JP2013211694A - Radio network system and time management device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、フィールド制御システムに無線ネットワークが接続されてなる無線ネットワークシステム等に関し、とくに時刻を適切に管理できる無線ネットワークシステム等に関する。 The present invention relates to a wireless network system or the like in which a wireless network is connected to a field control system, and more particularly to a wireless network system or the like that can appropriately manage time.
ISA100などの同期式無線ネットワークでは、無線ネットワークに属するすべての無線ノードが一つのクロックソースに同期して動作するが、一般的にすべての無線ノードが1ms以下の精度で正確に同期している必要がある。 In a synchronous wireless network such as ISA100, all wireless nodes belonging to the wireless network operate in synchronization with one clock source, but generally all wireless nodes need to be accurately synchronized with an accuracy of 1 ms or less. There is.
通常、プラントに設置される無線ノードはバッテリを電源としており、通信の行われないほとんどの時間はスリープしている。データ転送時には、上位の無線ノードと下位の無線ノードが同時に起床して互いに無線通信を行ってデータを転送するとともに、下位の無線ノードは上位の無線ノードの時刻を受信し、自身の時計を上位の無線ノードの時計に同期させる。この際、起床したタイミングにおいて、両者のノードの時計の計時が例えば1ms以上ずれていると、上記の通信に失敗する。このことは時計を同期する手段を失うことを意味するので、下位の無線ノードは回復不能な状況に陥る。 Usually, a wireless node installed in a plant uses a battery as a power source, and sleeps most of the time when communication is not performed. At the time of data transfer, the upper wireless node and the lower wireless node wake up at the same time and perform wireless communication with each other to transfer data, and the lower wireless node receives the time of the upper wireless node and keeps its own clock Synchronize with the clock of the wireless node. At this time, if the clocks of both nodes are shifted by, for example, 1 ms or more at the time of getting up, the communication fails. This means losing the means to synchronize the clock, so that the lower-level wireless node falls into an unrecoverable situation.
各無線ノードは、それぞれハードウェアクロックを保持しているが、通信する2つの無線ノードの時計の偏差(時刻の進む速度:単位 ppm)が大きく異なる場合には、長時間スリープしている間にハードウェアクロックの計時のずれが蓄積され、起床したタイミングでの通信が不可能となる可能性がある。このため、一般的には無線ノードの時計の偏差を±数ppmに抑える必要がある。また、これらの無線ノードが同期する無線ネットワークのクロックソースにも、同様に±数ppm程度の精度が求められる。 Each wireless node holds its own hardware clock, but if the clock deviation (speed of time advance: ppm) of the two wireless nodes that communicate with each other is significantly different, There is a possibility that the timing difference of the hardware clock is accumulated and communication at the timing of waking up becomes impossible. For this reason, it is generally necessary to suppress the clock deviation of the wireless node to ± several ppm. Similarly, an accuracy of about ± several ppm is required for a clock source of a wireless network to which these wireless nodes are synchronized.
一方、通常のフィールド制御システムで使用される時計(タイムソース)には高い精度は要求されない。無線ネットワークに要求されるような高精度なクロックソースは高価であるため、フィールド制御システムに設置される例は稀である。 On the other hand, a clock (time source) used in a normal field control system does not require high accuracy. Since a high-accuracy clock source as required for a wireless network is expensive, there are rare cases where it is installed in a field control system.
上記のように、無線ネットワークとフィールド制御システムとでは、クロックソースに要求される性能に大きな差がある。このため、精度の悪い(偏差の大きな)制御システムのクロックソースを無線ネットワークに接続すると、精度の悪い制御システムのクロックが無線ネットワークに流れ込むことで、無線ノード間の時刻同期ができなくなり、通信不可能な状態に陥るリスクがある。フィールド制御システムのクロックソースとして高精度なものを導入することでかかるリスクは回避できるが、この場合にはコストアップを招き、とくに小規模なシステムへの導入は困難である。 As described above, there is a large difference in performance required for the clock source between the wireless network and the field control system. For this reason, if a clock source of an inaccurate (large deviation) control system is connected to the wireless network, the clock of the inaccurate control system flows into the wireless network, so that time synchronization between wireless nodes cannot be performed and communication is not possible. There is a risk of falling into a possible state. This risk can be avoided by introducing a high-accuracy clock source for the field control system. However, in this case, the cost is increased, and it is particularly difficult to introduce it to a small-scale system.
