JPS5936784B2 - Process control computer system - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は複数台の計算機によつてプロセス制御を行なう
プロセス制御計算機システムに係り、特に計算機の故障
時のバックアップに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a process control computer system that performs process control using a plurality of computers, and particularly to backup in the event of a computer failure.

近時、プロセス制御計算機システムではシステムの要求
する機能が階層化するとともに必然的に計算機は多機構
成となる。一方システムのコストを低減するために機能
の小さい標準化された所謂ミニコンピュータの導入も図
られている。したがつて最近のプロセス制御計算機シス
テムでは多機システムによる構成が多くこのためにシス
テム稼動率の低下を招＜原因となつている。たとえぱｎ
台の計算機で制御されるシステムにおいて、それぞれの
計算機の稼動率をａｌ、ａ２・・・ａｎとするとそれぞ
れの計算機が機能ダウンする率は（１−ａ、）、（１−
ａ、）、・・・（１−ａｎ）となる。In recent years, in process control computer systems, the functions required by the system have become hierarchical, and the computers have inevitably become multi-machine configurations. On the other hand, in order to reduce system costs, attempts are being made to introduce standardized minicomputers with small functions. Therefore, many of the recent process control computer systems are configured with multi-machine systems, which causes a decrease in the system operating rate. analogy
In a system controlled by three computers, if the operating rates of each computer are al, a2...an, the rate at which each computer's functionality goes down is (1-a,), (1-
a, ), ... (1-an).

このようなシステムにおいて全ての計算機が正常に動作
しているときのみシステムとして正常に稼動していると
見做し得るとすれば、システムの稼動率Ａｎは次の１）
式で示される。Ａｎ＝１−（（１−ａ、）＋（】−ａ２
）＋・・・＋（１−ａｎ）） ・・・・・・１）ここで
全ての計算機の稼動率が等しい、すなわちａｌ■ ａ２
＝・・・ ＝ａｎ＝ａとすれば次の２）式が与えられる
。If such a system can be considered to be operating normally only when all computers are operating normally, then the operating rate An of the system is as follows 1)
It is shown by the formula. An=1-((1-a,)+(]-a2
)+...+(1-an))......1) Here, the operating rates of all computers are equal, that is, al■ a2
=... If =an=a, the following equation 2) is given.

Ａｎ■１−ｎ（１−ａ）・・・・・・ ２）一方稼動率
をの計算機からなる単機システムの稼動率Ｂは次の３）
式で与えられる。An ■ 1-n (1-a)... 2) On the other hand, the operating rate B of a single machine system consisting of a calculator for the operating rate is as follows 3)
It is given by Eq.

Ｂ ■１−（１−ｂ）＝を・・・・・・ ３）したがつ
て２）式に示される多機システムの稼動率Ａｎは３）式
に示される単機システムの稼動率Ｂに比して著るしく低
下する。B ■1-(1-b)=... 3) Therefore, the operation rate An of the multi-machine system shown in equation 2) is compared to the operation rate B of the single-machine system shown in equation 3). and decreases significantly.

ところでこの種のシステムにおける機能ダウンはプロセ
ス操業に直接影響するために、制御用計算機システムを
構成する場合は、システムの稼動率の低下を少なくする
ために種々の研究がなされてきた。Incidentally, since a functional downtime in this type of system directly affects process operation, various studies have been conducted to reduce the decrease in system operating rate when configuring a control computer system.

