JP2020162096A

JP2020162096A - 通信制御装置および方法

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Publication number: JP2020162096A
Application number: JP2019062845A
Authority: JP
Inventors: 智広丸野; Tomohiro Maruno; 義典茂中; Yoshinori Shigenaka; 清志木村; Kiyoshi Kimura; 浩石山; Hiroshi Ishiyama
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2019-03-28
Filing date: 2019-03-28
Publication date: 2020-10-01
Anticipated expiration: 2039-03-28
Also published as: JP7277206B2

Abstract

【課題】制御に大きな影響を与えることなく、保守や点検を実施する。【解決手段】通信部１０１は、有線ネットワーク１５１を介して第１主機器１３１から従機器１３２を宛先として送信された第１リクエストを受け付ける。無線通信部１０２は、無線通信により接続された第２主機器１３３から従機器１３２を宛先として送信された第２リクエストを受け付ける。中継制御部１０３は、第２リクエストより第１リクエストを優先して従機器１３２へ送信する。【選択図】図１

Description

本発明は、通信制御装置および方法に関する。

例えば、建築物に付帯している各設備の監視制御や、プラントなどの制御には制御システムが用いられ、さらに機器管理装置が用いられている場合がある（特許文献１参照）。制御システムでは、フィールドバスなどのネットワークにより接続している現場に設置されたプロセス機器や各種センサなどのフィールド機器との間で信号をやりとりして制御を行っている。

また、このような制御では、多数のフィールド機器を制御対象とするため、制御システムでは、ブロックに分割して各ブロックに制御を行うコントローラを配置し、複数のコントローラを用いて分散制御を行うようにしている。例えば、制御装置には、ブロック毎に設けられたコントローラが接続し、複数のコントローラの各々に、複数のフィールド機器が接続している。制御装置には、ネットワークを介して複数のコントローラが接続し、各コントローラには、複数のフィールド機器が接続している。

コントローラとフィールド機器との接続では、一般に、コントローラをマスタノードとし、フィールド機器をスレーブノードとするシリアル通信が用いられている。この種のシリアル通信を実現するプロトコルとしては、例えば、「Modbus（登録商標）」がある。この種のシリアル通信のプロトコルでは、マスタノードだけがリクエストを発行でき、発行されたリクエストには、リクエストを受け取るスレーブノードのステーションアドレスおよび処理されるべきデータアドレスが含まれている。リクエストに含まれているステーションアドレスのスレーブノードだけが、当該リクエストを実行し、他のスレーブノードは、このリクエストを受信しても何もしない。

上述した制御システムにおいて、フィールド機器の保守・点検を、フィールド機器が設置されている現場で実施するときには、可搬性、携帯性に優れた小型の設定機器が用いられる。この設定機器を用いたフィールド機器の保守・点検では、設定機器をマスタノードに設定し、保守・点検対象のフィールド機器が接続されているネットワークに接続する。しかしながら、このネットワークにおいては、マスタノードは１つに限られるため、設定機器をネットワークに直接接続するためには、コントローラの動作を停止することになり、制御を中断させる必要がある。また、ネットワークに接続するためには、配線が必要となり、小型の設定機器の可搬性、携帯性が損なわれる。

一方で、無線通信機能を備える中継装置を上述したネットワークに接続し、設定機器と中継装置との間を無線通信で接続し、マスタノードとした設定機器から、対象となるフィールド機器へ、リクエストを送信する技術が提案されている（特許文献１参照）。この技術によれば、コントローラによる制御を中断することなく、設定機器を用いたフィールド機器の保守・点検が可能となる。

特開２０１７−０９８７６２号公報

ところで、上述した制御システムでは、コントローラや設定機器から、複数の処理されるべきデータアドレスから構成された大きなデータ量のリクエストが送信される。このため、保守・点検における設定機器からのリクエストの通信により、コントローラからのリクエストの通信が待たされる場合が発生し、問題となる。制御対象のフィールド機器の数が増加し、また、リクエストの通信が、常時発生している場合、上述した問題がより顕著に発生することになる。

