(57)【要約】【課題】本発明は、シンプルな構成で、制御装置自身の故障を早期に検出し、保守が容易で制御システムを安全に運転できる制御装置、及びその自己診断方法を提供することを目的とする。【解決手段】制御プログラムの起動時及び当該制御プログラムが動作中において制御周期のアイドル時間を使用して実行される自己診断プログラムと、を備える記憶部１２と、プログラムを実行する演算部１１と、プラントとの入出力信号を処理する入出力部１４と、電源の異常を診断する電源診断部１６とを備え、記憶部には、更に、各部の平均故障率と、前記起動時の自己診断により測定され、起動毎に更新される動作中故障率と、平均故障率と動作中故障率との積の逆数に基づいて求められる各部の診断周期と、を対応付けした故障発生情報テーブルを備え、制御プログラムの動作中に故障発生情報テーブルを参照して、自己診断を実行するようにしたことを特徴とする制御装置。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラントを制御する制御装置であって、
予め設定される制御周期で実行される制御プログラムと、当該制御プログラムの起動時及び当該制御プログラムが動作中においてその制御周期のアイドル時間を使用して実行される自己診断プログラムと、を備える記憶部と、
前記制御プログラムと前記自己診断プログラムとを実行する演算部と、
前記制御装置が制御する前記プラントとの入出力信号を処理する入出力部と、前記制御装置を構成する各部に供給する電源の異常を診断する電源診断部と、
を備え、
前記記憶部には、予め設定される前記電源診断部を含む前記各部の平均故障率と、前記起動時、及び動作中の自己診断により測定され、前記制御装置の起動毎、及び動作中に更新される動作中故障率と、前記平均故障率と前記動作中故障率との積の逆数に基づいて求められる前記各部の診断周期と、を対応付けした故障発生情報テーブルを備え、
前記演算部は、前記制御プログラムの動作中に前記故障発生情報テーブルを参照して、前記各部の前記診断周期に基づいて自己診断を実行するようにしたことを特徴とする制御装置。
【請求項２】
前記平均故障率は、前記各部を構成する部品の故障率から求められた平均故障率であり、
前記動作中故障率は、前記自己診断プログラムにより求められる起動時、及び動作中の前記各部の診断回数に対する故障回数の発生確率であり、
前記制御周期の整数倍以上を前記診断周期として設定するようにした請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記故障発生情報テーブルは、更に、予め前記各部相互間の重要度に対応した診断の優先度係数を設定し、
前記診断周期は、前記平均故障率、前記動作中故障率、及び前記優先度係数との積の逆数に基づいて求めるようにした請求項２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記演算部は、前記制御プログラムが動作中の各部の診断順序を、前記故障発生情報テーブルに設定される前記各部の診断周期の短い順に実行するようにした請求項１に記載の制御装置。
【請求項５】
プラントを制御する制御装置の自己診断方法であって、
予め設定される制御周期で実行される制御プログラムと、当該制御プログラムの起動時及び当該制御プログラムが動作中においてその制御周期のアイドル時間を使用して実行される自己診断プログラムと、を備える記憶部と、前記制御プログラムと前記自己診断プログラムとを実行する演算部と、前記制御装置が制御する前記プラントとの入出力信号を処理する入出力部と、前記制御装置を構成する前記各部に供給する電源の異常を診断する電源診断部と、を備え、
予め設定される前記電源診断部を含む前記各部の平均故障率を作成するステップと、
前記制御装置の起動時の自己診断により測定される動作中故障率を求めるステップと、
前記平均故障率と前記制御装置の起動毎に更新される動作中故障率との積の逆数に基づいて求められる前記各部の診断周期とを対応付けした故障発生情報テーブルを作成するステップと、
