JP5949003B2 - ゲートウェイ、システム及び方法 - Google Patents
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Description
安全機能処理を行う安全ノードと、該安全ノードを制御する安全コントローラと、安全機能処理を行わない非安全ノードと通信するゲートウェイであって、
LANを通じて前記安全コントローラと通信を行うインタフェースと、
前記インタフェースを通じて前記安全コントローラから受信した所定のフォーマットのデータを、前記安全ノード宛のデータ又は前記非安全ノード宛のデータに分離する、受信データ分離手段と、
安全通信路を通じて前記安全ノードと通信する安全データ通信手段と、
非安全通信路を通じて前記非安全ノードと通信する非安全データ通信手段と、
を有し、
前記安全ノードから前記安全通信路を通じて受信したデータ又は前記非安全ノードから前記非安全通信路を通じて受信したデータを、前記所定のフォーマットに結合して、前記安全コントローラに送信し、
前記安全データ通信手段は、前記安全ノード宛のデータを複製して複数の安全ノードに夫々送信する。
安全機能処理を行う安全ノードと、該安全ノードを制御する安全コントローラと、安全機能処理を行わない非安全ノードと、ゲートウェイを有するシステムであって、
前記安全コントローラは、
LANを通じて前記ゲートウェイと通信を行う第一インタフェース
を有し、
前記ゲートウェイは、
前記安全コントローラと通信を行う第二インタフェースと、
前記第二インタフェースを通じて前記安全コントローラから受信した、所定のフォーマットのデータを、前記安全ノード宛のデータ又は前記非安全ノード宛のデータに分離する、受信データ分離手段と、
安全通信路を通じて前記安全ノードと通信する安全データ通信手段と、
非安全通信路を通じて前記非安全ノードと通信する非安全データ通信手段と、
を有し、
前記安全ノードから前記安全通信路を通じて受信したデータ又は前記非安全ノードから前記非安全通信路を通じて受信したデータを、前記所定のフォーマットに結合して、前記安全コントローラに送信し、
前記安全ノードは、
前記安全通信路を通じて前記ゲートウェイと通信する第三インタフェース
を有し、
前記非安全ノードは、
前記非安全通信路を通じて前記ゲートウェイと通信する第四インタフェース
を有し、
前記安全データ通信手段は、前記安全ノード宛のデータを複製して複数の安全ノードに夫々送信する。
安全機能処理を行う安全ノードと、該安全ノードを制御する安全コントローラと、安全機能処理を行わない非安全ノードと通信する方法であって、
LANを通じて前記安全コントローラから受信した所定のフォーマットのデータを、前記安全ノード宛のデータ又は前記非安全ノード宛のデータに分離する、受信データ分離段階と、
安全通信路を通じて前記安全ノードと通信する安全データ通信段階と、
非安全通信路を通じて前記非安全ノードと通信する非安全データ通信段階と、
前記安全ノードから前記安全通信路を通じて受信したデータ又は前記非安全ノードから前記非安全通信路を通じて受信したデータを、前記所定のフォーマットに結合する結合段階と、
結合された前記データを前記安全コントローラに送信する送信段階と、
を有し、
前記安全データ通信手段は、前記安全ノード宛のデータを複製して複数の安全ノードに夫々送信する。
安全機能処理を行う安全ノードを制御する安全コントローラから受信したデータに基づいて異常状態を検知する方法であって、
ゲートウェイが、LANを通じて前記安全コントローラから受信した所定のフォーマットのデータを、安全ノード宛のデータ又は非安全ノード宛のデータに分離する、受信データ分離段階と、
前記ゲートウェイが、前記安全ノード宛のデータを複製する複製段階と、
前記ゲートウェイが、複製した前記データを、前記非安全ノードが接続された非安全通信路と異なる安全通信路を通じて、複数の安全ノードに夫々送信するデータ送信段階と、
前記複数の安全ノードの一が、前記ゲートウェイから受信した前記データと、該安全ノードと異なる他の安全ノードが受信した前記データとを照合する照合段階と、
