(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の検出器と、
前記検出器から得られる検出信号を伝送信号に変換する変換部と、
前記検出器ごとに設けられ、前記伝送信号に対して所要の処理を行い前記伝送信号を出力する第１の処理部と第２の処理部とからなる複数の処理部と、
入力された前記伝送信号を用いて制御対象を制御する制御部と、
前記処理部間および前記処理部と制御部との間を接続し、それぞれ独立した伝送方向の異なる通常時伝送ループを形成する第１の伝送路と第２の伝送路とからなる２本の伝送路と、
前記第１、第２の処理部に設けられる異常検知部と、
前記検出器ごとに設けられ、前記異常が検知された場合、異常が検知された前記処理部と前記伝送路との接続を解除し、前記伝送方向の異なる前記伝送路同士を接続して異常時伝送ループを形成する伝送路切替部とを備え、
前記第１の処理部は、前記第１の伝送路を介して前記第２の処理部に伝送する伝送信号に第１のチェックデータを付加した第１の伝送データを出力し、
前記第２の処理部は、前記第２の伝送路を介して前記第１の処理部に伝送する伝送信号に、前記第１の伝送データに含まれた前記第１のチェックデータを第２のチェックデータとして付加した第２の伝送データを出力し、
前記第１の処理部は、前記第１のチェックデータと前記第２のチェックデータとを比較し、異なる場合に前記第２の処理部に異常があると検知することを特徴とするデータ伝送システム。
【請求項２】
前記第１の処理部は、前記第２の処理部の異常を検知した場合、前記第２の処理部と対になる前記伝送路切替部に通知し、
前記第２の処理部と対になる前記伝送路切替部は、前記第２の処理部と接続された前記第１の伝送路と前記第２の伝送路とを接続して異常時伝送ループを形成する請求項１記載のデータ伝送システム。
【請求項３】
前記伝送路切替部は、前記処理部の異常を検知した場合、前記制御部に異常を通知する請求項１または請求項２に記載のデータ伝送システム。
【請求項４】
複数の検出器から得られる検出信号を伝送信号に変換する変換ステップと、
第１の処理部と第２の処理部とからなる複数の処理部が前記検出器ごとに前記伝送信号に対して所要の処理を行い前記伝送信号を出力する出力処理ステップと、
伝送方向の異なる独立した少なくとも２本の伝送ループで、制御対象を制御する制御部に前記伝送信号を伝送する伝送ステップと、
前記処理部による前記出力処理ステップの異常を検知する異常検知ステップと、
前記異常が検知された場合、異常が検知された前記処理部を前記伝送ループから離脱し、前記処理部に接続された２本の前記伝送ループ同士を接続して異常時伝送ループを形成する伝送路切替ステップと、を含み、
前記出力処理ステップにおいて、前記第１の処理部は、前記第２の処理部に伝送する伝送信号に第１のチェックデータを付加した第１の伝送データを出力し、
前記第２の処理部は、前記第１の処理部に伝送する伝送信号に、前記第１の伝送データに含まれた前記第１のチェックデータを第２のチェックデータとして付加した第２の伝送データを出力し、
前記第１の処理部は、前記第１のチェックデータと前記第２のチェックデータとを比較し、異なる場合に前記第２の処理部に異常があると検知することを特徴とするデータ伝送システムの異常検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、測定エリアで計測された計測結果を伝送路を介して伝送するデータ伝送システムおよびその異常検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業プラントは、監視や制御に供するための圧力、流量、温度などを計測する種々の検出器（計器センサ）が設置される。一般的に、測定エリア（機器設置現場エリア）から監視制御装置までの距離は、２００ｍから４００ｍ程度である。この距離を計器センサと直接接続しようとすると、長大なケーブルが必要となり、高コストを生じ、現実的ではない。
【０００３】
