冗余pc系统的制作方法
【专利摘要】一种冗余PC系统包括要通过网络连接的多个冗余PC。每个冗余PC均包括安装有用于连接至网络的接口的硬件以及被配置为在硬件上进行操作的主机OS。主机OS设置有虚拟化单元、以及冗余单元和实时通信单元，该冗余单元和该实时通信单元被配置为作为单独进程进行操作而与虚拟化单元无关。冗余单元被配置为执行控制监视以经由通用接口使得PC冗余。
【专利说明】
冗余PC系统
技术领域
[0001]本公开涉及一种冗余PC系统，更具体地，涉及一种能够确保进程控制系统等所需的实时可操作性和高可靠性并且应对工厂的漫长生存周期中的改变的冗余PC系统。
【背景技术】
[0002]在现有技术的进程控制系统中，具有操作和监视功能等的PC群和控制器通过独立网络彼此连接，以便平衡实时可操作性与高可靠性。
[0003]图2示出了现有技术的进程控制系统的示例的配置。在图2中，诸如传感器和致动器之类的现场装置I经由控制器2连接至控制网络3。
[0004]现场装置I的传感器11被配置为对测量目标的物理量进行测量，并且致动器12被配置为驱动操作目标。控制器2分布且布置在工厂中并且具有可编程计算处理功能以与操作和监视终端单元交换各种信息并且基于来自传感器11的信息将驱动信号传送至致动器
12ο
[0005]PC 4还连接至控制网络3AC 4具有提供应用软件的功能，诸如向操作者提供基于来自控制器2的信息而控制和监视整个进程控制系统所需的各种信息的功能、用于基于该信息对各个系统构成元件进行适当指示和管理的操作和监视功能、以及用于管理各种装置的修理和维护条件等的装置管理功能。
[0006]PC 4设置有用于连接至控制网络3的专用网络接口卡(下文中，也称为NIC)41、用于NIC等的接口NIC I/F 42作为硬件。在PC 4中，OS 43、各种应用软件44等被存储为软件。
[0007]同时，控制网络3与多个PC4相连接以便构成PC群。然而，在图2中，仅示出了一个PC 4。
[0008]图3示出了现有技术的进程控制系统的另一示例的配置。在图3的配置中，操作侧PC 4Α和待机侧PC 4Β使得PC 4变得冗余以提高系统的可靠性。操作侧PC 4Α和待机侧PC 4Β经由被配置为彼此协作地进行切换的换向开关SW1、SW2而连接至控制网络3，并且经由冗余控制通信线路RL彼此连接。
[0009]非专利文献I公开了一种涉及用于基于IGbps的以太网(注册商标)的进程自动化的“实时工厂网络系统Vnet/IP”的技术。
[0010]根据在非专利文献I中公开的Vnet/IP通信，采用了双工配置的网络以确保高可靠性。由此，当在一个系统中发生故障或异常时，可以自动地且立即地切换路径并且可以平衡实时可操作性和高可靠性。
[0011]专利文献I公开了一种能够减少关于工程操作的负担的冗余通信系统的技术。
[0012][非专利文献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页
[0013][专利文献I]日本专利申请公布第2013-167922A
[0014]还努力通过通用以太网建立要用于进程控制系统的控制网络。然而，用于以太网的一般TCP/IP通信不具有在进程控制系统中需要的、用于在定义的时间段内保证处理的安全实现的实时可操作性。
[0015]同时，需要用于Vnet/IP的专用接口卡以在通用PC中进行Vnet/IP通信。
[0016]由于安装在每个PC上的用于Vnet/IP的每个专用接口具有切换冗余网络的主要属性，因此不能在同一站点地址上提供多个接口卡。
[0017]因此，如在专利文献I中所公开的那样，例如，准备了对其设置了同一站点地址的两个通用计算机，并且利用网络交换机(层2交换机)对一个接口卡的线路进行切换，从而实现了冗余。
