JP7327277B2 - ゲートウェイ - Google Patents

Description

本発明は、ゲートウェイに関する。

工業活動に必要な素材や資源を生産する産業プラント（水処理設備プラント、製紙プラント、鉄鋼プラント、発電プラント、石油プラント、化学プラント等）が知られている。

産業プラントを制御するプラント制御システムは、多数のフィールド機器（アクチュエータ、センサを含む）を制御する複数の制御装置がコンピュータネットワークを介して接続された構成を備える。

複数の制御装置は、例えばプログラマブルロジックコントローラ（以下、ＰＬＣと記す。）とドライブ装置を含む。複数の制御装置は、所定の通信プロトコル（例えば光伝送プロトコル）で通信する。

ところで、プラント制御システムの老朽化により、複数の制御装置の一部を新たな制御装置に更新したい場合がある。新たな制御装置では、技術進歩に伴い新たな通信プロトコルが採用されることが多い。また、新たな通信プロトコルは、従来の通信プロトコルと互換性がない場合もある。

このような場合、異なるプロトコルで通信する制御装置間にゲートウェイを適用する必要がある。ゲートウェイは、コンピュータネットワークをプロトコルの異なるネットワークと接続するためのネットワークノードである。

例えば、特許文献１（特開２０１９－６８６７７号公報）には、ＰＬＣとドライブ装置との間で相互のデータ通信を可能するゲートウェイが開示されている。

特開２０１９－６８６７７号公報

図７を参照して、ドライブ装置７３は維持しつつ、老朽化した既設ＰＬＣ７４を新設ＰＬＣ７５に更新するケースについて説明する。

既設構成７１は、ドライブ装置７３と既設ＰＬＣ７４とを備える。ドライブ装置７３と既設ＰＬＣ７４は、プロトコルＡで通信する。一方、既設ＰＬＣ７４から置き換える新設ＰＬＣ７５は、プロトコルＡとは互換性のない新たなプロトコルＢのみに対応する。そのため、更新後構成７２では、ドライブ装置７３と新設ＰＬＣ７５は、ゲートウェイ７６を介して接続される。ゲートウェイ７６は、ドライブ装置７３とプロトコルＡで通信し、新設ＰＬＣ７５とプロトコルＢで通信する。また、新設ＰＬＣ７５では、プロトコルＢでドライブ装置７３を駆動するための制御ソフトウェアが新たに設計・実装される。

図７に示すように、従来の制御装置の更新手法では、既設構成７１から更新後構成７２へ一度に切り替える必要があった。すなわち、既設構成７１から既設ＰＬＣ７４を取り除き、これを新設ＰＬＣ７５とゲートウェイ７６とのセットに切り替える必要があった。そのため、新設ＰＬＣ７５にて設計したプロトコルＢ向けのドライブ装置７３の制御ソフトウェアの妥当性確認の術がなかった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、既設の制御装置を新設の制御装置へ更新する前に、新設の制御装置による制御の妥当性確認を可能にするゲートウェイを提供することを目的とする。

上記目的の達成のため、本発明に係るゲートウェイは以下のように構成される。

本発明に係るゲートウェイ１は、第１コネクタ、第２コネクタ、第３コネクタ、リピータ、スニッフィング部、テスト用プロトコル変換部、本番用プロトコル変換部、切替部を備える。

第１コネクタは、プロトコルＡで通信する第１制御装置に接続可能である。第２コネクタは、前記プロトコルＡで通信する第２制御装置に接続可能である。第３コネクタは、前記プロトコルＡとは互換性のないプロトコルＢで通信する第３制御装置に接続可能である。

リピータは、パススルー機能を有する。具体的には、リピータは、前記第１コネクタから受信した信号を前記第２コネクタへ再送信し、前記第２コネクタから受信した信号を前記第１コネクタへ再送信する。

スニッフィング部は、前記リピータを通過する前記プロトコルＡの信号を捕らえる。

テスト用プロトコル変換部は、前記スニッフィング部が捕らえた信号の形式を前記プロトコルＡから前記プロトコルＢに変換して前記第３コネクタへ送信する。

本番用プロトコル変換部は、前記第１コネクタから受信した信号の形式を前記プロトコルＡから前記プロトコルＢに変換して前記第３コネクタへ送信し、前記第３コネクタから受信した信号の形式を前記プロトコルＢから前記プロトコルＡに変換して前記第１コネクタへ送信する。

