JP2017073592A - 制御システム、および中継装置 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｔ分岐回線を含むループ型ネットワークの可用性を従来用よりも向上させることを可能にする。
【解決手段】リング状の主回線に、各々Ｔ分岐回線の終端となる２つのＴ分岐局を接続し、各Ｔ分岐回線に第１および第２の中継手段を設ける。第１の中継手段は、主回線から受信したフレームについてＴ分岐回線を介して受信済であるか否かを判定し、受信済の場合には主回線を介してその宛先へ転送する一方、受信していない場合にはＴ分岐回線へ転送する。第２の中継手段は、Ｔ分岐回線から受信したフレームについて過去にＴ分岐回線へ転送したものであるか否かを判定し、転送していた場合には主回線を介してその宛先へ転送する一方、転送していない場合にはＴ分岐回線へループバックする。また、第１および第２の中継手段の各々は、フレームの転送先との通信が不能である場合には、当該フレームをループバックする。
【選択図】図３

Description

本発明は、工場や各種プラント等の産業施設における各種操業を制御するための制御システムに関する。

この種の制御システムには、産業施設内に設置されたセンサからの計測データの収集やその収集結果に応じた電動機やサーボ等の駆動制御を行う制御装置と、センサや電動機等のＩＯ装置とが含まれている。この種の制御システムでは、ループ型ネットワークが採用されることが多い。ループ型ネットワークとは、ＩＯ装置や制御装置等の各種通信装置をリング状の通信回線に接続して構成されたネットワークのことを言う。

制御システムにおいてループ型ネットワークが採用されることが多い理由は以下の通りである。制御システムにおいて、通信回線の断線等に起因して他の通信装置とのデータ通信を行えない通信装置が発生すると、産業施設全体の操業に支障が生じる虞がある。このため、制御システムは、通信回線の断線等が発生したとしても、本来の機能が損なわれることが無いシステム、すなわち、可用性の高いシステムであることが必要である。以下では、他の通信装置とのデータ通信を行えない通信装置が発生することを「通信装置の脱落」と呼ぶ。ループ型ネットワークでは、リング状の通信回線の何れか一カ所に断線等が発生したとしてもバス型ネットワークとして機能することが可能であり、通信装置の脱落が発生することはない。以上が、制御システムにおいてループ型ネットワークが採用されることが多い理由である。

ループ型ネットワークには、通信回線をリング状に敷設する必要があるため、通信回線の取り回しの自由度が低く、産業施設内におけるＩＯ装置や制御装置の配置や増設に柔軟に対応することができない、といった問題があった。そこで、このような問題を解決するための技術が従来より種々提案されており、その一例としては、分配器（特許文献１参照）やＴ分岐局と呼ばれる中継装置を用いてネットワークを分岐させる技術が挙げられる。

特開２００４−２２７２６１号公報

しかしながら、リング状の主回線にＴ分岐局を用いてＴ分岐回線を接続した制御システムでは、Ｔ分岐局の故障により、Ｔ分岐回線に接続された通信装置が脱落する、といった問題があった。

本発明は以上に説明した課題に鑑みて為されてものであり、Ｔ分岐回線を含む制御システムの可用性を従来よりも向上させることを可能にする技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、第１の通信回線としてリング状ネットワークを形成する主回線を有するとともに、各々別個の中継装置を介して第１の通信回線に接続されるＴ分岐回線として機能する１または複数の第２の通信回線を有する制御システムにおいて、主回線にＴ分岐回線を接続する中継装置の各々が二重化されていることを特徴とする制御システムを提供する。このような制御システムにおいては、二重化された中継装置の一方が故障しても、当該中継装置を介して主回線に接続されるＴ分岐回線に接続されている通信装置の脱落が発生することはない。つまり、本発明によれば、Ｔ分岐回線を含む制御システムの可用性を従来用よりも向上させることが可能になる。

より詳細に説明すると、二重化された中継装置の各々には、第１または第２の通信回線を介して受信したデータブロックの転送先との通信が不能である場合には、当該データブロックを当該転送先の通信回線からの受信データブロックとしてループバックする処理を実行させる。そして、二重化された中継装置の一方、例えば、データ通信の上流側の中継装置には、第１の通信回線を介して上流側から受信したデータブロックを第２の通信回線へ転送するとともに、第２の通信回線を介して受信したデータブロックを第１の通信回線を介して下流側へ転送する処理を実行させる。これに対して、下流側の中継装置には、上流側の中継装置が稼働している場合には、主回線を介して上流側から受信したデータブロックを同主回線の下流側へ転送するとともにＴ分岐回線を介して受信したデータブロックを同Ｔ分岐回線へループバックする処理を実行させ、当該上流側の中継装置が稼働していない場合には、主回線を介して上流側から受信したデータブロックをＴ分岐回線へ転送するとともに、Ｔ分岐回線を介して受信したデータブロックを主回線の下流側へ転送する処理を実行させる。

上記中継装置の具体的な構成としては、以下の第１および第２の中継手段を有する構成が挙げられる。第１の中継手段は、第１の通信回線を介して受信したデータブロックについて、第２の通信回線を介して他方の中継装置から受信済であるか否かを判定し、受信済である場合には第１の通信回線を介してその宛先へ転送する一方、受信済ではない場合には第２の通信回線へ転送する。第２の中継手段は、第２の通信回線を介して受信したデータブロックについて、他方の中継装置により第２の通信回線へ転送されたものであるか否かを判定し、他方の中継装置により転送されたものである場合には第２の通信回線へループバックする一方、他方の中継装置により転送されたものではない場合には第１の通信回線を介してその宛先へ転送する。また、第１および第２の中継手段の各々は、データブロックの転送先との通信が不能である場合には、当該データブロックを当該転送先の通信回線からの受信データブロックとしてループバックする。

第１の中継手段および第２の中継手段の各々における判定の実現態様としては種々の態様が考えられ、その一例としてはフラグを用いた態様が挙げられる。具体的には、第１の中継手段は、第１の通信回線を介して受信したデータブロックについて、第１の値が各々初期設定される第１および第２のフラグのうちの後者の値が第１の値であれば、受信していないと判定するとともに第１のフラグに前記第１の値とは異なる第２の値をセットし、第２のフラグの値が第１の値でなければ、受信していたと判定するとともに第２のフラグを第１の値にリセットする。一方、第２の中継手段は、第２の通信回線を介して受信したデータブロックについて、第１のフラグの値が第１の値であれば、転送していないと判定するとともに第２のフラグに第２の値をセットし、第１のフラグの値が第１の値でなければ、転送していたと判定するとともに第１のフラグを第１の値にリセットする、といった具合である。