前記演算部は、前記制御プログラムの動作中に前記故障発生情報テーブルを参照して、前記電源診断部を含む前記各部の前記診断周期に基づいて自己診断を実行するステップと、
を備えることを特徴とする制御装置の自己診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラントなどを制御する制御システムに使用される制御装置、及びその自己診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラントやシステムのリスク軽減のために使用される信頼性を規定する安全規格には、国際標準としての機能安全規格、IEC61508がある。更に、プロセス用アプリケーション規格としては、IEC61511がある。
【０００３】
このような安全規格に基づく安全計装システムと呼ばれる制御システムにおいては、制御プログラムを実行する制御装置の故障による誤動作を避けるために制御装置各部の自己診断処理を行い、事前に故障を発見しその制御システム全体を安全に停止させる様にしている。
【０００４】
制御装置の自己診断処理は、その制御システムに要求される信頼性により診断の必要性、及び診断方法が異なるため、制御装置の制御動作全体に占める自己診断処理の最適なタイミングは制御システム毎に変わってくる。
【０００５】
自己診断処理を実行するタイミングは、起動時に行う場合、制御動作中に行う場合、２つを組み合わせる場合など、制御システムにより様々である。
【０００６】
例えば、制御システムの起動時間を短くするために、自己診断処理を起動時自己診断と制御動作中の自己診断とに分割し、それぞれの診断時間に基づいて、自己診断実施計画を作成し、その計画に従い自己診断処理を実施することにより、起動時間が短く、且つ、制御システムを安全に使用できるようにした技術がある（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１２２７９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した特許文献１においては、カーナビゲーション端末、あるいは携帯電話といった情報処理機器への適用を前提としているため、自己診断処理を起動時診断と動作中診断に分割することによりシステムの起動時間の短縮を主目的として、故障を見逃すことなく、対象とする装置を安全に使用するようにしている。
【０００９】
しかしながら、起動時診断の時間を短縮するために、予め設定される制限時間内で動作中診断とその診断の項目や診断回数を適宜変更するため、その診断計画部の構成が複雑となる問題がある。
【００１０】
また、この処理方法を安全計装システムに適用する場合には、制御周期が優先的に固定され、制御プログラムの実行時間が優先されるので、この自己診断処理の構成は複雑で、保守が難しくなる恐れがある。
【００１１】
本発明が解決しようとする課題は、安全計装システムのように制御周期が固定され、且つ、高い安全性、信頼性を求められる制御システムにおいて、シンプルな構成で制御装置の故障を早期に検出し、保守が容易で制御システムを安全に運転できる制御装置、及びその自己診断方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、実施形態の制御装置は、プラントを制御する制御装置であって、予め設定される制御周期で実行される制御プログラムと、当該制御プログラムの起動時及び当該制御プログラムが動作中においてその制御周期のアイドル時間を使用して実行される自己診断プログラムと、を備える記憶部と、前記制御プログラムと前記自己診断プログラムとを実行する演算部と、前記制御装置が制御する前記プラントとの入出力信号を処理する入出力部と、前記制御装置を構成する各部に供給する電源の異常を診断する電源診断部と、を備え、前記記憶部には、予め設定される前記電源診断部を含む前記各部の平均故障率と、前記起動時の自己診断により測定され、前記制御装置の起動毎に更新される動作中故障率と、前記平均故障率と前記動作中故障率との積の逆数に基づいて求められる前記各部の診断周期と、を対応付けした故障発生情報テーブルを備え、前記演算部は、前記制御プログラムの動作中に前記故障発生情報テーブルを参照して、前記各部の前記診断周期に基づいて自己診断を実行するようにしたことを特徴とする。
