(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次側接点１〜ｎ（ｎ：２以上の整数）には外部データ１〜ｎが入力し、二次側接点１〜ｎ＋１には第１経路１〜ｎ＋１が接続されている経路切替スイッチと、
前記経路切替スイッチの二次側接点１〜ｎ＋１から出力される外部データ１〜ｎを受信すると、外部信号１〜ｎに変換して出力する入出力回路と、
前記入出力回路が出力する外部信号１〜ｎを第２経路１〜ｎ＋１を経由して受信するマイクロコンピュータと、を備え、
前記経路切替スイッチは、正常時には、一次側接点ｍ（ｍ：１〜ｎを指す変数）を二次側接点ｍに接続しており、
前記マイクロコンピュータは、第２経路ｓ（ｓ：ｎ以下の整数）を経由して受信した外部信号ｓを不正と認識すると、前記経路切替スイッチに経路切替指令を発信し、
前記経路切替スイッチは、前記マイクロコンピュータが発信した経路切替指令を受信すると、
整数ｓが整数ｎよりも小さければ、一次側接点ｎの接続相手を二次側接点ｎから二次側接点ｎ＋１に変更するとともに、一次側接点ｐ（ｐ：ｎ＞ｐ≧ｓを満たす変数）の接続相手を二次側接点ｐから二次側接点ｐ＋１に変更し、
整数ｓが整数ｎに等しければ、一次側接点ｎの接続相手を二次側接点ｎから二次側接点ｎ＋１に変更することを特徴とする入力ＰＩＯモジュール。
【請求項２】
指令信号１〜ｎ（ｎ：２以上の整数）を第１経路１〜ｎ＋１を経由して発信するマイクロコンピュータと、
前記マイクロコンピュータが発信した指令信号１〜ｎを受信すると、指令データ１〜ｎに変換して第２経路１〜ｎ＋１から出力する入出力回路と、
一次側接点１〜ｎと二次側接点１〜ｎ＋１を有し、二次側接点１〜ｎ＋１には第２経路１〜ｎ＋１が接続されていて、一次側接点１〜ｎからは指令データ１〜ｎを出力する経路切替スイッチと、
前記経路切替スイッチの一次側接点１〜ｎから出力された指令データ１〜ｎを入力し、この指令データ１〜ｎを基に出力認識通知を前記マイクロコンピュータに発信するフィードバック回路と、を備え、
前記経路切替スイッチは、正常時には、一次側接点ｍ（ｍ：１〜ｎを指す変数）を二次側接点ｍに接続しており、
前記マイクロコンピュータは、前記フィードバック回路が発信した出力認識通知から指令データｓ（ｓ：ｎ以下の整数）を不正と認識すると、前記経路切替スイッチに経路切替指令を発信し、
前記経路切替スイッチは、前記マイクロコンピュータが発信した経路切替指令を受信すると、
整数ｓが整数ｎよりも小さければ、一次側接点ｎの接続相手を二次側接点ｎから二次側接点ｎ＋１に変更するとともに、一次側接点ｐ（ｐ：ｎ＞ｐ≧ｓを満たす変数）の接続相手を二次側接点ｐから二次側接点ｐ＋１に変更し、
整数ｓが整数ｎに等しければ、一次側接点ｎの接続相手を二次側接点ｎから二次側接点ｎ＋１に変更することを特徴とする出力ＰＩＯモジュール。
【請求項３】
一次側接点１〜ｎ（ｎ：２以上の整数）には外部データ１〜ｎが入力し、二次側接点１〜２ｎには第１経路１〜２ｎが接続されている経路切替スイッチと、
前記経路切替スイッチの二次側接点１〜２ｎから出力される外部データ１〜ｎを受信すると、外部信号１〜ｎに変換して出力する入出力回路と、
前記入出力回路が出力する外部信号１〜ｎを第２経路１〜２ｎを経由して受信するマイクロコンピュータと、を備え、
前記経路切替スイッチは、正常時には、一次側接点ｍ（ｍ：１〜ｎを指す変数）を二次側接点２ｍ−１に接続しており、
前記マイクロコンピュータは、第２経路２ｓ−１（ｓ：ｎより小さい整数）を経由して受信した外部データｓを不正と認識すると、前記経路切替スイッチに経路切替指令を発信し、
前記経路切替スイッチは、前記マイクロコンピュータが発信した経路切替指令を受信すると、一次側接点ｓの接続相手を二次側接点２ｓ−１から二次側接点２ｓまたは二次側接点２ｓ＋１に変更することを特徴とする入力ＰＩＯモジュール。
【請求項４】
指令信号１〜ｎを第１経路１〜２ｎ（ｎ：２以上の整数）を経由して発信するマイクロコンピュータと、
前記マイクロコンピュータが発信した指令信号１〜ｎを受信すると、指令データ１〜ｎに変換して第２経路１〜２ｎから出力する入出力回路と、
一次側接点１〜ｎおよび二次側接点１〜２ｎを有し、二次側接点１〜ｎには第２経路１〜２ｎが接続されていて、一次側接点１〜ｎからは指令データ１〜ｎを出力する経路切替スイッチと、
前記経路切替スイッチの一次側接点１〜ｎから出力された指令データ１〜ｎを入力し、この指令データ１〜ｎを基に出力認識通知を前記マイクロコンピュータに発信するフィードバック回路と、を備え、