[0018]为此，连接似乎暂时断开，如从诸如控制器之类的通信方看到的那样。此外，由于需要用于切换的层2交换机及其电源，因此，随着部件数量增加，成本增加并且故障率也增大。
[0019]此外，根据图3所示的PC冗余方法，采用了待机重启方法。因此，切换冗余PC4A、4B的控制权限花费了约10秒，从而数据获取中的空白时段出现，站点的操作似乎停止并且无法维持实时可操作性。
[0020]同时，每隔几年做出通用计算机的产品寿命或者其各种部件和诸如Windows(注册商标)之类的OS的换代，从而价格性能比大大提高。另一方面，在许多情况下停止了老一代产品的供给。
[0021]同时，如图3所示，必定需要由所连接的多个PC4A、4B建立的进程控制系统以在大约30年的工厂寿命期间连续地进行操作。由于操作者的习惯和教育、专门知识的保留等，需要诸如操作和监视功能之类的应用软件即使在做出OS的换代等时在操作时段期间也具有惯常的可操作性和功能。
[0022]此外，随着通用PC的技术革新，PC的通用I/F也逐步发展。随着通用I/F逐步发展，难以购买与老一代通用I/F相对应的通用PC。为了应对逐步发展的新的通用I/F，在许多场合必定需要与PC的通用I/F的逐步发展相对应地再次发展专用接口卡，这是因为无法继续在工厂寿命期间使用相同的专用接口卡。
【发明内容】
[0023]本发明的示例性实施例提供了如下的一种冗余PC系统:其能够确保进程控制系统等所需的实时可操作性和高可靠性并且应对工厂的漫长生命周期中的改变。
[0024]根据示例性实施例的一种冗余PC系统包括:
[0025]多个冗余PC，其将通过网络相连接，每个所述冗余PC包括安装有用于连接至所述网络的接口的硬件和被配置为在所述硬件上进行操作的主机OS，
[0026]其中，所述主机OS设置有虚拟化单元、以及冗余单元和实时通信单元，所述冗余单元和所述实时通信单元被配置为作为与所述虚拟化单元无关的单独进程而进行操作，以及
[0027]其中，所述冗余单元被配置为执行控制监视以经由通用接口使得PC冗余。
[0028]实时通信单元可以被配置为在连接至网络的各冗余PC之间发送和接收信息。
[0029]冗余单元和实时通信单元可以分别排他地被分配有硬件的CPU资源。
[0030]访客OS和应用软件可以被配置为在虚拟化单元上进行操作。
[0031]冗余PC系统可以构成被配置为对工厂进行控制的工厂控制系统。
[0032]通过上述配置，可以实现能够确保实时可操作性和高可靠性并且应对工厂的漫长生命周期中的改变的冗余PC系统。
【附图说明】
[0033]图1示出了本发明的示例性实施例的配置。
[0034]图2示出了现有技术的进程控制系统的示例的配置。
[0035]图3示出了现有技术的进程控制系统的另一示例的配置。
【具体实施方式】
[0036]下文中，将参照附图详细地描述本发明的示例性实施例。图1示出了本发明的示例性实施例的配置。在图1中，与图3相同的部分用相同的附图标记来表示。
[0037]在图1中，诸如PC5A、PC 5B、NIC 6A1 至NIC 6A4、NIC 6B1 至NIC 6B4等硬件是通常可购得的通用产品。即，对于硬件，假设每隔几年进行换代。
[0038]相比之下，假设访客OS 55A、访客OS 55B和应用软件56A、应用软件56B被保持为一组而与硬件的换代无关。原因在于当进行访客OS的改变(诸如做出Windows(注册商标)XP到Windows 8的换代)时，在许多情况下也需要更新应用软件。
[0039]根据本发明，主机OS 51A、主机OS 51B设置在硬件(PC 5A、PC 5B、NIC 6A1至NIC6A4、NIC 6B1至NIC 6B4等)与软件(访客OS 55A、访客OS 55B和应用软件56A、应用软件56B等)之间。作为主机OS 51A、主机OS 51B，可以例示出Linux(注册商标)等。
