JPH06103444B2 - 待機２重系プログラマブルコントロ−ラの切換方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は制御対象として例えば無人搬送台車を自動運転
するために用いられる待機２重系プログラマブルコント
ローラにおいて、特にその切換時周辺装置を含めたフェ
イルセーフ論理を組み込んで切換制御を行なうようにし
た待機２重系プログラマブルコントローラの切換方法に
関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

制御対象として例えば無人搬送台車を自動運転するため
のプロセスコントローラにおいてはその信頼性を確保す
るため多重化構成が採用されている。このようなプロセ
スコントローラにおいて、特に多重化構成のうち多く採
用されている方式としては故障時に完全故障となる中央
演算処理部（CPU）を２重化し、制御入出力部を共用と
する構成のものがある。この構成の場合、制御入出力部
には通常ヘルシーチェックロジックが有り、異常時には
正常側CPUに自動切換ができるようになっている。またC
PUの異常時には制御入出力部に有するヘルシーチェック
ロジックによる最終的な入／出力切換を待つまでもな
く、バックアップ用CPUのオペレーションシステムのプ
ログラム（OS）により、マスタ側のエラー発生を常時監
視し、異常検出によりマスタ側の切離しを指令する方法
もとられている。したがって、このような方法を採れば
プロセスコントローラを瞬時に切換えることにより、制
御上はあたかも連続制御となるようにバックアップさせ
ることができる。

ところで、このような２重化構成のプロセスコントロー
ラにおいて、CPU異常時に連続制御を行なわせるには、
各実行サイクルを終了する毎にそれが正常終了であるこ
とを確認してその時の内部レジスタをそのままバックア
ップ用レジスタに転送しておき、常に最新レジスタ状態
からバックアップ側で制御を開始できるように構成して
ある。

第６図は前述した２重化構成のプロセスコントローラの
概念を示すブロック図である。第６図において、中央演
算処理装置（CPU）1,2、内部レジスタ（Reg）3,4及び周
辺装置5,6はマスタ側及びスレーブ側共に対称な構成と
なっている。入出力部（I/O）７は入／出力切換ロジッ
ク部（CH）８を介してマスタ側又はスレーブ側CPU1,2に
信号的に結合されている。CH部８はバックアップ側オペ
レーションシステムプログラム（OS）によるバックアッ
プ切換とCH部８に有するヘルシーチェックロジックによ
りI/O7の切換えが行なわれるようになっている。

しかしこのようなバックアップ切換えはCPU本体の演算
処理機能の故障の検出によりバックアップを行なうこと
を主体としており、周辺装置の故障に対しては一般的に
バックアップ処理がなされていない。したがって、前述
したようなプロセスコントローラにより例えば無人搬送
台車の自動運転制御装置を構成する場合、周辺装置にそ
の制御を継続するに必要不可欠なる装置があるとその周
辺装置の故障により自動運転制御機能が停止してしま
い、連続制御の実現ができなくなる。また切換時のハー
ド的なトラブルにより切換失敗を起したような場合には
保安制御機能がないため制御対象が異常動作を引き起し
てしまうこともある。

〔発明の目的〕

本発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、CP
U本体の演算処理機能の故障に対しては既に確立されて
いる切換処理機能によりバックアップ制御を行なうこと
ができ、またプロセスコントローラに付加される周辺装
置の故障の場合でも連続制御を行ないながら切換を行な
うことができる待機２重系プログラマブルコントローラ
の切換方法を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明はかかる目的を達成するため、プログラマブルコ
ントローラ自体の診断を行なう診断機能およびこの診断
機能により故障が検出されると待機系に自動的に切換え
る自動切換機能を有するプログラマブルコントローラと
このプログラマブルコントローラに接続された周辺装置
とを一つの系として待機２重系を構成したシステムにお
いて、前記各系のプログラマブルコントローラの制御シ
ーケンスにその系の周辺装置の故障を監視する故障監視
機能を持たせ、周辺装置が故障した時にはそのプログラ
マブルコントローラの制御シーケンスにより該プログラ
マブルコントローラ自体を模擬的に故障状態にしてプロ
グラマブルコントローラに有する前記自動切換機能によ
り待機系に切換えることを特徴としている。

