JPH10198618A - 分散型通信制御システム及び分散型通信制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】余分な通信負荷をかけず、通信異常を容易にか
つ速やかに検知できる分散型通信制御システム及び分散
型通信制御方法を提供すること。 【解決手段】各制御装置３は、二重化された通信経路
（２Ａ，２ｂ）上の通信相手である各制御装置３との通
信成否状態を各通信経路毎に示したテーブルにおいて否
の状態の通信相手に対し、所定時間毎に該当する通信経
路にて通信を試みる手段（１２）と、この手段（１２）
にて通信機能の回復が確認された場合、前記テーブルの
該当する箇所を成の状態に更新する手段（１２）と、前
記通信相手と通信を行なう際、前記テーブルにおいて成
の状態である通信経路にて通信を行ない、かつ前記二重
化された通信経路の双方が成の状態である場合、通信経
路を交互に使用して通信する手段（１２）と、を備え、
前記オペレータステーションは、前記各制御装置３から
受信した通信成否状態の情報を表示する手段を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原子力、火力、化
学など高い信頼性を要求されプラントに適用される分散
型通信制御システム及び分散型通信制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は、従来のこの種の分散型通信制御
システムのネットワーク構成を示す図である。ネットワ
ーク上には、制御演算を行なう複数の制御装置３と、こ
れら制御装置３からデータを収集し、機械やプラントの
状態を表示して運転員に知らせるオペレータステーショ
ン１が接続されている。制御装置３に入出力装置４を階
層的につなぐ場合も多いが、図１では構成に柔軟性をも
たせるために、入出力装置４自体もネットワークに直接
接続したシステムの例を示している。一般にこの種のシ
ステムでは、数個の制御装置３と数十個の入出力装置４
が接続されている。なお以下では、入出力装置と制御装
置を区別せずに称する場合、通信ノードと称する。

【０００３】このような分散型通信制御システムにおい
て通信媒体を二重化することは、信頼性を高める手段と
して従来からも採用されている。一般的に採られる方法
は、概ね次の通りである。

【０００４】(1)二重化した通信経路で、同じ通信内容
を同時に通信する。このため、片方の系が故障しても、
もう一方の系で通信を継続できる。 (2)二重化した通信経路のうち、一方の系を常時使用す
る。使用している経路が故障であると検知した場合、他
方の経路に切り替えて通信を継続する。 (3)二重化した通信経路を交互に使用する。このため、
片方の系が故障しても、もう一方の系で通信を継続でき
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記(1) では、常時二
つの経路で同時に通信を行なうため、通信モードの処理
負荷が一つの経路しか使用しない場合に比べ増加してし
まうという問題がある。このため、高速な通信周期が要
求される場合には、通信の処理負荷をできるだけ減らす
ことが課題になる。

【０００６】上記(2) では、使用していない他方の経路
の健全性を常時確認しておく必要がある。そうしなけれ
ば、他方の経路も故障していた場合、使用している一方
の経路が故障したため切り替えようとしたときに、初め
て他方の経路の故障を検知することになるため、信頼性
上の問題がある。

【０００７】以上のような理由から、上記(3) の通信経
路を交互に使用する方法がしばしばとられている。上記
(3) の方法では、常時両方の経路を使うので、故障が早
く検知でき、また毎回の通信ではどちらか一方の通信経
路しか使用しないので、受信側の通信処理にかかる負荷
は上記(1) の方法と比べて高くならずに済む。

【０００８】さて、上記(3) に示した、二重化方式での
故障を検知しオペレータステーションに表示する方法と
して、オペレータステーションが全通信ノードに通信可
能か否か、定期的にテスト通信を行ない検知する方法が
一般的に考えられる。

【０００９】このように、オペレータステーションが定
期的に通信チェックのためのテスト通信を行なうと、オ
ペレータステーションおよびネットワークに余分な通信
負荷をかけることになる。特に通信ノードの分散が著し
い場合、例えば１秒周期で１００個の通信相手に対して
両方の通信経路で通信テストを行なおうとすると、オペ
レータステーションは５ｍ秒毎に（１秒間に２００回）
通信テストを行なわなければならず、オペレータステー
ションの処理負荷およびネットワークのトラフィックが
非常に高くなる。また、負荷を下げるために１秒間に数
個ずつテストを行なう方式にすると、故障検知までに多
大な時間を要するという問題が生ずる。