[0040]在主机OS 51A、主机OS 51B上，作为独立进程，安装了实时通信单元52A、实时通信单元52B、用于PC 5A、PC 5B的冗余的冗余单元53A、冗余单元53B以及虚拟化单元54A、虚拟化单元54B。实时通信单元52A、52B被配置为执行实时通信的控制。虚拟化单元54A、54B被配置为操作访客OS 55A、55B和应用软件56A、56B。
[0041 ] 实时通信单元52A、52B经由通用NIC 6A1、6B1连接至控制网络31，并且经由通用NIC 6A2、6B2连接至控制网络32。
[0042]在许多情况下使得构成进程控制系统的控制网络3冗余，如本发明一样。构成本发明的实时通信单元52A、52B被配置为连接多个通用NIC。因此，例如，当检测到异常时，可以将控制网络从操作侧控制网络(例如，31)切换为待机侧控制网络(例如，32)。
[0043]此外，根据本发明，用于待机侧冗余PC5B的控制网络的NIC6BU6B2也始终连接至冗余控制网络31、32。实时通信单元52A、52B具有包括自身站点的冗余方(redundancycounterpart)以及在自身站点的操作侧/待机侧与其他站点的操作侧/待机侧之间定期地发送和接收诊断分组并且检查站点的状态和健康性的功能。
[0044]冗余操作侧PC 5A的冗余单元53A和待机侧PC 5B的冗余单元53B为了PC冗余性而经由通用NIC 6A4、6B4和均衡总线9直接连接。
[0045]在通常操作期间，操作侧PC5A的访客OS 55A和应用软件56A继续其操作，并且待机侧PC 5B的访客OS 55B和应用软件56B停止其操作。
[0046]操作侧PC5A的冗余单元53A被配置为通过均衡总线9将为虚拟化单元54A提供的虚拟装置上的存储器中的诸如快照之类的信息传送至待机侧PC 5B作为均衡信息。
[0047]当在操作侧PC5A中发生异常时，使用已传送至待机侧PC 5B的虚拟化单元54B的均衡信息来启动待机侧PC 5B的访客OS 55B和应用软件56B，并且将控制权限切换至待机侧PC 5Bo
[0048]此外，操作侧PC 5A的冗余单元53A具有对于自身PC 5A、NIC6A3、6A4、访客OS 55A等的自诊断功能，并且待机侧PC 5B的冗余单元53B具有对于自身PC 5B、NIC 6B3、6B4、访客OS 55B等的自诊断功能。另外，操作侧PC 5A的冗余单元53A和待机侧PC 5B的冗余单元53B被配置为检查彼此心跳，从而检查冗余方的状态。
[0049]当检测到异常时，操作侧PC5A的冗余单元53A和待机侧PC 5B的冗余单元53B将控制权限从操作侧PC切换至待机侧PC或者例如向PC冗余管理工具8通知异常发生。
[0050]PC冗余管理工具8是被配置为在工程终端上进行操作的管理工具，并且经由信息网络7和通用NIC 6A3、6B3连接至冗余单元53A、53B。
[0051 ] PC冗余管理工具8具有以下功能。
[0052]I)显示冗余的操作状态和各种硬件/网络的操作状态从而提供与维护操作相关的信息的功能。
[0053]2)执行诸如PC的控制权限切换、系统的启动/停止以及分离成两个PC的维护操作的功能。
[0054]3)实时更新功能(在硬件正在工作时的更新功能)。
[0055]4)访客OS的备份/恢复功能。
[0056]5)用于系统的修复和维护以及管理的功能，诸如Ping检查。
[0057]通过上述配置，实时通信单元52A、52B和冗余单元53A、53B、以及虚拟化单元54A、54B位于主机OS 51A、51B上的独立进程上。由此，可以对信息进行均衡，以检查状态并且在冗余PC 5A、5B之间进行切换而不受访客OS 55A、55B/应用软件56A、56B的状态/中断状况以及控制网络3的状态和状况影响。
[0058]此外，由于可以在不依赖于访客OS 55A、55B和应用软件56A、56B的情况下建立冗余系统，因此可以防止提供对于每个应用而言不同的系统。
