JP4743288B2 - 制御装置及び制御システム - Google Patents

Description

本発明は、制御装置及び制御システムに関する。

従来から油田やガス田等の化学プラントで使用されるプロセス制御システムでは、プラント設備に設置された各種のフィールド機器（温度計や圧力計、流量計、バルブ等）を自律制御すると共にネットワーク通信機能を有するプロセスコントローラを、ＬＡＮ（Local Area Network）を介して保守管理端末や他のコントローラと通信可能に接続し、さらに無線ネットワークを介して遠隔地に設置された遠隔監視端末と通信可能に接続した構成を採用している。

上記のプロセスコントローラは、各種のフィールド機器から収集したプロセスデータを、ＬＡＮを介して保守管理端末や他のコントローラに提供したり、無線ネットワークを介して遠隔監視端末に提供する。これにより、システム管理者は、遠隔地に居ながら遠隔監視端末によるプロセスデータの閲覧・管理、及びプロセスコントローラの遠隔操作を行うことができる。一方、現場担当者は、保守管理端末によるプロセスデータの閲覧・管理、及びプロセスコントローラを含む各機器の保守点検作業を行うことができる。

このようなプロセスコントローラは、ＬＡＮとの通信接続（ＴＣＰ／ＩＰ接続）を行うと共にＬＡＮを介してのデータ送受信を行うためのネットワークコントローラを備えている。なお、このネットワークコントローラは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）とは別個の半導体ＩＣチップとして基板上に実装されていることが一般的である。このネットワークコントローラは、ＣＰＵからの要求、または保守管理端末や他のコントローラからの要求に応じて定期的、あるいは不定期に通信動作（通信接続、データ送受信）を行うため、比較的他の部品と比べて消費電力が大きい。

油田やガス田等の化学プラントは、電力供給インフラが十分に整っていない場所に建造される場合が多く、太陽光発電などによって不足電力を補うことが検討されているが、そのためにもプロセス制御システム全体の低消費電力化は必須事項である。そこで、上記のように消費電力が大きいネットワークコントローラに着目して低消費電力化を図る手法が提案されている。

具体的には、省電力モード（パワーセーブモード）の切替機能を備えたネットワークコントローラを用い、手動操作によってネットワークコントローラをパワーセーブモードに移行または復帰させるマニュアルパワーセーブ機能と、ネットワークコントローラが受信するデータを監視し、規定時間内にデータの受信がない時にネットワークコントローラをパワーセーブモードに移行させるオートパワーセーブ機能とをプロセスコントローラに設ける。

上記のマニュアルパワーセーブ機能では、手動操作可能な外部スイッチをプロセスコントローラに設け、ＣＰＵのパワーセーブ管理機能によって、外部スイッチの切替操作に応じてネットワークコントローラにパワーセーブＯＮ／ＯＦＦ指令を送出する。また、オートパワーセーブ機能では、パワーセーブ管理機能によってネットワークコントローラの受信データ数を監視し、監視時間内にデータ受信がなければネットワークコントローラにパワーセーブＯＮ指令を送出する。

特開２００８−１９９０９１号公報

従来では、上述した外部スイッチの他に、手動によってネットワークコントローラのパワーセーブモードの切替を制御する手段がなく、遠隔地に設置された遠隔監視端末からネットワークコントローラのパワーセーブモードの切替を制御することができなかった。また、遠隔監視端末からプロセスコントローラに対してパワーセーブモードの切替指示を送信するためには、特別な通信プロトコルを実装する必要があった。

このように、従来では、パワーセーブモードの制御機能はシステム設計者によって予め固定的に決められており、エンドユーザ（システム管理者や現場担当者）がシステムの運用に応じてパワーセーブモードの制御機能を任意に変更・実装することは困難であった。例えば、上記のように、遠隔監視端末によってパワーセーブモードを制御するためには、特別な通信プロトコルを実装する必要があり、このような通信プロトコルの確立及び実装をエンドユーザが行なうことは極めて困難である。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、エンドユーザがシステムの運用に応じて、通信手段の省電力モードの制御機能を容易且つ任意に変更・実装することが可能な制御装置及び制御システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の制御装置は、所定のプログラミング言語によって作成した制御プログラムに従って制御対象機器を制御する制御装置であって、自らの省電力モードの切替機能を備え、ネットワークを介して上位端末と通信を行う通信手段と、前記プログラミング言語によって作成したネットワーク制御ライブラリを利用して、前記通信手段の省電力モードの切替を制御するモード制御手段とを備えることを特徴とする。

また、本発明の制御装置において、前記ネットワーク制御ライブラリは、１つ若しくは複数の入力変数の値に応じて省電力モードの切替を制御するために必要な値を出力する機能を有するソフトウェア部品であり、前記モード制御手段は、前記ネットワークとは異なるネットワークを介して遠隔監視端末から受信した遠隔指示に含まれる前記入力変数を検出し、当該検出した入力変数の値に応じて前記ネットワーク制御ライブラリから得られる出力値をモード制御信号として出力する遠隔指示検出手段と、前記モード制御信号に基づいて前記省電力モードの切替を制御する省電力制御手段とを備えることを特徴とする。

また、本発明の制御装置において、前記通信手段にて送受信される送受信フレームの監視時間及び監視対象とするフレーム種別をモード制御用パラメータとして記憶する記憶手段と、前記送受信フレームに関する情報を管理する送受信フレーム情報管理手段とを備え、前記省電力制御手段は、前記送受信フレームに関する情報に基づいて、前記監視対象とするフレーム種別に該当する送受信フレームの送受信が前記監視時間内に実施されたか否かを判断し、否の場合に前記省電力モードをオンに制御することを特徴とする。

また、本発明の制御装置において、前記省電力制御手段は、自装置の通信アプリケーションから送信フレームの送信要求を受けた場合に前記省電力モードをオフに制御することを特徴とする。
また、本発明の制御装置において、手動操作可能なスイッチを備え、前記省電力制御手段は、前記スイッチのオン／オフ操作に応じて前記省電力モードのオン／オフを制御することを特徴とする

