(57)【要約】【課題】高い信頼性を得ることができる制御技術を提供する。【解決手段】制御装置１０は、設定値ＳＰ及び複数の定数Ｃm（Ｃ1,Ｃ2…）を保持する保持部１１（１１ａ，１１ｂ）と、センサ１２の計測値のデジタルデータｘ(ｋ)を周期的に入力する入力部１４と、この入力したデジタルデータｘ(ｋ)に定数Ｃmを乗算する乗算部２１mと、デジタルデータのノイズ除去を実行するフィルタ２２mと、このノイズ除去が実行されたデジタルデータ及び定数の乗算値ｙm(ｋ)と設定値及び定数の乗算値ＳＰ×Ｃmとに基づいて演算を実行する演算部２３mと、値の異なる定数Ｃm（Ｃ1,Ｃ2…）からそれぞれ導かれた複数の前記演算結果を集約する集約部１５と、これら集約した複数の演算結果に基づいて機器１８の制御信号ｚ(ｋ)を出力する制御信号出力部１７と、を備えている。【選択図】  図１
2013149041.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
設定値及び複数の定数を保持する保持部と、
センサの計測値のデジタルデータを周期的に入力する入力部と、
前記入力したデジタルデータに前記定数を乗算する乗算部と、
前記デジタルデータのノイズ除去を実行するフィルタと、
前記ノイズ除去が実行されたデジタルデータ及び前記定数の乗算値と前記設定値及び前記定数の乗算値とに基づいて演算を実行する演算部と、
値の異なる前記定数からそれぞれ導かれた複数の前記演算結果を集約する集約部と、
前記集約した複数の前記演算結果に基づいて機器の制御信号を出力する制御信号出力部と、を備えることを特徴とする制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の制御装置において、
前記入力部は、複数のセンサから前記デジタルデータをそれぞれ入力し、
前記保持部は、複数のセンサにそれぞれ対応する複数の設定値を保持し、
前記演算部を第１演算部として、共通の前記定数でかつ異なる前記設定値から導かれた第１演算結果を集約して第２演算を実行する第２演算部を備え、
前記集約部は、それぞれ値の異なる前記定数から導かれた前記第２演算結果を集約することを特徴とする制御装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の制御装置において、
前記演算部は、デジタルデータ及び前記定数の乗算値と前記設定値及び前記定数の乗算値との差分に基づいて前記演算を実行することを特徴とする制御装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の制御装置において、
前記デジタルデータに前記ノイズ除去を実行してから前記定数を乗算することを特徴とする制御装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の制御装置において、
前記集約された前記複数の演算結果から示されるエラー情報を記録するエラー記録部を備えることを特徴とする制御装置。
【請求項６】
設定値及び複数の定数を保持するステップと、
センサの計測値のデジタルデータを周期的に入力するステップと、
前記入力したデジタルデータに前記定数を乗算するステップと、
前記デジタルデータのノイズ除去を実行するステップと、
前記ノイズ除去が実行されたデジタルデータ及び前記定数の乗算値と前記設定値及び前記定数の乗算値とに基づいて演算を実行するステップと、
値の異なる前記定数からそれぞれ導かれた複数の前記演算結果を集約するステップと、
前記集約した複数の前記演算結果に基づいて機器の制御信号を出力するステップと、を含むことを特徴とする制御方法。
【請求項７】
コンピュータに、
設定値及び複数の定数を保持するステップ、
センサの計測値のデジタルデータを周期的に入力するステップ、
前記入力したデジタルデータに前記定数を乗算するステップ、
前記デジタルデータのノイズ除去を実行するステップ、
