JP2004213412A

JP2004213412A - 二重化制御装置

Info

Publication number: JP2004213412A
Application number: JP2003000401A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Ueda; 晋一上田; Hiroshi Tomizawa; 宏冨沢; Shunji Inada; 俊司稲田; Hideaki Masuko; 英昭益子
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-01-06
Filing date: 2003-01-06
Publication date: 2004-07-29

Abstract

【課題】本発明の目的は、二重化制御装置の安定稼動を損なうことなく信頼性の高い制御を行える二重化制御装置を提供することにある。
【解決手段】主系制御装置１と待機系制御装置２は、制御データと情報データを演算処理する演算処理手段１０、２０、制御データを制御系回線４を介して通信する制御系通信手段１２、２２、情報データを情報系回線５を介して通信する情報系通信手段１３、２３、演算処理手段１０、２０の演算処理に必要なデータを格納する記憶手段１１、１５、２１、２５、他系制御装置の状態を監視する状態監視手段１４、２４とを有する。主系制御装置１は情報系通信手段１３に障害が発生すると待機系の情報系通信手段２３に切替えて動作を継続して行うようにする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は制御データと情報ゲータをネットワークを介して通信する主系制御装置と待機系制御装置を備えた二重化制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開２００２−１０８４０７号公報
【０００３】
一般に、主系制御装置と待機系制御装置からなる二重化制御装置では、通常時に主系制御装置を動作させ、主系制御装置の障害発生時には待機系制御装置に切替えることにより高信頼性を確保している。また、両制御装置の切替えは主系制御装置と待機系制御装置間で相互監視を行い最短かつ安定に行うことにしている。このような二重化制御装置については、例えば、上記特許文献１に記載されている。
ところで、近年、二重化制御装置の多様化および大規模化にともない、車両制御においては主系（待機系）制御装置が制御データと情報ゲータをネットワークを介して通信するようにしている。ネットワークには複数台の端末が接続され、制御データと情報ゲータは異なる通信回線のネットワークによって通信している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術は主系制御装置に障害が発生すると障害内容に関係なく待機系制御装置に切替えているために、結果的に二重化制御装置の安定稼動を損なう可能性を引き起こしてしまうという問題点を有する。
本発明の目的は、二重化制御装置の安定稼動を損なうことなく信頼性の高い制御を行える二重化制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴とするところは、二重化制御装置を構成する主系制御装置と待機系制御装置は、制御データと情報データを演算処理する演算処理手段、制御データを制御系回線を介して通信する制御系通信手段、情報データを情報系回線を介して通信する情報系通信手段、演算処理手段の演算処理に必要なデータを格納する記憶手段、他系制御装置の状態を監視する状態監視手段とを有し、主系制御装置は少なくとも情報系通信手段に障害が発生すると待機系制御装置の情報系通信手段に切替えて動作を継続して行うようにしたことにある。
本発明は、主系制御装置が少なくとも情報系通信手段に障害が発生すると待機系制御装置の情報系通信手段に切替えて動作を継続して行うようにしているので、安定稼動を損なうことなく信頼性の高い制御を行える。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図を用いて詳細に説明する。
図２に本発明の一実施例の全体構成図を示す。
