JP2006236301A - データ通信方法及び安全システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 安全システムに適用されるデータ通信方法に関し、特にコントローラと入出力モジュール間のデータ通信方法に関するものである。
入力モジュールとコントローラ間のデータ通信方法において、入力モジュールで、データの安全性を確認するための安全コードを入力データに付加した入力データフレームを生成する工程と、コントローラで、入力モジュールから受信した入力データフレームを記憶手段上に展開し、記憶手段上の安全コードをチェックする工程を含むようにした。
【選択図】 図1
Description
(1)入力モジュールとコントローラ間のデータ通信方法において、
前記入力モジュールで、データの安全性を確認するための安全コードを入力データに付加した入力データフレームを生成する工程と、
前記コントローラで、前記入力モジュールから受信した前記入力データフレームを記憶手段上に展開し、該記憶手段上の前記安全コードをチェックする工程を含むことを特徴とするデータ通信方法。
前記コントローラで、データの安全性を確認するための安全コードを出力データに付加した出力データフレームを生成する工程と、
前記出力モジュールで、前記コントローラから受信した前記出力データフレームを記憶手段上に展開し、該記憶手段上の前記安全コードをチェックする工程を含むことを特徴とするデータ通信方法。
前記入力モジュールで、データの安全性を確認するための安全コードを入力データに付加した入力データフレームを生成する工程と、
前記コントローラで、前記入力モジュールから受信した前記入力データフレームを記憶手段上に展開し、該記憶手段上の前記安全コードをチェックする工程を含み、
前記コントローラで、出力データの安全性を確認するための安全コードを出力データに付加した出力データフレームを生成する工程と、
前記出力モジュールで、前記コントローラから受信した前記出力データフレームを記憶手段上に展開し、該記憶手段上の前記安全コードをチェックする工程を含むことを特徴とするデータ通信方法。
データ送信側で、データの安全性を確認するための安全コードをデータに付加し、前記安全コード付データを分割して順番に送信する工程と、
データ受信側で、分割された前記安全コード付データを受信順に記憶手段上に展開して構築し、該記憶手段上の前記安全コードをチェックする工程を含むことを特徴とするデータ通信方法。
前記入力モジュールは、データの安全性を確認するための安全コードを入力データに付加した入力データフレームを生成する入力データフレーム生成手段を有し、
前記コントローラは、前記入力モジュールから受信した前記入力データフレームを展開する記憶手段と、
該記憶手段上の前記安全コードをチェックする安全コードチェック手段とを有することを特徴とする安全システム。
前記コントローラは、データの安全性を確認するための安全コードを出力データに付加した出力データフレームを生成する出力データフレーム生成手段を有し、
前記出力モジュールは、前記コントローラから受信した前記出力データフレームを展開する記憶手段と、
該記憶手段上の前記安全コードをチェックする安全コードチェック手段とを有することを特徴とする安全システム。
前記入出力モジュールは、データの安全性を確認するための安全コードを入力データに付加した入力データフレームを生成する入力データフレーム生成手段を有し、
前記コントローラは、前記入出力モジュールから受信した前記入力データフレームを展開する記憶手段と、
該記憶手段上の前記安全コードをチェックする安全コードチェック手段とを有するとともに、
前記コントローラは、データの安全性を確認するための安全コードを出力データに付加した出力データフレームを生成する出力データフレーム生成手段を有し、
前記入出力モジュールは、前記コントローラから受信した前記出力データフレームを展開する記憶手段と、
該記憶手段上の前記安全コードをチェックする安全コードチェック手段とを有することを特徴とする安全システム。
前記出力データフレームは、前記コントローラのステータス情報を有することを特徴とする(12)乃至(14)のいずれかに記載の安全システム。
該ステータス判断手段の入力のうち、前記入出力モジュールのステータス入力部をアサートするとともに、前記入力データフレームにて前記入出力モジュールのステータスを前記コントローラに渡す際に、前記ステータス判断手段の入力のうち、前記コントローラのステータス入力部をネゲートしておき、