切替部は、前記第３コネクタの接続先を、前記テスト用プロトコル変換部と前記本番用プロトコル変換部との間で択一的に切替可能である。

本発明に係るゲートウェイは、既設の第１制御装置と第２制御装置との間の信号を相互に通過させつつ、これと並列に、第１制御装置および第２制御装置から受信した信号を捕らえてプロトコル変換して第３制御装置へ送信できる。

すなわち、既設の第１制御装置から送信された信号は、既設の第２制御装置へ送信されるとともに、プロトコル変換されて第３制御装置へも送信される。また、既設の第２制御装置から送信された信号は、既設の第１制御装置へ送信されるとともに、プロトコル変換されて第３制御装置へも送信される。

そのため、本発明に係るゲートウェイによれば、既設構成（第１制御装置、第２制御装置）による実制御を継続させつつ、第３制御装置は実制御のデータを確認できる。これによれば、既設の第２制御装置を新設の第３制御装置へ更新する前に、新設の第３制御装置による制御の妥当性を確認するためのパラレルランが可能となり、新旧制御装置のスムーズな移行が可能となる。

本発明の実施の形態１に係るゲートウェイを用いたパラレルラン構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態１に係るゲートウェイについて説明するためのブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る新設制御システムの構成を説明するためのブロック図である。 本発明の実施の形態１に係るゲートウェイを用いたパラレルラン構成の変形例を説明するための図である。 本発明の実施の形態１に係るゲートウェイを用いたパラレルラン構成の変形例を説明するための図である。 ゲートウェイが有する処理回路のハードウェア構成例を示す概念図である。 従来の制御装置の更新手法について説明するための図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。但し、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数にこの発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るゲートウェイ１を用いたパラレルラン構成１０を説明するための図である。

パラレルランとは、産業プラントを制御する既設制御システム内に流れる信号を、新設制御システムにも流れるように並列に構成することで、新設制御システムの動作確認を行う試験手法である。

パラレルラン構成１０において、第１制御装置および第２制御装置は、既設制御システムを構成する装置である。図１に示す例では、第１制御装置はドライブ装置７３、第２制御装置は既設ＰＬＣ７４である。既設ＰＬＣ７４は、ドライブ装置７３を制御する制御ソフトウェアを実行する。第１制御装置および第２制御装置は、コンピュータネットワークで接続され、プロトコルＡで通信する。

パラレルラン構成１０において、第１制御装置、第３制御装置およびゲートウェイ１は、新設制御システムを構成する装置である。すなわち、第１制御装置は、既設制御システムから引き継き使用される装置である。第３制御装置は、老朽化した第２制御装置に換えて使用される予定の装置である。第３制御装置は、プロトコルＡとは互換性がないプロトコルＢで通信する。ゲートウェイ１は、新設制御システムで追加される装置である。

ゲートウェイ１は、ドライブ装置７３から送信された信号（ドライブ出力データ）をそのまま既設ＰＬＣ７４へ再送信し、既設ＰＬＣ７４から送信された信号（ＰＬＣ出力データ）をそのままドライブ装置７３へ再送信する。

このようなパススルー機能によれば、既設制御システムよる運用状態を維持することができる。

さらにゲートウェイ１は、ドライブ装置７３から送信された信号（ドライブ出力データ）および既設ＰＬＣ７４から送信された信号（ＰＬＣ出力データ）を、プロトコルＢに変換して新設ＰＬＣ７５へ再送信する。

このようなパラレルラン構成１０によれば、新設ＰＬＣ７５が実行する制御プログラムの動作確認が可能である。すなわち、既設制御システムのドライブ出力データに応じて新設ＰＬＣ７５の制御プログラムが出力するデータが、既設制御システムのＰＬＣ出力データと一致するか否かを確認することができる。

