プロセス制御装置

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【発明の名称】	プロセス制御装置
【発明者】	【氏名】大塚尚樹【住所又は居所】神奈川県横浜市神奈川区新浦島町１丁目１番地３２山武産業システム株式会社内
【要約】	【課題】異常が生じた場合でも無瞬断でプロセス制御を続行する。【解決手段】このプロセス制御装置は、ネットワークインタフェース１０が制御ＬＡＮ３を介して受信した監視装置２のリクエストを３つのコントローラ２０の各々に与え、このリクエストに対する３つのコントローラ２０の各々からの応答の中から多数決によって定まる１つの応答を制御ＬＡＮ３に出力して監視装置２へ回答し、３つのコントローラ２０の各々がネットワークインタフェース１０から与えられたリクエストに対して演算を行い、リクエストに対する応答をネットワークインタフェース１０に出力するとともに、演算結果を制御データとしてプロセス機器インタフェース３０に出力し、プロセス機器インタフェース３０が３つのコントローラ２０の各々からの制御データの中から多数決によって定まる１つの制御データをＩＯバス５に出力してプロセス機器４を制御する。

【特許請求の範囲】
【請求項１】ネットワークを介してリクエストを受信するとともに、プロセス機器が接続される通信路に制御データを出力するプロセス制御装置であって、前記ネットワークに接続されるネットワークインタフェースと、前記通信路に接続されるプロセス機器インタフェースと、前記ネットワークインタフェースと前記プロセス機器インタフェースとに接続され、前記ネットワークインタフェースを介して与えられたリクエストに対して演算を行い、前記リクエストに対する応答を前記ネットワークインタフェースに出力するとともに、演算結果を制御データとして前記プロセス機器インタフェースに出力するＮ個（Ｎは３以上の自然数）のコントローラとを備え、前記ネットワークインタフェースは、前記ネットワークから受信したリクエストを前記コントローラの各々に与え、このリクエストに対する前記コントローラの各々からの応答の中から多数決によって定まる１つの応答を前記ネットワークに出力し、前記プロセス機器インタフェースは、前記コントローラの各々からの制御データの中から多数決によって定まる１つの制御データを前記通信路に出力することを特徴とするプロセス制御装置。
【請求項２】請求項１に記載されたプロセス制御装置において、前記コントローラは、前記リクエストと前記リクエストに対する応答と前記演算結果とを格納する記憶手段を有し、前記ネットワークインタフェースは、前記記憶手段の記憶内容が正しいか否かの確認を行う診断手段を有することを特徴とするプロセス制御装置。
【請求項３】請求項１又は２に記載されたプロセス制御装置において、前記ネットワークインタフェースおよび前記プロセス機器インタフェースの少なくとも一方は多重化されていることを特徴とするプロセス制御装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、プロセス制御装置に関し、特に冗長構成を有するプロセス制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、プラントなどのプロセス制御に用いるプロセス制御装置において、高信頼性を要求される場合には制御演算を行うコントローラを複数備えた冗長構造をもつものが用いられている。このような冗長構造をもつ従来のプロセス制御装置は、マスターとスレーブの２つのコントローラを備え、マスターコントローラに異常が発生すると待機中のスレーブコントローラに切り替わるマスタースレーブ型が一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、マスタースレーブ型のプロセス制御装置は、コントローラがマスターからスレーブに切り替わる際、マスターの停止を検出後に待機していたスレーブが処理を開始するので、制御空白時間が生じるため、プロセスの制御周期が短いプロセス制御には使用できないという問題があった。このため、稼働中のコントローラに異常が生じた場合でも制御空白時間の生じないプロセス制御装置が求められていた。本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、稼働中のコントローラに異常が生じた場合でも無瞬断でプロセス制御の継続が可能な信頼性の高いプロセス制御装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決するために、本発明のプロセス制御装置は、ネットワークを介してリクエストを受信するとともに、プロセス機器が接続される通信路に制御データを出力するプロセス制御装置であって、ネットワークに接続されるネットワークインタフェースと、通信路に接続されるプロセス機器インタフェースと、ネットワークインタフェースとプロセス機器インタフェースとに接続され、ネットワークインタフェースを介して与えられたリクエストに対して演算を行い、リクエストに対する応答をネットワークインタフェースに出力するとともに、演算結果を制御データとしてプロセス機器インタフェースに出力するＮ個（Ｎは３以上の自然数）のコントローラとを備え、ネットワークインタフェースは、ネットワークから受信したリクエストをコントローラの各々に与え、このリクエストに対するコントローラの各々からの応答の中から多数決によって定まる１つの応答をネットワークに出力し、プロセス機器インタフェースは、コントローラの各々からの制御データの中から多数決によって定まる１つの制御データを通信路に出力することによって特徴づけられる。この場合、多数決の判定は、コントローラの各々からの出力データを比較し、２つ以上のコントローラからの出力データが一致した場合に一致したデータを多数のデータと決することにより行う。
