JPH09325811A - ２重化冗長システムおよび診断方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ステータス信号を伝送する伝送路の状態を的
確に診断でき、より高い信頼性が得られる２重化冗長シ
ステムおよび診断方法を提供する。 【解決手段】 制御装置１から伝送路３，４を診断する
場合には、自装置の動作状態および診断動作を示す信号
を伝送路３を介して制御装置２に出力し、これに応じて
制御装置２から伝送路４を介して返送された信号を受信
して、制御装置２の診断動作を確認することにより、伝
送路３，４を診断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、２重化冗長システ
ムおよび診断方法に関し、特に動作側および待機側が互
いに相手側の動作状態を監視する２重化冗長システムお
よび診断方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、動作側および待機側の２つの制
御装置を並列運転することにより冗長化を実現する２重
化冗長システムでは、互いに相手側から出力される所定
のステータス信号（状態信号）により相手側の動作状態
を常時監視し、特に動作側に異常が生じた場合には、こ
れを待機側で検出して、待機側が新たな動作側として動
作するように切替動作を行うものとなっている。

【０００３】従来、この種のステータス信号としては、
正常／異常を区別して通知するために、例えば正常な状
態を示す「Ｈレベル」と異常が生じたことを示す「Ｌレ
ベル」の２値を有し、自己の動作状態に応じてこれら２
値のうちいずれかを選択して相手側に送出するものとな
っていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の２重化冗長システムでは、相手側に自己の動
作状態を通知するステータス信号として、２値のレベル
しか有していないため、ステータス信号を送信するため
の伝送路が断線した場合には、正常／異常いずれかに判
断されてしまうという問題点があった。特に屋外に配設
されるフィールド機器などでは、動作側および待機側が
物理的に離れた場所に配設される場合が多く、両者間で
ステータス信号をやり取りする伝送路の断線モードの故
障率が比較的高い傾向にあり、２重化冗長システムによ
る制御が乱れる要因となっていた。本発明はこのような
課題を解決するためのものであり、ステータス信号を伝
送する伝送路の状態を的確に診断でき、より高い信頼性
が得られる２重化冗長システムおよび診断方法を提供す
ることを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明による２重化冗長システムおよび診断
方法は、自装置の動作状態すなわち正常／異常を示すと
ともに診断の開始終了を示す信号を第１の伝送路を介し
て相手側装置に出力する信号送信部と、相手側装置から
第２の伝送路を介して受信した信号から相手側装置の動
作状態を検出するとともに診断動作の開始終了を検出す
る信号受信部と、第１および第２の伝送路を診断する場
合には、自装置の動作状態および診断動作を示す信号を
信号送信部から第１の伝送路に出力し、これに応じて相
手側装置から第２の伝送路を介して返送された信号を信
号受信部により受信して相手側装置の診断動作を確認す
ることにより、第１および第２の伝送路を診断する制御
部とを備えるものである。また、信号送信部は、自装置
の動作状態を示すステータス信号を出力するステータス
信号出力回路と、自装置が正常状態の場合に診断動作の
開始終了を示す診断信号を出力する正常時診断信号出力
回路と、自装置が異常状態の場合に診断信号を出力する
異常時診断信号出力回路とを有し、信号受信部は、相手
側装置の動作状態を示すステータス信号を検出するステ
ータス信号受信回路と、正常時の診断信号を受信する正
常時診断信号受信回路と、異常時の診断信号を受信する
異常時診断信号受信回路とを有するものである。したが
って、自装置の動作状態および診断動作を示す信号が第
１の伝送路を介して相手側装置に出力され、これに応じ
て相手側装置から第２の伝送路を介して返送された信号
が受信されて相手側装置の診断動作が確認され、第１お
よび第２の伝送路が診断される。

【０００６】

【発明の実施の形態】次に、本発明について図面を参照
して説明する。図１は本発明の一実施の形態である２重
化冗長システムのブロック図であり、同図において、１
（２）は上位装置からの指示に応じて所定の制御信号を
プロセス機器などの各機器に出力する制御装置、３は制
御装置１の動作状態を示すステータス信号を制御装置２
に伝送するための伝送路（第１の伝送路）、４は制御装
置２の動作状態を示すステータス信号を制御装置１に伝
送するための伝送路（第２の伝送路）である。制御装置
１，２はそれぞれ同一構成を有し、動作側および待機側
として並列運転される。

