JPS60105005A - 冗長系出力信号の異常監視装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、高信頼度が要求されるプラント等に使用され
る冗長系出力信号の異常監視装置に係シ、特に冗長系出
力信号が多数組ある場合に好適な冗長系出力信号の異常
監視装置に関する。

〔発明の背景〕

高信頼度の運転が要求される電力プラント等においては
、その重要な制御系には、例えば第１図に示すような３
重化制御システムが使用される。

同図において、３重化制御システムは、３つの制御装置
２ａ、２ｂ、２ｃ１これら３系各々の制御装置から出力
される３つの信号のうち最も確からしい１つの信号を選
択し、制御対象４に出力する信号選択装置３、及び、上
記３つの制御装置２ａ、２ｂ、２ｃから出力される信号
が相互に一致しているかを判定する一致判定装置５から
基本的に構成される。各基の制御装置２ａ、２ｂ。

２Ｃ内の制御ユニット２１ａ、２１ｂ、２１ｃでは、端
子１ａ、ｌｂ、ｌｃを介して、図示していない他の装置
との間で時分割多量によシデータの送受信を行っている
。とのうち、他装置よりのデータは、制御ユニット２１
ａ、２１ｂ、２１ｃで受信され、各種制御演算処理が行
われるか、または演算せずにそのまま出力回路２２ａ、
２！２ｂ１２２ｃよシ制御信号として出力される。さら
に制御装置２ａ、２ｂ、２ｃは、センサ６からの信号を
各々の入力回路２３ａ、２３ｂｌ　２３Ｃを介して取込
み、各々の制御二二ッ）２１ａ、２１ｂ。

２１Ｃで演算処理するか、またはそのまま端子ｌａ、ｌ
ｂ、ｌｃを介して図示しない他の装置に送信したシ、ま
たは、入力回路２３ａ、２３ｂ。

２３ｃから取り込んだセンサの出力信号を制御ユニット
２１ａ、２１ｂ、２１ｃで制御演算を行い、その結果を
出力回路２２ａｌ　２２ｂｌ　２２Ｃを介して制御信号
として出力したシする。

信号選択装置３は、３つの入力信号のうち中間レベルの
信号を選択して出力する中間値選択回路を用いるととが
多く、その回路例を第２図に示す。

この装置は、２つの信号を比較し、高レベルの信号を選
択出力する３つの高値選択回路３２１゜３２２．３２３
と、これらの回路で選択出力された３つの信号のうち最
低レベルの信号を選択出力する低値選択回路３４より基
本的に構成される。

第１図で示した３つの系各々の制御装置２ａ。

２ｂ、２Ｃよ多出力された信号は、各端子３１ａ。

３１ｂ、３１Ｃに印加される。これらの端子に印加され
る信号を各々Ａ糸信号、Ｂ系信号、Ｃ系信号とすると、
高値選択回路３２１〜３２３のうちの２つの出力は３信
号の内の最大のもの、他の１つの出力は３信号の内の中
間値をもつものとなるから、これら３つの高値選択回路
の出力から低値選択回路３４により最も低レベルのもの
を選択すれば、それはＡ、Ｂ、Ｃ系信号のうちの中間値
をもつものであって、これが端子３５に出力される。

例えば、各系信号の大小関係が Ｃ系信号くＡ系信号くＢ系信号 である場合には高値選択回路３２１及び３２２の出力信
号３３１及び３３２はＢ系信号となシ高値選択回路３２
３の出力信号３３３はＡ系信号となる。したがって、低
値選択回路３４では、Ａ系信号が出力され、すなわち３
つの信号のうちの中間レベルの信号が選択出力されたこ
とになる。

次に第１図の一致判定装置５は、制御装置２ａ。

−２ｂ、２Ｃよ多出力される信号相互が、任意の設定許
容偏差以内で一致しているか否かを判定し、その結果を
表示することにより、例えばプラント運転員が異常時に
適切な処置を行える様にするためのものである。第３図
はこの一致判定装置５の例を示すもので、演算増幅器５
２１，５２２゜５２３、ウィンドコンパレータ型にした
比較器５４１〜５４６、及び上記構成で得られる一致判
定結果を表示するための表示装置５７１，５７２゜５７
３によ）基本的に構成される。第１図で示した３つの系
各々の制御装置２ａ、２ｂ、２ｃより出力されたＡ−Ｃ
系の各信号は各端子５１ａ。

