JP7029220B2 - 多チャネル切り替え能力を有する入力/出力モジュール - Google Patents
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Description
[0001] 本願は、2015年2月9日に出願され “INPUT/OUTPUT MODULE WITH MULTI-CHANNEL SWITCHING CAPABILITY”と題する米国仮特許出願第62/114,030号に対して、35 U.S.C. § 119(e)に基づく優先権を主張する。また、本願は、2013年8月6日に出願され “SECURE INDUSTRIAL CONTROL SYSTEM”と題する国際出願PCT/US2013/053721号の一部継続出願である。また、本願は、2014年8月27日に出願され“SECURE INDUSTRIAL CONTROL SYSTEM”と題する米国特許第14/469,931号の35 U.S.C. §120に基づく一部継続出願である。また、本願は、2014年7月30日に出願され“INDUSTRIAL CONTROL SYSTEM CABLE”と題する米国特許出願第14/446,412号の35 U.S.C. §120に基づく一部継続出願であり、米国特許出願第14/446,412号は、2014年7月7日に出願され“INDUSTRIAL CONTROL SYSTEM CABLE”と題する米国仮特許出願第62/021,438号に対して、35 U.S.C. §119(e)に基づく優先権を主張する。また、本願は、2014年10月20日に出願され “OPERATOR ACTION AUTHENTICATION IN AN INDUSTRIAL CONTROL SYSTEM”と題する米国特許出願第14/519,066号の35 U.S.C. §120に基づく一部継続出願である。また、本願は、2014年10月20日に出願され “INDUSTRIAL CONTROL SYSTEM REDUNDANT COMMUNICATIONS/CONTROL MODULES AUTHENTICATION”と題する米国特許出願第14/519,047号の35 U.S.C. §120に基づく一部継続出願である。また、本願は、2015年1月15日に出願され “ELECTROMAGNETIC CONNECTOR”と題する米国特許出願第14/597,498号の 35 U.S.C. §120に基づく一部継続出願であり、米国特許出願第14/597,498号は、2011年12月30日に出願され ELECTROMAGNETIC CONNECTOR”と題する米国特許出願第13/341,143号の35 U.S.C. §120に基づく継続出願である。また、本願は、2012年12月28日に出願 され(2011年12月30日の優先日を有する)“ELECTROMAGNETIC CONNECTOR AND COMMUNICATIONS/CONTROL SYSTEM/SWITCH FABRIC WITH SERIAL AND PARALLEL COMMUNICATIONS INTERFACES”と題する国際出願PCT/US2012/072056号の一部継続出願である。また、本願は、2014年9月30日に出願され“SWITCH FABRIC HAVING A SERIAL COMMUNICATIONS INTERFACE AND A PARALLEL COMMUNICATIONS INTERFACE”と題する米国特許出願第14/501,974号の35 U.S.C. §120に基づく一部継続出願であり、米国特許出願第14/501,974号は、2011年12月30日に出願され “SWITCH FABRIC HAVING A SERIAL COMMUNICATIONS INTERFACE AND A PARALLEL COMMUNICATIONS INTERFACE”と題する米国特許出願第13/341,161号の35 U.S.C. §120に基づく継続出願である。また、本願は、2014年9月30日に出願され “COMMUNICATIONS CONTROL SYSTEM WITH A SERIAL COMMUNICATIONS INTERFACE AND A PARALLEL COMMUNICATIONS INTERFACE”と題する米国特許出願第14/502,006号の 35 U.S.C. §120に基づく一部継続出願であり、米国特許出願第14/502,006号は、2011年12月30日に出願され “COMMUNICATIONS CONTROL SYSTEM WITH A SERIAL COMMUNICATIONS INTERFACE AND A PARALLEL COMMUNICATIONS INTERFACE”と題する米国特許出願第13/341,176号の35 U.S.C. §120に基づく継続出願である。
