ES2278839T3 - Unidad central para un sistema de automatizacion redundante. - Google Patents
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Abstract
Unidad central (1) para un sistema de automatización redundante, que se puede conectar con al menos otra unidad central (1'') del sistema de automatización y que está prevista para la realización de al menos una tarea (2, 3), en la que - la unidad central (1) está en conexión operativa con la otra unidad central (1'') de tal manera que la tarea (2, 3) en la unidad central (1) puede ser realizada de forma sincronizada con una tarea (2, 3''), que corresponde a esta tarea (2, 3), en la otra unidad central (1''), - la unidad central (1) está provista con medios de sincronización, caracterizada porque a dichos medios de sincronización (4): - se puede alimentar un mensaje (n23, n3x) asociado a esta tarea (2, 3), que indica a los medios de sincronización (4) la realización inminente de esta tarea (2, 3) y que provoca que los medios de sincronización (4) generen una señal de sincronización interna, que se puede alimentar a la otra unidad central (1), y - se puede alimentar una señal de sincronización externa a través de la otra unidad central (1''), y caracterizada, además, porque - la unidad central (1) está provista adicionalmente con un programador (10), y porque se puede alimentar al programador (10) el mensaje (n23) asociado a la tarea (3), con lo que el programador (10) inicia la ejecución de esta tarea (3), pudiendo alimentarse al programador (10) el mensaje (n23) solamente en el caso de que esté activada la señal de sincronización interna y externa.
Description
Unidad central para un sistema de automatización
redundante.
La invención se refiere a una unidad central
para un sistema de automatización redundante, que se puede conectar
con al menos otra unidad central del sistema de automatización y que
está prevista para la realización de al menos una tarea. Además, la
invención se refiere a un sistema de automatización redundante con
al menos dos unidades centrales de este tipo conectadas entre
sí.
En el campo de la técnica de automatización se
necesitan con frecuencia unidades centrales redundantes. Estas
unidades trabajan en el modo redundante de forma sincronizada y
están previstos habitualmente puntos de sincronización, en los que
se sincronizan las unidades centrales. Una sincronización de este
tipo se realiza, por ejemplo, alimentando las llamadas tareas, que
deben procesarse en cada caso a través de las unidades centrales,
de forma sincronizada con acontecimientos iniciales idénticos e
iniciándolas.
En el Catálogo de Siemens ST 70, Capítulo 4,
edición de 2001, se describe un sistema de automatización provisto
con varias unidades centrales. Las unidades centrales presentan
medios, que posibilitan un funcionamiento redundante del sistema de
automatización.
Se conoce a partir del documento DE 41 04 114 C2
un sistema redundante de procesamiento de datos que, para el caso
de que aparezca un acontecimiento de interrupción, inicia lo más
rápidamente posible la sincronización de las instalaciones de
procesamiento de datos implicadas en el funcionamiento
redundante.
El documento EP 0 645 034 B1 publica un sistema
de ordenador con unidades centrales conectadas entre sí. Las
unidades centrales están provistas con procesadores, estando
configurado el sistema de cálculo de tal forma que se posibilita
una sincronización de los cambios de estado de funcionamiento de los
procesadores o un procesamiento sincronizado de las tareas de los
procesadores.
Se conoce a partir del documento DE 198 09 089
A1 un procedimiento de sincronización y/o de intercambio de datos
para ordenadores seguros de alta disponibilidad. Allí están
previstas medidas, a través de las cuales se acortan las rutinas
necesarias para la sincronización o bien para el intercambio de
datos.
El documento WO 01/46805 A1 publica un sistema
de ordenador, que está configurado para el procesamiento de
diferentes tipos de errores con una frecuencia de errores dada.
Estas previstos medios de macro-sincronización, que
llevan a cabo una macro-sincronización, que está
limitada a instantes de sintonización.
La presente invención tiene el cometido de crear
una unidad central del tipo mencionado al principio, con la que se
simplifica un funcionamiento redundante con otra unidad central.
Además, se indica un sistema de automatización redundante, cuyas
unidades centrales se pueden sincronizar fácilmente para un
funcionamiento redundante.
El cometido se soluciona en lo que se refiere a
la unidad central a través de las medidas indicadas en la
reivindicación 1 y en lo que se refiere al aparato de automatización
a través de las medidas indicadas en la reivindicación 6.
