JP2007043680A - 送信装置，受信装置及び通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】
プロセス制御システムにおいて、入出力データを通信の際に可用性と安全性を両立する通信制御を実現することにある。
【解決手段】
送信装置に、伝送データと信頼度を示す安全フラグと伝送データから生成するデータ誤り検出符号を含む伝送データを生成する手段と、受信装置に、受信フレームから伝送データと安全フラグとデータ誤り検出符号を抽出しデータ誤り検出する手段を複数と、複数の受信フレームを照合する手段と、フレーム誤り検出結果と安全フラグとデータ誤り検出結果と照合結果から１つの受信フレームを選択する手段を設け、安全フラグで設定される信頼度に対応する検出方法により伝送データの有効性を判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、送信装置，受信装置及び通信システムに関する。

近年、プロセス制御システムにおいて、プラント本来の機能（一般機能）の制御だけに留まらず、人命，環境に対する安全機能の制御に対してもプログラマブルな電子的に制御する装置を使用する要求が高まっている。安全機能制御では安全性が要求されており、そのため、装置間のデータ通信に対する安全性の指標の１つに誤り検出符合を使用して誤り検出を行っている。

しかしながら、誤り検出でも検出できない確率である見逃し誤り率の低減が要求されており、安全性を実現するため、データと誤り検出符合を含んだフレームを２以上受信し、誤り検出符号の照合を行う技術が考え付かれた。このような技術は、例えば、特開2005−４９９６７号公報に記載されている。

特開２００５−４９９６７号公報

上記従来技術はデータ本体の照合を行っていないため、安全性改善に限界がある。すなわち、高い安全性の要求に十分な対応がされていない。一方、一般機能制御では、可用性が要求されている。

本発明の目的は、上記の従来の問題点の少なくとも１つを解決可能な送信装置，受信装置及び通信システムを提供することにあり、具体的には、安全機能に対して、見逃し誤り率等低減等の高い安全機能と共に、例えば、一般機能に対しては、可用性を得ることができる送信装置，受信装置及び通信装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明では、データと安全レベルの高さを示す安全フラグ情報を含んだフレームを受け取る手段と、前記フレームからデータと安全フラグ情報を取り出す手段と、前記取り出した安全レベルに応じて、前記受け取ったデータの通信誤り検出を行う手段を有するように構成した。或いは、データの転送を受け、安全レベルの高さを示す安全フラグ情報の転送を受け、前記データと安全フラグ情報に基づいてフレームを作成し、前記フレームをシリアル通信として送信するように構成した。

より具体的には、伝送データを含むパケットと前記パケットから生成する１つのフレーム誤り検出符号を含むフレームを生成する手段と、前記フレームを送信する、複数の送信手段を有する送信装置と、複数の伝送手段と、複数の受信手段で受信した複数の受信フレームから複数のフレーム誤り検出する手段と、前記複数フレームから１つの受信フレームを選択して伝送データを抽出する有効フラグを付加する手段を有する受信装置より成る通信制御装置において、前記送信装置に、伝送データと前記伝送データの信頼度を示す安全フラグと前記データから生成するデータ誤り検出符号を含む伝送データを生成する手段と、前記受信装置に、前記受信フレームから伝送データと安全フラグとデータ誤り検出符号を抽出しデータ誤り検出する手段を複数と、前記複数の受信フレームを照合する手段と、前記フレーム誤り検出結果と前記安全フラグと前記データ誤り検出結果と前記照合結果から１つの受信フレームを選択する手段を設け、安全フラグで設定される信頼度に対応する検出方法により伝送データの有効性を判定する手段を設けるように構成した。

このように、本発明によれば、安全機能に対して、見逃し誤り率の低減等の高い安全性を得ることができ、さらに、例えば一般機能等に対しては、可用性を得ることができる。

また、高性能と安全性を両立することが可能となる。

以下、本発明の実施例を説明する。

本発明の実施例の通信制御装置を用いたシステムを図１に示す。

送信装置１と１系回線２１と２系回線２２と受信装置３と出力回路Ａ４１，出力回路
Ｂ４２，制御対象５から成る。

送信装置１はＣＰＵ１１，メモリ１２，ＤＭＡＣ１３，１系送信回路１４１，２系送信回路１４２，送信シーケンサ１５から成る。

メモリ１２の詳細を図２を用いて説明する。

メモリ１２に、出力回路Ａ４１の制御を行うためのエリアである出力エリアＡ１２１が割り付けられている。

出力エリアＡ１２１は、出力データ１２１１と、出力データが安全機能であるかを示す安全フラグ１２１２，データ誤り検出符号１２１３，有効フラグ１２１４から成る。

同様に出力回路Ｂエリア１２２が割り付けてられている。

出力回路Ａ４１が一般機能であるとき、ＣＰＵ１１は出力エリアＡ１２１に複合データ１２３をライトする。有効フラグは１、安全フラグは０、データ誤り検出符号１２３３は０を割り付けする。

