JP4998796B2 - バス通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、同一バス上に接続された複数の通信装置間でデータを送受信し合うバス通信方法に関する。

各種プラントにおいて、計装機器を制御する分散型制御システムと、プラントの安全を確保するための安全計装システムとを共通のバスに接続して構成された統合システムが使用されている。このような統合システムでは、分散型制御システムと安全計装システムの間で使用する通信データを共通化することも可能となる。

しかし、分散型制御システムと安全計装システムとは、その機能が異なるため、通信システムに対する要求も異なるものとなる。例えば、安全計装システムでは、一般的に分散型制御システムに比べて通信量は小さいものの、通信上の安全性確保の要求が強く、またシャットダウンなどの処理を迅速に実行するために高速通信が必要となる。

さらに、分散型制御システムと安全計装システム間の通信により、分散型制御システムおよび安全計装システム本来の処理が妨害されないような設計が求められる。
このため、データを高速かつ安全に送受信できる通信システムを構築する必要がある。

本発明の目的は、同一バス上に接続された複数の前記通信装置間で、データを高速かつ安全に送受信できるバス通信方法を提供することにある。

本発明のバス通信方法は、同一バス上に接続された、分散型制御システムを構成するフィールド制御ステーションおよび安全計装システムを構成する安全制御ステーションを含む複数の通信装置間でデータを送受信するバス通信方法において、個々の前記通信装置において、前記バスを介して、個々の通信装置に対応するそれぞれの専用領域を備えたデータを受信するとともに、当該データを、前記バスを介してブロードキャスト送信する処理を繰り返すことで、前記データをすべての前記通信装置間で共有化するステップと、前記個々の通信装置からの前記データの送信タイミングを制御するステップと、個々の前記通信装置において、前記データの前記受信後、当該データの前記ブロードキャスト送信前に、当該通信装置の前記専用領域についてのみ書き込みを実行するステップと、を備え、前記安全制御ステーションにおいて実行される、前記書き込みを実行するステップでは、前記専用領域のデータとして、演算に使用する演算データと、当該演算データに関する信頼性を診断するための診断データとを書き込み、前記フィールド制御ステーションにおいて実行される、前記書き込みを実行するステップでは、前記専用領域のデータとして、演算に使用する演算データのみを書き込み、当該演算データに関する信頼性を診断するための診断データを書き込まないことを特徴とする。
このバス通信方法によれば、バスを介して、個々の通信装置に対応するそれぞれの専用領域を備えたデータを受信するとともに、当該データを、バスを介してブロードキャスト送信する処理を繰り返すことで、データをすべての通信装置間で共有化するので、データを高速かつ安全に送受信できる。

前記診断データは、前記演算データに対応する誤り検出コードであってもよい。

前記診断データは、前記ブロードキャスト送信による前記データの送信時刻であってもよい。

前記専用領域の設定に関する、ユーザによる指定を受け付けるステップを備え、前記データには、前記指定を受け付けるステップによる前記指定が反映されてもよい。

前記専用領域に書き込まれるデータのデータ形式に関する、ユーザによる指定を受け付けるステップを備え、前記データには、前記指定を受け付けるステップによる前記指定が反映されてもよい。

前記安全制御ステーションは、前記フィールド制御ステーションがその専用領域に書き込んだ前記演算データに基づく演算を実行してもよい。

前記通信装置として、前記分散型制御システムを構成する監視操作ステーションが前記バス上に接続されてもよい。

本発明のバス通信方法によれば、バスを介して、個々の通信装置に対応するそれぞれの専用領域を備えたデータを受信するとともに、当該データを、バスを介してブロードキャスト送信する処理を繰り返すことで、データをすべての通信装置間で共有化するので、データを高速かつ安全に送受信できる。

本発明のバス通信方法によれば、バスを介して、個々の通信装置に対応するそれぞれの専用領域を備えたデータを受信するとともに、当該データを、バスを介してブロードキャスト送信する処理を繰り返すことで、データをすべての通信装置間で共有化するので、分散型制御システムおよび安全計測システムの間で、データを高速かつ安全に送受信できる。

