JP5041257B2 - フィールド通信システムおよびフィールド通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、フィールド機器との間で、無線通信を介してプロセスデータを送受信するフィールド通信システムおよびフィールド通信方法に関する。

分散型フィールド制御システムからISA100.11aフィールド無線規格に準拠した無線フィールド機器にアクセスする場合、ISA100.11aフィールド無線規格準拠のゲートウェイを経由して無線フィールド機器の内部パラメータにアクセスする。

このようなISA100.11aフィールド通信システムに、フィールド機器を参加させるためには、フィールド機器に予め無線ネットワークの情報を設定する必要がある。また、システムマネージャもフィールド機器に設定された情報を保有し、システムマネージャがフィールド機器に設定された情報とシステムマネージャ自身が保有している情報とが一致した場合のみ、フィールド機器のネットワークへの参加が許可されるよう構成する。

特開２００２−００７１６６号公報 特開２００４−１２８７８５号公報

フィールド機器には、機器固体に割り振られる６４Ｂｉｔの数値データによる識別子であるＥＵＩ−６４が工場出荷時に設定されている。これとは別に、フィールド機器には、参加前に、ネットワークＩＤと、ジョインキーと、機器タグが設定される。ネットワークＩＤは、参加する無線ネットワークを特定するものであり、ジョインキーは、接続許可に関するセキュリティーを確保するために与えられるパスワードである。

一方、システムマネージャには、エンジニアリングツールを介してこれらフィールド機器に設定された情報がロードされるようになっている。そして、フィールド機器が無線ネットワークに参加する際、システムマネージャは、フィールド機器から当該フィールド機器に設定された情報を受け取り、既に保有しているフィールド機器の情報から該当するフィールド機器をＥＵＩ−６４をキーとして検索し、情報が一致しているか否かを比較する。

ところで、大規模システムでは、フィールド機器の接続前作業（プロヴィジョニング）と、システムマネージャのエンジニアリング作業は並行して行われる。しかし、プロヴィジョニングデバイス（Provisioning Device）を操作してプロヴィジョニングを行う作業者と、エンジニアリングツールを操作してシステムマネージャのエンジニアリング作業を行う作業者は異なる。また、フィールド機器台数も数千台の規模となる場合がある。この場合、フィールド機器とシステムマネージャの双方に対し、それぞれのツールで正確に情報設定することは困難であり、タイプミス等のエンジニアリングミスを誘発することになる。

これを防ぐ方法として、エンジニアリングツールを介してフィールド機器のプロヴィジョニングを実施することも考えられるが、大規模プロジェクトでは、複数の作業員が複数のプロヴィジョニングデバイスを用いて作業をする必要があるため、この方法は現実的でない。

本発明の目的は、無線フィールド機器の通信に関するエンジニアリングを正確かつ簡単に行なうことができるフィールド通信システム等を提供することにある。

本発明のフィールド通信システムは、フィールド機器との間で無線通信を介してフィールド制御に必要なデータを送受信する通信機器を備え、前記フィールド機器に設定されたフィールド機器側情報と、前記通信機器に設定された通信機器側情報とが一致した場合に、前記フィールド機器と前記通信機器との間での通信が許可されるフィールド通信システムにおいて、
新たなフィールド機器をネットワークに接続するための前提作業手段として、前記フィールド機器側情報を、前記フィールド機器の機器タグと対応付けて生成し、当該フィールド機器に設定するフィールド機器側設定手段と、前記フィールド機器側設定手段により生成された前記フィールド機器側情報を保存する保存手段と、前記保存手段により保存された前記フィールド機器側情報を、前記機器タグをキーとして抽出し、前記通信機器側情報として前記通信機器に設定する通信機器側設定手段と、を備えることを特徴とする。
このフィールド通信システムによれば、フィールド機器側に設定されたフィールド機器側情報を、通信機器側情報として利用するため、エンジニアリングミスなく、正確に情報設定を行うことができる。また、機器タグと対応付けされたフィールド機器側情報から機器タグをキーとして情報を抽出するため、機器タグとＥＵＩ−６４等の情報とを対応付けるためのエンジニアリングが不要となる。