〔発明の実施例〕

以下本発明の一実施例を図面を参照して説明する。第１
図は本発明による待機２重系プログラマブルコントロー
ラの全体の構成例を示すものである。第１図において、
マスタ側コントローラ10はマスタ側レジスタ11を用いて
自動制御シーケンスを実行し、マスタ側情報伝送装置12
により集中指令装置40に結合されている。また制御対象
32に対しては２重化構成のために設けられた入出力切換
コントローラ31を経由して入出力部31より制御信号が入
／出力されるようになっている。

バックアップ側コントローラ20も上記系と同様にバック
アップ側レジスタ21、バックアップ側情報伝送装置22に
より構成され、マスタ側と同一機能の自動制御シーケン
スが実行できるようになっている。

入出力切換コントローラ30は連続制御状態を維持しなが
ら自動切換を行なうためにマスタ側コントローラ10およ
びバックアップ側コントローラ20からそれぞれ出力され
る電源正常信号301,311と故障信号302,312を監視し、第
２図のマトリックスで示されるロジックにより自動切換
が行なわれるようになっている。すなわち、第２図にお
いて、“ON"は信号有り、“OFF"は信号無しを表わし、
例えばケース１について見ればマスタ側コントローラの
電源正常信号が“ON"で故障信号が“OFF"であり、また
バックアップ側コントローラの電源正常信号が“ON"で
故障信号が“OFF"の場合には入出力切換コントローラの
ロジック処理としては現状維持となる。

また、マスタ側レジスタ11とバックアップ側レジスタ21
は制御側となっているコントローラの制御シーケンスが
正常に終ったことを確認した上で例えばマスク側レジス
タ11の内容（内部信号及び最終入／出力信号状態）をバ
ックアップ側レジスタ21にコピーするようになってい
る。したがって、切換により制御側となったコントロー
ラは通常の制御シーケンスの実行を開始させることで、
切換前のコントローラの行なっていたシーケンスを継続
して実行させることが可能となる。

一方、両コントローラ共用の入出力部31にはマスタ側コ
ントローラ10から出力される前述した電源正常信号301
と故障信号302及びバックアップ側コントローラ20から
出力される電源正常信号311と故障信号312がそれぞれ入
力されるようになっている。また入出力部31にマスタ側
情報伝送装置12から出力される電源正常信号303と故障
信号304及びバックアップ側情報伝送装置22から出力さ
れる電源正常信号313と故障信号314がそれぞれ入力され
るようになっている。さらに入出力部31には入出力切換
コントローラ30から出力される入出力切換ポジションを
示す入出力マスタ側接続信号305、入出力スレーブ側接
続信号315の何れかが入力されるようになっている。

そして、入出力部31にそれぞれ入力されるこれらの信号
は制御中のコントローラによって制御シーケンス内でそ
れぞれ読み込むことができるようになっている。

次に上記のように構成された待機２重系プログラマブル
コントローラにおいて、その切換方法を第３図乃至第５
図を用いて具体的に説明する。

マスタ側コントローラ10から出力される電源正常信号30
1及びバックアップ側コントローラ20から出力される電
源正常信号311は基本信号としてコントローラの電源状
態が正常の場合“ON"となる。またマスタ側コントロー
ラ10から出力される故障信号302及びバックアップ側コ
ントローラ312から出力される故障信号312はコントロー
ラがシーケンスを実行する際にコントローラの異常とし
て検知されるシーケンス実行タイムアウト、イリーガル
シーケンス命令の実行を含むコントローラ機能が故障す
ると“ON"となる。

マスタ側情報伝送装置12から出力される電源正常信号30
3及びバックアップ側情報伝送装置22から出力される電
源正常信号313は情報伝送装置の電源状態が正常な場合
“ON"となり、またマスタ側情報伝送装置12から出力さ
れる故障信号304及びバックアップ側情報伝送装置22か
ら出力される故障信号314は情報伝送機能が故障すると
“ON"となる。

