JPS5864502A - プラント分散制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、プラントを分散制御する方法に関し、特に複
数の分散制御用コントローラにおけるメモリ容量を徒ら
に増大せしめることなく、何れかのコントローラが故障
した場合であっても支障なしにプラントを制御し得る方
法に関するものである。

従来よシ例えば原子カプラント制御システムにおいては
制御対象が多くなる程に嚇−のプラント制御用コントロ
ーラで以てそれらを制御することは危険であることから
、複数のプラント制御用コントローラによって分散的に
制御対象を制御するようになっている。このような分散
制御においては何れかのプラント制御用コントローラが
故障した場合にはその機能を残りの正常なプラント制御
用コントローラが肩代り実行するようになっているわけ
であるが、従来におっては制御シスデム自体が不経済な
ものであったり、コントローラ間の接続態様が複雑であ
ったり、あるいは各コントローラにおける制御プログラ
ム格納用のメモリの容量を徒らに増大せねばならないな
どの欠点をもつている。

即ち、従来にあっては制御の高信頼度化を実現する観点
より制御システムは一般に２重系や２アウト・オプ３な
どの冗長系または８対１バツクアツプなどのバックアッ
プ系として構成されていたものである。しかしながら、
冗長系として構成される場合はシステム構成が不経済に
なることは否めない。また、バックアップ系として構成
される場合にはバックアップ用コントローラとの接続態
様が複雑化するばかりか、バックアップ用コントロー２
は他のコントローラの機能を全て肩代り実行する必要が
あることから、制御プログラム格納用メモリの容量はコ
ントローラや制御対象の数が多くなる程に大としなけれ
ばならないという欠点がある。

このため冗長系子バックアップ系として構成せず複数あ
るコントローラのうち何れかが故障した場合には他のコ
ントローラがその機能を互いに肩代り実行するといった
制御システムも考えられている。複数のコントローラが
互いにバックアップし合うわけであるが、このような制
御システムにも問題がないわけではない。というのは、
互いにバックアップし合うためには各コントロー２は他
のコントローラの機能をも全て実行するべく他のコント
ローラが実行する制御プログラムをも予め内蔵する必要
があるからである。通常時にあっては他のコントローラ
が実行する制御グログラムを各コントローラは何部実行
するととはないが、他のコントローラが故障した場合に
初めてそのコントローラが実行すべき制御プログラムを
肩代り実行するところとなるものである。したがって、
このような制御システムにおけるコントローラとしては
メモリ容量を大としなければならず分散制御を経済的に
行ない得ないというものである。

よって本発明の目的は、各分散制御用コントローラにお
けるメモリ容量を徒らに増大せしめることなく、しかも
何れかのコントローラが故障した場合であっても特に支
障をきたすことなくプラントを経済的に制御し得るプッ
／１・分散制御方法を提供するにある。

この目的のため本発明は、各コントローラが本来実行す
べき制御プログラムは各種制御プログラム部分よシなシ
、シかもそれら制御プログラム部分の重要度は一般に同
一ではなく重要度の低いものは実行されなくとも差し当
り特に支障をきたさない事実に着目してなされたもので
ある。即ち。

各コントローラには少なくとも自己が本来実行すべき制
御プログラムを予め内蔵せしめておき、何れかのコント
ローラが故障した場合には予め定められたコントローラ
がそのコントローラの機能を肩代り実行すべく自己が実
行する制御プログラムを重要度の高い制御プログ２ム部
分よシなるものとして再編成したうえ、再編成に係る制
御プログラムを実行するようにしたものである。制御プ
ログラムの再編成に際し自己が故障に係るコントローラ
の制御プログラムを内蔵していない場合は故障に係るコ
ントローラより直接間接に重要度の高い制御プログラム
部分を受は取り、これを自己が本来実行すべき重要度の
低い制御プログラム部分に代って実行するわけである。

以下、本発明を第１図からｔＩｃ４図により説明する。

先ず第１図は本発明に係るプラント分散制御システムの
一例でのシステム構成を示したものである。

図示の如く３つの分散制御用のコントローラＡ。

Ｂ、Ｃはパスライン２−１．たけパスライン２．上位コ
ンピュータ１を介し直接間接に結合されており、通常釜
コントローラＡ、Ｂ、Ｃは自己に割り当てられている検
出器からの検出出力を入力する一方、その検出出力を適
当に演算処理するなどして操作器を制御するようになっ
ている。符号１０人。

