JP3292300B2 - フィールドバスシステム - Google Patents
フィールドバスシステムInfo
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- JP3292300B2 JP3292300B2 JP31985790A JP31985790A JP3292300B2 JP 3292300 B2 JP3292300 B2 JP 3292300B2 JP 31985790 A JP31985790 A JP 31985790A JP 31985790 A JP31985790 A JP 31985790A JP 3292300 B2 JP3292300 B2 JP 3292300B2
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- control
- field
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- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B15/00—Systems controlled by a computer
- G05B15/02—Systems controlled by a computer electric
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Control By Computers (AREA)
- Safety Devices In Control Systems (AREA)
- Small-Scale Networks (AREA)
- Testing And Monitoring For Control Systems (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はフィールドバスシステムに係り、特に工業用
計測制御システムに適用され、計器室側の故障に対して
強く安定して動作すると共にシステム新設のための試運
転を簡易に行い得るフィールドバスシステムに関するも
のである。
計測制御システムに適用され、計器室側の故障に対して
強く安定して動作すると共にシステム新設のための試運
転を簡易に行い得るフィールドバスシステムに関するも
のである。
第5図を参照して従来の代表的なシステム構成につい
て説明する。フィールドバスシステムは計器室側とフィ
ールド側から構成され、計器室にはシステム全体を制御
・管理する上位機器51が配設され、フィールドには検出
と制御動作を実行する多数の各種の検出・制御用ブロッ
ク52が配設される。ブロック52は上位機器とによって制
御ループを形成する。上位機器51と各ブロック52はフィ
ールドバス53で接続される。ブロック52の接続構成につ
いては、上位機器51から見るとマルチドロップ構成とな
っている。上位機器51の内部には演算・制御部51aと通
信・バス制御部51bと電源部51cが設けられる。また各ブ
ロック52は、検出端装置であるトランスミッタ54と操作
端装置であるアクチュエータ55とを備える。各ブロック
52における56は中継器である。
て説明する。フィールドバスシステムは計器室側とフィ
ールド側から構成され、計器室にはシステム全体を制御
・管理する上位機器51が配設され、フィールドには検出
と制御動作を実行する多数の各種の検出・制御用ブロッ
ク52が配設される。ブロック52は上位機器とによって制
御ループを形成する。上位機器51と各ブロック52はフィ
ールドバス53で接続される。ブロック52の接続構成につ
いては、上位機器51から見るとマルチドロップ構成とな
っている。上位機器51の内部には演算・制御部51aと通
信・バス制御部51bと電源部51cが設けられる。また各ブ
ロック52は、検出端装置であるトランスミッタ54と操作
端装置であるアクチュエータ55とを備える。各ブロック
52における56は中継器である。
上記構成を有するシステムでは、トランスミッタ54か
らの検出信号はフィールドバス53を介した通信により上
位機器51に伝達され、演算・制御部51aで検出データに
基づいて制御信号が生成され、この制御信号はフィール
ドバス53を介してアクチュエータ55に伝送され、所要の
制御操作が行われる。必要に応じてアクチュエータ55は
アンサバック信号をフィールドバス53を介して上位機器
51に返送する。
らの検出信号はフィールドバス53を介した通信により上
位機器51に伝達され、演算・制御部51aで検出データに
基づいて制御信号が生成され、この制御信号はフィール
ドバス53を介してアクチュエータ55に伝送され、所要の
制御操作が行われる。必要に応じてアクチュエータ55は
アンサバック信号をフィールドバス53を介して上位機器
51に返送する。
上記の各動作は多数のブロックのそれぞれが適宜なタ
イミングで上位機器51に対して行う。従って、フィール
ドバス53には上位機器51及び各ブロック52からの各種デ
ータが頻繁に流れる。このフィールドバス53におけるデ
ータの流れの制御は、上位機器51の通信・バス制御部51
bが実行し、各構成要素間の通信権の調停が行われる。
イミングで上位機器51に対して行う。従って、フィール
ドバス53には上位機器51及び各ブロック52からの各種デ
ータが頻繁に流れる。このフィールドバス53におけるデ
ータの流れの制御は、上位機器51の通信・バス制御部51
bが実行し、各構成要素間の通信権の調停が行われる。
従来のフィールドバスシステムの構成では、通信及び
制御実行において上位機器としてのディジタル分散形制
御システム(DCS)が重要な位置を占め、フィールドバ
ス全体の信号の流れの制御、バスラインの管理・制御等
の動作を行っている。この構成自体は、従来の計測制御
システムの延長として存在するものであり、ごく自然な
システム構成であると考えられる。
制御実行において上位機器としてのディジタル分散形制
御システム(DCS)が重要な位置を占め、フィールドバ
ス全体の信号の流れの制御、バスラインの管理・制御等
の動作を行っている。この構成自体は、従来の計測制御
システムの延長として存在するものであり、ごく自然な
システム構成であると考えられる。
しかしながら、従来のシステム構成では次のような問
題が提起される。
題が提起される。
先ず第1に、検出端と操作端を含んでなるループの制
御を行う場合に、その演算及び制御の処理に計器室側の
上位機器が介在するため、上位機器が動作しなければシ
ステム全体が動作せず、システム全体が動かなくなると
いう確率が高くなる。すなわち計器室側の故障に対して
システム全体が弱いという特性を有する。
御を行う場合に、その演算及び制御の処理に計器室側の
上位機器が介在するため、上位機器が動作しなければシ
