JPH09330106A - バックアップ機能付制御システム - Google Patents

バックアップ機能付制御システム

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Publication number
JPH09330106A
JPH09330106A JP8147322A JP14732296A JPH09330106A JP H09330106 A JPH09330106 A JP H09330106A JP 8147322 A JP8147322 A JP 8147322A JP 14732296 A JP14732296 A JP 14732296A JP H09330106 A JPH09330106 A JP H09330106A
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JP
Japan
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control
control unit
arithmetic
backup
program
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JP8147322A
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English (en)
Inventor
Katsuhiro Sumi
克宏 須見
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 1:Nのバックアップ方式の制御システムに
おいて、異常発生時おけるバックアップ切換期間を短縮
して、制御の良好な継続性を確保する。 【解決手段】 共通バ11スに対して、制御対象21を
制御するための複数種類の制御プログラムを記憶するプ
ログラムメモリ14と、制御対象から取込んだプロセス
データに対して、プログラムメモリ14内の自己に割当
てられた制御プログラムを用いて制御演算を実施して、
演算結果に基づいて制御対象21へ制御指令を送出する
制御処理業務を実行する複数の演算制御部12と、いず
れか一つの演算制御部12に異常が発生したとき、プロ
グラムメモリ14に記憶されている該当演算制御部12
に対応する制御プログラム及び該当演算制御部12に対
応するトラッキングメモリ17に記憶されているデータ
を用いて制御対象21に対する制御処理業務を継続する
バックアップ演算制御部13とを接続している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、制御対象を複数台
の演算制御部で制御する制御システムに係わり、特に、
演算制御部に異常が発生したときに該当演算制御部をバ
ックアップする機能を備えたバックアップ機能付制御シ
ステムに関する。
【0002】
【従来の技術】鉄鋼、紙パルプ、化学薬産業等のプラン
トにおいては、多数の機器や装置が組込まれ、これらの
制御・計装を行うプロセスコントローラと言われる演算
制御装置も多数必要である。各演算制御装置は、自己が
受持つ機器や装置の動作状態を示すプロセスデータを取
込んで、このプロセスデータに対して所定の制御演算を
実施して、この演算結果に基づいて前記機器や装置に対
して制御指令を送出する制御処理業務を実行する。
【0003】プラントを構成する前述した多数の機器や
装置が演算制御装置の故障や暴走に起因して不意の停止
や誤動作を起こすと、プラント操業に重大な影響を与え
るので、前記各機器や装置の動作を制御する各演算制御
装置にはバックアップ用の演算制御装置が備えられてお
り、該当演算制御装置に異常か発生した場合、該当演算
制御装置が実行していた制御処理業務はバックアップ用
の演算制御装置に引継がれる。
【0004】図3は、同一構成の2台の演算制御装置1
a,1bが入出力ポート2を介してプラント3に接続さ
れた1:1のバックアップ方式を採用した制御システム
の概略構成図である。各演算制御装置1a,1bは、図
示するように、一種のコンピュータで構成されており、
内部にCPU,プログラムメモリ,データメモリ,イン
タフェース(I/F)等が組込まれている。
【0005】この場合、2台の演算制御装置1a,1b
のうち1方を稼働系とし、他方を待機系とする。そし
て、通常は稼働系でプラント3に対する制御処理業務を
実行しており、稼働系に異常が発生すると、稼働系が待
機系となり、待機系が稼働系となる。
【0006】しかしながら、前述したように、プラント
