JP4148729B2 - ネットワーク制御システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マスタースレーブ形式のカスケード接続されたネットワーク制御システムに関し、特に、ネットワークの多重化と分岐や分離・統合を自動的に同時に実現可能なシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、工場における生産性向上のために、生産ラインの機械や装置の稼働状態の監視、生産結果の収集、歩留まりの分析、さらには機械や装置の制御まで、個々の機械単位で管理および制御ができるシステムが構築されている。
【０００３】
その中で、本願出願人が先に提案した入出力クライアントサーバシステム（特許第３２０３２０６号明細書参照）は、図８に示すような構成である。これは、ＴＣＰ／ＩＰプロトコルのネットワーク間通信機能を備えたパーソナルコンピュータ１００，１００Ｓを用いたもので、ＬＡＮにはホスト制御サーバ１１０が接続されている。ホスト制御サーバ１１０には、ネットワークケーブル等の信号ケーブル１４０を介して入出力ユニット１２０−０〜１２０−ｎが順次カスケード接続されている。
【０００４】
入出力ユニット１２０−０〜１２０−ｎには、入出力インターフェイスを構成するスロット０〜Ｆと、パーソナルコンピュータ１００，１００Ｓとは独立した電源が設けられており、各スロット０〜Ｆには、単機能の入出力機器（制御装置、監視装置等）１３０−０，・・・が、例えば、最大１６台まで接続できるようになっている。そして、工場の生産ライン等に沿って設置された入出力機器１３０−０〜１３０−ｍにコマンドを与えたり、情報を収集するシステムとしている。
【０００５】
このシステムでは、送信側のパーソナルコンピュータ１００Ｓは、送信先のホスト制御サーバ１１０のＩＰアドレスと、そのホスト制御サーバ１１０に接続された入出力ユニット１２０−０〜１２０−ｎのユニット番号と、入出力機器１３０−０〜１３０−ｍが接続されている各入出力ユニット１２０−０〜１２０−ｎのスロット番号０〜Ｆ等のアドレス信号とを入出力機器１３０−０〜１３０−ｍに対するコマンドに付して、送信する。
【０００６】
入出力ユニット１２０−０〜１２０−ｎには、それぞれ通信インターフェイス回路１５０が設けられており、ホスト制御サーバ１１０からの制御信号が自分宛の場合はその制御信号に基づいて自分に接続されている入出力機器１３０−０〜１３０−ｎに制御信号を伝送するとともに後続の通信インターフェイス回路１５０に対する出力信号は出さず、制御信号が自分宛でない場合にはその制御信号を後続の通信インターフェイス回路１５０に出力する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来のリモート制御システムにおいては、各通信インターフェイス回路１５０を接続する信号ケーブル１４０は、通常一本であり、これを生産ライン等に沿ってつなぎ込むが、信号ケーブル１４０が一本であると次のような問題がある。
【０００８】
（１）何らかの事故で信号ケーブルが一箇所でも断線すると、生産ライン全体が停止し、断線箇所を修理するまで、生産ラインを再開することができない。
【０００９】
（２）生産ラインは、生産する物品が設計変更になったり、配置替えになったり、あるいは別の生産ラインを新設したりすることもあるが、元からある生産ラインと配置替えあるいは新設する生産ラインとが離れている場合、新たな信号ケーブルを元からある生産ラインの末端の入出力機器につなぐ必要があり、長い信号ケーブルが必要になるなど配線の融通性がきかない。
【００１０】
（３）信号ケーブルを分岐できれば、配線に融通がきくが、分岐のための器具が必要となり、分岐工事中は生産ラインを停止しなければならない。
【００１１】
（４）以上の問題の解決のために、通信インターフェイス回路と信号ケーブルを二重化することも考えられるが、単に二重化しても信号系統の調整が難しく、さらに二重化と分岐を同時に実現しようとする場合、複雑な仕組みを必要とした。このため、システム構成や配置（配線）を変更することは、困難であった。
【００１２】
