JP4900102B2 - 無線制御システム - Google Patents

Description

本発明は、無線制御システムに関し、特に無線ネットワークおよびコントローラの負荷を軽減し、制御システムの信頼性を向上させることを可能とする無線制御システムに関する。

近年、たとえばインダストリアルオートメーションにおけるプロセス制御システムを、特許文献１のように無線通信を利用した無線制御システムとして構成することが提案されている。これは、従来の制御システムが有線ネットワークとして構成されていたことに起因する通信距離の制限や配線の引き回しの制約などで温度や流量などのセンサをプラント内の最適位置に設置できず、制御精度が低下する不都合を解消するためのものである。

このような従来の無線制御システムに関連する先行技術文献としては次のようなものがある。

特開２００３−２３６２１号公報 特開２００６−３１８１４８号公報

図９は従来の無線制御システムの一例を示す構成ブロック図である。図９において、コントローラ１は無線通信機能を有し、プラントに設置されている図示しないバルブやヒータなどの制御機器を、目標値と無線ノード５〜７の測定値に基づいて制御する。中継ノード２〜４は無線通信機能を有し無線ノード５〜７から受信したデータをコントローラ１へ転送する。無線ノード５〜７はプラントに設置されたものであり、温度や流量などの物理量を測定するセンサ機能とこれら物理量の測定データを無線伝送する無線通信機能を有している。

コントローラ１は、無線ネットワーク回線（以下、無線回線という）ＣＮ１０１を介して中継ノード２に接続され、無線回線ＣＮ１０２を介して中継ノード３に接続され、無線回線ＣＮ１０３を介して中継ノード４に接続されている。

中継ノード２は、無線回線ＣＮ１０４を介して無線ノード５に接続され、無線回線ＣＮ１０５を介して無線ノード６に接続され、無線回線ＣＮ１０６を介して中継ノード３に接続されている。中継ノード３は、無線回線ＣＮ１０７を介して無線ノード５に接続され、無線回線ＣＮ１０８を介して無線ノード６に接続され、無線回線ＣＮ１０９を介して無線ノード７に接続され、無線回線ＣＮ１１０を介して中継ノード４に接続されている。

中継ノード４は、無線回線ＣＮ１１１を介して無線ノード６に接続され、無線回線ＣＮ１１２を介して無線ノード７に接続されている。無線ノード６は、無線回線ＣＮ１１３を介して無線ノード５に接続され、無線回線ＣＮ１１４を介して無線ノード７に接続されている。これらコントローラ１、中継ノード２〜４および無線ノード５〜７は、無線ネットワークを構成している。

図１０は図９の無線ノード５の無線通信機能の一例を示す構成ブロック図である。図１０において、他の無線ノードや中継ノードとの間で無線通信を行う無線通信部８、各部の動作を制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算制御部９、無線ノードとして動作させるためのプログラムやデータの経路情報などが格納される記憶部１０などで構成されている。無線通信部８は演算制御部９に接続され、演算制御部９は記憶部１０に接続されている。無線ノード６、７も無線ノード５と同様の構成である。

図１１は図９の無線制御システムの動作を説明する説明図である。図１１では、無線ノード５が中継ノード２を介してコントローラ１にデータを送信する無線通信ＮＲ１００の動作を示している。

図１２は図１１の無線通信ＮＲ１００の動作を説明するフロー図である。まず、ステップＳ１０１において、無線ノード５の演算制御部９は、センサを制御して流量や温度などの物理量を測定し、測定データを記憶部１０に記憶する。

ステップＳ１０２において、無線ノード５の演算制御部９は記憶部１０に格納されたプログラムを読み出し実行することにより無線通信部８を制御し、無線回線ＣＮ１０４を介して流量、温度などの物理量の測定データを中継ノード２に送信する。

このとき、無線ノード５は、あらかじめ定められた複数のファンクションブロックを用いて構成される制御ループが１周期動作するのに必要な時間間隔である「制御周期」および各制御周期の最小公倍数である「マクロサイクル」に同期して、中継ノード２に測定データ（以下、データという）を送信する。なお、無線ノード６、７も無線ノード５と同様の動作を行う。

