(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の制御演算部と、
被制御対象と上記複数の制御演算部との間に介在するＰＩ／Ｏユニットと、
外部判定回路と、
を備え、
各制御演算部は、
予め定めた優先順位に従って他制御演算部が実制御系の状態でなく自系に異常がないことを条件に自己が最上位にあるときに、実制御系となるべき制御信号を出力する出力手段と、
同一の被制御対象についての制御用の演算処理を互いに非同期で行って自己演算結果信号を得ると共に、これを他の制御演算部へ出力し、他の制御演算部から出力された他演算結果信号を取込み自己演算結果信号との対比から選択した自己選択演算結果信号を出力する演算手段と、
自己診断を行うと共に、他の制御演算部から取り込んだ演算結果信号と自己演算結果信号との相互診断を行い、これらの正常／異常の自己診断結果と正常／異常の相互診断結果とを外部判定回路に送出する診断手段と、
を具え、
ＰＩ／Ｏユニットは、
被制御対象と各制御演算部とをつなぐ系路毎に直列に第１、第２の開閉路が介在し、第１の開閉路は対応する制御演算部の出力手段が実制御系となるべき制御信号により閉となり、待機系のとき開となるように制御を受け、
外部判定回路は、
各制御演算部に対応した判定部を具え、各判定部は、対応する制御演算部からの自己診断結果と非対応の制御演算部からの自己診断結果と相互診断結果とを取込み、対応制御演算部の自己診断結果が異常のときに又は非対応の制御演算部の自己診断結果の全てが正常でかつ非対応の制御演算部での当該対応の制御演算部への相互診断結果の全てが異常のときに、対応するＰＩ／Ｏユニットの第２開閉路をそれ迄の閉から開とする制御信号を発生するものとする、
ことを特徴とする多重化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のプロセス制御演算部を備え、これらにより多重化した制御を行なう多重化制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、例えば発電プラントのようにそのプロセス制御に高い信頼性が求められる場合においては多重化制御がなされている。多重化制御では、一つの制御対象機器に対する制御のための演算処理を複数のプロセス制御演算部で並行して行ない、その複数並行処理で得られた各制御信号から例えば低値優先、高値優先、中間値優先、あるいは多数決などにより選択をなし、この選択結果を実際の制御用信号として出力するようにしている。そして従来の多重化制御装置では、低値優先回路、高値優先回路、中間値選択回路、多数決回路などの選択回路が設けられ、これらの選択回路で前記の選択を行なうようにされていた。このような多重化制御装置としては、例えば特開昭６１−５２７０１号、特開平７−２６１８０２号、特開平９−４４２０３号などの各公報に開示の例が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
多重化制御装置を用いた制御システムについては、高い信頼性とともに制御システムのコンパクト化が重要な課題になっている。コンパクト化という観点からすると、上記特開昭６１−５２７０１号公報に開示の従来技術（従来技術１）は不十分である。すなわち従来技術１では、一つの多重化制御装置が担当する複数の被制御対象ごとに信号選択回路を設ける構造とされており、被制御対象の増加に伴い信号選択回路のハード物量が増大し、また多重化制御装置と各信号選択回路をつなぐ信号ケーブルの本数も増加するなどして制御システムの大型化を招くことになる。
【０００４】
上記特開平７−２６１８０２号公報に開示の従来技術（従来技術２）は、このような従来技術１における問題を解決するための構造を提案している。従来技術２を実際に適用する場合の多重化制御装置の構成例を図５に模式化して示す。これは三重化制御の例で、多重化制御装置が３台のプロセス制御演算部１０１、１０２、１０３を備えており、これらはネットワーク１０８を介して接続され、互いにデータの送受をできるようにされている。各プロセス制御演算部は、非同期で個々に同一な制御用の演算処理を行ない、その結果を各プロセス制御演算部のインターフェイス１１１、１２１、１３１を介してプロセス信号入出力ユニット１６１に送り出す。プロセス信号入出力ユニットには、複数のプロセス信号入出力カード１７１ａ〜１７１ｎが設けられている。これらのプロセス信号入出力カードには、信号変換回路や判定回路とともに信号選択回路１８１が組み込まれており、この信号選択回路により各プロセス制御演算部からの信号に対し、低値選択、高値選択、中間値選択あるいは多数決などで選択を行ない、その結果を制御用信号として被制御対象に出力するようになっている。
