JP5040466B2

JP5040466B2 - データ処理システム

Info

Publication number: JP5040466B2
Application number: JP2007164472A
Authority: JP
Inventors: 輝久安保
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 2007-06-22
Filing date: 2007-06-22
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2027-06-22
Also published as: JP2009003729A

Description

本発明は、複数の機能モジュールやＩ／Ｏモジュールをデイジーチェイン方式で接続したデータ処理システムに係り、特にシステムを停止させることのないモジュール切り離し方式に関する。

この種のデータ処理システムは、電力系統や各種工場の監視制御装置に適用され、例えば、各種モジュールの組み合わせ構成で所期のデータ処理機能を実現するプログラマブルコントローラ（以下、ＰＬＣと呼ぶ）構成とするものが多い。

ＰＬＣは、マイクロコンピュータ（ＣＰＵ：中央演算処理装置）とメモリ（記憶素子）を機能モジュールとして構成し、装置や操作盤に設置した様々な入力機器（センサやスイッチなど）からの入力信号をＩ／Ｏモジュールで取り込み、機能モジュールにあらかじめプログラムされたデータ処理機能の処理結果でＩ／Ｏモジュールを介して様々な出力機器（電磁弁やモータ、表示灯など）を制御することができる。

一般に、データ処理システムにおいては、各データ処理デバイス間のデータ送受信には、マルチドロップ方式のバス接続とする方式、またはデイジーチェイン方式のバス接続とする方式がある。図５はマルチドロップ方式のバス接続方式を示し、各データ処理デバイス（モジュール）ＭＯＤ０〜ＭＯＤｎはスロット＃０〜＃ｎにそれぞれ装着され、マルチドロップ用の通信用ドライバ／レシーバ（送信回路／受信回路）を用いて、バックプレーンＢＰのバスを通して、任意のデータ処理デバイス間でデータ送受信を可能にする。図６はデイジーチェイン方式のバス接続方式を示し、各データ処理デバイスバックプレーン（モジュール）ＭＯＤ０〜ＭＯＤｎには、ドライバからバックプレーンのシリアルバスを通して、隣のデータ処理デバイスのレシーバにのみデータを送信し、隣のデータ処理デバイスは逆隣のレシーバからのみデータ受信する。

ここで、ＰＬＣを使用したデータ処理システムでは、モジュール故障時にその故障モジュールを除きシステムを停止させることなく交換可能にし、故障モジュールが設備全体に与える影響を最小限にとどめることが求められる。このためにはＰＬＣの電源を切ることなく活線状態で故障モジュールを挿抜できることが必要で、モジュール間を粗結合にしながら多量のデータを授受できるデイジーチェイン方式が好適となる（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−２００１２１号公報

従来のマルチドロップ方式のバス接続にしたＰＬＣでは、異なる２モジュールが同時にバスをドライブしてもドライブ素子が破損しないように、通信用の高価なドライバ／レシーバＩＣを使用する必要がある。また、接続されるモジュール数が多い場合、複雑なプロトコルを必要とし、専用のＬＳＩも必要となりコストがかさむ。更に、プロトコルソフトが必要となるとマイコンが必要になり低コストのＩ／Ｏモジュールが実現できない。

これらの通信専用のドライバ／レシーバＩＣや通信ＬＳＩを使用せずコストを抑えるには、図６の様に各モジュールをデイジーチェイン方式が好適となる。このデイジーチェイン方式の場合、ドライバ／レシーバＩＣはマルチドロップ接続ではないため、汎用の安価なロジックＩＣが使用できる。また、データ受信は隣のモジュールからだけを意識し、送信は逆隣のモジュールだけへと意識すればよいのでプロトコルらしいプロトコルを必要とせず、ゲートアレイ程度のＬＳＩでバスインタフェースを実現できるという利点がある。

しかし、デイジーチェイン方式は、途中のモジュールに故障があると信号が途切れてしまい、故障モジュールを挟んだモジュールにデータが送れなくなる等、故障が発生した場合にはシステム全体への影響度が高い。このため、各モジュールは自己診断を行い、自身が異常の時はテイジーチェインから離脱し、バックプレーンでバイパスすることが必要になる。送受信回路や内部回路等の自己診断はそれなりに可能であるし、バスからのレシーバＩＣ故障でも一定時間受信データが無いなどで検出可能である。

