JP2005539299A

JP2005539299A - 分散工業システムの情報の管理、状態のモニターおよびリアルタイム制御のための自動化プラットフォーム

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Publication number: JP2005539299A
Application number: JP2004533674A
Authority: JP
Inventors: ウ，クィン−ファ; ビューズ，デイヴィッド，ピーター; サン，プ
Original assignee: ザ・ユニバーシティ・オブ・リバプール
Priority date: 2002-09-09
Filing date: 2003-09-09
Publication date: 2005-12-22
Also published as: EP1537460A1; US20060117295A1; WO2004023228B1; WO2004023228A1; CN1688950A; AU2003267566A1; GB0220899D0; CA2498323A1

Abstract

【課題】求められる情報の管理、状態のモニターおよびリアルタイム制御の各機能を同時に遂行し、かつシステムの各装置間のインテリジェントな協調を取ることができる自動化システムを提供する。
【解決手段】本発明は、自動化システムを構成するために使用される一般的なシステムアーキテクチャであり、それによって形成される分散工業システムのための自動化システムにおける情報管理、状態のモニターおよびリアルタイム制御の統合のために使用される特定の機能を実現するために選択的に適応可能な複数のソフトウェアエージェントを含むシステムアーキテクチャを提供する。本発明はまた、情報管理、状態のモニターおよびリアルタイムの制御を互いに協調された仕方で行うために使用される特定の機能を実現するように適応させられる複数のソフトウェアエージェントを含む自動化システムを提供する。

Description

本発明は工業的な自動化システムに関し、具体的にはインターネット、コンピュータネットワークおよびソフトウェアエージェント技術を利用して、分散配置された工業システムの情報の管理、状態のモニターおよびリアルタイム制御の統合を意図したシステムに関する。

工業的な自動化システムのほとんどは、中央のサーバーが多数の装置をモニターしかつ制御するＳＣＡＤＡ方式に基づいている。しかしこれらのシステムは柔軟性が制約されており、また他のシステムとの統合が良好に行われないことが多い。
工業的なプラントの制御に使用される従来の自動化システムは、プラントに接続されたセンサー、データ収集装置、インターフェースラック、アクチュエータ、アナログ量を伝達するためのケーブルおよび導線、マイクロプロセッサを利用したコントローラ、ならびにオペレータによる介入操作のためのプラットフォームからなる。オンラインでリアルタイムに作動することを求められるコントローラは、信号のひずみ、雑音の干渉およびケーブルの信頼性を考慮して設計された比較的短いケーブル、導線または光ファイバーを介して、プラントの設備に通常接続されている。そのため、コントローラはプラント内の制限された距離の範囲内で分散して設置されており、もしもプラントの多くの部分が様々な時間のスケールで様々な作業を行わなければならないような場合、各コントローラは一般に互いに協調が取られないということになる。変電所、化学工場または製鉄所のような複雑な工業的プラントの場合、様々な装置、データ収集装置、インターフェースラック、アクチュエータおよびコントローラを中央のプラットフォームに接続することは困難であり、またこれらの装置を階層構造の中で水平および垂直の関係でネットワークに接続することは、実際には極めて複雑なことであろう。膨大な数のケーブルおよび導線が様々な目的のために使用されるので、ネットワークは非常に複雑になるであろう。変電所内の様々な装置、例えば制御システム、保護システム、供給電力品位モニター、状態モニター装置などは全体としてＩＥＤ（インテリジェント電子機器）と呼ばれるが、これらを互いにネットワーク化することになる。大規模な変電所には５０基ほどの様々なレベルの複雑さを有するＩＥＤがあり、イングランドおよびウェールズには２５０基の変電所がある。したがってそのように複雑で常に変化するネットワークを開発して使用するという課題は、全く単純なものではない。

ほとんどの工業的システムが複雑であるために、従来の自動化システムは単純なタスクしか行うことができず、また求められる情報の管理、状態のモニターおよびリアルタイム制御の各機能を同時に遂行し、かつシステムの各装置間のインテリジェントな協調を取ることができない。

本発明の第一の局面によれば、自動化システムを構成するために一般的に使用されるシステムアーキテクチャが提供され、前記一般的なシステムは、それによって形成される分散工業システムのための自動化システムにおいて、情報管理、状態のモニターおよびリアルタイム制御を統合するために使用される特定の機能を実現するために選択的に適応可能な複数のソフトウェアエージェントを備えている。

本発明の第二の局面によれば、情報管理、状態のモニターおよびリアルタイムの制御を協調された仕方で行うために使用される特定の機能を実現するように適応させられる複数のソフトウェアエージェントを備えている、分散型工業システムのための自動化システムが提供される。
これらのエージェント、場合によってはシステム内の全てのエージェントが、エージェントプラットフォームおよびローカルのディレクトリによって制御および管理されることを可能にすることが有利である。

エージェントは、その環境内の変化を認識し、それに対応するようにプログラムできる。これは自律的に、かつ目標に応じた仕方で動くことができ、エージェントの作動が、環境からの入力によるだけではなくエージェントの目標または要望によっても生じるようにする。これは、標準的なコンピュータプログラムの作動がユーザーによる直接的な操作（アイコンをクリックするなど）または他のプログラムからのコマンドによってのみ決定されるのと大きな違いである。したがってエージェントに基づくアーキテクチャは、標準的なアーキテクチャよりもはるかに柔軟性が高い。