さらに、本発明の制御システムは、上述した制御装置と、前記制御装置によって制御される制御対象機器と、ネットワークを介して前記制御装置と通信可能な上位端末とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、所定のプログラミング言語によって作成した制御プログラムに従って制御対象機器を制御する制御装置において、前記プログラミング言語によって作成したネットワーク制御ライブラリを利用して通信手段の省電力モードの切替を制御するようにしたため、エンドユーザがシステムの運用に応じて省電力モードの制御機能を容易且つ任意に変更・実装することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るプロセスコントローラ（制御装置）１０を備えるプロセス制御システム１の構成概略図である。 本発明の一実施形態に係るプロセスコントローラ１０の詳細構成図である。 本発明の一実施形態に係るプロセスコントローラ１０で利用するネットワーク制御ライブラリ２０５ａの説明図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る制御装置を備える制御システムの構成概略図である。なお、本実施形態に係る制御システムとして、油田やガス田等の化学プラントで使用されるプロセス制御システムを例示して説明する。

この図１に示すように、本実施形態に係るプロセス制御システム１は、プロセスコントローラ（制御装置）１０と、フィールドバス２０と、ｎ個のフィールド機器Ｆ１〜Ｆｎと、ＬＡＮ（Local Area Network）３０と、保守管理端末４０と、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）５０と、無線ネットワーク６０と、遠隔監視端末７０とから構成されている。

プロセスコントローラ１０は、フィールドバス２０を介して各フィールド機器Ｆ１〜Ｆｎと通信可能に接続されており、また、ＬＡＮ３０を介して保守管理端末４０及びＰＬＣ５０と通信可能に接続されており、さらに、無線ネットワーク６０を介して遠隔監視端末７０と通信可能に接続されている。

このプロセスコントローラ１０は、所定のプログラミング言語（本実施形態では、ＰＬＣ言語の国際標準規格であるＩＥＣ６１１３１に規定されたプログラミング言語）によって予め作成されたプロセス制御プログラムに従って、制御対象機器である各フィールド機器Ｆ１〜Ｆｎを制御すると共に、各フィールド機器Ｆ１〜Ｆｎから収集したプロセスデータを、ＬＡＮ３０を介して保守管理端末４０及びＰＬＣ５０に、また無線ネットワーク６０を介して遠隔監視端末７０にそれぞれ提供（送信）する。なお、プロセスコントローラ１０の詳細な内部構成については後述する。

フィールドバス２０は、例えばFoundation Fieldbus FF-H1やProfibus-PAなどのフィールドバス通信規格に準拠したデータ通信用バスである。フィールド機器Ｆ１〜Ｆｎは、例えば化学プラントの各種プラント設備に設置された温度計や圧力計、流量計、電子制御バルブなどの計測機器やプロセス制御機器である。これらフィールド機器Ｆ１〜Ｆｎは、プロセスコントローラ１０からの要求に応じて、プロセスデータ（温度や圧力、流量、バルブ開度など）をフィールドバス２０を介してプロセスコントローラ１０に送信する。また、各フィールド機器Ｆ１〜Ｆｎは、プロセスコントローラ１０からの要求に応じて、プロセス制御（例えばバルブの開閉、温度調整、圧力調整等）を行う。

ＬＡＮ３０は、化学プラント内に敷設された、例えばEthernet（登録商標）等のＬＡＮ規格に準拠した構内ネットワークである。保守管理端末４０は、プロセスコントローラ１０からＬＡＮ３０を介して送信されるプロセスデータを保存・管理する現場担当者用端末である。現場担当者は、この保守管理端末４０を用いてプロセスデータを閲覧したり、プロセスコントローラ１０またはＰＬＣ５０の保守点検作業を行うことができる。ＰＬＣ５０は、プロセスコントローラ１０とは異なる系のフィールド機器（図示省略）を制御するシーケンス制御装置である。このＰＬＣ５０は、プロセスコントローラ１０と相互にプロセスデータをやり取りすることで、システム全体のプロセス制御を補助する機能を有する。なお、ＰＬＣ５０は複数設けられていても良い。

無線ネットワーク６０は、無線基地局や公衆電話回線網からなり、化学プラントに設置されたプロセスコントローラ１０と遠隔地（例えばシステム管理者が駐在する管理事務所等）に設置された遠隔監視端末７０とを無線通信可能とするネットワークである。遠隔監視端末７０は、プロセスコントローラ１０から無線ネットワーク６０を介して送信されるプロセスデータを保存・管理するシステム管理者用端末である。システム管理者は、この遠隔監視端末７０を用いて遠隔地に居ながらプロセスデータを閲覧（監視）したり、プロセスコントローラ１０を制御することができる。

続いて、図２を参照してプロセスコントローラ１０の内部構成を詳細に説明する。図２は、プロセスコントローラ１０の機能ブロック構成図である。この図２に示すように、プロセスコントローラ１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）モジュール１１、フィールドバス通信モジュール１２、無線モデムモジュール１３及び外部スイッチ１４から概略構成されている。なお、このようなプロセスコントローラ１０には、電源モジュール等の各種モジュールが実装されているが、本実施形態では説明を省略する。

ＣＰＵモジュール１１は、ＣＰＵ１１ａ、ネットワークコントローラ（通信手段）１１ｂ、Ethernet（登録商標）入出力ポート１１ｃ、ＲＳ２３２Ｃ入出力ポート１１ｄ、ＲＡＭ（Random Access Memory）１１ｅ及びフラッシュメモリ１１ｆを備えている。このＣＰＵモジュール１１は、Ethernet（登録商標）入出力ポート１１ｃを介して不図示のＬＡＮケーブルによってＬＡＮ３０と接続され、また、ＲＳ２３２Ｃ入出力ポート１１ｄを介して不図示のＲＳ２３２Ｃケーブルによって無線モデムモジュール１３と接続されている。

