CN105270945B - 分布式控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种分布式控制装置，在利用多个通信路径将控制单元间连接的控制装置中，即使在控制信息实时交互的情况下也能够避免通信数据包的增加。各控制单元包括：对电梯的各种设备进行分布式控制的处理器部；存储与其他控制单元的处理器部交互的控制信息的控制信息存储器；与其他控制单元交互控制信息的网络控制部；和管理控制信息的传输周期的周期管理部，控制信息包括基于周期管理部所管理的周期标志的1比特的周期标志，网络控制部对每个控制信息的周期标志进行管理，在从其他控制单元接收到的通信数据包中包括的周期标志与所管理的周期标志一致的情况下，将该控制信息丢弃，转发给其他控制单元。

Description

分布式控制装置

技术领域

本发明涉及用于电梯的控制系统，主要涉及使用多个单元对整体进行控制的分布式控制装置中的单元间通信技术。

背景技术

近年来的工业机械中使用的控制装置，出于减少设备与控制装置之间的配线量，和减小控制装置的装置尺寸为目的，有时会采用根据控制对象设备而相应地分散成多个控制单元，通过网络通信将它们连接起来对整体进行控制的分布式控制装置的方式。以作为工业机械之一的电梯为例，分为对轿厢的运行进行控制的运行控制单元、对卷扬电动机进行控制的电动机控制单元、对轿厢进行控制的轿厢控制单元、对门开闭进行控制的门控制单元和对层站的操作面板进行控制的层站操作面板控制单元等。

但是，在这样的分布式控制装置中，在将各个控制单元之间连接的网线发生故障，或某控制单元发生故障的情况下，不能继续进行一系列的控制，例如对于电梯的控制装置而言，需要通过安全装置使电梯的运行停止。

作为解决这样的问题的技术手段，在网络领域中，提供了如专利文献1所述，为了使单元间通信冗余化而利用多个通信路径将单元间连接，即使在一部分通信路径中断的情况下，也使单元间通信继续的方法。此外，在利用多个通信路径将单元间连接时，相同通信数据包(packet，分组)的增加会导致通信性能降低，作为避免这一问题的技术手段，采用设置用于表示已接收了同样的通信数据包的新的控制数据包，由接收到同样的通信包的控制单元对发送控制单元发送控制包来抑制重复的数据包的发送的方法；和对通信数据包追加时间戳等信息，当存在相同的通信数据包的情况下，在接收控制单元中将其丢弃的方式。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利公开公报2012-156837号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

此处，在电梯控制装置等控制信息需要实时交互的情况下，需要在有限的通信带宽中，在预先设定的控制周期内进行通信。在像现有技术那样，对所谓互联网通信等大小较大的通信数据包追加时间戳等信息的情况下，数据量增加的比例较小所以不会有问题，但在对控制信息等大小原本较小的通信数据包追加时间戳等信息的情况下，追加引起的数据量的开销(overhead)较大，由此引起的通信性能的降低无法忽略。

本发明鉴于这样的问题，提供一种在电梯控制装置等利用多个通信路径将控制单元间连接的分布式控制装置中，即使在控制信息实时交互的情况下也能够避免通信数据包的增加的技术。

解决问题的技术手段

各控制单元包括：对电梯的各种设备进行分布式控制的处理器部；存储与其他控制单元的处理器部交互的控制信息的控制信息存储器；与其他控制单元交互控制信息的网络控制部；和管理控制信息的传输周期的周期管理部，控制信息包括基于周期管理部所管理的周期标志的1比特的周期标志，网络控制部对每个控制信息的周期标志进行管理，在从其他控制单元接收到的通信数据包中包括的周期标志与所管理的周期标志一致的情况下，将该控制信息丢弃，在不一致的情况下将该控制信息存储到控制信息存储器中，并转发给其他控制单元。

发明效果

在分布式电梯控制装置中，无需使数据量大幅增加就能够丢弃因利用多个通信路径将多个控制单元连接而产生的重复数据包，能够抑制通信性能的降低。

附图说明

图1是表示本发明实施方式的电梯控制装置的基本结构的图。

图2是表示本发明实施方式的控制单元的结构例的图。

图3是表示本发明实施方式的通信数据包的结构例的图。

图4是表示本发明实施方式的网络的连接例的图。

图5是表示本发明实施方式的通信的时序的图。

图6是表示本发明实施方式的通信的时序的图。

具体实施方式

(实施例1)