前記経路切替スイッチは、正常時には、一次側接点ｍ（ｍ：１〜ｎを指す変数）を二次側接点２ｍ−１に接続しており、
前記マイクロコンピュータは、前記フィードバック回路が発信した出力認識通知から指令データｓ（ｓ：ｎより小さい整数）を不正と認識すると、前記経路切替スイッチに経路切替指令を発信し、
前記経路切替スイッチは、前記マイクロコンピュータが発信した経路切替指令を受信すると、一次側接点ｓの接続相手を二次側接点２ｓ−１から二次側接点２ｓまたは二次側接点２ｓ＋１に変更することを特徴とする出力ＰＩＯモジュール。
【請求項５】
外部機器から外部データ１〜ｎを受信すると、この外部データ１〜ｎを前記経路切替スイッチの一次側接点１〜ｎへ出力するイネーブル回路を備え、
前記イネーブル回路は、
前記マイクロコンピュータからストップ指令を受信すると、前記経路切替スイッチへの外部データ１〜ｎの出力を停止し、
前記マイクロコンピュータからイネーブル指令を受信すると、前記経路切替スイッチへの外部データ１〜ｎの出力を開始することを特徴とする請求項１または３に記載の入力ＰＩＯモジュール。
【請求項６】
前記経路切替スイッチの一次側接点１〜ｎから出力される指令データ１〜ｎを受信すると、この指令データ１〜ｎを外部機器へ発信するイネーブル回路を備え、
前記イネーブル回路は、
前記マイクロコンピュータからストップ指令を受信すると、前記経路切替スイッチから出力された指令データ１〜ｎの外部機器への発信を停止し、
前記マイクロコンピュータからイネーブル指令を受信すると、前記経路切替スイッチから出力された指令データ１〜ｎの外部機器への発信を開始することを特徴とする請求項２または４に記載の出力ＰＩＯモジュール。
【請求項７】
外部機器から外部データ１〜ｎを受信すると、この外部データ１〜ｎを前記経路切替スイッチの一次側接点１〜ｎへ出力するマルチプレクサを備え、
前記マイクロコンピュータは、受信した外部信号を不正と認識すると、前記マルチプレクサに併用指令を発信することを特徴とする請求項１または３に記載の入力ＰＩＯモジュール。
【請求項８】
ホールド機能を有し、前記経路切替スイッチの一次側接点１〜ｎから出力される指令データ１〜ｎを受信すると、この指令データ１〜ｎを外部機器へ発信するマルチプレクサを備え、
前記マイクロコンピュータは、受信した外部信号を不正と認識すると、前記マルチプレクサに併用指令を発信することを特徴とする請求項２または４に記載の出力ＰＩＯモジュール。
【請求項９】
前記経路切替スイッチは、前記マイクロコンピュータから全経路切替指令を受信すると、一次側接点１〜ｎの接続相手を順次切替えて、チャネルの健全性をチェックすることを特徴とする請求項１、３、５または７のいずれか一項に記載の入力ＰＩＯモジュール。
【請求項１０】
前記経路切替スイッチは、前記マイクロコンピュータから全経路切替指令を受信すると、一次側接点１〜ｎの接続相手を順次切替えて、チャネルの健全性をチェックすることを特徴とする請求項２、４、６または８のいずれか一項に記載の出力ＰＩＯモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、入力ＰＩＯモジュールおよび出力ＰＩＯモジュールにおける、故障した伝送チャネルの自動復旧に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＰＩＯモジュール（Process Input Outputモジュール：信号入出力装置）は、火力発電プラントや原子力発電プラントの制御装置の中で汎用的に使用されている（例えば特許文献１）。ＰＩＯモジュールには、デジタル出力またはアナログ出力に対応した出力ＰＩＯモジュールと、デジタル入力またはアナログ入力に対応した入力ＰＩＯモジュールの区別が存在する。入力ＰＩＯモジュールは外部機器から外部データを受け取り、出力ＰＩＯモジュールは外部機器に指令データを発信する。
【０００３】
プラント監視制御システムは、タービン、ボイラー、サーボ弁などの外部機器を備えている。操作室から、これらの外部機器を制御する際、指令信号が出される。指令信号はプラントネットワークを経由して、ＣＰＵ盤にあるＣＰＵマスタに入力される。ＣＰＵマスタで演算された信号は、通信線を介し、ＰＩＯ盤に取り付けられているＰＩＯモジュールへ入力される。現行のＰＩＯモジュールは、１個で複数点（複数チャネル）を制御できるようになっていて、例えば、３２点デジタル入力ＰＩＯモジュール、８点アナログ出力ＰＩＯモジュールなどが開発されている。
【０００４】
