控制装置以及控制方法
【专利摘要】具备：多个通信部(11-1～11-N)，它们接收来自测量控制设备(30-1～30-N)的数据(31-1～31-N)；控制部(12)，其基于来自通信部(11-1～11-N)的数据(31-1～31-N)对操作信号进行运算并向控制对象设备(20)输出，其中，该操作信号用于对控制对象设备(20)进行控制；存储部(13)，其对从通信部(11-1～11-N)输入的数据(31-1～31-N)进行存储；第1监视部(14-1)和第2监视部(14-2)，它们基于从存储部(13)在规定的定时取得的数据(31-1～31-N)，进行规定的运算而计算出运算值，并判定运算值是否满足将操作信号切断的切断条件，在满足切断条件的情况下，输出切断信号；以及第1切断部(15-1)和第2切断部(15-2)，它们接收从第1监视部(14-1)和第2监视部(14-2)的至少某一个输出的切断信号，将从控制部(12)向控制对象设备(20)输出的操作信号切断。
【专利说明】控制装置以及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及控制装置以及控制方法。
【背景技术】
[0002]在对机械装置、工厂设备(plant)等控制对象设备进行控制的控制装置中，为了提高安全性，存在对经由通信网络而接收/发送的通信数据进行双重监视的技术(例如，参照专利文献I)。该专利文献I所示的安全控制系统，经由网络与外部控制器连接，利用2个处理器对来自外部控制器的安全信号进行双重处理，由此构成双重系统，确保安全性。
[0003]专利文献1:日本特开2011-257889号公报
【发明内容】
[0004]在专利文献I所示的现有的安全控制系统中，以与外部控制器进行通信的I个网络为对象而构成有安全控制系统。即，安全控制系统仅经由I个网络与外部控制器连接。但是，在通常的控制装置中，有时需要与多个网络连接并与多个设备通信。例如，在对电动机进行控制的电动机控制装置中，除了外部控制器以外，有时经由网络而连接有对电动机的旋转角度进行检测的编码器、对机械位置进行检测的线性标尺，在该情况下，电动机控制装置需要应对3个网络。
[0005]但是，在专利文献I所示的现有的安全控制系统中，构成为仅以I个网络为对象，因此，存在如下问题，即，无法应对多个网络并实现安全功能。特别是在诸如与多个网络非同步地进行通信这样的情况下，需要同时且并行地对与多个网络之间接收/发送的数据进行处理，专利文献I所示的现有的安全控制系统并未形成为能够应对这种处理的结构。
[0006]本发明就是鉴于上述情形而提出的，其目的在于，得到一种控制装置以及控制方法，其利用双重系统对从多个网络接收到的数据进行监视，在通信数据出现异常的情况下，能够安全地使控制对象设备停止。
[0007]为了实现上述目的，本发明所涉及的控制装置，基于来自经由多个网络连接的多个测量控制设备的数据进行运算，并对控制对象设备输出操作信号，该控制装置的特征在于，具备:多个通信单元，它们与所述多个测量控制设备分别连接，并接收来自所述测量控制设备的数据；控制单元，其基于从所述通信单元输入的所述数据，对控制所述控制对象设备的操作信号进行运算，并向所述控制对象设备输出；存储单元，其对从所述通信单元输入的所述数据进行存储；彼此独立的第I监视单元以及第2监视单元，它们基于从所述存储单元在规定的定时取得的所述数据，进行规定的运算而计算出运算值，判定所述运算值是否满足将所述操作信号切断的切断条件，在满足所述切断条件的情况下，将切断信号输出；以及切断单元，其接收从所述第I监视单元和所述第2监视单元中的至少某一个输出的所述切断信号，将从所述控制单元向所述控制对象设备输出的所述操作信号切断。
[0008]发明的效果
[0009]根据本发明，构成为具备存储单元，利用通信单元接收到的数据暂时存储于该存储单元，第I监视单元以及第2监视单元基于从存储单元在规定的定时(timing)取得的数据而进行运算，在运算结果满足切断条件的情况下，分别输出使控制对象设备停止的切断信号，因此，具有如下效果，即，能够对从多个网络接收到的通信数据进行监视，在该通信数据出现异常的情况下，能够安全地使控制对象设备停止。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是示意性地表示包含实施方式I的控制装置而成的控制系统的结构的一个例子的框图。
[0011]图2是表示实施方式I的监视处理步骤的一个例子的流程图。
[0012]图3是表示第I监视部和第2监视部的动作定时的一个例子的时序图。
[0013]图4是示意性地表示具有实施方式2的控制装置而成的控制系统的结构的一个例子的框图。
【具体实施方式】
[0014]下面，参照附图，详细地说明本发明所涉及的控制装置以及控制方法的优选实施方式。此外，本发明并不受这些实施方式限定。
[0015]实施方式1.
