JPS6361681B2

JPS6361681B2 -

Info

Publication number: JPS6361681B2
Application number: JP56058498A
Authority: JP
Priority date: 1981-04-20
Filing date: 1981-04-20
Publication date: 1988-11-30
Also published as: DE3214328A1; US4542479A; JPS57174701A; DE3214328C2

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、分散型制御システムに係り、特に高
信頼性及び高安全性が要求されるプラントに適用
するのに好適な分散型制御システムに関するもの
である。

近年、コントローラ異常時にも、全システムに
異常が波及しない複数のコントローラによる構成
の分散型制御システムが普及しつつある。また、
マイクロプロセツサのコスト低下により、そのコ
ントローラも１ループコントローラのようにより
一層分散化されつつある。

このような分散型制御システムでは、プラント
をより小さな複数の小プラントに分割し、各々の
小プラントをそれぞれ一個のコントローラで制御
している。通常、これらのコントローラは、伝送
路にて中央処理装置に接続され、この中央処理装
置によつて統括制御されている。このようなシス
テムでは、もし、小プラント用のコントローラが
故障するとその小プラントは計測制御が不可能に
なる。その結果、プラント全体に被害を及ぼす恐
れがある。

本発明の目的は、正常なコントローラが一台に
なつても故障した他のコントローラの制御機能を
肩代わりしてシステム全体の制御動作を継続でき
しかも伝送路の診断が可能で簡単な構成の分散型
制御システムを提供することにある。

本発明の特徴は、コントローラと同数の切替手
段及び伝送路が交互に配置されて切替手段及び伝
送路が互いに接続されてなるループ状回路を有
し、ループ状回路を構成する各々の切替手段は、コ
ントローラ毎に設けられ、しかも各々の切替手段は、対応して設けられた
コントローラの正常モードで、前記対応コントロ
ーラが管理する制御対象物と検出器が接続された
第１の前記伝送路を対応コントローラの第１送受
信手段に接続すると共に第２の他のコントローラ
が管理する制御対象物と検出器が接続された他の
伝送路である第２の前記伝送路を対応コントロー
ラの第２送受信手段に接続し、対応コントローラ
の故障モードで、対応コントローラを切離して第
１伝送路と第２伝送路を接続する切替手段であ
り、各々のコントローラは、正常モードで、自己が
管理する検出器の出力信号の入力及び自己が管理
する制御対象物への制御信号の出力を第１伝送路
を介して行い、自己が監視する第１の他のコント
ローラへの監視用信号の出力、及びこの監視用信
号に対する返信情報である第１の他のコントロー
ラが管理している制御対象物と検出器の情報及び
返信元を示す情報の入力を第１伝送路を介して行
い、更に第２の他のコントローラの監視用信号に
対する返信情報として自己が管理する制御対象物
と検出器の情報及び返信元を示す情報を前記第２
伝送路を介して第２の他のコントローラに出力
し、しかも自己が監視していない他のコントロー
ラの出力信号の入力により第１の他のコントロー
ラの故障を検知したときには第１伝送路及び故障
モードの接続状態にある切替手段を介して前記故
障コントローラが管理していた制御対象物と検出
器を管理しかつ前記故障コントローラが管理して
いた他のコントローラを監視するコントローラで
あることにある。

本発明の好適な一実施例を第１図に基づいて説
明する。本実施例の分散型制御システムは中央処
理装置HCに主伝送路Ｌにてそれぞれ接続される
コントローラＣ１，Ｃ２及びＣ３、及び伝送路Ｂ
１，Ｂ２及びＢ３を有している。伝送路Ｂ１，Ｂ
２及びＢ３は、コントローラＣ１，Ｃ２及びＣ３
に対応して設けられている。伝送路Ｂ１，Ｂ２及
びＢ３には、操作器Ａ及び検出器Ｓが信号伝送モ
ジユールＭを介してそれぞれ接続されている。コ
ントローラＣ１，Ｃ２及びＣ３は、それぞれ信号
伝送回路Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ２１，Ｃ２２，Ｃ３
１及びＣ３２を備えている。伝送路Ｂ１，Ｂ２及
びＢ３は双方向特性を有し、信号伝送回路Ｃ１
１，Ｃ１２，Ｃ２１，Ｃ２２，Ｃ３１及びＣ３２
及び各信号伝送モジユールＭは送受信機能を有し
ている。