ステップＳ１０３において、中継ノード２は、無線回線ＣＮ１０１を介して無線ノード５から受信したデータをコントローラ１に送信する。ステップＳ１０４において、コントローラ１は、中継ノード２から転送されるデータがあらかじめ設定されている目標値に収束してプラントが最適に運転されるように、バルブやヒータなどの所定の制御機器を制御する。

しかしながら、このような無線制御システムでは、プラント内の設備などが障害物になって電波障害や通信障害が発生し、無線ノードから送信されたデータがコントローラに到達しない場合や、制御周期およびマクロサイクルの期間内にコントローラに到達しないことがあり、コントローラによる制御に必要なデータが欠落してプラントなどの最適な運転が行えないといった問題点があった。

無線ノードから送信されたデータが、制御周期およびマクロサイクルで規定される制御期間内にコントローラに到達できない場合の無線制御システムの動作を、図１１に示す無線通信ＮＲ１００の動作について説明する。図１３は従来の無線制御システムの動作を説明するフロー図、図１４は従来の無線制御システムの動作を説明するタイミングチャートである。

まず、ステップＳ２０１において、無線ノード５の演算制御部９は、センサを制御して流量や温度などの物理量を測定し、測定データを記憶部１０に記憶する。ステップＳ２０２において、無線ノード５は、無線回線ＣＮ１０４を介して中継ノード２にデータを送信する。

次に、ステップＳ２０３において、無線ノード５は、送信したデータが中継ノード２に到達したか否かを判断する。無線ノード５は、ステップＳ２０３において中継ノード２にデータが到達したと判断すると、ステップＳ２０４に移行する。ここで、データが中継ノード２に到達すると、中継ノード２はたとえばＡＣＫパケットのような受信成功メッセージを無線ノード５に送信する。そして、無線ノード５は、中継ノード２からの受信成功メッセージを受信するとデータが中継ノード２に到達したものと判断し、ステップＳ２０４に移行する。

一方、無線ノード５は、ステップＳ２０４において、電波障害によりデータが中継ノード２に到達しなかったと判断すると、ステップＳ２０２に戻って再び中継ノード２にデータを送信する。

図１４のシーケンスＳＱ１０１に示すように、無線ノード５から送信したデータが電波障害により中継ノード２に到達しない場合、無線ノード５は中継ノード２からの受信成功メッセージを受信できない。

また、無線ノード５は、ステップＳ２０３において、あらかじめ設定した時間が経過しても中継ノード２からの受信成功メッセージを受信できない場合、データが中継ノード２に到達しなかったものと判断してステップＳ２０２に戻る。

そして、無線ノード５は、ステップＳ２０２において、再び中継ノード２にデータを送信し、ステップＳ２０３に移行する。図１４のシーケンスＳＱ１０２に示すように、無線ノード５は中継ノード２にデータを再び送信し、中継ノード１２にデータが到達したか否かを判断する。

無線ノード５は、ステップＳ２０４であらかじめ設定した時間が経過するまでの間、データが中継ノード１２に到達したと判断するまで、ステップＳ２０２およびステップＳ２０３で行われるデータの再送を繰り返して実行する。この結果、たとえば図１３のシーケンスＳＱ１０３に示すようにデータの再送を３回繰り返すこともある。

次に、中継ノード２は、ステップＳ２０５において、無線ノード５から受信したデータをコントローラ１に送信する。また、コントローラ１は、ステップＳ２０５において、前述の制御期間内にデータが到達したか否かを判断する。

ステップＳ２０５において、コントローラ１は、制御期間内にデータが到達したものと判断すると、ステップＳ２０６に移行する。ステップＳ２０６において、コントローラ１は、中継ノード２からのデータに基づき、プラントが最適に運転されるようにバルブやヒータなどの制御機器を制御する。

一方、中継ノード２から送信されたデータが電波障害などにより制御期間内に到達できない場合、コントローラ１は、ステップＳ２０５において、データが制御期間内に到達しなかったものと判断し、ステップＳ２０７に移行する。

