JP6471234B2 - 制御システム - Google Patents

Description

本発明は、制御システムに関する。

化学プラントや原子力発電所といった、安全確保が最優先される現場に用いられる制御システムには、特に高い信頼性が求められる。これらの制御システムでは、演算装置や入出力装置単体を内部で二重化し、二重化した各系の出力を照合し、装置の異常を検出可能とすることで、信頼性を高めている。

特許文献１には、複数のデジタル入出力接点のデータを二重化したＤＩボードに読み込み、それぞれのＤＩボードをＤＩモジュールに組み込み、それぞれのＤＩボードに接続する伝送ケーブルを経てデータを入出力制御装置に取り込む二重化計装システムにおいて、前記入出力制御装置は、それぞれのＤＩボードの読み込みタイミングを同期させて取り込むデータの不一致を回避するように、それぞれのＤＩボードへ通信用の同期信号用ケーブルを接続することを特徴とする二重化計装システムが記載されている。

特許文献２には、プラントからのデジタル信号を入力する２重化された入力回路と、前記２重化された入力回路からの出力信号を比較し異常の有無を検出する比較回路を有するデジタル入力装置において、前記入力回路から出力される信号の変化点を検出する信号変化検出手段と、前記プラントから入力されるデジタル信号のパルス幅に対し１／ｎの間隔で計数し、前記信号変化検出手段の出力により計数値をクリアする計数手段と、前記比較回路からの異常検出信号を一時的に格納する保持手段とを備え、前記計数手段による計数値が所定値に達した時点で、前記保持手段に格納されている異常検出信号を出力する診断機能付きデジタル入力装置が記載されている。

特開平１１−２１９３２２号公報 特開平８−２２１１１６号公報

しかしながら、このような従来の二重化（多重化）入力装置では、下記の課題がある。
Ａ系とＢ系に二重化され、信号源からのデジタル信号をＡ系とＢ系に並列に入力する制御システムにおいて、信号伝達時間誤差や動作周波数の違いによってＡ系とＢ系の間でデジタル信号の取り込みタイミングに若干の誤差が発生する。この取り込みタイミング誤差により、デジタル信号の値が変化するタイミングと、Ａ系とＢ系のデータ取り込みタイミングが重なった場合、Ａ系とＢ系の間で取り込んだデジタル信号の値が異なる可能性がある。このように、Ａ系とＢ系がともに正常動作しているにもかかわらず、照合結果の不一致が発生するという課題があった。

本発明の目的は、正常動作時に照合結果が不一致となることを回避することが可能な制御システムを提供することにある。

前記課題を解決するため、本発明による制御システムは、信号源からのデジタル信号を取り込んで入力する入力制御部と、前記取り込んだデジタル信号に基づいてデジタル信号フレームを生成する通信制御部とを有する処理装置を、前記信号源に対して並列となるように複数系統を備えるとともに、各系統の前記処理装置における前記デジタル信号フレームを取り込んで系統間での一致を照合するフレーム照合部を備え、前記各系統の入力制御部は、前記各系統における前記デジタル信号の伝達時間誤差と信号取り込み時間差の合計よりも大きい間隔で前記デジタル信号を複数回取り込む機能を有し、前記各系統の通信制御部は、前記複数回取り込んだ前記デジタル信号の信号値を付加した前記デジタル信号フレームを系統ごとに生成する機能を有し、前記フレーム照合部は、前記デジタル信号フレームに付加された前記信号値の一致をデジタル信号の取り込みの回次ごとに判定し、前記信号値の一致が少なくとも１回あれば前記各系統間での照合が一致とする機能を有する。

本発明によれば、正常動作時に照合結果が不一致となることを回避することが可能な制御システムを提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る制御システムの構成を示す図である。 上記第１の実施形態に係る制御システムの入力要求に用いる通信フレームフォーマットを示す図である。 上記第１の実施形態に係る制御システムの伝達時間誤差による取込データ不一致を示す図である。 上記第１の実施形態の制御システムの非同期誤差による取込データ不一致を示す図である。 上記第１の実施形態の制御システムの取り込みタイミングによるＡ系とＢ系のデジタル入力データを示す図である。 上記第１の実施形態の制御システムの取り込みタイミングによるＡ系とＢ系のデジタル入力データを示す図である。 上記第１の実施形態の制御システムの取り込みタイミングによるＡ系とＢ系のデジタル入力データを示す図である。 上記第１の実施形態の制御システムの取り込みタイミングによるＡ系とＢ系のデジタル入力データを示す図である。 上記第１の実施形態の制御システムのデジタル入力装置のＡ系通信制御部およびＢ系通信制御部が生成する通信フレームを示す図である。 上記第１の実施形態の制御システムのデジタル入力装置のＡ系通信制御部およびＢ系通信制御部が生成する通信フレームを示す図である。 上記第１の実施形態の制御システムの入力チャンネル数が１の場合の通信フレーム照合部を示す図である。 上記第１の実施形態の制御システムの入力チャンネル数が１のときの通信フレーム照合結果判定マトリクスを表にして示す図である。 上記第１の実施形態の制御システムの入力チャンネル数が２の場合の通信フレーム照合部を示す図である。 上記第１の実施形態の制御システムの入力チャンネル数が２のときの通信フレーム照合結果判定マトリクスを表にして示す図である。 上記第１の実施形態の制御システムの出力要求に用いる通信フレームフォーマットを示す図である。 上記第１の実施形態の制御システムの出力応答に用いる通信フレームフォーマットを示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る制御システムの構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る制御システム１の構成を示す図である。本実施形態の制御システムは、化学プラントや原子力発電所といった、安全確保が最優先される現場に適用できる。
制御システム１は、信頼性向上のために内部機能をＡ系とＢ系で二重化（多重化）したデジタル制御装置である。Ａ系とＢ系による二重化は、一例であり、３以上の多重化でも同様に適用できる。
図１に示すように、制御システム１は、演算装置１００と、デジタル入力装置２００と、デジタル出力装置３００と、を備える。演算装置１００とデジタル入力装置２００とデジタル出力装置３００とは、通信回線４００により接続され、各装置１００，２００，３００間の通信は、フレームによって行われる。また、入力装置、出力装置には、それぞれデジタルとアナログの種別がある。通信回線４００には、図１のデジタル入力装置２００およびデジタル出力装置３００以外にも、複数の入出力装置を接続することが可能である。また、系統あるいはプラントから入力されるデジタル信号の信号源４１０がデジタル入力装置２００に接続され、制御システム１の制御対象４２０がデジタル出力装置３００に接続される。

制御は、演算装置１００がマスタとなって実施する。まず、演算装置１００は、制御演算に必要となる入力データを取得するため、通信回線４００を介してデジタル入力装置２００に対して、データの入力要求を行う。データ入力要求を受けたデジタル入力装置２００は、信号源４１０から入力データの取り込みを行い、通信回線４００を介して演算装置１００に対して、取得したデータを応答として出力する。
演算装置１００は、取得した入力データを元に制御演算を行う。演算装置１００は、演算結果を制御対象４２０に出力するため、通信回線４００を介してデジタル出力装置３００に対して、データ出力の要求を行う。データ出力要求を受けたデジタル出力装置３００は、制御対象４２０に対して受け取ったデータに応じた出力を行い、データ出力が完了したことを通知するため、通信回線４００を介して演算装置１００に対して応答を出力する。

