JP2003195903A - 二重化通信モジュール装置 - Google Patents

二重化通信モジュール装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 フィールドバス通信制御の冗長化を目的とし
た通信モジュールの二重化環境において、通信モジュー
ルのフィールドバスへのコネクタ抜けで発生する、通信
モジュール相互間の制御権競合による障害を防止した二
重化通信モジュール装置を実現する。 【解決手段】 フィールドバスに接続される複数のフィ
ールド機器の内、上位装置との通信を行う通信モジュー
ルを二重化し、一方に前記フィールドバスのセグメント
管理権を持たせた二重化通信モジュール装置において、
前記通信モジュールと前記フィールドバスを接続するコ
ネクタの接続状態を監視するコネクタ抜け検出手段と、
コネクタ抜けが検出された場合に、自己の前記上位装置
との通信機能を停止させる通信制御手段とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、分散型制御装置等
におけるフィールドバスに接続される複数のフィールド
機器の内、上位装置との通信を行う通信モジュールを二
重化し、一方に前記フィールドバスのセグメント管理権
を持たせた二重化通信モジュール装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】図3の機能ブロック図により、分散型制
御装置の一般的な階層構成を説明する。1は上位装置で
あるヒューマンインターフェイスステーション(HI
S)であり、上位の制御バス2に接続されている。3は
制御バス2を介してHIS1と通信するフィールドコン
トロールステーション(FCS)、4はFCS3が制御
を担当する機器と通信するI/Oバス、5はこのI/O
バスに複数接続されるノードである。
【0003】6はフィールドバス分岐端子台であり、一
般機能を有するフィールド機器(プロセスのセンサ、操
作端等)7及び二重化された通信モジュール81、82
が接続されている。これら通信モジュールはノード5に
実装されており、フィールド機器7とFCSとの通信を
中継する。
【0004】81a及び81bは、通信モジュール81
とフィールドバス分岐端子台6を結合するケーブル両端
のコネクタ、82a及び82bは、通信モジュール82
とフィールドバス分岐端子台6を結合するケーブル両端
のコネクタである。
【0005】以下、フィールドバスとして、標準的な規
格として普及しているFF(Foundation Fieldbus)H
1を適用した場合について説明する。FF−H1フィー
ルドバス仕様では、セグメント管理機能を有するリンク
マスタ機器(Link Master:以下LM)間での調停によ
り、その内の1台のみが唯一実際にセグメント管理動作
を行う。この機器をリンクアクティブスケジューラ(Li
nk Active Scheduler:以下LAS)と呼ぶ。一方、管理
機能を持たない機器はLM機器に対してBasic機器
と呼ぶ。
【0006】図4は、フィールド機器の機能分担を示す
説明図であり、フィールド機器はLM機能を持たないB
asic機器群と、LM機能を持つLM機器群に2分さ
れ、LM機器の中の唯一がLAS機器として機能してい
る。通信モジュールを二重化するにあたり、同一セグメ
ント上の2個の通信モジュール81、82の夫々には、
LM機能が搭載されており、通信モジュール81がLA
Sに選定されている場合は、通信モジュール82はLM
機器として機能する。
【0007】LASが管理しているセグメントに新たな
機器(LM機器、Basic機器とも)が接続された場
合、新規接続機器は、既存のLASから初期化立ち上げ
制御によりセグメントへの参加処理が行われる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】図5は、通信モジュー
ルのコネクタ抜けが発生した場合の問題点を説明する遷
移図である。(A)は、通常状態であり、FF−H1フ
ィールドバスセグメント6に接続された通信モジュール
81がLASとして機能し、通信モジュール82及びB
asic機器群7のグループSを管理している。
【0009】ここで(B)に示すように、LASとして
動作中の通信モジュール81側のコネクタが抜けると、
セグメントとしては一時的にLASつまり管理者不在の
状態になる。LAS不在を検出したLM機器であるもう
一方の通信モジュール82は、(C)に示すように、F
F−H1仕様に従い新たなLASとなり、セグメント管
理を継承する。
【0010】コネクタを切り離された元LASである通
信モジュール81は、上位のFCS3との通信機能は機
能しており、フィールド機器が存在しないセグメント上
でLASとして動作を継続している。従ってこの時点
で、別々の独立したセグメント上に2台のLASが存在
