JP2010035104A - プラント監視・制御システムおよび通信経路の迂回方法 - Google Patents

Abstract

【課題】厳格な意味での多重度が喪失された多重通信路を有するシステムで、その通信路に生じた障害の迂回が可能な迂回経路を形成する。
【解決手段】プラント監視・制御システム１０は、その内部に２重化された通信路１３，１４を有し、外部に通信路１１を有する。このとき、両方の通信路に接続されている装置２４，２５，２８，２９をルーティング装置とする。ルーティング装置（例えば、装置２４）は、自装置から他の装置との交信可否を示す通信路交信確認テーブルに基づき生成されたルーティングテーブルを有する。ルーティング装置は、宛先が自装置でない通信フレームを受信したときには、ルーティングテーブルを参照して、自装置と宛先装置が交信不可であり、自装置が迂回実施装置に指定されていたときには、前記受信した通信フレームを外部の通信路１１を介して、宛先装置と交信可能な他のルーティング装置（例えば、装置２８）へ送信する。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラントの運転を監視または制御する複数の装置からなるプラント監視・制御システム、および、その複数の装置を相互に接続する通信ネットワークにおける通信経路の迂回方法に関する。

発電所、工場、上下水処理場などのプラントの運転を監視し、制御するプラント監視・制御システムは、長期間にわたっての連続運転など、高い信頼性と高い稼働率が求められる。そのため、プラント監視・制御システムを構成する監視装置や制御装置は、しばしば、多重化され、また、それらの監視装置や制御装置をつなぐ通信路も多重化される（例えば、特許文献１参照）。

そのような多重化されたシステムにおいて、使用中の通信路に障害が生じた場合、障害のない通信路を使用するように切替える技術は、以前から実用化されている（例えば、特許文献２参照）。また、近年では、通信ネットワークにおけるルーティング技術が進歩したため、障害箇所を迂回する迂回通信経路を、より容易に構成することができるようになった（例えば、特許文献３参照）。
特開平９−４４２２０３号公報 特開平２−７７４４号公報 特開２００７−１１６７５１号公報

ところで、プラント監視・制御システムの現状を見た場合、その監視・制御に用いられる情報の通信路は多重化されているだけでなく、その多重化された通信路にデータ処理用のコンピュータや監視データ表示用のコンピュータが接続されている場合が多い。さらに、そのようなコンピュータの多くは、プラント監視・制御システムの外側にある設計・事務用ネットワークなどに接続され、設計用のパソコンや事務処理用のサーバなどとの間で情報の送受信を行うことができる。

そこで、プラント監視・制御システムに固有の多重化された通信路に対し、このような設計・事務用ネットワークを予備冗長の通信路として用いる通信ネットワークを考える。その通信ネットワークは、プラント監視・制御システムの固有の通信路に比べ、通信路の多重度が増加したものであるので、通信の信頼性は向上することになる。しなしながら、この場合には、監視装置や制御装置のすべてが設計・事務用ネットワークに接続されているわけではないので、厳格な意味で通信路の多重度が増加したわけではない。ここで、厳格な意味での多重の通信路とは、多重の通信路であって、当該システムに含まれる装置がその多重の通信路のいずれにも均しく接続されているような通信路をいう。

ちなみに、特許文献１〜３が対象とする多重システムにおいては、いずれも厳格な意味での多重の通信路が前提にされている。従って、プラント監視・制御システム固有の多重の通信路に設計・事務用など外部の通信ネットワークを加えた場合に構成される、一部または過半の装置について通信路の多重度が均一でなくなるような多重通信ネットワークに対しては、特許文献１〜３などに開示された通信路の切替えや障害箇所の迂回ルーティング技術を、そのまま適用することはできない。

以上の従来技術の問題点に鑑み、本発明の目的は、所定の多重度を有するプラント監視・制御システムの固有の通信路に、厳格な意味での多重度を喪失させるような予備冗長の通信路が追加された場合であっても、システム固有の通信路に生じた障害をその予備冗長の通信路を介して迂回させる迂回経路を形成することが可能なプラント監視・制御システムおよび通信経路の迂回方法を提供することにある。

前記目的を達成するために本発明においては、プラント監視・制御システムは、プラントの運転を監視または制御する複数の装置と、その複数の装置を相互に接続するシステム固有の第１の通信ネットワークと、を含んで構成されるものとし、さらに、その複数の装置のうち少なくとも２つの装置が前記第１の通信ネットワークに対し予備冗長となる第２の通信ネットワークに接続された通信ネットワークの構成を想定する。

このような構成において、第１および第２の通信ネットワークの両方に接続される装置をルーティング装置として機能させる。すなわち、ルーティング装置は、所定の時間周期で第１の通信ネットワークに接続された他の装置との間で生存通知フレームの送受信を行うことによって、交信の可否を示す通信路交信確認テーブルを生成しておき、自装置を宛先としない通信フレームを受信した場合には、その通信路交信確認テーブルを参照して、第１の通信ネットワークを介して自装置から宛先の装置までの交信が可能か否かを判定し、交信が不可と判定した場合には、前記受信した通信フレームを第２の通信ネットワークを介して、その第２の通信ネットワークに接続された自装置と異なる他のルーティング装置に送信する。

以上のようなルーティング装置の動作により、第１の通信ネットワークを介しての装置間の通信が不可能な場合であっても、その一部の通信経路を第２の通信ネットワークに迂回させることにより、その通信が可能となる。

本発明によれば、所定の多重度を有するプラント監視・制御システムの固有の通信路に、厳格な意味での多重度を喪失させるような予備冗長の通信路が追加された場合であっても、システム固有の通信路に生じた障害をその予備冗長の通信路を介して迂回させる迂回経路を形成することが可能なプラント監視・制御システムおよび通信経路の迂回方法を提供することが可能になる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るプラント監視・制御システムの構成の例を示した図である。図１に示すように、プラント監視・制御システム１０は、プラント監視・制御装置２１，２２，２３、運転監視ＨＭＩ（Human Machine Interface）装置２４，２５、システム管理サーバ装置２８，２９、ストレージ装置２７などを含んで構成される。そして、これらの装置は、２重化された通信路１３，１４によって相互に通信可能に接続されている。また、プラント監視・制御装置２１，２２、運転監視ＨＭＩ装置２４，２５、システム管理サーバ装置２８，２９は、それぞれ、２重構成となっている。また、プラント監視・制御装置２１，２２は、２重運転用のための通信路１５により相互に接続されている。

