JP2007280313A - 冗長化システム - Google Patents

Abstract

【課題】 密結合の冗長化システムは特殊なハードウエアや専用ＯＳが必要であり、疎結合した制御装置を用いる冗長化システムは制御動作の切り替えを自立的行うことができず、かつ制御の切り替え前後で実行の継続性が維持できなかったという課題を解決する。
【解決手段】 通信路で接続された複数の制御装置を用い、冗長化モニタ処理部で他の制御装置の動作をモニタして、異常が発生すると自身を制御動作に移行させ、かつ等値化部で前記複数の制御装置のデータを等しくするようにした。また、他の制御装置が全て同期待ち状態になってから、データ処理を行うようにした。パソコンなどの汎用装置を用いて、高信頼性でかつ制御の切り替え前後で継続性が保たれる冗長化システムを構築することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、パソコンなどの汎用プラットフォームを用いて冗長化することができる冗長化システムに関するものである。

図３に、密結合したハードウエアを用いた冗長化システムの構成を示す。図３において、プロセッサモジュール１０は制御バスインターフェイス１１、照合器１４を介して主記憶装置１５に接続されたＭＰＵ１２と１３、ＳＥＮバスインターフェイス１６、ＩＯコントローラ１７で構成されている。プロセッサモジュール２０は制御バスインターフェイス２１、照合器２４を介して主記憶装置２５に接続されたＭＰＵ２２と２３、ＳＥＮインターフェイス２６、ＩＯコントローラ２７で構成されている。すなわち、プロセッサモジュール１０と２０は同じ構成を有している。

制御バスインターフェイス１１と２１は制御バス３１および３２に接続され、ＩＯコントローラ１７と２７はＩＯバス３３および３４に接続されている。また、ＳＥＮバスインターフェイス１６と２６は相互に接続されている。すなわち、制御バスおよびＩＯバスは冗長化されている。

このような構成において、プロセッサモジュール１０と２０はペアアンドスペア方式の冗長化システムを構成しており、専用のバックボードを経由してデータの等値化や同期処理を高速に実行する。そのため、制御側プロセッサモジュールと待機側プロセッサモジュールはプログラムのステップレベルで同期して動作する。制御権の切り替え前後でプログラムはシームレスに継続して実行され、処理の後戻りは発生しない。

図４に他の冗長化システムの構成を示す。図４において、操作監視ステーション４１と制御システムコンポーネントが動作するパソコン４２、４３は制御ネットワーク４４で接続され、パソコン４２、４３と外部デバイス４５はバス４６で接続されている。パソコン４２、４３は異なるステーションアドレスを有しており、互いに独立して動作する。パソコン４２、４３上で動作する制御ステムコンポーネントには、サフィックスのみ異なるタグ、ＦＩＣ００１＿Ａ、ＦＩＣ００１＿Ｂが割り振られており、どちらか一方がマスター側、他方がスタンバイ側として動作する。

操作監視ステーション４１には冗長化対応特注プログラムが実装されている。このプログラムはパソコン４２、４３のうちどちらをマスター側にするかを決定し、サフィックスなしのタグ名でアクセスする。図４では、タグＦＩＣ００１＿Ａのパソコンがマスターであるとしている。データを参照するときはマスター側のパソコンから読み出し、データを書き込むときは両方のパソコンに書き込む。

特許文献１には、２つのプロセッサ装置を設け、一方のプロセッサ装置が実作業につき、他方のプロセッサ装置が実作業に関与せず待機する二重化プロセッサ装置が記載されている。
特開平６−２３０９９５号公報

しかし、このような冗長化システムには、次のような課題があった。図３の冗長化システムは理想的な動作を期待できるが、データ等値化や同期処理を高速で行うことができるハードウエアおよびこのハードウエアに対応したＯＳが必要である。そのため、複数台のパソコンが制御ネットワークで疎結合しているシステムには適用できないという課題があった。

図４の冗長化システムは疎結合しているパソコンを用いて冗長化システムを構成することができるという利点はあるが、２台のパソコン４２、４３は同期して動作していないので、マスターが切り替わったときに処理の継続性を保つことができないという課題があった。また、パラメータの設定やアプリケーションのエンジニアリングは両方のパソコンに対して行わなければならず、メッセージなどは両方のパソコンから発信されるので、操作監視ステーション４１でフィルタリングしなければならないという課題もあった。さらに、パソコンの故障などによるマスターの切り替えは操作監視ステーション４１で行わなければならず、自立的に切り替えることができないという課題もあった。

従って本発明の目的は、疎結合されたパソコンを用いて簡単に冗長化されたシステムを構成することができる冗長化システムを提供することにある。

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
通信線で接続され、１台が制御動作、その他が待機動作を行う複数の制御装置と、
前記複数の制御装置に内蔵され、他の制御装置の状態をモニタして、異常を検知すると、自身が属している制御装置を制御動作に移行させる冗長化モニタ処理部と、
前記複数の制御装置に内蔵され、前記通信路で接続された制御装置の対応するデータの少なくとも一部を等しくする等値化部と、
この等値化部で等しくされたデータを用いてデータ処理を行うデータ処理部と、
を具備したものである。汎用制御装置を用いて冗長化システムを構築できる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、
前記データ処理部は、他の全ての制御装置が同期待ちになったことを確認して、データ処理を行うようにしたものである。全制御装置を同期して動かすことができる。