[0024] 産業用制御システムにおいて通信/制御モジュールとフィールド・デバイス(例えば、アクチュエータ、センサ等)との間で通信を行うために、入力/出力(I/O)モジュールが使用される。技術的進歩によって、フィールド・デバイス間の接続性強化の要求、更に高いレベルの企業および産業用システムの要求が生じ、フィールド・デバイス自体間の接続性が増々求められることとなった。これに関して、産業用システムは、「もののインターネット」と同様に発展しつつあるが、安全性、信頼性、およびスループットに対する要求は遙かに高い。とりわけ、TCP/IP通信プロトコルを安全に促進するために、多ポート・スイッチを使用することができる。しかしながら、スイッチ(例えば、多ポート・イーサネット・スイッチ)は、通例、産業用制御システムの通信バックプレーンの外側に位置しており、その結果安全性の脅威を一層受け易くなる可能性があり、スイッチを介して産業用制御システムに通信可能に結合されたデバイスを危険に晒すおそれがあり、産業用制御システム全体を危険な状態に置く潜在性がある。
[0026] 図1は、本開示の実施形態によるI/Oモジュール100を示す。I/Oモジュール100は、イーサネット・チャネル等のような、複数の通信チャネル102を含むことができる。通信チャネル102は、図2に示し以下で更に詳しく説明する産業用制御システム200のような、分散型制御システム内にあるフィールド・デバイスに接続するために使用することができる。例えば、これら複数の通信チャネルの内各チャネルは、アクチュエータ・デバイス218およびセンサ・デバイス220のような、1つ以上のフィールド・デバイス217に接続するように構成することができる。限定するのではないが、アクチュエータ・デバイス218およびセンサ・デバイス220には、制御弁、油圧アクチュエータ、磁気アクチュエータ、モータ、ソレノイド、電気スイッチ、送信機、入力センサ/受信機(例えば、照明、放射線、ガス、温度、電気、磁気、および/または音響センサ)、通信サブバス等が含まれる。I/Oモジュール内にあるスイッチ・ファブリック104は、外部制御モジュール(例えば、通信/制御モジュール214)と1つ以上のフィールド・デバイス217との間における接続性(例えば、情報/データの転送)を、複数の通信チャネル102によって選択的に促進するように構成することができる。
[0088] 第2I/Oモジュール100Bは、第1デバイス認証鍵証明書(CertDAKA)および第1識別情報属性証明書(IACA)を、デバイス寿命管理システム(DLM)によって生成されるまたは暗号ライブラリ機能を利用して導き出される公開鍵によって検証することにより、要求データグラムの有効性を判断するように構成される。これに関して、公開鍵は、I/Oモジュール100のSRAMまたは他のローカル・メモリに格納され、I/Oモジュール100間で交換されるノンスのように、交換されるデータを検証するためまたは暗号で署名するために暗号ライブラリ機能と共に使用することができる。ある実施形態では、第2I/Oモジュール100Bは、楕円曲線ディジタル署名アルゴリズム(以後「ECDSA」:elliptic curve digital signing algorithm)または他の検証処理によって証明書を検証することもできる。ある実施形態では、第2I/Oモジュール100Bが、更に、以下のことを検証することによって、平文値からの証明書値(certificate value)の有効性を判断するように構成されてもよい。証明書のタイプが、各証明書に対してデバイス認証鍵(以後「DAK」)または識別情報属性証明書(以後「IAC」)である。IAC名称が一致し、DAK証明書モジュール・タイプがモジュール・タイプ引数と一致する。および/またはメッセージ・ペイロード内における各証明書のマイクロプロセッサ連番(以後「MPSN」)が互いに一致する。ある実施形態では、第2I/Oモジュール100Bが、更に、DAKおよびIAC証明書がローカル失効リスト(local revocation list)(例えば、失効された証明書および/または無効の証明書を含むデータベースのリスト)にないことを検証するように構成されてもよい。第2I/Oモジュール100Bが要求データグラムの有効性を判断できなかったとき、第2I/Oモジュール100Bはエラー・メッセージを生成し、部分的にまたは完全に第1I/Oモジュール100Aを使用不可にし、および/または第1I/Oモジュール100Aへ/からの通信を切断または制限することができる。
