JP2011248625A - Failure diagnosis circuit and failure diagnosis method of control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、各種システムの制御装置の故障検出を行う故障診断回路およびその故障診断方法に関する。 The present invention relates to a failure diagnosis circuit for detecting a failure of a control device of various systems and a failure diagnosis method thereof.
発電プラントのような潜在的リスクの高いシステムにおける制御装置では、故障などによる制御装置の誤出力を避けるため、故障発生時に制御装置の安全な停止や誤出力防止を行ってシステム及び制御装置を安全な状態に移行する機能が求められる。この機能を実現する上で、制御装置における自己または周囲デバイスの故障を検出する故障診断回路は、極めて重要な役割を持つ。例えば、特許文献1には、プラント等の制御装置において、各々故障診断回路を有するアナログ出力モジュールを並設し、診断結果を相手方に出力し、出力切替手段により稼働側のみ出力する、二重化された安定な制御回路構成が開示されている。 In a control device in a system with a high potential risk such as a power plant, in order to avoid an erroneous output of the control device due to a failure, the system and the control device are made safe by performing a safe stop of the control device or preventing an erroneous output when a failure occurs A function to shift to a new state is required. In realizing this function, a failure diagnosis circuit that detects a failure of the device itself or a surrounding device in the control apparatus plays an extremely important role. For example, in Patent Document 1, in a control device such as a plant, analog output modules each having a fault diagnosis circuit are arranged in parallel, the diagnosis result is output to the other party, and only the operating side is output by the output switching means, which is duplicated A stable control circuit configuration is disclosed.
また、非特許文献1は、電気的/電子的/プログラム可能な電子的安全制御装置を安全制御システムの一部に利用する場合の要件を規定した国際規格を示し、機能安全認証はシステムの安全性を4段階のSafety Integrity Level(SIL)として規定している。SILは装置の異常や故障を検出した際にどれだけ確実に所定の安全制御を実施できるかを意味する。 Non-Patent Document 1 shows an international standard that defines requirements for using an electrical / electronic / programmable electronic safety control device as a part of a safety control system. Functional safety certification is a system safety Is defined as a four-level Safety Integrity Level (SIL). SIL means how reliably certain safety control can be performed when an abnormality or failure of the apparatus is detected.
SILはシステムの安全性を保証するため、各制御装置、デバイスが持つ故障診断回路自体の故障検出についても要求している。そのため、システムの安全性確保には、故障診断回路の多重化、故障診断回路出力の比較などの対応による、故障診断回路の故障検出機能の実装が必要である。 In order to guarantee the safety of the system, the SIL also requires the failure detection of the failure diagnosis circuit itself of each control device and device. Therefore, in order to ensure the safety of the system, it is necessary to implement a failure detection function of the failure diagnosis circuit by means such as multiplexing of failure diagnosis circuits and comparison of failure diagnosis circuit outputs.
図2に従来のシステム制御装置における一般的な故障診断回路を説明する。図2に示す主従系の制御装置において、上位装置1から下位装置200に通信回線を通じて診断指示信号2を送信し、通信インターフェイス3でこれを受信する。下位装置200は受信した診断指示信号2を通信インターフェイス3で分配して診断指示信号4とし、二重化した故障診断回路111、故障診断回路112を設けて、診断指示信号4を入力し、その診断出力を比較回路19で比較して正常性をチェックした後、診断出力20を生成し、診断対象として例示した二重化出力の比較照合回路21の機能を診断する。
FIG. 2 illustrates a general failure diagnosis circuit in a conventional system control apparatus. In the master-slave control apparatus shown in FIG. 2, the
上位装置からは、診断指示信号2とともに、点線で示したように下位装置200本来の機能である制御信号が出力されて一対の出力回路A22、出力回路B23に分配されて二重化出力の比較照合回路21により出力回路A22、出力回路B23の正常性が照合された後、正常な制御信号24によりモータやアクチュエータ等の制御対象300を制御する。
From the host device, a control signal that is the original function of the
しかし、故障診断回路の多重化は、実装面積など物理的な面およびコスト面で他の機能を圧迫している。特に、制御装置の故障診断のためにマイクロコンピュータを用いた故障診断回路を用いた場合には、故障診断回路の多重化は論理面積やコスト、消費電力、発熱の増加を招き、大きな問題となっている。 However, multiplexing of fault diagnosis circuits imposes other functions on physical and cost aspects such as mounting area. In particular, when a fault diagnosis circuit using a microcomputer is used for fault diagnosis of the control device, multiplexing of the fault diagnosis circuit causes a large problem due to an increase in logical area, cost, power consumption, and heat generation. ing.
