JP2013211763A - Redundant communication device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To avoid an adverse effect to equipment such as a controller caused by the increase of abnormal incoming packets.SOLUTION: A redundant communication device includes: first and second signal paths (1a, 1b) for transmitting data packet signals including a UDP packet having a UDP check sum portion; a first communication unit (110P) connected to the first signal path, for receiving a data packet signal to transfer to control means (120) for processing data included in the UDP packet; and a second communication unit (110S) connected to the second signal path, for receiving a data packet signal to transfer to the control means. The first and second communication units include: error detection units (52, 53, 57) for inspecting the presence or absence of a bit error in the UDP packet on the basis of the UDP check sum; and communication interception units (58, 59, 60, 61) for suspending the transfer of the data packet signal to a control unit, when the number of occurrence of bit errors in a predetermined first time period exceeds a reference value.

Description

本発明は、プロセスセス制御系などのネットワークに接続された機器の通信インタフェースに関し、特に、冗長通信インタフェースの改良に関する。   The present invention relates to a communication interface of a device connected to a network such as a process control system, and more particularly to improvement of a redundant communication interface.

例えば、生産設備、水処理設備、ビルの空調設備などの各種の制御プロセスに配置されたプロセス機器をネットワークを介して制御するためにプロセスコントローラ(プロセスを制御するコンピュータシステム)が使用される。このコントローラは制御プログラムを実行してプロセスの運転状態(プロセスデータ)を常時監視し、所要の制御が誤りなく行われるようにプロセスパラメータを調節する。このようなコントローラにはイーサネット(ゼロックス社の登録商標)等のネットワークを介してプロセス機器からプロセスデータや制御情報等のパケットデータが送信されてくる。   For example, a process controller (a computer system that controls a process) is used to control process devices arranged in various control processes such as a production facility, a water treatment facility, and a building air conditioning facility via a network. This controller executes a control program to constantly monitor the operation state (process data) of the process and adjust the process parameters so that the required control can be performed without error. Packet data such as process data and control information is transmitted from the process equipment to such a controller via a network such as Ethernet (registered trademark of Xerox Corporation).

パケットデータには、ネットワークにおけるノイズ、接続不良、送信装置の故障、等によって本来のコードが変化したエラーパケットが発生する場合がある。そこで、パケットデータのフレームにFCS(フレームチェックシークエンス)フィールドを設け、送信側でパケットデータについてCRC演算を行った結果(CRCデータ)をFCSフィールドに記録して送信する。受信側では受信パケットデータに同じCRC演算を行って演算結果がCRCデータと一致するかどうかを判別し、パケットエラー発生の有無を判断する。   In the packet data, there may be an error packet in which the original code is changed due to noise in the network, connection failure, failure of the transmission device, or the like. Therefore, an FCS (frame check sequence) field is provided in the frame of the packet data, and a result (CRC data) obtained by performing CRC calculation on the packet data on the transmission side is recorded in the FCS field and transmitted. On the receiving side, the same CRC calculation is performed on the received packet data to determine whether or not the calculation result matches the CRC data, and whether or not a packet error has occurred is determined.

例えば、WO2006/121014号公報(特許文献1)に記載の通信装置及びスイッチ処理装置には、パケットデータのフレームにFCS(フレームチェックシークエンス)に加えてDCS(データチェックシークエンス)を追加した例が示されている。   For example, in the communication device and the switch processing device described in WO 2006/121014 (Patent Document 1), an example in which DCS (data check sequence) is added to the frame of packet data in addition to FCS (frame check sequence) is shown. Has been.

WO2006/121014号公報WO 2006/121014

ネットワークに接続されたコントローラは、受信した全パケットデータに上記のようなエラーチェックを行い、異常なパケットデータは破棄し、正常なパケットデータだけを使用する。
しかしながら、異常なパケットのうちビットエラーの発生態様によっては、FCSやDCSによって排除できないものがある。そして、FCSやDCSによって検出される異常なパケットが増大している場合には、排除できない異常パケットも増大すると考えられる。これは、プロセス制御を行うコントローラ等にとって好ましくない。
The controller connected to the network performs error checking as described above on all received packet data, discards abnormal packet data, and uses only normal packet data.
However, some abnormal packets cannot be eliminated by FCS or DCS depending on the mode of occurrence of bit errors. If abnormal packets detected by FCS or DCS are increasing, it is considered that abnormal packets that cannot be excluded also increase. This is not preferable for a controller that performs process control.

よって、本発明は着信する異常なパケットが増大している場合に、コントローラ等の接続機器への影響を軽減することを可能とすることを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to make it possible to reduce the influence on a connected device such as a controller when the number of incoming abnormal packets increases.

上記目的を達成するため本発明の冗長通信装置は、UDPチェックサム部分が設けられたUDPパケットを含むデータパケット信号を伝送する第1及び第2信号路と、上記第1信号路に接続されて上記データパケット信号を受信して、上記UDPパケットに含まれるデータを処理する制御手段に転送する第1通信部と、上記第2信号路に接続されて上記データパケット信号を受信して上記制御手段に転送する第2通信部と、を有し、上記第1及び第2通信部は、上記UDPチェックサムに基づいて上記UDPパケットのビットエラーの有無を検査するエラー検出部と、所定第1の時間における上記ビットエラーの発生数が基準値を超えたとき上記データパケット信号の上記制御部への転送を中止する通信遮断部と、を備える。   In order to achieve the above object, a redundant communication device according to the present invention is connected to a first signal path and a second signal path for transmitting a data packet signal including a UDP packet provided with a UDP checksum portion, and the first signal path. A first communication unit for receiving the data packet signal and transferring it to a control means for processing data contained in the UDP packet; and the control means for receiving the data packet signal connected to the second signal path A second communication unit for transferring to the first and second communication units, wherein the first and second communication units check for a bit error in the UDP packet based on the UDP checksum, and a predetermined first A communication blocking unit that stops transferring the data packet signal to the control unit when the number of occurrences of the bit error in time exceeds a reference value.

