JP2017228106A - アナログ出力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エラーが発生した場合でも、不正なアナログ信号の出力を防止できるアナログ出力装置を提供する。【解決手段】制御対象機器３を制御する上位制御装置２との間に配置されるアナログ出力装置１であって、制御対象機器３に対する上位制御装置２からのデジタル信号をアナログ信号に変換して制御対象機器３に出力するアナログ出力部５と、アナログ出力部５の動作を制御するマイコン４と、アナログ出力装置１の動作に関連するエラーを検出するエラー検出部８と、アナログ出力部５は、エラーに対して複数のモードを有し、エラー検出部８がエラーを検出すると、上位制御装置２から複数のモードから設定されたモードに対応するアナログ信号を制御対象機器３に送信する。【選択図】図１

Description

この発明は、上位制御装置からの制御用のデジタル信号を例えば電流や電圧のアナログ信号に変換し、例えば原子力発電プラントの制御対象機器に出力するアナログ出力装置に関するものである。

従来のアナログ出力装置は、産業用プラントなどの制御を行う制御システムにおいては、Ｄ／Ａ（デジタルアナログ）変換装置や演算増幅器を使用し、制御用のデジタル信号を、指定された電流または電圧のアナログ信号に変換して、制御対象となる外部負荷に出力するものである（例えば、特許文献参照）。

特開２０１４−１８３４３１号公報

従来のアナログ出力装置は、マイコンや制御回路周辺でエラーが発生した場合には、異常な出力が実施され、プラント機器に大きな影響を与えるという問題点があった。

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、エラーが発生した場合でも、不正なアナログ信号の出力を防止できるアナログ出力装置を提供することを目的とする。

この発明のアナログ出力装置は、
制御対象機器と、前記制御対象機器を制御する上位制御装置との間に配置されるアナログ出力装置であって、
前記制御対象機器に対する前記上位制御装置からのデジタル信号をアナログ信号に変換して前記制御対象機器に出力するアナログ出力部と、
前記アナログ出力部の動作を制御する制御部と、
前記アナログ出力装置の動作に関連するエラーを検出するエラー検出部と、
前記アナログ出力部は、前記エラーに対して複数のモードを有し、前記エラー検出部が前記エラーを検出すると、前記上位制御装置から複数の前記モードから設定された前記モードに対応するアナログ信号を前記制御対象機器に送信する。

この発明のアナログ出力装置によれば、
エラーが発生した場合でも、不正なアナログ信号の出力を防止できる。

この発明の実施の形態のアナログ出力装置の構成を示すブロック図である。 図１に示したアナログ出力装置のマイコンとアナログ出力部の構成を示す図である。 図２に示したアナログ出力装置の動作を示すフローチャートである。 図２に示したアナログ出力装置の動作を示すフローチャートである。

実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態について説明する。本発明の実施の形態のアナログ出力装置は、当該アナログ出力装置が例えばクロックの喪失など、エラーが発生した場合でも、不正なアナログ信号の出力を防止することを目的とする。
図１はこの発明の実施の形態におけるアナログ出力装置の構成を示すブロック図である。
図２は図１に示したアナログ出力装置のマイコンとアナログ出力部との構成を示す図である。
図３は図２に示したアナログ出力装置のソフトウェア処理を示すフローチャートである。
図４は図２に示したアナログ出力装置のハードウェア処理を示すフローチャートである。

図において、アナログ出力装置１は、上位制御装置２と、上位制御装置２が制御を行う制御対象機器３とに接続される。アナログ出力装置１は、制御部としてのマイコン４と、アナログ出力部５と、アナログ入力部６と、通信入出力部７とから構成される。マイコン４は、アナログ出力装置１全体を制御、すなわち、アナログ出力部５、アナログ入力部６、通信入出力部７を制御する。アナログ出力部５は、上位制御装置２のデジタル信号をアナログ信号に変換して制御対象機器３に送信する。

アナログ入力部６は、制御対象機器３のアナログ信号をデジタル信号に変換して通信入出力部７に送信する。通信入出力部７は、上位制御装置２に対してデジタル信号の送受信を行う。アナログ出力装置１のマイコン４は、上位制御装置２の制御におけるデジタル信号をアナログ信号に変換して制御対象機器３へ出力する制御を行う。アナログ出力装置１のマイコン４は、制御対象機器３から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換して上位制御装置２へ出力する制御を行う。