マルチエージェント技術でサポートされる情報収集エージェント、データベースエージェント、装置エージェントおよびプラントエージェント／制御エージェント、ならびにモバイルエージェントを含む、タイプの異なる複数のエージェントを使用することができる。
モバイルエージェントは、ユーザーエージェントと情報提供エージェントとの間の追加の通信メカニズムとして使用することができる（「情報提供エージェント」はプラントエージェントおよびデータベースエージェントのような、情報を提供するあらゆるエージェントを意味する。）
モバイルエージェントは、それ自身をある場所から他の場所に移動してその実行を継続することのできるプログラムのことである。このことは、モバイルエージェントがそれら自身の小さなプログラムを目標の位置で直接走らせることができることを意味する。モバイルエージェントを使用することにより、収集された情報をユーザーのタイプに直接適合させ、該当する情報のみをユーザーのタイプに最も適したフォーマットで表示することができる。したがって様々なタイプのモバイルエージェントが通常使用される。これらのモバイルエージェントはアクティブでいる能力を有することができる。マルチエージェント技術を利用することにより、それぞれＷＡＮおよび様々なＬＡＮ内で実施される様々なタスクと関連づけて設計された分散型データベースの開発を大幅に強化することができる。

このシステムのアーキテクチャでは、エージェントプラットフォームに対するＦＩＰＡ規格を含む現在利用可能で標準的な技術を利用することが有利である。現在一般に利用可能なＦＩＰＡプラットフォームは全て、Ｊａｖａをベースとしている。制御エージェントおよびユーザーインターフェースエージェントは、装置内に常駐してリアルタイムにタスクを実行することを意図したものである。この場合、Ｊａｖａはそのメモリおよびプロセッサに対する要求のために、これらのエージェントを実現するための好適な選択であるとは言えない。ユーザーインターフェースエージェントは、既存のＨＭＩおよびユーザーインターフェースパッケージと統合しなければならない。このタスクのためには、ＡｃｔｉｖｅＸ制御が適している場合が多い。

このシステムは好適には、様々なソフトウェアおよびハードウェアの統合が可能なようになされた標準のオープンアーキテクチャと明確に定義されたプロトコルおよびインターフェースとを有する。
システム構成要素の少なくとも一部がダイナミックに再構成可能であることが好適である。

このシステムは好適には総括的なＨＭＩとウェブブラウザとを含み、オペレータによるリアルタイムでの介入操作を可能とする。
このシステムは好適にはモバイルサーバーの接続を可能にする。
このシステムは、好適には、情報管理、状態のモニターおよびリアルタイム制御の柔軟性を与えるユーザーアプリケーションを組み込むように適応させられる。

このシステムは好適には、様々なエージェントモデルを使用してインテリジェントな挙動を追加し、プラントの運転および制御に関する問題へのインテリジェントなアプローチを組み込む可能性を有するように構成される。
このシステムは好適には、ＬＡＮおよびＷＡＮ上に分散配置された様々な装置に対する情報管理、状態のモニターおよびリアルタイムの制御機能の統合を提供するように適応させられる。

このシステムは好適には、大規模な分散配置工業システムの情報管理、状態のモニターおよびリアルタイムの制御のために必要な様々なタイプのタスクを様々な時間スケールで処理できるように適応させられる。
このシステムは、小規模および大規模な工業的システムに適用される可能性を有することが有利である。

このシステムは、Ｌｏｏｋｏｕｔ、ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＸおよびＲＴＡＰなどの市販のリアルタイムアプリケーションプラットフォームを、ＨＭＩとして使用できるように適応されている。
本発明によるシステムは、より高い柔軟性をもって多くの局所的で小さな構成要素から構成することができる。

このようにして、従来の自動化システムと異なり、本発明によるシステム（我々はこれをｅ自動化システムと呼ぶ）は、広域ネットワーク（ＷＡＮ）、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）および無線ＬＡＮの中で様々なタスクを実施するためのＩＰネットワークのオープンアーキテクチャを有する分散型情報管理、インテリジェントモニターおよびリアルタイムの制御のための統合された機能を提供することができる。ＲＧＥシステムは、システムネットワークおよびソフトウェア構造に組み込まれたインテリジェント機能により、ネットワークおよびマルチエージェント技術を使用して発電所、電力システム、鉄道、製造および化学プラント、ならびに医療など広範囲の分散型産業システムのためのタスクの実施および情報管理の問題を解決するための高いグリッド形成能力と通信能力とを提供することができる。

本発明によるシステムは、データ収集、データ転送、データベースの更新、ナレッジベースの更新、情報管理、情報検索、ネットワークコンピューティング、ダイナミックディスプレー、リアルタイム制御およびオペレータによる介入操作などの様々なタスクを実施するように設計することができる。これらのタスクは異なる性格を有していてもよく、ＷＡＮおよびＬＡＮ上で異なる時間スケールで実行される。これらのタスクの実施には様々なプロトコルのサポートが必要であるが、これはＣ、Ｊａｖａ、ＸＭＬ、ＴＣＰ／ＩＰ、ＣＯＲＢＡ、ＲＤＦ、ＳＱＬ、ＡｃｔｉｖｅＸ等様々なソフトウェア言語および規格を使って開発することができる。プロトコルの開発作業はＩＥＣ、ＦＩＰＡおよびＩＥＥＥ規格に従って行われる。

