JP4277030B2 - 通信制御システム - Google Patents

Description

本発明は、通信制御システムに係り、特に、高信頼を必要とし、中央演算処理装置による複数の入力装置および出力装置の故障検出および故障検出機能の診断に好適な通信制御システムに関する。

エレクトロニクス・情報分野の技術進歩，単一装置に求められる機能の複雑化・複合化が原動力となってプログラマブル電子装置の適用範囲は広がり、同時にプログラマブル電子制御装置に求められる信頼性も高まっている。

近年、プラントの大規模化・統合化が進み、また高度に自動化されたプラント操業が行われている中で、国際的な安全規格の波及や熟練者不足という問題もあり、従来から築き上げた安全対策の上に、更なる安全性向上が必要な状況になりつつあり、事故の発生や被害の拡大をそれぞれの階層で防ぐことや緩和することが重要視されてきている。

プラント制御装置において上記機能安全規格を満たすためには、異常を検知した場合に、確実に動作することが要求され、万が一故障した場合でも、プロセスを安全側へ停止させることが求められ、機能安全システムは、制御システムとは異なる「安全性」重視の特別な設計を要求される。このような安全性重視の技術は、例えば、特開平６−290066号公報に記載されている。

プログラマブル電子制御装置においては、ハードウェアの故障検出率を向上することが要求され、これを満たすために様々な自己診断機能を実装することが通例である。一方で、これらの追加された自己診断機能が確実に動作することの確認が要求されており、入力装置および出力装置にマイクロプロセッサを搭載して自己診断機能の健全性の確認を実施するなどの施策が行われている。

特開平６−２９００６６号公報

プログラマブル電子制御装置の自己診断機能については、例えば、複数のプロセッサを用いた出力照合と、中央演算処理装置と入出力装置間のバスの固着を検出手段，手法が検討されている。また、中央演算処理装置から入力装置および出力装置間に中継の通信制御装置が接続された場合の中央演算処理装置と入出力装置の末端でのデータ通信の信頼性の向上を図ってることが検討されている。中央演算処理装置と入力装置および出力装置間を接続するバスの固着の診断を行う手段，手法を述べており、中央演算処理装置と入出力装置間の通信路の健全性を確認することにより、装置の安全性を向上させることが検討されている。

機能安全において、プログラマブル電子制御装置に対しては装置が正常に動作していることを確認するために、自己診断機能を装置内部に実装し、万が一装置が故障しても装置が危険な状態にならないようにする必要がある。一方で、追加した自己診断機能に故障が生じ、本来検出すべき故障が検出できず、制御対象が危険な状態に遷移する可能性が生じるため、自己診断機能の故障が制御対象を危険な状態に遷移しないことの検討も必要となる。プログラマブル電子制御装置における自己診断機能の故障検出は、マイクロプロセッサによって入力装置および出力装置の自己診断検出機能を動作させ、自己診断機能が機器の正常および異常を確実に検出することを確認する手法が一般的に実施されている。自己診断機能の健全性の確認をするためにマイクロプロセッサを使用する利点は故障注入のタイミングや故障注入パターンなどをソフトウェアで任意に設定できる点にある。

しかしながら、制御システムで最も多く使用される入力装置および出力装置にマイクロプロセッサを実装することは、コストの増大と機器の複雑性を招き、また各装置で個別に自己診断および故障注入テストを起動すると、制御対象への入出力の同時性，定刻性を保つことが難しくなる問題がある。

本発明の目的は、コストの増大と機器の複雑性を抑えつつも、制御対象への入出力の同時性，定刻性を向上して、機器の診断が可能な通信制御システムを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、通信回線を介して送られたデータを制御対象に転送するか、或いは、制御対象のデータを受けて通信回線を介してデータを送るかの少なくとも一方の動作を行う接続装置を有し、接続装置は、通信回線からのデータを受信する受信部と、受信部で受信した所定のデータと、所定のデータと相関するデータとを照合して照合結果情報を生成する照合部を有し、照合結果情報は送信部を介して送信されるものであって、照合結果情報を受信して該情報に基づいて異常判断する異常判断装置を有するように構成した。

