JPH06348524A - 多重化制御装置 - Google Patents

多重化制御装置

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JPH06348524A
JPH06348524A JP5138434A JP13843493A JPH06348524A JP H06348524 A JPH06348524 A JP H06348524A JP 5138434 A JP5138434 A JP 5138434A JP 13843493 A JP13843493 A JP 13843493A JP H06348524 A JPH06348524 A JP H06348524A
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control device
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JP5138434A
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English (en)
Inventor
Masao Watanabe
昌夫 渡辺
Nobuhisa Kobayashi
延久 小林
Keisuke Totsugi
圭介 戸次
Hideyuki Hosaka
秀行 保坂
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 故障系を検出して確実に切離し、また、制御
を停止することなく切離した系の再立上げを行うことに
より高い安全性を有する多重化制御装置を提供する。 【構成】 多重化制御装置は同一の1、2、3と、制御
対象4と、各計算制御装置を結合する制御データ変換用
通信線で構成される三重系である。計算制御装置1の内
部は以下のように構成されている。10は計算制御装置
1の演算の中心となる制御装置、11は制御装置10の
制御状態を検出する診断装置、12は制御出力データの
出力装置、13は制御入力データの入力装置、14は制
御出力切換装置、15は制御装置10の同期割込み制御
装置、16制御データ交換のための通信装置であり、計
算制御装置1の個別な番号を設定する個別番号識別装置
17と、周波数信号の変化を作り出すためのスイッチ1
8とが従来の多重化制御装置に新たに設けられた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、制御システムの信頼
性、安全性を高めるため制御装置を多重化した多重化制
御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、制御装置の信頼性を高めるため
に、多重化が行われる。例えば、複数の制御用算機を同
期させ、計算機のアドレスバス、データバスを常時照合
し、多数決を行うことによって、制御状態の正当性を検
証する。三重系の場合は、1台の計算機が故障しても、
残り2台の計算機が故障なくバス上での照合が一致して
いれば、データの正当性が検証できたものとしている。
【0003】また、特開平4−307633号公報で
は、複数の計算機をデータ伝送線で結合し、互いに他の
計算機へ制御状態診断データを送信し、他の計算機から
受信した制御状態診断データと自計算機の制御状態診断
データとを多数決論理により比較照合し、多数決の診断
データと一致してなければ自計算機の制御状態診断デー
タは誤っていると判断することにより故障した異常な計
算機を判別している。異常と判別された計算機が主系で
ある場合にその制御出力は、他の計算機が代わって制御
出力を出力する主系となる。しかし、異常な計算機は制
御出力が切り離されているが、他の正常な計算機と制御
状態診断データを交換する機能は残っている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記特開平4−307
633号公報に開示されている多重化制御装置では3台
の計算機を用い3台のうちの1台が主系として制御出力
を出力し制御対象を制御している。3台の計算機間で制
御状態診断データを交換し、その多数決によって正しい
制御状態診断データを定め、正しい制御診断データによ
りそれぞれの計算機の正常/異常を診断している。
【0005】ここで3台の計算機のうちの1台に異常が
発生したとする。3台の計算機の多数決により異常が発