請求項３記載の発明は、請求項１若しくは請求項２記載の発明において、
前記通信線を冗長化したものである。更に信頼性の高いシステムを構築できる。

請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３いずれかに記載の発明において、
前記複数の制御装置に同じアドレスを付与するようにしたものである。上位システムからのアクセスが容易になる。

以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
請求項１，２、３および４の発明によれば、複数の制御装置を通信路で接続し、冗長化モニタ処理部で他の制御装置の動作をモニタして、異常が発生すると自身を制御動作に移行させ、等値化部で前記複数の制御装置のデータを等しくするようにした。また、他の制御装置が全て同期待ち状態になってから、データ処理を行うようにした。

パソコンなどの汎用制御装置を用いて冗長化システムを構築することができるという効果がある。また、アプリケーションが動作するプラットフォームやＯＳに依存せず、かつ特殊なハードウエアを必要としないという効果もある。さらに、通信路で接続されていれば、遠隔地に設置された制御装置を用いて冗長化システムが構築できるという効果もある。

また、自立的に制御権の切り替えができ、制御周期毎にデータの等値化を行っているので、信頼性が高く、かつ制御権の切り替え前後でアプリケーションの実行が継続されるという効果もある。

さらに、冗長化された制御装置が一組になるので、操作監視や制御装置のエンジニアリングが容易になり、信頼性、可用性、保守性が大幅に向上するという効果もある。

以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係る冗長化システムの構成図である。図１において、５０は操作、監視を行う操作監視ステーション、５１は制御動作を行うフィールドコントロールステーションである。操作監視ステーション５０では、後述するパソコン７０、８０上で動作するプログラムのエンジニアリングも行う。

７０は制御装置として動作するパソコンであり、通信インターフェイス７１、この通信インターフェイス７１に内蔵される相手方ユニットステータスレジスタ７２、冗長化モニタ処理部７３、ＡＰ（アプリケーション）タスク７４、このＡＰタスク７４の一機能である等値化部７５、データ処理部７６で構成されている。冗長化モニタ処理部７３およびＡＰタスク７４はパソコン７０上で動作するソフトウエアで実現される。また、このパソコン７０にはＳＴＮアドレスＳＴＮ０１０１−０１が設定されている。

８０は制御装置として動作するパソコンであり、パソコン７０と同じ構成を有している。すなわち、通信インターフェイス８１、相手方ユニットステータスレジスタ８２、冗長化モニタ処理部８３、ＡＰタスク８４、等値化部８５、データ処理部８６で構成されている。また、このパソコン７０にはＳＴＮアドレスＳＴＮ０１０１−０２が設定されている。パソコン７０と８０は冗長化された制御装置として動作する。この実施例では、パソコン７０が制御側、パソコン８０が待機側であるとする。

６１、６２は冗長化されたバスであり、操作監視ステーション５０、フィールドコントロールステーション５１、通信インターフェイス７１、８１が接続されている。操作監視ステーション５０、フィールドコントロールステーション５１、パソコン７０、８０はこの冗長化されたバス６１、６２を介して相互に通信することができる。

パソコン７０と８０は同じＳＴＮアドレスＳＴＮ０１０１を有するが、通信層では異なる通信局として判断される。操作監視ステーション５０、フィールドコントロールステーション５１等バス６１、６２に直接、間接的に接続されている機器はＳＴＮアドレス“ＳＴＮ０１０１”を用いてアクセスする。すなわち、制御側パソコン７０と待機側パソコン８０の両方同時にアクセスする。パソコン７０、８０から送信するときは、制御側パソコン（パソコン７０）からのみ送信する。

次に、この実施例の動作を説明する。相手方ユニットステータスレジスタ７２、８２には、相手方の動作状況が反映される。すなわち、相手方ユニットステータスレジスタ７２にはパソコン８０の動作状況が、相手方ユニットステータスレジスタ８２にはパソコン７０の動作状況が反映される。このステータスにはＲＥＡＤＹ、ＤＣＳ（制御権の状況），ＣＴＬ（制御側として動作中），ＳＴＢＹ（待機側動作中），ＡＰＣ（全パラメータコピー）等がある。

冗長化モニタ処理部７３は一定周期毎に相手方ユニットステータスレジスタ７２を参照し、パソコン８０の制御権の有無、実行状態等をチェックする生存確認を行う。同様に、冗長化モニタ処理部８３は一定周期で相手方ユニットステータスレジスタ８２を参照し、パソコン７０の生存確認を行う。そして、制御側パソコンの異常を検出した待機側パソコンは、制御権を奪取して自身を制御側に切り替える。

例えば、制御側パソコンのＲＥＡＤＹがオフになると、その状態は待機側パソコンの相手方ユニットステータスレジスタに反映される、待機側パソコン内の冗長化モニタ処理部は制御権を奪取し、制御側に移行させる。この際、図示しないロック機構により、両方のパソコンが制御側になることはない。