かかる構成とすることによって、制御手段へのエラーを含む可能性の大きいデータの転送を回避することが可能となる。それにより、制御手段の誤出力を回避する。   By adopting such a configuration, it is possible to avoid data transfer that has a high possibility of including an error to the control means. Thereby, an erroneous output of the control means is avoided.

好ましくは、上記第1及び第2通信部は、更に、前回のビットエラーの発生から所定第2の時間を経過してもビットエラーが検出されないとき、又は所定第1の時間における上記ビットエラーの発生数が基準値を下回ったときに上記転送の中止を解除する手段解除部を備える。それにより、エラーデータを含む可能性の少ない状態でデータパケット信号の転送が再開される。   Preferably, the first and second communication units may further detect the bit error when the bit error is not detected even after a predetermined second time has elapsed since the occurrence of the previous bit error, or when the bit error has occurred at the predetermined first time. A means canceling unit for canceling the suspension of the transfer when the number of occurrences falls below a reference value is provided. As a result, the transfer of the data packet signal is resumed with a low possibility of including error data.

好ましくは、上記制御手段が複数並列に設けられた制御部(冗長制御部)からなり、上記第1及び第2通信部から各制御部に上記データパケット信号が転送される。それにより、冗長通信装置が並列冗長動作のコントローラに組み合わされる。   Preferably, the control means includes a plurality of control units (redundant control units) provided in parallel, and the data packet signal is transferred from the first and second communication units to each control unit. Thereby, the redundant communication device is combined with the controller for parallel redundant operation.

また、本発明の冗長通信装置は、エラーを検出するチェックサム部分を含むデータパケット信号を伝送する第1及び第2信号路と、上記第1信号路に接続されて上記データパケット信号を受信して、上記データパケット信号に含まれるデータを処理する制御手段に転送する第1通信部と、上記第2信号路に接続されて上記データパケット信号を受信して上記制御手段に転送する第2通信部と、を有し、上記第1及び第2通信部は、上記チェックサムに基づいて上記データパケットのビットエラーの有無を検査するエラー検出部と、所定第1の時間における上記ビットエラーの発生数が基準値を超えたとき上記データパケット信号の上記制御部への転送を中止する通信遮断部と、を備える。   The redundant communication device of the present invention receives the data packet signal connected to the first signal path and the first and second signal paths for transmitting the data packet signal including a checksum portion for detecting an error. A first communication unit that transfers data included in the data packet signal to a control unit that processes data, and a second communication that is connected to the second signal path and receives the data packet signal and transfers the data packet signal to the control unit And the first and second communication units check the presence of a bit error in the data packet based on the checksum, and the occurrence of the bit error at a predetermined first time. A communication cut-off unit that stops transferring the data packet signal to the control unit when the number exceeds a reference value.

好ましくは、上記第1及び第2通信部は、更に、前回のビットエラーの発生から所定第2の時間を経過してもビットエラーが検出されないとき、又は所定第1の時間における上記ビットエラーの発生数が基準値を下回ったときに上記転送の中止を解除する手段解除部と、を備える。   Preferably, the first and second communication units may further detect the bit error when the bit error is not detected even after a predetermined second time has elapsed since the occurrence of the previous bit error, or when the bit error has occurred at the predetermined first time. A means canceling unit for canceling the suspension of the transfer when the number of occurrences falls below a reference value.

好ましくは、上記エラーを検出するチェックサム部分が、UDPチェックサム部あるいはフレームチェックサム等のデータパケットの一部分である。   Preferably, the checksum portion for detecting the error is a part of a data packet such as a UDP checksum portion or a frame checksum.

また、本発明の機器は、上述した冗長通信装置を備えることを特徴とする。   In addition, a device according to the present invention includes the redundant communication device described above.

本発明によれば、冗長化ネットワークから機器に流入するデータパケット信号がエラービットを含む率が高くなっているとき、該当するネットワークから機器へのデータパケット信号の転送が遮断され、相対的にエラービットを含む率の低いネットワークからデータパケット信号が転送されるのでコントローラ等の接続機器への影響が回避される。   According to the present invention, when the rate at which the data packet signal flowing into the device from the redundant network includes an error bit is high, the transfer of the data packet signal from the corresponding network to the device is blocked, and a relative error occurs. Since the data packet signal is transferred from the network with a low rate including bits, the influence on the connection device such as the controller is avoided.

本発明の冗長通信装置が適用された三重化並列冗長コントローラの例を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the example of the triple parallel redundant controller to which the redundant communication apparatus of this invention was applied. UDPパケットを説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining a UDP packet. ネットワーク通信部の構成を概略的に説明する説明図である。It is explanatory drawing which illustrates the structure of a network communication part roughly. ネットワーク通信部に設けられたパケット検査機能を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the packet test | inspection function provided in the network communication part. FCSチェックサムとUDPチェックサムのフレームエラーの検証能力を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the verification capability of the frame error of FCS checksum and UDP checksum. 実施例の三重化並列冗長コントローラにおけるパケット検査機能を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the packet test | inspection function in the triple parallel redundant controller of an Example. 参考例の三重化並列冗長コントローラにおけるパケット検査機能を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the packet test | inspection function in the triple parallel redundant controller of a reference example.

