JP5132844B1 - 故障検出方式およびその方式に使用する子局ターミナル - Google Patents

Abstract

【課題】伝送同期方式によりデータの伝送が行われる制御・監視信号伝送システムにおいて、一つの子局に出力部または入力部のどちらか一方のみが接続されている場合にも、親局側で出力部と入力部の故障の判別ができる故障検出方式とその方式に使用する子局ターミナルを提供する。
【解決手段】親局との共通データ信号線で接続され複数の子局は、所定の他局を基準局として、基準局に対する制御データまたは前記基準局から送出された監視データを基準データとして伝送信号から取り込む。そして、基準データの指定した変化方向の変化から、自局が対応する出力部に対する出力データまたは自局が対応する入力部からの入力データの指定した変化方向の変化までの時間をインターバル時間として得て、インターバル時間を所定の閾値と比較する。
【選択図】図１

Description

本発明は、制御部に接続された親局と複数の出力部および入力部、或いは複数の被制御装置に対応する複数の子局との間の信号線を省配線化し共通データ信号線で接続し、伝送クロックで同期させるなどの伝送同期方式によりデータの伝送を行う制御・監視信号伝送システムにおいて、出力部および入力部の故障を検出する故障検出方式およびその方式に使用する子局ターミナルに関するものである。なお、出力部とは制御部の指示に応じて動作するものであり、アクチュエータ、（ステッピング）モータ、ソレノイド、電磁弁、リレー、サイリスタ等がこれに相当する。一方、入力部とは出力部に関する情報を制御部に送信するものであり、リードスイッチ、マイクロスイッチ、押釦スイッチ、光電スイッチ、各種センサ等がこれに相当する。また、被制御装置とは出力部と入力部とで構成されるものをいう。

制御部と、複数の出力部と入力部、或いは複数の被制御装置を備える制御システムにおいて、配線の数を減らす、所謂省配線化が広く実施されている。そして、その省配線化の一般的な手法として、複数の出力部と入力部、或いは被制御装置から延出される信号線の各々を制御部に直接繋ぐパラレル接続に代えて、パラレル信号とシリアル信号の変換機能を備えた親局と複数の子局を、制御部と複数の出力部と入力部、或いは複数の被制御装置にそれぞれ接続し、親局と複数の子局との間で共通データ信号線を介してシリアル信号によりデータ授受を行う方式が広く採用されている。

省配線化が実現された場合、多数の子局が接続されている状態において、出力部、入力部、或いは被制御装置の故障を制御部側で特定することができない場合、制御部から遠く離れている出力部、入力部、或いは被制御装置を各々チェックする必要があり、その故障箇所の特定に多くの工数を要することになる。

そこで、本出願人は、子局および入力部と出力部の断線故障を、制御部側で特定するためのシステムとして、特開２０１１−１１４４４９号公報に開示されているリモート配線チェックシステムを提案している。このリモート配線チェックシステムでは、単一の制御部と複数の被制御装置を備えた制御・監視信号伝送システムにおいて、省配線化された共通データ信号線で接続されている親局と子局との間で双方向同時に伝送される制御データ（出力データ）と監視データ（入力データ）とで構成される制御・監視データ領域と異なる、配線状態を示す接続データを含む管理データ領域を設けている。そして、接続データにおいて、短絡情報、断線情報および正常情報が識別されるものとなっている。そのため、信号の入力データ（監視データ）容量を減らすことなく、子局自体や子局と入力部或いは子局と出力部との間の配線接続状態を容易に確認することができる。

また、特開２００６−３３１４４９号公報には、マスタユニット（親局）との間でシリアル通信したＯＵＴデータにより、出力機器（出力部）が接続されたＯＵＴ端子のＯＮまたはＯＦＦの状態が変更した際のスタート時間情報を取得する機能と、入力機器（入力部）が接続されるＩＮ端子のＯＮまたはＯＦＦの状態が変更した際のストップ時間情報を取得する機能と、スタート時間情報とストップ時間情報に基づいて出力機器の動作時間を算出する算出機能とを備えたスレーブ（子局）が開示されている。このスレーブ（子局）によれば、出力機器や入力機器の動作時間を求め、これを出力機器や入力機器の正常範囲を特定するための設定情報と比較することより、出力機器や入力機器が正常か否か、交換時期が近づいているかなどの判定をすることができる。

特開２０１１−１１４４４９号公報 特開２００６−３３１４４９号公報

しかしながら、子局において出力部や入力部の動作時間を求める上記従来手法において、出力部が接続されたＯＵＴ端子のスタート時間情報と、入力部が接続されるＩＮ端子のストップ時間情報の双方を取得することが難しい場合があった。すなわち、一つの子局に出力部と入力部の双方が接続されている場合は、スタート時間情報とストップ時間情報が同じ子局に集約されるが、出力部のみ、或いは入力部のみが接続されている子局では、通常、どちらか一方の情報しか取得できないことになる。対応関係にある出力部と入力部の各々が接続されている子局同士で直接情報を授受する方式も考えられるが、それは所謂コマンド伝送方式となるため、伝送同期方式によりデータの伝送が行なわれる制御・監視信号伝送システムにおいて採用することは難しい。

