CN115145228A - 过程控制系统、过程控制装置以及程序更新方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一个方式的过程控制系统具有第1过程控制装置以及第2过程控制装置，第2过程控制装置具有：数据继承部，其从第1过程控制装置获取在进行从第1过程控制装置向第2过程控制装置的切换时为了使系统功能持续而需要继承的数据即继承数据，并使其在第2过程控制装置中复原；以及定时决定部，其决定进行切换的定时。

Description

过程控制系统、过程控制装置以及程序更新方法

技术领域

本发明涉及过程控制系统、过程控制装置以及程序更新方法。

背景技术

当前，在车间、工厂等(下面，在对它们进行统称的情况下，简称为“车间”)中，构建对工业过程的各种状态量(例如压力、温度、流量等)进行控制的过程控制系统，实现了高水平的自动操作。

在这种过程控制系统中，有时需要硬件的更换、软件的改善。作为软件的改善，例如能举出操作系统(OS)的功能扩展、操作系统的不良情况、薄弱性的修正等。

日本特开2020-52668号公报(下面，称为“专利文献1”)中公开了如下发明，即，在具有实现了双重化的过程控制装置(现用装置、更新用装置)的过程控制系统中，能够一边使过程控制系统持续执行动作，一边简单且在短时间内对更新对象程序进行更新。具体而言，在现用装置中，使不是更新对象的非更新对象程序暂时停止，仅将非更新对象程序的上下文从现用装置传送至更新用装置。在更新用装置中，利用传送的上下文使非更新对象程序的上下文复原，对更新对象程序的上下文实施初始化，利用更新用装置重新开始执行非更新对象程序以及更新对象程序。

为了利用专利文献1公开的发明对系统程序进行更新，需要使实现在线系统更新所需的功能(下面，称为“在线更新功能”)嵌入现用装置及更新用装置这两者。“在线系统更新”是指一边使通过系统程序实现的功能(系统功能)的处理持续一边对系统程序进行更新。

然而，上述在线更新功能能够容易地嵌入处于等待状态的更新用装置，但无法嵌入处于运转状态的现用装置。因此，存在如下问题，即，为了使上述在线更新功能嵌入现用装置，需要使现用装置临时停止。

发明内容

本发明的一个方式的目的在于，提供能够不使过程控制系统停止地实现在线系统更新的功能扩展的过程控制系统、过程控制装置以及程序更新方法。

为了解决上述问题，本发明的一个方式所涉及的过程控制系统是一种过程控制系统(1)，其具有第1过程控制装置(10)以及第2过程控制装置(20)，所述第2过程控制装置具有：数据继承部(24b)，其从所述第1过程控制装置获取在进行从所述第1过程控制装置向所述第2过程控制装置的切换时为了使系统功能持续而需要继承的数据即继承数据(DT)并使其在所述第2过程控制装置中复原；以及定时决定部(24c、24f)，其决定进行所述切换的定时。

在本发明的一个方式所涉及的过程控制系统中，可以形成为，所述数据继承部参照所述第1过程控制装置的所述系统功能的符号表(TB1)而从所述第1过程控制装置获取所述继承数据。

在本发明的一个方式所涉及的过程控制系统中，可以形成为，所述定时决定部以如下方式决定所述定时，即，在确认了所述第1过程控制装置的所有所述系统功能都已结束处理的完毕状态之后进行所述切换。

在本发明的一个方式所涉及的过程控制系统中，可以形成为，所述定时决定部在无法确认所述完毕状态的情况下使所述切换中止。

本发明的一个方式所涉及的过程控制系统可以形成为，还具有地址变换部(24e)，当所述继承数据是在地址有可能变动的地址变动区域中储存的变量的地址值的情况下，所述地址变换部(24e)利用使得进行所述切换之前在所述地址变动区域中储存的所述变量的地址、与进行所述切换之后在所述地址变动区域中储存的所述变量的地址相关联的地址变换表(TB2)，对作为所述继承数据的所述地址值进行变换。

在本发明的一个方式所涉及的过程控制系统中，可以形成为，所述地址变换表是利用所述第1过程控制装置的所述系统功能的符号表、以及所述第2过程控制装置的所述系统功能的符号表而预先生成的。

在本发明的一个方式所涉及的过程控制系统中，可以形成为，所述第1过程控制装置具有缓存操作部(14a)，该缓存操作部(14a)对暂时保持为无法从所述第2过程控制装置参照在内部使用的数据的状态的缓存进行操作，所述定时决定部在决定所述定时时，对所述缓存操作部进行能够从所述第2过程控制装置参照由所述缓存保持的数据的操作。

在本发明的一个方式所涉及的过程控制系统中，所述定时决定部能够对所述第1过程控制装置进行使得所述缓存有效或无效的操作。

在本发明的一个方式所涉及的过程控制系统中，可以形成为，所述符号表(TB1)是通过对实现所述第1过程控制装置的系统功能的系统程序进行编译以及链接而生成的表。

在本发明的一个方式所涉及的过程控制系统中，可以形成为，所述数据继承部(24b)参照所述符号表(TB1)而获取在所述第1过程控制装置中储存有所述继承数据(DT)的地址。

在本发明的一个方式所涉及的过程控制系统中，可以形成为，所述定时是在所述第1过程控制装置的某个控制周期应当执行的处理结束之后直至接下来的控制周期开始为止的期间的、与所述接下来的控制周期开始的时机相比提前了规定时间的定时。

