JP5549570B2 - データ伝送装置及びデータ伝送方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の装置間のデータ伝送に関し、特に、高信頼性が要求される交通、電力分野へ適用される装置の間で冗長化されたデータの送受信を行うデータ伝送装置及びデータ伝送方法に関する。

従来、伝送データの信頼性を向上させる技術として、例えば特許文献１に記載の技術がある。この技術は、サーバ／クライアント型のシステムにおいて伝送パケットに欠落が生じた場合、サーバ側伝送装置はクライアント側伝送装置からの再送要求に応じてパケットを再送するというものである。ここでは、２重化した早系と遅系で構成される２系統でデータ伝送を行っている。

また、２重化された伝送路による伝送システムとして、例えば特許文献２に記載の技術がある。この技術は、冗長化された伝送路を切替えて伝送を行うことにより、伝送路の利用効率を上げるものである。ここでは、伝送路の異常検出時の動作については詳細には記述されていないが、異常発生時には再送処理を行い、それでも異常な場合には伝送路異常と判定して伝送路を切替えるものと推定される。

特開２００９−１４７５７９号公報 特開２００４−３２３５４号公報

従来の方法では、伝送路をリング状に構成し、通常は一方向にパケット伝送することによりデータ伝送を行い、伝送路またはリングを構成している伝送装置に障害が発生した場合にはリングの両方向にパケット伝送を行うことにより、冗長化を達成している。このような伝送路の切替え動作により、リング状に構成された伝送路では１重の障害に対してデータ伝送ができなくなるのを防止している。

ところが、伝送路の切替えには少し時間が掛かるため、伝送路の切替え動作によって定周期でデータ伝送を行っている制御系の指令値や検出値が抜けたり、伝送路切替え後に、接続されている被制御機器への制御データの到達順序が変わったりする現象が生じるおそれがある。そのため、伝送路を経由してシステムを制御しているコントローラは、１つの障害発生もなるべく早く検知して、適切な処理を実行する必要がある。

一般に、伝送路の障害発生時における伝送路の切替え動作は、伝送路の状態を監視しているマスタ伝送スイッチにより実行される。マスタ伝送スイッチは定期的に診断パケットを送出し、それが正常に帰って来るか否かにより、伝送路上の異常を監視している。
伝送路の切替え動作が発生したかどうかを判断するには、このマスタ伝送スイッチの内部状態を確認する必要がある。そのため、従来、コントローラとマスタ伝送スイッチとを伝送路とは別の専用の信号線で接続したり、伝送路を介して定期的にマスタ伝送スイッチの状態を確認したりしていた。

しかしながら、専用線での接続は、その配線のためにコストアップとなる。また、伝送路を介した状態確認は、状態確認用の伝送信号が本来の制御系のデータ伝送へ悪影響を与えるおそれがある。
そこで、本発明は、コストアップや本来のデータ伝送への影響を伴うことなく、伝送路の障害発生を適切に検知することができるデータ伝送装置及びデータ伝送方法を提供することを課題としている。

上記課題を解決するために、請求項１に係るデータ伝送装置は、コントローラ装置と、複数の制御装置と、前記コントローラ装置と複数の前記制御装置との間で伝送データを中継する複数のスイッチ装置と、を備え、前記コントローラ装置と複数の前記スイッチ装置とが、隣接する装置間を結ぶ双方向通信可能なリング状伝送路によって接続され、前記リング状伝送路を介した伝送データの授受を行うデータ伝送装置であって、前記コントローラ装置と前記制御装置との間の伝送データの授受は、前記リング状伝送路の正常時には当該装置間を接続する前記リング状伝送路の一方の伝送経路を介して行い、前記リング状伝送路の前記一方の伝送経路の異常発生時には当該装置間を接続する前記リング状伝送路の他方の伝送経路を介して行うものであって、前記制御装置は、前記コントローラ装置に対して一定周期で伝送データを送出するように構成されており、前記コントローラ装置は、前記制御装置からの伝送データの受信タイミングを監視する受信タイミング監視手段と、前記受信タイミング監視手段で前記受信タイミングが前記一定周期に基づく基準タイミングからずれたことを検知したとき、前記一方の伝送経路を介した伝送データの授受から前記他方の伝送経路を介した伝送データの授受への切り替えが発生したと判断する伝送経路切り替え判断手段と、を備えることを特徴としている。

このように、コントローラ装置に、制御装置から一定周期で送信される伝送データの受信タイミングを監視する機能を設け、当該受信タイミングが基準タイミングからずれたことを確認することで、伝送経路の切替え動作が発生したと判断する。そして、これにより、リング状伝送路上で障害が発生したことを検知する。このように、コントローラ装置内で障害発生により伝送経路の切替え動作が発生したことを判断することができる。したがって、当該切替え動作を実行する装置との間にリング状伝送路とは別に専用の信号線を設けたり、当該切替え動作を実行する装置の内部状態を、リング状伝送路を介して伝送データを定期的にやり取りすることで監視したりする必要がない。そのため、専用線での接続によるコストアップや、リング状伝送路を介した状態確認による本来の制御系のデータ伝送への影響を伴うことなく、リング状伝送路の障害発生を適切に検知することができる。