ＣＰＵ１１ａは、フラッシュメモリ１１ｆに記憶されている各種プログラムに従ってプロセスコントローラ１０の全体動作を統括制御する中央演算処理装置である。このようなＣＰＵ１１ａは、各種プログラムを実行することで実現される機能として、パワーセーブ管理部１０１、通信アプリケーション１０２、ＬＡＮ通信処理部１０３、ネットワークドライバ１０４、無線通信処理部１０５、プロセス制御部１０６を備えている。また、ネットワークドライバ１０４の機能には、送受信フレーム情報管理部１０４ａ及びパワーセーブ制御部１０４ｂが含まれており、プロセス制御部１０６の機能には遠隔指示検出部１０６ａが含まれている。

これらの各機能要素の内、遠隔指示検出部１０６ａ、パワーセーブ管理部１０１及びパワーセーブ制御部１０４ｂはモード制御手段に相当し、パワーセーブ管理部１０１及びパワーセーブ制御部１０４ｂは省電力制御手段に相当する。

上記の機能の内、パワーセーブ管理部１０１は、ＣＰＵ１１ａがフラッシュメモリ１１ｆに記憶されているパワーセーブ管理プログラム２００を実行することで実現される機能である。このパワーセーブ管理部１０１は、フラッシュメモリ１１ｆに記憶されているパワーセーブ制御用パラメータ（モード制御用パラメータ）と、送受信フレーム情報管理部１０４ａから提供される送受信フレームに関する情報（フレーム種別毎の受信パケット数及び送信パケット数）と、通信アプリケーション１０２から入力される送信フレームの送信要求と、プロセス制御部１０６の遠隔指示検出部１０６ａから入力されるモード制御信号と、外部スイッチ１４のＯＮ／ＯＦＦ状態とに基づいて、パワーセーブ制御部１０４ｂに対してパワーセーブモードＯＮ／ＯＦＦ指令を出力する。

ここで、パワーセーブ制御用パラメータとは、ネットワークコントローラ１１ｂによって送受信される送受信フレームの監視時間及び監視対象とするフレーム種別を指す。このようなパワーセーブ制御用パラメータは、保守管理端末４０または遠隔監視端末７０のコンフィギュレータ機能によってプロセスコントローラ１０にダウンロードされ、フラッシュメモリ１１ｆに記憶されたものである。

通信アプリケーション１０２は、ＣＰＵ１１ａがフラッシュメモリ１１ｆに記憶されているＯＳ(Operating System)２０１に組み込まれた基本アプリケーション（WEBサーバ・FTPやSCADAシステムとの通信スタック（OPC・MODBUS・HSE等）など）を実行することで実現される機能であり、プロセスコントローラ１０と保守管理端末４０、ＰＬＣ５０及び遠隔監視端末７０との間のデータ通信を制御する。また、この通信アプリケーション１０２は、ネットワークコントローラ１１ｂを用いて送信フレームを送信する場合、送信要求をパワーセーブ管理部１０１に出力する。

ＬＡＮ通信処理部１０３は、ＣＰＵ１１ａがフラッシュメモリ１１ｆに記憶されているＴＣＰ／ＩＰ通信スタック２０２を実行することで実現される機能であり、通信アプリケーション１０２から入力される送信データ（プロセスデータ）にＴＣＰ／ＩＰプロトコル処理を施すことにより送信フレームを生成してネットワークドライバ１０４に出力する。また、このＬＡＮ通信処理部１０３は、ネットワークドライバ１０４を介して入力される受信フレームにＴＣＰ／ＩＰプロトコル処理を施すことにより、ＩＰヘッダやフッタを除去して受信データ（ペイロード部分）を抽出して通信アプリケーション１０２に出力する。

ネットワークドライバ１０４は、ＣＰＵ１１ａがフラッシュメモリ１１ｆに記憶されているドライバプログラム２０３を実行すること実現される機能であり、ネットワークコントローラ１１ｂを制御して、ＬＡＮ通信処理部１０３から入力される送信フレームをＬＡＮ３０を介して保守管理端末４０及びＰＬＣ５０に送信させる一方、保守管理端末４０及びＰＬＣ５０から受信した受信フレームをＬＡＮ通信処理部１０３に出力する。

また、ネットワークドライバ１０４の一機能である送受信フレーム情報管理部１０４ａは、ネットワークコントローラ１１ｂにて送受信される送受信フレームに関する情報を管理し、その情報をパワーセーブ管理部１０１に提供する。具体的には、この送受信フレーム情報管理部１０４ａは、ネットワークコントローラ１１ｂから入力される受信フレームの統計情報（フレーム種別毎の受信パケット数）を管理すると共に、ＬＡＮ通信処理部１０３から入力される送信フレームの統計情報（フレーム種別毎の送信パケット数）を管理する。

また、ネットワークドライバ１０４の一機能であるパワーセーブ制御部１０４ｂは、パワーセーブ管理部１０１から入力されるパワーセーブモードＯＮ／ＯＦＦ指令に応じて、ネットワークコントローラ１１ｂに実装されたパワーセーブモードのＯＮ／ＯＦＦを制御する。

無線通信処理部１０５は、ＣＰＵ１１ａがフラッシュメモリ１１ｆに記憶されている無線通信プログラム２０４を実行することで実現される機能であり、通信アプリケーション１０２から入力される送信データ（プロセスデータ）に無線ネットワーク６０の通信プロトコルに準じたプロトコル処理を施すことにより送信フレームを生成し、この送信フレームをＲＳ２３２Ｃ入出力ポート１１ｄを介して無線モデムモジュール１３に出力する。また、この無線通信処理部１０５は、無線モデムモジュール１３からＲＳ２３２Ｃ入出力ポート１１ｄを介して入力される受信フレームに所定のプロトコル処理を施すことにより、受信データ（ペイロード部分）を抽出して通信アプリケーション１０２及びプロセス制御部１０６に出力する。