前記ノイズ除去が実行されたデジタルデータ及び前記定数の乗算値と前記設定値及び前記定数の乗算値とに基づいて演算を実行するステップ、
値の異なる前記定数からそれぞれ導かれた複数の前記演算結果を集約するステップ、
前記集約した複数の前記演算結果に基づいて機器の制御信号を出力するステップ、を実行させることを特徴とする制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサの計測値に基づいて機器を制御する制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電プラント等の高い安全性が要求されるプラントには、異常時に安全を確保するための安全保護システム、あるいは安全機能を有する制御装置が設けられている。安全保護システムの例として、原子炉を緊急停止させるための系統や、工学的安全施設を自動起動させるための系統が挙げられる。
そして、工学的安全施設の例として、原子炉の水位が設定値よりも低下したとき、あるいは格納容器の圧力が設定値よりも上昇したとき等に自動起動する非常用炉心冷却装置が挙げられる。
【０００３】
これら安全保護システム等は、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）を使用したデータ処理部から構成され、圧力センサ等で検出されたプロセス信号を、ソフトウェアで処理し、自動起動の要否を判定する。
このようなマイクロプロセッサを使用したデータ処理部の基本的な機能及び構成は、一般産業用のプログラマブル制御装置と同様であるが、非常に高い信頼性が求められる。さらに、作動中のデータ処理部の健全性が維持されていることを保証することが求められている。
【０００４】
そして、これら安全保護システム等のデータ処理部の主要構成部品であるマイクロプロセッサの供給者は、一般に半導体メーカーである。そして、このマイクロプロセッサの演算機能（浮動小数点演算等）は半導体メーカーが設計し、マイクロプロセッサに実装している。
現在広く使用されているマイクロプロセッサの浮動小数点演算は、ＩＥＥＥ７５４標準に基づくものであり、浮動小数点数に要求される演算精度に応じて３２ビット、あるいは６４ビットで処理される。
【０００５】
そして、これら安全保護システム等は、データ処理部の構成を多重化することにより、高い信頼性を確保するよう努めている。さらに、マイクロプロセッサとハードウェアロジックの二重構成によって、マイクロプロセッサにエラーが発生しても判定結果に影響が及ばないようにする技術が開示されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第７，４３７，２００号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、マイクロプロセッサにおける浮動小数点演算回路が正しく設計され、常に正しい結果を出すことを保証することは困難である。マイクロプロセッサは大量に生産され使用されるため、設計上のバグが発見されれば修正され、結果的に高い信頼性が確保されることになるが、設計上のバグが全くないことを保証することは不可能である。
このために、同種類のマイクロプロセッサを用いて多重化しても、その演算回路の設計バグに起因するエラーを検出することは、困難である。
【０００８】
ところで、演算結果に間違いがないことを、例えば、数値ＡとＢを加えてＣを得た場合にＣからＢを引いてＡを得る検算により、確認することができる。この検算処理によれば、最初の足し算と後の引き算とは異なる演算であるために、演算回路における設計上のバグの検出が期待できる。ただし、このような検算処理は時間がかかるため、応答時間に制約のある安全保護システムに用いることは不適切である。
また、特許文献１のように、マイクロプロセッサとハードウェアロジックを二重に設置することは、コストが大きく上昇する課題がある。