[0016]图1是示意性地表示包含实施方式I的控制装置而成的控制系统的结构的一个例子的框图。控制系统具备控制装置10、控制对象设备20、以及测量控制设备30-1?30-N(N为大于或等于2的整数)。
[0017]控制装置10与控制对象设备20连接，对控制对象设备20的动作进行控制。作为控制对象设备20，例如能够例示对机械装置进行驱动的电动机等。此外，在图1中，示出了控制对象设备20由电动机构成的情况。
[0018]另外，控制装置10经由网络40-1?40-N与多个测量控制设备30_1?30-N连接，基于来自测量控制设备30-1?30-N的数据，输出对控制对象设备20进行控制的操作信号。测量控制设备30-1?30-N由控制器、传感器等构成，并分别对控制装置10发送数据31-1?31-N，其中，所述控制器输出使控制对象设备20进行驱动的数据，所述传感器对控制对象设备20的动作状态进行检测。作为测量控制设备30-1?30-N，能够例示编码器等传感器、外部控制器，其中，所述编码器对构成控制对象设备20的电动机的旋转角度进行检测，所述外部控制器输出使控制对象设备20进行动作的指令。此外，图1中示出了如下情况，即，测量控制设备30-1由外部控制器构成，测量控制设备30-2由编码器构成。
[0019]控制装置10具有通信部11-1?11-N、控制部12、存储部13、第I监视部14_1、第2监视部14-2、第I切断部15-1以及第2切断部15_2。
[0020]通信部11-1?I1-N经由网络40-1?40-N与测量控制设备30-1?30-N分别连接，接收来自测量控制设备30-1?30-N的数据。
[0021]控制部12基于由通信部11-1?Il-N接收到的数据，输出用于对控制对象设备20进行控制的操作信号。例如，以使得从编码器(测量控制设备30-2)输入的电动机的旋转角度追随从外部控制器(测量控制设备30-1)输入的位置指令的方式进行位置控制运算，并将操作信号即电力向电动机(控制对象设备20)输出。控制部12例如由CPU (CentralProcessing Unit)构成。
[0022]存储部13将由各通信部11-1?Il-N接收到的数据31_1?31-N，暂时存储于针对每一个测量控制设备30-1?30-N而规定的规定地址。
[0023]第I监视部14-1和第2监视部14-2，均在规定的定时以存储于存储部13的数据
31-1?31-N作为输入，基于该数据31-1?31-N进行运算，判定运算结果是否满足切断条件，并对切断信号的输出进行控制，其中，切断信号用于将针对控制对象设备20的操作信号的输出进行切断。此外，第I监视部14-1和第2监视部14-2，例如由与控制部12不同的彼此独立的CPU构成。
[0024]切断条件例如为如下⑴?⑷的情况。
[0025](I)来自测量控制设备30-1?30-N的数据是对控制对象设备20的停止进行指示的数据的情况。
[0026](2)在从测量控制设备30-1?30-N输入的数据中检测出通信错误的情况。
[0027](3)对第I监视部14-1所输入的数据和第2监视部14_2所输入的数据彼此进行对照，两者不同的情况。
[0028](4)输入的数据满足规定条件的情况。例如，根据编码器(测量控制设备30-2)的数据31-2计算出的电动机速度超过规定值时，或者来自外部控制器(测量控制设备30-1)的位置指令和来自编码器(测量控制设备30-2)的电动机旋转角度的差超过规定值时等。
[0029]针对各切断条件，预先规定出使用数据31-1?31-N进行运算的运算方法，并基于该运算方法进行运算处理。此外，第I监视部14-1输出的切断信号被输入至第I切断部15-1，第2监视部14-2输出的切断信号被输入至第2切断部15-2。另外，在上述(2)的情况下，第I监视部14-1和第2监视部14-2具有如下功能，即，彼此交换所输入的数据，并盘定它们相同还是不同。
[0030]如果第I切断部15-1和第2切断部15-2被输入了切断信号，则将从控制部12向控制对象设备20输出的操作信号切断，使控制对象设备20停止。如果从第I监视部14-1和第2监视部14-2中的至少一方输出切断信号，则切断由控制部12输出的操作信号，使操作信号不被输入到控制对象设备20，控制对象设备20停止。
