JP5316787B2 - Wireless field device and wireless control network system using the same - Google Patents
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Description
本発明は、無線通信を行うフィールド機器(以下、無線フィールド機器という)およびこれを用いた無線制御ネットワークシステムに関し、特に省電力のためにスリープ動作を行う無線フィールド機器およびこれを用いた無線制御ネットワークシステムのメンテナンス性と信頼性の向上に関する。 The present invention relates to a field device that performs wireless communication (hereinafter referred to as a wireless field device) and a radio control network system using the same, and more particularly, a radio field device that performs a sleep operation for power saving and a radio control network using the same. It relates to improvement of system maintainability and reliability.
近年、たとえばインダストリアルオートメーションにおけるプロセス制御システムを、無線フィールド機器を備えている無線制御ネットワークシステムを利用して構成することが提案されている。これは、従来の制御システムが有線ネットワークとして構成されていたことに起因して、通信距離の制限や配線の引き回しの制約などで温度や流量などを測定するセンサをプラント内の最適位置に設置できず、制御精度が低下する不都合を解消するためのものである。 In recent years, for example, it has been proposed to configure a process control system in industrial automation using a wireless control network system including wireless field devices. This is because the conventional control system is configured as a wired network, and sensors that measure temperature, flow rate, etc. can be installed at the optimal position in the plant due to restrictions on communication distance and wiring routing. In order to eliminate the disadvantage that the control accuracy is reduced.
無線フィールド機器は、プロセス制御システムおよび無線制御ネットワークシステムにおける現場設置計器として、いろいろなものが用いられている。フィールド機器には、たとえばプロセス制御系の測定制御現場(フィールド)で用いられる温度・圧力・流量などの各種物理量を測定するセンサや制御機器などがある。 Various wireless field devices are used as field-installed instruments in process control systems and wireless control network systems. Field devices include, for example, sensors and control devices that measure various physical quantities such as temperature, pressure, and flow rate that are used in a measurement control field (field) of a process control system.
また従来より、フィールド機器が有線ネットワークと無線ネットワークを相互接続するためのアクセスポイントを介して通信するインフラストラクチャモードと近距離の機器同士で直接通信するアドホックモードとの両者を有する無線ネットワーク通信方式が提案されていた。さらに、一つのフィールド機器が通信相手である他の無線フィールド機器またはモバイル端末との間でアクセスポイントを不要とする近距離通信が可能な場合にはアドホックモードで通信し、アドホックモード通信が不可能な場合にはインフラストラクチャモードで通信することを状況により自動的に切換えできる無線ネットワーク通信方式も提案されている。 Conventionally, a wireless network communication system has both an infrastructure mode in which field devices communicate via an access point for interconnecting a wired network and a wireless network, and an ad hoc mode in which short-range devices directly communicate with each other. It was proposed. In addition, when short-distance communication that does not require an access point is possible with another field wireless device or mobile terminal with which one field device is a communication partner, communication is performed in ad hoc mode, and ad hoc mode communication is not possible. In such a case, a wireless network communication system that can automatically switch communication in the infrastructure mode depending on the situation has been proposed.
図5は、従来の無線フィールド機器およびこれを用いた無線制御ネットワークシステムの構成図である。図5において、無線フィールド機器1は、アクセスポイント2を介してモバイル端末3または他の無線フィールド機器と通信するインフラストラクチャネットワークと近距離のフィールド機器同士で直接通信するアドホックネットワークとを有している。
FIG. 5 is a configuration diagram of a conventional wireless field device and a wireless control network system using the same. In FIG. 5, the wireless field device 1 has an infrastructure network that communicates with the
モバイル端末3は、たとえば、無線制御ネットワークシステムにおけるオペレータの現場巡回作業またはメンテナンス時にフィールド機器と通信を行うものである。モバイル端末3は、工場やビルのようなフィールドで使用される無線フィールド機器を用いた無線制御ネットワークシステムにおいて設備の監視・保守作業 (i.e., 現場巡回作業)を行う際に用いられる。
For example, the
無線フィールド機器1は、通信相手となるモバイル端末3または他の無線フィールド機器とアドホックネットワークを介して通信可能であるとの情報を図示しない自己のキャッシュメモリに記録している。
The wireless field device 1 records information that it can communicate with the
無線フィールド機器1は、通信開始に際しては通信相手のモバイル端末3または無線フィールド機器をデータベースを利用して検索し、このフィールド機器が記録されている場合にはアドホックネットワークで通信できるか否かを調べる。
When starting communication, the field wireless device 1 searches the
具体的には、無線フィールド機器1は、記録されていないモバイル端末3またはフィールド機器に対しては、まずアドホックモードで送受信の可能性を確認する。無線フィールド機器1は、アドホックモードで通信可能な場合にはデータベースに記録して通信を確立し、アドホックモードでの通信が不可能な場合にはインフラストラクチャモードに切換えて通信手順を開始する。
Specifically, the wireless field device 1 first confirms the possibility of transmission / reception in the ad hoc mode for the
また無線フィールド機器1は、既に記録されているモバイル端末3または無線フィールド機器に対しては、アドホックモードで通信手順を開始して通信が確立されるが、既にその状態でないため通信が不能な場合にはインフラストラクチャモードに切換えて通信手順が開始される。同様に、通信中のモバイル端末3または他の無線フィールド機器が移動のためアドホックネットワークから外れた際に、この無線フィールド機器は、アクセスポイントを介したインフラストラクチャモードに自動的に切換えて可能な限り通信を維持している。
The wireless field device 1 starts communication procedure in the ad hoc mode and establishes communication with the
なお、無線フィールド機器1は、キャッシュメモリに記録されたモバイル端末3または他の無線フィールド機器を相手先として通信する際、アクセスポイント2を介することなく、モバイル端末3または他の無線フィールド機器との通信にアドホックモードを通信開始当初から自動的に選択する。
The wireless field device 1 communicates with the
このような無線フィールド機器に関連する先行技術文献として、下記の特許文献1がある。 As a prior art document related to such a wireless field device, there is the following Patent Document 1.