【００１０】一方、テスト通信をわざわざ行なわずに、
オペレータステーションがデータ収集のために通信を行
なう際、通信に失敗すれば故障とみなす方法が考えられ
る。こうすれば、テスト通信だけのために余分な負荷が
増すことはない。しかしオペレータステーションは、通
信負荷を減らすなどの理由から、表示やロギングに必要
のないデータ収集を行なわず、必ずしも全通信ノードと
常時通信するわけではない。したがって、通信していな
い通信ノードとの間の通信異常は検知できないという問
題が生ずる。

【００１１】本発明の目的は、余分な通信負荷をかけ
ず、通信異常を容易にかつ速やかに検知できる分散型通
信制御システム及び分散型通信制御方法を提供すること
にある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決し目的を
達成するために、本発明の分散型通信制御システム及び
分散型通信制御方法は以下の如く構成されている。 （１）本発明の分散型通信制御システムは、複数の制御
装置と少なくとも一つのオペレータステーションが接続
されたネットワークにおけるデータの通信を制御する分
散型通信制御システムにおいて、前記各制御装置は、二
重化された通信経路上の通信相手である各制御装置との
通信成否状態を各通信経路毎に示したテーブルと、前記
テーブルにおいて否の状態の通信相手に対し、所定時間
毎に通信機能が回復したか否かを確認するために、該当
する通信経路にて通信を試みる手段と、この手段にて通
信機能の回復が確認された場合、前記テーブルの該当す
る箇所を成の状態に更新する手段と、前記通信相手と通
信を行なう際、前記テーブルにおいて成の状態である通
信経路にて通信を行ない、かつ前記二重化された通信経
路の双方が成の状態である場合、前記二重化された通信
経路を交互に使用して通信する手段と、を備え、前記オ
ペレータステーションは、前記各制御装置から受信した
通信成否状態の情報を表示する手段を備えている。 （２）本発明の分散型通信制御方法は、複数の制御装置
と少なくとも一つのオペレータステーションが接続され
たネットワークにおけるデータの通信を制御する分散型
通信制御方法において、前記各制御装置は、二重化され
た通信経路上の通信相手である各制御装置との通信成否
状態を各通信経路毎に示したテーブルにおいて否の状態
の通信相手に対し、所定時間毎に通信機能が回復したか
否かを確認するために、該当する通信経路にて通信を試
み、通信機能の回復が確認された場合、前記テーブルの
該当する箇所を成の状態に更新し、前記通信相手と通信
を行なう際、前記テーブルにおいて成の状態である通信
経路にて通信を行ない、かつ前記二重化された通信経路
の双方が成の状態である場合、前記二重化された通信経
路を交互に使用して通信を行ない、前記オペレータステ
ーションは、前記各制御装置から受信した通信成否状態
の情報を表示する。

【００１３】上記手段を講じた結果、それぞれ次のよう
な作用が生じる。 （１）本発明の分散型通信制御システムは、前記各制御
装置は、二重化された通信経路上の通信相手である各制
御装置との通信成否状態を各通信経路毎に示したテーブ
ルにおいて否の状態の通信相手に対する通信機能の回復
が確認された場合、前記テーブルの該当する箇所を成の
状態に更新し、前記テーブルにおいて成の状態である通
信経路にて通信を行ない、かつ前記二重化された通信経
路の双方が成の状態である場合、前記二重化された通信
経路を交互に使用して通信するので、前記テーブルを有
することで、通信可能な通信経路を即座に選択でき、通
信の故障を検知する最初の通信以後は、検知を行なう時
間が不要になる。またテスト用の通信を行なわず、制御
用の通信により通信成否状態をチェックするので、通信
に係る負荷やその処理負荷が上げることがない。

【００１４】さらに、ネットワーク上の全通信ノード
は、必ずいずれかの制御装置と通信することを利用し、
制御装置の前記テーブルを前記オペレータステーション
に送り、検知状態を表示することができる。また、この
際にも制御装置の数が入出力装置に比べはるかに少なく
なることで、前記テーブルの送信にかかる負荷がテスト
用の通信を行なう場合にくらべずっと少なくて済む。

【００１５】また、制御装置で通信する周期にて十分早
く前記テーブルが更新され、前記オペレータステーショ
ンが各制御装置から送られてくる通信成否状態を示すテ
ーブルを通信相手（制御装置）とのマトリックス表にし
て表示するとともに、マトリックスから通信に不具合が
出ていると判断される箇所を運転員に提示することで、
前記オペレータステーションへ送信する周期を適切にと
り、テスト用の通信で検知する手法より格段に早く容易
に異常を検知することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態に係る分散型
通信制御システムのネットワーク構成は、図４に示した
ものと同一である。図４に示すネットワークには、トー
クンパッシング方式の通信ネットワークのバス型結合に
より、複数の制御装置３、複数の入出力装置４、および
一つのオペレータステーション１が接続されている。各
制御装置３は、二重化された二つの通信媒体である通信
経路２Ａおよび２Ｂに接続されている。以下、通信経路
２Ａ，２ＢをそれぞれＡ系、Ｂ系と称する。各入出力装
置４およびオペレータステーション１も、制御装置３と
同様にＡ系およびＢ系に接続されている。なお通信を行
なう装置は、制御演算を行なう制御装置、センサ信号を
取り込む入力装置、アクチュエータを駆動する出力装置
などに分かれる場合もあるが、本実施の形態では、簡便
のためまとめて制御装置と称している。

