冗余pc系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種冗余PC系統(tǒng)包括要通過網絡連接的多個冗余PC。每個冗余PC均包括安裝有用于連接至網絡的接口的硬件以及被配置為在硬件上進行操作的主機OS。主機OS設置有虛擬化單元、以及冗余單元和實時通信單元，該冗余單元和該實時通信單元被配置為作為單獨進程進行操作而與虛擬化單元無關。冗余單元被配置為執(zhí)行控制監(jiān)視以經由通用接口使得PC冗余。
【專利說明】
冗余PC系統(tǒng)
技術領域
[0001]本公開涉及一種冗余PC系統(tǒng)，更具體地，涉及一種能夠確保進程控制系統(tǒng)等所需的實時可操作性和高可靠性并且應對工廠的漫長生存周期中的改變的冗余PC系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]在現(xiàn)有技術的進程控制系統(tǒng)中，具有操作和監(jiān)視功能等的PC群和控制器通過獨立網絡彼此連接，以便平衡實時可操作性與高可靠性。
[0003]圖2示出了現(xiàn)有技術的進程控制系統(tǒng)的示例的配置。在圖2中，諸如傳感器和致動器之類的現(xiàn)場裝置I經由控制器2連接至控制網絡3。
[0004]現(xiàn)場裝置I的傳感器11被配置為對測量目標的物理量進行測量，并且致動器12被配置為驅動操作目標?？刂破?分布且布置在工廠中并且具有可編程計算處理功能以與操作和監(jiān)視終端單元交換各種信息并且基于來自傳感器11的信息將驅動信號傳送至致動器
12ο
[0005]PC 4還連接至控制網絡3AC 4具有提供應用軟件的功能，諸如向操作者提供基于來自控制器2的信息而控制和監(jiān)視整個進程控制系統(tǒng)所需的各種信息的功能、用于基于該信息對各個系統(tǒng)構成元件進行適當指示和管理的操作和監(jiān)視功能、以及用于管理各種裝置的修理和維護條件等的裝置管理功能。
[0006]PC 4設置有用于連接至控制網絡3的專用網絡接口卡(下文中，也稱為NIC)41、用于NIC等的接口NIC I/F 42作為硬件。在PC 4中，OS 43、各種應用軟件44等被存儲為軟件。
[0007]同時，控制網絡3與多個PC4相連接以便構成PC群。然而，在圖2中，僅示出了一個PC 4。
[0008]圖3示出了現(xiàn)有技術的進程控制系統(tǒng)的另一示例的配置。在圖3的配置中，操作側PC 4Α和待機側PC 4Β使得PC 4變得冗余以提高系統(tǒng)的可靠性。操作側PC 4Α和待機側PC 4Β經由被配置為彼此協(xié)作地進行切換的換向開關SW1、SW2而連接至控制網絡3，并且經由冗余控制通信線路RL彼此連接。
[0009]非專利文獻I公開了一種涉及用于基于IGbps的以太網(注冊商標)的進程自動化的“實時工廠網絡系統(tǒng)Vnet/IP”的技術。
[0010]根據在非專利文獻I中公開的Vnet/IP通信，采用了雙工配置的網絡以確保高可靠性。由此，當在一個系統(tǒng)中發(fā)生故障或異常時，可以自動地且立即地切換路徑并且可以平衡實時可操作性和高可靠性。
[0011]專利文獻I公開了一種能夠減少關于工程操作的負擔的冗余通信系統(tǒng)的技術。
[0012][非專利文獻l]KojiDemachi et al.，‘Real-time plant network systemVnet/IP’，Yokogawa technical report,Yokogawa Electric Corporat1n,2005年4月20日，第49卷，第2(2005)期，第37-40頁
[0013][專利文獻I]日本專利申請公布第2013-167922A
[0014]還努力通過通用以太網建立要用于進程控制系統(tǒng)的控制網絡。然而，用于以太網的一般TCP/IP通信不具有在進程控制系統(tǒng)中需要的、用于在定義的時間段內保證處理的安全實現(xiàn)的實時可操作性。
[0015]同時，需要用于Vnet/IP的專用接口卡以在通用PC中進行Vnet/IP通信。
[0016]由于安裝在每個PC上的用于Vnet/IP的每個專用接口具有切換冗余網絡的主要屬性，因此不能在同一站點地址上提供多個接口卡。
