JP2005050088A - High speed dual system controller - Google Patents
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Description
本発明は、主系と従系の制御装置を備え、一方に異常が発生したときに直ちに他方の制御装置に切り替えて制御を継続する高速二重系制御装置に係わり、更に詳しくは二重系ガスタービン制御装置に関する。 The present invention relates to a high-speed dual system control apparatus that includes a main system and a subordinate control apparatus, and immediately switches to the other control apparatus when an abnormality occurs and continues control. The present invention relates to a gas turbine control device.
制御装置の信頼性を高めるために複数の制御装置を備えた多重系制御装置が、従来から提案されている(例えば、特許文献1〜4)。 In order to increase the reliability of the control device, a multiplex system control device including a plurality of control devices has been conventionally proposed (for example, Patent Documents 1 to 4).
特許文献1の「動作異常監視システム」は、図3に示すように、二重系の中央処理装置において、主系中央処理装置51が伝送可能であるときパルス信号を出力する伝送可能パルス発生回路55と、中央処理装置に接続さ伝送信号を伝送する主系シリアル伝送ライン54と、デジタル出力部56に接続され伝送可能信号を伝送する伝送可能通知ライン58と、入力されたパルス信号に基づいて主系中央処理装置51の異常を監視するパルス監視回路57を有する複数のローカル処理装置53とを備えたものである。
As shown in FIG. 3, the “operational abnormality monitoring system” of Patent Document 1 is a transmittable pulse generating circuit that outputs a pulse signal when a main central processing unit 51 can transmit in a dual central processing unit. 55, a main
特許文献2の「三重系フォールトトレラントシステムのデータ変更方法」は、図4に示すように、第1から第3ユニット61,61,63が並設接続され、各ユニットの入出力部64から周期的に入力された各系のプラントデータを制御演算部65で演算した後、その各系の演算結果を多数決処理してプラントの操作系に周期的に出力する三重系フォールトトレラントシステムにおいて、第1から第3ユニットの入出力部64をデータ変更用動機信号線66で相互に接続し、各ユニットが外部のマンマシンインターフェンス67より変更データを受信した後、同期信号線66を介して全ユニット61,62,63に同期信号を出力し、全ユニットを同期させて上記変更データにより制御データを変更するものである。
The “triple fault tolerant system data changing method” of Patent Document 2 includes, as shown in FIG. 4, first to
特許文献3の「バックアップ装置及びその方法」は、図5に示すように、現用機71と予備機72はそれぞれ内蔵のディスク装置73を所有する。また共有ディスク装置74を設け、内蔵のディスク装置と同一の内容を書き込むことにより二重化構成とする。現有機は、アクセス時間の短い内蔵ディスク装置から読み出し、電文処理の結果と引継ぎ情報を共有ディスクと自身の内蔵ディスクに書き込む。現用機で障害が発生すると、予備機は共有ディスク装置から引継ぎ情報を読みだすことにより障害の発生した現用機の内容を引き継ぐ。さらに、予備機は共有ディスク装置の内容を自身の内蔵ディスク装置にコピーするものである。
As shown in FIG. 5, the “backup apparatus and method” of Patent Document 3 has a built-in
特許文献3の「二重化装置の制御メモリ冗長方式」は、図6に示すように、予備系の制御装置82の診断中に、現用系の制御装置81のハード回路群83に障害が発生したものとすると、この障害発生が障害監視回路84により検出され、障害監視回路84から障害検出信号とアラームがそれぞれ発生される。CPU85に入力されたアラームは、CPU86にメイトアラームとして受信され、CPU86の制御に基づき制御装置82の診断を中止させる。障害検出信号が入力される外部ゲート87の出力信号は、コピーメモリ選択回路88を試験用メモリ回路89の出力記憶データを選択するように切り替える。これにより、試験用メモリ回路89に書き込まれていた制御装置81の正常動作時の制御メモリ90の記憶データが読み出されて、制御メモリ91に書き込まれるものである。
As shown in FIG. 6, “Redundant Control Memory Redundancy Method” of Patent Document 3 is a system in which a failure occurs in the
上述した従来の多重系制御装置では、複数の制御装置がそれぞれ別の記憶装置を備えているが、各記憶装置内のデータを同期させるために、少なくとも数100msec以上を必要とする問題点があった。
すなわち、高速で運転するガスタービン等の制御装置では、制御サイクルが10msec程度と極めて短く、この制御サイクルにおいて、主系から従系へ切り替える場合でも、制御装置内で演算中の内部データやカウンタデータをそのまま引き継いで使用でき、指令値に変動がなくスムースに切り替わることが必要とされる。
しかし、上述した従来の多重系制御装置では、従系制御装置が主系制御装置からの正常動作信号を受信し、これが切れたときに従系制御装置に制御が切り替わるが、制御中の内部データを制御サイクル(10msec程度)よりも短い時間で引き継いで使用できないため、この必要条件を満たせない問題点があった。
In the conventional multiplex system control device described above, a plurality of control devices are provided with different storage devices, but there is a problem that at least several hundred msec or more is required to synchronize data in each storage device. It was.
