JPS58202645A - 環状通信方式プラント制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はプラント制御装置に係シ、特に複数制御局ｔ−
環状通信方式によって接続するに好適なプラント制御装
置に関する。

従来のプラント制御装置は第１図に示す如き構成を有し
ている。図において、複数の制御局１０Ａ〜ＩＯＥは通
信路１３Ａ〜１３Ｅを介して環状に接続される。各制御
局間は、高信頼化、高速化を図るために、ピット・オリ
エンテッドの直列伝送が使用される。よって、各制御局
１０Ａ〜ＩＯＥには各々送信端１１Ａ〜１１Ｅ１受信端
１２Ａ〜１２Ｅが通信路１３Ａ〜１３Ｂに接続されてい
る。

そこで、例えば制御局１０Ｂが制御局１０Ｄに、あるデ
ータを伝送する場合、通信路１３に接続されている複数
の制御局１０Ａ〜ＩＯＥのうちの一局、本説明では制御
局１０Ａを親局とすると、親局１０Ａがある特定パター
ンである送信権信号を送信し、これを送信要求のある制
御局１０Ｂが受信することで、制御局１０Ｂがピット・
オリエンテッドの通信データを送信し、制御局１０Ｃを
経て制御局１０Ｄが自局宛てのデータであると判断し受
信する。ここで制御局１０Ｃは自局宛てのデータでない
ため通信データを通過させるだけである。

このように、環状通信方式では親局１０Ａ以外の制御局
１０Ｂ〜１０Ｅ（以下一般局と呼ぶ）では自局へ通信デ
ータを受は取シ自局宛てか否かを判定すると同時に、次
局へ通信データを通過させる。このために、通信データ
を受は取るだめの受信クロックと送出するため？送信ク
ロックとは位相差のないことが要求される。

一方、親局１０Ａでは通信データをそのまま次局へ通過
させることはできない。その理由は、親局１０Ａが送信
した送信権信号に同期して一般局が通信データを送信す
るため、第２図に示す如き一般局内の通信データ制御回
路１４及び通信路１３Ａ〜１３Ｅによる遅延時間が親局
１０Ａ内の送信クロックと受信クロックとに第３図に示
す如き位相差φを生ずる。この位相差φがあるにもかか
わらず一般局１０Ｂ〜ＩＯＥのごとく、受信クロックと
送信クロックの位相差をなくすためにこれらを同一信号
として送信することは、通信データを正しく送受できな
い。

すなわち、親局１０Ａは第２図のごとく、通信データが
受信端１２に入力され、送受信クロック生成回路１５で
生成されるクロックを受信データの位相に同期させ、通
信データ制御回路１４で受信データ入力端すよ少入力さ
れる受信データを受信クロック入力端ａよ少入力される
受信クロックｆ［１１・−々・、、、、デー１ｉ’−１
ｎ：！’ｆｆ１ｆｆ１７°″生成回路１５で生成された
クロックを送信クロック入力端２１に入力させ、このク
ロックに同期させた通信データを送信データ出力端Ｃか
ら送信端１１へ送出する。通信データ制御回路１４で送
信あるいは受信される通信データは、プラント２３を制
御するプラント制御回路２２によ多制御される。親局１
０Ａでの送信クロックと受信クロックは前述の理由によ
シ同一にできなく、親局１０Ａが通信データを通過させ
るために、リピートバッファ１７に受信データを一時格
納し、次に送信クロックに同期して通信データをリピー
トバッファ１７から出力する必要がある。このため、通
信データが親局１０Ａを通過するに要する時間は、通信
データ長によシ異なるが、一般局と比較して平均１０倍
以上となり、スループットの大幅な低下をきたす。

また、親局が唯−局であるため、親局が故障した場合、
プラント制御装置のシステムダウンとなる。そこで、シ
ステムダウンの回避のために親局を２重化することが考
えられている。

