JPH0478902A - バスコントローラ - Google Patents

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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は鉄鋼、製紙プラントや上下水道などの公共シス
テム、自動車産業など、産業用システムの制御に広く使
用されているプログラマブルコントローラ（以下ＰＣと
略す）に係り、特にその信頼性向上の為にＣＰＵを二重
化したり、制御機能の向上の為にＰＣを並列化する為に
使用するバスコントローラに関するものである。

（従来の技術） ＰＣは種々の産業用システムの制御に使用されている。

プログラムの演算結果や制御出力の正当性が特に問題と
なるような応用では２台以上のＰＣを使用した冗長系の
制御システムが採用されることも多い。

冗長系の制御の内、２重系のシステムとしては同期２重
系、待機２重系などのシステムがある。

同期２重系とは２台のＰＣに同一のプログラムを実行さ
せ、その演算結果が一致していることを確認した後、制
御に使用するものである。この場合には２台のＰＣのプ
ログラム実行の開始時、終了時のタイミングを一致させ
る必要があり、この為の同期化のしくみが必要である。

又、演算結果の一致を検出する為のしくみも必要である
。待機２重系は２台のＰＣが同一のプログラムを持ち、
その内の１台だけがプログラムを実行して制御を行うも
のであり、他の１台は実行中のＰＣが故障した場合など
に制御動作を継続させる為にプログラムの実行を開始す
るシステムである。このシステムの場合には一方のＰＣ
から他方のＰＣに動作を引継ぐ為に、１スキヤンの実行
の度に一方のＰＣのレジスタ内容等の内部情報や外部入
力情報などを他方のＰＣに転送しておく必要があるので
、転送用レジスタやメモリが必要である。又、２台のＰ
Ｃに共通な入出カモジュール用の工／○バスを２台のＰ
Ｃに選択して接続する為のバスマルチプレクサも必要で
ある。

３台以上のＰＣを冗長系として使用するシステムでは多
数決制御システムがある。これは複数のｐｃの演算結果
の多数決をとり、多数である結果を制御出力とするもの
である。この場合には多数決回路が必須である。

この他、冗長系とは異なるが、２台以上のＰＣに別々の
制御プログラムを実行させ、共通の入出カモジュールと
の入出力を行わせるシステムもある。これは１台のＰＣ
だけでは処理が遅くなる場合に、複数のＰＣに制御を分
担実行させる方法である。この方式では１台のＰＣの制
御能力が不足した際に次々とＰＣを付は加えて制御能力
を増すことも可能である。この場合のＰＣはアドオンＣ
ＰＵと呼ばれることもある。

（発明が解決しようとする課題） このように２重系のＰＣには各種の方式が存在し、各々
長所、短所がある。これらの方式において、ＰＣとＩ１
０モジュールの間には特殊なバスコントローラが置かれ
、特定の機能を果しているのであるが、これらのバスコ
ントローラは各方式専用に設計、製作されたものであり
、融通性はなかった。

本発明は上記の問題に鑑みてなされたもので。

２系統のＰＣと、共通のＩ１０モジュールとの間に設置
されるバスコントローラに、両系のＰＣから工／○モジ
ュールへのアクセス内容の一致を検出する回路や工／○
バスのアービタ（調停回路）、両系のＰＣのシステムバ
スを共通のＩ１０バスに接続する為のバスマルチプレク
サなどを持たせ、これらの回路を用途により選択して機
能させることにより同期２重系、待機２重系、機能分担
２重系などのシステムを構築可能とすることを目的とし
ている。

〔発明の構成〕

（課題を解決する為の手段および作用）本発明は２台の
ＰＣと共通の工／○モジュールと２台のＰＣのシステム
バスと共通のＩ１０バスとの間に設置されるバスコント
ローラから構成される２重系ＰＣにおいて、バスコント
ローラに両系ＰＣからＩ１０モジュールへアクセスする
際のアドレス、データの一致を検出する手段と両系のＰ
Ｃのプログラム実行の同期化を行う手段と、一方のｐｃ
の状態や内部情報を他方のＰＣに伝達する手段と、共通
のＩ１０バスを２系のＰＣのシステムバスのどちらに接
続するかを決定する手段と、共通の工／○バスを２系の
ＰＣのシステムバスに上記の決定手段の指定に従って接
続する手段とを持たせ、ＰＣ又は外部から上記の手段を
目的により選択的に機能させることにより、同期２重系
、待機２重系、機能分担２重系など各種の動作を可能に
するＰＣ用のバスコントローラである。

