(57)【要約】【課題】  二重化制御装置において入出力バッファにおけるデータ伝送を二重化する。【解決手段】  二重化制御装置１は、２つの制御伝送路２a、２ｂの両方と各々データ送受信可能に接続される２つのプログマラブルコントローラ３a、３ｂと、２つの制御伝送路２a、２ｂの両方と各々データ送受信可能に接続される２つの入出力バッファ４a、４ｂと、２つの入出力バッファ４a、４ｂと各々データ送受信可能に接続される入出力装置５とを備え、入出力装置５は、２つのプログマラブルコントローラ２a、２ｂのいずれかから送信されたデータを２つの入出力バッファ４a、４ｂの両方から受信して更新する。【選択図】  図１
2014071773.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの制御伝送路と、
この２つの制御伝送路の両方と各々データ送受信可能に接続される２つのプログマラブルコントローラと、
２つの前記制御伝送路の両方と各々データ送受信可能に接続される２つの入出力バッファと、
この２つの入出力バッファと各々データ送受信可能に接続される入出力装置とを備え、
この入出力装置は、２つの前記プログマラブルコントローラのいずれかから送信されたデータを２つの前記入出力バッファの両方から受信して更新することを特徴とする二重化制御装置。
【請求項２】
前記プログマラブルコントローラは、前記入出力バッファから受信するデータ伝送をチェックし、伝送が途絶えた場合、前記プログマラブルコントローラから該当入出力バッファへの伝送を停止することによって、前記入出力バッファにおいて異常検出することを特徴とする請求項１に記載の二重化制御装置。
【請求項３】
前記入出力バッファは、故障時のモードを２段階以上有し、
相手系入出力バッファの状態を伝送パケットで監視し、相手系入出力バッファの状態に応じて、リセット再起動の故障リトライ処理と最重度故障状態までの動作継続を選択することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の二重化制御装置。
【請求項４】
入出力バッファを制御伝送路接続部と複数の入出力基板接続部に分割し、複数の入出力基板接続部に複数の前記入出力装置を接続することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の二重化制御装置。
【請求項５】
２つの制御伝送路の両方と各々データ送受信可能に接続される２つのプログマラブルコントローラと、２つの前記制御伝送路の両方と各々データ送受信可能に接続される２つの入出力バッファと、この２つの入出力バッファと各々データ送受信可能に接続される入出力装置とを備える二重化制御装置において、入出力装置は、２つの前記プログマラブルコントローラのいずれかから送信されたデータを２つの前記入出力バッファの両方から受信して更新することを特徴とする二重化制御装置の制御方法。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プログラマラブルコントローラを二重化構成して運転する二重化制御装置およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プログラマラブルコントローラを用いた制御装置は、原子力発電所をはじめとする発電プラントや化学プラント等において現場機器を制御し、監視するために設けられる。さらに、信頼性および稼働率向上のためにプログラマラブルコントローラを一方を常用系、他方を待機系として二重化構成するものがある。
【０００３】
さらに二重化した制御演算部のそれぞれに伝送制御部を接続し、２つの伝送制御部間を制御権切替回路によって常用と待機の切替を行う技術が開発されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、二重化した制御ＭＰＵにそれぞれ伝送制御モジュールを接続し、各々の伝送制御モジュールから二重化してデータをＩＯモジュールに送信する技術が開発されている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１０３１００号公報
【特許文献２】特開２０００−２０７３７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した特許文献１に記載の二重化構成した制御装置は、伝送制御部の二重化制御を１つの制御権切替回路が行っているため、この制御権切替回路が二重化共通部となり信頼性が低下するおそれがある。
【０００７】
また、上述した特許文献２に記載の二重化制御装置は、制御ＭＰＵの一方を常用系、他方を待機系として二重化制御装置を運用する場合、それぞれの系のデータ伝送を行う伝送制御モジュールは各系で一重化構成である。結果、伝送制御モジュールに異常が発生した場合には常用系と待機系からなる運用ができず、信頼性が低下するおそれがある。