その中心は機能ダウンを起した計算機を他の計算機で代
替してバックアップする所謂バツ・ クアツプシステム
である。たとえば、各計算機を２重化して同一機能を照
合しながら並列に実行する並列照合システム（Ｄｕａｌ
ｓｙｓｔｅｍ）、故障計算機の機能を他のバックアップ
用計算機で肩がわりする待期切換システム（Ｄｕｐｌｅ
ｘｓｙｓｔｅｍ）、、さらには他のプロセス制御用計算
機の機能を縮小して故障計算機の機能の一部を負担して
実行させる相互バックアップシステム等が考えられてい
る。プロセス制御計算機のバツクアツプ方式としては並
列照合システムが最も望ましいが、経済性および実施技
術上の制約から普及するには至らず、般的なシステムで
は任意切換システムを採用している。しかしながら従来
のバツクアツプ技術はあくまで仮処置を行なうものであ
つて、短時間、システムの機能を低下させた状態で操業
することができるようにしたものである。また計算機故
障時の切換操作も手動操作で行なつているためにシステ
ムの復旧に長時間を要していた。一方近年マイタロプロ
セツサの開発、普及の傾向が著るしく、プロセス制御計
算機を多数設置して機能を分散化する多機システムが多
用されている。このため、特にこの種の多機システムに
おいては特定の計算機の機能ダウンの発生時にバツクア
ツプによる機能の再配置によつてバツタアツプ以前と全
く同一状態でシステム操作を継続できることが望まれて
いる。本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので複数
台の計算機を用いたプロセス制御計算機システムにおい
て、故障した計算機の機能をバツクアツプ用の計算機が
自動的かつ直ちに肩がわりし、システム全体の機能を低
下することなく操業を継続することができ、しかもバツ
クアツプのためのコストのシステム全体に対する増加も
わずかなプロセス制御計算機システムを提供することを
目的とするものである。The core of this is the so-called back-up system, which replaces and backs up computers that have malfunctioned with other computers. For example, a parallel matching system (Dual
system), and a standby switching system (Duple
xsystem), and furthermore, mutual backup systems are being considered in which the functions of other process control computers are reduced and a part of the functions of a failed computer is carried out and executed. Although a parallel collation system is the most desirable backup method for process control computers, it has not become widespread due to economical and technical limitations, and general systems employ an arbitrary switching system. However, the conventional backup technology is only a temporary measure, and allows the system to operate with reduced functionality for a short period of time. Furthermore, switching operations in the event of a computer failure were performed manually, which required a long time to restore the system. On the other hand, in recent years there has been a remarkable trend in the development and spread of mital processors, and multi-machine systems in which a large number of process control computers are installed to decentralize functions are often used. For this reason, especially in this type of multi-machine system, it is desired to be able to continue operating the system in exactly the same state as before the backup by relocating the functions by backing up when the functionality of a particular computer occurs. The present invention has been made in view of the above circumstances, and in a process control computer system using multiple computers, a backup computer automatically and immediately takes over the functions of a failed computer, thereby improving the functions of the entire system. It is an object of the present invention to provide a process control computer system that can continue operation without deterioration and that increases backup costs only a small amount to the entire system.

以下本発明の一実施例を第１図に示すプロツク図を参照
して詳細に説明する。図中ＣＯＭＰ−１，Ｃ０ＭＰ−２
，Ｃ０ＭＰ−３・・・は第１、第２、第３・・・のプロ
セス制御用の計算器で、これらの計算器ＣＯＭＰ−１，
Ｃ０ＭＰ−２，Ｃ０ＭＰ−３・・・によつて所定のプロ
セスＰを制御する。一方ＣＯＭＰ−Ｂはバツクアツプ用
の計算器で定常状態では各プロセス制御用の計算器ＣＯ
ＭＰ−１，Ｃ０ＭＰ−２，Ｃ０ＭＰ−３・・・の稼動状
況、たとえばコアパリテイ、ストール、電源異常等を監
視する。そしてＳＭは補助メモリで各プロセス制御用の
計算器ＣＯＭＰ−１，Ｃ０ＭＰ−２，Ｃ０ＭＰ−３・・
・の主メモリの内容から特にバツクアツプ動作の立土り
時に必要な操業状態イメージを記憶する。上記バツクア
ツプ用の計算機ＣＯＭＰ−Ｂは各プ＼ロセス制御用の計
算器ＣＯＭＰ−１，Ｃ０ＭＰ−２，Ｃ０ＭＰ−３・・・
の稼動状況を監視中にそのいずれかに故障の発生を認め
るとその計算機のプロセスＰに対する入・出力をバツク
アツプ用の計算機ＣＯＭＰ−Ｂ側へ切換える。Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the block diagram shown in FIG. COMP-1, C0MP-2 in the figure
, C0MP-3... are first, second, third... process control calculators, and these calculators COMP-1,
A predetermined process P is controlled by C0MP-2, C0MP-3, . On the other hand, COMP-B is a backup calculator, and in steady state, each process control calculator CO
The operational status of MP-1, C0MP-2, C0MP-3, etc., such as core parity, stall, power abnormality, etc., is monitored. SM is an auxiliary memory and is a computer for controlling each process COMP-1, C0MP-2, C0MP-3...
- From the contents of the main memory, an image of the operating state necessary especially when starting a backup operation is stored. The backup computer COMP-B is the computer for controlling each process COMP-1, C0MP-2, C0MP-3...
If a failure is detected in any of them while monitoring the operating status of the computers, the input/output to the process P of that computer is switched to the backup computer COMP-B.