That is, in a control device such as a gas turbine that operates at high speed, the control cycle is as short as about 10 msec, and even when switching from the main system to the sub system in this control cycle, internal data and counter data being calculated in the control device Can be used as they are, and the command value does not change and needs to be switched smoothly.
However, in the conventional multiplex system control device described above, the slave control device receives the normal operation signal from the master system control device, and when this is cut off, the control is switched to the slave control device. Cannot be used in a time shorter than the control cycle (about 10 msec), and there is a problem that this requirement cannot be satisfied.
本発明は、かかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、制御サイクルが極めて短い(10msec程度)制御装置において、主系から従系へ演算中の内部データやカウンタデータをそのまま引き継いで使用でき、これにより、制御装置内で指令値に変動がなくスムースに切り替わることができる高速二重系制御装置を提供することにある。 The present invention has been developed to solve such problems. That is, the object of the present invention is to use the internal data and the counter data being calculated from the master system to the slave system as they are in a control apparatus having a very short control cycle (about 10 msec). It is an object of the present invention to provide a high-speed dual system control device that can be switched smoothly without fluctuation in value.
本発明によれば、主系と従系の制御ユニットと、該制御ユニットのいずれかを選択する主従選択モジュールとを備えた高速二重系制御装置であって、
前記主系及び従系の制御ユニットは、それぞれデュアルポートメモリと制御演算ユニットを有し、
主系と従系のデュアルポートメモリは、リアルタイムで制御データを共有しており、
主系と従系の制御演算ユニットは、自己のデュアルポートメモリの制御データに基づき同一の制御演算を行い、
主従選択モジュールにより、主系・従系の異常を高速で監視・判定し、いずれかが異常な場合、正常な方を主系に切り替えを行う、ことを特徴とする高速二重系制御装置が提供される。
According to the present invention, there is provided a high-speed dual system control device including a master system and a slave control unit, and a master / slave selection module for selecting one of the control units,
The master and slave control units each have a dual port memory and a control arithmetic unit,
The master and slave dual port memories share control data in real time,
The master and slave control operation units perform the same control operation based on the control data of their dual port memory,
A high-speed dual system controller characterized by monitoring and judging main / subordinate abnormalities at high speed with the master / subordinate selection module, and switching to the main one when both are abnormal. Provided.
本発明の好ましい実施形態によれば、前記デュアルポートメモリは、それぞれ自系メモリエリアと他系メモリエリアを有し、一方の自系メモリエリアと他方の他系メモリエリアは光ケーブルで接続され、自系メモリエリアのデータを制御サイクルより短い間隔で他系メモリエリアに上書きするようになっている。 According to a preferred embodiment of the present invention, each of the dual port memories has a self-system memory area and another system memory area, and one self-system memory area and the other system memory area are connected by an optical cable. The data in the system memory area is overwritten in the other system memory area at intervals shorter than the control cycle.
