JPH02110601A - 協調分散制御方法 - Google Patents

協調分散制御方法

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JPH02110601A
JPH02110601A JP26429888A JP26429888A JPH02110601A JP H02110601 A JPH02110601 A JP H02110601A JP 26429888 A JP26429888 A JP 26429888A JP 26429888 A JP26429888 A JP 26429888A JP H02110601 A JPH02110601 A JP H02110601A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】
この発明は、プラントの制御処理を、複数の制御装置で
互いに協調して行う協調分散制御方式に関するものであ
る。
【従来の技術】
第6図は従来の協調分散制御方式が適用されるシステム
のシステム構成図であり、図において、■は制御対象と
なるプラント、2はプラント1のプロセスデータを入力
し、制御指令信号を出力する入出力信号処理装置、3a
は前記プロセスデータの制御処理を行い、制御指令信号
を入出力信号処理装置2を介してプラント1に出力する
制御装置、3b・は制御装置3aが故障した時に、切り
替わってプラント1の制御を行う待機制御装置、4は各
制御装置3aもしくは待機制御装置3bの間で必要な情
報の授受を行う通信路である。 次に動作について説明する。通常は、各制御装置3aが
、プラント1のサブシステムのうちの制御を担当するサ
ブシステムから必要なプロセスデータを、入出力信号処
理装置2を介して取り込み、制御処理を行った後、必要
ならば制御指令信号を入出力信号処理装置2を介してサ
ブシステムに出力する。また、制御を担当していない他
のサブシステムのプロセスデータを知りたい場合には、
通信路4を使用して他の制御装置3aと通信することに
より、他のサブシステムのプロセスデータを間接的に得
ることができる。 ここで、制御装置3aが自己診断機能を用いて故障を検
出した時には、制御権が待機制御装置3bに切り替わり
、プロセス1の制御に支障を来たさないようにしている
【発明が解決しようとする課題】
従来の協調分散制御方式は以上のように構成されている
ので、待機制御装置3bも故障してしまうと、その制御
対象であるサブシステムは制御不能となり、また、通常
は制御装置3aの故障率は低いので、待機制御装置3b
はあまり使用されず、さらにプラント1が大規模になっ
てサブシステムが増加すると、待機制御装置3bが多数
必要になり、サブシステムの価格が高価になるなどの課
題があった。 この発明は上記のような課題を解消するためになされた
もので、待機制御装置3bのような冗長系がなくても、
制御装置3aが故障した時にプラント1の制御に支障を
来たすことがない協調分散制御方式を得ることを目的と
する。 なお、類似の先行技術として、特開昭63−11520
1号公報および特開昭63−120302号公報に示さ
れたものがある。
【課題を解決するための手段】
この発明に係る協調分散制御方式は、ある制御装置が故
障した場合に、この故障した制御装置が通信路を介して
他の正常な制御装置に故障した旨を伝え、他の正常な制
御装置は所定の分担規約に従って、故障した制御装置が
制御していたプラントのサブシステムに対する制御の分
担を再構成する。
【作用】
この発明における協調分散制御方式は、ある制御装置が
故障した時に、この制御装置が制御していたプラントの
サブシステムを、適当な他の制御装置の制御下に置くよ
うに割り当てる。
【実施例】
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第1
図において、■は制御対象となるプラントで、適当な制
御単位毎に多数のサブシステムに分割されている。21
〜23はプラント1のプロセスデータを入力し、制御指
令信号を出力する人出力信号処理装置、31〜33は前
記プロセスデータの制御処理を行い、制御指令信号を入
出力信号処理装置21〜23を介してプラント1に出力
する制御装置、4は各制御装置31〜33の間で必要な
情報の授受を行う通信路、5は各入出力信号処理装置2
1〜23がプラント1の任意のサブシステムが出力する
プロセスデータを得るためのプラントデータ通信路であ
る。 次に動作について説明する。まず、各制御装置31〜3
3において、jつのサブシステムに対する制御処理をタ
スクと呼ぶ。各制御装置31〜33は複数のタスクに対
するタスク処理を担当し、これらのタスク処理に必要な
プロセスデータは人出力信号処理装置21〜23がプラ
ントデータ通信路5を介して得た後、それぞれの制御装
置31〜33に伝えられる。これらの入出力処理は一定
時間周期で行われるため、各制御装置31〜33はその
時間周期内に全てのタスク処理を終了しなければならな
い。 第1図において、ある制御装置32が故障したとすると
、制御装置32に設けられている自己診断装置(図示せ
ず)により故障検出され、他の制i11装置31.33
.・・・・・・に通信路4を介して故障が通知される。 同時に、所定の分担規約に従って他の制御装置31,3
3.・・・・・・の間で、故障した制御装置32がタス
ク処理していたタスクの分担の再構成が行われる。タス
ク分担の再構成の結果、故障した制御装置32のタスク
は故障していない他の制御装置31,33.・・・・・
・に分散されて割り当てられ、各制御装置31,33.