【００１３】
また、上記目的を達成するために、実施形態の制御装置の自己診断方法は、プラントを制御する制御装置の自己診断方法であって、予め設定される制御周期で実行される制御プログラムと、当該制御プログラムの起動時及び当該制御プログラムが動作中においてその制御周期のアイドル時間を使用して実行される自己診断プログラムと、を備える記憶部と、前記制御プログラムと前記自己診断プログラムとを実行する演算部と、前記制御装置が制御する前記プラントとの入出力信号を処理する入出力部と、前記制御装置を構成する前記各部に供給する電源の異常を診断する電源診断部と、を備え、予め設定される前記電源診断部を含む前記各部の平均故障率を作成するステップと、前記制御装置の起動時の自己診断により測定される動作中故障率を求めるステップと、前記平均故障率と前記制御装置の起動毎に更新される動作中故障率との積の逆数に基づいて求められる前記各部の診断周期とを対応付けした故障発生情報テーブルを作成するステップと、前記演算部は、前記制御プログラムの動作中に前記故障発生情報テーブルを参照して、前記電源診断部を含む前記各部の前記診断周期に基づいて自己診断を実行するステップと、を備えることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態の制御システムとその制御装置の構成図。
【図２】実施形態の故障発生情報テーブル。
【図３】実施形態の動作を説明するタイムチャート。
【図４】実施形態の優先度を加えた故障発生情報テーブル。
【図５】実施形態の動作フローチャート。
【図６】実施形態の自己診断処理時間を変更する場合の動作フローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、実施形態の制御装置、及びその自己診断方法について説明する。
【００１６】
（第１の実施形態）
図１は、実施形態の制御装置１の構成図を示す。制御装置１は、プラント３を制御する制御装置であって、予め設定される制御周期で実行される制御プログラムと、当該制御プログラムの起動時及び当該制御プログラムが動作中においてその制御周期のアイドル時間を使用して実行される自己診断プログラムと、を備える記憶部１２を備える。
【００１７】
更に、この制御プログラムと自己診断プログラムとを実行する演算部１１と、制御装置１が制御するプラント３との入出力信号を処理する入出力部１４と、制御装置１を構成する各部に供給する電源４が正常であることを判定し、その診断結果を演算部１に送る電源診断部１６と、を備える。
【００１８】
また、制御システムによっては、複数の制御装置１を備え、これらの制御装置１に対して指令を行う上位制御装置２を備える場合がある。この場合には、制御装置１には通信部１５を備え、演算部１１は、この通信部１５を介して上位制御装置２と接続される。
【００１９】
更に、演算部１が処理した情報を表示する表示部１７、この情報の内、予め設定される自己診断処理の故障や診断結果を記録するログ記録メモリ１８を備える。
【００２０】
次に、記憶部１２の詳細構成について説明する。記憶部１２は、予め記憶される制御プログラムと自己診断プログラムとを記憶するＲＯＭ１２ａと、演算部１１が制御プログラムと自己診断プログラムを実行する場合のデータを一時記憶するＲＡＭと１２ｂを備える。
【００２１】
ＲＡＭ１２ｂには、更に、図２に示すような、自己診断プログラムが実行される場合に予め設定される各部の診断周期を記憶する故障発生情報テーブル１２ｂ１を備える。
【００２２】
故障発生情報テーブルは、予め設定される電源診断部１６を含む制御装置１を構成する各部の平均故障率λ１ｉと、制御プログラムの起動時の自己診断により測定され、制御装置１の起動毎に更新される動作中故障率λ２ｉと、平均故障率λ１ｉと動作中故障率λ２ｉとの積の逆数に基づいて求められる各部の診断周期Ｔｄｉと、を対応付けしたものである。
【００２３】