ステム全体が動作せず、システム全体が動かなくなると
いう確率が高くなる。すなわち計器室側の故障に対して
システム全体が弱いという特性を有する。
第2にシステムの新設においては、最初に各ローカル
機器の据付けを行い、その動作を確認し、その後に上位
機器を据え付けてローカル機器と上位機器とを接続し、
システム全体の動作確認を行うようにしている。ローカ
ル機器であるフィールド計器は、一般的に各ブロックご
とに工事の進行具合が異なるので、すべてのフィールド
計器の動作確認を完了し、これらと上位機器との組合わ
せによる動作確認を行うのは時間的にかなり遅れること
になる。上位機器に接続されるまでの間、各フィールド
計器は上位機器がない状態で試運転を行わなければなら
ないが、この場合上位機器に相当するシミュレータを使
用する。このシミュレータは実時間制御のものであり、
かなり大がかりなものとなる。加えて、シミュレーショ
ンによる動作確認がうまくいっても実動作の充分な保証
とならず、これによって実際のフィールド計器の運転を
完全に行うことができる訳ではない。
機器の据付けを行い、その動作を確認し、その後に上位
機器を据え付けてローカル機器と上位機器とを接続し、
システム全体の動作確認を行うようにしている。ローカ
ル機器であるフィールド計器は、一般的に各ブロックご
とに工事の進行具合が異なるので、すべてのフィールド
計器の動作確認を完了し、これらと上位機器との組合わ
せによる動作確認を行うのは時間的にかなり遅れること
になる。上位機器に接続されるまでの間、各フィールド
計器は上位機器がない状態で試運転を行わなければなら
ないが、この場合上位機器に相当するシミュレータを使
用する。このシミュレータは実時間制御のものであり、
かなり大がかりなものとなる。加えて、シミュレーショ
ンによる動作確認がうまくいっても実動作の充分な保証
とならず、これによって実際のフィールド計器の運転を
完全に行うことができる訳ではない。
第3に、上位機器に故障が生じたり、又は上位機器と
フィールド側中継器との間の通信路がノイズで不通にな
った場合には、システム全体が制御不能となり、システ
ムが故障に対して弱いという特性を有する。特に上記シ
ステムでは、上位機器とフィールド側中継器との間の通
信路でトラブルが発生しやすいという不具合があった。
フィールド側中継器との間の通信路がノイズで不通にな
った場合には、システム全体が制御不能となり、システ
ムが故障に対して弱いという特性を有する。特に上記シ
ステムでは、上位機器とフィールド側中継器との間の通
信路でトラブルが発生しやすいという不具合があった。
第4に、定常の制御状態において、上位機器は各制御
ループの検出端及び操作端に対して制御ループごとに要
求される応答速度で通信データの受信及び送信を行う必
要がある。制御ループの中には応答速度が遅いものも存
在するので、通信負荷が大きくなり、上位機器の通信に
対する負荷が非常に大きくなる。
ループの検出端及び操作端に対して制御ループごとに要
求される応答速度で通信データの受信及び送信を行う必
要がある。制御ループの中には応答速度が遅いものも存
在するので、通信負荷が大きくなり、上位機器の通信に
対する負荷が非常に大きくなる。
本発明の主要な目的は、前述した諸問題を解決するこ
とにあり、計器室側の上位機器の中に設けられた制御た
めの演算・制御部をフィールド側に又はフィールド側の
各ブロックごとに設置し、定常制御動作では上位機器を
介することなくフィールド側の多数のブロックの検出・
操作の動作を制御することを可能とし、更には各ブロッ
クごとに独立して又は各ブロックごと独立しつつ相互に
通信を行って制御を行うことを可能とし、もってシステ
ム立ち上げ時の自由性が高い、応答性が高い、更に動作
信頼性の高いフィールドバスシステムを提供することに
ある。
とにあり、計器室側の上位機器の中に設けられた制御た
めの演算・制御部をフィールド側に又はフィールド側の
各ブロックごとに設置し、定常制御動作では上位機器を
介することなくフィールド側の多数のブロックの検出・
操作の動作を制御することを可能とし、更には各ブロッ
クごとに独立して又は各ブロックごと独立しつつ相互に
通信を行って制御を行うことを可能とし、もってシステ
ム立ち上げ時の自由性が高い、応答性が高い、更に動作
信頼性の高いフィールドバスシステムを提供することに
ある。
本発明の他の目的は、計器室側でトラブルが発生して
もその影響がフィールド側に及ばず、システムとしては
安定した運転を行うことができ、動作信頼性の高いフィ
ールドバスシステムを提供することにある。
もその影響がフィールド側に及ばず、システムとしては
安定した運転を行うことができ、動作信頼性の高いフィ
ールドバスシステムを提供することにある。
本発明の他の目的は、フィールド側に設けられた演算
・制御部の内部の制御パラメータを上位機器からの指令
で設定及び変更でき、更に非定常状態では上位機器から
の制御もできるようにし、システムとして柔軟な構造を
有したフィールドバスシステムを提供することにある。
・制御部の内部の制御パラメータを上位機器からの指令
で設定及び変更でき、更に非定常状態では上位機器から
の制御もできるようにし、システムとして柔軟な構造を
有したフィールドバスシステムを提供することにある。
本発明によるフィールドバスシステムは、計器室側に
配置された上位機器と、フィールド側に配置された複数
の検出端装置及び操作端装置と、複数の前記検出端装置
及び操作端装置を接続する伝送路とで構成され、前記検
出端装置は計測信号を前記伝送路上に出力し、前記操作
端装置は前記伝送路上に出力された計測信号に基づいて
自律的に駆動操作を行い、前記上位機器は、前記伝送路
上の計測信号のモニタを行うフィールドバスシステムで
あって、前記上位機器と前記伝送路との間に通信バッフ
ァを備え、当該通信バッファは、前記上位機器と前記伝
送路間の伝送データを格納するデータバッファと、前記
上位機器が配置される計器室側の通信路で発生する異常
データを検出する手段を有するように構成される。
配置された上位機器と、フィールド側に配置された複数
の検出端装置及び操作端装置と、複数の前記検出端装置
及び操作端装置を接続する伝送路とで構成され、前記検
出端装置は計測信号を前記伝送路上に出力し、前記操作
端装置は前記伝送路上に出力された計測信号に基づいて
自律的に駆動操作を行い、前記上位機器は、前記伝送路
上の計測信号のモニタを行うフィールドバスシステムで
あって、前記上位機器と前記伝送路との間に通信バッフ
ァを備え、当該通信バッファは、前記上位機器と前記伝
送路間の伝送データを格納するデータバッファと、前記
上位機器が配置される計器室側の通信路で発生する異常
データを検出する手段を有するように構成される。
また、本発明によるフィールドバスシステムは、上記
構成において、前記通信バッファが異常データを検出し