また別の方法として、精度の悪い(偏差の大きな)制御システムのクロックソースを無線ネットワークから切り離すことが考えられる。この場合には、無線ネットワーク内の無線機器(例えば、ISA100システムマネージャ(System Manager))の内蔵クロックを無線ネットワークのクロックソースとして用いる。このような内蔵クロックは高精度なものが採用されているので、無線ネットワークは正常に動作する。 As another method, it is conceivable to disconnect the clock source of the control system with low accuracy (large deviation) from the wireless network. In this case, a built-in clock of a wireless device (for example, ISA100 system manager (System Manager)) in the wireless network is used as a clock source of the wireless network. Since such a built-in clock has a high precision, the wireless network operates normally.
しかし、後者の場合には、無線ネットワーク内の無線ノードが送信したデータのタイムスタンプが、フィールド制御システムにおける時刻と食い違っているため、制御に不都合を生ずるという問題がある。 However, in the latter case, the time stamp of the data transmitted by the wireless node in the wireless network is inconsistent with the time in the field control system.
本発明の目的は、無線ネットワークにおける正常な動作と、フィールド制御システムでの適切な制御を両立させることができる無線ネットワークシステム等を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a wireless network system or the like that can achieve both normal operation in a wireless network and appropriate control in a field control system.
本発明の無線ネットワークシステムは、フィールド制御システムに無線ネットワークが接続されてなる無線ネットワークシステムにおいて、前記無線ネットワークに時刻を与える第1のクロックと、前記フィールド制御システムにおける時刻を規定する第2のクロックと、前記無線ネットワークから前記第1のクロックに基づく時刻がタイムスタンプとして付されたデータを受信する受信手段と、前記受信手段により受信された前記データに付されたタイムスタンプの時刻を、前記第1のクロックの時刻および前記第2のクロックの時刻の差分に基づいて前記第2のクロックの時刻に変換する変換手段と、を備えることを特徴とする。
この無線ネットワークシステムによれば、データに付されたタイムスタンプの時刻を、第1のクロックの時刻および第2のクロックの時刻の差分に基づいて第2のクロックの時刻に変換するので、無線ネットワークにおける正常な動作と、フィールド制御システムでの適切な制御を両立させることができる。
The wireless network system of the present invention is a wireless network system in which a wireless network is connected to a field control system, and a first clock that gives time to the wireless network and a second clock that defines time in the field control system Receiving means for receiving data with the time based on the first clock as a time stamp from the wireless network, and the time of the time stamp attached to the data received by the receiving means, Conversion means for converting to the time of the second clock based on the difference between the time of the first clock and the time of the second clock.
According to this wireless network system, the time of the time stamp attached to the data is converted into the time of the second clock based on the difference between the time of the first clock and the time of the second clock. It is possible to achieve both the normal operation of and the appropriate control in the field control system.
前記変換手段によりタイムスタンプが変換された前記データを、前記フィールド制御システム内に転送する転送手段を備えてもよい。 You may provide the transfer means which transfers the said data in which the time stamp was converted by the said conversion means in the said field control system.
前記無線ネットワークは、無線ノード同志で内部クロックを同期させる同期式ネットワークであってもよい。 The wireless network may be a synchronous network that synchronizes internal clocks between wireless nodes.
前記無線ネットワークに参加している無線ノードは電池を電源としてもよい。 A wireless node participating in the wireless network may use a battery as a power source.
前記第1のクロック、前記第2のクロック、前記受信手段および前記変換手段は、前記フィールド制御システムと前記無線ネットワークとを中継する中継装置に設けられてもよい。 The first clock, the second clock, the reception unit, and the conversion unit may be provided in a relay device that relays the field control system and the wireless network.
本発明の時刻管理装置は、フィールド制御システムおよび無線ネットワークの間の時刻管理を行う時刻管理装置において、前記無線ネットワークに時刻を与える第1のクロックと、前記フィールド制御システムにおける時刻を規定する第2のクロックと、前記無線ネットワークから前記第1のクロックに基づく時刻がタイムスタンプとして付されたデータを受信する受信手段と、前記受信手段により受信された前記データに付されたタイムスタンプの時刻を、前記第1のクロックの時刻および前記第2のクロックの時刻の差分に基づいて前記第2のクロックの時刻に変換する変換手段と、を備えることを特徴とする。
この時刻管理装置によれば、データに付されたタイムスタンプの時刻を、第1のクロックの時刻および第2のクロックの時刻の差分に基づいて第2のクロックの時刻に変換するので、無線ネットワークにおける正常な動作と、フィールド制御システムでの適切な制御を両立させることができる。
The time management device of the present invention is a time management device that performs time management between a field control system and a wireless network, and a second clock that defines a time in the field control system and a first clock that gives time to the wireless network. And a receiving means for receiving data with a time based on the first clock attached as a time stamp from the wireless network, and a time of the time stamp attached to the data received by the receiving means, Conversion means for converting to the time of the second clock based on the difference between the time of the first clock and the time of the second clock.
