(57)【要約】      （修正有）【課題】瞬停の場合、速やかに復旧処理を行い、生産ラインの実質的な停止を回避し継続稼働させることのできる通信制御ユニットを提供する。【解決手段】通信制御ユニット１０は、複数の制御対象機器１２に対する入力信号および出力信号を、通信ネットワークを介して接続された主制御機器１８との間で送受信する通信制御ユニットである。通信制御ユニットは、電圧監視部２８と、制御部３０を含む。電圧監視部は、通信制御ユニットに供給される電源の電圧状態を監視し、瞬停が発生したか否かを検出する。制御部は、電圧監視部が瞬停の発生を検出した場合、前記通信制御ユニットを再起動させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の制御対象機器に対する入力信号および出力信号を、通信ネットワークを介して接続された主制御機器との間で送受信する通信制御ユニットであって、
前記通信制御ユニットに供給される電源の電圧状態を監視し、瞬停が発生したか否かを検出する電圧監視部と、
前記電圧監視部が前記瞬停の発生を検出した場合、前記通信制御ユニットを再起動させる制御部と、
を含む、通信制御ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、通信制御ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、大規模工場や大規模プラント等において稼働している種々の機器（設備）は、複数の測定器（センサ）や複数の操作器（アクチュエータ）により構成され、所望の動作を実現している。各測定器や各操作器は、例えば、機器が設置された場所から離れた場所に設けられた中央制御室に設置されたコントローラ（制御装置）によって監視、制御されている。大規模工場や大規模プラント等において、各機器の測定器の測定データ（測定信号）や操作器への操作データ（操作信号）は、機器の近傍に配置された通信制御ユニット（リモートＩ／Ｏ）で送受信される場合がある。さらに、通信制御ユニットは、通信ネットワークを介してコントローラとの間でデータの送受信を行い、測定器や操作器を遠隔で監視、制御する場合がある。ところで、各機器が設置された現場（例えば、生産ライン等）では、機器が多数稼働しているため電源系統が不安定な状態、例えば電圧の低下等が発生する場合がある。その結果、通信制御ユニットに対する電源供給が不安定となり、通信制御ユニットを正常に機能させるのに充分な電圧を確保できない「停電」が発生することがあった。このように中央制御室から離れた位置（遠隔地）において、停電が発生した場合の対処技術が種々提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２９０２０号公報
【特許文献２】特開２０１４−１８３６９９号公報
【特許文献３】特開２０１２−１３５１９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の通信制御ユニットは、停電が生じた場合、シャットダウン状態にして、動作を完全停止させていた。また、通信制御ユニットに対する電源供給が一瞬停止する瞬停となった場合でも停電と見なし、同様にシャットダウン状態にしていた。この場合、生産ラインは停止してしまう。また、一度停止した生産ラインの復旧には時間がかかり、生産効率が低下するという問題があった。そこで、停電のうち瞬停の場合には、速やかに通信制御ユニットの復旧処理を行い、生産ラインの実質的な停止を回避し継続稼働させることのできる通信制御ユニットが提供できれば、生産性の低下を抑制可能となり、有意義である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態にかかる通信制御ユニットは、例えば、複数の制御対象機器に対する入力信号および出力信号を、通信ネットワークを介して接続された主制御機器との間で送受信する。通信制御ユニットは、電圧監視部と、制御部を含む。電圧監視部は、通信制御ユニットに供給される電源の電圧状態を監視し、瞬停が発生したか否かを検出する。制御部は、電圧監視部が瞬停の発生を検出した場合、前記通信制御ユニットを再起動させる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、実施形態にかかる通信制御ユニット（リモートＩ／Ｏ）を含む現場機器の制御システムの例示的かつ模式的なシステム図である。
