JP4239784B2 - 分散型制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、汎用的なフィールドバス、例えばファウンデーション（FOUNDATION）フィールドバス仕様に準拠する分散型制御システムに、これとは規格の異なるスレーブ機器、例えばプロフィバス（PROFIBUS）規格に準拠した機器を混在して接続した分散型制御装置に関するものである。

分散型制御装置の二重化については特許文献に開示されている。

特開平１１−１２７１７９号公報

図４は従来における分散型制御システムの構成例を示した図である。この分散型制御システムでは、汎用的なフィールドバス、例えばFOUNDATIONフィールドバス仕様に準拠する分散型制御システムに、これとは規格の異なるフィールド機器、例えばPROFIBUS規格のスレーブ機器を混在して接続している。

図４で、インフォメーション・コマンドステーション（以下ＩＣＳ）１はヒューマン・マシン・インターフェイス機能を有する。コントローラ３は制御バス２を介してＩＣＳ１と通信する。

通信インターフェイス手段５はリモートＩ／Ｏバス４を介してコントローラ３と通信する。スレーブ機器７はFOUNDATIONフィールドバス６を介して通信インターフェイス手段５と通信する。

コントローラ３において、アプリケーションプログラム３ａは制御を実行する。通信インターフェイス部３ｂはリモートＩ／Ｏバス４を介して通信インターフェイス手段５と通信する。

鎖線のブロックＡは、FOUNDATIONフィールドバスとは規格の異なるフィールド機器、例えばPROFIBUS規格のスレーブ機器を接続した領域である。領域Ａにおいて、PROFIBUS８にスレーブ機器９が接続されている。通信インターフェイス手段１０はリモートＩ／Ｏバス４を介してコントローラ３と通信する。

システムの信頼性を確保するために、通信インターフェイス手段を二重化したり、フィールドバスを二重化したいという要求がある。
しかし、従来装置では二重化にあたって、次のような問題点がある。
（１）FOUNDATIONフィールドバス規格ではバスがシングル構成しか定義されていない。これに対してPROFIBUS規格では、バスがシングル構成と二重化構成が定義されている。
このようにフィールドバスの規格により、シングル構成しか定義されていないバスやシングル構成と二重化構成が定義されているバスがあり、ユーザの要求も二重化構成を必要とする場合と、シングル構成を要求する場合がある。コントローラ３内にバス構成を場合分けする機能を追加するには特別設計を必要とし、コントローラ３の汎用性を阻害する。
（２）スレーブ機器９との通信は通信インターフェイス手段１０を介しているため、コントローラ３が直接バスの状態を診断できないので、通信インターフェイス手段１０を二重化したときに、コントローラ３にて通信インターフェイス手段１０の制御側と待機側の切り換えを判断するのは困難である。
（３）通信インターフェイス手段１０を二重化したときに、通信インターフェイス手段１０の切り換えを行うためには、単純にスレーブ機器９との通信異常で切り換えるのではなく、スレーブ機器が異常となったのか、バスが異常となったのかを判断する必要がある。従来装置ではこの判断ができなかった。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、シングル構成と二重化構成のバスが定義されたフィールドバスと上位のコントローラとの間に二重化した通信インターフェイス手段を設け、この通信インターフェイス手段にバスがシングル構成の場合と二重化構成の場合に応じて制御側と待機側の切換え要否を判断する機能をもたせることによって、上位のコントローラに汎用性を保ちながらシングル構成と二重化構成のバスが定義されたフィールドバスを接続できる分散型制御装置を提供することを目的とする。

