JP2008118621A - 冗長化回線システム - Google Patents

Abstract

【課題】既存のプラントに適用することが容易な通信回線の冗長化技術を提供する。
【解決手段】多重化回線として形成された幹線１Ａ，１Ｂと、少なくとも前記幹線１Ａ，１Ｂの両端に設けられ、通信局ＳＴとの接続に使用する幹線１Ａを選定すると共に使用中の幹線１Ａの異常を検出し、当該異常を検出すると使用中の幹線１Ａを他の幹線１Ｂに切り替える幹線切替装置２と、該幹線切替装置２に前記通信局ＳＴを接続する支線３とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラントのプロセス・オートメーションに適用する冗長化回線システムに関する。

プラント制御の技術分野では、プロセス・オートメーション用のフィールドバスの仕様がＩＥＣ（International Electrotechnical Commission：国際電気標準会議）等の公的機関によっていくつか規格化されている。
上記ＩＥＣが規格化したフィールドバスの仕様の１つとして、IEC61784-1 CP1/1 (Foundation Fieldbus H1)があるが、このIEC61784-1 CP1/1には、通信ケーブルの冗長化に関する仕様が規定されていない。

一方、下記特許文献１には、フィールドバスを二重化することにより信頼性を向上させる技術が開示されている。すなわち、この技術は、計器室の上位計器及び外部電源をフィールドのフィールド機器と二重化伝送路で相互接続し、上位計器、外部電源あるいはフィールド機器の何れかが、使用中の伝送路の異常を検出し、当該異常を検出した場合には使用中の伝送路を他の伝送路に切り替えるものである。
特開平０５−０７６０７７号公報

ところで、IEC61784-1 CP1/1の技術では、上述したように通信ケーブルの冗長化に関する仕様が規定されていないので、通信経路にケーブルの断線や接触不良等の異常が発生した場合にマルチドロップ方式により一つの通信回線に多数の通信装置が接続されていることからプラントの制御が不能状態に陥る虞があり、よって信頼性が乏しいという問題がある。

一方、特許文献１の技術では、上位計器、外部電源あるいはフィールド機器の何れかが使用中の伝送路の異常を検出して使用中の伝送路を他の伝送路に切り替える処理を行うので、既存のプラントに適用することが困難であるという問題がある。
すなわち、特許文献１の技術では、使用中の伝送路の異常を検出する機能及び使用中の伝送路を他の伝送路に切り替える機能を、既存の上位計器、外部電源あるいはフィールド機器に追加する工事を行う必要があるが、連続かつ安定した運転が要求されるプラントにおいて稼働中に上記機能追加の工事を行うことは好ましくなく、よって実際問題として上記機能追加は困難である。特に、プラント内に多数設けられたフィールド機器に対して機能追加を行うことは極めて困難である。

なお、IEC61784-1 CP1/1の技術については、通信プロトコルを改変することによって上記問題点を解消することが考えられるが、この場合には、フィールド機器やコントローラ等、通信ケーブル以外の装置に機能改変を加える必要があるので、特許文献１の技術の場合と同様に、既存のプラントに適用することは困難である。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、既存のプラントに適用することが容易な通信回線の冗長化技術を提供すること、を目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明では、第１の解決手段として、多重化回線として形成された複数の幹線と、少なくとも前記幹線の両端に設けられ、通信局との接続に使用する幹線を選定すると共に使用中の幹線の異常を検出し、当該異常を検出すると使用中の幹線を他の幹線に切り替える幹線切替装置と、該幹線切替装置に通信局を接続する支線とを具備する、という手段を採用する。
第２の解決手段として、上記第１の手段において、支線は多重化回線として形成され、使用に供する支線を選定すると共に使用中の支線の異常を検出し、当該異常を検出すると使用中の支線を他の支線に切り替える支線切替装置をさらに具備する、という手段を採用する。
第３の解決手段として、上記第１または第２の手段において、幹線に接続され、通信局の動力としての直流電力を出力する電源装置をさらに備え、幹線及び支線は、通信信号に加えて直流電力を通信局に伝送する、という手段を採用する。
第４の解決手段として、上記第３の手段において、幹線切替装置あるいは支線切替装置は、直流電力の直流電流あるいは／及び直流電圧を検出することにより使用中の幹線あるいは支線の異常を検出する、という手段を採用する。
第５の解決手段として、上記第３または第４の手段において、幹線切替装置は、支線に出力される電源電流を所定値以下に制限する電流制限器を備える、という手段を採用する。
第６の解決手段として、上記第３〜第５いずれかの手段において、幹線切替装置は、内部抵抗器を備え、多重化回線の両方の幹線の異常を検出すると内部抵抗器を使用中の幹線に接続する、という手段を採用する。
第７の解決手段として、上記第３〜第６いずれかの手段において、幹線切替装置は、幹線から給電された直流電力の内部回路への給電／非給電を設定する電源接続スイッチを備え、使用中の幹線の異常を検出すると直流電力を非給電状態とする、という手段を採用する。
第８の解決手段として、上記第１〜第７いずれかの手段において、幹線切替装置は、通信信号の反射を抑制するための終端器を備え、多重化回線の両方の幹線の異常を検出すると内部抵抗器を使用中の幹線に接続する、という手段を採用する。
第９の解決手段として、上記第１〜第８いずれかの手段において、幹線切替装置あるいは支線切替装置は、幹線あるいは支線の異常検出の結果に基づいて幹線あるいは支線の異常を外部に報知する異常報知手段を備える、という手段を採用する。
第１０の解決手段として、電源装置と、多重化回線として形成された複数の幹線と、幹線の一端に設けられ、電源装置から出力される直流電力を幹線に供給すると共に使用中の幹線とは異なる幹線に待機信号を供給し、使用中の幹線と箱となる幹線から幹線切替信号が供給されると待機信号の供給を停止する幹線切替装置と、該幹線切替装置を最上流として幹線の下流側に複数設けられ、使用中の幹線の異常を検出すると使用中の幹線とは異なる幹線を使用すると共に、使用中の幹線とは異なる幹線に幹線切替信号を供給する分岐装置と、該分岐装置に通信局を接続する支線とを具備する、という手段を採用する。
第１１の解決手段として、上記第１〜第１０いずれかの手段において、前記幹線及び支線は、IEC61784-1 CP1/1 (Foundation Fieldbus H1)に規定された通信方式の通信信号を伝送する、という手段を採用する。

本発明によれば、幹線切替装置が、使用に供する幹線を選定すると共に使用中の幹線の異常を検出し、当該異常を検出すると使用中の幹線を他の幹線に切り替えるので、通信局に依存することなく幹線を切り替えることが可能であり、よって既存のプラントに適用することが容易である。
また、冗長化に関する仕様が規定されていない例えばIEC61784-1 CP1/1 (Foundation Fieldbus H1)のフィールドバスにも容易に適用することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
〔第１実施形態〕
図１は、第１実施形態に係る冗長化回線システムの構成を示すブロック図である。なお、本冗長化回線システムは、プラント制御用のフィールドバスに本発明を適用したものである。

周知のように、プラントには化学プラントや発電プラント等々、種々のものがあるが、一般に、複数の処理装置（一般的にプロセス機器と称する。）、これら処理装置の動作状態を規定する各種駆動装置（バルブ等）、処理装置の動作状態を検出する各種計器（温度計、流量計、圧力計等々）、及び上記各種計器の計測値に基づいて各種駆動装置を制御することによりプラントの運転を統括的に制御・監視する制御装置、また当該制御装置、上記各種駆動装置及び各種計器に電力を供給する電源装置等から構成されている。上記各種駆動装置及び各種計器は、一般的にフィールド機器と称する。このようなプラントにおいて、制御装置とフィールド機器とは、有線の通信回線（フィールドバス）で相互接続され、この通信回線を介して通信を行うと共に、上記通信回線を介して電源装置から電力供給を受ける。

本冗長化回線システムは、通信局としての上記制御装置及びフィールド機器を相互接続する有線の通信回線システムであり、通信局間で送受信される通信信号の伝送及び電源装置から各通信局への電力供給を仲介するものである。
上記通信信号は、例えばIEC61784-1 CP1/1 (Foundation Fieldbus H1)に規定された通信方式の通信信号である。

