JP3183907B2 - 二重化システムにおける故障診断装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は複数のプロセス制御部を
二重化された伝送系で上位制御部に接続した二重化シス
テムに係わり、特に伝送異常が発生した場合に異常箇所
を自動的に推定する二重化システムにおける故障診断装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば工場のプラントを構成する各設備
のプロセス状態を制御する計算機システムにおいては、
各設備の各機器毎にプロセッサが組込まれたプロセス制
御部が割付けられ、各プロセス制御部はホストコンピュ
ータからなる上位制御部に接続されている。このような
計算器システムにおいては、各プロセス制御部相互間お
よび各プロセス制御部と上位制御部とを接続する伝送系
に故障が生じて、プラント制御に支障を来さないように
各プロセス制御部相互間および各プロセス制御部と上位
制御部とを接続する伝送系を二重化している。

【０００３】図５は二重化システムを示すブロック図で
ある。プラント１の各設備毎に１台の制御ユニット２が
割付けられている。各制御ユニット２内には、該当設備
を構成する各機器の動作を制御する多数のプロセス制御
部３が組込まれている。そして、また各制御ユニット２
にはそれぞれ一対の中継器４ａ，４ｂが組込まれてい
る。各中継器４ａ，４ｂにはそれぞれ独立した伝送系５
ａ，５ｂが接続されている。各伝送系５ａ，５ｂには１
台の上位制御部６が接続されている。

【０００４】各制御ユニット２に組込まれた各プロセス
制御部３は中継器４ａ，４ｂを介して各伝送系５ａ，５
ｂに接続されている。中継器４ａ，４ｂは、プラント１
の規模が大きくて、各設備相互間の距離が例えば数ｋｍ
に及ぶ場合を考慮して、伝送系５ａ，５ｂを伝送される
信号が減衰するのを防止する。したがって、この中継器
４ａ，４ｂ内には判断処理機能を有するプロセッサ等は
組込まれていない。

【０００５】各プロセス制御部３はプラント１における
自己が担当する機器のプロセスデータを取込んで所定の
制御演算処理を実行して、演算結果を該当機器へ操作量
として出力することによって該当機器の動作を制御す
る。

【０００６】正常時においては、各伝送系５ａ，５ｂは
同一情報が伝送される。したがって、各プロセス制御部
３は他のプロセス制御部３又は上位制御部６との間で情
報交換を行う場合、いずれか一方の伝送系５ａ，５ｂか
ら情報を受信して、両方の伝送系５ａ，５ｂへ同一情報
を同時に送信する。そして、上位制御部６は、いずれか
一方の伝送系５ａ，５ｂから各プロセス制御部３の各情
報を受信して例えばマンマシンインタフェース装置７の
表示器７ａに表示する。

【０００７】一般に、このような二重化システムにおい
て、各プロセス制御部３内には伝送異常を検出する診断
装置が組込まれている。すなわち、この診断装置は各伝
送系５ａ，５ｂを介して受信した各情報を同時に取込ん
で、各伝送系の受信データのＣＲＣチェックを行った
り、受信データ相互を比較して一方の伝送系に受信デー
タがなければ該当伝送系が異常であると判断して、正常
な伝送系の受信データをプロセッサに入力するように制
御する。また、異常検出情報をプロセッサに知らせる。
プロセス制御部３のプロセッサは異常検出を上位制御部
６へ送信する。

【０００８】上位制御部６は正常な伝送系５ａ，５ｂを
介して異常検出を受領すると、マンマシンインタフェー
ス装置７の表示器７ａに表示する。各制御ユニット２相
互間又は各制御ユニット２と上位制御部６との間の伝送
系５ａ，５ｂが故障すると、他のプロセス制御部３にも
影響を及ぼすので、複数のプロセス制御部３から上位制
御部６に対して同時に異常検出が送出される確立が高
い。したがって、上位制御部６の表示器７には複数のプ
ロセス制御部３における異常検出情報が同一画面に表示
される。なお、同時に両方の伝送系５ａ，５ｂが故障す
る確率は非常に小さいので、この事態になることを無視
する。

【０００９】各プロセス制御部３が各伝送系５ａ，５ｂ
を介してどのような状態に接続されているのか予め既知
であるので、各伝送系５ａ，５ｂのどの区間（位置）に
異常が発生したのかを特定できる確立が高い。

