JP2015127926A - Communication system and communication control method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To propose a communication system and communication control method that can implement a control high in reliability.SOLUTION: A communication system is configured to include: a plurality of master devices 2A and 2B; a plurality of networks that is connected to each master device, respectively and includes a ring type network topology having one or more slave devices 3A and 3B connected; and a main/sub switching device that sets any one of the master devices to a main system, and sets the other master device to a sub system and switches the setting of the master device to the main and sub systems as needed. The master device newly set to the main system is configured to: execute necessary computation processing on the basis of information written in a communication frame by the corresponding slave device; generate a communication frame in which information obtained by the computation processing is stored in a corresponding part; and transmit the generated communication frame to each network and the master device set in the other system. When a problem occurs in the master device set to the main system, the main/sub switching device is configured to include a first step of switching the main system and sub system of the master devices.

Description

本発明は、通信システム及び通信制御方法に関し、例えば、リモートI/O(Input/Output)システムに適用して好適なものである。   The present invention relates to a communication system and a communication control method, and is suitable for application to, for example, a remote I / O (Input / Output) system.

近年、マスタ−スレーブ方式の通信方式として、イーサネット(登録商標)ベースのフィールドバスシステムであるイーサキャット(Ether CAT:Ether for Control Automation Technology)(登録商標)が注目されている。   In recent years, EtherCAT (Ether for Control Automation Technology) (registered trademark), which is an Ethernet (registered trademark) -based fieldbus system, has attracted attention as a master-slave communication method.

イーサキャット(登録商標)では、ネットワーク上を定期的に流れる通信フレーム(以下、これを定周期フレームと呼ぶ)を各スレーブがオンザフライで処理する。具体的に、各スレーブは、定周期フレームを受信すると、その定周期フレーム内の自己に割り当てられた領域にデータを読み書きすると同時にその通信フレームを次のスレーブにフォワードする。   In Ethercat (registered trademark), each slave processes a communication frame that periodically flows on a network (hereinafter referred to as a fixed-period frame) on the fly. Specifically, when each slave receives a fixed-period frame, it reads / writes data from / to an area allocated to itself in the fixed-period frame and simultaneously forwards the communication frame to the next slave.

スレーブにおけるデータの送受信処理は、そのスレーブに搭載されたイーサキャット(登録商標)スレーブコントローラにより高速に行われる。このためスレーブのネットワークパフォーマンスはそのスレーブのマイコン性能に依存しない。通常、各スレーブ内における定周期フレームの遅延は数〔ns〕程度しかなく、これによりデータ伝送の高速性とリアルタイム性とが確保されている。   Data transmission / reception processing in the slave is performed at high speed by an Ethercat (registered trademark) slave controller mounted in the slave. For this reason, the network performance of the slave does not depend on the microcomputer performance of the slave. Usually, the delay of a fixed-cycle frame in each slave is only about a few [ns], thereby ensuring high-speed data transmission and real-time performance.

このようなイーサキャット(登録商標)のデータ伝送の高速性及びリアルタイム性はリアルタイム制御が必要な工場やプラント等において有用であり、近年では、イーサキャット(登録商標)を適用した通信システムの更なる性能や信頼性の向上のための種々の発明が多く提案されている(例えば、特許文献1参照)。   Such high speed and real-time performance of data transmission of Ethercat (registered trademark) is useful in factories and plants that require real-time control. In recent years, communication systems using Ethercat (registered trademark) have been further improved. Many various inventions for improving performance and reliability have been proposed (see, for example, Patent Document 1).

特開2011−176718号公報JP2011-176718A

ところで、イーサキャット(登録商標)では、後段のスレーブとの間の通信が途絶えた場合に、前段から送信されてきた定周期フレームをそのスレーブに転送することなく当該定周期フレームの送信元に送り戻すループバックと呼ばれる機能が規定されている。   By the way, in the case of Ethercat (registered trademark), when communication with the subsequent slave is interrupted, the fixed-cycle frame transmitted from the previous stage is sent to the source of the fixed-cycle frame without being transferred to the slave. A function called loopback is defined.

これにより通信方式としてイーサキャット(登録商標)を適用したリモートI/Oシステムでは、例えばネットワークトポロジとしてリング型のネットワークトポロジを採用することによって、ネットワークケーブルの切断やスレーブ障害が発生した場合においても、障害が発生していない各スレーブと、マスタとの間の通信を確保し得るようになされている。   As a result, in a remote I / O system to which Ethercat (registered trademark) is applied as a communication method, for example, by adopting a ring-type network topology as a network topology, even when a network cable is disconnected or a slave failure occurs, Communication between each slave in which no failure has occurred and the master can be ensured.

しかしながら、かかるリモートI/Oシステムにおいても、例えばネットワーク上の複数箇所でネットワークケーブルの切断やスレーブ障害が発生した場合には、マスタがその障害箇所間に存在するスレーブとの通信を行うことができなくなるという問題があった。このためこの種の構成を有するリモートI/Oシステムでは、より耐障害性の向上が望まれている。   However, even in such a remote I / O system, for example, when a network cable is disconnected or a slave failure occurs at multiple locations on the network, the master can communicate with the slave existing between the failed locations. There was a problem of disappearing. For this reason, in the remote I / O system having this type of configuration, it is desired to further improve the fault tolerance.

また通信方式としてイーサキャット(登録商標)を適用したリモートI/Oシステムにおいて、マスタの二重化を図る場合、スイッチングハブといった汎用のスイッチ装置を利用して定周期フレームを2つのマスタに分配する手法が広く用いられている。   In a remote I / O system to which Ethercat (registered trademark) is applied as a communication method, there is a method of distributing a fixed-cycle frame to two masters using a general-purpose switch device such as a switching hub when duplicating a master. Widely used.

かかるリモートI/Oシステムにおいて、スレーブとの通信は、主系に設定された一方のマスタによって行われ、従系に設定された他方のマスタは、定周期フレームをモニタリングするだけでスレーブとの通信を行うことはできない。このため、いずれかのスレーブに障害が発生した場合、主系のマスタは障害が発生したスレーブ(以下、これを障害スレーブと呼ぶ)をバススキャンにより特定することができるが、従系のスレーブは障害スレーブを特定することができない。   In such a remote I / O system, communication with the slave is performed by one master set as the master, and the other master set as the slave communicates with the slave only by monitoring the periodic frame. Can not do. Therefore, if a failure occurs in any of the slaves, the master master can identify the failed slave (hereinafter referred to as the failure slave) by bus scan, but the slave slave The failed slave cannot be identified.

ところが、スレーブに発生した障害の内容によっては、そのスレーブが定周期フレーム内の自己に割り当てられた領域に正しくないデータが書き込まれることがある。このような場合、主系のマスタは、上述のようにバススキャンにより障害スレーブを特定できるため、その障害スレーブからのデータを利用しないようにすることができる。しかしながら、従系のマスタは、上述のように障害スレーブを特定できないため、障害スレーブからのデータを有効なデータとして利用することになる。   However, depending on the content of the failure that occurred in the slave, incorrect data may be written in the area assigned to the slave in the fixed-cycle frame. In such a case, the master in the main system can specify the failed slave by the bus scan as described above, so that data from the failed slave can be prevented from being used. However, since the slave master cannot specify the failed slave as described above, the data from the failed slave is used as valid data.

この結果、上述のような障害がスレーブに発生した直後に、主系のマスタに障害が発生してマスタの主系及び従系が切り替えられた場合、新たに主系に設定されたマスタ(元の従系のマスタ)が障害スレーブから与えられる正しくないデータを利用して制御を行うこととなる問題があった。   As a result, if a failure occurs in the master master immediately after the above-described failure occurs in the slave and the master master and slave are switched, the master (original) There is a problem in that the slave master) performs control using incorrect data given from the failed slave.

またスレーブに障害が発生した場合、主系のマスタはバススキャンにより障害スレーブを特定するが、スレーブ数が多い場合には障害スレーブを特定するのに相応の時間を要し、その間、主系のマスタにおいても障害スレーブから送信される正しくないデータを利用して制御が行われるという問題があった。   When a slave failure occurs, the master master identifies the failed slave by bus scan, but when the number of slaves is large, it takes a certain amount of time to identify the failed slave. Even in the master, there is a problem that control is performed using incorrect data transmitted from the failed slave.

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、耐障害性が高く、信頼性の高い通信システム及び通信制御方法を提案しようとするものである。   The present invention has been made in consideration of the above points, and intends to propose a communication system and a communication control method having high fault tolerance and high reliability.

かかる課題を解決するため本発明においては、マスタ−スレーブ方式の通信プロトコルが適用された通信システムにおいて、複数のマスタ装置と、各前記マスタ装置とそれぞれ接続され、1又は複数のスレーブ装置が接続されたリング型のネットワークトポロジを有する複数のネットワークと、いずれか1つの前記マスタ装置を主系に設定し、他の前記マスタ装置を従系に設定すると共に、必要に応じて前記マスタ装置の主従を切り替える主従切替え器とを設け、主系に設定された前記マスタ装置が、各前記ネットワークと、従系に設定された前記マスタ装置とに所定フォーマットの通信フレームを送信し、各前記ネットワークにそれぞれ接続された各前記スレーブ装置が、前記通信フレーム内の自己に割り当てられた領域に情報を読み書きし、主系に設定された前記マスタ装置が、対応する前記スレーブ装置が前記通信フレームに書き込んだ情報に基づいて必要な演算処理を実行し、当該演算処理により得られた情報を対応箇所に格納した前記通信フレームを生成し、生成した前記通信フレームを各前記ネットワークと、他系に設定された前記マスタ装置とに送信し、前記主従切替え器が、主系に設定された前記マスタ装置に障害が発生した場合に、前記マスタ装置の主系及び従系を切り替えるようにした。   In order to solve such problems, in the present invention, in a communication system to which a master-slave communication protocol is applied, a plurality of master devices are connected to each of the master devices, and one or a plurality of slave devices are connected. A plurality of networks having a ring-type network topology, and any one of the master devices is set as a master system, the other master device is set as a slave system, and a master-slave of the master device is set as necessary. A master / slave switcher for switching is provided, and the master device set as a master sends a communication frame of a predetermined format to each of the networks and the master device set as a slave, and is connected to each of the networks. Each of the slave devices read / write information in the area allocated to itself in the communication frame The master device set as the main system performs the necessary arithmetic processing based on the information written in the communication frame by the corresponding slave device, and stores the information obtained by the arithmetic processing in the corresponding location. The communication frame is generated, and the generated communication frame is transmitted to each network and the master device set to another system, and the master-slave switcher has a failure in the master device set to the main system. When this occurs, the master system and the slave system of the master device are switched.