<演算装置>
演算装置１００は、Ａ系演算装置１１０と、Ｂ系演算装置１２０と、フレーム照合部１３０と、ＳＷ１３１と、を備える。
Ａ系演算装置１１０は、入力データを元に演算を行うＡ系演算部１１１と、装置間の通信を制御するＡ系通信制御部１１２と、を備える。また、Ｂ系演算装置１２０は、入力データを元に演算を行うＢ系演算部１２１と、装置間の通信を制御するＢ系通信制御部１２２と、を備える。
Ａ系演算部１１１およびＢ系演算部１２１と、Ａ系通信制御部１１２およびＢ系通信制御部１２２とは、Ａ系演算装置１１０とＢ系演算装置１２０の二重化構成である。また、通信回線４００からの通信フレームは、Ａ系演算装置１１０とＢ系演算装置１２０に並列に入力される。
フレーム照合部１３０は、Ａ系演算装置１１０とＢ系演算装置１２０が出力する通信フレームを照合する。Ａ系演算装置１１０の通信フレームとＢ系演算装置１２０の通信フレームとを照合することにより、装置の異常判定の信頼性を向上している。

<デジタル入力装置>
デジタル入力装置２００は、Ａ系デジタル入力装置２１０と、Ｂ系デジタル入力装置２２０と、フレーム照合部２３０と、ＳＷ２３５（遮断手段）と、を備える。
Ａ系デジタル入力装置２１０は、装置間の通信を制御するＡ系通信制御部２１１と、信号源４１０からデジタル入力データを取り込むＡ系入力制御部２１３と、を備える。また、Ｂ系デジタル入力装置２２０は、装置間の通信を制御するＢ系通信制御部２２１と、信号源４１０からデジタル入力データを取り込むＢ系入力制御部２２３と、を備える。
Ａ系通信制御部２１１およびＢ系通信制御部２２１と、Ａ系入力制御部２１３およびＢ系入力制御部２２３とは、Ａ系デジタル入力装置２１０とＢ系デジタル入力装置２２０の二重化構成である。

ここで、Ａ系入力制御部２１３およびＢ系入力制御部２２３は、Ａ系が第１のクロックで動作してデジタル信号値を取り込み、Ｂ系が第２のクロックで動作してデジタル信号値を取り込むものでもよい。信頼性向上のために内部機能をＡ系とＢ系で二重化した場合であっても、内部機能を動作させるクロックが異なると、動作周波数の違いによってＡ系とＢ系の間でデジタル信号の取り込みタイミングに若干の誤差が発生する可能性がある。
また、通信回線４００からの通信フレームは、Ａ系デジタル入力装置２１０とＢ系デジタル入力装置２２０に並列に入力される。

Ａ系入力制御部２１３およびＢ系入力制御部２２３は、信号源４１０からのデジタル信号をＡ系とＢ系に並列に入力し、二重化されたＡ系とＢ系のデジタル信号伝達時間誤差と信号取り込み時間差の合計よりも大きい時間間隔で少なくとも２回デジタル信号の値を取り込み、２回取り込んだデジタル信号値を保持する。
Ａ系通信制御部２１１およびＢ系通信制御部２２１は、２回取り込んだデジタル信号値を付加した通信フレームを生成する。

フレーム照合部２３０は、Ａ系デジタル入力装置２１０とＢ系デジタル入力装置２２０が出力する通信フレームを照合する。フレーム照合部２３０は、デジタル信号フレームに付加されたデジタル信号値の一致をデジタル信号の取り込みの回次ごとに判定し、デジタル信号値の一致が少なくとも１回あれば各系統間での照合が一致とする機能を有する。具体的には、フレーム照合部２３０は、前記回次を２回とする場合、Ａ系とＢ系のそれぞれが生成した通信フレームの１回目に取り込んだデジタル信号値（信号値）と２回目に取り込んだデジタル信号値（信号値）の少なくともどちらか一方（１回）が一致していれば照合一致とみなす。

フレーム照合部２３０は、２回取り込んだデジタル信号値以外についても照合を行う。例えば、フレーム照合部２３０は、Ａ系とＢ系のそれぞれが生成した通信フレームに対して、２回取り込んだデジタル信号値以外の照合を行い、通信フレームの１回目に取り込んだデジタル信号値と２回目に取り込んだデジタル信号値の少なくともどちらか一方が照合一致し、かつデジタル信号値以外の照合が一致となった場合は、照合結果一致と判定する。また、フレーム照合部２３０は、Ａ系とＢ系のそれぞれが生成した通信フレームに対して、２回取り込んだデジタル信号値以外の照合を行い、通信フレームの１回目に取り込んだデジタル信号値と２回目に取り込んだデジタル信号値のどちらも照合不一致となるか、またはデジタル信号値以外の照合が不一致となった場合は、照合結果不一致と判定する。Ａ系デジタル入力装置２１０の通信フレームとＢ系デジタル入力装置２２０の通信フレームとを照合することにより、データ照合の信頼性を向上している。

ＳＷ２３５は、フレーム照合部２３０からの指示に従って、フレームの照合結果が不一致の場合に信号送出経路を遮断して、該当する通信フレームが他の装置に送出されることを防ぐ。

<デジタル出力装置>
デジタル出力装置３００は、Ａ系デジタル出力装置３１０と、Ｂ系デジタル出力装置３２０と、フレーム照合部３３０と、ＳＷ３３１と、を備える。
Ａ系デジタル出力装置３１０は、装置間の通信を制御するＡ系通信制御部３１１と、制御対象４２０へデータを出力するＡ系出力制御部３１２と、を備える。また、Ｂ系デジタル出力装置３２０は、装置間の通信を制御するＢ系通信制御部３２１と、制御対象４２０へデータを出力するＢ系出力制御部３２２と、を備える。
Ａ系通信制御部３１１およびＢ系通信制御部３２１と、Ａ系出力制御部３１２およびＢ系出力制御部３２２とは、Ａ系デジタル出力装置３１０とＢ系デジタル出力装置３２０の二重化構成である。通信回線４００からの通信フレームは、Ａ系デジタル出力装置３１０とＢ系デジタル出力装置３２０に並列に入力される。
フレーム照合部３３０は、Ａ系デジタル出力装置３１０とＢ系デジタル出力装置３２０が出力する通信フレームとを照合する。Ａ系デジタル出力装置３１０の通信フレームとＢ系デジタル出力装置３２０の通信フレームとを照合することにより、データ照合の信頼性を向上している。

以下、上述のように構成された制御システム１の動作について説明する。
［演算装置１００の動作（１）］
まず、制御システム１の演算装置１００の動作について説明する。
図１に示すように、Ａ系通信制御部１１２およびＢ系通信制御部１２２は、入力データを取得するため、デジタル入力装置２００に対して入力要求の通信フレームを送出する。