ＰＩＯモジュールは、複数の伝送チャネルを備えており、その中の１チャネルでも部品が故障すると、新しいものに交換する必要が生じる。このようなモジュール故障に対応するため、ＰＩＯモジュールにはユニット単位で予備チャネルが設けられている（例えば特許文献２）。操作員は常に各ＰＩＯモジュールの健全性をチェックし、モジュールの故障を検知すれば、捜査員が正常なモジュールに切替える。より高信頼性を必要とするＰＩＯモジュールでは、二重化構成でＰＩＯモジュールを設置する必要があり、コスト増大の要因となっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平08-286703公報
【特許文献２】特開昭59-077506号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、伝送チャネルの一部が故障した場合を対象にしている。ＰＩＯモジュール内のマイコンがその故障を自動で検知し、自動で該当チャネルの経路を予備経路へ切り替え、新たなモジュール交換を不要とすることを目的とする。また、ＰＩＯモジュール単体の信頼性向上を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係わる入力ＰＩＯモジュールは、一次側接点１〜ｎ（ｎ：２以上の整数）には外部データ１〜ｎが入力し、二次側接点１〜ｎ＋１には第１経路１〜ｎ＋１が接続されている経路切替スイッチと、経路切替スイッチの二次側接点１〜ｎ＋１から出力される外部データ１〜ｎを受信すると、外部信号１〜ｎに変換して出力する入出力回路と、入出力回路が出力する外部信号１〜ｎを第２経路１〜ｎ＋１を経由して受信するマイクロコンピュータと、を備え、経路切替スイッチは、正常時には、一次側接点ｍ（ｍ：１〜ｎを指す変数）を二次側接点ｍに接続しており、マイクロコンピュータは、第２経路ｓ（ｓ：ｎ以下の整数）を経由して受信した外部信号ｓを不正と認識すると、経路切替スイッチに経路切替指令を発信し、経路切替スイッチは、マイクロコンピュータが発信した経路切替指令を受信すると、整数ｓが整数ｎよりも小さければ、一次側接点ｎの接続相手を二次側接点ｎから二次側接点ｎ＋１に変更するとともに、一次側接点ｐ（ｐ：ｎ＞ｐ≧ｓを満たす変数）の接続相手を二次側接点ｐから二次側接点ｐ＋１に変更し、整数ｓが整数ｎに等しければ、一次側接点ｎの接続相手を二次側接点ｎから二次側接点ｎ＋１に変更する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明による入力ＰＩＯモジュールおよび出力ＰＩＯモジュールによれば、伝送チャネルの一部が故障したとしても、モジュール内のマイコンがその故障を自動で検知する。自動で該当チャネルの経路を予備経路へ切り替えて、新たなモジュール交換を不要とするので、ＰＩＯモジュール単体の信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明におけるプラント監視制御システムを示す全体構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による入力ＰＩＯモジュールの全体構成を示す図である。
【図３】入力ＰＩＯモジュールの故障時における、経路切替スイッチの状態を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１による出力ＰＩＯモジュールの全体構成を示す図である。
【図５】出力ＰＩＯモジュールの故障時における、経路切替スイッチの状態を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態２による入力ＰＩＯモジュールの全体構成を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態２による出力ＰＩＯモジュールの全体構成を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態２による経路切替スイッチの動作を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態３によるＰＩＯモジュールの全体構成を示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態４によるＰＩＯモジュールの動作を示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態５によるＰＩＯモジュールの動作を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施の形態に係るプラント監視制御システム、入力ＰＩＯモジュールおよび出力ＰＩＯモジュールについて、図を参照しながら以下に説明する。