【００１７】図１は、各通信ノード１，３，４に共通な
内部構成を示す図である。Ａ系の通信回路１０およびＢ
系の通信回路１１は、トークンパッシング方式の受信お
よび送信を行なう。マイクロプロセッサを用いた制御回
路１２は、プラント制御に必要な演算や入出力処理など
を行なう。通信回路１０，１１および制御回路１２は、
コンピュータバス１３で結合され、通信回路１０または
１１で受信したデータを制御回路１２に渡し、逆に制御
回路１２から送信されたデータを通信回路１０または１
１から送信する。各通信ノード１，３，４には通信上の
識別用の番号が付けられており、自通信ノードから相手
通信ノードの番号を指定し、１対１で通信を行なう。

【００１８】図２は、制御回路１２に内蔵されている図
示しない記憶回路に記憶されている通信状態成否テーブ
ルを示す図である。このテーブルには、Ａ系とＢ系の通
信状態が示されている。例えば、図４に示す構成におい
て３台の制御装置３が接続されており、それぞれ２１，
２２，２３の番号が付けられているものとする。そし
て、各制御装置３（２１，２２，２３）内の制御回路１
２に、前記テーブルが備えられている。前記テーブルの
見方は次の通りである。

【００１９】図２は、自制御装置３（２３）から相手制
御装置３（２１または２２）への通信状態を示してお
り、Ａ系、Ｂ系各々の状態を示している。“○”は通信
成功（通信可能）であることを示しており、“×”は通
信失敗（通信不可能）、“−”は通信対象外であること
を示している。

【００２０】この例では、２３から２１への通信はＡ
系，Ｂ系とも成功し、さらに２３から２２への通信はＢ
系のみ成功しておりＡ系は故障している（すなわち正常
でない）ことを示している。また、２３から２３への通
信は行なわないので、“−”にて通信対象外であること
を示している。

【００２１】なお、上記テーブルは一つのネットワーク
に接続する通信ノードの最大個数分の状態を格納でき
る。本実施の形態では、テーブル上に通信相手を示す番
号が１〜２５５まで用意されている。また、接続されて
いない通信ノードの番号の箇所には、“−”（通信対象
外）が示されているものとする。

【００２２】以下(1) 〜(5) に、当該分散型通信制御シ
ステムの動作手順を説明する。 (1) 各通信ノードは、１回目の通信では二重化された通
信経路の一方の系を使用する。次の２回目の通信では、
他方の系を使用する。以降同様に、通信を行なう毎に経
路を切り替える。 (2) 各通信ノードの制御回路１２は、いずれかの経路で
通信を行なおうとした際、通信が正常に行なえなかった
場合、図２に示したテーブルにおける通信相手の成否状
態を“否”にする。そして、正常に通信可能な“成”の
状態の経路のみを使用して、以降の通信を継続する。

【００２３】2-1) 制御回路１２は、前回と異なる通信
経路が通信可能か否か、図２のテーブルを調べる。すな
わち、図２における通信系（Ａ系またはＢ系）の通信相
手の番号に対応する通信成否状態を調べる。

【００２４】2-2) 上記 2-1) において通信可能な状態
であれば（“○”が付いている）、前記異なる通信経路
にて送信を行なう。例えば、前回がＡ系にて送信を行な
った場合、今回はＢ系にて送信を行なう。Ｂ系にて送信
するデータは、制御回路１２から通信回路１１へ渡され
て送信される。一方、通信可能な状態でなければ
（“×”または“−”が付いている）、前回と同じ系に
て送信する。 (3) 各通信ノードの制御回路１２は、各経路で“否”の
状態の通信相手に対し、所定時間毎に通信機能が回復し
たか否かを確認するために、“否”（“×”）の状態の
経路にて通信を試みる。この結果、通信が成功すれば状
態を“成”（“○”）に戻し、以後の通信では二重化さ
れた経路を前述したように交互に使用して通信する。通
信が成功しなければ、通信機能は回復しておらず状態は
変更されていないので、“否”の経路は使用しない。

