特許 7349416 分散制御システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-09-13

(45)【発行日】2023-09-22

(54)【発明の名称】分散制御システム

(51)【国際特許分類】

   G06F 9/50 20060101AFI20230914BHJP

   G05B 19/042 20060101ALI20230914BHJP

【ＦＩ】

G06F9/50 150C

G05B19/042

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020127977

(22)【出願日】2020-07-29

(65)【公開番号】P2022025254

(43)【公開日】2022-02-10

【審査請求日】2022-08-09

(73)【特許権者】

【識別番号】501137636

【氏名又は名称】東芝三菱電機産業システム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100108062

【弁理士】

【氏名又は名称】日向寺 雅彦

(74)【代理人】

【識別番号】100168332

【弁理士】

【氏名又は名称】小崎 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100146592

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100172188

【弁理士】

【氏名又は名称】内田 敬人

(72)【発明者】

【氏名】許斐 真広

【審査官】松本 泰典

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１９／００４１８２４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０２０－３０５０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－６７９７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１８５４４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０２１－５０３６３９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０５Ｂ １９／０４２

Ｇ０６Ｆ ９／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

プロセス制御システムを構成する装置および機器のタグならびに前記装置および機器のアドレス情報を管理するとともに、設定された制御プログラムおよび情報ネットワークを介して接続されたクライアントコンピュータによって前記装置および機器を制御するための第１ソフトウェア、前記タグおよび前記アドレス情報にもとづいてＨＭＩ画面を管理し表示するための第２ソフトウェア、および前記装置および機器から収集された時系列データを前記タグおよび前記アドレス情報に関連付けて管理し保存するための第３ソフトウェアを、それぞれ分担して実行する第１ＣＰＵと、
前記第１ＣＰＵに接続された第１メモリと、
を備え、
前記第１ＣＰＵは、前記第１メモリを介して、前記第１ソフトウェア、前記第２ソフトウェアおよび前記第３ソフトウェアのそれぞれの処理を実行し、いずれかに異常または故障を生じているか否かを監視し、
前記第１ＣＰＵは、
前記第１ソフトウェア、前記第２ソフトウェアおよび前記第３ソフトウェアのそれぞれの処理に異常または故障が生じているか否か監視する第１監視コアと、
前記第１ソフトウェア、前記第２ソフトウェアおよび前記第３ソフトウェアのそれぞれを分担して直接処理する複数のコアと、
を含み、
前記第１監視コアは、前記第１メモリを介して前記複数のコアのそれぞれと通信することによって、前記第１ソフトウェア、前記第２ソフトウェアおよび前記第３ソフトウェアのそれぞれの処理に異常または故障が生じているか否かを検出し、
前記複数のコアのうち異常または故障を生じているコアの処理の少なくとも一部を代替して実行する分散制御システム。

【請求項2】

前記第１監視コアは、前記第１ソフトウェア、前記第２ソフトウェアおよび前記第３ソフトウェアのそれぞれの処理の異常または故障の程度に応じた割合で代替処理を実行する請求項１記載の分散制御システム。

【請求項3】

前記第１監視コアは、前記複数のコアのいずれかとの通信が切断されたことを検出した場合には、前記複数のコアのうち通信が切断されたコアで実行していたソフトウェアをすべて処理する請求項２記載の分散制御システム。

【請求項4】

前記第１ＣＰＵに接続され、前記第１ソフトウェア、前記第２ソフトウェアおよび前記第３ソフトウェアを分担して実行し得る第２ＣＰＵと、
前記第２ＣＰＵに接続された第２メモリと、
をさらに備え、
前記第２ＣＰＵは、前記第１ＣＰＵに異常または故障が生じた場合には、前記第１メモリの記憶内容を前記第２メモリに転送し、前記第１ＣＰＵに代わって、前記第２メモリを介して、前記第１ソフトウェア、前記第２ソフトウェアおよび前記第３ソフトウェアのそれぞれの処理を実行し、いずれかに異常または故障を生じているか否かを監視する請求項１～３のいずれか１つに記載の分散制御システム。