前記出力データフレームにて前記コントローラのステータスを受け、該ステータスにて前記ステータス判断手段のコントローラのステータス入力部がアサートされたときに前記ステータス判断手段は有効となることを特徴とする(12)乃至(15)のいずれかに記載の安全システム。
該ステータス判断手段の入力のうち、前記コントローラのステータス入力部をアサートするとともに、前記出力データフレームにて前記コントローラのステータスを前記入出力モジュールに渡す際に、前記ステータス判断手段の入力のうち、前記入出力モジュールのステータス入力部をネゲートしておき、
前記入力データフレームにて前記入出力モジュールのステータスを受け、該ステータスにて前記ステータス判断手段の入出力モジュールのステータス入力部がアサートされたときに前記ステータス判断手段は有効となることを特徴とする(12)乃至(16)のいずれかに記載の安全システム。
該コントローラは、前記入出力モジュールの起動を要求する起動要求ステータスを前記出力データフレームにて前記入出力モジュールに渡し、
該入出力モジュールは、起動する準備が整ったことを知らせる起動準備完了ステータスを前記入出力データフレームにて前記コントローラに渡し、
該コントローラは、起動を許可する起動許可ステータスを前記出力データフレームにて前記入出力モジュールに渡し、
該入出力モジュールは、フェイルセーフデータを使用しているフェイルセーフ動作から通常動作に切り替えることを特徴とする(12)乃至(18)のいずれかに記載の安全システム。
入出力モジュール及びコントローラの記憶手段上に展開されたデータフレームの安全コードの内容のチェックを行うことにより異常検出率が高く、信頼性の高いデータ通信方法が安価で実現できる。
また、データフレームの信頼性確保は、入出力モジュール及びコントローラの記憶手段上のデータとしてEND to ENDでチェックすることで実現しているので、データを互いの記憶手段上に転送するまでの処理階層(物理層やデータリンク層)の手段により、通信の異常検出率が影響を受けることはない。
図1は本発明の一実施例を示す構成図である。
図1で入出力モジュール10は、フィールド機器1からの信号をディジタルデータに変換しコントローラ20へ伝え、コントローラ20からのディジタルデータをアナログ信号や接点信号に変換してフィールド機器1へ出力する。
ここでは、入力モジュールと出力モジュールが一体となった入出力モジュールとして説明しているが、入力モジュールと出力モジュールが別々の構成の場合も同様である。
コントローラ20からは、内部通信機能を使用して入出力モジュール10の任意のRAM領域をアクセス可能であり、入出力モジュール10からは、内部通信機能を使用してコントローラ20の任意のRAM領域をアクセス可能である。
入力データ121は入出力モジュール10からコントローラ20への入力情報であり、例えば、フィールドのプロセス量などが格納されている。
出力データ231はコントローラ20から入出力モジュール10への設定値であり、例えば、操作量などが格納されている。
入力データフレーム12において、R_CRC122aは入力データフレーム12に対するCRC(Cyclic Redundancy Check)コードであり、入出力モジュール10が生成する。入出力モジュール10はこのR_CRC122a付きのデータである入力データフレーム12を内部通信によりコントローラ20へ送信する。
コントローラ20は受信した入力データフレーム22をRAM21上に展開し、入力データフレーム22に付けられているCRCコードと、コントローラ20側で受信した入力データフレーム22を基に生成したCRCコードとを比較することにより、受信したデータの正当性を確認する。その結果、データが正常の場合に入力データフレーム22の中身を使用する。
これにより、入力データが通信の途中で内容が変更されていないかの検出をすることができる。
入出力モジュール10は受信した出力データフレーム13をRAM11上に展開し、出力データフレーム13に付けられているCRCコードと、入出力モジュール10側で受信した出力データフレーム13を基に生成したCRCコードとを比較することにより、受信したデータの正当性を確認する。その結果、データが正常の場合に出力データフレーム13の中身を使用する。
これにより、出力データが通信の途中で内容が変更されていないかの検出をすることができる。
設定情報24は、システムの動作定義や入出力モジュールの動作定義、実装情報が定義されているデータベースであり、各入出力モジュール毎、各種アプリケーション毎に決定される。
