JP2002024050A - コントローラシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、稼働ＣＰＵ間にて常時パラレルバ
スが使用でき、またシステムを稼動させて制御を継続さ
せたまま故障したＣＰＵを交換保守することが可能なコ
ントローラシステムを提供することを課題とする。 【解決手段】 ＣＰＵを２つの連動グループに分ける。
ＣＰＵ０が故障するとＣＰＵ１が稼動状態に切り替る。
ＣＰＵ０は、自己の連動グループ２に属していない各稼
動ＣＰＵに待機切替え要求メッセージを発行して、待機
状態に切替えさせる。待機状態への切り替りを検知する
とペアとなっている連動グループ２のＣＰＵが稼動状態
に切り替る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＣＰＵを１対１のペ
ア構成により冗長性を持たせた情報処理装置に関し、更
に詳しくはＣＰＵの稼働／待機切替えの制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６にプログラマブルコントローラ等の
コントローラシステムの一般的な構成を示す。

【０００３】この様なコントローラシステムは、ＣＰＵ
やメモリ等によって構成される１乃至複数のＣＰＵモジ
ュール、制御を行う機器と接続され測定値や制御命令等
を機器とやり取りするＩ／Ｏ（入出力）モジュール、不
図示の通信モジュール等がベースボード１００に実装さ
れる構成を持ち、ＣＰＵが入力データを取込んで計算を
行い、結果をＩ／Ｏモジュールに送信してＩ／Ｏモジュ
ールに接続されている機器の制御を行う。同図の場合ベ
ースボード１００−１〜１００−３の３つのベースボー
ド上にＣＰＵモジュールＣＰＵ０〜ＣＰＵ７の８つのＣ
ＰＵモジュールとＩ／ＯモジュールＩ／Ｏ０〜Ｉ／Ｏ３
の４つのＩ／Ｏモジュールが実装されている。

【０００４】ベースボード１００は実装されている各モ
ジュールに電源を供給するもので、また同一ベースボー
ド１００上に実装された各モジュールをパラレルバス１
０１により接続する。またシステムを構成する全モジュ
ールはシリアルバス１０２によりシリアル接続されてい
る。コントローラシステムでは、このシリアルバス１０
２により、モジュール間のＩ／Ｏデータ転送機能及びメ
ッセージ通信機能、また各パラレルバス１０１により物
理アクセス機能による高速データ転送を可能としてい
る。

【０００５】ところでこの様なコントローラシステムで
は、信頼性向上の為、２つのＣＰＵモジュールを１組に
してシステムに冗長化を持たせた構成とする場合があ
る。例えば図６の構成において、８つのＣＰＵモジュー
ルのうちＣＰＵ０とＣＰＵ１、ＣＰＵ２とＣＰＵ３、Ｃ
ＰＵ４とＣＰＵ５、ＣＰＵ６とＣＰＵ７とでペアを構成
して２重化を行う。またこの場合のシステムはデュプレ
ックス構成で、初期状態としてＣＰＵ０、ＣＰＵ２、Ｃ
ＰＵ４、ＣＰＵ６が稼働状態、ＣＰＵ１、ＣＰＵ３、Ｃ
ＰＵ５、ＣＰＵ７が待機状態となっている。

【０００６】図６の構成において、システムが稼動中の
時は稼動ＣＰＵ間では主にパラレルバス１０１を用いて
データのやり取りが行われるが、このパラレルバス１０
１を使用してデータの受け渡しができるＣＰＵモジュー
ルの組合わせは限定される。図６の場合、ＣＰＵ０はベ
ースボード１００−１上の他のＣＰＵモジュールＣＰＵ
１〜ＣＰＵ３とはパラレルバス１０１−１を介してやり
取りを行えるが、ベースボード１００−２上のＣＰＵ４
〜ＣＰＵ７とはパラレルバス１０１による通信は行えな
い。

【０００７】この点に対処するものとして、図７の構成
のように、全ＣＰＵモジュールを１つのベースボード１
００−４上に実装してＣＰＵモジュール間を１つのパラ
レルバス１０１−４によって接続する構成がある。この
場合、全ＣＰＵモジュール間でこのパラレルバス１０１
−４によってデータ転送が可能となる。

