JPH0836416A

JPH0836416A - 分散型コントローラーの診断方法

Info

Publication number: JPH0836416A
Application number: JP6172270A
Authority: JP
Inventors: Takayasu Kasahara; 孝保笠原; Mitsuru Watabe; 満渡部; Hiromasa Yamaoka; 弘昌山岡; Katsunari Shibata; 克成柴田; Kiyoshi Matsubara; 清松原; Seiju Funabashi; 誠壽舩橋; Yasuo Morooka; 泰男諸岡
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-07-25
Filing date: 1994-07-25
Publication date: 1996-02-06

Abstract

(57)【要約】【目的】個々の分散制御コントローラーから異常情報が
数多く出力され、通信ネックが発生することを防止しつ
つ異常原因を同定する。【構成】各分散制御コントローラーの情報を伝達する通
信媒体，通信媒体における伝達情報をモニタし格納し、
編集・処理するネットワークモニタ、および各分散制御
コントローラーにつけた入出力情報フィルターからな
る。各分散制御コントローラーは、故障発生時に異常情
報を入出力フィルターに送る。入出力フィルターは、送
信された故障情報を含んだ異常情報がすでに通信媒体に
送信されているか否かを各分散制御コントローラーが格
納している履歴情報を参照して判定し、送信された異常
情報がまだ通信媒体に送信されていなければ該異常情報
をネットワークに送信する。【効果】冗長な異常情報がネットワークに送信されるこ
とを防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、分散制御システムにお
ける診断方法に関し特に異常情報抑制および異常箇所を
同定するのに好適な分散型コントローラーの診断方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】分散制御システムの診断方法に関して
は、個々の分散コントローラーが診断機能をもってお
り、異常発生時に個々の診断コントローラーから異常発
生時に個々に異常情報が出力され、出力された異常情報
を各分散制御コントローラーまたは統括制御装置が処理
をして、異常箇所の同定などの診断処理をする。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記、従来技術には初
期事象となる異常の影響が順次波及して多数の異常が発
生するような場合に、個々の分散コントローラーから通
信ネットワーク上に多数の異常情報が送信されネットワ
ークの通信ネックが発生する危険性があった。また、発
生する異常情報の数が多すぎるために、異常箇所の同定
処理が複雑化し処理時間がかかるという問題があった。
本発明の目的は、冗長な異常情報がネットワーク上に送
信されるのを抑制して通信ネックが発生するのを防止す
るとともに、効率的に異常箇所を同定することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の手段は、各分散制御コントローラーの情報を伝達する
通信媒体，通信媒体における伝達情報をモニタし格納
し、編集・処理するネットワークモニタ，各分散制御コ
ントローラーにつけた入出力情報フィルター、および異
常情報の加工を実行する診断処理部からなる。

【０００５】

【作用】各分散制御コントローラーは、異常発生時に異
常情報を入出力フィルターに送る。入出力フィルター
は、送信された異常情報を含んだ異常情報がすでに通信
媒体に送信されているかどうかを各分散制御コントロー
ラーが格納している履歴情報を参照して判定し、送信さ
れた異常情報を含んだ異常情報がすでに通信媒体に送信
されていなければ該異常情報をネットワークに送信す
る。これにより、冗長な異常情報がネットワークに送信
されることを防止することができる。また、診断処理部
において、異常情報の包含関係に基づき、情報を絞り込
むので異常箇所を同定することができる。

【０００６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて詳しく
説明する。図１は、本実施例の分散制御システムの構成
を示したもので、通信媒体１−２によって複数の分散コ
ントローラー（１−３(ａ)，１−３(ｂ)，１−３(ｃ)，
１−３(ｄ)，…）が、例えばプラントの制御を行ってい
る。システム全体の制御情報および診断情報は、統括監
視装置（１−１）において加工・表示される。各コント
ローラーは、それぞれに制御を実行するだけでなく、診
断処理も実行するので、診断処理部（１−３−１
(ａ)），制御実行部（１−３−２(ａ)），制御情報およ
び診断情報を通信媒体を通じて他のコントローラーに送
信するための入出力インターフェース（１−３−３
(ａ)）をもっている。制御実行部において各コントロー
ラーからの入力に基づき、制御量としての出力を決定す
る。