プロセス制御部１０６は、ＣＰＵ１１ａがフラッシュメモリ１１ｆに記憶されているプロセス制御プログラム２０５を実行することで実現される機能であり、フィールドバス通信モジュール１２を介して各フィールド機器Ｆ１〜Ｆｎを制御すると共に、各フィールド機器Ｆ１〜Ｆｎからプロセスデータを収集してＲＡＭ１１ｅに格納する。つまり、上記の通信アプリケーション１０２は、プロセス制御部１０６によってＲＡＭ１１ｅに格納されたプロセスデータを保守管理端末４０、ＰＬＣ５０及び遠隔監視端末７０に送信する。

ここで、プロセス制御プログラム２０５は、ＰＬＣ言語の国際標準規格であるＩＥＣ６１１３１に規定されたプログラミング言語を用いて作成されたプログラムである。周知のように、ＩＥＣ６１１３１に規定されたプログラミング言語は、インストラクション・リスト、ラダー・ダイアグラム、ファンクション・ブロック・ダイアグラム、ストラクチャード・テキスト、シーケンシャル・ファンクション・チャートの５種類の言語からなり、所望の言語をエンドユーザが自由に選択することが可能である。

ＩＥＣ６１１３１では、予めこれらの言語を組み合わせて作成された所定の機能（汎用的な機能）を有するソフトウェア部品がライブラリ化されており、エンドユーザはそのようなライブラリから所望のソフトウェア部品を選択し、目的とする機能を実現できるように、ソフトウェア部品同士の関係を定義することにより容易にプロセス制御プログラム２０５を作成することができる。

また、プロセス制御部１０６の一機能である遠隔指示検出部１０６ａも、ＣＰＵ１１ａがプロセス制御プログラム２０５を実行することで実現される機能であるが、本実施形態では、この遠隔指示検出部１０６ａを実現するために、特別なライブラリ（ネットワーク制御ライブラリ２０５ａ）を実装している。つまり、このネットワーク制御ライブラリ２０５ａには、遠隔指示検出部１０６ａを実現するために必要なソフトウェア部品が格納されている。

図３は、ネットワーク制御ライブラリ２０５ａの一例を示す図である。図３では、ネットワーク制御ライブラリ２０５ａをファンクション・ブロック・ダイアグラムを用いて作成した場合を例示している。図３に示すように、ネットワーク制御ライブラリ２０５ａは、入力端子「EN_R」及び「PARA」と、出力端子「DONE」及び「ERRORID」とを有するファンクション・ブロック「LANCTRL」によって構成されている。これら入力端子「EN_R」に対する入力変数「EXE_SW」と、入力端子「PARA」に対する入力変数「ON_OFF」の値に応じて出力端子「DONE」の値が変化する。

具体的には、入力変数「EXE_SW」＝「１」の場合にファンクション・ブロック「LANCTRL」が実行され、この時、入力変数「ON_OFF」＝「０」であれば、出力端子「DONE」の値は「１」、つまりパワーセーブモードをオンにするためのモード制御信号がパワーセーブ管理部１０１に出力され、入力変数「ON_OFF」＝「１」であれば、出力端子「DONE」の値は「０」、つまりパワーセーブモードをオフにするためのモード制御信号がパワーセーブ管理部１０１に出力される。なお、出力端子「ERRORID」の値は通常では「０」であるが、エラーが発生した場合にはそのエラーの内容を示すエラーコードが出力される。

つまり、遠隔指示検出部１０６ａは、無線通信処理部１０５から入力される受信データ（つまり遠隔監視端末７０から無線モデムモジュール１３を介して受信したデータ）に含まれる入力変数「EXE_SW」及び「ON_OFF」の値を検出し、それら入力変数の値に応じて上記のネットワーク制御ライブラリ２０５ａを実行し、その実行結果（出力端子「DONE」の値）をモード制御信号としてパワーセーブ管理部１０１に出力する。

このような機能を有するネットワーク制御ライブラリ２０５ａをエンドユーザが作成・実装することにより、ＩＥＣ６１１３１上の入力変数「EXE_SW」及び「ON_OFF」の値を操作することで、ネットワークコントローラ１１ｂのパワーセーブモードのオン／オフを制御することが可能となる。

以上がＣＰＵ１１ａの説明であり、以下、ネットワークコントローラ１１ｂ、ＲＡＭ１１ｅ、フラッシュメモリ１１ｆ、フィールドバス通信モジュール１２、無線モデムモジュール１３及び外部スイッチ１４について説明する。

ネットワークコントローラ１１ｂは、ネットワークドライバ１０４による制御の下、ＬＡＮ３０との通信接続（ＴＣＰ／ＩＰ接続）を行うと共に、ネットワークドライバ１０４から入力される送信フレームをＬＡＮ３０を介して保守管理端末４０及びＰＬＣ５０に送信し、また、保守管理端末４０及びＰＬＣ５０からＬＡＮ３０を介して受信した受信フレームをネットワークドライバ１０４に出力する。

また、このネットワークコントローラ１１ｂは、省電力モードであるパワーセーブモードへの移行（ＯＮ）及び復帰（ＯＦＦ）機能を有しており、ネットワークドライバ１０４のパワーセーブ制御部１０４ｂによる制御によって、パワーセーブモードのＯＮ／ＯＦＦが切り替わる。ここで、パワーセーブモードとは、ネットワークコントローラ１１ｂの内部クロック周波数を通常動作時より落としたり、または内部クロックを停止したりすることでネットワークコントローラ１１ｂにおける消費電力を低減する動作モードを指す。

ＲＡＭ１１ｅは、ＣＰＵ１１ａが各種プログラムを実行して各種演算処理を行う際に、データの一時保存先に用いられる揮発性のワーキングメモリである。フラッシュメモリ１１ｆは、上述した各種プログラム（パワーセーブ管理プログラム２００、ＯＳ２０１、ＴＣＰ／ＩＰ通信スタック２０２、ドライバプログラム２０３、無線通信プログラム２０４及びプロセス制御プログラム２０５）やパワーセーブ制御用パラメータを予め記憶する書き換え可能な不揮発性メモリである。以上がＣＰＵモジュール１１の説明である。