【０００８】
そこで本発明は、入出力バッファにおけるデータ伝送を二重化することができる二重化制御装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の二重化制御装置は、２つの制御伝送路と、２つの制御伝送路の両方と各々データ送受信可能に接続される２つのプログマラブルコントローラと、２つの制御伝送路の両方と各々データ送受信可能に接続される２つの入出力バッファと、２つの入出力バッファと各々データ送受信可能に接続される入出力装置とを備え、入出力装置は、２つのプログマラブルコントローラのいずれかから送信されたデータを２つの入出力バッファの両方から受信して更新することを特徴とする。
【００１０】
さらに上記目的を達成するために、本発明の二重化制御装置の制御方法は、２つの制御伝送路の両方と各々データ送受信可能に接続される２つのプログマラブルコントローラと、２つの制御伝送路の両方と各々データ送受信可能に接続される２つの入出力バッファと、２つの入出力バッファと各々データ送受信可能に接続される入出力装置とを備える二重化制御装置において、入出力装置は、２つのプログマラブルコントローラのいずれかから送信されたデータを２つの入出力バッファの両方から受信して更新することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、二重化制御装置において入出力バッファにおけるデータ伝送を二重化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る二重化制御装置を示す概略構成図。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る二重化制御装置の入出力バッファにおける異常検出方法を示すフロー図。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る二重化制御装置の入出力バッファの相手系の伝送パケット監視方法を示すフロー図。
【図４】本発明の第４の実施形態に係る二重化制御装置を示す概略構成図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を説明する。
【００１４】
（第１の実施形態）
（構成）
以下、本発明の第１の実施形態に係る二重化制御装置について図１を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る二重化制御装置を示す概略構成図である。
【００１５】
二重化制御装置１は、制御ＬＡＮ２ａ、２ｂと、プログマラブルコントローラ（ＰＬＣ）３ａ、３ｂと、入出力バッファ４ａ、４ｂと、入出力装置５とから構成される。
【００１６】
制御ＬＡＮ２ａ、２ｂは、プログマラブルコントローラ３ａ、３ｂと入出力バッファ４ａ、４ｂとの間でデータ送受信を行う制御伝送路であり、ＬＡＮケーブルの他、光ケーブル等に代えることができる。
【００１７】
２つのプログマラブルコントローラ３ａ、３ｂは、２つの制御ＬＡＮ２ａ、２ｂの両方に各々データ送信可能に接続される。さらにプログマラブルコントローラ３ａ、３ｂは、一方を常用系、他方を待機系として運転することができる。さらにプログマラブルコントローラ３ａ、３ｂは相互を接続したトラッキングバスによって互いの状態を監視し、常用系と待機系を切替えることができる。
【００１８】
２つの入出力バッファ４ａ、４ｂは、２つの制御ＬＡＮ２ａ、２ｂの両方から各々データ受信可能に接続される。さらに１つ乃至複数の入出力装置５は、この２つの入出力バッファ４ａ、４ｂから各々データ受信可能に接続される。この結果、入出力バッファ４ａ、４ｂは二重化伝送ラインの一部と見なせる構成となる。入出力バッファ４ａ、４ｂは、プログマラブルコントローラ３ａ、３ｂから受信した出力信号を１つ乃至複数の入出力装置５へ振り分けて送信し、１つ乃至複数の入出力装置５から受信した入力信号を集約してプログマラブルコントローラ３ａ、３ｂへ送信する。
【００１９】
この入出力装置５は、プログマラブルコントローラ３ａ、３ｂのいずれか一方から送信された出力信号を２つの入出力バッファ４ａ、４ｂの両方から受信し更新することができる。プログマラブルコントローラ３ａ、３ｂから入出力装置５への出力信号は、両入出力バッファ４ａ、４ｂを通り、入出力装置５に到達する。入出力装置５は、入出力バッファ４ａ、４ｂから受信した両方の出力信号の値で更新する。すなわち、プログマラブルコントローラ３ａ、３ｂのいずれか一方の１周期に２回の出力信号を更新する。入出力装置５は、現場機器等に接続され（図示せず。）、プログマラブルコントローラ３ａ、３ｂから受信した出力信号に基づいて現場機器の操作や現場機器からのプロセスデータの受信等を行う。
