JP2007312208A - 冗長化通信制御システム及び冗長化通信制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な回路構成であっても、データ送受信を停止することなく通信を行うことができる冗長化通信制御システム及び冗長化通信制御方法を提供する。
【解決手段】被制御装置の動作を制御するデータを送信する制御装置が、主制御チャネル及び副制御チャネルを介してコマンド送信する。被制御装置は、受信したデータが、主制御チャネル又は副制御チャネルのいずれのチャネルを経由して受信したデータであるか判別し、受信したデータが所定の時間一定の値であるか否かを判断する。一定の値であると判断された場合、データを受信したチャネルを識別するデータ及び該チャネルに障害が発生している旨を示すデータを他方のチャネル経由で制御装置へ送信する。制御装置は、障害が発生している旨を示すデータを受信した場合、その旨を示すデータを外部へ出力し、障害が主制御チャネルで発生しているときには、副制御チャネルを用いて以降のデータを送信する。
【選択図】図３

Description

本発明は、制御装置と被制御装置とが、複数のチャネルにより冗長化してデータ通信を行うことにより、いずれかのチャネルに障害が発生した場合であってもデータ通信を中断させることがない冗長化通信制御システム及び冗長化通信制御方法に関する。

制御装置と被制御装置との間で、被制御装置の動作を制御するコマンド信号等を送受信する場合、被制御装置の種類によっては動作不可能である状態が発生することが許容されないときがある。例えば警備システムの発報装置のように２４時間継続的に作動する必要がある場合、交通管制システムのように安全の観点から動作の停止が許容されないシステムである場合、データのバックアップシステムのようにデータの取得に失敗が許容されないシステムである場合等である。

このようなシステムでは、コマンド信号の通信障害が発生した場合であっても、確実にコマンド信号を伝達するために、制御装置と被制御装置とを複数の制御チャネルで接続し、一方を主制御チャネル、他方を副制御チャネルとしてコマンド送信を行う冗長化通信制御システムが多く構成されている。図１は、従来の冗長化通信制御システムの構成を示すブロック図である。

図１に示すように、制御装置１から主制御チャネル２及び副制御チャネル３を介して被制御装置４へコマンド送信される。被制御装置４は、主制御チャネル２及び副制御チャネル３を介して受信したデータを、それぞれパリティチェック回路のようなデータチェック回路４１、４１にてデータチェックし、データが正当であると判断した場合には受信バッファ４２、４２へ記憶する。被制御装置４は、受信バッファ４２、４２に記憶されている両チャネルからの受信データを比較回路４３にて比較することにより、受信データの整合性を確認することにより、両チャネルが正常に機能していることを確認することができる（特許文献１参照）。正常に機能している場合、アクチュエータ４４へコマンド送信し、所望の動作を行わせる。
特開平３−０７９１３５号公報

従来の冗長化システムでは、主制御チャネル２及び副制御チャネル３から同時にデータを受信した場合、両方の受信データが同一であるか否かを判断する必要がある。また、いずれのチャネルを介して受信したデータが正しいデータであるのか判別する必要もある。例えば主制御チャネル及び副制御チャネルの両方からデータを受信し、両データを比較回路４３で比較した結果、両データが相違すると判断した場合、いずれの受信データが正しいデータであるのかを判断するためには、受信データのヘッダ情報に埋め込まれた識別情報を判別する、送信側から送信データに関する情報を取得する等、判断するための回路構成が複雑となり、装置の小型化、軽量化等が困難になるという問題点があった。