続いて、フィールドバス通信モジュール１２は、フィールドバス２０を介して各フィールド機器Ｆ１〜Ｆｎと接続されており、ＣＰＵモジュール１１のプロセス制御部１０６による制御の下、プロセス制御部１０６から入力される制御信号をフィールドバス２０の通信プロトコルに準拠する信号に変換して、フィールドバス２０を介して各フィールド機器Ｆ１〜Ｆｎに送信する一方、各フィールド機器Ｆ１〜Ｆｎから受信したプロセスデータをプロセスコントローラ１０（プロセス制御部１０６）で使用する通信プロトコルに準拠するデータに変換して、プロセス制御部１０６に出力する。

無線モデムモジュール１３は、無線ネットワーク６０との無線通信接続を行うと共に、ＣＰＵモジュール１１の無線通信処理部１０５からＲＳ２３２Ｃ入出力ポート１１ｄを介して入力される送信フレーム（デジタルデータ）にデジタル変調処理を施すことにより無線送信信号を生成し、この無線送信信号を無線ネットワーク６０を介して遠隔監視端末７０に送信する。また、この無線モデムモジュール１３は、遠隔監視端末７０から無線ネットワーク６０を介して受信した信号（無線受信信号）にデジタル復調処理を施すことにより受信フレームを生成し、この受信フレームをＲＳ２３２Ｃ入出力ポート１１ｄを介してＣＰＵモジュール１１の無線通信処理部１０５に出力する。

外部スイッチ１４は、プロセスコントローラ１０の筐体外側に手動操作可能に設けられたスイッチであり、エンドユーザ（現場担当者）によるオン／オフ操作に応じた信号（オン／オフ信号）をＣＰＵ１１ａ（パワーセーブ管理部１０１）に出力する。

次に、上記のように構成されたプロセスコントローラ１０の動作、特にＣＰＵ１１ａによるネットワークコントローラ１１ｂのパワーセーブ制御動作について説明する。

〔１〕ネットワーク制御ライブラリ２０５ａを利用したパワーセーブ制御
（ａ）遠隔監視端末７０からの遠隔指示に基づくパワーセーブ制御
まず、ネットワーク制御ライブラリ２０５ａを利用したパワーセーブ制御、特に遠隔監視端末７０からの遠隔指示に基づくパワーセーブ制御について説明する。

遠隔地に駐在するシステム管理者は、所望のタイミングで遠隔監視端末７０を操作し（具体的には入力変数「EXE_SW」及び「ON_OFF」の値をセットする）、遠隔監視端末７０から無線ネットワーク６０を介してパワーセーブモードに関する遠隔指示（入力変数「EXE_SW」及び「ON_OFF」）を送信させる。

この時、プロセスコントローラ１０におけるＣＰＵ１１ａの遠隔指示検出部１０６ａは、無線通信処理部１０５から入力される受信データ（つまり遠隔監視端末７０から無線モデムモジュール１３を介して受信したデータ）に含まれる入力変数「EXE_SW」及び「ON_OFF」の値を検出し、それら入力変数の値に応じて上記のネットワーク制御ライブラリ２０５ａを実行し、その実行結果（出力端子「DONE」の値）をモード制御信号としてパワーセーブ管理部１０１に出力する。

つまり、遠隔指示検出部１０６ａは、入力変数「EXE_SW」＝「１」且つ入力変数「ON_OFF」＝「０」であれば、パワーセーブモードをオンにするためのモード制御信号（「１」）を出力し、また、入力変数「EXE_SW」＝「１」且つ入力変数「ON_OFF」＝「１」であれば、パワーセーブモードをオフにするためのモード制御信号（「０」）を出力する。

パワーセーブ管理部１０１は、遠隔指示検出部１０６ａから入力されるモード制御信号に基づき、モード制御信号が「１」の場合には、ネットワークドライバ１０４のパワーセーブ制御部１０４ｂにパワーセーブモードＯＮ指令を出力する。この場合、パワーセーブ制御部１０４ｂは、ネットワークコントローラ１１ｂのパワーセーブモードをＯＮに制御するため、ネットワークコントローラ１１ｂはパワーセーブモードに移行して消費電力が低減されることになる。

一方、パワーセーブ管理部１０１は、モード制御信号が「０」の場合には、ネットワークドライバ１０４のパワーセーブ制御部１０４ｂにパワーセーブモードＯＦＦ指令を出力する。この場合、パワーセーブ制御部１０４ｂは、ネットワークコントローラ１１ｂのパワーセーブモードをＯＦＦに制御するため、ネットワークコントローラ１１ｂはパワーセーブモードから通常動作モードに復帰し、通常通り、プロセスコントローラ１０と保守管理端末４０及びＰＬＣ５０との間でデータ通信が行われる。

このように、遠隔地に駐在するシステム管理者は、遠隔監視端末７０を操作（入力変数「EXE_SW」及び「ON_OFF」の値をセットする）することにより、遠隔地に居ながら任意のタイミングでネットワークコントローラ１１ｂのパワーセーブモードをＯＮ／ＯＦＦすることができる。

よって、例えば、現場担当者が保守管理端末４０を用いてプロセスコントローラ１０の保守点検作業を行う場合に、ネットワークコントローラ１１ｂがパワーセーブモードに移行していると保守管理端末４０とプロセスコントローラ１０との通信が行えない（保守点検作業が行えない）ため、その場合にはシステム管理者が遠隔監視端末７０を操作することでパワーセーブモードから復帰させ、保守管理端末４０とプロセスコントローラ１０との通信が行える状態にすることができる。また、保守点検作業の終了後は、システム管理者が遠隔監視端末７０を操作することでパワーセーブモードに再移行させることもできる。このように、本実施形態のプロセスコントローラ１０を用いることにより、現場での保守点検作業の利便性を向上させることが可能となる。

