JP6278278B2 - 無線中継機器、無線通信システム、及び無線通信方法 - Google Patents

無線中継機器、無線通信システム、及び無線通信方法 Download PDF

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Description

本発明は、無線中継機器、無線通信システム、及び無線通信方法に関する。
従来から、プラントや工場等においては、分散制御システム（ＤＣＳ：Distributed Control System）が構築されており、高度な自動操業が実現されている。この分散制御システムは、フィールド機器と呼ばれる現場機器（測定器、操作器）と、これらの制御を行う制御装置とが通信手段を介して接続されたシステムである。このような分散制御システムの基礎をなす通信システムは、有線によって通信を行うものが殆どであった。近年においては、ＩＳＡ１００．１１ａやＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴ（登録商標）等の産業用無線通信規格に準拠した無線通信を行う無線通信システムも実現されている。
このような無線通信システムでは、セキュリティを確保する必要があることから、無線ネットワークを介して通信される各種データが、暗号技術を用いて暗号化されることが多い。例えば、上述したＩＳＡ１００．１１ａに準拠した無線通信システムでは、無線ネットワークの管理を行う管理装置から各フィールド機器に配布された暗号鍵を用いて暗号化が行われる。各フィールド機器に配布される暗号鍵は互いに異なるため、高いセキュリティが確保される。
以下の非特許文献１には、上述したＩＳＡ１００．１１ａに準拠した無線通信システムの概要が開示されている。また、以下の非特許文献１には、ゲートウェイ機能、システム管理機能（システムマネージャ）、及びセキュリティ管理機能（セキュリティマネージャ）等が一体化されたゲートウェイが開示されている。このゲートウェイにおいては、セキュリティ管理機能によって、セキュリティ鍵（暗号鍵）の配布及び更新が行われる。
山本周二，他３名，「世界初ＩＳＡ１００．１１ａ準拠無線フィールド機器」，横河技報，Ｖｏｌ．５３，Ｎｏ．２，２０１０
ところで、上述した非特許文献１に開示された無線通信システムにおいて、無線ネットワークを介して通信されるデータの暗号化及び復号を行う暗号鍵は、フィールド機器とゲートウェイとに設けられている。このため、フィールド機器から送信された各種データは、暗号化された状態でゲートウェイまで送信されて復号され、ゲートウェイの上位に位置づけられる上位装置にてフィールド機器毎に集中管理されることとなる。しかしながら、このような管理によって、実プラントの運用時に以下に示す問題が生ずる。
（１）プラントの運用効率低下
フィールド機器から得られる情報がフィールド機器毎に管理されていると、異常が生じたフィールド機器がプラントの運用に直接影響を及ぼすものでなくとも、上位装置からはアラームが発報されてしまうことがある。このようなアラームが発報されると、例えば運転員によって安全が確認されるまではプラントが停止されてしまい、これによりプラントの運用効率の低下が引き起こされるという問題が生ずる。尚、極端な例ではあるが、大規模な無線ネットワーク（例えば、１万台を超える無線フィールド機器等が接続された無線ネットワーク）では、異常状態のフィールド機器が１台でもあると、運転員がアラームの内容を確認して適切な処置を行うまでは、プラントが停止される事態も考えられる。
（２）運転員の負担増大
プラントの運転員は、上位装置からアラームが発せられた場合には、発せられたアラームの１つ１つについて、それらがプラントの運用に与える影響の度合いを適切に判断して対処する必要がある。このため、プラントに構築される無線ネットワークの規模が大きくなるにつれて、アラームの種類及びアラームの発生頻度も増加すると考えられることから、運転員の負担が増大するという問題が生ずる。
（３）機器保全の作業効率低下
フィールド機器から上位装置に送信される情報は、フィールド機器の状態を示す情報も含まれるため、現場で保全・保守作業を行っている作業員が、フィールド機器から上位装置に送信される情報を現場で得ることができれば、現場での作業効率を高めることができると考えられる。しかしながら、フィールド機器から送信された各種情報は、暗号化されて無線ネットワークに送信されて上位装置で集中管理されるため、現場の作業員がその情報を活用することができない。これにより、機器保全の作業効率が大幅に低下してしまうという問題が生ずる。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、プラントの運用効率の改善及び運転員の負担軽減を図ることが可能であり、加えて機器保全の作業効率の低下を防止することが可能な無線中継機器、無線通信システム、及び無線通信方法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、本発明の無線中継機器は、無線ネットワーク（Ｎ１）を介する暗号化されたデータの中継を行う無線中継機器（１２）において、前記無線ネットワークに参入している無線機器（１１ａ〜１１ｅ）のうち、予め設定された区分に属する前記無線機器（１１ａ〜１１ｃ）から自機宛に送信されてくる第１データを用いて異常の有無を判定する判定部（２５）と、前記判定部の判定結果を示す第２データを、予め設定された送信先に送信する送信制御部（２４）と、前記第１データを復号するとともに、前記送信制御部によって送信される前記第２データを暗号化する暗号処理部（２３）とを備えることを特徴としている。