图1是表示以本实施例的电梯控制装置为例的基本结构的图。本分布式控制装置不限于电梯控制装置，对于要求控制单元间的实时通信性并且通信带宽有限的装置普遍有效。例如是铁道、机动车、建设机械等。此外，对于即使发生故障，也期望在一定期间继续工作的装置特别有效。本实施例中，作为电梯控制装置中的控制单元，包括对轿厢的运行进行控制的运行控制单元501、对卷扬电动机进行控制的电动机控制单元502、对轿厢进行控制的轿厢控制单元503、对门开闭进行控制的门控制单元504和对层站的操作面板进行控制的多个层站操作面板控制单元505a、505b、505c。运行控制单元501经由通信路径401、402、403与层站操作面板控制单元505c、轿厢控制单元503、电动机控制单元502连接。电动机控制单元502进而经由通信路径404、405与层站操作面板控制单元505a、门控制单元504连接。轿厢控制单元503经由通信路径407与门控制单元504连接。层站操作面板控制单元505a经由通信路径408与层站操作面板控制单元505b连接。层站操作面板控制单元505b经由通信路径406与层站操作面板控制单元505c连接。控制单元的种类不限于此，也可以搭载连接其他设备的其他控制单元。此外，图1中的层站操作面板控制单元505仅图示了3个，但其数量不限于此。这些构成电梯控制装置的各控制单元搭载在电梯主体中或与其连接。此外，将电梯控制装置与电梯主体组合称为电梯系统。

图2是表示各控制单元的详情的图。控制单元100包括处理器101，控制信息存储器102，周期管理部103，数据包生成部105，FIFO(FirstIn First Out，先进先出)缓存106a、106b、106c、106d，接收端口107a、107b、107c，发送端口108a、108b、108c，仲裁部109，有效数据包判定部110，数据包管理部111，通信量监视部112，通信量调整部113，和控制频率设定部114。本实施例中表示了接收端口和发送端口各搭载有3个的结构，但只要是1个以上即可，可以搭载任意的数量。对FIFO缓存也与接收端口的数量相应地搭载。利用通信路径连接任意2个控制单元100的接收端口107、发送端口108而形成网络，进行控制单元100之间的通信。此处表示了设置接收端口107和发送端口108，使它们分别独立地经通信路径连接的所谓全双工通信的方式作为示例，但也可以采用由接收端口107和发送端口108使用共用的通信路径400进行通信的所谓半双工通信的方式。

处理器101基于从其他控制单元发送的控制信息200，对经输入输出115而连接至控制单元的未图示的设备进行控制。例如如果是门控制单元504，则基于从与轿厢内操作面板连接的轿厢控制单元503发送来的指示门开闭的控制信息200，进行门的开闭控制等。控制装置内搭载的多个控制单元可以分别连接不同的设备，此外处理器101也可以进行不同的控制。处理器101可以是所谓的CPU，也可以是LSI等逻辑电路，只要能够进行设备的控制即可，可任意地构成。处理器101按每一个控制单元进行经输入输出115连接的设备的控制，并且将要对其他控制单元100发送的控制信息200存储在控制信息存储器102中。

此处对于控制信息200用图3说明。图3是表示通信数据包300的一例的图。不过，此处虽然使用通信数据包300进行说明，但生成数据包301、选择数据包302、有效数据包303、接收数据包304也是同样的结构，只是称呼因定位而不同。通信数据包包括周期标志203和控制信息200。控制信息200根据控制装置整体进行控制所需的数量而定义多个，按其种类对控制信息标识符201预先分配在控制装置整体中唯一的值。关于状态数据202，例如如果是门控制单元，则是表示门的开闭状态的值等。此外，控制信息200可以按每一个处理器101存在任意个，只要定义了足够对连接至控制单元的设备进行控制的数量的控制信息200即可。本例中是状态数据202为16比特，控制信息标识符201为15比特的例子。本例中控制信息200在控制装置整体中能够处理32768种控制信息200。状态数据202和控制信息标识符201的比特数可根据在控制装置中处理的控制信息200的种类、数量决定。周期标志203是用于判定同一周期的通信数据包的标志，只要能够得知周期发生变化即可，能够仅用1比特的信息判断。例如，周期标志203能够使用对控制周期进行计数的计数器的最低位比特的值生成。

周期管理部103基于如上所述地预先设定的控制周期或利用控制频率设定部114设定的控制频率，按每一个控制周期对处理器101或数据包生成部105输出触发而使它们执行规定的处理。