（実施例） 本発明の一実施例のハードウェア構成を第１図に示す。

第１図において１−１．１−２はＰＣであり、説明を容
易にする為に１−１をＡ系のＰＣ５１−２をＢ系のＰＣ
と呼ぶことにする。２−１．２−２は各ＰＣのシステム
バス、３はバスコントローラ、３１は制御回路、３２は
ハンドシェークレジスタ、３３は工／○バスアービタ、
３４はアドレス−数構出回路、３５はデーター数検出回
路、３６はアドレスマルチプレクサ、３７はデータマル
チプレクサ、４はＩ１０バス、５はＩ／○モジュールで
ある。

本発明のバスコントローラを使用することにより、同期
２重化運転、待機２重化運転、並列２重化運転などが可
能である。

まず同期２重化運転の方法について第２図を用いて説明
する。同期２重化運転ではＡ系のＰＣＩ−１，Ｂ系のＰ
ＣＩ−２には同一のプログラムを格納しておく。制御回
路３１にＰＣ又は外部から同期２重化運転の指令を書き
込み、バスコントローラ３を同期２重化モードにする。

このときＩ１０パスアービタ３３の動作は停止させられ
、アドレスマルチプレクサ３６、データマルチプレクサ
３７はＡ系のＰＣＩ−１（又はＢ系のＰＣＩ−２）のア
ドレス及びデータをＩ１０バス４に入出力するように設
定される。同期２重化の為には両系のＰＣの間でプログ
ラム実行の開始タイミングやＩ／Ｏモジュール５への出
力又は入力のタイミングを合わせる必要がある。この為
にハンドシェークレジスタ３２の中に実行同期用のフラ
グを設けておく。このフラグはＡ系、Ｂ系のＰＣ用に各
々用意されており、一方の系がセットしたフラグは他系
から読めるように構成されている。同期の必要な場合に
、ＰＣはこのフラグをセットする。そして他系のＰＣの
同期用フラグがセットさ九ているのを確認する。もし、
他系のＰＣの同期用フラグがセットされていなければ、
そのフラグがセットされる迄確認を繰り返しながら待機
する。他系のフラグがセットされたのが確認できた時点
で、両系のＣＰＵはプログラム実行を開始したり、Ｉ１
０モジュール５との入出力を行う。Ｉ１０入出力の場合
、両系のＰＣからのコマンド信号のわずかなズレはコマ
ンド制御回路３８で調整される。コマンド制御回路３８
に両系のＰＣからのコマンドが出力された場合には以下
の手順で入出力動作が行われる。

Ｉ１０モジュール５へのデータ出力の場合には、両系の
ＰＣから出力されたアドレス、データの内容がアドレス
−数構出回路３４及びデータ一致検出回路３５により調
べられる。両系のＰＣからのアドレス、データが一致し
ている場合にはアドレスマルチプレクサ３６及びデータ
マルチプレクサ３７の動作を可能とし、アドレス、デー
タはＩ１０バス４に出力される。これと同時にコマンド
制御回路３８は両系のＰＣからのコマンドの論理積をと
った出力をＩ１０バス４へ書き込みコマンドとして出力
する。アドレス又はデータが一致していなかった場合は
何回かのりトライ動作を試みる。リトライ動作によって
も不一致が消失しない場合には両系のＰＣを停止させる
。２系のＰＣの内どちらのＰＣが故障しているかがハン
ドシェークレジスタ３２内のステータスで明から府≦定
できる場合には、健全なＰＣを１台だけ使用して運転を
継続することも可能である。なお、アドレス、データの
不一致は不一致検出回路からハンドシェークレジスタ３
２にエラー信号として伝えられ、両系のＰＣから読み出
すことが可能である。

Ｉ１０モジュールからのデータ入力の場合には、両系の
ＰＣから出力されたＩ１０アドレスのみが、アドレス不
一致検出回路３４にて調べられる。両系のＰＣからのア
ドレスが一致している場合には、アドレスマルチプレク
サ３６の動作を可能とし、データマルチプレクサ３７の
データが流れる方向を入力方向とする。これにより１両
系のＰＣからのアドレスはＩ１０バス４へ出力される。

同時にコマンド制御回路３８は両系のＰＣからのコマン
ドの論理積をとった出力をＩ１０バス４へ読み込みコマ
ンドとして出力する。Ｉ１０モジュール５からのデータ
はデータマルチプレクサ３７（このときはデータデマル
チプレクサとなっている）を介して両系のＰＣに分配さ
れる。アドレスバスに何か不具合があった場合のりトラ
イ動作などはデータ出力の場合と同様である。この様に
して２系のＰＣを同期２重化運転させることが可能であ
る。