ここで、無線通信を行う無線フィールド機器は、無線通信を行わない期間(以下、スリープ期間)では、無線通信部の一部の機能を停止して必要最小限の電力で動作する(スリープ状態)ことにより、スリープ時の電力消費量の低減・スリープ時間の確保による省電力化・フィールド機器の長期間の連続動作を可能としている。 Here, a wireless field device that performs wireless communication operates with a minimum amount of power by suspending some functions of the wireless communication unit during a period in which wireless communication is not performed (hereinafter referred to as a sleep period). This makes it possible to reduce power consumption during sleep, save power by ensuring sleep time, and operate field devices for long periods of time.
しかしながら、従来の無線フィールド機器では、省電力のために各無線フィールド機器の無線通信手段がスリープ状態にある場合には大部分の時間が通信不可能な状態にあるのでインフラストラクチャモードとアドホックモードとの切替えを適宜実行できないという問題があった。 However, in the conventional wireless field device, in order to save power, when the wireless communication means of each wireless field device is in the sleep state, most of the time is in a state where communication is impossible, so the infrastructure mode and the ad hoc mode There has been a problem that the switching cannot be performed appropriately.
また、このスリープ状態の際に発生する実行不可能な無線通信があるので、従来の無線フィールド機器およびこのフィールド機器により構成される無線制御ネットワークシステムのメンテナンス性と信頼性が低くなっているという問題があった。 In addition, since there is an infeasible wireless communication that occurs in the sleep state, the maintenance and reliability of the conventional wireless field device and the wireless control network system constituted by this field device are low. was there.
本発明は上述の問題点を解決するものであり、その目的は、省電力のためにスリープ動作を行う無線フィールド機器およびこれを用いた無線制御ネットワークシステムのメンテナンス性および信頼性を向上させることにある。 The present invention solves the above-described problems, and an object of the present invention is to improve the maintainability and reliability of a wireless field device that performs a sleep operation for power saving and a wireless control network system using the wireless field device. is there.
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項1記載の発明は、
アクセスポイントを介して無線通信するインフラストラクチャモード又は近距離の機器同士で直接通信するアドホックモードにより無線通信を行う無線通信手段と、前記無線通信手段の一部の機能を停止させてスリープ状態にする演算制御手段を備える無線フィールド機器において、
近隣の機器から前記無線通信手段をスリープ状態から通常状態とし前記アドホックモードでの通信に切り替えるためのモード切替信号を受信するモード切替信号送受信手段と、
前記モード切替信号を受信すると前記無線通信手段を制御してスリープ状態から通常状態とし前記アドホックモードに切り替えて、前記無線通信手段により前記近隣の機器との間で通信を実行させる通信モード制御手段と、
を備え、
前記通信モード制御手段は、前記無線通信手段による前記近隣の機器との間での通信を終了後、前記無線通信手段の通信モードを前記アドホックモードから前記インフラストラクチャモードに切り替えることを特徴とする無線フィールド機器である。
In order to achieve such a problem, the invention according to claim 1 of the present invention is:
Wireless communication means for performing wireless communication in an infrastructure mode for wireless communication via an access point or an ad hoc mode for direct communication between devices in a short distance, and a part of the functions of the wireless communication means are stopped to enter a sleep state In a wireless field device provided with arithmetic control means,
A mode switching signal transmission / reception means for receiving a mode switching signal for switching the wireless communication means from a sleep state to a normal state and switching to communication in the ad hoc mode from neighboring devices;
A communication mode control means for controlling the wireless communication means upon receiving the mode switching signal to switch from the sleep state to the normal state to the ad hoc mode, and for performing communication with the neighboring devices by the wireless communication means; ,
Equipped with a,
The communication mode control means switches the communication mode of the wireless communication means from the ad hoc mode to the infrastructure mode after finishing communication with the neighboring devices by the wireless communication means. It is a field device.