たときには、前記上位機器と前記伝送路との通信を遮断
する。
構成において、前記通信バッファが異常データを検出し
たときには、前記上位機器と前記伝送路との通信を遮断
する。
また、本発明によるフィールドバスシステムは、上記
構成において、前記通信バッファは、フィールド側に設
置される。
構成において、前記通信バッファは、フィールド側に設
置される。
本発明によるフィールドバスシステム計器室側に配置
された上位機器と、フィールド側に配置された複数の検
出端装置及び操作端装置と、複数の前記検出端装置及び
操作端装置を接続する伝送路とで構成され、上位機器と
伝送路との間に通信バッファを配置している。
された上位機器と、フィールド側に配置された複数の検
出端装置及び操作端装置と、複数の前記検出端装置及び
操作端装置を接続する伝送路とで構成され、上位機器と
伝送路との間に通信バッファを配置している。
この通信バッファは、計器室側の通信路で発生する異
常データを検出する手段を有する。そして、通信バッフ
ァが異常データを検出したときには、上位機器と伝送路
との通信を遮断することにより計器室側で異常が発生し
たときには、フィールド側のみで動作することを可能に
する。これによってシステムの動作安定性を確保するこ
とができる。
常データを検出する手段を有する。そして、通信バッフ
ァが異常データを検出したときには、上位機器と伝送路
との通信を遮断することにより計器室側で異常が発生し
たときには、フィールド側のみで動作することを可能に
する。これによってシステムの動作安定性を確保するこ
とができる。
以下に、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明す
る。
る。
第1図は本発明に係る自律分散形フィールドバスシス
テムの一般的な構成を示す。ここで用語の意味を明確に
する。「自律」はフィールド側単独で又はフィールド側
の各制御ブロックごとで所要の制御を実行できるという
意味であり、「分散形」は制御機能が任意の単位ごとに
分散されているいう意味である。フィールドバスの配置
については、実際上図示されたもの以外の種々のものを
考えることができる。
テムの一般的な構成を示す。ここで用語の意味を明確に
する。「自律」はフィールド側単独で又はフィールド側
の各制御ブロックごとで所要の制御を実行できるという
意味であり、「分散形」は制御機能が任意の単位ごとに
分散されているいう意味である。フィールドバスの配置
については、実際上図示されたもの以外の種々のものを
考えることができる。
本発明によるフィールドバスシステムは、境界線1を
境に、上側の計器室側と下側のフィールド側とに分けら
れる。計器室には上位機器2が配置され、この上位機器
2はCRT表示装置や操作卓を備え、更に内部に上位装置
として機能する演算・制御装置を備えている。上位機器
2内の演算・制御装置は定常時にはフィールド側の機器
のモニタ(計測・監視)を行い、必要がある場合にのみ
フィールド計器に対して制御パラメータの設定・変更の
指令及び制御指令を出力する。フィールド側にはそれぞ
れフィールド計器を構成する多数の制御用ループ3が配
設される。このループは前記従来のシステム構成で説明
したブロックに対応する。各ループはそれぞれ割り当て
られた固有の機能ための構成を有し、トランスミッタ4
とアクチュエータ5と、これらの間に配設される演算・
制御部6とから構成される。演算・制御部6に与えられ
る制御機能は一般的には各ループごとで異なり、例えば
PIDコントローラとしての機能が代表的である。また演
算・制御部6はメモリ6aを有し、このメモリ6aに制御特
性を規定する制御パラメータ等を記憶している。この構
成によって各ループ3では、トランスミッタ4で検出し
た計測値を演算・制御部6に送り、演算・制御部6で各
々の制御パラメータに基づき制御値を求め、この制御値
に基づく制御信号をアクチュエータ5に与えて所要の制
御のための操作を行う。
境に、上側の計器室側と下側のフィールド側とに分けら
れる。計器室には上位機器2が配置され、この上位機器
2はCRT表示装置や操作卓を備え、更に内部に上位装置
として機能する演算・制御装置を備えている。上位機器
2内の演算・制御装置は定常時にはフィールド側の機器
のモニタ(計測・監視)を行い、必要がある場合にのみ
フィールド計器に対して制御パラメータの設定・変更の
指令及び制御指令を出力する。フィールド側にはそれぞ
れフィールド計器を構成する多数の制御用ループ3が配
設される。このループは前記従来のシステム構成で説明
したブロックに対応する。各ループはそれぞれ割り当て
られた固有の機能ための構成を有し、トランスミッタ4
とアクチュエータ5と、これらの間に配設される演算・
制御部6とから構成される。演算・制御部6に与えられ
る制御機能は一般的には各ループごとで異なり、例えば
PIDコントローラとしての機能が代表的である。また演
算・制御部6はメモリ6aを有し、このメモリ6aに制御特
性を規定する制御パラメータ等を記憶している。この構
成によって各ループ3では、トランスミッタ4で検出し
た計測値を演算・制御部6に送り、演算・制御部6で各
々の制御パラメータに基づき制御値を求め、この制御値
に基づく制御信号をアクチュエータ5に与えて所要の制
御のための操作を行う。
7はフィールドバスであり、このフィールドバス7を
介して前述の上位機器2と各ループ3は接続され、同時
にフィールド側ではフィールドバス7によって各ループ
3の間も接続されている。各ループ3の入出力端には中
継器8が配置され、各ループ3はこの中継器8を介して
フィールドバス7に接続される。更にフィールドバス7
上において上位機器2と各中継器との間の通信路には通
信バッファ9が配設される。この通信バッファ9の配置
位置はフィールド側である。通信バッファ9の内部には
データバッファ10,11と異常データ検出部12が配設され
る。
介して前述の上位機器2と各ループ3は接続され、同時
にフィールド側ではフィールドバス7によって各ループ
3の間も接続されている。各ループ3の入出力端には中
継器8が配置され、各ループ3はこの中継器8を介して
フィールドバス7に接続される。更にフィールドバス7
上において上位機器2と各中継器との間の通信路には通
信バッファ9が配設される。この通信バッファ9の配置
位置はフィールド側である。通信バッファ9の内部には
データバッファ10,11と異常データ検出部12が配設され
る。
フィールド側において、フィールドバス7には更に電
源部13とバス制御部14が中継器15を介して接続される。
電源部13はフィールドバス7に対して給電を行う。これ
は、フィールドバス7に接続されるフィールド計器の中
には2線式の計器も含まれるからである。またバス制御
部14はバスラインに接続される機器から勝手に出力され
る通信要求(通信権)を調停し、フィールドバス7にお
