| 【発明の名称】 |
二重化通信モジュール装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】水島 冬樹
【住所又は居所】東京都武蔵野市中町２丁目９番３２号 横河電機株式会社内
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| 【要約】 |
【課題】フィールドバス通信制御の冗長化を目的とした通信モジュールの二重化環境において、通信モジュールのフィールドバスへのコネクタ抜けで発生する、通信モジュール相互間の制御権競合による障害を防止した二重化通信モジュール装置を実現する。
【解決手段】フィールドバスに接続される複数のフィールド機器の内、上位装置との通信を行う通信モジュールを二重化し、一方に前記フィールドバスのセグメント管理権を持たせた二重化通信モジュール装置において、前記通信モジュールと前記フィールドバスを接続するコネクタの接続状態を監視するコネクタ抜け検出手段と、コネクタ抜けが検出された場合に、自己の前記上位装置との通信機能を停止させる通信制御手段とを具備する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】フィールドバスに接続される複数のフィールド機器の内、上位装置との通信を行う通信モジュールを二重化し、一方に前記フィールドバスのセグメント管理権を持たせた二重化通信モジュール装置において、前記通信モジュールと前記フィールドバスを接続するコネクタの接続状態を監視するコネクタ抜け検出手段と、コネクタ抜けが検出された場合に、自己の前記上位装置との通信機能を停止させる通信制御手段と、を具備する二重化通信モジュール装置。
【請求項２】前記フィールドバスが、ＦＦＨ１規格であることを特徴とする請求項１記載の二重化通信モジュール装置。
【請求項３】前記二重化した通信モジュールは、セグメント管理機能を有するリンクマスタ機器であり、その一方が実際にセグメント管理動作を行うリンクアクティブスケジューラ機器として選定されていることを特徴とする、請求項２記載の二重化通信モジュール装置。
【請求項４】コネクタ抜けが検出された通信モジュールがリンクアクティブスケジューラ機器であった場合には待機側の通信モジュールがリンクアクティブスケジューラ機器に切り替えられることを特徴とする、請求項３記載の二重化通信モジュール装置。
【請求項５】コネクタ抜けにより上位装置との通信が停止した通信モジュールが正常に前記フィールドバスに復帰接続された場合には、この通信モジュールは未初期化リンクマスタ機器とみなされて、現在リンクアクティブスケジューラ機器となっている通信モジュール側より初期化されることを特徴とする、請求項３記載の二重化通信モジュール装置。
【請求項６】前記フィールドバスに重畳される直流電源電圧を監視することにより、前記通信モジュールと前記フィールドバスを接続するコネクタ抜けを検出することを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載の二重化通信モジュール装置。
【請求項７】前記上位装置が分散型制御装置におけるフィールドコントロールステーションであることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれかに記載の二重化通信モジュール装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、分散型制御装置等におけるフィールドバスに接続される複数のフィールド機器の内、上位装置との通信を行う通信モジュールを二重化し、一方に前記フィールドバスのセグメント管理権を持たせた二重化通信モジュール装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図３の機能ブロック図により、分散型制御装置の一般的な階層構成を説明する。１は上位装置であるヒューマンインターフェイスステーション（ＨＩＳ）であり、上位の制御バス２に接続されている。３は制御バス２を介してＨＩＳ１と通信するフィールドコントロールステーション（ＦＣＳ）、４はＦＣＳ３が制御を担当する機器と通信するＩ／Ｏバス、５はこのＩ／Ｏバスに複数接続されるノードである。
【０００３】６はフィールドバス分岐端子台であり、一般機能を有するフィールド機器（プロセスのセンサ、操作端等）７及び二重化された通信モジュール８１、８２が接続されている。これら通信モジュールはノード５に実装されており、フィールド機器７とＦＣＳとの通信を中継する。
【０００４】８１ａ及び８１ｂは、通信モジュール８１とフィールドバス分岐端子台６を結合するケーブル両端のコネクタ、８２ａ及び８２ｂは、通信モジュール８２とフィールドバス分岐端子台６を結合するケーブル両端のコネクタである。