主系の制御演算ユニットは、自己の自系メモリエリアから制御データを読み込み、自系メモリエリアに制御データを上書きし、従系の制御演算ユニットは、自己の従系メモリエリアから制御データを読み込み、自系メモリエリアに制御データを上書きする、ことが好ましい。 The master control arithmetic unit reads the control data from its own memory area, overwrites the control data in its own memory area, and the slave control arithmetic unit reads the control data from its own slave memory area. It is preferable to overwrite the control data in the own memory area.
上記本発明の構成によれば、主系と従系のデュアルポートメモリは、リアルタイムで制御データを共有しているので、いずれかが異常な場合、正常な方を主系に切り替えることにより、主系から従系へ演算中の内部データやカウンタデータをそのまま引き継いで使用できる。
また、デュアルポートメモリが、それぞれ自系メモリエリアと他系メモリエリアを有し、一方の自系メモリエリアと他方の他系メモリエリアは光ケーブルで接続され、自系メモリエリアのデータを制御サイクルより短い間隔(例えば数μsec)で他系メモリエリアに上書きするので、従系の他系メモリエリアの制御データを常に主系の制御データに保持でき、実質的にリアルタイムで制御データを共有できる。
According to the configuration of the present invention described above, the master and slave dual port memories share the control data in real time, so if any one of them is abnormal, the normal one is switched to the master. Internal data and counter data being calculated from the system to the slave system can be used as they are.
In addition, each dual port memory has its own memory area and other memory area. One own memory area and the other other memory area are connected by an optical cable, and the data in the own memory area is transferred from the control cycle. Since the other system memory area is overwritten at a short interval (for example, several μsec), the control data in the other system memory area can always be held in the main system control data, and the control data can be shared substantially in real time.
従って、本発明の装置により、以下の効果が得られる。
(1)従系の制御ユニットを停止・再起動させた場合に、短時間(例えば数μsec)で主系と同じ制御演算が可能となる。
(2)主系の一部の入力が不具合にあったとき、従系の入力データを利用できる。
(3)正常動作信号以外のデータも利用することにより、正常動作の判定を強化できる。
Therefore, the following effects can be obtained by the apparatus of the present invention.
(1) When the slave control unit is stopped and restarted, the same control calculation as that of the master system can be performed in a short time (for example, several μsec).
(2) When a part of the input of the main system is defective, the input data of the sub system can be used.
(3) The determination of normal operation can be strengthened by using data other than the normal operation signal.
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each figure, common portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図1は、本発明の高速二重系制御装置の模式図である。この図において、本発明の高速二重系制御装置10は、主系と従系の制御ユニット12,13と、制御ユニット12,13のいずれかを選択する主従選択モジュール20とを備える。
この高速二重系制御装置10は、例えば、高速で運転するガスタービン等の制御装置であり、図示しない複数のセンサから温度、流量、圧力等のデータを受信し、アクチュエータ1(制御弁等)を制御するようになっている二重系ガスタービン制御装置である。ガスタービン用制御装置の場合、制御サイクルは約10msec程度である。
FIG. 1 is a schematic diagram of a high-speed dual system controller of the present invention. In this figure, a high-speed dual
