JP2013153267A - Process control system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a process control system that can continuously obtain latest measurement data during a maximum response waiting time.SOLUTION: A process control system in which a communication path between a radio field device and a control system is made redundant by a gateway to which a maximum response waiting time Ta to detect abnormality is set comprises: response waiting time monitoring means for monitoring a prescribed response waiting time Tb for a data acquisition request to the gateway; communication path disconnection means for disconnecting a communication path if there is no reply from the gateway during the prescribed response waiting time Tb; communication path establishment request means for requesting establishment of a communication path again regarding the disconnected communication path; reestablishment response waiting time monitoring means for monitoring a prescribed reestablishment response waiting time Tc for the communication path reestablishment request; and abnormality determination means for determining that it is abnormal if there is no reply from the gateway during the prescribed reestablishment response waiting time Tc and outputting an alarm.

Description

本発明は、プロセス制御システムに関し、詳しくは、フィールド機器と制御システムとの通信を無線で行うように構成されたプロセス制御システムの改良に関する。   The present invention relates to a process control system, and more particularly, to an improvement of a process control system configured to perform wireless communication between a field device and a control system.

プロセス制御システムにおけるフィールド機器と制御システムとの通信は、2線式の信号線による4〜20mAのアナログ通信→4〜20mAのアナログ通信にデジタル信号が重畳されたHART(登録商標)などのハイブリッド通信→FOUNDATION Fieldbus(登録商標)やPROFIBUS(登録商標)などのデジタル通信を経て、国際計測制御学会(ISA: International Society of Automation)のISA100委員会により策定され2009年9月に発行されたインダストリアルオートメーション用無線通信規格ISA100.11aに代表される無線へと進化してきた。   Communication between the field device and the control system in the process control system is 4 to 20 mA analog communication using a two-wire signal line → hybrid communication such as HART (registered trademark) in which a digital signal is superimposed on 4 to 20 mA analog communication. → For industrial automation, which was formulated by the ISA100 Committee of the International Society of Automation (ISA) and issued in September 2009 via digital communications such as FOUNDATION Fieldbus (registered trademark) and PROFIBUS (registered trademark) It has evolved into radio represented by the wireless communication standard ISA100.11a.

ハイブリッド通信やデジタル通信により、プラント操業で利用できる情報量が飛躍的に増大した結果、機器が発信する複数のプロセス量や診断結果などの多様な情報をDCS(Distributed Control System:分散制御システム)や機器管理システムなどの上位システムに伝えることができるようになり、設備管理や予知保全などが可能になった。   As a result of the dramatic increase in the amount of information that can be used in plant operations through hybrid communication and digital communication, a variety of information such as multiple process amounts and diagnostic results transmitted by equipment can be obtained using DCS (Distributed Control System) It is now possible to communicate to a higher-level system such as a device management system, enabling facility management and predictive maintenance.

フィールド機器と制御システム間の通信を無線化するフィールド無線技術は、これらに加え、配線やエンジニアリングコストを削減できる、配線が困難な場所にも機器の設置が可能 になる、機器の追加や削除が容易であるなど、多くのメリットを持つことから、これらのメリットを活用することで、今まで不可能とされていたことを可能にする計装の実現が期待できる。   In addition to these, field wireless technology that wirelessly communicates between field devices and control systems can reduce wiring and engineering costs, enable devices to be installed in places where wiring is difficult, and add or delete devices. Since it has many merits such as being easy, it can be expected to realize instrumentation that would have been impossible until now by utilizing these merits.

図4は、ISA100.11aに準拠したシステム構成の一例を示すブロック図である。無線ネットワーク1は、たとえば4台の無線フィールド機器2a〜2dで構成されている。これら無線フィールド機器2a〜2dは、従来からプロセス制御システムで用いられている伝送器や操作端末などのフィールド機器に無線通信機能が付加されたものである。   FIG. 4 is a block diagram showing an example of a system configuration conforming to ISA100.11a. The wireless network 1 is composed of, for example, four wireless field devices 2a to 2d. These wireless field devices 2a to 2d are obtained by adding a wireless communication function to field devices such as transmitters and operation terminals conventionally used in process control systems.

バックボーンルータ3は、無線フィールド機器2a〜2dの相互間および無線フィールド機器2a〜2dとゲートウェイ5を相互に接続するための機能を持つものであり、たとえば3台のバックボーンルータ3a〜3cがバックボーンネットワーク4に接続されている。これらバックボーンルータ3a〜3cは、無線フィールド機器2a〜2dをバックボーンネットワーク4に接続するためのアクセスポイント機能、ゲートウェイ5と接続するためのインタフェース機能、バックボーンネットワーク4を経由して無線フィールド機器2a〜2dが通信するためのルーティング機能などを有する。   The backbone router 3 has a function for connecting the wireless field devices 2a to 2d to each other and the wireless field devices 2a to 2d and the gateway 5. For example, three backbone routers 3a to 3c are connected to the backbone network. 4 is connected. These backbone routers 3a to 3c are access point functions for connecting the field wireless devices 2a to 2d to the backbone network 4, interface functions for connecting to the gateway 5, and field wireless devices 2a to 2d via the backbone network 4. Has a routing function for communication.

