JPH0728302B2 - 通信システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は分散制御システムにおいて制御ステーシヨン間
で情報の転送を行なうことに関し、特に、種々のステー
シヨンあるいは一群のステーシヨンが中央結合点あるい
はマスターステイシヨンの回りに放射線状に配される場
合でなく、一つの伝送線にそつてステーシヨンが順次配
される場合のデータハイウエイに関するものである。電
気的伝送線はこのような情報転送を行なうために用いら
れているが、電気的伝送線は周波数帯域に制限を有し、
ラジオ周波数の妨害を受け、かつセーフテイーハザード
が出現する。光学フアイバー伝送線は電線において発生
する欠点は生じないが、順次式多重ステーシヨンにおけ
る使用はフアイバーケーブルをタツプとすることに技術
的困難があることから生じるコストおよび設計上の制約
から制限される。本発明の目的は広範囲にわたつて分散
される多数の制御ステーシヨン間で信頼性のあるツーウ
エイ光学フアイバー通信システムを提供することにあ
る。本発明は光学フアイバーデータハイウエイを有する
２方向ループ内に中継ステーシヨンを使用する。本発明
は信号混合装置、信号切換装置あるいは信号スプリツト
装置を必要としなく、かつステーシヨンの故障あるいは
伝送線の故障のどちらに対しても故障に対する許容性を
有する。

工業的プロセスの分散制御システムの通信システムには
２つの大きな要求がある。第１は工業プロセスプラント
において共通して見られることだが広い範囲にわたつて
多数のステーシヨンを設けることができることであり、
第２は故障に対する許容性である。すなわち、システム
はステーシヨンの故障あるいは伝送線の故障の結果で故
障してはならない。

故障に対する許容性の基準は各ステーシヨンにおいて受
動タツピングを有する２方向インラインケーブル構成を
採用することによつて満たされる。しかしながら挿入損
失およびタツピング損失が高いので数個以上のステーシ
ヨンを距離に関係なくしてシステムに設けることは不可
能である。「星」型の配置は同様に故障に対して許容性
を有し、かつ非常に多くのステーシヨンを設けることを
可能にするが、しかしながら実際のシステムの距離は制
限される。さらに、このようなシステムは各ステーシヨ
ンが中央混合装置、中央スプリツト装置を介して他のス
テーシヨンと接続されるのでケーブルコストが高くな
る。インラインおよびリング中継ステーシヨンシステム
が従来技術として開示されており、このシステムのいく
つかはステーシヨン故障を保護するためにバイパス切換
器を使用している。しかしながらこのようなシステムも
依然としてケーブル故障に対して影響を受けやすい。従
来のシステムに対して本発明は中継ステイシヨンを有す
る２方向リングを使用する。中継動作は送信状態にある
いかなるステーシヨンにおいても停止され、永続的な信
号の循環は阻止される。

発明の要約 本発明によると、各ステーシヨンを連携するためのリン
グを形成する２つの光学的通信チヤンネルからなるデー
タハイウエイを有し、ステーシヨンの信号が光学−電気
中継器によつてリングとインターフエースされる通信シ
ステムが提供される。中継器は各チヤンネルに対して光
学的検出器および光学的送信器を有する。中継器が送信
中のステーシヨンと結合している時以外は検出器および
送信器は通常中継器として機能するように結合してい
る。中継器が中継することを妨たげる手段および送信さ
れた信号がリングの状態をチエツクするためにリングを
周回したのち送信ステーシヨンでこの信号を受信するた
めの手段が設けられている。

好ましい実施態様の詳細な記述 第１図は本発明の実施態様である分散プロセス制御シス
テムを示す。このシステムは制御ステーシヨン10、11操
作ステーシヨンおよびホストコンピユータステーシヨン
のような複数のステーシヨンを有する。制御ステーシヨ
ンは図示されるように16、17のような測定ユニツトから
のプロセス変数（PV）の強度に関係する入力を受信し、
かつプロセスのループを制御するために18、19のような
関連する制御値に対して制御信号を生成する。

制御ステーシヨンは複数組示されており、それぞれは2
0、22のような一対のケーブルからなる冗長多重端末電
気データネツトワークによつて連結されている。これら
のローカルデータハイウエイあるいはネツトワークは光
学フアイバーケーブル28および30として示される広域デ
ータハイウエイとしての二重単信光学中継リングのノー
ド24、25、26、27のような対応するノードとそれぞれ接
続されている。広域ハイウエイのノードは各々光学−電
気インターフエース（OEI）であり、これらは20、21、2
2、23のようなローカル電気的ネツトワークケーブルを
広域光学ケーブル28、30に結合している。

第１図に示されるように、光学データハイウエイ28、30
はOEIの送信器がデータを個々のリングの回りを反対方
向に送るように構成されている。リングのどちらか一方
が再送信器の故障等によつて不通になつた場合は、通信
はもう一方のリングによつて行なわれる。光学ケーブル
の両方が同じ場所で破壊した場合も、同様に依然として
通信は続行する。

操作ステーシヨン12およびホストコンピユータ14は一対
のローカルデータネツトワークケーブル21、22および中
継ノード26、27によつて広域ハイウエイに接続されてい
る。操作ステーシヨンは通常陰極線管および適当なマイ
クロプロセツサと付属部品をともなつたキーボードを通
常有しており、操作者とモニターおよび他の操作機能の
ためのシステムとのインターフエイスがなされている。
操作ステーシヨンはまたプリンタおよびデイスクフアイ
ルを有する場合が多い。

ホストコンピユータはホストコンピユータインターフエ
ース（HCI）によつてローカルデータネツトワークと結
合されており、多数の制御機能に使用することができ
る。

制御ステーシヨンによつて実行されるコンピユータ制御
の最も多く使用される形態はホストコンピユータが制御
ループに対する更新設定点を生成し、データハイウエイ
を介してこれらの値を適当な制御ステイシヨンに伝送
し、この制御ステイシヨンが制御ステイシヨンのスーパ
ーバイザアルゴリズムによつて通常のPID制御機能を実
行するスーパーバイザ型の制御である。コンピユータが
制御を停止した場合は、アルゴリズムは最後の設定点を
有する通常のPID制御へもどるか、あるいは必要であれ
ば通常の制御へもどるようにすることもできる。