在本发明的一个方式所涉及的过程控制系统中，可以形成为，所述规定时间是所述定时决定部(24c、24f)为了确认所述第1过程控制装置的完毕状态所需的时间、和所述数据继承部从所述第1过程控制装置获取所述继承数据并使其在所述第2过程控制装置中复原所需的时间相加所得的时间。

在本发明的一个方式所涉及的过程控制系统中，可以形成为，所述地址变动区域由地址连续的1个或多个区域构成，根据先头地址及大小而管理各区域。

本发明的一个方式所涉及的过程控制装置是进行从其他装置向本装置的切换的过程控制装置(20)，具有：数据继承部(24b)，其从其他装置获取在进行所述切换时为了使系统功能持续而需要继承的数据即继承数据并使其在本装置中复原；以及定时决定部(24c、24f)，其决定进行所述切换的定时。

本发明的一个方式所涉及的程序更新方法是具有第1过程控制装置(10)以及第2过程控制装置(20)的过程控制系统(1)的程序更新方法，具有如下步骤：数据继承步骤(S14)，在该数据继承步骤(S14)中，所述第2过程控制装置从所述第1过程控制装置获取在进行从所述第1过程控制装置向所述第2过程控制装置的切换时为了使系统功能持续而需要继承的数据即继承数据(DT)并使其在所述第2过程控制装置中复原；以及定时决定步骤(S13)，在该定时决定步骤(S13)中，所述第2过程控制装置决定进行所述切换的定时。

发明的效果

根据本发明，能够不使过程控制系统停止地实现在线系统更新的功能扩展。

附图说明

图1是表示本发明的第1实施方式所涉及的过程控制系统的概略功能结构的功能结构图。

图2是表示本发明的第1实施方式中实现在线系统更新的功能结构的功能框图。

图3是表示本发明的第1实施方式所涉及的程序更新方法的流程图。

图4是表示图3中的步骤S13的处理的详情的流程图。

图5是表示图3中的步骤S14的处理的详情的流程图。

图6是表示本发明的第2实施方式中实现在线系统更新的功能结构的功能框图。

图7A是表示本发明的第2实施方式中的地址变换表的一个例子的图。

图7B是表示外部变量的例子的图。

图8是表示本发明的第2实施方式中执行的地址变换处理的流程图。

图9A是表示本发明的第2实施方式中修正后的地址变换表的一个例子的图。

图9B是表示外部变量的例子的图。

图10是表示本发明的第3实施方式中实现在线系统更新的功能结构的功能框图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式所涉及的过程控制系统、过程控制装置以及程序更新方法进行详细说明。下面，首先，对本发明的实施方式的概要进行说明，然后，对各实施方式进行详细说明。

[概要]

本发明的实施方式不使过程控制系统停止地实现在线系统更新的功能扩展。关于过程控制系统，即使为了略微提高生产效率也大部分要求以月～年为单位的长期的持续运转，因此无法使处于运转状态的过程控制系统自由地停止。例如，除了定期维护所涉及的停止、或者为了确保车间的安全而进行的关机以外，基本上不允许使过程控制系统停止。其理由如下，列举化学过程为例，如果在持续进行化学反应的过程的中途产生意料外的中断，则有时中途生产的半成品无法使用而造成较大的损耗。

另一方面，对于过程控制系统，从安全性的方面考虑要求不产生误动作、动作的缺陷，因此在发现有可能产生误动作等的原因(例如操作系统的不良情况、薄弱性)的情况下，需要立即进行能够消除该原因的应对(操作系统的更新)。然而，如前所述，无法使过程控制系统自由地停止，因此即使发现有可能产生误动作等的原因，有时也无法立即进行该应对。

如果利用上述专利文献1公开的发明，则还能够一边使通过系统程序实现的功能(系统功能)的处理持续一边对系统程序进行更新(在线系统更新)。但是，为了利用上述专利文献1公开的发明对系统程序进行更新，需要使实现在线系统更新所需的在线更新功能嵌入现用装置及更新用装置这两者。

然而，关于上述在线更新功能，能够容易地将扩展功能嵌入处于等待状态的更新用装置，但无法使其嵌入处于运转状态的现用装置。即，意味着即使对于现用装置实现了在线更新的扩展功能，但在下次在线更新时也无法使用扩展功能。例如，关于特定的系统功能，在当前在线更新时存在处理停止的限制，但有时能够通过在线更新的扩展功能而持续进行处理。该情况需要暂时使用当前的在线更新而向现用装置的当前的在线更新功能嵌入扩展功能。因此，在使用当前的在线更新时，需要使特定的系统功能停止。

在本发明的实施方式中，对于为了在进行从现用装置(第1过程控制装置)向更新用装置(第2过程控制装置)的切换时持续执行系统功能而需要继承的数据(继承数据)，更新用装置从现用装置获取该数据而并使其在更新用装置中复原。更新用装置决定进行从现用装置向更新用装置的切换的定时(timing)。在本实施方式中，只要将为了实现在线系统更新所需的在线更新功能嵌入至更新用装置即可，无需将其嵌入至现用装置，因此能够不使过程控制系统停止地实现在线系统更新的功能扩展。

[第1实施方式]

<过程控制系统>

图1是表示本发明的第1实施方式所涉及的过程控制系统的概略功能结构的功能结构图。如图1所示，本实施方式的过程控制系统1具有过程控制装置10(第1过程控制装置)、过程控制装置20(第2过程控制装置)以及工程用设备30。过程控制装置10及过程控制装置20利用等同或相似规模的计算机而实现。在本实施方式中，还有时将过程控制装置10称为“现用装置”、将过程控制装置20称为“更新用装置”。“现用装置”表示当前运转一侧的装置，“更新用装置”表示当前未运转但为了程序的更新而等待一侧的装置。

