JP2008035002A

JP2008035002A - 通信制御装置および通信制御方法

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Publication number: JP2008035002A
Application number: JP2006204036A
Authority: JP
Inventors: Toshio Hatano; 俊雄波多野
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2006-07-27
Filing date: 2006-07-27
Publication date: 2008-02-14
Anticipated expiration: 2026-07-27
Also published as: JP4919015B2

Abstract

【課題】データの送信量を抑制して制御系通信回線上の通信状態を正常に保つことができる通信制御装置および通信制御方法を提供する。
【解決手段】送信許容量設定手段３１は、制御系通信回線４を介する送信データの単位時間当たりの送信許容量を設定する。送信手段３２は、送信データを順次、制御系通信回線４に送信する。積算手段３３は、送信データの送信量を上記単位時間にわたり積算する。抑制手段３４は、積算手段３３により積算される送信量が上記送信許容量を越えないように、送信手段３２による送信を抑制する。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラント制御システムの制御系通信回線を用いた通信を制御する通信制御装置および通信制御方法に関する。

図７は、従来のプラント制御システムの構成を示すブロック図である。図７に示すように、プラント制御システムは、プラントに分散配置され、フィールド機器を制御するフィールドコントローラ１，１，・・・と、フィールドコントローラ１，１，・・・を介してフィールド機器を監視、制御するための監視用端末装置１０２と、を備える。フィールドコントローラ１，１，・・・および監視用端末装置２は、Vnet（商標名）と呼ばれる制御系通信回線４を介して、互いに接続されている。

監視用端末装置１０２には、フィールド機器を監視、制御するためのアプリケーションソフトウェア２１が実装されている。アプリケーションソフトウェア２１と制御系通信回線４との間では、TCPIPドライバ２２またはVnetプロトコルドライバ２３と、Vnetカードドライバ１０３と、Vnetカード２４と、を介してデータが送受信される。Vnetカードドライバ１０３は情報系の通信であるTCPIP通信と、制御系の通信であるVnet通信をサポートする。情報系の通信はVnetカードドライバ１０３によってフレーム変換され、制御系の通信データとして制御系通信回線４上を流れる。

通信負荷が増大して通信エラーが頻発する前にオペレータに事前通知をする過負荷状態検出装置を示したものとして、例えば特許文献１に記載されたものがある。

特開平１０−１９８６２８号公報

制御系の通信においては、制御系通信回線４上フレームの流通量がエンジニアリングによって制限されている。しかし、情報系の通信にはとくに制約が設けられていない。このため、情報系の通信によって大量の通信要求が発生すると、制御系通信回線４での通信能力の限界に達して各フィールドコントローラ１において受信バッファがビジーになり、監視用端末装置１０２とフィールドコントローラ１との間、およびフィールドコントローラ１，１，・・・間での制御系の通信エラーが発生するなどの問題点がある。

通信量が処理可能なレベルにあるかどうかは受信側の処理能力に依存するため、送信側では送信によって受信側の受信バッファビジーを発生させることになるか否かは予測できない。このため、受信側が受信バッファビジーとなった場合に、データの送信量を抑制して通信エラーの発生を防止する必要がある。

本発明の目的は、データの送信量を抑制して制御系通信回線上の通信状態を正常に保つことができる通信制御装置および通信制御方法を提供することにある。

本発明の通信制御装置は、プラント制御システムの制御系通信回線を用いた通信を制御する通信制御装置において、前記制御系通信回線を介する送信データの単位時間当たりの送信許容量を設定する送信許容量設定手段と、前記送信データを順次、前記制御系通信回線に送信する送信手段と、前記送信データの送信量を前記単位時間にわたり積算する積算手段と、前記積算手段により積算される送信量が前記送信許容量を越えないように、前記送信手段による送信を抑制する抑制手段と、を備えることを特徴とする。
この通信制御装置によれば、単位時間当たりの送信量が送信許容量を越えないように、送信を抑制するので、制御系通信回線上の通信量を適切に制御できる。

