JP2017120960A - 通信経路異常監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プラント制御システムにおいて、通信経路の異常を判別する際、異常が送信経路によるものか受信経路によるものかを区別することができる通信経路異常監視装置を提供する。【解決手段】プラント制御システムを、親局１と追加の子局６、または親局と待機側親局のマルチマスタ構成とし、子局６または待機側親局が主導して、経路監視用の特定フレームを定期的に親局１に対して送信する。親局１は、子局６から一定周期で特定のフレームの受信が継続することにより、受信経路３の健全性を確認する。【選択図】図１

Description

この発明は、ＩＯバスを用いたプラント制御システムにおいて、ライブチェックフレームなど特定のフレームを用いることで通信経路の監視を行う装置に関するものである。

従来のＩＯバスの通信経路の監視は、親局からの通信に対し、子局の応答がない場合で、かつ、子局が故障している場合において動作可能な回線異常検出回路の応答がない場合、通信経路が故障していると判断していた（例えば、特許文献１参照）。

特開昭６０−１２０６３４号公報

従来の、親局の通信に対する子局の応答の有無により通信経路の異常を判別する方法では、通信経路における送受信経路の異常を、送信経路と受信経路とに分けて判断せず、送信経路と受信経路が、互いに同一のものとして取り扱っており、送信経路の異常か受信経路の異常かを区別して判断することができないという問題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、監視機能を強化して、異常があった場合において、その異常が送信経路によるものか受信経路によるものかを区別し、どちらの異常であるかを区別して判断することができる監視装置を得ることを目的とする。

本発明に係る通信経路異常監視装置は、
親局と子局の間に特定のフレームを含むデータを送受信することにより、プラント制御システムにおける通信経路の異常の有無を監視する通信経路異常監視装置であって、
前記親局と前記子局の間のデータの送信経路と受信経路が異なる経路で接続されているとともに、
前記子局は、前記親局に特定のフレームを送信することにより、
前記通信経路に異常が発生した場合に、前記送信経路と前記受信経路のうち、いずれの異常であるかを特定することを特徴とする。

親局の通信に対する子局の応答の有無により通信経路の異常を判別する際、その異常が送信経路によるものか受信経路によるものかを区別することができる通信経路異常監視装置を提供することが可能となる。また、このことによりプラント制御システムの監視機能を向上させることができる。

この発明の実施の形態１に係る通信経路異常監視装置とその一監視例を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る親局の経路監視部の動作をフローチャートで示した図である。 この発明の実施の形態２に係る通信経路異常監視装置とその一監視例を示す図である。 この発明の実施の形態２に係る親局の経路監視部の動作をフローチャートで示した図である。 この発明の実施の形態３に係る通信経路異常監視装置とその一監視例を示す図である。 この発明の実施の形態３に係る親局の経路監視部の動作をフローチャートで示した図である。 この発明の実施の形態４に係る通信経路異常監視装置とその一監視例を示す図である。

実施の形態１．
この発明は光ケーブルと光変換器を含む一般的なＩＯバスを用いたプラント制御システムにおいて、経路監視用の特定のフレームを送受信するデータ伝送装置(親局または子局)を有し、それを用いて送信経路の異常検出を実現する通信経路異常監視装置に関するものである。以下、この発明に係る実施の形態１の通信経路異常監視装置について、図１に基づいて詳しく説明する。

図１は、親局１と子局６、７１〜７ｎがＩＯバスにより接続されたプラント制御システムのモデル図である。この図において、親局１、子局６は、それぞれ経路監視部１ａ、６ａを有している。またＩＯバスは、光変換器２、５を介して送信経路４と受信経路３の通信経路に分かれて配置されている。

次に動作について図１、図２を用いて説明する。ここで、図２は、実施の形態１の親局１の経路監視部１ａの動作を説明するためのフローチャートである。
通常、親局１は送信経路４を介し、子局７１〜７ｎに対して特定のフレームを順に送る通信を行う。子局７１〜７ｎは、親局からのこの通信に対して、受信経路３（すなわち受信経路３は親局１からみた場合の「受信経路」であり、子局からみれば送信の経路となる）を介して応答データを送信する。一方、子局６の経路監視部６ａは、親局１の経路監視部１ａに対して一定周期で特定のフレームを、通常、送信している。

