JP5168596B2 - 制御ネットワークシステム - Google Patents
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Description
なお、フィールド機器には、たとえば、差圧計、流量計、温度計、監視カメラ、アクチュエータ、コントローラなどの各種フィールド機器がある。
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、無線フィールド機器を備えている無線制御ネットワークシステムを利用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して、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を測定する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。
文献1:Wireless systems for industrial automation: Process control and related applications
文献2:Control with WirelessHART(URL:http://www.hartcomm.org/protocol/training/resources/wiHART_resources/Control_with_WirelessHART.pdf)
しかしながら、従来の制御ネットワークシステムでは、無線接続の場合、無線フィールド機器の調整に不備があったとしても、その特徴から一旦接続されたフィールド機器を物理的にネットワークから切り離すことは容易ではないという問題点があった。取り付け前の調整確認では、プラント操業時と異なるネットワークIDを使用して無線ネットワークを論理的に分離することも可能ではあるものの、ネットワークIDの変更がフィールド機器への再設定を必要とするので、接続後のコミッショニングで最終確認した状態を再度確認することが求められる他、異なるネットワークが隣接することによる無線電波干渉による通常とは異なるパフォーマンス低下等の影響も皆無とは言い切れない、といった問題があった。
また、同一ネットワークIDで接続する場合では、コミッショニング中の非定常状態のフィールド機器によるプロセスへの影響も皆無とは言い切れない、といった問題点があった。
フィールド機器が無線通信により送受する制御データを中継装置を介してホストシステムが取得し、制御対象を制御する制御ネットワークシステムにおいて、
前記フィールド機器の識別情報と当該フィールド機器を無線ネットワークに参加させる前に行う試運転の進捗状態を示すコミッショニングフラグを関連付けて記憶する記憶手段と、
前記制御データに関連するフィールド機器の前記コミッショニングフラグが非定常状態であるときは前記制御対象の制御を抑止する制御手段と、
前記フィールド機器が前記無線通信を行う無線ネットワークに加入する際に送信される当該フィールド機器の識別情報とともに、非定常状態を示す前記コミッショニングフラグをこの識別情報に関連付けて前記記憶手段に登録する登録手段と、
を具備し、
前記コミッショニングフラグは、試運転中である状態を示す非定常状態フラグ、又は、試運転が終了した状態を示す定常状態フラグであることを特徴とする制御ネットワークシステムである。
前記コミッショニングフラグが非定常状態フラグおよび定常状態フラグのいずれであるかに関わりなく、前記記憶手段に記憶された前記識別情報を、前記フィールド機器および前記フィールド機器が属する無線ネットワークを特定するための情報として共通して使用することを特徴とする。
前記中継装置は、
前記記憶手段と、
前記ホストシステムが制御データを取得するために送信するアクセス要求情報を受信すると、前記アクセス要求情報に基づき前記ホストシステムが取得可能な前記制御データのステータス情報を、当該フィールド機器の前記コミッショニングフラグに応じて非定常状態として付与するステータス付与手段と、
前記制御データとこの制御データに関連するフィールド機器のステータス情報を併せて前記ホストシステムに送信する通信手段と、
を具備することを特徴とする。
前記コミッショニングフラグを非定常状態フラグとする非定常フラグ情報、又は、前記コミッショニングフラグを定常状態フラグとする定常フラグ情報を送信するフラグ通知手段と、
前記フィールド機器の試運転作業の開始前に前記非定常フラグ情報を生成し、前記フィールド機器の試運転作業が完了すると前記定常フラグ情報を生成するフラグ生成手段と、
を備えるエンジニアリング装置を具備したことを特徴とする。
前記中継装置は、