以下、図１〜図５を参照して、本発明によるバス通信方法の実施形態について説明する。

図１（ａ）は、計装機器を制御する分散型制御システムと、プラントの安全を確保するための安全計装システムとを共通のバスに接続して構成された統合システムの構成例を示すブロック図である。

図１（ａ）に示すように、統合システムは、安全計装システムの安全制御ステーションＳＣＳ１，ＳＣＳ２，・・・，ＳＣＳ６４と、分散型制御システムのフィールド制御ステーションＦＣＳ１，ＦＣＳ２，・・・，ＦＣＳ６４と、が共通のバス５０に接続されて構成される。後述するように、安全制御ステーションＳＣＳ１，ＳＣＳ２，・・・，ＳＣＳ６４およびフィールド制御ステーションＦＣＳ１，ＦＣＳ２，・・・，ＦＣＳ６４は、本発明における通信装置として機能し、互いにバス５０を介してリンク伝送データを送受信する。

図１（ｂ）は、リンク伝送データのデータ構造を示す図である。

図１（ｂ）に示すように、リンク伝送データは、安全制御ステーションＳＣＳ１，ＳＣＳ２，・・・，ＳＣＳ６４およびフィールド制御ステーションＦＣＳ１，ＦＣＳ２，・・・，ＦＣＳ６４のそれぞれに対応する領域を有している。安全制御ステーションＳＣＳ１，ＳＣＳ２，・・・，ＳＣＳ６４およびフィールド制御ステーションＦＣＳ１，ＦＣＳ２，・・・，ＦＣＳ６４は、それぞれ自らのステーションに対応する領域についてのみデータの読み込み／書き込みが可能であり、他の領域については、データの読み込みのみが可能である。

リンク伝送データの領域と、ステーションとの対応関係は、ユーザが設定可能としてもよい。例えば、この対応関係を、エンジニアリング画面をインタフェースとしてユーザが自由に設定できるようにすることで、システムに柔軟性を与えることができる。

図２（ａ）は、各ステーションで書き込み可能なデータの内容を示す図である。

図２（ａ）に示すように、安全制御ステーションＳＣＳ１，ＳＣＳ２，・・・，ＳＣＳ６４は、自らの領域に演算データと、当該演算データに関する安全情報とを書き込む。例えば、各領域のサイズが３２バイトの場合には、前半１６バイトを演算データの領域とし、後半１６バイトを安全情報の領域とすることができる。安全情報は、安全制御ステーションＳＣＳ１，ＳＣＳ２，・・・，ＳＣＳ６４同士でリンク伝送データを送受信するときの通信診断に使用される。安全情報は、例えば、巡回冗長検査（ＣＲＣ）コードである。リンク伝送データを受信した安全制御ステーションにおいて、演算データとコードとを照合することで、通信診断を行う。また、安全情報として、リンク伝送データの送信時刻を書き込んでもよい。この場合には、送信時刻を受信時刻と対比することで、通信診断を行うことができる。

安全制御ステーションＳＣＳ１，ＳＣＳ２，・・・，ＳＣＳ６４からフィールド制御ステーションＦＣＳ１，ＦＣＳ２，・・・，ＦＣＳ６４に送信できる演算データは、例えば、１２８ビットのBOOL型データである。

一方、フィールド制御ステーションＦＣＳ１，ＦＣＳ２，・・・，ＦＣＳ６４は、自らの領域に演算データを書き込む。例えば、各領域のサイズが３２バイトの場合には、３２バイト分の全域が演算データのための領域として使用される。フィールド制御ステーションＦＣＳ１，ＦＣＳ２，・・・，ＦＣＳ６４から他の安全制御ステーションＳＣＳ１，ＳＣＳ２，・・・，ＳＣＳ６４およびフィールド制御ステーションＦＣＳ１，ＦＣＳ２，・・・，ＦＣＳ６４に送信できる演算データは、例えば、２５６ビットのBOOL型データである。安全制御ステーションＳＣＳ１，ＳＣＳ２，・・・，ＳＣＳ６４がフィールド制御ステーションＦＣＳ１，ＦＣＳ２，・・・，ＦＣＳ６４からデータを受け取った場合、その２５６ビットのBOOL型データを演算データとして使用できる。