ここで、親局１の経路監視部１ａは、図２に示すフローチャートに従って動作する。すなわち、送信経路４に異常が発生した場合（この状態を記号×で図１中に示す）、子局７１〜７ｎは親局１からの通信を受信できないため、親局１に対して受信経路３を介して応答データを送信することはない。

この結果、親局１は子局７１〜７ｎからの応答データを受取ることができない、すなわち、親局１は子局７１〜７ｎと通信ができなくなり通信経路の異常を検出する。一方で、親局１は、子局６から一定周期で特定のフレームの受信が継続することから、受信経路３の健全性が確認できる。これらの結果、送信経路４の異常を検出できる。

また、受信経路３に異常が発生した場合には、親局１は子局７１〜７ｎと通信ができなくなり、通信経路の異常を検出する。さらに、親局１は子局６から特定のフレームの受信も継続できなくなる。これらのことから、親局１は受信経路３の異常を検出できる。

以上説明したように、実施の形態１では、子局６が自発的に特定のフレームの送信を行うことで、送信経路と受信経路のうち、どちらの異常か判別することができ、プラント制御システムの監視機能を向上させることができることがわかる。

実施の形態２．
以下、本発明の実施の形態２の通信経路異常監視装置について、図３を用いて説明する。図３は、２系統の親局である親局１と親局１１を備えた通信経路異常監視装置である。すなわち、本実施の形態２の通信経路異常監視装置は、制御系の親局である親局１と、待機系の親局である親局１１の２種類の親局、および子局７１〜７ｎを有している。言い換えると、本実施の形態２の通信経路異常監視装置は、２系統の親局１、１１が、それぞれ受信経路と送信経路を備えた２つの光交換器を介して、子局７１〜７ｎとＩＯバスにより接続されたプラント制御システムに用いられる通信経路異常監視装置である。なお、実施の形態１における親局は、本実施の形態２の制御系の親局に相当する。

また、本実施の形態２の制御系の親局１、および待機系の親局１１は、それぞれ経路監視部１ａ、１１ａを有している。また、ＩＯバスは、制御系では、光変換器２、５を介して送信経路４と受信経路３の２つの通信経路に分かれて接続されており、待機系では、光変換器２１、５１を介して、送信経路４１と受信経路３１の２つの通信経路に分かれて接続されている。

次に、本実施の形態２に係る通信経路異常監視装置の動作について、図３、図４を用いて説明する。図４は、実施の形態２の制御系の親局１の経路監視部１ａの動作を示すフローチャートである。

通常、制御系の親局１は、送信経路４を介し、子局７１〜７ｎに対して順に通信を行う。子局７１〜７ｎは、制御系の親局１の通信に対して、２つの受信経路３、３１を介して応答データを、制御系の親局１と待機系の親局１１に送信する。
この場合において、待機系の親局１１は、制御系の親局１の経路監視部１ａに対して一定周期で特定のフレームを送信する。そして、制御系の親局１の経路監視部１ａは、図４に示すフローチャートに示すように動作する。

そこで、次に、図４の内容を、以下、図３を参照しつつ説明する。
通常、制御系の親局１は送信経路４を介し、子局７１〜７ｎに対して特定のフレームを順に送る通信を行う。子局７１〜７ｎは親局からのこの通信に対して、受信経路３（すなわち受信経路３は親局１からみた場合の「受信経路」であり、子局からは送信経路となる）を介して順に応答データを送信する。

制御系の親局１は、制御系の送信経路４に異常が発生していない場合、子局７１〜７ｎのいずれにも異常がなければ、子局７１〜７ｎから一定周期で特定のフレームの受信が継続することから、受信経路３を介して特定のフレームの受信ができる。すなわち、「受信あり」がＹＥＳとなる（ＳＴＥＰ１参照）。そこでＳＴＥＰ１が「ＹＥＳ」の場合には、次のステップであるＳＴＥＰ２に進む。