ここで、プラント監視・制御装置２１，２２，２３は、制御用のコンピュータに加え、様々なセンサやアクチュエータを含んで構成され、その制御用のコンピュータは、センサを介してプラントの運転状況を検知するするとともに、アクチュエータを介して、プラントの運転を制御する。また、運転監視ＨＭＩ装置２４，２５は、コンピュータ、キーボード、制御卓、表示装置などを含んで構成され、プラントの運転状況をオペレータが容易に認識可能な形で表示装置などに表示するとともに、プラントに対するオペレータの様々な運転指示情報を受け付ける。また、システム管理サーバ装置２８，２９は、汎用のコンピュータによって構成され、プラント運転のスケジュール制御や、プラント監視・制御装置２１，２２，２３から取得される様々なデータについての演算処理などを行う。さらに、システム管理サーバ装置２８，２９は、専用の通信路１２を介して共有のストレージ装置２７に接続されている。

これに対し、プラント監視・制御システム１０の外になるが、例えば、そのプラントと同じ構内には、設計や事務用の通信ネットワークである通信路１１が設けられている。そして、通信路１１には、設計・事務用パソコン２６や設計・事務用サーバ装置３１などが接続されている。また、その通信路１１には、プラント監視・制御システム１０内の運転監視ＨＭＩ装置２４，２５およびシステム管理サーバ装置２８，２９が接続されている。従って、設計や事務の管理者は、例えば、設計・事務用パソコン２６などを介して、プラントの運転状況のデータやシステム管理サーバ装置２８，２９などによって得られたデータを閲覧したりすることが可能になる。

このような構成において、通信路１１は、設計や事務用の通信ネットワークであるので、プラント監視・制御システム１０内の通信路１３，１４などに比べ、オープンな通信ネットワークである。従って、通信路１１は、情報セキュリティなどの面において問題が生じ易いが、例えば、適切なファイアウォールなどの設定などにより、通信路１１における情報セキュリティの問題が片付けられた場合には、通信路１１をプラント監視・制御システム１０内の通信路１３，１４に対する予備冗長の通信路として利用することができる。

なお、以上の説明において、プラント監視・制御装置２１，２２，２３の数や多重度、運転監視ＨＭＩ装置２４，２５の数や多重度、システム管理サーバ装置２８，２９の数や多重度などは、図１に図示された数に限定されるものではない。また、通信路１３，１４の多重度も２重に限定されることはなく、さらには、１重であるとしてもよい。また、設計・事務用パソコン２６や設計・事務用サーバ装置３１は、本発明には、実質的には関与しないものであるので、その数はとくに限定されるものではない。

以下、本実施形態では、通信路１３，１４の一部に障害が生じ、通信路１３，１４に接続された装置間で通信が不能になった場合、その通信経路を通信路１１へ迂回させて通信を行う方法について詳しく説明する。

図２は、プラント監視・制御システム１０に含まれる各装置に対する通信路優先度テーブルの構成の例を示した図である。図２に示すように、通信路優先度テーブルは、プラント監視・制御システム１０に含まれる各装置が他装置と通信をする際、複数の通信路が存在する場合には、いずれの通信経路を優先して使用すべきかを定めたテーブルである。例えば、図２の例の通信路優先度テーブルによれば、プラント監視・制御装置２１は、プラント監視・制御装置２２と通信する場合には、通信路１５を最優先に使用し、障害などにより通信路１５が使用できない場合には、次優先の通信路１３を使用する。この事情は、他の装置についても、同様である。

なお、以下の説明においては、プラント監視・制御システム１０に含まれる各装置２１〜２５，２７〜２９について、その装置の種類を特定する必要がない場合には、その名称の記載を省略し、単に、装置２１、装置２２などのように記載する。また、これらの装置は、実質的には、コンピュータまたはコンピュータに準ずるデータ処理回路を含んで構成され、その機能は、そのコンピュータまたはデータ処理回路が動作することによって実現される。

図３は、プラント監視・制御システム１０に含まれる各通信路に対するルーティング装置定義テーブルの例を示した図である。ここで、ルーティング装置とは、プラント監視・制御システム１０に含まれる各装置間で通信ができない場合に、その通信経路の一部をプラント監視・制御システム１０の外の通信路１１に迂回させる機能を有する装置である。従って、ルーティング装置としては、プラント監視・制御システム１０の内部の通信路１２，１３，１４，１５のいずれかの通信路に接続され、かつ、外部の通信路１１にも接続された装置の中から選ばれる。その場合、その条件に該当するすべての装置をルーティング装置としてもよく、該当する装置から一部の装置（ただし、少なくとも２つの装置）を選択してルーティング装置としてもよい。

本実施形態の構成（図１参照）では、装置２４，２５，２８，２９がプラント監視・制御システム１０の内部の通信路１３，１４に接続されるとともに、外部の通信路１１に接続されているので、ルーティング装置とすることができる。従って、ルーティング装置定義テーブルは、図３に示す通りとなる。

続いて、図４〜図６を参照して、通信路交信確認テーブルについて説明する。ここで、図４は、通信路に障害がない場合の装置２４，２８の通信路交信確認テーブルの例を示した図、図５は、プラント監視・制御システム１０の内部の通信路に生じた障害の位置の例を示した図、図６は、図５に示した通信路の箇所に障害が生じた場合の装置２４，２８の通信路交信確認テーブルの例を示した図である。

プラント監視・制御システム１０に含まれる各装置２１〜２５，２７〜２９のそれぞれは、所定の時間周期で、通信路１２，１３，１４，１５，１１ごとに、その通信路１２，１３，１４，１５，１１により接続された装置２１〜２５，２７〜２９との間で、所定の生存通知フレームを送受信する。そして、その生存通知フレームの送受信の成否に基づき、相互交信の可否を確認し、通信路交信確認テーブルを生成する。

図４に示すように、いずれの通信路にも障害がない場合には、例えば、装置２４，２８の通信路交信確認テーブルには、それぞれの通信路１２，１３，１４，１１ごとに、その通信路１２，１３，１４，１１を介して接続された交信相手の装置２１〜２５，２７〜２９との間での生存通知フレームの送受信が成功したことを示す○印が付されている。

