(57)【要約】【課題】一方の演算部が故障した場合においても正常な演算部による制御を継続可能とするディジタル式制御装置を得る。【解決手段】独立した２系統の演算部１および２と、それらの２系統の演算部１および２と通信可能なＩ／Ｏカード５〜８とを備えている。演算部１とＩ／Ｏカード５〜８とはＩ／Ｏバス３を介して接続され、演算部２とＩ／Ｏカード５〜８とはＩ／Ｏバス４を介して接続されている。Ｉ／Ｏバス３と４とは互いに独立している。２系統の演算部１および２は通常時に双方ともに稼働しており、Ｉ／Ｏカード５〜８のうちの出力カード５，６は、２系統の演算部１および２のそれぞれから送信されてくるデータが正常か否かを判定し、正常と判定される系統側のデータを選択して出力する。但し、両方とも正常な場合は、予め優先系として決められている側のデータを出力する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
独立した２系統の演算手段と、
上記２系統の演算手段と通信可能な独立したＩ／Ｏバスを介して接続されるＩ／Ｏカードと
を備え、
上記Ｉ／Ｏカードは、上記２系統の演算手段のそれぞれから送信されるデータが正常か否かを判定し、正常と判定される系統側のデータを選択して出力することを特徴とするディジタル式制御装置。
【請求項２】
上記Ｉ／Ｏカードは、上記２系統の演算手段のそれぞれから送信されるデータの双方を使用して多数決演算を行うことにより、出力する上記データを決定することを特徴とする請求項１に記載のディジタル式制御装置。
【請求項３】
上記Ｉ／Ｏカードは、上記２系統の演算手段のそれぞれから送信されるデータの双方を使用して偏差判定演算を行うことにより、出力する上記データを決定することを特徴とする請求項１に記載のディジタル式制御装置。
【請求項４】
上記Ｉ／Ｏカードは、他装置に接続された通信ケーブルに接続するための通信カードであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のディジタル式制御装置。
【請求項５】
上記演算手段に接続されるヒューマンインターフェース手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のディジタル式制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はディジタル式制御装置に関し、特に、信頼性を向上させるために主演算部の多重化を図ったディジタル式制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、制御システムの信頼性を高める一つの手法として、二重化方式が採用されている。この種の従来の制御システムにおいては、２つのプロセッサユニットが設けられており、一方が制御系（主系）となり、他方が待機系（従系）で、当該待機系（従系）は、制御系（主系）の故障に備えて設けられている。また、監視用の制御ユニットを設けて、これらの２つのプロセッサユニットの動作状態を監視して、どちらを制御系（主系）にするかを制御する構成のものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１−２６６６３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の制御システムは、以上のように構成されているので、制御系の故障検知または待機系の故障認識が正常に機能しない場合、制御系の故障時に待機系による制御継続が不可能となってしまうという問題点があった。
【０００５】
また、入出力ユニットが切換器を介して接続バスにより接続されて、制御系および待機系のプロセッサユニットのいずれか１つとだけ通信を行う構成の場合には、接続バスが共用されているため、例えば、制御系のプロセッサユニットが入出力ユニットに対してデータを送信し続ける状態で故障した場合、待機系が主系となって入出力ユニットに対してデータを送信しようとしても、相互干渉してしまい、制御を継続できない場合が発生してしまうという問題点があった。
【０００６】
この発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、一方の演算部が故障した場合においても、正常な側の演算部による制御を継続可能とするディジタル式制御装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、独立した２系統の演算手段と、上記２系統の演算手段と通信可能な独立したＩ／Ｏバスを介して接続されるＩ／Ｏカードとを備え、上記Ｉ／Ｏカードは、上記２系統の演算手段のそれぞれから送信されるデータが正常か否かを判定し、正常と判定される系統側のデータを選択して出力することを特徴とするディジタル式制御装置である。
【発明の効果】
【０００８】