出力回路Ｂ４２が安全機能であるとき、ＣＰＵ１１は出力エリアＢ１２２に複合データ１２４をライトする。有効フラグは１、安全フラグは１、ＣＰＵ１１はデータ誤り検出符号１２４３には出力データ１２４１より演算した値を割り付けする。

制御対象は複数の制御装置で構成され、各々の制御装置で必要な安全度により、システム設計者は一般機能とするか安全機能とするか選択する。例えば製造現場では人命に係わる非常停止制御装置は安全機能に、それ以外は一般機能に選択される。このように、一般機能と安全機能は制御対象により異なるが、出力データ自体は同じデータである。

フレーム２３の詳細を図３を用いて説明する。

フレーム２３は、スタートフラグ２３１,パケット２３２,フレーム誤り検出符号２３３，エンドフラグ２３４から成る。パケット２３２はヘッダ２３２１と複合データ２３２２から成る。ヘッダ２３２１にはメモリ１２のアドレスが割り付けられる。

メモリ１２から１系回線２１，２系回線２２までのデータの流れを図１，図２，図３，図５を用いて説明する。

送信シーケンサ１５はＤＭＡＣ(ダイレクト メモリ アクセス コントローラ)１３に対して転送元アドレス（出力エリアＡ１２１のアドレス１２１０）と転送起動を命令１７し、出力エリアＡ１２１をリードした値である複合データ１２３を、バス１６を介して、１系送信回路１４１と２系送信回路１４２に転送する。ＤＭＡＣ１３から送信元アドレスを、１系送信回路１４１と２系送信回路１４２に転送する。出力エリアＢ１２２も同様である。次に送信シーケンサ１５から送信要求１８（ｔ１）を、１系送信回路１４１と２系送信回路１４２に命令する。１系送信回路１４１は、転送元アドレス１２１０と複合データ１２３からパケット２３２を生成し、パケット２３２からフレーム誤り検出符号２３３を演算し、フレーム２３を生成し、回線２１に送信する（ｔ１１）。同様に２系送信回路
１４２から回線２２にフレーム２４を送信する（ｔ１２）。フレーム２３とフレーム２４
は同じ内容である。送信シーケンサ１５は出力エリアＡ１２１と出力エリアＢ１２２からフレームを生成，送信を定期的に実行する。

１系回線２１，２系回線２２からメモリ３９までのデータの流れを図１，図３，図４，図５を用いて説明する。

受信装置３は、受信シーケンサ３０１，１系受信回路３０２１，２系受信回路３０２２，１系受信バッファ３０３１，２系受信バッファ３０３２，１系フレーム誤り検出器3041，２系フレーム誤り検出器３０４２，１系データ誤り検出器３０５１，２系データ誤り検出器３０５２，照合器３０６，セレクタ３０７，フラグ付加器３０８，ＤＭＡＣ３０９，メモリ３１０から成る。１系回線２１から受信した１系フレーム２３（ｔ１３）は、１系受信回路３０２１で受信終了すると、受信バッファ３０３１に転送３１１１し、終了すると、１系受信終了３１２１（ｔ２）で受信シーケンサ３０１に通知する。同様に２系フレーム２４を受信（ｔ１４）すると、２系受信終了３１２２(ｔ３)で受信シーケンサ３０１に通知する。

１系フレーム誤り検出器３０４１は、受信バッファ３０３１からパケット２３２とフレーム誤り検出符号２３３を受信３１３１し、フレームの誤り検出を行い、１系フレーム誤り検出結果３１４１（ｔ４）を通知する。同様に、２系フレーム誤り検出器３０４２は２系フレーム誤り検出結果３１４２（ｔ５）を通知する。

１系データ誤り検出器３０５１は、受信バッファ３０３１から出力データ２３２２１とデータ誤り検出符号２３２２３を受信３１５１し、データ誤り検出を行い、１系データ誤り検出結果３１６１（ｔ４）を通知する。同様に、２系データ誤り検出器３０５２は２系データ誤り検出結果３１６２（ｔ５）を通知する。

照合器３０６は、１系受信バッファ３０３１と２系受信バッファ３０３２から出力データ２３２２１を受け取り３１７１，３１７２、全ビット照合し、データ照合結果３１８
（ｔ６）を通知する。