請求項2記載の発明は、請求項1記載の無線フィールド機器において、
前記モード切替信号送受信手段は、無線フィールド機器の監視および保守を行うモバイル端末から、前記モード切替信号を受信することを特徴とする。
The invention according to claim 2 is the wireless field device according to claim 1,
The mode switching signal transmitting / receiving means receives the mode switching signal from a mobile terminal that monitors and maintains a field wireless device.
請求項3記載の発明は、請求項1または2記載の無線フィールド機器において、
あらかじめ設定されるファンクションブロックを実行しセンサとして動作する前記演算制御手段と、
通信相手との物理的距離を測定し電波送信出力値を制御する無線出力制御手段と、
を備えることを特徴とする。
The invention according to
The calculation control means that executes a function block set in advance and operates as a sensor;
Wireless output control means for measuring a physical distance to a communication partner and controlling a radio wave transmission output value;
It is characterized by providing.
請求項4記載の発明は、請求項1〜3いずれかに記載の仮想マシンサーバにおいて、
前記モード切替信号送受信手段は、
前記モバイル端末からパッシブタグによりモード切替信号を受信することを特徴とする。
The invention according to
The mode switching signal transmitting / receiving means includes
A mode switching signal is received from the mobile terminal by a passive tag.
請求項5記載の発明は、請求項1〜4いずれかに記載の仮想マシンサーバにおいて、
前記演算制御手段は、
前記モード切替信号を受信した後に前記無線通信手段の動作が不実施となってからあらかじめ定められた時間だけを経過すると前記無線通信手段の一部の機能を停止させてスリープ状態にすることを特徴とする。
The invention according to
The arithmetic control means includes
When a predetermined time elapses after the operation of the wireless communication unit is not performed after receiving the mode switching signal, a part of the function of the wireless communication unit is stopped to enter a sleep state. And
請求項6記載の発明は、
請求項1〜5いずれかに記載の無線フィールド機器と、
非接触ICで構成され前記の無線フィールド機器の無線通信手段をスリープ状態から通常状態とし通信モードを前記アドホックモードに切り替えるためのモード切替信号をパッシブタグにより送信する手段とを具備し無線フィールド機器の監視および保守を行うモバイル端末と、
を備えることを特徴とする無線制御ネットワークシステムである。
The invention described in claim 6
The wireless field device according to any one of claims 1 to 5,
A wireless communication device configured by a non-contact IC and configured to transmit a mode switching signal for switching the communication mode from the sleep state to the normal state from the sleep state to the ad hoc mode using a passive tag. A mobile device for monitoring and maintenance,
A wireless control network system comprising:
請求項7記載の発明は、請求項6に記載の無線制御ネットワークシステムにおいて、
前記モバイル端末は、
アクセスポイントを介して前記無線フィールド機器と通信するインフラストラクチャモードと近距離のフィールド機器と直接通信するアドホックモードとにより無線通信を行う手段を備えることを特徴とする。
The invention described in
The mobile terminal
The wireless communication apparatus includes means for performing wireless communication in an infrastructure mode for communicating with the wireless field device via an access point and an ad hoc mode for directly communicating with a short-range field device.
このように、本発明によれば、省電力のためにスリープ動作を行う無線フィールド機器であっても、非接触ICから構成されるモード切替信号送受信手段がモバイル端末からのタグを用いたモード切替信号を受信することにより、モバイル端末からスリープ動作中のフィールド機器へのアクセスが容易になり、無線制御ネットワークシステム全体の省電力性を損なうことなくメンテナンス性の向上に貢献できる。また従来のスリープ状態の際に発生する実行不可能な無線通信があることによる通信の信頼性低下の問題点も解決でき通信の信頼性向上に貢献できる。 As described above, according to the present invention, even in a field wireless device that performs a sleep operation for power saving, a mode switching signal transmission / reception unit configured by a non-contact IC uses a tag from a mobile terminal. By receiving the signal, the mobile terminal can easily access the field device during the sleep operation, and can contribute to the improvement of the maintainability without impairing the power saving performance of the entire radio control network system. In addition, it is possible to solve the problem of deterioration in communication reliability due to the inexecutable wireless communication that occurs in the conventional sleep state, and it is possible to contribute to the improvement of communication reliability.
また、本発明のフィールド機器によれば、モバイル端末6とメンテナンスの際など必要に応じてアドホックモードによる通信を行うことにより、従来は電波の放出範囲がアクセスポイントまでのカバーすることが必要であったところ、近隣のモバイル端末とアドホックモードによる通信を行うことで電波の放出範囲を抑制して出力を低くすることでき、他のフィールド機器あるいは共存する他の無線ネットワークシステム (たとえばISA100.11a)に与える電波ノイズの影響を小さくすることができる。 In addition, according to the field device of the present invention, it has been conventionally necessary to cover the radio wave emission range to the access point by performing communication with the mobile terminal 6 in ad hoc mode as necessary during maintenance. However, by communicating with neighboring mobile terminals in ad hoc mode, the radio wave emission range can be suppressed and the output can be lowered, so that other field devices or other coexisting wireless network systems (for example, ISA100.11a) can be used. The influence of the applied radio noise can be reduced.
