JPH0264801A - プロセスコントローラシステム - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、バックアップ機能を備えたプロセスコント
ローラシステムの改良に関する。

（従来の技術〉 第３図は、従来のプロセスロントローラシステムの構成
を概略的に示すブロック図である。

同図に４３いて、１ｎはマスクコントローラであり、通
′常ｔよユーザが規定したそれぞれ異なった制御アルゴ
リズムで動作を行なっている。

そして、各」ントローラ１０はプロセス入力器９ｎから
の信号を入力としてＰＩＤ演算等の制御演算を実行し、
操作出力を計詐する。

７ｎは操作出力を操作出力器８ｎに出力する変換ユニッ
トであり、各コントローラ１ｎはこの変換ユニット７ｎ
の出力が制御ｍ算によって計算された操作出力値になる
ように各変換ユニット７ｎをコント臼−ルする。

りなわら、変換ユニット７ｎにはコントローラからの制
御によりアップダウンづるカウンタと、カウンタの内容
を電圧に変換するＤ／Ａ変換器と、電圧を電流に変換す
るＶ、／１回路と、Ｄ／Ａ変換器の出力をコントローラ
側に戻す回路とが含まれている。

このユニット７ｎは非常に高い信頼性を持つように設計
されており、このため故障が発生りる部位は実際上二］
ントローラ側に限られるようになっている。

その結果、バックアップ機能を有しないシングルシステ
ムにおいても、あるいは第３図に示されるバックアップ
機能を備えた冗長システムにおいでら、最悪で５ユニツ
ト７０が操作出力を保持できるようになっている。

また、バックアップ切換え時にあっては、ユニッｌ−７
ｎが操作出力値を保持して切換わるため、切換え時のバ
ンプが生じないとい・う利点もある。

２はスレーブコントローラであり、複数台のマスクコン
トローラ１ｎに対し１台が用意されている。

スレーブコントローラ２の入出力は、どのマスク」ント
ローラ１０の入出力とも切換えが可能なように、切換器
４ｎが各マスクコントローラと対で設けられている。

各切換器４ｎの内部には入力信号用切換手段６ｎと操作
出力制御信号用切換手段５ｎが設けられている。

３はバックアップメモリコントローラであり、伝送ライ
ン１０を通じて常時マスクコントローラ１ｎの制御アル
ゴリズム、制御パラメータ、制御継続に必要なトラッキ
ングデータ等を収集している。

バックアップメモリコントローラ３は、マスクコントロ
ーラ１ｎとの伝送異常によりあるいはマスクコントロー
ラ１ｎ自身の自己診断情報によりマスクコントローラ１
ｎの異常を発見し、該当マスクコントローラの諸情報を
スレーブコントローラ２に転送し、切換制御線１１を使
用して該当マスクコントローラ１ｎと対の切換器４ｎを
動作させ、スレーブ」ン１〜ローラ２に入出力線を切換
えバックアップ準備を行なう。

バックアップ準備が完了した後、スレーブコントローラ
２はマスタコント［１−ラ１ｎに代わつ（バックアップ
動作に入る。

このように、従来のプロセスコントローラシステムにａ
３いては、複数台のデジタル式常用プロセスコントロー
ラ（マスタコントローラ１０に相当）と、それらのいず
れかの機能を肩代りさせるための１台のデジタル式バッ
クアップ用プロセスコントローラ（スレー１コントロー
ラ２に相当）と、前記各常用プロセスコントローラの制
御アルゴリズム、制御パラメータ、制御継続に必要なト
ラッキング情報等を管理するバックアップメモリコント
ローラ３とを豆いに伝送ライン１０により接続して構成
されている。

そして、バックアップメモリコントローラ（スレーブコ
ントローラ２に相当）では、伝送ライン１０を通して順
次サイクリックに各常用プロセスコントローラ（マスタ
コントローラ１ｎに相当）からトラッキング情報等の収
集を行なうと共に、該収集に際しいずれかの常用プロセ
スコントローラ（マスタコントローラ１ｎに相当）にお
いて故障が検出されたときには、当該常用プロセスコン
トローラ〈マスタコントローラ１ｎに相当）の制御アル
ゴリズム、制御パラメータ、トラッキング情報を前記バ
ックアップ用プロセスコントローラ（スレーブコントロ
ーラ２に相当）にセットして該バックアップ用プロセス
コントローラに常用プロセスコントローラの機能を肩代
りさせるようになっている。