そこで本発明は、制御部に接続された親局と、複数の出力部、入力部、被制御装置に対応する複数の子局が共通データ信号線で接続され、伝送同期方式によりデータの伝送が行われる制御・監視信号伝送システムにおいて、一つの子局に出力部または入力部のどちらか一方のみが接続されている場合にも、親局側で出力部と入力部の故障の判別ができる故障検出方式とその方式に使用する子局ターミナルを提供することを目的とする。

本発明に係る故障検出方式は、親局と複数の子局が共通データ信号線で接続され、伝送同期方式によりデータの伝送が行われる制御・監視信号伝送システムにおいて、前記共通データ信号線に伝送される伝送信号に、制御信号のデータと監視信号のデータとで構成される制御・監視データ領域と異なる管理データ領域を設ける。前記子局は、所定の他局を基準局として、前記基準局に対する制御データまたは前記基準局から送出された監視データを基準データとして前記伝送信号から取り込む。そして、前記基準データの指定した変化方向（立ち上がりまたは立ち下がり方向の変化から、自局が対応する出力部に対する出力データまたは自局が対応する入力部からの入力データの指定した変化方向の変化までの時間をインターバル時間として得て、前記インターバル時間を所定の閾値と比較し、前記閾値との差が許容範囲内である場合に正常と、前記許容範囲より小さくなる場合を第一故障状態と、前記許容範囲より大きくなる場合を第二故障状態と判断し、前記管理データ領域に前記第一故障状態又は前記第二故障状態を示すデータを構成する信号を重畳する。

本発明に係る故障検出方式が適用される制御・監視信号伝送システムの伝送同期方式の同期手法としては、例えば、親局が有するタイミング発生手段で生成される伝送クロックを利用する手法が好適である。この場合、前記伝送クロックの制御下で、親局は、制御部から引き渡された制御データの値に応じて制御信号として一連のパルス状信号を共通データ信号線に出力すると共に、一連のパルス状信号に複数の子局の各々からクロックの１周期毎に重畳された監視信号のデータ値を抽出し、これを前記制御部に引き渡す。一方、複数の子局の各々は、一連のパルス状信号の始まりを示すスタート信号を起点として、一連のパルス状信号のパルスをカウントし、カウントの値が自局アドレスと一致したとき、一連のパルス状信号から自局に対応するデータを抽出するとともに、自局に対応するデータを抽出したクロックと同じパルス周期に、監視信号を一連のパルス状信号に重畳し、または、カウントの値が自局アドレスと一致したとき、一連のパルス状信号から自局に対応するデータを抽出し、または、監視信号を一連のパルス状信号に重畳する。ただし、その同期手法に制限はなくシステム設計条件に適する手法を採用すればよい。

前記管理データ領域は、前記親局からのデータが重畳される管理制御データ領域と、前記子局からのデータが重畳される管理監視データ領域とで構成され、前記子局から前記管理監視データ領域に重畳されるデータを“０”以外のデータとし、前記親局において前記管理監視データ領域から抽出されたデータが“０”のとき、前記共通データ信号線の断線と判断してもよい。

前記子局は、前記管理データ領域に、前記インターバル時間を示すデータを構成する信号と他のモニタリングデータを構成する信号を切り替えて重畳するものであってもよい。

本発明に係る子局ターミナルは、同期手段と、基準局入出力変化検出手段と、自局入出力変化検出手段と、故障検出手段と、基準局参照アドレス設定手段と、自局アドレス設定手段と、管理監視データ送信手段を備える。
前記同期手段は、親局が接続された共通データ信号線に接続され、前記親局との伝送同期をとる。
前記基準局入出力変化検出手段は、所定の他局を基準局として、前記基準局に対する制御データまたは前記基準局から送出された監視データを基準データとして前記共通データ信号線に伝送される伝送信号から取り込み、前記基準データの、予め指定された変化方向の変化を検出し、これをスタートトリガとして出力する。
前記自局入出力変化検出手段は、自局が対応する出力部に対する出力データまたは自局が対応する入力部からの入力データの、予め指定された変化方向の変化を検出し、これをエンドトリガとして出力する。
前記故障検出手段は、前記スタートトリガから、前記エンドトリガまでの時間をインターバル時間として得て、前記インターバル時間を所定の閾値と比較し、前記閾値との差が許容範囲内である場合に正常と、前記許容範囲より小さくなる場合を第一故障状態と、前記許容範囲より大きくなる場合を第二故障状態と判断する。
前記基準局参照アドレス設定手段は、前記基準局を指定する基準局アドレス、前記基準データの種類、および前記基準データの変化方向を設定する。
前記自局アドレス設定手段は、自局のアドレスおよび前記出力データまたは前記入力データの変化方向を設定する。
前記インターバル設定手段は、前記閾値となるインターバル値を設定する。
前記管理監視データ送信手段は、前記第一故障状態又は前記第二故障状態を示すデータを構成する信号を前記伝送信号に重畳する。

前記故障検出手段は、前記管理監視データ送信手段へ、インターバル時間の計測データと他のモニタリングデータを切り替えて出力するものであってもよい。

本発明に係る故障検出方式では、子局が、所定の他局を基準局として、基準局に対する制御データまたは基準局から送出された監視データを基準データとして伝送信号から取り込むことで、基準データの指定した変化方向の変化から、自局が対応する出力部に対する出力データまたは自局が対応する入力部からの入力データの指定した変化方向の変化までの時間をインターバル時間をとして得ることができる。このインターバル時間は、入力部や出力部が正常に動作している場合には、その動作に関する信号は一定の関係を保ちながら変化する。そこで、このインターバル時間を第一閾値および第二閾値と比較することにより、出力部または入力部の故障状態を子局において判断することができる。更に、子局では、その故障状態を示すデータを、共通データ信号線に伝送される伝送信号に重畳させるため、伝送同期方式によりデータの伝送が行なわれる制御・監視信号伝送システムにおいて、親局側で出力部および入力部の故障を検出することができる。