【０００５】このプロセス制御装置の一構成例は、コントローラがリクエストとリクエストに対する応答と演算結果とを格納する記憶手段を有し、ネットワークインタフェースが記憶手段の記憶内容が正しいか否かの確認を行う診断手段を有する。診断手段の一構成例は、各々のコントローラの記憶手段からデータを読み出し、多数決によって定まる１つのデータを出力したコントローラの記憶手段を正常と診断する。これらのプロセス制御装置の一構成例は、ネットワークインタフェースおよびプロセス機器インタフェースの少なくとも一方が多重化されている。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下に図を用いて発明の実施の形態を説明する。まず、本発明のプロセス制御装置の第１の実施の形態について説明する。図１は、本発明のプロセス制御装置の第１の実施の形態を示すブロック図である。同図において、プロセス制御装置１は、１つのネットワークインタフェース１０と、３つの同一構成のコントローラ２０（コントローラＡ，コントローラＢ，コントローラＣ）と、１つのプロセス機器インタフェース３０を備えている。
【０００７】ネットワークインタフェース１０と３つのコントローラ２０は、内部ＬＡＮ（Local Area Network）４０に接続されており、相互通信可能に構成されている。プロセス機器インタフェース３０は、３つのコントローラ２０と個別にＵＳＢ（Universal Serial Bus）などのデータ通信路５０で接続されており、これらとの間で１対１の通信が可能に構成されている。また、ネットワークインタフェース１０と３つのコントローラ２０とプロセス機器インタフェース３０は、図示しないバスに接続されている。さらに、ネットワークインタフェース１０は、監視装置２が接続された外部の制御ＬＡＮ３に接続されており、プロセス機器インタフェース３０は、プロセス機器４が接続された外部のＩＯバス５に接続されている。
【０００８】このような構成において、このプロセス制御装置１は、ネットワークインタフェース１０が制御ＬＡＮ３を介して受信した監視装置２のリクエストを３つのコントローラ２０の各々に与えるとともに、このリクエストに対する３つのコントローラ２０の各々からの応答の中から多数決によって定まる１つの応答を制御ＬＡＮ３に出力して監視装置２へ回答する。３つのコントローラ２０は、いずれも同じデータベースをもち、各々がネットワークインタフェース１０から与えられたリクエストの処理を行い、リクエストに対する応答をネットワークインタフェース１０に出力する。また、プロセス機器４に対するコマンド生成やプロセス制御の演算を行い、生成したコマンドや演算結果を制御データとしてプロセス機器インタフェース３０に出力する。
【０００９】プロセス機器インタフェース３０は、３つのコントローラ２０の各々から出力される制御データの中から多数決によって定まる１つの制御データをＩＯバス５に出力してプロセス機器４を制御する。これにより、コントローラ２０の１つに異常が生じ、他の２つと異なる応答や制御データを出力した場合であっても、監視装置２やプロセス機器４へ正常な応答や制御データを途切れることなく出力することができる。
【００１０】次に、ネットワークインタフェース１０について図２を参照して詳細に説明する。図２は、図１のネットワークインタフェース１０の機能ブロック図である。図２に示すように、ネットワークインタフェース１０は、応答／リクエスト送受信部１１、負荷チェック部１２、リクエスト配信部１３、応答受信部１４、応答比較部１５及び異常通知部１６を備えている。
【００１１】監視装置２が制御ＬＡＮ３に出力したリクエストは、応答／リクエスト送受信部１１で受信され、負荷チェック部１２に送られる。負荷チェック部１２は、コントローラ２０ごとの処理状況（処理負荷）をチェックし、稼働中のすべてのコントローラ２０が送られたリクエストを受入れ可能な状態のときは、応答／リクエスト送受信部１１から送られたリクエストをリクエスト配信部１３へ転送し、稼働中で受入れ不可能な状態のコントローラがあるときは応答／リクエスト送受信部１１へ当該リクエストの受入れ不可を通知するとともに、このリクエストを消去する。
【００１２】この場合、負荷チェック部１２は、コントローラ２０が実行中のリクエストの数が所定数以下のとき、次のリクエストを受入れ可能と判定する。実行中のリクエストの数は、例えば転送したリクエスト数から応答数を差し引いて求める。応答数は、後述する応答受信部１４から入力される。応答／リクエスト送受信部１１は、リクエストの受入れ不可が通知されると、リクエスト元へリクエスト実行不可を通知する。