なお、ここでは、各通信路１２，１３，１４，１５，１１は、それぞれ１セグメントの通信路であるとし、あるセグメントの通信路に送出された生存通知フレームは、他のセグメントの通信路へ継送されないものとする。また、装置２４，２８は、プラント監視・制御システム１０に含まれない装置２６（設計・事務用パソコン）や装置３１（設計・事務用サーバ装置）との間では、生存通知フレームの送受信を行わない。また、システム保守などのために通信路１２，１３，１４，１５に臨時に接続される装置との間でも、生存通知フレームの送受信を行わない。

次に、図５に示すように、装置２２と装置２３との間の通信路１３，１４に障害４１が発生したことを想定する。この場合には、装置２４は、通信路１３，１４を介しての装置２３，２８，２９との間の交信が不能となる。また、装置２８は、通信路１３，１４を介しての装置２１，２２，２４，２５との間の交信が不能となる。従って、装置２４および装置２８の通信路交信確認テーブルは、図６に示す通りとなる。図６において、×印は、生存通知フレームの送受信が失敗し、交信不能であることを示す。

なお、生存通知フレームの送受信を行い、通信路交信確認テーブルを生成する処理については、通信路監視処理として図１３を用いて別途詳しく説明する。

続いて、図７〜図９を参照して、通信路迂回情報テーブルについて説明する。ここで、図７は、装置２４，２８の通信路迂回情報テーブルの例を示した図、図８は、装置２１，２３の通信路交信確認テーブルの例を示した図、図９は、装置２１，２３の通信路迂回情報テーブルの例を示した図である。

通信路迂回情報テーブルは、通信路交信確認テーブルにおいて×印が付された交信相手の装置に通信フレームを送信する場合に、その通信フレームをプラント監視・制御システム１０の外の通信路（図５の例では、通信路１１）に迂回させるときに利用するルーティング装置を識別する情報を記憶したテーブルである。

ちなみに、図６に示した装置２４，２８の通信路交信確認テーブルに対応する通信路迂回情報テーブルは、図７に示す通りとなる。また、図８に示した通信路交信確認テーブルに対応する通信路迂回情報テーブルは、図９に示す通りとなる。

以上のように各装置２１〜２５，２７〜２９の通信路迂回情報テーブルは、その装置２１〜２５，２７〜２９の通信路交信確認テーブルにおける×印を、その装置２１〜２５，２７〜２９がそれぞれの通信路１２，１３，１４，１５を介して交信可能なルーティング装置（装置２４，２５，２８，２９）の装置番号で置き換えたものとなっている。

このような通信路迂回情報テーブルは、次の２つのことを表している。まず、第１に、各通信路１２，１３，１４，１５の交信相手の欄が○印でなく、装置番号が記憶されていた場合には、その通信路を介して、その交信相手と交信することはできないことを表し、また、第２に、その交信相手先へ通信フレームを送信するときには、その通信フレームをその欄に記憶された装置番号を有する装置（ルーティング装置）を経由して送信する必要があることを表している。

すなわち、図９に示した装置２１（２３）の通信路迂回情報テーブルは、装置２１（２３）からは通信路１３，１４を介して装置２３、２８，２９（２１，２２，２４，２５）との間で交信ができないこと、また、装置２３、２８，２９（２１，２２，２４，２５）へ通信フレームを送信する場合には、その通信フレームをルーティング装置である装置２４（２８）を経由して送信する必要があることを表している。

なお、図７に示すように、送信元の装置（装置２４，２８）がルーティング装置であって、通信路１３，１４を介して宛先の装置との交信が不可能な場合には、経由するルーティング装置は、自装置（装置２４，２８）自身となる。

続いて、図１０および図１１を参照して、通常装置、迂回情報管理装置、ルーティング装置の構成について説明する。ここで、図１０は、通常装置における通信処理部および迂回情報管理装置における迂回情報集中処理部の構成の例を示した図、図１１は、ルーティング装置における通信処理部および迂回情報管理装置における迂回情報集中処理部の構成の例を示した図である。

なお、ここでいう迂回情報管理装置３０は、装置２１〜２５，２７〜２９から選ばれた１つの装置であって、各装置２１〜２５，２７〜２９（通常装置２０）から通信路交信確認テーブル２１１を収集して、通信路迂回情報テーブル２１２および後記するルーティングテーブルを生成し、生成した通信路迂回情報テーブル２１２を各装置２１〜２５，２７〜２９へ返送し、また、ルーティングテーブル２１５をルーティング装置４０へ送信する機能を有する装置である。迂回情報管理装置３０は、ルーティング装置４０であってもよい。また、通常装置２０は、装置２１〜２５，２７〜２９のうち、迂回情報管理装置３０でもルーティング装置４０でもない装置である。ただし、以下に示す通常装置２０の機能は、迂回情報管理装置３０にも、また、ルーティング装置４０にも含まれるものとする。

図１０に示すように、通常装置２０の通信処理部２００は、通信路監視処理部２０１、データ送受信処理部２０２、通信路迂回情報更新部２０３などの機能ブロックを含んで構成される。また、迂回情報管理装置３０の迂回情報集中処理部３００ａは、通信路迂回情報生成部３０１などの機能ブロックを含んで構成される。なお、このような機能ブロックの機能は、通常装置２０および迂回情報管理装置３０のそれぞれに含まれるＣＰＵ（Central Processing Unit）が記憶装置に格納された所定のプログラムを実行することによって実現される。

ここで、通常装置２０は、通信路監視処理部２０１の処理フローに従って、他の通常装置２０との間で生存通知フレームの送受信を行うことにより、自装置の通信路交信確認テーブル２１１を生成する。なお、通信路監視処理部２０１の詳細な処理フローについては、別途、図１３を参照して説明する。

これに対し、迂回情報管理装置３０は、通信路迂回情報生成部３０１の処理フローに従って、プラント監視・制御システム１０に含まれる通常装置２０（ルーティング装置４０である場合を含む）から通信路交信確認テーブル２１１を収集し、その収集した通信路交信確認テーブル２１１に基づき、各通常装置２０に対する通信路迂回情報テーブル２１２を生成し、生成した通信路迂回情報テーブル２１２を各通常装置２０へ送信する。なお、通信路迂回情報生成部３０１の詳細な処理フローについては、別途、図１５を参照して説明する。

