專利名稱:冗余監(jiān)管控制系統(tǒng)及其冗余切換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冗余監(jiān)管控制系統(tǒng)及其冗余切換方法。當(dāng)數(shù)據(jù)在組成該系統(tǒng)的多個控制器中的每一個與多個遠(yuǎn)端輸入/輸出裝置中的每一個之間傳輸時，冗余監(jiān)管控制系統(tǒng)切換在它們之間的傳輸路徑。
背景技術(shù)：
控制工廠等等的常規(guī)監(jiān)管控制系統(tǒng)的框圖在圖1中示出。在這種結(jié)構(gòu)中，控制器11和每個遠(yuǎn)端輸入/輸出(I/O)單元21通過利用例如按照IEC61158規(guī)定的、用在測量與控制儀器之間通信的數(shù)字網(wǎng)的現(xiàn)場總線113相互級聯(lián)。通過這種方式來執(zhí)行工廠的監(jiān)管控制。
網(wǎng)絡(luò)的這種連接方案引起以下的問題。在現(xiàn)場總線113斷開或遠(yuǎn)端I/O單元21中的一個癱瘓的情況下，控制器11與遠(yuǎn)端I/O單元21斷開連接。結(jié)果，在癱瘓位置的下行方向上所有的I/O單元21變?yōu)椴豢稍L問。
另外，有另一種連接方案，如圖2所示，其中控制器12和遠(yuǎn)端I/O單元22以星形的一對多關(guān)系相連接。然而，在這種方案的情況下，除了由于癱瘓造成的連接斷開的問題之外，還有可擴展性很差的問題。這是因為控制器12的接口總線114的數(shù)目必須與遠(yuǎn)端I/O單元22的數(shù)目一樣多。
為了解決這些問題，有如圖3所示的監(jiān)管控制系統(tǒng)，它通過將現(xiàn)場總線115和環(huán)路接口(I/F)單元23a連接成環(huán)而構(gòu)成。在這種連接方案中，在環(huán)中的現(xiàn)場總線115中只有一處斷開的情況下，控制器13可以訪問所有的遠(yuǎn)端I/O單元23。此外，在遠(yuǎn)端I/O單元23中只有一個癱瘓的情況下，控制器13可以訪問所有其余的遠(yuǎn)端I/O單元23。因此，可以繼續(xù)進行監(jiān)管控制。
然而，在這種連接方案中，當(dāng)在多個位置處出現(xiàn)故障時，這些故障包括在現(xiàn)場總線115中的電纜切斷和遠(yuǎn)端I/O單元23的癱瘓，控制器3也不能訪問位于遠(yuǎn)離每個故障位置的一端的遠(yuǎn)端I/O單元23。
另外，作為用于針對設(shè)備癱瘓的冗余式方案，常規(guī)上有雙監(jiān)管控制系統(tǒng)，如圖4所示。
在這個方案中，由控制器14A、控制器14B和遠(yuǎn)端I/O單元24等構(gòu)成的控制系統(tǒng)被做成雙冗余的。雙冗余系統(tǒng)中的一個被用作為工作系統(tǒng)，而雙冗余系統(tǒng)中的另一個被用作為待機系統(tǒng)。在工作系統(tǒng)的遠(yuǎn)端I/O單元24出現(xiàn)癱瘓的情況下，通過從工作系統(tǒng)切換到待機系統(tǒng)可訪問遠(yuǎn)端I/O單元24，因此系統(tǒng)可以繼續(xù)進行控制。
然而，在這個雙監(jiān)管控制系統(tǒng)中，有控制暫時性中斷的問題。這是因為即使在遠(yuǎn)端I/O單元24中只在一個位置處出現(xiàn)癱瘓時也不可避免地從工作系統(tǒng)切換到待機系統(tǒng)。
另外，有一種情況，其中在包括多個遠(yuǎn)端I/O單元24的兩個系統(tǒng)中都出現(xiàn)故障。為了更精確起見，這種情況是在一個遠(yuǎn)端I/O單元24中屬于一個系統(tǒng)的接口(I/F)單元24a中出現(xiàn)了一個故障，而在另一個遠(yuǎn)端I/O單元24中屬于另一個系統(tǒng)的I/F單元24b中出現(xiàn)了另一個故障。這種情況造成另一個問題即任意一個系統(tǒng)的遠(yuǎn)端I/O單元24都變?yōu)椴豢稍L問。
另一方面，在如圖5所示的監(jiān)管控制系統(tǒng)100中，在處理輸入/輸出設(shè)備(PI/O)61的雙傳輸路徑117和118被互相切換的情況下，從工作系統(tǒng)切換到待機系統(tǒng)逐個系統(tǒng)地進行，而不管故障的位置。也就是說，即使在一條數(shù)據(jù)傳輸路徑的共用部分沒有出現(xiàn)故障，其中每條路徑分別連接多個控制器41時，整個系統(tǒng)也被切換。
例如，有一種情況，其中在任一個傳輸路徑部分a和b中存在中斷，每個部分位于來自PI/O 61的兩個控制器41中的每個控制器的相應(yīng)傳輸路徑的主要線路(共用部分)之前，并且每個部分只涉及這些控制器41中的每一個。即使在這樣的情況下，監(jiān)管控制系統(tǒng)不能把握這種情況。因此，監(jiān)管控制系統(tǒng)通過判斷工作系統(tǒng)的整個傳輸路徑117和118中的任一條路徑出現(xiàn)異常，把工作數(shù)據(jù)傳輸路徑切換到待機傳輸路徑。
在這種情況下，雖然其他控制器41沒有工作系統(tǒng)的傳輸路徑117的故障，但工作傳輸路徑117仍被切換到待機路徑。另外，在切換傳輸路徑的一種常規(guī)方法中，只有任一個系統(tǒng)被用作為工作系統(tǒng)。為此，在控制器41之一的工作系統(tǒng)的傳輸路徑部分(該部分是出自共用部分)和另一個控制器41的待機系統(tǒng)的傳輸路徑部分中同時出現(xiàn)中斷的情況下，已經(jīng)不可能與至少一個系統(tǒng)的控制器通信。
因此，來自至少一個控制器的輸入數(shù)據(jù)丟失，同時，監(jiān)管控制系統(tǒng)100把這個控制器作為癱瘓的對待。
為了解決上述的問題，有一種切換由遠(yuǎn)端PIO單元使用的數(shù)據(jù)傳輸路徑的方法(例如參照日本專利申請公開文本No.Hei11(1999)-119802)。在這個方法中，當(dāng)在位于從每個控制器41到每個雙傳輸路徑117和118、以及只涉及單個控制器41的部分中出現(xiàn)故障時，由PIO 61使用的傳輸路徑互相有效地切換。因此，這個方法使得有可能構(gòu)建高度可靠的系統(tǒng)。
在這個方法中，工作系統(tǒng)的傳輸路徑通過使用用于逐個單元地控制輸入和輸出的控制裝置的單元而被切換到待機系統(tǒng)的路徑。
因此，已經(jīng)公開了一種方法，其中由PIO 61使用的傳輸路徑通過上述裝置被有效地切換，并且這使得有可能構(gòu)建高度可靠的系統(tǒng)。
另外，已經(jīng)公開了一種方法，用于通過以下方式增強處理控制系統(tǒng)的可靠性。遠(yuǎn)端PIO的控制器本身被復(fù)用，因此遠(yuǎn)端PIO具有能夠執(zhí)行多任務(wù)操作的串行總線(例如，日本專利申請公布號No.2000-207373)。
然而，在如圖4所示的雙監(jiān)管控制系統(tǒng)中，有一個問題即在遠(yuǎn)端I/O單元24中任一個位置處出現(xiàn)的癱瘓不可避免地引起從工作系統(tǒng)到待機系統(tǒng)的切換，由此造成控制的暫時中斷。
