JP2009294961A - 多重化入出力モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 非同期で動作する稼動側／待機側のアプリケーションに対して、入力値を等値化することなしに稼動側／待機側のアプリケーションロジックを等値化できる多重化入出力モジュールを実現する。
【解決手段】 互いに非同期で動作して上位アプリケーションと通信する、稼動側アプリケーション及び少なくとも１個の待機側アプリケーションを具備する多重化入出力モジュールにおいて、
前記稼動側アプリケーションにおいて値が確定したときに固定値となるデータを、前記稼動側アプリケーションに通知して、対応するデータに上書きする等値化処理手段を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、互いに非同期で動作して上位アプリケーションと通信する、稼動側アプリケーション及び少なくとも１個の待機側アプリケーションを具備する多重化入出力モジュールに関するものである。

プラントの機器を制御する分散型制御システムや安全制御システムでは、アプリケーションが稼動する制御装置の信頼性を確保するための多重化（実用的には二重化）が一般的に採用されている。多重化を実現するためには、多重化された制御装置間でのデータの等値化が必要とされる。

特許文献１に記載の多重化制御装置では、二重化された制御装置１０，２０のいずれかが入力装置３０からのデータを入力するに先立って、他の制御装置に入力開始を通知し、他の制御装置が入力装置３０からデータを受信する際に、その通知に応じて同期して受信する、等値化の手法が開示されている。

近年、高速処理が要求される安全制御システム等では、高速処理を要求されるアプリケーション部分を上位アプリケーションから独立させ、プラント機器との通信をインターフェースする入出力モジュール内に実装させることにより、シャットダウン出力等の応答性を高める構成が採用されている。本発明は、入出力モジュール内にアプリケーションを具備する、多重化システムにおける入出力モジュール間のデータ等値化の手法を提供するものである。

図５は、従来の二重化入出力モジュールの構成例を示す機能ブロック図である。稼動側の入出力モジュール１０及び待機側の入出力モジュール２０では、稼動側アプリケーション１１及び待機側アプリケーション２１が稼動しており、夫々が上位アプリケーション３０と通信すると共に、稼動側アプリケーション１１がプラント４０の機器を制御する。

プラント４０の制御対象の機器４１からの入力値Ｓが、入出力モジュール１０及び入出力モジュール２０に入力される。入力値Ｓは、入出力モジュール１０では、入力処理手段１２及び等値化手段１３を経由して稼動側アプリケーション１１に渡される。同様に、入出力モジュール２０では、入力処理手段２２を及び等値化手段２３を経由して待機側アプリケーション２１に渡される。

等値化手段１３及び２３を設ける理由につき説明する。稼動側アプリケーション１１及び待機側アプリケーション２１は互いに非同期で動作しており、入出力モジュール１０及び入出力モジュール２０に設けられる入力処理手段１２及び２２は、ハードウェア要素を持つために共通の入力値Ｓを受信してもその入力処理値Ｓ１及びＳ２は非同期となる。

入力処理値Ｓ１及びＳ２が非同期の場合、夫々のアプリケーション１１及び２１で同じ出力結果が期待できない。例えばアプリケーションの中間結果または出力結果をラッチ出力としていた場合、片側アプリケーションのみでラッチしてしまうことが起こりえる。

このため、入出力モジュール１０及び入出力モジュール２０で二重化システムを構成する場合には、入力処理値Ｓ１及びＳ２を等値化して稼動側アプリケーション１１及び待機側アプリケーション２１に渡すための、等値化手段１３及び２３を設ける必要がある。

稼動側アプリケーション１１の出力は、常時はオンのスイッチ手段１４を介して、待機側アプリケーション２１の出力は、常時はオフのスイッチ手段２４を介して出力値Ｍをプラント４の御対象機器４２に与える。これらスイッチ手段１４及び２４は、入出力モジュール１及び入出力モジュール２に設けられた二重化制御手段１５及び２５でオンオフ制御される。

入出力モジュール１０及び入出力モジュール２０間の等値化の手法としては、稼動側アプリケーション１１及び待機側アプリケーション２１のアプリケーションロジックの全データを等値化する手法もある。

特開２００７−２７２２８５号公報

従来手法による多重化入出力モジュールでは次のような問題がある。
（１）高速の応答を確保するためには、入力値の等値化は高速かつ俊敏に実施する必要があり、等値化手段のコストアップにつながる。

（２）アプリケーションロジックの全データを等値化するとなると、パフォーマンスが厳しいため、制御周期等の制約が発生し、制御周期の高速性確保が困難となる。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、非同期で動作する稼動側／待機側のアプリケーションに対して、入力値を等値化することなしに稼動側／待機側のアプリケーションロジックを等値化できる多重化入出力モジュールの実現を目的としている。

このような課題を達成するために、本発明は次の通りの構成になっている。
（１）互いに非同期で動作して上位アプリケーションと通信する、稼動側アプリケーション及び少なくとも１個の待機側アプリケーションを具備する多重化入出力モジュールにおいて、
前記稼動側アプリケーションにおいて値が確定したときに固定値となるデータを、前記稼動側アプリケーションに通知して、対応するデータに上書きする等値化処理手段を備えることを特徴とする多重化入出力モジュール。