【００１０】例えば、上位制御部６から各プロセス制御
部３に対して情報を送信した結果、一つの制御ユニット
２を構成する全てのプロセス制御部３の異常検出が表示
された場合は、考えられる故障原因として、(1) この
制御ユニット２の全てのプロセス制御部３が故障した、
(2) 該当制御ユニット２の中継器４ａ，４ｂが故障し
た、(3) いずれか一方の伝送系５ａ，５ｂが故障し
た、

【００１１】等が考えられる。しかし、(1) に示す全て
のプロセス制御部３が同時に故障する可能性は非常に低
い。また、(3) の伝送系５ａ，５ｂが断線等により故障
すると、この制御ユニット２以遠の全ての制御ユニット
２を構成するプロセス制御部３から異常検出が入力する
筈である。したがって、今回は、(2) の「該当制御ユニ
ット２の中継器４ａ，４ｂが故障した」と推定できる。

【００１２】このように、各プロセス制御部３において
情報伝送に係わる異常が発生した場合には、上位制御部
６にて異常が発生した各プロセス制御部３が表示器７ａ
に表示されるので、プラント１の監視員はその異常検出
状態から異常発生箇所を推定できる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】このように、個々のプ
ロセス制御部３からの異常検出情報は上位制御部６に収
集されて、表示器７ａに表示されるので、異常発生箇所
を推定できる。しかし、この推定作業は、前述したよう
にプラント１の監視員の判断に依存する。したがって、
プラント１を制御する二重化システム全体の接続構成を
熟知している経験豊かな監視員であれば、それらを総合
的に勘案して短時間に適格な判断を下して正しい異常発
生箇所を推定できる。

【００１４】しかし、この二重化システムの構成に不案
内な監視員や、経験の浅い監視員の場合、短時間に正し
い判断を下せない。その結果、誤った異常発生箇所を推
定したり、たとえ正しい異常発生箇所を推定できたとし
ても、異常発生確認時点からその正しい結論を得るまで
に多大の時間を必要とする。この場合は、異常発生に対
する迅速な対策を講ずることができない問題がある。

【００１５】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、異常検出時には各プロセス制御部３に記憶
されている診断結果を収集して解析することによって、
自動的に異常発生箇所が推定され、たとえシステム構成
を熟知していない経験の浅い監視員であっても、異常検
出時点から短時間で適格な異常発生箇所を確認でき、異
常発生に対する迅速な対策を講ずることができ、システ
ム全体の信頼性をさらに向上できる二重化システムにお
ける故障診断装置を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、それぞれ複数
のプロセス制御部が組込まれた複数の制御ユニットを二
重化された伝送系で上位制御部に接続し、正常時におい
て両方の伝送系に同一情報を送出しかついずれか一方の
伝送系から情報を受信することによって各プロセス制御
部相互間および各プロセス制御部と上位制御部との間で
情報伝送を行い、いずれか一方の伝送系に異常が生じた
場合に他方の伝送系で各プロセス制御部相互間および各
プロセス制御部と上位制御部との間で情報伝送を行う二
重化システムに適用される。 そして、上記課題を解消す
るために本発明の二重化システムにおける故障診断装置
によれば、各プロセス制御部に対して、自局と他の制御
部との間で情報伝送を行う毎に、自局と相手制御部との
間の伝送系が正常か否かを診断する診断手段と、この診
断手段による診断結果を記憶する診断結果記憶手段と、
前記診断手段にて異常が検出されたとき上位制御部に異
常検出情報を送出する異常検出情報送信手段とを備え、

【００１７】また、上位制御部に対して、プロセス制御
部から異常検出情報を受信すると全てのプロセス制御部
から各診断結果を収集する診断結果収集手段と、各プロ
セス制御部から収集した各診断結果に基づいて異常発生
箇所を推定する異常発生箇所推定手段と、この異常発生
箇所推定手段にて推定された異常発生箇所を警報出力す
る異常発生箇所出力手段とを備えている。さらに、上記
異常発生箇所推定手段は、一台のプロセス制御部で異常
が検出された場合該当プロセス制御部の故障と推定し、
一台の制御ユニットに所属する全てのプロセス制御部で
異常が検出された場合、該当制御ユニットと伝送系とを
接続する中継器の故障と推定し、特定の制御ユニット以
遠の全ての制御ユニットに所属する全てのプロセス制御
部で異常が検出された場合伝送系の故障と推定する。