【請求項5】

前記第２ＣＰＵは、
前記第１ＣＰＵに異常または故障が生じた場合に、前記第１ソフトウェア、前記第２ソフトウェアおよび前記第３ソフトウェアのそれぞれの処理に異常または故障が生じているか否か監視する第２監視コアと、
前記第１ソフトウェア、前記第２ソフトウェアおよび前記第３ソフトウェアのそれぞれを分担して処理する複数のコアと、
を含み、
前記第２監視コアは、前記第２メモリを介して前記複数のコアのそれぞれと通信することによって、前記第１ソフトウェア、前記第２ソフトウェアおよび前記第３ソフトウェアのそれぞれの処理に異常または故障が生じているか否かを検出し、
前記複数のコアのうち、異常または故障を生じているコアの処理の少なくとも一部を代替して実行する請求項４記載の分散制御システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、プラントの監視制御システムのための分散制御システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、分散制御システム（Distributed Control System、以下、ＤＣＳともいう）は、制御ネットワークと情報ネットワークの２系統以上のネットワークで構築された監視制御システム中で用いられる。このような監視制御システムは、ＤＣＳのほか、ＨＭＩサーバ、データサーバ、ＤＣＳエンジニアリングツールサーバ、ＨＭＩエンジニアリングツールサーバといった、さまざまなコンポーネントやこれらのコンポーネントに導入される種々のソフトウェアにより構築される。

【0003】

エンジニアリングツールのようなソフトウェアがサーバやプラットフォームごとに異なっていると、これらツール等の操作者も専任担当者を設ける等の必要が生じる。また、監視制御ネットワークは、仕様の異なるネットワーク上で構築されることから、専任のネットワークエンジニアを設ける必要が生じる場合もあり、コンポーネントやソフトウェアの一部を変更したり、修正したりするような場合であっても、それぞれの専任者が分業して作業を行う必要があり、変更等の規模が大きくなる傾向にある。

【0004】

監視制御システムが設置されるプラントの規模はさまざまであり、既存のサーバ等のコンポーネントやソフトウェアの組合せでは、ある程度以下の規模のプラントでは、過剰な仕様となる場合も少なくない。プラントの規模に応じた監視制御システムを構築できる分散制御システムが求められている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００７－２４９５６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

プラントの規模に応じた監視制御システムを構築できる分散制御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】

【0007】

本発明の実施形態に係る分散制御システムは、プロセス制御システムを構成する装置および機器のタグならびに前記装置および機器のアドレス情報を管理するとともに、設定された制御プログラムおよび情報ネットワークを介して接続されたクライアントコンピュータによって前記装置および機器を制御するための第１ソフトウェア、前記タグおよび前記アドレス情報にもとづいてＨＭＩ画面を管理し表示するための第２ソフトウェア、および前記装置および機器から収集された時系列データを前記タグおよび前記アドレス情報に関連付けて管理し保存するための第３ソフトウェアを、それぞれ分担して実行する第１ＣＰＵと、前記第１ＣＰＵに接続された第１メモリと、を備える。前記第１ＣＰＵは、前記第１メモリを介して、前記第１ソフトウェア、前記第２ソフトウェアおよび前記第３ソフトウェアのそれぞれの処理を実行し、いずれかに異常または故障を生じているか否かを監視する。前記第１ＣＰＵは、前記第１ソフトウェア、前記第２ソフトウェアおよび前記第３ソフトウェアのそれぞれの処理に異常または故障が生じているか否か監視する第１監視コアと、前記第１ソフトウェア、前記第２ソフトウェアおよび前記第３ソフトウェアのそれぞれを分担して直接処理する複数のコアと、を含む。前記第１監視コアは、前記第１メモリを介して前記複数のコアのそれぞれと通信することによって、前記第１ソフトウェア、前記第２ソフトウェアおよび前記第３ソフトウェアのそれぞれの処理に異常または故障が生じているか否かを検出し、前記複数のコアのうち異常または故障を生じているコアの処理の少なくとも一部を代替して実行する。

【発明の効果】

【0008】

本実施形態では、プラントの規模に応じた監視制御システムを構築できる分散制御システムが実現される。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】第１の実施形態に係る分散制御システムを例示する模式的なブロック図である。

