JP2002208930A - プラント監視・制御装置のデータ伝送処理方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ネットワーク上で発生するパケットの傷
害を容易に修復することにある。 【解決手段】 送信元ステーション２から受信先ステー
ション３に送信パケット１０を送信する際、送信パケッ
トの今回データ１２に前Ｎ（Ｎは整数）回の送信データ
１３を付加し、ネットワーク１上で発生するパケットの
傷害時に次送信パケットの前Ｎ回の送信データから傷害
データを修復するプラント監視・制御装置のデータ伝送
処理方式である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、上下水道プラント
を含む各種プラントの監視制御に利用されるプラント監
視制御装置のデータ伝送処理方式に係わり、特にＵＤＰ
（ユーザー・データプログラム・プロトコル）／ＩＰ
（インターネット・プロトコル）のプロトコルを用いて
高速伝送を実現するプラント監視制御装置のデータ伝送
処理方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の監視制御装置において
は、伝送速度とデータ伝送量との関係から通信プロトコ
ルを定めるのが一般的であり、例えば速度が優先され、
かつ、比較的データ伝送量が少ない場合には、相手から
の応答や伝達の確認を必要としないコネクションレス型
のＵＤＰ（ユーザー・データプログラム・プロトコル）
／ＩＰ（インターネット・プロトコル）の通信プロトコ
ルが用いられ、低速でも確実に大容量のデータを伝送す
る場合には、相手からの応答や伝達の確認をとるコネク
ション型のＴＣＰ（トランスミッション・コントロール
・プロトコル）／ＩＰの通信プロトコルが用いられてい
る。

【０００３】この通信プロトコル自体は、ＩＳＯ／ＰＯ
ＳＩが規定し推進する国際標準、ならびにＣＣＩＴＴの
Ｖ勧告，Ｘ勧告に準拠するものであるが、一般的には用
途に応じてＵＤＰ／ＩＰとＴＣＰ／ＩＰの何れかを選定
し、各監視制御装置間の伝送手順を作成している。

【０００４】その結果、プラント監視制御装置では、高
速性が要求される伝送処理の場合には、ＵＤＰ／ＩＰの
通信プロトコルを用いるとともに、信頼性を確保する観
点から専用通信プロトコルである半２重，キャラクタ同
期式伝送を行うＢＳＣ（Binary Synchronous Communi
cation：２進同期通信）手順に準拠したハンドシェーク
処理が行われている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
監視制御装置に用いられるＵＤＰ／ＩＰの通信プロトコ
ルは、接続が容易であるが、データ伝送量が少なく、ま
たパケットの衝突や喪失が発生しやすく、さらに受信パ
ケットの同期がとりにくいといった難点がある。そのた
めに種々の制御情報のやりとりを行うハンドシェーク処
理が必要となり、ＵＤＰ／ＩＰの高速性を損なう場合が
少なくない。

【０００６】一方、ＴＣＰ／ＩＰ通信プロトコルでは、
ＵＤＰ／ＩＰよりも確実に大容量のデータを伝送するこ
とが可能であるが、接続手順が複雑であり、メモリ，Ｃ
ＰＵ負荷，伝送路上のメモリ負荷等のリソース消費量が
多く、また伝送処理にオーバヘッドが発生し、伝送処理
に時間がかかる問題がある。また、回線が切断された
後、再接続までに遅延時間が必要となるため、高速性が
要求されるプラント監視制御システムのデータ送受信処
理には不向きなものである。

【０００７】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、ＵＤＰ／ＩＰ通信プロトコルを用いて、高速性及び
信頼性を確保するプラント監視制御装置のデータ伝送処
理方式を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】（１） 上記課題を解決
するために、ネットワーク上に分散配置され、ＵＤＰ／
ＩＰの通信プロトコルを用いて、前記ネットワークに対
してデータの伝送処理を実行する本発明に係わるプラン
ト監視制御装置のデータ伝送処理方式であって、前記送
信側プラント監視・制御装置は、送信パケットの送信
時、同一の送信パケット内に挿入される今回データにＮ
（Ｎは整数）回の前回データを付加して送信する伝送処
理手段を設け、前記受信側プラント監視・制御装置で
は、前記送信パケットの損傷時に前記Ｎ回の前回データ
に基づいて損傷された送信パケットを修復するようにし
た構成である。