生した計算機を検出し、その異常な計算機が主系である
場合には主系からはずし、2台の正常な計算機のうちの
一台を制御出力を出力する主系として選択し制御を担当
させる。しかし、上記のように制御状態を診断する機能
は残っており、異常な計算機を多重化系から完全に切離
していない状態で、更に他の計算機に異常が発生する
と、2台の異常な計算機と1台の正常な計算機との多数
決で正常な計算機を異常と判定して排除し、2台の異常
な計算機のうちの1台を主系として選択し制御を担当す
るようになる。こうして多数決により計算機の制御状態
を監視する三重系に2重故障が発生すると、異常な計算
機が制御するという安全にとって最悪の事態になる。
【0006】また、故障とみなして切離した計算機を立
上げる際に、正常な系の制御を停止させなければ装置と
して復帰できない。
【0007】このように、計算機の多数決による故障系
の検出と主系の選択制御だけでは、高度な安全性を必要
とするシステムには使用することができない。従って、
高安全な多重化制御装置を実現するために、多重系の2
重故障が発生する前に故障系を検出して多数決による診
断系から切離し、また、制御を停止することなく切離し
た系の再立上げを行う技術が望まれている。
【0008】本発明の目的は、上記の問題点に鑑み、多
重化制御装置において故障系を検出して多数決による診
断系から切離し、また、制御を停止することなく切離し
た系の再立上げを行うことにより高い安全性を有する多
重化制御装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的は、複数の制御
装置のうちの1つにより制御対象を制御する多重制御系
と、前記複数の制御装置のうちの異常な制御装置を系間
診断データの多数決論理により識別し、前記制御対象へ
の制御出力を切替える異常制御装置識別手段をそれぞれ
の制御装置に有する多重化制御装置において、該異常制
御装置識別手段が異常な制御装置を識別した時に、正常
な制御装置の系間同期信号の発生論理を変えて前記異常
な制御装置を前記多数決論理による系間診断系から切り
離す分離手段をそれぞれの制御装置に設けたことにより
達成される。
【0010】上記目的は、3つの制御装置のうちの1つ
により制御対象を制御する多重制御系と、前記3つの制
御装置のうちの異常な制御装置を系間診断データの多数
決論理により識別し、前記制御対象への制御出力を切替
える異常制御装置識別手段をそれぞれの制御装置に有す
る多重化制御装置において、該異常制御装置識別手段が
異常な制御装置を識別した時に、正常な制御装置の系間
同期信号の発生論理を変えて前記異常な制御装置を前記
多数決論理による系間診断系から切り離す分離手段をそ
れぞれの制御装置に設けたことにより達成される。
【0011】上記目的は、異常が検出された制御装置の
修復後の再立上げ時に、再立上げを検出し正常な制御装
置と出力信号の周波数同期をとる手段をそれぞれの制御
装置に設けたことにより達成される。
【0012】
【作用】上記構成によれば、複数の制御装置間の診断デ
ータ交換を行って多数決が不成立の時、何れかの制御装
置に異常が発生したのであるから多数決論理により異常
な制御装置を識別し、正常な制御装置同士が共同してそ
の系間同期信号の発生論理を変えて異常な制御装置と同
期を取らないようにして異常な制御装置を切離す。この
ように制御出力系に加えて診断系も切離すことにより、
異常な制御装置は多重系から完全に切離される。
【0013】また、故障系の再立上げについては、複数
の制御装置間の診断データ交換により後から立上ってき
た系があることを検知し、後から立上ってきた系と正常
系ともに周波数信号の同期をとることで多重制御系に組
み入れる。
【0014】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図によって説明す
る。
【0015】図1は、本発明の実施例の三重系制御装置
の全体構成を示すブロック図である。 先ず、本実施例
の構成を説明する。
【0016】本図において、1、2、3はそれぞれ単一
の計算制御装置、4は計算制御装置1、2、3によって
制御される制御対象、5は計算制御装置1、2、3間を
互いに結合しデータ交換を行う通信回線、6は計算制御
装置1、2、3間の装置系間の同期割込み制御を行う同
期割込み制御線、7は計算制御装置1、2、3と制御対
象4とを結合する制御入出力線、8は計算制御装置1、