另外，還有另一個問題在出現(xiàn)故障的情況下，如果在多個遠(yuǎn)端I/O單元24之一的I/F單元24a中出現(xiàn)一個故障，而在另一個遠(yuǎn)端I/O單元24的I/F單元24b中出現(xiàn)另一個故障，則任一個系統(tǒng)的遠(yuǎn)端I/O單元24變?yōu)椴豢稍L問。
另外，通過使用由日本專利申請公開文本No.Hei11(1999)-119802公開的PIO切換傳輸路徑的方法具有以下問題。其中在作為主要線路的傳輸路徑的任何部分中出現(xiàn)故障的情況下，來自與傳輸路徑的主要線路斷開連接的I/O單元的信號不是雙工的。另外，在傳輸路徑的雙主要線路都具有故障的情況下，將不可能控制I/O設(shè)備。
此外，在日本專利申請公開文本No.2000-207373中公開的方法中，雖然增強了PIO的可靠性，但沒有考慮連接控制器與PIO的傳輸路徑的主要線路中的故障的問題，
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠增強系統(tǒng)可靠性的冗余監(jiān)管控制系統(tǒng)及其冗余切換方法。在冗余監(jiān)管控制系統(tǒng)中，即使在從遠(yuǎn)端輸入/輸出單元到控制器的傳輸路徑中的多個位置處出現(xiàn)故障時，遠(yuǎn)端輸入/輸出單元也不太可能是不可訪問的。
上述本發(fā)明的目的是通過一種冗余監(jiān)管控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的，該系統(tǒng)包括在一對控制器中的每個控制器中的多個第一環(huán)路接口單元；在多個遠(yuǎn)端輸入/輸出單元的每一個中的多個第二環(huán)路接口單元；以及通信電纜，每根電纜將多個第一環(huán)路接口單元和多個第二環(huán)路接口單元連接成一個圓環(huán)。冗余監(jiān)管控制系統(tǒng)通過將控制器和遠(yuǎn)端輸入/輸出單元互相連接成多個環(huán)路網(wǎng)絡(luò)而被配置。冗余監(jiān)管控制系統(tǒng)自動選擇第一環(huán)路接口單元和第二環(huán)路接口單元，它們在從環(huán)路網(wǎng)絡(luò)接收的數(shù)據(jù)中檢測到異常的情況下能夠執(zhí)行正常接收。因此，在多個環(huán)路網(wǎng)絡(luò)的各個部分不互相重疊的情況下，其中每個部分從一對控制器中的每個控制器開始，并且在故障的位置處結(jié)束，所述冗余監(jiān)管控制系統(tǒng)能夠進行連續(xù)的控制，而無需切換當(dāng)前工作控制器的控制權(quán)限。
另外，為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明的冗余監(jiān)管控制系統(tǒng)如下工作。冗余監(jiān)管控制系統(tǒng)收集關(guān)于在每個控制器與多個遠(yuǎn)端輸入/輸出單元中的每一個之間的通信是否正常進行的接收信息。然后，通過使用收集的接收信息來判斷各個環(huán)路網(wǎng)絡(luò)的連接狀態(tài)。一對控制器中的每個控制器的控制權(quán)限根據(jù)環(huán)路網(wǎng)絡(luò)的這些連接狀態(tài)和對于每個遠(yuǎn)端輸入/輸出單元事先設(shè)定好的優(yōu)先權(quán)判斷表來設(shè)置。因此，在多個環(huán)路網(wǎng)絡(luò)中的各個部分互相不重疊、每個部分從一對控制器中的每個控制器開始到發(fā)生故障的位置的情況下；或者在由于一對控制器的各個環(huán)路網(wǎng)絡(luò)的分段的結(jié)果，環(huán)路網(wǎng)絡(luò)在其中一對控制器中的每個控制器可以訪問遠(yuǎn)端輸入/輸出單元的范圍中彼此不同的情況下，根據(jù)來自預(yù)先設(shè)定的優(yōu)先權(quán)判斷表的信息來判斷控制權(quán)限的切換。因此，有可能提供冗余監(jiān)管控制系統(tǒng)，它在多個位置出現(xiàn)故障時能夠通過避免將控制權(quán)限切換到可能的程度而執(zhí)行連續(xù)的操作。
此外，冗余切換方法包括以下步驟檢測關(guān)于是否正常執(zhí)行環(huán)路網(wǎng)絡(luò)中輸入數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)的接收的信息；根據(jù)這個接收信息選擇能夠執(zhí)行接收的第一環(huán)路接口單元和第二環(huán)路接口單元；根據(jù)這個接收信息判斷環(huán)路網(wǎng)絡(luò)的連接狀態(tài)；并且根據(jù)環(huán)路網(wǎng)絡(luò)判斷步驟的結(jié)果判斷是否在這一對控制器之間切換控制權(quán)限。因此，有可能提供冗余監(jiān)管控制系統(tǒng)如下工作的冗余切換方法。在環(huán)路網(wǎng)絡(luò)判斷步驟中，當(dāng)判斷出多個環(huán)路網(wǎng)絡(luò)中的各個部分互相不重疊的情況下，其中每個部分從這一對控制器中的每個控制器開始，并且在發(fā)生故障的位置結(jié)束，控制可以繼續(xù)進行，而無需在環(huán)路網(wǎng)絡(luò)上切換控制權(quán)限。另外，由于在環(huán)路網(wǎng)絡(luò)中的多個位置處出現(xiàn)故障，有這樣的情況其中判斷在各個環(huán)路網(wǎng)絡(luò)中的部分互相重疊，每個部分從這一對控制器的每個控制器開始，并且在發(fā)生故障的位置結(jié)束；以及其中由于多個控制器的各個環(huán)路網(wǎng)絡(luò)的分段，環(huán)路網(wǎng)絡(luò)在其中每個控制器可以訪問遠(yuǎn)端輸入/輸出單元的范圍中是彼此不同的。即使在這些情況下，根據(jù)在預(yù)先設(shè)置的優(yōu)先權(quán)判斷表中的信息，控制權(quán)限的切換可以盡量被避免。
圖1是使用現(xiàn)場總線的常規(guī)監(jiān)管控制系統(tǒng)的框圖。
圖2是使用并行連接的常規(guī)監(jiān)管控制系統(tǒng)的框圖。
圖3是使用環(huán)形連接的常規(guī)監(jiān)管控制系統(tǒng)的框圖。
圖4是常規(guī)雙監(jiān)管控制系統(tǒng)的框圖。
圖5是另一種常規(guī)雙監(jiān)管控制系統(tǒng)的框圖。
圖6是本發(fā)明的雙監(jiān)管控制系統(tǒng)的框圖。
圖7是本發(fā)明的控制器的框圖。
圖8是本發(fā)明的遠(yuǎn)端輸入/輸出(I/O)單元的框圖。
圖9是說明本發(fā)明的雙監(jiān)管控制系統(tǒng)的環(huán)路網(wǎng)絡(luò)的圖。
圖10是說明本發(fā)明的第一切換控制器和第二切換控制器的環(huán)路接口單元的選擇操作的表。
圖11是本發(fā)明的雙監(jiān)管控制系統(tǒng)的控制操作的流程圖。
圖12是用于說明當(dāng)在環(huán)路網(wǎng)絡(luò)的多個位置處出現(xiàn)故障時雙監(jiān)管控制系統(tǒng)的操作的圖。