【００２５】このように制御回路１２は、一定周期（例
えば１秒）毎に図２のテーブルを調べ、“×”印の付い
ている箇所を探し、通信が正常状態（通信可能な状態）
に復旧しているか否かをテストする。

【００２６】3-1) 送信が行なわれた場合、通信回路に
より通信が失敗したかあるいは成功したかが判定され、
その結果が制御回路１２へ送られる。制御回路１２で
は、通信が失敗した場合には上記テーブルの該当する欄
に“×”の状態を記録する。

【００２７】3-2) また、制御回路１２は上記テーブル
を調べ、“×”の状態の箇所を調べ、“×”が付いてい
る相手の番号と通信経路を取り出す。“×”の状態が見
つかれば下記3-3)を実行し、見つからなければ下記3-3)
は実行しない。

【００２８】3-3) 制御回路１２は、“×”状態の相手
番号と通信経路の組み合わせにて送信を試みる。送信が
成功した場合、制御回路１２は上記テーブルの該当欄を
“○”に更新し、通信が失敗した場合“○”に更新しな
い。なお、毎周期毎に“×”状態の通信を全部確認する
と通信処理の負荷が高くなる可能性があるので、１周期
に一つずつ順々にチェックすることで負荷を分散させ
る。このように、上記テーブルは制御のために必要な通
信を兼ねて更新されるので、異常検知のためにテスト通
信を行なうような場合に比べ、通信に関わる負荷を上げ
ずに済む。 (4) 各制御装置３は、上記(1) から(3) の方法で常時更
新している通信状態成否テーブルをオペレータステーシ
ョン１に送信する。一方、制御装置３は入出力データを
入出力装置４または他の制御装置３との通信により授受
する。したがって、どの入出力装置４も必ずいずれかの
制御装置３と通信を行なうので、オペレータステーショ
ン１に送信されたテーブルには、全通信ノードの通信状
態が反映されることになる。

【００２９】各制御装置３は、以上のようにして更新さ
れるテーブルを定期的に、例えば０．５秒毎にオペレー
タステーション１へ送信する。制御装置３は、全ノード
数に比べれば数個程度と少ないので、前記テーブルを送
信することでネットワークのトラフィックを大きく上げ
ずに済む。オペレータステーション１は、受信したテー
ブルを後述する図３に示すようにマトリックス状に表示
する。 (5) オペレータステーション１では、各制御装置３から
受信した通信状態成否テーブルを図示しない表示装置に
マトリックス状に表示する。このように、全通信ノード
と各制御装置３との通信状態の対応がマトリックス状で
表示されるので、通信異常のあった箇所を運転員に的確
に提示することができる。

【００３０】図３は、通信状態の表示例を示す図であ
る。図３において、「ＣＰＵ」は制御装置３を示し、
「Ｉ／Ｏ」は入出力装置４を示している。横軸方向に制
御装置、縦軸方向に全ての制御装置をおき、対応する通
信状態を表示する。上記通信成否状態テーブルのステー
タスが“○”であれば、運転員に分かり易いよう“Ｏ
Ｋ”と表示し、“×”の場合“ＥＲＲ（ＥＲＲＯ
Ｒ）”、“−”の場合“−”を表示する。「ネット番
号」はネットワークに付く識別番号、「ホスト番号」は
各通信ノードに付く識別番号である。

【００３１】ネットワーク上の全通信ノードは、必ずい
ずれかの制御装置３と通信する（いずれかの制御装置３
と通信しなければ、全く使用していないことになる）。
したがって、横軸方向にステータスを調べ、一つでも
“ＥＲＲＯＲ”があれば通信異常があることを「通信状
態」欄に表示する。Ａ系、Ｂ系とも“ＥＲＲＯＲ”にな
るところがある通信ノードは、通信系ではなく通信ノー
ド自体が異常である可能性があるため、「カード状態」
の欄に“異常”を表示する。運転員は、このマトリック
ス表を見て、異常な通信ノードがあるか否か、通信系の
どの部分に不具合が発生しているか知ることができる。

【００３２】例えば、制御装置３が０．５秒で通信する
とすれば、上記テーブルは０．５秒周期で更新されるこ
とになる。さらに、０．５秒周期でオペレータステーシ
ョン１に送信するとすれば、故障検知表示は１秒程度で
可能であり、従来のテスト通信を間引きしながら検知す
る方法に比べて何倍もの差が出るのは明白である。