【図2】図１の分散制御システムを含む監視制御システムを例示する模式的なブロック図である。

【図3】図３（ａ）および図３（ｂ）は、第１の実施形態の分散制御システムの動作を説明するための模式的なブロック図である。

【図4】第１の実施形態の分散制御システムの動作を説明するフローチャートの例である。

【図5】比較例の分散制御システムを含む監視制御システムを例示する模式的なブロック図である。

【図6】比較例の分散制御システムの動作を説明するための模式的なブロック図である。

【図7】第２の実施形態に係る分散制御システムを例示する模式的なブロック図である。

【図8】第２の実施形態の分散制御システムの動作を説明するための模式的なブロック図である。

【図9】第２の実施形態の分散制御システムの動作を説明するためのフローチャートの例である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。

【0011】

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係る分散制御システムを例示する模式的なブロック図である。
図１に示すように、本実施形態の分散制御システム（以下、オールインワンＤＣＳという）１０は、演算装置（以下、ＣＰＵという）２０と、メモリ３０と、を備える。オールインワンＤＣＳ１０は、ＣＰＵ２０で実行される複数のソフトウェアを、メモリ３０を介して、協調してあるいは独立して動作させる。ＣＰＵ２０で実行される複数のソフトウェアは、監視制御システムを構築するのに必要なソフトウェア群である。これら複数のソフトウェアは、たとえば、一般的な分散制御システム（以下、一般的なＤＣＳを単にＤＣＳという）の機能を実現するための１つ以上のソフトウェア、ＨＭＩサーバの機能を実現するための１つ以上のソフトウェア、データサーバの機能を実現するための１つ以上のソフトウェアおよび各種サーバを利用するためのツール（エンジニアリングツール）等を含むことができる。

【0012】

ＣＰＵ２０は、各種サーバの機能を実現するためのこれら複数のソフトウェアが正常に動作しているか否かを監視する機能を含んでいる。この例では、ＣＰＵ２０は、複数のコアを含んでおり、複数のコアは、それぞれ機能を分担して動作する。

【0013】

ＣＰＵ２０の複数のコア２２～２８は、機能ごとに監視コア２２とコア１～コア３とを含む。監視コア２２は、他のコア１～３で動作しているソフトウェアが正常であるか否かを監視する。コア１～３は、各種サーバの機能を実現するためのソフトウェアを実行する。たとえば、コア１（図では、符号２４と表記）は、ＤＣＳの機能を実現するソフトウェアを実行する。コア２（図では、符号２６と表記）は、ＨＭＩサーバの機能を実現するソフトウェアを実行する。コア３（図では、符号２８と表記）は、データサーバの機能を実現するソフトウェアを実行する。ＣＰＵ２０のコアは、４つに限らず、２つでもよいし、３つでもよく、５つ以上でもよい。追加されたコアで、各種エンジニアリングツールの機能を実現するソフトウェアを実行するようにしてもよい。

【0014】

メモリ３０は、各コア２２～２８に接続されている。メモリ３０は、共有メモリであり、監視コア２２と各コア２４～２８との相互のデータの送受信に介在する。監視コア２２および各コア２４～２８とメモリ３０との間は、たとえば専用のデータバスで接続される。

【0015】

図２は、図１の分散制御システムを含む監視制御システムを例示する模式的なブロック図である。
図２に示すように、本実施形態のオールインワンＤＣＳ１０は、任意の通信インタフェースを含むことができる。この例では、オールインワンＤＣＳ１０は、有線通信インタフェース（図では、有線Ｉ／Ｆと表記）１２および無線通信インタフェース（図では、無線Ｉ／Ｆと表記）１４を含んでいる。

【0016】

監視制御システムは、オールインワンＤＣＳ１０と、１台または複数のクライアントＰＣ５０，６０と、を含むことができる。クライアントＰＣ５０は、有線通信インタフェース５２を有しており、この監視制御システムでは、クライアントＰＣ５０は、情報ネットワーク６を介して、オールインワンＤＣＳ１０と接続することができる。クライアントＰＣ６０は、無線通信インタフェース６２を有しており、この監視制御システムでは、クライアントＰＣ６０は、無線の情報ネットワーク８を介して、オールインワンＤＣＳ１０と接続することができる。

【0017】

情報ネットワーク６，８は、汎用の通信ネットワークであり、オールインワンＤＣＳ１０を介して、オールインワンＤＣＳ１０が管理し、制御するプラント制御システムを、クライアントＰＣ５０，６０によって、遠隔地等から容易に監視し、制御することができる。