また、各常用及びバックアップ用プロセスコントローラ
としては、プロセス入力値と設定値との偏差から演算に
より求められた操作出力値を最終的にパルス列信号とし
て出力づるものを使用しでいる。

このため、最終的に操作出力器８ｎを操作するための電
流信号は、このパルス列信号をユニット７ｎにおいて電
流信号に変換するという構成が採用されている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来のプロセスコントローラ
システムにおいては、各制御ループがマスクコントロー
ラ１ｎと変換ユニット７ｎとに分離構成されているので
スペースファクタが悪いこと、変換ユニット７ｎを高信
頼度に設計するためユニット７ｎの価格が効果になるこ
と及びマスクコントローラ１ｎから出力される信号はパ
ルス列の形態をとるためノイズ発生源となること等の問
題点があった。

そこで、このような問題を解決するためには、マスクコ
ントローラ１ｎ内に変換ユニット７ｎの機能を組込むこ
とが考えられるが、このような構成を採用すると、バッ
クアップ切換え時において、トラッキング情報の不一致
からバンプが生ずるという問題がある。

寸なわら、バックアップメモリコントローラ３では伝送
ライン１０を通して順次サイクリックに各マスクコント
ローラ１ｎからトラッキング情報等の収集を行なってい
るが、この情報収集サイクルは、マスクコントローラ１
ｎの接続台数の増加につれで長くなる一方、各マスクコ
ントローラ１ｎ（、：ｄ３ける制御演算周期はこれに対
して相当短いものであるため、トラッキング情報の収集
を伝送ライン１０を介して行なおうとすると、いずれか
のマスクコントローラ１ｎにおいて故障が生じた場合、
バックアップコントローラ３に記憶されたトラッキング
情報の内容と、当該故障に関わるマスクコントローラ１
ｎのデータ内容との間に不一致が生じ、その結果バック
アップ切換え時に操作出力においていわゆるバンプを生
ずるわけである。

この発明は上述の問題点に鑑みなされたもので、その目
的とするところはこの種のプロセスコントローラシステ
ムにおいて変換ユニットの削除によるコストダウンを可
能とすると共に、バックアップ切換え時にバンプの生ず
ることを防止することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） この発明は上記の目的を達成するために、複数台のデジ
タル式常用プロセスコントローラと、それらのいずれか
の機能を肩代りさせるｌζめの１台のデジタル式バック
アップ用ブワセスコントローラと、前記各常用プロセス
コントローラの制御アルコリズム、制御パラメータ、制
御継続に必要なトラッキング情報等を管理するバックア
ップメモリコントローラとを互いに伝送路により接続し
、前記バックアップメモリコントローラでは、伝送路を
通して順次サイクリックに各常用プロセスコントローラ
からトラッキング情報等の収集を行なうとともに、該収
集に際しいずれかの常用プロセスコントローラにおいて
故障が検出されたときには、当該常用プロセスコントロ
ーラの制御アルゴリズム、制御パラメータ、トラッキン
グ情報等を前記バックアップ用プロセスコントローラに
セットして該バックアップ用プロセスコントＯ−ラに常
用プロセスコントローラの機能を肩代りさせるようにし
たプロセスコントローラシステムにおいて、。

前記各常用及びバックアップ用のプロセスコントローラ
として、プロセス入力値と設定値との偏差から演算によ
り求められた操作出力値を最終的に電流値として出力す
るものを使用するとともに、前記常用プロセスコントロ
ーラのそれぞれには、プロセス入力器及び操作出力器を
常用プロセスコントローラ側からバックアップ用プロセ
スコントローラ側へと切換え、かつ常用プロセスコント
ローラの操作出力値をバックアップ用プロセスコントロ
ーラへ直接に転送舊る切換器を介在させ、前記バックア
ップ用プロセスコントローラが故障機の肩代りをするに
際しては、前記切換器の作動により常用プロセスコント
ローラから直接に転送されてくる操作出力値を自己の操
作出力初期値としてセットしたのちバックアップ動作を
開始すること、を特徴とするものである。