The high-speed dual
図1において、本発明の高速二重系制御装置10は、更に2つのセレクタ4を備える。各セレクタ4には、2つの制御ユニット12,13の出力が並列に入力され、それぞれ同一のアクチュエータ1に出力するようになっている。また、2つのセレクタ4は、主従選択モジュール14で制御され、2つの制御ユニット12,13のいずれかの出力のみを選択し出力するようになっている。
In FIG. 1, the high-speed dual
主従選択モジュール20は、主系・従系の2つの制御ユニット12,13の異常を高速で監視・判定し、いずれかが異常な場合、正常な方を主系に切り替えを行う。従って、この切り替えにより、主系と従系は逆転する。例えば、図1において、12が主系、13が従系であるとすると、切り替え後は12が従系、13が主系となる。なお、以下12を主系、13を従系として説明する。
The master /
図1において、主系及び従系の制御ユニット12,13は、それぞれデュアルポートメモリ14と制御演算ユニット15(CPU)を有する。主系と従系のデュアルポートメモリ14は、リアルタイムで制御データを共有するようになっている。また、主系と従系の制御演算ユニット15は、自己のデュアルポートメモリ14の制御データに基づき同一の制御演算を行う。
In FIG. 1, the main and
図2は、本発明の高速二重系制御装置10の構成図である。この図に示すように、デュアルポートメモリ14は、それぞれ自系メモリエリア14aと他系メモリエリア14bを有する。このデュアルポートメモリ14は、同一の基板に設けられている。
また、一方の自系メモリエリア14aと他方の他系メモリエリア14bは2本の光ケーブル16で接続され、自系メモリエリア14aのデータを制御サイクルより短い間隔(例えば、約2μsec、8byte転送)で他方の他系メモリエリア14bに上書きするようになっている。
FIG. 2 is a block diagram of the high-speed
In addition, one
また、本発明の高速二重系制御装置10おいて、主系の制御演算ユニット12は、自己の自系メモリエリア14aから制御データを読み込み、自系メモリエリア14aに制御データを上書きする。従って、主系の制御演算ユニット12でアクチュエータ1を制御している際に、常に最新の制御データでアクチュエータを制御することができる。
一方、従系の制御演算ユニット13は、自己の従系メモリエリア14bから制御データを読み込み、自系メモリエリア14aに制御データを上書きする。従って、主系の制御演算ユニット12でアクチュエータ1を制御している際に、常に最新の制御データ(主系の自系メモリエリア14a)を従系の他系メモリエリア14bに保持でき、実質的にリアルタイムで制御データを共有できる。
In the high-speed
On the other hand, the secondary control
主系から従系への共有データの転送は、例えば、書き込み処理では、シーケンス番号から最も古いデータを判断し共有データを更新し、読み込み処理では、シーケンス番号から最も新しいデータを判断し共有データを取得する。さらに、書込中フラグにより、書き込み中の読み込みを保護し、チェックサムにて書き込みデータの整合性を確保するのがよい。 For example, in the writing process, the oldest data is determined from the sequence number and the shared data is updated, and in the reading process, the newest data is determined from the sequence number. get. Furthermore, it is preferable to protect the reading during writing by using the writing flag and to ensure the consistency of the write data by checksum.
通信エラーの処理は、各基板において、チェックサムエラー及び通信エラーを高速制御演算周期で監視し、連続数回(例えば3回)発生した場合に、自己診断を実施するのがよい。この自己診断により、自己の基板が異常の場合には、その異常信号を出力し、他の基板が異常の場合には、その異常信号を出力する。 In the processing of communication errors, checksum errors and communication errors are monitored at each high-speed control calculation cycle in each board, and self-diagnosis is preferably performed when consecutive occurrences occur (for example, three times). By this self-diagnosis, when the substrate is abnormal, the abnormality signal is output, and when the other substrate is abnormal, the abnormality signal is output.
通信ダウンの処理は、通信ダウンを高速制御演算周期で監視し、連続数回(例えば3回)発生した場合に、通信ダウンの異常信号を出力する。 In the communication down process, the communication down is monitored at a high-speed control calculation cycle, and an abnormal signal of communication down is output when the communication down occurs several times (for example, three times).