[0031]此外，在该图1中，形成为如下结构，即，与第I监视部14-1连接的第I切断部15-1、和与第2监视部14-2连接的第2切断部15-2串联连接，但是，也可以构成为，将切断部设为I个，将第I监视部14-1和第2监视部14-2与该切断部连接，在从第I监视部14_1或者第2监视部14-2的任一个接收到切断信号的情况下，将操作信号切断。
[0032]下面，对控制装置10的控制处理进行说明。各通信部11-1?Il-N经由网络40-1?40-N从测量控制设备30-1?30-N接收数据31_1?31-N。控制部12在规定的定时从各通信部11-1?Il-N按顺序取得数据31-1?31-N，对操作数据进行运算并作为操作信号输出，其中，该操作数据用于对控制对象设备20进行控制。只要没有因后述的监视处理而将操作信号切断，控制对象设备20就根据操作信号而受到控制。
[0033]与该控制部12的控制处理并行地，第I监视部14-1和第2监视部14_2也利用从通信部11-1?Il-N接收的数据31-1?31-N进行运算，进行判断是否使由控制部12进行的对控制对象设备20的控制停止的监视处理。图2是表示实施方式I的监视处理步骤的一个例子的流程图。如果各通信部11-1?Il-N分别从测量控制设备30-1?30-N接收到数据31-1?31-N，则向存储部13内的分配给各通信部11-1?Il-N的区域(地址)存储接收到的数据31-1?31-N(步骤Sll)。
[0034]然后，第I监视部14-1和第2监视部14-2判定是否到达使用最初的数据31_1来执行监视处理的中断定时ti。即，最初设为i = I (步骤S12)，判定是否到达中断定时ti (=tl)(步骤 S13)。
[0035]图3是表示第I监视部和第2监视部的动作定时的一个例子的时序图。在图3中，横轴表示时间，纵轴表示开启/关闭状态。另外，Ts是控制循环。S卩，该控制装置10以控制循环Ts这样的周期反复执行如下的一系列处理，即，利用数据31-1进行运算，将操作信号向控制对象设备20输出，然后，利用数据31-2进行运算，将操作信号向控制对象设备20输出，..?，随后，利用数据31-N进行运算，将操作信号向控制对象设备20输出。
[0036]如图3所示，在将多个通信部11-1?Il-N的个数设为N时，第I监视部14_1构成为能够受理N个中断。图3中的tl?tN分别为N个中断的发生定时。N个中断如图3那样以规定的时间间隔(Ts/N)发生。
[0037]如图3所示，如果到达时刻tl，则第I监视部14-1从存储部13取得与时刻tl对应的数据31-1，针对数据31-1进行预先设定的运算(步骤S14)。另外，与此同时，第2监视部14-2也与第I监视部14-1同步地从存储部13取得与时刻tl对应的数据31_1，针对数据31-1进行预先设定的运算(步骤S15)。这里，第I监视部14-1和第2监视部14_2所取得的数据是存储部13中相同的数据31-1。
[0038]然后，第I监视部14-1和第2监视部14-2分别独立地判定运算值是否满足切断条件(步骤S16、S18)。这里，切断条件是指如上述⑴?⑷中例示那样的条件。在第I监视部14-1和第2监视部14-2均判断为运算值不满足切断条件的情况(在步骤S16和S18中均为No的情况)下，利用数据31-1进行的控制处理是正常的，因此，使由上述控制部12进行的控制处理继续进行。然后，判定步骤S13中的中断定时是否为与最后的数据31-N对应的中断定时tN(是否为i = N)(步骤S20)。
[0039]在步骤S13中的中断定时不是与最后的数据31-N对应的中断定时tN的情况(在步骤S20中为No的情况)下，第I监视部14-1和第2监视部14_2等待下一个中断定时。艮P，设为i = i+Ι (步骤S21)，返回到步骤S13而等待下一个中断定时ti+Ι。然后，执行上述的在步骤S13?S19中说明的处理。