网络控制部104基于周期管理部103生成的触发，对由上述处理器101所存储的控制信息存储器102内的控制信息200，附加在每次周期改变时交替变为表示偶数周期的0和表示奇数周期的1的周期标志，作为通信数据包将其发送至其他控制单元。例如，在门控制单元504的情况下，经通信路径405、407发送至电动机控制单元502和轿厢控制单元503。

此外，网络控制部104在接收到其他控制单元发送的通信数据包的情况下，将接收到的通信数据包保存在控制信息存储器102中，并将其发送给所连接的其他控制单元。例如，门控制单元504经由通信路径407从轿厢控制单元503接收了通信数据包的情况下，经由通信路径405将通信数据包原封不动地发送至电动机控制单元502。此时，网络控制部104按每一个控制单元并按控制信息的种类个别地对通信数据包的接收状况进行管理。例如，一次都没有接收到的情况下表示为“00”，接收到偶数周期的控制信息的情况下表示为“10”，接收到奇数周期的控制信息的情况下表示为“11”等。

网络控制部104在从其他控制单元接收到通信数据包的情况下，对通信数据包内的周期标志与接收状况进行比较，如果是已接收的周期，则不进行上述发送给其他控制单元的处理，将通信数据包丢弃。即，接收状况是“10”、周期标志是“0”的情况，和接收状况是“11”、周期标志是“1”的情况下，将通信数据包丢弃，除此以外的组合的情况下，如上所述地将通信数据包发送给其他控制单元。

此外，数据包生成部105按周期管理部103所管理的控制周期，生成处理器101所生成的所有控制信息200的生成数据包301。生成数据包301被存储在作为临时数据存储单元的FIFO缓存106a中。

接收端口107a、107b、107c将从其他控制单元发送的在网络上交互的通信数据包300作为接收数据包304存储在FIFO缓存106b、106c、106d中。本实施例中表示搭载了3个接收端口的例子，但接收端口也可以是任意的数量。

此处用图4说明各控制单元的连接方法。图4是表示各控制单元的连接方法的一例的图。如图4所示，利用通信路径400连接任意2个控制单元100的接收端口107、发送端口108而形成网络，进行控制单元100之间的通信。本实施例表示了设置接收端口107和发送端口108，使它们分别独立地经通信路径400连接的所谓全双工通信的方式作为示例，但也可以采用由接收端口107和发送端口108使用共用的通信路径400进行通信的所谓半双工通信的方式。

仲裁部109在FIFO缓存106a、106b、106c、106d中存储了生成数据包301或接收数据包304的情况下，从某一个FIFO缓存中取出数据包，将其作为选择数据包302。此时，在FIFO缓存106a、106b、106c、106d内的多个FIFO缓存中存储了数据的情况下，仲裁部109可以平均地(均衡地)依次取出数据包，也可以进行优先取出与接收端口连接的FIFO缓存106b、106c、106d的数据包的处理。这是因为与仅存储了1个控制单元100所生成的数据包的FIFO缓存106a相比，FIFO缓存106b、106c、106d存储了控制装置整体生成的数据包，所以存储了更多的数据包，有时如果不优先取出则存在FIFO缓存变满的可能。

有效数据包判定部110基于选择数据包302中包括的周期标志203和控制信息标识符201，向数据包管理部111询问选择数据包302的接收状况，如果是还未接收的周期的选择数据包302，则对数据包管理部111写入表示已接收的信息，并使选择数据包302为有效数据包303。如果是此时已接收的周期的选择数据包302，则将选择数据包302丢弃。例如，以控制信息标识符201的值作为地址访问数据包管理部111的存储器，在存储器内的值是表示一次都未接收到数据包的值“00”的情况下，得知该周期的数据包还未接收过，在选择数据包302的周期标志203的值为“0”的情况下，使选择数据包302为有效数据包303，同时将数据包管理部111的存储器的控制信息标识符201所示的地址的值从“00”改写为“10”。之后，在接收到控制信息标识符201的值相同的选择数据包302的情况下，在周期标志203的值再次为“0”的情况下将选择数据包302丢弃，在周期标志203的值为“1”的情况下，判断接收到下一个周期的有效的数据包，使其为新的有效数据包303，同时将数据包管理部111的存储器的控制标识符201所示的地址的值从“10”改写为“11”。之后，在周期标志按照“0”、“1”、“0”、“1”这样每次变化时判断是有效数据包303，在值不变的情况下判断是重复数据包将其丢弃。

数据包管理部111是具有2比特的总线宽度和足够存储控制装置整体使用的控制信息200的地址宽度的存储器，以控制信息标识符201的值作为地址值，以周期标志203的值作为数据值进行存储。对数据包管理部111的写入和参考由有效数据包判定部110进行。只要能够存储控制装置整体使用的控制信息200的周期标志203，则也可以不是存储器，例如是寄存器的集合。