【0018】

無線通信インタフェースを、最新の移動通信システム、たとえば第５世代移動通信システムに対応するものとすることによって、クライアントＰＣ６０は、オールインワンＤＣＳ１０を介して、大容量のデータの送受信をともなうプラント制御システムを監視し、制御することができる。

【0019】

このように、本実施形態のオールインワンＤＣＳ１０では、監視制御システムのための複数のソフトウェアを協調して、あるいは独立して動作させることができる。そのため、各種サーバの機能のほとんどすべてを実現することにより、大容量のサーバを用いることなく、プラントの規模に応じた監視制御システムを構築することができる。

【0020】

本実施形態のオールインワンＤＣＳ１０の動作についてより詳細に説明する。
図３（ａ）および図３（ｂ）は、本実施形態のオールインワンＤＣＳの動作を説明するための模式的なブロック図である。
図３（ａ）および図３（ｂ）では、メモリ（共有メモリ）が省略されているが、監視コア２２およびコア２４～２８は、メモリを介してデータの送受信するものとする。
以下の例では、デフォルトでは、コア１～コア３が監視制御システムの各機能を実現するソフトウェアを分担して実行するものとする。たとえば、コア１は、ＤＣＳの機能を実現するためのソフトウェアを実行する。コア２は、ＨＭＩサーバの機能を実現するためのソフトウェアを実行する。コア３は、データサーバの機能を実現するためのソフトウェアを実行する。
図３（ａ）は、コア２でのソフトウェア処理による負荷が過剰になった場合の動作を示している。
図３（ｂ）は、監視コア２２とコア２との通信が切断された場合の動作を示している。コア２の動作不良あるいは通信線の切断等により、通信は切断される。

【0021】

図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、監視コア２２は、各コア１～３と常時通信している。監視コア２２は、ヘルシーカウンタ２２ａを介して、各コア１～３と通信することによって、各コアにおける各種処理の負荷の状態を監視することができる。

【0022】

図３（ａ）の例では、監視コア２２は、ヘルシーカウンタ２２ａによって、コア２のソフトウェア処理の負荷が所定値よりも重くなっていること（軽故障）を検出している。

【0023】

コア２に軽故障を検出した監視コア２２は、コア２のソフトウェア処理の一部を代替して実行する。

【0024】

その後、監視コア２２は、コア２によるソフトウェア処理が、監視コア２２による代替分を含めて所定値を下回ったことを検出すると、ソフトウェアの代替処理を終了し、コア２は正常処理に移行する。

【0025】

図３（ｂ）の例では、監視コア２２は、ヘルシーカウンタ２２ａによって、コア２との通信が切断されたこと（重故障）を検出している。

【0026】

コア２に重故障を検出した監視コア２２は、コア２が実行しているソフトウェア処理のすべてを代替して実行する。

【0027】

監視コア２２は、コア２の重故障が解消されれば、ソフトウェアの代替を終了し、コア２は正常処理に移行する。

【0028】

監視コア２２は、他のコア１，３も同時に監視しており、コア１～３の状態に応じて、ソフトウェアの一部代替または全部代替して処理を実行する。

【0029】

オールインワンＤＣＳ１０の一連の動作をフローチャートを用いて説明する。
図４は、本実施形態のオールインワンＤＣＳの動作を説明するフローチャートの例である。
図４に示すように、ステップＳ１００において、ＣＰＵ２０は、監視コア２２が正常であるか否かをチェックする。

【0030】

監視コア２２が正常に動作している場合には、処理はステップＳ１０１に遷移される。
ステップＳ１０１において、監視コア２２は、ヘルシーカウンタ２２ａを監視する。

【0031】

ステップＳ１０１において、監視コア２２は、ヘルシーカウンタ２２ａによって、コア１～３の動作に異常・故障がないか判定する。

【0032】

監視コア２２は、各コア１～３の動作に異常・故障がない場合には、処理をステップＳ１００に戻して、上述の動作を繰り返す。
監視コア２２は、コア１～３のいずれかに異常・故障を検出した場合には、処理をステップＳ１０３に遷移させる。