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、制御に大きな影響を与えることなく、保守や点検が実施できるようにすることを目的とする。

本発明に係る通信制御装置は、有線ネットワークを介して第１主機器から従機器を宛先として送信された第１リクエストを受け付けるように構成された通信部と、無線通信により接続された第２主機器から従機器を宛先として送信された第２リクエストを受け付けるように構成された無線通信部と、第２リクエストより第１リクエストを優先して従機器へ送信するように構成された中継制御部とを備える。

上記通信制御装置の一構成例において、中継制御部は、第２リクエストをデータアドレス毎に分割して従機器へ送信することで、第１リクエストの送信を優先する。

上記通信制御装置の一構成例において、中継制御部は、第２リクエストの送信の頻度を減らすことで、第１リクエストの送信を優先する。

上記通信制御装置の一構成例において、中継制御部は、第２リクエストの送信の周期を、第１リクエストの送信の周期の２倍以上とする。

また、本発明に係る通信制御方法は、有線ネットワークを介して第１主機器から従機器を宛先として送信された第１リクエストを受け付ける第１ステップと、無線通信により接続された第２主機器から従機器を宛先として送信された第２リクエストを受け付ける第２ステップと第２リクエストより第１リクエストを優先して従機器へ送信する第３ステップとを備える。

上記通信制御方法の一構成例において、第３ステップは、第２リクエストをデータアドレス毎に分割して従機器へ送信することで、第１リクエストの送信を優先する。

上記通信制御方法の一構成例において、第３ステップは、第２リクエストの送信の頻度を減らすことで、第１リクエストの送信を優先する。

上記通信制御方法の一構成例において、第３ステップは、第２リクエストの送信の周期を、第１リクエストの送信の周期の２倍以上とする。

以上説明したように、本発明によれば、有線ネットワークを介して第１主機器から送信された第１リクエストを、無線通信により接続された第２主機器から送信された第２リクエストより優先して従機器へ送信するので、制御に大きな影響を与えることなく、保守や点検が実施できる。

図１は、本発明の実施の形態に係る通信制御装置１００の構成を示す構成図である。図２は、本発明の実施の形態に係る通信制御方法を説明するためのフローチャートである。図３は、本発明の実施例１に係る通信制御装置１００の動作例（通信制御方法）を説明するためのフローチャートである。図４は、本発明の実施例２に係る通信制御装置１００の動作例（通信制御方法）を説明するためのフローチャートである。図５は、本発明に係る通信制御装置のハードウエア構成を示す構成図である。

以下、本発明の実施の形態に係る通信制御装置１００について図１を参照して説明する。通信制御装置１００は、通信部１０１、無線通信部１０２、中継制御部１０３を備える。

通信部１０１は、有線ネットワーク１５１を介して第１主機器１３１から従機器１３２を宛先として送信された第１リクエストを受け付ける。有線ネットワーク１５１は、例えば、「Modbus」によるシリアルネットワークであり、第１主機器１３１は、マスタノードとされ、従機器１３２は、スレーブノードとされている。１つの第１主機器１３１に、複数の従機器１３２が接続可能とされている。第１主機器１３１は、例えばコントローラであり、従機器１３２は、フィールド機器である。コントローラおよびフィールド機器は、制御対象を制御するための制御システムを構成する。

無線通信部１０２は、無線通信により接続された第２主機器１３３から従機器１３２を宛先として送信された第２リクエストを受け付ける。無線通信部１０２は、例えば、よく知られた「Bluetooth（登録商標）」や「ZigBee（登録商標）」などによる無線通信を実現する。また、無線通信部１０２は、「Wi-Fi（登録商標）」による無線通信を実現する構成とすることもできる。また、無線通信部１０２は、第２リクエストを有線ネットワーク１５１のプロトコルに変換し、従機器１３２から第２主機器１３３に送信された第２リクエストに対するレスポンスを無線通信のプロトコルに変換する。第２主機器１３３は、例えば、フィールド機器の保守・点検を実施するための、小型の設定機器である。