前記フィールド機器側情報および前記通信機器側情報には、当該フィールド機器に対してユニークに付された機器ＩＤが含まれるよう構成してもよい。

前記フィールド機器側情報および前記通信機器側情報には、前記フィールド機器側設定手段により自動生成されたジョインキーが含まれるよう構成してもよい。

前記保存手段に保存される前記フィールド機器側情報は、フィールド制御に必要とされる一群の情報を前記機器タグと対応付けたテーブルの一部として構成されてもよい。

本発明のフィールド通信方法は、フィールド機器との間で無線通信を介してフィールド制御に必要なデータを送受信する通信機器を備え、前記フィールド機器に設定されたフィールド機器側情報と、前記通信機器に設定された通信機器側情報とが一致した場合に、前記フィールド機器と前記通信機器との間での通信が許可されるフィールド通信システムにおけるフィールド通信方法において、新たなフィールド機器をネットワークに接続するための前提作業として、前記フィールド機器側情報を、前記フィールド機器の機器タグと対応付けて生成し、当該フィールド機器に設定するフィールド機器側設定ステップと、前記フィールド機器側設定ステップにより生成された前記フィールド機器側情報を保存する保存ステップと、前記保存ステップにより保存された前記フィールド機器側情報を、前記機器タグをキーとして抽出し、前記通信機器側情報として前記通信機器に設定する通信機器側設定ステップと、をコンピュータに実行させることを特徴とする。
このフィールド通信方法によれば、フィールド機器側に設定されたフィールド機器側情報を、通信機器側情報として利用するため、エンジニアリングミスなく、正確に情報設定を行うことができる。また、機器タグと対応付けされたフィールド機器側情報から、機器タグをキーとして情報を抽出するため、機器タグとＥＵＩ−６４等の情報とを対応付けるためのエンジニアリングが不要となる。

本発明のフィールド通信システムによれば、フィールド機器側に設定されたフィールド機器側情報を、通信機器側情報として利用するため、エンジニアリングミスなく、正確に情報設定を行うことができる。また、機器タグと対応付けされたフィールド機器側情報から、機器タグをキーとして情報を抽出するため、機器タグとＥＵＩ−６４等の情報とを対応付けるためのエンジニアリングが不要となる。

本発明のフィールド通信方法によれば、フィールド機器側に設定されたフィールド機器側情報を、通信機器側情報として利用するため、エンジニアリングミスなく、正確に情報設定を行うことができる。また、機器タグと対応付けされたフィールド機器側情報から、機器タグをキーとして情報を抽出するため、機器タグとＥＵＩ−６４等の情報とを対応付けるためのエンジニアリングが不要となる。

本発明によるフィールド通信システムを適用した分散型フィールド制御システムの構成例を示すブロック図。 （ａ）はプロヴィジョニング情報ファイルの一例を示す図、（ｂ）はデザイヤードリスト３１の構成例を示す図。

以下、本発明によるフィールド通信システムの一実施形態について説明する。

図１は、本発明によるフィールド通信システムを適用した分散型フィールド制御システムの構成例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ISA100.11aフィールド無線規格に準拠した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、それぞれ通信機器としてのゲートウェイ装置３およびフィールドバス５を介して操作監視装置２と接続される。また、フィールドバス５には、フィールド制御システムのエンジニアリングを行うための管理端末装置４が接続されている。

ゲートウェイ装置３を介して、例えばフィールド機器１から操作監視装置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、操作監視装置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。

ゲートウェイ装置３には、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）（不図示）が設けられている。また、ゲートウェイ装置３には、ゲートウェイ機能のほか、プロトコル変換機能、ISA100.11aフィールド無線規格に基づくシステムマネージャとしての機能、および、ISA100.11aフィールド無線規格で規定されたフィールド機器１へのアクセスのためのインタフェースであるＧＳＰＡ（Gateway Service Access Point）の機能が備えられている。