なお、各図において、同一または同様の構成部分については同じ符号を付しており、対応する各構成部のサイズや縮尺はそれぞれ独立している。例えば構成の一部を変更した断面図の間で、変更されていない同一構成部分を図示する際に、同一構成部分のサイズや縮尺が異なっている場合もある。また、プラント監視制御システム、入力ＰＩＯモジュールおよび出力ＰＩＯモジュールの構成は、実際にはさらに複数の部材を備えているが、説明を簡単にするため、説明に必要な部分のみを記載し、他の部分については省略している。
【００１１】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図に基づいて説明する。図１はプラント監視制御システム１００におけるＰＩＯモジュール（信号入出力装置: Process Input Outputモジュール）の位置付けを示したものである。操作室２０１からは、外部機器６を制御する際、指令信号を出す。指令信号はプラントネットワーク２１４を経由して、ＣＰＵ盤２０２に設置されたＣＰＵマスタ１に入力される。ＣＰＵマスタ１で演算された信号は、通信線２１５を介して、ＰＩＯ盤２０３に取り付けられている各種のＰＩＯモジュールへ入力される。ＰＩＯ盤２０３にはタービン２０４、ボイラー２０５、サーボ弁２０６、その他機器２０７などの外部機器６が接続されている。
【００１２】
ＤＯ（Digital Output）ＰＩＯモジュール２１０およびＡＯ（Analog Output）ＰＩＯモジュール２１２は、ＣＰＵマスタ１から受信した指令信号を指令データに変換して外部機器６に出力する。ＰＩＯ盤２０３に取り付けられているＤＩ（Digital Input）ＰＩＯモジュール２０９およびＡＩ（Analog Input）ＰＩＯモジュール２１１は、外部機器６からプラントデータなどの外部データを受け取り、外部信号に変換してＣＰＵマスタ１に発信する。各ＰＩＯモジュールは１個で複数点（複数チャネル）を制御できるようになっている。例えば、３２点デジタル入力ＰＩＯモジュール、８点アナログ出力ＰＩＯモジュールなどが用いられている。
【００１３】
図２は、自動故障復旧化に対応した入力ＰＩＯモジュール２の内部回路構成を示している。入力ＰＩＯモジュール２は、伝送チャネルとして、チャネルＣＨ１〜チャネルＣＨ８の他に予備チャネルＲＳＶ（Reserved）を備えている。ＣＰＵマスタ１はマイコン（マイクロコンピュータ）３に対しマスタ指令１４を発信し、マイコン３が発信したマスタ通知１３を受信する。経路切替スイッチ５と入出力回路４の間には第１経路Ｌ１ａ〜Ｌ９ａが形成されている。マイコン３と入出力回路４の間には第２経路Ｌ１ｂ〜Ｌ９ｂが形成されている。入力ＰＩＯモジュール２に対して外部機器６から８チャネル分の外部データＤ１ａ〜Ｄ８ａが出力される。外部データＤ１ａ〜Ｄ８ａは、チャネルＣＨ１〜チャネルＣＨ８と予備チャネルＲＳＶを経由して、マイコン３に取り込まれる。
【００１４】
入力ＰＩＯモジュール２は、チャネルＣＨ１〜チャネルＣＨ８のいずれか一つが故障した場合、予備チャネルＲＳＶを使用して、伝送を継続する。外部機器６が発信した外部データＤ１ａ〜Ｄ８ａは経路切替スイッチ５を経由して入出力回路４に読み込まれる。入出力回路４はオペアンプ、ＡＤＣ（Analog to Digital Converter）、ＤＡＣ（Digital to Analog Converter）、リレー、フォトカプラ等を含んでいて、外部データＤ１ａ〜Ｄ８ａを外部信号Ｄ１ｂ〜Ｄ８ｂに変換する。マイコン３は、読み込んだ外部信号Ｄ１ｂ〜Ｄ８ｂをもとに、マスタ通知１３を作成する。マスタ通知１３は通信線２１５を介してＣＰＵマスタ１へ伝送される。経路切替指令１１はマイコン３から経路切替スイッチ５へ発信され、状態通知１２は経路切替スイッチ５からマイコン３へ送信される。
【００１５】
経路切替スイッチ５は外部機器からの外部データが入力される一次側接点Ｐ１〜Ｐ８と、第１経路Ｌ１ａ〜Ｌ９ａに接続されている二次側接点Ｓ１〜Ｓ９を備えている。経路切替スイッチ５の一次側接点Ｐ１〜Ｐ８は相手２点と接切を切り替えることができる。例えば、一次側接点Ｐ１は二次側接点Ｓ１か二次側接点Ｓ２と接続できる。同様に、一次側接点Ｐ２は二次側接点Ｓ２か二次側接点Ｓ３と、接続できる。一次側接点Ｐ３は二次側接点Ｓ３か二次側接点Ｓ４と、接続できる。一次側接点Ｐ４は二次側接点Ｓ４か二次側接点Ｓ５と、接続できる。一次側接点Ｐ５は二次側接点Ｓ５か二次側接点Ｓ６と、接続できる。一次側接点Ｐ６は二次側接点Ｓ６か二次側接点Ｓ７と、接続できる。一次側接点Ｐ７は二次側接点Ｓ７か二次側接点Ｓ８と、接続できる。一次側接点Ｐ８は二次側接点Ｓ８か二次側接点Ｓ９と、接続できる。