また、請求項２に係るデータ伝送装置は、請求項１に係る発明において、前記受信タイミング監視手段は、前記制御装置からの伝送データの受信時に、前記受信タイミングと前記基準タイミングとの誤差がゼロに近づくように、前記基準タイミングを計測するためのクロックを補正するＰＬＬ機能を有することを特徴としている。
これにより、受信タイミングに同期したクロックを発生させることができるので、正確に受信タイミングのずれを検知することができる。

さらに、請求項３に係るデータ伝送装置は、請求項１又は２に係る発明において、前記伝送経路切り替え判断手段は、前記受信タイミング監視手段で前記受信タイミングが前記基準タイミングからずれたことを設定時間以上検知したとき、前記一方の伝送経路を介した伝送データの授受から前記他方の伝送経路を介した伝送データの授受への切り替えが発生したと判断することを特徴としている。
これにより、受信タイミングの瞬時の変化に対しては追従することなく、ある時点で発生した受信タイミングのずれを検知することができる。したがって、例えば一時的な障害発生などに対しては障害発生検出処理（アラーム通知など）が作動しないようにすることができる。

また、請求項４に係るデータ伝送方法は、コントローラ装置と、複数の制御装置と、前記コントローラ装置と複数の前記制御装置との間で伝送データを中継する複数のスイッチ装置と、を備え、前記コントローラ装置と複数の前記スイッチ装置とが、隣接する装置間を結ぶ双方向通信可能なリング状伝送路によって接続され、前記リング状伝送路を介した伝送データの授受を行うデータ伝送方法であって、前記コントローラ装置と前記制御装置との間の伝送データの授受を、前記リング状伝送路の正常時には当該装置間を接続する前記リング状伝送路の一方の伝送経路を介して行い、前記リング状伝送路の前記一方の伝送経路の異常発生時には当該装置間を接続する前記リング状伝送路の他方の伝送経路を介して行うに際し、前記コントローラ装置は、前記制御装置から一定周期で送出される伝送データの受信タイミングを監視し、当該受信タイミングが前記一定周期に基づく基準タイミングからずれたことを検知したとき、前記一方の伝送経路を介した伝送データの授受から前記他方の伝送経路を介した伝送データの授受への切り替えが発生したと判断することを特徴としている。
これにより、コントローラ装置内で障害発生により伝送経路の切替え動作が発生したことを適切に判断することができるデータ伝送方法とすることができる。

本発明によれば、制御装置からコントローラ装置へ一定周期で送信される伝送データの受信タイミングを監視する機能を、コントローラ装置内に設けるので、受信タイミングが変化したことを確認することで、伝送路の切替え動作が発生したと判断することができる。そして、これによりリング状伝送路の障害発生を検知することができる。したがって、コストアップや本来のデータ伝送への影響を伴うことなく、リング状伝送路の障害発生を適切に検知することができる。

本発明の一実施形態を示すシステム構成図である。 正常時における伝送データの流れを示す図である。 障害発生時における伝送データの流れを示す図である。 コントローラ装置１の内部構成を示す図である。 受信データタイミングテーブルを示す図である。 受信データタイミング監視部１５で実行する定周期処理手順を示すフローチャートである。 受信データタイミング監視部１５で実行するデータ受信時処理手順を示すフローチャートである。 本実施形態の動作を説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（第１の実施形態）
（構成）
図１は本発明の一実施形態を示すシステム構成図である。
図中、符号１はコントローラ装置であり、このコントローラ装置１にはスイッチ装置２が接続されている。符号３ａ〜３ｆは制御装置であり、これら制御装置３ａ〜３ｆにはそれぞれスイッチ装置４ａ〜４ｆが接続されている。また、符号５はマスタスイッチ装置である。本実施形態では、制御装置３ａ〜３ｆを総括して説明する場合には、以下の説明において単に制御装置３と略記する。また、同様に、スイッチ装置４ａ〜４ｆはそれぞれ同様の構成を有するため、スイッチ装置４ａ〜４ｆを総括して説明する場合には、以下の説明において単にスイッチ装置４と略記する。

図１に示すように、スイッチ装置２とスイッチ装置４ａ〜４ｆとマスタスイッチ装置５とは、双方向通信可能なリング状伝送路６を介してリング状に接続されている。コントローラ装置１及び制御装置３は、個別に識別が可能なようにアドレスが割り振られており、このアドレスを付加した伝送データをスイッチ装置２又は４を介してリング状伝送路６に送出することで、コントローラ装置１と制御装置３との間で相互に伝送データのやり取りを行えるようになっている。

スイッチ装置２及びスイッチ装置４ａ〜４ｆは、コントローラ装置１と制御装置３との間で伝送データを中継するものであり、リング状伝送路６を介して送られて来る伝送データが自身に接続されているコントローラ装置１又は制御装置３に割り振られたアドレス宛てである場合、その伝送データを隣接するスイッチ装置２又はスイッチ装置４へは送らず、自身に接続されているコントローラ装置１又は制御装置３に送る。一方、上記伝送データの宛先が自身に接続されたコントローラ装置１又は制御装置３ではない場合、その伝送データが送られてきた方向とは逆方向（下流）に隣接するスイッチ装置２又はスイッチ装置４へ送る。

すなわち、スイッチ装置２及びスイッチ装置４は、自身に接続されているコントローラ装置１又は制御装置３のアドレスを記憶、管理しており、リング状伝送路６上で伝送されるデータの宛先をそのアドレスを比較することにより、伝送データを下流のスイッチ装置２又はスイッチ装置４へそのまま送るのか、自身に接続されているコントローラ装置１又は制御装置３に送るのかを判断する。