Claims (20)
- 制御システムであって、
支持フレームと係合するように構成される第1ケースを有する制御モジュールと、
前記支持フレームと係合するように構成される第2ケースを有する複数の入力/出力モジュールであって、該複数の入力/出力モジュールのそれぞれが、前記制御モジュールと通信可能に結合され、前記第2ケース内に複数の通信チャネルを含み、該複数の通信チャネルの各チャネルが、1つ以上のフィールド・デバイスと接続するように構成され、前記複数の入力/出力モジュールのそれぞれが、更に、前記第2ケース内にスイッチ・ファブリックを含み、該スイッチ・ファブリックが、前記複数の通信チャネルを通じて、前記制御モジュールと前記1つ以上のフィールド・デバイスとの間における接続性を選択的に促進するように構成される、入力/出力モジュールと、
前記入力/出力モジュールを前記制御モジュールに接続するように構成されたシリアル通信インタフェースであって、前記シリアル通信インタフェースが、前記複数の入力/出力モジュールのうちの入力/出力モジュールを、前記複数の入力/出力モジュールのうちの他の入力/出力モジュールと並列に接続し、前記シリアル通信インタフェースが、前記入力/出力モジュールと前記制御モジュールとの間において情報を送信するように構成される、シリアル通信インタフェースと、
前記入力/出力モジュールを前記制御モジュールに別個に接続するように構成されたパラレル通信インタフェースであって、当該パラレル通信インタフェースが、前記入力/出力モジュールと前記制御モジュールとの間において情報を送信し、前記入力/出力モジュールと前記他の入力/出力モジュールとの間において情報を送信するように構成される、パラレル通信インタフェースと
を備え、前記入力/出力モジュールのそれぞれが、更に、前記スイッチ・ファブリックに結合されたコントローラを含み、該コントローラが、前記複数の通信チャネルのそれぞれのチャネル上で同時に起動する多数の通信規格に対応するように構成される、制御システム。 - 請求項1記載の制御システムにおいて、前記シリアル通信インタフェースがマルチドロップ・バスを含む、制御システム。
- 請求項1記載の制御システムにおいて、前記パラレル通信インタフェースがクロス・スイッチを備える、制御システム。
- 請求項1記載の制御システムにおいて、前記制御モジュールは、前記入力/出力モジュールが物理的に前記制御モジュールに接続される物理的位置に関連付けられた一意の識別子を、前記入力/出力モジュールに割り当てるように構成される、制御システム。
- 請求項1記載の制御システムにおいて、前記シリアル通信インタフェースが、前記入力/出力モジュールを冗長制御モジュールに並列に接続するように構成され、前記パラレル通信インタフェースが、前記入力/出力モジュールを前記冗長制御モジュールに別個に接続するように構成される、制御システム。
- 請求項1記載の制御システムであって、更に、電力を前記入力/出力モジュールに供給する電力モジュールを含む、制御システム。
- 請求項1記載の制御システムにおいて、前記入力/出力モジュールが、前記複数の通信チャネルのそれぞれのチャネルを通じて、電力を少なくとも1つのフィールド・デバイスに供給するように構成される、制御システム。
- 請求項1記載の制御システムにおいて、前記複数の通信チャネルが複数のイーサネット・チャネルを備える、制御システム。
- 請求項1記載の制御システムにおいて、前記通信規格が、イーサネット・バス、H1フィールド・バス、プロセス・フィールド・バス(PROFIBUS)、ハイウェイ・アドレサブル・リモート・トランスデューサ(HART)バス、Modbus、ならびにプロセス制御統一アーキテクチャ用オブジェクト連携および埋め込み(OPC UA)バスの内少なくとも2つを含む、制御システム。
- 請求項1記載の制御システムにおいて、前記入力/出力モジュールが、プロセス制御統一アーキテクチャ用オブジェクト連携および埋め込み(OPC UA)クライアントまたはOPC UAサーバの内少なくとも1つとして動作可能である、制御システム。