あるいは、通信回線を介して送られたデータを制御対象に転送するか、或いは、制御対象のデータを受けて通信回線を介してデータを送るかの少なくとも一方の動作を行う接続装置を有し、接続装置は、データを記憶する記憶部を有し、所定のデータを記憶部に記憶するように構成され、診断指令を受けた場合、記憶部に入力されるデータと、記憶されたデータとを照合し、照合結果情報を送信するように構成した。

具体的には、中央演算処理装置に実装されたマイクロプロセッサを入力装置および出力装置の自己診断機能のテスト（診断テスト）用プロセッサとして兼用し、中央演算処理装置で複数の入力装置および出力装置の自己診断機能のテストを実施することにより、中央演算処理装置に接続される入力装置および出力装置へのマイクロプロセッサ実装の必要性を排除し、中央演算処理装置のマイクロプロセッサからの指示で入力装置および出力装置の診断テストを起動し、結果を中央演算処理装置のマイクロプロセッサで判断することを基本構成とし、中央演算処理装置が複数の入力装置および出力装置の診断テストを１台毎に巡回しておこなう。

また、入力装置および出力装置が自己診断を行う場合の入力および出力の診断基準信号と、制御対象からの入力または出力とテストパターンを切替えるための切替器，入力または出力が診断基準信号と一致していることを確認するための比較器，比較器への入力を診断基準信号または中央演算処理装置からのテストパターンのどちらかに切替えるための切替器から構成される。

さらに、マイクロプロセッサを有する中央演算処理装置と入力装置および出力装置が入出力バスで接続され、入力装置および出力装置は次に示す３つの動作モード、制御対象からの入力を取込み中央演算処理装置に伝送する、あるいは演算制御装置から制御対象に出力指示をする通常動作モードと、入力装置あるいは出力制御装置が自身の自己動作の健全性を確認する自己診断モードと、中央演算処理装置のマイクロプロセッサから入出力バスを介して入力装置および出力装置にテストパターンを送信し、入力装置および出力装置内部に比較器で診断基準信号とテストパターンを比較照合させ、自己診断機能が正常，異常を、中央演算処理装置のマイクロプロセッサが入力装置および出力装置の自己診断機能の健全性を確認する診断テストモードを有し、入力装置および出力装置は上記の３つの動作モードを中央演算処理装置からの指示に従って切替えるように構成し、中央演算処理装置に実装されたマイクロプロセッサを入力装置および出力装置の自己診断機能の健全性の確認用のプロセッサとして兼用することにより、入力装置および出力装置の回路を複雑にせず、装置としての信頼性を向上するとともに、中央演算処理装置で自己診断および故障注入テストを実行するスケジュールを任意に設定することが可能な構成とした。

中央演算処理装置と入力装置あるいは出力装置の距離が離れている場合、中央演算処理装置と入力装置あるいは出力装置の間に通信制御装置を設けてシリアル通信で入力装置および出力装置の自己診断の起動、自己診断機能の健全性チェックをすることも可能である。この場合、中央演算処理装置から入力装置および出力装置に送信した診断動作設定が正常に書き込まれたかを確認してから自己診断および自己診断機能の健全性チェックを起動するために、中央演算処理装置は入力装置および出力装置の診断動作設定をリードバックし、指示した設定値と同一であることが確認できた場合のみ、自己診断機能および自己診断機能の健全性チェックを起動する。

本発明によれば、入力装置および出力装置の回路構成を複雑にすることなく、機器の故障診断機能を向上することが可能となる。また、制御対象からの入力の取込み、演算処理，制御対象への出力制御を行う中央演算処理装置内部のマイクロプロセッサを入力装置および出力装置の自己診断機能の健全性チェックをすることが可能である。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を用いて説明する。