マスタスイッチ装置５は、リング状伝送路６上の異常発生の有無（断線等の障害発生の有無）を監視し、リング状伝送路６に異常が発生していると判断すると、異常発生時処理として後述する伝送路の切替え動作を行う。すなわち、このマスタスイッチ装置５は、定期的にリング状伝送路６の状態を監視するための監視用伝送データを、隣接するスイッチ装置４ｃ及び４ｄに送出する。このとき、マスタスイッチ装置５は、監視用伝送データがリング状伝送路６を巡回して逆方向から戻って来ることで、リング状伝送路６に異常が発生していない正常状態であることを確認する。

そして、マスタスイッチ装置５は、リング状伝送路６の正常時には、隣接するスイッチ装置４ｃ（又は４ｄ）からの伝送データをその先のスイッチ装置４ｄ（又は４ｃ）へ転送しないよう動作する。すなわち、正常時には、リング状伝送路６はこのマスタスイッチ装置５の箇所で切れた構成となっている。一方、マスタスイッチ装置５は、リング状伝送路６上の異常発生時には、隣接するスイッチ装置４ｃ（又は４ｄ）からの伝送データをその先のスイッチ装置４ｄ（又は４ｃ）へ転送するよう動作する。このように、マスタスイッチ装置５は、異常発生時にリング状伝送路６の切替え動作を行う。

コントローラ装置１は、複数の制御装置３ａ〜３ｆのうち、特定の制御装置３に対する指令値を含む伝送データを、スイッチ装置２を介してリング状伝送路６に対して送出する。このとき、スイッチ装置２は、伝送データをリング状伝送路６の双方向に送出する。スイッチ装置２からリング状伝送路６に送出した伝送データは、スイッチ装置４ａ→スイッチ装置４ｂ→スイッチ装置４ｃ→マスタスイッチ装置５と順々に伝えられると共に、スイッチ装置４ｆ→スイッチ装置４ｅ→スイッチ装置４ｄ→マスタスイッチ装置５と順々に伝えられる。このとき、当該伝送データを何れか１台のスイッチ装置４が自身に接続された制御装置３へ送ることで、当該伝送データは受け取り先である制御装置３に到達する。

制御装置３は、コントローラ装置１からの指令値を含む伝送データを受け取ると、これに対してコントローラ装置１へ制御系検出値を含む伝送データを返送する。この返送データは、コントローラ装置１から制御装置３へのデータ伝送経路とは逆の経路を辿りながら、コントローラ装置１へ伝送される。本実施形態では、制御装置３がコントローラ装置１に対して一定周期で制御系検出値を含む伝送データを送信するように構成するものとする。

図２は、リング状伝送路６の正常時における伝送データの流れを示す図である。以下、コントローラ装置１と制御装置３ｃとの間のデータ伝送について説明する。
コントローラ装置１から制御装置３ｃへの伝送データは、スイッチ装置２からスイッチ装置４ａへ伝送される。スイッチ装置４ａは、受け取った伝送データが自身に接続された制御装置３ａ宛てでないため、この伝送データを隣接するスイッチ装置４ｂへ送り出す。スイッチ装置４ｂも同様に、受け取った伝送データが自身に接続された制御装置３ｂ宛てでないため、この伝送データを隣接するスイッチ装置４ｃへ送り出す。

スイッチ装置４ｃは、自身に接続された制御装置３ｃ宛ての伝送データを受け取ると、これを下流のマスタスイッチ装置５には送り出さず、制御装置３ｃへ送る。制御装置３ｃは、コントローラ装置１からの伝送データの内容を解釈し、指定された動作を実施する。そして、その結果を返送データとしてコントローラ装置１へ返送する。このときの伝送経路はコントローラ装置１から制御装置３ｃへの伝送データの伝送経路と同じであるが、方向は逆となる。すなわち、制御装置３ｃ→スイッチ装置４ｃ→スイッチ装置４ｂ→スイッチ装置４ａ→スイッチ装置２→コントローラ装置１となる。
なお、コントローラ装置１から制御装置３ｃへの伝送データは、スイッチ装置２からスイッチ装置４ｆへも送出されるが、この伝送データはスイッチ装置４ｆ→スイッチ装置４ｅ→スイッチ装置４ｄ→マスタスイッチ装置５の順に伝送され、マスタスイッチ装置５からスイッチ装置４ｃへ伝送されることはない。

図３は、リング状伝送路６の異常発生時における伝送データの流れを示す図である。ここでは、リング状伝送路６上のスイッチ装置４ｂとスイッチ装置４ｃの間で断線等の障害αが発生した場合について説明する。
スイッチ装置４ｂとスイッチ装置４ｃとの間で障害が発生すると、これら装置間でのデータ伝送ができなくなる。したがって、コントローラ装置１からスイッチ装置４ａ側へ送出された制御装置３ｃ宛ての伝送データは、スイッチ装置４ｂまでしか伝送されない。

