JP4696998B2 - データ通信システム及びデータ送信方法 - Google Patents

Description

本発明は、クライアント機器で時系列的に生成されるデータを、通信ラインを介してホスト機器に送信するデータ通信システム及びデータ送信方法に関するものである。

通信ラインを流れるデータを圧縮してトラフィックを緩和する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

図８は、従来のデータ通信システムの構成例を示す機能ブロック図である。複数の工業計器(差圧計、流量計、温度計等)１１，１２，１３，１４，１５…からなるクライアント機器１が、共通の通信ライン２を介して１台のホスト機器３に時系列データを送信するプラント環境を示している。

フィールドバス通信に代表されるような通信形態をもつホスト機器３と、その系につながれたすべての工業計器は、ひとつの通信ライン２を使って、夫々の必要な情報を送受信する。

例えば、ホスト機器３は、系につながれた工業計器の持つプロセスデータやアラーム情報を、優先度や時間との同期性を考慮しながら取得する。また、工業計器はホスト機器３が管理する時間情報等を取得する。更に、複数の工業計器間でも様々な情報を送受信する。

例えば、工業計器１１からホスト機器３に送信されるデータＡは、データの型毎に所定期間に発生する時系列データＤ１（Ａ11, Ａ12, Ａ13…Ａ1n）、時系列データＤ２（Ａ21, Ａ22, Ａ23…Ａ2n）、時系列データＤ３（Ａ31, Ａ32 Ａ33…Ａ3n）及び別途通信するデータ送信毎の時間データＴｍである。時系列データＤ１〜Ｄ３は、直列的に送信される。

図９は、クライアント機器１からホスト機器３へのデータ送信のイメージ図である。頻繁な通信で時系列データを受信したホスト機器３は、これを時系列情報として収集し、用途に合わせて加工処理する。

図１０は、ホスト機器３で収集される時系列データＤ１１〜Ｄ３を、データの型毎に区分して保持した時系列情報保持テーブルの一例である。

図１１は、コントローラ４を経由してクライアント機器から送信される時系列データを受信するホスト機器３内で稼動するアプリケーションソフトの機能ブロック図である。３１はデータ収集手段、３２はデータ表示やトレンド画面等のＧＵＩ手段、３２はアラーム判定手段、３４は取得データ演算手段である。

特開平１１−３４１１０７号公報 特開２００５−０３２０８６号公報 特開２００１−３１３６５９号公報 特開２００１−０９２７７７号公報 特開平０７−０５９１７５号公報 特開平０８−００８８４２号公報 特開２０００−０６８８５３号公報

従来のデータ通信システムでは、次のような問題点がある。
（１）工業計器は、ひとつの通信ラインを使って多くの情報を送受信している。ホスト機器が系につながれたある工業計器のデータＡに関する時系列情報を取得する場合、ホスト機器３は、定期的に通信ライン２を使ってその工業計器のデータＡを受信する必要がある。

（２）データＡの時系列情報をｎ個取得するためには、ホスト機器と工業計器はこのデータＡを得るためだけに、ｎ回の通信を実施しなければならない。また、別のデータＴ（例えば時間情報等）を取得するには、当然そのための通信も実施しなければならない。

（３）時系列情報を短い周期で取得したい場合には、ホスト機器３は頻繁にデータＡを受信する必要がある。ところが、他のデータや他の工業計器の情報もこの通信ライン２を使って送受信しなければならず、他のデータの優先度や同期性を考慮しながら通信を行うと、データＡを短い周期で取得し続けることは困難である。

（４）また、短い周期で繰り返しデータＡを送受信するということは、その間の通信回数が増すため、通信負荷も大きくなる。しかしながら、実際には、1つの工業計器から複数のデータの時系列情報及びそのときの時間情報等を取得する機会が多い。