【0033】

ステップＳ１０３において、監視コア２２は、検出した異常・故障のレベルは、重故障であるか、軽故障であるか、を判定する。なお、重故障の状態および軽故障の状態は、あらかじめ設定されている。上述の例のように、重故障の状態は、いずれかのコアとの通信が切断された場合等であり、軽故障の状態は、いずれかのコアの処理負荷が所定以上の状態等である。

【0034】

ステップＳ１０３で、異常・故障のレベルが重故障の場合には、監視コア２２は処理をステップＳ１０４に遷移させる。異常・故障のレベルが軽故障の場合には、監視コア２２は処理をステップＳ１０５に遷移させる。

【0035】

ステップＳ１０４において、監視コア２２は、重故障を検出したコアが処理していたソフトウェアの処理をすべて代替する。

【0036】

ステップＳ１０５において、監視コア２２は、軽故障を検出したコアが処理していたソフトウェアの処理の一部を代替する。

【0037】

ステップＳ１００で監視コア２２が正常に動作していないことが検出された場合には、ＣＰＵ２０は、監視コア２２の監視機能を停止する。他のコア１～３は、通常通りの動作を継続する。

【0038】

このようにして、本実施形態のオールインワンＤＣＳ１０は、ＤＣＳ、ＨＭＩサーバ、データサーバおよび各種エンジニアリングツール等のコンポーネントおよびソフトウェアを単一のシステムで実現する。

【0039】

本実施形態のオールインワンＤＣＳ１０の効果について、比較例のＤＣＳと比較しつつ説明する。
まず、比較例のＤＣＳを含む監視制御システムの構成について説明する。
図５は、比較例の分散制御システムを含む監視制御システムを例示する模式的なブロック図である。
図６は、比較例の分散制御システムの動作を説明するための模式的なブロック図である。
図５に示すように、比較例のＤＣＳ１１０は、制御ネットワーク２，４に接続される。この例では、２系統の制御ネットワーク２，４が設けられているが、ネットワークの系統数は、監視制御システムに接続するコンポーネントの通信インタフェースの種類に応じて決定される。たとえば、いずれかのコンポーネントの通信インタフェースが他のコンポーネントと異なる場合には、この例のように、少なくとも２系統の制御ネットワークを設ける必要がある。

【0040】

比較例の監視制御システムは、ＤＣＳ１１０、ＨＭＩサーバ１１２、データサーバ１１４、ＤＣＳエンジニアリングツールサーバ１１６およびＨＭＩエンジニアリングツールサーバ１１８を含んでおり、これらは、制御ネットワーク２，４を介して接続されている。制御ネットワーク２，４は、データの送受信周期が保証されており、たとえば、ＤＣＳ１１０によって管理、制御されているプラント制御システムにおけるデータの収集、指令・命令の送受信が確実に行われる。

【0041】

クライアントＰＣ１２０は、情報ネットワーク６を介して、ＨＭＩサーバ１１２およびデータサーバ１１４に接続されている。クライアントＰＣ１２０は、ＨＭＩサーバ１１２およびデータサーバに接続することによって、プラント制御システムを監視し、制御することができる。

【0042】

ＤＣＳ１１０は、プラント制御システムに配置等された装置や機器（以下、装置等ともいう）のアドレス情報を有するタグを管理するサーバとして機能する。プラント制御システムに配置された装置等とは、たとえば電動機を駆動するドライブ装置等であり、電磁バルブを開閉駆動するアクチュエータ等、温度センサ、位置センサ等の各種センサ等である。

【0043】

ＨＭＩサーバ１１２には、プラント制御システムのためのＨＭＩソフトウェアがインストールされている。ＨＭＩサーバ１１２は、ＨＭＩソフトウェアによって、プラント制御システムのためのＨＭＩ（Human Machine Interface）を提供する。ＨＭＩサーバ１１２は、たとえば、プラント制御システムの各装置等の電流、電圧、温度、圧力等のセンサ情報をリアルタイムで表示出力するためのリアルタイムトレンドサーバとして機能する。

【0044】

データサーバ１１４は、プラント制御システムのための各種データベースを格納している。たとえば、データサーバ１１４は、ＤＣＳ１１０が収集したデータを長期間にわたって記録するヒストリカルトレンドサーバとして機能する。

