JP2018205960A - 監視制御システム、分散サーバ及び監視制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】より低コストかつ、より可用性の高い監視制御システム、分散サーバ及び監視制御方法を提供することである。【解決手段】実施形態の監視制御システムは、複数の小区分に区分けされた監視対象毎に割り当てられたコントローラ及び分散サーバと、クライアント端末とを持つ。コントローラは、自装置が割り当てられた監視対象の監視情報を取得し、監視情報を分散サーバに送信する。分散サーバは、第１通信部を持つ。第１通信部は、自装置が割り当てられた監視対象の監視情報をコントローラから受信する。クライアント端末は、表示処理部を持つ。表示処理部は、監視情報に基づいて算出される監視対象の稼働情報を表す工学値を表示する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、監視制御システム、分散サーバ及び監視制御方法に関する。

サーバに障害が発生した場合、監視制御システムが有する機能の大部分が利用できなくなる。したがって、監視制御システムでは、サーバを多重化したり、サーバ障害時に一時的に工学値変換を行う装置を設けることで、可用性の低下を抑制する場合がある。サーバは、監視制御に要求される機能を担うため、計算能力、主記憶容量及び補助記憶容量等について、十分な性能を有する必要があり、ハードウェアコストの増大に繋がる。特に、サーバを多重化する場合には、さらなるハードウェアコストが必要となる。また、監視制御システムが接続されるネットワークについても、スイッチングＨＵＢ等のネットワーク機器に障害が発生した場合、監視制御システムが有する機能の大部分が利用できなくなる。したがって、ネットワークに関しても、伝送路を多重化することで、システム全体の可用性の低下を抑制する場合がある。しかし、伝送路を多重化することは、配線工事コストやネットワーク機器数の増加によるハードウェアコストの増加につながる場合があった。

特開２０１５−２６３５２号公報 特開平７−２４５７９０号公報 特許第５９６６７９２号公報

本発明が解決しようとする課題は、より低コストかつ、より可用性の高い監視制御システム、分散サーバ及び監視制御方法を提供することである。

実施形態の監視制御システムは、複数の小区分に区分けされた監視対象毎に割り当てられたコントローラ及び分散サーバと、クライアント端末とを持つ。コントローラは、自装置が割り当てられた前記監視対象の監視情報を取得し、前記監視情報を前記分散サーバに送信する。分散サーバは、第１通信部を持つ。第１通信部は、自装置が割り当てられた前記監視対象の監視情報を前記コントローラから受信する。クライアント端末は、表示処理部を持つ。表示処理部は、前記監視情報に基づいて算出される前記監視対象の稼働情報を表す工学値を表示する。

実施形態の監視制御システム１の構成を示すシステム構成図。 実施形態の分散サーバ１００の機能構成を示す機能ブロック図。 実施形態のクライアント端末３００の機能構成を示す機能ブロック図。 実施形態のシステム構成テーブルの一具体例を示す図。 実施形態の監視制御システム１の監視制御処理の流れを示すシーケンス図。

以下、実施形態の監視制御システム、分散サーバ及び監視制御方法を、図面を参照して説明する。

図１は、実施形態の監視制御システム１の構成を示すシステム構成図である。監視制御システム１は、分散サーバ１００、コントローラ２００及びクライアント端末３００を備える。監視制御システム１では、複数の分散サーバ１００を備える。監視制御システム１は、監視対象のプラントを小規模な多数の区分（以下、「小区分」という。）に分割して管理する。小区分は、分散サーバ１００及びコントローラ２００を少なくとも１つずつ備える。

分散サーバ１００は、同じ小区分に含まれるコントローラ２００から監視データを受信する。監視データは、日付、時刻及び信号名等のプラントの稼働状況を表すデータである。分散サーバ１００は、他の分散サーバ１００とアドホック無線通信で相互接続することによってメッシュネットワークを構成する。分散サーバ１００は、受信した監視データに対して工学値変換を行い、プロセス値を算出する。分散サーバ１００は、プロセス値をメッシュネットワークを介してクライアント端末３００へ送信する。分散サーバ１００は、多重化して構成されてもよい。本実施形態では、分散サーバ１００及びクライアント端末３００間の通信はメッシュネットワークを介して行われるが、有線ネットワークで構成されてもよい。監視データは、監視情報の一態様である。

