JPS63249201A

JPS63249201A - ２重化制御装置

Info

Publication number: JPS63249201A
Application number: JP8295987A
Authority: JP
Inventors: Shinji Sakakibara; 榊原　伸二
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-04-06
Filing date: 1987-04-06
Publication date: 1988-10-17
Anticipated expiration: 2013-07-23
Also published as: JP2778688B2

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）本発明は、コンピュータやプログラマブルコントローラ
などを使用してプロセス制御を行なう２重化制御装置の
改良に関する。

（従来の技術）コンピュータやマイクロプロセッサなどを応用したプロ
セス制御装置においては、一般に演算。

制御、記憶、データ伝送など、制御装置の中枢機能を担
う演算処理装置（以降、その代表例としてＣＰＵと記す
）と、ＣＰＵからの指令をプロセスの制御対象へ伝達、
あるいはプロセスの状態を制御装置へ取り込むためのプ
ロセス入出力装置ｉ！（以降、ＰＩｌｏと記す）とを用
いて構成される。これらの制御装置を高信頼性、高稼動
率が要求さ丘るシステムへ適用する場合、ＣＰＵを２’
ｆｆｉ化することにより、その要求を満足させることが
多い。この場合、　ＰＩｌｏについては、プロセス側の
操作端やセンサなどを直接にインターフェースするもの
であるため、プロセスからの入出力点に対応した構成と
ならざるを得ない、つまり、一般にＰＴｌｏは単一構成
とされ、冗長化の対象はＣＰＵである。

ところで、このようなエレクトロニクス応用製品では、
電子部品用に５■や±１５Ｖなど低圧直流の動作電源を
必要とするため、プラント設備から供給される１００Ｖ
などの電源から、これらの動作電源に変換する電源装置
を必要とする。ＣＰＵを２重１ヒするような高信頼性シ
ステ１１では電源装置がシステム全体の信頼性を左右す
ることも考えられるため。

このような場合には電源装置も合わせて２重化すること
が多い。

このような制御装置と、その電源植成の従来例を第３図
に示す。図において、１は２重化制御装置。

２はプラントプロセス側の制御対象である。２重化制御
装置１の電源装置１１Ａ、ＩＩＩＩは、その−次側電源
ＰＩ”Ａ、ＰＰＢを入力し、二次側には低圧の直流電源
ＳＰ　Ａ、ＳＰ　Ｂを出力するものである。その二次側
電源ＳＰＡ、ＳＰＢは、電圧の高値優先回路１２を介し
てＣＩ”’Ｕ１３Ａ、１３ＢおよびＰＩ１０１４の動作
、電＠ＩＩＰとして供給される。

この構成によれば、電源装置１１Ａ、ＩＩＩＩのいずれ
か片系、例えば電源装置１１Ａが故障し、二次側電源Ｓ
ＰＡが喪失しても、高値優先回路１２により。

ＣＰＵ１３Ａ、１３１３やＰＩ１０１４には電源装置１
１Ｂから電源が供給され、制御装置１の運転継続に何ら
支障を与えない。ＣＰＵ１３Ａ、１３Ｂについても片系
の故障時は残りの正常系がバックアップするよう構成さ
れているので、制御装置１として、冗長化部の単一故障
に耐えることができる。

（発明が解決しようとする問題点）ところで、このような２重化制御装置においては、信頼
性向上の見地から冗長化部分の単一故障に対し、故障し
た系を残りの正常な系に外乱を与えることなく、制御系
から切り離し、修正あるいは交換して、再度冗長化構成
として復元することが望まれる。すなわち、この種の制
御装置には。

オンライン保守性は極めて重要な機能として求められて
いる。この場合、故障した構成要素を制御装置から切り
雛し、修理や交換作業を行なうための安全かつ確実な手
段としては、該当する構成要素の動作電源をしゃ断する
方法が最もよく行なわれる。

しかしながら、前述第３図に示した従来構成では、　Ｃ
ＰＵ１３Ａが故障した場合に、電源装置１１＾の一次側
電源ＰＰ＝を供給するスイッチ１５Ａをしゃ断しても、
　ＣＰＵ１３Ａへの動作電源ＨＰはしゃ断されない。

スイッチ１５Ｉ３についても同様であり、結局、ＣＰＵ
１３Ａへの動作電源＋ＩＰをしゆ断するには、スイッチ
１５Ａ、１５［１の両方を同時にしゃ断しなければなら
ない。勿論、この場合には制御装置全体の電源が断たれ
ることになり動作継続はできない。すなわち、第３図の
従来構成では、オンライン保守性を満足することができ
ない。