また、本発明の無線中継機器は、前記判定部が、前記第１データを用いて前記区分に属する前記無線機器毎の異常の有無を個別に判定することを特徴としている。
また、本発明の無線中継機器は、前記判定部が、前記区分に属する前記無線機器毎の異常の有無の判定結果の組み合わせに基づいて、前記区分における異常の有無を判定することを特徴としている。
また、本発明の無線中継機器は、前記区分に属する前記無線機器毎に異常の有無を判定するための第１判定基準が設定された第１判定テーブル（ＴＢ１）と、前記区分における診断対象毎に前記区分に属する前記無線機器毎の異常の有無の判定結果の組み合わせと前記区分における異常の有無を判定するための第２判定基準とが対応付けられた第２判定テーブル（ＴＢ２）とを記憶する記憶部（２７）を備えており、前記判定部が、前記第１判定テーブル及び前記第２判定テーブルを用いて前記区分における異常の有無を判定することを特徴としている。
また、本発明の無線中継機器は、前記暗号処理部によって復号された前記第１データ及び前記第２データの少なくとも一方を格納する格納部（２７）を備えることを特徴としている。
また、本発明の無線中継機器は、外部機器（ＴＭ）が接続可能なインターフェイス部（２８）と、前記インターフェイス部に接続された前記外部機器からの要求に基づいて、前記格納部に格納された前記第１データ及び前記第２データの少なくとも一方を読み出して前記インターフェイス部に出力する制御部（２６）とを備えることを特徴としている。
本発明の無線通信システムは、無線ネットワーク（Ｎ１）を介した無線通信が可能な無線通信システム（１）において、上記の何れか記載の無線中継機器（１２）と、前記無線中継機器から送信される前記第２データを収集する上位装置（１６）とを備えることを特徴としている。
また、本発明の無線通信システムは、前記第２データの送信先に設定され、前記無線中継機器から送信されてくる前記第２データを復号して前記上位装置に出力するゲートウェイ（１５）を備えることを特徴としている。
また、本発明の無線通信システムは、前記無線中継機器に対し、前記区分の設定、及び前記第２データの送信先の設定を行う管理装置（１４）を備えることを特徴としている。
また、本発明の無線通信システムは、前記管理装置が、前記区分に属する前記無線機器及び前記無線中継機器に対して前記第１データの暗号処理に用いる第１暗号鍵（Ｋ１〜Ｋ３）を設定し、前記無線中継機器及び前記ゲートウェイに対して前記第２データの暗号処理に用いる第２暗号鍵（Ｋ１０）を設定することを特徴としている。
また、本発明の無線通信システムは、前記上位装置が、前記無線中継機器に対し、前記判定部で異常の有無を判定するために用いられる判定テーブル（ＴＢ１，ＴＢ２）を設定することを特徴としている。
本発明の無線通信方法は、無線ネットワーク（Ｎ１）を介した無線通信を行う無線通信方法であって、前記無線ネットワークに参入している無線機器（１１ａ〜１１ｅ）のうち、予め設定された区分に属する前記無線機器（１１ａ〜１１ｃ）から自機宛に送信されてくる第１データを受信する第１ステップ（Ｓ１１）と、前記第１ステップで受信された前記第１データを復号する第２ステップ（Ｓ１２）と、前記第２ステップで復号された前記第１データを用いて異常の有無を判定する第３ステップ（Ｓ１４、Ｓ１５）と、前記第３ステップの判定結果を暗号化して第２データとする第４ステップと（Ｓ１６）、前記第２データを前記無線ネットワークに送信する第５ステップ（Ｓ１７）とを有することを特徴としている。
また、本発明の無線通信方法は、前記第３ステップが、前記第１データを用いて前記区分に属する前記無線機器毎の異常の有無を個別に判定する第１判定ステップ（Ｓ１４）と、前記第１判定ステップの判定結果の組み合わせに基づいて、前記区分における異常の有無を判定する第２判定ステップ（Ｓ１５）とを含むことを特徴としている。
本発明によれば、予め設定された区分に属する無線機器から自機宛に送信されてくる第１データを復号し、復号した第１データを用いて異常の有無を判定し、その判定結果を示す第２データを暗号化し、暗号化した第２データを予め設定された送信先に送信する無線中継機器を無線ネットワーク内に設けている。このため、プラントの運用効率の改善及び運転員の負担軽減を図ることが可能であるという効果がある。
また、本発明によれば、外部機器が接続可能なインターフェイス部と、インターフェイス部に接続された外部機器からの要求に基づいて、内部に蓄積された第１データを読み出してインターフェイス部に出力する制御部とを無線中継機器に設けている。このため、機器保全の作業効率の低下を防止することが可能であるという効果がある。
本発明の一実施形態による無線通信システムの全体構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による無線中継機器としての無線アダプタの要部構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による無線中継機器としての無線アダプタで用いられる第１判定テーブルの一例を示す図である。 本発明の一実施形態による無線中継機器としての無線アダプタで用いられる第２判定テーブルの一例を示す図である。 本発明の一実施形態による無線通信方法の一例を示すフローチャートである。
以下、図面を参照して本発明の一実施形態による無線中継機器、無線通信システム、及び無線通信方法について詳細に説明する。
〈無線通信システム〉