この設定情報24は、コントローラ20で作成され、入出力モジュール10へダウンロードされることでコントローラ20と入出力モジュール10の設定情報14は等値化されている。
データの受信側では、受信したデータフレームのデバイスIDと、設定情報24,14にあらかじめ設定されているデバイスIDとの比較を行い、一致した場合にデータフレームの中身を使用し、不一致である場合は使用しない。
設定情報14のCRCであるS_CONFIG_CRC122cは、入出力モジュール10で生成される。コントローラ20では、受信したS_CONFIG_CRC222cと、設定情報24から生成したCRCの値を比較を行い、一致した場合に入力データフレーム22の中身を使用し、不一致である場合は使用しない。
データの受信側では、受信したデータフレームのブロックIDと、実際にデータフレームが送られてきたアドレスの比較を行い、一致した場合にデータフレームの中身を使用し、不一致である場合は使用しない。
R_UPDATE122eは入力データフレーム12の更新カウンタである。入出力モジュール10は、入力値を更新毎にR_UPDATE122eをインクリメントする。コントローラ20は、一定時間入力データが更新されていないことを確認すると、入力データフレームが喪失されたと判断し、入力異常とする。
これらにより、過去のデータの繰り返し、必要なデータの喪失、データ遅延などの通信異常を検出することができる。
安全コード122でプロテクトされた入力データフレーム12として、SSTR121a(スレーブステータスレジスタ)やMDL_STAT121b(チャネル共通のステータス)などのモジュール全体に共通の情報(モジュール一括情報)と、CH_STATn121d(各チャネルのステータス)やR_DATAn121e(各チャネルの入力値)などのチャネル毎に個別の情報(チャネル個別情報)を構成することにより、簡単に安全通信で入力データの即時型アクセスをすることができる。
入出力データに安全コードを付加したデータフレーム構成とし、RAM上に展開されたデータフレームの安全コードの内容のチェックを行う安全通信階層でデータの通信異常を検出することができる。
よって、入出力モジュール及びコントローラのRAM上のデータとしてEND to ENDのチェックが行え、データを互いのRAM上に転送するまでの物理層やデータリンク層の手段により、通信の異常検出率は影響を受けることはない。
入出力モジュール10は通常時、コントローラ20から設定された出力データフレーム13を使用しており、この状態から入出力モジュール10がフェイルすると、自発的にフェイルセーフデータ15を使用するように切り替わる。
ステータス判断手段26のRDY121a1入力部はアサートされ、フェイル復帰信号によりステータス判断手段26及び27のAPREQ121a2入力部もアサートされる。
ステータス判断手段26は、起動要求25がない限り無効状態であり、起動要求25があると有効となる。
また、APACK231a1がアサートされることにより、APREQ121a2はネゲートされるので、ステータス判断手段27は有効となるとともに、ステータス判断手段26は無効となりAPACK231a1をネゲートする。
図7のAPACK231a1,OUTEN231a2のステータスは、出力データフレーム23のMSTR231aに埋め込まれており、入出力モジュール10が出力データフレーム13を受け取り、データに異常がなければAPACK131a1,OUTEN131a2を使用して処理を行う。
RDY121a1,APREQ121a2,ONS121a3のステータスは、入力データフレーム12のSSTR121aに埋め込まれており、コントローラ20が入力データフレーム22を受け取り、データに異常がなければRDY221a1,APREQ221a2,ONS221a3を使用して処理を行う。
また、この仕組みにより、入出力モジュールがフェイル復帰した際、システムに外乱を与える出力の急変を防止することができる。
さらに、入出力モジュールが一度でもフェイルを検出したことを確実にコントローラに通知し、コントローラの指示があるまではフェイル発生時の動作をラッチすることができるので、安全性の高いシステムを構築することができる。
11 記憶手段(RAM)
12 入力データフレーム
121 入力データ
121a〜121c モジュール一括情報
121d,121e チャネル個別情報
122,122a〜122e 安全コード
15 フェイルセーフデータ
16,17,26,27 ステータス判断手段
20 コントローラ