【００１８】

【作用】このように構成された二重化システムにおける
故障診断装置において、各プロセス制御部は他の制御部
との間で情報伝送を行う毎に、自局と相手制御部との間
の伝送系が正常か否かを診断して、診断結果が記憶され
る。そして、異常が検出されると、上位制御部へ異常検
出情報が送信される。

【００１９】上位制御部は、異常検出情報を受信する
と、全てのプロセス制御部から各診断結果を収集する。
そして、各診断結果から異常発生箇所を推定する。この
推定手順は、異常検出時点における各プロセス制御部の
正常，異常の診断結果を比較対照することによって、前
述したような経験則のアルゴリズムに従って、異常発生
箇所を推定する。推定された異常発生箇所が例えば表示
器に表示される。よって、監視員は、異常検出時点から
短時間で、かつ的確な異常発生箇所を把握できる。

【００２０】

【実施例】以下本発明の一実施例を図面を用いて説明す
る。

【００２１】図１は実施例の故障診断装置が組込まれた
二重化システムの概略構成を示す模式図である。図５と
同一部分には同一符号が付してある。したがって、重複
する部分の詳細説明を省略する。

【００２２】プラント１の各設備毎に割付けられた各制
御ユニット２内には、該当設備を構成する各機器の動作
を制御する多数のプロセス制御部１１および一対の中継
器４ａ，４ｂが組込まれている。そして、各中継器４
ａ，４ｂにはそれぞれ独立した伝送系５ａ，５ｂが接続
されている。この各伝送系５ａ，５ｂには１台の上位制
御部１２が接続されている。

【００２３】前記各プロセス制御部１１は例えば図２に
示すように構成されている。中継器４ａ，４ｂ内におい
て各伝送系５ａ，４ｂに接続された内部伝送系１３ａ，
１３ｂにそれぞれレシーバ１４ａ，１４ｂ、およびドラ
イバ１５ａ，１５ｂが接続されている。そして、各レシ
ーバ１４ａ，１４ｂの受信信号は切換回路１９によって
いずれか一方の受信信号のみが選択されて各種情報処理
を実行するプロセッサ１６へ入力される。また、このプ
ロセッサ１６から出力された送信信号は各ドライバ１５
ａ，１５ｂを介して内部伝送系１３ａ，１３ｂに同時に
出力される。

【００２４】各レシーバ１４ａ，１４ｂの各受信信号は
それぞれ診断回路１７ａ，１７ｂへ入力される。各診断
回路１４ａ，１４ｂは、それぞれに入力された受信信号
に含まれる受信データのＣＲＣチェックを行ったり、相
互の受信データを比較し一方の伝送系５ａ，５ｂの無信
号状態を検出する等の伝送系に対する診断処理を実行す
る。各診断結果は診断記憶部１８へ記憶される。

【００２５】診断記憶部１８は診断結果を記憶すると共
に、診断結果がいずれか一方の伝送系５ａ（１３ａ），
５ｂ（１３ｂ）を異常と判断すると、切換回路１９を正
常な伝送系からの受信信号側に切換える。また、診断記
憶部１８は診断結果内に異常を検出すると、プロセッサ
１６へ異常信号を送出する。また、たとえ異常が検出さ
れなかった場合であっても、プロセッサ１６から診断結
果の送出要求が入力されると、記憶している最新の診断
結果をプロセッサ１６へ送信する。

【００２６】このような構成の二重化システムにおい
て、各制御ユニット２の各プロセス制御部１１は図３
（ａ）の流れ図に従って、自局と他のプロセス制御部１
１との間、または自局と上位制御部１２との間で各種情
報の伝送処理を実行する。