コンピユータはシステムのモデルおよび特定のアルゴリ
ズムに基づいて更新された設定点の値を連続的に生成す
ることができる。

通常、制御ループの機能のみがスーパーバイザ制御上に
あり、制御ループの機能は通常５分毎に１回というよう
な低速で更新される。

ホストコンピユータは通常のPID制御が不安定な制御ル
ープ上での直接デジタル制御として使用することができ
る。通常そのよう場合制御アルゴリズムはいくつかのプ
ロセス変数の測定を必要とし、ある最適操作条件を達成
するために非線形制御あるいは線形プログラミングを利
用する。

計算された所望のバルブ位置あるいは操作者が決めた複
数のバルブ位置はデータハイウエイを介して必要なバル
ブ電流を作り出すために適当な制御系へ送られる。

種々の制御ループに対する所望の設定点の値は通常操作
ステーシヨンにおいて操作者により入力されるが、プロ
セス変数は上述したように制御ステーシヨンによつて測
定される。コンピユータが制御機能に組み込まれている
場合、設定点の値はデータハイウエイを介してコンピユ
ータへ送られる。

第１図に示される構成だと、制御ステーシヨンの各々は
他の制御ステーシヨン、ホストコンピユータあるいは操
作ステーシヨンと通信することができる。同様に操作ス
テーシヨンおよびホストコンピユータはそれらの間であ
るいは制御ステーシヨンのいずれとも通信することがで
きる。

第１図のデータハイウエイは高速な、高データ処理能力
を有する実時間通信ネツトワークである。例えば、広域
光学ハイウエイ中に31個のノードを操作するようにする
と、隣接する光学−電気インターフエースノードの間を
最大7,000フイートで20,000フイートのオーダの範囲に
拡張することができる。ノードと結合しているローカル
ネツトワークは、例えば、200フイートの範囲にわたる1
5個のステーシヨンの間を結合することができる。デー
タはローカルネツトワークから毎秒500,000ビツトのオ
ーダの速さで送信することができる。交換プロトコルは
高速処理が容易になるように単純にし、かつ将来の拡張
に対して柔軟性を有するようにすることができる。また
フレームの形式は特定の環境に対して適当な拡張性を有
する高水準データリンク制御（HDLC）に基づいたものに
することができる。

ハイウエイシステムは閉じたあるいは開いた両方のトラ
ンザクシヨンをサポートする。閉じたトランザクシヨン
は単純な質問、応答交換あるいは複雑なシークエンスで
あり、正しいメツセージ転送を保証する。トランダクシ
ヨンはリンク制御かあるいは情報搬送のいずれたであ
る。閉じたトランザクシヨンはマスター（一次側）から
の質問メツセージとスレーブ（二次側）からの応答から
なる。質問メツセージは質問あるいはコマンドであり、
応答メツセージは肯定応答あるいは答えである。メツセ
ージは４フレーム長まで可能であり、１フレームの情報
はアドレス、制御およびエラー検出バイトによつてくぎ
られる。例えば272バイトのフレームがエラー検出コー
ドの効率を最大にする最大のフレームサイズとすること
ができる。さらに、制御フイールドおよび情報フイール
ドはエラー検出のためにメツセージ中のバイト数に対し
てメツセージを付与（キー）する。

通信ネツトワークにおいて、あるステーシヨンから他の
ステーシヨン情報が送られる転送速度はネツトワークの
効率およびネツトワーク速度に正比例する。情報処理速
度は毎秒500,000ビツトにすることができる。オーバー
ヘツド最小ネツトワークは３つの部分に分けることがで
きる。第１の部分はマスターと独立にアドレスを付すこ
とができるトークン通過のアルゴリズムである。達成す
べき有効な仕事がない場合分散式ハイウエイシステムは
ステーシヨンが可能とする限りの速さでトークンを回転
する。トークンは作業負担が増大すると速度は低下す
る。従つて、トークンオーバーヘツドはデータ処理速度
に逆比例することがわかる。第２の部分は各フレームの
オーバーヘツドである。このオーバーヘツドは情報の全
てが確実に転送されることを保証して最小化することが
できる。分散データハイウエイは情報可能な限り効率的
にコード化されたフイールド中に送信することによつて
オーバーヘツドのバイトの数を最小化する。利用可能な
デコードの例えば25％のみを使用することによつて将来
の拡張に備えることができる。第３の部分はメツセージ
上のオーバーヘツドはメツセージを生成する際の圧力に
よつて引き起こされる。言い換えると、コンピユータあ
るいはマイクロプロセツサー処理はメツセージを生成す
る際に含まれる層の数に直接影響をおよぼす。このメツ
セージを生成するオーバーヘツドは一般にターンアラウ
ンドと呼ばれている。分散システムの実時間性を保持す
るためには、ターンアラウンド時間は最小化されねばな
らない。