According to this time management device, the time of the time stamp attached to the data is converted to the time of the second clock based on the difference between the time of the first clock and the time of the second clock. It is possible to achieve both the normal operation of and the appropriate control in the field control system.
本発明の無線ネットワークシステムによれば、データに付されたタイムスタンプの時刻を、第1のクロックの時刻および第2のクロックの時刻の差分に基づいて第2のクロックの時刻に変換するので、無線ネットワークにおける正常な動作と、フィールド制御システムでの適切な制御を両立させることができる。 According to the wireless network system of the present invention, the time of the time stamp attached to the data is converted into the time of the second clock based on the difference between the time of the first clock and the time of the second clock. It is possible to achieve both normal operation in the wireless network and appropriate control in the field control system.
また、本発明の時刻管理装置は、フィールド制御システムおよび無線ネットワークの間の時刻管理を行う時刻管理装置によれば、データに付されたタイムスタンプの時刻を、第1のクロックの時刻および第2のクロックの時刻の差分に基づいて第2のクロックの時刻に変換するので、無線ネットワークにおける正常な動作と、フィールド制御システムでの適切な制御を両立させることができる。 According to the time management device of the present invention, the time management device that performs time management between the field control system and the wireless network uses the time of the time stamp attached to the data as the time of the first clock and the second time. Since the time of the second clock is converted to the time of the second clock, normal operation in the wireless network and appropriate control in the field control system can be compatible.
以下、本発明による無線ネットワークシステムの一実施形態について説明する。 Hereinafter, an embodiment of a wireless network system according to the present invention will be described.
図1は、本実施形態の無線ネットワークシステムの構成を示すブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the wireless network system of this embodiment.
図1に示すように、本実施形態の無線ネットワークシステムは、プラントにおけるプロセスを制御するフィールド制御システム1と、ISA100規格に従った同期式無線ネットワークである無線ネットワーク2と、フィールド制御システム1および無線ネットワーク2の間に設けられ、フィールド制御システム1と無線ネットワーク2との間を中継する中継装置3とを備える。中継装置3は、ISA100システム・マネージャ(System Manager)またはISA100ゲートウェイ(Gateway)により構成される。 As shown in FIG. 1, the radio network system of this embodiment includes a field control system 1 that controls processes in a plant, a radio network 2 that is a synchronous radio network according to the ISA100 standard, a field control system 1 and radio A relay device 3 provided between the networks 2 and relaying between the field control system 1 and the wireless network 2 is provided. The relay apparatus 3 includes an ISA100 system manager (System Manager) or an ISA100 gateway (Gateway).
図1に示すように、フィールド制御システム1は、プラントに配置されたフィールド機器を制御する制御機器12と、フィールド制御システム1における時刻を規定するタイムソース13とを含んで構成され、制御機器12およびタイムソース13は有線による通信回線11により互いに接続される。また、フィールド制御システム1に含まれる制御機器12、その他の機器(不図示)には、通信回線11を介してタイムソース13からのクロックが与えられる。また、フィールド制御システム1内で送受信されるデータには、タイムソース13からのクロックに基づくタイムスタンプ(フィールド制御システム1における時刻を基準とするタイムスタンプ)が付される。
As shown in FIG. 1, the field control system 1 includes a
図1に示すように、無線ネットワーク2は、有線による通信回線25に接続されたISA100.11.a バックボーンルーター(Backbone Router)21a,21bと、ルーター22a,22bとして機能するISA100デバイスと、無線フィールド機器(ないしその一部)として機能するISA100 I/Oデバイス(I/O Device)23とを含んで構成される。無線ネットワーク2におけるバックボーンルーターは交流電源(商用電源)により動作し、ルーターやI/Oデバイス等のその他の無線デバイスはバッテリーを電源とする。
As shown in FIG. 1, the wireless network 2 includes an ISA100.11.a
なお、無線ネットワーク2における通信状態は、ISA100システム・マネージャーにより管理される。ISA100システム・マネージャーは、バックボーンルーターおよびI/Oデバイスを含むISA100デバイスやネットワークの情報を収集し、周波数、通信経路、通信タイムロスなどの無線通信資源の管理、ISA100デバイスに対するこれらの無線通信資源の割当の算出、および算出結果に基づく各機器への使用周波数や近隣デバイス情報などの設定を行う。 The communication state in the wireless network 2 is managed by the ISA100 system manager. ISA100 system manager collects information on ISA100 devices and networks including backbone routers and I / O devices, manages wireless communication resources such as frequency, communication path, communication time loss, and assigns these wireless communication resources to ISA100 devices And the setting of the frequency used for each device and neighboring device information based on the calculation result.