また、子局から管理監視データ領域に重畳されるデータを“０”以外のデータとすれば、親局において管理監視データ領域から抽出されたデータが“０”のときは子局から出力された情報が共通データ信号線を介して親局へ伝送されない状態であるといえる。従って、そのときは、共通データ信号線の断線と判断することができ、入力部または出力部の故障と併せて共通データ信号線の断線も検出することが可能となる。

本発明に係る子局ターミナルは、前記基準局入出力変化検出手段は、所定の他局を基準局として、前記基準局に対する制御データまたは前記基準局から送出された監視データを基準データとして前記共通データ信号線に伝送される伝送信号から取り込み、前記基準データの、予め指定された変化方向の変化を検出し、これをスタートトリガとして出力する。
前記自局入出力変化検出手段は、自局が対応する出力部に対する出力データまたは自局が対応する入力部からの入力データの、予め指定された変化方向の変化を検出し、これをエンドトリガとして出力する。
前記は、所定の基準局の基準データの変化に基づくスタートトリガから、自局のデータの変化に基づくエンドトリガまでのインターバル時間を第一閾値および第二閾値と比較し、故障状態を判断する故障検出手段を備えるため、本発明に係る故障検出方式に好適である。

本発明に係る故障検出方式を採用した制御・監視信号伝送システムの実施例における、親局と子局の間の伝送方式の模式図である。 制御・監視信号伝送システムの概略構成を示すシステム構成図である。 親局のシステム構成図である。 入力子局のシステム構成図である。 基準局入出力参照アドレス設定手段のデータ構成図である。 自局アドレス設定手段のデータ構成図である。 インターバル設定手段のデータ構成図である。 故障検出手段のシステム構成図である。 出力子局のシステム構成図である。 信号の相関を示すタイムチャート図である。 伝送クロック信号のタイムチャート図である。 親局に記憶されるＩＤＸアドレスデータテーブルの模式図である。

図１〜１１を参照しながら、本発明に係る故障検出方式を採用した制御・監視信号伝送システムの実施例を説明する。
図２に示すように、この制御・監視信号伝送システムは、制御部１および共通データ信号線ＤＰ、ＤＮ（以下、伝送ラインということがある）に接続された単一の親局２と、前記共通データ信号線ＤＰ、ＤＮに接続された入出力子局４、出力子局６および入力子局７の複数で構成される。なお、図２においては、図示の便宜上、各々の子局が一つずつ示されているが、共通データ信号線ＤＰ、ＤＮに接続される子局の種類や数に制限は無い。

入出力子局４、出力子局６および入力子局７は、制御部１の出力指示に応じて動作する出力部８に対する信号出力処理と、制御部１への入力情報を取り入れる入力部９からの入力信号処理のいずれかまたは双方を行うものである。なお、出力部８とは、例えば、アクチュエータ、（ステッピング）モータ、ソレノイド、電磁弁、リレー、サイリスタ、ランプ等であり、入力部９とは、例えば、リードスイッチ、マイクロスイッチ、押釦スイッチ、光電スイッチ、各種センサ等である。入出力子局４は、出力部８と入力部９で構成される被制御装置５に接続され、出力子局６は出力部８のみに接続され、入力子局７は入力部９にのみ接続されている。なお、出力子局６は出力部８を内包するもの（出力部一体型子局８０）であってもよく、また、入力子局７は入力部９を内包するもの（入力部一体型子局９０）であってもよい。

制御部１は、例えばプログラマブルコントローラ、コンピュータ等であり、制御並列データ１３、および制御管理並列データ１４を送出する出力ユニット１１と、入出力子局４および入力子局７からの監視信号から抽出される監視データに基づき得られた監視並列データ１５および管理監視信号から抽出される管理監視データに基づき得られた第一管理監視並列データ１６および第二管理監視並列データ１７を受け取る入力ユニット１２を有する。そして、これら出力ユニット１１と入力ユニット１２が親局２に接続されている。また、入力ユニット１２から受け取ったデータに基づいて、出力ユニット１１から送出されるデータを算出する管理判断手段１８を備えている。

親局２は、図３に示すように、出力データ部２１、管理データ部２２、タイミング発生部２３、親局出力部２４、親局入力部２５、および入力データ部２６を備える。そして、共通データ信号線ＤＰ、ＤＮに接続され、本発明の伝送信号に相当する一連のパルス状信号である制御信号（以下、伝送クロック信号というものとする）を共通データ信号線ＤＰ、ＤＮに送出するとともに、入出力子局４、出力子局６、または入力子局７（以下、これら全てを指す場合は「子局４、６、７」という）から送出された監視信号、管理監視信号から抽出された監視並列データ１５、第一管理監視並列データ１６および第二管理監視並列データ１７を制御部１の入力ユニット１２へ送出する。