すなわち、本冗長化回線システムは、図１示するように、一対の幹線１Ａ，１Ｂ、複数の幹線切替装置２、複数の支線３及び一対の電源装置ａ，ｂを備えており、複数の通信局ＳＴを相互接続する。複数の通信局ＳＴのうち、ある通信局ＳＴは上述した制御装置、また他の通信局ＳＴは上述したフィールド機器である。また、一対の幹線１Ａ，１Ｂ及び支線３は全体として通信線路を構成している。

制御装置（通信局ＳＴ）は、幹線１Ａ，１Ｂ、幹線切替装置２及び支線３を介して相互接続された各種のフィールド機器（通信局ＳＴ）を制御することによりプラントの運転を統括的に制御・監視する。一方、フィールド機器（通信局ＳＴ）は、支線３を介して特定の幹線切替装置２にそれぞれ接続され、また当該幹線切替装置２及び幹線１Ａ，１Ｂを介して制御装置（通信局ＳＴ）にそれぞれ接続されている。このようなフィールド機器は、計測値や自らの動作状態等を上り信号として支線３、幹線切替装置２及び幹線１Ａ，１Ｂを介して制御装置（通信局ＳＴ）に送信する一方、制御装置（通信局ＳＴ）からの制御信号（下り信号）を受信してプロセス機器の動作状態を変更する。

電源装置ａ，ｂは、幹線１Ａ，１Ｂに対応して設けられており、各通信局ＳＴが必要とする動力としての直流電力を出力するものである。このような電源装置ａ，ｂは、図示するように特定（最上流側）の幹線切替装置２に所定の電力線を介して接続されている。すなわち、電源装置ａは、幹線切替装置２を介して幹線１Ａに接続され、一方、電源装置ｂは、幹線切替装置２を介して幹線１Ｂに接続されている。

幹線１Ａ，１Ｂは、複数の幹線切替装置２を相互接続する通信線路である。この幹線１Ａ，１Ｂは、幹線切替装置２によって択一的に選択されて何れか一方が使用に供される二重化回線を構成している。このような幹線１Ａ，１Ｂは、例えばツイストペア線あるいは平行２線ケーブルである。

幹線切替装置２は、上記幹線１Ａ，１Ｂの上流側（電源装置ａ，ｂにより近い側）から下流側（電源装置ａ，ｂにより遠い側）の複数箇所、つまり幹線１Ａ，１Ｂの途中部位及び両端部に各々設けられ、支線３を介して通信局ＳＴに接続されている。このような幹線切替装置２は、使用中の幹線１Ａ，１Ｂの状態（異常/正常）を検出し、当該状態に応じて当該使用中の幹線１Ａ，１Ｂを使用していない他の幹線１Ａ，１Ｂに切り替える。このような幹線切替装置２は、本冗長化回線システムの特徴的構成要件であり、詳細構成については後述する。

支線３は、幹線切替装置２と通信局ＳＴとを相互接続する通信線路である。この支線３も、例えば上述した幹線１Ａ，１Ｂと同様にツイストペア線あるいは平行２線ケーブルである。

図２は、上記幹線切替装置２の詳細構成を示すブロック図である。この図に示すように、幹線切替装置２は、上流側幹線接続部２ａ、下流側幹線接続部２ｂ、支線接続部２ｃ、一対の異常検出部２ｄ，２ｅ、支線接続制御部２ｆ及び一対の幹線支線接続スイッチ２ｇ，２ｈを備えている。

上流側幹線接続部２ａは、上流側に位置する幹線１Ａ，１Ｂが接続される接続端子であり、当該幹線１Ａ，１Ｂに各々対応する上流側端子Ａ1と上流側端子Ｂ1とによって構成されている。すなわち、上流側端子Ａ1には幹線１Ａが接続され、上流側端子Ｂ1には幹線１Ｂが接続される。下流側幹線接続部２ｂは、下流側に位置する幹線１Ａ，１Ｂが接続される接続端子であり、当該幹線１Ａ，１Ｂに各々対応する下流側端子Ａ2と下流側端子Ｂ2によって構成されている。すなわち、下流側端子Ａ2には幹線１Ａが接続され、下流側端子Ｂ2には幹線１Ｂが接続される。なお、上記上流側端子Ａ1と下流側端子Ａ2と、また上記上流側端子Ｂ1と下流側端子Ｂ2とは、図示するように内部配線によって各々個別に相互接続されている。

支線接続部２ｃは、支線３が各々に接続される所定数の接続端子Ｃ1，Ｃ2，……Ｃｎ（支線接続端子）によって構成されている。各支線接続端子Ｃ1，Ｃ2，……Ｃｎは内部配線によって全て共通接続されている。

異常検出部２ｄ，２ｅは、上記上流側幹線接続部２ａ及び下流側幹線接続部２ｂと同様に幹線１Ａ，１Ｂに対応して各々設けられており、幹線１Ａ，１Ｂを流れる直流電流、つまり幹線１Ａ，１Ｂを介して電源装置ａ，ｂから各通信局ＳＴに給電される電源電流に基づいて使用中の幹線１Ａ，１Ｂの異常／正常を検出する。

例えば、幹線１Ａが使用中である場合において当該幹線１Ａが下流側で地絡すると、上流側端子Ａ1と下流側端子Ａ2との間には異常に大きな直流電流が流れる。または、使用中の幹線１Ａが下流側で開放すると、上流側端子Ａ1と下流側端子Ａ2との間には異常に小さな直流電流が流れることになる。上記異常検出部２ｄ，２ｅは、使用中の幹線１Ａ，１Ｂにおける上記異常な直流電流（異常電流）を検出することにより使用中の幹線１Ａ，１Ｂの異常／正常を検出する。このような異常検出部２ｄ，２ｅは、幹線１Ａ，１Ｂの異常／正常を状態通知信号として支線接続制御部２ｆにそれぞれ出力する。

支線接続制御部２ｆは、上記状態通知信号に基づいて幹線支線接続スイッチ２ｇ，２ｈを制御するものである。幹線支線接続スイッチ２ｇ，２ｈは、各幹線１Ａ，１Ｂに対応して支線接続部２ｃと上流側幹線接続部２ａ及び下流側幹線接続部２ｂとの間に各々設けられた開閉スイッチである。一方の幹線支線接続スイッチ２ｇは、各支線接続端子Ｃ1，Ｃ2，……Ｃｎと上流側端子Ａ1及び下流側端子Ａ2との間に設けられており、支線接続制御部２ｆによって制御されることにより各支線接続端子Ｃ1，Ｃ2，……Ｃｎと上流側端子Ａ1及び下流側端子Ａ2との接続／開放を設定する。他方の幹線支線接続スイッチ２ｈは、各支線接続端子Ｃ1，Ｃ2，……Ｃｎと上流側端子Ｂ1及び下流側端子Ｂ2との間に設けられており、支線接続制御部２ｆによって制御されることにより各支線接続端子Ｃ1，Ｃ2，……Ｃｎと上流側端子Ｂ1及び下流側端子Ｂ2との接続／開放を設定する。

次に、このように構成された本冗長化回線システムの動作、つまり幹線切替装置２による各幹線１Ａ，１Ｂの切替動作について詳しく説明する。

支線接続制御部２ｆは、初期状態において、例えば幹線１Ａを使用に供するべく、幹線支線接続スイッチ２ｇを閉状態とすると共に幹線支線接続スイッチ２ｈを開状態とする。この状態において、通信局ＳＴは、幹線１Ａ、幹線切替装置２及び支線３とによって相互接続され、両者間の相互通信及び電源装置ａ，ｂから通信局ＳＴへの直流電力の供給が行われる。
そして、このような状態において、何らかの原因により使用中の幹線１Ａが下流側で地絡あるいは開放すると、上流側端子Ａ1と下流側端子Ａ2との間には、正常時の直流電流に比べて極端に大きいあるいは極端に小さい直流電流、つまり異常電流が流れる。

使用中の幹線１Ａに対応して設けられた異常検出部２ｄは、上流側端子Ａ1から下流側端子Ａ2に流れる直流電流を常時検出しており、当該検出された直流電流を所定のしきい値と比較することにより当該直流電流が異常電流に至ったと判定すると、その判定結果（つまり幹線１Ａの異常）を状態通知信号として支線接続制御部２ｆに出力する。この結果、支線接続制御部２ｆは、幹線支線接続スイッチ２ｇを開状態に変更すると共に幹線支線接続スイッチ２ｈを閉状態に変更し、使用中の幹線１Ａに代えて幹線１Ｂを使用に供する。

