JPS6020202A - 多重系制御システムのデ−タ管理方式 - Google Patents

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、制御対象の状態量を複数の制御装置に並行し
て入力して処理し、制御対象を制御する多重系によるプ
ロセス制御システムのデータ管理方式に関する。

〔発明の背景〕

従来の高信頼度を目的としたプロセス制御用の多重系シ
ステムは、三系列以上の処理装置を有している場合でめ
っても基本的な考え方は二重系、即ちンユアルシステム
又はデユープレックスシステムの場付と同様であ９、二
早列の処理装置に対するバックアップ系が準備されてい
るにすぎない。

このため、三重系以上のシステムを有していても、処理
をしてい名２つの装置間に相違が生じた場合には、いず
れが正しいかを判断することが困一であり、信頼性を損
う杜かりでなく、回復時間が長く入る欠点がある。

〔発明の目的〕

本発明は、前記従来技術の欠点を解消するためになされ
たもので、信頼性の高い多重系制御システムにおけるデ
ータ管理方式を提供することを目的とする。

〔発明の概要Ｊ 本発明は、ｆ１１．ｗ！Ｌの制御装置を情報伝送路を介
して相互に連結し、一制御装置が演算した演算結果を情
報伝送路を介して相互に他の制御装置に入力し、各制御
装置において多数決論理に基づき演算結果を相互診断し
、相互診断の結果正しいと判定し角制御出力をもって制
御対象を制１１ＴＩＬ、各制．：９装置間の演算結果に
不一致が生じた場合においても正しい制御出力を得るこ
とができるように構成したものである。

〔発明の実施例〕

第１図は、本発明に係る多重系制御システムのデータ管
理方式の実施例の基本構成図である。

第１図において、第１コストローラ１ｏと第２コントロ
ーラ１２と第３コントローラ１４とがそれぞれ第１通信
回線１６、第２通信回線１８、第３通信回線２０により
相互に連結されている。そして、第１コントローラ１０
、第２．コントローラｌ２、第３コントローラ１４０制
御出力２２。

２４、２６がそれぞれ多数決判定回路２Ｂに入力でき今
ようになっており、多数決判定回路２８が選定した制御
出力３０が制御対象３２を制御するようになっている。

制御対象３２の状態１であるプロセスデータ（＃速値）
３４，３６．３８は、それぞれ個別の図示しないセンサ
を介して独立のラインにより第１コントローラ１０、第
２コントローラ１２、第３コントローラ１４に入力され
る。

また、指令情報４０も三重化され、独立した伝送路によ
り各コントローラ１０，１２．１４に入力される。これ
ら第１コントローラｔｏＸｇｚコントローラｌ２、第３
コントローラ１４は、それぞれ独立した電源を有してお
シ、各コントローラに入力される帰還値と指令値とを基
にして、雫独の制御系として作，動するようになってい
る。

第２図は、第１コントローラ１０の処理概要を示してお
シ、第２コントローラ１２、第３コントローラ１４も同
様の処理を行なう。第２図において、自己のコントロー
ラ、即ち第１コントローラ１０に対するプロセスデータ
３４や指令情報４０は、プロセスデータ入力処理部４２
において工学値変換やフィルタ処理、リミトチェツク等
が行なわれ、制御演算部４４において演算処理され、演
算結果４６が相互診断部４８に入力される。また、相互
診断部４８には、第．２コントローラ１２０演算結果５
０が第１通信回線１６、他系データ受信部５２を介して
入力され、第３コントローラ１４の演算結果５４が第３
通信回線２０、他系データー受信部５６を介して入力さ
れる。４ｉ４互診断部４８は、入力された演算結果４６
，５０．５４から詳細【後述する多数決判定論理に基づ
き相互診断を行ない、今回の相互診断結果５８を診断結
果の報告と最適制御量の選択部６０に入力するととも、
に、各演算結果４６．５０．５４を診断結果の報告と最
適制御基の選択部６０に入力する。この診断結果の報告
と最適制御量の選択部６０は、今回の相互診断結果５８
１に受けて第１コントローラｌＯ独自の判断に基づき、
表１に示す相互診断アルゴリズムＫＪｔつて第１コント
ロトラ１０に対する診断結果６２、Ｉｓ２コントローラ
１２に対する診断結果６４、第３コントローラ１４に対
する診断結果６６、をめ、最適制御指令値６８とともに
制御出力２２として多数決判定回路２８に送る。