【００２０】
入出力装置５からプログマラブルコントローラ３ａ、３ｂへの入力信号は、両入出力バッファ４ａ、４ｂを通って、プログマラブルコントローラ３ａ、３ｂに到達する。入出力バッファ４ａ、４ｂは、入力信号に自身の品質情報を付加することができる。各々のプログマラブルコントローラ３ａ、３ｂは、入出力バッファ４ａ、４ｂからの入力信号のうち品質情報が正常なものを採用することができる。または、両方正常な場合において先着優先等の基準により一方を採用することができる。
【００２１】
（作用）
以下、本発明の第１の実施形態の作用について説明する。入出力装置５は入出力バッファ４ａ、４ｂによりコントロールされ、出力信号の場合は入出力バッファ４ａ、４ｂからの指令を接続される現場機器等に出力する。プログマラブルコントローラ３ａ、３ｂから出力される出力信号はパケットごとにチェックサム等の品質情報をつけて、正常なときのみ更新することができる。
【００２２】
プログマラブルコントローラ３ａ、３ｂは二重化されており、常用系と待機系のいずれか一方から出力指令が入出力バッファ４ａ、４ｂそれぞれに送信されるため、入出力装置５は、データが正常な場合それぞれの入出力バッファ４ａ、４ｂからの信号で出力信号の更新を行なう。
【００２３】
入出力装置５からプログマラブルコントローラ３ａ、３ｂへのデータ入力の場合は、入力信号にデータの品質情報を付加して入出力バッファ４ａ、４ｂに送信する。さらに入出力バッファ４ａ、４ｂは、入出力装置５の状態、データの品質情報、入出力バッファ４ａ、４ｂの品質情報を付加してプログマラブルコントローラ３ａ、３ｂへ送信することができる。
【００２４】
プログマラブルコントローラ３ａ、３ｂは、入出力バッファ４ａ、４ｂから受信した入力信号のうち品質情報が正常を示すものを採用することができる。または、両方正常な場合は先着優先等の基準により一方を採用することができる。プログマラブルコントローラ３ａ、３ｂは、常用と待機の区別なく、上述した入出力バッファ４ａ、４ｂの両方からの入力信号の受信を行うことができる。
【００２５】
（効果）
本発明の第１の実施形態によれば、入出力バッファ４ａ、４ｂにおけるデータ伝送を二重化することができる。さらに入出力バッファ４ａ、４ｂの一方が故障したときにおいても、正常な入出力バッファ４ａ、４ｂはプログマラブルコントローラ３ａ、３ｂの両方からデータ受信を行うため、常用系と待機系からなる二重化構成を継続することができる。
【００２６】
また入出力バッファ４ａ、４ｂが制御ＬＡＮ２ａ、２ｂに直接接続できるため、プログマラブルコントローラ３ａ、３ｂと入出力バッファ４ａ、４ｂを接続するための専用の配線及びコネクタを持つ必要がなくなり、システム構成が簡易となる。
【００２７】
（第２の実施形態）
（構成）
以下、本発明の第２の実施形態に係る二重化制御装置について図２を参照して説明する。第１の実施形態に係る二重化制御装置の各部と同一部分には同一符号を付し、同一の構成についての説明は省略する。
【００２８】
図２は、本発明の第２の実施形態に係る二重化制御装置の入出力バッファにおける異常検出方法を示すフロー図である。第２の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、プログマラブルコントローラ３ａ、３ｂが入出力バッファ４ａ、４ｂからの伝送を監視する機能を有する点である。
【００２９】
（作用）
以下、本発明の第２の実施形態の作用について説明する。
【００３０】
入出力装置５は入出力バッファ４ａ、４ｂ側からのデータ伝送が途絶えた場合に、入出力バッファ４ａ、４ｂは断線の検知できないため、入出力装置５はプログマラブルコントローラ３ａ、３ｂからのデータ更新動作を継続するおそれがある。
【００３１】
そこで、プログマラブルコントローラ３ａ、３ｂと入出力装置５の相互のデータ送受信において、プログマラブルコントローラ３ａ、３ｂにおいて入出力バッファ４ａ、４ｂからのデータ伝送を監視する（Ｓ１０１）。断線や故障により入出力バッファ４ａ、４ｂからのデータ伝送が途絶えた場合、プログマラブルコントローラ３ａ、３ｂから該当入出力バッファ４ａ、４ｂへのデータ伝送を停止する（Ｓ１０２）。このとき、該当入出力バッファ４ａ、４ｂは、伝送タイムアウトによる自身の故障検出を行なう。
【００３２】
（効果）
本発明の第２の実施形態によれば、入出力バッファ４ａ、４ｂ側でも故障を検知できるようになる。特に入出力装置５および入出力バッファ４ａ、４ｂは、プラントにおける現場機器近傍に設けられるため、現場側にて伝送異常を検知することができる。さらに入出力装置５におけるデータ更新を停止することができるため、フェイルセーフ動作とすることができる。
【００３３】
（第３の実施形態）
（構成）