また本発明においては、マスタ−スレーブ方式の通信プロトコルが適用された通信システムにおける通信制御方法であって、前記通信システムは、複数のマスタ装置と、各前記マスタ装置とそれぞれ接続され、1又は複数のスレーブ装置が接続されたリング型のネットワークトポロジを有する複数のネットワークと、いずれか1つの前記マスタ装置を主系に設定し、他の前記マスタ装置を従系に設定すると共に、必要に応じて前記マスタ装置の主従を切り替える主従切替え器とを有し、主系に設定された前記マスタ装置は、各前記ネットワークと、従系に設定された前記マスタ装置とに所定フォーマットの通信フレームを送信し、各前記ネットワークにそれぞれ接続された各前記スレーブ装置は、前記通信フレーム内の自己に割り当てられた領域に情報を読み書きし、主系に設定された前記マスタ装置は、対応する前記スレーブ装置が前記通信フレームに書き込んだ情報に基づいて必要な演算処理を実行し、当該演算処理により得られた情報を対応箇所に格納した前記通信フレームを生成し、生成した前記通信フレームを各前記ネットワークと、他系に設定された前記マスタ装置とに送信し、前記主従切替え器が、主系に設定された前記マスタ装置に障害が発生した場合に、前記マスタ装置の主系及び従系を切り替える第1のステップと、新たに主系に設定された前記マスタ装置が、対応する前記スレーブ装置が前記通信フレームに書き込んだ情報に基づいて必要な演算処理を実行し、当該演算処理により得られた情報を対応箇所に格納した前記通信フレームを生成し、生成した前記通信フレームを各前記ネットワークと、他系に設定された前記マスタ装置とに送信する第2のステップとを設けるようにした。   According to the present invention, there is also provided a communication control method in a communication system to which a master-slave communication protocol is applied, wherein the communication system is connected to a plurality of master devices and each of the master devices. A plurality of networks having a ring-type network topology to which the slave devices are connected, and any one of the master devices is set as a master system, the other master devices are set as slave systems, and if necessary A master-slave switching unit that switches the master-slave of the master device, and the master device set as a master sends a communication frame of a predetermined format to each of the networks and the master device set as a slave Each slave device connected to each network is assigned to itself in the communication frame. The master device that reads / writes information in the area and is set as the main system executes necessary arithmetic processing based on the information written in the communication frame by the corresponding slave device, and information obtained by the arithmetic processing The communication frame stored in the corresponding location is generated, and the generated communication frame is transmitted to each network and the master device set to another system, and the master-slave switching unit is set to the main system. When a failure occurs in the master device, a first step of switching between the master system and the slave system of the master device, and the master device newly set as the master system, the corresponding slave device sends the communication frame Before executing the necessary calculation processing based on the information written in the information, generating the communication frame storing the information obtained by the calculation processing in the corresponding location, and And a communication frame to be provided and each of said network, and a second step of transmitting to said master unit is set to the other system.

かかる本発明の通信システム及び通信制御方法によれば、マスタ装置に障害が発生した場合や、ネットワークに障害が発生した場合においても、通信システム全体として問題なく処理を継続することができる。   According to the communication system and the communication control method of the present invention, even when a failure occurs in the master device or a failure occurs in the network, the entire communication system can continue processing without any problem.

本発明によれば、信頼性の高いネットワークシステムを構築し得る通信システム及び通信制御方法を実現できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the communication system and communication control method which can construct | assemble a highly reliable network system are realizable.

本実施の形態によるリモートI/Oシステムの全体構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the whole structure of the remote I / O system by this Embodiment. (A)−(E)は、イーサキャット(登録商標)プロトコルにおける定周期フレームのフレームフォーマットを示す概念図である。(A)-(E) is a conceptual diagram which shows the frame format of the fixed period frame in an Ethercat (trademark) protocol. I/Oスレーブの概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of an I / O slave. CPU障害時リンクダウン処理の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of a link down process at the time of CPU failure. I/OスレーブにCPUウォッチドッグタイマ異常が発生した場合にリモートI/Oシステムにおいて実行される一連の処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of a series of processes performed in a remote I / O system when CPU watchdog timer abnormality generate | occur | produces in an I / O slave.

以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(1)本実施の形態によるリモートI/Oシステムの構成
図1は、ガスタービン発電プラント用のリモートI/Oシステム1の概略構成を示す。このリモートI/Oシステム1は、通信プロトコルとしてイーサキャット(登録商標)プロトコルが適用された通信システムであり、制御室内に設置された冗長化された2つの制御装置(以下、これらを第1及び第2の制御装置と呼ぶ)2A,2Bを備えて構成される。
(1) Configuration of Remote I / O System According to this Embodiment FIG. 1 shows a schematic configuration of a remote I / O system 1 for a gas turbine power plant. The remote I / O system 1 is a communication system to which an Ethercat (registered trademark) protocol is applied as a communication protocol, and includes two redundant control devices (hereinafter referred to as first and second control devices) installed in a control room. (Referred to as a second control device) 2A, 2B.

第1及び第2の制御装置2A,2Bは、ガスタービン発電プラント全体を制御する制御装置であり、それぞれメインCPU(Central Processing Unit)10A,10Bと、第1のマスタCPU11A,11Bと、第2のマスタCPU12A,12Bとを備える。   1st and 2nd control apparatus 2A, 2B is a control apparatus which controls the whole gas turbine power generation plant, respectively, main CPU (Central Processing Unit) 10A, 10B, 1st master CPU11A, 11B, 2nd Master CPUs 12A and 12B.

メインCPU10A,10Bは、第1又は第2の制御装置2A,2B全体の動作制御を司るプロセッサであり、内部バス13A,13Bを介して接続された第1のマスタCPU11A,11B及び第2のマスタCPU12A,12Bにより収集されたリモートサイトの各種センサのセンサ出力と、図示しないメモリに格納された各種プログラムとに基づいて、リモートサイトに設置されたガスタービン(図示せず)を制御するための各種制御処理を実行する。   The main CPUs 10A and 10B are processors that control the operation of the entire first or second control device 2A or 2B, and the first master CPUs 11A and 11B and the second master connected via the internal buses 13A and 13B. Various types for controlling a gas turbine (not shown) installed at a remote site based on sensor outputs of various types of sensors at the remote site collected by the CPUs 12A and 12B and various programs stored in a memory (not shown). Execute control processing.

第1のマスタCPU11A,11B及び第2のマスタCPU12A,12Bは、接続されたA系又はB系のネットワーク3A,3Bにおいてマスタとして機能するプロセッサである。第1のマスタCPU11A,11Bには、リング型のネットワークトポロジを有するA系のネットワーク3Aが接続され、第2のマスタCPU12A,12Bには、リング型のネットワークトポロジを有するB系のネットワーク3Bが接続される。   The first master CPUs 11A and 11B and the second master CPUs 12A and 12B are processors that function as masters in the connected A-system or B-system networks 3A and 3B. The first master CPUs 11A and 11B are connected to an A-system network 3A having a ring-type network topology, and the second master CPUs 12A and 12B are connected to a B-system network 3B having a ring-type network topology. Is done.

A系のネットワーク3Aは、それぞれ制御室内に配置された第1及び第2のスイッチングハブ20A,21A並びに第1及び第4のメディアコンバータ22A,25Aと、リモートサイトに配置された第2及び第3のメディアコンバータ23A,24A並びにAI(Analog Input)スレーブ26A、AO(Analog Output)スレーブ27A、DI(Digital Input)スレーブ28A及びDO(Digital Output)スレーブ29Aとを備えて構成される。   The A-system network 3A includes first and second switching hubs 20A and 21A and first and fourth media converters 22A and 25A respectively disposed in a control room, and second and third switching nodes disposed at a remote site. Media converters 23A and 24A, an AI (Analog Input) slave 26A, an AO (Analog Output) slave 27A, a DI (Digital Input) slave 28A, and a DO (Digital Output) slave 29A.

そして第1のスイッチングハブ20A及び第1の制御装置2Aの第1のマスタCPU11A間と、第1のスイッチングハブ20A及び第2の制御装置2Bの第1のマスタCPU11B間と、第2のスイッチングハブ21A及び第1の制御装置2Aの第1のマスタCPU11A間と、第2のスイッチングハブ21A及び第2の制御装置2Bの第1のマスタCPU11B間とは、それぞれ100BASE-TXケーブル等のイーサネット(登録商標)カテゴリ5以上のケーブルを介して接続されている。   And between the first master CPU 11A of the first switching hub 20A and the first controller 2A, between the first master CPU 11B of the first switching hub 20A and the second controller 2B, and the second switching hub. Between the first master CPU 11A of 21A and the first control device 2A, and between the first master CPU 11B of the second switching hub 21A and the second control device 2B, Ethernet such as a 100BASE-TX cable (registration) Trademarks) are connected via category 5 or higher cables.

同様に、第1のスイッチングハブ20A及び第1のメディアコンバータ22A間と、第2のメディアコンバータ23A及びAIスレーブ26A間と、AIスレーブ26A及びAOスレーブ27A間と、AOスレーブ27A及びDIスレーブ28A間と、DIスレーブ28A及びDOスレーブ29A間と、DOスレーブ29A及び第3のメディアコンバータ24A間と、第4のメディアコンバータ25A及び第2のスイッチングハブ21A間も、イーサネット(登録商標)カテゴリ5以上のケーブルを介して接続されている。   Similarly, between the first switching hub 20A and the first media converter 22A, between the second media converter 23A and the AI slave 26A, between the AI slave 26A and the AO slave 27A, and between the AO slave 27A and the DI slave 28A. Also, between the DI slave 28A and the DO slave 29A, between the DO slave 29A and the third media converter 24A, and between the fourth media converter 25A and the second switching hub 21A, Ethernet (registered trademark) category 5 or more Connected via cable.

これに対して第1のメディアコンバータ22A及び第2のメディアコンバータ23A間と、第3のメディアコンバータ24A及び第4のメディアコンバータ25A間とは、それぞれ100BASE-FXケーブル等の光ケーブル32を介して接続されており、これによりリモートサイトが制御室から離反した場所に存在する場合においても、制御室及びリモートサイト間における通信時の信号の減衰を低く抑え得るようになされている。   On the other hand, the first media converter 22A and the second media converter 23A and the third media converter 24A and the fourth media converter 25A are connected via an optical cable 32 such as a 100BASE-FX cable, respectively. As a result, even when the remote site is located away from the control room, signal attenuation during communication between the control room and the remote site can be kept low.

B系のネットワーク3Bも、A系のネットワーク3Aと同様に、それぞれ制御室内に配置された第1及び第2のスイッチングハブ20B,21B並びに第1及び第4のメディアコンバータ22B,25Bと、リモートサイトに配置された第2及び第3のメディアコンバータ23B,24B並びにAIスレーブ26B、AOスレーブ27B、DIスレーブ28B及びDOスレーブ29Bとを備えて構成される。   Similarly to the A-system network 3A, the B-system network 3B includes the first and second switching hubs 20B and 21B and the first and fourth media converters 22B and 25B disposed in the control room, respectively, And the second and third media converters 23B and 24B, the AI slave 26B, the AO slave 27B, the DI slave 28B, and the DO slave 29B.

そして第1のスイッチングハブ20B及び第1の制御装置2Aの第2のマスタCPU12A間と、第1のスイッチングハブ20B及び第2の制御装置2Bの第2のマスタCPU12B間と、第2のスイッチングハブ21B及び第1の制御装置2Aの第2のマスタCPU12A間と、第2のスイッチングハブ21B及び第2の制御装置2Bの第2のマスタCPU12B間とが、それぞれイーサネット(登録商標)カテゴリ5以上のケーブルを介して接続され、他のスレーブ間がA系のネットワーク3Aと同様に相互に接続されている。   Then, between the first switching hub 20B and the second master CPU 12A of the first control device 2A, between the first switching hub 20B and the second master CPU 12B of the second control device 2B, and the second switching hub. 21B and the second master CPU 12A of the first control device 2A, and between the second switching hub 21B and the second master CPU 12B of the second control device 2B are Ethernet category 5 or higher, respectively. The other slaves are connected to each other in the same way as the A-system network 3A.

第1のスイッチングハブ20A,20B及び第2のスイッチングハブ21A,21Bは、イーサキャット(登録商標)スレーブコントローラが搭載されたスイッチ装置である。また第1〜第4のメディアコンバータ22A〜25A,22B〜25Bは、いずれもイーサキャット(登録商標)スレーブコントローラが搭載された光伝送装置である。   The first switching hubs 20A and 20B and the second switching hubs 21A and 21B are switch devices on which an Ethercat (registered trademark) slave controller is mounted. Each of the first to fourth media converters 22A to 25A and 22B to 25B is an optical transmission device on which an Ethercat (registered trademark) slave controller is mounted.

AIスレーブ26A,26B、AOスレーブ27A,27B、DIスレーブ28A,28B及びDOスレーブ29A,29Bは、それぞれイーサキャット(登録商標)スレーブコントローラが搭載されたI/Oスレーブである。なお、以下においては、適宜、AIスレーブ26A、AOスレーブ27A、DIスレーブ28A及びDOスレーブ29AをまとめてI/Oスレーブ30Aと呼び、AIスレーブ26B、AOスレーブ27B、DIスレーブ28B及びDOスレーブ29BをまとめてI/Oスレーブ30Bと呼ぶ。   The AI slaves 26A and 26B, the AO slaves 27A and 27B, the DI slaves 28A and 28B, and the DO slaves 29A and 29B are I / O slaves each equipped with an Ethercat (registered trademark) slave controller. In the following description, the AI slave 26A, the AO slave 27A, the DI slave 28A, and the DO slave 29A are collectively referred to as an I / O slave 30A. These are collectively referred to as I / O slave 30B.