また、ゲートウェイ装置３は、フィールド機器の情報を該フィールド機器に付された機器タグと対応付けたデザイヤードリスト３１を備える。ゲートウェイ装置３は、デザイヤードリスト３１を確認したうえで、当該フィールド機器との間の接続を許可する。

プロヴィジョニングデバイス（Provisioning Device）６は、本発明におけるフィールド機器側設定手段、ファイル作成手段として機能する。プロヴィジョニングデバイス６は、フィールド機器１の機器タグと対応付けてフィールド機器側情報としてのプロヴィジョニング情報を生成し、フィールド機器１に設定する。

管理端末装置４は、本発明における通信機器側設定手段として機能する。管理端末装置４は、ゲートウェイ装置３のデザイヤードリスト３１に、通信機器側情報としてフィールド機器の情報を設定する。管理端末装置４は、プロヴィジョニングデバイス６がフィールド機器に設定したプロヴィジョニング情報を保存する保存手段としてのデータベース４１から、機器タグをキーにプロヴィジョニング情報を抽出し、通信機器側情報としてのデザイヤードリスト（Desired list）を生成してゲートウェイ装置３のデザイヤードリスト３１に設定する。

次に、プロヴィジョニング（Provisioning）の作業の一例について図１を参照して説明する。

プロヴィジョニングの作業は、新たなフィールド機器１がネットワークに接続するための前提作業として行なわれる。プロヴィジョニングデバイス６が行なうフィールド機器１のプロヴィジョニングと、管理端末装置４が行なうゲートウェイ装置３のプロヴィジョニングとを一連の作業として実行する。なお、プラント設計時からフィールド機器を「機器タグ」で識別するため、フィールド機器１のプロヴィジョニングする作業者と、ゲートウェイ装置３のプロヴィジョニング作業者との間で、「機器タグ」の情報は共有されていることを前提とする。

まず、フィールド機器１をプロヴィジョニングする作業者は、プロヴィジョニングデバイス６に対し、当該フィールド機器が接続されるネットワークを特定するネットワークＩＤおよび当該フィールド機器に与えられる機器タグを入力する。

また、プロヴィジョニングデバイス６は、当該フィールド機器からＥＵＩ−６４を取得する（図１の矢印Ａ）。「ＥＵＩ−６４」は工場出荷時に各フィールド機器に付される固有の機器ＩＤ（６４Ｂｉｔの数値データ）である。

そして、ネットワークＩＤおよび機器タグの入力を受け付けたプロヴィジョニングデバイス６は、取得したＥＵＩ−６４に基づいてジョインキー（Join Key）を自動生成する。「ジョインキー」は接続許可に関するセキュリティーを確保するために与えられるパスワードである。

プロヴィジョニングデバイス６は、上記機器タグ、上記ネットワークＩＤ、および上記ジョインキーを当該フィールド機器に転送（図１の矢印Ｂ）し、これらのデータ（「ネットワークＩＤ」、「機器タグ」、および「ジョインキー」）を当該フィールド機器に設定する。これで、フィールド機器に、「ＥＵＩ−６４」、「ネットワークＩＤ」、「機器タグ」、および「ジョインキー」がプロヴィジョニング情報として設定されることとなる。

さらに、プロヴィジョニングデバイス６は、プロヴィジョニング情報（「ＥＵＩ−６４」、「ネットワークＩＤ」、「機器タグ」、および「ジョインキー」）を互いに対応付けてプロヴィジョニング情報ファイルに記述する（図１の矢印Ｃ）。

図２（ａ）は、プロヴィジョニング情報ファイルの一例を示す図である。

図２（ａ）に示すように、プロヴィジョニング情報ファイルは、各フィールド機器に設定されたプロヴィジョニング情報（「ＥＵＩ−６４」、「ネットワークＩＤ」、「機器タグ」、および「ジョインキー」）のレコードを有する。なお、プロヴィジョニング情報ファイルに含まれるジョインキーには、暗号化が施され、さらにプロヴィジョニング情報ファイル自身にも暗号化が施される。これにより、プロヴィジョニング情報及びジョインキーが容易に解読されることを防ぐ。