本発明のシステムによって得られる更に別の利点には以下のものが含まれる。
ａ）システムが多くの小さな要素から構成できる：柔軟性を高める。
ｂ）ダイナミックな再構成が可能なシステム：システムの作動中に構成要素を追加および取り外し可能。
ｃ）システムが分散配置されている：情報および制御は集中配置ではなくローカル配置である。
ｄ）構成要素間の緩やかな結合：堅牢さを付加する。
ｅ）オープンシステムとなりうる：標準的な、明確に定義されたプロトコルおよびインターフェースにより、様々なソフトウェアとハードウェアとの統合が可能となる。
ｆ）様々なエージェントモデルを使用して、インテリジェントな挙動を追加することが可能である。

かくして本発明はｅ自動化の概念を導入するが、これは最新のネットワークおよびエージェント技術を統合して、広範囲の分散配置工業システムの情報管理、状態のモニターおよびリアルタイムでの制御のための新世代の自動化システムを定義する。これは、大規模な分散型工業用自動化システムの設計および開発のために、ソフトウェアのインテリジェント機能とシステムとの協調機能とを組み込んだオープンアーキテクチャを提供する。

第一のレベルでは、工業システムの情報管理、状態のモニターおよびリアルタイム制御に対する統合されたアプローチを提供するために、様々なエージェントを導入する。
第二のレベルでは、このシステムのオープンアーキテクチャは様々な分散型工業用自動化システムの開発のために、特別に設計されている。
第三のレベルでは、多数のエージェントを含む多数のタスクをオンラインかつリアルタイムに制御および管理するために、エージェントプラットフォームとローカルのディレクトリシステムとが採用される。

第四のレベルでは、異なるエージェント同士の間のインターフェースおよびプロトコル変換、マン−マシンインターフェース、データソケット、データベースならびにＩＥＤが、設計されたアーキテクチャとＩＥＣ、ＦＩＰＡおよびＩＥＥＥ規格とに従って開発され、ｅ自動化システムによって提供される全ての機能の統合を可能にする。この開発はコンピュータコードによって表現される。

本発明を添付図面を参照して以下詳しく説明するが、これは単なる例に過ぎない。

図１は、本発明を実施する自動化システムの１つとしてあり得る実施形態を構成するために使用されるソフトウェアのアーキテクチャを示す。ＷＡＮ、ＬＡＮおよび無線ＬＡＮを有する図１のシステムのアーキテクチャを理解するために、システムの構成要素として考えられるもののリストを下に示すが、その一部または全てが、本発明のシステムの実際の適用に依存して、任意の特定の実施形態の中に存在することができる。

ＡＰ：エージェントプラットフォーム。エージェントが実行することのできる単独のサーバーまたは複数のサーバーの組。ＡＰはエージェントのためのメッセージングおよびディレクトリ機能を提供する。
ＡＣＬ：ＦＩＰＡエージェント通信言語。ソフトウェアエージェント間の通信のために使用される標準言語。

Ａｐｐ.Ａ：アプリケーションエージェント。これらのエージェントは、具体的な場所またはアプリケーションの必要に応じて、知識管理、アラーム／イベント処理などのタスクを実行する。
ＣＡ：制御（装置）エージェント。このエージェントは装置を制御する。
ＤＢ：データベース
ＤＢＡ：データベースエージェント。このエージェントは、他のエージェントがリアルタイムデータベースに問い合わせをすることを可能にする。

ＤｏｃＡ：ドキュメントエージェント。このエージェントはドキュメントの集合体へのアクセスを与える。
ＤＴＡ：データ転送エージェント。このエージェントはＩＥＤからのデータを取得し、それをリアルタイムデータベースに保存する。これは、データベースへの問い合わせのみを許すデータベースエージェントへの追加機能である。このタスクは制御エージェントによっては実行されないが、それはこれらのエージェントへの負荷を軽減するためである。もしもデータ転送機能がＩＥＤ、ＳＣＡＤＡまたはＨＭＩシステムによって提供されていれば、このエージェントは不要である。ＤＴＡはエージェントプラットフォーム上に常駐しても、また外部にあってもよい（図ではＡＰ内部に示されている）。

ＦＩＰＡ：知的・物理エージェント財団。マルチエージェントシステムのための標準化組織。
ＧＵＩ：グラフィカルユーザーインターフェース
ＨＭＩ：マン−マシンインターフェース
ＨＴＴＰ：ハイパーテキスト転送プロトコル。ウェブページを転送するために使用されるプロトコル。

ＩＥＤ：インテリジェント電子装置。組み込みプロセッサを含む制御またはモニター装置。
ＩＰ：インターネット上でパケット転送を行うためのプロトコル。ＩＰは通常、ＴＣＰまたはＵＤＰと組み合わせて使用される。
ＩＰＭＴ：内部プラットフォームメッセージ転送。ＦＩＰＡプラットフォーム内部でのメッセージの転送のために使用されるあらゆる転送プロトコルを表すためにＦＩＰＡが使用している頭文字による略語。多くのＦＩＰＡプラットフォームがＩＰＭＴとしてＪａｖａＲＭＩを使用している。