[0017]因此，如在專利文獻I中所公開的那樣，例如，準備了對其設置了同一站點地址的兩個通用計算機，并且利用網絡交換機(層2交換機)對一個接口卡的線路進行切換，從而實現(xiàn)了冗余。
[0018]為此，連接似乎暫時斷開，如從諸如控制器之類的通信方看到的那樣。此外，由于需要用于切換的層2交換機及其電源，因此，隨著部件數量增加，成本增加并且故障率也增大。
[0019]此外，根據圖3所示的PC冗余方法，采用了待機重啟方法。因此，切換冗余PC4A、4B的控制權限花費了約10秒，從而數據獲取中的空白時段出現(xiàn)，站點的操作似乎停止并且無法維持實時可操作性。
[0020]同時，每隔幾年做出通用計算機的產品壽命或者其各種部件和諸如Windows(注冊商標)之類的OS的換代，從而價格性能比大大提高。另一方面，在許多情況下停止了老一代產品的供給。
[0021]同時，如圖3所示，必定需要由所連接的多個PC4A、4B建立的進程控制系統(tǒng)以在大約30年的工廠壽命期間連續(xù)地進行操作。由于操作者的習慣和教育、專門知識的保留等，需要諸如操作和監(jiān)視功能之類的應用軟件即使在做出OS的換代等時在操作時段期間也具有慣常的可操作性和功能。
[0022]此外，隨著通用PC的技術革新，PC的通用I/F也逐步發(fā)展。隨著通用I/F逐步發(fā)展，難以購買與老一代通用I/F相對應的通用PC。為了應對逐步發(fā)展的新的通用I/F，在許多場合必定需要與PC的通用I/F的逐步發(fā)展相對應地再次發(fā)展專用接口卡，這是因為無法繼續(xù)在工廠壽命期間使用相同的專用接口卡。

【發(fā)明內容】

[0023]本發(fā)明的示例性實施例提供了如下的一種冗余PC系統(tǒng):其能夠確保進程控制系統(tǒng)等所需的實時可操作性和高可靠性并且應對工廠的漫長生命周期中的改變。
[0024]根據示例性實施例的一種冗余PC系統(tǒng)包括:
[0025]多個冗余PC，其將通過網絡相連接，每個所述冗余PC包括安裝有用于連接至所述網絡的接口的硬件和被配置為在所述硬件上進行操作的主機OS，
[0026]其中，所述主機OS設置有虛擬化單元、以及冗余單元和實時通信單元，所述冗余單元和所述實時通信單元被配置為作為與所述虛擬化單元無關的單獨進程而進行操作，以及
[0027]其中，所述冗余單元被配置為執(zhí)行控制監(jiān)視以經由通用接口使得PC冗余。
[0028]實時通信單元可以被配置為在連接至網絡的各冗余PC之間發(fā)送和接收信息。
[0029]冗余單元和實時通信單元可以分別排他地被分配有硬件的CPU資源。
[0030]訪客OS和應用軟件可以被配置為在虛擬化單元上進行操作。
[0031]冗余PC系統(tǒng)可以構成被配置為對工廠進行控制的工廠控制系統(tǒng)。
[0032]通過上述配置，可以實現(xiàn)能夠確保實時可操作性和高可靠性并且應對工廠的漫長生命周期中的改變的冗余PC系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0033]圖1示出了本發(fā)明的示例性實施例的配置。
[0034]圖2示出了現(xiàn)有技術的進程控制系統(tǒng)的示例的配置。
[0035]圖3示出了現(xiàn)有技術的進程控制系統(tǒng)的另一示例的配置。
【具體實施方式】
[0036]下文中，將參照附圖詳細地描述本發(fā)明的示例性實施例。圖1示出了本發(fā)明的示例性實施例的配置。在圖1中，與圖3相同的部分用相同的附圖標記來表示。
[0037]在圖1中，諸如PC5A、PC 5B、NIC 6A1 至NIC 6A4、NIC 6B1 至NIC 6B4等硬件是通常可購得的通用產品。即，對于硬件，假設每隔幾年進行換代。
[0038]相比之下，假設訪客OS 55A、訪客OS 55B和應用軟件56A、應用軟件56B被保持為一組而與硬件的換代無關。原因在于當進行訪客OS的改變(諸如做出Windows(注冊商標)XP到Windows 8的換代)時，在許多情況下也需要更新應用軟件。