以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。
実施例の冗長通信装置は、エラーを検出するチェックサム部分を含むデータパケット信号(UDPパケット、IPパケットなど各種形式のパケット信号を含む)を伝送する第1及び第2信号路と、第1信号路に接続されてデータパケット信号を受信して、データパケット信号に含まれるデータを処理する制御手段に転送する第1通信部と、第2信号路に接続されてデータパケット信号を受信して制御手段に転送する第2通信部と、を有する。そして、第1及び第2通信部は、チェックサムに基づいてデータパケットのビットエラーの有無を検査するエラー検出部と、所定第1の時間におけるビットエラーの発生数が基準値を超えたときデータパケット信号の制御部への転送を中止する通信遮断部と、を備えることを特徴とする。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
The redundant communication device according to the embodiment includes first and second signal paths for transmitting a data packet signal (including packet signals of various formats such as a UDP packet and an IP packet) including a checksum portion for detecting an error, and a first signal A first communication unit connected to the path for receiving a data packet signal and transferring the data contained in the data packet signal to a control means for processing; and a second communication path connected to the second signal path for receiving and controlling the data packet signal A second communication unit for transferring to the means. The first and second communication units include an error detection unit that checks the presence or absence of a bit error in the data packet based on the checksum, and data when the number of occurrences of bit errors in a predetermined first time exceeds a reference value. And a communication blocking unit that stops transfer of the packet signal to the control unit.

図1は、本発明を三重化並列冗長コントローラのネットワーク通信部に適用した例を説明する説明図である。
同図に示す冗長コントローラは、制御系の二重化ネットワーク1(信号線1a,1b)と通信を行う2台のネットワーク通信部110P及び110S、制御演算を行う3台の制御部120P、120S、及び120T、ローカルネットワークに接続されたフィールド機器との通信を行うI/O部130P及び130S等を備えている。
FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating an example in which the present invention is applied to a network communication unit of a triple parallel redundant controller.
The redundant controller shown in the figure includes two network communication units 110P and 110S that communicate with the redundant network 1 (signal lines 1a and 1b) of the control system, and three control units 120P, 120S, and 120T that perform control computation. And I / O units 130P and 130S for communicating with field devices connected to the local network.

二重化ネットワーク1はローカルエリアネットワーク(LAN)を二重化したものであり、信号線1aと1bには同じデータパケットが伝送される。ネットワークには、例えば、イーサネット規格が使用される。ネットワーク通信部110P及び110Sは信号線1a及び1bにそれぞれ接続され、例えば、後述のイーサネット形式のパケットデータを受信してコントローラの内部形式のパケットデータ(例えば、UDP(User Datagram Protocol)パケット)に変換して制御部120P、120S、及び120Tに送出する。また、ネットワーク通信部110P及び110Sは制御部120P、120S、及び120Tから出力された3つの(内部形式の)パケットデータを受信してイーサネット形式のパケットデータに変換して二重化ネットワークの信号線1a及び1bに送出する。ネットワーク通信部110P及び110Sは冗長通信装置を構成する。   The duplex network 1 is a duplex of a local area network (LAN), and the same data packet is transmitted to the signal lines 1a and 1b. For example, the Ethernet standard is used for the network. The network communication units 110P and 110S are connected to the signal lines 1a and 1b, respectively. To the control units 120P, 120S, and 120T. Further, the network communication units 110P and 110S receive the three (internal format) packet data output from the control units 120P, 120S, and 120T, convert the packet data into Ethernet format packet data, and the duplex network signal line 1a and Send to 1b. The network communication units 110P and 110S constitute a redundant communication device.

各制御部は、ネットワーク通信部110P及び110Sからデータ等を受信し、予め導入されたプログラムに従って入力処理、演算処理、シーケンス処理、出力処理、コントローラ通信、イベント処理等を行い、その出力をI/O部130P及び130Sに出力する。また、I/O部130P及び130Sから出力されたデータを受信してデータ処理を行い、ネットワーク通信部110P及び110Sに出力する。あるいは、I/O部130P及び130Sに信号を送出する。各制御部と各I/O部との間は、例えば、USBによって接続される。   Each control unit receives data and the like from the network communication units 110P and 110S, performs input processing, arithmetic processing, sequence processing, output processing, controller communication, event processing, and the like according to a program introduced in advance, and outputs the I / O Output to the O units 130P and 130S. Further, it receives data output from the I / O units 130P and 130S, performs data processing, and outputs the data to the network communication units 110P and 110S. Alternatively, a signal is sent to the I / O units 130P and 130S. Each control unit and each I / O unit are connected by, for example, USB.

I/O部130P及び130Sは、二重化されたローカルバス2(2a,2b)に接続されたフィール機器やサーバ装置等と各制御部の間の信号中継を行う。ローカルバス2はイーサネットやVL−バス(規格名)等である。ローカルバス2には制御対象の環境に設置されたフィールド機器(設備機器)31〜33が接続されている。   The I / O units 130P and 130S relay signals between each control unit and a feel device or server device connected to the duplicated local bus 2 (2a, 2b). The local bus 2 is an Ethernet or a VL-bus (standard name). Field devices (facility devices) 31 to 33 installed in the environment to be controlled are connected to the local bus 2.

上述の構成において、三重化並列冗長コントローラの各制御部は、ネットワーク通信部を介してデータの入出力を行うと共に、I/O部に対してフィールド機器の制御データの出力を行う。ネットワーク1から入力あるいはイベント発生が起こると、各ネットワーク通信部は三重化された制御部のそれぞれにデータを受け渡し、各制御部はそれぞれ演算処理を実行する。演算結果を制御対象のI/O部やネットワーク1に返信する必要がある場合は、各I/O部や各ネットワーク通信部に処理結果を受け渡す。このとき、3つの制御部120P、120S、及び120Tから送られたデータは各I/O部や各ネットワーク通信部において多数決処理される。少なくとも2以上のデータが同一の内容であれば、I/O部はフィールド機器に出力し、ネットワーク通信部はネットワーク1にデータ信号を出力する。   In the above-described configuration, each control unit of the triple parallel redundant controller inputs / outputs data via the network communication unit and outputs control data of the field device to the I / O unit. When an input or event occurs from the network 1, each network communication unit delivers data to each of the triple control units, and each control unit executes a calculation process. When it is necessary to return the calculation result to the I / O unit to be controlled or the network 1, the processing result is transferred to each I / O unit or each network communication unit. At this time, the data sent from the three control units 120P, 120S, and 120T are subjected to majority processing in each I / O unit and each network communication unit. If at least two or more pieces of data have the same content, the I / O unit outputs to the field device, and the network communication unit outputs a data signal to the network 1.

図2は、イーサネット形式のパケットデータであるUDPパケットの例を示している。実施例ではネットワーク通信部と外部のネットワーク1との間ではUDPパケットの形式で、ネットワーク通信部と制御部との間ではUDPパケットの形式でデータパケットの授受が行われているが、ネットワーク通信部と外部のネットワーク1との間ではIPパケットの形式で行っても良い。   FIG. 2 shows an example of a UDP packet that is packet data in the Ethernet format. In the embodiment, data packets are exchanged between the network communication unit and the external network 1 in the form of UDP packets, and between the network communication unit and the control unit in the form of UDP packets. And an external network 1 may be performed in the form of IP packets.

同図に示すように、UDPパケットは、例えば、6バイトのUDPヘッダ、1474バイトのデータ部(任意データ長)によって構成される。UDPヘッダは2バイトの送信元ポート番号、2バイトの宛先ポート番号、2バイトのUDPデータグラムの大きさ情報、2バイトのUDPチェックサムを持つ。実施例では、更にデータ部の最後の4バイト部分にフレームチェックサム(FCS)を設けて別途アプレケーションによってデータ部分のエラーチェックを行えるようにしているが本発明に必須のものではない。UDPチェックサムは、受信側でUDPパケットのデータの信頼性を検査するために付加した値である。例えば、送信側でUDPチェックサムよりも前の領域に、計算上付されたUDP仮想ヘッダ部、UDPヘッダ部及びデータ部の各値についてCRC計算を行ったり、全データをバイト単位で(桁あふれは無視して)加算して下位4バイトの値を得る等、種々の計算方法のものがある。   As shown in the figure, the UDP packet is composed of, for example, a 6-byte UDP header and a data portion (arbitrary data length) of 1474 bytes. The UDP header has a 2-byte source port number, 2-byte destination port number, 2-byte UDP datagram size information, and 2-byte UDP checksum. In the embodiment, a frame checksum (FCS) is further provided in the last 4 bytes of the data part so that an error check of the data part can be performed separately by application, but this is not essential to the present invention. The UDP checksum is a value added for checking the reliability of the data of the UDP packet on the receiving side. For example, CRC calculation is performed on each value of the UDP virtual header part, UDP header part, and data part added to the calculation in the area before the UDP checksum on the transmission side, or all data is overflowed in bytes (digit overflow) There are various calculation methods, such as adding (to ignore) and obtaining the value of the lower 4 bytes.

なお、IPパケットは上記UDPパケットの先端に、例えば、20バイトのIPヘッダを付し、後端に4バイトのフレームチェックシーケンス(FCS)を付して構成される。フレームチェックシーケンスFCSはこれよりも前のIPヘッダ、IPパケットデータ(UDPパケット)部分の各値に、例えばCRC演算を行い、その検査値がチェックサムとして記録される。なお、上記のように他の計算方法によるチェックサムを利用しても良い。   The IP packet is configured, for example, by adding a 20-byte IP header to the leading end of the UDP packet and a 4-byte frame check sequence (FCS) at the trailing end. In the frame check sequence FCS, for example, CRC calculation is performed on each value of the IP header and IP packet data (UDP packet) portions before this, and the check value is recorded as a checksum. Note that a checksum by another calculation method may be used as described above.

図3は、ネットワーク通信部110Pの機能を説明する説明図である。ネットワーク通信部110Pはネットワーク1の信号線1aに接続される第1のイーサネットコントローラ111、制御部120P〜120Tが接続される3ポートのスイッチングハブ114、スイッチングハブ114に接続される第2のイーサネットコントローラ、第1及び第2のイーサネットコントローラ111,113の相互間に接続されるマイクロコンピュータシステム(MPU)112等によって構成される。これらの構成によってネットワーク通信部110Pは、ネットワーク1から自ノード宛のUDPパケットを取り込み、制御部120P〜120Tに伝送する。また、制御部120P〜120Tから出力される3つのUDPパケットを多数決処理してUDPパケットを再構成してネットワーク1に伝送する。ネットワーク通信部110Sも同様に構成される。   FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating functions of the network communication unit 110P. The network communication unit 110P includes a first Ethernet controller 111 connected to the signal line 1a of the network 1, a three-port switching hub 114 to which the control units 120P to 120T are connected, and a second Ethernet controller connected to the switching hub 114. And a microcomputer system (MPU) 112 connected between the first and second Ethernet controllers 111 and 113. With these configurations, the network communication unit 110P takes in the UDP packet addressed to itself from the network 1 and transmits it to the control units 120P to 120T. Further, a majority process is performed on the three UDP packets output from the control units 120P to 120T, and the UDP packets are reconfigured and transmitted to the network 1. The network communication unit 110S is configured similarly.

図4に示すように、本実施例においては、コントローラのネットワーク通信部には、パケット検査機能が設けられている。パケット検査機能はネットワークから受信した各パケットのエラーをチェックし、エラーが存在する場合には、該当パケットの制御部への伝送を中止する。また、所定第1の時間当たりのエラー数が基準値を超えると、パケットの制御部への伝送を停止(遮断)する機能を備える。また、パケットエラー検出後所定第2の時間を経過してもパケットエラーが発生しない場合にパケット伝送の停止を解除する。   As shown in FIG. 4, in this embodiment, the network communication unit of the controller is provided with a packet inspection function. The packet inspection function checks the error of each packet received from the network, and if there is an error, stops transmitting the packet to the control unit. In addition, when the number of errors per predetermined first time exceeds a reference value, a function of stopping (blocking) transmission of a packet to the control unit is provided. If the packet error does not occur even after a predetermined second time has elapsed after the packet error is detected, the suspension of packet transmission is cancelled.

同図に示すように、ネットワーク1から受信されたUDPパケットは、UDPパケットのFCS部の値を読み取るFCS読取り部51、UDPチェックサム部の値を読み取るUCS読取り部52、受信UDPパケットのFCS計算及びUDPチェックサムの計算を行うCRC計算部53、FIFO部54に送られる。FIFO部54は先読み先出しのメモリである。   As shown in the figure, the UDP packet received from the network 1 includes an FCS reading unit 51 that reads the value of the FCS part of the UDP packet, a UCS reading part 52 that reads the value of the UDP checksum part, and an FCS calculation of the received UDP packet. And the CRC check unit 53 and the FIFO unit 54 for calculating the UDP checksum. The FIFO unit 54 is a pre-read first-out memory.

UDPパケットのFCS部に記録された値とCRC計算部53によって計算されたFCSのチェックサム値とが一致するかどうかが照合部55によって判断される。一致しない場合にはエラーとしてエラー計数部56によってFCSチェックサムのエラーが計数される。   The collation unit 55 determines whether the value recorded in the FCS part of the UDP packet matches the FCS checksum value calculated by the CRC calculation part 53. If they do not match, the error counting unit 56 counts FCS checksum errors as errors.

また、UDPパケットのUCS部に記録されたUDPチェックサムの値とCRC計算部53によって計算されたUDPチェックサム値とが一致するかどうかが照合部57によって判断される。照合結果は判別部61に通知される。また、不一致はエラーとしてエラー計数部58に送られてUDPチェックサムエラーが計数される。エラー計数部58は第1タイマ59から第1の設定時間毎にタイムアウト出力が送られ、エラー計数部58は第1の設定時間当たりのエラー数を判別部61に出力する。また、照合部57のエラー出力は第2タイマ60に送られ、先行するエラー出力から第2の設定時間を経過しても後続のエラー出力が発生しないときにタイムアウト出力を判別部61に送る。   Further, the collation unit 57 determines whether the UDP checksum value recorded in the UCS part of the UDP packet matches the UDP checksum value calculated by the CRC calculation part 53. The verification result is notified to the determination unit 61. Further, the mismatch is sent as an error to the error counter 58, and a UDP checksum error is counted. The error counter 58 receives a time-out output from the first timer 59 every first set time, and the error counter 58 outputs the number of errors per first set time to the determiner 61. Further, the error output of the collation unit 57 is sent to the second timer 60, and the time-out output is sent to the determination unit 61 when the subsequent error output does not occur even after the second set time has elapsed from the preceding error output.

判別部61は、上述のように、チェックサムの照合結果が一致した場合には、FIFO54に保持されたUDPパケットを図示しない後段回路に出力する。このUDPパケットは後段回路で再構成され、内部イーサネットを介して制御部に出力される。照合部61から判別部61に不一致(エラー)が通知された場合、判別部61はFIFO54に保持されているUDPパケットの破棄を指令する。   As described above, when the checksum matching result matches, the determination unit 61 outputs the UDP packet held in the FIFO 54 to a subsequent circuit (not shown). This UDP packet is reconstructed by a subsequent circuit and output to the control unit via the internal Ethernet. When a mismatch (error) is notified from the collation unit 61 to the determination unit 61, the determination unit 61 instructs the discard of the UDP packet held in the FIFO 54.

また、判別部61は、エラー計数部58から所定時間(例えば、60分)当たりのエラー発生数が基準値(例えば3個)を超えるときは、FIFO54にUDPパケットの照合結果の良否にかかわらず、後段回路へのUDPパケットの出力(転送)を停止させる。判別部61は、UDPパケットの出力停止を第2タイマ60からの出力により(エラー出力が第2の設定時間(例えば30分間)発生しないとき)解除する。また、所定時間当たりのエラー発生数が基準値を下回るようになったときに解除するようにしても良い。判別部61は、上記エラーパケットの破棄、UDPパケットの出力停止、出力停止からの回復などの動作状態を制御部120P〜120Tに通知し、各制御部側でのエラーパケット状況に応じた対応を可能とする。   Further, when the number of error occurrences per predetermined time (for example, 60 minutes) exceeds the reference value (for example, 3) from the error counting unit 58, the determination unit 61 causes the FIFO 54 to check whether the UDP packet collation result is good or not. Then, the output (transfer) of the UDP packet to the subsequent circuit is stopped. The determination unit 61 cancels the output stop of the UDP packet by the output from the second timer 60 (when no error output occurs for a second set time (for example, 30 minutes)). Alternatively, it may be canceled when the number of error occurrences per predetermined time falls below a reference value. The determination unit 61 notifies the control units 120P to 120T of operation states such as discarding the error packet, stopping the output of the UDP packet, and recovering from the output stop, and responds according to the error packet status on each control unit side. Make it possible.

このようにすることによって、データパケットのデータ部分にもエラーが発生している可能性の高い状態におけるパケットデータ群の受信を回避する。それにより、後段の制御部における不具合の発生を防止する。なお、実施例においては、イーサネットが二重化(A系、B系)されており、一方の通信系統(例えば、B系統)を遮断しても他方の通信系統(例えば、A系統)によりデータパケットの受信を継続することが可能である。   By doing so, reception of a packet data group in a state where there is a high possibility that an error has occurred in the data portion of the data packet is avoided. As a result, the occurrence of problems in the control unit at the subsequent stage is prevented. In the embodiment, the Ethernet is duplexed (A system, B system), and even if one communication system (for example, B system) is cut off, the other communication system (for example, A system) can transmit data packets. It is possible to continue reception.

図4に示す例では、UDPチェックサムのエラー検出機能を用いてUDPパケットの遮断制御を行っているか、FCSチェックサムのエラー検出機能51を用いても良い。ただし、UDPチェックサムのエラー検出機能を用いる方が検出精度の具合が良い。   In the example shown in FIG. 4, the UDP checksum error detection function may be used to block UDP packets, or the FCS checksum error detection function 51 may be used. However, the detection accuracy is better when the error detection function of the UDP checksum is used.

図5は、テスト用のUDPパケットに各種のビットエラーパターンを施し、UDPチェックサムとFCSチェックサムのエラー検出機能を比較した例を示している。UDPパケット中の1ビットを反転してエラーを形成した場合には、UDPチェックサムとFCSチェックサムのエラー検出機能には差がないが、2ビット反転など、よりエラービット数を増加させるとUDPチェックサムのエラー検出機能の方が優れることが示された。
よって、UDPチェックサムのエラー検出機能に基づいてUDPパケットの伝送を制御することが望ましい。
FIG. 5 shows an example in which various bit error patterns are applied to the test UDP packet and the error detection functions of the UDP checksum and the FCS checksum are compared. When an error is generated by inverting one bit in a UDP packet, there is no difference in the error detection function between the UDP checksum and the FCS checksum, but if the number of error bits is increased, such as 2-bit inversion, the UDP It was shown that the checksum error detection function is superior.
Therefore, it is desirable to control the transmission of the UDP packet based on the error detection function of the UDP checksum.

図6は、上記図4に示すパケット検査機能を有する三重化並列冗長コントローラの動作例を説明する説明図である。   FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining an operation example of the triple parallel redundant controller having the packet inspection function shown in FIG.

まず、同図(A)に示すように、二重化ネットワーク1(1a,1b)からコントローラに「正常」なUDPパケットが転送された場合について説明する。   First, a case where a “normal” UDP packet is transferred from the duplex network 1 (1a, 1b) to the controller as shown in FIG.

(1) A系ネットワーク1aとB系ネットワーク1bからUDPパケットpがネットワーク通信部110P及び110Sにそれぞれに伝送される。ネットワーク通信部110P及び110Sには図4に示したUDPチェックサムのエラー検出機能が形成されている。
(2) ネットワーク通信部110P及び110Sは、上記UDPチェックサムを使用したエラーチェックを行う。エラーがなければ制御部120P〜120TにUDPパケットを転送する。
(3) 制御部120P〜120TはUDPパケットのFCSチェックを行い、異常がなければ先に届いたUDPパケットのデータ処理を行う。
(1) The UDP packet p is transmitted from the A-system network 1a and the B-system network 1b to the network communication units 110P and 110S, respectively. The network communication units 110P and 110S have the UDP checksum error detection function shown in FIG.
(2) The network communication units 110P and 110S perform an error check using the UDP checksum. If there is no error, the UDP packet is transferred to the control units 120P to 120T.
(3) The control units 120P to 120T perform the FCS check of the UDP packet, and if there is no abnormality, process the data of the UDP packet that has arrived first.

次に、図6(B)に示すように、二重化ネットワーク1から転送されるUDPパケットの一部が「異常」である場合について説明する。   Next, as shown in FIG. 6B, a case where a part of the UDP packet transferred from the duplex network 1 is “abnormal” will be described.

