车间控制系统、等同化数据选择装置以及等同化数据选择方法

摘要

本发明提供一种车间控制系统、等同化数据选择装置以及等同化数据选择方法。支援装置(1)具有：对象选择部(11)，其按每个变量，作为列表提示候补数据的变量，从而从该列表选择同化对象数据；对象一览表(12)，其按照每个构成控制用程序的功能元素，存储该功能元素处理的各变量的数据作为同化对象数据的候补数据；和对象通知部(13)，其将所选择的同化对象数据的特定信息即按每个变量的等同化可否信息分别通知给运转系统控制装置(2)和待机系统控制装置(3)，执行从运转系统控制装置(2)向待机系统控制装置(3)的同化对象数据的按每个变量的同化处理。据此，在冗余系统中高效地选择要等同化的数据。

说明书

技术领域

本发明涉及车间控制系统、等同化数据选择装置以及等同化数据选择 方法的技术。

背景技术

在冗余系统(redundant system)中，多个装置并行工作，在某装置发生 故障时，通过其他装置接替该发生了故障的装置的工作，来实现高可靠性。 在冗余系统中，一般进行将某装置内的数据复制(copy)到其他装置的处理， 作为表示数据的同化的等同化(equalize)处理(专利文献1～3等)。通过该等 同化处理，能够将计算中途的数据交接给其他装置，所以能够顺利地进行 冗余系统中的工作转移。

【专利文献1】JP特开平7-236006号公报

【专利文献2】JP特开2005-327284号公报

【专利文献3】JP特开平8-328891号公报

作为冗余系统中的要等同化的数据，若对全部数据进行等同化，则等 同化处理妨碍冗余系统的本处理(车间控制处理等)。因此，需要从冗余系 统具有的数据中选择必要的数据作为等同化对象。

但是，在现有技术(专利文献1～3)中，没有向用户提供正确且高效地 选择要等同化的数据的方法，所以存在漏选要等同化的数据、进行多余的 选择的情况，不能实现高效且高可靠的等同化处理。

发明内容

因此，本发明的主要目的是，解决所述问题，在冗余系统中高效地选 择要等同化的数据。

为了解决所述课题，本发明在包括分别执行用于控制车间系统的控制 用程序的运转系统控制装置和待机系统控制装置的车间控制系统中，还包 括在将所述运转系统控制装置内的控制用数据作为所述待机系统控制装 置内的控制用数据而进行同化时选择该同化对象数据的等同化数据选择 装置，所述等同化数据选择装置包括：存储单元，其按每个构成所述控制 用程序的功能元素，存储该功能元素处理的各变量的数据作为所述同化对 象数据的候补数据；对象选择单元，其按每个变量，作为列表提示从所述 存储单元读入的所述候补数据的变量，从而从该列表选择所述同化对象数 据；和对象通知单元，其将所选择的所述同化对象数据的特定信息即按每 个变量的等同化可否信息分别通知给所述运转系统控制装置和所述待机 系统控制装置，从而执行从所述运转系统控制装置向所述待机系统控制装 置的所述同化对象数据的按每个变量的同化处理。

其他手段，后述。

(发明效果)

根据本发明，在冗余系统中能够高效地选择要等同化的数据。

附图说明

图1是表示关于本发明的一个实施方式的控制系统的构成图。

图2是表示关于本发明的一个实施方式的控制系统的各装置的构成 图。

图3是表示关于本发明的一个实施方式的控制系统工作的用户程序的 构成图。

图4是表示关于本发明的一个实施方式的用户程序的构成要素与等同 化对象的关系的说明图。

图5是表示关于本发明的一个实施方式的控制系统中的等同化处理的 概要的流程图。

图6是表示关于本发明的一个实施方式的等同化对象的选择画面(主 画面)的说明图。

图7是表示关于本发明的一个实施方式的等同化对象的选择处理的流 程图。

图8是表示关于本发明的一个实施方式的等同化对象的选择画面(子 画面)的说明图。

图9是表示关于本发明的一个实施方式的控制系统中的等同化处理的 说明图。

符号说明

1   支援装置(等同化数据选择装置)

2   运转系统控制装置

3   待机系统控制装置

2a  运转系统输入输出装置

3a  待机系统输入输出装置

4   车间系统

11  对象选择部(对象选择单元)

12  对象一览表

13  对象通知部(对象通知单元)