通信形式はフレーム配向されている。複数のフレームが
メツセージ内で連結されている。情報はプリアンプルお
よびポストアンプルによつて囲まれている。フレームを
プリアンブルおよびポストアンブルによつてのみ構成す
ることができる。プリアンブルはフラグバイト、行き先
のアドレスバイト、制御バイト、およびソースアドレス
バイトである。ポストアンブルは２バイト周期的冗長チ
エツク（CRC）符号とフラグバイトである。制御バイト
とソースバイトは両方ともバイトを付加することに拡張
性を有する。フラグバイトとCRCバイトは国際規格機構
（LSO）によつて規定された高水準データリンク制御（H
DLC）手続に一致している。行き先のアドレスはフレー
ムが送られるアドレスを与えている。ソースアドレスは
送つているステーシヨンのアドレスである。制御フイー
ルドは性能コードあるいはフレームのリンクコードのい
ずれかを有する。機能コードは操作を実行することを指
示するメツセージをスタートするために使用される。機
能コードは次の機能、リード、ライト、コマンド、リー
ドチエツク、実行前のライトチエツク、実行前のコマン
ドチエツク、応答データ、応答コマンドおよび肯定反応
を４ビツトにコード化する。リンクコードはリンクの操
作状態を決める。リンクコードの操作は４ビツトフイー
ルドへコード化される。リンクコードは、非操作、実
行、ビジー、リンク拒否、続行０、１、２、IGAP、GA
S、GAPS、GAE、GAREおよび肯定応答である。全ての制御
バイトは１ビツトのキーによつて拡張される。メツセー
ジの終了は独特なビツトによつて示される。拡張された
制御バイトは遅延した応答が許される指示および行き先
のルーチンアドレスを与える。CRCはフラグを取り除い
た完全な送信のモジユラーを２で割つた残りである。生
成多項が推薦できるCCITT除数である。データ透過性はH
DLCゼロビツト挿入法によつて与えられる。全てのバイ
トを最も重要でないビツトを最初にして送信され、多重
バイトは下位ビツトを最初にして送信される。最後のフ
ラグバイトが送信されるまでならいつでもいかなるフレ
ームも「アポート」と呼ばれる特定のビツトパターンに
よつてアポートすることができる。

通信ネツトワーク制御は他の装置（マスターシツプ）と
の論理結合を遂成することが望まれている全てのステー
シヨンに分散されている。システムのマスターシツプは
ステーシヨンからステーシヨンへと通過させられる。ス
テーシヨンがマスターシツプを受けると、トランザクシ
ヨンを初期化する。マスターシツプの通過はトークンの
通過と呼ばれ、リンクコードの交換シークエンスであ
る。トークンの通過アルゴリズムはステーシヨンを高使
用装置と低使用装置とに分類する。高使用装置はマスタ
ーシツプを上方ループに通過させる。低使用装置は２つ
の下方ループに分けられる。上方ループステーシヨンは
ライン利用アルゴリズム上のマスターシツプを受け取
る。ここでシステムのパラメータはマスターシツプに最
小の回数を保証する。下方ループ装置は時間依存アルゴ
リズム上のマスターシツプを受け取る。２つの下方装置
の時間は上方ループの影響が最小になるようにオフセツ
トされる。トークン（マスターシツプのシンボル）は上
方ステーシヨンによつて上方ループカラ下方ループへ通
過させられる。一組のステーシヨン（システムモニタ
ー）は正しい操作を保証させるために、さらに障害を正
すためにトークンをモニターする。システムは外部から
の干渉によつて初期化が行なわれる自立的なものであ
る。一度初期化手続がステーシヨンによつてスタートさ
れると、全てのステーシヨンはシークエンスをモニター
する。故障したステーシヨンは通常のループ操作から取
り除かれ、初期化シークンエンスによつて永久的に取り
除かれるまであるいは故障がなおされる時までループ内
に周期的に設置される。各ステーシヨンのトランザクシ
ョン時間およびトークンを保持する時間は制限される必
要がある。システムモニターはストールアウト（出力の
停止）があるかハイウエイをモニターする場合がある。
装置がトークンを受け取り全システムにその操作状態を
知らせる場合は、全ての装置にその状態を知らせ、トー
クンの通過があつたことを示す。

第２図は、24、25のような光学−電気インターフエース
をより詳細に示す。これらのユニツトは各々一つの送信
器−受信器の組み合わせを有する。各送信器−受信器の
組み合わせはケーブルからの光学的データ形式を電気的
データ形式に変換し再送信のために光学形式にもどす。
従つて、光学的検出器32は前（時計回転）方向の光学フ
アイバーハイウエイ28からデータを受け取りそしてライ
ン34上の電気的データに変換する受信器である。ローカ
ルネツトワーク線20および22に接続されているステーシ
ヨン10、11が送信していない場合は、32によつて受信さ
れた信号は制御素子36′を通過してライン37に送られ、
光学的送信器によつて光学フアイバー28を介して広域ハ
イウエイリング上の26等の次の光学−電気インターフエ
ースへ再送信される。この動作は送信中のステーシヨン
を有するローカルデータネツトワークと接続されている
光学−電気インターフエースへ信号が届くまで続行す
る。送信中のステーシヨンを有する光学−電気インター
フエースは受信した信号を再び送信しないように接続さ
れている。従つて、例えば、ステーシヨン10がマスター
シツプを受けとり、データハイウエイを利用する状態に
なつた場合は、制御素子36′にライン34上の信号をブロ
ツクさせる機能を有する送信器アクテイブライン上へ制
御信号を送信する。この場合OEIは中継器としては動作
しなくなる。従つて、ステーシヨン10から送信されたメ
ツセージは２方向データライン38を介して送信器へ進
み、そこからケーブル28上へ送信され、広域ハイウエイ
の連続する光学−電気インターフエースによつて中継さ
れ、結果として受信機32によつて受信される。これらの
メツセージはリングデータライン33のケーブルにそつて
逆に送信されてステーシヨン10によつて受信され、広域
ハイウエイが完全であることが確かめられる。従つて、
送信中のステーシヨンは送信された信号を光学リングの
連続性のチエツクに使用する。

ステーシヨン10によつて送信されたメツセージの行き先
のステーシヨンがステーシヨン10を有するローカルデー
タネツトワークと同じネツトワーク上にあるステーシヨ
ン11であるとすると、２方向データライン38上の信号を
受信する。受信中のステーシヨンが他の光学−電気イン
ターフエースと接続されている場合も同様であり、信号
は２方向データラインを介してステーシヨンによつて受
信される。全てのステーシヨンは常時受信状態にあり、
ステーシヨンに向けられた送信を受けることができる。

第２図に示される金属線はライン34、36、37がそれぞれ
ライン33、35、38と同じ信号を運ぶという点で２重にな
つている。これらのラインは各々ツイストペアの金属線
である。図示される３種のラインは２方向データライ
ン、リングデータラインおよび送信アクテイブ線であ
る。ステーシヨンがローカルデータネツトワーク上で送
信している際２重のワイヤの両方が同様にして使用され
る。メツセージを受信する場合は、メツセージが光学リ
ング28と30の両方の回りを同時に伝搬するので、両方が
受信されたメツセージを運ぶのに使用される。行き先の
ステーシヨンのモデムは２重のラインから検出される最
初の正しい信号を受信する。

