JP5852267B2 - 分散型制御システムのためのリレーインタフェースモジュール - Google Patents

Description

本発明は、一般的に、ＩＯデータを分散型制御システムにおける１つより多いコントローラに転送するための装置と方法に関し、より明確には、該方法を可能にし、ＩＯデータを転送することを提供するリレーインタフェースモジュールに関する。

分散型制御システム（DCS）は、プロセスプラントにおけるプラントプロセスを制御するためのプロセスプラントで、用いられる。ＤＣＳは、通常、埋め込まれたデバイスであるコントローラを有する。ＤＣＳのためのコントローラはまた、一般的なコンピュータまたは工業用コンピュータ、プログラミングロジックコントローラ（ＰＬＣ）、および、制御アプリケーションに、リアルタイム実行の環境を提供することができる何らかのコンピューティングユニットであることができる。

プロセスの制御は、プロセスプラントの適切な機能または動作にとって重要であることが理解できる。ここで指されるプロセスは、プロセスプラントユニット動作、関連するハードウェア、制御アプリケーション、ワークフローなどを処理することに関するファクタによって特徴付けられる。これらファクタ―特に制御アプリケーション―における何らかの変更は、プロセスプラントの動作に影響する。これらのファクタは、システム・コンフィギュレーション、ハードウェア性能、通信、プロセスの現在の状態の１つ以上、および、適用可能であるように、その性能によって抑制もされる。

一般的に、分散型制御システム（ＤＣＳ）において、コントローラは、分散され、プロセスプラントにおける１つ以上のプロセス／ユニットに関連する。プロセス情報は、フィールドデバイスであるトランスデューサまたは送信機に接続された入力デバイスを通じて、または、互換性のあるプロトコルを使用するフィールドデバイスから直接、コントローラによって収集される。同様に、コントローラ出力は、出力デバイスを通じて、または、互換性のあるプロトコルを使用するフィールドデバイスを通じて直接、作動のために使用される。特定のコントローラに割り当てられた１つ以上のインプット‐アウトプット（ＩＯ）デバイスおよびフィールドデバイスを有するのが通常である。すなわち、これらのデバイスは、接続された特定のコントローラのみと通信するだろう。従って、コントローラ上で実行する制御アプリケーションは、ＩＯデバイスまたはフィールドデバイスの限定されおよび予め構成された組へのアクセスを有する。通信インタフェース（ＣＩ）モジュールと呼ばれるハードウェアデバイスは、コントローラに割り当てられることのできるＩＯユニットおよびフィールドデバイスの数を接続し、スケーリングするために使用される。ＣＩモジュールは、インタフェースを、ＤＣＳのＩＯデバイスとコントローラの中の様々な通信バスプロトコルに提供もする。ＣＩモジュールは、一般的に、マスタおよびスレーブハードウェアコンポーネントから成り、ＣＩスレーブが、いくつかのＩＯ／フィールドデバイスのための収束点として使用される一方、ＣＩマスタは、コントローラに取り付けられる。依って、各ＩＯユニットは、役割を果たすように、およびネットワークにおける単一のコントローラにのみ接続されるように構成される。制御アプリケーションの効率良い実行のために、ＩＯユニットからまたはデバイスから収集されたプロセス情報は、可能な限り、単一のコントローラで実行される。これが不可能な場合、プロセス情報は、コントローラ間通信を使用して共有され、それにより、関連する制御アプリケーションを実行するために別のコントローラにプロセス情報の間接的アクセスを提供する。

ほとんどのケースで、ＤＣＳのコンフィギュレーションは、静的である。すなわち、一般的に、プラントにおけるピアコントローラの中で、ＩＯユニット、制御アプリケーションの動的共有または移行、または、それについての部分（今後、それについての部分というのは、制御アプリケーションの言及に含まれると言われる。）への直接のアクセスを許可しない。しかしながら、実際の状況では、制御システムは、動作の間、上記で述べたファクタの１つ以上に関してそのコンフィギュレーションにおける変更と修正を採用し、または、直面することが要求されるかもしれない。さらに通常では、アプリケーションを制御するとされる変更は、オンラインで−すなわち、要求された変更を、プラント動作を邪魔することなく実現するために、プラント動作を停止したり、または、中断したりせずにプラントの動作の間に−扱われる必要性が重要となる。

イギリス特許公開２４４５６３６では、２つのプロセスコントローラをワークステーションに接続する一次通信回線とは別個の通信回線を通して２つのプロセスコントローラをインタフェース接続するのに使用されるＩ／Ｏカードについて記述している。プロセスコントローラは、フィールドデバイスへのＩ／Ｏカード接続と同じような方法で、Ｉ／Ｏカードにアクセスすることができる。コントローラ間の通信は、イーサネット（登録商標）、トークンリング、ＦＤＤＩ、ＡＲＣＥＮＴ、ＷｉＦｉ、シリアルまたは並列通信プロトコルを利用するかもしれない一般的なＩ／Ｏ通信としてプログラムされることができる。

そこには、動的な再コンフィギュレーションを支え、ＤＣＳにおけるピアコントローラへのプロセス情報の直接のアクセスを提供する手段を有しているＤＣＳのフレキシブルなコンフィギュレーションへの必要性が残っている。プラントの動作を邪魔することなしに、リアルタイムで、制御アプリケーションの動的分散を伴うという状況で、ＩＯおよびフィールドデバイスからそれぞれの制御アプリケーションへ情報を接続する解決の必要性がある。

簡単な説明

１つの側面では、本発明は、分散型制御システムにおける少なくとも１つのＩＯデバイスおよび少なくとも１つのコントローラに通信可能に接続可能であるリレーインタフェースモジュールを提供する。リレーインタフェースモジュールは、ＤＣＳにおける少なくとも１つのＩＯデバイスと少なくとも１つの他のコントローラとの間でデータを通信するように構成される。