【図２】図２は、実施形態にかかる通信制御ユニット（リモートＩ／Ｏ）の再起動判定処理の流れを例示的に説明するフローチャートである。
【図３】図３は、実施形態にかかる通信制御ユニット（リモートＩ／Ｏ）の再起動処理の流れを例示的に説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、実施形態を図面に基づいて説明する。以下に記載する実施形態の構成、ならびに当該構成によってもたらされる作用および結果（効果）は、あくまで一例であって、以下の記載内容に限られるものではない。
【０００８】
図１は、実施形態にかかる通信制御ユニット１０（リモートＩ／Ｏ）を含む現場機器１２の制御システム１４の例示的かつ模式的なシステム図である。
【０００９】
現場機器１２は、例えば、大規模工場や大規模プラント等で稼働する複数の設備（例えばｎ個）の一例であり、個々の現場機器１２（１２ａ〜１２ｎ）は、制御対象機器として測定器１６ａや操作器１６ｂを含んで構成されている。なお、図１の場合、図面の簡略化のため、現場機器１２には測定器１６ａおよび操作器１６ｂを一つずつ図示しているが、現場機器１２には複数個の測定器１６ａ、複数個の操作器１６ｂが含まれてもよく、現場機器１２が所定の動作を実現できるように構成されている。各現場機器１２（１２ａ〜１２ｎ）に含まれる測定器１６ａや操作器１６ｂの数はそれぞれの現場機器１２が実現する機能によって異なる。
【００１０】
測定器１６ａは、例えば、操作器１６ｂの状態や、その周囲の状態を測定（検出）するセンサである。また、操作器１６ｂは、例えば、モータ、流体動力シリンダ、制御弁等のアクチュエータである。測定器１６ａは、例えば操作器１６ｂの動作状態データ（動作位置、移動量、移動速度、回転速度、回転量、温度等）の他、操作器１６ｂの周囲や現場機器１２の周囲の環境データ（温度、湿度、動作音等）等の測定データを逐次測定する。測定器１６ａで測定された測定データ（入力信号）は、通信制御ユニット１０を介して、各現場機器１２を監視および制御する主制御機器としての例えば監視制御装置１８に送信される。また、操作器１６ｂは、通信制御ユニット１０を介して監視制御装置１８から送信される、例えば、測定器１６ａで測定された測定データを参照して決定された操作データ（出力信号）に基づき動作する。
【００１１】
監視制御装置１８は、例えば、各現場機器１２から離れた場所（同一の建屋内、異なる建屋内、同一敷地内、異なる敷地内等の遠隔地）に設けられた中央制御室に設置され、複数の現場機器１２を統括制御することが可能である。監視制御装置１８は、ＰＣ（Personal  Computer）などといった一般的な情報処理装置と同様のコンピュータ資源を有している。監視制御装置１８は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）と、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）等を含む監視制御部１８ａと、伝送処理部１８ｂ等を有している。
【００１２】
監視制御部１８ａのＣＰＵは、ＲＯＭなどに記憶された各種の制御プログラムを読み出し、当該各種の制御プログラムに規定されたインストラクションにしたがって各種の機能を実現する。伝送処理部１８ｂは、通信制御ユニット１０を介して送信される測定器１６ａの測定データを監視制御部１８ａに提供する。また、伝送処理部１８ｂは、監視制御部１８ａが制御プログラムにしたがって、測定器１６ａの測定データ等を参照することで算出した操作器１６ｂの制御量（操作データ）等を通信制御ユニット１０に送信する。なお、監視制御装置１８には、複数の通信制御ユニット１０が接続され、工場やプラント内に存在する複数の現場機器１２のグループを総合的に監視し制御することができる。なお、各通信制御ユニット１０の構成は実質的に同じであるため、以下の説明では、一つの通信制御ユニット１０の構成について説明し、他の通信制御ユニット１０の説明は省略する。