たとえば、図１４のシーケンスＳＱ１０３に示すように無線ノード５から３回目に送信されたデータが制御期間を過ぎた後に中継ノード２に到達する場合、コントローラ１はデータが制御期間内に到達しなかったものと判断してステップＳ２０７に移行する。

そして、コントローラ１は、ステップＳ２０７において制御期間内に到達しなかったものとして中継ノード２から受信したデータを破棄し、図１４のシーケンスＳＱ１０５に示すようにデータを破棄する。

このように電波障害が発生する場合に、無線ノードがデータの再送を繰り返して何回も行うと、多数のデータが転送されることから無線ネットワーク回線の帯域が再送される複数のデータで占有されることになり、無線ネットワーク回線におけるデータの転送速度が遅くなってネットワークパフォーマンスが低下してしまう。

無線ネットワーク回線のデータの転送速度が遅くなると、無線ノードからのデータが制御期間内にコントローラに到達できず、コントローラによる制御に必要なデータが欠落して最適な制御が行えなくなってしまう。

また、無線ノードや中継ノードによるネットワーク構成が複雑になると、無線ノードからコントローラにデータを転送する際に、多数の中継ノードを経由することがある。この場合にも、無線ノードがデータの再送を繰り返して行う結果、無線ネットワーク回線のデータの転送速度が遅くなってしまうと、複数の中継ノードがデータを転送する度に遅延時間が増大するので制御期間内にコントローラに到達できなくなり、コントローラによる制御に必要なデータが欠落して最適な制御が行えなくなってしまう。

また、無線ノードがデータの再送を繰り返し行うと、無線ノードの処理量が増えて無線ノードの電力消費量が増大し、無線ノードがバッテリ駆動型の場合にはバッテリ交換などのメンテナンスコストも増大してしまうといった問題点があった。

さらに、多数の無線ノードがデータの再送を繰り返し行うと、制御期間内にコントローラに到達できないデータが多数発生してコントローラがこれらのデータを破棄するための処理量が増大することになり、バルブやヒータなどの制御機器などの制御に必要なＣＰＵ資源が不足して最適な制御が行えなくなってしまうといった問題点も発生する。

本発明はこれらの問題点を解決するものであり、その目的は、無線ネットワークおよびコントローラの負荷を軽減し、制御システムの信頼性を高めることができる無線制御システムを実現することにある。

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
無線ネットワークを介してコントローラと中継ノードと無線ノード間でデータ通信を行う無線制御システムにおいて、
前記無線ノードは、物理量を測定するセンサ機能と、このセンサ機能により測定されたデータをあらかじめ設定された所定の制御期間の開始からの経過時間を反映した経過時間情報とともに送信する無線通信機能を有し、
前記中継ノードは、前記所定の制御期間の開始からの経過時間を反映した経過時間情報とともにデータを送信する無線通信機能と、前記所定の制御期間内にデータが送信先に到達しないと判断した場合には送信すべきデータを破棄するデータ破棄機能を有することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、
請求項１記載の無線制御システムおいて、
前記中継ノードは、無線通信を行う無線通信部と各部の動作を制御する演算制御部とデータの経路情報を記憶する記憶部とで構成され、
前記無線ノードは、物理量を測定するセンサ部と他のノードとの間で無線通信を行う無線通信部と各部の動作を制御する演算制御部とデータの経路情報を記憶する記憶部とで構成されたことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、
請求項２記載の無線制御システムおいて、
前記中継ノードの演算制御部は、
自機から送信先までの複数の経路情報を記憶する経路情報管理部と、この経路情報管理部の経路情報に基づいて自機から送信先までのデータ転送に要するデータ転送時間を推定するデータ転送時間推定部と、このデータ転送時間推定部から入力される推定結果に基づきあらかじめ設定された所定の制御期間内にデータが送信先に到達するか否かを判断するデータ転送判断部と、このデータ転送判断部の判断結果に基づきデータを所定の送信先に転送するデータ転送部と、前記制御期間の開始からの経過時間情報を更新記憶する制御期間情報管理部と、前記送信すべきデータを記憶するデータ管理部と、前記データ転送判断部が前記所定の制御期間内にデータが送信先に到達しないと判断した場合には前記データ管理部に記憶されているデータを破棄するデータ破棄部とで構成され、
前記無線ノードの演算制御部は、
センサを制御するセンサ部と、前記所定の制御期間の経過時間を算出し記憶する制御期間情報管理部と、前記センサで測定された測定データを記憶するデータ管理部と、
無線通信を介して測定データを送信するデータ転送部、
とで構成されたことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、
請求項１から３のいずれかに記載の無線制御システムにおいて、
前記無線制御システムは、プラントの運転を支援するプロセス制御システムとして構成されていることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、
前記無線制御システムは、ビルオートメーションシステムとして構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、無線ノードは制御期間の経過時間を求めてデータとともに経過時間情報を中継ノードに送信し、中継ノードは更新された経過時間情報に基づいて経過時間とコントローラまでのデータ転送時間との合計時間が制御期間よりも短い場合にはデータを転送し、制御期間よりも長い場合にはデータを破棄するので、無線ネットワークおよびコントローラの負荷を軽減でき、制御システムの信頼性を向上させることができる。