Es ventajoso que la unidad central se pueda
proveer con mecanismos de comunicación de sistemas operativos
estándar, por ejemplo con mecanismos de comunicación del sistema
operativo "Windows NT" o "VX Works", con el fin de
posibilitar un funcionamiento redundante con otra unidad central,
pudiendo interrumpir las tareas de elevada prioridad en cualquier
momento las tareas de baja prioridad. Además, hasta el instante del
comienzo de la sincronización no está bloqueada ninguna de las
unidades centrales. Los acontecimientos de un proceso técnico a
controlar, que son alimentados solamente a una de las unidades
centrales (acontecimiento de un canal), se pueden procesar de una
manera ventajosa en dos canales, siendo transmitida a la otra unidad
central el mensaje asociado a una tarea, donde esta unidad central
reconoce la recepción de este mensaje. En este caso, ya
sincronización no es activada ya durante la emisión del mensaje o
bien durante el reconocimiento, sino solamente en la primera unidad
central cuando ha sido recibido el reconocimiento respectivo, y solo
en la otra unidad central cuando la memoria temporal de
reconocimiento respectiva ha sido retornada localmente después de la
emisión. De esta manera, se reduce el tiempo del bloqueo de las
tareas locales.
Otras configuraciones ventajosas de la invención
se deducen a partir de las otras reivindicaciones dependientes.
Con la ayuda del dibujo, en el que se ilustra un
ejemplo de realización, se explican en detalle a continuación la
invención, sus configuraciones así como sus ventajas.
En este caso:
La figura 1 muestra un diagrama de principio de
un sistema de automatización redundante, y
La figura 2 muestra en forma esquemática un
ciclo del programa en un sistema de automatización redundante.
En la figura 1, una primera unidad central 1
está en conexión operativa con una segunda unidad central 1', de
tal manera que las tareas 2, 3, que pueden ser procesadas a través
de la primera unidad central 1, pueden ser ejecutadas de una manera
sincronizada con lateras 2', 3' correspondientes, que pueden ser
procesadas a través de la segunda unidad central 1'. A tal fin, las
unidades centrales 1, 1' están provistas con medios de
sincronización 4, 4', que están conectados entre sí a través de
conexiones de comunicación 5, 5'. Cada uno de estos medios de
sincronización 4, 4' presenta esencialmente una memoria intermedia
6, 6', medios de servicio de interrupción 7, 7', un puerto de
salida 8, 8' y, además, un elemento de enlace 9, 9' que puede ser
accionado a modo de un enlace-Y. A continuación se
explica en detalle el modo de funcionamiento y el modo de actuación
del sistema de automatización redundante. En este caso, se supone
que las tareas 2, 2', 3, 3' que pueden ser procesadas cíclicamente
-lo que se indica en el dibujo a través de una representación de
forma circular de las tareas- están provistas con puntos de
sincronización. A estos puntos de sincronización están asociados
mensajes n23, n23', n3x, n3x', que -como se explica todavía a
continuación- están previstos para la sincronización del
procesamiento de las tareas. En este caso, el mensaje n23 indica que
debe iniciarse la tarea 3 y el mensaje n23' indica que debe
iniciarse la tarea 3'. Los mensajes n3x, n3x' indican que deben
comenzarse tareas x y x' no representadas aquí. En el ejemplo de
realización representado solamente se describe la sincronización
del procesamiento de la tarea 3 con la tarea 3'. Los puntos de
espera w2, w2', w3, w3' dentro de las tareas 2, 2', 3, 3' describen
puntos del programa, en los que las tareas 2, 2', 3, 3' están
preparadas en una posición de reposo para la recepción de nuevos
mensajes. Además, se supone que las tareas 2, 2', en virtud de los
acontecimientos, alimentados a las unidades centrales 1, 1', de un
proceso técnico a controlar pueden ser procesados a través de las
unidades centrales 1, 1'. Un procesamiento de un canal de este tipo
de los acontecimientos alimentados a las unidades centrales 1' no
requiere ninguna sincronización cíclica exacta de las tareas 2, 2',
3, 3', puesto que el código del programa de estas tareas 2, 2', 3,
3' a procesar es esencialmente idéntico en las unidades centrales
1, 1'. Es evidente que es posible prever n unidades centrales, para
poder llevar a cabo un procesamiento de tareas de n canales. Las
tareas 2, 2' transmiten a los medios de sincronización 4, 4' los
mensajes n23, n23', en el caso de que se prosiga el procesamiento de
las tareas 2, 2' hasta los puntos de sincronización, y de esta
manera indican a los medios de sincronización 4, 4' que la unidad
central 1 debe iniciar el procesamiento de la tarea 3 y la unidad
central 1' debe iniciar el procesamiento de la tarea 3'. Estos
mensajes n23, n23' son registrados en primer lugar en las memorias
