JP6294741B2 - 制御システム、中継装置、および制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数のシステムがゲートウェイ装置を介して接続される構成を有し、制御監視対象の監視および制御を行う制御監視システムに関する。

特許文献１には、車両の情報系ネットワークと制御系ネットワークという異なるネットワークを相互に接続する車載ゲートウェイ装置において、情報系ネットワークの構成と制御系ネットワークの構成のそれぞれの変更を記憶し管理する技術が開示されている。例えば、車載ゲートウェイ装置は、情報系ネットワークからのメッセージを受信すると、送信先の制御系ネットワークの構成管理情報を基に、制御系ネットワークの構成に変化があるか否かチェックする。そして、変化があれば、車載ゲートウェイ装置は、メッセージのポリシを新しい構成に応じたポリシに更新した上で、メッセージを変換し、制御系ネットワークに送信する。

また、特許文献２には、情報系ネットワークと制御系ネットワークの中間にあるゲートウェイサーバにおいて、情報系ネットワークから制御系ネットワークへのデータアクセスを中継し、実際に制御を実行する制御系の装置が切り替わったとしても情報系の装置からは同一の方法でデータアクセスを行うことができるようにする技術が開示されている。

特開２０１２−１０１７８８号公報 特開２００９−４２９９５号公報

コンピュータで構成される情報系システムと、制御装置で構成される制御系システムとを含み、情報系システムと制御系システムがネットワークを介して互いに通信して命令を処理する制御監視システムでは、制御装置が命令を実行するとき、制御系システムで想定されているような条件で命令を実行できないことがある。

例えば、監視制御対象に対する制御が、制御系システムで想定しているような条件下で制御を実施できないことがある。制御系システムの制御装置が命令を処理するとき情報系システムのコンピュータとの通信が発生するが、情報系システムと制御系システムで通信性能や通信品質が異なることがあったり、制御装置が情報系システムの構成を把握しておらず、データやサービスが実装されたコンピュータを事前に知らなかったりするため、このようなことが生じる。

このようなことを避けるためには、例えば情報系システムと制御系システムを接続するためや制御監視対象の機器情報を追加するとき、情報系システムと制御系システムの間の通信経路を評価したり、情報系システムにおけるデータおよびサービスの存在箇所を予め管理したりしておく必要があり、コストを増大させる原因となる。

本発明の目的は、情報系システムと制御系システムが接続された制御監視システムが制御監視対象を制御および監視するとき、命令が所定条件下で実行されることを低コストで担保する技術を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の一態様による制御システムは、制御対象の制御および監視の少なくとも一方を実行する制御装置と、前記制御または前記監視に関わる処理を実行するコンピュータと、前記制御装置と前記コンピュータの間で通信メッセージを中継するゲートウェイ装置と、を有し、前記ゲートウェイ装置は、前記コンピュータから第１の通信メッセージを受信したとき、前記第１の通信メッセージに関する所定の状態指標を取得し、当該状態指標に基づき、所定の実行条件が満たされているか否か判定し、前記実行条件が満たされていれば、受信した前記第１の通信メッセージに基づく第２の通信メッセージを前記制御装置に送信し、前記実行条件が満たされていなければ前記第２の通信メッセージを前記制御装置に送信しないものである。

本発明によれば、情報系システムと制御系システムが接続された制御監視システムが制御監視対象を制御および監視するとき、命令が所定条件下で実行されることを低コストで担保する技術を提供することができる。

本実施形態における制御システムのブロック図である。 本実施形態の通信ネットワークシステム１による制御および監視の基本的な処理シーケンスを示すシーケンス図である。 コンピュータ１００の機能構成の例を示したブロック図である。 コンピュータ１００がＧＷ装置２００に送信する要求メッセージＡのフォーマットを示す図である。 コンピュータ１００がＧＷ装置２００に送信する応答メッセージＤのフォーマットを示す図である。 制御装置３００の機能構成の例を示したブロック図である。 制御装置３００がＧＷ装置２００に送信する要求メッセージＣのフォーマットを示す図である。 制御装置３００がＧＷ装置２００に送信する応答メッセージＢのフォーマットを示す図である。 ＧＷ装置２００の機能構成の例を示したブロック図である。 要求値ヒストリＤＢ２０５の例を示した図である。 応答値ヒストリＤＢ２１０の例を示した図である。 ＧＷ装置２００がコンピュータ１００に送信する要求メッセージＤのフォーマットを示す図である。 ＧＷ装置２００がコンピュータ１００に送信する応答メッセージＡのフォーマットを示す図である。 ＧＷ装置２００が制御装置３００に送信する要求メッセージＢのフォーマットを示す図である。 ＧＷ装置２００が制御装置３００に送信する応答メッセージＣのフォーマットを示す図である。

まずは、本発明の実施形態について概略的に説明する。

図１は、本実施形態における制御システムのブロック図である。図１に示すように、通信ネットワークシステム１は、情報系システム１０と、制御系システム２０と、ＧＷ（ゲートウェイ）装置２００と、で構成される。

情報系システム１０は、複数のコンピュータ１００−１〜１００−ｎと、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）４００と、で構成され、コンピュータ１００−１〜１００−ｎがＬＡＮ４００を介してＧＷ装置２００に接続されている。コンピュータ１００−１〜１００−ｎは、パーソナルコンピュータやワークステーションなどの一般的なコンピュータであり、制御対象の制御または監視に関わる処理を実行する。ＬＡＮ４００は、コンピュータが接続するネットワークである。

制御系システム２０は、複数の制御装置３００−１〜３００−ｎと、制御監視ＬＡＮ５００と、で構成され、制御装置３００−１〜３００−ｎが制御監視ＬＡＮ５０を介してＧＷ装置２００に接続されている。制御装置３００は、制御対象を制御するコントローラや監視するセンサなどの動作制御装置や計測装置である。制御監視ＬＡＮ５００は、制御装置３００が接続するネットワークである。

ＧＷ装置２００は、ＬＡＮ４００と制御監視ＬＡＮ５００との間で通信メッセージを中継する装置である。

なお、図１では、複数のコンピュータ１００−１〜１００〜ｎと、複数の制御装置３００−１〜３００−ｎが示されているが、これは一例である。コンピュータ１００および制御装置３００は、それぞれ１台であっても、２台以上であっても良い。