ＳＴＥＰ２においては、制御系の親局１と子局７１〜７ｎとの通信異常が検出されたか否かが判断される。制御系の親局１に子局７１〜７ｎからの受信がない場合、すなわち、子局との通信異常の検出があれば、制御系の送信経路に異常があるという判断になる。なぜなら、上述のように、通常、親局１は送信経路４を介し、子局７１〜７ｎに対して特定のフレームを順に送り、子局７１〜７ｎは親局からのこの通信に対して、受信経路３を介して応答データを送るが、ＳＴＥＰ１で子局自体には異常がなかったからである。また、一方、子局との通信異常の検出がなければ（この場合、制御系の送信経路に異常はない）、次のＳＴＥＰ３に進む。

ＳＴＥＰ３では、待機系の親局１１と子局７１〜７ｎとの通信異常が検出されたか否かが判断される。待機系の親局１１に子局７１〜７ｎからの受信がない場合には、待機系の受信経路に異常があると判断される。すなわち、制御系の親局１では、ＳＴＥＰ２により、子局７１〜７ｎとの通信異常が検出されていないため、子局７１〜７ｎには異常はなく、特定のフレームは、子局７１〜７ｎから、２種類の親局１、１１に送られていると判断できる。このような状況下で、ＳＴＥＰ３に示すような待機系の親局１１で子局との通信異常があるということは、待機系の受信回路に異常があることを示している。

次に、ＳＴＥＰ４について説明する。ＳＴＥＰ４では、制御系の親局１は、子局７１〜７ｎからの受信がない場合において、さらに、子局との通信異常検出の有無が判断される。
この場合において、子局との通信異常の検出がない（ＳＴＥＰ４の判断が「ＮＯ」の場合）についてまず説明する。
この場合には、制御系での親局と子局の間での通信異常はないということであり、しかもＳＴＥＰ２の前のＳＴＥＰ１で、特定フレームの受信がないという前提があることから、待機系の親局からの特定フレームの受信ができていないという状況であることが判る。一方で上記のように、待機系の親局１１は、制御系の親局１の経路監視部１ａに対して一定周期で特定のフレームを送信しているので、この特定のフレームを受信できていないということは、待機系の送信経路に異常があるという結論になる（この状態を図３に、符号４１で表した待機系の送信回路中に記号×で示す）。
次に、子局との通信異常の検出がある場合（ＳＴＥＰ４の判断が「ＹＥＳ」の場合）について説明する。この場合においては、子局自体、あるいは制御系の送信経路あるいは受信経路のいずれかの問題があると考えられるが、ＳＴＥＰ１での特定フレームの受信がないという前提での子局との通信異常の検出がある場合であり、ＳＴＥＰ２との対比で、子局の異常はなく、また制御系の送信回路に異常がないと考えられることから、制御系の受信経路に異常があると考えられる。

以上のように、実施の形態２に示す通信経路異常監視装置では、２系統の親局１、１１を有するプラント制御システムにおいて、送信経路と受信経路の異常を分けて検出できることから、プラント制御システムの監視機能を向上させることができることがわかる。

実施の形態３．
次に、本実施の形態３のプラント制御システムにおける通信経路異常監視装置について、図５を用いて説明する。本実施の形態３の通信経路異常監視装置は、実施の形態２の通信経路異常監視装置では備わっていた光変換器２、２１を備えていない点において、実施の形態２の通信経路異常監視装置とは異なる構成となっている。親局側の装置に光モジュールを組み込むことで、光変換器の機能を代替することができるが、その場合も本通信経路異常監視の方式により通信経路の異常検出ができるため、実施の形態２の場合と同様の効果を奏する。

次に動作について図５、図６を用いて説明する。図６は、実施の形態３の親局１１の経路監視部１１ａの動作を示すフローチャートである。

通常、親局１は送信経路４を介し、子局７１〜７ｎに対して順に通信を行う。子局７１〜７ｎは、親局１の通信に対し、受信経路３、３１を介して、応答データをそれぞれ親局１と親局１１に送信する。親局１１は親局１の経路監視部１ａに対して一定周期で特定のフレームを送信し、親局１は、親局１１に特定のフレームに対する応答フレームを送信する。その際、応答フレームに、実施の形態２で示した親局１の経路監視の結果を付加する（図２他参照）。一方、親局１１の経路監視部１１ａは、図６に示すフローチャートに従って動作する。