一方、幹線１Ｂが使用に供されている場合、幹線１Ｂに対応する異常検出部２ｅは、上流側端子Ｂ1から下流側端子Ｂ2に流れる直流電流を常時検出し、当該検出された直流電流を所定のしきい値と比較することにより当該直流電流が異常電流に至ったと判定すると、その判定結果（つまり幹線１Ｂの異常）を状態通知信号として支線接続制御部２ｆに出力する。この結果、支線接続制御部２ｆは、幹線支線接続スイッチ２ｈを開状態に変更すると共に幹線支線接続スイッチ２ｇを閉状態に変更し、使用中の幹線１Ｂに代えて幹線１Ａを使用に供する。

すなわち、本冗長化回線システムによれば、幹線切替装置２が自立的に使用中の幹線１Ａ，１Ｂの異常を検出して使用していない幹線１Ａ，１Ｂに切り替えるので、信頼性を向上させることができると共に、通信局ＳＴに依存しないので、既存のプラントに容易に適用することができる。
また、このような本冗長化回線システムをIEC61784-1 CP1/1 (Foundation Fieldbus H1)で規定されたフィールドバスに適用することにより、当該フィールドバスの信頼性を向上させることができる。

さらに、本冗長化回線システムによれば、幹線切替装置２が幹線１Ａ，１Ｂの異常検出機能及び切替機能を備えているので、システム構成が簡単である。上記異常検出機能及び切替機能を幹線切替装置とは別体に設けた場合には、装置数が増えるので好ましくない。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
本第２実施形態に係る冗長化回線システムは、第１実施形態の幹線切替装置２に機能追加を施した幹線切替装置４を備える点を特徴とする。以下の説明では、本第２実施形態における幹線切替装置４の詳細を説明する。

図３は、本第２実施形態における幹線切替装置４の構成を示すブロック図である。この幹線切替装置４は、図示するように上流側幹線接続部４ａ、下流側幹線接続部４ｂ、支線接続部４ｃ、一対の異常検出部４ｄ，４ｅ、支線接続制御部４ｆ、一対の幹線支線接続スイッチ４ｇ，４ｈに加えて、一対の電圧監視部４ｉ，４ｊ、一対の電源接続スイッチ４ｍ，４ｎ、一対のダイオード４ｐ，４ｑ、ＤＣ-ＤＣコンバータ４ｒ、一対の内部抵抗器４ｓ，４ｔ、一対の終端器４ｕ，４ｖ、一対の負荷接続スイッチ４ｗ、４ｘ、幹線状態出力スイッチ４ｙ、複数（ｎ個）の電流制限器４ｚ1〜４ｚｎを備えている。

なお、これら各構成要素のうち、上流側幹線接続部４ａ、下流側幹線接続部４ｂ、支線接続部４ｃ、各異常検出部４ｄ，４ｅ及び各幹線支線接続スイッチ４ｇ，４ｈについては、第１実施形態における上流側幹線接続部２ａ、下流側幹線接続部２ｂ、支線接続部２ｃ、各異常検出部２ｄ，２ｅ及び各幹線支線接続スイッチ２ｇ，２ｈと同一であり、重複するので説明を省略する。

電圧監視部４ｉ，４ｊは、幹線１Ａ，１Ｂに対応して設けられており、当該幹線１Ａ，１Ｂに各々接続された内部配線の直流電圧（つまり幹線１Ａ，１Ｂの電源電圧）をそれぞれ検出し、その検出結果を状態通知信号として支線接続制御部４ｆに出力する。

使用中の幹線１Ａ，１Ｂが下流側で地絡すると、当該使用中の幹線１Ａ，１Ｂの直流電圧（電源電圧）は異常に低下する。一方、使用中の幹線１Ａ，１Ｂが下流側で開放すると、当該使用中の幹線１Ａ，１Ｂの直流電圧は、負荷が極端に軽減されるので、異常に上昇する。上記電圧監視部４ｉ，４ｊは、このような使用中の幹線１Ａ，１Ｂにおける直流電圧（電源電圧）の異常電圧を検出することにより、使用中の幹線１Ａ，１Ｂの異常／正常を状態通知信号として支線接続制御部４ｆにそれぞれ出力する。

電源接続スイッチ４ｍ，４ｎは、幹線１Ａ，１Ｂに対応して設けられており、同じく幹線１Ａ，１Ｂに対応して設けられたダイオード４ｐ，４ｑと幹線１Ａ，１Ｂとの間に設けられている。電源接続スイッチ４ｍ，４ｎは、支線接続制御部４ｆから入力される制御信号に基づいて、上流側端子Ａ1，Ｂ1と下流側端子Ａ2，Ｂ2とを接続する内部配線とダイオード４ｐ，４ｑとの接続／開放（つまり幹線切替装置４の内部回路への給電／非給電）をそれぞれ設定する。すなわち、電源接続スイッチ４ｍ，４ｎが閉状態に設定されると、幹線１Ａ，１Ｂを介して電源装置ａ，ｂから給電された直流電力が幹線切替装置４の内部回路に供給され、一方、電源接続スイッチ４ｍ，４ｎが開状態に設定されると、上記直流電力の幹線切替装置４の内部回路への供給が遮断される。

ダイオード４ｐ，４ｑは、アノード端子が上記電源接続スイッチ４ｍ，４ｎに、またカソード端子がＤＣ-ＤＣコンバータ４ｒの入力端子にそれぞれ接続されており、アノード端子の電圧に基づいてＯＮ状態とＯＦＦ状態が自動的に切り替わる電子スイッチである。ＤＣ-ＤＣコンバータ４ｒは、上記電源接続スイッチ４ｍ，４ｎ及びダイオード４ｐ，４ｑを介して使用中の幹線１Ａ，１Ｂから入力される直流電圧（電源電圧）を幹線切替装置４の各構成要素の動作電圧に変圧して当該各構成要素に給電する。

ここで、使用中の幹線１Ａ，１ＢからのＤＣ-ＤＣコンバータ４ｒへの直流電圧（電源電圧）の入力は上記電源接続スイッチ４ｍ，４ｎによって設定される。ＤＣ-ＤＣコンバータ４ｒは、直流電圧が入力される状態にあるときのみ、幹線切替装置４を構成する各構成要素に直流電力を供給する。

内部抵抗器４ｓ，４ｔは、幹線１Ａ，１Ｂに対応して設けられており、電源装置ｂに対して負荷となっている抵抗器である。終端器４ｕ，４ｖは、上記内部抵抗器４ｓ，４ｔと同様に幹線１Ａ，１Ｂに対応して設けられており、幹線１Ａ，１Ｂを交流的に終端するためのものである。すなわち、この終端器４ｕ，４ｖは、通信信号の反射を抑制するための回路であり、幹線１Ａ，１Ｂの特性インピーダンスに応じた抵抗値の抵抗器と直流を遮断するためのコンデンサとが直列接続されたものである。

負荷接続スイッチ４ｗ、４ｘは、幹線１Ａ，１Ｂに対応して設けられており、内部抵抗器４ｓ，４ｔ及び終端器４ｕ，４ｖと上流側端子Ａ1，Ｂ1と下流側端子Ａ2，Ｂ2とを接続する内部配線との間にそれぞれ設けられている。負荷接続スイッチ４ｗ、４ｘは、支線接続制御部４ｆから入力される制御信号に基づいて内部抵抗器４ｓ，４ｔ及び終端器４ｕ，４ｖの幹線１Ａ，１Ｂへの接続／開放をそれぞれ設定する。

幹線状態出力スイッチ４ｙは、一対設けられた外部接続端子Ｄ1，Ｄ2にブリッジ接続されており、幹線１Ａ，１Ｂの状態（正常／異常）を外部に報知するための開閉スイッチである。この幹線状態出力スイッチ４ｙは、支線接続制御部４ｆから入力される制御信号に基づいて制御されることにより、幹線１Ａ，１Ｂの何れか一方が異常となったことを外部に知らせる。このような幹線状態出力スイッチ４ｙと外部接続端子Ｄ1，Ｄ2とは、本第２実施形態における異常報知手段を構成している。