上述のように、遠隔指示検出部１０６ａは、ＩＥＣ６１１３１で作成されたユーザアプリケーションであり、遠隔監視端末７０からの遠隔指示は、通常の制御データを操作監視する場合と同様に、ＩＥＣ６１１３１の変数を操作することで通知される。このため、遠隔監視端末７０から遠隔指示を送るために特別な通信プロトコルを実装する必要はなく、汎用のSCADAシステムの通信プロトコルを使用して遠隔地からのパワーセーブ制御が可能となる。

（ｂ）時間管理に基づくパワーセーブ制御
次に、ネットワーク制御ライブラリ２０５ａを利用したパワーセーブ制御、特に時間管理に基づくパワーセーブ制御について説明する。以下では、例えば、遠隔監視端末７０がＬＡＮ３０に接続されており、プロセスコントローラー１０が収集したプロセスデータを、１時間に１回の割合でＬＡＮ３０を介して遠隔監視端末７０に送信する場合を想定する。

この場合、ＩＥＣ６１１３１のアプリケーションで下記のロジックを組むことにより、データ送信時にだけネットワークを有効化して（パワーセーブモードを解除して）低消費電力化を図ることができる。
（i）１時間に１回の割合で、入力変数「EXE_SW」及び「ON_OFF」の値を「１」にセットし、ネットワーク制御ライブラリ２０５ａを利用して、ネットワークコントローラ１１ｂのパワーセーブモードを解除する。
（ii）収集したプロセスデータをＬＡＮ３０を介して遠隔監視端末７０に送信する。
（iii）データ送信後、入力変数「EXE_SW」の値を「１」に、入力変数「ON_OFF」の値を「０」にセットし、ネットワーク制御ライブラリ２０５ａを利用して、ネットワークコントローラ１１ｂのパワーセーブモードをオンにする。

（ｃ）フィールドバス２０から受信したデータに基づくパワーセーブ制御
次に、ネットワーク制御ライブラリ２０５ａを利用したパワーセーブ制御、特にフィールドバス２０から受信したデータに基づくパワーセーブ制御について説明する。以下では、例えば、遠隔監視端末７０がＬＡＮ３０に接続されており、プロセスコントローラー１０が収集したプロセスデータをＬＡＮ３０を介して遠隔監視端末７０に送信する場合を想定する。

このフィールドバス２０から受信したデータに基づくパワーセーブ制御では、フィールドバス２０から受信したデータをトリガとして入力変数「EXE_SW」及び「ON_OFF」を操作することにより、ネットワークの有効化／無効化（パワーセーブモードのオン／オフ）を制御する。具体的には、フィールドバス２０から異常のデータ（温度や圧力の異常）を受信した場合に、入力変数「EXE_SW」及び「ON_OFF」の値を「１」にセットし、ネットワーク制御ライブラリ２０５ａを利用して、ネットワークコントローラ１１ｂのパワーセーブモードを解除して、異常メッセージをＬＡＮ３０を介して遠隔監視端末７０に送信する、というロジックをＩＥＣ６１１３１のアプリケーションによって組み込む。

以上説明したように、本実施形態では、ＩＥＣ６１１３１によって作成した、ネットワークコントローラ１１ｂのパワーセーブモードの制御機能を有するネットワーク制御ライブラリ２０５ａを実装することにより、エンドユーザ（システム管理者や現場担当者）がシステムの運用に応じてパワーセーブモードの制御機能を容易且つ任意に変更・実装することが可能となる。

〔２〕外部スイッチ１４の操作によるパワーセーブ制御
続いて、プロセスコントローラ１０が有するマニュアルパワーセーブ機能、特に外部スイッチ１４の操作によるパワーセーブ制御について説明する。

現場担当者が所望のタイミングで外部スイッチ１４をＯＮ／ＯＦＦ操作すると、外部スイッチ１４からＯＮ／ＯＦＦ操作に応じた信号（ＯＮ／ＯＦＦ信号）がＣＰＵ１１ａ（パワーセーブ管理部１０１）に出力される。パワーセーブ管理部１０１は、外部スイッチ１４からＯＮ信号が入力された場合、ネットワークドライバ１０４のパワーセーブ制御部１０４ｂにパワーセーブモードＯＮ指令を出力する。この場合、パワーセーブ制御部１０４ｂは、ネットワークコントローラ１１ｂのパワーセーブモードをＯＮに制御するため、ネットワークコントローラ１１ｂはパワーセーブモードに移行して消費電力が低減されることになる。

一方、パワーセーブ管理部１０１は、外部スイッチ１４からＯＦＦ信号が入力された場合、ネットワークドライバ１０４のパワーセーブ制御部１０４ｂにパワーセーブモードＯＦＦ指令を出力する。この場合、パワーセーブ制御部１０４ｂは、ネットワークコントローラ１１ｂのパワーセーブモードをＯＦＦに制御するため、ネットワークコントローラ１１ｂはパワーセーブモードから通常動作モードに復帰し、通常通り、プロセスコントローラ１０と保守管理端末４０及びＰＬＣ５０との間でデータ通信が行われる。

このように、現場担当者は、外部スイッチ１４を操作することにより、任意のタイミングにネットワークコントローラ１１ｂのパワーセーブモードをＯＮ／ＯＦＦすることができる。なお、遠隔監視端末７０からの遠隔指示によるパワーセーブ制御と、外部スイッチ１４の操作によるパワーセーブ制御とが競合する場合も考えられる。つまり、例えば、遠隔監視端末７０からの遠隔指示によってパワーセーブモードＯＮ中に、外部スイッチ１４の操作によってパワーセーブモードＯＦＦが指示された場合である。このように両者が競合する場合を想定して、遠隔監視端末７０による遠隔指示と、外部スイッチ１４による操作指示とのどちらを優先的に採用するか（優先順位）を決定しておくことが望ましい。