【００１３】リクエスト配信部１３は、負荷チェック部１２から転送されたリクエストに処理すべきタイミングを示す処理タイミング情報を付加した後、内部ＬＡＮ４０を介して３つのコントローラ２０に同報配信する。この場合、処理タイミング情報は、１制御周期中における処理タイミングを示す３ｂｉｔコードであり、リクエスト配信部１３は後述するプロセス機器インタフェース３０が図示しないバス上にパラレル出力する３ｂｉｔの処理タイミング信号１０３の現在値を参照し、リクエストを実行するタイミングとして将来生成される処理タイミング信号の値を設定する。付加する処理タイミング情報には、リクエストを実行するタイミングやリクエストの応答を送信するタイミングが含まれる。
【００１４】一方、３つのコントローラ２０の各々からリクエストの応答が送信されると、応答受信部１４が受信し、応答比較部１５に送るとともに、応答を返したコントローラを負荷チェック部１２に通知する。この場合、応答受信部１４は、受信した応答を一時的に保持し、３つのコントローラ２０からの応答が揃った後、応答比較部１５に送る。所定時間内に３つのコントローラ２０の内の１つから応答がなかったときは、当該コントローラ２０を負荷チェック部１２に通知するとともに、例えばヌルデータのようなあらかじめ定めた特定のデータを当該コントローラ２０の応答として、他の２つの応答とともに応答比較部１５に送る。
【００１５】ここで、所定時間内に応答がなかったときに応答のないコントローラ２０を負荷チェック部１２に通知するのは、負荷チェック部１２で応答のないコントローラ２０の未処理リクエストが処理されないまま残ることにより実行中のリクエストの数が所定数を超えて、動作中の２つのコントローラがリクエストを実行できなくなることを防ぐためである。
【００１６】応答比較部１５は、応答受信部１４から送られた３つのコントローラ２０からの応答を比較し、内容の一致する応答が２つ以上ある場合のみ応答／リクエスト送受信部１１へこの内容の応答を１つ送る。ただし、一致した内容がヌルデータのようなあらかじめ定めた特定のデータであった場合は、送信しない。応答／リクエスト送受信部１１へ送られた応答は、制御ＬＡＮ３へ出力され、リクエスト元の監視装置２へ送信される。また、応答比較部１５は、他と異なる内容の応答を返したコントローラを異常通知部１６へ通知する。異常通知部１６は、応答比較部１５から通知されたコントローラに内部ＬＡＮ４０を介して異常通知を送信する。
【００１７】このネットワークインタフェース１０は、制御ＬＡＮ３用のＬＡＮインタフェースと、内部ＬＡＮ４０用のＬＡＮインタフェースと、処理タイミング信号１０３入力用のディジタル入力インタフェースと、ネットワークインタフェース１０の機能を実現するプログラムを格納した不揮発性半導体メモリと、この不揮発性半導体メモリに格納されたプログラムを実行する演算処理装置（ＣＰＵ）と、プログラム実行時の一時記憶に用いられるＲＡＭと、これらを接続するバスとから構成されている。
【００１８】次に、コントローラ２０について図３を参照して詳細に説明する。図３は、図１のコントローラ２０の機能ブロック図である。図３に示すように、コントローラ２０は、リクエスト処理部２１、データベース２２、演算処理部２３、入出力処理部２４及び異常処理部２５を備えており、データベース２２にはプロセス制御条件の設定値、計測データの現在値及びプロセス機器を制御する制御データが格納されている。この場合、内部ＬＡＮ４０に出力されたリクエストは、リクエスト処理部２１で受信されてリクエスト内容が解析され、リクエストに応じた処理がリクエストに付加された処理タイミング情報に基づいて実行される。
【００１９】例えば、リクエストがプロセス制御条件の変更であれば、データベース２２の指定された制御条件の設定値をリクエストで指示された設定値に書き換え、書き換えた設定値をデータベース２２から読み出して応答内容とする。また、リクエストがプロセス条件の現在値の要求であれば、データベース２２から指定されたプロセス条件の現在値を読み出して応答内容とする。このような応答は、リクエスト処理部２１により内部ＬＡＮ４０に出力され、ネットワークインタフェース１０へ送信される。この場合、リクエスト処理は、プロセス機器インタフェース３０が出力する処理タイミング信号１０３を参照し、この信号の示す情報がリクエストに付加された処理タイミング情報と一致したときに実行する。
【００２０】演算処理部２３は、所定のタイミングでデータベース２２からプロセス制御条件の設定値とプロセス条件の現在値を読み出し、現在値を設定値に合わせるために必要な制御量を算出する制御演算を行い、演算結果を制御データとしてデータベース２２に書き込む。入出力処理部２４は、所定のタイミングでデータベース２２から制御データを読み出してプロセス機器インタフェース３０へ送信する。また、プロセス機器が計測したプロセスデータの送信を要求するコマンドをプロセス機器インタフェース３０へ送信するとともに、プロセス機器インタフェース３０から送信されるプロセス機器が計測したプロセスデータを受信し、現在値としてデータベース２２に書き込む。