【０００８】あるいは図８の様な構成とすることも出来
る。この図８の構成は、全ての稼動ＣＰＵを１つのベー
スボード上に実装した構成で、稼動ＣＰＵ０、ＣＰＵ
２、ＣＰＵ４、ＣＰＵ６間ではパラレルバス１０１−５
を介して互いにデータ転送を行える。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】一般的にベースボード
１００は、コスト等の問題により、モジュール電源スイ
ッチやモジュールの活線脱着機能などは備えていない。
その為、例えば図７に示した構成の場合、初期状態から
ＣＰＵ０が故障となった時にシステムを稼動したまま故
障したＣＰＵ０を交換しようとしても、ベースボード１
００−４上には４台のＣＰＵモジュールが稼動運用中で
ある為、電源をオフにして、ＣＰＵ０の交換保守をする
ことはできない。

【００１０】さらに図８のような構成にした場合、上述
したシステム稼動中に故障ＣＰＵモジュールの交換が行
えない問題に加え、例えば初期状態からＣＰＵ０が故障
してＣＰＵ１が稼働ＣＰＵに切り替った場合、ＣＰＵ１
と他の稼働状態にあるＣＰＵ２、ＣＰＵ４、ＣＰＵ６と
の間でパラレルバスによるデータ転送が行うことが出来
ない。

【００１１】更に上記図７及び図８の構成の場合、ペア
となっているＣＰＵの両方、例えばＣＰＵ０とＣＰＵ１
が共に故障した場合、３台の稼働ＣＰＵで運用すること
になり本来の性能を発揮できなくなってしまう。

【００１２】上記問題点を鑑み、本発明は、稼働ＣＰＵ
間にて、ソフトウエア処理が無く高速データ転送が可能
なパラレルバスを常時使用でき、更にシステムを稼動さ
せて制御を継続させたまま故障したＣＰＵを交換保守す
ることが可能なコントローラシステムを提供することを
目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、本発明によるコントローラシステムは、複数のＣＰ
Ｕを備え、該ＣＰＵを多重化して冗長化を持たせる構成
を前提とし、各ＣＰＵは、待機切替え要求メッセージ発
行手段及び状態切替え手段を備える。

【００１４】待機切替え要求メッセージ発行手段は、稼
働ＣＰＵに対して、待機切替え要求メッセージを発行す
る。状態切替え手段は、上記待機切替え要求メッセージ
を受取ると、稼働状態から待機状態に切替える。

【００１５】上記各ＣＰＵは、例えば、複数の連動グル
ープに連動グループ分けされ、各ＣＰＵは自己がどの連
動グループに属するかを連動グループ記憶手段に記憶す
る。そして上記状態切替え手段は、自己が多重化してい
るＣＰＵが待機状態に入ると、待機状態から稼動状態に
切替え、上記待機切替え要求メッセージ発行手段は、自
己が多重化するＣＰＵが故障するなど稼働／待機切替え
要因が発生して自ＣＰＵが新たに稼働状態となった時、
自ＣＰＵと異なる連動グループに属するＣＰＵに対し、
上記要求メッセージを発行する。

【００１６】またＣＰＵが故障し、該故障したＣＰＵを
多重化しているＣＰＵも全て故障状態にある時、コント
ローラシステムは運用停止状態に入る。本発明によれ
ば、自己が多重化しているＣＰＵの故障等により新たに
稼動状態となったＣＰＵは、他の稼動状態にあるＣＰＵ
に待機切替えメッセージを発行することによりそのＣＰ
Ｕを待機状態にすることが出来る。従って、例えば、自
己と同一のベースボード上に実装されているＣＰＵ等任
意のＣＰＵを稼動状態にするように設定することが出来
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に本発明の一実施形態を説明
する。図１は、本実施形態のコントローラシステムの基
本構成を示す図である。同図のシステムは従来例と比較
の為８つのＣＰＵと４つのＩ／Ｏを備え、システムが動
作中そのうちの４つが稼動状態にある構成としており、
この場合、基本接続構成は図８と同じになる。