高い安全性が求められるシステムの制御装置において、故障診断回路の故障に起因する誤出力を防止することは極めて重要である。しかし、故障診断回路の単純な冗長化/多重化は、ハードウェア量の増加すなわちコストアップに直結する。そのため、ハードウェアの増加を抑えた誤出力防止技術の確立が課題となっている。 In a control device of a system that requires high safety, it is extremely important to prevent an erroneous output caused by a failure of a failure diagnosis circuit. However, simple redundancy / multiplexing of the fault diagnosis circuit directly increases the amount of hardware, that is, increases the cost. Therefore, establishment of erroneous output prevention technology that suppresses the increase in hardware has become an issue.
本発明は、上位装置が下位の制御装置に命令を行うシステムの主従系制御装置において、上位装置から下位装置に対して故障診断を指示する場合の故障診断装置および故障診断方法であって、上位装置からの診断指示を含む命令を受信する通信制御回路を多重化し、通信制御回路が診断指示を単独の故障診断回路に入力し、故障診断回路からの診断出力を多重化された診断許可回路に分配し、多重化された通信制御回路により診断許可信号を出力して多重化された診断許可回路に入力して診断出力を監視し、許可された診断出力を比較することにより、故障診断回路を多重化することなく故障診断回路の故障による装置の誤出力を防止することを特徴とする。 The present invention relates to a failure diagnosis device and a failure diagnosis method in a case where a host device instructs a failure diagnosis from a host device to a lower device in a master-slave control device of a system in which a host device issues a command to a lower control device. A communication control circuit that receives a command including a diagnosis instruction from the device is multiplexed, the communication control circuit inputs the diagnosis instruction to a single failure diagnosis circuit, and the diagnosis output from the failure diagnosis circuit is multiplexed to the multiplexed diagnosis permission circuit. By distributing and outputting a diagnosis permission signal by a multiplexed communication control circuit and inputting it to a multiplexed diagnosis permission circuit to monitor the diagnosis output and comparing the permitted diagnosis output, It is characterized by preventing erroneous output of the device due to failure of the failure diagnosis circuit without multiplexing.
本発明は、上位装置と下位装置を有する制御装置において、上位装置からの診断指示を受けて、下位装置に設けた多重化通信制御回路が、故障診断回路への診断指示及び診断許可信号の出力を並行して行い、多重化診断許可回路で故障診断回路出力を監視することにより、故障診断回路自体を多重化することなく診断し、制御装置の誤出力の防止を実現する。 In the control device having the host device and the lower device, the multiplexed communication control circuit provided in the lower device outputs the diagnosis instruction and the diagnosis permission signal to the failure diagnosis circuit in response to the diagnosis instruction from the host device. Are performed in parallel, and the fault diagnosis circuit output is monitored by the multiplexing diagnosis permission circuit, so that the fault diagnosis circuit itself is diagnosed without being multiplexed, thereby preventing the erroneous output of the control device.
また、本発明は、上位装置と下位装置を有する制御装置の故障診断方法において、上位装置からの診断指示を受けて、下位装置が故障診断回路への診断指示信号及び診断許可信号の出力を並行して行うことにより、故障診断回路自体を多重化することなく誤出力の防止を実現する。 Further, according to the present invention, in a failure diagnosis method for a control device having a host device and a lower device, the lower device receives a diagnosis instruction from the host device and outputs a diagnosis instruction signal and a diagnosis permission signal to the failure diagnosis circuit in parallel. By doing so, it is possible to prevent erroneous output without multiplexing the fault diagnosis circuit itself.
これにより、ハードウェアの増加を抑制し、コスト低減と消費電力・発熱低減による制御装置の安定稼動、および寿命の改善を実現することができる。 As a result, an increase in hardware can be suppressed, and stable operation of the control device and improvement of the service life can be realized by reducing costs and reducing power consumption and heat generation.