バックボーンネットワーク4の通信プロトコルとしては、たとえばIP(Internet Protocol)を用いる。   As a communication protocol of the backbone network 4, for example, IP (Internet Protocol) is used.

ゲートウェイ5は、DCS10などの上位システムとISA100.11aに基づく無線ネットワーク1間をインタフェースする機能を有するものである。図4の例では、バックボーンネットワーク4とコントロールネットワーク9の間に2台のゲートウェイ5a、5bが接続されていて、上位システムのアプリケーションに依存した処理を行う。   The gateway 5 has a function of interfacing between a host system such as the DCS 10 and the wireless network 1 based on ISA100.11a. In the example of FIG. 4, two gateways 5 a and 5 b are connected between the backbone network 4 and the control network 9, and processing depending on the application of the higher system is performed.

ゲートウェイ5a、5bには、それぞれModbusサーバ6a、6bが実装されている。無線フィールド機器2a〜2dの測定データは、バックボーンルータ3a〜3cを介してゲートウェイ5a、5bに通知され、ゲートウェイ5a、5b内に実装されているModbusサーバ6a、6bに転送格納される。これらModbusサーバ6a、6bに転送格納された測定データは、ModbusクライアントであるDCS10からのデータ取得要求に応じてDCS10に転送出力される。   Modbus servers 6a and 6b are mounted on the gateways 5a and 5b, respectively. The measurement data of the field wireless devices 2a to 2d are notified to the gateways 5a and 5b via the backbone routers 3a to 3c, and transferred and stored in the Modbus servers 6a and 6b installed in the gateways 5a and 5b. The measurement data transferred and stored in these Modbus servers 6a and 6b is transferred and output to the DCS 10 in response to a data acquisition request from the DCS 10 which is a Modbus client.

ゲートウェイ5a、5bとDCS10などの上位システムとは、メタルまたは光メディアに対応したイーサネット(登録商標)の100BASE-TXや100BASE-FXなどで接続される。光メディアを使用することにより、電磁ノイズが大きな環境でも安定した通信が行える。   The gateways 5a and 5b and the host system such as the DCS 10 are connected by Ethernet (registered trademark) 100BASE-TX, 100BASE-FX, or the like corresponding to metal or optical media. By using optical media, stable communication can be performed even in an environment with large electromagnetic noise.

ゲートウェイ5a、5bとDCS10との通信プロトコルとしては、たとえばModbus/TCP(Modbus/Transmission Control Protocol)を用いる。Modbus/TCPは、イーサネットのTCP/IPプロトコル上にModbusプロトコルが実装されたものであり、産業界で広く使用されている。   As a communication protocol between the gateways 5a and 5b and the DCS 10, for example, Modbus / TCP (Modbus / Transmission Control Protocol) is used. Modbus / TCP is an implementation of the Modbus protocol on top of the Ethernet TCP / IP protocol, and is widely used in industry.

バックボーンネットワーク4には、システムマネージャ7とセキュリティマネージャ8も接続されている。   A system manager 7 and a security manager 8 are also connected to the backbone network 4.

システムマネージャ7は、無線フィールド機器2a〜2dの通信周期、通信エラー処理など、ISA100.11aに基づく無線ネットワーク1の動作を統括して制御する機能を有している。   The system manager 7 has a function of controlling the operation of the wireless network 1 based on ISA100.11a, such as the communication period of the wireless field devices 2a to 2d and communication error processing.

セキュリティマネージャ8は、システムマネージャ7と連係してフィールド無線通信のセキュリティを確保する機能を有するものであり、セキュリティ鍵の配布や更新、機器の認証などの管理を行う。   The security manager 8 has a function of ensuring the security of field wireless communication in cooperation with the system manager 7 and manages security key distribution and update, device authentication, and the like.

なお、ISA100.11aで規定されているこれらゲートウェイとシステムマネージャとセキュリティマネージャとバックボーンルータを含む4つの機能が一体化された一体型ゲートウェイも実用化されている。   Note that an integrated gateway in which four functions including the gateway, system manager, security manager, and backbone router defined in ISA100.11a are integrated has been put into practical use.

図4の構成によれば、無線フィールド機器2a〜2dとDCS10との間の通信経路は3台のバックボーンルータ3a〜3cで冗長化されることになり、無線フィールド機器2a〜2dとバックボーンルータ3a〜3cとの間の無線通信経路も冗長化されることになる。ISA100.11aは、通信の信頼性を高めるためのさまざまな基本機能を規定しているといえる。   According to the configuration of FIG. 4, the communication path between the field wireless devices 2a to 2d and the DCS 10 is made redundant by the three backbone routers 3a to 3c, and the field wireless devices 2a to 2d and the backbone router 3a are made redundant. The wireless communication path between ˜3c is also made redundant. It can be said that ISA100.11a defines various basic functions for improving communication reliability.