また、上記第１および第２のフラグについては、当該第１および第２のフラグを保持する記憶手段を各中継手段に設け、各々の記憶手段に保持されている第１および第２のフラグの参照および更新を行わせるようにしても良く、本発明の制御システムにおいて送受信されるデータブロックの所定領域に第１および第２のフラグを割り当てるようにしても良い。

また、上記課題を解決するために本発明は、上記第１の中継手段と上記第２の中継手段とを備える中継装置を提供する。このような中継装置を主回線に２台接続し、これら中継装置の各々が終端となるようにＴ分岐回線を接続すれば、上記制御システムを構築することができるからである。

以上説明したように、本発明によれば、主回線にＴ分岐回線を接続する２つの中継装置の両方が同時に故障しない限り、Ｔ分岐回線に接続されている通信装置の脱落は発生しない。つまり、本発明によれば、Ｔ分岐回線を含む制御システムの可用性を従来用よりも向上させることが可能になる。

本発明の一実施形態の制御システム１の構成例を示す図である。 同制御システム１に含まれるＴ分岐局１０＿１およびＴ分岐局１０＿２の構成例を示すブロック図である。 本実施形態の動作例を示す図である。 本実施形態の動作例を示す図である。 本実施形態の動作例を示す図である。 本実施形態の動作例を示す図である。 本実施形態の動作例を示す図である。 本実施形態の動作例を示す図である。 本発明の変形例（１）を説明するための図である。 本発明の変形例（３）を説明するための図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。
（Ａ：構成）
図１は、本発明の一実施形態の制御システム１の構成例を示す図である。
制御システム１は、産業施設に設置される通信システムであり、その産業施設における各種操業を制御する。図１に示すように、制御システム１は、ＩＯ装置２０＿ｎ（ｎ＝１〜６）と、制御装置３０と、Ｔ分岐局１０＿１およびＴ分岐局１０＿２と、を有する。

ＩＯ装置２０＿ｎ（ｎ＝１〜６）の各々は、上記産業施設内に敷設されるセンサである。以下では、ＩＯ装置２０＿ｎ（ｎ＝１〜６）の各々を区別する必要が無い場合には「ＩＯ装置２０」と表記する。本実施形態では、ＩＯ装置２０がセンサである場合について説明するが、電動機やサーボであっても良い。本実施形態の制御システム１には、６台のＩＯ装置２０が含まれているが、５台以下、または７台以上のＩＯ装置２０が制御システム１に含まれていても良い。

制御装置３０は、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）或いはＤＣＳ (Distributed Control System)である。制御装置３０についても従来の制御システムにおける制御装置と特段に変わるところはないため、詳細な説明を省略する。本実施形態の制御システム１には制御装置３０が１台だけ含まれているが、複数の制御装置が含まれていても良い。

本実施形態の制御システム１では、Ｔ字状に分岐したリング状ネットワークが採用されている。より詳細に説明すると、ＩＯ装置２０＿１、ＩＯ装置２０＿２、ＩＯ装置２０＿３、制御装置３０、Ｔ分岐局１０＿１およびＴ分岐局１０＿２は、図中の矢印Ｘの示す方向、すなわち、反時計回り方向にこの順に並ぶように、リング状の主回線に接続されている。図１では当該主回線が実線で表記されている。そして、Ｔ分岐局１０＿１とＴ分岐局１０＿２にはＴ分岐回線が接続されている。図１では当該Ｔ分岐回線が点線で表記されている。このＴ分岐回線には、ＩＯ装置２０＿４、ＩＯ装置２０＿５およびＩＯ装置２０＿６が接続され、主回線と同様にリング状ネットワークが形成される。

Ｔ分岐局１０＿１およびＴ分岐局１０＿２の各々は、ＯＳＩ（Open Systems Interconnection）参照モデルにおける第２層、すなわち、データリンク層のデータ通信を中継する中継装置である。以下ではＴ分岐局１０＿１とＴ分岐局１０＿２の各々を区別する必要がない場合には、「Ｔ分岐局１０」と表記する。データリンク層におけるデータの送受信単位はフレームであるから、Ｔ分岐局１０は、フレームの転送制御を行う。以下、本実施形態におけるデータ通信、すなわち、制御システム１におけるフレームの転送制御を説明するため、主回線およびＴ分岐回線における通信の方向を以下のように定義する。

主回線上では、ＩＯ装置２０や制御装置３０、Ｔ分岐局１０等の各通信装置から見て時計回りに隣接する他の通信装置のことを「上流側装置」と呼び、反時計回りに隣接する他の通信装置のことを「下流側装置」と呼ぶ。例えば、ＩＯ装置２０＿３にとっての上流側装置はＩＯ装置２０＿２であり、同下流側装置は制御装置３０である。これに対して、Ｔ分岐回線上では、ＩＯ装置２０や制御装置３０、Ｔ分岐局１０等の各通信装置から見てＴ分岐局１０＿１側の他の通信装置のことを「上流側装置」と呼び、Ｔ分岐局１０＿２側の他の通信装置のことを「下流側装置」と呼ぶ。例えば、ＩＯ装置２０＿５にとっての上流側装置はＩＯ装置２０＿４であり、同下流側装置はＩＯ装置２０＿６である。主回線およびＴ分岐回線の各々は、順方向のデータ通信のための第１の通信線と逆方向のデータ通信のための第２の通信線を含んでいる。順方向のデータ通信とは上流側から下流側へのデータ通信のことを言い、逆方向のデータ通信とは下流側から上流側へのデータ通信のことを言う。ＩＯ装置２０や制御装置３０、Ｔ分岐局１０等の各通信装置は、自装置の下流側へデータを送信する際には上記第１の通信線へ送出し、自装置の上流側へデータを送信する際には上記第２の通信線へ送出する。