また、受信側の回路構成を簡素にするべく、主制御チャネル２及び副制御チャネル３から同時にデータを受信するのではなく、主制御チャネル２のみからデータを受信し、主制御チャネル２に障害が発生した時点で副制御チャネル３に切り替えるホットスタンバイ方式も採用されている。この場合、副制御チャネル３に既に障害が発生していたときには、主制御チャネル２に障害が発生した時点でデータを受信することができなくなり、冗長化している意味がなくなるという問題点も残されている。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、簡単な回路構成であっても、データ送受信を停止することなく通信を行うことができる冗長化通信制御システム及び冗長化通信制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために第１発明に係る冗長化通信制御システムは、被制御装置と、該被制御装置の動作を制御するデータを送信する制御装置とが、主制御チャネル及び副制御チャネルを介して接続されている冗長化通信制御システムにおいて、前記被制御装置は、受信したデータが、主制御チャネル又は副制御チャネルのいずれのチャネルを経由して受信したデータであるか判別する受信チャネル判別部と、受信したデータが所定の時間一定の値であるか否かを判断する判断部と、該判断部にて一定の値であると判断された場合、データを受信したチャネルを識別するデータ及び該チャネルに障害が発生している旨を示すデータを他方のチャネル経由で前記制御装置へ送信する障害データ送信部とを備え、前記制御装置は、障害が発生している旨を示すデータを受信した場合、その旨を示すデータを外部へ出力し、障害が発生しているチャネルが主制御チャネルであるときには、副制御チャネルを用いて以降のデータを送信する手段を備えることを特徴とする。

また、第２発明に係る冗長化通信制御システムは、第１発明において、前記制御装置は、前記所定の時間より短い間隔で、所定のデータを送信する手段を備えることを特徴とする。

また、第３発明に係る冗長化通信制御システムは、第１又は第２発明において、前記制御装置が、主制御チャネル及び副制御チャネルから同時に同一のデータを送信する場合、前記被制御装置は、ハイ状態であるデータを所定の時間継続して受信したときには、ハイ状態であるデータと他のチャネルから受信したデータとの論理積を算出し、ロー状態であるデータを所定の時間継続して受信したときには、ロー状態であるデータと他のチャネルから受信したデータとの論理和を算出する受信データ特定部を備えることを特徴とする。

また、第４発明に係る冗長化通信制御方法は、被制御装置と、該被制御装置の動作を制御するデータを送信する制御装置とを、主制御チャネル及び副制御チャネルを介して接続して該被制御装置の動作を制御する冗長化通信制御方法において、前記被制御装置にて、受信したデータが、主制御チャネル又は副制御チャネルのいずれのチャネルを経由して受信したデータであるか判別し、受信したデータが所定の時間一定の値であるか否かを判断し、一定の値であると判断された場合、データを受信したチャネルを識別するデータ及び該チャネルに障害が発生している旨を示すデータを他方のチャネル経由で前記制御装置へ送信し、前記制御装置にて、障害が発生している旨を示すデータを受信した場合、その旨を示すデータを外部へ出力し、障害が発生しているチャネルが主制御チャネルであるときには、副制御チャネルを用いて以降のデータを送信することを特徴とする。

また、第５発明に係る冗長化通信制御方法は、第４発明において、前記制御装置にて、前記所定の時間より短い間隔で、所定のデータを送信することを特徴とする。

また、第６発明に係る冗長化通信制御方法は、第４又は第５発明において、前記制御装置が、主制御チャネル及び副制御チャネルから同時に同一のデータを送信する場合、前記被制御装置にて、ハイ状態であるデータを所定の時間継続して受信したときには、ハイ状態であるデータと他のチャネルから受信したデータとの論理積を算出し、ロー状態であるデータを所定の時間継続して受信したときには、ロー状態であるデータと他のチャネルから受信したデータとの論理和を算出することを特徴とする。

第１発明及び第４発明では、被制御装置と、該被制御装置の動作を制御するデータを送信する制御装置とを、主制御チャネル及び副制御チャネルを介して接続して該被制御装置の動作を制御する。被制御装置は、受信したデータが、主制御チャネル又は副制御チャネルのいずれのチャネルを経由して受信したデータであるか判別し、受信したデータが所定の時間一定の値であるか否かを判断する。所定の時間一定の値であると判断された場合、データを受信したチャネルに障害が発生している旨を示すデータを制御装置へ送信する。制御装置は、障害が発生している旨を示すデータを受信した場合、障害が発生しているチャネルが主制御チャネルであるときには、副制御チャネルを用いて以降のデータを送信し、副制御チャネルであるときには、その旨を外部へ出力する。これにより、データ通信が行われている場合には受信したデータの信号レベルが常に変化していることから、一定の時間信号レベルがハイ状態又はロー状態に固定されていることが検出された場合には、該チャネルによる通信に異常が発生していると判断することができる。したがって、受信データの比較回路、受信したデータが正しいデータであるか否かを判断する回路等を設ける必要がなく、簡素な回路構成でチャネルの正常／異常を正確に判断することができ、データ通信を停止することがない冗長化通信を行うことが可能となる。