図２（ｂ）は、リンク伝送データの送信タイミングを例示する図である。

図２（ｂ）の例では、安全制御ステーションＳＣＳ１，ＳＣＳ２，・・・，ＳＣＳ６４およびフィールド制御ステーションＦＣＳ１，ＦＣＳ２，・・・，ＦＣＳ６４から順次、バス５０に向けてリンク伝送データがブロードキャスト送信され、その送信周期は１００ミリ秒である。各ステーションから１００ミリ秒周期でリンク伝送データがブロードキャスト送信される。リンク伝送データを受信した各ステーションはロジックの処理に必要な演算データを他のステーションから受け取り、必要に応じて自身の演算結果を対応する領域に書き込んだうえで、リンク伝送データをブロードキャスト送信する。送信側のステーションは、自身のデータがどのステーションで使用されているかについての認識はない。各フィールド制御ステーションＦＣＳ１，ＦＣＳ２，・・・，ＦＣＳ６４は、自分の起動するタイミングでデータ受信するパッシブ型の通信形態をとる。

図３（ａ）は、安全制御ステーションＳＣＳ１，ＳＣＳ２，・・・，ＳＣＳ６４およびフィールド制御ステーションＦＣＳ１，ＦＣＳ２，・・・，ＦＣＳ６４の構成を示すブロック図である。

図３（ａ）に示すように、安全制御ステーションＳＣＳ１，ＳＣＳ２，・・・，ＳＣＳ６４は、リンク伝送データの送受信動作を制御するリンク伝送部１と、リンク伝送部１で受け取ったリンク伝送データを一時的に保存するバッファ２と、を備える。

安全制御ステーションＳＣＳ１，ＳＣＳ２，・・・，ＳＣＳ６４の安全制御タスク３は、実装されている安全ロジックに従って、受信したリンク伝送データのうち必要な領域の演算データを用いて演算を実行する。さらに必要に応じてリンク伝送データの自らの領域へのデータの書き込みを行った後、リンク伝送部１を介してリンク伝送データをブロードキャスト送信する。

リンク伝送部１は、リンク伝送データの送信タイミング（図２（ｂ））を制御する機能を有する。例えば、リンク伝送部１は、受信されたリンク伝送データの受信元を認識し、その受信元が所定のステーションであった場合に、自らのステーションからリンク伝送データを送信する順番が来たことを認識する。この場合には、リンク伝送データの受信元が連鎖的に移動するため、所定の順序で、各ステーションからリンク伝送データが順次、送信されることになる。なお、本発明において、リンク伝送データの送信タイミングを制御する手段は限定されない。

図３（ａ）に示すように、フィールド制御ステーションＦＣＳ１，ＦＣＳ２，・・・，ＦＣＳ６４は、リンク伝送データの送受信動作を制御するリンク伝送部１を備える。

フィールド制御ステーションＦＣＳ１，ＦＣＳ２，・・・，ＦＣＳ６４では、実装された制御ロジック４に従って、受信したリンク伝送データのうち必要な領域の演算データを用いて演算を実行する。さらに必要に応じてリンク伝送データの自らの領域へのデータの書き込みを行った後、リンク伝送部１を介してリンク伝送データをブロードキャスト送信する。

図３（ｂ）は、安全制御ステーションＳＣＳ１，ＳＣＳ２，・・・，ＳＣＳ６４の動作手順を示す図である。ただし、図３（ｂ）では、動作手順を安全制御ステーションＳＣＳ１によりすべての安全制御ステーションを代表して示している。