本発明の実施形態について、実施例につき以下の順序で説明を行う。以下に述べる実施例は本発明の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されている。しかしながら、本発明の範囲は特に記載がない限りこれらの実施例に限定されるものではない。例えば、以下の実施例で挙げる各条件は好適例に過ぎず、説明に用いた各図における配置関係も概略的なものである。 The embodiment of the present invention will be described in the following order for each example. Examples described below are preferred specific examples of the present invention, and various technically preferable limitations are given. However, the scope of the present invention is not limited to these examples unless otherwise specified. For example, each condition given in the following examples is only a preferable example, and the arrangement relationship in each drawing used for the description is also schematic.
本発明の実施例であるプラント制御等に用いられる制御装置の構成を図1に示す。ここでは、上位装置と下位装置を有する主従系の構成を持つ制御装置において、下位装置に診断指示信号を出す上位装置と下位装置とを各々1つ有する場合について説明するが、実際の実施において上位装置、下位装置の数や種別(入出力・その他)及び通信形態に制限はない。また、下位装置の回路構成は二重化されており、二重化出力の比較照合回路を診断対象としているが、上位装置も含めて内部の多重度、及び診断対象に制限はない。 FIG. 1 shows a configuration of a control device used for plant control or the like which is an embodiment of the present invention. Here, a case where a control device having a master-slave configuration having a host device and a lower device has one each of a host device and a lower device that issue a diagnosis instruction signal to the lower device will be described. There are no restrictions on the number and type of devices, subordinate devices (input / output / others) and communication mode. In addition, the circuit configuration of the lower device is duplicated, and the comparison output comparison circuit of the duplex output is targeted for diagnosis, but there are no restrictions on the internal multiplicity including the higher device and the diagnosis target.
図2に示す従来例では、故障診断回路111、112を二重化して診断出力を比較回路19で比較し、出力が不一致になり故障診断回路動作が異常とされると、制御装置を制御対象300から遮断して安全状態に移行し、故障診断回路故障による制御回路の誤出力を防止している。これにより制御対象の誤動作によるシステムへのダメージを未然に防いでいる。
In the conventional example shown in FIG. 2, the
これに対し本発明では、通信制御装置からの診断指示信号を分配して比較し、また故障診断回路の診断出力を診断許可信号を用いて出力許可した上で比較する構成により、故障診断回路を二重化することなく診断し、誤出力を防止する。
〔基本構成〕
図1において、制御回路は上位装置1と下位装置100からなり、上位装置1は下位装置100に対して診断指示信号2により、下位装置100の故障診断の実行を命令する。下位装置100は通信回線を通じて上位装置1からの診断指示信号2を通信インターフェイス3で受信する。
〔通信制御〕
通信インターフェイス3により受信され分配された診断指示信号4は、通信制御回路A5、通信制御回路B6に入力され、診断指示信号7、診断指示信号8として比較回路9に入力される。通信制御回路A5、通信制御回路B6は二重に冗長化された通信制御回路で、診断指示信号2および通常の制御信号を含む上位装置1との通信を二重化する。通信制御回路A5、通信制御回路B6は、特に上位装置1から故障診断を命令された場合に、比較回路9に向けて診断指示信号7、診断指示信号8を出力する。比較回路9は診断指示信号7、診断指示信号8を比較して故障診断回路11に両者の一致、不一致を示す比較信号10を出力する。
In contrast, the present invention distributes and compares the diagnosis instruction signal from the communication control device, and also compares the diagnosis output of the failure diagnosis circuit using the diagnosis permission signal and then compares the diagnosis output signal. Diagnose without duplication and prevent erroneous output.