図２において、マイコン４は解析部１１と、モード設定部１２と、指令値設定部１３とを備える。これらの各部は、マイコン４において、上位制御装置２からアナログ出力装置１にエラー時（故障時）のモードを設定するための部分である。解析部１１は、上位制御装置２から受け取った指令信号が、指令値信号以外のモード設定信号を含んでいるか否かを解析する。

モード設定部１２は、解析部１１にて解析されたモード設定信号のモードをモード格納部２１に格納する。また、モード設定部１２は、エラー時のモードが後述する指定値モードの場合には、指令信号に含まれている指定値を指定値格納部２２に格納する。指令値設定部１３は、上位制御装置２の指令信号に含まれている指令値を指令値格納部２３に格納する。

アナログ出力装置１は、メインクロック部３１と、サブクロック部３２と、エラー検出部８とを備える。メインクロック部３１は、当該アナログ出力装置１の全ての動作を制御するメインクロックを供給する。サブクロック部３２は、アナログ出力部５の後述するサブＤＡＣＩ／Ｆ２６のみにサブクロックを供給する。

エラー検出部８は、マイコン４およびアナログ出力装置１の動作に関連する不正な状態をエラーとして検出する。エラー検出部８は、例えば、マイコン４およびアナログ出力装置１へ供給するメインクロックが喪失する（なくなる）クロックロスエラーや、規定時間内にマイコン４の処理が終了しない時のＷＤＴ（Ｗａｔｃｈ Ｄｏｇ Ｔｉｍｅｒ、ウォッチドッグタイマ）エラーなどのエラーを検出する。エラー検出部８は、検出したエラーを後述するエラー格納部２４に送出する。

アナログ出力部５は、エラー格納部２４、モード格納部２１、指定値格納部２２、指令値格納部２３、第一選択器４１、第二選択器４２、第三選択器４３、メインＤＡＣＩ／Ｆ（Ｄ／Ａコンバータインタフェース）２５、サブＤＡＣＩ／Ｆ２６、Ｄ／Ａコンバータ２７、リレー部２８を備える。エラー格納部２４は、エラー検出部８にて検出されたエラーに対応して、第一選択器４１、第二選択器４２、第三選択器４３およびリレー部２８に切換信号を送出する。

モード格納部２１は、エラーが検出された時のモードを設定する。モード格納部２１は、設定されたモードに対応する切換信号を第一選択器４１、第二選択器４２およびリレー部２８にそれぞれ送信する。エラーが検出された時のモードは、出力断モード、指定値モード、前回値モードの３種類のモードがある。出力断モードは、出力を停止するモードである。指定値モードは、あらかじめ設定された指定値を出力するモードである。前回値モードは、エラーが検出される前回の指令値を出力するモードである。そして、切換信号は、前回値モードの時には第一選択器４１に、指定値モードの時には第二選択器４２に、出力断モードの時にはリレー部２８にそれぞれ送出される。

指定値格納部２２は、エラー時のモードが指定値モードに設定された場合に出力する指定値を格納するとともに当該指定値を送出する。指令値格納部２３は、上位制御装置２からの指令値を格納するとともに当該指令値を送出する。メインＤＡＣＩ／Ｆ２５は、第一選択器４１により選択された指令値または第二選択器４２により選択された指定値をＤ／Ａコンバータ２７へ送出する。メインＤＡＣＩ／Ｆ２５は、メインクロック部３１によって生成されるアナログ出力装置１全体に供給するメインクロックで動作する。

サブＤＡＣＩ／Ｆ２６は、メインＤＡＣＩ／Ｆ２５と同様に、第一選択器４１により選択された指令値または第二選択器４２により選択された指定値をＤ／Ａコンバータ２７へ送出する。サブＤＡＣＩ／Ｆ２６は、サブクロック部３２によって生成されるサブクロックで動作する。

第一選択器４１は、正常時には、指令値格納部２３に格納された指令値を選択する。第一選択器４１は、エラー時であって前回値モードの場合に、切換信号を受けて指令値格納部２３に格納された前回の指令値を送出する。第二選択器４２は、正常時には、第一選択器４１により選択された指令値を送出されるように動作しない。第二選択器４２は、エラー時であって指定値モードの場合に、切換信号を受けて指定値格納部２２に格納された指定値を送出する。第三選択器４３は、正常時には、メインＤＡＣＩ／Ｆ２５からの出力値をＤ／Ａコンバータ２７に送出する。第三選択器４３は、エラー時であってメインクロックが喪失するクロックロスエラーを検出した場合に、切換信号によりサブＤＡＣＩ／Ｆ２６からの出力値をＤ／Ａコンバータ２７に送出する。