図２は、制御システム１の入力要求に用いる通信フレームフォーマットを示す図である。
図２に示すように、入力要求の通信フレームフォーマットは、フレームの先頭を示す開始フラグ５００と、入力／出力、要求／応答を表すモードエリア５０１と、送信先アドレス５０７と送信元アドレス５０８を含むアドレスエリア５０２と、入力するデータの大きさを指定するデータサイズエリア５０３と、フレームの健全性を保障するＣＲＣエリア５０４と、フレームの終わりを示す終了フラグ５０５とから構成される。モードエリア５０１には、入力要求を表すビット５０６が入る。

図１に戻って、演算装置１００のＡ系演算装置１１０のＡ系通信制御部１１２とＢ系演算装置１２０のＢ系通信制御部１２２が送出した通信フレームは、フレーム照合部１３０で照合される。フレーム照合部１３０は、照合結果が一致した場合、Ａ系演算装置１１０とＢ系演算装置１２０とが共に正常動作していると判断し、Ａ系演算装置１１０の通信フレームを通信回線４００へ送出する通信フレーム照合部１３０は、照合結果が不一致であった場合、Ａ系演算装置１１０またはＢ系演算装置１２０のどちらかの系に異常があると判断し、ＳＷ１３１により遮断（信号送出経路の遮断）して異常な通信フレームが他装置に送出されることを防ぐ。

また、後記するように、演算装置１００のＡ系通信制御部１１２およびＢ系通信制御部１２２は、通信回線４００を介してデジタル出力装置３００から自装置宛の出力応答フレームを受けると、出力が完了したと判断する。

［デジタル入力装置２００の動作］
次に、制御システム１のデジタル入力装置２００の動作について説明する。
図１に示すように、デジタル入力装置２００のＡ系通信制御部２１１およびＢ系通信制御部２２１は、通信回線４００を介して演算装置１００から自装置宛の入力要求フレームを受けると、自系のＡ系入力制御部２１３およびＢ系入力制御部２２３にデータ取り込み指示を出す。このとき、信号源４１０からＡ系デジタル入力装置２１０、Ｂ系デジタル入力装置２２０それぞれへのデジタル入力信号の伝達時間誤差や、Ａ系デジタル入力装置２１０とＢ系デジタル入力装置２２０が非同期で動作している場合には非同期誤差により、Ａ系デジタル入力装置２１０とＢ系デジタル入力装置２２０の間で取り込んだデータが不一致となる可能性がある。以下、具体的に説明する。

<伝達時間誤差、非同期誤差による取込データ不一致>
図３および図４は、伝達時間誤差、非同期誤差による取込データ不一致を示す図である。図３は、伝達時間誤差によりデータ不一致となるケースを示す。なお、図３では、Ａ系デジタル入力装置２１０とＢ系デジタル入力装置２２０の間に非同期誤差がない場合を示している。
図３に示すように、Ａ系デジタル入力装置２１０が受け取るデジタル入力データＡ６００と、Ｂ系デジタル入力装置２２０が受け取るデジタル入力データＢ６０１とは、Ａ系デジタル入力装置２１０とＢ系デジタル入力装置２２０の伝達時間誤差６０３の分だけデジタル値変化のタイミングがずれる。デジタル値変化のタイミングとＡ系／Ｂ系の取り込みタイミング６０２が重なった場合、Ａ系デジタル入力装置２１０が取り込むデータは“１”、Ｂ系デジタル入力装置２２０が取り込むデータは“０”となり、両者は不一致となる。

図４は、非同期誤差によりデータ不一致となるケースを示す。なお、図４では、Ａ系デジタル入力装置２１０が受け取るデジタル入力データＡ６０４と、Ｂ系デジタル入力装置２２０が受け取るデジタル入力データＢ６０５の間に伝達時間誤差がない場合を示している。
図４に示すように、Ａ系デジタル入力装置２１０とＢ系デジタル入力装置２２０が非同期で動作している場合、Ａ系デジタル入力装置２１０の取り込みタイミング６０６とＢ系デジタル入力装置２２０の取り込みタイミング６０７が非同期誤差６０８の分だけずれる可能性がある。デジタル値変化のタイミングとＡ系の取り込みタイミング６０６とＢ系の取り込みタイミング６０７が重なった場合、Ａ系デジタル入力装置２１０が取り込むデータは“０”、Ｂ系デジタル入力装置２２０が取り込むデータは“１”となり、両者は不一致となる。

制御システム１は、このようなデジタル信号入力値の不一致によって生じる照合異常を防ぐために、Ａ系デジタル入力装置２１０と、Ｂ系デジタル入力装置２２０と、フレーム照合部２３０と、ＳＷ２３５と、からなるデジタル入力装置２００を備える。Ａ系デジタル入力装置２１０およびＢ系デジタル入力装置２２０は、Ａ系とＢ系で二重化構成されたＡ系通信制御部２１１およびＢ系通信制御部２２１と、Ａ系入力制御部２１３およびＢ系入力制御部２２３と、を備える。

データ取り込み指示を受けたＡ系入力制御部２１３およびＢ系入力制御部２２３は、二重化されたＡ系とＢ系のデジタル信号伝達時間誤差と信号取り込み時間差の合計よりも大きい時間間隔で２回デジタル信号の値を取り込み、２回取り込んだデジタル信号値を保持する。すなわち、Ａ系入力制御部２１３およびＢ系入力制御部２２３は、伝達時間誤差と非同期誤差を足した時間よりも大きい時間間隔を空けて、信号源４１０からのデジタル信号値の取り込みを２回行う。Ａ系デジタル入力装置２１０とＢ系デジタル入力装置２２０の伝達時間誤差と非同期誤差を足した時間よりも大きい間隔で２回取り込みを行うことにより、１回目取込データと２回目取込データの少なくともどちらか一方は、必ずＡ系デジタル入力装置２１０とＢ系デジタル入力装置２２０で一致する。
ただし、前提として、信号源４１０におけるデジタル信号の変化周期はデータ取込間隔よりも大きく、２回のデータ取込の間に複数回値が変化することはないものとする。
そして、後記するように、フレーム照合部２３０は、デジタル信号フレームに付加されたデジタル信号値の一致をデジタル信号の取り込みの回次（ここでは２回）ごとに判定し、デジタル信号値の一致が少なくとも１回あれば各系統間での照合が一致とする。

以下、図５ないし図８を参照して、１回目取込データと２回目取込データの少なくともどちらか一方（１回）は、Ａ系デジタル入力装置２１０とＢ系デジタル入力装置２２０で一致することを説明する。

<１回目取込データと２回目取込データの一致>
図５ないし図８は、取り込みタイミングによるＡ系とＢ系のデジタル入力データを示す図である。
図５は、１回目のデータ取込とデータ変化のタイミングが重なった場合を示す。図５のケースでは、Ａ系の１回目取込時７０２のデジタル入力データＡ７００は“１”、Ｂ系の１回目取込時７０４のデジタル入力データＢ７０１は“０”となり、両者は不一致となるが、Ａ系の２回目取込時７０３、Ｂ系の２回目取込時７０５はどちらも“１”となる。