【０００９】本発明は以上のような構成とすることによ
り、同一の送信パケット内に今回データの他にＮ回の前
回データを付加して送信することにより、ＵＤＰ／ＩＰ
プロトコルの欠点であるパケットの衝突や消滅等によっ
て損傷した場合でも、次の送信パケットにＮ回の前回デ
ータが付加されているので、このＮ回の前回データから
前回損傷された送信パケット内のデータを容易に修復す
ることが可能である。

【００１０】（２） 本発明に係わるプラント監視制御
装置のデータ伝送処理方式においては、送信側プラント
監視・制御装置は、送信パケットの送信時、当該送信パ
ケット内に送信時刻とデータ通番とを付加して送信する
伝送処理手段を設け、前記受信側プラント監視・制御装
置では、前記送信パケット内に付加される送信時刻とデ
ータ通番とに基づいて、当該データ通番の異常を検出し
たとき、前記送信側プラント監視・制御装置に対して前
記データ通番の異常検出アンサーを戻すようにした構成
である。

【００１１】本発明は以上のような構成とすることによ
り、送信パケット内に送信時刻とデータ通番とを付加し
て送信するので、データ通番の欠番等からデータ通番の
異常を容易に検出でき、この異常状態を送信側プラント
監視・制御装置に通知することにより、送信側において
確実に送信パケットの再送することが可能となる。

【００１２】（３） 本発明に係わるプラント監視制御
装置のデータ伝送処理方式においては、予め前記各プラ
ント監視・制御装置毎にステーション番号が割り当てら
れ、複数のプラント監視・制御装置から送信パケットを
送信する際、各プラント監視・制御装置は、自身のステ
ーション番号に予め割り当てられた送信遅延時間だけ遅
延させて送信パケットを送信する伝送処理手段を設けた
構成である。

【００１３】本発明は以上のような構成とすることによ
り、複数のプラント監視・制御装置から送信パケットを
送信する際にステーション番号に予め割り当てられた送
信遅延時間をもたせて当該送信パケットを送信するの
で、複数のプラント監視・制御装置からの送信パケット
の送信時、送信パケットの衝突を回避しながら送信可能
となる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００１５】図１は本発明に係わるプラント監視・制御
装置のデータ伝送処理方式を適用してなるプラント監視
・制御システムの全体構成図である。

【００１６】このプラント監視制御システムでは、例え
ばイーサネット（登録商標）の形態を採用したＬＡＮ，
ＷＡＮ，インターネット等のネットワーク１上に中央お
よびローカルを含めて多数のステーション（プラント監
視・制御装置）が分散配置されているので、データの送
受信だけに着目してみれば、ネットワーク１上に送信元
ステーション２と受信先ステーション３との関係が存在
する一方、これら送信元ステーション２，受信先ステー
ション３にはそれぞれ少なくともＵＤＰ／ＩＰの通信プ
ロトコルを用いた伝送処理を行う伝送処理部２ａ，３ａ
が設けられている。

【００１７】この伝送処理部２ａ，３ａは、ＯＳＩ参照
モデルの第３層（ネットワーク層）から第７層（アプリ
ケーション層）までのプロトコルを用いて伝送処理を行
うが、次に説明するように伝送パケットの高速性，安定
性を確保する観点から第４層以上のレベルを用いて伝送
処理を行うものとする。図１において、４は送信パケッ
ト、５は受信応答処理信号、６は応答時間を意味する。

【００１８】前記伝送処理部２ａ，３ａの本来のデータ
伝送処理は、各層のうち、種々のネットワークを経由し
宛先となる受信先ステーション３にデータを届けるため
には第３層のプロトコルが用いられる。しかし、データ
のＥｎｄ（エンド） ｔｏＥｎｄ（エンド）となる伝送
路が第４層以上の上位層にあり、かつ、当該第４層以上
が伝送処理の基本的な中枢機能を取り扱うようになって
いるので、実際のＵＤＰ／ＩＰレベルの送信パケットの
伝送手順を実現するところは第４層（トランスポート
層）以上にあるので、特に伝送パケットの高速性，安定
性の確保処理は第４層以上のレベルで行うものとする。

【００１９】前記送信元ステーション２から送信する送
信パケット１０は、図２に示すように、ヘッダー部１１
および今回データ１２の他、当該今回データ１２に前Ｎ
（Ｎは整数）回分データ１３を付加して同時送信するパ
ケット構成とする。