【０００９】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、高い信頼性を得ることができる制御技術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】
【００１０】
制御装置において、設定値及び複数の定数を保持する保持部と、センサの計測値のデジタルデータを周期的に入力する入力部と、前記入力したデジタルデータに前記定数を乗算する乗算部と、前記デジタルデータのノイズ除去を実行するフィルタと、前記ノイズ除去が実行されたデジタルデータ及び前記定数の乗算値と前記設定値及び前記定数の乗算値とに基づいて演算を実行する演算部と、値の異なる前記定数からそれぞれ導かれた複数の演算結果を集約する集約部と、前記集約した複数の前記演算結果に基づいて機器の制御信号を出力する制御信号出力部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、高い信頼性を得ることができる制御技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る制御装置の第１実施形態を示すブロック図。
【図２】第１実施形態に係る制御装置の動作を説明するフローチャート。
【図３】本発明に係る制御装置の第２実施形態を示すブロック図。
【図４】第２実施形態に係る制御装置の動作を説明するフローチャート。
【図５】第２実施形態に係る制御装置の他の動作を説明するフローチャート。
【図６】（Ａ）本発明に係る制御装置の第３実施形態を示すブロック図、（Ｂ）第３実施形態の他の構成を示すブロック図。
【図７】各実施形態に係る制御装置をマイクロプロセッサで実現した場合の機械構成図。
【図８】（Ａ）３．０３１６４８８Ｅ−１３を２進法の浮動小数点数として表現した符号化フォーマット、（Ｂ）各入力データの２進法の浮動小数点数と、各々の入力データに３．０３１６４８８Ｅ−１３を乗算した場合の２進法の浮動小数点数と、を示す表。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に示すように、第１実施形態の制御装置１０は、設定値ＳＰ及び複数の定数Ｃm（Ｃ1,Ｃ2…）を保持する保持部１１（１１ａ，１１ｂ）と、センサ１２の計測値のデジタルデータｘ(ｋ)を周期的に入力する入力部１４と、この入力したデジタルデータｘ(ｋ)に定数Ｃmを乗算する乗算部２１mと、デジタルデータのノイズ除去を実行するフィルタ２２mと、このノイズ除去が実行されたデジタルデータ及び定数の乗算値ｙm(ｋ)と設定値及び定数の乗算値ＳＰ×Ｃmとに基づいて演算を実行する演算部２３mと、値の異なる定数Ｃm（Ｃ1,Ｃ2…）からそれぞれ導かれた複数の前記演算結果を集約する集約部１５と、これら集約した複数の演算結果に基づいて機器１８の制御信号ｚ(ｋ)を出力する制御信号出力部１７と、を備えている。
【００１４】
センサ１２は、具体的に、原子炉あるいは格納容器の圧力を計測する圧力センサ、再循環流量等を計測する流量センサ、沸騰水型原子炉の水位あるいは加圧水型原子炉の加圧器の水位を計測する水位センサ、原子炉の中性子を計測する出力センサ、放射線レベルを計測する放射線センサ、地震加速度を計測する加速度センサ等が挙げられる。
【００１５】
これらセンサ１２が出力するアナログ信号は、アナログ・デジタル変換器１３において数ミリ秒から数秒の周期でデジタルデータｘ(ｋ) [ｋ＝１，２，３…]に変換され、一定の時間間隔で入力部１４に入力される。
なお、入力部１４で入力されるデジタルデータｘ(ｋ)は、アナログ・デジタル変換器１３の出力値（整数）である場合以外に、この出力値の物理量変換部（図示略）による変換値（浮動小数点数）である場合もある。
【００１６】
入力部１４は、入力したデジタルデータｘ(ｋ)を、多重構成を有するデータ処理部２０m（ｍ＝１，２…）のそれぞれに転送する。
なお、図１において、多重構成を有するデータ処理部２０m（ｍ＝１，２…）は、同一のセンサ１２から計測したデジタルデータｘ(ｋ)を受信しているが、それぞれ別々のセンサが計測したデジタルデータｘ(ｋ)を受信する構成としてもよい。
