JPH0319562B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はサンプリング制御によりプロセスを制
御するプロセス制御装置に係り、特に、相互に関
連を持つ複数の制御変数を処理するのに好適な通
信機能を備えた複合型プロセス制御装置に関す
る。

複数の制御変数を有し、それらの制御変数が相
互に関連し合つて目的を達する工業プロセスは
多々ある。かかるプロセスを制御するためには複
数の制御ループを構成し各制御ループが自己の制
御ループのプロセス制御処理を行なうに際して
は、他の制御ループの制御情報をも参照すなわち
入力情報として取込んで制御処理をしなければな
らない。従つて、各制御ループ間での制御情報の
伝送が必要である。

従来、かかる制御情報の制御ループ相互間での
伝送は各制御ループ間の、例えば、PV線，SP線
などの個別配線を用いたり、あるいはマルチルー
プ型コントローラのように複数の制御ループが一
つのメモリを共用するものにおいては、共用メモ
リを通して行われている。また、複数のコントロ
ーラを通信回線で接続する方式のものでは制御情
報はこの通信回線で伝送されるが、この場合に
は、例えば、ポーリングによる１対１（勿論、あ
る期間でみればＮ対Ｎ通信となる）の通信方式な
どが使用されている。しかし、かかる通信方式に
よるものにおいては、通信回数が著しく多くなり
他の制御ループから必要な制御情報を収集するの
に時間がかかり、取込んだ制御情報の制御ループ
間における同時性が得られ難い。また、伝送の誤
りの発生時再送に要する時間のためのサンプリン
グ制御の際必要とされる制御演算の定周期性を守
ることが困難となるなどの欠点がある。これらの
欠点を除去するためにはサンプリング制御の周期
に比較し、短時間での通信、換言すれば非常に高
速な通信が必要とされるが高価なものとなるであ
ろう。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもの
で、通信バスを定周期タイムスロツト方式により
時分割使用し、各制御ループ側はそれぞれ割当て
られたタイムスロツトにおいて、一斉送信により
他の制御ループ側に自己の制御情報を送る。各制
御ループ側では、自己の制御情報と他のそれぞれ
の制御ループ側から送られてくる前記情報とを記
憶しておき、記憶した制御情報を用いて制御処理
を行なう。そして、前記記憶された情報は各ルー
プで同時性を保つて更新されると共に、サンプリ
ング制御演算の定周期性が入力情報の取込みによ
つて乱されることがないようにしたものである。

以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。

第１図は、本発明の複合型プロセス制御装置の
一実施例の構成を示すブロツク図で、図におい
て、１はタイムスロツトマーカー発生モジユー
ル、２は各々プロセス制御の基本単位である制御
ループの処理能力を持ち、サンプリング制御方式
によりその処理を行なうプロセス制御機能モジユ
ール、３は本装置と外部の他の装置との通信を行
なうための通信モジユール、４は内部通信バス
で、前記のタイムスロツトマーカー発生モジユー
ル、プロセス制御機能モジユールおよび通信モジ
ユールはこの通信バスに接続されている。また、
各プロセス制御機能モジユールはプロセス信号処
理装置（図示しない）を介してプロセス５と接続
している。

この制御装置において、タイムスロツトマーカ
ー発生モジユール１は第２図ａに示す如きフォー
マツトからなるタイムスロツトマーカーを発生す
るもので、タイムスロツトマーカーは所定の間隔
と所定の周期で通信バス４に送り出される。これ
ら一連のタイムスロツトマーカーによりタイムス
ロツトは第３図に示す如く構成される。各プロセ
ス制御機能モジユール２はタイムスロツトマーカ
ーを受信デコードし、このマーカー信号に同期し
てサンプリング制御の動作を行なうと共に割当て
られたスロツト番号に従い、制御情報（伝送フォ
ーマツトは第２図のｂ）の送信ならびに外部、例
えば、マンマシンインターフェースや上位計算機
との通信（伝送フォーマツトは第２図のｃ）を行
なう。