在本实施方式中，为了程序的更新，将过程控制装置10中运转的功能切换至过程控制装置20。即，当初作为现用装置的过程控制装置10为了对过程进行控制而运转，作为更新用装置的过程控制装置20待机。然后，基于来自工程用设备30的指令信号使过程控制装置10(现用装置)的功能暂时停止，在过程控制装置20(更新用装置)中重新开始该功能。后文中进行详细叙述，过程控制装置20具有用于保持系统运转的状态不变地更新程序的功能。

过程控制装置10具有硬件11、系统功能提供部12以及控制应用程序13的功能。硬件11具有CPU(中央处理装置)、存储器、输入输出装置、通信装置等，执行在过程控制装置10中使用的各种程序(实现从系统功能提供部12提供的系统功能的系统程序、实现控制应用程序13的应用程序等)。过程控制装置10的功能通过硬件11执行用于实现该功能的程序而实现。即，过程控制装置10的功能通过软件和硬件资源协同动作而实现。

系统功能提供部12位于硬件11与控制应用程序13之间，进行硬件11的管理、且根据来自控制应用程序13的调用而提供各种系统功能。系统功能提供部12例如提供PID控制功能12a、序列控制功能12b、解释器功能12c、I/O功能12d、通信功能12e等系统功能。系统功能提供部12中还包含操作系统(OS)、驱动器。实现由系统功能提供部12提供的各种系统功能的系统程序中，包含能够成为更新对象的更新对象程序、以及不是更新对象的非更新对象程序。

控制应用程序13以预先规定的控制周期(例如几秒左右的周期)实施过程控制。控制应用程序13中例如包含由用户利用工程用设备30制作的1个或多个控制逻辑。控制应用程序13调用由系统功能提供部12提供的系统功能且实施过程控制。以使得控制应用程序13的处理、以及从控制应用程序13调用的系统功能的处理持续的方式，进行从过程控制装置10向过程控制装置20的切换。

过程控制装置20具有硬件21、系统功能提供部22、控制应用程序23以及在线更新控制部24的功能。硬件21与上述硬件11相同，执行在过程控制装置20中使用的各种程序(实现由系统功能提供部22提供的系统功能的系统程序、实现控制应用程序23的应用程序等)。还通过软件和硬件资源协同动作而实现过程控制装置20的功能。

系统功能提供部22提供与上述系统功能提供部12相同的系统功能。具体而言，系统功能提供部22提供PID控制功能22a、序列控制功能22b、解释器功能22c、I/O功能22d、通信功能22e等系统功能。从系统功能提供部22提供的系统功能中可以包含与从系统功能提供部12提供的系统功能相同的系统功能，也可以包含不同的系统功能(例如扩展后的功能)。

在线更新控制部24一边使由系统程序实现的系统功能的处理持续、一边对更新系统程序的在线系统更新的处理进行控制。具体而言，在线更新控制部24在进行从过程控制装置10向过程控制装置20的切换时，从过程控制装置10获取为了使系统功能持续而需要继承的数据(继承数据DT)并使其在过程控制装置20中复原。在线更新控制部24决定进行从过程控制装置10向过程控制装置20的切换的定时。后文中对在线更新控制部24中执行的处理的详情进行叙述。

工程用设备30利用包含过程控制系统1的设计信息在内的车间的设计信息而进行过程控制系统1的各种工程。工程用设备30在进行从过程控制装置10向过程控制装置20的切换时执行使过程控制装置20启动的指令。工程用设备30例如由个人计算机、工作站等计算机实现。

图2是表示本发明的第1实施方式中实现在线系统更新的功能结构的功能框图。在图2中，冗余化功能15是设置于现用装置侧(图1中的过程控制装置10)的功能，冗余化功能25是设置于更新用装置侧(图1中的过程控制装置20)的功能。在线更新控制部24是设置于更新用装置侧(图1中的过程控制装置20)的功能。

冗余化功能15、25是用于对采用冗余化结构的控制系统以及待机系统的过程控制装置进行控制的功能，但除了冗余化的用途以外，也可以利用于在线系统更新功能的一部分。无论在哪种情况下，都是在过程控制装置10、20之间进行交换而实现的功能，两个装置相互协调地执行动作。冗余化功能15具有存储器访问部15a以及控制权切换部15b，冗余化功能25具有存储器访问部25a以及控制权切换部25b。

对于存储器访问部15a和存储器访问部25a，在冗余化功能中，为了将控制系统装置的所有存储器复制到待机系统装置的存储器而进行交换。另一方面，在在线系统更新功能中，在进行从过程控制装置10向过程控制装置20的切换时，对为了使系统功能持续而需要继承的继承数据DT(参照图1)进行复制而进行交换。对于控制权切换部15b和控制权切换部25b，在冗余化功能中，为了从控制系统装置切换为针对待机系统装置的控制权而对控制信号(控制权)进行交换。另一方面，在在线系统更新功能中，为了从现用控制装置10切换为更新用装置20而对控制信号(控制权)进行交换。通过软件和硬件资源协同动作而实现冗余化功能15、25的功能。

如图2所示，在线更新控制部24具有通信管理部24a、数据继承部24b、定时决定部24c以及程序重新开始部24d。过程控制装置20经由网络而与工程用设备30连接。过程控制装置20的通信管理部24a可以经由网络而与工程用设备30之间进行通信。