図２において、主系制御装置１と待機系制御装置２は制御系回線４と情報系回線５に接続されている。制御系回線４と情報系回線５には複数台の端末３ａ〜３ｎが接続されている。主系制御装置１と待機系制御装置２はＨＵＢ１７および２７を介して接続されている。
【０００７】
図１に主系制御装置１と待機系制御装置２の一例詳細構成図を示す。
図１において、主系制御装置１を構成する演算処理装置（ＣＰＵ）１０は送信データの作成および端末３ａ〜３ｎからの受信データの解析、待機系制御装置２への状態切替えの判断処理等を実行する。ＣＰＵ１０の送信データには制御データと情報データがある。制御データは例えば車両ダイヤデータや変更データであり、情報データは旅客データや駅案内データである。
【０００８】
制御系通信部１２は制御系回線４に接続され制御データの送受信を行い、また、情報系通信部１３は情報系回線５に接続され情報データの送受信を制御する。状態監視部１４は待機系制御装置２の状態を監視する。
【０００９】
メモリ１１には制御系通信部１２の送受信データ、情報系通信部１３の送受信データ、状態監視部１４の監視データおよびＣＰＵ１０による解析計算に使用する演算データを格納されている。メモリ１１はＣＰＵ１０のバッファとして使用される。また、ハードディスク１５には送受信データ、通信ログデータ、網構成情報、エラーログ等が格納されている。
【００１０】
ＣＰＵ１０、メモリ１１、制御系通信部１２、情報系通信部１３、情報監視部１４はバス１６によって接続されている。
【００１１】
また、待機系制御装置２は、主系制御装置１と同様に、制御系回線４に接続され制御データの送受信を制御する制御系通信部２２と、情報系回線５に接続され情報データの送受信を制御する情報系通信部２３と、主系制御装置１の状態監視を行う状態監視部２４と、送信データの作成および受信データの解析、待機系制御装置２への状態切替えの判断処理等を行うＣＰＵ２０とを備えている。
【００１２】
さらに、制御系通信部２２の送受信データおよび情報系通信回路２３の送受信データ、状態監視部２４の監視データ、ＣＰＵ２０による解析計算に使用するバッファに使用するメモリ２１と、送受信データ、通信ログデータ、網構成情報、エラーログ等を格納するハードディスク２５と、ＣＰＵ２０、メモリ２１、制御計通信部２２、情報系通信部２３、情態監視部２４を接続するバス２６から構成される。
【００１３】
主系制御装置１と待機系制御装置２はＨＵＢ１７およびＨＵＢ２７を介して接続されている。なお、ＨＵＢ１７、２７は、主系制御装置１と待機系制御装置２の状態監視を行う状態監視制御部１４および２４との通信が可能であれば、無線ＬＡＮを用いることができる。また、状態監視部１４、２４は、一定周期毎に相手装置の動作状態を示すデータを送受信して監視する。状態監視部１４、２４は主系制御装置１または待機系制御装置２の状態に変化が発生した場合は、一定周期でなく状態変化時にデータの送受信を行い状態監視を行うようにすることもできる。
【００１４】
図３に端末３ａ〜３ｎに一例構成図を示す。
端末３は、制御系回線４における通信データの送受信を制御する制御系通信部３２と、情報系回線５における通信データの送受信を制御する情報系通信部３３と、送信データの作成および受信データの解析、待機系制御装置２への状態切替え予告通知を受けて予告通知受託応答データを作成するＣＰＵ３０とを備えている。
【００１５】
さらに、制御系通信部３２の送受信データおよび情報系通信部３３の送受信データ、ＣＰＵ３１０による解析計算に使用するバッファに使用するメモリ１１と、送受信データ、通信ログデータ、エラーログ等を格納するハードディスク３５と、ＣＰＵ３０、メモリ３１１、制御計通信部３２、情報系通信部３３を接続するバス３６から構成される。
【００１６】
次に動作を説明する。
通常時は主系制御装置１のＣＰＵ１０により複数台の端末３ａ〜３ｎに制御データと情報データを通信し、また、主系制御装置１は端末３ａ〜３ｎからの送信データを受信して制御する。このような動作は良く知られているので詳細説明を省略する。
【００１７】
主系制御装置１から待機系制御装置２への切替え動作を図５、図６に示すフローチャートを用いて説明する。なお、図５、図６の丸囲い数字は接続されていることを示している。