まず、第１の図１から図１２を用いて詳細に説明する。

図１に本実施例の概略のシステム構成図を示す。本システムはマイクロプロセッサを有する中央演算処理装置１と入力装置Ｉ１からＩｎまたは出力装置Ｑ１からＱｍあるいはその両方を備え、中央演算処理装置１と入力装置Ｉ１からＩｎおよび出力装置Ｑ１からＱｍの間はパラレル入出力バス６で接続され、データの送受信を行い制御対象１６からの入力取込み，演算，制御対象１６への出力を行っている。ここで中央演算処理装置１に通信路６を介して接続される入力装置および出力装置は複数であってもよい。また、パラレル入出力バス６は伝送の高速化のためパラレルバスを想定しており、中央演算処理装置１は入力装置２、および出力装置３に直接データの送受信を行うことができ、定時性，定刻性を確保できるように構成される。さらに、中央演算処理装置１と入力装置２および出力装置３との間にパラレル入出力バス６の信号線の固着故障を検出するための診断（以降バス診断と称す）を中央演算処理装置１の指示により起動し、中央演算処理装置１がパラレル入出力バス６に送出したテストパターンを入力装置２および出力装置３が受信し、受信したパターンをパラレル入出力バス６とは別の通信を使って中央演算処理装置１に返信する。中央演算処理装置１は、自身の送出したテストパターンと入力装置２および出力装置３から返信されたパターンを比較照合してパラレル入出力バス６の固着故障の有無を検出できるように構成されている。

図２から図４に入力装置２の詳細ブロック図を示す。図２から図４の回路ブロックは同一であり、動作モードにより、図を分けている。図２は入力装置２が制御対象１６からの入力を取込む動作モード（以降入力取込みモード）を表し、切替器１１は制御対象１６からの入力データ１７、切替器１２は信号入力回路の出力２０に接続される。図３は入力装置２の入力診断回路１４の診断を行う診断テストモードを表し、図４は入力装置２の信号入力回路１０の診断を行う自己診断モードでの切替器１１および１２の位置を示している。

入力装置２は制御対象１６からの入力データ１７を通信路６を通じて中央演算処理装置１に伝えるための信号入力回路１０と、信号入力回路１０の健全性を確認する自己診断モードにおいて制御対象１６からの入力データ（あるいは入力信号とも称す）１７の代わりに入力診断用基準信号１８を入力するための入力診断用の基準信号源１３と、制御対象
１６からの入力データ１７と入力診断用基準信号１８とのどちらか一方を選択し信号入力回路１０に入力するための切替器１１と、信号入力回路１０の健全性を確認するための入力診断回路１４，入力診断用基準信号１８と制御対象１６からの入力データ１７を比較チェックするための比較器１５と、制御対象１６からの入力データ１７と中央演算処理装置１からのテストパターン２１のどちらか一方を選択して比較器１５へ入力する切替器１２を有する。信号入力回路１０は入力された信号を切替器１２を通して入力診断回路１４に送出する。入力診断回路１４内部には入力装置２の診断動作および診断テスト動作および、制御対象１６からの入力取込みおよび出力指示の許可・停止の設定を記憶するための動作設定レジスタ８を設けており、各動作の起動の許可・停止は中央演算処理装置１から指示される。図１０に動作設定レジスタ（診断設定レジスタ）８，９の詳細と動作モードの起動許可・停止の動作を示す。前記の３つの動作は中央演算処理装置１が通信路６を介して入力装置２に送信する起動信号７で起動され、起動される動作モードは動作設定レジスタ８で起動を許可をされたモードのみに限定される。また、中央演算処理装置１からの起動信号７で動作が起動されると、動作設定レジスタ８の診断完了フラグがクリアされるように回路が構成されている。図１０では診断動作の起動は診断起動信号７でのみ行われているが、図１１に示すように診断起動信号７のとは別に、機能選択信号を別に設けることで、診断起動信号７にノイズが混入した場合や信号レベルに固着が生じた場合の装置の誤動作を防ぐことができる。

先ず、図２を用いて入力装置２が制御対象１６からの入力データ１７を取込む入力取込み動作について説明する。入力装置２は中央演算処理装置１からパラレル入出力バス６および信号線（制御信号入力）２５を経由して動作設定レジスタ８に入力取込み動作の起動許可を設定され、起動信号７を受信することで、制御対象１６からの入力取込み動作を開始する。図中、太線で入力取込みの信号の流れを示す。制御対象１６からの入力データ
１７は切替器１１を経由して信号入力回路１０の内部の入力データレジスタ２８に格納される。切替器１１および１２の接続切替えは入力診断回路１４からの切替器制御信号２７によって行われる。制御対象１６からの入力データ１７を信号入力回路１０内部の入力データレジスタへの格納が終了した時点で、入力診断回路１４は動作設定レジスタ８に入力取込み完了を報告し、動作設定レジスタ８は動作完了フラグ２６をパラレル入出力バス６に出力して中央演算処理装置１へ制御対象１６からの入力信号取込みが完了したことを報告する。中央演算処理装置１は入力装置２からの動作完了フラグ(入力取込み完了フラグ)２６を受信し、入力装置２の信号入力回路１０内の入力データレジスタから入力データを読込む。入力データレジスタ２８のデータは信号入力回路１０からの信号線（信号入力回路出力）２３を経由してパラレル入出力バス６に出力され、中央演算処理装置１に送られる。

