JP3996693B2

JP3996693B2 - 故障許容通信方法およびシステム

Info

Publication number: JP3996693B2
Application number: JP04414798A
Authority: JP
Inventors: リサ・イー・ロスナー; カラナム・ラージャイアー; カール・ディー・ピーダーセン; ジョセフ・クリスシウナス; マーク・カラー; ヴェロニカ・カーテス; ジョナサン・エイ・ウルフ
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1997-03-07
Filing date: 1998-02-26
Publication date: 2007-10-24
Anticipated expiration: 2018-02-26
Also published as: DE19808230A1; DE19808230B4; FR2760582A1; FR2760582B1; US6298376B1; JPH10313329A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般に通信システムに関するものであり、更に詳しくは故障許容通信のためのモニタ・ユニットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
監視制御およびデータ取得のために多数の電気機器を相互接続することが、１９９６年４月３日出願の米国特許第０８／６２８５３３号明細書に記載されている。電気機器は、ＲＳ−４８５データ・フォーマットに対するニュー・モディコン社（ＮｅｗＭｏｄｉｃｏｎＩｎｃ．）の商標であるモドバス（Ｍｏｄｂｕｓ）プロトコルを利用するＬＡＮ内に相互接続される。
【０００３】
モドバス・プロトコルは、通信母線を介してマスタとしてのＰＣまたはＣＰＵと通信し且つスレーブとしての関連する電気機器と通信するためのマスタ−スレーブ方式を必要とする。マスタは任意の関連する電気機器と通信することができ、該電気機器はそのときのみマスタに応答して通信することができる。マスタ−スレーブ方式の良好な定義が、米国特許第４，８１７，０３７号明細書に示されている。
【０００４】
このようなマスタ・スレーブ方式では、マスタが動作できない場合、対応するスレーブ電気機器はマスタからの指令なしに独立に動作する。この代わりに、マスタを切り離して修理している間、通信母線が不作動にされる。
１９９７年２月２１日に出願された「異なる通信プロトコルの間で通信するためのインターフェイス・モニタ」という発明の名称の米国特許出願明細書（出願人書類番号４１ＰＲ−７３８９）には、一時的にマスタとして作用するＰＣと通信母線とに補助モニタ・ユニットを接続して、ＰＣと通信母線との間にハードウエア接続を行うことなく、ＰＣによって関連する電気機器への問い合わせを行わさせるようにすることが記載されている。
【０００５】
この同じモニタ・ユニットは一時的なマスタとして作用するように、すなわちシステムのマスタが通信できなくなった場合に「故障許容」機能が得られるように使用することも出来ると思われる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ＰＣすなわちマスタがもはや送信を行うことが出来ないときに通信母線で相互接続された電気機器すなわちスレーブと通信できるモニタ・ユニットを提供することである。
ある工業用途では、マスタは関連する電気機器から離れており、モニタは現場のオペレータが容易にアクセス可能である。この場合、モニタは任意の電気機器からデータを得るために問い合わせされ、マスタは電気機器をアドレスして、モニタがＬＡＮからデータを得ることが出来るようにする。マスタ−スレーブ・プロトコルによれば、モニタはスレーブとして、データを得るためにマスタに直接問い合わせを行うことが出来ない。