けるデータの流れの管理を行うためのものである。電源
部13及びバス制御部14をフィールド側に配置するのは、
フィールド側単独による自律制御を可能にするためであ
る。
源部13とバス制御部14が中継器15を介して接続される。
電源部13はフィールドバス7に対して給電を行う。これ
は、フィールドバス7に接続されるフィールド計器の中
には2線式の計器も含まれるからである。またバス制御
部14はバスラインに接続される機器から勝手に出力され
る通信要求(通信権)を調停し、フィールドバス7にお
けるデータの流れの管理を行うためのものである。電源
部13及びバス制御部14をフィールド側に配置するのは、
フィールド側単独による自律制御を可能にするためであ
る。
次に上記構成を有するフィールドバスシステムの制御
動作について説明する。
動作について説明する。
複数のループ3のいずれにおいても、トランスミッタ
4はプロセス変量を計測して電気信号(ディジタル信
号)に変換し、その計測値をシリアル通信により出力す
る。その出力信号は当該ループ内の演算・制御部6に伝
送されるが、同時に中継器8を通してフィールドバス7
上にも出力され、バスラインに接続されるすべての機器
に伝送される。原則的に同一ループ内に存在する演算・
制御部6は、トランスミッタ4から伝送されてきた計測
信号を入力し、当該計測信号に基づいて所定の演算を行
い制御信号を生成する。この制御信号を求めるために
は、前述の通りメモリ6a内に用意された制御パラメータ
が使用される。求められた制御信号は同一ループ内のア
クチュエータ5に与えられて所定制御のための駆動操作
が実行される。このように1つユニットを形成するルー
プ3内の構成要素で単独の制御ループが形成される。一
方、他のフィールド計器では、自分以外のループから伝
送されてくる計測信号を利用して、自分自身のループに
おいて必要とされる制御信号を算出することもある。
4はプロセス変量を計測して電気信号(ディジタル信
号)に変換し、その計測値をシリアル通信により出力す
る。その出力信号は当該ループ内の演算・制御部6に伝
送されるが、同時に中継器8を通してフィールドバス7
上にも出力され、バスラインに接続されるすべての機器
に伝送される。原則的に同一ループ内に存在する演算・
制御部6は、トランスミッタ4から伝送されてきた計測
信号を入力し、当該計測信号に基づいて所定の演算を行
い制御信号を生成する。この制御信号を求めるために
は、前述の通りメモリ6a内に用意された制御パラメータ
が使用される。求められた制御信号は同一ループ内のア
クチュエータ5に与えられて所定制御のための駆動操作
が実行される。このように1つユニットを形成するルー
プ3内の構成要素で単独の制御ループが形成される。一
方、他のフィールド計器では、自分以外のループから伝
送されてくる計測信号を利用して、自分自身のループに
おいて必要とされる制御信号を算出することもある。
各ループ3のトランスミッタ4からフィールドバス7
に伝送された計測信号は、更に通信バッファ9を通して
上位機器2に対して供給される。通信バッファ9は上位
機器2とフィールド計器との間の通信を非同期で行うた
めのものであり、更に上位機器2や計器室側の通信路で
障害が発生して異常データが現れたときに、これを検出
し、上位機器2側とフィールド側とを切り離し、フィー
ルド側の制御動作の健全性を保持するためのものであ
る。各ループ3のトランスミッタ4から出力された計測
信号は前述の如くフィールドバス7を経由して上位機器
2に伝送されるが、上位機器2は前述の通り定常動作状
態において、伝送されてきた計測信号を入力し、その内
容をモニタする。定常動作では、上位機器2はモニタを
行うのみで、各ループのアクチュエータ5に対して直接
的に制御指令を出力することはない。
に伝送された計測信号は、更に通信バッファ9を通して
上位機器2に対して供給される。通信バッファ9は上位
機器2とフィールド計器との間の通信を非同期で行うた
めのものであり、更に上位機器2や計器室側の通信路で
障害が発生して異常データが現れたときに、これを検出
し、上位機器2側とフィールド側とを切り離し、フィー
ルド側の制御動作の健全性を保持するためのものであ
る。各ループ3のトランスミッタ4から出力された計測
信号は前述の如くフィールドバス7を経由して上位機器
2に伝送されるが、上位機器2は前述の通り定常動作状
態において、伝送されてきた計測信号を入力し、その内
容をモニタする。定常動作では、上位機器2はモニタを
行うのみで、各ループのアクチュエータ5に対して直接
的に制御指令を出力することはない。
上位機器2における非定常的な動作として、必要に応
じてループ3の演算・制御部6に対し直接に制御パラメ
ータを指定したり、メモリ6aに設定されている制御パラ
メータを変更したり、直接に制御指令を出力することが
可能である。上位機器2にはキーボード入力装置等の入
力手段が備えられているため、通常、オペレータによっ
て各種の制御パラメータの値が入力される。
じてループ3の演算・制御部6に対し直接に制御パラメ
ータを指定したり、メモリ6aに設定されている制御パラ
メータを変更したり、直接に制御指令を出力することが
可能である。上位機器2にはキーボード入力装置等の入
力手段が備えられているため、通常、オペレータによっ
て各種の制御パラメータの値が入力される。
また演算・制御部6において生成され、更にアクチュ
エータ5に与えられる制御量に関する信号、及び当該制
御信号に基づいて動作するアクチュエータ5における弁
開度等のアンサバック信号は、演算・制御部6からフィ
ールドバス7を介して上位機器2に伝送される。上位機
器2はこのアンサバック信号を入力してループにおける
動作状態をモニタする。
エータ5に与えられる制御量に関する信号、及び当該制
御信号に基づいて動作するアクチュエータ5における弁
開度等のアンサバック信号は、演算・制御部6からフィ
ールドバス7を介して上位機器2に伝送される。上位機
器2はこのアンサバック信号を入力してループにおける
動作状態をモニタする。
フィールド側に設置されたフィールド計器である多数
のループ3は、それぞれ演算・制御部6を内蔵し、演算
・制御部6のメモリ6aに記憶された制御パラメータ又は
制御内容に従って、トランスミッタ4からの計測信号に
対して演算を行って制御信号を求め、制御信号に基づき
制御操作を実行する。各ループ3における制御の内容及
び演算等に使用される制御パラメータはシステム状況や
目的に応じて変更される。この変更においては、前記の
如く上位機器2が行うこともできるし、また第2図に示
すように中継器を介してフィールドバス7に一時的に接
続される専用ターミナル16により通信によっても行うこ
とも可能である。制御パラメータ等の変更については、
各ループ3の演算・制御部6に設定部を内蔵するように