なお、図4では図示していないが、冗長化されているゲートウェイ5a、5bにVIP(Virtual IP)機能を設けることにより、ModbusクライアントであるDCS10は、ゲートウェイ5a、5bの制御権が切り替わってもゲートウェイ5がシングル構成であるか冗長化されているかを意識することなく常に1つのIPアドレスに対して通信すればよい通信環境を構築でき、DCS10の実装を簡略化できる。   Although not shown in FIG. 4, the VIPS (Virtual IP) function is provided in the redundant gateways 5a and 5b, so that the DCS 10 as the Modbus client can switch the control right of the gateways 5a and 5b. It is possible to construct a communication environment in which communication is always performed for one IP address without being aware of whether the gateway 5 has a single configuration or redundancy, and the implementation of the DCS 10 can be simplified.

非特許文献1には、ISA100.11aに準拠したフィールド無線ソリューションのコンセプトと、DCSを中心としたフィールド無線システムのコンセプトが記載されている。   Non-Patent Document 1 describes a field wireless solution concept based on ISA100.11a and a field wireless system concept centered on DCS.

非特許文献2には、ISA100.11aに準拠した無線フィールド機器およびフィールド無線システムに関連する技術が記載されている。   Non-Patent Document 2 describes a technique related to a field wireless device and a field wireless system compliant with ISA100.11a.

特許文献1には、アドレス可能な冗長ゲートウェイを介して他のシステムにアクセスするシステムにおける接続確立を簡略化するための技術が記載されている。   Patent Document 1 describes a technique for simplifying connection establishment in a system that accesses another system via an addressable redundant gateway.

特許文献2には、二重化ゲートウェイを交互に使用することにより、二重化されたゲートウェイの故障を早期に検知する技術が記載されている。   Patent Document 2 describes a technique for detecting a failure of a duplexed gateway at an early stage by alternately using duplexed gateways.

山本 周二、外2名、「計装を革新するISA100.11a準拠フィールド無線ソリューション」、横河技報、横河電機株式会社、2010年、Vol.53 No.2(2010) p.7−p.12Shuji Yamamoto and two others, “ISA100.11a compliant field wireless solution to innovate instrumentation”, Yokogawa Technical Journal, Yokogawa Electric Corporation, 2010, Vol. 53 No. 2 (2010) p. 7-p. 12 山本 周二、外3名、「世界初ISA100.11a準拠無線フィールド機器」、横河技報、横河電機株式会社、2010年、Vol.53 No.2(2010) p.13−p.16Shuji Yamamoto, three others, “The world's first ISA100.11a-compliant wireless field device”, Yokogawa Technical Report, Yokogawa Electric Corporation, 2010, Vol. 53 No. 2 (2010) p. 13-p. 16

特表2008−502216号公報Special table 2008-502216 特開平10−285202号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-285202

図5は、図4における各部の動作説明図である。図5において、一方のゲートウェイ5aは現在制御権を有していて制御状態にあり、他方のゲートウェイ5bは待機状態にあるものとする。   FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of each part in FIG. In FIG. 5, it is assumed that one gateway 5a currently has the control right and is in a control state, and the other gateway 5b is in a standby state.

ModbusクライアントであるDCS10は、制御側のゲートウェイ5aに対してVIPアドレスを送信し、通信経路の確立を要求する(S1)。ゲートウェイ5aは、DCS10からの通信経路の確立要求に対し、問題がなければ通信経路確立要求OKを返信する(S2)。DCS10は、ゲートウェイ5aからの通信経路確立要求OKの返信を確認すると、ゲートウェイ5aに対してデータ取得要求を送信する(S3)。ゲートウェイ5aは、DCS10からのデータ取得要求に対し、問題がなければデータ取得要求OKを返信するとともに、測定データも送信する(S4)。以降、DCS10とゲートウェイ5aは、正常に動作している状態では、データ取得要求と通信経路確立要求OKおよび測定データの授受を繰り返す(S5、S6)。   The DCS 10 that is a Modbus client transmits a VIP address to the gateway 5a on the control side, and requests establishment of a communication path (S1). If there is no problem with the communication path establishment request from the DCS 10, the gateway 5a returns a communication path establishment request OK (S2). When the DCS 10 confirms the reply of the communication path establishment request OK from the gateway 5a, the DCS 10 transmits a data acquisition request to the gateway 5a (S3). If there is no problem in response to the data acquisition request from the DCS 10, the gateway 5a returns a data acquisition request OK and also transmits measurement data (S4). Thereafter, when the DCS 10 and the gateway 5a are operating normally, the data acquisition request, the communication path establishment request OK, and the measurement data exchange are repeated (S5, S6).