出力データ部２１は、制御部１の出力ユニット１１からの制御並列データ１３をシリアルデータとして親局出力部２４へ引き渡す。

管理データ部２２は、子局４、６、７の各々に関する情報を集約したＩＤＸアドレステーブルを記憶する記憶手段２９を備え、制御部１の出力ユニット１１からの制御管理並列データ１４とＩＤＸアドレステーブルに基づき、後述する第一管理制御データＩＳＴｏと第二管理制御データＩＤＸｏからなる管理制御データを創出し、シリアルデータとして親局出力部２４へ引き渡す。ＩＤＸアドレステーブルとは、入出力子局４、出力子局６または入力子局７のいずれか一つを特定するためのデータを含むものであるが、この実施例では、子局４、６、７の先頭アドレスが用いられている。図１２に、先頭アドレスを用いたＩＤＸアドレステーブルの一例を示す。

図１２に示すように、＃ａｄ０のアドレスが付与された局は、監視信号のデータ値が１ビットであり、ＩＤＸアドレステーブルのデータは＃ａｄ０と＃ａｄ１が連続した値となる。一方、＃ａｄ１のアドレスが付与された局は、監視信号のデータ値が２ビットであるため、＃ａｄ２のパルスも＃ａｄ１と同じ局に割り当てられることになる。そのため、ＩＤＸアドレステーブルのデータは、＃ａｄ１の次の値として＃ａｄ３が記憶されることになる。なお、この実施例では、監視信号のデータ値が１ビットである場合であっても、すなわち＃ａｄ０も、＃ａｄ１と同様、先頭アドレスとされる。また、この実施例のＩＤＸアドレステーブルには、各アドレスに対応する子局の分類データが併せて記憶されている。図１０に示す例では、入力子局７には“１”が、出力子局６には“２”が、入出力子局４には“３”が付与され、各アドレスに対応するものとして記憶されている。

タイミング発生部２３は、発振回路（ＯＳＣ）３１とタイミング発生手段３２からなり、ＯＳＣ３１を基にタイミング発生手段３２が、このシステムのタイミングクロックを生成し親局出力部２４に引き渡す。

親局出力部２４は、制御データ発生手段３３とラインドライバ３４からなる。制御データ発生手段３３が、出力データ部２１及び管理データ部２２から受けたデータと、タイミング発生部２３から受けたタイミングクロックに基づき、ラインドライバ３４を介して共通データ信号線ＤＰ、ＤＮに一連のパルス状信号として伝送クロック信号を送出する。

伝送クロック信号は、図１に示すように、スタート信号ＳＴに続く制御・監視データ領域と、更にこれに続く管理データ領域を有するものとなっている。制御・監視データ領域は、親局２から送出される制御信号のデータＯＵＴｎ（ｎは整数）と入出力子局４または入力子局７から送出される監視信号のデータＩＮｎ（ｎは整数）とで構成される。そして、伝送クロック信号のパルスは、図１１に示すように、１周期の後半が高電位レベル（この実施例では＋２４Ｖ）と、前半が低電位レベル（この実施例では＋１２Ｖ）とされ、低電位レベルとなるパルス前半のパルス幅間隔が出力データ期間となり、同じく低電位レベルとなるパルス前半が入力データ期間ともなる。そして、低電位レベルのパルス幅間隔が制御信号のデータＯＵＴｎを、低電位レベルに重畳される電流の有無が監視信号のデータＩＮｎを表すものとなっている。この実施例では、伝送クロック信号の１周期をｔ０とした時、低電位レベルのパルス幅間隔は（１／４）ｔ０から（３／４）ｔ０まで拡張されるが、制御部１から入力される制御並列データ１３の各データの値に応じたものであれば、その幅に制限はなく適宜に決めればよい。また、入力データ期間と出力データ期間も適宜に決めることができ、例えば、入力データ期間はこの実施例と同様にパルス前半（低電位レベル）とし、パルス後半（高電位レベル）のパルス幅間隔を出力データ期間としてもよく、逆に、出力データ期間をこの実施例と同様にパルス前半（低電位レベル）とし、パルス後半（高電位レベル）を入力データ期間としてもよい。更に、パルス後半（高電位レベル）を出力データ期間と入力データ期間を兼ねるものとしてもよい。伝送クロック信号の１周期の後半が低電位レベルとなる場合も同様である。なお、図１において、上段は出力データ期間を、下段は入力データ期間を示すものとなっている。

伝送クロック信号の管理データ領域は、親局２から送出される管理制御信号が重畳される管理制御データ領域と、子局４、６、７から送出される管理監視信号が重畳される管理監視データ領域で構成される。管理制御信号で伝送される管理制御データは第一管理制御データＩＳＴｏと第二管理制御データＩＤＸｏで構成され、制御信号のデータＯＵＴｎと同様に、低電位レベルのパルス幅間隔として表される。また、管理監視信号で伝送される管理監視データは第一管理監視データＳＴｉと第二管理監視データＩＤＸｉで構成され、監視信号のデータＩＮｎと同様に、低電位レベルに重畳される電流の有無として表される。なお、この実施例では、第一管理制御データＩＳＴｏおよび第二管理制御データＩＤＸｏは、子局４、６、７に対し要求するデータの種類を特定する指示データ、或いは子局４、６、７のいずれか一つを特定するためのアドレスデータとされる。一方、第一管理監視データＳＴｉおよび第二管理監視データＩＤＸｉは、自局の状態を示すデータとされ、更に、管理監視データとして常に“０”以外のデータが送信されるものとされているが、詳細は後述する。