構成し、操作員が直接に手動にて設定するように構成す
ることもできる。
のループ3は、それぞれ演算・制御部6を内蔵し、演算
・制御部6のメモリ6aに記憶された制御パラメータ又は
制御内容に従って、トランスミッタ4からの計測信号に
対して演算を行って制御信号を求め、制御信号に基づき
制御操作を実行する。各ループ3における制御の内容及
び演算等に使用される制御パラメータはシステム状況や
目的に応じて変更される。この変更においては、前記の
如く上位機器2が行うこともできるし、また第2図に示
すように中継器を介してフィールドバス7に一時的に接
続される専用ターミナル16により通信によっても行うこ
とも可能である。制御パラメータ等の変更については、
各ループ3の演算・制御部6に設定部を内蔵するように
構成し、操作員が直接に手動にて設定するように構成す
ることもできる。
前記動作説明では、複数のループ3のいずれか1つの
制御動作を実行し、同時に上位機器2に対して必要な信
号を伝送することについて説明したが、複数のループ3
のそれぞれは独立に動作することができるので、ループ
間での調整が必要となる。バスラインにおけるデータの
伝送タイミングはバス制御部14によって制御される。そ
の制御形態はポーリング方式やトークンパッシング方式
のいずれのものを用いることができる。
制御動作を実行し、同時に上位機器2に対して必要な信
号を伝送することについて説明したが、複数のループ3
のそれぞれは独立に動作することができるので、ループ
間での調整が必要となる。バスラインにおけるデータの
伝送タイミングはバス制御部14によって制御される。そ
の制御形態はポーリング方式やトークンパッシング方式
のいずれのものを用いることができる。
次にデータ伝送タイミングを制御する形態の一例とし
て第3図及び第4図を参照してトークンパッシング方式
を説明する。
て第3図及び第4図を参照してトークンパッシング方式
を説明する。
第3図はフィールドバスシステムを簡略的に示し、一
例として、上位機器2と3個のループ3とバス制御部
(FBC)14とが示されている。図中Mはマスタコントロ
ーラである上位機器2の演算・制御部、T1〜T3はそれぞ
れ第1乃至第3のループのトランスミッタ、C1〜C3はそ
れぞれ第1乃至第3の演算・制御部である。図示されて
いないが、トランスミッタ4はT1〜Tn、演算・制御部6
はC1〜Cn、それぞれ存在すると仮定する。
例として、上位機器2と3個のループ3とバス制御部
(FBC)14とが示されている。図中Mはマスタコントロ
ーラである上位機器2の演算・制御部、T1〜T3はそれぞ
れ第1乃至第3のループのトランスミッタ、C1〜C3はそ
れぞれ第1乃至第3の演算・制御部である。図示されて
いないが、トランスミッタ4はT1〜Tn、演算・制御部6
はC1〜Cn、それぞれ存在すると仮定する。
上記構成において、第4図の表の最上段の欄に示すよ
うに、バス制御部14によって制御されるトークン位置
は、T1,C1,T2,C2…Tn,Cn,M,T1,…の順に巡回しているも
のとする。トランスミッタT1の位置にトークンがあると
仮定すると、トランスミッタT1から計測信号が発信さ
れ、同一ループ内の演算・制御部C1と上位機器2の演算
・制御部Mに伝送される。伝送された計測信号により演
算・制御部C1は所要の演算を行い、アクチュエータを制
御する。上位機器2の演算・制御部Mは計測信号を単に
取り込むだけである。次にトークン位置が演算・制御部
C1の位置に移動すると、演算・制御部C1は前述の演算結
果で得られた制御量を上位機器2の演算・制御部Mに伝
送する。以下同様にして、T2,C2…と移動することにな
る。
うに、バス制御部14によって制御されるトークン位置
は、T1,C1,T2,C2…Tn,Cn,M,T1,…の順に巡回しているも
のとする。トランスミッタT1の位置にトークンがあると
仮定すると、トランスミッタT1から計測信号が発信さ
れ、同一ループ内の演算・制御部C1と上位機器2の演算
・制御部Mに伝送される。伝送された計測信号により演
算・制御部C1は所要の演算を行い、アクチュエータを制
御する。上位機器2の演算・制御部Mは計測信号を単に
取り込むだけである。次にトークン位置が演算・制御部
C1の位置に移動すると、演算・制御部C1は前述の演算結
果で得られた制御量を上位機器2の演算・制御部Mに伝
送する。以下同様にして、T2,C2…と移動することにな
る。
図示例の構成では演算・制御部C2の場合にはカスケー
ド制御が行われる。カスケード制御では、演算・制御部
C2はトランスミッタT2の出力する計測値に基づき制御量
を算出するが、当該制御量を上位機器2の演算・制御部
Mに伝送すると共に、演算・制御部C1でも受信できるよ
うに構成されている。演算・制御部C1は演算・制御部C2
からのカスケード設定信号を入力し、自己に接続された
アクチュエータを制御するための信号として利用する。
バスライン上に接続された機器はバスライン上に発生す
る信号をすべて受信できるように構成されている。従っ
て、バスライン上の信号に送信源のアドレスが付加され
ていれば、演算・制御部C1にとって自らが必要とする信
号のみを選択して受信することが可能となる。
ド制御が行われる。カスケード制御では、演算・制御部
C2はトランスミッタT2の出力する計測値に基づき制御量
を算出するが、当該制御量を上位機器2の演算・制御部
Mに伝送すると共に、演算・制御部C1でも受信できるよ
うに構成されている。演算・制御部C1は演算・制御部C2
からのカスケード設定信号を入力し、自己に接続された
アクチュエータを制御するための信号として利用する。
バスライン上に接続された機器はバスライン上に発生す
る信号をすべて受信できるように構成されている。従っ
て、バスライン上の信号に送信源のアドレスが付加され
ていれば、演算・制御部C1にとって自らが必要とする信
号のみを選択して受信することが可能となる。
以下同様にして、各トランスミッタ及び各演算・制御
部は送受信をその順番に従って繰り返す。上位機器2の
演算・制御部Mにトークン位置が回ってきたときには、
上位機器2は各トランスミッタ及び各演算・制御部のう
ち必要な機器に対して設定値や制御パラメータ等を出力
する。上記の一連の動作によってトークンは一巡し、再
び同様なシーケンスで通信動作が実行される。
部は送受信をその順番に従って繰り返す。上位機器2の
演算・制御部Mにトークン位置が回ってきたときには、
上位機器2は各トランスミッタ及び各演算・制御部のう
ち必要な機器に対して設定値や制御パラメータ等を出力
する。上記の一連の動作によってトークンは一巡し、再
び同様なシーケンスで通信動作が実行される。
上記の制御システムの通信における制御周期を従来と
比較しながら定量的に説明すると次の如くなる。前述し
た本実施例の場合の制御システムの制御周期は、 Tc=n(Tt+Tn) ここで、Tc;トークン巡回周期、Tt;トランスミッタ通信