別の側面では、本発明は、分散型制御システムにおいて、Ｉ／Ｏデバイスデータをコントローラに転送する方法を提供する。コントローラは、Ｉ／Ｏデバイスに関連する制御アプリケーションを備えている。方法は、Ｉ／Ｏデバイスに接続される通信インタフェースモジュールからコントローラのロケーションデータを読み取ることを備えている。方法は、ロケーションデータに基づいて、Ｉ／Ｏデバイスデータをコントローラに送信することを伴う。

さらに別の観点では、本発明は、本発明の方法に基づいた分散型制御システムを提供する。分散型制御システムは、制御アプリケーションに関連するＩＯデータを有する、少なくとも１つのＩ／Ｏデバイスを備える。本発明の分散型制御システムは、少なくとも１つの制御アプリケーションを備える少なくとも１つのコントローラを含み、少なくとも１つの制御アプリケーションの１つは、Ｉ／Ｏデータに関連している。本発明の分散型制御システムは、ＩＯデータのためのロケーションデータを備える少なくとも１つのリレーインタフェースモジュールを介して関連している制御アプリケーションにＩ／Ｏデバイス間のＩ／Ｏデバイスデータを転送するために、少なくとも１つの通信インタフェースモジュールも備える。

本願のこれらのおよび他の特徴、観点、利点は、以下の詳細な説明を、類似する特徴が類似の部分を表す添えられた図面を参照し読むと、よりよく理解されるだろう。

例示的な分散型制御システムの代表的なコンポーネントのブロック図表現である。 本発明の方法のための例示的なステップを図示するフローチャート表現である。 本発明の分散型制御システムの１つの例示的な実施形態のブロック図表現である。 本発明の分散型制御システムの別の例示的な実施形態のブロック図表現を示している。 本発明の分散型制御システムのさらに別の例示的な実施形態のブロック図表現を示している。 本発明の分散型制御システムのさらなる実施形態のブロック図表現を示している。 本発明の分散型制御システムにおける様々なコンフィギュレーションのオプションのブロック図表現である。

ここに提供される定義は、ここで頻繁に使用されるある用語の理解を容易にするためであって、本願開示の範囲を限定する意図するものではない。

本明細書と添付の請求項で使用されるように、その内容が明らかにそうでないと規定しない限り、単数形「a」「an」「the」は、複数の指示対象を有する実施形態を包含している。

そうでないと指示されない限り、明細書および請求項で使用される特徴のサイズ、量、および、物理的性質は、「約」という用語によって全ての事例で修正されると理解されるべきである。それゆえに、その反対であると指示されない限り、前述の明細書および添付の請求項で述べられている数のパラメータは、ここで開示されている教示を利用する当業者が取得しようとする所望の性質に頼りながら変わり得る近似値である。

本明細書および添付の請求項で使用されるように、用語「または」は、明らかにそうでないと規定しない限り、一般的に、「および／または」を含む意味で用いられる。

ここで使用されるように、ＩＯデバイスは、プロセスプラントにおける所与の状況で、適したおよび有益である相応しい方法で、入力を取り扱うこと、または、出力を提供することを可能にする何らかのデバイスを意味する。ここで使用されるように、ＩＯデバイスは、プロセスプラントにおける所与の状況で、適したおよび有益である相応しい方法で、出力を提供するために、プロセスデータを提供する、または、コントローラからデータを受信するフィールドデバイスも含むと言われる。ＩＯデバイスは、大抵、通信インタフェースモジュールを通じてコントローラに接続されている。

ここで使用されるように、分散型制御システム（ＤＣＳ）は、ＤＣＳの複数のコントローラが、分散され、プロセスプラントの様々なユニットに関連しているプロセスプラントの制御システムを指す。ＤＣＳは、情報の通信、調整＆管理、監視のための通信ネットワークを有する。

先行技術のＤＣＳシステムにおいて、各コントローラは、１つ以上の制御アプリケーションまたは制御アプリケーションの部分を実行し、１つ以上のＩＯデバイスと直接接続されることができる。ＩＯデバイスは、例えば、圧力、温度、ローラースピード、コンベヤベルトスピード、容量、および、これらに類するもののようなデータである、プロセスデータを集める。ＩＯデータを提供する例示的なフィールドデバイスは、例えば、センサを含む。コントローラにおける制御アプリケーションは、プラントが設定レベルで動作しているかどうか、いくつかの調整が、プラントの動作のパラメータに必要であるかどうか、何らかのシャットダウンプロシージャが呼び出される必要があるかどうか、などを推定するような、様々な他の目的のためにＩＯデータを使用する。

図１は、プロセスプラントのための例示的な先行技術の分散型制御システムの代表的なコンポーネントのブロック図表現を示し、ＤＣＳの単一のコントローラとその関連するコンポーネントが、数字１０で図示される。ここで示される例示的なＤＣＳでは、複数のＩＯデバイス１２が、通信インタフェース（ＣＩ）モジュール１４に接続されており、ここでは、通信スレーブ１６および通信マスタ１８の２つのコンポーネントを備えるように示されている。概して、この接続は、最小限の損失で、有効および即時のデータの転送を確実にするために有線接続である。ＣＩモジュールは、コントローラ２０に接続され、コントローラは、コントローラによって実行され、ＩＯデバイスからの情報が、関連している１つ以上の制御アプリケーション２２を備える。ＩＯデバイスは、ＣＩモジュールに接続可能であるフィールドデバイスを含む。

いくつかの状況では、コントローラは、プラントのスムーズな動作のための極めて少数のプロシージャを呼び出さなければならないかもしれず、その結果、過負荷になるかもしれない。また、いくつかの他の状況では、コントローラは（スタンバイ用の余剰コントローラなしで）、欠陥が生じるかもしれず、それにより、コントローラに関連する制御機能のいくつか、または、全てを無能力にする。このような状況で、オプションの１つは、１つ以上の制御アプリケーションを、過負荷でない別のコントローラに転送することであり、
それにより、現存するコントローラにより均等にわたって負荷を分散し、信頼性を改善する。例えば、第１のコントローラ上で実施していた制御アプリケーションは、別のコントローラに転送される。しかしながら、制御アプリケーションが、別のコントローラに転送される場合、ＩＯデバイスへの接続性は損なわれるかもしれなく、または、ＩＯ情報は、
容易に利用可能でないかもしれない。なぜなら、ＩＯデバイスは、第１のコントローラに接続され、制御アプリケーションが転送される別のコントローラと接続されていないからである。