そこで、次に、図６を用いて親局１１の経路監視部１１ａの動作を説明する。
親局１１の経路監視部１１ａは、親局１から送信されてくる応答フレームを待ち、この応答フレームを受信しかた否かで待機側の送信経路異常を判断する。すなわち、経路監視部１１ａが受信した応答フレームは、親局１１が親局１の経路監視部１ａに対して一定周期で送信した特定のフレームに対する応答であるから、この応答フレームを受信した場合とは、親局１の経路監視部１ａに親局１１から送信した特定のフレームが届いているということである。この場合、親局１の経路監視部１ａは、親局１の経路監視の結果を付加して親局１１に送信するので、制御系の経路監視結果も加味されている。従って、この加味された制御系の経路監視結果を前提にして、待機側の送信経路に異常があるかないかを判断することが可能となる。具体的には、親局１１が送信した特定のフレームが、親局１に到達したかどうかの情報を、親局１から親局１１への特定のフレームに付加することで、この判断が可能となる。

以上説明したように、実施の形態３では、複数の親局を有するプラント制御システムにおいて、通常、送信動作を実施しない待機系の親局の送信経路の異常を検出することができ、プラント制御システムの監視機能を向上させることができる。

実施の形態４．
本発明の実施の形態４は、実施の形態１、２の親局側の光変換器の機能（親局の電圧信号を光信号に変換する機能）を親局にて実現する場合の一例を示す（例えば図７参照）。
この形態を実現するためには、親局側に電圧信号を光信号に変換する素子を組込む必要がある。なお、親局側と子局側の両方の光変換器をなくすと、光信号を用いた長距離伝送ができなくなるため、両方の光変換器をなくすことはできない。

実施の形態４では、光変換器の機能を親局１１１にて実現するため、受信経路の異常を子局との通信なしに検出することができ、子局との通信時間がなくなるため、その分、通信速度が上がるなど、プラント制御システムの監視機能を向上させることができる。なお、実施の形態３においても、光変換器の機能を親局１、１１で実現している。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１、１１１ 親局（制御系の親局）、１ａ 親局（制御系の親局）の経路監視部、２、５、２１、５１ 光変換器、３ （制御系の）受信経路、４ （制御系の）送信経路、６ 経路監視部をもつ子局、６ａ 経路監視部をもつ子局の経路監視部、７１、７ｎ 子局、１１ 親局（待機系の親局）、１１ａ 親局（待機系の親局）の経路監視部、３１ （待機系の）受信経路、４１ （待機系の）送信経路

Claims (5)

1. 親局と子局の間に特定のフレームを含むデータを送受信することにより、プラント制御システムにおける通信経路の異常の有無を監視する通信経路異常監視装置であって、
   前記親局と前記子局の間のデータの送信経路と受信経路が異なる経路で接続されているとともに、
   前記子局は、前記親局に特定のフレームを送信することにより、
   前記通信経路に異常が発生した場合に、前記送信経路と前記受信経路のうち、いずれの異常であるかを特定することを特徴とする通信経路異常監視装置。
2. 親局と子局の間に特定のフレームを含むデータを送受信することにより、プラント制御システムにおける通信経路の異常の有無を監視する通信経路異常監視装置であって、
   前記親局と前記子局の間のデータの送信経路と受信経路が異なる経路で接続されているとともに、
   前記親局と前記子局を一組の構成要素として各々含む、第１の系と第２の系とを有する二重系を構成し、
   前記第２の系の親局は、前記第１の系の親局に特定のフレームを送信することにより、
   前記通信経路に異常が発生した場合に、前記第１の系の親局を用いて、各送信経路と各受信経路のうち、いずれの異常であるかを特定することを特徴とする通信経路異常監視装置。
3. 前記第２の系は、前記第１の系の親局と前記第２の系の親局間で特定のフレームを送受信する場合にのみ送信動作し、通常の場合には送信動作をしないものであって、
   前記第１の系の親局と前記第２の系の親局間で特定のフレームを送受信し、この特定のフレームを用いて、前記第２の系にて前記送信経路の異常を特定することを特徴とする請求項２に記載の通信経路異常監視装置。
4. 前記送信経路と前記受信経路を介して前記親局に接続され、前記親局の電圧データを光信号に変換する光変換器を備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の通信経路異常監視装置。
5. 特定のフレームの送信および受信が可能な親局および子局を備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の通信経路異常監視装置。

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