CN1249544C - 多路控制系统及其多路复用方法 - Google Patents

Abstract

一种多路控制系统具有公共过程输入/输出单元，所述单元用于把从测量过程的相同状态变量的传感器得到的过程信号分配给数字控制器。在多路控制系统和工厂之间，为每个过程信号设置一个用于输入/输出过程信号的过程输入/输出单元。用于高度重要的过程信号的过程输入/输出单元是三路的。为每个三路过程输入/输出单元提供具有操作功能的过程控制器。用于中等重要过程信号的过程输入/输出单元是双路的。用于低重要性过程信号的过程输入/输出单元是单路的。双路过程输入/输出单元和单路过程输入/输出单元的过程信号由在过程控制器中具有主机权的控制器控制。

Description

多路控制系统及其多路复用方法

技术领域

本发明涉及一种多路控制系统及其多路复用方法，其中，各种工厂如发电厂和化学工厂里的过程由数字控制器如多个微型计算机通过过程输入/输出单元来控制。

背景技术

例如对于核电站中的循环泵控制、热电厂中的燃气涡轮控制和蒸汽轮机控制以及各种工厂如化学工厂中的控制而言，全世界都要求对它们进行稳定操作，因此，由硬线电路构成对增强工厂控制可靠性和安全性所需的极其重要的保护措施。然而，为适应降低成本的要求，目前硬线电路正用软件组成，然而，为了保持可靠性和安全性，软件由三路结构组成。

在常规三路控制系统中，每个过程输入/输出单元单独连接到三个冗余结构微机中的每一个，并且系统构成得使输出信号在系统外部选择。进而，为了简化外部电路，例如在JP-A-5-241606中所公开的，提出一种通过对三个信号求和而形成输出信号的方法。

进一步地，在多路控制系统中，通过分立设置监控专用微机和输入/输出硬接口单元来执行过程变量的输出/输出及其监控。在此种情况下，通过专用于输入/输出的输入/输出硬接口和除了控制用微机之外的监控来执行输入/输出，并且，信息通过传输而送到所有控制用微机，从而设计信息的标准化。

另外，如JP-A-08-106301中所公开的，处理单元和过程输入/输出单元通过三路线连接，并且在过程输入/输出单元中包括确定连接所述单元中的哪个单元以及使用所述线中哪根线的数据的电路，由此可以实现除三路过程输入/输出单元之外的公共过程输入/输出单元设置，从而使系统的成本下降。

发明内容

在以上一种常规技术中，系统通过把每个过程输入/输出单元单独连接到冗余结构中三个理器单元中的每一个而构成，即使单个输入传感器对于输入信号是足够的，但对于把信号输入到三个过程输入单元则例如需要放大器，并且从三个过程输出单元输出的输出信号在单元外部需要有选择一个工厂输出信号的电路，这产生与成本和尺寸有关的问题。进而，当所有向过程控制单元和从过程控制单元输入/输出的信号连接到此种型式的过程输入/输出单元时，这些电路变得非常庞大，从而，故障率随部件增多而上升，并且从维修观点考虑，不希望部件数量增加。进一步地，对于在JP-A-5-241606公开的装置，其硬件可减小，但其数量不真实并且本质上没有明显的优点。

而且，在以上的常规技术中，在多路控制系统内，过程变量的输入/输出及其监控通过分立设置监控专用微机和输入/输出硬接口单元来执行，这需要增加响应时间的传输时间并产生需要较长控制时间的问题。

还有，在JP-A-08-106301公开的常规技术中，由于处理器单元和过程输入/输出单元通过三路线连接，并且为每个过程输入/输出单元设置连接转换电路，因此，与通常的过程输入/输出单元相比，此电路变复杂，并且为了保持使用硬线电路时的可靠性而产生成本显著增加的问题。

执行本发明是为了克服上述问题，本发明的第一目的是提供一种显示快速响应特性和高度可靠性的多路控制系统。

进而，本发明的第二目的是提供一种低成本、高可靠和小尺寸的多路控制系统及其多路复用方法。

在实现第一目的的本发明中，设置公共过程输入/输出单元，用于向数字控制器分配多个过程信号中的一个，用于检测一个过程的相同状态变量，所述信号由与多路数量相应的多个传感器检测。

更具体地，通过在单个输入/输出硬接口单元中使用与微机数量可比的接口板数量，可以共用输入/输出硬接口单元，与微机的数量无关，从而，可不使用传输而并行地执行输入/输出，这大大缩短控制时间。

通过这样的构造，不需要过程信号传输时间，从而，可实现具有快速响应特性和高度可靠性的多路控制。

根据实现本发明第二目的的本发明，有关的过程信号向过程输入/输出单元和从过程输入/输出单元输入和输出，过程输入/输出单元中的冗余结构根据过程信号的类型而改变，进而，系统的构成方式使得具有低冗余度的输入/输出单元的信号通过具有高冗余度的输入/输出单元而输入和输出。