【００１６】
ここで、図３のようにチャネルＣＨ１のデータラインにある入出力回路４に故障９が発生したとする。マイコン３はチャネルＣＨ１を通じて受信していた外部信号Ｄ１ｂが途絶えるので、チャネルＣＨ１のデータを不正と認識するため、マイコン３から経路切替指令１１が経路切替スイッチ５へ送信される。すると、経路切替スイッチ５は、まず故障データラインから一番遠い一次側接点Ｐ８がＲＳＶラインの二次側接点Ｓ９に切替わる。その後、一次側接点Ｐ７が二次側接点Ｓ８へ、一次側接点Ｐ６が二次側接点Ｓ７へ、………、一次側接点Ｐ１が二次側接点Ｓ２へと順次、遷移する。すなわち、チャネルＣＨｓのデータラインにある入出力回路４に故障が発生した場合、整数ｓよりも大きいチャネルについて、一次側接点Ｐｓの接続相手を二次側接点Ｓｓから二次側接点Ｓｓ＋１へ変更する。故障データラインにある二次側接点Ｓ１は外部とは切り離された状態になる。
【００１７】
ただし、チャネルＣＨ８のデータラインにある入出力回路４に故障が発生した場合には、一次側接点Ｐ８の接続相手を二次側接点Ｓ８から二次側接点Ｓ９へ変更するだけで済む。同時に経路切替スイッチ５の状態は状態通知１２としてマイコン３へ伝送され、マイコン３に記憶されている読み込みテーブルが変更される。その結果、マイコン３では、チャネルＣＨ１は無効、チャネルＣＨ２はチャネルＣＨ１のデータライン、チャネルＣＨ３はチャネルＣＨ２のデータライン、チャネルＣＨ４はチャネルＣＨ３のデータライン、チャネルＣＨ５はチャネルＣＨ４のデータライン、チャネルＣＨ６はチャネルＣＨ５のデータライン、チャネルＣＨ７はチャネルＣＨ６のデータライン、チャネルＣＨ８はチャネルＣＨ７のデータライン、予備チャネルＲＳＶはチャネルＣＨ８のデータラインと認識される。この一連の変更内容はマスタ通知１３としてＣＰＵマスタ１へ伝送される。
【００１８】
図４は、自動故障復旧化に対応した出力ＰＩＯモジュール７の内部回路構成を示している。出力ＰＩＯモジュール７は、チャネルＣＨ１〜チャネルＣＨ８の他に予備チャネルＲＳＶ（Reserved）を備えている。ＣＰＵマスタ１はマイコン（マイクロコンピュータ）３に対しマスタ指令１４を発信し、マイコン３が発信したマスタ通知１３を受信する。マイコン３と入出力回路４の間には第１経路Ｌ１ｃ〜Ｌ９ｃが形成されている。経路切替スイッチ５と入出力回路４の間には第２経路Ｌ１ｄ〜Ｌ９ｄが形成されている。指令信号Ｄ１ｃ〜Ｄ８ｃは、チャネルＣＨ１〜チャネルＣＨ８および予備チャネルＲＳＶを経由して、マイコン３から入出力回路４に出力される。経路切替スイッチ５は、一次側接点Ｐ１〜Ｐ８と、二次側接点Ｓ１〜Ｓ９を備えている。
【００１９】
入出力回路４はオペアンプ、ＡＤＣ（Analog to Digital Converter）、ＤＡＣ（Digital to Analog Converter）、リレー、フォトカプラ等を含んでいて、指令信号Ｄ１ｃ〜Ｄ８ｃを指令データＤ１ｄ〜Ｄ８ｄに変換する。出力ＰＩＯモジュール７では入出力回路４が故障して出力信号が不正になったことを、マイコン３が直接認識できないので、フィードバック回路８が、チャネルＣＨ１〜チャネルＣＨ８を経由して伝送されてくる指令データＤ１ｄ〜Ｄ８ｄ（フィードバック信号１５）を出力認識通知１６としてマイコン３へ伝送する。指令データＤ１ｄ〜Ｄ８ｄは外部機器６へ出力される。外部機器６は、この送信されてきた８チャネル分の指令データＤ１ｄ〜Ｄ８ｄをもとに、自分の状態を調整する。
【００２０】
ここで、図５のようにチャネルＣＨ１のデータラインにある入出力回路４に故障９が発生したとする。出力ＰＩＯモジュール７では入出力回路４の出力信号が不正になったことを、マイコン３が直接認識できないため、外部機器６のチャネルＣＨ１〜チャネルＣＨ８に対応した指令データＤ１ｄ〜Ｄ８ｄを同時にフィードバック信号１５としてフィードバック回路８を介してマイコン３へ伝送している。チャネルＣＨ１のデータラインにある入出力回路４が故障すると、出力認識通知１６を通じてマイコン３が認識し、経路の切替が順次行われる。本発明では、予備径路を同一のＰＩＯモジュール内にチャネル単位で設置している。故障個所の検知と切替は、入力ＰＩＯモジュールおよび出力ＰＩＯモジュールが自動で実施する。