【００１８】
主系制御装置１はパワーオンでスタートし、ステップＳ１において自己診断処理（初期診断処理）を実行する。なお、待機系制御装置２もパワーオンで自己診断を実行する。ステップＳ１の自己診断処理結果に異常が発生するとステップＳ２でステップＳ９２のオペレータ通知を行い、ステップＳ１０でオペレータが保守を行い主系制御装置１のパワーを再度オンにする。
【００１９】
自己診断による異常発生には、主系制御装置１のメモリ１１の異常、制御系通信部１２の異常、情報系通信部１３の異常、状態監視部１４の異常、ディスク１５の異常、ＣＰＵ１０の異常などがある。
【００２０】
ステップＳ２の初期診断結果がＯＫであればステップＳ３においてシステム運用を開始し、障害部位判断処理を開始する。障害部位で重障害部位は、ＣＰＵ１０、記憶装置としてのメモリ１１とディスク１５、制御系通信部１２である。このうちＣＰＵ１０の障害に関しては、後述する待機系制御装置２の状態監視部２４による一定周期処理によって判断する。
【００２１】
障害部位判断処理はステップＳ４でメモリ１１、ステップＳ５でディスク１５、ステップＳ６で制御系通信部１２、ステップＳ７で情報系通信部１３、ステップＳ８で状態監視部１４、ステップＳ９で待機系制御装置２の状態監視部２４の順に順次行われる。
【００２２】
このようにして順次障害部位判断処理を行いステップＳ４でメモリ１１あるいはステップＳ５でディスク１５に障害発生と判断するとステップＳ４１に移行する。メモリ１１とディスク１５の障害としては、データリード時の２ビットエラー等が挙げられる。
【００２３】
メモリ１１あるいはディスク１５に障害発生と判断すると、ステップＳ４１において障害状況を待機系制御装置２に通知するために情報系回線５の障害発生状況を判断する。情報系回線５が正常であるときは、ステップＳ４３で情報系回線５を介して待機系制御装置２へ切替え要求を通知しステップＳ４４において即時に待機系制御装置２に切替える。待機系制御装置２への切替え終了後にステップＳ９２のオペレータ通知を行い、ステップＳ１０で主制御装置１をオペレータが保守点検する。
【００２４】
ステップＳ４１で情報系回線５に障害発生と判断すると、状態監視部１４、ＨＵＢ１７、２７を介して待機系制御装置２に切替え要求を通知する。万一、状態監視部１４にも障害発生しているときは、後述する待機系制御装置２の一定周期診断処理により重障害と判断し、待機系制御装置２に切替える。
【００２５】
ステップＳ６において制御系通信部１２に障害発生（重障害）と判断すると、ステップＳ６１で制御系通信部１２を制御系回線４から切り離しステップＳ４１の処理に移行して上述したようにして待機系制御装置２への切替えが行われる。制御系通信部１２の障害としては送受信タイムアウト、無効フレーム連続送信等がある。
【００２６】
次に、ステップＳ７において情報系通信部１３に障害（軽障害）が発生したと判断すると、ステップＳ７１で情報系通信部１３を情報系回線５から切り離す処理を実行する。情報系通信部１３に発生する障害には、情報系通信部１３の送受信タイムアウト、無効フレーム連続送信等がある。
【００２７】
ステップＳ７１からステップＳ７２に移行して状態監視部１４の障害状態を判断する。ステップＳ７２で状態監視部１４に障害発生していないと判断すると、ステップＳ７４においてオペレータに通知し、また、ステップＳ７５において待機系制御装置２に障害情報を通知する。一方、ステップＳ７２で状態監視部１４に障害発生していると判断すると、ステップＳ７３において制御系回線４を介しで障害情報をオペレータに通知（ステップＳ７４）する。
【００２８】
主系制御装置１はステップＳ７５において待機系制御装置２に障害情報を通知するステップＳ７６で待機系制御装置２の情報系通信部２３への系切替え準備処理を実行する。ステップＳ７６の系切替え準備処理とは、主系制御装置１のディスク１５にエラー情報を積算したり、ディスク１５に格納している情報データ、ログ情報、制御データ等を待機系制御装置２のディスク２５へ転送したりすること等である。
【００２９】
主系制御装置１はステップＳ７７で端末３ａ〜３ｎに対し制御系通信部１２から制御系回線４を介して系切替え予告を通知する。系切替え予告通知は、一般的な通信プロトコルを用いて行われる。