〔３〕オートパワーセーブ機能
（ａ）受信フレームの監視によるパワーセーブ制御
続いて、プロセスコントローラ１０が有するオートパワーセーブ機能、特に受信フレームの監視によるパワーセーブ制御について説明する。

従来では、オートパワーセーブ機能として、ネットワークコントローラ１１ｂが受信するデータ（受信フレーム）を監視し、監視時間内に受信フレームの受信がない場合にネットワークコントローラ１１ｂをパワーセーブモードに移行させていた。このように、従来では、受信フレームの種別を識別することなく、規定時間内に受信フレームの受信があったか否かを判断することでパワーセーブモードを制御していたため、例えば、ブロードキャストフレームが頻繁に通信されるようなシステムでは、オートパワーセーブ機能が機能しなくなるという不具合を起こす可能性があった。

これに対し、本実施形態のプロセスコントローラ１０では、まず、コンフィギュレータ１００によって、ネットワークコントローラ１１ｂによって受信される受信フレームの監視時間及び監視対象とするフレーム種別がパワーセーブ制御用パラメータとして設定される。また、ネットワークドライバ１０４の送受信フレーム情報管理部１０４ａは、ネットワークコントローラ１１ｂにて受信される受信フレームに関する情報（フレーム種別毎の受信パケット数の統計情報）を管理し、その情報をパワーセーブ管理部１０１に提供する。

ここで、送受信フレーム情報管理部１０４ａが管理するフレーム種別としては、ブロードキャスト、ユニキャスト、マルチキャストや、ＩＣＭＰ、ＵＤＰ、ＴＣＰあるいはポート番号など様々な要素によってフィルタリング可能な情報を用いることができる。

そして、パワーセーブ管理部１０１は、送受信フレーム情報管理部１０４ａから提供された情報に基づき、監視対象とするフレーム種別に該当する受信フレームが監視時間内に受信されたか否かを判断し、否の場合にパワーセーブ制御部１０４ｂに対してパワーセーブモードＯＮ指令を出力する。これにより、ネットワークコントローラ１１ｂはパワーセーブモードに移行して消費電力が低減されることになる。

このように、本実施形態のプロセスコントローラ１０では、受信フレームの種別を任意にコンフィギュレーションすることができ、その結果、監視対象とする受信フレームを絞り込む（フィルタリングする）ことで用途に応じた最適なオートパワー制御を行うことができる。近年では、サイバーアタックなど、悪意のある第３者からのネットワーク攻撃が問題となっているが、上記のような機能によって、きめ細かな受信データのフィルタリングを行うことで、これらのネットワーク攻撃によってパワーセーブ機能が妨げられることを防止することができる。

（ｂ）送信フレームの監視によるパワーセーブ制御
続いて、プロセスコントローラ１０が有するオートパワーセーブ機能、特に送信フレームの監視によるパワーセーブ制御について説明する。

従来では、上述したように、オートパワーセーブ機能として、ネットワークコントローラ１１ｂが受信するデータ（受信フレーム）を監視し、監視時間内に受信フレームの受信がない場合にネットワークコントローラ１１ｂをパワーセーブモードに移行させていた。このように、従来では、受信フレームのみを監視していたため、受動的なプロセスコントローラではオートパワーセーブ機能を実現できていたが、能動的なプロセスコントローラ、つまり定期的に上位システム（ＬＡＮ３０を介して接続された保守管理端末４０など）にデータを送信するような通信形態のプロセスコントローラでは、通信を行っていない時間帯にネットワークコントローラ１１ｂをパワーセーブモードに移行させることができないという不具合があった。

これに対し、本実施形態のプロセスコントローラ１０では、まず、コンフィギュレータ１００によって、ネットワークコントローラ１１ｂによって送信される送信フレームの監視時間及び監視対象とするフレーム種別がパワーセーブ制御用パラメータとして設定される。また、ネットワークドライバ１０４の送受信フレーム情報管理部１０４ａは、ネットワークコントローラ１１ｂにて送信される送信フレームに関する情報（フレーム種別毎の送信パケット数の統計情報）を管理し、その情報をパワーセーブ管理部１０１に提供する。

ここで、送受信フレーム情報管理部１０４ａが管理するフレーム種別としては、ブロードキャスト、ユニキャスト、マルチキャストや、ＩＣＭＰ、ＵＤＰ、ＴＣＰあるいはポート番号など様々な要素によってフィルタリング可能な情報を用いることができる。

そして、パワーセーブ管理部１０１は、送受信フレーム情報管理部１０４ａから提供された情報に基づき、監視対象とするフレーム種別に該当する送信フレームが監視時間内に送信されたか否かを判断し、否の場合にパワーセーブ制御部１０４ｂに対してパワーセーブモードＯＮ指令を出力する。これにより、ネットワークコントローラ１１ｂはパワーセーブモードに移行して消費電力が低減されることになる。

このように、本実施形態のプロセスコントローラ１０では、受信フレームと同様に送信フレームについても監視を行い、規定時間内に送信フレームの送信がない場合には、自動的にネットワークコントローラ１１ｂをパワーセーブモードに移行させることができる。また、送信フレームはユーザの意図しないタイミングでネットワークスタック等から送信されるケース（例えばＡＲＰフレーム等）もあり、これにより、オートパワーセーブ機能が意図したタイミングで働かない可能性がある。この場合も、本実施形態のプロセスコントローラ１０によれば、送信フレームの監視対象とするフレーム種別を、きめ細かく設定することにより、ユーザの意図したオートパワーセーブ機能を実現することができる。

〔４〕パワーセーブモードからの復帰
上記の〔３〕では、パワーセーブモードＯＮに関するオートパワーセーブ制御について説明したが、以下では、パワーセーブモードＯＦＦに関するオートパワーセーブ制御について説明する。