【００２１】
すなわち、本実施の形態による入力ＰＩＯモジュールは、入出力信号経路上の回路が故障した際に、どの経路が故障したかを入力信号から検知する入力回路故障検出機能と、故障した際に経路を順次切り替える経路切替制御機能と、経路を切り替えた際に経路情報を上位に伝える経路状態通知機能を持つ。また、本実施の形態による出力ＰＩＯモジュールは、入出力信号経路上の回路が故障した際に、出力信号をマイコンへフィードバックするフィードバック機能と、フィードバック信号からどの経路が故障したかを検知する出力回路故障検出機能と、故障した際に経路を順次切り替える経路切替制御機能と、経路を切り替えた際に経路情報を上位に伝える経路状態通知機能を持つ。
【００２２】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、伝送チャネルに予備チャネルＲＳＶを設けることによって、１チャネル分の回路が故障した際、自動でデータ経路を切り替えて復旧できる場合について述べた。実施の形態２では、相手方の３接点と接切を切り替えることのできる経路切替スイッチを使用し、予備チャネルＲＳＶを各チャネルの下に設けている。二次側接点Ｓ１〜Ｓ８のうち、半数を予備経路（または予備チャネルＲＳＶ）に充てるので、切り替えパターンを多様にすることができる。外部機器と、４チャネル分の経路で接続したとすると、４個の一次側接点に対し８個の二次側接点が必要になる。
【００２３】
図６は、入力ＰＩＯモジュールの内部構成を表している。経路切替スイッチ５は、一次側接点Ｐ１〜Ｐ４と二次側接点Ｓ１〜Ｓ８を備えている。経路切替スイッチ５の一次側接点Ｐ１は、二次側接点Ｓ１、二次側接点Ｓ２および二次側接点Ｓ３と接続することができる。経路切替スイッチ５の一次側接点Ｐ２は、二次側接点Ｓ３、二次側接点Ｓ４および二次側接点Ｓ５と接続することができる。経路切替スイッチ５の一次側接点Ｐ３は、二次側接点Ｓ５、二次側接点Ｓ６および二次側接点Ｓ６と接続することができる。経路切替スイッチ５の一次側接点Ｐ４は、二次側接点Ｓ６、二次側接点Ｓ７および二次側接点Ｓ８と接続することができる。二次側接点Ｓ２、第１経路Ｌ２ａおよび第２経路Ｌ２ｂは、予備チャネルＲＳＶ１を構成している。二次側接点Ｓ４、第１経路Ｌ４ａおよび第２経路Ｌ４ｂは、予備チャネルＲＳＶ２を構成している。二次側接点Ｓ６、第１経路Ｌ６ａおよび第２経路Ｌ６ｂは、予備チャネルＲＳＶ３を構成している。二次側接点Ｓ８、第１経路Ｌ８ａおよび第２経路Ｌ８ｂは、予備チャネルＲＳＶ４を構成している。
【００２４】
図７は、出力ＰＩＯモジュールの内部構成を表している。経路切替スイッチ５は、外部機器と、データを送受する４チャネル分の経路で接続されている。経路切替スイッチ５の一次側接点Ｐ１は、二次側接点Ｓ１、二次側接点Ｓ２および二次側接点Ｓ３と接続することができる。経路切替スイッチ５の一次側接点Ｐ２は、二次側接点Ｓ３、二次側接点Ｓ４および二次側接点Ｓ５と接続することができる。経路切替スイッチ５の一次側接点Ｐ３は、二次側接点Ｓ５、二次側接点Ｓ６および二次側接点Ｓ７と接続することができる。経路切替スイッチ５の一次側接点Ｐ４は、二次側接点Ｓ６、二次側接点Ｓ７および二次側接点Ｓ８と接続することができる。第１経路Ｌ２ｃ、第２経路Ｌ２ｄおよび二次側接点Ｓ２は、予備チャネルＲＳＶ１を構成している。第１経路Ｌ４ｃ、第２経路Ｌ４ｄおよび二次側接点Ｓ４は、予備チャネルＲＳＶ２を構成している。第１経路Ｌ６ｃ、第２経路Ｌ６ｄおよび二次側接点Ｓ６は、予備チャネルＲＳＶ３を構成している。第１経路Ｌ８ｃ、第２経路Ｌ８ｄおよび二次側接点Ｓ８は、予備チャネルＲＳＶ４を構成している。
【００２５】
次に、図８Ａ、図８Ｂおよび図８Ｃを使って、本実施の形態における経路切替スイッチ５の動作を説明する。正常時には、一次側接点Ｐ１と二次側接点Ｓ１が接続され、チャネルＣＨ１を形成している。同様に、一次側接点Ｐ２と二次側接点Ｓ３が接続され、チャネルＣＨ２を形成している。同様に、一次側接点Ｐ３と二次側接点Ｓ５が接続され、チャネルＣＨ３を形成している。同様に、一次側接点Ｐ４と二次側接点Ｓ７が接続され、チャネルＣＨ４を形成している（図８Ａ参照）。まずチャネルＣＨ１の回路（データライン）が故障し、次に予備チャネルＲＳＶ１の回路が故障した場合（故障時Ａ）には、一次側接点Ｐ２は二次側接点Ｓ４へ、一次側接点Ｐ１は二次側接点Ｓ３へ遷移する（図８Ｂ参照）。さらに、チャネルＣＨ２の二次側接点Ｓ４の回路が故障した場合にはチャネルＣＨ３が二次側接点Ｓ６へ、チャネルＣＨ２が二次側接点Ｓ５へ遷移する。さらにチャネルＣＨ３の二次側接点Ｓ６の回路が故障した場合（故障時Ｂ）には、チャネルＣＨ３が二次側接点Ｓ７へ、チャネルＣＨ４が二次側接点Ｓ８へ遷移する（図８Ｃ参照）。