このような課題を達成するために、本発明は次のとおりの構成になっている。
（１）シングル構成のバスが定義された規格Ａのフィールドバスと、シングル構成と二重化構成のバスが定義された規格Ｂのフィールドバスを敷設し、これらのフィールドバスに接続されたスレーブ機器と上位のコントローラとが通信をする分散型制御装置において、
前記コントローラと前記規格Ｂのフィールドバスの間に二重化された通信インターフェイス手段を設け、二重化された通信インターフェイス手段は一方が制御側、他方が待機側となり、二重化された通信インターフェイス手段はそれぞれ、
スレーブ機器との通信における異常を監視するスレーブ監視手段と、
二重化された相手方の通信インターフェイス手段と通信をし、その異常を監視する診断手段と、
バスがシングル構成の場合と二重化構成の場合に応じて前記スレーブ監視手段又は前記診断手段の異常検出パターンにより制御側と待機側の切換えの要否を判断し、切換えの要否を示すステータス情報を発生する切換え要求手段と、
を有することを特徴とする分散型制御装置。

（２）バスがシングル構成である場合、
前記制御側のスレーブ監視手段による異常検出パターンが、全てのスレーブ機器との通信が異常である場合、前記制御側の切換え要求手段は「切換要」のステータス情報を発生し、
前記待機側の診断手段による異常検出パターンが、異常である場合、前記待機側の切換え要求手段は「切換要」のステータス情報を発生することを特徴とする（１）記載の分散型制御装置。

（３）バスが二重化構成である場合、
前記制御側のスレーブ監視手段による異常検出パターンが、通信が異常なスレーブ機器が１台でもある場合、前記制御側の切換え要求手段は「切換要」のステータス情報を発生し、
前記待機側のスレーブ監視手段による異常検出パターンが、全てのスレーブ機器との通信が正常である場合、前記待機側の切換え要求手段は「切換要」のステータス情報を発生することを特徴とする（１）記載の分散型制御装置。

（４）前記コントローラは、前記制御側と待機側の切換え要求手段からステータス情報を受け、制御側と待機側の切換え要求手段が共に「切換要」のステータス情報を発生している場合は、前記通信インターフェイスの制御側と待機側を切り換えることを特徴とする（２）または（３）に記載の分散型制御装置。

（５）前記規格ＡのフィールドバスはFOUNDATION FIELDBUS規格に準拠するフィールドバスであることを特徴とする（１）乃至（４）のいずれかに記載の分散型制御装置。

（６）前記規格ＢのフィールドバスはPROFIBUS規格に準拠するフィールドバスであることを特徴とする（１）乃至（５）のいずれかに記載の分散型制御装置。

本発明によれば次のような効果が得られる。
（１）上位コントローラは、二重化された通信インターフェイス手段のフラグのステータス情報のみに基づいて速やかに制御側と待機側の切換えを実行できるため、制御側と待機側の切換え時にあってもスレーブ機器のデータを継続して参照することができる。
（２）上位コントローラは、二重化された通信インターフェイス手段のステータス情報のみに基づいて制御側と待機側の切換えを実行できる単純設計とすることができる。また、フィールドバスのシングル構成及び二重化構成の場合分けによるステータス情報の条件設定は、通信インターフェイス手段側で受け持っているので、上位のコントローラ側では場合分けによる設計を意識する必要がないので、コントローラの汎用性を保てる。
（３）ステータス情報の設定ルールに基づくことで、スレーブ機器異常とバス異常の判断が明確に行えるので、制御側と待機側の切換えを適切に行うことが可能である。

以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例を示す構成図である。図１の実施例は、シングル構成のPROFIBUSを接続した実施例である。図４で説明した従来装置と同一要素には同一記号を付して説明を省略する。

図１の領域Ａにおいて、PROFIBUS８はシングル構成をとる。スレーブ機器９１、９２はPROFIBUS８に接続されている。リモートＩ／Ｏバス４とPROFIBUS８の間には、二重化された通信インターフェイス手段１０１、１０２が接続されている。これらの通信インターフェイス手段１０１、１０２は、一方が制御側、他方が待機側になっている。制御側の通信インターフェイス手段は、コントローラ２００と通信する。

通信インターフェイス手段１０１が制御側であるときに、スレーブ監視手段１０１ａはスレーブ機器９１及び９２の異常を監視する。第１の切換え要求手段１０１ｂは、スレーブ監視手段１０１ａの異常検出のパターンにより切換え要求フラグをオン又はオフとする。