１系受信バッファ３０３１から１系安全フラグ３１９１，１系有効フラグ３２０１を受信する。２系受信バッファ３０３２から２系安全フラグ３１９２，２系有効フラグ3202を受信する。受信シーケンサ３０１は１系受信終了３１２１若しくは２系受信終了３１２２の通知により、１系タイムアウトレジスタ３０１１と２系タイムアウトレジスタ３０１２をクリアする。受信シーケンサ３０１は、１系受信終了３１２１の通知後、決められた時間内に２系受信終了３１２２の通知がなければ、２系タイムアウトレジスタ３０１２をセットする。同様に、１系受信終了３１２１の通知がなければ、１系タイムアウトレジスタ３０１１をセットする。２つの系の受信終了若しくはタイムアウト後、受信シーケンサ
３０１は受信判定３０１３し、セレクタ３０７を選択３２１と、フラグ付加３０８に安全フラグ付加３２２と有効フラグ付加器３２３を通知する。

受信判定３０１３を図４に示す。受信判定３０１３の行番１から順に判定を行う。
図４に示される行番１の行には、１系タイムアウトレジスタ３０１１が「０」、１系フレーム誤り検出結果３１４１が「０」、１系データ誤り検出結果３１６１が「０」、１系安全フラグ３１９１が「１」、１系有効フラグ３２０１が「１」、さらに、２系タイムアウトレジスタ３０１２が「０」、２系フレーム誤り検出結果３１４２が「０」、２系データ誤り検出結果３１６２が「０」、２系安全フラグ３１９２が「１」、２系有効フラグ
３２０２が「１」、照合結果３０６が「１」と示されているが、これらの条件が整ったときに、選択３２１を「１系／２系」に、安全フラグ付加３２２を「１」に、有効フラグ付加３２３を「１」にセットする。

すなわち、（１）１系タイムアウトレジスタ３０１１については、図４の凡例でタイムアウトが「１」と規定されるので、タイムアウトでないことを示す「０」であり、（２）１系フレーム誤り検出結果３１４１については、図４の凡例で誤り検出されれば「１」と規定されるので、誤り検出されないことを示す「０」であり、（３）１系データ誤り検出結果３１６１については、図４の凡例で誤り検出されれば「１」と規定されるので、誤り検出されないことを示す「０」であり、（４）１系安全フラグ３１９１については、図４の凡例で安全機能が「１」と規定されるので、安全機能であることを示す「１」であり、（５）１系有効フラグ３２０１については、図４の凡例で有効が「１」と規定されるので、有効であることを示す「１」であり、これら１系に関する入力と同様に２系に関しても、図４の凡例を参酌して、２系タイムアウトレジスタ３０１２が「０」であり、２系フレーム誤り検出結果３１４２が「０」であり、２系データ誤り検出結果３１６２が「０」であり、２系安全フラグ３１９２が「１」であり、２系有効フラグ３２０２が「１」であり、（６）照合結果３０６については、図４の凡例で一致が「１」と規定されるので、一致を示す「１」である。以上の条件が整ったときに、選択３２１を「１系／２系」に、安全フラグ付加３２２を「１」に、有効フラグ付加３２３を「１」にセットする。

行番１の条件が整っていない場合、次に、行番２の条件が整っているか判断する。すなわち、図４に示される行番２の行には、１系タイムアウトレジスタ３０１１が「０」、１系フレーム誤り検出結果３１４１が「０」、１系データ誤り検出結果３１６１が「０」、１系安全フラグ３１９１が「１」、１系有効フラグ３２０１が「０」、さらに、２系タイムアウトレジスタ３０１２が「０」、２系フレーム誤り検出結果３１４２が「０」、２系データ誤り検出結果３１６２が「０」、２系安全フラグ３１９２が「１」、２系有効フラグ３２０２が「０」、照合結果３０６が「１」との条件が整ったときに、選択３２１を
「１系／２系」に、安全フラグ付加３２２を「１」に、有効フラグ付加３２３を「０」にセットする。

なお、図４の凡例で「×」と規定されるものは、判断条件から除外することを示している。例えば、行番３において、１系データ誤り検出結果３１６１が「×」、１系安全フラグ３１９１が「×」、１系有効フラグ３２０１が「×」と規定されているが、１系データ誤り検出結果３１６１，１系安全フラグ３１９１，１系有効フラグ３２０１のそれぞれが「１」であっても、あるいは、「０」であっても、選択３２１を「１系／２系」、安全フラグ付加３２２，有効フラグ付加３２３のそれぞれのセットには、影響を与えないことを意味している。

受信判定３０１３は入力の組合せから次のように判定している。
行番１では有効な安全機能のデータを異常検出されず受信したと判定する。
行番２では有効になる前の安全機能のデータを異常検出されず受信したと判定する。
行番３では一般機能のデータを１系回線２１と２系回線２２から受信したと判定する。
行番４では一般機能のデータを２系回線２２から受信したと判定する。
行番５では一般機能のデータを１系回線２１から受信したと判定する。
行番６では正常受信できなかったと判定する。

選択３２１は、「１系」「２系」「１系／２系」の３種あり、「１系」では１系を選択、「２系」では２系を選択、「１系／２系」では現状の系を切り替える。直前の判定で１系を選択されている場合は２系を選択する。直前の判定で２系を選択されている場合は１系を選択する。