これらの電源正常信号301,311,303,313及び故障信号30
2,312,304,314は全て入力信号として入出力部31から制
御側コントローラにそれぞれ入力される。制御側コント
ローラではこれらの入力信号により自動運転制御シーケ
ンスにおいて第３図に示すような論理判断を行なう。す
なわち、マスタ側コントローラ10の電源正常信号が“OF
F"であったり、故障信号が“ON"の場合や、マスタ側情
報伝送装置12の電源正常信号が“OFF"であったり、故障
信号が“ON"の場合には制御シーケンス判断１としてマ
スタ側への切換が不可能と判断し、また制御シーケンス
判断２としてバックアップ側への切換が必要と判断す
る。またバックアップ側コントローラ20の電源正常信号
が“OFF"であったり、故障信号が“ON"の場合やバック
アップ側情報伝送装置22の電源正常信号が“OFF"であっ
たり、故障信号が“ON"の場合には制御シーケンス判断
１としてバックアップ側への切換が不可能と判断し、ま
た制御シーケンス判断２としてマスタ側への切換が必要
と判断する。

このように制御シーケンスによる論理判断が行なわれる
と、その判断にもとずいて第５図に示すような処理が行
なわれる。すなわち、制御シーケンス判断１としてバッ
クアップ側への切換が不可能と判断され、また制御シー
ケンス判断２としてマスタ側への切換が必要と判断され
た場合には入出力マスタ側選択信号が“ON"であれば切
換処理無とし、入出力バックアップ側選択信号が“ON"
であればバックアップ側への切換処理を行なう。また制
御シーケンス判断１としてマスタ側への切換が不可能と
判断され、また制御シーケンス２としてバックアップ側
への切換が必要と判断された場合には、入出力マスタ側
選択信号が“ON"であれば、バックアップ側への切換処
理を行ない、入出力バックアップ側選択信号が“ON"で
あれば、切換処理無とする。

さらに第３図に示す論理判断が第４図に示す処理ケース
３のように制御シーケンス判断１と制御シーケンス判断
２とが相くい違う組合せの場合、つまり制御シーケンス
判断１ではバックアップ側への切換が不可能、マスタ側
への切換えも不可能と判断しているのに対し、制御シー
ケンス２ではバックアップ側への切換が必要、マスタ側
への切換が必要と判断している場合には、入出力マスタ
側選択信号、入出力バックアップ選択信号の何れが“O
N"であっても保安処理を行なう。

ここで、第４図に示すように制御シーケンス論理判断に
よる処理を行なうに際して制御コントローラ10,20には
次のような機能を持せてある。

（ｉ） 第４図に示す処理が切換処理となった場合の手
順。

（１） 被制御対象が例えば搬送台車の場合にはその全
搬送台車に対して制御継続が可能な最も安全な制御指令
（例えば低速走行指令）に切換る。

（２） 相手側コントローラへ制御シーケンスにより切
換手順が踏まれたことを示す内部信号をセットする。

（３） 相手側コントローラへレジスタの内容（内部信
号及び最終出力信号状態）がコピーされるよう正常シー
ケンスを１スキャン実行させる。

（４） 最も動作の速い切換を行なわせるようにイリー
ガルシーケンス命令を実行させる。

次にこのような手順による切換により起動された相手側
コントローラの制御シーケンスは次の手順により正常切
換の確認と切換完了処理を行なう。

（１） 入出力マスタ側選択信号と入出力バックアップ
選択信号の最終入力信号に対して今回の入力信号が変化
しているか否かを確認し、変化しているときに判断を開
始する。

（２） 切換が起き、かつ内部信号として切換手順が踏
まれたことを確認できた場合は切換完了処理を行ない、
正常シーケンスの実行を許可する。

（３） 切換のみが起った状態のときは、入出力切換コ
ントローラによる切換として制御シーケンスを継続させ
る。

（ii） 第４図に示す処理が保安処理となった場合。

この場合には被制御対象としての例えば搬送台車に対
し、安全停止指令を出力し、制御シーケンスを終了させ
ることができ、保安設備による最終段階の機能に頼るこ
となく、安全停止指令によるスムーズな保安制御が可能
となる。