・・・・・・は担当分のタスクを本来のタスクに加えて
タスク処理を行う。これにより、故障した制御装置32
の機能がバックアップされ、システム全体の機能が維持
される。 第2図は故障した制御装置32のバックアップの概念を
説明する図である。図において、斜線を施した部分は各
制御装置31〜33におけるタスクを示している。第2
図(ハ)において、故障した制御装置32が担当してい
た2づ−のタスクが、それぞれ他の制御装置31.33
の制御下に移された様子を示している。なお、入出力信
号処理装置21〜23は省略している。 ここで、タスクの分担を定める分担規約に従って、タス
クを割り当てる処理をタスクスケジューリングと呼ぶ。 また、担当分のタスク処理時間を負荷といい、この負荷
が前述した1周期時間を越えたとき過剰負荷という。 正常な制御装置31がさらに故障する多重故障が発生す
ると、同様に故障の通知とタスクスケジューリングが行
なわれ、残る正常な制御装置33゜・・・・・・間でタ
スク分散され、システム全体の機能が維持される。 タスクスケジューリングと再構成後の分担タスク処理は
制御の1周期時間以内で終了しなければならない。いず
れかの制御装置が過剰負荷にならない限り、協調分散に
よるバックアップは可能である。 タスクスケジューリング方式には、例えば以下の3種類
の実現方式がある。 ■ 故障モードに対応して分担を決定する方式(静的ス
ケジューリング方式)。 静的スケジューリング方式は故障モードの種類が少ない
場合、すなわち、制御装置数が少ない場合に有効である
。 故障の制御装置31,32,33.・・・・・・の組合
せを故障モードとして設定し、その故障モードのときに
残った正常な制御装置31,32,33゜・・・・・・
に対するタスクスケジューリングを設計時に予め行なっ
ておく。制御装置数n、考慮する最大の多重故障数をp
とすると、故障モード種類の数は、(*C+ 十、1c
t +・・・+ 、、CI )である。スケジューリン
グにより得られたタスク割当を各制御装置31,32,
33.・・・・・パはデータとしてあらかしめ内部の記
憶装置(図示せず)に記録しておく。故障が発生すれば
正常な制御装置31.33・・・・・・は現在の故障モ
ードといま壊れた制御装置名から新しい故障モードを求
め、その故障モードに対応するタスク割当をそれぞれ選
択する。以後、各制御装置31,33.・・・・・・は
選択したタスク割当に従ってサブシステムの制御、つま
りタスク処理を行なう。 ■ 故障時に最適処理分散を求める方式(集中スケジュ
ーリング方式。) 制御装置数が多くなると、静的スケジューリング方式で
はタスク割当を記憶する記憶容量が大きくなりコスト面
で不利となる。集中スケジューリング方式とは、故障が
検出されたときに各制御装置31.32,33.・・・
・・・が互いに通信し合ってタスク割当を求める方式で
ある。故障毎のタスク割当を記憶する必要が無いため、
制御装置31゜32.33.・・・・・・の記憶容量が
■の静的スケジューリング方式に比べて軽減できる。 集中スケジューリング方式は以下の手順により行なわれ
る。 a、ある制御装置32に故障が検出されると、故障発生
を全制御装置31,33.・・・・・・に対して通信す
る。 b、システム全体の負荷合計と制御装置数から、制御装
置31.33.・・・・・・は自分が引き受ける負荷の
大きさを求める。 C0引き受ける負荷に相当するタスクの組合せを選択す
る。 d、未選択のタスクを次の制御装置に数える。 e、c、dの処理を繰り返し、全ての制御装置のタスク
割当が決まる。 r、各制御装置31,33.・・・・・・は求めたタス
ク割当に従いタスク処理を行なう。 多重故障の場合、制御装置−つあたりの負荷が故障した
装置の数に従い大きくなり、過剰負荷とならない範囲で
バックアップが可能である。現実には、タスクなどのよ
うに組み合わせても責任骨の負荷に一致しないので、実
際に引き受ける負荷は理論的責任骨負荷からの許容誤差
に収まっていればよく、この許容誤差はタスク−つ当り
の負荷の172〜1の範囲で設定する。 ■ 常時、処理分散の再構成を行なう方式(分散スケジ
ューリング方式)。 ■の方式では、各制御装置31.32,33゜・・・・
・・は故障直後のスケジューリングにかかる時間を正常
時の余裕として持っている必要がある。タスク数が増加
するとこの余裕を大きくとるために、制御装置数を増や
さなくてはならない。分散スケジューリング方式は故障
の有無に関わらず、局所的に数個程度の制御装置間で互
いの負荷に関する情報を通信して、互いの負荷が均等と
なるようにタスク割当を行なう。局所的なタスクスケジ
ューリングのため一度のスケジューリングに必要な時間
が短い利点を持つ。 スケジューリングの詳細について以下に述べる。 ある制御装置32に故障が検出されると、故障した制御
装置32の周辺の制御装置31,33゜・・・・・・に
対してのみ故障発生は通知される。故障した制御装置3
2が担当していたタスクはその周辺の制御装置31. 