また、本実施例の分散型制御システムは、切替
スイツチSW１，SW２及びSW３を有している。
切替スイツチSW１，SW２及びSW３は、第１図
に示すように隣接している伝送路間に配置され、
しかも各コントローラに対応して設けられてい
る。これらの切替スイツチの機能を第２図に基づ
いて述べる。コントローラが故障すると、このコ
ントローラに対応する切替スイツチSWは、第２
図Ａに示すそのコントローラの正常時におけるオ
ン（ON）モードの接続状態から第２図Ｂに示す
バイパス（BAYPASS）モードの接続状態に切
替られる。オンモードでは端子ａと端子ｄ、及び
端子ｂと端子ｃがそれぞれ導通し、バイパスモー
ドでは端子ｂと端子ｄのみが導通する。本実施例
では、端子ａがコントローラの第１信号伝送回路
（例えば、信号伝送回路Ｃ１１，Ｃ２１，Ｃ３１）
に接続され、端子ｃがコントローラの第２信号伝
送回路（例えば、信号伝送回路Ｃ１２，Ｃ２２，
Ｃ３２）に接続されている。端子ｂ及びｄは、隣
接して配置された伝送路の一方にそれぞれ接続さ
れる。

コントローラＣ１は、伝送路Ｂ１に接続された
操作器Ａ及び検出器Ｓを管理下においている。コ
ントローラＣ２は、伝送路Ｂ２に接続された操作
器Ａ及び検出器Ｓを管理下においている。さら
に、コントローラＣ３は、伝送路Ｂ３に接続され
た操作器Ａ及び検出器Ｓを管理下においている。

コントローラＣ１，Ｃ２及びＣ３が全て正常に
機能している場合には、各々のコントローラは管
理下においている検出器Ｓの出力信号を入力して
管理下にある制御対象物である操作器Ａを制御す
る。この状態をコントローラＣ３を例に取つて具
体的に説明する。この時、切替スイツチSW３は
第２図Ａの接続状態にあり、伝送路Ｂ３はコント
ローラＣ３の信号伝送回路Ｃ３２に接続され、伝
送路Ｂ３に隣接して配置された伝送路Ｂ１はコン
トローラＣ３の信号伝送回路Ｃ３１に接続されて
いる。また、伝送路Ｂ３は、第２図Ａの接続状態
にある切替スイツチSW２を介してコントローラ
Ｃ２の信号伝送回路Ｃ２１に接続されている。コ
ントローラＣ３は、伝送路Ｂ３に接続された検出
器Ｓから計測信号を入力し、伝送路Ｂ３に接続さ
れた操作器Ａを制御する。これと同時に、コント
ローラＣ３は、伝送路Ｂ３を通してコントローラ
Ｃ２に対して常時定期的に信号を送信し、これに
対するコントローラＣ２からの返信を伝送路Ｂ３
を通して受信する。これによつてコントローラＣ
３は、コントローラＣ２が正常な状態にあること
を把握する。コントローラＣ２からの返信内容
は、通常、コントローラＣ２が管理している伝送
路Ｂ２に接続されている操作器Ａ及び検出器Ｓの
状態である。このように、コントローラＣ１はコ
ントローラＣ３を、コントローラＣ２はコントロ
ーラＣ１を、及びコントローラＣ３はコントロー
ラＣ２を、各々の自己の管理下にある伝送路に接
続された操作器Ａ及び検出器Ｓと同様に管理す
る。コントローラＣ３は、コントローラＣ２から
の返信信号を受信することにより伝送路Ｂ３に異
常がないことを知る。すなわち、コントローラＣ
３は、コントローラＣ２の故障の有無を知ると同
時に伝送路Ｂ３の診断を行うことができる。