【００２７】流れ図が開始され、伝送要求が発生する
と、前述した手法でもって相手の制御部１１，１２に対
する情報の伝送処理を実行する（Ｐ１）。そして、伝送
処理が終了すると、各診断回路１７ａ，１７ｂにおける
診断結果を診断記憶部１８へ書込む（Ｐ２）。そして、
診断結果に異常が検出されると（Ｐ３）、上位制御部１
２に対する異常検出情報を送信する（Ｐ４）。なお、異
常が検出されなければ上位制御部１２に送信する必要な
い。以上で他の制御部１１，１２に対する一つの情報の
伝送処理を終了する。このように、一つの情報の伝送処
理が実行される毎に、診断が実行され、診断記録部１８
の記憶内容は最新の診断結果に更新される。なお、各診
断回路１７ａ，１７ｂで検出される異常は主に次の状態
で発生する。 (1) 自局の故障 異常検出状態…全ての制御部との伝送において伝送異常
を検出する。 (2) 相手制御部の故障 異常検出状態…故障制御部との伝送においてのみ異常を
検出し、それ以外は正常である。 (3) 中継器の故障

【００２８】異常検出状態…同一制御ブロック内の伝送
は正常に実施されるが、中継器を介して外部の制御部と
の間における伝送で異常が発生する。

【００２９】また、上位制御部１２は図３（ｂ）に示す
診断処理を実行する。すなわち、いずれかのプロセス制
御部１１から異常検出情報を受信すると（Ｐ５）、異常
検出したプロセス制御部１１を含む全部のプロセス制御
部１１に対して診断結果の送出要求を出力する。そし
て、各プロセス制御部１１の診断記録部１８に記憶され
ている診断結果を収集（Ｐ６）する。全てのプロセス制
御部１１の診断結果を収集すると、この診断結果と図１
に示す二重化システムの各伝送系５ａ，５ｂと各プロセ
ス制御部１１との接続構成に基づいて図４に示すアルゴ
リズムに従って異常発生箇所推定処理を行う（Ｐ７）。

【００３０】図４において、まず最初に複数のプロセス
制御部１１で異常が検出されていない場合（Ｑ１）は、
異常検出したプロセス制御部１１自体の故障であると判
断する。また、同時に複数のプロセス制御部１１で異常
が検出され、Ｑ２にて、その異常検出したプロセス制御
部１１が１個の制御ユニット２内のプロセス制御部１１
に限定される場合は、該当制御ユニット２内に組込まれ
ている中継器４ａ，４ｂが故障したと判断する。

【００３１】さらに、例えば特定の制御ユニット２以遠
の全てのプロセス制御部１１において異常検出されてい
る場合（Ｑ３）には、いずれか一方の伝送系５ａ，５ｂ
における該当制御ユニット２以遠の部分で断線等の故障
が生じたと判断する。また、以上のアルゴリズムを満足
しない異常検出状態は発生確率が非常に少ないと考えら
れるので、異常発生箇所を特定せずに、一括してそのそ
の他の異常発生に分類する。

【００３２】このように、図４に示すアルゴリズムでも
つて異常発生箇所が推定されると、図３（ｂ）の流れ図
のＰ８へ戻り、推定された異常発生箇所をマンマシンイ
ンタフェース装置７の表示器７に表示して、監視員に警
告する。

【００３３】このように構成された二重化システムにお
ける故障診断装置であれば、この二重化システムを構成
する各伝送系５ａ，５ｂ、各制御ユニット２の各中継器
４ａ，４ｂ，各制御ユニット２内の各プロセス制御部１
１に何等かの異常が生じた場合、いずれか１つまたは複
数のプロセス制御部１１における診断回路１７ａ，１７
ｂがその異常を検出する。そして、その時点で該当プロ
セス制御部１１から上位制御譜１２に対して異常検出情
報が送出さる。上位制御部１２は異常検出情報を受信す
ると、全てのプロセス制御部１１からその時点おける診
断結果を収集する。

【００３４】すなわち、上位制御部１２は異常検出時点
におけるその他の各プロセス制御部１１における異常検
出の有無情報を把握できるので、従来、熟練した監視員
が保持していた経験規や勘に基づいて作成された図４に
示すアルゴリズムに従って異常発生箇所が自動的に推定
される。

【００３５】よって、異常検出した場合に即座にその異
常発生箇所が表示器７ａに表示されるので、たとえこの
二重化システムにおける接続構成を熟知していない監視
員であっても、確実に正しい異常発生箇所を把握でき
る。

【００３６】また、従来の熟練した監視員が表示器に表
示された各プロセス制御部の状態に基づいて推定してい
た場合に比較して、異常検出から異常発生箇所が特定さ
れるまでに要する時間が大幅に短縮される。その結果、
異常発生に対する迅速な対策を講ずることができる。

