JP2011205607A - フィールド通信管理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】設定作業時の負担や不都合を生じさせることなく、コンフィギュレーション情報を確実に設定できるフィールド通信管理装置を提供する。
【解決手段】受付手段３１は、ダウンロード情報を受け付ける。設定手段３２は、受付手段３１により受け付けたダウンロード情報に含まれるコンフィギュレーション情報を対応するフィールド機器１およびゲートウェイ３自身にそれぞれ設定する。通信制限手段３３は、設定手段３２によりコンフィギュレーション情報が上記フィールド機器１およびゲートウェイ３自身のそれぞれに設定されるまでの間、上記フィールド機器１と上位機器との間の通信を禁止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、フィールド機器と通信機器との間での通信に必要な情報であって、前記フィールド機器および前記通信機器にそれぞれ設定されるべき一対の情報を取り扱うフィールド通信管理装置に関する。

ISA100.11aフィールド無線規格において、無線フィールド機器（Device）のデータを送受信する方式として、フィールド機器から測定値をＢＢＲ（Back Bone Router）経由でＧＷ（Gateway）に送信する、もしくは上位ホストから設定された操作値をＧＷがＢＢＲ経由で無線フィールド機器（Device）に送信する、Publish/Subscribe方式が規定されている。この方式を使用するためには、データの送信側と受信側で、それぞれ通信相手を特定する情報を含むコンフィギュレーション情報を予め設定しておく必要があり、通信開始前に設定が完了していることが求められる。

送信側および受信側に設定されるこれらの一対のコンフィギュレーション情報は、通常、コンフィギュレーションツールと呼ばれるソフトウェアを用いることでプロセスエンジニアの指定情報に従って生成される。また生成された一対のコンフィギュレーション情報は、コンフィギュレーションツールのダウンロード機能によって、ＧＷおよび無線フィールド機器（Device）に設定される。

特開２００２−００７１６６号公報

ＧＷおよび無線フィールド機器（Device）に設定されるコンフィギュレーション情報は対となる情報であり、一方のみが設定されている状態では正常な通信動作を得ることができない。一般に、コンフィギュレーションツールを用いる場合、どちらか一方を設定後に他方を設定せざるを得ず、設定が不完全な状態が論理的に発生し不都合が生ずるおそれがある。そのため、無線フィールド機器（Device）を接続する前に一対の情報の設定を予め完了させる運用も考えられる。しかし、コンフィギュレーション情報は頻繁に変更される場合があり、その度に無線フィールド機器（Device）を無線環境から切り離すことは現実的でないことから、このような運用は困難である。

また、従来のコンフィギュレーションツールを用いる場合には、一方のコンフィギュレーション情報の設定を忘れてしまうというリスクもある。

本発明の目的は、設定作業時の負担や不都合を生じさせることなく、コンフィギュレーション情報を確実に設定できるフィールド通信管理装置を提供することにある。

本発明のフィールド通信管理装置は、フィールド機器と通信機器との間での通信に必要な情報であって、前記フィールド機器および前記通信機器にそれぞれ設定されるべき一対の情報を取り扱うフィールド通信管理装置において、前記一対の情報を構成する個々の情報を、前記フィールド機器および前記通信機器にそれぞれ設定する設定手段と、前記設定手段により前記個々の情報が前記フィールド機器および前記通信機器のそれぞれに設定されるまでの間、前記フィールド機器の通信を制限する通信制限手段と、を備えることを特徴とする。
このフィールド通信管理装置によれば、一対の情報を構成する個々の情報を、フィールド機器および通信機器にそれぞれ設定するとともに、個々の情報がフィールド機器および通信機器のそれぞれに設定されるまでの間、フィールド機器の通信を制限するので、設定作業時の負担や不都合を生じさせることなく、コンフィギュレーション情報を確実に設定できる。

前記設定手段は、前記一対の情報のうち当該通信機器に設定されている情報と、前記一対の情報のうち前記フィールド機器に設定されている情報との差分を抽出する差分抽出手段と、前記差分抽出手段で抽出された前記差分を解消するように、前記フィールド機器に対して情報を書き込む書込み手段と、を具備してもよい。

前記設定手段は、前記フィールド機器が通信ネットワークに参加したときに、前記差分抽出手段および前記書込み手段により前記フィールド機器に対して情報を設定してもよい。

前記一対の情報を受け付ける受付手段を備え、前記設定手段は、前記受付手段により受け付けた前記一対の情報を構成する個々の情報を、前記フィールド機器および前記通信機器にそれぞれ設定してもよい。

前記通信機器は前記フィールド機器と上位機器との間の通信を中継する機器であり、前記通信制限手段は前記フィールド機器と前記上位機器との間の通信を禁止してもよい。

前記フィールド機器と前記通信機器との間での通信は、無線通信であってもよい。

前記一対の情報には、通信相手を特定する情報が含まれてもよい。

前記一対の情報には、通信内容を特定する情報が含まれてもよい。

前記一対の情報には、通信周期を特定する情報が含まれてもよい。

本発明のフィールド通信管理装置によれば、一対の情報を構成する個々の情報を、フィールド機器および通信機器にそれぞれ設定するとともに、個々の情報がフィールド機器および通信機器のそれぞれに設定されるまでの間、フィールド機器の通信を制限するので、設定作業時の負担や不都合を生じさせることなく、コンフィギュレーション情報を確実に設定できる。

実施例１のフィールド通信管理装置の構成を示すブロック図。 コンフィギュレーション情報を設定する際のゲートウェイの動作を示すフローチャート。 実施例２のフィールド通信管理装置の構成を示すブロック図。 フィールド機器に対してコンフィギュレーション情報を設定する際のゲートウェイの動作を示すフローチャート。

以下、本発明によるフィールド通信管理装置の実施形態について説明する。

図１は、一実施形態（実施例１）のフィールド通信管理装置の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、プラントには、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３を介して上位機器２と接続される。ゲートウェイ３を介して、例えばフィールド機器１から上位機器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、上位機器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、「Gateway」として機能するゲートウェイ３には、「Device」として機能するフィールド機器１との間で無線通信を行うためのＢＢＲ（Back Bone Router）３６が設けられている。

フィールド機器１およびゲートウェイ３には、この無線通信に必要なコンフィギュレーション情報が予め設定される。このコンフィギュレーション情報には、通信相手となる機器ＩＤ、当該機器に設定されたパスワード、通信内容を特定する情報、および通信周期が含まれており、互いに通信し合うフィールド機器１およびゲートウェイ３にそれぞれ設定されるコンフィギュレーション情報は一対の情報として取り扱われる。

フィールド機器１およびゲートウェイ３に設定すべきコンフィギュレーション情報は、図１に示す管理用端末装置４に実装されたコンフィギュレーションツールを用いてプロセスエンジニアにより作成される。プロセスエンジニアは、フィールド機器１に設定すべきコンフィギュレーション情報と、ゲートウェイ３に設定すべきコンフィギュレーション情報とをそれぞれ作成した後、これらのコンフィギュレーション情報を一対の情報としてとりまとめたダウンロード情報を作成する。後述するように、ダウンロード情報はゲートウェイ３に向けてダウンロードされる。

図１に示すように、ゲートウェイ３は、ダウンロード情報を受け付ける受付手段３１と、受付手段３１により受け付けたダウンロード情報に含まれるコンフィギュレーション情報を対応するフィールド機器１およびゲートウェイ３自身にそれぞれ設定する設定手段３２と、設定手段３２によりコンフィギュレーション情報が上記フィールド機器１およびゲートウェイ３自身のそれぞれに設定されるまでの間、上記フィールド機器１と上位機器との間の通信を禁止する通信制限手段３３と、を構成する。

図２は、コンフィギュレーション情報を設定する際のゲートウェイ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では、管理用端末装置４からのダウンロードの要求があったか否か判断し、判断が肯定されるのを待ってステップＳ２へ進む。

ステップＳ２では、受付手段３１はダウンロード情報のダウンロードを受け付け、ダウンロード情報を格納部３１ａに格納する。このダウンロード情報には、コンフィギュレーション情報の設定対象となるフィールド機器１およびゲートウェイ３に設定されるべきコンフィギュレーション情報が含まれている。

次に、ステップＳ３では、通信制限手段３３により、上位機器２を含む上位機器から、コンフィギュレーション情報の設定対象となるフィールド機器１へのデータアクセスを禁止する。

次に、ステップＳ４では、設定手段３２は、格納部３１ａに格納されたダウンロード情報からゲートウェイ３に設定すべきコンフィギュレーション情報を取得し、これをゲートウェイ３に設定する。

次に、ステップＳ５では、コンフィギュレーション情報の設定対象となるフィールド機器１が無線環境に接続要求を行ったことが確認されるのを待って、ステップＳ６へ進む。ステップＳ６では、当該フィールド機器１の接続要求を許可する。

次に、ステップＳ７では、設定手段３２は、格納部３１ａに格納されたダウンロード情報から当該フィールド機器１に設定すべきコンフィギュレーション情報を取得し、無線通信を介して、このコンフィギュレーション情報を当該フィールド機器１にダウンロードする。ダウンロードが終了し、コンフィギュレーション情報が当該フィールド機器１に設定されたことが確認できると、ステップＳ８へ進む。

ステップＳ８では、通信制限手段３３による通信の禁止状態を解き、上位機器２を含む上位機器から当該フィールド機器１へのデータアクセスを許容する。これにより、当該フィールド機器１は、ゲートウェイ３を介して上位機器との間でのデータ送受信を開始する。

なお、当該フィールド機器１が無線環境への接続を未だ要求していなかった場合には、接続要求をした時点で、ステップＳ６〜ステップＳ８の処理に移行することになる。

図２に示す作業手順は、新たなフィールド機器の導入時やフィールド機器の交換時など、コンフィギュレーション情報の設定、変更が必要となるあらゆる状況で適用される。

このように、本実施形態のフィールド通信管理装置では、ゲートウェイ３の機能により、一対のコンフィギュレーション情報を一元管理し、フィールド機器１およびゲートウェイ３に個々のコンフィギュレーション情報をそれぞれ自動的に設定する。したがって、プロセスエンジニアは、フィールド機器１およびゲートウェイ３に設定すべきコンフィギュレーション情報を一対の情報としてとりまとめたダウンロード情報を作成すれば足り、現場のフィールド機器にコンフィギュレーション情報をダウンロードするための作業が必要なくなる。このため、プロセスエンジニアがフィールド機器の接続状況を管理する必要がなくなり、一方の機器の設定を忘れるなどのおそれが解消するうえ、設定時の作業負担を大幅に軽減できる。

また、図２のステップＳ３以降の手順を、管理用端末装置４によるダウンロード情報の作成作業、あるいはゲートウェイ３へのダウンロード（ステップＳ１〜ステップＳ２）と分離して実行することもできる。このため、フィールド機器の導入や交換の時期と無関係に、前もってダウンロード情報を作成し、あるいはこれをゲートウェイ３へダウンロードすることもできる。例えば、作成されたダウンロード情報を格納部３１ａに保管しておき、実際にフィールド機器が現場に導入されたときに、ステップＳ３以降の処理を行うことができる。

さらに、フィールド機器１およびゲートウェイ３の両者にコンフィギュレーション情報が設定されるまでの間、フィールド機器１の通信を制限しているため、コンフィギュレーション情報の設定中の不完全な設定状態に基づく通信異常などの不都合を回避することができる。

なお、フィールド機器１を無線環境へ接続せずに図２に示す作業手順を進めた場合であっても、当該フィールド機器１について接続要求をした時点で、ステップＳ６〜ステップＳ８の処理に移行することになるため、この場合でも不完全な設定状態に基づく不都合を回避することができる。

図３は、他の一実施形態（実施例２）のフィールド通信管理装置の構成を示すブロック図である。

図３に示すように、プラントには、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３０を介して上位機器２と接続される。ゲートウェイ３０を介して、例えばフィールド機器１から上位機器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、上位機器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３０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、「Gateway」として機能するゲートウェイ３０には、「Device」として機能するフィールド機器１との間で無線通信を行うためのＢＢＲ（Back Bone Router）３６が設けられている。

図３に示すように、ゲートウェイ３０は、ダウンロード情報を受け付ける受付手段３１と、受付手段３１により受け付けたダウンロード情報に含まれるコンフィギュレーション情報を対応するフィールド機器１およびゲートウェイ３０自身にそれぞれ設定する設定手段３２Ａと、設定手段３２Ａによりコンフィギュレーション情報がフィールド機器１およびゲートウェイ３０自身のそれぞれに設定されるまでの間、フィールド機器１と上位機器との間の通信を禁止する通信制限手段３３と、を構成する。

また、図３に示すように、設定手段３２Ａは、当該通信機器に設定されているコンフィギュレーション情報と、フィールド機器１に設定されている情報との差分を抽出する差分抽出手段３２ａと、差分抽出手段３２ａで抽出された差分を解消するように、フィールド機器１に対して情報を書き込む書込み手段３２ｂと、を構成する。

フィールド機器１およびゲートウェイ３０には、上記の無線通信に必要なコンフィギュレーション情報が予め設定される。このコンフィギュレーション情報には、通信相手となる機器ＩＤ（識別子ＥＵＩ６４）、当該機器に設定されたパスワード、通信内容を特定する情報、および通信周期が含まれており、互いに通信し合うフィールド機器１およびゲートウェイ３０にそれぞれ設定されるコンフィギュレーション情報は一対の情報として取り扱われる。その他、コンフィギュレーション情報には、当該機器の機器タグ、アラート情報、制御データ情報（レンジ情報、アラームか否かを規定する閾値など）が含まれる。これらの各情報は、それぞれ識別子ＥＵＩ６４に対応付けられることで、個々のフィールド機器１に対応付けられる。

ゲートウェイ３０に設定すべきコンフィギュレーション情報は、図３に示す管理用端末装置４に実装されたコンフィギュレーションツールを用いてプロセスエンジニアにより作成される。プロセスエンジニアは、ゲートウェイ３０に設定すべきコンフィギュレーション情報を作成した後、このコンフィギュレーション情報を含むダウンロード情報を作成する。ダウンロード情報はゲートウェイ３０に向けてダウンロードされる。受付手段３１はダウンロード情報のダウンロードを受け付け、ダウンロード情報を格納部３１ａに格納する。設定手段３２Ａは、格納部３１ａに格納されたダウンロード情報からゲートウェイ３０に設定すべきコンフィギュレーション情報を取得し、これをゲートウェイ３０に設定する。

図４は、無線ネットワークに接続要求があった場合におけるゲートウェイ３０の動作を示すフローチャートである。

図４のステップＳ２１では、無線ネットワークに対する接続要求がされるのを待って、ステップＳ２２へ進む。

ステップＳ２２では、接続要求があった当該フィールド機器１の接続を許可するか否か判断し、判断が肯定されればステップＳ２３へ進み、判断が否定されればステップＳ２１へ戻る。ステップＳ２２では、当該フィールド機器１から送信されてきたＥＵＩ６４、ネットワークＩＤ、およびJoin Keyをゲートウェイ３０に設定されている当該フィールド機器１についてのコンフィギュレーション情報と比較することで、接続を許可するか否か判断する。

ステップＳ２３では、通信制限手段３３により、上位機器２を含む上位機器から、コンフィギュレーション情報の設定対象となる当該フィールド機器１へのデータアクセスを禁止する。

次に、ステップＳ２４では、差分抽出手段３２ａにおいて、無線ネットワークを介して当該フィールド機器１から現在のパラメータを読み込み、ゲートウェイ３０に設定されている当該フィールド機器１についてのコンフィギュレーション情報と比較し、両者の差分を抽出する。

次に、ステップＳ２５では、書込み手段３２ｂにおいて、ステップＳ２４において抽出された差分に対応するパラメータ等のデータを、ゲートウェイ３０に設定されている当該フィールド機器１についてのコンフィギュレーション情報に基づいて作成し、無線ネットワークを介して送信することで当該フィールド機器１に書き込む。これにより、当該フィールド機器１の設定データ（パラメータ等）が、ゲートウェイ３０に設定されている当該フィールド機器１についてのコンフィギュレーション情報に一致するように書き換えられる。

次に、ステップＳ２７では、通信制限手段３３による通信の禁止状態を解き、上位機器２を含む上位機器から当該フィールド機器１へのデータアクセスを許容して、ステップＳ２１へ戻る。これにより、当該フィールド機器１は、ゲートウェイ３０を介して上位機器との間でのデータ送受信を開始する。

このように、本実施形態のフィールド通信管理装置では、フィールド機器が無線ネットワークに接続される際に、ゲートウェイ３０に設定されている情報と、当該フィールド機器に設定されている情報との差分を抽出し、その差分のみをオンラインでフィールド機器に書き込んでいる。このため、機器の導入や機器の交換に際して、ゲートウェイ３０に対するコンフィギュレーション情報が設定されていれば、機器をプラントに設置するのみで現場作業が終了することになり、機器の設置作業とエンジニアリングデータの設定を分離することができる。すなわち、無線ネットワークに接続する前にフィールド機器にコンフィギュレーション情報を設定するための事前のエンジニアリングが不要となり、機器交換時の作業時間を大幅に短縮できるほか、フィールド機器に対する設定の間違いを防止することができる。また、なんらかの理由でフィールド機器に対する設定に誤りがあった場合には、その設定データが自動的に修正、更新される。

また、ゲートウェイ３０に設定されている情報と、当該フィールド機器に設定されている情報との差分のみを書き込み、当該フィールド機器に予め正しく設定されているデータについては更新しないため、すべてのデータを書き込む場合に比べて必要な通信時間が短くなり、フィールド機器に対するデータ設定に要する時間を短縮化できる。とくに無線通信ではデータの転送速度が制限されるため、データ設定に要する時間を短縮する効果が大きく現れる。

フィールド機器に対する個々の設定パラメータの観点からは、以下の効果がある。
（１）機器タグに関するフィールド機器に対する設定の間違いを防止できる。
（２）アラート情報に関しては、ゲートウェイ３０に対する設定のみで作業が完了するため、システムアプリケーションと一括して管理できる。
（３）制御データ情報に関しては、フィールド機器に対する設定終了まで通信が禁止されるため、フィールド機器の設定に誤りがあった場合でも、それが修正されるまでの間、設定の誤りに起因する誤った制御データの送信を防止できる。

本発明において、フィールド機器に設定される情報は上記パラメータに限定されることなく、フィールド機器の動作や通信に関連するあらゆるパラメータを対象とすることができる。また、本発明は、SA100.11aフィールド無線規格における「Gateway」「System Manager」「Security」および「BBR」を一体化した「All-in-one-Gateway」に対しても、個々の要素、またはその一部が分離された構成に対しても適用できる。

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、フィールド機器と通信機器との間での通信に必要な情報であって、前記フィールド機器および前記通信機器にそれぞれ設定されるべき一対の情報を取り扱うフィールド通信管理装置に対し、広く適用することができる。

２ 上位機器
３ ゲートウェイ（通信機器）
３０ ゲートウェイ（通信機器）
３１ 受付手段
３２ 設定手段
３２Ａ 設定手段
３２ａ 差分抽出手段
３２ｂ 書込み手段
３３ 通信制限手段

Claims (9)

1. フィールド機器と通信機器との間での通信に必要な情報であって、前記フィールド機器および前記通信機器にそれぞれ設定されるべき一対の情報を取り扱うフィールド通信管理装置において、
   前記一対の情報を構成する個々の情報を、前記フィールド機器および前記通信機器にそれぞれ設定する設定手段と、
   前記設定手段により前記個々の情報が前記フィールド機器および前記通信機器のそれぞれに設定されるまでの間、前記フィールド機器の通信を制限する通信制限手段と、
   を備えることを特徴とするフィールド通信管理装置。
2. 前記設定手段は、
   前記一対の情報のうち当該通信機器に設定されている情報と、前記一対の情報のうち前記フィールド機器に設定されている情報との差分を抽出する差分抽出手段と、
   前記差分抽出手段で抽出された前記差分を解消するように、前記フィールド機器に対して情報を書き込む書込み手段と、
   を具備することを特徴とする請求項１に記載のフィールド通信管理装置。
3. 前記設定手段は、前記フィールド機器が通信ネットワークに参加したときに、前記差分抽出手段および前記書込み手段により前記フィールド機器に対して情報を設定することを特徴とする請求項２に記載のフィールド通信管理装置。
4. 前記一対の情報を受け付ける受付手段を備え、
   前記設定手段は、前記受付手段により受け付けた前記一対の情報を構成する個々の情報を、前記フィールド機器および前記通信機器にそれぞれ設定することを特徴とする請求項１に記載のフィールド通信管理装置。
5. 前記通信機器は前記フィールド機器と上位機器との間の通信を中継する機器であり、前記通信制限手段は前記フィールド機器と前記上位機器との間の通信を禁止す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管理装置。
6. 前記フィールド機器と前記通信機器との間での通信は、無線通信であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のフィールド通信管理装置。
7. 前記一対の情報には、通信相手を特定する情報が含まれることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のフィールド通信管理装置。
8. 前記一対の情報には、通信内容を特定する情報が含まれることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のフィールド通信管理装置。
9. 前記一対の情報には、通信周期を特定する情報が含まれることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のフィールド通信管理装置。

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