前記複数の安全ノードの一が、前記照合の結果に基づいて異常状態を検出する検出段階と、
を有する。
2.ハードウェア構成
3.機能構成
4.通信伝文
5.通信経路
6.データ管理テーブル
7.処理フロー
7.1 受信データ分離処理
7.2 非安全データ通信処理
7.3 安全データ分配・通信処理
7.4 送信振分処理
7.5 送信データ結合処理
7.6 通信インタフェース処理
7.7 安全通信処理
7.8 受信照合処理
7.9 アプリケーション処理
最初に、図1を用いて、本発明の一実施形態におけるシステムの概要を説明する。図1は、本発明の一実施形態におけるシステムの概要を表す。本発明の一実施形態におけるシステムは、安全コントローラと安全ノード又は非安全ノードとの間に安全/非安全ゲートウェイを設け、安全コントローラと安全/非安全ゲートウェイとの間でLANによる通信を行う。
次に、図2Aを用いて、本発明の一実施形態におけるゲートウェイのハードウェア構成について説明する。図2Aに示されるゲートウェイは、CPU200と、RAM202と、ROM204と、LANインタフェース206と、シリアルバスインターフェース208と、同期インタフェース210と、バス212を有する。
次に、図3を用いて、本発明の一実施形態におけるシステムの機能ブロックについて説明する。当該システムは、安全コントローラ1と、LAN通信ノード2と、LAN3と、安全/非安全ゲートウェイ4と、安全ノード5と、安全通信路6と、非安全通信路7と、非安全ノード8と、データ管理テーブル9と、データ管理・照合テーブル10と、受信データ分離手段11と、非安全データ通信手段12と、安全データ分配・通信手段13と、送信振分手段14と、送信データ結合手段15と、通信インタフェース手段16と、安全通信手段17と、受信照合手段18と、アプリケーション19と、LAN通信インタフェース手段20を有する。
次に、図4A−4Cを用いて、安全通信システムで用いられる通信伝文について説明する。
次に、図5A−5Cを用いて、安全コントローラ1と複数の安全ノードとの間の通信経路について説明する。
次に、図6A−6Dを用いて、安全/非安全ゲートウェイ4で用いられるデータ管理テーブルについて説明する。
次に、図8A−12Bを用いて、安全/非安全ゲートウェイ4の処理について詳細に説明する。
図8Aは、受信データ分離手段11による処理のフローチャートを表す。また、図8Bは、安全データ分配・通信手段13又は非安全データ通信手段12に渡されるデータの構成を表す。図8Bにおいて、網掛けの部分は、受信データ分離手段11によって、追加又は分離されるデータを表す。なお、受信データ分離手段11による処理は、定周期で実行される。
−ステップS801:図6Aに示した、データ管理テーブル9のLAN受信通信データ構成を読み込む。
−ステップS802:LAN通信インタフェース手段20から、安全/非安全ゲートウェイ4宛の通信データを読み込む。ここでは、宛先アドレス1から通信データまでの通信データを読み込む。
−ステップS803:LAN受信通信データ構成に従って、safetyデータとnon−safetyデータを、宛先アドレス別に分割する。分割されたsafetyデータ又はnon−safetyデータの前に、送信元アドレス1、データ種別情報1の内容を、そのまま付加する。また、宛先アドレス1に、LAN受信通信データ構成の「宛先アドレス」を書き込む。
−ステップS804:LAN受信通信データ構成に従って、宛先アドレス2、送信元アドレス2、データ識別情報2及びフッタ2を、分割したsafetyおよびnon−safetyデータのそれぞれに付加する。また、LAN受信通信データ構成の「宛先アドレス」を、宛先アドレス2に書き込む。
−ステップS805:安全/非安全ゲートウェイ4のアドレスを、送信元アドレス2に書き込む。また、安全/非安全の情報を、データ識別情報2に書き込む。さらに、伝文のCRCコードを計算して、フッタ2に書き込む。次に、LAN受信通信データ構成に従って、「種別」が「安全」のものを安全データ分配・通信手段13に渡し、「種別」が「非安全」のものを非安全データ通信手段12に渡す。