14  变量个数表

21  管理表作成部

22  发送管理表

23  数据发送部

24  发送缓冲器

25  发送侧工作区

26  发送侧执行部

31  管理表作成部

32  接收管理表

33  数据接收部

34  接收缓冲器

35  接收侧工作区

36  接收侧执行部

具体实施方式

以下，参照附图来详细说明本发明的一个实施方式。

图1是表示控制系统的构成图。控制系统通过网络连接控制侧的各装 置(支援装置1、运转系统控制装置2、待机系统控制装置3、运转系统输 入输出装置2a、待机系统输入输出装置3a)、和被控制侧的车间系统4而 构成。

另外，控制侧的各装置作为具有CPU(Central Processing Unit，中央处 理器)、存储器、硬盘(存储单元)和网络接口的计算机而构成，该计算机通 过CPU执行读入存储器上的程序来使各处理部工作。

各控制装置(运转系统控制装置2、待机系统控制装置3)是通过使在与 车间系统4之间交换控制用数据的用户程序工作从而控制车间系统4的装 置。另外，在后述的图3中，将用户程序例示为以FBD(Function Block Diagram，功能块图)记载的工作表(sheet)。

在图1中，如运转系统和待机系统那样作为2台装置来使控制装置冗 余，在对于主要进行工作的运转系统控制装置2发生了故障时，待机系统 控制装置3接替工作。

运转系统控制装置2通过运转系统输入输出装置2a来读入来自车间 系统4的数据(例如，传感器的测量数据)，并且在正常时写出向车间系统 4的数据(例如，电动机的转速等的控制用数据)。

待机系统控制装置3通过待机系统输入输出装置3a来读入来自车间 系统4的数据，并且在运转系统控制装置2故障时代替运转系统控制装置 2写出向车间系统4的数据。

另外，作为从运转系统控制装置2向待机系统控制装置3的交接时机， 例如，设在运转系统控制装置2或运转系统输入输出装置2a处理的数据 中发现了异常值时。

支援装置1使用户指定在各控制装置上工作的用户程序处理的数据中 要从运转系统控制装置2向待机系统控制装置3等同化(数据复制)的数据 作为等同化对象，并对各控制装置指示进行该指定的数据的等同化。

车间系统4例如是，火力/原子力等发电控制监视系统或交通控制监视 系统、上下水控制监视系统、钢铁或化学车间等的产业控制监视系统的成 为控制对象或监视对象的各系统。

图2是表示控制系统的各装置的构成图。

支援装置1构成为包括对象选择部11、对象一览表12、对象通知部 13、和变量个数表14。

运转系统控制装置2构成为包括管理表作成部21、发送管理表22、 数据发送部23、发送缓冲器24、发送侧工作区25和发送侧执行部26。

待机系统控制装置3构成为包括管理表作成部31、接收管理表32、 数据接收部33、接收缓冲器34、接收侧工作区35和接收侧执行部36。待 机系统控制装置3是在运转系统控制装置2正常工作时并行地进行工作的 装置。

对象选择部11通过等同化对象的指定画面(图6、图8)由用户指定关 于等同化对象的信息，并将该结果写出到对象一览表12(详细情况由表1 后述)。

对象通知部13将对象一览表12内的等同化对象分别通知给管理表作 成部21以及管理表作成部31。这里，对象通知部13还包括并通知从变量 个数表14(详细情况由表2后述)取得的与等同化对象的变量相关的信息。

管理表作成部21对于从对象通知部13通知的等同化对象，将其与发 送侧工作区25内的地址建立对应后写出到发送管理表22(详细情况由表3 后述)。

同样地，管理表作成部31对于从对象通知部13通知的等同化对象， 将其与接收侧工作区35内的地址建立对应后写出到接收管理表32(详细情 况由表3后述)。

发送侧执行部26对存储在发送侧工作区25中的数据(包括等同化对象 的数据和对象外的数据)执行用户程序(参照图3)，从而在正常时控制车间 系统4。

同样地，接收侧执行部36对存储在接收侧工作区35中的数据(包括等 同化对象的数据和对象外的数据)执行用户程序(参照图3)，从而在故障时 控制车间系统4。

数据发送部23从发送侧工作区25读取在发送管理表22内指定的等 同化对象的数据，写出到发送缓冲器24，从而向接收缓冲器34进行数据 复制(等同化)。

数据接收部33从接收缓冲器34读取在接收管理表32内指定的等同 化对象的数据，写出到接收侧工作区35，从而进行来自发送缓冲器24的 数据复制(等同化)。

图3是表示在控制系统(发送侧执行部26、接收侧执行部36)工作的用 户程序的构成图。在图3中，例示由符号记述式的控制用编程语言中的 FBD(Function Block Diagram，功能块图)记载的工作表，但是也可以使用 SFC或梯形图等其他的控制用编程语言。另外，FBD适于运用大规模的程 序时，或者长期间地运用系统并重视可用性时。