【００１３】
通信制御ユニット１０は、複数の現場機器１２（１２ａ〜１２ｎ）と監視制御装置１８との間で各種データの送受信の中継動作を行う。通信制御ユニット１０は、中継動作を実現するために、電源モジュール２０、入力モジュール２２、出力モジュール２４、伝送モジュール２６等を備える。また、通信制御ユニット１０は、主として「瞬停」が発生した場合の処理を実行するために、電圧監視部２８、制御部３０等を備える。
【００１４】
電源モジュール２０は、工場やプラントに設けられた外部電源３２から電力供給を受け、入力モジュール２２、出力モジュール２４、伝送モジュール２６、電圧監視部２８、制御部３０等にそれぞれ所定の電源電圧を供給する。
【００１５】
入力モジュール２２は、複数の入力ポートを備え、各現場機器１２に含まれる少なくとも一つの測定器１６ａとケーブルで接続され、測定器１６ａが測定した測定データをＩ／Ｏバス３４を介して伝送モジュール２６に入力する。また、出力モジュール２４は、複数の出力ポートを備え、各現場機器１２に含まれる少なくとも一つの操作器１６ｂとケーブルで接続され、伝送モジュール２６を介して監視制御装置１８から送信された操作データを対象となる操作器１６ｂに出力する。
【００１６】
伝送モジュール２６は、測定器１６ａから入力モジュール２２を介して入力される測定データや操作器１６ｂに対して出力モジュール２４を介して出力する操作データを一時的に保持するメモリ領域を備える。伝送モジュール２６（通信制御ユニット１０）は、例えば、ＬＡＮケーブル等を用いた通信ネットワーク３６を経由して監視制御装置１８の伝送処理部１８ｂに接続可能である。伝送モジュール２６は、適切なタイミングで、入力モジュール２２に入力された各現場機器１２の測定器１６ａの測定データを監視制御装置１８の伝送処理部１８ｂに送信したり、伝送処理部１８ｂから送信された操作データを出力モジュール２４に送信して、現場機器１２の操作器１６ｂに出力させたりする。通信ネットワーク３６の形態は、マルチドロップ型、スター型、リング型等適宜利用可能である。通信制御ユニット１０は、入力モジュール２２に接続された複数の測定器１６ａの測定データを一括管理して、ＬＡＮケーブル等を介して監視制御装置１８に送信することができる。また、通信制御ユニット１０は、ＬＡＮケーブル等を介して監視制御装置１８から送信される各現場機器１２の操作器１６ｂに対応する操作データを一括管理して、各操作器１６ｂに送信することができる。その結果、監視制御装置１８は、通信制御ユニット１０と通信するのみで、通信制御ユニット１０に接続されている全ての現場機器１２の状態を認識することができる。また、監視制御装置１８と通信制御ユニット１０との距離が離れている場合でも、監視制御装置１８と通信制御ユニット１０とを一本または数本のＬＡＮケーブルで接続可能となり、両者間の配線を容易かつシンプルに実現可能となる。その結果、監視制御装置１８と通信制御ユニット１０との間の断線や接触不良による通信エラーを低減することが可能となるとともに、通信エラーが発生した場合の対応、対策が容易に行える。また、配索するケーブル数の低減によりコストの軽減に寄与することもできる。一方、通信制御ユニット１０は、現場機器１２の近傍に設置可能になるので、現場機器１２の測定器１６ａや操作器１６ｂと通信制御ユニット１０とをＩ／Ｏケーブル等で接続する場合、Ｉ／Ｏケーブルの長さを短くすることが可能になり、Ｉ／Ｏケーブルの配索が容易になるとともに、コスト低減に寄与できる。なお、通信ネットワーク３６は無線通信を利用してもよい。
【００１７】