进而，为每个过程信号都设置一个输入和输出工厂过程信号的过程输入/输出单元，用于“高”重要性过程信号的过程输入/输出单元是三路的，并且为每个三路输入/输出单元设置具有处理功能的过程控制器，用于“中等”重要性过程信号的过程输入/输出单元是双路的，用于“低”重要性过程信号的过程输入/输出单元是单路的，并且双路输入/输出单元和单路输入/输出单元的各个过程信号的输出构成得由任一个过程控制器处理。

进一步地，通过指定一个三路过程控制器具有主机权，系统的构成方式使得双路输入/输出单元和单路输入/输出单元的输出控制由具有主机权的单元控制。

而且，本发明的目的可由如下方式实现：为每个过程信号都设置一个输入和输出工厂过程信号的过程输入/输出单元，并且根据过程信号的重要性，用于输入和输出过程信号的输入/输出单元的冗余结构是三路、双路或单路的。即，构成工厂控制装置的全部单元不都是三路的，只有用于高度重要性过程信号的单元是三路的，其它单元是双路或单路的，从而，硬件的数量可减少，并且可减小装置的尺寸和成本，同时不损害可靠性。

另外，由于系统构成得使具有主机权的过程控制器支持所有的单元，因此可使系统成本进一步降低。

附图说明

图1为示出根据第一发明的实施例的构造图；

图2为根据第一发明的实施例的主要部分的示范性详细构造图；

图3为用于解释第一发明操作的视图；

图4为用于解释第一发明操作的视图；

图5为用于解释第一发明操作的视图；

图6为用于解释第一发明操作的视图；

图7为用于解释第一发明操作的视图；

图8为用于解释第一发明操作的流程图；

图9为用于解释第一发明操作的流程图；

图10为用于解释第一发明操作的流程图；

图11为描述第二发明实施例的工厂控制系统的构造图；

图12为描述第二发明另一实施例的工厂控制系统的构造图；

图13为描述第二发明又一实施例的工厂控制系统的构造图；

图14为用于解释在三路过程控制器之间输出数据的数据匹配方法的视图；

图15为示出单路PI/O单元和三路CPU单元之间的详细连接结构的视图；

图16为用于解释数据输入方法和相互监控方法的视图；

图17为示出PI/O的输入和输出清单(列表)的视图；

图18为示出系统启动时PI/O初始化处理顺序的流程图；以及

图19为示出用于PI/O输入/输出方法的处理顺序的流程图。

具体实施方式

以下解释根据第一发明的实施例。

图1和2示出表示本发明实施例的多路控制系统(借助三路微机)的结构。

图1所示多路控制系统由三个微机(1A-1C)和输入/输出硬接口2构成，输入/输出硬接口2设置得为三个微机所共用，输入/输出硬接口2从三个传感器(4A-4C)接收过程信号并把过程信号通过接口板(3A-3C)分配给微机(1A-1C)。

图2示出图1所示多路控制系统的详细结构，1A、1B和1C为微机，5A、5B和5C是判断单元，6A、6B和6C为存储器，7A、7B和7C为信号转换单元，101为输入/输出处理单元并且102为输出处理单元，此系统执行以下操作。

1)数据输出

如图3和4所示，微机(主机)1A输出主机信号给判断单元5A，以便设置所连接的接口板为主机接口板(用于此接口板的输出许可命令)。当判断单元5A识别为主机时，此单元在信号转换单元7A中输出数据输出许可信号。

微机(主机)1A通过信号转换单元7A写入输出处理单元102，并且输出处理单元102向外部输出数据。相反，微机(辅机)1B和1C输出辅机信号给判断单元5B和5C，以便设置所连接的接口板作为辅机接口板(用于所述接口板的输出禁止命令)。当判断单元5B和5C识别为辅机时，这些单元在信号转换单元7B和7C中输出数据输出禁止信号。

尽管微机(辅机)1B和1C写入信号转换单元7B和7C，但信号转换单元7B和7C因输出禁止而不执行输出，仅仅执行对微机1B和1C的响应。

此数据处理通过图8中的步骤S1-S3进行。

即，输出数据从微机(1A-1C)的各个处理单元输入到各个信号转换单元，并且主机/辅机信号从其它的微机输入到判断单元(S1)。接着，识别各个微机(1A-1C)是否为主机(S2)，并且如果确定为主机，信号转换单元的输出数据就输入到输出处理单元，所述数据从输出处理单元输出到外部。

2)数据输入

如图5和6所示，输入处理单元101输入数据给各个接口板3A、3B和3C。其中，微机(主机)1A输出主机信号给判断单元5A，以便设置所连接的接口板为主机接口板(用于所述接口板的输入许可命令)。