今日、布設工事費や工事期間の合理化を目的として、計器センサの計測値を伝送信号に変換して送信する電送技術（「現場伝送技術」という。）が実用化されつつある。現場伝送技術は、例えばＩＴ技術の活用により、ケーブル物量を大幅に削減・合理化することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１８９３７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
伝送アダプタは、現場に点在する計器センサから得られる検出信号を中継点として取り込む。伝送アダプタは、検出信号の取り込み後はこれを伝送信号として伝送路を介して制御装置まで送信する。このような伝送アダプタを備えるデータ伝送システムは、計器センサで得られる検出信号を制御装置に直接送信する場合に要する相当量のケーブルを低減するのに有効である。
【０００６】
しかし、現場伝送技術を適用するデータ伝送システムは、伝送アダプタの故障箇所に依存して伝送信号を制御装置に送信できなくなるという課題がある。また、データ伝送システムは、故障した伝送アダプタの位置を的確に把握できないという課題がある。
【０００７】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、伝送ループに異常が生じた場合であっても、異常箇所に依存することなく伝送信号を伝送することができるデータ伝送システムおよびその異常を検知するための異常検知方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るデータ伝送システムの実施形態は、複数の検出器と、前記検出器から得られる検出信号を伝送信号に変換する変換部と、前記検出器ごとに設けられ、前記伝送信号に対して所要の処理を行い前記伝送信号を出力する第１の処理部と第２の処理部とからなる複数の処理部と、入力された前記伝送信号を用いて制御対象を制御する制御部と、前記処理部間および前記処理部と制御部との間を接続し、それぞれ独立した伝送方向の異なる通常時伝送ループを形成する第１の伝送路と第２の伝送路とからなる２本の伝送路と、前記第１、第２の処理部に設けられる異常検知部と、前記検出器ごとに設けられ、前記異常が検知された場合、異常が検知された前記処理部と前記伝送路との接続を解除し、前記伝送方向の異なる前記伝送路同士を接続して異常時伝送ループを形成する伝送路切替部とを備え、前記第１の処理部は、前記第１の伝送路を介して前記第２の処理部に伝送する伝送信号に第１のチェックデータを付加した第１の伝送データを出力し、前記第２の処理部は、前記第２の伝送路を介して前記第１の処理部に伝送する伝送信号に、前記第１の伝送データに含まれた前記第１のチェックデータを第２のチェックデータとして付加した第２の伝送データを出力し、前記第１の処理部は、前記第１のチェックデータと前記第２のチェックデータとを比較し、異なる場合に前記第２の処理部に異常があると検知する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係るデータ伝送システムの一実施形態を示す構成図。
【図２】伝送アダプタの詳細な構成図。
【図３】異常時伝送ループが形成された場合のデータ伝送システムの構成図。
【図４】異常時伝送ループが形成された場合の伝送アダプタの構成図。
【図５】比較例としてのデータ伝送システムの構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明に係るデータ伝送システムおよびその異常検知方法の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１は、本発明に係るデータ伝送システムの一実施形態を示す構成図である。
【００１２】
データ伝送システム１は、例えば火力発電プラント、原子力発電プラント、化学プラント、各種工場などの産業プラントに設けられる。データ伝送システム１は、プラントの監視や制御に供する圧力、流量、温度などを計測するために設けられる。
【００１３】