しかしながら、親局の２重化は部品点数が多くなるとい
う欠点を有している。

また、親局と一般局との通信制御方式が異なシ、全局を
同じ回路で構成できないため、生産性が低く、在庫管理
が複雑となるという欠点を有している。

また、送信権信号を受は取った制御局は、受は取る以前
に通信データを準備しておき、送信権信号を受は取ると
同時に通信データの送信を開始する必要があるが、通信
データを受信し、これに対応した他の通信データを作成
して送信する場合には、送信権信号はすでに次局へ通過
してしまっているため、次の送信権信号を待つ必゛要が
あシ、応答が悪いという欠点を有している。

本発明の目的は、通信のスルーブツトを向上することの
できる環状通信方式プラント制御装置を提供することに
ある。

本発明の要旨は次の如くである。すなわち、制御局の中
の一局（管理局と称する）の送受信クロックは自局内で
生成される独自のクロックを用い、環状通信路−巡で発
生する遅延時間による送受信クロックとの位相差を受信
データの先に送信される位相差を記憶し、通信路から受
信する受信データを記憶されている位相差だけ補正する
ことにより、正しく送受信クロックで読み取る。また、
管理局以外の制御局（一般局と称する）は受信データに
同期させたクロックを送受信クロックとし、管理局の選
定を、管理局の一定周期毎に送信する管理局指定信号が
正しく送信されているか否かを他局（一般局）が監視し
、正常である場合は、管理局信号を送信する局が管理局
である。また、この管理局指定信号が正しく送信されい
ないと判断した制御局は、制御局毎に定められている監
視タイマに応じて管理局指定信号を送信し、これを受信
した制御局は管理局となることが禁止され、管理局の選
定が行われる。

以下、本発明の実施例について説明する。

第４図には、本発明の一実施例が示されている。

図において、１４は通信データ制御回路、１５は送受信
クロック生成回路、１’６は位相補償回路、２２はプラ
ント制御回路、２３はプラント、２５は変化検出回路、
２６は補償クロック生成回路、３０は位相差補正回路、
３１は位相差範囲設定回路、３２は位相差記憶回路、３
３はデータ補正回路、３４はｒ）”１．４ｆｌ差検出信
号生成回路、３５は選択回路である。

制御局の受信端１２に入力される通信データは、送受信
クロック回路１５で生成される送受信クロックのＮてい
倍クロックＡ１通信データ制御回路１４からの管理局指
定信号Ｂと共に位相補償回路１６に入力される。位相補
償回路１６の出力である送受信クロックＣは、管理局指
定信号Ｂにより制御局が管理局と指示された場合はＮて
い倍クロックＡを補償クロック生成回路２６でＮ分の１
に分周した信号であり、管理局指定信号Ｂによシ制御局
が一般局と指示された場合は受信端１２に入力される通
信データの変化点を変化検出回路２５で検出し、Ｎてい
倍クロックＡを検出された変化点に同期し、Ｎ分の１に
分周した信号である。

補償クロック土盛、回路２６の詳細回路が第５図に示さ
れている。第６図では、送受信クロックＣの周波数の８
倍の周波数を有するクロックが補償クロック生成回路２
６からの出力であるＮてい倍クロックＡとなる場合を示
している。この送受信クロック回路１５から出力される
Ｎてい倍クロックＡをクロックとする８進カウンタ４７
のバイナリビット出力端子Ｑｏ　、Ｑｔ　、Ｑｇから出
力される信号のうち最上位ビット出力端子であるＱ２が
送受信クロックＣとなっている。一方、通信データ制御
回路１４から出力される管理局指定信号Ｂはインバータ
４５で反転されアンド回路４６の一方の入力端子に入力
される。このアンド回路４６の他方の入力端子には変化
検出回路２５から出力される通信データの変化信号りが
入力される。このアンド回路４６の出力は８進カウンタ
４７のリセット入力端子Ｒに入力されるように構成され
ている。したがって、制御局が管理局となる場合は変化
検出回路２５から出力される変化信号りが出力される毎
に８進カウンタ４７がリセットされ、通信データに同期
した送受信クロックＣが得られる。