【００２６】
すなわち、本実施の形態による（入力／出力）ＰＩＯモジュールは、多接点経路切替スイッチを多様なパターンで切り替え制御する多接点経路切替制御機能を持つ。このように、本実施の形態によれば、複数接点と切替可能なスイッチおよび複数の予備経路を設けることによって、故障した際の切替パターンを多様化し、信頼性を大幅に向上させることができる。
【００２７】
実施の形態３．
上記実施の形態１では、ＰＩＯモジュール単体での経路切替について述べた。実施の形態３では、Ｉ系（入力／出力）ＰＩＯモジュールおよびII系（入力／出力）ＰＩＯモジュールを設けて、入力ＰＩＯモジュールおよび出力ＰＩＯモジュールを多重化している。このことによって、一方の制御ＰＩＯモジュールの故障チャネルが増えた場合に、自動で他方の待機ＰＩＯモジュールに制御を引き継ぐことができる。故障が多発したＰＩＯモジュールは交換することができる。
【００２８】
図９は、本実施の形態に対応した（入力／出力）ＰＩＯモジュールの内部回路構成を示している。多重化するために、イネーブル回路１９ａを、Ｉ系（入力／出力）ＰＩＯモジュール１７の経路切替スイッチ５ａの後段に設けている。同様に、イネーブル回路１９ｂを、II系（入力／出力）ＰＩＯモジュール１８の経路切替スイッチ５ｂの後段に設けている。現在、Ｉ系ＰＩＯモジュール１７は制御状態、II系ＰＩＯモジュール１８は待機状態にある。Ｉ系入力ＰＩＯモジュールおよびＩ系出力ＰＩＯモジュールは、マイコン３ａが、実施の形態１または実施の形態２を参照して、経路の故障を監視している。マイコン３ａは、Ｉ系からII系へのマイコン指令２３を発信し、マイコン３ｂは、II系からＩ系へのマイコン通知２４を発信する。
【００２９】
Ｉ系ＰＩＯモジュール１７で、複数チャネルの経路が故障し、残りの予備経路が少なくなったとする。マイコン３ａはイネーブル回路１９ａにストップ指令２１を送信し、Ｉ系ＰＩＯモジュール１７の制御を停止する。同時にＩ系ＰＩＯモジュール１７のマイコン３ａから、II系ＰＩＯモジュール１８のマイコン３ｂに制御引き継ぎ指令（マイコン指令２３）を伝送する。マイコン３ｂからは、II系のイネーブル回路１９ｂへイネーブル指令２２が送信され、II系ＰＩＯモジュール１８の制御が開始される。マイコン３ａは、ＣＰＵマスタ１に、同時に系が切り替わったことを示す情報（マスタ通知１３）を送信する。
【００３０】
すなわち、本実施の形態によるＰＩＯモジュールは、実施の形態１および２の機能に加えて、複数系統のＰＩＯモジュールを用いて多重化する多重化ＰＩＯモジュール制御機能と、一方のＰＩＯモジュール上の故障経路が多くなったことを検知する故障数多検知機能と、検知した際にイネーブル回路をディスイネーブルする故障検知出力停止機能と、検知した際に他方のマイコンに制御を引き継ぐ制御引継通知機能と、その通知を受けイネーブル回路をイネーブルにする他系制御引継開始機能を持つ。
【００３１】
実施の形態４．
上記実施の形態２では、設けた予備経路の数のみ故障が許されていた。実施の形態４では、入力ＰＩＯモジュールの経路切替スイッチ５の後段にマルチプレクサ（ＭＰＸ)を設けている。また、出力ＰＩＯモジュールの経路切替スイッチ５の後段にホールド機能付のマルチプレクサ（ＭＰＸ)を設けている。マルチプレクサはふたつ以上の入力をひとつの信号として出力する機構である。デマルチプレクサは、マルチプレクサと逆に、送られてきた時間で区切られた信号をスイッチを切り替えて、複数の伝送路に送り出す機構である。このことによって、予備経路の数以上の故障が発生して、予備経路が塞がった場合にも全チャネルで正常動作を続けることができる。
【００３２】
図１０Ａと図１０Ｂは、自動故障復旧化に対応した（入力／出力）ＰＩＯモジュールの内部回路構成を示している。マルチプレクサ２５は、任意の接点をホールドする機能を有していて、入力ＰＩＯモジュールではマルチプレクスを、出力ＰＩＯモジュールではデマルチプレクスを実行する。現在、入力ＰＩＯモジュールおよび出力ＰＩＯモジュールでは３チャネル分のデータ伝送が実行されている。チャネルＣＨ１にある回路が故障し、さらにその下のチャネルＣＨ２の回路も故障した場合、予備経路の数よりも故障データラインの数の方が多くなる。経路切替スイッチ５は一次側接点Ｐ１と一次側接点Ｐ２を同じ二次側接点へ切り替え、チャネルＣＨ１とチャネルＣＨ２は同じデータラインを併用することになる。チャネルＣＨ３は予備チャネルＲＳＶに遷移し、チャネルＣＨ３では、外部データおよび指令データは素通りする。