またバツクアツプ用の計算機ＣＯＭＰ−Ｂは補助メモリ
ＳＭから故障計算機の機能イメージをローデイングし、
その後システム立上げに必要な操業イメージをローデイ
ングしてバツクアツプ動作のシステムの立上げを行なう
。上記の機能イメージは各計算機の機能に対応したソフ
トウエアイメージであつて、予め補助メモリＳＭに記憶
されるものである。また上記操業イメージは各プロセス
制御用の計算機ＣＯＭＰ−１，Ｃ０ＭＰ−２，Ｃ０ＭＰ
−３・・・の主メモリの内容であつて、操業状態によつ
て刻々と変化するイメージのうち、システムの早期立上
げに不可欠のものであり、たとえば機械系の初期情報、
プロセスへの設定情報等である。したがつて鉄調圧延プ
ロセスの場合、上記操業状態イメージとしては圧延機の
ロール径値、制御状態のフイードバツクに使用されるセ
ルシン位置検出器の零調値、圧延機に対する初期設定値
等が該当する。なお上記操業イメージの保存方法として
はイメージ内容に変化の生じたタイミング毎に補助メモ
リＳＭにとり込んで保存する方法が構成も簡単で信頼性
も高い。しかしながらこのような方法は保存すべきイメ
ージ量が多く、かつ内容変化の頻繁なシステムでは計算
機の負荷率を高め好ましくない。したがつてこのような
システムでは計算機の故障時にオフラインプログラムを
走行させ、このプログラムによつて操業イメージを保存
するようにしてもよい。第２図は上述の動作を説明する
流れ図で、全てのプロセス制御用の計算器ＣＯＭＰ−１
，Ｃ０ＭＰ−２，Ｃ０ＭＰ−３・・・が正常に動作して
いる状態ではプロセス制御機能の実行にともなつて所定
のタイミング毎に操業状態イメージを補助メモリへ保存
する。In addition, the backup computer COMP-B loads the functional image of the failed computer from the auxiliary memory SM.
After that, the operational image necessary for system start-up is loaded and the system for backup operation is started. The above functional images are software images corresponding to the functions of each computer, and are stored in advance in the auxiliary memory SM. In addition, the above operation image is for each process control computer COMP-1, C0MP-2, C0MP.
The contents of the main memory of -3..., which are essential for early startup of the system among the images that change moment by moment depending on the operating status, such as initial information of the mechanical system, etc.
This is setting information for the process, etc. Therefore, in the case of iron-finished rolling process, the above-mentioned operational status image includes the roll diameter value of the rolling mill, the zero adjustment value of the celsin position detector used for control status feedback, the initial setting value for the rolling mill, etc. . Note that as a method of storing the operation image, a method of importing and storing the image into the auxiliary memory SM every time a change occurs in the image content is simple in structure and highly reliable. However, such a method is undesirable in a system where the amount of images to be stored is large and the content frequently changes, since it increases the load factor on the computer. Therefore, in such a system, an offline program may be run in the event of a computer failure, and the operational image may be saved using this program. FIG. 2 is a flowchart explaining the above-mentioned operation, in which all process control calculators COMP-1
, C0MP-2, C0MP-3, . . . are operating normally, an image of the operating state is stored in the auxiliary memory at every predetermined timing as the process control function is executed.