通信インターフェイス手段１０１が待機側であるときに、診断手段１０１ｃは、制御側の通信インターフェイス手段１０２に定周期で診断通信を行ない、その異常を監視する。第１の切換え要求手段１０１ｂは、診断手段１０１ｃの異常検出のパターンにより切換え要求フラグをオン又はオフとする。

通信インターフェイス手段１０２も通信インターフェイス手段１０１と同様な構成になっている。スレーブ監視手段１０２ａ、第２の切換え要求手段１０２ｂ、診断手段１０２ｃは、スレーブ監視手段１０１ａ、第１の切換え要求手段１０１ｂ、診断手段１０１ｃにそれぞれ相当する。

図２は、切換え要求フラグの設定条件テーブルである。バスがシングル構成の場合は、制御側の切換え要求手段のフラグは、スレーブ機器全てが異常でオン、スレーブ機器が１台でも正常ならオフとなる。待機側の切換え要求手段のフラグは、診断結果が不良（ＮＧ）であればオン、正常（ＯＫ）ならばオフとなる。
ここでいう「スレーブ機器全てが異常」というのは、全てのスレーブ機器との通信が異常ということで、スレーブ機器自体が異常になり通信できなくなった場合と、バスの異常が要因で通信できなくなった場合の両方を含む。

請求範囲でいうステータス情報は切換え要求手段のフラグ（切換え要求フラグ）である。切換え要求手段のフラグがオンのときは「切換要」、オフのときは「切換不要」である。

図１へ戻り、上位のコントローラ２００に設けられたアプリケーションプログラム２００ａ及び通信インターフェイス部２００ｂは、図４のコントローラ３におけるアプリケーションプログラム３ａ及び通信インターフェイス部３ｂに相当する。

切換え要求ステータス判断手段２００ｃは、第１の切換え要求手段１０１ｂ及び第２の切換え要求手段１０２ｂのフラグ情報を受け、両者のフラグが共にオンの条件が成立したときに切換え信号Ｓを発生する。

二重化切換処理手段２００ｄは、切換え要求ステータス判断手段２００ｃからの切換え信号Ｓを受けると、通信インターフェイス部２００ｂに対して通信インターフェイス手段との接続を制御側より待機側に切り替える処理を指示する。

このような構成において、例えば、通信インターフェイス手段１０１が制御側、通信インターフェイス手段１０２が待機側とする。
制御側の通信インターフェイス手段１０１のみがスレーブ機器９１、９２と通信を行う。待機側の通信インターフェイス手段１０２は制御側の通信インターフェイス手段１０１に対して定期的に診断通信を行い、制御側に異常がないかどうか診断する。

制御側の通信インターフェイス手段１０１とPROFIBUS８を接続するバスのＰ点に異常が発生したとする。この場合、制御側の通信インターフェイス手段１０１は全てのスレーブ機器と通信できなくなる。このとき、スレーブ監視手段１０１ａは異常を検出し、検出結果はスレーブ機器全てが異常となるため、図２の設定条件テーブルに基づいて第１の切換え要求手段１０１ｂの切換え要求フラグはオンとなる。

待機側の通信インターフェイス手段１０２は、制御側との診断通信でＰ点の異常のために通信が不可能となる。診断手段１０２ｃは診断不良を検出し、図２の設定条件テーブルに基づいて第２の切換え要求手段１０２ｂの切換え要求フラグもオンとなる。

コントローラ２００の切換え要求ステータス判断手段２００ｃは、第１の切換え要求手段１０１ｂ及び第２の切換え要求手段１０２ｂのフラグ情報を受け、両者のフラグが共にオンの条件が成立しているので、切換え信号Ｓを発生し、切換え処理が実行される。
これによって、通信インターフェイス手段１０１は待機側に、通信インターフェイス手段１０２は制御側に切り換えられる。