１０Ｂ、ＩＯＣは検出器を、また符号１１Ａ。

１１Ｂ、ＩＩＣは操作器を示すが、実際には各コントロ
ーラＡ、Ｂ、Ｃは各種検出器や操作器を複数収容するよ
うにしてなることは勿論である。ところで各コントロー
ラＡ、Ｂ、Ｃは同一として構成される。その構成をコン
トローラＡについて説明すれば、ＣＰＵ部３人、メモリ
部６Ａ、７Ａ。

プロセス入出力部８Ａ、通償部４Ａ、プログラム再編成
部５Ａおよび切替部９Ａよりなるが、他のコントローラ
Ｂ、Ｃについても事情は同様である。

上記メモリ部６Ａ、７Ａのうちメモリ部６Ａは制御プロ
グラム格納用として、またメモリ部７Ａはオペレーティ
ングシステム（Ｏ８）や基本制御用サブルーチン（比例
・積分・微分制御やリミッタなどについての）格納用と
して設けられたものであるが、ここで注意すべきはメモ
リ部６人に格納される制御プログラムの種類である。メ
モリ部６人にコントローラＡが本来実行すべき制御プロ
グラムが格納されることは当然として、場合によっては
コントローラＢ、Ｃの何れか一方が本来実行すべき制御
プログラムもが格納されるということである。コントロ
ーラＢ、Ｃが本来実行すべき制御プログラムの全てが格
納されるとすれば、メモリ容量の点で従来技術と何等変
わるところないからである。コントローラＢ、Ｃにおけ
るメモリ部６Ｂ、６Ｃに格納される制御プログラムにつ
いても事情は全く同じである。

さてここでコントローラ人が故障した場合にはコントロ
ーラＢが、プントロー？Ｂが故障した場合はコントロー
ラＣが、コントローラＣが故障した場合にはコントロー
ラ人がそれぞれの機能を肩代り実行するものとすれば、
メモリ部６Ａ、６１１゜６Ｃには少なくともコントロー
ラＡ、Ｄ、Ｃが本来実行すべき制御プログラムが格納さ
れ、場合によってはメモリ部６Ａ、６Ｂ、６Ｃには更に
、コントローラＣ，Ａ、Ｂが本来実行すべき制御プログ
ラムが格納されるというわけである。通常時にあっては
各コントローラＡ、　Ｉ３．０は自己に割り当てられた
検出器や操作器を切替部、プロセス入出力部を介して収
容し、自己が本来実行すべき制御プログラムと実行する
ことによって、プラント全体を分散制御するが、このよ
うな状態でコントローラＡ、Ｂ、Ｃの何れかが故障した
場合は故障に係るコントローラに隣接するコントローラ
がその機能を肩代夛実行するようになるものである。

例えばコントローラ人が故障すれば、その故障はウォッ
チドッグタイマー等によって検出されるが、これによっ
て切替部９Ａが切替制御され検出器１０Ａ１操作器１１
Ａはそれぞれ中継信号線１２ＡＢ、１２ＢＡに接続され
るところとなるものである。一方、コントローラ人が故
障した旨は通信部４Ａ、パスライン２を介し直接間接に
コントローラＢに報告され、コントローラＢは必要な措
置を採るところとなる。即ち、コントローラＢは直ちに
切替部９Ｂ′ｔ−切替制御することによって検出器１０
Ａ、操作器１１Ａをも自己に収容し、制御プログラムの
再編成を行なうものである。この場合の再編成はプログ
ラム再編成部５Ｂによって行なわれるが、メモリ部６Ｂ
にコントローラ人が本来実行すべき制御プログラムの全
部あるいはそのうちの重要度の高い制御グログラム部分
が格納されているか否かによって編成の態様は若干異な
る。メモリ部６Ｂに格納されている場合は重要度の高い
制御プログラム部分をコントローラ人。

Ｂが本来実行すべき制御プログラムより抽出して再編成
し、再編成に係る制御プログラムをコントローラＢが実
行するようになるが、格納されていない場合にはコント
ローラＡよシ重要度の高い制御プログラム部分を受は取
った後再編成が行なわれるからである。