ＪＤＢＣ：Ｊａｖａデータベースの連結性（コネクティビティ）。
ＬＡＮ、ＷＡＮ：ローカルエリアネットワーク、広域ネットワーク。
ローカルディレクトリ：ローカルディレクトリは、エージェントが互いに相手の位置を知るのを助けるために使用される。ディレクトリを備えたサービスレジスタを提供するエージェント。この場合、クライアントエージェント（ユーザーエージェント、モバイルエージェント、また場合によっては他のエージェントも）は、それらの要求に合致するサービスを見つけるためにディレクトリを利用できる。ＤＦ（ディレクトリファシリテータ）はＦＩＰＡエージェントプラットフォームの標準的な構成要素であり、かかるディレクトリサービスを提供するものである。

ＤＦ：ディレクトリファシリテータ。
ＭＡ、ＭＡホストモバイルエージェント、モバイルエージェントホスト
モバイルサーバー：何らかの特定の機能、例えばプラントアイテムの詳細なモニターを行うために、システムに一時的に追加されるサーバー。
ＭＳＡ：モバイルサーバーエージェント。モバイルサーバーの資源（リソース）へのアクセスを提供する責任を負うデータベースエージェントまたは制御エージェント（これらの両方を備えたモバイルサーバーもある）。

ＭＴＰ：メッセージ転送プロトコル。プラットフォーム内の通信に使用できるメッセージ転送プロトコルには、ＩＩＯＰ、ＨＴＴＰをはじめ多くのものがある。
メッセージプロキシおよびプラットフォームロケーションは、ＡＣＬのような標準的でないフォーマットからＴＣＰ／ＩＰを介して、エージェントプラットフォームが使用する標準的なフォーマットへの翻訳を行う。ローカルエリアネットワーク内で最も近いプラットフォームをエージェントが見つけることを可能にするサービスロケーションを組み込むことも可能である。

ＯＰＣ：プロセス制御のためのＯＬＥ。
ＳＣＡＤＡ：監視制御およびデータ収集システム。多くの工業的システムの制御およびモニターに使用される。
ＳＬ：意味論的言語（ＦＩＰＡＳＬ）。ＡＣＬメッセージの内容を表現するためにＦＩＰＡが定義した標準言語。

ＳＱＬ：構造化問い合わせ言語。データベースへの問い合わせを行うための標準的な言語。
ＳＳＬ：セキュアソケットレイヤー。オンライン取引の暗号化のためにインターネット上で使用されるプロトコル。公開キー暗号法に基づく。
ＴＣＰ：転送制御プロトコル。信頼性のあるメッセージの転送を可能にする接続指向のネットワークプロトコル。

ＵＡ：ユーザーエージェント。
ＵＤＰ：ユーザーデータグラムプロトコル。ＴＣＰよりも速いが信頼性が劣る無接続ネットワークプロトコル。
ＷＷＷ：ワールドワイドウェブ。
図１（図１Ａ〜図１Ｃ）に示されたエージェントのいくつかはＡＰの外部にある。このアーキテクチャの背後にある考え方は、エージェントプラットフォームに対するＦＩＰＡ規格を含む現在利用可能な標準的な技術を利用すると言うことである。現在公開されて利用可能なＦＩＰＡプラットフォームは、全てＪａｖａをベースとしている。そのため、Ｃ＋＋のような他の言語を使用して実行されたエージェントは、これらのプラットフォームのサーバー上で実行することができない。

これに伴う問題は、制御エージェントおよびユーザーインターフェースエージェントとの関係で生じる。制御エージェントは、装置上に常駐してリアルタイムのタスクを実行することを意図したものである。したがってこれらのエージェントを実行するためには、Ｊａｖａはそのメモリおよびプロセッサに対する要求を考えると、現在は良い選択とは言えない。ユーザーインターフェースエージェントは、既存のＨＭＩおよびユーザーインターフェースパッケージと統合しなければならない。このタスクのためにはＡｃｔｉｖｅＸが適切な選択であることが多いが、しかしこれらは標準的なＪａｖａを使用して実行することはできない。

異なる言語で書かれており、様々なシステム上にある複数のエージェントを統合するための最も単純な方法は、ソケットベースのプロトコル（ＴＣＰまたはＵＤＰ）を使用することである。しかし、そのようなプロトコルをサポートする一般に公開されて利用可能なＦＩＰＡプラットフォームは存在しないので、このプロトコルと、ＦＩＰＡプラットフォーム内でＡＣＬメッセージの転送のために使用されるＪａｖａオブジェクトとの間でメッセージを翻訳するには、ゲートウェイが使用されている。ＡＰの外部にあるエージェントは、ＡＰによって管理されるこれらのエージェントと通信を行うことができる。

図１に示したエージェントは、以下説明するように互いに協調を行う。
プラントからのデータは、何らかの制御またはモニターシステム（ｅ自動化システムの一部ではない）によって収集される。するとこの装置を担当する装置エージェント（単数または複数）は、装置に固有の方法（その詳細はこのシステムの対象ではない）を使用してそのデータを取得し、それをチャンネル識別子（アイデンティファイア）およびデータの値を含む表現に変換する。装置に固有の方法の一例としては、装置の入力チャンネルに対する通常のポーリングを実施するために、デバイスドライバーおよびソフトウェアライブラリを使用することがある。チャンネル識別子およびデータの値は、ＦＩＰＡＳＬ（意味論的言語）の文または他の許容可能なＦＩＰＡコンテント言語内で、また定義されたオントロジー（存在論）を使用して他のエージェントに送られる。