ところが、異常発生時には、マスタスイッチ装置５は、定期的に送出している監視用伝送データが戻って来なくなることでリング状伝送路６上での障害の発生を検知し、正常時には遮断していた伝送データの転送を行うように動作する（伝送路の切替え動作を行う）。これにより、マスタスイッチ装置５は、スイッチ装置４ｄからの伝送データをスイッチ装置４ｃへ転送する動作を行うことになる。この結果、コントローラ装置１から制御装置３ｃへは、スイッチ装置２からスイッチ装置４ｆ側へ送出された伝送データが伝送される。すなわち、コントローラ装置１から制御装置３ｃへの伝送データは、スイッチ装置２、スイッチ装置４ｆ、スイッチ装置４ｅ、スイッチ装置４ｄ、マスタスイッチ装置５、スイッチ装置４ｃを介して制御装置３ｃに到達する。また、制御装置３ｃからコントローラ装置１への返送データは上記の逆方向を経由して伝送される。

このように、リング状伝送路６の正常時には、スイッチ装置２とスイッチ装置４ｃとの間でリング状伝送路６の一方の伝送経路（スイッチ装置２→スイッチ装置４ａ→スイッチ装置４ｂ→スイッチ装置４ｃ）を介して伝送データの授受を行い、当該一方の伝送経路上で異常が発生した場合には、スイッチ装置２とスイッチ装置４ｃとの間でリング状伝送路６の他方の伝送経路（スイッチ装置２→スイッチ装置４ｆ→スイッチ装置４ｅ→スイッチ装置４ｄ→マスタスイッチ装置５→スイッチ装置４ｃ）を介して伝送データの授受を行う。このような構成により、リング状伝送路６上で１つの障害が発生してもデータ伝送機能を維持することができる。

次に、コントローラ装置１の具体的構成について説明する。
図４は、コントローラ装置１の内部構成を示す図である。
コントローラ装置１は、ＣＰＵ１１、伝送データメモリ１２、伝送コントローラ１３、伝送ドライバ１４及び受信データタイミング監視部１５により構成されている。
ＣＰＵ１１は、伝送データの送受信処理を行う。ＣＰＵ１１は、伝送データメモリ１２に対するデータの読み出し及び書き込みが可能となっており、伝送データメモリ１２にデータを書き込むことで、スイッチ装置２に対して、書き込みデータを送出することが可能となっている。

伝送ドライバ１４は、スイッチ装置２から伝送データが入力されると、当該伝送データを伝送コントローラ１３へ出力する。
伝送コントローラ１３は、伝送ドライバ１４を介して入力された伝送データのエラーチェックを行うと共に、そのデータが自分宛てであるか否かを確認する。そして、伝送データにエラーがなく自分宛てであることを確認した場合には、伝送データメモリ１２へその伝送データを書き込む。
また、伝送コントローラ１３は、ＣＰＵ１１がスイッチ装置２へ送信する伝送データを伝送データメモリ１２へ書き込むと、伝送データメモリ１２に書き込まれた伝送データを順番に読み出し、伝送ドライバ１４へ送る。すると伝送ドライバ１４は、伝送コントローラ１３からの送信データをスイッチ装置２へ送出する。

受信データタイミング監視部１５は、各制御装置３からコントローラ装置１へ一定周期で送信される制御系検出値を含む伝送データの受信タイミングを監視する。ここでは、各制御装置３に対応した受信データタイミングクロックカウンタ（以下、単にカウント値と称す）を用いる。すなわち、受信データタイミング監視部１５は、図５に示す受信データタイミングテーブルを備える。この受信データタイミングテーブルは、制御装置３の識別番号と上記カウント値とを対応付けしたテーブルである。なお、識別番号＃１〜＃６がそれぞれ制御装置３ａ〜３ｆに対応しているものとする。

制御装置３ａ〜３ｆにそれぞれ対応するカウント値Ｃ１〜Ｃ６は、初期状態では、制御装置３毎に予め設定された最大カウント値ＭａｘＣｏｕｎｔにセットされている。ここで、最大カウント値ＭａｘＣｏｕｎｔは、制御装置３からコントローラ装置１へ一定周期で送信される伝送データのリング状伝送路６の正常時における伝送周期に相当するカウント値である。各制御装置３にそれぞれ対応する最大カウント値ＭａｘＣｏｕｎｔは、制御装置３毎に異なる値であっても、同じ値であってもよい。

受信データタイミング監視部１５は、後述する定周期処理を行って、カウント値を最大カウント値ＭａｘＣｏｕｎｔから一定間隔でカウントダウンする。そして、制御装置３からの伝送データを受信したとき、後述するデータ受信時処理を行って、カウントダウンされるカウント値が０となるタイミング（伝送周期に基づく基準タイミング）と伝送データの受信タイミングとの誤差が許容範囲外であるか否かを判定する。そして、当該誤差が許容範囲外である状態が所定の設定時間以上継続している場合には、リング状伝送路６に障害が発生したことでマスタスイッチ装置５によって伝送路の切替え動作が行われたものと判断する。また、受信データタイミング監視部１５は、カウント値が伝送データの受信タイミングに対してＰＬＬ（Phase Locked Loop）動作を行うように制御する。

次に、受信データタイミング監視部１５で実行する定周期処理について説明する。
図６は、受信データタイミング監視部１５で実行する定周期処理手順を示すフローチャートである。この定周期処理は、所定時間毎に実行される。
先ずステップＳ１で、受信データタイミング監視部１５は、受信データタイミングテーブルを参照し、識別番号＃１の制御装置３ａのカウント値Ｃ１を選択してステップＳ２に移行する。