通信アプリケーション１０２は、ネットワークコントローラ１１ｂを用いて送信フレームを送信する場合、送信要求をパワーセーブ管理部１０１に出力する。この時、パワーセーブ管理部１０１は、ネットワークドライバ１０４のパワーセーブ制御部１０４ｂにパワーセーブモードＯＦＦ指令を出力する。この場合、パワーセーブ制御部１０４ｂは、ネットワークコントローラ１１ｂのパワーセーブモードをＯＦＦに制御するため、ネットワークコントローラ１１ｂはパワーセーブモードから通常動作モードに復帰し、通常通り、プロセスコントローラ１０と保守管理端末４０及びＰＬＣ５０との間でデータ通信が行われる。

このように、本実施形態では、例えばプロセスコントローラ１０から保守管理端末４０に対して定期的（例えば１時間毎）にデータを送信する場合、データ送信の必要のない時間帯はネットワークコントローラ１１ｂをパワーセーブモードに移行させ、データ送信時のみ自動的にパワーセーブモードから復帰させることにより、低消費電力化を図ることが可能となる。

なお、上述したマニュアルパワーセーブ機能とオートパワーセーブ機能とが競合する場合、つまり、例えばオートパワーセーブ機能によってネットワークコントローラ１１ｂがパワーセーブモードＯＮになっている時に、マニュアルパワーセーブ機能によってパワーセーブモードＯＦＦが指示された場合が発生する可能性がある。このように両者が競合する場合を想定して、マニュアルパワーセーブ機能とオートパワーセーブ機能とのどちらを優先的に採用するか（優先順位）を決定しておくことが望ましい。

また、上記実施形態では、制御システムとして、油田やガス田等の化学プラントに使用されるプロセス制御システム１を例示し、制御装置としてプロセス制御システムに使用されるプロセスコントローラ１０を例示して説明したが、本発明はこれに限定されず、省電力化が必要な制御装置、及びその制御装置を備える制御システムであれば本発明を適用することが可能である。

また、上記実施形態では、ネットワーク制御ライブラリ２０５ａをファンクション・ブロック・ダイアグラムを用いて作成した場合を例示したが、その他のＰＬＣ言語を用いてネットワーク制御ライブラリ２０５ａを作成しても良い。さらに、上記実施形態では、制御プログラム及びネットワーク制御ライブラリ２０５ａの記述言語として、ＩＥＣ６１１３１で規格化されたＰＬＣ言語を用いた場合を例示したが、この他のプログラミング言語を用いるシステムにも本発明を適用することができる。

１…プロセス制御システム、１０…プロセスコントローラ、２０…フィールドバス、Ｆ１〜Ｆｎ…フィールド機器、３０…ＬＡＮ（Local Area Network）、４０…保守管理端末、５０…ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）、６０…無線ネットワーク、７０…遠隔監視端末、１１…ＣＰＵ（Central Processing Unit）モジュール、１２…フィールドバス通信モジュール、１３…無線モデムモジュール、１４…外部スイッチ、１１ａ…ＣＰＵ、１１ｂ…ネットワークコントローラ、１１ｃ…Ethernet（登録商標）入出力ポート、１１ｄ…ＲＳ２３２Ｃ入出力ポート、１１ｅ…ＲＡＭ（Random Access Memory）、１１ｆ…フラッシュメモリ、１０１…パワーセーブ管理部、１０２…通信アプリケーション、１０３…ＬＡＮ通信処理部、１０４…ネットワークドライバ、１０５…無線通信処理部、１０６…プロセス制御部、１０４ａ…送受信フレーム情報管理部、１０４ｂ…パワーセーブ制御部、１０６ａ…遠隔指示検出部、２００…パワーセーブ管理プログラム、２０１…ＯＳ、２０２…ＴＣＰ／ＩＰ通信スタック、２０３…ドライバプログラム、２０４…無線通信プログラム、２０５…プロセス制御プログラム、２０５ａ…ネットワーク制御ライブラリ

Claims (6)

1. 所定のプログラミング言語によって作成した制御プログラムに従って制御対象機器を制御する制御装置であって、
   自らの省電力モードの切替機能を備え、ネットワークを介して上位端末と通信を行う通信手段と、
   前記プログラミング言語によって作成したネットワーク制御ライブラリを利用して、前記通信手段の省電力モードの切替を制御するモード制御手段と
   を備えることを特徴とする制御装置。
2. 前記ネットワーク制御ライブラリは、１つ若しくは複数の入力変数の値に応じて省電力モードの切替を制御するために必要な値を出力する機能を有するソフトウェア部品であり、
   前記モード制御手段は、
   前記ネットワークとは異なるネットワークを介して遠隔監視端末から受信した遠隔指示に含まれる前記入力変数を検出し、当該検出した入力変数の値に応じて前記ネットワーク制御ライブラリから得られる出力値をモード制御信号として出力する遠隔指示検出手段と、
   前記モード制御信号に基づいて前記省電力モードの切替を制御する省電力制御手段と
   を備えることを特徴とする請求項１記載の制御装置。
3. 前記通信手段にて送受信される送受信フレームの監視時間及び監視対象とするフレーム種別をモード制御用パラメータとして記憶する記憶手段と、
   前記送受信フレームに関する情報を管理する送受信フレーム情報管理手段と
   を備え、
   前記省電力制御手段は、前記送受信フレームに関する情報に基づいて、前記監視対象とするフレーム種別に該当する送受信フレームの送受信が前記監視時間内に実施されたか否かを判断し、否の場合に前記省電力モードをオンに制御することを特徴とする請求項２記載の制御装置。
4. 前記省電力制御手段は、自装置の通信アプリケーションから送信フレームの送信要求を受けた場合に前記省電力モードをオフに制御することを特徴とする請求項２または３に記載の制御装置。
5. 手動操作可能なスイッチを備え、
   前記省電力制御手段は、前記スイッチのオン／オフ操作に応じて前記省電力モードのオン／オフを制御することを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の制御装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の制御装置と、
   前記制御装置によって制御される制御対象機器と、
   ネットワークを介して前記制御装置と通信可能な上位端末と
   を備えることを特徴とする制御システム。

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