次に上記のように構成された実施の形態のアナログ出力装置１の動作について説明する。まず、アナログ出力装置１は、例えば原子力設備プラントを制御する上位制御装置２と、この上位制御装置２によって制御される例えば原子力設備プラントのプラント機器としての制御対象機器３との間に、１対１で配置される。アナログ出力装置１は、上位制御装置２からの制御用のデジタル信号を、マイコン４の制御によりアナログ出力部５を介して電流または電圧のアナログ信号に変換して制御対象機器３に出力する。そして、制御対象機器３は上位制御装置２により制御される。

アナログ出力装置１は、当該アナログ出力装置１の動作に影響するエラーが発生した場合に備え、エラーが発生した場合の設定されたモードにより出力を制御する機能を有する。そして、アナログ出力装置１がエラー（故障）に陥った場合でも、制御対象機器３への異常信号の出力を防止する。

以下、アナログ出力装置１がエラーに陥った場合の動作について説明する。アナログ出力装置１は、上位制御装置２からの指令信号により、エラー時のモードをマイコン４を介して、アナログ出力部５のモード格納部２１に設定する。エラー時のモードは、先にも示したように、あらかじめ設定された指定値を出力する「指定値モード」、前回の出力値を出力する「前回値モード」、出力を切り離す「出力断モード」の３種類のいずれかのモードである。

アナログ出力装置１は、マイコン４およびアナログ出力部５の動作に関連するエラーが発生したことをエラー検出部８により検出すると、エラー格納部２４に通知する。そして、エラー格納部２４はエラーに対応する切換信号を送出し、第一選択器４１、第二選択器４２、第三選択器４３またはリレー部２８を切り換える。そして、エラーに対し、設定されたモードに応じた出力を実施する。さらに、マイコン４およびアナログ出力部５へ供給するメインクロックが喪失するクロックロスエラーが発生した場合は、サブクロック部３２から生成されるサブクロックにより動作するサブＤＡＣＩ／Ｆ２６を介して出力値がＤ／Ａコンバータ２７に送出される。

次に、図３を用いて、アナログ出力装置１のエラー検出時の処理について説明する。アナログ出力装置１のエラー時のモードの設定は、上位制御装置２からソフトウェア処理により行われる。まず、上位制御装置２から指令信号がアナログ出力装置１に送出される。次に、解析部１１は上位制御装置２からの指令信号に、制御対象機器３への指令するための指令値以外に、エラー時のモードの設定を行うためのモード設定信号が含まれているか否かの解析を行う（図３のステップＳ１）。

次に、上位制御装置２からの指令信号の受信が初回であるか否か、または、モード設定信号が含まれているか否かを判断する（図３のステップＳ２）。そして、上位制御装置２からの指令信号の受信が初回ではなく、かつ、モード設定信号が含まれていない場合（ＮＯ）には、指令信号における制御対象機器３への指令値を指令値格納部２３に送出する（図３のステップＳ６）。そして、指令信号の受信が初回、または、モード設定信号がある（ＹＥＳ）の場合には、モード設定部１２は、出力断モード、指定値モード、前回値モードの３種類のいずれのモードの設定であるかをモード格納部２１に格納する。

また、前回からモードの変更があった場合には、同様にモードをモード格納部２１に格納する。次に、設定されたモードが指定値モードであるか否かを判断する（図３のステップＳ４）。そして、上位制御装置２から設定されたモードが指定値モードの場合（ＹＥＳ）には、指令信号に含まれる指定値を指定値格納部２２に格納する（図３のステップＳ５）。

また、上位制御装置２から指定されたモードが指定値モードでない場合、すなわち、出力断モードまたは前回値モードの場合（ＮＯ）、および、ステップＳ５にて指定値を格納した後には、上位制御装置２からの指令信号の指令値を指令値格納部２３に格納する（図３のステップＳ６）。

次に、図４を用いて、エラー時のアナログ出力装置１のハードウェア処理について説明する。尚、エラーが発生するまでは、指令値格納部２３に格納された指令値が第一選択器４１にて選択され、メインＤＡＣＩ／Ｆ２５、第三選択器４３、Ｄ／Ｃコンバータ２７、リレー部２８を介して、アナログ信号として送出されている。

まず、マイコン４およびアナログ出力部５の動作に関連する不正な状態を示すエラーとして、マイコン４およびアナログ出力部５へ供給するメインクロックが喪失するクロックロスエラーや、規定時間内にマイコン４の処理が終了しない時のＷＤＴ（Ｗａｔｃｈ Ｄｏｇ Ｔｉｍｅｒ、ウォッチドッグタイマ）エラーなどのエラーが発生する。