図６は、１回目取込時と、２回目取込時の間にデータ変化のタイミングがあった場合を示す。図６のケースでは、１回目取込時７０９，７１１のデジタル入力データＡ７０７とデジタル入力データＢ７０８はともに“０”、２回目取込時７１０，７１２はともに“１”となり、どちらのタイミングでも両者は一致する。

図７は、２回目のデータ取込とデータ変化のタイミングが重なった場合を示す。図７のケースでは、１回目取込時７１６，７１８のデジタル入力データＡ７１４とデジタル入力データＢ７１５はともに“０”となり、両者は一致するが、Ａ系２回目取込時７１７のデジタルデジタル入力データＡ７１４は“１”、Ｂ系２回目取込時７１９のデジタル入力データＢ７１５は“０”となり、両者は不一致となる。

図８は、取込時にデータ変化がない場合を示す。図８のケースでは、１回目取込時７２３，７２５のデジタル入力データＡ７２１とデジタル入力データＢ７２２はともに“０”、２回目取込時７２４，７２６もともに“０”となり、どちらのタイミング（回次）でも両者は一致する。

このように、正常動作時においては、伝達時間誤差と非同期誤差を足した時間よりも大きい間隔で２回データ取込を行うことにより、１回目取込データ２１４，２２４（図１参照）と２回目取込データ２１５，２２５（図１参照）の少なくともどちらか一方は、必ず一致する。
上述の方法により、１回目取込データと２回目取込データは、それぞれデジタル入力装置２００のＡ系入力制御部２１３およびＢ系入力制御部２２３（図１参照）に格納される。

上記データ取り込みが完了すると、デジタル入力装置２００のＡ系通信制御部２１１およびＢ系通信制御部２２１（図１参照）は、１回目取込データ２１４，２２４と２回目取込データ２１５，２２５の両方とも用いてフレーム生成２１２，２２２（図１参照）を行う。

<Ａ系通信制御部２１１およびＢ系通信制御部２２１の通信フレーム生成動作>
図９および図１０は、デジタル入力装置２００のＡ系通信制御部２１１およびＢ系通信制御部２２１が生成する通信フレームを示す図である。
図９は、入力チャンネル数が１の場合を示す。本実施形態において、入力チャンネル数とは、入力するデジタル信号の数をいう。入力するデジタル信号の数は、独立して扱うべきデジタル信号の数であり、デジタル信号の種類が異なる場合が挙げられる。例えば、外部の信号源４１０が３であれば、入力チャンネル数は３、信号源４１０が８であれば、入力チャンネル数は８である。
図９に示すように、入力応答の通信フレームフォーマットは、フレームの先頭を示す開始フラグ８００と、入力／出力、要求／応答を表すモードエリア８０１と、送信先アドレス８０７と送信元アドレス８０８を含むアドレスエリア８０２と、入力データを載せるデータエリア８０３と、フレームの健全性を保障するＣＲＣ（Cyclic Redundancy Code）エリア８０４と、フレームの終わりを示す終了フラグ８０５とから構成される。モードエリア８０１には、入力応答を表すビット８０６が入り、データエリア８０３には、Ｃｈ０の１回目取込データ８０９と２回目取込データ８１０が入る。

図１０は、入力チャンネル数が２の場合を示す。図１０に示すように、チャンネル数が２の場合、データエリア８１１にＣｈ０の１回目取込データ８１２と、２回目取込データ８１３と、Ｃｈ１の１回目取込データ８１４と、２回目取込データ８１５とが入る。
なお、入力チャンネル数が２より大きい場合も同様の構成となる。例えば、入力チャンネル数が３の場合には、図１０のデータエリア８１１に、さらにＣｈ２が追加され、このＣｈ２に１回目取込データと、２回目取込データとが入る。以下同様に、入力チャンネル数が８の場合には、図１０のデータエリア８１１に、さらにＣｈ７が追加され、このＣｈ７に１回目取込データと、２回目取込データとが入る。

図１１ないし図１４を参照して、デジタル入力装置２００の通信フレーム照合部２３０の動作について説明する。

<フレーム照合部２３０の通信フレーム照合動作>
デジタル入力装置２００の通信フレーム照合部２３０（図１参照）は、Ａ系デジタル入力装置２１０のＡ系通信制御部２１１が生成した通信フレームと、Ｂ系デジタル入力装置２２０のＢ系通信制御部２２１が生成した通信フレームを照合する。

（入力チャンネル数が１の場合）
まず、入力チャンネル数が１の場合の通信フレーム照合部９１２について、図１１を用いて説明する。
図１１は、入力チャンネル数が１（Ｃｈ０）の場合の通信フレーム照合部９１２の機能を示す図である。図１１の通信フレーム照合部９１２は、図１のデジタル入力装置２００の通信フレーム照合部２３０と同一構成であり、入力チャンネル数が１の場合の論理を詳細に示している。
図１１に示すように、フレーム照合部９１２は、Ａ系通信制御部２１１が生成した通信フレーム９００と、Ｂ系通信制御部２２１が生成した通信フレーム９０１に対して、１回目データ照合９０２と、２回目データ照合９０４と、データ以外の照合９０６との３つの照合を行う。
ここで、データ照合は、Ａ系とＢ系の各入力チャンネル毎に、１回目取込データの照合と２回目取込データの照合を行う。入力チャンネル数が１の場合、Ｃｈ０において１回目取込データの照合と２回目取込データの照合である。また、後記するように、入力チャンネル数が２の場合、Ｃｈ０で１回目取込データの照合と２回目取込データの照合を行うとともに、Ｃｈ１で１回目取込データの照合と２回目取込データの照合を行う。

１回目データ照合９０２は、Ａ系通信フレーム９００内の１回目取込データと、Ｂ系通信フレーム９０１内の１回目取込データの照合９０３を行い、両者のデータが異なる場合には、不一致を出力する。２回目データ照合９０４は、Ａ系通信フレーム９００内の２回目取込データと、Ｂ系通信フレーム９０１内の２回目取込データの照合９０５を行い、両者のデータが異なる場合には、不一致を出力する。データ以外の照合９０６は、Ａ系通信フレーム９００内のデータエリア以外の部分（モード、アドレス）と、Ｂ系通信フレーム９０１内のデータエリア以外の部分（モード、アドレス）の照合９０７を行い、両者のデータが異なる場合には、不一致を出力する。

なお、通信フレーム９００のＣＲＣエリアは、通信ケーブル（装置間）のデータ健全性保障のためにフレームに付加されるデータであり、装置内の通信異常を検出するためのデータではないため、照合は行わない。また、ＣＲＣエリアは、Ａ系とＢ系で異なる可能性もある。開始フラグ、終了フラグについても、受信側がフレームを認識するためのフラグであるため、照合は行わない。