【００３７】なお、実施例装置においては、各診断結果
から異常発生箇所を特定する手法として、図４に示した
アルゴリズムを用いている。しかし、異常発生状況は故
障の種類や故障の発生位置に応じて多種多様に変化す
る。従って、前述したアルゴリズムでもって全ての異常
発生に対応しきれない場合がある。また、この二重化シ
ステムが設置されているプラント個々の状況に応じた判
断が必要な場合もある。例えば、伝送系にて伝送される
信号に雑音を生じさせるような機器が伝送系の近傍に設
置されている場合は、この雑音に起因する異常検出も検
討項目に加える必要がある。

【００３８】このようなプラント固有の経験則を前述し
た一般的な診断項目に加えることは難しい。このような
不確実な要素も異常発生箇所の推定に用いる手法とし
て、ファジィ推論がある。したがって、こようなファジ
ィ推論手法でもって異常発生箇所を特定することも可能
である。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明の故障診断装
置によれば、各プロセス制御部に対して情報伝送の実行
毎に異常の有無を診断し、診断結果を記憶させておき、
上位制御部はプロセス制御部からの異常検出を受信する
と、各診断結果を収集して所定のアルゴリズムに従って
異常発生箇所を推定している。したがって、たとえ監視
対象となる二重化システムの接続構成を熟知していない
不慣れな監視員であったとして、確実にかつ即座に異常
発生箇所を把握できる。よって、異常発生に対する迅速
な対策を講ずることができ、二重化システム全体の信頼
性を大幅に向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係わる故障診断装置が組
込まれた二重化システム全体を示すブロック図、

【図２】 同実施例システムの各プロセス制御部の概略
構成を示すブロック図、

【図３】 同実施例装置の動作を示す流れ図、

【図４】 同実施例装置における異常発生箇所を推定す
るアルゴリズムを示す流れ図、

【図５】 一般的な二重化システム全体を示すブロック
図。

【符号の説明】

１…プラント、２…制御ユニット、４ａ，４ｂ…中継
器、５ａ，５ｂ…伝送系、７ａ…表示器、１１…プロセ
ス制御部、１２…上位制御部、１４ａ，１４ｂ…レシー
バ、１５ａ，１５ｂ…ドライバ、１６…プロセッサ、１
７ａ，１７ｂ…診断回路、１８…診断記録部、１９…切
換回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G06F 11/16 - 11/277 G06F 13/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 それぞれ複数のプロセス制御部が組込ま
   れた複数の制御ユニットを二重化された伝送系で上位制
   御部に接続し、正常時において両方の伝送系に同一情報
   を送出しかついずれか一方の伝送系から情報を受信する
   ことによって各プロセス制御部相互間および各プロセス
   制御部と上位制御部との間で情報伝送を行い、いずれか
   一方の伝送系に異常が生じた場合に他方の伝送系で各プ
   ロセス制御部相互間および各プロセス制御部と上位制御
   部との間で情報伝送を行う二重化システムにおいて、 前記各プロセス制御部は、自局と他の制御部との間で情
   報伝送を行う毎に、自局と相手制御部との間の伝送系が
   正常か否かを診断する診断手段と、この診断手段による
   診断結果を記憶する診断結果記憶手段と、前記診断手段
   にて異常が検出されたとき前記上位制御部に異常検出情
   報を送出する異常検出情報送信手段とを有し、 前記上位制御部は、プロセス制御部から異常検出情報を
   受信すると、全てのプロセス制御部から各診断結果を収
   集する診断結果収集手段と、各プロセス制御部から収集
   した各診断結果に基づいて異常発生箇所を推定する異常
   発生箇所推定手段と、この異常発生箇所推定手段にて推
   定された異常発生箇所を警報出力する異常発生箇所出力
   手段とを有し前記異常発生箇所推定手段は、一台のプロ
   セス制御部で異常が検出された場合該当プロセス制御部
   の故障と推定し、一台の制御ユニットに所属する全ての
   プロセス制御部で異常が検出された場合、該当制御ユニ
   ットと伝送系とを接続する中継器の故障と推定し、特定
   の制御ユニット以遠の全ての制御ユニットに所属する全
   てのプロセス制御部で異常が検出された場合伝送系の故
   障と推定することを特徴とする二重化システムにおける
   故障診断装置。