また、本発明のフィールド機器によれば、モバイル端末6とメンテナンスの際など必要に応じてアドホックモードによる通信を行うことにより、モバイル端末とフィールド機器がアクセスポイントを介さず直接通信を行うことができトラフィック量の抑制に繋がり、通信信頼性やスループットの向上に貢献できる。 In addition, according to the field device of the present invention, the mobile terminal 6 and the field device can communicate directly with each other without using an access point by performing communication in the ad hoc mode with the mobile terminal 6 when necessary, such as during maintenance. This leads to a reduction in traffic volume and can contribute to improving communication reliability and throughput.
また、本発明のフィールド機器は、プラント制御に無線通信技術を適用すると運用/敷設コストの低減を見込める点で有効であり、従来の有線通信では難しいとされていたプラント設備の多点測定といった新たな付加価値を提供することも可能になる。 In addition, the field device of the present invention is effective in that the operation / laying cost can be expected to be reduced when the wireless communication technology is applied to the plant control. It is also possible to provide additional added value.
具体的には、プラントシステムでは現場作業員による機器の巡回メンテナンス作業が行われる一方で、フィールド機器には長期間の連続動作が要求されるので、無線機器の省電力性能が要求されるため無線機器にスリープ機能を搭載して動作デューティーを抑えることが必要である。このプラントシステムに本発明技術を適用することで、センサネットワークの省電力性とモバイル端末によるフィールド機器のメンテナンス作業を両立することが可能になる。 Specifically, in the plant system, field maintenance work is performed by field workers, while field devices are required to operate continuously for a long period of time. It is necessary to reduce the operating duty by installing a sleep function in the device. By applying the technology of the present invention to this plant system, it becomes possible to achieve both the power saving performance of the sensor network and the maintenance work of the field device by the mobile terminal.
図1は、本発明に係る無線フィールド機器およびこれを用いた無線制御ネットワークシステムの構成例を示す構成図であり、図5等と共通する部分には同一の符号を付けて適宜説明を省略する。図5との相違点は、フィールド機器が無線通信を行う際のインフラストラクチャモードとアドホックモードの切り替えを行う通信モード制御手段と、モバイル端末6などの外部機器とデータの送受信を行い特にフィールド機器の動作状態をスリープ状態から通常状態としインフラストラクチャモードからアドホックモードの切り替えるための切替信号を受信するモード切替信号送受信手段とを備える点で相違する。 FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration example of a field wireless device according to the present invention and a radio control network system using the same, and the same reference numerals are given to portions common to FIG. . The difference from FIG. 5 is that communication mode control means for switching between the infrastructure mode and ad hoc mode when the field device performs wireless communication, and data transmission / reception to / from an external device such as the mobile terminal 6 are performed. It is different in that it includes a mode switching signal transmission / reception means for receiving a switching signal for switching the operation state from the sleep state to the normal state and switching from the infrastructure mode to the ad hoc mode.
図1において、無線制御ネットワークシステムは、無線フィールド機器4と、フィールド機器が有線ネットワークと無線ネットワークを相互接続するためのアクセスポイント5と、無線制御ネットワークシステムにおけるオペレータの現場巡回作業またはメンテナンス時にフィールド機器と無線通信を行うモバイル機器6と、から構成される。
In FIG. 1, a wireless control network system includes a
また、無線フィールド機器4は、無線通信を行わない期間(スリープ期間)では、無線通信部の一部の機能を停止して必要最小限の電力で動作する(スリープ状態となる)ことにより、スリープ時の電力消費量の低減・スリープ時間の確保による省電力化を図るものである。
Further, the
モバイル端末6は、ノートパソコンやPDAのような持ち運びが可能な端末であって、たとえば工場やビルのようなフィールドで使用される無線フィールド機器を用いた無線制御ネットワークシステムにおいて設備の監視・保守作業 (現場巡回作業)を行う際に用いられるものである。 The mobile terminal 6 is a portable terminal such as a notebook personal computer or PDA. For example, in a wireless control network system using wireless field devices used in a field such as a factory or a building, monitoring and maintenance work of equipment It is used when performing (site patrol work).
