JP3758427B2

JP3758427B2 - プロセス制御システム

Info

Publication number: JP3758427B2
Application number: JP20949199A
Authority: JP
Inventors: 康雄清水; 伸彦安東; 芳之齋藤; 孝明畠内
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1999-07-23
Filing date: 1999-07-23
Publication date: 2006-03-22
Anticipated expiration: 2019-07-23
Also published as: JP2001036542A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の機器がネットワークによってデータの送受を行うプロセス制御システムに関し、更に詳しくはシステムの多重化に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロプロセッサなどの半導体技術や通信処理技術の進展に伴なって、近年工場やプラント等では、施設内の計測、制御、監視用の機器をネットワークで接続して、このネットワークを介しての機器間のデータのやり取りによって処理の自動化や集中制御を行うプロセス制御システムが広く使用されてきている。
【０００３】
このプロセス制御システムでは、計測器やセンサー、表示器等のプロセス入出力（ＰＩＯ）をネットワークで接続してシステムを組み、様々なプロセス制御処理を行って自動化や集中管理を実現している。
【０００４】
また工場や、プラントでのプロセス制御システムでは、安全性、信頼性、稼働率の観点からシステムがダウンしない、ほぼ１００％の動作保証が要求される。よって、システムの信頼性や稼働率を高めるための手法として各入出力装置、ホスト処理装置及びそれらを接続するネットワークを２重、３重化し、多重化構成によって冗長性を持たせる方法が取られている。
【０００５】
図１０は、ＰＩＯステーションを２重化した場合の構成を示す図である。
図１０は、Ａ、Ｂ２つの系統により２重化した構成で、１つのセンサからの入力を２つのＰＩＯステーション１０２ａ、１０２ｂに入力し、それぞれをＥｔｈｅｒｎｅｔ等の有線ネットワーク１０３ａ及び１０３ｂを介してホスト処理装置１０１ａ、１０１ｂで収集している。この図１０の構成で仮にＰＩＯステーション１０２ａやホスト処理装置１０１ａがダウンしても、操作者はホスト処理装置１０２ｂから操作を行うことでシステム全体は稼動を続けることが出来る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この様な現在行われているシステムの多重化構成は、以下の問題点を有する。
まず各ホスト処理装置１０１やＰＩＯステーション１０２を接続しているネットワークは有線接続であるため、システムの接続構成の変更や施設内の各装置のレイアウトの変更の必要が発生した場合、配線の変更が容易ではない。特に多重化されたシステムにおいては配線が複雑なので、配線の施設や接続変更はより困難となる。
【０００７】
また、有線接続であるため特定箇所の通信障害の全体に対する影響が大きく、例えば図１０の１０４部分に通信障害が発生した場合、系統Ｂは全て使用できなくなってしまう。
【０００８】
本発明は上記問題点を鑑みてなされたもので、多重化されたシステム構成を容易に実現出来、またシステム構成の変更や施設内のレイアウトの変更に対してフレキシブルに対応可能で、更には通信障害に対してもダウンしにくいプロセス制御システムを提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によるプロセス制御システムは、プロセス入出力に対する制御を行うＰＩＯステーションと、該ＰＩＯステーションに対する指示を行うホストを備える事を前提とし、無線通信ネットワークを備える。また上記ホスト、ＰＩＯステーション若しくはその両方は多重化されている。
【００１０】
無線通信ネットワークは、無線データ通信を行なう複数の無線端末によって構成され、該各無線端末は他の１以上の無線端末を介して又は直接、他の全ての無線端末と通信可能である。
【００１１】
多重化されたホストやＰＩＯステーションは、上記無線通信ネットワークに上記無線端末として接続される。
そして、上記無線端末のそれぞれは、自己の無線端末を識別する識別子を含む存在通知パケットを一定の周期で送信して他の無線端末に自らの存在を通知する存在通知手段と、自らの送出するデータパケットの着信先の無線端末と、該データパケットが該着信先の無線端末に着信するまでに要する最小の通信回数と、を互いに対応付けて示す第１のシステム構成情報を格納する第１の格納手段と、自らの送出するデータパケットの着信先の無線端末と、自らが直接通信可能である隣接無線端末から上記着信先の無線端末に上記データパケットが着信するまでに要する最小の通信回数と、を互いに対応付けて示す第２のシステム構成情報を格納する第２の格納手段と、自らが有する上記第１のシステム構成情報をも上記存在通知パケットに含めて上記存在通知手段により他の無線端末へ送信する一方、他の無線端末から送信されて着信した存在通知パケットに含まれる上記第１のシステム構成情報に基づいて自らの上記第１及び第２のシステム構成情報を更新する更新手段と、自己の受信したデータパケットを目的とする無線端末まで転送するための通信路として、該目的とする無線端末までの通信回数が最小となる通信路を上記第２のシステム構成情報に基づいて決定する通信路決定手段と、を備える。