プラントエージェントはプラントの特定のアイテムに割り当てられる。これらのエージェントは、ＦＩＰＡの問い合わせプロトコル（１回限りの問い合わせの場合）またはＦＩＰＡサブスクライブ（通知受け取り）プロトコル（１つまたは複数のチャンネルの値が変化するたびにプラントエージェントに通知される場合）のいずれかを使って、該当する装置エージェントからデータを収集する。各々の場合においてプラントエージェントは、プラントの特性（例えば電力システム内にある変圧器の低電圧電流）とデータ収集装置上の入力チャンネルの値との間の対応を指定するルールを含むマッピングデータベースを含む。プラントエージェントは、装置エージェントが担当するチャンネルを登録する場となるローカルのディレクトリを使って、該当する装置エージェントを見つけることができる。プラントエージェントから情報が得られると、それはマッピングルールを使用してプラントの状態を示す表現に変換される。

エージェントは、情報を得るためにＦＩＰＡの問い合わせプロトコルを使ってプラントエージェントに問い合わせをするか、またはＦＩＰＡのサブスクライブプロトコルを使ってプラントの状態変化の通知を受け取る関係を作ることができる。プラントの状態変化を要求するためには、ＦＩＰＡ要求プロトコルが使用される。
ユーザーインターフェースエージェントは、ＬａｂＶＩＥＷのような標準のソフトウェアプラットフォームを使って開発されたＨＭＩを、マルチエージェントシステムと統合する。ユーザーインターフェースエージェントプラットフォームは、下記の機能を遂行する。

１．ＦＩＰＡの問い合わせプロトコルを使って履歴データを問い合わせる。
２．新しいデータおよびイベントが発生したときに、それらでＨＭＩを定期的に更新する。これはＦＩＰＡのサブスクライブプロトコルを使い、ＨＭＩに表示される値が変化したときに通知を受けるように、プラントエージェントまたは他の情報提供エージェントに登録することにより行われる。

３．ユーザーが要求した制御行動を実行する。これはＦＩＰＡ要求プロトコルを使う。
ＨＭＩとの通信には、ＨＭＩプラットフォームに適合する任意のプロトコルまたは方法を使用できる。例えばＬａｂＶＩＥＷＨＭＩは、ＮａｔｉｏｎａｌＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓのＤａｔａＳｏｃｋｅｔ技術を使用できる。
図２は、図１に示されたソフトウェア構成要素のいくつかを有する自動化システムのハードウェアの可能な実施形態を模式的に示したものである。これは工場、発電所および病院のような複数の産業システムの情報管理、インテリジェントなモニターおよびリアルタイムの制御のためのＩＰネットワークに応答する３つのローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）を含み、単独の広域ネットワーク（ＷＡＮ）によって統合されたシステムを示している。

図３〜図１２は、本発明による自動化システム内に含まれる各エージェントによって様々なタスクがどのようにして実行できるかを示す。図３〜図１２に示されたタスクはｅ自動化システムの基本的タスクであり、その中でもデータ収集、データベースおよびドキュメント問い合わせならびにユーザー相互作用などのタスクを含むものである。各タスクは全自動化システム内のエージェント群の一部によって実行される。

データ収集（図３）は、センサーデータをチャンネルの値のＡＣＬおよびＳＬ表現に変換する装置エージェントによって実行される。
データベース問い合わせ（図４）は、クライアントエージェント（これは通常、ユーザーインターフェースエージェントであるが、しかし他のエージェントもデータベースにアクセスして設定情報を取り出す必要がある）およびデータベースエージェントによって実行される。

入力データの解釈（図５）は、チャンネル／値のペアをプラント状態の表現に変換するもので、前に述べたようにプラントエージェントによって実行される。
オンライン介入操作（図６）は、ユーザーインターフェースエージェントによってプラントエージェントとの協調を取りながら実行される。該当するプラントエージェントを決定してタスクを実行するためには、エージェントプラットフォームのディレクトリサービスが使用される。

自動制御（図７）は、プラントエージェントが責任を負う。
ユーザー相互作用（図８）は、ユーザーインターフェースエージェントによって実行される様々なタスクを対象とする。
ドキュメント検索（図９）はドキュメントエージェントの機能である。クライアントエージェント（通常はユーザーエージェント）が、１組のキーワードを含む問い合わせをドキュメントエージェントに送る。ドキュメントエージェントは何らかの利用可能な情報検索アルゴリズムを使用して、その問い合わせに該当するドキュメントのリストを返す。クライアントエージェントはドキュメントエージェントからのドキュメントの全テキストを検索することができる。

データ保存（図１０）は、データ保存エージェント（図１には図示せず）によって行われる。
ＤＡＱ出力（図１１）は、制御装置の出力チャンネルを介してアナログまたはディジタルの値を転送することを含む。これは他のエージェントからの要求を受け取ったときに装置エージェントが行うものである。