ローカルネツトワーク上のステーシヨンはEIARS485共同
線技術によつて接続され、もちろんローカルネツトワー
ク上の各装置はその機能を働かせるためのマイクロプロ
セツサーとこれに付属する論理回路およびネツトワーク
とインターフエースを行なうために必要なモデムを有す
る。ネツトワークの情報は2M Hz、1M Hz、0.5M Hzの３
つの周波数（接頭、論理０、論理１）の間をシフトする
周波数シフトーキングモデユレーシヨンを使用してモデ
ユレートされる。上述したように、ローカルネツトワー
ク上に転送される情報はライン20およびライン22の両方
に同時に存在する。ネツトワーク内の両方のラインは、
もちろん、たがいに完全に独立している。即ち、各々は
各自受信ゲートおよび最初の正しい情報の流れを選択す
るモデルをともなうドライブゲートを有する。

第１図に示される広域データハイウエイは、ローカルデ
ータネツトワークと同様に冗長成性を有し、従つてシス
テムは信号の誤り条件に対して非常に高い許容性を有す
る。

本発明の光学データハイウエイは一般に使用されている
周波数帯域に制限を有し、かつある環境においてセーフ
テイハザードを示す通常の電気的ハイウエイに置き換わ
る。加えて、光学データハイウエイは電気的ハイウエイ
の場合に受けたラジオ周波数の妨害を受けない。

通常の星型の配置構成の代わりにリング状の配置構成が
本発明の広域ハイウエイに使用されているがこれは星型
の配置だと各ノードが中央混合−スプリツト装置を通し
て他のノードの各々と接続される必要がありケーブルコ
ストが高くつくためである。

ステーシヨン10、11のような制御ステーシヨンは各々第
３図に示されるように構成されている。

制御ステーシヨンのローカルデータネツトワークへの接
続はモデム40、42によつて行なわれる。モデムカードは
ハイウエイインターフエースカード41、43からのデータ
をそれぞれデータハイウエイに送ることができる変調信
号に変換し、またこの変調信号がハイウエイインターフ
エースカードに送られる以前にデータハイウエイからの
信号を復長する役割を有する。

ハイウエイインターフエースカード41、43はデータバス
46からのデータを受けとる。データバスは図示されるよ
うに例えば24ビツトを並列に運ぶのに都合がよい。デー
タバスはもちろん制御装置を構成している種々のプリン
ト回路カード間の相互通信チヤンネルの役割を有してい
る。さらに、第１図に示されるようにデータバスはハイ
ウエイインターフエースカードばかりでなく、データア
クイジシヨンデジタルカード、データバスカード、アル
ゴリズムカードおよびホールドステイシヨンカードとも
接続されている。データアクイジシヨンデジタルカード
48はマイクロプロセツサーおよび必要とされる論理回路
を有し、バス51を介してデータアクイジシヨンアナログ
カードからのデジタル入力データを得る機能を働すこと
ができる。得られる情報はデータベースカード52、アル
ゴリズムカード54あるいはホールドステイシヨンカード
へ送信することができる。

データベースカード52は制御のために使用されるアルゴ
リズムに関する情報を与えるために必要とされるCMOSRA
Mを有する場合がある。データベースは第３図の制御装
置のリソースの一つとして機能し、システムを操作する
のに必要な中央記憶装置を提供している。第３図におけ
る他のリソースとしてホールドステーシヨンカードが設
けられており、これは第３図に示されるようにバルブ1
8、19の様な制御下のプロセスを操作するのに使用され
る制御装置へアナログ出力を与える。ホールドステーシ
ヨンカードはデータバス46を介して供給されるデジタル
情報を例えばプロセス制御装置が操作されるのに必要と
される位置を示す電流出力のようなアナログ形式に変換
する。

ホールドステーシヨンカードはアルゴリズムカード54の
制御下にある。アルゴリズムカードそれ自体が第３図の
制御装置の制御機能に使用される制御アルゴリズムを実
行するために必要とされるマイクロプロセツサーと論理
回路を有している。アルゴリズムカードが特定のアルゴ
リズムの使用して制御のために必要とされる出力を決定
したのち、アルゴリズムカードはデジタル形式のこれら
の出力をカード52上のメインデータベースおよびホール
ドステーシヨンカード58に書き込む。

16、17の部品によつて制御下のプロセスで測定されるよ
うなプロセス変数の形態のアナログ入力は図示されるよ
うにバス51を介してデータアクイジシヨンデジタルカー
ドと接続されているデータアクイジシヨンアナログカー
ド50の入力として供給される。種々のカード41、43、4
8、50、52および58は内蔵される種々のカードを操作す
るために必要な制御を与えるために要求される種々の制
御信号を有する種々のカード間の相互通信を行なうため
に設けられる制御ライン60によつて全て相互に接続され
ている。

上述したように、ハイウエイインターフエースカード4
1、43、データアクイジシヨンカード48はアルゴリズム
カード54と同様に全てマイクロプロセツサーを有し、シ
ステムの固有の操作に対しては相互に通信しなければな
らなくまたある状況においてはシステムのリリースとし
て働くデータベースカード52あるいはホールドステーシ
ヨンカード48と通信しなければならない。この相互通信
のためにデータバス46が与えられている。

マスターステーシヨンであるステーシヨンは他のステー
シヨンへコマンドを送る能力を有している。マスタース
テーシヨンのいくつかはハイウエイをモニターあるいは
傍受する能力を有しているのでモニターと呼ばれる。モ
ニターステーシヨンはハイウエイが正しく機能している
か否を決めるだけでなく、モニターステーシヨンのトラ
ツクをアクテイブを保ちかつマスターシツプを受けとる
ことができるようにし続ける。これは以下で述べられる
ように第６図のシステムマツプに従つて行なわれる。