【０００５】以下、フィールドバスとして、標準的な規格として普及しているＦＦ（Foundation Fieldbus）Ｈ１を適用した場合について説明する。ＦＦ−Ｈ１フィールドバス仕様では、セグメント管理機能を有するリンクマスタ機器（Link Master：以下ＬＭ）間での調停により、その内の１台のみが唯一実際にセグメント管理動作を行う。この機器をリンクアクティブスケジューラ（Link Active Scheduler：以下ＬＡＳ)と呼ぶ。一方、管理機能を持たない機器はＬＭ機器に対してＢａｓｉｃ機器と呼ぶ。
【０００６】図４は、フィールド機器の機能分担を示す説明図であり、フィールド機器はＬＭ機能を持たないＢａｓｉｃ機器群と、ＬＭ機能を持つＬＭ機器群に２分され、ＬＭ機器の中の唯一がＬＡＳ機器として機能している。通信モジュールを二重化するにあたり、同一セグメント上の２個の通信モジュール８１、８２の夫々には、ＬＭ機能が搭載されており、通信モジュール８１がＬＡＳに選定されている場合は、通信モジュール８２はＬＭ機器として機能する。
【０００７】ＬＡＳが管理しているセグメントに新たな機器（ＬＭ機器、Ｂａｓｉｃ機器とも)が接続された場合、新規接続機器は、既存のＬＡＳから初期化立ち上げ制御によりセグメントへの参加処理が行われる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】図５は、通信モジュールのコネクタ抜けが発生した場合の問題点を説明する遷移図である。（Ａ）は、通常状態であり、ＦＦ−Ｈ１フィールドバスセグメント６に接続された通信モジュール８１がＬＡＳとして機能し、通信モジュール８２及びＢａｓｉｃ機器群７のグループＳを管理している。
【０００９】ここで（Ｂ）に示すように、ＬＡＳとして動作中の通信モジュール８１側のコネクタが抜けると、セグメントとしては一時的にＬＡＳつまり管理者不在の状態になる。ＬＡＳ不在を検出したＬＭ機器であるもう一方の通信モジュール８２は、（Ｃ）に示すように、ＦＦ−Ｈ１仕様に従い新たなＬＡＳとなり、セグメント管理を継承する。
【００１０】コネクタを切り離された元ＬＡＳである通信モジュール８１は、上位のＦＣＳ３との通信機能は機能しており、フィールド機器が存在しないセグメント上でＬＡＳとして動作を継続している。従ってこの時点で、別々の独立したセグメント上に２台のＬＡＳが存在することと等価になる。
【００１１】この状態から外れたコネクタが再接続されると、（Ｄ）に示すように、その瞬間に今度は逆に１つのセグメント上に２台のＬＡＳが共存することになる。ＦＦ−Ｈ１仕様では同一セグメント上に同時に２台のＬＡＳが存在する状態はバス制御を正常に行えない異常状態であり、以下の障害が発生する。
【００１２】（１） 接続直後に不正フレーム検出によるバスリセットが発生してしまう（Live Listがリセット状態となる）。この結果、本来正常なセグメント上のフィールド機器が、停止したように見える。
（２） 競合によって機器なし側の元ＬＡＳがＬＡＳとなった場合、セグメントの機器の存在を表すLive Listがリセットする。この結果、本来正常なセグメント上のフィールド機器が、停止したように見える。更にセグメント上の共通時刻情報(Data Link時刻)が急変し、機器内の制御動作が乱れる。
【００１３】これらのバス上通信の乱れにより、フィールドバス通信制御はもとより、フィールド機器とのデータ入出力が一時的に行えなくなったり、入出力値が異常になるなど、アプリケーションとしてのプロセス制御への悪影響が発生する。
【００１４】本発明の目的は、フィールドバス通信制御の冗長化を目的とした通信モジュールの二重化環境において、通信モジュールのフィールドバスへのコネクタ抜けで発生する、通信モジュール相互間の制御権競合による障害を防止した二重化通信モジュール装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載発明の特徴は、分散型制御装置におけるフィールドバスに接続される複数のフィールド機器の内、上位装置との通信を行う通信モジュールを二重化し、一方に前記フィールドバスのセグメント管理権を持たせた二重化通信モジュール装置において、前記通信モジュールと前記フィールドバスを接続するコネクタの接続状態を監視するコネクタ抜け検出手段と、コネクタ抜けが検出された場合に、自己の前記上位装置との通信機能を停止させる通信制御手段と、を具備する点にある。
【００１５】請求項２記載発明の特徴は、前記フィールドバスが、ＦＦＨ１規格である点にある。
【００１６】請求項３記載発明の特徴は、前記二重化した通信モジュールは、セグメント管理機能を有するリンクマスタ機器であり、その一方が実際にセグメント管理動作を行うリンクアクティブスケジューラ機器として選定されていることを特徴とする点にある。
【００１７】請求項４記載発明の特徴は、コネクタ抜けが検出された通信モジュールがリンクアクティブスケジューラ機器であった場合には待機側の通信モジュールがリンクアクティブスケジューラ機器に切り替えられる点にある。
【００１８】請求項５記載発明の特徴は、コネクタ抜けにより上位装置との通信が停止した通信モジュールが正常に前記フィールドバスに復帰接続された場合には、この通信モジュールは未初期化リンクマスタ機器とみなされて、現在リンクアクティブスケジューラ機器となっている通信モジュール側より初期化される点にある。
【００１９】請求項６記載発明の特徴は、前記フィールドバスに重畳される直流電源電圧を監視することにより、前記通信モジュールと前記フィールドバスを接続するコネクタ抜けを検出する点にある。
【００２０】請求項７記載発明の特徴は、前記上位装置が分散型制御装置におけるフィールドコントロールステーションである点にある。
【００２１】
【発明の実施の形態】図５で説明したＬＡＳ同士の競合は、一旦セグメントから抜けた元ＬＡＳが「機器無し」と判断した状態のまま元のセグメントへ戻りフィールドバス制御を継続しようして、既に存在していた後継ＬＡＳとぶつかる点が問題の根本である。
【００２２】一方ＦＦ−Ｈ１仕様では、新規にセグメントに加入しようとする機器に対する初期化立ち上げ手順が規定されていて、一旦セグメントから抜けたＬＡＳが、未初期化のＬＭ機器として正規の手順に則って再びセグメントに参加すれば、この問題は発生しない。
【００２３】フィールドバス通信上は元ＬＡＳから見た場合、コネクタ抜けは単に他機器が一斉にフェイルした(不在となった)状態と等価であり、再度フェイルした機器が立ち上がって来た時に備えてＬＡＳ動作を継続する必要がある。つまり、全ての機器が不在となっただけでは、ＬＡＳ動作を停止させる条件とはならない。
【００２４】この点に着目した本発明のポイントは、通信モジュール内に「コネクタ抜け検出用手段」を追加し、この検出情報に基づきフィールドバス上の状態によらないフィールドバス通信機能の停止制御を行うことで、ＬＡＳ競合による障害を防ぐ点にある。
【００２５】以下本発明実施態様を、図面を用いて説明する。図１は本発明を適用した二重化通信モジュール装置の一例を示す機能ブロック図であり、図３の従来装置で説明した要素と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。
【００２６】通信モジュール８１において、９は通信制御部であり、データ入出力部９ａ及びＬＭ機能制御部９ｂよりなる。８１ｃはプロセス入出力インターフェイス部であり、通信制御部９と上位装置であるＦＣＳ３との入出力データ通信をインターフェイスする。
【００２７】１０はシステム電源装置であり、フィールド機器群７の電源とは独立してＦＣＳ３と通信モジュール８１に給電している。１１はフィールドバス６を形成する一対の導線６ａ、６ｂ間に接続された直流電源であり、Ｅは電源電圧で通常ＤＣ２０Ｖ程度に選定されている。
【００２８】フィールド機器群７は導線６ａ、６ｂ間に接続され、直流電源１１より給電され、プロセス入出力データ信号ｅ（通常は２Ｖｐ−ｐ）が直流電圧Ｅに重畳する。Ｗ１はＥに重畳するフィールドバス６上の入出力データ信号ｅの波形図である。
【００２９】８１ｄは、フィールドバス６と通信モジュールを結合するコネクタであり、図では抜けた状態を示している。このコネクタを介してフィールドバス信号は信号／電源分離装置１８ｅに導かれ、波形図Ｗ２に示す信号成分ｅが信号デコード／エンコード装置８１ｆに供給されると共に、波形図Ｗ３に示すＤＣ電圧分Ｅが電源検出判定装置８１ｇに供給される。
【００３０】信号デコード／エンコード装置８１ｆは、通信制御部９とプロセス入出力データにつき通信する。電源検出判定装置８１ｇはＷ３に示す電源電圧Ｅを監視し、所定の閾値Ｅｓとの比較で電源状態のＯＮ／ＯＦＦを判定する。８１ｈは入力フィルタであり、電源状態のＯＮ又はＯＦＦが所定時間（例えば１００ｍ秒）継続したらＯＮ又はＯＦＦを確定し、通信制御部９の機能を有効又は停止制御する。
【００３１】定常状態では、電源状態はＯＮであり、通信制御部９の機能は有効となり、通信モジュール８１がＬＡＳの場合には正常なＬＡＳ機能を行う。コネクタ抜けが発生すれば、電源状態はＯＦＦとなるので、通信制御部９の機能は停止し、通信モジュール８１はＬＡＳ機能を停止する。
【００３２】以後この通信モジュール８１は未初期化のＬＭ機器とみなされ、コネクタが接続復帰した際には、新規にセグメントに加入した機器とみなされ、現在ＬＡＳとして機能している機器側より、ＦＦ−Ｈ１規定による初期化立ち上げ手順に基づいて初期化され、ＬＭ機器としてセグメントに参加する。