3には多数の機器や装置が組込まれており、各機器や装
置毎に、演算制御装置が設けられているので、1:1の
バックアップ方式においては、倍の数の演算制御装置を
設ける必要がある。したがって、バックアップ機能付制
御システムの製造費が大幅に上昇する問題が生じる。
【0007】このような不都合を解消するために、同時
に複数の演算制御装置に異常が発生する確率は非常に低
いことを利用して、図4に示す1:Nのバックアップ方
式を採用した制御システムが提唱されている。
【0008】すなわち、N台の演算制御装置4、1台の
バックアップ制御装置5、データベースステーション
6、及びプラント7に接続された1台のプロセス入出力
装置8をLAN(ローカル・エリア・ネットワーク)の
伝送路9に接続している。
【0009】N台の各演算制御装置4及び1台のバック
アップ制御装置5は同一構成である。また、データベー
スステーション6内にプラント7に組込まれている各機
器や装置を制御するための複数種類の制御プログラムが
記憶されている。そして、この制御システムを稼働する
前に、データベースステーション6から各演算制御装置
4に対して各演算制御装置4に対して予め割付けられて
いる各制御プログラムをLANを介してダウンロードし
ておく。
【0010】制御システムが稼働開始すると、プロセス
入出力装置8は、プラント7から送出された各機器や装
置の動作状態を示す各プロセスデータを伝送フレームに
組込んでLANの伝送路9上へ出力する。各演算制御装
置4は伝送路9上に出力された各プロセスデータのうち
自己に関係するプロセスデータを取込んでデータベース
ステーション6から先にダウンロードされている制御プ
ログラムを用いて制御演算を実施する。そして、演算制
御装置4は演算結果に基づいて割当て機器や装置に対す
る制御指令を作成して伝送フレーム組込んでプロセス入
出力装置8へ送信する。プロセス入出力装置8は受信し
た制御指令をプラント7へ送信する。
【0011】このような、LANを用いた制御システム
において、例えば1台の演算制御装置4に異常か発生し
た場合、データベースステーション6は、異常発生の演
算制御装置4にダウンロードしていた同一の制御プログ
ラムをバックアップ制御装置5へLANを介してダウン
ロードする。制御プログラムのダウンロード処理が終了
すると、バックアップ制御装置5は制御処理業務を開始
する。
【0012】このように、常時稼働している複台の演算
制御装置4と通常待機している1台のバックアップ制御
装置5とをLANに組込むことによって、必要なバック
アップ制御装置5の設置数を1台に減少でき、制御シス
テム全体の製造費を節減できる。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図4に
示すLANを用いた制御システムにおいてもまだ解消す
べき次のような課題があった。 (1) 異常発生時には、データベースステーション6か
ら必要な制御プログラムをバックアップ制御装置5へL
ANを介してダウンロードする必要がある。複雑な制御
プログラムをLANを介してダウンロードするには、か
なりの処理時間が必要であり、演算制御装置4の異常発
生時刻からバックアップ制御装置5が実際に制御処理業
務を開始する時刻までのバックアップ切換期間が長くな
る問題がある。このバックアップ切換期間中において
は、プラント7内の対応する機器や装置は無制御状態と
なる。
【0014】(2) 各演算制御装置4とプラント7との
間で授受されるプロセスデータ及び操作指令はLANの
伝送路9上を伝送されるために、所定の伝送フオーマッ
トに組込むソフト的処理が必要となり、各演算制御装置
4とプラント7との間の情報伝送速度が低下する。その
結果、プラント7に対する高速な制御を実施するために
は、高速なLANを導入する必要があり、制御システム
全体の製造費が上昇する問題がある。
【0015】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、各演算制御部及びバックアップ演算制御部
を共通バスを介してプログラムメモリに接続することに
よって、異常発生時におけるバックアップ切換期間を短
縮でき、かつ制御対象に対する高速な制御を実施でき、
低い製造費用でもって高い制御特性と高い信頼性を実現
できるバックアップ機能付制御システムを提供すること
を目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】上記課題を解消するため
に、本発明のバックアップ機能付制御システムにおいて
は、共通バスと、この共通バスに接続され、制御対象を