【０００７】このような分散制御システムに於ては、単
一の異常事象の影響が波及して、多数の異常が発生した
場合に、各分散制御センサーからの異常情報が多数ネッ
トワークに送信され、通信不良となる可能性がある。

【０００８】例えば、各コントローラーが制約条件をも
っており、診断処理部において制約のチェックを行い、
もし、制約が充足されなければ制約を充足しない制約式
を通信媒体に送信する場合を考える。このような場合、
異常診断とは充足されない制約式の制約変数の中でどの
変数が制約を充足しない原因となっているかを同定する
ことである。

【０００９】図２は、以後の説明のための具体例として
４つのコントローラーからなる分散制御システムの各コ
ントローラーの入力変数，出力変数，制約式、および制
御関数を示したものである。例えば、コントローラー１
−３(ａ)は、入力変数としてＸ１，Ｘ２をもち、出力変
数としてＸ３をもち、制約式として、Ｃ１：Ｅ(Ｘ３,Ｘ
１＋Ｘ２，ｅ１）をもち、制御関数として、Ｔ１：Ｘ３
＝Ｘ１＋Ｘ２をもつとする。ここで、Ｅは、誤差関係式
で、第１変数と、第２変数の差が第３変数以下であるこ
とを表す。この例では、Ｘ１＋Ｘ２−ｅ１＜Ｘ３＜Ｘ１＋Ｘ２＋ｅ１であることを示している。ところで、制約式Ｃ１と制御
関数Ｔ１は、同じ内容の式であるが、この例のように制
御関数に対応する制約条件も制約式として記述すること
とする。

【００１０】対象プラントの状態量がＸ１＝１，Ｘ２＝
２，Ｘ４＝２とする。コントローラーが、この各状態量
に対して制御を行う時、図２に示した制約をおのおのが
チェックして、もし制約が充足されない場合には、通信
媒体に情報を送信するとしよう。この時、コントローラ
ー１が正常に動作していれば、入力変数Ｘ１，Ｘ２の値
から、制御関数Ｔ１によりＸ３＝３を決定し、出力す
る。しかし、ここで、コントローラー１が何等かの原因
で故障し、Ｘ３＝１３を出力したとしよう。この時、コ
ントローラー２では、制御関数Ｔ２と，入力Ｘ３，Ｘ４
から、Ｘ５＝１５、制御関数Ｔ３と入力Ｘ３から、Ｘ６
＝１３が出力されるが、制約条件Ｃ４が充足されないの
で制約条件Ｃ４が未充足であるという異常が送信され
る。コントローラー３では、入力Ｘ３，Ｘ５と、制御関
数Ｔ４より、出力Ｘ７＝１９５となるが、これは、制約
条件Ｃ６を充足しないのでコントローラー３からは、制
約条件Ｃ６が未充足という異常が送信される。コントロ
ーラー４では、入力変数Ｘ３，Ｘ５およびＸ６と制御関
数Ｔ５よりＸ９＝１５が出力され、制御関数Ｔ６より、
Ｘ８＝２６が出力されるが、これは、制約条件Ｃ９を充
足しないので、コントローラー４からは、制約条件Ｃ９
が未充足という異常情報が送信される。

【００１１】このように、分散制御系においては一つの
コントローラーが故障したために、他の多くのコントロ
ーラーから異常情報が出力され通信ネックが発生し、診
断が妨げられる心配がある。

【００１２】このような問題を解決するために、本実施
例においては、個々の分散制御コントローラーから通信
媒体へ入出力される情報をフィルターリングする方法を
とった。また、異常発生時に送信する情報として、各コ
ントローラーがフィルターリングを実行するために統括
監視装置に送るものと、通信媒体を経由して順次各分散
制御コントローラーに送るものの二つデータフレームを
用意する。通信媒体もこれにあわせて、各分散制御コン
トローラーをリング状に結合するものと、各分散制御コ
ントローラーと統括監視装置をつなぐ二種類の通信媒体
を用意すれば、より高速な処理が可能である。ここで
は、一実施例として、統括監視装置も各分散制御コント
ローラーも一つの通信媒体で接続しており、異常発生時
の異常情報の送り先を異常情報の中に含める方法をと
る。

