JP2012129672A - 通信異常遮断装置およびプロセス制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プロセス制御装置のＣＡＮ通信回線上において、プロセス入出力部の通信異常を検知し、通信異常を起こしているプロセス入出力部を特定して、他のプロセス入出力部の通信に影響を与えないように通信を遮断することが可能な通信異常遮断装置を提供する。
【解決手段】ＣＡＮ通信回線で接続されるプロセス制御コントローラ１とプロセス入出力部６とを備えるプロセス制御装置に用いられる通信異常遮断装置３であり、ＣＡＮ通信回線上に設置され、プロセス制御コントローラ１との通信を送受信する第１のトランシーバと、プロセス入出力部６との通信を送受信する第２のトランシーバを備える。プロセス入出力部６〜８から受信した通信のドミナントが、設定時間内に設定回数以上、６ビット連続した場合には、第１のトランシーバと第２のトランシーバを接続してプロセス入出力部６からプロセス制御コントローラ１への通信を伝送している通信回線を切断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、プロセス制御コントローラとプロセス入出力部を備えるプロセス制御装置に用いられ、プロセス入出力部の通信異常を検出し、通信異常を起こしたプロセス入出力部を通信回線から切断する通信異常遮断装置に関する。また、この通信異常遮断装置を用いるプロセス制御装置に関する。

プロセス制御コントローラと、プラント機器と接続されプロセス入出力信号を送受信するプロセス入出力部とを備えるプロセス制御装置において、プロセス制御コントローラとプロセス入出力部との間を、国際標準規格の通信方式であるＣＡＮ（Controller Area Network）通信を用いて接続する方法がある。

プロセス制御コントローラとプロセス入出力部とを接続するＣＡＮ通信回線において、プロセス入出力部が故障を起こすと、故障モードによっては、通信回線に特定の電位で駆動し続けることで通信回線を占有することがある。また、エラーフレームを通信回線上へ送信し続けることにより、回線使用率を増大させることがある。このような通信異常が発生すると、他のプロセス入出力部の入出力が全くできなくなったり、通信が不確実になったりするという不具合が発生する。

プロセス制御コントローラからの応答要求に対して応答がない場合は、異常なプロセス入出力部の特定は難しくない。しかし、プロセス制御コントローラからの応答要求に対してエラーを検出したプロセス入出力部がエラーフレームを送信するＣＡＮ通信の場合には、回線使用率が増大すると、エラーフレームを送信したプロセス入出力部を特定することが困難である。また、プロセス入出力部が故障し、通信回線に特定の電位で駆動し続けることで通信回線を占有する場合にも、故障して通信回線を占有するプロセス入出力部を特定することが困難である。このため、従来は、故障を起こして異常となったプロセス入出力部の特定や調査に時間を要していた。

ＣＡＮ通信回線上のエラーフレームを検出し通信異常状態を表示させる技術は、例えば、特許文献１に開示されている。また、プロセス入出力部の内部の制御マイコンを監視し、異常を検出したらプロセス入出力部をＣＡＮ通信回線上から切断する技術は、例えば、特許文献２に開示されている。

特開平１１−２７５１００号公報 特開２００１−１５４７３２号公報

ＣＡＮ通信回線上のエラーフレームを検知し通信異常状態を表示させる従来の技術では、通信異常を起こしているプロセス入出力部の特定はできない。また、プロセス入出力部の内部の制御マイコンを監視し、異常を検出したらプロセス入出力部をＣＡＮ通信回線上から切断する従来の技術では、プロセス入出力部の内部の制御マイコンの異常による通信異常は検知できるが、制御マイコン以外の故障による通信異常は検知できない。このように、従来の技術では、故障を起こして異常となったプロセス入出力部の特定や、異常なプロセス入出力部を通信回線から遮断し、他のプロセス入出力部の通信に影響を与えないようにすることが困難であった。

本発明は、プロセス制御装置のＣＡＮ通信回線上において、プロセス入出力部の通信異常を検知し、通信異常を起こしているプロセス入出力部を特定して通信回線を切断することで、他のプロセス入出力部の通信に影響を与えないように通信を遮断することが可能な通信異常遮断装置を提供することを目的とする。また、この通信異常遮断装置を用いるプロセス制御装置を提供することを目的とする。

本発明による通信異常遮断装置は、次のような特徴を備える。

ＣＡＮ通信回線で接続されるプロセス制御コントローラとプロセス入出力部とを備えるプロセス制御装置に用いられる通信異常遮断装置であり、前記ＣＡＮ通信回線上に設置され、前記ＣＡＮ通信回線を介して前記プロセス制御コントローラとの通信を送受信する第１のトランシーバと、前記ＣＡＮ通信回線を介して前記プロセス入出力部との通信を送受信する第２のトランシーバを備える。前記プロセス入出力部から受信した通信のドミナントが、予め設定した時間内に予め設定した回数以上、６ビット連続した場合には、前記第１のトランシーバと前記第２のトランシーバを接続して前記プロセス入出力部から前記プロセス制御コントローラへの通信を伝送している通信回線を切断する。