図１は、本発明の一実施形態による無線通信システムの全体構成を示すブロック図である。図１に示す通り、本実施形態の無線通信システム１は、無線デバイス１１ａ〜１１ｅ（無線機器）、無線アダプタ１２（無線中継機器）、バックボーンルータ１３ａ，１３ｂ、システムマネージャ１４（管理装置）、ゲートウェイ１５、及び監視制御装置１６（上位装置）を備える。かかる構成の無線通信システム１は、無線ネットワークＮ１を介したＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access：時分割多元接続）方式による無線通信が可能である。
この無線通信システム１は、例えばプラントや工場等（以下、これらを総称する場合には、単に「プラント」という）に構築される。ここで、上記のプラントとしては、化学等の工業プラントの他、ガス田や油田等の井戸元やその周辺を管理制御するプラント、水力・火力・原子力等の発電を管理制御するプラント、太陽光や風力等の環境発電を管理制御するプラント、上下水やダム等を管理制御するプラント等がある。
上記の無線ネットワークＮ１は、プラントの現場に設置された機器（無線デバイス１１ａ〜１１ｅ、無線アダプタ１２、及びバックボーンルータ１３ａ，１３ｂ）によって形成されて、システムマネージャ１４によって管理される無線ネットワークである。尚、図１においては、図示を簡略化しているが、無線ネットワークＮ１を形成する無線デバイス１１ａ〜１１ｅ、無線アダプタ１２、及びバックボーンルータ１３ａ，１３ｂの数は任意である。
また、無線通信システム１が構築されるプラントには、上記の無線ネットワークＮ１に加えて、バックボーンネットワークＮ２及び制御ネットワークＮ３が設けられている。バックボーンネットワークＮ２は、無線通信システム１の基幹となる有線ネットワークであり、バックボーンルータ１３ａ，１３ｂ、システムマネージャ１４、及びゲートウェイ１５が接続される。制御ネットワークＮ３は、バックボーンネットワークＮ２の上位に位置づけられる有線ネットワークであり、ゲートウェイ１５及び監視制御装置１６が接続される。尚、これらバックボーンネットワークＮ２及び制御ネットワークＮ３は、無線通信ネットワークで実現されていても良い。
無線デバイス１１ａ〜１１ｅは、プラントの現場に設置されて監視制御装置１６の制御の下でプロセス制御に必要な測定や操作等を行うフィールド機器（無線フィールド機器）である。具体的に、無線デバイス１１ａ〜１１ｅは、例えば流量計や温度センサ等のセンサ機器、流量制御弁や開閉弁等のバルブ機器、ファンやモータ等のアクチュエータ機器、プラント内の状況や対象物を撮影するカメラやビデオ等の撮像機器、プラント内の異音等を収集したり警報音等を発したりするマイクやスピーカ等の音響機器、各機器の位置情報を出力する位置検出機器、その他の機器である。この無線デバイス１１ａ〜１１ｅは、電池を電源として省電力動作（例えば、間欠動作）を行い、無線通信規格ＩＳＡ１００．１１ａに準拠したＴＤＭＡ方式による無線通信が可能である。
ここで、無線デバイス１１ａ〜１１ｅには、セキュリティを確保するために、互いに異なる暗号鍵がそれぞれ配布されている。例えば、無線デバイス１１ａには暗号鍵Ｋ１が配布されており、無線デバイス１１ｂには暗号鍵Ｋ２が配布されており、無線デバイス１１ｃには暗号鍵Ｋ３が配布されている。尚、図１においては、無線デバイス１１ｄ，１１ｅに配布された暗号鍵の図示は省略している。
暗号鍵Ｋ１は、無線デバイス１１ａと無線アダプタ１２との間で暗号化通信を行うために用いられる暗号鍵である。暗号鍵Ｋ２は、無線デバイス１１ｂと無線アダプタ１２との間で暗号化通信を行うために用いられる暗号鍵である。暗号鍵Ｋ３は、無線デバイス１１ｃと無線アダプタ１２との間で暗号化通信を行うために用いられる暗号鍵である。これら暗号鍵Ｋ１〜Ｋ３、及び図示を省略している無線デバイス１１ｄ，１１ｅの暗号鍵は、無線デバイス１１ａ〜１１ｅが無線ネットワークＮ１に参入する際に、システムマネージャ１４によってそれぞれ配布される。
また、無線デバイス１１ａ〜１１ｅは、監視制御装置１６によって、予め複数の区分に分けられている。図１に示す例では、無線デバイス１１ａ〜１１ｃが１つの区分に属するように分けられており、無線デバイス１１ｄ，１１ｅが他の１つの区分に属するように分けられている。尚、前者の区分に属する無線デバイス１１ａ〜１１ｃは、無線アダプタ１２に管理され、後者の区分に属する無線デバイス１１ｄ，１１ｅは、バックボーンルータ１３ｂによって管理される。このような区分を行うのは、無線デバイス１１ａ〜１１ｅを分散して管理することで、プラントの運用効率の低下を防止するとともに運転員の負担軽減を図るためである。
加えて、無線デバイス１１ａ〜１１ｅは、上記の区分に応じたデータの送信設定が行われている。具体的に、無線デバイス１１ａ〜１１ｃには、データの送信先として無線アダプタ１２が設定されているとともに、無線アダプタ１２へのデータの送信タイミング（送信間隔）が設定されている。また、無線デバイス１１ｄ，１１ｅには、データの送信先としてバックボーンルータ１３ｂが設定されているとともに、バックボーンルータ１３ｂへのデータの送信タイミング（送信間隔）が設定されている。これらの設定は、無線デバイス１１ａ〜１１ｅが無線ネットワークＮ１に参入した後に、システムマネージャ１４によって行われる。
無線アダプタ１２は、上記の無線通信規格ＩＳＡ１００．１１ａに準拠した無線通信が可能であり、無線ネットワークＮ１に通信可能に接続され、無線ネットワークＮ１を介するデータ（暗号化されたデータ）の中継を行う。また、無線アダプタ１２は、無線ネットワークＮ１に参入している無線デバイス１１ａ〜１１ｅのうち、自機が管理する区分に属する無線デバイス（無線デバイス１１ａ〜１１ｃ）から自機宛てに送信されてくるデータ（第１データ）を用いて異常の有無を判定し、その判定結果を示すデータ（第２データ）を予め設定された送信先に送信する。尚、本実施形態では、無線アダプタ１２の判定結果を示すデータの送信先が、ゲートウェイ１５に設定されているものとする。
