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JPH04359322A - プロセス制御システムにおける汎用入出力冗長方式のバックアップ方法 - Google Patents

プロセス制御システムにおける汎用入出力冗長方式のバックアップ方法

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JPH04359322A
JPH04359322A JP3273611A JP27361191A JPH04359322A JP H04359322 A JPH04359322 A JP H04359322A JP 3273611 A JP3273611 A JP 3273611A JP 27361191 A JP27361191 A JP 27361191A JP H04359322 A JPH04359322 A JP H04359322A
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slave
controller
backup
slave iop
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JP3273611A
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Robert W Bristow
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Honeywell Inc
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Honeywell Inc
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Publication date
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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】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は冗長性を実現する方法に
関し、特に、スレーブプロセッサの１：１入出力冗長性
を実現する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】１９７９年１月２日にＪ．Ａ．Ｈｏｇａ
ｎに対し発行された米国特許第４，１３３，０２７号及
び１９７９年２月２０日にＹ．Ｋｅｉｌｅｓに対し発行
された米国特許第４，１４１，０６６号に記載され且つ
特許請求されているようなバックアッププロセスコント
ローラを有するプロセス制御システムは、専用ランダム
アクセスメモリ（ＲＡＭ）と、専用読取り専用メモリ（
ＲＯＭ）とを有するバックアップコントローラを含む。 バックアップコントローラは本質的にはアイドル状態で
あるか、又は何らかのバックグラウンドタスクを実行し
ていることができるが、プロセス制御機能に直接関連す
るタスクを実行しない。一次プロセスコントローラの１
つの故障が検出されたときには、故障したコントローラ
のＲＡＭに記憶されているデータをバックアップコント
ローラのＲＡＭへ転送して、一次コントローラの動作を
実行させなければならない。このようなシステムは１：
Ｎ冗長システムである。
【０００３】１９８９年１月２３日に出願され、本出願
の譲受人でもあるＨｏｎｅｗｅｌｌＩｎｃ．に譲渡され
ている米国特許出願第０７／２９９，５８９号に記載の
システムのような既存のシステムは１：１冗長システム
を構成し、この場合、二次装置（すなわち、二次又はバ
ックアップコントローラ）の更新プロセスが一次機能に
全て知らされ、ＣＰＵ又はプロセッサの性能と結びつか
ない（すなわち、それに不利に働かない）ようにすると
共に、更新に要する時間をできる限り短くするように、
二次装置のデータベースを周期的に更新する。故障状態
が起こると、一次コントローラとシステムのその他の部
分との通信を実行できない（すなわち、故障停止）時間
が現れる。さらに、一次コントローラと二次コントロー
ラはあらかじめ規定された場所にあり、この冗長機能を
実現するために利用されるソフトウェア（すなわち、冗
長ソフトウェア）は、冗長ソフトウェアの上位に位置す
る他のソフトウェア層には不明である。たとえば、プラ
ント制御ネットワークの汎用ステーションがプロセス制
御システムのプロセスコントローラのコントローラ（二
次コントローラは問い合わせ不可能であるので、一次コ
ントローラ）にある値を求めて問い合わせしようとした
場合、故障中はコントローラは応答することができず、
汎用ステーションは表示装置に疑問符を出力して、オペ
レータに指示する。
【０００４】本発明は、いかなる種類のスレーブプロセ
ッサについても、マスターノードと、一組のスレーブ型
プロセッサとしての一群のユーザー規定可能スレーブプ
ロセッサとから成るマスター−スレーブ関係で、１：１
の冗長性を実現する方法を提供し、その方法によれば、
冗長ソフトウェアの上方に位置する他の全てのソフトウ
ェア層に知らされており、また、フェイルオーバーはほ
ぼ同時であるので、故障停止が起こる期間はない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、いかなる種類のスレーブプロセッサについても、マ
スター，スレーブ関係で、１：１の冗長性を実現する方
法を提供することである。本発明の別の目的は、スレー
ブプロセッサの数または組み合わせにかかわらず、対応
することができる１：１冗長性実現方法を提供すること
である。本発明のさらに別の目的は、スレーブプロセッ
サと対応するバックアップスレーブプロセッサとの物理
的位置関係が選択自在であるような１：１冗長性実現方
法を提供することである。本発明のさらに別の目的は、
スレーブプロセッサとバックアップスレーブプロセッサ
の冗長性が冗長ソフトウェア層の上位に位置する全ての
ソフトウェア層に知らされる１：１冗長性実現方法を提
供することである。本発明の別の目的は、スレーブプロ
セッサとバックアップスレーブプロセッサとの間でフェ
イルオーバーを発生させる際に通信の故障停止が起こら
ないような１：１冗長性実現方法を提供することである
。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、スレー
ブプロセッサに関して冗長方式を実行する方法が提供さ
れる。制御システムは、プロセスを制御し且つコントロ
ーラとインタフェースする制御ネットワークを含む。マ
スターとして動作するコントローラにはスレーブ入出力
プロセッサ（ＩＯＰ）が接続しており、そのスレーブＩ
ＯＰは、アナログ入力型，アナログ出力型，デジタル入
力型及びデジタル出力型を含む所定の種類の少なくとも
１つの現場装置と通信する。コントローラには、スレー
ブＩＯＰと同一の種類のバックアップスレーブＩＯＰが
さらに接続している。スレーブＩＯＰは現場装置に動作
接続し、現場装置に対して一次ＩＯＰとして動作する。 バックアップスレーブＩＯＰによりスレーブＩＯＰに対
してバックアップを実行する方法は、バックアップスレ
ーブＩＯＰにスレーブＩＯＰと同一のデータベースをロ
ードする過程を含む。バックアップスレーブＩＯＰはコ
ントローラからスレーブＩＯＰに向かう全ての通信を傍
受する。スレーブＩＯＰに書込み指令が通信されると、
バックアップスレーブＩＯＰはバスからデータをタッピ
ングし、そのデータベースを更新することにより、バッ
クアップスレーブＩＯＰのデータベースが確実にスレー
ブＩＯＰと同一になるようにする。指令が書込み指令で
ない場合には、バックアップスレーブＩＯＰは通信を無
視する。スレーブＩＯＰ又はバックアップスレーブＩＯ
Ｐのいずれかが故障を検出すると、その故障の検出は他
方のＩＯＰへ通信される。そこで、バックアップスレー
ブＩＯＰが装置と動作接続し、スレーブＩＯＰは装置か
ら遮断されるように、ＩＯＰはフェイルオーバーする。 最後に、コントローラは、バックアップスレーブＩＯＰ
が装置に対して一次ＩＯＰとなったことを認める。スレ
ーブＩＯＰからバックアップスレーブＩＯＰへの一次Ｉ
ＯＰの切換えは制御システム内部における通信の損失を
伴わずに起こり、制御システム並びに他の全ての問い合
わせ装置に知らされている。
【０００７】本発明の前記の目的及びその他の目的は、
以下の説明及び添付の図面と関連させたときにさらに明
白になるであろう。図面中、同じ図中符号は同じ部分を
指す。また、図面は本出願の一部を形成している。
【０００８】
【実施例】本発明の方法を説明する前に、本発明を利用
できるシステム環境を理解しておくと有用であろう。図
１を参照すると、図１には、本発明を見出すことのでき
るプロセス制御システム１０のブロック線図が示されて
いる。プロセス制御システム１０はプラント制御ネット
ワーク１１を含む。そのネットワークはプロセスコント
ローラ２０に汎用制御ネットワーク（ＵＣＮ）１４から
ネットワークインタフェースモジュール（ＮＩＭ）６０
２を介して動作接続している。プロセス制御システム１
０の好ましい実施例では、追加のプロセスコントローラ
２０を対応するＵＣＮ１４と、対応するＮＩＭ６０２と
を介してプラント制御ネットワーク１１に動作接続する
ことができる。プロセスコントローラ２０は、弁、圧力
スイッチ、圧力計、熱電対などを含む多様な現場装置（
図示せず）からプロセス制御システム１０へアナログ入
力信号及びアナログ出力信号と、デジタル入力信号及び
デジタル出力信号（それぞれ、Ａ／Ｉ、Ａ／Ｏ、Ｄ／Ｉ
及びＤ／Ｏ）とをインタフェースする。
【０００９】プラント制御ネットワーク１１はプラント
操作者の操作と併せて、制御対象プロセスの総合監視を
実行し、監視機能を実行するために必要な全ての情報を
得る。そこで、このネットワークは操作者との間のイン
タフェースを含む。プラント制御ネットワーク１１は、
汎用オペレータステーション（ＵＳ）１２２と、アプリ
ケーションモジュール（ＡＭ）１２４と、ヒストリーモ
ジュール（ＨＭ）１２６と、コンピュータモジュール（
ＣＭ）１２８と、必要に応じて制御すべきプロセスの所
要の制御／監視機能を実行するためのこれらのモジュー
ルの複製（及びその他の型のモジュール（図示せず））
とを含む複数の物理モジュールを備えている。それらの
物理モジュールは、各モジュールを必要に応じて互いに
通信させる局所制御ネットワーク（Ｌ（Ｎ））１２０に
それぞれ動作接続している。ＮＩＭ６０２はＬＣＮ１２
０とＵＣＮ１４との間のインタフェースを構成する。プ
ラント制御ネットワーク１１及び物理モジュールのさら
に詳細な説明については米国特許第４，６０７，２５６
号を参照。
【００１０】次に、プロセスコントローラ２０のブロッ
ク線図を示す図２を説明する。プロセス制御システム１
０の好ましい実施例におけるプロセスコントローラ２０
はコントローラＡ３０と、コントローラＢ４０とを含み
、これらのコントローラは一次コントローラ及び二次コ
ントローラとして有効に動作する。コントローラＡ３０
と、コントローラＢ４０はＵＣＮ１４に接続しているが
、好ましい実施例では、ＵＣＮ１４は、通信の冗長性を
得るために、ＵＣＮ（Ａ）１４Ａと、ＵＣＮ（Ｂ）１４
Ｂとを含む。入出力プロセッサ（ＩＯＰ）（ここでは、
入出力（Ｉ／Ｏ）モジュールともいう）２１は、様々な
弁、圧力スイッチ、圧力計、熱電対などの現場装置にイ
ンタフェースとしている。入力と出力はアナログ入力（
Ａ／Ｉ）、アナログ出力（Ａ／Ｏ）、デジタル入力（Ｄ
／Ｉ）、デジタル出力（Ｄ／Ｏ）のいずれであっても良
い。コントローラＡ３０はバスＡ２２を介して各Ｉ／Ｏ
モジュール２１とインタフェースし、コントローラＢ４
０はバスＢ２３を介して各Ｉ／Ｏモジュール２１とイン
タフェースする。さらに、同様に通信の冗長性を得るた
めに、コントローラＡ３０はバスＢ２３にも接続し、コ
ントローラＢ４０はバスＡ２２にも接続している。
【００１１】コントローラＡ３０とコントローラＢ４０
は、ＵＣＮ１４と、コントローラ間のリンク１３と、バ
スＡ２２及びバスＢ２３という３つの媒体を介して互い
に通信することができる。好ましい実施例のバスＡとバ
スＢは直列Ｉ／Ｏリンクである。一方のコントローラ（
コントローラＡ３０又はコントローラＢ４０）は一次コ
ントローラとして動作し、他方のコントローラは二次コ
ントローラ（コントローラＡ３０の故障が万一起こった
場合には、コントローラＢが実質的に始動又は初期設定
の時間を要さずに制御機能をいつでも引き継げるという
点では、バックアップというより、予約モードの意味合
いが強い）として動作する。所定のタイミングで、一次
コントローラとして指定したコントローラは点処理を実
行し、Ｉ／Ｏモジュール２１と通信する。さらに、一次
コントローラとして動作するコントローラはプラント制
御ネットワーク１１と通信し、状態、履歴を報告すると
共に、オペレータから汎用オペレータステーション１２
２を介して入力される指令などの入力をプラント制御ネ
ットワークから受信する。また、一次コントローラによ
り維持されるデータベースはリンク１３を介して二次コ
ントローラと通信する。先に述べた通り、一方のコント
ローラは二次コントローラとして動作するのであるが、
プロセスコントローラ２０にとっては二次コントローラ
は不要であることは当業者には理解されるであろう。
【００１２】次に、図３に関して説明する。図３は、コ
ントローラ３０，４０を示すブロック線図である。ＵＣ
Ｎ１４に接続しているモデム５０は２つの入力端子を有
し、その一方はＵＣＮ１４Ａに接続し、他方はＵＣＮ１
４Ｂに接続している。モデム５０は通信装置（ＣＯＭＭ
）６０とインタフェースし、その通信装置６０は大域バ
ス７２を介して大域メモリ７０、Ｉ／Ｏインタフェース
装置８０及び制御装置９０とインタフェースする。通信
装置６０は、好ましい実施例ではトークンバスコントロ
ーラ（ＴＢＣ）、Ｍｏｔｏｒｏｌａ６８８２４型である
通信制御装置６１を含み、これは局所バス６２に接続し
ている。プロセッサＡ６３（実質的に通信機能を実行す
る）は局所バス６２と、局所メモリＡ６４とに接続し、
局所メモリＡ６４も同様に局所バス６２に接続している
。プロセッサＡ６３はモデム５０及びＴＢＣ６１を介し
てプラント制御ネットワーク１１と通信する。局所メモ
リＡ６４は、プロセッサＡ６３及びＴＢＣ６１によって
使用するためにプラント制御ネットワーク１１からダウ
ンロードされて来るパーソナリティイメージを含む情報
を記憶する。大域メモリ７０は、プロセッサＡ６３とプ
ロセッサＢ９１の双方に共通する情報を記憶すると共に
、バスＡ２２及びバスＢから受信したデータを全て記憶
する。大域メモリ７０はプロセッサＡ６３と、プロセッ
サＢ９１との間のプロセッサ間通信用ビークルとしても
作用する。制御装置９０はプロセッサＢ９１と；局所メ
モリＢ９２とを含み、それらは共に局所バス９３に接続
している。プロセッサＢ９１は、現場装置に関連する制
御機能（すなわち、制御処理）を実行する。これは、本
質的には、点処理を実行することと、局所メモリＢ９２
及び大域メモリ７０を更新することとを含む。制御装置
９０の局所バス９３にさらに結合しているトラック装置
（図示せず）は、プロセスコントローラ２０の他方のコ
ントローラ３０，４０へのリンク１３を介するデータベ
ース転送を実現するために利用される。トラック装置の
さらに詳細な説明については、下記の特許出願を参照の
こと：
【００１３】（ａ）米国特許出願第０７／２９９，８５
７号：名称「ＡＰＰＡＲＡＴＵＳＦＯＲ　　ＴＲＡＣＫ
ＩＮＧ　　ＰＲＥＤＥＴＥＲＭＩＮＥＤ　　ＤＡＴＡ　
　ＦＯＲＵＰＤＡＴＩＮＧ　　Ａ　　ＳＥＣＯＮＤＡＲ
Ｙ　　ＤＡＴＡ　　ＢＡＳＥ」，発明者Ｐ．Ｇｅｒｈａ
ｒｔ、出願日１９８９年１月２３日。 （ｂ）米国特許出願第０７／２９９，８５９号：名称「
ＭＥＴＨＯＤ　　ＦＯＲＣＯＮＴＲＯＬ　　ＤＡＴＡ　
　ＢＡＳＥ　　ＵＰＤＡＴＩＮＧ　　ＯＦ　　Ａ　　Ｒ
ＥＤＵＮＤＡＮＴ　　ＰＲＯＣＥＳＳＯＲ　　ＩＮ　　
Ａ　　ＰＲＯＣＥＳＳ　　ＣＯＮＴＲＯＬ　　ＳＹＳＴ
ＥＭ」，発明者Ｐ．ＭｃＬａｕｇｈｌｉｎ他、出願日１
９８９年１月２３日。 上記の特許出願は本出願の譲受人でもあるＨｏｎｅｙｗ
ｅｌｌ　　Ｉｎｃ．に譲渡されている。Ｉ／Ｏインタフ
ェース装置８０は送受信装置を含むが、この装置はＵＡ
ＲＴ（汎用非同期送受信器）８１である。ＵＡＲＴ８１
はドライバ８２，８３を介してバスＡ２２と、バスＢ２
３とにそれぞれ結合している。
【００１４】プロセッサＢ９１は様々な現場装置から大
域メモリ７０を介してデータを受信し、必要な点処理と
制御機能を実行し、次に、局所メモリＢ９２と、大域メ
モリ７０とを必要に応じて更新する。通信装置６０は、
制御装置９０から大域メモリ７０を介して送信される指
令に応答して、Ｉ／Ｏモジュール２１と大域メモリ７０
との間で（Ｉ／Ｏインタフェース装置８０を介して）デ
ータを入出力することにより、制御装置９０からＩ／Ｏ
モジュール管理の負担を取り除く。このようにして、装
着された規定の現場装置についてプロセスコントローラ
２０内部の制御装置９０により制御処理を実行し、通信
装置６０によりＵＡＲＴ８１を介して通信（すなわち、
Ｉ／Ｏ制御）を処理する。
【００１５】図４を参照すると、図４には、Ｉ／Ｏモジ
ュールのブロック線図が示されている。トランシーバ（
ジャバ防止回路）２０１はバスＡ２２及びバスＢ３３と
インタフェースする。トランシーバ２０１はマイクロコ
ントローラ（μ−コントローラ）２０２ともインタフェ
ースするが、このマイクロコントローラは、好ましい実
施例ではＩｎｔｅｌ８０Ｃ３１型のコントローラである
。マイクロコントローラは局所バス２０３に結合してお
り、同様に局所バス２０３に結合するＥＰＲＯＭ２０４
と、ＲＡＭ２０５とを含む。ＲＡＭ２０５は、Ｉ／Ｏモ
ジュール２１のデータベースを形成する情報を記憶して
いる。ＥＰＲＯＭ２０４は、マイクロコントローラ２０
２が利用するプログラム情報を記憶している。局所バス
２０３にさらに付随している入力バッファ２０６は、Ｉ
／Ｏリンク（バスＡ２２，バスＢ２３）からＩ／Ｏリン
クアドレス情報を受信する。出力バッファ（ＢＵＦＦＥ
ＲＯＵＴ）２０８も局所バス２０３に接続している。 特定用途回路２０９も局所バス２０３に接続しており、
局所バス２０３を介して入力バッファ２０６及び出力バ
ッファ２０８、並びにマイクロコントローラ２０２とイ
ンタフェースする。特定用途回路２０９は、Ｉ／Ｏモジ
ュールが結合すべき現場装置に応じて、Ｉ／Ｏモジュー
ルごとに異なる。現場装置がデジタル入力を要求する種
類のものであれば、特定用途回路２０９は、そのデジタ
ル入力をＩ／Ｏモジュールの他の部分とインタフェース
する規定のフォーマットに整えるための論理を含む。同
様、現場装置がアナログ入力を要求するような装置であ
る場合には、特定用途回路は、アナログ入力信号を同じ
ように規定のフォーマットと矛盾しないフォーマットに
（Ａ／Ｄ変換器を介して）変換する論理を含む。このた
め。Ｉ／Ｏモジュールを特定型Ｉ／Ｏモジュールという
。マイクロコントローラ２０２は、特定用途回路２０９
に関するＩ／Ｏ処理（又は前処理）を実行する。前処理
は型（すなわち、Ａ／Ｉ，Ａ／Ｏ等々）によってＩ／Ｏ
モジュール２１ごとに異なるが、本質的には、前処理は
、特定用途回路からの信号をコントローラ３０，４０に
適合するフォーマットに変換することと、コントローラ
３０，４０からの信号をＩ／Ｏモジュール２１に適合す
るフォーマットにすることから成る。実行される前処理
の中には、ゼロドリフト，線形化（熱電対の線形化），
ハードウェア修正，補償（利得補償及びゼロ補償），基
準接合補償，校正修正，変換，警報（限界）の検査，所
定のスケール（すなわち、工業単位，正規化単位，スケ
ール百分率など）を有する所定のフォーマットによる信
号の発生などがある。好ましい実施例では、高レベルア
ナログ入力，低レベルアナログ入力，アナログ出力，デ
ジタル入力，デジタル出力，スマート送信器インタフェ
ース及びパルス入力カウンタの７種類の特定用途回路が
設けられている。次に、図５に関して説明する。図５は
、本発明の冗長方式を実現するために利用される現場端
末アセンブリ（ＦＴＡ）２５１の機能ブロック線図であ
る。前述のように、プロセスコントローラ２０はＩ／Ｏ
リンクであるバスＡ２２及びバスＢ２３に接続するコン
トローラＡ３０と、コントローラＢ４０とを含む。バス
２２，２３にはＩ／Ｏモジュール２１（ここでは、入出
力プロセッサ（ＩＯＰ）ともいう）も接続している。本
発明の好ましい実施例の冗長方式においては、図５にＡ
Ｏ（Ａ）２１−Ａ及びＡＯ（Ｂ）２１−Ｂとして示す通
り、アナログ出力型のＩ／Ｏモジュール２１を複製して
いる。（他のＩ／Ｏモジュールも先に述べたようにバス
２２，２３に接続しているのであるが、図を簡明にする
ため、且つ本発明の冗長機能に焦点を合わすために、こ
こでは図示されていない。）各ＩＯＰは前述のようにプ
ロセッサ２０２−Ａ，２０２−Ｂを含む。 ＩＯＰ　　ＡＯ（Ａ）とＩＯＰ　　ＡＯ（Ｂ）は共に現
場端末アセンブリ（ＦＴＡ）２５１を介して弁、熱電対
などの現場装置（Ｄ）２５０に接続している。ＩＯＰ　
　ＡＯ（Ａ）２１−Ａ及びＩＯＰ　　ＡＯ（Ｂ）２１−
Ｂは、共に、同一のタスクを実行し、同一の情報（いず
れのＩＯＰにも誤りがないと仮定した場合）をＦＴＡ２
５１へ出力している。ただし、以下に説明するように、
現場装置２５０に実際に結合されるのは一方のＩＯＰの
出力のみである。
【００１６】本発明の好ましい実施例においては、一方
のＩＯＰを主ＩＯＰ又は一次ＩＯＰとして指定し、他方
をバックアップＩＯＰ又は冗長ＩＯＰとして指定する。 ここでは、ＩＯＰ　　ＡＯ（Ａ）２１−Ａが現場装置２
５０とインタフェースする主ＩＯＰであり、ＩＯＰ　　
ＡＯ（Ｂ）２１−Ｂは冗長ＩＯＰである。２つのＩＯＰ
は対応する電流源２１１−Ａ、２１１−Ｂから同一の情
報を出力している。出力情報は対応するダイオード２１
２−Ａ、２１２−Ｂを介して共通接続点２５２（カスト
マスクリューと呼ばれることもある端子）に結合する。 ＡＯ（Ａ）２１−Ａの電流源２１１−Ａとダイオード２
１２−Ａとの間の共通接続点はリレー２５３の第１の接
点２５６に結合し、ＡＯ（Ｂ）２１−Ｂの電流源２１１
−Ｂとダイオード２１２−Ｂとの間の共通接続点はリレ
ー２５３の第２の接点２５７に結合している。リレー２
５３のアーム２５８は接地点に接続しており、また、通
常は、リレー２５３の第２の接点に結合している（すな
わち、コイル２５４には電流が流れない）ので、ＡＯ（
Ｂ）２１−Ｂの第２の電流源２１１−Ｂの出力は接地点
に短絡することになる。このように、ＡＯ（Ａ）２１−
Ａからの出力情報のみを現場装置２５０に結合する。 ＡＯ（Ａ）２１−Ａが故障した場合には、ＡＯ（Ａ）２
１−Ａの出力を接地点に短絡し且つ冗長ＩＯＰ　　ＡＯ
（Ｂ）２１−Ｂの出力を直ちにカスタマスクリュー２５
２に結合し、ひいては現場装置２５０に結合するように
、リレー２５３が切り換わる。リレー２５３の切換えは
、リレー２５３のコイル２５４を動作させることにより
開始される。
【００１７】リレーコイル２５４の一方の端子はＡＯ（
Ａ）２１−Ａに接続し、リレーコイル２５４の他方の端
子はＡＯ（Ｂ）２１−Ｂに接続している。通常、リレー
は、ＩＯＰ（Ａ）が現場装置２５０と通信しており、Ｉ
ＯＰ（Ｂ）はバックアップモードにある（すなわち、Ｉ
ＯＰ（Ｂ）の出力はリレー２５３により接地点に短絡さ
れる）ように接続している（コイル２５４には電流が流
れていない）。コントローラ３０が誤りを検出すると、
コントローラＡ３０（又はコントローラが一次コントロ
ーラとして機能している場合にはコントローラＢ４０）
はリレー２５３を切換えるための指令をＩＯＰへ送信し
始める。以下に説明するようにＩＯＰ（Ａ）とＩＯＰ（
Ｂ）という２つのＩＯＰは、誤りを検出した場合、同じ
ように切換えに影響を与えることができる。リレー２５
３を切換えるために、ＩＯＰ　　Ａは正の電流を出力し
、ＩＯＰ　　Ｂは負の電流を出力し、又は正負の電流を
出力することができる。
【００１８】次に、ＩＯＰの本発明の冗長性について説
明する。図６を参照すると、図６には、１例として、コ
ントローラの冗長構成を省略し、ＩＯＰと、バックアッ
プＩＯＰとを含む図２のプロセスコントローラ２０の簡
略ブロック線図が示されている。好ましい実施例では、
ＩＯＰを４０個まで設けることができ、冗長構成又は非
冗長構成に含めることが可能なＩＯＰの型の組み合わせ
は任意である。先の説明から当業者には明白であろうが
、コントローラ３０はマスタープロセッサとして動作し
、ＩＯＰモジュール２１−Ａは一次スレーブプロセッサ
として動作し、ＩＯＰモジュール２１−Ｂはバックアッ
プ（すなわち、二次又は冗長）スレーブプロセッサとし
て動作する。
【００１９】この例に限って、プロセスコントローラ２
０が一次コントローラとして動作するコントローラ３０
と、プロセス制御システムの構成規則に従ってモジュー
ル１として構成された入出力モジュール２１−Ａ（アナ
ログ出力モジュール）とを有するものと仮定する。ＩＯ
Ｐ　　Ａ２１−Ａは常に設けられている（Ａ／Ｏ　　Ｉ
ＯＰに関する要件を想定する）が、ＩＯＰ　　Ｂ２１−
Ｂはオプションである。当初、ＩＯＰ　　Ｂは構成され
ないと仮定する。そのため、図６には、ＩＯＰ　　Ｂは
破線で示されている。便宜上、ＩＯＰ（Ａ）はファイル
アドレス３、カードアドレス８に位置しているものとす
る。システムの好ましい実施例では、キャビネットを複
数のファイル（行）と、カードスロットとに分割する。 従って、この例では、ＩＯＰ（Ａ）２１−Ａとして指示
されるＡ／Ｏ　　ＩＯＰの「プリント回路板カード」は
行３、カードスロット８に差し込まれることになる。Ｉ
ＯＰ（Ａ）には１つの論理アドレスが与えられており、
この例では論理アドレス数１を割り当てられているもの
と仮定する。コントローラ３０のデータベースは、ＢＵ
Ｓ−Ａ２２に接続するＩＯＰに関するデータ、論理アド
レス１、ファイル３、カード８のＩＯＰ（Ａ）の物理ア
ドレスを含み、当初は非冗長である。（表１の状態１を
参照。）コントローラ３０は構成された論理アドレスを
介してスレーブＩＯＰと通信する。プロセス制御システ
ム１０は、コントローラ３０及びＩＯＰ（Ａ）２１−Ａ
を含めて、プロセスコントローラ２０と共にパワーアッ
プされ且つ初期設定されて、通常通りに動作する。ＩＯ
Ｐ（Ａ）２１−ＡはＦＴＡ２５１の「Ａ」接続点に接続
する。
【００２０】
【００２１】システム１０の動作中、後の時点でバック
アップスレーブＩＯＰ２１−Ｂを追加することができる
。ＩＯＰ（Ａ）２１−Ａは通常通り動作し続け、ＩＯＰ
（Ｂ）２１−Ｂはファイル（キャビネット、行．．．）
中のいずれかの予備の場所に構成される。ＩＯＰ（Ｂ）
はＦＴＡ２５１の「Ｂ」端子に接続し、システムの構成
規則に従って、場所情報と、ＩＯＰ（Ｂ）がモジュール
１（すなわち、論理アドレス１を有するモジュール）に
対するバックアップであるという事実を含む情報を（プ
ラント制御ネットワーク１１の汎用ステーションＵＳ１
２２から）出力する。その情報はシステム１０の通常動
作中にコントローラ３０へ伝送され、コントローラのデ
ータベースは更新される（表１の状態２を参照。ＩＯＰ
（Ｂ）２１−Ｂはファイル４、カードスロット１０に位
置しているものと仮定する）。そのような情報を、オペ
レータ入力端末から手動操作で入力する方法が数多くあ
ることは当業者には明白であろうし、本発明の冗長方式
を理解する上でそれらの方法を詳細に論じる必要はない
ので、ここではその説明を省く。そこで、コントローラ
３０は本発明の方法に従ってＩＯＰ（Ｂ）２１−Ｂを同
期させるように動作する。同期は、ＩＯＰ（Ａ）２１−
ＡとＩＯＰ（Ｂ）２１−Ｂの双方に同一のデータベース
をもたせるプロセスである。コントローラ３０がＩＯＰ
（Ａ）のデータベースの情報を要求し、次にＩＯＰ（Ｂ
）２１−Ｂに伝送することにより、ＩＯＰ（Ｂ）２１−
Ｂのデータベースを同一にさせる。その後、ＩＯＰ（Ｂ
）は実行を開始させる指令を受信する。 ＩＯＰ（Ｂ）はＩＯＰ（Ａ）と同一の動作を実行し、同
一の情報をほぼ同時にＦＴＡ２５１へ出力する（ただし
、各ＩＯＰはそれ自身のクロックをオフするように動作
している）。ＩＯＰ（Ｂ）２１−Ｂが専用バックアップ
であることは認められるであろう。しかしながら、前述
のように、ＦＴＡ２５１の動作はＩＯＰ（Ａ）か、ＩＯ
Ｐ（Ｂ）の一方のみを現場装置２５０に到達させる。 ＩＯＰ（Ｂ）が同期すると、表１の状態３に示すように
、コントローラのデータベースは更新される。通常動作
中、コントローラ３０からＩＯＰ（Ａ）２１−Ａに至る
全ての転送（すなわち、書込み）はＩＯＰ（Ｂ）によっ
ても受信される。この実施例ではＩＯＰ（Ａ）とＩＯＰ
（Ｂ）は共に論理アドレス１を有し、コントローラ３０
は論理アドレスによってＩＯＰと通信するので、ＩＯＰ
（Ｂ）は通信を傍受する。このようにして、ＩＯＰ（Ｂ
）の同期を維持し、余分の通信は不要である。従って、
余分の通信時間を費やすことはなく、ソフトウェアの「
非冗長」層に対する衝撃はない。また、以上の説明から
、システム１０が通常に動作している間に冗長性が得ら
れる（すなわち、「オンザフライ」方式で冗長性を追加
する）ことがわかる。
【００２２】誤りを検出したときには、ＩＯＰ（Ａ）は
現場装置２５０とそれ以上通信せず、ほぼ直ちにＩＯＰ
（Ｂ）が通信をピックアップすることが望ましい。この
切換えをフェイルオーバーという。（故障は、内部マイ
クロプロセッサが自己試験を実行しそこなう、ウォッチ
ドッグ時間の時間切れなどにより検出できる。さらに、
一次ＩＯＰが検出しない状態を検出する際にコントロー
ラにより故障を検出することもできる。）フェイルオー
バーをシステムに、すなわち、ソフトウェアのあらゆる
非冗長層に知らせることが望ましい。制御線Ａ（ＣＯＮ
ＴＡ）２６０−ＡはＩＯＰ（Ａ）２１−Ａから切換えモ
ジュール２５９に接続し、制御線Ｂ（ＣＯＮＴＢ）２６
０−ＢはＩＯＰ（Ｂ）から切換えモジュール２５９に接
続している。切換えモジュール２５９はリレー２５３の
アーム２５８を制御する。切換えモジュール２５９は、
制御線Ａ２６０−Ａ及び制御線Ｂ２６０−Ｂの制御信号
を検出し且つそれに応答して、リレー２５３を「Ｂ」端
子に切換えさせる論理を含む。ＩＯＰ（Ｂ）はＩＯＰ（
Ａ）が故障前に実行していたのと同じことを実行してい
るので、ＩＯＰ（Ｂ）は動作し続け、「Ｂ」端子２５７
へ出力し続けているが、リレー２５３の切換え後は、Ｉ
ＯＰ（Ｂ）の出力は現場装置２５０に結合されることに
なる。コントローラ３０は、一次ＩＯＰがまだ動作状態
にあることを確認するためにＩＯＰ（Ａ）を５００ｍｓ
ごとに確実にポーリングするが、対のＩＯＰへ送信され
るべき次のメッセージについてフェイルオーバーを検出
することもできる。ＩＯＰ（Ａ）が故障し、切換え（す
なわち、フェイルオーバーが起こったこと）を検出する
と、表１の状態４に示すように、ＩＯＰ（Ｂ）が一次Ｉ
ＯＰとなったことを指示するために、コントローラのデ
ータベースは更新される。また、コントローラ３０が論
理アドレス１からデータを要求したときに、ＩＯＰ（Ｂ
）２１−Ｂが応答するように、コントローラ３０はＩＯ
Ｐ（Ｂ）に論理アドレス１（この実施例において）を与
える。システムの好ましい実施例においては、ＩＯＰ（
Ａ）とＩＯＰ（Ｂ）はコントローラ３０との通信を開始
するのではなく、情報を求める要求に応答する。最後に
、コントローラがフェイルオーバーを検出した対象であ
るメッセージを新たな一次ＩＯＰ（この場合にはＩＯＰ
（Ｂ））へ再発行するので、メッセージが失われること
はない。フェイルオーバーの間、コントローラからのメ
ッセージの所期の順序を確保するために、他の全てのメ
ッセージは順次ＦＩＦＯで待機している。
【００２３】通常動作中、コントローラ３０は他のコン
トローラ３０、プラント制御ネットワーク１１などから
の要求に基づいて読み取り要求を論理アドレス１（ＩＯ
Ｐ（Ａ）２１−Ａ）へ発行している。それらの要求はＩ
ＯＰ（Ａ）により待機状態とされており、コントローラ
３０は未解決の要求を要求順に追跡し続ける。コントロ
ーラ３０は、要求の肯定応答を受信しないときには（好
ましい実施例では、再試行を試みる）、コントローラの
データベースから、バックアップが存在し且つ同期が成
立している（表１の状態３）と判定する。読み取り要求
は物理アドレスを使用してＩＯＰ（Ａ）に対し実行され
るが、先程から説明している状況ではＩＯＰ（Ａ）は故
障しているので、ＩＯＰ（Ａ）は応答しない。そこで、
ＩＯＰ（Ｂ）に対して物理アドレスを使用して読取り要
求を実行すると、ＩＯＰ（Ｂ）は肯定応答し、要求に応
答する。コントローラ３０は、ＩＯＰ（Ｂ）から、ＩＯ
Ｐ（Ｂ）が（制御線Ｂ２６０−Ｂから切換えモジュール
２５９へ送信され且つ受信された情報の結果として）フ
ェイルオーバーは完了したという情報を受信すると共に
、ＩＯＰ（Ｂ）が同期していることを検証する。次に、
コントローラ３０はＩＯＰ（Ｂ）に論理アドレス１を与
える、すなわち、ＩＯＰ（Ｂ）を一次ＩＯＰとして認め
（この実施例において）、コントローラのデータベース
を更新する（表１の状態４）。冗長情報は、状態４では
構成データとなっていることから依然としてＹ（有）を
示している。動的データはＩＯＰ（Ｂ）が一次ＩＯＰで
あることを示し、同期情報（バックアップＩＯＰ、この
場合にはＩＯＰ（Ａ）に関連する）は「無」を示す。Ｉ
ＯＰ（Ａ）が待ち状態として、また処理されていない読
取り要求はコントローラ３０に知らされている。そこで
、コントローラ３０は、ＩＯＰ（Ａ）の故障を検出した
時点から待機していたそれらの読取り要求をＩＯＰ（Ｂ
）へ送信し始める。従って、応答を得られない通信（シ
ステム１０の他のサブシステムからの要求）はない。
【００２４】システム１０の好ましい実施例では、上述
のプロセスは約５０ｍｓと非常に短い時間のうちに終了
するので、制御に影響を及ぼすことはない。好ましい実
施例によれば、制御ソフトウェアは読取り要求及び書込
み要求を２５０ｍｓおきに発行するのが普通である。先
に説明したプロセスはソフトウェアの「冗長層」である
。フェイルオーバー又は冗長性があるために、制御（す
なわち、「コントローラソフトウェアの非冗長部分」）
の相違は全く起こらない。従って、冗長ソフトウェアは
システム１０に対して透明（ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ）
である。さらに、Ａ／Ｏ型のＩＯＰのみを説明したが、
以上説明した方法においていかなる種類のＩＯＰでも利
用できることは当業者には明白であろう。また、説明し
たのは単一のスレーブＩＯＰと、対応する１つのＩＯＰ
のみであったが、ＦＴＡ２５１のリレー２５３に１つの
コイル２５４（すなわち、切換えモジュール２５９）で
動作する複数組の接点２５６，２５７を設け、それによ
り、各スレーブＩＯＰを複数の現場装置２５０と通信さ
せて、それら複数の装置にバックアップ能力を与えるこ
とが可能であるのも当業者には認められるであろう。
【００２５】本発明の好ましい実施例と考えられるもの
を示したが、本発明の本質的な趣旨から逸脱せずに数多
くの変更や変更を実施できることは明白であろう。従っ
て、本発明の真の範囲に含まれるそのような変更や変形
を全て包含しているのは特許請求の範囲であるものとす
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を利用することができるプロセス制御シ
ステムのブロック線図。
【図２】本発明を利用することができる、Ｉ／Ｏモジュ
ール（ＩＯＰ）を含むプロセスコントローラのブロック
線図。
【図３】図２のプロセスコントローラに含まれるコント
ローラのブロック線図。
【図４】図２のプロセスコントローラに含まれるＩ／Ｏ
モジュールのブロック線図。
【図５】本発明の冗長方式を示すブロック線図。
【図６】図２のプロセスコントローラの簡略ブロック線
図。
【符号の説明】
１０　　プロセス制御システム １１　　プラント制御ネットワーク １３　　リンク １４　　汎用制御ネットワーク ２０　　プロセスコントローラ ２１　　Ｉ／Ｏモジュール ２２　　バスＡ ２３　　バスＢ ３０　　コントローラＡ ４０　　コントローラＢ ５０　　モデム ６０　　通信装置 ７０　　大域メモリ ７２　　大域バス ８０　　Ｉ／Ｏインタフェース装置 ９０　　制御装置 ２０１　　トランシーバ（ジャバ防止回路）２０２　　
マイクロコントローラ ２０３　　局所バス ２０４　　ＥＰＲＯＭ ２０５　　ＲＡＭ ２０６　　入力バッファ ２０８　　出力バッファ ２０９　　特定用途回路 ２５０　　現場装置 ２５１　　現場端末アセンブリ ２５３　　リレー

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　プロセスを制御する制御ネットワーク
    を有し、前記制御ネットワークはコントローラとインタ
    フェースし、コントローラは、アナログ入力型，アナロ
    グ出力型，デジタル入力型及びデジタル出力型を含めた
    所定の種類の少なくとも１つの現場装置と通信するため
    のスレーブ入出力プロセッサ（ＩＯＰ）に接続され、前
    記コントローラには、スレーブＩＯＰと同一の種類のバ
    ックアップスレーブＩＯＰがさらに接続しており、スレ
    ーブＩＯＰは前記現場装置に動作接続し、前記現場装置
    に対し一次ＩＯＰとして動作するような制御システムに
    あって、バックアップスレーブＩＯＰによりスレーブＩ
    ＯＰに対してバックアップを実行する方法において、ａ
    ）バックアップスレーブＩＯＰにスレーブＩＯＰと同一
    のデータベースをロードする過程と；ｂ）ｉ　）スレー
    ブＩＯＰに書込み指令が通信されたときは、バックアッ
    プスレーブＩＯＰによりバックアップスレーブＩＯＰの
    データベースを更新し、ｉｉ）それ以外の場合には、ス
    レーブＩＯＰへの通信を無視するように、コントローラ
    からスレーブＩＯＰに向かう全ての通信を対応するバッ
    クアップスレーブＩＯＰにより傍受する過程と； ｃ）前記スレーブＩＯＰ又は前記バックアップスレーブ
    ＩＯＰのいずれかが故障を検出したとき、前記故障の検
    出を他方のＩＯＰに通信する過程と； ｄ）前記バックアップスレーブＩＯＰが前記現場装置に
    動作接続し且つ前記スレーブＩＯＰは現場装置から遮断
    されるように、前記ＩＯＰによりフェイルオーバーする
    過程と； ｅ）バックアップスレーブＩＯＰが現場装置に対する一
    次ＩＯＰとして動作するようになったことをコントロー
    ラにより承認し、一次ＩＯＰからバックアップスレーブ
    ＩＯＰへの切換えが制御システム内部における通信の損
    失を伴わずに起こる過程とを有することを特徴とする冗
    長方式のバックアップ方法。
  2. 【請求項２】　　プロセスを制御する制御ネットワーク
    を有し、前記制御ネットワークは少なくとも１つのコン
    トローラとインタフェースし、各コントローラは、アナ
    ログ入力型，アナログ出力型，デジタル入力型及びデジ
    タル出力型を含めた所定の種類の少なくとも１つの現場
    装置と通信する少なくとも１つのスレーブ入出力プロセ
    ッサ（ＩＯＰ）に接続され、前記コントローラには、ス
    レーブＩＯＰと同一の種類の少なくとも１つのバックア
    ップスレーブＩＯＰがさらに接続しており、バックアッ
    プスレーブＩＯＰは所定の１つのスレーブＩＯＰの専用
    であり、スレーブＩＯＰは一次ＩＯＰとして動作するよ
    うな制御システムにあって、バックアップスレーブＩＯ
    ＰによりスレーブＩＯＰに対してバックアップを実行す
    る方法において、 ａ）各バックアップスレーブＩＯＰに対応するスレーブ
    ＩＯＰと同一のデータベースをロードする過程と；ｂ）
    ｉ　）スレーブＩＯＰに書込み指令が通信されたときは
    、対応するバックアップスレーブＩＯＰにより対応する
    バックアップスレーブＩＯＰのデータベースを更新し、 ｉｉ）それ以外の場合には、スレーブＩＯＰへの通信を
    無視するように、コントローラからスレーブＩＯＰに向
    かう全ての通信を対応するバックアップスレーブＩＯＰ
    により傍受する過程と； ｃ）前記スレーブＩＯＰ又は前記対応するバックアップ
    スレーブＩＯＰのいずれかが故障を検出したとき、前記
    故障の検出を他方のＩＯＰに通信する過程と；ｄ）前記
    対応するバックアップスレーブＩＯＰが前記装置に動作
    接続し且つ前記スレーブＩＯＰは装置から遮断されるよ
    うに、前記ＩＯＰによりフェイルオーバーする過程と； ｅ）対応するバックアップスレーブＩＯＰが装置に対す
    る一次ＩＯＰとして動作するようになったことをコント
    ローラにより承認し、一次ＩＯＰから対応するバックア
    ップスレーブＩＯＰへの切換えが制御システムへの通信
    の損失を伴わずに起こる過程とを有することを特徴とす
    る冗長方式のバックアップ方法。
  3. 【請求項３】　　それぞれが所定の１つの種類である第
    １の所定の数のスレーブＩＯＰがコントローラに動作接
    続し、バックアップを有することを望むスレーブＩＯＰ
    がそれぞれ同一の種類の対応するバックアップスレーブ
    ＩＯＰを有するように、第２の所定の数のバックアップ
    スレーブＩＯＰも前記コントローラに動作接続している
    請求項２記載のスレーブＩＯＰに対してバックアップを
    実行する方法。
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