このようなパラレルランによる動作確認を実現するためのゲートウェイ１について図２を参照して詳説する。

図２は、本発明の実施の形態１に係るゲートウェイ１について説明するためのブロック図である。

ゲートウェイ１は、第１コネクタ１１、第２コネクタ１２、第３コネクタ１３、リピータ１４、スニッフィング部１５、テスト用プロトコル変換部１６、本番用プロトコル変換部１７、切替部１８を備える。

第１コネクタ１１は、プロトコルＡで通信する第１制御装置（ドライブ装置７３）に接続する。

第２コネクタ１２は、プロトコルＡで通信する第２制御装置（既設ＰＬＣ７４）に接続する。

第３コネクタ１３は、プロトコルＡとは互換性のないプロトコルＢで通信する第３制御装置（新設ＰＬＣ７５）に接続する。

リピータ１４は、パススルー機能を有する。具体的には、リピータ１４は、第１コネクタ１１から受信した信号を第２コネクタ１２へそのまま再送信し、第２コネクタ１２から受信した信号を第１コネクタ１１へそのまま再送信する。これにより、既設制御システムの運用状態を維持できる。

スニッフィング部１５は、リピータ１４を通過するプロトコルＡの信号を捕らえる。

テスト用プロトコル変換部１６は、スニッフィング部１５が捕らえた信号の形式をプロトコルＡからプロトコルＢに変換して第３コネクタ１３へ送信する。

本番用プロトコル変換部１７は、第１コネクタ１１から受信した信号の形式をプロトコルＡからプロトコルＢに変換して第３コネクタ１３へ送信する。また、本番用プロトコル変換部１７は、第３コネクタ１３から受信した信号の形式をプロトコルＢからプロトコルＡに変換して第１コネクタ１１へ送信する。

切替部１８は、第３コネクタ１３の接続先を、テスト用プロトコル変換部１６と本番用プロトコル変換部１７との間で択一的に切替可能である。切替部１８は、外部からの操作または信号に応じて接続先を切り替える。

次に、図３を参照して、図１におけるパラレルラン構成１０における第３制御装置の動作確認が終わった後、新設制御システム２０として運用を開始するための構成について説明する。

図３は、本発明の実施の形態１に係る新設制御システム２０の構成を説明するためのブロック図である。

新設制御システム２０は、上述したパラレルランによる動作確認が終わった後、第２制御装置（既設ＰＬＣ７４）をゲートウェイ１から切り離した構成である。このとき、切替部１８によって、第３コネクタ１３の接続先は、テスト用プロトコル変換部１６から本番用プロトコル変換部１７に切り替えられる。

＜効果＞
以上説明したように、本実施形態に係るゲートウェイ１によれば、既設の第１制御装置（ドライブ装置７３）から送信された信号は、第２制御装置（既設ＰＬＣ７４）へ送信されるとともに、プロトコル変換されて第３制御装置（新設ＰＬＣ７５）へも送信される。また、既設の第２制御装置（既設ＰＬＣ７４）から送信された信号は、第１制御装置（ドライブ装置７３）へ送信されるとともに、プロトコル変換されて第３制御装置へも送信される。

そのため、本発明に係るゲートウェイ１によれば、既設制御システム（第１制御装置、第２制御装置）による実制御を継続させつつ、第３制御装置はその実制御のデータを確認できる。これによれば、既設の第２制御装置を新設の第３制御装置へ更新する前に、新設の第３制御装置の制御ソフトウェアの動作を確認するためのパラレルランが可能となる。そして、第３制御装置の動作を確認した後に新設制御システム２０での実制御に切り替えることができる。そのため、新旧制御装置のスムーズな移行が可能となる。

＜変形例＞
ところで、上述した実施の形態１のシステムにおいては、第１制御装置をドライブ装置７３、第２制御装置を既設ＰＬＣ７４、第３制御装置を新設ＰＬＣ７５としているがこれに限定されるものではない。図４に示すパラレルラン構成１０ａのように、第１制御装置を既設のＰＬＣ７３ａ、第２制御装置を既設ドライブ装置７４ａ、第３制御装置を新設ドライブ装置７５ａとしてもよい。また、図５に示すパラレルラン構成１０ｂのように、第１制御装置を既設第１ＰＬＣ７３ｂ、第２制御装置を既設第２ＰＬＣ７４ｂ、第３制御装置を新設ＰＬＣ７５ｂとしてもよい。