一方バツクアツプ用の計算機ＣＯＭＰ−Ｂは上記制御用
の計算機ＣＯＭＰ−１，Ｃ０ＭＰ−２，Ｃ０ＭＰ−３・
・・の稼動状態を監視する。ここでＮ番目の制御用の計
算機ＣＯＭＰ−Ｎが故障してその機能ダウンを生じたと
すると、それをバツクアツプ用の計算機ＣＯＭＰ−Ｂの
監視機能によつて検出し、以後監視機能等のバツクアツ
プ用の計算機ＣＯＭＰ一Ｂの機能を中止する。そして故
障した制御用の計算機ＣＯＭＰ−Ｎに対応するプロセス
Ｐの入出力をプロセス入出力装置がプロセス入出力バス
切換装置に指令することによつて、バツクアツプ用の計
算機ＣＯＭＰ−Ｂへ切換える。そして上記制御用の計算
機ＣＯＭＰ−Ｎの機能イメージをバツクアツプ用の計算
機ＣＯＭＰ−Ｂヘローデイングするためにオフラインの
ローデイング機能を実行する。そしてバツクアツプ用の
計算機ＣＯＭＰ−Ｂの機能イメージのローデイングが完
了するとバツクアツプ用の計算機ＣＯＭＰ−Ｂは制御用
の計算機ＣＯＭＰ−Ｎの機能下で走行を開始し、補助メ
モリＳＭからバツクアツプの立上げに必要な操業状態イ
メージのローデイングを行なう。そしてバツクアツプ用
の計算機ＣＯＭＰ−Ｂによつて故障した制御用の計算機
ＣＯＭＰ−Ｎの機能下でプロセス制御が実行される。な
お第１図から明らかなようにプロセス制御用の計算機Ｃ
ＯＭＰ−１，Ｃ０ＭＰ−２・・・を構成する台数に関係
なくバツクアツプ用の計算機ＣＯＭＰ−Ｂは１台だけ設
ければよい。On the other hand, the backup computer COMP-B is the control computer COMP-1, C0MP-2, C0MP-3,
Monitor the operating status of... If the Nth control computer COMP-N malfunctions and its functionality goes down, this will be detected by the monitoring function of the backup computer COMP-B, and the The functions of computer COMP-B are canceled. The process input/output device instructs the process input/output bus switching device to switch the input/output of the process P corresponding to the failed control computer COMP-N to the backup computer COMP-B. Then, an off-line loading function is executed to load the functional image of the control computer COMP-N to the backup computer COMP-B. Then, when the loading of the functional image of the backup computer COMP-B is completed, the backup computer COMP-B starts running under the function of the control computer COMP-N, and from the auxiliary memory SM it is necessary to start up the backup. Loading the operating state image. Then, process control is executed by the backup computer COMP-B under the function of the failed control computer COMP-N. As is clear from Fig. 1, the process control computer C
It is sufficient to provide only one backup computer COMP-B regardless of the number of computers constituting OMP-1, COMP-2, . . . .

すなわち制御用の計算機ＣＯＭＰ−１，Ｃ０ＭＰ−２・
・・ＣＯＭＰ−Ｎ，ｎ台を有するシステムにおいて、そ
のうちの１台が機能ダウンとなつてもバツクアツプによ
つてシステムの稼動が可能であればシステム全体の稼動
率Ａ（ｎ−１）／ｎは次の４）式で与えられる。ただし
Ａｌ，ａ２・・・ＡＯは個々の計算機の稼動率である。
ここで各計算機の稼動率がａに等しいとすれば次の５）
式が得られる。In other words, the control computers COMP-1, C0MP-2.
...In a system with COMP-N, n units, if the system can be operated by backing up even if one of them becomes malfunctioning, the operating rate of the entire system is A(n-1)/n. It is given by the following equation 4). However, Al, a2...AO are the operating rates of individual computers.
Here, if the operating rate of each computer is equal to a, then the following 5)
The formula is obtained.

議▲〜４易−／′尋鼻？４６〜−／ ところで一般的な計算機における稼動率ａは０．９９５
程度でありしたがつて上記５）式が単機システムの稼動
率よりも低下するのは上記計算機の設置数ｎが１００以
上である。Discussion ▲～4easy－／′Banana? 46～-/ By the way, the operating rate a in a general computer is 0.995
Therefore, the operating rate of the above equation 5) is lower than the operating rate of a single machine system when the number n of the computers installed is 100 or more.