【０００５】
このように従来技術２では、プロセス信号入出力ユニット（特開平７−２６１８０２号公報においては現場盤）に組み込まれるプロセス信号入出力カードに信号選択回路を実装し、この信号選択回路を複数の被制御対象に対し共通化している。この結果、従来技術１に比べて信号選択回路のハード物量を減らすことができるとともに、必要な信号ケーブルの本数を低減することができる。しかしこの従来技術２の構造であっても信号選択回路に伴うハード物量の問題が少なからず残る。すなわちプロセス信号入出力カードの実装部品点数が増加して回路構成が複雑になることから、１枚のカードで扱える入出力信号の点数つまり１枚のカードで扱える被制御対象の数が比較的少ないものに限られ、そのためにカード員数が増加してプロセス信号入出力ユニットの大型化を招くことになる。また被制御対象に応じた選択論理の信号選択回路を実装することによりプロセス信号入出力カードが専用化し、プロセス信号入出力ユニットの組み立てが煩雑になるなどの問題も来たすことになる。
【０００６】
本発明は、以上のような従来の事情を背景になされたものであり、その目的とするところは、より一層のコンパクト化を図れ、また従来と同等の信頼性を確保できる多重化制御装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の制御演算部と、
被制御対象と上記複数の制御演算部との間に介在するＰＩ／Ｏユニットと、
外部判定回路と、
を備え、
各制御演算部は、
予め定めた優先順位に従って他制御演算部が実制御系の状態でなく自系に異常がないことを条件に自己が最上位にあるときに、実制御系となるべき制御信号を出力する出力手段と、
同一の被制御対象についての制御用の演算処理を互いに非同期で行って自己演算結果信号を得ると共に、これを他の制御演算部へ出力し、他の制御演算部から出力された他演算結果信号を取込み自己演算結果信号との対比から選択した自己選択演算結果信号を出力する演算手段と、
自己診断を行うと共に、他の制御演算部から取り込んだ演算結果信号と自己演算結果信号との相互診断を行い、これらの正常／異常の自己診断結果と正常／異常の相互診断結果とを外部判定回路に送出する診断手段と、
を具え、
ＰＩ／Ｏユニットは、
被制御対象と各制御演算部とをつなぐ系路毎に直列に第１、第２の開閉路が介在し、第１の開閉路は対応する制御演算部の出力手段が実制御系となるべき制御信号により閉となり、待機系のとき開となるように制御を受け、
外部判定回路は、
各制御演算部に対応した判定部を具え、各判定部は、対応する制御演算部からの自己診断結果と非対応の制御演算部からの自己診断結果と相互診断結果とを取込み、対応制御演算部の自己診断結果が異常のときに又は非対応の制御演算部の自己診断結果の全てが正常でかつ非対応の制御演算部での当該対応の制御演算部への相互診断結果の全てが異常のときに、対応するＰＩ／Ｏユニットの第２開閉路をそれ迄の閉から開とする制御信号を発生するものとする、
ことを特徴とする多重化装置を開示する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。図１に一実施形態による多重化制御装置の構成を模式化して示す。本実施形態の多重化制御装置は、三重化制御の例で、ネットワーク８を介して接続されることで互いにデータの送受をできるようにされた３台のプロセス制御演算部１、２、３を備えている。これらのプロセス制御演算部１、２、３は、ソフトウエアによる信号選択機能を有しており、制御用の演算処理に加えて、その演算処理結果に対する選択も行なうようにされている。具体的には、３台のプロセス制御演算部１，２，３が同一の被制御対象についての制御用の演算処理を非同期で並行して行なう。