AIスレーブ26A,26Bは、リモートサイト側に配設された各アナログセンサにそれぞれ対応させてA系及びB系のネットワーク3A,3B上にそれぞれ1又は複数設けられる。AIスレーブ26A,26Bは、アナログ/ディジタル変換器(図示せず)を備えて構成され、対応する信号分配器31を介して与えられる対応するアナログセンサのセンサ出力をディジタル変換し、かくして得られたディジタル化されたセンサ出力(以下、これをセンサ情報と呼ぶ)を、後述のように第1又は第2の制御装置2A,2Bの第1又は第2のマスタCPU11A,11B,12A,12Bから送信される定周期フレーム内の自己に割り当てられた領域に格納する機能を有する。なお、ここで言う「定周期フレーム内の自己に割り当てられた領域」とは、図2(C)について後述する自スレーブ用のイーサキャット(登録商標)データグラム(EtherCAT Datagram)を指す。以下においても同様である。   One or a plurality of AI slaves 26A and 26B are provided on the A-system and B-system networks 3A and 3B, respectively, corresponding to the analog sensors arranged on the remote site side. The AI slaves 26A and 26B are configured to include an analog / digital converter (not shown), and digitally convert the sensor output of the corresponding analog sensor provided via the corresponding signal distributor 31, and thus obtained. The digitized sensor output (hereinafter referred to as sensor information) is transmitted from the first or second master CPU 11A, 11B, 12A, 12B of the first or second control device 2A, 2B as described later. Has a function of storing in an area allocated to itself in a fixed-period frame. Note that the “area allocated to itself in a fixed-cycle frame” here refers to an EtherCAT Datagram (EtherCAT Datagram) for the slave that will be described later with reference to FIG. The same applies to the following.

またAOスレーブ27A,27Bは、リモートサイト側に配設されたアクチュエータ等の制御対象のアナログ機器にそれぞれ対応させてA系及びB系のネットワーク3A,3B上にそれぞれ1又は複数設けられる。AOスレーブ27A,27Bは、ディジタル/アナログ変換器を備えて構成され、後述のように定周期フレーム内の自己に割り当てられた領域に格納されている制御情報を読み出してアナログ変換し、かくして得られたアナログ制御情報を対応する信号分配器31に送出する機能を有する。この場合、信号分配器31は、A系及びB系のネットワーク3A,3Bの対応するAOスレーブ27A,27Bからそれぞれ与えられるアナログ制御情報の平均値を算出して、算出結果を対応する制御対象のアナログ機器に送信する。ただし、信号分配器31がA系及びB系のネットワーク3A,3Bの対応するAOスレーブ27A,27Bからそれぞれ与えられるアナログ制御情報のうちの値が大きい方又は小さい方や、予め定められた一方のネットワーク3A,3BのAOスレーブ27A,27Bから与えられるアナログ制御情報のみを対応する制御対象のアナログ機器に送信するようにしても良い。   One or a plurality of AO slaves 27A and 27B are provided on the A-system and B-system networks 3A and 3B respectively corresponding to the analog devices to be controlled such as actuators disposed on the remote site side. The AO slaves 27A and 27B are configured to include a digital / analog converter, and read out the control information stored in the area allocated to itself in the fixed-cycle frame as will be described later, and convert it into an analog signal. The analog control information is transmitted to the corresponding signal distributor 31. In this case, the signal distributor 31 calculates the average value of the analog control information given from the corresponding AO slaves 27A and 27B of the A-system and B-system networks 3A and 3B, and calculates the calculated result of the corresponding control target. Send to analog device. However, the signal distributor 31 has a larger or smaller value of the analog control information given from the corresponding AO slaves 27A and 27B of the A-system and B-system networks 3A and 3B, or a predetermined one. Only analog control information given from the AO slaves 27A and 27B of the networks 3A and 3B may be transmitted to the corresponding analog device to be controlled.

DIスレーブ28A,28Bは、リモートサイト側に配設された各ディジタルセンサにそれぞれ対応させてA系及びB系のネットワーク3A,3B上にそれぞれ1又は複数設けられる。DIスレーブ28A,28Bは、対応する信号分配器31を介して与えられる対応するディジタルセンサのセンサ出力(センサ情報)を定周期フレーム内の自己に割り当てられた領域に格納する機能を有する。   One or a plurality of DI slaves 28A and 28B are provided on the A-system and B-system networks 3A and 3B in correspondence with the respective digital sensors arranged on the remote site side. The DI slaves 28A and 28B have a function of storing the sensor output (sensor information) of the corresponding digital sensor given through the corresponding signal distributor 31 in the area allocated to itself in the fixed period frame.

DOスレーブ29A,29Bは、リモートサイト側に配設された制御対象のディジタル機器にそれぞれ対応させてA系及びB系のネットワーク3A,3B上にそれぞれ1又は複数設けられる。DOスレーブ29A,29Bは、後述のように定周期フレーム内の自己に割り当てられた領域に格納されている制御情報を読み出して対応する信号分配器31に送出する機能を有する。この場合、信号分配器31は、A系及びB系のネットワーク3A,3Bの対応するDOスレーブ29A,29Bからそれぞれ与えられる制御情報の平均値を算出して、算出結果を対応する制御対象のディジタル機器に送信する。ただし、信号分配器31がA系及びB系のネットワーク3A,3Bの対応するDOスレーブ29A,29Bからそれぞれ与えられる制御情報のうちの値が大きい方又は小さい方や、予め定められた一方のネットワーク3A,3BのDOスレーブ29A,29Bから与えられる制御情報のみを対応する制御対象のディジタル機器に送信するようにしても良い。   One or a plurality of DO slaves 29A and 29B are provided on the A-system and B-system networks 3A and 3B respectively corresponding to the digital devices to be controlled provided on the remote site side. The DO slaves 29 </ b> A and 29 </ b> B have a function of reading out control information stored in an area assigned to itself in a fixed-cycle frame and sending it to the corresponding signal distributor 31 as described later. In this case, the signal distributor 31 calculates the average value of the control information given from the corresponding DO slaves 29A and 29B of the A-system and B-system networks 3A and 3B, and the calculated result is the corresponding digital object to be controlled. Send to device. However, the signal distributor 31 has a larger or smaller value of control information given from the corresponding DO slaves 29A and 29B of the A-system and B-system networks 3A and 3B, or one of the predetermined networks. Only the control information given from the 3A and 3B DO slaves 29A and 29B may be transmitted to the corresponding digital device to be controlled.

かかる構成を有するリモートI/Oシステム1において、A系のネットワーク3Aにおける第1の制御装置2Aの第1のマスタCPU11Aと、第2の制御装置2Bの第1のマスタCPU11Bとの間の主従関係や、B系のネットワーク3Bにおける第1の制御装置2Aの第2のマスタCPU12Aと、第2の制御装置2Bの第2のマスタCPU12Bとの間の主従関係は、主従切替え器4により制御される。主従切替え器4は、通常時、第1の制御装置2Aの第1及び第2のマスタCPU11A,12Aをそれぞれ主系に設定し、第2の制御装置2Bの第1及び第2のマスタCPU11B,12Bをそれぞれ従系に設定する。   In the remote I / O system 1 having such a configuration, a master-slave relationship between the first master CPU 11A of the first control device 2A and the first master CPU 11B of the second control device 2B in the A-system network 3A. The master-slave relationship between the second master CPU 12A of the first control device 2A and the second master CPU 12B of the second control device 2B in the B-system network 3B is controlled by the master-slave switching unit 4. . The master-slave switching unit 4 normally sets the first and second master CPUs 11A, 12A of the first control device 2A as the main system, and the first and second master CPUs 11B, 2B of the second control device 2B. 12B is set as a slave.

主系に設定された第1の制御装置2Aの第1のマスタCPU11Aは、通常時、A系のネットワーク3A上に存在するすべてのI/Oスレーブ30Aを通信対象とする、イーサキャット(登録商標)規格で規定された定周期フレームを一定周期(例えば1〔ms〕周期)でA系のネットワーク3Aの第1のスイッチングハブ20Aに送信する。また第1のスイッチングハブ20Aは、第1の制御装置2Aから送信される定周期フレームを第2の制御装置2Bの第1のマスタCPU11B及びA系のネットワーク3Aの第1のメディアコンバータ22Aに転送する。   The first master CPU 11A of the first control device 2A set as the main system normally communicates with all I / O slaves 30A existing on the A-system network 3A. ) A fixed-cycle frame defined by the standard is transmitted to the first switching hub 20A of the A-system network 3A at a fixed cycle (for example, 1 [ms] cycle). Further, the first switching hub 20A transfers the periodic frame transmitted from the first control device 2A to the first master CPU 11B of the second control device 2B and the first media converter 22A of the A-system network 3A. To do.

第1のメディアコンバータ22Aは、第1のスイッチングハブ20Aから転送される定周期フレームを光信号に変換し、この光信号を光ケーブル32を介して第2のメディアコンバータ23Aに送信する。また第2のメディアコンバータ23Aは、第1のメディアコンバータ22Aから送信される光信号を電気信号に変換し、かくして得られた定周期フレームをAIスレーブ26Aに転送する。   The first media converter 22A converts the fixed-cycle frame transferred from the first switching hub 20A into an optical signal, and transmits the optical signal to the second media converter 23A via the optical cable 32. The second media converter 23A converts the optical signal transmitted from the first media converter 22A into an electrical signal, and transfers the fixed-period frame thus obtained to the AI slave 26A.

AIスレーブ26Aは、定周期フレームを受信すると、その定周期フレーム内の自己に割り当てられた領域に、前回の定周期フレームを転送し終えてから今回の定周期フレームを受信するまでの間に取得したセンサ情報を格納する。そしてAIスレーブ26Aは、かかるセンサ情報を格納した定周期フレームを次段のスレーブ(図1ではAOスレーブ27A)に転送する。   When the AI slave 26A receives the fixed-cycle frame, the AI slave 26A acquires it after the previous fixed-cycle frame is transferred to the area allocated to itself in the fixed-cycle frame until the current fixed-cycle frame is received. Stored sensor information. Then, the AI slave 26A transfers the fixed-cycle frame storing the sensor information to the next-stage slave (AO slave 27A in FIG. 1).

またAOスレーブ27Aは、定周期フレームを受信すると、その定周期フレーム内の自己に割り当てられた領域に格納されている制御情報を読み出し、読み出した制御情報をアナログ変換して対応する信号分配器31に送出すると共に、その定周期フレームを次段のスレーブ(図1ではDIスレーブ28A)に転送する。   Further, when the AO slave 27A receives the fixed-cycle frame, the AO slave 27A reads the control information stored in the area allocated to itself within the fixed-cycle frame, converts the read control information into an analog signal, and corresponding signal distributor 31. And the periodic frame is transferred to the slave at the next stage (DI slave 28A in FIG. 1).

DIスレーブ28Aは、定周期フレームを受信すると、その定周期フレーム内の自己に割り当てられた領域に、前回の定周期フレームを転送し終えてから今回の定周期フレームを受信するまでの間に取得したセンサ情報を格納する。そしてDIスレーブ28Aは、かかるセンサ情報を格納した定周期フレームを次段のスレーブ(図1ではDOスレーブ29A)に転送する。   When the DI slave 28A receives the fixed-cycle frame, the DI slave 28A acquires the period from the last transfer of the fixed-cycle frame to the area allocated to itself in the fixed-cycle frame until the reception of the current fixed-cycle frame. Stored sensor information. Then, the DI slave 28A transfers the fixed-cycle frame storing the sensor information to the next-stage slave (DO slave 29A in FIG. 1).