無線フィールド機器4、アクセスポイント5、モバイル機器6は、無線通信を介してデータの送受信を行なう。また無線フィールド機器4、アクセスポイント5、モバイル機器6は、主に無線通信にてデータ送受信を行なう。
The
アクセスポイント5は、有線ネットワークと無線フィールド機器4、アクセスポイント5、モバイル機器6で構成される無線ネットワークに相互接続する。有線ネットワークには図示しないフィールド機器、他のネットワーク機器が接続される。
The
図2は図1の無線フィールド機器4の構成ブロック図であり、図2において、無線フィールド機器4は、IEEE802.11a/b/g/n(具体的な規格は問わない)を利用して無線通信を行う無線通信手段41と、無線通信を行う際のインフラストラクチャモードとアドホックモードの切り替えを行う通信モード制御手段42と、通信相手との物理的距離を測定し電波送信出力を適切な値に制御する無線出力制御手段43と、モバイル端末6などの外部機器とデータの送受信を行い特にフィールド機器の無線通信手段の動作状態をスリープ状態から通常状態としインフラストラクチャモードからアドホックモードの切り替えるための切替信号(以下、モード切替信号という)を受信するモード切替信号送受信手段44と、他の機器と通信を行うための通信プロトコル(例えばTCP/IP(Transmission Control Protocol)プロトコル)の仕様に則するようにデータ変換し無線通信手段41と演算制御手段46とにデータを伝達するネットワーク通信スタック手段45とから構成される。
2 is a configuration block diagram of the
また、無線フィールド機器4は、あらかじめ設定されるファンクションブロックを実行しフィールド機器4の各部・各機能を制御してセンサやアクチュエータなどとして動作するとともに他のフィールド機器またはモバイル端末と無線通信を行い、フィールド機器の設定や各種情報の受け渡しを行う演算制御手段46と、あらかじめ設定されるファンクションブロックを実行するためのプログラム、アプリケーション、フィールド機器間で行なわれる制御通信用のプロトコル情報などを記憶するなどを記憶する記憶手段47と、からも構成される。
The
通信モード制御手段42は、インフラストラクチャモードおよびアドホックモードで使用するチャネル情報とアクセスポイント5のアドレス情報を有し、アドホックモードで通信相手を特定する際にはたとえばビーコン探索を行う。
The communication mode control means 42 has channel information used in the infrastructure mode and the ad hoc mode and address information of the
無線出力制御手段43は、無線通信手段内に含まれることが多いがそれとは別途、無線フィールド機器内に備えられるものでも構わない。この場合の具体的な手法の例として通信RSSI(Received Signal Strength Indication, Received Signal Strength Indicator(受信信号強度))を元に出力を制御する方法を用いることができる. The wireless output control means 43 is often included in the wireless communication means, but may be provided separately in the wireless field device. As an example of a specific method in this case, a method of controlling output based on communication RSSI (Received Signal Strength Indication, Received Signal Strength Indicator) can be used.
モード切替信号送受信手段44は、接触型、非接触型のどちらの形態でもよく、非接触型ICタグの場合であればパッシブ型のRFIDを適用可能とするものでもよい。 The mode switching signal transmission / reception means 44 may be either a contact type or a non-contact type, and in the case of a non-contact type IC tag, a passive type RFID may be applicable.
通信スタック手段45は、他の無線フィールド機器またはアクセスポイント、モバイル機器2などと通信を行うために、たとえば、演算制御手段46から受信するデータを通信プロトコルの仕様に則するようにデータ変換し無線通信手段41を制御して無線通信を行う、または無線通信手段41から受信するデータを変換し演算制御手段46に伝達する。 In order to communicate with other wireless field devices or access points, mobile devices 2 and the like, the communication stack means 45 converts the data received from the arithmetic control means 46 so as to comply with the specifications of the communication protocol, and performs wireless communication. The communication means 41 is controlled to perform wireless communication, or data received from the wireless communication means 41 is converted and transmitted to the calculation control means 46.
演算制御手段46は、無線通信を行わない期間(スリープ期間)では、無線通信手段41の一部の機能を停止して必要最小限の電力で動作する(スリープ状態にする)。これにによ、スリープ時の電力消費量の低減・スリープ時間の確保による省電力化・フィールド機器の長期間の連続動作を可能となる。 The arithmetic control unit 46 stops a part of the functions of the wireless communication unit 41 and operates with the minimum necessary power (sets the sleep state) during a period when the wireless communication is not performed (sleep period). As a result, it is possible to reduce power consumption during sleep, to save power by ensuring sleep time, and to operate field devices for a long period of time.