[0039]根據本發(fā)明，主機OS 51A、主機OS 51B設置在硬件(PC 5A、PC 5B、NIC 6A1至NIC6A4、NIC 6B1至NIC 6B4等)與軟件(訪客OS 55A、訪客OS 55B和應用軟件56A、應用軟件56B等)之間。作為主機OS 51A、主機OS 51B，可以例示出Linux(注冊商標)等。
[0040]在主機OS 51A、主機OS 51B上，作為獨立進程，安裝了實時通信單元52A、實時通信單元52B、用于PC 5A、PC 5B的冗余的冗余單元53A、冗余單元53B以及虛擬化單元54A、虛擬化單元54B。實時通信單元52A、52B被配置為執(zhí)行實時通信的控制。虛擬化單元54A、54B被配置為操作訪客OS 55A、55B和應用軟件56A、56B。
[0041 ] 實時通信單元52A、52B經由通用NIC 6A1、6B1連接至控制網絡31，并且經由通用NIC 6A2、6B2連接至控制網絡32。
[0042]在許多情況下使得構成進程控制系統(tǒng)的控制網絡3冗余，如本發(fā)明一樣。構成本發(fā)明的實時通信單元52A、52B被配置為連接多個通用NIC。因此，例如，當檢測到異常時，可以將控制網絡從操作側控制網絡(例如，31)切換為待機側控制網絡(例如，32)。
[0043]此外，根據本發(fā)明，用于待機側冗余PC5B的控制網絡的NIC6BU6B2也始終連接至冗余控制網絡31、32。實時通信單元52A、52B具有包括自身站點的冗余方(redundancycounterpart)以及在自身站點的操作側/待機側與其他站點的操作側/待機側之間定期地發(fā)送和接收診斷分組并且檢查站點的狀態(tài)和健康性的功能。
[0044]冗余操作側PC 5A的冗余單元53A和待機側PC 5B的冗余單元53B為了PC冗余性而經由通用NIC 6A4、6B4和均衡總線9直接連接。
[0045]在通常操作期間，操作側PC5A的訪客OS 55A和應用軟件56A繼續(xù)其操作，并且待機側PC 5B的訪客OS 55B和應用軟件56B停止其操作。
[0046]操作側PC5A的冗余單元53A被配置為通過均衡總線9將為虛擬化單元54A提供的虛擬裝置上的存儲器中的諸如快照之類的信息傳送至待機側PC 5B作為均衡信息。
[0047]當在操作側PC5A中發(fā)生異常時，使用已傳送至待機側PC 5B的虛擬化單元54B的均衡信息來啟動待機側PC 5B的訪客OS 55B和應用軟件56B，并且將控制權限切換至待機側PC 5Bo
[0048]此外，操作側PC 5A的冗余單元53A具有對于自身PC 5A、NIC6A3、6A4、訪客OS 55A等的自診斷功能，并且待機側PC 5B的冗余單元53B具有對于自身PC 5B、NIC 6B3、6B4、訪客OS 55B等的自診斷功能。另外，操作側PC 5A的冗余單元53A和待機側PC 5B的冗余單元53B被配置為檢查彼此心跳，從而檢查冗余方的狀態(tài)。
[0049]當檢測到異常時，操作側PC5A的冗余單元53A和待機側PC 5B的冗余單元53B將控制權限從操作側PC切換至待機側PC或者例如向PC冗余管理工具8通知異常發(fā)生。
[0050]PC冗余管理工具8是被配置為在工程終端上進行操作的管理工具，并且經由信息網絡7和通用NIC 6A3、6B3連接至冗余單元53A、53B。
[0051 ] PC冗余管理工具8具有以下功能。
[0052]I)顯示冗余的操作狀態(tài)和各種硬件/網絡的操作狀態(tài)從而提供與維護操作相關的信息的功能。
[0053]2)執(zhí)行諸如PC的控制權限切換、系統(tǒng)的啟動/停止以及分離成兩個PC的維護操作的功能。
[0054]3)實時更新功能(在硬件正在工作時的更新功能)。
[0055]4)訪客OS的備份/恢復功能。
[0056]5)用于系統(tǒng)的修復和維護以及管理的功能，諸如Ping檢查。
[0057]通過上述配置，實時通信單元52A、52B和冗余單元53A、53B、以及虛擬化單元54A、54B位于主機OS 51A、51B上的獨立進程上。由此，可以對信息進行均衡，以檢查狀態(tài)并且在冗余PC 5A、5B之間進行切換而不受訪客OS 55A、55B/應用軟件56A、56B的狀態(tài)/中斷狀況以及控制網絡3的狀態(tài)和狀況影響。
