DE19918270A1

DE19918270A1 - Method for the requirement dependent execution of calculation of technical function in guidance system by forming event monitoring forming enable signal for completing calculation of function

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Publication number: DE19918270A1
Application number: DE1999118270
Authority: DE
Inventors: Denis Welsch
Original assignee: ABB Patent GmbH
Current assignee: ABB Patent GmbH
Priority date: 1999-04-22
Filing date: 1999-04-22
Publication date: 2000-10-26

Abstract

A program area tracking (C) causes a tracking of the past values in each redundant central processor (slave) in which all output signals of main process control element included in the part of the program are transferred cyclically to the redundant central processor (slave). The event monitoring (A) forms an enable signal for completing the calculation of the function in standard function logic (B) transferred to the redundant central processor (slave).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur bedarfsabhängigen Durchführung der Berechnung einer leittechnischen Funktion in einem Leitsystem, das nach dem Ma ster/Slave-Prinzip arbeitende aktive und redundante Zentralprozessoren (CPUs) zur Berechnung der Funktion enthält.The invention relates to a method for carrying out the Calculation of a control function in a control system, which according to Ma active / redundant central processors (CPUs) working according to the ster / slave principle Calculation of the function contains.

In modernen digitalen Prozess-Leitsystemen wird deren Steuerungslogik von einem Prozessor seriell und zyklisch abgearbeitet. Im Prozessor ablaufende Programme lesen Prozesseingangssignale, führen die Verarbeitung durch und geben Befehle zurück an den Prozeß. Beispielsweise wird in einem Controller des Leitsystems Advant Controller (AC) 160 der Firma ABB das Programm beginnend mit einem Process Control (PC)-Ele ment PCPGM in mehrere Tasks unterteilt. Diese Tasks beginnen mit einem PC-Ele ment CONTRM (Control modul), in welchem die Zykluszeit dieser Task definiert ist. Auf diese Weise kann eine deterministische Abarbeitung des Programms sichergestellt werden. In Fig. 1 ist diese Struktur dargestellt.In modern digital process control systems, their control logic is processed serially and cyclically by a processor. Programs running in the processor read process input signals, perform processing, and return commands to the process. For example, in a controller of the Advant Controller (AC) 160 control system from ABB, the program is divided into several tasks starting with a Process Control (PC) element PCPGM. These tasks begin with a PC element CONTRM (control module), in which the cycle time of this task is defined. In this way, deterministic execution of the program can be ensured. This structure is shown in FIG. 1.

Fig. 2 zeigt eine Detaildarstellung dieses Programms. Unter dem PC-Element CONTRM ist das Programm nochmals mit FUNCM (Function Module)-Elementen un terteilt, wobei jede Funktion mit einem solchen Element beginnt. Die Hauptlogik der Funktion ist in einer standardisierten, als Type Circuit bezeichneten Einheit enthalten. Fig. 2 shows a detailed representation of the program. Under the PC element CONTRM the program is subdivided again with FUNCM (Function Module) elements, whereby each function begins with such an element. The main logic of the function is contained in a standardized unit called a type circuit.

Ein solcher Type Circuit (TC) wurde für spezielle Anwendungen entwickelt und getestet und ist in den Zeichnungsfiguren beispielhaft für einen Antrieb dargestellt. Die pro zessabhängige Logik ist mit Standard-PC-Elementen um den Type Circuit (TC) herum gebaut (in Fig. 2: AND, OR, OR, AND, TON und OR, AND).Such a type circuit (TC) was developed and tested for special applications and is shown in the drawing figures as an example for a drive. The process-dependent logic is built with standard PC elements around the Type Circuit (TC) (in Fig. 2: AND, OR, OR, AND, TON and OR, AND).