[0040]另外，在步骤S13中的中断定时是与最后的数据31-N对应的中断定时tN的情况(在步骤S20中为Yes的情况)下，控制循环Ts结束，执行下一个控制循环Ts，因此，第I监视部14-1和第2监视部14-2等待最初的中断定时tl。S卩，返回到步骤S12，设为i = 1，等待中断定时tl。然后，执行上述的步骤S13?S19中说明的处理。
[0041]S卩，在根据在各时刻ti(i = I?N)所发生的中断而进行运算所得的运算值不满足切断条件的情况下，在各时刻ti(i = I?N)所发生的中断被第I监视部14-1受理，与各中断的定时ti对应的数据31-1被从存储部13输入至第I监视部14-1。与此同时，与第I监视部14-1同步地，相同的数据31-1被从存储部13输入至第2监视部14-2。并且，第I监视部14-1和第2监视部14-2反复进行如下处理，即，分别基于输入的数据31-1进行运算处理，如果不满足切断条件，则等待直至下一个中断发生为止。
[0042]另一方面，在步骤S16中，在第I监视部14-1判定为运算值满足切断条件的情况(在步骤S16中为Yes的情况)下，第I监视部14-1将切断信号向第I切断部15_1输出(步骤S17)。接收到切断信号的第I切断部15-1将从控制部12输出的操作信号切断，使该操作信号无法到达控制对象设备20。
[0043]另外，在步骤S18中，在第2监视部14-2判定为运算值满足切断条件的情况(在步骤S18中为Yes的情况)下，第2监视部14-2将切断信号向第2切断部15_2输出(步骤S19)。接收到切断信号的第2切断部15-2将从控制部12输出的操作信号切断，使该信号无法到达控制对象设备20。
[0044]在步骤S17或者步骤S19之后，来自控制装置10的操作信号未被输入到控制对象设备20，因此，控制对象设备20停止。由此，由控制装置10进行的监视处理结束。
[0045]在该实施方式I中，在经由网络40-1?40-N与多个测量控制设备30_1?30-N连接的控制装置10中，具备存储部13，从与多个测量控制设备30-1?30-N连接的通信部11-1?Il-N输入的数据31-1?31-N暂时存储于该存储部13。另外，第I监视部14_1和第2监视部14-2构成为，基于从存储部13在规定的定时输入的数据31-1?31-N进行运算，在运算值满足切断条件的情况下，分别输出使控制对象设备20停止的切断信号。由此，具有如下效果，即，能够利用第I监视部14-1和第2监视部14-2对从多个网络40-1?40-N输入的数据31-1?31-N进行双重监视，并能够基于该数据31-1?31-N而安全地使控制对象设备20停止。
[0046]此外，在上述例子中，构成为N个中断以规定的时间间隔发生，但也可以构成为在来自测量控制设备30-1?30-N的数据31-1?31-N分别被输入到通信部11-1?Il-N的定时产生中断。此时，能够根据从各测量控制设备30-1?30-N输入的数据31-1?31-N的重要性而对N个中断的优先顺序进行设定。通过以该方式对优先顺序进行设定，能够优先对紧急性较高的数据进行处理，能够进一步提高安全性。
[0047]实施方式2.
[0048]图4是示意性地表示具有实施方式2的控制装置而成的控制系统的结构的一个例子的框图。在实施方式2中，各测量控制设备30-1?30-N生成表示相同的信息的2个数据即第I数据32-1?32-N和第2数据33-1?33-N并将它们输出。第I数据32-1?32-N和第2数据33-1?33-N是表示相同的信息的数据，但可以是由相同的处理部或者相同的算法生成的完全相同的数据，也可以由不同的处理部或者不同的算法生成相同的信息。这样，由于从测量控制设备30-1?30-N发送2个数据，因此存储部13具有存储第I数据32_1?32-N的第I数据存储区域131、以及存储第2数据33-1?33-N的第2数据存储区域132。各通信部11-1?I1-N接收到的第I数据32-1?32-N被存储于第I数据存储区域131中的规定地址处，各通信部11-1?Il-N接收到的第2数据33-1?33-N被存储于第2数据存储区域132中的规定地址处。
[0049]第I监视部14-1利用存储部13的第I数据存储区域131中的第I数据32_1?
