JPS598006A - ｎ＋１冗長化制御装置 - Google Patents

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】 本発明は、ｎ　＋　１冗長化制ｔｉ＋装置の改良に関り
るものである。

分散形制御装置は、インテリジェンスを有づる複数の制
御ステーションを制御対重の各所に分散配置して通信線
Ｃ結び、各制御ステーションにそれぞれの区域を分担制
御させるようにしたものである。このような装置は危険
分散形の制ｉｌ＋装置ひあり、システムとしての信頼性
は高いが、個々の制御ステーションについては、分散形
Ｉこからといつて信頼性が高まったことには’Ｊらない
。そこで個々の制御ステーションごとに高い信頼性が要
求されるときは、個々の制御ステージ三３ンの冗長化が
必要になる。

冗長化の手法としＣは、経湾↑１１の見地から、所定の
複数の制御ステーションに対して１つの待機用の制御ス
テーションを段り、実働側の制御ステーションのどれか
１つが故障したとき、−待機側の１Ｆｉｌｌ　ＩＩＩス
デーションでバックアップするようにした、いわゆる１
）＋１冗長化が採用される。その場合、バックアップ時
およびバックアップ解除時の制御の引き継ぎを円滑にす
るために、入出力信号と制御用のデータベースを、実働
側の制御ステーションと待機側の制御ステーションとの
間に継承させることが必要になる。

制御＋スデーションについてｎ＋１冗長化を行なった分
散形制御装置の従来例としては、各制御ステーションの
１０ヒス入出力信号線を実働側の制御ステーションと待
機側の制御ステーションの間で授受するための専用の接
続手段を設＆づたものがある。このような従来例におい
ては、多数の入出力信号線の切り換えが必要になるので
、切り換え手段はさくイうしたものとなって信頼性が低
下づる欠点があり、また、待機側の制御ステーションは
、実働側の制御ステーションの入出力部と同一のものを
づべて持っていなければならないので、経済的でない。

あるいは、逆に、実働側の制御ステーションの持ちうる
入出力部は、待機側の制御ステーションの入出力部によ
って限定される。また、冗長化関係にある１）＋１個の
制御ステーション間に、データベース授受用の青用の接
続線が必要になるのも不経済である。さらに、バックア
ップ時に、待機側の制御ステーションがデータベースを
引き継ぐとき、実働側の制御ステーションはその前に故
障しているのであるから、インテリジェンスの暴走など
によって、データベースが損傷を受りている可能性があ
る。損傷を受（）たデータベースによっては、正しい制
御ができないので、そのようなおそれのないデータベー
スを引き継ぐようにする必要がある。

本発明の目的は、冗長化関係にあるｎ＋ｉ個の制御機構
の間において、制御引き継ぎ時のプロヒス入出力線の切
り換えを必要とせず、データベース授受用の専用の接続
線が不要で、かつ、実働側の故障にもかかわらず、正常
性の保証されたデータベースを引き継ぐことができる冗
長化分散形制御装置を提供ψることにある。

本発明は、 インテリジェンスと入出力部を持つ複数のプロセス制御
ユニットと、インチリジンニスを持つ冗長ユニットとを
通信線によつＣ接続した構成を有する１１＋１冗長化制
御装置であって、各プロレス制御ユニットは、ウォッチ
ドッグ・タイマのタイムアツプに従って故障を表示する
手段を有し、 冗長ユニッ［へは、プロセス制御ユニットからアップ１
コードされるデータベースの記憶手段として、通信線に
繋る全てのプロセス制御」ニットのデータベースを記憶
できる容量よりも、少くともプロセス制御ユニットのつ
Ａツチドック・タイマの時限値に相当づる時間にアップ
［１−ドされるデータベースを記憶できる容量だけ大き
い容量を持つ記憶手段と、この記憶手段に、通信線に繋
る全てのプロセス制御ユニットのデータベースを周期的
に順番にかつ循環的に記憶さけるアップロード手段と、
プロセス制御ユニツ１へのいずれかが故障を表示したと
き、その時点よりもプロセス制御ユニットのウォッチド
ッグ・タイマの時限値以上前にアップロー１〜されたで
のプロレス制御Ｊニツ１−のデータベースを用いてその
プ［ｌセス制御コニツトのインテリジェンスの代りにイ
のプロセス制ｉｌ＋　１１ニツトの入出力部を駆使して
プロセス制御を行なう手段とを有プる、 ｎ＋１冗長化制ｔｒｌ装置 によって−上記の目的を達成したものである。