【0045】

ＤＣＳエンジニアリングツールサーバ１１６には、ＤＣＳエンジニアリングツールがインストールされている。ＤＣＳエンジニアリングツールは、ＤＣＳ１１０がプラント制御システムのために提供する制御プログラムの作成、デバッグ等を行うために用いられる。

【0046】

ＨＭＩエンジニアリングツールサーバ１１８には、ＨＭＩエンジニアリングツールがインストールされている。ＨＭＩエンジニアリングツールは、プラント制御システムのためのＨＭＩのグラフィカルな画面設計を行うために用いられる。

【0047】

図６に示すように、ＤＣＳ１１０、ＨＭＩサーバ１１２およびデータサーバ１１４は、ＣＰＵ１１０ａ，１１２ａ，１１４ａを、それぞれ備えており、メモリ１１０ｂ，１１２ｂ，１１４ｂもそれぞれ備えている。図には示していないが、エンジニアリングツールサーバも複数のサーバがあるときには、サーバごとにＣＰＵおよびメモリが搭載される。

【0048】

これらのサーバ１１０～１１８は、必要なソフトウェアに応じて適切、十分な仕様のものが選定される。しかしながら、これらのサーバ１１０～１１８は、適用するプラントに応じてそれぞれが最適設計、製造されたものであるとは限らない。サーバ１１０～１１８のうち、適用するプラントに適切なものであった場合であっても、異なるメーカの製造品であるために、プラットフォームが相違し、相互の接続が困難である場合もある。通信インタフェース相違を吸収するために、通信速度を犠牲にしたり、上述の例のように複数系統の制御ネットワークを構築する必要が生じる場合がある。一般的には、システムの性能を犠牲にすることが許されない場合が多いので、過剰な仕様のサーバを採用せざるを得ない場合もある。

【0049】

システムの機能、性能を実現するために、種々のサーバを混在させて構築された監視制御システムでは、サーバ相互の通信状態の異常や故障の検出、判定は、サーバごとに行うので、いずれかのサーバに異常や故障が生じると、サーバが停止され、監視制御システム全体が停止するおそれがある。監視制御システムが停止すると、ＤＣＳ１１０によって管理され、制御されているプラント制御システムも停止することとなる。これを回避するために、監視制御システムを二重化すると、システムの規模はさらに大きくなってしまう。

【0050】

本実施形態のオールインワンＤＣＳ１０では、ＤＣＳ、ＨＭＩサーバ、データサーバおよびエンジニアリングツールサーバのコンポーネントを一体化し、これらサーバ上で動作するソフトウェアをオールインワンＤＣＳ１０上で動作させることができる。そのため、各コンポーネント間の相互の通信を統合して行うことができる。

【0051】

本実施形態のオールインワンＤＣＳ１０では、各コンポーネントにおけるソフトウェアの処理状況を相互の通信によって判定する監視コア２２を備えている。そのため、一部のソフトウェア処理に不具合を生じても、監視コア２２は、ソフトウェア処理を代替することができ、監視制御システムをより安定して継続することができる。

【0052】

各コンポーネントの機能は、マルチＣＰＵ技術やマルチコア技術といった確立された技術を用いて実現し、監視コア２２は、と各コンポーネントとの相互の通信も、技術的に確立した共有メモリ技術を用いることができる。そのため、容易に安定した動作を実現可能にするオールインワンＤＣＳ１０を実現することができる。

【0053】

上述のように、マルチコア技術を用いて、オールインワンＤＣＳ１０を実現する場合に、新たなＣＰＵを開発する必要が生じる場合もある。本実施形態のオールインワンＤＣＳ１０は、監視コア２２を備えているので、ＬＳＩの新規開発や、ソフトウェアの移植等にともなうバグ等の不具合が生じた場合であっても、システム停止に至ることなく、プラント制御システムの運用を継続することが可能になる。

【0054】

本実施形態のオールインワンＤＣＳ１０は、監視制御システムに関する各ソフトウェア処理をマルチコアやマルチＣＰＵ技術によって、単一のプラットフォームで処理することができる。そのため、通信ネットワークは、クライアントＰＣとの通信のための情報ネットワーク６を設ければよく、簡素な構成の監視制御システムを構築することができる。