第２発明及び第５発明では、制御装置は、所定の時間より短い間隔で、所定のデータを送信する。これにより、例えば一定の時間信号レベルがハイ状態又はロー状態に固定されることがない信号レベルを有するダミーデータを送信することにより、データの送受信が行われていない状態をチャネルの障害と誤認識することを回避することが可能となる。

第３発明及び第６発明では、制御装置が、主制御チャネル及び副制御チャネルから同時に同一のデータを送信する場合、被制御装置は、ハイ状態であるデータを所定の時間継続して受信したときには、ハイ状態であるデータと他のチャネルから受信したデータとの論理積を算出し、ロー状態であるデータを所定の時間継続して受信したときには、ロー状態であるデータと他のチャネルから受信したデータとの論理和を算出する。これにより、データ通信が行われている場合には受信したデータの信号レベルが常に変化していることから、一定の時間信号レベルがハイ状態又はロー状態に固定されていることが検出された場合には、該チャネルによる通信に異常が発生していると判断することができる。したがって、一定の時間信号レベルがハイ状態又はロー状態に固定されていることが検出された場合、それぞれ両チャネルで受信したデータの論理積又は論理和を算出することにより、正しいデータのみを受信することが可能となる。

第１発明及び第４発明によれば、データ通信が行われている場合には受信したデータの信号レベルが常に変化していることから、一定の時間信号レベルがハイ状態又はロー状態に固定されていることが検出された場合には、該チャネルによる通信に異常が発生していると判断することができる。したがって、受信データの比較回路、受信したデータが正しいデータであるか否かを判断する回路等を設ける必要がなく、簡素な回路構成でチャネルの正常／異常を正確に判断することができ、データ通信を停止することがない冗長化通信を行うことが可能となる。

第２発明及び第５発明によれば、例えば一定の時間信号レベルがハイ状態又はロー状態に固定されることがない信号レベルを有するダミーデータを送信することにより、データの送受信が行われていない状態をチャネルの障害と誤認識することを回避することが可能となる。

第３発明及び第６発明によれば、データ通信が行われている場合には受信したデータの信号レベルが常に変化していることから、一定の時間信号レベルがハイ状態又はロー状態に固定されていることが検出された場合には、該チャネルによる通信に異常が発生していると判断することができる。したがって、一定の時間信号レベルがハイ状態又はロー状態に固定されていることが検出された場合、それぞれ両チャネルで受信したデータの論理積又は論理和を算出することにより、正しいデータのみを受信することが可能となる。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図２は、本発明の実施の形態に係る冗長化通信制御システムの構成を示すブロック図である。図２に示すように本発明の実施の形態に係る冗長化通信制御システムは、被制御装置２４の動作を制御するコマンド信号を送信する制御装置２１が、主制御チャネル２２及び副制御チャネル２３を介して、被制御装置２４とデータ通信可能に接続されている。

制御装置２１は、少なくともＬＳＩ等のプロセッサを備えており、主制御チャネル２２又は副制御チャネル２３を介して、あるいは主制御チャネル２２及び副制御チャネル２３を介して、被制御装置２４へコマンド信号を送信する。

制御装置２１は、主制御チャネル２２及び／又は副制御チャネル２３を介することにより、コマンド送信を冗長化する。コマンド送信には大別して２つのタイプがある。主制御チャネル２２及び副制御チャネル２３の両方に同時に送出するデュアルタイプ、及び主制御チャネル２２のみに送出し、主制御チャネル２２に障害が発生した場合にのみ副制御チャネル２３に送出するホットスタンバイタイプである。