以上のような制御コントローラの制御シーケンスによる
判断及び処理の流れを示すと第５図（ａ）〜（ｃ）のよ
うになる。ここで、その流れについて述べると、先ず第
５図（ａ）のステップ（イ）において、入出力選択信号
が変化したか否かを判別し、変化しているときはステッ
プ（ロ）にて入出力マスタ側選択信号が“ON"か否かを
判別し、“ON"であればステップ（ハ）にて切換手順が
踏まれたかどうかを判別し、切換手順が踏まれていれば
ステップ（ニ）にてマスタ側への切換完了処理を行な
う。また上記ステップ（ロ）にて入出力マスタ側選択信
号が“ON"でなければ、ステップ（ホ）にて切換手順が
踏まれたかどうかを判別し、踏まれていればステップ
（ヘ）にてバックアップ側への切換完了処理を行なう。

このようにステップ（ニ），（ヘ）にて切換完了処理が
行なわれた場合、あるいはステップ（ハ），（ホ）にて
切換手順が踏まれていないと判断された場合には、ステ
ップ（ト）にて切換手順がイニシャライズされ、第５図
（ｂ）に示すステップ（チ）に進む。ステップ（チ）で
は第３図に示すシーケンス判断１を実行し、次いでステ
ップ（リ）にてシーケンス判断２を実行する。そしてそ
の判断がステップ（ヌ）にてマスタ側への切換が不可能
であるか否かを判別し、不可能でなければステップ
（ル）にてマスタ側への切換が必要かどうかを判別す
る。マスタ側への切換が必要であれば、ステップ（オ）
にて入出力バックアップ側選択信号が“ON"であるかど
うかを判別し、“ON"であれば、ステップ（ワ）にてマ
スタ側への切換処理が行なわれる。また上記ステップ
（ヌ）にてマスタ側への切換が不可能であると判別され
ると、ステップ（カ）にてマスタ側への切換が必要であ
るか否かを判別し、必要であればステップ（ヨ）にて入
出力バックアップ信号が“ON"であるかどうかを判別
し、“ON"であればステップ（タ）にてバックアップ側
の保安処理が行なわれる。

このようにステップ（ワ）にてマスタ側への切換処理、
ステップ（タ）にて保安処理が行なわれた場合、あるい
はステップ（ル），（カ）にてマスタ側への切換が必要
でないと判別されたり、ステップ（オ），（ヨ）にて入
出力バックアップ選択信号が“ON"でない場合には第６
図（ｃ）に示すステップ（レ）に進む。ステップ（レ）
にてバックアップ側への切換が不可能であるか否かを判
別し、不可能でなければステップ（ソ）にてバックアッ
プ側への切換が必要であるかどうかを判別し、必要であ
ればステップ（ツ）にて入出力マスタ側選択信号が“O
N"であるか否かを判別し、“ON"であればステップ
（ネ）にてバックアップ側への切換処理が行なわれる。
また上記ステップ（レ）にてバックアップ側への切換が
不可能であると判別されるとステップ（ナ）にてバック
アップ側への切換が必要であるか否かが判別され、必要
であればステップ（ラ）にて入出力マスタ側選択信号が
“ON"であるかどうかが判別され、“ON"であればステッ
プ（ム）にてマスタ側の保安処理が行なわれる。

このようにステップ（ネ）にてバックアップ側への切換
処理、ステップ（ム）にて保安処理が行なわれると一連
の処理ルーチンが終了する。また、ステップ（ソ），
（ナ）にてバックアップ側への切換が必要でないと判断
されたり、ステップ（ツ），（ラ）にて入出力マスタ側
選択信号が“ON"でない場合にも処理ルーチンが終了す
る。

以上のような第５図（ａ）〜（ｃ）に示すフローチャー
トからも判るように本実施例では各系のプログラマブル
コントローラの制御シーケンスにその系の周辺装置の故
障を監視する故障監視機能を持たせ、周辺装置が故障し
た時にはそのプログラマブルコントローラの制御シーケ
ンスにより該プログラマコントローラ自体を模擬的に故
障状態にしてプログラマブルコントローラに有する自動
切換機能により待機系に切換えるようにしたので、プロ
セスコントローラに付加される周辺装置の故障に対し連
続制御を行ないながら、しかも瞬時切換機能を損なうこ
となく、周辺装置の同期切換を行なうことができる。

また、プログラマブルコントローラの制御シーケンス判
断による切換に際して、切換制御を開始する前に制御シ
ーケンスによる制御対象機器の通常停止制御を開始さ
せ、切換後の相手側制御シーケンスで正常切換を確認し
た上で通常停止制御を中止するようにしているので、切
換制御中に発生した故障により切換後異常動作するよう
なことがない。