しかしながら、送信回路の故障、送信データバッファの故障、同コネクタの故障など、モジュールの出口に近い部分の故障は、モジュール自身では検出できないため、これら故障がシステム全体の故障になってしまう。

本発明の目的は、デイジーチェイン方式でバス接続したるデータ処理システムにおいて、モジュールの自己診断では検出できない故障も検出し、故障モジュールをシステムに影響を与えることなくバスから切り離しできるデータ処理システムを提供することにある。

本発明は、モジュールのデータ送信経路の故障発生（送信回路の故障、送信データバッファの故障、同コネクタの故障など）をバス上の送信データ監視で検出し、この故障発生の検出でバス上のバイパス用バッファの制御とモジュールの送信データバッファの制御で当該モジュールをバスから切り離しできるようにしたもので、以下の構成を特徴とする。

（１）バックプレーンに設けたデイジーチェイン方式のバス接続で、複数のモジュール間でデータを送受信するデータ処理システムにおいて、
モジュール毎に対応つけてバックプレーンに設けられ、モジュール毎にその送信出力信号から当該モジュールの異常の有無を監視するデータ監視回路と、
各モジュールは、対応する前記データ監視回路によるモジュールの異常検出信号をバス離脱要求信号として受け、当該モジュールのデータ送信回路をディセーブルにし、バックプレーン側のモジュールバイパス用バッファをイネーブルにする手段を備え、
故障モジュールをバスから切り離しできるようにすることを特徴とする。

（２）前記データ監視回路は、対応するモジュールの送信出力データに加えた冗長化信号やデータの不整合、または受信クロックの同期はずれによって、当該モジュールの故障を検出することを特徴とする。

（３）前記データ監視回路は、対応するモジュールの送信出力データがデイジーチェイン方式のバスを周回する時間より長くデータ不在であるときに、当該モジュールの故障を検出することを特徴とする。

（４）前記各モジュールはそれぞれ異常記憶レジスタを設け、この異常記憶レジスタは、
モジュールの電源投入を記憶して当該モジュールの送信データバッファをイネーブルにしかつモジュールバイパス用バッファの出力をディセーブルにし、
前記データ監視回路からの離脱要求信号またはモジュール内の自己診断部からの異常検出信号を記憶して当該モジュールの送信データバッファをディセーブルにしかつモジュールバイパス用バッファの出力をイネーブルにすることを特徴とする。

以上のとおり、本発明によれば、モジュールのデータ送信経路の故障発生（送信回路の故障、送信データバッファの故障、同コネクタの故障など）をバス上の送信データ監視で検出し、この故障発生の検出でバス上のバイパス用バッファの制御とモジュールの送信データバッファの制御で当該モジュールをバスから切り離しできるようにしたため、モジュールの自己診断では検出できない故障も検出し、故障モジュールをシステムに影響を与えることなくバスから切り離しできる。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態を示すデータ処理システムの要部構成図である。同図が図６と異なる部分は、バックプレーンＢＰと各モジュールＭＯＤ０〜ＭＯＤｎとをデイジーチェイン方式でバス接続する構成において、モジュールＭＯＤ０〜ＭＯＤｎのデータ送信経路の故障発生（送信回路の故障、送信データバッファの故障、同コネクタの故障など）をバス上の送信出力データから異常の有無を監視するデータ監視回路をモジュール毎に対応つけて設け、モジュール毎の故障発生の検出でバス上のバイパス用バッファの制御とモジュールの送信データバッファの制御で当該モジュールをバスから切り離し可能にした点にある。

バックプレーンＢＰのバスには、それに接続されるモジュールをバイパスするモジュールバイパス用バッファ１Ａ〜１Ｎを設けている。このバッファ１Ａ〜１Ｎの動作は、対応するモジュールが不実装の時は出力がイネーブルになる。本実施形態では、バックプレーンＢＰにはモジュールの出力信号をそれぞれ監視するデータ監視回路２Ａ〜２Ｎを設け、当該モジュールの故障をデータ監視回路が検出した場合は、モジュールバイパス用バッファ１Ａ〜１Ｎのうち、故障モジュールが接続されるバッファ１Ｘをイネーブルにし、更に当該モジュールのデータ送信バッファをディセーブルにして信号の衝突を避ける。