intermedias 6, 6' de los medios de sincronización 4, 4', generando
los medios de sincronización 4, 4' en cada caso una señal de
sincronización. La señal de sincronización generada por los medios
de sincronización 4 a través del puerto de salida 8 es alimentada a
través de la línea 5 al elemento de enlace-Y interno
9 y al elemento de enlace externo 9' en el medio de sincronización
4' de la unidad central 1'. De una manera correspondiente se
alimenta a través de los medios de sincronización 4' la señal de
sincronización generada a través del puerto de salida 80 sobre la
línea 5' al elemento de enlace-Y 9' propio y al
elemento de enlace 9 en el medio de sincronización 4 de la unidad
central 1. Para el caso de que, por ejemplo, en las entradas del
elemento de enlace 9 esté activa tanto la señal de sincronización
interna como también la señal de sincronización externa, lo que
indica que tanto se prosigue el procesamiento de la tarea 2 a
través de la unidad central 1 como también el procesamiento de la
tarea 2' sobre la unidad central 1' hasta los puntos de
sincronización, la unidad central 1 inicia la realización de la
tarea 3. De una manera correspondiente, la unidad central 1' inicia
la ejecución de la tarea 3', en el caso de que en las entradas del
elemento de enlace 9' estén activa tanto la señal de sincronización
interna como también la señal de sincronización externa. A tal fin,
el elemento de enlace 9 de la unidad central 1 activa el medio de
servicio de interrupción 7, con lo que un programador 10 lee el
mensaje n23 desde la memoria intermedia y deposita el mensaje n23
en un buzón de recepción 11 asociado a la tarea 3. De una manera
correspondiente, en la unidad central 1' el elemento de enlace 9'
activa el medio de servicio de interrupción 7', con lo que un
programador 10' lee el mensaje n23' desde la memoria intermedia 6' y
deposita el mensaje n23' en un buzón de recepción 11' asociado a la
tarea 3'. Para el caso de que las tareas 3, 3' estén preparadas en
los puntos de espera w3, w3' para la recepción de los mensajes n23,
n23', las tareas 3, 3' reciben estos mensajes n23, n23' desde los
buzones de recepción 11, 11', con lo que se inicia la ejecución de
estas
tareas 3, 3' (programación previa).
tareas 3, 3' (programación previa).
A continuación se remite a la figura 2, en la
que se representa de forma esquemática un ciclo del programa en un
sistema de automatización redundante. En este caso, se supone que se
alimenta un acontecimiento 12 de un proceso técnico a controlar
solamente a la unidad central 1 (acontecimiento de un canal), con lo
que se inicia una tarea correspondiente en la unidad central 1.
Para realizar un procesamiento de dos canales de la tarea en virtud
de este acontecimiento de un canal 12, es necesaria una compensación
de la unidad central 1 con la unidad central 1'. El mensaje
asociado a la tarea es memorizado temporalmente con un número de
secuencia en la unidad central 1 y se lleva a cabo la compensación
a través de un acoplamiento de sincronización en serie 13,
transmitiendo la tarea sobre la unidad central 1 un encargo de
emisión 14 a través de la conexión de comunicación 13 a la unidad
central 1'. En la unidad central 1' se recibe el encargo en un
instante 15, es memorizado temporalmente de la misma manera y es
reconocido a través del acoplamiento de sincronización en serie 13,
siendo transmitida la señal de reconocimiento 16 a la unidad central
1. Además, una interfaz de comunicación local de la unidad central
1' retorna el reconocimiento emitido después de la transmisión a la
tarea que se ejecuta en esta unidad central 1'. Solamente con este
retorno "local" y con el encargo de reconocimiento se inicia
de la manera descrita la sincronización de las tareas
correspondientes en la unidad central
1 y 1'.
1 y 1'.
Un procesamiento de tarea de dos canales en
virtud de un acontecimiento de un canal se puede resumir de la
siguiente forma abreviada.
La unidad central, en la que se ha activado
originalmente el acontecimiento de un canal, recibe a través del
acoplamiento de sincronización en serie el reconocimiento con el
número de secuencia reflejado del encargo emitido con anterioridad.
Este acontecimiento inicia ahora la sincronización para el inicio
sincronizado de una tarea de dos canales.
Los medios de servicio de interrupción activados
de forma sincronizada introducen ahora en cada caso localmente el
correo con el número de secuencia más bajo en el buzón de
destino.
Se puede llevar a cabo la duplicación de un
acontecimiento que aparece en un canal también ya a través de los
medios de servicio de interrupción y no debe llevarse ya, como se ha
descrito anteriormente en el ejemplo, a "nivel de tarea". Los
mecanismos son iguales para ambos casos.