本発明は、多重化構造と分岐機能を併せ持つネットワークを容易に構築することができ、異常時には、自動的にネットワークを再構築できるネットワーク制御システムを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明のネットワーク制御システムは、ホストコントローラと複数の通信インターフェイス回路とが信号ケーブルによりカスケード接続され、前記各通信インターフェイス回路に入出力インターフェイス回路を介して入出力機器が接続され、前記各通信インターフェイス回路は、前記ホストコントローラからの制御信号が自分宛の場合はその制御信号に基づいて自分に接続されている前記入出力機器に制御信号を伝送するとともに後続の通信インターフェイス回路に対する出力信号は出さず、前記制御信号が自分宛でない場合にはその制御信号を後続の通信インターフェイス回路に出力する構成のネットワーク制御システムにおいて、前記各通信インターフェイス回路には、入力端子と出力端子がそれぞれ２系統以上設けられており、前段の前記通信インターフェイス回路の前記出力端子と後段の前記通信インターフェイス回路の前記入力端子間はそれぞれ独立した信号ケーブルにより接続されており、かつ、前記各通信インターフェイス回路には、前記各入力端子のうちの特定の入力端子からの入力を優先して受信する入力優先回路が設けられていることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明においては、各通信インターフェイス回路に多重化構造を持たせ、同時に、分岐機能も持たせることで、自由に多重化構造と分岐機能を持つネットワーク制御システムを構築することができる。
また、各通信インターフェイス回路が入力優先回路を備えることにより、各通信インターフェイス回路間を信号ケーブルで接続するだけで、競合のないネットワークを形成することができ、信号ケーブルの一部が断線しても、各通信インターフェイス回路が、他の断線していない信号ケーブルからの信号を自動的に入力して処理するから、ネットワーク制御システム全体が停止しない。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。ここでは、多重化の一番シンプルな形態として、二重化の場合を採り上げる。
【００１６】
図１は本実施の形態の通信インターフェイス回路の実施の形態を示すブロック図である。
同図において、通信インターフェイス回路１０（図８の通信インターフェイス回路１５０に相当）は、メイン入力回路１１とサブ入力回路１２を有し、それぞれ上位からの情報を受ける端子と確認信号ＡＣＫを返信する端子を有している。通信インターフェイス回路１０は、メイン入力回路１１とサブ入力回路１２に同時に信号が入力されたときには、メイン入力回路１１への入力を優先する入力優先回路（後述）を有している。この入力優先回路は、メイン入力回路１１からの入力が無く、サブ入力回路１２からの入力があるときには、サブ入力回路１２から受信した情報を出力する。アドレス一致検出回路１３は、上位のパーソナルコンピュータ（図８の１００Ｓに相当）から送られてきた情報に含まれるアドレス値が自分宛であるかを判断し、自分宛であれば、制御インターフェイス回路１４に対し、当該情報に含まれるコマンド内容を送り、自分宛でない場合は入力された情報をそのまま出力回路１５，１６に送る。二つの出力回路１５，１６は、同じ情報を並行して出力する。そして、通信インターフェイス回路１０は、ＡＣＫ信号が両方の出力回路１５，１６に返ってきたときには最先に返ってきた方を優先する排他処理を行う。制御インターフェイス回路１４は、接続されている入出力機器に対し、アドレス信号と、コマンドとを出力し、接続されている入出力機器との間でデータの送受信を行う。
【００１７】
図２は入力優先回路の例を示すものであり、メイン入力回路１１には内部クロック１８の出力をカウントするカウンター１７が設けられており、メイン入力回路１１はサブ入力回路１２に設けられているゲート回路１９を制御する。すなわち、メイン入力回路１１に入力があれば、カウンター１７が内部クロック１８の出力をカウントし、当該カウント値が予め設定されたカウントアップ設定値に達すると、メイン入力回路１１はゲート回路１９の入力制限を解除する。メイン入力回路１１に入力があればカウンター１７のカウント値はリセットされる。したがって、メイン入力回路１１に入力がある間は、同時にサブ入力回路１２に入力があってもサブ入力回路１２からの入力はアドレス一致検出回路１２に対して出力されない。メイン入力回路１１への入力が一定時間無い場合は、サブ入力回路１２も入力待ちの状態となり、サブ入力回路１２に対してのみ入力があると、サブ入力回路１２からの入力がアドレス一致検出回路１２に対して出力される。サブ入力回路１２が信号を受け付け中に、メイン入力回路１１が信号を受け付けた場合は、サブ入力回路１２は、信号の受け付け処理を中断し、エラー信号ＮＡＣＫを返す。そして、メイン入力回路１１のみが入力を受け付ける状態に戻り、メイン入力回路１１は、そのときの入力信号の処理を行う。
【００１８】
以上の構成の通信インターフェイス回路１０の機能をまとめたのが図３のブロック図である。上記の通信インターフェイス回路１０を用いて、二重化と自動分岐・分離・統合機能を実現する。
以下、指示を出す機器をホストコントローラと称する。二重化において、ホストコントローラは、複数存在する。