前記送信許容量設定手段は、受信側の受信不能を認識すると、前記送信許容量の設定値を減少させてもよい。

前記送信許容量設定手段は、受信側の受信不能が認識されない間、前記送信許容量の設定値を順次、増加させてもよい。

前記送信手段は、情報系の送信データを送信してもよい。

本発明の通信制御方法は、プラント制御システムの制御系通信回線を用いた通信を制御する通信制御方法において、前記制御系通信回線を介する送信データの単位時間当たりの送信許容量を設定するステップと、前記送信データを順次、前記制御系通信回線に送信するステップと、前記送信データの送信量を前記単位時間にわたり積算するステップと、前記積算するステップにより積算される送信量が前記送信許容量を越えないように、前記送信するステップによる送信を抑制するステップと、を備えることを特徴とする。
この通信制御方法によれば、単位時間当たりの送信量が送信許容量を越えないように、送信を抑制するので、制御系通信回線上の通信量を適切に制御できる。

前記送信許容量を設定するステップでは、受信側の受信不能を認識すると、前記送信許容量の設定値を減少させてもよい。

前記送信許容量を設定するステップでは、受信側の受信不能が認識されない間、前記送信許容量の設定値を順次、増加させてもよい。

本発明の通信制御装置によれば、単位時間当たりの送信量が送信許容量を越えないように、送信を抑制するので、制御系通信回線上の通信量を適切に制御できる。

本発明の通信制御方法によれば、単位時間当たりの送信量が送信許容量を越えないように、送信を抑制するので、制御系通信回線上の通信量を適切に制御できる。

以下、図１〜図６を参照して、本発明による通信制御装置の一実施形態について説明する。

図１は、本実施形態の通信制御装置を適用したプラント制御システムの構成を示すブロック図である。

図１に示すように、プラント制御システムは、プラントに分散配置され、フィールド機器を制御するフィールドコントローラ１，１，・・・と、フィールドコントローラ１，１，・・・を介してフィールド機器を監視、制御するための監視用端末装置２と、を備える。フィールドコントローラ１，１，・・・および監視用端末装置２は、Vnet（商標名）と呼ばれる制御系通信回線４を介して、互いに接続されている。監視用端末装置２とフィールドコントローラ１との間、およびフィールドコントローラ１，１，・・・間では、制御系通信回線４を用いて、制御系通信が行われる。

監視用端末装置２には、フィールド機器を監視、制御するためのアプリケーションソフトウェア２１が実装されている。アプリケーションソフトウェア２１と制御系通信回線４との間では、TCPIPドライバ２２またはVnetプロトコルドライバ２３と、Vnetカードドライバ３と、Vnetカード２４と、を介してデータが送受信される。

図２は、制御系通信回線４を転送されるデータフレームの構成を示す図であり、図２（ａ）はVnetフレームの構成を、図２（ｂ）はTCPIPフレームを、それぞれ示している。

アプリケーションソフトウェア２１からの制御系データを構成するVnetフレームは、Vnetプロトコルドライバ２３、Vnetカードドライバ３およびVnetカード２４を介して、図２（ａ）に示すVnetフレームとして転送される。

また、情報系の通信はVnetカードドライバ３によってフレーム変換され、アプリケーションソフトウェア２１からの情報系データを構成するTCPIPフレームは、TCPIPドライバ２２、Vnetカードドライバ３およびVnetカード２４を介して、図２（ｂ）に示すTCPIPフレームとして転送される。

図１に示すように、Vnetネットカードドライバ３には、制御系通信回線４を介する送信データの単位時間当たりの送信許容量を設定する送信許容量設定手段３１と、送信データを順次、Vnetカード２４を介して制御系通信回線４に送信する送信手段３２と、送信データの送信量を上記単位時間にわたり積算する積算手段３３と、積算手段３３により積算される送信量が上記送信許容量を越えないように、送信手段３２による送信を抑制する抑制手段３４と、を構成する機能が実装されている。

次に、本実施形態の通信制御装置としてのVnetカードドライバ３の動作について説明する。ここでは、情報系データの送信量を制御する例を示している。

図３のステップＳ１〜ステップＳ５は、送信許容量設定手段３１による情報系データ送信許容量の設定手順を示すフローチャートである。送信許容量は一定時間に送信が許容される情報系データ、すなわちTCPIPフレーム（図２（ｂ））として転送されるデータのデータ量であり、その一定時間はタイマがリセットされてからタイムアップするまでの時間として規定される。