【００１８】同図のコントローラシステムは、システム
を構成する各モジュールが３つのベースボード１０に実
装される構成で、ベースボード１０−１にはＣＰＵモジ
ュールＣＰＵ０、ＣＰＵ２、ＣＰＵ４及びＣＰＵ６が、
またベースボード１０−２にＣＰＵモジュールＣＰＵ
１、ＣＰＵ３、ＣＰＵ５及びＣＰＵ７が、更にベースボ
ード１０−３にＩ／ＯモジュールＩ／Ｏ０、Ｉ／Ｏ１、
Ｉ／Ｏ２及びＩ／Ｏ３が実装されており、各モジュール
にはベースボード１０から電力が供給されている。また
同一ベースボード１０内の各モジュールを接続するパラ
レルバス１１（１１−１〜１１−３）と、全モジュール
をシリアル接続するシリアルバス１２を備え、このシリ
アルバス１２を介して後述するステータス情報をやり取
りしている。

【００１９】システムを構成する８つＣＰＵモジュール
は図１に示すように、ベースボード１０−１に実装され
ているＣＰＵ０、ＣＰＵ２、ＣＰＵ４及びＣＰＵ６を連
動グループ１、ベースボード１０−２に実装されている
ＣＰＵ１、ＣＰＵ３、ＣＰＵ５及びＣＰＵ７を連動グル
ープ２として定義されており、各ＣＰＵは自己や他のＣ
ＰＵがどの連動グループに属するか記憶している。そし
て各ＣＰＵは、ＣＰＵ０とＣＰＵ１、ＣＰＵ２とＣＰＵ
３、ＣＰＵ４とＣＰＵ５及びＰＵ６とＣＰＵ７と連動グ
ループ１のＣＰＵと連動グループ２のＣＰＵの組合わせ
により２重化されており、初期状態として、連動グルー
プ１側のＣＰＵが全て稼働状態、連動グループ２側のＣ
ＰＵが全て待機状態となっている。

【００２０】コントローラシステムが稼動状態に入る
と、各ＣＰＵモジュールはシリアルバス１２からサイク
リックにステータス情報を送信する。図２は、このステ
ータス情報の構成例を示すものである。

【００２１】図２の例の場合、このステータス情報は８
ビットのデータで、各ビットは送信元となっているＣＰ
Ｕモジュールの状態をそれぞれ表す。例えば図２の場合
ビット７はそのＣＰＵモジュール上でアプリケーション
ソフトが稼動中か否か、又ビット６はハードウエア故障
等の致命的故障である重故障であることを、ビット５は
一時的な故障である軽故障であることを示すフラグとな
っている。又ビット４は、そのＣＰＵモジュールが現在
稼動中であるのか待機中であるのかを示す。

【００２２】ＣＰＵモジュールは、シリアルバス１２上
を定周期で送信されてくるステータス情報をサイクリッ
クに受信することにより他のＣＰＵモジュールの状態を
監視し、正常に動作しているかどうかをチェックする。
このステータス情報により、各ＣＰＵモジュールは他の
ＣＰＵモジュールの故障状態、稼動／待機状態を認識す
ることが出来る。

【００２３】図３及び図４は、システムが稼動中にＣＰ
Ｕモジュールに異常が発生した時の処理を示す図であ
る。稼働状態にあるＣＰＵ０に異常が発生すると、その
異常内容に基づいてビット６又はビット７を１としたス
テータス情報をシリアルバス１２上に送信する。ＣＰＵ
０を２重化してペアとなっているＣＰＵ１はこのステー
タス情報からＣＰＵ０の故障を検知し、図３に示すよう
に、待機状態から稼働状態に切替る。

【００２４】この図３の状態では、ＣＰＵ１、ＣＰＵ
２、ＣＰＵ４及びＣＰＵ６が稼動状態にあり、このまま
ではＣＰＵ１と他の稼動ＣＰＵとではパラレルバス１１
によるデータ転送は行えない。また、ＣＰＵ２、ＣＰＵ
４、ＣＰＵ６が稼働状態である為、故障したモジュール
ＣＰＵ０の交換保守の為にベースボード１０−１の電源
をオフにすることは出来ない。