[0058]此外，由于可以在不依賴于訪客OS 55A、55B和應用軟件56A、56B的情況下建立冗余系統(tǒng)，因此可以防止提供對于每個應用而言不同的系統(tǒng)。
[0059]此外，冗余控制網絡3的操作側/待機側控制網絡端口以及冗余PC5A、5B的操作側/待機側控制網絡端口始終連接至冗余控制網絡3。因此，可以通過實時通信單元52A、52B交換診斷分組來實時地檢查冗余網絡3和冗余5A、5B的健康性。
[0060]因此，可以快速地檢測冗余PC5A、5B的異常和冗余網絡3的異常，從而立即將控制網絡從操作側切換至待機側。
[0061 ]此外，由于不需要如圖3所示的用于切換PC的層2交換機SW1、SW2，因此可以降低成本和非特(Fit)的數量。
[0062]此外，控制器2、連接至訪客OS55A、55B的操作和監(jiān)視終端(未示出)等、應用軟件56A、56B以及控制網絡3可以繼續(xù)其操作，而不會意識到PC和網絡的切換。
[0063]結果，可以使得控制器2、連接至訪客OS55A、55B的操作和監(jiān)視終端等、應用軟件56A、56B以及控制網絡3不依賴于冗余配置。
[0064]此外，實時通信單元52A、52B設置在主機OS 51A、51B上，使得可以使用通用NIC。由此，可以始終受益于最新一代的PC和NIC的技術革新的成果并且解決應該購買非常昂貴的老一代產品以及無法獲取老一代產品的問題。
[0065]PC冗余管理工具8感知并管理關于冗余控制網絡3或冗余PC5A、5B中的任一個的狀態(tài)。因此，可以操作控制器2、連接至訪客OS 55A、55B的操作和監(jiān)視終端等、應用軟件56A、56B以及控制網絡3而不會意識到冗余方法等。
[0066]S卩，還可以在長期工廠生命周期內繼續(xù)使用非冗余兼容的老一代的應用軟件/訪客OS/控制器/操作和監(jiān)視終端等。應用可以是網關、工程工具等。
[0067]同時，作為獨立進程的實時通信單元52A、52B以及冗余單元53A、53B可以分別排他地設置有冗余PC 5A、5B的CPU資源。
[0068]此外，在多核CPU的情況下，獨立CPU核芯可以被分別分配給實時通信單元52A、52B和冗余單元53A、53B。由此，各個功能還可以獨立地進行操作并且很難彼此影響。
[0069]另外，還可以使得用于冗余PC5A、5B的冗余單元53A、53B之間的PC冗余的均衡總線9冗余。
[0070]如上所述，根據本發(fā)明，可以實現(xiàn)能夠確保實時可操作性和高可靠性并且應對工廠的漫長生命周期中的改變的冗余PC系統(tǒng)。
【主權項】
1.一種冗余PC系統(tǒng)，包括: 多個冗余PC，其將通過網絡相連接，每個所述冗余PC包括安裝有用于連接至所述網絡的接口的硬件和被配置為在所述硬件上進行操作的主機OS， 其中，所述主機OS設置有虛擬化單元、以及冗余單元和實時通信單元，所述冗余單元和所述實時通信單元被配置為作為與所述虛擬化單元無關的單獨進程而進行操作，以及 其中，所述冗余單元被配置為執(zhí)行控制監(jiān)視以經由通用接口使得PC冗余。2.根據權利要求1所述的冗余PC系統(tǒng)，其中，所述實時通信單元被配置為在連接至所述網絡的各冗余PC之間發(fā)送和接收信息。3.根據權利要求1所述的冗余PC系統(tǒng)，其中，所述冗余單元和所述實時通信單元分別被排他地分配有所述硬件的CPU資源。4.根據權利要求1至3中的任一項所述的冗余PC系統(tǒng)，其中，訪客OS和應用軟件被配置為在所述虛擬化單元上進行操作。5.根據權利要求1至3中的任一項所述的冗余PC系統(tǒng)，其中，所述冗余PC系統(tǒng)構成被配置為對工廠進行控制的工廠控制系統(tǒng)。6.根據權利要求4所述的冗余PC系統(tǒng)，其中，所述冗余PC系統(tǒng)構成被配置為對工廠進行控制的工廠控制系統(tǒng)。
【文檔編號】G06F13/368GK105988956SQ201610165175
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年3月22日
【發(fā)明人】榎本浩也, 江守敏幸, 土屋雅信, 本鄉(xiāng)健
【申請人】橫河電機株式會社