図３のステップＳ１では、TCPIPフレームについてフィールドコントローラ１等の受信側からの受信バッファビジーの応答を受信したか否か判断する。この応答は、監視用端末装置２からの問合せに応じて返信されたものであり、送信先となるいずれかの相手方からの受信バッファビジーの応答を受信すれば、ステップＳ１の判断は肯定される。受信バッファビジーは、受信側のバッファによって新たなデータの受信ができない状態を示す。

ステップＳ１の判断が肯定されればステップＳ２へ進み、否定されればステップＳ３へ進む。

ステップＳ２では、情報系データ送信許容量を０に設定し、ステップＳ１へ戻る。

一方、ステップＳ３では、タイマがタイムアップしたか否か判断し、判断が肯定されればステップＳ４へ進み、判断が否定されればステップＳ１へ戻る。

ステップＳ４では、情報系データ送信許容量の設定値を、送信能力の１０％分だけ増加する。ただし、情報系データ送信許容量の設定値が送信能力の１００％に到達している場合には、設定値を維持する。次に、ステップＳ５では、実送信量を０にリセットし、ステップＳ１へ戻る。ここで、実送信量は、上記一定時間の経過中に実際に送信された情報系データのデータ量であり、ステップＳ５では、タイマのタイムアップに応じて、実送信量をリセットしている。

図３のステップＳ７〜ステップＳ９は、タイマの動作手順を示すフローチャートである。

図３のステップＳ７では、計時を実行する。次に、ステップＳ８では、計時と既定時間とを比較し、タイムアップしたか否か判断する。既定時間が、例えば１秒間とされていれば、タイマで規定される上記一定時間は１秒間となる。

ステップＳ８の判断が肯定されればステップＳ９へ進み、判断が否定されればステップＳ７へ戻り、計時を継続する。

ステップＳ９では、タイムアップを通知して、タイマをリセットし、ステップＳ１へ戻る。上記ステップＳ３では、ステップＳ９によるタイムアップの通知を受けて、タイムアップを認識する。

次に、図４は、送信量を抑制する手順を示すフローチャートである。

図４のステップＳ１１では、抑制手段３４は、相手方からのTCPIPフレームの送信要求を待ってステップＳ１２へ進む。ステップＳ１２では、抑制手段３４は、積算手段３３により積算された実送信量が、送信許容量設定手段３１により設定されている情報系データ送信許容量以下であるか否か判断する。ステップＳ１２の判断が肯定されればステップＳ１３へ進み、否定されればステップＳ１５へ進む。

ステップＳ１３では、積算手段３３は、送信要求を受けているTCPIPフレームのデータ量を実送信量に加算する。次に、ステップＳ１４では、送信手段３２は、送信要求を受けているTCPIPフレームを、制御系通信回線４を介して対象相手に送信し、ステップＳ１１へ戻る。

一方、ステップＳ１５では、送信要求を受けているTCPIPフレームを破棄し、ステップＳ１１へ戻る。この場合、一旦、破棄されたTCPIPフレームは、TCPIPドライバ２２によってプロトコルで規定された時間をおいてVnetネットカードドライバ３に向けて再送され、受信側の受信能力に余裕があるときに送信処理されることになる。

以上のように、本実施形態の通信制御装置によれば、何らかの原因で受信側から受信バッファビジーの応答を受けた場合には、情報系データ送信許容量を０に設定している（ステップＳ１、ステップＳ２）。このため、受信側に受信バッファビジーが一時的に発生したとしても、フレームの送信が抑制されるので（ステップＳ１２、ステップＳ１３）、制御系通信回線４を介する制御系の通信について通信エラーの発生を防止することができる。

また、受信側から受信バッファビジーの応答を受け、一旦、０に設定された情報系データ送信許容量を、受信バッファビジーの応答を受けない間、段階的に増加させているため（ステップＳ４）、情報系データの送信を完全に停止させることなく、通信状況に応じた送信量で送信を継続することが可能となる。なお、情報系データの送信能力が適切に設定されている場合には、送信能力１００％の状態で受信側の受信バッファビジーが発生することはなく、通信状態が正常な場合には情報系データ送信許容量は、送信能力（送信能力１００％の値）と同一値に維持される。