一方、制御局が一般局である場合は変化検出回路２５よ
り出力される変化信号りの出力があって（９） も、管理局ではないため管理局指定信号Ｂが入力されな
いため、アンド回路４６から出力される俗信はＬＯＷと
なり８進カウンタ４７はリセットされることはないため
変化信号りとは無関係にＮてい倍クロックＡの信号を８
分周したクロックが８進カウンタ４７のＱ２出力端子よ
り送受信クロックＣとして出力される。

いま、第６図を参照して８進カウンタ４７のＱ２出力端
子より出力される送受信クロックＣのタイミングについ
て説明する。まず、制御局が一般局の場合、受信端１２
へ入力される第６図（ｅ）に示される如く通信データに
変化のある毎に第６図（ｆ）に示す如く変化検出回路２
５において生成される変化信号りが８進カウンタ４７の
リセット入力端子Ｈに入力され、８進カウンタ４７はリ
セットされる。リセットされると、この８進カウンタ４
７は新たにカウントが開始され、常に受信される通信デ
ータが第６図（ｄ）に示す如き８進カウンタ４７の出力
端子Ｑ２よシ出力される送受信クロックＣの立上りで読
み取られ、同期がとられている。

（１０） 次に第６図（ｅ）に示す如き受信端１２からの受信デー
タと、第６図（０に示す如き変化信号りと、第６図（ｂ
）（Ｃ）（ｄ）に示される補償クロック生成回路２６内
の８進カウンタ４７の出力Ｑｌと、Ｑｌｌ　（送受信ク
ロックＣ）と、通信データ制御回路１４から出力される
管理局指定信号Ｂと、位相差検出指示信号Ｅ１送信権信
号生成信号にと、後述する送信権信号生成回路３５から
出力される信号がそれぞれ入力され、通信データ制御回
路１４の受信データ入力端すに入力される受信データＦ
を出力する位相ｔｉ９’Ｅ回路３０について説明する。

この位相補正回路３０は、位相差範囲設定回路３１と、
位相差記憶回路３２と、データ補正回路３２と、位相差
検出は号生成回路３０と、選択回路３６とから構成され
ている。

制御局が管理局の場合は、通信データ制御回路１４より
出力される位相差検出を指示する位相差、１１１ 検出指示信号Ｅがアクティブになると、位相差検出信号
生成回路３４は補償クロック生成回路２６より出力され
る送受信クロックＣに同期して、位（１１） 相差を検出するに適する位相差検出１ば号Ｇを生成力で
ある受信データＦとして通信データ制御回路１４に出力
する。この位相差検出信号生成回路３４より出力される
位相差を検出するに適する位相差検出信号Ｇとしては、
補償クロック生成回路２６から出力される送受信クロッ
クＣの１ビツト毎に反転するパターンが適している。ま
た、位相差検出信号生成回路３４から出力される位相差
検出信号Ｇを選択出力する選択回路３６からの出力信号
である受信データＦを入力する通信データ制御回路１４
は、これを送信データ出力端Ｃより送信端１１を経て第
１図図示通信路１３へ送出する。

この通信路１３へ送出された送信データは全ての制御局
と通信路を一巡して受信端１２に戻ってくる。　　　　
　　　、。

位相差検出信号Ｇが位相差検出信号生成回路３５から送
出されてから環状通信路１３を一巡して管理局となって
いる制御局に戻ってくるまでの（１２） 時間を越えて通信データ制御回路１４は位相差検出信号
生成回路３５に出力される位相差検出指示信号Ｅをアク
ティブにしておき、その後、位相差検出指示信号Ｅをイ
ンアクティブにする。

位相差記憶回路３２は通信データ制御回路１４から出力
される管理局指定信号Ｂによって自局が管理局に指定さ
れている場合、位相差検出指示信号Ｅがアクティブにな
っている期間中、変化信号りが送受信クロックＣの１ビ
ツトタイムのどの位相にあるかすなわち位相差を、変化
信号りがアクティブになる毎に検出する。その後、位相
差検出指示信号Ｅがインアクティブになった時の直前に
検出した位相差を記憶し、位相差信号Ｈを後述のデータ
補正回路３３に出力する。