することと等価になる。
【0011】この状態から外れたコネクタが再接続され
ると、(D)に示すように、その瞬間に今度は逆に1つ
のセグメント上に2台のLASが共存することになる。
FF−H1仕様では同一セグメント上に同時に2台のL
ASが存在する状態はバス制御を正常に行えない異常状
態であり、以下の障害が発生する。
【0012】(1) 接続直後に不正フレーム検出によ
るバスリセットが発生してしまう(Live Listがリセッ
ト状態となる)。この結果、本来正常なセグメント上の
フィールド機器が、停止したように見える。 (2) 競合によって機器なし側の元LASがLASと
なった場合、セグメントの機器の存在を表すLive List
がリセットする。この結果、本来正常なセグメント上の
フィールド機器が、停止したように見える。更にセグメ
ント上の共通時刻情報(Data Link時刻)が急変し、機器
内の制御動作が乱れる。
【0013】これらのバス上通信の乱れにより、フィー
ルドバス通信制御はもとより、フィールド機器とのデー
タ入出力が一時的に行えなくなったり、入出力値が異常
になるなど、アプリケーションとしてのプロセス制御へ
の悪影響が発生する。
【0014】本発明の目的は、フィールドバス通信制御
の冗長化を目的とした通信モジュールの二重化環境にお
いて、通信モジュールのフィールドバスへのコネクタ抜
けで発生する、通信モジュール相互間の制御権競合によ
る障害を防止した二重化通信モジュール装置を実現する
ことにある。
【課題を解決するための手段】このような課題を達成す
るために、本発明のうち請求項1記載発明の特徴は、分
散型制御装置におけるフィールドバスに接続される複数
のフィールド機器の内、上位装置との通信を行う通信モ
ジュールを二重化し、一方に前記フィールドバスのセグ
メント管理権を持たせた二重化通信モジュール装置にお
いて、前記通信モジュールと前記フィールドバスを接続
するコネクタの接続状態を監視するコネクタ抜け検出手
段と、コネクタ抜けが検出された場合に、自己の前記上
位装置との通信機能を停止させる通信制御手段と、を具
備する点にある。
【0015】請求項2記載発明の特徴は、前記フィール
ドバスが、FFH1規格である点にある。
【0016】請求項3記載発明の特徴は、前記二重化し
た通信モジュールは、セグメント管理機能を有するリン
クマスタ機器であり、その一方が実際にセグメント管理
動作を行うリンクアクティブスケジューラ機器として選
定されていることを特徴とする点にある。
【0017】請求項4記載発明の特徴は、コネクタ抜け
が検出された通信モジュールがリンクアクティブスケジ
ューラ機器であった場合には待機側の通信モジュールが
リンクアクティブスケジューラ機器に切り替えられる点
にある。
【0018】請求項5記載発明の特徴は、コネクタ抜け
により上位装置との通信が停止した通信モジュールが正
常に前記フィールドバスに復帰接続された場合には、こ
の通信モジュールは未初期化リンクマスタ機器とみなさ
れて、現在リンクアクティブスケジューラ機器となって
いる通信モジュール側より初期化される点にある。
【0019】請求項6記載発明の特徴は、前記フィール
ドバスに重畳される直流電源電圧を監視することによ
り、前記通信モジュールと前記フィールドバスを接続す
るコネクタ抜けを検出する点にある。
【0020】請求項7記載発明の特徴は、前記上位装置
が分散型制御装置におけるフィールドコントロールステ
ーションである点にある。
【0021】
【発明の実施の形態】図5で説明したLAS同士の競合
は、一旦セグメントから抜けた元LASが「機器無し」
と判断した状態のまま元のセグメントへ戻りフィールド
バス制御を継続しようして、既に存在していた後継LA
Sとぶつかる点が問題の根本である。
【0022】一方FF−H1仕様では、新規にセグメン
トに加入しようとする機器に対する初期化立ち上げ手順
が規定されていて、一旦セグメントから抜けたLAS
が、未初期化のLM機器として正規の手順に則って再び
セグメントに参加すれば、この問題は発生しない。
【0023】フィールドバス通信上は元LASから見た
場合、コネクタ抜けは単に他機器が一斉にフェイルした
(不在となった)状態と等価であり、再度フェイルした機
器が立ち上がって来た時に備えてLAS動作を継続する
必要がある。つまり、全ての機器が不在となっただけで
は、LAS動作を停止させる条件とはならない。
【0024】この点に着目した本発明のポイントは、通
信モジュール内に「コネクタ抜け検出用手段」を追加
し、この検出情報に基づきフィールドバス上の状態によ
らないフィールドバス通信機能の停止制御を行うこと
で、LAS競合による障害を防ぐ点にある。
【0025】以下本発明実施態様を、図面を用いて説明
する。図1は本発明を適用した二重化通信モジュール装
置の一例を示す機能ブロック図であり、図3の従来装置