また、通常装置２０は、通信路迂回情報更新部２０３の処理フローに従って、迂回情報管理装置３０から送信される通信路迂回情報テーブル２１２を受信して、自装置の通信路迂回情報テーブル２１２を更新する。なお、通信路迂回情報更新部２０３の詳細な処理フローについては、別途、図１６を参照して説明する。

また、通常装置２０は、データ送受信処理部２０２の処理として、通信路迂回情報テーブル２１２および通信路優先度テーブル２１３を参照して、上位の通信アプリケーションプログラムによって指示される通信フレームの送受信を実行する。なお、データ送受信処理部２０２の詳細な処理フローについては、別途、図１４を参照して説明する。

次に、図１１に示すように、ルーティング装置４０の通信処理部４００は、通信路監視処理部２０１、データ送受信処理部２０２、通信路迂回情報更新部２０３、フレーム迂回送信処理部２０４などの機能ブロックを含んで構成される。また、迂回情報管理装置３０の迂回情報集中処理部３００は、通信路迂回情報生成部３０１などの機能ブロックを含んで構成される。なお、このような機能ブロックの機能は、ルーティング装置４０および迂回情報管理装置３０のそれぞれに含まれるＣＰＵ（Central Processing Unit）が記憶装置に格納された所定のプログラムを実行することによって実現される。

この迂回情報集中処理部３００の構成は、図１０の迂回情報集中処理部３００ａにおける通信路迂回情報生成部３０１の機能に、ルーティングテーブル２１５を生成し、生成したルーティングテーブル２１５をルーティング装置４０へ送信する機能が追加されたものに相当する。また、通信処理部４００の構成は、図１０の通信処理部２００の構成に、フレーム迂回送信処理部２０４が追加されたものに相当する。

ここで、ルーティング装置４０は、フレーム迂回送信処理部２０４の処理フローに従って、迂回情報管理装置３０から送信されるルーティングテーブル２１５を受信して記憶しておくとともに、その受信したルーティングテーブル２１５を、適宜、参照して、自装置に送信された宛先が自装置でない通信フレームを、プラント監視・制御システム１０の外の通信路（図１の例では、通信路１１）へ迂回させる。なお、フレーム迂回送信処理部２０４の詳細な処理フローについては、別途、図１７を参照して説明する。

次に、図１２を参照してルーティングテーブルの構成について説明する。図１２は、装置２４のルーティングテーブルの構成の例を示した図である。ルーティングテーブルは、図１２に示すように、当該装置（例えば、装置２４）からプラント監視・制御システム１０の外の通信路（図１の例では、通信路１１）を介して、その外の通信路に接続された他のルーティング装置（装置２５，２８，２９）を中継装置として、他の装置２１〜２５，２８，２９との間で交信可能であるか否かを示したテーブルである。図１２において、○は、交信可、×は、交信不可を表す。

ルーティングテーブル２１５は、迂回情報管理装置３０の通信路迂回情報生成部３０１によって生成されるが、図１２に示したルーティングテーブル２１５の構成から分かるように、各ルーティング装置４０から収集される通信路交信確認テーブル２１１と、ルーティング装置定義テーブル２１４と、から容易に生成される。

以下、図１３〜図１７を参照して、通常装置２０、迂回情報管理装置３０、ルーティング装置４０における処理の詳細について説明する。

図１３は、通常装置２０（ルーティング装置４０である場合を含み、以下、単に、装置２０という）における通信路監視処理の処理フローの例を示した図である。図１３に示すように、通信路監視処理（通信路監視処理部２０１の処理）は、送信装置としての処理と受信装置としての処理とによって構成される。

通信路監視処理の送信装置としての処理は、所定の時間（例えば、１０秒）周期で起動される。装置２０は、自装置の生存通知フレームを生成し（ステップＳ１１）、監視対象のすべての自接続通信路に対し、その生成した生存通知フレームをブロードキャスト送信する（ステップＳ１２）。

通信路監視処理の受信装置としての処理は、２つの処理により構成され、その１つは、他の装置２０からブロードキャスト送信された生存通知フレームを受信することによって起動される。すなわち、装置２０は、生存通知フレームを受信すると（ステップＳ２１）、受信した生存通知フレームから送信元アドレスを取得し（ステップＳ２２）、その送信元アドレスに対応する送信元監視カウンタをリセットし（ステップＳ２３）、通信路交信確認テーブル２１１に送信元装置の生存を反映する（ステップＳ２４）。

また、通信路監視処理の受信装置としての処理の他の処理は、所定の時間（例えば、１０秒）周期で起動される。装置２０は、その都度、送信元監視カウンタをカウントアップし（ステップＳ２５）、さらに、その送信元監視カウンタが所定の上限を超えたか否かを判定する（ステップＳ２６）。そして、その判定の結果、送信元監視カウンタが所定の上限を超えていない場合には（ステップＳ２６でＮｏ）、そのまま何もせずに処理を終了するが、送信元監視カウンタが所定の上限を超えていた場合には（ステップＳ２６でＹｅｓ）、生存通知フレームを所定の時間受信しなかったことを意味するので、通信路交信確認テーブル２１１に送信元装置の非生存を反映する（ステップＳ２７）。

図１４は、装置２０におけるデータ送受信処理の処理フローの例を示した図である。図１４に示すように、データ送受信処理（データ送受信処理部２０２の処理）は、送信装置としての処理と受信装置としての処理とによって構成され、そのデータ送受信処理には、ハンドシェイク方式が採られている。なお、ハンドシェイク方式とは、送信装置が、送信データに対する受信装置からの受信確認通知を受け取り、受信の成功を確認する方式である。

図１４において、データ送受信処理の送信装置としての処理は、例えば、プラントの制御を行うなどの目的で所定の時間周期（その目的に応じて１秒、１０秒、１分など、あらかじめ定められた周期）で起動される。装置２０は、まず、送信すべきデータを編集し、通信フレームを生成し（ステップＳ３１）、その通信フレームに通番を設定する（ステップＳ３２）。