まず、単純な二重化から、説明する。
【００１９】
図４に示すように、複数段にわたってカスケード接続される通信インターフェイス回路を１０−１〜１０−Ｎとする。ＬＡＮに接続される２台のホストコントローラ２０−１，２０−２を、通信インターフェイス回路１０−１のメイン入力回路Ｍ、サブ入力回路Ｓに接続する。通信インターフェイス回路１０−１の出力回路１を、通信インターフェイス回路１０−２のメイン入力回路に接続する。通信インターフェイス回路１０−１の出力回路２を、通信インターフェイス回路１０−２のサブ入力回路に接続する。
以下、同様に接続し、最後は、通信インターフェイス回路１０−（Ｎ−１）の出力回路１を、通信インターフェイス回路１０−Ｎのメイン入力回路に接続する。通信インターフェイス回路１０−（Ｎ−１）の出力回路２を、通信インターフェイス回路１０−Ｎのサブ入力回路に接続する。
【００２０】
上記の接続によって、任意の通信インターフェイス回路間の信号ケーブルが、同時に２本切断されない限り、送信側パーソナルコンピュータ１００Ｓから２台のホストコントローラ２０−１，２０−２を介して伝達される指令は実行される。また、別の場所で、何箇所切断されても、同一個所で２本切断されない限り、指令は伝達、実行される。
【００２１】
次に、２本同時に切断される場合を想定した接続方法を図５に示す。
ホストコントローラ２０−１を通信インターフェイス回路１０−１のメイン入力回路に接続する。ホストコントローラ２０−２は、通信インターフェイス回路１０−Ｎのサブ入力回路に接続する。通信インターフェイス回路１０−１の出力回路１は、通信インターフェイス回路１０−２のメイン入力回路に接続する。通信インターフェイス回路１０−２の出力回路２は、通信インターフェイス回路１０−１のサブ入力回路に接続する。通信インターフェイス回路１０−Ｎの出力回路２は、通信インターフェイス回路１０−（Ｎ−１）のサブ入力回路に接続する。通信インターフェイス回路１０−（Ｎ−１）の出力回路１は、通信インターフェイス回路１０−Ｎのメイン入力回路に接続する。
【００２２】
同様の接続を行い、通信インターフェイス回路１０−１から、通信インターフェイス回路１０−Ｎまでを接続することで、通信インターフェイス回路間の信号ケーブルの何れか一つが、２本とも切断された場合、通信インターフェイス回路１０−１側は、ホストコントローラ２０−１より、指示伝達が行われる。通信インターフェイス回路１０−Ｎ側は、ホストコントローラ２０−２より、指示伝達が行われる。
同様に、組み合わせによって、より安全性の高い二重化が実現できる。
【００２３】
次に分岐機能の説明を、図６を用いて行う。
ホストコントローラ２０−１を通信インターフェイス回路１０−１のメイン入力回路に接続する。通信インターフェイス回路１０−１の出力回路１を通信インターフェイス回路１０−２のメイン入力回路に接続する。通信インターフェイス回路１０−１の出力回路２を通信インターフェイス回路１０−３のメイン入力回路に接続する。これだけで、分岐は、実行できる。
【００２４】
さらに、ホストコントローラ２０−２を通信インターフェイス回路１０−２のサブ入力回路に接続する。ホストコントローラ２０−３を通信インターフェイス回路１０−３のサブ入力回路に接続する。
このように接続すると、ホストコントローラ２０−１がダウンした場合、自動的に、ホストコントローラ２０−２，２０−３が、それぞれ、通信インターフェイス回路１０−２，１０−３に指示伝達を行う。
【００２５】
また、通信インターフェイス回路１０−１と１０−２間の信号ケーブルが切断された場合も、ホストコントローラ２０−２が、通信インターフェイス回路１０−２以降の指示伝達を行う。
このように、分岐だけでなく、分離もできるシステムを容易に構築できる。
【００２６】
逆に、図７に示すように、分離しているシステムを、故障時に統合することもできる。すなわち、ホストコントローラ２０−１を通信インターフェイス回路１０−１のメイン入力回路に接続する。ホストコントローラ２０−２を通信インターフェイス回路１０−２のメイン入力回路に接続する。通信インターフェイス回路１０−１の出力回路１を通信インターフェイス回路１０−２のサブ入力回路に接続する。通信インターフェイス回路１０−２の出力回路１を通信インターフェイス回路１０−３のメイン入力回路に接続する。
【００２７】
正常時は、ホストコントローラ２０−１は、通信インターフェイス回路１０−１に、指示伝達を行う。ホストコントローラ２０−２は、通信インターフェイス回路１０−２，１０−３に、指示伝達を行う。
ここで、ホストコントローラ２０−２がダウンした場合、ホストコントローラ２０−１は、通信インターフェイス回路１０−１，１０−２，１０−３へ指示伝達を行う。
これは、もともと、分離していたシステムを統合する例である。