この発明は、独立した２系統の演算手段と、上記２系統の演算手段と通信可能な独立したＩ／Ｏバスを介して接続されるＩ／Ｏカードとを備え、上記Ｉ／Ｏカードは、上記２系統の演算手段のそれぞれから送信されるデータが正常か否かを判定し、正常と判定される系統側のデータを選択して出力することを特徴とするディジタル式制御装置であるので、一方の演算部が故障した場合においても正常な演算部による制御を継続可能とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１に係るディジタル式制御装置を図に基づいて説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係わるディジタル式制御装置の構成図である。なお、この発明におけるディジタル式制御装置は、例えば、原子力発電所等の特に信頼性の高い制御を必要とする制御システムに適しているものである。
【００１０】
本実施の形態においては、図１に示すように、制御系１の演算部１（演算手段）と、制御系２の演算部２（演算手段）とが設けられており、待機冗長多重化構成を有して、信頼性向上を図っている。制御系１の演算部１とＩ／Ｏカード５〜８とはＩ／Ｏバス３を介して接続されている。また、制御系２の演算部２とＩ／Ｏカード５〜８とはＩ／Ｏバス４を介して接続されている。なお、Ｉ／Ｏバス３及びＩ／Ｏバス４については、各Ｉ／Ｏカード５〜８まで、それぞれ独立したバスを構成しており、信号線を共用しない独立した構成となっている。また、図１の構成においては、制御系１の演算部１とＩ／Ｏカード５〜８を接続するＩ／Ｏバス３は、リピータ２０を介して接続され、同様に、制御系２の演算部２とＩ／Ｏカード５〜８を接続するＩ／Ｏバス４は、リピータ２１を介して接続されているが、これらのリピータ２０および２１は、伝送距離が長い場合等に必要に応じて用いるものであり、不要な場合は特に用いる必要はない。
【００１１】
制御系１の演算部１からは、Ｉ／Ｏカード５〜８に対して、Ｉ／Ｏバス３を介して信号９が送信され、Ｉ／Ｏカード５〜８からは、制御系１の演算部１に対して、Ｉ／Ｏバス３を介して信号１０が返信される。同様に、制御系２の演算部２からは、Ｉ／Ｏカード５〜８に対して、Ｉ／Ｏバス４を介して信号１１が送信され、Ｉ／Ｏカード５〜８からは、制御系２の演算部２に対して、Ｉ／Ｏバス４を介して信号１２が返信される。
【００１２】
なお、Ｉ／Ｏカード５〜８は各々予め決められた機能を有しており、Ｉ／Ｏカード５〜８のうちの２つは出力カード５，６であり、他の２つは入力カード７，８である。入力カード７，８が、制御系１の演算部１および制御系２の演算部２に送信するデータは、例えば、外部に設けられた伝送器から入力カード７，８に入力された値である。出力カード５，６は、制御系１の演算部１および制御系２の演算部２から受信したデータに応じて、例えば、ポンプをＯＮ／ＯＦＦ制御するための信号を出力する。
【００１３】
また、本実施の形態においては、制御系１の演算部１と制御系２の演算部２との間は、各々の演算状態を送信する信号ライン１３により相互に接続されている。信号ライン１３は、通常時においては使用されないが、制御系１の演算部１または制御系２の演算部２のどちらか一方を保守作業のために一時的に停止させ、保守作業終了後に再度制御に参入させるときに、稼働していた側の演算部の演算状態を保守作業が終了した側の演算部に入力して、一時的に等値化処理を行うために使用するためのものである。
【００１４】
次に、本実施の形態１に係るディジタル式制御装置の動作について説明する。図１において、制御系１の演算部１と制御系２の演算部２は共に稼働状態であり、互いにまったく独立して、入力カード７，８より信号を受信し、演算結果を出力カード５，６に送信する。出力カード５，６は、制御系１の演算部１と制御系２の演算部２の双方からの信号を受信するが、制御系１の演算部１と制御系２の演算部２の双方からの信号がいずれも正常と判断できる場合には、予め決められた優先系からのデータに基づいて信号を外部に出力する。一方、どちらか一方の演算部からのデータが異常の場合（例えば、正常な演算部においてデータ出力毎に反転させて出力している信号が停止した場合等）には、出力カード５，６は、正常な側の演算部のデータに基づいた出力をする。
【００１５】
さらに具体的に説明する。以下の説明においては、制御系１が優先系であると予め設定されているものとする。このとき、制御系１の演算部１と制御系２の演算部２は共に稼働状態であり、互いにまったく独立して、入力カード７，８より信号を受信し、演算結果を出力カード５，６に送信する。出力カード５，６は、制御系１の演算部１と制御系２の演算部２の双方からの信号を受信するが、制御系１の演算部１と制御系２の演算部２の双方からの信号がいずれも正常と判断できる場合には、優先系である制御系１の演算部１からのデータを使用して、出力を実施する。一方、制御系１の演算部１からのデータが異常であると出力カード５，６が判断した場合には、出力カード５，６は、制御系２の演算部２のデータを使用して、出力を実施する。
【００１６】
上述のように、本実施の形態においては、制御系１および制御系２のいずれか一方を優先系とした上で、制御系１の演算部１からのデータの内容と制御系２の演算部２からのデータの内容とを確認し、正常と判断できる制御系のデータを使用して出力を実施する構成である。このように、本実施の形態においては、演算部ではなく、Ｉ／Ｏカード側で制御系を判定することで、演算部の切替機能に依存しない制御継続性の高いシステムの構築を可能としている。
【００１７】