[Basic configuration]
In FIG. 1, the control circuit includes a host device 1 and a
(Communication control)
The
上記通信制御回路A5は、診断指示信号4から診断指示信号7と診断許可信号13を生成する。通信制御回路B6も同様に診断指示信号4から診断指示信号8と診断許可信号14を生成する。上記診断許可信号13及び診断許可信号14は、制限時間や時間窓等の時間条件を設定して、以下に説明する構成により故障診断回路11の出力をチェックする。
〔故障診断回路〕
次に、故障診断回路11について説明する。故障診断回路11は、比較回路9の比較信号10の入力を受けて、上位装置1の指示内容に対応した種々の診断出力12の生成と出力を行う。すなわち、故障診断回路11は、比較信号10が入力されると診断指示信号7、診断指示信号8が一致する場合は正常状態を示す診断出力12を出力し、診断指示信号7、診断指示信号8が一致しない場合は異常状態を示す診断出力12を出力する。診断出力12は、二重化された診断許可回路A15、診断許可回路B16に分配される。
〔診断許可回路〕
次に、診断許可回路A15、診断許可回路B16について説明する。診断許可回路A15、診断許可回路B16は冗長化された出力許可回路であり、故障診断回路11の診断信号12は診断許可回路A15、診断許可回路B16に分配される。
The communication control circuit A5 generates a
[Failure diagnosis circuit]
Next, the failure diagnosis circuit 11 will be described. The failure diagnosis circuit 11 receives the
[Diagnosis permission circuit]
Next, the diagnosis permission circuit A15 and the diagnosis permission circuit B16 will be described. The diagnosis permission circuit A15 and the diagnosis permission circuit B16 are redundant output permission circuits, and the
診断許可回路A15、診断許可回路B16には、それぞれ通信制御回路A5、通信制御回路B6からの診断許可信号13、診断許可信号14が入力されている。診断許可回路A15、診断許可回路B16は通信制御回路A5、通信制御回路B6の診断許可信号13、診断許可信号14により診断出力12を監視し、診断許可信号13、診断許可信号14の条件に合致した場合に、診断出力信号17、診断出力信号18を次段の比較回路19に出力する。
The
すなわち通信制御回路A5、通信制御回路B6は診断許可信号13、診断許可信号14から診断出力12の正常性をチェックし、二重化された診断出力信号17、診断出力信号18を出力する機能を持つ。
〔比較回路〕
比較回路19において診断出力信号17、診断出力信号18が一致しない場合は、故障診断回路11が故障していると判断し、制御対象300への制御信号24を遮断し、制御回路およびシステムを安全状態に移行させる。診断出力信号17、診断出力信号18が一致した場合は正常な診断出力20を出力し、診断対象である二重化出力比較照合回路21を診断する。二重化出力比較照合回路21が正常に動作しているときは、制御信号24により制御対象300を制御する。
That is, the communication control circuit A5 and the communication control circuit B6 have a function of checking the normality of the
[Comparison circuit]
If the
1:上位装置
2、4、7、8:診断指示信号
3:通信インターフェイス
5:通信制御回路A
6:通信制御回路B
9、19:比較回路
11:故障診断回路
13、14:診断許可信号
15:診断許可回路A
16:診断許可回路B
17、18:診断出力信号
21:二重化出力比較照合回路
100:下位装置
300:制御対象
1:
6: Communication control circuit B
9, 19: Comparison circuit 11:
16: Diagnosis permission circuit B
17, 18: Diagnostic output signal 21: Duplex output comparison / collation circuit 100: Subordinate device 300: Control target
Claims (12)
前記上位装置から受信した診断指示信号を受信する多重化された通信制御回路と、該多重化された通信制御回路出力により前記故障診断回路の診断出力を監視して診断出力の許可を行う診断許可回路を有することを特徴とする制御装置の故障診断回路。 A control device of a system that performs control by a control device having a host device and a host device, wherein the host device receives a control signal and a diagnosis instruction signal from the host device, a fault diagnosis circuit, and a control In a control device having an output circuit that outputs a control signal to a target,
A multiplexed communication control circuit that receives a diagnosis instruction signal received from the host device, and a diagnosis permission that permits diagnosis output by monitoring the diagnosis output of the failure diagnosis circuit by the multiplexed communication control circuit output A fault diagnosis circuit for a control device comprising a circuit.
前記上位装置からの診断指示信号を、多重化して前記故障診断回路に入力し故障診断を行うと共に、診断指示信号を多重化して故障診断の診断許可を行うことを特徴とする制御装置の故障診断方法。 In a control device of a system that performs control by a control device having a host device and a subordinate device, the fault diagnosis method for the control device instructing fault diagnosis from the host device to the subordinate device having a fault diagnosis circuit,
Failure diagnosis of a control device characterized in that diagnosis instruction signals from the host device are multiplexed and input to the failure diagnosis circuit to perform failure diagnosis, and diagnosis instruction signals are multiplexed to permit diagnosis of failure diagnosis Method.
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