JP6552587B2 - 通信制御装置およびscadaシステム - Google Patents

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本発明は、通信制御装置およびこの通信制御装置を含むSCADAシステムに関するものである。
自動車工場などの生産設備においては、設備内の多数の機器の動作を管理するために、SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition)システムが用いられることがある。このSCADAシステムにおいては、各機器の動作を監視・制御するために、PLC(プログラマブルロジックコントローラ)やRTU(リモートターミナルユニット)といった装置が設備内に分散配置されており、これら分散配置された装置(以下PLCとする)が監視・制御している各機器の動作データは設備の運用者が操作する管理装置(上位装置)へ送信される。管理装置においては各PLCから送られたデータを(監視画面に表示するなどして)確認できるとともに、必要に応じて各PLCに対し緊急停止などの動作指示を行うことが可能である。
こうしたSCADAシステムにおいては設備の運用変更に伴いPLCの追加・変更が行われることがある。追加・変更後のPLCが既存のPLCと異なる仕様のものである場合には、SCADAシステム内での通信を制御するための制御方法を大きく変更しなければならない。特許文献1には、こうしたPLCの追加・変更に対して容易に対応することのできる通信制御装置が開示されている。
特開2008−250473号公報
しかしながら、生産設備の運用変更が行われる際には、PLCが追加・変更されるだけではなく、PLCへとアクセスする側の装置が追加・変更される場合もある。例えば既存の管理装置とは別に、各PLCのデータを収集・閲覧するためのデータ収集装置が追加されることがある。特許文献1に開示されている通信制御装置によってPLCの追加・変更が容易になっていても、新しく追加されるデータ収集装置に対して各PLCが通信を行えるようにするためには、多数のPLCのそれぞれについてデータ収集装置に対する通信を行うための設定変更を行う必要があり、その作業には多大な手間と時間がかかってしまう上、設定変更によってPLCの動作が以前と変化し、正常に動作しなくなるリスクもある。また、PLCとは別に、PLCが監視している各機器の動作に異常が発生したときにその異常発生を報知するための警報器などの外部機器を追加しようとすれば、この場合も各PLCが外部機器との通信を行うための設定変更を行う必要が生じてしまう。さらに、この追加されるデータ収集装置や外部機器の仕様(通信プロトコルやデータ様式など)が既存の管理装置とは異なっている場合、管理装置に対する通信とは異なる仕様の通信を行うための設定変更を行う必要が生じるので、容易にシステムの更新を行うことはできない。
そこで本発明は、SCADAシステムにおける既存のPLCや管理装置の設定変更を行わずとも、データ収集装置などの追加装置を容易に設けることが可能な通信制御装置およびSCADAシステムを提供することを課題とする。
上記課題を解決するため、本発明に係る通信制御装置の実施形態の一例によれば、分散して配置された複数の機器の動作をそれぞれ監視および制御する複数の分散監視装置と、前記分散監視装置と通信を行い前記分散監視装置への動作指示を行うことが可能な管理装置と、を含むSCADAシステムに用いられる通信制御装置であって、前記通信制御装置は、通信読取部と、監視データ記憶部と、収集用データ記憶部と、データ収集制御部と、を備えるとともに、前記分散監視装置からデータを収集するデータ収集装置との通信を行い、前記通信読取部は、前記分散監視装置と前記管理装置との間で第1の通信プロトコルに則って送受信される通信内容を読み取り、前記監視データ記憶部は、前記通信読取部が読み取った通信内容から、前記分散監視装置が前記管理装置からの読出要求に応えて出力する応答データを取り出して監視データとして記憶し、前記収集用データ記憶部は、前記監視データ記憶部から前記監視データを受信し、前記監視データを前記データ収集装置に収集させるための収集用データの一部として記憶し、前記データ収集制御部は、前記データ収集装置に対する通信を第2の通信プロトコルに則って制御し、前記データ収集装置からのデータ収集要求に応えて、前記収集用データのうち前記データ収集要求に対応するデータを、前記第2の通信プロトコルに則って、前記分散監視装置からの応答データとして前記データ収集装置へ出力することを特徴とする。
