JP2006202074A - プラントシステム及びその伝送診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 短時間で確実に伝送健全性の診断が可能なプラントシステム及びその伝送診断方法を提供する。
【解決手段】 伝送診断用ハートビート信号を生成する親コントローラ１と、親コントローラ１の指令により運転される子コントローラ２と、親コントローラ１と子コントローラ２間の信号伝送を行うネットワーク装置３とで構成し、子コントローラ２は、親コントローラ１から送信されたハートビート信号のエッジを検出したとき、返信ハートビート信号を反転して親コントローラへ出力する手段を有し、親コントローラ１は、子コントローラ２からの返信ハートビート信号のエッジを検出したとき、次の基準ハートビート信号を反転して子コントローラ２に出力する手段と、親コントローラ１の基準ハートビート信号のパルス幅を計測する手段とを有し、前記パルス幅が予め設定した判定値以上となったとき伝送異常と判断する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数のコントローラ或いは機器で構成されるプラントシステム及びその伝送健全性を診断する伝送診断方法に関する。

複数の機器から構成され、それらの機器が信号伝送を通じて制御または監視されるようなプラントシステム、例えば複数台の電動機ドライブシステムにおいては、信号伝送の健全性の判断は重要である。

従来の伝送健全性診断の方法としては、一定の状態確認用のオンオフ信号（以下ハートビート信号と称する。）を親コントローラから無条件に子コントローラに連続的に発信し、子コントローラはそれをバイパス返信するものが主流であり、この場合の伝送異常診断は、その立ち上がり或いは立下りのいずれかのエッジをカウントアップし、一定時間カウントが停止すると異常と判断する方式であった（例えば特許文献１参照。）。
特開２０００−１５１６６３号公報（第３−４頁、図１）

従来の伝送健全性診断は、上記特許文献１に示されている構成となるので、一定間隔で親コントローラより出力される基準ハートビート信号に対し親コントローラが伝送健全性を判断する場合、返信されたハートビート信号のエッジがどのタイミングで送信され、そして返信されたものなのかの判別がつかない場合や、スキャン時間とハートビートの調整がきちんと実施されていないときはエッジをうまく検出できない場合があるため、伝送のタイミングとハートビート信号の関係に注意深く配慮しなければならなかった。例えば、ハートビートの立ち上がりから立下りまでの間隔は伝送時間より長くなければならず、またこれがあまり長すぎると伝送健全性診断が短時間で行えなくなってしまう。

伝送異常検出の時間についても、一定時間ハートビート信号が変化しない状態を検出するようにしており、診断完了までに比較的長時間を要していた。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、短時間で確実に伝送健全性の診断が可能なプラントシステム及びその伝送診断方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のプラントシステム及びその伝送診断方法は、プラントの伝送診断用ハートビート信号を生成する親コントローラと、前記親コントローラの指令により運転される子コントローラと、前記親コントローラと前記子コントローラ間の信号伝送を行うネットワーク装置とで構成されるプラントシステムにおいて、前記子コントローラは、前記親コントローラから送信されたハートビート信号の立ち上がりまたは立下りエッジを検出したとき、返信ハートビート信号を反転して親コントローラへ出力するようにし、前記親コントローラは、前記子コントローラからの前記返信ハートビート信号の立ち上がりまたは立下りエッジを検出したとき、次の基準ハートビート信号を反転して子コントローラに出力すると共に、前記親コントローラの基準ハートビート信号のパルス幅或いは前記子コントローラからの返信ハートビート信号のパルス幅を計測し、このパルス幅が予め設定した判定値以上となったとき伝送異常と判断するようにしたことを特徴としている。

この発明によれば、短時間で確実に伝送健全性の診断が可能なプラントシステム及びその伝送診断方法を提供することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

以下、本発明の実施例１に係るプラントシステム及びその伝送診断方法を図１乃至図３を参照して説明する。図１は本発明の実施例１に係るプラントシステムのブロック構成図である。