发送端口108a、108b、108c将有效数据包303分别个别地作为通信数据包300在网络上发送，其他控制单元100接收其作为接收数据包304。

控制信息存储器102从有效数据包303取出并存储状态数据202。存储时，例如将控制信息标识符201作为存储器的地址存储即可。状态数据202作为控制信息200由处理器101使用。

此处，为了使根据各控制单元100所发送的通信数据包300的数量和控制频率计算的合计的通信量小于能够经通信路径400进行通信的通信性能，使用后述的方法对控制装置内通信的通信量进行控制。由此，对于各控制单元100所发送的通信数据包300，能够由其他所有控制单元100在控制周期内接收。在奇数周期或偶数周期中的某一个周期发送数据包，周期内的通信数据包在控制周期内被接收，因此上述周期标志203只要能够表现周期发生了变化即可，能够仅用1比特的信息判断。例如，周期标志203能够使用对控制周期进行计数的计数器的最低位比特的值生成。

通信量监视部112通过对有效数据包303的数量进行计数，能够对在网络上通信的所有通信数据包300的数量进行计数。这是因为，在图4这样的网络中，在以上述流程进行通信的情况下，所进行的是从各控制单元100发送的通信数据包300一定被所有控制单元100接收的所谓广播通信。通信量监视部112在计测到的数据包数量达到能够经通信路径400通信的通信性能以上的情况下，判断为通信量超过了通信性能。

通信量调整部113在通信量监视部112判断为通信量超过了通信性能的情况下进行使通信量降低的处理。例如，预先对于每一个控制单元100，由处理器101在控制频率设定部114中设定不同值的多个控制频率。对于作为控制装置而言虽然优选控制频率高、但是频率低也没有问题的控制单元100，能够在可容许的范围内设定多个控制频率；而对于作为控制装置而言出于控制响应性的观点不能变更控制频率的控制单元100，仅设定一个控制频率。门控制单元、轿厢控制单元、电动机控制单元大多情况下需要为短频率(高频率)，层站操作面板控制单元较多为长频率(低频率)。

例如，令某一个控制单元100的控制频率设定部114中设定了第一控制频率A ms、第二控制频率B ms、第三控制频率C ms。通常以最高的第一控制频率进行通信，在通信量监视部112判断为超过了通信性能的情况下，通信量调整部113将控制频率设定为控制频率设定部114中设定的第二控制频率，周期管理部103据此对控制频率进行管理。在设定为第二控制频率仍然判断为超过通信性能的情况下，进一步设定为第三控制频率。这样，能够进行使在控制系统内通信的通信量成为能够经通信路径400通信的通信性能以下的控制。由此能够设定为数据包的传输必然在控制周期内完成。

这样，通过采用利用多个通信路径将多个控制单元之间连接的结构，并根据周期标志对接收状况进行管理，即使在一部分通信路径发生了故障的情况下，也能够继续通信，同时还能够避免通信数据包的增加。例如，运行控制单元501与层站操作面板控制单元505c经通信路径401进行通信时，即使通信路径401发生了故障，也能够经由通信路径403、404、408、406继续通信。但是，在不基于周期标志执行通信数据包的丢弃的情况下，经通信路径401、406、408、404、403返回自身控制单元的通信，与经通信路径403、404、408、406、401返回自身控制单元的通信形成双重通信，成为通信数据包增加的主要原因。若基于周期标志进行通信数据包的丢弃，则通过2个路径进行通信时，2个通信数据包被通信路径中途的某控制单元丢弃，能够避免通信数据包的增加。

图5表示在图1的结构例中进行通信时的时序图。此处表示从运行控制单元501发送了数据包时的例子。图中表示了在每个通信路径中进行通信的时刻，且在有阴影的矩形中表示了进行发送接收的控制单元的编号。每个通信路径分为上下2层，是因为本例中表示通信路径为全双工方式的情况，分别个别地表示2个方向的通信路径。在时刻T1，运行控制单元501经由通信路径401、402、403对层站操作面板控制单元505c、轿厢控制单元503、电动机控制单元502发送数据包。接着在时刻T2，层站操作面板控制单元505c经由通信路径406对层站操作面板控制单元505b发送数据包。通信路径407、404、405的在T2时的数据包发送也同样地进行。接着在时刻T3，层站操作面板控制单元505b经由通信路径408对层站操作面板控制单元505a发送数据包。此时，在层站操作面板控制单元505a中，因为在时刻T2已经接收了数据包，所以按照上述有效数据包判定流程将数据包丢弃。按照同样的流程，在时刻T3，数据包到达所有控制单元的同时，通信数据包被全部丢弃，结束1个周期的通信。