【００１７】
データ処理部２０m（ｍ＝１，２…）は、乗算部２１m、フィルタ２２m及び演算部２３mを共通の構成要素とし、少なくとも二個以上配置されている。そして、全てのデータ処理部２０mは、それぞれ同一の設計に基づく別々のハードウェアとして制御装置１０に実装されている。
【００１８】
保持部１１（１１ａ，１１ｂ）は、プラントの安全性が保証されるセンサ１２の計測値の許容限界を定めた設定値ＳＰを保持する設定値保持部１１ａと、データ処理部２０mの数に対応する複数の定数Ｃm（Ｃ1,Ｃ2…）を保持する定数保持部１１ｂと、から構成されている。
【００１９】
ここで、定数Ｃ1＝１を採用し、定数Ｃ2＝３．０３１６４８８Ｅ−１３を採用する。
定数Ｃ1＝１を採用することにより、データ処理部２０1に乗算部２１1を実装させる実質的な意味が無くなるが、データ処理部２０2と共通のプログラムを使用することができる。
定数Ｃ2＝３．０３１６４８８Ｅ−１３は、ＩＥＥＥ７５４による２進法の浮動小数点数として３２ビットで、図８（Ａ）のように示される。
【００２０】
つまり、指数部および仮数部において０と１が交互に表現される。したがって、定数Ｃ2＝３．０３１６４８８Ｅ−１３は、デジタルデータｘ(ｋ)に乗算すると、その乗算値の指数部および仮数部の広い範囲に影響を与えることになる。
なお、定数Ｃ2は、特に限定されないが、掛けあわせることにより指数部および仮数部の広い範囲に影響を与える数が好ましい。
【００２１】
なお、一般的なマイクロプロセッサは３２ビット演算を提供する一方、アナログ・デジタル変換器１３の出力は１２ビット程度である。したがって、この場合、デジタルデータｘ(ｋ)に乗算する定数Ｃ2は１２ビット数、例えば、１０１０１０１０１０１０Ｂ＝２７３０を採用する。
このように、データ処理部２０mで処理されるデジタルデータｘ(ｋ)が、アナログ・デジタル変換器１３の出力値である場合は整数演算がなされ、この出力値から物理量への変換値である場合は浮動小数点演算がなされる。
【００２２】
１２ビットのアナログ・デジタル変換器１３から直接出力されたデジタルデータｘ(ｋ)は、０から４０９５までの範囲の整数値が乗算部２１mに入力する。
図８（Ｂ）は、想定される各デジタルデータｘ(ｋ)の入力に対する、上段が乗算部２１1（Ｃ1＝１）の出力、上段が乗算部２１2（Ｃ2＝３．０３１６４８８Ｅ−１３）の出力を示している。
この図８（Ｂ）に示すように、入力が０の場合を除き、乗算部２１mの出力の指数部および仮数部のビットパターンは大きく相違する。
【００２３】
フィルタ２２mは、入力したデジタルデータｘ(ｋ)×Ｃmに対し、次式で示されるノイズ除去を実行して出力する。
フィルタ２２1の出力  :  ｙ1(ｋ)＝Σ[j=0→S-1] x(k-j)×Ｃ1／Ｓ  （１）
フィルタ２２2の出力  :  ｙ2(ｋ)＝Σ[j=0→S-1] x(k-j)×Ｃ2／Ｓ  （２）
ここでＳは、平均化するデータの数である。
ここでＳ＝６４（＝２6）を採用すれば、現在のデジタルデータｘ(ｋ)から過去６４周期に遡って移動平均を計算することになる。この場合、過去６３周期分のデータは、メモリに記録され、Ｓによる除算処理は、指数部から６を減算するのみであり仮数部に影響を与えない。
【００２４】
フィルタ２２mに、無限インパルス応答（ＩＩＲ）フィルタを採用することも可能である。次式は、ＩＩＲフィルタの単純化した計算式の一例である。ここでαおよびβは０から１までの適切に選択された数である。なお、一般に、線形フィルタであれば同様の処理が可能である。
フィルタ２２1の出力  :  ｙ1(ｋ)＝α×Ｃ1×ｘ(ｋ)＋（１−α）×ｙ(ｋ−１)  （３）
フィルタ２２2の出力  :  ｙ2(ｋ)＝β×Ｃ2×ｘ(ｋ)＋（１−β）×ｙ(ｋ−１)  （４）
【００２５】
演算部２３mは、保持部１１（１１ａ，１１ｂ）から設定値ＳＰ及び定数Ｃmを取得し、両者の乗算値ＳＰ×Ｃmとフィルタ２２mの出力ｙm(ｋ)とを比較する。