時間、Tn;演算・制御部の通信時間、n;フィールドバス
に接続されているループ数である。
比較しながら定量的に説明すると次の如くなる。前述し
た本実施例の場合の制御システムの制御周期は、 Tc=n(Tt+Tn) ここで、Tc;トークン巡回周期、Tt;トランスミッタ通信
時間、Tn;演算・制御部の通信時間、n;フィールドバス
に接続されているループ数である。
従来の制御システムの構成では制御周期は次のように
なる。
なる。
Tc=n(Tt+Tm+Tn) ここで、Tm;上位機器の処理時間である。
上記のTcに関する2つの式を比較すると明らかなよう
に、本発明による制御システムの構成では、上位機器の
処理時間に依存しないので、通信時間を短縮すれば、す
なわち伝送速度の高速化及びメッセージ長の短縮化を行
えば、更に応答速度を高めることができる。また演算・
制御部から伝送される制御量の情報及びアンサバック信
号は計測値に関する信号に比較してそれ程の応答性を要
求されないので、トランスミッタに対して相対的に演算
・制御部側のトークン占有度を低減することが可能であ
る。この場合には制御周期は TcnTt となり、非常に改善することができる。
に、本発明による制御システムの構成では、上位機器の
処理時間に依存しないので、通信時間を短縮すれば、す
なわち伝送速度の高速化及びメッセージ長の短縮化を行
えば、更に応答速度を高めることができる。また演算・
制御部から伝送される制御量の情報及びアンサバック信
号は計測値に関する信号に比較してそれ程の応答性を要
求されないので、トランスミッタに対して相対的に演算
・制御部側のトークン占有度を低減することが可能であ
る。この場合には制御周期は TcnTt となり、非常に改善することができる。
前記実施例では、フィールド側の各ループに演算・制
御部を内蔵した構造であったが、演算・制御部について
は各ループに個別に設けるのではなく、例えば第1図の
破線で示すようにフィールド側に単一の演算・制御部17
を設けるように構成することもできる。この実施例にお
いても、その他の構成及び基本的制御動作は同じであ
る。このような構成であっても、演算・制御部17はフィ
ールド側に配設されているため、前記実施例の場合と同
様に、分散形であり、且つ計器室側に対して自律性を有
しているということができ、更に計器室側で発生する故
障に対して非常に強く、動作安定性を有している。
御部を内蔵した構造であったが、演算・制御部について
は各ループに個別に設けるのではなく、例えば第1図の
破線で示すようにフィールド側に単一の演算・制御部17
を設けるように構成することもできる。この実施例にお
いても、その他の構成及び基本的制御動作は同じであ
る。このような構成であっても、演算・制御部17はフィ
ールド側に配設されているため、前記実施例の場合と同
様に、分散形であり、且つ計器室側に対して自律性を有
しているということができ、更に計器室側で発生する故
障に対して非常に強く、動作安定性を有している。
つまり、本発明は、制御・演算部がフィールド側の任
意の位置に配設されていれば、分散形であり、且つ計測
器側に対して自律性を有することとなる。
意の位置に配設されていれば、分散形であり、且つ計測
器側に対して自律性を有することとなる。
したがって、本発明においては、上述した例のよう
に、フィールド側に、単一の制御・演算部を配設しうる
他、各ループ3のトランスミッタ4やアクチュエータ5
等のフィールド計器に、制御・演算部を内蔵することも
可能である。
に、フィールド側に、単一の制御・演算部を配設しうる
他、各ループ3のトランスミッタ4やアクチュエータ5
等のフィールド計器に、制御・演算部を内蔵することも
可能である。
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、従来
上位機器の内部に設けられていた演算・制御装置をフィ
ールド側に設け、それに関連して必然的に電源やバス制
御部もフィールド側に設けるようにしたため、上位機器
を介設することなくフィールド側のみで制御動作を実行
することができる。従って、計器室側でトラブルが発生
しても、フィールド側のみで安定して動作することがで
きる。またシステムの新設の場合には、フィールド側の
みを構成し、一時的に接続された専用ターミナルを利用
して制御パラメータを設定すれば、システムを立ち上げ
ることができる。この状態において、その後上位機器を
設置して稼働を開始すれば、その時点からシステム全体
を統合監視及び操作が可能となり、スムーズなシステム
の立ち上がりを行うことができる。
上位機器の内部に設けられていた演算・制御装置をフィ
ールド側に設け、それに関連して必然的に電源やバス制
御部もフィールド側に設けるようにしたため、上位機器
を介設することなくフィールド側のみで制御動作を実行
することができる。従って、計器室側でトラブルが発生
しても、フィールド側のみで安定して動作することがで
きる。またシステムの新設の場合には、フィールド側の
みを構成し、一時的に接続された専用ターミナルを利用
して制御パラメータを設定すれば、システムを立ち上げ
ることができる。この状態において、その後上位機器を
設置して稼働を開始すれば、その時点からシステム全体
を統合監視及び操作が可能となり、スムーズなシステム
の立ち上がりを行うことができる。
また上位機器は定常運転状態ではフィールド計器の動
作状態をモニタするのみであり、非定常状態では制御指
令をフィールド計器に出力することも可能であり、更に
フィールド側の演算・制御部に記憶される制御パラメー
タの設定・変更を実行することもでき、もってシステム
の融通性を高めている。
作状態をモニタするのみであり、非定常状態では制御指
令をフィールド計器に出力することも可能であり、更に
フィールド側の演算・制御部に記憶される制御パラメー
タの設定・変更を実行することもでき、もってシステム
の融通性を高めている。
計器室とフィールドとの間のフィールドバスには通信
バッファを設置し、これによって計器室とフィールドと
の間の通信路に外来ノイズやクロストーク等の障害が発
生し、通信が困難になったとき通信バッファで異常を検
出して上位機器をフィールドから切離すように構成され
ているため、通信の信頼性を高め、且つ計器室側の異常
がフィールド側に影響するのを排除することができる。
従って、フィールド側は制御動作を健全性の維持するこ
とができる。
バッファを設置し、これによって計器室とフィールドと
の間の通信路に外来ノイズやクロストーク等の障害が発
生し、通信が困難になったとき通信バッファで異常を検
出して上位機器をフィールドから切離すように構成され
ているため、通信の信頼性を高め、且つ計器室側の異常
がフィールド側に影響するのを排除することができる。
従って、フィールド側は制御動作を健全性の維持するこ
