JP4816186B2 - 制御モジュール - Google Patents

Description

本発明は、二重又は多重化して制御を行う制御モジュールに関する。

工業プラントなどを制御する制御装置では、高い信頼性のもとに恒常的に処理を行うために、当該制御装置内に２つ又は複数の制御モジュールを備え、各制御モジュールで同一の処理を行う二重又は多重化した制御処理で冗長化しているものがある（例えば、特許文献１を参照）。この制御モジュールは活線挿抜が可能であり、制御装置が行う処理を停止させることなく交換対象の制御モジュールのみの交換を行うことが可能であるため、制御装置は制御モジュールの交換に際しても処理を継続している。

図３に従来の制御モジュール１０１で二重化した制御装置１００を例示する。図３に示すように、制御モジュール１０１は、制御装置１００のシステムバス１０２と接続するとともに制御モジュール１０１の制御を行うモジュール制御部１１０、演算処理を行うためのマイクロプロセッサ１２０及び制御モジュール１０１の交換時などの起動（リセット）時に初期化をおこなうためのイニシャライズ回路１３０を有する。

制御モジュール１０１の交換などにより、稼働中である制御装置１００のシステムバス１０２へ新たな制御モジュール１０１が接続されて、その制御モジュール１０１の電源が投入されると、イニシャライズ回路１３０はマイクロプロセッサ１２０に対してマイクロプロセッサ初期化信号をアサートする。そして、一定時間後、アサートされていたマイクロプロセッサ初期化信号はネゲートされ、それに応じてマイクロプロセッサ１２０はモード設定ピン１２１の設定（この図の場合はＧＮＤ）を認識する。マイクロプロセッサ１２０は、そのモード設定ピン１２１の認識結果に応じてマイクロプロセッサ１２０の動作モードを決定し、その動作モードでの制御装置１００における演算処理を開始する。
特開平６−２３０９９５号公報

上述したように、従来の制御モジュールでは、マイクロプロセッサの動作モードがモード設定ピンにより予め設定される構成であり、交換時において、制御装置の動作状況に応じてオンラインで設定することはできなかった。このため、新たに交換する制御モジュールは、制御装置の設定状況等に応じて開発・設計を行う必要があり、その制御モジュールの開発費や制御装置の保守費などのコストを増大させていた。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、制御モジュールを多重化して高い信頼性のもとに継承して処理を行う制御装置において、低コストで交換が可能な制御モジュールを提供することである。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、制御装置に設けられ、互いに通信可能に接続された他の制御モジュールと多重化して演算処理を行う制御モジュールであって、当該制御モジュールの初期化の際に、当該制御モジュールにおける演算処理を行うマイクロプロセッサの動作モードに関する設定情報を前記他の制御モジュールから取得するモード設定取得手段と、前記制御モジュールの初期化におけるマイクロプロセッサの初期化の際に、前記取得されたマイクロプロセッサの動作モードに関する設定情報を当該マイクロプロセッサから読み出し可能に格納するモード設定記憶手段と、を備えることを特徴とする。

また、前記モード設定取得手段は、マイクロプロセッサの動作モードに関する設定情報を前記他の制御モジュールに要求した際に、前記他の制御モジュールから取得された応答信号によりエラーが検出された場合には、当該他の制御モジュールが前記モード設定取得手段としての機能を備えない旧製品であると判断し、前記旧製品に対応する動作モードに関して予め設定されている情報から前記マイクロプロセッサの動作モードに関する設定情報を生成することを特徴とする。

また、前記モード設定取得手段は、前記他の制御モジュールからマイクロプロセッサの動作モードに関する設定情報が要求された場合に、前記モード設定記憶手段から、当該モード設定記憶手段に格納された当該制御モジュールのマイクロプロセッサの動作モードに関する設定情報を受け取って出力することを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、制御モジュールの初期化の際に、当該制御モジュールにおけるマイクロプロセッサの動作モードに関する設定情報を通信可能に接続された他の制御モジュールから取得し、マイクロプロセッサの初期化に際してその設定情報を読み出し可能に格納する構成であるため、制御モジュールを多重化して処理を行う制御装置で制御モジュールの交換を行う場合に、交換する制御モジュールにおけるマイクロプロセッサの動作モードを他の制御モジュールにあわせて予め設定・設計する必要が無く、低コストで行うことができる。