ところが、ゲートウェイ5aに故障が発生すると、DCS10からのデータ取得要求に対し(S7)、データ取得要求OKを返信できなくなる。待機側のゲートウェイ5bは制御側のゲートウェイ5aの状態を常時監視していて、制御側のゲートウェイ5aが故障したと認識すると、制御系統の接続を切り替えて制御権を得る(S8)。これにより、他方のゲートウェイ5bが制御状態になる。なお、これらゲートウェイ5の応答時間は最大応答待ち時間(たとえば4sec)に比べて十分短い時間(たとえば25msec未満)に設計されている。また、ゲートウェイ5の切り替わり時間はたとえば最大1secとする。   However, if a failure occurs in the gateway 5a, the data acquisition request OK cannot be returned to the data acquisition request from the DCS 10 (S7). The standby-side gateway 5b constantly monitors the state of the control-side gateway 5a. If the standby-side gateway 5b recognizes that the control-side gateway 5a has failed, the control-side connection is switched to obtain control (S8). Thereby, the other gateway 5b will be in a control state. Note that the response times of these gateways 5 are designed to be sufficiently shorter (for example, less than 25 msec) than the maximum response waiting time (for example, 4 sec). In addition, the switching time of the gateway 5 is, for example, a maximum of 1 sec.

一方、DCS10は、最大応答待ち時間を超えてゲートウェイ5aから応答がない場合にはゲートウェイ5aが故障したと認識し、測定データが正しく取得できなかったことを意味するアラームをユーザに通知する(S9)。   On the other hand, when the DCS 10 does not respond from the gateway 5a beyond the maximum response waiting time, the DCS 10 recognizes that the gateway 5a has failed, and notifies the user of an alarm indicating that the measurement data cannot be acquired correctly (S9). ).

このように制御権がゲートウェイ5aから5bに切り替わる過程において、ModbusクライアントであるDCS10とゲートウェイ5a間の通信経路は切断される(S10)。そこで、DCS10は新しく制御状態になったゲートウェイ5bに対してVIPアドレスを送信し、通信経路の確立を要求する(S11)。ゲートウェイ5bは、DCS10からの通信経路の確立要求に対し、問題がなければ通信経路確立要求OKを返信する(S12)。DCS10は、ゲートウェイ5bからの通信経路確立要求OKの返信を確認すると、ゲートウェイ5bに対してデータ取得要求を送信する(S13)。ゲートウェイ5bは、DCS10からのデータ取得要求に対し、問題がなければデータ取得要求OKを返信するとともに、測定データも送信する(S14)。なお、ユーザに対するアラーム通知は、新しく制御状態になったゲートウェイ5bからの測定データ取得が完了するまで継続して行われる(S15)。   In this way, in the process of switching the control right from the gateway 5a to 5b, the communication path between the ModS client DCS 10 and the gateway 5a is disconnected (S10). Therefore, the DCS 10 transmits a VIP address to the gateway 5b newly in the control state, and requests establishment of a communication path (S11). If there is no problem with the communication path establishment request from the DCS 10, the gateway 5b returns a communication path establishment request OK (S12). When the DCS 10 confirms the return of the communication path establishment request OK from the gateway 5b, the DCS 10 transmits a data acquisition request to the gateway 5b (S13). If there is no problem in response to the data acquisition request from the DCS 10, the gateway 5b returns a data acquisition request OK and also transmits measurement data (S14). The alarm notification to the user is continuously performed until the measurement data acquisition from the gateway 5b newly in the control state is completed (S15).

しかし、図4のようにゲートウェイが冗長化されたシステムにおいて、Modbusクライアントはゲートウェイが冗長化されているかどうかを意識していないため、制御側のゲートウェイが故障した場合には待機側のゲートウェイが新制御側となるものの、最大応答待ち時間に基づいて制御側のゲートウェイの異常を検出してしまい、最大応答待ち時間中における最新の測定データを取得できなくなる。   However, in a system with redundant gateways as shown in Fig. 4, the Modbus client is unaware of whether the gateway is redundant, so if the control gateway fails, the standby gateway will be updated. Although it becomes the control side, an abnormality of the gateway on the control side is detected based on the maximum response waiting time, and the latest measurement data during the maximum response waiting time cannot be acquired.

また、無線フィールド機器2がDCS10から出力される操作信号により駆動されるバルブなどの操作端末の場合には、操作信号出力が中断してしまうことになる。   Further, when the field wireless device 2 is an operation terminal such as a valve driven by an operation signal output from the DCS 10, the operation signal output is interrupted.

本発明は、このような従来の問題点に着目したものであり、その目的は、冗長化されているゲートウェイの一方が故障して他方に切り替わった場合でも、無線フィールド機器と制御システムとの間で継続して信号の授受が行えるプロセス制御システムを提供することにある。   The present invention pays attention to such a conventional problem, and its purpose is that even when one of the redundant gateways fails and is switched to the other, the wireless field device and the control system are not connected. It is to provide a process control system that can continuously send and receive signals.