ステップＳ２では、受信データタイミング監視部１５は、現在選択しているカウント値が“０”であるか否かを判定し、カウント値≠０である場合にはステップＳ３に移行する。ステップＳ３では、受信データタイミング監視部１５は、現在選択しているカウント値をデクリメントして後述するステップＳ５に移行する。
一方、前記ステップＳ２で、カウント値＝０であると判定した場合にはステップＳ４に移行し、受信データタイミング監視部１５は、現在選択しているカウント値を、当該カウント値の最大カウント値ＭａｘＣｏｕｎｔにセットしてステップＳ５に移行する。

ステップＳ５では、受信データタイミング監視部１５は、現在選択しているカウント値が識別番号＃６の制御装置３ｆのカウント値Ｃ６であるか否かを判定する。そして、カウント値Ｃ６以外を選択している場合にはステップＳ６に移行する。ステップＳ６では、受信データタイミング監視部１５は、次の識別番号（例えば、識別番号＃１を選択している場合、識別番号＃２）の制御装置３のカウント値を選択して前記ステップＳ２に移行する。
一方、前記ステップＳ５で、カウント値Ｃ６を選択していると判定した場合には、すべてのカウント値Ｃ１〜Ｃ６のカウントダウンが完了したものと判断して定周期処理を終了する。

次に、受信データタイミング監視部１５で実行するデータ受信時処理について説明する。
図７は、受信データタイミング監視部１５で実行するデータ受信時処理手順を示すフローチャートである。このデータ受信時処理は、制御装置３から送出される伝送データを受信したときに実行される。
先ずステップＳ１１で、受信データタイミング監視部１５は、受信データタイミングテーブルを参照し、受信した伝送データの送り元の制御装置３のカウント値を選択してステップＳ１２に移行する。

ステップＳ１２では、受信データタイミング監視部１５は、前記ステップＳ１１で選択したカウント値の補正処理（ＰＬＬ処理）を行う。ここでは、前記ステップＳ１１で選択したカウント値をＣ（ｎ）としたとき、カウント値Ｃ（ｎ）がＭａｘＣｏｕｎｔ／２未満の場合には、下記（１）式をもとにカウント値Ｃ（ｎ＋１）を算出する。また、カウント値Ｃ（ｎ）がＭａｘＣｏｕｎｔ／２以上の場合には、下記（２）式をもとにカウント値Ｃ（ｎ＋１）を算出する。そして、受信データタイミングテーブルの前記ステップＳ１１で選択したカウント値を、算出したカウント値Ｃ（ｎ＋１）で更新する。
Ｃ（ｎ＋１）＝Ｃ（ｎ）−ｈ・Ｃ（ｎ） ………（１）
Ｃ（ｎ＋１）＝Ｃ（ｎ）＋ｈ・（ＭａｘＣｏｕｎｔ−Ｃ（ｎ）） ………（２）
ここで、ｈは誤差補正係数であり、１／２０〜１／５程度に設定する。

次に、ステップＳ１３では、受信データタイミング監視部１５は、前記ステップＳ１１で選択したカウント値が予め設定した誤差許容値Ｃ_TH以上であるか否かを判定する。そして、誤差許容値Ｃ_TH以上である場合には、選択したカウント値が誤差許容範囲外であると判断してステップＳ１４に移行する。一方、誤差許容値Ｃ_TH未満である場合には、選択したカウント値が誤差許容範囲内であり、マスタスイッチ装置５による伝送路の切替え動作は行われていない状態であると判断して、そのままデータ受信時処理を終了する。

ステップＳ１４では、前記ステップＳ１１で選択したカウント値が誤差許容範囲外である状態が所定の設定時間継続しているか否かを判定する。そして、設定時間継続していると判定した場合には、マスタスイッチ装置５による伝送路の切替え動作が行われたものと判断してステップＳ１５に移行し、伝送路障害発生検出処理を実施する。ここで、伝送路障害発生検出処理としては、例えば故障アラーム通知などを行うものとする。
一方、前記ステップＳ１４で、前記ステップＳ１１で選択したカウント値が誤差許容範囲外である状態の継続時間が上記設定時間未満の場合には、そのままデータ受信時処理を終了する。
なお、図６の各処理、図７のステップＳ１１及びＳ１２が受信タイミング監視手段に対応し、図７のステップＳ１３〜Ｓ１５が伝送経路切り替え判断手段に対応している。

（動作）
次に、本実施形態の動作について説明する。
リング状伝送路６に障害が発生していない正常時には、マスタスイッチ装置５からリング状伝送路６へ監視用伝送データが送出されると、この監視用伝送データがリング状伝送路６を一巡して再びマスタスイッチ装置５に戻ってくる。これにより、マスタスイッチ装置５は、リング状伝送路６が正常状態であることを確認し、伝送路の切替え動作を行わない。

したがって、この正常時に、コントローラ装置１がスイッチ装置４ｃに接続された制御装置３ｃ宛ての伝送データを送出するべく、伝送データをコントローラ装置１に接続されたスイッチ装置２からリング状伝送路６の双方向へ送出すると、スイッチ装置２からスイッチ装置４ｆ側へ送出された伝送データは、スイッチ装置４ｆ、スイッチ装置４ｅ及びスイッチ装置４ｄを介してマスタスイッチ装置５へ伝送されるが、マスタスイッチ装置５は伝送データの転送を行わないため、この伝送データはマスタスイッチ装置５からスイッチ装置４ｃへ伝送されることはない。