以下、実施例によって本発明を訂細に説明づる。

第１図は、本発明が適用される分散形制御ｌ装胃の概念
的構成図である。第１図において、１１〜１には制御ス
テーションであっ−Ｃ１それぞれインテリジェンスを有
し制御対９の各部を分ｌｉｔ　シ’Ｕ制御づ−るもので
あ。２＋−２ｒｎはマスタステーションであって、オペ
レータまたは上位Ｍ停機によるシステム全体の監視・操
作用としＣ設けられる。３は通信線路であって、制御ス
テーション１１〜１にとマスクステーション２．・・−
２ｍを接続し、分散形制御装置を形成づるものである。

制御ステーション１１　（ｉ＝１〜．ｋ　）の詳細な構
成を第２図に示づ。第２図においで、４１〜／１１）は
プロセス制御コニツ］・、５はクラスタ制御ユニット、
６は冗長ユニット、７は内部通信線で′ある７ブ【］セ
ス制御」ニット４１へ・４ｎとクラスタ制御ユニット５
と冗長ユニツ］−６は、内部通信線７によって相互接続
ごれ、１つの制御ステーションを構成する。このような
制御ステーションをその形態に囚ｌυｅクラスタ（房）
と呼ぶ。各クラスタは、クラスタ制御ユニット５を通じ
て通信線路３に接続される。

プロレス制御ユニット４．〜４１１、クラスタ制御ユニ
ット５および冗長ユニット６はいずれもインテリジェン
スを持っており、例えば、第３図、４図および第５図の
ようにそれぞれ構成される。

第３図において、プロレス制御コニツ１〜４Ｊ（ｊ＝１
〜ｎ）は、内部通信制御Ｉ　Ｐ’ｉ　Ｎ　ＣＭと、プロ
セッサＮＰＵと、メモリＮＭＵと、入出力器Ｉ１０を持
っている。これらの各コンボーネン１〜はデータバスＤ
ＢＳによって相ηに接続されて、インテリジェントなブ
ｒｊ　ｊ４ス制匪ユニツ１−を形成している。プセッサ
ＮＰＵとメモリＮＭりがインテリジェンスの中枢をな１
０入出力データはメモリＮＭＵに記憶され、プロセス１
ＪＮＰ　ＬＪによって、プロセス制御用のデータ処理が
なされる。データ処理に際しては、メモリＮＭＵ中のデ
ータベースが用いられ、ごのユニットが担当しているプ
ロセスに適したデータ処理が行なわれる。

内部通信制＃ＩＮＣＭは、内部通信制御７に対する通信
を制御づるとともに、ダイレフ１〜・メモリアクはス（
□Ｍ△）にＪ、ってメモリＮＭＵと入出力器Ｉ１０にア
クセスする機能を持っている。このような機能は、通信
制御器ＮＣＭに内蔵されたマイクロプログラムによって
実現される。

第４図のクラスタ制御ユニツ１−５も、同様な内部通信
制御器ＮＣＭ、プ［］セツリＮＰＵ、およびメモリＮＭ
Ｕを持っており１．、さらにその他に外部通信制御器Ｆ
ＣＡを持っている。外部通信制御器１：ＣΔもＤＭＡｌ
１能を持つものである。これらの各コンポーネントもデ
ータバスＤＢＳによって相互接続されて、インテリジェ
ントなりラスタ制御ユニツｌ−を形成している。このク
ラスタ制御ユニットは、そのインテリジェンスによって
、クラスタ内の各ユニツ１〜の動作を制御する。制御の
種類は、人別して２種類あり、１つは、７スタステ一シ
ヨン２１〜２ｍから通信線路３を通じて与えられる指令
に基づいて、クラスタ内の各ユニットを制ｍｉることで
あり、もう１つは、ブ１」セス制御ユニット４ｊから通
信される故障報知信号に基づいて、冗長ユニツｊ−〇に
故障したプロセス制御ユニット４コのバックアップを行
なわせることである。これらの制御は、いずれも内部通
信線７を利用した通信によって行なわれる。その場合、
プロセッサＮＰＵは、制御用のデータ処理を行ない、内
部通信制御器ＮＣＭは、内部通信線７に対りる通信を制
御し、外部通信制御器１：０△は外部通信線３に対りる
通信を制（ＩＩ？ｌる。