一方、システムエンジニアは「機器タグ」をベースにエンジニアリングを行っており、管理端末装置４においてエンジニアリングした情報はデータベース４１に保存される。

まず、システムエンジニアは、管理端末装置４に実装されたエンジニアリングツールに、プロヴィジョニングデバイス６により作成された暗号化されたプロヴィジョニング情報ファイルをロードする（図１の矢印Ｄ）。エンジニアリングツールは、プロヴィジョニング情報ファイルを復号化し、プロヴィジョニング情報ファイルの内容を、「機器タグ」をキーとして抽出する。そして、エンジニアリングツールは、「機器タグ」をキーとしたテーブルとして表現したデザイヤードリストを生成し、デザイヤードリストをデータベース４１に保存する（図１の矢印Ｅ）。さらに、システムエンジニアは、デザイヤードリストをゲートウェイ装置３のシステムマネージャにロードする（図１の矢印Ｆ）。

図２（ｂ）は、デザイヤードリスト３１の構成例を示す図である。

図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、ゲートウェイ装置３のシステムマネージャにロードされた通信機器側情報としてのデザイヤードリスト３１は、図２（ａ）に示すプロヴィジョニング情報ファイルから、「ＥＵＩ−６４」、「ネットワークＩＤ」、および「ジョインキー」を、機器タグをキーとして抽出し対応づけたテーブルである。

以上の作業により、フィールド機器およびシステムマネージャの両者に、プロヴィジョニング情報（「機器タグ」、「ＥＵＩ−６４」、「ネットワークＩＤ」、および「ジョインキー」）が与えられる。

その後、ゲートウェイ装置３のシステムマネージャが実装する接続許可部（不図示）が、新たなフィールド機器１から接続要請を受けると、デザイヤードリスト３１を参照し、接続を許可すべきか否か判断する。ここでは、接続許可部は、接続を要請しているフィールド機器１から無線通信により取得したプロヴィジョニング情報と、デザイヤードリスト３１のプロヴィジョニング情報とを照合する。両者が不一致の場合には、接続が許可されず、両者が一致した場合に接続が許可され、フィールド機器１がネットワークに接続される（図１の矢印Ｇ）。

なお、プロヴィジョニング情報に含まれるジョインキーは、暗号化されたジョインキーである。そのため、システムマネージャは、接続を要請しているフィールド機器１から取得したプロヴィジョニング情報のジョインキーと、デザイヤードリスト３１のプロヴィジョニング情報に含まれるジョインキーを、それぞれ復号化した後に照合作業を行う。

以上のように、本実施形態のフィールド通信システムでは、フィールド機器１の接続許可に際して必要となるプロヴィジョニング情報に基づいてデザイヤードリスト３１が作成されるよう構成している。フィールド機器側に設定されたプロヴィジョニング情報を利用するため、エンジニアリングミスなく、デザイヤードリスト３１に対し正確に情報設定を行うことができる。また、機器タグと対応付けされたプロヴィジョニング情報から、機器タグをキーとして情報を抽出するため、機器タグとＥＵＩ−６４等の情報とを対応付けるためのエンジニアリングが不要となる。

さらに、フィールド制御システムの側ではフィールド機器のＥＵＩ−６４を意識する必要がなく、ＥＵＩ−６４を用いたエンジニアリングも不要となる。

さらに、プロヴィジョニング情報ファイルにはジョインキーを含み、当該ジョインキーを、プロヴィジョニングデバイス６が自動生成されるよう構成している。

また、プロヴィジョニング情報ファイルを暗号化して作成し、秘匿性を保ちつつ外部活用可能とした。これにより、プロヴィジョニング情報ファイルをフィールド制御システムで広く使用することもでき、フィールド機器の保全員が保全情報として使用することもできる。また、フィールド機器に関する統計情報等を、機器タグを用いて表示することなども可能となる。