また、図１では、情報系システム１０と制御系システム２０はそれぞれ１つずつが示されているが、これは一例である。それぞれの数は２つ以上であってもよい。その場合もＧＷ装置２００を介して互いのシステムが接続される。

図２は、本実施形態の通信ネットワークシステム１による制御および監視の基本的な処理シーケンスを示すシーケンス図である。図２には、コンピュータ１００、ＧＷ装置２００、制御装置３００間の通常の処理シーケンスが示されている。図２において波線で示された省略記号は、その前の処理シーケンスと後の処理シーケンスは別個のものであることを示している。

まず、波線の上側に示された、コンピュータ１００が制御装置３００に処理を要求する際のシーケンスを説明する。例えば、コンピュータ１００が制御装置３００に対して、制御対象への制御の実施を指示する場合がこれに当たる。

コンピュータ１００は、ＧＷ装置２００に要求メッセージＡを送信する（Ｓ１１）。要求メッセージＡを受信したＧＷ装置２００は、中継転送として、制御装置３００に、要求メッセージＡに基づく要求メッセージＢを送信する（Ｓ１２）。

要求メッセージＢを受信した制御装置３００は、ＧＷ装置２００に、要求メッセージＢに対する応答である応答メッセージＢを送信する（Ｓ１３）。応答メッセージＢを受信したＧＷ装置２００は、中継転送として、コンピュータ１００に、応答メッセージＢに基づき、要求メッセージＡに対する応答である応答メッセージＡを送信する（Ｓ１４）。

次に、波線の下側に示された、制御装置３００がコンピュータ１００に処理を要求する際のシーケンスを説明する。例えば、制御装置３００が制御対象から状態情報を取得し、それをコンピュータ１００に通知し、その状態に対する処理を実行させる場合がこれに当たる。

制御装置３００は、ＧＷ装置２００に要求メッセージＣを送信する（Ｓ１５）。要求メッセージＣを受信したＧＷ装置２００は、中継転送として、コンピュータ１００に、要求メッセージＣに基づく要求メッセージＤを送信する（Ｓ１６）。コンピュータ１００は、ＧＷ装置２００に、要求メッセージＤに対する応答である応答メッセージＤを送信する（Ｓ１７）。応答メッセージＤを受信したＧＷ装置２００は、制御装置３００に、応答メッセージＤに基づき、要求メッセージＣに対する応答である応答メッセージＣを送信する（Ｓ１８）。

通信ネットワークシステム１による制基本的な処理シーケンスは図２に示した通りであるが、本実施形態では、更に以下のような処理が行われる。

ＧＷ装置２００は、コンピュータ１００から第１の通信メッセージを受信したとき、第１の通信メッセージに関する所定の状態指標を取得し、その状態指標に基づき、所定の実行条件が満たされているか否か判定する。第１の通信メッセージとして、例えば、制御装置３００による制御対象に対する制御を要求する通信メッセージ（要求メッセージＡ）、または制御装置３００が制御対象の監視で取得した監視情報をコンピュータ１００へ通知する通信メッセージに対する応答の通信メッセージ（応答メッセージＤ）である。実行条件が満たされていれば、ＧＷ装置２００は、受信した第１の通信メッセージに基づく第２の通信メッセージを制御装置３００に送信し、実行条件が満たされていなければ第２の通信メッセージを制御装置３００に送信しない。第２の通信メッセージは、例えば、第１の通信メッセージの内容を中継するための通信メッセージであり、第１の通信メッセージに含まれていた情報の全部または一部を含んでいる。第２通信メッセージの例として、要求メッセージＡに基づく要求メッセージＢ、応答メッセージＤに基づく応答メッセージＣがある。これによれば、ＧＷ装置２００が、通信メッセージ受信時に取得した状態指標に基づいて、実行条件が満たされているか否か判定するので、ＬＡＮ４００および制御監視ＬＡＮ５００の通信経路の事前評価や構成管理が不要であり、命令が所定条件下で実行されることを低コストで担保することができる。

なお、その際、ＧＷ装置２００は、状態指標の前回と今回の差分の過去所定個分の平均値である差分平均値についての閾値である差分平均閾値を予め設定しておき、コンピュータ１００からの第１の通信メッセージを受信したとき、状態指標を取得してヒストリデータベース（不図示）に記録するとともに、そのヒストリデータベースに記録されている情報を利用して、その状態指標について差分平均値を算出することにしてもよい。そして、ＧＷ装置２００は、その差分平均値が差分平均閾値を超えていなければ、実行条件が満たされていると判定すればよい。これによれば、ＧＷ装置２００は、状態指標の前回と今回の差分（変動量）の平均値を閾値と比較することにより、容易に命令が所定条件下で実行されることを担保することができる。

また、ＧＷ装置２００は、コンピュータ１００に第３の通信メッセージを送信してから、第３の通信メッセージに対応する応答の通信メッセージである第１の通信メッセージをコンピュータ１００から受信するまでの時間である通信時間を状態指標として測定してもよい。例えば、第１の通信メッセージは、ＧＷ装置２００がコンピュータ１００に送信した制御対象の監視情報の通信メッセージである第３の通信メッセージ（要求メッセージＤ）に対する、コンピュータ１００からの応答の通信メッセージ（応答メッセージＤ）である。ＧＷ装置２００は、測定した通信時間が所定の通信時間閾値を超えていなければ、実行条件が満たされていると判定し、通信時間が通信時間閾値を超えていれば、実行条件が満たされていると判定すればよい。これによれば、ＧＷ装置２００は、コンピュータ１００との通信に要する時間を閾値と比較することにより、容易に命令が所定条件下で実行されることを担保することができる。