21 記憶手段(RAM)
23 出力データフレーム
231 出力データ
231a〜231c モジュール一括情報
231d,231e チャネル個別情報
232,232a〜232e 安全コード
Claims (19)
- 入力モジュールとコントローラ間のデータ通信方法において、
前記入力モジュールで、データの安全性を確認するための安全コードを入力データに付加した入力データフレームを生成する工程と、
前記コントローラで、前記入力モジュールから受信した前記入力データフレームを記憶手段上に展開し、該記憶手段上の前記安全コードをチェックする工程を含むことを特徴とするデータ通信方法。 - 出力モジュールとコントローラ間のデータ通信方法において、
前記コントローラで、データの安全性を確認するための安全コードを出力データに付加した出力データフレームを生成する工程と、
前記出力モジュールで、前記コントローラから受信した前記出力データフレームを記憶手段上に展開し、該記憶手段上の前記安全コードをチェックする工程を含むことを特徴とするデータ通信方法。 - 入出力モジュールとコントローラ間のデータ通信方法において、
前記入力モジュールで、データの安全性を確認するための安全コードを入力データに付加した入力データフレームを生成する工程と、
前記コントローラで、前記入力モジュールから受信した前記入力データフレームを記憶手段上に展開し、該記憶手段上の前記安全コードをチェックする工程を含み、
前記コントローラで、出力データの安全性を確認するための安全コードを出力データに付加した出力データフレームを生成する工程と、
前記出力モジュールで、前記コントローラから受信した前記出力データフレームを記憶手段上に展開し、該記憶手段上の前記安全コードをチェックする工程を含むことを特徴とするデータ通信方法。 - 前記安全コードは、CRCコードを含むことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のデータ通信方法。
- 前記安全コードは、入出力モジュール或いはコントローラの機種を特定するためのデバイスIDを含むことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のデータ通信方法。
- 前記安全コードは、入出力データフレームの記憶手段上の格納場所を確認するためのブロックIDを含むことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載のデータ通信方法。
- 前記安全コードは、データが更新されていることを確認するための更新コードを含むことを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載のデータ通信方法。
- 前記安全コードは、アプリケーションにより決定される入出力モジュールの設定情報のCRC演算値である設定情報CRCコードを含むことを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載のデータ通信方法。
- 前記入出力データは、入出力モジュール毎の一括情報及び入出力モジュールのチャネル毎の個別情報であることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載のデータ通信方法。
- 入出力モジュールとコントローラ間のデータ通信方法において、
データ送信側で、データの安全性を確認するための安全コードをデータに付加し、前記安全コード付データを分割して順番に送信する工程と、
データ受信側で、分割された前記安全コード付データを受信順に記憶手段上に展開して構築し、該記憶手段上の前記安全コードをチェックする工程を含むことを特徴とするデータ通信方法。 - 前記安全コードは、CRCコードを含むことを特徴とする請求項10記載のデータ通信方法。
- プラントからの信号を入力する入力モジュールとコントローラ間でデータ通信を行い、プラントの安全を図る安全システムにおいて、
前記入力モジュールは、データの安全性を確認するための安全コードを入力データに付加した入力データフレームを生成する入力データフレーム生成手段を有し、
前記コントローラは、前記入力モジュールから受信した前記入力データフレームを展開する記憶手段と、
該記憶手段上の前記安全コードをチェックする安全コードチェック手段とを有することを特徴とする安全システム。 - プラントへ信号を出力する出力モジュールとコントローラ間でデータ通信を行い、プラントの安全を図る安全システムにおいて、