デジタル入力装置２００の通信フレーム照合部９１２は、３つの照合により得られた結果から、デジタル入力装置の動作が正常であるか、異常であるかを判定する照合結果判定を行う(符号９０８参照)。
照合結果判定９０８では、まず１回目データ照合９０２と２回目データ照合９０４の結果に対して、どちらも不一致であった場合に、データ照合が不一致であると判定する(符号９０９参照)。次に、データ照合の結果（符号９０９参照)とデータ以外の照合９０７の結果（符号９０６参照)のうち、少なくとも一方が不一致であった場合、デジタル入力装置の動作は異常であると判定する（符号９１０参照）。判定が異常であった場合、ＳＷ２３５（図１参照）を遮断して異常な通信フレームが他装置に送出されることを防ぐ。

図１２は、入力チャンネル数が１のときの通信フレーム照合結果判定マトリクスを表にして示す図である。図１２中、白丸印（○印）は、照合結果が一致した場合を、また×印は、照合結果が不一致の場合をそれぞれ示す。
デジタル入力装置２００の通信フレーム照合部２３０（図１参照）は、Ａ系通信制御部２１１が生成した通信フレームと、Ｂ系通信制御部２２１が生成した通信フレームに対して、１回目データ照合と、２回目データ照合と、データ以外の照合との３つの照合を行う。

例えば、１回目データ照合では、Ａ系通信フレーム内の１回目取込データと、Ｂ系通信フレーム内の１回目取込データの照合を行い、両者のデータが異なる場合には、不一致を出力する。２回目データ照合では、Ａ系通信フレーム内の２回目取込データと、Ｂ系通信フレーム内の２回目取込データの照合を行い、両者のデータが異なる場合には、不一致を出力する。また、データ以外の照合は、Ａ系通信フレーム内のデータエリア以外の部分）と、Ｂ系通信フレーム内のデータエリア以外の部分の照合を行い、両者のデータが異なる場合には、不一致を出力する。

これにより、図１２の表１に示す照合結果判定マトリクスが得られたとする。
図１２の符号ａに示すように、１回目取込データの照合と、２回目取込データの照合と、データ以外の照合との照合結果がいずれも一致した場合は、照合結果判定は「正常」と判定する。
図１２の符号ｂに示すように、１回目取込データの照合と、２回目取込データの照合との照合結果が一致した場合であっても、データ以外の照合との照合結果が不一致である場合は、照合結果判定は「異常」と判定する。取り込んだデータの種別自体（モード、アドレス）等が異なる場合に該当する。
図１２の符号ｃに示すように、１回目取込データの照合と、２回目取込データの照合と、データ以外の照合のいずれか一つ、または全部が不一致の場合は、照合結果判定は「異常」と判定する。なお、このような場合の不一致判定は、従来と同様である。

図１２の符号Ａで囲んだ判定マトリクス部分は、１回目取込データの照合と、２回目取込データの照合と、データ以外の照合を行い、１回目取込データと２回目取込データの少なくともどちらか一方（１回）で照合一致し、かつデータ以外の照合が一致となった場合である。本実施形態では、１回目取込データの照合と、２回目取込データの照合と、データ以外の照合を行い、１回目取込データと２回目取込データの少なくともどちらか一方（１回）で照合一致し、かつデータ以外の照合が一致となった場合は、照合結果一致、すなわち正常と判定する。図１２の符号Ａで囲んだ判定マトリクス部分に着目したものは従来技術にはなく、本制御システム１で初めて実現するものである。信号源４１０からのデジタル信号をＡ系とＢ系に並列に入力する制御システム１において、信号伝達時間誤差や動作周波数の違いによってＡ系とＢ系の間でデジタル信号の取り込みタイミングに若干の誤差が発生することはあり得る。この場合、Ａ系とＢ系がともに正常動作しているにもかかわらず、１回目取込データの照合と、２回目取込データの照合とで照合結果の不一致が発生していた。本実施形態によれば、正常動作時に照合結果が不一致となることを回避することができる。因みに、図１２の符号Ａで囲んだ判定マトリクス部分は、従来では照合結果の不一致、すなわち異常と判定されていたところである。

（入力チャンネル数が２の場合）
次に、入力チャンネル数が２の場合の通信フレーム照合部１０１５について、図１３を用いて説明する。
図１３は、入力チャンネル数が２（Ｃｈ０，Ｃｈ１）の場合の通信フレーム照合部１０１５の機能を示す図である。図１３の通信フレーム照合部１０１５は、図１のデジタル入力装置２００の通信フレーム照合部２３０と同一構成であり、入力チャンネル数が２の場合の論理を詳細に示している。
入力チャンネル数が２の場合、Ｃｈ０で１回目取込データの照合と２回目取込データの照合を行うとともに、Ｃｈ１で１回目取込データの照合と２回目取込データの照合を行い、さらにデータ以外の照合を行う。

１回目データ照合１００２は、Ａ系通信フレーム１０００内のＣｈ０の１回目取込データと、Ｂ系通信フレーム１００１内のＣｈ０の１回目取込データとの照合を行うとともに（符号１００３参照）、Ａ系通信フレーム１０００内のＣｈ１の１回目取込データと、Ｂ系通信フレーム１００１内のＣｈ１の１回目取込データとの照合を行う（符号１００４参照）。すなわち、Ｃｈ０の１回目取込データ照合１００３とＣｈ１の１回目取込データ照合１００４を行い、Ａ系とＢ系のデータが異なる場合には、不一致を出力する。

同様に、２回目データ照合１００５は、Ａ系通信フレーム１０００内のＣｈ０の２回目取込データと、Ｂ系通信フレーム１００１内のＣｈ０の２回目取込データとの照合を行うとともに（符号１００６参照）、Ａ系通信フレーム１０００内のＣｈ１の２回目取込データと、Ｂ系通信フレーム１００１内のＣｈ１の２回目取込データとの照合を行う（符号１００７参照）。すなわち、Ｃｈ０の２回目取込データ照合１００６とＣｈ１の２回目取込データ照合１００７を行い、Ａ系とＢ系のデータが異なる場合には、不一致を出力する。

さらに、データ以外の照合１００８は、Ａ系通信フレーム１０００内のデータエリア以外の部分（モード、アドレス）と、Ｂ系通信フレーム１００１内のデータエリア以外の部分（モード、アドレス）の照合１００９を行い、両者のデータが異なる場合には、不一致を出力する。

なお、Ａ系通信フレーム１０００およびＢ系通信フレーム１００１のＣＲＣエリアは、通信ケーブル（装置間）のデータ健全性保障のためにフレームに付加されるデータであり、装置内の通信異常を検出するためのデータではないため、照合は行わない。また、ＣＲＣエリアはＡ系とＢ系で異なる可能性もある。開始フラグ、終了フラグについても、受信側がフレームを認識するためのフラグであるため、照合は行わない。

照合結果判定１０１０では、まずＣｈ０の１回目データ照合１００３と２回目データ照合１００６の結果に対して、どちらも不一致であった場合に、Ｃｈ０のデータ照合が不一致であると判定する（符号１０１１参照）。同様に、Ｃｈ１の１回目データ照合１００４と２回目データ照合１００７の結果に対して、どちらも不一致であった場合に、Ｃｈ１のデータ照合が不一致であると判定する（符号１０１２参照）。