本発明によれば、プロセス制御装置のＣＡＮ通信回線上において、異常な通信状態にあるプロセス入出力部を容易に特定でき、このプロセス入出力部の通信回線を切断して通信を遮断することができるので、他のプロセス入出力部の通信に影響を与えないという効果を得ることができる。

通信異常遮断装置を備えるプロセス制御装置のシステム構成図である。 通信異常遮断装置の内部構成図である。 異常判断部の通信異常遮断処理のフローチャートである。

本発明による通信異常遮断装置は、プロセス制御コントローラとプロセス入出力部を備え、プロセス制御コントローラとプロセス入出力部がＣＡＮ通信回線で接続されたプロセス制御装置に用いられる。通信異常遮断装置は、プロセス制御コントローラとプロセス入出力部との間のＣＡＮ通信回線上に設置され、プロセス入出力部の通信異常を検知して通信回線を切断するとともに、プロセス入出力部の通信異常を検知して通信回線を切断したことを出力部に出力してユーザに通知する。プロセス入出力部が複数あるプロセス制御装置の場合には、通信異常遮断装置は、複数あるプロセス入出力部のそれぞれに接続されているので、どのプロセス入出力部が故障して通信異常を起こしているかの特定が容易である。好ましくは、通信異常遮断装置は、監視するプロセス入出力部の近くに設置する。

本発明により、通信データを詳細に解析することなく、通信異常を起こしたプロセス入出力部を容易に検出し特定できる。したがって、プロセス入出力部の異常を迅速に検出し、通信異常を起こしていないプロセス入出力部の通信に影響を与えないように、通信回線を切断して通信を遮断することが可能である。

以下、図１から図３を参照して、本発明による通信異常遮断装置の実施例を説明する。

図１は、本発明の実施例による通信異常遮断装置を用いるプロセス制御装置のシステム構成図である。プロセス制御装置は、プロセス制御装置のシステム全体を制御するプロセス制御コントローラ１と、プロセス制御コントローラ１とＣＡＮ通信回線で接続され、プロセスの入出力を行う複数のプロセス入出力部６、７、８と、プロセス制御コントローラ１とプロセス入出力部６〜８との通信を分岐する分岐ユニット２と、プロセス入出力部６〜８と分岐ユニット２との間でＣＡＮ通信回線上に設置され、異常な通信を遮断する通信異常遮断装置３、４、５を備える。プロセス入出力部６〜８は、プラント機器（図示せず）と接続され、プロセス入出力信号を送受信してプロセスの入出力を行う。

図１では、プロセス制御装置は、３台のプロセス入出力部６〜８を備え、これに対応して３台の通信異常遮断装置３〜５を備えているが、プロセス入出力部と通信異常遮断装置の数は３台に限られるものではない。

通信異常遮断装置３〜５は、分岐ユニット２とプロセス入出力部６〜８との間の通信回線上に、１台ずつ設置される。すなわち、通信異常遮断装置３〜５は、分岐ユニット２を介してプロセス制御コントローラ１と接続され、また、プロセス入出力部６〜８とそれぞれ接続されている。

プロセス制御コントローラ１からプロセス入出力部６〜８に対する通信要求（例えば、データの送信要求）が送信されると、この通信要求は、通信回線に接続されている分岐ユニット２と通信異常遮断装置３〜５を通り、プロセス入出力部６〜８で受信される。プロセス入出力部６〜８の全てで正常に通信要求が受信されると、プロセス入出力部６〜８は、この通信要求に対する応答を行う。通信要求に対する応答は、プロセス入出力部６〜８から送信され、通信異常遮断装置３〜５と分岐ユニット２を通り、プロセス制御コントローラ１で受信される。このようにして、プロセス入出力部６〜８に対する通信要求の処理は、正常に終了する。

ここで、例えばプロセス入出力部７が故障した場合を考える。プロセス制御コントローラ１からプロセス入出力部６〜８に対する通信要求が送信されると、通信回線上のデータが正常であっても、プロセス入出力部７は、故障しているので通信異常を検出し、通信回線上にエラーフレームを送信する。

通信異常遮断装置４は、エラーフレームがプロセス入出力部７から伝送された通信かプロセス制御コントローラ１から伝送された通信かを判断し（判断方法については後述する）、エラーフレームがプロセス入出力部７から伝送された通信である場合には、通信異常遮断処理を行う。通信異常遮断処理は、予め設定した異常検知時間と異常回数しきい値を条件としており、この条件を基にして通信を遮断する。通信異常遮断処理の詳細については、後述する。

通信異常を起こしたプロセス入出力部７が異常検知時間と異常回数しきい値の条件を満たせば、プロセス入出力部７に接続されている通信異常遮断装置４は、通信回線を切断する。これにより、故障したプロセス入出力部７は、通信回線から切り離される。

図２は、通信異常遮断装置の内部構成図である。通信異常遮断装置は、プロセス制御コントローラとの通信を送受信するトランシーバ１０と、プロセス入出力部との通信を送受信するトランシーバ１３と、通信異常遮断処理を司る異常判断部１５と、通信回線を切断する回線切断部１１と、異常を検知して通信回線を切断したことをユーザに通知する出力部１４を備える。回線切断部１１と出力部１４は、異常判断部１５に接続される。

トランシーバ１０とトランシーバ１３は、それぞれ送信側の回線Ｔｘと受信側の回線Ｒｘを有し、トランシーバ１０の送信側の回線Ｔｘとトランシーバ１３の受信側の回線Ｒｘが接続され、トランシーバ１０の受信側の回線Ｒｘとトランシーバ１３の送信側の回線Ｔｘが接続されている。この構成により、通信異常遮断装置は、トランシーバ１０とトランシーバ１３を介して、プロセス制御コントローラからプロセス入出力部への通信と、プロセス入出力部からプロセス制御コントローラへの通信とを伝送することができる。

通信異常遮断装置は、信号が伝送されてきた時、トランシーバ１０とトランシーバ１３のどの回線を通ったかにより、その信号が、プロセス制御コントローラから伝送されてきたのかプロセス入出力部から伝送されてきたのかを判断することができる。したがって、通信異常遮断装置は、エラーフレームが伝送されてきた時に、どのトランシーバのどの回線を通ったかによって、伝送されてきたのがプロセス制御コントローラからなのかプロセス入出力部からなのかを判断することができる。

異常判断部１５は、トランシーバ１３の送信側の回線Ｔｘ（トランシーバ１０の受信側の回線Ｒｘ）に接続され、トランシーバ１３が送信する信号（トランシーバ１０が受信する信号）、すなわち、プロセス入出力部からの信号を検出することができる。

回線切断部１１は、トランシーバ１３の送信側の回線Ｔｘ（トランシーバ１０の受信側の回線Ｒｘ）上に設置され、この回線を切断することができる。すなわち、プロセス入出力部からプロセス制御コントローラへの通信を伝送している通信回線を切断することができ、プロセス入出力部からの通信を遮断することができる。回線切断部１１としては、例えばスイッチ素子を用いることができる。

通信異常遮断装置の動作を説明する。通信異常遮断装置は、プロセス制御コントローラからの通信を、トランシーバ１０で受信し、トランシーバ１３を介してプロセス入出力部に伝達する。プロセス入出力部からの通信は、トランシーバ１３で受信され、回線切断部１１と異常判断部１５に流れる。異常判断部１５が通信を正常と判断した場合は、プロセス入出力部からの通信は、回線切断部１１とトランシーバ１０を通り、プロセス制御コントローラに伝達される。

異常判断部１５が通信を異常と判断した場合には、異常判断部１５は、回線切断部１１に通信回線を切断させる。回線切断部１１は、異常判断部１５からの命令により、通信回線を切断し、プロセス入出力部からの通信を遮断する。回線切断部１１が通信回線を切断すると、出力部１４は、プロセス入出力部の異常を検知して通信回線を切断したことをユーザに通知する。出力部１４の具体的な構成や出力方法（ユーザへの通知方法）は特に限定しないが、例えば、ランプを点灯または点滅する、画面に文字や図形を表示する、ブザーやサウンドなどの警告音を鳴らす、音声を出力するなどの、視覚表示および音響表示の少なくともいずれか一方を用いてユーザに通知する方法を用いることができる。

通信異常遮断処理を司る異常判断部１５には、異常検知時間と異常回数しきい値を予め設定することができる。異常判断部１５は、プロセス入出力部からの通信のドミナント（「０」の信号）が、設定した異常検知時間内に、設定した異常回数しきい値以上、６ビット連続した場合には、通信異常（エラー）を検出したとし、回線切断部１１に通信回線を切断させ、プロセス入出力部からの通信を遮断する。

図３は、異常判断部１５の通信異常遮断処理のフローチャートである。

初期化処理として、ステップ２０で異常検知時間が設定され、ステップ２１で異常回数しきい値が設定される。また、ステップ２２で異常検知タイマをクリアし、ステップ２３で異常カウンタをクリアする。異常検知時間と異常回数しきい値は、前述したように通信異常遮断処理を行うための条件であり、ＣＡＮ通信の周期に応じて定めることができる。異常検知タイマは時間を計測するためのタイマであり、異常カウンタは、エラー（通信異常）の数を記録するカウンタである。

次に、ステップ３１で、プロセス入出力部から受信した通信のドミナント（「０」の信号）が６ビット連続したかどうかを判定する。ドミナントが６ビット連続しているということは、エラーフレームが送信されているということを示している。すなわち、プロセス入出力部が故障して異常を起こし、エラーフレームを送信しているということになる。したがって、ドミナントが６ビット連続した場合は、異常を検出したと判定して、ステップ３２に進む。ドミナントが６ビット連続していない場合は、ステップ３４に進む。

ステップ３２では、異常カウンタを１つ増やして、カウントアップする。

ステップ３３では、異常カウンタが異常回数しきい値以上かどうか判定を行う。異常カウンタが異常回数しきい値以上の場合は、ステップ３７に進み、異常回数しきい値より小さい場合は、ステップ３４に進む。

ステップ３７では、回線切断部に通信回線を切断させ、通信異常を起こしたプロセス入出力部の通信を遮断する。

ステップ３８では、プロセス入出力部の異常を検知して通信回線を切断したことをユーザに通知するための出力を、出力部に実行させる。

ステップ３４は、ステップ３１でドミナントが６ビット連続していない場合と、ステップ３３で異常カウンタが異常回数しきい値より小さい場合に実行する処理である。この処理では、異常検知タイマが異常検知時間を超過しているかどうか判定する。すなわち、異常検知タイマで計測される時間が、ステップ２０で設定された異常検知時間を超えているかどうかを判定する。異常検知タイマが異常検知時間を超過している場合はステップ３５に進み、超過していない場合はステップ３１に戻る。

ステップ３５では、異常検知タイマをクリアする。続くステップ３６では、異常カウンタをクリアし、ステップ３１に戻る。

通信異常遮断装置が備える異常判断部は、以上の通信異常遮断処理により、故障して異常を起こしたプロセス入出力部の通信回線を切断させ、通信を遮断することができる。

１…プロセス制御コントローラ、２…分岐ユニット、３、４、５…通信異常遮断装置、６、７、８…プロセス入出力部、１０…トランシーバ、１１…回線切断部、１３…トランシーバ、１４…出力部、１５…異常判断部。

Claims (4)

1. ＣＡＮ通信回線で接続されるプロセス制御コントローラとプロセス入出力部とを備えるプロセス制御装置に用いられる通信異常遮断装置において、
   前記ＣＡＮ通信回線上に設置され、
   前記ＣＡＮ通信回線を介して前記プロセス制御コントローラとの通信を送受信する第１のトランシーバと、前記ＣＡＮ通信回線を介して前記プロセス入出力部との通信を送受信する第２のトランシーバを備え、
   前記プロセス入出力部から受信した通信のドミナントが、予め設定した時間内に予め設定した回数以上、６ビット連続した場合には、前記第１のトランシーバと前記第２のトランシーバを接続して前記プロセス入出力部から前記プロセス制御コントローラへの通信を伝送している通信回線を切断する、
   ことを特徴とする通信異常遮断装置。
2. 請求項１記載の通信異常遮断装置において、
   前記第１のトランシーバと前記第２のトランシーバを接続して前記プロセス入出力部から前記プロセス制御コントローラへの通信を伝送している通信回線を切断したことを、視覚表示および音響表示の少なくともいずれか一方を用いてユーザに通知する出力部を備える通信異常遮断装置。
3. プロセス制御コントローラと、複数のプロセス入出力部を備え、前記プロセス制御コントローラと複数の前記プロセス入出力部のそれぞれがＣＡＮ通信回線で接続されるプロセス制御装置において、
   複数の通信異常遮断装置を備え
   複数の前記通信異常遮断装置のそれぞれは、
   前記ＣＡＮ通信回線上に設置され、
   前記ＣＡＮ通信回線を介して前記プロセス制御コントローラとの通信を送受信する第１のトランシーバと、前記ＣＡＮ通信回線を介して前記プロセス入出力部との通信を送受信する第２のトランシーバを備え、
   前記プロセス入出力部から受信した通信のドミナントが、予め設定した時間内に予め設定した回数以上、６ビット連続した場合には、前記第１のトランシーバと前記第２のトランシーバを接続して前記プロセス入出力部から前記プロセス制御コントローラへの通信を伝送している通信回線を切断する、
   ことを特徴とするプロセス制御装置。
4. 請求項３記載のプロセス制御装置において、
   複数の前記通信異常遮断装置のそれぞれは、
   前記第１のトランシーバと前記第２のトランシーバを接続して前記プロセス入出力部から前記プロセス制御コントローラへの通信を伝送している通信回線を切断したことをユーザに通知する出力部を備えるプロセス制御装置。

Images