【００２１】また、リクエスト処理部２１は、リクエストと同様にしてネットワークインタフェース１０の異常通知部１６が送信する異常通知を受信し、異常処理部２５に通知する。入出力処理部２４は、プロセス機器インタフェース３０から送信される情報に異常通知が含まれているか否か確認し、異常通知が含まれているときは、異常処理部２５に通知する。異常処理部２５は、異常通知を受けるとコントローラ２０の処理を停止させる。
【００２２】このコントローラ２０は、内部ＬＡＮ４０用のＬＡＮインタフェースと、データ通信路５０用の通信インタフェースと、処理タイミング信号１０３入力用のディジタル入力インタフェースと、コントローラ２０の機能を実現するプログラムを格納した不揮発性半導体メモリと、この不揮発性半導体メモリに格納されたプログラムを実行する演算処理装置（ＣＰＵ）と、データベース２２の格納領域やプログラム実行時の一時記憶領域として用いられるＲＡＭと、これらを接続するバスとから構成されている。また、このコントローラ２０は、活線挿抜可能にして、３つのコントローラのうちの１つが故障した時はプロセス制御を継続したまま交換可能に構成されている。
【００２３】次に、プロセス機器インタフェース３０について図４を参照して詳細に説明する。図４は、図１のプロセス機器インタフェース３０の機能ブロック図である。図４に示すように、プロセス機器インタフェース３０は、コントローラ通信処理部３１、データ比較部３２、ＩＯバス入出力処理部３３、異常通知部３４及び処理タイミング信号生成部３５を備えている。
【００２４】各コントローラ２０がそれぞれのデータ通信路５０を介して送信したコマンドや制御データは、コントローラ通信処理部３１で受信され、データ比較部３２に送られる。この場合、コントローラ通信処理部３１は、受信データを一時的に保持し、３つのコントローラ２０からの受信データが揃った後、データ比較部３２に送る。所定時間内に３つのコントローラ２０からの受信データが揃わなかったときは、例えばヌルデータのようなあらかじめ定めた特定のデータを未受信コントローラ２０の受信データとし、他の受信データとともにデータ比較部３２に送る。
【００２５】データ比較部３２は、コントローラ通信処理部３１から送られた３つの受信データを比較し、内容の一致する受信データが２つ以上ある場合のみ、ＩＯバス入出力処理部３３へ内容の一致した受信データを１つ入力する。ただし、一致した内容がヌルデータのようなあらかじめ定めた特定のデータであった場合は、送信しない。ＩＯバス入出力処理部３３へ送られたデータは、ＩＯバス５へ出力され、プロセス機器４へ送信される。また、データ比較部３２は、他と異なるデータを送信したコントローラを異常通知部３４へ通知する。異常通知部３４は、コントローラ通信処理部３１を介してデータ比較部３２から通知されたコントローラ２０に異常通知を送信する。
【００２６】一方、プロセス機器４がＩＯバス５へ出力したデータは、ＩＯバス入出力処理部３３が受信し、コントローラ通信処理部３１へ送られる。コントローラ通信処理部３１は、送られたデータを３つのデータ通信路５０にそれぞれ出力し、各コントローラ２０に送信する。処理タイミング信号生成部３５は、処理タイミング信号１０３を生成し、ネットワークインタフェース１０と３つのコントローラ２０とプロセス機器インタフェース３０とに接続されているバスに出力する。
【００２７】ここで、処理タイミング信号１０３は、例えば３ｂｉｔのパラレル信号であり、プロセス制御装置の１制御周期中に順次３ｂｉｔの組合せから得られる８つの状態をとることにより、８個の処理タイミングを設けるものである。なお、処理タイミング信号１０３は３ｂｉｔに限られるものではなく、１制御周期中に実行する処理の種類やコントローラ２０の処理速度に応じて他のｂｉｔ数に変更してもよい。
【００２８】このプロセス機器インタフェース３０は、３つのデータ通信路５０用の通信インタフェースと、ＩＯバス５用インタフェースと、処理タイミング信号１０３出力用のディジタル出力インタフェースと、プロセス機器インタフェース３０の機能を実現するプログラムを格納した不揮発性半導体メモリと、この不揮発性半導体メモリに格納されたプログラムを実行する演算処理装置（ＣＰＵ）と、プログラム実行時の一時記憶に用いられるＲＡＭと、これらを接続するバスとから構成されている。
【００２９】次に、このプロセス制御装置の動作について説明する。最初に、監視装置からのリクエストがないときの動作を説明する。図５は、第１の実施の形態のプロセス制御装置の動作を説明するシーケンス図であり、監視装置からのリクエストがないときの動作を示す。図５に示すように、このプロセス制御装置は、３つのコントローラ（コントローラＡ，コントローラＢ，コントローラＣ）が並列して同じ処理を実行している。
【００３０】ここで、周期ｎ（ｎは自然数）の制御周期が開始されると、各々のコントローラは、処理タイミング信号が所定のタイミングとなったときにプロセス機器インタフェースに計測データ要求のコマンドを送信する。プロセス機器インタフェースは、各々のコントローラから送信されたコマンドの多数決を採って多数側のコマンドをプロセス機器に送信するとともに、このコマンドを受信したプロセス機器から送信される計測データを受信し、各々のコントローラに送信する。この場合、多数決の判定は、各々のコントローラから送信されたコマンドを比較し、２つ以上のコントローラからのコマンドが一致した場合に一致したコマンドを多数のコマンドと決することにより行う。
