JPH03176701A

JPH03176701A - Ｎ対１バックアップコントローラ

Info

Publication number: JPH03176701A
Application number: JP31442489A
Authority: JP
Inventors: Seiji Kikuchi; 菊地　清治
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-12-05
Filing date: 1989-12-05
Publication date: 1991-07-31

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明はプロセス制御に用いられるディジタル制御装置
に関し複数台の演算制御装置を１台の演算制御装置でバ
ックアップするＮ対１バツクアツプコントローラに関す
る。

（従来の技術）最近のディジタル制御装置は、制御面では従来のアナロ
グ制御装置又はリレーシーケンスに代わるものとして高
度な制御装置の中心となって来ており、操作面ではＣＲ
Ｔ画面上から運転員が直接プラントの補機の起動・停止
、閉ループ制御の手動操作を行うなどのＣＲＴオペレー
ションが行われており、従来の制御盤に取りつけられて
いた計器の削減とボードレス化が進んでいる。すなわち
、従来の盤と盤用量がなくなりディジタル制御装置によ
るＣＲＴ画面上からの操作となる為にディジタル制御装
置における演算制御装置の高信頼性が要求されている。

ディジタル制御装置の故障はプラント運転操作が不能と
なりプラントを停止しなければならないなどの問題があ
る。

最も簡単なディジタル制御装置の構成例を第５図に示す
、５１は演算制御装置であり（以降ＣＰＵと略す）５２
は入出力制御装置である（以降Ｉ１０コントローラと略
す）、５３はＣＰＵ５１とＩ１０コントローラ５２を接
続するシステムバスである。５４はシステムバスから送
られて来たデータを外部へ出力したり、外部から入力さ
れて来たデータをＣＰＵ５１へ送受信する為のＩ１０処
理部である。５５はＩ１０バスである。外部プロセスと
のインターフェイスを行うＩ１０基板とＩ１０処理部５
４とのデータの送受信を行うバスである。ここでＩ１０
基板５６ａ、　５６ｂ、　５６ｃ、　５６ｄはそれぞれ
アナログ入力。

ディジタル入力、アナログ出力、ディジタル出力基板で
あり、それぞれ１枚の基板で約１６点から３２点の入出
力点数をプロセスとインターフェースする基板である。

この場合入出カニニットと基板の追加により人出力点数
は増加される。このようなシステｔ１において特にＣＰ
Ｕの故障が重大な影響を招くものとしてはＣＰＵを２重
化し信頼性を上げている。ＣＰＵを２重化した構成を１
５６図に示す。

ここでは全く同じＣＰＵを２台備えており、同じプログ
ラムがＣＰ　Ｕ３１ａとＣＰ　Ｕ３１ｂで演算される。

その結果は工／○処理部５４ａ、　５４ｂへそれぞれシ
ステムバス５３ａ、　５３ｂを通して送られる。■／○
処理部５４ａ、　５４ｂではＣＰ　Ｕ３１ａ、　ＣＰ　
Ｕ３１ｂが両方Ｊｌ：正常な場合には、どちらか決めら
れた方のＩ１０処理部がＩ１０バス５５を通して外部プ
ロセスとのＩ１０処理を行う。しかしながら、例えばＣ
ＰＵ５１ａが異常になった時はＩ１０処理部は５７ａが
開。

５７ｂ側が閉となり５１ｂで演算された結果が工／○処
理部５４ｂ、　Ｉ１０バス５５を通して基板５６ｃ、５
６ｄへ送られる。又、逆に入力に関しては入力基板５６
ａ。

５６ｂから入力されたデータは　工／○バス５５．入力
処理部５４ｂ、システムバス５３ｂを経由してＣＰＵ５
１ｂへ送られる。

第６図のようなＣＰＵ２重化構成システムは、発電所な
どではディジタル制御装置を機能分散している為に数台
以上備えられることが多い。このようにそれぞれのディ
ジタル制御装置のＣＰＵを２重化することは経済的にも
不利であるし、スペースも大きくとることになり好まし
いシステム構成とは言えない。