で説明した要素と同一要素には同一符号を付して説明を
省略する。
【0026】通信モジュール81において、9は通信制
御部であり、データ入出力部9a及びLM機能制御部9
bよりなる。81cはプロセス入出力インターフェイス
部であり、通信制御部9と上位装置であるFCS3との
入出力データ通信をインターフェイスする。
【0027】10はシステム電源装置であり、フィール
ド機器群7の電源とは独立してFCS3と通信モジュー
ル81に給電している。11はフィールドバス6を形成
する一対の導線6a、6b間に接続された直流電源であ
り、Eは電源電圧で通常DC20V程度に選定されてい
る。
【0028】フィールド機器群7は導線6a、6b間に
接続され、直流電源11より給電され、プロセス入出力
データ信号e(通常は2Vp−p)が直流電圧Eに重畳
する。W1はEに重畳するフィールドバス6上の入出力
データ信号eの波形図である。
【0029】81dは、フィールドバス6と通信モジュ
ールを結合するコネクタであり、図では抜けた状態を示
している。このコネクタを介してフィールドバス信号は
信号/電源分離装置18eに導かれ、波形図W2に示す
信号成分eが信号デコード/エンコード装置81fに供
給されると共に、波形図W3に示すDC電圧分Eが電源
検出判定装置81gに供給される。
【0030】信号デコード/エンコード装置81fは、
通信制御部9とプロセス入出力データにつき通信する。
電源検出判定装置81gはW3に示す電源電圧Eを監視
し、所定の閾値Esとの比較で電源状態のON/OFF
を判定する。81hは入力フィルタであり、電源状態の
ON又はOFFが所定時間(例えば100m秒)継続し
たらON又はOFFを確定し、通信制御部9の機能を有
効又は停止制御する。
【0031】定常状態では、電源状態はONであり、通
信制御部9の機能は有効となり、通信モジュール81が
LASの場合には正常なLAS機能を行う。コネクタ抜
けが発生すれば、電源状態はOFFとなるので、通信制
御部9の機能は停止し、通信モジュール81はLAS機
能を停止する。
【0032】以後この通信モジュール81は未初期化の
LM機器とみなされ、コネクタが接続復帰した際には、
新規にセグメントに加入した機器とみなされ、現在LA
Sとして機能している機器側より、FF−H1規定によ
る初期化立ち上げ手順に基づいて初期化され、LM機器
としてセグメントに参加する。
【0033】図2は、定常状態からLASのコネクタ抜
き→挿し、復帰までの流れを説明する遷移図である。
(A)は、図5(A)と同一の定常状態であり、FF−
H1フィールドバスセグメント6に接続された通信モジ
ュール81がLASとして機能し、通信モジュール82
(LM機器でLAS待機状態)及びBasic機器群7
のグループSを管理している。
【0034】(B)は、LAS側(通信モジュール8
1)のコネクタ抜け状態を示す。フィールドバス側コネ
クタが抜かれると、残ったフィールドバスセグメント6
上では一瞬LASが不在となる。このLAS不在を検出
したLM機器(LAS待機状態の通信モジュール82)が
新たにLASとなる。一方、コネクタを抜かれた方の元
LAS(通信モジュール81)は、機器が全て不在とな
ったのと同じ状態でLAS動作を継続しようとする。
【0035】このとき、(B)´及び(C)に示すよう
に、元LAS側の通信モジュール81では、コネクタ抜
けの検出信号で通信制御部のフィールドバス通信機能が
停止され、再度セグメントへコネクタが接続されるの
を、コネクタ状態を監視しながら待つ待機状態となる。
コネクタ接続の復帰確認が出来次第、フィールドバス通
信機能の初期化が開始される。
【0036】同時に、元待機側の通信モジュール82が
フィールドバスセグメント6上の新たなLASとしてフ
ィールドバス通信管理機能を開始する、制御権交替が実
行される。以後、他のフィールド機器向けの処理と同様
に元LAS側機器(通信モジュール81)がコネクタ復
帰で初期化処理待ちとなれば、通常のLAS機能の一環
として初期化立ち上げ処理を実行する。
【0037】(D)は元LAS側(通信モジュール8
1)コネクタが復帰再接続された状態を示しており、こ
の状態ではフィールドバス通信を停止している通信モジ
ュール81側は応答していない。元LAS側がコネクタ
抜けからの復帰(つまり再接続)を検出すれば、フィール
ドバス通信を再開する。この際、セグメント上の新LA
S(通信モジュール82)によるBasicLM/共通
の立ち上げ処理に従うため、LASの競合は発生しな
い。
【0038】通常のフィールド機器として立ち上がった
元LAS側通信モジュール81は、フィールドバス仕様
に従ってLASとしてのパラメータを新LAS(通信モ
ジュール82)との間で等値化し、LM機器としての準
備が完了する。ここで初めて、LASとして動作可能な
待機状態となる。