本発明は、コントローラおよびＩＯデバイスにも接続可能であるリレーインタフェースモジュールを提供する。リレーインタフェースモジュールは、ＩＯデバイスと動的にＤＣＳネットワーク上で識別されるかもしれない少なくとも１つの他のコントローラとの間でデータを通信するように構成される。少なくとも１つの他のコントローラは、リレーインタフェースモジュールが接続されるコントローラ（遠隔のコントローラ）とは異なるコントローラである。ＤＣＳネットワークは、ＤＣＳにおけるリレーインタフェースモジュールの間の通信（通信のための相応しい修正をもつ先行技術の通信インタフェースモジュールでの通信を含む）のために提供された、コントローラ間通信またはプライベート／専用通信ネットワークのために、ＤＣＳにおけるコントローラによって使用されるコントローラネットワークであることができる。依って、リレーインタフェースモジュールは、先行技術の通信インタフェースモジュールと比較する場合、複数のコントローラへの接続性を提供するという点で、追加の機能性を提供する。リレーインタフェースモジュール（リレーインタフェースデバイス）は、先行技術の通信インタフェースモジュールに沿った、改善された通信インタフェースモジュールとしてまたは取り付け可能な追加のコンポーネントとして提供されることができる。依って、リレーインタフェースデバイスは、通信インタフェースモジュールと一体型のユニットとして提供される。

１つの実施形態では、リレーインタフェースモジュールの機能性は、通信インタフェースモジュール内に備えられたソフトウェア使用可能なコンポーネントとして利用可能にされている。ソフトウェア使用可能なコンポーネントは、通信を確立し、ＩＯ情報または何らかの他のステータス／コンフィギュレーションに関する情報を転送するような側面のためであることができる。別の実施形態では、本発明のリレーインタフェースモジュールの機能性は、コントローラまたはコンピューティングデバイスのホスティングコントローラ機能性内に備えられたソフトウェア使用可能なコンポーネントとして利用可能にされる。両方のこれらのコンフィギュレーションにおいて、通信インタフェースモジュールまたはコントローラ、において、リレーインタフェースモジュールの機能性は、このソフトウェア使用可能性のために追加された性能を提供するためにインストールされているか、または、埋め込まれている。

更なる実施形態では、リレーインタフェースモジュールは、通信のために使用される集中型スイッチを備える専門化された外部のハードウェアコンポーネントとして提供される。交替に、リレーインタフェースモジュールまたはその機能性は、ＤＣＳの部分として既に存在している、または、この目的のために明確に利用可能にされるローカルスイッチ内に備えられていてもよい。この実施形態では、通信インタフェースモジュール、または、コントローラ、またはその両方は、リレーインタフェースモジュールからの情報を送信し、受信するように適合させるため追加のコンフィギュレーションを要求する。

本発明のある実施形態では、ＤＣＳは、第１のコントローラに接続されたリレーインタフェースモジュールと、リレーインタフェースモジュールに接続されたＩＯデータを送信／受信するＩＯデバイスとによって、ＩＯデータを、第１のコントローラへ通信するリレーインタフェースモジュールを備える。ここで、リレーインタフェースモジュールは、先行技術の通信インタフェースモジュールに類似し、ＩＯデバイスと第１のコントローラとの間で通信チャネルとして作動するような手段を有する。さらに、リレーインタフェースモジュールは、別のリレーインタフェースモジュールまたは別のコントローラとの接続のためにＤＣＳネットワークまたはプライベートネットワーク上で接続されるため、少なくとも１つの追加の手段（例えば、追加のイーサネットポート、無線接続性）を有する。依って、リレーインタフェースモジュールと他のコントローラ（第１のコントローラ以外）との間の通信チャネルが、確立されることができる。

また、ここで述べたように、別の側面では、本発明は、Ｉ／Ｏデバイスデータを分散型制御システムにおけるコントローラに／から転送する方法を提供する。図２は、フローチャート表現における例示的方法ステップを示しており、数字２４で図示される。図２における数字２６によって示されるように、方法は、コントローラをＩＯデバイスと関連させるリレーインタフェースモジュールから制御アプリケーションのロケーションデータを読み取ることを備える。ロケーションデータは、値が時間で変化するかもしれず、動的である。制御アプリケーションのロケーションデータは、制御アプリケーションが、現在実行されているコントローラのロケーション情報を備える。他のコンポーネントから独立しているロケーション識別を有してもよい。このデータは、アプリケーションが実行されているコントローラの現在のロケーションが、利用可能にされていることを確実にする必要があるたびに絶えず更新される。１つの実施形態では、更新は、ロケーションにおける変更が生じた場合のみである。別の実施形態では、更新は、周期的なベースである。加えて、ロケーションデータは、ＩＯデバイスソースの情報をも含んでもよい。リレーインタフェースモジュール機能性は、プログラムが、通信モジュール上で実行されているソフトウェアモジュールであってもよい。このアプローチでは、コントローラにわたってＩＯデータパケットのスイッチングを担うＣＩ‐ＣＩ通信モジュールと呼ばれるＣＩモジュールに取り付けられた外側のハードウェアがある。

ソフトウェアコンポーネントは、ＣＤ‐ＲＯＭ、ストレージディスク、フラッシュドライブのような相応しい媒体で、または、当業者に知られている何らかの他の方法で利用可能にされてもよい。交替に、ソフトウェアコンポーネントは、全システムの動作を邪魔することなくシステムに、コンポーネントを円滑に統合するために、システムの適した一部にインストールされているＥＰＲＯＭまたはＥＥＰＲＯＭ上で利用可能にされてもよい。交替に、関係のあるインタフェースモジュールは、ここに明示した目的のために利用可能にされる集中型ローカルスイッチのような追加のハードウェアユニットであってもよい。