被制御装置２４は、少なくとも受信したデータの信号レベルを検証する信号レベル判定回路２４１、２４１、受信したデータの論理積又は論理和を算出する論理積回路又は論理和回路２４２、データチェック回路２４３、受信バッファ２４４、及び被制御装置２４に所望の動作を行わせるアクチュエータ２４５を備えている。

被制御装置２４は、主制御チャネル２２及び／又は副制御チャネル２３を介して受信したデータの信号レベルを信号レベル判定回路２４１、２４１で検証する。主制御チャネル２２又は副制御チャネル２３に障害が発生している場合、受信したデータの信号レベルはハイ状態（例えば‘１’）又はロー状態（例えば‘０’）で一定となる。したがって、被制御装置２４は、信号レベルを検証することで、どのチャネルに障害が発生しているか判断することができる。

図３は、本発明の実施の形態に係る冗長化通信制御システムの被制御装置２４での処理手順を示すフローチャートである。被制御装置２４は、信号レベル判定回路２４１、２４１にて、主制御チャネル２２及び／又は副制御チャネル２３を介してデータを受信し（ステップＳ３０１）、受信したデータの信号レベルがハイ状態、例えば‘１’で一定時間継続しているか否かを判断する（ステップＳ３０２）。被制御装置２４が、信号レベルが‘１’で一定時間継続していると判断した場合（ステップＳ３０２：ＹＥＳ）、被制御装置２４は、論理積回路２４２により、両チャネルで受信したデータの論理積を算出する（ステップＳ３０４）。すなわち、信号レベルが‘１’で一定時間継続しているデータと正常なチャネルを介して受信したデータの論理積を算出して、正常な受信データを取得する。

被制御装置２４が、信号レベルが‘１’で一定時間継続していないと判断した場合（ステップＳ３０２：ＮＯ）、被制御装置２４は、受信したデータの信号レベルがロー状態、例えば‘０’で一定時間継続しているか否かを判断する（ステップＳ３０３）。被制御装置２４が、信号レベルが‘０’で一定時間継続していると判断した場合（ステップＳ３０３：ＹＥＳ）、被制御装置２４は、論理和回路２４２により両チャネルで受信したデータの論理和を算出する（ステップＳ３０５）。すなわち、信号レベルが‘０’で一定時間継続しているデータと正常なチャネルを介して受信したデータの論理和を算出して、正常な受信データを取得する。

なお、論理積回路又は論理和回路２４２は必須ではなく、いずれのチャネルが正常であるかを判別して、正常であると判別したチャネルを介して受信したデータのみをデータチェック回路２４３へ渡すものであっても良い。

図４は、一のチャネルを介して受信する受信データ列の一例を示す図である。図４（ａ）に示すようにチャネルが正常である場合、受信した受信データ列４１、４２、４３、・・・、例えば受信パケット、受信フレーム等は、一定時間間隔で連続して受信される。一方、図４（ｂ）に示すように例えば主制御チャネル２２で障害が発生した場合、受信すべき受信データ列、例えば受信パケット、受信フレーム等が受信データ列４１で途切れ、連続して受信していた場合の時間間隔が経過した場合であっても、次の受信データ列４２、４３、・・・を受信することがない。

そこで、被制御装置２４は、信号レベル判定回路２４１、２４１にて、主制御チャネル２２及び／又は副制御チャネル２３を介して受信したデータの信号レベルが一定時間継続してハイ状態となっている、又はロー状態となっているか否かを判断する。具体的には、一の受信データ列４１の受信を終了した後、信号レベルが一定の値、例えば‘１’又は‘０’である時間が、正常に受信データ列を受信している場合の受信時間間隔Δｔよりも長い時間であるｔ１に到達したか否かを判断し、時間ｔ１に到達した場合には、該チャネルに何らかの障害が発生したものと判断する。

被制御装置２４は、主制御チャネル２２に障害が発生したか否かを判断し（ステップＳ３０６）、被制御装置２４が、主制御チャネル２２に障害が発生したと判断した場合（ステップＳ３０６：ＹＥＳ）、被制御装置２４は、主制御チャネル２２に障害が発生した旨を示す情報を制御装置２１へ送信する（ステップＳ３０７）。被制御装置２４が、副制御チャネル２３に障害が発生したと判断した場合（ステップＳ３０６：ＮＯ）、被制御装置２４は、副制御チャネル２３に障害が発生した旨を示す情報を制御装置２１へ送信する（ステップＳ３０８）。障害が発生したチャネルがいずれのチャネルであるのかは、例えばチャネルを識別するチャネルＩＤ等を送信することにより制御装置２１へ伝達する。

主制御チャネル２２に障害が発生した旨を示す情報を受信した制御装置２１は、データ送信チャネルを副制御チャネル２３へ切り替える。副制御チャネル２３に障害が発生した旨を示す情報を受信した制御装置２１は、外部へ表示出力等することにより、副制御チャネル２３に障害が発生していることを報知する。このようにすることで、副制御チャネル２３の修理を速やかに行うことができ、主制御チャネル２２の障害発生によりデータ送受信が停止する事態の発生を未然に防止することが可能となる。

被制御装置２４が、信号レベルが‘０’で一定時間継続していないと判断した場合（ステップＳ３０３：ＮＯ）、被制御装置２４は、両チャネルが正常に機能していると判断し、受信したデータ、あるいは論理積回路又は論理和回路２４２を経由した受信データに対して、データチェック回路２４３にて、パリティチェック等を実行して受信データの整合性を確認する（ステップＳ３０９）。被制御装置２４は、データチェック完了後のデータを受信バッファ２４４に一次記憶し、各アクチュエータ２４５に応じて必要なデータを受信バッファ２４４から読み出し、対応するアクチュエータ２４５へ送信する（ステップＳ３１０）。各アクチュエータ２４５は受信したデータをコマンド解析して、指示に応じた動作を行わせる。

また、通信が行われていない期間に、チャネル障害が発生していると誤って判断することを未然に回避することが好ましい。そこで、制御装置２１は、一定の時間間隔ｔ２で、信号レベルの変動を検知することができるダミーデータを送信する。図５は、ダミーデータによる誤った判断を回避する方法の原理説明図である。

図５（ａ）に示すように、通信が行われていない場合には、通常は信号レベルが‘０’の状態が継続する。したがって、一定時間ｔ１が経過した場合には、被制御装置２４は、上述した処理により該チャネルに障害が発生していると誤った判断を行う。

そこで、通信が行われない場合、制御装置２１は、信号レベルが‘１’であるダミーデータ５１、５１、・・・を時間間隔ｔ２（ｔ１＞ｔ２）で送信する。被制御装置２４は、通信が行われていない場合であってもダミーデータ５１を必ず検知することができ、誤った判断を回避することができる。なお、ダミーデータ５１、５１、・・・の送信を開始するタイミングは特に限定されるものではなく、例えば通信のコネクションが開放されたタイミングで送信を開始し、コネクションが確立されたタイミングで送信を停止するものであっても良い。

以上のように本実施の形態によれば、データ通信が行われている場合には受信したデータの信号レベルが常に変化していることから、一定の時間信号レベルがハイ状態又はロー状態に固定されていることが検出された場合には、該チャネルによる通信に異常が発生していると判断することができる。したがって、受信データの比較回路、受信したデータが正しいデータであるか否かを判断する回路等を設ける必要がなく、簡素な回路構成でチャネルの正常／異常を正確に判断することができ、データ通信を停止することがない冗長化通信を行うことが可能となる。また、例えば一定の時間信号レベルがハイ状態又はロー状態に固定されることがない信号レベルを有するダミーデータを送信することにより、データの送受信が行われていない状態をチャネルの障害と誤認識することを回避することが可能となる。

なお、上述した実施の形態では、一の制御装置２１に対して一の被制御装置２４が接続されている場合について説明しているが、一の制御装置２１に対して複数の被制御装置２４、２４、・・・が接続されていても良く、被制御装置２４、２４、・・・の回路構成を簡素にすることによるコストダウン効果が高まることは言うまでもない。