第５図の冗長ユニツ］−〇も、同様な内部通信制御器Ｎ
ＣＭとブ］−ルッリＮＰＵとメＦすＮ　Ｍ　ＬＪを持っ
ており、さらにその他にアップ［１−トメ七りＮＭＵＵ
を持っている。これら各コンボーネン１〜もデータバス
ＤＢＳによっで相互接続されて、インテリジエン１〜な
冗長ユニット６を形成している。

この冗長ユこツ［−〇は、そのインテリジェンスにより
、クラスタ内の仝１１１　ヒス制御器）−ニラｌ−／Ｉ
　ｌ〜４１１のデータベースを、通信を介して周期的に
読み出してアップ［ｌ−トメモリＮ　Ｍ　Ｕ　Ｕに記憶
しており、これによって、各プロはス制御ユニツ］〜４
Ｊの最新のデータベースが常にアップ［１−１−メモリ
ＮＭＵＵに存在づるようになっている。データベースの
収集は、冗長コーニツト６と各プ【」セス制御ユニット
４ｊにおける内部通信制御器ＮＣＭのＤＭＡ機能によっ
て周期的に７７なりねる。データベースの収集時の冗長
ユニット６の挙ｖ）を、ンスタ制御コニット５によって
監視４ることにより、待機状態における冗長ユニット６
の健全性が確認できる。したがって、バックアップは健
全性かが保証された冗長ユニットで行なえる。

ｊ′ツブロードメモリＮＭＵＵには、プロレス制御ユニ
ツ１−４．のそれそ′れに対応したアップ１１−上領域
が設（プられている。これらアンプロード領域は、プロ
セス制御ユニット４．の数よりも多く設レノられる。い
ま、たとえばブ［１ｔ？ス制御コニツｉ〜の数ｎを８と
すると、）７ツブロード領域は第６図のように構成され
る。

第６図においては、アップ［１−上領域がプロセス制御
コニツ１〜数の２倍だけ設けられ、各領域に、それぞれ
対応づるゾ［１ｔ？ス制御コニツトのｉ゛−タベースが
アップロードされるようになっている。

アップ１．１−ドは順番に行なわれ、現時点［０におい
ては、プロセス制御ユニツ１−４５のデータベースがア
ップ［１−トされている。その他の領域のデータベース
は、全てそれ以前にアップロードされたものであって、
時点を承り記号の負数の添字が現時点からの測りの程度
を表寸。データベースの１回あたりのアップ［）−ド所
要旧間を１とづると、各領１ｔｉのデータベースは、【
の添字ｆ８ＩＣ（）過去のちのである。アップロードの
所要時間（はたとえば１．５秒稈度Ｃ゛ある。領域の数
が１［１ｅス制御」ニット数の２１８であることにより
、各プロレス制御」ニラｌ”　’Ｉ　ｓのラータベース
はＩＩＹ集時点の一周明異なるものが２つ存在づる。

各ブｒ−＋　１’ス制＠　：−ニラ１〜４．の故障は、
イれそれに内蔵されたウォッチドッグ・タイマのタイム
アツプによっ（検出され、それに基づく故障報知が通信
によってクラスタ制御ユニツ１〜５に伝達される。ウォ
ッチｉ〜ッグ・タイマの時限値丁は、全てのブ［Ｊセス
制御ユニット４．〜４ｎに対して同一の値が定められ、
たとえば４秒程度とされる。

クラスタ制御ユニツ１−５は、プロセス制御ユニットの
故障を確認りると、冗長ユニット６にそのバックアップ
を指令づる。

冗長ユニット６は、クラスタ制御」−ニット５からの指
令に従って、故障したプロセス制御コニツトのバックア
ップを（−ｉなう。

バックアップ１１，１のアータ処１【ｙに使用されるデ
ータベースは、予めアップロートされ−（いるものの中
から次のようにしで選ばれ、メインメモリに移送して利
用される。

いま、ブ【」セス制御ニアニット４２が故障し、そのバ
ックアップが第６図のし。時点で指令され、このとき、
冗長ユニット６（ル、たまたまブ［１１２ス制御ユニツ
ト４５のデータベースをアップロード中であるとづると
、冗長ユニット６は、プロセス制御ユニット４２のデー
タベースとしては、ｔ。