さらに別の実施形態では、無線ゲートウェイシステムが、ここに明示した目的のために使用される、または、インストールされる場合、コントローラの現在の動的ロケーションデータを備えるリレーインタフェースモジュールは、無線ゲートウェイを通じて利用可能にされる。図２の数字２８で示されるように、方法は、ＩＯデバイスデータを、ＩＯデバイスに対して関連しているアプリケーションを現在実行しているコントローラに（から）送信する（受信する）ことを伴う。

本発明の方法は、プロセッサによって実行される場合、プロセッサにここで記述された方法を実行させるプログラム命令を備えるコンピュータ読取可能媒体として有利に利用可能にされてもよい。交替に、命令は、独立したＤＣＳ、プログラマブルロジックコントローラ、制御システムで稼働するスタンドアローンソフトウェア、または、他のマイクロプロセッサベースの埋め込まれたシステムの形態で、ハードウェアプラットフォーム上のソフトウェアモジュールとして利用可能にされてもよい。プログラム命令は、ソフトウェアモジュールとして利用可能にされる場合、十分なコンピューティング性能をもつコンピュータのような現存するプログラマブルシステム上にインストールされてもよい。依って、さらに別の側面では、本発明は、プロセッサによって実行される場合にプロセッサにここで記述された方法を行わせるプログラム命令を備えるコンピュータ読取可能媒体を提供する。

さらに、既にここで述べたように、別の側面では、本発明は、本発明の方法に基づいた分散型制御システムを提供する。本発明は、静的なコンフィギュレーションを提供し、そこでは、コントローラとＩＯデバイスの関連は静的であり、および、動的コンフィギュレーションを提供し、そこでは、コントローラとＩＯデバイスの関連は、時間で変化するかもしれない。これらのコンフィギュレーションは、様々な例示的な実施形態を通じて説明される。１つの実施形態では、分散型制御システムは、制御アプリケーションに関連する少なくとも１つのＩＯデバイスを備える。本発明の分散型制御システムは、少なくとも１つの制御アプリケーションを実行する少なくとも１つのコントローラを含み、少なくとも１つの制御アプリケーションの内の１つは、Ｉ／Ｏデバイスに関連している。各制御アプリケーションは、ロケーションデータ（動的な現在のロケーションデータ）によって特徴付けられる。本発明の分散型制御システムは、ＩＯデバイスに対して関連している制御アプリケーションを備えるコントローラの動的な現在のロケーションデータを備える少なくとも１つのリレーインタフェースモジュールを介して関連している制御アプリケーションにＩ／Ｏデバイス間のＩ／Ｏデバイスデータを転送するために、少なくとも１つの通信インタフェースモジュールも備える。動的な現在のロケーションデータが利用可能にされる方法は、変わってもよく、少数の例示的実施形態が、ここに記述されている。他の変動と可能性は、当業者が思いつくかもしれず、それは、本発明の範囲内であることがすっかり予期される。

本発明のＤＣＳの１つの実施形態では、各適したアプリケーション（制御アプリケーション）が実行されているコントローラの動的な現在のロケーションデータは、今度はＣＩモジュール上で実 行される別個のアプリケーションであるリレーインタフェースモジュール上で、利用可能にされた命令に基づいて記憶され、検索されてもよい。

図３は、この実施形態のブロック図表現であり、分散型制御システムが、数字３０で表されている。ＩＯデバイス３２は、マスタコンポーネント３８とスレーブコンポーネント３６を備えるようにここで図示されるＣＩモジュール３４に接続される。この実施形態において、ＣＩモジュールは、リレーインタフェースデバイスとして機能するように修正される。コントローラ４０は、アプリケーション４２および４４が、実行されていた元のロケーションであった、そこでは、数字６０および６２によって図示されているように、アプリケーション４２が、ＣＩモジュール３４に存在するソフトブリッジ６４を通じて、ＩＯデバイス３２と関連している。次に、アプリケーション４２は、図３のアプリケーション４８のように、他のアプリケーションが実施しているかもしれないコントローラ４６へ移動された。ロケーションデータは、制御アプリケーション４２が、コントローラ４６上で実行されていることを更新し、ＣＩモジュール３４は、制御アプリケーション４２に関連しているＩＯデバイス３２からマスタコンポーネント５４およびスレーブコンポーネント５６を備えるＣＩモジュール５２にルートされるように全てのパケットをルートするように更新される。ＩＯデバイスデータのための新しいルートは、数字６０、６１、６３によって図示されている。この情報は、コントローラ４６が、ＣＩモジュール５２を通じてＩＯデバイス５８にリンクされているという事実にもかかわらず、ＩＯデバイスデータをコントローラ４６に転送するために使用される。ソフトブリッジモジュール６４を通じての情報の転送は、イーサネットスイッチにおけるＭＡＣテーブルに類似するスイッチングテーブルを指すＣＩモジュール３４に存在するソフトブリッジの機能性によって、使用可能である。ここで、ＣＩモジュールは、唯一のネットワーク識別から成ると言われ、ＣＩ‐ＣＩ通信チャネル５０を通じて、複数のＣＩモジュールにわたってＩＯデータパケットのスイッチングを行うことが可能である。

いくつかの実施形態では、各ＣＩモジュールは、 ＤＣＳにおける複数のこのようなＣＩモジュールを接続するリアルタイム通信チャネル５０において、ＩＯデータパケットのスイッチングを担う別個のハードウェア（図には示さず）を通じて他のＣＣＩモジュールにリンクされてもよい。コントローラ４０のＣＩマスタ３８は、コントローラ４０で実施しているアプリケーションのいずれにも求められていない全てのそれらのデータパケットを、コントローラ４６のリレーインタフェースモジュールに送る。制御アプリケーション４２の移行が成功した後で、コントローラ４０のＣＩモジュール３４は、それぞれのリレーインタフェースモジュールを通じて、適したＩＯデバイスからコントローラ４６のＣＩモジュールに、全てのデータパケットをルートするために更新され、コントローラ４６のＣＩモジュール５２は、制御アプリケーション４２のための適したＩＯデバイスから全てのデータパケットを受け入れるために更新される。