【００２０】このように前Ｎ回分データ１３を付加した
理由は次の通りである。ＵＤＰ／ＩＰ通信プロトコルを
用いた「定周期データ受信処理」では、例えば上下水道
プラントのある自治体による取り決めによって送信から
応答受信までの時間が３秒以内と想定されていること、
およびＵＤＰ／ＩＰ通信プロトコルの欠点であるパケッ
トの衝突およ消滅、さらに送信時と受信時のパケットの
入れ替わり等がありうるが、これらに対応するためには
予め前Ｎ回分データを付加しておけば、パケットの衝
突，消滅等の傷害が発生しても、前Ｎ回分データから修
復し、救済することが可能であるためである。

【００２１】また、多数のステーションから構成される
プラント監視制御システムでは、複数の送信元ステーシ
ョン２，…からそれぞれ送信パケットが送信されてくる
ことが想定されるので、予め各ステーション２，…毎に
「ステーション番号」を割り当て、各ステーション２，
…から送信される送信パケット１０のヘッダ部１１内に
例えば「ステーション番号＊１０ｍｓ」の送信遅延時間
をもたせるように送信パケット１０を送信すれば、複数
のステーション１から送信されるパケットの衝突を回避
することが可能となる。つまり、第１のステーション２
が１０ｍｓの送信遅延時間をもたせて送信パケットを送
信後、第２のステーション２が例えば同じく１０ｍｓの
送信遅延時間をもたせて送信パケットを送信するように
なり、パケットの衝突を回避することができる。

【００２２】さらに、送信元ステーション２からの送信
パケット１０に送信時刻とデータ通番１４とを設定する
構成とする。このようにサイクリックにカウントされる
「データ通番」を用いることにより、受信先ステーショ
ン３は、送信元ステーション２からの送信パケット１０
が何れのタイミングで何番目に送信されたかを検出可能
となり、受信側では、パケット衝突、消滅、入れ替わり
等のごとき，「データ通番」が欠落したとき、通番異常
から容易にパケットの異常を検出でき、通番異常検出デ
ータを送信元ステーション２に返送することにより、送
信元ステーション２からの再送が可能となる。

【００２３】また、データ通番のうち、特別なデータ通
番（例えば０」に意味をもたせることにより、例えばシ
ステムを構成する各ステーションへの同報通知を行うこ
とが可能となる。

【００２４】以上のようなプラント監視・制御装置の作
用について図３及び図４を参照して説明する。図３はＵ
ＤＰ／ＩＰ通信プロトコルの分割推移を説明する図、図
４は送信パケット傷害時のデータ送受信処理例を説明す
る図である。

【００２５】先ず、図１に示す構成のシステムでは、１
つのＵＤＰ／ＩＰ通信プロトコルの処理時間２１が７０
ｍｓ、待機時間及びタイムラグ２２が３０ｍｓと考慮さ
れている。よって、１つのＵＤＰ／ＩＰ通信プロトコル
のデータ処理時間２３は１００ｍｓとなる。従って、１
つのＵＤＰ／ＩＰ通信プロトコルの受信処理が実質１０
０ｍｓ周期で行われ、４周期にわたって分割処理され、
それに予備時間２４として１００ｍｓを考慮すると、受
信側ステーション３ではあわせて５００ｍｓ周期でＵＤ
Ｐ／ＩＰの受信処理を行うことになる。

【００２６】なお、ＵＤＰ／ＩＰ通信プロトコルでは、
ＴＣＰ／ＩＰのような複雑な接続手順がないので、送信
周期の変更の自由度が高くなる。これにより、頻繁に状
態変化が発生するような場合でも、データを欠落させる
ことなく送受信が可能となる。

【００２７】また、伝送路上で発生するパケットの衝突
や消滅に対しては、ＵＤＰ／ＩＰ送信の１パケット・サ
イズの制限範囲の中で次のパケットで前回分の送信デー
タを付加し送信することにより、パケットの損傷が発生
した場合であっても救済することが可能となり、ひいて
はＮ回分までのデータ救済が可能となる。

【００２８】因みに、図４を用いて具体的に説明する
と、同図左端において今回データ１２Ａに前回データを
付加した送信パケット１０Ａが正常に受信されたときに
は、今回データ１２だけを正常時処理データとして取り
扱えばよい。ところで、図示中央に示すように、今回デ
ータ１２Ａに前回データを付加した送信パケット１０Ａ
が受信失敗となったとき、図示右端において次の送信パ
ケットの送信時に受信失敗時の今回データ１２Ａが今回
データ１２Ｂに前回データ１２Ａとして付加されている
ので、受信側では、今回データ１２Ｂと前回データ１２
Ａとを処理データとして取り扱えば、受信失敗時の今回
データを修復することができる。