圖13是用于說明當(dāng)在環(huán)路網(wǎng)絡(luò)的多個位置處出現(xiàn)故障時雙監(jiān)管控制系統(tǒng)的操作的圖。
圖14A和14B是用于說明當(dāng)在環(huán)路網(wǎng)絡(luò)的多個位置處出現(xiàn)故障時雙監(jiān)管控制系統(tǒng)的操作的表。
圖15是用于說明當(dāng)在環(huán)路網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)不可訪問的位置時的控制操作的圖。
具體實施方式下面參照附圖描述本發(fā)明的實施例的一個例子。
下面參照圖6到12描述根據(jù)本發(fā)明的作為冗余監(jiān)管控制系統(tǒng)的雙監(jiān)管控制系統(tǒng)。圖6是例如在石油廠、化工廠等中使用的雙監(jiān)管控制系統(tǒng)的框圖。
這種雙監(jiān)管控制控制系統(tǒng)包括一對控制器1A和1B(此后當(dāng)總體上提到控制器時，被稱為控制器1)、多個遠(yuǎn)端輸入/輸出(I/O)單元2-1到2-n(此后當(dāng)總體上提到遠(yuǎn)端I/O單元時，被稱為遠(yuǎn)端I/O單元2)、傳輸路徑4a和傳輸路徑4b。遠(yuǎn)端I/O單元2收集從由控制器1控制的對象5-1到5-n(此后當(dāng)總體上提到控制對象時，被稱為控制對象5)輸出的測量信號，將測量信號輸入到控制器1中，并輸出控制輸出到被控制的對象。每個傳輸路徑4a和傳輸路徑4b由互相連接控制器1與遠(yuǎn)端I/O單元2的通信電纜組成。
此外，這一對控制器1中的每個控制器包括一個雙控制接口(I/F)單元3，它把具有控制權(quán)限的每個控制器1預(yù)先設(shè)置為工作系統(tǒng)或待機系統(tǒng)。
控制器1、遠(yuǎn)端I/O單元2、和傳輸路徑4a和4b通過使(IEC611158標(biāo)準(zhǔn)的)現(xiàn)場總線形成環(huán)形雙冗余而被連接在一起，現(xiàn)場總線是在測量與控制儀器之間的通信中使用的一種數(shù)字網(wǎng)絡(luò)形式(此后，被連接成環(huán)形的每個網(wǎng)絡(luò)將被稱為環(huán)路網(wǎng)絡(luò))。
這種現(xiàn)場總線的通信訪問可以是在這個環(huán)路拓?fù)渲械闹鲝姆椒ā⒘钆苽鬟f方法、和CSMA/CD(具有沖突檢測的載體傳感多址)方法的任一種。環(huán)路網(wǎng)絡(luò)被設(shè)置成允許在兩個方向上通信。
另外，除了實際的輸入數(shù)據(jù)或控制數(shù)據(jù)以外，一個識別符被加到在環(huán)路網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)上。通過該識別符可以識別發(fā)送源和目的地址。
接著，描述每個單元的組成。如圖7所示，這一對控制器1中的每個控制器包括一對第一環(huán)路接口(I/F)單元1a和第一環(huán)路接口(I/F)單元1b(此后，在附圖中稱為第一環(huán)路I/F單元)，第一切換控制器1c和第一數(shù)據(jù)分發(fā)器-選擇器1d。第一環(huán)路I/F單元1a和1b分別被連接到傳輸路徑4a和傳輸路徑4b。第一切換控制器1c被連接到第一環(huán)路I/F單元1a和1b，并生成選擇信號，用來根據(jù)代表由第一環(huán)路I/F單元1a和1b分別接收的數(shù)據(jù)是否被正常接收的接收信息，選擇這一對第一環(huán)路I/F單元1a和1b中的一個。第一數(shù)據(jù)分發(fā)器-選擇器1d被連接到第一切換控制器1c，獲取從由第一切換控制器1c選擇的第一環(huán)路I/F單元輸出的輸入數(shù)據(jù)，并把控制數(shù)據(jù)輸出到第一環(huán)路I/F單元1a和1b。
這一對控制器1中的每個控制器還包括控制計算單元1e，它被連接到控制權(quán)限設(shè)置單元3a，將在后面描述?？刂朴嬎銌卧?e設(shè)置由控制權(quán)限設(shè)置單元3a確定的控制權(quán)限，并把控制數(shù)據(jù)輸出到第一數(shù)據(jù)分發(fā)器-選擇器1d，該控制數(shù)據(jù)基本來自第一數(shù)據(jù)分發(fā)器-選擇器1d的輸入數(shù)據(jù)來理解。
具體來說，第一數(shù)據(jù)分發(fā)器-選擇器1d把相同的控制數(shù)據(jù)分別輸出到兩個系統(tǒng)的第一環(huán)路I/F單元1a和1b，該控制數(shù)據(jù)從控制計算單元1e輸出。另外，對于分別來自兩個系統(tǒng)的第一環(huán)路I/F單元1a和1b的輸入數(shù)據(jù)，第一數(shù)據(jù)分發(fā)器-選擇器1d選擇兩個系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)之一，該輸入數(shù)據(jù)由第一切換控制器1c選擇，以及把所選擇的輸入數(shù)據(jù)發(fā)送到控制計算單元1e。
另外，第一切換控制器1c被連接到第一環(huán)路I/F單元1a和1b，判斷環(huán)路網(wǎng)絡(luò)中的接收狀態(tài)，并把接收狀態(tài)發(fā)送到雙控制I/F單元3的環(huán)路狀態(tài)判斷單元3b。
接著，通過參照圖8描述遠(yuǎn)端I/O單元2的組成。遠(yuǎn)端I/O單元2由第二環(huán)路I/F單元2a、第二環(huán)路I/F單元2b、和第二切換控制器2c組成。第二環(huán)路I/F單元2a和2b以這樣的方式分別被連接到相應(yīng)的兩個系統(tǒng)的傳輸路徑4a和傳輸路徑4b，以使得第二環(huán)路I/F單元2a和2b可以在兩個方向上與相應(yīng)的傳輸路徑4a和4b通信。第二切換控制器2c被連接到第二環(huán)路I/F單元2a和2b。第二切換控制器2c生成一個選擇信號，用來根據(jù)代表由第二環(huán)路I/F單元2a和2b通過各個傳輸路徑4a和4b接收的數(shù)據(jù)是否被正常接收的接收信息，選擇第二環(huán)路I/F單元2a和2b中的一個。
遠(yuǎn)端I/O單元2還由第二數(shù)據(jù)分發(fā)器-選擇器2d和I/O單元2e組成。第二數(shù)據(jù)分發(fā)器-選擇器2d被連接到第二切換控制器2c。而且，第二數(shù)據(jù)分發(fā)器-選擇器2d的一端被連接到第二環(huán)路I/F單元2a和2b，而其另一端被連接到I/O單元2e。I/O單元2e被連接到所控制的對象5，把由所控制的對象5檢測的輸入數(shù)據(jù)發(fā)送到第二數(shù)據(jù)分發(fā)器-選擇器2d，并且把從第二數(shù)據(jù)分發(fā)器-選擇器2d輸出的控制數(shù)據(jù)輸出到所控制的對象5。