次に位相差記憶回路３２を第５図及び第７図を参照して
説明する。第７図（→（ｂ）に示す如く１ビツトタイム
をＣｏ−Ｃ７に８等分すると、変化点を第７図（ｅ）に
示す如きＣ２〜Ｃｓの期間■すなわち、第７図（ｄ）に
示す如き送受信クロックＣとの位相差がπ／２〜３π／
２の場合と、第７図（ｅ）に示す如（１３） きｃｏ　Ｈｃ、ｓ第７図（ｅ）に示す如きＣ６及びＣ７
の期間■すなわち、第７図（ｄ）に示す如き送受信クロ
ックＣとの位相差が−π／２〜π／２の場合の２つの期
間のいずれにあるかを検出する。２つの第７図（ｅ）に
示す期間■及び■は、８進カウンタ４７の出力端子Ｑｓ
　、　Ｑｈからの出力信号をもって位相差範囲設定回路
３１によって指定される。

ここでは８進カウンタ４７の出力端子Ｑｔ　、Ｑｇから
の出力信号を入力とする位相差範囲設定回路３１である
ＥＯ几回路４８の出力である位相差範囲信号Ｉが”０＃
レベルであれば期間■、′１ｎレベルであれば期間■と
なる。

また、位相差範囲設定回路３１に接続される位相差記憶
回路３２は、アンド回路４９とラッチ回路５０とから構
成される。このラッチ回路５０は通信データ制御回路１
４から出力される位相差検出信号Ｅと変化検出回路２５
から出力される変化信号りを入力とするアンド回路４９
の出力をクロック端子Ｔの入力クロック信号として入力
データ端子りに入力される位相差範囲設定回路１４から
（１４） 出力される位相差検出信号工を記憶する。また、管理局
指定信号Ｂが一般局を指定するときはインバータ４５か
らの出力がリセット端子几に入力されラッチ回路５０は
リセットされ、変化検出回路２５から出力される変化信
号りが出力される毎に位相差範囲信号■の状態を記憶す
る。例えば自局が管理局の場曾、送信端１１よ如送出さ
れた位相差検出信号Ｇが通信路１３を一巡して受信端１
２に到達した時の変化点が第７図（ｇ）に示す如き■の
場合は第７図（ｅ）に示す期間のにあシ２ツチ回路５０
から出力される位相差信号Ｈは“Ｏ”レベルとなり、第
７図（ｇ）に示す如き変化点■の場合は第７図（ｅ）に
示す期間■にあシラツテ回路５０から出力される位相差
信号Ｈは１１”レベルとなる。一方、制御局が一般局の
場合は、位相差信号Ｈは常に０”レベルである。

ラッチ回路５０は、通信データ補正回路１４から出力さ
れる位相差検出指示信号Ｅがアクティブの時のみ位相差
範囲設定回路３１よシ出力される位相差範囲信号■であ
る入力データをデータ端子（１５） Ｄを介して新しく記憶するが、通信データ制御回路１４
から出力される位相差検出指示信号Ｅがインアクティブ
になると、アクティブ状態で最後に検出した入力データ
を次の位相差検出指示信号Ｅにより位相差検出を指示さ
れるまで、保持する。

また、（４相差記憶回路３２によって通イＭ路−巡によ
る位相差を検出・記憶した後、受信端１２での通信デー
タは、補償クロック生成回路２６から出力される送受信
クロックＣ及び位相差記憶回路３２よシ出力される位相
差信号Ｈと共に、データ補正回路３３に入力される。こ
のデータ補正回路３３においては、位相差によシ補正さ
れたデータ補正信号Ｊを出力するものである。