第４図はプロセス制御機能モジユール２の機能
を示すための機能ブロツク図である。図におい
て、PCRはバス通信処理部で、通信バス（第１
図のブロツク４）を通して送られてくるタイムス
ロツトマーカー信号ならびに他のプロセス制御機
能モジユールからの制御情報を受信処理する。
dBは他のプロセス制御機能モジユールからの制
御情報を格納する他モジユール制御情報保持バツ
フアで、記憶エリアが他のプロセス制御機能モジ
ユール毎に分割して用意されている。USはステ
ータスレジスタで、前記dBにおける受信データ
の更新状況すなわち、所定どおり更新がなされて
いるか否かを示すと共に、自己の制御処理に関連
する他のプロセス制御機能モジユールの動作状況
を示すものである。DBは自己のプロセス制御機
能モジユールの制御情報を格納する自モジユール
制御情報保持バツフア、PSは、前記バス通信処
理部PCRからのタイムスロツトマーカー信号に
基づいた同期信号をもとにサンプリング制御のタ
イミング信号を発生するタイミング制御部であ
る。

ANとAAはそれぞれ正常時の制御アルゴリズ
ムと異常時に前記正常時の制御アルゴリズムに取
つて代わる制御アルゴリズムとが格納された記憶
部である。PPは前記dB，US，DB，PSおよび
AN等からの情報ならびに制御のもとに、自己に
接続されているプロセスの制御管理を行なうプロ
セス制御処理部である。PCTはバス通信処理部
で、前記PCRからのこれまた、タイムスロツト
マーカー信号に基づいた同期信号をもとに自モジ
ユールに割当てられた所定のタイミングで他の各
プロセス制御機能モジユールに自モジユール制御
情報を一斉送信するためのものである。更に、
PTはローカルサンプリングタイマで、前記サン
プリングタイム制御部PSがバス通信処理部PCR
から同期信号が得られない異常状態が生じたと
き、代つて、サンプリング制御のためのタイミン
グ信号を提供するとともに予め定められた異常処
理を開始させる。

次に、第１図に示す装置の各プロセス制御機能
モジユール間の制御情報の通信と制御処理との関
係について第５図ならびに第６図を用いて説明す
る。

第５図は、各プロセス制御機能モジユールの自
モジユールおよび他モジユール制御情報保持バツ
フアの部分のみをそのバツフア内容の一斉更新の
動作説明上、抽出して示したもので、各モジユー
ル２間の制御情報の通信は次に示す如き一斉送信
方式で行なわれる。

第３図の一周期内にあるタイムスロツトは制御
情報伝送フレーム（スロツト数Ｎ≧装置内の制御
機能モジユール数Ｘ）と外部通信伝送フレーム
（スロツト数Ｍは外部機器との通信量で定められ
る）とに分かれ、例えばタイムスロツト＃がモ
ジユールの＃に、タイムスロツト＃ｎがモジユ
ール＃ｎにという具合に割当てられ通信が許され
る。従つて、タイムスロツト＃の期間において
は、＃のモジユール２のみが自モジユール制御
情報保持バツフアDBに保持した制御情報を他モ
ジユール２に一斉に送信するのが許され、他モジ
ユール２はこの制御情報を受信して他モジユール
制御情報保持バツフアdB内に区分けされて設け
られている送信モジユール＃からの情報を記憶
するための記憶エリアdB＃を一斉に更新する。
次にタイムスロツト＃ｎの期間においてはモジユ
ール２の＃ｎのみが送信を許され、他のモジユー
ルはすべて受信状態となる。これにより、モジユ
ール２の＃ｎ以外の全モジユールのバツフアdB
に設けられた記憶エリアdB＃ｎは一斉に更新さ
れる。このようにしてタイムスロツト形式による
一定周期をもつた時分割多重通信により、定期更
新用の二回の一斉送信で他モジユール制御情報保
持バツフアの内容が一時期に、しかも同じ時点の
制御情報でそれぞれ更新され用意される。第６図
はこれらの様子を複合型プロセス制御装置の処理
動作と情報の流れとの関係で例示したもので、タ
イムスロツトマーカーに同期してタイムスロツト
＃ａにおいては、一斉に各モジユールはプロセス
情報をサンプリングしてプロセスに対応した処理
を行ない自モジユール制御情報保持バツフアDB
にホールドするなどの処理を行なう。図には、モ
ジユール＃は自己のプロセス情報のみでプロセ
ス制御のための演算処理をし、割当てられたタイ
ムスロツト＃において、他モジユール＃ｍ，
＃ｎ，＃φ等に一斉に送信する例であり、モジユ
ール＃ｎはモジユール＃で予め演算処理された
結果の制御情報を自己の制御情報の一部として使
用する例で、タイムスロツト＃ｎにおいて、他モ
ジユールに一斉送信する。なお、モジユール＃
は前述のとおり、他モジユールからの制御情報を
必要としない。すなわち、他モジユールの制御情
報の受信を要しない例である。モジユール＃ｍ
は、他モジユール＃，＃ｎからの情報を自己の
制御情報の一部として使用する例である。このよ
うに各プロセス制御機能モジユール２は自モジユ
ールおよび／または他モジユール制御情報保持バ
ツフア（DB，dB）等のデータを参照して、自己
の制御アルゴリズム記憶部ANに格納された制御
プログラムに従つてプロセス５を制御する。な
お、異常が生じた場合、例えば、ステータスレジ
スタUSが更新状況の不良を出力している場合に
は制御アルゴリズム（異常時）に切換えられて、
所定の制御処理が行なわれる。また、サンプリン
グタイム制御部PSがバス通信処理部PCRから同
期信号が得られないなどの故障が生じたときは、
ローカルサンプリングタイマPTからのタイミン
グ信号によりプロセス制御処理部のタイミングが
規定され、所要の処理がなされる。