（作用） このような構成によれば、各常用及びバックアップ用の
プロセスコントローラとしてプロセス入力値と設定値と
の偏差から演算により求められた操作出力値を最終的に
電力値として出力するものを使用したため、従来システ
ムにおけるいわゆる変換ユニットが不要となってコスト
ダウンを図ることができ、またバックアップ用プロセス
コントローラが故障機の肩代りをするに際しては、切換
器の作動により常用プロセスコントローラから直接に転
送されてくる操作出力値を自己の操作出力初期値として
セットしたのちバックアップ動作を開始するようにした
ことから、いわゆるトラッキング情報の不一致がなくな
り、バックアップ時にバンブを生ずることがなくなる。

（実施例） 第１図は本発明に係わるプロセスコントローラシステム
の全体を概略的に示すブロック図である。

同図に示されるように、本発明システムにおいては、マ
スクコントローラ１ｎ及びスレーブコントローラ２とし
て、プロセス入力値と設定値との偏差から演算により求
められた操作出力値を最終的に電流値としで出力するも
のが使用されている。

そのため、第３図に示す変換ユニット７ｎが不要となり
、その分だけコストダウンが図られている。

また、マスクコントローラ１ｎ及びスレーブコントロー
ラ２の出力値を電流値としたため、マスクコントローラ
１ｎのいずれかをスレーブコントローラ２でバックアッ
プするに際しては、ダウンしたマスクコントローラ１ｎ
の出力値にスレーブコント［］−ラ２の出力値を一致さ
せて切換えないとバンブが生じ、操作端が変動して制御
系に悪影響を与えることとなる。

そこで、各切換器４ｎ内には、プロセス入力器９ｎ及び
操作出力器８ｎをマスクコントローラ１ｎ側からスレー
ブコントローラ２側へと切換え（切換手段５ｎ、６ｎに
相当〉、かつマスクコントローラ１ｎの操作出力値をス
レーブコントローラ２へと直接に転送する機能（第１図
では図示せず）が新たに内蔵されている。

第２図はマスクコントローラ１ｎ１スレーブコントロー
ラ２及び切換器４ｎの内部構成を詳細に示すブロック図
である。

同図に示されるように、マスクコントローラ１ｎ内には
、制御演算を実行するマイクロプロセッサ１００、伝送
をコントロールする伝送インタフェース１０１、Ａ／Ｄ
変換器１０２、Ｄ／Ａ変換器１０３、電圧を電流に変換
するＶ／１回路１０４、自己のＤ／Ａ変換器１０３の出
力をＡＤ変換するか、あるいはスレーブコントローラ２
のＤ／Ａ変換器の出力器をＡＤ変換するかを選択づる切
換手段１０５、電流出力に接続されかつ出力ポート１０
７の出力によりオンオフをコントロール可能なトランジ
スタ１０６及びマイクロプロセッサ１００の動作に必要
なＲＯＭ、ＲＡＭ　（図示せず）等が内蔵されている。

同様にして、スレーブコンｌ−ローラ２内にも、マイク
ロプロセッサ１００３．伝送インタフェース１０１ｓ　
、Ａ／Ｄ変換器１０２ｓ、Ｄ／Ａ変換器１０３３．Ｖ／
Ｉ回路１０４３１切換手段１０５Ｓ１トランジスタ１０
６ｓ及びＲＯＭ、ＲＡＭ（図、示Ｕず）等が内蔵されて
いる。

また、出力ボート１０７．１０７ｓには、他に２種類の
出力が用意され、マスクコントローラとして機能する場
合には使用されないが、スレーブコントローラとして機
能する場合には切換器４ｎを作動させるのに使用される
。

方、切換器４ｎは次のように構成されている。

すなわち、トランジスタ２００はマスクコントローラ１
ｎからの電流出力に接続されており、スレーブコントロ
ーラ２のスロット指定とスレーブコントローラ２の出力
３０２によりＡＮＤゲート２０１を開くことにより、オ
ンオフ制御される。

ここで、スロット指定は信号線３００により行なわれ、
この信号は通常３木で構成された３ビツト情報であり、
すなわち２３＝８の８スロット分の指定が可能とされて
いる。