また、主制御チャネル２２、副制御チャネル２３は、シリアル伝送方式に対応していることに限定されるものではなく、例えばパラレル伝送方式に対応している場合であっても同様の効果が期待できる。

従来の冗長化通信制御システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る冗長化通信制御システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る冗長化通信制御システムの被制御装置での処理手順を示すフローチャートである。 一のチャネルを介して受信する受信データ列の一例を示す図である。 ダミーデータによる誤った判断を回避する方法の原理説明図である。

符号の説明

２１ 制御装置
２２ 主制御チャネル
２３ 副制御チャネル
２４ 被制御装置
２４１ 信号レベル判定回路
２４２ 論理積回路又は論理和回路判断部
２４３ データチェック回路
２４４ 受信バッファ
２４５ アクチュエータ

Claims (6)

1. 被制御装置と、該被制御装置の動作を制御するデータを送信する制御装置とが、主制御チャネル及び副制御チャネルを介して接続されている冗長化通信制御システムにおいて、
   前記被制御装置は、
   受信したデータが、主制御チャネル又は副制御チャネルのいずれのチャネルを経由して受信したデータであるか判別する受信チャネル判別部と、
   受信したデータが所定の時間一定の値であるか否かを判断する判断部と、
   該判断部にて一定の値であると判断された場合、データを受信したチャネルを識別するデータ及び該チャネルに障害が発生している旨を示すデータを他方のチャネル経由で前記制御装置へ送信する障害データ送信部と
   を備え、
   前記制御装置は、
   障害が発生している旨を示すデータを受信した場合、その旨を示すデータを外部へ出力し、障害が発生しているチャネルが主制御チャネルであるときには、副制御チャネルを用いて以降のデータを送信する手段
   を備えることを特徴とする冗長化通信制御システム。
2. 前記制御装置は、
   前記所定の時間より短い間隔で、所定のデータを送信する手段を備えることを特徴とする請求項１記載の冗長化通信制御システム。
3. 前記制御装置が、主制御チャネル及び副制御チャネルから同時に同一のデータを送信する場合、
   前記被制御装置は、
   ハイ状態であるデータを所定の時間継続して受信したときには、ハイ状態であるデータと他のチャネルから受信したデータとの論理積を算出し、ロー状態であるデータを所定の時間継続して受信したときには、ロー状態であるデータと他のチャネルから受信したデータとの論理和を算出する受信データ特定部を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の冗長化通信制御システム。
4. 被制御装置と、該被制御装置の動作を制御するデータを送信する制御装置とを、主制御チャネル及び副制御チャネルを介して接続して該被制御装置の動作を制御する冗長化通信制御方法において、
   前記被制御装置にて、
   受信したデータが、主制御チャネル又は副制御チャネルのいずれのチャネルを経由して受信したデータであるか判別し、
   受信したデータが所定の時間一定の値であるか否かを判断し、
   一定の値であると判断された場合、データを受信したチャネルを識別するデータ及び該チャネルに障害が発生している旨を示すデータを他方のチャネル経由で前記制御装置へ送信し、
   前記制御装置にて、
   障害が発生している旨を示すデータを受信した場合、その旨を示すデータを外部へ出力し、障害が発生しているチャネルが主制御チャネルであるときには、副制御チャネルを用いて以降のデータを送信することを特徴とする冗長化通信制御方法。
5. 前記制御装置にて、
   前記所定の時間より短い間隔で、所定のデータを送信することを特徴とする請求項４記載の冗長化通信制御方法。
6. 前記制御装置が、主制御チャネル及び副制御チャネルから同時に同一のデータを送信する場合、前記被制御装置にて、ハイ状態であるデータを所定の時間継続して受信したときには、ハイ状態であるデータと他のチャネルから受信したデータとの論理積を算出し、ロー状態であるデータを所定の時間継続して受信したときには、ロー状態であるデータと他のチャネルから受信したデータとの論理和を算出することを特徴とする請求項４又は５記載の冗長化通信制御方法。

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