【００２９】また、ＵＤＰ／ＩＰプロトコルを使用した
データの分割受信においては、パケットが損傷したり、
消滅したりすることが考えられるが、送信時刻の他に
「データ通番」を設定することにより、より簡単、か
つ、厳密にパケットの異常に対処することが可能である
とともに、受信側では、データ通番の異常を検出した際
にアンサーを返送することにより、送信元ステーション
２では、データ通番が異常であったことを認識でき、異
常処理に対するデータ再送等の処理をとることができ
る。

【００３０】さらに、特定の「データ通番」に意味を持
たせることにより、前述するように各ステーションに対
して同報通知を行うことができる。

【００３１】さらに、１つのＵＤＰ／ＩＰ通信プロトコ
ルの処理周期を調節し、伝送路の空き時間（待機時間と
タイムラグ２２）をつくことにより、パケットの衝突や
消滅等の異常発生によって不安定となった伝送路の初期
化処理であっても、ＯＳＩ参照モデルにおける第１層
（物理層）により定期的受信に影響を与えることなく、
行うことができる。

【００３２】従って、以上のような実施の形態によれ
ば、受信先ステーション３にはそれぞれ少なくともＵＤ
Ｐ／ＩＰの通信プロトコルを用いた伝送処理を行う伝送
処理部３ａを設け、ＵＤＰ／ＩＰ受信処理時に第４層以
上のレベルを用いて受信伝送処理を実行することによ
り、伝送パケットの高速性，安定性を確保することがで
きる。

【００３３】また、ネットワーク１上で発生するパケッ
トの衝突や消滅等の傷害に対しては、次パケットに前Ｎ
回分の送信データを付加することにより、１パケットの
損傷が発生した場合でも、次パケットに付加される前Ｎ
回のデータを用いて、容易に修復することができる。

【００３４】さらに、送信パケットにデータ通番を付加
することにより、受信側ステーション３では、パケット
内データを全てチェックすることなく、データ通番のみ
で異常を検出した際にアンサーを送信側ステーション２
に戻すことにより、異常時の処理対応速度が向上し、送
信側でのデータ再送または破棄などの処理により対処す
ることができる。

【００３５】（その他の実施の形態）上記実施の形態で
は、ＵＤＰ／ＩＰの送信パケットの今回データに前回デ
ータを付加して送信し、かつ、パケット・サイズの制限
範囲内にて更に前々回データをも付加して送信するよう
にしたが、このような仕組みを、ネットワークの監視と
併用することにより、自動的に送信パケットに前Ｎ回分
のデータを搭載して送信することが可能である。具体的
には、図５（ａ）に示すように、ネットワーク１の監視
により負荷状況３１を判断し、例えばネットワーク１上
の負荷が軽いときには1パケット内に付加する前Ｎ回分
のデータ数を増やし、ネットワーク１上の負荷が増加し
たときには前Ｎ回分の送信データを減らすように自動的
に調整すれば、前Ｎ回分のデータの調整された送信パケ
ット３２を送信できる。

【００３６】また、別の例としては、図５（ｂ）の上段
に示すように、ネットワーク上の負荷が増加したとき、
パケット消失等の異常の発生確率が高くなることが考え
られるので、送信パケットを送信した後に一定の未処理
時間帯３３を設け、この未処理時間帯３３の経過した
後、前回未送信分も含めて前回データを増やして送信す
ることにより、ネットワーク上の負荷を増加させること
なく、異常時の救済処置の安定性を保つことが可能とな
る。図中３４はネットワークの付加状況に応じて送信/
未送信の調整例を表す。

【００３７】さらに、頻繁に状態変化３５が発生するよ
うに場合、同図（ｂ）下段に示すように、送信周期を短
くすることで対応し、状態変化検出に遅延が発生しない
ようにし、安定した状態のときに定周期伝送を行うよう
に時間の自動調整を行うことも可能である。図中３６は
状態変化量に応じて調整される送信パケットを示す。

【００３８】その他、本願発明は、上記実施の形態に限
定されるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々
変形して実施できる。例えば快適性指標の学習法とし
て、重回帰分析以外の統計手法を用いてもよい。