図３は本発明の他の実施例を示す構成図である。図１の実施例は、二重化構成のPROFIBUSを接続した実施例である。
図３で、PROFIBUSは、８１及び８２で示すように二重化されている。通信インターフェイス手段３０１は、リモートＩ／Ｏバス４と第１のPROFIBUS８１の間に接続されている。通信インターフェイス手段３０２は、リモートＩ／Ｏバス４と第２のPROFIBUS８２との間に接続されている。
通信インターフェイス手段３０１と３０２は、一方が制御側、他方が待機側になる。制御側の通信インターフェイス手段はコントローラ２００と通信する。

通信インターフェイス手段３０１において、スレーブ監視手段３０１ａは、PROFIBUS８１を介してスレーブ機器９１、９２の異常を監視する。第１の切換え要求手段３０１ｂは、スレーブ監視手段３０１ａの異常検出パターンにより切換え要求フラグをオン又はオフとする。

同様に、通信インターフェイス手段３０２において、スレーブ監視手段３０２ａは、PROFIBUS８２を介してスレーブ機器９１、９２の異常を監視する。第２の切換え要求手段３０２ｂは、スレーブ監視手段３０２ａの異常検出パターンにより切換え要求フラグをオン又はオフとする。

図３の実施例では、図２の切換え要求フラグの設定条件テーブルのバスが二重化構成の場合を参照する。制御側の切換え要求手段のフラグは、スレーブ機器が１台でも異常ならオン、スレーブ機器全てが正常でオフとなる。待機側の切換え要求手段のフラグは、スレーブ機器全てが正常でオン、スレーブ機器が１台でも異常ならでオフとなる。

このような構成において、例えば、通信インターフェイス手段３０１が制御側、通信インターフェイス手段３０２が待機側とする。
制御側の通信インターフェイス手段３０１はスレーブ機器９１、９２と入出力通信を行い、通信インターフェイス手段３０２はスレーブ機器９１、９２と入出力通信を行い、機器状態を監視する。
ここで、例えば制御側の通信インターフェイス手段３０１とPROFIBUS８１を接続するバスのＱ点に異常が発生したとする。制御側の通信インターフェイス手段３０１は全てのスレーブ機器と通信できなくなる。スレーブ監視手段３０１ａは異常を検出し、スレーブ機器全てが異常のため、図２の設定条件テーブルに基づいて第１の切換え要求手段３０１ｂの切換え要求フラグはオンとなる。

待機側の通信インターフェイス手段３０２は、Ｑ点に異常の影響を受けないので、全てのスレーブ機器が正常のため、図２の設定条件テーブルに基づいて第２の切換え要求手段３０２ｂの切換え要求フラグはオンとなる。

コントローラ２００の切換え要求ステータス判断手段２００ｃは、第１の切換え要求手段３０１ｂ及び第２の切換え要求手段３０２ｂのフラグ情報を受け、両者のフラグが共にオンの条件が成立しているので、切換え信号Ｓを発生し、切換え処理が実行される。
これにより、通信インターフェイス手段３０１が待機側に、通信インターフェイス手段３０２が制御側に切り換えられる。

本発明の特徴は、コントローラ２００が、冗長化された通信インターフェイス手段１０１、１０２及び３０１、３０２のフラグのステータス情報のみを受信して速やかに制御側と待機側の切換えを実行する点にあり、制御側と待機側の切換え時にあってもスレーブ機器のデータを継続して参照することができる。

このように、コントローラ２００は冗長化された通信インターフェイス手段１０１、１０２及び３０１、３０２のフラグのステータス情報のみを受信する単純な構成となっており、PROFIBUSのシングル構成及び二重化構成の場合分けによるフラグの条件設定は、通信インターフェイス手段１０１、１０２及び３０１、３０２側に受け持たせているので、コントローラ２００側では場合分けによる設計を一切考慮する必要がない。

ユーザが定義した情報がコントローラ２００にダウンロードされる。この情報にはバスをシングル構成にするか二重化構成にするかを定義した情報が含まれている。コントローラ２００はこのダウンロードされた情報を持っている。通信インターフェイス手段１０１、１０２及び３０１、３０２は、コントローラ２００が持っている情報をもとにバスがシングル構成か二重化構成を識別する。