当判断单元5A识别为主机时，此单元在信号转换单元7A中输出数据输入许可信号。从而，微机(主机)1A通过信号转换单元7A从输入处理单元12执行输入。

与此相反，微机(辅机)1B和1C输出辅机信号给判断单元5B和5C，以便设置所连接的接口板为辅机接口板(用于所述接口板的输入禁止命令)。当判断单元5B和5C识别为辅机时，数据写入存储器6B和6C，以便输出用于信号转换单元的数据输入禁止信号，并且微机(辅机)1B和1C从存储器6B和6C执行输入。从而，微机(辅机)1B和1C被允许输入与微机(主机)1A相同的数据。

所述数据输入处理通过图9中的步骤S5-S8执行。

即，各个微机(1A-1C)输入数据到输入处理单元中，输出所述数据到信号转换单元中并从其它的微机向判断单元(S5)输入主机/辅机信号。接着，各个微机(1A-1C)识别所述数据是否为主机的(S6)，如果确定为主机的，信号转换单元的输入数据就输入到微机中的处理单元(S7)。如果确定不是主机的，信号转换单元的输入数据就输入到输入/输出硬接口内的存储器中，并且所述输入数据从存储器输入到微机中的处理单元(S8)。

3)主机/辅机切换

用于多路控制装置的微机1A、1B和1C包括用于接口板的优先权选择功能。对于接口板优先权选择的切换，事先确定优先权，如图7(a)所示，并且相应地执行主机/辅机切换。每个接口板总是监控主权微机以及其它接口板的状态(正常/异常与主机/辅机)。

在主机故障时，主机切换到在其它正常系统中具有较高优先权的微机，但在辅机故障和复位时，不进行主机切换。进而，当主权微机发生故障时，它的功能就停止。例如，当所述系统由如图7所示的三路系统控制时，并且当A系统发生故障时，主机切换到B系统，并且，即使A系统随后恢复，也不再发生主机切换。进一步地，如果B系统故障，在其它正常系统中具有较高优先权的A系统被选为主机。随后，A系统故障，唯一的正常系统C系统被选为主机。通过使用此种主机/辅机切换选择功能，执行输出/输入控制。

主机/辅机切换处理通过图10中的步骤S10-S19进行。

即，主系统微机输入和输出与其它微机的主机/辅机信号(S10)。接着，判断主系统微机是否正常(S11)。

在非正常的情况下，主系统中的信号转换单元停止(S13)。

在正常的情况下，判断主系统是否为主机(S14)，并且如果确定为主机，就从该微机中的判断单元输入数据输入/输出许可信号给转换单元(S15)。如果确定不是主机，就判断信号是否来自主机(S16)，如果确定此信号来自主机，就从该微机中的判断单元输入数据输入/输出禁止信号给信号转换单元(S17)。如果该信号不是来自主机，就判断主系统在正常微机中是否具有最高优先权，如果确定是最高的，就选择主系统为主机(S19)。如果不是最高的，就从该微机中的判断单元输入数据输入/输出禁止信号给信号转换单元(S17)。

4)在发生故障时的对策

当微机和接口板发生故障时，由于能够只去除故障系统，因此，所述装置可被恢复而不会停止工作。

现在，解释根据第二发明的实施例。

图11为表示第二发明实施例的工厂控制装置的系统构造图。本发明实施例的特征在于，各个三路过程输入/输出单元(PI/O)13、23和33以及具有三个以三路系统构成的处理电容的各个数字控制单元(CPU，有时也称作过程控制器)11、21和31分别统一成为CPU单元，各个双路系统过程输入/输出单元51和61与单路系统过程输入/输出单元41分别连接到构成所述三路系统的三个过程控制器11、21和31。另一方面，各个三路CPU 11、21和31通过网络连接使用板(NCP)12、22和32连接到网络104。

对于各个三路过程控制器11、21和31，连接许多为工厂机器设备71-76而设置的传感器和操作端，从这些传感器和操作端接收工厂的重要操作信息，例如涡轮转速和燃气涡轮废气温度的测量值的信号，由于这些信号对于工厂操作是非常重要的信号，因此工厂机器设备也为三路系统(71、73、75)和(72、74、76)。

进一步地，CPU 11、PI/O 13与工厂机器设备71和72以一对一的关系连接，CPU 21、PI/O 23与工厂机器设备73和74以一对一的关系连接，并且CPU 31、PI/O 33与工厂机器设备75和76以一对一的关系连接。

来自工厂的输入信号通过各个PI/O单独地进入过程控制器，并且，输出信号有可能通过各个PI/O单独输出。从而，信号的可靠性得到增强。

工厂机器设备77和78把诸如监控信号和输出信号的信号分配给灯光显示系统。连接到这些机器设备的PI/O 41为单路PI/O单元，三路过程控制器11、21和31通过电缆81、82和83连接到此单路PI/O单元，电缆81、82和83连接封装在CPU一侧的IF板15、25和35与封装在PI/O单元一侧的UIF板42、43和44。