En el caso de una transmisión segmentada de los
datos a través del acoplamiento de sincronización en serie, el
reconocimiento final activa ya la sincronización de las tareas. Si
la transmisión era errónea, entonces se señaliza una pérdida de
redundancia. Puesto que la sincronización de las dos unidades
centrales asociadas se inicia solamente después de la transmisión
de datos en serie, el acoplamiento en serie no es crítico en el
tiempo, en lo que se refiere al "frenado" completo del
procesamiento de las tareas en general: por lo tanto, se puede
llevar a cabo un procesamiento casi paralelo entre la transmisión
para la compensación de los datos, que ha sido realizada a través
del encargo de emisión y de reconocimiento, y un procesamiento de
la tarea. De esta manera, es posible un acoplamiento en un sistema
de automatización redundante también a través de una interfaz de
comunicación estándar existente (10/100 Mbaud Ethernet) con la red
LAN.
Puesto que el acoplamiento en serie trabaja de
forma bidireccional, ambas unidades centrales pueden enviar datos
al mismo tiempo. En este caso, puede suceder que la secuencia de
procesamiento de los encargos no sea siempre clara. Se puede
conseguir claridad previendo los números de secuencia de tal forma
que una unidad central utiliza los números de secuencia pared y la
otra unidad central utiliza los números de secuencia impares. En el
buzón de destino se registran en cada caso los mensajes (Mails) con
el número de secuencia más bajo y de esta manera se inician las
tareas de destino. En este caso, para las tareas de un canal se
pueden utilizar siempre números de secuencia desiguales "0",
siendo reservado un número de secuencia igual a "0"
exclusivamente para la sincronización de tareas de dos canales.
Claims (6)
1. Unidad central (1) para un sistema de
automatización redundante, que se puede conectar con al menos otra
unidad central (1') del sistema de automatización y que está
prevista para la realización de al menos una tarea (2, 3), en la
que
- -
- la unidad central (1) está en conexión operativa con la otra unidad central (1') de tal manera que la tarea (2, 3) en la unidad central (1) puede ser realizada de forma sincronizada con una tarea (2, 3'), que corresponde a esta tarea (2, 3), en la otra unidad central (1'),
- -
- la unidad central (1) está provista con medios de sincronización,
caracterizada porque a
dichos medios de sincronización
(4):
- -
- se puede alimentar un mensaje (n23, n3x) asociado a esta tarea (2, 3), que indica a los medios de sincronización (4) la realización inminente de esta tarea (2, 3) y que provoca que los medios de sincronización (4) generen una señal de sincronización interna, que se puede alimentar a la otra unidad central (1), y
- -
- se puede alimentar una señal de sincronización externa a través de la otra unidad central (1'), y caracterizada, además, porque
- -
- la unidad central (1) está provista adicionalmente con un programador (10), y porque se puede alimentar al programador (10) el mensaje (n23) asociado a la tarea (3), con lo que el programador (10) inicia la ejecución de esta tarea (3), pudiendo alimentarse al programador (10) el mensaje (n23) solamente en el caso de que esté activada la señal de sincronización interna y externa.
2. Unidad central de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizada porque el mensaje (n23)
asociado a la tarea (3) se puede generar a través de una tarea
activada (2).
3. Unidad central de acuerdo con la
reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque el mensaje (n23)
asociado a la tarea (3) se puede alimentar a los medios de
sincronización (4) a través de una memoria intermedia (6).
4. Unidad central de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque los medios de
sincronización (4) presentan medios de servicio de interrupción (7)
y, además, medios de enlace (9) que pueden ser accionados a modo de
un enlace-Y, a los que se puede alimentar la señal
de sincronización interna como también la señal de sincronización
externa, donde una señal de salida de los medios de enlace (9)
activa los medios de servicio de interrupción (7), en virtud de lo
cual se puede alimentar al programador (10) el mensaje (n23)
asociado a la tarea (3).
5. Unidad central de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque el programador
(10) deposita para el inicio de la ejecución de la tarea (3) el
mensaje (n23) asociado a la tarea (3) en un buzón (11).
6. Sistema de automatización redundante con al
menos dos unidades centrales (1, 1') conectadas entre sí de acuerdo
con una de las reivindicaciones 1 a 5.
Applications Claiming Priority (2)
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| DE10133652A DE10133652A1 (de) | 2001-07-11 | 2001-07-11 | Zentraleinheit für ein redundantes Automatisierungssystem |
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