詳細(xì)地說，第二數(shù)據(jù)分發(fā)器-選擇器2d把從第二環(huán)路I/F單元2a和2b之一輸出的控制數(shù)據(jù)發(fā)送到I/O單元2e，該控制數(shù)據(jù)由第二切換控制器2c的選擇信號選擇。另外，第二數(shù)據(jù)分發(fā)器-選擇器2d把由I/O單元2e收集的輸入數(shù)據(jù)發(fā)送到相應(yīng)的兩個系統(tǒng)的第二環(huán)路I/F單元2a和2b。
接著，通過再次參照圖6描述雙控制I/F單元3的組成。每個雙控制I/F單元3由控制權(quán)限設(shè)置單元3a和環(huán)路狀態(tài)判斷單元3b組成。控制權(quán)限設(shè)置單元3a將一對雙控制I/F單元3互相連接，以及互相接收有關(guān)在這一對控制器1中故障存在/不存在的信號。故障的存在/不存在通過這一對控制器1的自診斷被找到。另外，這一對控制權(quán)限設(shè)置單元3a互相切換控制器1的控制權(quán)限。這對環(huán)路狀態(tài)判斷單元3b通過使用先前設(shè)置的預(yù)定診斷方法而檢查控制器1和遠(yuǎn)端I/O單元2的接收狀態(tài)，經(jīng)由第一切換控制器1c接收有關(guān)接收狀態(tài)是否正常的接收信息，因此判斷在環(huán)路網(wǎng)絡(luò)中的接收狀態(tài)。
當(dāng)控制器1B被設(shè)置成待機狀態(tài)時，雖然控制器1B收集輸入數(shù)據(jù)并執(zhí)行控制計算，但控制器1B沒有把控制數(shù)據(jù)輸出到遠(yuǎn)端I/O單元2。然而，這對環(huán)路狀態(tài)判斷單元3b被設(shè)置為互相周期性地通信，并監(jiān)視它們自己的環(huán)路網(wǎng)絡(luò)的各個遠(yuǎn)端I/O單元2是否正常工作。
這里，通過參照圖9描述環(huán)路網(wǎng)絡(luò)。作為網(wǎng)絡(luò)組，有通過傳輸路徑4a連接的環(huán)路網(wǎng)絡(luò)LPa和通過傳輸路徑4b連接的環(huán)路網(wǎng)絡(luò)LPb的兩條線，如圖9的虛線所示。
例如，環(huán)路網(wǎng)絡(luò)LPa通過把處在工作狀態(tài)的控制器1A的第一環(huán)路I/F單元1a、處在待機狀態(tài)的控制器1B的第一環(huán)路I/F單元1a、和各個遠(yuǎn)端I/O單元2-1到2-n的第二環(huán)路I/F單元2a互相連接成圓環(huán)(也稱為環(huán)路或環(huán))而被構(gòu)建。
同樣地，環(huán)路網(wǎng)絡(luò)LPb通過把處在工作狀態(tài)的控制器1A的第一環(huán)路I/F單元1b、處在待機狀態(tài)的控制器1B的第一環(huán)路I/F單元1b、和各個遠(yuǎn)端I/O單元2-1到2-n的第二環(huán)路I/F單元2b互相連接成圓環(huán)而被構(gòu)建。
控制器1A和1B不一定必須互相一個挨一個地設(shè)置在各個環(huán)路網(wǎng)絡(luò)LPa和LPb上。因此，控制器1A和1B可以設(shè)置在環(huán)路網(wǎng)絡(luò)的任何位置處。
接著，將描述這些環(huán)路網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議的配置。通過環(huán)路網(wǎng)絡(luò)LPa和LPb的結(jié)構(gòu)，接收的數(shù)據(jù)可能圍繞網(wǎng)絡(luò)LPa和LPb連續(xù)地循環(huán)。這種循環(huán)可以通過以下的方式被避免。具有控制權(quán)限的控制器1A起到主節(jié)點的作用，并且阻擋傳輸路徑4a和4b中的一條。作為替代，控制器1A阻擋環(huán)路網(wǎng)絡(luò)LPa和LPb之一上的任意位置。
另外，發(fā)送端可以在環(huán)路循環(huán)的兩個方向上輸出數(shù)據(jù)，接收端可以選擇在兩個方向上傳送的數(shù)據(jù)之一。替換地，發(fā)送端可以在兩個方向中的任一個方向上輸出數(shù)據(jù)，并且在異常事件下以和上述方向相反的方向輸出。
關(guān)于從故障恢復(fù)以及避免在環(huán)路網(wǎng)絡(luò)LPa和LPb上的無限循環(huán)，可以為此使用橫跨樹協(xié)議。
另外，在現(xiàn)場總線中，傳輸頻帶由所有的遠(yuǎn)端I/O單元共享。由此，有出現(xiàn)競爭的可能性。然而，網(wǎng)絡(luò)的資源需要通過增強總線傳送能力或通過藉助于起到主節(jié)點作用的控制器1A調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)傳送時序而適當(dāng)?shù)胤峙洹?br> 否則，可以通過使用CSMA/CD方法或令牌傳送(令牌循環(huán))方法作為另外的方法而避免競爭。
隨后，通過參照圖10，將給出第一切換控制器1c和第二切換控制器2c用于選擇環(huán)路網(wǎng)絡(luò)LPa和LPb中的任一個的選擇操作的說明。
在圖10中，一個表格在最左面的第一列上顯示了控制器1和遠(yuǎn)端I/O單元2，在第二列上顯示了當(dāng)前選擇的環(huán)路I/F單元的各個接收狀態(tài)，在第三列上顯示了當(dāng)前未選擇的其它環(huán)路I/F單元的各個接收狀態(tài)，并在最右面的第四列上顯示了由第一切換控制器1c和第二切換控制器2c進行的選擇判斷操作。選擇判斷操作代表如何選擇對應(yīng)于各個環(huán)路I/F單元的正常/異常接收狀態(tài)的每個組合的一個環(huán)路I/F單元。
例如，正如在關(guān)于控制器1的那一節(jié)中說明的，第一切換控制器1c在以下三種情況下保持選擇狀態(tài)其中當(dāng)前被選擇的第一環(huán)路I/F單元1a的接收信息和當(dāng)前未被選擇的另一個第一環(huán)路I/F單元1b的接收信息都是正常的；其中當(dāng)前被選擇的第一環(huán)路I/F單元1a的接收信息和當(dāng)前未被選擇的另一個第一環(huán)路I/F單元1b的接收信息分別是正常和異常的；并且其中當(dāng)前被選擇的第一環(huán)路I/F單元1a的接收信息和當(dāng)前未被選擇的另一個第一環(huán)路I/F單元1b的接收信息都是異常的。
另一方面，在當(dāng)前被選擇的第一環(huán)路I/F單元1a的接收信息和當(dāng)前未被選擇的另一個第一環(huán)路I/F單元1b的接收信息分別是異常和正常的情況下，第一切換控制器1c輸出一個選擇信號，用于切換到當(dāng)前未被選擇的那個環(huán)路I/F單元1b。
同樣地，例如，第二切換控制器2c在以下三種情況下保持選擇狀態(tài)其中當(dāng)前被選擇的第二環(huán)路I/F單元2a的接收信息和當(dāng)前未被選擇的另一個第二環(huán)路I/F單元2b的接收信息都是正常的；其中當(dāng)前被選擇的第二環(huán)路I/F單元2a的接收信息和當(dāng)前未被選擇的另一個第二環(huán)路I/F單元2b的接收信息分別是正常和異常的；其中當(dāng)前被選擇的第二環(huán)路I/F單元2a的接收信息和當(dāng)前未被選擇的另一個第二環(huán)路I/F單元2b的接收信息都是異常的。