とができる。
また実時間の応答性が要求される制御動作に上位機器
が直接的に関与しないため、上記機器の負荷が軽減され
るという効果を有している。
が直接的に関与しないため、上記機器の負荷が軽減され
るという効果を有している。
第1図は本発明に係る自律分散形フィールドバスシステ
ムの一実施例を示す構成図、第2図は各ループの演算・
制御部の制御パラメータの設定・変更の仕方を示す構成
図、第3図は通信方式を説明するための構成図、第4図
はトークンの巡回と信号の伝送先を示す表を表す図、第
5図は従来のフィールドバスシステムの一例を示す構成
図である。 〔符号の説明〕 2……上位機器 3……ループ 4……トランスミッタ(検出端装置) 5……アクチュエータ(操作端装置) 6……演算・制御部 7……フィールドバス 8,15……中継器 9……通信バッファ 13……電源部 14……バス制御部 16……ターミナル
ムの一実施例を示す構成図、第2図は各ループの演算・
制御部の制御パラメータの設定・変更の仕方を示す構成
図、第3図は通信方式を説明するための構成図、第4図
はトークンの巡回と信号の伝送先を示す表を表す図、第
5図は従来のフィールドバスシステムの一例を示す構成
図である。 〔符号の説明〕 2……上位機器 3……ループ 4……トランスミッタ(検出端装置) 5……アクチュエータ(操作端装置) 6……演算・制御部 7……フィールドバス 8,15……中継器 9……通信バッファ 13……電源部 14……バス制御部 16……ターミナル
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−66052(JP,A) 特開 昭61−256406(JP,A) 特開 平2−271451(JP,A) 特開 昭60−112104(JP,A) 特開 昭58−62703(JP,A) 実開 昭63−20229(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G05B 15/02 G05B 9/02
Claims (3)
- 【請求項1】計器室側に配置された上位機器と、フィー
ルド側に配置された複数の検出端装置及び操作端装置
と、複数の前記検出端装置及び操作端装置を接続する伝
送路とで構成され、前記検出端装置は計測信号を前記伝
送路上に出力し、前記操作端装置は前記伝送路上に出力
された計測信号に基づいて自律的に駆動操作を行い、前
記上位機器は、前記伝送路上の計測信号のモニタを行う
フィールドバスシステムであって、 前記上位機器と前記伝送路との間に通信バッファを備
え、 当該通信バッファは、前記上位機器と前記伝送路間の伝
送データを格納するデータバッファと、前記上位機器が
配置される計器室側の通信路で発生する異常データを検
出する手段を有することを特徴とするフィールドバスシ
ステム。 - 【請求項2】請求項1記載のフィールドバスシステムに
おいて、前記通信バッファが異常データを検出したとき
には、前記上位機器と前記伝送路との通信を遮断するこ
とを特徴とするフィールドバスシステム。 - 【請求項3】請求項1記載のフィールドバスシステムに
おいて、前記通信バッファは、フィールド側に設置され
ることを特徴とするフィールドバスシステム。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31985790A JP3292300B2 (ja) | 1990-11-22 | 1990-11-22 | フィールドバスシステム |
CN91110785A CN1036878C (zh) | 1990-11-22 | 1991-11-15 | 自主的分布式现场总线系统 |
US08/410,561 US5522043A (en) | 1990-11-22 | 1995-03-24 | Field bus system having automonous control operation |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31985790A JP3292300B2 (ja) | 1990-11-22 | 1990-11-22 | フィールドバスシステム |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000173881A Division JP3307916B2 (ja) | 1990-11-22 | 2000-06-09 | フィールドバスシステム |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04195201A JPH04195201A (ja) | 1992-07-15 |
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Family
ID=18115011
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP31985790A Expired - Fee Related JP3292300B2 (ja) | 1990-11-22 | 1990-11-22 | フィールドバスシステム |
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---|---|
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DE19512372A1 (de) * | 1995-04-01 | 1996-10-10 | Abb Patent Gmbh | Einrichtung zur eigensicheren Signalanpassung |
US6304934B1 (en) * | 1995-10-13 | 2001-10-16 | Smar Research Corporation | Computer to fieldbus control system interface |
US6094600A (en) * | 1996-02-06 | 2000-07-25 | Fisher-Rosemount Systems, Inc. | System and method for managing a transaction database of records of changes to field device configurations |
WO1997029409A1 (en) * | 1996-02-06 | 1997-08-14 | Fisher-Rosemount Systems, Inc. | System and method for managing a transaction database of records of changes to field device configurations |