本実施形態では、制御装置３０は、ＩＯ装置２０＿ｎ（ｎ＝１〜６）の各々から周期的に計測データを収集するため、計測データ収集用のフレーム（以下、計測データ収集フレーム）を周期的に下流側へ送信する。計測データ収集フレームでは、ＩＯ装置２０＿ｎ毎に計測データの書き込み領域が予め定められており、制御装置３０は当該書き込み領域に所定の初期値を書き込んで送信する。ＩＯ装置２０＿ｎ（ｎ＝１〜６）の各々は上流側から受信した計測データ収集フレームにて自装置に対応する書き込み領域の値が上記初期値であれば、当該領域に自装置における計測データを書き込んで下流側へ転送する。計測データ収集フレームの書き込み領域に初期値を設定するのは、上記ループバックに起因する計測データの重複書き込みを防止するためである。制御装置３０は、ＩＯ装置２０＿ｎ（ｎ＝１〜６）の各々によって順次計測データの書き込まれたフレームを受信することで、１回分の計測データの収集を完了する。なお、本実施形態のＩＯ装置２０および制御装置３０は、フレームの転送の際にその転送先との通信が不通である場合には当該フレームをループバックする機能を有している。

Ｔ分岐局１０は、主回線のＴ分岐を実現しつつ上記計測データ収集フレームの転送制御を実現するためのものである。本実施形態の制御システム１は、主回線上で互いに隣接する２つのＴ分岐局、すなわち、Ｔ分岐局１０＿１およびＴ分岐局１０＿２を含んでいる点が従来の制御システムと異なる。本実施形態では、Ｔ分岐局１０＿１とＴ分岐局１０＿２の各々に本実施形態の特徴を顕著に示す処理を行わせることでＩＯ装置２０＿ｎ（ｎ＝１〜６）の各々と制御装置３０との間のデータ通信に何らの支障を生じさせることなく、何れか一方のＴ分岐局に故障が発生したとしても、Ｔ分岐回線に接続された通信装置の脱落の発生を回避することが可能となっている。
以下、本実施形態の特徴を顕著に示すＴ分岐局１０を中心に説明する。

図２は、Ｔ分岐局１０の構成例を示す図である。
図２に示すように、Ｔ分岐局１０は、中継制御部１００、第１通信部１１０、第２通信部１２０、および第３通信部１３０を含んでいる。図２では詳細な図示を省略したが、中継制御部１００、第１通信部１１０、第２通信部１２０、および第３通信部１３０はバス（図２では図示略）に接続されている。

中継制御部１００は例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）であり、予めインストールされた中継制御プログラムにしたがって以下の要領でフレームの転送制御を行う。すなわち、中継制御部１００は、第１通信部１１０から受け取った受信フレームについては第３通信部１３０に与え、第３通信部１３０から受け取った受信フレームについては第２通信部１２０に与え、第２通信部１２０から受け取った受信フレームについては第１通信部１１０に与える。

第１通信部１１０および第２通信部１２０は何れもＮＩＣ（Network Interface Card）である。第１通信部１１０は主回線を介して上流側装置に接続されており、第２通信部１２０は主回線を介して下流側装置に接続されている。より詳細に説明すると、Ｔ分岐局１０＿１の第１通信部１１０は主回線を介して制御装置３０に接続されており、同第２通信部１２０は主回線を介してＴ分岐局１０＿２に接続されている。Ｔ分岐局１０＿２の第１通信部１１０は主回線を介してＴ分岐局１０＿１に接続されており、同第２通信部１２０は主回線を介してＩＯ装置２０＿１に接続されている。

第１通信部１１０および第２通信部１２０の各々は、接続先の通信回線を介して受信したフレームを中継制御部１００に引き渡す。また、第１通信部１１０および第２通信部１２０の各々は、接続先の通信装置とのデータ通信の不通等の通信障害の発生を検出する障害検出機能を有する。第１通信部１１０および第２通信部１２０の各々は、通信障害が発生していない状況下で中継制御部１００からフレームを引き渡された場合には、当該フレームを接続先の通信回線へ送出する。これに対して、上記障害検出機能により通信障害の発生が検出されている状況下で中継制御部１００からフレームを引き渡された場合には、第１通信部１１０および第２通信部１２０の各々は、当該フレームを受信フレームとして中継制御部１００へループバックする。

第３通信部１３０も、第１通信部１１０および第２通信部１２０と同様にＮＩＣである。第３通信部１３０も、前述した障害検出機能を有し、通信障害の発生を検知した場合には、前述したループバックを行う。これに加えて、第３通信部１３０は、以下に説明する第１の中継処理と第２の中継処理を実行する。

第１の中継処理は、中継制御部１００からフレームを引き渡されたことを契機として実行される処理である。第１の中継処理では、第３通信部１３０は、中継制御部１００から引き渡されたフレーム、すなわち第１通信部１１０を介して上流側装置から受信したフレームについて、Ｔ分岐回線を介して他方のＴ分岐局から過去に受信済であるか否かを判定する。そして、第３通信部１３０は、受信済みと判定した場合には、中継制御部１００から引き渡されたフレームを中継制御部１００へループバックする一方、受信済みではないと判定した場合には、当該フレームをＴ分岐回線へ転送する。

第２の中継処理は、Ｔ分岐回線からフレームを受信したことを契機として実行される処理である。第２の中継処理では、第３通信部１３０は、Ｔ分岐回線から受信したフレームについて、他方のＴ分岐局によりＴ分岐回線へ転送されたフレームであるか否かを判定する。本実施形態では、第３通信部１３０は、自装置がＴ分岐回線へフレームを転送していない状況下で当該Ｔ分岐回線からフレームを受信した場合には、当該フレームについて他方のＴ分岐局により転送されたフレームと判定する。そして、第３通信部１３０は、他方の中継装置により転送されたものではないと判定した場合には当該受信フレームを中継制御部１００に引き渡す一方、他方のＴ分岐局により転送されたものと判定した場合には当該受信フレームをＴ分岐回線へループバックする。

本実施形態では、上記第１および第２の中継処理の各々における判定を実現するため、第３通信部１３０のレジスタに、送信フラグ１３０ａと受信フラグ１３０ｂの２種類のフラグが保持される。送信フラグ１３０ａと受信フラグ１３０ｂには、Ｔ分岐局１０の電源投入やリセットを契機として初期値として第１の値がセットされる。本実施形態における当該第１の値は０である。