上記各異常信号は、主従選択モジュール20に入力され、これに基づき、主系・従系の2つの制御ユニット12,13の異常を高速で監視・判定し、正常な方を主系に切り替えを行う。
Each abnormality signal is input to the master /
上述したように、本発明の構成によれば、主系と従系のデュアルポートメモリ14は、リアルタイムで制御データを共有しているので、いずれかが異常な場合、正常な方を主系に切り替えることにより、主系から従系へ演算中の内部データやカウンタデータをそのまま引き継いで使用できる。
また、デュアルポートメモリ14が、それぞれ自系メモリエリア14aと他系メモリエリア14bを有し、一方の自系メモリエリアと他方の他系メモリエリアは光ケーブルで接続され、自系メモリエリアのデータを制御サイクルより短い間隔(例えば数μsec)で他系メモリエリアに上書きするので、従系の他系メモリエリアの制御データを常に主系の制御データに保持でき、実質的にリアルタイムで制御データを共有できる。
As described above, according to the configuration of the present invention, the main and slave dual-
The
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更することができることは勿論である。例えば、本発明は、ガスタービン用制御装置に限定されず、その他の装置にも自由に適用することができる。 In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, Of course, it can change variously in the range which does not deviate from the summary of this invention. For example, the present invention is not limited to a gas turbine control device, and can be freely applied to other devices.
1 アクチュエータ、4 セレクタ、
10 高速二重系制御装置、12,13 制御ユニット、
14 デュアルポートメモリ、
14a 自系メモリエリア、14b 他系メモリエリア、
15 制御演算ユニット(CPU)、
16 光ケーブル、20 主従選択モジュール
1 Actuator, 4 Selector,
10 High-speed dual system controller, 12, 13 control unit,
14 Dual port memory,
14a own system memory area, 14b other system memory area,
15 control arithmetic unit (CPU),
16 optical cable, 20 master-slave selection module
Claims (3)
前記主系及び従系の制御ユニットは、それぞれデュアルポートメモリと制御演算ユニットを有し、
主系と従系のデュアルポートメモリは、リアルタイムで制御データを共有しており、
主系と従系の制御演算ユニットは、自己のデュアルポートメモリの制御データに基づき同一の制御演算を行い、
主従選択モジュールにより、主系・従系の異常を高速で監視・判定し、いずれかが異常な場合、正常な方を主系に切り替えを行う、ことを特徴とする高速二重系制御装置。 A high-speed dual system control device comprising a master system and a slave control unit, and a master / slave selection module for selecting one of the control units,
The master and slave control units each have a dual port memory and a control arithmetic unit,
The master and slave dual port memories share control data in real time,
The master and slave control operation units perform the same control operation based on the control data of their dual port memory,
A high-speed dual system controller characterized in that a master / slave selection module monitors / determines a master / slave abnormality at a high speed, and switches either of the normal ones to the master system if either is abnormal.
一方の自系メモリエリアと他方の他系メモリエリアは光ケーブルで接続され、自系メモリエリアのデータを制御サイクルより短い間隔で他系メモリエリアに上書きするようになっている、ことを特徴とする請求項1に記載の高速二重系制御装置。 Each of the dual port memories has its own memory area and another memory area,
One local memory area and the other external memory area are connected by an optical cable, and data in the local memory area is overwritten on the external memory area at intervals shorter than the control cycle. The high-speed dual system control device according to claim 1.
従系の制御演算ユニットは、自己の従系メモリエリアから制御データを読み込み、自系メモリエリアに制御データを上書きする、ことを特徴とする請求項2に記載の高速二重系制御装置。
The main control arithmetic unit reads control data from its own memory area, overwrites the control data in its own memory area,
3. The high-speed dual system controller according to claim 2, wherein the slave control arithmetic unit reads control data from its own slave memory area and overwrites the control data in the own memory area.
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JP2009251622A (en) * | 2008-04-01 | 2009-10-29 | Yokogawa Electric Corp | Duplex control system |
US7984261B2 (en) | 2005-12-22 | 2011-07-19 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Memory expansion structure in multi-path accessible semiconductor memory device |
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