またその際、例えば、制御装置３００が一時的な通信を行う場合に、その通信メッセージである第４の通信メッセージに除外フラグ（テンポラリフラグ）を付加してＧＷ装置２００に送信することにしてもよい。ＧＷ装置２００は、除外フラグを検出した場合、その第４の通信メッセージに基づく第３の通信メッセージの送信から第１の通信メッセージの受信までの通信時間が通信時間閾値を超えたか否かに関わらず、第２の通信メッセージを制御装置３００に送信することにしてもよい。第４の通信メッセージは、例えば、制御装置３００がＧＷ装置２００に送信した制御対象の監視情報の通信メッセージ（要求メッセージＣ）である。これによれば、制御装置３００はＧＷ装置２００における判定を経ずに中継される通信メッセージを送信することができる。例えば、制御装置３００は一時的な通信を行う場合、その通信をＧＷ装置２００における判定の対象から除外することができる。

また、コンピュータ１００は、第１の通信メッセージ（要求メッセージＡ、応答メッセージＤ）を生成するとき自装置にかかっている処理負荷量を測定し、その処理負荷量が所定の処理負荷閾値を超えていれば、第１の通信メッセージに状態指標として性能フラグを付加してＧＷ装置２００に送信することにしてもよい。その場合、ＧＷ装置２００は、第１の通信メッセージを受信したとき、性能フラグを検出すると、実行条件が満たされていないと判定するとよい。これによれば、コンピュータ１００が処理負荷を測定して通信メッセージに付加することにより、ＧＷ装置２００は、命令が所定条件下で実行されることを容易に担保することができる。

またその場合、処理負荷量はＣＰＵ使用率であり、処理負荷閾値はＣＰＵ使用率についての閾値であるＣＰＵ使用率閾値であるとしてもよい。これによれば、コンピュータ１００がＣＰＵ使用率を測定して通信メッセージに付加することにより、ＧＷ装置２００は、命令が所定条件下で実行されることを容易に担保することができる。

本実施形態の概略は以上の通りであるが、以下、より詳細に説明する。

図３は、コンピュータ１００の機能構成の例を示したブロック図である。図３に示すように、コンピュータ１００は、受付部１０１と、要求生成部１０２と、性能測定部１０３と、通番付与部１０４と、テンポラリフラグ付与部１０５と、送信部１０６と、要求処理部１０７と、外部ＩＦ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）部１０８と、受信処理部１０９と、要求解析部１１０と、受信部１１１と、で構成される。

受付部１０１は、キーボードやマウスなどの入力装置（不図示）を通して、ユーザからの指示を受け付ける。要求生成部１０２は、コンピュータ１００がＧＷ装置２００に送信する要求メッセージＡもしくは応答メッセージＤを生成する。

性能測定部１０３は、要求生成部１０２で生成したメッセージが応答メッセージＤの場合に、ＣＰＵ使用率や記憶ディスク使用率などを測定し、性能測定値が許容値を超過した場合に、応答メッセージＤの性能フラグを付与する、すなわち性能フラグの値を真にする。測定項目や許容値は、利用者が任意に変更可能であるものとする。

通番付与部１０４は、要求メッセージＡおよび応答メッセージＤに通番を付与する。通番は、連続した整数とし、通信経路上でのパケット落ちや通信遅延の検出などに利用される。

テンポラリフラグ付与部１０５は、要求メッセージＡもしくは応答メッセージＤが一時的な通信のメッセージである場合にテンポラリフラグを付与する、つまりテンポラリフラグの値を真にする。一時的な通信とは、例えば、テストのための臨時通信や、臨時のシステム構成において行われる通信などである。テンポラリフラグの状態（値）に基づいて、ＧＷ装置２００で中継するか否かの判定で、異なる条件が使われる。例えば、テンポラリフラグが真の通信メッセージは、偽の通信メッセージが中継されない場合でも中継される。

送信部１０６は、生成された要求メッセージＡおよび応答メッセージＤをＬＡＮ４００に送信する。

要求処理部１０７は、要求メッセージＤに含まれる要求内容に従い、処理を実行する。

外部ＩＦ部１０８は、モニタやスピーカなどの出力装置（不図示）を通して、応答メッセージＡの内容をユーザに通知する。

受信処理部１０９は、受信部１１１が受信した応答メッセージＡを処理し、内容を外部ＩＦ部１０８に引き渡す。

要求解析部１１０は、受信部１１１が受け取った通信メッセージの内容を解析し、その通信メッセージが要求メッセージＤであった場合、要求処理部１０７にメッセージの処理を要求し、応答メッセージＡであった場合は、受信処理部１０９に通信メッセージの受信を要求する。

受信部１１１は、ＬＡＮ４００から応答メッセージＡもしくは要求メッセージＤを受信する。

図４は、コンピュータ１００がＧＷ装置２００に送信する要求メッセージＡのフォーマットを示す図である。要求メッセージＡは、ヘッダ部と、ペイロードと、で構成される。要求メッセージＡのヘッダ部には、要求先装置名４０１と、要求元装置名４０２と、通番４０３と、テンポラリフラグ４０４と、が含まれる。

要求先装置名４０１は、要求メッセージＡの送信先の装置名である。要求元装置名４０２は、要求メッセージＡの送信元の装置名である。通番４０３は、要求メッセージＡの通番である。テンポラリフラグ４０４は、要求メッセージＡが一時的な通信であるかどうかを示すフラグである。

要求メッセージＡのペイロードには、要求内容４０５が含まれる。要求内容４０５は、要求元装置名４０２の装置が要求先装置名４０１の装置に要求する内容である。

図５は、コンピュータ１００がＧＷ装置２００に送信する応答メッセージＤのフォーマットを示す図である。応答メッセージＤは、ヘッダ部と、ペイロードと、で構成される。

応答メッセージＤのヘッダ部には、応答先装置名４１１と、応答元装置名４１２と、通番４１３と、性能フラグ４１４と、テンポラリフラグ４１５と、送信時刻４１６と、が含まれる。

応答先装置名４１１は、応答メッセージＤの送信先の装置名である。応答元装置名４１２は、応答メッセージＤの送信元の装置名である。通番４１３は、応答メッセージＤの通番である。性能フラグ４１４は、要求メッセージＤを処理した際に、コンピュータ１００が高負荷状態であったかどうかを示すフラグである。性能フラグ４１４が真であれば、コンピュータ１００が高負荷状態であったことを示す。