通信管理部24a经由网络而接收从工程用设备30发送来的指令(启动指令)。通信管理部24a在接收到来自工程用设备30的启动指令的情况下，针对定时决定部24c而进行用于决定进行从过程控制装置10向过程控制装置20的切换的定时(切换定时)的指示。

数据继承部24b在由定时决定部24c决定切换定时的情况下，从过程控制装置10获取为了使系统功能持续而需要继承的继承数据DT并使其在过程控制装置20中复原。数据继承部24b具有过程控制装置10的系统功能的符号表TB1，参照该符号表TB1而从过程控制装置10获取继承数据DT。

上述符号表TB1是对实现过程控制装置10的系统功能的系统程序(源程序)进行编译以及链接而生成的表。参照该符号表TB1而能够获取过程控制装置10中对继承数据DT进行储存的地址。数据继承部24b访问参照符号表TB1获得的地址而获取继承数据DT。

数据继承部24b获取过程控制装置20中应当对继承数据DT进行储存的地址，对该地址设定所获取的继承数据DT，由此使得继承数据DT在过程控制装置20中复原。即，数据继承部24b在进行从过程控制装置10向过程控制装置20的切换时，使得持续执行处理的系统功能的上下文在过程控制装置20中复原。

定时决定部24c基于来自通信管理部24a的指示而决定从过程控制装置10向过程控制装置20的切换定时。具体而言，定时决定部24c以如下方式决定切换定时，即，在确认了过程控制装置10的所有系统功能都已结束处理的状态(下面，也称为“过程控制装置10的完毕状态”)之后进行从过程控制装置10向过程控制装置20的切换。

这是为了可靠地进行从过程控制装置10向过程控制装置20的切换。例如，在系统功能是输出控制信号的功能的情况下，如果在控制信号的输出处理完毕之前进行从过程控制装置10向过程控制装置20的切换，则会失去一部分输出。为了不产生这种情况，定时决定部24c以如下方式决定切换定时，即，在确认了过程控制装置10的完毕状态之后进行从过程控制装置10向过程控制装置20的切换。

定时决定部24c确认过程控制装置10的完毕状态的定时是在过程控制装置10的某个控制周期应当执行的处理结束之后直至接下来的控制周期开始为止的期间的、与接下来的控制周期开始的时机相比提前了规定时间的定时。

上述规定时间是定时决定部24c为了确认过程控制装置10的完毕状态所需的时间、和数据继承部24b从过程控制装置10获取继承数据DT并使其在过程控制装置20中复原所需的时间相加所得的时间。

即，定时决定部24c在直至接下来的控制周期开始的时机为止保留出对于从过程控制装置10向过程控制装置20的切换所需最低限度的时间的定时，确认过程控制装置10的完毕状态。在这种定时确认过程控制装置10的完毕状态，是为了确定在该过程控制周期内是否保留出在过程控制装置10的某个控制周期应当执行的处理结束之后使过程控制装置10的系统功能结束处理所需的时间。

定时决定部24c在能够确认出过程控制装置10的完毕状态的情况下对过程控制装置10通知切换定时。定时决定部24c在无法确认过程控制装置10的完毕状态的情况下使在线系统更新中止。这是为了防止在存在未结束处理的系统功能的状态下进行在线系统更新。

程序重新开始部24d在定时决定部24c对过程控制装置10通知了切换定时之后，等待经由冗余化功能15、25而从过程控制装置10发送来控制信号(控制权)。在从过程控制装置10发送来控制信号(控制权)的情况下，程序重新开始部24d使实现系统功能的程序重新开始，使过程控制装置20作为现用装置而执行动作。

<程序更新方法>

图3是表示本发明的第1实施方式所涉及的程序更新方法的流程图。作为执行图3所示流程图的处理的前提，过程控制装置10(现用装置)利用更新前的系统程序而运转。过程控制装置20(更新用装置)在安装了更新后的系统程序的状态下待机。更新后的系统程序例如在基于工程用设备30的指定而使得过程控制装置20(更新用装置)暂时处于启动状态时从工程用设备30下载安装。

对于过程控制装置20(更新用装置)的系统程序，可以全部都更新，也可以仅更新一部分。由过程控制装置20(更新用装置)的通信管理部24a接收从工程用设备30输出的启动指令而使得图3所示的流程图的动作开始。

如果开始图3所示的处理，则首先，待机的过程控制装置20(更新用装置)启动(步骤S11)。接下来，利用过程控制装置20(更新用装置)的数据继承部24b进行如下处理，即，选出过程控制装置10(现用装置)中执行中的系统功能为了使处理持续所需的数据(上下文)(步骤S12)。数据继承部24b例如参照过程控制装置10的系统功能的符号表TB1而进行选出上述数据的处理。

接下来，利用过程控制装置20(更新用装置)的定时决定部24c进行如下处理，即，决定进行从过程控制装置10(现用装置)向过程控制装置20(更新用装置)的切换的定时(步骤S13：定时决定步骤)。图4是表示图3中的步骤S13的处理的详情的流程图。

如果开始步骤S13的处理，则首先利用定时决定部24c进行如下处理，即，判断是否为控制周期之间的等待时间(即，是否为在过程控制装置10的某个控制周期应当执行的处理结束之后直至接下来的控制周期开始为止的期间)(步骤S21)。在步骤S21的判断结果为“NO”的情况下，反复进行步骤S21的判断。即，在过程控制装置10(现用装置)中处于正执行某个控制周期的过程中，因此进行等待至该控制周期结束的处理。