【００３３】以上のように本実施の形態に示された分散
型通信制御システムは、ネットワークにより複数の制御
装置３が結合され、制御に必要なデータをネットワーク
通信で交換して制御を行ない、ネットワーク上のオペレ
ータステーション（監視端末）１で機械やプラントの状
態を監視する分散型通信制御システムであり、通信のハ
ードウェアを二重化し、通信を行なう各制御装置３が通
信を行なう毎に、二重化された通信経路を交互に使用す
る通信方式とする場合に、単一の故障が発生した場合に
故障の有無を迅速に検知し、運転員に通信の不具合箇所
を表示することを特徴とした高信頼性制御システムであ
る。

【００３４】各制御装置３は、二重化された各経路での
通信相手の制御装置との通信成否状態を示すテーブルを
有し、通信が正常に行なえなかった場合、各制御装置３
は通信相手の成否状態を否にする。そして正常に通信可
能な成状態の経路のみを使用して、以後の通信を継続す
る。

【００３５】まず各制御装置３は、オペレータステーシ
ョン１に前記通信成否状態のテーブルを定期的に正常な
通信経路を使って送信する。オペレータステーション１
は、各制御装置３から送られてくる通信成否状態のテー
ブルを通信相手（制御装置３）とのマトリックス表にし
て表示するとともに、前記マトリックスから通信に不具
合が出ていると判断される箇所を運転員に提示する。

【００３６】各制御装置３は、各経路で否の状態の通信
相手に対し、所定時間毎に通信機能が回復したかを確認
するために否の経路での通信を試みる。この結果、通信
が成功すれば状態を成に戻し、以後の通信では二重化さ
れた経路を交互に使用して通信する。

【００３７】なお、本発明は上記実施の形態のみに限定
されず、要旨を変更しない範囲で適時変形して実施でき
る。上記実施の形態では、トークンパッシング方式の通
信を例に示したが、本発明はこの方式に限らず適用でき
る。また、本発明は原子力、火力、化学以外の分野での
分散型制御装置にも適用可能である。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、余分な通信負荷をかけ
ず、通信異常を容易にかつ速やかに検知できる分散型通
信制御システム及び分散型通信制御方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る各通信ノードに共通
な内部構成を示す図。

【図２】本発明の実施の形態に係る通信状態成否テーブ
ルを示す図。

【図３】本発明の実施の形態に係る通信状態の表示例を
示す図。

【図４】本発明の実施の形態及び従来例に係る分散型通
信制御システムのネットワーク構成を示す図。

【符号の説明】

１…オペレータステーション（監視装置、通信ノード） ２Ａ…通信経路（Ａ系） ２Ｂ…通信経路（Ｂ系） ３…制御装置（通信ノード） ４…入出力装置（通信ノード） １０…通信回路（Ａ系用） １１…通信回路（Ｂ系用） １２…制御回路 １３…コンピュータバス

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の制御装置と少なくとも一つのオペレ
   ータステーションが接続されたネットワークにおけるデ
   ータの通信を制御する分散型通信制御システムにおい
   て、 前記各制御装置は、 二重化された通信経路上の通信相手である各制御装置と
   の通信成否状態を各通信経路毎に示したテーブルと、 前記テーブルにおいて否の状態の通信相手に対し、所定
   時間毎に通信機能が回復したか否かを確認するために、
   該当する通信経路にて通信を試みる手段と、 この手段にて通信機能の回復が確認された場合、前記テ
   ーブルの該当する箇所を成の状態に更新する手段と、 前記通信相手と通信を行なう際、前記テーブルにおいて
   成の状態である通信経路にて通信を行ない、かつ前記二
   重化された通信経路の双方が成の状態である場合、前記
   二重化された通信経路を交互に使用して通信する手段
   と、を備え、 前記オペレータステーションは、前記各制御装置から受
   信した通信成否状態の情報を表示する手段を備えたこと
   を特徴とする分散型通信制御システム。
2. 【請求項２】複数の制御装置と少なくとも一つのオペレ
   ータステーションが接続されたネットワークにおけるデ
   ータの通信を制御する分散型通信制御方法において、 前記各制御装置は、 二重化された通信経路上の通信相手である各制御装置と
   の通信成否状態を各通信経路毎に示したテーブルにおい
   て否の状態の通信相手に対し、所定時間毎に通信機能が
   回復したか否かを確認するために、該当する通信経路に
   て通信を試み、 通信機能の回復が確認された場合、前記テーブルの該当
   する箇所を成の状態に更新し、 前記通信相手と通信を行なう際、前記テーブルにおいて
   成の状態である通信経路にて通信を行ない、かつ前記二
   重化された通信経路の双方が成の状態である場合、前記
   二重化された通信経路を交互に使用して通信を行ない、 前記オペレータステーションは、前記各制御装置から受
   信した通信成否状態の情報を表示することを特徴とする
   分散型通信制御方法。