次に第７図に工／○点数が数点のワンループコントロー
ラのＮ対１バツクアツプコントローラの構成について述
べる。いなわちＮ台の一重化システムのワンループコン
トローラ７１．７２は１台の正常なワンループコントロ
ーラ７３によって演算制御部、Ｉ１０部ともにバックア
ップされる。この場合それぞれのワンループコントロー
ラ７１．７２．７３は同点数の工／○点数をもったハー
ドウェアであり７４は異常検出装置であり、それぞれの
ワンループコントローラの異常を検出して異常になった
ワンループコントローラに対してバックアップするワン
ループコントローラに切替指令７４ａを出す装置である
。プログラムはワンループコントローラデータベースス
テーション７５に全てのワンループコントローラのプロ
グラムが格納されており、異常検出装置７４からのダウ
ンライン指令７４ｂによって異常になったワンループコ
ントローラのプログラムをワンループコントローラ７３
にダウンローディングする。７６はネットワークである
。７７、７８は切替器である。切替器７７、７８ではリ
レーによって外部Ｉ１０信号７９を切替えている。すな
わち例えばワンループコントローラ７１が正常時には切
替器８０ｃは８０ａと接続されワンループコントローラ
７１に入力されているがワンループコントローラ７１が
異常時には、　８０ｃは８０ｂと接となりバックアップ
するワンループコントローラ７３の入力出力を行うこと
になる。

以上のようにワンループコントローラの入・出力信号は
１点すうリレー接点などで切替えられている。入力点数
が数点のワンループコントローラでは実現可能であるが
、第５図で述べたような大型のディジタル制御装置であ
りＩ１０点数を１０００点以上も処理する演算制御装置
については第７図に示すような切替器によるＮ対１バツ
クアツプコントローラは非常に複雑になるし、信頼性を
落す為に適用不可能であった。

本発明では、入・出力点数が１０００点を越えるような
大型のディジタル制御装置についてもＣＰＵをＮ対１で
バックアップすることが可能なＮ対１バツクアツプコン
トローラを提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（実施例）第１図に本発明の実施例を示す。ｌｌａ、　１２ａは演
算制御装置であり、複数台の演算制御装置が存在するも
のとする。１３ａも演算制御装置であり、前記複数台の
演算制御装置１１ａ、　１２ａに対して異常時にバック
アップする演算制御装置である。１４゜１５は複数台の
入出力制御装置である。

一般には演算制御装置１１ａに対して入出力制御装［１
４が対応し演算制御装［１２ａに対して入出力制御装置
１５が対応する。この入出力制御装置は入・出力基板を
追加することにより１０００点ぐらいまで収納可能な装
置である。１６はＣＲＴ　１７などを備えたマンマシン
コントローラである。１８は複数台の演算制御装置１１
１ａ、　１２ａのプログラムとバックアップ時に必要な
トラッキングデータｌｌｆ、　１２ｆなどを保存してい
るデータベースステーションである。

１９は光バスネットワークであり演算制御装置１１１ａ
。

１２ａ、　１３ａとマンマシンコントローラ１６とデー
タベースステーション１８間のデータ伝送装置である。

２０は複数台の演算制御装置１１ａ、　１２ａ、　１３
ａと複数台の入・出力制御装［１４，１５の間の光バス
ネットワークである。

それぞれの演算制御装置１１ａ、　１２ａ、　１３ａは
それぞれ演算制御装［１１ｂ、　ｌｉｅ、　１２ｂ、　
１２ｃ、　１３ｂ、　１３ｃをもっており、伝送制御装
置はそれぞれデータをきまったフォーマットで格納する
為のデータエリアｌｉｄ、　ｌｉｅ、　１２ｄ、　１２
ｅ、　１３ｄ、　１３ｅをもっている。

同様に入出力制御装置１４．１５は伝送制御装置１４ｂ
。

１５ｂとデータエリア１４ｅ、　１５ｅをもっている。

マンマシンコントローラ１６．データベースステーショ
ン１８も同様に伝送制御装置１６ｂ、　１８ｂとデータ
エリア１６ｅ、　１８ｅをもっている。

１３には記憶装置であるデータベースステーション１８
からのプログラムを直接伝送装置１３ｂを経由して受信
し保存する装置である。データについてはデータエリア
１３ｄ経由で送信されるがロジックプログラムは記憶装
置１３Ｋに送信される。

次に通常のそれぞれ演算制御装置１１ａ、　１２ａ。

！３ａと入出力制御装［１４，１５の関係を示す。

第２図に各制御装置のデータ伝送タイミングを示す。第
１番目のパルス信号のはディジタル制御装ｅｌｌの伝送
制御装置ｌｉｅがデータ伝送ネットワーク２０へ出力す
るタイミングであり、■は入出力制御装置１４の伝送制
御表［１，４ｂがデータ伝送ネットワーク２０ヘデータ
を出力するタイミングである。