以上説明した図１及び図３の実施形態では、シングル構成と二重化構成が定義されたフィールドバスとしてPROFIBUSを例示したが本発明はこれに限定されるものではなく、種々のフィールドバスを対象とすることができる。更にデバイスNet、FL-Net等の高速デバイス通信の二重化で同様の手法を適用することも可能である。

本発明の一実施例を示す構成図である。 切換え要求フラグの設定条件テーブルを示した図である。 本発明の他の実施例を示す構成図である。 従来における分散型制御システムの構成例を示した図である。

符号の説明

１ ＩＣＳ
２ 制御バス
４ リモートＩ／Ｏバス
５ 通信インターフェイス手段
６ FOUNDATIONフィールドバス
７１，７２，９１，９２ スレーブ機器
８、８１、８２ PROFIBUS
１０１、１０２、３０１、３０２ 通信インターフェイス手段
１０１ａ、１０２ａ、３０１ａ、３０２ａ スレーブ監視手段
１０１ｂ、３０１ｂ 第１の切換え要求手段
１０１ｃ、１０２ｃ 診断手段
１０２ｂ、３０２ｂ 第２の切換え要求手段
２００ コントローラ
２００ａ アプリケーションプログラム
２００ｂ 通信インターフェイス部
２００ｃ 切換え要求ステータス判断手段
２００ｄ 二重化切換処理手段

Claims (6)

1. シングル構成のバスが定義された規格Ａのフィールドバスと、シングル構成と二重化構成のバスが定義された規格Ｂのフィールドバスを敷設し、これらのフィールドバスに接続されたスレーブ機器と上位のコントローラとが通信をする分散型制御装置において、
   前記コントローラと前記規格Ｂのフィールドバスの間に二重化された通信インターフェイス手段を設け、二重化された通信インターフェイス手段は一方が制御側、他方が待機側となり、二重化された通信インターフェイス手段はそれぞれ、
   スレーブ機器との通信における異常を監視するスレーブ監視手段と、
   二重化された相手方の通信インターフェイス手段と通信をし、その異常を監視する診断手段と、
   バスがシングル構成の場合と二重化構成の場合に応じて前記スレーブ監視手段又は前記診断手段の異常検出パターンにより制御側と待機側の切換えの要否を判断し、切換えの要否を示すステータス情報を発生する切換え要求手段と、
   を有することを特徴とする分散型制御装置。
2. バスがシングル構成である場合、
   前記制御側のスレーブ監視手段による異常検出パターンが、全てのスレーブ機器との通信が異常である場合、前記制御側の切換え要求手段は「切換要」のステータス情報を発生し、
   前記待機側の診断手段による異常検出パターンが、異常である場合、前記待機側の切換え要求手段は「切換要」のステータス情報を発生することを特徴とする請求項１記載の分散型制御装置。
3. バスが二重化構成である場合、
   前記制御側のスレーブ監視手段による異常検出パターンが、通信が異常なスレーブ機器が１台でもある場合、前記制御側の切換え要求手段は「切換要」のステータス情報を発生し、
   前記待機側のスレーブ監視手段による異常検出パターンが、全てのスレーブ機器との通信が正常である場合、前記待機側の切換え要求手段は「切換要」のステータス情報を発生することを特徴とする請求項１記載の分散型制御装置。
4. 前記コントローラは、前記制御側と待機側の切換え要求手段からステータス情報を受け、制御側と待機側の切換え要求手段が共に「切換要」のステータス情報を発生している場合は、前記通信インターフェイスの制御側と待機側を切り換えることを特徴とする請求項２または３に記載の分散型制御装置。
5. 前記規格ＡのフィールドバスはFOUNDATION FIELDBUS規格に準拠するフィールドバスであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の分散型制御装置。
6. 前記規格ＢのフィールドバスはPROFIBUS規格に準拠するフィールドバスであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の分散型制御装置。

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