32-N进行运算，第2监视部14-2利用存储部13的第2数据存储区域132中的第2数据
33-1?33-N进行运算。另外，第I监视部14-1和第2监视部14_2判定运算结果是否满足切断条件，并判定是否将针对控制对象设备20的操作信号的输出切断。在切断的情况下，分别将切断信号输出。切断条件例如为以下(5)?⑶的情况。
[0050](5)来自测量控制设备30-1?30-N的数据是对控制对象设备20的停止进行指示的数据的情况。
[0051](6)在从测量控制设备30-1?30-N输入的数据中检测出通信错误的情况。
[0052](7)对第I监视部14-1所输入的数据和第2监视部14_2所输入的数据彼此进行对照，二者所表示的信息不相同的情况。例如，第I监视部14-1和第2监视部14-2在分别取得第I数据32-1和第2数据33-1并进行运算之前，对分别取得的第I数据32-1和第2数据33-1彼此进行对照而判定是否表示相同的信息，但无法判定为第I数据32-1和第2数据33-1表示相同的信息的情况。
[0053](8)输入的数据满足规定的条件的情况。例如，从I个测量控制设备输入的电动机速度超过规定值时，或者来自I个测量控制设备的位置指令和来自其它测量控制设备的反馈位置的差超过规定值时等。
[0054]另外，控制部12可以利用第I数据32-1?32_N进行运算，也可以利用第2数据
33-1?33-N进行运算。此外，对与实施方式I的图1相同的结构要素标注相同的标号，并省略其说明。另外，除了第I监视部14-1利用第I数据32-1?32-N进行运算、且第2监视部14-2利用第2数据33-1?33-N进行运算这一点之外，上述这种结构的控制装置10中的控制处理和监视处理也与在实施方式I中所说明的相同，因此，省略其详细的说明。
[0055]在该实施方式2中，在经由网络40-1?40-N与多个测量控制设备30_1?30-N连接的控制装置10中，具备存储部13，该存储部13具有:第I数据存储区域131，其对从与多个测量控制设备30-1?30-N连接的通信部11-1?Il-N输入的第I数据32-1?32-N进行暂时存储；以及第2数据存储区域132，其对第2数据33-1?33-N进行暂时存储。另夕卜，第I监视部14-1和第2监视部14-2构成为，第I监视部14-1基于从第I数据存储区域131在规定的定时输入的第I数据32-1?32-N进行运算，第2监视部14_2基于从第2数据存储区域132在规定的定时输入的第2数据33-1?33-N进行运算，在运算值满足切断条件的情况下，分别输出使控制对象设备20停止的切断信号。由此，利用从测量控制设备30-1?30-N获得的2个数据进行监视，因此，具有如下效果，即，在接收到的数据出现异常的可能性较高的情况下，能够将从控制部12向控制对象设备20传送的操作信号切断。
[0056]工业实用性
[0057]如上述所示，本发明所涉及的控制装置，适合用作对机械装置、工厂设备等控制对象设备进行控制的控制装置。
[0058]标号的说明
[0059]?ο控制装置、11-1?Il-N通信部、12控制部、13存储部、14-1第I监视部、14-2第2监视部、15-1第I切断部、15-2第2切断部、20控制对象设备、30-1?30-N测量控制设备、31-1?31-N、32-1?32_N、33_1?33-N数据、40-1?40-N网络、131第I数据存储区域、132第2数据存储区域。
【权利要求】