【０００７】
この問題を改善するための初期の試みは、スクウェア・ディー・パワー・ロジック・ネットワーク（ＳｑｕａｒｅＤＰｏｗｅｒＬｏｇｉｃＮｅｔｗｏｒｋ）タイプ８０３０ＣＲＭ５６５によって提案されているように、ＬＡＮで通信するためにマスタとモニタとを切り換えるためのマルチプレクシング装置を追加使用することであった。この問題に対するその後の試みは、カトラー・ハマー（ＣｕｔｌｅｒＨａｍｍｅｒ）タイプＡＥＭ１１のようなパススルー（ｐａｓｓ−ｔｈｒｏｕｇｈ）モジュールを設けることであった。
【０００８】
モニタが任意の電気機器から機器データを実時間で得ることが出来るようにすることは、時間および費用の点で有利であると思われる。
本発明の別の目的は、付加的な装置を設けることなく、また測定し得るほどの時間遅延を与える必要もなく、モニタが任意の電気機器から機器データを実時間で得ることが出来るようにする動作プログラムをマスタ内に設けることである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
モニタ・ユニットがＬＡＮに接続され、ＬＡＮはマスタ−スレーブ方式のプロトコルでフォーマットされ且つ複数の電気機器と相互接続される。マスタとして作用する独立型ＰＣが、互いに通信できないスレーブとして作用する複数の電気機器の内の任意の電気機器と通信することが出来る。モニタは処理装置を含み、該処理装置は、マスタが不動作状態になった場合にモニタ・ユニットと任意の電気機器との間で通信を行えるようにプログラムされている。２つ以上のモニタが通信母線内に接続されているとき、別のプログラムにより、どのモニタがマスタとして作用できるかを判定する。モニタはさらに、オペレータが任意の電気機器からデータを直接に得ることが出来るようにする。
【００１０】
本発明の一態様によれば、通信母線に接続されていて、通信母線内でスレーブ・モードで通信を行う複数の電気機器、通信母線に接続されていて、マスタ・モードで動作して、指令時に電気機器と通信するマスタ処理装置、および通信母線に接続されていて、マスタ処理装置が動作しているとき通信母線内でスレーブ・モードで通信を行い且つマスタ処理装置が不動作状態にあるとき通信母線内でマスタ・モードで通信を行う第１のモニタ処理装置を有する通信システムが提供される。該通信システムは、更に、通信母線に接続されていて、マスタ処理装置または第１のモニタ処理装置が動作しているとき通信母線内でスレーブ・モードで通信を行い且つマスタ処理装置および第１のモニタ処理装置が不動作状態にあるとき通信母線内でマスタ・モードで通信を行う第２のモニタ処理装置、並びに通信母線に接続されていて、マスタ処理装置および第１のモニタ処理装置および第２のモニタ処理装置が動作しているとき通信母線内でスレーブ・モードで通信を行い且つマスタ処理装置および第１のモニタ処理装置および第２のモニタ処理装置が不動作状態にあるとき通信母線内でマスタ・モードで動作する第３のモニタ処理装置を含む。電気機器は、例えば、メータ、遮断器および継電器から成る群から選ばれたものである。通信母線は、例えばＲＳ−４８５フォーマットを有する。第１のモニタ処理装置は通信母線内で第２のモニタ処理装置よりも低い通信アドレスを割り当てられ、また第２のモニタ処理装置は通信母線内で第３のモニタ処理装置よりも低い通信アドレスを割り当てられている。
【００１１】