（５）例えば、ホスト機器３においては、その工業計器のもつプロセス値だけではなく、圧力、温度、流量信号、センサからの信号等を直接監視した上で移動平均や２乗和などのデータ加工を施したものを用いて、工業計器の診断を実施するといった用途があげられる。

（６）通常、このようなデータ収集は、制御運転で用いられる信号以外のものを用いることが多く、データ収集の周期は１機器あたり１パラメータ毎に数秒間隔（５秒程度）で実施される。従って、仮にプロセス値以外の１種類の情報につき１００個の時系列情報を取得する場合には、その１種類の情報取得につき５００秒（８分）を必要とする。

（７）時系列情報の取得による通信負荷の回避策として、工業計器内部に配列型のバッファを設け、時系列情報を１つの配列パラメータとして保持し、通信を介してホスト機器へデータを送信するという技術も存在する。

（８）異なる型を持った複数のデータに関する時系列情報を取得するためには、複数の配列パラメータを用意する必要がある。また、そのときの時間情報などを取得したい場合にも、時間情報は専用型が存在するために、別途パラメータを設けなければならず、データの型や種類毎に多数の配列パラメータを設けなければならない。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、ホスト機器がクライアント機器と頻繁に通信を介すことなく、クライアント機器が持つ複数のデータの時系列情報やそのときの時間情報の取得を可能にするデータ通信システムを実現することを目的としている。

このような課題を達成するために、本発明は次の通りの構成になっている。
（１）クライアント機器で時系列的に生成されるデータを、通信ラインを介してホスト機器に送信するデータ通信システムにおいて、前記クライアント機器は、前記データのブロックを文字列情報に変換するデータタイプ変換手段と、変換された文字列情報を保持するバッファ手段と、このバッファ手段に保持されている文字列情報を前記ホスト機器に送信する送信手段とを備え、前記ホスト機器は、クライアント機器から前記文字列情報を取得するデータ収集手段と、取得した文字列情報をデータのサイズ毎に分割して元のデータに戻すデコード手段とを備えることを特徴とするデータ通信システム。
（２）前記データタイプ変換手段は、生成される前記データの異なるデータ型毎にブロック化してひとつの文字列情報に変換することを特徴とする（１）に記載のデータ通信システム。
（３）前記デコード手段は、取得した文字列情報をデータのサイズ及びデータ型毎に分割して元のデータに戻すことを特徴とする（１）又は（２）に記載のデータ通信システム。
（４）前記クライアント機器は、前記ホスト機器からの指令に基づいて、前記バッファ手段の有効、無効を操作するバッファ機能操作手段を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のデータ通信システム。
（５）前記クライアント機器は、前記バッファ手段の内容を外部機器から参照できるデータ参照手段を備えることを特徴とする（１）乃至（４）のいずれかに記載のデータ通信システム。
（６）前記クライアント機器は、プロセスの物理量を測定する工業計器であることを特徴とする（１）乃至（５）のいずれかに記載のデータ通信システム。
（７）クライアント機器で時系列的に生成されるデータのブロックを文字列情報に変換するデータタイプ変換ステップと、変換された文字列情報をバッファ手段に保持する保持ステップと、保持されている文字列情報を、ホスト機器に送信する送信ステップと、ホスト機器で取得した文字列情報を、データのサイズ毎に分割して元のデータに戻すデコードステップとを備えるデータ送信方法。

以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
（１）工業計器がある一定時間分のデータＡの時系列情報をブロック化した文字列で保持することで、ホスト機器はデータＡの情報取得のために工業計器と頻繁に通信を介す必要がなくなる。

（２）データＡに関する複数個の時系列情報をブロック化してひとつの文字列情報ＡＡとして定義することで、従来技術ではｎ回の通信が必要だったデータの取得を、１回の通信で取得することが可能となる。これにより、ホスト機器と工業計器との通信回数は減り、通信負荷も小さくなる。