ま７Ｃ１スレーブコントローラ２からのスロット指定は
、スロット一致判別回路２０３で確認される。

切換手段２０４は各切換器４ｎと対のマスクコントロー
ラ１ｎのＤ／Ａ変換器１０３出力をスレーブコントロー
ラ２のＡ／Ｄ変換器１０２ｓに接続するだめのものであ
る。

切換手段２０５は、スレーブコントローラ２の電流出力
を操作出力器８ｎに接続するためのものである。

これらの切換手段２０４，２０５は、スレーブコントロ
ーラ２のスロット指定とスレーブ出力３０１とでＡＮＤ
ゲート２０２を開くことにより、オン、オフ制御される
。

また、ＡＮＤゲート２０６．２０７はダイオードであり
、電流の逆流を防止するためのものである。

次に、以上の構成よりなるプロセスコントローラの動作
を、第２図を参照しながら順次系統的に説明する。

マスクコントローラ１ｎでは、通常、切換手段１０５を
自己Ｄ／Ａ変換器１０３の出力と接続することにより、
操作出力が正しくＤ／Ａ変換されているかを自己診断し
ている。

また、トランジスタ１０６は常時オフしており、電流出
力は切換器４ｎの方へと出力されている。

スレーブコントローラ２は、通常、マスク同様切換手段
１０５ｓの自己のＤ／Ａ変換器１０３ｓの出力と接続す
ることにより、Ｄ／Ａ変換器にテスト信号を与え、これ
が正しくＤ／Ａ変換されているかを自己診断している。

一方、トランジスタ１０６ｓはオンされており、自身の
電流出力は外へ流出しないようにしている。

切換器４ｎは、通常、トランジスタ２００はオフ、切換
手段２０４，２０５も共にオフで、マスクコントローラ
１ｎからの電流出力を操作出力器８ｎへ送出している。

マスクコントローラ１ｎに異常が発生すると、スレーブ
コントローラ２はバックアップメモリコントローラ３よ
り該当マスクコントローラの諸情報を受取る。

スレーブコントローラ２は、該当マスクコントローラ１
ｎと対になっている切換器４ｎのスロットを指定すると
共に、制御線３０１をアクティブにして切換手段２０４
．２．０５をオンとする。

切換手段２０４のオンにより故障マスクコントローラの
Ｄ／Ａ変換器出力が信号［１３０３を通じてスレーブコ
ントローラ２に入力されるので、スレーブコントローラ
２は切換手段１０５Ｓにより信号線３０３と接続し、故
障マスクコントローラのＤ／Ａ変換器出力値を直接にＡ
／Ｄ変換して読み取る。

スレーブコントローラ２は伝送ライン１０を経由せずに
直接に読み取った値を自己のＤ／Ａ変換器１０３３に設
定（セット）した後、制御線３０２をアクティブにして
自身のトランジスタ１０６Ｓをオフさせ、切換器内トラ
ンジスタ２００をオンさせる。

従って、スレーブコントローラ２の電流出力は、トラン
ジスタ１０６Ｓがオフするため切換器４ｎに向かって流
出すると共に、トランジスタ２００のオンによりマスク
コントローラの電流出力が切換器内で消費されるため、
スレーブコントローラ２からの電流が操作出力器８ｎへ
流出するようになりバ・ツクアンプを完了する。

次に、バックアップ解除時の動作について説明する。

故障したマスクコントローラが交換等により復旧される
と、切換手段１０５は信号線３０４と接続され、これに
よりスレーブコントローラ２のＤ／Ａ変換器出力がＡ／
Ｄ変換され、自己のＤ／Ａ変換器１０３に設定される。

バックアップ解除指令は人間が故障コントローラの正常
復帰を確認し、人間の指示により元に戻すということが
一般的に行なわれており、本システムに接続するＣＲＴ
装置等（図示せず）から伝送ライン１０を通してバック
アップメモリコントローラ３に届けられる。

バックアップメモリコントローラ３は、復旧した直後か
ら何時でもバックアップ解除になってよいようにスレー
ブコントローラ２の出力に自身の出力をトラッキングさ
せているので、スレーブコントローラ２は制御線３０２
をインアクティブにして自身のトランジスタ１０６Ｓを
オンし、切換器トランジスタ２００をオフさせる。

その侵、スレーブコントローラ２は制御線３０１をイン
アクティブにしで、切換手段２０４．２０５をオフさせ
、バックアップ状態を解除する。

このように本実施例システムにＪ３いては、マスクコン
トローラ１ｎのいずれかが故障した場合、それに対応す
る切換器４０内において、切換手段２０４がオンされて
、Ｄ／Ａ変換器１０３の出力がスレーブコントローラ２
へと直接に読み込まれ、その後Ｄ／Ａ変換器１０３Ｓに
初期設定される。

これと同時に、切換器トランジスタ２００のオフ及び切
換手段２０５のオンが行なわれて、当該故障曙に関する
プロセス入出力はマスクコントローラ１ｎ側からスレー
ブコントローラ２側へと自動的に切換えられる。

その結果、バックアップ切換えに際しては、常にマスク
コントローラの最終出力値を保持したまま、スレーブコ
ントローラ側へと切換わることとなり、バンプを生ずる
ことがなくなる。

すなわち、伝送ライン１０からのトラッキング情報に基
づいてスレーブコントローラ２にａ３ける出力初期設定
を行なえば、トラッキング情報の伝送周期とマスクコン
トローラの演算周期との相違により、バックアップ切換
え時にバンブを生ずることとなるのに対し、本実施例装
置ではトラッキング情報に基づくものではなく、故障マ
スクコントローラの出力値を制御ライン３０３を通して
直接読み取るようにしているため、トラッキング情報伝
送周期とマスクコントローラの演算周期とに相違があっ
ても、バックアップ切換え時にバンプを生ずることがな
いのである。

なお、以上の実施例では、各切換器４ｎにおける切換え
動作を、スレーブコントローラ２からの指令により行な
わせたが、これは第３図に示す従来例のように、バック
アップメモリコントローラ３からの指令により行なって
もよいことは勿論である。

［発明の効果］ 以上の説明で明らかなように、この発明によれば従来シ
ステムで必要であった高価な変換ユニットが不要となり
、その分だけコストダウンが可能となると共に、バック
アップ切換えに際しバンブを生ずることがない等の利点
を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明システムの全体構成を概略的に示すブロ
ック図、第２図は同システムの詳細を示すブロック図、
第３図は従来システムの全体構成を概略的に示すブロッ
ク図である。 １ｎ・・・マスクコントローラ ２・・・スレーブコントローラ ３・・・バックアップメモリコントローラ４ｎ・・・切
換器 ５ｎ・・・切換手段 ６ｎ・・・切換手段 ８ｎ・・・操作出力器 ９ｎ・・・プロセス入力器 １０・・・伝送ライン ２００・・・切換器トランジスタ ２０４・・・切換手段 ２０５・・・切換手段

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 複数台のデジタル式常用プロセスコントローラと、それ
   らのいずれかの機能を肩代りさせるための１台のデジタ
   ル式バックアップ用プロセスコントローラと、前記各常
   用プロセスコントローラの制御アルコリズム、制御パラ
   メータ、制御継続に必要なトラッキング情報等を管理す
   るバックアップメモリコントローラとを互いに伝送路に
   より接続し、 前記バックアップメモリコントローラでは、伝送路を通
   して順次サイクリックに各常用プロセスコントローラか
   らトラッキング情報等の収集を行なうとともに、該収集
   に際しいずれかの常用プロセスコントローラにおいて故
   障が検出されたときには、当該常用プロセスコントロー
   ラの制御アルゴリズム、制御パラメータ、トラッキング
   情報等を前記バックアップ用プロセスコントローラにセ
   ットして該バックアップ用プロセスコントローラに常用
   プロセスコントローラの機能を肩代りさせるようにした
   プロセスコントローラシステムにおいて、 前記各常用及びバックアップ用のプロセスコントローラ
   として、プロセス入力値と設定値との偏差から演算によ
   り求められた操作出力値を最終的に電流値として出力す
   るものを使用するとともに、前記常用プロセスコントロ
   ーラのそれぞれには、プロセス入力器及び操作出力器を
   常用プロセスコントローラ側からバックアップ用プロセ
   スコントローラ側へと切換え、かつ常用プロセスコント
   ローラの操作出力値をバックアップ用プロセスコントロ
   ーラへ直接に転送する切換器を介在させ、前記バックア
   ップ用プロセスコントローラが故障機の肩代りをするに
   際しては、前記切換器の作動により常用プロセスコント
   ローラから直接に転送されてくる操作出力値を自己の操
   作出力初期値としてセットしたのちバックアップ動作を
   開始すること、を特徴とするプロセスコントローラシス
   テム。