そして、演算部２３mは、ｙm(ｋ)がＳＰ×Ｃmを超えた場合は、判定信号"１"を出力し、ｙm(ｋ)がＳＰ×Ｃm以下の場合は、判定信号"０"を出力する。
【００２６】
集約部１５は、それぞれのデータ処理部２０m（演算部２３m）から"０"又は"１"で示される判定信号を受信し、論理和演算（ＯＲ演算）により、少なくとも一つが"１"の場合は"１"を出力し、全部"０"の場合は"０"を出力する。このような、演算子は、リレーあるいは半導体によるデジタル回路により実現される。
なお、作動させる機器１８がプラント運転にもたらす安定性を確保する観点から、集約部１５において論理和演算（ＡＮＤ演算）を行う場合もある。
【００２７】
エラー記録部１６は、データ処理部２０m（演算部２３m）から出力される"０"又は"１"で示される判定信号に不一致が検出された場合、エラー記録を実行する。このようなエラー記録部１６は、フラッシュメモリ、ＭＲＡＭ、あるいはハードディスク等、電源を切れてもデータが保持される不揮発性の記録装置により実現される。
【００２８】
制御信号出力部１７は、集約部１５における論理演算の出力結果に基づいて機器１８の制御信号ｚ(ｋ)を出力する。
なお、図１は、データ処理部２０mの構成を二重化（ｍ＝２）したものについて示したが、本発明の実施形態として２ ｏｕｔ−ｏｆ ３、１ ｏｕｔ−ｏｆ ２ ｔｗｉｃｅ、あるいは２ ｏｕｔ−ｏｆ ４等に対しても適用することが可能である。例えば２ ｏｕｔ−ｏｆ ３は三重系（ｍ＝３）であるから、異なる係数定数Ｃ1、Ｃ2及びＣ3を各データ処理部２０mに適用する。
【００２９】
図２のフローチャートに基づいて第１実施形態に係る制御装置の動作を説明する。
まず、設定値ＳＰ及び複数の定数Ｃm（Ｃ1,Ｃ2…）を保持するとともにセンサ１２の計測値のデジタルデータｘ(ｋ)をｋ＝１から順番に周期的に入力する（Ｓ１１，Ｓ１２）。そして、まずデータ処理部２０１（ｍ＝１）に入力したデジタルデータｘ(ｋ)に定数Ｃ１を乗算し（Ｓ１３，Ｓ１４）、ノイズ除去を実行する（Ｓ１５）（式（１）又は式（３）参照）。
【００３０】
次に、このノイズ除去が実行されたデジタルデータ及び定数の乗算値ｙ１(ｋ)と、設定値及び定数の乗算値ＳＰ×Ｃ１と、について比較演算を実行する（Ｓ１６）。そして、ｙ１(ｋ)がＳＰ×Ｃ１を超えた場合は、判定信号"１"を出力し（Ｓ１６；Ｙｅｓ，Ｓ１７）、ｙ１(ｋ)がＳＰ×Ｃ１以下の場合は、判定信号"０"を出力する（Ｓ１６；Ｎｏ，Ｓ１８）。
【００３１】
次に、データ処理部２０2（ｍ＝２）において、前記したＳ１４〜Ｓ１８までの処理を実行し（Ｓ１９；Ｎｏ）、全ての多重化処理（ｍ＝Ｍ）を終了させる（Ｓ１９；Ｙｅｓ）。
そして、値の異なる定数Ｃm（Ｃ1,Ｃ2…）を用いたデータ処理部２０mからそれぞれ導かれた複数の演算結果（"１"又は"０"）を集約し、ＯＲ演算により少なくとも一つが"１"の場合は"１"を出力し、全部"０"の場合は"０"を出力する（Ｓ２０）。
【００３２】
また、これら複数の演算結果の全てが一致していない場合は、エラーが記録される（Ｓ２１；Ｎｏ，Ｓ２２）。そして、エラーが記録されたか否かにかかわらず、演算結果に基づいて機器１８の制御信号ｚ(ｋ)が出力される。
次に、センサ１２からｋ＝２のデジタルデータｘ(ｋ)を入力し（Ｓ２４；Ｎｏ，Ｓ１２）、このＳ１２〜Ｓ２３までのフローを制御が終了するまで繰り返す（Ｓ２４；Ｙｅｓ）。
なお、プロセッサが複数のコアを具備している場合は、Ｓ１４〜Ｓ１９を、並列して実行することができる。
【００３３】
（第２実施形態）
図３に基づいて、第２実施形態の制御装置１０を説明する。なお、図３において図１と同一又は相当する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。第２実施形態の制御装置１０は、第１実施形態（図１）と対比して次の点で相違する。