【００１３】図３は、個々の分散制御コントローラーの
入出力インターフェースの構成を示したもので、３−１
が不要な入力情報をふるい分け、必要な情報だけコント
ローラーに取り込む為の入力情報フィルター部、３−２
は、不要な出力情報をふるい分け、不要な出力情報を通
信媒体に送信しないための出力情報フィルター、３−３
は、暗号化され、情報圧縮された情報を復元するための
入出力処理部である。ここで、不要な出力情報のふるい
分けの一実施例として、制約変数集合を用いた方法を説
明する。ここで、制約変数集合とは、制約式中に定義さ
れた全ての変数をさす。例えば、図２中の制約条件Ｃ１
の制約変数集合をＶ(Ｃ１)とすると、Ｖ(Ｃ１)＝｛Ｘ
１，Ｘ２，Ｘ３｝である。誤差変数ｅ１は誤差範囲を示
すために人工的に導入されたものなので、制約変数集合
には含めないとする。

【００１４】この制約変数集合の包含関係に基づいて、
個々の分散制御系で検出した異常を通信媒体を経由し
て、他の個別コントローラーと統括監視装置１−１に送
信するか否かを決定する。ただし、この情報だけからで
は不十分なので、個々の分散制御コントローラーにおけ
る入出力変数の情報も利用する。つまり、通信媒体に異
常情報を送信するときは、図４に示したように、制約変
数集合の他に、入力変数集合，展開変数集合，消去変数
集合，異常情報データＩＤ,機器ＩＤ,データ送信先ＩＤ
の情報も付加する。ここで、入力変数とは、異常が発生
した個々のコントローラーにおける入力変数で、コント
ローラー１における入力変数を、Ｉｎ(１)とすると、Ｉ
ｎ(１)＝｛Ｘ１，Ｘ２｝である。展開変数と，消去変数
は、別のコントローラーから異常情報を受信した場合に
異常変数の絞り込みの際につけ加わる情報で、後で詳し
く述べる。異常情報データＩＤは、このデータフレーム
が、異常データというタイプのデータで、いつ送信され
たかを示す為の情報で、ここでは、ＡＢ＿９２＿０７＿
０３＿１０＿２４＿１０とする。ＡＢは、異常情報であ
ることを示し、後の数字は異常情報を送信したのが、９
２年７月３日１０時２４分１０秒であることを示す。送
信先ＩＤは、異常データが、統括監視装置宛のものか、
各分散制御コントローラー宛のものかを示すものであ
る。例えば、統括監視装置向けのものであれば、ここ
に、０を、各分散制御コントローラー宛のものであれ
ば、ここに、１を記入して送信する。また、機器ＩＤ
は、この異常情報が発せられたコントローラーのＩＤを
記述するためのデータフィールドでここでは、コントロ
ーラー１から送信されたので１と記入されている。

【００１５】このような異常情報が通信媒体に送信され
ると、各コントローラーは、送信先ＩＤが１のもののう
ち、その情報が自分と関係のあるものかどうかを、入力
情報フィルターにおいて判定し、もし関係のある情報で
あれば取り込む。一方、送信先ＩＤが０の異常情報デー
タは、どの分散制御コントローラーでも加工されないま
ま、統括監視装置に送られる。

【００１６】以下の説明では、今の例をもちいて、ま
ず、どのようにして不必要な異常情報が、通信媒体に送
信されるのが抑制されるかを示し、次に、異常箇所がど
のように同定されるかを示す。