【0039】以上説明した実施例では、コネクタ抜けの
検出手段としてフィールドバス6に重畳する電源電圧を
監視する例を示したが、コネクタの開放を直接検知する
センサ手段を用いることも可能である。
【0040】本発明の適用対象は、実施例で説明した分
散型制御装置に限定されることなく、上位装置と通信す
る通信モジュールの二重化装置で、制御権の競合による
障害が発生するおそれのあるフィールドバスに有効に適
用可能である。
【0041】また、フィールドバスの規格として標準的
なFF−H1を実施例として説明したが、この規格に限
定されることなく、上位装置と通信する通信モジュール
の二重化で唯一が制御権を許可され、制御権の競合によ
る障害が発生するおそれのあるフィールドバスに有効に
適用可能である。
【0042】
【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明によれば、上位装置と通信する通信モジュールの
二重化で唯一が制御権を許可され、制御権の競合による
障害が発生するおそれのあるフィールドバスにLM機器
である通信モジュールの二重化時に、コネクタ抜け後の
通信モジュールのセグメントへの再接続によってフィー
ルドバス通信が乱れるおそれがなく、プロセスへの悪影
響も発生しない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した二重化通信モジュール装置の
一例を示す機能ブロック図である。
【図2】定常状態からLASのコネクタ抜き→挿し、復
帰までの流れを説明する遷移図である。
【図3】分散型制御装置の一般的な階層構成を示す機能
ブロック線図である。
【図4】FF−H1規格によるフィールド機器の機能分
担を示す説明図である。
【図5】通信モジュールのコネクタ抜けが発生した場合
の問題点を説明する遷移図である。
【符号の説明】
3 FCS 6 フィールドバス 7 フィールド機器 81 通信モジュール 81c プロセス入出力インターフェイス部 81d コネクタ 81e 信号/電源分離装置 81f 信号デコード/エンコード装置 81g 電源検出判定装置 81h 入力フィルタ 9 通信制御部 9a データ入出力部 9b LM機能制御部 10 システム電源装置 11 直流電源

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】フィールドバスに接続される複数のフィー
    ルド機器の内、上位装置との通信を行う通信モジュール
    を二重化し、一方に前記フィールドバスのセグメント管
    理権を持たせた二重化通信モジュール装置において、 前記通信モジュールと前記フィールドバスを接続するコ
    ネクタの接続状態を監視するコネクタ抜け検出手段と、 コネクタ抜けが検出された場合に、自己の前記上位装置
    との通信機能を停止させる通信制御手段と、を具備する
    二重化通信モジュール装置。
  2. 【請求項2】前記フィールドバスが、FFH1規格であ
    ることを特徴とする請求項1記載の二重化通信モジュー
    ル装置。
  3. 【請求項3】前記二重化した通信モジュールは、セグメ
    ント管理機能を有するリンクマスタ機器であり、その一
    方が実際にセグメント管理動作を行うリンクアクティブ
    スケジューラ機器として選定されていることを特徴とす
    る、請求項2記載の二重化通信モジュール装置。
  4. 【請求項4】コネクタ抜けが検出された通信モジュール
    がリンクアクティブスケジューラ機器であった場合には
    待機側の通信モジュールがリンクアクティブスケジュー
    ラ機器に切り替えられることを特徴とする、請求項3記
    載の二重化通信モジュール装置。
  5. 【請求項5】コネクタ抜けにより上位装置との通信が停
    止した通信モジュールが正常に前記フィールドバスに復
    帰接続された場合には、この通信モジュールは未初期化
    リンクマスタ機器とみなされて、現在リンクアクティブ
    スケジューラ機器となっている通信モジュール側より初
    期化されることを特徴とする、請求項3記載の二重化通
    信モジュール装置。
  6. 【請求項6】前記フィールドバスに重畳される直流電源
    電圧を監視することにより、前記通信モジュールと前記
    フィールドバスを接続するコネクタ抜けを検出すること
    を特徴とする、請求項1乃至5のいずれかに記載の二重
    化通信モジュール装置。
  7. 【請求項7】前記上位装置が分散型制御装置におけるフ
    ィールドコントロールステーションであることを特徴と
    する、請求項1乃至6のいずれかに記載の二重化通信モ
    ジュール装置。
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