電流制限器４ｚ1〜４ｚｎは、支線接続端子Ｃ1，Ｃ2，……Ｃｎと幹線支線接続スイッチ４ｇ，４ｈとの間に各支線接続端子Ｃ1，Ｃ2，……Ｃｎに対応して設けられている。この電流制限器４ｚ1〜４ｚｎは、支線接続端子Ｃ1，Ｃ2，……Ｃｎから各支線３に流れる直流電流（電源電流）を所定値以下に制限するものであり、例えば自らの端子間電圧に基づいて通過電流を制限する自己復帰型ヒューズ等（例えばポリスイッチ）である。

さらに、支線接続制御部４ｆは、上述したように異常検出部４ｄ，４ｅ及び電圧監視部４ｉ，４ｊから入力される状態通知信号に基づいて幹線支線接続スイッチ４ｇ，４ｈ、電源接続スイッチ４ｍ，４ｎ及び負荷接続スイッチ４ｗ、４ｘの開／閉を制御する。第１実施形態における支線接続制御部２ｆは異常検出部２ｄ，２ｅの検出結果のみに基づいて幹線支線接続スイッチ２ｇ，２ｈを制御するが、本第２実施形態の支線接続制御部４ｆは、異常検出部４ｄ，４ｅの検出結果に電圧監視部４ｉ，４ｊの検出結果をも加味して幹線支線接続スイッチ４ｇ，４ｈ、電源接続スイッチ４ｍ，４ｎ及び負荷接続スイッチ４ｗ、４ｘを制御する。

次に、このように構成された幹線切替装置４の動作について詳しく説明する。
図４は、支線接続制御部４ｆの動作を示す真理値表である。この真理値表において、１〜１１の数字は、図３の状態通知信号及び制御信号に付した数字に対応している。また、状態通知信号１〜４における○印は直流電流（電源電流）あるいは直流電圧（電源電圧）の正常を、一方、×印はこれらの異常をそれぞれ示している。さらに、制御信号５〜１１における「Ｏｐｅｎ」は各スイッチを開状態とすることを、一方、「Ｃｌｏｓｅ」は各スイッチを閉状態とすることをそれぞれ示している。

支線接続制御部４ｆは、この真理値表に示すように、状態通知信号１〜４に基づいて制御信号５〜１１を生成することにより、幹線支線接続スイッチ４ｇ，４ｈ、電源接続スイッチ４ｍ，４ｎ及び負荷接続スイッチ４ｗ、４ｘの開／閉を制御する。

例えば、幹線１Ａに対応する幹線支線接続スイッチ４ｇ及び幹線１Ｂに対応する幹線支線接続スイッチ４ｈは、この真理値表に示すように排他的に制御される。すなわち、支線接続制御部４ｆは、幹線１Ａに対応する異常検出部４ｄ及び電圧監視部４ｉのうち何れか一方あるいは両方が使用中の幹線１Ａの異常を検出した場合にのみ幹線支線接続スイッチ４ｇを開状態（Ｏｐｅｎ状態）とし、これ以外の場合は幹線支線接続スイッチ４ｇを閉状態（Ｃｌｏｓｅ状態）とする。そして、支線接続制御部４ｆは、このような幹線支線接続スイッチ４ｇに対して排他的に、つまり幹線支線接続スイッチ４ｇとは異なる状態に幹線支線接続スイッチ４ｈを制御する。
なお、支線接続制御部４ｆは、上記真理値表に示されているように、幹線１Ａ，１Ｂの何れについても異常が検出された場合には、幹線１Ａに対応する幹線支線接続スイッチ４ｇを閉状態とする。

また、支線接続制御部４ｆは、幹線１Ａに対応する電源接続スイッチ４ｍ及び幹線１Ｂに対応する電源接続スイッチ４ｎについて、上記真理値表に示されているように、使用中の幹線１Ａ，１Ｂが全て正常な場合を除いて上記幹線支線接続スイッチ４ｇ，４ｈと全く同様の制御を行う。

ここで、図５に示すように、上流側（電源装置ａ，ｂに近い側）から下流側（電源装置ａ，ｂに遠い側）にｍ個の幹線切替装置４が幹線１Ａ，１Ｂによって相互接続された冗長化回線システムにおいて、例えば最下流に位置する幹線切替装置４（ｍ）と最下流から２番目に位置する幹線切替装置４（ｍ−１）との間において使用中の幹線１Ａが何らかの原因で切断された場合、最下流の幹線切替装置４（ｍ）及び最下流から２番目の幹線切替装置４（ｍ−１）は、使用中の幹線１Ａにおける異常電流を検出し、当該使用中の幹線１Ａに代えて幹線１Ｂを使用に供すると共に、電源接続スイッチ４ｍを開状態（Ｏｐｅｎ状態）とする。この状態において、２番目の幹線切替装置４（ｍ−１）の内部回路には、新たに使用される幹線１Ｂ及び電源接続スイッチ４ｎを介して直流電力が給電される。

そして、最下流から２番目の幹線切替装置４（ｍ−１）が電源接続スイッチ４ｍを開状態（Ｏｐｅｎ状態）とすることによって、最下流から２番目の幹線切替装置４（ｍ−１）は、幹線１Ａから直流電力の供給を受けない状態となるので、当該幹線切替装置４（ｍ−１）の上流に位置する最下流から３番目の幹線切替装置４（ｍ−２）は、これによって最下流の幹線切替装置４（ｍ）と最下流から２番目の幹線切替装置４（ｍ−１）との間における使用中の幹線１Ａの切断を直流電流（電源電流）に基づいて検知することができる。

すなわち、仮に最下流から２番目の幹線切替装置４（ｍ−１）における電源接続スイッチ４ｍが閉状態（Ｃｌｏｓｅ状態）のままであると、最下流から２番目の幹線切替装置４（ｍ−１）の内部回路は幹線１Ａから直流電力の供給を受け続けるので、最下流から３番目の幹線切替装置４（ｍ−２）は、幹線１Ａの直流電流に基づいて、最下流の幹線切替装置４（ｍ）と最下流から２番目の幹線切替装置４（ｍ−１）との間における使用中の幹線１Ａの切断を検知することができない。

このことは、最下流から３番目の幹線切替装置４よりも上流側に位置する幹線切替装置４（１）〜４（３）についても、全く同様である。
なお、上記+真理値表に示すように、使用中の幹線１Ａ，１Ｂが全て正常な場合については、幹線支線接続スイッチ４ｇ，４ｈの何れをも閉状態とすることにより、ＤＣ-ＤＣコンバータ４ｒからの電力供給が停止して動作不能をきたすことを回避している。

さらに、幹線切替装置４の支線接続制御部４ｆは、上記真理値表に示すように、幹線１Ａに対応する異常検出部４ｄ及び幹線１Ｂに対応する異常検出部４ｅの何れもが異常電流を検出した場合にのみ負荷接続スイッチ４ｗ、４ｘを閉状態（Ｃｌｏｓｅ状態）とし、これ以外の場合には負荷接続スイッチ４ｗ、４ｘを開状態（Ｏｐｅｎ状態）とする。

このような幹線１Ａ，１Ｂの両方が異常電流となる状態としては、下流側に位置する幹線切替装置４が取り外された場合が考えられる。
このような場合において負荷接続スイッチ４ｗ、４ｘが開状態から閉状態に切り替わることにより、終端器４ｕ，４ｖが幹線１Ａ，１Ｂに自動的に接続されて幹線１Ａ，１Ｂが交流的に終端されると共に、内部抵抗器４ｓ，４ｔが幹線１Ａ，１Ｂに自動的に接続されて下流側に幹線切替装置４が接続された状態と同様の電源電流が幹線１Ａ，１Ｂに流れる状態を模擬することができる

例えば、図５の冗長化回線システムにおいて、最下流に位置する幹線切替装置４（ｍ）が取り外されると、最下流から２番目の幹線切替装置４（ｍ−１）における支線接続制御部４ｆは、負荷接続スイッチ４ｗ、４ｘを開状態から閉状態に切り替える。これによって、最下流から２番目の幹線切替装置４（ｍ−１）において終端器４ｕ，４ｖ及び内部抵抗器４ｓ，４ｔが幹線１Ａ，１Ｂに自動的に接続される。