図４は、ある実施形態のブロック図表現であり、分散型制御システムは、数字６６によって表され、対応するＣＩモジュール（７６、８６）を通じてＩＯデバイス（６８、５８）に接続されるコントローラ（７８、８８）を有する。このアプローチでは、コントローラ７８からコントローラ８８への、ＩＯデバイス６８に関連しているアプリケーション７０の移行が成功した後、仮想のＣＩスレーブプロセス７２の事例が、コントローラ７８に関連しているＣＩモジュール７６のマスタコンポーネント７４において開始される。同様に、仮想のＣＩマスタプロセス８２の事例は、コントローラ８８に関連しているＣＩモジュール８６のマスタコンポーネント８４において開始される。これらの２つのプロセス事例は、ＣＩマスタとスレーブに類似した二地点間接続８０を開始する。依って、適したＩＯデバイスからのデータパケットは、IOデバイス６８→ＣＩスレーブ９０→ＣＩマスタ７４→仮想スレーブ７２→仮想マスタ８２→ＣＩマスタ８４→アプリケーション７０に沿ったパスを通過する。アプリケーションおよび／またはハードウェアコンポーネントの他のこのような変動は、当業者には明らかになるであろうし、本発明の範囲内であることが予期される。

別の実施形態では、コントローラの動的な現在のロケーションデータは、コントローラにわたってＩＯデータパケットのスイッチングを担っているネットワークスイッチ（集中型ローカルスイッチ）を備えるリレーインタフェースモジュールから提供される。図5は、この実施形態のブロック図表現を示し、分散型制御システムは、数字９２で表されている。ＩＯデバイス９４は、ＣＩモジュールスレーブ９８およびＣＩモジュールマスタ１００を備えるＣＩモジュール９６に接続されている。今度は、ＣＩモジュール９６は、動的な現在のロケーションデータを備える集中型ローカルスイッチ１０２に、接続される。コントローラ１０４は、アプリケーション１０６が実行されていた元のロケーションであったが、次に、アプリケーション１０６は、コントローラ１０８に移動された。この動的な現在のロケーションデータは、集中型ローカルスイッチ１０２で更新される。数字１１０で図示されるように、コントローラ１０４のＣＩモジュール９６は、コントローラ104で実施しているアプリケーションのいずれにも求められていない全てのそれらのデータパケットを、集中型ローカルスイッチ１０２に送る。集中型ローカルスイッチ１０２は、本技術で知られている何らかの相応しい仕様でスイッチングテーブル（例えば、イーサネットスイッチにおけるＭＡＣテーブルに類似）を維持する。このテーブルは、対応するアプリケーション１０６とアプリケーション１０６が、現在実行されているコントローラ１０８へのＩＯデバイス９４のマッピングに関連する情報から成る。次に、ＣＩモジュール１１４とそれぞれマスタコンポーネント１１６とスレーブコンポーネント１１８を通じて、数字１１２で示されるように、適した情報および適正な通信が、集中型ローカルスイッチ１０２とコントローラ１０８との間で確立される。交替に、当業者は、リレーインタフェースモジュールが、ローカルスイッチ内に備えられてもよく、そこでは、スイッチは、他の目的のために使用されてもよい、または、ここで記述されるような目的のために明確に利用可能にされることも正しく認識するだろう。

本発明のさらに別の実施形態では、アプリケーションまたはそのコンポーネントの動的な現在のロケーションデータは、無線ゲートウェイを介して提供される。図６は、この実施形態のブロック図表現を示し、そこでは、分散型制御システムは数字１２０で表される。ＩＯデバイス１２２は、図６の数字１２４で図示される無線ゲートウェイを通じてコントローラに接続されている。無線ゲートウェイは、フィールドに拡散しているいくつかの無線ＩＯユニットの中で、共通の収束点である。また、無線ゲートウェイは、有線通信媒体を使用して複数のＣＩモジュール１２６に接続されることができる。ＣＩモジュール１２６の各々は、対応するコントローラで実施する制御アプリケーションのためのデータを送信または受信するＩＯユニットの、１つの事例として１２８のような、コンフィギュレーションイメージを維持する。アプリケーション１３０が、最初に、コントローラ１３２で実施していた場合、コントローラ１３２のＣＩモジュール１２６は、ＩＯデバイス１２４のコンフィギュレーションイメージ１２８を維持した。このために、無線ゲートウェイは、ＩＯデバイスからコントローラ１３２のＣＩモジュール１２６へＩＯデータを通信することができるだろう。アプリケーション１３０のコントローラ１３４への移行が成功した後で、ＩＯデバイス１２２のコンフィギュレーションイメージ１２８は、また、コントローラ１３２のＣＩモジュール１２６からコントローラ１３４のＣＩモジュール１３６へ移行される。アプリケーション１３０の移行より先に、データパケットは、矢印１３８によって図示されたパスに沿って向けられた。移行の後、無線ゲートウェイ１２４は、矢印１４０および１４２により図示されたパスに沿って、ＩＯデバイス１２２からコントローラ１３４のＣＩモジュール１３６へデータパケットを再度向ける。

ここで記述された方法とシステムは、フィールドネットワークにおけるＩＯデバイスを動的に接続または切断するための可能性を可能にする。現存するシナリオでは、ＩＯデバイスの挿入または除去は、コントローラユニットのシャットダウン、故に、対応するプラントプロセスのシャットダウンを求めるが、ここで記述されたシステムでは、ＩＯデバイスは、オンライン更新およびＩＯコンフィギュレーションの予め構成されたイメージをＣＩモジュール（リレーインタフェースモジュール）に移すことにより、フィールドデバイスネットワークに差し込まれることができる。