演算部１１は、制御プログラムの動作中に故障発生情報テーブルを参照して、各部の診断周期Ｔｄｉに基づいて自己診断プログラムを実行し、各部の診断と異常とを検出する。
【００２４】
詳細には、平均故障率λ１ｉは、各部を構成する部品の単位時間当たりの故障率から求められた平均故障率であり、動作中故障率λ２ｉは、自己己診断プログラムにより求められる起動時の各部の診断回数に対する故障発生回数の発生確率である。
【００２５】
また、診断周期Ｔｄｉは、下記（１）式で起動時毎に求められる。
【００２６】
Ｔｄｉ＞ｋ／（λ１ｉ・λ２ｉ）≧ｎ・Ｔｃ          （１）
ここで、ｋは定数、また、ｎは１以上の整数で、診断周期Ｔｄｉは、予め設定される制御システムの制御周期Ｔｃの１以上の整数倍の値が設定される。
【００２７】
例えば、図２（ｂ）に示すように、演算部１１及び記憶部１２のＲＯＭの平均故障率λ１ｉを夫々、λ１１＝０．１、λ１２＝０．２、また動作中故障率λ２ｉを夫々、λ２１＝０．１、λ２２＝０．２とすると、定数ｋ＝1の場合、夫々の診断周期Ｔｄｉは、Ｔｄ１＝１００、Ｔｄ２＝２５となる。
【００２８】
即ち、記憶部ＲＯＭ１２ａは、演算部１１の診断周期Ｔｄ１よりも早い、４倍の頻度で診断することを示す。
【００２９】
この場合の動作を、図３のタイムチャートに示す。ｓ１は制御プログラムの動作状態を示すタイムチャートで、制御周期Ｔｃで動作している制御プログラムは動作中Ｔａで次制御の開始までのアイドル時間Ｔｉの間において、各部の自己診断が実行される。
【００３０】
ｓ２は演算部１１、ｓ３は記憶部１２のＲＯＭ１２ａ、夫々の動作タイミングを示し、夫々の診断周期は、Ｔｄ１＞Ｔｄ２となり、ＲＯＭ１２ａの診断周期Ｔｄ２は演算部１１の診断周期Ｔｄ１の４倍の診断頻度で診断されることを示す。
【００３１】
図３には、演算部１１と、ＲＯＭ１２ａとの２つの場合について説明したが、アイドル時間Ｔｉは、制御プログラムの動作中Ｔａ時間により変わってくるので、１つの制御周期で診断が完了しない場合には、複数の制御周期Ｔｃにおいて分割処理する。
【００３２】
各部の診断スケジュールは、予め設定される制御周期Ｔｃと、各部の診断周期Ｔｄｉと、予め測定して求められる各部の診断時間とから、制御に影響しない、実行可能な動作中自己診断スケジュールを予め診断テーブルとして備えるようにしても良い。
【００３３】
例えば、この診断テーブルは、故障発生情報テーブルを参照して、診断周期Ｔｄｉの短い部から優先的に診断するようにすることも出来る。
【００３４】
（先行技術では診断スケジュールを自動的に決めることが開示されているので、これとの相違を明確にするために、本出願では固定テーブルとして持つことにした。）
また、故障発生情報テーブルは、図４に示すように、予め制御装置１の各部相互間の重要度に対応した診断の優先度αｉを設定し、診断周期Ｔｄｉの設定に重みをつけることも可能である。
【００３５】
この場合の診断周期Ｔｄｉは、
平均故障率、動作中故障率、優先度係数との積の逆数に基づいて、下記（２）式で求められる。
【００３６】
Ｔｄｉ＞ｋ／（λ１ｉ・λ２ｉ・αｉ）≧ｎ・Ｔｃ          (２)
即ち、優先度係数αｉ（１≧αｉ＞０）とすると、優先度係数の大きいもの、例えば、演算部１１の優先度係数α1＝１、表示部17の優先度係数α７＝０．５とすると、表示部１７の診断は、演算部１１の２倍の遅い頻度での診断周期Ｔｄ７＝２００が設定される。
【００３７】
次に、このように構成された自己診断プログラムを備える制御装置１の演算部１１の処理動作について図５を参照して説明する。
【００３８】
先ず、制御装置１が起動されると演算部１１は、自己診断プログラムの起動時自己診断処理を実行し、制御装置１の起動直後の各部分の自己診断を実施する。この自己診断では、各部の動作中故障率λ２ｉを求めるため、また、誤診断によるシステム動作停止を防ぐため、構成各部毎に予め設定される複数回の診断を行い、夫々の動作中故障率λ２ｉの演算と故障の有無とを判定する（ｓ２）。
【００３９】
複数回の自己診断で予め定められる判定基準により故障が検出された場合、制御装置１は故障と判定し故障発生処理を実行する（ｓ８）。