またDOスレーブ29Aは、定周期フレームを受信すると、受信した定周期フレーム内の自己に割り当てられた領域に格納されている制御情報を読み出し、読み出した制御情報を対応する信号分配器31に送出すると共に、その定周期フレームを次段のスレーブ(図1では第3のメディアコンバータ24A)に転送する。   Also, when the DO slave 29A receives the fixed cycle frame, the DO slave 29A reads the control information stored in the area allocated to itself in the received fixed cycle frame, and sends the read control information to the corresponding signal distributor 31. At the same time, the fixed-cycle frame is transferred to the slave at the next stage (the third media converter 24A in FIG. 1).

第3のメディアコンバータ24Aは、受信した定周期フレームを光信号に変換し、この光信号を光ケーブル32を介して制御室内の第4のメディアコンバータ25Aに送信する。また第4のメディアコンバータ25Aは、第3のメディアコンバータ24Aから送信される光信号を電気信号に変換し、かくして得られた定周期フレームを第2のスイッチングハブ21Aに転送する。   The third media converter 24A converts the received periodic frame into an optical signal, and transmits the optical signal to the fourth media converter 25A in the control room via the optical cable 32. The fourth media converter 25A converts the optical signal transmitted from the third media converter 24A into an electrical signal, and transfers the fixed-period frame thus obtained to the second switching hub 21A.

第2のスイッチングハブ21Aは、第4のメディアコンバータ25Aから転送される定周期フレームを、第1の制御装置2Aの第1のマスタCPU11A及び第2の制御装置2Bの第1のマスタCPU11Bに送出する。そして定周期フレームを受信した第1の制御装置2Aの第1のマスタCPU11Aは、AIスレーブ26AやDIスレーブ28Aがその定周期フレームに格納したセンサ情報を読み出し、読み出したセンサ情報をメインCPU10Aに引き渡す。   The second switching hub 21A sends the fixed-cycle frame transferred from the fourth media converter 25A to the first master CPU 11A of the first control device 2A and the first master CPU 11B of the second control device 2B. To do. Then, the first master CPU 11A of the first control device 2A that has received the fixed-cycle frame reads the sensor information stored in the fixed-cycle frame by the AI slave 26A and the DI slave 28A, and delivers the read sensor information to the main CPU 10A. .

一方、このとき第1の制御装置2Aの第2のマスタCPU12Aも、第1のマスタCPU11Aと同様に、B系のネットワーク3B上に存在するすべてのI/Oスレーブ30Bを通信対象とする、イーサキャット(登録商標)規格で規定された定周期フレームを定期的に(第1のマスタCPU11AがA系のネットワーク3Aに定周期フレームを送信する周期と同じ周期で)B系のネットワーク3Bの第1のスイッチングハブ20Bに送信する。またB系のネットワーク3Bの第1のスイッチングハブ20Bは、かかる定周期フレームを第2の制御装置2Bの第2のマスタCPU12B及びB系のネットワーク3Bの第1のメディアコンバータ22Bに転送する。   On the other hand, at this time, the second master CPU 12A of the first control device 2A also communicates with all the I / O slaves 30B existing on the B-system network 3B, like the first master CPU 11A. The periodic frame defined in the Cat (registered trademark) standard is periodically transmitted (with the same period as the period in which the first master CPU 11A transmits the periodic frame to the A-system network 3A). To the switching hub 20B. Further, the first switching hub 20B of the B-system network 3B transfers such a periodic frame to the second master CPU 12B of the second control device 2B and the first media converter 22B of the B-system network 3B.

この結果、この定周期フレームが上述したA系のネットワーク3Aと同様にB系のネットワーク3B上で順次転送されてB系の第2のスイッチングハブ21Bを介して第1の制御装置2Aの第2のマスタCPU12Aに戻る。かくして、この定周期フレームを受信した第1の制御装置2Aの第2のマスタCPU12Aは、B系のネットワーク3B上のAIスレーブ26BやDIスレーブ28Bがその定周期フレームに格納したセンサ情報を読み出し、読み出したセンサ情報をメインCPU10Aに引き渡す。   As a result, the periodic frames are sequentially transferred on the B-system network 3B in the same manner as the A-system network 3A described above, and the second frame of the first control device 2A is transmitted via the B-system second switching hub 21B. The master CPU 12A is returned to. Thus, the second master CPU 12A of the first control device 2A that has received this fixed-cycle frame reads the sensor information stored in the fixed-cycle frame by the AI slave 26B and the DI slave 28B on the B-system network 3B, The read sensor information is delivered to the main CPU 10A.

メインCPU10Aは、第1のマスタCPU11Aから与えられたセンサ情報と、第2のマスタCPU11Aから与えられたセンサ情報とに基づいてリモートサイトの各制御対象をそれぞれ所定状態に制御するためのコマンドやパラメータなどの制御情報を生成する。この際、メインCPU10Aは、ネットワーク障害等により第1及び第2のマスタCPU11Aの一方からしか取得できなかったセンサ情報が存在する場合には、そのセンサ情報のみを利用して制御情報を生成する。そしてメインCPU10Aは、生成した制御情報を第1及び第2のマスタCPU11A,12Aに引き渡す。かくして第1及び第2のマスタCPU11A,12Aは、それぞれこれらの制御情報を対応する領域にそれぞれ格納した定周期フレームを生成し、生成した定周期フレームを次の送信タイミングでA系又はB系のネットワーク3A,3Bの第1のスイッチングハブ20A,20Bに送信する。   The main CPU 10A has commands and parameters for controlling each control target at the remote site to a predetermined state based on the sensor information given from the first master CPU 11A and the sensor information given from the second master CPU 11A. Control information is generated. At this time, when there is sensor information that can be acquired only from one of the first and second master CPUs 11A due to a network failure or the like, the main CPU 10A generates control information using only the sensor information. Then, the main CPU 10A delivers the generated control information to the first and second master CPUs 11A and 12A. Thus, each of the first and second master CPUs 11A and 12A generates a fixed-cycle frame in which each of these control information is stored in a corresponding area, and the generated fixed-cycle frame is transmitted to the A system or the B system at the next transmission timing. The data is transmitted to the first switching hubs 20A and 20B of the networks 3A and 3B.

このようにして第1又は第2の制御装置2A,2Bは、リモートサイトに配置された各アナログセンサ又は各ディジタルセンサのセンサ出力に基づいて、リモートサイトの各制御対象を所定状態にそれぞれ制御する。   In this way, the first or second control device 2A, 2B controls each control target at the remote site to a predetermined state based on the sensor output of each analog sensor or each digital sensor arranged at the remote site. .

他方、このとき従系に設定された第2の制御装置2Bでは、A系のネットワーク3Aの第2のスイッチングハブ21Aから第1のマスタCPU11Bに送信される定周期フレームと、B系のネットワーク3Bの第2のスイッチングハブ21Bから第2のマスタCPU12Bに送信される定周期フレームとに基づいて上述の第1の制御装置2Aと同様の処理が実行される。   On the other hand, in the second control device 2B set as the slave at this time, the periodic frame transmitted from the second switching hub 21A of the A-system network 3A to the first master CPU 11B, and the B-system network 3B Based on the fixed-cycle frame transmitted from the second switching hub 21B to the second master CPU 12B, processing similar to that of the first control device 2A described above is executed.

ただし、第2の制御装置2Bの第1のマスタCPU11B及び第2のマスタCPU12Bは、かかる処理により生成した上述の制御情報が格納された定周期フレームを第1のスイッチングハブ20A,20Bに送信することなく破棄する。従って、本リモートI/Oシステム1では、通常時、主系に設定された第1の制御装置2Aの第1及び第2のマスタCPU11A,12Aからそれぞれ出力される定周期フレームのみがA系又はB系のネットワーク3A,3B上で伝送される。   However, the first master CPU 11B and the second master CPU 12B of the second control device 2B transmit to the first switching hubs 20A and 20B a fixed-cycle frame storing the above-described control information generated by such processing. Discard without. Accordingly, in this remote I / O system 1, only the periodic frames output from the first and second master CPUs 11A and 12A of the first control device 2A set as the main system are normally the A system or It is transmitted on the B-system networks 3A and 3B.

一方、主従切替え器4は、主系に設定されている第1の制御装置2Aの第1又は第2のマスタCPU11A,12Aに障害が発生した場合、その障害が発生した第1又は第2のマスタCPU11A,12Aが接続されているA系又はB系のネットワーク3A,3Bのマスタを第2の制御装置2Bの第1又は第2のマスタCPU11B,12Bとするよう第1及び第2の制御装置2A,2Bの主従の設定を切り替える。   On the other hand, when a failure occurs in the first or second master CPU 11A, 12A of the first control device 2A set as the main system, the master-slave switching device 4 is the first or second in which the failure has occurred. First and second control devices so that the masters of the A-system or B-system networks 3A and 3B to which the master CPUs 11A and 12A are connected are the first or second master CPUs 11B and 12B of the second control device 2B. Switches the master / slave setting of 2A and 2B.

そして主系に切り替えられた第2の制御装置2Bの第1又は第2のマスタCPU11B,12Bは、この後、上述のように生成した定周期フレームをA系又はB系の第1のスイッチングハブ20A,20Bに送信し、これに対して従系に切り替えられた第1の制御装置2Aの第1又は第2のマスタCPU11A,12Aは、この後、上述のように生成した定周期フレームを第1のスイッチングハブ20A,20Bに送信することなく破棄する。この結果、第1の制御装置2Aの第1又は第2のマスタCPU11A,12Aと、第2の制御装置2Bの対応する第1又は第2のマスタCPU11B,12Bとの主従関係が切り替えられた場合には、主系に切り替えられた第2の制御装置2Bの第1又は第2のマスタCPU11B,12Bから出力される定周期フレームが対応するA系又はB系のネットワーク3A,3B上で伝送されることになる。   Then, the first or second master CPU 11B, 12B of the second control device 2B switched to the main system thereafter uses the A or B system first switching hub to generate the fixed-cycle frame generated as described above. The first or second master CPU 11A, 12A of the first control device 2A, which has been transmitted to 20A, 20B and switched to the subordinate system, transmits the periodic frame generated as described above to the first Discard without transmitting to one switching hub 20A, 20B. As a result, when the master-slave relationship between the first or second master CPU 11A, 12A of the first control device 2A and the corresponding first or second master CPU 11B, 12B of the second control device 2B is switched. Are transmitted on the corresponding A-system or B-system networks 3A, 3B by the periodic frames output from the first or second master CPU 11B, 12B of the second control device 2B switched to the main system. Will be.

なお、第1又は第2の制御装置2A,2Bの第1のマスタCPU11A,11Bや第2のマスタCPU12A,12Bから出力される定周期フレームのフレームフォーマットを図2(A)〜(E)に示す。   2A to 2E show the frame formats of the fixed-cycle frames output from the first master CPUs 11A and 11B and the second master CPUs 12A and 12B of the first or second control devices 2A and 2B. Show.

図2(A)に示すように、定周期フレームは、14バイトのイーサネット(登録商標)ヘッダフィールド(Ethernet(登録商標) Header)と、最大1500バイトのイーサネット(登録商標)データフィールド(Ethernet(登録商標) Data)と、4バイトのFCS(Frame Check Sequence)フィールド(FCS)とから構成される。そしてイーサネット(登録商標)ヘッダフィールドには、その定周期フレームのあて先や送信元のアドレスが格納され、FCSフィールドには、CRC(Cyclic Redundancy Check)コード等の定周期フレームの誤り検査用の情報が格納される。   As shown in FIG. 2A, the periodic frame is composed of a 14-byte Ethernet (registered trademark) header field (Ethernet (registered trademark) Header) and a maximum 1500-byte Ethernet (registered trademark) data field (Ethernet (registered trademark)). (Trademark) Data) and a 4-byte FCS (Frame Check Sequence) field (FCS). The Ethernet (registered trademark) header field stores the destination of the fixed-cycle frame and the address of the transmission source, and the FCS field contains information for checking the error of the fixed-cycle frame such as a CRC (Cyclic Redundancy Check) code. Stored.

またイーサネット(登録商標)データフィールドは、図2(B)に示すように、11ビットのデータ長フィールド(Length)と、1ビットのリザーブフィールド(Reserve)と、4ビットのタイプフィールド(Ty)と、44〜1498バイトのイーサキャット(登録商標)データグラムフィールド(1…n EtherCAT Datagrams)とから構成される。そしてイーサキャット(登録商標)データグラムフィールドには、図2(C)に示すように、その定周期フレームの送信対象となる各スレーブにそれぞれ対応付けられた1又は複数のイーサキャット(登録商標)用のフレーム(以下、これをイーサキャット(登録商標)データグラムと呼ぶ)が格納され、データ長フィールドには、イーサキャット(登録商標)データグラムフィールドに格納されているすべてのイーサキャット(登録商標)データグラムの合計データ長が格納される。またリザーブフィールドには通常「0」に設定されたフラグが格納され、タイプフィールドには、イーサキャット(登録商標)データグラムフィールドに格納されたデータのタイプを表すコード(イーサキャット(登録商標)の場合は「0x1」)が格納される。   As shown in FIG. 2B, the Ethernet (registered trademark) data field includes an 11-bit data length field (Length), a 1-bit reserve field (Reserve), and a 4-bit type field (Ty). , 44 to 1498 bytes of Ethercat (registered trademark) datagram field (1... N EtherCAT Datagrams). In the Ethercat (registered trademark) datagram field, as shown in FIG. 2 (C), one or a plurality of Ethercat (registered trademark) respectively associated with each slave to be transmitted of the fixed-cycle frame. Frame (hereinafter referred to as an Ethercat (registered trademark) datagram) is stored, and the data length field stores all the Ethercat (registered trademark) stored in the Ethercat (registered trademark) datagram field. ) Stores the total data length of the datagram. In addition, a flag that is normally set to “0” is stored in the reserve field, and a code (Ethercat (registered trademark) code indicating the type of data stored in the Ethercat (registered trademark) datagram field is stored in the type field. In this case, “0x1”) is stored.

各イーサキャット(登録商標)データグラムフィールドは、図2(D)に示すように、10バイトのデータグラムヘッダフィールド(Datagram Header)と、最大1486バイトのデータフィールド(Data)と、2バイトのWKC(Working Counter)フィールドとから構成される。そして、データフィールドには、マスタ(第1又は第2の制御装置2A,2Bの第1のマスタCPU11A,11Bや第2のマスタCPU12A,12B)が対応するスレーブに送信するデータ(本実施の形態においては上述の制御情報)、又は、そのスレーブがマスタに送信すべきデータ(本実施の形態においては上述のセンサ情報)が格納される。またWKCフィールドには、イーサキャット(登録商標)データグラムによって正常に処理された処理数に応じたカウント値が格納される。   As shown in FIG. 2D, each Ethercat (registered trademark) datagram field includes a 10-byte datagram header field (Datagram Header), a maximum 1486-byte data field (Data), and a 2-byte WKC. (Working Counter) field. In the data field, data transmitted to the corresponding slave by the master (the first master CPU 11A, 11B or the second master CPU 12A, 12B of the first or second control device 2A, 2B) (this embodiment) The above-mentioned control information) or the data that the slave should transmit to the master (the above-described sensor information in the present embodiment) is stored. In the WKC field, a count value corresponding to the number of processes normally processed by the Ethercat (registered trademark) datagram is stored.

さらにデータグラムヘッダフィールドは、図2(E)に示すように、8ビットのコマンドフィールド(Cmd)と、8ビットのインデックスフィールド(Idx)と、32ビットのアドレスフィールド(Address)と、11ビットのデータタイプフィールド(Len)と、3ビットのリザーブフィールド(R)と、1ビットの循環有無ビットフィールド(C)と、1ビットの継続有無ビットフィールド(M)と、16ビットのイーサキャット(登録商標)割込みリクエストレジスタフィールド(IRQ)とから構成される。   Further, as shown in FIG. 2E, the datagram header field includes an 8-bit command field (Cmd), an 8-bit index field (Idx), a 32-bit address field (Address), and an 11-bit address field. Data type field (Len), 3-bit reserved field (R), 1-bit cyclic presence / absence bit field (C), 1-bit continuation presence / absence bit field (M), 16-bit Ethercat (registered trademark) ) It consists of an interrupt request register field (IRQ).

そしてコマンドフィールドには、マスタが対応するスレーブに発行したイーサキャット(登録商標)コマンドのコマンドタイプを表すコードが格納され、インデックスフィールドには、マスタからスレーブに送信すべきデータ又はスレーブからマスタに送信すべき情報が複数の定周期フレームに分割して格納される場合におけるそのデータの順番を表すインデックス番号が格納される。またアドレスフィールドには、対応するスレーブのアドレスが格納され、データタイプフィールドには、そのデータグラムヘッダに続くデータグラムのデータタイプが格納される。   The command field stores a code indicating the command type of the Ethercat (registered trademark) command issued by the master to the corresponding slave, and the index field stores data to be transmitted from the master to the slave or transmitted from the slave to the master. When the information to be stored is divided into a plurality of fixed-period frames and stored, an index number representing the order of the data is stored. The address field stores the address of the corresponding slave, and the data type field stores the data type of the datagram following the datagram header.

さらに循環有無ビットフィールドには、その定周期フレームが既に対応するスレーブを循環しているか否かを表すフラグが格納される。そして、このフラグは、その定周期フレームが対応するスレーブを循環していない場合には「0」に設定され、その定周期フレームが対応するスレーブを既に循環している場合には、当該スレーブにより「1」に更新される。   Further, a flag indicating whether or not the fixed-cycle frame is already circulating through the corresponding slave is stored in the cycle presence / absence bit field. This flag is set to “0” when the fixed-cycle frame does not circulate through the corresponding slave, and when the fixed-cycle frame is already circulated through the corresponding slave, It is updated to “1”.

また継続有無ビットフィールドには、そのデータグラムがその定周期フレームのイーサキャット(登録商標)データグラムフィールド(図2(B))に格納された最後のデータグラムであるか否かを表すフラグが格納される。このフラグは、そのイーサキャット(登録商標)データグラムがその定周期フレームのイーサキャット(登録商標)データグラムフィールドに格納された最後のイーサキャット(登録商標)データグラムである場合には「0」に設定され、最後のイーサキャット(登録商標)データグラムでない場合には「1」に設定される。さらにイーサキャット(登録商標)割込みリクエストレジスタフィールドは、割込みリクエストを格納するレジスタとして利用される。   In the continuation presence / absence bit field, a flag indicating whether or not the datagram is the last datagram stored in the Ethercat (registered trademark) datagram field (FIG. 2B) of the fixed-cycle frame. Stored. This flag is “0” if the Ethercat® datagram is the last Ethercat® datagram stored in the Ethercat® datagram field of the periodic frame. If it is not the last Ethercat® datagram, it is set to “1”. Further, the Ethercat (registered trademark) interrupt request register field is used as a register for storing an interrupt request.

(2)I/Oスレーブの構成
図3は、I/Oスレーブ30A,30Bの概略構成を示す。この図3からも明らかなように、各I/Oスレーブ30A,30Bは、バス40を介して相互に接続されたCPU41、I/O制御部42及びイーサキャット(登録商標)スレーブコントローラ43と、第1及び第2のPHY44A,44Bと、第1及び第2のポート45A,45Bと、運転LED(Light Emitting Diode)46及び故障LED47とを備えて構成される。
(2) Configuration of I / O Slave FIG. 3 shows a schematic configuration of the I / O slaves 30A and 30B. As is clear from FIG. 3, each I / O slave 30A, 30B includes a CPU 41, an I / O control unit 42, and an Ethercat (registered trademark) slave controller 43, which are connected to each other via a bus 40. The first and second PHYs 44A and 44B, the first and second ports 45A and 45B, an operation LED (Light Emitting Diode) 46, and a failure LED 47 are configured.

CPU41は、I/Oスレーブ30A,30B全体の動作制御を司るプロセッサである。CPU41は、そのI/Oスレーブ30A,30BがAIスレーブ26A,26B(図1)又はDIスレーブ28A,28B(図1)の場合には、後述のようにI/O制御部42から与えられるセンサ情報をイーサキャット(登録商標)スレーブコントローラ43内のメモリ43Aに格納し、そのI/Oスレーブ30A,30BがAOスレーブ27A,27B又はDOスレーブ29A,29Bの場合には、イーサキャット(登録商標)スレーブコントローラ43内のメモリ43Aに格納されている定周期フレームから抽出された制御情報を読み出してI/O制御部42に送信する。   The CPU 41 is a processor that controls operation of the entire I / O slaves 30A and 30B. When the I / O slaves 30A and 30B are AI slaves 26A and 26B (FIG. 1) or DI slaves 28A and 28B (FIG. 1), the CPU 41 provides a sensor provided from the I / O control unit 42 as described later. When the information is stored in the memory 43A in the Ethercat (registered trademark) slave controller 43 and the I / O slaves 30A, 30B are AO slaves 27A, 27B or DO slaves 29A, 29B, Ethercat (registered trademark) The control information extracted from the fixed cycle frame stored in the memory 43 </ b> A in the slave controller 43 is read and transmitted to the I / O control unit 42.

I/O制御部42は、FPGA(Field-Programmable Gate Array)から構成され、対応するセンサのセンサ出力の入力処理(ディジタル変換処理を含む)や、対応する制御対象への制御情報の出力処理(アナログ変換処理を含む)を制御する。   The I / O control unit 42 is configured by an FPGA (Field-Programmable Gate Array), input processing (including digital conversion processing) of sensor output of a corresponding sensor, and output processing of control information to a corresponding control target ( (Including analog conversion processing).

実際上、I/O制御部42は、例えば実装先のI/Oスレーブ30A,30BがAIスレーブ26A,26Bである場合には、そのI/Oスレーブ30A,30Bに搭載されたアナログ/ディジタル変換器を制御することにより、対応するアナログセンサから信号分配器31を介して与えられるセンサ出力をディジタル変換させ、かくして得られたセンサ情報をバス40を介してCPU41に与える。   Actually, when the I / O slaves 30A and 30B at the mounting destinations are the AI slaves 26A and 26B, for example, the I / O control unit 42 performs the analog / digital conversion mounted on the I / O slaves 30A and 30B. By controlling the device, the sensor output given from the corresponding analog sensor via the signal distributor 31 is digitally converted, and the sensor information thus obtained is given to the CPU 41 via the bus 40.

またI/O制御部42は、実装先のI/Oスレーブ30A,30BがAOスレーブ27A,27Bである場合には、そのI/Oスレーブ30A,30Bに搭載されたディジタル/アナログ変換器を制御することにより、CPU41からバス40を介して与えられる制御情報をアナログ変換させて、その制御情報を対応する信号分配器31に出力させる。   The I / O control unit 42 controls the digital / analog converters mounted on the I / O slaves 30A and 30B when the I / O slaves 30A and 30B as the mounting destinations are the AO slaves 27A and 27B. By doing so, the control information given from the CPU 41 via the bus 40 is converted to analog and the control information is output to the corresponding signal distributor 31.

さらにI/O制御部42は、実装先のI/Oスレーブ30A,30BがDIスレーブ28A,28Bである場合には、対応するディジタルセンサから信号分配器31を介して与えられるセンサ出力をバス40を介してCPU41に与え、実装先のI/Oスレーブ30A,30BがDOスレーブ29A,29Bである場合には、CPU41からバス40を介して与えられる制御情報を対応する信号分配器31に出力する。   Further, when the I / O slaves 30A and 30B to be mounted are the DI slaves 28A and 28B, the I / O control unit 42 receives the sensor output given from the corresponding digital sensor via the signal distributor 31 on the bus 40. When the mounting I / O slaves 30A and 30B are DO slaves 29A and 29B, the control information given from the CPU 41 via the bus 40 is output to the corresponding signal distributor 31. .