図1に示すように、中継装置3は、フィールド制御システム1における時刻を示す制御時計31と、無線ネットワーク2におけるタイムソースとして機能する内蔵時計32と、を備え、通信回線11を介してフィールド制御システム1に、通信回線25を介して無線ネットワーク2に、それぞれ接続される。
As shown in FIG. 1, the relay device 3 includes a
内蔵時計32は、無線ネットワーク2の動作に必要な精度(例えば、±数ppm程度の精度)を有する。一方、制御時計31はタイムソース13が示す時刻によって、例えば定期的に校正され、タイムソース13に同期する。タイムソース13の精度は内蔵時計32ほど高くなく、当然、制御時計31の精度もタイムソース13の精度に準ずる。本実施形態の無線ネットワークシステムでは、制御時計31と内蔵時計32とを同期させる機能はなく、通常、制御時計31および内蔵時計32は同時に異なる時刻を示すことになる。
The built-in
なお、図1において、フィールド制御システム1、無線ネットワーク2および中継装置3の構成のうち、本発明の説明のために必要な一部の要素のみを図示している。また、本発明に係る機能と直接的に関係しないISA100セキュリティ・マネージャー(Security Manager)などの図示を省略している。 In FIG. 1, only some elements necessary for the description of the present invention are illustrated in the configuration of the field control system 1, the wireless network 2, and the relay device 3. Further, illustration of an ISA100 security manager (Security Manager) and the like that are not directly related to the functions according to the present invention is omitted.
次に、本実施形態の無線ネットワークシステムにおける動作を説明する。 Next, the operation in the wireless network system of this embodiment will be described.
本実施形態の無線ネットワークシステムでは、無線ネットワーク2には中継装置3の内部時計32からのクロックが与えられる。図1に示すように、このクロックは通信回線25を介してバックボーンルータより下位の無線デバイスに順次、与えられる。図1において、ルーター22aにはバックボーンルータ21aを介して、I/Oデバイス23にはバックボーンルータ21aおよびルーター22aを介して、それぞれ内部時計32からのクロックが与えられる。
In the wireless network system of this embodiment, the wireless network 2 is given a clock from the
例えば、スリープしていたルーター22aが起床してバックボーンルータ21aと通信を行う際には、ルーター22aはバックボーンルータ21aを介して内蔵時計32の時刻を受信し、またはバックボーンルータ21aが保有する時刻を受信し、自らのハードウェアクロックをこれに同期させる。同様に、スリープしていたI/Oデバイス23が起床してルーター22aと通信を行う際には、I/Oデバイス23はルーター22aから時刻を受信し、自らのハードウェアクロックをこれに同期させる。このように、無線ネットワーク2を構成する各無線デバイスは、上位デバイスから時刻を受け取ることで、自らのハードウェアクロックを内蔵時計32に同期させる。
For example, when the
図2は、I/Oデバイス23からのデータをフィールド制御システム1の制御装置12に転送する場合の動作を示す図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating an operation when data from the I /
図2に示すように、I/Oデバイス23は、データにタイムスタンプを付して送信する。このタイムスタンプは、例えばセンサ値における検出時刻あるいはデータの送信時刻であり、その時刻は内蔵時計32の時刻ないし内蔵時計32に同期するI/Oデバイス23のハードウェアクロックの時刻である。
As shown in FIG. 2, the I /
I/Oデバイス23からのデータは、ルータ22aおよびバックボーンルータ21aおよび通信回線25を介して中継装置3に到達する。
Data from the I /
上記データを受信すると、中継装置3はその時の制御時計31が示す時刻と内蔵時計32が示す時刻の差分に基づいて、上記タイムスタンプの時刻を制御時計31を基準とする時刻に変換する。例えば、制御時計31が示す時刻が内蔵時計32が示す時刻よりも差分Δだけ進んでいる場合には、受信されたタイムスタンプの時刻に差分Δを加算する。時刻が変換されたタイムスタンプは、上記データとともに制御装置12に転送され、制御装置12では、実質的にフィールド制御システムの時刻(タイムソース13の時刻)を基準とするタイムスタンプの付されたデータを受け取ることになる。このようにフィールド制御システム1内で時刻の基準のずれた2種類のタイムスタンプが混在することがなくなり、制御上の不都合を生じさせない。
When the data is received, the relay device 3 converts the time of the time stamp into a time based on the
以上のように、本実施形態の無線ネットワークシステムでは、無線ネットワーク2内で付されたタイムスタンプの時刻を中継装置3においてフィールド制御システム1の時刻に換算し、これをフィールド制御システム1に与えているので、フィールド制御システム1内における種類のタイムスタンプの混在が回避され、フィールド制御システム1における制御を適切なものとすることができる。また、無線ネットワーク2における時刻は高精度な内部時計32に基づくため、無線ネットワーク2において時刻同期が不能になるという事態を回避できる。
As described above, in the wireless network system of the present embodiment, the time of the time stamp given in the wireless network 2 is converted into the time of the field control system 1 in the relay device 3, and this is given to the field control system 1. As a result, mixing of time stamps of types in the field control system 1 is avoided, and control in the field control system 1 can be made appropriate. Further, since the time in the wireless network 2 is based on the highly accurate
上記実施形態では、制御時計31および内蔵時計32を中継装置3に設けるとともに、中継装置3において時刻の変換を行っているが、これらの機能のうちの一部または全部を、フィールド制御システム内または無線ネットワーク内に設けてもよい。
In the above embodiment, the
また、上記実施形態では、無線ネットワーク内で付されたタイムスタンプの時刻をフィールド制御システムにおける時刻に変換する例を示したが、フィールド制御システム内で付されたタイムスタンプを無線ネットワーク内で使用する場合に、制御システム内で付されたタイムスタンプの時刻を無線ネットワークにおける時刻に変換してもよい。 In the above-described embodiment, an example in which the time of the time stamp attached in the wireless network is converted into the time in the field control system has been described. However, the time stamp attached in the field control system is used in the wireless network. In such a case, the time of the time stamp added in the control system may be converted into the time in the wireless network.
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、フィールド制御システムに無線ネットワークが接続されてなる無線ネットワークシステム等に対し、広く適用することができる。 The scope of application of the present invention is not limited to the above embodiment. The present invention can be widely applied to a wireless network system in which a wireless network is connected to a field control system.
1 フィールド制御システム
2 無線ネットワーク
3 中継装置(受信手段、変換手段、転送手段)
13 タイムソース(第1のクロック)
31 制御時計(第1のクロック)
32 内蔵時計(第2のクロック)
1 field control system 2 wireless network 3 relay device (reception means, conversion means, transfer means)
13 Time source (first clock)
31 Control clock (first clock)
32 Internal clock (second clock)
Claims (6)
前記無線ネットワークに時刻を与える第1のクロックと、
前記フィールド制御システムにおける時刻を規定する第2のクロックと、
前記無線ネットワークから前記第1のクロックに基づく時刻がタイムスタンプとして付されたデータを受信する受信手段と、
前記受信手段により受信された前記データに付されたタイムスタンプの時刻を、前記第1のクロックの時刻および前記第2のクロックの時刻の差分に基づいて前記第2のクロックの時刻に変換する変換手段と、
を備えることを特徴とする無線ネットワークシステム。 In a wireless network system in which a wireless network is connected to a field control system,
A first clock for providing time to the wireless network;
A second clock defining a time in the field control system;
Receiving means for receiving, from the wireless network, data with a time stamp as a time stamp based on the first clock;
Conversion that converts the time of the time stamp attached to the data received by the receiving means into the time of the second clock based on the difference between the time of the first clock and the time of the second clock Means,
A wireless network system comprising:
前記無線ネットワークに時刻を与える第1のクロックと、
前記フィールド制御システムにおける時刻を規定する第2のクロックと、
前記無線ネットワークから前記第1のクロックに基づく時刻がタイムスタンプとして付されたデータを受信する受信手段と、
前記受信手段により受信された前記データに付されたタイムスタンプの時刻を、前記第1のクロックの時刻および前記第2のクロックの時刻の差分に基づいて前記第2のクロックの時刻に変換する変換手段と、
を備えることを特徴とする時刻管理装置。 In a time management device that performs time management between a field control system and a wireless network,
A first clock for providing time to the wireless network;
A second clock defining a time in the field control system;
Receiving means for receiving, from the wireless network, data with a time stamp as a time stamp based on the first clock;
Conversion that converts the time of the time stamp attached to the data received by the receiving means into the time of the second clock based on the difference between the time of the first clock and the time of the second clock Means,
A time management device comprising:
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