入力取込み動作時は、自己診断機能，自己診断機能のテストは行われず、切替器１２は信号入力回路１０からの出力２０に接続される。

次に、図４を用いて自己診断動作について説明する。入力取込み動作と同様に、入力装置２は中央演算処理装置１からパラレル入出力バス６および信号線（制御信号入力）２５を経由して動作設定レジスタ８に自己診断動作の起動許可を設定され、起動信号７を受信することで、自己診断動作を開始する。図２の入力取込み動作との相違は切替器１１および１２の接続と比較器１５の動作である。入力診断回路１４は切替器１１を制御して入力診断用基準信号源１３からの入力診断用基準信号１８を信号入力回路１０の入力データレジスタ２８に格納し、同時に切替器１２を制御して比較器１５の一方の入力２２に信号入力回路１０の出力２０に接続する。ここで、信号入力回路１０の出力２０は入力診断用基準信号１８を信号入力回路１０を通した出力で、信号入力回路１０が正常に動作していれば、同一のデータとなるように回路が構成されている。比較器１５のもう一方の入力には入力診断用基準信号出力１８が接続され、比較器１５は信号入力回路１０からの出力２０と入力診断用基準信号が一致していることを確認し、不一致であれば、信号入力回路１０に異常が発生しているものと判断し、通信路６を介して中央演算処理装置１に結果出力
（異常検出）２４を報告する。同時に入力診断回路１４は動作設定レジスタ８に自己診断完了を報告し、動作設定レジスタ８は動作完了フラグ２６をパラレル入出力バス６を介して中央演算処理装置１に送信する。

比較器１５は複数のビットから構成されるものであって、デジタル信号を扱う場合には２つの比較対象が完全に一致することで一致と判断するように構成される場合と、アナログ信号をデジタル変換値を比較するような場合のように、２つの比較対象の差が予め定められた範囲にあることをもって一致と判断するように構成される場合とがある。

次に、図３を用いて診断テストの動作について説明する。入力装置２は中央演算処理装置１からパラレル入出力バス６および信号線（制御信号入力）２５を経由して動作設定レジスタ８に診断テスト動作の起動許可を設定され、起動信号７を受信することで、診断テスト動作を開始する。

診断テスト動作時、入力診断回路１４の比較器１５の一方の入力は入力診断用基準信号１８に接続され、比較器１５のもう一方の入力は切替器１２で中央演算処理装置からのテストパターン２１に切替えられる。中央演算処理装置１は、テストパターン２１を入力診断用基準信号と同一データを送り、比較器１５での比較結果が一致となることを比較器からの結果出力２４で確認することにより、比較器１５が比較対象の一致を正しく判断することを確認し、さらに、テストパターン２１を入力診断用基準信号１８とは異なるデータとすることで、比較器１５に意図的に不一致を検出させ、同様に結果出力である出力信号２４で比較器１５が比較対象の不一致を確実に検出することを確認する。入力診断回路
１４は比較器１５の結果出力２４をパラレル入出力バス６に出力すると同時に、動作設定レジスタ８に自己診断完了を報告し、動作設定レジスタ８は動作完了フラグ２６をパラレル入出力バス６を介して中央演算処理装置１に送信する。

中央演算処理装置１は入力装置２からの比較器の結果出力２４を確認し、結果出力２４が一致で返ってくることを期待している場合に結果が不一致である場合、不一致を期待している場合に結果が一致である場合は入力診断回路１４に異常が発生していると認識する。