制御するための複数種類の制御プログラムを記憶するプ
ログラムメモリと、共通バスに接続され、制御対象から
取込んだプロセスデータに対して、プログラムメモリ内
の自己に割当てられた制御プログラムを用いて制御演算
を実施して、演算結果に基づいて制御対象へ制御指令を
送出する制御処理業務を実行する複数の演算制御部と、
各演算制御部毎に設けられ、該当演算制御部における制
御指令を送出する毎に順次更新されていく制御演算に関
するデータを記憶する複数のトラッキングメモリと、共
通バスに接続され、いずれか一つの演算制御部に異常が
発生したとき、プログラムメモリに記憶されている該当
演算制御部に対応する制御プログラム及び該当演算制御
部に対応するトラッキングメモリに記憶されているデー
タを用いて制御対象に対する制御処理業務を継続するバ
ックアップ演算制御部とを備えている。
【0017】また、別の発明においては、上述した発明
のバックアップ機能付制御システムに対して、各演算制
御部及びバックアップ演算制御部毎に設けられ、各演算
制御部及びバックアップ演算制御部が制御対象に対する
プロセスデータ及び制御指令の送受信を行う複数の入出
力インタフェースを設けている。
【0018】さらに別の発明においては、上述した各発
明のバックアップ機能付制御システムに対して、共通バ
スに対してインタフェースを介して接続され、プログラ
ムメモリに対する各制御プログラムの書込及び各演算制
御部に対する点検保守を実施するメンテナンス装置を付
加している。
【0019】このように構成されたバックアップ機能付
制御システムにおいては、制御対象に対して実際に制御
処理業務を実行する各演算制御部と異常発生時に制御処
理業務を代行するバックアップ演算制御部とは共通バス
を介して各制御プログラムを記憶したプログラムメモリ
に接続されている。
【0020】このように、各演算制御部とバックアップ
演算制御部とを共通バスを介してプログラムメモリに接
続することによって、各演算制御部及びバックアップ演
算制御部は、自己内に制御プログラムを記憶保持する必
要はなく、通常のコンピュータと同様に、このプログラ
ムメモリに記憶された制御プログラムを直接アクセスし
て制御処理業務を実施できる。
【0021】したがって、バックアップ演算制御部は一
つの演算制御部に異常が発生すると、この異常発生した
演算制御部に対応するプログラムメモリに記憶されてい
る制御プログラムを用いて、即座に異常発生した演算制
御部が実施していた制御処理業務を継続できる。
【0022】なお、この場合、各演算制御部は通常の制
御処理業務において制御対象へ制御指令を送出する毎に
順次更新されていく制御演算に関するデータをトラッキ
ングメモリに記憶保持している。そして、異常発生時に
は、バックアップ演算制御部は、前述した対応する制御
プログラムと該当演算制御部のトラッキングメモリに記
憶されている異常発生前のデータを用いて制御演算処理
を実施する。したがって、異常発生前と異常発生後に制
御対象へ送出される制御指令のより正確な連続性が確保
される。
【0023】また、別の発明においては、各演算制御部
及びバックアップ演算制御部に対して、各演算制御部及
びバックアップ演算制御部が制御対象に対して直接アク
セスできる入出力インタフェースを設けている。そのた
め、各演算制御部と制御対象との間で授受されるプロセ
スデータや制御指令は共通バスを経由する必要なく、か
つ伝送フレームに組込む必要ない。したがって、演算制
御部及びバックアップ演算制御部における制御処理業務
の処理速度を向上できる。
【0024】さらに別の発明においては、共通バスに対
して、インタフェースを介してメンテナンス装置が接続
されている。このメンテナンス装置は、プログラムメモ
リに対する各制御プログラムの書込及び各演算制御部に
対する点検保守を実施するので、このバックアップ機能
付制御システムの信頼性をより一層向上できる。
【0025】
【発明の実施の形態】以下本発明の一実施形態を図面を
用いて説明する。図1は実施形態のバックアップ機能付
制御システムの概略構成を示すブロック図である。
【0026】このバックアップ機能付制御システムは、
例えば、複数の情報処理機能を有した複数の制御部を1
本の共通バスに接続した一つのコンピュータで構成され
ている。
【0027】すなわち、共通バス11に対して、N台の
演算制御部12と、1台のバックアップ演算制御部13
と、プログラムメモリ14と、メンテナンス用インタフ
ェース(I/F)15と、バス調停部16とが接続され
ている。
【0028】N台の演算制御部12には、それぞれ専用
のトラッキングメモリ17と専用の入出力インタフェー
ス(I/F)18が接続されている。また、バックアッ
プ演算制御部13には前記N台のトラッキングメモリ1
7に接続されると共に専用の入出力インタフェース(I
/F)19が接続されている。各入出力インタフェース
(I/F)18,19には、入出力ポート20が接続さ
れ、入出力ポート20には制御対象としての外部プラン
ト21が接続されている。さらに、前記メンテナンス用
インタフェース(I/F)15にはメンテナンス装置2
2が接続されている。
【0029】外部プラント21内には多数の機器や装置
が組込まれており、各機器や装置の状態を示す各プロセ
スデータは入出力ポート20へ入力される。また、入出
力ポート20から各機器や装置へそれぞれ制御指令が送
出される。各機器や装置はその制御指令に従って駆動さ
れる。
【0030】前記プログラムメモリ14内には1番から
N番までの番号が付されたN個の領域14aが形成され
ており、各領域14a内には、前記外部プラント21内
の各機器や装置の動作を制御するためのそれぞれ異なる
制御プログラムが記憶されている。
【0031】N台の演算制御部12と1台のバックアッ
プ演算制御部13とは、例えばCPU等の演算素子で構
成されたほぼ同一構成を有しており、プログラムメモリ
14に記憶された各制御プログラムを用いて外部プラン
ト21の対応する各機器や装置の動作を制御することが
可能である。
【0032】具体的には、N台の演算制御部12は1番
からN番までの番号が付され、プログラムメモリ14内
の自己の番号に対応する制御プログラムを用いて対応す
る各機器や装置に対する制御処理業務を予め定められた
一定の制御周期Tが経過する毎に実行する。なお、共通
バス11上で各演算制御部12からのプログラムメモリ
14の制御プログラムに対するアクセス処理が競合しな
いように、1番からN番までの各演算制御部12におけ
る各制御処理業務の実行タイミングは制御周期T内にお
いて互いにずらせて設定されている。
【0033】さらに、各演算制御部12は、簡単な自己
診断プログラムを内蔵しており、自己が制御処理業務を
正常に実施できない場合は、自己の番号を指定した異常
発生情報を共通バス11上へ出力する。なお、異常状態
が復旧すると、自己の番号を指定した異常復旧情報を共
通バス11上へ出力する。
【0034】各トラッキングメモリ17は例えばデュア
ルポートメモリで構成されており、自己に対応する制御
演算部12からデータの書込み読出(アクセス)が可能
であるのみならず、バックアップ演算制御部13からデ
ータの書込み読出(アクセス)が可能である。
【0035】また、メンテナンス装置22は、メンテナ
ンス用インタフェース(I/F)15を介して、前記プ
ログラムメモリ14の各領域14aに記憶された各制御
用プログラムを修正したり、新規の制御プログラムを書
込む(ダウンロード)。さらに、このメンテナンス装置
22は定期的に各演算制御部12に対する点検保守を実
行する。そして、各演算制御部12に異常が検出される
と、番号を指定した異常発生情報を共通バス11上へ出
力する。
【0036】バス調停部16は、複数の演算制御部1
2,バックアップ演算制御部13およびメンテナンス装
置22から出力された情報が共通バス11上で競合しな
いように、各部12,13,22からの情報の共通バス
11上へ出力するタイミングを調停する。
【0037】1番からN番までの各演算制御部12が正
常な状態においては、バックアップ演算制御部13は待
機状態である。そして、1番からN番までの各演算制御
部12は、制御周期T内の自己に与えられたタイミング
が到来すると、プログラムメモリ14の自己の番号に対
応する制御プログラムに従って、自己の入出力インタフ
ェース(I/F)18を介して入出力ポート20に出力
されている対応する機器や装置のプロセスデータを取込
む。そして、前記制御プログラムに従って所定の制御演
算を実行する。なお、この場合、この新規に取込んだプ
ロセスデータとトラッキングメモリ17に記憶されてい
る一つ前の制御周期Tで実施した制御運算結果のデータ
とを用いる。次に、制御演算結果に基づいて対応する機
器や装置へ送出する制御指令を作成して、自己の入出力
インタフェース(I/F)18および入出力ポート20
を介して外部プラント21へ送出する。
【0038】なお、この制御周期Tにおける制御演算結
果のデータで自己のトラッキングメモリ17に記憶され
ている一つ前の制御周期Tのデータを更新する。すなわ
ち、トラッキングメモリ17には、常に最新の制御周期
Tにおける制御演算結果のデータが記憶保持されてい
る。
【0039】そして、バックアップ演算制御部13は、