同様に■についは伝送制御装置１２ｅが（王）について
は伝送制御表Ｈｉｓｂが■については伝送制御装置１３
ｃがそれぞれデータ伝送ネットワーク２０ヘデータを送
信するタイミングである。この順番は任意に決定するこ
とが出来る。又、それぞれの順番は数マイクロセックの
単位であり非常に速く。

通常制御に必要な入出力の時間としては問題ない値であ
る。

次に第３図にデータエリアｌｌｅ、　１２ｅ、　１３ｅ
、　１４ｅ。

１５ｅのフォーマットを示す。すなわち第２図で示した
順番で出力されたデータが順番にそれぞれのデータエリ
アｌｉｅ、　１２ｅ、　１３ｅ、　１４ｅ、　１５ｅに
第３図と全く同じフォーマットで格納されている。すな
わち３１は制御装置１１ａで演算され伝送装置１１ｃか
らデータ伝送ネットワーク２０へ送信された値である。

又次に３２は入出力制御装置１４が外部から入力したデ
ータを伝送装置１４ｂからデータ伝送ネットワーク２０
へ送信したデータである。このようにデータ伝送ネット
ワーク２０を介してそれぞれの演算制御装置１１ａ、　
１２ａ、　１３ａと入出力制御装［１４，１５は共通の
データを保存したデータエリアｌｉｅ、　１２ｅ。

１３ｅ、　１４ｅ、　１５ｅをもっている。演算制御装
置１１ａが入出力制御装置１４の入力データを使用して
演算したい時にはデータエリアｌｉｅの第３図で示され
る■のデータ３２の内容を演算制御装置１．１ａにとり
込んで演算を行うことが出来る。逆に入出力制御袋！ｉ
１４が演算制御装置１１ａの演算結果をプロセスに出力
する場合はデータエリア１４ｅの中で■のデータ３１の
内容をＩ１０処理部１４ａにもって来てそれぞれの出力
基板からプロセスへ出力することが出来る。他の演算制
御装置、入出力制御装置についても同様である。第３図
において、３３は演算制御袋Ｗ１１２ａから伝送制御装
置１２ｃを通して出力されたデータであり、３４は入出
力制御装置１５から同様に出力されたデータである。３
５はバックアップコントローラである。演算制御袋５ｉ
１３ａから出力されたデータである。複数台の演算制御
装置が全て正常なときは演算制御装置は任意のプログラ
ムで演算、出力している。

次にＮ対１バツクアツプの動作の詳細を述べる。

通常の動作は前記の通りであるが、バックアップコント
ローラである演算制御袋［１３ａは複数台の演算制御装
置の自己診断結果を異常検出器１３ｇ内にｌ１ｇ、　１
２ｇなどの信号で常時入力している。演算制御袋［１１
ａ、　１２ａなどで異常が発生した時は異常検出器１３
ｇで検出し異常の演算制御装置に代って演算を実行し結
果を出力する。

その手順は次の通りである。例として演算制御装置１１
．ａが異常の場合を考える。

Ｏ）異常の演算制御装置を判別する。

■　データベースステーション１８に対して異ｌｉｔに
なった演算制御装置のプログラムと１〜ラツキングデー
タのダウンラインローディングを要求する１３ｈ。

（３）　　データベースステーション１８からバックア
ップコントローラである演算制御装置１３ａに対してプ
ログラムとトラッキングデータが伝送制御装置１３ｂを
介して記憶装置１３Ｋに送られてくる１３１゜０）入出力制御装置１４では演算制御装置１１ａの異常
を演算制御装置１３ａのデータから判別し演算制御装置
１３ａから出力されたデータを受信するように切替える
。

すなわち、それまで第３図の３１のデータを取り込んで
いたものから３５のデータを取り込む。

第４図に第３図で示したそれぞれの制御装置が送信した
データの詳細を示す０例えば演算制御袋［＋１ａの送信
データ３１については、第４図のように１語が１６ビツ
トの情報となっており、接点情報は１点が１ビツトに対
応する。４１はディジタルデータエリアであり、４２は
アナログデータエリアである。４３は異常情報エリアで
あり、このエリアにはそれぞれ制御装置が異常時に対応
するビットがオンとむり他の制御装置で判別が可能にし
たものである。

このようにして異常になった演算制御装置に対して別の
演算制御装置がバックアップすることにより、それぞれ
のＣＰＵを２重化しないでもワンループコントローラの
ように切替器によってそれぞれの入出力信号を切替えな
くてもよい、信頼性と経済性に優れたＮ対１バツクアツ
プコントローラを提供することが出来る。