したがつて上記計算機の設置数ｎが数台乃至十数台程度
の一般的なシステムであれば十分に満足できる稼動率を
保障することができる。また、上記計算機の設置数ｎが
大なる程バツクアツプ用の計算機ＣＯＭＰ−Ｂのコスト
のシステム全体のコストに対する割合が低くなり経済的
である。なお本発明は上記実施例に示されるように単一
レベルの機能のシステムに限定するものではなく、たと
えば第３図に示すように機能が階層化したシステムにも
適用することができる。Therefore, in a general system where the number n of computers installed is about several to ten or more, a sufficiently satisfactory operating rate can be guaranteed. Furthermore, the larger the number n of computers installed, the lower the ratio of the cost of the backup computer COMP-B to the cost of the entire system, which is more economical. Note that the present invention is not limited to a system with a single level of functions as shown in the above embodiment, but can also be applied to a system with hierarchical functions as shown in FIG. 3, for example.

すなわち各制御用の計算機ＣＯＭＰ−１，Ｃ０ＭＰ−２
，Ｃ０ＭＰ−３・・・は通信回線によつて上位計算機Ｃ
ＯＭＰ−Ｍを介して補助メモリＳＭに接続すればよい。
以上詳述したように本発明は、多機構成のプロセス制御
システムにおいて、各制御用の計算機のバツクアツプ動
作時に必要とするメモリ内容を補助メモリに保存し、バ
ツクアツプ用の計算機で上記制御用の計算機の稼動状態
を監視して故障発生時に対応するメモリ内容をバツクア
ツプ用の計算機へ復元してその機能を代行するようにし
たものである。That is, each control computer COMP-1, C0MP-2
, C0MP-3... are connected to the host computer C via the communication line.
It is sufficient to connect to the auxiliary memory SM via OMP-M.
As described in detail above, in a process control system having a multi-machine configuration, the present invention stores the memory contents required during the backup operation of each control computer in an auxiliary memory, and uses the backup computer to back up the control computer. The system monitors the operating status of the computer and, in the event of a failure, restores the corresponding memory contents to the backup computer and takes over that function.

したがつて計算機の故障発生時にもシステム全体の機能
を低下することなく操業を継続することができシステム
の稼動率を向上できしかもコストの増加もわずかなプロ
セス制御計算機システムを提供することができる。Therefore, it is possible to provide a process control computer system that can continue operation without degrading the functions of the entire system even in the event of a computer failure, improves the operating rate of the system, and causes only a slight increase in cost.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は本発明の一実施例を示すプロツク図、第２図は
上記実施例の動作を説明する流れ図、第３図は本発明の
他の実施例を示すプロツク図である。 ＣＯＭＰ−１，Ｃ０ＭＰ−２・・・制御用の計算機、Ｃ
ＯＭＰ−Ｂ・・・バツクアツプ用の計算機、ＳＭ・・・
補助メモｉ八Ｐ・・・プロセス。FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a flow chart explaining the operation of the above embodiment, and FIG. 3 is a block diagram showing another embodiment of the present invention. COMP-1, C0MP-2... Control computer, C
OMP-B... Backup calculator, SM...
Auxiliary memo i8P...process.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] １ 複数のプロセス制御用の計算機によつてプロセス制
御を行なう多機構成のプロセス制御システムにおいて、
各プロセス制御用の計算機の主メモリの内容を保存する
補助メモリと、上記プロセス制御用の計算機の稼動状況
を監視し故障発生時に故障計算機のメモリの内容を上記
補助メモリから復元して故障計算機の機能を代行するバ
ックアップ用の計算機とを具備することを特徴とするプ
ロセス制御計算機システム。1. In a multi-device process control system that performs process control using multiple process control computers,
An auxiliary memory that stores the contents of the main memory of each process control computer, and an auxiliary memory that monitors the operating status of the process control computers and restores the memory contents of the failed computer from the auxiliary memory when a failure occurs. A process control computer system characterized by comprising a backup computer that performs functions on behalf of the user.