また好ましくは、前記通信制御装置は、前記データ収集要求に対応するデータが前記監視データに含まれていない場合に、前記データ収集要求に対応するデータを読み出すための不足データ要求を、前記第1の通信プロトコルに則って前記分散監視装置へ送信し、前記不足データ要求に応えて前記分散監視装置から出力される応答データを、前記収集用データ記憶部に前記収集用データの一部として記憶するとともに、前記第2の通信プロトコルに則って前記分散監視装置からの応答データとして前記データ収集装置へ出力するとよい。
また好ましくは、前記通信制御装置は、前記監視データおよび前記収集用データに基づいて外部装置制御指令を生成し、前記外部装置制御指令によって、前記分散監視装置および前記管理装置とは異なる外部装置を制御することが可能であるとよい。
また本発明に係るSCADAシステムの実施形態の一例によれば、分散して配置された複数の機器の動作をそれぞれ監視および制御する複数の分散監視装置と、前記分散監視装置と通信を行い前記分散監視装置への動作指示を行うことが可能な管理装置と、を含むSCADAシステムにおいて、前記監視装置からデータを収集するデータ収集装置と、前記データ収集装置との通信を行う通信制御装置と、が設けられており、前記通信制御装置は、前記分散監視装置と前記管理装置との間で第1の通信プロトコルに則って送受信される通信内容を読み取り、その通信内容から、前記分散監視装置が前記管理装置からの読出要求に応えて出力する応答データを取り出して監視データとして記憶し、その監視データを前記データ収集装置に収集させるための収集用データの一部として記憶し、前記通信制御装置と前記データ収集装置との間の通信は、第2の通信プロトコルに則って制御され、前記通信制御装置は、前記データ収集装置からのデータ収集要求に応えて、前記収集用データのうち前記データ収集要求に対応するデータを、前記第2の通信プロトコルに則って、前記分散監視装置からの応答データとして前記データ収集装置へ出力することを特徴とする。
本発明によれば、データ収集装置へのデータの出力は通信制御装置が行い、分散監視装置(PLCなど)および管理装置がデータ収集装置と直接通信を行うことはないため、データ収集装置と通信を行うための設定変更を分散監視装置および管理装置に対して行う必要がない。また、通信制御装置が、分散監視装置と管理装置との間で第1の通信プロトコルによって行われる通信の内容を読み取り、そこから得られたデータをデータ収集装置に対して第2の通信プロトコルで出力するため、データ収集装置が使用する第2の通信プロトコルが、分散監視装置と管理装置との間で使用される第1の通信プロトコルと異なっていても、分散監視装置および管理装置に何ら変更を行うことなく、データ収集装置によるデータ収集を行うことができる。また分散監視装置および管理装置の設定を変更する必要がないため、既存の設備において分散監視装置および管理装置が正常に動作しているならば、そこにデータ収集装置および通信制御装置を追加しても、分散監視装置および管理装置の動作は既存の動作から変化せず、正常に動作しなくなるおそれもない。
また通信制御装置からデータ収集装置に対して出力されるデータは、分散監視装置からの応答データとして出力されるので、データ収集装置からは分散監視装置と直接通信しているように見え、データ収集装置の側でも通信制御装置に対して通信を行うことを意識した設定を行う必要がない。
また分散監視装置と管理装置との間での通信内容から得られる監視データの中にデータ収集装置が要求するデータが含まれていない場合には、通信制御装置が分散監視装置に対して不足データ要求を送信するが、この不足データ要求は管理装置からの読出要求として第1の通信プロトコルに則って送信されるため、分散監視装置は管理装置からの読出要求に応えるのと同じ処理で不足データ要求に応えることができ、分散監視装置がデータ収集装置からのデータ収集要求に直接応えられるように設定されていなくとも、通信制御装置はデータ収集装置が要求するデータの収集を行うことができる。
また通信制御装置が分散監視装置および前記管理装置とは異なる外部装置を制御できるようになっていれば、SCADAシステムに外部装置が追加された場合に、分散監視装置および管理装置の設定を外部装置と通信できるように変更せずともよい。また外部装置制御指令が監視データおよび収集用データに基づいて生成されるようになっていれば、分散監視装置および管理装置が外部装置と直接には通信せずとも、外部装置の制御が分散監視装置および管理装置の状態に基づいて行われる。