このデータ補正回路３３について、第８図、第９図を参
照して次に説明する。

図において、データ補正回路３３は、ＦＯＲ回路６０と
、インバータ６１と、ラッチ回路６２゜６３と、選択回
路６４とからなる。まず、ＥＯ，Ｒ。

回路６０には位相差記憶回路３２から出力される位相差
信号Ｈと補償クロック生成回路２６から出（１６） 力される送受信クロックＣが入力される。このＥＯ几回
路６０の出力信号は、第１のラッチ回路６２のクロック
入力端子Ｔに入力されると共に、インバータ回路６１を
介して反転した信号が第２のラッチ回路６３のクロック
入力端子Ｔに入力される。受信端１２から入力される通
信データが第１のラッチ回路６２０入カデータ端子りに
入力され第１のラッチ回路６２の出力端子Ｑ５からの出
力信号が第２のラッチ回路６３の入力データ端子りに入
力される。また、第１のラッチ回路６２の出力端子Ｑ５
からの出力信号と第２のラッチ回路６３の出力端子Ｑ６
から出力される出力信号のいずれかを位相差記憶回路３
２から出力される位相差信号Ｈによって選択する選択回
路６４からは選択された信号を出力端子Ｑ７からデータ
補正信号Ｊとして出力する。本実施例では第１のラッチ
回路６２及び第２のラッチ回路６３のクロック入力端子
Ｔに入力される信号の立上シ時に入力データ端子りに入
力されるデータが記憶されるものとする。

（１７） いま、位相差記憶回路３２から出力される位相差信号Ｈ
が′０”レベルの場合、選択回路６４は第２のラッチ回
路６３の出力端子Ｑ６より出力される第９図囚の（ｄ）
に示す如き出力信号を、一方、位相差信号Ｈが′１”レ
ベルの場合、第１のラッチ回路６２の出力端子Ｑ、より
出力される第９図（４）の（Ｃ）に示す如き信号をそれ
ぞれ選択し出力端子Ｑ７からの出力信号とする。

次にデータ補正回路３３によるタイミングを第９図を参
照して説明する。

位相差記憶回路３２から出力され、ＥＯＲ回路６０に入
力される位相差信号Ｈが”０”レベル、すなわち、一般
局または管理局で位相差−π／２〜π／２の場合は、第
９図囚の（ａ）に示す如きタイミングとなる。第９図囚
の（ｂ）においてＸ印で表わした部分は不確定領域を示
す。

一方、ＦＯＲ回路６０に入力される位相差信号Ｈが１”
レベル、すなわち、管理局で位相差がπ／２〜３π／２
の場合は、第９図（ロ）に示す如きタイミングとなる。

したがって、受信端１２から（１８） 受信データ入力端までの遅れは高々１ビツトタイムであ
る。

また、第５図図示選択回路３６は位相差検出指示信号Ｅ
及び送信権信号生成信号に両信号がインアクティブの場
合に、データ補正信号Ｊを選択し受信データＦとする。

これにより、管理局での送受信クロックと受信データと
の位相差を解消できる。

ここで、複数の制御局１０Ａ〜ＩＯＢ全ての通信制御部
の構成は同じであυ、唯−局の管理局の決定方法につい
て述べる。

管理局となった局は、常に一定周期Ｔｃ毎に管理局を示
す管理局信号を送出する。他の一般局は一定周期Ｔａ毎
に管理局信号を受信し、管理局が正常であると判断する
。

いま、管理局が故障あるいは管理局が通信路から切り離
された時、あるいは／１．ラント制御装置の動作の起動
時で管理局が存在しない時には、一般局あるいは全ての
制御局が一定周期Ｔｃの経過後においても管理局信号を
受信できない。この時に（１９） は、各制御局は管理局信号を受信できないことを検知し
て、制御局毎に異なる時間に設定される監視タイマを起
動し、タイムアツプした制御局が管理局信号を一定周期
Ｔｃ毎に送信し始める。監視タイマの長い制御局は、監
視タイマの起動を開始するが、タイムアツプする前に他
の制御局からの管理局信号を受信すると、監視タイマを
リセットし、管理局となることを禁止する。