データ伝送システム１は、検出器１０ａ〜１０ｃ、変換器１１ａ〜１１ｃ、伝送アダプタ１２ａ〜１２ｃ、伝送路１３、１４および制御装置１５を主に有する。なお、図１には３組の検出器１０ａ〜１０ｃ、変換器１１ａ〜１１ｃ、および伝送アダプタ１２ａ〜１２ｃを有する例を示すが、これらはほぼ同様の構成を有する。これらを区別しない場合には単に検出器１０、変換器１１、伝送アダプタ１２という。本実施形態においては、変換器１１、伝送アダプタ１２は、検出器１０ごとに設けられるが、変換器１１および伝送アダプタ１２を複数の検出器１０で共有してもよい。
【００１４】
検出器１０は、圧力、流量、温度などを計測するための種々の計器センサである。検出器１０は、圧力、流量、温度などの計測を要するプラント内のエリア（測定エリア）に設置される。変換器１１は、検出器１０で検出された検出信号をＡ／Ｄ変換し、伝送信号として出力する。伝送アダプタ１２は、変換器１１より送信される伝送信号を伝送路１３、１４を介して送信する。
【００１５】
伝送アダプタ１２は、プロセッサ２０ａ〜２０ｃ（プロセッサ２０）および伝送路切替部３０ａ〜３０ｃ（伝送路切替部３０）を有する。プロセッサ２０および伝送路切替部３０は、一対となって各検出器１０に設けられる。
【００１６】
プロセッサ２０（異常検知部）は、各検出器１０から入力される信号を区別して伝送路１３、１４から制御装置１５に送信する。また、プロセッサ２０は、伝送信号を用いた他のプロセッサ２０の異常判定処理などの所要の処理を行う。
【００１７】
伝送路切替部３０は、プロセッサ２０の外郭層であり、プロセッサ２０で行われる異常判定処理の結果に基づいて伝送路１３、１４を切り替える。伝送路切替部３０は、スイッチ３１ａ〜３１ｃ（スイッチ３１）、および切替伝送路３２ａ〜３２ｃ（切替伝送路３２）を有する。スイッチ３１は、プロセッサ２０の異常の有無に応じて伝送路１３、１４を切り替える。切替伝送路３２は、プロセッサ２０に異常が生じた場合に、スイッチ３１の切替により異常時伝送ループの一部を形成する。
【００１８】
プロセッサ２０および伝送路切替部３０の詳細な構成については、後述する。
【００１９】
伝送路１３、１４（第１の伝送路および第２の伝送路）は、伝送アダプタ１２と制御装置１５との間を接続する光ケーブルなどのケーブルである。伝送路１３、１４は、数珠繋ぎに接続する配線方式である、いわゆるＤａｉｓｙ  Ｃｈａｉｎ（デイジーチェイン）方式で伝送アダプタ１２間および伝送アダプタ１２と制御装置１５との間を接続する。伝送路１３、１４は、それぞれ独立し、互いに伝送方向が異なる通常時伝送ループを形成する。
【００２０】
各伝送アダプタ１２より送信される各伝送信号は、所要の伝送アダプタ１２を経由し、最終的には制御装置１５へ送信される。制御装置１５は、伝送信号を用いてプラント内の制御対象を制御する。
【００２１】
図２は、伝送アダプタ１２の詳細な構成図である。図２では、一組の伝送アダプタ１２ａと伝送アダプタ１２ｂとを例に説明する。
【００２２】
伝送アダプタ１２ａのプロセッサ２０ａ（第１の処理部）は、比較器２１および加算器２２を有する。
【００２３】
比較器２１は、伝送アダプタ１２ａから伝送アダプタ１２ｂに出力されるチェックデータ２５ａと、伝送アダプタ１２ｂから伝送アダプタ１２ａに入力されるチェックデータ２５ｃとを比較する。比較器２１は、後述する図４に示すように異常時においては、異常警報信号５１を制御装置１５に出力する。また、比較器２１は、異常時においては、異常信号発信器３３に異常信号５２を出力する。加算器２２は、チェックデータ２５ａを伝送路１３で伝送される伝送データ４１ａ（伝送信号）にチェックデータ２５ａを加算する。
【００２４】
伝送アダプタ１２ｂのプロセッサ２０ｂ（第２の処理部）は、チェックデータ反転ライン（反転ライン）２６および加算器２７を有する。
【００２５】
反転ライン２６は、伝送アダプタ１２ａから入力したチェックデータ２５ａを分離しチェックデータ２５ｂとして伝送アダプタ１２ａに返送する。加算器２２は、チェックデータ２５ｂを伝送路１４で伝送される伝送データ４１ｃ（伝送信号）に加算する。
【００２６】
伝送路切替部３０ａは、異常信号発信器３３を有する。異常信号発信器３３は、比較器２１より異常信号を入力した場合、異常信号５２を伝送アダプタ１２ｂに出力する。伝送路切替部３０ｂは、異常信号受信器３４を有する。異常信号発信器３３と異常信号受信器３４とは、所定のケーブル３５により接続される。異常信号受信器３４は、伝送アダプタ１２ａから出力される異常信号５２を受信すると、スイッチ３１ｂを切り替えて異常時伝送ループを形成する。
