特許 7580360 プロセス入出力装置

(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】2024-10-31

(45)【発行日】2024-11-11

(54)【発明の名称】プロセス入出力装置

(51)【国際特許分類】

   H04L 5/02 20060101AFI20241101BHJP

   H04J 1/02 20060101ALI20241101BHJP

   G05B 9/03 20060101ALI20241101BHJP

   G05B 19/05 20060101ALI20241101BHJP

【ＦＩ】

H04L5/02

H04J1/02

G05B9/03

G05B19/05 L

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2021180856

(22)【出願日】2021-11-05

(65)【公開番号】P2023069181

(43)【公開日】2023-05-18

【審査請求日】2023-11-06

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002941

【氏名又は名称】弁理士法人ぱるも特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】諸岡 史久

(72)【発明者】

【氏名】上根 隆義

【審査官】谷岡 佳彦

(56)【参考文献】

【文献】特開平０５－０２０２５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－２２２２０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－１３６１６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－３００１１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１９４８４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６１－００１１２８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｌ ５／０２

Ｈ０４Ｊ １／０２

Ｇ０５Ｂ ９／０３

Ｇ０５Ｂ １９／０５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

マスタ機器と外部機器との間に二重化されて設けられたプロセス入出力装置であって、
前記マスタ機器から制御データを受信するマスタインターフェースと、
前記マスタインターフェースで受信された前記制御データを前記外部機器を制御するプロセス信号に変換するデータ変換部と、
二重化されて設けられた前記プロセス入出力装置の間で前記外部機器の制御を担う系を切り替えるための系切り替え情報を送受信する系切り替え情報部と、
前記プロセス信号を含む通信信号を外部機器との間で送受信するプロセスインターフェースと、
前記系切り替え情報を系間信号に変調するおよび前記系間信号から前記系切り替え情報を復調する系間信号変換部とを備え、
前記プロセスインターフェースは、前記プロセス信号に前記系間信号を重畳して前記通信信号を生成する重畳回路と、前記プロセス信号に前記系間信号が重畳された前記通信信号から前記系間信号を分離するバンドパスフィルタ回路とを備えたことを特徴とするプロセス入出力装置。

【請求項2】

前記プロセス入出力装置は、前記マスタ機器と複数の前記外部機器との間に二重化されて設けられており、前記通信信号は、前記プロセス入出力装置と複数の前記外部機器との間にそれぞれ接続された複数の通信線で送受信されることを特徴とする請求項１に記載のプロセス入出力装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、プロセス入出力装置に関する。

【背景技術】

【0002】

プラントなどを監視制御する制御システムにおいて、プラントの各種機器はプロセス入出力装置（Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｉｎｐｕｔ－Ｏｕｔｐｕｔ Ｄｅｖｉｃｅ：これ以降ＰＩＯとも記す）で制御される。このような制御システムにおいては、信頼性を高めるためにＰＩＯは二重化されて設けられている。

【0003】

従来の二重化されて設けられたＰＩＯを有する制御システムにおいては、ＰＩＯの切り替え動作を実施する際に必要となる系間信号は、ＰＩＯとその上位装置であるマスタ機器との間の通信（これ以降、マスタ通信と記す）を介してＰＩＯ間で通信されている（例えば、特許文献１および２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０００－２０７３７３号公報

【文献】特開２０１６－１９４８４６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

マスタ機器は、多数のＰＩＯとマスタ通信を行っている。マスタ通信の処理時間は、ＰＩＯの動作処理時間に比べて非常に長い。そのため、マスタ通信を介してＰＩＯ間で通信される系間信号の通信時間は長くなり、ＰＩＯの切り替えに遅延が生じるという問題がある。