该FBD的源代码、或者对该源代码进行编译的结果的程序代码被存 储在各控制装置内的数据库(省略图示)中。

在图3中，一个四边形(输入#1、AM#12等)表示一个功能元素。

在功能元素内记载了唯一确定该功能元素的功能元素ID(AM#12 等)(适当参照表3)，从该功能元素ID去除了#以下的部分(表示模拟存储器 的AM等)是该功能元素所属的功能种别。另外，对于图3中所记载的各 功能种别(输入、输出、MR、SG、SUM、PID、ASW、FG、AM、FFS) 的说明，用表2的变量个数表14后述。例如，功能种别“输入”，表示 来自车间系统4的数据输入；功能种别“输出”，表示向车间系统4的数 据输出。

功能元素间，通过表示数据的输入输出的箭头而连接。例如，功能元 素“MR#3”基于两个输入数据(来自输入#1的输入数据、来自输入#2的 输入数据)，作成一个输出数据(向SUM#5的输出数据)。

图4是表示用户程序的构成要素与等同化对象的关系的说明图。

如图4(a)所示，作为汇总指定等同化对象的单位，是存储在各控制装 置内的用户程序的分割单位(管理单位)，可以列举较大粒度的“任务”、 中度粒度的“循环”、较小粒度的“工作表”。这里，所谓“工作表”， 是指记载了如用图3说明的那样的FBD的电子数据。在一个控制装置内 存在一个以上的用户程序的任务，在一个任务中存在一个以上的工作表。

如图4(b)所示，在一个工作表内存在一个以上的功能元素(在图3中， AM#12等)，该功能元素通过功能种别(在图3中，AM等)来进行分类。而 且，对于一个功能元素，表示是否由该功能元素为单位作为等同化对象的 一个元素F(flag，标记)、和该功能元素处理的一个以上的变量建立了对应。 而且，对于一个变量，表示是否由该变量为单位作为等同化对象的一个变 量F(标记)建立了对应。

这里，元素F与变量F的关系，通过以下的(1)～(4)的各规则来规定。 以下，设存在某功能元素A的元素F(Fa)、该功能元素A内的变量B的变 量F(Fb)、和该功能元素A内的变量C的变量F(Fc)。

(1)在元素F和变量F表示同一值时，按照该标记。例如，若Fa＝ON、 并且Fb＝ON，则将变量B作为等同化对象(表示ON＝作为等同化对象的意 思)。

(2)若仅指定了元素F而未指定变量F，则按照元素F。例如，若Fa＝ON、 并且Fb＝未指定，则将变量B作为等同化对象。

(3)在元素F和变量F表示不同的值时，按照变量F的标记。例如，若 Fa＝ON、并且Fb＝OFF，则将变量B作为非等同化对象(表示OFF＝作为非 等同化对象的意思)。

(4)在属于某元素的全变量F的值相同、并且该全变量F的值与某元素 的元素F的值不同时，将元素F的值变更为变量F的值。例如，若Fa＝ON、 并且Fb＝OFF、并且Fc＝OFF，则将Fa从ON变更为OFF。

【表1】

12对象一览表

表1表示对象一览表12。对象一览表12，针对由用户通过对象选择 部11指定的等同化对象的各变量，将运算输出该变量的工作表、该变量 所属的功能元素、该功能元素的元素F、等同化对象的变量、和该变量的 变量F建立对应来存储。

【表2】

14变量个数表

 功能种别   变量个数   变量分类  输入   1   输出值  输出   0  MR(监视继电器)   1   输出值  SG(信号发生器)   1   输出值  SUM(差分计算器)   1   输出值  PID(比例积分微分器)   2   内部保有值、输出值  ASW(切换器)   1   输出值  FG(函数发生器)   1   输出值  AM(模拟存储器)   2   内部保有值、输出值  FFS(触发器)   2   内部保有值、输出值

表2表示变量个数表14。变量个数表14，按照各功能种别，将属于 该功能种别的功能元素具有的变量个数、和该各变量的分类(向其他功能元 素的输出值、或者功能元素在内部保有的内部保有值)建立对应来存储。

另外，在接收侧工作区35等同化(配置)数据时，为了连接并配置按功 能元素所需的变量的个数量的地址，变量个数用于确定该连续的配置区量 的大小。此外，因为对象一览表12的1条记录对应于1个变量，所以变 量个数还用于作成对象一览表12时的记录数的确定。

【表3】

22发送管理表(32接收管理表)