次に特に図示しないがモバイル機器6の構成について説明する。モバイル機器5は、IEEE802.11a/b/g/n(具体的な規格は問わない)を利用して無線通信を行う無線通信手段と、無線通信を行う際のインフラストラクチャモードとアドホックモードの切り替えを行う通信モード制御手段と、通信相手との物理的距離を測定し電波送信出力を適切な値に制御する無線出力制御手段と、フィールド機器4とデータの送受信を行い特にフィールド機器4にモード切替信号を送信するモード切替信号送受信手段と、他の機器と通信を行うための通信プロトコルの仕様に則するようにデータ変換し無線通信手段と演算制御手段とにデータを伝達する通信スタック手段と、から構成される。
Next, although not particularly illustrated, the configuration of the mobile device 6 will be described. The
またモバイル機器6は、現場作業員がフィールド機器の設定や監視を行うためのアプリケーション・ソフトウェアを記憶する記憶手段と、オペレータからのフィールド機器の設定情報などの入力を受信する入力手段と、無線通信手段を制御してフィールド機器4と通信を行いフィールド機器の設定情報の受け渡しを行う演算制御手段からも構成される。
In addition, the mobile device 6 includes storage means for storing application software for field workers to set and monitor field devices, input means for receiving input of field device setting information from an operator, and wireless communication. It is also constituted by arithmetic control means for controlling the means to communicate with the
また特に図示しないがアクセスポイント5の構成についても説明する。アクセスポイント5は、IEEE802.11a/b/g/n(具体的な規格は問わない)を利用してフィールド機器4、モバイル機器6と無線通信を行う無線通信手段と、他の機器と通信を行うための通信プロトコルの仕様に則するようにデータ変換し無線通信手段と演算制御手段とにデータを伝達する通信スタック手段と、有線ネットワークと無線ネットワークとから受信するデータをそれぞれ有線用、無線用にデータ変更して転送するルータ・ブリッジなどのアプリケーション・ソフトウェアを記憶する記憶手段と、アクセスポイント全体を制御してアクセスポイントとして動作させる演算制御手段からも構成される。
Although not specifically shown, the configuration of the
このような構成のもと、本発明の無線フィールド機器およびこれを用いた無線制御ネットワークシステムは、次のような動作を行う。図3は本発明に係る無線フィールド機器4とモバイル端末6の動作説明図、図4は図3の動作を無線フィールド機器4とモバイル機器6の動作フロー図の形で説明した動作説明図である。図3と図4に割り振られている(1)〜(9)までの番号は相互に対応するものである。以下、図3および図4中に記載した(1)〜(9)の各機器の動作について説明する。
Under such a configuration, the wireless field device of the present invention and the wireless control network system using the same perform the following operations. FIG. 3 is an operation explanatory diagram of the
図3の(1)において、モバイル端末6のモード切替信号送受信手段は、フィールド機器4にアドホックモードとして動作することを要求するためモード切替信号を送信する。このとき、モバイル端末6のモード切替信号送受信手段は、モード切替信号がフィールド機器4に到達できるものであれば、接触型、非接触型のどちらの通信方式を用いても構わない。
In (1) of FIG. 3, the mode switching signal transmission / reception means of the mobile terminal 6 transmits a mode switching signal to request the
なお、モバイル端末6のモード切替信号送受信手段は非接触ICから構成され、フィールド機器4のモード切替信号送受信手段44はタグリーダから構成されるものでもよい。この場合、モバイル端末6のモード切替信号送受信手段はパッシブタグを用いてモード切替信号を送信する。また、モバイル端末6のモード切替信号送受信手段は、フィールド機器からのタグ読み取り機構を有しているものでもよく、モード取得信号を送信すると同時にタグからフィールド機器4のアドレス情報などを同時に取得するものでも良い。
The mode switching signal transmission / reception means of the mobile terminal 6 may be constituted by a non-contact IC, and the mode switching signal transmission / reception means 44 of the
(2)において、フィールド機器4は、モード切替信号送受手段44を介してモバイル端末6からモード切替信号を受信すると無線通信手段を制御して動作状態をスリープ状態から通常状態に切り替える(いいかえればスリープ状態から起床(ウェイクアップ)する)。これにより、フィールド機器4は、モード切替信号中のモバイル端末6の情報を取得できる。
In (2), when the
(3)において、フィールド機器4の通信モード制御手段42は、モバイル端末6からのモード切替信号に基づき、通信モードをインフラストラクチャモードからアドホックモードに変更する。なお、以降アドホックモードでの無線通信ではチャネルとモバイル端末のアドレスの情報が必要となるが、これらの情報を特定できるものであればどのようなものでもよい。たとえばフィールド機器に事前に定義して記憶しておいたり、ビーコン探索によりモバイル端末6のアドレス等の情報を収集・取得したりするものでもよい。
In (3), the communication mode control means 42 of the
(4)において、モバイル端末6の通信モード制御手段は、モード切替信号を送信した後、自機の通信モードをインフラストラクチャモードからアドホックモードに変更する。なお、以降アドホックモードでの無線通信ではチャネルとフィールド機器4のアドレス等の情報が必要となるが、これらの情報を特定できるものであればどのようなものでもよい。たとえばフィールド機器に事前に定義して記憶しておいたり、ビーコン探索によりモバイル端末6のアドレス等の情報を収集・取得したりするものでもよい。またこれらに加えて,モバイル端末がマスター機器として動作する場合は周波数チャネルをスキャンして帯域使用率の低いチャネルを選択しても良い。この場合、モバイル端末6は、ビーコン発信/探索を行いフィールド機器4とのチャネル共有を行う。
In (4), the communication mode control means of the mobile terminal 6 changes its own communication mode from the infrastructure mode to the ad hoc mode after transmitting the mode switching signal. Note that information such as the channel and the address of the
(5)において、モバイル端末6とフィールド機器4は、無線制御ネットワークシステムにおけるオペレータの現場巡回作業またはメンテナンスに係る機器設定や情報取得などに必要な通信をアドホックモードにて行う。この際は、モバイル端末6とフィールド機器4の無線出力制御手段は、受信強度などの情報をもとに送信出力を互いに適宜変更するものでもよい。
In (5), the mobile terminal 6 and the
(6)において、フィールド機器4の通信モード制御手段42は、(5)で説明した動作に係る通信が終了するとモバイル端末が通信モードをインフラストラクチャモードに変更する。(5)の動作に係る通信終了の合図は、(3)〜(5)の通信内に含める方法や一定時間経過後に自動で変更する方法などがある。この動作は(7)と順不同とする。
In (6), the communication mode control means 42 of the
(7)フィールド機器4の演算制御手段46は、無線通信を行わない期間が予め定められた期間に達すると無線通信部の一部の機能を停止して必要最小限の電力で動作するスリープ状態となる。これにより、スリープ時の電力消費量の低減・スリープ時間の確保による省電力化に貢献できる。
(7) The operation control means 46 of the
(8)において、モバイル端末6の通信モード制御手段は、(5)で説明した動作に係る通信が終了すると、フィールド機器が通信モードをインフラストラクチャモードに変更する。 In (8), the communication mode control means of the mobile terminal 6 changes the communication mode to the infrastructure mode when the communication related to the operation described in (5) ends.