また、請求項１に記載の発明によれば、マイクロプロセッサの動作モードに関する設定情報を他の制御モジュールから取得する際の応答信号によりエラーが検出された場合には、当該他の制御モジュールが前記モード設定取得手段としての機能を備えない旧製品であると判断し、当該旧製品に対応する動作モードに関して予め設定されている情報からマイクロプロセッサの動作モードに関する設定情報を生成するため、他の制御モジュールが動作モードに関する設定情報を出力せずに応答信号のみを出力する場合であってもマイクロプロセッサの動作モードを設定することができる。

また、請求項１に記載の発明によれば、マイクロプロセッサの動作モードに関する設定情報を他の制御モジュールから要求された場合に、当該制御モジュールのマイクロプロセッサの動作モードに関する設定情報を出力することができ、さらに制御モジュールを追加する場合であっても対応することができる。

以下、この発明の実施の形態について、図を参照して説明するが、この発明は以下の実施の形態に限定しない。また、この発明の実施の形態は発明の最も好ましい形態を示すものであり、発明の用途や用語はこれに限定するものではない。

［第１の実施の形態］
先ず、第１の実施の形態について、図１を参照して説明する。図１は、従来の制御モジュール１０１を有する制御装置１に本発明である制御モジュール２を接続した機能的構成を模式的に示すブロック図である。

図１に示すように、制御装置１は、前述した従来の制御モジュール１０１にシステムバス３を介して制御モジュール２を接続する構成である。制御モジュール２は、モジュール制御部１０、マイクロプロセッサ２０、イニシャライズ回路３０及び論理回路４０を有する。

モジュール制御部１０は、特に図示しない制御用ＩＣ（Integrated Circuit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、通信インターフェイスなどを備え、システムバス３と接続するとともに制御モジュール２の制御を行う回路部である。モジュール制御部１０は、上述した回路部における制御用ＩＣがＲＯＭに格納されたプログラムをＲＡＭに展開して順次実行することで、モード設定取得手段１１、モード設定記憶手段１２としての機能を実現する。

モード設定取得手段１１は、マイクロプロセッサ２０における動作周波数、エンディアンモード、バスモード、データ転送モード等の各種動作モードに関する情報をシステムバス３と接続する他の制御モジュールに問い合わせ、このモード設定取得手段１１での問い合わせに基づいたマイクロプロセッサ２０の動作モードに関する情報をモード設定記憶手段１２に格納する。モード設定記憶手段１２は、格納するマイクロプロセッサ２０の動作モードに関する情報に応じてアサート／ネゲートした信号をモード設定ピン２１に出力し、マイクロプロセッサ２０の初期化後などの動作モード設定時にその設定情報を読み出し可能に格納する。

マイクロプロセッサ２０は、ＬＳＩ（Large-Scale Integration）やＲＡＭなどを組み合わせ、制御装置１における演算処理を行う回路部である。また、マイクロプロセッサ２０は、初期化後の動作開始時などに動作モードの設定をモード設定記憶手段１２から読み出すモード設定ピン２１を有する。

イニシャライズ回路３０は、制御モジュール２の交換時などの起動（リセット）時に当該制御モジュール２の初期化を指示する回路部であり、制御モジュール２のシステムバス３への接続（駆動電源の供給開始）などの検出に応じて初期化信号を出力する。論理回路４０は、モード設定取得手段１１又はイニシャライズ回路３０から入力される信号がアサートされた場合にマイクロプロセッサ２０に入力する信号をアサートするＯＲなどの論理回路部である。

ここで、図１に示すように、交換などにより新たに制御モジュール２が稼働中の制御装置１へ接続された場合の制御モジュール２の動作について説明する。

制御モジュール２がシステムバス３に接続されると、イニシャライズ回路３０が動作し、マイクロプロセッサ初期化信号Ｓ１、モジュール制御部初期化信号Ｓ２が一定時間アサートされる。マイクロプロセッサ初期化信号Ｓ１は、論理回路４０を介してアサートされるマイクロプロセッサ初期化信号Ｓ３としてマイクロプロセッサ２０に入力され、マイクロプロセッサ２０を初期化させる。モジュール制御部初期化信号Ｓ２は、モジュール制御部１０に入力されて、モジュール制御部１０を初期化させる。このモジュール制御部１０の初期化では、モード設定記憶手段１２に格納されるマイクロプロセッサ２０の動作モードに関する情報が初期設定値にリセットされる。

次いで、一定時間経過後、イニシャライズ回路３０でアサートされていたマイクロプロセッサ初期化信号Ｓ１、モジュール制御部初期化信号Ｓ２がネゲートされて初期化が解除される。マイクロプロセッサ初期化信号Ｓ１のネゲートに応じてマイクロプロセッサ初期化信号Ｓ３がネゲートされ、マイクロプロセッサ２０は、モード設定ピン２１からモード設定記憶手段１２に格納されている動作モード（初期設定値）を認識して、その動作モードでの動作を開始する。