５１ｂ、５１ｃに印加され、各演算増幅器５２１゜５２
２及び５２３からはＡ系信号とＢ系信号の差、Ｂ系信号
とＣ系信号の差及びＣ系信号とＡ系信号の差がそれぞれ
出力される。これらの出力値は、比較器５４１〜５４６
に入力される。比較器５４１〜５４６はウィンドコンパ
レータ型に構成されておシ、演算増幅器５２１，５２２
，５２３の出力値が正極性の基準電圧５３１および負極
性の基準電圧５ｉ２の範囲内にあるか否かを判定する。

したがって比較器５４１〜５４６からの出力信号５５１
．５５２，５５３は、Ａ系信号、Ｂ系信号。

Ｃ系信号相互が基準電圧５３１，５３２で設定された許
容偏差値以内であるか否かを表しており、これらの判定
結果は、バッファ５６１，５６２゜５６３を介して表示
装置５７１，５７２，５７３で表示される。

以上、信号選択装置３が１つの場合、すなわち、制御信
号が１つの場合を例にとって、従来の３重化制御システ
ムの基本構成と機能を説明したが、実際には３つの制御
装置２ａ、２ｂ、２ｃは各々複数の信号を出力している
。したがって複数組から成るＡ糸信号、Ｂ糸信号、Ｃ系
信号は、各々別個の信号選択装置で最も確からしい１つ
の信号が選択されて、複数の制御信号として制御対象に
出力される。また、このとき複数繊組から成るＡ糸信号
、Ｂ糸信号、Ｃ系信号は、各々別個の一致判定装置で３
系の信号相互の一致判定がされて、その結果が表示され
ている。このように複数の一致判定装置を用いて各々の
信号選択装置に入力される３系の制御装置からの３つの
出力信号の一致判定を行ってその結果を表示することは
、システムの異常部分をプラントの運転員が認識し、適
切な処理を行う上で重要である。

しかし、以上のような従来の冗長系出力信号の異常監視
装置では、制御出力点数と同数の一致判定装置を設ける
必要があるため、システムの制御出力点数が大きいはど
冗長系出力信号の一致判定のためのハードウェア量が増
えるという欠点があった。特に以上説明した構成の冗長
化制御システムの制御装置２２〜２Ｃの組を、たとえば
プラント現場に分散設置して中央制御室の上位計算制御
装置のリモート入出力装置として用い、これと上位計算
制御装置との間でできるだけ多量の信号を時分割多重伝
送を行って現場〜中操間のケーブルを削減するシステム
として位置付ける場合、冗長系出力信号の一致判定のだ
めのハードウェア量の増加は実装上の問題となる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、冗長系出力信号のうち、最も確からし
い１つの信号を選択出力する手段を複数有する冗長化制
御システムにおいて、各冗長系信号及び選択された信号
の異常監視をできるだけ少ないハードウェア量で実現す
る冗長系出力信号の異常監視装置を提供することにある
。

〔発明の概要〕

本発明の異常監視装置は１台から成シ、缶制御信号対応
の冗長系出力信号とそれから選択された中間値信号の組
を、順次各制御信号対応にスキャンニング信号でマルチ
プレクサを介して時分割的に取込み、１つの制御信号対
応の組をとシ込む毎にその中の各冗長系出力信号と中間
値信号との差が設定許容偏差以上であるか否かをしらべ
て異常の有無を検出し、その結果を前記スキャンニング
信号をアドレス信号としたメモリへサンプリング信号に
よって取込むとともに、とのサンプリング信号は前記ス
キャンニ／グ信号の後半に発生するように設定し、かつ
スキャンニング信号とサンプリング信号の時間幅を可変
設定可能とすることによって、１組の冗長系出力信号の
非同期時間の影響を受けずに異常監視を行えるようにし
たことを特徴とするものでおる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の具体的実施例を説明する。第４図は本発
明の装置を用いたシステムの全体構成図であって、本発
明を３重化制御システムの異常監視装置に適用した場合
を示している。本発明は、各基の制御装置の制御信号出
力回路２２　ａ　、２２ｂ。