応答メッセージＤのペイロードには、応答内容４１７と、要求内容４１８と、が含まれている。応答内容４１７は、応答元装置名４１２の装置が応答先装置名４１１の装置からの要求内容４１８に対して応答する内容である。要求内容４１８は、応答先装置名４１１の装置が応答元装置名４１２の装置に要求した処理の内容である。

図６は、制御装置３００の機能構成の例を示したブロック図である。図６に示すように、制御装置３００は、ＡＩ（Ａｎａｌｏｇ Ｉｎｐｕｔ）３０１と、ＤＩ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｉｎｐｕｔ）３０２と、ＡＯ（Ａｎａｌｏｇ Ｏｕｔｐｕｔ）３０３と、ＤＯ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｏｕｔｐｕｔ）３０４と、プロセス入力処理部３０５と、制御監視演算部３０６と、プロセス出力処理部３０７と、要求生成部３０８と、メモリ（ワークデータ部）３０９と、要求処理部３１０と、受信処理部３１１と、通番付与部３１２と、テンポラリフラグ付与部３１３と、送信部３１４と、要求解析部３１５と、受信部３１６と、で構成される。

ＡＩ３０１は、制御対象から監視情報のアナログ値を取得するインタフェースである。ＤＩ３０２は、制御対象から監視情報のデジタル値を取得するインタフェースである。ＡＯ３０３は、制御対象に制御のアナログ値を出力し、制御するインタフェースである。ＤＯ３０４は、制御対象に制御のデジタル値を出力し、制御するインタフェースである。

プロセス入力処理部３０５は、ＡＩ３０１、ＤＩ３０２のデータを決められたサンプリング周期で取得し、取得したデータを制御監視演算部３０６に渡す。

制御監視演算部３０６は、プロセス入力処理部３０５もしくはメモリ（ワークデータ部）３０９から入力データを取得し、入力データに応じた演算を行い、その結果がコンピュータ１００への要求もしくは応答を含む場合はメモリ（ワークデータ部）３０９に要求を格納し、一方で結果がコンピュータ１００への要求を含まない場合はデータをプロセス出力処理部３０７に渡す。

プロセス出力処理部３０７は、制御監視演算部３０６からデータを取得し、ＡＯ３０３もしくはＤＯ３０４経由で制御対象に制御のアナログ値もしくはデジタル値を出力する。

要求生成部３０８は、メモリ（ワークデータ部）３０９のデータを決められたサンプリング周期で取得し、コンピュータ１００への送信待ちデータがある場合に、そのデータを含んだ、ＧＷ装置２００に送信する要求メッセージＣもしくは応答メッセージＢを生成する。

要求処理部３１０は、要求メッセージＢのデータをメモリ（ワークデータ部）３０９に格納する。

受信処理部３１１は、応答メッセージＣのデータをメモリ（ワークデータ部）３０９に格納する。

通番付与部３１２は、要求生成部３０８が生成した要求メッセージＣもしくは応答メッセージＢに通番を付与する。

テンポラリフラグ付与部３１３は、通番付与部３１２で通番が付与された要求メッセージＣもしくは応答メッセージＢが一時的な通信である場合に、その要求メッセージＣまたは応答メッセージＢにテンポラリフラグを付与する。

送信部３１４は、生成された要求メッセージＣもしくは応答メッセージＢを制御監視ＬＡＮ５００に送信する。

要求解析部３１５は、受信部３１６で取得された通信メッセージの内容を解析し、内容が要求メッセージＢの場合は要求処理部３１０にその通信メッセージを渡し、応答メッセージＣの場合は、受信処理部３１１にその通信メッセージを渡す。

受信部３１６は、制御監視ＬＡＮ５００から要求メッセージＢもしくは応答メッセージＣを受信する。

図７は、制御装置３００がＧＷ装置２００に送信する要求メッセージＣのフォーマットを示す図である。要求メッセージＣは、ヘッダ部と、ペイロードと、で構成される。

要求メッセージＣのヘッダ部には、要求先装置名５０１と、要求元装置名５０２と、通番５０３と、テンポラリフラグ５０４と、が含まれる。要求先装置名５０１は、要求メッセージＣの送信先のコンピュータ名である。要求元装置名５０２は、要求メッセージＣの送信元の装置名である。通番５０３は、要求メッセージＣの通番である。テンポラリフラグ５０４は、要求メッセージＣが一時的な通信であるかどうかを示すフラグである。

要求メッセージＣのペイロードには、要求内容５０５が含まれる。要求内容５０５は、要求元装置名５０２が要求先装置名５０１に要求する内容である。

図８は、制御装置３００がＧＷ装置２００に送信する応答メッセージＢのフォーマットを示す図である。応答メッセージＢは、ヘッダ部と、ペイロードと、で構成される。

応答メッセージＢのヘッダ部には、応答先装置名５１１と、応答元装置名５１２と、通番５１３と、テンポラリフラグ５１４と、が含まれている。

応答先装置名５１１は、応答メッセージＣの送信先の装置名である。応答元装置名５１２は、応答メッセージＣの送信元の装置名である。通番５１３は、応答メッセージＣの通番である。テンポラリフラグ５１４は、応答メッセージＣが一時的な通信であるかどうかを示すフラグである。

応答メッセージＣのペイロードには、応答内容５１５と、要求内容５１６と、が含まれている。

応答内容５１５は、応答元装置名５１２の装置が応答先装置名５１１の装置からの要求内容５１６に対して応答する内容である。要求内容５１６は、応答先装置名５１１の装置が応答元装置名５１２の装置に要求した処理の内容である。

図９はＧＷ装置２００の機能構成の例を示したブロック図である。図９に示すように、ＧＷ装置２００は、受信部２０１と、要求解析部２０２と、送信時刻付与部２０３と、要求値記録部２０４と、要求値ヒストリＤＢ（Ｄａｔａ Ｂａｓｅ）２０５と、要求値変動計算部２０６と、要求中継可否判定部２０７と、通番確認部２０８と、応答値記録部２０９と、応答値ヒストリＤＢ（Ｄａｔａ Ｂａｓｅ）２１０と、応答値変動計算部２１１と、通信経路評価部２１２と、応答中継可否判定部２１３と、要求生成部２１４と、送信部２１５と、で構成される。