つまり、入力部１４n（１４I,１４II,…）は複数のセンサ１２n（１２I,１２II,…）からデジタルデータｘn(ｋ)（ｘI(ｋ),ｘII(ｋ),…）をそれぞれ入力し、設定値保持部１１ａは複数のセンサ１２n（１２I,１２II,…）のそれぞれに対応する複数の設定値ＳＰn（ＳＰI,ＳＰII,…）を保持し、演算部２３（図１）を第１演算部２３mnに対応させ、共通の定数Ｃmでかつ異なる設定値ＳＰnから導かれた第１演算部２３mnの演算結果を集約して第２演算を実行する第２演算部２４mを備え、集約部１５はそれぞれ値の異なる定数Ｃmから導かれた第２演算の結果を集約する。
【００３４】
すなわち、第２実施形態の制御装置１０は、複数のセンサ１２n（１２I,１２II,…）のそれぞれに対応する複数の設定値ＳＰn（ＳＰI,ＳＰII,…）を保持する設定値保持部１１ａと、複数の定数Ｃm（Ｃ1,Ｃ2…）を保持する定数保持部１１ｂと、複数のセンサ１２n（１２I,１２II,…）の計測値のデジタルデータｘn(ｋ)（ｘI(ｋ),ｘII(ｋ),…）をそれぞれ周期的に入力する複数の入力部１４n（１４I,１４II,…）と、この入力したデジタルデータｘ(ｋ)に定数Ｃmを乗算する乗算部２１mnと、デジタルデータのノイズ除去を実行するフィルタ２２mnと、このノイズ除去が実行されたデジタルデータ及び定数の乗算値ｙmn(ｋ)と設定値及び定数の乗算値ＳＰn×Ｃmとに基づいて演算を実行する第１演算部２３mnと、共通の定数Ｃmでかつ異なる設定値ＳＰnから導かれた第１演算部２３mnの演算結果を集約して第２演算を実行する第２演算部２４mと、値の異なる定数Ｃm（Ｃ1,Ｃ2…）からそれぞれ導かれた複数の第２演算結果を集約する集約部１５と、これら集約した複数の演算結果に基づいて機器１８の制御信号ｚ(ｋ)を出力する制御信号出力部１７と、を備えている。
【００３５】
複数のセンサ１２nの組み合わせは、圧力センサ、流量センサ、水位センサ、中性子出力センサ、放射線センサ、加速度センサ等のセンサのうち同種のものでも、異種のものであってもよい。
【００３６】
データ処理部２０m（ｍ＝１，２…）の各々は、このように組み合わされた複数のセンサ１２n（１２I,１２II,…）のデジタルデータｘn(ｋ)（ｘI(ｋ),ｘII(ｋ),…）を入力する。そしてデータ処理部２０m（ｍ＝１，２…）の共通の構成要素である、乗算部２１mn、フィルタ２２mn及び第１演算部２３mnは、それぞれ対応するデジタルデータｘn(ｋ)、設定値ＳＰn、定数Ｃmを処理する。
【００３７】
第２演算部２４mは、第１演算部２３mnから出力された判定信号"１"又は"０"に対し、論理和演算（ＯＲ演算）を実行し、少なくとも一つが"１"の場合は"１"を出力し、全部"０"の場合は"０"を出力する。
なお、作動させる機器１８がプラント運転にもたらす安定性を確保する観点から、第２演算部２４mにおいて論理和演算（ＡＮＤ演算）を行う場合もある。
【００３８】
図４のフローチャートに基づいて第２実施形態に係る制御装置の動作を説明する。なお、図４において図２と共通する処理は、同一符号で示している。
まず、複数の設定値ＳＰn（ＳＰI,ＳＰII,…）及び複数の定数Ｃm（Ｃ1,Ｃ2…）を保持するとともにセンサ１２n（１２I,１２II,…）の計測値のデジタルデータｘn(ｋ)（ｘI(ｋ),ｘII(ｋ),…）をｋ＝１から順番に周期的に入力する（Ｓ１１，Ｓ１２）。そして、まずデータ処理部２０１（ｍ＝１）に入力したデジタルデータｘn(ｋ)のそれぞれに定数Ｃ１を乗算し（Ｓ１３，Ｓ３０，Ｓ１４）、ノイズ除去を実行する（Ｓ１５）（式（１）又は式（３）参照）。
【００３９】
次に、このノイズ除去が実行されたデジタルデータ及び定数の乗算値ｙmn(ｋ)と、設定値及び定数の乗算値ＳＰn×Ｃmと、について比較演算を実行する（Ｓ１６）。そして、ｙmn(ｋ)がＳＰn×Ｃmを超えた場合は、判定信号"１"を出力し（Ｓ１６；Ｙｅｓ，Ｓ１７）、ｙmn(ｋ)がＳＰn×Ｃm以下の場合は、判定信号"０"を出力する（Ｓ１６；Ｎｏ，Ｓ１８）。
そして、データ処理部２０１（ｍ＝１）において取得した全てのデジタルデータｘn(ｋ)に対し、Ｓ１４からＳ１８までの第１演算処理を繰り返す（Ｓ３１；Ｎｏ，Ｙｅｓ）。