図３（ｂ）に示すように、安全制御ステーションＳＣＳ１，ＳＣＳ２，・・・，ＳＣＳ６４がリンク伝送部１を介してリンク伝送データを受信すると、そのリンク伝送データは一時的にバッファ２に保存される。図３（ｂ）に示すように、バッファ２は各ステーションに対応付けられたリンク伝送データの領域ごとに分かれており、安全制御ロジックの領域とも隔離されている。このため、他のステーションからデータを受信したとき、別のステーションのバッファや安全制御ロジックの演算データを破壊するおそれはない。

受信されたデータが他の安全制御ステーションからのものであった場合、安全制御タスク３において、上記の安全情報を用いて通信診断を実行する。診断結果が正常を示す場合には、演算データが安全ロジックに渡される。診断結果が異常を示す場合には、システムエラーが発信され、受信したデータは破棄される。

受信されたデータがフィールド制御ステーションからのものであった場合、安全制御タスク３において、受信したデータについて通信診断を実行する。診断はリンク伝送部１においてリンク伝送データが受信された時刻をキーとして実行され、送信から受信までの時間に基づき判定される。診断結果が正常を示す場合には、演算データが安全ロジックに渡される。診断結果が異常を示す場合には、システムエラーが発信され、受信したデータは破棄される。

本実施形態のバス通信方法によれば、リンク伝送データの送受信処理は、安全制御タスク３の中で一貫して行われ、複数タスク間で通信データ渡しを行う処理を不要としている。このため、複数タスク間通信によるデータアクセスの遅延が発生せず、高速なデータ読み込み／書き込みが可能となり、制御ステーションとの間で高速かつ多量のデータ通信を実行できる。

図４は、整数型・浮動小数点型のデータを送受信可能として構成を示すブロック図である。

図４の例では、安全制御ステーションＳＣＳ１，ＳＣＳ２，・・・，ＳＣＳ６４およびフィールド制御ステーションＦＣＳ１，ＦＣＳ２，・・・，ＦＣＳ６４に、それぞれ拡張リンク伝送プロトコル解釈部６と、拡張リンク伝送定義テーブル７とが設けられている。

拡張リンク伝送定義テーブル７はエンジニアリング画面をインタフェースとして、ユーザが自由に定義することができる。図４の例では、演算データのうち、１から３２ビットが整数型データ、３３〜６４ビットがBOOL型データ、６５〜１２８ビットが浮動小数点型データとして解釈されるように定義されている。

拡張リンク伝送プロトコル解釈部６は、リンク伝送データを受信すると、定義テーブル７に基づいて受信データを対応するデータ型に変換して、安全ロジックまたは制御ロジックに書き込む。

このようなプロトコル拡張の機能により、例えば、オン／オフを示すイベントデータのみならず、フィールド制御ステーションで収集したプラントのプロセス値（温度、圧力、流量等）を安全制御ステーションの安全ロジックに反映させることができるようになり、多様なシャットダウンロジックを構築することが可能となる。

図５は、監視操作ステーションによるリンク伝送データの監視、操作を可能とする構成例を示すブロック図である。

図５の例では、監視操作ステーションＨＩＳにリンク伝送部１を設けるとともに、通信診断機能を持たせることにより、バス５０上のリンク伝送データを受信できるようにすることで、同一バス５０上に接続されている安全制御ステーションＳＣＳ１，ＳＣＳ２，・・・，ＳＣＳ６４およびフィールド制御ステーションＦＣＳ１，ＦＣＳ２，・・・，ＦＣＳ６４との間の通信状態や、各ステーションのロジックの状態を直接監視することが可能となる。また、監視操作ステーションＨＩＳからリンク伝送データを送信できるようにすることで、各安全制御ステーションおよびフィールド制御ステーションに対して高速でデータを書き込むことが可能となる。リンク伝送の書き込み処理は、全ステーションに対してブロードキャストされるので、１度の操作で複数ステーションへの一括データ操作が可能となる。

このように、監視操作ステーションＨＩＳに対して安全制御ステーションおよびフィールド制御ステーションと同様なリンク伝送機能を与えることによって、より高度な操作系／安全系の統合オペレーションが可能となる。