このような課題を達成する請求項1の発明は、
無線フィールド機器と制御システムとの通信経路が、異常を検知するための最大応答待ち時間Taが設定されたゲートウェイで冗長化されたプロセス制御システムにおいて、
前記制御システムは、
前記ゲートウェイへのデータ取得要求に対する所定の応答待ち時間Tbを監視する応答待ち時間監視手段と、
前記所定の応答待ち時間Tbが経過した時点で前記ゲートウェイから応答がない場合には通信経路を切断する通信経路切断手段と、
切断された前記通信経路について再度通信経路の確立要求を行う通信経路確立要求手段と、
前記通信経路再確立要求に対する所定の再確立応答待ち時間Tcを監視する再確立応答待ち時間監視手段と、
前記所定の再確立応答待ち時間Tcが経過した時点で前記ゲートウェイから応答がない場合には異常と判断してアラームを出力する異常判断手段、
を設けたことを特徴とする。
The invention of claim 1 which achieves such a problem,
In the process control system in which the communication path between the field wireless device and the control system is made redundant by the gateway in which the maximum response waiting time Ta for detecting an abnormality is set,
The control system includes:
Response waiting time monitoring means for monitoring a predetermined response waiting time Tb for the data acquisition request to the gateway;
A communication path cutting means for cutting the communication path when there is no response from the gateway at the time when the predetermined response waiting time Tb has passed;
Communication path establishment request means for requesting establishment of a communication path again for the disconnected communication path;
Re-establishment response waiting time monitoring means for monitoring a predetermined re-establishment response waiting time Tc for the communication path re-establishment request;
An abnormality determining means for determining an abnormality and outputting an alarm when there is no response from the gateway when the predetermined re-establishment response waiting time Tc has elapsed;
Is provided.

請求項2の発明は、請求項1に記載のプロセス制御システムにおいて、
前記最大応答待ち時間Taと応答待ち時間Tbと再確立応答待ち時間Tcは、次式で示す関係にあることを特徴とする。
最大応答待ち時間Ta≧応答待ち時間Tb+再確立応答待ち時間Tc
The invention of claim 2 is the process control system according to claim 1,
The maximum response waiting time Ta, the response waiting time Tb, and the re-establishment response waiting time Tc are in a relationship represented by the following equation.
Maximum response waiting time Ta ≧ response waiting time Tb + re-establishment response waiting time Tc

請求項3の発明は、請求項1または請求項2に記載のプロセス制御システムにおいて、
前記無線フィールド機器は、前記制御システムに測定データを送信する伝送器であることを特徴とする。
The invention according to claim 3 is the process control system according to claim 1 or 2,
The wireless field device is a transmitter that transmits measurement data to the control system.

請求項4の発明は、請求項1または請求項2に記載のプロセス制御システムにおいて、
前記無線フィールド機器は、前記制御システムから出力される操作信号により駆動される操作端末であることを特徴とする。
The invention according to claim 4 is the process control system according to claim 1 or 2,
The wireless field device is an operation terminal driven by an operation signal output from the control system.

これらにより、冗長化されているゲートウェイ間で制御権の切り替わりが発生しても、無線フィールド機器の測定データを継続して取得したり、無線フィールド機器に対する操作信号を継続して伝送できる。そして、両方のゲートウェイが故障している場合には、従来と同様に、最大応答待ち時間経過後に、ユーザにゲートウェイの故障を表すアラームを出力できる。   As a result, even if the control right is switched between the redundant gateways, the measurement data of the field wireless device can be continuously acquired and the operation signal to the field wireless device can be continuously transmitted. If both gateways are out of order, an alarm indicating the failure of the gateway can be output to the user after the maximum response waiting time has elapsed, as in the prior art.

本発明の一実施例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows one Example of this invention. 図1における各部の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of each part in FIG. 図1の動作の流れを説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the flow of operation | movement of FIG. 従来のシステム構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of the conventional system configuration. 図4における各部の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of each part in FIG.

以下、本発明について、図面を用いて説明する。図1は本発明の一実施例を示すブロック図であり、図4と共通する部分には同一の符号を付けている。図1と図4の相違点は、図1の制御システムとして動作するDCS10には、本発明に基づく所定の機能ブロックを設けていることである。   Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, and the same reference numerals are given to portions common to FIG. The difference between FIG. 1 and FIG. 4 is that the DCS 10 operating as the control system of FIG. 1 is provided with predetermined functional blocks based on the present invention.

図1において、DCS10には、応答待ち時間監視部11と、通信経路切断部12と、通信経路再確立要求部13と、再確立応答待ち時間監視部14と、異常判断部15が設けられている。   In FIG. 1, the DCS 10 is provided with a response waiting time monitoring unit 11, a communication path disconnection unit 12, a communication path re-establishment request unit 13, a re-establishment response waiting time monitoring unit 14, and an abnormality determination unit 15. Yes.

図2は図1における各部の動作説明図であり、図5と共通する部分には同一の符号を付けている。なお、図2において、一方のゲートウェイ5aは現在制御権を有していて制御状態にあり、他方のゲートウェイ5bは待機状態にあるものとする。   FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of each part in FIG. In FIG. 2, it is assumed that one gateway 5a currently has a control right and is in a control state, and the other gateway 5b is in a standby state.