一方、スイッチ装置２からスイッチ装置４ａ側へ送出された伝送データは、スイッチ装置４ａ及びスイッチ装置４ｂを介してスイッチ装置４ｃへ伝送される。このとき、スイッチ装置４ｃは、受信した伝送データが自身に接続された制御装置３ｃ宛ての伝送データであると判定し、この伝送データを制御装置３ｃへ伝送する。すると、制御装置３ｃは、コントローラ装置１宛ての返送データを送出する。この返送データは、制御装置３ｃが接続されたスイッチ装置４ｃからスイッチ装置４ｂ、スイッチ装置４ａ及びスイッチ装置２を介してコントローラ装置１へ伝送される。

このように、リング状伝送路６の正常時には、コントローラ装置１と制御装置３ｃとの間では通常の伝送経路でのデータ伝送が行われる。このときの制御装置３ｃからコントローラ装置１への伝送データの伝送周期は一定であり、この伝送周期は、カウント値Ｃ３の最大カウント値ＭａｘＣｏｕｎｔに相当する。
したがって、定周期処理において、コントローラ装置１が受信データタイミングテーブルに格納された制御装置３ｃのカウント値Ｃ３をカウントダウンしていくと、カウント値Ｃ３が“０”となるタイミングと制御装置３ｃからの伝送データを受信するタイミングとが一致することになる。
これにより、コントローラ装置１は、マスタスイッチ装置５による伝送路切替え動作が行われていないものと判断すると共に、リング状伝送路６が正常状態であることを確認する。

この正常状態から、図３に示すようにリング状伝送路６上で障害αが発生すると、マスタスイッチ装置５からリング状伝送路６へ送出した監視用伝送データは、マスタスイッチ装置５に戻ってこなくなる。そのため、マスタスイッチ装置５は、リング状伝送路６が異常発生状態であることを確認し、伝送路の切替え動作を行う。
この異常発生時に、コントローラ装置１がスイッチ装置４ｃに接続された制御装置３ｃ宛ての伝送データを送出すると、スイッチ装置２からスイッチ装置４ａ側へ送出された伝送データは、スイッチ装置４ａからスイッチ装置４ｂへ伝送されるが、スイッチ装置４ｂからスイッチ装置４ｃへ伝送されない。

一方、スイッチ装置２からスイッチ装置４ｆ側へ送出された伝送データは、スイッチ装置４ｆ、スイッチ装置４ｅ及びスイッチ装置４ｄを介してマスタスイッチ装置５へ伝送され、さらに伝送路の切替え動作により、この伝送データはマスタスイッチ装置５からスイッチ装置４ｃへ伝送される。そのため、スイッチ装置４ｃは、受信した伝送データを制御装置３ｃへ伝送する。制御装置３ｃは、コントローラ装置から自分宛ての伝送データを受信すると、コントローラ装置１に対して返送データを送出する。この返送データは、上述した正常時とは異なり、スイッチ装置４ｃからマスタスイッチ装置５、スイッチ装置４ｄ、スイッチ装置４ｅ、スイッチ装置４ｆ及びスイッチ装置２を介してコントローラ装置１へ伝送される。

このように、リング状伝送路６の異常発生時には、マスタスイッチ装置５が伝送路の切替え動作を行うことで、コントローラ装置１と制御装置３ｃとの間では正常時とは異なる伝送経路でのデータ伝送が行われる。そのため、リング状伝送路６上で１つの障害が発生しても、データ伝送機能を維持することができる。なお、このときの制御装置３ｃからコントローラ装置１への伝送データの伝送周期は、カウント値Ｃ３の最大カウント値ＭａｘＣｏｕｎｔに相当する正常時の伝送周期とは異なる。
したがって、定周期処理において、コントローラ装置１が受信データタイミングテーブルに格納された制御装置３ｃのカウント値Ｃ３をカウントダウンしたとき、カウント値Ｃ３が“０”となるタイミングと制御装置３ｃからの伝送データを受信するタイミングとの間でずれが生じることになる。

本実施形態では、上記のように各制御装置３のカウント値が“０”となるタイミングを示す受信データタイミングクロックと、制御装置３からの伝送データを受信するタイミングを示す実データ受信タイミングとに誤差が生じた場合、受信データタイミングクロックの値が実際の受信データタイミングに合うように緩やかに補正するＰＬＬ動作（誤差補正動作）を行う。そして、連続した誤差補正動作の発生を検知することで、受信データタイミングクロックと実データ受信タイミングとがずれていると判断する。

以下、ＰＬＬ動作について図８を参照しながら説明する。
時刻ｔ１でカウント値Ｃ３が“０”となるデータ受信タイミングクロックＣＬ１と、制御装置３ｃからの伝送データを受信する実データ受信タイミングＤ１とが一致している状態で、一時的に図３に示す障害αが発生したものとする。この場合、次のデータ受信タイミングクロックＣＬ２は、時刻ｔ１から正常時の伝送周期Ｔ後の時刻ｔ２となるが、コントローラ装置１と制御装置３ｃとの間の伝送データの伝送経路が切り替わるため、実データ受信タイミングＤ２は時刻ｔ２よりも遅い時刻ｔ３となる。