来自工厂机器设备77的输入信号通过单路过程输入/输出单元(PI/O)41进入各个过程控制器11、21和31，并且，在三路系统(A、B和C系统)中具有主机权的过程控制器的输出数据优先输出，作为给工厂机器设备的输出信号，其中细节将结合图15进行解释。

工厂机器设备所处理的信号例如为用于控制工厂和工厂机器设备的操作的重要监控信号以及用于控制不允许出现错误的操作的输出信号，即使在因过程输入/输出单元故障引起的交换工作时也要求监控信号连续输入。双路PI/O 51和61连接到机器设备79。双路PI/O 51和61通过电缆84、85、86、87、88和89连接有三路过程控制器11、21和31，所述电缆连接封装在CPU单元一侧的IF板14、24和35与封装在PI/O单元一侧的UIF板52、53、54、62、63和64。

来自工厂机器设备的输入信号通过PI/O 51和61进入各个过程控制器11、21和31。具有主机权的过程控制器的输出数据从PI/O 51和61优先输出，作为给工厂机器设备79的输出信号(其中细节将结合图15进行解释)。在此情况下，通过在机器设备的外部设置切换开关90，来自PI/O 51或61的信号输出到工厂机器设备。

图12为表示另一实施例的工厂控制系统的构造图。在根据本实施例的系统构成中，三路过程输入/输出单元13、23和33与构成三路系统的三个过程控制器以一对一的关系连接，并且，双路过程输入/输出单元51和61、单路过程输入/输出单元41与构成三路系统的三个过程控制器11、21和31分别串联。由于三路过程控制器、过程输入/输出单元和其它用于IF的单元的结构与图11实施例中的相同，因此省略对它们的解释。

在连接到工厂机器设备的双路系统中的一个PI/O 51与三路过程控制器13、23和33通过电缆81、82和83连接，电缆81、82和83连接封装在CPU单元一侧的IF板15、25和35与封装在此PI/O单元一侧的UIF板52、53和54，而另一PI/O 61的UIF板62、63和64通过电缆94、95和96连接到PI/O 51一侧的UIF板52、53和54。PI/O 61通过PI/O 51的各个UIF板耦合到三路CPU单元的所述侧。

来自工厂机器设备79的输入信号通过PI/O 51和61进入各个过程控制器11、21和31，并且，具有主机权的过程控制器的输出数据通过PI/O 51和61优先输出到机器设备79，作为输出信号。相似地，在此情况下，通过设置切换开关90，来自PI/O 51或61的输出信号输出到工厂机器设备。

PI/O 41设置有单路工厂机器设备77和78，并且UIF板42、43和44通过电缆91、92和93连接到PI/O 61的UIF板62、63和64。即，PI/O 41通过串联插入的PI/O 61和51的各个UIF板耦合到三路CPU单元的所述侧。来自工厂的输入信号通过PI/O 41进入到各个过程控制器，与图11实施例相似，具有主机权的过程控制器的输出数据优先输出，作为输出信号。

在本发明实施例中，由于各个PI/O 41、51和61串联，并且连接到各个三路系统过程控制器，因此如果三个CPU单元中的每一个都封装一片IF板就足够了(在图11实施例中，每个CPU单元封装两片IF板)，从而，可得到减少硬件数量的好处。

图13为表示又一实施例的工厂控制系统的构造图。在本实施例中，每个三路系统CPU单元都由CPU 11(21、31)、网络连接使用板(NCP)12(22、32)及IF 15(25、35)构成，并且在CPU单元中没有设置PI/O。构成三路系统过程输入/输出单元的每个PI/O 100、110和120都设置有三个UIF板(101、102、103)、(111、112、113)和(121、122、123)。工厂机器设备71和72连接到A系统的PI/O 100，工厂机器设备73和74连接到B系统的PI/O 110，并且，工厂机器设备75和76连接到C系统的PI/O 120。

PI/O 120的UIF 121、PI/O 110的UIF 111、PI/O 100的UIF 101以及CPU单元11的IF 15分别通过电缆133、130和81串联，PI/O 120的UIF 122、PI/O 110的UIF 112、PI/O 100的UIF 102以及CPU单元21的IF 25分别通过电缆134、131和82串联，并且PI/O 120的UIF 123、PI/O 110的UIF 113、PI/O 100的UIF 103以及CPU单元31的IF 35分别通过电缆135、132和83串联。

来自工厂机器设备71-76的输入信号通过相应的PI/O单独进入各个系统的过程控制器，并且，输出信号以相同的方式通过相应的PI/O单独输出。从而，信号的可靠性得以增强。

工厂机器设备77和78连接到为单路系统形式的PI/O 41。进而，工厂机器设备79连接到为双路系统形式的PI/O 51和61，各个PI/O单元的UIF板与图12实施例相似地串联，并且进一步地，在本实施例中，PI/O 51的各个UIF板52、53和54通过电缆136、137和138连接到PI/O 120的UIF板121、122和123。