【００３０】
予告通知データの一例を図４に示す。
図４において、プリアンブル２０１はクロック同期のためのトレーラ部、フレーム開始２０２はフレームの開始を示す部分、送信先アドレス２０３は端末３ａ〜３ｎのアドレスとなる。送信先アドレス２０３は同期アドレスを設定してもよい。送信元アドレス２０４は主系制御装置１のアドレスとなる。
【００３１】
データ長２０５は後述するデータ領域２０６の有効データ長である。データ領域２０６には実データが入り、フレームチェック２０７はフレーム伝送誤り検出用に付加される。データ部２０６に、例えば、系切替え予告を示すコードを添付することもでき、端末３ａ〜３ｎのメモリ３１に系切替え予告レジスタを設け、その予告レジスタをＯＮするデータを添付してもよい。
【００３２】
主系制御装置１はステップＳ７７で端末３ａ〜３ｎに切替え予告通知を送信してステップＳ７８において端末３ａ〜３ｎから予告通知受諾応答を受信する。端末３ａ〜３ｎは予告通知を受諾すると、データフレームの送信元アドレス２０４を当該端末３ａ〜３ｎのアドレスに、送信先アドレス２０３を主系制御装置１のアドレスに、データ領域２０６に予告受諾応答を示すコードを添付して返送する。なお、送信先アドレス２０３には主系制御装置１および待機系制御装置２を示すアドレスにすることもできる。
【００３３】
主系制御装置１はステップＳ７９において受諾応答を受けた端末３を切替え可能端末として待機系制御装置２に送信し、ステップＳ８０にいこうして端末情報および最新の制御データを待機系制御装置２に送信する。ステップＳ８１で全端末３ａ〜３ｎが待機系制御装置２の情報系通信部２３への系切替えが完了したと判断するとステップＳ１０に移行してオペレータの保守が行われる。
【００３４】
このように、主系制御装置１は、障害部位が情報系通信部１３の場合には情報系制御のみを待機系制御装置２の情報系通信部２３に切替えて制御系通信部１２により継続して動作できる。
【００３５】
ステップＳ８において状態監視部１４に障害発生（重障害）と判断すると、ステップＳ８４で状態監視部１４の動作を停止してからステップＳ７４の処理に移行してステップＳ７４〜Ｓ８１の処理を実行して待機系制御装置２の状態監視部２４への切替えが行われる。
【００３６】
状態監視部１４に発生する障害には、状態監視制御部１４のＣＰＵ１０からの送受信タイムアウト、ＨＵＢ１７、２７の障害による動作停止、無効フレーム連続送信等がある。状態監視部１４はこのような障害が発生すると動作を停止する。
【００３７】
ステップＳ９において待機系状態監視部２４からの応答なしと判断すると、ステップＳ９１に移行して情報系通信部１３を介して障害内容をオペレータに通知（ステップＳ９２）を行い、ステップＳ１０でオペレータが保守を行う。
【００３８】
次に待機系制御装置２における障害部位判断動作を図７、図８に示すフローチャートを用いて説明する。なお、図７、図８の丸囲い数字は接続されていることを示している。
【００３９】
待機系制御装置２はパワーオンしスタートすると、ステップＳ１１において自己診断処理を行う。ステップＳ１１からステップＳ１２に移行して、自己診断処理結果に異常が発生するとステップＳ２９でオペレータに通知する。ステップＳ３０でオペレータが保守を行い、再度パワーをオンする。
【００４０】
自己診断処理による異常には、待機系制御装置２のメモリ２１の異常、制御系通信部２２の異常、情報系通信部２３の異常、状態監視部２４の異常、ディスク２５の異常、ＣＰＵ２０の異常がある。
【００４１】
ステップＳ１２の初期診断結果がＯＫであればステップＳ１３においてシステム運用を開始し障害部位判断処理を開始する。ステップＳ１４において障害情報を受信するとステップＳ１６に移行して、障害情報が主系制御装置１から障害情報が主系と待機系の切替え要求かを判断する。ステップＳ１６で主系と待機系の切替え要求であると判断すると、ステップＳ１７で直ちに切替え処理を実行しステップＳ１８に移り制御開始する。複数台の端末３ａ〜３ｎは待機系制御装置２により制御される。
【００４２】
ステップＳ１８からステップＳ２９に移り主系制御装置１に重障害が発生したことをオペレータに通知し、ステップＳ３０でオペレータが保守を行う。