- 請求項1記載の制御システムにおいて、前記入力/出力モジュールが、IEEE1588タイミング・プロトコルにしたがって、1つ以上のフィールド・デバイスを同期させるように構成される、制御システム。
- 請求項1記載の制御システムであって、更に、前記入力/出力モジュールと通信可能なデバイス寿命管理システムを含み、該デバイス寿命管理システムが前記1つ以上のフィールド・デバイスを認証するように構成される、制御システム。
- 複数の入力/出力モジュールであって、
支持フレームと係合するように構成されるケースと、
前記ケース内の複数の通信チャネルであって、各チャネルが1つ以上のフィールド・デバイスに接続するように構成される、複数の通信チャネルと、
前記ケース内のスイッチ・ファブリックであって、前記複数の通信チャネルを通じて、外部制御モジュールと前記1つ以上のフィールド・デバイスとの間における接続性を選択的に促進するように構成されるスイッチ・ファブリックと、
前記複数の入力/出力モジュールのうちの入力/出力モジュールを、前記外部制御モジュールに対し、前記複数の入力/出力モジュールのうちの他の入力/出力モジュールと並列に接続するように構成されるシリアル通信ポートであって、前記入力/出力モジュールと前記外部制御モジュールとの間において情報を送信するように構成される、シリアル通信ポートと、
前記入力/出力モジュールを前記外部制御モジュールに別個に接続するように構成されたパラレル通信ポートであって、当該パラレル通信ポートが、前記入力/出力モジュールと前記外部制御モジュールとの間において情報を送信し、前記入力/出力モジュールと前記他の入力/出力モジュールとの間において情報を送信ように構成される、パラレル通信ポートと、
前記スイッチ・ファブリックに結合されたコントローラと、
を含み、前記コントローラが、前記複数の通信チャネルのそれぞれのチャネル上で同時に起動する多数の通信規格に対応するように構成される、入力/出力モジュール。 - 請求項13記載の入力/出力モジュールにおいて、前記複数の通信チャネルが複数のイーサネット・チャネルを含む、入力/出力モジュール。
- 請求項14記載の入力/出力モジュールにおいて、前記入力/出力モジュールが、前記複数のイーサネット・チャネルのそれぞれのイーサネット・チャネルを通じて、電力を少なくとも1つのフィールド・デバイスに供給するように構成される、入力/出力モジュール。
- 請求項13記載の入力/出力モジュールであって、前記通信規格が、イーサネット・バス、H1フィールド・バス、プロセス・フィールド・バス(PROFIBUS)、ハイウェイ・アドレサブル・リモート・トランスデューサ(HART)バス、Modbus、ならびにプロセス制御統一アーキテクチャ用オブジェクト連携および埋め込み(OPC UA)バスの内少なくとも2つを含む、入力/出力モジュール。
- 請求項13記載の入力/出力モジュールにおいて、更に、前記スイッチ・ファブリックに結合されたコントローラを含み、前記コントローラが、プロセス制御統一アーキテクチャ用オブジェクト連携および埋め込み(OPC UA)クライアント通信/制御プロトコル、またはOPC UAサーバ通信/制御プロトコルの内少なくとも1つとして起動するように構成される、入力/出力モジュール。
- 請求項13記載の入力/出力モジュールにおいて、前記シリアル通信ポートまたは前記パラレル通信ポートの内少なくとも1つが、第1磁気回路部分を形成する電磁コネクタを備え、該電磁コネクタが、
第1コア部材と、
前記第1コア部材に配置された第1コイルと、
を含み、
前記電磁コネクタが第2電磁コネクタと嵌合するように構成され、前記第2電磁コネクタが第2磁気回路部分を形成するように構成され、第2コア部材と前記第2コア部材に配置された第2コイルとを備え、前記第1コア部材および前記第2コア部材が前記第1コイルを前記第2コイルに結合するように構成され、前記電磁コネクタが前記第2電磁コネクタと嵌合されたとき、前記第1磁気回路部分および前記第2磁気回路部分によって磁気回路が形成され、前記磁気回路が、前記第2コイルが付勢されたときに、前記第1コイル内に信号を誘導するように構成される、入力/出力モジュール。 - 請求項18記載の入力/出力モジュールにおいて、前記第1コイルが、印刷回路ボードに配置された平面巻線を備える、入力/出力モジュール。
- 請求項18記載の入力/出力モジュールにおいて、前記第1コア部材がE字型コア部材を含む、入力/出力モジュール。
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