システムモニターでないステーシヨンはユニバーサルア
ドレスのメツセージと同様にステーシヨンのアドレスの
メツセージを受け取る。即ち、メツセージは応答を必要
としないで全てのステーシヨンに送られる。他のステー
シヨンはデータアクイジシヨンおよびデータ記憶のため
のリモートステーシヨンとして動作することができる
が、マスターシツプを受け取る能力はない。

上述されたように、通信ネツトワークは論理ループであ
る一つの上方ループと２つの下方ループの３つのアドレ
ス空間に分割される。上方ループは１から31のアドレス
を有し、第１の下方ループＡは32から47のアドレスを有
し、そして第２の下方ループＢは48から63のアドレスを
有する。トークンは通常は可能な最大のスピードで上方
ループを通過する。モニターステーシヨンはトークンを
下方ループのどちらか一方に通過させ、このループの最
も低いアドレスからスタートする。トークンはこのルー
プを通過しこのループの最後のアクテイブなステーシヨ
ンによつて上方ループへもどされる。上方ループのリタ
ーンアドレスはゴーアヘツドリターンエグゼキユート
（GARE）メツセージ内へ運ばれる。モニターはトークン
を1/4秒でオフセツトする下方ループへ毎秒２回通過さ
せる。システム効率を保証するために、各ステーシヨン
は50ms未満の間トークンを停止することができる。

上方ループにおけるマスターシツプ転送プロセスに関す
るステーシヨンは２データバイトの記憶容量を有し、マ
スターシツプが通過する上方ループの次の正しいステー
シヨンの永久的な一時的なアドレスを保持する。永久的
なポインターが以下に説明されるようにIGAPシークエン
スの間にセツトされる。一時的なポインターは始動およ
び異常操作の際にセツトされる。最も高い番号のアクテ
イブな上方ステーシヨンのポインターは最も低い番号の
上方ステーシヨンを示す。下方ループへジヤンプするこ
とができるシステムモニターは同様にポインターに各下
方ループの最も低い番号のアクテイブな下方ステーシヨ
ンアドレスを入れている。このポインターはシステムモ
ニターによつて実行されるIGAPシークエンスあるいは別
のシステムモニター上で傍受することによつてセツトさ
れる。各下方ループ中にある最も高い番号のアクテイブ
な下方ステーシヨンのポインターが最も低い上方ステー
シヨンを示すと、上方ループへのリターンがGAREによつ
て運ばれたリータンアドレスと一致するので有効であ
る。このトークン通過の概要が第４図に図示される。こ
こではステーシヨン２は図示されるようにトークンを下
方ループＡへこのループの最も低い番号のアクテイブな
ステーシヨン、即ち35を通過させることによつて通過さ
せている。このトークンの通過はループＡへ通過するた
めに設定された時間が通ぎた時に起こる。トークンは3
6、37、38を次々に通過する。ステーシヨン38はトーク
ンをGAREメツセージによつて運ばれたリターンアドレ
ス、即ちステーシヨン３へもどす。更に次の時間が経過
した後、トークンは別の下方ループＢへ送られる。従つ
てこの時間が終了した時にステーシヨン２がトークンを
有しているとステーシヨン２はトークンをループＢの最
低の番号のアクテイブなステーシヨンであるステーシヨ
ン51へ通過する。前と同様にトークンはループＢを通し
てステーシヨン52、53、54を次々に通過する。ステーシ
ヨン54はトークンをGAREメツセージによつて運ばれた上
方ループのアドレス、即ちステーシヨン３へもどす。

通常のトラフイツクを終了すると、現在のマスターはア
クテイブなデータハイウエイ上でゴーアヘツドシークエ
ンス（GAS）を開始する。特定のステーシヨンがGASシー
クエンスを正しく完了した場合は最高100マイクロ秒以
内でリンクをアクテイブなリンク状態にする。現在のマ
スターは搬送波が出ていることを検出し、転送シークエ
ンスが連続的に達成されるように判断する。

現在のマスターが200マイクロ秒以内にこの条件を検出
しない場合は、転送の試みが失敗したと判断し、以下に
詳述されるような回復手段を導入する。

失敗した場合、現在のマスターは第１のデータハイウエ
イチヤンネル上のGASコマンドを繰り返すことによつて
マスターシツプを次のステーシヨンへ転送する２度目の
試みを行なう。この試みが同様に失敗した場合GASコマ
ンドを同じステーシヨンに発する。それでも転送が行な
われない場合は、現在のマスターは永久的なアドレスを
１増えた一時的なアドレスへ移し上記手段を繰り返え
す。トランザクシヨンが再び完了しない場合、一時的な
アドレスはマスターシツプが連続的に転送されるまであ
るいはゴー・アヘツドポインター値が現在のマスターの
アドレスと等しくなるまで繰り返えし増大される。

上述の手段が上方ループのステーシヨンによつて開始さ
れると、永久的なアドレスは１秒に１度使用され、一時
的なアドレスが転送のために再び作り出される。この秒
間隔内での全ての他のマスターシツプの転送は一時的な
アドレスを介してなされる。

ゴーアヘツドポインターが現在のマスターのアドレスと
等しくなるまで増大した場合は、マスターは送信をやめ
データハイウエイを完全にストツプする。

現在のマスターが故障し、ゴーアヘツドシークエンスの
開始を妨害するような場合、データハイウエイはストツ
プする。今度はシステム状態をモニターする機能を有す
る選択された装置はデータハイウエイリンクの再スター
トを始める。