ドキュメント保存（図１２）は、ドキュメントエージェントまたはそれとは別のドキュメント保存エージェントが行うことができ、ドキュメントをエージェントに転送することを含み、そのエージェントはそれらを後でアクセスできるようにドキュメント保管場所に保存する。ドキュメントエージェントは、そのドキュメント保管場所にある全てのドキュメントに対するドキュメント集計情報を作成する責任を負う。

ｅ自動化システムの実施の一例としては、電力システムの変電所の情報管理および遠隔操作のためのものがある。変電所は変圧器、開閉装置（断路器、回路遮断器）、制御装置およびモニター装置など様々な装置（アイテム）を含む。変電所内に設置するためのｅ自動化システムは、各制御またはモニター装置のための装置エージェント（インテリジェント電子装置またはＩＥＤと呼ばれる）を有する。これらのエージェントは、もしもＩＥＤがそのようなエージェントのホストとして機能できる場合はＩＥＤ自体に、または変電所内に設置されている１台もしくは複数台のサーバーにインストールすることができる。するとプラントエージェントを使用して、変圧器および開閉装置が表わされる。

変電所は、設定および形態情報を保存する静的なデータベースと、モニター情報を保存するデータベース、ならびにシステムのオントロジー（またはデータモデル）を保存するデータベースを含むいくつかのデータベースを保有する。これらのデータベースの各々が、１つのデータベースエージェントによって表される。
データを変電所のデータベースに保存するには、データ保存エージェントを使用できる。このエージェントを実施することは、そのデータベース内に保存しなければならないあらゆるデータにＦＩＰＡＳＬ表現を使用することを指定することになる。データ保存エージェントは、実行されると、プラットフォームのディレクトリ機能を使ってこのデータを提供するエージェントを見つけ、指定された問い合わせを実行し、データを検索した後に、そのデータはエージェントの実施時に提供されたマッピングルールを使用してデータベースに保存される。

ユーザーインターフェースエージェントによって管理されるＨＭＩプラットフォームが含まれる。ユーザーは履歴データの問い合わせ、オンラインモニター、ドキュメント検索および介入の各タスクを実行できる。これらのタスクはすでに述べたように実施できる。
ここで図１３、図１４および図１５を参照するが、これらの図は本発明のシステムの詳細を更に示し、別の具体的な実施形態を例示によって説明するものである。

図１３に示すソフトウェアのアーキテクチャはＬＡＮ部およびＷＡＮ部という２つの主要な要素に分かれており、これらはエージェント間の通信により、また１つのプラットフォームから別のプラットフォームへのモバイルエージェントの移動により、互いに結合されている。ＬＡＮ部はデータベースエージェント、装置エージェント、制御エージェントおよびブローカを含む多くのサーバーエージェントを有する。またデータベースエージェントやドキュメントエージェントのようないくつかのサーバーエージェントは、ＷＡＮ部内にも存在し得る。ＷＡＮ部内のほとんどのエージェントはユーザーエージェントであり、これらはシステムに対するユーザーインターフェースとして働く。また多くのモバイルエージェントがあり、その各々がユーザーエージェントの代わりに情報検索またはデータ分析のような別々のタスクを実行する。

各エージェントが互いを捜し当てて自分が提供するサービスを行えるようにするために、このアーキテクチャには多くの「システムエージェント」が含まれる。知的・物理エージェント財団（ＦＩＰＡ）が指定したエージェント管理システム（ＡＭＳ）およびディレクトリファシリテータ（ＤＦ）は、それぞれエージェントの実行の管理およびエージェントが提供するサービスの検索可能なリストの保守に責任を負う。

ブローカは、クライアントがサービスを、それがどのエージェントによって提供されているかを知らずに利用できるようにする。クライアントは要求をブローカに送ることができ、ブローカはその要求を実行するために適切なサービスプロバイダエージェントを選択する。
図１４は、システム内の情報がプラント、データベースおよびドキュメントからマルチエージェントシステムを介してユーザーに転送される様子を示す。情報はＩＥＤまたは制御システムによってプラントから収集される。これらのシステムに付属する装置エージェントおよび制御エージェントは、その情報を他のシステムに提供する責任を負う。データベースエージェントとドキュメントエージェントとが追加情報を提供すると、データベースエージェントは装置エージェントによってデータベース内に収集された情報を保存する責任も負う。これら全てのエージェントによって提供される情報は、情報をユーザーに提供することに責任を有するユーザーインターフェースエージェントの代理として行動するモバイルエージェントによって収集される。

装置エージェント：これらのエージェントは、保護リレーやデータ収集システムのような特定のモニターまたは制御装置に対して責任を負う。これらは他のエージェントに２つの主要なサービスを提供する。それは制御エージェントが装置の入力および出力チャンネルに対して読み出しおよび書き込みをするための、装置から独立した手段であり、また装置の設定を管理し、またユーザーが必要な場合に（ユーザーエージェントを介して）この設定を変更できるようにする責任も負う。

制御エージェント：制御エージェント（またはプラントエージェント）は変電所の特定のアイテムのモニターおよび制御に責任を負う。例えば電力システムにおいては、制御エージェントは変圧器または回路遮断器に対して責任を負う場合がある。制御エージェントは装置エージェントを介してプラントの状態を知り、それに働きかける。
システムの実施を制御のために使用せず、モニターの目的だけに使用する場合、制御エージェントは依然として使用できるが、ただしプラントのアイテムに関する情報を収集してこの情報を他のエージェントに提供するタスクを満たすだけである。ある種の用途では、制御エージェントはリアルタイムの制約を受けることがあり、これがそれらの実施に影響を与えることになる。