次に、Ｃｈ０データ照合１０１１、Ｃｈ１データ照合１０１２、データ以外の照合１００８のうち、少なくとも一つが不一致であった場合、デジタル入力装置の動作は異常であると判定する（符号１０１３参照）。判定が異常であった場合、ＳＷ２３５（図１参照）を遮断して異常な通信フレームが他装置に送出されることを防ぐ。
なお、入力チャンネル数が２より大きい場合も、図１３同様の構成でフレーム照合を行う。

図１４は、入力チャンネル数が２のときの通信フレーム照合結果判定マトリクスを表にして示す図である。図１４中、白丸印（○印）は、照合結果が一致した場合を、また×印は、照合結果が不一致の場合をそれぞれ示す。
図１４の符号ａに示すように、１回目取込データの照合と、２回目取込データの照合と、データ以外の照合との照合結果がいずれも一致した場合は、照合結果判定は「正常」と判定する。
図１４の符号ｂに示すように、１回目取込データの照合と、２回目取込データの照合との照合結果が一致した場合であっても、データ以外の照合との照合結果が不一致である場合は、照合結果判定は「異常」と判定する。取り込んだデータの種別自体（モード、アドレス）等が異なる場合に該当する。
図１２の符号ｃに示すように、１回目取込データの照合と、２回目取込データの照合と、データ以外の照合のいずれか一つ、または全部が不一致の場合は、照合結果判定は「異常」と判定する。なお、このような場合の不一致判定は、従来と同様である。

図１４の符号Ａ，Ｂ，Ｃで囲んだ判定マトリクス部分は、１回目取込データの照合と、２回目取込データの照合と、データ以外の照合を行い、１回目取込データと２回目取込データの少なくともどちらか一方（１回）で照合一致し、かつデータ以外の照合が一致となった場合である。本実施形態では、１回目取込データの照合と、２回目取込データの照合と、データ以外の照合を行い、１回目取込データと２回目取込データの少なくともどちらか一方（１回）で照合一致し、かつデータ以外の照合が一致となった場合は、照合結果一致、すなわち正常と判定する。

図１３および図１４の例（入力チャンネル数が２の場合）では、図１１および図１２の例（入力チャンネル数が１の場合）に相当する図１４の表２に示す符号Ａで囲んだ判定マトリクス部分に加えて、さらに図１４の符号Ｂ，Ｃで囲んだ判定マトリクス部分においても正常と判定することができる。図１４の表２に示す符号Ａ，Ｂ，Ｃで囲んだ判定マトリクス部分は、Ａ系とＢ系がともに正常動作しているところであり、本来、正常であると判定されるべきところである。因みに、図１４の符号Ａ，Ｂ，Ｃで囲んだ判定マトリクス部分は、従来では照合結果の不一致、すなわち異常と判定されていた。本実施形態は、図１４の符号Ａ，Ｂ，Ｃで囲んだ判定マトリクス部分の異常判定を救済して正常判定することができる。

［演算装置１００の動作（２）］
再び、制御システム１の演算装置１００の動作について説明する。
演算装置１００のＡ系通信制御部１１２およびＢ系通信制御部１２２は、通信回線４００を介してデジタル入力装置２００から自装置宛の入力応答フレームを受けると、フレームからデータを取り出し、Ａ系演算部１１１およびＢ系演算部１２１に演算指示を出す。

このとき、図９および図１０に示す入力応答フレームに載っているデータ（図９のデータ８０３、図１０のデータ８１１）のうち、１回目取込データ（図９の１回目取込データ８０９、図１０の１回目取込データ８１２，８１４）と２回目取込データ（図９の２回目取込データ８１０、図１０の２回目取込データ８１３，８１５）はどちらを使用して演算を行ってもよい。
Ａ系演算部１１１およびＢ系演算部１２１は、演算が完了すると、演算結果をＡ系通信制御部１１２およびＢ系通信制御部１２２に通知する。演算結果を受けたＡ系通信制御部１１２およびＢ系通信制御部１２２は、制御対象４２０に演算結果を出力するため、デジタル出力装置３００に対して出力要求のフレームを送出する。

図１５は、出力要求に用いる通信フレームフォーマットを示す図である。
図１５に示すように、出力要求の通信フレームフォーマットは、フレームの先頭を示す開始フラグ１１００と、入力／出力、要求／応答を表すモードエリア１１０１と、送信先アドレス１１０８と送信元アドレス１１０９を含むアドレスエリア１１０２と、出力するデータの大きさを指定するデータサイズエリア１１０３と、出力データを載せるデータエリア１１０４と、フレームの健全性を保障するＣＲＣエリア１１０５と、フレームの終わりを示す終了フラグ１１０６とから構成される。
モードエリア１１０１には、出力要求を表すビット１１０７が入る。Ａ系演算装置１１０のＡ系通信制御部１１２とＢ系演算装置１２０のＢ系通信制御部１２２が送出したフレームは、フレーム照合部１３０で照合され、照合結果が一致した場合はＡ系演算装置１１０、Ｂ系演算装置１２０ともに正常動作していると判断し、Ａ系演算装置１１０のフレームを通信回線４００へ送出する。照合結果が不一致であった場合は、Ａ系演算装置１１０、Ｂ系演算装置１２０のどちらかの系に異常があると判断し、ＳＷ１３１を遮断して異常なフレームが他装置に送出されることを防ぐ。

［デジタル出力装置３００の動作］
次に、制御システム１のデジタル出力装置３００の動作について説明する。
図１に示すように、デジタル出力装置３００のＡ系通信制御部３１１およびＢ系通信制御部３２１は、通信回線４００を介して演算装置１００から自装置宛の出力要求フレームを受けると、自系のＡ系出力制御部３１２およびＢ系出力制御部３２２にデータ出力指示を出す。
データ出力指示を受けたＡ系出力制御部３１２およびＢ系出力制御部３２２は、制御対象４２０に対してデータ出力を行う。出力が完了すると、Ａ系通信制御部３１１およびＢ系通信制御部３２１は演算装置１００に対して出力応答フレームを送出する。

図１６は、出力応答に用いる通信フレームフォーマットを示す図である。
図１６に示すように、出力応答の通信フレームフォーマットは、フレームの先頭を示す開始フラグ１２００と、入力／出力、要求／応答を表すモードエリア１２０１と、送信先アドレス１２０６と送信元アドレス１２０７を含むアドレスエリア１２０２と、フレームの健全性を保障するＣＲＣエリア１２０３と、フレームの終わりを示す終了フラグ１２０４とから構成される。モードエリア１２０１には、出力応答を表すビット１２０５が入る。

Ａ系デジタル出力装置３１０のＡ系通信制御部３１１（図１参照）とＢ系デジタル出力装置３２０のＡ系通信制御部３２１が送出した通信フレームは、フレーム照合部３３０で照合される。フレーム照合部３３０は、照合結果が一致した場合、Ａ系デジタル出力装置３１０、Ｂ系デジタル出力装置３２０ともに正常動作していると判断し、Ａ系デジタル出力装置３１０の通信フレームを通信回線４００へ送出する。フレーム照合部３３０は、照合結果が不一致であった場合、Ａ系デジタル出力装置３１０、Ｂ系デジタル出力装置３２０のどちらかの系に異常があると判断し、ＳＷ３３１により遮断（信号送出経路の遮断）して異常な通信フレームが他装置に送出されることを防ぐ。