【００４０】
次に、第１演算処理により出力された判定信号"１"又は"０"に対し、論理和演算（ＯＲ演算）を実行し、少なくとも一つが"１"の場合は"１"を出力し、全部"０"の場合は"０"を出力する第２演算処理を実行する（Ｓ３２）。
そして、この第２演算処理を全てのデータ処理部２０mにおいて実行し（Ｓ１９；Ｎｏ，Ｙｅｓ）、それぞれ導かれた複数の演算結果（"１"又は"０"）を集約し、ＯＲ演算により少なくとも一つが"１"の場合は"１"を出力し、全部"０"の場合は"０"を出力する（Ｓ２０）。
【００４１】
また、これら複数の演算結果の全てが一致していない場合は、エラーが記録される（Ｓ２１；Ｎｏ，Ｓ２２）。そして、エラーが記録されたか否かにかかわらず、演算結果に基づいて機器１８の制御信号ｚ(ｋ)が出力される（Ｓ２３）。
次に、センサ１２からｋ＝２のデジタルデータｘ(ｋ)を入力し（Ｓ２４；Ｎｏ，Ｓ１２）、このＳ１２〜Ｓ２３までのフローを制御が終了するまで繰り返す（Ｓ２４；Ｙｅｓ）。
【００４２】
図５のフローチャートは、第２実施形態に係る制御装置の他の動作を示している。
図３における乗算部２１mn、フィルタ２２mn、第１演算部２３mn及び第２演算部２４mnは、図４に示すようにデジタルデータｘn(ｋ)の入力処理（Ｓ１２）から独立している。
このために、図３における乗算部２１mn、フィルタ２２mn、第１演算部２３mn及び第２演算部２４mnの処理は、それぞれ図５のＳ４１、Ｓ４２、Ｓ４３、Ｓ４４に示すように、独立して処理することができる。
【００４３】
（第３実施形態）
図６（Ａ）に基づいて、第３実施形態の制御装置を説明する。なお、図６において図１と同一又は相当する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。第３実施形態の制御装置１０は、第１実施形態（図１）と対比して次の点で相違する。
つまり、演算部２３mは、デジタルデータ及び定数の乗算値ｙm(ｋ)と、設定値及び定数の乗算値ＳＰ×Ｃmと、の差分に基づいて演算を実行している。
【００４４】
図６は、液体の配送システムが示されている。これは、原子力発電プラントにおいて復水貯蔵槽から原子炉圧力容器に接続される給水配管の例である。
この配管には、流量センサ１２、流量調節機器１８、ポンプ１９が設置され、この流量センサ１２の計測値に基づいて、流量調節機器１８により、配管における液体の流量を調節する。
【００４５】
第３実施形態において演算部２３mは、ノイズ除去が実行された流量計測値のデジタルデータ及び定数の乗算値ｙm(ｋ)と、設定値（流量目標値）及び定数の乗算値ＳＰ×Ｃmとの差分に基づいて流量調節器１８の絞り量を演算する。
さらに、この演算部２３mは、ＰＩＤ制御理論に基づき、流量計測値ｘ(ｋ)が流量目標値（設定値ＳＰ）に短時間で到達する様に制御信号ｚ(ｋ)を演算する。また、このようなＰＩＤ制御理論に限定されるものではなく、線形性のある適当な制御理論を使用することができる。
【００４６】
ＰＩＤ制御理論では制御信号ｚ(ｋ)を次式に基づき演算する。
u(t)=Kpe(t)+Ki∫e(τ)dτ+Kd de(t)/dt    （５）
u(t)：時刻ｔにおける制御信号
Kp：比例ゲイン
Ki：積分ゲイン
Kd：微分ゲイン
e(t)：時刻ｔにおける差分
【００４７】
なお、演算部２３mは、実際の流量計測値ｘ(ｋ)の定数Ｃm倍を入力して処理を実行しているので、出力を１／Ｃm倍にする除算器が設けられている。
集約部１５は、演算部２３mから送られてきた複数の演算結果を平均化して出力したり、無条件でいずれか一方の演算結果を出力したりする。また、流量が大きいとみなした方がプラントにとって安全に作用する場合は、値の大きい方の演算結果を出力する。
そして、二つの演算結果の差が一定値よりも大きい場合は警報を発する。
また、第２実施形態のように、複数のセンサ１２nを用いる場合の演算結果の差の評価方法は、二つのデータ組合せの差の二乗和を考慮することが考えられる。