図１において、プラントシステム全体の監視／制御を行うための親コントローラ１は、プラントシステムを構成する一部の機器の監視／制御を行う子コントローラ２とネットワーク装置３を介して接続されている。親コントローラ１の内部には、後述する循環型監視方法を実現するための基準ハートビート信号を生成するハートビート生成器４があり、入出力部５を介してネットワーク装置３にアクセスするようになっている。親コントローラ１の内部には、コントローラとしての監視及び制御の諸機能を実現するための他の部分を有しているが、ここでは図示を省略している。

ハートビート生成器４は、基準ハートビート信号を生成する基準生成部４１、子コントローラより返信された返信ハートビート信号のエッジを検出するエッジ検出部４２、伝送往復時間を異常と判断するための判定しきい値Ｂが格納された判定しきい値記憶部４３、ハートビート信号のパルス幅を時間計測するためのタイマー４４、そして、エッジ検出部４２からの信号と上記タイマー４４の信号を受けて伝送往復時間Ａを演算し、上記判定しきい値Ｂと比較することにより伝送異常（故障）かどうかを判別する比較器を有する故障検知部４５により構成されている。

次に子コントローラ２の内部構成を説明する。ネットワーク装置３を介して入力される基準ハートビート信号は入出力部６に入力される。この入力信号を受け、ハートビート生成器７は返信ハートビート信号を生成する。ハートビート生成器７の内部は、立ち上がり／立下りエッジを検出するエッジ検出部７１と返信ハートビート信号を生成する基準生成部７２で構成され、基準生成部７２で生成された返信ハートビート信号は入出力部６及びネットワーク装置３を介して親コントローラ１に伝送される。子コントローラ２の内部についても、コントローラとしての監視及び制御の諸機能を実現するための他の部分を有しているが、図示を省略している。

次に動作について説明する。図２は本発明の実施例１に係る伝送診断方式のフローチャートである。

まずシステム起動時において、基準ハートビート信号が親コントローラ１内にあるハートビート生成器４の内部にある基準生成部４１で生成され（ＳＴ１）、これが入出力部５を通じ、子コントローラ２へ発信される（ＳＴ２）。

次に、基準ハートビート信号は子コントローラ２内にある入出力部６を通じて受信されハートビート生成器７へと渡される（ＳＴ３）。ハートビート生成器７の中では、エッジ検出部７１により基準ハートビート信号のレベルが前回値に比べ変化したかどうかを立ち上がりまたは立下りエッジを検出することにより検知する（ＳＴ４）。そして、何れかのエッジが存在する場合は、子コントローラ２の返信ハートビート信号を生成する基準生成部７２内で子コントローラ２の返信ハートビート信号を０から１或いは１から０へと反転させる（ＳＴ５）。ステップＳＴ４で、子コントローラで受け取った基準ハートビート信号にエッジが含まれていなければ、基準生成部７２にある子コントローラ２の返信ハートビート信号は０であれば０、１であれば１と前回の状態を保持する（ＳＴ６）。このようにして生成される返信ハートビート信号を子コントローラ２内にある入出力部６及びネットワーク装置３を通じて親コントローラ１へと返信する（ＳＴ７）。

親コントローラ１は入出力部５を通じて上記の返信ハートビート信号を受信し（ＳＴ８）、ハートビート生成器４内にあるエッジ検出部４２により、立ち上がりまたは立下りエッジの有無を検知する（ＳＴ９）。返信ハートビート信号にエッジが無い場合は、親コントローラ１が出力する返信ハートビート信号は前回値から反転せずにそのまま出力される（ＳＴ１０）。しかしながら、返信ハートビート信号にエッジがあれば、故障検知部４５は前回のエッジから今回のエッジまでのパルス幅を伝送往復時間Ａとして演算し（ＳＴ１１）、その伝送往復時間Ａと予め記憶しておいた判定しきい値記憶部４３にある判定しきい値Ｂとを比較し、この結果が所定値以上であれば伝送異常と判断する（ＳＴ１２）。判定しきい値Ｂとの比較で異常と判断されなければ、基準生成器４１で信号ステータスを反転させ（ＳＴ１３）、再び子コントローラ２へと基準ハートビート信号が発信されていく。