以下、本発明の第３の実施形態に係る二重化制御装置について図３を参照して説明する。第１の実施形態に係る二重化制御装置の各部と同一部分には同一符号を付し、同一の構成についての説明は省略する。
【００３４】
図３は、本発明の第３の実施形態に係る二重化制御装置の入出力バッファの相手系の伝送パケット監視方法を示すフロー図である。第２の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、入出力バッファ４ａ、４ｂは自身の故障判定機能を有し、故障時のモードを軽故障、重故障を含む２段階以上有する点である。ここで軽故障とは、リセット再起動によって正常に復帰することができる軽度の故障である。重故障とは、リセット再起動によって正常に復帰できないおそれの高い重度の故障である。さらに片方の入出力バッファ４ａ、４ｂはペアとなっている相手入出力バッファ４ａ、４ｂの状態を伝送パケットで監視する。
【００３５】
（作用）
以下、本発明の第３の実施形態の作用について説明する。
【００３６】
入出力バッファ４ａ、４ｂは、自身の故障検知時において、リセット再起動による故障リトライ処理、または最重度故障状態までの動作継続を行うことができる。ここで、リセット再起動による故障リトライ処理を行う場合、一時的に両入出力バッファ４ａ、４ｂのリセット再起動によるシステム全体への影響が生じるおそれがある。また、最重度故障状態までの動作継続する場合、相手入出力バッファ４ａ、４ｂに故障が発生した場合、両系故障のまま動作となりシステム全体の健全性が保てなくなるおそれがある。
【００３７】
まず入出力バッファ４ａ、４ｂは、自系の状態を確認する（Ｓ２０１）。さらに相手系の状態を伝送パケットで監視する（Ｓ２０２）。伝送パケットの監視は、入出力バッファ４ａ、４ｂを相互に伝送パケット送受信可能に専用線で接続してもよいし、制御伝送路２ａ、２ｂを迂回して伝送パケットを送受信してもよい。
【００３８】
入出力バッファ４ａ、４ｂは、相手系が正常状態の場合は、自系が軽故障の場合にリセット再起動の故障リトライ処理を行なう（Ｓ２０２）。自系が正常である場合は動作を継続する。そして、相手系が故障状態の場合は、自系は最重度故障状態まで動作継続する（Ｓ２０３）。
【００３９】
（効果）
本発明の第３の実施形態によれば、入出力バッファ４ａ、４ｂに２段階以上の故障時のモードを持たせ、相手系の状態に応じてリセット再起動と動作継続を選択することによって、二重化制御装置１全体が動作不能となることを防ぐことができる。
【００４０】
（第４の実施形態）
（構成）
以下、本発明の第４の実施形態に係る二重化制御装置について図４を参照して説明する。第１の実施形態に係る二重化制御装置の各部と同一部分には同一符号を付し、同一の構成についての説明は省略する。
【００４１】
図４は、本発明の第４の実施形態に係る二重化制御装置の概略構成図である。第４の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、図１に示す入出力バッファ４ａを制御ＬＡＮ接続部６ａと、入出力基板接続部７ａ、７ｃに分割し、図１に示す入出力バッファ４ｂを制御ＬＡＮ接続部６ｂと、入出力基板接続部７ｂ、７ｄに分割した点である。入出力基板接続部７ａ、７ｂおよび入出力基板接続部７ｃ、７ｄには、１つ乃至複数の入出力装置５が接続される。
【００４２】
（作用）
以下、本発明の第４の実施形態の作用について説明する。
【００４３】
第１の実施形態では、入出力バッファ４ａは入出力装置５に直接接続され、入出力装置５の接続可能数に制限がある。そこで、制御ＬＡＮ接続部６ａに複数の入出力基板接続部７ａ、７ｃを接続し、各々の入出力基板接続部７ａ、７ｃに複数の入出力装置５を接続する。結果、制御ＬＡＮ接続部６ａへの入出力装置５側の接続数、伝送パケット数を抑え、制御ＬＡＮ２a、２ｂに簡易な構成で大規模システムを構築することができる。
【００４４】
（効果）
本発明の第４の実施形態によれば、簡易な構成で制御ＬＡＮ２a、２ｂへの入出力装置５をの接続数を多くすることができる。
【００４５】
なお、上述した第１から第４の実施形態は適宜組み合わせることができる。 
【符号の説明】
【００４６】
１・・・二重化制御装置
２ａ、２ｂ・・・制御ＬＡＮ
３ａ、３ｂ・・・プログマラブルコントローラ（ＰＬＣ）
４ａ、４ｂ・・・入出力バッファ
５・・・入出力装置
６ａ、６ｂ・・・制御ＬＡＮ接続部
７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ・・・入出力基板接続部 
【図１】
2014071773.tif 000003
【図２】
2014071773.tif 000004
【図３】
2014071773.tif 000005
【図４】
2014071773.tif 000006