受信部２０１は、ＬＡＮ４００からの要求メッセージＡもしくは応答メッセージＤ、ならびに、制御監視ＬＡＮ５００からの要求メッセージＣもしくは応答メッセージＢを受信する。

要求解析部２０２は、受信部２０１で取得した通信メッセージの内容を解析し、内容が要求メッセージＡもしくは要求メッセージＣの場合は送信時刻付与部２０３に通信メッセージを渡し、応答メッセージＢもしくは応答メッセージＤの場合は通番確認部２０８に通信メッセージを渡す。

送信時刻付与部２０３は、受信された通信メッセージが要求メッセージＡの場合、その通信メッセージに現在時刻を付与する。

要求値記録部２０４は、受信した通信メッセージが要求メッセージＡである場合に、要求元装置名４０２ごとに、ヒストリ番号２０５１および要求時刻２０５２および要求値２０５３の３つの組合せを、５回分まで記録する。また、その要求メッセージＡの内容とテンポラリフラグ４０４の値ごとに５回分まで記録してもよい。

要求が５回分を超えた場合は、最も古い記録を新しい記録で上書きする。なお、ここでは５回分まで記録することとしたが、必要に応じて記録する数を変更しても良い。

要求値変動計算部２０６は、受信した通信メッセージが要求メッセージＡの場合に、要求値ヒストリＤＢ２０５からヒストリ番号１〜５の値２０５３を取得し、時系列での要求の値の変動（前回と今回の差分）の平均値（差分平均値）を計算する。前回と今回の差分は、例えば制御における今回の制御量を意味するので、差分の値が大きいことは急激な制御が行われようとしていることを意味する。例えば、ヒストリ番号１〜５の各値が、１０、２０、５０、７０、９０であった場合、値の変動（前回と今回の差分）は１０、３０、２０、２０となり、値の変動の平均値は２０となる。なお、このとき、その要求メッセージＡの要求の内容とテンポラリフラグの値に対応した要求値２０５３を取得しても良い。

要求中継可否判定部２０７は、受信した通信メッセージが要求メッセージＡの場合に要求値変動計算部２０６で計算した結果の平均値と予め設定した閾値（差分平均閾値）を比較し、平均値が閾値を超えた場合は要求元の異常が考えられるため、要求の中継をしないと判定して要求メッセージＡを破棄し、平均値が閾値を超えなかった場合は要求の中継をすると判定して要求生成部２１４に通信メッセージを渡す。なお、このとき、要求中継可否判定部２０７は、応答メッセージＤの性能フラグが真であった場合も、その応答メッセージＤを破棄することにしてもよい。また、その閾値は、その要求メッセージＡの要求の内容とテンポラリフラグの値ごとに設定しても良い。

通番確認部２０８は、応答メッセージＢもしくは応答メッセージＤの通番を確認し、通番が連続していない場合、すなわち、パケット落ちがあった場合、通番抜けフラグの値を真にする。

応答値記録部２０９は、受信した通信メッセージが応答メッセージＤである場合に、応答元装置名４１２ごとに、例えば要求種別に対応付けて応答時刻２１０２および応答値２１０３を、過去の５回分まで記録する。応答が５回分を超えた場合は、最も古い記録を新しい記録で上書きする。なお、ここでは５回分まで記録することとしたが、必要に応じて記録する数を変更しても良い。また、その応答メッセージＤに対応する要求メッセージＡの内容とテンポラリフラグ４１５の値ごとに５回分まで記録してもよい。

応答値変動計算部２１１は、受信した通信メッセージが応答メッセージＤであった場合、応答値ヒストリＤＢ２１０からヒストリ番号１〜５の応答値２１０３を取得し、時系列での変動の平均値を計算する。例えば、取得した応答値がヒストリ番号１から順に１０、２０、５０、７０、９０となっていた場合は、値の変動（差分）が１０、３０、２０、２０となり、値の変動の平均値は２０となる。なお、このとき、その応答メッセージＤに対応する要求メッセージＡの要求の内容とテンポラリフラグの値に対応した応答値２１０３を取得しても良い。

通信経路評価部２１２は、応答メッセージＤを受信した場合、応答メッセージＤの送信時刻４１６と現在時刻（受信時刻）との差分を取り、その差分と予め決められた閾値（通信時間閾値）とを比較し、差分が閾値を超えた場合は通信経路の状態が不安定であると評価する。

応答中継可否判定部２１３は、受信した通信メッセージが応答メッセージＤの場合であって、かつ、通信経路評価部２１２で通信経路の状態が不安定であると評価された場合もしくは応答値変動計算部２１１で算出された平均値と予め設定した閾値を比較し平均値が閾値を超えた場合、応答の送出元の異常が考えられる。そのため、応答中継可否判定部２１３は、応答を中継しないと判定して応答メッセージＤを破棄する。また、通信経路の状態が不安定であると評価されず、かつ、応答値変動計算部２１１で算出された平均値が閾値を超えなかった場合、応答中継可否判定部２１３は、応答を中継すると判定して要求生成部２１４にメッセージを渡す。なお、このとき、応答中継可否判定部２１３は、要求メッセージＡの性能フラグが真であった場合も、その要求メッセージＡを破棄することにしてもよい。また、その閾値は、その応答メッセージに対応した要求メッセージＡの要求の内容とテンポラリフラグの値ごとに設定しても良い。

要求生成部２１４は、応答中継可否判定部２１３から受け取ったメッセージを元に、ＧＷ装置２００がコンピュータ１００に送信する要求メッセージＤもしくは応答メッセージＡ、ならびに、ＧＷ装置２００が制御装置３００に送信する要求メッセージＢもしくは応答メッセージＣを生成する。

送信部２１５は、要求生成部２１４で生成した要求メッセージＤもしくは応答メッセージＡ、ならびに要求メッセージＢもしくは応答メッセージＣを送信する。

図１０は要求値ヒストリＤＢ２０５の例を示した図である。図１０に示すように、要求値ヒストリＤＢ２０５は、ヒストリ番号２０５１と、要求時刻２０５２と、要求値２０５３と、で構成される。