複数の動作モードが起動許可された場合、中央演算処理装置１で予め定義された順序に従って各モードが実行されるように構成される。図１３に各動作モードの実行順序のタイムチャートを示す。図に示すように、診断テスト，自己診断，入力取込み（出力装置の場合は出力開始）の順となっている。

また、図８に示すように、診断情報レジスタ２９を設け、レジスタ内部に診断内容や診断時間などを保持しておき、これらの情報を中央演算処理装置１が読取り、自己診断および診断テストのスケジュールを決定することが可能である。

次に、図５を用いて出力装置３の構成について説明する。出力装置３は、中央演算処理装置１から制御対象１６への出力データ４２を実際の制御対象１６へ出力する信号出力回路３０と、信号出力回路３０の健全性を確認する自己診断動作において制御対象１６への出力４２の代わりに診断用の基準信号を出力するための出力診断用基準信号源３６とその出力である出力診断用基準信号４２と、制御対象１６への出力データ４７と出力診断用の基準信号４３とのどちらか一方を選択し信号出力回路３０に入力するための切替器３３と、信号出力回路３０の健全性を確認するための出力診断回路３４と、制御対象１６への出力を保持するための出力保持回路５２と、出力診断用基準信号４３テストパターンと制御対象１６への出力データ４６および４７と出力指示データ４４を比較チェックするための比較器３５と、制御対象１６への実際の出力データ４７（出力保持回路出力）と信号出力回路の出力データ４６の何れか一方を選択し、出力診断回路３４の比較器３５へ入力するための切替器３１と、制御対象１６への出力データ４７と中央演算処理装置１からの故障注入データ４１とのどちらか一方を選択して比較器３５へ入力する前記とは別の切替器
３２を有し、信号出力回路３０の内部には制御対象への出力データを保持するための出力データレジスタ５６と、制御対象１６への出力データ４７を保持するためのリードバックレジスタ５５を設けている。

図５を用いて、出力装置３が中央演算処理装置１から制御対象１６に出力を行う出力動作について説明する。中央演算処理装置１から出力装置３に対しパラレル入出力バス６を経由して出力データ４２を切替器３３を通して信号出力回路３０に送り、信号出力回路
３０内の出力データレジスタ５６に格納する。出力装置３は中央演算処理装置１からパラレル入出力バス６および信号線５０を経由して動作設定レジスタ８に出力開始の起動許可を設定され、起動信号７を受信することで、信号出力回路の出力データレジスタに設定された値を、出力データ４６および出力保持回路５２を経由して、制御対象１６へ出力する（出力データ４７）。

図に示すように、出力診断回路３４は切替器３１，３２および３３を切替器制御信号
３７で切替え、比較器３５への一方の入力を制御対象１６への出力データ４７に接続し、もう一方の入力を中央演算処理装置１からの出力データ４２に接続し、中央演算処理装置１からの指示どおりの値が制御対象１６に出力されているかのリードバックチェックを行い同時にリードバックした出力データ４７を信号出力回路内のリードバックレジスタ５５に格納する。出力診断回路３４は制御対象１６に中央演算処理装置１から指示された値を出力し、出力データ４７のリードバックチェックが完了した時点で動作設定レジスタ９に出力完了を報告し、動作設定レジスタ９は動作完了フラグ５１をパラレル入出力バス６に出力して中央演算処理装置１に処理が完了したことを連絡する。

次に、図７を用いて出力装置３の自己診断動作について説明する。出力装置３は中央演算処理装置１からパラレル入出力バス６および信号線５０を経由して動作設定レジスタ８に自己診断の起動許可を設定され、起動信号７を受信することで自己診断を開始する。

出力診断回路３４は切替器３３および切替器３２を制御して信号出力回路３０への入力４４および出力診断回路３４の内部にある比較器３５の一方の入力４５に出力診断用基準信号４３を入力し、同時に切替器３１を制御して、比較器３５のもう一方の入力４８に信号出力回路３０の出力データ４６を入力する。出力データ４６は信号出力回路３０の出力データレジスタ５６に格納された出力診断用基準信号４３であり、信号出力回路３０が正常に動作していれば、出力データ４６と出力診断基準信号は一致している。比較器３５は出力診断用基準信号４３と出力データ４６とを比較照合し、両者が一致していれば信号出力回路３０は正常と判断し、不一致であれば信号出力回路３０に異常が発生したものとし、比較結果出力４９をパラレル入出力バス６を通じて中央演算処理装置１に送信する。出力診断回路３４は比較器３５での比較照合が完了した時点で、動作設定レジスタ９に自己診断完了を報告し、動作設定レジスタ９は動作完了フラグ５１をパラレル入出力バス６に出力し、自己診断が完了したことを中央演算処理装置１に連絡する。