ところで、通信制御ユニット１０に電源を供給する外部電源３２は、各現場機器１２で共通で利用される場合があり、操作器１６ｂの動作時の負荷変動等により電圧が不安定になる場合がある。そして、不安定な電源系統から電力供給を受ける通信制御ユニット１０は、一時的に電圧が低下する状態である、いわゆる瞬停状態になる場合がある。このような瞬停が発生した場合、従来の通信制御ユニットは、エラー処理を実行するとともに、シャットダウン処理を実行して停止していた。この間、現場機器１２は、外部電源３２からの電力供給が継続しているため動作可能状態であるにも拘わらず、通信制御ユニットがシャットダウン状態のため、現場機器１２が含まれる生産ラインを停止せざるを得ず、生産効率の低下、生産計画の狂いが生じてしまう場合があった。
【００１８】
そこで、本実施形態の通信制御ユニット１０は、電圧監視部２８によって電源モジュール２０から出力される電圧値を常時監視している。また、別の実施形態では、電圧監視部２８は、電源モジュール２０に供給される外部電源３２からの電圧値を常時監視してもよい。電圧監視部２８は、電源モジュール２０が出力する電圧値の変動が当該通信制御ユニット１０を正常に動作させる許容囲内であるか否かを監視し、瞬停が発生したか否かの判定を行う。例えば、電圧監視部２８は、測定した電圧値が通信制御ユニット１０を正常に動作させる、予め定めた許容電圧値未満（電圧閾値未満）に低下した後、予め定めた所定期間内に許容電圧以上に復帰した場合、瞬停が発生したと判定する。電源モジュール２０の定常出力電圧が、例えば１２Ｖの場合で、許容電圧値が１０．５Ｖであった場合、電源モジュール２０が出力する電圧値が１０．５Ｖ未満になり、例えば、５００μｓ以内に１０．５Ｖ以上に復帰した場合、瞬停（瞬断、瞬時電圧低下）が発生したと判定する。
【００１９】
そして、制御部３０は、電圧監視部２８により電源（電源モジュール２０）が瞬停したと判定（検出）された場合、通信制御ユニット１０を強制的に再起動させる。通信制御ユニット１０は再起動する場合、入力データおよび出力データの一時保存等のために利用されるデータ領域を一旦リセットして再設定する。例えば、制御部３０は、伝送モジュール２６内のメモリに通信制御ユニット１０に接続されている現場機器１２の測定器１６ａや操作器１６ｂ毎にデータ領域を再設定する。つまり、通信制御ユニット１０に接続されている現場機器１２の構成情報を再構築して、通信制御ユニット１０をシャットダウンさせることなく測定データや操作データの送受信を再開可能とする。なお、瞬停に伴い、伝送モジュール２６内のメモリの情報が破損、書き換え等が発生してしまった場合でも、制御部３０によりデータ領域やデータ内容を一旦リセットして再構築するため、再起動後に不都合が発生することが回避できる。このように、通信制御ユニット１０は、瞬停が発生した場合でも、直ちに復旧して、動作可能状態の現場機器１２による生産ラインの稼働を継続して行うことができる。なお、電圧監視部２８および制御部３０は、通信制御ユニット１０ごとに設けられているため、瞬停が発生した通信制御ユニット１０のみの再起動が行われ、瞬停が生じていない通信制御ユニット１０は、定常動作を維持する。図１の場合、電圧監視部２８と制御部３０は、通信制御ユニット１０内で独立したモジュールとして示されているが、同様な機能を実現できれば、例えば、電源モジュール２０や伝送モジュール２６等に含まれる構成としてもよい。
【００２０】
このように構成される通信制御ユニット１０を含む制御システム１４の動作を、図２に示すフローチャートを用いて説明する。図２は、通信制御ユニット１０（リモートＩ／Ｏ）の再起動判定処理の流れを例示的に説明するフローチャートである。
【００２１】
前述したように、通信制御ユニット１０の電圧監視部２８は、通信制御ユニット１０の動作中、常に電源モジュール２０が出力する電圧値（つまり、外部電源３２から供給される電圧値）が予め定められた電圧許容範囲未満（判定閾値未満）か否かを監視している（Ｓ１００のＮｏ）。そして、電圧監視部２８は、電源モジュール２０が出力する電圧値が電圧許容範囲未満になったと判定した場合（Ｓ１００のＹｅｓ）、電源モジュール２０が出力する電圧値が予め定められた所定期間内に電圧許容範囲以上に復帰したか否か判定する（Ｓ１０２）。
【００２２】