【０００７】制御装置１（２）において、１１（２１）
はトランジスタＴＳ１（ＴＳ２）と負荷抵抗ＲＳ１（Ｒ
Ｓ２）とを有し、動作状態を示すＳＴＴＳＤ１（ＳＴＴ
ＳＤ２）信号に応じて所定のステータス信号を伝送路３
（４）に出力するステータス信号出力回路である。１２
（２２）はトランジスタＴＬ１（ＴＬ２）とＡＮＤゲー
トＡＮＤ１２を有し、ＳＴＴＳＤ１（ＳＴＴＳＤ２）信
号と診断開始終了を示すＤＩＡＧ１（ＤＩＡＧ２）信号
に応じて、自己の動作状態が「正常」である場合に所定
の診断信号を伝送路３（４）に出力する正常時診断信号
出力回路である。

【０００８】１３（２３）はトランジスタＴＨ１（ＴＨ
２）、ＡＮＤゲートＡＮＤ１３（ＡＮＤ２３）、および
負荷抵抗ＲＨ１とを有し、ＳＴＴＳＤ１（ＳＴＴＳＤ
２）信号の反転論理と診断開始終了を示すＤＩＡＧ１
（ＤＩＡＧ２）信号に応じて、動作状態が「異常」であ
る場合に所定の診断信号を伝送路３（４）に出力する異
常時診断信号出力回路である。これら、ステータス信号
出力回路１１（２１）、正常時診断信号出力回路１２
（２２）、および異常時診断出力回路１３（２３）によ
り、信号送信部が構成されている。

【０００９】また、１４（２４）は比較器ＣＭＰ１４
（ＣＭＰ２４）を有し、基準電圧ＶＳ１（ＶＳ２）に基
づいて伝送路４（３）からステータス信号を受信し、制
御回路２（１）の動作状態を示すステータス信号として
ＳＴＴＳＲ１（ＳＴＴＳＲ２）信号を出力するステータ
ス信号受信回路である。１５（２５）は比較器ＣＭＰ１
５（ＣＭＰ２５）を有し、基準電圧ＶＬ１（ＶＬ２）に
基づいて伝送路４（３）から異常時診断信号を受信し、
その診断結果を示すＬＯＫ１（ＬＯＫ２）信号を出力す
る異常時診断信号受信回路である。

【００１０】１６（２６）は比較器ＣＭＰ１６（ＣＭＰ
２６）を有し、基準電圧ＶＨ１（ＶＨ２）に基づいて伝
送路４（３）から正常時診断信号を受信し、その診断結
果を示すＨＯＫ１（ＨＯＫ２）信号を出力する正常時診
断信号受信回路である。これら、ステータス信号受信回
路１４、異常時診断信号受信回路１５、および正常時診
断信号受信回路１６により、信号受信部が構成されてい
る。

【００１１】ＲＬ１（ＲＬ２）は伝送路４（３）を介し
て制御装置２（１）側に対して電源電圧Ｖｃｃから所定
の電流を供給するための抵抗である。１０（２０）は上
位装置（図示せず）からの指示に応じて所定の制御信号
を各機器に出力するとともに、必要に応じてＳＴＴＳＤ
１（ＳＴＴＳＤ２）信号を信号送信部の各部に出力する
ことにより所定のステータス信号および診断信号の送信
を指示し、信号受信部の各部からのＳＴＴＳＲ１（ＳＴ
ＴＳＲ２）信号、ＬＯＫ１（ＬＯＫ２）信号、およびＨ
ＯＫ１（ＨＯＫ２）信号に応じて、制御装置２（１）側
の動作状態および伝送路３、４の状態を診断し、その結
果に基づいて動作側／待機側の切替制御を行う制御部で
ある。