２２ｃよシ出力される複数組の冗長系出力信号と、複数
組の例えば中間値選択回路である信号選択装置３から出
力される複数の中間値信号とを、一つの異常監視装置７
で診断できるように工夫されておシ、異常監視装置７は
、マルチプレクサ７１、一致検出回路７２、メモリ回路
７３、表示回路７４、制御回路７５よシ構成される。第
５図は本発明の異常監視装置７の実施例を詳細に示した
もので、以下では各制御信号をチャネル＋０〜すＮと番
号づけして区別するものとすると、全体の概略的な動作
は以下のようでおる。まず各チャネルＡ糸信号２２１ａ
がマルチプレクサ７１２に、Ｂ糸信号２２１ｂがマルチ
プレクサ７１３に、Ｃ系信号２２１ｃがマルチプレクサ
７１４へ、更に中間値選択回路である信号選択装置３か
ら出力された各チャネルの中間信号３１がマルチプレク
サ７１１へ入力される。各マルチプレクサ７１１〜７１
４は、制御回路７５のスキャンニング信号発生器７５４
から転送されるスキャンニング信号７５６によって各チ
ャネル毎（０寺〜Ｎす）の信号をサイクリックに一致検
出回路７２へ取込み、谷チャネル毎の中間値出力信号３
工と、各基の出力信号２２１　ａ、２２１ｂ、２２１ｃ
との差を差動増幅器５２１，５２２，５２３にて順番に
演算し、その結果が外部よシ任意設定可能な許容偏差電
圧５３１、あるいは５３２で定められる範囲をこえた系
は、例えば、それがＡ系であったとすると、ウィンドコ
ンパレータ５４１あるいは５４２の出力５５１ａがＨレ
ベル（許容偏差電圧以下の場合はＬレベル）となシ、制
御回路７５のサンプリング回路７５５から転送されるサ
ンプリング信号７５７のトリガによって、スキャンニン
グ信号７５６にて決定されるメモリ素子７３１の対応ア
ドレスに結果が書込まれる。更に記憶された信号は、表
示素子７４１に転送され、Ａ系の素子が点灯される（許
容偏差がＬレベルの場合は点灯されない）。また、その
時のチャネルのＡ系が異常という信号が上位の制御装置
の入力回路等へも転送され、これによってモニタを行う
こともできる。

以上の動作は各チャネルナ０−すＮに対してサイクリッ
クに順次実行されるから、冗長系の制御信号数（チャネ
ル数）が増大しても、一致検出回路７２、マルチプレク
サ７１、メモリ回路７３、制御回路７５等は一組でよく
、少ないハードウェア量で複数の冗長系出力信号の異常
監視が可能である。また、表示器７４は、発光ダイオー
ドまたは液晶などが使用でき、プラントによって最適な
表示素子を選択すればよい。

第６図はスキャンニング信号７５６の発生方法を示すタ
イムチャートで簡単のためチャネル数は１６（す０〜す
１５）とし七いる。このスキャン信号７５６は、クロッ
ク信号７５８に同期しておシ、第５図に示す分局器７５
３にてこの場合にはクロックの２倍の周期に設定（分局
率を変えれば適宜倍率が設定できる）されておシ、更に
これを次々と２分周して信号７５６ａ〜７５６ｄの４ビ
ツトで１６個の値を作成し、この値に応じてマルチプレ
クサ７１及びメモリ回路７３でチャネル指定を行う。更
に切替スイッチ７５１にてクロック信号の周期を設定可
能とし、これによって１つのチャネルのスキャン時間を
適切に設定できる。

第７図は本実施例の動作例の詳細を示すタイムチャート
で、あるチャネルをスキャンして取込んだ時、Ａ、Ｂ、
Ｃ各基の信号が夫々４．９Ｖ、５Ｖ。

５．１■でいずれも正常であったとする。これらの信号
はそれぞれ時点ｔ１　＋　’２　＋　ｔ３で図示したよ
うに、各制御装置の動作が完全には同期していないので
時間的にずれを持って発生する。従ってこの場合にはウ
ィンドコンパレータの出力５５１ａ。

５５１Ｃには時間幅τのＨレベル信号が発生するが、こ
れは実際には異常ではなく、各系信号発生のずれによる
ものである。このため第７図に示したように、スキャン
信号７５６（この図ではクロック信号７５８の３倍の周
期をもつ）で各系信号の変化時点をとり込んだ時、各系
信号が変化を終了したｔ３以後のウィンドコンパレータ
出力５５１ａ〜５５１ｃ及び３１を図示のサンプリング
信号７５７の立下１）ａでメモリ素子７３へとシ込めば
、制御装置出力の非同期の影響を除去して正しい判定（
との時は正常）を行える。また第７図の時点ｔ４〜ｔ６
でＢ、Ｃ系出力が１０■。