以上説明したようにこの実施例１においては、ハートビート信号を子コントローラ２はただバイパスするのではなく、各エッジを検出してその結果によって親コントローラ１に返信するハートビート信号を制御しているので、親コントローラ１はこの返信されたハートビート信号の０或いは１という各々のパルス幅（時間間隔）を監視することにより伝送往復時間Ａを把握し、通常と明らかに異なる間隔で信号のやりとりが行われた場合を伝送異常として検出することが可能となる。尚、親コントローラ１においても、子コントローラ２から受信したハートビート信号により同様に基準ハートビート信号が制御されていくので、このような方法は循環型監視方法と称することができる。

図３は、親コントローラ１並び子コントローラ２における基準ハートビート信号と受信ハートビート信号の移り変わりを示した状態遷移図である。

図３においては、上段から、親コントローラ１が受け取る受信ハートビート信号、親コントローラ１が子コントローラ２に送信する基準ハートビート信号、子コントローラ２が受け取る受信ハートビート信号及び子コントローラ２が親コントローラ１に送信する返信ハートビート信号の夫々の状態遷移が示されている。

いま、時刻ｔ＝Ｔ０で親コントローラ１が子コントローラ２から０から１へと変化したハートビート信号を受信したとする。上述したように、この信号エッジの検出により、親コントローラ１は基準ハートビート信号を親コントローラ１の内部処理時間ΔＴＰ後に０から１に反転させる。この基準ハートビート信号は親コントローラ１から子コントローラ２への伝送遅れ時間ΔＴＴＤ後に子コントローラ２が受信ハートビート信号として認識する。そして子コントローラ２はこの信号エッジの検出により、自らのハートビート信号を子コントローラ２の内部処理時間ΔＴＣ後に０から１に反転させて返信ハートビート信号として親コントローラ１に送信する。この信号は伝送遅れ時間ΔＴＲＤ後に親コントローラ１が受信ハートビート信号として認識する。

以上の動作が順次繰り返されていくが、結局このシステムにおける伝送往復時間Ａは、Ａ＝ΔＴＰ＋ΔＴＴＤ＋ΔＴＣ＋ΔＴＲＤとなる。

上記伝送往復時間Ａには、共通の遅れ部分と個々のタイミングで変化する遅れ部分が含まれている。個々のタイミングで変化する部分はデジタル制御によるデータサンプリングのタイミングによるものが支配的となる。

この共通の遅れ部分と変化する遅れ部分の構成比はシステムの構成方法によって異なるが、何れにせよ、判定しきい値Ｂをシステムが正常に動作したときの最大の伝送遅れ時間を僅かに超えるように選定しておけば、この実施例１により短時間に且つ確実に伝送異常の検出が可能となる。

次に本発明の実施例２に係るプラントシステム及びその伝送診断方法を、図４及び図５を参照して説明する。

図４は本発明の実施例２に係るプラントシステムのブロック構成図である。この実施例２の各部について、図１の実施例１に係るプラントシステムのブロック構成図と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。この実施例２が実施例１と異なる点は、故障検知部４５で計測されるパルス幅（伝送往復時間Ａ）を入力とし、次回の判定しきい値を演算する判定しきい値演算部４６を設け、この出力で判定しきい値記憶部４３の判定しきい値を書き換え、次回の判定にこれを用いるようにした点である。

次に動作について説明する。図５は本発明の実施例２に係る伝送診断方法のフローチャートである。この実施例２の各部について、図２の実施例１に係る伝送診断方法のフローチャートと同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。この実施例２が実施例１と異なる点は、ステップＳＴ１１のパルス幅カウントから分岐して判定しきい値を演算するステップＳＴ１４、更にこのステップＳＴ１４の出力を受けて、判定しきい値を更新記憶するステップＳＴ１５を追加した点である。

このように構成することにより、ステップＳＴ１１による判定に用いられる判定しきい値は前回ステップＳＴ１５で更新記憶された判定しきい値が使用される。尚、ステップＳＴ１２の判断を行った後にステップＳＴ１５の更新記憶を行うようにするため、ステップＳＴ１４の判定しきい値の演算の後に適切なタイマーを挿入しても良い。