【0006】

本願は、上述の課題を解決するためになされたもので、二重化されて設けられたＰＩＯの系間信号の通信時間を短くすることで二重化されて設けられたＰＩＯの系の切り替えを高速化することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本願のプロセス入出力装置は、マスタ機器と外部機器との間に二重化されて設けられたものであって、マスタ機器から制御データを受信するマスタインターフェースと、マスタインターフェースで受信された制御データを外部機器を制御するプロセス信号に変換するデータ変換部と、二重化されて設けられたプロセス入出力装置の間で外部機器の制御を担う系を切り替えるための系切り替え情報を送受信する系切り替え情報部と、プロセス信号を含む通信信号を外部機器との間で送受信するプロセスインターフェースと、系切り替え情報を系間信号に変調するおよび系間信号から系切り替え情報を復調する系間信号変換部とを備えている。そして、プロセスインターフェースは、プロセス信号に系間信号を重畳して通信信号を生成する重畳回路と、プロセス信号に系間信号が重畳された通信信号から系間信号を分離するバンドパスフィルタ回路とを備えている。

【発明の効果】

【0008】

本願のプロセス入出力装置は、プロセス信号を含む通信信号を外部機器との間で送受信するプロセスインターフェースと、系切り替え情報を系間信号に変調するおよび系間信号から系切り替え情報を復調する系間信号変換部とを備えている。そして、プロセスインターフェースは、プロセス信号に系間信号を重畳して通信信号を生成する重畳回路と、プロセス信号に系間信号が重畳された通信信号から系間信号を分離するバンドパスフィルタ回路とを備えているので、通信信号を用いて系間信号を通信することができる。その結果、系間信号の通信時間が短くなり、二重化されて設けられたプロセス入出力装置の系の切り替えを高速化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施の形態１に係る制御システムの構成図である。

【図2】実施の形態１に係るプロセスインターフェースの構成図である。

【図3】実施の形態１に係るプロセス入出力装置における通信信号の説明図である。

【図4】実施の形態１における系間信号のデータフォーマットである。

【図5】実施の形態２に係る制御システムの構成図である。

【図6】実施の形態１および２に係るプロセス入出力装置のハードウェア構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本願を実施するための実施の形態に係る制御システムおよびプロセス入出力装置について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一符号は同一もしくは相当部分を示している。

【0011】

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る制御システムの構成図である。本実施の形態の制御システムにおいては、ＰＩＯマスタ１０と外部機器２０との間にプロセス入出力装置１ａとプロセス入出力装置１ｂとが二重化されて設けられている。この制御システムにおいては、外部機器２０は、一方のプロセス入出力装置１ａを介した通信経路の系と、他方のプロセス入出力装置１ｂを介した通信経路の系のどちらか一方の系で制御される。ＰＩＯマスタ１０は二重化されて設けられたプロセス入出力装置１ａ、１ｂに対するマスタ機器であり、図示していない他のプロセス入出力装置にも接続されている。

【0012】

本実施の形態のプロセス入出力装置１ａ、１ｂは、それぞれマスタインターフェース２、データ変換部３、プロセスインターフェース４、系切り替え情報部５および系間信号変換部６を備えている。

【0013】

外部機器２０は、プロセス入出力装置１ａを介した通信経路の系で制御されているとする。プロセス入出力装置１ａのマスタインターフェース２は、ＰＩＯマスタ１０のＰＩＯインターフェース１１から外部機器２０を制御するための制御データを受信する。プロセス入出力装置１ａのデータ変換部３は、マスタインターフェース２で受信された制御データを外部機器２０を制御するプロセス信号に変換し、このプロセス信号をプロセスインターフェース４に出力する。プロセス入出力装置１ａのプロセスインターフェース４は、プロセス信号を含む通信信号を外部機器２０に送信する。外部機器２０は、通信信号に含まれるプロセス信号によって制御される。そして、外部機器２０は、制御結果である設定データ、検知データなどをプロセス信号の形式でプロセス入出力装置１ａに送信する。外部機器２０から送信されたプロセス信号は、プロセス入出力装置１ａのプロセスインターフェース４で受信される。データ変換部３は、プロセスインターフェース４で受信されたプロセス信号をＰＩＯマスタ１０に送る応答データに変換する。プロセス入出力装置１ａのマスタインターフェース２は、この応答データをＰＩＯマスタ１０のＰＩＯインターフェース１１に送信する。