装置が起動した時、永久的なゴーアヘツドポインターは
ステーシヨンのアドレス＋１に設定され、トークンは通
常のアルゴリズムによつて通過される。

マスターシツプの転送は次のコマンドを利用する。

IGAP−Initialize Go Ahead Pointers（ゴーアヘツドポ
インターの初期化）ステーシヨンがこのコマンドを受け
ると、永久的ポインターをステーシヨンのアドレス＋１
に設定する。これは操作が開始されることを指令し、新
たなステーシヨンがハイウエイに加えられる場合あるい
は故障したステーシヨンが修理された場合に使用され
る。IGAPはループ内の次のアクテイブなステーシヨンを
さがし始め、この時から次のアクテイブなステーシヨン
はマスターシツプトークンの転送に使用できる。IGAPは
通常ハイウエイに伝達されるが、一つのステーシヨンに
向けることもできる。この場合ACKが送信側へもどさ
れ、ステーシヨンが次のステーシヨンのアドレスを結果
が32、48あるいは64即ちループの終りにならない場合は
ステーシヨンのアドレス＋１に設定したことが示され
る。次のステーシヨンのアドレスがループの終りになる
場合は次のステーシヨンのアドレスは「１」に設定さ
れ、トークンは上方ループ上のステーシヨンNo.1へもど
される。ループで使用されるフラグはGAPSコードがGAS
の代わりに次のトークの通過に使用されることを示すよ
うに設定され、ハイウエイのモニターは次のアクテイブ
なステーシヨンの検出が達成されたことを認識する。各
下方ループの最初のアドレスがリセツトされ、また永久
的な次のステーシヨンのシステムマツプがリセツトされ
る。

GAS−Go Ahead Select（ゴーアヘツドセレクト）GASコ
マンドは通常のトークン転送の間に次のマスターを選択
するのに使用される。GASコマンドはステーシヨンがト
ークンを通過させようとしていることを合図し、ステー
シヨンがハイウエイスレーブである時GASコマンドが受
け入れられるとステーシヨンにマスターシツプトークン
の受け取りを前もつて知らせる。ACKはハイウエイ上に
もどされ、ステーシヨンは次のコマンドであるGAEを受
け入れることも前もつて知らされる。またこのコマンド
の結果としてあるトークンをモニターする機能が働く。

GAPS−Go Ahaed Pointer Select（ゴーアヘツドポイン
タセレクト）GAPSコマンドはステーシヨンが通常の次の
ステーシヨンのアドレスに目標を設定している時に使用
される。この目標設定シークエンスはIGAPが受け取られ
た後第１のマスターシツプが通過するまでの間に起こ
る。GAPSコマンドを受け取るステーシヨンはGASの受け
取りと同様に正確にコマンドの受け取りを処理するが、
加えて永続的な現在のシステムマツプの記載を更新す
る。

GAE−Go Ahead Execute（ゴーアヘツドエグゼキユー
ト）GAEコマンドは現在のマスターが次のマスターがマ
スターの能力を有していることを一度確認するとトーク
ン通過シークエンスを達成するために使用される。トー
クン通過に関連するワークの多くはGAEコマンドの監視
下で行なわれるが、このワークは複数のハウスキーピン
グを有している。

GARE−Go Ahead Return Execute（ゴーアヘツドリター
ンエグゼキユート）GAREコマンドはリターンステーシヨ
ンアドレスを有する以外はGAREコマンドと同じ機能を遂
行し、下方ループでもつぱら使用される。下方ループの
最後のステーシヨンはトークンが通過される上方ループ
中のステーシヨンを示すリターンアドレスを使用する。

ACK−Acknowledge（肯定承認）肯定承認はこれがGASあ
るいはGAPSに続かない場合はモニターによつて無視され
る。GASに続く場合は、モニターは予定されたステーシ
ヨンからのACKであるかをチエツクする。GAPSに続く場
合は、さらにACKで応答したのが下方ループの最初のス
テーシヨンであるか否かがさらにチエツクされ、正しい
場合は所定の、永久的なかつ現在の最初の下方ループの
アドレスがACKのステーシヨンに設定される。

従つて、マスターシツプ転送シークエンスが以下のもの
であることがわかる。

1. マスターステーシヨンはGASあるいはGAPSコマンド
を永久的ポインターのステーシヨンアドレスへ発生す
る。

2. アドレスを付されたステーシヨンはマスターからの
GASあるいはGAPSコマンドに肯定応答（ACK）する。

3. ACKを受けとつたマスターはトークンを受けとめる
ためステーシヨンへGAEあるいはGAREコマンドを発生
し、トークンが通過したことを示す。

4. マスターステーシヨンは搬送が始まつたことを示す
指示を持つ。

トークン通過アルゴリズムが第5a、5b、5c図に示されて
いる。

ステーシヨンがノンマスター状態（ブロツク70）であ
り、ラインがアクテイブ（ブロツク72）になり、搬送あ
るいは送信が行なわれている場合、ストールアウトカウ
ンターがリセツト（ブロツク74）され、メツセージが現
在のステーシヨンのためのものであるかどうかが調べら
れ、そうであればメツセージがGASか否かが決定される
（ブロツク78）。GASが現在のステーシヨンに受け取ら
れると、メツセージが正しいかどうかが調べられ（ブロ
ツク80および接続記号Ｃ）、正しければ、ACKが現在の
マスターに応答される（ブロツク82）。プログラムはラ
インがアクテイブかどうか（ブロツク89）、またそうで
あればメツセージGAEあるいはGAREであるかどうか（ブ
ロツク86）を調べる。メツセージがGAEあるいはGAREで
ある場合、メツセージが正しいことが決定される。GAE
あるいはGAREメツセージが正しければ、搬送が開始され
（ブロツク90）、マスターシツプフラッグが上がり（ブ
ロツク92）マスターシツプが現在のステーシヨンに転送
されたことを示す。ステーシヨンは機能を働かせるため
に必要な転送を行ない、別の情報が送られていない場合
（ブロツク94）、プログラムは次のステーシヨンへマス
ターを転送するように動く（接続記号Ｅ）。まず、下方
ループへ行く時間かどうかが決定され（ブロツク96）、
違えば次のステーシヨンのアドレスをIGAP手続の間に永
久的なアドレスポイターに記憶されたアドレスにする
（ブロツク98）。永久的なポインターのアドレスが現在
のステーシヨンであれば（ブロツク100）、前のIGAPの
間に上方ループの次のアクテイブなステーシヨンがさが
され、そして見つからなく、従つて、現在のステーシヨ
ンのみがアクテイブなステーシヨンであることが示され
ているので、ストールアウト状態になることが許され
る。現在のステーシヨンのみがアクテイブなステーシヨ
ンであるということはマスターシツプの転送を不可能と
するのでストールアウト状態が適当である。