さらに、幹線切替装置４の支線接続制御部４ｆは、上記真理値表に示すように、幹線１Ａ，１Ｂの直流電流（電源電流）及び直流電圧（電源電圧）が全て正常な場合にのみ幹線状態出力スイッチ４ｙを閉状態（Ｃｌｏｓｅ状態）とし、これ以外の場合には幹線状態出力スイッチ４ｙを開状態（Ｏｐｅｎ状態）とする。

このような第２実施形態によれば、直流電流（電源電流）と直流電圧（電源電圧）の何れをも考慮して幹線１Ａ，１Ｂが切り替えられるので、第１実施形態よりも的確に幹線１Ａ，１Ｂの異常を検出することができる。
また、幹線１Ａ，１Ｂに対応する電源接続スイッチ４ｍ，４ｎが上述したように制御されることにより、使用中（正常）の幹線１Ａ，１Ｂから供給された直流電力に基づいて幹線切替装置４（幹線切替装置）内の各構成要素を動作させることができる。

また、幹線１Ａ，１Ｂに対応する異常検出部４ｄ，４ｅの何れもが異常電流を検出した場合（例えば、幹線１Ａ，１Ｂの下流側に接続された幹線切替装置４が取り外された場合）に、内部抵抗器４ｓ，４ｔ及び終端器４ｕ，４ｖが幹線１Ａ，１Ｂに自動的に接続される。したがって、終端器４ｕ，４ｖによって幹線１Ａ，１Ｂが終端されると共に内部抵抗器４ｓ，４ｔによって下流側の幹線切替装置４の内部抵抗分の負荷軽減が是正され、以って下流側の幹線切替装置４が取り外された場合においても幹線１Ａ，１Ｂについて取り外される前と同様な異常検出を継続することができる。

また、幹線状態出力スイッチ４ｙは幹線１Ａ，１Ｂの直流電流（電源電流）及び直流電圧（電源電圧）の何れかが異常な場合には開状態（Ｏｐｅｎ状態）となるので、幹線１Ａ，１Ｂの何れか一方が異常となったことを外部接続端子Ｄ1，Ｄ2を介して外部に報知することができる。換言すると、上述したように幹線状態出力スイッチ４ｙが支線接続制御部４ｆによって開閉制御されることにより、外部接続端子Ｄ1，Ｄ2に接続された外部装置は、当該外部接続端子Ｄ1，Ｄ2を介して幹線１Ａ，１Ｂに何らかの異常が発生したことを認識することができる。

さらに、各支線接続端子Ｃ1，Ｃ2，……Ｃｎに対応して電流制限器４ｚ1〜４ｚｎが設けられているので、何らかの原因によって支線３側の負荷が異常に重くなる、つまり異常な直流電流が支線接続端子Ｃ1，Ｃ2，……Ｃｎから支線３に流れる事態が発生した場合に、電流制限器４ｚ1〜４ｚｎが自動的に上記直流電流を所定値以下に制限するので、過電流を防止して信頼性を向上させることができる。

〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
図６は、第３実施形態に係わる冗長化回線システムの構成を示すブロック図である。上述した第１、第２実施形態は、幹線１Ａ，１Ｂのみを二重化するものであるが、本第３実施形態は、図示するように幹線１Ａ，１Ｂに加えて支線３Ｅ，３Ｆをも二重化するものである。すなわち、本冗長化回線システムは、各々の通信局ＳＴについて一対の支線３Ｅ，３Ｆをそれぞれ備えると共に、当該一対の支線３Ｅ，３Ｆに対応する幹線切替装置５（幹線切替装置）及び複数（ｎ個）の支線切替装置６、また各支線切替装置６と通信局ＳＴとを接続する支線３Ｇを備えるものである。

幹線切替装置５は、第１実施形態における幹線切替装置２との対比において、支線接続部５ｃの端子構成及び一対の電流制限器５ｚ1，５ｚ2を備える点で相違する。以下では、この相違点についてのみ説明する。
支線接続部５ｃは、各支線３Ｅ，３Ｆに対応して各々に対をなす各支線接続端子Ｃｅ1，Ｃｆ1，……，Ｃｅn，Ｃｆn（合計２ｎ個）によって構成されている。このような各支線接続端子Ｃｅ1，Ｃｆ1，……，Ｃｅn，Ｃｆnのうち、支線３Ｅに対応する支線接続端子Ｃｄ1，……，Ｃｄnと支線３Ｆに対応する支線接続端子Ｃｅ1，……，Ｃｅnとは、図示するように内部配線によって各々個別に共通接続されている。

電流制限器５ｚ1，５ｚ2は、上記支線３Ｅに対応する支線接続端子Ｃｄ1，……，Ｃｄnと支線３Ｆに対応する支線接続端子Ｃｅ1，……，Ｃｅnとに対応して（つまり支線３Ｅ，３Ｆに対応して）設けられており、第２実子形態の電流制限器４ｚ1〜４ｚｎと同様に自己復帰型ヒューズ（ポリスイッチ）である。この電流制限器５ｚ1，５ｚ2は、各支線接続端子Ｃｅ1，Ｃｆ1，……，Ｃｅn，Ｃｆn及び支線３Ｅ，３Ｆを介してフィールド機器ＬＳに給電される直流電流を制限する。

各支線切替装置６は、上記幹線切替装置５と同様に第２実施形態の幹線切替装置２に類似した構成を有しており、上流側支線接続部６ａ、下流側支線接続部６ｂ、一対の異常検出部６ｄ，６ｅ、二重化支線接続制御部６ｆ及び一対の支線接続スイッチ６ｇ，６ｈを備えている。

上流側支線接続部６ａは、上流側（電源装置ａ，ｂにより近い側）に位置する支線３Ｅ，３Ｆが接続される接続端子であり、当該支線３Ｅ，３Ｆに各々対応する上流側端子Ｅ1と上流側端子Ｆ1とによって構成されている。すなわち、上流側端子Ｅ1には支線３Ｅが接続され、上流側端子Ｆ1には支線３Ｆが接続される。下流側支線接続部６ｂは、下流側（電源装置ａ，ｂにより遠い側）に位置する単一の支線３Ｇが接続される接続端子であり、当該支線３Ｇに対応する単一の下流側端子Ｇによって構成されている。

異常検出部６ｄ，６ｅは、支線３Ｅ，３Ｆに対応して設けられており、当該支線３Ｅ，３Ｆを介して各フィールド機器ＬＳに給電される直流電流（電源電流）に基づいて使用中の支線３Ｅ，３Ｆの異常／正常をそれぞれ検出し、この検出結果を状態通知信号として二重化支線接続制御部６ｆにそれぞれ出力する。
二重化支線接続制御部６ｆは、上記状態通知信号に基づいて支線接続スイッチ６ｇ，６ｈを制御するものである。支線接続スイッチ６ｇ，６ｈは、支線３Ｅ，３Ｆに対応して設けられており、上記上流側支線接続部６ａと下流側支線接続部６ｂとの間に各々設けられた開閉スイッチである。

すなわち、支線接続スイッチ６ｇは、上流側端子Ｅ1と下流側端子Ｇとの間に設けられており、二重化支線接続制御部６ｆによって制御されることにより上流側端子Ｅ1と下流側端子Ｇとの接続／開放を設定する。一方、支線接続スイッチ６ｈは、上流側端子Ｆ1と下流側端子Ｇとの間に設けられており、二重化支線接続制御部６ｆによって制御されることにより上流側端子Ｆ1と下流側端子Ｇとの接続／開放を設定する。

このような第３実施形態によれば、幹線１Ａ，１Ｂと支線３Ｅ，３Ｆの両方が二重化されており、幹線切替装置５は、使用中の幹線１Ａ，１Ｂに異常が発生すると、使用に供する幹線１Ａ，１Ｂを自動的に切り替える。また、支線切替装置６は、使用中の支線３Ｅ，３Ｆに異常が発生すると、使用に供する支線３Ｅ，３Ｆを自動的に切り替える。したがって、本第３実施形態によれば、上述した第１、第２実施形態のように幹線１Ａ，１Ｂのみを二重化する場合より信頼性をさらに向上させることができると共に、幹線１Ａ，１Ｂ及び支線３Ｅ，３Ｆの切替が通信局ＳＴに依存しないので、既存のプラントにも容易に適用することができる。