ヒストリ番号２０５１は、連続した番号である。ここでは数字が１のものが最も新しい記録を表し、数字が大きくなるほど古い記録を表す。要求時刻２０５２は、要求値記録部２０４が要求メッセージＡを受け取った時刻を表す。値２０５３は、要求メッセージＡの要求内容４０５に含まれる値（要求値）を表す。なお、ヒストリ番号２０５１および要求時刻２０５２および要求値２０５３は、それぞれ一つずつを一組として管理する。

図１１は応答値ヒストリＤＢ２１０の例を示した図である。図１１に示すように、応答値ヒストリＤＢ２１０は、ヒストリ番号２１０１と、応答時刻２１０２と、応答値２１０３と、で構成される。

ヒストリ番号２１０１は、連続した番号である。ここでは、数字が１のものが最も新しい記録を表し、数字が大きくなるほど古い記録を表すものとする。応答時刻２１０２は、応答値記録部２０９が応答メッセージＤを受け取った時刻を表す。値２１０３は、応答メッセージＤの応答内容４１７に含まれる値（応答値）を表す。なお、ヒストリ番号２１０１および応答時刻２１０２および値２１０３は、それぞれ一つずつを一組として管理する。

図１２はＧＷ装置２００がコンピュータ１００に送信する要求メッセージＤのフォーマットを示す図である。要求メッセージＤは、ヘッダ部と、ペイロードと、で構成される。

要求メッセージＤのヘッダ部は、要求先装置名４２１と、要求元装置名４２２と、通番４２３と、テンポラリフラグ４２４と、で構成される。

要求先装置名４２１は、要求メッセージＤの要求先の装置名であり、要求メッセージＣの要求先装置名５０１と同一である。要求元装置名４２２は、要求メッセージＤの要求元の装置名であり、要求メッセージＣの要求元装置名５０２と同一である。通番４２３は、要求メッセージＤの通番であり、要求メッセージＣの通番５０３と同一である。テンポラリフラグ４２４は、要求メッセージＤが一時的な通信であるかどうかを示すフラグであり、要求メッセージＣのテンポラリフラグ５０４と同一である。

要求メッセージＤのペイロードは、要求内容４２５で構成される。

要求内容４２５は、要求元装置名４２２が要求先装置名４２１に要求する内容であり、要求メッセージＣの要求内容５０５と同一である。

図１３はＧＷ装置２００がコンピュータ１００に送信する応答メッセージＡのフォーマットを示す図である。応答メッセージＡは、ヘッダ部と、ペイロードと、で構成される。

応答メッセージＡのヘッダ部には、応答先装置名４３１と、応答元装置名４３２と、通番４３３と、テンポラリフラグ４２４と、が含まれている。

応答先装置名４３１は、応答メッセージＡの応答先の装置名であり、応答メッセージＢの応答先装置名５１１と同一である。応答元装置名４３２は、応答メッセージＢの応答元の装置名であり、応答メッセージＢの応答元装置名５１２と同一である。通番４３３は、応答メッセージＡの通番であり、応答メッセージＢの通番５１３と同一である。テンポラリフラグ４３４は、応答メッセージＡが一時的な通信であるかどうかを示すフラグであり、応答メッセージＢのテンポラリフラグ５１４と同一である。

応答メッセージＡのペイロードには、応答内容４３５と、要求内容４３６と、が含まれている。

応答内容４３５は、応答元装置名４３２が応答先装置名４３１に応答する内容であり、応答メッセージＢの応答内容５１５と同一である。要求内容４３６は、応答先装置名４３１が応答元装置名４３２に要求した内容であり、応答メッセージＢの要求内容５３７と同一である。

図１４はＧＷ装置２００が制御装置３００に送信する要求メッセージＢのフォーマットを示す図である。要求メッセージＢは、ヘッダ部と、ペイロードと、で構成される。

要求メッセージＢのヘッダ部には、要求先装置名５２１と、要求元装置名５２２と、通番５２３と、テンポラリフラグ５２４と、が含まれている。

要求先装置名５２１は、要求メッセージＢの要求先の装置名であり、要求メッセージＡの要求先装置名４０１と同一である。要求元装置名５２２は、要求メッセージＢの要求元の装置名であり、要求メッセージＡの要求元装置名４０２と同一である。通番５２３は、要求メッセージＢの通番であり、要求メッセージＡの通番４０３と同一である。テンポラリフラグ５２４は、要求メッセージＢが一時的な通信であるかどうかを示すフラグであり、要求メッセージＡのテンポラリフラグ４０４と同一である。

要求メッセージＢのペイロードには、要求内容５２５が含まれている。

要求内容５２５は、要求元装置名５２２が要求先装置名５２１に要求する内容であり、要求メッセージＡの要求内容４０５と同一である。

図１５はＧＷ装置２００が制御装置３００に送信する応答メッセージＣのフォーマットを示す図である。応答メッセージＣは、ヘッダ部と、ペイロードと、で構成される。

応答メッセージＣのヘッダ部には、応答先装置名５３１と、応答元装置名５３２と、通番５３３と、性能フラグ５３４と、テンポラリフラグ５３５と、が含まれている。

応答先装置名５３１は、応答メッセージＣの応答先の装置名であり、応答メッセージＤの応答先装置名４１１と同一である。応答元装置名５３２は、応答メッセージＣの応答元の装置名であり、応答メッセージＤの応答元装置名４１２と同一である。通番５３３は、応答メッセージＣの通番であり、応答メッセージＤの通番４１３と同一である。性能フラグ５３４は、応答元装置名５３２が要求内容５３７を処理した際に高負荷状態であったかどうかを示すフラグであり、応答メッセージＤの性能フラグ４１４と同一である。テンポラリフラグ５３５は、応答メッセージＣが一時的な通信であるかどうかを示すフラグであり、応答メッセージＤのテンポラリフラグ４１５と同一である。

応答メッセージＣのペイロードには、応答内容５３６と、要求内容５３７と、が含まれている。

応答内容５３６は、応答元装置名５３２が応答先装置名５３１に応答する内容であり、応答メッセージＢの応答内容４１７と同一である。要求内容５３７は、応答先装置名５３１が応答元装置名５３２に要求した内容であり、応答メッセージＤの要求内容４１８と同一である。

上述した本発明の実施形態は、本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をそれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。当業者は、本発明の要旨を逸脱することなしに、他の様々な態様で本発明を実施することができる。