即，在本实施例中，三路PI/O 100、110和120、单路PI/O 41与双路PI/O 51和61全部串联在一起，并且都连接到各个三路过程控制器11、21和31。

相似地，在本实施例中，来自工厂机器设备77的输入信号通过PI/O 41进入各个过程控制器，并且，具有主机权的过程控制器的输出数据优先输出，作为给所述机器设备的输出信号。进而，来自工厂机器设备79的输入信号通过PI/O 51和61并通过PI/O 120、110和100的各个UIF板进入各个过程控制器；具有主机权的过程控制器的输出数据从由切换开关90选择的PI/O 51或61优先输出，作为给机器设备79的输出信号。

图14解释在以上所解释的系统结构中三路系统过程控制器之间的数据匹配方法。三路系统过程控制器11、21和31通过各个网络连接使用板(NCP)12、22和32连接到网络1。软逻辑201包含在各个过程控制器11、21和31的每一个之内。图14所示软逻辑201的实例是包含在A系统的过程控制器11中的一个软逻辑，然而，包含在B和C系统的过程控制器中的软逻辑的内容与所示的相同。

软逻辑201中PI计算器202的计算结果(在此实例中为阀的开度)经过网络1(由数字203表示)传输到B和C系统。相似地，B和C系统中的各个计算结果也通过网络1传输并且被A系统(206、207)接收。A、B和C系统中的各个开度输入到平均值计算器204，计算器204计算开度平均值并输出此平均值给处于控制下的主系统的PI/O，作为开度命令。进一步地，在此实例中，计算平均值，然而，命令208可根据计算处理的其它逻辑如多数逻辑和中值逻辑而产生。从而，可以获得避免错误操作和错误非操作的输出信号。

图15为示出图11和图12所示单路PI/O 41和三路CPU单元之间的连接结构的详图。每个三路CPU单元具有相同的结构，并且过程控制器11(21、31)通过总线16(26、36)连接到NCP 12(22、33)、PI/O 13(23、33)以及IF板15(25、35)。

用于三路过程控制器11、21和31的公共过程输入/输出单元41通过总线45连接到UIF板42、43和44，并且UIF板42、43和44通过电缆81、82和83连接到IF板15、25和35。

总线16、26和36的技术要求与总线45的相同，因此，PI/O 13、23和33的技术要求变得与PI/O 41的相同。这对于双路PI/O单元是真实的。根据本实施例，PI/O(过程输入/输出单元)的技术要求可以标准化，从而进一步降低成本。而且，各个UIF也可连接有总线46，总线46用于这些UIF之间的信息接收和传输。

图16为用于解释数据输入方法和相互监控方法的视图。如结合图15所解释的，为了对各个PI/O(过程输入/输出单元)的技术要求进行标准化，对由三路过程控制器所共用的PI/O的数据输入/输出处理，在封装于各个过程控制器的单元内的UIF和公共过程输入/输出单元中执行。

在三路过程控制器11、21和31之中，输出数据给公共过程输入/输出单元的控制器称作具有主机权的控制器。在图16实施例中，假设CPU 11为具有主机权的控制器。

CPU 11在UIF 42执行主机设置。在此情况下，通过图15所示总线46通知UIF 43和44，CPU 11为主机。具有主机权的控制器CPU 11经过IF 15和UIF 42从PI/O 41接收数据。此时，数据输入值从UIF 42拷贝到UIF 43和44。没有主机权的控制器CPU 21和31从UIF 43和44读取这些拷贝的数据。

输出数据只从具有主机权的控制器CPU 11输出。除了通常的数据输入/输出以外，具有主机权的控制器CPU 11通过步骤305在连接到CPU 11的UIF 42内的某个区域310中写存在代码。

进一步地，CPU 11读取被它自己写的存在代码，并且在步骤306确认此代码与自己写的代码是否匹配。通过步骤305写的存在代码拷贝到UIF 43和44上的区域311和312中，其中UIF 43和44分别连接到没有主机权的控制器CPU 21和31，而且，CPU 21和31分别读取存在代码并在步骤307和308确认CPU 11与UIF 42、43和44的合法性。

除此之外，在CPU 11、21和31之间通过网络1使用数据跟踪，并且各个控制器还通过步骤301和302监控此数据跟踪是否成功。进而，在图14实施例中，也执行数据跟踪。

图17为示出PI/O输入/输出点清单(列表)的视图。列501表示输入/输出点的序号，列502表示输入/输出点的信号名，列503表示输入/输出单元根据信号重要性的冗余度，列504表示信号的分类，并且列505、506和507表示执行相关信号输入/输出的PI/O的封装位置。

序号为1的信号是燃气涡轮转速的输入值。由于此信号的重要性较高，以三路系统形成的输入/输出单元和列503就设定为“3”。对于其封装位置，在单元1中设置槽5用于各个三路系统控制器。当如上所述执行设定时，各个过程控制器从封装在单元1槽5中的主PI/O接收燃气涡轮转速。