【0055】

また、本実施形態のオールインワンＤＣＳ１０は、単一のプラットフォームで運用が可能になるので、サーバごと、あるいは制御ネットワークごとの専任者を置くことなく、容易に監視制御システムを運用することができる。

【0056】

このように、オールインワンＤＣＳ１０は、比較例における各コンポーネントが実行するソフトウェア処理ごとに、複数のコアあるいは複数のＣＰＵによって構成することができる。これに限らず、１つのコアで複数のコンポーネントのためのソフトウェアをマルチスレッドで実行するようにしてもよし、１つのコアで異なるコンポーネントのためのソフトウェア処理を実行するようにしてももちろんよい。

【0057】

（第２の実施形態）
本実施形態では、オールインワンＤＣＳを二重化することによって、より安定した監視制御システムを構築することを可能にする。
図７は、本実施形態に係るオールインワンＤＣＳを例示する模式的なブロック図である。
図７は、ＣＰＵ２２０ｐ，２２０ｓのみ示しているが、オールインワンＤＣＳ２１０は、ＣＰＵ２２０ｐ，２２０ｓのそれぞれにメモリが設けられており、完全に二重化されている。

【0058】

図７に示すように、本実施形態のオールインワンＤＣＳ２１０は、ＣＰＵ２２０ｐ，２２０ｓを備える。ＣＰＵ２２０ｐは、プライマリＣＰＵであり、通常稼働している稼働系のＣＰＵである。ＣＰＵ２２０ｓは、セカンダリＣＰＵであり、通常待機している待機系のＣＰＵである。

【0059】

ＣＰＵ２２０ｐは、複数のコア２２２ｐ～２２８ｐを含む。複数のコアは、監視コアｐ（図では符号２２２ｐと表記）およびコアｐ１～コアｐ３（図では符号２２４ｐ～２２８ｐと表記）である。監視コアｐは、他のコアｐ１～コアｐ３と図示しない共有メモリを介してデータを送受信する。

【0060】

ＣＰＵ２２０ｓは、複数のコア２２２ｓ～２２８ｓを含む。複数のコアは、監視コアｓ（図では符号２２２ｓと表記）およびコアｓ１～コアｓ３（図では符号２２４ｓ～２２８ｓと表記）である。監視コアｓは、他のコアｓ１～コアｓ３と図示しない共有メモリを介してデータを送受信する。

【0061】

ＣＰＵ２２０ｐ，２２０ｓは、相互にデータを送受信することができる、ＣＰＵ２２０ｐ，２２０ｓ間の通信は、監視コアｐと監視コアｓとの間で行われる。

【0062】

通常の状態（正常状態）では、オールインワンＤＣＳ２１０は、ＣＰＵ２２０ｐを用いて動作する。稼働系のＣＰＵ２２０ｐの監視コアｐが異常・故障の場合に、待機系のＣＰＵ２２０ｓが動作する。これによって、稼働系のＣＰＵ２２０ａに異常・故障が生じても、オールインワンＤＣＳ２１０は動作を継続することができ、監視制御システムをより安定して動作させることができる。

【0063】

本実施形態のオールインワンＤＣＳ２１０の動作について説明する。
図８は、本実施形態の分散制御システムの動作を説明するための模式的なブロック図である。
通常の状態では、稼働系のＣＰＵ２２０ｐが動作しており、監視コア２２２ｐは、コアｐ１～コアｐ３の処理状態をヘルシーカウンタ（図示せず）により監視している。

【0064】

図８に示すように、監視コアｐがコアｐ３に重故障を生じたことを検出した場合には、監視コアｐは、コアｐ３の処理をすべて代替する。なお、図示しないが、コアｐ３に軽故障を生じた場合には、第１の実施形態の場合と同様に、監視コアｐは、コアｐ３の処理の一部を代替する。

【0065】

監視コアｓは、監視コアｐを監視しており、監視コアｐに異常・故障を検出した場合には、監視コアｓは、すべての処理を待機系のＣＰＵ２２０ｓに切り替える。

【0066】

本実施形態のオールインワンＤＣＳ２１０の動作について、フローチャートを参照して説明する。
図９は、本実施形態の分散制御システムの動作を説明するためのフローチャートの例である。
図９に示すように、ステップＳ２０１において、ＣＰＵ２２０ｐは、監視コアｐが正常であるか否かを判定する。監視コアｐが異常・故障である場合には、ＣＰＵ２２０ｐは、処理をステップＳ２０２に遷移させる。監視コアｐが正常である場合には、ＣＰＵ２２０ｐは、処理をステップＳ２０４に遷移させる。