データ監視回路２Ａ〜２Ｎの検出信号は、バス離脱要求信号として、各モジュールＭＯＤ０〜ＭＯＤｎの自己診断異常検出信号と同じ信号として異常記憶レジスタＲ０〜ＲＮに記憶され、異常記憶レジスタＲ０〜ＲＮが異常検出状態ではドライバＢ０〜ＢＮを通してバッファ１Ａ〜１Ｎをイネーブルに保持させると共に、送信データバッファＤＢ０〜ＤＢＮをディセーブルにする。

データ監視回路２Ａ〜２Ｎによる出力データの監視は、バスに載せる送信データに冗長化信号やデータ（ＣＲＣやパリティ、チェックサム等）を加え、この不整合によって、当該モジュールにバス離脱要求信号を付与し、その信号を受けたモジュールでは送信データバッファをディセーブルにし、バックプレーンのモジュールバイパス用バッファをイネーブルにして、故障した当該モジュールをデイジーチェインバスシステムから切り離し、残った正常な他のモジュールとバスに悪影響を及ぼすことを避ける。

１スロット分のデータ監視回路の例を図２に示し、監視原理を示す。バス信号をＮＲＺＩで変調、ＣＲＣで冗長化を行った例である。バス信号を入力すると、クロック抽出回路１１でバス信号から受信クロックを抽出する。この際、クロックの同期はずれを異常と見なせる。ＮＲＺＩデコーダ１２は、ＮＲＺＩ変調されたバス信号を受信クロックでデコードし、このデコード信号からビット・アンスタッフ回路１３による異常検出を行う。変調にＮＲＺＩを用いていれば一定長以上の１データが続いた時挿入した０データをビット・アンスタッフで取り除くが０が挿入されているべき所に付加されてなければ異常と判断できる。

また、デコード信号からＣＲＣ計算＆チェック回路１４による異常検出を得る。ＣＲＣ計算＆チェックではフレームにＣＲＣデータを付加してあった時、ＣＲＣ計算異常を異常と見なせる。これらの異常はバックプレーンを通じて当該スロットのモジュールにバス離脱要求信号として渡す。

なお、この例ではクロック抽出の同期はずれ、ビット・アンスタッフの０異常、ＣＲＣ異常などの検出では、一度だけの異常検出で異常とせず、複数回の検出や多頻度の検出で、当該スロットのモジュールヘの異常出力としてバス離脱を促すのが好ましい。

（実施形態２）
本実施形態は、モジュールの出力データ監視手段として、予めデイジーチェイン方式のバスをデータが周回する時間間隔より長い時間のテータ不在をモジュール異常として、検出する。

１スロット分のデータ監視回路例を図３に示し、監視原理を示す。バス信号は伝送方式としてトークンパッシングやタイムスロット方式を使用すると、各モジュールは順次バスにデータを流すことになる。即ち、当該スロットのモジュールは自身にデータ送信機会が廻ってくるとデータをバスに流し、送信機会を次のモジュールに渡すことになる。ここで、当該スロットのモジュールが送信機会を手にし、それを次のスロットのモジュールに譲る時間を予め定めておき、それより長い時間バスに流れるデータが空白になったことを監視すれば異常とみなせる。この一定時間、バスが空白になることはワンショットタイマで実現できる。バスの信号をワンショットタイマ１５のリトリガー信号とし、タイムアップ信号を異常とする。

図４は、本実施形態を実施形態１の異常検出回路に組み合わせたデータ監視回路例を示す。

（実施形態３）
図１においては、データ監視回路のバス離脱要求信号を受けるモジュールを離脱制御するレジスタとして、モジュールに異常記憶レジスタＲ０〜ＲＮを設ける。本実施形態では、異常記憶レジスタＲ０〜ＲＮを電源ＯＮ時にクリアし、バックプレーンのデータ監視回路２Ａ〜２Ｎの異常出力やモジュール内自己診断の異常検出でセットするものとする。この異常記憶レジスタのセットにより、モジュールはデイジーチェインバスにデータを送信せず、バックプレーンで当該スロットの信号をバイパスさせる。