なお、制御系１の演算部１と制御系２の演算部２とは、通常時においては共に稼働状態であるが、保守作業のためにいずれか一方を一時的に停止させることが想定される。その場合の動作について、以下に説明する。以下の説明においては、制御系１が優先系であると予め設定されているものとする。このとき、制御系２が保守のために一時的に停止させられたと仮定する。そのため、制御系１の演算部１のみが稼働状態となり、制御系１の演算部１が入力カード７，８より信号を受信し、演算結果を出力カード５，６に送信する。出力カード５，６は、制御系１の演算部１のみから信号を受信して、制御系１の演算部１からの信号が正常であるか否かを判断した上で、制御系１の演算部１からのデータを使用して、出力を実施する。その後、制御系２の演算部２の保守作業が終了して、制御系２の演算部２を制御に再度参入させるときには、信号ライン１３により、制御系１の演算部１の演算状態が制御系２の演算部２にすべて入力されて、一時的に等値化処理を行う。制御系１の演算部１の保守作業を行う場合も同様の動作を行う。
【００１８】
以上のように、本実施の形態においては、独立した２系統の演算部１，２と、それらと通信可能な独立したＩ／Ｏバス３および４を介して接続されるＩ／Ｏカード５〜８を備え、Ｉ／Ｏカードにおいて、２系統の演算部１，２から送信される信号の健全性（正常であるか否か）を判定し、正常と判定される系統側のデータを選択して出力するようにしたことにより、従来用いられていた制御系による故障検知機能または待機系による故障認識機能等によることなく、一方の演算部が故障した場合においても正常な側の演算部による制御を継続可能としたので、演算部の切替機能に依存しない制御継続性の高いシステムを構築することができる。
【００１９】
なお、上述の説明においては、制御系が２つで、Ｉ／Ｏカードが４つで、かつ、そのうちで、入力カードが２つ、および、出力カードが２つの場合を例に挙げて説明したが、これらの個数は単なる一例であり、これらの限定されるものではなく、任意の個数を設けるようにしてもよく、その場合においても、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００２０】
実施の形態２．
図２は、この発明の実施の形態２に係わるディジタル式制御装置の構成図である。本実施の形態においては、出力カード５には、制御系１の演算部１および制御系２の演算部２の両者からのデータを用いて多数決演算を行うための多数決演算部５ａが設けられている。また、出力カード６には、制御系１の演算部１および制御系２の演算部２の両者からのデータを用いて偏差判定演算を行うための偏差判定演算部６ａが設けられている。他の構成については、上記の実施の形態１と同様であるため、同一符号を付して示し、ここではその説明を省略する。
【００２１】
なお、上記の実施の形態１においては、出力カード５，６が、正常と判断した演算部１，２のうちのどちらか一方のデータに基づいた出力をする場合について述べたが、本実施の形態２においては、図２のように、出力カード５，６上で、制御系１および２の演算部１，２の双方のデータを使用し、両者の信号の多数決演算、または、偏差判定演算を実施して、出力を生成する構成になっている。他の動作については、上記の実施の形態と同じであるため、ここでは、説明を省略する。
【００２２】
ここで、出力カード５の多数決演算部５ａにより行われる多数決演算について説明する。多数決演算とは、一般に、奇数個の入力がある場合で、入力されるデータが１か０のいずれかである場合に、入力されたデータのうち、１の数が０の数よりも多いときに、出力を１とする演算である。すなわち、制御系１が複数個（奇数個）あった場合には、数の多い方のデータを出力値として用いる。しかしながら、図２の場合には、制御系は２つであるので、基準値とともに２つの制御系１，２の演算部１からのデータを入力して、そのうちの２つ以上が同じ値であった場合に、そのデータを正しいと判断する。すなわち、例えば、制御系１の演算部１から出力されたデータの値がＤＡＴＡ１であり、制御系２の演算部２から出力されたデータの値がＤＡＴＡ２であり、基準値の値がＲｅｆであったとして、ＤＡＴＡ１が１、ＤＡＴＡ２が１、Ｒｅｆが１の場合、及び、ＤＡＴＡ１が１、ＤＡＴＡ２が０、Ｒｅｆが１の場合は制御系１の演算部１からのデータを正しいと判断し、ＤＡＴＡ１が０、ＤＡＴＡ２が１、Ｒｅｆが１の場合は、制御系２の演算部２からのデータを正しいと判断する。
【００２３】
また、出力カード６の偏差判定演算部６ａにより行われる偏差判定演算とは、予め設定された基準値との偏差を求めて、偏差の絶対値の値が小さい方のデータを正しいと判断する演算である。すなわち、例えば、制御系１の演算部１から出力されたデータの値がＤＡＴＡ１であり、制御系２の演算部２から出力されたデータの値がＤＡＴＡ２であり、基準値の値がＲｅｆであったとして、｜ＤＡＴＡ１−Ｒｅｆ｜≦｜ＤＡＴＡ２−Ｒｅｆ｜とすると、制御系１の演算部１からのデータを正しいと判断し、｜ＤＡＴＡ１−Ｒｅｆ｜＞｜ＤＡＴＡ２−Ｒｅｆ｜とすると、制御系２の演算部２からのデータを正しいと判断する。
【００２４】