Wenn man die Verteilung der Last, welche die Berechnung dieser Elemente im Prozes sor verursacht, etwas genauer betrachtet, stellt man fest, daß bei weitem der größte Teil der Last von der Programmeinheit Type Circuit verursacht wird. Dies in Fig. 2 durch eine Angabe in Prozentwerten dargestellt. Die Last, die von der prozessabhängigen Logik (AND, OR, TON, . . .) verursacht wird (22%), ist viel geringer als die vom TC verur sachte Last (67%). Überlegungen zur Einsparung von unnötiger Rechenlast konzentrie ren sich daher auf den TC.If one takes a closer look at the distribution of the load that causes the calculation of these elements in the processor, it is found that by far the greatest part of the load is caused by the Type Circuit program unit. This is shown in FIG. 2 by an indication in percentages. The load caused by the process-dependent logic (AND, OR, TON,...) (22%) is much lower than the load caused by the TC (67%). Considerations for saving unnecessary computing load are therefore concentrated on the TC.

Betrachtet man den dynamischen Aspekt einer solchen Funktion etwas genauer, z. B. hier im Fall eines Antriebs, so stellt man fest, daß deren Berechnung in etwa 99% der Zyklen nicht erforderlich ist. Die Berechnung ist nur erforderlich, wenn Änderungen auf der Eingangsseite Auswirkungen auf die Ausgänge haben. In diesem Fall muß die Be rechnung erfolgen, damit der entsprechende Befehl ausgegeben werden kann. In der Realität einer Anlage erfolgt eine Änderung auf der Eingangsseite einer binären Funkti on, wie z. B. eines Antriebes, nur äußerst selten (z. B. wenn dieser ein- bzw. ausge schaltet wird). Daraus folgt, daß alle Berechnungen, von welchen keine Änderung auf der Eingangsseite der Funktion erfolgt sind, eingespart werden könnten. Damit könnte die produktive Leistung des Prozessors erheblich vergrößert werden.If you take a closer look at the dynamic aspect of such a function, e.g. B. here in the case of a drive, it is found that their calculation is approximately 99% of the Cycles is not required. The calculation is only necessary when changes are made the input side have an effect on the outputs. In this case, the Be calculation so that the corresponding command can be issued. In the In reality, a change occurs on the input side of a binary function on, such as B. a drive, only very rarely (e.g. when this on or off is switched). It follows that all calculations, of which no change is made on the input side of the function, could be saved. So that could the productive performance of the processor can be increased significantly.

Eine Situation, in der die Berechnung immer erfolgen muß, ist die folgende: In der Ein heit Type Circuit selbst gibt es interne Veränderungen, die nur von externen Signalver änderungen initiiert werden und dann weiterlaufen, z. B. Timer zur Laufzeitüberwa chung eines Antriebs oder interne Selbsthaltung eines Ausgangsbefehls. Wenn dies der Fall ist, muß die Berechnung des Type Circuits natürlich erfolgen. A situation in which the calculation must always be made is as follows: In the one Type Circuit itself there are internal changes that are only possible from external signal conn changes are initiated and then continue, e.g. B. Timer for runtime monitoring drive or internal latching of an output command. If this if this is the case, the type circuit must of course be calculated.

Um eine hohe Verfügbarkeit zu gewährleisten, werden die CPUs in modernen Leitsy stemen oft redundant eingesetzt. Wenn die aktiv arbeitende CPU (Master) ausfällt, wird sofort automatisch auf die zweite CPU (Slave) umgeschaltet. Dies erfolgt ohne Auswir kung auf den Prozeß, der also davon nichts merkt. Im laufenden Betrieb muß sicherge stellt sein, daß zu jeder Zeit der Slave die Arbeit des Masters stoßfrei und ohne Daten verlust übernehmen kann. Zur Gewährleistung dieser Anforderung muß der Slave permanent mit den aktuellen wichtigen Daten (Vergangenheitswerte) versorgt werden. Im Zusammenhang mit der Überlegung zur Einsparung von unnötiger Rechenlast muß dieser Aspekt natürlich auch berücksichtigt werden.To ensure high availability, the CPUs in modern Leitsy often used redundantly. If the active CPU (master) fails, immediately automatically switched to the second CPU (slave). This is done without any effect attention to the process, which therefore does not notice any of it. During operation, security must be ensured means that at any time the slave does the work of the master smoothly and without data can take over loss. To ensure this requirement, the slave permanently supplied with the current important data (historical values). In connection with the consideration to save unnecessary computing load must this aspect is of course also taken into account.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur be darfsabhängigen Durchführung der Berechnung einer leittechnischen Funktion in einem Leitsystem, das zwei nach dem Master/Slave-Prinzip arbeitende Zentralprozessoren (CPUs) enthält, anzugeben.Based on this, the present invention seeks to provide a method for execution of the calculation of a control function in a Control system, the two central processors working according to the master / slave principle Contains (CPUs).