【００４８】
図６（Ｂ）に示すように、デジタルデータｘ(ｋ)にノイズ除去を実行してから定数Ｃmを乗算する制御装置１０の構成も考えられる。
このような構成をとることにより、専用半導体あるいはＦＰＧＡで構成したデータ処理部２０mに対し、フィルタ２２mを独立させて構成することができる。
【００４９】
図６に示される第３実施形態によれば、流量あるいは圧力の様な数量的な制御を実施する場合にも、より信頼性の高い多重化処理が実行される。
【００５０】
図７は、各実施形態に係る制御装置をマイクロプロセッサで実現した場合の機械構成図である。マイクロプロセッサＣＰＵは、入力ポート、出力ポート、ＲＯＭ、ＲＡＭを、バスを介して相互にデータ伝送できるように接続している。このＣＰＵは、乗算部２１m、フィルタ２２m、及び演算部２３mで必要とされる数値演算機能を、ＲＯＭに格納されたプログラムに基づいて実行する。数値演算をＩＥＥＥ７５４標準の３２ビット浮動小数点数として処理する機能を有する。
【００５１】
入力ポートは、デジタルデータｘ(ｋ)を受信し、出力ポートは制御信号ｚ(ｋ)を出力する。ＲＯＭは、データ処理部２０mに電源が入っていない時もデータを保存できる不揮発性メモリであり、データ処理部２０mを機能させるためのプログラムおよび定数Ｃmを保存する。
ＲＡＭは、ＲＯＭに保存されているプログラムおよび定数Ｃmを、データ処理部２０mが初期化された時にコピーする。さらにＲＡＭは、フィルタ２２mが一時的にデータｘ(ｋ)を保存するためのワーキングメモリとしても使用される。
【００５２】
以上述べた少なくともひとつの実施形態の制御装置によれば、共通の入力データに対して、異なる定数を乗算して多重化した内部演算を実行する。これにより、データ処理部に設計上のバグが存在しても、不健全な処理をエラーとして検出することができる。また、複数のデータ処理部を、それぞれ同一の設計及び同じ型式の部品で提供できるためにコストを削減に寄与することができる。
【００５３】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、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、組み合わせを行うことができる。これら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ものである。
【００５４】
また、制御装置の構成要素は、コンピュータのプロセッサで実現することも可能であり、制御プログラムにより動作させることが可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１０…制御装置、１１ａ（１１）…設定値保持部（保持部）、１１ｂ（１１）…定数保持部（保持部）、１２，１２n（１２I，１２II）…センサ、１３…アナログ・デジタル変換器、１４，１４n（１４I，１４II）…入力部、１５…集約部、１６…エラー記録部、１７…制御信号出力部、１８…機器、１９…ポンプ、２０，２０m（２０1，２０2）…データ処理部、２１，２１m（２１1，２１2），２１mn（２１1I，２１１II，２１2I，２１2II）…乗算部、２２，２２m（２２1，２２2），２２mn（２２1I，２２１II，２２2I，２２2II）…フィルタ、２３，２３m（２３1，２３2），２３mn（２３1I，２３１II，２３2I，２３2II）…第１演算部、２４m（２４1，２４2）…第２演算部、Ｃm（Ｃ1，Ｃ2）…定数、ＳＰ，ＳＰn（ＳＰI，ＳＰII）…設定値、ｘ(ｋ)（ｘI(ｋ)，ｘII(ｋ)）…デジタルデータ、ｙm(ｋ)（ｙ1(ｋ)，ｙ2(ｋ)）…ノイズ除去データ、ｚ(ｋ)…制御信号。
【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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