セレクタ３０７では、選択３２１に基づき、１系受信フレーム３２４１と２系受信フレーム３２４２のどちらかを選択する。セレクタ３０７は、選択されたフレームから、メモリ３１０の書込みアドレスを含むヘッダ２３２１をＤＭＡＣ３０９に送信３２５する。また、選択されたフレームから、複合データ２３２２をフラグ付加器３０８に送信３２６する。

フラグ付加器３０８は、安全フラグ付加３２２と有効フラグ付加３２３に基づき、複合データ２３２２の安全フラグ２３２２２と有効フラグ２３２２４を上書きする。

受信シーケンサ３０１は、ＤＭＡＣ３０９にライト要求３２７（ｔ７）し、ライトする複合データ３２８をバス３２９経由でメモリ３１０にライトする。

メモリ３１０から制御対象５までのデータの流れを図１，図５を用いて説明する。

ＤＭＡＣ３０９は、メモリ３１０から出力回路Ａ４１，出力回路Ｂ４２に該当する複合データを定期的に転送する（ｔ８）。

出力回路Ａ４１が一般機能制御であるときは、有効フラグ１２１４が有効であれば、出力データ１２１１を出力４１１する。有効でなければ、予め設定してある安全出力値を出力、または前値を保持する。

出力回路Ｂ４２が安全機能制御であるときは、有効フラグ１２１４が有効、かつ、安全フラグ１２１２が安全、かつ、出力データ１２１１とデータ誤り検出符号１２１３からデータ誤り検出し、誤り検出されなければ、出力データ１２１１を出力４２１する。それ以外であれば、予め設定してある安全出力値を出力、または前値を保持する。

このように、可用性と安全性を両立する、プロセス制御システムに適用される。

本発明の実施例のシステム。 本発明の実施例のメモリ。 本発明の実施例のフレーム。 本発明の実施例の受信判定。 本発明の実施例のタイムチャート。

符号の説明

１…送信装置、３…受信装置、５…制御対象、１５…送信シーケンサ、２１…１系回線、２２…２系回線、４１…出力回路Ａ、４２…出力回路Ｂ、１４１…１系送信回路、142…２系送信回路、３０６…照合器、３０７…セレクタ、３０２１…１系受信回路、3022…２系受信回路。

Claims (11)

1. データと安全レベルの高さを示す安全フラグ情報を含んだフレームを受け取る手段と、前記フレームからデータと安全フラグ情報を取り出す手段と、前記取り出した安全レベルに応じて、前記受け取ったデータの通信誤り検出を行う手段を有することを特徴とする受信装置。
2. 請求項１において、前記フレームには、誤り検出符号を含んでおり、前記通信誤り検出は、前記受信フレームの少なくとも１部の情報と前記受け取った誤り検出符号を照合することでなされることを特徴とする受信装置。
3. 請求項２において、前記フレームは、パケットを含むと共に、前記安全フラグ情報が安全レベルが相対的に高いものである場合、前記パケットに対応するパケット誤り符号が含まれていることを特徴とする受信装置。
4. 請求項１において、安全レベルが相対的に高い場合、実質的に同じデータを含む少なくとも２のフレームを受け取ることを特徴とする受信装置。
5. 請求項４において、少なくとも２の受信バッファを有し、前記少なくとも２のフレームのデータは前記少なくとも２の受信バッファのそれぞれに格納されることを特徴とする受信装置。
6. 請求項４において、安全レベルが相対的に高い場合、前記少なくとも２の受信バッファを互いに照合することを特徴とする受信装置。
7. 請求項１において、前記通信に障害が生じたときには、前記通信データに代えて予め設定されている安全出力値を用いることを特徴とする受信装置。
8. 請求項７において、前記フレームには有効フラグを含み、前記有効フラグの状態に応じて前記安全出力値を用いることを特徴とする受信装置。
9. 請求項１において、安全レベルが相対的に高い場合、前記実質的に同じデータを含む少なくとも２のフレームについて、互いの全ビットを照合し、全ビットが一致した場合に、前記受け取ったデータの一方をデータとして用いることを特徴とする受信装置。
10. データの転送を受け、安全レベルの高さを示す安全フラグ情報の転送を受け、前記データと安全フラグ情報に基づいてフレームを作成し、前記フレームをシリアル通信として送信することを特徴とする送信装置。
11. データと安全フラグ情報を含んだフレームをシリアル通信として送信する送信装置と、前記データと安全レベルの高さを示す安全フラグ情報を含んだフレームを受け取り、前記フレームからデータと安全フラグ情報を取り出し、前記取り出した安全レベルに応じて、前記受け取ったデータの通信誤り検出を行う受信装置を有することを特徴とする通信システム。

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