送信フラグ１３０ａは、中継制御部１００から与えられたフレームのＴ分岐回線へ転送の実行を契機として第１の値とは異なる第２の値に更新される。本実施形態における当該第２の値は１である。そして、送信フラグ１３０ａは、第２の中継処理における中継制御部１００への受信フレームの引き渡しを契機として、第１の値にリセットされる。送信フラグ１３０ａは、第２の中継処理における判定に利用される。すなわち、第３通信部１３０は、Ｔ分岐回線からフレームを受信した時点において送信フラグ１３０ａの値が第１の値であれば、他方のＴ分岐局によりＴ分岐回線へ転送されたフレームと判定する。

受信フラグ１３０ｂは、Ｔ分岐回線からの受信フレームの当該Ｔ分岐回線へのループバックの実行を契機として上記第２の値に更新され、第１の中継処理におけるループバックの実行を契機として第１の値にリセットされる。受信フラグ１３０ｂは、第１の中継処理における判定に利用される。すなわち、第３通信部１３０は、中継制御部１００からのフレームの引き渡し時点において受信フラグ１３０ｂの値が第１の値であれば、当該フレームについてＴ分岐回線を介して他方のＴ分岐局から受信済みではないと判定する。
以上がＴ分岐局１０の構成である。

（Ｂ：動作）
次いで、Ｔ分岐局１０が実行する動作を説明する。
以下に説明する各動作例では、図４、図６および図８における時刻ｔ０を動作の開始時刻とする。この時刻ｔ０においてはＴ分岐局１０の送信フラグ１３０ａおよび受信フラグ１３０ｂは何れも第１の値（本実施形態では、０）に初期化されている。なお、以下では、Ｔ分岐局１０＿１の構成要素とＴ分岐局１０＿２の構成要素の各々を区別する必要がある場合には、枝番“＿ｍ”（ｍは１または２）を付与して区別する。例えば、中継制御部１００についてＴ分岐局１０＿１におけるものとＴ分岐局１０＿２におけるものを区別する必要がある場合には、前者を「中継制御部１００＿１」と表記し、後者を「中継制御部１００＿２」と表記する。第１通信部１１０、第２通信部１２０、第３通信部１３０、送信フラグ１３０ａおよび受信フラグ１３０ｂについても同様の表記により、Ｔ分岐局１０＿１におけるものとＴ分岐局１０＿２におけるものを区別する。

（Ｂ−１：正常時の動作）
まず、主回線およびＴ分岐回線の何れにおいても断線等の障害が発生していない場合の動作、すなわち制御システム１の正常時の動作を、図３および図４を参照しつつ説明する。図３は、本動作例におけるフレームの転送順を示す図であり、図４は、送信フラグ１３０ａおよび受信フラグ１３０ｂの更新タイミングを示すタイムチャートである。前述したように、制御システム１では、制御装置３０は自装置の下流側へ計測データ収集フレームを送信する。主回線上における制御装置３０の下流側装置はＴ分岐局１０＿１であるから、図３における矢印３００で示すように、制御装置３０から送信された計測データ収集フレームは主回線を介して制御装置３０の下流側の装置、すなわち、Ｔ分岐局１０＿１に伝送される。

第１通信部１１０＿１は、主回線を介して上流側から受信したフレームを中継制御部１００＿１に与え、中継制御部１００＿１は当該フレームを第３通信部１３０＿１に与える。第３通信部１３０＿１は、中継制御部１００＿１はフレームの引き渡しを契機として第１の中継処理を実行する。本動作例では、計測データ収集フレームの受信時点では受信フラグ１３０ｂ＿１の値は第１の値であるから、第３通信部１３０＿１は、当該フレームをＴ分岐回線へ転送するとともに、その転送時刻ｔ１において送信フラグ１３０ａ＿１を第２の値（本実施形態では、１）に更新する（図４参照）。

前述したようにＴ分岐回線におけるＴ分岐局１０＿１の下流側装置はＩＯ装置２０＿４である。図３における矢印３１０で示すように、ＩＯ装置２０＿４は、Ｔ分岐局１０＿１から伝送された計測データ収集フレームに自装置における計測データを書き込んで下流側装置、すなわち、ＩＯ装置２０＿５に伝送する。ＩＯ装置２０＿５およびその下流側装置であるＩＯ装置２０＿６の各々も同様の処理を行う。ＩＯ装置２０＿６の下流側装置はＴ分岐局１０＿２であるから、ＩＯ装置２０＿６から下流側へ転送された計測データ収集フレームはＴ分岐局１０＿２によって受信される。

第３通信部１３０＿２は、上記計測データ収集フレームの受信を契機として第２の中継処理を実行する。計測データ収集フレームをＴ分岐回線を介して受信した時点では、送信フラグ１３０ａ＿２の値は第１の値である。このため、第３通信部１３０＿２は、当該受信フレームをＴ分岐回線へループバックするとともに、そのループバックの実行時刻ｔ２において受信フラグ１３０ｂ＿２を第２の値に更新する（図４参照）。Ｔ分岐局１０＿２からＴ分岐回線へループバックされた計測データ収集フレームは、図３における矢印３２０で示すように、ＩＯ装置２０＿６、ＩＯ装置２０＿５、およびＩＯ装置２０＿４の各々による転送を経てＴ分岐局１０＿１へ伝送される。

第３通信部１３０＿１は、上記の要領でループバックされた計測データ収集フレームの受信を契機として第２の中継処理を実行する。当該フレームの受信時点では、送信フラグ１３０ａ＿１の値は第２の値であるから、第３通信部１３０＿１は当該フレームを中継制御部１００＿１に与え、送信フラグ１３０ａ＿１を第１の値にリセットする（図４：時刻ｔ３）。中継制御部１００＿１は、第３通信部１３０＿１から受け取ったフレームを第２通信部１２０＿１に与え、第２通信部１２０＿１は当該フレームを主回線の下流側へ転送する。主回線上におけるＴ分岐局１０＿１の下流側装置はＴ分岐局１０＿２であるから、図３における矢印３３０で示すように、計測データ収集フレームは主回線を介してＴ分岐局１０＿１の下流側の装置、すなわち、Ｔ分岐局１０＿２に伝送される。