以上の実施例２は、伝送往復時間が急激に増加するような現象を伝送異常として検知しようとする場合に有効である。また、ノイズ等の影響を避けるため、この判定しきい値の更新を過去１回分の伝送遅れ時間でなく、過去複数回分の平均値を基準として更新するようにしても同様の効果が得られる。

次に本発明の実施例３に係るプラントシステム及びその伝送診断方法を、図６乃至図８を参照して説明する。

図６は本発明の実施例３に係るプラントシステムのブロック構成図である。この実施例３の各部について、図１の実施例１に係るプラントシステムのブロック構成図と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。この実施例３が実施例１と異なる点は、子コントローラを子コントローラ２Ａ及び子コントローラ２Ｂの複数台で構成し、親コントローラ１は各々の子コントローラに対して基準ハートビート信号を並列に送信し、各々の子コントローラから返信ハートビート信号を受信するようにした点、親コントローラ１に各々の子コントローラからの返信ハートビートのエッジを記憶するステータスメモリ４７を設けて１ビットを各々の子コントローラの状態ビットとして割り当て、それら各々の子コントローラの状態ビットが全て同じ状態（０或いは１）に揃った場合に受信完了と判断する機能を持つステータスコンパレータ４８を設けるようにした点である。

次に動作について説明する。図７は本発明の実施例３に係る伝送診断方法のフローチャートである。この実施例３の各部について、図２の実施例１に係る伝送診断方法のフローチャートと同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。この実施例３が実施例１と異なる点は、ステップＳＴ９で返信データにエッジがあった場合、ステータスメモリに当該子コントローラ用のビットに返信完了状態のステータスを格納するステップＳＴ１６と、このステップＳＴ１６における返信完了状態のステータスビットが全て揃ったかどうか確認するステップＳＴ１７を設け、全てのステータスが同一になったとき、ステップＳＴ１１でハートビートの伝送往復時間Ａをカウントするようにした点である。

図８に複数の子コントローラが存在する本実施例についての状態遷移図を示す。図３の状態遷移図の場合と同様に、時刻ｔ＝Ｔ０で最後の子コントローラからハートビート信号を受信した場合を考える。この信号に対し、親コントローラ１の内部処理時間ΔＴＰが経過した時点で親コントローラ１は２台の子コントローラ２Ａ、２Ｂに対し基準ハートビート信号を送信する。子コントローラ２Ａは伝送遅れ時間ΔＴＴＤＡ後にこれを受信し、子コントローラ２Ａの内部処理時間ΔＴＣＡ経過後返信ハートビート信号を送信し、伝送遅れ時間ΔＴＲＤＡ後に親コントローラ１がこの信号を受信する。

一方、子コントローラ２Ｂは、図８に示したように、子コントローラ２Ａの伝送遅れ時間ΔＴＴＤＡより長い伝送遅れ時間ΔＴＴＤＢ経過後基準ハートビート信号を受信し、子コントローラ２Ｂの内部処理時間ΔＴＣＢ経過後返信ハートビート信号を送信し、伝送遅れ時間ΔＴＲＤＢ後に親コントローラがこの信号を受信する。

図８の最下段に示したように、親コントローラ１が子コントローラ２Ａの返信ハートビート信号を受信したとき、子コントローラ２Ａのステータスメモリは１となるが、このときは未だ子コントローラ２Ｂの返信ハートビート信号は受信していない。そして子コントローラ２Ｂの返信ハートビート信号を受信したとき、子コントローラ２Ｂのステータスメモリも１となり全ての伝送が完了したことが分かり、ここまでの時間が伝送往復時間Ａとなり、またここで親コントローラ１の基準ハートビートを反転させる。

以上説明したように、複数台の子コントローラがある場合も、全ての子コントローラからの返信ハートビート信号を受信する間隔を伝送往復時間Ａとして判定しきい値Ｂと比較することにより何れかの子コントローラとの伝送異常を検知することが可能となる。