 33.・・・・・・の間で分散される。 すると、タスクが増えた制御装置31.33.・・・・
・・の負荷はさらに周辺の制御装置31,33.・・・
・・・よりも大きくなるので、次のスケジューリングで
負荷はより周辺の制御装置31,33.・・・・・・へ
と分散される。何度かのスケジューリングを経て、最終
的に残る制御装置間の負荷が均等となるタスク分散の状
態で安定する。 ふたつの制御装置間の局所的タスクスケジューリングは
以下の原理に基づき行なわれる。制御装置31,32,
33.・・・・・・の時刻りにおける負荷をそれぞれX
 i +  Xi+1 、αを適当な係数とすると、ス
ケジューリングにより負荷α(Xi −X、。I)に相
当するタスクが移動した後の時刻t+1における各制御
装置の負荷は次式で導かれる。 ””A   Xt L−ωにおいてX、が収束するのは、X。 X、。1に対応するへのすべての固有値が単位円内また
は左半平面に存在する場合である。X。 Xi。、に対応する固有値は、■−2αであり、それが
単位円内に存在するαは0≦α≦1である。 すなわち、このとき局所的スケジューリングは安定とな
る。 同様にして複数の制御要素間の係数値の範囲も決定でき
る。 この係数αを用いて局所的スケジューリングは以下の手
順で行なわれる。 a、相手の制御装置31,32,33.・・・・・・と
現在の負荷状態について通信を行なう。 b、移動する負荷の大きさα(Xi。+Xi)を求める
。 C1移動する負荷量に相当するタスクの組合せを求める
。 d9負荷の多い制御装置31,33.・・・・・・が移
動するタスクを通知する。 e、各制御装置31,33: ・・・・・・が新しく割
り当てられたタスクを処理する。 第3図はこの発明の他の実施例のシステム構成図である
。この実施例では、通信路4にプロセスアータも通るよ
うにしたものであり、上記実施例と同様にスケジューリ
ング方式の■〜■が適用される。 また、第4図は入出力信号処理装置2を複数の制御装置
31〜33に対して1個備えたシステムのシステム構成
図である。この場合も上記実施例と同様にスケジューリ
ング方式■〜■が適用される。 さらに、第5図は通信路4をバス構成とせずに、隣接す
る制御装置31〜33を互いに直結するようにしたシス
テムのシステム構成図である。この場合は前述した■の
分散スケジューリング方式の適用に適している。 なお、この発明に係る協調分散制御方式の制御対象はプ
ラントに限定されず、ロボットなどの機械装置、電子機
器等、従来、冗長系が使用されていた装置類に転用可能
である。
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば協調分散制御方式を、
故障した制御装置が制御を担当していたサブシステムを
所定の分担規約に従って、他の正常な制御装置の制御下
に割り当てるようにしたので、制御装置毎に待機制御装
置のような冗長系を用意する必要がなくなって、システ
ム全体に必要な制御装置数を減らすことができ、また、
多重故障に対して耐久性が向上したシステムを得ること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図および第3図〜第5図は、この発明による協調分
散制御方式の実施例が適用されるシステムのシステム構
成図、第2図は制御装置のバックアップの概念の説明図
、第6図は従来の協調分散制御方式が適用されるシステ
ムのシステム構成図である。 1はプラント、2,21〜23は入出力信号処理装置、
31〜33は制御装置、4は通信路、5はプラントデー
タ通信路。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 制御対象となるプラントを多数のサブシステムに分割し
    、前記多数のサブシステムを複数の組に分け、このそれ
    ぞれの組ごとに入出力信号処理装置を介して制御装置で
    制御するとともに、前記各制御装置は前記各制御装置が
    それぞれ接続された通信路を使用して情報の授受を行っ
    て前記プラントを制御する協調分散制御方式において、
    前記各制御装置のうちの任意の制御装置が自装置の故障
    を検出して、前記通信路を介して他の制御装置に故障し
    た旨を伝達した時に、故障した制御装置の制御対象であ
    った前記組のサブシステムを所定の分担規約に従って前
    記他の制御装置に制御対象として割り当てることを特徴
    とする協調分散制御方式。
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