【００３１】各々のコントローラは、計測データを受信するとデータベースの現在値を更新し、所定の処理タイミングとなったらデータベースの設定値と現在値を入力とする制御演算を行い、データベースの制御データを演算結果で更新し、所定の処理タイミングとなったときにこの制御データをプロセス機器インタフェースに送信する。プロセス機器インタフェースは、各々のコントローラから送信された制御データの多数決を採って多数側の制御データをプロセス機器に送信し、プロセス機器を制御する。この場合も多数決の判定は、各々のコントローラから送信された制御データを比較し、２つ以上のコントローラからの制御データが一致した場合に一致した制御データを多数の制御データと決することにより行う。
【００３２】次に、監視装置からリクエストがなされたときの動作を説明する。図６は、第１の実施の形態のプロセス制御装置の動作を説明するシーケンス図であり、監視装置から計測データの現在値を要求するリクエストがなされたときの動作を示す。図６に示すように、３つのコントローラ（コントローラＡ，コントローラＢ，コントローラＣ）が周期ｎ（ｎは自然数）の制御周期において同じ処理を並列に実行しているときに、ネットワークインタフェースがリクエストを受信すると、ネットワークインタフェースは、３つのコントローラの負荷チェックを行う。
【００３３】負荷チェックの結果、３つのコントローラが共にリクエストを実行可能であれば、リクエストに処理タイミング情報を付加して３つのコントローラに送信する。この場合、ネットワークインタフェースは、リクエストを実行するタイミングを指定する情報を処理タイミング情報として付加するが、リクエストを実行するタイミングには、処理が割り当てられていない処理タイミングを割り当てる。３つのコントローラは、各々リクエストを受信すると、処理タイミング情報で指定された処理タイミングでリクエストを実行する。
【００３４】この場合、３つのコントローラは、それぞれデータベースの現在値更新後の処理タイミングで各々のデータベースにアクセスし、現在値を読み出してネットワークインタフェースへリクエストに対する応答として送信する。ネットワークインタフェースは、各々のコントローラから送信された応答を受信し、これらの内容（現在値）を比較し、内容の一致する２つ以上の応答のうちのいずれか１つを制御ＬＡＮに出力し、監視装置に送信する。この場合、応答内容は３つとも一致しているので、３つのコントローラは、以後も図５で説明したものと同じ動作を行う。ここで、３つのコントローラのリクエスト処理以外の処理タイミングにおける処理動作と、プロセス機器インタフェースの動作は、図５で説明したものと同じであるので説明を省略する。
【００３５】次に、ネットワークインタフェースが応答の不一致を検出したときの動作を説明する。図７は、第１の実施の形態のプロセス制御装置の動作を説明するシーケンス図であり、ネットワークインタフェースが３つのコントローラからの応答に不一致を検出したときの動作を示す。図７において、３つのコントローラがリクエストに付加された処理タイミング情報で指定された処理タイミングでリクエストを実行し、応答をネットワークインタフェースに送信するまでは、図６での説明と同じであるので、説明を省略する。
【００３６】ネットワークインタフェースが各々のコントローラから送信された応答を受信した後、これらの内容（現在値）を比較し、コントローラＡの応答内容が他の２つのコントローラの応答内容と一致しないことを検出すると、ネットワークインタフェースは、内容が一致したコントローラＢとコントローラＣの応答をリクエストに対する応答として制御ＬＡＮに出力し、監視装置に送信するとともに、コントローラＡに異常通知を送信する。
【００３７】コントローラＡは、異常通知を受信すると異常処理を実行し、制御演算処理からの切り離しを行う。一方、コントローラＢとコントローラＣは、以後も図５で説明したものと同じ動作を行う。ネットワークインタフェースとプロセス機器インタフェースは、コントローラＡが切り離された後も、コントローラＢとコントローラＣの応答や制御データが一致している限り以前と同じ動作を行い、プロセス制御装置全体として無瞬断のプロセス制御を続行する。
【００３８】次に、プロセス機器インタフェースが３つのコントローラ間でコマンドや制御データに不一致を検出したときの動作を説明する。図８は、第１の実施の形態のプロセス制御装置の動作を説明するシーケンス図であり、プロセス機器インタフェースが３つのコントローラ間でコマンドや制御データに不一致を検出したときの動作を示す。図８において、３つのコントローラが所定の処理タイミングで指定された制御演算を実行し、演算結果の制御データをプロセス機器インタフェースに送信するまでは、図５での説明と同じであるので、説明を省略する。