【0014】

図２は、本実施の形態に係るプロセスインターフェースの構成図である。プロセスインターフェース４は、後述する系間信号をプロセス信号に重畳して通信信号を生成する重畳回路４１と、プロセス信号に系間信号が重畳された通信信号から系間信号を分離するバンドパスフィルタ回路４２とを有している。

【0015】

次に、二重化されて設けられたプロセス入出力装置において、系の切り替えについて説明する。現時点において、外部機器２０は一方のプロセス入出力装置１ａの系で制御されており、制御の系を一方のプロセス入出力装置１ａから他方のプロセス入出力装置１ｂに切り替える場合について説明する。

【0016】

プロセス入出力装置１ａの系切り替え情報部５が、系切り替え情報を系間信号変換部６に出力する。系切り替え情報は、外部機器２０の制御を担うプロセス入出力装置を二重化されて設けられたプロセス入出力装置１ａ、１ｂの間で切り替えるための情報である。

【0017】

プロセス入出力装置１ａの系間信号変換部６は、系切り替え情報部５から入力された系切り替え情報をＡＣ変調して系間信号に変換し、この系間信号をプロセスインターフェース４へ出力する。プロセスインターフェース４は、重畳回路４１を用いてデータ変換部３から入力されたプロセス信号に系間信号変換部６から入力された系間信号を重畳して通信信号を生成し、この通信信号を外部機器２０および二重化されて設けられた他方のプロセス入出力装置１ｂへ送信する。

【0018】

プロセス入出力装置１ｂのプロセスインターフェース４は、プロセス入出力装置１ａから送信された通信信号を受信する。プロセス入出力装置１ｂのプロセスインターフェース４は、バンドパスフィルタ回路４２を用いてプロセス信号に系間信号が重畳された通信信号から系間信号を分離し、この系間信号を系間信号変換部６へ出力する。プロセス入出力装置１ｂの系間信号変換部６は、入力された系間信号を復調して系切り替え情報に変換し、この系切り替え情報をプロセス入出力装置１ｂの系切り替え情報部５へ出力する。系切り替え情報部５は、系が切り替わったことをデータ変換部３に伝える。プロセス入出力装置１ｂのデータ変換部３は、マスタインターフェース２を介してＰＩＯマスタ１０から受信した制御データからプロセス信号への変換を開始する。このようにして、プロセス入出力装置１ｂは、系切り替え情報に基づいてプロセス入出力装置１ａに代わって外部機器２０の制御を開始する。

【0019】

図３は、プロセス信号に系間信号が重畳された通信信号の説明図である。図３において、系間信号は、デジタル信号の０と１とで変調されたＡＣ信号であり、短いパルス幅の部分を０、長いパルス幅の部分を１とした例を示している。プロセスインターフェース４は、重畳回路４１を用いてプロセス信号に系間信号を重畳して通信信号を生成する。

【0020】

図４は、本実施の形態における系間信号のデータフォーマットである。図４に示すように、系間信号は、系切り替え情報を挟んでデータの先頭にヘッダ情報が付与されており、データの最後にＥＯＦ（Ｅｎｄ Ｏｆ Ｆｉｌｅ）情報が付与されたデジタル信号である。系間信号のデータフォーマットをこのように構成することで正確な情報の送受信が可能となる。系間信号変換部６は、系切り替え情報部５から系切り替え情報が入力されたときは、ヘッダ情報とＥＯＦ情報とを付与した系間信号を生成してプロセスインターフェース４へ出力する。また、系間信号変換部６は、プロセスインターフェース４から系間信号が入力されたときは、系間信号からヘッダ情報とＥＯＦ情報とを除いた系切り替え情報を生成して系切り替え情報部５へ出力する。

【0021】

このように構成されたプロセス入出力装置においては、系切り替え情報を系間信号に変換し、この系間信号をプロセス信号に重畳させて通信信号を生成し、この通信信号で二重化されて設けられたプロセス入出力装置の間で系間信号の通信を行っているので、系間信号の通信時間が短くなる。その結果、二重化されて設けられたプロセス入出力装置の系の切り替えを高速化することができる。