【００１２】なお、ステート信号受信回路１４（２４）
の基準電圧ＶＳ１（ＶＳ２）は所定値、例えば電源電圧
Ｖｃｃの１／２に設定されており、また異常時診断信号
受信回路１５（２５）および正常時診断信号受信回路１
６（２６）の基準電圧ＶＬ１（ＶＬ２）およびＶＨ１
（ＶＨ２）は、それぞれ基準電圧ＶＳ１（ＶＳ２）と電
源電圧Ｖｃｃとの間の所定電圧、および基準電圧ＶＳ１
（ＶＳ２）と接地電位との間の所定電圧に設定されてい
る。

【００１３】したがって、制御装置１（２）が正常状態
にある場合（ステート１）にはトランジスタＴＳ１（Ｔ
Ｓ２）のみが「ＯＮ」してＶＴ２（ＶＴ１）信号が基準
電圧ＶＳ２（ＶＳ１）と基準電圧ＶＨ２（ＶＨ１）の間
の電圧となり、この正常状態で診断動作を行った場合
（ステート２）には、さらにトランジスタＴＬ１が「Ｏ
Ｎ」してＶＴ２（ＶＴ１）信号が基準電圧ＶＨ２と接地
電位との間の電圧まで低下するように、抵抗ＲＬ２（Ｒ
Ｌ１）、ＲＳ１（ＲＳ２）が設定されている。

【００１４】また、制御装置１（２）が異常状態にある
場合（ステート３）にはすべてのトランジスタＴＳ１，
ＴＬ１，ＴＨ１（ＴＳ２，２Ｌ２，ＴＨ２）が「ＯＦ
Ｆ」してＶＴ２（ＶＴ１）信号が基準電圧ＶＳ２より高
く基準電圧ＶＳ２（ＶＳ１）と電源電圧Ｖｃｃとの間の
電圧となり、この異常状態で診断動作を行った場合（ス
テート４）には、トランジスタＴＨ１が「ＯＮ」してＶ
Ｔ２（ＶＴ１）信号が基準電圧ＶＬ２（ＶＬ１）と基準
電圧ＶＳ２（ＶＳ１）との間の電圧まで低下するよう
に、ＲＨ１（ＲＨ２）が設定されている。

【００１５】次に、図２および図３を参照して、本発明
の動作として、制御装置１が正常状態、制御装置２が異
常状態にある場合の診断処理動作を例に説明する。図２
は制御装置１から伝送路３，４を診断する場合における
各信号およびトランジスタの状態を示す説明図であり、
「Ｈレベル」は正常、「Ｌレベル」は異常を示してい
る。なお、制御装置２から伝送路３，４を診断する場合
については、図２に制御装置１，２が入れ替わったもの
となるので、ここでは省略する。図３は図１の各部信号
を示すタイミングチャートである。

【００１６】図２において、ステート１は制御装置１
（送信側）が正常状態にある場合、ステート２は制御装
置１が正常状態にある場合の診断動作状態、ステート３
は制御装置１が異常状態にある場合、ステート４は制御
装置１が異常状態にある場合の診断動作状態を示してい
る。図３の時刻Ｔ１以前において、制御装置１の制御部
１０は、自装置にて異常が検出されておらず正常動作し
ており、診断動作を行っていないことから、ＳＴＴＳＤ
１信号として「Ｈレベル」、またＤＩＡＧ信号として
「Ｌレベル」を出力する。

【００１７】これに応じて、ステート信号出力回路１１
のトランジスタＴＳ１が「ＯＮ」、トランジスタＴＬ
１，ＴＨ１がともに「ＯＦＦ」となり、制御装置１の動
作状態を示すステート信号として、制御装置２側の電源
Ｖｃｃから、抵抗ＲＬ２、伝送路３、および抵抗ＲＳ１
を介して所定の電流が流れる。制御装置２では、この電
流により生じた電圧をＶＴ２信号として検出し、各信号
受信回路２４〜２６にて受信する。