（玖Ｔ＃的 表　１ 表１は、３台のコントローラ１０．１２．１４がそれぞ
れ２台のコントローラの相互診ｍｌ用データを組にして
行う相互チェックの結果を示すものである。表１中に示
した○はデータが゛相互に一致したことを示し、×が不
一致であったことを示す。

こ仁に、相互チェックとは、ディジタルデータの１場合
にはビットのＯＮ、ＯＦＦ状況が一致しているか否かの
チェックを示し、アナログデータの場合には２データが
所定の偏差内におるか否かのチェックを示す。

なお、本方式では、ケースＡ８の判定不能の場合を除く
と、明らかに特定のコントローラが不一致であると判定
できるのは、ケースＡ４，６．７の場合で、これを不一
致のケースとして採用する。

そして、ケースＡ２，３．５は、アナログデータの場合
に生じ得るが、具体的にどちらのデータの信憑性が低い
かを判定するアルゴリズムが複雑となり、複雑の剛に効
果が薄いことと、ディジタルデータの場合にはあシ得な
いため、ケー′スＡ１と同様に全て正常とみなす。

第３図は、谷コントローラ１０．１２．１４がそれぞれ
実行する主要処理の概要を示す図である。

第３図において、各コントローラに入力されたプロセス
データは、プロセスデータ入力処理部４２においてプロ
セスデータ入力処理１００がなされた後、制御演算部４
４において制御演算処理１１０がなされる。演算結果は
他コントローラとの情報父換１２０ｔｌ−行なった後、
相互診断部４８に入力され、相互診断部４８においてデ
ィジタルデータ相互診断１３０、アナログデータ相互診
断１４０が行なわれる。その後、谷コントローラ舎よ、
演算結果に基づき、診断結果の報告と最適制御基の選択
部６０において異盾コントローラ判定処理１５０を行な
い、自己が制御＆４１担当か否かの判断１６０の結果に
基づき、自己が制御中であるときは制御基におけるコピ
ー処理１７０１行ない、自己が待機中であるときは待機
系におけるコ（ニー処理１８０を行なった後最終処理１
９０３行なう。

第４図は、ディジタルデータ相互診断の処理内容を示し
たものである。まず、ブロック１３１において第１コン
トローラ１０と第２コントローラ１２との演算結果＋（
ｐ　＊　ｓ　ｏに基づき、ディジタルデータのＯＮ、Ｏ
ＦＦのチェックを行なう。そして、全ディジタルデータ
の内一点でも不一致が発生したときは、ブロック１３２
に分岐し、表２に示したカウンタテーブルの第１語目の
第１＝第２間ディジタルデータネ一致カウンタエリアの
カウンタを１加算し、今回のサンプル周期のデイジタル
データに不一致があったこと全記録する。

表　２ この加真値は、上限が設けられておシ、例えば加算値が
ｎになったときに、後述するように不一致の原因となる
演算結果を出力しているコントローラが異常と見なされ
、カウントアツプが中止される。一方、ブロック１３１
におけるディジタルデータのＯＮ、ＯＦＦチェックの結
果が今ディジタルデータにおいて一致しているときは、
ブロック１３３に分岐し、表２の第１語口のカウンタを
０クリアしブロック１３４に進む。以下同様に第２コン
トロー、ｙ１２と第１コントローラ１４！：のディジタ
ルデータのＯＮ、ＯＦＦチェックと第１コントローラ１
０と第３コントローラ１４とのディジタルデータのＯＮ
、ＯＦＦチェックが行なわれ、不一致があったときは表
２に示した第２語口。

第３語目のカウンタを１加算する。

アナログデータの相互診断１４０は、ディジタルデータ
相互診断１３０と同機ドして行なわれる。

ただし、アナログデータ相互診断１４０においては、ビ
ットデータのＯＮ、ＯＦＦチェックの代シに２つのデー
タ間における偏差が許容範囲内にあるか否かをもって判
定する。そして、２つのデー、り間における偏差が許容
範囲以上であると自活、表２に示した第４Ｍ目から第６
語口までのカウンタエリアのカウンタを１加算し、許容
範囲内であるときＬこれらのカウンタをＯクリアする。