前述の方法によシ、唯−局が管理局となり、他の全ての
制御局が一般局となることができる。

環状通信系では、通信データの送信を要求している局が
、送信権信号を受信すると直ちに通信データの送信を開
始する。ところで、送信すべき通信データがあらかじめ
決定されている場合は本方式でよい。一方、送信権信号
を受信して送信権を獲得すると、送信権信号を次局へ送
信することを禁止し、送信すべ串通信データを準備し次
第、送：１１１ 信相信号を送信権信号生成信号Ｋによシ送信権信号生成
回路で生成し、選択回路３６で選択して受信データＦと
して通信データ制御回路１４の受信（２０） データ入力端１８に入力される。この受信データＦを受
信すると通信データ制御回路１４は準備された通信デー
タを送信端１１に送出する。

したがって、本実施例によれば、環状通信路に接続され
る制御局の唯−局の管理局を通信データが通過する時間
を高々１ビツトタイムに短縮でき、スループットの向上
を図れるという効果が得られる。

また、本実施例によれば管理局の部品点数を他の送信権
生成機能と共通化でき、従来に比べ部品点数の削減を図
れる。

さらに、本実施例によれば管理局と一般局を同じ構成に
でき、全局を対等に環状通信路に接続して、管理局を２
重化せずに、管理局の故障時には他の制御局が管理局に
なることができるため、プラント制御装置の信頼性を高
めるという効果が得られる。

またさらに本実施例によれば、送信権信号の自局内生成
により、送信権を獲得した後も送信権を獲得し続け、任
意の時間に通信データを送信でき（２１） るという汎用性をもたせられるという効果が得られる。

以上説明したように、本発明によれば、通信のスループ
ットを向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のプラント制御装置の全体構成図、第２図
は第１図図示管理局の構成図、第３図は第２図における
タイミングチャート、第４図は本発明の実施例を示す図
、第５図は第４図図示実施例の補償クロック生成回路と
位相差記憶回路の詳細回路図、第６図は補償クロック生
成回路のタイミングチャート、第７図は位相差記憶回路
のタイミングチャート、第８図はデータ補正回路の詳細
回路図、第９図（Ａ）ＣＢ）は第８図のタイミングチャ
ートである。 １０・・・制御局、１３・・・通信路、“イ゛ｄ・・・
位相補償回路、３０・・・位相差補正回路、３３・・・
データ補正回路、３４・・・位相差検出信号生成回路、
４４・・・位相＄ｌ　目 第２０ ５ ＄３目 第　４　図 第　５　図 第　６　記 茅７　目 ’７　　　（ＯＣｔ　　　Ｃｚ　　　Ｃｊ　　（：ａ　
　　ご６　　　ＣＩ　　Ｃ７ご。 （４）　　４０　　　　　　　　　　　　”　　　　　
　　　　　”’第　８　囚 （幻２９

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、デジタル制御点のグループあるいはアナログ制御点
   毎に分割される複数の制御局と、該制御局を接続する環
   状通信路とから構成される環状通信方式プラント制御装
   置において、上記複数の制御局が一巡する上記環状通信
   路による位相差を検出・補償する位相差補正回路を有す
   る唯−局の管理局と、該管理局以外の前記制御局毎に受
   信データに受信クロックを同期させる位相補償回路を有
   する複数の一般局とからな）、前記制御局の送信クロッ
   クと受信クロックとの位相差をなくシ、受信したデータ
   を送信データとすることで、前記複数の制御局の中の一
   局から他の任意の制御局に前記データを伝送できるよう
   にしたことを特徴とする環状通信方式プラント制御装置
   。 ２、特許請求の範囲第１項記載の発明において、位相差
   検出信号を生成する位相差検出信号生成回路と、上記管
   理局から送出され上記環状通信路を一巡した前記位相差
   検出信号を受信し送信時と受信時のデータの位相差の検
   出・記憶結果により、該位相差に応じて受信データの位
   相補償を行うデータ補正回路を設け、上記制御局の中の
   一局から他の任意の局に前記データを伝送できるように
   したことを特徴とする環状通信方式プラント制御装置。