前記フィールド機器の試運転作業の開始前に前記コミッショニングフラグを非定常状態フラグとする非定常フラグ情報が入力され、前記フィールド機器の試運転作業が完了すると前記コミッショニングフラグを定常状態とする定常フラグ情報が入力される入力手段、
を備えたことを特徴とする。
前記中継装置は、
前記非定常フラグ情報又は前記定常フラグ情報を取得すると、このフラグ情報の示す前記各フィールド機器の前記コミッショニングフラグを非定常状態フラグまたは定常状態フラグとし、前記フィールド機器の識別情報に関連付けて前記記憶手段に記憶するフラグ管理手段を具備することを特徴とする。
前記ホストシステムは、
前記制御手段を備え、
この制御手段は、
受信した前記制御データのステータス情報が定常状態のであるときのみ、当該制御データに基づき、前記各制御対象を制御することを特徴とする。
前記記憶手段は、
前記フィールド機器が試運転中に取得したプロセスデータを前記フィールド機器の識別情報と前記非定常状態フラグとに関連付けて記憶し、
前記通信手段は、
前記制御データと併せて前記ステータス情報及び前記プロセスデータを前記ホストシステムに送信することを特徴とする。
すなわち、本発明であれば、コミッショニング前後で無線フィールド機器が参加する無線ネットワークのネットワークIDを同一にしたとしても、コミッショニング中の非定常状態のフィールド機器によるプロセスへの影響が低減できる点で有効である。
また本発明であれば、コミッショニング前後で無線フィールド機器が参加する無線ネットワークのネットワークIDを異なるIDとするものではないため、従来のように異なるネットワークが隣接することによる無線電波干渉による通常とは異なるパフォーマンス低下等の影響も、回避できる点で有効である。
(構成の説明)
図1は、本発明に係る制御ネットワークシステムの一実施例を示す構成図であり、図1において、本発明の制御ネットワークシステムは、たとえば温度や流量などの物理量を測定するセンサ機能、または制御弁を制御するアクチュエータ機能などのフィールド機器であって各種測定データおよび制御対象に対する制御性の調整結果等のプロセス制御用の制御データ(無線フィールド機器の機能ブロック間で送受するカスケードデータなど)を周波数ホッピングを行うISA100.11a(またはWirelessHART)等による無線通信により無線伝送する無線通信機能を有するフィールド機器の一例である無線フィールド機器10〜19と、各無線フィールド機器10〜14、15〜19とISA100.11a(またはWirelessHART)等による無線通信を行い、無線フィールド機器10〜19からの通信データをイーサネット(登録商標)等の有線ネットワークを介して中継し、無線フィールド機器の識別情報と当該フィールド機器の試運転の進捗状態を示す「コミッショニングフラグ」を関連付けて記憶する記憶手段を具備する中継装置の一例であるゲートウェイ装置2、3と、無線フィールド機器10〜19から中継装置2、3を介して制御データ(測定データも含む)を受信し、無線フィールド機器10〜19を制御するための制御データを中継装置2、3を介して出力するホストシステム4とから構成される。なお、コミッショニングフラグには定常状態フラグと非定常状態フラグとがある。
ゲートウェイ装置2は、無線通信を介し無線フィールド機器10、11、12と接続される。また、無線フィールド機器13は無線フィールド機器10、11と相互に接続され、無線フィールド機器14は無線フィールド機器11、12と相互に接続される。
ゲートウェイ装置3は、無線通信を介して無線フィールド機器15、16、17と接続される。また、無線フィールド機器18は無線フィールド機器15、16と相互に接続され、無線フィールド機器19は無線フィールド機器16、17と相互に接続される。
ホストシステム4は、イーサネット(登録商標)等の有線ネットワークであるネットワーク100を介してゲートウェイ装置2、3と相互に接続され、制御データ・アクセス要求情報などの各種データを送受する。
無線フィールド機器10〜19は、温度や流量などの物理量を測定するセンサ機能、または制御弁を制御するアクチュエータ機能などのフィールド機器であって各種測定データを所定の制御プロセスに基づいて、周波数ホッピングを行うプロセス制御用の無線通信の一例である、たとえばISA100.11aに則って送受信する。
図示しないシステムマネージャ装置は、受信したネットワークIDとジョインキーに基づいて、認証を要求しているフィールド機器が既にシステムマネージャ装置内に記憶された登録済み無線フィールド機器であることが確認できたときは、無線ネットワークに加入を承諾する応答を送信するとともに、無線ネットワークに加入させる。