モード設定取得手段１１は、モジュール制御部１０に入力されるモジュール制御部初期化信号Ｓ２のネゲートに応じて、システムバス３と接続する他の制御モジュールである制御モジュール１０１に設定要求信号Ｓ４を出力し、制御装置１におけるマイクロプロセッサ２０の動作モードに関する情報を問い合わせる。この問い合わせは、他の制御モジュールにおけるモード設定取得手段１１に対応するアドレスへのアクセス要求などである。従来の制御モジュール１０１におけるモジュール制御部１１０は、モード設定取得手段１１としての機能を備えておらず、上述のモード設定取得手段１１からの問い合わせに対しては未定義領域１１１へのアクセスとなるため、エラーを示す応答信号Ｓ５を出力する。

モード設定取得手段１１は、制御モジュール１０１からの応答信号Ｓ５の受信によりエラーを検出し、そのエラーの検出に基づいて制御装置１で稼働中の他の制御モジュールが旧製品であると判断し、モード設定記憶手段１２に格納するための情報を予めＲＯＭなどに設定されている旧製品に対応する動作モードに関する情報から生成し、その生成した情報であるモード設定信号Ｓ６をモード設定記憶手段１２に出力して格納させる。

次いで、モード設定取得手段１１は、論理回路４０に入力するマイクロプロセッサ初期化信号Ｓ７を一定時間アサートする。この一定時間アサートされるマイクロプロセッサ初期化信号Ｓ７は、論理回路４０を介してアサートされるマイクロプロセッサ初期化信号Ｓ３としてマイクロプロセッサ２０に入力されてマイクロプロセッサ２０を初期化させる。一定時間経過後にマイクロプロセッサ初期化信号Ｓ７がネゲートされると、マイクロプロセッサ初期化信号Ｓ３がネゲートされ、マイクロプロセッサ２０は、モード設定ピン２１からモード設定記憶手段１２に格納されている情報（旧製品に対応する動作モード）をモード設定信号Ｓ８として読み出して認識し、その動作モードでの動作を開始する。

以上のように、制御モジュール２は、その制御モジュール２の初期化時において、他の制御モジュールからマイクロプロセッサ２０の動作モードに関する情報をモード設定取得手段１１で取得し、マイクロプロセッサ２０を初期化して起動する際、その取得した動作モードに関する情報をマイクロプロセッサ２０から読み込み可能にモード設定記憶手段１２に格納する構成である。

このため、制御モジュール２は、制御モジュールを多重化して処理をおこなう制御装置で制御モジュールの交換に際して、マイクロプロセッサの動作モードをその制御装置で稼動している他の制御モジュールにあわせて予め設定・設計する必要が無く、低コストで制御モジュールの交換を行うことができる。

また、制御モジュール２は、モード設定取得手段１１において、他の制御モジュールからマイクロプロセッサ２０の動作モードに関する情報を取得する場合に、その動作モードに関する情報以外のエラーなどの応答信号に応じて、動作モードに関する情報を生成してモード設定記憶手段１２に格納させる構成である。

このため、制御モジュール２は、モード設定取得手段１１からの動作モードに関する問い合わせに対してエラー信号を出力する従来の制御モジュールで処理を行う制御装置における制御モジュールの交換に際しても、予めマイクロプロセッサの動作モードを設定・設計する必要がなく、低コストで制御モジュールの交換を行うことができる。

［第２の実施の形態］
次に、第２の実施の形態について、図２を参照して説明する。図２は、制御モジュール２、制御モジュール２ａ（制御モジュール２と同じ構成）を有する制御装置１ａの機能的構成を模式的に示すブロック図である。なお、前述した図１と同様の構成や動作については同一の符号を付して説明を省略し、この実施の形態では、稼働中である制御モジュール２ａを有する制御装置１ａに交換などにより新たに制御モジュール２を接続する際の動作について説明する。

図２に示すように、制御装置１ａに接続された制御モジュール２は、前述と同様の動作が行われて、システムバス３と接続する他の制御モジュールである制御モジュール２ａに設定要求信号Ｓ４を出力し、制御装置１ａにおけるマイクロプロセッサ２０の動作モードに関する情報を問い合わせる。

制御モジュール２ａにおけるモード設定取得手段１１は、設定要求信号Ｓ４に応じてモード設定記憶手段１２に格納された情報を要求する設定要求信号Ｓ４１をモード設定記憶手段１２に出力し、モード設定記憶手段１２からその設定要求信号Ｓ４１に応じて出力される制御モジュール２ａにおけるマイクロプロセッサ２０の動作モードに関する情報である応答信号Ｓ４２を受け取って、応答信号Ｓ５として制御モジュール２へ出力する。