無線アダプタ１２は、上記の処理を行う際に、自機宛てに送信されてくるデータを復号するとともに、上記の判定結果を示すデータを暗号化した上で予め設定された転送先（ゲートウェイ１５）に転送する。無線デバイス１１ａ〜１１ｃから自機宛てに送信されてくるデータを復号するのは、異常の有無を判定するために必要であるとともに、プラントの現場で参照可能にするためであり、また、異常の有無の判定結果を示すデータを暗号化するのは、セキュリティを確保するためである。尚、無線アダプタ１２で復号されたデータは、無線アダプタ１２内に蓄積される。
図１に示す通り、無線アダプタ１２には、セキュリティを確保するために、互いに異なる暗号鍵がそれぞれ配布されている。具体的には、前述した暗号鍵Ｋ１〜Ｋ３に加えて、暗号鍵Ｋ１０が配布されている。暗号鍵Ｋ１０は、無線アダプタ１２とゲートウェイ１５との間で暗号化通信を行うために用いられる暗号鍵である。これら暗号鍵Ｋ１〜Ｋ３，Ｋ１０は、無線アダプタ１２が無線ネットワークＮ１に参入する際に、システムマネージャ１４によって配布される。
また、無線アダプタ１２は、スマートフォン、タブレット型のコンピュータ、ノート型のコンピュータ等の情報端末装置ＴＭ（外部機器）と通信可能に構成されている。例えば、無線アダプタ１２は、情報端末装置ＴＭとの間で、赤外線通信若しくはＮＦＣ（Near field communication）等の無線通信が可能に構成されている。尚、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）通信等の有線通信が可能に構成されていても良い。無線アダプタ１２は、情報端末装置ＴＭからの要求に基づいて、内部に蓄積したデータを情報端末装置ＴＭに出力する。尚、無線アダプタ１２の内部構成については後述する。
バックボーンルータ１３ａ，１３ｂは、無線ネットワークＮ１とバックボーンネットワークＮ２とを接続し、無線ネットワークＮ１とバックボーンネットワークＮ２との間で送受信されるデータの中継を行う。尚、バックボーンルータ１３ａ，１３ｂも、上記の無線通信規格ＩＳＡ１００．１１ａに準拠した無線通信を行う。ここで、バックボーンルータ１３ｂには、前述した無線アダプタ１２と同様の機能が設けられており、自機が管理する区分に属する無線デバイス（無線デバイス１１ｄ，１１ｅ）から自機宛てに送信されてくるデータ（第１データ）を用いて異常の有無を判定し、その判定結果を示すデータ（第２データ）を予め設定された送信先（ゲートウェイ１５）に送信する。
システムマネージャ１４は、無線ネットワークＮ１を介して行われる無線通信の制御を行う。具体的には、無線デバイス１１ａ〜１１ｅ、無線アダプタ１２、バックボーンルータ１３ａ，１３ｂ、及びゲートウェイ１５に対する通信リソース（タイムスロット及び通信チャネル）の割り当て制御を行って、無線ネットワークＮ１を介したＴＤＭＡによる無線通信を実現する。また、システムマネージャ１４は、無線デバイス１１ａ〜１１ｅ、無線アダプタ１２、及びバックボーンルータ１３ａ，１３ｂを無線ネットワークＮ１に参入させるか否かの処理（参入処理）を行う。
また、システムマネージャ１４は、無線デバイス１１ａ〜１１ｅ、無線アダプタ１２、及びバックボーンルータ１３ａ，１３ｂを無線ネットワークＮ１に参入させる際に、暗号鍵（例えば、前述した暗号鍵Ｋ１〜Ｋ３，Ｋ１０）の配布を行う。加えて、システムマネージャ１４は、無線アダプタ１２に対し、無線デバイス１１ａ〜１１ｅが属する区分の設定、及び無線アダプタ１２の判定結果の送信先の設定を行う。
ゲートウェイ１５は、バックボーンネットワークＮ２と制御ネットワークＮ３とを接続し、無線デバイス１１ａ〜１１ｅ及びシステムマネージャ１４等と、監視制御装置１６との間で送受信される各種データの中継を行う。このゲートウェイ１５を設けることで、セキュリティを維持しつつ、バックボーンネットワークＮ２と制御ネットワークＮ３とを相互に接続することができる。尚、ゲートウェイ１５には、前述した暗号鍵Ｋ１０が配布されている。ゲートウェイ１５は、暗号鍵Ｋ１０を用いて無線アダプタ１２から送信されてきたデータの復号を行って監視制御装置１６に出力する。
監視制御装置１６は、無線デバイス１１ａ〜１１ｅ等の監視及び管理を行う。具体的に、監視制御装置１６は、無線アダプタ１２及びバックボーンルータ１３ｂから送信されてくるデータ（異常の有無の判定結果を示すデータを含む）を収集することによって無線デバイス１１ａ〜１１ｅ等の監視を行う。また、監視制御装置１６は、収集した各種データに基づいて無線デバイスの制御量を求め、この制御量を示す制御データを、ゲートウェイ１５を介して一定の時間間隔で送信することによって無線デバイス（例えば、無線デバイス１１ｃ）を制御する。
〈無線中継機器〉
図２は、本発明の一実施形態による無線中継機器としての無線アダプタの要部構成を示すブロック図である。図２に示す通り、無線アダプタ１２は、無線通信部２１、パケット中継部２２、暗号処理部２３、送信制御部２４、判定部２５、制御部２６、メモリ２７（記憶部、格納部）、及びインターフェイス部２８を備えており、無線ネットワークＮ１を介する暗号化されたデータの中継を行う。