第７図は本発明におけるプロセス制御機能モジ
ユール２の一実施例で、２ポートRAMを用いた
デユアルプロセツサからなるブロツク構成を示す
ものである。図において、１１はプロセス制御処
理用のプロセツサ（第４図のPP）、１２はプロセ
ツサ１１が使用する制御アルゴリズム（AA，
AN）が格納されているPROMおよび演算結果の
一時記憶などのためのワークエリア用のRAM
（PP）、１３はサンプリング制御を行なうための
タイマ（PS／PT）、１４はプロセス信号の入出
力部、１５はマルチポートRAMで自モジユール
制御情報保持バツフア（DB）、他モジユール制
御情報保持バツフア（dB）、更新状況ステータス
（US）に用いられる。１６はバス通信処理用プロ
セツサ（PCR，PCT）、１７はプロセツサ１６が
使用するバス通信処理プログラムが格納されてい
るPROMおよびワークエリア用のRAM（PCR，
PCT）、１８はバス通信処理に必要な時間信号を
発生するタイマ（PCR，PCT）、１９はプロセス
制御機能モジユールが接続される内部バス２１
（第１図の４）とプロセツサバス２０との接続の
ための内部バスインターフェースで、上記１１〜
１４は大別するとアルゴリズム部を構成し、上
記１６〜１９はバス通信部を構成する。動作に
ついては前述したのと同様で、他モジユール情報
と更新状況ステータスはバス通信部が用意して
RAM１５に書き込み、アルゴリズム部がバス
通信部とは独立した任意のタイミングで使用でき
る。自モジユール制御情報もRAM５に用意さ
れ、アルゴリズム部が参照するとともにバス通
信部が読み出して割当てられたタイムスロツト
で他の制御機能モジユールに一斉送信される。前
記バス通信処理用プロセツサ１６とPROMおよ
びRAM１７は定期送信，定期受信処理およびア
ルゴリズム部への同期信号の供給等を行なう。

以上の説明から明らかなように本発明によれ
ば、プロセス制御機能モジユールは、プロセス制
御において必要とされる基本単位で構成されてお
り、また相互間の制御情報伝達手段が全モジユー
ルに共通な一つの通信系で構成されているのでプ
ロセス信号の各モジユールへの接続や、各モジユ
ール間の制御情報の伝達のための接読の変更、す
なわち、実際の配線の変更を行なうことなくプロ
セスの必要に応じてプロセス制御機能モジユール
数を増減したり、それらの制御上の組合せの変更
によつて極小から大規模までの複合制御機能を効
果的に実現できる。特にこの特徴はオフサイトや
バツチプロセスのように制御対象となる制御ルー
プの構成が同一のプラントにおいても運転形態に
よりダイナミツクに変更されるものに対しては非
常に大きな利点となる。