【００２７】
次に、本実施形態におけるデータ伝送システム１の作用について説明する。まず、データ伝送システム１の異常時における伝送ループの切替の概要について説明する。
【００２８】
図１に示すように、通常時におけるデータ伝送システム１は、検出器１０で得られた検出信号を変換器１１で伝送信号に変換する。伝送信号は、プロセッサ２０で所要の処理が行われた後、伝送路１３、１４を介して制御装置１５へ伝送される。伝送路１３、１４は、それぞれ伝送方向が異なる伝送ループ（通常時伝送ループという）を形成し、所要の伝送アダプタ１２を順次経由させて伝送信号を伝送する。
【００２９】
ここで、伝送路切替部３０によりプロセッサ２０の異常が検知されると、伝送路切替部３０はスイッチ３１を切替えて異常時伝送ループを形成する。
【００３０】
図３は、異常時伝送ループが形成された場合のデータ伝送システム１の構成図である。
【００３１】
例えば、伝送アダプタ１２ｂにプロセッサ２０ｂの故障などの異常が発生した場合、スイッチ３１ｂは伝送路１３、１４を切替伝送路３２ｂに接続する。伝送アダプタ１２ｂは、伝送路１３、１４から離脱され、データ伝送システム１は異常時伝送ループを形成する。
【００３２】
具体的には、スイッチ３１ｂは、伝送路１３、１４とプロセッサ２０ｂとの接続を解除し、伝送路１３、１４と切替伝送路３２ｂとを接続する。伝送路１３を流れる伝送信号は、異常が生じた伝送アダプタ１２ｂのプロセッサ２０ｂに入力されることなく伝送路切替部３０ｂで反転し、伝送路１４に流れ、制御装置１５に入力される。同様に、伝送路１４を流れる伝送信号は、伝送路切替部３０ｂで反転して伝送路１３に流れる。
【００３３】
次に、データ伝送システム１の異常検出処理について具体的に説明する。
【００３４】
通常時における伝送アダプタ１２は、隣り合う伝送アダプタ１２のプロセッサ２０と伝送アダプタ１２および伝送路１３、１４が正常に機能しているか否かの確認を行う。図２を例に説明すると、比較器２１は、チェックデータ２５ａ（第１のチェックデータ）を出力し、チェックデータ２５ａを伝送路１３を流れる伝送データ４１ａに加算器２２を用いて加算する。
【００３５】
チェックデータ２５ａが加算された伝送データ４１ｂは、伝送路１３を介して伝送アダプタ１２ａから伝送アダプタ１２ｂへ出力される。プロセッサ２０ｂは、送信された伝送データ４１ｂからチェックデータ２５ｂのみを分離・反転する。プロセッサ２０ｂは、チェックデータ２５ｂを伝送路１４を流れる伝送データ４１ｃに加算器２７を用いて加算する。
【００３６】
チェックデータ２５ｂが加算された伝送データ４１ｄは、伝送路１４を介して伝送アダプタ１２ｂから伝送アダプタ１２ａへ出力される。プロセッサ２０ａは、伝送データ４１ｄからチェックデータ２５ｃ（第２のチェックデータ）のみを分離し、チェックデータ２５ｃを比較器２１に入力する。
【００３７】
比較器２１は、比較器２１が出力したチェックデータ２５ａと、伝送アダプタ１２ｂを経由し返送されたチェックデータ２５ｃとを比較する。比較器２１は、チェックデータ２５ａ、２５ｃが同一であると判定した場合、プロセッサ２０ｂおよび伝送アダプタ１２ａ、１２ｂ間の伝送路１３、１４は正常に動作していると判定する。
【００３８】
一方、比較器２１は、チェックデータ２５ａ、２５ｃが異なると判定した場合、プロセッサ２０ｂまたは伝送アダプタ１２ａ、１２ｂ間の伝送路１３、１４は正常でないと判定する。比較器２１は、異常信号５２を異常信号発信器３３に発信する。異常信号発信器３３は、異常信号５２を異常信号受信器３４に発信する。
【００３９】
異常信号受信器３４は、スイッチ３１ｂに離脱切替信号５３を出力し、異常時伝送ループを形成する。異常信号受信器３４は、スイッチ３１ｂの切替によりプロセッサ２０ｂと伝送路１３、１４との接続を解除し、伝送路１３、１４を切替伝送路３２ｂと接続する。すなわち、異常信号受信器３４は、伝送路１３、１４同士を接続することで異常時伝送ループを形成する。
【００４０】