無線通信部２１は、制御部２６の制御の下で、無線信号の送受信を行う。具体的に、無線通信部２１は、無線ネットワークＮ１を介して無線信号で送信されてくるデータ（パケット）を受信するとともに、無線ネットワークＮ１を介して送信すべきデータ（パケット）を無線信号にして送信する。パケット中継部２２は、制御部２６の制御の下で、無線通信部２１で送受信されるパケットの中継処理を行う。具体的に、パケット中継部２２は、無線通信部２１で受信されたパケットが自機宛てである場合には暗号処理部２３に出力し、自機宛てでない場合には無線通信部２１に出力する。また、パケット中継部２２は、暗号処理部２３から出力されるデータ（ゲートウェイ１５に送信すべきパケット）を無線通信部２１に出力する。
暗号処理部２３は、制御部２６の制御の下で、図１に示す暗号鍵Ｋ１〜Ｋ３，Ｋ１０を用いて暗号処理を行う。具体的に、暗号処理部２３は、パケット中継部２２から出力されるパケットの復号を行って制御部２６に出力し、送信制御部２４から出力されるデータの暗号化を行ってパケット中継部２２に出力する。例えば、暗号処理部２３は、無線ネットワークＮ１を介して無線デバイス１１ａ〜１１ｃから送信されてくる自機宛てのパケットを、それぞれ暗号鍵Ｋ１〜Ｋ３を用いて復号して制御部２６に出力する。また、暗号処理部２３は、送信制御部２４から出力されるデータを、暗号鍵Ｋ１０を用いて暗号化してパケット中継部２２に出力する。
送信制御部２４は、制御部２６の制御の下で、判定部２５の判定結果を示すデータを、予め設定された送信先（ゲートウェイ１６）に送信させるための送信処理を行う。判定部２５は、無線デバイス１１ａ〜１１ｃから送信されてくるデータを用いて異常の有無を判定する。具体的に、判定部２５は、メモリ２７に記憶された第１判定テーブルＴＢ１を参照し、自機が管理する区分に属する無線デバイス１１ａ〜１１ｃから送信されてくるデータを用いて、無線デバイス１１ａ〜１１ｃ毎の異常の有無を個別に判定する。
また、判定部２５は、メモリ２７に記憶された第２判定テーブルＴＢ２を参照し、自機が管理する区分に属する無線デバイス１１ａ〜１１ｃ毎の異常の有無の判定結果の組み合わせに基づいて、上記区分における診断対象の異常の有無を総合的に判定する。例えば、判定部２５は、複数の振動センサの異常の有無の判定結果の組み合わせに基づいてコンプレッサ（診断対象）の異常の有無を総合的に判定する。コンプレッサの異常の有無の判定は、１つの振動センサの異常の有無の判定結果のみでは困難であるが、複数の振動センサの異常の有無の判定結果を考慮することで、コンプレッサの異常の有無の判定を可能にしている。
制御部２６は、無線アダプタ１２の動作を統括して制御する。例えば、制御部２６は、無線通信部２１〜判定部２５を制御して、自機が管理する区分に属する無線デバイス１１ａ〜１１ｃから送信されてデータを機器データＤ１としてメモリ２７に蓄積させ、自機が管理する区分における異常の有無を判定させ、その判定結果を示すデータをゲートウェイ１５宛に送信させる。また、制御部２６は、図１に示す情報端末装置ＴＭからの要求に基づいて、メモリ２７に記憶された機器データＤ１を読み出して情報端末装置ＴＭに出力する制御を行う。
メモリ２７は、例えば不揮発性の半導体メモリであり、第１判定テーブルＴＢ１（判定テーブル）、第２判定テーブルＴＢ２（判定テーブル）、及び機器データＤ１を記憶する。尚、メモリ２７に対するデータの書き込み、及びメモリ２７からのデータの読み出しは、制御部２６によって制御される。上記の機器データＤ１は、無線デバイス１１ａ〜１１ｃから送信されてきたデータであり、例えば無線デバイス１１ａ〜１１ｃで測定された流量等のデータ（センサデータ）、無線デバイス１１ａ〜１１ｃの状態を示すデータ（ステータスデータ）を含む。
図３は、本発明の一実施形態による無線中継機器としての無線アダプタで用いられる第１判定テーブルの一例を示す図である。図３に示す通り、第１判定テーブルＴＢ１は、無線アダプタ１２が管理する区分に属する無線デバイス１１ａ〜１１ｃの各々に割り当てられたデバイス番号毎に、無線デバイス１１ａ〜１１ｃの各々の異常の有無を判定するための下限閾値及び上限閾値（第１判定基準）が設定されたテーブルである。
例えば、図３に示す「Ｄｅｖ１」は無線デバイス１１ａに割り当てられたデバイス番号であり、図３に示す「Ｄｅｖ２」は無線デバイス１１ｂに割り当てられたデバイス番号であり、図３に示す「Ｄｅｖ３」は無線デバイス１１ｃに割り当てられたデバイス番号である。また、図３に示す例では、デバイス番号「Ｄｅｖ１」，「Ｄｅｖ２」，「Ｄｅｖ３」の各々に、下限閾値「０」が設定され、上限閾値「８０」が設定されている。
図４は、本発明の一実施形態による無線中継機器としての無線アダプタで用いられる第２判定テーブルの一例を示す図である。図４に示す通り、第２判定テーブルＴＢ２は、無線アダプタ１２が管理する区分における診断対象毎に、測定点数、判定組み合わせ、及び判定基準（第２判定基準）が対応付けられたテーブルである。
上記の診断対象は、無線アダプタ１２が管理する区分において、異常の有無を診断する対象となっている機器や設備である。図４に示す例では、診断対象として「ポンプ」、「ファン」、「バルブ」が挙げられている。上記の測定点数は、診断対象の異常の有無の判定に用いられる無線デバイスの数である。上記の判定組み合わせは、診断対象の異常の有無の判定に用いられる無線デバイスの組み合わせを規定する情報である。上記の判定基準は、診断対象が異常であると判定するための基準値であり、上記の判定組み合わせで規定される無線デバイスのうち、異常であると判定された無線デバイスの占める割合を示すものである。
図４に示す例において、診断対象「ポンプ」には、測定点数として「１０」が、判定組み合わせとして「Ｄｅｖ１」〜「Ｄｅｖ１０」が、判定基準として「１０％」が対応付けられている。また、診断対象「ファン」には、測定点数として「５」が、判定組み合わせとして「Ｄｅｖ１１」〜「Ｄｅｖ１５」が、判定基準として「３０％」が対応付けられている。尚、異常判定を早期に行う必要のある診断対象（例えば、「ポンプ」）には、値が小さな判定基準が対応付けられている。