別の実施形態では、リレーインタフェースモジュールを通じて、それぞれのコントローラに接続された複数のコントローラおよびＩＯデバイスから成るＤＣＳは、コントローラによって使用されるアクティブデータまたはメタデータについての情報に沿ったコントローラのコンフィギュレーションを、制御アプリケーションが移行される別のコントローラで利用可能にするためにリレーインタフェースモジュールに記憶させることができる。この特徴は、システムにおける別のピアコントローラ、または、コントローラ失敗の後に、リレーインタフェースモジュールに取り付けられた取替えのコントローラであってもよい新しいコントローラへの、コントローラコンフィギュレーションの容易な移行を可能にする。依って、本発明は、コントローラに、プラグ・アンド・プレイ特徴を提供し、リレーインタフェースモジュールを通じておよび全システムコンフィギュレーションを管理するシステムサーバプログラムと連携してソフトコンフィギュレーションを可能にする。

工業のオートメーションにおけるＩＯ通信のためのリアルタイムイーサネットベースのネットワークを有する傾向がある。そのうえ、プロセスオートメーション用の埋め込まれたコントローラユニットを通した工業用ＰＣに対する増加する好みは、実施時移行、分散されたノードにわたるリアルタイムアプリケーションの分散、および、これに類するもののような特徴を可能にすることを許可する。本発明の方法とシステムは、ＤＣＳにおけるコントローラにわたった円滑なＩＯアクセスを可能にすることにより、プロセスプラントの向上された生産性と短縮された時間という利点を提供する。ここに記述された解決法は、プロセス中断なしで、新しいＩＯユニット（また、コントローラユニット）のオンライン追加または除去（プラグ・アンド・プレイＩＯ）も可能にする。

別の実施形態では、ＤＣＳ２００は、ＤＣＳのコンフィギュレーションにおけるフレキシビリティを説明するために図７で説明されているように提供される。ＤＣＳは、コントローラネットワーク２４０、リレーインタフェースモジュール２３０、対応するフィールドネットワーク２５５で接続されている複数のＩＯデバイス２２０を通して接続されている複数のコントローラ２１０を有する。１つ以上のサーバ２９５は、コントローラシステムのコンフィギュレーションを支えるために、および、また、制御データのエンジニアリングおよび監視のためのプラント／会社のネットワークにおける制御システムデータを提供するために制御ネットワークにおいて接続されることができる。ＤＣＳ２００は、数字２６０で説明されているように構成された制御システムのセクションを有する。ここで、フィールドデバイス２２０は、コントローラとフィールドデバイスとの間で通信を確立するためにコントローラ２１０とインタフェース接続されているリレーインタフェースモジュール２３０に接続されている。加えて、リレーインタフェースモジュールは、必要なベースで、１つ以上のコントローラとコントローラ通信ネットワーク２４０を通して通信することができる。

同様に、数字２６５によって図示された制御システムのセクションにおいて、リレーインタフェースモジュール２３０は、リレーインタフェースデバイス（通信インタフェースモジュール）を接続するのに利用可能である通信ネットワーク２５０を通して、ＤＣＳにおける他のリレーインタフェースデバイスと通信することができる、例えば、ＤＣＳセクション２６５におけるリレーインタフェースモジュール２３０は、ＩＯデバイスに接続されたリレーインタフェースデバイスを有するＤＣＳセクション２７０におけるリレーインタフェースデバイス２３０と通信することができる。

さらに、ＤＣＳ２００は、数字２８０で図示されているＤＣＳセクションで示されるように、ＤＣＳ２００におけるリレーインタフェースモジュール２３０と接続されることができるコントローラ２１０を有する、そこでは、リレーインタフェースモジュール２３０は、コントローラ２１０に接続されてもよく、いずれのＩＯデバイスに接続されなくてもよい。この実施形態では、コントローラは、ＤＣＳの何らかの他のセクションからの（例えば、セクション２７０または２７５からの）、遠隔のＩＯデバイスからのＩＯデータを使用する制御アプリケーションを実行し得る、そこでは、ＩＯデータは、ＤＣＳにおけるＩＯデータを送信または受信する遠隔のＩＯデバイスに接続される遠隔のリレーインタフェースモジュール（コントローラと接続されたリレーインタフェースモジュール以外のリレーインタフェースモジュール、例えば、セクション２７０または２７５からのリレーインタフェースモジュール２３０）を通じて利用可能にされる。

本発明のさらに別の実施形態では、図７で数字２７５を使用して図示されたセクションで説明されているが、ＩＯデバイス２２０は、ＤＣＳ２００のリレーインタフェースモジュール２３０と接続されることができ、前記リレーインタフェースモジュールは、コントローラに接続されなくてもよい。この実施形態では、遠隔のコントローラ（ＣＩモジュールとＩＯデバイスを含むリレーインタフェースモジュールから成るユニットとして接続されないコントローラ、例えば、セクション２８０、２７０、または、２６５からのコントローラ２１０）は、ＤＣＳセクション２７５で、ＩＯデバイス２２０と接続されているリレーインタフェースモジュール２３０を通して利用可能にされるＩＯデータを使用する制御アプリケーションを実行していることができる。さらに、ＤＣＳにおけるリレーインタフェースモジュールは、リアルタイムパフォーマンスを確実にするために、図７で数字２９０によって図示されるように、二地点間通信のための追加の通信リンクを有してもよい。リレーインタフェースモジュール２３０は、図７で提供される制御システムのセクション２６０および２７０に示されるように、通信インタフェースモジュール２３７に、連結２３５（ハードウェアまたはソフトウェア）と一体型のユニットとして提供されることもできる。同様の連結調整は、ＩＯデバイスと１つ以上のコントローラとの間のＩＯデータの通信において、柔軟性のために、ＩＯデバイスとまたはコントローラに提供されることができる。

依って、ＤＣＳの柔軟なコンフィギュレーションが提供され、ＤＣＳにおける動的なコンフィギュレーションを支える。様々な実施形態に記述されているようなリレーインタフェースモジュールは、通信インタフェースモジュール、ＩＯデバイス、コントローラ、または、ＤＣＳで使用される他の通信デバイス（例えば、スイッチ）におけるハードウェアまたはソフトウェア向上として提供されることができる。また、制御アプリケーションを実行するコントローラ間の通信は、直接リレーインタフェースモジュールを通じて、制御アプリケーションのためのＩＯデータを提供するＩＯデバイスと確立されることができる。本発明で説明された様々な実施形態は、ＩＯ情報の適切なルーティングのためのロケーションデータの通信および使用を確立する手段を提供する。