時点からつＡツチドッグ・タイマの時限値１以上に過去
のものを採用する。いま、プロセス制御コーニット４２
のデータベースは、ｔ、　　３時点とｔ−＋１時点の２
゛つがアップロードされているが、ｔ−３時点がウォッ
チドッグ・タイマの時限値１以内の位置にあるとすると
、ｔ−７１時点のデータベースが採用される。

つＡツヂトッグ・タイマの時限値以内の位置１−３にデ
ータベースがあるということは、それがアップロー１〜
された時点では、すでにプロレス制御ユニツ１〜４２の
故障が発生しているということであり、そのため、その
時点のデータベースは、プロセラ→）の暴走によって破
壊されＣいる可能性がある。そこで、そのＪ、うなＪり
それのあるデータベースは避けて、正しいことが確実＜
ｒ、もっと過去のデータベースを採用りる。＜＞　に、
Ｉ−１，５゜ｌ−−４の場合は、［−３時点は−４，５
秒であり、ウォッチ１〜ツク・タイマの時限値をわずか
に外れでいるが、きわどい時点なのτ′採用は避（〕／
こけ）がよい。現実的には、ウツォチドック・タイマの
時限値の１．５倍以上離すのが妥当である。

以上のことを可能にづるために、アップ１」−上領域の
数をプロセス制御ユニツ（〜４．の数よりも多く設（〕
たのであるが、イの数は、第６図のように、プロセス制
御ユニツｌ〜数の２倍とは限らずに、ウォッチドッグ・
タイマの時限値Ｔあるいはそれよりもある程度余裕をみ
た値と同じ時間内に））ツブロードされる複数のデータ
ベースを受・ｔ′）入れられるだけ、プロセス制御コー
ニツ１〜４．の数よりち多ければよい。つＡツヂトッグ
・タイマの時限値「と同じ時間歌にアップロードされる
データベースの数は−［／１となるから、アップ［１−
上領域の数は１）→−Ｉ−ｙ　を板上の整数であればよ
い。

第６図の例でいえば、ｎ　＝　８　、　ｉ’／’ｔ　＝
２．７であるから、アップロード領域数は１１あればよ
いことになるが余裕をみて１２と覆る。そうすると、ア
ップロード領域Ｏおよび１３〜１５は本来不要となる。

しかし、この部分かあると、アップ［］−ド領領域がプ
ロセス制御ユニット数の２倍となり、各アップ］」−上
領域が各プロレス制御ユニットに固定的に対応するので
都合がよい。これに対して、アップロード領域数を１２
とすると、第７図のように、各領域にアップロードされ
るデータベースはアップ［１−ドの周期に従ってサイク
リックに変化する。

バックアップは、上記のようにして採用したデータベー
スを用いて、冗長ユニット６のインテリジェンスが、通
信を介してプロセス制御コニット４２の入出力器１．　
／　Ｏを駆使づることにＪ、って行なう。すなわち、冗
長１ニツト６のイン１リジエンスが、プロセス制御コニ
ツｈ　’ｌ　２のインテリジェンスにとって代った形で
バックアップを行なう。

プロセス制御コニツ１へ４２は、１つＭＡ機能を４ｊづ
る内部通信制御器ＮＣＭを持っているので、そのような
入出力器Ｉ１０の駆使が可能となる。ｇなわら、入出力
器Ｉ１０の信弓線の切り換えを全く必要とけり“に、バ
ックアップが行４１える。このため、冗長ユニツ］〜６
はプロはス制御−１−ニツｈ　’Ｉ　２の入出力器Ｉ１
０と同一のものを持つ必要が４１り、したがって、ブ［
」セス制御ユニット４．（よ、自己にとって必要イ丁入
出力器Ｉ１０を自由に持一つことをＵｔＪられない。

バックアップ中は、プロレス制御二１ニツ１〜／Ｉ。

以外のものに対するデータベースの収集か、周期的に行
なわれる。データベースの収集は、クラフタの内部制御
用の内部通信線７を杖用して通信によっＣ行なわれるの
で、専用の接続線は不要となる。またデータベースは、
プロセス制御ユニツ１−４２が正常な間に読み出してお
いたものを採用りるから、データベースの正常性は保証
されている。