なお、表２に示した第７語口から第９語口の内容につい
ては第８図の説明において詳述する。

Ｑメ下余白ノ 表　３ 表３−ｉｊ：、表２に示したカウンタテーブルの第１語
口から第６語口までのカウンタ細評による異常コントロ
ーラの判定例を示したもので、第２コントローラ１２が
異常であると見なされた場合を例示している。即ち、サ
ンプル周期がＮ＋１のときに第２コントローラ１２が異
常となったため、表２の第１語口と第２語口のカウンタ
に１が入れられる。しかＬ７、この不一致が外乱等によ
る一次的なものである場合もあるため、不一致ｉＥＱ回
連続する間は第２コントロー９１２ｆ：異常であると判
定しない。従って、最初に不一致を検出したサンプル周
期Ｎ＋１回目からサンプル周期Ｎ＋ｆｌ−１回目までの
期間において連続不一致であっても、コントローラ内に
おいては不一致である状況認知゛　をするが、外部、即
ち多数決列置回路２８に対して紘正常でシると報告する
。そして、引続き不一致が発生し、ザンプル周期Ｎ＋ｎ
回目においても不一致となった４！：ｌ！に、初めて第
２コントローラ１２が異常であると補足する。　“ 夢５図は、表１および表３のアルゴリズムに基づいて異
常コントローラ判定処理１５０を行なう処理内容を示し
たものである。まず、ブロック１５１において表２の第
１語口から第３語口までのカウンタチェックを行ない、
カウンタの値が１となっているか否かｔＰＡべ、物足の
コントローラ　゛が異常であるか、全て正常か、あるい
は判定不能かを決定する。そして、例えは表３に示した
如く表２の第１＃ｒ４目と第２語口のカウンタがｎを示
゛しているときは、表１のアルゴリズムに従い、ブロッ
ク１５２において第２コントローラ１２を異常と判定し
、その旨を多数決判定回路２８に対する報告内容とする
。一方、表２の第１回目から第３回目までのカウンタの
数値がｎとなっていたときには、表１に示したアルゴリ
ズムに従い判定不能と決定し、自己のコントローラのみ
正常と判定して多数決判定回路２８に報告する。そして
、ディジタルデータに対して全てのコントローラが正常
であるときは、引続きブロック１５４において−アナロ
グデータの相互診断結果をめ、同様の処理を行なう。ア
ナログデータに対してコントローラが正常でろるときは
、コントローラは全て正常と判定し、多数決判定口ｗ１
２８に報告する。

第６図は、第３図に示した制御系におけるｑビー処理１
７０の処理内容を示したものであり、−制御担当コント
ローラにおける相互診断処理後の補正処理である。また
、第７図は、第３図の待機系におけるコピー処理１８０
の内容を示したものであフ、待機中制御コントローラに
おける相互診断処理後の補正処理を示したものである。

第５図に従い異常コントローラ判定処理１５０を行なっ
た後、各コントローラは自己が制御担当コントローラで
あるか待機中制御コントローラであるかを判断する。制
御担当コントリーラの出力゛は、プロセスに直接反映さ
れるため、自己のデータが１回でも不一致と見なされた
場合には、データを補正して出力すべきである。しかし
、異常検出アルゴリズムは、表３に示した如くｎ回連続
して不一致の状態をもって異常と見なすようになってお
υ、１からｎ−１までの間は、外部に対して正常である
と報告するようになっている。そこで、例えは第２コン
トローラ１２を制御担当コントローラとすると、第２コ
ントローラ１２は、ブロック１７１において表２に示し
３ｍ１語目小口第６回目までのカウンタをｈ度チェック
する。そして、サンプル周期がＮのときは表３に示す如
くデータに不一致が発生していないため、自己のデータ
をそのまま制御対象に出力し、制御対象を制御する。

しかし、サンプル周期がＮ＋１からＮ　十ｎ−１の状態
においては、自己のデータが不一致発生（換言すると多
数決で負けた）であると見なし、ブロック１７２におい
て自己の出力データの部分のみを、他の待機中制御コン
トローラの当該データと置き換え出力する。従つ°【、
サンプル周期Ｎ＋１からＮ＋ｎ−１の間においては、表
面的には異常とし雇い期間であっても、常に多数決を得
たよシ信憑性の＾い出力値をプロセスに反映できるため
、制御担当コントローラ内における一過性のデータ変動
を押えることができ″、信頼性が高まる。

第７図は、待機系におけるコピー処理１８０の内容を示
したものである。自己が待機中制御コントローラである
場合には、自己の出力はプロセスに反映されず、制御系
のバックアップ役となっている。そこで、待機中制御コ
ントローラが制御担当コントローラから制御憤を移行さ
れた場合に、バンプレス制御を行なうことができるよう
に相互診断後における主系に対する追従と、異常時の自
動回復機能とをもたせている。