時刻ｔ２で“０”となったカウント値Ｃ３は、次の定周期処理で最大カウント値ＭａｘＣｏｕｎｔにセットされ、再びカウントダウンが開始される。時刻ｔ３でコントローラ装置１がデータ受信時処理を実行したとき、カウント値Ｃ３はＭａｘＣｏｕｎｔ／２以上であるため、この時点でのカウント値Ｃ３は上記（２）式をもとにΔＴ₁（＝ｈ・（ＭａｘＣｏｕｎｔ−Ｃｏｕｎｔ（ｎ））だけ増加補正される。これにより、次のデータ受信タイミングクロックＣＬ３は、本来であれば時刻ｔ２から伝送周期Ｔ後の時刻ｔ４（データ受信タイミングクロックＣＬ３´）であるが、時刻ｔ２から（Ｔ＋ΔＴ₁）後の時刻ｔ５に補正される。また、時刻ｔ３後、リング状伝送路６が正常状態に復帰したものとすると、次のデータ受信タイミングＤ３は時刻ｔ２から伝送周期Ｔ後の時刻ｔ４となるが、伝送路の切り替え状態が継続したものとすると、データ受信タイミングＤ３は時刻ｔ３から伝送周期Ｔ後の時刻ｔ６となる。

このように、データ受信タイミングクロックＣＬ２とデータ受信タイミングＤ２とに誤差が発生した場合には、次のデータ受信タイミングクロックＣＬ３が、次のデータ受信タイミングＤ３に合う方向に補正される。
データ受信タイミングクロックＣＬ３とデータ受信タイミングＤ３とは、時刻ｔ５と時刻ｔ６とでずれが生じている。そのため、時刻ｔ６でコントローラ装置１がデータ受信時処理を実行したときも、上述した時刻ｔ３のときと同様に、カウンタＣ３はＭａｘＣｏｕｎｔ／２以上である。そのため、この時点で、カウント値Ｃ３が上記（２）式をもとにΔＴ₂（＝ｈ・（ＭａｘＣｏｕｎｔ−Ｃｏｕｎｔ（ｎ））だけ増加補正される。すなわち、次のデータ受信タイミングクロックＣＬ４は、本来であれば時刻ｔ４から伝送周期Ｔ後の時刻ｔ７（データ受信タイミングクロックＣＬ４´）であるが、時刻ｔ５から（Ｔ＋ΔＴ₂）後（時刻ｔ４から（Ｔ＋ΔＴ₁＋ΔＴ₂）後）の時刻ｔ８に補正される。このような誤差補正動作を繰り返すことにより、図８に示す例では、時刻ｔ８でデータ受信タイミングクロックＣＬ４とデータ受信タイミングＤ４とが一致する。

以上のように、カウント値Ｃ３は、対応する制御装置３ｃからのデータ受信を受けたとき、そのデータ受信タイミングとの誤差に従って、データ受信タイミングクロックがデータ受信タイミングに一致する方向に補正される。このとき、上記誤差を急激に変化させるのではなく、誤差分の誤差補正係数ｈ倍ずつ緩やかに変化させる。そして、当該誤差が許容範囲外となる状態が設定時間（設定回数）以上継続したことを確認することで、マスタスイッチ装置５による伝送路の切替え動作が行われたと判断する。

したがって、図８に示す例のように一時的な障害であり、誤差補正動作の開始から比較的早期にデータ受信タイミングクロックとデータ受信タイミングとが一致する場合は、伝送路障害と判断しないようにすることができる。一方、リング状伝送路６上に断線等の継続的な障害が発生した場合は、誤差補正動作を繰り返してもデータ受信タイミングクロックとデータ受信タイミングとは一致しないため、誤差補正動作の開始から設定時間後に伝送路異常と判断して伝送路障害発生検出処理（故障アラーム通知等）を実施する。このように、ある時点で発生した受信データタイミングのずれを、連続した誤差補正動作の発生により検出することができる。そのため、不必要に障害発生検出処理が介入されるのを抑制することができる。

ところで、マスタスイッチ装置による伝送路の切替え動作が行われたか否かをコントローラ装置で判定するためには、マスタスイッチ装置とコントローラ装置とをリング状伝送路とは別に専用の信号線で接続したり、コントローラ装置とマスタスイッチ装置との間で、リング状伝送路を介して定期的に伝送信号のやり取りを行って、マスタスイッチ装置の状態を確認したりするのが一般的であった。しかしながら、上記のように専用の信号線を用いると、その配線のためのコストアップが伴う。また、リング状伝送路を介した状態確認は、そのための伝送信号がコントローラ装置と制御装置との間のデータ伝送に悪影響を与えてしまう。

これに対して、本実施形態では、制御装置からコントローラ装置へ一定周期で送信される伝送データの到達時間（受信タイミング）を監視する機能を、コントローラ装置内に持たせ、この到達時間（受信タイミング）が変化したことを確認することで、マスタスイッチ装置による伝送路の切替え動作が発生したと判断する。したがって、コントローラ装置とマスタスイッチ装置との間に専用の信号線を設ける必要がなく、その分のコストを削減することができる。また、コントローラ装置とマスタスイッチ装置との間で、リング状伝送路を介した状態確認を行う必要がないため、当該状態確認のための伝送信号の授受が不要となり、コントローラ装置と制御装置との間のデータ伝送への悪影響を排除することができる。

（効果）
このように、上記実施形態では、コントローラ装置に、制御装置から一定周期で送信される伝送データの受信タイミングを監視する機能を設けることにより、コントローラ装置内で障害発生により伝送経路の切替え動作が発生したことを判断することができる。また、このことにより、リング状伝送路の障害発生を検知することができる。したがって、マスタスイッチ装置とコントローラ装置とを専用線で接続することによるコストアップや、リング状伝送路を介したマスタスイッチ装置の状態確認を行うことによる本来の制御系のデータ伝送への影響を伴うことなく、リング状伝送路の障害発生を適切に検知することができる。