DE19624929C2 (de) | 1996-06-21 | 2001-08-02 | Siemens Ag | Prozeßautomatisierungssystem |
SE9801863L (sv) * | 1998-05-27 | 1999-11-28 | Abb Ab | Anläggning för styrande av processutrustning |
US20020004910A1 (en) * | 2000-07-10 | 2002-01-10 | Penzias Arno A. | Network lock |
EP1202146A1 (en) * | 2000-10-23 | 2002-05-02 | Lucent Technologies Inc. | System for controlling electrical parameters of circuit components |
JP4968586B2 (ja) * | 2007-10-29 | 2012-07-04 | 横河電機株式会社 | ネットワーク制御システム、ネットワーク制御システムのコントローラ、ネットワーク制御システムのネットワーク制御およびネットワーク制御システムの制御対象プラント |
AT10676U1 (de) | 2008-07-21 | 2009-08-15 | Keba Ag | Verfahren zum betreiben eines mobilen handbediengerätes für die abgabe oder freischaltung von potentiell gefahrbringenden steuerkommandos sowie entsprechendes handbediengerät |
CN102467090B (zh) * | 2010-11-16 | 2016-08-10 | 北京普源精电科技有限公司 | 一种测量资源控制方法和测量资源控制系统 |
US9399955B2 (en) * | 2012-02-29 | 2016-07-26 | General Electric Company | Method and apparatus for local loop closure |
CN102938963B (zh) * | 2012-11-19 | 2014-09-17 | 江苏大学 | 一种串联led灯具故障检测与容错控制装置及方法 |
CN103885393B (zh) * | 2012-12-21 | 2016-09-14 | 上海铼钠克数控科技股份有限公司 | 集群控制系统以及其运行方法 |
JP6167532B2 (ja) * | 2013-01-25 | 2017-07-26 | オムロン株式会社 | 制御装置および制御装置の動作方法 |
CN103236962B (zh) * | 2013-05-10 | 2017-10-13 | 郑声友 | 现场总线传输方法 |
US20150120001A1 (en) * | 2013-10-31 | 2015-04-30 | Sputtering Components, Inc. | Decentralized process controller |
JP5943022B2 (ja) | 2014-03-25 | 2016-06-29 | 横河電機株式会社 | プロセス制御システム |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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US4200930A (en) * | 1977-05-23 | 1980-04-29 | Burroughs Corporation | Adapter cluster module for data communications subsystem |
US4373183A (en) * | 1980-08-20 | 1983-02-08 | Ibm Corporation | Bus interface units sharing a common bus using distributed control for allocation of the bus |
JPS5745757A (en) * | 1980-09-03 | 1982-03-15 | Hitachi Ltd | Ring type communication system of equal level |
US5084868A (en) * | 1986-11-20 | 1992-01-28 | Westinghouse Electric Corp. | Common bus multinode sensor system |
DE3719283A1 (de) * | 1987-06-10 | 1988-12-22 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren zur lokalisierung defekter stationen in lokalen netzwerken und dazugehoeriger schnittstellencontroller |
US5166931A (en) * | 1990-09-04 | 1992-11-24 | At&T Bell Laboratories | Communications network dynamic addressing arrangement |
-
1990
- 1990-11-22 JP JP31985790A patent/JP3292300B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1991
- 1991-11-15 CN CN91110785A patent/CN1036878C/zh not_active Expired - Fee Related
-
1995
- 1995-03-24 US US08/410,561 patent/US5522043A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN1061671A (zh) | 1992-06-03 |
US5522043A (en) | 1996-05-28 |
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CN1036878C (zh) | 1997-12-31 |
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LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |