JP2011193307A - フィールド通信システムおよびフィールド通信方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】無線フィールド機器の通信に関するエンジニアリング負担を軽減できるフィールド通信システム等を提供する。
【解決手段】接続許可手段３２は、フィールド機器と当該フィールド機器に付された機器タグ名とを対応付ける機器リスト３２ａを確認したうえで、当該フィールド機器との間の接続を許可する。アドレス発行手段３３は、接続許可手段３２で接続が許可された場合に、当該フィールド機器の通信アドレスを自動発行する。アドレス管理手段３４は、アドレス発行手段３３により発行された当該通信アドレスを、上記機器リストを用いて当該フィールド機器の機器タグ名に対応付ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、フィールド機器との間で、無線通信を介してプロセスデータを送受信するフィールド通信システムおよびフィールド通信方法に関する。
分散型フィールド制御システムからISA100.11aフィールド無線規格に準拠した無線フィールド機器にアクセスする場合、ISA100.11aフィールド無線規格準拠のゲートウェイを経由して無線フィールド機器の内部パラメータにアクセスする。無線フィールド機器へアクセスするためのインタフェースは、ISA100.11aフィールド無線規格で規定されたＧＳＰＡ（Gateway Service Access Point）であり、無線フィールド機器を特定するパラメータとしてＩＰｖ６アドレスの使用が指定されている。また、ISA100.11aフィールド無線規格では、フィールド機器にＩＰｖ６アドレスを設定するのはISA100.11aフィールド無線規格のネットワークに１つだけ存在するシステムマネージャである。システムマネージャは、フィールド機器ごとに異なるＩＰｖ６アドレスを自動生成し、フィールド機器に設定する。ＩＰｖ６アドレスを自動生成するアルゴリズムはシステムマネージャを提供するベンダーに依存する。
一方、フィールド制御システムでは、フィールド機器を識別するパラメータとして機器タグ名を使用するのが一般的である。機器タグ名は文字列で表現され、システムの使用者が自由に機器タグ名を決定し、機器に割り当てるものである。
特開２００２−００７１６６号公報 特開２００４−１２８７８５号公報
フィールド制御システムがISA100.11aフィールド無線規格で定義されるＧＳＡＰを使ってフィールド機器にアクセスする場合、機器タグ名をＩＰｖ６アドレスに変換するための変換テーブルが必要となる。
しかし、大規模システムではフィールド機器が未接続の環境でシステムのエンジニアリング（オフラインエンジニアリング）が行われる。この場合、エンジニアが変換テーブルを作成するためには、そのフィールド制御システムで使用されるシステムマネージャがＩＰｖ６アドレスを自動生成する際のアルゴリズムを、エンジニアが知っている必要がある。しかし、このアルゴリズムはベンダーに依存しており、事実上、知ることができない。したがって、オフラインエンジニアリング環境で変換テーブルを作成することは不可能である。
また、フィールド機器の交換が行われた場合、交換前のＩＰｖ６アドレスと同じ値をシステムマネージャが生成するか否かは、システムマネージャのアルゴリズムに依存する。交換前のＩＰｖ６アドレスと異なるＩＰｖ６アドレスが生成される場合には、先の変換テーブルを変更する必要がある。つまり、フィールド機器の交換に際して、フィールド制御システム側での再エンジニアリングが発生する。
本発明の目的は、無線フィールド機器の通信に関するエンジニアリング負担を軽減できるフィールド通信システム等を提供することにある。