【００１８】ステータス信号受信回路２４は、例えば電
源電圧Ｖｃｃのほぼ１／２の電圧値基準電圧ＶＳ２を有
しており、制御装置１がステート１の場合は図３時刻Ｔ
１以前に示すように、基準電圧ＶＳ２より低い電圧のＶ
Ｔ２信号が入力されることから、比較器ＣＭＰ２４から
「Ｈレベル」のＳＴＴＳＲ２信号が出力される。また、
正常時診断信号受信回路２６は、基準電圧ＶＳ２と接地
電位との間に設けられた基準電圧ＶＨ２を有しており、
制御装置１がステート１の場合には基準電圧ＶＨ２より
高い電圧のＶＴ２信号が入力されることから、比較器Ｃ
ＭＰ２６から「Ｌレベル」のＨＯＫ２信号が出力され
る。

【００１９】制御装置２の制御部２０は、ＳＴＴＳＲ２
信号が「Ｈレベル」であることから、制御装置１の正常
状態を確認するとともに、ＨＯＫ２信号が「Ｌレベル」
であることから、制御装置１が診断動作をしていないこ
とを確認する。また、制御装置２は自装置内の異常を検
出していることから、ステート３の状態として「Ｌレベ
ル」のＳＴＴＳＤ２信号を出力してトランジスタＴＳ２
を「ＯＦＦ」させるとともに、診断動作中ではないこと
から「Ｌレベル」のＤＩＡＧ２信号を出力してトランジ
スタＴＬ２，ＴＨ２を「ＯＦＦ」させる。これにより、
伝送路４にはほとんど電流が流れず、制御装置１のＶＴ
１信号は時刻Ｔ１以前においてほぼ電源電圧Ｖｃｃとな
る。

【００２０】ステータス信号受信回路１４は、例えば電
源電圧Ｖｃｃのほぼ１／２の電圧値基準電圧ＶＳ１を有
しており、制御装置２がステート３の場合には図３時刻
Ｔ１以前に示すように、基準電圧ＶＳ１より高い電圧の
ＶＴ１信号が入力されることから、比較器ＣＭＰ１４か
ら「Ｌレベル」のＳＴＴＳＲ１信号が出力される。ま
た、異常時診断信号受信回路１５は、基準電圧ＶＳ１と
電源電圧との間に設けられた基準電圧ＶＬ１を有してお
り、制御装置２がステート３の場合には基準電圧ＶＬ１
より高い電圧のＶＴ１信号が入力されることから、比較
器ＣＭＰ１５から「Ｌレベル」のＬＯＫ１信号が出力さ
れる。

【００２１】制御装置１の制御部１０は、ＳＴＴＳＲ１
信号が「Ｌレベル」であることから、制御装置２の異常
状態を確認するとともに、ＬＯＫ１信号が「Ｌレベル」
であることから、制御装置２が診断動作をしていないこ
とを確認する。このような状態にある時刻Ｔ１におい
て、制御装置１の制御部１０が自律的あるいは上位装置
からの指示に基づいて伝送路３，４の診断を行う場合、
まずＤＩＡＧ１信号を「Ｈレベル」に変化させてトラン
ジスタＴＬ１を「ＯＮ」させ、ステータス信号とともに
正常時の診断信号を出力する（ステート２）。

【００２２】これに応じて、制御装置２のＶＴ２信号の
電圧が基準電圧ＶＨ２より低下する。正常時診断信号受
信回路２６の比較器ＣＭＰ２６は、このＶＴ２信号の低
下を検出してＨＯＫ２信号を「Ｈレベル」に変化させ、
正常時の診断信号を受信出力する。これにより、制御部
２０は制御装置１が診断動作を行っていることを確認
し、その応答としてＤＩＡＧ２信号を「Ｈレベル」に変
化させ、トランジスタＴＨ２を「ＯＮ」させる（ステー
ト４）。