図9Aは、非安全通信手段12による処理のフローチャートを表す。また、図9Bは、非安全ノード8と安全/非安全ゲートウェイ4との間の通信のに関する、通信伝文の構成を表す。また、図9Cは、非安全通信手段12から送信振分手段14に渡されるデータの構成を表す。なお、非安全通信手段12による処理は、定周期で実行される。
−ステップS901:受信データ分離手段11から受信データを読み込む。
−ステップS902:送信振分処理手段14から非安全データ通信のデータを読み込む。なお、送信振分処理手段14から渡されるデータについては、後述する。
−ステップS903:宛先アドレス2、送信元アドレス2及びデータ識別情報2を、ステップS902で読み込んだデータに追加する。宛先アドレス1のデータを、宛先アドレス2に書き込み、安全/非安全ゲートウェイ4のアドレスを、送信元アドレス2に書き込み、安全/非安全の情報を、データ識別情報2に書き込む。また、伝文のCRCコードを計算し、フッタ2に書き込む。
−ステップS904:通信プロトコルに応じた、通し番号等のヘッダを付加する。
−ステップS905:宛先アドレスと通信プロトコルに従い、非安全ノード8と通信を行う。
−ステップS906:非安全ノード8から受信したデータを送信振分手段14へ渡す。
図10Aは、安全データ分配・通信手段13による処理のフローチャートを表す。また、図10Bは、安全ノード5と安全/非安全ゲートウェイ4との間の通信に用いられる通信伝文の構成を表す。また、図10Cは、安全データ分配・通信手段13から送信振分手段14に渡される、データの構成を示す。なお、安全データ分配・通信手段13による処理は、定周期で実行される。以下のステップ1001−1007は、安全/非安全ゲートウェイ4から安全ノード5になされる通信処理を表し、ステップ1007−1008は、安全ノード5から安全/非安全ゲートウェイ4になされる通信処理を表す。
−ステップS1001:受信データ分離手段11から、受信データを読み込む。
−ステップS1002:送信振分手段14から、非安全データ通信のデータを読み込む。
−ステップS1003:宛先アドレス2、送信元アドレス2、データ識別情報2を、ステップS1002で読み込んだデータに追加する。宛先アドレス1のデータを、宛先アドレス2に書き込み、安全/非安全ゲートウェイ4のアドレスを、送信元アドレス2に書き込み、安全/非安全の情報を、データ識別情報2に書き込む。また、伝文のCRCコードを計算し、フッタ2に書き込む。
−ステップS1004:データ管理テーブル9の安全データ分配構成を読み込む。
−ステップS1005:安全データ分配構成に従って、宛先アドレスを、分配後アドレスに書き換える。さらに、フッタのCRCコードを再計算し、書き換える。
−ステップS1006:通信プロトコルに応じて、通し番号等のヘッダを付加する。
−ステップS1007:宛先アドレスと通信プロトコルに従って、通信を行う。
−ステップS1008:宛先アドレス2が自局の場合には、安全ノード5から受信したデータを送信振分手段14に渡す。宛先アドレス2が自局でない場合には、当該通信伝文を宛先アドレス2のアドレスに送信する。
図11Aは、送信振分手段14による処理のフローチャートを表す。また、図11Bは、送信振分手段14が扱うデータの構成を示す。なお、送信振分手段14による処理は、定周期で実行される。
−S1101:データ管理テーブル9の送信振分構成を読み込む。
−S1102:安全データ分配・通信手段13及び非安全データ通信手段12から渡されたデータを読み込む。
−S1103:送信振分構成の「宛先アドレス」に合致したデータで、「種別」が安全のものを、安全データ分配・通信手段13に渡す。
−S1104:送信振分構成の「宛先アドレス」に合致したデータで、「種別」が非安全のものを、非安全データ通信手段12に渡す。
−S1105:送信振分構成の「宛先アドレス」に合致しないデータを、送信データ結合手段15に渡す。
図12Aは、送信データ結合手段15による処理のフローチャートを表す。また、図12Bは、LAN通信インタフェース手段に渡されるデータの構成を示す。なお、送信データ結合手段15による処理は、定周期で実行される。
−S1201:データ管理テーブル9のLAN送信通信データ構成を読み込む。
−S1202:送信振分手段14から渡されたデータを読み込む。
−S1203:LAN受信送信データ構成に従って、データを通信データ構成に埋め込む。
−S1204:送信元アドレス1、データ識別情報1及びフッタ1を追加する。安全/非安全ゲートウェイ4のアドレスを送信元アドレス1に書き込み、フレームID等の情報をデータ識別情報1に書き込む。また、伝文のCRCコードを再計算し、フッタ1に書き込む。
−S1205:データをLAN通信インタフェース手段20に渡す。
次に、図13A−16Cを用いて、安全ノード5の処理について詳細に説明する。
−S1301:安全通信手段17から安全通信データを読み込む。また、アプリケーション19から、非安全通信データを読み込む。
−S1302:ステップS1301で読み込んだデータに、宛先アドレス2、送信元アドレス2、及びデータ識別情報2を追加する。宛先アドレス1が他の安全ノードである場合には、その安全ノードのアドレスを、宛先アドレス2に書き込む。又は、宛先アドレス1が安全ノード以外である場合には、安全/非安全ゲートウェイ4のアドレスを、宛先アドレス2に書き込む。また、当該安全ノード5のアドレスを、送信元アドレス2に書き込み、安全/非安全の情報をデータ識別情報2に書き込む。さらに、伝文のCRCコードを計算し、フッタ2に書き込む。宛先アドレス1が安全ノードであるかどうかの識別は、データ管理・照合テーブル10の送信振分構成を参照することによって行われる。
−S1303:宛先アドレスと通信プロトコルに従って、安全/非安全ゲートウェイ4又は他の安全ノードと通信を行う。
−S1304:安全/非安全ゲートウェイ4から受信したデータに含まれる、データ識別情報2の安全/非安全の情報が、安全である場合には、当該データを安全通信手段17に渡し、非安全である場合には、当該データをアプリケーション19に渡す。
図14Aは、安全通信手段17による処理のフローチャートを表す。また、図14Bは、安全通信手段17と通信インタフェース手段16との間、安全通信手段17とアプリケーション手段16との間、及び安全通信手段17と受信照合手段18との間でやりとりされるデータの構成を示す。なお、安全通信手段17は、定周期で実行される。以下のステップS1401−1403は、通信インタフェース手段16から安全通信手段17になされる処理を表す。ステップS1404−1405は、安全通信手段17から通信インタフェース手段16になされる処理を表す。
−S1401:通信インタフェース手段16からデータを読み込む。
−S1402:safetyデータの安全情報を用いて、safetyデータの安全性をチェックする。以下に、安全性のチェックの例を示す。
シーケンス番号を確認し、正しい順番でデータを受け取っているか確認する
タイムスタンプを確認し、許容時間内に更新されているか確認する
宛先アドレスを確認し、メッセージの宛先が正しいか確認する
安全コードを確認し、safetyデータの完全性を確認する
−S1403:通信インタフェース手段16から受け取ったデータを、アプリケーション19及び受信照合手段18に渡す。
−S1404:アプリケーション19及び受信照合手段18からデータを読み込む。
−S1405:シーケンス番号、タイムスタンプ、安全コードをsafetyデータに付加する。また、伝文のCRCコードを再計算し、フッタ1に書き込む。
図15Aは、受信照合手段18による処理のフローチャートを表す。また、図15Bは、受信照合手段18と通信インタフェース手段との間、受信照合手段18とアプリケーション19との間、及び受信照合手段18と他の安全ノードの受信照合手段18との間においてやりとりされる、データの構成を表す。なお、受信照合手段18は、定周期で実行される。以下のステップS1502は、受信照合手段18から照合先になされる送信処理を表す。ステップS1503−1505は、照合先から受信照合手段18になされる受信処理を表す。