まず１、第７図のブロック１８１において、待機中ｊ！
ＩＩ　＃コントローラは、自己の出力した演算結果がサ
ンプル周期のｎ回に渡って連続して不一致となシ自己が
異常とされたか否かを判断する。そして、自己が異常で
ないと判断したときには、ブロック１８２において判定
不能か否かのチェックを行ない、自己が異常であるとき
に扛ブロック１８４に分岐し制御担当コントローラの全
データをコピーする。また、ブロック１８２において自
己が￥ｌｌ定面能あると判断した場合にも、ブロック１
８４において制御担当コントローラの全データをコピー
するっ一方、自己が異常でもなく、判定下′能でない場
合には、ブロック１８３において自己の出力するデータ
に不一致が発生したか吉かをチェックし、°不一致が発
生していないときにはブロック１８４においそ制御担当
コントローラの全データをコピーする。自己のデータに
不一致が発生し、゛しかもその不一致がｎ回連続してい
ない１からｎ−１回にあたるときは、制御担当コントロ
ーラのデータをコピーせず、主系への追従を行なわない
。

これは、不一致がｎ回連続して発生し、異常と決定する
まで様子をみるものである。この待機中制御コントロー
ラがブロック１８４において制伸担当コントローラの全
データをコピーするのは次の３つの理由による。

（１１正常時におけるコピーは、比例績分演算等の積分
項の誤差積重ねを防止する。

（２）判定不能の場合におけるコヒーは、孤立化を防止
する。

（３）　自己が異常と判定された場合におけるコピーは
、内部リセットを行ない制御系と等しい状態にし、自動
回復を実現する。

なお、自己のデータに不一致が発生しない場合における
制卸担当コントローラのデータコピーは、システムの構
成や、プログラムの簡単化等を考慮して行なわなくても
よい。

第８図は、第３図に示した終了処理１９０の内科を示し
たものであシ、多数決判定回路２８の誤動作防止を目的
としている。即ち、各コントローラ１０，１２．１４は
、別個めタイマによシ独立したサンプリング演算を行な
っているため、出力タイミングが一致せず各コントロー
ラが瞬間的に同期せずに異常情報を出力したシ、あるい
はその異常情報が１サンプル周Ｊｇ３分のみだった場合
、多数決判定回路２８に応答不良や誤動作が発生し、予
定通シのコントローラの切換えができなくなる場合があ
る。そこで、多数決判定回１ｌ）Ｉ）２８の誤動作を防
止するため、異常コントローラの存在が一度ｇ識される
と、その異常状態を一定時間持続し、異常状態を解除す
るための立下υ１訂号を一定時間遅延させる方法を用い
た。

まず、第８図のブロック１９１において判□断対象とな
る当該コントローラは、今回異常゛と判定されたか否か
を判断し、異常と判定された場合にはブロック°１９２
において表２に示したカウンタテーフ゛ルの第７８１＃
目から第９回目の当該コントローラのコントローラエラ
ーホールドカウンタに初期値ｍｆ上セツトる。その後、
ブロック１９３において工）−ホールドカウンタが０で
ないことを確認し、ブロック１９５において当該コント
ローラは今回異常であると見なし、エラーホールドカウ
ンタ１に１減算した後、次のコントローラのチェックを
行なう。そして、次のサンプル周期においても当該コン
トローラが異常と判定された場合には、エラーホールド
カウンタの初期値をセットしなおし、以下前記したと同
′様に処理を行なう。

一方、ブロック１９１において今回異常でないと判定さ
れたときには、ブロック１９３に分岐し、エラーホール
ドカウンタが０か否かを調べ、エラーホールドカウンタ
が０の時は、ブロック１９４にお仏て当該コシトローラ
は正常であると見なし、次のコントローラのチェック金
石なう。しかし、ブロック１９１において今回異常でな
いと判断され、しかもブロック１９３においてエラーホ
ールドカウンタが０でないことが明らかになったときは
、゛ブロック１９５に分岐し当該コントローラが異常表
示ホールド期間中であると見なし、エラーホールドカウ
ンタを１減算して次のコントローラのチェックを行なう
。このようにして一定サンプル周期の間連続してエラー
ホールドカウンタがＯでないことが確認されると、当該
コントローラは異常であることふ決定され、他のコント
“ローラのデータをコピーする。

上記の如くして全コントローラのチェックが終了したこ
と金ブロック１９７において確認したときには、ブロッ
ク１９８において自己が判定した全コントローラの制御
量と診断結果を制御指令、判定結果と、して多数決判定
回路２８に出力する。