コントローラＢ、Ｃが故障した場合にもそれぞれコント
ローラＣ，Ａが上記の場合と同様にして故障に係るコン
トローラＢ、Ｎの機能を肩代り実行するところとなるも
のである。本発明による場合例れか１つのコントローラ
を残して他のコントローラの全てが故障した場合でも特
に支障をきたすことなくプラントを制φｆし得る。例え
ば第１図においてコントローラＡ、Ｂが故障した場合は
コントローラＣがそれらコントローラＡ、Ｂの機能を肩
代り実行するものである。故障したコントローラの切替
部においてはそれ−まで収容していた検出器や操作器を
その両側に存する中継信号線に収容接続せしめる一方、
正常なコントローラは必要に応じ故障に係るコントロー
ラより重要度の高い制御プログラム部分を受は取って制
御プログラムを再編成すればよいハらである。なお１本
発明の内容をコントローラが３つの場合について）既略
的に説明したが、本発明は一般に２つ以上のコントロー
ラを有するプラント分散制御システムに適用可である。

但し、各コントローラにおける切替部は中継信号線を介
しループ状に配されている必要がある。

本発明は以上のようなものであるが、以下液も基本的な
場合を想定して本発明をより詳細に説明する。各コント
ローラがそのメモリ部に自己が本来実行すべき制御プロ
グラムだけを有していると想定した場合、何れかのコン
トローラが故障すれば原則としてそれに隣接したコント
ローラがその機能を肩代り実行することは既に述べたと
ころであるが、第２図は故障に係るコントローラの機能
を肩代り実行するコントローラのメモリ部における制御
プログラムの格納状態が如何に変化するかを示しだもの
である。即ち、第２図（ａ）は故障前のそれを、また、
第２図（ｂ）は故障後のそれを示す。

図示の如く本例ではメモリ部６は１６進表示で１０００
番地より１５ＰＦまでとされ、６等分された各メモリエ
リアには制御プログラム部分が２５６バイト長で格納さ
れるようになっている。各メモ（１１） リエリアの先頭アドレスには制御プログラム部分を特定
する１バイト長のラベルが格納されており、このラベル
によって後述するところの制御プログラムの再編成が行
なわれる。本例での場合ラベルを構成する上位３ビツト
はコントローラ固有のプログラム名を、下位２ビツトは
その制御プログラム部分の重要度を、中央部に位置する
３ビツトは制御プログラム部分の実行順序を示すように
なっている。したがって例えばラベルが”００１０１０
１１”であればそのラベルはビット区間を」；記の如く
に区切ることによって（１２３）として表示され得、こ
れよりこのラベルが付された制御プログラム部分は機能
を肩代り実行するコントローラの制御プログラムの一部
分を構成し、重要度は３であって、しかも２番目に実行
されるものであることが知れるものである。但し、本例
での場合重要度については数値が小なる程に重要となっ
ている。

通常時でのメモリ・、部６における制御プログラム部分
の格納態様は第２図（ａ）に示すようであるが、隣接し
たコントローラが故障した場合はそのコン（１２） トローラより重要度の高い制御プログラム部分を受は取
り、それら制御プログ２ム部分を自己の重要度の低い制
御プログラム部分が格納されているメモリエリアに所定
順に格納しようというものである。第２　図（ｂ）中に
おける（２１０）、（２３１）および（２４１）の各制
御プログラム部分は勿論故障に係るコントローラからの
ものであり、故障に係るコントローラ固有のプログラム
名は「２」と表示されているものである。機能を肩代り
実行するコントローラはその再編成に係る制御プログラ
ムを例えば（１１０）、（１３０）、（１５１）。

（２１０）、（２３１）、（２４１）といった順に順次
実行することにょシ故障に係るコントローラの機能を肩
代シ実行し得るものである。このようにして故障に係る
コントローラの機能をバックアップする場合には１重要
度の低い制御プログラム部分は実行されなくなるにして
も重要度の高いものはコントローラが故障したにも拘わ
らず実行され得るから、差し当り大きな問題は生じない
ものである。

（１３） ところで以上のような制御プログラムの再編成や再１遍
成に係る制御プロゲラＡの実行に際しては重要度の低い
制御プログラム部分を探索してその先頭アドレスを表示
したシ、故障に係るコントローラからの重要度の高い制
御プログラム部分を円滑、且つ迅速にメモリ部に格納し
たり、実行されるべき制御プログラム部分対応の先頭ア
ドレスを発生表示させるなどの配慮が必要である。これ
らを円滑に行なうために用意されたのがプログラム再編
成部なわけである。

第３図はプログラム再編成部の構成を示したものである
。既に述べた如く何れかのコントローラが故障すればそ
の旨は通信部、バスツイン等を介し、更にはそのコント
ローラの機能を肩代り実行するコントローラの通信部を
介しＣＰＵ部に報告されるが、これによってＣＰＵ部は
コントローラ内部のパスラインを介しプログラム再編成
部５を起動するところとなるものである。プログラム再
編成部５が起動されるとその制御回路５ｂは先ずラベル
入力レジスタ５ｄに重要度の低い値をセラ（１４） トすることになる。第２図（ａ）、　（ｂ）に示す例か
らすれば先ず「３」の値がセットされるわけである。