第１通信部１１０＿２は、主回線を介して上流側から受信したフレームを中継制御部１００＿２に与え、中継制御部１００＿２は当該フレームを第３通信部１３０＿２に与える。第３通信部１３０＿２は当該フレームの引き渡しを契機として第１の中継処理を実行する。主回線を介してＴ分岐局１０＿１から転送された計測データ収集フレームの受信時点では、受信フラグ１３０ｂ＿２の値は第２の値であるから、第３通信部１３０＿２は、当該フレームを受信フレームとして中継制御部１００＿２へループバックし、そのループバックの実行時刻ｔ４において受信フラグ１３０ｂ＿２を第１の値にリセットする（図４参照）。中継制御部１００＿２は、上記の要領でループバックされた計測データ収集フレームを第２通信部１２０＿２に与え、第２通信部１２０＿２は当該フレームを主回線の下流側へ転送する。

主回線上におけるＴ分岐局１０＿２の下流側装置はＩＯ装置２０＿１であるから、図３における矢印３４０で示すように、制御装置３０から送信された計測データ収集フレームは主回線を介してＴ分岐局１０＿２の下流側の装置、すなわち、ＩＯ装置２０＿１に伝送される。以降、ＩＯ装置２０＿１は、上記の要領で伝送された計測データ収集フレームに自装置における計測データを書き込んで下流側の装置、すなわち、ＩＯ装置２０＿２へ転送する。ＩＯ装置２０＿２およびその下流側装置であるＩＯ装置２０＿３においても同様の処理が実行され、その結果、ＩＯ装置２０＿ｎ（ｎ＝１〜６）の各々により計測データが書き込まれた計測データ収集フレームが制御装置３０へ転送される。これにより、制御装置３０による計測データの収集が完了する。

ここで注目すべき点は、本実施形態の制御システム１においては、Ｔ分岐局１０＿１におけるフレームの中継パターンとＴ分岐局１０＿２におけるフレームの中継パターンが異なっている点である。より詳細に説明すると、上流側のＴ分岐局、すなわち、Ｔ分岐局１０＿１は、主通信回線を介して上流側から受信したフレームをＴ分岐回線へ転送する一方、Ｔ分岐回線を介して受信したフレームを主回線の下流側へ転送する。一方、下流側のＴ分岐局、すなわち、Ｔ分岐局１０＿２は、主回線を介して上流側から受信したフレームを当該主回線の下流側へ転送し、Ｔ分岐回線を介して受信したフレームをＴ分岐回線へループバックする。本実施形態の制御システム１では、Ｔ分岐回線を有する従来の制御システムとは異なり、Ｔ分岐回線を主回線に接続するＴ分岐局がＴ分岐局１０＿１とＴ分岐局１０＿２により二重化されているのであるが、Ｔ分岐局１０＿１および１０＿２の各々におけるフレームの中継パターンが異なっているため、ＩＯ装置２０＿ｎ（ｎ＝１〜６）と制御装置３０との間のデータ通信に何らの支障が生じることは無い。

（Ｂ−２：Ｔ分岐局１０＿１が停止している場合の動作）
次いで、制御装置３０が計測データ収集フレームを送信する時点において故障等によりＴ分岐局１０＿１が停止している場合の動作を、図５および図６を参照しつつ説明する。図５は、本動作例におけるフレームの転送順を示す図であり、図６は、送信フラグ１３０ａおよび受信フラグ１３０ｂの更新タイミングを示すタイムチャートである。なお、図５では、Ｔ分岐局１０＿１が停止していることが×印で示されている。制御装置３０は、計測データ収集フレームの送信の際に、下流側装置との通信の不通を検知し、当該計測データ収集フレームを上流側装置、すなわち、ＩＯ装置２０＿３へループバックする。以降、図５における矢印５００で示すように上記計測データ収集フレームは、ＩＯ装置２０＿３、ＩＯ装置２０＿２、およびＩＯ装置２０＿１による計測データの書き込みおよび上流側への転送を経て、Ｔ分岐局１０＿２へ伝送される。

第２通信部１２０＿２は、ＩＯ装置２０＿１から転送された計測データ収集フレームを受信すると当該フレームを中継制御部１００＿２に与え、中継制御部１００＿２は当該フレームを第１通信部１１０＿２に与える。第１通信部１１０＿２は、前述の障害検知機能によりＴ分岐局１０＿１との通信の不通を検知し、当該フレームを受信フレームとして中継制御部１００＿２へループバックする。中継制御部１００＿２は上記の要領でループバックされた計測データ収集フレームを第３通信部１３０＿２に与える。第３通信部１３０＿２は当該フレームの引き渡しを契機として第１の中継処理を実行する。

第３通信部１３０＿２が上記計測データ収集フレームを中継制御部１００から引き渡された時点では、受信フラグ１３０ｂ＿２の値は第１の値である。このため、第３通信部１３０＿２は、当該フレームをＴ分岐回線へ転送するとともに、その転送時刻ｔ１´において送信フラグ１３０ａ＿２に第２の値をセットする（図６参照）。以降、図５における矢印５１０で示すように、上記計測データ収集フレームは、ＩＯ装置２０＿６およびＩＯ装置２０＿５による計測データの書き込みおよび上流側への転送を経てＩＯ装置２０＿４に伝送される。ＩＯ装置２０＿４は、まず、ＩＯ装置２０＿５から転送された計測データ収集フレームに自装置における計測データを書き込む。ＩＯ装置２０＿４は、上記の要領で計測データを書き込んだ計測データ収集フレームを上流側へ転送しようとするのであるが、上流側との通信の不通を検知して当該フレームを下流側へループバックする。以降、上記計測データ収集フレームは、図５における矢印５２０で示すように、ＩＯ装置２０＿５およびＩＯ装置２０＿６による下流側への転送を経てＴ分岐局１０＿２に伝送される。

第３通信部１３０＿２は、ＩＯ装置２０＿６から転送された計測データ取集フレームの受信を契機として第２の中継処理を実行する。第３通信部１３０＿２が上記フレームを受信した時点では、送信フラグ１３０ａ＿２の値は第２の値である。このため、第３通信部１３０＿２は当該フレームを中継制御部１００＿２に与え、送信フラグ１３０ａ＿２の値を第１の値にリセットする（図６：時刻ｔ２´）。中継制御部１００＿２は、第３通信部１３０＿２から受け取ったフレームを第２通信部１２０＿２に与え、第２通信部１２０＿２は当該フレームを主回線の下流側へ転送する。以降、図５における矢印５３０で示すように、計測データ収集フレームは主回線を介してＴ分岐局１０＿２の下流側の装置、すなわち、ＩＯ装置２０＿１へ伝送され、さらに下流側の装置、すなわち、ＩＯ装置２０＿２およびＩＯ装置２０＿３の各々による転送を経て制御装置３０に伝送される。