等値化部７５、８５は、パソコン７０と８０に格納されているデータが一致するように等値化処理を行い、その後データ処理部７６、８６は制御動作やパソコン上で動作するアプリケーションタスク処理であるデータ処理を行う動作を繰り返す。このことを図２フローチャートを用いて説明する。なお、この説明では制御動作を行っているパソコンを制御側パソコン、待機状態にあるパソコンを待機側パソコンと称する。図１実施例では、制御側パソコンはパソコン７０、待機側パソコンはパソコン８０である。

図２（Ａ）は制御側パソコンの動作を示したフローチャートである。工程（ＳＳ−１）で待機側パソコンに等値化要求を出力した後、工程（ＳＳ−２）で等値化処理を行う。等値化処理は制御側パソコンと待機側パソコンに格納されているデータを一致させるための処理であり、データを指定されたアドレスに書き込む、あるいは待ち合わせ管理のように両側からの書き込みでブロックが解除されるサービスを用いる、あるいは制御側パソコンからリモートプロシジャーコールのようなシステムコールを起動する等の処理により実現される。

等値化処理が終了すると、制御側パソコンは工程（ＳＳ−３）で同期待ち状態に移行し、工程（ＳＳ−４）で待機側パソコンが同期待ちになるまで待つ。そして、待機側パソコンが同期待ち状態になるとデータ処理を実行し、工程（ＳＳ−１）に戻る。

図２（Ｂ）は待機側パソコンの動作を表したフローチャートである。工程（ＳＷ−１）で同期待ち状態になり、次に工程（ＳＷ−２）で制御側パソコンが同期待ち状態になるのを待つ。制御側パソコンが同期待ち状態になると、工程（ＳＷ−３）でデータ処理を実行し、終了後工程（ＳＷ−１）に戻る。

このように、この実施例では冗長化モニタ処理部７３、８３で相手方パソコンの動作をチェックし、異常があると自身を制御側に切り替えるようにした。そのため、上位機器から操作を行わなくても、自立的に制御側と待機側の切り替えを行うことができる。

また、等値化処理を行った後、互いに相手方が同期待ちになっていることを確認してからデータ処理を行う動作を繰り返すようにしたので、制御側パソコンと待機側パソコンの間で常にデータの同一性を保つことができ、かつ両者を同期して動作させることができる。そのため、切り替え時のバックラッシュが少なくなる。

さらに、特定のハードウエアやＯＳの機能に依存した処理を行う必要がないので、汎用のパソコンを用いることができ、かつこれらパソコンのＯＳが異なっていてもよい。さらに、データ等値化のパフォーマンスが所定の条件を満たせば、物理的に離れた場所に設置されたパソコンを用いて冗長化システムを構築することもできる。

なお、これらの実施例では待機側パソコンもデータ処理を行うようにしたが、切り替え時のバックラッシュが許容できるなら、データの等値化のみ行い、待機側パソコンはデータ処理を行わないか、一部のみ行うようにしてもよい。

また、この実施例ではパソコン２台で冗長化システムを構成するようにしたが、３台以上で構成することもできる。このときは、１台のパソコンが制御側パソコンになり、他のパソコンは待機側パソコンになる。制御側パソコンの等値化部は等値化処理を行い、待機側パソコンの冗長化モニタ処理部は制御側パソコンの動作を監視して、異常が発生すると自身を制御側パソコンに移行させる。また、冗長化する制御装置の数を随時拡張することもできる。

さらに、この実施例では制御装置をパソコンとしたが、パソコンに限られることはなく、通信機能を有する他の制御装置であってもよい。

本発明の一実施例を示す構成図である。 本発明の一実施例の動作を示すフローチャートである。 従来の冗長化システムの構成図である。 従来の冗長化システムの構成図である。

符号の説明

５０ 操作監視ステーション
５１ フィールドコントロールステーション
６１、６２ 冗長化バス
７０、８０ パソコン
７１、８１ 通信インターフェイス
７２、８２ 相手方ユニットステータスレジスタ
７３、８３ 冗長化モニタ処理部
７４、８４ ＡＰタスク
７５、８５ 等値化部
７６、８６ データ処理部

Claims (4)

1. 通信線で接続され、１台が制御動作、その他が待機動作を行う複数の制御装置と、
   前記複数の制御装置に内蔵され、他の制御装置の状態をモニタして、異常を検知すると、自身が属している制御装置を制御動作に移行させる冗長化モニタ処理部と、
   前記複数の制御装置に内蔵され、前記通信路で接続された制御装置の対応するデータの少なくとも一部を等しくする等値化部と、
   この等値化部で等しくされたデータを用いてデータ処理を行うデータ処理部と、
   を具備したことを特徴とする冗長化システム。
2. 前記データ処理部は、他の全ての制御装置が同期待ちになったことを確認して、データ処理を行うようにしたことを特徴とする請求項１記載の冗長化システム。
3. 前記通信線は冗長化されていることを特徴とする請求項１若しくは請求項２記載の冗長化システム。
4. 前記複数の制御装置に同じアドレスを付与するようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれかに記載の冗長化システム。
   

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