分散サーバ１００は、メッシュネットワークとは異なるネットワークで、コントローラ２００と接続される。異なるネットワークとは、例えば無線ＬＡＮ（Local Area Network）、有線ＬＡＮ又はＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）であってもよい。

コントローラ２００は、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）等の制御装置である。コントローラ２００は、センサーを通じて監視対象の監視データを取得する。コントローラ２００は、取得した監視データを予め指定された所定の分散サーバ１００へ送信する。コントローラ２００は、コントローラ２００ごとに水温又は水位等の異なる監視データを送信する。コントローラ２００は、分散サーバ１００に２台以上接続されてもよい。

クライアント端末３００は、分散サーバ１００から取得した情報に基づいて、監視制御に必要な情報をユーザに提供する。クライアント端末３００は、メッシュネットワークを介して分散サーバ１００と通信可能に接続される。クライアント端末３００は、複数配置されてもよい。監視制御に必要な情報は、例えばプラントの稼働状況である。

クライアント端末３００は、電波の届かない距離に設置される分散サーバ１００からデータを取得する場合、近傍の分散サーバ１００を中継して、電波の届かない距離に設置される分散サーバ１００からプラント値を取得する。このような構成とすることで、伝送に無線ＬＡＮのアクセスポイントのような単一故障点をなくすことができ、伝送経路上の分散サーバ１００の障害に対して、クライアント端末３００及び分散サーバ1００の間の伝送路の冗長化することが可能となる。

図２は、実施形態の分散サーバ１００の機能構成を示す機能ブロック図である。分散サーバ１００は、第１通信部１０１、第２通信部１０２、プロセス値記憶部１０３、マスタ記憶部１０４及び制御部１１０を備える。分散サーバ１００は、小型で低価格なコンピュータが使用されてもよい。例えば、分散サーバ１００は、Ｒａｓｐｂｅｒｒｙ Ｐｉであってもよい。

第１通信部１０１は、ネットワークインタフェースである。第１通信部１０１は、コントローラ２００と通信する。第１通信部１０１は、例えば無線ＬＡＮ、有線ＬＡＮ及びＢｌｕｅｔｏｏｔｈ等の通信方式で通信してもよい。

第２通信部１０２は、ネットワークインタフェースである。第２通信部１０２は、他の分散サーバ１００が備える第２通信部１０２とメッシュネットワークを構成する。第２通信部１０２は、メッシュネットワークを介して他の分散サーバ１００及びクライアント端末３００と通信する。第２通信部１０２は、例えば無線ＬＡＮ又はＢｌｕｅｔｏｏｔｈ等の通信方式で通信してもよい。

プロセス値記憶部１０３は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置等の記憶装置を用いて構成される。プロセス値記憶部１０３は、過去から現在までのプロセス値を有するファイルを記憶する。プロセス値は、クライアント端末３００がプラントの稼働情報を表すグラフ表示したり、帳票を生成する場合に用いられる。プロセス値は、工学値の一態様である。

マスタ記憶部１０４は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置等の記憶装置を用いて構成される。マスタ記憶部１０４は、マスタ情報を記憶する。マスタ情報は、分散サーバ１００の稼働を制御する情報である。例えば、マスタ情報は、工学値変換の上下限、表示される小数点の位数、警報の発生条件又はネットワークのルーティングテーブル等の情報を記憶する。マスタ記憶部１０４は、監視対象のプラントの設備名や機器名を記憶してもよい。

制御部１１０は、分散サーバ１００の各部の動作を制御する。制御部１１０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）及びＲＡＭ（Random Access Memory）を備えた装置により実行される。制御部１１０は、監視制御プログラムを実行することによって、工学値変換部１１１、ファイル生成部１１２、マスタ管理部１１３及び情報配信部１１４として機能する。

工学値変換部１１１は、コントローラ２００から受け付けた監視データに基づいて、プロセス値を算出する。工学値変換されたプロセス値は、ＳＩ単位系で表現される。例えば、温度であれば度、水位であればメートル等で表現される。工学値変換部１１１は、予め与えられた工学値変換用のテーブルに基づいてプロセス値を算出してもよいし、監視データを受信する都度計算して算出されてもよい。工学値変換部１１１は、プロセス値をファイル生成部１１２に出力する。

ファイル生成部１１２は、工学値変換部１１１から受け付けたプロセス値をファイルに記憶させる。ファイル生成部１１２は、プロセス値記憶部１０３にファイルを記憶させる。ファイルは、例えばＣＳＶ（Comma Separated Values）、ＴＸＴ等の電子データである。ファイル生成部１１２は、プロセス値を１つのファイルにすべて記憶させてもよいし、所定のタイミングで新しいファイルを生成し、新しいファイルに記憶させてもよい。所定のタイミングとは、例えば１日おき、１週間おき等であってもよい。

マスタ管理部１１３は、マスタ情報を生成する。マスタ管理部１１３は、生成したマスタ情報をマスタ記憶部１０４に記憶させる。マスタ管理部１１３は、ユーザからの指示に応じて、マスタ情報を生成してもよい。

情報配信部１１４は、プロセス値記憶部１０３に記憶されるファイルからプロセス値を取得する。情報配信部１１４は、取得したプロセス値をクライアント端末３００に送信する。情報配信部１１４は、マスタ記憶部１０４に記憶されるマスタ情報を取得する。情報配信部１１４は、取得したマスタ情報をクライアント端末３００に送信する。情報配信部１１４は、プロセス値記憶部１０３から取得したファイルをクライアント端末３００に送信してもよい。

図３は、実施形態のクライアント端末３００の機能構成を示す機能ブロック図である。クライアント端末３００は、通信部３０１、入力部３０２、表示部３０３、システム構成記憶部３０４及び制御部３１０を備える。クライアント端末３００は、パーソナルコンピュータ、タブレットコンピュータ又はスマートフォン等の情報処理装置である。

通信部３０１は、ネットワークインタフェースである。通信部３０１はメッシュネットワークを介して、分散サーバ１００と通信する。通信部３０１は、例えば無線ＬＡＮ又はＢｌｕｅｔｏｏｔｈ等の通信方式で通信してもよい。

入力部３０２は、タッチパネル、マウス及びキーボード等の入力装置を用いて構成される。入力部３０２は、入力装置をクライアント端末３００に接続するためのインタフェースであってもよい。この場合、入力部３０２は、入力装置において入力された入力信号から入力データ（例えば、クライアント端末３００に対する指示を示す指示情報）を生成し、クライアント端末３００に入力する。

表示部３０３は、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）ディスプレイ、液晶ディスプレイ、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ等の出力装置である。表示部３０３は、出力装置をクライアント端末３００に接続するためのインタフェースであってもよい。この場合、表示部３０３は、映像データから映像信号を生成し自身に接続されている映像出力装置に映像信号を出力する。

システム構成記憶部３０４は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置等の記憶装置を用いて構成される。システム構成記憶部３０４は、システム構成テーブルを記憶する。システム構成テーブルは、メッシュネットワークに接続された分散サーバ１００が、どのような設備のプロセス値を有するかという情報(以下「システム構成レコード」という。)を記憶するテーブルである。システム構成レコードは、監視制御システム１に接続される分散サーバ１００に関する情報を、分散サーバ１００ごとに記憶するレコードである。システム構成が更新された場合、更新後のシステム構成に合わせて、システム構成テーブルは更新される。具体的には、監視制御システム１に分散サーバ１００が追加される場合、システム構成テーブルにシステム構成レコードが追加される。監視制御システム１から分散サーバ１００が削除される場合、削除された分散サーバ１００に対応するシステム構成レコードをシステム構成テーブルから削除される。分散サーバ１００の設定変更がされた場合、分散サーバ１００に対応するシステム構成レコードの情報を変更する。システム構成テーブルの更新は、ユーザが入力部３０２を介して行ってもよいし、分散サーバ１００から受信されるマスタ情報に基づいて、クライアント端末３００が行ってもよい。

制御部３１０は、クライアント端末３００の各部の動作を制御する。制御部３１０は、例えばＣＰＵ及びＲＡＭを備えた装置により実行される。制御部１１０は、監視制御プログラムを実行することによって、情報取得部３１１、表示処理部３１２及びシステム更新部３１３として機能する。

情報取得部３１１は、分散サーバ１００からプロセス値を取得する。情報取得部３１１は、取得したプロセス値を表示処理部３１２に出力する。情報取得部３１１は、分散サーバ１００からマスタ情報を取得する。情報取得部３１１は、取得したマスタ情報をシステム更新部３１３に出力する。

表示処理部３１２は、プロセス値に所定の処理を行うことで、ユーザに情報を提供する。所定の処理は、例えばプロセス値の推移をグラフ化する処理であってもよいし、日時や設備名称などの所望の情報を検索する処理であってもよい。表示処理部３１２は、処理の結果を表示部３０３に出力する。

システム更新部３１３は、マスタ情報に基づいて、システム構成テーブルを更新する。具体的には、システム更新部３１３は、システム構成テーブルに含まれる分散サーバ１００からマスタ情報を取得した場合、対応するシステム構成レコードの情報を、マスタ情報に基づいて変更する。システム更新部３１３は、システム構成テーブルに含まれていない分散サーバ１００からマスタ情報を取得した場合、システム構成テーブルに、分散サーバ１００に対応するシステム構成レコードを生成する。

図４は、実施形態のシステム構成テーブルの一具体例を示す図である。システム構成テーブルは、システム構成レコードを有する。システム構成レコードは、設備、コントローラ、分散サーバ、ＩＰアドレス及び最終更新日の各値を有する。設備は、コントローラ２００が監視データを取得する対象となる設備を表す。コントローラは、設備の監視データを取得するコントローラ２００の名称を表す。分散サーバは、分散サーバ１００の名称を表す。ＩＰアドレスは、分散サーバ１００が有するＩＰアドレスを表す。最終更新日は、システム構成レコードが最後に更新された日を表す。

図４に示される例では、システム構成テーブルの最上段のレコードは、設備の値が“Ａ貯水池 水位”、コントローラの値が“Ａコントローラ”、分散サーバの値が“Ａサーバ”、ＩＰアドレスの値が“１０．Ａ．Ｂ．Ｃ”、最終更新日の値が“２０１７．３．２４”である。従って、システム構成テーブルの最上段のレコードによると、コントローラの“Ａコントローラ”は、設備“Ａ貯水池 水位”から監視データを取得する。“Ａコントローラ”は、監視データを分散サーバ１００の“Ａサーバ”に送信する。“Ａサーバ”はメッシュネットワーク上でＩＰアドレス“１０．Ａ．Ｂ．Ｃ”を有する。システム構成レコードの最終更新日は“２０１７．３．２４”であることがわかる。なお、図４に示されるシステム構成テーブルは一具体例に過ぎない。そのため、図４とは異なる態様でシステム構成テーブルが構成されてもよい。例えば、システム構成テーブルは、分散サーバ１００に隣接する他の分散サーバ１００のＩＰアドレスを有してもよい。

図５は、実施形態の監視制御システム１の監視制御処理の流れを示すシーケンス図である。コントローラ２００は、分散サーバ１００に監視データを送信する（ステップＳ１０１）。分散サーバ１００は第１通信部１０１を介して、監視データを受信し、（工学値変換部１１１は、受信した監視データに対して、工学値変換を行い、プロセス値を算出する（ステップＳ１０２）。分散サーバ１００のファイル生成部１１２は、算出されたプロセス値をファイルに記憶させる（ステップＳ１０３）。ファイル生成部１１２は、ファイルをプロセス値記憶部１０３に記憶させる（ステップＳ１０４）。

クライアント端末３００の情報取得部３１１は、分散サーバ１００にプロセス値を要求する（ステップＳ１０５）。分散サーバ１００の情報配信部１１４は、プロセス値記憶部１０３からプロセス値を取得する（ステップＳ１０６）。情報配信部１１４は、プロセス値を第２通信部１０２を介してクライアント端末３００に送信する（ステップＳ１０７）。クライアント端末３００の表示処理部３１２は、プロセス値に基づいて、監視状況を表示する（ステップＳ１０８）。