【００２３】したがって、制御装置１のＶＴ１信号が基
準電圧ＶＬ１と基準電圧ＶＳ１の間の電圧まで低下す
る。異常時診断信号受信回路１５の比較器ＣＭＰ１５
は、このＶＴ１信号の低下を検出してＬＯＫ１信号を
「Ｈレベル」に変化させ、異常時の診断信号を受信出力
する。制御部１０は、自装置の診断動作の開始、すなわ
ちＤＩＡＧ１信号を「Ｈレベル」に変化させた時刻Ｔ１
から、ＬＯＫ１信号が「Ｈレベル」となるまでの時間ｔ
１を検出し、この時間ｔ１が所定時間以内である場合に
は、自装置から出力した診断信号が制御装置２で正常に
受信されて返送されたと判断して、伝送路３，４が正常
であることを確認する。

【００２４】また、診断信号の出力から所定時間以内に
「Ｈレベル」のＬＯＫ１信号が検出できなかった場合に
は、伝送路３，４のいずれかに異常があると判断し、上
位装置に対してアラームを送出して、伝送路３，４の異
常を通知する。続いて、制御装置１の制御部１０は、時
刻Ｔ２にＤＩＡＧ１信号を「Ｌレベル」に変化させるこ
とにより診断動作の終了を通知する（ステート１）。こ
れによりＶＴ２信号が元の電圧に上昇してＨＯＫ２信号
が「Ｌレベル」となる。

【００２５】これに応じて、制御部２０は、ＤＩＡＧ２
信号を「Ｌレベル」とし（ステート３）、これによりＶ
Ｔ１信号が元の電圧に上昇してＬＯＫ１信号が「Ｌレベ
ル」となる。制御部１０は、自装置の診断動作の終了、
すなわちＤＩＡＧ１信号を「Ｌレベル」に変化させた時
刻Ｔ２から、ＬＯＫ１信号が「Ｌレベル」となるまでの
時間ｔ２を検出し、この時間ｔ２が所定時間以内である
場合には、自装置から出力停止した診断信号が制御装置
２で正常に受信されて返送されたと判断して、伝送路
３，４が正常であることを確認する。

【００２６】また、診断信号の停止から所定時間以内に
「Ｌレベル」のＬＯＫ１信号が検出できなかった場合に
は、伝送路３，４のいずれかに異常があると判断し、上
位装置に対してアラームを送出して、伝送路３，４の異
常を通知する。なお、以上の説明では、制御装置１が正
常状態（ステート１）にあり、制御装置２が異常状態
（ステート３）にある場合を例に説明したが、これに限
定されるものではなく、制御装置１，２がそれぞれ、正
常／正常、異常／正常、および異常／異常いずれの場合
でも、前述と同様にして、伝送路３，４の状態を診断す
ることができる。

【００２７】このように、制御装置の動作状態すなわち
正常／異常を示すとともに診断の開始終了を示す信号を
出力する信号送信部と、受信した信号から相手側制御装
置の動作状態を検出するとともに診断動作の開始終了を
検出する信号受信部とを設けて、伝送路を診断する場合
には自装置の動作状態および診断動作を示す信号を伝送
路に出力し、それに応じて相手側制御装置から返送され
た信号を受信して相手側装置の診断動作を確認すること
により、伝送路の診断を行うようにしたので、従来のよ
うにステータス信号として２値のレベルしか有していな
い場合と比較して、自装置および相手側装置がいずれの
動作状態であっても伝送路の状態を的確に診断でき、よ
り高い信頼性が得られる。

【００２８】また、信号送信部として、制御装置の動作
状態を示すステータス信号を出力するステータス信号出
力回路と、制御装置が正常状態の場合に診断動作の開始
終了を示す診断信号を出力する正常時診断信号出力回路
と、制御装置が異常状態の場合に診断信号を出力する異
常時診断信号出力回路とを設け、信号受信部として、制
御装置の動作状態を検出するステータス信号受信回路
と、正常状態の診断信号を受信する正常時診断信号受信
回路と、異常時の診断信号を受信する異常時診断信号受
信回路とを設けたので、自装置の状態がいずれの状態で
あっても確実に診断信号をやり取りすることが可能とな
る。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、自装置
の動作状態すなわち正常／異常を示すとともに診断の開
始終了を示す信号を第１の伝送路を介して相手側装置に
出力する信号送信部と、相手側装置から第２の伝送路を
介して受信した信号から相手側装置の動作状態を検出す
るとともに診断動作の開始終了を検出する信号受信部と
を設けて、自装置の動作状態および診断動作を示す信号
を信号送信部から第１の伝送路に出力し、これに応じて
相手側装置から第２の伝送路を介して返送された信号を
信号受信部により受信して相手側装置の診断動作を確認
することにより、第１および第２の伝送路を診断するよ
うにしたので、従来のようにステータス信号として２値
のレベルしか有していない場合と比較して、自装置およ
び相手側装置がいずれの動作状態であっても伝送路の状
態を的確に診断でき、より高い信頼性が得られる。