【００２５】よって、稼働状態に切り替ったＣＰＵ１
は、まずシリアルバス１２上の各ＣＰＵモジュールのス
テータス情報から他のＣＰＵ０、ＣＰＵ２、ＣＰＵ３、
ＣＰＵ４、ＣＰＵ５、ＣＰＵ６、ＣＰＵ７の稼働／待機
状態を調べる。その結果、ＣＰＵ０は故障状態、ＣＰＵ
２、ＣＰＵ４、ＣＰＵ６が稼働状態、ＣＰＵ３、ＣＰＵ
５、ＣＰＵ７は待機状態であることを認識する。

【００２６】ＣＰＵ１は自己と同じ連動グループ２に属
さないＣＰＵは、連動切替えグループ設定と不一致であ
ると判断し、シリアルバス１２から待機切替え要求メッ
セージを発行する。

【００２７】図４にＣＰＵ１による待機切替え要求メッ
セージの発行を示す。ＣＰＵ１は自己が連動グループ２
に属するので、連動グループ２に属さず連動切替えグル
ープ設定と不一致であると判断した、ＣＰＵ２、ＣＰＵ
４、ＣＰＵ６を連動グループ２のＣＰＵ３、ＣＰＵ５、
ＣＰＵ７と切替えるため、図４に示すように、シリアル
バス１２からこれらのＣＰＵモジュールに待機切替え要
求メッセージを発行する。このメッセージを受信した稼
働ＣＰＵは、強制的に待機ＣＰＵに切替る。

【００２８】待機切替え要求メッセージを受信したＣＰ
Ｕ２、ＣＰＵ４、ＣＰＵ６は稼働状態から待機状態に移
行する。また待機状態になったＣＰＵを２重化してペア
となっているＣＰＵ３、ＣＰＵ５、ＣＰＵ７は、シリア
ルバス１２上のステータス情報からペアとなっているＣ
ＰＵが待機状態になったことを検出すると、自己を待機
状態から稼働状態に移行する。

【００２９】この様に稼動ＣＰＵが全て連動グループ２
に属するものに切り替った後の状態では、稼働ＣＰＵ間
ではパラレルバス１１−２によるデータ転送が可能とな
る。また、故障したＣＰＵ０と同じベースボード１０−
１上のＣＰＵ２、ＣＰＵ４、ＣＰＵ６は全て待機状態と
なっている為、ベースボード１０−１の電源をオフにし
て故障したＣＰＵ０のモジュールを交換保守することが
出来る。

【００３０】次にペアとなっているＣＰＵが共に故障し
た場合について説明する。図５のように、ＣＰＵ０とＣ
ＰＵ１が共に故障状態になった場合、連動グループ１、
及び連動グループ２共に４台の稼働ＣＰＵによる運用を
行うことは出来ない。

【００３１】他のＣＰＵの稼働／待機状態を監視してい
る各ＣＰＵは、シリアルバス上のステータス情報から、
ＣＰＵ０及びＣＰＵ１が故障状態にあることを検出し、
連動ＣＰＵグループ動作が実行できないことを認識する
と、各ＣＰＵは運用停止状態となる。この運用停止状態
に入るとＣＰＵモジュールは、アプリケーションプログ
ラムの実行やＩ／Ｏデータの転送を停止してシステムを
停止状態にする。また、ＣＰＵモジュールにあるアラー
ムＬＥＤを点灯し、またアプリケーションプログラム実
行ＬＥＤを消灯して、運用者に通知する。これにより、
運用者は、コントローラシステムが故障によって停止状
態に入ったことが判り、直ちに保守を行うことが出来
る。

【００３２】尚上記した実施形態では、ＣＰＵを２重化
したコントローラシステムについて記載しているが、本
発明はこれに限らず、連動グループ３、４・・と拡張す
ることによりＣＰＵを３重化以上にした構成にも適用す
ることが出来る。この場合、待機状態にある連動グルー
プのうち稼動状態に切替えるものの選択方法は様々な手
法が考えられるが、例えば、連動グループに稼動状態に
なる優先順位を設定（連動グループ１、連動グループ
２、．．の順に稼動等）しておいたり、或はネットワー
クアドレス順（ネットワークアドレスの大きな（小さ
な）順）に稼動状態に切替える。