以上説明したように、本発明のバス通信方法によれば、バスを介して、個々の通信装置に対応するそれぞれの専用領域を備えたデータを受信するとともに、当該データを、バスを介してブロードキャスト送信する処理を繰り返すことで、データをすべての通信装置間で共有化するので、分散型制御システムおよび安全計測システムの間で、データを高速かつ安全に送受信できる。

本発明の適用範囲は上記実施形態に限定されることはない。本発明は、同一バス上に接続された複数の通信装置間でデータを送受信し合うバス通信方法に対し、広く適用することができる。

統合システムの構成例等を示す図であり、（ａ）は、計装機器を制御する分散型制御システムと、プラントの安全を確保するための安全計装システムとを共通のバスに接続して構成された統合システムの構成例を示すブロック図、（ｂ）は、リンク伝送データのデータ構造を示す図。 リンク伝送の方法を示す図であり、（ａ）は、各ステーションで書き込み可能なデータの内容を示す図、（ｂ）は、リンク伝送データの送信タイミングを例示する図。 ステーションの構成等を示す図であり、（ａ）は、安全制御ステーションおよびフィールド制御ステーションの構成を示すブロック図、（ｂ）は、安全制御ステーションの動作手順を示す図。 整数型・浮動小数点型のデータを送受信可能として構成を示すブロック図。 監視操作ステーションによるリンク伝送データの監視、操作を可能とする構成例を示すブロック図。

符号の説明

５０ バス
ＳＣＳ１，ＳＣＳ２，・・・，ＳＣＳ６４ 安全制御ステーション（通信装置）
ＦＣＳ１，ＦＣＳ２，・・・，ＦＣＳ６４ フィールド制御ステーション（通信装置）

Claims (7)

1. 同一バス上に接続された、分散型制御システムを構成するフィールド制御ステーションおよび安全計装システムを構成する安全制御ステーションを含む複数の通信装置間でデータを送受信するバス通信方法において、
   個々の前記通信装置において、前記バスを介して、個々の通信装置に対応するそれぞれの専用領域を備えたデータを受信するとともに、当該データを、前記バスを介してブロードキャスト送信する処理を繰り返すことで、前記データをすべての前記通信装置間で共有化するステップと、
   前記個々の通信装置からの前記データの送信タイミングを制御するステップと、
   個々の前記通信装置において、前記データの前記受信後、当該データの前記ブロードキャスト送信前に、当該通信装置の前記専用領域についてのみ書き込みを実行するステップと、
   を備え、
   前記安全制御ステーションにおいて実行される、前記書き込みを実行するステップでは、前記専用領域のデータとして、演算に使用する演算データと、当該演算データに関する信頼性を診断するための診断データとを書き込み、
   前記フィールド制御ステーションにおいて実行される、前記書き込みを実行するステップでは、前記専用領域のデータとして、演算に使用する演算データのみを書き込み、当該演算データに関する信頼性を診断するための診断データを書き込まないことを特徴とするバス通信方法。
2. 前記診断データは、前記演算データに対応する誤り検出コードであることを特徴とする請求項１に記載のバス通信方法。
3. 前記診断データは、前記ブロードキャスト送信による前記データの送信時刻であることを特徴とする請求項１に記載のバス通信方法。
4. 前記専用領域の設定に関する、ユーザによる指定を受け付けるステップを備え、前記データには、前記指定を受け付けるステップによる前記指定が反映されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のバス通信方法。
5. 前記専用領域に書き込まれるデータのデータ形式に関する、ユーザによる指定を受け付けるステップを備え、前記データには、前記指定を受け付けるステップによる前記指定が反映されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のバス通信方法。
6. 前記安全制御ステーションは、前記フィールド制御ステーションがその専用領域に書き込んだ前記演算データに基づく演算を実行することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のバス通信方法。
7. 前記通信装置として、前記分散型制御システムを構成する監視操作ステーションが前記バス上に接続されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のバス通信方法。

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