（２）前記等値化処理手段は、前記上位アプリケーションを経由する通信により前記データの等値化を実行することを特徴とする（１）に記載の多重化入出力モジュール。

（３）前記等値化処理手段は、前記稼動側アプリケーションと前記待機側アプリケーション間に設けられた通信パスを介し前記データの等値化を実行することを特徴とする（１）に記載の多重化入出力モジュール。

本発明の構成によれば、次のような効果を期待することができる。
（１）多重化入出力モジュールにおいて、非同期で動作する稼動側アプリケーションと待機側アプリケーションに対して、入力値の等値化をすることなしに独立して入力が可能である。

（２）記憶素子データだけを等値化することで、簡易に効率よく多重重化システムが構築でき、等値化の構成が制御周期へ影響することがない。

（３）等値化される待機側アプリケーションは、等値化システムを意識することなくロジックを組むことができる。

以下、本発明を図面により詳細に説明する。図１は、本発明を適用した二重化入出力モジュールの一実施形態を示す機能ブロック図である。図５で説明した従来構成と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。

稼動側アプリケーション１１及び待機側アプリケーション２１内に示す記憶素子１００及び記憶素子２００は、値が確定したときに固定値となるデータを入力して保持する素子一般を総称している。これら記憶素子の具体例としては、タイマ値、レジスタ値、ラッチ情報値、入出力データの保持値等である。

上位アプリケーション３０は、等値化処理手段３００を備え、稼動側アプリケーション１１の記憶素子１００の入力データＤ１を取得し、待機側アプリケーション２１に通知して対応する記憶素子２００の入力データＤ２を上書きして等値化する。

等値化処理手段３００は、図１のように上位アプリケーション３０を介して待機側アプリケーションと通信する形態の他、稼動側アプリケーション１１及び待機側アプリケーション２１同士で直接通信を行なう構成でもよい。この場合の通信パスは、アプリケーション実行パスとは独立したものとする。

図２は、本発明を適用した二重化入出力モジュールの一実施形態を示す機能ブロック図である。この実施形態では、等値化処理手段３００は、稼動側アプリケーション１１及び待機側アプリケーション２１内のタイマ値１０１及びタイマ値２０１間の等値化を実行している。

図３は、本発明を適用した二重化入出力モジュールの他の実施形態を示す機能ブロック図である。この実施形態では、等値化処理手段３００は、図２に示したタイマ値に追加して、入力データ１０２及び入力データ２０２間の等値化、並びに、出力データ１０３及び出力データ２０３間の等値化を実行している。

図４は、本発明を適用した多重化入出力モジュールの一実施形態を示す機能ブロック図である。図１に示した待機側の入出力モジュール２０に追加して、待機側の入出力モジュール５０，６０，…を設けて多重化したものである。追加された待機側の入出力モジュールの構成及び動作は、待機側の入出力モジュール２０と同一である。

本発明の多重化入出力モジュールは、高速応答を要求される安全制御システムの入出力モジュールに有効に適用されるが、一般的な分散型制御システムの入出力モジュールに適用することも可能である。

実施形態では、稼動側アプリケーション１１及び待機側アプリケーション２１が、夫々独立した入出力モジュール１０及び２０内に実装された構成例を示しているが、１個の入出力モジュール内に、稼動側アプリケーション１１及び待機側アプリケーション２１を実装する構成であってもよい。

更に、稼動側アプリケーション１１及び待機側アプリケーション２１が、上位アプリケーション３０と共に上位装置内に一体に実装された構成であってもよい。

本発明を適用した二重化入出力モジュールの基本構成を示す機能ブロック図である。 本発明を適用した二重化入出力モジュールの一実施形態を示す機能ブロック図である。 本発明を適用した二重化入出力モジュールの他の実施形態を示す機能ブロック図である。 本発明を適用した多重化入出力モジュールの一実施形態を示す機能ブロック図である。 従来の二重化入出力モジュールの構成例を示す機能ブロック図である。

符号の説明

１０ 入出力モジュール（稼動側）
１１ 稼動側アプリケーション
１２ 入力処理手段
１４ スイッチ手段
１５ 二重化制御手段
１００ 記憶素子
２０ 入出力モジュール（稼動側）
２１ 稼動側アプリケーション
２２ 入力処理手段
２４ スイッチ手段
２５ 二重化制御手段
２００ 記憶素子
３０ 上位アプリケーション
３００ 等値化処理手段
４ プラント
４１，４２ 機器

Claims (3)

1. 互いに非同期で動作して上位アプリケーションと通信する、稼動側アプリケーション及び少なくとも１個の待機側アプリケーションを具備する多重化入出力モジュールにおいて、
   前記稼動側アプリケーションにおいて値が確定したときに固定値となるデータを、前記稼動側アプリケーションに通知して、対応するデータに上書きする等値化処理手段を備えることを特徴とする多重化入出力モジュール。
2. 前記等値化処理手段は、前記上位アプリケーションを経由する通信により前記データの等値化を実行することを特徴とする請求項１に記載の多重化入出力モジュール。
3. 前記等値化処理手段は、前記稼動側アプリケーションと前記待機側アプリケーション間に設けられた通信パスを介し前記データの等値化を実行することを特徴とする請求項１に記載の多重化入出力モジュール。

Images