フィールド機器側に設定されたプロヴィジョニング情報が更新された場合でも、プロヴィジョニング情報ファイルをフィールド制御システムの側で取り込み、機器タグをキーに既に入力済みのデザイヤードリストの情報を更新して対応することができる。

なお、本実施形態では、デザイヤードリスト３１をゲートウェイ装置３内に設けているが、デザイヤードリストを格納する場所は任意である。

また、データベース４１に保存されるプロヴィジョニング情報は、フィールド制御に必要とされる一群の情報を機器タグと対応付けたテーブルの一部として構成されてもよい。通常、フィールド制御システムシステムのエンジニアリングに際しては、フィールド制御に必要とされる様々な情報を機器タグと対応付けるためのテーブルが作成され、このようなテーブルはデータベース４１に格納される。プロヴィジョニング情報ファイルから得たプロヴィジョニング情報を上記テーブルに書き込むことで、プロヴィジョニング情報を含むフィールド制御に必要とされる一群の情報をこのテーブルに取り込むことができる。

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、フィールド機器との間で、無線通信を介してプロセスデータを送受信するフィールド通信システム等に対し、広く適用することができる。

３ ゲートウェイ装置（通信機器）
４ 管理端末装置（通信機器側設定手段）
４１ データベース（保存手段）
６ プロヴィジョニングデバイス（フィールド機器側設定手段）

Claims (5)

1. フィールド機器との間で無線通信を介してフィールド制御に必要なデータを送受信する通信機器を備え、
   前記フィールド機器に設定されたフィールド機器側情報と、前記通信機器に設定された通信機器側情報とが一致した場合に、前記フィールド機器と前記通信機器との間での通信が許可されるフィールド通信システムにおいて、
   新たなフィールド機器をネットワークに接続するための前提作業手段として、
   前記フィールド機器側情報を、前記フィールド機器の機器タグと対応付けて生成し、当該フィールド機器に設定するフィールド機器側設定手段と、
   前記フィールド機器側設定手段により生成された前記フィールド機器側情報を保存する保存手段と、
   前記保存手段により保存された前記フィールド機器側情報を、前記機器タグをキーとして抽出し、前記通信機器側情報として前記通信機器に設定する通信機器側設定手段と、
   を備えることを特徴とするフィールド通信システム。
2. 前記フィールド機器側情報および前記通信機器側情報には、当該フィールド機器に対してユニークに付された機器ＩＤが含まれることを特徴とする請求項１に記載のフィールド通信システム。
3. 前記フィールド機器側情報および前記通信機器側情報には、前記フィールド機器側設定手段により自動生成されたジョインキーが含まれることを特徴とする請求項１又は２に記載のフィールド通信システム。
4. 前記保存手段に保存される前記フィールド機器側情報は、フィールド制御に必要とされる一群の情報を前記機器タグと対応付けたテーブルの一部として構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のフィールド通信システム。
5. フィールド機器との間で無線通信を介してフィールド制御に必要なデータを送受信する通信機器を備え、
   前記フィールド機器に設定されたフィールド機器側情報と、前記通信機器に設定された通信機器側情報とが一致した場合に、前記フィールド機器と前記通信機器との間での通信が許可されるフィールド通信システムにおけるフィールド通信方法において、
   新たなフィールド機器をネットワークに接続するための前提作業として、前記フィールド機器側情報を、前記フィールド機器の機器タグと対応付けて生成し、当該フィールド機器に設定するフィールド機器側設定ステップと、
   前記フィールド機器側設定ステップにより生成された前記フィールド機器側情報を保存する保存ステップと、
   前記保存ステップにより保存された前記フィールド機器側情報を、前記機器タグをキーとして抽出し、前記通信機器側情報として前記通信機器に設定する通信機器側設定ステップと、
   をコンピュータに実行させることを特徴とするフィールド通信方法。

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