前記コントローラは、データの安全性を確認するための安全コードを出力データに付加した出力データフレームを生成する出力データフレーム生成手段を有し、
前記出力モジュールは、前記コントローラから受信した前記出力データフレームを展開する記憶手段と、
該記憶手段上の前記安全コードをチェックする安全コードチェック手段とを有することを特徴とする安全システム。 - プラントと信号を授受する入出力モジュールとコントローラ間でデータ通信を行い、プラントの安全を図る安全システムにおいて、
前記入出力モジュールは、データの安全性を確認するための安全コードを入力データに付加した入力データフレームを生成する入力データフレーム生成手段を有し、
前記コントローラは、前記入出力モジュールから受信した前記入力データフレームを展開する記憶手段と、
該記憶手段上の前記安全コードをチェックする安全コードチェック手段とを有するとともに、
前記コントローラは、データの安全性を確認するための安全コードを出力データに付加した出力データフレームを生成する出力データフレーム生成手段を有し、
前記入出力モジュールは、前記コントローラから受信した前記出力データフレームを展開する記憶手段と、
該記憶手段上の前記安全コードをチェックする安全コードチェック手段とを有することを特徴とする安全システム。 - 前記入力データフレームは、前記入出力モジュールのステータス情報を有し、
前記出力データフレームは、前記コントローラのステータス情報を有することを特徴とする請求項12乃至14のいずれかに記載の安全システム。 - 前記入出力モジュールは、入出力モジュールのステータスと、前記コントローラのステータスを判断するステータス判断手段を有し、
前記ステータス判断手段の入力のうち、前記入出力モジュールのステータス入力部をアサートするとともに、前記入力データフレームにて前記入出力モジュールのステータスを前記コントローラに渡す際に、前記ステータス判断手段の入力のうち、前記コントローラのステータス入力部をネゲートしておき、
前記出力データフレームにて前記コントローラのステータスを受け、該ステータスにて前記ステータス判断手段のコントローラのステータス入力部がアサートされたときに前記ステータス判断手段は有効となることを特徴とする請求項12乃至15のいずれかに記載の安全システム。 - 前記コントローラは、コントローラのステータスと、前記入出力モジュールのステータスを判断するステータス判断手段を有し、
前記ステータス判断手段の入力のうち、前記コントローラのステータス入力部をアサートするとともに、前記出力データフレームにて前記コントローラのステータスを前記入出力モジュールに渡す際に、前記ステータス判断手段の入力のうち、前記入出力モジュールのステータス入力部をネゲートしておき、
前記入力データフレームにて前記入出力モジュールのステータスを受け、該ステータスにて前記ステータス判断手段の入出力モジュールのステータス入力部がアサートされたときに前記ステータス判断手段は有効となることを特徴とする請求項12乃至16のいずれかに記載の安全システム。 - 前記入出力モジュールは、入出力モジュールのフェイル時に前記記憶手段とは別の記憶手段にあらかじめ設定されているフェイルセーフデータを使用することを特徴とする請求項12乃至17のいずれかに記載の安全システム。
- 前記入出力モジュールは、フェイル復帰したことを知らせるフェイル復帰ステータスを前記入力データフレームにて前記コントローラに渡し、
該コントローラは、前記入出力モジュールの起動を要求する起動要求ステータスを前記出力データフレームにて前記入出力モジュールに渡し、
該入出力モジュールは、起動する準備が整ったことを知らせる起動準備完了ステータスを前記入出力データフレームにて前記コントローラに渡し、
該コントローラは、起動を許可する起動許可ステータスを前記出力データフレームにて前記入出力モジュールに渡し、
該入出力モジュールは、フェイルセーフデータを使用しているフェイルセーフ動作から通常動作に切り替えることを特徴とする請求項12乃至18のいずれかに記載の安全システム。
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JP2010141654A (ja) * | 2008-12-12 | 2010-06-24 | Yokogawa Electric Corp | フィールド通信システムおよびフィールド通信方法 |
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