図2に示す流れ図に従って各演算制御部12に対するバ
ックアップ処理を実行する。P1にて、いずれか一つの
演算制御部12又はメンテナンス装置22から共通バス
11へ出力された番号を指定した異常異常発生情報を取
込むと、異常発生した演算制御部12の番号を特定する
(P2)。次に、異常発生の演算制御部12の番号に対
応するプログラムメモリ14の制御プログラム及びトラ
ッキングメモリ17を、使用制御プログラム及び使用ト
ラッキングメモリとして設定する(P3)。
【0040】P4にて、故障した演算制御部12に設定
された制御演算を実行するタイミングが到来すると、自
己に接続された入出力インタフェース(I/F)19を
介して入出力ポート20に入力されている先に設定した
制御プログラムに対応する機器や装置からのプロセスデ
ータを取込む。
【0041】そして、先に設定した制御プログラムに従
って所定の制御演算を実行する。なお、この場合、この
新規に取込んだプロセスデータと先に設定した故障した
演算制御部12に接続されたトラッキングメモリ17に
記憶されている一つ前の制御周期Tで実施した制御運算
結果のデータとを用いる。(P5)次に、制御演算結果
に基づいて対応する機器や装置へ送出する制御指令を作
成して、自己の入出力インタフェース(I/F)19お
よび入出力ポート20を介して外部プラント21へ送出
する(P6)。
【0042】なお、この制御周期Tにおける制御演算結
果のデータでトラッキングメモリ17に記憶されている
一つ前の制御周期Tのデータを更新する。すなわち、こ
のバックアップ演算制御部13においても、故障した演
算制御部12に接続されたトラッキングメモリ17に
は、常に最新の制御周期Tにおけるバックアップ演算制
御部13で算出された制御演算結果のデータが記憶保持
されている(P7)。
【0043】トラッキングメモリ17に対する制御演算
結果のデータの更新処理が終了すると、P8へ進み、共
通バス11上に異常復旧情報が出力されているか否かを
調べる。異常復旧していない場合は、P4へ進み、次の
制御周期Tにおける制御演算の実行タイミングが到来す
ると、次の制御周期Tにおける制御処理業務を開始す
る。
【0044】P8にて、共通バス11上に異常復旧情報
が出力されていた場合は、先に使用プログラム及び使用
トラッキングメモリと設定した故障演算制御部12の制
御プログラム及びトラッキングメモリ17に対する設定
を解除する(P9)。
【0045】この状態に移行すると、このバックアップ
演算制御部13は待機状態に移行して、P1へ戻り、い
ずれか一つの演算制御部12又はメンテナンス装置22
から番号を指定した異常異常発生情報が共通バス11へ
出力されるのを待つ。
【0046】故障復旧した演算制御部12は、制御周期
T内の自己に与えられたタイミングが到来すると、プロ
グラムメモリ14の自己の番号に対応する制御プログラ
ムに従って、外部プラント21内の対応する機器や装置
に対する通常の制御処理業務を再開する。
【0047】なお、この場合、復旧した最初の制御周期
で行う制御演算には、故障期間中にバックアップ演算制
御部13で最終に更新された自己のトラッキングメモリ
17に記憶されているデータを用いる。
【0048】このように構成されたバックアップ機能付
制御システムにおいては、各演算制御部12とバックア
ップ演算制御部13とを共通バス11を介してプログラ
ムメモリ14に接続しているので、各演算制御部12及
びバックアップ演算制御部13は、自己内に制御プログ
ラムを記憶保持する必要はなく、通常のコンピュータと
同様に、このプログラムメモリ14に記憶された制御プ
ログラムを直接アクセスして制御処理業務を実施でき
る。
【0049】したがって、バックアップ演算制御部13
は一つの演算制御部12に異常が発生すると、この異常
発生した演算制御部12に対応するプログラムメモリ1
4に記憶されている制御プログラムを用いて、即座に異
常発生した演算制御部12が実施していた制御処理業務
を継続できる。
【0050】よって、図4に示した従来システムのよう
に、バックアップ切換期間が長くなることはなく、制御
システム全体のバックアップ機能を大幅に向上できる。
また、設備費用が高価なLANシステムを用いていな
く、通常のコンピュータシステムを採用しているので、
制御システム全体の製造費を節減できる。
【0051】さらに、異常発生時には、バックアップ演
算制御部13は、異常発生の演算制御部12が実施して
いた制御プログラムと該当演算制御部12のトラッキン
グメモリ17に記憶されている異常発生前のデータを用