ここで、通信フレームは、送信すべきデータに送信元アドレス、宛先アドレス、通番、データ数、誤り検査・訂正符号などが追加されて構成される。通番は、その通信フレームを識別する情報として利用される。

次に、装置２０は、通信路迂回情報テーブル２１２および通信路優先度テーブル２１３を参照して、宛先の装置が接続された通信路のうち最優先の通信路を選択し（ステップＳ３３）、選択した通信路に通信フレームを送出する（ステップＳ３４）。なお、このとき、選択した通信路に対する通信路迂回情報テーブル２１２を参照し、その通信路を介して宛先の装置との直接の交信が不可であった場合には、装置２０は、迂回情報としてその通信路迂回情報テーブル２１２に記憶されているルーティング装置４０の装置番号を、その通信フレームに経路情報として付加するものとする。

次に、装置２０は、受信装置からの受信確認通知を待ち、受信確認通知を受信した場合には（ステップＳ３５でＹｅｓ）、データ送信処理を終了する。また、所定の時間経過しても受信確認通知を受信しなかった場合には（ステップＳ３５でＮｏ）、通信路優先度テーブル２１３を参照して、次優先通信路があった場合には（ステップＳ３６でＹｅｓ）、通信路をその次優先通信路に切り替え（ステップＳ３７）、ステップＳ３４に戻り、その次優先通信路に通信フレームを送出する。また、次優先通信路がなかった場合には（ステップＳ３６でＮｏ）、データ送信処理を終了する。

図１４において、データ送受信処理の受信装置としての処理は、送信装置から送信されたデータの通信フレームを受信することによって起動される。すなわち、装置２０は、通信フレームを受信すると（ステップＳ４１）、受信した通信フレーム（以下、受信フレームという）の通番が正しいか否かをチェックし（ステップＳ４２）、その受信フレームの通番が正しい（つまり、最初に届いた受信フレームである）と判定された場合には（ステップＳ４２でＹｅｓ）、受信データを編集し（ステップＳ４３）、送信元の装置２０へ受信確認通知を送信する（ステップＳ４５）。

一方、前記の通番チェックで通番が正しくない（つまり、通信フレームが重複して受信された）と判定された場合には（ステップＳ４２でＮｏ）、装置２０は、その受信フレームを廃棄するとともに（ステップＳ４４）、受信確認通知を送信元へ送信する（ステップＳ４５）。なお、通信フレームを重複して受信した場合であっても、受信確認通知を送信元へ送信するのは、当該通信フレームの受信が成功した後に、通信路異常などが発生し、送信元で受信確認通知を受信できず、同じ通信フレームが再送された場合を考慮したものである。

図１５は、迂回情報管理装置３０における通信路迂回情報生成処理の処理フローの例を示した図である。図１５に示す通信路迂回情報生成処理（通信路迂回情報生成部３０１の処理）は、迂回情報管理装置３０が、各装置２０から収集した通信路交信確認テーブル２１１に基づき、各装置２０の通信路迂回情報テーブル２１２を生成する処理である。従って、この通信路迂回情報生成処理は、プラント監視・制御システム１０に含まれる装置２０の数、さらに、各装置２０それぞれについて、その装置２０が接続された通信路の数だけ繰り返して実行される。

迂回情報管理装置３０は、まず、処理の対象となる装置２０および通信路を指定し（ステップＳ５１）、その指定した装置２０および通信路（以下、当該装置２０および当該通信路という）に対する通信路交信確認テーブル２１１を参照し（ステップＳ５２）、その中に交信不可装置があるか否かを判定する（ステップＳ５３）。その判定の結果、交信不可装置がなかった場合は（ステップＳ５３でＮｏ）、通信路迂回情報テーブル２１２を生成する必要がないので、そのまま処理を終了する。

一方、指定した装置２０および通信路に対する通信路交信確認テーブル２１１の中に交信不可装置があった場合には（ステップＳ５３でＮｏ）、迂回情報管理装置３０は、さらに、当該装置２０がその交信不可装置と交信関係があるか否かを判定する（ステップＳ５４）。そして、その判定の結果、交信関係がなかった場合には（ステップＳ５４でＮｏ）、迂回情報を求める必要がないので、そのまま処理を終了する。また、交信関係があった場合には（ステップＳ５４でＹｅｓ）、ステップＳ５５以下の処理を実行する。なお、相互の装置２０間での交信関係の有無については、あらかじめテーブルとして用意しておくとよい。

次に、迂回情報管理装置３０は、当該通信路に当該装置２０と交信可能なルーティング装置４０があるか否かを判定し（ステップＳ５５）、交信可能なルーティング装置４０がなかった場合には（ステップＳ５５でＮｏ）、迂回情報を求めることができないので、そのまま処理を終了する。また、交信可能なルーティング装置４０があった場合には（ステップＳ５５でＹｅｓ）、当該交信可能なルーティング装置４０を装置Ａとする（ステップＳ５６）。

次に、迂回情報管理装置３０は、当該装置２０と交信不可装置の当該通信路の通信路交信確認テーブル２１１を参照し（ステップＳ５７）、当該通信路に当該交信不可装置と交信可能なルーティング装置４０があるか否かを判定し（ステップＳ５８）、交信可能なルーティング装置４０がなかった場合には（ステップＳ５８でＮｏ）、迂回情報を求めることができないので、そのまま処理を終了する。また、交信可能なルーティング装置４０があった場合には（ステップＳ５８でＹｅｓ）、当該交信可能なルーティング装置４０を装置Ｂとする（ステップＳ５９）。

次に、迂回情報管理装置３０は、装置Ａと装置Ｂとが交信可能な通信路があるか否かを判定し（ステップＳ６０）、交信可能な通信路がなかった場合には（ステップＳ６０でＮｏ）、迂回情報を求めることができないので、そのまま処理を終了する。また、交信可能な通信路があった場合には（ステップＳ６０でＹｅｓ）、当該装置２０および当該通信路についての通信路迂回情報テーブル２１２に、当該交信不可装置に対する迂回情報として装置Ａを登録して（ステップＳ６１）、処理を終了する。

迂回情報管理装置３０は、すべての装置２０のすべての通信路についての通信路迂回情報生成処理を終了すると、その処理により通信路迂回情報テーブル２１２を更新したことを各装置２０に通知する。