与此相对，在步骤S21的判断结果为“YES”的情况下，利用定时决定部24c进行如下处理，即，判断是否为与接下来的控制周期开始的时机相比提前了规定时间的定时(步骤S22)。上述规定时间是定时决定部24c为了确认过程控制装置10的完毕状态所需的时间、以及数据继承部24b从过程控制装置10获取继承数据DT并使其在过程控制装置20中复原所需的时间相加所得的时间。

在步骤S22的判断结果为“NO”的情况下，处理返回至步骤S21。与此相对，在步骤S22的判断结果为“YES”的情况下，利用定时决定部24c进行如下处理，即，判断过程控制装置10(现用装置)是否处于完毕状态(步骤S23)。在步骤S23的判断结果为“NO”的情况下，利用定时决定部24c进行使在线系统更新中止的处理。如果进行该处理，则结束图3所示的一系列处理。与此相对，在步骤S23的判断结果为“YES”的情况下，判断为到达切换定时并结束图3所示的步骤S13的处理。

如果图3所示的步骤S13的处理结束，则从定时决定部24c调用数据继承部24b。利用数据继承部24b进行如下处理，即，从过程控制装置10(现用装置)获取继承数据DT并使其在过程控制装置20(更新用装置)中复原(步骤S14：数据继承步骤)。图5是表示图3中的步骤S14的处理的详情的流程图。

如果开始步骤S14的处理，则首先参照符号表TB1并利用数据继承部24b进行如下处理，即，获取过程控制装置10(现用装置)中储存有继承数据DT的地址(步骤S31)。例如，进行一次性地获取所有储存有继承数据DT的地址的处理。接下来，利用数据继承部24b进行如下处理，即，从过程控制装置10(现用装置)获取利用存储器访问部15a、25a在步骤S31中获取的地址中储存的继承数据DT(步骤S32)。

接下来，利用数据继承部24b进行如下处理，即，获取过程控制装置20(更新用装置)中应当储存继承数据DT的地址(步骤S33)。具体而言，进行获取安装于过程控制装置20(更新用装置)的更新后的系统程序中使用的变量的地址的处理。接着，利用数据继承部24b进行如下处理，即，对于步骤S33中获取的过程控制装置20(更新用装置)的地址而设定步骤S32中从过程控制装置10(现用装置)获取的继承数据DT。通过进行以上处理，使得继承数据DT在过程控制装置20(更新用装置)中复原。

如果以上处理结束，则利用定时决定部24c进行对过程控制装置10(现用装置)通知切换定时的处理(步骤S15)。如果进行该通知，则程序重新开始部24d处于等待经由冗余化功能15、25从过程控制装置10发送来控制信号(控制权)的等待状态。

如果过程控制装置10(现用装置)接收到由定时决定部24c通知的上述切换定时，则经由冗余化功能15、25将控制信号(控制权)发送至过程控制装置20(更新用装置)，然后使动作停止。如果接收到从过程控制装置10发送来的控制信号(控制权)，则使实现系统功能的程序重新开始，利用程序重新开始部24d进行使得过程控制装置20作为现用装置而执行动作的处理(步骤S16)。

如上所示，在本实施方式中，作为更新用装置的过程控制装置20从过程控制装置10获取在进行从作为现用装置的过程控制装置10向过程控制装置20的切换时使得系统功能持续而需要继承的继承数据DT，并使其在过程控制装置20中复原，决定进行从过程控制装置10向过程控制装置20的切换的定时。这样，在本实施方式中，只要使为了扩展在线系统更新所需的在线更新功能的扩展功能嵌入作为更新用装置的过程控制装置20即可，无需使其嵌入作为现用装置的过程控制装置10。因此，能够不使过程控制系统1停止地实现在线系统更新的功能扩展。

[第2实施方式]

<过程控制系统>

图6是表示本发明的第2实施方式中实现在线系统更新的功能结构的功能框图。在图6中，对与图2所示的结构相当的结构，标注相同的标号。本实施方式所涉及的整个过程控制系统的功能结构与利用图1说明的功能结构相同。下面，以相对于前述的第1实施方式的不同点为中心进行说明。

在本实施方式中，即使继承数据DT的值是地址变动区域中储存的变量的地址值，也能准确地进行继承数据DT的继承。地址变动区域是指在进行从过程控制装置10(现用装置)向过程控制装置20(更新用装置)的切换时地址有可能变动的区域(存储区域)。该地址变动区域由地址连续的1个或多个区域构成，根据先头地址及大小(尺寸)而对各区域进行管理。

即使继承了这种地址变动区域中储存的变量的地址值，如果地址变动区域的先头地址改变，则继承后的地址值也变得没有意义。在本实施方式中，即使地址变动区域的先头地址改变，也能准确地进行继承数据DT的继承。

如图6所示，本实施方式的在线更新控制部24A构成为在图2所示的在线更新控制部24的基础上追加有地址变换部24e。冗余化功能15、25与图2所示的功能相同。在继承数据DT的值是地址变动区域中储存的变量的地址值的情况下，从数据继承部24b调用地址变换部24e，利用地址变换表TB2进行该地址值的变换。在继承数据DT的值不是地址变动区域中储存的变量的地址值的情况下，地址变换部24e不进行利用地址变换表TB2的变换。