〔発明の効果〕

１台の演算制御装置が１０００点を越えるような入出力
点を処理する複数台のディジタル制御装置に対して、１
台の演算制御装置でバックアップすることか可能になり
、高信頼性で経済性の高いディジタル制御システムが比
較的安価に達成出来るという効果をもっている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるＮ対１バックアップコ
ントローラ構成図、第２図は各制御装置のデータ伝送ネ
ットワークへの送信タイミングを表わす図、第３図は各
制御装置のデータエリアの構成図、第４図は送信データ
詳細図、第５図はディジタル制御装置のｖｔ戊図、第６
図はＣＰＵを２重化したディジタル制御装置構成図、第
７図はワンループコントローラのＮ対１バックアップコ
ントローラ構成図である。１１ａ、　１２ａ、　１３ａ−演算制御装置１１ｂ、　
１２ｂ、　１３ｂ・・・伝送制御装置１１ｃ、　１２ｃ
、　１３ｃｍ伝送制御装置１１ｄ、、　１２ｄ、　＋３
ｄ・・・データエリアｌｉｅ、　１２ｅ、　１３ｅ−デ
ータエリア１１ｆ、　１２ｆ・・・トラッキングデータ
１１ｇ、　１２ｇ・・・異常信号１４ｂ、　１５ｂ・・・伝送制御装置１６ｂ、　１８ｂ・・・伝送制御装置＋６ｅ、　１８ｅ・・データエリア】８・・・データベースステーション１９・・・光バスネットワーク２０・・光バスネットワーク１４ａ、　１５ａ・・・Ｉ１０処理部　１３ｇ・・・異
常検出器１３ｈ・・ダウンライティングデータ要求１３
ｉ・・・ダウンラインローディング１３Ｋ・・・記憶装
置３１・・演算制御装置１１ａの送信データ３２・・入出
力制御装置１２の送信データ３３・・・演算制御装置＋
２ａの送信データ３４・・・入出力制御装置１５の送信
データ３５　　演算制御装置１．３ａの送信データ４１
・・・ディジタルデータエリア４２、・アナログデータエリア４３・・異常情報エリア５１・・演算制御装置　　５２・・・入出力制御装置５
３・・システムバス　　５４・・・Ｉ１０処理部５５・
・・Ｉ１０バス　　　５６ａ・・・アナログ入力基板５
６ｂ・・ディジタル入力基板５６ｃ・・・アナログ出力基板５６ｄ・・ディジタル出力基板５１ａ・・・演算制御装置（Ａ）５１ｂ・・・演算制御装置（Ｂ）５３ａ・・・システムバス（Ａ）５３ｂ・・・システムバス（Ｂ）５４ａ−Ｉ　／　Ｏ処理部（Ａ、）５４ｂ・・・■／○処理部（Ｂ）５５・・・Ｉ１０バス　　５６ａ・・・アナログ入力基
板５６ｂ・・・ディジタル入力基板５６ｃ・・・アナログ出力基板５６ｄ・・・ディジタル出力基板７１・・・ワンループコントローラ７１ａ・・・工／○制御部７２・・・ワンループコントローラ７２ａ・・工／○制御部７３・・・ワンループコントローラ７３ａ・・・Ｉ１０制御部　７４・・異常検出装置７４
ａ・・・切替信号　　　７４ｂ・・・ダウンライン指令
７５・・・ワンループコントローラデータベーステーシ
ョン７６・・・ネットワーク　　７７・・・切替器７８・・
・切替器　　　　　７９・・・Ｉ１０１０ｇ０ａ・・・
切替リレー接点　８０ｂ・・・切替リレー接点８０ｃ・
・切替リレー接点

Claims

【特許請求の範囲】

プロセスからの信号を入力し演算を行う演算制御装置と
、その結果をプロセスへ出力する入出力制御装置と、上
記演算制御装置と入出力制御装置との間のデータの伝送
を行い伝送データを保存するデータエリアとを備えた伝
送制御装置と、上記複数台の演算制御装置のプログラム
を保存し各演算周期毎にバックアップ時に必要なトラッ
キングデータを保存するデータベースステーションと、
上記演算制御装置の異常時には異常信号を出力する自己
診断機能を有する複数台の演算制御装置と、異常信号を
入力し前記異常の演算制御装置のプログラムをデータベ
ースステーションから入力し異常の演算制御装置に代っ
てバックアップする１台のバックアップコントローラと
を設け、前記データ伝送制御装置を介して入出力信号を
とり合うことにより異常になった上記演算制御装置のバ
ックアップを行うことが可能なＮ対１バックアップコン
トローラ。