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur bedarfsabhängigen Berechnung einer Funktion gelöst, das die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.This task is accomplished by a procedure for the calculation of a demand Function solved, which has the features specified in claim 1.

Die vorgeschlagenen Maßnahmen sind in einem Programmteil eines Steuerungspro gramms einer funktionalen Einheit des Leitsystems vorgenommen, so daß sie vorteil haft für einen Anwender nicht sichtbar sind und keinen zusätzlichen Planungsaufwand erfordern.The proposed measures are in a program part of a control pro Gramms made a functional unit of the control system, so that they are advantageous are not visible to a user and no additional planning effort require.

Eine weitere Erläuterung der Erfindung erfolgt nachstehend anhand eines in den Zeichnungsfiguren dargestellten Ausführungsbeispiels, das sich auf eine Antriebssteue rung bezieht. A further explanation of the invention follows below with the aid of a Drawings illustrated embodiment, which is based on a drive control tion relates.

Es zeigen;Show it;

Fig. 1 die Diagrammstruktur in einem Controller des Leitsystems AC 160, wobei das Programm Steuerungsmodule (CONTRM) enthält, Fig. 1 shows the structure diagram of the control system in a controller AC 160, wherein the program control modules (CONTRM) contains,

Fig. 2 eine Detaildarstellung des Programms, wobei ein Funktionsmodul (FUNCM) eines Steuerungsmoduls (CONTRM) dargestellt ist, Fig. 2 is a detailed representation of the program, whereby a function module (FUNCM) of a control module (CONTRM) is shown,

Fig. 3 den prinzipiellen Aufbau eines als Type Circuit (TC) bezeichneten Programmteils, der in Bereiche (A, B, C) unterteilt ist, und Fig. 3 shows the basic structure of a program called a type circuit (TC), which is divided into areas (A, B, C), and

Fig. 4 bis Fig. 6 drei zusammengehörige Zeichnungsteile zur Darstellung von Funktionsbausteinen eines Type Circuits im erläuterten Beispiel einer Steuerungslogik für einen Stellantrieb (DCS). Fig. 4 to Fig. 6 three related drawing parts for the representation of function blocks of a type circuit in the illustrated example of a control logic for an actuator (DCS).

Die in Fig. 3 dargestellten Bereiche (A, B, C) des Programmteils Type Circuit sind nachstehend erläutert.The areas (A, B, C) of the Type Circuit program section shown in FIG. 3 are explained below.

Event monitoring (A)

In der Ereignisüberwachung erfolgt die Überwachung der Eingangssignale und be stimmter interner Signale des Type Circuits. Wenn sich an diesen Signalen eine Ände rung ereignet, bzw. wenn diese aktiv sind, sorgt die Ereignisüberwachung dafür, daß der Type Circuit berechnet wird.The input signals and be are monitored in event monitoring internal signals of the type circuit. If there is a change in these signals event occurs, or if these are active, event monitoring ensures that the type circuit is calculated.

Standard drive logic (B)

Die Standard-Antriebslogik ist die Logik, welche für die Steuerung des Antriebs sorgt. Wenn die Fähigkeit der bedarfsabhängigen Berechnung nicht vorhanden wäre, wäre diese Logik die gleiche. Sie ist abgeleitet von den Anforderungen der Antriebsfunktion an Bedienung, Signalisierung, Schutz und Freigaben. The standard drive logic is the logic that controls the drive. If the ability to perform demand-based calculation were not there, it would be this logic the same. It is derived from the requirements of the drive function in operation, signaling, protection and approvals.