電源モジュール２０が出力する電圧値が所定期間内に電圧許容範囲以上に復帰した場合（Ｓ１０２のＹｅｓ）、電圧監視部２８は、通信制御ユニット１０において瞬停が発生したと判定する（Ｓ１０４）。そして、制御部３０は、通信制御ユニット１０の再起動処理を実行する（Ｓ１０６）。例えば、伝送モジュール２６における入力データおよび出力データを一時保存するデータ領域を一旦クリアして、改めてデータ領域を確保した後、通信制御ユニット１０に接続されている現場機器１２の測定器１６ａや操作器１６ｂの構成情報の再構築を行う。そして、このフローを一旦終了し、改めて、Ｓ１００において、電圧監視部２８による電圧監視を実行する。その結果、通信制御ユニット１０に瞬停が生じた場合でも、通信制御ユニット１０は、再起動が直ちに実行され、現場機器１２を含む生産ラインを実質的に停止させることなく、生産ラインの稼働を継続させることができる。
【００２３】
Ｓ１０２において、電源モジュール２０が供給する電圧値が所定期間内に電圧許容範囲以上に復帰しなかった場合（Ｓ１０２のＮｏ）、電圧監視部２８は、制御システム１４の電源系に、「停電」が発生したと判定し（Ｓ１０８）、制御部３０は、停電処理を実行する（Ｓ１１０）。停電処理として、例えば、通信制御ユニット１０をシャットダウンして、このフローを一旦終了する。この場合、監視制御装置１８の伝送処理部１８ｂは、シャットダウンされた通信制御ユニット１０に対するデータの送受信が不能となる。その結果、監視制御部１８ａは、通信制御ユニット１０がシャットダウンされたことを認識することができる。この場合、監視制御部１８ａは、エラー情報を登録し事後対策等に活用する。なお、監視制御部１８ａは、シャットダウンされた通信制御ユニット１０に接続された現場機器１２のみを停止し、当該シャットダウンされた通信制御ユニット１０に接続された現場機器１２の停止による影響を受けない、他の正常な通信制御ユニット１０に接続された現場機器１２は継続して稼働させてもよい。
【００２４】
図３は、通信制御ユニット１０（リモートＩ／Ｏ）の再起動処理の流れを例示的に説明するフローチャートである。再起動処理は、瞬停に伴いクリアされた、制御部３０で認識していた、通信制御ユニット１０に接続された現場機器１２（接続機器）の構成情報の再構築（更新）を行う処理を含む。例えば、現場機器１２の測定器１６ａ毎の測定データを扱うためのデータ領域を伝送モジュール２６に確保する処理や、操作器１６ｂ毎の操作データを扱うためのデータ領域を伝送モジュール２６に確保する処理等を含む。
【００２５】
再起動処理において、まず、通信制御ユニット１０の制御部３０は、伝送モジュール２６が正常に機能しているか否かを、例えば、所定のチェック項目を確認することにより判定する（Ｓ２００）。そして、伝送モジュール２６が正常でない場合（Ｓ２００のＮｏ）、制御部３０は、内部または外部に設けられたメモリにエラー情報の登録を行い（Ｓ２０２）、一旦このフローを終了する。Ｓ２００において、伝送モジュール２６が正常であると判定された場合（Ｓ２００のＹｅｓ）、制御部３０は、次にＩ／Ｏバス３４が正常に機能しているか否かを所定のチェック項目を確認することにより判定する（Ｓ２０４）。Ｓ２０４において、Ｉ／Ｏバス３４が正常でない場合（Ｓ２０４のＮｏ）、制御部３０は、Ｓ２０２に移行してエラー情報の登録を行い（Ｓ２０２）、一旦このフローを終了する。制御部３０において、エラー情報が登録された場合、制御部３０は、通信制御ユニット１０を、例えばシャットダウンする。この場合、通信制御ユニット１０は、停電時と同様に、監視制御装置１８の伝送処理部１８ｂとの通信が不能になるため、監視制御部１８ａは、通信制御ユニット１０がシャットダウンされたことを認識できる。制御部３０により登録されたエラー情報は、例えば管理者によって参照されることができる。その結果、管理者は、通信制御ユニット１０のメンテナンス時に当該通信制御ユニット１０の不具合部分の特定を速やかに行うことが可能となり、復旧作業を効率的に行うことができる。
【００２６】