另一方面，在當(dāng)前被選擇的第二環(huán)路I/F單元2a的接收信息和當(dāng)前未被選擇的另一個第二環(huán)路I/F單元2b的接收信息分別是異常和正常的情況下，第二切換控制器2c輸出一個選擇信號，用于切換到當(dāng)前未被選擇的那個環(huán)路I/F單元2b。
下面參照圖6和11描述按上述的方式配置的這個實施例的雙監(jiān)管控制系統(tǒng)的操作。
例如，首先，對控制器1執(zhí)行控制權(quán)限的初始化。在這個初始化過程中，雙控制I/F單元3的這對控制權(quán)限設(shè)置單元3a將這對控制器1的一個控制器設(shè)置為工作的控制器，并將另一個控制器設(shè)置為待機的控制器。更精確地，這對控制權(quán)限設(shè)置單元3a把早先在接通電源、啟動和復(fù)位時完成啟動的控制器1A設(shè)置為工作系統(tǒng)，而把另一個控制器1B設(shè)置為待機系統(tǒng)(S1)。
這里，在來自環(huán)路狀態(tài)判斷單元3b的輸出是正常的情況下，環(huán)路網(wǎng)絡(luò)LPa被設(shè)置為被選中。
在這種情況下，控制操作的啟動通過從控制器1A按下的未示出的按鈕被命令。由此，控制操作過程由工作系統(tǒng)的控制器1A啟動。這個操作的細(xì)節(jié)將在后面描述(S2)。
接著，在檢測接收信息的過程中(S3)，順序檢驗在環(huán)路網(wǎng)絡(luò)中第一環(huán)路I/F單元1a、第一環(huán)路I/F單元1b、每個第二環(huán)路I/F單元2a、和每個第二環(huán)路I/F單元2b中的接收信息是否正常(S4)。
當(dāng)在接收狀態(tài)中檢測到異常時，接收信息通過第一切換控制器1c被傳送到環(huán)路狀態(tài)判斷單元3b。當(dāng)在沒有異常時，控制操作按原狀繼續(xù)進行。
在檢測接收信息的這個過程中(S4)，例如根據(jù)來自連接到兩個環(huán)路網(wǎng)絡(luò)的每個遠(yuǎn)端I/O單元2的接收數(shù)據(jù)是否正常進行判斷。例如，這個判斷是根據(jù)在周期的時間內(nèi)接收是否存在，或在接收數(shù)據(jù)中是否存在錯誤而作出的。
通過檢測異常性的這個過程，作出在傳輸路徑4a和4b中是否出現(xiàn)中斷以及在第一環(huán)路I/F單元1a、第一環(huán)路I/F單元1b、第二環(huán)路I/F單元2a、和每個第二環(huán)路I/F單元2b中是否出現(xiàn)癱瘓的判斷。
然后，這對環(huán)路狀態(tài)判斷單元3b生成以后描述的、各個環(huán)路網(wǎng)絡(luò)的接收狀態(tài)表，并且判斷故障位置和連接狀態(tài)(S5)。這對環(huán)路狀態(tài)判斷單元3b還判斷在兩個環(huán)路網(wǎng)絡(luò)LPa和LPb中從這對控制器到故障位置的各個部分是否互相重疊(S6)。這個判斷過程的細(xì)節(jié)將在后面描述。
然后，如果這對環(huán)路狀態(tài)判斷單元3b判斷出到故障位置的那些部分互相重疊，則這對環(huán)路狀態(tài)判斷單元3b還判斷存在至少一個遠(yuǎn)端I/O單元2不能執(zhí)行通信。隨后，根據(jù)遠(yuǎn)端I/O單元2的預(yù)先設(shè)置的優(yōu)先權(quán)判斷表，做出對切換控制權(quán)限的必要性(或重新設(shè)置控制權(quán)限的必要性)的判斷(S7)。
接著，將描述圖11中每個處理步驟的細(xì)節(jié)。首先，描述在控制操作過程(S2)期間對輸入數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)的處理操作。
再次在圖6中，例如，由遠(yuǎn)端I/O單元2-2的I/O單元2e從所控制的對象5收集的輸入數(shù)據(jù)作為來自數(shù)據(jù)分發(fā)器-選擇器2d的相同信息被輸出到第二環(huán)路I/F單元2a和第二環(huán)路I/F單元2b。
然后，第二環(huán)路I/F單元2a和第二環(huán)路I/F單元2b把同一個信息分別發(fā)送到雙向傳輸路徑4a和4b。
分別在兩端與遠(yuǎn)端I/O單元2-2相鄰的遠(yuǎn)端I/O單元2-1和遠(yuǎn)端I/O單元2-3把接收到的數(shù)據(jù)以與數(shù)據(jù)被接收的方向相反的方向發(fā)送到傳輸路徑4a和4b。隨后，同樣地，遠(yuǎn)端I/O單元2-n以相同的方式發(fā)送數(shù)據(jù)。
然后，數(shù)據(jù)以類似的方式被發(fā)送到待機系統(tǒng)的控制器1B。這樣，由遠(yuǎn)端I/O單元2-2的I/O單元2e收集的輸入數(shù)據(jù)被發(fā)送到控制器1A。
遠(yuǎn)端I/O單元2-1到2-n的其余部分以類似的方式操作，并且把各個輸入數(shù)據(jù)發(fā)送到控制器1。
在控制器1中，控制計算單元1e對于由遠(yuǎn)端I/O單元收集的每個輸入數(shù)據(jù)執(zhí)行算術(shù)處理。為了把算術(shù)處理的結(jié)果作為控制數(shù)據(jù)發(fā)送到每個遠(yuǎn)端I/O單元，數(shù)據(jù)分發(fā)器-選擇器1d把相同的控制數(shù)據(jù)輸出到第一環(huán)路I/F單元1a和第一環(huán)路I/F單元1b。
然后，第一環(huán)路I/F單元1a和第一環(huán)路I/F單元1b把相同的控制數(shù)據(jù)輸出到雙向傳輸路徑4a和4b。
每個環(huán)路I/F單元2的第二環(huán)路I/F單元2a和第二環(huán)路I/F單元2b把這個控制數(shù)據(jù)以與控制數(shù)據(jù)被接收的方向相反的方向發(fā)送到傳輸路徑4a和4b。同時，當(dāng)遠(yuǎn)端I/O單元2接收本身尋址的數(shù)據(jù)時，第二環(huán)路I/F單元2a和2b把接收信息發(fā)送到第二切換控制器2c。然后，接收的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)分發(fā)器-選擇器2d從所選擇的第二環(huán)路I/F單元被發(fā)送到I/O單元2e。
這樣，由當(dāng)前工作的控制器1A對于所控制的對象5執(zhí)行監(jiān)管控制。
接著，參照圖12到15，將給出判斷環(huán)路狀態(tài)的過程(S5到S6)和在用于傳輸路徑4a和4b的通信電纜斷開以及在這些環(huán)路網(wǎng)絡(luò)的任意位置出現(xiàn)遠(yuǎn)端I/O單元2癱瘓的情況下重新設(shè)置控制權(quán)限的過程(S7)的細(xì)節(jié)的說明。
圖12顯示了在環(huán)路網(wǎng)絡(luò)LPa中遠(yuǎn)端I/O單元2-1的第二環(huán)路I/F單元2a出現(xiàn)癱瘓和在環(huán)路網(wǎng)絡(luò)LPb中出現(xiàn)傳輸路徑4a的位置P1和P2的兩處斷開的情況。