データベースエージェント：これらのエージェントはデータベースに対するアクセスを管理する責任を負う。他のエージェントがＡＣＬを使ってデータベースに問い合わせを行えるようにするために、データベースエージェントはＡＣＬ言語から、データベースにアクセスするために使用される言語であるＳＱＬへの翻訳と、当該エージェントが使用するデータモデルからデータベーススキームへの翻訳との両方が可能でなければならない。

ドキュメントエージェント：これらのエージェントはサーバー上に保存された１組のドキュメントを管理し、他のエージェントがＦＩＰＡエージェント通信言語（ＡＣＬ）要求を使ってそれらのドキュメントを検索できるようにする。これらはまた、各エージェントにこれらのドキュメントの内容に関する情報を提供し、各エージェントが特定の問い合わせに該当するドキュメントを選択できるようにする。

ユーザーエージェント：ユーザーエージェントは、システムにその実施の詳細がユーザーから隠されるようにするユーザーインターフェースを提供する。ユーザーエージェントを表示するには多くの異なる方法がある。例えばユーザーエージェントはＨＭＩパッケージ内に組み込み、またはウェブページ上に表示することができる。またインターフェースエージェントについては多くの異なる実施法があり、それにより様々なレベルのインテリジェント機能が得られる。ユーザーエージェントがユーザーに個人別のサービスを提供できるようになるためには、ユーザーエージェントはユーザーの関心事および典型的な情報要求に関する情報を含むプロフィールを保持しなければならない。これにより、ユーザーに最も適した情報を選択することができる。

モバイル情報エージェント：モバイルエージェントは、遅いネットワーク接続上で転送しなければならないデータの量を低減することによりアプリケーションの性能を改善するか、またはサービスを特定のアプリケーションもしくはユーザーにカスタマイズできるようにしてサービスの柔軟性を高める上で適切である。
モバイルデータ解析エージェントは多くの要素で構成することができ、例えばエージェント本体は先ず、サービスエージェントを移動および見つける能力のような、全ての解析エージェントに共通のコードを含むことができる。２番目に、多くの解析機能が、データ解析に使用されるサブルーチンを提供する。３番目に、解析すべきデータおよび他のいくつかの設定パラメータの出元である特定のエージェントによって必要とされる解析機能を、設定ファイルが指定する。このファイルはまた、ＨＴＭＬで書かれて解析機能によって生成される結果を含むための特別なタグを使用するレポートテンプレートを含むこともできる。これによりエージェントは、レポートをウェブページの形式で生成することができる。

ドキュメント検索エージェントは、検索しなければならないドキュメントを記述する１組の問い合わせ項目を入力として取り込む。その後複数のサイトの間を移動しながら該当するドキュメントを収集し、その後それらをユーザーに渡す。
モバイル遠隔制御エージェント：モバイル遠隔制御エージェントを使用して、プラントの１つまたは複数のアイテムに対する一連の制御行動を開始することができる。エージェントはオペレータの位置からプラントの位置に送られ、次に制御エージェントとの相互作用により特定の行動を実行する。このことは、短い待ち時間と大きな帯域幅とを有するネットワーク上でプラントとの相互作用を行えることを意味する。

各エージェントはピアトゥピア（対等の関係）方式で互いに通信を行う。すなわちどのエージェントも任意の他のエージェントと通信を行える。各エージェントはまたディレクトリおよび仲介サービスを使用して、関心のあるサービスを提供する他のエージェントを見つけることができる。エージェントの通信にはＦＩＰＡＡＣＬを使用する。これは高水準言語であり、広範囲の相互作用の実行を可能にする。

状況によっては、リアルタイムの制約に対応するには高水準ＡＣＬでは余りに非効率と判断される場合もある。この場合、１組のエージェントが他のメカニズムを利用して互いに通信することができる。次に「ゲートウェイ」エージェントを使用して、これらのエージェントが使用する通信フォーマットおよび言語とシステムの残りの部分が使用するものとの間の翻訳を行う。

実際には、ここで説明したアーキテクチャを、例えば変電所の情報管理に応用することができる。電力システムは大量の情報を発生する。例えばＮａｔｉｏｎａｌＧｒｉｄＣｏｍｐａｎｙはイングランドおよびウェールズで約１５０基の変電所を有するネットワークを運用している。これらの変電所の各々が約５０個のＩＥＤを含み、それらがプラントの制御およびモニターを行い、そのプラントには変圧器や開閉装置などが含まれる。これらのＩＥＤならびに他の制御およびモニター装置は非常に大量のデータを発生する。

現行のマルチエージェントアーキテクチャをこのように使用する様子を図１５に図示する。図から分かるように、これまでに説明した一般的な装置エージェントに基づいて、各ＩＥＤには１つのＩＥＤエージェントが割り当てられている。次に制御エージェントを使用してＩＥＤからのデータを管理し、それを表示および保存のために他のエージェントに送る。変電所はイベント、警告および状態モニターデータをログに記録するために使用されるリアルタイムのデータベースと、変電所の形態（トポロジー）情報を保持する静的なデータベースとの両方を有する。これらのデータベースの両方ともがデータベースエージェントによって管理される。ユーザーインターフェースエージェントによって管理されるＨＭＩプラットフォームは、変電所内および広域ネットワーク上の両方に備えられている。ウェブに基づくインターフェースも備えられている。