インターフェイス部２８は、情報端末装置ＴＭを無線アダプタ１２に接続するためのインターフェイスである。このインターフェイス部２８は、例えば赤外線通信若しくはＮＦＣ等の無線通信が可能に構成されている。尚、ＵＳＢ通信等の有線通信が可能に構成されていても良い。
〈無線通信方法〉
図５は、本発明の一実施形態による無線通信方法の一例を示すフローチャートである。尚、図５に示すフローチャートの処理は、無線アダプタ１２で行われる処理であり、無線デバイス１１ａ〜１１ｃから送信されたデータが無線アダプタ１２に入力された場合に開始される。
尚、説明を簡単にするために、無線デバイス１１ａ〜１１ｅに対するデータの送信設定、並びに、無線アダプタ１２に対する各種設定（無線デバイス１１ａ〜１１ｅが属する区分の設定、及び無線アダプタ１２の判定結果の送信先の設定）は、予めシステムマネージャ１４によって行われているものとする。また、無線アダプタ１２に対する判定テーブル（第１判定テーブルＴＢ１及び第２判定テーブルＴＢ２）の設定は、予め監視制御装置１６によって行われているものとする。
処理が開始されると、まず無線デバイス１１ａ〜１１ｃから無線ネットワークＮ１を介して送信されてきたデータが、無線アダプタ１２の無線通信部２１で受信される（ステップＳ１１：第１ステップ）。無線通信部２１で受信されたデータは、パケット中継部２２に出力される。ここで、無線デバイス１１ａ〜１１ｃから送信されてきたデータは、無線アダプタ１２宛てのデータであるため、パケット中継部２２に出力されたデータは、暗号処理部２３に出力される。
すると、暗号処理部２３において、無線デバイス１１ａ〜１１ｃから送信されてきたデータを、暗号鍵Ｋ１〜Ｋ３（図１参照）を用いて復号する処理が行われる（ステップＳ１２：第２ステップ）。復号されたデータは、暗号処理部２３から制御部２６に出力され、制御部２６の制御によってメモリ２７に機器データＤ１として記憶される（ステップＳ１３）。尚、無線デバイス１１ａから送信されてきたデータは暗号鍵Ｋ１を用いて復号され、無線デバイス１１ｂから送信されてきたデータは暗号鍵Ｋ２を用いて復号され、無線デバイス１１ｃから送信されてきたデータは暗号鍵Ｋ３を用いて復号される。
以上の処理が終了すると、制御部２６の制御によってメモリ２７に記憶された機器データＤ１及び第１判定テーブルＴＢ１が読み出される。そして、読み出された第１判定テーブルＴＢ１を参照し、読み出された機器データＤ１を用いて無線デバイス１１ａ〜１１ｃ毎の異常の有無を個別に判定する処理が判定部２５で行われる（ステップＳ１４：第３ステップ、第１判定ステップ）。尚、この処理で得られる判定部２５の判定結果は、メモリ２７に蓄積される。
例えば、デバイス番号「Ｄｅｖ１」が割り当てられた無線デバイス１１ａから送信されてきたセンサデータの値が「２８」であったとする。このセンサデータの値「２８」は、図３に示す第１判定テーブルＴＢ１のデバイス番号「Ｄｅｖ１」に設定された下限閾値「０」を下回っておらず、且つ上限閾値「８０」を上回っていない。このため、判定部２５は、無線デバイス１１ａについては異常無し（パス）であると判定する。
また、例えば、デバイス番号「Ｄｅｖ２」が割り当てられた無線デバイス１１ｂから送信されてきたセンサデータの値が「１２０」であったとする。このセンサデータの値「１２０」は、図３に示す第１判定テーブルＴＢ１のデバイス番号「Ｄｅｖ２」に設定された上限閾値「８０」を上回っている。このため、判定部２５は、無線デバイス１１ｂについては異常あり（フェイル）であると判定する。
尚、メモリ２７に記憶される機器データＤ１には、センサデータ以外に、ステータスデータ（無線デバイス１１ａ〜１１ｃの状態を示すデータ）も含まれる。判定部２５は、ステータスデータが異常（フェイル）である無線デバイスについては、センサデータに拘わらず異常あり（フェイル）であると判定する。つまり、判定部２５は、センサデータが下限閾値を下回っておらず、且つ上限閾値を上回っていなくとも、ステータスデータが異常（フェイル）である無線デバイスについては異常あり（フェイル）であると判定する。
続いて、制御部２６の制御によってメモリ２７に記憶された第２判定テーブルＴＢ２が読み出される。そして、読み出された第２判定テーブルＴＢ２を参照し、ステップＳ１４の判定結果の組み合わせに基づいて、無線アダプタ１２が管理する区分における診断対象の異常の有無を判定する処理が判定部２５で行われる（ステップＳ１５：第３ステップ、第２判定ステップ）。尚、この処理で得られる判定部２５の判定結果は、メモリ２７に蓄積される。
例えば、診断対象が「ポンプ」である場合には、判定部２５は、図４に示す第２判定テーブルＴＢ２を参照し、デバイス番号「Ｄｅｖ１」〜「Ｄｅｖ１０」が設定された１０台の無線デバイスの異常の有無の判定結果を、診断対象「ポンプ」の異常の有無の判定に用いる。仮に、上記１０台の無線デバイスのうち、異常あり（フェイル）であると判定された無線デバイスの占める割合が「２０％」であったとする。この割合「２０％」は、図４に示す第２判定テーブルＴＢ２の診断対象「ポンプ」に対応付けられた判定基準「１０％」を上回っている。このため、判定部２５は、診断対象「ポンプ」については異常あり（フェイル）であると判定する。