接着，用图6表示一部分通信路径变得不再能够通信的情况下的时序图。图6中表示通信路径401变得不再能通信的情况下的例子。在时刻T1运行控制单元501经由通信路径402、403对轿厢控制单元503、电动机控制单元502发送数据包。接着在时刻T2，轿厢控制单元503经由通信路径407对门控制单元504发送数据包。通信路径404、405的在T2的数据包发送也同样地进行。接着在时刻T3，门控制单元504经由通信路径407、405对电动机控制单元502、轿厢控制单元503发送数据包。此时，因为电动机控制单元502、轿厢控制单元503均在时刻T2已经接收了数据包，所以按照上述有效数据包判定流程将数据包丢弃。层站操作面板控制单元505a经由通信路径408对层站操作面板控制单元505b发送数据包。接着在时刻T4，层站操作面板控制单元505b经由通信路径406对层站操作面板控制单元505c发送数据包。此时，层站操作面板控制单元505c不存在要发送的通信端口，因此将数据包丢弃。这样，即使在一部分通信路径变得不能通信的情况下，数据包也能够到达所有的控制单元。

实施例中，对于控制单元之间存在2个路径的例子进行了说明，但在考虑到多个路径同时发生故障的情况下，也可以采用形成3个以上的路径的方式进行连接。路径增加仅带来通信端口增加，基本结构不变。

附图标记说明

100 控制单元

200 控制信息

400 通信路径

500 电梯控制装置

501 运行控制单元

502 电动机控制单元

503 轿厢控制单元

504 门控制单元

505 层站操作面板控制单元

Claims (6)

1.一种分布式控制装置，是包括多个控制单元，并利用多个通信路径将所述多个控制单元之间连接的电梯控制装置，其特征在于：

所述控制单元包括：

对各种设备进行分布式控制的处理器部；

存储与其他控制单元的处理器部交互的控制信息的控制信息存储器；

与其他控制单元交互所述控制信息的网络控制部；和

管理控制信息的传输周期的周期管理部，

所述控制信息包括基于所述周期管理部所管理的周期标志的1比特的周期标志，

所述网络控制部对每个控制信息的周期标志进行管理，在从其他控制单元接收到的通信数据包中包括的周期标志与所管理的周期标志一致的情况下，将该控制信息丢弃，在不一致的情况下将该控制信息存储到控制信息存储器中，并转发给其他控制单元。

2.如权利要求1所述的分布式控制装置，其特征在于：

所述网络控制部，对所述控制信息存储器中存储的控制信息(200)附加在每次周期改变时交替变化为表示偶数周期的0和表示奇数周期的1的周期标志，生成数据包将其发送至其他控制单元。

3.如权利要求2所述的分布式控制装置，其特征在于：

还包括频率控制部，

所述频率控制部监视分布式控制装置整体的通信量，以使通信量为控制单元之间的通信路径的通信性能以下的方式对频率进行管理。

4.如权利要求3所述的分布式控制装置，其特征在于：

所述多个控制单元的所述频率控制部各自具有多个控制频率，以使所述多个控制单元的通信量为所述通信路径的通信性能以下的方式变更周期。

5.如权利要求1～4中任一项所述的分布式控制装置，其特征在于：

所述处理器是基于从其他控制单元接收到的接收控制信息执行控制处理并生成对其他控制单元发送的发送控制信息的处理器，

包括：

数据包生成单元，对所述发送控制信息附加1比特的周期标志，以一定的周期生成生成数据包；

多个接收端口，接收从其他控制单元发送的接收数据包；

多个FIFO缓存，临时存储所述生成数据包和接收数据包；

仲裁单元，从存储在所述FIFO缓存中的生成数据包或接收数据包中选择接下来发送的数据包作为选择数据包；

数据包管理单元，基于选择数据包中包括的1比特的周期标志对数据包的发送历史进行管理；

有效数据包判定单元，基于所述数据包管理单元的信息，如果是已发送的种类和周期的选择数据包则将其丢弃，否则作为有效数据包发送；和

多个发送端口，所述有效数据包作为接收控制信息存储在所述控制信息存储器中，所述多个发送端口用于将所述有效数据包发送至其他控制单元。

6.一种电梯系统，其特征在于，包括：

权利要求1～5中任一项所述的分布式控制装置；和

电梯。