JPWO2011074147A1 - 二重系制御装置 - Google Patents

Abstract

本発明にかかる二重系制御装置は、自己診断機能を有する制御系（Ａ）と、この制御系（Ａ）とともに二重化され、自己診断機能を有するもう一つの制御系（Ｂ）とを備えた二重化構成の制御装置であって、上記両制御系の一方が制御対象を実制御系として動作するとき、他方は自己診断を行う系として動作し、実制御系と自己診断を行う系が交互に切り替えられ、両系が交互に自己診断を行い、従来、制御系として動作中に自己診断ができなかった領域の診断を行う。

Description

本発明は、例えば発電所等に利用されるプラント制御装置に関するものである。

一般に、従来の待機冗長構成のプラント制御装置では、制御装置の異常を検出するための自己診断が行われている。この自己診断は、自系のハードウェアやソフトウェアの異常、入力信号の上下限異常、演算結果異常等で判断することで行われる。特に、二重化構成の制御装置において、系切替は、図１０に示すように、二重化されている制御系のいずれかにおける異常検知を契機として実施されることが一般的である。特許文献１においては、このような切替条件を前提とした、二重系制御装置が記載されている（例えば、特許文献１）。

特開平８−１２３５０３公報（第３頁、第２図）

従来の二重系制御装置では、プラントの制御を行いながら自己診断を実施するため、メインメモリ等、自己診断ができない領域が残り、その箇所は定期メンテナンス時などのオフラインでしか診断できないという課題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためなされたものであって、制御中であっても、従来自己診断ができなかった領域の診断が可能で、自己診断の周期短縮が可能な、安全度水準の高い二重系制御装置を提供することを目的とする。

本発明にかかる二重系制御装置は、自己診断機能を有する制御系と、この制御系とともに二重化され、自己診断機能を有するもう一つの制御系とを備えた二重化構成の制御装置であって、上記両制御系の一方が制御対象を実制御系として動作するとき、他方は自己診断を行う系として動作し、実制御を行う系と自己診断を行う系が交互に切り替えられ、両系が交互に自己診断を行うものである。

本発明にかかる二重系制御装置は、上記両制御系の一方が制御対象を実制御系として動作するとき、他方は自己診断を行う系として動作し、実制御を行う系と自己診断を行う系が交互に切り替えられ、両系が交互に自己診断を行うものなので、従来はオフラインでしか診断できなかった領域の自己診断を、システム全体が動作中に実施することが可能になる。この結果、自己診断の範囲が拡大し、自己診断の周期短縮が可能になるため、安全度水準が向上するという効果が得られる。

本発明にかかる二重系制御装置の実施の形態１における概略構成図である。 本発明にかかる二重系制御装置の実施の形態１における動作概要を示す概念図である。 本発明にかかる二重系制御装置の実施の形態１におけるフロー図である。 本発明にかかる二重系制御装置の実施の形態２における二重系制御装置の概略構成図である。 本発明にかかる二重系制御装置の実施の形態２における動作概要を示す概念図である。 本発明にかかる二重系制御装置の実施の形態２におけるフロー図である。 本発明にかかる二重系制御装置の実施の形態３におけるフロー図である。 本発明にかかる二重系制御装置の実施の形態４におけるフロー図である。 本発明にかかる二重系制御装置の実施の形態５におけるフロー図である。 従来の二重系制御装置における動作概要を示す概念図である。

実施の形態１．
以下、本発明にかかる二重系制御装置の実施の形態１を図に基づいて説明する。図１は、本発明にかかる二重系制御装置の実施の形態１における二重系制御装置の概略構成図である。図１において、二重系制御装置は、制御系であるＡ系ともう一つの制御系であるＢ系によって二重化構成されている。これらの制御系Ａ及びＢは、各々、演算処理等を行うＣＰＵ１Ａ・１Ｂと、これらのＣＰＵに接続されたメモリ２Ａ・２Ｂと、それぞれのＣＰＵに接続され、制御対象からの入力情報をこれらのＣＰＵに伝達する入力制御部３Ａ・３Ｂと、出力制御装置７への出力情報を制御する出力制御部４Ａ・４Ｂを備えている。これらの入力制御部３Ａ及び３Ｂ並びに出力制御部４Ａ・４Ｂを系切替指示信号により系切替を行う切替装置５に接続することによって、Ａ系またはＢ系のいずれか一方の出力情報が、図示しない制御対象に出力装置７を介して出力され、制御対象からの入力情報が、入力装置６を介してＡ系またはＢ系のいずれか一方に入力される。

次に、二重系制御装置の動作について説明する。図２は本発明にかかる二重系制御装置の実施の形態１における動作概要を示す概念図である。図２において、便宜上、Ａ系は時系列の起点時において実制御を行う系（以下、実制御系という）、Ｂ系は時系列の起点時において自己診断を行う系（以下、自己診断系）として各々実制御又は自己診断を行うものとしている。図２に示す通り、実施の形態１においては、系切替が同時点で行われる。図３はＡ・Ｂ両系の動作を詳細に示したフロー図である。以下、図３を用いて説明する。なお、図２同様、便宜上、Ａ系をスタート時における実制御系、Ｂ系をスタート時における自己診断系として説明する。Ａ系が実制御系として一連の制御を行うとき（Ｓ０１）、Ｂ系は自己診断系として自己診断を行う（Ｓ０３）。Ｂ系は自系の自己診断の完了を確認すると（Ｓ０５）、系切替指示を発し（Ｓ０６）、系切替が行われる（Ｓ０２及びＳ０４）。一方、実制御系であるＡ系が、系切替の指示を確認すると（Ｓ０７）、切替が行われ（Ｓ０２及びＳ０４）、Ａ系は自己診断系として自己診断を開始し（Ｓ０３）、Ｂ系は実制御系として実制御を開始する（Ｓ０１）。

このように、実制御系及び自己診断系が交互に切り替えられＡ・Ｂ両系が交互に自己診断を行うことにより、従来はオフラインでしか実行できなかったメインメモリ等領域の自己診断をシステム全体が動作中に実施することが可能になる。この結果、自己診断の範囲が拡大し、自己診断の周期短縮が可能になるため、安全度水準が向上するという効果が得られる。

実施の形態２．
以下、本発明にかかる二重系制御装置の実施の形態２を図に基づいて、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。図４は実施の形態２における二重系制御装置の概略構成図である。実施の形態１の構成に加え、ＣＰＵ１Ａ及び１Ｂとの間に接続されたデータ通信線８を備えている。このデータ通信線を介して、Ａ・Ｂ両系間において、自己診断系の診断状態の参照が行われる。この診断状態は、診断完了の場合「診断完了」として、診断中の場合は「診断中」として、自己診断系がフラグを立てる。

次に、二重系制御装置の動作について実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。図５は、本発明にかかる二重系制御装置の実施の形態２における動作概要を示す概念図である。図２と第１に異なる点は、実制御系が自己診断系の状態を参照している点である。第２に異なる点は、自己診断系が自己診断を完了すると、待機している点である。第３に異なる点は、実制御系が一連の制御処理を完了して自己診断系の状態を参照し、自己診断系が待機になっている場合、系切替が行われる点である。これらの相違点について、以下、図６を用いて詳細に説明する。図６は、本発明にかかる二重系制御装置の実施の形態２におけるフロー図である。Ａ系は実制御系として、一連の制御処理を開始し（Ｓ０１）、Ｂ系は自己診断系として自己診断を開始する（Ｓ０３）。Ａ系は、一連の制御処理が完了すると、Ｂ系の診断状態を参照するが（Ｓ２０１）、診断中の場合は、系切替を行わず、順次制御処理を継続する（Ｓ０１）。一方、Ｂ系は、自己診断が完了すると、系切替指示があるまで待機する（Ｓ２０３）。Ａ系は一連の制御処理が完了し、Ｂ系の診断状態を参照し（Ｓ２０１）、診断完了であれば、系切替指示を発し（Ｓ２０２）、系切替が行われる（Ｓ０２及びＳ０４）。その後、Ａ系は自己診断系として、自己診断を開始する（Ｓ０３）。一方、Ｂ系は系切替の指示を受信し、（Ｓ２０３）、系切替（Ｓ０２及びＳ０４）が行われると、実制御系として、実制御を開始する（Ｓ０１）。この結果、実施の形態１同様、系切替えが繰り返し行われ、Ａ系とＢ系が交互に自己診断を行う。

このように、実制御系が系切替の指示を行っても、所期の目的を達成し得るほか、制御シーケンスに影響を与えることなく系切替を行うことが可能となる効果がある。

実施の形態３．
以下、本発明にかかる二重系制御装置の実施の形態３を図に基づいて、実施の形態２と異なる部分を中心に説明する。図７は本発明にかかる二重系制御装置の実施の形態３におけるフロー図である。図６との相違点は、自己診断系が自己診断で異常を検知した場合、実制御系に異常を通知する点である。即ち、自己診断系として自己診断を行うＢ系は、自己診断で自系の異常を検知したとき（Ｓ３０２）、データ通信線８を介して、実制御系であるＡ系に異常の通知を発する（Ｓ３０３）。Ａ系は一連の制御処理を完了し、Ｂ系の動作状態を参照するが、異常の場合は系切替指示を行わず、順次制御処理を継続する（Ｓ０１）。Ｂ系は異常が解消されると、再び自己診断を行う（Ｓ０３）。Ｂ系は自己診断で正常を確認すると（Ｓ３０２）、系切替指示があるまで待機する（Ｓ２０３）。一方、Ａ系は一連の制御処理が完了すると、Ｂ系の動作状態を参照する（Ｓ３０１）。Ｂ系の動作状態が正常である場合は、Ｂ系の診断状態を参照し（Ｓ２０１）、診断完了であれば、系切替指示を発し（Ｓ２０２）、系切替（Ｓ０２及びＳ０４）が行われた後、自己診断系として、自己診断を開始する（Ｓ０３）。待機していたＢ系は、系切替の指示を受信し、（Ｓ２０３）、系切替（Ｓ０２及びＳ０４）が行われた後、実制御系として、実制御を開始する（Ｓ０１）。この結果、自己診断系において異常が発生した場合であっても、実施の形態２と同様、系切替えが繰り返し行われ、Ａ系とＢ系が交互に自己診断を行う。

この構成と動作によっても、所期の目的を達成し得るほか、自己診断系に故障が発生しても、システム全体は継続して動作できるという効果がある。

実施の形態４．
以下、本発明にかかる二重系制御装置の実施の形態４を図に基づいて、実施の形態３と異なる部分を中心に説明する。図８は本発明にかかる二重系制御装置の実施の形態４におけるフロー図である。図７との相違点は、割り込み処理によって、自己診断系が系切替指示を行うことができる点である。つまり、自己診断系として自己診断を行うＢ系は、割り込み処理により（Ｓ４０１）、自己診断処理に並行して、データ通信線８を介して実制御系であるＡ系の動作状態を参照する（Ｓ４０２）。異常の場合、Ｂ系は自己診断処理を中止し、系切替指示を発し（Ｓ４０３）、系切替（Ｓ０２及びＳ０４）が行われた後、実制御系として、実制御を開始する（Ｓ０１）。異常が解消すると、Ａ系は自己診断系として、自己診断を開始し（Ｓ０３）、実施の形態３と同様のステップ（Ｓ３０２、Ｓ２０３）を経て、系切替（Ｓ０２及びＳ０４）が行われた後、実制御系として、一連の制御を開始する（Ｓ０１）。この結果、実施の形態３と同様、系切替えが繰り返し行われ、Ａ・Ｂ両系が交互に自己診断を行う。

この構成と動作によっても、所期の目的を達成し得るほか、実制御系に故障が発生しても、システム全体は継続して動作できるという効果がある。

実施の形態５．
以下、本発明にかかる二重系制御装置の実施の形態５を図に基づいて、実施の形態４と異なる部分を中心に説明する。図９は本発明にかかる二重系制御装置の実施の形態５におけるフロー図である。図８との相違点は、実制御系が、制御対象と送受した過去の入出力情報及び現在の自系の資源情報（以下、制御情報という）を、系切替直前に、自己診断系に送信する点である。つまり、実制御系であるＡ系は、系切替指示の前に、データ通信線８を介して、Ｂ系に制御情報を送信し（Ｓ５０１）、系切替指示を発する（Ｓ２０２）。一方、自己診断系であるＢ系は、制御情報を受信する（Ｓ５０２）。受信完了後、系切替が実施され（Ｓ０２及びＳ０４）、Ａ系は自己診断系として自己診断を開始し（Ｓ０３）、Ｂ系は実制御系として実制御を開始する（Ｓ０１）。この結果、実施の形態４と同様、系切替えが繰り返し行われ、Ａ・Ｂ両系が交互に自己診断を行う。

この構成と動作によっても、所期の目的を達成し得るほか、Ｂ系はＡ系と同一の内容の制御系として制御対象を継続して制御することが可能となる効果がある。

尚、本発明の実施の形態は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

Claims (7)

1. 自己診断機能を有する制御系と、
   この制御系とともに二重化され、自己診断機能を有するもう一つの制御系とを備え、制御対象の制御を行う二重化構成の制御装置であって、
   上記両制御系の一方が制御対象の実制御を行う系として動作するとき、他方は自己診断を行う系として動作し、実制御を行う系と自己診断を行う系が交互に切り替えられ、両系が交互に自己診断を行う二重系制御装置。
2. 上記自己診断を行う系は、自己診断が完了したとき、系切替を行う請求項１に記載の二重系制御装置。
3. 上記両制御系間には、診断状態を送受するデータ通信線が備えられ、
   上記実制御を行う系は上記データ通信線を介して上記自己診断を行う系の自己診断状態を参照し、上記実制御を行う系の一連の制御が完了し、かつ、上記自己診断を行う系の自己診断が完了したとき、系切替を行う請求項１に記載の二重系制御装置。
4. 上記自己診断を行う系は、自己診断で異常を発見したときは、自系の異常を上記データ通信線を介して上記実制御を行う系に通知し、通知を受けた上記実制御を行う系は、上記異常を確認したとき、上記系切替を行わずに制御対象の制御を続ける請求項３に記載の二重系制御装置。
5. 上記自己診断を行う系は、上記データ通信線を介して上記実制御を行う系を参照し、上記実制御を行う系の異常を検知したときは、自己診断を中止し、上記系切替を行う請求項３に記載の二重系制御装置。
6. 上記自己診断を行う系は、上記データ通信線を介して上記実制御を行う系を参照し、上記実制御を行う系の異常を検知したときは、自己診断を中止し、上記系切替を行う請求項４に記載の二重系制御装置。
7. 上記両制御系間には、上記制御対象と制御のために送受した、実制御を行う系の過去の入出力情報と実制御を行う系の現在の資源情報を送受するデータ通信線が備えられ、
   このデータ通信線を介して、上記実制御を行う系は、制御に必要な情報を、上記自己診断を行う系に送信する請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の二重系制御装置。

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