地址变换表TB2是针对地址变动区域中储存的所有变量而使得进行切换之前的储存地址与进行切换之后的储存地址相关联的表。针对地址变动区域的地址连续的每个区域(即，根据先头地址和尺寸而管理的每个区域)而准备该地址变换表TB2。

该地址变换表TB2利用如下性质，即，如果未对与地址变动区域相关的程序进行修正，则各变量的储存地址的偏移(相对于地址变动区域的先头地址的偏移)在切换前后不改变。例如利用通过对实现过程控制装置10、20的系统功能的系统程序(源程序)进行编译以及链接而生成的符号表预先制作地址变换表TB2。

图7A、图7B是表示本发明的第2实施方式的地址变换表的一个例子的图。图7A所示的地址变换表TB2是在实现过程控制装置10的系统功能的系统程序(源程序)中声明了图7B所示的外部变量的情况下的表。在本实施方式中，为了容易理解，将上述源程序设为由C语言记述的程序而进行说明，但上述源程序也可以由C语言以外的任意语言记述。

在图7B所示的例子中，作为外部变量而声明了整数型的变量a、以整数型的变量b1、b2为成员的结构体变量b、具有整数型的6个要素的数组变量c、指向变量a的指针*p_a、指向结构体变量b的成员b2的指针*p_b、以及指向数组变量c的第2个要素(c[2])的指针*p_c。在进行了这种声明的情况下，如图7A所示，变量a、结构体变量b、结构体变量b的成员b1、结构体变量b的成员b2、数组变量c、数组变量的第0～第5个要素c[0]～c[5]、指针变量p_a、指针变量p_b以及指针变量p_c按照该顺序依次连续地储存于地址变动区域。各变量的大小为32比特(4字节)。

如果储存有上述外部变量的切换前的地址变动区域的先头地址以16进制表示为“0xa000”，则供各外部变量储存的地址表示为图7A中的“切换前的地址”。如果储存有上述外部变量的切换后的地址变动区域的先头地址以16进制表示为0xc000，则供各外部变量储存的地址表示为图7A中的“切换后的地址”。储存有外部变量的地址变动区域的大小为48字节，在切换前后不变。

<程序更新方法>

本实施方式的程序更新方法与第1实施方式的程序更新方法相同，基本上通过执行图3～5所示的步骤而进行系统程序的更新。但是，在本实施方式中，在利用数据继承部24b进行从现用装置获取继承数据DT并使其复原的处理(图3所示的步骤S14的处理)时，由地址变换部24e进行利用地址变换表TB2的变换处理。

图8是表示本发明的第2实施方式中执行的地址变换处理的流程图。图8所示的流程图的处理例如可以在通过详细表示图3所示的步骤S14的处理的图5中的步骤S32或步骤S34执行。如果处理开始，则首先由数据继承部24b判断继承的变量值是否为地址变动区域内的地址值(步骤S41)。

在步骤S41的判断结果为“YES”的情况下，利用数据继承部24b进行取出继承的变量中储存的切换前的地址值的处理(步骤S42)。接下来，由数据继承部24b调用地址变换部24e，参照地址变换表TB2并利用地址变换部24e进行获取与切换前的地址值对应的切换后的地址的处理(步骤S43)。接着，利用地址变换部24e进行对于继承的变量而设定获取的地址值的处理(步骤S44)。

在步骤S44的处理结束的情况下、或者步骤S41的判断结果为“NO”的情况下，由数据继承部24b判断对于所有继承数据DT是否都结束了以上处理(步骤S45)。在步骤S45的判断结果为“NO”的情况下，处理返回至步骤S41，针对剩余的变量进行同样的处理。与此相对，在步骤S45的判断结果为“YES”的情况下，结束图8所示的一系列处理。

在声明了图7B所示的外部变量的情况下，如果进行以上处理，则对图7B中举例所示的指针变量p_a、指针变量p_b以及指针变量p_c中储存的地址值进行变换。具体而言，将指针变量p_a中储存的地址值“0xa000”变换为地址值“0xc000”，将指针变量p_b中储存的地址值“0xa008”变换为地址值“0xc008”，将指针变量p_c中储存的地址值“0xa014”变换为地址值“0xc014”。与此相对，对于剩余的变量(变量a、结构体变量b、结构体变量b的成员b1、结构体变量b的成员b2、数组变量c、数组变量的第0～第5个要素c[0]～c[5])保持原样地继承其值。

如上所述，在本实施方式中，在继承数据DT是地址有可能在切换的前后变动的地址变动区域中储存的变量的地址值的情况下，利用地址变换表TB2对其地址值进行变换。因此，即使地址变动区域的先头地址在切换的前后改变，也能准确地进行继承数据DT(地址变动区域中储存的变量的地址值)的继承。

在本实施方式中，在对分配给地址变动区域的变量进行修正的情况下，仅对地址变换表TB2进行修正而能够容易地应对。具体而言，在追加或删除地址变动区域内的变量的情况下，只要与此相应地对其变量的偏移进行修正即可。

图9A、图9B是表示本发明的第2实施方式中修正后的地址变换表的一个例子的图。当前设为如图9B所示，对图7B所示的外部变量(分配给地址变动区域的变量)进行修正。具体而言，将以整数型的变量b1、b2为成员的结构体变量b修正为以整数型的变量b1、b2、b3、b4为成员的结构体变量b，将具有整数型的6个要素的数组变量c修正为具有整数型的4个要素的数组变量c。