本発明に係るSCADAシステムの実施形態の一例における構成を概略的に示す図。 同実施形態においてデータ収集装置からのデータ収集要求に対して通信制御装置が応答する際の通信を説明する図。 同実施形態において監視データに含まれていないデータをデータ収集装置が要求した場合に通信制御装置が行う通信を説明する図。 SCADAシステムに外部機器が追加された場合に通信制御装置が行う通信を説明する図。
図1に、本発明に係るSCADAシステムの実施形態の一例について、その構成を概略的に示す。図1に示すように、SCADAシステム10には複数の機器16aが含まれており、これらの機器16aの動作をそれぞれ監視および制御する複数のPLC(分散監視装置の一例)16が設けられている。SCADAシステム10には管理装置14が設けられており、この管理装置14は各PLC16と通信を行うようになっている。図1には図示しないが、管理装置14においてはPLC16が監視および制御している各機器16aの動作データをグラフや数値で示すなどして作業者が理解できる形でモニタに表示するHMI(ヒューマンマシンインタフェース)が設けられている。またHMIにはタッチパネルやスイッチなどの作業者からの操作を受け付ける入力装置も含まれており、必要に応じて作業者がPLC16へ緊急停止などの動作指示を行うことが可能になっている。
図1においては、管理装置14とPLC16との間の通信を通信制御装置12が中継するようになっている。この通信制御装置12は、通信中継部20、通信読取部22、監視データ記憶部24、収集用データ記憶部26、データ収集制御部28を備えている。また通信制御装置は、管理装置14ともPLC16とも異なるデータ収集装置30との通信も行う。通信中継部20は、管理装置14とPLC16との間で送受信されるデータを中継する機能を有しており、管理装置14から送信されるデータとPLC16から送信されるデータをどちらも受信可能であるが、それらのデータを宛先へとそのまま送信し、データの内容に変更を加えることはない。
通信読取部22は通信中継部20に接続しており、通信中継部20が受信しているデータ、すなわち管理装置14から送信されるデータとPLC16から送信されるデータを読み取る。通信読取部22は管理装置14とPLC16との間の通信に用いられる第1の通信プロトコルに則った通信内容を読み取る機能を有している。
監視データ記憶部24は、通信読取部22が読み取った通信内容をさらに詳しく分析する機能を有しており、管理装置14からPLC16に対してどのような種類のデータを出力するように要求(読出要求)したか、その読出要求に応えてPLC16がどのようなデータ(応答データ)を返したか、を調べて、その応答データを監視データとして記憶することができる。
収集用データ記憶部26は、データ収集装置30からのデータ収集要求に応えて自身が記憶している収集用データをデータ収集装置30へ送信する機能を有している。このデータ収集装置30は監視データ記憶部24が記憶した監視データを受信することができ、その監視データを収集用データに含める形で記憶する(監視データを収集用データの一部として記憶する)。
通信制御装置12のうち、データ収集装置30と直接に通信を行うのはデータ収集制御部28であり、このデータ収集制御部28とデータ収集装置30との間の通信は第2の通信プロトコルに則って行われる。第2の通信プロトコルは前述の第1の通信プロトコルと同じものであってもよいが、ここでは異なるプロトコルであるものとする。PLC16からの応答データは第1の通信プロトコルに則って送信されたものであるので、そのままではデータ収集装置30が応答データを読み取ることができない。そこで、データ収集制御部28は、第1の通信プロトコルと第2の通信プロトコルの両方に対応した通信が可能であり、第1の通信プロトコルによる通信と第2の通信プロトコルによる通信とを相互に変換可能である。