一方、この第３図の従来構成の不備を改善するには、第
４図に示すように、ＣＰＵ１３Ａ、１３Ｂへの電源供給
回路にそれぞれスイッチ１６Ａ、１．６Ｂを設けること
が考えられる。この構成により、例えばＣＰＵ１３Ａの
故障時には、スイッチ１６Ａをしゃ断して電源を切り、
ＣＰＵ１３Ａを制御系からの切り離し、修理することが
可能となる。

しかしながら、この方法も実現に際して以下の問題が生
じる。

即ち、まず第１に、ＣＰＵなどの電子装置はその動作電
圧の変動に対して比較的敏感であり、このため電源装置
の二次側にあるスイッチの開閉に伴う負荷変動が引き起
こすであろう一時的電圧変動。

あるいは開閉ノイズなどの発生により、他の構成要素の
動作に影響を与えかねない。また、第２にＣＰＵなど高
度な情報処理を行なっている装置では。

動作電源の急激なしゃ断、投入は一般的に好ましくない
。例えば通常、　ｃｐｕは動作電圧が規定値より低下し
た場合、これを検出してメモリへのアクセス禁止や必要
最低限のデータをセーブするなど。

システムの保護、復旧に係わる割込処理を行なうが、直
接の動作電源をスイッチなどで急激にしゃ断した場合、
これらの処理に支障が生じ、システムの復元に手間どる
ことがある。つまり、ＣＰＵの電源の入切は電源装置を
介在して行なうのが一般的である。

そこで本発明は、２重化したＣＰＵの片系が故障したと
きに、正常な系による運転継続に影響を与えることなく
、故障ＣＰＵの電源供給をしゃ断してオンラインでの保
守を可能とする機能を、簡単な回路構成で実現し得る２
重化制御装置を提供することを目的とする。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）本発明は、２重化構成のＣＰＵには、対応する電源装置
から個別に、また単一構成のＰＩｌｏには高値優先回路
を介して、二次側電圧の高い側の電源装置からそれぞれ
動作電源を供給するように構成したものである。

（作用）上記のように構成することで、いずれか一方の電源装置
の一次側入力をしゃ断すれば、対応するＣＰＵのみを無
理なく停止し、修理作業を行なうことができ、冗長化し
たＣＰＵのオンライン保守が可能となる。また、修理後
、電源の再投入により該当ＣＰＵを無理なく起動し、冗
長化構成に復元できる。

（実施例）第１図は本発明による２重化制御装置の構成図を示した
ものである。図中、第３図および第４図と同一符号は同
一または相当部分を示し、構成上具なる点は、２台の電
源袋［１１Ａ、１１Ｂの二次側電源ＳＰＡ、Ｓｌ’ａを
それぞれ分岐して、一方はそれぞれ、対応するＣＰＵ１
３Ａ、１３Ｂへ供給し、もう一方は高値優先回路１２を
介してＰＩ１０１４へと供給する構成とした点である。

以上の構成で、スイッチ１５Ａ、１５Ｂの開閉操作によ
るＣＰＵ１３Ａ、１３Ｂ、　ＰＩ１０１４への動作電源
の供給状態は下記第１表に示すようになる。

夏り表ここで、スイッチ１５Ａ、１５［１については、Ｏが閉
。

Ｘが開の状態を表わす。また、　ＣＰＵ１３Ａ、１３［
３，ＰＩ１０１４については、Ｏが動作電源有、Ｘが動
作電源無の状態を表わしている。

上記第１表から明らかなように、スイッチ１５Ａのしゃ
断により、ＣＰＵ１３Ａのみの電源供給をしゃ断し。

動作停止する一方、　ＣＰＵ１３Ａと冗長化されていな
いＰＩ１０１４については運転継続される。これによっ
て、冗長化したＣＰｕの片系が故障した場合、正常な他
の構成要素に影響を与えることなく、該当ＣＰＵのみを
安全かつ容易に制御系から切り離し、修理することが可
能となる。なお、スイッチ１５Ａ、１５Ｂは現実の物と
しては、機能上電源装置１１Ａ、１１［＋に内蔵するよ
うにしてもよい。

ところで、高値優先回路１２は、ダイオードなどで容易
に実現できるが１例えばダイオードを用いた場合、その
順方向電圧降下により、ＣＰＵとＰＩｌｏへの供給電圧
の相違が問題になる場合には、ショットキーダイオード
のように順方向電圧降下値の小さいものを使うと良い。