また、例えば、診断対象が「ファン」である場合には、判定部２５は、図４に示す第２判定テーブルＴＢ２を参照し、デバイス番号「Ｄｅｖ１１」〜「Ｄｅｖ１５」が設定された５台の無線デバイスの異常の有無の判定結果を、診断対象「ファン」の異常の有無の判定に用いる。仮に、上記５台の無線デバイスのうち、異常あり（フェイル）であると判定された無線デバイスの占める割合が、上記の例と同じ「２０％」であったとする。この割合「２０％」は、図４に示す第２判定テーブルＴＢ２の診断対象「ファン」に対応付けられた判定基準「３０％」を下回っている。このため、判定部２５は、診断対象「ファン」については異常無し（パス）であると判定する。
以上の処理が終了すると、判定部２５の判定結果が送信制御部２４に出力されて、判定部２５の判定結果を示すデータをゲートウェイ１５に向けて送信させるための送信処理が行われる。具体的には、ゲートウェイ１５のアドレスが宛先アドレスとされ、上記の判定結果を示すデータがペイロードに格納されたパケットを生成する処理が行われる。以上の送信処理が終了すると、生成されたパケットが、送信制御部２４から暗号処理部２３に出力される。すると、パケットを、暗号鍵Ｋ１０（図１参照）を用いて暗号化する処理が暗号処理部２３で行われる（ステップＳ１６：第４ステップ）。暗号化されたパケットＰ２０は、暗号処理部２３からパケット中継部２２を介して無線通信部２１に出力されて無線ネットワークＮ１に送信される（ステップＳ１７：第５ステップ）。
無線アダプタ１２から送信されたデータは、無線ネットワークＮ１を介してバックボーンルータ１３ａで受信される。バックボーンルータ１３ａで受信されたデータは、バックボーンネットワークＮ２を介してゲートウェイ１５で受信される。ゲートウェイ１５で受信されたデータは、ゲートウェイ１５に配布されている暗号鍵Ｋ１０を用いて復号され、制御ネットワークＮ３を介して監視制御装置１６に送信される。このようにして、無線アダプタ１２の判定結果を示すデータが監視制御装置１６に収集される。
ここで、現場の作業員が、無線アダプタ１２の設置場所の近くにおいて、情報端末装置ＴＭを操作して無線アダプタ１２に蓄積されたデータ（機器データＤ１、判定部２５の判定結果を示すデータ）の取得指示を行ったとする。すると、まず情報端末装置ＴＭと無線アダプタ１２との間で通信が開始され、情報端末装置ＴＭが無線アダプタ１２のインターフェイス部２８に接続された状態になる。
次に、情報端末装置ＴＭから無線アダプタ１２の制御部２６に対し、無線アダプタ１２に蓄積されたデータの送信要求が送信される。この送信要求が受信されると、メモリ２７に蓄積されたデータを読み出してインターフェイス部２８から情報端末装置ＴＭに送信させる制御が制御部２６によって行われる。このようにして、無線アダプタ１２のメモリ２７に蓄積されたデータが情報端末装置ＴＭに読み出される。情報端末装置ＴＭに読み出されたデータは、現場の作業員が、保全・保守作業を行う際に活用される。
以上の通り、本実施形態では、予め設定された区分に属する無線デバイス１１ａ〜１１ｃから自機宛てに送信されてくるデータを用いて異常の有無を判定し、その判定結果を予め規定された送信先（ゲートウェイ１５）に送信する無線アダプタ１２を無線ネットワークＮ１内に設けるようにしている。これにより、監視制御装置１６で不要なアラームが発報される事態が防止されるため、プラントの運用効率の改善及び運転員の負担軽減を図ることが可能である。
また、本実施形態では、無線デバイス１１ａ〜１１ｃから無線アダプタ１２宛に送信されてきたデータを復号してメモリ２７に蓄積するとともに、無線アダプタ１２の判定部２５の判定結果をメモリ２７に蓄積し、無線アダプタ１２のメモリ２７に蓄積されたデータを情報端末装置ＴＭで取得可能としている。これにより、無線アダプタ１２に蓄積されたデータを、現場の作業員が現場で確認することができるため、機器保全の作業効率の低下を防止することが可能である。
以上、本発明の一実施形態による無線中継機器、無線通信システム、及び無線通信方法について説明したが、本発明は上述した実施形態に制限されることなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では、無線ネットワークＮ１を介した無線通信に用いる通信プロトコルが無線通信規格ＩＳＡ１００．１１ａに準拠した通信プロトコルである場合を例に挙げたが、無線ネットワークＮ１を介した無線通信に用いる通信プロトコルは、ＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴ（登録商標）或いはＺｉｇＢｅｅ（登録商標）に準拠した通信プロトコルであっても良い。
また、上述した実施形態では、第１判定テーブルＴＢ１、第２判定テーブルＴＢ２、機器データＤ１、及び判定部２５の判定結果が、無線アダプタ１２に設けられた１つのメモリ２７に記憶される例について説明した。しかしながら、無線アダプタ１２は、第１判定テーブルＴＢ１及び第２判定テーブルＴＢ２が記憶されるメモリと、機器データＤ１及び判定部２５の判定結果が記憶されるメモリとを備える構成であっても良い。
また、上述した実施形態では、システムマネージャ１４が一括して無線ネットワークＮ１を管理する例について説明した。しかしながら、システムマネージャ１４の機能を無線アダプタ１２に設け、システムマネージャ１４が管理する無線ネットワークと、無線アダプタ１２が管理する無線ネットワーク（無線アダプタ１２の配下の無線デバイス１１ａ〜１１ｃによって形成される無線ネットワーク）とを分けるようにしても良い。
また、上記実施形態では、理解を容易にするために、図１に示す通り、３つの無線デバイス１１ａ〜１１ｃが１つの区分に属するように分けられており、２つの無線デバイス１１ｄ，１１ｅが他の１つの区分に属するように分けられている例について説明した。しかしながら、区分の数は任意であり、また、各々の区分に属する無線デバイスの数も任意である。