【００４３】
一方、ステップＳ１６で主系と待機系の切替え要求でないと判断すると、ステップＳ１９に移り障害情報が主系制御装置１の情報系通信部１３であるか判断する。ステップＳ１９で障害情報が主系制御装置１の情報系通信部１３でないと判断するとステップＳ２１に移り系切替え準備処理を実行する。ステップＳ２２で切替え可能端末３ａ〜３ｎの情報を受信すると、ステップＳ２３において切替え可能端末の最新制御データを受信した後にステップＳ２４で切替え可能端末の制御を開始する。
【００４４】
また、ステップＳ１９で障害情報が主系制御装置１の情報系通信部１３であるとステップＳ２０に移行して待機系の情報系通信部２３に切替える。ステップＳ２０で待機系の情報系通信部２３に切替えるとステップＳ２１に移りステップＳ２４までの処理を実行する。
【００４５】
次に、ステップＳ１５において主系の状態監視部１４の応答がないと判断すると、ステップＳ２５に移り情報系回線５を介して障害情報を通知する。情報系回線５を介しての障害情報の通知が成功すると処理を継続する。ステップＳ２５における情報系回線５を介しの障害情報通知が成功しない場合はステップＳ２６で制御系回線４を介して障害情報を通知する。制御系回線４を介しての障害情報の通知が成功すると処理を継続する。
【００４６】
ステップＳ２５とステップＳ２６の障害情報通知が成功しない場合は、ステップＳ１７に移行して直ちに切替え処理を実行してステップＳ１８で制御を開始する。そして、ステップＳ１８からステップＳ２９に移り主系制御装置１に重障害が発生したことをオペレータに通知し、ステップＳ３０でオペレータが保守を行う。
【００４７】
このようにして二重化制御装置による制御を行うのであるが、主系制御装置が少なくとも情報系通信手段に障害が発生すると待機系制御装置の情報系通信手段に切替えて動作を継続して行うようにしているので、安定稼動を損なうことなく信頼性の高い制御を行える。
【００４８】
また、上述の実施例は複数台の端末に対して、系切替え情報を通知しているので、端末側の制御状態を中断することなく系切替えを行える。
【００４９】
【発明の効果】
本発明によれば、主系制御装置が少なくとも情報系通信手段に障害が発生すると待機系制御装置の情報系通信手段に切替えて動作を継続して行うようにしているので、安定稼動を損なうことなく信頼性の高い制御を行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の主系制御装置と待機系制御装置の一例詳細構成図である。
【図２】本発明の一実施例を示す全体構成図である。
【図３】本発明の端末の一例構成図である。
【図４】伝送フレームのフォーマットの一例を示す図である。
【図５】本発明の動作を説明するためのフローチャートである。
【図６】本発明の動作を説明するためのフローチャートである。
【図７】本発明の動作を説明するためのフローチャートである。
【図８】本発明の動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１…主系制御装置、２…待機系制御装置、３…端末、４…制御系回線、５…情報系回線、１０、２０…演算処理装置（ＣＰＵ）、１１、２１…メモリ、１２、２２…制御系通信部、１３、２３…情報系通信部、１４、２４…状態監視部、１５、２５…ディスク、１６、２６…バス、１７、２７…ＨＵＢ。

Claims

制御データと情報データを演算処理する演算処理手段、前記制御データを制御系回線を介して通信する制御系通信手段、前記情報データを情報系回線を介して通信する情報系通信手段、前記演算処理手段の演算処理に必要なデータを格納する記憶手段、他系制御装置の状態を監視する状態監視手段とを有する、主系制御装置および待機系制御装置を具備する二重化制御装置において、前記主系制御装置は少なくとも前記情報系通信手段に障害が発生すると前記待機系制御装置の前記情報系通信手段に切替えて動作を継続して行うようにしたことを特徴とする二重化制御装置。
請求項１において、前記制御系回線と情報系回線に接続された複数台の端末を備え、前記主系制御装置から前記待機系制御装置の切替えは前記複数台の端末からの切替了承確認を得て行うようにしたことを特徴とする二重化制御装置。