1.一种控制装置，其基于来自经由多个网络连接的多个测量控制设备的数据进行运算，并对控制对象设备输出操作信号， 该控制装置的特征在于，具备: 多个通信单元，它们与所述多个测量控制设备分别连接，并接收来自所述测量控制设备的数据； 控制单元，其基于从所述通信单元输入的所述数据，对控制所述控制对象设备的操作信号进行运算，并向所述控制对象设备输出； 存储单元，其对从所述通信单元输入的所述数据进行存储； 彼此独立的第I监视单元以及第2监视单元，它们基于从所述存储单元在规定的定时取得的所述数据，进行规定的运算而计算出运算值，判定所述运算值是否满足将所述操作信号切断的切断条件，在满足所述切断条件的情况下，将切断信号输出；以及 切断单元，其接收从所述第I监视单元和所述第2监视单元中的至少某一个输出的所述切断信号，将从所述控制单元向所述控制对象设备输出的所述操作信号切断。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于， 所述切断单元具有: 第I切断单元，其接收从所述第I监视单元输出的所述切断信号，将从所述控制单元向所述控制对象设备输出的所述操作信号切断；以及 第2切断单元，其接收从所述第2监视单元输出的所述切断信号，将从所述控制单元向所述控制对象设备输出的所述操作信号切断， 所述第I切断单元和所述第2切断单元，在所述控制单元和所述控制对象设备之间串联连接。
3.根据权利要求1或2所述的控制装置，其特征在于， 在将所述通信单元的数量设为N，其中，N为大于或等于2的整数的情况下， 所述第I监视单元能够受理N个中断，在受理各中断的定时，从所述存储单元取得与所述中断对应的数据， 所述第2监视单元与所述第I监视单元同步地从所述存储单元取得与所述中断对应的数据。
4.根据权利要求3所述的控制装置，其特征在于， 所述N个中断以规定的时间间隔发生。
5.根据权利要求3所述的控制装置，其特征在于， 所述中断在来自所述测量控制设备的数据被输入至所述通信单元的定时发生， 在所述中断中，针对从所述各测量控制设备输入的数据设定有以规定的规则分配的优先顺序。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的控制装置，其特征在于， 所述通信单元接收来自所述测量控制设备的表示相同的信息的2个数据即第I数据和第2数据， 所述存储单元具有:第I数据存储区域，其对来自所述多个通信单元的所述第I数据进行存储；以及第2数据存储区域，其对所述第2数据进行存储， 所述第I监视单元利用所述存储单元的所述第I数据存储区域中的所述第I数据进行所述规定的运算， 所述第2监视单元利用所述存储单元的所述第2数据存储区域中的所述第2数据进行所述规定的运算。
7.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于， 所述第I监视单元和所述第2监视单元，在利用所述第I数据和所述第2数据进行所述规定的运算之前，对各自取得的所述第I数据和所述第2数据进行彼此对照而判定是否表示相同的信息，在无法判定为所述第I数据和所述第2数据表示相同的信息的情况下，分别输出所述切断信号。
8.一种控制方法，其是控制装置的控制方法，该控制装置具备:多个通信单元，它们经由多个网络与多个测量控制设备连接；控制单元；存储单元；第I监视单元及第2监视单元；以及切断单元， 该控制方法的特征在于，包含: 操作信号运算工序，在该工序中，所述控制单元基于利用所述多个通信单元接收到的来自所述测量控制设备的数据，对控制与所述控制装置连接的控制对象设备的操作信号进行运算； 操作信号输出工序，在该工序中，所述控制单元将所述操作信号向所述控制对象设备输出； 数据存储工序，在该工序中，所述存储单元对从所述通信单元输入的所述数据进行存储； 判定工序，在该工序中，所述第I监视单元以及所述第2监视单元基于从所述存储单元在规定的定时取得的所述数据，进行规定的运算并计算出运算值，判定所述运算值是否满足将所述操作信号切断的切断条件； 切断信号输出工序，在该工序中，在所述第I监视单元和所述第2监视单元中的至少某一个判定为所述运算值满足所述切断条件的情况下，将切断信号向所述切断单元输出；以及 切断工序，在该工序中，接收所述切断信号，将所述操作信号切断。
【文档编号】G05B9/02GK104471495SQ201280074738
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2012年7月17日 优先权日:2012年7月17日
【发明者】安田赖正, 佐野修也, 宫崎友宏 申请人:三菱电机株式会社