表3表示发送管理表22、以及接收管理表32。这两个表是由相同素 材(对象一览表12)生成的表，表的各列在两个表中共通。

发送管理表22的左5列是与对象一览表12相同的数据，右侧的“变 量存储地址”表示存储等同化对象的数据的工作区的地址。

在发送管理表22中，“变量存储地址”列表示发送侧工作区25，在 接收管理表32中，“变量存储地址”列表示接收侧工作区35。

图5是表示控制系统中的等同化处理的概要的流程图。该处理例如定 期地反复执行。

作为S101，对象选择部11通过等同化对象的指定画面(图6、图8)由 用户指定与等同化对象相关的信息。

作为S102，对象选择部11将S101的指定结果写出到对象一览表12。 然后，对象通知部13将对象一览表12内的等同化对象(按每功能元素的元 素F、按每变量的变量F等的等同化可否信息)分别通知给管理表作成部 21以及管理表作成部31。

作为S103，管理表作成部21对于从对象通知部13通知的等同化对象， 将其与发送侧工作区25内的地址建立对应后写出到发送管理表22。

作为S104，管理表作成部31对于从对象通知部13通知的等同化对象， 将其与接收侧工作区35内的地址建立对应后写出到接收管理表32。

作为S105，数据发送部23从发送侧工作区25读取在发送管理表22 内指定的等同化对象的数据，并写出到发送缓冲器24，由此进行向接收缓 冲器34的数据复制(等同化)。这里，从运转系统控制装置2向待机系统控 制装置3发送的数据包包括以下的信息([头部]、[数据部]、[页脚(footer) 部])。

[头部]：表示是数据等同化的功能码、发送源ID、发送目的地ID、 数据包的连续号码、电文的长度。

[数据部]：按照发送管理表22的记录顺序排列的等同化对象数据。 另外，是否是等同化对象数据，如前所述根据元素F和变量F的关系来确 定。

[页脚部]：用于确认数据包的正确性的CRC(Cyclic Redundancy Check，循环冗余码校验)码

作为S106，数据接收部33从接收缓冲器34读取在接收管理表32内 指定的等同化对象的数据，并写出到接收侧工作区35，由此进行来自发送 缓冲器24的数据复制(等同化)。

而且，对于在S101选择的等同化对象，在以下的S101b～S106中说 明用户进行再选择的处理。另外，例如，以用户程序的更换、车间系统4 的结构变更等为契机来进行等同化对象的再选择。

作为S101b，由用户进行在S101选择的等同化对象的再选择后，将 该再选择的修正差分反映到各表(对象一览表12、发送管理表22、接收管 理表32)中(S102b～S104b)。

然后，根据在S105、S106修正的各表，改变等同化对象数据的一部 分，进行等同化处理。例如，对于通过S101b的修正而从等同化对象变更 为非等同化对象的数据，停止等同化处理。另一方面，对于通过S101b的 修正而从非等同化对象变更为等同化对象的数据，开始等同化处理。

图6是表示等同化对象的选择画面(主画面)的说明图。

图7是表示通过图6的主画面进行的等同化对象的选择处理(S101、 S101b)的流程图。以下，适当参照图6来说明图7的处理。

图6的主画面具有4个检索条件指定窗口(等同化对象的指定单位、工 作表的圈定、功能种别的圈定、变量的圈定)、和3个按钮(向元素标记指 定画面、向变量标记指定画面、标记决定)。

通过这些各操作单元进行详细的等同化对象的选择处理，由此抑制用 户正确地指定要等同化的数据的遗漏。

作为S201，在主画面左上的等同化对象的指定单位窗口中，设置用于 选择图4(a)所示的程序的分割单位的单选按钮，显示与由单选按钮选择的 程序的分割单位(例如，工作表)相对应的列表(例如，工作表的圈定窗口)。

作为S202，在主画面右上的工作表的圈定窗口中，为了圈定选择等同 化对象的元素F或记载变量F的工作表，显示可以从用户程序的工作表的 列表中选择一个以上的复选框。而且，将由复选框选择的工作表作为圈定 条件。

作为S203，在主画面左下的功能种别的圈定窗口中，为了圈定元素F 所属的功能种别，显示可以对选择等同化对象的元素F选择一个以上的复 选框。而且，将由复选框选择的功能种别作为圈定条件。

作为S204，在主画面右下的变量的圈定窗口中，为了圈定该变量是内 部保有值还是输出值，显示对选择等同化对象的变量F进行选择的单选按 钮。而且，将由单选按钮选择的变量种别作为圈定条件。