演算装置１００（図１参照）のＡ系通信制御部１１２およびＢ系通信制御部１２２は、通信回線４００を介してデジタル出力装置３００から自装置宛の出力応答フレームを受けると、出力が完了したと判断する。

以上説明したように、本実施形態に係る制御システム１は、演算装置１００と、デジタル入力装置２００と、デジタル出力装置３００と、を備え、各装置１００，２００，３００は、通信回線４００により接続され、各装置１００，２００，３００間の通信は、フレームによって行われる。デジタル入力装置２００は、信号源４１０からのデジタル信号をＡ系とＢ系に並列に入力し、二重化されたＡ系とＢ系のデジタル信号伝達時間誤差と信号取り込み時間差の合計よりも大きい時間間隔で少なくとも２回デジタル信号の値を取り込み、２回取り込んだデジタル信号値を保持するＡ系入力制御部２１３およびＢ系入力制御部２２３と、２回取り込んだデジタル信号値を付加した通信フレームを生成するＡ系通信制御部２１１およびＢ系通信制御部２２１と、をＡ系とＢ系で二重化して備える。また、Ａ系とＢ系のそれぞれが生成した通信フレームの１回目に取り込んだデジタル信号値と２回目に取り込んだデジタル信号値の少なくともどちらか一方が一致していれば照合一致とみなすフレーム照合部２３０を備える。

上述したように、伝達時間誤差や動作周波数の違いによる非同期誤差によって、二重化された入力制御部のＡ系、Ｂ系の間でデジタル信号の入力値が異なることがある。このデジタル信号入力値不一致によって生じる照合異常を防ぐために、Ａ系入力制御部２１３およびＢ系入力制御部２２３は、伝達時間誤差と非同期誤差を足した時間より大きい間隔を空けて２回デジタル信号の値を取り込み、１回目取込データと２回目取込データをそれぞれ保持する。
また、Ａ系通信制御部２１１およびＢ系通信制御部２２１は、Ａ系入力制御部２１３およびＢ系入力制御部２２３の保持する１回目取込データと２回目取込データの両方を載せた通信フレームを生成する。
フレーム照合部２３０は、二重化されたＡ系入力制御部２１３およびＢ系入力制御部２２３のそれぞれが生成した通信フレームに対して、１回目取込データの照合と、２回目取込データの照合と、データ以外の照合を行い、１回目取込データと２回目取込データの少なくともどちらか一方で照合一致し、かつデータ以外の照合が一致となった場合は、照合結果一致、すなわち正常と判定する。また、１回目取込データと２回目取込データのどちらも照合不一致となるか、またはデータ以外の照合が不一致となった場合は、照合結果不一致、すなわち異常と判定する。

この構成により、Ａ系とＢ系に二重化され、信号源４１０からのデジタル信号をＡ系とＢ系に並列に入力する制御システムにおいて、Ａ系とＢ系がともに正常動作している正常動作時に照合結果が不一致となることを回避することができる。因みに、図１２の表１に示す符号Ａで囲んだ判定マトリクス部分および図１４の表２に示す符号Ａ，Ｂ，Ｃで囲んだ判定マトリクス部分は、Ａ系とＢ系がともに正常動作しているところであり、本来、正常であると判定されるべきところである。本実施形態は、この判定マトリクス部分の異常判定を救済して正常判定するものである。同様の理由で、本実施形態の判定方法を採用したとしても信頼性の低下を招くことはない。

（第２の実施形態）
各装置単体の信頼性をより高めるためには、フレーム照合部をＡ系、Ｂ系の二重化構成とする。
図１７は、本発明の第２の実施形態に係る制御システム２の構成を示す図である。図１７は、フレーム照合部を二重化構成とした場合の例である。図１と同一構成部分には同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。
図１７に示すように、制御システム２は、演算装置２１００と、デジタル入力装置２２００と、デジタル出力装置２３００と、を備える。演算装置２１００とデジタル入力装置２２００とデジタル出力装置２３００とは、通信回線４００により接続され、各装置２１００，２２００，２３００間の通信は、フレームによって行われる。

制御は、演算装置２１００がマスタとなって実施する。まず、演算装置１００は、制御演算に必要となる入力データを取得するため、通信回線４００を介してデジタル入力装置２２００に対して、データの入力要求を行う。データ入力要求を受けたデジタル入力装置２２００は、信号源４１０から入力データの取り込みを行い、通信回線４００を介して演算装置２１００に対して、取得したデータを応答として出力する。
演算装置２１００は、取得した入力データを元に制御演算を行う。演算装置２１００は、演算結果を制御対象４２０に出力するため、通信回線４００を介してデジタル出力装置２３００に対して、データ出力の要求を行う。データ出力要求を受けたデジタル出力装置３００は、制御対象４２０に対して受け取ったデータに応じた出力を行い、データ出力が完了したことを通知するため、通信回線４００を介して演算装置２１００に対して応答を出力する。

演算装置２１００は、Ａ系演算装置２１１０と、Ｂ系演算装置２１２０と、ＳＷ２１３１と、ＳＷ２１４１と、を備える。
Ａ系演算装置２１１０は、入力データを元に演算を行うＡ系演算部１１１と、装置間の通信を制御するＡ系通信制御部１１２と、Ａ系フレーム照合部２１３０と、を備える。また、Ｂ系演算装置１２０は、入力データを元に演算を行うＢ系演算部１２１と、装置間の通信を制御するＢ系通信制御部１２２と、Ｂ系フレーム照合部２１４０と、を備える。

演算装置２１００の通信フレーム照合部は、Ａ系フレーム照合部２１３０とＢ系フレーム照合部２１４０で二重化され、各々の通信フレーム照合部がＡ系の通信フレームとＢ系の通信フレームを照合する。演算装置２１００は、Ａ系の通信フレーム照合部２１３０での照合結果が不一致であった場合、ＳＷ２１３１（ＳＷ１）を遮断して異常な通信フレームが他装置に送出されることを防ぐ。演算装置２１００は、Ｂ系の通信フレーム照合部２１４０での照合結果が不一致であった場合、ＳＷ２１４１（ＳＷ２）を遮断して異常な通信フレームが他装置に送出されることを防ぐ。演算装置２１００は、Ａ系の通信フレーム照合部２１３０とＢ系の通信フレーム照合部２１４０がともに照合一致と判定した場合には、正常動作していると判断し、Ａ系の通信フレームを通信回線４００へ送出する。