多数決判定回路２８は、各コントローラ１Ｏ９１２，１
４からの診断結果に基づき、もつとも得票数の゛多いコ
ントローラにより制御を行なうよう指示をする。従って
、多数決判定回路２８における誤動作率が極端に減少さ
せることができる。しかも、制御に反映されるデータは
、゛必ず多数決を得たもつとも信憑性の商いものが用い
られることになり、より適切な制御全行なうことができ
る。

また、個個のコントローラは、それぞれ独立して演算を
行なうようになっておシ、共通モード故障を最小化する
ことができるとともに、待機中制御コントローラが制御
担当コントローラに追従するようにしておるため、コン
トローラの切換時におけるパンプレス制御を実現してい
る。そして、特定のコントローラに異常が発生した場合
においても、当該コントローラは自己を異常であると報
告し、正しいデータをコピーして自動復帰するようにな
っている。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、三重以上の処理系
列を有する多重系制御システムにおいてよシ信頼性の高
い制御を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る多重系制御システムのデータ管理
方式における制御装置の実施例の基本構成図、第２図は
前記実施例のコントローラにおける処理内容を示す図、
第３図は前記実施例のコントローラにおける主要処理の
実施例のａ’＊を示す流れ図、第４図は第３図に示した
ディジタル相互診断の処理内容を示す図、第５図は第３
図に示した異常コントローラ判定処理の実施例の説明図
、第６図は第３図に示した制御系におけるコピー処理の
実施例の説明図、第７図は第３図に示した待機系におけ
るコピー処理の説明図、第８図は第３図に示した終了処
理の実施例の説明図である。 １０・・・第１コントローラ、１２・・−１Ｂ２コント
ローラ、１４・・・第３コントローラ、１６・・・第１
通信回線、１８・・・第２通信回線、２０・・・第３通
信回物、２８・・・多数決判定回路、３２・・・制御対
象、４６゜５０．５４・・・演算結果。 代理人　弁理士　鵜沼辰之 ＄Ｉ　ロ 茅２　図 Ｊｆ、、３　ロ 茅４−口 茅、ｆ目 １２− 第ｔ　口 第７　目 茅δ口

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、制御対象′の状態量を複数の制御装置に並行して入
   力し、これら複数の制御装置の１′）が′前記制御対象
   を制御する制御担当コントローラとされ、他の制御装置
   が待機中制御コントローラである多重系制御システムの
   データ管理方式において、前記各制御装置は情報伝送路
   により相互に接続され、それぞれ独立して演算した演算
   結果を前記情報伝送路を介して相互に他の制御装置に入
   力するとともに、前記制御担当コントローラは前記各制
   御装置が自己の演算結果と他の制御装置の演算結果とか
   ら多数決論理に基づく相互診断によ′シ選択した制御出
   力データをもって前記制御対象を制御することを特徴と
   する多重系制御システムのデータ管理方式。 ２、前記制御担当コントローラは、各サンプル周期の前
   記相互診断において、自己の演算結果が誤シであると判
   定された場合に、正しいと判定された前記待機中制御コ
   ントローラから出力データのみをコピーして出力し、予
   め定めた連続するサンプル周期を通して誤シであると判
   定された場合に、自己を異常と報告し、制御権を前記待
   機中制御コントローラの１つに移行した後に正しいと判
   定された全データをコピーし、自己を待機中制御コント
   ローラとして自動再スタートすることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の多重系制御システムのデータ管
   理方式。 ３、前記待機中制御コントローラは、各サンプル周期の
   前記相互診断において、自己の演算結果が正しいと判定
   された場合に、前記制御担当コントローラのデータをコ
   ピーし、誤差の積算を防止することを特徴とする特許請
   求の範囲第１項または第２項記載の多重系制御システム
   のデータ管理方式。 ４、前記待機中制御コントローラは、各サンプル周期の
   前記相互診断において、自己の演算結果が誤シであると
   判定された場合であっても、前記制御担当コントローラ
   のデータをコピーせず、前記予め定めた連続するサンプ
   ル周期を通して自己の演算結果が！％！４９であると判
   定された場合に、自己を異常と報告し、前記制御担当コ
   ントローラの全データ紮コピーシ、待機中制御コントロ
   ーラとして再スタートすることを特徴とする特許 第１項ないし第３項記載の多重系制御システムのデータ
   管理方式。