【００２８】
以上説明したように、本発明により、二重化と分岐、分離・統合を行ったり、部分的に２重化したり、独立部分を分離する自由な構成が可能になり、安全性を強化することもできる。
本発明の通信インターフェイス回路はＬＳＩ化することにより、ネットワーク制御のインターフェイスとして使用することができる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明においては、各通信インターフェイス回路が二重化構造を持ち、同時に、分岐機能も持つことで、自由に二重化構造と分岐機能を持つネットワーク制御システムを構築できる。また、異常時には、自動的に有効な入力を選ぶ機能を有するので、システムの安全性が著しく向上する。構造が容易なので、コストも削減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係る通信インターフェイス回路の内部ブロック図である。
【図２】 入力優先回路の例を示す回路図である。
【図３】 本実施形態に係る通信インターフェイス回路の端子説明図である。
【図４】 標準的な二重化の例を示すブロック図である。
【図５】 完全切断に対応する二重化の例を示すブロック図である。
【図６】 分岐・分離の例を示すブロック図である。
【図７】 システム統合の例を示すブロック図である。
【図８】 従来のネットワーク制御システムの例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０，１０−１，１０−２，・・・，１０−Ｎ 通信インターフェイス回路
１１ メイン入力回路
１２ サブ入力回路
１３ アドレス一致検出回路
１４ 制御インターフェイス回路
１５，１６ 出力回路
１７ カウンター
１８ 内部クロック
１９ ゲート回路
２０−１，２０−２，・・・ ホストコントローラ
１００，１００Ｓ パーソナルコンピュータ

Claims (3)

1. ホストコントローラと複数の通信インターフェイス回路とが信号ケーブルによりカスケード接続される構成のネットワーク制御システムにおいて、
   前記各通信インターフェイス回路は、上位からの情報を入力するとともに確認信号を返信する入力端子と下位に情報を出力するとともに下位からの確認信号を受信する出力端子とをそれぞれ２系統以上備えており、
   前段の前記通信インターフェイス回路の各出力端子と後段の前記通信インターフェイス回路の一の入力端子との間はそれぞれ独立した信号ケーブルにより接続されており、
   前記各通信インターフェイス回路は、前記各入力端子のうちの第１の入力端子からの入力を受信して確認信号を返信するメイン入力回路と、第２の入力端子からの入力を受信して確認信号を返信するサブ入力回路を有し、
   前記メイン入力回路には、上位からの情報が同メイン入力回路と前記サブ入力回路に同時に信号が入力されたときには前記メイン入力回路への入力を優先して受信し、前記メイン入力回路からの入力がなく前記サブ入力回路からの入力があるときには、前記サブ入力回路から受信した情報を出力する入力優先回路を備え、
   前記メイン入力回路とサブ入力回路の出力側に、上位からの制御信号が自分宛の場合はその制御信号に基づいて自分に接続されている入出力機器に制御信号を伝送するとともに後続の通信インターフェイス回路に対する出力信号は出さず、前記制御信号が自分宛でない場合にはその制御信号をそのまま第１の出力回路および第２の出力回路に出力するアドレス一致回路を備え、
   前記第１の出力回路と第２の出力回路は、同じ情報を併行して前記出力端子に出力するとともに、確認信号が前記第１の出力回路と第２の出力回路に返信されたときは最先に返信された方を優先する排他処理を行って上位に返信する機能を有して
   いることを特徴とするネットワーク制御システム。
2. 前記入力優先回路は、
   一つの入力端子への入力信号によってリセットされ内部クロックをカウントするカウンターと、
   前記カウンターの出力で他の入力端子からの入力信号を制限し、前記カウンターのカウント値が予め設定されたカウント値に達したときにゲートを開くゲート回路と
   を有していることを特徴とする請求項１記載のネットワーク制御システム。
3. 前記各通信インターフェイス回路は同じ情報を総ての前記出力端子から並行して出力するとともに、前記出力端子に確認信号が返ってきたときは、最先に確認信号が返ってきた出力端子を他の出力端子に対して優先する排他処理を行う手段を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のネットワーク制御システム。

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