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公開番号2021033932
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210301
出願番号2019156849
出願日20190829
発明の名称コントロールシステム
出願人株式会社日立産機システム
代理人青稜特許業務法人
主分類G05B 19/05 20060101AFI20210201BHJP(制御;調整)
要約【課題】PLCシステムのCPUモジュールを二重化する際に、複雑なネットワーク構成をとる必要のないコントロールシステムを提供する。
【解決手段】I/Oポートに産業機器が接続されるコントロールシステムにおいて、I/Oモジュールと、通信するポートを有し、各種のモジュールをコントロールする入出力コントローラとが接続されたベースボードと、入出力コントローラと通信する第一の制御情報通信ポートを有し、I/Oモジュールの動作を制御する第一のCPUモジュールが接続された第一の制御ボードと、同様の第二の制御ボードとを有しており、第一のCPUモジュールがI/Oモジュールの動作の演算を停止した場合に、第一の制御情報通信ポートの動作を停止させ、第二の通信制御通信ポートを動作させることで第二のCPUモジュールがI/Oモジュールの制御を行うとともに、外部機器通信モジュールがベースボードに接続される。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
I/Oポートに制御対象の産業機器が接続され、前記制御対象を制御するI/Oモジュールを備えたコントロール装置を有するコントロールシステムにおいて、
前記I/Oモジュールと、他のモジュールと通信するポートを有し、実装された各種のモジュールをコントロールする入出力コントローラとが物理的に接続されたベースボードと、
前記入出力コントローラと通信する第一の制御情報通信ポートを有し、前記I/Oモジュールの動作を制御する第一のCPUモジュールが接続された第一の制御ボードと、
前記入出力コントローラと通信する第二の制御情報通信ポートを有し、前記I/Oモジュールの動作を制御する第二のCPUモジュールが接続された第二の制御ボードと、を有しており、
前記第一のCPUモジュールが前記I/Oモジュールの動作の演算を停止した場合に、前記第一の制御情報通信ポートの動作を停止させ、前記第二の通信制御通信ポートを動作させることで前記第二のCPUモジュールが前記I/Oモジュールの制御を行うとともに、
コントロールシステムの情報を監視または表示する汎用コンピュータを接続するI/Fが接続される外部機器通信モジュールが前記ベースボードに接続されていることを特徴とするコントロールシステム。
続きを表示(約 590 文字)【請求項2】
請求項1に記載のコントロールシステムにおいて、
前記第一のCPUモジュールと前記第二のCPUモジュールとが、前記I/Oモジュールの動作の演算を同期して実行することを特徴とするコントロールシステム。
【請求項3】
請求項1に記載のコントロールシステムにおいて、
前記第一のCPUモジュールが前記I/Oモジュールの動作の演算を行っている場合に、前記第二のCPUモジュールは前記I/Oモジュールの動作の演算を行わずに待機することを特徴とするコントロールシステム。
【請求項4】
請求項1に記載のコントロールシステムにおいて、
前記第一のCPUモジュールが前記I/Oモジュールの動作の演算を行っている場合に、前記第一のCPUモジュールは、前記入出力コントローラを介して前記第二の制御情報通信ポートに対し前記第二のCPUモジュールが前記I/Oモジュールの動作の演算を行わないよう指示をすることを特徴とするコントロールシステム。
【請求項5】
請求項1に記載のコントロールシステムにおいて、
前記第二のCPUモジュールは、前記入出力コントローラを介して前記第一のCPUモジュールが前記I/Oモジュールの動作を演算しているかを確認する通信を行うことを特徴とするコントロールシステム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、プログラマブルロジックコントローラ等のコントロールシステムに関するものである。
続きを表示(約 5,700 文字)【背景技術】
【0002】
機器の制御装置として、プログラマブルロジックコントローラ(以下、PLC:Programmable Logic Controllerともいう。)が用いられている。
【0003】
PLCでは様々な障害の発生に備えて、特定機能や特定部位の機器を複数台用いて二重化を構成することがあり、このようなPLCのシステムは二重化システムと呼ばれる。
【0004】
特許文献1には、CPUモジュールを二重化した二重化システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
特開2008−158951号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
近年では、制御システムのダウン時間を最小にすることなどを目的に、PLCを二重化構成にできることが受注の要件にされることがある。一方で、受注要件には「二重化構成をとれること」などという曖昧な表現で記載されることもあり、どの機能や部位の二重化を要求されているのかが不明な場合がある。そのため、制御システムの運用上の必要以上に複雑な二重化システムを構築してしまうことがあり、初期コストや運用コストを押し上げる要因となる。
【0007】