以下、第２図（ａ）、（ｂ）に示す例に従って説明すれ
ば、この重要度の値をマスクレジスタ５Ｃを介し連想メ
モ＋）　５　ｆに格納されているラベルと比較すれば、
重要度が一致したラベル（１２３）、（１６３）には一
致した旨のフラグが立つようになっているものである。

照合用レジスタ５ｇはラベル対応のビットよシなるが、
重要度が一致したラベル対応のビット位置にはフラグが
立つわけである。ラベル入力レジスタ５ｄにおける重要
度の値を適当な範囲内で更新することに工って照合用レ
ジスタ５ｇに次々にフラグを立てれば５重要度の低い制
御プログラム部分が検出され得、フラッグ情報にもとづ
きそれら制御プログラム部分の先頭アドレスが実アドレ
ス発生回路５ｈで発生されアドレスレジスタ５１に所定
順に格納されるようになっているものである。一方、故
障に係るコントローラからの重要度の高い制御プログラ
ム部分は重要度が高い順にその通信部よりパスライン上
に出力さく１５） れ、直接間接に機能を肩代り実行するコントロー２に通
信部を介して入力された後、プログラム再編成部５のバ
ッファレジスタ５ａに一時的に格納されるようになって
いる。しかしてＤＭＡ制御回路５Ｃがアドレスレジスタ
５Ｎに格納されている先頭アドレスにもとづき制御プロ
グラム部分をバックアメモリ５ａ、１：ｔ）メモリ部に
ＤＭＡ転送するようにすれば、それまで重要度が低い制
御プログラム部分が格納されていたメモリエリアには故
障に係るコントローラからの重要度の高い制御プログラ
ム部分が所定順に格納されるものである。

制御プログラム部分のメモリ部への格納の終了に伴い制
御プログラムの再編成も終了するが、この後は再編成に
係る制御プログラムをコントローラが実行することにな
る。この実行において制御プログラム部分の実行順序は
１０００ｔｌｔ地から１５ＦＦ番地に向って順に実行さ
れるとは限らない。

既述した第２図（ｂ）の例では○印中に表示された数字
の順に制御プログラム部分が実行されるが、そのような
実行順序の制御は以下のようにして行な（１６） われる。即ち、ＣＰＵ部は制御プログラム実行に際し先
ず（１１Ｘ）をプログラム再編成部５に送るようにされ
る。但し、重要度を示すＸの値はこの場合如何なる値で
あってもよい。（ＩＩＸ）はＤＭＡ制御回路５Ｃを介し
制御回路５ｂに人力された後、−）ベル入力レジスタ５
ｄにセットサれ、重要度を無視した状態でマスクレジス
タ５ｅを介し連想メモリ５ｆの内容と比較されるもので
ある。

制御プログラム実行時には連想メモリ５ｆにおける格納
内容は第４図に示す如くになっておシ、プログラム名と
実行順序が一致した場合には前述の場合と同様にして照
合用レジスタ５ｇにおけるそのラベル対応のビット位置
にはフラグが立つようになっているものである。したが
って、フラグが立ったビット位置ナンバＹよシ実行され
るべき制御プログラム部分の実先頭アドレスは１６進表
示で以下のようにして求められる。

実先頭アドレス＝ＨＯＯＯ＋亭ｔｏｏｘ　（ビット位置
す／バＹ） 実先頭アドレスは実アドレス発生回路５ｈによ（１７） って求められるが、これがアドレスレジスタ５１゜制御
回路５ｂなどを介しＣＰＵ部に送られることによってＣ
ＰＵ部は先ずラベル（１１０）対応の制御プログ２ム部
分を実行するものである。この実行終了後ＣＰＵ部はラ
ベル（１２Ｘ）をプログラム再編成部５に送ることにな
るが、この場合はフラグが立つことはないのでその旨の
報告を受けたＣＰＵ部は次にはラベル（１３Ｘ）を送る
ようになるものである。このように送ったラベルに対し
てフラグが立った場合はそのラベル対応の制御プログラ
ム部分を実行し、制御プログラム部分が実行終了された
場合およびフックが立たなかった場合には実行順序が更
新されたラベルをプログラム再編成部５に送るものであ
る。ＣＰＵ部がラベル（１６Ｘ）を送った後はラベル（
２１Ｘ）。