なお図示しないシステムマネージャ装置は、ネットワーク100を介してゲートウェイ装置2、3に接続されているものでもよいし、無線通信を介してゲートウェイ装置2,3と接続されているものでもよい
なおステータス付与手段22は、「アクセス要求情報」の宛先である無線フィールド機器のコミッショニングフラグの状態が定常状態フラグであるときは、無線フィールド機器11から得られた制御データのステータス情報を定常状態にとするものでもよい。
たとえばゲートウェイ装置2、3が入力手段を具備し、演算制御手段25は、この入力手段を介して無線フィールド機器の試運転作業の開始前にコミッショニングフラグを定常(非定常)状態フラグとする定常(非定常)フラグ情報および対象となる無線フィールド機器の識別情報等が入力されると、当該テーブル中の当該無線フィールド機器におけるコミッショニングフラグを「定常状態フラグ」に変更する。
一方、演算制御手段25は、無線フィールド機器がコミッショニング中であると判断すると、ステータス付与手段22を制御して、「アクセス要求情報」の宛先である無線フィールド機器からの制御データのステータス情報を非定常状態に変更し、通信手段23を制御して制御データとこの制御データに関連するフィールド機器のステータス情報(非定常状態)を併せてホストシステム4に送信する。
すなわちフラグ管理手段26は、非定常フラグ情報又は定常フラグ情報を取得すると、「機器コミッショニング状態管理テーブル」中の無線フィールド機器の識別情報に関連付けて記憶手段21に記憶するものである。
また、上述のステータス情報付与手段22は、演算制御手段25が記憶手段21に格納されているOSなどを起動して、このOS上で格納されたプログラムやアプリケーションを読み出し実行することにより制御されるものでもよい。
このホストシステム4は、制御データに関連するフィールド機器のコミッショニングフラグが非定常状態であるときは制御対象の制御を抑止し、受信した制御データのステータス情報が定常状態のであるときのみ、当該制御データに基づき、制御対象を制御する制御手段41を具備する。
なおホストシステムは無線フィールド機器10〜19を制御し制御ネットワークシステムにおいてプロセス制御や測定データの監視をするものであれば具体的な構成はどのようなものでもよい。
図2は本発明に係る制御ネットワークシステムの動作フロー図であり、本発明の動作を図2中に記載のステップSP101〜106とあわせて説明する。
図示しないシステムマネージャ装置は、受信したネットワークIDとジョインキーに基づいて、認証を要求しているフィールド機器が既にシステムマネージャ装置内に記憶された登録済み無線フィールド機器であることが確認できたときは、無線ネットワークに加入を承諾する応答を送信するとともに、無線ネットワークに加入させる。
当該無線フィールド機器がコミッショニング中である状態(テーブルに非定常状態フラグが記憶されている状態)であればステップSP106に移行する。
当該無線フィールド機器がコミッショニングが終了している状態(テーブルに定常状態フラグが記憶されている状態)であればステップSP105に移行する。
なおステータス付与手段22は、無線フィールド機器11から得られた制御データのステータス情報を定常状態にとするものでもよく、通信手段23が制御データとこの制御データに関連するフィールド機器のステータス情報(定常状態)を併せてホストシステム4に送信するものでもよい。
ホストシステム4は、取得した制御データに基づき、制御データの更新処理等のプロセス制御に係わる動作を行なう。
すなわち、本発明であれば、コミッショニング前後で無線フィールド機器が参加する無線ネットワークのネットワークIDを同一にしたとしても、コミッショニング中の非定常状態のフィールド機器によるプロセスへの影響が低減できる点で有効である。
また本発明であれば、コミッショニング前後で無線フィールド機器が参加する無線ネットワークのネットワークIDを異なるIDとするものではないため、従来のように異なるネットワークが隣接することによる無線電波干渉による通常とは異なるパフォーマンス低下等の影響も、回避できる点で有効である。
なお、本発明に係る制御ネットワークシステムは、ゲートウェイ装置2、3の記憶手段に記憶されている機器コミッショニング状態管理テーブルには、無線フィールド機器の識別情報に関連付けて当該無線フィールド機器の測定データ、プロセスデータ値、プロセスデータステータスの領域を設けるものであってもよく、コミッショニング中のプロセスデータのシミュレート機能を実現するものでもよい。
この場合、本発明の制御ネットワークシステムは、シミュレート対象とするプロセスデータ値を上位のアプリケーションが設定し、他の上位アプリケーション(ホストシステム)からの当該プロセス値へのアクセス要求に対してゲートウェイ装置がアクセス要求先の無線フィールド機器に関連する実データ(制御データ、プロセスデータなど)の代わりとして返信する。