本発明のフィールド通信システムは、フィールド機器との間で、無線通信を介してフィールド制御に必要なデータを送受信するフィールド通信システムにおいて、前記フィールド機器と当該フィールド機器に付された機器タグ名とを対応付ける機器リストを確認したうえで、当該フィールド機器との間の接続を許可する接続許可手段と、前記接続許可手段で接続が許可された場合に、当該フィールド機器の通信アドレスを自動発行するアドレス発行手段と、前記アドレス発行手段により発行された当該通信アドレスを、前記機器リストを用いて当該フィールド機器の機器タグ名に対応付けるアドレス管理手段と、前記アドレス管理手段により対応付けられた当該通信アドレスを用いて、当該機器タグ名により指定された当該フィールド機器との間で、無線通信を介して前記データを送受信する通信手段と、を備えることを特徴とするフィールド通信システム。
このフィールド通信システムによれば、発行された当該通信アドレスを、機器リストを用いて当該フィールド機器の機器タグ名に対応付けるので、当該通信アドレスと当該フィールド機器の機器タグ名とを対応付けるためのエンジニアリングを不要とすることができる。
前記アドレス管理手段は、前記通信手段からの当該フィールド機器に対するアクセス要求を受けて、前記アドレス発行手段により発行された当該通信アドレスを当該フィールド機器の機器タグ名に対応付けてもよい。
前記アドレス管理手段は、前記アドレス発行手段によるアドレスの発行を監視し、随時、前記アドレス発行手段により発行された当該通信アドレスを当該フィールド機器の機器タグ名に対応付けてもよい。
前記接続許可手段は、前記フィールド機器に付されたユニークな機器ＩＤに基づいて当該フィールド機器を識別し、前記機器ＩＤごとに前記フィールド機器に対する接続を許可してもよい。
前記接続許可手段、前記アドレス発行手段、前記アドレス管理手段、および前記通信手段は、フィールドバスと当該フィールド機器との間に接続されたゲートウェイ装置に設けられてもよい。
本発明のフィールド通信方法は、フィールド機器との間で、無線通信を介してフィールド制御に必要なデータを送受信するフィールド通信方法において、前記フィールド機器と当該フィールド機器に付された機器タグ名とを対応付ける機器リストを確認したうえで、当該フィールド機器との間の接続を許可するステップと、前記接続を許可するステップで接続が許可された場合に、当該フィールド機器の通信アドレスを自動発行するステップと、前記アドレスを自動発行するステップにより発行された当該通信アドレスを、前記機器リストを用いて当該フィールド機器の機器タグ名に対応付けるステップと、前記対応付けるステップにより対応付けられた当該通信アドレスを用いて、当該機器タグ名により指定された当該フィールド機器との間で、無線通信を介して前記データを送受信するステップと、をコンピュータに実行させることを特徴とする。
このフィールド通信方法によれば、発行された当該通信アドレスを、機器リストを用いて当該フィールド機器の機器タグ名に対応付けるので、当該通信アドレスと当該フィールド機器の機器タグ名とを対応付けるためのエンジニアリングを不要とすることができる。
本発明のフィールド通信システムによれば、発行された当該通信アドレスを、機器リストを用いて当該フィールド機器の機器タグ名に対応付けるので、当該通信アドレスと当該フィールド機器の機器タグ名とを対応付けるためのエンジニアリングを不要とすることができる。
本発明のフィールド通信方法によれば、発行された当該通信アドレスを、機器リストを用いて当該フィールド機器の機器タグ名に対応付けるので、当該通信アドレスと当該フィールド機器の機器タグ名とを対応付けるためのエンジニアリングを不要とすることができる。
本発明によるフィールド通信システムを適用した分散型フィールド制御システムの構成例を示すブロック図。 ゲートウェイ装置の動作を示すフローチャート。 機器リストおよび変換テーブルを示す図であり、（ａ）は機器リストの構成例を示す図、（ｂ）は変換テーブルの構成例を示す図。 プロヴィジョニングの作業手順の一例を示す図。
以下、本発明によるフィールド通信システムの一実施形態について説明する。
図１は、本発明によるフィールド通信システムを適用した分散型フィールド制御システムの構成例を示すブロック図である。
図１に示すように、プラントにはISA100.11aフィールド無線規格に準拠した無線通信機能を備えるフィールド機器１，１，・・・が配置され、フィールド機器１，１，・・・は、それぞれゲートウェイ装置３およびフィールドバス６を介して操作監視装置２と接続される。また、フィールドバス６には、フィールド制御システムのエンジニアリングを行うための管理端末装置４が接続されている。
ゲートウェイ装置３を介して、例えばフィールド機器１から操作監視装置２にはフィールド機器１で取得された測定値が送信され、操作監視装置２からフィールド機器１には操作値が送信される。このとき、フィールド機器１およびゲートウェイ３は、ISA100.11aフィールド無線規格に従ったPublish/Subscribe方式による無線通信を行う。図１に示すように、ゲートウェイ装置３には、フィールド機器１との間で無線通信を行うためのＢＢＲ（Back Bone Router）３１が設けられている。
図１に示すように、ゲートウェイ装置３には、ゲートウェイ機能のほか、プロトコル変換機能、ISA100.11aフィールド無線規格に基づくシステムマネージャとしての機能、および、ISA100.11aフィールド無線規格で規定されたフィールド機器１へのアクセスのためのインタフェースであるＧＳＰＡ（Gateway Service Access Point）の機能が備えられている。
また、ゲートウェイ装置３は、フィールド機器と当該フィールド機器に付された機器タグ名とを対応付ける機器リスト３２ａを確認したうえで、当該フィールド機器との間の接続を許可する接続許可手段３２と、接続許可手段３２で接続が許可された場合に、当該フィールド機器の通信アドレスを自動発行するアドレス発行手段３３と、アドレス発行手段３３により発行された当該通信アドレスを、上記機器リストを用いて当該フィールド機器の機器タグ名に対応付けるアドレス管理手段３４と、アドレス管理手段３４により対応付けられた当該通信アドレスを用いて、当該機器タグ名により指定された当該フィールド機器との間で、無線通信を介してデータを送受信する通信手段３５と、を構成する。
ISA100.11aフィールド無線規格で定義されるＧＳＰＡでは、無線フィールド機器１を識別するパラメータとして、ＩＰｖ６アドレス（１６バイト長の数値データ）を使用する。ＩＰｖ６アドレスはフィールド機器ごとにユニークな値として設定される。フィールド機器にＩＰｖ６アドレスを設定するのはISA100.11aフィールド無線規格のネットワークに１つだけ存在するシステムマネージャである。なお、図１では、システムマネージャがゲートウェイ装置３に設けられる例を示している。
システムマネージャは、フィールド機器ごとに異なるＩＰｖ６アドレスを自動生成し、フィールド機器に設定する。ＩＰｖ６アドレスを自動生成するアルゴリズムはシステムマネージャを提供するベンダーに依存する。
図２は、ゲートウェイ装置３の動作を示すフローチャートである。
図２のステップＳ１〜ステップＳ４は、新たなフィールド機器１に接続許可を与える処理を示している。
図２のステップＳ１では、新たなフィールド機器１からの接続要請を受けて、接続許可手段３２が機器リスト３２ａを参照し、接続を許可すべきか否か判断する。
ここでは、接続許可手段３２は、接続を要請しているフィールド機器１から無線通信により取得したプロヴィジョニング情報と、機器リスト３２ａに予め示されたプロヴィジョニング情報とを照合する。両者が一致した場合にステップＳ１の判断が肯定され、両者が不一致の場合にステップＳ１の判断が否定される。
ステップＳ１の判断が肯定されるのを待って、ステップＳ２では、接続許可手段３２が当該フィールド機器１に対する接続を許可する。
次に、ステップＳ３では、アドレス発行手段３３が当該フィールド機器１にＩＰｖ６アドレスを自動生成する。次に、ステップＳ４では、この生成されたＩＰｖ６アドレスが機器リスト３２ａに反映される。
図３（ａ）は機器リスト３２ａの構成を例示する図である。
図３（ａ）に示すように、機器リスト３２ａはフィールド機器ごとに、「機器タグ名」、「ＥＵＩ−６４」、「ネットワークＩＤ」、「ジョインキー」、「ＩＰｖ６アドレス」からなるレコードを有する。「ＥＵＩ−６４」は各フィールド機器に付される固有の機器ＩＤ、「ジョインキー」は接続許可に関するセキュリティーを確保するために与えられるパスワードである。このうち、「機器タグ名」、「ＥＵＩ−６４」、「ネットワークＩＤ」、「ジョインキー」が、プロヴィジョニング情報に相当する。
フィールド機器１および機器リスト３２ａには、予めこれらのプロヴィジョニング情報が設定され、ステップＳ３において両者を照合する。この段階では、ＩＰｖ６アドレスは発行されておらず、機器リスト３２ａの「ＩＰｖ６アドレス」の項はブランクとされる。
アドレス発行手段３３によってＩＰｖ６アドレスが生成されると、ステップＳ４において、それまでブランクであった当該フィールド機器の「ＩＰｖ６アドレス」の項に、新たに生成されたＩＰｖ６アドレスが書き込まれる。例えば、図３（ａ）の網掛け部分として示すように、機器タグ名「ＦＩＣ１００」として特定されるフィールド機器にＩＰｖ６アドレスが発行されると、当該フィールド機器の「ＩＰｖ６アドレス」の項にそのＩＰｖ６アドレスが書き込まれる。
ステップＳ４の処理が終了すると、ステップＳ１へ戻る。
ところで、ステップＳ１において接続許可手段３２は、ＥＵＩ−６４に基づいてフィールド機器を特定する。したがって、同一の機器タグ名を付した同一機種の機器に入れ替える場合であっても、機器の個体が異なれば、接続許可手段３２は入れ替え後の機器を従前の機器とは異なるフィールド機器として認識し、ステップＳ１〜ステップＳ４の処理が実行される。このため、入れ替え後のフィールド機器に対して新たなＩＰｖ６アドレスが発行される。
図２のステップＳ１１〜ステップＳ１２は、アドレス管理手段３４の処理を示している。
図２のステップＳ１１では、アドレス管理手段３４は、機器リスト３２ａを例えば定期的に監視し、機器リスト３２ａに更新があったか否か判断する。判断が肯定された場合、ステップＳ１２へ進む。
ステップＳ１２では、アドレス管理手段３４は機器リスト３２ａの更新に合致するように、変換テーブル３４ａを更新し、ステップＳ１１へ戻る。
図３（ｂ）は変換テーブル３４ａの構成例を示す図である。
図３（ｂ）の例では、図３（ａ）に示す機器リスト３２ａに対応した変換テーブル３４ａの構成を示している。図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、変換テーブル３４ａは機器リスト３２ａに示される「機器タグ名」と「ＩＰｖ６アドレス」との対応関係を記述するテーブルである。
なお、ステップＳ１１〜ステップＳ１２では、機器リスト３２ａの更新を常時監視し、機器リスト３２ａが更新されるたびに変換テーブル３４ａを更新しているが、フィールド機器１に対するアクセス要求に応じて、変換テーブル３４ａの対応部分を更新してもよい。例えば、フィールド機器１に対するアクセス要求があった場合に、機器リスト３２ａに含まれる当該フィールド機器１のレコードを参照し、レコードの内容を変換テーブル３４ａに反映させるようにしてもよい。
図３のステップＳ２１〜ステップＳ２３は、通信手段３５の処理を示している。
図３のステップＳ２１では、通信手段３５は、すでに接続を許可しているフィールド機器１に対するアクセス要求が受信されるのを待って、ステップＳ２２へ進む。ステップＳ２１で受けるアクセス要求には、操作監視装置２からのアクセス要求、その他フィールドバス６を介する他の機器からのアクセス要求が含まれる。アクセス要求では、機器タグ名を用いて通信対象となるフィールド機器１が指定され、ＩＰｖ６アドレスの指定はない。
ステップＳ２２では、通信手段３５は変換テーブル３４ａを参照し、アクセス要求の対象とされたフィールド機器１に割り当てられているＩＰｖ６アドレスを変換テーブル３４ａから取得する。例えば、図３（ｂ）に示す変換テーブル３４ａでは、機器タグ名「ＦＩＣ１００」についてアクセス要求があった場合、ＩＰｖ６アドレス「2001:db8::9abc」を取得する。
次に、ステップＳ２３では、通信手段３５はステップＳ２２で取得されたＩＰｖ６アドレスに対してアクセス要求を送信し、ステップＳ２１へ戻る。アクセス要求は、ＢＢＲ３１を介して当該フィールド機器１に転送される。
このように、変換テーブル３４ａを用いて機器タグ名をＩＰｖ６アドレスに変換することで、ゲートウェイ装置３とフィールド機器１との間での通信が可能となる。