在這種情況下，遠(yuǎn)端I/O單元2-2到2-n是通過由虛線表示的路由可訪問的。同時，遠(yuǎn)端I/O單元2-1是通過從已癱瘓的環(huán)路I/F單元2a被切換到的第二環(huán)路I/F單元2b可訪問的。
在傳輸路徑4a和4b的通信電纜斷開以及如在以上的情況下那樣遠(yuǎn)端I/O單元2-1的第二環(huán)路I/F單元2a或2b中的一個位置處癱瘓的情況下，所有的遠(yuǎn)端I/O單元2都是從控制器1A可訪問的。因此，可以執(zhí)行控制而不用切換控制器1A的控制權(quán)限。
也就是說，當(dāng)在單個環(huán)路網(wǎng)絡(luò)中多個位置處出現(xiàn)多處通信電纜斷開以及在多個遠(yuǎn)端I/O單元2的各個第二環(huán)路I/F單元2a和2b中出現(xiàn)多處癱瘓的情況下，位于遠(yuǎn)離控制器1A的故障位置的一側(cè)的遠(yuǎn)端I/O單元2變?yōu)椴豢稍L問的。然而，當(dāng)在環(huán)路網(wǎng)絡(luò)LPa和LPb中的各個故障之間的部分互相不重疊的情況下，所有的遠(yuǎn)端I/O單元2是從控制器1A可訪問的。這使得有可能連續(xù)地執(zhí)行控制而不用切換控制器1A的控制權(quán)限。
然而，在兩個環(huán)路網(wǎng)絡(luò)LPa和LPb都具有異常的情況下，出現(xiàn)各種故障模式。下面通過參照圖13和圖14A到14B描述在這些情況下由雙控制I/F單元3設(shè)置控制權(quán)限的過程。
圖13顯示了在雙監(jiān)管控制系統(tǒng)的環(huán)路網(wǎng)絡(luò)LPa中的兩個位置P1和P2以及在環(huán)路網(wǎng)絡(luò)Lpb中的兩個位置P3和P4處出現(xiàn)四處斷開的狀態(tài)。
圖14A是由環(huán)路狀態(tài)判斷單元3b產(chǎn)生的環(huán)路狀態(tài)判斷表的例子。環(huán)路狀態(tài)判斷單元3b通過接收由控制器1A的第一切換控制器1c接收的接收信息而產(chǎn)生表格。同樣地，圖14B是由環(huán)路狀態(tài)判斷單元3b產(chǎn)生的環(huán)路狀態(tài)判斷表的例子。環(huán)路狀態(tài)判斷單元3b通過接收由控制器1B的第一切換控制器1c接收的接收信息而產(chǎn)生表格。
環(huán)路狀態(tài)判斷表通過以下方式產(chǎn)生。例如，保持激活的消息由每個遠(yuǎn)端I/O單元2周期地發(fā)送。然后，如果每個第一切換控制器1c在某個時間間隔或更長的時間內(nèi)沒有接收到保持激活的消息，則這被判斷為異常。
此外，環(huán)路狀態(tài)判斷表可以在控制操作期間通過使用作為實際的輸入數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)的發(fā)送數(shù)據(jù)被順序地產(chǎn)生。
例如，這里假設(shè)了遠(yuǎn)端I/O單元2-2是傳輸信號的發(fā)送源的情況。在環(huán)路網(wǎng)絡(luò)LPa中，在點P1和P2之間的部分中出現(xiàn)故障。為此，控制器1A不能在環(huán)路網(wǎng)絡(luò)LPa中在預(yù)定的時間間隔內(nèi)接收在順時針方向F和在逆時針方向R來自遠(yuǎn)端I/O單元2-2的傳輸信號(在表中由“U”表示)。然而，在環(huán)路網(wǎng)絡(luò)LPb中，控制器1A可以正常地接收在兩個方向上的傳輸信號(在表中由“S”表示)。
通過把在每個發(fā)送源節(jié)點的這個接收信息中表示的、也與傳輸方向有關(guān)的正常/異常狀態(tài)表格化，確定了故障的位置。例如，遠(yuǎn)端I/O單元2-1和2-2的接收狀態(tài)分別是正常的和異常的。另外，I/O單元2-n的接收狀態(tài)是正常的。因此，環(huán)路狀態(tài)判斷單元3b將這個環(huán)路網(wǎng)絡(luò)LPa的以逆時針方向從遠(yuǎn)端I/O單元21開始并在遠(yuǎn)端I/O單元2-(n-1)到遠(yuǎn)端I/O單元2-2處結(jié)束的部分判斷為不可訪問的異常部分。結(jié)果，可以估計在兩個位置P1和P2處有斷裂。
另外，例如通過參照對于每個遠(yuǎn)端I/O單元2事先設(shè)置的優(yōu)先權(quán)判斷表，這個優(yōu)先權(quán)判斷表先前被存儲在控制權(quán)限設(shè)置單元3a中，進行對切換控制權(quán)限的必要性的判斷。換句話說，控制權(quán)限被切換到被列在優(yōu)先權(quán)判斷表中的遠(yuǎn)端I/O單元2可以與其通信的控制器1。
例如，在遠(yuǎn)端I/O單元2-2被列在優(yōu)先權(quán)判斷表中的情況下，不執(zhí)行控制權(quán)限的切換。這是因為遠(yuǎn)端I/O單元2-2可以與控制器1A通信，如圖14A所示。
然而，在遠(yuǎn)端I/O單元2-3事先被列在優(yōu)先權(quán)判斷表中的情況下，控制器1A通知控制器1B經(jīng)由這對控制權(quán)限設(shè)置單元3a切換控制權(quán)限。代替這個優(yōu)先權(quán)判斷表，可以提供用于判斷是否切換控制權(quán)限的條件。所述條件的一個例子是判斷邏輯，它判斷在可以與處在待機狀態(tài)下的控制器1通信的遠(yuǎn)端I/O單元2的數(shù)目超過處在工作狀態(tài)下的控制器1的數(shù)目的情況下切換控制權(quán)限。
因此，有可能通過以上述的方式判斷故障模式而實現(xiàn)盡可能多地避免控制權(quán)限切換的雙監(jiān)管控制系統(tǒng)的操作。
即使在如上所述的結(jié)構(gòu)中，存在需要切換控制權(quán)限的某些故障模式。例如，在相同的遠(yuǎn)端I/O單元2的第二環(huán)路I/F單元2a和2b同時癱瘓的情況下，這個遠(yuǎn)端I/O單元2變?yōu)椴豢稍L問的。
另外，如圖15所示，在某些情況下，可能出現(xiàn)其中從控制器1A和1B各自可訪問的范圍是不同的故障模式。例如，如圖15所示，控制器1A僅僅可以訪問遠(yuǎn)端I/O單元2n，而控制器1B可以訪問所有的遠(yuǎn)端I/O單元2。
在這種故障模式的情況下，可以訪問所有遠(yuǎn)端I/O單元2的控制器從待機狀態(tài)切換到工作狀態(tài)。
工作系統(tǒng)的雙控制I/F單元3的控制權(quán)限設(shè)置單元3a詢問配對的系統(tǒng)(待機系統(tǒng))的控制器1B的控制權(quán)限設(shè)置單元3a關(guān)于其當(dāng)前的狀態(tài)。然后，如果控制器1B本身癱瘓，則控制權(quán)限設(shè)置單元3a判斷待機系統(tǒng)具有故障。因此，控制器1A單個地作為工作系統(tǒng)操作。
通過用這個結(jié)構(gòu)對控制權(quán)限的切換做出判斷，常規(guī)雙監(jiān)管控制控制系統(tǒng)在工作系統(tǒng)的控制器出現(xiàn)故障的情況下，執(zhí)行從工作系統(tǒng)到待機系統(tǒng)的切換。在這種情況下，通過算術(shù)處理由工作系統(tǒng)收集的輸入數(shù)據(jù)而得到的數(shù)據(jù)經(jīng)由雙控制I/F單元從工作系統(tǒng)持續(xù)地傳送到待機系統(tǒng)，以便保持連續(xù)控制。
另一方面，根據(jù)本發(fā)明，工作的和待機的系統(tǒng)可以持續(xù)共享相同輸入數(shù)據(jù)的信息，而不會帶來經(jīng)由雙控制I/F單元給出和接收數(shù)據(jù)的麻煩。這帶來了避免在雙I/F單元中龐大的數(shù)據(jù)量傳輸?shù)男Ч?。而且，這帶來了能夠?qū)崿F(xiàn)高速切換操作的效果，因為在數(shù)據(jù)經(jīng)由雙控制I/F單元傳送時引起的延時被消除。
本發(fā)明完全不限于上述的實施例。環(huán)路網(wǎng)絡(luò)及其傳輸路徑可以由無線通信路徑組成。另外，雖然在本說明中描述了具有雙冗余結(jié)構(gòu)的環(huán)路網(wǎng)絡(luò)，但也可以采用具有三重冗余或四重冗余結(jié)構(gòu)的環(huán)路網(wǎng)絡(luò)。
此外，發(fā)送的數(shù)據(jù)的可靠性可以按以下的方式被增強。發(fā)送輸入數(shù)據(jù)的第二數(shù)據(jù)分發(fā)器-選擇器2d把序列號給予要被發(fā)送的輸入數(shù)據(jù)。此后，做出關(guān)于在接收輸入數(shù)據(jù)的第一環(huán)路I/F單元1a和第一環(huán)路I/F單元1b中的每一個的接收信息是否正常的判斷。這時，首先把各個第一環(huán)路I/F單元的接收的順序號互相進行比較。然后，如果任一個順序號在一定的時間間隔內(nèi)沒有被更新，則判斷具有未更新的順序號的第一環(huán)路I/F單元的網(wǎng)絡(luò)環(huán)路是異常的。另外，在兩個網(wǎng)絡(luò)環(huán)路都是正常的情況下，選擇具有最新的順序號的第一環(huán)路I/F單元的網(wǎng)絡(luò)環(huán)路。因此，本發(fā)明可以通過增加不同的修改被實施而不背離本發(fā)明的精神。
權(quán)利要求
1.一種冗余監(jiān)管控制系統(tǒng)，系統(tǒng)包括一對控制器，每個控制器控制來自所控制的對象的輸入數(shù)據(jù)，并根據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸出控制數(shù)據(jù)；多個遠(yuǎn)端輸入/輸出單元，用于收集來自所控制的對象的輸入數(shù)據(jù)，把輸入數(shù)據(jù)發(fā)送到這兩個控制器，并把從當(dāng)前執(zhí)行控制的工作系統(tǒng)的控制器發(fā)送的控制數(shù)據(jù)輸出到所控制的對象；通信電纜，每條電纜把這對控制器和多個遠(yuǎn)端輸入/輸出單元連接成圓環(huán)；以及一對冗余控制接口單元，用于互相監(jiān)視這對控制器的異常狀態(tài)，并設(shè)置控制權(quán)限，以允許這對控制器中的任一個控制器在工作狀態(tài)下執(zhí)行控制，而另一個控制器處在待機狀態(tài)，以及它通過在由這對控制器、多個遠(yuǎn)端輸入/輸出單元和通信電纜組成的環(huán)路網(wǎng)絡(luò)中在兩個方向上按照預(yù)定的通信協(xié)議進行通信而控制所控制的對象，冗余監(jiān)管控制控制系統(tǒng)，其中這對控制器的每個控制器包括多個第一環(huán)路接口單元，其在兩個方向上與配對的控制器和遠(yuǎn)端輸入/輸出單元傳送輸入數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)，并且判斷輸入數(shù)據(jù)是否被正常接收；第一切換控制器，它根據(jù)各個第一環(huán)路接口單元的判斷結(jié)果，從多個第一環(huán)路接口單元中選擇一個能夠執(zhí)行正常接收的第一環(huán)路接口單元；第一數(shù)據(jù)分發(fā)器-選擇器，它接收從由第一切換控制器選擇的第一環(huán)路接口單元輸出的輸入數(shù)據(jù)，并且在多個第一環(huán)路接口單元之間分發(fā)控制數(shù)據(jù)；以及控制計算單元，它接收從對輸入數(shù)據(jù)執(zhí)行算術(shù)處理的第一數(shù)據(jù)分發(fā)器-選擇器輸出的輸入數(shù)據(jù)，并且把算術(shù)處理的結(jié)果作為控制數(shù)據(jù)輸出到第一數(shù)據(jù)分發(fā)器-選擇器，以及其中多個遠(yuǎn)端輸入/輸出單元中的每個遠(yuǎn)端輸入/輸出單元包括多個第二環(huán)路接口單元，其在兩個方向上與這對控制器傳送輸入數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)，并且判斷輸入數(shù)據(jù)是否被正常接收；第二切換控制器，它根據(jù)第二環(huán)路接口單元的判斷結(jié)果，從多個第二環(huán)路接口單元中選擇一個能夠執(zhí)行正常接收的第二環(huán)路接口單元；第二數(shù)據(jù)分發(fā)器-選擇器，它輸出從由第二切換控制器選擇的第二環(huán)路接口單元輸出的控制數(shù)據(jù)，并且在多個第二環(huán)路接口單元之間分發(fā)從所控制的對象收集的輸入數(shù)據(jù)；以及輸入/輸出單元，它根據(jù)由第二數(shù)據(jù)分發(fā)器-選擇器分發(fā)的控制數(shù)據(jù)將控制信號發(fā)送到所控制的對象，并且把從所控制的對象收集的信號作為控制數(shù)據(jù)發(fā)送到第二數(shù)據(jù)分發(fā)器-選擇器，以及冗余監(jiān)管控制系統(tǒng)包括上述的多個環(huán)路網(wǎng)絡(luò)，其中當(dāng)在多個第一環(huán)路接口單元和在多個第二環(huán)路接口單元中檢測到接收故障時，在多個第一環(huán)路接口單元和在多個第二環(huán)路接口單元中自動地分別選擇能夠正常通信的第一環(huán)路接口單元和第二環(huán)路接口單元，由此在可傳輸?shù)姆较蛏蠄?zhí)行傳輸；以及在各個環(huán)路網(wǎng)絡(luò)中的每個從這對控制器中的每個控制器開始并且在故障的位置處結(jié)束的部分不互相重疊時，控制能夠繼續(xù)進行，而不用切換控制權(quán)限。
2.按照權(quán)利要求
1的冗余監(jiān)管控制系統(tǒng)，其中每個冗余控制接口單元包括環(huán)路狀態(tài)判斷裝置，它通過收集有關(guān)在控制器與多個遠(yuǎn)端輸入/輸出單元中的每個之間的通信是否被正常地執(zhí)行的信息判斷各個環(huán)路網(wǎng)絡(luò)的連接狀態(tài)；以及控制權(quán)限設(shè)置裝置，它根據(jù)來自環(huán)路狀態(tài)判斷裝置的輸出和對于每個遠(yuǎn)端輸入/輸出單元事先設(shè)置的優(yōu)先權(quán)判斷表在這對控制器的一個控制器中設(shè)置控制權(quán)限。