イーサキャット(登録商標)スレーブコントローラ43は、上述のようにイーサキャット(登録商標)規格に準拠したスレーブコントローラであり、受信した定周期フレームに対する情報の読み書きを行う。実際上、イーサキャット(登録商標)スレーブコントローラ43は、実装先のI/Oスレーブ30A,30BがAIスレーブ26A,26B又はDIスレーブ28A,28Bの場合、CPU41によりメモリ43Aに書き込まれたセンサ情報を、受信した定周期フレーム内のそのI/Oスレーブ30A,30Bに割り当てられた領域に書き込む。またイーサキャット(登録商標)スレーブコントローラ43は、実行されたI/Oスレーブ30A,30BがAOスレーブ27A,27B又はDOスレーブ29A,29Bの場合には、受信した定周期フレーム内のそのI/Oスレーブ30A,30Bに割り当てられた領域から制御情報を読み出し、読み出した情報をメモリ43Aに格納する。   The Ethercat (registered trademark) slave controller 43 is a slave controller compliant with the Ethercat (registered trademark) standard as described above, and reads and writes information with respect to the received periodic frame. In practice, when the I / O slaves 30A and 30B to be mounted are the AI slaves 26A and 26B or the DI slaves 28A and 28B, the Ethercat (registered trademark) slave controller 43 reads the sensor information written in the memory 43A by the CPU 41. Then, the data is written in the area allocated to the I / O slaves 30A and 30B in the received periodic frame. In addition, when the executed I / O slaves 30A and 30B are AO slaves 27A and 27B or DO slaves 29A and 29B, the Ethercat (registered trademark) slave controller 43 executes the I / O in the received periodic frame. Control information is read from the areas allocated to the slaves 30A and 30B, and the read information is stored in the memory 43A.

さらにイーサキャット(登録商標)スレーブコントローラ43には、ループバック機能も搭載されており、実装先のI/Oスレーブ30A,30Bと接続された他のスレーブとの間の通信が途絶えた場合、定周期フレームをそのスレーブには転送せずに送信元のスレーブに送り戻すループバック処理を実行する。   Further, the Ethercat (registered trademark) slave controller 43 also has a loopback function, which is fixed when communication with the other I / O slaves 30A and 30B to be mounted is interrupted. A loopback process is performed in which the periodic frame is not transferred to the slave but sent back to the slave of the transmission source.

第1のPHY44Aは受信装置であり、第1のポート45Aを介してネットワーク3A,3Bと接続される。また第2のPHY44Bは送信装置であり、第2のポート45Bを介してネットワーク3A,3Bと接続される。第1のPHY44Aは、接続されたネットワーク3A,3Bから第1のポート45Aを介して与えられる定周期フレームをイーサキャット(登録商標)スレーブコントローラ43に送信し、第2のPHY44Bは、イーサキャット(登録商標)スレーブコントローラ43から与えられた定周期フレームを第2のポート45Bを介してネットワーク3A,3Bに出力する。   The first PHY 44A is a receiving device, and is connected to the networks 3A and 3B via the first port 45A. The second PHY 44B is a transmission device and is connected to the networks 3A and 3B via the second port 45B. The first PHY 44A transmits a periodic frame provided from the connected networks 3A and 3B via the first port 45A to the Ethercat (registered trademark) slave controller 43, and the second PHY 44B transmits the Ethercat ( The fixed-cycle frame provided from the registered slave controller 43 is output to the networks 3A and 3B via the second port 45B.

(3)CPU障害時リンクダウン機能
ところで、図3について上述したI/Oスレーブ30A,30Bでは、CPU41に障害が発生して処理を停止した場合においてもイーサキャット(登録商標)スレーブコントローラ43は動作し続ける。このため例えば、そのI/Oスレーブ30A,30BがAIスレーブ26A,26B又はDIスレーブ28A,28Bである場合、CPU41が処理を停止すると、イーサキャット(登録商標)スレーブコントローラ43のメモリ43Aに格納されたデータが更新されないまま、イーサキャット(登録商標)スレーブコントローラ43が、メモリ43Aに格納されている古いセンサ情報を定周期フレーム内の自己に割り当てられた領域に格納して次段のスレーブに転送することとなる。
(3) Link Down Function at CPU Failure By the way, in the I / O slaves 30A and 30B described above with reference to FIG. 3, the Ethercat (registered trademark) slave controller 43 operates even when the CPU 41 fails and processing is stopped. Keep doing. Therefore, for example, when the I / O slaves 30A and 30B are AI slaves 26A and 26B or DI slaves 28A and 28B, when the CPU 41 stops processing, the I / O slaves 30A and 30B are stored in the memory 43A of the Ethercat (registered trademark) slave controller 43. The Ethercat (registered trademark) slave controller 43 stores the old sensor information stored in the memory 43A in the area allocated to itself in the fixed-cycle frame and transfers it to the next-stage slave without updating the updated data. Will be.

この場合において、そのとき主系に設定されている第1又は第2の制御装置2A,2Bは、対応するA系又はB系のネットワーク3A,3BをバススキャンすることによりCPU41に障害が発生したI/Oスレーブ30A,30Bを特定することができる。しかしながら、従系に設定されている第2又は第1の制御装置2B,2Aは、そのネットワーク3A,3Bのバススキャンを行うことができず、障害が発生したI/Oスレーブ30A,30Bを特定することができない。   In this case, the first or second control device 2A, 2B set as the main system at that time causes a failure in the CPU 41 by performing a bus scan on the corresponding A system or B system network 3A, 3B. The I / O slaves 30A and 30B can be specified. However, the second or first control device 2B, 2A set as the subordinate cannot perform the bus scan of the network 3A, 3B, and identifies the I / O slave 30A, 30B where the failure has occurred. Can not do it.

このため従系に設定されている第2又は第1の制御装置2B,2Aは、CPU41に障害が発生したI/Oスレーブ30A,30Bからのセンサ情報を正しい情報として制御情報を生成することとなる。よって、この直後に第1及び第2の制御装置2A,2Bの主従関係が切り替えられた場合、新たに主系に設定された第2又は第1の制御装置2B,2Aは、障害が発生したI/Oスレーブ30A,30Bから送信される古いセンサ情報に基づいて制御処理が行われることになる。   For this reason, the second or first control device 2B, 2A set as a subordinate system generates control information using the sensor information from the I / O slaves 30A, 30B in which the CPU 41 has failed as correct information, and Become. Therefore, when the master-slave relationship between the first and second control devices 2A, 2B is switched immediately after this, the second or first control device 2B, 2A newly set as the master system has failed. Control processing is performed based on old sensor information transmitted from the I / O slaves 30A and 30B.

以上のような事態の発生を回避すべく、本実施の形態によるリモートI/Oシステム1には、I/Oスレーブ30A,30BのCPU41に障害が発生した場合、そのI/Oスレーブ30A,30Bが自らリンクダウンして自己をネットワーク3A,3Bから切り離すCPU障害時リンクダウン機能が各I/Oスレーブ30A,30Bに搭載されている。   In order to avoid the occurrence of the above situation, in the remote I / O system 1 according to the present embodiment, when a failure occurs in the CPU 41 of the I / O slaves 30A and 30B, the I / O slaves 30A and 30B. The I / O slaves 30A and 30B have a link-down function in the event of a CPU failure that links itself down and disconnects itself from the networks 3A and 3B.

このようなCPU障害時リンクダウン機能を実現するための手段として、各I/Oスレーブ30A,30BのI/O制御部42には、一定周期でカウントアップするウォッチドッグタイマが実装されている。そしてCPU41は、バス40を介して定期的にI/O制御部42にリセット指令を送信することによってそのウォッチドッグタイマをリセットする。   As a means for realizing such a CPU failure link-down function, a watchdog timer that counts up at a constant cycle is mounted on the I / O control unit 42 of each I / O slave 30A, 30B. Then, the CPU 41 periodically resets the watchdog timer by transmitting a reset command to the I / O control unit 42 via the bus 40.

本実施の形態の場合、CPU41によるイーサキャット(登録商標)スレーブコントローラ43のメモリ43Aに対するセンサ情報の書き込みや、当該メモリ43Aに格納されている制御情報の読み出しが500〔us〕周期で行われる。このためCPU41は、1〔ms〕周期で上述のリセット指令をI/O制御部42に送信する。   In the case of the present embodiment, writing of sensor information to the memory 43A of the Ethercat (registered trademark) slave controller 43 by the CPU 41 and reading of control information stored in the memory 43A are performed at a cycle of 500 [us]. For this reason, the CPU 41 transmits the above-described reset command to the I / O control unit 42 at a cycle of 1 [ms].

そしてI/O制御部42は、かかるウォッチドッグタイマが予め定められたカウント値(以下、これを設定値と呼ぶ)以内にリセットされなかった場合には、CPU41に障害(以下、適宜、これをCPUウォッチドッグタイマ異常と呼ぶ)が発生したと判定して、第1及び第2のPHY44A,44B並びにイーサキャット(登録商標)スレーブコントローラ43にリセット信号を連続的に送信し続ける。この結果、リセット信号を受信した第1及び第2のPHY44A,44B並びにイーサキャット(登録商標)スレーブコントローラ43がそれぞれリセット処理を連続的に実行し、第1及び第2のPHY44A,44Bが他のスレーブとの通信を遮断することによりそのI/Oスレーブ30A,30Bがネットワーク3A,3Bから切り離される。   If the watchdog timer is not reset within a predetermined count value (hereinafter referred to as a set value), the I / O control unit 42 causes a failure (hereinafter referred to as appropriate) to the CPU 41. It is determined that a CPU watchdog timer abnormality has occurred), and the reset signal is continuously transmitted to the first and second PHYs 44A and 44B and the Ethercat (registered trademark) slave controller 43. As a result, the first and second PHYs 44A and 44B and the Ethercat (registered trademark) slave controller 43 that have received the reset signal continuously execute reset processing, and the first and second PHYs 44A and 44B By interrupting communication with the slave, the I / O slaves 30A and 30B are disconnected from the networks 3A and 3B.

またI/O制御部42は、上述のような第1及び第2のPHY44A,44B及びイーサキャット(登録商標)スレーブコントローラ43に対するリセット信号の送信と併せて、それまで点灯していた運転LED46を消灯させ、かつそれまで消灯していた故障LED47を点灯させることにより、障害が発生したことを表示させる。   In addition, the I / O control unit 42 sends the operation LED 46 that has been lit up to that time together with the transmission of the reset signal to the first and second PHYs 44A and 44B and the Ethercat (registered trademark) slave controller 43 as described above. By turning off the light and turning on the failure LED 47 that has been turned off, the fact that a failure has occurred is displayed.

なお、かかるI/Oスレーブ30A,30Bのリンクダウンからの復帰は、そのI/Oスレーブ30A,30Bの修理後又は新しいI/Oスレーブ30A,30Bとの交換後にシステム管理者が当該I/Oスレーブ30A,30Bを再起動又は起動することにより実現される。   The return from link down of the I / O slaves 30A and 30B is performed by the system administrator after repairing the I / O slaves 30A and 30B or after replacement with the new I / O slaves 30A and 30B. This is realized by restarting or starting the slaves 30A and 30B.

図4は、上述のようなCPU障害時リンクダウン機能に関連してI/Oスレーブ30A,30BのI/O制御部42により実行されるCPU障害時リンクダウン処理の処理手順を示す。I/O制御部42は、実装先のI/Oスレーブ30A,30Bが起動されるとこの図4に示すCPU障害時リンクダウン処理を開始し、まず、ウォッチドッグタイマのカウント値をリセットし(SP1)、この後、ウォッチドッグタイマによるカウントを開始させる(SP2)。   FIG. 4 shows a processing procedure of CPU down link down processing executed by the I / O control unit 42 of the I / O slaves 30A and 30B in relation to the above CPU down link down function. When the mounting I / O slaves 30A and 30B are activated, the I / O control unit 42 starts the CPU down link down process shown in FIG. 4, and first resets the count value of the watchdog timer ( SP1) Thereafter, the count by the watchdog timer is started (SP2).

続いて、I/O制御部42は、ウォッチドッグタイマのカウント値を1だけカウントアップし(SP3)、この後、CPU41からのリセット指令を受信したか否かを判断する(SP4)。I/O制御部42は、この判断で肯定結果を得るとステップSP1に戻り、この後、ステップSP1以降を同様に繰り返す。   Subsequently, the I / O control unit 42 increments the count value of the watchdog timer by 1 (SP3), and then determines whether or not a reset command from the CPU 41 has been received (SP4). When the I / O control unit 42 obtains a positive result in this determination, the I / O control unit 42 returns to step SP1, and thereafter repeats step SP1 and subsequent steps in the same manner.