このように、Ｔ分岐局１０＿１が停止している場合であっても、Ｔ分岐局１０＿２に、主回線を介して受信したフレームをＴ分岐回線へ転送する一方、Ｔ分岐回線を介して受信したフレームを主回線の下流側へ転送する処理を実行させることで、制御装置３０はＩＯ装置２０＿ｎ（ｎ＝１〜６）の各々から計測データを収集することができ、ＩＯ装置２０＿ｎ（ｎ＝１〜６）と制御装置３０との間のデータ通信に何らの支障が生じることは無い。

（Ｂ−３：Ｔ分岐局１０＿２が停止している場合の動作）
次いで、制御装置３０が計測データ収集フレームを送信する時点において故障等によりＴ分岐局１０＿２が停止している場合の動作を、図７および図８を参照しつつ説明する。図７は、本動作例におけるフレームの転送順を示す図であり、図８は、送信フラグ１３０ａおよび受信フラグ１３０ｂの更新タイミングを示すタイムチャートである。図７では、Ｔ分岐局１０＿２が停止していることが×印で示されている。なお、制御装置３０から下流側へ送信された計測データ収集フレームが、Ｔ分岐局１０＿１、ＩＯ装置２０＿４およびＩＯ装置２０＿５による転送を経てＩＯ装置２０＿６に伝送されるまでのこれら各装置の動作は（Ｂ−１）における動作と同一であるため、詳細な説明を省略する。

ＩＯ装置２０＿６は、ＩＯ装置２０＿５から転送された計測データ収集フレームに自装置における計測データを書き込む。次いで、ＩＯ装置２０＿６は、上記の要領で計測データを書き込んだ計測データ収集フレームを下流側装置、すなわち、Ｔ分岐局１０＿２へ転送しようとするのであるが、通信の不通を検知して当該フレームを上流側へループバックする。以降、上記計測データ収集フレームは、図７における矢印７１０で示すように、ＩＯ装置２０＿５およびＩＯ装置２０＿４による上流側への転送を経てＴ分岐局１０＿１に伝送される。第３通信部１３０＿１は、当該フレームの受信を契機として第２の中継処理を実行する。

第３通信部１３０＿１がＴ分岐回線を介して計測データ収集フレームを受信した時点では、送信フラグ１３０ａ＿１の値は第２の値である。このため、第３通信部１３０＿１は当該フレームを中継制御部１００＿２に与え、送信フラグ１３０ａ＿１の値を第１の値にリセットする（図８：時刻ｔ２´´）。中継制御部１００＿１は、第３通信部１３０＿１から受け取ったフレームを第２通信部１２０＿１に与え、第２通信部１２０＿１は当該フレームを主回線の下流側へ転送しようとするのであるが、前述した障害検知機能により通信の不通を検知し、当該フレームを受信フレームとして中継制御部１００＿１にループバックし、中継制御部１００＿１は当該フレームを第１通信部１１０＿１に与える。第１通信部１１０＿１は、中継制御部１００＿１から受け取ったフレームを主回線の上流側へ転送する。

以降、図７における矢印７２０で示すように、計測データ収集フレームは主回線を介してＴ分岐局１０＿１の上流側、すなわち、制御装置３０へ転送され、さらに上流側の装置、すなわち、ＩＯ装置２０＿３およびＩＯ装置２０＿２の各々により計測データの書き込みおよび上流側への転送を経てＩＯ装置２０＿１に伝送される。ＩＯ装置２０＿１は、ＩＯ装置２０＿２から転送された計測データ収集フレームに自装置における計測データを書き込み、上流側装置、すなわち、Ｔ分岐局１０＿２へ転送しようとするのであるが、通信の不通を検知して当該フレームを下流側へループバックする。以降、図７における矢印７３０で示すように、ＩＯ装置２０＿２およびＩＯ装置２０＿３による下流側への転送を経て、制御装置３０に伝送される。

このように、Ｔ分岐局１０＿２が停止している場合であっても、主回線を介して受信したフレームをＴ分岐回線へ転送する一方、Ｔ分岐回線を介して受信したフレームを主回線の下流側へ転送する処理をＴ分岐局１０＿１に実行させることで、制御装置３０はＩＯ装置２０＿ｎ（ｎ＝１〜６）の各々から計測データを収集することができ、ＩＯ装置２０＿ｎ（ｎ＝１〜６）と制御装置３０との間のデータ通信に何らの支障が生じることは無い。

以上説明したように制御システム１においては、Ｔ分岐局１０＿１とＴ分岐局１０＿２の何れか一方の故障では、Ｔ分岐回線に接続されたＩＯ装置の脱落は発生しない。つまり、本実施形態によれば、Ｔ分岐した回線を含む制御システムの可用性を従来よりも向上させることが可能になる。

（Ｃ：変形）
以上本発明の一実施形態について説明したが、この実施形態を以下のように変形しても良い。
（１）上記実施形態では、リング状の主回線上で２つのＴ分岐局が隣接していた。しかし、リング状の主回線上で２つのＴ分岐局の間に１または複数のＩＯ装置が存在しても良く１または複数の制御装置が存在しても良い。また、上記実施形態では、主回線に対してＴ分岐回線が一つだけ接続されていたが、図９（ａ）や図９（ｂ）に示すようにＴ分岐回線ＴＣ１およびＴＣ２が主回線ＭＣに接続されていても良く、３つ以上のＴ分岐回線が主回線ＭＣに接続されていても良い。なお、図９では、Ｔ分岐局１０が丸印で示されている。要は、二重化されたＴ分岐局の各々を主回線に接続し、当該二重化されたＴ分岐局の各々が終端となるようにＴ分岐回線を接続する態様であれば、主回線に接続されるＴ分岐回線の数は幾つであっても良い。

（２）上記実施形態では、Ｔ分岐局１０＿１およびＴ分岐局１０＿２の各々が、自装置におけるフレームの受信状況および送信状況に応じてフレームの転送パターンを切り換えた。しかし、Ｔ分岐局１０＿１およびＴ分岐局１０＿２のうちの一方、例えば主回線上の上流側のＴ分岐局における転送パターンを、主回線を介して上流側から受信したフレームをＴ分岐回線へ転送する一方、Ｔ分岐回線を介して受信したフレームを主回線の下流側へ転送するパターンＡに固定しておき、下流側のＴ分岐局のみが他方の稼働状況に応じてフレームの転送パターンを切り換えるようにしても良い。具体的には、下流側のＴ分岐局には、他方のＴ分岐局が稼働中であれば、主回線の上流側から受信したフレームを同下流側へ転送するとともにＴ分岐回線を介して受信したフレームを同Ｔ分岐回線へループバックするパターンＢの処理を実行させ、上記上流側が稼働していなければ上記パターンＡの処理を実行させるのである。また、Ｔ分岐局１０＿１およびＴ分岐局１０＿２の各々に、パターンＡの処理とパターンＢの処理の何れを実行するのかを切り替えるスイッチを設け、このスイッチの切り換え操作をネットワーク管理者に手動で行わせるようにしても良い。

（３）上記実施形態では、Ｔ分岐局１０＿１およびＴ分岐局１０＿２の各々のレジスタに送信フラグ１３０ａおよび受信フラグ１３０ｂを保持する記憶手段の役割を担わせた。しかし、このような態様では、Ｔ分岐回線を転送中のフレームが消失した場合に不具合が発生する虞がある。例えば、図４における時刻ｔ２から時刻ｔ３までの時間区間内のある時刻ｔ´において、ＩＯ装置２０＿５とＩＯ装置２０＿４との間の通信回線に断線が生じ、フレームの消失が発生したとする。この場合、送信フラグ１３０ａ＿１は第２の値のままとなり、受信フラグ１３０ｂ＿２は第２の値のままとなる。

その後、新たなフレームが主回線の上流側からＴ分岐局１０＿１に転送されてきたとする。当該フレームの受信時点では、受信フラグ１３０ｂ＿１は第１の値であるため、Ｔ分岐局１０＿１は当該フレームをＴ分岐回線へ転送する。Ｔ分岐回線ではＩＯ装置２０＿４が当該フレームの下流側への転送の際に通信回線の断線を検知し、当該フレームを上流側へループバックし、Ｔ分岐局１０＿１は当該フレームを主回線の下流側へ転送する。Ｔ分岐局１０＿２が当該フレームを受信した時点では受信フラグ１３０ｂ＿２の値は第２の値であるため、当該フレームは主回線の下流側へ転送される。つまり、ＩＯ装置２０＿５およびＩＯ装置２０＿６の脱落が発生するのである。

上記のような不具合が発生するのは、フレームの消失により、送信フラグ１３０ａおよび受信フラグ１３０ｂによりＴ分岐局１０＿１およびＴ分岐局１０＿２において管理されているフレームの転送状況と実際のフレームの転送状況とに不整合が生じるからである。そこで、フレームの消失が発生したとしても上記不整合が発生しないようにするため、図１０（ａ）に示すように、制御システム１において送受信されるフレームＦのヘッダＨの所定領域に送信フラグ１３０ａ＿１および１３０ａ＿２と受信フラグ１３０ｂ＿１および１３０ｂ＿２とを割り当て、当該所定領域に割り当てられた送信フラグ１３０ａおよび受信フラグ１３０ｂの参照および更新を上記実施形態と同様に第３通信部１３０に行わせるようにしても良い。

図１０（ａ）に示す例では、送信フラグ１３０ａおよび受信フラグ１３０ｂがＴ分岐局１０毎に割り当てられている。しかし、図４、図６および図８を参照すれば明らかなように、制御システム１におけるフレームの転送制御においては更新されるフラグは最大でも２個であり、２個のフラグが更新される場合のそのうちの１つは送信フラグ１３０ａ＿１と１３０ａ＿２の何れか一方であり、残りの１つは受信フラグ１３０ｂ＿１と１３０ｂ＿２の何れか一方である。したがって、フレームのヘッダの所定領域に送信フラグ１３０ａおよび受信フラグ１３０ｂをＴ分岐局１０毎に割り当てるのではなく、図１０（ｂ）に示すように上記所定領域に送信フラグ１３０ａと受信フラグ１３０ｂを各々一つずつ割り当てるようにしても良い。この場合、第１の中継処理においては、受信フレームにおける受信フラグ１３０ｂの値が第１の値であれば、当該フレームについて受信済みではないと判定するとともに同送信フラグ１３０ａに第２の値をセットし、同受信フラグ１３０ｂの値が第２の値であれば、受信済と判定するとともに当該フラグを第１の値にリセットする処理を第３通信部１３０に実行させれば良い。また、第２の中継処理においては、受信フレームにおける送信フラグ１３０ａの値が第２の値であれば、転送していないと判定して受信フラグ１３０ｂに第２の値をセットするとともに当該送信フラグ１３０ａを第１の値にリセットする処理を第３通信部１３０に実行させれば良い。

本変形例の態様によれば、フレームの消失に起因する不具合の発生を防止できるものの、ノイズ等により上記所定領域にデータ化け等が発生すると、フレームの中継制御を正しく行えなくなる虞がある。そこで、フレームの消失に起因する不具合の回避が優先される場合には本変形例の態様を採用することが好ましく、データ化け等に起因する不具合の回避が優先される場合には上記実施形態の態様が好ましい。

（４）上記実施形態では、中継制御部１００、第１通信部１１０、第２通信部１２０および第３通信部１３０を、以下の第１の中継手段と第２の中継手段として機能させた。第１の中継手段は、主回線を介して受信したフレームについて、Ｔ分岐回線を介して他方のＴ分岐局から受信済であるか否かを判定し、受信済である場合には主回線を介してその宛先へ転送する一方、受信済ではない場合にはＴ分岐回線へ転送する手段である。一方、第２の中継手段は、Ｔ分岐回線を介して受信したフレームについて、他方のＴ分岐局によりＴ分岐回線へ転送されたものであるか否かを判定し、他方のＴ分岐局により転送されたものである場合にはＴ分岐回線へループバックする一方、他方のＴ分岐局により転送されたものではない場合には主回線を介してその宛先へ転送する手段である。しかし、これら２つの中継手段を電子回路或いはソフトウェアにより構成し、これら各手段を組み合わせて上記実施形態のＴ分岐局を構成しても良い。

（５）上記実施形態では、ＯＳＩ参照モデルの第２層におけるデータ通信を中継する中継装置への本発明の適用例を説明した。しかし、ＯＳＩ参照モデルの第３層、すなわち、ネットワーク層におけるデータ通信を中継する中継装置に本発明を適用しても良く、また、同第４層、すなわち、トランスポート層におけるデータ通信を中継する中継装置に本発明を適用しても良い。ネットワーク層におけるデータの送受信単位となるデータブロックはパケットであるため、ネットワーク層におけるデータ通信を中継する中継装置に本発明を適用する場合には、上記第１および第２の中継手段による中継制御の対象となるデータブロックはパケットである。同様に、トランスポート層におけるデータの送受信単位となるデータブロックはセグメントであるため、トランスポート層におけるデータ通信を中継する中継装置に本発明を適用する場合には、上記第１および第２の中継手段による中継制御の対象となるデータブロックはセグメントである。

（６）上記実施形態では本発明の特徴を顕著に示す中継装置をＴ分岐局として有する制御システムについて説明したが、この中継装置を単体で製造・販売しても良い。リング状の主回線と従来のＴ分岐局とを含む制御システムにおける当該Ｔ分岐局を、上記のように製造・販売される２つのＴ分岐局に置き換えることで、当該制御システムを本発明の制御システムとして機能させることができるからである。

１…制御システム、１０＿１，１０＿２，１０…Ｔ分岐局、２０＿ｎ（ｎ＝１〜６），２０…ＩＯ装置、３０…制御装置、１００…中継制御部、１１０…第１通信部、１２０…第２通信部、１３０…第３通信部、１３０ａ…送信フラグ、１３０ｂ…受信フラグ。

Claims (6)

1. リング状ネットワークを形成する第１の通信回線と、
   各々前記第１の通信回線に接続されるとともに各々リング状ネットワークを形成する１または複数の第２の通信回線と、を有し、
   前記１または複数の第２の通信回線を前記第１の通信回線へ接続する中継装置の各々が二重化されている
   ことを特徴とする制御システム。
2. 前記二重化された中継装置の各々は、
   前記第１または第２の通信回線を介して受信したデータブロックの転送先との通信が不能である場合には、当該データブロックを当該転送先の通信回線からの受信データブロックとしてループバックするとともに、
   前記二重化された中継装置の一方は、
   前記第１の通信回線を介して受信したデータブロックを前記第２の通信回線へ転送する一方、前記第２の通信回線を介して受信したデータブロックを前記第１の通信回線を介して転送し、
   前記二重化された中継装置の他方は、
   前記一方の中継装置が稼働している場合には、前記第１の通信回線を介して受信したデータブロックを前記第１の通信回線へ転送するとともに前記第２の通信回線を介して受信したデータブロックを前記第２の通信回線へループバックし、
   前記一方の中継装置が稼働していない場合には、前記第１の通信回線を介して受信したデータブロックを前記第２の通信回線へ転送する一方、前記第２の通信回線を介して受信したデータブロックを前記第１の通信回線を介して転送する
   ことを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
3. 前記二重化された中継装置の各々は、
   前記第１の通信回線を介して受信したデータブロックを、前記第２の通信回線を介して他方の中継装置から受信済であるか否かを判定し、受信済である場合には前記第１の通信回線へ転送する一方、受信済ではない場合には前記第２の通信回線へ転送する第１の中継手段と、
   前記第２の通信回線を介して受信したデータブロックを、他方の中継装置により前記第２の通信回線へ転送されたものであるか否かを判定し、他方の中継装置により転送されたものである場合には前記第２の通信回線へループバックする一方、他方の中継装置により転送されたものではない場合には前記第１の通信回線へ転送する第２の中継手段と、
   を有する
   ことを特徴とする請求項２に記載の制御システム。
4. 第１の値が各々初期設定される第１および第２のフラグを保持する記憶手段を有し、
   前記第１の中継手段は、
   前記第１の通信回線を介して受信したデータブロックについて、前記第２のフラグの値が前記第１の値であれば、受信済みではないと判定するとともに前記第１のフラグに前記第１の値とは異なる第２の値をセットする一方、前記第２のフラグの値が前記第１の値でなければ、受信済と判定するとともに前記第２のフラグを前記第１の値にリセットし、
   前記第２の中継手段は、
   前記第２の通信回線を介して受信したデータブロックについて、前記第１のフラグの値が前記第１の値であれば、転送していないと判定するとともに前記第２のフラグに前記第２の値をセットする一方、前記第１のフラグの値が前記第１の値でなければ、転送したと判定するとともに前記第１のフラグを前記第１の値にリセットする
   ことを特徴とする請求項３に記載の制御システム。
5. 本制御システムにおいて送受信されるデータブロックの所定領域には、第１の値が各々初期設定される第１および第２のフラグが割り当てられ、
   前記第１の中継手段は、
   前記第１の通信回線を介して受信したデータブロックについて、前記第２のフラグの値が前記第１の値であれば、受信済みではないと判定するとともに前記第１のフラグに前記第１の値とは異なる第２の値をセットする一方、前記第２のフラグの値が前記第２の値であれば、受信済と判定するとともに前記第２のフラグを前記第１の値にリセットし、
   前記第２の中継手段は、
   前記第２の通信回線を介して受信したデータブロックについて、前記第１のフラグの値が前記第２の値であれば、転送していないと判定して前記第２のフラグに前記第２の値をセットするとともに前記第１のフラグを前記第１の値にリセットする
   ことを特徴とする請求項３に記載の制御システム。
6. 第１の通信回線を介して受信したデータブロックについて、第１の通信回線とは異なる第２の通信回線を介して他の中継装置から受信済であるか否かを判定し、受信済である場合には前記第１の通信回線を介してその宛先へ転送する一方、受信済ではない場合には前記第２の通信回線へ転送する第１の中継手段と、
   前記第２の通信回線を介して受信したデータブロックについて、他の中継装置により前記第２の通信回線へ転送されたものであるか否かを判定し、当該他の中継装置により転送されたものである場合には前記第２の通信回線へループバックする一方、当該他の中継装置により転送されたものではない場合には前記第１の通信回線を介してその宛先へ転送する第２の中継手段と、を有し、
   前記第１および第２の中継手段の各々は、データブロックの転送先との通信が不能である場合には、当該データブロックを当該転送先の通信回線からの受信データブロックとしてループバックする
   ことを特徴とする中継装置。

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