在进行了这种修正的情况下，只要将图7A所示的地址变换表TB2修正为图9A所示的地址变换表TB2即可。即，只要针对追加的结构体变量b的成员b3、b4修正为不存在切换前的地址，且针对已删除的数组变量c的要素(第4、5个要素)修正为不存在切换后的地址即可。

在上述实施方式中，地址变换部24e利用地址变换表TB2进行应当继承的地址值(地址变动区域中储存的变量的地址值)的变换。然而，如果分配给地址变动区域内的各变量的储存地址的相对于该区域的先头的偏移地址值在切换前后未改变、即在针对分配给地址变动区域的变量未进行追加或删除的修正的情况下，地址变换部24e可以不利用地址变换表TB2而是利用下面的(1)式所示的地址变换式进行应当继承的地址值的变换。

D＝C+(B-A)…(1)

A：切换前的地址变动区域的先头地址

B：切换后的地址变动区域的先头地址

C：切换前的地址值

D：切换后的地址值

[第3实施方式]

<过程控制系统>

图10是表示本发明的第3实施方式中实现在线系统更新的功能结构的功能框图。在图10中，对与图2、图6所示的结构相当的结构，标注相同的标号。本实施方式所涉及的整个过程控制系统的功能结构与利用图1说明的功能结构相同。下面，以相对于前述的第1、2实施方式的不同点为中心进行说明。

在本实施方式中，即使在过程控制装置10(现用装置)中缓存有效的情况下，也能准确地进行继承数据DT的继承。过程控制装置10(现用装置)的缓存是指设置于过程控制装置10(现用装置)具有的CPU与存储器之间的、数据的临时性存储区域。无法从过程控制装置20(更新用装置)参照缓存，因此能够暂时保持为无法从过程控制装置20(更新用装置)参照数据的状态。

在设置有这种缓存的情况下，有时缓存中存储的数据与存储器中存储的数据的内容不同。过程控制装置20(更新用装置)访问过程控制装置10(现用装置)的存储器而获取继承数据DT，因此在存储器中存储的数据与缓存中存储的数据不同的情况下无法准确地进行继承数据DT的继承。在本实施方式中，从过程控制装置20(更新用装置)对过程控制装置10(现用装置)的缓存进行操作而能够准确地进行继承数据DT的继承。

如图10所示，在本实施方式中，在现用装置侧(图1中的过程控制装置10)设置有在线更新控制部14。在更新用装置侧(图1中的过程控制装置20)设置有在线更新控制部24B。冗余化功能15、25与图2、图6所示的功能相同。

在线更新控制部14和在线更新控制部24B一起对如下在线系统更新的处理进行控制，即，一边使由系统程序实现的系统功能的处理持续一边对系统程序进行更新。在线更新控制部14具有对过程控制装置10(现用装置)的缓存进行操作的缓存操作部14a。在本实施方式中，需要预先将具有缓存操作部14a的在线更新控制部14嵌入于过程控制装置10(现用装置)。

具体而言，缓存操作部14a根据下面所示的3种缓存操作标志而对缓存进行操作。

·闪存标志：对是否使缓存的内容反映到存储器中进行控制的标志。如果值为“1”，则利用缓存操作部14a使得缓存的内容反映到存储器。如果缓存的内容反映到存储器，则利用缓存操作部14a将值设定为“0”。

·无效化标志：使缓存无效的标志。如果值为“1”，则利用缓存操作部14a使得缓存无效。

·有效化标志：使缓存有效的标志。如果值为“1”，则利用缓存操作部14a使得缓存有效。

在线更新控制部24B是将图6所示的在线更新控制部24A的定时决定部24c替换为定时决定部24f的结构。定时决定部24f改变在过程控制装置10(现用装置)的缓存操作部14a中使用的缓存操作标志的值而对过程控制装置10(现用装置)的缓存进行操作。

定时决定部24f例如在某个控制周期应当执行的处理结束、决定切换定时之前将闪存标志的值设定为“1”。定时决定部24f在过程控制装置10(现用装置)中执行的各系统功能的处理刚完毕之后将闪存标志的值设定为“1”。或者，定时决定部24f在任意期间(例如进行在线系统更新的期间)将无效化标志的值设定为“1”。

<程序更新方法>

本实施方式的程序更新方法与第2实施方式的程序更新方法相同，基本上通过执行图3～图5、图8所示的步骤而进行系统程序的更新。但是，在本实施方式中，在图4所示的步骤S22与步骤S23之间，过程控制装置20(更新用装置)的定时决定部24f进行将闪存标志的值设定为“1”的操作。

如果闪存标志的值设定为“1”，则由过程控制装置10(现用装置)的缓存操作部14a进行将缓存的内容反映到存储器的操作。将缓存的内容反映到存储器而使得过程控制装置20(更新用装置)能够参照该内容。因此，可以将利用缓存操作部14a进行的使缓存的内容反映到存储器的操作称为能够从过程控制装置20(更新用装置)参照由缓存保持的数据的操作。

如上所述，在本实施方式中，过程控制装置20(更新用装置)的定时决定部24f对缓存操作标志的值进行操作，由过程控制装置10(现用装置)的缓存操作部14a进行使得缓存的内容反映到存储器的操作。因此，即使在过程控制装置10(现用装置)中缓存有效的情况下，也能准确地进行继承数据DT的继承。

如以上说明，利用前述的任意实施方式而能够不使过程控制系统停止地实现在线系统更新(一边使由系统程序实现的功能(系统功能)的处理持续一边对系统程序进行更新)。

各实施方式的过程控制装置10、20以及工程用设备30的至少一部分功能能够由计算机实现。在该情况下，可以在计算机可读取的记录介质中对用于实现该功能的程序进行记录，将该记录介质中记录的程序读入计算机系统并执行该程序而实现。