図１は、本発明に係る無線制御システムの実施例を示す構成ブロック図である。なお、無線制御システムの構成は従来と同等なので、各部の説明を適宜省略する。図１において、コントローラ１１、中継ノード１２〜１４および無線ノード１５〜１７は、無線ネットワークを構成している。図１では、無線ノード１５が中継ノード１２を介してコントローラ１１にデータを送信する無線通信ＮＲ１１０の動作を示している。

図２は、図１の中継ノード１２の無線通信機能の一例を示す構成ブロック図である。図２において、無線通信部１８は演算制御部１９に接続され、演算制御部１９は記憶部２０に接続されている。無線通信部１８は、他の無線ノードや中継ノードとの間で無線通信を行う。演算制御部１９は、各部の動作を制御する。記憶部２０は、中継ノードとして動作させるためのプログラムやデータの経路情報などを記憶する。中継ノード１３、１４も中継ノード１２と同様の構成である。

図３は、図２の中継ノード１２を構成する演算制御部１９の機能ブロック例図である。図３において、経路情報管理部１９１は、自機から送信先までの複数の経路情報を記憶する。データ転送時間推定部１９２は、経路情報管理部１９１の経路情報に基づいて自機から送信先までのデータ転送に要するデータ転送時間を推定し、推定結果をデータ転送判断部１９３に入力する。データ転送判断部１９３は、所定の制御期間内にデータが送信先に到達するか否かを判断し、判断結果をデータ転送部１９４に出力する。データ転送部１９４は、データ転送判断部１９３の判断結果に基づきデータを所定の送信先に転送する。制御期間情報管理部１９５は、経過時間情報を更新記憶する。データ管理部１９６はデータを記憶する。データ破棄部１９７は、データ転送判断部１９３が所定の制御期間内にデータが送信先に到達しないと判断した場合には、データ管理部１９６に記憶されているデータを破棄する。

図４は図２の中継ノード１２の動作を説明するフロー図である。説明を簡単にするために、コントローラ、中継ノードおよび無線ノードは互いに同期して、制御周期およびマクロサイクルなどの制御期間を共有するものとする。なお、制御期間は、制御周期およびマクロサイクルに限定するものではなく、プラントの制御にかかわる周期や期間などであればどのようなものであっても構わない。

まず、ステップＳ３０１において、演算制御部１９のデータ管理部１９６および制御期間情報管理部１９５は、無線ノードや他の中継ノードからデータおよび制御期間開始からの経過時間情報を受信する。

次に、ステップＳ３０２において、制御期間情報管理部１９５は、演算制御部１９が記憶部２０に格納されたプログラムを読み出し実行することにより、受信した経過時間情報に基づいて制御期間の現在までの経過時間を算出し、経過時間情報を更新して記憶する。たとえば、受信した経過時間情報（２００ミリ秒）に転送にかかった時間（１０００ミリ秒）を加えて現在までの経過時間（１２００ミリ秒）を算出し、この算出経過時間情報を更新記憶する。

ステップＳ３０３において、データ転送時間推定部１９２は、経路情報管理部１９１にあらかじめ記憶されているコントローラ１１までの経路情報に基づいて、コントローラ１１に到達するまでにかかるデータ転送時間を推定する。具体的には、システム設計時に設定されている１ホップあたりの転送に必要な時間と経路情報に基づくコントローラ１１に到達するまでに必要なホップ数との乗算を行って、コントローラ１１に到達するまでのデータ転送時間を推定する。

なお、転送時間の推定にあたっては、ネットワークパフォーマンスに応じて１ホップあたりの転送に必要な時間を変更してもよい。これにより、データ転送時間をより正確に推定できる。

ステップＳ３０４において、データ転送判断部１９３は、更新された経過時間情報と推定されたデータ転送時間に基づき、データを転送した場合に制御期間内にコントローラ１１に到達できるか否かを判断する。更新された経過時間情報と推定されたデータ転送時間との合計時間が制御期間よりも短い場合はデータを転送しても制御期間内にコントローラに到達できるものと判断し、ステップＳ３０５に移行する。具体的には、更新された経過時間情報が１２００ミリ秒でデータ転送時間が１０００ミリ秒とすると合計時間は２２００ミリ秒になり、所定の制御期間を２４００ミリ秒とすると制御期間よりも短いので、データは制御期間内にコントローラ１１に到達すると判断する。

なお、制御期間内に到達できるか否かを判断すると例示しているが、特にこれに限定するものではなく、あらかじめ設定された時間であればどのようなものであっても構わない。言い換えれば、データ転送判断部１９３は、送信前に制御期間などのあらかじめ設定された時間の開始からの経過時間と推定されるデータ転送時間とに基づいて、制御期間などのあらかじめ設定された時間内にデータがコントローラなどの送信先ノードに到達するか否かを判断することになる。

ステップＳ３０５において、データ転送部１９４は、データ管理部１９６に記憶されているデータと制御期間情報管理部１９５に記憶されている更新経過時間情報とを、たとえば経過時間情報をデータに付加してコントローラや他の中継ノードなどの送信先に送信する。

一方、ステップＳ３０４において、データ転送判断部１９３は、更新された経過時間情報と推定されたデータ転送時間との合計時間が制御期間よりも長い場合はデータを転送しても制御期間内にコントローラ１１に到達できないものと判断し、ステップＳ３０６に移行する。具体的には、更新された経過時間情報が１５００ミリ秒でデータ転送時間が１０００ミリ秒とすると合計時間は２５００ミリ秒になり、所定の制御期間を２４００ミリ秒とすると制御期間よりも長いのでデータは制御期間内にコントローラ１１に到達しないものと判断する。

ステップＳ３０６において、データ破棄部１９７は、データ管理部１９６に記憶されているデータを転送しないものとして破棄する。

図５は、図１の無線ノード１５の無線通信機能の一例を示す構成ブロック図である。図５において、無線通信部２１は演算制御部２２に接続され、演算制御部２２は記憶部２３に接続されている。無線通信部２１は、他の無線ノードや中継ノードとの間で無線通信を行う。演算制御部２２は、各部の動作を制御する。記憶部２３は、無線ノードとして動作させるためのプログラムやデータの経路情報などを記憶する。無線ノード１６、１７も無線ノード１５と同様の構成である。

図６は図５の無線ノード１５を構成する演算制御部２２の機能ブロック例図である。図６において、センサ部２２１は、図示しないセンサを制御する。制御期間情報管理部２２２は、制御期間の経過時間を算出し記憶する。データ管理部２２３は、センサで測定された測定データ（以下、データという）を記憶する。データ転送部２２４は、無線通信を介してデータを送信する。

図７は図５の無線ノード１５の動作を説明するフロー図である。まず、ステップＳ４０１において、無線ノード１５の演算制御部２２が記憶部２３に格納されたプログラムを読み出し実行することにより、センサ部２２１は、センサを制御して流量や温度などの物理量を測定してデータ管理部２２３にデータを出力し、データ管理部２２３はセンサ部２２１からのデータを記憶する。

ステップＳ４０２において、制御期間情報管理部２２２は、制御期間の経過時間を算出し経過時間情報として記憶する。ステップＳ４０３において、データ転送部２２４は、データ管理部２２３に記憶されたデータに制御期間情報管理部２２２で算出された経過時間情報（たとえば２００ミリ秒）を付加して中継ノードや他の無線ノードに送信する。

図８は図１の無線通信ＮＲ１１０の動作を説明するタイミングチャートである。シーケンスＳＱ２０１に示すように、無線ノード１５から送信したデータが電波障害により中継ノード１２に到達しない場合、無線ノード１５は中継ノード１２からの受信成功メッセージを受信できない。そこで、無線ノード１５は、シーケンスＳＱ２０２に示すように、経過時間情報を更新して再びデータとともに送信し、中継ノード１２にデータが到達したか否かを判断する。

無線ノード１５は、あらかじめ設定した時間が経過するまでの間、データが中継ノード１２に到達したと判断するまで繰り返して経過時間情報を更新しデータとあわせて送信する。この結果、たとえばシーケンスＳＱ２０３に示すようにデータの再送を３回繰り返すこともある。

シーケンスＳＱ２０４に示すように無線ノード１５から送信されたデータが制御期間を過ぎた後に中継ノード１２に到達すると、中継ノード１２は無線ノード１５から受信したデータを転送しても制御期間内にコントローラ１１に到達できないと判断し、シーケンスＳＱ２０５に示すように受信したデータを破棄する。

このように、中継ノード１２は、経過時間とコントローラ１１までのデータ転送時間との合計時間が制御期間よりも長い場合には無線ノード１５から受信したデータを破棄するので、無線ネットワークを介して送信されるデータ量が少なくなり、無線ネットワークの負荷を軽減できる。また、コントローラ１１には制御期間を超えて到着するようなデータは転送されないので、コントローラ１１のデータ処理量は軽減され、制御システムの信頼性が向上する。

なお、上記実施例では、無線制御システムがインダストリアルオートメーションにおけるプラントの運転を支援する例を説明したが、特にこれに限定されるものではなく、たとえばファクトリーオートメーションにおける浄水場の制御システムや、ビルの空調・照明システムなどの運転を支援するものであっても構わない。

たとえば、ビルオートメーションシステムにおいては、照明やスイッチなどを無線ノードとした場合、無線ノードが設置されるビル内部も機器や什器など多くの障害物が存在するので電波障害も生じやすい。このため、無線ノードが経過時間情報とデータとを中継ノードに送信し、中継ノードが経過時間情報を更新するとともに、無線ノードから受信したデータをコントローラに転送しても制御期間内に到達できないと判断する場合にデータを破棄することにより、無線ネットワークおよびコントローラの負荷を軽減し、制御システムの信頼性を向上させることが可能となる。

また、上記実施例に示した無線制御システムは、コントローラ１１、中継ノード１２〜１４、無線ノード１５〜１７などで構成されているが、特にこれらに限定されるものではなく、無線ノードからコントローラにデータを送信することが可能であれば、中継ノードを構成要素としないものであっても構わない。

この場合、無線ノードは、上述した中継ノードの演算制御部と同じ機能を有するものとする。そして、無線ノードは、経過時間情報を更新してデータとともに送信し、経過時間情報に基づきデータを送信した場合に制御期間内にコントローラに到達できるか否かを判断し、制御期間内に到達できないと判断する場合にはデータを破棄する。

このように、無線ノードが制御期間内にコントローラに到達しないデータを破棄することにより、コントローラの処理量は少なくなり、コントローラの負荷を軽減できる。

また、上記実施例では無線ノード１５が中継ノード１２を経由してコントローラ１にデータを送信する例を示したが、無線ノードからコントローラにデータを送信する際には、複数個の中継ノードを経由するものであっても構わない。

複数個の中継ノードを経由することにより電波障害などでネットワークパフォーマンスが低下し、中継ノードがデータを転送する度に遅延時間が増大するが、中継ノードはデータ転送を行う前に経過時間情報に基づいて制御期間内における送信先へのデータ到達の成否を判断して到達できない場合はデータを破棄するので、無線ネットワークの負荷が軽減し、コントローラの負荷を軽減できる。

また、上記実施例の中継ノードは、再送にあたり、制御期間の経過時間とコントローラまでのデータ送信時間との合計時間と制御期間とを比較してコントローラにデータを送信するか否かを判断しているが、制御期間の経過時間から制御期間の残り時間を推定し、制御期間の残り時間とデータ転送時間とを比較してコントローラにデータを送信するかしないかを判断するものであっても構わない。

この場合、中継ノードは、推定された制御期間の残り時間があらかじめ求められる中継ノードからコントローラまでのデータ送信時間よりも短い場合にデータを破棄し、推定された制御期間の残り時間が予め求められるデータ転送時間よりも長い場合にデータを送信する。すなわち、中継ノードは、制御期間の経過時間と予め求められた中継ノードからコントローラまでのデータ送信時間とに基づいて、コントローラにデータを送信するかどうかを判断することになる。

また、上記実施例の無線ノード１５および中継ノード１２は、データに制御期間が開始されてからの経過時間を求めて経過時間情報としてデータに付加して（もしくはデータとともに）送信しているが、中継ノードが制御期間内にデータが到達したか否かを判断することができるのであれば、制御期間を識別するＩＤなどの識別情報をデータに付加して（もしくは、データとともに）送信するものであっても構わない。

この場合、中継ノードは、受信した識別信号に基づいて、データを転送した場合に同じＩＤの制御期間内にコントローラに到達できるか否かを判断し、同じＩＤの制御期間内にコントローラに到達できないと判断した場合はデータを破棄することにより、コントローラの処理量が少なくなり、コントローラの負荷を軽減できる。

また、上記実施例の無線ノード１５および中継ノード１２は、制御期間の経過時間を求めてデータとあわせて送信しているが、データを送信する際の現在時刻が制御期間内のどの時点にあるかを特定できれば時刻の単位や計測の手法にこだわるものではない。

たとえば、無線ノードおよび中継ノードは、ＮＴＰ（Network Time Protocol）を用いて制御期間の開始から経過した時間を求めるものであってもよいし、制御期間をあらかじめ定められた時間幅で等分して最小単位時間を設定し、制御期間の開始から経過した時間を最小単位時間の個数で表すものであっても構わない。

また、上記実施例では、コントローラ１１、中継ノード１２〜１４、無線ノード１５〜１７から構成される無線ネットワークを示しているが、無線通信方式は無線通信の標準規格であるＩＥＥＥ８０２．１５．４を用いるものであっても構わないし、無線ノードからコントローラに無線回線を介してデータを送信することが可能であるならば、どのようなものを用いても構わない。

また、上記実施例の無線ノード１５は、中継ノード１２を経由してコントローラ１１にデータを送信しているが、無線ノードが無線ノードからコントローラまでの経路探索する方法は、コントローラにデータを送信することが可能であればどのようなものであっても構わない。

また、上記実施例の無線制御システムは、コントローラ１１、中継ノード１２〜１４、無線ノード１５〜１７で構成されているが、１個以上のコントローラ、１個以上の中継ノード、１個以上の無線ノードから構成されるものであっても構わない。

また、上記実施例の無線制御システムにおける制御周期およびマクロサイクル（制御期間）は、コントローラ１１、中継ノード１２〜１４および無線ノード１５〜１７によってそれぞれ共有しているが、制御期間はプラントの制御にかかわる周期や期間などであればどのようなものであっても構わない。

また、上記実施例の無線制御システムにおけるコントローラ１１、中継ノード１２〜１４および無線ノード１５〜１７は、それぞれ無線通信を行っているが、コントローラと制御機器や上位のシステムとの通信は、無線通信であっても有線通信であっても構わない。

本発明に係る無線制御システムの実施例を示す構成ブロック図である。 中継ノードの無線通信機能の一例を示す構成ブロック図である。 図２の中継ノード１２を構成する演算制御部１９の機能ブロック例図である。 図２の中継ノード１２の動作を説明するフロー図である。 図１の無線ノード１５の無線通信機能の一例を示す構成ブロック図である。 図５の無線ノード１５を構成する演算制御部２２の機能ブロック例図である。 図５の無線ノード１５の動作を説明するフロー図である。 無線通信ＮＲ１１０の動作を説明するタイミングチャートである。 従来の無線制御システムの一例を示す構成ブロック図である。 図９の無線ノード５の無線通信機能の一例を示す構成ブロック図である。 図９の無線制御システムの動作を説明する説明図である。 図１１の無線通信ＮＲ１００の動作を説明するフロー図である。 従来の無線制御システムの動作を説明するフロー図である。 従来の無線制御システムのタイミングチャートである。

符号の説明

１、１１ コントローラ
２、３、４、１２、１３、１４ 中継ノード
５、６、７、１５、１６、１７ 無線ノード
８、１８ 無線通信部
９、１９ 演算制御部
１０、２０ 記憶部
１９１ 経路情報管理部
１９２ データ転送時間推定部
１９３ データ転送判断部
１９４ データ転送部
１９５ 制御期間情報管理部
１９６ データ管理部
１９７ データ破棄部
２２１ センサ部
２２２ 制御期間情報管理部
２２３ データ管理部
２２４ データ転送部

Claims (5)

1. 無線ネットワークを介してコントローラと中継ノードと無線ノード間でデータ通信を行う無線制御システムにおいて、
   前記無線ノードは、物理量を測定するセンサ機能と、このセンサ機能により測定されたデータをあらかじめ設定された所定の制御期間の開始からの経過時間を反映した経過時間情報とともに送信する無線通信機能を有し、
   前記中継ノードは、前記所定の制御期間の開始からの経過時間を反映した経過時間情報とともにデータを送信する無線通信機能と、前記所定の制御期間内にデータが送信先に到達しないと判断した場合には送信すべきデータを破棄するデータ破棄機能を有することを特徴とする無線制御システム。
2. 前記中継ノードは、無線通信を行う無線通信部と各部の動作を制御する演算制御部とデータの経路情報を記憶する記憶部とで構成され、
   前記無線ノードは、物理量を測定するセンサ部と他のノードとの間で無線通信を行う無線通信部と各部の動作を制御する演算制御部とデータの経路情報を記憶する記憶部とで構成されたことを特徴とする請求項１記載の無線制御システム。
3. 前記中継ノードの演算制御部は、
   自機から送信先までの複数の経路情報を記憶する経路情報管理部と、この経路情報管理部の経路情報に基づいて自機から送信先までのデータ転送に要するデータ転送時間を推定するデータ転送時間推定部と、このデータ転送時間推定部から入力される推定結果に基づきあらかじめ設定された所定の制御期間内にデータが送信先に到達するか否かを判断するデータ転送判断部と、このデータ転送判断部の判断結果に基づきデータを所定の送信先に転送するデータ転送部と、前記制御期間の開始からの経過時間情報を更新記憶する制御期間情報管理部と、前記送信すべきデータを記憶するデータ管理部と、前記データ転送判断部が前記所定の制御期間内にデータが送信先に到達しないと判断した場合には前記データ管理部に記憶されているデータを破棄するデータ破棄部とで構成され、
   前記無線ノードの演算制御部は、
   センサを制御するセンサ部と、前記所定の制御期間の経過時間を算出し記憶する制御期間情報管理部と、前記センサで測定された測定データを記憶するデータ管理部と、
   無線通信を介して測定データを送信するデータ転送部、
   とで構成されたことを特徴とする請求項２記載の無線制御システム。
4. 前記無線制御システムは、プラントの運転を支援するプロセス制御システムとして構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の無線制御システム。
5. 前記無線制御システムは、ビルオートメーションシステムとして構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の無線制御システム。

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