中継制御部１０３は、受け付けている第１リクエストおよび第２リクエストを従機器１３２へ送信（中継）する。中継制御部１０３は、第２リクエストより第１リクエストを優先して従機器１３２へ送信する。従って、第２主機器１３３を用いた従機器１３２の保守や点検が、第１主機器１３１と従機器１３２とによる制御動作に大きな影響を与えることなく、実施できるようになる。

次に、本発明の実施の形態に係る通信制御方法について、図２のフローチャートを用いて説明する。まず、第１ステップＳ１０１で、有線ネットワーク１５１を介して第１主機器１３１から従機器１３２を宛先として送信された第１リクエストを、通信部１０１が受け付ける。次に、第２ステップＳ１０２で、無線通信により接続された第２主機器１３３から従機器１３２を宛先として送信された第２リクエストを、無線通信部１０２が受け付ける。次に、第３ステップＳ１０３で、中継制御部１０３が、第２リクエストより第１リクエストを優先して従機器１３２へ送信する。

以下、実施例を用いてより詳細に説明する。

［実施例１］
はじめに、実施例１について図３を参照して説明する。実施例１では、ステップＳ１１１で、通信部１０１が、有線ネットワーク１５１を介して接続している第１主機器１３１から、従機器１３２を宛先とした送信された第１リクエストを、受け付ける。例えば、通信部１０１は、図示しない一時記憶部を備える。第１主機器１３１から、従機器１３２を宛先とした送信された第１リクエストが受信されると、一時記憶部に記憶される。

次に、ステップＳ１１２で、無線通信部１０２が、無線通信により接続している第２主機器１３３から、従機器１３２を宛先として送信された第２リクエストを、受け付ける。例えば、無線通信部１０２は、図示しない一時記憶部を備える。第２主機器１３３から、従機器１３２を宛先とした送信された第２リクエストが受信されると、一時記憶部に記憶される。

次に、ステップＳ１１３で、通信部１０１が、第１リクエストを、受け付けているか否かを判定する。通信部１０１は、通信部１０１の一時記憶部に、第１リクエストが記憶されていることにより、第１リクエストを受け付けていることを判断する。

通信部１０１が、第１リクエストの受け付けを判断すると（ステップＳ１１３のｙｅｓ）、ステップＳ１１４で、中継制御部１０３は、通信部１０１の一時記憶部から第１リクエストを取り出し、第１リクエストを従機器１３２に送信し、ステップＳ１１１に戻る。

なお、通信部１０１で、第１リクエストの受け付けが判断されない場合（ステップＳ１１３のｎｏ）、ステップＳ１１５で、無線通信部１０２が、無線通信により接続している第２主機器１３３から、従機器１３２を宛先として送信された第２リクエストを、受け付けているか否かを判定する。無線通信部１０２は、無線通信部１０２の一時記憶部に、第２リクエストが記憶されていることにより、第２リクエストを受け付けていることを判断する。

また、第１リクエストを受け付けておらず、無線通信部１０２が、第２リクエストの受け付けを判断すると（ステップＳ１１５のｙｅｓ）、ステップＳ１１６で、中継制御部１０３が、無線通信部１０２の一時記憶部に保存されている第２リクエストのうち、複数の処理すべきデータアドレスから構成された第２リクエストを一時記憶部から取り出し、データアドレス毎に分割する。分割した単一のデータアドレスから構成された第２リクエストは一時記憶部に記憶される。ステップＳ１１６の処理により、一時記憶部に保存されている第２リクエストは、単一のデータアドレスから構成された第２リクエストのみとなる。次に、ステップＳ１１４で、中継制御部１０３は、一時記憶部に保持された第２リクエストを１つ取り出し、従機器１３２に送信し、ステップＳ１１１に戻る。