次に待機２重化運転の方法にって第３図を用いて説明す
る。待機２重化運転の場合もＡ系のｐｃｌ−１、Ｂ系の
ＰＣＩ−２には同一のプログラムを格納しておく。制御
回路３１にＰＣ又は外部から待機２重化運転の指令を書
き込み、バスコントローラ３を待機２重化モードにする
。このときアドレス不一致検出回路３４及びデータネ−
数構出回路３５の動作は停止させられ、工／○バスアー
ビタ３３も本来の調停動作は行わずに制御回路３１から
の指令に従ってアドレスマルチプレクサ３６及びデータ
マルチプレクサ３７にバスの選択指令を出すだけの動作
を行う６又、コマンド制御回路３８はコマンドマルチプ
レクサの動作を行い、制御回路３１の指令に従ってＡ系
のＰＣＩ−１又はＢ系のＰＣＩ−２のコマンドを工／○
バス４に選択して出力するだけの機能を果すようになる
。この待機２重系ではまずＡ系のＰＣＩ−１が現用系と
して動作を開始するものとする。このとき、アドレスマ
ルチプレクサ３６．データマルチプレクサ３７及びコマ
ンド制御回路３８は全てＡ系ＰＣのバスを選択してＩ１
０バス４に接続している。従ってＡ系のＰＣＩ−１のプ
ログラム実行及び工／○モジュール５との入出力はＡ系
のＰＣが単独で制御を行っている場合と変わりがない。

一方、Ｂ系のＰＣＩ−２はプログラムの実行は行わずに
、ハンドシェークレジスタ３２を介してＡ系のＰＣの動
作をモニタし、レジスタデータの転送処理やＡ系のＰＣ
の故障検出を行っている。Ａ系のＰＣは１スキヤンのプ
ログラム実行を終えると工／○モジュール５との間でデ
ータの入出力を行う。このときＡ系のＰＣとＢ系のＰＣ
の内部状態を同一にする為に、Ａ系のＰＣｌ−１からＢ
系のＰＣＩ−２にハンドシェークレジスタ３２を介して
内部レジスタの情報を転送する。

ハンドシェークレジスタ３２には２系のＰＣ間の通信用
フラグの他に、ＰＣの内部レジスタ情報を転送するのに
十分なレジスタ容量があるものとする。

上記の状態で、もし、Ａ系のＰＣが故障した際にはＢ系
のＰＣＩ−２は前回のスキャン実行後の内部レジスタ状
態を使用して、Ａ系のＰＣが実行中であったスキャン実
行の先頭から、プログラムを継続して実行することがで
きる。このときＡ系のＰＣＩ−１の故障信号を検出した
制御回路３１はアドレスマルチプレクサ３６、データマ
ルチプレクサ３７及びコマンド制御回路３８にバス切替
え信号を出力し、Ｂ系のＰＣＩ−２のシステムバス２−
２を工／○バス４に接続させる。この後Ｂ系のＰＣｌ−
２はスキャン実行の度に内部レジスタ情報をＡ系のＰＣ
Ｉ−１に転送する動作を開始し、Ａ系のＰＣへの切換え
準備を行う。上記のようにして２系のＰＣを待機２重化
運転させることが可能である。

次に並列２重化運転の方法について第４図を用いて説明
する。並列２重化運転ではＡ系のＰＣＩ−１、Ｂ系のＰ
ＣＩ−２は異なるプログラムを持っている。ＰＣ又は外
部から制御回路３１に並列２重化運転の指令を書き込み
、バスコントローラ３を並列２重化モードにする。この
ときアドレス不一致検出回路３４及びデータネ−数構出
回路３５の動作は停止させられる。Ｉ１０バスアービタ
３３は本モードのときのみ本来の機能を果す。つまり、
Ａ系のＰＣＩ−１又はＢ系のＰＣＩ−２から工／○モジ
ュール５に対してアクセスがあった際に、先に要求のあ
ったＰＣに工／○バス４の使用権を与え、そのアクセス
が終了するまでその使用権を保持させるのである。この
とき他のＰＣは使用権を持つＰＣのアクセスが終わるま
でアドレス、コマンド信号あるいはデータ信号を出力し
たまま待機する。アドレスマルチプレクサ３６及びデー
タマルチプレクサ３７は工／○バスアービタ３３の指令
に従い、Ｉ１０バス４の使用権を持つ側のＰＣのシステ
ムバスをＩ１０バス４に接続する動作を行う。

コマンド制御回路３８はこのモードのとき単なるコマン
ドバスマルチプレクサの動作を行い、上記のアドレスマ
ルチプレクサ及びデータマルチプレクサと同様の動作を
行う。