これに対してI/O制御部42は、ステップSP4の判断で否定結果を得ると、そのときのウォッチドッグタイマのカウント値を参照して、そのカウント値が上述の設定値を超えたか否かを判断する(SP5)。そしてI/O制御部42は、この判断で肯定結果を得るとステップSP3に戻り、この後、上述した処理を繰り返す。   On the other hand, if the I / O control unit 42 obtains a negative result in the determination at step SP4, the I / O control unit 42 refers to the count value of the watchdog timer at that time and determines whether or not the count value exceeds the set value. Is determined (SP5). When the I / O control unit 42 obtains a positive result in this determination, the I / O control unit 42 returns to step SP3, and thereafter repeats the above-described processing.

これに対してI/O制御部42は、ステップSP5の判断で否定結果を得ると、その後第1及び第2のPHY44A,44B及びイーサキャット(登録商標)スレーブコントローラ43にリセット信号を連続的に送信し続けることによりそのI/Oスレーブ30A,30Bをリンクダウンさせると共に、運転LED46を消灯させ、かつ故障LED47を点灯させる(SP6)。そして、I/O制御部42は、この後、このCPU障害時リンクダウン処理を終了する。   On the other hand, if the I / O control unit 42 obtains a negative result in the determination at step SP5, the I / O control unit 42 continuously sends a reset signal to the first and second PHYs 44A and 44B and the Ethercat (registered trademark) slave controller 43. By continuing to transmit, the I / O slaves 30A and 30B are linked down, the operation LED 46 is turned off, and the failure LED 47 is turned on (SP6). Then, the I / O control unit 42 thereafter ends the CPU failure link down process.

一方、図5は、A系又はB系のネットワーク3A,3B上のいずれかのI/Oスレーブ30A,30BにCPUウォッチドッグタイマ異常が発生した場合に本リモートI/Oシステム1において実行される一連の処理の流れを示す。   On the other hand, FIG. 5 is executed in the remote I / O system 1 when a CPU watchdog timer abnormality occurs in any of the I / O slaves 30A, 30B on the A-system or B-system networks 3A, 3B. The flow of a series of processing is shown.

本リモートI/Oシステム1において、いずれかのI/Oスレーブ30A,30BにCPUウォッチドッグタイマ異常が発生した場合、上述のようにそのI/Oスレーブ(以下、これをCPU障害I/Oスレーブと呼ぶ)30A,30Bが自らリンクダウンして自己をネットワーク3A,3Bから切り離す(SP10)。そしてCPU障害I/Oスレーブ30A,30Bがリンクダウンすると、その両側のスレーブが当該リンクダウンを検出してループバック処理を開始する(SP11)。   In the remote I / O system 1, when a CPU watchdog timer abnormality occurs in any of the I / O slaves 30A and 30B, as described above, the I / O slave (hereinafter referred to as a CPU fault I / O slave). 30A and 30B link down and disconnect themselves from the networks 3A and 3B (SP10). When the CPU failure I / O slaves 30A and 30B link down, the slaves on both sides detect the link down and start loopback processing (SP11).

そして、CPU障害I/Oスレーブ30A,30Bの両側のスレーブがループバック処理を開始すると、そのA系又はB系のネットワーク3A,3Bのマスタ(第1又は第2の制御装置2A,2Bの第1又は第2のマスタCPU11A,11B,12A,12B)がCPU障害I/Oスレーブ30A,30Bのリンクダウンを検知し、例えばそのCPU障害I/Oスレーブ30A,30BがAIスレーブ26A,26BやDIスレーブ28A,28Bであった場合には、他系(B系又はA系)のネットワーク3B,3Aの対応するAIスレーブ26B,26A又はDIスレーブ28B,28Aからセンサ情報を取得するよう当該センサ情報の取得先を切り替える(SP12)。   When the slaves on both sides of the CPU failure I / O slaves 30A and 30B start the loopback process, the masters of the A-system or B-system networks 3A and 3B (the first or second control devices 2A and 2B first) 1 or the second master CPU 11A, 11B, 12A, 12B) detects the link-down of the CPU failure I / O slaves 30A, 30B. For example, the CPU failure I / O slaves 30A, 30B detect the AI slaves 26A, 26B and DI In the case of the slave 28A, 28B, the sensor information is acquired so as to obtain the sensor information from the corresponding AI slave 26B, 26A or DI slave 28B, 28A of the network 3B, 3A of the other system (B system or A system). The acquisition source is switched (SP12).

この後、システム管理者によりCPU障害I/Oスレーブ30A,30Bが修理され又は正常なI/Oスレーブ30A,30Bと交換された後、そのI/Oスレーブ30A,30Bが再起動又は起動されると、イーサキャット(登録商標)のホットコネクト機能により当該I/Oスレーブ30A,30Bとその両側のスレーブとの通信が開始され(SP13)、この後、この一連の処理が終了する。   Thereafter, after the CPU failure I / O slaves 30A and 30B are repaired or replaced with normal I / O slaves 30A and 30B by the system administrator, the I / O slaves 30A and 30B are restarted or started. Then, the communication between the I / O slaves 30A, 30B and the slaves on both sides thereof is started by the hot connect function of Ethercat (registered trademark) (SP13), and thereafter, this series of processing ends.

(4)本実施の形態の効果
以上のように本実施の形態のリモートI/Oシステム1では、マスタ装置として第1及び第2の制御装置2A,2Bが設けられ、第1及び第2の制御装置2A,2Bにおいて常に同じ処理が行われ、第1及び第2の制御装置2A,2Bのうち主系に設定された第1の制御装置2Aのみが定周期フレームをA系及びB系のネットワーク3A,3Bにそれぞれ送信する。そして主系に設定された第1の制御装置2Aに障害が発生した場合には、主従切替え器4により第1及び第2の制御装置2A,2Bの主従が切り替えられ、第2の制御装置2Bが主系として動作する。
(4) Effect of this Embodiment As described above, in the remote I / O system 1 of this embodiment, the first and second control devices 2A and 2B are provided as master devices, and the first and second control devices are provided. The same processing is always performed in the control devices 2A and 2B, and only the first control device 2A set as the main system among the first and second control devices 2A and 2B transmits the periodic frame to the A system and the B system. Transmit to networks 3A and 3B, respectively. When a failure occurs in the first control device 2A set as the main system, the master-slave switching unit 4 switches the master-slave of the first and second control devices 2A, 2B, and the second control device 2B. Operates as the main system.

また本リモートI/Oシステム1では、ネットワーク(A系及びB系のネットワーク3A,3B)も二重化されており、一方のネットワーク3A,3Bに障害が発生した場合においても、主系に設定された第1又は第2の制御装置2A,2Bにおいて、他方のネットワーク3A,3Bから取得したセンサ情報を利用した制御情報の生成が実行される。   In this remote I / O system 1, the networks (system A and system B 3A, 3B) are also duplicated, and even if one of the networks 3A, 3B fails, it is set as the main system. In the 1st or 2nd control apparatus 2A, 2B, the production | generation of the control information using the sensor information acquired from the other networks 3A, 3B is performed.

従って、本リモートI/Oシステム1によれば、主系に設定された第1の制御装置2Aに障害が発生した場合や、A系及びB系の何れか一方のネットワーク3A,3Bに障害が発生した場合においても、システム全体として問題なく処理を継続することができ、信頼性の高い通信システムを構築することができる。   Therefore, according to the remote I / O system 1, when a failure occurs in the first control device 2A set as the main system, or when either the A system or the B system network 3A, 3B fails. Even when it occurs, the entire system can continue processing without any problem, and a highly reliable communication system can be constructed.

また本リモートI/Oシステム1では、I/Oスレーブ30A,30BにCPUウォッチドッグタイマ異常が発生した場合に、そのI/Oスレーブ30A,30Bが自らリンクダウンして自己をネットワーク3A,3Bから切り離す。   Further, in the remote I / O system 1, when an abnormality occurs in the CPU watchdog timer in the I / O slaves 30A and 30B, the I / O slaves 30A and 30B are linked down by themselves so as to connect themselves from the networks 3A and 3B. Separate.

従って、リモートI/Oシステム1において、特に、AIスレーブ26A,26BやDIスレーブ28A,28BのCPU41に障害が発生した場合においても、古いセンサ情報が第1又は第2の制御装置2A,2Bに伝送され、当該古いセンサ情報に基づいてリモートサイトの制御対象が制御されるのを未然かつ有効に防止することができる。   Therefore, in the remote I / O system 1, especially when a failure occurs in the CPU 41 of the AI slaves 26A, 26B and the DI slaves 28A, 28B, the old sensor information is transferred to the first or second control device 2A, 2B. It is possible to effectively prevent the controlled object at the remote site from being controlled based on the old sensor information transmitted.

なお、イーサキャット(登録商標)規格で採用されているプロセスデータインタフェース(PDI:Process Data Interface)ウォッチドッグタイマ機能によりI/Oスレーブ30A,30BのCPUウォッチドッグタイマ異常を監視することもできる。   Note that the CPU watchdog timer abnormality of the I / O slaves 30A and 30B can be monitored by a process data interface (PDI) watchdog timer function adopted in the Ethercat (registered trademark) standard.

しかしながら、この方法によると、イーサキャット(登録商標)の定周期フレーム上に定義されている割込みが通知された後にマスタ(第1又は第2の制御装置2A,2Bの第1又は第2のマスタCPU11A,12A,11B,12B)からバススキャンを行ってどのI/Oスレーブ30A,30Bにプロセスデータインタフェースウォッチドッグタイマ異常が発生したかを検出する必要があるため、かかるバススキャンを行えない従系のマスタ(第2又は第1の制御装置2B,2Aの第1又は第2のマスタCPU11B,12B,11A,12A)はどのI/Oスレーブ30A,30Bにプロセスデータインタフェースウォッチドッグタイマ異常が発生したのかを検知することができない。   However, according to this method, the master (first or second master of the first or second control device 2A, 2B) is notified after the interrupt defined on the fixed period frame of Ethercat (registered trademark) is notified. CPU 11A, 12A, 11B, 12B) performs a bus scan to detect which I / O slave 30A, 30B has an abnormality in the process data interface watchdog timer. The master (the first or second master CPU 11B, 12B, 11A, 12A of the second or first control device 2B, 2A) has an abnormal process data interface watchdog timer in any I / O slave 30A, 30B Cannot be detected.

従って、かかるプロセスデータインタフェースウォッチドッグ機能ではなく、本実施の形態のようなCPUウォッチドッグタイマ機能を利用することによって、古いセンサ情報を利用した制御が行われることに起因する不具合の発生を有効に防止でき、より信頼性の高いリモートI/Oシステムを構築することができる。   Therefore, by using the CPU watchdog timer function as in the present embodiment instead of the process data interface watchdog function, it is possible to effectively prevent the occurrence of defects caused by control using old sensor information. Therefore, a more reliable remote I / O system can be constructed.

(5)他の実施の形態
なお上述の実施の形態においては、本発明を図1のように構成されたガスタービン発電プラント用のリモートI/Oシステムに適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、この他種々の用途及びこの他種々の構成のリモートI/Oシステムに広く適用することができる。
(5) Other Embodiments In the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to a remote I / O system for a gas turbine power plant configured as shown in FIG. 1 has been described. The present invention is not limited to this, and can be widely applied to various other uses and other remote I / O systems having various configurations.

また上述の実施の形態においては、I/Oスレーブ30A,30Bにおいて、CPU41(図3)を監視し、CPU41の障害を検出した場合に外部と通信を行わないように第1及び第2のPHY44A,44Bを制御するプロセッサ監視部としての機能を、対応するセンサのセンサ出力の入力処理や、対応する制御対象への制御情報の出力処理を制御するI/O制御部42に搭載するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、かかるプロセッサ監視部としての機能を有するデバイスをCPU41やI/O制御部42とは別に設けるようにしても良い。   In the above-described embodiment, the I / O slaves 30A and 30B monitor the CPU 41 (FIG. 3), and when a failure of the CPU 41 is detected, the first and second PHYs 44A are prevented from communicating with the outside. 44B is installed in the I / O control unit 42 that controls the sensor output input processing of the corresponding sensor and the control information output processing to the corresponding control target. Although the case has been described, the present invention is not limited to this, and a device having a function as the processor monitoring unit may be provided separately from the CPU 41 and the I / O control unit 42.

本発明は、種々の構成を有するリモートI/Oシステムに広く適用することができる。   The present invention can be widely applied to remote I / O systems having various configurations.

1……リモートI/Oシステム、2A,2B……制御装置、3A,3B……ネットワーク、4……主従切替え器、10A,10B……メインCPU、11A,11B,12A,12B……マスタCPU、20A,20B,21A,21B……スイッチングハブ、22A〜25A,22B〜25B……メディアコンバータ、26A,26B……AIスレーブ、27A,27B……AOスレーブ、28A,28B……DIスレーブ、29A,29B……DOスレーブ、30A,30B……I/Oスレーブ、31……信号分配器、41……CPU、42……I/O制御部、43……イーサキャット(登録商標)スレーブコントローラ、44A,44B……PHY。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Remote I / O system, 2A, 2B ... Control apparatus, 3A, 3B ... Network, 4 ... Master-slave switcher, 10A, 10B ... Main CPU, 11A, 11B, 12A, 12B ... Master CPU , 20A, 20B, 21A, 21B ... Switching hub, 22A-25A, 22B-25B ... Media converter, 26A, 26B ... AI slave, 27A, 27B ... AO slave, 28A, 28B ... DI slave, 29A 29B ... DO slave, 30A, 30B ... I / O slave, 31 ... signal distributor, 41 ... CPU, 42 ... I / O control unit, 43 ... Ethercat (registered trademark) slave controller, 44A, 44B ... PHY.

Claims (9)

マスタ−スレーブ方式の通信プロトコルが適用された通信システムにおいて、
複数のマスタ装置と、
各前記マスタ装置とそれぞれ接続され、1又は複数のスレーブ装置が接続されたリング型のネットワークトポロジを有する複数のネットワークと、
いずれか1つの前記マスタ装置を主系に設定し、他の前記マスタ装置を従系に設定すると共に、必要に応じて前記マスタ装置の主従を切り替える主従切替え器と
を備え、
主系に設定された前記マスタ装置は、各前記ネットワークと、従系に設定された前記マスタ装置とに所定フォーマットの通信フレームを送信し、
各前記ネットワークにそれぞれ接続された各前記スレーブ装置は、前記通信フレーム内の自己に割り当てられた領域に情報を読み書きし、
主系に設定された前記マスタ装置は、対応する前記スレーブ装置が前記通信フレームに書き込んだ情報に基づいて必要な演算処理を実行し、当該演算処理により得られた情報を対応箇所に格納した前記通信フレームを生成し、生成した前記通信フレームを各前記ネットワークと、他系に設定された前記マスタ装置とに送信し、
前記主従切替え器は、主系に設定された前記マスタ装置に障害が発生した場合に、前記マスタ装置の主系及び従系を切り替える
ことを特徴とする通信システム。
In a communication system to which a master-slave communication protocol is applied,
Multiple master devices;
A plurality of networks each having a ring-type network topology connected to each of the master devices and connected to one or more slave devices;
A master-slave switching unit that sets any one of the master devices as a master system, sets the other master device as a slave system, and switches the master-slave of the master device as necessary,
The master device set to the master system transmits a communication frame of a predetermined format to each network and the master device set to the slave system,
Each of the slave devices connected to each of the networks reads and writes information in an area allocated to itself in the communication frame,
The master device set as the main system performs the necessary arithmetic processing based on the information written in the communication frame by the corresponding slave device, and stores the information obtained by the arithmetic processing in the corresponding location. Generate a communication frame, and transmit the generated communication frame to each of the networks and the master device set in another system,
The communication system, wherein the master / slave switcher switches between a master system and a slave system of the master device when a failure occurs in the master device set as a master system.
一部又は全部の前記スレーブ装置は、
前記ネットワークを流れる前記通信フレームを受信する受信部と、
前記受信部が受信した前記通信フレーム内の前記自己に割り当てられた領域に前記情報を書き込むスレーブコントローラと、
前記スレーブコントローラにより前記情報が書き込まれた前記通信フレームを前記ネットワークに送信する送信部と、
前記通信フレームに書き込むべき前記情報を前記スレーブコントローラに提供するプロセッサと、
前記プロセッサを監視するプロセッサ監視部と
を備え、
前記プロセッサ監視部は、
前記プロセッサの障害の有無を監視し、前記プロセッサの障害を検出した場合に、リンクダウンするよう前記受信部及び前記送信部を制御する
ことを特徴とする請求項1に記載の通信システム。
Some or all of the slave devices
A receiving unit for receiving the communication frame flowing through the network;
A slave controller that writes the information in an area allocated to the communication frame received by the receiving unit;
A transmission unit for transmitting the communication frame in which the information is written by the slave controller to the network;
A processor for providing the slave controller with the information to be written to the communication frame;
A processor monitoring unit for monitoring the processor,
The processor monitoring unit
The communication system according to claim 1, wherein the presence or absence of a failure of the processor is monitored, and when the failure of the processor is detected, the reception unit and the transmission unit are controlled to link down.
前記プロセッサ監視部は、
前記受信部及び前記送信部に対してリセット信号を連続的に送信することにより、リンクダウンするよう前記受信部及び前記送信部を制御する
ことを特徴とする請求項2に記載の通信システム。
The processor monitoring unit
The communication system according to claim 2, wherein the reception unit and the transmission unit are controlled to link down by continuously transmitting a reset signal to the reception unit and the transmission unit.
前記プロセッサ監視部は、
外部から与えられる前記情報の入出力を制御するFPGA(Field-Programmable Gate Array)である
ことを特徴とする請求項2に記載の通信システム。
The processor monitoring unit
The communication system according to claim 2, wherein the communication system is an FPGA (Field-Programmable Gate Array) that controls input / output of the information given from outside.
前記プロセッサ監視部には、ウォッチドッグタイマが実装され、
前記プロセッサは、定期的に前記ウォッチドッグタイマをリセットし、
前記プロセッサ監視部は、前記ウォッチドッグタイマのカウント値に基づいて前記プロセッサの障害の有無を監視する
ことを特徴とする請求項2に記載の通信システム。
The processor monitoring unit is equipped with a watchdog timer,
The processor periodically resets the watchdog timer,
The communication system according to claim 2, wherein the processor monitoring unit monitors whether or not the processor is faulty based on a count value of the watchdog timer.
マスタ−スレーブ方式の通信プロトコルが適用された通信システムにおける通信制御方法であって、
前記通信システムは、
複数のマスタ装置と、
各前記マスタ装置とそれぞれ接続され、1又は複数のスレーブ装置が接続されたリング型のネットワークトポロジを有する複数のネットワークと、
いずれか1つの前記マスタ装置を主系に設定し、他の前記マスタ装置を従系に設定すると共に、必要に応じて前記マスタ装置の主従を切り替える主従切替え器と
を有し、
主系に設定された前記マスタ装置は、各前記ネットワークと、従系に設定された前記マスタ装置とに所定フォーマットの通信フレームを送信し、
各前記ネットワークにそれぞれ接続された各前記スレーブ装置は、前記通信フレーム内の自己に割り当てられた領域に情報を読み書きし、
主系に設定された前記マスタ装置は、対応する前記スレーブ装置が前記通信フレームに書き込んだ情報に基づいて必要な演算処理を実行し、当該演算処理により得られた情報を対応箇所に格納した前記通信フレームを生成し、生成した前記通信フレームを各前記ネットワークと、他系に設定された前記マスタ装置とに送信し、
前記主従切替え器が、主系に設定された前記マスタ装置に障害が発生した場合に、前記マスタ装置の主系及び従系を切り替える第1のステップと、
新たに主系に設定された前記マスタ装置が、対応する前記スレーブ装置が前記通信フレームに書き込んだ情報に基づいて必要な演算処理を実行し、当該演算処理により得られた情報を対応箇所に格納した前記通信フレームを生成し、生成した前記通信フレームを各前記ネットワークと、他系に設定された前記マスタ装置とに送信する第2のステップと
を備えることを特徴とする通信制御方法。
A communication control method in a communication system to which a master-slave communication protocol is applied,
The communication system is:
Multiple master devices;
A plurality of networks each having a ring-type network topology connected to each of the master devices and connected to one or more slave devices;
A master-slave switching unit that sets any one of the master devices as a master system, sets the other master device as a slave system, and switches the master-slave of the master device as necessary,
The master device set to the master system transmits a communication frame of a predetermined format to each network and the master device set to the slave system,
Each of the slave devices connected to each of the networks reads and writes information in an area allocated to itself in the communication frame,
The master device set as the main system performs the necessary arithmetic processing based on the information written in the communication frame by the corresponding slave device, and stores the information obtained by the arithmetic processing in the corresponding location. Generate a communication frame, and transmit the generated communication frame to each of the networks and the master device set in another system,
The master-slave switcher, when a failure occurs in the master device set as a master, a first step of switching between the master and slave of the master device;
The master device newly set as the main system executes necessary arithmetic processing based on the information written in the communication frame by the corresponding slave device, and stores the information obtained by the arithmetic processing in the corresponding location. And a second step of transmitting the generated communication frame to each of the networks and the master device set to another system.
一部又は全部の前記スレーブ装置は、
前記ネットワークを流れる前記通信フレームを受信する受信部と、
前記受信部が受信した前記通信フレームに前記情報を書き込むスレーブコントローラと、
前記スレーブコントローラにより前記情報が書き込まれた前記通信フレームを前記ネットワークに送信する送信部と、
前記通信フレームに書き込むべき前記情報を前記スレーブコントローラに提供するプロセッサと、
前記プロセッサを監視するプロセッサ監視部とを有し、
前記プロセッサ監視部が、前記プロセッサの障害の有無を監視する監視ステップと、
前記プロセッサ監視部が、前記プロセッサの障害を検出した場合に、リンクダウンするよう前記受信部及び前記送信部を制御する制御ステップと
を備えることを特徴とする請求項6に記載の通信制御方法。
Some or all of the slave devices
A receiving unit for receiving the communication frame flowing through the network;
A slave controller that writes the information into the communication frame received by the receiver;
A transmission unit for transmitting the communication frame in which the information is written by the slave controller to the network;
A processor for providing the slave controller with the information to be written to the communication frame;
A processor monitoring unit for monitoring the processor;
A monitoring step in which the processor monitoring unit monitors whether or not the processor is faulty;
The communication control method according to claim 6, further comprising: a control step of controlling the receiving unit and the transmitting unit so that a link down occurs when the processor monitoring unit detects a failure of the processor.
前記制御ステップにおいて、前記プロセッサ監視部は、
前記受信部及び前記送信部に対してリセット信号を連続的に送信することにより、リンクダウンするよう前記受信部及び前記送信部を制御する
ことを特徴とする請求項7に記載の通信制御方法。
In the control step, the processor monitoring unit includes:
The communication control method according to claim 7, wherein the reception unit and the transmission unit are controlled to link down by continuously transmitting a reset signal to the reception unit and the transmission unit.
前記プロセッサ監視部には、ウォッチドッグタイマが実装され、
前記プロセッサは、定期的に前記ウォッチドッグタイマをリセットし、
前記監視ステップにおいて、前記プロセッサ監視部は、
前記ウォッチドッグタイマのカウント値に基づいて前記プロセッサの障害の有無を監視する
ことを特徴とする請求項7に記載の通信制御方法。
The processor monitoring unit is equipped with a watchdog timer,
The processor periodically resets the watchdog timer,
In the monitoring step, the processor monitoring unit includes:
The communication control method according to claim 7, wherein the presence or absence of a failure of the processor is monitored based on a count value of the watchdog timer.
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