（３）データを、配列でない１つの文字列情報ＡＡとして定義することで、通常、異なる型で別々に定義された情報も、ひとつの文字列情報として取得することが可能となる。

（４）データを、配列や構造体ではない１つの文字列情報ＡＡとして定義することで、例え１つのデータであっても、配列や構造体のメンバ毎に通信を介してデータ取得をしなければならない通信システムを持ったホスト機器においても、１回の通信でデータ取得が可能となる。

（５）例えば、フィールドバス通信を利用する場合、一般的に、標準仕様の１つとして構造体のメンバ構成には制限が設けられている。しかしながら、データを１つの文字列情報ＡＡとして定義すれば、取得したいデータの型に制限されることなく、文字列情報ＡＡに組み入れることが可能となる。

（６）文字列情報ＡＡに組み入れた時間情報は、必ず時系列情報と同期の取れた値として取得することが可能となる。

（７）時系列情報の保持機能の有効・無効を操作できる手段を設けることで、本機能が不要な際には、不要な情報の保持を回避することが可能となる。

（８）通信を使わず工業計器内でデータＡを溜め込むため、他のデータが送受信されている間もデータＡの情報を収集することが可能となる。

（９）工業計器内で実行されるプロセス値を計算するための演算周期は数１００msec程度であり、通信サーバーを介したデータ取得周期(５sec程度)に比べると格段に速いものであるため、数１００msec間隔で取得された時系列データを１回の通信でホスト機器は取得することが可能となる。

（１０）また、工業計器に複数データの時系列情報を保持させれば、複数の時系列情報を一挙に取得することが可能となる。

以下、本発明を図面により詳細に説明する。図１は、本発明を適用したデータ通信システムの一実施形態を示す機能ブロック図である。以下、本発明により追加される特徴部につき説明する。

１００は、本発明が適用されるクライアント機器（工業計器等）である。３００はホスト機器であり、文字列情報ＡＡに変換された時系列データを、通信ライン２を介してクライアント機器１００より取得する。

クライアント機器１００において、１０１は時系列データ生成手段であり、プロセスの物理量測定値を処理して時系列データに生成する。１０２はデータタイプ変換手段であり、所定期間に生成される時系列データをブロック化して文字列情報に変換する。データを文字列に変換するには、例えば、Ｃ言語を使用する場合には、標準ライブラリ関数（ｍｅｍｃｐｙ）を利用することで実現できる。

１０３は、変換された文字列情報を一時的に保持するバッファ手段である。１０４は送信手段であり、バッファ手段ホスト機器３００側からの送信要求に基づいて、又はバッファ手段１０３が所定期間分蓄積されると自動的に、一時的に保持されている文字列情報を取得して送信する。

送信手段１０４は、送信後にバッファ手段１０３の内容をクリアする。このクリア処理により、バッファ手段１０３は、文字列情報に変換された次の送信周期のための時系列データの蓄積をスタートする。

１０５は、データ参照手段であり、通信ライン２に接続されるメンテナンス用の外部機器等に対してバッファ手段１０３で保持されている文字列情報を読み出して提供する。１０６はバッファ機能操作手段であり、ホスト機器３００からの指令に基づいてバッファ手段１０３の一時保持機能の有効・無効を操作する。

ホスト機器３００において、３０１はデータ収集手段であり、クライアント機器１００にデータ送信要求を出力し、この要求に基づいて送信手段１０４から送信される文字列情報を取得し保持する。

３０２はデコード手段であり、収集された文字列情報をデータのサイズ毎に分割して元のデータに戻すデータ加工を実行する。文字列情報が複数の異なるデータ型を持つ場合には、取得した文字列情報を、データのサイズ及びデータ型毎に分割して元のデータに戻す。分割された時系列データは、分割データ保持手段３０３に渡されて保持される。

デコード手段３０２は、取得した文字列情報の加工処理の部分において、工業計器から取得した情報とデータ型を判断し、データ型毎に異なるデータサイズに正しく分割する機能を備える。文字列情報を分割した数値データに変換する処理は、標準的な変換ツールを利用することができる。

デコード手段３０２は、複数の種類のデータ型を取得、分解できることから、時間情報もデータ型として含むことにより、工業計器で実際に取得した正確な時間情報を得ることも可能となる。

３０４は、バッファ機能指令手段であり、クライアント機器１００のバッファ機能操作手段１０５に対してバッファ手段１０３の一時保持機能の有効・無効を指令する。

図２は、図８で説明した従来システムと対応した、工業計器からホスト機器３００に時系列データを送信する本発明のデータ通信システムの具体的構成例を示す機能ブロック図である。

工業計器１１からホスト機器３００に一度に送信されるデータは、データの型毎に所定期間に発生する時系列データＤ１（Ａ11, Ａ12, Ａ13…Ａ1n）、時系列データＤ２（Ａ21, Ａ22, Ａ23…Ａ2n）、時系列データＤ３（Ａ31, Ａ32 Ａ33…Ａ3n）及び送信時間データＴｎを一つのブロックとして扱い、一連の時系列データ及び時間データを１個の文字列情報ＡＡに変換し、時刻Ｔｎの１回の送信でホスト機器３００に渡す。

このように、１回の送信で時系列データＤ１〜Ｄ３を一挙にホスト機器３００に渡すことで、従来のデータ通信システムのような頻繁な送信が不要となり、通信ライン２の負荷を大幅に軽減することができる。

図３は、図９で説明した従来システムのイメージと対応した、本発明におけるクライアント機器１００からホスト機器３００へのデータ送信のイメージ図である。工業機器はデータの時系列情報を内部に蓄積する。

一定時間分の情報が蓄積されると、またはホスト機器からの送信要求で、文字列情報を１回の送信でホスト機器３００に渡す。ホスト機器３００は、取得した文字列情報を解読し、元の時系列データに分解して、これを用途に合わせて加工処理する。

図４は、ホスト機器３００が取得する文字列情報の分解工程を説明する遷移図である。取得する文字列情報ＡＡは、複数のデータ型をもつ時系列データ及び送信時間情報Ｔｎが、1つのテーブルに保持される。

ホスト機器３００のデコード手段３０２は、このテーブルの文字列情報を、先頭からデータ型順に順次取得し、データ型により決まっているデータサイズに分割し、データの型毎に元の時系列データに分解して元の時系列データに戻す。

図５は、本発明データ送信方法の送信手順を説明するタイムチャートである。データタイプ変換ステップでは、クライアント機器１００において時刻Ｔ１〜Ｔｎで生成される時系列データＡ１〜Ａｎを、順次文字列情報に変換する。保持ステップでは、変換された文字列情報をバッファ手段１０３に順次追加して蓄積する。

送信ステップでは、時刻ｔ１でホスト機器３００から受信した送信要求に基づいてバッファ手段１０３に保持された文字列情報を一挙にホスト機器３００に送信する。ホスト機器３００でのデコードステップでは、取得した文字列情報をデコード手段３０２の機能でデータの型及びサイズ毎に分割して元のデータに分解する。

図６は、図１１の従来システムと対応した、ホスト機器３００内で稼動するアプリケーションソフトの機能ブロック図である。従来システムと同一機能であるデータ収集手段３１、ＧＵＩ手段３２、アラーム判定手段３２、取得データの演算手段３４の構成に追加されて、デコード手段３０２を備える。

図７は、通信ライン２を介した外部機器の接続イメージ図である。工業計器にある一定時間分の時系列データを、文字列情報の形態で保持しておけば、ホスト機器３００のように常時機器を監視するシステムでなくても、１回の通信で一定時間分の時系列情報を取得することが可能となる。

従って、異常状態発生時やメンテナンス時等、一時的に通信ライン２に接続するメンテナンスツール４００やＰＣ５００を用いて、現在の工業計器の情報や状態を検知するだけでなく、過去のデータの傾向把握や履歴情報の取得が可能となる。

また、代表的な通信形態であるフィールドバス通信には、仕様の１つとしてトレンド機能が設けられており、ホスト機器のような常時工業計器を監視するシステム以外からも一定期間分（１６個分）の時系列情報が取得可能である。

しかしながら、本発明を用いれば、工業計器の定義次第で、数百個分の時系列情報も一度に取得することが可能となり、過去のデータからの傾向把握には非常に優位であると予想される。

以上説明した実施形態では、クライアント機器１００として工業計器を例示してプロセスの測定から生成された時系列データの送信について説明したが、本発明のクライアント機器は工業計器に限定されるものではなく、時系列的に生成されるデータを所定の通信プロトコルでホスト機器に送信するデータ通信一般に適用することができ、通信ラインの負荷軽減に貢献することができる。

本発明を適用したデータ通信システムの一実施形態を示す機能ブロック図である。 本発明のデータ通信システムの具体的構成例を示す機能ブロック図である。 本発明におけるクライアント機器からホスト機器へのデータ送信のイメージ図である。 ホスト機器が取得する文字列情報の分解工程を説明する遷移図である。 本発明データ送信方法の送信手順を説明するタイムチャートである。 ホスト機器内で稼動するアプリケーションソフトの機能ブロック図である。 通信ラインを介した外部機器の接続イメージ図である。 従来のデータ通信システムの構成例を示す機能ブロック図である。 クライアント機器からホスト機器へのデータ送信のイメージ図である。 ホスト機器で収集される時系列情報を、データの型毎に区分して保持した時系列情報保持テーブルである。 ホスト機器内で稼動するアプリケーションソフトの機能ブロック図である。

符号の説明

２ 通信ライン
１００ クライアント機器
１０１ 時系列データ生成手段
１０２ データタイプ変換手段
１０３ バッファ手段
１０４ 送信手段
１０５ データ参照手段
１０６ バッファ機能操作手段
３００ ホスト機器
３０１ データ収集手段
３０２ デコード手段
３０３ 分割データ保持手段
３０４ バッファ機能指令手段

Claims (7)

1. クライアント機器で時系列的に生成されるデータを、通信ラインを介してホスト機器に送信するデータ通信システムにおいて、
   前記クライアント機器は、前記データのブロックを文字列情報に変換するデータタイプ変換手段と、変換された文字列情報を保持するバッファ手段と、このバッファ手段に保持されている文字列情報を前記ホスト機器に送信する送信手段とを備え、
   前記ホスト機器は、クライアント機器から前記文字列情報を取得するデータ収集手段と、取得した文字列情報をデータのサイズ毎に分割して元のデータに戻すデコード手段とを備える
   ことを特徴とするデータ通信システム。
2. 前記データタイプ変換手段は、生成される前記データの異なるデータ型毎にブロック化してひとつの文字列情報に変換する
   ことを特徴とする請求項１に記載のデータ通信システム。
3. 前記デコード手段は、取得した文字列情報をデータのサイズ及びデータ型毎に分割して元のデータに戻す
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のデータ通信システム。
4. 前記クライアント機器は、前記ホスト機器からの指令に基づいて、前記バッファ手段の有効、無効を操作するバッファ機能操作手段を備える
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のデータ通信システム。
5. 前記クライアント機器は、前記バッファ手段の内容を外部機器から参照できるデータ参照手段を備える
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のデータ通信システム。
6. 前記クライアント機器は、プロセスの物理量を測定する工業計器である
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のデータ通信システム。
7. クライアント機器で時系列的に生成されるデータのブロックを文字列情報に変換するデータタイプ変換ステップと、
   変換された文字列情報をバッファ手段に保持する保持ステップと、
   保持されている文字列情報を、ホスト機器に送信する送信ステップと、
   ホスト機器で取得した文字列情報を、データのサイズ毎に分割して元のデータに戻すデコードステップと
   を備えるデータ送信方法。
   
   

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