(1) A系ネットワーク1aから「正常」なUDPパケットpがネットワーク通信部110Pに転送され、B系ネットワーク1bから「異常」なUDPパケットpがネットワーク通信部110Sに伝送される。
(2) ネットワーク通信部110P及び110Sは、UDPパケットの上記UDPチェックサムを使用したエラーチェックを行う。エラーを発見しないネットワーク通信部110Pは制御部120P〜120TにUDPパケットを転送する。エラーを発見したネットワーク通信部110Sは制御部120P〜120TにUDPパケットを転送しない。また、ネットワーク通信部110Sはエラーパケットレートが所定時間当たりの基準値を超えた場合にはエラーが回復するまでB系ネットワークからのUDPパケットの転送を遮断する。
(3) 制御部120P〜120TはA系ネットワークから受信したUDPパケットのFCSチェックを行い、異常がなければUDPパケットのデータ処理を行う。
(1) A “normal” UDP packet p is transferred from the A-system network 1a to the network communication unit 110P, and an “abnormal” UDP packet p is transmitted from the B-system network 1b to the network communication unit 110S.
(2) The network communication units 110P and 110S perform an error check using the UDP checksum of the UDP packet. The network communication unit 110P that does not find an error transfers the UDP packet to the control units 120P to 120T. The network communication unit 110S that has found the error does not transfer the UDP packet to the control units 120P to 120T. Further, when the error packet rate exceeds the reference value per predetermined time, the network communication unit 110S blocks the transfer of the UDP packet from the B-system network until the error is recovered.
(3) The control units 120P to 120T perform an FCS check on the UDP packet received from the A network, and if there is no abnormality, perform data processing on the UDP packet.

図7(A)及び同(B)は、比較用の参考例を説明する説明図である。
まず、同図(A)に示すように、二重化ネットワーク1(1a,1b)からコントローラに「正常」なUDPパケットが転送された場合について説明する。
FIGS. 7A and 7B are explanatory diagrams for explaining a reference example for comparison.
First, a case where a “normal” UDP packet is transferred from the duplex network 1 (1a, 1b) to the controller as shown in FIG.

(1) A系ネットワーク1aとB系ネットワーク1bからUDPパケットpがネットワーク通信部110P及び110Sにそれぞれに伝送される。ネットワーク通信部110P及び110Sには既述UDPチェックサムエラー検出機能が形成されていない。
(2) ネットワーク通信部110P及び110Sは、UDPパケットpを制御部120P〜120Tにを転送する。
(3) 制御部120P〜120TはUDPパケットpのFCSチェックを行い、異常がなければ先に届いたUDPパケットpのデータ処理を行う。
(1) The UDP packet p is transmitted from the A-system network 1a and the B-system network 1b to the network communication units 110P and 110S, respectively. The network communication units 110P and 110S are not provided with the aforementioned UDP checksum error detection function.
(2) The network communication units 110P and 110S transfer the UDP packet p to the control units 120P to 120T.
(3) The control units 120P to 120T perform an FCS check on the UDP packet p, and if there is no abnormality, perform data processing on the UDP packet p that has arrived first.

次に、図6(B)に示すように、UDPパケットが「異常」である場合について説明する。   Next, a case where the UDP packet is “abnormal” as illustrated in FIG. 6B will be described.

(1) A系ネットワークから正常なUDPパケットpがネットワーク通信部110Pに転送され、B系ネットワークから「異常」なUDPパケットpがネットワーク通信部110Sに伝送される。
(2) ネットワーク通信部110P及び110Sは、UDPパケットpを制御部120P〜120Tに転送する。
(3) 制御部120P〜120TはA系ネットワーク及びB系ネットワークから受信した各UDPパケットpのFCSチェックを行い、異常なUDPパケットpは廃棄し、正常なUDPパケットpを使用する。正常なUDPパケットのデータ処理を行う。
(1) A normal UDP packet p is transferred from the A-system network to the network communication unit 110P, and an “abnormal” UDP packet p is transmitted from the B-system network to the network communication unit 110S.
(2) The network communication units 110P and 110S transfer the UDP packet p to the control units 120P to 120T.
(3) The control units 120P to 120T perform an FCS check of each UDP packet p received from the A-system network and the B-system network, discard the abnormal UDP packet p, and use the normal UDP packet p. Normal UDP packet data processing is performed.

上記参考例では、異常なUDPパケットをコントローラ(制御部)内に全て受け入れて処理を行うのに対して、実施例では、異常なUDPパケットをコントローラ入口のネットワーク通信部で遮断して制御部内に受け入れない。したがって、制御部における誤ったデータによる処理が実行される可能性が減少する。特に、チェックサムによるUDPパケットのエラー率が高い通信状態では、(UDPチェックサムやFCSチェックサムによってデータのエラーが全て検出されるわけではないから)UDPパケット中に存在する(未検出の)エラーデータの数も増加していると考えられる。このようなエラーデータを制御部で処理しないことによって制御部の出力の安全が向上すると考えられる。   In the above reference example, all abnormal UDP packets are received and processed in the controller (control unit), whereas in the embodiment, abnormal UDP packets are blocked by the network communication unit at the controller entrance and entered in the control unit. Do not accept. Therefore, the possibility that the process by the erroneous data in the control unit is executed is reduced. In particular, in a communication state in which the error rate of a UDP packet due to a checksum is high, an error (not detected) existing in a UDP packet (because not all data errors are detected by a UDP checksum or FCS checksum). It is thought that the number of data is also increasing. It is considered that the safety of the output of the control unit is improved by not processing such error data by the control unit.

また、上述したように、UDPチェックサムの方がFCSチェックサムよりも精度が高いので、制御部においてUDPチェックサムを検証することが考えられるが、ネットワーク通信部から各制御部側にUDPパケットを転送する過程において通信部がUDPパケットを再構築して制御部側に転送する。この際、通信部がUDPチェックサムの正しいパケットあるいはUDPチェックサムを付けていない(UDPチェックサム未サポートの)パケットを再構築するため、受信時のUDPチェックサムエラーの情報が失われる。したがって、制御側でパケットデータの破壊の兆候を知るにはUDPチェックサムより検証能力が劣るFCSチェックサムを使用するしかない。本実施例では、ネットワーク通信部でUDPチェックサムの検証が行われるの具合が良い。   Further, as described above, since the UDP checksum has higher accuracy than the FCS checksum, it is conceivable that the UDP checksum is verified in the control unit, but the UDP packet is sent from the network communication unit to each control unit side. In the transfer process, the communication unit reconstructs the UDP packet and transfers it to the control unit side. At this time, since the communication unit reconstructs a packet with a correct UDP checksum or a packet without a UDP checksum (not supporting the UDP checksum), information on the UDP checksum error at the time of reception is lost. Therefore, the only way to know the signs of packet data destruction on the control side is to use an FCS checksum that has a lower verification capability than the UDP checksum. In this embodiment, it is preferable that the UDP checksum is verified by the network communication unit.

また、ネットワーク通信部がUDPチェックサムの検証を行うが通信遮断は行わず、制御部側で該当系について通信遮断を行うとすることも考えられる。この場合には、並列冗長動作の3台の制御部が同じ処理を行うことになって非効率である。実施例によればこの不都合が回避される。   It is also conceivable that the network communication unit verifies the UDP checksum but does not block communication, and the control unit performs communication blocking for the corresponding system. In this case, the three control units for the parallel redundant operation perform the same processing, which is inefficient. According to the embodiment, this inconvenience is avoided.

なお、実施例では、ネットワーク通信部がUDPチェックサムで検証を行っているが、FCSのビットエラー(フレームエラー)検出機能(51,55,56,61)によって通信を遮断することとしても良い。エラー検出性能は相対的にUDPチェックサムに劣るが、何らかの原因でUDPチェックサムを使用できない場合も考えられる。   In the embodiment, the network communication unit verifies with the UDP checksum. However, the communication may be blocked by the FCS bit error (frame error) detection function (51, 55, 56, 61). The error detection performance is relatively inferior to the UDP checksum, but there may be a case where the UDP checksum cannot be used for some reason.

また、上記エラーを検出するチェックサム部分が、UDPチェックサム部、フレームチェックサム部、更には、これら以外のデータパケットの一部分であってもよい。   The checksum portion for detecting the error may be a UDP checksum portion, a frame checksum portion, or a part of a data packet other than these.

本発明の冗長通信装置は、コントローラ、フィールド機器等のネットワークに接続される機器に用いて具合が良い。   The redundant communication device of the present invention is suitable for use in devices connected to a network, such as controllers and field devices.

1 二重化ネットワーク、2 二重化ローカルバス、110P,110S ネットワーク通信部、120P,120S,120T 制御部、130P,130S I/O部 1 Duplex network, 2 Duplex local bus, 110P, 110S Network communication unit, 120P, 120S, 120T Control unit, 130P, 130S I / O unit

Claims (4)

UDPチェックサム部分が設けられたUDPパケットを含むデータパケット信号を伝送する第1及び第2信号路と、
前記第1信号路に接続されて前記データパケット信号を受信して、前記UDPパケットに含まれるデータを処理する制御手段に転送する第1通信部と、
前記第2信号路に接続されて前記データパケット信号を受信して前記制御手段に転送する第2通信部と、を有し、
前記第1及び第2通信部は、
前記UDPチェックサムに基づいて前記UDPパケットのビットエラーの有無を検査するエラー検出部と、
所定第1の時間における前記ビットエラーの発生数が基準値を超えたとき前記データパケット信号の前記制御部への転送を中止する通信遮断部と、
を備える冗長通信装置。
First and second signal paths for transmitting a data packet signal including a UDP packet provided with a UDP checksum portion;
A first communication unit connected to the first signal path for receiving the data packet signal and transferring the data included in the UDP packet to control means;
A second communication unit connected to the second signal path for receiving the data packet signal and transferring it to the control means;
The first and second communication units are
An error detection unit that checks the presence or absence of a bit error in the UDP packet based on the UDP checksum;
A communication blocking unit for stopping transfer of the data packet signal to the control unit when the number of occurrences of the bit error in a predetermined first time exceeds a reference value;
A redundant communication device comprising:
請求項1に記載の冗長通信装置であって、
前記第1及び第2通信部は、更に、
前回のビットエラーの発生から所定第2の時間を経過してもビットエラーが検出されないとき、又は所定第1の時間における前記ビットエラーの発生数が基準値を下回ったときに前記転送の中止を解除する手段解除部と、備える冗長通信装置。
The redundant communication device according to claim 1,
The first and second communication units further include
When the bit error is not detected even after a predetermined second time has elapsed from the occurrence of the previous bit error, or when the number of bit errors occurring at the predetermined first time falls below a reference value, the transfer is stopped. A means for canceling and a redundant communication device provided.
請求項1又は2に記載の冗長通信装置であって、
前記制御手段が複数並列に設けられた制御部からなり、
前記第1及び第2通信部から各制御部に前記データパケット信号が転送される、冗長通信装置。
The redundant communication device according to claim 1 or 2,
The control means comprises a control unit provided in parallel,
The redundant communication device, wherein the data packet signal is transferred from the first and second communication units to each control unit.
請求項1乃至3のいずれかに記載の冗長通信装置を含む機器。   The apparatus containing the redundant communication apparatus in any one of Claims 1 thru | or 3.
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