Tracking historical values (C)

Der Einsatz des Mechanismusses der bedarfsabhängigen Berechnung der Logik eines Type Circuits (TC) in einer redundanten CPU erfordert die Aktualisierung von Vergan genheitswerten, damit bei Umschaltung auf die redundante CPU (Slave) diese genau da weiterrechnet, wo der erstere (Master) aufgehört hat. Dies wird im wesentlichen in diesem Teil der TC-Logik durchgeführt. Die gesamten Ausgangssignale des Haupt-PC-Ele ments werden als Vergangenheitswert gespeichert. Im Fall des Umschaltens kann der neue Master diese Werte sofort ausgeben.The use of the mechanism of needs-based calculation of the logic of a Type Circuits (TC) in a redundant CPU requires the Vergan update values, so that when switching to the redundant CPU (slave), it is accurate calculates where the former (master) left off. This is essentially in this part of the TC logic. The total output signals of the main PC-Ele mentions are saved as historical values. In the case of switching can the new master will output these values immediately.

Das Signal, welches dafür sorgt, daß die Berechnung geblockt bzw. entblockt wird, muß ebenso in der redundanten CPU permanent aktualisiert werden. Dies erfolgt mit Hilfe des PC-Elements MOVERED (Fig. 4).The signal that ensures that the calculation is blocked or unblocked must also be updated permanently in the redundant CPU. This is done using the MOVERED PC element ( Fig. 4).

Aufbau und Arbeitsweise des Programmteils Type Circuit erfolgt nachstehend anhand der Fig. 4, 5 und 6. Die Aufteilung auf die drei Figuren erfolgte aus Darstellungsgrün den. Definitionen der benutzten Bezeichnungen (Begriffe) sind am Ende der Beschrei bung zusammengestellt.The structure and mode of operation of the Type Circuit program section are shown below with reference to FIGS. 4, 5 and 6. The division into the three figures was made for the sake of illustration. Definitions of the terms used (terms) are compiled at the end of the description.

Der überwiegende Teil der in Fig. 4 dargestellten Logik gehört zur Ereignisüberwa chung (A). Der in Fig. 4 dargestellte Signalfluß beginnt aber mit einem PC-Element B1, welches zur Standard-Antriebslogik (B) gehört. Der Grund dafür ist, daß die CPU die einzelnen PC-Elemente (Prozeß-Steuerungselemente) in der Reihenfolge ihrer Plazie rung in dem Funktionsplan abarbeitet, d. h., daß beim Plazieren der PC-Elemente auf den Signalfluß geachtet werden muß, so daß die Eingangssignale der PC-Elemente auch im gleichen Zyklus von den davor plazierten PC-Elementen errechnet wurden, und nicht von einem vorigen Zyklus stammen.The majority of the logic shown in Fig. 4 belongs to event monitoring (A). The signal flow shown in FIG. 4, however, begins with a PC element B1, which belongs to the standard drive logic (B). The reason for this is that the CPU processes the individual PC elements (process control elements) in the order in which they are placed in the function diagram, ie that the signal flow must be taken into account when placing the PC elements so that the input signals of the PC elements were also calculated in the same cycle from the previously placed PC elements and do not originate from a previous cycle.

Das PC-Element B1 hat die Aufgabe der Reservierung des Objektes für den Zugriff durch einen Operator. Über dieses Element werden die von einem Operator gegebe nen Befehle geführt. Wenn ein Befehl vom Operator zu dem Objekt geschickt wurde, ist dies Veranlassung, daß der zugehörige TC gerechnet wird, um den gewünschten Be fehl auszuführen. Zu diesem Zweck besteht eine Verbindung zwischen diesem PC-Ele ment B1 und einem PC-Element A1 im Ereignisüberwachungsbereich.The PC element B1 has the task of reserving the object for access by an operator. This element is used by an operator commands. When a command has been sent to the object by the operator this causes the associated TC to be calculated to the desired loading to fail. For this purpose there is a connection between this PC-Ele ment B1 and a PC element A1 in the event monitoring area.

Am Eingang des PC Elements A1 werden alle Eingangssignale aufgelegt, wie z. B. Schutzsignale (PTOPN, PTCLS), Automatiksignale (AOPN, ACLS), Prozeßsignale (PFOPN, PFCLS), usw. Diese binären Signale werden zu einem Interger-Long-Signal zusammengebaut, welches an die zwei nächsten PC-Elemente, nämlich A2 und A3, weitergegeben wird.At the input of PC Element A1 all input signals are applied, such as. B. Protection signals (PTOPN, PTCLS), automatic signals (AOPN, ACLS), process signals (PFOPN, PFCLS), etc. These binary signals become an interger long signal assembled, which connects to the next two PC elements, namely A2 and A3, is passed on.