なお、迂回情報管理装置３０は、ルーティング装置４０のためのルーティングテーブル２１５をも生成するが（図１１参照）、その生成は容易であるので、その処理フローの図示は、省略する。

図１６は、装置２０における通信路迂回情報更新処理の処理フローの例を示した図である。通信路迂回情報更新処理（通信路迂回情報更新部２０３の処理）は、迂回情報管理装置３０からの通信路迂回情報テーブル２１２の更新通知を受信するによって起動される。すなわち、装置２０は、通信路迂回情報テーブル２１２の更新通知を受信すると（ステップＳ７１）、続いて、更新された通信路迂回情報テーブル２１２を受信し（ステップＳ７２）、受信した通信路迂回情報テーブル２１２に基づき、自装置の通信路迂回情報テーブル２１２を更新する（ステップＳ７３）。

図１７は、ルーティング装置４０におけるフレーム迂回送信処理の処理フローの例を示した図である。図１７に示すように、フレーム迂回送信処理（フレーム迂回送信処理部２０４の処理）は、２つのルーティング装置４０が連携することによって実現される。ただし、図１７では、通信フレームを迂回する第２のルーティング装置４０は、中継装置と記載されている。これは、図１２に示したルーティングテーブルで中継装置と記載したものと同じものを指す。

図１７において、ルーティング装置４０は、通信フレームを受信すると（ステップＳ８１）、その受信フレームの宛先が自装置であるか否かを判定し（ステップＳ８２）、受信フレームの宛先が自装置であった場合には（ステップＳ８２でＹｅｓ）、通常の受信処理を行う（ステップＳ８３）。ここで、通常の受信処理とは、図１４に示したデータ送受信処理の受信装置の処理である（ステップＳ４１〜ステップＳ４５）。

また、受信フレームの宛先が自装置でなかった場合には（ステップＳ８２でＮｏ）、ルーティング装置４０は、自装置の当該通信路（当該受信フレームの送受信に用いられた通信路）に対する通信路迂回情報テーブル２１２を参照し（ステップＳ８４）、宛先に対する迂回情報が自装置であるか否かを判定する（ステップＳ８５）。

その判定の結果、宛先に対する迂回情報が自装置でなかった場合には（ステップＳ８５でＮｏ）、ルーティング装置４０は、迂回処理をする必要がないので、そのまま処理を終了する。また、宛先に対する迂回情報が自装置であった場合には（ステップＳ８５でＹｅｓ）、ルーティング装置４０は、自装置のルーティングテーブル２１５を参照し（ステップＳ８６）、宛先装置と交信可能な他のルーティング装置４０（自装置と異なるもの）を中継装置として選択する（ステップＳ８７）。

このとき、当該ルーティング装置４０と、中継装置に指定された他のルーティング装置４０とは、プラント監視・制御システム１０の外の通信路１１（図１、図５参照）によって接続され、交信可能であるとする。そこで、当該ルーティング装置４０は、その外の通信路１１を介して、ステップＳ８１で受信した通信フレームを中継装置へ送信する（ステップＳ８８）。

中継装置は、外の通信路１１を介して送信された通信フレームを受信し（ステップＳ９１）、その受信した通信フレームを、自装置と宛先装置との間が交信可能な通信路へ送出する（ステップＳ９２）。

以上の処理により、ルーティング装置４０により受信され、そのルーティング装置４０を宛先としない通信フレームは、そのルーティング装置４０から外の通信路１１へ迂回され、他のルーティング装置４０である中継装置を経由し、その通信フレームの宛先の装置２０へ送信される。

なお、図１７に示したフレーム迂回送信処理では、ルーティング装置４０は、ステップＳ８４で自装置の通信路迂回情報テーブル２１２を参照しているが、通信路交信確認テーブル２１１またはルーティングテーブル２１５を参照するようにしてもよい。その場合には、ステップＳ８５の判定に代えて、その参照した通信路交信確認テーブル２１１またはルーティングテーブル２１５により、自装置と当該通信フレームの宛先装置との間の交信の可否を判定し、交信不可である場合、次のステップＳ８６の実行に移る。

この場合、当該通信フレームは、複数のルーティング装置４０により外の通信路１１へ迂回され、宛先装置まで送信される場合がある。従って、宛先装置は、同じ通信フレームを複数回受信する場合があるが、宛先装置は、受信時に通番を判定し、重複した通信フレームを廃棄する（図１４、ステップＳ４２，Ｓ４４参照）ので問題はない。

以上、本実施形態によれば、図１に示したような２重化された通信路１３，１４を有するプラント監視・制御システム１０に、予備冗長となる通信路１１を追加した場合について、システム固有の通信路１３，１４に障害が生じたとき、通信路１１を介して、その障害を迂回することが可能な迂回経路を形成することができたことになる。従って、プラント監視・制御システム１０における通信の信頼性は向上したことになる。

すなわち、本実施形態によれば、多重化された通信路を有するプラント監視・制御システムにおいて、その外部に設けられた既存の通信路を利用することにより、容易に通信の信頼性を向上させることが可能になる。

また、本実施形態では、各装置間で、常に、生存通知フレームの送受信を行って、各装置２０の通信路迂回情報テーブル２１２やルーティング装置４０のルーティングテーブルが生成されている。従って、システム固有の通信路１３，１４に障害が生じた場合の迂回経路は、常に、用意されたものとなっている。すなわち、従来技術（特許文献１〜３などを参照）のように、交信時に交信してみて、結果的に迂回による代替経路を介しての交信が可能であったというのではなく、あらかじめ代替経路があることが分かっている（逆に、代替経路がないことも分かる）。従って、本発明は、代替経路がなくなるのを許容できないような高信頼システムや、代替経路があるうちに障害部分を修理し、常に冗長系を維持したい高信頼システムにも適用することが可能となる。

次に、図１８および図１９を参照して、本実施形態の変形例について説明する。ここで、図１８は、本発明の実施形態の第１の変形例に係るプラント監視・制御システムの構成の例を示した図、図１９は、本発明の実施形態の第２の変形例に係るプラント監視・制御システムの構成の例を示した図である。

図１に示したプラント監視・制御システム１０では、通信路１１〜１５は、バス形式の１セグメントの通信路により構成されるとしたが、図１８に示すプラント監視・制御システム１０ａでは、その１セグメントの通信路１１〜１５は、スイッチまたはハブ１１ａ〜１５ａを含んで構成されるものとした。この場合、全体の通信路は、メッシュ構成の通信ネットワークに見えるが、本実施形態では、生存通知フレームの送受信は、１フレーム内の装置同士に限定されているので、これまで説明した実施形態を問題なくこの変形例に適用することができる。

また、図１９に示すように、プラント監視・制御システム１０ｂの外部の予備冗長の経路は、１フレームの通信路ではなく、大規模なＬＡＮ（Local Area Network）やインターネット５０などであってもよい。この場合、外部の通信路を監視するための生存通知フレームの送受信は、プラント監視・制御システム１０ｂに含まれる装置に限定されているので、とくに問題が生じることはない。ただし、その場合、生存通知フレームは、ブロードキャスト送信することはできず、マルチキャストなどで宛先を指定する必要がある。

なお、図１９では、プラント監視・制御システム１０ｂの内部の通信路は、ハブ１２ｂ〜１５ｂを含んで構成されるとしているが、図１に示したようなバス形式の通信路１１〜１５であってもよい。

さらに、以上に説明した実施形態およびその変形例に補足しておくと、各通信路の通信フレームや送受信のプロトコルはそれぞれ異なっていても構わない。その場合には、それぞれの通信路間の通信フレームやプロトコルの変換は、各装置が適宜行うものとする。

本発明の実施形態に係るプラント監視・制御システムの構成の例を示した図。 本発明の実施形態に係るプラント監視・制御システムに含まれる各装置に対する通信路優先度テーブルの構成の例を示した図。 本発明の実施形態に係るプラント監視・制御システムに含まれる各通信路に対するルーティング装置定義テーブルの例を示した図。 通信路に障害がない場合の装置２４，２８の通信路交信確認テーブルの例を示した図。 プラント監視・制御システムの内部の通信路に生じた障害の位置の例を示した図。 通信路に図５に示した通信路の箇所に障害が生じた場合の装置２４，２８の通信路交信確認テーブルの例を示した図。 装置２４，２８の通信路迂回情報テーブルの例を示した図。 装置２１，２３の通信路交信確認テーブルの例を示した図。 装置２１，２３の通信路迂回情報テーブルの例を示した図。 通常装置における通信処理部および迂回情報管理装置における迂回情報集中処理部の構成の例を示した図。 ルーティング装置における通信処理部および迂回情報管理装置における迂回情報集中処理部の構成の例を示した図。 装置２４のルーティングテーブルの構成の例を示した図。 通常装置における通信路監視処理の処理フローの例を示した図。 通常装置２０におけるデータ送受信処理の処理フローの例を示した図。 迂回情報管理装置における通信路迂回情報生成処理の処理フローの例を示した図。 通常装置における通信路迂回情報更新処理の処理フローの例を示した図。 ルーティング装置におけるフレーム迂回送信処理の処理フローの例を示した図。 本発明の実施形態の第１の変形例に係るプラント監視・制御システムの構成の例を示した図。 本発明の実施形態の第２の変形例に係るプラント監視・制御システムの構成の例を示した図。

符号の説明

１０ プラント監視・制御システム
１１，１２，１３，１４，１５ 通信路
２０ 通常装置
２１，２２，２３ プラント監視・制御装置
２４，２５ 運転監視ＨＭＩ装置
２６ 設計・事務用パソコン
２７ ストレージ装置
２８，２９ システム管理サーバ装置
３０ 迂回情報管理装置
３１ 設計・事務用サーバ装置
４０ ルーティング装置
５０ インターネット
２００ 通信処理部
２０１ 通信路監視処理部
２０２ データ送受信処理部
２０３ 通信路迂回情報更新部
２０４ フレーム迂回送信処理部
２１１ 通信路交信確認テーブル
２１２ 通信路迂回情報テーブル
２１３ 通信路優先度テーブル
２１４ ルーティング装置定義テーブル
２１５ ルーティングテーブル
３００ 迂回情報集中処理部
３０１ 通信路迂回情報生成部
４００ 通信処理部

Claims (12)