【００３３】図２は、定常状態からＬＡＳのコネクタ抜き→挿し、復帰までの流れを説明する遷移図である。（Ａ）は、図５（Ａ）と同一の定常状態であり、ＦＦ−Ｈ１フィールドバスセグメント６に接続された通信モジュール８１がＬＡＳとして機能し、通信モジュール８２（ＬＭ機器でＬＡＳ待機状態）及びＢａｓｉｃ機器群７のグループＳを管理している。
【００３４】（Ｂ）は、ＬＡＳ側（通信モジュール８１）のコネクタ抜け状態を示す。フィールドバス側コネクタが抜かれると、残ったフィールドバスセグメント６上では一瞬ＬＡＳが不在となる。このＬＡＳ不在を検出したＬＭ機器(ＬＡＳ待機状態の通信モジュール８２)が新たにＬＡＳとなる。一方、コネクタを抜かれた方の元ＬＡＳ（通信モジュール８１）は、機器が全て不在となったのと同じ状態でＬＡＳ動作を継続しようとする。
【００３５】このとき、（Ｂ）´及び（Ｃ）に示すように、元ＬＡＳ側の通信モジュール８１では、コネクタ抜けの検出信号で通信制御部のフィールドバス通信機能が停止され、再度セグメントへコネクタが接続されるのを、コネクタ状態を監視しながら待つ待機状態となる。コネクタ接続の復帰確認が出来次第、フィールドバス通信機能の初期化が開始される。
【００３６】同時に、元待機側の通信モジュール８２がフィールドバスセグメント６上の新たなＬＡＳとしてフィールドバス通信管理機能を開始する、制御権交替が実行される。以後、他のフィールド機器向けの処理と同様に元ＬＡＳ側機器（通信モジュール８１）がコネクタ復帰で初期化処理待ちとなれば、通常のＬＡＳ機能の一環として初期化立ち上げ処理を実行する。
【００３７】（Ｄ）は元ＬＡＳ側（通信モジュール８１）コネクタが復帰再接続された状態を示しており、この状態ではフィールドバス通信を停止している通信モジュール８１側は応答していない。元ＬＡＳ側がコネクタ抜けからの復帰(つまり再接続)を検出すれば、フィールドバス通信を再開する。この際、セグメント上の新ＬＡＳ（通信モジュール８２）によるＢａｓｉｃＬＭ／共通の立ち上げ処理に従うため、ＬＡＳの競合は発生しない。
【００３８】通常のフィールド機器として立ち上がった元ＬＡＳ側通信モジュール８１は、フィールドバス仕様に従ってＬＡＳとしてのパラメータを新ＬＡＳ（通信モジュール８２）との間で等値化し、ＬＭ機器としての準備が完了する。ここで初めて、ＬＡＳとして動作可能な待機状態となる。
【００３９】以上説明した実施例では、コネクタ抜けの検出手段としてフィールドバス６に重畳する電源電圧を監視する例を示したが、コネクタの開放を直接検知するセンサ手段を用いることも可能である。
【００４０】本発明の適用対象は、実施例で説明した分散型制御装置に限定されることなく、上位装置と通信する通信モジュールの二重化装置で、制御権の競合による障害が発生するおそれのあるフィールドバスに有効に適用可能である。
【００４１】また、フィールドバスの規格として標準的なＦＦ−Ｈ１を実施例として説明したが、この規格に限定されることなく、上位装置と通信する通信モジュールの二重化で唯一が制御権を許可され、制御権の競合による障害が発生するおそれのあるフィールドバスに有効に適用可能である。
【００４２】
【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、本発明によれば、上位装置と通信する通信モジュールの二重化で唯一が制御権を許可され、制御権の競合による障害が発生するおそれのあるフィールドバスにＬＭ機器である通信モジュールの二重化時に、コネクタ抜け後の通信モジュールのセグメントへの再接続によってフィールドバス通信が乱れるおそれがなく、プロセスへの悪影響も発生しない。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６５０７
【氏名又は名称】横河電機株式会社
【住所又は居所】東京都武蔵野市中町２丁目９番３２号
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| 【出願日】 |
平成１３年１２月２６日（２００１．１２．２６） |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開２００３−１９５９０３（Ｐ２００３−１９５９０３Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年７月１１日（２００３．７．１１） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−３９３２１５（Ｐ２００１−３９３２１５） |
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