多重化並列処理装置

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【発明の名称】	多重化並列処理装置
【発明者】	【氏名】大塚尚樹【住所又は居所】神奈川県横浜市神奈川区新浦島町１丁目１番地３２山武産業システム株式会社内
【要約】	【課題】無駄な復旧作業を抑制できるようにする。【解決手段】動作停止信号を受信すると、動作制御部６１は、タイマ初期化部６３に対する動作指示の出力を停止させ、タイマ初期化部６３によるＷＤＴ６２の時間計測を初期化を停止させ、ＷＤＴ６２に、所定の時間Ｔが経過した後のリセット信号を出力させる。この結果、リセット信号を受けた動作制御部６１は、コントローラＡ１２０ａの動作を停止させ、再起動させる。

【特許請求の範囲】
【請求項１】所定の情報を入力して対応する制御データを出力する制御動作を並列して行うＮ個（Ｎは３以上の自然数）のコントローラを冗長して備えた多重化並列処理装置であって、前記コントローラは、ネットワークを介して送出された動作停止信号を受信する受信部と、前記受信部が前記動作停止信号を受け付けると前記コントローラを再起動させて前記制御動作を開始させる動作制御部とを備えたことを特徴とする多重化並列処理装置。
【請求項２】請求項１記載の多重化並列処理装置において、所定のリクエストを前記ネットワークを介して複数の前記コントローラの各々に与えるとともに前記リクエストに対するこれらのコントローラからの応答を受信するネットワークインタフェースを備え、このネットワークインタフェースは、複数の前記コントローラから出力された応答を各々比較し、応答が一致する最も多い複数のコントローラ以外のコントローラは、異常が発生している異常コントローラであると判定し、この異常コントローラに対して前記ネットワークを介して前記動作停止信号を送出するものであることを特徴とする多重化並列処理装置。
【請求項３】請求項１または２記載の多重化並列処理装置において、複数の前記コントローラと接続されるとともに、通信路を介してプロセス機器と接続されるプロセス機器インタフェースを備え、このプロセス機器インタフェースは、複数の前記コントローラから出力された制御データを各々比較し、制御データが一致する最も多い複数のコントローラ以外のコントローラは、異常が発生している異常コントローラであると判定し、この異常コントローラに対して前記ネットワークを介して前記動作停止信号を送出するものであることを特徴とする多重化並列処理装置。
【請求項４】請求項１～３のいずれか１項に記載の多重化並列処理装置において、前記動作制御部による再起動の回数を所定の期間内計数するリセットカウンタを備え、前記動作制御部は、前記リセットカウンタが計数した計数値が所定値以上の場合、前記制御動作の開始を停止するものであることを特徴とする多重化並列処理装置。
【請求項５】請求項４記載の多重化並列処理装置において、前記動作制御部は、前記再起動の後で前記計数値を確認し、リセットカウンタが計数した計数値が所定値以上の場合、前記制御動作の開始を停止するものであることを特徴とする多重化並列処理装置。
【請求項６】請求項４記載の多重化並列処理装置において、前記動作制御部は、前記リセットカウンタが計数した計数値が所定値以上の場合、自身が異常により動作を停止することを示す信号を前記ネットワークに送出することを特徴とする多重化並列処理装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、冗長構成を有してプロセスなどの制御を行う多重化並列処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、プラントなどのプロセス制御に用いるプロセス制御装置において、高信頼性を要求される場合には制御演算を行うコントローラを複数設えた冗長構造をもつものが用いられている。このような冗長構造をもつ従来のプロセス制御装置は、主系と従系の２つのコントローラを備え、主系コントローラに異常が発生すると待機中の従系コントローラに切り替わる二重化待機冗長方式が一般的である。
【０００３】しかしながら、このような二重化待機冗長方式のプロセス制御装置は、コントローラが主系から従系に切り替わる際、主系の停止を検出後、待機していた従系が処理を開始するため、制御空白時間が生じ、プロセスの制御周期が短いプロセス制御には使用できないという問題があった。このため、稼働中のコントローラに異常が生じた場合でも制御空白時間の生じないプロセス制御装置が求められていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】これに対して、同一構成の３つ以上のコントローラを並列動作させ、これらコントローラの制御出力について多数決判定を行い、その判定結果を用いてプロセス制御を行う方式が考えられる。このような三重化並列冗長制御システムでは、他の２つとは異なる制御結果を出力した制御処理部は、異常が発生しているものとし、この制御処理部を停止させるなどシステムから切り離し、調査・調整を行うようにしている。ところが、制御処理部を構成しているトランジスタなどの素子が高度に集積された半導体装置などでは、宇宙線などによるメモリ化けを回避することができない。また、より高度な制御を行うためのプログラムは、バグを完全に除去することが現実的には不可能である。
【０００５】このようなメモリ化けやバグなどにより、所定のタイミングで一時的に他の冗長部とは異なる制御結果を出力する場合もある。このような場合、対象とする制御処理部を停止させてシステムから切り離し、調査・調整しようとしても、制御処理部には、基本的には何ら異常が発生していないため、非常に無駄な作業となる。また、この復旧作業中は、システムは２つの制御処理部で冗長動作していることになり、システムの信頼性が低下した状態となっている。このため、復旧作業は、より短時間に終了する必要があるが、対象とする制御処理部を、人為的に停止させ、原因を調査し、結果が判明するまでには、多くの時間を必要としてしまう。
【０００６】以上説明したように、従来の多重化並列冗長システムでは、無駄な復旧作業を行う場合があるという問題があった。本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、無駄な復旧作業を抑制できるようにすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の一形態における多重化並列処理装置は、所定の情報を入力して対応する制御データを出力する制御動作を並列して行うＮ個（Ｎは３以上の自然数）のネットワークを介して送出された動作停止信号を受信する受信部と、受信部が動作停止信号を受け付けるとコントローラを再起動させて制御動作を開始させる動作制御部とを備え、、例えば、動作制御部による再起動の回数を所定の期間内計数するリセットカウンタとを備え、動作制御部は、リセットカウンタが計数した計数値が所定値以上の場合、制御動作の開始を停止するものである。この多重化並列処理装置によれば、動作停止信号を受信したコントローラは、動作を停止せずに再起動して制御動作を再開する。
【０００８】上記多重化並列処理装置において、動作制御部は、例えば、再起動の後で計数値を確認し、リセットカウンタが計数した計数値が所定値以上の場合、制御動作の開始を停止すればよい。また、上記多重化並列処理装置において、動作制御部は、例えば、リセットカウンタが計数した計数値が所定値以上の場合、自身が異常により動作を停止することを示す信号をネットワークに送出するようにしてもよい。
【０００９】また、上記多重化並列処理装置は、例えば、複数のコントローラから出力された制御データを各々比較し、制御データが一致する最も多い複数のコントローラ以外のコントローラは、異常が発生している異常コントローラであると判定し、この異常コントローラに対して動作停止信号を出力するインタフェースを備えるものである。
【００１０】また、上記多重化並列処理装置において、所定のリクエストを複数のコントローラの各々に与えるとともにリクエストに対するこれらのコントローラからの応答を受信するネットワークインタフェースを備え、このネットワークインタフェースは、複数のコントローラから出力された応答を各々比較し、応答が一致する最も多い複数のコントローラ以外のコントローラは、異常が発生している異常コントローラであると判定し、この異常コントローラに対して動作停止信号を送出するものである。
【００１１】また、上記多重化並列処理装置において、複数のコントローラと接続されるとともに、通信路を介してプロセス機器と接続されるプロセス機器インタフェースを備え、このプロセス機器インタフェースは、複数のコントローラから出力された制御データを各々比較し、制御データが一致する最も多い複数のコントローラ以外のコントローラは、異常が発生している異常コントローラであると判定し、この異常コントローラに対して動作停止信号を送出するものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態における多重化並列処理装置の一例であるプロセス制御装置１００の構成例を示す構成図である。プロセス制御装置１００は、ネットワークインタフェース１１０，コントローラＡ１２０ａ，コントローラＢ１２０ｂ，コントローラＣ１２０ｃ，プロセス機器インタフェース１３０を備える。ネットワークインタフェース１１０は、ネットワーク１０３を介して監視装置１０２に接続し、プロセス機器インタフェース１３０は、Ｉ／Ｏバス１０５を介して複数のプロセス機器１０４に接続している。また、コントローラＡ１２０ａ，コントローラＢ１２０ｂ，コントローラＣ１２０ｃは、内部ネットワーク１４０により、各々が接続し、またネットワークインタフェース１１０に接続している。
【００１３】プロセス制御装置１００では、まず、ネットワークインタフェース１１０が、例えば監視装置１０２からのリクエストをネットワーク１０３を介して受け付け、受け付けたリクエストを、内部ネットワーク１４０を介してコントローラＡ１２０ａ，コントローラＢ１２０ｂ，コントローラＣ１２０ｃに与える。リクエストを与えられた各コントローラは、リクエストに対応して制御データを生成し、プロセス機器インタフェース１３０に出力する。
【００１４】各コントローラより出力された制御データを受け付けたプロセス機器インタフェース１３０は、多数決によって定まる１つの制御データを、Ｉ／Ｏバス１０５を介して対応するプロセス機器１０４に出力する。また、プロセス機器１０４からのプロセスデータは、まずＩ／Ｏバス１０５を介してプロセス機器インタフェース１３０へ送信される。このプロセスデータを受け付けたプロセス機器インタフェース１３０では、受け付けたプロセスデータを、各コントローラＡ１２０ａ，コントローラＢ１２０ｂ，コントローラＣ１２０ｃに出力する。
【００１５】プロセス機器１０４からのプロセスデータを与えられた各コントローラは、与えられたプロセスデータに対応して応答を生成し、ネットワークインタフェース１１０に出力する。各コントローラより出力された応答は、内部ネットワーク１４０を介してネットワークインタフェース１１０に受け付けられる。これら応答を受け受けたネットワークインタフェースは、多数決によって定まる１つの応答を、ネットワーク１０３を介して監視装置１０２に送出する。
【００１６】以上説明したように、プロセス機器インタフェース１３０では、コントローラＡ１２０ａ，コントローラＢ１２０ｂ，コントローラＣ１２０ｃのいずれか１つに異常が生じ、他の２つと異なる制御データや応答を出力した場合であっても、プロセス機器１０４や監視装置１０２に対して正常な制御データや応答をとぎれることなく出力することができる。
【００１７】つぎに、ネットワークインタフェース１１０について、図２を参照して詳細に説明する。ネットワークインタフェース１１０は、応答／リクエスト送受信部１１１，負荷チェック部１１２，リクエスト配信部１１３，応答受信部１１４，応答比較部１１５，および異常通知部１１６を備えている。このような構成において、まず、ネットワーク１０３を介して受け付けたリクエストは、応答／リクエスト送受信部１１１で受信され、負荷チェック部１１２に送られる。リクエストが送られた負荷チェック部１１２は、コントローラＡ１２０ａ，コントローラＢ１２０ｂ，コントローラＣ１２０ｃ各々の処理負荷を確認する。
【００１８】負荷チェック部１１２は、コントローラＡ１２０ａ，コントローラＢ１２０ｂ，コントローラＣ１２０ｃが実行している処理の数が所定数以下のとき、つぎの処理となるリクエストを受け入れることが可能な状態と判定する。実行中の処理の数は、例えば転送したリクエストなどの処理の数から応答数を差し引いて求めることができる。応答数は、後述する応答受信部１１４から得ることができる。
【００１９】以上のことにより、各コントローラの処理負荷を確認し、全てのコントローラがリクエストを受け入れることが可能な状態にあるときに、送られてきたリクエストをリクエスト配信部１１３へ転送する。一方、受け入れることができない状態のコントローラが存在している場合は、応答／リクエスト送受信部１１１に対し、送られてきたリクエストが受け入れ不可能であることを通知し、送られてきたリクエストを消去する。リクエストの受け入れ不可が通知されると、応答／リクエスト送受信部１１１は、リクエスト元へリクエスト実行不可を通知する。
【００２０】リクエストが送られたリクエスト配信部１１３は、送られてきたリクエストに処理すべきタイミングを示す処理タイミング情報を付加し、コントローラＡ１２０ａ，コントローラＢ１２０ｂ，コントローラＣ１２０ｃに同報配信する。付加する処理タイミング情報には、リクエストを実行するタイミングや、リクエストを処理した結果発生する応答を送信するタイミングが含まれている。ここで、処理タイミング情報は、一制御周期中における処理タイミングを示す３ビットのコードであり、リクエスト配信部１１３は、後述するプロセス機器インタフェース１３０が図示しないデータ線上に出力する３ビットの処理タイミング信号の現在値を参照し、リクエストを実行するタイミングとして将来生成される処理タイミング信号の値を設定する。
【００２１】つぎに、ネットワークインタフェース１１０における各コントローラより出力された応答の処理について説明する。コントローラＡ１２０ａ，コントローラＢ１２０ｂ，コントローラＣ１２０ｃから応答が送信されると、これらは応答受信部１１４で受信され、応答比較部１１５に送られる。また、応答受信部１１４は、応答を返したコントローラを負荷チェック部１１２に通知する。
【００２２】応答が送られた応答比較部１１５は、送られてきた３つの応答の内容を比較し、これら３つが全て一致する場合と、いずれか１つが異なり他の２つが一致する場合について、一致した応答のいずれか１つを応答／リクエスト送受信部１１１に送出する。このようにして送出された応答を受け取った応答／リクエスト送受信部１１１は、受け取った応答をリクエスト元に送出する。また、応答比較部１１５は、他とは異なる応答を返したコントローラについて異常通知部１１６に通知する。通知を受けた異常通知部１１６は、対象となるコントローラに対し、動作停止信号を送出する。
【００２３】なお、ネットワークインタフェース１１０は、例えば、ネットワーク１０３用のインタフェースと、内部ネットワーク１４０用のインタフェースと、処理タイミング信号入力用のデジタル入力インタフェースと、上述したネットワークインタフェース１１０の機能を実現するプログラムを格納した記憶部と、このプログラムを実行するＣＰＵと、プログラム実行のために用いられる主記憶部と、これらを接続するバスとから構成することができる。
【００２４】つぎに、プロセス機器インタフェース１３０について説明する。図３に示すように、プロセス機器インタフェース１３０は、コントローラ通信処理部１３１，データ比較部１３２，Ｉ／Ｏバス入出力処理部１３３，異常通知部１３４，処理タイミング信号生成部１５０を備えている。コントローラ通信処理部１３１は、コントローラＡ１２０ａ，コントローラＢ１２０ｂ，コントローラＣ１２０ｃよりほぼ同時に送出されたコマンドや制御データを受信し、これらをデータ比較部１３２に転送する。データ比較部１３２は、転送された３つのコマンドや制御データなどの信号を比較し、これらが３つとも一致する場合と２つが一致する場合について、一致したデータをＩ／Ｏバス入出力処理部１３３へ転送する。
【００２５】Ｉ／Ｏバス入出力処理部１３３は、転送されたデータをＩ／Ｏバス１０５を介して対応するプロセス機器１０４に送出する。また、データ比較部１３２は、他の２つとは異なるデータの送出元のコントローラについて、異常通知部１３４に通知する。異常通知部１３４では、データ比較部１３２からの通知により、コントローラ通信処理部１３１を介し、対応するコントローラに動作停止信号を送出する。
【００２６】また、Ｉ／Ｏバス入出力処理部１３３は、プロセス機器１０４からのデータをＩ／Ｏバス１０５を介して受信し、受信したデータをコントローラ通信処理部１３１へ転送する。プロセス機器１０４からのデータが転送されたコントローラ通信処理部１３１は、転送されたデータをコントローラＡ１２０ａ，コントローラＢ１２０ｂ，コントローラＣ１２０ｃに送信する。
【００２７】処理タイミング信号生成部１５０は、処理タイミング信号を生成し、ネットワークインタフェース１１０や各コントローラに送出する。この送出する処理タイミング信号は、例えば３ビットのパラレル信号であり、例えば、プロセス制御装置１００による１制御周期中に、順次３ビットの組み合わせから得られる８つの状態をとることにより、８個の処理タイミングを設けるものである。なお、処理タイミング信号は、３ビットに限られるものではなく、他のビット数を用いるようにしてもよい。
【００２８】つぎに、コントローラＡ１２０ａ，コントローラＢ１２０ｂ，コントローラＣ１２０ｃについて説明する。これらは同一構成であり、以下ではコントローラＡ１２０ａを代表して図４を用いて説明する。コントローラＡ１２０は、図４（ａ）に示すように、プログラム格納部１２１，以降に説明する設定値１２２ａと現在値１２２ｂと制御データ１２２ｃとからなるデータベースが格納される主記憶部１２２，ネットワーク制御部１２３，演算処理部１２４，Ｉ／Ｏ制御部１２５，異常処理部１２６を備え、これらがバス１２７により接続されている。
【００２９】プログラム格納部１２１には、演算処理部１２４が、起動動作や種々の制御動作などを行うための、起動プログラムや制御プログラムなどが格納されている。コントローラＡ１２０ａでは、プログラム格納部１２１に格納されている各プログラムが主記憶部１２２にロードされ、主記憶部１２２にロードされたプログラムにより演算処理部１２４が動作し、各制御動作が行われる。例えば、演算処理部１２４は、主記憶部１２２にロードされたプログラムによりリクエスト処理機能部１２４ａ，制御データ生成機能部１２４ｂ，制御処理機能部１２４ｃを実現する。
【００３０】例えば、コントローラＡ１２０ａでは、初期に監視装置１０２（図１）より送出された設定値を、ネットワーク１０３，ネットワークインタフェース１１０，内部ネットワーク１４０を介し、ネットワーク制御部１２３が受け付けると、演算処理部１２４が、リクエスト処理機能部１２４ａにより内容を解析し、主記憶部１２２の所定領域に設定値１２２ａとして格納する。一方、演算処理部１２４は、制御処理機能部１２４ｃにより、プロセス機器１０４から所定の制御値や状態値を収集し、主記憶部１２２に現在値１２２ｂとして格納する。
【００３１】また、演算処理部１２４は、制御データ生成機能部１２４ｂにより、主記憶部１２２に格納されている設定値１２２ａと現在値１２２ｂとを参照して制御データやコマンドを生成し、これを主記憶部１２２の所定箇所に現在値１２２ｂとして格納する。演算処理部１２４では、以上のことにより、主記憶部１２２に制御データ１２２ｃが格納されると、制御処理機能部１２４ｃにより格納されている制御データ１２２ｃを、対象とするプロセス機器１０４に対して送出する。制御データ１２２ｃは、Ｉ／Ｏ制御部１２５によりプロセス機器インタフェース１３０を介してプロセス機器１０４に送出される。
【００３２】また、監視装置１０２からのリクエストがネットワーク制御部１２３で受信されると、演算処理部１２４は、受け付けたリクエストに対してリクエスト処理機能部１２４ａにより応答する。例えば、プロセス機器１０４の現状の制御値の要求を受け付けた場合、演算処理部１２４ではリクエスト処理機能部１２４ａが、内容を解析し、主記憶部１２２に格納されている現在値１２２ｂの中より、対応する制御値を検索して取り出し、取り出した制御値を応答として監視装置１０２に送出する。
【００３３】加えて、本実施の形態においては、ネットワークインタフェース１１０の異常通知部１１６，または、プロセス機器インタフェース１３０の異常通知部１３４より、動作停止信号を送信された場合、異常処理部１２６が、自身を再起動させるようにした。異常処理部１２６は、例えば図４（ｂ）に示すように、動作制御部６１とウオッチドックタイマ（ＷＤＴ）６２と、タイマ初期化部６３と、リセットカウンタ６４と、カウンタ初期化部６５とを備える。
【００３４】ＷＤＴ６２は、時間を計測して所定の時間Ｔが経過したらリセット信号を出力するものであり、タイマ初期化部６３は、時間を計測し、上記時間Ｔより短い時間ｔが経過したらＷＤＴ６２の時間計測を初期化するものである。また、リセットカウンタ６４は、動作制御部６１によるコントローラＡ１２０ａのリセット動作回数をカウントするものであり、カウンタ初期化部６５は、予め設定されている期間が経過すると、リセットカウンタ６４のカウンタ値を初期化するものである。また、動作制御部６１は、通常動作時には、タイマ初期化部６３に対して動作を行わせる制御を行っている。言い換えると、タイマ初期化部６３は、動作制御部６１から出力される動作指示により、上述した動作を継続する。
【００３５】ここで、例えば、異常通知部１１６もしくは異常通知部１３４より動作停止信号が送出された場合、送出された動作停止信号を受け付けた対象となるコントローラＡ１２０ａでは、異常処理部１２６が例えば図５のフローチャートに示すように動作する。まず、動作停止信号を受信すると（ステップＳ５０１）、動作制御部６１は、タイマ初期化部６３に対する動作指示の出力を停止する。このことにより、タイマ初期化部６３は、ＷＤＴ６２の時間計測を初期化を行わなくなるので、ＷＤＴ６２は、所定の時間Ｔが経過した後でリセット信号を出力する。
【００３６】リセット信号を受けた動作制御部６１は、コントローラＡ１２０ａの動作を停止させ（ステップＳ５０２）、再起動させる（ステップＳ５０３）。コントローラＡ１２０ａが再起動すると、まず、リセットカウンタ６４が、カウンタ値を１つ増やす（ステップＳ５０４）。引き続いて、動作制御部６１が、リセットカウンタ６４のカウンタ値が、所定値以上となっているかどうかを判断する（ステップＳ５０５）。この判断で、カウンタ値が所定値を越えていないと判定した場合、動作制御部６１は、コントローラＡ１２０ａの各処理部を動作させ、制御動作を開始する（ステップＳ５０６）。
【００３７】一方、ステップＳ５０５の判断で、カウンタ値が所定値を越えていると判定した場合、動作制御部６１は、まず、例えば、異常発生および停止を示す信号を監視装置１０２に対して送出した後（ステップＳ５０７）、ネットワーク制御部１２３およびＩ／Ｏ制御部１２５の動作を停止させることなどにより、コントローラＡ１２０ａをシステムから切り離す（ステップＳ５０８）。
【００３８】この後、例えば、監視装置１０２上でコントローラＡ１２０ａの異常による停止を確認した操作者が、プロセス制御装置１００の箇所に移動し、コントローラＡ１２０ａの故障箇所の修理もしくはコントローラＡ１２０ａの交換などを行い、システムの復帰を行う。なお、この復帰動作中においても、コントローラＢ１２０ｂ，コントローラＣ１２０ｃは動作しているので、プロセス制御装置１００によるプロセス制御は継続された状態が維持される。
【００３９】従来では、メモリ化けなどによる異常判定であっても、冗長しているなかの異常とされた制御処理部をシステムから切り離し、調査・調整を行うなど、無意味な調査にかかる時間が多く、システム全体の稼働率があまり高くない状態であった。これに対し、上述した本実施の形態によれば、メモリ化けなどによる異常判定の場合、例えば自動的に再起動させるようにしたので、従来のシステムに比較し、無駄な復旧作業を抑制し、システム全体の稼働率を向上させることができる。
【００４０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、動作停止信号を受信したコントローラは、単純には動作を停止せずに再起動して制御動作を再開するようにしたので、無駄な復旧作業を抑制できるようになるという優れた効果が得られる。

【出願人】	【識別番号】５９３１７７５６１【氏名又は名称】山武産業システム株式会社【住所又は居所】神奈川県横浜市神奈川区新浦島町１丁目１番地３２
【出願日】	平成１３年１１月６日（２００１．１１．６）
【代理人】	【識別番号】１０００６４６２１【弁理士】【氏名又は名称】山川政樹
【公開番号】	特開２００３－１４０７０５（Ｐ２００３－１４０７０５Ａ）
【公開日】	平成１５年５月１６日（２００３．５．１６）
【出願番号】	特願２００１－３４０９９４（Ｐ２００１－３４０９９４）