特許文献1には、CPUモジュールを二重化した二重化システムが記載されているが、監視用途などで使用される通信モジュールについては考慮されていない。
【0008】
本発明は、PLCシステムの重要機能部位であるCPUモジュールを二重化する際に、複雑なネットワーク構成をとる必要のないコントロールシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記課題を解決するための、本発明の「コントロールシステム」の一例を挙げるならば、
I/Oポートに制御対象の産業機器が接続され、前記制御対象を制御するI/Oモジュールを備えたコントロール装置を有するコントロールシステムにおいて、
前記I/Oモジュールと、他のモジュールと通信するポートを有し、実装された各種のモジュールをコントロールする入出力コントローラとが物理的に接続されたベースボードと、
前記入出力コントローラと通信する第一の制御情報通信ポートを有し、前記I/Oモジュールの動作を制御する第一のCPUモジュールが接続された第一の制御ボードと、
前記入出力コントローラと通信する第二の制御情報通信ポートを有し、前記I/Oモジュールの動作を制御する第二のCPUモジュールが接続された第二の制御ボードと、を有しており、
前記第一のCPUモジュールが前記I/Oモジュールの動作の演算を停止した場合に、前記第一の制御情報通信ポートの動作を停止させ、前記第二の通信制御通信ポートを動作させることで前記第二のCPUモジュールが前記I/Oモジュールの制御を行うとともに、
コントロールシステムの情報を監視または表示する汎用コンピュータを接続するI/Fが接続される外部機器通信モジュールが前記ベースボードに接続されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、監視用途などで使用される通信モジュールを、二重化の対象外とすることで、複雑なネットワーク構成をとる必要のないコントロールシステムを提供することができる。
【0011】
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
本発明の実施例に係るコントロールシステムの概要を示す図である。
実施例に係るコントロールシステムの一例を示す図である。
従来のコントロールシステムの概要を示す図である。
一般的なビルディングブロックタイプのPLCシステムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
本発明の実施の形態を説明する前に、一般的なPLCの使用手順や製品構成について説明する。
【0014】
図4は、ビルディングブロックタイプのPLCシステムの構成を示すもので、PLCシステムは、基本ベースボード1、電源モジュール2、CPUモジュール3、I/Oモジュール4と呼ばれる機器で構成される。基本ベースボード1は、電源モジュール2、CPUモジュール3、I/Oモジュール4を固定して取り付けることと、電源モジュール2から供給される電力をCPUモジュール3やI/Oモジュール4へ供給することと、CPUモジュール3とI/Oモジュール4との間で制御信号を伝達することが主な役割である。
【0015】
基本ベースボード1には、電源ユニット2とCPUモジュール3が少なくとも1台ずつ装着される一方で、I/Oモジュール4は制御される設備の規模に応じて1台から複数台が装着される。このCPUモジュール3が装着された基本ベースボード1を基本ユニットと呼ぶ。
【0016】
基本ベースボード1に装着できるI/Oモジュール4の台数は10台程度が一般的である。基本ベースボード1へ装着するI/Oモジュール4の数が、基本ベースボード1へ装着できる台数を超える場合、増設ベースボード9を追加し、CPUモジュール2の代わりに増設制御モジュール5を装着し、基本ユニットの基本ベースボード1と増設制御モジュール5を増設接続ケーブル6で接続することで、増設ベースボード9上にI/Oモジュール4の装着数を拡張できるようになっているのが一般的である。増設された増設ベースボード9を増設ユニットと呼ぶ。
【0017】
制御規模に応じて構成されたPLCシステムは、CPUモジュール3に登録されたプログラムによって動作する。PLC使用者は、I/Oモジュール4の入力端子から取り込まれる入力情報に基づいて制御対象の次の動作を決定するための演算をしたり、逆にそれらの演算結果をI/Oモジュール4の出力端子から制御信号として伝達したりすることで制御対象の設備を制御する。これらの入出力制御信号は、CPUモジュール3内に設けられたI/Oメモリを介してI/Oモジュール4と授受される。基本ベースボード1上に装着されているI/Oモジュール4の装着位置や、I/Oモジュールが扱える入出力信号点数の情報によってI/Oメモリ内の配置を割り当てる必要があり、これを一般にI/O割付と呼び、PLC使用者がプログラミングする前に登録する。
【0018】
PLCシステムでは、様々な障害の発生に備えて、特定機能や特定部位の機器を複数台用いて二重化することがあり、このようなPLCのシステムは二重化システムと呼ばれる。
【0019】
図3に、CPUを二重化した先行する二重化システムの概略図を示す。
【0020】