【００３０】また信号送信部として、自装置の動作状態
を示すステータス信号を出力するステータス信号出力回
路と、自装置が正常状態の場合に診断動作の開始終了を
示す診断信号を出力する正常時診断信号出力回路と、自
装置が異常状態の場合に診断信号を出力する異常時診断
信号出力回路とを設け、信号受信部として、相手側装置
の動作状態を示すステータス信号を検出するステータス
信号受信回路と、正常時の診断信号を受信する正常時診
断信号受信回路と、異常時の診断信号を受信する異常時
診断信号受信回路とを設けたので、自装置の状態がいず
れの動作状態であっても確実にステータス信号と診断信
号とをやり取りすることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施の形態による２重化冗長シス
テムのブロック図である。

【図２】 制御装置から伝送路を診断する場合における
各信号およびトランジスタの状態を示す説明図である。

【図３】 図１の各部信号を示すタイミングチャートで
ある。

【符号の説明】

１，２…制御装置、１０，２０…制御部、１１，２１…
ステータス信号出力回路、１２，２２…正常時診断信号
出力回路、１３，２３…異常時診断出力回路、１４，２
４…ステータス信号受信回路、１５，２５…正常時診断
信号受信回路、１６，２６…異常時診断信号受信回路。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 動作側および待機側の２つの制御装置を
   並列運転するとともに、互いに相手側の動作状態を監視
   する２重化冗長システムにおいて、 各制御装置は、 自装置の動作状態すなわち正常／異常を示すとともに診
   断の開始終了を示す信号を第１の伝送路を介して相手側
   装置に出力する信号送信部と、 相手側装置から第２の伝送路を介して受信した信号から
   相手側装置の動作状態を検出するとともに診断動作の開
   始終了を検出する信号受信部と、 第１および第２の伝送路を診断する場合には、自装置の
   動作状態および診断動作を示す信号を信号送信部から第
   １の伝送路に出力し、これに応じて相手側装置から第２
   の伝送路を介して返送された信号を信号受信部により受
   信して相手側装置の診断動作を確認することにより、第
   １および第２の伝送路を診断する制御部とを備えること
   を特徴とする２重化冗長システム。
2. 【請求項２】 請求項１記載の２重化冗長システムにお
   いて、 信号送信部は、自装置の動作状態を示すステータス信号
   を出力するステータス信号出力回路と、自装置が正常状
   態の場合に診断動作の開始終了を示す診断信号を出力す
   る正常時診断信号出力回路と、自装置が異常状態の場合
   に診断信号を出力する異常時診断信号出力回路とを有
   し、 信号受信部は、相手側装置の動作状態を示すステータス
   信号を検出するステータス信号受信回路と、正常時の診
   断信号を受信する正常時診断信号受信回路と、異常時の
   診断信号を受信する異常時診断信号受信回路とを有する
   ことを特徴とする２重化冗長システム。
3. 【請求項３】 動作側および待機側の２つの制御装置を
   並列運転するとともに、互いに第１および第２の伝送路
   を介して信号を送受信することにより相手側の動作状態
   を監視する２重化冗長システムにおいて、 自装置の動作状態および診断動作を示す信号を第１の伝
   送路を介して相手側装置に出力し、これに応じて相手側
   装置から第２の伝送路を介して返送された信号を受信し
   て相手側装置の診断動作を確認することにより、第１お
   よび第２の伝送路を診断するようにしたことを特徴とす
   る２重化冗長システムの診断方法。