JP2015220547A

JP2015220547A - 故障診断方法、管理装置及びプログラム

Info

Publication number: JP2015220547A
Application number: JP2014101750A
Authority: JP
Inventors: 森　正和; Masakazu Mori; 正和森; 肇友成; Hajime Tomonari
Original assignee: Seibu Electric and Machinery Co Ltd; Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp
Current assignee: Seibu Electric and Machinery Co Ltd; Nippon Steel Corp
Priority date: 2014-05-15
Filing date: 2014-05-15
Publication date: 2015-12-07
Anticipated expiration: 2034-05-15
Also published as: JP6375144B2

Abstract

【課題】通信幹線に断線が発生した場合にも、通信幹線を利用して断線が発生した箇所を特定可能な故障診断方法等を提供する。【解決手段】マスター機器３は、断線故障が発生した場合に、トークンの呼びかけにスレーブ機器５が応答しないことによって直ちに当該スレーブ機器５の通信不能故障が発生したと判断するのではなく、複数回、通信の確立を試み、１回でも応答があれば、マスター機器３と応答があったスレーブ機器５との間の通信幹線では断線故障が発生していないと判断する。【選択図】図１

Description

本発明は、故障診断方法、管理装置及びプログラムに関し、特に、マスター機器と複数のスレーブ機器との間の通信状態を診断するための故障診断方法等に関する。

皿弁、安水切替弁などのためのトルクアクチュエータ制御システムでは、スレーブ機器によって弁などを制御している。スレーブ機器は複数存在し、マスター機器が、これらのスレーブ機器と通信を行いながら、システム全体としての制御を実現している。

マスター機器と複数のスレーブ機器との間の通信は、Profibus通信のようなシリアル接続通信伝送路を用いて通信を行っている。マスター機器と複数のスレーブ機器がシリアル接続通信伝送路を用いて通信を行う場合に、マスター機器は、スレーブ機器に生じた故障を監視することができる。しかし、通信幹線に断線が生じた場合、通信が不定となるため、マスター機器では監視することができない。

特許文献１には、ホスト制御装置と複数の制御装置がシリアル通信ケーブルにより接続してデータ通信を行う場合に、データ伝送線に加えて断線検知線を用いて、通信異常発生時に断線検知線を用いて断線検知信号を巡回させて、断線検知信号の変化の有無によって断線の有無を判定することが記載されている。

特開平１１−１６７４０１号公報

しかしながら、特許文献１に記載された手法では、データ伝送線に加えて断線検知線を設け、さらに、マスター機器及びスレーブ機器において断線検知信号に関する新たな処理を付加する必要がある。

そこで、本発明は、通信幹線に断線が発生した場合にも、通信幹線を利用して断線が発生した箇所を特定可能な故障診断方法等を提供することを目的とする。

本願発明の第１の観点は、マスター機器と複数のスレーブ機器との間の通信状態を診断するための故障診断方法であって、前記マスター機器は、前記複数のスレーブ機器を経由して終端抵抗に接続するものであり、前記マスター機器が備える異常検出手段が、前記スレーブ機器との間の通信状態の異常を検出する異常検出ステップと、前記マスター機器が備える通信試行手段が、前記各スレーブ機器に試行回数まで呼出データを送信し、前記スレーブ機器からの応答データがあるか否かを判断する通信試行ステップと、前記マスター装置が備える故障検出手段が、前記通信試行ステップにおいて応答データがあった前記スレーブ機器と応答データがなかった前記スレーブ機器を区別する故障検出ステップを含むものである。

本願発明の第２の観点は、第１の観点の故障診断方法であって、前記マスター装置は、シリアル接続通信伝送路によって前記複数のスレーブ機器と通信可能であり、前記マスター装置は、前記複数のスレーブ機器の接続順を特定する接続状態情報を記憶する記憶手段を備え、前記故障検出ステップにおいて、前記故障検出手段は、前記接続状態情報を用いて前記通信試行ステップにおいて前記応答データがあった前記スレーブ機器の位置を特定し、当該スレーブ機器よりも前記マスター機器側においては断線が生じていないと判断するものである。

本願発明の第３の観点は、複数のスレーブ機器を経由して終端抵抗に接続するマスター機器であって、前記スレーブ機器との間の通信状態の異常を検出する異常検出手段と、前記各スレーブ機器に試行回数まで呼出データを送信し、前記スレーブ機器からの応答データがあるか否かを判断する通信試行手段と、前記通信試行ステップにおいて応答データがある前記スレーブ機器と応答データがなかった前記スレーブ機器を区別する故障検出手段を備えるものである。