(9)モバイル端末6は、必要に応じてアクセスポイント5を経由して有線ネットワーク上の基幹系のネットワークノード(たとえば、制御サーバ)等に情報を転送する。
(9) The mobile terminal 6 transfers information to the backbone network node (for example, control server) on the wired network via the
この結果、本発明の無線フィールド機器は、省電力のためにスリープ動作を行う無線フィールド機器であっても、非接触ICから構成されるモード切替信号送受信手段がモバイル端末からのタグを用いたモード切替信号を受信することにより、モバイル端末からスリープ動作中のフィールド機器へのアクセスが容易になり、無線制御ネットワークシステム全体の省電力性を損なうことなくメンテナンス性の向上に貢献できる。また従来のスリープ状態の際に発生する実行不可能な無線通信があることによる通信の信頼性低下の問題点も解決でき通信の信頼性向上に貢献できる。 As a result, even if the wireless field device of the present invention is a wireless field device that performs a sleep operation for power saving, the mode switching signal transmission / reception means configured by a non-contact IC uses a tag from a mobile terminal. By receiving the switching signal, the mobile terminal can easily access the field device that is in the sleep operation, and can contribute to the improvement of the maintainability without impairing the power saving performance of the entire radio control network system. In addition, it is possible to solve the problem of deterioration in communication reliability due to the inexecutable wireless communication that occurs in the conventional sleep state, and it is possible to contribute to the improvement of communication reliability.
また、本発明のフィールド機器4によれば、モバイル端末6とメンテナンスの際など必要に応じてアドホックモードによる通信を行うことにより、従来は電波の放出範囲がアクセスポイントまでカバーすることが必要であったところ、近隣のモバイル端末とアドホックモードによる通信を行うことで電波の放出範囲を抑制して出力を低くすることでき、他のフィールド機器あるいは共存する他の無線ネットワークシステム (たとえばISA100.11a)に与える電波ノイズの影響を小さくすることができる。
In addition, according to the
また、本発明のフィールド機器4によれば、モバイル端末6とメンテナンスの際など必要に応じてアドホックモードによる通信を行うことにより、モバイル端末とフィールド機器がアクセスポイントを介さず直接通信を行うことができトラフィック量の抑制に繋がり、通信信頼性やスループットの向上に貢献できる。
In addition, according to the
また、本発明のフィールド機器は、プラント制御に無線通信技術を適用すると運用/敷設コストの低減を見込める点で有効であり、従来の有線通信では難しいとされていたプラント設備の多点測定といった新たな付加価値を提供することも可能になる。 In addition, the field device of the present invention is effective in that the operation / laying cost can be expected to be reduced when the wireless communication technology is applied to the plant control. It is also possible to provide additional added value.
具体的には、プラントシステムでは現場作業員による機器の巡回メンテナンス作業が行われる一方で、フィールド機器には長期間の連続動作が要求されるので、無線機器の省電力性能が要求されるため無線機器にスリープ機能を搭載して動作デューティーを抑えることが必要である。このプラントシステムに本発明技術を適用することで、センサネットワークの省電力性とモバイル端末によるフィールド機器のメンテナンス作業を両立することが可能になる。 Specifically, in the plant system, field maintenance work is performed by field workers, while field devices are required to operate continuously for a long period of time. It is necessary to reduce the operating duty by installing a sleep function in the device. By applying the technology of the present invention to this plant system, it becomes possible to achieve both the power saving performance of the sensor network and the maintenance work of the field device by the mobile terminal.