−S1501:安全通信手段17からデータを読み込む。
−S1502:送信元アドレス1が、図7Bの照合テーブルにおける照合送信元アドレスと一致する場合には、当該安全ノード以外の照合先アドレスを宛先アドレス1に書き込む。さらに、当該安全ノードのアドレスを送信元アドレス1に書き込む。そして、照合のために、安全通信手段17へデータを渡し、照合先への送信を依頼する。
−S1503:送信元アドレス1が、図7Bの照合テーブルにおける照合先アドレスと一致する場合には、当該処理より前に、安全通信手段17から、データ送信元アドレス1が同テーブルにおける照合送信元アドレスと一致し、かつ、データ識別情報1が同じものを受け取ったかどうか確認する。
−S1504:ステップS1503において、データ識別情報1が同じものを以前に受け取っている場合には、safetyデータを照合する。照合の結果、一致した場合には、正常であることをアプリケーション19に通知する。照合の結果、一致しない場合には、異常であることをアプリケーション19に通知する。指定した時間内に照合データを受信しなかった場合には、タイムオーバである旨をアプリケーション19に通知する。
図16Aは、アプリケーション19による処理のフローチャートを表す。また、図16Bは、安全送受信データの構成を表す。また、図16Cは、非安全送受信データの構成を示す。なお、アプリケーション19は、定周期で実行される。
−S1601:安全通信手段17からデータを読み込む。
−S1602:safetyデータに対応した安全機能の処理を行う。
−S1603:受信照合手段18からデータを読み込む。
−S1604:照合結果が正常である場合には、その旨を記録する。照合結果が異常である場合には、異常に対応したリアクションとして、システム停止などの安全状態に移行する。照合結果がタイムオーバである場合には、照合先異常とし、リアクションとして、片肺運転などの安全状態に移行する。
−S1605:通信インタフェース手段16からデータを読み込む。
−S1606:non−safetyデータに対応した非安全機能の処理を行う。
−S1607:安全機能の処理のアウトプットによる安全送信データを作成し、安全通信手段17へ送信を依頼する。なお、安全送信データのフッタ1は空欄とする。(安全通信手段17における処理により、フッタ1のデータが作成される。)
−S1608:安全機能/非安全機能の処理のアウトプットによる非安全送信データを作成し、通信インタフェース手段16に対して送信を依頼する。必要に応じて、非安全通信データのフッタ1を付加する。なお、非安全通信データの場合には、通信データのCRCコードは必須ではない。
2 LAN通信ノード
3 LAN
4 安全/非安全ゲートウェイ
5 安全ノード
6 安全通信路
7 非安全通信路
8 非安全ノード
9 データ管理テーブル
10 データ管理・照合テーブル
11 受信データ分離手段
12 非安全データ通信手段
13 安全データ分配・通信手段
14 送信振分手段
15 送信データ結合手段
16 通信インタフェース手段
17 安全通信手段
18 受信照合手段
19 アプリケーション
20 LAN通信インタフェース手段
Claims (8)
- 安全機能処理を行う安全ノードと、該安全ノードを制御する安全コントローラと、安全機能処理を行わない非安全ノードと通信するゲートウェイであって、
LANを通じて前記安全コントローラと通信を行うインタフェースと、
前記インタフェースを通じて前記安全コントローラから受信した所定のフォーマットのデータを、前記安全ノード宛のデータ又は前記非安全ノード宛のデータに分離する、受信データ分離手段と、
安全通信路を通じて前記安全ノードと通信する安全データ通信手段と、
非安全通信路を通じて前記非安全ノードと通信する非安全データ通信手段と、
を有し、