制御システムとして動作しModbusクライアントでもあるDCS10は、制御側のゲートウェイ5aに対してVIPアドレスを送信し、通信経路の確立を要求する(S1)。ゲートウェイ5aは、DCS10からの通信経路の確立要求に対し、問題がなければ通信経路確立要求OKを返信する(S2)。DCS10は、ゲートウェイ5aからの通信経路確立要求OKの返信を確認すると、ゲートウェイ5aに対してデータ取得要求を送信する(S3)。ゲートウェイ5aは、DCS10からのデータ取得要求に対し、問題がなければデータ取得要求OKを返信するとともに、測定データも送信する(S4)。以降、DCS10とゲートウェイ5aは、正常に動作している状態では、データ取得要求と通信経路確立要求OKおよび測定データの授受を繰り返す(S5、S6)。   The DCS 10 that operates as a control system and is also a Modbus client transmits a VIP address to the gateway 5a on the control side and requests establishment of a communication path (S1). If there is no problem with the communication path establishment request from the DCS 10, the gateway 5a returns a communication path establishment request OK (S2). When the DCS 10 confirms the reply of the communication path establishment request OK from the gateway 5a, the DCS 10 transmits a data acquisition request to the gateway 5a (S3). If there is no problem in response to the data acquisition request from the DCS 10, the gateway 5a returns a data acquisition request OK and also transmits measurement data (S4). Thereafter, when the DCS 10 and the gateway 5a are operating normally, the data acquisition request, the communication path establishment request OK, and the measurement data exchange are repeated (S5, S6).

ところが、ゲートウェイ5aに故障が発生すると、DCS10からのデータ取得要求に対し(S7)、データ取得要求OKを返信できなくなる。待機側のゲートウェイ5bは制御側のゲートウェイ5aの状態を常時監視していて、制御側のゲートウェイ5aが故障したと認識すると、制御系統の接続を切り替えて制御権を得る(S8)。これにより、他方のゲートウェイ5bが制御状態になる。なお、これらゲートウェイ5の応答時間は最大応答待ち時間Ta(たとえば4sec)に比べて十分短い時間(たとえば25msec未満)に設計されている。また、ゲートウェイ5の切り替わり時間はたとえば最大1secとする。   However, if a failure occurs in the gateway 5a, the data acquisition request OK cannot be returned to the data acquisition request from the DCS 10 (S7). The standby-side gateway 5b constantly monitors the state of the control-side gateway 5a. If the standby-side gateway 5b recognizes that the control-side gateway 5a has failed, the control-side connection is switched to obtain control (S8). Thereby, the other gateway 5b will be in a control state. The response times of these gateways 5 are designed to be sufficiently shorter (for example, less than 25 msec) than the maximum response waiting time Ta (for example, 4 sec). In addition, the switching time of the gateway 5 is, for example, a maximum of 1 sec.

DCS10の応答待ち時間監視部11は、ゲートウェイ5aへのデータ取得要求に対する所定の応答待ち時間Tbの経過を監視する。通信経路切断部12は、応答待ち時間監視部11が監視している所定の応答待ち時間Tbが経過した時点でゲートウェイ5aから応答がないことを確認して通信経路を切断する(S10)。   The response waiting time monitoring unit 11 of the DCS 10 monitors the elapse of a predetermined response waiting time Tb for a data acquisition request to the gateway 5a. The communication path disconnecting unit 12 confirms that there is no response from the gateway 5a when the predetermined response waiting time Tb monitored by the response waiting time monitoring unit 11 has elapsed, and disconnects the communication path (S10).

通信経路確立要求部13は、新しく制御状態になったゲートウェイ5bに対してVIPアドレスを送信し、通信経路の再確立を要求する(S11)。ゲートウェイ5bは、DCS10からの通信経路の再確立要求に対し、問題がなければ通信経路確立要求OKを返信する(S12)。   The communication path establishment request unit 13 transmits a VIP address to the gateway 5b newly in the control state, and requests re-establishment of the communication path (S11). If there is no problem in response to the communication path re-establishment request from the DCS 10, the gateway 5b returns a communication path establishment request OK (S12).

再確立応答待ち時間監視部14は、通信経路再確立要求に対する所定の再確立応答待ち時間Tcの経過を監視する。異常判断部15は、再確立応答待ち時間監視部14が監視している所定の再確立応答待ち時間Tcが経過した時点でゲートウェイ5bから応答がないことを確認すると異常と判断してアラームを出力するが、図2では異常と判断していないのでアラーム出力は図示しない。   The re-establishment response waiting time monitoring unit 14 monitors the progress of a predetermined re-establishment response waiting time Tc for the communication path re-establishment request. The abnormality determination unit 15 determines that there is no response from the gateway 5b when a predetermined re-establishment response waiting time Tc monitored by the re-establishment response waiting time monitoring unit 14 has elapsed, and determines that an abnormality has occurred and outputs an alarm. However, the alarm output is not shown in FIG.