【００１７】まず、不必要な情報の抑制処理は、各分散
制御コントローラーの入出力インターフェースの入出力
フィルターにおいて図５及び図６における処理手順で行
われる。図５は、処理の概要を示したもので、各分散制
御コントローラーから問い合わせ信号を送信し統括監視
装置から返信されてきた異常情報を参照して、新たに送
信しようとしている異常情報が既に送信されている情報
に含まれているかどうかを判定し、もし含まれていれ
ば、送信を止める。図６は、異常情報相互の包含関係の
判定処理を示したもので、制約集合の間に包含関係があ
るかないかをまず調べ、もし包含関係がなくても分散制
御コントローラー間に入出力関係があり、この入出力関
係まで考慮すると包含関係が成り立つ場合もあり、この
判定も行っている。これらの処理を具体的な例で示す。

【００１８】まず、コントローラー１から上記の異常情
報が統括監視装置宛のものと各分散制御コントローラー
宛のものの２つのデータフレームとして送信され、すで
に、統括監視装置で受信している場合について考えてみ
る。すでに述べたように他のコントローラー２，３，４
でも制約違反を検知し異常情報を送信しようとする。た
とえば、コントローラー２では、制約条件Ｃ４が充足さ
れない。この異常情報の制約変数集合はＶ(４)＝｛Ｘ
５｝であり、入力変数集合は、｛Ｘ３，Ｘ４｝である。
コントローラー２の入出力インターフェースの出力情報
フィルター部では、この情報を送信する前に、統括監視
装置に異常情報の問い合わせ信号を発生し、統括監視装
置から返信されてきた異常情報を参照して、自分が発信
しようとしている異常情報の制約変数集合を含む制約変
数集合をもった異常情報がすでに送信されていないかど
うか確認する。この場合、コントローラー１から送信さ
れた異常情報の制約変数集合のＶ(Ｃ１)＝｛Ｘ１，Ｘ
２，Ｘ３｝は、Ｖ(Ｃ４)を含んでいない。しかし、入出
力関係まで考慮すると異なった結果となる。つまり、コ
ントローラー２の入力変数Ｘ３は、コントローラー１か
ら送信された異常情報の制約変数集合Ｖ(Ｃ１)に属して
いるから、この入力変数Ｘ３の影響でコントローラー２
の出力変数Ｘ５，Ｘ６に異常が生じる可能性がある。一
方、コントローラー１の異常情報の入力変数は、｛Ｘ
１，Ｘ２｝であるから、コントローラー２の出力変数Ｘ
５に関する異常の原因は、コントローラー１の出力変数
Ｘ３を媒介してコントローラー１の入力変数Ｘ１，Ｘ２
である可能性がある。つまり、コントローラー２にとっ
ては、Ｖ(Ｃ１)＝｛Ｘ１,Ｘ２,Ｘ３｝にくわえて、Ｏｐ
(Ｃ１,２）＝｛Ｘ５，Ｘ６｝も制約変数である。ここ
で、Ｏｐ(Ｃ１，２)は、コントローラー２にとっての制
約条件Ｃ１の仮想的な制約変数であって、ここでは展開
変数集合と呼ぶ。そこでＶ(Ｃ１)∪Ｏｐ(Ｃ１，２)にＶ
(Ｃ４)が含まれているから、制約条件Ｃ４の未充足は、
すでに送信された制約条件Ｃ１の未充足に関する情報に
含まれる情報であって、通信媒体上にデータがあふれる
ことを防止するためには、出力情報フィルター部でふる
いにかけ、送信させないこととする。

【００１９】同様にコントローラー３においても制約条
件Ｃ６が充足されていないのでこれを通信媒体に送信し
ようとする。ところがすでに、コントローラー１から異
常情報が統括監視装置に送信されているので、コントロ
ーラー３の出力情報フィルターでは、自分の持っている
異常情報が送信するに値するものかどうか判定する。こ
の時、コントローラー２におけるのと同様に、Ｏｐ(Ｃ
１，３)を求めると、コントローラー３は、入力変数と
してコントローラー１の出力変数Ｘ３を持っているから
コントローラー３の出力変数Ｘ７も仮想的な制約変数で
あって、Ｏｐ(Ｃ１，３）＝｛Ｘ７｝となり、Ｖ(Ｃ１)
∪Ｏｐ(Ｃ１，３）にＶ(Ｃ６)が含まれるから、制約条
件Ｃ６に関する異常情報は、送信されない。さらに、コ
ントローラー４についてもＯｐ(Ｃ１，４）＝｛Ｘ８，
Ｘ９｝であり、Ｖ(Ｃ１)∪ Ｏｐ(Ｃ１，４）にＶ(Ｃ
９）が含まれる。したがって制約条件Ｃ９が充足されな
いための異常情報は送信されない。このようにして、重
複した異常情報の発生を押えることができる。