上記受信タイミングの監視は、データ受信時に受信データタイミングクロックカウンタの誤差が一定値以上超えたことを識別し、その連続回数をカウントすることで行う。すなわち、この連続カウントが設定された回数を超えたことを確認することで、制御装置からの伝送データの受信タイミングがずれたことを適切に検知することができる。
また、受信データタイミングクロックカウンタを、実受信データタイミングとの誤差に従って緩やかに補正（誤差分の１／２０〜１／５程度のクロック値を補正）するＰＬＬ機能を有するので、瞬時の変化に対しては追従することなく、ある時点で発生した受信データタイミングのずれを連続した誤差補正動作の発生により検出することができる。

以上のように、コントローラ装置はリング状伝送路の障害発生を適切に検知することができるので、障害発生検出処理（アラーム通知など）を適切に介入させることができる。このように、高信頼な伝送システムを構成することができるので、特に、高信頼性が要求される交通や電力分野へ適用される装置間でデータ伝送を行うシステムに対して好適である。

（変形例）
なお、上記実施形態においては、マスタスイッチ装置５から定期的に監視用伝送データを送出し、当該監視用伝送データがリング状伝送路６を一巡して戻ってこない場合にリング状伝送路６に障害が発生している伝送路異常と判断する場合について説明したが、伝送路異常を検知する方法はこれに限定されるものではない。例えば、スイッチ装置２及びスイッチ装置４に、隣接するスイッチ装置との間の伝送路異常を検知する機能を設け、各スイッチ装置からマスタスイッチ装置５に対して送出される伝送路異常の情報により、伝送路異常を検知するようにしてもよい。

１…コントローラ装置、２…スイッチ装置、３ａ〜３ｆ…制御装置、４ａ〜４ｆ…スイッチ装置、５…マスタスイッチ装置、６…リング状伝送路、１１…ＣＰＵ、１２…伝送データメモリ、１３…伝送コントローラ、１４…伝送ドライバ、１５…受信データタイミング監視部

Claims (4)

1. コントローラ装置と、複数の制御装置と、前記コントローラ装置と複数の前記制御装置との間で伝送データを中継する複数のスイッチ装置と、を備え、前記コントローラ装置と複数の前記スイッチ装置とが、隣接する装置間を結ぶ双方向通信可能なリング状伝送路によって接続され、前記リング状伝送路を介した伝送データの授受を行うデータ伝送装置であって、
   前記コントローラ装置と前記制御装置との間の伝送データの授受は、前記リング状伝送路の正常時には当該装置間を接続する前記リング状伝送路の一方の伝送経路を介して行い、前記リング状伝送路の前記一方の伝送経路の異常発生時には当該装置間を接続する前記リング状伝送路の他方の伝送経路を介して行うものであって、
   前記制御装置は、前記コントローラ装置に対して一定周期で伝送データを送出するように構成されており、
   前記コントローラ装置は、前記制御装置からの伝送データの受信タイミングを監視する受信タイミング監視手段と、前記受信タイミング監視手段で前記受信タイミングが前記一定周期に基づく基準タイミングからずれたことを検知したとき、前記一方の伝送経路を介した伝送データの授受から前記他方の伝送経路を介した伝送データの授受への切り替えが発生したと判断する伝送経路切り替え判断手段と、を備えることを特徴とするデータ伝送装置。
2. 前記受信タイミング監視手段は、前記制御装置からの伝送データの受信時に、前記受信タイミングと前記基準タイミングとの誤差がゼロに近づくように、前記基準タイミングを計測するためのクロックを補正するＰＬＬ機能を有することを特徴とする請求項１に記載のデータ伝送装置。
3. 前記伝送経路切り替え判断手段は、前記受信タイミング監視手段で前記受信タイミングが前記基準タイミングからずれたことを設定時間以上検知したとき、前記一方の伝送経路を介した伝送データの授受から前記他方の伝送経路を介した伝送データの授受への切り替えが発生したと判断することを特徴とする請求項１又は２に記載のデータ伝送装置。
4. コントローラ装置と、複数の制御装置と、前記コントローラ装置と複数の前記制御装置との間で伝送データを中継する複数のスイッチ装置と、を備え、前記コントローラ装置と複数の前記スイッチ装置とが、隣接する装置間を結ぶ双方向通信可能なリング状伝送路によって接続され、前記リング状伝送路を介した伝送データの授受を行うデータ伝送方法であって、
   前記コントローラ装置と前記制御装置との間の伝送データの授受を、前記リング状伝送路の正常時には当該装置間を接続する前記リング状伝送路の一方の伝送経路を介して行い、前記リング状伝送路の前記一方の伝送経路の異常発生時には当該装置間を接続する前記リング状伝送路の他方の伝送経路を介して行うに際し、
   前記コントローラ装置は、前記制御装置から一定周期で送出される伝送データの受信タイミングを監視し、当該受信タイミングが前記一定周期に基づく基準タイミングからずれたことを検知したとき、前記一方の伝送経路を介した伝送データの授受から前記他方の伝送経路を介した伝送データの授受への切り替えが発生したと判断することを特徴とするデータ伝送方法。

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