データ収集装置30は、自身がどのPLC16からどのような種類のデータを収集しようとしているか、を示すデータ収集要求をデータ収集制御部28へ出力する。データ収集要求を受信したデータ収集制御部28は、そのデータ収集要求と収集用データ記憶部26に記憶されている収集用データとを照らし合わせ、収集用データのうちデータ収集用要求に対応するデータ(データ収集装置30が収集しようとしているデータ)を割り出して、割り出されたデータをデータ収集装置30へ出力する。このとき、データ収集制御部28は、第2の通信プロトコルに則ってデータ収集装置30へデータの出力を行うとともに、そのデータはデータ収集要求に示されていたPLC16からの応答データであるものとしてデータ収集装置30へと出力する。つまり、データ収集制御部28は、データ収集装置30がデータを収集しようとした対象のPLC16から直に応答データが返ってきたものとして、データ収集装置30へデータを出力する。
図2に、データ収集装置30のデータ収集要求に対する通信制御装置12の応答の様子を示す。予め、データ収集装置30にはデータ収集制御部28から、通信可能なPLC16の一覧(PLC名リスト)と、各PLC16から得ることが可能なデータ種類の一覧(データ名リスト)が通知されている。図2に示すデータ収集要求は、それ自体が要求の送信元、宛先、要求内容を要素として含む一種のデータであり、データ収集装置30は、データ収集要求の送信元として「データ収集装置30」を設定し、宛先としてデータを得ようとする対象の「PLC名:A」を設定し、要求内容として収集しようとする「データ名:X」を設定して、データ収集制御部28へ送信する。
データ収集要求を受信したデータ収集制御部28は、収集用データ記憶部26が記憶している収集用データ26Dの中から「PLC名:A」かつ「データ名:X」に対応するデータを割り出す。図2においては「PLC名:A」かつ「データ名:X」に対応するデータは「X=AXX」である。データ収集要求に対応するデータが割り出されたら、データ収集制御部28は、データ収集装置30へ出力する応答データ28Dとして、宛先を「データ収集装置30」、データ内容を「X=AXX」と設定するとともに、送信元を「PLC名:A」と設定する。この応答データ28Dを受信したデータ収集装置30は、送信元が「PLC名:A」であることから、「A」の名称を持つPLC16から応答データ28Dが返信されてきたものと解釈する。こうしたデータ収集制御部28とデータ収集装置30との間の通信は第2の通信プロトコルを用いて行われる。これにより、データ収集装置30が第1の通信プロトコルに対応しておらず、PLC16が第2の通信プロトコルに対応していなくとも、データ収集装置30から見ればPLC16と通信してデータ収集要求に対応するデータを受信したかのように処理される。
ところで、収集用データ記憶部26は監視データ記憶部24が記憶している監視データを受信しており、この監視データは通信読取部22が読み取った管理装置14とPLC16との間の通信内容から取り出されたものであるので、管理装置14とPLC16との間でやり取りされたデータについては収集用データ記憶部26に記憶されている。しかし、管理装置14とPLC16との間でやり取りされたもの以外のデータ、つまり監視データに含まれていないデータを、データ収集装置30が要求した場合には、そのデータ収集要求に対応するデータが収集用データ記憶部26に記憶されていない。そこで、必要なデータ(不足データ)をPLC16から受信する必要が生じる。
図3に、監視データに含まれていないデータをデータ収集装置30が要求した場合に行われる通信の様子を示す。データ収集装置30が送信したデータ収集要求の各要素が、送信元は「データ収集装置30」、宛先は「PLC名:A」、要求内容は「データ名:Y」と設定されているとする。データ収集制御部28は、初期状態では監視データをそのまま反映したものである収集用データ26Dの中から「PLC名:A」かつ「データ名:Y」に対応するデータを割り出そうとする。しかし、管理装置14が「A」の名称を持つPLC16から「データ名:Y」に対応するデータを読み出そうとしたことがなければ、それに対応するデータは空データ、つまり図3に示すように「Y:EMPTY」となっている。
そこで通信制御装置12は、「A」の名称を持つPLC16から「データ名:Y」に対応するデータを入手するため、送信元を「通信制御装置12」、宛先を「PLC名:A」、要求内容を「データ名:Y」と設定した不足データ要求を、第1の通信プロトコルを用いてPLC16へ送信する。複数のPLC16のうち、「A」の名称を持つPLC16は、宛先が「PLC名:A」となっている不足データ要求を受信すると、その不足データ要求に応えて、「データ名:Y」に対応するデータ、ここでは「Y=AYY」を含む応答データを通信制御装置12へ出力する。