スタート信号ＳＴは、伝送クロック信号の高電位レベルと同じ電位レベルであって、伝送クロック信号の１周期より長い信号となっている。

親局入力部２５は監視信号検出手段３５と監視データ抽出手段３６で構成される。監視信号検出手段３５は、共通データ信号線ＤＰ、ＤＮを経由して子局４、６、７から送出された監視信号と管理監視信号を検出する。監視信号および管理監視信号のデータ値は、既述のように低電位レベルに重畳される電流の有無で表されており、スタート信号ＳＴが送信された後、まず、入出力子局４または入力子局７の各々から順次監視信号を受け取り、続いて子局４、６、７の何れか一局からの管理監視信号を受け取るものとなっている。監視信号および管理監視信号のデータは、タイミング発生手段３２の信号に同期して監視データ抽出手段３６で抽出される。そして、監視信号のデータが直列の入力データ３７として入力データ部２６に送出される。管理監視信号から抽出された管理監視データ３９も、また、入力データ部２６に送出される。

入力データ部２６は、親局入力部２５から受け取った直列の入力データ３７を並列（パラレル）データに変換し、監視並列データ１５として制御部１の入力ユニット１２へ送出する。また、親局入力部２５から受け取った管理監視データ３９を第一管理監視並列データ１６と第二管理監視並列データ１７に分離して入力ユニット１２へ送出する。

入力子局７は、本発明の子局ターミナルに相当するもので、図４に示すように、伝送受信手段４１、管理制御データ抽出手段４２、アドレス抽出手段４３、自局アドレス設定手段４４、管理監視データ送信手段４５、監視データ送信手段４６、自局入出力変化検出手段４７、基準局入出力参照アドレス設定手段４８、基準局入出力変化検出手段４９故障検出手段５０、インターバル設定手段７１および入力手段７２を有する子局入力部７０を備える。また、子局入力部７０と入力部９の間に配置される第一断線検出手段４９を備える。なお、この実施例の入力子局７は、内部回路としてマイクロコンピュータ・コントロール・ユニットであるＭＣＵを備えており、このＭＣＵが子局入力部７０として機能するものとなっている。処理において必要となる演算や記憶は、このＭＣＵの備えるＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭを使用して実行されるが、子局入力部７０を構成する上記各手段のそれぞれの処理におけるＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭとの関係は、説明の便宜上、図示を省略するものとする。

出力子局６は、本発明の子局ターミナルの他の実施形態であり、前記入力子局７と同様、内部回路としてマイクロコンピュータ・コントロール・ユニットであるＭＣＵを備えており、このＭＣＵが子局出力部６０として機能するものとなっている。そして、子局入力部７０のＭＣＵと同様に、出力子局６の処理において必要となる演算や記憶は、このＭＣＵの備えるＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭを使用して実行されるものとなっている。

入出力子局４には、対応関係にある出力部８と入力部９の双方が接続されている。そして、入出力子局４も、出力子局６および入力子局７と同様、内部回路としてマイクロコンピュータ・コントロール・ユニットであるＭＣＵを備えており、このＭＣＵが子局入出力部４０として機能するものとなっている。そして、子局出力部６０のＭＣＵおよび子局入力部７０のＭＣＵと同様に、入出力子局４の処理において必要となる演算や記憶は、このＭＣＵの備えるＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭを使用して実行されるものとなっている。

入力子局７の伝送受信手段４１は、共通データ信号線ＤＰ、ＤＮに伝送される伝送クロック信号を受けて、これを管理制御データ抽出手段４２、アドレス抽出手段４３、および管理監視データ送信手段４５に引き渡す。管理制御データ抽出手段４２は、伝送クロック信号の管理データ領域から、管理制御信号のデータを抽出し、これらを故障検出手段５０に引き渡す。一方、アドレス抽出手段４３は、伝送クロック信号の始まりを示すスタート信号ＳＴを起点としてパルスをカウントし、そのカウント値が自局アドレス設定手段４４で設定された自局アドレスデータ（後述の自局アドレスＳＡＤＲ）と一致するタイミングで監視データ送信手段４６に引き渡すとともに、カウント値が基準局入出力参照アドレス（後述の基準局入出力参照アドレスＲＡＤＲ）と一致するタイミングで、指定されている信号（後述の入出力指定値ＲＤで指定された信号）、すなわち、基準局に対する制御信号または基準局から送出された監視信号を基準局入出力変化検出手段４９に引き渡す。

監視データ送信手段４６は、アドレス抽出手段４３から制御信号が引き渡されたタイミングで、入力手段７２から引き渡されるシリアルデータに基づいて、トランジスタＴＲのベース電流を“ｏｎ”または“ｏｆｆ”とする。ベース電流が“ｏｎ”の場合、トランジスタＴＲは”ｏｎ”となり、共通データ信号線ＤＰ、ＤＮに監視信号である電流信号が出力される。この実施例では、図１２に示すように、監視データのデータ値が”１”の場合には所定値Ｉｔｈ以上の電流（例えば、３０ｍＡ）を流すことで表現されている。従って、例えば、図１２に示す信号のアドレス０番地（＃ａｄ０）、１番地（＃ａｄ１）、２番地（＃ａｄ２）及び３番地（＃ａｄ３）のそれぞれにおける監視データはそれぞれ“０”、“０”、“１”、“０”を表すことになる。なお、入力手段４７から監視データ送信手段４７に引き渡されるデータは、入力部９からの出力論理データに基づくものとなる。