【００３３】
同じデータラインを併用することになった場合、マイコン３へ状態通知１２が伝送され、マイコン３はマルチプレクサ２５に対して、チャネルＣＨ１とチャネルＣＨ２に対しては交互にイネーブルとディスイネーブルを切り替える併用指令２６を発信する。同時にマイコン３ではこのタイミングに合わせて、チャネルＣＨ１としての読み込みと、チャネルＣＨ２としての読み込みを交互に実施する。出力ＰＩＯモジュールの場合には、他チャンネルの制御時はデータをホールドする必要があるため、ホールド機能付マルチプレクサを使用する。マイコン３は、チャネルＣＨ１とチャネルＣＨ２に伝送されていた指令信号をマルチプレクスして、入出力回路４に発信する。経路切替スイッチ５とマルチプレクサ２５は、伝送されてきた指令データを、デマルチプレクスして異なるデータラインに出力する。
【００３４】
すなわち、本実施の形態によるＰＩＯモジュールは、実施の形態１および２の機能に加えて、予備経路以上の故障が発生した場合に同じデータラインを併用する同接点切替機能と、同じデータラインで複数の信号をマルチプレクスする複数チャネル信号選択機能と、マルチプレクスが選択するタイミングに合わせてマイコンが読み書きするチャネル選択同期認識機能を持つ。
【００３５】
実施の形態５．
上記実施の形態１から４までは、故障時の自動復旧について述べていた。これらの機能は、正常動作時の入力ＰＩＯモジュールおよび出力ＰＩＯモジュールにおけるチャネルの健全性をチェックする方法としても使用できる。図１１では、マイコン３と入出力回路４の間には、チャネルＣＨ１、チャネルＣＨ２および予備チャネルＲＳＶが形成されている。一次側接点Ｐ１は、チャネルＣＨ１を選択するのに、二次側接点Ｓ１、二次側接点Ｓ２および二次側接点Ｓ３のどれかを選定することができる。先ず、チャネルＣＨ１について正常動作時の健全性をチェックする。同様にして、二次側接点Ｓ２に関するチャネルＣＨ２について正常動作時の健全性をチェックと、二次側接点Ｓ３に関する予備チャネルＲＳＶについて正常動作時の健全性をチェックを行う。
【００３６】
チェックする際には、マイコン３は一次側接点と二次側接点の実現可能な全ての組合せについて、経路の切替を実施するために、全経路切替指令１１ａを経路切替スイッチ５に発信する。パターン１では、チャネルＣＨ１は二次側接点Ｓ１を経由して形成されている。パターン２では、チャネルＣＨ１は二次側接点Ｓ２を経由して形成されている。パターン３では、チャネルＣＨ１は二次側接点Ｓ３を経由して形成されている。このようにして、チャネルＣＨ１を始め、各チャンネルの信号経路をパターン１からパターン３まで定期的に切り替えている。その結果、入出力回路４におけるデジタルアナログ変換の精度確認など各経路の健全性をチェックすることができる。健全性に問題が生じた場合にはＣＰＵマスタ１に通知し、操作室２０１へ伝送する。
【００３７】
すなわち、本実施の形態によるＰＩＯモジュールは、実施の形態１〜４の機能に加えて、正常時でも各チャネル経路を切り替えることにより全経路の健全性をチェックする定期的経路切替健全性チェック機能と、健全性に問題が生じた際に上位に伝える健全性通知機能を持つ。
【００３８】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１  ＣＰＵマスタ、２  入力ＰＩＯモジュール、３  マイコン、４  入出力回路、５  経路切替スイッチ、６  外部機器、７  出力ＰＩＯモジュール、８  フィードバック回路、９  故障、１１  経路切替指令、１２  状態通知、１３  マスタ通知、１４  マスタ指令、１５  フィードバック信号、１６  出力認識通知、１７  Ｉ系ＰＩＯモジュール、１８  II系ＰＩＯモジュール、１９ａ  イネーブル回路、１９ｂ  イネーブル回路、２３  マイコン指令、２４  マイコン通知、２５  マルチプレクサ、２６  併用指令、１００  プラント監視制御システム、２０１  操作室、２０２  ＣＰＵ盤、２０３  ＰＩＯ盤、２０４  タービン、２０５  ボイラー、２０６  サーボ弁、２０７  その他機器、２１４  プラントネットワーク、２１５  通信線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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