以上のように、本実施の形態においては、上記の実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに、Ｉ／Ｏカード上で、２系統の演算部からのデータ双方を使用し、予め定められた偏差判定または多数決ロジックにより、出力カード５，６から外部に出力するデータを決定するようにしたので、判断に必要な所要時間の短縮が図れるとともに、信頼性の高いシステムを構築可能である。
【００２５】
実施の形態３．
図３は、この発明の実施の形態３に係わるディジタル式制御装置の構成図である。本実施の形態においては、Ｉ／Ｏカード５〜８の他に、さらに、通信カード１４がＩ／Ｏバス３および４に接続されている。通信カード１４は、図３にしめすように、ディジタル式制御装置Ａと他装置（例えば、ディジタル式制御装置Ｂ）との間で、データの送受信を直接行うためのカードである。従って、データの送受信を行う相手側の他装置にも、通信カードが必要となる。他の構成については、上記の実施の形態１と同様であるため、同一符号を付して示し、ここではその説明を省略する。
【００２６】
上記の実施の形態１では、Ｉ／Ｏカード５〜８は、ＡＩ、ＡＯ等、接点、電圧、電流等のＩ／Ｆ（インターフェース）を備えたものについて述べたが、本実施の形態においては、図３のように、演算部１，２からのデータを、直接、他装置へ送受信することを可能とした通信カード１４を設けている。この通信カード１４には、必要に応じて、光変換機能を内蔵することが可能である。ディジタル式制御装置Ａ，Ｂの通信カード１４間を通信ケーブル１５で接続し、装置間のデータ伝送を実現する。ディジタル制御装置Ａ，Ｂ各々の制御系１および２の演算部１，２から通信カード１４を経由して出力する出力データは、実施の形態１と同様に、通信カード１４上にて正常と判定される側の制御系のデータが選択され、相手側の他装置側に伝送される。これにより、本実施の形態においても、実施の形態１と同様に、演算部の切替機能に依存しない２重化された制御系間のデータ伝送を実現すると共に、さらに、Ｉ／Ｏカードの出力を通信とすることで、ディジタル制御装置間のデータ伝送用に使用することを可能とし、多重伝送を適用することで、装置間を接続する接続線（電線）の個数の削減が可能となる。
【００２７】
実施の形態４．
図４は、この発明の実施の形態４に係わるディジタル式制御装置の構成図である。本実施の形態においては、制御系１の演算部１と制御系２の演算部２とが、ともに、インターネットまたはイントラネット等のネットワーク１７に接続されているとともに、当該ネットワーク１７に接続されているヒューマンインターフェース１６（ヒューマンインターフェース手段）が設けられている。従って、ネットワーク１７を介して、ヒューマンインターフェース１６と演算部１および２との間の通信が可能な構成となっている。他の構成については、上記の実施の形態１と同様であるので、ここでは同一符号を付して示し、説明は省略する。
【００２８】
なお、上記の実施の形態１では、Ｉ／Ｏカード（入力カード７，８）からの入力により演算し、Ｉ／Ｏカード（出力カード５，６）より出力する例について述べたが、本実施の形態においては、図４に示すように、制御系１，２の演算部１，２に接続されているネットワーク１７を介してヒューマンインターフェース１６を接続し、ヒューマンインターフェース１６からの操作に基づき、制御系１及び制御系２の演算部１，２による各々の演算結果を出力カード５，６で比較判定した上で、制御出力することが可能である。すなわち、必要に応じて、管理者（オペレータ）がヒューマンインターフェース１６から演算部１，２の状態を監視して、それらの動作の制御を行うこともできる構成であるので、上記の実施の形態１よりもさらに信頼性の向上を図ることができる。
【００２９】
以上のように、本実施の形態によれば、上記の実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに、ヒューマンインターフェース１６からの操作を含めて、操作から制御出力までを演算部１，２の切替機能に依存しない信頼性の高いシステムを構築可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】この発明の実施の形態１に係るディジタル式制御装置の構成を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態２に係るディジタル式制御装置の構成を示す構成図である。
【図３】この発明の実施の形態３に係るディジタル式制御装置の構成を示す構成図である。
【図４】この発明の実施の形態４に係るディジタル式制御装置の構成を示す構成図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  制御系１の演算部、２  制御系２の演算部、３，４  Ｉ／Ｏバス、５，６  出力カード、７，８  入力カード、９，１０，１１，１２  信号、１３  信号ライン、１４  通信カード、１５  通信ケーブル、１６  ヒューマンインターフェース、１７  ネットワーク、２０、２１  リピータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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