永久的なポインターのアドレスが現在のステーシヨンで
ない場合、現在IGAPシークエンスであるか否かに関する
決定がなされる。IGAPシークエンスはIGAPコマンドに続
いてマスターシツプを転送するシークエンスである。IG
APでなければ、GASメツセージは永久的なポインターの
アドレスに送られ（ブロツク106）、ACKが受け取られる
と（ブロツク108）、これが正しいかどうかがチエツク
され（ブロツク110）、正しければGAEが次のステーシヨ
ンへ送られる（ブロツク112）。第5c図のアルゴリズム
から明らかなように、IGAPシークエンスが行なわれてい
たかが決定され（ブロツク104）、この時、永久的なポ
インターは次のステーシヨンアドレスへ送られ（ブロツ
ク114）、IGAP手順であるので、GAPSコマンドがGASの代
わりに送られる（ブロツク116）。

現在のステーシヨンが下方ループの時間であることを決
定した場合（ブロツク96）、トークンが通過する下方ル
ープのアドレスを決定し（ブロツク118）、現在IGAPシ
ークエンスでなければ（ブロツク120）、GASコマンドが
送られる（ブロツク122）が、IGAPシークエンスでれ
ば、永久的なポインターアドレスが次のステーシヨンへ
送られ（ブロツク124）かつGAPSコマンドが送られる
（ブロツク126）。肯定応答メツセージがGASあるいはGA
PSに応答して受け取られると（ブロツク128）、この肯
定応答メツセージが正しいか否かが決定され（ブロツク
130）、もし正しければGAREが第5c図に示されるように
次のステーシヨンへ送られる（ブロツク132）へ送られ
る。GASあるいはGAPSコマンドに対するACKが受け取られ
ない場合、あるいは正しくない場合、永久的なポインタ
ー内にアドレスがあるステーシヨンが応答しなく従つて
再び行なう必要があることが結論され、リトライカウン
ターが増大される（ブロツク134、接続記号Ｆ）。常時G
ASあるいはGAPSコマンドを再度送ることによつて再び試
みることができる。リトライカウンターは可能な最大カ
ウントに達するまで増大され、アルゴリズムは永久的な
カウンタ内のステーシヨンの番号を１増大することによ
つて次のステーシヨンを算出し、この算出されたステー
シヨンにGASあるいはGAPSコマンドが送られる。

第５図へもどる。受け取られたメツセージがGASでない
場合、このメツセージがGAPSであるか否かが試べられ
（ブロツク140）、GAPSメツセージであれば、システム
マツプは更新される（ブロツク142）。システムマツプ
は第６図に示されるように作表データであり、各ステー
シヨンに対してそれらがアクテイブか否かを示し、さら
にアクテイブであればどのアドレスが永久的なポインタ
ー内にあるか、換言するとトークンが通過するステーシ
ヨンのアドレスを示す。上述されたように、システムマ
ツプはモニターステーシヨンによつてのみ補修維持され
る。

メツセージがGAPSでないとブロツク140で決定される
と、メツセージがIGAPであるか否かが決められ（14
4）、IGAPでなければ、このメツセージはトークンの通
過を伴わないので必要な処理を受ける。IGAPであれば、
永久的なポインター内のアドレスが現在のステーシヨン
のアドレス＋１に設定され（ブロツク148）、現在のス
テーシヨンがモニターであれば、IGAPメツセージが処理
される（ブロツク150）、現在のステーシヨンのアドレ
ス＋１が32、48あるいは64（ループの終り）に等しけれ
ば、次のステーシヨンのアドレスは１に設定される。ま
た、システムマツプ中に記憶されている永久的なアドレ
スがステーシヨンの番号＋１にリセツトされる。

第5a図に示されるように、ラインがアクテイブでない場
合、即ち搬送が行なわれない場合（ブロツク72）、スト
ールアウト時間が経過したかが決定される必要がある
（ブロツク152）。この決定は所定の時間が経過したか
否かを前もつて決定するが、この所定の時間は最大の時
間に設定されており、この間に、ラインがアクテイブで
なけれはストールアウト状態が発生したと考えねばなら
ず、ネツトワークは再びスタートされねばならない（ブ
ロツク154）。スートルアウト時間が終了しなければも
ちろんステーシヨンはブロツク72に示されるようにライ
ンが活性になるまで待つ。

ネツトワークが再スタートすると（ブロツク154）、マ
スターシツプは再び現在のステーシヨンで受け取られる
（ブロツク92および接続記号Ｂ）。

第5b図にもどる。メツセージが正しくないあるいはGAS
が肯定応答されたのちGAEあるいはGAREを得ることに失
敗したために、ブロツク80、86および88での質問に対す
る答えが否定的である場合、プログラムはもどり、次の
コマンドを待つ（接続記号Ａ）。GAEあるいはGAREコマ
ンドが次のステーシヨンに送られ、マスターシツプが転
送されると、プログラムは初めにもどる（接続記号
Ｄ）。メツセージが現在のステーシヨンに対するもので
ない場合（ブロツク76）またIGAPの処理がなされた後
（ブロツク150）と同様にメツセージが処理された後
（ブロツク146）はプログラムはもどる。

IGAPシークエンスにおいて、IGAPコマンドが受け取られ
ると、各ステーシヨン「Ｎ」に対する永久的なポインタ
ーはＮ＋１に設定される。Ｎ＋１はブロツク98で決めた
次のステーシヨンのアドレスである。IGAPシークエンス
が起こる場合は、ブロツク114は永久的なポインターを
ブロツク138で算出された次のステーシヨンに設定す
る。IGAPを受け取つた後トークンを通過させる最初の試
みの間、次のステーシヨンの番号はＮ＋１であるが、Ｎ
＋１がアクテイブでなく、肯定反応が得られない場合
（ブロツク108）は、次のステーシヨンの番号は１増大
されＮ＋２になり、次のGAPSが送られる（ブロツク11
6）前に、永久的なポインターは新たな番号（Ｎ＋２）
に設定される。永久的なポインターを増大するシークエ
ンスは正しいACKが受け取られるまで続く。