出力装置３の自己診断動作において、自己診断期間中は、出力診断用基準信号４３が制御対象１６に出力されないようにするため、出力保持回路５２が自己診断中は中央演算処理装置１から指示された出力を保持するように構成されている。

次に、図６を用いて出力装置３の診断テストの動作について説明する。出力装置３は中央演算処理装置１からパラレル入出力バス６および信号線５０を経由して動作設定レジスタ８に診断テストの起動許可を設定され、動作起動を示す起動信号７を受信することで診断テストを開始する。診断テストにおいても、出力診断回路３４が切替器３１，３２および３３の接続を切替器制御信号３７で切替制御しているが、自己診断の動作と異なる点は切替器３２において、比較器１５への入力４５を出力診断用基準信号４３ではなく、中央演算処理装置１からのテストパターン４１に接続している点である。比較器３５のもう一方の入力には出力診断用基準信号４３を信号出力回路３０を経由して出力した出力データ４６が入力される。出力データ４６は図７で説明したように、出力診断用基準信号と同一データである。

中央演算処理装置１はテストパターン４１として出力診断用基準信号４３と同一のデータを送り、比較器３５の２つの入力が一致と判定することを確認し、また、テストパターン４２に出力診断用基準信号４３と異なるデータを送り、比較器３５に２つの入力が不一致と判定することを確認することにより、出力診断回路が正常に動作していることを確認する。

出力診断回路３４は比較器３５での比較照合が完了した時点で、動作設定レジスタ９に自己診断完了を報告し、動作設定レジスタ９は動作完了フラグ５１をパラレル入出力バス６に出力し、自己診断が完了したことを中央演算処理装置１に連絡する。

出力装置３の診断テスト動作においても、診断テスト期間中は、出力診断用基準信号
４３が制御対象１６に出力されないようにするため、出力保持回路５２が自己診断中は中央演算処理装置１から指示された出力を保持するように構成されている。

図９に示すように、出力装置３の内部に故障注入データレジスタ５３を設け、中央演算処理装置１から予め設定することで、診断テストの実行毎に中央演算処理装置１から故障注入データを通信路６に出力せずに診断テストを行うことも可能である。さらに、診断情報レジスタ５４を設け、レジスタ内部に診断内容や診断時間などを保持しておき、これらの情報を中央演算処理装置１が読取り、自己診断および診断テストのスケジュールを決定することが可能である。

図１２に本実施例での中央演算処理装置（ＣＰＵ），入力装置２，出力装置３の診断テスト，自己診断および制御対象１６への信号の入出力動作のタイムチャートを示す。先ず、時刻Ｔ０において中央演算処理装置１（ＣＰＵ）がパラレル入出力バス６に接続されたすべての入力装置および出力装置Ｉ１からＩｎ，Ｑ１からＱｍに対しバス診断を行い、時刻Ｔ１からＴ６で各入力装置および出力装置のレジスタに各々動作設定を行う。動作設定終了後、時刻Ｔ７において、中央演算処理装置１が入力装置Ｉ１に対し診断テストを起動する。前述したように、中央演算処理装置１は１回につき、１台の入力装置または出力装置の診断テストを行い、巡回ですべての入力装置および出力装置の診断テストを行う。時刻Ｔ８で入力装置および出力装置の自己診断を実施し、時刻Ｔ９で制御対象からの入力取込みおよび出力開始または出力更新を行う。時刻Ｔ１０，Ｔ１１で診断テスト対象の装置の指定および出力装置への出力指示値の変更などを行い、時刻Ｔ１２以降では時刻Ｔ７からＴ１１までの動作を繰り返す。