この結果、無線フィールド機器が調整中であっても、制御システムの動作確認を並行して実施することが可能となる点で有効である。
2、3 ゲートウェイ装置
21 記憶手段
22 ステータス付与手段
23 通信手段
24 無線通信手段
25 演算制御手段
26 フラグ管理手段
4 ホストシステム
5 エンジニアリング装置
Claims (8)
- フィールド機器が無線通信により送受する制御データを中継装置を介してホストシステムが取得し、制御対象を制御する制御ネットワークシステムにおいて、
前記フィールド機器の識別情報と当該フィールド機器を無線ネットワークに参加させる前に行う試運転の進捗状態を示すコミッショニングフラグを関連付けて記憶する記憶手段と、
前記制御データに関連するフィールド機器の前記コミッショニングフラグが非定常状態であるときは前記制御対象の制御を抑止する制御手段と、
前記フィールド機器が前記無線通信を行う無線ネットワークに加入する際に送信される当該フィールド機器の識別情報とともに、非定常状態を示す前記コミッショニングフラグをこの識別情報に関連付けて前記記憶手段に登録する登録手段と、
を具備し、
前記コミッショニングフラグは、試運転中である状態を示す非定常状態フラグ、又は、試運転が終了した状態を示す定常状態フラグであることを特徴とする制御ネットワークシステム。 - 前記コミッショニングフラグが非定常状態フラグおよび定常状態フラグのいずれであるかに関わりなく、前記記憶手段に記憶された前記識別情報を、前記フィールド機器および前記フィールド機器が属する無線ネットワークを特定するための情報として共通して使用することを特徴とする請求項1に記載の制御ネットワークシステム。
- 前記中継装置は、
前記記憶手段と、
前記ホストシステムが制御データを取得するために送信するアクセス要求情報を受信すると、前記アクセス要求情報に基づき前記ホストシステムが取得可能な前記制御データのステータス情報を、当該フィールド機器の前記コミッショニングフラグに応じて非定常状態として付与するステータス付与手段と、
前記制御データとこの制御データに関連するフィールド機器のステータス情報を併せて前記ホストシステムに送信する通信手段と、
を具備することを特徴とする請求項1または2に記載の制御ネットワークシステム。 - 前記コミッショニングフラグを非定常状態フラグとする非定常フラグ情報、又は、前記コミッショニングフラグを定常状態フラグとする定常フラグ情報を送信するフラグ通知手段と、
前記フィールド機器の試運転作業の開始前に前記非定常フラグ情報を生成し、前記フィールド機器の試運転作業が完了すると前記定常フラグ情報を生成するフラグ生成手段と、
を備えるエンジニアリング装置を具備したことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の制御ネットワークシステム。 - 前記中継装置は、
前記フィールド機器の試運転作業の開始前に前記コミッショニングフラグを非定常状態フラグとする非定常フラグ情報が入力され、前記フィールド機器の試運転作業が完了すると前記コミッショニングフラグを定常状態とする定常フラグ情報が入力される入力手段、
を備えたことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の制御ネットワークシステム。 - 前記中継装置は、
前記非定常フラグ情報又は前記定常フラグ情報を取得すると、このフラグ情報の示す前記各フィールド機器の前記コミッショニングフラグを非定常状態フラグまたは定常状態フラグとし、前記フィールド機器の識別情報に関連付けて前記記憶手段に記憶するフラグ管理手段を具備することを特徴とする請求項4または5に記載の制御ネットワークシステム。 - 前記ホストシステムは、
前記制御手段を備え、
この制御手段は、
受信した前記制御データのステータス情報が定常状態のであるときのみ、当該制御データに基づき、前記各制御対象を制御することを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の制御ネットワークシステム。 - 前記記憶手段は、
前記フィールド機器が試運転中に取得したプロセスデータを前記フィールド機器の識別情報と前記非定常状態フラグとに関連付けて記憶し、
前記通信手段は、
前記制御データと併せて前記ステータス情報及び前記プロセスデータを前記ホストシステムに送信することを特徴とする請求項3に記載の制御ネットワークシステム。
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