また、各制御機能モジユールの独立性が保たれ
た構成となつているので必要とされる異常処理が
とり易く、保守が容易であるとともにプロセス全
体への影響度を小さくすることができる。

更に本発明は相互に関連し合う複数の制御ルー
プにおいてサンプリングプロセス制御を行なう際
に非常に重要な制御情報の同時性が限られた伝送
容量の中で一斉送信により効率よく保証されるほ
かサンプリング制御演算の定周期性が完全に満足
される。タイムスロツト方式により、処理の時系
列の規定と独立した制御機能モジユール間の同期
のとれた処理が可能である。なお、各タイムスロ
ツトマーカーは、これまで説明してきた同期方式
（強制同期方式）のほか第３図の１周期にひとつ
発生するマスタタイムスロツトマーカーに同期し
て各制御機能モジユール内で一様に発生するいわ
ゆる従属同期方式によるものでもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の複合型プロセス制御装置の一
実施例を示す全体構成図、第２図は伝送フォーマ
ツトの例であり、第３図は１周期におけるタイム
スロツトの構成図、第４図は第１図におけるプロ
セス制御機能モジユールの機能を示す機能ブロツ
ク図、第５図は制御機能モジユール相互間の制御
情報の一斉更新を説明するための図、第６図は処
理と情報の流れの例を示したものである。第７図
は本発明の複合型プロセス制御装置におけるプロ
セス制御機能モジユールをプロセツサ等により構
成した一実施例である。 １…タイムスロツトマーカー発生モジユール、
２…プロセス制御機能モジユール、４，２１…内
部バス、１１，１６…プロセツサ、１２，１７…
PROMおよびRAM、１３，１８…タイマ、１５
…RAM。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 時分割多重通信とプロセス制御アルゴリズム
   部での制御処理シーケンスの同期をとるために使
   用されるタイムスロツトマーカー信号を発生する
   タイムスロツトマーカー発生モジユールと、 プロセス制御の基本単位（例えば１制御ルー
   プ）の処理能力を個別に持ちサンプリング制御を
   行うプロセス制御機能モジユール群と、 前記タイムスロツトマーカー発生モジユールと
   プロセス制御機能モジユール群が接続され、タイ
   ムスロツト管理方式による時分割多重通信により
   前記機能モジユール群間の通信を行なうための内
   部通信バス とからなり、更に前記個別のプロセス制御機能モ
   ジユールは、自己のプロセス制御処理の際に使用
   するために ○イ 他のプロセス制御機能モジユールから、所定
   のタイミングで一定周期毎に送信されてくる予
   め定められた制御情報を記憶しておくための他
   モジユール制御情報保持バツフアと、 ○ロ 前記他モジユール制御情報保持バツフアの更
   新状況および他の制御機能モジユールの動作状
   況を示すステータスレジスタと、 ○ハ 前記所定のタイミングで一定周期毎に送られ
   てくる他の制御機能モジユールからの制御情報を
   用いて前記バツフアの対応するエリアの情報と、
   更新状況を示すステータスレジスタとを更新し、
   更に、タイムスロツトマーカー信号より生成され
   る同期信号を発生するバス通信処理部と、 ○ニ 自己の制御機能モジユールの制御情報を保持
   するバツフアと、 ○ホ 前記所定のタイミングで他の各制御機能モジ
   ユールに自己の制御情報を一斉送信する定期送
   信のためのバス通信処理部と、 ○ヘ 定期更新のためのバス通信処理部からの同期
   信号をもとにサンプリング制御を行なうための
   サンプリングタイム信号を発生するサンプリン
   グタイム制御部と、 ○ト 制御アルゴリズムが格納された記憶部と、 ○チ 前記○イ，○ロ，○ニ，○ヘとトの各部からの情
   報を
   もとに自己に接続されている操作端の制御・管
   理を行なうプロセス制御処理部 とから構成され、 各プロセス制御機能モジユール間の制御情報の
   伝達と、各プロセス制御処理とを論理的に分離し
   たことを特徴とする複合型プロセス制御装置。