【００４０】
故障が検出されなければ、この起動時自己診断結果を動作中故障確率λ２ｉとして設定する（ｓ３）。
【００４１】
次に、各部の診断順序を予め設定した故障発生情報テーブル、または、上述した診断テーブルを参照して選択する（ｓ４）。
【００４２】
次に、制御周期Ｔｃで処理される制御プログラムが実行され（ｓ５）、アイドル時間Ｔｉを使用して、選択した故障発生情報テーブル、または、上述した診断テーブルに基づいて動作中自己診断処理を実行する（ｓ６）。
【００４３】
動作中自己診断処理では、診断の結果、前回の動作中故障率λ２ｉよりも、予め設定される値以上変化した場合には、故障発生情報テーブルの値を更新し、更に、こと値での診断周期Ｔｄｉを書き換えるようにする。
【００４４】
また、制御動作中時間Ｔａを測定し、アイドル時間Ｔｉによって各部の自己診断プログラムを変更することも可能である。例えば、記憶部１２ＲＡＭの診断の場合、動作中故障率λ２ｉが高くない場合には簡易的なビットウォーク診断により診断を行うが、動作中故障率λ２ｉが高くなり、詳細な診断方法が可能なアイドル時間Ｔｉが発生した場合には、精度の良いgalpat手法に切り替える。
【００４５】
即ち、アイドル時間Ｔｉによって切り替えが可能な、複数の故障発生情報テーブルを備え、アイドル時間Ｔｃによって各部の自己診断プログラムを変更することにより、故障箇所を早期に検出することが可能である。
【００４６】
また、動作中自己診断処理は、複数回の制御周期Ｔｃで１つの診断を分割して実行するように構成することも可能である。
【００４７】
動作中自己診断処理（ｓ６）で故障が検出された場合（ｓ７）には、故障発生処理（ｓ８）に移行する。故障が確定した場合には、制御装置１を安全に停止させ、故障内容をログ記録メモリ部１８に記録する。
【００４８】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態の制御装置、及びその自己診断方法について図６を参照して説明する。第２の実施形態の各部について、第１の実施形態の各部と同一のものは同一の符号を付しその説明を省略する。
【００４９】
第２の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、第１の実施形態においては、故障発生情報テーブルをアイドル時間Ｔｉの大小によって切り替えるようにしたが、第２の実施形態では、起動時自己診断により各部のいずれかの動作中故障率が高くなっている場合、予め複数の故障発生情報テーブルを備え、各部の動作中自己診断のスケジュールを更新するようにしたことにある（ｓ１４）。
【００５０】
このような第２の実施形態に拠れば、その予め設定された故障発生情報テーブルを切り替えるだけで、起動時の自己診断により直近の異常状態から制御システムの健全性を、素早く、容易に診断することができる。
【００５１】
このように構成された実施形態の制御装置によれば、安全計装システムのように制御周期が固定され、且つ、高い安全性、信頼性を求められる制御システムにおいて、シンプルな構成で、制御装置自身の故障を早期に検出し、保守が容易で制御システムを安全に運転できる制御装置、及びその自己診断方法を提供することができる。
【００５２】
本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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】
【００５３】
１  制御装置
２  上位制御装置
３  プラント
４  電源部
１１  演算部
１２  記憶部
１２ａ  ＲＡＭ
１２ｂ  ＲＯＭ
１４  入出力部
１５  通信部
１７  表示部
１８  ログ記録メモリ部
【図１】
2013171348.tif 000003
【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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