管理監視データ送信手段４５は、伝送クロック信号のスタート信号ＳＴを起点としてパルスをカウントし、管理データ領域のタイミングを得る。そして、故障検出手段５０から引き渡されるデータに基づき、前記トランジスタＴＲのベース電流を出力し、共通データ信号線ＤＰ、ＤＮに管理監視信号である電流信号を出力する。

自局アドレス設定手段４４は、図５に示すように、自局アドレスＳＡＤＲをアドレス抽出手段４３および故障検出手段５０に引き渡すとともに、入力部９からの入力データの変化方向を示すエンド変化方向指示値ＥＴを自局入出力変化検出手段４７に引き渡す。

基準局入出力参照アドレス設定手段４８は、図６に示すように、基準局入出力参照アドレスＲＡＤＲおよび取り込む信号の種別を指定する入出力指定値ＲＤをアドレス抽出手段４３に引き渡すとともに、基準局に対する制御信号または基準局から送出された監視信号の変化方向を示すスタート変化方向指示値ＳＴを基準局入出力変化検出手段４９に引き渡す。

自局入出力変化検出手段４７は、入力手段７２から引き渡されたデータを自局データとし、この自局データが自局アドレス設定手段４４から引き渡されたエンド変化方向指示値ＥＴで定義された変化方向と同じ方向に変化したとき、エンドトリガを故障検出手段５０に引き渡す。

基準局入出力変化検出手段４９は、アドレス抽出手段４３から引き渡された信号のデータを基準データとし、その基準データが、基準局入出力参照アドレス設定手段４８から引き渡されたスタート変化方向指示値ＳＴで定義された変化方向と同じ方向に変化したとき、スタートトリガを故障検出手段５０に引き渡す。

インターバル設定手段７１は、図７に示すように、故障検出手段５０において故障判断の閾値となる２つのインターバル値ＴＭ１、ＴＭ２を故障検出手段５０に引き渡す。なお、インターバル設定手段７１に記憶されるインターバル値ＴＭ１、ＴＭ２は、制御部１側からダウンロードにより変更ができるものとなっている。

故障検出手段５０は、図８に示すように、ＩＳＴｏ抽出手段５１、ＩＤＸｏ抽出手段５２、子局アドレス指定検出手段５３、ＴＭ計測手段５５、符号化手段５６、およびデータ追加手段５７で構成されている。

ＩＳＴｏ抽出手段５１は、管理制御データ抽出手段４２から引き渡された管理制御信号のデータから第一管理制御データＩＳＴｏを抽出し、これを子局アドレス指定検出手段５３に引き渡す。また、ＩＤＸｏ抽出手段５２は、管理制御データ抽出手段４２から引き渡された管理制御信号のデータから第二管理制御データＩＤＸｏを抽出し、これを子局アドレス指定検出手段５３に引き渡す。子局アドレス指定検出手段５３には、また、自局アドレス設定手段４４から自局アドレスデータが引き渡されている。

子局アドレス指定検出手段５３は、第二管理制御データＩＤＸｏを自局アドレスのデータ値と比較し、一致したときには、第一管理制御データＩＳＴｏに応じて、所定のデータを符号化手段５６またはデータ追加手段５７に引き渡す。すなわち、第一管理制御データＩＳＴｏがインターバル時間による故障検出を指示するデータである場合には故障検出指令データを符号化手段５６およびデータ追加手段５７に引き渡す。

ＴＭ計測手段５５は、基準局入出力変化検出手段４９から引き渡されたスタートトリガと、自局入出力変化検出手段４７から引き渡されたエンドトリガと、インターバル設定手段７１から引き渡された閾値（第一インターバル値ＴＭ１および第二インターバル値ＴＭ２）に基づいて故障検出処理を行なう。すなわち、図１０に示すように、基準データの変化を示すスタートトリガの入力時Ｔｏから、自局データの変化を示すエンドトリガの入力時Ｔｎまでの時間差が、第一インターバル値ＴＭ１および第二インターバル値ＴＭ２で予め設定された許容範囲内であるかどうかを判断する。そして、その時間差が許容範囲内（第一インターバル値ＴＭ１以上で、第二インターバル値ＴＭ２以下）にある場合は正常状態を示す情報を、その時間差が第一インターバル値ＴＭ１より小さくなる場合（図１０において、エンドトリガ時がＴｓの場合）には第一故障状態を示す情報を、第二インターバル値ＴＭ２より大きくなる場合（図１０において、エンドトリガ時がＴｌの場合）には第二故障状態を示す情報を符号化手段５６に出力する。また、時間差データをデータ追加手段５７に引き渡す。

既述のように、スタートトリガはスタート変化方向指示値ＳＴで、エンドトリガはエンド変化方向指示値ＥＴで定義された変化方向と同じ方向にデータが変化したとき、故障検出手段５０に引き渡される。そのため、故障検出手段５０は、スタート変化方向指示値ＳＴとエンド変化方向指示値ＥＴの設定により、基準データや自局データがどのような変化をとる場合にも、対応することができる。なお、図１０において、（ａ）は基準データと自局データの双方が“０”から“１”に変化する場合を、（ｂ）は基準データが“０”から“１”に自局データが“１”から“０”に変化する場合を、（ｃ）は基準データが“１”から“０”に自局データが“０”から“１”に変化する場合を、（ｄ）は基準データと自局データの双方が“１”から“０”に変化する場合をそれぞれ示すものとなっている。