なお、ステップＳ１１１に戻った後、第１リクエストを受け付けていれば、第２リクエストを受け付けているか否かにかかわらず、第１リクエストを従機器１３２に送信する。先に受け付けた第２リクエストがある場合でも、第１リクエストが先に送信され、優先されることになる。

［実施例２］
次に、実施例２について図４を参照して説明する。実施例２では、ステップＳ２０１で、通信部１０１が、有線ネットワーク１５１を介して接続している第１主機器１３１から、従機器１３２を宛先とした送信された第１リクエストが、受け付ける。例えば、通信部１０１は、図示しない一時記憶部を備える。第１主機器１３１から、従機器１３２を宛先とした送信された第１リクエストが受信されると、一時記憶部に記憶される。

次に、ステップＳ２０２で、無線通信部１０２が、無線通信により接続している第２主機器１３３から、従機器１３２を宛先として送信された第２リクエストを、受け付ける。例えば、無線通信部１０２は、図示しない一時記憶部を備える。第２主機器１３３から、従機器１３２を宛先とした送信された第２リクエストが受信されると、一時記憶部に記憶される。

次に、ステップＳ２０３で、無線通信部１０２が、無線通信により接続している第２主機器１３３から、従機器１３２を宛先として送信された第２リクエストを、受け付けているか否かを判定する。無線通信部１０２は、無線通信部１０２の一時記憶部に、第２リクエストが記憶されていることにより、第２リクエストを受け付けていることを判断する。

無線通信部１０２が、第２リクエストの受け付けを判断すると（ステップＳ２０３のｙｅｓ）、ステップＳ２０４で、中継制御部１０３は、第１リクエストの送信の頻度より減らすように設定された送信条件をもとに、第２リクエストが送信可能かどうかを判断する。例えば、中継制御部１０３は、第２リクエストの送信の周期を、第１リクエストの送信の周期の２倍以上とする送信条件を設定する。無線通信により接続している第２主機器１３３から、従機器１３２を宛先として送信された第２リクエストを、受け付けているか否かを判定する。例えば、無線通信部１０２は、図示しない一時記憶部を備える。第２主機器１３３から、従機器１３２を宛先とした送信された第２リクエストが受信されると、一時記憶部に記憶される。無線通信部１０２は、一時記憶部に、第２リクエストが記憶されたことにより、第２リクエストを受け付けていることを判断する。

中継制御部１０３が、第２リクエストを送信可能と判断すると（ステップＳ２０４のｙｅｓ）、ステップＳ２０５で、中継制御部１０３は、無線通信部１０２の一時記憶部に記憶されている第２リクエストを従機器１３２に送信する。

なお、無線通信部１０２で、第２リクエストの受け付けが判断されない場合（ステップＳ２０３のｎｏ）、ステップＳ２０６で、通信部１０１が、有線ネットワーク１５１を介して接続している第１主機器１３１から、従機器１３２を宛先として送信された第１リクエストを、受け付けているか否かを判定する。通信部１０１で、第１リクエストの受け付けが判断されると（ステップＳ２０６のｙｅｓ）、ステップＳ２０５で、中継制御部１０３が、第１リクエストを、従機器１３２に送信する。一方、通信部１０１で、第１リクエストの受け付けが判断されない場合（ステップＳ２０６のｎｏ）、ステップＳ２０１に戻る。

また、第２リクエストが受け付けた後、中継制御部１０３が、第２リクエストを送信不可と判断した場合（ステップＳ２０４のｎｏ）、ステップＳ２０６で、通信部１０１が、有線ネットワーク１５１を介して接続している第１主機器１３１から、従機器１３２を宛先とした送信された第１リクエストを、受け付けているか否かを判定する。通信部１０１で、第１リクエストの受け付けが判断されると（ステップＳ２０６のｙｅｓ）、ステップＳ２０５で、中継制御部１０３が、第１リクエストを、従機器１３２に送信する。一方、通信部１０１で、第１リクエストの受け付けが判断されない場合（ステップＳ２０６のｎｏ）、ステップＳ２０１に戻る。