2、3のうちの一つを制御出力を行うための主装置とし
て選択制御するための系構成制御線である。
【0017】計算制御装置1、2、3は全て同一な構成
であり、通信回線5、割込み制御線6、制御入出力線
7、系構成制御線8によって結合されるが、装置間はい
ずれも直流的に絶縁されている。即ち、通信回線5は、
国際標準技術規格IE3802.3等に準拠するもので
あり、同軸ケーブルを伝送媒体とし、装置と伝送媒体の
間は、図示せざるトランスにより結合されている。
【0018】また、制御入出力線7は、国際標準技術規
格EIARS485に準拠しているが、制御入出力伝送
用電源と装置内部電源とを別系統として電気的に分離
し、計算制御装置本体と制御入出力線7とは電気的に切
離されているため、装置間は絶縁されることになる。
【0019】さらに、割込み制御線6、系構成制御線8
は電流駆動方式をとり、図示せざるフォトカップラによ
り装置間は電気的に絶縁されている。
【0020】各計算制御装置1、2、3の内部は以下の
ように構成されている。
【0021】10、20、30は計算制御装置の演算の
中心となる制御装置、11、21、31は制御装置1
0、20、30の制御状態を検出する診断装置、12、
22、32は制御出力データの出力装置、13、23、
33は制御入力データの入力装置、14、24、34は
制御出力切換装置、15、25、35は制御装置10、
20、30の同期割込み制御装置、16、26、36は
制御装置間の制御データ交換のための通信装置である。
17、27、37は各計算制御装置の個別な番号を設定
する個別番号識別装置であり、18、28、38は各計
算制御装置において周波数信号の変化を作り出すための
スイッチで従来の三重系制御装置に新たに設けられた装
置である。以下の説明では、三重系の計算制御装置1、
2、3をそれぞれ1系、2系、3系と呼ぶこととする。
【0022】次に、本実施例の動作を説明する。
【0023】図1における三重化制御装置の動作を、1
系の動作を中心に説明する。
【0024】計算制御装置1、2、3は、そのうちの何
れかが制御対象4を制御する主系となり、主系は周期的
に交代する。以後、制御出力を行なう計算制御装置を主
系、それ以外の制御装置を従系と呼ぶ。
【0025】制御装置10の制御サイクルの開始タイミ
ングは、装置間の系間同期割込みによるものとする。制
御装置10の制御クロックは、それぞれ独立したもので
ある。各装置は命令の実行レベルで同期せず、処理レベ
ルで同期し動作する。各装置は、互いに同期をとるため
の信号を交換し、この信号が2つ以上入ることにより同
期割込みを発生する。この装置間の系間同期割込みは、
同期割込み制御装置15によって行われる。制御装置1
0は、同期割込み制御装置15により発生した系間同期
割込みをトリガとして同期し、制御サイクルを開始す
る。
【0026】制御サイクル内で、制御装置10は装置間
の制御データの交換を通信装置16によって行なう。
【0027】図2は本発明の実施例の制御サイクルの構
成を示す説明図である。
【0028】本図に示すように、一つの制御サイクル
は、制御フェーズと診断フェーズの2つのフェーズによ
り構成される。制御フェーズとは、制御装置10が制御
対象4に対する制御のための演算を行なうフェーズであ
り、診断フェーズとは、三つの系の制御装置の制御状態
を診断するフェーズである。診断フェーズでは、制御装
置10の自己相互診断とソフトウエアで実現される装置
間データ多数決処理の診断が行なわれる。多数決処理の
診断とは、各制御装置間で交換するデータの特定箇所に
故意に全ての制御装置で不一致となるデータを作り出
し、そのデータを交換し、交換データの不一致を検出す
る能力を確認することである。制御サイクルにて多数決
が成立すれば周波数状態を遷移、また、診断サイクルに
おいて多数決が不成立であれば周波数信号を遷移させ
る。
【0029】制御装置10と制御対象4とは、次のよう
に接続されている。
【0030】制御装置10と制御入出力線7とは、制御
データの入出力装置13により常に接続している。従っ
て、制御装置10は、制御入出力線7上のデータ状態を
常に取込むことができる。一方、制御データの出力装置
12はそれぞれの制御出力切換装置14を介して、制御
出力線7に接続している。
【0031】診断装置11は、制御装置10の制御状態
を基に多数決により、制御出力を行なう装置を唯一に決
定し、対応する制御出力の切換装置14を制御し、制御