次に、新たなフィールド機器１に接続許可を与える処理（ステップＳ１〜ステップＳ４）の前提となるプロヴィジョニング（Provisioning）の作業の一例について説明する。以下の作業手順では、フィールド機器に対するプロヴィジョニングと、ゲートウェイ装置３に対するプロヴィジョニングとを一連の作業として実行することで、作業の効率化を図っている。なお、フィールド機器およびゲートウェイ装置３のそれぞれに対するプロヴィジョニング作業を、別個の作業として行ってもよい。
図４は、プロヴィジョニングの作業手順の一例を示す図である。
フィールド機器をプロヴィジョニング（Provisioning）する作業者は、プロヴィジョニングデバイス（Provisioning Device）７に対し、当該フィールド機器が接続されるネットワークのネットワークＩＤおよび当該フィールド機器に与えられる機器タグを入力する。ネットワークＩＤおよび機器タグの入力を受け付けたプロヴィジョニングデバイス７は、ジョインキー（Join Key）を自動生成する。さらに、プロヴィジョニングデバイス７は上記ネットワークＩＤおよび上記機器タグを当該フィールド機器に転送（図４の矢印Ａ）し、これらのデータ（上記ネットワークＩＤ、上記機器タグ、および上記ジョインキー（Join Key））が当該フィールド機器に設定される。
また、プロヴィジョニングデバイス７は、当該フィールド機器からＥＵＩ−６４を取得し、上記ネットワークＩＤ、上記機器タグ名、上記ジョインキー（Join Key）、および上記ＥＵＩ−６４を互いに対応付けてプロヴィジョニング情報ファイルに記述する（図４の矢印Ｂ）。
一方、システムエンジニアは機器タグをベースにエンジニアリングを行っており、管理端末装置４（図１参照）においてエンジニアリングした情報はデータベース４１（図１参照）に保存される。
システムエンジニアは、管理端末装置４に実装されたエンジニアリングツールに、プロヴィジョニングデバイスにより作成されたプロヴィジョニング情報ファイルをロードする（図４の矢印Ｃ）。エンジニアリングツールは、プロヴィジョニング情報ファイルの内容を、機器タグをキーにしたテーブルとして表現したデザイヤードリスト（Desired List）を生成し、デザイヤードリストをデータベース４１に保存する（図４の矢印Ｄ）。さらに、システムエンジニアは、デザイヤードリストをゲートウェイ装置３のシステムマネージャにロードする（図４の矢印Ｅ）。
以上の作業により、フィールド機器およびシステムマネージャの両者に、プロヴィジョニング情報（上記機器タグ名、上記ＥＵＩ−６４、上記ネットワークＩＤ、および上記ジョインキー（Join Key））が与えられる。システムマネージャにロードされたデザイヤードリストは機器リスト３２ａに反映される。
その後、接続許可を与える処理（ステップＳ１〜ステップＳ４）が実行される。
以上のように、本実施形態のフィールド通信システムでは、ゲートウェイ装置３上に機器タグ名とＩＰｖ６アドレスとを対応付けた変換テーブル３４ａを設けたので、機器タグ名とＩＰｖ６アドレスとを通信経路上で変換することが可能となる。このため、フィールドバス６上の通信を含むフィールド制御システムの側では、機器タグ名を使ってフィールド機器を特定することが可能となる。また、変換テーブル３４ａをフィールド制御システムで広く使用することもでき、フィールド機器の保全員が保全情報として使用することもできる。また、フィールド機器に関する統計情報等を、機器タグを用いて表示することなども可能となる。
また、変換テーブル３４ａは、フィールド機器１の接続許可に際して必要となるプロヴィジョニング情報に基づいて生成、更新されるため、機器タグ名とＩＰｖ６アドレスとを対応付けるためのエンジニアリングが不要となる。さらに、フィールド制御システムの側ではフィールド機器のＩＰｖ６アドレスを意識する必要がなく、ＩＰｖ６アドレスを用いたエンジニアリングも不要となる。
さらに、フィールド機器の交換が行われた場合でも、変換テーブル３４ａが機器リスト３２ａに即して自動的に更新されるため、フィールド制御システムの側での再エンジニアリングが発生せず、交換前の機器タグ名をそのまま継続使用できる。
なお、本実施形態では、変換テーブル３４をゲートウェイ装置３内に設けているが、変換テーブルを格納する場所は任意である。
また、本実施形態では、ＩＰｖ６アドレスを自動生成した際に、そのＩＰｖ６アドレスを機器リストに書き込むようにしている。しかし、ＥＵＩ−６４とＩＰｖ６アドレスとを対応付けるアドレステーブルを別途、設け、機器リストにＩＰｖ６アドレスの書込みを行う代わりに、アドレステーブルに新たな対応付けを記述してもよい。この場合には、アドレス管理手段は、機器リストとアドレステーブルとを用いることにより、ＥＵＩ−６４を介してＩＰｖ６アドレスと機器タグ名とを対応付けることができる。
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、フィールド機器との間で、無線通信を介してプロセスデータを送受信するフィールド通信システム等に対し、広く適用することができる。
３ ゲートウェイ装置
３２ 接続許可手段
３２ａ 機器リスト
３３ アドレス発行手段
３４ アドレス管理手段
３５ 通信手段

Claims (6)

  1. フィールド機器との間で、無線通信を介してフィールド制御に必要なデータを送受信するフィールド通信システムにおいて、
    前記フィールド機器と当該フィールド機器に付された機器タグ名とを対応付ける機器リストを確認したうえで、当該フィールド機器との間の接続を許可する接続許可手段と、
    前記接続許可手段で接続が許可された場合に、当該フィールド機器の通信アドレスを自動発行するアドレス発行手段と、
    前記アドレス発行手段により発行された当該通信アドレスを、前記機器リストを用いて当該フィールド機器の機器タグ名に対応付けるアドレス管理手段と、
    前記アドレス管理手段により対応付けられた当該通信アドレスを用いて、当該機器タグ名により指定された当該フィールド機器との間で、無線通信を介して前記データを送受信する通信手段と、
    を備えることを特徴とするフィールド通信システム。
  2. 前記アドレス管理手段は、前記通信手段からの当該フィールド機器に対するアクセス要求を受けて、前記アドレス発行手段により発行された当該通信アドレスを当該フィールド機器の機器タグ名に対応付けることを特徴とする請求項１に記載のフィールド通信システム。
  3. 前記アドレス管理手段は、前記アドレス発行手段によるアドレスの発行を監視し、随時、前記アドレス発行手段により発行された当該通信アドレスを当該フィールド機器の機器タグ名に対応付けることを特徴とする請求項１に記載のフィールド通信システム。
  4. 前記接続許可手段は、前記フィールド機器に付されたユニークな機器ＩＤに基づいて当該フィールド機器を識別し、前記機器ＩＤごとに前記フィールド機器に対する接続を許可することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のフィールド通信システム。
  5. 前記接続許可手段、前記アドレス発行手段、前記アドレス管理手段、および前記通信手段は、フィールドバスと当該フィールド機器との間に接続されたゲートウェイ装置に設けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のフィールド通信システム。
  6. フィールド機器との間で、無線通信を介してフィールド制御に必要なデータを送受信するフィールド通信方法において、
    前記フィールド機器と当該フィールド機器に付された機器タグ名とを対応付ける機器リストを確認したうえで、当該フィールド機器との間の接続を許可するステップと、
    前記接続を許可するステップで接続が許可された場合に、当該フィールド機器の通信アドレスを自動発行するステップと、
    前記アドレスを自動発行するステップにより発行された当該通信アドレスを、前記機器リストを用いて当該フィールド機器の機器タグ名に対応付けるステップと、
    前記対応付けるステップにより対応付けられた当該通信アドレスを用いて、当該機器タグ名により指定された当該フィールド機器との間で、無線通信を介して前記データを送受信するステップと、
    をコンピュータに実行させることを特徴とするフィールド通信方法。
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