上記実施形態の通信制御装置では、情報系データの送信量を制御する例を示しているが、受信側の処理能力などの状況によっては、制御系データの通信によっても受信バッファビジーが発生する可能性がある。図５および図６は、情報系データおよび制御系データについて、送信量を制御する動作例を示すフローチャートである。

この動作手順では、上記実施形態と同様、送信許容量は一定時間に送信が許容されるデータ量であり、その一定時間はタイマがリセットされてからタイムアップするまでの時間として規定される。しかし、送信許容量として、情報系データの送信許容量を規定する情報系データ送信許容量と、制御系データの送信許容量を規定する制御系データ送信許容量とが定義される。また、制御系データ送信許容量は個々の受信側に対して、それぞれ定義される。

また、積算手段３３により積算される実送信量として、情報系データの実送信量と、制御系データの実送信量と、が管理される。また、制御系データの実送信量は個々の受信側に対して、それぞれ設けられる。このように、送信許容量および実送信量は、データの種別ないし送信先に基づいて、互いに対応付けられている。

図５のステップＳ１〜ステップＳ５は、送信許容量設定手段３１による送信許容量の設定手順を示すフローチャートである。

図５のステップＳ３１では、受信側からの受信バッファビジーの応答を受信したか否か判断する。この応答は、監視用端末装置２からの問合せに応じて返信されたものであり、送信先となるいずれかの相手方からの受信バッファビジーの応答を受信すれば、ステップＳ３１の判断は肯定される。受信バッファビジーは、受信側のバッファによって新たなデータの受信ができない状態を示す。

ステップＳ３１の判断が肯定されればステップＳ３２Ａへ進み、否定されればステップＳ３３へ進む。

ステップＳ３２Ａでは、情報系データ送信許容量を０に設定する。次に、ステップＳ３２Ｂでは、受信バッファビジーの応答の発信元を特定するとともに、その発信元についての制御系データ送信許容量を０に設定し、ステップＳ３１へ戻る。

一方、ステップＳ３３では、タイマがタイムアップしたか否か判断し、判断が肯定されればステップＳ３４へ進み、判断が否定されればステップＳ３１へ戻る。

ステップＳ３４では、情報系データ送信許容量および制御系データ送信許容量の設定値を、それぞれのデータについての送信能力の１０％分だけ増加する。ただし、設定値が送信能力の１００％に到達している値については、設定値を維持する。次に、ステップＳ３５では、実送信量を０にリセットし、ステップＳ３１へ戻る。ここで、実送信量は、上記一定時間の経過中に実際に送信されたデータ量であり、ステップＳ３５では、タイマのタイムアップに応じて、実送信量をリセットしている。

次に、図６は、送信量を抑制する手順を示すフローチャートである。

図６のステップＳ４０では、抑制手段３４は、相手方からのTCPIPフレーム（情報系データのフレーム）またはVnetフレーム（制御系データのフレーム）の送信要求を待ってステップＳ４１へ進む。

ステップＳ４１では、今回の送信要求がTCPIPフレームの送信要求であるか否か判断し、判断が肯定されればステップＳ４２へ進み、否定されれば、すなわち今回の送信要求がVnetフレームの送信要求であれば、ステップＳ５１へ進む。

ステップＳ４２では、抑制手段３４は、積算手段３３により積算された情報系データの実送信量が、送信許容量設定手段３１により設定されている情報系データ送信許容量以下であるか否か判断する。

ステップＳ４２の判断が肯定されればステップＳ４３へ進み、否定されればステップＳ４５へ進む。

ステップＳ４３では、積算手段３３は、送信要求を受けているTCPIPフレームのデータ量を情報系データの実送信量に加算する。次に、ステップＳ４４では、送信手段３２は、送信要求を受けているTCPIPフレームを、制御系通信回線４を介して対象相手に送信し、ステップＳ４０へ戻る。

一方、ステップＳ４５では、送信要求を受けているTCPIPフレームを破棄し、ステップＳ４０へ戻る。この場合、一旦、破棄されたTCPIPフレームは、TCPIPドライバ２２によってプロトコルで規定された時間をおいてVnetネットカードドライバ３に向けて再送され、受信側の受信能力に余裕があるときに送信処理されることになる。