【0022】

従来のプロセス入出力装置は、系間信号変換部を備えていない。そのため、従来の二重化されて設けられたプロセス入出力装置においては、系間信号はマスタインターフェースを経由したマスタ通信を利用してプロセス入出力装置の間で送受信が行われていた。マスタ通信の処理時間は、プロセス入出力装置の動作時間に比べて非常に長い。そのため、マスタ通信を介して通信される系間信号の通信時間は長くなり、プロセス入出力装置の切り替えに遅れが生じていた。本実施の形態のプロセス入出力装置においては、系間信号の通信をマスタ通信ではなく通信信号を用いて行っているので系間信号の高速な通信が可能となる。その結果、二重化されて設けられたプロセス入出力装置の系間信号の通信時間が短くなり系の切り替えを高速化することができる。

【0023】

なお、本実施の形態の制御システムにおいては、外部機器を制御している系のプロセス入出力装置の系切り替え情報部から系切り替え情報が出力されているが、外部機器を制御していない系のプロセス入出力装置の系切り替え情報部から系切り替え情報が出力されてもよい。

【0024】

実施の形態２．
図５は、実施の形態２に係る制御システムの構成図である。本実施の形態の制御システムは、ＰＩＯマスタ１０と複数の外部機器２０との間にプロセス入出力装置１ａとプロセス入出力装置１ｂとが二重化されて設けられている。なお、本実施の形態のプロセス入出力装置の構成は、実施の形態１と同じである。そのため、図５において、プロセス入出力装置１ａ、１ｂの内部の構成は省略されている。複数の外部機器２０にそれぞれ対応する通信線の端子をチャンネル１（ＣＨ１）、チャンネル２（ＣＨ２）、チャンネル３（ＣＨ３）、・・・とする。プロセス入出力装置１ａ、１ｂはそれぞれチャンネル１（ＣＨ１）、チャンネル２（ＣＨ２）、チャンネル３（ＣＨ３）、・・・の端子を備えている。これらのチャンネルの端子は、プロセスインターフェースにそれぞれ接続されている。通信信号は、プロセス入出力装置１ａ、１ｂと複数の外部機器２０との間にそれぞれ接続された複数の通信線で送受信される。

【0025】

本実施の形態に係る制御システムにおいて、二重化されて設けられたプロセス入出力装置１ａ、１ｂにおける系の切り替え動作は、実施の形態１と同じである。

【0026】

本実施の形態のプロセス入出力装置においては、系間信号の通信をマスタ通信ではなく通信信号を用いて行っているので、実施の形態１と同様に、系間信号の通信時間が短くなり系の切り替えを高速化することができる。また、本実施の形態のプロセス入出力装置においては、複数のチャンネルの通信線を用いてそれぞれ送受信される複数の通信信号に系間信号を重畳することができるので、系間信号の通信の信頼性が向上する。

【0027】

なお、実施の形態１および２に係るプロセス入出力装置１ａ、１ｂは、ハードウェアの一例を図６に示すように、プロセッサ３１と記憶装置３２とで構成される。記憶装置は、図示していないがランダムアクセスメモリなどの揮発性記憶装置と、フラッシュメモリなどの不揮発性の補助記憶装置とを具備する。また、フラッシュメモリの代わりにハードディスクの補助記憶装置を具備してもよい。プロセッサ３１は、記憶装置３２から入力されたプログラムを実行する。この場合、補助記憶装置から揮発性記憶装置を介してプロセッサ３１にプログラムが入力される。また、プロセッサ３１は、演算結果などのデータを記憶装置３２の揮発性記憶装置に出力してもよいし、揮発性記憶装置を介して補助記憶装置にデータを保存してもよい。

【0028】

本願は、様々な例示的な実施の形態および実施例が記載されているが、１つまたは複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、および機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
したがって、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

【符号の説明】

【0029】

１ａ、１ｂ プロセス入出力装置、２ マスタインターフェース、３ データ変換部、４ プロセスインターフェース、５ 系切り替え情報部、６ 系間信号変換部、１０ ＰＩＯマスタ、１１ ＰＩＯインターフェース、２０ 外部機器、３１ プロセッサ、３２ 記憶装置、４１ 重畳回路、４２ バンドパスフィルタ回路。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】