Im PC-Element A2 wird das aktuelle Integer-Long-Signal mit dem im PC-Element A3 vom vorhergehenden Zyklus gespeicherten Wert verglichen. Auf diese Weise kann das Ausgangssignal des PC-Elements A2 gesetzt werden, wenn sich eine Änderung erge ben hat. Dieser Teil der Schaltung stellt den Kern der Überwachungsfunktion dar, die ermittelt, ob am Eingang des TCs eine Änderung vorliegt.In PC element A2 the current integer long signal is compared to that in PC element A3 value from the previous cycle compared. That way it can Output signal of the PC element A2 are set when there is a change ben has. This part of the circuit represents the core of the monitoring function, the determines whether there is a change at the input of the TC.

Der Ausgang des PC-Elements A2 wird auf ein PC-Element A4 (OR) gelegt. Der zweite Eingang dieses Elements OR erhält ein Signal, welches von einem PC-Element A7 (s. Fig. 5) stammt und anzeigt, daß intern im Haupt-PC-Element B3 (Fig. 5) noch ein Pro zeß aktiv ist, so daß die Berechnung nicht unterbrochen werden darf. Beide Signale werden OR-verknüpft und stellen jetzt am Ausgang von A4 den Zustand dar, daß die Berechnung erfolgen muß.The output of the PC element A2 is placed on a PC element A4 (OR). The second input of this element OR receives a signal which comes from a PC element A7 (see FIG. 5) and indicates that a process is still active internally in the main PC element B3 ( FIG. 5) that the calculation must not be interrupted. Both signals are OR-linked and now represent the state at the output of A4 that the calculation must take place.

Das PC-Element A5 hat die Aufgabe, den eingegebenen Wert in einem Speicherbe reich abzulegen, der mit dem redundanten CPU (Slave) zyklisch abgeglichen wird. Auf diese Weise ist dem Slave auch immer bekannt, ob im Falle der Redundanzumschal tung diese Logik berechnet werden muß oder nicht. Der Ausgang dieses PC-Elements A5 ist mit dem Block-PC-Element A6 verbunden. Dies bietet die Möglichkeit, die dar auffolgende Logik zu aktivieren oder zu überspringen. Wenn das von A5 kommende Signal "1" ist, wird die darauffolgende Logik gerechnet (weil Bedarf besteht), bzw. wenn das "0" ist übersprungen (kein Bedarf). The PC element A5 has the task of storing the entered value in a memory area to be stored richly, which is cyclically compared with the redundant CPU (slave). On in this way the slave is always aware of whether in the case of redundancy switching This logic must be calculated or not. The output of this PC element A5 is connected to the block PC element A6. This offers the opportunity to activate or skip subsequent logic. If that coming from A5 If the signal is "1", the following logic is calculated (because there is a need), or if the "0" is skipped (no need).

Fig. 5 beinhaltet hauptsächlich den Bereich B mit der Standard-Antriebslogik, die hier nicht weiter erläutert wird, da sie für die Erfindung nicht wesentlich ist. Außerdem befin det sich in Fig. 5 das PC-Element A7, dessen Ausgangssignal in Fig. 4 genutzt ist. Die ses Signal steht auf "1", solange im Haupt-PC-Element B3 noch ein aktives Ausgangs signal ansteht. FIG. 5 mainly contains area B with the standard drive logic, which is not further explained here, since it is not essential for the invention. In addition, the PC element A7 is located in FIG. 5, the output signal of which is used in FIG. 4. This signal is at "1" as long as an active output signal is still present in the main PC element B3.