演算の結果得られる信号はネットワーク８を介して互いにやり取りし、各プロセス制御演算部は自系の結果に併せて他系の演算結果信号も得る。そして各プロセス制御演算部または後述のようにして唯一の実制御系に設定されるプロセス制御演算部が自系と他系による三つの演算結果信号から前記信号選択機能により一つの信号を選択する。この選択は、アナログ信号に対しては、プロセス制御演算部１、２、３やこれらのプロセス制御演算部ごとに設けられているインターフェイス１１、２１、３１を含んだ三重の各制御系がともに正常であれば中間値選択により、一つの系に異常があって残りの二系が正常であれば低値選択または高値選択による。一方デジタル信号に対しては、三重の各制御系がともに正常であることを条件に多数決選択を用いる。
【００１２】
選択された信号は、実際の制御用出力つまり実出力として３台のプロセス制御演算部の何れか１台がインターフェイス１１、２１、３１の何れかを介してプロセス信号入出力ユニット６１に出力する。プロセス信号入出力ユニット６１には複数のプロセス信号入出力カード７１ａ〜７１ｎが設けられている。これらのプロセス信号入出力カード７１ａ〜７１ｎは、デジタル信号のアナログ信号への変換とアナログ信号のデジタル信号への変換という信号変換機能のみを有しており、被制御対象に関して得られるセンサ信号や接点の開閉信号などのプロセス制御演算部への入力とプロセス制御演算部からの被制御対象への出力に介在している。
【００１３】
このようにプロセス制御演算部でソフトウエアによる信号選択を行なう構成においては、各プロセス制御演算部が実出力をなすことに関して同等の資格を持つことになる。そこで、実出力をなすことが許される唯一の実制御系と、演算と後述の異常診断は行なうが実出力は行なわない待機系とを設定する。唯一の実制御系は以下のようにして設定する。各プロセス制御演算部に予め優先順位を定めておく。そして他のプロセス制御演算部が実制御系の状態にないこと、および後述の自己診断により自系に異常のないとされていることを条件に優先順位の高いプロセス制御演算部を唯一の実制御系とする。そして唯一の実制御系とされた例えばプロセス制御演算部１についてのみそのインターフェイスにおける接点１１ａが接続状態にされる。
【００１４】
またプロセス制御演算部でソフトウエアによる信号選択を行なう構成については、各プロセス制御演算部やこれを含んだ各制御系統に異常を来たした場合への対処が信頼性確保の点から重要である。本発明ではこの信頼性確保に関して、各プロセス制御演算部に自系の正常／異常を判断する自己診断を行なわせるとともに、プロセス制御演算部間で相互に他系の正常／異常を判断する相互診断を行なわせるようにしている。そしてさらにこれらの診断結果に基づいて異常な制御系を制御状態から切り離すためにハードウエア構造の外部判定回路５を設けている。
【００１５】
自己診断は、自系のハードウエア（ＣＰＵ、インターフェイス回路など）やソフトウエアの異常、入力信号の上下限異常、演算結果異常などを判断することで行なう。その演算結果異常は、自系の演算結果を他系の演算結果と比較して偏差が一定以上であるか否かにより判断する。一方、相互診断では、各プロセス制御演算部の演算結果を比較し、一つの系の演算結果と他の二系の演算結果との間に一定以上の偏差がある場合、例えばプロセス制御演算部１（Ａ系）の演算結果がプロセス制御演算部２、３（Ｂ系、Ｃ系）の演算結果に対し一定以上の偏差を有している場合に、プロセス制御演算部２、３がプロセス制御演算部１を異常と診断する。
【００１６】
外部判定回路５の判定論理構成を図２に示し、それに用いることのできる回路構成の一例を図３に示す。図３ではＡ系のみを示しているがＢ系、Ｃ系も同様であり、外部判定回路５はこれら三系統の回路を備えることになる。図のＡ系について説明すると、Ａ系の自己診断におけるハードウエア系の正常／異常とソフトウエア系の正常／異常それぞれの判定の結果に応じて開閉される接点５１と接点５２が直列に接続されてなるＡ系判定結果部、Ｂ系の自己診断におけるハードウエア系の正常／異常と相互診断におけるＡ系に対する正常／異常それぞれの判定の結果に応じて開閉される接点５３と接点５４が並列に接続されてなるＢ系判定結果部、それにＣ系の自己診断におけるハードウエア系の正常／異常と相互診断におけるＡ系に対する正常／異常それぞれの判定の結果に応じて開閉される接点５５と接点５６が並列に接続されてなるＣ系判定結果部を有している。