本発明の実施例１に係るプラントシステムのブロック構成図。 本発明の実施例１に係る伝送診断方法のフローチャート。 本発明の実施例１係る伝送診断方法におけるハートビート信号の状態遷移図。 本発明の実施例２に係るプラントシステムのブロック構成図。 本発明の実施例２に係る伝送診断方法のフローチャート。 本発明の実施例３に係るプラントシステムのブロック構成図。 本発明の実施例３に係る伝送診断方法のフローチャート。 本発明の実施例３係る伝送診断方法におけるハートビート信号の状態遷移図。

符号の説明

１ 親コントローラ
２ 子コントローラ
３ ネットワーク装置、
４ ハートビート生成器
４１ 基準生成部
４２ エッジ検出部
４３ 判定しきい値記憶部
４４ タイマー
４５ 故障検知部、
４６ 判定しきい値演算部
４７ ステータスメモリ、
４８ ステータスコンバレータ
５ 入出力部
６ 入出力部
７ ハートビート生成器
７１ エッジ検出部
７２ 基準生成部

Claims (4)

1. プラントの伝送診断用ハートビート信号を生成する親コントローラと、
   前記親コントローラの指令により運転される子コントローラと、
   前記親コントローラと前記子コントローラ間の信号伝送を行うネットワーク装置と
   で構成され、
   前記子コントローラは、
   前記親コントローラから送信されたハートビート信号の立ち上がりまたは立下りエッジを検出したとき、返信ハートビート信号を反転して親コントローラへ出力する手段を有し、
   前記親コントローラは、
   前記子コントローラからの前記返信ハートビート信号の立ち上がりまたは立下りエッジを検出したとき、次の基準ハートビート信号を反転して子コントローラに出力する手段と、
   前記親コントローラの基準ハートビート信号のパルス幅或いは前記子コントローラからの返信ハートビート信号のパルス幅を計測する手段と
   を有し、
   前記パルス幅が予め設定した判定値以上となったとき伝送異常と判断するようにしたことを特徴とするプラントシステム。
2. 前記判定値は、
   前記計測手段により計測した前回のパルス幅、または過去複数回計測したパルス幅の平均値に応じて自動的に変化させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のプラントシステム。
3. プラントの伝送診断用ハートビート信号を生成する親コントローラと、
   前記親コントローラの指令により運転される複数台の子コントローラと、
   前記親コントローラと前記複数台の子コントローラ間の信号伝送を行うネットワーク装置と
   で構成され、
   前記子コントローラは、
   前記親コントローラから送信されたハートビート信号の立ち上がりまたは立下りエッジを検出したとき、返信ハートビート信号を反転して親コントローラへ出力する手段を有し、
   前記親コントローラは、
   前記各々の子コントローラからの前記返信ハートビート信号の立ち上がりまたは立下りエッジを検出したとき、この検出完了状態を記憶する記憶手段と、
   前記記憶手段が全ての子コントローラの前記検出完了状態を記憶したとき、次の基準ハートビート信号を反転して子コントローラに出力する手段と、
   前記親コントローラの基準ハートビート信号のパルス幅或いは何れかの前記子コントローラからの返信ハートビート信号のパルス幅を計測する手段と
   を有し、
   前記パルス幅が予め設定した判定値以上となったとき伝送異常と判断するようにしたことを特徴とするプラントシステム。
4. プラントの伝送診断用ハートビート信号を生成する親コントローラと、
   前記親コントローラの指令により運転される子コントローラと、
   前記親コントローラと前記子コントローラ間の信号伝送を行うネットワーク装置と
   で構成されるプラントシステムにおいて、
   前記子コントローラは、
   前記親コントローラから送信されたハートビート信号の立ち上がりまたは立下りエッジを検出したとき、返信ハートビート信号を反転して親コントローラへ出力するようにし、
   前記親コントローラは、
   前記子コントローラからの前記返信ハートビート信号の立ち上がりまたは立下りエッジを検出したとき、次の基準ハートビート信号を反転して子コントローラに出力すると共に、
   前記親コントローラの基準ハートビート信号のパルス幅或いは前記子コントローラからの返信ハートビート信号のパルス幅を計測し、このパルス幅が予め設定した判定値以上となったとき伝送異常と判断するようにしたことを特徴とするプラントシステムの伝送診断方法。
   
   

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