なお、これら最大応答待ち時間Taと応答待ち時間Tbと再確立応答待ち時間Tcは、次式で示す関係が成立するように設定されている。
最大応答待ち時間Ta≧応答待ち時間Tb+再確立応答待ち時間Tc
The maximum response waiting time Ta, the response waiting time Tb, and the re-establishment response waiting time Tc are set so that the relationship represented by the following equation is established.
Maximum response waiting time Ta ≧ response waiting time Tb + re-establishment response waiting time Tc

DCS10は、ゲートウェイ5bからの通信経路確立要求OKの返信を確認すると、ゲートウェイ5bに対してデータ取得要求を送信する(S13)。ゲートウェイ5bは、DCS10からのデータ取得要求に対し、問題がなければデータ取得要求OKを返信するとともに、測定データも送信する(S14)。   When the DCS 10 confirms the return of the communication path establishment request OK from the gateway 5b, the DCS 10 transmits a data acquisition request to the gateway 5b (S13). If there is no problem in response to the data acquisition request from the DCS 10, the gateway 5b returns a data acquisition request OK and also transmits measurement data (S14).

図3は、図1の動作の流れを説明するフローチャートである。DCS10は、制御権を有するゲートウェイ5に対してデータ取得要求を送信した後(S1)、データ取得要求に対するゲートウェイ5からの応答受信の有無を確認する(S2)。ゲートウェイ5からの応答を受信できた場合は、応答内容には関係なくゲートウェイ5は正常に動作していることを意味するので、引き続きデータ取得要求を実行する。   FIG. 3 is a flowchart for explaining the flow of the operation of FIG. The DCS 10 transmits a data acquisition request to the gateway 5 having the control right (S1), and then confirms whether a response is received from the gateway 5 for the data acquisition request (S2). If the response from the gateway 5 can be received, it means that the gateway 5 is operating normally regardless of the response content, so the data acquisition request is continuously executed.

データ取得要求に対するゲートウェイ5からの応答受信が確認できない場合、データ取得要求送信後の待ち時間が所定の応答待ち時間Tbを超えたか否かを確認し(S3)、超えたら一旦通信経路を切断する(S4)。   If the response reception from the gateway 5 to the data acquisition request cannot be confirmed, it is checked whether or not the waiting time after sending the data acquisition request exceeds a predetermined response waiting time Tb (S3). (S4).

通信経路切断後、再度、制御権を有するゲートウェイ5に対して通信経路確立要求を実施し(S5)、通信経路再確立要求に対するゲートウェイ5からの応答受信の有無を確認する(S6)。   After the communication path is disconnected, a communication path establishment request is again made to the gateway 5 having the control right (S5), and whether or not a response is received from the gateway 5 for the communication path re-establishment request is confirmed (S6).

通信経路再確立要求に対するゲートウェイ5からの応答受信が確認できた場合、その応答が正常か否かを確認する(S7)。正常と確認したらゲートウェイ5の切り替わりが完了して新しいゲートウェイとの通信路が確立されたと判断し、ステップS1以降の一連の処理を実行して新しいゲートウェイ5から測定データを受信する。通信経路再確立要求に対するゲートウェイ5からの応答受信を異常と確認したら、ユーザに異常を通知する(S8)。   When the response reception from the gateway 5 to the communication path re-establishment request is confirmed, it is confirmed whether or not the response is normal (S7). If it is confirmed as normal, it is determined that the switching of the gateway 5 is completed and a communication path with the new gateway has been established, and a series of processes after step S1 are executed to receive measurement data from the new gateway 5. If the response reception from the gateway 5 to the communication path re-establishment request is confirmed to be abnormal, the user is notified of the abnormality (S8).

通信経路再確立要求に対するゲートウェイ5からの応答受信が確認できない場合、通信経路再確立要求送信後の待ち時間が所定の再確立時間Tcを超えたか否かを確認する(S9)。所定の再確立時間Tcを超えたらゲートウェイ5が異常であると判断し、ユーザにデータが取得できなかったことを意味する異常を通知する(S8)。   When the response reception from the gateway 5 to the communication path re-establishment request cannot be confirmed, it is confirmed whether or not the waiting time after transmitting the communication path re-establishment request exceeds a predetermined re-establishment time Tc (S9). If the predetermined re-establishment time Tc is exceeded, it is determined that the gateway 5 is abnormal, and the user is notified of an abnormality meaning that data could not be acquired (S8).

このように、図3のステップS1→S2→S3→S4→S5→S6→S7→S1・・のループ処理を実行することにより、ユーザは冗長化されているゲートウェイ5の一方が故障しても他方を介して測定データを継続して取り込むことができる。   In this way, by executing the loop processing of steps S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S1,... In FIG. Measurement data can be continuously captured via the other.

そして、冗長化されているゲートウェイ5の両方が故障している場合あるいはシングル構成の場合には、ステップS1→S2→S3→S4→S5→S6→S9→S8の処理を実行することにより、従来と同様に、最大応答待ち時間Ta(≧応答待ち時間Tb+再確立応答待ち時間Tc)の経過後にユーザに異常を通知することができる。   When both of the redundant gateways 5 are out of order or in the case of a single configuration, the processing of steps S1, S2, S3, S4, S5, S6, S9, and S8 is executed by executing the conventional processing. Similarly, the user can be notified of an abnormality after the maximum response waiting time Ta (≧ response waiting time Tb + re-establishment response waiting time Tc) has elapsed.