符号化手段５６は、子局アドレス指定検出手段５３から引き渡された第一管理制御データＩＳＴｏに基づき、ＴＭ計測手段５５から出力された正常状態、第一故障状態および第二故障状態を示す情報を所定の符号データに変換し、管理監視データ送信手段４６に引き渡す。

データ追加手段５７は、子局アドレス指定検出手段５３から引き渡された第一管理制御データＩＳＴｏに基づき、ＴＭ計測手段５５から引き渡される時間差データを、第一管理監視データＳＴｉに続く第二管理監視データＩＤＸｉとして管理監視データ送信手段４６に引き渡す。

このとき、管理監視データ送信手段４６に引き渡される第一管理監視データＳＴｉ、すなわち、正常状態、第一故障状態および第二故障状態を示す符号データには“０”以外の値が採用されている。そのため、管理監視データとして“０”以外のデータが送信されることになる。すなわち、管理監視データが“０”であるときは入力子局７から出力された情報が共通データ信号線ＤＰ、ＤＮを介して親局へ伝送されない状態であるといえる。従って、そのときは、共通データ信号線ＤＰ、ＤＮ側の断線と判断することがでる。

子局出力部６０のＭＣＵは、子局入力部７０のＭＣＵにおける監視データ送信手段４６を制御データ抽出手段８１とし、入力手段７２を出力手段８２としたものである。制御データ抽出手段８１は、アドレス抽出手段４３から引き渡された制御データ信号からデータ値を抽出し、これをシリアルデータとして出力手段８２に引き渡す。なお、制御データ信号から抽出されたデータ値は、自局データとして自局入出力変化検出手段４７にも引き渡される。出力手段８２は、制御データ抽出手段８１から引き渡されたシリアルデータをパラレルデータに変換し、出力部８に出力し、出力部８に所定の動作をさせる。子局出力部６０のＭＣＵのその他の構成は、子局入力部７０のＭＣＵの構成と同じであるため、その説明は省略する。

次に、上記構成の制御・監視信号伝送システムにおける故障検出方式の手順について説明する。
制御部１は、適宜設定されたタイミングで、或いは利用者による任意の入力指示により、出力部８或いは入力部９の故障検出を指示するための管理制御並列データ１４を親局２に出力する。これを受けた親局２は、入力信号線の断線検出の有無情報を要求する第一管理制御データＩＳＴｏと、ＩＤＸアドレステーブルに記憶されているデータ群の中の一つを指定する第二管理制御データＩＤＸｏを出力する。なお、親局２の管理データ部２２には、既に、図１２に示すＩＤＸアドレスデータテーブルが作成されており、スタート信号ＳＴとこれに続く制御・監視データ領域と管理データ領域で構成される伝送サイクル毎に、第二管理制御データＩＤＸｏによって、順次入力子局７の全てに対し割り付けられた先頭アドレスを指定していく。

第二管理制御データＩＤＸｏによるＩＤＸアドレステーブルのデータの指定は、テーブル番号に従ったものとなっている。すなわち、まず、テーブル番号１のインデックスアドレスデータ（＃ａｄ０）が選択され第二管理制御データＩＤＸｏとして出力される。そして、伝送サイクル毎に、子局分類データが“１”となっている各テーブル番号に対応する先頭アドレスデータに順次変更される。ただし、第二管理制御データＩＤＸｏでＩＤＸアドレステーブルのデータを指定する順番に制限は無く、例えば、機能による優先順位に従うものとしてもよい。

入力子局７は、第二管理制御データＩＤＸｏが自局アドレスと一致するとき、故障検出手段５０から出力される、第一故障状態、第二故障状態或いは正常状態を示すデータに基づき、異常または正常を示すデータで構成される管理監視信号を、管理監視データ領域に重畳する。これを受けて、親局２では、管理監視信号から管理監視データを抽出し制御部１に引き渡す。

制御部１では、第一管理監視並列データ１６の内容によって、所定の処理が実行される。具体的には、第一管理監視並列データ１６が異常を示すものであれば、異常表示を行う。また、管理監視データが“０”である場合は、共通データ信号線ＤＰ、ＤＮの断線と判断し、その旨の表示を行う。

以上の手順を経て制御部１では、入力子局７が対応する入力部９の各々についての接続異常や内部回路異常の有無を把握することができる。

なお、閾値である第一インターバル値ＴＭ１と第二インターバル値ＴＭ２は、制御部側から適宜変更することが可能となっている。その場合、第一インターバル値ＴＭ１と第二インターバル値ＴＭ２を変更することを示すデータと、変更後の第一インターバル値ＴＭ１と第二インターバル値ＴＭ２のデータを、管理制御データ領域に重畳し、入力子局７および出力子局８側で、これらを抽出させればよい。

この制御・監視信号伝送システムでは、インターバル時間の計測データとは異なるデータもモニタリングすることが可能である。その場合は、図８において想像線で示すゲート手段６２を設け、このゲート手段６２に対しモニタリングの対象となるデータ６３を入力するととともに、子局アドレス指定検出手段５３から、インターバル時間の計測データとモニタリングデータ６３を切り替えるための指令データを出力させる。そして、第一管理制御データＩＳＴｏとして入力モニタ指令データを親局２から対応する入出力子局４、出力子局６、入力子局７へ送信することにより、ゲート手段６２を介して、ＴＭ計測手段５５のインターバル時間の計測データとモニタリングデータ６３が管理監視データとして切り替えて出力されることになるので、制御部１側でこれを把握することが可能となる。