本願発明の第４の観点は、複数のスレーブ機器を経由して終端抵抗に接続するコンピュータを、前記スレーブ機器との間の通信状態の異常を検出する異常検出手段と、前記各スレーブ機器に試行回数まで呼出データを送信し、前記スレーブ機器からの応答データがあるか否かを判断する通信試行手段と、前記通信試行ステップにおいて応答データがある前記スレーブ機器と応答データがなかった前記スレーブ機器を区別する故障検出手段として機能させるためのプログラムである。

なお、本願発明を、第４の観点のプログラムを定常的に記憶するコンピュータ読み取り可能な記録媒体として捉えてもよい。

また、マスター機器は、スレーブ機器との間での通信確立の有無を判断するために、スレーブ機器に付与された番号の順にトークン等による呼びかけをおこなってもよい。一般に、マスター機器では、各スレーブ機器に付与された番号に応じて各種データが表示されており、通信確立の有無を併せて表示することが可能になる。

また、接続状態情報を利用してスレーブ機器の接続順を考慮できる場合、マスター機器は、例えば終端抵抗に近い順に呼びかけを行ってもよい。この場合、応答したスレーブ機器よりもマスター機器側には断線が生じておらず、応答したスレーブ機器よりもマスター機器側に位置するスレーブ機器には呼びかけをする必要がない。また、マスター機器は、マスター機器に近い順にスレーブ機器に呼びかけを行ってもよい。

本願発明の各観点によれば、通信幹線に断線故障が生じた場合にも、各スレーブ機器との間で複数回通信確立を試み、１回でも通信が確立できたスレーブ機器との間では、断線故障が無いと判断することが可能になる。通信確立の有無は、マスター機器がトークンを用いて呼びかけ、スレーブ機器より応答（パッシング）があることにより、判断することができる。これは、マスター機器にもスレーブ機器にも通常備わっているものであり、ハードウェア構成等を変更する必要はない。

すなわち、スレーブ機器で通信不能故障が生じても、スレーブ機器内では短絡されており、マスター機器は、スレーブ機器を経由して終端抵抗に接続したままである。そのため、マスター機器が通信幹線を利用して各スレーブ機器と通信を確立できるか否かを検出することにより、通信を確立できないスレーブ機器が通信不能故障を生じたものと判断することができる。

他方、通信幹線が断線すると、マスター機器は終端抵抗に接続していないため、全てのスレーブ機器の通信が不安定となる。断線によって生じた通信不安定状態では、スレーブ機器は、正常と異常を繰り返す。スレーブ機器は、異常な状態では応答しない。マスター機器が通信不能故障と同様に通信幹線を用いて通信を確立できないスレーブ機器を故障したものと判断すると、全スレーブ機器が故障したものと判断してしまう。その結果、マスター機器は、通信幹線断線を監視することができなくなる。

しかしながら、通信不安定状態において、スレーブ機器は、異常な状態では応答しないが、正常な状態では応答することができる。本願発明は、この正常な状態では応答可能であることに注目し、通信不安定状態では、マスター機器による複数回の呼びかけによって通信を確立できるか否かによってスレーブ機器との間の断線の有無を判断できるようにするものである。本願発明によれば、複数回の呼びかけで通信を確立できたスレーブ機器よりもマスター機器側においては断線が生じていないと判断することができるようになり、断線位置の特定を容易にすることが可能になる。

本願発明の実施例に係るトルクアクチュエータ制御システム１の構成を示すブロック図である。図１のトルクアクチュエータ制御システム１の動作の一例を示すフロー図である。

以下、図面を参照して、本願発明の実施例について述べる。なお、本願発明の実施の形態は、以下の実施例に限定されるものではない。

図１は、本願発明の実施例に係るトルクアクチュエータ制御システム１の構成の概要を示すブロック図である。トルクアクチュエータ制御システム１は、マスター機器３（本願請求項の「マスター機器」の一例）と、Ｎ台のスレーブ機器５₁，…，５_N（Ｎは、２以上の整数）（本願請求項の「スレーブ機器」の一例）と、終端抵抗７（本願請求項の「終端抵抗」の一例）を備える。

スレーブ機器５は、皿弁、安水切替弁などを制御するためのものである。マスター機器３は、各スレーブ機器５に対して指示し、各スレーブ機器５は、その指示に従い、弁などを制御する。各スレーブ機器５には、トルクアクチュエータ制御システム１における識別番号が付与されている。マスター機器３は、スレーブ機器５を、この識別番号によって特定して、監視をしたり、指示をしたりする。

終端抵抗７は、末端での信号の不要反射を防ぐためのものである。

図１において、マスター機器３とスレーブ機器５との間の通信は、シリアル接続通信伝送路を用いて通信を行っている。すなわち、マスター機器３は、スレーブ機器５₁に接続する。スレーブ機器５₁は、マスター機器３及びスレーブ機器５₂と接続する。スレーブ機器５_i（ｉは、２以上Ｎ−１以下の整数）は、スレーブ機器５_i-1及び５_i+1と接続する。スレーブ機器５_Nは、スレーブ機器５_N-1及び終端抵抗７に接続する。図１にあるように、マスター機器３は、Ｎ台のスレーブ機器５₁，…，５_Nが順に経由して終端抵抗７に接続する。Profibus通信は、シリアル接続通信伝送路を用いた通信の一例である。

マスター機器３は、異常検出部１１（本願請求項の「異常検出手段」の一例）と、通信試行部１３（本願請求項の「通信試行手段」の一例）と、故障検出部１５（本願請求項の「故障検出手段」の一例）と、記憶部１７（本願請求項の「記憶手段」の一例）と、表示部１８と、制御部１９を備える。

異常検出部１１は、マスター機器３とスレーブ機器５との間の通信状態の異常を検出する。

通信試行部１３は、断線異常が生じた場合に、各スレーブ機器５に試行回数までトークン（本願請求項の「呼出データ」の一例）を用いて呼び出し、スレーブ機器５が送信した応答データがあるか否かを判断するものである。

故障検出部１５は、スレーブ機器５から応答データがあったか否かを判断する。

記憶部１７は、スレーブ機器５の接続順を特定する接続状態情報を記憶する。

表示部１８は、各スレーブ機器５から応答があったか否かを表示したり、接続状態情報を用いて断線が生じている可能性がある部分を表示したりする。

制御部１９は、各スレーブ機器５の動作を制御するための指示を行うものである。

スレーブ機器５_j（ｊは、１以上Ｎ以下の整数）は、通信部２１_jと、制御部２３_jを備える。

通信部２１_jは、マスター機器３と通信をするものである。通信部２１jは、マスター機器３が呼び出したトークンを受信した場合、マスター機器３に対して、応答のためのデータを送信する。

制御部２３_jは、マスター機器３の制御部１９の指示に基づき、弁などを制御するものである。

図２は、図１のトルクアクチュエータ制御システム１の動作の一例を示すフロー図である。

マスター機器３の異常検出部１１は、スレーブ機器５の通信部２１との間の通信状態に異常が生じたか否かを判断する（ステップＳＴ１）。異常が生じていないならば、通常の処理を行う（ステップＳＴ２）。例えば、マスター機器３の制御部１９の指示に基づき、スレーブ機器５の制御部２３が、弁の開閉などの制御を行う。

異常が生じた場合、異常検出部１１は、断線故障か否かを判断する（ステップＳＴ３）。スレーブ機器５の故障であれば、通信状態は安定している。他方、断線故障が生じたのであれば、通信状態は不安定となる。そのため、例えば、いずれかのスレーブ機器が正常と異常を繰り返し、通信状態が不安定となった場合に、断線故障が生じたと判断することができる。

断線故障が生じていない場合、マスター機器３の故障検出部１５は、各スレーブ機器５に対して、トークンを呼びかけ、応答を待つ。応答があったものは、故障が発生していないものと判断する。応答がなかったものは、故障が発生したものと判断する。このように、機器の通信不能故障については、応答がなければ故障が発生したものと判断し、故障したスレーブ機器５を特定する（ステップＳＴ４）。そして、正常なスレーブ機器５については通常処理を継続する（ステップＳＴ５）。応答がなかったスレーブ機器５の通信状態が回復したか否かを判断する（ステップＳＴ６）。全てのスレーブ機器５の通信状態が回復したのであれば、ステップＳＴ１に戻る。回復していないスレーブ機器５があれば、ステップＳＴ５に戻る。

断線故障が生じた場合、通信試行部１３は、診断対象として、スレーブ機器５の一つを特定する（ステップＳＴ７）。そして、通信試行部１３は、診断対象のスレーブ機器５に対して、トークンを生成して呼びかける（ステップＳＴ８）。故障検出部１５は、診断対象のスレーブ機器５の通信部２１から、トークンに対する応答データの送信があったか否かを判断する（ステップＳＴ９）。応答があった場合、故障検出部１５は、診断対象のスレーブ機器５が通信可能であると判断し、通信可能なスレーブ機器であると判断する（ステップＳＴ１０）。他方、応答がない場合には、２以上の回数である試行回数まで通信確立を試みたか否かを判断する（ステップＳＴ１１）。試行回数まで通信確立を試みていない場合には、ステップＳＴ８に戻り、通信試行部１３は、改めてトークンを生成する。試行回数まで通信確立を試みた場合には、故障検出部１５は、診断対象のスレーブ機器５との間で通信が確立できなかったと判断し、通信不能なスレーブ機器であると判断する（ステップＳＴ１２）。

マスター機器３から最も離れたスレーブ機器５_Nまでの通信幹線全体について、断線の有無が判断されたか否かを判断する（ステップＳＴ１３）。全幹線について判断されたか否かは、例えば、全スレーブ機器５に対して通信確立が試みられたか否かで判断してもよい。また、例えば、記憶部１７に記憶された接続状態情報を利用して、最も離れたスレーブ機器５_Nから通信確立を試み、順に近いスレーブ機器へと通信確立を試み、通信確立がなされたならば、それよりも近い側には断線の可能性が認められないことから、その時点で全幹線について判断がなされたものとしてもよい。

全幹線について判断がなされていないのであれば、ステップＳＴ７に戻り、診断機器を変えて、改めて通信確立を試みる処理を行う。全幹線について判断がなされたのであれば、故障検出部１５は、表示部１８に対して、判断の結果を表示する。ここで、記憶部１７に記憶されている接続状態情報を利用せず、各スレーブ機器５に対して通信確立を試み、スレーブ機器５に付与された識別番号に応じて、試行回数内に各スレーブ機器５との間で通信が確立できたか否かを表示してもよい。また、記憶部１７に記憶されている接続状態情報を利用して、応答のあったスレーブ機器５よりもマスター機器３に近いスレーブ機器５については、応答がなくても、マスター機器３との間の通信幹線では断線が生じていないことを表示するようにしてもよい。

異常検出部１１は、通信が安定したか否かを判断する（ステップＳＴ１４）。通信が不安定であれば通信が安定するまで待ち、通信が安定したならば、修理が完了したものとしてステップＳＴ１に戻る。

１トルクアクチュエータ制御システム、３マスター機器、５スレーブ機器、７終端抵抗、１１異常検出部、１３通信試行部、１５故障検出部、１７記憶部、１８表示部、１９制御部、２１通信部、２３制御部

Claims

マスター機器と複数のスレーブ機器との間の通信状態を診断するための故障診断方法であって、
前記マスター機器は、前記複数のスレーブ機器を経由して終端抵抗に接続するものであり、
前記マスター機器が備える異常検出手段が、前記スレーブ機器との間の通信状態の異常を検出する異常検出ステップと、
前記マスター機器が備える通信試行手段が、前記スレーブ機器に試行回数まで呼出データを送信し、前記スレーブ機器からの応答データがあるか否かを判断する通信試行ステップと、
前記マスター装置が備える故障検出手段が、前記通信試行ステップにおいて応答データがあった前記スレーブ機器と応答データがなかった前記スレーブ機器を区別する故障検出ステップを含む故障診断方法。
前記マスター装置は、シリアル接続通信伝送路によって前記複数のスレーブ機器と通信可能であり、
前記マスター装置は、前記複数のスレーブ機器の接続順を特定する接続状態情報を記憶する記憶手段を備え、
前記故障検出ステップにおいて、前記故障検出手段は、前記接続状態情報を用いて前記通信試行ステップにおいて前記応答データがあった前記スレーブ機器の位置を特定し、当該スレーブ機器よりも前記マスター機器側においては断線が生じていないと判断する、請求項１記載の故障診断方法。
複数のスレーブ機器を経由して終端抵抗に接続するマスター機器であって、
前記スレーブ機器との間の通信状態の異常を検出する異常検出手段と、
前記各スレーブ機器に試行回数まで呼出データを送信し、前記スレーブ機器からの応答データがあるか否かを判断する通信試行手段と、
前記通信試行ステップにおいて応答データがある前記スレーブ機器と応答データがなかった前記スレーブ機器を区別する故障検出手段を備えるマスター機器。
複数のスレーブ機器を経由して終端抵抗に接続するコンピュータを、
前記スレーブ機器との間の通信状態の異常を検出する異常検出手段と、
前記各スレーブ機器に試行回数まで呼出データを送信し、前記スレーブ機器からの応答データがあるか否かを判断する通信試行手段と、
前記通信試行ステップにおいて応答データがある前記スレーブ機器と応答データがなかった前記スレーブ機器を区別する故障検出手段として機能させるためのプログラム。