一方、ステップＳ５１では、今回の送信要求の発信元を特定する。

次に、ステップＳ５２では、抑制手段３４は、積算手段３３により積算された上記発信元についての制御系データの実送信量が、送信許容量設定手段３１により設定されている上記発信元についての制御系データ送信許容量以下であるか否か判断する。ステップＳ５２の判断が肯定されればステップＳ５３へ進み、否定されればステップＳ５５へ進む。

ステップＳ５３では、積算手段５３は、送信要求を受けているVnetフレームのデータ量を上記発信元についての制御系データの実送信量に加算する。次に、ステップＳ５４では、送信手段３２は、送信要求を受けているVnetフレームを、制御系通信回線４を介して対象相手に送信し、ステップＳ４０へ戻る。

一方、ステップＳ５５では、送信要求を受けているVnetフレームを破棄し、ステップＳ４０へ戻る。この場合、一旦、破棄されたVnetフレームは、Vnetプロトコルドライバ２３によってプロトコルで規定された時間をおいてVnetネットカードドライバ３に向けて再送され、受信側の処理能力への負荷が軽いときに送信処理されることになる。

以上のように、図５および図６に示す動作手順によれば、情報系データのみならず、制御系データの送信に起因する通信エラーについても同様に防止できる。

なお、上記核実施形態において、受信バッファビジーを受けて送信許容量を０に設定する代わりに、適当な条件で送信許容量の設定値を減少させてもよい。

以上説明したように、本発明の通信制御装置によれば、受信バッファビジーを受けて送信許容量を減少させるとともに、単位時間当たりの送信量が送信許容量を越えないように、送信を抑制するので、制御系通信回線上の通信量を適切に制御できる。

本発明の適用範囲は上記実施形態に限定されることはない。本発明は、プラント制御システムの制御系通信回線を用いた通信を制御する通信制御装置および通信制御方法に対し、広く適用することができる。

本実施形態の通信制御装置を適用したプラント制御システムの構成を示すブロック図。制御系通信回線を転送されるデータフレームの構成を示す図であり、（ａ）はVnetフレームの構成を、（ｂ）はTCPIPフレームを、それぞれ示す図。通信制御装置の動作手順を示すフローチャート。通信制御装置の動作手順を示すフローチャート。通信制御装置の動作手順を示すフローチャート。通信制御装置の動作手順を示すフローチャート。従来のプラント制御システムの構成を示すブロック図。

符号の説明

３ Vnetネットカードドライバ
３１送信許容量設定手段
３２送信手段
３３積算手段
３４抑制手段

Claims

プラント制御システムの制御系通信回線を用いた通信を制御する通信制御装置において、
前記制御系通信回線を介する送信データの単位時間当たりの送信許容量を設定する送信許容量設定手段と、
前記送信データを順次、前記制御系通信回線に送信する送信手段と、
前記送信データの送信量を前記単位時間にわたり積算する積算手段と、
前記積算手段により積算される送信量が前記送信許容量を越えないように、前記送信手段による送信を抑制する抑制手段と、
を備えることを特徴とする通信制御装置。
前記送信許容量設定手段は、受信側の受信不能を認識すると、前記送信許容量の設定値を減少させることを特徴とする請求項１に記載の通信制御装置。
前記送信許容量設定手段は、受信側の受信不能が認識されない間、前記送信許容量の設定値を順次、増加させることを特徴とする請求項２に記載の通信制御装置。
前記送信手段は、情報系の送信データを送信することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の通信制御装置。
プラント制御システムの制御系通信回線を用いた通信を制御する通信制御方法において、
前記制御系通信回線を介する送信データの単位時間当たりの送信許容量を設定するステップと、
前記送信データを順次、前記制御系通信回線に送信するステップと、
前記送信データの送信量を前記単位時間にわたり積算するステップと、
前記積算するステップにより積算される送信量が前記送信許容量を越えないように、前記送信するステップによる送信を抑制するステップと、
を備えることを特徴とする通信制御方法。
前記送信許容量を設定するステップでは、受信側の受信不能を認識すると、前記送信許容量の設定値を減少させることを特徴とする請求項５に記載の通信制御方法。
前記送信許容量を設定するステップでは、受信側の受信不能が認識されない間、前記送信許容量の設定値を順次、増加させることを特徴とする請求項６に記載の通信制御方法。