【0067】

ステップＳ２０２において、ＣＰＵ２２０ｐ，２２０ｓは、二重化系のうち、プライマリ（稼働系のＣＰＵ２２０ｐ）からセカンダリ（待機系のＣＰＵ２２０ｓ）に動作を切り替える。ＣＰＵ２２０ｓは、稼働状態となり、ＣＰＵ２２０ｐは、待機状態となる。

【0068】

ステップＳ２０３において、ＣＰＵ２２０ｓは、監視コアｓが正常であるか否かを判定する。監視コアｓが正常である場合には、ＣＰＵ２２０ｓは、処理をステップＳ２０４に遷移させる。監視コアｓに異常・故障を検出した場合には、ＣＰＵ２２０ｓは、処理をステップＳ２０９に遷移させる。

【0069】

ステップＳ２０４において、監視コアｓは、コアｓ１～コアｓ３のヘルシーチェックを行う。

【0070】

ステップＳ２０５において、監視コアｓは、コアｓ１～コアｓ３に異常・故障がないか、ヘルシーカウンタにより判定する。監視コアｓは、コアｓ１～コアｓ３に異常・故障がないと判定した場合には、処理をステップＳ２０１に戻して、上述の処理を繰り返す。監視コアｓは、コアｓ１～コアｓ３に異常・故障があることを検出した場合には、処理をステップＳ２０６に遷移させる。

【0071】

ステップＳ２０６において、監視コアｓは、異常・故障を検出したコアの異常・故障のレベルを判定する。異常・故障レベルが重故障の場合には、監視コアｓは、処理をステップＳ２０７に遷移させる。異常・故障レベルが軽故障の場合には、監視コアｓは、処理をステップＳ２０８に遷移させる。

【0072】

ステップＳ２０７において、監視コアｓは、異常・故障を生じたコアの処理をすべて代替する。

【0073】

ステップＳ２０８において、監視コアｓは、異常・故障を生じたコアの処理の一部を代替する。

【0074】

ステップＳ２０３で監視コアｓの動作が正常でないことが検出された場合には、ステップＳ２０９において、ＣＰＵ２２０ｓは、監視コアｓの監視機能を停止する。ＣＰＵ２２０ｓの他のコアｓ１～コアｓ３は、動作を継続する。

【0075】

ステップＳ２０１で監視コアｐが正常に動作することを検出した場合には、ステップＳ２０４以降、上述したのと同様に処理が進められる。

【0076】

このようにして、本実施形態のオールインワンＤＣＳ２１０は、稼働系のＣＰＵ２２０ｐと待機系のＣＰＵ２２０ｓとを切り替えて動作する。

【0077】

本実施形態のオールインワンＤＣＳ２１０の効果について説明する。
本実施形態のオールインワンＤＣＳ２１０は、第１の実施形態のオールインワンＤＣＳ１０と同様の効果を有するとともに、二重化されることによって、より安定してオールインワンＤＣＳ２１０を動作させることができる。そのため、監視制御システムをより安定して運用することができ、プラント制御システムの稼働率を増大させ、可用性を向上させることができる。

【0078】

各ＣＰＵ２２０ｐ，２２０ｓは、それぞれメモリに接続されており、稼働系のメモリの内容を待機系のメモリにそのまま転送することによって、稼働系から待機系に切り替える際のデータの同一性を確保することができる。そのため、二重化システムの構築をより容易にすることができる。

【0079】

以上説明した実施形態によれば、プラントの規模に応じた監視制御システムを構築できる分散制御システムを実現することができる。

【0080】

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明およびその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合せて実施することができる。

【符号の説明】

【0081】

１０，２１０ 分散制御システム（オールインワンＤＣＳ）、２０，２２０ｐ，２２０ｓ ＣＰＵ、２２，２２２ｐ，２２２ｓ 監視コア、３０ メモリ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】