<デジタル入力装置>
デジタル入力装置２２００は、Ａ系デジタル入力装置２２１０と、Ｂ系デジタル入力装置２２２０と、ＳＷ２２３５（ＳＷ１）と、ＳＷ２２４５（ＳＷ２）と、を備える。
Ａ系デジタル入力装置２２１０は、装置間の通信を制御するＡ系通信制御部２１１と、信号源４１０からデジタル入力データを取り込むＡ系入力制御部２１３と、Ａ系フレーム照合部２２３０と、を備える。また、Ｂ系デジタル入力装置２２０は、装置間の通信を制御するＢ系通信制御部２２１と、信号源４１０からデジタル入力データを取り込むＢ系入力制御部２２３と、Ｂ系フレーム照合部２２４０と、を備える。

デジタル入力装置２２００は、Ａ系フレーム照合部２２３０とＢ系フレーム照合部２２４０で二重化され、各々の通信フレーム照合部がＡ系の通信フレームとＢ系の通信フレームを照合する。デジタル入力装置２２００は、Ａ系の通信フレーム照合部２２３０での照合結果が不一致であった場合、ＳＷ２２３５を遮断して異常な通信フレームが他装置に送出されることを防ぐ。デジタル入力装置２２００は、Ｂ系の通信フレーム照合部２２４０での照合結果が不一致であった場合、ＳＷ２２４５を遮断して異常な通信フレームが他装置に送出されることを防ぐ。デジタル入力装置２２００は、Ａ系の通信フレーム照合部２２３０とＢ系の通信フレーム照合部２２４０がともに照合一致と判定した場合には、正常動作していると判断し、Ａ系の通信フレームを通信回線４００へ送出する。

<デジタル出力装置>
デジタル出力装置２３００は、Ａ系デジタル出力装置２３１０と、Ｂ系デジタル出力装置２３２０と、ＳＷ２３１４（ＳＷ１）と、ＳＷ２３２４（ＳＷ２）と、を備える。
Ａ系デジタル出力装置２３１０は、装置間の通信を制御するＡ系通信制御部３１１と、制御対象４２０へデータを出力するＡ系出力制御部３１２と、Ａ系フレーム照合部２３３０と、を備える。また、Ｂ系デジタル出力装置３２０は、装置間の通信を制御するＢ系通信制御部３２１と、制御対象４２０へデータを出力するＢ系出力制御部３２２と、Ｂ系フレーム照合部２３４０と、を備える。

デジタル出力装置２３００の通信フレーム照合部は、Ａ系フレーム照合部２３３０とＢ系フレーム照合部２３４０で二重化され、各々の通信フレーム照合部がＡ系の通信フレームとＢ系の通信フレームを照合する。デジタル出力装置２３００は、Ａ系の通信フレーム照合部２３３０での照合結果が不一致であった場合、ＳＷ２３１４を遮断して異常な通信フレームが他装置に送出されることを防ぐ。デジタル出力装置２３００は、Ｂ系の通信フレーム照合部２３４０での照合結果が不一致であった場合、ＳＷ２３２４を遮断して異常な通信フレームが他装置に送出されることを防ぐ。デジタル出力装置２３００は、Ａ系の通信フレーム照合部２３３０とＢ系の通信フレーム照合部２３４０がともに照合一致と判定した場合には、正常動作していると判断し、Ａ系の通信フレームを通信回線４００へ送出する。
このように、本実施形態に係る制御システム２は、演算装置２１００、デジタル入力装置２２００およびデジタル出力装置２３００のフレーム照合部をＡ系、Ｂ系の二重化構成としているので、各装置単体の信頼性をより高めることができる。

本発明は上記の実施形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、他の変形例、応用例を含む。

また、上記した各実施形態例は本発明をわかりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態例の構成の一部を他の実施形態例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態例の構成に他の実施形態例の構成を加えることも可能である。また、各実施形態例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしもすべての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

１，２ 制御システム
１００，２１００ 演算装置
１１０，２１１０ Ａ系演算装置
１２０，２１２０ Ｂ系演算装置
１３０ フレーム照合部
１３１，２３５，３３１，２１３１，２１４１，２２３５，２２４５，２３１４，２３２４ ＳＷ（遮断手段）
２００，２２００ デジタル入力装置
２１０，２２１０ Ａ系デジタル入力装置
２１１ Ａ系通信制御部
２１３ Ａ系入力制御部
２２０，２２２０ Ｂ系デジタル入力装置
２２１ Ｂ系通信制御部
２２３ Ｂ系入力制御部
２３０，３３０ フレーム照合部
３００，２３００ デジタル出力装置
３１０，２３１０ Ａ系デジタル出力装置
３１１ Ａ系通信制御部
３１２ Ａ系出力制御部
３２０，２３２０ Ｂ系デジタル出力装置
３２１ Ｂ系通信制御部
３２２ Ｂ系出力制御部
４００ 通信回線
４１０ 信号源
４２０ 制御対象
２１３０，２３３０ Ａ系フレーム照合部
２１４０，２３４０ Ｂ系フレーム照合部

Claims (7)

1. 信号源からのデジタル信号を取り込んで入力する入力制御部と、前記取り込んだデジタル信号に基づいてデジタル信号フレームを生成する通信制御部とを有する処理装置を、前記信号源に対して並列となるように複数系統を備えるとともに、各系統の前記処理装置における前記デジタル信号フレームを取り込んで系統間での一致を照合するフレーム照合部を備え、
   前記各系統の入力制御部は、前記各系統における前記デジタル信号の伝達時間誤差と信号取り込み時間差の合計よりも大きい間隔で前記デジタル信号を複数回取り込む機能を有し、
   前記各系統の通信制御部は、前記複数回取り込んだ前記デジタル信号の信号値を付加した前記デジタル信号フレームを系統ごとに生成する機能を有し、
   前記フレーム照合部は、前記デジタル信号フレームに付加された前記信号値の一致をデジタル信号の取り込みの回次ごとに判定し、前記信号値の一致が少なくとも１回あれば前記各系統間での照合が一致とする機能を有することを特徴とする制御システム。
2. 前記フレーム照合部は、さらに、前記信号値以外の照合が一致となった場合は、照合結果一致と判定することを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
3. 前記フレーム照合部は、前記信号値の一致が少なくとも一回あれば前記各系統間での照合が一致とする場合であっても、前記信号値以外の照合が不一致となったときは、照合結果不一致と判定することを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
4. 前記フレーム照合部は、前記照合結果一致の判定を複数系統の多重化で構成することを特徴とする請求項２に記載の制御システム。
5. 前記各系統の通信制御部は、各系統がそれぞれ異なるクロックで動作して前記デジタル信号の信号値を取り込むことを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
6. 演算装置、入力装置、および出力装置の各装置が通信回線によって接続され、前記各装置間の通信が前記デジタル信号フレームによって行われる場合において、
   前記入力装置は、前記各系統の入力制御部、前記各系統の通信制御部、および前記フレーム照合部、を備え、
   前記フレーム照合部は、各系統の前記処理装置における前記デジタル信号フレームを取り込んで系統間での一致を照合して照合結果を出力し、
   前記照合結果が不一致のとき、前記入力装置は、該当する前記デジタル信号フレームを他の装置に送出することを防ぐ遮断手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
7. 前記遮断手段は、前記デジタル信号フレームを他の装置に送出することを防ぐ遮断機能を複数系統の多重化で構成することを特徴とする請求項６に記載の制御システム。

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