To Fig. 6

Am Anfang des in Fig. 6 dargestellten Bereichs, der nur bei Bedarf gerechnet wird, steht ein PC-Element C1, welches alle Ausgangssignale sammelt und zu einem Inte ger-Long-Signal konvertiert. Dieses Signal wird mit einem Umschalter C2 verbunden. Die PC-Elemente C2 und C3 stellen einen Speicher dar. Der Umschalter C2 wird mit tels des Signals, welches von A5 stammt, betätigt und zeigt an, ob die danach folgen de Logik gerechnet werden soll. Ist dies der Fall, kommen von C1 sich verändernde Signale, die dann durch das PC-Element C2 hindurchgelassen werden müssen. Der Ausgang des Umschalters C2 wird mit dem PC-Element C3 verbunden und hier ge speichert (auch für den Abgleich mit dem Slave). Der Ausgang von C3 wird wieder mit dem Umschalter C2 verbunden. Wenn von A5 ein "0"-Signal ausgegeben wird, also keine Berechnung der danach folgenden Logik erfolgen soll, fällt der Umschalter C2 wieder in Ruhestellung, und der im PC-Element C3 gespeicherte Wert wird nicht mehr aktualisiert und in jedem Zyklus mit sich selbst überschrieben. Dieser eingefrorene Wert wird an das folgende PC-Element C4 gegeben.At the beginning of the area shown in FIG. 6, which is calculated only when required, there is a PC element C1, which collects all the output signals and converts them to an integer-long signal. This signal is connected to a changeover switch C2. The PC elements C2 and C3 represent a memory. The changeover switch C2 is actuated by means of the signal which comes from A5 and indicates whether the logic that follows should be calculated. If this is the case, signals come from C1 which then have to be passed through the PC element C2. The output of the changeover switch C2 is connected to the PC element C3 and saved here (also for comparison with the slave). The output of C3 is again connected to the changeover switch C2. If a "0" signal is output from A5, i.e. no calculation of the logic that follows is to take place, the changeover switch C2 returns to the rest position, and the value stored in the PC element C3 is no longer updated and with itself in each cycle overwritten. This frozen value is passed on to the following PC element C4.

Das PC-Element C4 ist für die Ausgabe der Signale aus dem Type Circuit zuständig. Das von C3 kommende Integer-Long-Signal wird hier wieder in binäre Einzelsignale umgewandelt und auf die Terminals des Type Circuits gelegt. An diesen Terminals kann der Anwender die Ausgangssignale abholen. Ebenso stehen hier die aktuellen Rückmeldesignale für den Operator zur Verfügung.The PC element C4 is responsible for the output of the signals from the type circuit. The integer long signal coming from C3 is here again converted into binary individual signals converted and placed on the terminals of the type circuit. At these terminals the user can pick up the output signals. The current ones are also here Feedback signals are available for the operator.

Durch das PC-Element C3 in Kombination mit C4 wird dafür gesorgt, daß nach einer Redundanzumschaltung sofort auf dem neuen Master die gültigen und aktuellen Sig nale am Ausgang des Type Circuits anstehen. The PC element C3 in combination with C4 ensures that after a Redundancy switching immediately on the new master the valid and current sig queue at the exit of the type circuit.

In der Beschreibung verwendete Begriffe sind wie folgt definiert:
Terms used in the description are defined as follows:

Claims

Method for performing the computation of a process control function in a control system, which contains two active or redundant central processors (CPUs) working according to the master / slave principle, whereby

a) the calculation is carried out in the respectively active central processor (CPU, master) in a program part (type circuit, TC) of a control program of a functional unit (functional unit) of the control system,
b) the program part (type circuit, TC) is divided into three areas, namely event monitoring (A), standard function logic (B), and tracking of the past values (C),
c) the event monitoring (A), which monitors associated input signals of the functional unit (Functional Unit) and certain internal signals of the program part (Type Circuit, TC) with regard to their change, and also determines whether the function (for example during an adjustment process of an actuator) is still active, only in the case of a determined signal change and / or active function does the calculation process of the standard function logic (B) be carried out,
d) the standard function logic (B) is an area of the program part (type circuit, TC) with which the calculation of the control function, for example a drive control, is carried out, and
e) the program area tracking (C) causes a tracking of the past values in the redundant central processor (CPU, slave), with all the output signals of a main process control element (main PC element, B3) contained in the program part (type circuit, TC) cyclically redundant central processor (slave) are transmitted, and also a release signal formed by the event monitoring (A) for performing the calculation of the function in the standard function logic (B) is transmitted to the redundant central processor (slave).