コントローラＣ２が故障した場合を第３図に示
す。図中の×は故障したことを示している。コン
トローラＣ２の故障により、切替スイツチSW２
が自動的にバイパスモードと成り、コントローラ
Ｃ３が管理する伝送路は伝送路Ｂ２及びＢ３に広
がる。コントローラＣ２が故障すると前述のよう
に切替スイツチSW２がバイパスモードの接続状
態になるため、コントローラＣ３から出力された
信号は、伝送路Ｂ３、切替スイツチSW２及び伝
送路Ｂ２を介してコントローラＣ１に受信され
る。コントローラＣ１は、上記コントローラＣ３
からの信号を受信すると返信元がコントローラＣ
１であることを示すアドレス信号を含む返信信号
をコントローラＣ３に対して返信する。すなわ
ち、コントローラＣ２の出力である返信信号は、
コントローラＣ３に入力されない。コントローラ
Ｃ３は、コントローラＣ２の返信信号を入力しな
いことにより、すなわちコントローラＣ１の返信
信号を入力することにより、コントローラＣ２の
故障を検知し、それ以前に得ていたコントローラ
Ｃ２の制御情報を基に、今までコントローラＣ２
の管理下にあつた伝送路Ｂ２に接続された操作器
Ａによる制御及び検出器Ｓによる計測を管理す
る。なお、コントローラＣ３は、コントローラＣ
１の返信信号を入力することにより、コントロー
ラＣ２の故障を検出すると共に、切替スイツチ
SW２が切替わつて伝送路Ｂ３と伝送路Ｂ２とが
接続されていることを知る。更に、コントローラ
Ｃ３は、コントローラＣ３とコントローラＣ１を
連絡する伝送路、すなわち伝送路Ｂ３、切替スイ
ツチSW２及び伝送路Ｂ２が健全であると診断す
る。

コントローラＣ２の故障後に、さらにコントロ
ーラＣ１が故障した場合には、切替スイツチSW
１がバイパスモードの接続状態となり、前述と同
様にして伝送路Ｂ１，Ｂ２及びＢ３がコントロー
ラＣ３の管理下に入る。また、コントローラＣ２
の故障後に、さらにコントローラＣ３が故障した
場合には、切替スイツチSW３がバイパスモード
の接続状態となり、前述と同様にして伝送路Ｂ
１，Ｂ２及びＢ３がコントローラＣ１の管理下に
入る。

これらの説明は、本実施例の分散型制御システ
ムにおいて、一台のコントローラが正常な状態で
他の全てのコントローラが故障した場合の例であ
る。この正常なコントローラから出力された信号
が切替スイツチの作用により環状に接続された伝
送路にて自分自身に伝えられ、それに対するその
正常なコントローラの返信信号が返信元の情報を
含んで逆に伝送されて再び自分自身のところに戻
つてくる。従つて、一台になつた正常なコントロ
ーラは、前述したように他の全てのコントローラ
の故障を検知してそれらのコントローラの管理下
にあつた操作器Ａ及び検出器Ｓを自己の管理下に
おく。

本実施例において、伝送路はツイストペア線を
用いているが、同軸ケーブルを用いても良い。ま
た切替スイツチはリレーを用いているが、半導体
スイツチでもよい。信号伝送回路及び信号伝送モ
ジユールと伝送路との間は、トランス結合または
ホトカプラ結合により絶縁する。あるいは、伝送
路として非蟻フアイバを用い、切替スイツチとし
て光スイツチを用いてもよい。ただし、この場合
には信号分岐部分に光分岐／結合器が必要にな
る。

切替スイツチの動作は、いわゆるウオツチドツ
グタイマによるもので既知のものである。すなわ
ち、コントローラから一定間隔で切替スイツチに
パルスを送り、切替スイツチをオンモードの接続
状態に保つ。コントローラが故障すると、コント
ローラからの切替スイツチへのパルスの送信が停
止されて切替スイツチは自動的にバイパスモード
の接続状態になる。

以上述べた本実施例によれば、他のコントロー
ラ監視のためのコントローラ相互間の信号伝送及
び自己の管理下にある操作器及び検出器との間の
信号伝送を同一伝送路にて行なうことができる。
すなわち、各コントローラにそれぞれ対応する複
数の伝送路を設け、各コントローラはそれに対応
する伝送路を用いて自己の管理下にある制御対象
物を制御すると共に前記伝送路の一端が連絡され
ている他のコントローラの監視を行ない、この他
のコントローラが故障するとこの他のコントロー
ラに対応する伝送路を用いてこの他のコントロー
ラのバツクアツプ制御及びこの他のコントローラ
が監視していたもう一つの他のコントローラの監
視を行なう。各コントローラは、自己の管理下に
ある伝送路により故障コントローラの故障直前ま
での状態データを有している。従つて、監視及び
バツクアツプ制御用の伝送路を新たに設けること
なく、他のコントローラを監視し、バツクアツプ
制御することができる。本システムは、コントロ
ーラが一台になるまでシステム全体の動作を継続
することができる。もちろん他のコントローラの
機能を維持させるためには、コントローラは他の
コントローラの管理下にある操作器Ａ及び検出器
Ｓの変換定数及び制御定数を記憶しておく必要が
ある。最も、コントローラに十分な性能が有る場
合以外は、一般的に故障コントローラのバツクア
ツプ制御をすると処理速度が低下するが、システ
ム全体として全ての制御対象物の制御を継続でき
る優れた効果を生じる。