このように構成された監視制御システム１では、監視対象のプラントが小区分に分割される。小区分毎に配置された分散サーバ１００は、小区分ごとに相互に接続されたコントローラ２００から監視データを受信する。したがって、分散サーバ１００は、これまでの監視サーバよりも、少ない数のコントローラ２００から監視データを受信する。そのため、分散サーバ１００は、これまでの監視サーバよりも低い性能のハードウェアで監視制御を担うことが可能となる。そのため、監視制御システム１の分散サーバ１００は、従来の監視サーバよりも性能が低く、安価なハードウェアで構成できるようになる。また、分散サーバ１００に障害が発生した場合であっても、障害範囲が小区分単位になるため、監視制御システム１の可用性は高くなる。

さらに、各分散サーバ１００は、各分散サーバ１００同士でメッシュネットワークを構成する。メッシュネットワークを構成することで、分散サーバ１００に障害が発生しても、他の分散サーバ１００を中継して通信できるようになる。したがって、ネットワーク機器の多重化をすることなくシステム全体の可用性が維持される。

また、各分散サーバ１００は、他の分散サーバ１００に関する情報（例えば、マスタ情報）を記憶しないように構成されてもよい。このように構成されることで、監視制御システム１に分散サーバ1００が追加される場合であっても、監視対象プラント内に存在する分散サーバ１００のマスタ情報の変更は不要となる。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、監視制御システム１が複数の分散サーバ１００が少数のコントローラ２００から監視データを受信することにより、分散サーバ１００を安価なハードウェアにすることができ、より安価かつ、より可用性の高い監視制御システム１を構築することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…監視制御システム、１００…分散サーバ、１０１…第１通信部、１０２…第２通信部、１０３…プロセス値記憶部、１０４…マスタ記憶部、１１０…制御部、１１１…工学値変換部、１１２…ファイル生成部、１１３…マスタ管理部、１１４…情報配信部、２００…コントローラ、３００…クライアント端末、３０１…通信部、３０２…入力部、３０３…表示部、３１０…制御部、３１１…情報取得部、３１２…表示処理部、３１３…システム更新部

Claims (7)

1. 複数の小区分に区分けされた監視対象毎に割り当てられたコントローラ及び分散サーバと、クライアント端末と、を備える監視制御システムであって、
   前記コントローラは、自装置が割り当てられた前記監視対象の監視情報を取得し、前記監視情報を前記分散サーバに送信し、
   前記分散サーバは、自装置が割り当てられた前記監視対象の監視情報を前記コントローラから受信する第１通信部と、
   を備え、
   前記クライアント端末は、前記監視情報に基づいて算出される前記監視対象の稼働情報を表す工学値を表示する表示処理部を備える監視制御システム。
2. 複数の前記分散サーバは、相互に無線通信することでメッシュネットワークを構成する第２通信部をさらに備える、
   請求項１に記載の監視制御システム。
3. 前記第１通信部は、１台のコントローラと通信可能に接続された、
   請求項１または２に記載の監視制御システム。
4. 割り当てられた監視対象の監視情報を取得するコントローラから前記監視情報を受信する第１通信部を、
   備える、分散サーバ。
5. 複数の前記分散サーバは、相互に無線通信することでメッシュネットワークを構成する第２通信部をさらに備える、
   請求項４に記載の分散サーバ。
6. 前記第１通信部は、１台のコントローラと通信可能に接続された、
   請求項４または５に記載の分散サーバ。
7. 複数の小区分に区分けされた監視対象毎に割り当てられたコントローラ及び分散サーバと、クライアント端末と、を備える監視制御システムが実行する監視制御方法であって、
   前記コントローラは、自装置が割り当てられた前記監視対象の監視情報を取得し、前記監視情報を分散サーバに送信する送信ステップと、
   前記分散サーバは、自装置が割り当てられた前記監視対象の監視情報を前記コントローラから受信する第１通信ステップと、
   を有し、
   前記クライアント端末は、前記監視情報に基づいて算出される前記監視対象の稼働情報を表す工学値を表示する表示処理ステップを有する監視制御方法。

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