（２２Ｘ）、（２３Ｘ）、（２４Ｘ）、（２５Ｘ）。

（２６Ｘ）を順次送ることによって、既に述べた如くに
して制御プログラム部分は所定順に実行され得るわけで
ある。なお、連想メモリ５ｆの代りに通常のメモリを使
用し、これにラベルを書き込（１８） んでから順次読みし、照合ラベルと比較することも可で
あるが、処理に多くの時間を要する。

以上本発明を最も基本的な場合について説明したが、故
障に係るコントローラの機能を肩代り実行するコントロ
ーラが予めそのメモリ部に故障に係るコントローラの制
御プログラムを有している場合には、切替部を切替制御
した後直ちにバックアップし得ることは勿論である。故
障に係るコントローラをバックアップしている状態で更
にバックアップされるべきコントローラが故障した場合
にはそのコントローラの制御プログラム部分を入手して
制御プログラムを更に再編成するところとなるものであ
る。

一般にコントローラ内部に他のコントローラの制御プロ
グラムを有しさせておく程に分散制御は効率的に行なわ
れるが、その反面メモリ容量の増大は免れ得ない。しか
しながら、予め必要最小限の制御プログラムを各コント
ローラに有せしめておく場合はメモリ容量を徒らに増大
させることもなければ、コントローラの何れかに故障が
生じた（１９） としてもプラント全体の機能に特に支障を与えることな
く必要最小限以上の分散制御が可能となるものである。

本発明が適用された分散制御システムにおいては全ての
コントローラが同時に故障しない限９制御機能を失なう
ことはなり、シかもプラントを停止させることなく故障
に係るコントローラを修復することが可能であるから、
例えば原子カプラントなど高信頼性、高安全性が要求さ
れるプラントに対しては非常に有効なものとな９゜経済
的にも見合ったものとなる。

以上説明したように本発明は、各コントローラに他の残
りのコントローラが実行する制御プログラムの全てを格
納せしめることなく、少なくとも自己が本来実行すべき
制御プログラムを格納せしめておき、何れかのコントロ
ーラが故障した場合には所定のコントロー２が必要に応
じ故障に係るコントローラより重要度の高い制御プログ
ラム部分を受け、故障に係るコントローンが実行すべき
重要度の高い制御プログラム部分と自己が実行すべき重
要度の高い制御プログ２ム部分とから制御（２０） プログラムを再編成したうえこの再編成された制御プロ
グラムを実行するようにしたものである。

したがって本発明による場合は、各コントローラにおけ
るメモリ容量を徒らに増大せしめることなく、しかも何
れかのコントローラが故障した場合であっても特に支障
をきたすことなくプラントを経済的に制御し得るという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るプラント分散制御システムの一
例でのシステム構成を示す図、第２図（ａ）。 （ｂ）は、制御プログラムのメモリ部における一例での
格納状態と再編成後のそれの格納状態を示す図、第３図
は、第１図におけるプログラム再編成部の一例での構成
を示す図、第４図は、再編成された制御プログラムの実
行時における連想メモリを中心とした動作説明図である
。 ２・・・バスツイン、３Ａ〜３ｃ・・・ＣＰＵ部、５Ａ
〜５Ｃ２５・・・プログラム再編成部、６Ａ〜６ｃ、６
・・・（制御プログラム格納用）メモリ部、８八〜８Ｃ
・・・プロセス入出力部、９Ａ〜９Ｃ・・・切替部、（
２１） １０Ａ〜１００・・・検出器、ＩＩＡ〜１１Ｃ・・・操
作器。 代理人　弁理士　秋本正実 （２２） ２　図 （１））

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １６外部パスラインあるいは上位コンピュータを介し直
   接間接に互いに接続されてなる複数のコントローラがプ
   ラントを分散制御するようにしてなるシステムにおいて
   、各コントローラに他のコントローラが実行する制御プ
   ログラムの全てを格納せしめることなく、少なくとも自
   己が本来する制御プログラムを格納せしめておき、何れ
   かのコントローラが故障した場合には該コントローラに
   接続収容されていた制御対象および検出器を所定のコン
   トローラに接続収容せしめる一方、該所定のコントロー
   ラは必要に応じ故障に係るコントローラより重要度の高
   い制御プログラム部分を受け、故障に係るコントローラ
   が実行すべき重要度の高い制御プログラム部分と自己が
   実行すべき重要度の高い制御プログラム部分とから制御
   プログラムを再編成したうえ、該プログラムを実行する
   ようにしたことを特徴とするプラント分散制御方法。