１０．２’ｌ正常）、Ａ系出力がＯＶ（異常）になった
時にはサンプリング信号７５７の立下り時点すではウィ
ンドコンパレータ５５１の出力のみがＨレベルとなって
おり、Ａ系に異常ありを示すＨレベルが対応するメモリ
にセットされる。

次に、中間値選択回路が、第７図の時点ｔ７で示すよう
に各基の出力信号から許容偏差電圧以上外れて故障した
場合は、第５図に示す差動増幅器５２１．５２２，５２
３の出力は全て設定許容電圧偏差以上となシ、ウィンド
コンパレータ５４１〜５４６の出力５５１ａ、ｌ）、ｃ
は全てＨレベルとなるので、サンプリング信号７５７の
立下り時点Ｃにより、Ａ、Ｂ、Ｃ系診断出カフ３１ａ。

７３２ａ、７３３ａはすべてＨレベルとなシ、異常とし
て書込まれる。従って７３１〜７３３の出力のＡＮＤ論
理（図示せず）をとっておけば、中間値選択回路の故障
も監視できる。

本異常監視装置はオフラインでも、マニュアルででも、
各回路の機能が確認できる特長も備えている。すなわち
第５図に於て、制御回路７５の切替スイッチ７５１の切
替によシ、クロック信号発生器７５２のクロックを停止
させ、この替わシに外部端子８より外部クロック信号８
１を与え、このクロック信号８１を分周器７５３及びサ
ンプリング回路７５５に与え、更に、各基の制御出力信
号２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃを切離して、この代わ
りに模擬入力信号を与えれば、前記、説明内容と同様に
異常監視機能が動作するので、各回路の妥当性が確認で
き、信頼性向上の面でも有効である。

なお以上の実施例では、各系制御装置の出力信号のうち
最も確からしい一つの信号を選択出力する信号選択装置
の例として中間値選択回路の場合を示したが、本発明は
これに限らず、たとえば冗長系出力信号がディジタル信
号の場合は、信号選択装置として２　ｏｕｔｏｆ　３回
路が通常用いられる。

この場合にも、冗長系出力信号の異常は、論理判定によ
シ検出できるが、本発明の異常監視方法及び装置を容易
に適用することが可能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、複数組の冗長系出力信号のそれぞれに
ついて最も確からしい１つの信号を選択出力するように
した冗長化制御システムにおいて、各選択出力手段に入
力する冗長系出力信号の異常監視および各選択出力手段
の異常監視を少ないハードウェア量で実行できるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の３重化制御システムの説明図、第２図は
信号選択装置の説明図、第３図は従来の不一致判定装置
の説明図、第４図は本発明を適用するシステムの全体構
成図、第５図は本発明の一実施例を示す図、第６図及び
第７図は第５図の実施例の動作を示すタイムチャートで
ある。 ２　ａ　、２　ｂ　、　２　ｃ−・・制御装置、２２ａ
、２２ｂ。 ２２ｃ・・・制御信号出力回路、３・・・信号選択装置
、７・・・異常監視装置、７１・・・マルチプレクサ、
７２・°°一致検出回路、７３・・・メモリ回路、７５
・・・制御回路。 代理人　弁理士　秋本正実 弔２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、各制御信号ごとに複数の制御装置とその各制御装置
   から１つずつ出力される冗長系出力信号のうち最も確か
   らしい信号を選択して該選択信号を制御対象に出力する
   信号選択装置とを備えた冗長化制御システムの、冗長系
   出力信号を監視するための装置に於て、上記制御信号ご
   との各冗長系出力信号と選択信号との組を制御信号対応
   にスキャンニング信号によシザイクリックに取込む入力
   手段と、１組の信号を取込むごとに各冗長系信号と選択
   信号との差が外部より設定可能な範囲をこえた時に当該
   冗長系出力信号が異常であることを示す異常信号を出力
   する異常判定手段と、１つの制御信号対応の制御装置か
   らの冗長系出力信号の立上シ時点の不揃いのために上記
   異常判定手段から一時的に出力される見かけの異常信号
   が消滅した後に上記異常判定手段の出力をサンプリング
   信号によりとシ出すサンプリング手段とを備えたことを
   特徴とする冗長系出力信号の異常監視装置。 ２、前記スキャンニング信号及びサンプリング信号を内
   蔵のクロック発生器もしくは外部よシ入力したクロック
   信号から生成する機構を設けるとともに、上記スキャン
   ニング信号及びサンプリング信号の周期とサンプリング
   信号の発生位相を可変設定可能な構造としたことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の冗長系出力信号の異
   常監視装置。