプロセス操作端の制御が可
能となる。

以上説明した実施例では切替判定回路３０は、
２重系とされた上位計算機の自己診断や相互診断
のみでなく、下位計算機による異常診断も組み合
わせて主系、待機系の切替判定を行う。したがつ
て、たとえば、主系の上位計算機が異常で、自己
診断機能でこれを検出できなかつたとしても待機
系の上位計算機の相互診断機能と下位計算機の異
常診断機能の出力の組み合わせにより主系の上位
計算機の異常を検出し、正常な上位計算機への切
替えが行われる。また待機系の上位計算機が異常
であつても演算結果の照合により相互診断手段は
異常出力を発するが、主系の上位計算機の出力す
る制御指令が正常であれば下位計算機の異常検出
手段は異常出力を発しないので誤まつた切替えは
行われない。

なお、以上に説明した実施例では上位計算機の
相互診断手段と下位計算機のうち１台の異常検出
手段がともに異常を検出したとき、もしくは下位
計算機の３台以上が異常を検出したとき主系と待
機系の切替えが行われるよう重み付けがされてい
るが、この重み付けは異状検出手段を持つ下位計
算機の台数により変えるにが適当である。例え
ば、異常検出手段を持つ下位計算機が多数あれ
ば、上記実施例より多数の下位計算機が異常を検
出して始めて切替えが行われるようにすることに
より、信頼性の高い切替えが可能となる。

以上述べたように本発明では上位計算機を３重
系としたシステムに匹敵した精度の高い適切な切
替えが可能となり、信頼性の高いプロセスの制御
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の接続を示すブロツ
ク図、第２図は火力発電プラント制御に本発明を
適用したときの各計算機の機能分担の例を示す制
御フロー図、第３図は第１図のブロツクMD_A，
MD_Bを詳細に示すブロツク図、第４図は第１図
のブロツクMD₁…MD_Nを詳細に示すブロツク
図、第５図は第１図の主要部を詳細に示す回路図
である。 １０―Ａ，１０―Ｂ…上位計算機、２０―１，
２０―２，…，２０―Ｎ…下位計算機、３０…切
替判定回路、MD₁，MD₂，…，MD_N…異常検出
手段、MD_A，MD_B…相互診断手段、３１，３２
…信号発生器、３３…加算器、３８…切替リレ
ー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ２台の上位計算機と複数台の下位計算機を伝
   送線で接続し、前記２台の上位計算機は同一の信
   号を受信してそれぞれ制御指令を演算するととも
   に主系として選択された一方のみが該制御指令を
   出力し、前記複数台の下位計算機はそれぞれ出力
   された制御指令を受信してそれぞれのサブループ
   制御を行うものにおいて、前記２台の上位計算機
   の算出する制御指令の照合により異常を検出する
   相互診断手段を設けるとともに、前記複数の下位
   計算機の少なくともひとつには受信した制御指令
   の合理性チエツクにより異常を検出する異常検出
   手段を設け、かつ前記相互診断手段及び前記複数
   の異常検出手段のうちの所定数がともに異常を検
   出したとき前記主系の上位計算機から待機系とさ
   れた他方の上位計算機への切替を行う切替判定回
   路を設けたことを特徴とする２重系システム。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載した切替判定回
   路は前記相互診断手段の出力と、前記異常診断機
   能の出力にそれぞれ所定の重み付けを行う手段
   と、重み付けされた出力を加算する加算器と、該
   加算器の出力が所定の重みに達したとき切替出力
   を発するためのリレー回路とを含むことを特徴と
   する２重系システム。 ３ 特許請求の範囲第１項に記載した切替判定回
   路は前記相互診断手段の出力と、前記異常診断手
   段の出力にそれぞれ所定の重み付けを行う手段
   と、重み付けされた出力を加算する加算器と、該
   加算器の出力が所定の重みに達したとき切替出力
   を発するためのリレー回路と、該加算器に出力が
   あるとき前記所定の重みに達する以前に警報を発
   する警装置とを含むことを特徴とする２重系シス
   テム。 ４ 特許請求の範囲第１項に記載した２重系シス
   テムにおいて、２台の上位計算機には自己の計算
   機が正常であることを診断して診断出力を発する
   自己診断機能を設け、前記切替判定回路は主系と
   された上位計算機の自己診断機能の診断出力がな
   くなつたとき待機系とされた他方の上位計算機に
   切替える手段を含むことを特徴とする２重系シス
   テム。