以上，在S201～S204说明的用4个窗口分别指定的圈定条件，作为 相互AND条件(同时满足多个条件)，用于圈定在后述的元素标记指定画面 (S206)或变量标记指定画面(S207)显示的元素或变量。据此，通过在列表 显示之前圈定提示给用户的选择要等同化的数据的对象，从而能够提高操 作性，并且通过圈定条件能够抑制等同化的指定遗漏。

另外，为了待机系统控制装置3从运转系统控制装置2接替控制工作， 大多情况下等同化工艺输入或用通信输入的输入值、积分/微分的积累值或 计时器的经过时间、计数器的计数值、触发器(flip-flop)的存储器等的、作 为接替后的控制运算的初始值而利用的数据即可。因此，通过功能种别的 圈定窗口，通过指定这些只要等同化即可的功能种别作为圈定条件，从而 能够实现高效的等同化对象的指定。

作为S205，按下按钮(向元素标记指定画面)后，向作为S206后述的 图8(a)的元素标记指定画面迁移，显示对象一览表12内的功能元素的列 表，通过复选框从其中选择等同化对象，并向元素F反映该结果。

作为S205，按下按钮(向变量标记指定画面)后，向作为S207后述的 图8(b)的变量标记指定画面迁移，显示对象一览表12内的变量的列表， 通过复选框从其中选择等同化对象，并向变量F反映该结果。

作为S205，按下按钮(标记决定)后，结束S101(等同化对象的指定)， 使处理向S102(对象一览表12的作成)前进。

另外，图8是表示等同化对象的选择画面(子画面)的说明图。在该画 面中，为了选择要等同化的数据(功能元素、变量)，通过生成候补列表提 示给用户，来实现高效的数据选择操作。

在图8(a)的元素标记指定画面中，作为用于选择同化对象数据的列表， 将用户程序内的功能元素的列表与该元素F和该功能元素所属的工作表一 起显示，通过勾选(check)元素F栏，按每功能元素使用户指定作为等同化 对象(有勾选)、还是作为非等同化对象(无勾选)。

在图8(b)的变量标记指定画面中，作为用于选择同化对象数据的列表， 将用户程序内的变量的列表与该变量F、该变量所属的功能元素、和该功 能元素所属的工作表一起显示，通过勾选变量F栏，按每变量使用户指定 是作为等同化对象(有勾选)、还是作为非等同化对象(无勾选)。

以上，如用图8所说明的那样，能够利用功能元素或变量这样的细小 单位指定等同化对象，所以在运转系统控制装置2的发送侧执行部26工 作的程序A、和在待机系统控制装置3的接收侧执行部36工作的程序B 可以在非等同化对象的数据的范围内不同。

据此，因为可以一边由运转系统控制装置2继续改修前的程序A的控 制工作，一边使用待机系统控制装置3进行改修后的程序B的在实机的工 作确认，所以能够提高完全性/安全性。而且，通过在工作确认后从运转系 统控制装置2的程序A切换到待机系统控制装置3的程序B，从而能够在 不停止车间系统4的设备的情况下进行程序的改修，能够实现生产性的提 高。

图9是表示控制系统中的等同化处理的说明图。该说明图的横轴表示 时刻，纵轴是等同化对象的变量的一例，表示比例积分微分器(PID)中的积 分累计值。因为是积分累计值，所以伴随时间流逝，值上升。以下，以下 述情况为例进行说明：运转系统控制装置2开始工作，之后过一会待机系 统控制装置3开始工作，所以运转系统控制装置2的积分累计值比待机系 统控制装置3的积分累计值大。

在图9(a)中，在不进行等同化的情况下，在由于运转系统控制装置2 的故障发生而向待机系统控制装置3转移时，因为不能使用运转系统控制 装置2的积分累计值，所以在切换后也直接使用与运转系统控制装置2的 积分累计值相比非常小的值即待机系统控制装置3的积分累计值。因此， 因为两个积分累计值的差较大所以发生剧烈的值变化，从而影响车间系统 4，所以不优选。

在图9(b)中，在进行等同化的情况下，在由于运转系统控制装置2的 故障发生而向待机系统控制装置3转移时，通过等同化，运转系统控制装 置2的积分累计值也可以在待机系统控制装置3中使用，所以不发生积分 累计值的剧烈的值变化，即使进行系统切换也能够顺利地控制车间系统4。

在以上说明的本实施方式中，通过图8所示的等同化对象的选择画面 (子画面)，利用功能元素或变量这样的细小的单位指定等同化对象，由此 在冗余系统中能够高效地选择要等同化的数据。

而且，相对于等同化对象的候补数变多的情况，通过指定由图6的等 同化对象的选择画面(主画面)所示的圈定条件，在对必要的数据进行列表 之前能够高效地进行圈定。