上述“计算机系统”设为包含OS、外围设备等硬件。“计算机可读取的记录介质”是指软盘、光磁盘、ROM、CD-ROM、DVD-ROM、USB存储器等移动介质、内置于计算机系统的硬盘等存储装置。并且，“计算机可读取的记录介质”可以包含如经由互联网等网络、电话线路等通信线路发送程序的情况下的通信线那样暂时动态地对程序进行保持的介质，如该情况下的作为服务器、客户终端的计算机系统内部的易失性存储器那样在一定时间内保持程序的介质。上述程序可以实现前述的功能的一部分，还可以通过与计算机系统中已经记录的程序结合而实现前述的功能。

以上对本发明的实施方式所涉及的过程控制系统、过程控制装置以及程序更新方法进行了说明。本发明并不局限于上述实施方式，可以在本发明的范围内任意地变更。例如可以对第1实施方式和第3实施方式进行组合。在上述实施方式中，作为过程控制系统、过程控制装置的结构进行了说明。然而，也可以将上述实施方式具有的结构应用于其他任意系统。在上述实施方式中，操作系统可以是用于对嵌入式系统进行控制的嵌入式OS，也可以是用于对通用计算机进行控制的通用OS。

Claims (15)

1.一种过程控制系统，其具有第1过程控制装置以及第2过程控制装置，其中，

所述第2过程控制装置具有：

数据继承部，其从所述第1过程控制装置获取在进行从所述第1过程控制装置向所述第2过程控制装置的切换时为了使系统功能持续而需要继承的数据即继承数据，并使该继承数据在所述第2过程控制装置中复原；以及

定时决定部，其决定进行所述切换的定时。

2.根据权利要求1所述的过程控制系统，其中，

所述数据继承部参照所述第1过程控制装置的所述系统功能的符号表而从所述第1过程控制装置获取所述继承数据。

3.根据权利要求1或2所述的过程控制系统，其中，

所述定时决定部以如下方式决定所述定时，即，在确认了所述第1过程控制装置的所有所述系统功能都已结束处理的完毕状态之后，进行所述切换。

4.根据权利要求3所述的过程控制系统，其中，

所述定时决定部在无法确认所述完毕状态的情况下，使所述切换中止。

5.根据权利要求1所述的过程控制系统，其中，

所述过程控制系统还具有地址变换部，当所述继承数据是在地址有可能变动的地址变动区域中储存的变量的地址值的情况下，所述地址变换部利用使得进行所述切换之前在所述地址变动区域中储存的所述变量的地址、与进行所述切换之后在所述地址变动区域中储存的所述变量的地址相关联的地址变换表，对作为所述继承数据的所述地址值进行变换。

6.根据权利要求5所述的过程控制系统，其中，

所述地址变换表是利用所述第1过程控制装置的所述系统功能的符号表、以及所述第2过程控制装置的所述系统功能的符号表而预先生成的。

7.根据权利要求1所述的过程控制系统，其中，

所述第1过程控制装置具有缓存操作部，该缓存操作部对暂时保持为无法从所述第2过程控制装置参照在内部使用的数据的状态的缓存进行操作，

所述定时决定部在决定所述定时时，对所述缓存操作部进行能够从所述第2过程控制装置参照由所述缓存保持的数据的操作。

8.根据权利要求7所述的过程控制系统，其中，

所述定时决定部能够对所述第1过程控制装置进行使得所述缓存有效或无效的操作。

9.根据权利要求2所述的过程控制系统，其中，

所述符号表是通过对实现所述第1过程控制装置的系统功能的系统程序进行编译以及链接而生成的表。

10.根据权利要求2所述的过程控制系统，其中，

所述数据继承部参照所述符号表而获取在所述第1过程控制装置中储存有所述继承数据的地址。

11.根据权利要求1所述的过程控制系统，其中，

所述定时是在所述第1过程控制装置的某个控制周期应当执行的处理结束之后直至接下来的控制周期开始为止的期间的、与所述接下来的控制周期开始的时机相比提前了规定时间的定时。

12.根据权利要求11所述的过程控制系统，其中，

所述规定时间是所述定时决定部为了确认所述第1过程控制装置的完毕状态所需的时间、和所述数据继承部从所述第1过程控制装置获取所述继承数据并使其在所述第2过程控制装置中复原所需的时间相加所得的时间。

13.根据权利要求5所述的过程控制系统，其中，

所述地址变动区域由地址连续的1个或多个区域构成，根据先头地址及大小而管理各区域。

14.一种过程控制装置，其进行从其他装置向本装置的切换，其中，

所述过程控制装置具有：

数据继承部，其从其他装置获取在进行所述切换时为了使系统功能持续而需要继承的数据即继承数据，并使该继承数据在本装置中复原；以及

定时决定部，其决定进行所述切换的定时。

15.一种程序更新方法，其是具有第1过程控制装置以及第2过程控制装置的过程控制系统的程序更新方法，其中，

所述程序更新方法具有如下步骤：

所述第2过程控制装置从所述第1过程控制装置获取在进行从所述第1过程控制装置向所述第2过程控制装置的切换时为了使系统功能持续而需要继承的数据即继承数据，并使该继承数据在所述第2过程控制装置中复原；以及

所述第2过程控制装置决定进行所述切换的定时。

Images