序号为3的信号为表示控制器中存储器备用电池异常的信号，并且，由于其重要性较低，因此其输入/输出单元的冗余度确定为单路。因而，在列503中设定为“1”。PI/O的封装位置设定在单元2中的槽1处。此信号在具有主机权的控制器的控制下在将结合图18和19解释的步骤中输入。

序号4的信号为指示抽风机全闭状态的信号，并且输入/输出单元的冗余度设定为双路。因此，列503设定为“2”。PI/O的封装位置设置在单元3的槽5和单元4的槽5。当此封装位置如上设置时，在具有主机权的控制器的控制下，输入通常从单元3的槽5输入，但如果在插件上有任何异常，就从单元4内槽5的插件执行此输入。

通过使用已解释的输入/输出点清单，只有通过为每个信号设定冗余结构和封装结构，输入/输出单元的冗余结构才能被简单和准确地确定。

图18为示出系统启动时PI/O初始化处理步骤的流程图。当启动系统时，必需对各个PI/O执行初始化处理。在本实施例中，由于输入/输出单元的冗余度随着每个信号的重要性变化，因此，必需改变对每个信号执行上述初始化处理的过程控制器，从而，根据图18所示流程图执行此初始化处理。

因此，首先，在步骤410中判断有关的PI/O是否是独立的。当有关的PI/O是三路系统中的PI/O时，在图中为YES时，过程前进到步骤411，在步骤411中，各个过程控制器在其控制下对各个PI/O执行初始化处理。当过程信号经双路或单路过程输入/输出单元而输入/输出时，即当有关的PI/O不是独立的PI/O时，在步骤410得到判断结果NO，并且过程前进到步骤401。

在步骤401以下的步骤是对双路和单路PI/O的初始化处理，具有主机权的过程控制器通过以下步骤对各个PI/O执行初始化处理。

在步骤401中，各个三路系统过程控制器在启动之后，每一个都判断其它系统中的一个是否已经获得主机权。如果确定其它系统中的一个已获得主机权，就在步骤401中得到判断结果YES，完成启动并且没有获得主机权。

当在启动时没有具有主机权的控制器(步骤401的判断结果为N0)时，在随后的步骤402中判断主系统是否为A系统、B系统或C系统，如果确定主系统为A系统，那么过程就跳到步骤406，在步骤406中主系统启动作为主机并且对有关的PI/O执行初始化处理。

当在步骤402中的判断显示主系统为B系统时，过程前进到步骤403并在此保持不变地等待3个循环，当所述判断显示主系统为C系统时，过程前进到步骤404并在此保持不变地等待6个循环，然后，前进到步骤405。在步骤405中，确认是否有系统获得主机权，如果确定一些其它的系统已获得主机权(判断结果为YES)，本系统的启动就完成并且没有获得主机权。

如果确定没有系统已获得主机权(在步骤405中判断结果为NO)，过程就前进到步骤406，主系统启动作为主机并且对有关的PI/O执行初始化处理。即，系统启动首先需要主机权，而且当同时发生启动时，主机权由A系统优先获得，以避免冲突。

图19为示出PI/O中输入/输出步骤的流程图。在PI/O内的输入/输出处理中，首先，参照PI/O冗余结构设置列表(输入/输出点清单)中的冗余结构查找有关插件(PI/O)的冗余结构(步骤430)，此表已结合图17进行解释。

当有关的插件为三路系统时，过程前进到步骤432，并且对有关的插件执行输入/输出处理，完成此过程。

当基于步骤430的判断结果确定有关的插件为双路系统时，过程前进到步骤433，在步骤433中判断主系统是否具有主机权。如果确定此系统没有主机权(判断结果为N)，就不进行处理，因为对有关的插件没有访问权，并且过程前进到后续插件的输入/输出处理。

当在步骤433中判断系统具有主机权(Y)时，过程前进到后续步骤434，在步骤434中判断有关的插件是否为输入插件。当有关的插件是输出插件时，判断结果变为N，过程前进到后续的步骤436并且在A/B两个系统中数据都输出到双路系统中的PI/O。当有关的的插件为输入插件时，在步骤434中的判断结果就变为Y，过程前进到后续步骤435，在步骤435中检查A系统中的PI/O是否正常。当A系统中的PI/O正常(步骤435中的判断结果为Y)时，过程前进到步骤437，从A系统中的PI/O执行输入处理。当A系统中的PI/O异常(步骤435中的判断结果为N)时，过程前进到步骤438，从B系统中的PI/O执行输入处理。

随后，当基于步骤430的判断结果确定有关的插件是单个系统(单路系统)时，判断主系统是否具有主机权(步骤439)。当结果是此系统没有主机权(判断结果为N)时，不执行处理，因为对有关的插件没有访问权，而且，过程前进到后续插件的输入/输出处理。当此系统具有主机权时，过程前进到步骤440，在步骤440中对有关的插件执行输入/输出处理，然后，过程前进到后续插件的输入/输出处理。

如以上已解释的，具有主机权的过程控制器对为双路系统和单路系统形式的PI/O执行数据输入/输出。

进而，在以上解释的各个实施例中，公共结构用于三路的、双路的和单路的过程输入/输出单元，三路系统中的过程输入/输出单元的输入/输出由各个过程控制器执行，双路系统和单路系统的过程输入/输出单元的输出由在三路系统过程控制器中具有主机权的一个过程控制器执行，进一步地，输入在具有主机权的过程控制器的输入时刻执行，并且其它的过程控制器接收拷贝后的输入值，本系统构成得支持所有由单个控制器组成的结构，从而，可实现系统成本下降。

进一步地，为双路系统和单路系统形式的过程输入/输出单元的输出信号在三路系统过程控制器的各个计算处理单元中处理，各个计算处理单元的计算结果进一步用多数逻辑、中值逻辑或平均逻辑处理，以输出由此处理的结果，从而，甚至在具有主机权的过程控制器中发生异常时，或者甚至在需要外部人工处理的情况下在主机权切换到另一过程控制器时，也可防止输出值的突变。

又进一步地，具有主机权的过程控制器周期性地把存在代码写入双路系统和单路系统的过程输入/输出单元中，读回存在代码并比较此存在代码和写入的存在代码，从而可确认输入/输出单元的合法性。而且，没有主机权的过程控制器从过程输入/输出单元读出由具有主机权的过程控制器写入的存在代码，从而，可确认具有主机权的过程控制器与过程输入/输出单元的合法性。

另外，当监控到存在代码异常时，如果其它系统正常，那么具有主机权的过程控制器就放弃主机权，进而，当在过程输入的拷贝功能中或在将要从具有主机权的过程控制器传递的存在代码的监控功能中有异常时，没有主机权的过程控制器可把主系统置于拒绝模式，以便不获得主机权。

还有，当保持这样的状态，即除了在三路系统中的过程控制器中要求获得主机权的过程控制器之外的其它系统保持主机权时，要求获得主机权的过程控制器可以设计成具有使仍然保持主机权的过程控制器放弃主机权的功能。

而且，由于可以为各个输入/输出使用插件设置各个冗余结构，因此，具有不同冗余结构的单元可包含在该系统内，并且具有不同冗余结构的输入/输出插件也可包含在同一单元内。

根据迄今为止所解释的实施例，将要输入/输出的过程信号根据过程控制的重要性分成三类，系统以这样的方式构成，使得最重要的信号通过三路过程输入/输出单元输入/输出，次重要的信号通过双路过程输入/输出单元输入/输出，其它信号则通过单路过程输入/输出单元输入/输出，从而，与在其中所有输入/输出单元都为三路的情况相比，系统的尺寸和成本得以减少。

在此情况下，最重要的信号包括工厂与工厂机器设备的保护和安全所必需的监控输入信号以及允许无错误操作和无错误非操作的控制命令输出信号，所述监控输入信号例如为在热电厂转速中的涡轮转速和燃气涡轮废气温度以及在核电站中循环泵的转速和流量；次重要的信号包括与工厂和工厂机器设备的控制和操作有关的重要监控信号以及不允许错误操作的控制和操作输出信号，所述监控信号即使在过程输入/输出单元因其故障而交换工作时也要求连续输入；其它信号包括其输入可被其它信号取代的信号监控信号、例如用于记录日志的信号、以及给灯和指示器的输出信号，所述输出信号例如在过程输入/输出单元因其故障而交换工作时的暂时中断不会影响工厂连续操作，从而，系统的尺寸和成本得以减少，同时保持工厂控制装置的可靠性较高。

当根据信号的重要性而改变冗余结构时，除了其中过程输入/输出单元单独连接到冗余结构中的各个三处理器单元的三路过程输入/输出单元之外，通过把双路过程输入/输出单元和单路过程输入/输出单元连接到所有三处理器单元，允许用单一处理器单元控制所有的输入/输出单元，从而，进一步使系统的成本降低。

另外，为了简化过程输入/输出单元和处理器单元之间的连接，当用过程输入/输出单元连接处理器单元时，如果处理器单元和多个过程输入/输出单元串联并且把过程输入/输出单元的冗余结构设计在此连接中，就可使系统尺寸进一步缩小。在此情况下，还有可能为一个处理器单元与具有相同冗余度的过程控制装置的每个组合串联多个过程输入/输出单元。

三路输入/输出单元的数据输入/输出分别由三路的和异步操作的处理器单元执行，然而，系统构成得使双路或单路过程输入/输出单元的数据输出将由处理器单元中的一个来执行，这可避免三路处理器单元引起的可能的访问冲突。

为了根据信号的重要性改变输入/输出单元的冗余度，必需对每个信号判别访问权是否被分配到典型处理器单元或单独地分配到各个处理器单元。由于根据信号重要性改变输入/输出单元冗余度并确定访问处理器单元的电路变得非常复杂，这造成其故障率上升，因此，优选通过在处理器单元中可操作的标准软件而实现此电路，并且优选只包括有限的硬件电路，此硬件电路即使在多个处理器单元例如因异常而进行访问时也绝对防止错误输出。

进而，由于信号的重要性被设置信号重要性的人员掌握并且不能被软件自动地识别，因此，系统以这样的方式构成：借助输入/输出点清单(列表)，对每个信号设置冗余结构并设置其输入/输出单元的定位，从而，每个信号的冗余度设置可以简单和准确地执行，并且可防止它的错误设置。

如迄今为止所解释的，可实现过程输入/输出单元的尺寸减小以及例如在过程输入/输出单元外部的信号放大器电路和选择电路的合理化，并且可节省大量的资源，从而，装置的尺寸减小并简化，这延长维修间隔和降低成本。

进而，由于处理器单元和多个过程输入/输出单元设计得允许串联，因此过程输入/输出单元的冗余结构可在此连接中实现，并且过程输入/输出单元和处理器单元之间的连接得以简化，而且由于对于一个处理器单元和具有相同冗余度的过程控制装置的每一个组合都串联多个过程输入/输出单元，因此，即使在过程输入/输出单元之间的连接发生故障，对其它具有更高冗余度的重要信号的输入/输出也不产生影响。

另外，由于对具有不同冗余度的输入/输出单元的访问权的判断电路由软件电路构成，因此可实现硬件电路的简化，从而，系统的可靠性得到增强并节约成本。

工业可行性

根据第一发明，由于信号在微机之间的传送和接收不通过传输线而是通过总线来执行，因此，与使用传输线的常规信息匹配相比，信息匹配速度得到提高，而且通过共用输入/输出硬接口单元，工厂过程变量的输入/输出和监控由单个输入/输出硬接口单元执行，从而，线与过程输入/输出单元的数量减少，因而系统规模受到限制并且维修区域缩小，这也提高系统的维护性能。

根据第二发明，由于所述工厂连续操作必需的信号输入/输出通过把输入/输出延续到冗余过程输入/输出单元，因此，三路系统过程输入/输出单元的资源量可减少，同时不降低连续工厂操作的可靠性，从而，可实现过程输入/输出单元的尺寸和成本的减小和简化，这也提高维修性能并减少维修成本。

Claims (6)

1.一种多路控制系统包括：检测一个过程中的状态变量的传感器；输入由传感器检测到的过程信号并为此过程输出控制信号的多个微型计算机，其中一个微型计算机作为主机工作；为多个微型计算机共同设置的且把由传感器检测到的过程信号分别分配给多个微型计算机的过程输入/输出单元，本系统的特征在于，过程输入/输出单元包括分别与多个微型计算机相应的接口板，以及输入到作为主机的微型计算机中的过程信号被写入与其它微型计算机相应的存储器中，其中该系统进一步增加一种功能：当向微型计算机输入工厂过程状态变量时，工厂过程状态变量根据事先设定的接口板主/辅关系，通过主接口板输入到多个微型计算机。

2.如权利要求1所述的多路控制系统，特征在于系统进一步增加一种功能：当向微型计算机输出工厂过程状态变量时，工厂过程状态变量根据事先设定的接口板主/辅关系仅通过主接口板输出到过程输入/输出单元。

3.如权利要求1所述的多路控制系统，其中，为每个过程信号设置输入/输出过程信号的过程输入/输出单元，本系统的特征在于，每个输入/输出有关的过程信号的过程输入/输出单元的冗余结构根据过程信号的类型而变化，而且具有小冗余度的过程输入/输出单元的信号设计得通过具有大冗余度的过程输入/输出单元而输入/输出。

4.如权利要求1所述的多路控制系统，其中，为每个过程信号设置输入/输出过程信号的过程输入/输出单元，本系统的特征在于，用于“高”重要性过程信号的过程输入/输出单元是三路的并为每个三路输入/输出单元设置具有处理功能的过程控制器，用于“中等”重要性过程信号的过程输入/输出单元是双路的，用于“低”重要性过程信号的过程输入/输出单元是单路的，并且双路输入/输出单元和单路输入/输出单元的各个过程信号的输出设计成由任一个过程控制器处理。

5.如权利要求4所述的多路控制系统，特征在于，通过指定三路过程控制器中的一个具有主机权，系统以这种方式构成：双路输入/输出单元和单路输入/输出单元的输出控制由具有主机权的单元控制。

6.一种根据权利要求1的多路控制系统的多路复用方法，其中为每个过程信号设置输入/输出过程信号的过程输入/输出单元，本方法的特征在于，根据过程信号的重要性，用于输入和输出过程信号的输入/输出单元的冗余结构为三路、双路或单路的。

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