そして、エラー検出部８がエラーの発生を検出する（図４のステップＳ１０）。次に、当該エラーに対応したエラー信号をエラー格納部２４に格納する（図４のステップＳ１１）。次に、格納されたエラー信号がマイコン４およびアナログ出力部５へ供給するメインクロックが喪失するクロックロスエラーであるか否かを判断する（図４のステップＳ１２）。そして、クロックロスエラーの場合（ＹＥＳ）には、第三選択器４３に切換信号を出力する。

そしてＤ／Ａコンバータ２７に出力値を送出するメインＤＡＣＩ／Ｆ２５を、サブクロック部３２から生成されるサブクロックにより動作するサブＤＡＣＩ／Ｆ２６に切り換える（図４のステップＳ１３）。また、クロックロスエラーでない場合（ＮＯ）、およびステップＳ１３の次には、モード格納部２１のエラー時のモードを確認する（図４のステップＳ１４）。ここでは先に示したようにステップＳ３にてあらかじめモード格納部２１に設定されたモードが確認される。

そして、指定値モードであった場合には、第二選択器４２が切り換わり（図４のステップＳ１５）、ステップＳ５にてあらかじめ指定値格納部２２に格納されている指定値を読み込み、Ｄ／Ａコンバータ２７に送出される（図４のステップＳ１６）。また、前回値モードであった場合には、第一選択器４１が切り換わり（図４のステップＳ１７）、指令値格納部２３に格納されている前回の指令値がＤ／Ａコンバータ２７に送出される。また、出力断モードであった場合には、リレー部２８がＯＦＦに切り換わり（図４のステップＳ１８）、出力値が０となる。

上記のように構成された実施の形態のアナログ出力装置によれば、当該アナログ出力装置の動作に影響するエラーが発生した場合、エラーに対するモードを複数設定して、出力を制御するため、アナログ出力装置がエラーに陥った場合でも制御対象機器への異常信号の出力を防止する。

また、エラーが検出された場合のモードを、出力を停止する出力断モード、あらかじめ設定された指定値を出力する指定値モード、または、エラーが検出される前の指令値を出力する前回値モードを設定するため、エラーに対して制御対象機器への異常出力をより一層防止できる。

また、マイコンおよびアナログ出力装置へ供給するメインクロックが喪失するクロックロスエラーが発生した場合は、サブクロックによりアナログ出力部が動作するため、エラー時のモードの設定に応じた出力が可能である。

尚、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ アナログ出力装置、２ 上位制御装置、３ 制御対象機器、４ マイコン、
５ アナログ出力部、６ アナログ入力部、７ 通信入出力部、８ エラー検出部、
１１ 解析部、１２ モード設定部、１３ 指令値設定部、２１ モード格納部、
２２ 指定値格納部、２３ 指令値格納部、２４ エラー格納部、
２５ メインＤＡＣＩ／Ｆ、２６ サブＤＡＣＩ／Ｆ、２７ Ｄ／Ａコンバータ、
２８ リレー部、３１ メインクロック部、３２ サブクロック部、４１ 第一選択器、４２ 第二選択器、４３ 第三選択器。

Claims (3)

1. 制御対象機器と、前記制御対象機器を制御する上位制御装置との間に配置されるアナログ出力装置であって、
   前記制御対象機器に対する前記上位制御装置からのデジタル信号をアナログ信号に変換して前記制御対象機器に出力するアナログ出力部と、
   前記アナログ出力部の動作を制御する制御部と、
   前記アナログ出力装置の動作に関連するエラーを検出するエラー検出部と、
   前記アナログ出力部は、前記エラーに対して複数のモードを有し、前記エラー検出部が前記エラーを検出すると、前記上位制御装置から複数の前記モードから設定された前記モードに対応するアナログ信号を前記制御対象機器に送信するアナログ出力装置。
2. 前記エラーに対する前記モードとして、出力を停止する出力断モード、あらかじめ設定された指定値を出力する指定値モード、および、前記エラーが検出される前の指令値を出力する前回値モードを備える請求項１記載のアナログ出力装置。
3. 前記アナログ出力装置にメインクロックを供給するメインクロック部と、
   前記アナログ出力部にサブクロックを供給するサブクロック部とを備え、
   前記エラー検出部において前記メインクロックが喪失するクロックロスエラーを検出すると、
   前記サブクロック部は前記サブクロックを前記アナログ出力部に供給する請求項１または請求項２に記載のアナログ出力装置。

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