並列２重化運転を行うとき、２台のＰＣは同期して運転
することも可能であるし、同期しなくとも動作可能であ
る。同期運転を行うときには同期２重化運転の方法で説
明した方法で同期化を行う。

２台のＰＣが使用する工／○モジュール５は通常別々の
モジュールであるが、重複していても構わない。但しこ
のときには入力データの同一化の為に一方のＰＣが読み
込んだデータをハンドシェークレジスタ３２を介して他
方のＰＣに転送するのが通常の方法である。

さて、２台のＰＣは上記の方法によりＩ１０バス４及び
Ｉ／Ｏモジュール５を共有してプログラムを実行し制御
動作を行うことができる。演算データの内で共有する必
要があるものは、やはりハンドシェークレジスタ３２を
介して他方のＰＣに転送される。並列２重化運転では２
台のｐｃが別々のプログラムを実行するので、同様のプ
ログラムを１台のＰＣで実行した場合に比してスキャン
実行時間を短くすることが可能であり、制御の応答性が
増す。又は１台のＰＣがシーケンス制御動作、他の１台
のｐｃが数値演算動作などという使用法も可能である。

なお、本発明のバスコントローラを使用したＰＣシステ
ムでは、待機２重化運転において待機側のＰＣを取外し
たときと同様の使用法により、１台だけのＰＣでも制御
動作を行うことが可能である。これにより、プログラム
のデバッグ中や割込み動作の確認などのときには２台の
ＰＣのプログラムを変更する必要がなくなり、デバッグ
の効率が増すと共に、重大故障により１台のＰＣが取外
された場合でも残りのＰＣで制御の継続が可能である。

〔発明の効果〕

以上に説明したように本発明のバスコントローラを使用
したプログラマブルコントローラによれば、同一のハー
ドウェア構造を使用しながら、同期２重化運転、待機２
重化運転及び並列２重化運転が可能であり、制御システ
ムが制御データの信頼性を重視するのか、継続性を重視
するのか、制御の応答性を重視するのかにより最適な使
用法を選択することが可能であり、又、−旦システムを
構築した後でも他の運転モードに容易に変更することが
可能であり、柔軟性に富んだシステム構築の可能なバス
コントローラを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のバスコントローラのハードウェア構成
を示すブロック図、第２図は本発明のバスコントローラ
を使用したプログラマブルコントローラが同期２重化運
転を行う場合の構成を示すブロック図、第３図は待機２
重化運転の構成を示すブロック図、第４図は並列２重化
運転の構成を示すブロック図である。 １−１．１−２・・・ｐｃ ２−１．２−２・・・システムバス ３・・・バスコントローラ ４・・・Ｉ／Ｏバス ５・・・工／○モジュール ３１・・・制御回路 ３２・・・ハンドシェークレジスタ ３３・・・Ｉ１０バスアービタ ３４・・・アドレス−数構出回路 ３５・・・データ一致検出回路 ３６・・・アドレスマルチプレクサ ３７・・・データマルチプレクサ ３８・・・コマンド制御回路 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ２系のプログラマブルコントローラのシステムバスと共
   通入出力装置との間に位置するバスコントローラにおい
   て、上記バスコントローラは、２系のプログラマブルコ
   ントローラからアクセス可能であり一方の系のプログラ
   マブルコントローラの状態および内部データを他系に伝
   え、かつプログラム実行の同期化の為に使用されるハン
   ドシェークレジスタと、両系からのアドレスおよびデー
   タバスを共通入出力装置へ選択して接続する為のアドレ
   スマルチプレクサおよびデータマルチプレクサと、両系
   からのアドレス信号およびデータ信号の内容が一致して
   いるかどうかを判定する為のアドレス一致検出回路およ
   びデータ一致検出回路と、両系から同時に入出力装置に
   対してアクセスがあった場合に、どちらのプログラマブ
   ルコントローラにアクセス権を与えるかを判定し、上記
   アドレスマルチプレクサ及びデータマルチプレクサを制
   御する為のＩ／Ｏバスアービタとバスコントローラ内の
   回路を選択的に動作させる制御回路を有し、両系のプロ
   グラマブルコントローラから上記制御回路へ書き込まれ
   た命令に従って上記バスアービタ及び上記アドレス一致
   検出回路およびデータ一致検出回路を選択的に動作させ
   ることにより、２系のプログラマブルコントローラを同
   期二重化運転、待機二重化運転又は上記入出力装置を時
   分割で使用することによる並列運転など種々の方法で二
   重化運転させることを特徴とするプログラマブルコント
   ローラ用のバスコントローラ。