また、それでも不充分な場合には、第２図に示す構成を
とることができる。

即ち、第２図は本発明の２重化制御装置の他の実施例を
示したもので、図中、第１図と同一符号は同一または相
当部分を示す、第２図の構成で第１図と異なる点は、各
電源装置１１Ａ、ＩＩＢからＣＰＵ１３Ａ。

１３ｎおよび高値優先回路１２に供給する電源をそれぞ
れ電源５ＰＡＩと５ＰＡ２、電源５ＰＢ１と５ＰＢ２の
２つ宛に分けて供給すると共に、高値優先回路１２の順
方向電圧降下を考慮して、高値優先回路１２へ供給する
電源ＳＰＡ　ｔ　、、５ＰＢｓの電圧をＣＰＵ１３Ａ、
１３Ｂに供給する電源ＳＰＡ　２．５ＰＢ２の電圧に比
べて上記順方向電圧降下分だけ高くして供給するように
した点である。その具体的手段としては、図示鎖線で示
すように高値優先回路１２の出力電源１１Ｐの電圧値を
電源装置１１Ａ、１１［１にそれぞれフィードバックし
、ＣＰＵ１３Ａ　、　１３Ｂへの電源５ＰＡ２とＳＰＢ
：の電圧値と等しくなるように高値優先回路１２へ供給
する電源Ｓｌ’ＡＩと５ＰＢＩの電圧値を制御すれば良
い。

これによって、ＣＰＵ１３Ａ、１３ＢとＰＩ１０１４の
双方の電源仕様に合致した電源電圧を容易に得ることが
できる。

以上に説明した本実施例の電源装置によれば、例えばＣ
ＰＵ　１３Ａが故障した場合は、スイッチ１５Ａをしゃ
断することにより、電源装置１１Ａを介してゆっくりと
故障のＣＰＵ１３Ａを除外することができる。これによ
り、正常系のＣＰＵ１３ＡやＣＰＵ１３Ａを取外し修理
を行なって再び装置に組み込みスイッチ１５Ａを投入す
ることにより、再び冗長化構成に復元できる。

また１本実施例の電源装置によれば、第３図、第４図に
説明した従来構成に比べて、電源装置１台当りの出力容
量がＣＰＵＩ台分だけ軽減できる利点がある。つまり、
第１図または第２図の構成では電源装置１台当り（ＣＰ
旧台＋ＰＩ１０）分の容量を負担すればよいが、第３図
、第４図の構成では（ＣＰＵ２台十ＰＩ１０）分の容量
を負担しなければならない。電源装置の容量増加は電源
装置自体のコストアップのみならず、制御盤内の発熱量
増加や制御装置を多数設置する場合では、プラントの電
源関係設備の増大にも影響を与えかねない。この点、出
力容量を減少できる本実施例の電源装置は経済的に極め
て有利である。

なお、以上の実施例では、ＣＰＬＩの２重化のケースに
ついて記述したが、本発明はＣＰＵの代わりにもっと一
般に演算、記憶、制御、データ伝送などの情報処理機能
を有する演算処理装置を用いて実現することもでき、ま
た、これらの２重化以上の冗長化構成を行なおうとする
場合にも容易に適用できることは明白である。

［発明の効果］以上のように本発明によれば、冗長化された構成要素の
単一故障に対して、制御を続行しながら故障した構成要
素のオンライン保守と復旧が容易となり、信頼性、メン
テナンス性、経済性の良好な２重化制御装置が得られる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す２重化制御装置のブロ
ック図、第２図は本発明の他の実施例を示す２重化制御
装置のブロック図、第３図および第４図は各従来例を示
す２重化制御装置のブロック図である。１１Ａ、１１Ｎ・・・電源装置、１２・・・高値優先回
路、１３Ａ、１３Ｂ・・・ＣＰＵ、１４・・・ＰＩｌｏ
、１５Ａ、１５Ｂ・・・スイッチ。第１図第２図第３図第４図

Claims

【特許請求の範囲】

２重化した演算処理装置と、単一構成のプロセス入出力
装置とを備えた２重化制御装置において、前記各装置へ
動作電源を供給する電源装置を前記２重化した演算処理
装置に対応して２重化すると共に、前記２重化した演算
処理装置へは、対応する電源装置からそれぞれ個別に動
作電源を供給する一方、前記単一構成のプロセス入出力
装置へは、２重化した電源装置から高値優先回路を介し
て、いずれか高い出力電圧を有する側の電源装置から動
作電源を供給するように構成したことを特徴とする２重
化制御装置。