いて制御演算処理を実施する。したがって、異常発生前
と異常発生後に外部プラント21の対応する機器や装置
へ送出される制御指令のより正確な連続性が確保され
る。その結果、たとえ演算制御部12に異常が発生しし
たとしても、異常発生に起因する外部プラン21の動作
の変動を最低限に抑制できる。
【0052】また、各演算制御部12及びバックアップ
演算制御部13は自己の入出力インタフェース18,1
9を用いて外部プラント21に対して直接アクセス可能
である。そのため、演算制御部12及びバックアップ演
算制御部13における制御処理業務の処理速度を向上で
きる。
【0053】さらに、メンテナンス装置22は、プログ
ラムメモリ14に対する各制御プログラムの書込及び各
演算制御部12に対する点検保守を実施するので、この
バックアップ機能付制御システムの信頼性をより一層向
上できる。
【0054】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のバックア
ップ機能付制御システムにおいては、各演算制御部及び
バックアップ演算制御部を共通バスを介してプログラム
メモリに接続している。また、各演算制御部及びバック
アップ演算制御部を入出力インタフェースを介して直接
制御対象に対する情報の送受信を可能賭している。
【0055】したがって、異常発生時におけるバックア
ップ切換期間を短縮でき、かつ制御対象に対する高速な
制御を実施でき、低い製造費用でもって高い制御特性と
高い信頼性を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態のバックアップ機能付制
御システムの概略構成を示すブロック図
【図2】 同バックアップ機能付制御システムにおける
バックアップ演算制御部の動作を示す流れ図
【図3】 従来の1:1のバックアップ方式の制御シス
テムの概略構成図
【図4】 従来の1:Nのバックアップ方式の制御シス
テムの概略構成図
【符号の説明】
11…共通バス 12…演算制御部 13…バックアップ演算制御部 14…プログラムメモリ 17…トラッキングメモリ 18,19…入出力インタフェース 20…入出力ポート 21…外部プラント 22…メンテナンス装置

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 共通バスと、 この共通バスに接続され、制御対象を制御するための複
    数種類の制御プログラムを記憶するプログラムメモリ
    と、 前記共通バスに接続され、前記制御対象から取込んだプ
    ロセスデータに対して、前記プログラムメモリ内の自己
    に割当てられた制御プログラムを用いて制御演算を実施
    して、演算結果に基づいて前記制御対象へ制御指令を送
    出する制御処理業務を実行する複数の演算制御部と、 前記各演算制御部毎に設けられ、該当演算制御部におけ
    る前記制御指令を送出する毎に順次更新されていく前記
    制御演算に関するデータを記憶する複数のトラッキング
    メモリと、 前記共通バスに接続され、前記いずれか一つの演算制御
    部に異常が発生したとき、前記プログラムメモリに記憶
    されている該当演算制御部に対応する制御プログラム及
    び該当演算制御部に対応するトラッキングメモリに記憶
    されているデータを用いて前記制御対象に対する前記制
    御処理業務を継続するバックアップ演算制御部とを備え
    たバックアップ機能付制御システム。
  2. 【請求項2】 前記各演算制御部及びバックアップ演算
    制御部毎に設けられ、前記各演算制御部及びバックアッ
    プ演算制御部が前記制御対象に対する前記プロセスデー
    タ及び制御指令の送受信を行う複数の入出力インタフェ
    ースを備えた請求項1記載のバックアップ機能付制御シ
    ステム。
  3. 【請求項3】 前記共通バスに対してインタフェースを
    介して接続され、前記プログラムメモリに対する各制御
    プログラムの書込及び各演算制御部に対する点検保守を
    実施するメンテナンス装置を備えた請求項1又は2記載
    のバックアップ機能付制御システム。
JP8147322A 1996-06-10 1996-06-10 バックアップ機能付制御システム Pending JPH09330106A (ja)

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Cited By (11)

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