I/O部としてベースユニット10を備え、ベースユニット10は電源モジュール2、複数のI/Oモジュール4および入出力コントローラ12から構成されている。制御部としては制御系ユニット20と待機系ユニット30を備えており、制御系ユニット20および待機系ユニット30は、それぞれCPUモジュール3を備えている。制御系ユニット20のCPUモジュール3aおよび待機系ユニット30のCPUモジュール3bは、二重化I/Oネットワーク40を介してベースユニット10の入出力コントローラ12から入力データを取り込みそれぞれ演算を行う。制御系ユニット20のCPUモジュール3aが正常に動作している時は、制御系ユニット20のCPUモジュール3aから制御データをベースユニット10の入出力コントローラ12に送り、I/Oモジュール4から機器を制御する。制御系ユニット20のCPUモジュール3aに異常が発生し演算が停止した場合には、待機系ユニット30のCPUモジュール3bに切り替わり、待機系ユニット30のCPUモジュール3bから制御データをベースユニット10の入出力コントローラ12に送り、I/Oモジュール4から機器を制御する。
【0021】
PLCシステムの監視などのために、コントロールシステムには監視パソコン54やヒューマン・マシン・インターフェイス(HMI)56,57が接続されている。先行する二重化システムでは、制御系ユニット20および待機系ユニット30にそれぞれ通信モジュール8を設け、ハブ(HUB)52を介して、監視パソコン54や制御系用HMI56および待機系HMI57とデータのやり取りを行っている。
【0022】
このように、従来の二重化システムでは、CPUを二重化する際に、通信モジュール8も併せて二重化しているため、必要以上に複雑なシステムとなり、ユーザ側のコストを押し上げている。
【0023】
本発明は、システムを二重化した場合においても、通信モジュール8を共有することができ、上位側の機器が通信モジュール8についてのネットワーク設定を変更せずに利用できる。既設のシステムにおいても、二重化を実現しつつ、上位の監視用PCを改修せずに利用できるため、他の二重化に比べてユーザの負担を小さくすることができる。
【0024】
本発明は、監視用途などで使用される通信モジュールを、二重化の対象外とすることで、複雑なネットワーク構成をとる必要のないコントロールシステムを提供するものである。
【実施例】
【0025】
本発明の実施例を、図面を用いて説明する。
図1に、本発明の実施例に係るコントロールシステムの概略構成図を示す。
【0026】
I/O部としてベースユニット10を備え、ベースユニット10は電源モジュール2、複数のI/Oモジュール4および入出力コントローラ12から構成されている。制御部としては制御系ユニット20と待機系ユニット30を備えており、制御系ユニット20および待機系ユニット30は、それぞれCPUモジュール3を備えている。制御系ユニット20のCPUモジュール3aおよび待機系ユニット30のCPUモジュール3bは、二重化I/Oネットワーク40を介してベースユニット10の入出力コントローラ12から入力データを取り込みそれぞれ演算を行う。制御系ユニット20のCPUモジュール3aが正常に動作している時は、制御系ユニット20のCPUモジュール3aから制御データをベースユニット10の入出力コントローラ12に送り、I/Oモジュール4から機器を制御する。制御系ユニット20のCPUモジュールに異常が発生し演算が停止した場合には、待機系ユニット20のCPUモジュール3bに切り替わり、待機系ユニット30のCPUモジュール3bから制御データをベースユニット10の入出力コントローラ12に送り、I/Oモジュール4から機器を制御する。
【0027】
PLCシステムの監視などのために、コントロールシステムには監視パソコン54やヒューマン・マシン・インターフェイス(HMI)55が接続されている。本実施例の二重化システムでは、ベースユニット10に外部機器通信モジュール15を設け、ハブ(HUB)52を介して、監視パソコン54やヒューマン・マシン・インターフェイス(HMI)55とデータのやり取りを行っている。制御系ユニット20や待機系ユニット30のCPUモジュール3a,3bの監視データは、ベースユニット10の入出力コントローラ12に伝達され、外部機器通信モジュール15へ伝達され、ベースユニット10の外部機器通信モジュール15から監視系ネットワーク50であるハブ(HUB)52を介して、監視パソコン54やヒューマン・マシン・インターフェイス(HMI)55へ伝達される。
【0028】
図2に、実施例のコントロールシステムの詳細な構成図を示す。
コントロールシステムは、ベースユニット10と、制御系ユニット20と、待機系ユニット30から構成されている。
【0029】
ベースユニット10は、ベースボード10と、それぞれベースボード10に接続される、電源モジュール2と、I/Oポートに制御対象の機器が接続される複数のI/Oモジュール4と、後述するCPUモジュール等の他のモジュールと通信するポートを有する入出力コントローラ12と、外部機器通信モジュール15とから構成されている。入出力コントローラ12は、ベースボード11上に実装されるI/Oモジュール4等の各種のモジュールをコントロールする。外部機器通信モジュール15には、コントロールシステムの情報を監視または表示する汎用コンピュータが接続されるインターフェースI/Fが接続される。
【0030】
制御系ユニット20は、制御系制御ボード21(第一の制御ボード)と、制御系制御ボード21に接続される電源モジュール2および制御系のCPUモジュール3a(第一のCPUモジュール)を備えている。CPUモジュール3aは、ベースユニット10の入出力コントローラ12と通信する制御情報通信ポート(第一の制御情報通信ポート)を備えており、二重化I/Oネットワーク40である接続ケーブルを介して入出力コントローラ12とデータのやり取りを行う。また、CPUモジュール3aは、I/Oモジュール4に接続される制御対象の機器の動作の演算などを行う。
(【0031】以降は省略されています)

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