【００３９】プロセス機器インタフェースが各々のコントローラから送信されたコマンドや制御データを受信した後、これらの内容を比較し、コントローラＣの内容が他の２つのコントローラの内容と一致しないことを検出すると、プロセス機器インタフェースは、内容が一致したコントローラＡとコントローラＢのコマンドや制御データをＩＯバスに出力し、プロセス機器に送信するとともに、コントローラＣに異常通知を送信する。
【００４０】コントローラＣは、異常通知を受信すると異常処理を実行し、制御演算処理からの切り離しを行う。一方、コントローラＡとコントローラＢは、以後も図５で説明したものと同じ動作を行う。ネットワークインタフェースとプロセス機器インタフェースは、コントローラＣが切り離された後も、コントローラＡとコントローラＢの応答や制御データが一致している限り以前と同じ動作を行い、プロセス制御装置全体として無瞬断のプロセス制御を続行する。
【００４１】以上説明したように、この実施の形態のプロセス制御装置は、制御演算処理を行うコントローラを３つ並列動作させるとともに、これらの出力するデータを比較し、２つ以上が一致している間、動作を続けるようにしたので、コントローラの１つに異常が生じて制御演算処理から切り離されても、無瞬断でプロセス制御を続行可能である。なお、この実施の形態では、コントローラを３つ並列動作させるものとして説明したが、この数は３つに限られるものではなく、３以上であればよい。並列動作させるコントローラの数を３より増やすにしたがい、無瞬断のプロセス制御を続行するのに許容されるコントローラの異常発生数を増やすことができる。よって、プロセス制御装置に求められる信頼性とコントローラの信頼性とに基づいて、最適な個数を選択すればよい。
【００４２】また、制御演算処理を行うコントローラを並列実行による冗長構成としたので、ネットワークインタフェースとプロセス機器インタフェースの信頼性を確保することで、コントローラに高信頼性を求めなくともプロセス制御装置全体としての信頼性を確保することができる。このため、コントローラに低価格の市販製品を用いることができ、信頼性を確保したままコストを下げることができる。また、世代交代の早い市販製品の利用が可能となることで、半導体技術の向上による処理能力の向上がタイムリーにでき、製品開発期間の短縮も可能となる。
【００４３】また、ネットワークインタフェースとプロセス機器インタフェースにより、コントローラの出力が正常であることを常時確認しているため、プロセス制御装置として十分な信頼性が確保できるので、コントローラの使用するメモリシステムにエラー訂正機能を設けなくてもよく、また、エラー訂正機能では訂正不可能な宇宙線などに起因すると考えられるマルチビットエラーにも対処でき、より低コスト化を図ることができる。
【００４４】次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。この実施の形態のプロセス制御装置が第１の実施の形態と異なる点は、３つのコントローラのデータベースがそれぞれ正しいか否かの確認を行う自己診断機能を有することである。この自己診断機能は、図２で示したネットワークインタフェース１０の応答／リクエスト送受信部１１に、図３で示したデータベース２２のデータを所定単位ごとに順次送信させるリクエストを所定間隔で発行するとともに、このリクエストに応じて応答／リクエスト送受信部１１へ送られたデータを破棄する機能を設けることにより実現することができる。すなわち、ネットワークインタフェース１０の機能を実現するプログラムを格納した不揮発性半導体メモリに、この自己診断機能を実現するプログラムを加えればよい。
【００４５】この場合、応答／リクエスト送受信部１１が発行する自己診断機能のリクエストは、負荷チェック部１２の働きによりコントローラ２０の負荷が軽いときのみ３つのコントローラ２０へ送信される。コントローラ２０へ送信されたリクエストは、所定のタイミングでリクエスト処理部により実行され、データベース２２のデータが所定単位ごとに読み出されて順次ネットワークインタフェース１０へ送信させる。３つのコントローラ２０から送信されたデータベース２２のデータは、応答比較部１５で比較され、不一致の検出されたコントローラが異常通知部１６に通知される。これにより、異常通知部１６が当該コントローラに異常通知を送信し、異常通知を受信したコントローラは、異常処理を実行し制御演算処理からの切り離しを行う。
【００４６】この実施の形態によれば、３つのコントローラ２０のデータベース２２のデータ比較をバックグランドで行うことで、データベース２２のデータを格納するＲＡＭのエラーなどを検出することができる。このため、頻繁に使用されない領域で発生したエラーを検出でき、異常の生じたコントローラ２０を除くことができる。
【００４７】次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。図９は、本発明のプロセス制御装置の第３の実施の形態を示すブロック図である。この実施の形態のプロセス制御装置６が第１の実施の形態と異なる点は、ネットワークインタフェース１０、プロセス機器インタフェース３０、内部ＬＡＮ４０及びデータ通信路５０をそれぞれ冗長構成としたことである。図９において、このプロセス制御装置６は、２つの同一構成のネットワークインタフェース１０（ネットワークインタフェースＡ，ネットワークインタフェースＢ）と、３つの同一構成のコントローラ２０（コントローラＡ，コントローラＢ，コントローラＣ）と、２つの同一構成のプロセス機器インタフェース３０（プロセス機器インタフェースＡ，プロセス機器インタフェースＢ）を備えている。