本実施例によれば、正常なコントローラから出
力された信号を受信したコントローラの返信信号
が正常なコントローラに入力されるので、正常な
コントローラは自己が監視しているコントローラ
の故障を検出できると共にそのコントローラにつ
ながる伝送路の診断を行うことができる。

特開昭56−14302号公報は、制御対象物が定ま
つている複数のコントローラの他にそれらのコン
トローラのバツクアツプ用として予備のコントロ
ーラを一台有している制御システムを示してい
る。この制御システムは、予備のコントローラ及
びその伝送路を必要としてシステム構成が複雑に
なつており、しかも常用のコントローラ間で他の
コントローラを監視していない。本発明の第１図
に示した実施例は、このような特開昭56−14302
号公報の問題点を解消したものである。

第４図に本発明の他の実施例を示す。第１図の
実施例では、例えば切替スイツチSW２の左側の
伝送路Ｂ２が切断されると、コントローラＣ２
は、その管理下にある操作器Ａ及び検出器Ｓとの
間の信号伝送が不可能になる。しかし、本実施例
は、各コントローラに信号伝送回路Ｃ１３，Ｃ１
４，Ｃ２３，Ｃ２４，Ｃ３３及びＣ３４、切替ス
イツチSW１２，SW２２及びSW３２、さらに伝
送路Ｂ１２，Ｂ２２及びＢ３２を付加することに
より、伝送路及び信号伝送回路の二重化を図つて
いる。

第５図は、コントローラＣ２及び伝送路Ｂ２１
が故障した場合の状態を示す。点線で示された伝
送路は使用しない部分を示している。すなわち、
コントローラＣ３は、信号伝送回路Ｃ３４を用い
て自己の管理下にある操作器Ａ及び検出器Ｓとの
間で信号の伝送を行ない、コントローラＣ１の状
態をモニタする。本実施例は、前述の実施例と同
じ効果を得ることができる。更に本実施例は、伝
送路の診断を行うことができ、伝送路が二重化さ
れているので二重化された一方の伝送路が故障し
てもその他方の伝送路にて対象の操作器が制御で
きる。本実施例における伝送路の診断について以
下に詳細に説明する。分かり易くするために、第
５図においてコントローラＣ２が最初に故障して
次に伝送路が故障したとして説明する。コントロ
ーラＣ２が故障した場合には、前述の実施例で示
したように、切替スイツチSW２１がバイパスモ
ードになり、伝送路Ｂ２１に接続された操作器Ａ
及び検出器Ｓは伝送路Ｂ２１およびＢ３２を介し
てコントローラＣ３の管理下におかれる。コント
ローラＣ３は、コントローラＣ１に信号を出力し
その返信信号を入力することによりコントローラ
Ｃ１を監視している。この状態で第５図の位置で
伝送路が故障したとする。このため、コントロー
ラＣ３の出力信号がコントローラＣ１に入力され
ず、コントローラＣ１の返信信号がコントローラ
Ｃ３に入力されない。また、コントローラＣ１が
正常であり切替スイツチSW１１がバイパスモー
ドになつていないので、コントローラＣ１の故障
の場合に伝送路BW１１及び切替スイツチSW１
１を介してコントローラＣ３に伝えられる他のコ
ントローラ（本実施例ではコントローラＣ３）の
返信信号が入力されない。コントローラＣ３は、
コントローラＣ１及びコントローラＣ１が監視し
ている他のコントローラからの返信信号の入力の
有無を判定することにより伝送路Ｂ２１及びＢ３
１の故障の有無を診断できる。このような伝送路
の診断は、第１図の実施例でも行われる。