制御モジュール２におけるモード設定取得手段１１は、制御モジュール２ａのマイクロプロセッサ２０の動作モードに関する情報を含む応答信号Ｓ５に基づいたモード設定信号Ｓ６をモード設定記憶手段１２に出力して格納させ、マイクロプロセッサ初期化信号Ｓ７を一定時間アサートさせてマイクロプロセッサ２０を初期化するとともに、そのモード設定記憶手段１２に格納させた動作モードでマイクロプロセッサ２０の動作を開始させる。

以上のように、制御装置１ａで稼動している制御モジュール２ａは、交換などで新たに接続する制御モジュール２から動作モードに関する情報の要求があった場合に、モード設定記憶手段１２に格納されている制御モジュール２ａのマイクロプロセッサ２０の動作モードに関する情報を要求があった制御モジュール２に出力する構成である。

このため、制御モジュール２ａに制御モジュール２を新たに追加する場合であっても、予めマイクロプロセッサの動作モードに関する設定・設計を要することなく低コストで対応することができる。

なお、本実施の形態における記述は、本発明の一例を示すものであり、これに限定するものではない。本実施の形態における制御モジュール２の構成及び動作に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。例えば、論理回路４０は、ＯＲ回路以外に、ＮＯＲ回路などであってよく、マイクロプロセッサ２０に対してイニシャライズ回路３０やモジュール制御部１０からの初期化を指示する信号を入力する構成であれば特に限定しない。

また、本実施の形態においては、制御装置１、１ａと制御モジュール２との接続は、システムバス３で行う構成（パラレル通信）を例示したが、シリアル通信で行う構成であってもよく、ＬＡＮ（Local Area Network）やインターネット等のネットワーク通信、更には有線通信以外に無線通信であってよい。

また、本実施の形態では、制御モジュールを二重化して制御する制御装置１、制御装置１ａの構成を例示したが、交換などで初期化する制御モジュールが他のいずれかの制御モジュールからマイクロプロセッサの動作モードに関する情報を取得する構成であれば、さらに複数の制御モジュールで多重化して制御を行う制御装置であってよい。

本発明である制御装置１の機能的構成を模式的に示すブロック図である。 制御装置１ａの機能的構成を模式的に示すブロック図である。 従来の制御モジュール１０１で二重化された制御装置１００の概略を示すブロック図である。

符号の説明

１、１ａ、１００ 制御装置
２、２ａ、１０１ 制御モジュール
３、１０２ システムバス
１０、１１０ モジュール制御部
１１ モード設定取得手段
１２ モード設定記憶手段
２０、１２０ マイクロプロセッサ
２１、１２１ モード設定ピン
３０、１３０ イニシャライズ回路
４０ 論理回路
１１１ 未定義領域
Ｓ１、Ｓ３、Ｓ７ マイクロプロセッサ初期化信号
Ｓ２ モジュール制御部初期化信号
Ｓ４、Ｓ４１ 設定要求信号
Ｓ５、Ｓ４２ 応答信号
Ｓ６、Ｓ８ モード設定信号

Claims (1)

1. 制御装置に設けられ、互いに通信可能に接続された他の制御モジュールと多重化して演算処理を行う制御モジュールであって、
   当該制御モジュールの初期化の際に、当該制御モジュールにおける演算処理を行うマイクロプロセッサの動作モードに関する設定情報を前記他の制御モジュールから取得するモード設定取得手段と、
   前記制御モジュールの初期化におけるマイクロプロセッサの初期化の際に、前記取得されたマイクロプロセッサの動作モードに関する設定情報を当該マイクロプロセッサから読み出し可能に格納するモード設定記憶手段と、
   を備え、
   前記モード設定取得手段は、マイクロプロセッサの動作モードに関する設定情報を前記他の制御モジュールに要求した際に、前記他の制御モジュールから取得された応答信号によりエラーが検出された場合には、当該他の制御モジュールが前記モード設定取得手段としての機能を備えない旧製品であると判断し、前記旧製品に対応する動作モードに関して予め設定されている情報から前記マイクロプロセッサの動作モードに関する設定情報を生成し、
   前記他の制御モジュールからマイクロプロセッサの動作モードに関する設定情報が要求された場合に、前記モード設定記憶手段から、当該モード設定記憶手段に格納された当該制御モジュールのマイクロプロセッサの動作モードに関する設定情報を受け取って出力することを特徴とする制御モジュール。

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