この異常記憶レジスタＲ０〜ＲＮは、当該スロットのモジュールを離脱・復帰の繰り返しを避ける目的と、モジュール側に配置することにより、活線での故障モジュール交換を速やかに行うために設ける。当該スロットのモジュールは、データ監視回路で検出した異常によりデイジーチェインバスシステムから離脱させる。この際、データ監視回路が異常検出を出力している時に当該スロットのモジュールはバスから離脱する。当該スロットのモジュールがバスから離脱すると、バスのデータ監視回路は異常を検出しない状態に戻る。それにより再び当該スロットのモジュールは離脱から復帰する。即ちそのモジュールは離脱・復帰を繰り返すことになる。

すなわち、異常記憶レジスタＲ０〜ＲＮは、バックプレーンの当該スロットの異常出力部に配置することも可能であるが、当該スロットのモジュールに配置し、当該スロットのモジュールの電源ＯＮでクリアするものとする。

この異常記憶レジスタＲ０〜ＲＮをバックプレーン側に配置すると、バックプレーンの電源ＯＮや手動スイッチ等によるクリアしかできない。バックプレーンの電源活殺ではシステム全体が停止してしまうし、手動スイッチの操作も必要になる。

この点、この異常記憶レジスタＲ０〜ＲＮをモジュール側に配置すると、モジュールの電源ＯＮでクリアできるので、活線挿抜機能を備えたシステム停止を最小限にする様配慮したシステムでは、有効に働く。即ち、故障スロットのモジュールを交換する時、新たなモジュールを実装する行為で自動的にクリアできる上、バックプレーンを止めたり、手動スイッチを操作する様な操作も必要なく、デイジーチェインバスに参加させることができる。具体的には、異常記憶レジスタの設置により、故障モジュールを活線でバックプレーンから抜き外し、正常モジュールを活線で実装すると、その交換モジュール自身のパワーオン信号で異常記憶レジスタが初期化され、バスに参加できる。よって活線挿抜シーケンスにも対応できる。

本発明の実施形態を示すデータ処理システムの要部構成図。データ監視回路例。データ監視回路例。データ監視回路例。マルチドロップ方式のバス接続図。デイジーチェイン方式のバス接続図。

符号の説明

ＭＯＤ０〜ＭＯＤｎモジュール
ＢＰバックプレーン
１Ａ〜１Ｎモジュールバイパス用バッファ
２Ａ〜２Ｎデータ監視回路
Ｂ０〜ＢＮドライバ
ＤＢ０〜ＤＢＮ送信データバッファ
Ｒ０〜ＲＮ異常記憶レジスタ

Claims

バックプレーンに設けたデイジーチェイン方式のバス接続で、複数のモジュール間でデータを送受信するデータ処理システムにおいて、
モジュール毎に対応つけてバックプレーンに設けられ、モジュール毎にその送信出力信号から当該モジュールの異常の有無を監視するデータ監視回路と、
各モジュールは、対応する前記データ監視回路によるモジュールの異常検出信号をバス離脱要求信号として受け、当該モジュールのデータ送信回路をディセーブルにし、バックプレーン側のモジュールバイパス用バッファをイネーブルにする手段を備え、
故障モジュールをバスから切り離しできるようにすることを特徴とするデータ処理システム。
前記データ監視回路は、対応するモジュールの送信出力データに加えた冗長化信号やデータの不整合、または受信クロックの同期はずれによって、当該モジュールの故障を検出することを特徴とする請求項１に記載のデータ処理システム。
前記データ監視回路は、対応するモジュールの送信出力データがデイジーチェイン方式のバスを周回する時間より長くデータ不在であるときに、当該モジュールの故障を検出することを特徴とする請求項１または２に記載のデータ処理システム。
前記各モジュールはそれぞれ異常記憶レジスタを設け、この異常記憶レジスタは、
モジュールの電源投入を記憶して当該モジュールの送信データバッファをイネーブルにしかつモジュールバイパス用バッファの出力をディセーブルにし、
前記データ監視回路からの離脱要求信号またはモジュール内の自己診断部からの異常検出信号を記憶して当該モジュールの送信データバッファをディセーブルにしかつモジュールバイパス用バッファの出力をイネーブルにすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のデータ処理システム。