図４は、異常時伝送ループが形成された場合の伝送アダプタ１２ａ、１２ｂの構成図である。
【００４１】
異常時伝送ループが形成された後、伝送アダプタ１２ａの比較器２１は、異常警報信号５１を制御装置１５に出力する。異常警報信号５１は、伝送アダプタ１２ａから伝送路１３、伝送アダプタ１２ｂ、伝送路１４、伝送アダプタ１２ａを順次介して、制御装置１５へ送信される。
【００４２】
ここで、本実施形態におけるデータ伝送システム１の比較例としてのデータ伝送システム１０１について説明する。
【００４３】
図５は、比較例としてのデータ伝送システム１０１の構成図である。
【００４４】
データ伝送システム１０１は、検出器１１０ａ〜１１０ｃ、変換器１１１ａ〜１１１ｃ、伝送アダプタ１１２ａ〜１１２ｃ、伝送路１１３および制御装置１１５を主に有する。伝送アダプタ１１２ａ〜１１２ｃは、伝送信号に対して所要の信号処理を行うプロセッサ１２０ａ〜１２０ｃ、およびプロセッサ１２０ａ〜１２０ｃの外郭の処理を担う外郭処理部１３０ａ〜１３０ｃを有する。
【００４５】
伝送アダプタ１１２ａ〜１１２ｃは、伝送路１１３に対して直列に接続される。伝送アダプタ１１２ａ〜１１２ｃが故障した場合、故障した伝送アダプタ１１２ａ〜１１２ｃの場所に依存して、他の伝送アダプタ１１２ａ〜１１２ｃの伝送信号を制御装置１１５に送信できない。また、故障した伝送アダプタ１１２ａ〜１１２ｃの故障位置を把握する手段がなく、故障から復旧までの時間や労力が大きい。
【００４６】
これに対し、本実施形態におけるデータ伝送システム１は、伝送アダプタ１２に異常が発生した場合であっても、異常が発生した伝送アダプタ１２を伝送路１３、１４から離脱する。このため、データ伝送システム１は、異常が発生した伝送アダプタ１２に依存することなく、他の伝送アダプタ１２から伝送される伝送信号を確実に制御装置１５に到達することができる。
【００４７】
特に、プロセッサ２０は、所要のソフトウェアを実行するが、このソフトウェアは伝送路１３、１４や伝送アダプタ１２を構成するハードウェアに比べて、異常が生じやすい傾向にある。これに対し、本実施形態におけるデータ伝送システム１は、プロセッサ２０および伝送路切替部３０によりソフトウェアの異常の有無を好適に検知することができる。これにより、データ伝送システム１は、伝送アダプタ１２の接続数に依存せず、異常の有無や異常箇所の把握、判定を簡易かつ確実に行うことができる。
【００４８】
また、データ伝送システム１は、異常が検出された場合には、異常時伝送ループを介して制御装置１５に異常を通知するため、現場のみならず監視・制御側で異常を認識することができる。
【００４９】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００５０】
例えば、伝送アダプタ１２の数や伝送アダプタ１２の異常の検出方法は、上述した方法に限らない。また、異常を検出した場合、自動で通常時伝送ループを異常時伝送ループに切替える例を説明したが、切替は操作員が手動で行ってもよい。
【００５１】
さらに、異常が検知されたプロセッサ２０と隣接する正常なプロセッサ２０で伝送路１３、１４を接続し、異常時伝送ループを形成してもよい。
【符号の説明】
【００５２】
１  データ伝送システム
１０ａ〜１０ｃ（１０）  検出器
１１ａ〜１１ｃ（１１）  変換器
１２ａ〜１２ｃ（１２）  伝送アダプタ
１３、１４  伝送路
１５  制御装置
２０ａ〜２０ｃ（２０）  プロセッサ
２１  比較器
２２、２７  加算器
２５ａ〜２５ｃ  チェックデータ
２６  チェックデータ反転ライン（反転ライン）
３０ａ〜３０ｃ（３０）  伝送路切替部
３１ａ〜３１ｃ（３１）  スイッチ
３２ａ〜３２ｃ（３２）  切替伝送路
３３  異常信号発信器
３４  異常信号受信器
４１ａ〜４１ｄ  伝送データ
５１  異常警報信号
５２  異常信号
５３  離脱切替信号
【図１】
0005624528.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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