以上説明したように、本発明のフィールド機器は、モバイル端末の非接触ICで構成されるモード切替信号送受信手段から受信したタグを用いたモード切替信号に基づき、スリープ状態であれば通常状態に復帰するとともに通信モードをインフラストラクチャモードからアドホックモードに切り替えて近隣に存在するモバイル端末と直接無線通信を行うことにより、モバイル端末からスリープ動作中のフィールド機器へのアクセスが容易になり、無線制御ネットワークシステム全体の省電力性を損なうことなく設備点検作業を行うことが可能な無線インフラを構築することに貢献できる。 As described above, the field device of the present invention returns to the normal state in the sleep state based on the mode switching signal using the tag received from the mode switching signal transmission / reception means configured by the contactless IC of the mobile terminal. In addition, by switching the communication mode from the infrastructure mode to the ad hoc mode and directly performing wireless communication with a mobile terminal existing in the vicinity, the mobile terminal can easily access the field device during the sleep operation, and the wireless control network system This contributes to the construction of a wireless infrastructure capable of performing equipment inspection work without impairing the overall power saving performance.
1、4 無線フィールド機器
41 無線通信手段
42 通信モード制御手段
43 無線出力制御手段
44 モード切替信号送受信手段
45 通信スタック手段
46 演算制御手段
47 記憶手段
2、5 アクセスポイント
3、6 モバイル端末
DESCRIPTION OF
Claims (7)
近隣の機器から前記無線通信手段をスリープ状態から通常状態とし前記アドホックモードでの通信に切り替えるためのモード切替信号を受信するモード切替信号送受信手段と、
前記モード切替信号を受信すると前記無線通信手段を制御してスリープ状態から通常状態とし前記アドホックモードに切り替えて、前記無線通信手段により前記近隣の機器との間で通信を実行させる通信モード制御手段と、
を備え、
前記通信モード制御手段は、前記無線通信手段による前記近隣の機器との間での通信を終了後、前記無線通信手段の通信モードを前記アドホックモードから前記インフラストラクチャモードに切り替えることを特徴とする無線フィールド機器。 Wireless communication means for performing wireless communication in an infrastructure mode for wireless communication via an access point or an ad hoc mode for direct communication between devices in a short distance, and a part of the functions of the wireless communication means are stopped to enter a sleep state In a wireless field device provided with arithmetic control means,
A mode switching signal transmission / reception means for receiving a mode switching signal for switching the wireless communication means from a sleep state to a normal state and switching to communication in the ad hoc mode from neighboring devices;
A communication mode control means for controlling the wireless communication means upon receiving the mode switching signal to switch from the sleep state to the normal state to the ad hoc mode, and for performing communication with the neighboring devices by the wireless communication means; ,
Equipped with a,
The communication mode control means switches the communication mode of the wireless communication means from the ad hoc mode to the infrastructure mode after finishing communication with the neighboring devices by the wireless communication means. Field equipment.
通信相手との物理的距離を測定し電波送信出力値を制御する無線出力制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項1または2記載の無線フィールド機器。 The calculation control means that executes a function block set in advance and operates as a sensor;
Wireless output control means for measuring a physical distance to a communication partner and controlling a radio wave transmission output value;
The wireless field device according to claim 1, further comprising:
前記モバイル端末からパッシブタグによりモード切替信号を受信することを特徴とする
請求項1〜3いずれかに記載の無線フィールド機器。 The mode switching signal transmitting / receiving means includes
The wireless field device according to claim 1, wherein a mode switching signal is received from the mobile terminal by a passive tag.
前記モード切替信号を受信した後に前記無線通信手段の動作が不実施となってからあらかじめ定められた時間だけを経過すると前記無線通信手段の一部の機能を停止させてスリープ状態にすることを特徴とする
請求項1〜4いずれかに記載の無線フィールド機器。 The arithmetic control means includes
When a predetermined time elapses after the operation of the wireless communication unit is not performed after receiving the mode switching signal, a part of the function of the wireless communication unit is stopped to enter a sleep state. The wireless field device according to claim 1.
非接触IC(Integrated Circuit)で構成され前記の無線フィールド機器の無線通信手段をスリープ状態から通常状態とし通信モードを前記アドホックモードに切り替えるためのモード切替信号をパッシブタグにより送信する手段とを具備し無線フィールド機器の監視および保守を行うモバイル端末と、
を備えることを特徴とする無線制御ネットワークシステム。 The wireless field device according to any one of claims 1 to 5,
Comprising a non-contact IC (Integrated Circuit), and means for transmitting a mode switching signal for switching the communication mode from the sleep state to the normal state from the sleep state to the ad hoc mode using a passive tag. A mobile terminal for monitoring and maintaining wireless field devices;
A wireless control network system comprising:
アクセスポイントを介して前記無線フィールド機器と通信するインフラストラクチャモードと近距離のフィールド機器と直接通信するアドホックモードとにより無線通信を行う手段を備えることを特徴とする請求項6記載の無線制御ネットワークシステム。 The mobile terminal
7. The wireless control network system according to claim 6, further comprising means for performing wireless communication in an infrastructure mode for communicating with the wireless field device via an access point and an ad hoc mode for directly communicating with a near field device. .
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