なお、本発明は、上述した第１〜第３実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）第１〜第３実施形態は、幹線１Ａ，１Ｂあるいは当該幹線１Ａ，１Ｂと支線３Ｅ，３Ｆとを二重化することにより冗長性を付加するものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。信頼性をさらに向上させるために、幹線及び支線をさらに多重化（三重化、四重化等）し、これに対応した幹線切替装置あるいは幹線切替装置と支線切替装置とを設けるようにしても良い。

（２）第１、第３実施形態は、電源電流の異常を検出することによって幹線１Ａ，１Ｂあるいは当該幹線１Ａ，１Ｂと支線３Ｅ，３Ｆとの異常を検出するものであるが、電源電流に代えて電源電圧の異常を検出するようにしても良い。
（３）第２実施形態では、幹線切替装置４に異常報知手段を設けたが、第１実施形態の幹線切替装置２、第３実施形態の幹線切替装置５及び支線切替装置６に異常報知手段を設けても良い。

〔追加実施形態〕
次に、本発明の追加実施形態について説明する。
図７は、追加実施形態に係わる冗長化回線システムの構成を示すブロック図である。なお、この図7では、上述した各実施形態と同一な構成要素には同一符号を付している。

上述した各実施形態では、同一に構成された複数の幹線切替装置２を幹線１Ａ，１Ｂの上流側から下流側に接続する構成を採用したが、本追加実施形態に係わる冗長化回線システムは、図7に示すように、最上流に幹線切替装置２０を配置すると共に当該幹線切替装置２０の下流に分岐装置２１を順次接続し、各分岐装置２１に支線３によって通信局ＳＴをそれぞれ接続する構成を採用する。

図８は、上記幹線切替装置２０の構成を示すブロック図である。この図に示すように、幹線切替装置２０は、上流側接続部２０ａ、下流側幹線接続部２０ｂ、外部接続部２０ｃ、一対の切替検出部２０ｄ，２０ｅ、待機信号発生器２０ｆ、待機信号接続スイッチ２０ｇ及び接続制御部２０ｈを備えている。

上流側接続部２０ａは、電源装置ａ，ｂが接続される接続端子であり、下流側に接続される幹線１Ａ，１Ｂに各々対応する上流側端子Ａ1と上流側端子Ｂ1とによって構成されている。すなわち、上流側端子Ａ1には電源装置ａが接続され、上流側端子Ｂ1には電源装置ｂが接続される。

下流側幹線接続部２０ｂは、下流側に位置する幹線１Ａ，１Ｂが接続される接続端子であり、当該幹線１Ａ，１Ｂに各々対応する下流側端子Ａ2と下流側端子Ｂ2によって構成されている。すなわち、下流側端子Ａ2には幹線１Ａが接続され、下流側端子Ｂ2には幹線１Ｂが接続される。なお、上記上流側端子Ａ1と下流側端子Ａ2と、また上記上流側端子Ｂ1と下流側端子Ｂ2とは、図示するように内部配線によって各々個別に相互接続されている。

外部接続部２０ｃは、外部信号の入力及び外部への信号出力のために設けられた接続端子であり、外部出力端子Ｈ1と外部入力端子Ｈ2とによって構成されている。これら外部出力端子Ｈ1及び外部入力端子Ｈ2は、内部配線によって接続制御部２０ｈに接続されている。外部出力端子Ｈ1には接続制御部２０ｈからモニタ信号が入力され、一方、外部入力端子Ｈ2には、外部から強制切替信号が入力される。

切替検出部２０ｄ，２０ｅは、上記上流側幹線接続部２０ａ及び下流側幹線接続部２０ｂと同様に幹線１Ａ，１Ｂに対応して２つ設けられており、幹線１Ａ，１Ｂを流れる幹線切替信号（分岐装置２１が出力する信号）を検出し、その検出結果を接続制御部２０ｈに出力する。すなわち、切替検出部２０ｄは、幹線１Ａを流れる幹線切替信号を検出し、その検出結果を接続制御部２０ｈに出力し、一方、切替検出部２０ｅは、幹線１Ｂを流れる幹線切替信号を検出し、その検出結果（幹線切替検出信号）を接続制御部２０ｈに出力する。上記幹線切替信号は、後述するように待機信号とは異なる所定周波数の信号であり、各切替検出部２０ｄ，２０ｅは、この所定周波数を中心周波数として通過させるバンドパスフィルタを用いて幹線１Ａ，１Ｂから幹線切替信号のみを抽出して検出する。

待機信号発生器２０ｆは、使用に供されない待機中の幹線を示す待機信号を生成する信号発生器であり、当該待機信号を図示するように待機信号接続スイッチ２０ｇの選択端子に出力する。上記待機信号は、所定周波数の正弦波（連続波）あるいはバースト波（間欠波）である。待機信号接続スイッチ２０ｇは、一方の選択端子が内部配線によって一方の幹線１Ａに、また他方の選択端子が内部配線によって他方の幹線１Ｂにそれぞれ接続された選択スイッチであり、接続制御部２０ｈから入力される選択指示信号に基づいて待機信号を幹線１Ａあるいは幹線１Ｂの何れか一方に供給する。

接続制御部２０ｈは、各切替検出部２０ｄ，２０ｅから入力される幹線切替検出信号あるいは上記強制切替信号に基づいて待機信号接続スイッチ２０ｇを制御すると共に、幹線１Ａ，１Ｂの接続状態（つまり、幹線切替信号の検出状態、待機信号接続スイッチ２０ｇの選択状態）をモニタ信号として外部出力端子Ｈ1に出力する。すなわち、接続制御部２０ｈは、幹線切替信号を検出した幹線とは異なる幹線、例えば切替検出部２０ｄが幹線１Ａの幹線切替信号を検出した場合は当該幹線１Ａとは異なる幹線１Ｂに待機信号を供給するように待機信号接続スイッチ２０ｇを制御する。
なお、強制切替信号は、接続制御部２０ｈに対して、幹線切替検出信号に依らず待機信号の供給先（幹線１Ａあるいは幹線１Ｂ）を外部から強制的に指定するための信号である。

続いて、図９は、上記分岐装置２１の構成を示すブロック図である。この図に示されているように、分岐装置２１は、上流側接続部２１ａ、下流側幹線接続部２１ｂ、支線接続部２１ｃ、一対の待機信号検出部２１ｄ，２１ｅ、一対の幹線支線接続スイッチ２１ｆ，２１ｇ、一対の電圧監視部２１ｈ，２１ｉ及び一対の幹線切替信号発生器２１ｊ，２１ｋを備えている。

上流側接続部２１ａは、上流側に位置する幹線１Ａ，１Ｂに各々対応する上流側端子Ａ1と上流側端子Ｂ1とによって構成されている。すなわち、上流側接続部２１ａの上流側端子Ａ1には幹線１Ａが接続され、上流側接続部２１ａの上流側端子Ｂ1には幹線１Ｂが接続される。下流側幹線接続部２１ｂは、下流側に位置する幹線１Ａ，１Ｂに各々対応する下流側端子Ａ2と下流側端子Ｂ2によって構成されている。すなわち、下流側幹線接続部２１ｂの下流側端子Ａ2には幹線１Ａが接続され、下流側幹線接続部２１ｂの下流側端子Ｂ2には幹線１Ｂが接続される。なお、上記上流側端子Ａ1と下流側端子Ａ2と、また上記上流側端子Ｂ1と下流側端子Ｂ2とは、図示するように内部配線によって各々個別に相互接続されている。

また、支線接続部２１ｃは、支線３が各々に接続される所定数の接続端子Ｃ1，Ｃ2，……Ｃｎ（支線接続端子）によって構成されている。各支線接続端子Ｃ1，Ｃ2，……Ｃｎは、図示するように内部配線によって全て共通接続されている。

待機信号検出部２１ｄ，２１ｅは、幹線１Ａ，１Ｂに各々対応して設けられており、上記幹線切替装置２０から幹線１Ａ，１Ｂの何れか一方に供給される待機信号を検出し、その検出結果（待機検出信号）に基づいて幹線支線接続スイッチ２１ｆ，２１ｇを制御する。すなわち、一方の待機信号検出部２１ｄは、幹線１Ａに対応するものであり、幹線１Ａの待機信号を検出し、その検出結果に基づいて一方の幹線支線接続スイッチ２１ｆを制御し、他方の待機信号検出部２１ｅは、幹線１Ｂに対応するものであり、幹線１Ｂの待機信号を検出し、その検出結果に基づいて他方の幹線支線接続スイッチ２１ｇを制御する。

また、これら待機信号検出部２１ｄ，２１ｅは、各々に対応して設けられた電圧監視部２１ｈ，２１ｉに待機検出信号を出力する。すなわち、一方の待機信号検出部２１ｄは、電圧監視部２１ｈに待機検出信号を出力し、他方の待機信号検出部２１ｅは、電圧監視部２１ｉに待機検出信号を出力する。
なお、上記待機信号は、上述したように幹線切替信号とは異なる所定周波数の信号であり、各待機信号検出部２１ｄ，２１ｅはは、この所定周波数を中心周波数として通過させるバンドパスフィルタを用いて幹線１Ａ，１Ｂから待機信号のみを抽出して検出する。

幹線支線接続スイッチ２１ｆ，２１ｇは、各幹線１Ａ，１Ｂに対応して支線接続部２１ｃと各幹線１Ａ，１Ｂとの間に各々設けられた開閉スイッチである。すなわち、一方の幹線支線接続スイッチ２１ｇは、各支線接続端子Ｃ1，Ｃ2，……Ｃｎと上流側端子Ａ1及び下流側端子Ａ2との間に設けられており、待機信号検出部２１ｄによって制御されることにより各支線接続端子Ｃ1，Ｃ2，……Ｃｎと上流側端子Ａ1及び下流側端子Ａ2との接続／開放を設定する。他方の幹線支線接続スイッチ２１ｇは、各支線接続端子Ｃ1，Ｃ2，……Ｃｎと上流側端子Ｂ1及び下流側端子Ｂ2との間に設けられており、待機信号検出部２１ｅによって制御されることにより各支線接続端子Ｃ1，Ｃ2，……Ｃｎと上流側端子Ｂ1及び下流側端子Ｂ2との接続／開放を設定する。

電圧監視部２１ｈ，２１ｉは、幹線１Ａ，１Ｂに各々対応して設けられており、幹１Ａ，１Ｂの直流電圧（電源電圧）を検出し、その検出結果と上記待機信号検出部２１ｄ，２１ｅから入力される待機検出信号とに基づいて、図示するように異なる幹線１Ａ，１Ｂ側の幹線切替信号発生器２１ｊ，２１ｋを制御する。すなわち、一方の電圧監視部２１ｈは、幹１Ａの直流電圧（電源電圧）を検出し、その検出結果と上記待機信号検出部２１ｄから入力される待機検出信号とに基づいて幹線１Ｂ側の幹線切替信号発生器２１ｋを制御する。他方の電圧監視部２１ｉは、幹１Ｂの直流電圧（電源電圧）を検出し、その検出結果と上記待機信号検出部２１ｅから入力される待機検出信号とに基づいて幹線１Ａ側の幹線切替信号発生器２１ｊを制御する。

幹線切替信号発生器２１ｊ，２１ｋは、幹線１Ａ，１Ｂに各々対応して設けられており、電圧監視部２１ｈ，２１ｉから入力される制御信号に基づいて幹線切替信号を生成して幹線１Ａ，１Ｂに出力する。すなわち、一方の幹線切替信号発生器２１ｊは、上記他方の電圧監視部２１ｉから入力される制御信号に基づいて幹線切替信号を生成して幹線１Ａに出力し、他方の幹線切替信号発生器２１ｋは、上記一方の電圧監視部２１ｉから入力される制御信号に基づいて幹線切替信号を生成して幹線１Ｂに出力する。この幹線切替信号は、上述した待機信号とは異なる周波数の正弦波（連続波）あるいはバースト波（間欠波）である。

次に、このように構成された本追加実施形態に係わる冗長化回線システムの動作について詳しく説明する。

最初に、本冗長化回線システムでは、電源装置ａから幹線切替装置２０に供給される直流電力は一方の各幹線１Ａを介して下流側の各分岐装置２１を順次供給されると共に、電源装置ｂから幹線切替装置２０に供給される直流電力は他方の各幹線１Ｂを介して下流側の各分岐装置２１を順次供給される。すなわち、両方の幹線１Ａ，１Ｂには電源電圧（直流電圧）が常時供給されている。

そして、初期状態では両方の幹線１Ａ，１Ｂが正常に機能するので、幹線切替装置２０の接続制御部２０ｈは、初期設定として例えば他方の幹線１Ｂに待機信号を供給するように待機信号接続スイッチ２０ｇを制御する。この結果、幹線１Ｂのみに待機信号が流れるので、各分岐装置２１では、一方の待機信号検出部２１ｄは、待機信号を検出しないので幹線支線接続スイッチ２１ｆを閉状態とし、一方、他方の待機信号検出部２１ｅは、待機信号を検出するので幹線支線接続スイッチ２１ｇを開状態とする。

また、この初期状態では、両方の幹線１Ａ，１Ｂに正常に電源電圧が供給されるので、各分岐装置２１の電圧監視部２１ｈ，２１ｉは、電源電圧の異常、つまり上流側に位置する各幹線１Ａ，１Ｂの異常（断線や短絡等）を検出しない。したがって、一方の電圧監視部２１ｈは、電源電圧の異常を検出せず、かつ、待機信号検出部２１ｄから待機信号を検出しないことを示す待機検出信号が入力されるので、他方の幹線切替信号発生器２１ｋに対して幹線切替信号の発生停止を指示する。この一方、他方の電圧監視部２１ｉは、電源電圧の異常を検出せず、かつ、待機信号検出部２１ｅから待機信号を検出したことを示す待機検出信号が入力されるので、他方の幹線切替信号発生器２１ｊに対して幹線切替信号の発生を指示する。

したがって、この初期状態では、一方の幹線１Ａが各支線Ｃと接続される。つまり、各通信局ＳＴは、一方の幹線１Ａを使用して通信を行うと共に、他方の各幹線１Ｂに待機信号が流れ、一方の各幹線１Ａには幹線切替信号が流れることになる。

このような状態において、使用されている一方の各幹線１Ａの何れかが異常に至ると、各分岐装置２１において、一方の幹線１Ａに対応する一方の電圧監視部２１ｈは、電源電圧の異常を検出する。例えば、ある幹線１Ａが断線すると、当該断線した幹線１Ａの下流側に位置する分岐装置２１には電源電圧が供給されなくなるので、当該下流側に位置する分岐装置２１の電圧監視部２１ｈは、他方の幹線切替信号発生器２１ｋに対して幹線切替信号の発生を指示する。

この結果、幹線切替信号が断線した幹線１Ａとは異なる他方の各幹線１Ｂに流れるので、幹線切替装置２０の切替検出部２０ｅは幹線切替検出信号を接続制御部２０ｈに出力し、接続制御部２０ｈは、他方の幹線１Ｂに代えて一方の幹線１Ａに待機信号を供給するように待機信号接続スイッチ２０ｇを制御する。この結果、他方の幹線１Ｂに待機信号が流れなくなるので、各分岐装置２１の待機信号検出部２１ｅは、待機信号を検出しなくなり、よって幹線支線接続スイッチ２１ｇを閉状態に設定変更する。したがって、使用中の一方の幹線１Ａが異常になると、当該一方の幹線１Ａに代えて他方の幹線１Ｂが各支線Ｃと接続される。

このような追加実施形態によれば、幹線切替装置２０が何れか一方の幹線１Ａに待機信号を供給することによって、各分岐装置２１は、待機信号が供給されている幹線１Ａとは異なる幹線１Ｂを選択して支線Ｃと接続する。そして、各分岐装置２１は、使用中の幹線１Ａの異常を検出すると、この異常発生を幹線切替信号を待機中の幹線１Ｂ（待機信号が供給されている幹線）に流すことによって幹線切替装置２０に通知する。そして、この結果、幹線切替装置２０は、待機中の幹線１Ｂへの待機信号の供給を停止するので、全ての分岐装置２１は、待機信号が供給されなくなった幹線１Ｂを支線Ｃと接続する。
したがって、通信局ＳＴに依存することなく回線の信頼性を向上させることができると共に、既存のプラントに容易に適用することができる。
また、このような本冗長化回線システムをIEC61784-1 CP1/1 (Foundation Fieldbus H1)で規定されたフィールドバスに適用することにより、当該フィールドバスの信頼性を向上させることができる。