本発明の効果を表す第２の実施例について、図１３から図１４を用いて説明する。図
１３に示すように、実施例１との相違点は、中央演算処理装置１と入力装置２および出力装置３とが通信制御装置４および通信制御装置５を経由して接続され、通信制御装置４および通信制御装置５の間の通信はシリアル回線を介してのメモリ転写、通信制御装置５と入力装置２および出力装置３との間の通信はパラレルパラレル入出力バス６でのメモリ転写で行われるところにある。中央演算処理装置１から入力装置２および出力装置３への送信データはいったん通信制御装置４内のメモリに蓄えられ、複数の入力装置および出力装置の送信データを１つのフレームに収めて、シリアル伝送路を介して通信制御装置５内のメモリに転写され、通信制御装置５によって送信先の入力装置２または出力装置３に分配される。入力装置２および出力装置３から中央演算処理装置１へのデータの送信も同様に通信制御装置５内部のメモリに蓄えられた後、複数の入力装置および出力装置のデータを１つのフレーム内に収め、シリアル伝送路を介して通信制御装置４内部のメモリに転写され、中央演算処理装置１へ送信される。このため、実施例１のパラレル入出力バス６で中央演算処理装置１と入力装置２および出力装置３が接続され中央演算処理装置から入力装置２および出力装置３に直接データの送受信を行う場合と違い、中央演算処理装置１は入力装置２および出力装置３への送信データが確実に届いたか否かを判断するために、送信先アドレスのデータをリードバックする必要がある。したがって、図１４に示すように、中央演算処理装置１から入力装置２および出力装置３への自己診断および診断テストの起動手順は、動作設定レジスタ（診断設定レジスタ）８，９への自己診断および診断テスト起動の許可・停止の設定を行った後、送信先の装置の動作設定レジスタ（診断設定レジスタ）８，９のリードバックを行い、設定値が書き込まれているかを確認してから自己診断および自己診断機能の健全性チェックの起動を指示する。中央演算処理装置１が送信先の装置の動作設定レジスタ（診断設定レジスタ）８，９のリードバックデータと送信データの一致を確認した後、自己診断および診断テストの起動を通信制御装置４へブロードキャスト信号としてすべての入力装置２および出力装置３に伝達され、同時に起動されるように構成されている。入力装置２および出力装置３は起動指示された診断動作が終了すると診断設定レジスタに診断終了フラグを立て診断結果を診断結果レジスタに格納する。診断設定レジスタおよび診断結果のデータは通信制御装置５内部のメモリに転写され、シリアル回線を介して通信制御装置４内部のメモリに転写される。中央演算処理装置１は通信制御装置４内部のメモリに転写された入力装置２および出力装置３の診断設定レジスタおよび診断結果レジスタの値を読込み、診断設定レジスタの診断終了フラグを確認し、診断が終了している場合のみ診断結果レジスタの診断結果データを確認し、エラーが発生している場合、予め定義されたエラー処理を行う。

図１４に本実施例における、中央演算処理装置１，通信制御装置Ｐ０，Ｓ１，Ｓ２および入出力装置の動作のタイムチャートを示す。時刻Ｔ０において中央演算処理装置(CPU)がバス診断動作を起動する。通信制御装置Ｐ０は通信制御装置Ｓ１およびＳ２に対し、バス診断の起動を伝達し、通信制御装置Ｓ１およびＳ２はそれぞれパラレル入出力バス６に接続された入力装置Ｉ１からＩｎ、出力装置Ｑ１からＱｍに対しバス診断を実行する。時刻Ｔ２からＴ９において中央演算処理装置１が通信装置Ｐ０，Ｓ１，Ｓ２を介して各入力装置および出力装置に対して動作設定を行い、入力装置および出力装置から設定値のリードバックを行い、設定が間違いなく実行されたことを確認する。時刻Ｔ１０で中央演算処理装置１が診断テストの起動を指示し、通信制御装置Ｐ０，Ｓ１，Ｓ２を通じて入力装置Ｉ１からＩｎおよび出力装置Ｑ１からＱｍに指示が伝達され、診断テストの起動の許可をされた装置が診断テストを実行する。時刻Ｔ１６で中央演算処理装置（ＣＰＵ）が診断テストの結果を受信し、異常がなければ、時刻Ｔ１７で入力装置および出力装置に自己診断および制御対象からの入力取込み、出力開始または更新を指示する。