【００３３】又本実施形態では、各ＣＰＵが自己及び他
のＣＰＵがどの連動グループに属するかを記憶してお
き、この記憶を元に他のＣＰＵが自己と同じ連動グルー
プに属するかを判断していたが、この様な連動グループ
への所属を記憶しておく方式のほか、例えば各ＣＰＵの
ネットワークアドレスから自己と同じ連動グループに属
するかどうかを判断する構成として実現することも出来
る。

【００３４】更に本実施形態では連動グループを同一の
ベースボードに実装されているグループとして設定した
が、本発明はこの様な連動グループの設定だけに限ら
ず、故障等の稼働／待機切替え要因の発生により新たに
稼動させたいＣＰＵの組合わせにより任意に連動グルー
プを設定することが出来る。

【００３５】

【発明の効果】本発明に基づいたコントローラシステム
によれば、故障したＣＰＵが生じた場合に於ても、稼働
ＣＰＵ間でのパラレルバスによるデータ転送を可能とす
る。

【００３６】また、故障ＣＰＵモジュールに対して一旦
ベースボードの電源を切ってから故障ＣＰＵモジュール
を交換保守することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態のコントローラシステムの基本構成
を示す図である。

【図２】ステータス情報の構成を示す図である。

【図３】故障ＣＰＵ発生時の待機ＣＰＵの切替えを示す
図である。

【図４】ＣＰＵ１による待機切替え要求メッセージの発
行を示す図である。

【図５】ペアＣＰＵが同時に故障した時の状態を示す図
である。

【図６】コントローラシステムの一般的な構成を示す図
である。

【図７】全ＣＰＵモジュールを１つのベースボード上に
実装した構成のコントローラシステムを示す図である。

【図８】全ての稼動ＣＰＵモジュールを１つのベースボ
ード上に実装した構成を示す図である。

【符号の説明】

１０、１００ ベースボード １１、１０１ パラレルバス １２、１０２ シリアルバス

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のＣＰＵを備え、該ＣＰＵを多重化
   して冗長化を持たせる構成のコントローラシステムにお
   いて、 各ＣＰＵは、 稼働ＣＰＵに対して、待機切替え要求メッセージを発行
   する待機切替え要求メッセージ発行手段と、 前記待機切替え要求メッセージを受取ると、稼働状態か
   ら待機状態に切替える状態切替え手段とを備えることを
   特徴とするコントローラシステム。
2. 【請求項２】 前記各ＣＰＵは、複数の連動グループに
   連動グループ分けされ、各ＣＰＵは自己がどの連動グル
   ープに属するかを記憶する連動グループ記憶手段を更に
   備え、 前記状態切替え手段は、自己が多重化しているＣＰＵが
   待機状態に入ると、待機状態から稼動状態に切替え、 前記待機切替え要求メッセージ発行手段は、稼働／待機
   切替え要因が発生して自ＣＰＵが新たに稼働状態となっ
   た時、自ＣＰＵと異なる連動グループに属するＣＰＵに
   対し、前記要求メッセージを発行することを特徴とする
   請求項１に記載のコントローラシステム。
3. 【請求項３】 前記ＣＰＵが故障し、該故障したＣＰＵ
   を多重化しているＣＰＵも全て故障状態にある時、シス
   テムを運用停止状態とすることを特徴とする請求項１又
   は２に記載のコントローラシステム。
4. 【請求項４】 複数のＣＰＵを備え、該ＣＰＵを多重化
   して冗長化を持たせる構成のコントローラシステムを構
   成するＣＰＵモジュールにおいて、 稼働ＣＰＵに対して、待機切替え要求メッセージを発行
   する待機切替え要求メッセージ発行手段と、 前記待機切替え要求メッセージを受取ると、稼働状態か
   ら待機状態に切替える手段と、 自己が多重化しているＣＰＵが、待機状態に入ったと
   き、自己を稼動状態に切替える手段とを備えることを特
   徴とするコントローラシステム。