不足データ要求に応えて「A」の名称を持つPLC16が出力した応答データを受信した通信制御装置12は、「Y=AYY」のデータを収集用データ26Dの一部として収集用データ記憶部26に記憶させるとともに、データ収集装置30へ出力する応答データ28Dとして、宛先を「データ収集装置30」、データ内容を「Y=AYY」と設定するとともに、送信元を「PLC名:A」と設定し、この応答データ28Dを第2の通信プロトコルを用いてデータ収集装置30へ送信する。
このようにすれば、PLC16にはデータの宛先として「データ収集装置30」が通知されておらず、データ収集装置30と通信を行うために必要な第2の通信プロトコルをPLC16自身が使用できなくとも、データ収集装置30から見ればPLC16から直接にデータ収集要求に対応するデータを受信したかのように処理される。
次に、図4を用いて、SCADAシステム10に外部機器として警報器40が追加された場合の通信の様子を説明する。警報器40は、いずれかのPLC16の動作が異常な場合にその異常発生を視覚的に作業者へ報知するための機器である。ここでは例として、すべてのPLC16の動作が正常ならば緑色に発光し、PLC16のいずれか1つでも動作が異常であれば赤色に発光する警光灯として警報器40を使用するものとする。
通信制御装置12は、警報器40と通信可能に接続されるとともに、管理装置14からの読出要求が発生するたびに更新される監視データ記憶部24の監視データと、データ収集装置30からのデータ収集要求が発生するたびに更新される収集用データ記憶部26の収集用データを調べ、これらのデータに異常が発生していないかどうかを常に確認する。例えば管理装置14が定期的に各PLC16から異常発生の有無を示すデータの読出要求を行い、その読出要求に応えてPLC16がいずれも「正常動作」(異常が発生していない)を示すデータを出力しているならば、通信制御装置12は警報器40を緑色に発光させる外部装置制御指令を警報器40へ出力する。そして、いずれかのPLC16が「異常発生」を示すデータを出力したならば、通信制御装置12は警報器40を赤色に発光させる外部装置制御指令を警報器40へ出力する。これにより、すべてのPLC16の動作が正常ならば、警報器40は緑色に発光し、PLC16のいずれか1つでも異常が発生していれば、警報器は赤色に発光する。このようにして、管理装置14やPLC16が警報器40と直接通信していなくとも、PLC16の状態に応じて警報器40が制御される。
以上に説明した実施形態におけるSCADAシステム10によれば、管理装置14ともPLC16とも異なるデータ収集装置30や警報器40がSCADAシステムに追加された場合に、管理装置14およびPLC16の設定変更を行わずとも、データ収集装置30や警報器40が管理装置14およびPLC16の状態に基づく動作を行うことができるので、手間をかけることなくSCADAシステムに追加機器を設けることができる。
なお上記の実施形態においては通信制御装置12の一部として管理装置14とPLC16との間の通信を中継する通信中継部20が設けられているものとして説明したが、この通信中継部20と通信制御装置12は別体のものであってもよい。例えば、Ethernet通信を用いた既存のSCADAシステムにおいて管理装置とPLCとの通信を中継するハブが設けられているならば、このハブに通信読取部、監視データ記憶部、収集用データ記憶部、データ収集制御部を備えた通信制御装置を接続し、データ収集装置や警報器などの追加機器はこの通信制御装置を介してSCADAシステムと接続するようにすれば、既存のSCADAシステムのハブに通信制御装置および追加機器を接続するだけでよい。ハブが既存機器間の通信内容の読み取りを追加機器に対して許可しないものであったとしても、ハブを交換するだけで済み、管理装置やPLCの設定を変更する必要がない。
10 SCADAシステム
12 通信制御装置
14 管理装置
16 PLC
20 通信中継部
22 通信読取部
24 監視データ記憶部
26 収集用データ記憶部
28 データ収集制御部
30 データ収集装置
40 警報器

Claims (3)

  1. 分散して配置された複数の機器の動作をそれぞれ監視および制御する複数の分散監視装置と、前記分散監視装置と通信を行い前記分散監視装置への動作指示を行うことが可能な管理装置と、を含むSCADAシステムに用いられる通信制御装置であって、