＜ハードウェア構成例＞
図６は、上述したゲートウェイ１が有する処理回路のハードウェア構成例を示す概念図である。これらの装置内の各部は機能の一部を示し、各機能は処理回路により実現される。一態様として、処理回路は、少なくとも１つのプロセッサ８１と少なくとも１つのメモリ８２とを備える。他の態様として、処理回路は、少なくとも１つの専用のハードウェア８３を備える。

処理回路がプロセッサ８１とメモリ８２とを備える場合、各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアおよびファームウェアの少なくとも一方は、プログラムとして記述される。ソフトウェアおよびファームウェアの少なくとも一方は、メモリ８２に格納される。プロセッサ８１は、メモリ８２に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各機能を実現する。

処理回路が専用のハードウェア８３を備える場合、処理回路は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、又はこれらを組み合わせたものである。各機能は処理回路で実現される。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

１ ゲートウェイ
１０、１０ａ、１０ｂ パラレルラン構成
１１ 第１コネクタ
１２ 第２コネクタ
１３ 第３コネクタ
１４ リピータ
１５ スニッフィング部
１６ テスト用プロトコル変換部
１７ 本番用プロトコル変換部
１８ 切替部
２０ 新設制御システム
７１ 既設構成
７２ 更新後構成
７３ ドライブ装置
７３ａ ＰＬＣ
７３ｂ 既設第１ＰＬＣ
７４ 既設ＰＬＣ
７４ａ 既設ドライブ装置
７４ｂ 既設第２ＰＬＣ
７５ 新設ＰＬＣ
７５ａ 新設ドライブ装置
７５ｂ 新設ＰＬＣ
７６ ゲートウェイ
８１ プロセッサ
８２ メモリ
８３ ハードウェア

Claims (4)

1. プロトコルＡで通信する第１制御装置に接続可能な第１コネクタと、
   前記プロトコルＡで通信する第２制御装置に接続可能な第２コネクタと、
   前記プロトコルＡとは互換性のないプロトコルＢで通信する第３制御装置に接続可能な第３コネクタと、
   前記第１コネクタから受信した信号を前記第２コネクタへ再送信し、前記第２コネクタから受信した信号を前記第１コネクタへ再送信するリピータと、
   前記リピータを通過する前記プロトコルＡの信号を捕らえるスニッフィング部と、
   前記スニッフィング部が捕らえた信号の形式を前記プロトコルＡから前記プロトコルＢに変換して前記第３コネクタへ送信するテスト用プロトコル変換部と、
   前記第１コネクタから受信した信号の形式を前記プロトコルＡから前記プロトコルＢに変換して前記第３コネクタへ送信し、前記第３コネクタから受信した信号の形式を前記プロトコルＢから前記プロトコルＡに変換して前記第１コネクタへ送信する本番用プロトコル変換部と、
   前記第３コネクタの接続先を、前記テスト用プロトコル変換部と前記本番用プロトコル変換部との間で択一的に切替可能な切替部と、
   を備えることを特徴とするゲートウェイ。
2. 前記第１制御装置は、産業プラントに設けられたドライブ装置であり、
   前記第２制御装置は、前記産業プラントに設けられた既設のプログラマブルロジックコントローラであり、
   前記第３制御装置は、前記既設のプログラマブルロジックコントローラを置き換えるための新設のプログラマブルロジックコントローラであること、
   を特徴とする請求項１に記載のゲートウェイ。
3. 前記第１制御装置は、産業プラントに設けられたプログラマブルロジックコントローラであり、
   前記第２制御装置は、前記産業プラントに設けられた既設のドライブ装置であり、
   前記第３制御装置は、前記既設のドライブ装置を置き換えるための新設のドライブ装置であること、
   を特徴とする請求項１に記載のゲートウェイ。
4. 前記第１制御装置は、産業プラントに設けられた第１プログラマブルロジックコントローラであり、
   前記第２制御装置は、前記産業プラントに設けられた既設の第２プログラマブルロジックコントローラであり、
   前記第３制御装置は、前記既設の第２プログラマブルロジックコントローラを置き換えるための新設のプログラマブルロジックコントローラであること、
   を特徴とする請求項１に記載のゲートウェイ。

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