【００２０】次に、既に送信された異常情報を用いて、
異常情報を絞り込んでいく方法について図７によって説
明する。異常情報が、あるコントローラーから送信され
るとデータは、直接、統括監視装置に行くものと、各コ
ントローラーに放送されるものに分かれる。異常情報の
絞り込みが行われるのは、各コントローラーに放送され
る異常情報である。図７に各コントローラーにおける異
常情報の処理プロセスを示す。

【００２１】まずデータバス上の異常情報をコントロー
ラーの入出力インターフェースに取り込み、取り込まれ
た異常情報は、通信媒体から削除する。入出力インター
フェースでは、まず入出力処理部において、データを圧
縮された状態から処理可能な状態に変換し、次に異常情
報データの中の入力変数を出力変数として持つかどうか
を判定し、もし持てば、コントローラーの入力変数を展
開変数として異常情報に付加する。今の例では、コント
ローラー１から発生した異常情報の入力変数集合は、Ｘ
１，Ｘ２であり、これらをコントローラー２は、出力変
数としてもたないからＮｏである。次に、異常情報の制
約集合に含まれる制約変数集合に含まれる制約変数集合
にもつ制約条件はあるかどうかを判定し、これもＮｏで
あるから、異常情報を加工することなく通信媒体に異常
情報が返される。つまり、入力フィルターでフィルター
され、何も処理が行われない。今の例では、他のコント
ローラーも同様にして、何の処理も行わず、始めに送信
された制約Ｃ１の異常情報が原形のまま、通信媒体をと
おりぬける。一方、既に述べたようにこの場合には、ほ
かの制約違反は、出力情報のフィルターにかかって、発
信されないから、絞り込みがなくても、はじめから原因
は、コントローラー１にあると特定することができる。

【００２２】これに対して、何かの原因で、例えば、コ
ントローラー３のＣ６の制約条件違反の異常情報が、コ
ントローラー１からよりも先に送信されたとする。この
異常情報の制約変数集合は、Ｖ(Ｃ６)＝｛Ｘ７｝であ
り、入力変数集合Ｉｎ(３)＝｛Ｘ３，Ｘ５｝である。こ
の異常情報が、コントローラー１にくると、入力変数Ｘ
３をコントローラー１は、出力変数としてもつから（こ
のような変数を共通変数という）、コントローラーの入
力変数Ｘ１，Ｘ２、およびを展開変数に追加する。次の
判定で、異常情報の制約変数集合｛Ｘ７｝と展開変数集
合｛Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３｝の和集合は、制約条件１の制約
変数集合｛Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３｝を含むから、異常情報
は、図８の処理手順によって加工される。このとき、制
約条件Ｃ１は、制約条件Ｃ６に含まれるという。図８に
示すように、まず、受信した制約条件に含まれる制約条
件Ｃ１が充足しているかどうかを判定する。この場合
は、充足していないので、次に、制約条件Ｃ１は、送信
されているかどうかをチェックする。Ｃ１が先に送信さ
れた場合には、Ｃ６は、すでに述べたプロセスにより送
信されないが、Ｃ６が先に送信された場合には、Ｃ１が
送信されることはありえる。Ｃ１がすでに送信されてい
れば、受け取った異常情報は、消去され、まだ送信され
ていなければ、異常情報は、Ｃ１に関するものに書き換
えられる。いずれの場合にも通信媒体上には、Ｃ１に関
する制約条件のみが生き残る。これは、見方をかえれ
ば、異常原因がコントローラー１に絞り込まれたことを
示している。なお、以上のような不必要な情報の送信の
カットと、異常原因の絞り込みは、各分散制御コントロ
ーラーの入出力フィルターの部分及び、統括監視装置に
異常情報の包含関係に関する知識をインストールするこ
とによっても実現できる。