    前記通信制御装置は、通信読取部と、監視データ記憶部と、収集用データ記憶部と、データ収集制御部と、を備えるとともに、前記分散監視装置からデータを収集するデータ収集装置との通信を行い、
    前記通信読取部は、前記分散監視装置と前記管理装置との間で第1の通信プロトコルに則って送受信される通信内容を読み取り、
    前記監視データ記憶部は、前記通信読取部が読み取った通信内容から、前記分散監視装置が前記管理装置からの読出要求に応えて出力する応答データを取り出して監視データとして記憶し、
    前記収集用データ記憶部は、前記監視データ記憶部から前記監視データを受信し、前記監視データを前記データ収集装置に収集させるための収集用データの一部として記憶し、
    前記データ収集制御部は、前記データ収集装置に対する通信を第2の通信プロトコルに則って制御し、前記データ収集装置からのデータ収集要求に応えて、前記データ収集要求と前記収集用データ記憶部に記憶されている収集用データとを照らし合わせ、前記収集用データのうち前記データ収集要求に対応するデータを割り出して、その割り出されたデータを、前記第2の通信プロトコルに則って、前記分散監視装置からの応答データとして前記データ収集装置へ出力し、
    前記通信制御装置は、前記データ収集制御部が前記データ収集要求と前記収集用データとを照らし合わせた際に前記収集用データのうち前記データ収集要求に対応するデータが空データであった場合に、前記データ収集要求に対応するデータを読み出すための不足データ要求を、前記第1の通信プロトコルに則って前記分散監視装置へ送信し、
    前記不足データ要求に応えて前記分散監視装置から出力される応答データを、前記収集用データ記憶部に前記収集用データの一部として記憶するとともに、前記第2の通信プロトコルに則って、前記分散監視装置からの応答データとして前記データ収集装置へ出力すること
    を特徴とする通信制御装置。
  2. 前記通信制御装置は、前記監視データおよび前記収集用データに基づいて外部装置制御指令を生成し、前記外部装置制御指令によって、前記分散監視装置および前記管理装置とは異なる外部装置を制御することが可能であること
    を特徴とする請求項1に記載の通信制御装置。
  3. 分散して配置された複数の機器の動作をそれぞれ監視および制御する複数の分散監視装置と、前記分散監視装置と通信を行い前記分散監視装置への動作指示を行うことが可能な管理装置と、を含むSCADAシステムにおいて、
    前記監視装置からデータを収集するデータ収集装置と、前記データ収集装置との通信を行う通信制御装置と、が設けられており、
    前記通信制御装置は、前記分散監視装置と前記管理装置との間で第1の通信プロトコルに則って送受信される通信内容を読み取り、その通信内容から、前記分散監視装置が前記管理装置からの読出要求に応えて出力する応答データを取り出して監視データとして記憶し、その監視データを前記データ収集装置に収集させるための収集用データの一部として記憶し、
    前記通信制御装置と前記データ収集装置との間の通信は、第2の通信プロトコルに則って制御され、前記通信制御装置は、前記データ収集装置からのデータ収集要求に応えて、前記データ収集要求と前記収集用データ記憶部に記憶されている収集用データとを照らし合わせ、前記収集用データのうち前記データ収集要求に対応するデータを割り出して、その割り出されたデータを、前記第2の通信プロトコルに則って、前記分散監視装置からの応答データとして前記データ収集装置へ出力し、前記データ収集制御部が前記データ収集要求と前記収集用データとを照らし合わせた際に前記収集用データのうち前記データ収集要求に対応するデータが空データであった場合に、前記データ収集要求に対応するデータを読み出すための不足データ要求を、前記第1の通信プロトコルに則って前記分散監視装置へ送信し、前記不足データ要求に応えて前記分散監視装置から出力される応答データを、前記収集用データ記憶部に前記収集用データの一部として記憶するとともに、前記第2の通信プロトコルに則って、前記分散監視装置からの応答データとして前記データ収集装置へ出力すること
    を特徴とするSCADAシステム。
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