本発明の別の態様によれば、通信母線に接続されていて、通信母線内でスレーブ・モードで通信を行う複数の電気機器、通信母線に接続されていて、マスタ・モードで動作し、指令時に前記電気機器と通信するマスタ処理装置であって、通信ポート、該通信ポート接続されたサーバ・ユニット、および該サーバ・ユニットに接続されたプロキシ（ＰＲＯＸＹ）ユニットを含んでいるマスタ処理装置、並びに通信母線に接続されていて、通信母線内でスレーブ・モードで通信を行うモニタ処理装置を有する通信システムが提供される。プロキシ・ユニットはサーバ・ユニットと通信し、サーバ・ユニットはモニタ処理装置と通信する。モニタ処理装置は電気機器の近くに配置し、マスタ処理装置はモニタ処理装置から離れたところに配置し得る。モニタ処理装置はオペレータからのデータ要求を受け入れるように構成される。前記サーバ・ユニットはモニタ処理装置から機器データ・リストを要求するように構成され、モニタ処理装置はサーバ・ユニットに機器データ・リストを送るように構成され、またサーバ・ユニットはプロキシ・ユニットに機器データ・リストを送るように構成される。プロキシ・ユニットはサーバ・ユニットからの機器データ・リストから選択されたデータを要求するように構成され、サーバ・ユニットは複数の電気機器の内の選択された１つの電気機器から前記選択されたデータを要求するように構成される。前記選択された電気機器は、選択されたデータをサーバ・ユニットに送るように構成される。モニタ処理装置は、通信母線から選択されたデータを得て、選択されたデータをオペレータによる観察のために表示するように構成される。
【００１２】
本発明の更に別の態様では、通信母線内で故障許容通信を行う方法が提供される。該方法は、マスタ・モードで動作するマスタ処理装置を通信母線内に接続するステップ、スレーブ・モードで動作する複数の電気機器を通信母線内に接続するステップ、およびマスタ処理装置が動作しているときスレーブ・モードで動作し且つマスタ処理装置が不動作状態にあるときマスタ・モードで動作する第１のモニタ処理装置を通信母線内に接続するステップを有する。通信母線はＲＳ−４８５フォーマットで動作するように構成する。該方法は、更に、マスタ処理装置または第１のモニタ処理装置がマスタ・モードで動作しているときスレーブ・モードで動作する第２のモニタ処理装置を前記通信母線に接続するステップ、またマスタ処理装置または第１のモニタ処理装置または第２のモニタ処理装置がマスタ・モード動作しているときスレーブ・モードで動作し且つマスタ処理装置および第１のモニタ処理装置および第２のモニタ処理装置が不動作状態にあるときマスタ・モードで動作する第３のモニタ処理装置を通信母線に接続するステップを有する。第１のモニタ処理装置は第２のモニタ処理装置よりも低いアドレスを割り当てられ、また第２のモニタ処理装置は第３のモニタ処理装置よりも低いアドレスを割り当てられる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、監視データ取得制御システム１０を示す。該システムは、前掲の米国特許出願第０８／６２８５３３号明細書に記載されている継電器、メータ、遮断器などの複数の分布した電気機器１８、２０および２２を含み、これらの電気機器は導体１９、２１および２３によってＬＡＮ１１内に相互接続されている。このマスタ−スレーブ通信方式では、任意の電気機器をアドレスしてステータスおよび他の情報を要求するためにＩＢＭ３５０−Ｐ７５のようなマスタ１２が必要であり、マスタ１２は導体１３によってＬＡＮに接続されている。このような通信設備を持つ適当な遮断器の例が米国特許第４，６７２，５０１号明細書に記載されている。本発明によれば、容器内にマイクロプロセッサ、キーパッドおよび外部表示装置を収容した形態のモニタ９、１４および１６が導体８、１５および１７によってＬＡＮ内に接続される。これらのモニタは、前掲の１９９７年２月２１日出願の米国特許出願明細書（出願人書類番号４１ＰＲ−７３８９）に記載されているものと同様なモニタであり、マスタ１２から指令を受け取るスレーブとしてＬＡＮに接続されている。本発明によれば、モニタは、オペレータが任意の電気機器から何時でもデータを得ることが出来るようにする。
【００１４】
この特徴は、図２を参照することにより最も良く理解されよう。図２では、マスタ１２はその背面にＲＳ−４８５ポート２６を持つ。１つのモニタ９は、例えばＲＳ−２３２ケーブル（図示してない）を受けるＲＳ−２３２ポート２９と、ＬＡＮに接続されるＲＳ−４８５導体８を受けるＲＳ−４８５ポート２７との両方を有する。１つの電気機器１８は、遮断器やメータなどで構成されており、ＲＳ−４８５ポート２８およびＲＳ−４８５導体１９によってＬＡＮに接続されている。モニタ９内のＲＳ−２３２ポート２９とＲＳ−４８５ポート２７との間の通信は、前掲の１９９７年２月２１日出願の米国特許出願明細書（出願人書類番号４１ＰＲ−７３８９）に記載されているようなモニタ・マイクロプロセッサ内に常駐する変換アルゴリズムによって行われる。
【００１５】
マスタ１２内にはサーバ・ユニット２４が配置されていて、サーバ・ユニット２４はＲＳ−４８５ポート２６とプロキシ（ｐｒｏｘｙ）ユニット２５との間を内部で接続する。モドバスＤＤＥＶＯサーバのようなサーバ・ユニットについての説明が、前掲の米国特許出願第０８／６２８５３３号明細書に記載されている。プロキシ・ユニットは、例えば米国、カリフォルニア州アービン所在のワンダーウエア社（ＷｏｎｄｅｒｗａｒｅＣｏｒｐ．）から販売されているタイプ０２−２２２である。サーバおよびプロキシ・ユニットは相互作用して、オペレータが図１に示した任意の電気機器１８、２０および２２からデータを取得できるようにする。そのやり方は図３の流れ図を参照することによって最も良く理解されよう。
【００１６】
プロキシ・ユニットが周期的にサーバ・ユニットから機器データ・リスト（ＤＤＲＬ）を要求し（ブロック３０）、サーバ・ユニットは機器データに対するオペレータの要求があったかどうか判定するためにモニタに問い合わせする（ブロック３１）。オペレータの要求がなかった場合は、サーバ・ユニットはモニタに問い合わせを続ける。オペレータの要求があったという判定がなされとき（３２）、サーバ・ユニットはモニタにＤＤＲＬを要求し（ブロック３３）、モニタはサーバ・ユニットにＤＤＲＬを送る（ブロック３４）。サーバ・ユニットがプロキシ・ユニットにＤＤＲＬを送り（ブロック３５）、プロキシ・ユニットはサーバ・ユニットに機器データを要求する（ブロック３６）。サーバ・ユニットが電気機器にデータを要求し（ブロック３７）、電気機器はサーバ・ユニットにデータを送る（ブロック３８）。モニタがＬＡＮからデータを得て（ブロック３９）、オペレータによる観察のためにデータを表示する（ブロック４０）。
【００１７】
本発明によれば、モニタはまた、マスタが切断され又は不動作状態になった場合にマスタの機能を引き受ける。モニタ間には優先順位が割り当てられて、マスタがもはやＬＡＮ内で通信できないときに唯一つのモニタだけがマスタとして働くようにする。
マスタ−スレーブ方式ではマスタがＬＡＮ上に存在していなければならず、またオペレータが常に機器データを得ることが出来るようにすることは不可欠である。モニタの別の機能は、マスタが不作動状態になった場合に故障許容通信を行えるようにマスタの代わりに動作することである。２つ以上のモニタがＬＡＮに接続されている場合に、下記の構成により、唯一つのモニタが常にマスタとして作用するように保証する。
【００１８】
図４および５は、図１のモニタ９、１４および１６内に記憶されている動作プログラムを流れ図の形で示しており、次のように動作する。始動時に、図１のモニタ９、１４および１６はスレーブ・モードにデフォルトされ（ブロック４１）、５秒のタイマが開始されて（ブロック４２）、モニタが通信活動のためにＬＡＮを監視し始める（ブロック４３）。
【００１９】
タイマが時間切れになる前に通信が発生したかどうか判定し（ブロック４４）、通信が存在する場合は（４５）、モニタはスレーブ・モードに留まり、タイマが再び開始される。
何の通信もＬＡＮ上にない場合（４４）、モニタはマスタ・モードに設定され（ブロック４６）、ＬＡＮ上に他のモニタが存在するかどうか判定される（ブロック４７）。他のモニタが存在する場合（４８）、各モニタがポーリングされて（ブロック４９）、最も低いアドレスのモニタがマスタとして選択され（ブロック５０）、このモニタがマスタの役割を果たす（ブロック５１）。
【００２０】
ＬＡＮ上に他のモニタが存在しない場合、唯一つのモニタがマスタ機能を実行し（ブロック５１）、次いで通信エラーまたは検査合計エラーが生じたかどうか、また期待していないメッセージを受け取ったかどうかの判定を行う。これらのどれも生じていない場合（５３）、唯一つのモニタがマスタ役割を果たす（ブロック５１）。
【００２１】
上記の条件のどれかが生じた場合（５２）、各モニタは所定の期間にわたって通信を拘束して、一度に唯一つのモニタがＬＡＮ上で通信するように保証する（ブロック５４）。最も低いアドレスを持つモニタが５秒遅延し、その次に低いアドレスを持つモニタが１０秒遅延し、またその次に低いアドレスを持つモニタが１５秒遅延するという風になる。最も低いアドレスを持つモニタが所定の期間内に通信し損なった場合は（５５）、次に低いアドレスを持つモニタが通信を始める（５６）。これは、「マスタ」が常に利用できて、これにより必要な通信機能を遂行して、関連する電気機器を動作状態に保つことを保証する。
【００２２】
通信が存在する場合（５６）、より高いアドレスを持つモニタがスレーブ・モードに設定され、最も低いアドレスの次のアドレスを持つモニタがマスタの役割を再開する。
この故障許容通信の面は本発明の重要な特徴であり、新しいマスタを決定するために付加的なアービタ（ａｒｂｉｔｅｒ）を必要としないので、前掲の米国特許宇第４，８１７，０３７号明細書に記載されたものとは異なる。
【００２３】
以上、スレーブの電気機器と共に少なくとも１つのスレーブ・モードのモニタを含む監視制御及びデータ取得システムが開示された。モニタ内のプログラムは、マスタの故障時に動作状態に留めるようにシステムの故障許容動作を可能にする。マスタ内のプログラムは、実時間で応答することの出来るモニタに、任意の電気機器に関するデータを要求できるようにする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるモニタを使用した故障許容通信母線を表すブロック図である。
【図２】図１に示したマスタ、モニタおよび電気機器の中の通信部品を示すブロック図である。
【図３】図２のプロキシ・ユニットおよびサーバ・ユニット内に含まれるアルゴリズムを表す流れ図である。
【図４】図１および２のモニタ・ユニット内に含まれるアルゴリズムを表す流れ図である。
【図５】図１および２のモニタ・ユニット内に含まれるアルゴリズムを表す流れ図である。
【符号の説明】
９、１４、１６モニタ
１０監視データ取得制御システム
１１ＬＡＮ
１２マスタ
１８、２０、２２電気機器
２４サーバ・ユニット
２５プロキシ・ユニット

Claims

通信母線、
前記通信母線に接続されていて、前記通信母線内でスレーブ・モードで通信を行う複数の電気機器、
前記通信母線に接続されていて、マスタ・モードで動作して、指令時に前記電気機器と通信するマスタ処理装置、および
前記通信母線に接続されていて、前記マスタ処理装置が動作しているとき前記通信母線内でスレーブ・モードで通信を行い、オペレータの要求に応じて前記電気機器のうちの何れかの機器からデータを取得し、前記マスタ処理装置からの通信を定期的に監視し、また前記マスタ処理装置が不動作状態にあるとき前記通信母線内でマスタ・モードで通信を行う第１のモニタ処理装置、を有することを特徴とする通信システム。
更に、前記通信母線に接続されている第２のモニタ処理装置であって、前記マスタ処理装置または前記第１のモニタ処理装置が動作しているとき前記通信母線内でスレーブ・モードで通信を行い、オペレータの要求に応じて前記電気機器のうちの何れかの機器からデータを取得し、前記母線を定期的に監視し、前記マスタ処理装置および前記第１のモニタ処理装置が不動作状態にあるとき、前記通信母線内でマスタ・モードで通信を行う第２のモニタ処理装置を含んでいる請求項１記載の通信システム。
更に、前記通信母線に接続されている第３のモニタ処理装置であって、前記マスタ処理装置および前記第１のモニタ処理装置および第２のモニタ処理装置が動作しているとき前記通信母線内でスレーブ・モードで通信を行い、オペレータの要求に応じて前記電気機器のうちの何れかの機器からデータを取得し、前記母線を定期的に監視し、前記マスタ処理装置および前記第１のモニタ処理装置および第２のモニタ処理装置が不動作状態にあるとき、前記通信母線内でマスタ・モードで動作する第３のモニタ処理装置を含んでいる請求項２記載の通信システム。
前記第１のモニタ処理装置が前記通信母線内で前記第２のモニタ処理装置よりも低い通信アドレスを割り当てられ、また前記第２のモニタ処理装置が前記通信母線内で前記第３のモニタ処理装置よりも低い通信アドレスを割り当てられる、請求項３記載の通信システム。
前記通信母線がＲＳ−４８５フォーマットを有する請求項１記載の通信システム。
前記電気機器が、メータ、遮断器および継電器から成る群から選ばれており、前記マスタ処理装置が動作しているとき、前記第１のモニタ処理装置にオペレータの要求があったかどうかを問い合わせる請求項１乃至５のいずれかに記載の通信システム。
通信母線内で故障許容通信を行う方法において、
マスタ・モードで動作するマスタ処理装置を前記通信母線内に接続するステップ、
スレーブ・モードで動作する複数の電気機器を前記通信母線内に接続するステップ、
第１のモニタ処理装置を前記通信母線内に接続するステップ、
前記第１のモニタ処理装置をスレーブ・モードに設定するステップ、
前記第１のモニタ処理装置を使用し、オペレータの要求に応じて前記電気機器のうちの何れかの機器からデータを取得するステップ、
タイマを開始するステップ、
所定の期間内において前記第１のモニタ処理装置を使用し、前記通信母線を監視するステップ、
前記通信母線において前記マスタ処理装置からの通信が検出した場合に、前記タイマをリセットし、前記第１のモニタ処理装置を使用し、前記通信母線を監視するステップを繰り返すステップ、
前記通信母線において前記マスタ処理装置からの通信が前記所定の期間内に検出されない場合に、前記第１のモニタ処理装置をマスタ・モードに設定するステップ、
を有することを特徴とする故障許容通信方法。
前記マスタ処理装置または前記第１のモニタ処理装置がマスタ・モードで動作しているときスレーブ・モードで動作し、オペレータの要求に応じて前記電気機器のうちの何れかの機器からデータを取得し、前記母線を定期的に監視し、前記マスタ処理装置および前記第１のモニタ処理装置が不動作状態にあるとき、前記通信母線内でマスタ・モードで通信を行う第２のモニタ処理装置を前記通信母線に接続するステップを更に有する請求項７記載の方法。
前記マスタ処理装置または前記第１のモニタ処理装置または第２のモニタ処理装置がマスタ・モード動作しているときスレーブ・モードで動作し、オペレータの要求に応じて前記電気機器のうちの何れかの機器からデータを取得し、前記母線を定期的に監視し、且つ前記マスタ処理装置および前記第１のモニタ処理装置および第２のモニタ処理装置が不動作状態にあるときマスタ・モードで動作する第３のモニタ処理装置を前記通信母線に接続するステップを更に有する請求項８記載の方法。
前記第１のモニタ処理装置に前記第２のモニタ処理装置よりも低いアドレスを割り当てるステップを更に有する請求項９記載の方法。
前記第２のモニタ処理装置に前記第３のモニタ処理装置よりも低いアドレスを割り当てるステップを更に有する請求項９記載の方法。
前記通信母線をＲＳ−４８５フォーマットで動作するように構成するステップと、前記マスタ処理装置が動作しているとき、前記第１のモニタ処理装置にオペレータの要求があったかどうかを問い合わせるステップを更に有する請求項７乃至１１のいずれかに記載の方法。