また、上述した実施形態では、バックボーンルータ１３ａ，１３ｂ、システムマネージャ１４、及びゲートウェイ１５がそれぞれ別々の装置として実現されている例について説明した。しかしながら、これらのうちの任意の２つ以上の装置を１つの装置として実現することも可能である。
１ 無線通信システム
１１ａ〜１１ｅ 無線デバイス
１２ 無線アダプタ
１４ システムマネージャ
１５ ゲートウェイ
１６ 監視制御装置
２３ 暗号処理部
２４ 送信制御部
２５ 判定部
２６ 制御部
２７ メモリ
２８ インターフェイス部
Ｋ１〜Ｋ３ 暗号鍵
Ｋ１０ 暗号鍵
Ｎ１ 無線ネットワーク
ＴＢ１ 第１判定テーブル
ＴＢ２ 第２判定テーブル
ＴＭ 情報端末装置

Claims (9)

  1. 無線ネットワークを介する暗号化されたデータの中継を行う無線中継機器において、
    前記無線ネットワークに参入している無線機器のうち、予め設定された区分に属する前記無線機器から自機宛に送信されてくる第１データを用いて異常の有無を判定する判定部と、
    前記判定部の判定結果を示す第２データを、予め設定された送信先に送信する送信制御部と、
    前記判定部で用いられる前記第１データを復号するとともに、前記送信制御部によって送信される前記第２データを暗号化する暗号処理部と、
    前記無線ネットワークを介する前記データの送受信を行う無線通信部と、
    前記無線通信部で受信された前記データが、前記第１データである場合には前記暗号処理部に出力し、前記暗号処理部から出力される前記第２データを前記無線通信部に出力する中継部と、
    前記区分に属する前記無線機器毎に異常の有無を判定するための第１判定基準が設定された第１判定テーブルと、予め規定された診断対象毎に前記区分に属する前記無線機器毎の異常の有無の判定結果の組み合わせを示す情報と前記診断対象の異常の有無を判定するための第２判定基準とが対応付けられた第２判定テーブルとを記憶する記憶部と
    を備え、
    前記判定部は、前記第１データ及び前記第１判定テーブルを用いて前記区分に属する前記無線機器毎の異常の有無を個別に判定し、該判定結果の組み合わせ及び前記第２判定テーブルを用いて前記診断対象の異常の有無を判定する
    ことを特徴とする無線中継機器。
  2. 前記暗号処理部によって復号された前記第１データ及び前記第２データの少なくとも一方を格納する格納部を備えることを特徴とする請求項１記載の無線中継機器。
  3. 外部機器が接続可能なインターフェイス部と、
    前記インターフェイス部に接続された前記外部機器からの要求に基づいて、前記格納部に格納された前記第１データ及び前記第２データの少なくとも一方を読み出して前記インターフェイス部に出力する制御部と
    を備えることを特徴とする請求項２記載の無線中継機器。
  4. 無線ネットワークを介した無線通信が可能な無線通信システムにおいて、
    請求項１から請求項３の何れか一項に記載の無線中継機器と、
    前記無線中継機器から送信される前記第２データを収集する上位装置と
    を備えることを特徴とする無線通信システム。
  5. 前記第２データの送信先に設定され、前記無線中継機器から送信されてくる前記第２データを復号して前記上位装置に出力するゲートウェイを備えることを特徴とする請求項４記載の無線通信システム。
  6. 前記無線中継機器に対し、前記区分の設定、及び前記第２データの送信先の設定を行う管理装置を備えることを特徴とする請求項５記載の無線通信システム。
  7. 前記管理装置は、前記区分に属する前記無線機器及び前記無線中継機器に対して前記第１データの暗号処理に用いる第１暗号鍵を設定し、前記無線中継機器及び前記ゲートウェイに対して前記第２データの暗号処理に用いる第２暗号鍵を設定することを特徴とする請求項６記載の無線通信システム。
  8. 前記上位装置は、前記無線中継機器に対し、前記判定部で異常の有無を判定するために用いられる判定テーブルを設定することを特徴とする請求項４から請求項７の何れか一項に記載の無線通信システム。
  9. 無線ネットワークを介した無線通信を行う無線通信方法であって、
    前記無線ネットワークを介する暗号化されたデータを受信する第１ステップと、
    前記第１ステップで受信された前記データが、前記無線ネットワークに参入している無線機器のうち、予め設定された区分に属する前記無線機器から自機宛に送信されてくる第１データである場合には復号する第２ステップと、
    前記第２ステップで復号された前記第１データを用いて異常の有無を判定する第３ステップと、
    前記第３ステップの判定結果を暗号化して第２データとする第４ステップと、
    前記第２データを前記無線ネットワークに送信する第５ステップと
    を有し、
    前記第３ステップは、前記区分に属する前記無線機器毎に異常の有無を判定するための第１判定基準が設定された第１判定テーブルと前記第１データとを用いて前記区分に属する前記無線機器毎の異常の有無を個別に判定する第１判定ステップと、
    予め規定された診断対象毎に前記区分に属する前記無線機器毎の異常の有無の判定結果の組み合わせを示す情報と前記診断対象の異常の有無を判定するための第２判定基準とが対応付けられた第２判定テーブルと前記第１判定ステップの判定結果の組み合わせとを用いて、前記診断対象の異常の有無を判定する第２判定ステップと
    を含むことを特徴とする無線通信方法。
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