前記安全ノードから前記安全通信路を通じて受信したデータ又は前記非安全ノードから前記非安全通信路を通じて受信したデータを、前記所定のフォーマットに結合して、前記安全コントローラに送信し、
前記安全データ通信手段は、前記安全ノード宛のデータを複製して複数の安全ノードに夫々送信する、
ゲートウェイ。 - 前記複数の安全ノードに送信された前記データは、前記複数の安全ノードの間で照合され、前記照合の結果に基づいて異常状態が検出される、
請求項1に記載のゲートウェイ。 - 前記安全通信路及び前記非安全通信路は独立して設けられる、
請求項1又は2に記載のゲートウェイ。 - 前記安全通信路はシリアルバスによって構成され、前記非安全通信路はデュアルポートRAMを用いて構成される、
請求項3に記載のゲートウェイ。 - 前記安全通信路及び前記非安全通信路は夫々LANを構成する、
請求項3に記載のゲートウェイ。 - 安全機能処理を行う安全ノードと、該安全ノードを制御する安全コントローラと、安全機能処理を行わない非安全ノードと、ゲートウェイを有するシステムであって、
前記安全コントローラは、
LANを通じて前記ゲートウェイと通信を行う第一インタフェース
を有し、
前記ゲートウェイは、
前記安全コントローラと通信を行う第二インタフェースと、
前記第二インタフェースを通じて前記安全コントローラから受信した、所定のフォーマットのデータを、前記安全ノード宛のデータ又は前記非安全ノード宛のデータに分離する、受信データ分離手段と、
安全通信路を通じて前記安全ノードと通信する安全データ通信手段と、
非安全通信路を通じて前記非安全ノードと通信する非安全データ通信手段と、
を有し、
前記安全ノードから前記安全通信路を通じて受信したデータ又は前記非安全ノードから前記非安全通信路を通じて受信したデータを、前記所定のフォーマットに結合して、前記安全コントローラに送信し、
前記安全ノードは、
前記安全通信路を通じて前記ゲートウェイと通信する第三インタフェース
を有し、
前記非安全ノードは、
前記非安全通信路を通じて前記ゲートウェイと通信する第四インタフェース
を有し、
前記安全データ通信手段は、前記安全ノード宛のデータを複製して複数の安全ノードに夫々送信する、
システム。 - 安全機能処理を行う安全ノードと、該安全ノードを制御する安全コントローラと、安全機能処理を行わない非安全ノードと通信する方法であって、
LANを通じて前記安全コントローラから受信した所定のフォーマットのデータを、前記安全ノード宛のデータ又は前記非安全ノード宛のデータに分離する、受信データ分離段階と、
安全通信路を通じて前記安全ノードと通信する安全データ通信段階と、
非安全通信路を通じて前記非安全ノードと通信する非安全データ通信段階と、
前記安全ノードから前記安全通信路を通じて受信したデータ又は前記非安全ノードから前記非安全通信路を通じて受信したデータを、前記所定のフォーマットに結合する結合段階と、
結合された前記データを前記安全コントローラに送信する送信段階と、
を有し、
前記安全データ通信段階では、前記安全ノード宛のデータを複製して複数の安全ノードに夫々送信する、方法。 - 安全機能処理を行う安全ノードを制御する安全コントローラから受信したデータに基づいて異常状態を検知する方法であって、
ゲートウェイが、LANを通じて前記安全コントローラから受信した所定のフォーマットのデータを、安全ノード宛のデータ又は非安全ノード宛のデータに分離する、受信データ分離段階と、
前記ゲートウェイが、前記安全ノード宛のデータを複製する複製段階と、
前記ゲートウェイが、複製した前記データを、前記非安全ノードが接続された非安全通信路と異なる安全通信路を通じて、複数の安全ノードに夫々送信するデータ送信段階と、
前記複数の安全ノードの一が、前記ゲートウェイから受信した前記データと、該安全ノードと異なる他の安全ノードが受信した前記データとを照合する照合段階と、
前記複数の安全ノードの一が、前記照合の結果に基づいて異常状態を検出する検出段階と、
を有する、方法。
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