出力装置12を制御入出力線7と接続する。
【0032】制御フェーズでは、系間同期割込みによる
同期化処理後、各制御装置が、制御対象より同時に同一
の制御状態データを入力する。制御状態データの入力
は、その時点で主系となっている計算制御装置が、制御
対象4に対し制御状態データの出力要求を出力し、これ
に対する制御状態データの返送を各計算制御装置より取
り込む形式で行なう。
【0033】次に、各計算制御装置に取り込まれた入力
データは、その正当性を確認するため通信装置16を介
し、制御装置間で交換され多数決処理により一致化され
る。制御対象4に対する制御処理は、一致化された入力
データのもとで実行され、さらにその制御出力データを
制御装置間で交換し、多数決処理により制御出力データ
として確定する。
【0034】本実施例では、制御装置間の制御入出力デ
ータを通信装置16によって交換し、ソフトウエアによ
リ交換したデータの多数決処理を行なう。装置間で交換
したデータの2つ以上が一致するとき、多数決成立とす
る。この処理をハードウエアでなくソフトウエアで実施
するものである。従って、ソフトウエアで行われる多数
決処理が正常に実施されないと三重系として多重化する
ことの意味がなくなる。
【0035】診断フェーズでは、制御装置が同期して3
つの系で多数決が必ず不成立となる多数決診断データを
交換しあい、異常データの検出能力を確認する。
【0036】各制御装置の制御状態が正常であるとき、
制御フェーズと診断フェーズとで、制御装置診断信号と
して多数決処理に対応する周波数信号を出力する。即
ち、各制御装置は、制御フェーズでは多数決成立に対応
する信号〈fn、i(制御i系選択)〉を出力する。即
ち各制御装置は、制御フェーズでは多数決成立に対応す
る信号〈fn、i(制御i系選択)〉、診断フェーズで
は多数決不成立に対応する信号〈ft、i(診断i系選
択)〉を出力する。
【0037】また、制御装置診断信号としては、多数決
処理の診断結果だけでなく各制御装置が自らの装置をも
含め、どの装置を主系として選択しているかの情報も加
えられる。この信号は、互いに他の計算制御装置の診断
装置11、21、31へ入力される。
【0038】図3は本発明の実施例の制御サイクル内の
制御装置診断信号の変化を示す説明図である。
【0039】制御装置診断信号は、制御装置10と診断
装置11の接続信号線数を少なくすることと、診断装置
11の内部回路構成をフェールセイフ論理とするため、
周波数信号とした。これにより制御装置診断信号は、制
御フェーズ、診断フェーズにて、多数決処理が、所定の
動作をしたこと、及び主系としてどの計算制御装置を選
択したかに対応して周波数変調されたものとした。
【0040】また、多数決処理の診断に異常を検出した
場合、その異常検出装置が、修復、再立上げされない限
り三重系に参加できないよう故障保持回路を有してい
る。ここで三重系の構成制御立上げと故障保持について
説明する。
【0041】図4は本発明の実施例の診断回路の構成を
示すブロック図である。
【0042】図5は図4に示す診断回路内を流れる信号
のタイミングチャートである。
【0043】図4の1系の診断回路11において、系正
常遅延信号43は診断回路11における故障状態保持の
機能をもつ信号である。この系正常遅延信号43が周波
数論理レベルで“0”となると、この診断回路11は機
能を停止する。三重系の構成制御の立上げには、初期化
信号(A1、B1、C1)の周波数論理多数決により、同
期イニシャル信号41を周波数論理レベル“1”とす
る。これにより、系正常信号42及び系正常遅延信号4
3を周波数論理レベル“1”とする。三重系の制御装置
の実制御にあたり、制御装置10よりの診断周波数信号
が、制御サイクルの制御フェーズ、診断フェーズに対応
した周波数に切り換わると、系正常信号42は一時オフ
となる。しかし、周波数論理によるオフディレイによ
り、系正常遅延信号43が残っている間に、制御信号
(An、Bn、Cn)の周波数多数決が成立すれば、系
正常信号42が復活し、系正常遅延信号43は連続して
出力されることになる。さらに、各制御装置が同期して
診断フェーズに移れば、系正常信号42は出力され続け
ることとなる。
【0044】図5に示すように制御信号(An、Bn、
Cn)又は診断信号(At、Bt、Ct)の周波数論理
多数決が成立せず、系正常遅延信号43のオフディレイ
時間以上経過すると系正常遅延信号43が周波数論理レ
ベル“0”となるため、この診断回路11を有する計算
制御装置は、再立上げされるため三重系に復帰できな
い。
【0045】多数決処理は、主系選択及び入出力データ
について行われる。この処理続行が不一致となった系は
故障とみなす。故障とみなされた系は、再立上げを行わ
なければ、制御に参加できないように多数決処理に対応
した周波数信号をずらして切離す。多数決不成立な計算
制御装置のみを切離す方法として、各計算制御装置の個
別番号を設定する識別装置と数式とを用いる。
【0046】次に三重系のうちの故障系の識別と切離し
について具体的に説明する。
【0047】そのために計算制御装置の個別な番号を設
定する個別番号識別装置17と、制御装置10において
周波数信号の変化を作り出すためのスイッチ18とによ
る設定値を数式1(診断信号の決定式)に入力して演算
し、その結果により識別と切離しを行う。
【0048】数式1 gi(S1i,S2i)={(S1i+1)×10+S2i}m
od(i+2) 図6は本発明の実施例のスイッチの正面図である。
【0049】本図に示すスイッチ18は制御装置10に
2種類の周波数信号を入力するため2つのロータリイス
イッチのSw1、Sw2で構成され、それぞれのロータ
リイスイッチSw1、Sw2は例えば10種の周波数信
号を作り出すので10接点を有する。
【0050】表1は各系に入力する周波数信号の個別番
号の設定値を示す表である。予め表1に示すような個別
番号識別装置17の設定値に依存するスイッチ18のロ
ータリイスイッチSw1、Sw2の設定値に操作してお
く。即ち、1系であればロータリイスイッチSw1、S
w2共に1を設定値とし、2系であればロータリイスイ
ッチSw1、Sw2共に6を設定値とし、3系であれば
ロータリイスイッチSw1が7、Sw2が5をそれぞれ
設定値とする。
【0051】
【表1】
【0052】1系の場合、故障系の識別と切離しは下記
のステップで行う。
【0053】ステップ1 ロータリイスイッチSw1の設定値(1)に対応する周
波数信号を数式1のS1iに代入し、ロータリイスイッチ
Sw2の設定値(1)に対応する周波数信号を数式1の
2iに代入し、最後の項のiに個別番号識別装置17の
設定値を代入する。この操作によりgi(S1i、S2i)
が演算される。この演算は1系を含む全系について行
う。
【0054】ステップ2 全系とも正常であれば演算結果のgi(S1i、S2i)は
同一結果となり、正常な系は1、異常な系は0の演算結
果を得るものとする。
【0055】表2は数式1による演算結果を示し、1系
の演算結果が0となり1系が異常な系と判定され停止系
となる。このステップ2で故障系の識別が完了する。
【0056】
【表2】
【0057】図7は本発明の実施例の演算結果による制
御装置診断信号の出力パターンを示す。
【0058】本図は1系、2系、3系それぞれの制御装
置診断信号で横軸は時間を表し、縦軸は周波数がf1
2と変化する状態を示す。
【0059】ステップ3 1の演算結果を出力した系、即ち正常な2系、3系は図
7に示す如くf2の時間を引き延ばすように制御装置診
断信号の出力パタンを変えて出力する。本実施例ではf
2の時間を引き延ばしたがf2の周波数を例えばf3に変
えても良い。
【0060】ステップ4 系間診断回路11において正常な2系、3系が出力する
た出力パタンを変えた制御装置診断信号と、自系の出力
パタンを変えない制御装置診断信号と、系正常遅延信号
との3つの信号のANDが図7の点線で示す時期に成立
せず、図4に示す制御フェーズ信号、診断フェーズ信号
が出力出来なくなり、これにより異常な1系は、同期が
はずれ多数決処理による診断系に参加出来なくなり、三
重系より完全に切り離される。
【0061】次に切離した異常な1系を修復後に三重系
へ復帰させる例を説明する。
【0062】図8は本発明の実施例の切離した1系の立
上げシーケンスである。
【0063】図4、図8により2系、3系が制御中に1
系を再立上げする場合を説する。修復後の1系は立上っ
てくるとデータ交換を行う通信回線を介して正常系とデ
ータ交換を行うとともに、初期化信号fiを出力する。
正常な2系、3系はデータ交換により1系が立上ってき
たことを検知し、初期化信号fiを出力する。出力され
た初期化信号fiは、系間診断回路11により他系も初
期化信号fiを出力していれば同期イニシャル信号41
となる。この信号により周波数同期を行ない、装置全体
として制御を停止させずに後から立上ってきた系と同期
を取り3重系に復帰させる。
【0064】
【発明の効果】本発明によれば、多重系を構成する1つ
の系に異常が発生した場合、入出力処理結果の多数決不
一致により異常系を識別し、正常系の系間同期信号の発
生論理を変えて異常系とは同期を取らないようにして多
重系から完全に切離すことにより、2重故障を防止して
高安全な多重化制御装置を提供することができる。
【0065】また、異常系の再立上げについては、複数
の制御装置間のデータ交換により後から立上ってきた系
があることを検知し、後から立上ってきた系と正常系と
の周波数信号の同期をとることで多重化制御装置を停止
すること無く多重系に復帰させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の三重系制御装置の全体構成を
示すブロック図である。
【図2】本発明の実施例の制御サイクルの構成を示す説
明図である。
【図3】本発明の実施例の制御サイクル内の制御装置診
断信号の変化を示す説明図である。
【図4】本発明の実施例の診断回路の構成を示すブロッ
ク図である。
【図5】図4に示す診断回路内を流れる信号のタイミン
グチャートである。
【図6】本発明の実施例のスイッチの正面図である。
【図7】本発明の実施例の演算結果による制御装置診断
信号の出力パターンを示す。
【図8】本発明の実施例の切離した1系の立上げシーケ
ンスである。
【符号の説明】
1 計算機制御装置 2 計算機制御装置 3 計算機制御装置 4 制御対象 5 通信回線 6 同期割込制御線 7 制御入出力線 8 系構成制御線 10 制御装置 11 診断装置 12 出力装置 13 入力装置 14 制御出力切換装置 15 同期割込み制御装置 16 通信装置 17 個別番号識別装置 18 スイッチ 20 制御装置 21 診断装置 22 出力装置 23 入力装置 24 制御出力切換装置 25 同期割込み制御装置 26 通信装置 27 個別番号識別装置 28 スイッチ 30 制御装置 31 診断装置 32 出力装置 33 入力装置 34 制御出力切換装置 35 同期割込み制御装置 36 通信装置 37 個別番号識別装置 38 スイッチ Sw1 ロータリイスイッチ Sw2 ロータリイスイッチ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 保坂 秀行 茨城県勝田市市毛1070番地 株式会社日立 製作所水戸工場内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の制御装置のうちの1つにより制御
    対象を制御する多重制御系と、前記複数の制御装置のう
    ちの異常な制御装置を系間診断データの多数決論理によ
    り識別し、前記制御対象への制御出力を切替える異常制
    御装置識別手段をそれぞれの制御装置に有する多重化制
    御装置において、該異常制御装置識別手段が異常な制御
    装置を識別した時に、正常な制御装置の系間同期信号の
    発生論理を変えて前記異常な制御装置を前記多数決論理
    による系間診断系から切り離す分離手段をそれぞれの制
    御装置に設けたことを特徴とする多重化制御装置。
  2. 【請求項2】 3つの制御装置のうちの1つにより制御
    対象を制御する多重制御系と、前記3つの制御装置のう
    ちの異常な制御装置を系間診断データの多数決論理によ
    り識別し、前記制御対象への制御出力を切替える異常制
    御装置識別手段をそれぞれの制御装置に有する多重化制
    御装置において、該異常制御装置識別手段が異常な制御
    装置を識別した時に、正常な制御装置の系間同期信号の
    発生論理を変えて前記異常な制御装置を前記多数決論理
    による系間診断系から切り離す分離手段をそれぞれの制
    御装置に設けたことを特徴とする多重化制御装置。
  3. 【請求項3】 異常が検出された制御装置の修復後の再
    立上げ時に、再立上げを検出し正常な制御装置と出力信
    号の周波数同期をとる手段をそれぞれの制御装置に設け
    たことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の多
    重化制御装置。
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