そしてＢ系判定結果部とＣ系判定結果部は並列に設けられ、これらがＡ系判定結果部に対し直列になるように設けられている。また接点５１、５２、５４，５６は正常判定で閉じ、接点５３，５５は異常判定で閉じるようにされている。接点５３，５５を異常判定で閉じるようにしたのは自系が正常であることを条件にＢ系とＣ系がＡ系の正常／異常を判定できるようにしたものである。したがって、外部判定回路５によるＡ系の正常／異常判定は、自己診断の結果が異常である場合に異常と判定され、また自己診断の結果が異常でなくとも相互診断で他系から異常とされた場合に異常と判定される。ただし相互診断結果についてはＢ系、Ｃ系何れも異常でないことが条件になる。この判定結果はインターフェイスに出力され、異常の場合インターフェイスの接点１１ｂを開くことでＡ系を制御状態から切り離す。
【００１７】
本発明による多重化制御装置は、以上のように、信号選択機能をソフト化してプロセス制御演算部に負わせるようにしているので、プロセス信号入出力カードの構造を簡素化することができ、またプロセス信号入出力カードの機能を信号変換機能のみで済ませることができ、プロセス信号入出力カードの汎用化を高めることができる。この結果、多重化制御装置やそれを用いた制御システムのより一層のコンパクト化を可能とする。その一方で、ソフトウエアによる自己診断と相互診断で異常の有無を診断させるようにするとともに、その結果に応じてプロセス制御演算部の切り離し操作をハードウエア構造で行なう外部判定回路を設けるようにしているので、高い信頼性を確保することもできている。
【００１８】
図４に、本発明による多重化制御装置の好適な適用対象の一例である原子力発電プラントの原子炉給水流量制御装置と原子炉再循環流量制御装置の構成を示す。原子炉給水流量制御装置８１は、原子炉８２の水位を適正に保つために水位信号に基づいて給水ポンプ８３を操作して給水流量を制御する。一方、原子炉再循環流量制御装置８４は、原子炉内の水を循環させることによって炉出力を調整する再循環ポンプ８５を炉出力に基づいて適切に制御する。これらの制御装置は、ともに原子力発電プラントにおいて重要な制御系であり、非常に高い信頼性が要求されると同時に、電力の自由化などの関係からコンパクト化によるコスト低減も強く求められており、本発明による多重化制御装置が有する高信頼性とコンパクト化という特徴を活かすのに特に適している。なお図中で符号８６を付してあるのはタービンと発電機であり、符号８７を付してあるのは復水器であり、符号８８を付してあるのは復水ポンプである。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、複数のプロセス制御演算部が出力する信号の選択機能をソフトウエア化してプロセス制御演算部に行なわせるようにすることで多重化制御装置のより一層のコンパクト化をはかれる。またこの選択機能をソフトウエア化に加えてプロセス制御演算部などの異常診断機能を与え、さらにハードウエア構造による外部判定回路を設けるようにしたことで、高い信頼性も併せて実現できる。この結果、その制御システムに高い信頼性とともにコンパクト化が強く求められる、例えば原子力発電プラントなどのコストダウンに大きく寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態による多重化制御装置の構成図である。
【図２】外部判定回路における判定論理のフローチャートである。
【図３】外部判定回路の回路構成図である。
【図４】多重化制御装置を適用するのに好適な原子力発電プラントの構成図である。
【図５】従来の多重化制御装置の構成図である。
【符号の説明】
１、２、３  プロセス制御演算部
１１、２１、３１  インターフェイス
５  外部判定回路
【図１】
0004025540.tif 000002
【図２】
0004025540.tif 000003
【図３】
0004025540.tif 000004
【図４】
0004025540.tif 000005
【図５】
0004025540.tif 000006