なお、以上の実施例ではコントローラを三個と
したが、コントローラの数は二個でもまた四個以
上であつても同様に適用できる。

また、中央処理装置HC及び伝送路Ｌがなく各
コントローラがスタンドアロンの場合でも本発明
を適用できる。

本発明によれば、３個以上設けられた各々のコ
ントローラは、当該コントローラに対応して設け
られた第１伝送路を介して自己が管理する検出器
の出力信号を入力して自己が管理する制御対象物
を制御しながら、この第１伝送路を介して他のコ
ントローラの状態を監視し、他のコントローラの
出力信号が入力されないことにより他のコントロ
ーラの故障を検知したときには前述の第１伝送路
及び故障モードの接続状態にある切替手段を介し
て故障したコントローラが管理していた制御対象
物及び検出器を管理すると共に故障したコントロ
ーラが管理していた他のコントローラの状態を監
視するので、３個以上のコントローラを有する分
散型制御システムで正常なコントローラが一台に
なつても故障した他のコントローラの制御機能を
肩代わりしてシステム全体の制御動作を継続でき
る。更に、本発明の分散型制御システムは、制御
対象物を制御しているコントローラが他のコント
ローラを監視しており、しかも各コントローラは
他のコントローラの監視及びその他のコントロー
ラからの情報の取得に必要な伝送路を自己の管理
する制御対象物への制御信号の伝送に必要な伝送
路と共用しているので、予備のコントローラ及び
他のコントローラを監視ししかも故障したコント
ローラが管理していた制御対象物を制御するため
の専用の伝送路が不要であり、構成が著しく簡単
である。本発明は、伝送路の診断も同時に行うこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好適な一実施例である分散型
制御システムの構成図、第２図は第１図の切替ス
イツチの切替動作を示す説明図、第３図は第１図
の実施例のコントローラ故障時の状態を示す説明
図、第４図は本発明の他の実施例の構成図、第５
図は第４図の実施例の動作を示す説明図である。 HC……中央処理装置、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３……
コントローラ、Ｌ……主伝送路、Ａ……操作器、
Ｓ……検出器、Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３……伝送路、
SW１，SW２，SW３……切替スイツチ、Ｃ１
１，Ｃ１２，Ｃ２１，Ｃ２２，Ｃ３１，Ｃ３２…
…信号伝送回路。

Claims

【特許請求の範囲】１第１及び第２送受信手段を有する３個以上の
コントローラを備え、しかも前記コントローラと
同数の切替手段及び伝送路が交互に配置されて前
記切替手段及び前記伝送路が互いに接続されてな
るループ状回路を有し、各々の前記伝送路には制御対象物と検出器が接
続されており、前記ループ状回路を構成する各々の前記切替手
段は、前記コントローラ毎に設けられ、しかも各々の前記切替手段は、対応して設けら
れた前記コントローラの正常モードで、前記対応
コントローラが管理する前記制御対象物と前記検
出器が接続された第１の前記伝送路を前記対応コ
ントローラの前記第１送受信手段に接続すると共
に第２の他の前記コントローラが管理する前記制
御対象物と前記検出器が接続された他の前記伝送
路である第２の前記伝送路を前記対応コントロー
ラの前記第２送受信手段に接続し、前記対応コン
トローラの故障モードで、前記対応コントローラ
を切離して前記第１伝送路と前記第２伝送路を接
続する切替手段であり、各々の前記コントローラは、前記正常モード
で、自己が管理する前記検出器の出力信号の入力
及び自己が管理する前記制御対象物への制御信号
の出力を前記第１伝送路を介して行い、自己が監
視する第１の他の前記コントローラへの監視用信
号の出力、及び前記監視用信号に対する返信情報
である前記第１の他のコントローラが管理してい
る前記制御対象物と前記検出器の情報及び返信元
を示す情報の入力を前記第１伝送路を介して行
い、更に前記第２の他のコントローラの監視用信
号に対する返信情報として自己が管理する前記制
御対象物と前記検出器の情報及び返信元を示す情
報を前記第２伝送路を介して前記第２の他のコン
トローラに出力し、しかも自己が監視していない
他の前記コントローラの出力信号の入力により前
記第１の他のコントローラの故障を検知したとき
には前記第１伝送路及び故障モードの接続状態に
ある前記切替手段を介して前記故障コントローラ
が管理していた前記制御対象物と前記検出器を管
理しかつ前記故障コントローラが管理していた他
の前記コントローラを監視するコントローラであ
ることを特徴とする分散型制御システム。