さらに、プログラマブルコントローラの制御シーケンス
判断による切換に際して切換先の系の切換可能状態の監
視を行ない、切換不可能時には切換制御を実行させる代
りに制御シーケンスにより制御対象機器の通常停止制御
を実行させた後に制御を打切るようにしているので、制
御対象機器が異常動作をするようなことがない。

さらに、プログラマブルコントローラには入出力切換コ
ントローラの切換選択信号を入力し、切換選択信号と切
換要因発生論理判断が一致している場合のみ切換制御を
開始するようにしているので、マスタ側及びバックアッ
プ側プログラマブルコントローラに組込まれる制御シー
ケンスを全く同一にすることが可能となり、シーケンス
の修正等によるメンテナンスの煩しさを無くすことがで
きる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、プログラマブルコン
トローラ自体の故障に対しては既に確立されている切換
処理機能によりバックアップ制御を行なうことができる
ことは勿論、プロセスコントローラに付加される周辺装
置の故障の場合でも連続制御を行ないながら、しかも瞬
時切換機能を損なうことなく、周辺装置の同期切換を行
なうことができる待機２重系プログラマブルコントロー
ラの切換方法が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による待機２重系プログラマブルコント
ローラの切換方法を説明するための一実施例を示す全体
のシステム構成のブロック図、第２図は同実施例におけ
る入出力切換コントローラの自動切換ロジックの説明
図、第３図及び第４図は同実施例における制御シーケン
スの論理判断及び処理の説明図、第５図は同実施例のフ
ローチャートを示す図、第６図は従来の待機２重系プロ
グラマブルコントローラの全体のシステム構成を示すブ
ロック図である。 10……マスタ側コントローラ、11……マスタ側レジス
タ、12……マスタ側情報伝送装置、20……バックアップ
側コントローラ、21……バックアップ側レジスタ、22…
…バックアップ側情報伝送装置、30……入出力コントロ
ーラ、31……入出力部、32……被制御対象。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 有光 博 岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（無番地) 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者 秦野 清司 岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（無番地) 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (56)参考文献 特開 昭52−30358（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−66105（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−12747（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−49350（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−93403（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−121501（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−157704（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−149503（ＪＰ，Ａ)

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プログラマブルコントローラ自体の診断を
   行なう診断機能およびこの診断機能により故障が確認さ
   れると待機系に自動的に切換える自動切換機能を有する
   プログラマブルコントローラとこのプログラマブルコン
   トローラに接続された周辺装置とを一つの系として待機
   ２重系を構成したシステムにおいて、前記各系のプログ
   ラマブルコントローラの制御シーケンスにその系の周辺
   装置の故障を監視する故障監視機能を持たせ、前記周辺
   装置が故障した時にはそのプログラマブルコントローラ
   の制御シーケンスにより該プログラマブルコントローラ
   自体を模擬的に故障状態にしてプログラマブルコントロ
   ーラに有する前記自動切換機能により待機系に切換える
   ことを特徴とする待機２重系プログラマブルコントロー
   ラの切換方法。
2. 【請求項２】各系のプログラマブルコントローラの制御
   シーケンスは切換制御を開始する前に被制御対象の通常
   停止制御を開始させ、切換後にあっては相手側制御シー
   ケンスで正常切換を確認した上で通常停止制御を中止す
   るようにした特許請求の範囲第（１）項に記載の待機２
   重系プログラマブルコントローラの切換方法。
3. 【請求項３】各系のプログラマブルコントローラの制御
   シーケンスは切換先の系が切換可能状態にあるか否かの
   監視を行ない、切換不可能な時には被制御対象に対して
   通常停止制御を実行させた後、制御を中止するようにし
   た特許請求の範囲第（１）に記載の待機２重系プログラ
   マブルコントローラの切換方法。
4. 【請求項４】各系のプログラマブルコントローラの制御
   シーケンスは何れの系が選択されているかを表わす切換
   選択信号と切換要因発生論理判断が一致している場合の
   み切換制御を開始するようにした特許請求の範囲第
   （１）項に記載の待機２重系プログラマブルコントロー
   ラの切換方法。