したがって、故障したプロセス制御二Ｉニット４２から
異常なデータベースを引き継いで、バックアップでのも
のも異常になるという、いわゆる共倒れ現象は容易に防
１される。

バックアップ中に、１０ヒス制御コニツト４２の故障し
た。イン１リジエンスの修理あるいは交換が行なわれる
。修理あるいは交換により正常な機能を回復したイン１
リジエンスは、機能回復信号（レディ信号）を発生づる
。この信号が通信されると、クラスタ制御ユニット６は
、プロセス制御ユニット４２のインテリジェンスの機能
回復を認識し、自動的にあるいはＡペレータの手動操作
に従って、冗長ユニット６にバックアップの解除を指令
づる。

この指令に従って、冗長二１ニット６は、アップ１」−
トメモリＮＭＵ中のプロセス制御ユニツ１〜４２用のデ
ータベースを、通信を介して１０［ス制御ユニツ１−４
２のメモリＮＭＵのデータベース領域に写しかえ、次い
で、そのインテリジェンスを起動してバックアップから
ぬ【）だす。

第８図に、本発明の他の実施例を承り。この実施例は、
クラスタの内外の通信系統を冗長化し、信頼ｖ１をさら
に高めたものである。！１なわち、外部通信線路は３１
．３２の２系統設（プられ、内部通信線も７＋　、７２
の２系統段【）られ、かつ、これらに対応しＣ、クラス
タ制御ユニット５には、外部通信制御器ＦＣ△と内部油
１８制御器ＮＣＭがいずれも２系統ずつ設けられ、プロ
セス制御ユニット４＋”４゜と冗長ユニツｌ−６には、
内部通信制御器ＮＧ’Ｍが２系統設けられる。

以上、本発明を好ましい実施例についＣ説明したが、本
発明は特許請求の範囲内においで様々な実施態様があり
うる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明が適用される分散形制御装置の概念的
構成図、 第２図は、本発明実施例の概念的構成図、第３図、第４
図および第５図は、それぞれ第２図の一部の詳細構成図
、 第６図および第７図は、アップロード・メモリの概念的
構成図、 第８図は、本発明の他の実施例の概念的構成図である。 １１〜１ｋ・・・制御ステーション、２１〜２１・・・
マスタステーション、３・・・通信線路、４１〜４ｎ・
・・ブｌ］セス制御ユニット、５・・・クラスタ制御ユ
ニッ１−１６・・・冗長ユニット、７・・・内部通信線
オ／ｆｆｉ 第２閏 第３　閏 第４図 ；７１′ｓ　　閃 ；ｉｆｔ　　　図 オ　　７　　ｍ ｔ−□６゜ ■可工１汀■■口

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 インテリジェンスと入出力部を持つ複数のプロセス制御
   ユニットと、インチリジンニスを持つ冗長ユニットとを
   通信線によって接続した構成を有Ｊる１）ト１冗長化制
   御装置であって、各プロセス制御二１ニットは、つＡツ
   チドッグ・タイマのタイムアツプに従って故障を表示づ
   る手段を有し、 冗長ユニットは、プロセス制御コニットからアップロー
   ドされるデータベースの記憶手段として、通信線に繋る
   全てのプロセス制御ユニットのデータベースを記憶でき
   る容量よりも、少くともプロセス制御ユニットのウォッ
   チドッグ・タイマの時限値に相当づる時間にアップロー
   ドされるデータベースを記憶できる容量だけ大きい容量
   を持つ記憶手段と、この記憶手段に、通信線に繋る全て
   の１【」セス制御コニットのデータベースを周期的に順
   番にかつ循環的に記憶させるアップ］］−ト手段と、プ
   ロセス制御ユニツ］〜のいずれかが故障を表示したとき
   、その時点よりもプロ廿ス制ｉｌｌコニットのウォッチ
   ドッグ・タイマの時限値以下前にアップ［１−ドされた
   そのプロセス制御コーニットのデータベースを用いてそ
   のブ［１ヒス制御コニツトのインテリジェンスの代りに
   そのプ［ＩＩ？ス制御Ｉニッ１〜の入出力部を駆使して
   プロセス制御を行なう手段とを有プる、 １１＋１冗長化制御装置。