Ｓ２０４において、Ｉ／Ｏバス３４が正常に機能していることが確認できた場合（Ｓ２０４のＹｅｓ）、制御部３０は、入力モジュール２２に物理的に接続された接続機器（例えば測定器１６ａ）や出力モジュール２４に物理的に接続された接続機器（例えば操作器１６ｂ）が存在するか否かを確認する（Ｓ２０６）。入力モジュール２２や出力モジュール２４に接続機器が接続されていない場合（Ｓ２０６のＮｏ）、例えば、現場機器１２側に不具合が生じて停止状態であったり、取り外されている状態であったりする場合、通信制御ユニット１０が利用されていないと見なすことが可能となり、このフローを一旦終了する。
【００２７】
一方、Ｓ２０６において、入力モジュール２２や出力モジュール２４に接続機器が接続されている場合（Ｓ２０６のＹｅｓ）、接続機器の固有の情報を取得する（Ｓ２０８）。例えば、測定器１６ａや操作器１６ｂは、その種類により測定器１６ａの測定データや操作器１６ｂの操作データを扱うために必要なメモリ領域の大きさが異なる。そこで、制御部３０は、入力モジュール２２や出力モジュール２４に接続されている接続機器毎に対応するデータ領域を伝送モジュール２６のメモリ上に確保する（Ｓ２１０）。そして、制御部３０は、確保されたデータ領域の情報を含む構成情報の更新処理を行う（Ｓ２１２）。例えば、入力モジュール２２のどの入力ポートにどの様な測定器１６ａが接続されているか、出力モジュール２４のどの出力ポートにどの様な操作器１６ｂが接続されているか等の構成情報を更新する。
【００２８】
そして、制御部３０は、通信制御ユニット１０の入力モジュール２２および出力モジュール２４に接続された全ての接続機器の構成情報の更新が完了しているか否かを確認する（Ｓ２１４）。全ての接続機器の構成情報の更新が完了していない場合（Ｓ２１４のＮｏ）、Ｓ２０６に移行し、制御部３０は、Ｓ２０６以降の処理を実行して、入力モジュール２２や出力モジュール２４に接続された接続機器のうち情報取得が未取得の接続機器に関する処理を実行し、構成情報の更新を行う。
【００２９】
Ｓ２１４において、全ての接続機器の構成情報の更新が完了している場合（Ｓ２１４のＹｅｓ）、制御部３０は伝送モジュール２６による測定データや操作データの伝送処理を開始する（Ｓ２１６）。例えば、伝送モジュール２６は、入力モジュール２２から入力した測定器１６ａの測定データを監視制御装置１８に送信する処理や、監視制御装置１８から送信された操作データを出力モジュール２４に出力する処理を実行し、制御システム１４の通常動作を開始させる。
【００３０】
このように、通信制御ユニット１０は、当該通信制御ユニット１０に瞬停が生じた場合でも、通信制御ユニット１０をシャットダウンさせることなく、直ちに接続された現場機器１２の構成情報の再構築を行い、通常動作を再開することができる。また、再起動により構成情報の再構築を行うことにより、瞬停が原因で通信制御ユニット１０の動作が不安定のまま動作を継続したり、測定データや操作データが破損したり、送受信エラーが生じたりする等の不具合の発生が回避できる。
【００３１】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、上記実施形態および変形例はあくまで一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。上記実施形態は、様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上記実施形態およびその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３２】
１０  通信制御ユニット
１２  現場機器
１４  制御システム
１６ａ  測定器
１６ｂ  操作器
１８  監視制御装置
１８ａ  監視制御部
１８ｂ  伝送処理部
２０  電源モジュール
２２  入力モジュール
２４  出力モジュール
２６  伝送モジュール
２８  電圧監視部
３０  制御部
３２  外部電源
３４  Ｉ／Ｏバス
３６  通信ネットワーク
【図１】
2020149376.tif 000003
【図２】
2020149376.tif 000004
【図３】
2020149376.tif 000005