したがってここで述べた提案は、様々なアプリケーションをモジュール方式で生成するための基礎を提供し、ならびにこれらのアプリケーションの間でのデータの流れをいかに定義するか、およびそれらを統合する方法を提供する。
本発明は、多くの異なるアプリケーションを生成するために構築できるプラットフォームおよびアーキテクチャを提供することを可能にする。これはエージェント技術を応用して、自動化システム内でのデータの流れを管理し、異なるタスクを統合するためのメカニズムを提供し、またシステムの柔軟性を高めることによって達成される。本システムによって達成できる上記の各タスクは、総称的（ジェネリック）であるので、広範囲の環境の中で適用可能である。

本発明の１つの可能な実施形態によるアーキテクチャを模式的に示す。本発明の１つの可能な実施形態によるアーキテクチャを模式的に示す。本発明の１つの可能な実施形態によるアーキテクチャを模式的に示す。本発明を実施する自動化システムのアーキテクチャを示す。図１のシステムの詳細を図示する機能図である。図１のシステムの詳細を図示する機能図である。図１のシステムの詳細を図示する機能図である。図１のシステムの詳細を図示する機能図である。図１のシステムの詳細を図示する機能図である。図１のシステムの詳細を図示する機能図である。図１のシステムの詳細を図示する機能図である。図１のシステムの詳細を図示する機能図である。図１のシステムの詳細を図示する機能図である。図１のシステムの詳細を図示する機能図である。本発明によるシステムアーキテクチャの別の実施形態を図示する。本発明によるシステムアーキテクチャの別の実施形態を図示する。図１３および図１４のアーキテクチャの具体的な応用を図示する。

Claims

自動化システムを構成する際に使用するための一般的なシステムアーキテクチャであって、それによって構成された分散工業システムのための自動化システムにおける情報管理、状態のモニターおよびリアルタイム制御の統合のために使用される特定の機能を実現するために選択的に適合可能な複数のソフトウェアエージェントを備えたアーキテクチャ。
タイプの異なる複数のソフトウェアエージェントを備えた、請求項１記載のアーキテクチャシステム。
オントロジーデータベースの更新および管理をするのに用いられるオントロジーエージェントを含む、請求項１記載のアーキテクチャシステム。
前記システム内の前記エージェントの少なくとも一部がエージェントプラットフォームおよびローカルのディレクトリによって制御および管理される、請求項２または３記載のアーキテクチャシステム。
前記異なるタイプのエージェントが、情報検索エージェントおよびデータベースエージェントのいずれかと、装置エージェントおよびプラントエージェント／制御エージェントのいずれかとを含む、請求項２、３または４記載のアーキテクチャシステム。
１つ以上のモバイルエージェントを含む、請求項１、２、３、４または５記載のアーキテクチャシステム。
１つまたは複数の前記モバイルエージェントの各々が、ユーザーエージェントと１つ以上の情報提供エージェントとの間に追加の通信メカニズムを提供する、請求項６記載のアーキテクチャシステム。
標準的なオープンアーキテクチャならびに定義されたプロトコルおよびインターフェースを持ち、様々なソフトウェアおよびハードウェアの統合を可能にする、請求項１ないし７のいずれかに記載のアーキテクチャシステム。
ダイナミックに構成し直すことのできるシステム構成要素を有する、請求項１ないし８のいずれかに記載のアーキテクチャシステム。
包括的なＨＭＩとウェブブラウザとを持ち、オペレータがリアルタイムに介入操作することが可能である、請求項１ないし９のいずれかに記載のアーキテクチャシステム。
モバイルサーバーの接続が可能である、請求項１ないし１０のいずれかに記載のアーキテクチャシステム。
情報管理、状態のモニターおよびリアルタイム制御にユーザーアプリケーションを柔軟に組み込むようになされた、請求項１ないし１１のいずれかに記載のアーキテクチャシステム。
様々なエージェントモデルを使用してインテリジェントな挙動を追加できるようになされた、請求項１ないし１１のいずれかに記載のアーキテクチャシステム。
ＬＡＮおよびＷＡＮ上に分散配置された様々な装置のための情報管理、状態のモニターおよびリアルタイム制御機能の統合を提供するようになされた、請求項１ないし１３のいずれかに記載のアーキテクチャシステム。
大規模な分散配置工業システムの前記情報管理、状態のモニターおよびリアルタイムの制御のために必要な様々なタイプのタスクを様々な時間スケールで処理できるようになされた、請求項１ないし１４のいずれかに記載のアーキテクチャシステム。
市販のリアルタイムアプリケーションプラットフォームをＨＭＩとして利用することを可能にするようになされた、請求項１ないし１５のいずれかに記載のアーキテクチャシステム。
請求項１ないし１６のいずれかに記載の一般的なアーキテクチャシステムを使用して構成された自動化システム。
分散配置された工業的システムのための自動化システムであって、情報管理、状態のモニターおよびリアルタイムの制御のために使用される特定の複数の機能を互いに協調した仕方で実施するようになされた複数のソフトウェアエージェントを備えた自動化システム。