本発明のある特徴のみが、ここに説明され、記述されているが、一方、多くの修正と変更を、当業者は思いつくだろう。従って、添付の請求項は、本発明の本来の精神内にあるように、全てのそのような修正と変更をカバーするように意図されていることが理解されるべきである。
なお、以下に、出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［Ｃ１］
分散型制御システムにおけるリレーインタフェースモジュールであって、
前記分散型制御システムは、スイッチを含む通信デバイスに沿って入力／出力（ＩＯ）データを送信または受信する複数のコントローラと少なくとも１つのＩＯデバイスとを含み、前記リレーインタフェースモジュールは、前記分散型制御システムにおける前記少なくとも１つのＩＯデバイスおよび前記複数のコントローラからの少なくとも１つのコントローラと通信可能に接続可能であり、
前記リレーインタフェースモジュールは、前記分散型制御システムにおける前記少なくとも１つのＩＯデバイスと前記複数のコントローラからの前記少なくとも１つのコントローラとの間のＩＯデータを通信する、リレーインタフェースモジュール。
［Ｃ２］
前記リレーインタフェースモジュールは、前記分散型制御システムにおける前記少なくとも１つのＩＯデバイスと前記複数のコントローラからの前記少なくとも１つのコントローラとの間のＩＯデータを通信し、前記複数のコントローラからの前記少なくとも１つのコントローラは、前記分散型制御システムにおける遠隔コントローラである、Ｃ１に記載のリレーインタフェースモジュール。
［Ｃ３］
前記リレーインタフェースモジュールは、前記分散型制御システムにおける前記少なくとも１つのＩＯデバイスと前記複数のコントローラからの前記少なくとも１つのコントローラとの間のＩＯデータを通信し、前記少なくとも１つのＩＯデバイスは、前記分散型制御システムにおける遠隔ＩＯデバイスである、Ｃ１に記載のリレーインタフェースモジュール。
［Ｃ４］
前記分散型制御システムにおける通信インタフェースモジュールと一体型のユニットとして提供され、前記リレーインタフェースモジュールは、前記通信インタフェースモジュールと通信可能に接続可能なデバイスとして提供される、または、前記通信インタフェースモジュールに備えられている、Ｃ１に記載のリレーインタフェースモジュール。
［Ｃ５］
前記分散型制御システムにおける前記複数のコントローラからの前記少なくとも１つのコントローラと一体型のユニットとして提供され、前記リレーインタフェースモジュールは、前記少なくとも１つのコントローラと通信可能に接続可能なデバイスとして提供される、または、前記少なくとも１つのコントローラに備えられている、Ｃ１に記載のリレーインタフェースモジュール。
［Ｃ６］
前記リレーインタフェースモジュールは、前記分散型制御システムにおける前記少なくとも１つのＩＯデバイスと一体型のユニットであり、前記リレーインタフェースモジュールは、前記分散型制御システムにおける前記少なくとも１つのＩＯデバイスと通信可能に接続可能なデバイスとして提供される、または、前記少なくとも１つのＩＯデバイスに備えられている、Ｃ１に記載のリレーインタフェースモジュール。
［Ｃ７］
前記リレーインタフェースモジュールは、スイッチを備える、Ｃ１に記載のリレーインタフェースモジュール。
［Ｃ８］
前記リレーインタフェースモジュールは、前記少なくとも１つのコントローラおよび前記少なくとも１つのＩＯデバイスを関連させるコンフィギュレーション情報または／およびロケーションデータを備える、Ｃ１に記載のリレーインタフェースモジュール。
［Ｃ９］
前記リレーインタフェースモジュールは、前記分散型制御システムにおけるコントローラ通信ネットワーク上で、前記分散型制御システムにおける複数のコントローラからの少なくとも１つのコントローラと通信する、Ｃ１に記載のリレーインタフェースモジュール。
［Ｃ１０］
前記リレーインタフェースモジュールは、前記分散型制御システムにおける専用通信ネットワークを使用して少なくとも１つの別のリレーインタフェースモジュールと通信する、Ｃ１に記載のリレーインタフェースモジュール。
［Ｃ１１］
前記専用の通信ネットワークは、無線ゲートウェイを含む、Ｃ１０に記載のリレーインタフェースモジュール。
［Ｃ１２］
１つ以上のリレーインタフェースモジュールを持つ分散型制御システムにおけるＩＯデバイスと複数のコントローラの間で入力出力（ＩＯ）データを転送する方法であって、前記方法は、
前記ＩＯデバイスと通信可能に接続されているリレーインタフェースモジュールから制御アプリケーションのためのロケーションデータを読み取り、
前記リレーインタフェースモジュールからの前記ロケーションデータに基づいて識別された、前記分散型制御システムにおける前記ＩＯデバイスと前記複数のコントローラからのコントローラとの間でデータを転送する
ステップを備える、方法。
［Ｃ１３］
前記ロケーションデータを読み取ることは、少なくとも２つのリレーインタフェースモジュールの間で使用可能であるマスタ‐スレーブ通信の開始によって達成される、Ｃ１２に記載の方法。
［Ｃ１４］
前記ロケーションデータは、無線ゲートウェイを介して提供される、Ｃ１２に記載の方法。
［Ｃ１５］
分散型制御システムであって、
ＩＯデータを備える少なくとも１つのＩＯデバイスと、
少なくとも１つの制御アプリケーションを備える少なくとも１つのコントローラと、前記少なくとも１つの制御アプリケーションは、ロケーションデータと関連しており、
前記少なくとも１つのＩＯデバイスと前記少なくとも１つのコントローラ間のＩＯデータを転送するための少なくとも１つのリレーインタフェースモジュールとを備え、
前記少なくとも１つのリレーインタフェースモジュールは、前記ＩＯデータを、前記少なくとも１つのコントローラにおける前記少なくとも１つの制御アプリケーションに転送するための前記関連するロケーションデータを備える、分散型制御システム。