なお、上記実施例では、無線フィールド機器2が、制御システムであるDCS10に測定データを送信する伝送器の例について説明したが、伝送器に限るものではなく、ModbusクライアントであるDCS10から出力される操作信号により駆動されるバルブなどの操作端末であっても、冗長化されているゲートウェイが切り替わった場合に同様の処理手順にしたがって操作信号を伝送することができる。   In the above embodiment, an example of a transmitter in which the field wireless device 2 transmits measurement data to the DCS 10 that is a control system has been described. However, the transmitter is not limited to the transmitter, and is output from the DCS 10 that is a Modbus client. Even an operation terminal such as a valve driven by an operation signal can transmit an operation signal according to the same processing procedure when a redundant gateway is switched.

以上説明したように、本発明によれば、冗長化されているゲートウェイの一方が故障して他方に切り替わった場合でも無線フィールド機器と制御システムとの間で継続して信号の授受が行えるプロセス制御システムが実現でき、プロセス制御システムを安定に駆動できる。   As described above, according to the present invention, even when one of the redundant gateways fails and is switched to the other, the process control can continuously transmit and receive signals between the field wireless device and the control system. A system can be realized and the process control system can be driven stably.

1 無線ネットワーク
2 無線フィールド機器
3 バックボーンルータ
4 バックボーンネットワーク
5 ゲートウェイ
6 Modbusサーバ
7 システムマネージャ
8 セキュリティマネージャ
9 コントロールネットワーク
10 DCS
11 応答待ち時間監視部
12 通信経路切断部
13 通信経路再確立要求部
14 再確立応答待ち時間監視部
15 異常判断部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Wireless network 2 Wireless field device 3 Backbone router 4 Backbone network 5 Gateway 6 Modbus server 7 System manager 8 Security manager 9 Control network 10 DCS
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Response waiting time monitoring part 12 Communication path cutting part 13 Communication path re-establishment request part 14 Re-establishment response waiting time monitoring part 15 Abnormality judgment part

Claims (4)

無線フィールド機器と制御システムとの通信経路が、異常を検知するための最大応答待ち時間Taが設定されたゲートウェイで冗長化されたプロセス制御システムにおいて、
前記制御システムは、
前記ゲートウェイへのデータ取得要求に対する所定の応答待ち時間Tbを監視する応答待ち時間監視手段と、
前記所定の応答待ち時間Tbが経過した時点で前記ゲートウェイから応答がない場合には通信経路を切断する通信経路切断手段と、
切断された前記通信経路について再度通信経路の確立要求を行う通信経路確立要求手段と、
前記通信経路再確立要求に対する所定の再確立応答待ち時間Tcを監視する再確立応答待ち時間監視手段と、
前記所定の再確立応答待ち時間Tcが経過した時点で前記ゲートウェイから応答がない場合には異常と判断してアラームを出力する異常判断手段、
を設けたことを特徴とするプロセス制御システム。
In the process control system in which the communication path between the field wireless device and the control system is made redundant by the gateway in which the maximum response waiting time Ta for detecting an abnormality is set,
The control system includes:
Response waiting time monitoring means for monitoring a predetermined response waiting time Tb for the data acquisition request to the gateway;
A communication path cutting means for cutting the communication path when there is no response from the gateway at the time when the predetermined response waiting time Tb has passed;
Communication path establishment request means for requesting establishment of a communication path again for the disconnected communication path;
Re-establishment response waiting time monitoring means for monitoring a predetermined re-establishment response waiting time Tc for the communication path re-establishment request;
An abnormality determining means for determining an abnormality and outputting an alarm when there is no response from the gateway when the predetermined re-establishment response waiting time Tc has elapsed;
A process control system characterized by comprising:
前記最大応答待ち時間Taと応答待ち時間Tbと再確立応答待ち時間Tcは、次式で示す関係にあることを特徴とする請求項1に記載のプロセス制御システム。
最大応答待ち時間Ta≧応答待ち時間Tb+再確立応答待ち時間Tc
2. The process control system according to claim 1, wherein the maximum response waiting time Ta, the response waiting time Tb, and the re-establishment response waiting time Tc have a relationship represented by the following expression.
Maximum response waiting time Ta ≧ response waiting time Tb + re-establishment response waiting time Tc
前記無線フィールド機器は、前記制御システムに測定データを送信する伝送器であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のプロセス制御システム。   The process control system according to claim 1, wherein the wireless field device is a transmitter that transmits measurement data to the control system. 前記無線フィールド機器は、前記制御システムから出力される操作信号により駆動される操作端末であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のプロセス制御システム。   The process control system according to claim 1, wherein the wireless field device is an operation terminal driven by an operation signal output from the control system.
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