［その他の実施例］
上述した実施の形態に係る通信制御装置は、通信部および無線通信部からのリクエストに対応するレスポンスを行ってもよい。この際の処理として、[実施例１]で第２主機器にレスポンスする際に、複数の処理すべきデータアドレスから構成された第２リクエストに対するレスポンスとなるように結合する、通信制御装置が従機器に送信したリクエストに対する従機器からのレスポンスが一定時間以上ない場合にタイムアウトの異常レスポンスを行う、などが考えられる。

なお、上述した実施の形態に係る通信制御装置は、図５に示すように、ＣＰＵ（CentralProcessingUnit；中央演算処理装置）３０１、主記憶装置３０２、外部記憶装置３０３、ネットワーク接続装置３０４、無線接続装置３０５などを備えた携帯型のコンピュータ機器であり、主記憶装置３０２に展開されたプログラムによりＣＰＵ３０１が動作することで、上述した各機能が実現される。なお、ネットワーク接続装置３０４は、有線ネットワーク３０６に接続する。また、各機能は、複数のコンピュータ機器に分散させることもできる。

また、上述した実施の形態における通信制御装置は、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）などのプログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ：Programmable Logic Device）により構成することも可能である。例えば、ＦＰＧＡのロジックエレメントに、通信部、無線通信部、中継制御部の各々を回路として備えることで、通信制御装置として機能させることができる。通信回路、無線通信回路、中継制御回路の各々は、所定の書き込み装置を接続してＦＰＧＡに書き込む。

以上に説明したように、本発明によれば、有線ネットワークを介して第１主機器から送信された第１リクエストを、無線通信により接続された第２主機器から送信された第２リクエストより優先して従機器へ送信するので、制御に大きな影響を与えることなく、保守や点検が実施できるようになる。

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。

１００…通信制御装置、１０１…通信部、１０２…無線通信部、１０３…中継制御部、１３１…第１主機器、１３２…従機器、１３３…第２主機器、１５１…有線ネットワーク。

Claims

有線ネットワークを介して第１主機器から従機器を宛先として送信された第１リクエストを受け付けるように構成された通信部と、
無線通信により接続された第２主機器から前記従機器を宛先として送信された第２リクエストを受け付けるように構成された無線通信部と、
前記第２リクエストより前記第１リクエストを優先して前記従機器へ送信するように構成された中継制御部と
を備える通信制御装置。
請求項１記載の通信制御装置において、
前記中継制御部は、前記第２リクエストをデータアドレス毎に分割して前記従機器へ送信することで、前記第１リクエストの送信を優先することを特徴とする通信制御装置。
請求項１記載の通信制御装置において、
前記中継制御部は、前記第２リクエストの送信の頻度を減らすことで、前記第１リクエストの送信を優先することを特徴とする通信制御装置。
請求項３記載の通信制御装置において、
前記中継制御部は、前記第２リクエストの送信の周期を、前記第１リクエストの送信の周期の２倍以上とすることを特徴とする通信制御装置。
有線ネットワークを介して第１主機器から従機器を宛先として送信された第１リクエストを受け付ける第１ステップと、
無線通信により接続された第２主機器から前記従機器を宛先として送信された第２リクエストを受け付ける第２ステップと
前記第２リクエストより前記第１リクエストを優先して前記従機器へ送信する第３ステップと
を備える通信制御方法。
請求項５記載の通信制御方法において、
前記第３ステップは、前記第２リクエストをデータアドレス毎に分割して前記従機器へ送信することで、前記第１リクエストの送信を優先することを特徴とする通信制御方法。
請求項５記載の通信制御方法において、
前記第３ステップは、前記第２リクエストの送信の頻度を減らすことで、前記第１リクエストの送信を優先することを特徴とする通信制御方法。
請求項７記載の通信制御方法において、
前記第３ステップは、前記第２リクエストの送信の周期を、前記第１リクエストの送信の周期の２倍以上とすることを特徴とする通信制御方法。