第６図はモニターステーシヨンによつて補修維持される
システムマツプの一例を示す。このマツプは種々の状態
の基で出現する。例えば、第１欄は起動時の初期化が発
生した後に使用することができるシステムマツプであ
る。起動時の初期化が発生した後の状態においては、永
久的なポインターが１に設定されている各ループにおけ
る最後のステーシヨンを除いた全てのステーシヨンが永
久的なポインター中に次のステーシヨンのアドレス（Ｎ
＋１）を有することが確認され、またステーシヨンの全
てがアクテイブでないことが確認される。第６図のマツ
プにおいて、第１番目の数字はステーシヨンの番号を示
し、ダツシユの後の次の数字は永久的なポインター内の
ステーシヨンアドレスの番号を示し、コンマの後のゼロ
（０）はステーシヨンがアクテイブでないことを示し、
Ｘはステーシヨンがアクテイブであることを示す。

第２欄に示されるシステムマツプはステーシヨン32、63
および３以外の全てのステーシヨンがアクテイブである
状態に対するものであり、第３欄はステーシヨン33−4
7、３−30がアクテイブでない状態のシステムマツプを
示す。

第４欄はステーシヨン２以外の全てのステーシヨンがア
クテイブでない状態でのシステムマツプを示す。第５欄
はステーシヨン33、63、４が第４欄のマツプに示される
アクテイブでない状態からアクテイブな状態に変化した
状態に対するシステムマツプである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施態様である分散処理制御システ
ムを示す。 第２図は、光学電気インターフエース（OEI）を示す。 第３図は、システムの制御ステーシヨン示す。 第４図は、上方および下方ループの論理的な構成を示
す。 第5a、5bおよび5c図は、ステーシヨン間のトークンの通
過を制御するためのアルゴリズムを示す。 第６図は、モーターステーシヨンによつて補修維持され
るシステムマツプの例であり、稼働中のステーシヨンを
示している。 10、11……制御ステーシヨン、12……操作ステーシヨ
ン、14……ホストコンピユータ、16、17……測定ユニツ
ト、18、19……制御値、20、22……ローカルデータネツ
トワークケーブル、24、25、26、27……光学−電気イン
ターフエース（ノード）、28、30……光学データハイウ
エイ、32……光学的受信器、33、34……リングデータラ
イン、35、36……送信器アクテイブライン、37、38……
２方向データライン、36′……制御素子、39……光学的
送信器、40、42……モデム、41、43……ハイウエイイン
ターフエースカード、46……データバス、48……データ
アクイジシヨンデジタルカード、50……データアクイジ
シヨンアナログカード、52……データベースカード、54
……アルゴリズムカード、58……ホールドステーシヨン
カード、60……制御ライン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−156436（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−150245（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−84046（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−161449（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転マスターシップの下で複数のステーシ
   ョンを相互に接続し光学的スプリット装置またはスイッ
   チを使用せずにそれらステーションの間の故障に対して
   許容性を有する通信を与えるための光学的通信システム
   において、 ２つの光学的通信チャンネルを有し、これらの各々が全
   てのステーションまたはステーションのグループを相互
   に接続する別々のリングを形成しているような冗長デー
   タハイウエイと、 前記リングの各々において直列に対として挿入され近接
   ステーションを前記光学的通信チャンネルへ冗長結合さ
   せ且つ前記リングを完全に回って反対方向に厳密に同じ
   送信データを連続的に中継するための複数の光学−電気
   インターフェースとを備えており、 前記光学−電気インターフェースの各々は、 関連した光学的通信チャンネルの１つのセクションから
   の光学的データ信号を受信し、この受信された光学的デ
   ータ信号を対応する電気的データ信号に変換する光学的
   検出器と、 電気的データ信号を光学的データ信号に変換し且つそれ
   ら光学的データ信号を関連した光学的通信チャンネルの
   別の１つのセクションに更に伝播させるための光学的送
   信器と、 前記近接ステーションに関連した光学的通信チャンネル
   からの受信および関連した光学的通信チャンネルへの送
   信をさせ且つ前記光学的検出器と前記光学的送信器とを
   接続して、当該インターフェースに結合された前記近接
   ステーション自身が送信していない時には、前記光学的
   検出器によって受信された信号を連続的に中継して前記
   関連した光学的通信チャンネルにそって前記信号を伝播
   させ、当該インターフェースに結合された前記近接ステ
   ーション自身が送信している時には、中継を阻止する結
   合手段と、 を備えていることを特徴とする光学的通信システム。
2. 【請求項２】広範囲に亘って配置された多数のマイクロ
   プロセッサに基づく制御ステーションによって行われる
   制御を監視するためのホストコンピュータを有する分散
   プロセス制御システムにおける通信システムにおいて、 ２つの光学的通信チャンネルを有し、各々が前記制御ス
   テーションを相互に接続し、反対方向に冗長信号送信を
   行なうリングを形成しているデータハイウエイと、 前記リングにおいてメッセージを中継するためおよび信
   号を前記光学的通信チャンネルへ結合するため前記リン
   グ内へ直列に挿入される前記制御ステーションのため光
   学−電気中継器とを備えており、 前記中継器は、 各光学的通信チャンネルからの光学的データを受け取
   り、このデータを対応する電気的データ信号へ変換する
   ための光学的検出器と、 メッセージの送信を開始するため、あるいは関連する光
   学的検出器によって受信されたメッセージを前記リング
   の回りにさらに伝播させるため前記メッージを中継する
   ために、電気的データ信号を光学的データ信号に変換す
   る各光学的通信チャンネルのための光学的送信器と、 送信中のステーションに関連する中継器が中継器として
   動作することを阻止するための手段と、 前記リングの状態をチェックするために前記リングの回
   りを完全に回った後送信された信号を受信する手段とを
   有することを特徴とする通信システム。