1. プラントの運転を監視または制御する複数の装置と、前記複数の装置を相互に接続する第１の通信ネットワークと、を含んで構成されたプラント監視・制御システムであって、
   前記複数の装置のうち少なくとも２つの装置は、
   前記第１の通信ネットワークと異なる第２の通信ネットワークに接続され、
   前記第１の通信ネットワークに接続された装置間で相互の交信が不能になった場合に、前記交信が不能になった装置間をつなぐ前記第１の通信ネットワークにおける通信経路の一部を前記第２の通信ネットワークに迂回させるルーティング装置として機能し、
   前記ルーティング装置として機能する前記装置は、
   所定の時間ごとに、前記第１の通信ネットワークを介して、自装置と前記第１の通信ネットワークに接続された他の装置との間で生存通知フレームの送受信を行い、その交信可否確認の結果に基づき通信路交信確認テーブルを作成し、
   前記第１の通信ネットワークを介して受信した通信フレームの宛先が自装置ではなく、前記第１の通信ネットワークに接続された他の装置であった場合には、前記自装置についての前記通信路交信確認テーブルを参照して、自装置と前記宛先の装置とが前記第１の通信ネットワークを介して交信可能であるか否かを判定し、
   前記判定の結果、交信不能であると判定された場合には、前記受信した通信フレームを、前記第２の通信ネットワークを介して、前記第２の通信ネットワークに接続された他のルーティング装置へ迂回送信し、
   前記迂回送信された通信フレームを受信した前記他のルーティング装置は、
   前記受信した通信フレームを、前記第１の通信ネットワークを介して前記宛先の装置へ送信すること
   を特徴とするプラント監視・制御システム。
2. 前記ルーティング装置は、
   自装置と異なる他のルーティング装置の宛先情報と、前記他のルーティング装置それぞれに対する前記通信路交信確認テーブルと、を含んで構成されたルーティングテーブルを有し、
   前記第１の通信ネットワークを介して受信した通信フレームを、前記第２の通信ネットワークを介して迂回送信するときには、
   前記他のルーティング装置に対する前記通信路交信確認テーブルを参照して、前記他のルーティング装置と前記通信フレームの前記第１の通信ネットワークにおける宛先の装置との間が交信可能であるルーティング装置を選択し、
   前記第２の通信ネットワークを介して前記通信フレームを前記選択したルーティング装置へ迂回送信すること
   を特徴とする請求項１に記載のプラント監視・制御システム。
3. 前記第１の通信ネットワークに接続された装置のうち、特定の１つの装置を迂回情報管理装置とし、
   前記迂回情報管理装置は、
   前記ルーティング装置のそれぞれから、そのそれぞれのルーティング装置によって作成された前記通信路交信確認テーブルを取得し、
   前記取得した通信路交信確認テーブルに基づき、前記ルーティング装置それぞれに対する前記ルーティングテーブルを生成し、
   前記生成したルーティングテーブルを前記ルーティング装置それぞれに送信すること
   を特徴とする請求項２に記載のプラント監視・制御システム。
4. 前記迂回情報管理装置は、
   前記第１の通信ネットワークに接続されたそれぞれの装置から、そのそれぞれの装置によって作成された前記通信路交信確認テーブルを取得し、
   前記取得した通信路交信確認テーブルに交信不可の交信先装置が存在した場合には、その交信先との交信を前記２の通信ネットワークを介して迂回するために経由する前記ルーティング装置の宛先情報を含んで構成された通信路迂回情報テーブルを生成し、
   前記生成した通信路迂回情報テーブルを前記それぞれの装置へ送信すること
   を特徴とする請求項３に記載のプラント監視・制御システム。
5. 前記第１の通信ネットワークは、単一セグメントの通信路により構成されること
   を特徴とする請求項１に記載のプラント監視・制御システム。
6. 前記第１の通信ネットワークは、単一セグメントの複数の通信路により構成され、
   前記第１の通信ネットワークに接続される少なくとも一部の装置は、前記複数の通信路のそれぞれに並列に接続されること
   を特徴とする請求項１に記載のプラント監視・制御システム。
7. プラントの運転を監視または制御する複数の装置と、前記複数の装置を相互に接続する第１の通信ネットワークと、を含んで構成されたプラント監視・制御システムにおける前記複数の装置のうち、少なくとも２つの装置が、さらに、前記第１の通信ネットワークと異なる第２の通信ネットワークに接続された構成において、前記第２の通信ネットワークに接続された前記少なくとも２つの装置をルーティング装置として機能させ、
   前記第１の通信ネットワークに接続された装置間で相互の交信が不能になった場合に、前記交信が不能になった装置間をつなぐ前記第１の通信ネットワークにおける通信経路の一部を、前記ルーティング装置を介して前記第２の通信ネットワークに迂回させる通信経路の迂回方法であって、
   前記ルーティング装置は、
   所定の時間ごとに、前記第１の通信ネットワークを介して、自装置と前記第１の通信ネットワークに接続された他の装置との間で生存通知フレームの送受信を行い、その交信可否確認の結果に基づき通信路交信確認テーブルを作成し、
   前記第１の通信ネットワークを介して受信した通信フレームの宛先が自装置でなく、前記第１の通信ネットワークに接続された他の装置であった場合には、前記自装置についての前記通信路交信確認テーブルを参照して、自装置と前記宛先の装置とが前記第１の通信ネットワークを介して交信可能であるか否かを判定し、
   前記判定の結果、交信不能であると判定された場合には、前記受信した通信フレームを、前記第２の通信ネットワークを介して、前記第２の通信ネットワークに接続された他のルーティング装置へ迂回送信し、
   前記迂回送信された通信フレームを受信した前記他のルーティング装置は、
   前記受信した通信フレームを、前記第１の通信ネットワークを介して前記宛先の装置へ送信すること
   を特徴とする通信経路の迂回方法。
8. 前記ルーティング装置は、
   自装置と異なる他のルーティング装置の宛先情報と、前記他のルーティング装置それぞれに対する前記通信路交信確認テーブルと、を含んで構成されたルーティングテーブルを有し、
   前記第１の通信ネットワークを介して受信した通信フレームを、前記第２の通信ネットワークを介して迂回送信するときには、
   前記他のルーティング装置に対する前記通信路交信確認テーブルを参照して、前記他のルーティング装置と前記通信フレームの前記第１の通信ネットワークにおける宛先の装置との間が交信可能であるルーティング装置を選択し、
   前記第２の通信ネットワークを介して前記通信フレームを前記選択したルーティング装置へ迂回送信すること
   を特徴とする請求項７に記載の通信経路の迂回方法。
9. 前記第１の通信ネットワークに接続された装置のうち、特定の１つの装置を迂回情報管理装置とし、
   前記迂回情報管理装置は、
   前記ルーティング装置のそれぞれから、そのそれぞれのルーティング装置によって作成された前記通信路交信確認テーブルを取得し、
   前記取得した通信路交信確認テーブルに基づき、前記ルーティング装置それぞれに対する前記ルーティングテーブルを生成し、
   前記生成したルーティングテーブルを前記ルーティング装置それぞれに送信すること
   を特徴とする請求項８に記載の通信経路の迂回方法。
10. 前記迂回情報管理装置は、
    前記第１の通信ネットワークに接続されたそれぞれの装置から、そのそれぞれの装置によって作成された前記通信路交信確認テーブルを取得し、
    前記取得した通信路交信確認テーブルに交信不可の交信先装置が存在した場合には、その交信先との交信を前記２の通信ネットワークを介して迂回するために経由する前記ルーティング装置の宛先情報を含んで構成された通信路迂回情報テーブルを生成し、
    前記生成した通信路迂回情報テーブルを前記それぞれの装置へ送信すること
    を特徴とする請求項９に記載の通信経路の迂回方法。
11. 前記第１の通信ネットワークは、単一セグメントの通信路により構成されること
    を特徴とする請求項７に記載の通信経路の迂回方法。
12. 前記第１の通信ネットワークは、単一セグメントの複数の通信路により構成され、
    前記第１の通信ネットワークに接続される少なくとも一部の装置は、前記複数の通信路のそれぞれに並列に接続されること
    を特徴とする請求項７に記載の通信経路の迂回方法。
    

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