本発明は、プラント制御に使われるプログラマブル電子制御装置において、装置を複雑化させることなく、且つ低コストで安全性を向上する手段，手法として利用される。

本発明の第１の実施例を示したブロック図。 本発明の入力装置の構成と通常入力動作を説明するブロック図。 本発明の入力装置の構成と診断テスト動作を説明するブロック図。 本発明の入力装置の構成と自己診断動作を説明するブロック図。 本発明の出力装置の構成と通常出力動作を説明するブロック図。 本発明の出力装置の構成と診断テスト動作を説明するブロック図。 本発明の出力装置の構成と自己診断動作を説明するブロック図。 本発明のズニの入力装置とは別の入力装置の攻勢を説明するブロック図． 本発明の図３の出力装置とは別の出力装置の構成を説明するブロック図。 本発明の診断動作の起動許可・停止動作を説明するブロック図。 起動許可・停止の代案の動作を説明するブロック図。 本発明の第１の実施例の動作を示すタイムチャート。 本発明の別の実施例を示したブロック図。 本発明の第２の実施例の動作を示すタイムチャート。

符号の説明

１…中央演算処理装置（ＣＰＵ）、２…入力装置、３…出力装置、４，５…通信制御装置、６…パラレル入出力バス、７…起動信号、８，９…動作設定レジスタ、１０…信号入力回路、１１，１２，３１，３２，３３…切替器、１３…入力診断用基準信号源、１４…入力診断回路、１５，３５…比較器、１６…制御対象、１７…入力データ（制御対象からの入力）、１８…入力診断用基準信号、１９…信号入力回路入力、２０…信号入力回路出力（比較器への出力）、２１…中央演算処理装置１からのテストパターン、２２，４５，４８…比較器入力、２３…信号線（信号入力回路出力（通信路６への出力））、２４…結果出力、２５，５０…信号線（制御信号入力）、２６，５１…動作完了フラグ、２７…切替器制御信号、２８，５３…入力データレジスタ、２９…診断情報レジスタ、３０…信号出力回路、３４…出力診断回路、３６…出力診断用基準信号源、３７…切替器制御信号、４３…出力診断用基準信号、４６…出力データ（信号出力回路３０の出力）、４７…出力データ（制御対象１６への出力）、４９…比較結果出力、５２…出力保持回路、５４…診断情報レジスタ、５５…リードバックレジスタ、５６…出力データレジスタ。

Claims (1)

1. 通信回線を介して送られたデータを制御対象に転送するか、或いは、制御対象のデータを受けて前記通信回線を介して前記データを送るかの少なくとも一方の動作を行う接続装置、及び異常判断装置を有する通信制御システムであって、
   前記接続装置は、前記通信回線からのデータを受信する受信部と、前記受信データ或いは前記制御対象のデータを格納するデータレジスタと、前記通信回線を介して受信した診断動作許可データを格納する動作レジスタと、テスト用データを作成する診断用基準源と、入力される２つのデータを照合して同じデータであるかを示す照合結果情報を生成する照合部を有し、
   前記異常判断装置は、前記テスト用データと同じデータと、前記診断動作許可データとしての診断テスト指示情報を前記接続装置に送信し、さらに、前記診断動作許可データとしての自己診断指示情報を前記接続装置に送信し、
   前記接続装置は、前記動作レジスタに前記診断テスト指示情報が格納された場合に、前記診断用基準源からの前記テスト用データを前記照合部に出力すると共に、前記異常判断装置から送信された前記テスト用データと同じデータを前記照合部に出力し、
   前記接続装置は、前記動作レジスタに前記自己診断指示情報が格納された場合に、前記受信データ或いは前記制御対象のデータに代えて前記診断用基準源からのテスト用データを前記データレジスタに出力すると共に、前記診断用基準源からのテスト用データと前記データレジスタの格納データを前記照合部に出力し、
   前記接続装置は、前記照合結果情報を送信部を介して前記異常判断装置に送信し、
   前記異常判断装置は、前記受信した照合結果情報で前記照合されたデータが互いに異なっていることを示している場合に、異常と判断することを特徴とする通信制御システム。

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