なお、各分岐装置２１の線切替信号発生器２１ｊ，２１ｋが全く同一な周波数の幹線切替信号を生成するようにしても良いし、また分岐装置２１毎に異なる周波数の幹線切替信号を生成するようにしても良い。分岐装置２１毎に異なる周波数の幹線切替信号を生成する場合、当該幹線切替信号を検出する幹線切替装置２０の切替検出部２０ｄ，２０ｅは、周波数の違いから何れの分岐装置２１が幹線切替信号を幹線１Ａ，１Ｂに供給したか、つまり何れのれの幹線１Ａ，１Ｂが異常となったかを判定することができる。

また、分岐装置２１毎に異なる周波数の幹線切替信号を生成する方法に代えて、断線した幹線１Ａから最下流に位置する分岐装置２１のみが幹線切替信号を幹線１Ａとは異なる幹線１Ｂに出力するようにしても良い。例えば、図９には図示しなかったが、第２実施形態で説明したように、最下流に位置する分岐装置２１は、幹線１Ａ，１Ｂの特性インピーダンスに応じた抵抗値の抵抗器（終端器）が幹線１Ａ，１Ｂに接続されるように内部設定されている。したがって、このように終端器が幹線１Ａ，１Ｂに接続された分岐装置２１、つまり最下流に位置する分岐装置２１のみが幹線切替信号を幹線１Ｂに出力するようにしても良い。

また、上述した説明では、幹線切替装置２０と分岐装置２１とを異なる装置として構成としたが、両者の機能を兼ね備えると共に機能選択が可能な装置（幹線切替・分岐装置）を幹線１Ａ，１Ｂ上に複数設け、最上流側の幹線切替・分岐装置（電源装置ａ、ｂが接続されるもの）を幹線切替装置２０として機能させ、それ以外の幹線切替・分岐装置を分岐装置２１として機能させるようにしても良い。

本発明の第１実施形態に係わる冗長化回線システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態における幹線切替装置２の構成を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態における幹線切替装置４の構成を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態における支線接続制御部４ｆの動作を示す真理値表である。 本発明の第２実施形態における幹線切替装置４の動作を説明するためのブロック図である。 本発明の第３実施形態に係わる冗長化回線システムの構成を示すブロック図である。 本発明の追加実施形態に係わる冗長化回線システムの構成を示すブロック図である。 本発明の追加実施形態における幹線切替装置２０の構成を示すブロック図である。 本発明の追加実施形態における分岐装置２１の構成を示すブロック図である。

符号の説明

ＳＴ…通信局、ａ，ｂ…電源装置、１Ａ，１Ｂ…幹線、２…幹線切替装置、２ａ…上流側幹線接続部、２ｂ…下流側幹線接続部、２ｃ…支線接続部、２ｄ，２ｅ…異常検出部、２ｆ…支線接続制御部、２ｇ，２ｈ…幹線支線接続スイッチ、３，３Ｅ，３Ｆ，３Ｇ…支線、４…幹線切替装置、４ａ…上流側幹線接続部、４ｂ…下流側幹線接続部、４ｃ…支線接続部、４ｄ，４ｅ…異常検出部、４ｆ…支線接続制御部、４ｇ，４ｈ…幹線支線接続スイッチ、４ｉ，４ｊ…電圧監視部、４ｍ，４ｎ…電源接続スイッチ、４ｐ，４ｑ…ダイオード、４ｒ…ＤＣ-ＤＣコンバータ、４ｓ，４ｔ…内部抵抗器、４ｕ，４ｖ…終端器、４ｗ、４ｘ…負荷接続スイッチ、４ｙ…幹線状態出力スイッチ、４ｚ1〜４ｚｎ…電流制限器、５…幹線切替装置、６…支線切替装置、６ａ…上流側支線接続部、６ｂ…下流側支線接続部、６ｄ，６ｅ…異常検出部、６ｆ…二重化支線接続制御部、６ｇ，６ｈ…支線接続スイッチ、２０…幹線切替装置、２０ａ…上流側接続部、２０ｂ…下流側幹線接続部、２０ｃ…外部接続部、２０ｄ，２０ｅ…切替検出部、２０ｆ…待機信号発生器、２０ｇ…待機信号接続スイッチ、２０ｈ…接続制御部、２１…分岐装置、２１ａ…上流側接続部、２１ｂ…下流側幹線接続部、２１ｃ…支線接続部、２１ｄ，２１ｅ…待機信号検出部、２１ｆ，２１ｇ…支線接続スイッチ、２１ｈ，２１ｉ…電圧監視部、２１ｊ，２１ｋ…幹線切替信号発生器

Claims (11)

1. 多重化回線として形成された複数の幹線と、
   少なくとも前記幹線の両端に設けられ、通信局との接続に使用する幹線を選定すると共に使用中の幹線の異常を検出し、当該異常を検出すると使用中の幹線を他の幹線に切り替える幹線切替装置と、
   該幹線切替装置に前記通信局を接続する支線と
   を具備することを特徴とする冗長化回線システム。
2. 前記支線は多重化回線として形成され、
   使用に供する支線を選定すると共に使用中の支線の異常を検出し、当該異常を検出すると使用中の支線を他の支線に切り替える支線切替装置をさらに具備する
   ことを特徴とする請求項１記載の冗長化回線システム。
3. 前記幹線に接続され、前記通信局の動力としての直流電力を出力する電源装置をさらに備え、
   前記幹線及び支線は、通信信号に加えて前記直流電力を前記通信局に伝送することを特徴とする請求項１または２記載の冗長化回線システム。
4. 前記幹線切替装置あるいは支線切替装置は、前記直流電力の直流電流あるいは／及び直流電圧を検出することにより前記使用中の幹線あるいは支線の異常を検出することを特徴とする請求項３記載の冗長化回線システム。
5. 前記幹線切替装置は、支線に出力される電源電流を所定値以下に制限する電流制限器を備えることを特徴とする請求項３または４記載の冗長化回線システム。
6. 前記幹線切替装置は、内部抵抗器を備え、多重化回線の両方の幹線の異常を検出すると前記内部抵抗器を使用中の幹線に接続することを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の冗長化回線システム。
7. 前記幹線切替装置は、幹線から給電された直流電力の内部回路への給電／非給電を設定する電源接続スイッチを備え、使用中の幹線の異常を検出すると直流電力を非給電状態とすることを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載の冗長化回線システム。
8. 前記幹線切替装置は、通信信号の反射を抑制するための終端器を備え、多重化回線の両方の幹線の異常を検出すると前記内部抵抗器を使用中の幹線に接続することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の冗長化回線システム。
9. 前記幹線切替装置あるいは支線切替装置は、幹線あるいは支線の異常検出の結果に基づいて幹線あるいは支線の異常を外部に報知する異常報知手段を備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の冗長化回線システム。
10. 電源装置と、
    多重化回線として形成された複数の幹線と、
    前記幹線の一端に設けられ、前記電源装置から出力される直流電力を幹線に供給すると共に使用中の幹線とは異なる幹線に待機信号を供給し、使用中の幹線とは異なる幹線から幹線切替信号が供給されると前記待機信号の供給を停止する幹線切替装置と、
    該幹線切替装置を最上流として前記幹線の下流側に複数設けられ、使用中の幹線の異常を検出すると使用中の幹線とは異なる幹線を使用すると共に、使用中の幹線とは異なる幹線に前記幹線切替信号を供給する分岐装置と、
    該分岐装置に通信局を接続する支線と
    を具備することを特徴とする冗長化回線システム。
11. 前記幹線及び支線は、IEC61784-1 CP1/1 (Foundation Fieldbus H1)に規定された通信方式の通信信号を伝送することを特徴とする請求項１〜１０いずれかに記載の冗長化回線システム。

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