Claims (16)

1. 入力／出力（ＩＯ）データの送信および受信の少なくとも１つのための少なくとも１つのＩＯデバイスと、少なくとも１つの制御アプリケーションを備える少なくとも１つのコントローラとを備える分散型制御システムにおけるリレーインタフェースモジュールであって、前記リレーインタフェースモジュールは、
   前記少なくとも１つのＩＯデバイスと前記少なくとも１つのコントローラとの間でＩＯデータを受信および伝送するためのネットワークインタフェースと、
   前記少なくとも１つの制御アプリケーションと関連しているロケーションデータを記憶するように構成されたメモリモジュールと、
   前記ロケーションデータに基づいて前記ネットワークインタフェースを使用して前記少なくとも１つのＩＯデバイスと前記少なくとも１つの制御アプリケーションとの間で前記ＩＯデータを通信するように構成された１つ以上のプロセッサと
   を備える、リレーインタフェースモジュール。
2. 前記リレーインタフェースモジュールは、前記分散型制御システムにおける前記少なくとも１つのＩＯデバイスと複数のコントローラからの前記少なくとも１つのコントローラとの間のＩＯデータを通信し、前記複数のコントローラからの前記少なくとも１つのコントローラは、前記分散型制御システムにおける遠隔コントローラである、請求項１に記載のリレーインタフェースモジュール。
3. 前記リレーインタフェースモジュールは、前記分散型制御システムにおける前記少なくとも１つのＩＯデバイスと複数のコントローラからの前記少なくとも１つのコントローラとの間のＩＯデータを通信し、前記少なくとも１つのＩＯデバイスは、前記分散型制御システムにおける遠隔ＩＯデバイスである、請求項１に記載のリレーインタフェースモジュール。
4. 前記分散型制御システムにおける通信インタフェースモジュールと一体型のユニットとして提供され、前記リレーインタフェースモジュールは、前記通信インタフェースモジュールと通信可能に接続可能なデバイスとして提供される、または、前記通信インタフェースモジュールに備えられている、請求項１に記載のリレーインタフェースモジュール。
5. 前記分散型制御システムにおける複数のコントローラからの前記少なくとも１つのコントローラと一体型のユニットとして提供され、前記リレーインタフェースモジュールは、前記少なくとも１つのコントローラと通信可能に接続可能なデバイスとして提供される、または、前記少なくとも１つのコントローラに備えられている、請求項１に記載のリレーインタフェースモジュール。
6. 前記リレーインタフェースモジュールは、前記分散型制御システムにおける前記少なくとも１つのＩＯデバイスと一体型のユニットであり、前記リレーインタフェースモジュールは、前記分散型制御システムにおける前記少なくとも１つのＩＯデバイスと通信可能に接続可能なデバイスとして提供される、または、前記少なくとも１つのＩＯデバイスに備えられている、請求項１に記載のリレーインタフェースモジュール。
7. 前記リレーインタフェースモジュールは、スイッチを備える、請求項１に記載のリレーインタフェースモジュール。
8. 前記リレーインタフェースモジュールは、前記少なくとも１つのコントローラおよび前記少なくとも１つのＩＯデバイスを関連させるコンフィギュレーション情報または／およびロケーションデータを備える、請求項１に記載のリレーインタフェースモジュール。
9. 前記リレーインタフェースモジュールは、前記分散型制御システムにおけるコントローラ通信ネットワーク上で、前記分散型制御システムにおける複数のコントローラからの少なくとも１つのコントローラと通信する、請求項１に記載のリレーインタフェースモジュール。
10. 前記リレーインタフェースモジュールは、前記分散型制御システムにおける専用通信ネットワークを使用して少なくとも１つの別のリレーインタフェースモジュールと通信する、請求項１に記載のリレーインタフェースモジュール。
11. 前記専用通信ネットワークは、無線ゲートウェイを含む、請求項１０に記載のリレーインタフェースモジュール。
12. １つ以上のリレーインタフェースモジュールを持つ分散型制御システムにおけるＩＯデバイスと複数のコントローラの間で入力／出力（ＩＯ）データを転送する方法であって、前記方法は、
    前記ＩＯデバイスと通信可能に接続されているリレーインタフェースモジュールから制御アプリケーションと関連しているロケーションデータを読み取り、
    前記リレーインタフェースモジュールからの前記ロケーションデータに基づいて識別された、前記分散型制御システムにおける前記ＩＯデバイスと前記複数のコントローラからのコントローラとの間でデータを転送する
    ステップを備える、方法。
13. 前記ロケーションデータを読み取ることは、少なくとも２つのリレーインタフェースモジュールの間で使用可能であるマスタ‐スレーブ通信の開始によって達成される、請求項１２に記載の方法。
14. 前記ロケーションデータは、無線ゲートウェイを介して提供される、請求項１２に記載の方法。
15. 分散型制御システムであって、
    ＩＯデータを備える少なくとも１つのＩＯデバイスと、
    少なくとも１つの制御アプリケーションを備える少なくとも１つのコントローラと、前記少なくとも１つの制御アプリケーションは、ロケーションデータと関連しており、
    前記少なくとも１つのＩＯデバイスと前記少なくとも１つのコントローラ間のＩＯデータを転送するための少なくとも１つのリレーインタフェースモジュールとを備え、
    前記少なくとも１つのリレーインタフェースモジュールは、前記ＩＯデータを、前記少なくとも１つのコントローラにおける前記少なくとも１つの制御アプリケーションに転送するための前記関連するロケーションデータを備える、分散型制御システム。
16. 前記１つ以上のプロセッサは、第２の制御アプリケーションに関連しているロケーションデータに基づいて、前記ネットワークインタフェースを使用して第２のコントローラ上の第２の制御アプリケーションへ、前記ＩＯデータを通信するように構成された、請求項１に記載のリレーインタフェースモジュール。