3.按照權(quán)利要求
2的冗余監(jiān)管控制系統(tǒng)，其中各個冗余控制接口單元的這對控制權(quán)限設(shè)置裝置互相監(jiān)視這對控制器本身的異常狀態(tài)的自診斷的各個輸出以及由這對環(huán)路狀態(tài)判斷裝置分別生成的接收狀態(tài)判斷表，并由此設(shè)置控制權(quán)限。
4.按照權(quán)利要求
2的冗余監(jiān)管控制系統(tǒng)，其中每個遠(yuǎn)端輸入/輸出單元把消息和數(shù)據(jù)中的任一項循環(huán)發(fā)送到在可傳送的循環(huán)方向上相應(yīng)的控制器；以及每個環(huán)路狀態(tài)判斷裝置接收響應(yīng)狀態(tài)，將其中在每個環(huán)路網(wǎng)絡(luò)中可以進行通信的連接狀態(tài)表格化，并由此判斷其中不能進行通信的部分。
5.按照權(quán)利要求
2的冗余監(jiān)管控制系統(tǒng)，其中在這對環(huán)路狀態(tài)判斷裝置判斷在多個環(huán)路網(wǎng)絡(luò)中各個部分不互相重疊的情況下，這對控制權(quán)限設(shè)置裝置使得控制操作繼續(xù)進行，而不切換控制權(quán)限，其中每個部分從這對控制器中的每個控制器開始，到發(fā)生故障的位置結(jié)束；以及在這對控制器的相應(yīng)的每個環(huán)路網(wǎng)絡(luò)被分段并且這對環(huán)路狀態(tài)判斷裝置判斷各個環(huán)路網(wǎng)絡(luò)的通信狀態(tài)在每個控制器可以訪問遠(yuǎn)端輸入/輸出單元的范圍內(nèi)彼此不同的情況下，這對控制權(quán)限設(shè)置裝置根據(jù)在預(yù)先設(shè)置的優(yōu)先權(quán)判斷表中的信息再次設(shè)置控制權(quán)限。
6.按照權(quán)利要求
1的冗余監(jiān)管控制系統(tǒng)，其中在多個第二環(huán)路接口單元的輸入數(shù)據(jù)之間有差別的情況下，第二切換控制器將各個第二環(huán)路接口單元的輸入數(shù)據(jù)互相比較，并且根據(jù)預(yù)先設(shè)置的選擇準(zhǔn)則選擇第二環(huán)路接口單元。
7.用于冗余監(jiān)管控制系統(tǒng)的冗余切換方法，所述系統(tǒng)包括一對控制器，每個控制器收集來自所控制的對象的輸入數(shù)據(jù)，并根據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸出控制數(shù)據(jù)；多個遠(yuǎn)端輸入/輸出單元，用于收集來自所控制的對象的輸入數(shù)據(jù)，把輸入數(shù)據(jù)傳送到這兩個控制器，并把從當(dāng)前執(zhí)行控制的工作系統(tǒng)的控制器發(fā)送的控制數(shù)據(jù)輸出到所控制的對象；通信電纜，每條電纜將這對控制器和多個遠(yuǎn)端輸入/輸出單元連接成圓環(huán)；以及一對冗余控制接口單元，用于互相監(jiān)視這對控制器的異常狀態(tài)，并設(shè)置控制權(quán)限，以允許這對控制器中的任一個控制器在工作狀態(tài)下執(zhí)行控制，而另一個控制器處在待機狀態(tài)，以及冗余監(jiān)管控制系統(tǒng)，它通過在由這對控制器、多個遠(yuǎn)端輸入/輸出單元和通信電纜組成的環(huán)路網(wǎng)絡(luò)中在兩個方向上按照預(yù)定的通信協(xié)議進行通信而控制所控制的對象，冗余監(jiān)管控制系統(tǒng)，它包括在一對控制器中的每個控制器中的多個第一環(huán)路接口單元；在多個遠(yuǎn)端輸入/輸出單元中的每一個的多個第二環(huán)路接口單元；以及連接多個第一環(huán)路接口單元和多個第二環(huán)路接口單元的通信電纜，它包括上述的多個環(huán)路網(wǎng)絡(luò)，以及其中多個環(huán)路網(wǎng)絡(luò)被設(shè)置成可選擇的，冗余切換方法包括以下步驟檢測關(guān)于在環(huán)路網(wǎng)絡(luò)中在接收機一側(cè)是否正常接收輸入數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)的接收信息；根據(jù)接收信息選擇用于多個遠(yuǎn)端輸入/輸出單元中每一個的多個第一環(huán)路接口單元和多個第二環(huán)路接口單元，并選擇能夠執(zhí)行接收的第一環(huán)路接口單元和第二環(huán)路接口單元；根據(jù)接收信息判斷環(huán)路網(wǎng)絡(luò)的連接狀態(tài)；以及根據(jù)環(huán)路網(wǎng)絡(luò)判斷步驟的結(jié)果再次設(shè)置這對控制器中的每個控制器的控制權(quán)限，其中在這對環(huán)路狀態(tài)判斷裝置判斷在多個環(huán)路網(wǎng)絡(luò)中各個部分不互相重疊的情況下，這對控制權(quán)限設(shè)置裝置使得控制操作繼續(xù)進行，而不切換控制權(quán)限，其中每個部分從這對控制器的每個控制器開始，到故障的位置結(jié)束；以及在每個環(huán)路網(wǎng)絡(luò)中的多個位置處出現(xiàn)故障以及這對環(huán)路狀態(tài)判斷裝置判斷各個環(huán)路網(wǎng)絡(luò)的通信狀態(tài)在每個控制器可以訪問遠(yuǎn)端輸入/輸出單元的范圍內(nèi)彼此不同的情況下，這對控制權(quán)限設(shè)置裝置再次設(shè)置這對控制器中的一個控制器中的控制權(quán)限。
專利摘要
本發(fā)明的目的是提供一種冗余監(jiān)管控制系統(tǒng)及其冗余切換方法。在冗余監(jiān)管控制系統(tǒng)中，即使在多個位置處出現(xiàn)故障時，遠(yuǎn)端I/O設(shè)備也不太可能是不可訪問的。因此增強了系統(tǒng)的可靠性。冗余監(jiān)管控制系統(tǒng)包括在一對控制器的每個控制器中的多個第一環(huán)路接口單元；第二環(huán)路接口單元；以及通信電纜，每根電纜將多個第一環(huán)路接口單元和多個第二環(huán)路接口單元連接成圓環(huán)。冗余監(jiān)管控制系統(tǒng)通過將控制器和遠(yuǎn)端I/O單元互相連接成多個環(huán)路網(wǎng)絡(luò)而被配置。在通過使用在網(wǎng)絡(luò)中接收的數(shù)據(jù)而檢測環(huán)路網(wǎng)絡(luò)中的異常的情況下，自動選擇可執(zhí)行正常接收的第一和第二環(huán)路接口單元。
文檔編號G05B19/418GK1991650SQ200610172508
公開日2007年7月4日 申請日期2006年12月26日
發(fā)明者竹原潤, 澤田彰, 登古誠, 日下部宏之, 河野慎哉, 梅田裕二 申請人:株式會社東芝導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan