JP2016110182A - 制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】演算部内の複数の中継装置のうち、一方が故障した場合でも、複数組の入出力部に対して、通信が継続可能な可用性の高い制御システムを提供する。【解決手段】２組の外部通信回線を接続可能な第１と第２の中継装置に接続される演算装置を備えた第１と第２の演算ユニットであって、演算ユニットの一方が稼働状態とされ他方が待機状態とされる第１と第２の演算ユニットと、２組の外部通信回線を接続可能な第３と第４の中継装置に接続される入出力装置を備える入出力ユニットを含み、複数の入出力ユニットで第１の入出力ユニット群を構成し、他の複数の入出力ユニットで第２の入出力ユニット群を構成するとともに、第１の入出力ユニット群と第１の演算ユニットの間、第１の入出力ユニット群と第２の演算ユニットの間、第２の入出力ユニット群と第１の演算ユニットの間、第２の入出力ユニット群と第２の演算ユニットの間に、リング状に外部通信回線を配置し、演算ユニットと入出力ユニットの間で二重系の通信回線を配置している。【選択図】図１

Description

本発明は、演算部と入出力部が分離され、演算部と入出力部がそれぞれ中継装置を介した通信回線で接続される制御システムに関する。

化学プラントや原子力発電所等の、安全確保が優先される現場に用いられる制御システムは、可用性（ａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙ：ある期間中に機能を維持している時間の割合）に対する要求が厳しい。

これらの制御システムでは、演算部を二重化し、それら演算部と入出力部の各装置間を接続する通信回線をＡ系とＢ系の二重化構成とし、さらに、演算部と入出力部をリング状に接続する。ここでは、Ａ系のリング状通信回線をリング１、Ｂ系のリング状通信回線をリング２と呼称する。このように、演算部と入出力部を二重化されたリング状の通信回線で接続することで、高い可用性を実現する方法が提案されている。

例えば、特許文献１によれば、二重化した通信回線をリング状に接続することにより、一箇所に集中して発生する回線故障に対し、高い耐障害性を有するので、強力な可用性を提供できると記載されている。この場合に、演算部と入出力部の通信は、演算部内にある中継装置１を介して行う。従って、中継装置１にはリング１の通信回線とリング２の通信回線が接続されることになる。

ところで、特許文献１の構成において、入出力部の数をさらに増やしたい場合は、既存のリング１及びリング２に入出力部を追加するよりも、新たにリング３及びリング４を設け、そのリング３及びリング４に入出力部を追加した方が、高い通信性能を実現できる。ここでは、既存のリング１、リング２に接続される入出力部をブランチ１、新たに追加したリング３、リング４に接続される入出力部をブランチ２とする。この場合、演算部内に新たに中継装置２を追加する必要がある。

特開２０１３−２５７７４６号公報

上記従来技術の構成によれば、中継装置１はリング１とリング２を介してブランチ１に接続され、中継装置２はリング３とリング４を介してブランチ２に接続される。このため、中継装置１が何らかの障害により故障した場合、演算部はブランチ１の入出力部との通信が不可となり、データを送受信できなくなる。同様に中継装置２が何らかの障害により故障した場合、演算部はブランチ２の入出力部との通信が不可となり、データを送受信できなくなる。

そこで本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、演算部内の中継装置１、２のうち、どちらか一方が故障した場合でも、ブランチ１、ブランチ２の入出力部に対して、通信が継続可能な可用性の高い制御システムを提供することを目的とする。

上記目的の達成のために、本発明においては２組の外部通信回線を接続可能な第１と第２の中継装置に接続される演算装置を備えた第１と第２の演算ユニットであって、演算ユニットの一方が稼働状態とされ他方が待機状態とされる第１と第２の演算ユニットと、２組の外部通信回線を接続可能な第３と第４の中継装置に接続される入出力装置を備える入出力ユニットを含み、複数の入出力ユニットで第１の入出力ユニット群を構成し、他の複数の入出力ユニットで第２の入出力ユニット群を構成するとともに、第１の入出力ユニット群と第１の演算ユニットの間、第１の入出力ユニット群と第２の演算ユニットの間、第２の入出力ユニット群と第１の演算ユニットの間、第２の入出力ユニット群と第２の演算ユニットの間に、リング状に外部通信回線を配置し、演算ユニットと入出力ユニットの間で二重系の通信回線を配置していることを特徴とする。

本発明の構成によれば、演算部内に実装された２台の中継装置のうち、一方が故障しても残りの１台の中継装置を介して、全ての入出力部との通信が継続できるため、可用性の高い制御システムを提供できる。

図９のシステム構成における実装状態を示す図。 化学プラントや原子力発電所等で使用される一般的な制御システムの一例を示す図。 図２の演算ユニットにモジュール化された演算装置および中継装置を実装する状態を示す図。 図２の演算ユニットなどにモジュール化された構成部品が実装された状態を立体的に示す図。 図２の構成に対して入出力ユニットＲＩＯＸを直列に追加した場合の構成を示す図。 図２の構成に対して入出力ユニットＲＩＯＸを並列に追加した場合の構成を示す図。 図６の演算ユニットにモジュール化された演算装置および中継装置を実装する状態を示す図。 図６の演算ユニットなどにモジュール化された構成部品が実装された状態を立体的に示す図。 図６の制御システムに対してさらに可用性を向上させた制御システムの構成を示す図。 図９の演算ユニットにモジュール化された演算装置および中継装置を実装する状態を示す図。

以下に図面を参照して、本発明にかかる制御システムおよび通信方法の実施の形態を詳細に説明する。

まず、化学プラントや原子力発電所等で使用される一般的な制御システムの一例を、図２を用いて説明する。なお図２の構成は、リング追加対策を施す前の基本的な構成を示している。図２に示すように、一般的な制御システムは、指令装置Ｄと、演算部である演算ユニットＣＰＵ１、ＣＰＵ２と、入出力部である入出力ユニットＲＩＯ１、ＲＩＯ２・・・ＲＩＯｎとを有している。また、本制御システムの制御対象Ｏ１、Ｏ２、・・・Ｏｎが、それぞれ入出力ユニットＲＩＯ１、ＲＩＯ２、・・・ＲＩＯｎに接続されている。

指令装置Ｄは、制御システムの状態を監視するとともに、制御システムへ各種指令を与える役目を果たす。演算ユニットＣＰＵ１は、演算装置Ｃ１と、中継装置（電気光変換装置）ＴｒＣ１とを有して構成される。演算装置Ｃ１と中継装置ＴｒＣ１は、Ａ系の電気通信回線ＬＩ１ＡとＢ系の電気通信回線ＬＩ１Ｂで接続されており、電気信号で双方向の通信が可能である。これらの通信回線ＬＩ１Ａ、通信回線ＬＩ１Ｂは、演算ユニットＣＰＵ１内の二重の内部通信回線である。

演算ユニットＣＰＵ１内の中継装置ＴｒＣ１は、二重の内部通信回線ＬＩ１Ａ、ＬＩ１Ｂに接続されるとともに、入出力ユニットＲＩＯとの間の通信のために二重の外部通信回線ＬＯ１Ａ、ＬＯ１Ｂに接続される。Ａ系の外部通信回線ＬＯ１Ａは、通信回線ＬＯ１Ａ１、ＬＯ１Ａ２、・・・ＬＯ１Ａｎ、ＬＯ１Ａ（ｎ＋１）で形成され、全ての入出力ユニットＲＩＯのＡ系中継装置ＴｒＲＡを経由して演算ユニットＣＰＵ１内の中継装置ＴｒＣ１（Ａ系）に戻るリング状の通信回線である。またＢ系の外部通信回線ＬＯ１Ｂは、通信回線ＬＯ１Ｂ１、ＬＯ１Ｂ２、・・・ＬＯ１Ｂｎ、ＬＯ１Ｂ（ｎ＋１）で形成され、全ての入出力ユニットＲＩＯのＢ系中継装置ＴｒＲＢを経由して演算ユニットＣＰＵ１内の中継装置ＴｒＣ１（Ｂ系）に戻るリング状の通信回線である。但し、Ａ系とＢ系の外部通信回線のリングでの信号の循環方向は互いに逆方向とされている。

また演算ユニットＣＰＵ２は、演算装置Ｃ２と、中継装置（電気光変換装置）ＴｒＣ２とを有して構成される。演算装置Ｃ２と中継装置ＴｒＣ２は、Ａ系の電気通信回線ＬＩ２ＡとＢ系の電気通信回線ＬＩ２Ｂで接続されており、電気信号で双方向の通信が可能である。これらの通信回線ＬＩ２Ａ、通信回線ＬＩ２Ｂは、演算ユニットＣＰＵ２内の二重の内部通信回線である。

演算ユニットＣＰＵ２内の中継装置ＴｒＣ２も、二重の内部通信回線ＬＩ２Ａ、ＬＩ２Ｂに接続されるとともに、入出力ユニットＲＩＯとの間の通信のために二重の外部通信回線（例えば光）ＬＯ２Ａ、ＬＯ２Ｂに接続される。Ａ系の外部通信回線ＬＯ２Ａは、通信回線ＬＯ２Ａ１、ＬＯ２Ａ２、・・・ＬＯ２Ａｎ、ＬＯ２Ａ（ｎ＋１）で形成され、全ての入出力ユニットＲＩＯのＡ系中継装置ＴｒＲＡを経由して演算ユニットＣＰＵ２内の中継装置ＴｒＣ２（Ａ系）に戻るリング状の通信回線である。またＢ系の外部通信回線ＬＯ２Ｂは、通信回線ＬＯ２Ｂ１、ＬＯ２Ｂ２、・・・ＬＯ２Ｂｎ、ＬＯ２Ｂ（ｎ＋１）で形成され、全ての入出力ユニットＲＩＯのＢ系中継装置ＴｒＲＢを経由して演算ユニットＣＰＵ２内の中継装置ＴｒＣ２（Ｂ系）に戻るリング状の通信回線である。但し、Ａ系とＢ系の外部通信回線のリングでの信号の循環方向は互いに逆方向とされている。

上記の外部通信回線の構成とすることにより、演算ユニットＣＰＵ１とＣＰＵ２は、Ａ系のリング状外部通信回線とＢ系のリング状外部通信回線の双方に接続されることになり、一方のリング状外部通信回線断時にも他方のリング状外部通信回線での通信継続が可能となる。また全ての入出力ユニットＲＩＯは、演算ユニットＣＰＵ１とＣＰＵ２の間に形成された合計４組のリング状外部通信回線によりＡ系、Ｂ系それぞれ二重に構成されたことになる。

演算部は、各入出力部から通信回線を介して取得した入力情報と指令装置Ｄからの指令を元に入出力部への出力情報を演算し、その結果を、通信回線を介して各入出力部へ送出する機能をそなえた二重系の演算ユニットＣＰＵ１、ＣＰＵ２とされている。また二重系の演算ユニットＣＰＵ１、ＣＰＵ２は待機二重系に構成されており、通常は演算ユニットＣＰＵ１が演算と入出力の機能を実行し、演算ユニットＣＰＵ２は入力のみを得て演算及び出力機能を果たさない待機側とされている。

演算ユニットを二重化することで、一方の演算ユニットが故障しても、他方の演算ユニットで制御を継続することができるため、演算ユニットの故障に対し、高い耐障害性を有する。従って、強力な可用性を提供できる。演算ユニットＣＰＵ１が故障した場合等、演算ユニットＣＰＵ１の動作を演算ユニットＣＰＵ２が引き継ぐ場合は、演算ユニットＣＰＵ１の代わりに、演算ユニットＣＰＵ２が各入出力ユニットＲＩＯと通信を開始する。通信方法は、通信方向が逆である以外は演算ユニットＣＰＵ１の通信と同じである。

待機側演算ユニットＣＰＵ２の演算装置Ｃ２は、演算装置Ｃ１が動作中であり入出力ユニットＲＩＯに制御を命令している間は、各入出力ユニットＲＩＯへの通信は行わないが、演算装置Ｃ１の動作を引き継いで制御対象の制御を継続することを可能とするために、演算装置Ｃ１と各入出力ユニットＲＩＯとの通信フレームを取り込んでおく。これをスヌープと称する。スヌープ（ｓｎｏｏｐ）とは、盗み聞きするという意味から転じて、ネットワーク等をモニタすることを意味する。

入出力ユニットＲＩＯは、制御対象Ｏとの間での入出力装置ＩＦＯと、Ａ系側の中継装置ＴｒＲＡ（電気光変換装置）と、Ｂ系側の中継装置ＴｒＲＢ（電気光変換装置）と、入出力装置ＩＦＯとＡ系側の中継装置ＴｒＲＡの間での内部通信回線ＬＲＩＡと、入出力装置ＩＦＯとＢ系側の中継装置ＴｒＲＢの間での内部通信回線ＬＲＩＢとで構成されている。これにより入出力装置ＩＦＯと中継装置ＴｒＲＡ、ＴｒＲＢの間での二重の双方向通信を行う。

具体的には、入出力ユニットＲＩＯ１は、制御対象Ｏ１との間での入出力装置ＩＦＯ１と、Ａ系側の中継装置ＴｒＲＡ１（電気光変換装置）と、Ｂ系側の中継装置ＴｒＲＢ１（電気光変換装置）と、入出力装置ＩＦＯ１とＡ系側の中継装置ＴｒＲＡ１の間での内部通信回線ＬＲＩＡ１と、入出力装置ＩＦＯとＢ系側の中継装置ＴｒＲＢの間での内部通信回線ＬＲＩＢ１とで構成されている。これにより入出力装置ＩＦＯ１と中継装置ＴｒＲＡ１、ＴｒＲＢ１の間での二重の双方向通信を行う。

入出力ユニットＲＩＯ２は、制御対象Ｏ２との間での入出力装置ＩＦＯ２と、Ａ系側の中継装置ＴｒＲＡ２（電気光変換装置）と、Ｂ系側の中継装置ＴｒＲＢ２（電気光変換装置）と、入出力装置ＩＦＯ２とＡ系側の中継装置ＴｒＲＡ２の間での内部通信回線ＬＲＩＡ２と、入出力装置ＩＦＯ２とＢ系側の中継装置ＴｒＲＢ２の間での内部通信回線ＬＲＩＢ２とで構成されている。これにより入出力装置ＩＦＯ２と中継装置ＴｒＲＡ２、ＴｒＲＢ２の間での二重の双方向通信を行う。

入出力ユニットＲＩＯｎは、制御対象Ｏｎとの間での入出力装置ＩＦＯｎと、Ａ系側の中継装置ＴｒＲＡｎ（電気光変換装置）と、Ｂ系側の中継装置ＴｒＲＢｎ（電気光変換装置）と、入出力装置ＩＦＯｎとＡ系側の中継装置ＴｒＲＡｎの間での内部通信回線ＬＲＩＡｎと、入出力装置ＩＦＯｎとＢ系側の中継装置ＴｒＲＢｎの間での内部通信回線ＬＲＩＢｎとで構成されている。これにより入出力装置ＩＦＯｎと中継装置ＴｒＲＡｎ、ＴｒＲＢｎの間での二重の双方向通信を行う。

二重系の演算ユニットＣＰＵ１、ＣＰＵ２において、演算ユニットＣＰＵ２を待機系として運用している状態において、入出力装置ＩＦＯ１、ＩＦＯ２、・・・ＩＦＯｎは、演算ユニットＣＰＵ１内の演算装置Ｃ１から外部通信回線ＬＯ１Ａ、ＬＯ１Ｂを介して演算結果を取得し、制御対象Ｏ１、Ｏ２、・・・Ｏｎに出力する。また、入出力装置ＩＦＯ１、ＩＦＯ２、・・・ＩＦＯｎは、制御対象Ｏ１、Ｏ２、・・・Ｏｎより取得した入力データを、外部通信回線ＬＯ１Ａ、ＬＯ１Ｂを介して演算ユニットＣＰＵ１内の演算装置Ｃ１へ送出する。演算ユニットＣＰＵ１内の演算装置Ｃ１と各入出力装置ＩＦＯ１、ＩＦＯ２、・・・ＩＦＯｎは、二重化されたリング状の外部通信回線ＬＯ１Ａ、ＬＯ１Ｂで接続されている。ここでは二重化されたリング状の通信回線の一方ＬＯ１ＡをＡ系通信回線、もう一方ＬＯ１ＢをＢ系通信回線と呼んでいる。

図２に図示しているように、演算ユニットＣＰＵ１内の演算装置Ｃ１と、各入出力ユニットＲＩＯ１、ＲＩＯ２、・・・ＲＩＯｎのＡ系側の中継装置ＴｒＲＡ（電気光変換装置）との間に形成されたＡ系通信回線は、光通信回線ＬＯ１Ａ１、ＬＯ１Ａ２、・・・ＬＯ１Ａｎ、ＬＯ１Ａ（ｎ＋１）の伝送順序によるリング状の通信回線を構成している。また演算ユニットＣＰＵ１内の演算装置Ｃ１と、各入出力ユニットＲＩＯ１、ＲＩＯ２、・・・ＲＩＯｎのＢ系側の中継装置ＴｒＲＢ（電気光変換装置）との間に形成されたＢ系通信回線は、光通信回線ＬＯ１Ｂ（ｎ＋１）、ＬＯ１Ｂｎ、・・・ＬＯ１Ｂ２、ＬＯ１Ｂ１の伝送順序によるリング状の通信回線を構成している。

また図２に図示しているように、待機側の演算ユニットＣＰＵ２内の演算装置Ｃ２と、各入出力ユニットＲＩＯ１、ＲＩＯ２、・・・ＲＩＯｎのＡ系側の中継装置ＴｒＲＡ（電気光変換装置）との間に形成されたＡ系通信回線は、光通信回線ＬＯ２Ａ(ｎ＋１)、ＬＯ２Ａｎ、・・・ＬＯ２Ａ２、ＬＯ２Ａ１の伝送順序によるリング状の通信回線を構成している。また演算ユニットＣＰＵ２内の演算装置Ｃ２と、各入出力ユニットＲＩＯ１、ＲＩＯ２、・・・ＲＩＯｎのＢ系側の中継装置ＴｒＲＢ（電気光変換装置）との間に形成されたＢ系通信回線は、光通信回線ＬＯ２Ｂ１、ＬＯ２Ｂ２、・・・ＬＯ２Ｂｎ、ＬＯ２Ｂ（ｎ＋１）の伝送順序によるリング状の通信回線を構成している。

演算ユニットＣＰＵ内の演算装置Ｃと、各入出力装置ＩＦＯの間の通信は、フレームと呼ばれるデータのかたまりによって行われる。フレームは要求／応答フラグ、送信先アドレス、送信元アドレス、データなどから構成される。

このうち、要求／応答フラグはそのフレームが要求フレームであるか、応答フレームであるかを示すフラグ情報である。要求フレームは、要求／応答フラグが“要求”を示すフレームであり、演算ユニットＣＰＵ内の演算装置Ｃから各入出力ユニットＲＩＯへの通信に使用される。具体的には、演算装置Ｃが各入出力ユニットＲＩＯに対し、入出力などの動作を要求するためのフレームである。

応答フレームは、要求／応答フラグが“応答”を示すフレームであり、入出力ユニットＲＩＯから演算装置Ｃへの通信に使用される。具体的には、入出力装置ＩＦＯ１、ＩＦＯ２、・・・ＩＦＯｎが制御対象Ｏ１、Ｏ２、・・・Ｏｎからの入力情報を演算装置Ｃに対して送信したり、入出力装置ＩＦＯ１、ＩＦＯ２、・・・ＩＦＯｎが制御対象Ｏ１、Ｏ２、・・・Ｏｎに対して出力した情報を演算装置Ｃに送信する。

送信先アドレスは、送信先を示すアドレスである。演算装置Ｃと入出力装置ＩＦＯ１、ＩＦＯ２、・・・ＩＦＯｎは、このアドレスが自分のアドレスと一致するか否かを判定し、一致する場合には接続される通信回線からのフレームを受信し、不一致の場合にはフレームを受信しない。なお、全ての演算装置Ｃと入出力装置ＩＦＯ１、ＩＦＯ２、・・・ＩＦＯｎは、重複しないユニークなアドレスを持つ。

送信元アドレスは、送信元を示すアドレスである。つまり、このフレームを送信する演算装置Ｃと入出力装置ＩＦＯ１、ＩＦＯ２、・・・ＩＦＯｎが、自分のアドレスをこの項目に設定してフレームを送信する。データは、入力データまたは出力データが設定される箇所である。

次に、図２における通信フレームの流れについて、演算装置Ｃ１と入出力装置ＩＦＯｎとの間のＡ系通信回線における通信を例として説明する。

演算ユニットＣＰＵ１内において、演算装置Ｃ１から電気通信回線ＬＩ１Ａに出力された、入出力装置ＩＦＯｎあての要求フレームは、中継装置ＴｒＣ１に入力される。中継装置ＴｒＣ１は、要求フレームを受信すると、光／電気変換を行い、光通信回線ＬＯ１Ａの回線ＬＯ１Ａ１に要求フレームを出力する。

入出力ユニットＲＩＯ１のＡ系側の中継装置ＴｒＲＡ１は、光通信回線ＬＯ１Ａ１から要求フレームを受信すると、光／電気変換を行い、内部の電気通信回線ＬＲＩＡ１に出力すると共に、光通信回線ＬＯ１Ａ２、光通信回線ＬＯ２Ａ１にも出力する。内部の電気通信回線ＬＲＩＡ１に出力された要求フレームは、入出力装置ＩＦＯ１に入力される。

入出力装置ＩＦＯ１は、受信した要求フレームの送信先アドレスが自らのアドレスとの一致／不一致を確認する。ここでは、アドレス不一致のため、入出力装置ＩＦＯ１は、入出力動作や演算装置Ｃ１への応答フレーム送信は行わない。なお、入出力ユニットＲＩＯ１のＡ系側の中継装置ＴｒＲＡ１が、光通信回線ＬＯ２Ａ１にも出力したことで、待機中の演算装置Ｃ２はこれを受信し、もって演算装置Ｃ１がそのＡ系側の中継装置ＴｒＲＡに与えた要求フレームの内容を把握することができる。

入出力ユニットＲＩＯ２のＡ系側の中継装置ＴｒＲＡ２は、光通信回線ＬＯ１Ａ２から要求フレームを受信すると、光／電気変換を行い、内部の電気通信回線ＬＲＩＡ２に出力すると共に、光通信回線ＬＯ１Ａｎにも出力する。内部の電気通信回線ＬＲＩＡ２に出力された要求フレームは、入出力装置ＩＦＯ２に入力される。入出力装置ＩＦＯ２は、入出力装置ＩＦＯ１と同様の動作を行うので説明を省略する。

入出力ユニットＲＩＯｎのＡ系側の中継装置ＴｒＲＡｎは、光通信回線ＬＯ１Ａｎから要求フレームを受信すると、光／電気変換を行い、内部の電気通信回線ＬＲＩＡｎに出力すると共に、光通信回線ＬＯ１Ａ（ｎ＋１）にも出力する。内部の電気通信回線ＬＲＩＡｎに出力された要求フレームは、入出力装置ＩＦＯｎに入力される。

入出力ユニットＲＩＯｎの入出力装置ＩＦＯｎは、受信した要求フレームの送信先アドレスが自らのアドレスとの一致／不一致を確認する。ここでは、入出力装置ＩＦＯｎは、アドレスが一致したと判断し、要求フレームのデータ内容に応じた処理を行った後、応答フレームを内部の電気通信回線ＬＲＩＡｎに出力する。応答フレームの流れについては後述する。

入出力ユニットＲＩＯｎのＡ系側の中継装置ＴｒＲＡｎが、光通信回線ＬＯ１Ａ（ｎ＋１）に出力した要求フレームは、演算ユニットＣＰＵ１に受信される。演算ユニットＣＰＵ１の中継装置ＴｒＣ１は、光通信回線ＬＯ１Ａ（ｎ＋１）から要求フレームを受信すると、光／電気変換を行い、内部の電気通信回線ＬＩ１Ａに出力する。電気通信回線ＬＩ１Ａに出力された要求フレームは、演算装置Ｃ１に入力される。演算装置Ｃ１は、受信したフレームの送信先アドレスが自らのアドレスとの一致／不一致を確認する。ここでは、アドレス不一致のため、データを取り込まない。

また入出力ユニットＲＩＯ１のＡ系側の中継装置ＴｒＲＡ１が、光通信回線ＬＯ２Ａ１に出力した要求フレームは、演算ユニットＣＰＵ２に受信される。演算ユニットＣＰＵ２の中継装置ＴｒＣ２は、光通信回線ＬＯ２Ａ１から要求フレームを受信すると、光／電気変換を行い、内部の電気通信回線ＬＩ２Ａに出力する。電気通信回線ＬＩ２Ａに出力された要求フレームは、演算装置Ｃ２に入力される。演算装置Ｃ２は要求フレームを受信し、演算装置Ｃ１からの要求フレームをスヌープする。

次に入出力ユニットＲＩＯｎの入出力装置ＩＦＯｎからの応答フレームの流れについて説明する。

応答フレームは、入出力ユニットＲＩＯｎの内部の電気通信回線ＬＲＩＡｎからＡ系側の中継装置ＴｒＲＡｎに入力される。入出力ユニットＲＩＯｎのＡ系側の中継装置ＴｒＲＡｎは、応答フレームを受信すると、光／電気変換を行い、光通信回線ＬＯ１Ａ（ｎ＋１）に出力する。

演算ユニットＣＰＵ１の中継装置ＴｒＣ１は、光通信回線ＬＯ１Ａ（ｎ＋１）から応答フレームを受信すると、光／電気変換を行い、内部の電気通信回線ＬＩ１Ａに出力する。応答フレームは、電気通信回線ＬＩ１Ａを介して演算装置ＣＰＵ１に入力され、演算装置ＣＰＵ１は、受信した応答フレームに応じた処理を行う。

ここまで、各通信のフレームの流れについて、Ａ系通信回線を例に説明した。なお、Ｂ系通信回線の通信については、通信方向が逆ではあるが、Ａ系通信と同様の通信であるため説明を省略する。以上図２を用いたシステム構成により、待機二重系かつ二重通信系統による制御システムが構築されている。

次に、演算ユニットＣＰＵに各構成部品（演算装置Ｃ、中継装置ＴｒＣ）を実装することについて図３を用いて説明する。図３は演算ユニットＣＰＵ１に対してモジュール化された演算装置Ｃ１および中継装置ＴｒＣ１を実装する状態を示している。係る実装を可能とするために、演算ユニットＣＰＵ１を構成する筐体の背面にはＡ系の内部電気通信回線ＬＩ１ＡとＢ系の内部電気通信回線ＬＩ１Ｂが布線されている。さらに、演算装置Ｃ１用コネクタ３００と中継装置ＴｒＣ１用コネクタ３０１が実装されている。演算装置Ｃ１用コネクタ３００の端子３０２には内部電気通信回線ＬＩ１Ａが接続されている。演算装置Ｃ１用コネクタ３００の端子３０３にはＢ系の内部電気通信回線ＬＩ１Ｂが接続されている。同様に、中継装置ＴｒＣ１用コネクタ３０１の端子３０４にはＡ系の内部電気通信回線ＬＩ１Ａが接続されている。中継装置ＴｒＣ１用コネクタ３０１の端子３０５にはＢ系の電気通信回線ＬＩ１Ｂが接続されている。

従って、演算装置Ｃ１を演算装置用コネクタ３００に実装すると、演算装置Ｃ１はＡ系の電気通信回線ＬＩ１ＡとＢ系の電気通信回線ＬＩ１Ｂに接続される。同様に中継装置ＴｒＣ１を中継装置用コネクタ３０１に接続すると、中継装置ＴｒＣ１はＡ系の電気通信回線ＬＩ１ＡとＢ系の電気通信回線ＬＩ１Ｂに接続される。

なお演算ユニットＣＰＵにモジュール化された各構成部品（演算装置Ｃ、中継装置ＴｒＣ）を実装するに際し、演算ユニットＣＰＵを構成する筐体の上下面には奥行き方向にスロットが形成されており、当該スロットに沿ってモジュール化された各構成部品（演算装置Ｃ、中継装置ＴｒＣ）を実装するのがよい。これにより、各構成部品（演算装置Ｃ、中継装置ＴｒＣ）を正しい位置に手際よく配列させることが可能である。なお、図２では演算ユニットＣＰＵにモジュール化された各構成部品（演算装置Ｃ、中継装置ＴｒＣ）を実装することを説明したが、同様手法により入出力ユニットＲＩＯを構成する筐体にモジュール化された各構成部品（入出力装置ＩＦＯ、中継装置ＴｒＲ）を実装することが可能である。

図４は演算ユニットＣＰＵに演算装置Ｃと中継装置ＴｒＣが実装されている状態、入出力ユニットＲＩＯに入出力装置ＩＦＯと中継装置ＴｒＲが実装されている状態を立体的に表している。詳細説明は省略するが、全体システム構成として各筐体内にモジュール化された各構成部品をスロットに差し込み挿入した状態で容易に、正確に組み立て可能であることを示している。

次に、図２の構成に対して、入出力ユニットＲＩＯの台数を増加させた場合の制御システム構成例について説明する。図５は、図２の構成に対して入出力ユニットＲＩＯＸ（ＲＩＯＸ１、ＲＩＯＸ２、・・・ＲＩＯＸｍ）を直列に追加した場合の構成を示している。

この構成は一見複雑であるが、要するに既存システムの各部に付した記号はそのままにして、追加されたシステム部分の各部に付した記号は、「Ｘ」を付すことで既存システムと区別している。なお既存システムの入出力ユニットＲＩＯはｎ台で構成したに対し、追加システム部分の入出力ユニットＲＩＯはｍ台で構成している点でのみ相違している。

図５を用いて、演算ユニットＣＰＵ１内の演算装置Ｃ１から入出力ユニットＲＩＯＸｍへのＡ系通信の流れについて説明する。演算ユニットＣＰＵ１内の演算装置Ｃ１から送信された要求フレームは、内部電気通信回線ＬＩ１Ａ、中継装置（電気光変換装置）ＴｒＣ１を介して外部通信回線ＬＯ１Ａに伝送される。外部通信回線ＬＯ１Ａにおいては、光通信回線ＬＯ１Ａ１、入出力ユニットＲＩＯ１内の中継装置ＴｒＲＡ１、光通信回線ＬＯ１Ａ２、入出力ユニットＲＩＯ２内の中継装置ＴｒＲＡ２、光通信回線ＬＯ１Ａｎ、入出力ユニットＲＩＯｎ内の中継装置ＴｒＲＡｎに順次伝送される。ここまでは既存システム内での伝送である。図５のシステムでは、さらに直列接続された追加システムに延伸して伝送が継続される。

追加システムの外部通信回線において引き続き、光通信回線ＬＯ１ＡＸ１、入出力ユニットＲＩＯＸ１内の中継装置ＴｒＲＡＸ１、光通信回線ＬＯ１ＡＸ２、入出力ユニットＲＩＯＸ２内の中継装置ＴｒＲＡＸ２、光通信回線ＬＯ１ＡＸｍ、入出力ユニットＲＩＯＸｍ内の中継装置ＴｒＲＡＸｍに順次伝送される。

従って、演算ユニットＣＰＵ１内の演算装置Ｃ１が要求フレームを送信してから入出力ユニットＲＩＯＸｍが入力するまでの間に光／電気変換を計７回（ｎ＝ｍ＝３の場合）行うことになる。光／電気変換には約３μｓの時間がかかるため、入出力ユニットＲＩＯを直列に接続すると性能劣化が懸念される。従って、本発明では入出力ユニットＲＩＯを並列に接続できるようにする。

図６は、図２の構成に対して入出力ユニットＲＩＯＸ（ＲＩＯＸ１、ＲＩＯＸ２、・・・ＲＩＯＸｍ）を並列に追加した場合の構成を示している。ここでは図２に対する追加構成に記号「Ｘ」を付与して示している。

この場合演算ユニットにおいては、演算ユニットＣＰＵ１、ＣＰＵ２内の中継装置（電気光変換装置）ＴｒＣ１、ＴｒＣ２に、それぞれ中継装置（電気光変換装置）ＴｒＣＸ１、ＴｒＣＸ２を追加している。また追加した中継装置（電気光変換装置）ＴｒＣＸ１、ＴｒＣＸ２にそれぞれ外部通信回線ＬＯ１ＡＸとＬＯ１ＢＸ、ＬＯ２ＡＸとＬＯ２ＢＸを接続している。

このうち外部通信回線ＬＯ１ＡＸは、演算ユニットＣＰＵ１と追加した入出力ユニットＲＩＯＸ（ＲＩＯＸ１、ＲＩＯＸ２、・・・ＲＩＯＸｍ）の間に形成されたリング状の通信回線であって、光通信回線ＬＯ１ＡＸ１、ＬＯ１ＡＸ２、・・・ＬＯ１ＡＸｍ、ＬＯ１ＡＸ（ｍ＋１）を経由する演算ユニットＣＰＵ１側の追加Ａ系の外部通信回線である。

また外部通信回線ＬＯ１ＢＸは、演算ユニットＣＰＵ１と追加した入出力ユニットＲＩＯＸ（ＲＩＯＸ１、ＲＩＯＸ２、・・・ＲＩＯＸｍ）の間に形成されたリング状の通信回線であって、光通信回線ＬＯ１ＢＸ１、ＬＯ１ＢＸ２、・・・ＬＯ１ＢＸｍ、ＬＯ１ＢＸ（ｍ＋１）を経由する演算ユニットＣＰＵ１側の追加Ｂ系の外部通信回線である。

外部通信回線ＬＯ２ＡＸは、演算ユニットＣＰＵ２と追加した入出力ユニットＲＩＯＸ（ＲＩＯＸ１、ＲＩＯＸ２、・・・ＲＩＯＸｍ）の間に形成されたリング状の通信回線であって、光通信回線ＬＯ２ＡＸ１、ＬＯ２ＡＸ２、・・・ＬＯ２ＡＸｍ、ＬＯ２ＡＸ（ｍ＋１）を経由する演算ユニットＣＰＵ２側の追加Ａ系の外部通信回線である。

外部通信回線ＬＯ２ＢＸは、演算ユニットＣＰＵ２と追加した入出力ユニットＲＩＯＸ（ＲＩＯＸ１、ＲＩＯＸ２、・・・ＲＩＯＸｍ）の間に形成されたリング状の通信回線であって、光通信回線ＬＯ２ＢＸ１、ＬＯ２ＢＸ２、・・・ＬＯ２ＢＸｍ、ＬＯ２ＢＸ（ｍ＋１）を経由する演算ユニットＣＰＵ２側の追加Ｂ系の外部通信回線である。

このように図６では、並列に追加した入出力ユニットＲＩＯＸ（ＲＩＯＸ１、ＲＩＯＸ２、・・・ＲＩＯＸｍ）への通信を中継するために、演算ユニットＣＰＵ１内に中継装置ＴｒＣＸ１を追加実装し、演算ユニットＣＰＵ２内に中継装置ＴｒＣＸ２を追加実装する。

中継装置と入出力ユニットＲＩＯは、複数の光通信回線及び電気通信回線によって、Ａ系、Ｂ系にリング状に接続されている。この二重化されたリング状の通信回線をブランチと称す。

ここでは、中継装置ＴｒＣ１と入出力ユニットＲＩＯ（ＲＩＯ１、ＲＩＯ２、・・・ＲＩＯｎ）が接続された通信回線をブランチ１と呼び、中継装置ＴｒＣＸ１と入出力ユニットＲＩＯＸ（ＲＩＯＸ１、ＲＩＯＸ２、・・・ＲＩＯＸｍ）が接続された通信回線をブランチ２と呼ぶ。ブランチ１のＡ系通信回線がＬＯ１Ａであり、ブランチ１のＢ系通信回線がＬＯ１Ｂであり、ブランチ２のＡ系通信回線がＬＯ１ＡＸであり、ブランチ２のＢ系通信回線がＬＯ１ＢＸである。

次に各ユニット間の接続について説明する。

中継装置ＴｒＣ１と、入出力ユニットＲＩＯ（ＲＩＯ１、ＲＩＯ２、・・・ＲＩＯｎ）内の中継装置ＴｒＲＡ（ＴｒＲＡ１、ＴｒＲＡ２・・・ＴｒＲＡｎ）は、Ａ系の光通信回線ＬＯ１Ａ（ＬＯ１Ａ１、ＬＯ１Ａ２、・・・ＬＯ１Ａｎ、ＬＯ１Ａ（ｎ＋１））で接続されている。

中継装置ＴｒＣ１と、入出力ユニットＲＩＯ（ＲＩＯ１、ＲＩＯ２、・・・ＲＩＯｎ）内の中継装置ＴｒＲＢ（ＴｒＲＢ１、ＴｒＲＢ２・・・ＴｒＲＢｎ）は、Ｂ系の光通信回線ＬＯ１Ｂ（ＬＯ１Ｂ１、ＬＯ１Ｂ２、・・・ＬＯ１Ｂｎ、ＬＯ１Ｂ（ｎ＋１））で接続されている。

中継装置ＴｒＣＸ１と、入出力ユニットＲＩＯＸ（ＲＩＯＸ１、ＲＩＯＸ２、・・・ＲＩＯＸｍ）内の中継装置ＴｒＲＡＸ（ＴｒＲＡＸ１、ＴｒＲＡＸ２・・・ＴｒＲＡＸｍ）は、Ａ系の光通信回線ＬＯ１ＡＸ（ＬＯ１ＡＸ１、ＬＯ１ＡＸ２、・・・ＬＯ１ＡＸｍ、ＬＯ１ＡＸ（ｍ＋１））で接続されている。

中継装置ＴｒＣＸ１と、入出力ユニットＲＩＯＸ（ＲＩＯＸ１、ＲＩＯＸ２、・・・ＲＩＯＸｍ）内の中継装置ＴｒＲＢＸ（ＴｒＲＢＸ１、ＴｒＲＢＸ２・・・ＴｒＲＢＸｍ）は、Ｂ系の光通信回線ＬＯ１ＢＸ（ＬＯ１ＢＸ１、ＬＯ１ＢＸ２、・・・ＬＯ１ＢＸｍ、ＬＯ１ＢＸ（ｍ＋１））で接続されている。

中継装置ＴｒＣ２と入出力ユニットＲＩＯ（ＲＩＯ１、ＲＩＯ２、・・・ＲＩＯｎ）内の中継装置ＴｒＲＡ（ＴｒＲＡ１、ＴｒＲＡ２・・・ＴｒＲＡｎ）は、Ａ系の光通信回線ＬＯ２Ａ（ＬＯ２Ａ１、ＬＯ２Ａ２、・・・ＬＯ２Ａｎ、ＬＯ２Ａ（ｎ＋１））で接続されている。

中継装置ＴｒＣ２と入出力ユニットＲＩＯ（ＲＩＯ１、ＲＩＯ２、・・・ＲＩＯｎ）内の中継装置ＴｒＲＢ（ＴｒＲＢ１、ＴｒＲＢ２・・・ＴｒＲＢｎ）は、Ｂ系の光通信回線ＬＯ２Ｂ（ＬＯ２Ｂ１、ＬＯ２Ｂ２、・・・ＬＯ２Ｂｎ、ＬＯ２Ｂ（ｎ＋１））で接続されている。

中継装置ＴｒＣＸ２と、入出力ユニットＲＩＯＸ（ＲＩＯＸ１、ＲＩＯＸ２、・・・ＲＩＯＸｍ）内の中継装置ＴｒＲＡＸ（ＴｒＲＡＸ１、ＴｒＲＡＸ２・・・ＴｒＲＡＸｍ）は、Ａ系の光通信回線ＬＯ２ＡＸ（ＬＯ２ＡＸ１、ＬＯ２ＡＸ２、・・・ＬＯ２ＡＸｍ、ＬＯ２ＡＸ（ｍ＋１））で接続されている。

中継装置ＴｒＣＸ２と、入出力ユニットＲＩＯＸ（ＲＩＯＸ１、ＲＩＯＸ２、・・・ＲＩＯＸｍ）内の中継装置ＴｒＲＢＸ（ＴｒＲＢＸ１、ＴｒＲＢＸ２・・・ＴｒＲＢＸｍ）は、Ｂ系の光通信回線ＬＯ２ＢＸ（ＬＯ２ＢＸ１、ＬＯ２ＢＸ２、・・・ＬＯ２ＢＸｍ、ＬＯ２ＢＸ（ｍ＋１））で接続されている。

上記接続により、ブランチ１のＡ系通信は、中継装置ＴｒＣ１、光通信回線ＬＯ１Ａ１、中継装置ＴｒＲＡ１、光通信回線ＬＯ１Ａ２、中継装置ＴｒＲＡ２、光通信回線ＬＯ１Ａｎ、中継装置ＴｒＲＡｎ、光通信回線ＬＯ１Ａ（ｎ＋１）を介して行われる。

ブランチ１のＢ系通信は、中継装置ＴｒＣ１、光通信回線ＬＯ１Ｂ１、中継装置ＴｒＲＢ１、光通信回線ＬＯ１Ｂ２、中継装置ＴｒＲＢ２、光通信回線ＬＯ１Ｂｎ、中継装置ＴｒＲＢｎ、光通信回線ＬＯ１Ｂ（ｎ＋１）を介して行われる。

ブランチ２のＡ系通信は、中継装置ＴｒＣＸ１、光通信回線ＬＯ１ＡＸ１、中継装置ＴｒＲＡＸ１、光通信回線ＬＯ１ＡＸ２、中継装置ＴｒＲＡＸ２、光通信回線ＬＯ１ＡＸｍ、中継装置ＴｒＲＡＸｍ、光通信回線ＬＯ１ＡＸ（ｍ＋１）を介して行われる。

ブランチ２のＢ系通信は、中継装置ＴｒＣＸ１、光通信回線ＬＯ１ＢＸ１、中継装置ＴｒＲＢＸ１、光通信回線ＬＯ１ＢＸ２、中継装置ＴｒＲＢＸ２、光通信回線ＬＯ１ＢＸｍ、中継装置ＴｒＲＢＸｍ、光通信回線ＬＯ１ＢＸ（ｍ＋１）を介して行われる。

なお、演算ユニットＣＰＵ１に布線されているＡ系の電気通信回線ＬＩ１Ａは中継装置ＴｒＣ１と中継装置ＴｒＣＸ１に接続されている。同様に、Ｂ系の電気通信回線ＬＩ１Ｂも中継装置ＴｒＣ１と中継装置ＴｒＣＸ１に接続されている。

図６の演算ユニットＣＰＵ１における演算装置Ｃ１と中継装置ＴｒＣ１及び中継装置ＴｒＣＸ１の実装について図７を用いて説明する。図７は演算ユニットＣＰＵ１における演算装置Ｃ１と中継装置ＴｒＣ１及び中継装置ＴｒＣＸ１を実装する状態を示している。

演算ユニットＣＰＵ１の背面にはＡ系の電気通信回線ＬＩ１ＡとＢ系の電気通信回線ＬＩ１Ｂが布線されている。さらに、演算装置Ｃ１用コネクタ３００と中継装置ＴｒＣ１用コネクタ３０１及び中継装置ＴｒＣＸ１用コネクタ７００が実装されている。演算装置Ｃ１用コネクタ３００の端子３０２にはＡ系の電気通信回線ＬＩ１Ａが接続されている。端子３０３にはＢ系の電気通信回線ＬＩ１Ｂが接続されている。中継装置ＴｒＣ１用コネクタ３０１の端子３０４にはＡ系の電気通信回線ＬＩ１Ａが接続されている。端子３０５にはＢ系の電気通信回線ＬＩ１Ｂが接続されている。中継装置ＴｒＣＸ１用コネクタ７００の端子７０１にはＡ系の電気通信回線ＬＩ１Ａが接続されている。端子７０２にはＢ系の電気通信回線ＬＩ１Ｂが接続されている。

従って、演算装置Ｃ１を演算装置Ｃ１用コネクタ３００に実装すると、演算装置Ｃ１はＡ系の電気通信回線ＬＩ１ＡとＢ系の電気通信回線ＬＩ１Ｂに接続される。中継装置ＴｒＣ１を中継装置ＴｒＣ１用コネクタ３０１に接続すると、中継装置ＴｒＣ１はＡ系の電気通信回線ＬＩ１ＡとＢ系の電気通信回線ＬＩ１Ｂに接続される。中継装置ＴｒＣＸ１を中継装置ＴｒＣＸ１用コネクタ７００に接続すると、中継装置ＴｒＣＸ１はＡ系の電気通信回線ＬＩ１ＡとＢ系の電気通信回線ＬＩ１Ｂに接続される。

図８は演算ユニットＣＰＵに演算部Ｃと中継装置ＴｒＣ１と中継装置ＴｒＣＸ1が実装され、入出力ユニットＲＩＯに入出力装置ＩＦＯと中継装置ＴｒＲが実装されている状態を立体的に表している。

図６、図８に示したシステム並列追加後の構成によれば、図５の直列追加型のシステム構成と比較すると、通信の中継に要する時間を短縮でき、高速化が可能である。また、外部通信回線の断時に二重系の他回線からの通信が確保できる。例えば、中継装置ＴｒＣＸ１からブランチ２の入出力ユニットＲＩＯＸ（ＲＩＯＸ１、ＲＩＯＸ２・・・ＲＩＯＸｍ）に対する通信において、Ａ系の外部通信回線ＬＯ１ＡＸが断したとすると、この状態であれば中継装置ＴｒＣＸ１からブランチ２の入出力ユニットＲＩＯＸ（ＲＩＯＸ１、ＲＩＯＸ２・・・ＲＩＯＸｎ）に対するＢ系の外部通信回線ＬＯ１ＢＸによる通信の確保が可能である。

然るにここで、演算ユニットＣＰＵ１に実装されている中継装置ＴｒＣ１と中継装置ＴｒＣＸ１のうち、何らかの要因で中継装置ＴｒＣＸ１が故障した場合について考える。この状態では、中継装置ＴｒＣＸ１はブランチ２の入出力ユニットＲＩＯＸ（ＲＩＯＸ１、ＲＩＯＸ２・・・ＲＩＯＸｎ）に対する通信を中継しているため、中継装置ＴｒＣＸ１が故障すると、ブランチ２の入出力ユニットＲＩＯＸ（ＲＩＯＸ１、ＲＩＯＸ２・・・ＲＩＯＸｍ）対する通信が不可となる。

同様に、中継装置ＴｒＣ１と中継装置ＴｒＣＸ１のうち、何らかの要因で中継装置ＴｒＣ１が故障した場合について考える。中継装置ＴｒＣ１はブランチ１の入出力ユニットＲＩＯ（ＲＩＯ１、ＲＩＯ２・・・ＲＩＯｎ）に対する通信を中継しているため、中継装置ＴｒＣ１が故障すると、ブランチ１の入出力ユニットＲＩＯ（ＲＩＯ１、ＲＩＯ２・・・ＲＩＯｎ）に対する通信が不可となる。

従って、図６及び図８の制御システムは、演算ユニットＣＰＵ内に実装された２台の中継装置ＴｒＣ１、ＴｒＣＸ１のうち、一方が故障すると、それが中継していたブランチへの通信が不可となってしまうという課題がある。

図９は、図６の制御システムに対してさらに可用性を向上させた制御システムの構成を示している。図８と図９のシステム構成は、システム構成部品としては同じであるが、演算ユニットＣＰＵ内の２台の中継装置に接続される外部通信回線が相違する。図８の場合、演算ユニットＣＰＵ１（またはＣＰＵ２）内の２台の中継装置ＴｒＣ１とＴｒＣＸ１（または２台の中継装置ＴｒＣ２とＴｒＣＸ２）は、ブランチ１とブランチ２を担当すべく、ブランチ単位で区分していた。中継装置ＴｒＣ１、ＴｒＣ２はブランチ１のＡ系とＢ系を分担し、中継装置ＴｒＣＸ1、ＴｒＣＸ２はブランチ２のＡ系とＢ系を分担していた。

これに対し、図９では演算ユニットＣＰＵ１（またはＣＰＵ２）内の２台の中継装置ＴｒＣ１とＴｒＣＸ１（または２台の中継装置ＴｒＣ２とＴｒＣＸ２）は、Ａ系通信回線とＢ系通信回線を担当すべく、系統別通信回線で区分している。中継装置ＴｒＣ１、ＴｒＣ２はブランチ１のＡ系とブランチ２のＡ系を分担し、中継装置ＴｒＣＸ1、ＴｒＣＸ２はブランチ１のＢ系とブランチ２のＢ系を分担している。

従って、図９においてＡ系の電気通信回線ＬＩ１Ａは中継装置ＴｒＣ１のみに接続され、中継装置ＴｒＣＸ１には接続されない。Ｂ系の電気通信回線ＬＩ１Ｂは中継装置ＴｒＣＸ１のみに接続され、中継装置ＴｒＣ１には接続されない。

同様に、中継装置ＴｒＣ２は、ブランチ１のＡ系通信回線とブランチ２のＡ系通信回線を中継し、中継装置ＴｒＣＸ２はブランチ１のＢ系通信回線とブランチ２のＢ系通信回線を中継する。従って、図９においてＡ系の電気通信回線ＬＩ２Ａは中継装置ＴｒＣ２のみに接続され、中継装置ＴｒＣＸ２には接続されない。Ｂ系の電気通信回線ＬＩ２Ｂは中継装置ＴｒＣＸ２のみに接続され、中継装置ＴｒＣ２には接続されない。

また演算ユニットＣＰＵ内の各中継装置は、外部通信回線を通じて入出力ユニットＲＩＯ及びＲＩＯＸと以下のように接続されている。

中継装置ＴｒＣ１と、入出力ユニットＲＩＯ（ＲＩＯ１、ＲＩＯ２、・・・ＲＩＯｎ）内の中継装置ＴｒＲＡ（ＴｒＲＡ１、ＴｒＲＡ２・・・ＴｒＲＡｎ）は、Ａ系の光通信回線ＬＯ１Ａ（ＬＯ１Ａ１、ＬＯ１Ａ２、・・・ＬＯ１Ａｎ、ＬＯ１Ａ（ｎ＋１））で接続されている。また中継装置ＴｒＣ１と、入出力ユニットＲＩＯＸ（ＲＩＯＸ１、ＲＩＯＸ２、・・・ＲＩＯＸｍ）内の中継装置ＴｒＲＡＸ（ＴｒＲＡＸ１、ＴｒＲＡＸ２・・・ＴｒＲＡＸｍ）は、Ａ系の光通信回線ＬＯ１ＡＸ（ＬＯ１ＡＸ１、ＬＯ１ＡＸ２、・・・ＬＯ１ＡＸｍ、ＬＯ１ＡＸ（ｍ＋１））で接続されている。

中継装置ＴｒＣＸ１と、入出力ユニットＲＩＯ（ＲＩＯ１、ＲＩＯ２、・・・ＲＩＯｎ）内の中継装置ＴｒＲＢ（ＴｒＲＢ１、ＴｒＲＢ２・・・ＴｒＲＢｎ）は、Ｂ系の光通信回線ＬＯ１Ｂ（ＬＯ１Ｂ１、ＬＯ１Ｂ２、・・・ＬＯ１Ｂｎ、ＬＯ１Ｂ（ｎ＋１））で接続されている。また中継装置ＴｒＣＸ１と、入出力ユニットＲＩＯＸ（ＲＩＯＸ１、ＲＩＯＸ２、・・・ＲＩＯＸｍ）内の中継装置ＴｒＲＢＸ（ＴｒＲＢＸ１、ＴｒＲＢＸ２・・・ＴｒＲＢＸｍ）は、Ｂ系の光通信回線ＬＯ１ＢＸ（ＬＯ１ＢＸ１、ＬＯ１ＢＸ２、・・・ＬＯ１ＢＸｍ、ＬＯ１ＢＸ（ｍ＋１））で接続されている。

中継装置ＴｒＣ２と入出力ユニットＲＩＯ（ＲＩＯ１、ＲＩＯ２、・・・ＲＩＯｎ）内の中継装置ＴｒＲＡ（ＴｒＲＡ１、ＴｒＲＡ２・・・ＴｒＲＡｎ）は、Ａ系の光通信回線ＬＯ２Ａ（ＬＯ２Ａ１、ＬＯ２Ａ２、・・・ＬＯ２Ａｎ、ＬＯ２Ａ（ｎ＋１））で接続されている。また中継装置ＴｒＣ２と入出力ユニットＲＩＯＸ（ＲＩＯＸ１、ＲＩＯＸ２、・・・ＲＩＯＸｍ）内の中継装置ＴｒＲＡＸ（ＴｒＲＡＸ１、ＴｒＲＡＸ２・・・ＴｒＲＡＸｍ）は、Ａ系の光通信回線ＬＯ２ＡＸ（ＬＯ２ＡＸ１、ＬＯ２ＡＸ２、・・・ＬＯ２ＡＸｍ、ＬＯ２ＡＸ（ｍ＋１））で接続されている。

中継装置ＴｒＣＸ２と、入出力ユニットＲＩＯ（ＲＩＯ１、ＲＩＯ２、・・・ＲＩＯｎ）内の中継装置ＴｒＲＢ（ＴｒＲＢ１、ＴｒＲＢ２・・・ＴｒＲＢｎ）は、Ｂ系の光通信回線ＬＯ２Ｂ（ＬＯ２Ｂ１、ＬＯ２Ｂ２、・・・ＬＯ２Ｂｎ、ＬＯ２Ｂ（ｎ＋１））で接続されている。また中継装置ＴｒＣＸ２と、入出力ユニットＲＩＯＸ（ＲＩＯＸ１、ＲＩＯＸ２、・・・ＲＩＯＸｍ）内の中継装置ＴｒＲＢＸ（ＴｒＲＢＸ１、ＴｒＲＢＸ２・・・ＴｒＲＢＸｍ）は、Ｂ系の光通信回線ＬＯ２ＢＸ（ＬＯ２ＢＸ１、ＬＯ２ＢＸ２、・・・ＬＯ２ＢＸｍ、ＬＯ２ＢＸ（ｍ＋１））で接続されている。

上記接続により、演算ユニットＣＰＵ１によるブランチ１のＡ系通信は、中継装置ＴｒＣ１、光通信回線ＬＯ１Ａ１、中継装置ＴｒＲＡ１、光通信回線ＬＯ１Ａ２、中継装置ＴｒＲＡ２、光通信回線ＬＯ１Ａｎ、中継装置ＴｒＲＡｎ、光通信回線ＬＯ１Ａ（ｎ＋１）を介して行われ、ブランチ２のＡ系通信は、中継装置ＴｒＣ１、光通信回線ＬＯ１ＡＸ１、中継装置ＴｒＲＡＸ１、光通信回線ＬＯ１ＡＸ２、中継装置ＴｒＲＡＸ２、光通信回線ＬＯ１ＡＸｍ、中継装置ＴｒＲＡＸｍ、光通信回線ＬＯ１ＡＸ（ｍ＋１）を介して行われる。

また演算ユニットＣＰＵ１におけるブランチ１のＢ系通信は、中継装置ＴｒＣＸ１、光通信回線ＬＯ１Ｂ１、中継装置ＴｒＲＢ１、光通信回線ＬＯ１Ｂ２、中継装置ＴｒＲＢ２、光通信回線ＬＯ１Ｂｎ、中継装置ＴｒＲＢｎ、光通信回線ＬＯ１Ｂ（ｎ＋１）を介して行われ、ブランチ２のＢ系通信は、中継装置ＴｒＣＸ１、光通信回線ＬＯ１ＢＸ１、中継装置ＴｒＲＢＸ１、光通信回線ＬＯ１ＢＸ２、中継装置ＴｒＲＢＸ２、光通信回線ＬＯ１ＢＸｍ、中継装置ＴｒＲＢＸｍ、光通信回線ＬＯ１ＢＸ（ｍ＋１）を介して行われる。

また上記接続により、演算ユニットＣＰＵ２によるブランチ１のＡ系通信は、中継装置ＴｒＣ２、光通信回線ＬＯ２Ａ１、中継装置ＴｒＲＡ１、光通信回線ＬＯ２Ａ２、中継装置ＴｒＲＡ２、光通信回線ＬＯ２Ａｎ、中継装置ＴｒＲＡｎ、光通信回線ＬＯ２Ａ（ｎ＋１）を介して行われ、ブランチ２のＡ系通信は、中継装置ＴｒＣ２、光通信回線ＬＯ２ＡＸ１、中継装置ＴｒＲＡＸ１、光通信回線ＬＯ２ＡＸ２、中継装置ＴｒＲＡＸ２、光通信回線ＬＯ２ＡＸｍ、中継装置ＴｒＲＡＸｍ、光通信回線ＬＯ２ＡＸ（ｍ＋１）を介して行われる。

また演算ユニットＣＰＵ２におけるブランチ１のＢ系通信は、中継装置ＴｒＣＸ２、光通信回線ＬＯ２Ｂ１、中継装置ＴｒＲＢ１、光通信回線ＬＯ２Ｂ２、中継装置ＴｒＲＢ２、光通信回線ＬＯ２Ｂｎ、中継装置ＴｒＲＢｎ、光通信回線ＬＯ２Ｂ（ｎ＋１）を介して行われ、ブランチ２のＢ系通信は、中継装置ＴｒＣＸ２、光通信回線ＬＯ２ＢＸ１、中継装置ＴｒＲＢＸ１、光通信回線ＬＯ２ＢＸ２、中継装置ＴｒＲＢＸ２、光通信回線ＬＯ２ＢＸｍ、中継装置ＴｒＲＢＸｍ、光通信回線ＬＯ２ＢＸ（ｍ＋１）を介して行われる。

上記構成により、演算ユニットＣＰＵ１内の中継装置ＴｒＣ１と中継装置ＴｒＣＸ１は、演算装置Ｃ１からの要求フレームを受信すると、電気信号を光信号に変換し、ブランチ１及びブランチ２の入出力部に対して要求フレームを同時に送信する。また、ブランチ１及びブランチ２の入出力部からの応答フレームを受信すると、ブランチ１及びブランチ２の両方の応答フレームを同時に受信処理し、演算装置Ｃ１に応答フレームを送信する。

演算ユニットＣＰＵ１に対する演算装置Ｃ１と中継装置ＴｒＣ１及び中継装置ＴｒＣＸ１の実装について図１０を用いて説明する。

図１０において、演算ユニットＣＰＵ１の背面にはＡ系の電気通信回線ＬＩ１ＡとＢ系の電気通信回線ＬＩ１Ｂが布線されている。さらに、演算装置Ｃ１用コネクタ３００と中継装置ＴｒＣ１用コネクタ３０１及び中継装置ＴｒＣＸ１用コネクタ７００が実装されている。

演算装置Ｃ１用コネクタ３００の端子３０２にはＡ系の電気通信回線ＬＩ１Ａが接続されている。端子３０３にはＢ系の電気通信回線ＬＩ１Ｂが接続されている。

中継装置ＴｒＣ１用コネクタ３０１の端子３０４にはＡ系の電気通信回線ＬＩ１Ａが接続されている。端子３０５にはＢ系の電気通信回線ＬＩ１Ｂが接続されていない。中継装置ＴｒＣＸ１用コネクタ７００の端子７０１にはＡ系の電気通信回線ＬＩ１Ａが接続されていない。端子７０２にはＢ系の電気通信回線ＬＩ１Ｂが接続されている。

従って、演算装置Ｃ１を演算装置Ｃ１用コネクタ３００に実装すると、演算装置Ｃ１はＡ系の電気通信回線ＬＩ１ＡとＢ系の電気通信回線ＬＩ１Ｂに接続される。中継装置ＴｒＣ１を中継装置ＴｒＣ１用コネクタ３０１に実装すると、中継装置ＴｒＣ１はＡ系の電気通信回線ＬＩ１Ａのみに接続され、Ｂ系の電気通信回線ＬＩ１Ｂには接続されない。中継装置ＴｒＣＸ１を中継装置ＴｒＣＸ１用コネクタ７００に実装すると、中継装置ＴｒＣＸ１はＢ系の電気通信回線ＬＩ１Ｂのみに接続され、Ａ系の電気通信回線ＬＩ１Ａには接続されない。

図１は、演算ユニットＣＰＵ１に演算装置Ｃ１と中継装置ＴｒＣ１、ＴｒＣＸ１が実装されている状態、入出力ユニットＲＩＯに中継装置ＴｒＲと入出力装置ＩＦＯが実装されている状態を立体的に表している。

ここで、稼働中の演算ユニットＣＰＵ１において中継装置ＴｒＣ１と中継装置ＴｒＣＸ１のうち、何らかの要因で中継装置ＴｒＣＸ１が故障した場合について考える。この場合、ブランチ１に対する通信は、健全側の中継装置ＴｒＣ１からＡ系の通信回線ＬＯ１Ａにより、光通信回線ＬＯ１Ａ１、中継装置ＴｒＲＡ１、光通信回線ＬＯ１Ａ２、中継装置ＴｒＲＡ２、光通信回線ＬＯ１Ａｎ、中継装置ＴｒＲＡｎ、光通信回線ＬＯ１Ａ（ｎ＋１）を介して行われる。ブランチ２に対する通信は、健全側の中継装置中継装置ＴｒＣ１からＡ系の通信回線ＬＯ１ＡＸにより、光通信回線ＬＯ１ＡＸ１、中継装置ＴｒＲＡＸ１、光通信回線ＬＯ１ＡＸ２、中継装置ＴｒＲＡＸ２、光通信回線ＬＯ１ＡＸｍ、中継装置ＴｒＲＡＸｍ、光通信回線ＬＯ１ＡＸ（ｍ＋１）を介して行われる。

従って、中継装置ＴｒＣＸ１が故障した場合でも、中継装置ＴｒＣ１のみでブランチ１及びブランチ２に対する通信を継続させることができる。

同様に、稼働中の演算ユニットＣＰＵ１において中継装置ＴｒＣ１と中継装置ＴｒＣＸ１のうち、何らかの要因で中継装置ＴｒＣ１が故障した場合について考える。この場合、ブランチ１に対する通信は、健全側の中継装置ＴｒＣＸ１からＢ系の通信回線ＬＯ１Ｂにより、光通信回線ＬＯ１Ｂ１、中継装置ＴｒＲＢ１、光通信回線ＬＯ１Ｂ２、中継装置ＴｒＲＢ２、光通信回線ＬＯ１Ｂｎ、中継装置ＴｒＲＢｎ、光通信回線ＬＯ１Ｂ（ｎ＋１）を介して行われる。ブランチ２に対する通信は、健全側の中継装置ＴｒＣＸ１からＢ系の通信回線ＬＯ１ＢＸにより、光通信回線ＬＯ１ＢＸ１、中継装置ＴｒＲＢＸ１、光通信回線ＬＯ１ＢＸ２、中継装置ＴｒＲＢＸ２、光通信回線ＬＯ１ＢＸｍ、中継装置ＴｒＲＢＸｍ、光通信回線ＬＯ１ＢＸ（ｍ＋１）を介して行われる。

従って、中継装置ＴｒＣ１が故障した場合でも、中継装置ＴｒＣＸ１のみでブランチ１及びブランチ２に対する通信を継続させることができる。

以上より、本発明の制御システムによれば、中継装置ＴｒＣ１と中継装置ＴｒＣＸ１のうち、どちらか一方が故障しても、ブランチ１及びブランチ２への通信を継続させることができるため、可用性の高い制御システムを実現できる。

Ｄ：指令措置
ＬＤ：指令回線
ＣＰＵ１、ＣＰＵ２：演算ユニット
Ｃ１、Ｃ２：演算装置
ＴｒＣ１、ＴｒＣ２：中継装置（電気光変換装置）
ＴｒＣＸ１、ＴｒＣＸ２：中継装置（電気光変換装置）
ＬＩ１Ａ、ＬＩ１Ｂ：演算ユニットＣＰＵ１内の内部電気通信回線
ＬＩ２Ａ、ＬＩ２Ｂ：演算ユニットＣＰＵ２内の内部電気通信回線
ＬＯ１Ａ（ＬＯ１Ａ１、ＬＯ１Ａ２、・・・ＬＯ１Ａｎ、ＬＯ１Ａ（ｎ＋１））：演算ユニットＣＰＵ１側のＡ系の外部通信回線
ＬＯ１Ｂ（ＬＯ１Ｂ１、ＬＯ１Ｂ２、・・・ＬＯ１Ｂｎ、ＬＯ１Ｂ（ｎ＋１））：演算ユニットＣＰＵ１側のＢ系の外部通信回線
ＬＯ２Ａ（ＬＯ２Ａ１、ＬＯ２Ａ２、・・・ＬＯ２Ａｎ、ＬＯ２Ａ（ｎ＋１））：演算ユニットＣＰＵ２側のＡ系の外部通信回線
ＬＯ２Ｂ（ＬＯ２Ｂ１、ＬＯ２Ｂ２、・・・ＬＯ２Ｂｎ、ＬＯ２Ｂ（ｎ＋１））：演算ユニットＣＰＵ２側のＢ系の外部通信回線
ＲＩＯ１、ＲＩＯ２・・・ＲＩＯｎ：入出力ユニット
Ｏ１、Ｏ２・・・Ｏｎ：制御対象
ＴｒＲＡ（ＴｒＲＡ１、ＴｒＲＡ２・・・ＴｒＲＡｎ）：入出力ユニットＲＩＯ内のＡ系側の中継装置（電気光変換装置）
ＴｒＲＢ（ＴｒＲＢ１、ＴｒＲＢ２・・・ＴｒＲＢｎ）：入出力ユニットＲＩＯ内のＢ系側の中継装置（電気光変換装置）
ＩＦＯ１、ＩＦＯ２・・・ＩＦＯｎ：入出力装置
ＬＲＩＡ、ＬＲＩＢ：入出力ユニットＲＩＯ内の内部電気通信回線
３００：演算装置用コネクタ
３０１、７００：中継装置用コネクタ
３０２、３０３：演算装置用コネクタの端子
３０４、３０５、７０１、７０２：中継装置用コネクタの端子

Claims (7)

1. ２組の外部通信回線を接続可能な第１と第２の中継装置に接続される演算装置を備えた第１と第２の演算ユニットであって、該演算ユニットの一方が稼働状態とされ他方が待機状態とされる第１と第２の演算ユニットと、２組の外部通信回線を接続可能な第３と第４の中継装置に接続される入出力装置を備える入出力ユニットを含み、
   複数の前記入出力ユニットで第１の入出力ユニット群を構成し、他の複数の前記入出力ユニットで第２の入出力ユニット群を構成するとともに、
   前記第１の入出力ユニット群と前記第１の演算ユニットの間、前記第１の入出力ユニット群と前記第２の演算ユニットの間、前記第２の入出力ユニット群と前記第１の演算ユニットの間、前記第２の入出力ユニット群と前記第２の演算ユニットの間に、リング状に前記外部通信回線を配置し、前記演算ユニットと前記入出力ユニットの間で二重系の通信回線を配置していることを特徴とする制御システム。
2. 請求項１に記載の制御システムであって、
   前記演算ユニット内の第１と第２の中継装置の一方により前記第１の入出力ユニット群に対する二重系のリング状通信回線を構成し、前記演算ユニット内の第１と第２の中継装置の他方により前記第２の入出力ユニット群に対するリング状二重系の通信回線を構成していることを特徴とする制御システム。
3. 請求項１または請求項２に記載の制御システムであって、
   前記第１の演算ユニット内の第１と第２の中継装置の一方により前記第１の入出力ユニット群に対する二重系のリング状通信回線を構成し、前記第１の演算ユニット内の第１と第２の中継装置の他方により前記第２の入出力ユニット群に対するリング状二重系の通信回線を構成し、
   前記第２の演算ユニット内の第１と第２の中継装置の一方により前記第１の入出力ユニット群に対する二重系のリング状通信回線を構成し、前記第２の演算ユニット内の第１と第２の中継装置の他方により前記第２の入出力ユニット群に対するリング状二重系の通信回線を構成していることを特徴とする制御システム。
4. 請求項１に記載の制御システムであって、
   前記演算ユニット内の第１と第２の中継装置の一方により前記第１の入出力ユニット群に対するリング状の通信回線と、前記第２の入出力ユニット群に対するリング状の通信回線を構成し、前記演算ユニット内の第１と第２の中継装置の他方により前記第１の入出力ユニット群に対するリング状の通信回線と、前記第２の入出力ユニット群に対するリング状の通信回線を構成していることを特徴とする制御システム。
5. 請求項３または請求項４に記載の制御システムであって、
   前記第１の演算ユニット内の第１と第２の中継装置の一方により前記第１の入出力ユニット群に対するリング状の通信回線と、前記第２の入出力ユニット群に対するリング状の通信回線を構成し、前記第１の演算ユニット内の第１と第２の中継装置の他方により前記第１の入出力ユニット群に対するリング状の通信回線と、前記第２の入出力ユニット群に対するリング状の通信回線を構成するとともに、
   前記第２の演算ユニット内の第１と第２の中継装置の一方により前記第１の入出力ユニット群に対するリング状の通信回線と、前記第２の入出力ユニット群に対するリング状の通信回線を構成し、前記第２の演算ユニット内の第１と第２の中継装置の他方により前記第１の入出力ユニット群に対するリング状の通信回線と、前記第２の入出力ユニット群に対するリング状の通信回線を構成することを特徴とする制御システム。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の制御システムであって、
   前記演算ユニットにおける筐体内面に、第１と第２の中継装置と演算装置との間の通信線が配置されており、中継装置および演算装置の前記演算ユニットへの取り付けにより中継装置と演算装置が接続されることを特徴とする制御システム。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の制御システムであって、
   前記入出力ユニットにおける筐体内面に、第３と第４の中継装置と入出力装置との間の通信線が配置されており、中継装置および演算装置の前記入出力ユニットへの取り付けにより中継装置と入出力装置が接続されることを特徴とする制御システム。

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