【００２３】例えば、制約の包含関係を図９に示したよ
うなツリーで表現した知識を用意し、図４の異常データ
フォーマット上の制約変数集合のかわりに、充足されな
かった制約名称を記述することとすれば、図６の処理の
代りに既に統括監視装置に登録されている異常情報の制
約式名称を用いて、既に登録されている異常情報が送信
しようとしている異常情報を含んでいれば、異常情報を
他の分散制御コントローラーに送信せずに、統合監視装
置の異常情報を追加するだけにすることにより、不要な
異常情報の送信を抑制できる。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば以下の２つの効果が得ら
れる。

【００２５】（１）分散制御システムにおけるコモンモ
ード故障時に、異常情報が多数通信媒体に発生し、通信
ネックが発生するのを防止する。

【００２６】（２）分散制御システムにおける故障箇所
の同定が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好適な一実施例である診断機能つきの
分散型コントローラーの構成図である。

【図２】図１の分散システムの各分散制御コントローラ
ーの制約条件の一例を示す説明図である。

【図３】図１の各分散制御コントローラーの入出力イン
ターフェースの構成図である。

【図４】異常情報フォーマットの説明図である。

【図５】制約未充足時の異常信号送信処理の処理手順を
示す説明図である。

【図６】不要情報判定アルゴリズムの処理手順を示す説
明図である。

【図７】診断情報取込み判断処理手順を示す説明図であ
る。

【図８】故障情報の加工処理手順を示す説明図である。

【図９】異常情報の包含関係を示す一例の説明図であ
る。

【符号の説明】

１−１…統括監視装置、１−２…通信媒体、１−３
(ａ)，１−３(ｂ)，１−３(ｃ)…分散コントローラー、
１−３−１(ａ)…診断処理部、１−３−２(ａ)…制御実
行部、１−３−３(ａ)…入出力インターフェース。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者柴田克成東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者松原清東京都小平市上水本町五丁目20番１号株式会社日立製作所半導体事業部内 (72)発明者舩橋誠壽神奈川県川崎市麻生区王禅寺1099番地株式会社日立製作所システム開発研究所内 (72)発明者諸岡泰男茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のコントローラーをネットワークで接
続して制御を実行する分散制御システムにおいて、該複
数のコントローラーにおいて感知した異常をネットワー
ク上に送信するか否かの判定を、既に送信されている異
常情報を用いて各コントローラーで実行する分散型コン
トローラーの診断方法。
【請求項２】複数のコントローラーをネットワークで接
続して制御を実行する分散制御システムにおいて、既に
送信されている異常情報を用いて、該複数のコントロー
ラーにおいて感知した異常をネットワークに送信しない
ことを特徴とする分散型コントローラーの診断方法。
【請求項３】制約条件の違反を検出する機能を持った複
数のコントローラーをネットワークで接続して制御を実
行する分散制御システムにおいて、既に送信されている
異常情報に自分の検出した制約違反を含む異常が放送さ
れている場合には該制約違反情報を放送しないことを特
徴とする分散型コントローラーの診断方法。
【請求項４】制約条件の違反を検出する機能を持った複
数のコントローラーをネットワークで接続して制御を実
行する分散制御システムにおいて、既に送信されている
異常情報の中に自分の検出した制約違反に関する変数を
含む制約違反に関する異常情報が放送されている場合に
は該制約違反情報を放送しないことを特徴とする分散型
コントローラーの診断方法。
【請求項５】制約条件の違反を検出する機能を持った複
数のコントローラーをネットワークで接続して制御を実
行する分散制御システムにおいて、制約条件の違反を検
出したコントローラーからは異常をきたした制約式と制
約変数からなる異常情報を発信し、その他のコントロー
ラーでは、送信されている制約変数との包含関係に基づ
き異常原因となる変数を絞り込むことを特徴とする分散
型コントローラーの診断方法。