【００４８】２つのネットワークインタフェース１０は、系統の異なる内部ＬＡＮ４０（Ａ系内部ＬＡＮ，Ｂ系内部ＬＡＮ）を介して３つのコントローラ２０と接続されており、それぞれ３つのコントローラ２０と相互通信可能に構成されている。この場合、ネットワークインタフェースＡはＡ系内部ＬＡＮを介し、ネットワークインタフェースＢはＢ系内部ＬＡＮを介して、３つのコントローラ２０と接続されている。
【００４９】２つのプロセス機器インタフェース３０は、それぞれ３つのコントローラ２０と個別にデータ通信路５０で接続されており、これらとの間で１対１の通信が可能に構成されている。また、２つのプロセス機器インタフェース３０の間に制御信号線６０が接続されており、相互に制御信号の伝達が可能に構成されている。さらに、２つのプロセス機器インタフェース３０は、各々が系統の異なる図示しないバスを介して２つのネットワークインタフェース１０と３つのコントローラ２０に接続されている。
【００５０】また、２つのネットワークインタフェース１０は、系統の異なる制御ＬＡＮ３（Ａ系制御ＬＡＮ，Ｂ系制御ＬＡＮ）を介して監視装置２と接続されており、それぞれ監視装置２と相互通信可能に構成されている。この場合、ネットワークインタフェースＡはＡ系制御ＬＡＮを介し、ネットワークインタフェースＢはＢ系制御ＬＡＮを介して、監視装置２と接続されている。２つのプロセス機器インタフェース３０は、各々がプロセス機器４の接続された外部の２つのＩＯバス５（Ａ系ＩＯバス，Ｂ系ＩＯバス）に接続されている。
【００５１】このプロセス制御装置６は、２つのネットワークインタフェース１０と３つのコントローラ２０が並列に動作し、２つのプロセス機器インタフェース３０の一方がマスターとして常時動作し、他方がスレーブとして待機している。２つのネットワークインタフェース１０は、それぞれ系統の異なる制御ＬＡＮ３を介して受信した監視装置２のリクエストを別々に３つのコントローラ２０の各々に与えるとともに、このリクエストに対する３つのコントローラ２０の各々からの応答の中から多数決によって定まる１つの応答を各々が接続された制御ＬＡＮ３に出力して監視装置２へ回答する。
【００５２】２つのネットワークインタフェース１０が第１の実施の形態若しくは第２の実施の形態で説明したものと異なる点は、処理タイミング信号入力用のディジタル入力インタフェースを２系統有し、マスターとスレーブの両方のプロセス機器インタフェース３０から出力される処理タイミング信号が入力され、マスター側の処理タイミング信号が入力されなくなったときに、スレーブ側の処理タイミング信号に基づいて処理を続行するようにしたことである。
【００５３】３つのコントローラ２０は、各々が２つのネットワークインタフェース１０から与えられた同じリクエストのうち、先に与えられたリクエストのみ処理を行い、このリクエストに対する応答を２つのネットワークインタフェース１０に出力する。また、プロセス機器４に対するコマンド生成やプロセス制御の演算を行い、生成したコマンドや演算結果を制御データとして２つのプロセス機器インタフェース３０に出力する。
【００５４】ここで、２つのネットワークインタフェース１０から与えられた同じリクエストのうち、先に与えられたリクエストのみ処理を行うことができるのは、監視装置の送信するリクエストがＡ系とＢ系で同じメッセージヘッダを有するため、応答／リクエスト送受信部１１が同じメッセージを受信した場合、後から受信したメッセージを先に受信したものと同じメッセージと判定し、無視するためである。
【００５５】３つのコントローラ２０が第１の実施の形態若しくは第２の実施の形態で説明したものと異なる点は、内部ＬＡＮ４０用のＬＡＮインタフェースと、データ通信路５０用の通信インタフェースと、処理タイミング信号１０３入力用のディジタル入力インタフェースとをそれぞれ２系統有し、応答／リクエスト送受信部１１が２つの内部ＬＡＮ４０を介して送受信を行うことと、入出力処理部２４が２つのデータ通信路５０を介して送受信を行うことと、マスターとスレーブの両方のプロセス機器インタフェース３０から出力される処理タイミング信号が入力され、マスター側の処理タイミング信号が入力されなくなったときに、スレーブ側の処理タイミング信号に基づいて処理を続行するようにしたことである。
【００５６】プロセス機器インタフェース３０は、マスター側が３つのコントローラ２０の各々から出力される制御データの中から多数決によって定まる１つの制御データを２つのＩＯバス５に出力してプロセス機器４を制御し、スレーブ側が制御信号線６０を介してマスター側の動作を確認する待機動作を行う。スレーブ側のプロセス機器インタフェース３０は、マスター側の動作停止を検出するとマスターに切り替わる。また、２つのプロセス機器インタフェース３０は、マスター側かスレーブ側かにかかわらず各々が接続された図示しないバスに処理タイミング信号を出力している。