[0059]此外，冗余控制网络3的操作侧/待机侧控制网络端口以及冗余PC5A、5B的操作侧/待机侧控制网络端口始终连接至冗余控制网络3。因此，可以通过实时通信单元52A、52B交换诊断分组来实时地检查冗余网络3和冗余5A、5B的健康性。
[0060]因此，可以快速地检测冗余PC5A、5B的异常和冗余网络3的异常，从而立即将控制网络从操作侧切换至待机侧。
[0061 ]此外，由于不需要如图3所示的用于切换PC的层2交换机SW1、SW2，因此可以降低成本和非特(Fit)的数量。
[0062]此外，控制器2、连接至访客OS55A、55B的操作和监视终端(未示出)等、应用软件56A、56B以及控制网络3可以继续其操作，而不会意识到PC和网络的切换。
[0063]结果，可以使得控制器2、连接至访客OS55A、55B的操作和监视终端等、应用软件56A、56B以及控制网络3不依赖于冗余配置。
[0064]此外，实时通信单元52A、52B设置在主机OS 51A、51B上，使得可以使用通用NIC。由此，可以始终受益于最新一代的PC和NIC的技术革新的成果并且解决应该购买非常昂贵的老一代产品以及无法获取老一代产品的问题。
[0065]PC冗余管理工具8感知并管理关于冗余控制网络3或冗余PC5A、5B中的任一个的状态。因此，可以操作控制器2、连接至访客OS 55A、55B的操作和监视终端等、应用软件56A、56B以及控制网络3而不会意识到冗余方法等。
[0066]S卩，还可以在长期工厂生命周期内继续使用非冗余兼容的老一代的应用软件/访客OS/控制器/操作和监视终端等。应用可以是网关、工程工具等。
[0067]同时，作为独立进程的实时通信单元52A、52B以及冗余单元53A、53B可以分别排他地设置有冗余PC 5A、5B的CPU资源。
[0068]此外，在多核CPU的情况下，独立CPU核芯可以被分别分配给实时通信单元52A、52B和冗余单元53A、53B。由此，各个功能还可以独立地进行操作并且很难彼此影响。
[0069]另外，还可以使得用于冗余PC5A、5B的冗余单元53A、53B之间的PC冗余的均衡总线9冗余。
[0070]如上所述，根据本发明，可以实现能够确保实时可操作性和高可靠性并且应对工厂的漫长生命周期中的改变的冗余PC系统。
【主权项】
1.一种冗余PC系统，包括: 多个冗余PC，其将通过网络相连接，每个所述冗余PC包括安装有用于连接至所述网络的接口的硬件和被配置为在所述硬件上进行操作的主机OS， 其中，所述主机OS设置有虚拟化单元、以及冗余单元和实时通信单元，所述冗余单元和所述实时通信单元被配置为作为与所述虚拟化单元无关的单独进程而进行操作，以及 其中，所述冗余单元被配置为执行控制监视以经由通用接口使得PC冗余。2.根据权利要求1所述的冗余PC系统，其中，所述实时通信单元被配置为在连接至所述网络的各冗余PC之间发送和接收信息。3.根据权利要求1所述的冗余PC系统，其中，所述冗余单元和所述实时通信单元分别被排他地分配有所述硬件的CPU资源。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的冗余PC系统，其中，访客OS和应用软件被配置为在所述虚拟化单元上进行操作。5.根据权利要求1至3中的任一项所述的冗余PC系统，其中，所述冗余PC系统构成被配置为对工厂进行控制的工厂控制系统。6.根据权利要求4所述的冗余PC系统，其中，所述冗余PC系统构成被配置为对工厂进行控制的工厂控制系统。
【文档编号】G06F13/368GK105988956SQ201610165175
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年3月22日
【发明人】榎本浩也, 江守敏幸, 土屋雅信, 本乡健
【申请人】横河电机株式会社