１ 制御部
２ 親局
４ 入出力子局
５ 被制御装置
６ 出力子局
７ 入力子局
８ 出力部
９ 入力部
１１ 出力ユニット
１２ 入力ユニット
１３ 制御並列データ
１４ 管理制御並列データ
１５ 監視並列データ
１６ 第一管理監視並列データ
１７ 第二管理監視並列データ
１８ 管理判断手段
２１ 出力データ部
２２ 管理データ部
２３ タイミング発生部
２４ 親局出力部
２５ 親局入力部
２６ 入力データ部
２９ 記憶手段
３１ ＯＳＣ（発振回路）
３２ タイミング発生手段
３３ 制御データ発生手段
３４ ラインドライバ
３５ 監視信号検出手段
３６ 監視データ抽出手段
３７ 入力データ
３９ 管理監視データ
４０ 子局入出力部
４１ 伝送受信手段
４２ 管理制御データ抽出手段
４３ アドレス抽出手段
４４ 自局アドレス設定手段
４５ 管理監視データ送信手段
４６ 監視データ送信手段
４７ 自局入出力変化検出手段
４８ 基準局入出力参照アドレス設定手段
４９ 基準局入出力変化検出手段
５０ 故障検出手段
５１ ＩＳＴｏ抽出手段
５２ ＩＤＸｏ抽出手段
５３ 子局アドレス指定検出手段
５５ ＴＭ計測手段
５６ 符号化手段
５７ データ追加手段
６０ 子局出力部
６２ ゲート手段
６３ モニタリングデータ
７０ 子局入力部
７１ インターバル設定手段
７２ 入力手段
８０ 出力部一体型子局
８１ 制御データ抽出手段
８２ 出力手段
９０ 入力部一体型子局
ＴＲ トランジスタ

Claims (5)

1. 親局と複数の子局が共通データ信号線で接続され、伝送同期方式によりデータの伝送が行われる制御・監視信号伝送システムにおいて、
   前記共通データ信号線に伝送される伝送信号に、制御信号のデータと監視信号のデータとで構成される制御・監視データ領域と異なる管理データ領域を設け、
   前記子局は、所定の他局を基準局として、前記基準局に対する制御データまたは前記基準局から送出された監視データを基準データとして前記伝送信号から取り込み、
   前記基準データの指定した変化方向の変化から、自局が対応する出力部に対する出力データまたは自局が対応する入力部からの入力データの指定した変化方向の変化までの時間をインターバル時間として得て、前記インターバル時間を所定の閾値と比較し、前記閾値との差が許容範囲内である場合に正常と、前記許容範囲より小さくなる場合を第一故障状態と、前記許容範囲より大きくなる場合を第二故障状態と判断し、前記管理データ領域に前記第一故障状態又は前記第二故障状態を示すデータを構成する信号を重畳することを特徴とする故障検出方式。
2. 前記管理データ領域は、前記親局からのデータが重畳される管理制御データ領域と、前記子局からのデータが重畳される管理監視データ領域とで構成され、前記子局から前記管理監視データ領域に重畳されるデータを“０”以外のデータとし、前記親局において前記管理監視データ領域から抽出されたデータが“０”のとき、前記共通データ信号線の断線と判断する請求項１に記載の断線検出方式。
3. 前記子局は、前記管理データ領域に、前記インターバル時間を示すデータを構成する信号と他のモニタリングデータを構成する信号を切り替えて重畳する請求項１または２に記載の断線検出方式。
4. 親局が接続された共通データ信号線に接続され、前記親局との伝送同期をとるための同期手段と、
   所定の他局を基準局として、前記基準局に対する制御データまたは前記基準局から送出された監視データを基準データとして前記共通データ信号線に伝送される伝送信号から取り込み、前記基準データの、予め指定された変化方向の変化を検出し、これをスタートトリガとして出力する基準局入出力変化検出手段と、
   自局が対応する出力部に対する出力データまたは自局が対応する入力部からの入力データの、予め指定された変化方向の変化を検出し、これをエンドトリガとして出力する自局入出力変化検出手段と、
   前記スタートトリガから、前記エンドトリガまでの時間をインターバル時間として得て、前記インターバル時間を所定の閾値と比較し、前記閾値との差が許容範囲内である場合に正常と、前記許容範囲より小さくなる場合を第一故障状態と、前記許容範囲より大きくなる場合を第二故障状態と判断する故障検出手段と、
   前記基準局を指定する基準局アドレス、前記基準データの種類、および前記基準データの変化方向を設定する基準局参照アドレス設定手段と、
   自局のアドレスおよび前記出力データまたは前記入力データの変化方向を設定する自局アドレス設定手段と、
   前記閾値となるインターバル値を設定するインターバル設定手段と、
   前記第一故障状態又は前記第二故障状態を示すデータを構成する信号を前記伝送信号に重畳する管理監視データ送信手段を備えたことを特徴とする子局ターミナル。
5. 前記故障検出手段は、前記管理監視データ送信手段へ、インターバル時間の計測データと他のモニタリングデータを切り替えて出力する請求項４に記載の子局ターミナル。

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