【００５７】２つのプロセス機器インタフェース３０が第１の実施の形態若しくは第２の実施の形態で説明したものと異なる点は、ＩＯバス５用インタフェースを２系統有し、制御データを２つのＩＯバス５に出力可能に構成したことと、制御信号線６０用のディジタル入出力インタフェースを有し、マスター・スレーブ切替可能に構成したことである。マスター・スレーブ切替は、例えば、マスターのときは常時、動作中を示す信号をディジタル入出力インタフェースに出力し、スレーブのときは常時、ディジタル入出力インタフェースに入力する信号を監視し、信号の入力が途絶すると自身をマスターに切り替えるプログラムを不揮発性半導体メモリに格納しておき、ＣＰＵがこのプログラムを実行するようにしておくことにより行うことができる。
【００５８】このように構成したので、この実施の形態のプロセス制御装置は、ネットワークインタフェース１０、制御ＬＡＮ３及び内部ＬＡＮ４０のいずれかで異常が生じた場合であっても、監視装置２との通信が途絶することがないので、正常に処理を続行することができる。また、動作中のプロセス機器インタフェース３０に異常が生じた場合であっても、待機中のプロセス機器インタフェース３０によって処理を続行することができる。このように、この実施の形態のプロセス制御装置は、コントローラ２０の１つに異常が生じて制御演算処理から切り離されても、無瞬断でプロセス制御を続行可能であるだけでなく、３つのコントローラ２０に接続されたインタフェース部分に異常が生じた場合にも処理を続行することができる。このため、第１の実施の形態に比べて、さらに信頼性を向上することができる。
【００５９】この実施の形態では、３つのコントローラ２０に接続されるものをすべて冗長構成としたが、必ずしもすべてを冗長構成としなくともよい。プロセス制御装置として要求される信頼性と、３つのコントローラ２０に接続されるものの個々の信頼性とを勘案して必要な箇所のみ冗長構成とすることにより、必要とされる信頼性を最小限のコスト上昇で得ることができる。例えば、プロセス制御装置を２つの同一構成のネットワークインタフェース１０（ネットワークインタフェースＡ，ネットワークインタフェースＢ）と、３つの同一構成のコントローラ２０（コントローラＡ，コントローラＢ，コントローラＣ）と、１つのプロセス機器インタフェース３０とで構成してもよいし、１つのネットワークインタフェース１０と、３つの同一構成のコントローラ２０（コントローラＡ，コントローラＢ，コントローラＣ）と、２つの同一構成のプロセス機器インタフェース３０（プロセス機器インタフェースＡ，プロセス機器インタフェースＢ）とで構成してもよい。
【００６０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のプロセス制御装置は、ネットワークに接続されるネットワークインタフェースと、プロセス機器が接続される通信路に接続されるプロセス機器インタフェースと、ネットワークインタフェースとプロセス機器インタフェースとに接続され、ネットワークインタフェースを介して与えられたリクエストに対する演算を行い、リクエストに対する応答をネットワークインタフェースに出力するとともに、演算結果を制御データとしてプロセス機器インタフェースに出力するＮ個（Ｎは３以上の自然数）のコントローラとを備え、ネットワークインタフェースは、ネットワークから受信したリクエストをコントローラの各々に与え、このリクエストに対するコントローラの各々からの応答の中から多数決によって定まる１つの応答をネットワークに出力し、プロセス機器インタフェースは、コントローラの各々からの制御データの中から多数決によって定まる１つの制御データをプロセス機器が接続される通信路に出力するようにしたので、コントローラの１つに異常が生じて制御演算処理から切り離されても、無瞬断でプロセス制御を続行可能である。
【００６１】また、コントローラは、リクエストとリクエストに対する応答と演算結果とを格納する記憶手段を有し、ネットワークインタフェースは、記憶手段の記憶内容が正しいか否かの確認を行う診断手段を有するので、コントローラが制御演算に用いる記憶手段のエラーを検出でき、異常の生じたコントローラを除くことができる。
【００６２】また、ネットワークインタフェースおよびプロセス機器インタフェースの少なくとも一方を多重化したので、コントローラの１つに異常が生じて制御演算処理から切り離されても、無瞬断でプロセス制御を続行可能であるだけでなく、コントローラに接続されたインタフェース部分に異常が生じた場合にも処理を続行することができ、さらに信頼性を向上することができる。

【出願人】	【識別番号】５９３１７７５６１【氏名又は名称】山武産業システム株式会社【住所又は居所】神奈川県横浜市神奈川区新浦島町１丁目１番地３２
【出願日】	平成１３年１１月６日（２００１．１１．６）
【代理人】	【識別番号】１０００６４６２１【弁理士】【氏名又は名称】山川政樹
【公開番号】	特開２００３－１４０７０４（Ｐ２００３－１４０７０４Ａ）
【公開日】	平成１５年５月１６日（２００３．５．１６）
【出願番号】	特願２００１－３４０９８６（Ｐ２００１－３４０９８６）