１…通信ネットワークシステム、１０…情報系システム、１００…コンピュータ、１０１…受付部、１０２…要求生成部、１０３…性能測定部、１０４…通番付与部、１０５…テンポラリフラグ付与部、１０６…送信部、１０７…要求処理部、１０８…外部ＩＦ部、１０９…受信処理部、１１０…要求解析部、１１１…受信部、２０…制御系システム、２００…ＧＷ装置、２００…装置、２０１…受信部、２０２…要求解析部、２０３…送信時刻付与部、２０４…要求値記録部、２０５…要求値ヒストリＤＢ、２０５１…ヒストリ番号、２０５２…要求時刻、２０５３…要求値、２０６…要求値変動計算部、２０７…要求中継可否判定部、２０８…通番確認部、２０９…応答値記録部、２１０…応答値ヒストリＤＢ、２１０１…ヒストリ番号、２１０２…応答時刻、２１０３…応答値、２１１…応答値変動計算部、２１２…通信経路評価部、２１３…応答中継可否判定部、２１４…要求生成部、２１５…送信部、３００…制御装置、３０５…プロセス入力処理部、３０６…制御監視演算部、３０７…プロセス出力処理部、３０８…要求生成部、３１０…要求処理部、３１１…受信処理部、３１２…通番付与部、３１３…テンポラリフラグ付与部、３１４…送信部、３１５…要求解析部、３１６…受信部、４００…ＬＡＮ、４０１…要求先装置名、４０２…要求元装置名、４０３…通番、４０４…テンポラリフラグ、４０５…要求内容、４１１…応答先装置名、４１２…応答元装置名、４１３…通番、４１４…性能フラグ、４１５…テンポラリフラグ、４１６…送信時刻、４１７…応答内容、４１８…要求内容、４２１…要求先装置名、４２２…要求元装置名、４２３…通番、４２４…テンポラリフラグ、４２５…要求内容、４３１…応答先装置名、４３２…応答元装置名、４３３…通番、４３４…テンポラリフラグ、４３５…応答内容、４３６…要求内容、５０…制御監視ＬＡＮ、５００…制御監視ＬＡＮ、５０１…要求先装置名、５０２…要求元装置名、５０３…通番、５０４…テンポラリフラグ、５０５…要求内容、５１１…応答先装置名、５１２…応答元装置名、５１３…通番、５１４…テンポラリフラグ、５１５…応答内容、５１６…要求内容、５２１…要求先装置名、５２２…要求元装置名、５２３…通番、５２４…テンポラリフラグ、５２５…要求内容、５３１…応答先装置名、５３２…応答元装置名、５３３…通番、５３４…性能フラグ、５３５…テンポラリフラグ、５３６…応答内容、５３７…要求内容

Claims (9)

1. 制御対象の制御および監視の少なくとも一方を実行する制御装置と、前記制御または前記監視に関わる処理を実行するコンピュータと、前記制御装置と前記コンピュータの間で通信メッセージを中継するゲートウェイ装置と、を有し、前記ゲートウェイ装置は、前記コンピュータから第１の通信メッセージを受信したとき、前記第１の通信メッセージに関する所定の状態指標を取得し、当該状態指標に基づき、所定の実行条件が満たされているか否か判定し、前記実行条件が満たされていれば、受信した前記第１の通信メッセージに基づく第２の通信メッセージを前記制御装置に送信し、前記実行条件が満たされていなければ前記第２の通信メッセージを前記制御装置に送信しない、制御システムにおいて、
   前記ゲートウェイ装置は、状態指標の前回と今回の差分の過去所定個分の平均値である差分平均値についての閾値である差分平均閾値を予め設定しておき、前記コンピュータからの前記第１の通信メッセージを受信したとき、前記状態指標を取得してヒストリデータベースに記録するとともに、当該ヒストリデータベースに記録されている情報を利用して当該状態指標について差分平均値を算出し、当該差分平均値が前記差分平均閾値を超えていなければ、前記実行条件が満たされていると判定する、制御システム。
2. 制御対象の制御および監視の少なくとも一方を実行する制御装置と、前記制御または前記監視に関わる処理を実行するコンピュータと、前記制御装置と前記コンピュータの間で通信メッセージを中継するゲートウェイ装置と、を有し、前記ゲートウェイ装置は、前記コンピュータから第１の通信メッセージを受信したとき、前記第１の通信メッセージに関する所定の状態指標を取得し、当該状態指標に基づき、所定の実行条件が満たされているか否か判定し、前記実行条件が満たされていれば、受信した前記第１の通信メッセージに基づく第２の通信メッセージを前記制御装置に送信し、前記実行条件が満たされていなければ前記第２の通信メッセージを前記制御装置に送信しない、制御システムにおいて、
   前記ゲートウェイ装置は、前記コンピュータに第３の通信メッセージを送信してから、当該第３の通信メッセージに対応する応答の通信メッセージである第１の通信メッセージを前記コンピュータから受信するまでの時間である通信時間を前記状態指標として測定し、前記通信時間が所定の通信時間閾値を超えていなければ、前記実行条件が満たされていると判定し、前記通信時間が前記通信時間閾値を超えていれば、前記実行条件が満たされていると判定する、制御システム。
3. 前記制御装置が除外フラグを付加して第４の通信メッセージを前記ゲートウェイ装置に送信し、前記ゲートウェイ装置が前記除外フラグを検出した場合、前記ゲートウェイ装置は、前記第４の通信メッセージに基づく前記第３の通信メッセージの送信から前記第１の通信メッセージの受信までの前記通信時間が前記通信時間閾値を超えたか否かに関わらず、前記第２の通信メッセージを前記制御装置に送信する、請求項２に記載の制御システム。
4. 制御対象の制御および監視の少なくとも一方を実行する制御装置と、前記制御または前記監視に関わる処理を実行するコンピュータと、前記制御装置と前記コンピュータの間で通信メッセージを中継するゲートウェイ装置と、を有し、前記ゲートウェイ装置は、前記コンピュータから第１の通信メッセージを受信したとき、前記第１の通信メッセージに関する所定の状態指標を取得し、当該状態指標に基づき、所定の実行条件が満たされているか否か判定し、前記実行条件が満たされていれば、受信した前記第１の通信メッセージに基づく第２の通信メッセージを前記制御装置に送信し、前記実行条件が満たされていなければ前記第２の通信メッセージを前記制御装置に送信しない、制御システムにおいて、
   前記コンピュータは、前記第１の通信メッセージを生成するとき自装置にかかっている処理負荷量を測定し、当該処理負荷量が所定の処理負荷閾値を超えていれば、前記第１の通信メッセージに前記状態指標として性能フラグを付加して前記ゲートウェイ装置に送信し、
   前記ゲートウェイ装置は、前記第１の通信メッセージを受信したとき、前記性能フラグを検出すると、前記実行条件が満たされていないと判定する、
   制御システム。
5. 前記処理負荷量はＣＰＵ使用率であり、
   前記処理負荷閾値はＣＰＵ使用率についての閾値であるＣＰＵ使用率閾値である、
   請求項４に記載の制御システム。
6. 制御対象の制御または監視の少なくとも一方を実行する制御装置と、前記制御または前記監視に関わる処理を実行するコンピュータと、前記制御装置と前記コンピュータの間で通信メッセージを中継するゲートウェイ装置と、を有する制御システムに用いられるゲートウェイ装置であって、
   前記コンピュータから第１の通信メッセージを受信したとき、前記第１の通信メッセージに関する所定の状態指標を取得する受信・取得部と、
   当該状態指標に基づき、所定の実行条件が満たされているか否か判定する評価・判定部と、
   前記実行条件が満たされていれば、受信した前記第１の通信メッセージに基づく第２の通信メッセージを前記制御装置に送信し、前記実行条件が満たされていなければ前記第２の通信メッセージを前記制御装置に送信しない生成・送信部と、
   を有し、
   前記評価・判定部は、状態指標の前回と今回の差分の過去所定個分の平均値である差分平均値についての閾値である差分平均閾値を予め設定しておき、前記コンピュータからの前記第１の通信メッセージを受信したとき、前記状態指標を取得してヒストリデータベースに記録するとともに、当該ヒストリデータベースに記録されている情報を利用して当該状態指標について差分平均値を算出し、当該差分平均値が前記差分平均閾値を超えていなければ、前記実行条件が満たされていると判定する、ゲートウェイ装置。
7. 制御対象の制御または監視の少なくとも一方を実行する制御装置と、前記制御または前記監視に関わる処理を実行するコンピュータと、前記制御装置と前記コンピュータの間で通信メッセージを中継するゲートウェイ装置と、を有する制御システムに用いられるゲートウェイ装置であって、
   前記コンピュータから第１の通信メッセージを受信したとき、前記第１の通信メッセージに関する所定の状態指標を取得する受信・取得部と、
   当該状態指標に基づき、所定の実行条件が満たされているか否か判定する評価・判定部と、
   前記実行条件が満たされていれば、受信した前記第１の通信メッセージに基づく第２の通信メッセージを前記制御装置に送信し、前記実行条件が満たされていなければ前記第２の通信メッセージを前記制御装置に送信しない生成・送信部と、
   を有し、
   前記評価・判定部は、第３の通信メッセージが前記コンピュータに送信されてから、当該第３の通信メッセージに対応する応答の通信メッセージである第１の通信メッセージが前記コンピュータから受信されるまでの時間である通信時間を前記状態指標として測定し、前記通信時間が所定の通信時間閾値を超えていなければ、前記実行条件が満たされていると判定し、前記通信時間が前記通信時間閾値を超えていれば、前記実行条件が満たされていないと判定する、ゲートウェイ装置。
8. 制御対象の制御および監視の少なくとも一方を実行する制御装置と、前記制御または前記監視に関わる処理を実行するコンピュータと、前記制御装置と前記コンピュータの間で通信メッセージを中継するゲートウェイ装置と、を有する制御システムの制御方法であって、
   前記ゲートウェイ装置において、
   前記コンピュータから第１の通信メッセージを受信したとき、前記第１の通信メッセージに関する所定の状態指標を取得し、
   当該状態指標に基づき、所定の実行条件が満たされているか否か判定し、
   前記実行条件が満たされていれば、受信した前記第１の通信メッセージに基づく第２の通信メッセージを前記制御装置に送信し、
   前記実行条件が満たされていなければ前記第２の通信メッセージを前記制御装置に送信しない、
   制御方法において、
   前記ゲートウェイ装置は、状態指標の前回と今回の差分の過去所定個分の平均値である差分平均値についての閾値である差分平均閾値を予め設定しておき、前記コンピュータからの前記第１の通信メッセージを受信したとき、前記状態指標を取得してヒストリデータベースに記録するとともに、当該ヒストリデータベースに記録されている情報を利用して当該状態指標について差分平均値を算出し、当該差分平均値が前記差分平均閾値を超えていなければ、前記実行条件が満たされていると判定する、制御方法。
9. 制御対象の制御および監視の少なくとも一方を実行する制御装置と、前記制御または前記監視に関わる処理を実行するコンピュータと、前記制御装置と前記コンピュータの間で通信メッセージを中継するゲートウェイ装置と、を有する制御システムの制御方法であって、
   前記ゲートウェイ装置において、
   前記コンピュータから第１の通信メッセージを受信したとき、前記第１の通信メッセージに関する所定の状態指標を取得し、
   当該状態指標に基づき、所定の実行条件が満たされているか否か判定し、
   前記実行条件が満たされていれば、受信した前記第１の通信メッセージに基づく第２の通信メッセージを前記制御装置に送信し、
   前記実行条件が満たされていなければ前記第２の通信メッセージを前記制御装置に送信しない、
   制御方法において、
   前記ゲートウェイ装置は、前記コンピュータに第３の通信メッセージを送信してから、当該第３の通信メッセージに対応する応答の通信メッセージである第１の通信メッセージを前記コンピュータから受信するまでの時間である通信時間を前記状態指標として測定し、前記通信時間が所定の通信時間閾値を超えていなければ、前記実行条件が満たされていると判定し、前記通信時間が前記通信時間閾値を超えていれば、前記実行条件が満たされていると判定する、制御方法。

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