JPH021003A - プログラマブルコントローラにおけるシステム構築方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、マイクロプロセッサやメモリ等をプリント板
に実装して構成され、各々機能分割されたマイクロプロ
セッサカードやメモリカード等の複数のカードを組合せ
てなるプログラマブルコントロラ（以下、ＰＣという）
により、プラントに適応した種々の制御システムを構成
する場合のシステム構築方法に関する。

（従来の技術） 従来のこの種のＰＣの基本構成を第６図に示す。

同図において、■はＰＣの主体をなすマイクロプロセッ
サユニットであり、このユニット１による各種の演算や
データ転送等により、プラントの被制御機器２が制御さ
れる。

ここで、マイクロプロセッサユニット１は、ユニッ）−
内の全カードに共通バス１８を介して電源を供給するユ
ニット制御電源カード１０と、共通バス１８のデータ転
送の管理及び監視を行なう共通バス制御カード１１と、
各種の演算を行ない、かつデー夕転送により共通バス１
８に接続される全カードの動作管理、故障情報収集等の
システムサポートのためのシステムプログラムの実行、
及びプラントの被制御機器２の動作を制御するアプリケ
ーションプログラムの実行を行なうマイクロプロセッサ
カード（以下、ＭＰＵカードという）１２と、各種制御
演算データ、プラント設定データ及び制御プログラムを
格納するメモリカード１３と、被制御機器２と共通バス
１８間でディジタルデータの入出力（ＤＩ、Ｄｏ）、ア
ナログデータの人出力（Ａ　Ｉ　。

ＡＯ）を行なうインタフェースとしての複数のプロセス
入出力カード（以下、ＰＩ１０カードという）１４とか
ら構成されている。

かかるＰＣでは、ＭＰＵカード１２がメモリカード１３
に記憶されている制御プログラムを実行することにより
、ＰＩ１０カード１４を介して入力されたプラントのデ
ータに基づき所定の演算、制御等を行ない、その結果を
ＰＩ１０カード１４に出力することにより被制御機器２
へ制御出力が渡される。

ここで、基本的な制御プログラムや演算データはＭＰＵ
カード１２内のローカルメモリに格納されるのが一般的
であり、メモリカード１３は拡張メモリとして位置付け
られている。

上述したような基本構成を持つＰＣは、被制御対象とな
るプラントの構成に応じて大規模な階層化分散型システ
ムから小規模のスタンドアロンシステムまで、また、単
一システムから２重化、３虫化といった高信頼性システ
ムまで、これらを複数組合せた制御システムを容易に構
築できることが要請されている。このような制御システ
ムの一例として、第７図に示すように上位計算機とあい
まった階層化制御、高信頼性を得るためのマイクロプロ
セッサユニット同士の多重化制御、及び広域にわたって
散在するプラント被制御機器の監視・制御を行なうリモ
ートＩ１０伝送による分散制御機能を兼ね備えた高信頼
性階層化分散型制御システムがある。

この第７図において、データウェイ７を介して上位計算
機３に接続されたマイクロプロセッサユニットＩＡ、Ｉ
Ｂ、ＩＣは、それぞれが同一構成であり、先の第６図に
示した各構成要素のほか、データウェイ７に接続された
上位データウェイ伝送インタフェースカード１５、リモ
ートＩ１０伝送回ｍ８を介してリモートＩ１０ユニット
４に接続されたリモートＩ１０伝送インタフェースカー
ド１６、及びマイクロプロセッサユニットを相互に接続
するプロセッサ間伝送インタフェースカード■７を備え
ている。これらのマイクロプロセッサユニットＬＡ、Ｉ
Ｂ、ＩＣは、各々が上位計算機３による管理、制御を受
け、しかもプロセッサ間伝送インタフェースカード１７
を介して相互間で制御情報の授受、各種メツセージの交
換を行ない、制御データの不一致検出、補正、複写等に
より信頼性を高めるべく三重化制御を行なっている。

一方、リモートＩ１０ユニット４は、ユニット制御電源
カード１０．共通バス制御カード１１、ＰＩ１０カード
１４を有し、自己のリモートＩ１０伝送インタフェース
カード１６及び前記リモートＩ１０伝送回線８を介して
すべてのマイクロプロセッサユニットＩＡ、ＩＢ、ＩＣ
に接続されていると共に、ＰＩ１０カード１４には、例
えば高信頼性が要求される各種の被制御機器６が接続さ
れている。

ここで、ＰＩ１０カード１４は３台のマイクロプロセッ
サユニットＩＡ、ＩＢ、Ｉｃからのデータを扱い、ディ
ジタル出方では２／３の多数決により決定したデータを
、アナログ出方では中間値の選択により決定したデータ
により被制御機器６を制御し、また、ディジタル入力や
アナログ久方の場合には逆に３台に対して同一のデータ
を与えることにより被制御機器６の高信頼性に応えてい
る。

更に、広域にわたって散在するプラントの被制御機器２
に対し、これらがそれぞれ接続されたリモートＩ１０モ
ジュール５をリモートＩ１０ユニット４内のリモートＩ
１０伝送インタフェースカード１６を介して各マイクロ
プロセッサユニットＩＡ、ＩＢ、ＩＣに接続することに
より、分散制御を行なっている。

さて、近年の半導体技術（ＣＰＵ技術、メモリ技術等）
の進歩により、ＰＣにおいて使用される個々のカードの
機能もかなり高くなり、−のカードであっても各種モー
ドの切り換えによって複数の異なる機能を果たすことが
できるようになってきている。例えば、前記ＰＩ１０カ
ード１４に使用されているディジタル出力カード（以下
Ｄｏカードという）では、下記の表１に示すようなデー
タ種別及びモードの切り換えが可能であり、これらの各
項目について複数種類が選択可能となっている。

表　　１ なお、表１の信頼性モードにおいて、■デュアルモード
とはマスクのＭＰＵカード２台が並列運転を行ない、デ
ータの一致／不一致を判定するモード、■デユープレッ
クスモードとはＭＰＵカード２台で常用／予備運転を行
ない、常用側の故障時に運転を予備側に切り換えるモー
ドをいう。

上記の表１を更に詳細に説明すると、出力データ種別及
び信頼性モードの設定により、取扱うディジタルデータ
の処理範囲及び属性を判断して出力させることができる
。例えば、出力データ種別及び信頼性モードを組合せて
、ｉ、“′ビットデータ、シングルモード″とすれば、
１台のＭＰＵカードにより与えられたビットデータを出
力する、ｎ。

″バイナリデータ、デユープレックスモード′″とすれ
ば、２台のＭＰＵカードのうち常用側から与えられたバ
イナリデータを出力する、市、”ＢＣＤデータ、三重化
モード″とすれば、３台のＭＰＵカードから与えられた
ＢＣＤデータの中間値を選択して出力する、ｉｖ、１１
ビツトデータ、三重化モード″とすれば、３台のＭＰＵ
カードから与えられたビットデータを各ビットごとに２
／３の多数決にて選択して出力する。ことが可能になる
。

また、その他の制御モードの設定により、■システム故
障時のＤｏデータをＩＩ　Ｏ１１クリアするか、現状デ
ータを持続するかを決定する、■多重化モード時に複数
のＭＰＵカードのデータ照合を行なうかどうかを決定す
る、■システム起動時にディジタル出力の許可指令をも
らうまではデータを出力しない、等を選択することがで
きるようになっている。

しかして、第８図は従来のＰＣにおけるシステム立ち上
げ時のＭＰＵカード１２．共通バス１８及びＤＯカード
１４ａ等の構成を示したものであり、立ち上げに当って
は１表１に示したようなりｏカード１４ａ、　１４ｂ・
・・・・・の各種モード設定や、各カードのメモリ空間
、Ｉ１０空間等のアクセス空間におけるアドレスの設定
を、各々に設けたデイツプスイッチ等のハードウェアで
あるモード設定部１４１及びアドレス設定部１４２によ
り行なっている。そして、自ら設定した各種モードをモ
ード選択認識部１４３により認識すると共に、ＭＰＵカ
ード１２がら送られたアドレスが自ら設定したアドレス
であるか否かをアドレス比較部１４４により照合し、自
己のカードが選択されたことを認識している。

一方、ＭＰＵカード１２側では、アプリケーションプロ
グラム１２２における簡易ソフトウェア設定テーブル１
２３によってシステムの構成を大まかに認識し、システ
ムの詳細な構成はシステム詳細管理手段１２４によりア
プリケーションプログラム１２２そのもので管理してい
た。特に、各Ｄｏカード１４ａ、　１４ｂ・・・・・・
のアドレス等はカード側でそれぞれ設定されるのに対し
て、ＭＰＵカード１２側ではプログラムレベルで固定的
に記述するものであった。

（発明が解決しようとする課題） このように各Ｄｏカード１４ａ、　１４ｂ・・・・・・
のアドレス等をＭＰＵカード１２側で固定して持ってい
るため、システムを変更、修正する際の柔軟度が低く、
プラントシステムの変化に対してアプリケーションプロ
グラム１２２そのものを変更しなければならないと共に
、アドレス設定部１４２やモード設定部１４１の人為的
な誤設定や接触不良によるトラブル（例えばアドレスの
重複や誤り）を引き起こし易いという欠点を有していた
。

かかる欠点は大規模システム、小規模システムを問わず
存在していたものであり、特に大規模システムにおいて
は、多数のカードのアドレスやモード設定数が膨大とな
り、設定作業に多大な手間がかかるという問題があった
。

また、−度設定された各種のモードは運転状態のままで
変更することができず、システム運転動作の変化に柔軟
に対応できないと共に、各カードの単体試験においても
、一つ一つのモードの動作確認を行なうために手作業で
モード設定部１４１を切り換える必要があり、これが試
験の複数回の中断を伴うことによって試験の完全自動化
が不可能である等の欠点があった。

このように従来では、各カードを組合せて単にＰＣのシ
ェルフに実装しただけではシステムは容易に立ち上がら
ないため、人為的なアドレス設定やモード設定を必要と
し、これに伴って上述のような種々の問題を生じていた
。

本発明は上記問題点を解決するために提案されたもので
、その目的とするところは、各カードのアドレスや動作
モードの設定を人手によらずシェルフに実装するだけで
可能とし、これによってシステム構成をＭＰＵカードが
自動的に認識して容易かつ正確にシステムを構築するこ
とができると共に、プラント状態の変化に追従してその
運転中の設定モード変更やカード単体試験の完全自動化
を可能にし、多様化する被制御プラントに柔軟に対応で
きるようにした、ＰＣにおけるシステム構築方法を提供
することにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明は、ＭＰＵカードやメ
モリカード等を組合せて構成されるＰＣにおいて、前記
各カードは当該カードの機能、構成及び属性を統一した
コードにて備え、システムの立ち上げ時に、ＭＰＵカー
ドが前記すべてのコードを読込んでシステム構成管理テ
ーブルを作成し、前記各カードの実装位置をアドレスと
するアクセス手段を用いて前記各カードの実アドレス及
び動作モードをソフトウェア的に設定してシステムの全
体構成を認識することを特徴とする。

（作用） 本発明によれば、ＰＣを構成する各カードが、その機能
、構成及び属性をシステム的に統一したコードにて備え
ている。これらのカードがＰＣのシェルフに実装される
と、すべての実装位置についてＭＰＵカードが前記コー
ドを読み込み、システムプログラムのデフォルト設定テ
ーブルやアプリケーションプログラムのシステム詳細設
定テーブルに基づいてカード実装位置に対するカード種
別、実アドレス、属性等を登録したシステム構成管理テ
ーブルを作成することにより、システムの全体構成を認
識する。

そしてＭＰＵカードは、各カードに対するアクセスアド
レスや各種の動作モードを前記デフォルト設定テーブル
やシステム詳細設定テーブルに基づいてソフトウェア的
に設定し、各カードに通知すると共に、各カードでは各
種動作の初期化や動作モードの選択決定を行なって立ち
上げ動作を終了し、アプリケーションプログラムによる
所定のプラント制御動作に移行する。

（実施例） 以下、図に沿って本発明の一実施例を説明する。

まず、この実施例においては、第１図に示す如くＰＣを
構成する各カードをその機能によりＭＰＵカード、メモ
リカード、Ｉ１０カード、各種伝送カード等に分類し、
更に、ＭＰＵカード、リモートＩ１０伝送インタフェー
スカード及びＰＩ１０カードを機能的に細分してこれら
を全体で８ビツトの機能コードＣ工により表わす。

また、第２図に示すように、各カードのデータ転送を行
なうバスから見たときのバス機能を、図示の如く全体で
８ビツトのバス機能コードＣ２により表わす。ここで、
バス機能は、データ転送を受動的に行なうリプライア動
作についてデータ転送幅を指定したり、割込み等に利用
するメツセージ送受信機能の有無、共通バス制御機能の
有無等を指定するものである。

更に、メモリカードやＰＩ１０カード等のアクセス媒体
に関しては、第３図に示すようにメモリカードの如くメ
モリを有するカードについてはメモリ容量を４ＫＢｙｔ
ｅのブロック数により指定した構成・属性コードＣ１に
よって表わしく第３図（イ））、ＰＩ１０カード等につ
いては、入出力のレジスタ構成、及びディジタル、アナ
ログ等のデータ属性とそのデータ数を構成・属性コード
Ｃ４によって表わす（第３図（ロ））。

しかして、これらの各コード０１〜Ｃ４は、ＰＣを構成
するすべてのカードに備えられ、第４図に示すようにカ
ード１４Ａ内の記憶手段１４５に格納されている。また
、各カード１４Ａ内における相対アドレスは全カード共
通に設定されていると共に、カードのアドレスや表１に
示したような各種のモードをソフトウェア的に共通バス
から設定される機能を備え、かつ自カードが選択された
ことを認識するためのアドレス比較手段１４６と、各種
モードが選択されたことを認識するモード選択認識手段
１４７とを備えている。

このように構成された各カードを組合せて所望のシステ
ムを構築する場合には、ＰＣのシェルフに所定のカード
を実装するだけでシステムを立ち上げることができる。

第５図は、システムの立ち上げ構成を示すＭＰＵカート
１２Ａ、共通バス１８及びＤＯカード等のカード１４Ａ
（１４Ｎ）の関係を示すものである。ここにおいて、Ｍ
ＰＵカード１２Ａは、ＰＣに実装されているすべてのカ
ードのシェルフへの実装位置や前記各コードに基づいて
作成されるシステム構成管理テーブル１２５と、システ
ムプログラムｉ２６上のデフォルト設定テーブル１２７
と、プラントを制御するためのアプリケーションプログ
ラム１２８上に必要に応じてシステム詳細設定テーブル
１２９を持ち、これらのデフォルト設定テーブル１２７
及びシステム詳細設定テーブル１２９は選択手段１２０
１によって選択可能となっている。

なお、共通バス１８においては、アドレス設定無しで各
カードをアクセスできる手段（例えばカードのシェルフ
上の実装位置をアドレスとするアクセス手段）を備えて
いる。

次に、このシステムにおける立ち上げ手順を示すと以下
のとおりである。

■ＭＰＵカード１２Ａは、シェルフの全実装位置に対し
て、共通バス１８を介し上述したカードの機能、構成及
び属性コードを読み込み、カードの有無判定を兼ねなが
らシステム構成管理テーブル１２５のカード実装位置に
対するカード種別、アクセス媒体構成等を決定し、認識
する。

■ＭＰＵカード１２Ａのシステムプログラム１２６は。

アプリケーションプログラム１２８上のシステム詳細設
定テーブル１２９があればそれに基づいて、なければシ
ステムプログラム１２６自身のデフォルト設定テーブル
１２７に基づいて、システム構成管理テーブル１２５に
実アドレスとしてのアクセスアドレス及び各種属性、構
成等を登録し、システムの全構成を認識すると共に、各
カードに対してのアドレス及び各種モードを、前記カー
ド実装位置をアドレスとするアクセス手段により設定す
る。

（の各カードは、これらの各種設定により、自カートの
りプライアアドレスの決定、各種動作の初期化、動作モ
ードの選択決定を行ない、これらが終了すると各々のス
テータスにより設定完了をＭＰＵカード１２Ａに通知す
る。

■Ｍ　Ｐ　Ｕカード１２Ａは、カード実装位置のアクセ
ス手段により全カードのステータスの設定完了を確認後
、システム立ち上げ動作の終了を確認し、アプリケーシ
ョンプログラム１２８による所定のプラント制御動作の
実行を許可する。

■アプリケーションプログラム１２８においては。

基本的にはシステムを直接制御する各種Ｉ１０カード、
伝送カードをアクセスせず、ＭＰＵカード１２Ａ内のデ
ータメモリ上のシャドウ領域へアクセスを行なう。シス
テムプログラム１２６では、このシャドウ領域へアクセ
スされたデータを、実際のＩ１０カード、伝送カードに
対してはシステム構成管理テーブル１２５を参照して実
アドレスに変換して転送を行なう。

従って、アプリケーションプログラム１２８上では、実
アドレスを意識する必要がないため、システム構成の変
化に対しては、システムプログラム１２６上のデフォル
ト設定テーブル１２７で対処できる場合はそれにより、
そうでない場合にはアプリケーションプログラム１２８
上のシステム詳細設定テーブル１２９のみを変更するこ
とにより容易に対処可能である。

また、先の第７図に示したようなリモートＩ１０伝送を
行なうシステムにおいては、リモートＩ１０伝送インタ
フェースカード１６により上述のＭＰＵカードと同様に
各ＰＩ１０カードの機能コード等を読み込み、伝送回線
８を経由してマイクロプロセッサユニット側のリモート
Ｉ１０伝送インタフェースカード１６に通知する。この
通知により、ＭＰＵカードはリモートＩ１０伝送インタ
フェースカードであると認識した後に、そのインタフェ
ースカードに接続されるすべてのリモートＩ１０ユニッ
ト及びリモートＩ１０モジュールの機能、構成及び属性
コードを認識し、逆に、各種モード等の設定情報をマイ
クロプロセッサユニット側のリモートＩ１０伝送インタ
フェースカード１６を経由して伝送回線８上のすべての
リモートＩ１０ユニット及びリモートＩ１０モジュール
へ伝達する。

そして、リモートＩ１０ユニットにおし１ては、リモー
トＩ１０伝送インタフェースカードが各カードに対して
ＭＰＵカードと同様に実装位置をアクセスとする手段に
より各種モード等の設定を通知し、ステータスによる設
定完了等の通知、判断も同様に行なう。

これにより、リモートＩ１０伝送による分散制御システ
ムにおいても、各カードを実装するだけでシステムの構
築及び立ち上げを行なうことができる。

（発明の効果） 以上述べたように本発明によれば、ＰＣを構成する各カ
ートが機能コードや構成・属性コードを備え、ＭＰＵカ
ードがこれらを認識可能であると共に各カードの動作モ
ードやアクセスアドレスを従来のようなハードウェアス
イッチを用いることなくソフトウェアにより設定可能と
し、ＭＰＵカードのシステムプログラムによる管理のも
とにシステム構成管理テーブルを設けて実際のシステム
構成を認識するようにしたため、ＰＣのシェルフに各カ
ードを実装し、必要に応じてアプリケーションプログラ
ムにシステム詳細設定テーブルを設定するだけで、シス
テムの構成状態をＭＰＵカードが自動的に認識し、被制
御プラントに適合した制御システムを容易かつ正確に構
築できるという効果がある。

同時に、人手によるカードのアドレス設定や各種モード
設定の煩雑さが解消され、これらの誤設定に基づくトラ
ブルを回避することができる。

また、システムプログラムにてプラント状態を常時監視
してシステム構成管理テーブルを更新することができる
ため、例えば一部のカード故障時にそのカードに関連す
る他のカードへの停止指令を行なう場合等、プラント状
態の変化に追従した運転モード設定の変更に対し柔軟か
つ容易に対処することができる。

加えて、カードの各種モード設定をソフトウェア的に行
なうことができるから、カードの単体試験において、従
来の如くハードウェアを用いたモード切り換え等により
運転が中断することがなく、リアルタイムな自動試験が
可能である等の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は本発明の一実施例を説明するため
のもので、第１図はカードの機能コードの説明図、第２
図はバス機能コードの説明図、第３図（イ）、（ロ）は
カードの構成・属性コードの説明図、第４図はカードの
説明図、第５図はシステムの立ち上げ構成を示す説明図
、第６図はプログラマブルコントローラの基本構成を示
す図、第７図は高信頼性階層化分散型制御システムの説
明図、第８図はシステムの立ち上げ構成を示す説明図で
ある。 １２Ａ・・・ＭＰＵカード　　　１４Ａ、１４Ｎ・・・
カード１８・・・共通バス １２５・・・システム構成管理テーブル１２６・・・シ
ステムプログラム １２７・・・デフォルト設定テーブル １２８・・・アプリケーションプログラム１２９・・・
システム詳細設定テーブル１４５・・・記憶手段　　　
　１４６・・・アドレス比較手段１４７・・・モード選
択認識手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. マイクロプロセッサやメモリ等をプリント板にそれぞれ
   実装してなる機能分割された複数のカードを組合せて構
   成され、プラントの被制御機器を制御するプログラマブ
   ルコントローラにおいて、前記各カードは当該カードの
   機能、構成及び属性を統一したコードにて備え、システ
   ムの立ち上げ時に、前記マイクロプロセッサを備えたマ
   イクロプロセッサカードが前記すべてのコードを読込ん
   でシステム構成管理テーブルを作成し、前記各カードの
   実装位置をアドレスとするアクセス手段を用いて前記各
   カードの実アドレス及び動作モードをソフトウェア的に
   設定してシステムの全体構成を認識することを特徴とす
   るプログラマブルコントローラにおけるシステム構築方
   法。