【００３９】また、各実施の形態は可能な限り組み合わ
せて実施することが可能であり、その場合には組み合わ
せによる効果が得られる。さらに、上記各実施の形態に
は種々の上位，下位段階の発明が含まれており、開示さ
れた複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発
明が抽出され得るものである。例えば問題点を解決する
ための手段に記載される全構成要件から幾つかの構成要
件が省略されうることで発明が抽出された場合には、そ
の抽出された発明を実施する場合には省略部分が周知慣
用技術で適宜補われるものである。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、送
信パケットの今回データに前Ｎ回分の送信データを付加
することにより、パケットの傷害が発生した場合でも、
容易に傷害データを修復することができる。

【００４１】また、送信パケットにデータ通番を付加す
ることにより、データ通番の欠落を検出することによ
り、送信側へのアンサーの返送により、異常時の処理対
応速度を向上でき、送信側でのデータの再送や破棄など
の処理を容易に実施できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係わるプラント監視・制御装置のデ
ータ伝送処理方式を適用してなるプラント監視・制御シ
ステムの一実施の形態を示す全体構成図。

【図２】 送信パケットのデータ構成を示す図。

【図３】 ＵＤＰ／ＩＰ通信プロトコルの分割推移を説
明する図。

【図４】 送信パケット傷害時のデータ送受信処理例を
説明する図。

【図５】 ネットワーク上の負荷状況に応じて、今回デ
ータに付加する前回データの増減を説明する図。

【符号の説明】

１…ネットワーク ２…送信元ステーション（プラント監視・制御装置） ３…受信先ステーション（プラント監視・制御装置） ２ａ，３ａ…伝送処理部 １０…送信パケット １２…今回データ １３…前Ｎ回データ １４…データ通番

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ネットワーク上に分散配置され、ＵＤＰ
   ／ＩＰの通信プロトコルを用いて、前記ネットワークに
   対してデータの伝送処理を実行するプラント監視・制御
   装置のデータ伝送処理方式において、 前記送信側プラント監視・制御装置は、送信パケットの
   送信時、同一の送信パケット内に挿入される今回データ
   にＮ（Ｎは整数）回の前回データを付加して送信する伝
   送処理手段を設け、 前記受信側プラント監視・制御装置では、前記送信パケ
   ットの損傷時に前記Ｎ回の前回データに基づいて損傷さ
   れた送信パケットを修復するようにしたことを特徴とす
   るプラント監視・制御装置のデータ伝送処理方式。
2. 【請求項２】 請求項１記載のプラント監視・制御装置
   のデータ伝送処理方式において、 前記Ｎ回の前回データの付加手段は、ネットワーク上の
   負荷状況に応じて、1送信パケット内の前Ｎ回分のデー
   タ数を増減することを特徴とするプラント監視・制御装
   置のデータ伝送処理方式。
3. 【請求項３】 ネットワーク上に分散配置され、ＵＤＰ
   ／ＩＰの通信プロトコルを用いて、前記ネットワークに
   対してデータの伝送処理を実行するプラント監視・制御
   装置のデータ伝送処理方式において、 前記送信側プラント監視・制御装置は、送信パケットの
   送信時、当該送信パケット内に送信時刻とデータ通番と
   を付加して送信する伝送処理手段を設け、 前記受信側プラント監視・制御装置では、前記送信パケ
   ット内に付加される送信時刻とデータ通番とに基づい
   て、当該データ通番の異常を検出したとき、前記送信側
   プラント監視・制御装置に対して前記データ通番の異常
   検出アンサーを戻すことを特徴とするプラント監視・制
   御装置のデータ伝送処理方式。
4. 【請求項４】 請求項３記載のプラント監視・制御装置
   のデータ伝送処理方式において、 前記送信側プラント監視・制御装置は、ある特定のデー
   タ通番のみに他の複数のプラント監視・制御装置への同
   報通知するための意味を持たせたことを特徴とするプラ
   ント監視・制御装置のデータ伝送処理方式。
5. 【請求項５】 ネットワーク上に分散配置され、ＵＤＰ
   ／ＩＰの通信プロトコルを用いて、前記ネットワークに
   対してデータの伝送処理を実行するプラント監視・制御
   装置のデータ伝送処理方式において、 予め前記各プラント監視・制御装置毎にステーション番
   号が割り当てられ、複数のプラント監視・制御装置から
   送信パケットを送信する際、各プラント監視・制御装置
   は、自身のステーション番号に予め割り当てられた送信
   遅延時間だけ遅延させて送信パケットを送信する伝送処
   理手段を設けたことを特徴とするプラント監視・制御装
   置のデータ伝送処理方式。