また上記ホストは、監視ステータス送信手段及び監視ステータス返信手段を備え、監視ステータスにより多重化された相手の動作を監視する構成とすることも出来る。
【００１２】
監視ステータス送信手段は、上記多重化されたホストは、自身の多重化相手先のホストに対して監視ステータスを含むフレームを送信する。
監視ステータス返信手段は、上記フレームを受信したホストは、該フレーム内の監視ステータスを書き換えて該フレームを返信する。
【００１３】
また上記ホストは、自己が制御を行うＰＩＯステーションに対しても上記監視ステータスを含むフレームを送信し、該ＰＩＯステーションの動作も監視する構成とすることも出来る。この場合上記ＰＩＯステーションは、該フレーム内の監視ステータスを書き換えて該フレームを返信する監視ステータス返信手段を備える。
【００１４】
また上記多重化されたＰＩＯステーションは、自身の多重化相手先のＰＩＯステーションに対して監視ステータスを含むフレームを送信する監視ステータス送信手段と、上記フレームを受信したＰＩＯステーションは、該フレーム内の監視ステータスを書き換えて該フレームを返信する監視ステータス返信手段を備える構成として、ＰＩＯステーションが自己と多重化されているＰＩＯステーションの動作を監視する構成とすることも出来る。
【００１５】
本発明によれば、上記ホストやＰＩＯステーションを上記無線通信ネットワークに無線接続するだけでシステムの構築が出来るので、ホストやＰＩＯステーションの多重化を容易に実現することが出来る。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施形態について説明する。
本発明では、施設内に無線通信ネットワークを構築し、各ＰＩＯステーション及びホスト処理装置との接続を無線通信によって接続する。
【００１７】
図１は、本実施形態のプロセス処理システムを表す全体図である。
本システムは、通信機を備えた１乃至複数のホスト処理装置１とＰＩＯステーション２及び中継通信機３からなる。このうちホスト処理装置１とＰＩＯステーション２は、図１０のホスト処理装置１０１とＰＩＯステーション１０２に無線通信ネットワーク４の為の通信機能を加えたもので、このホスト処理装置１及びＰＩＯステーション２によって無線通信ネットワーク４を構築する。尚ホスト処理装置１及びＰＩＯステーション２は、この通信機能をもつ通信機とホスト処理装置やＰＩＯステーションとしての機能部分を一体化した構成としても、図１０のホスト処理装置１０１及びＰＩＯステーション１０２に通信機を外付けする構成としても良い。また中継通信機３は、無線ネットワーク４のための無線通信機能のみを持つ装置で、無線ネットワーク４と接続できない位置にあるホスト処理装置１及びＰＩＯステーション２との中継機として、あるいは良質な通信路が形成できない部分の補強や、ネットワーク４内のトラヒックが集中する部分の迂回路を形成するために設置されるものである。尚中継通信機３は、必要に応じて設置されるものなので、ホスト処理装置１やＰＩＯステーション２のみで十分にネットワーク４を構築可能な場合には必要無い。
【００１８】
ホスト処理装置１は、システム全体や各ＰＩＯステーション２に対して制御指示を行ったり、そのＰＩＯステーション２からの計測結果や状態を表示するもので、オペレータはこのホスト処理装置１を操作してシステムを制御したり、状態の管理を行う。
【００１９】
ＰＩＯステーション２は、自身に接続されているプロセス入出力をアクセスし電力計測等の機能を実現するものである。
図２は無線ネットワーク通信機能を一体化した場合のＰＩＯステーション２の構成例を示すブロック図である。
【００２０】
ＰＩＯステーション２は、制御ＣＰＵ２１、無線部２２及び入出力部２３が内部バス２４によって接続される構成をもつ。
制御ＣＰＵ２１は、無線部２２が受信したホスト処理装置１や他のＰＩＯステーション２からの指示や内部プログラムに基づいて入出力部２３からデータを出力したり、入出力部２３に接続されているセンサや計測器からのデータを蓄積、加工して無線部２２からホスト処理装置１や他のＰＩＯステーション２に送信する。無線部２２は無線ネットワーク４との無線接続を行うものである。この無線部２２は、制御ＣＰＵ２１とは独立して動作可能であり、制御ＣＰＵ２１に何等かの障害が生じてダウンしても後述するネットワーク４でのフレームの中継処理やホスト処理装置１や他のＰＩＯステーション２からの監視ステータスを含むフレームに対する処理を行える。入出力部２３は、ＰＩＯステーション２とセンサー、表示機、警報機、スイッチ、接点等のプロセス入出力との接続を行うもので、デジタル入力（ＤＩ）、デジタル出力（ＤＯ）、アナログ入力（ＡＩ）、アナログ出力（ＡＯ）等接続するプロセス入出力の電気的仕様に応じた複数のモジュールから構成されている。入出力部２３は、一般に複数の機器を接続出来、システムの規模により接続点数やその種類が異なる構成の入出力部２３を持つＰＩＯステーション２が用いられる。
【００２１】
無線通信ネットワーク４は、特定エリア内に複数の通信端末（ホスト処理装置１、ＰＩＯステーション２、中継通信機３）を分散設置し、各通信端末間を無線通信によって接続して構成される。無線端末が直接通信可能な距離は有限であり、各無線端末はシステムを構成する全ての無線端末とは直接通信することはできない。しかし、無線端末はシステム内の他の無線端末の中の何れかとは直接通信することが可能なので、各データ送信を行う無線端末は、パケット化されたデータを隣接する無線端末間で受け渡し、これを繰り返すことで任意の端末間でのデータの受け渡しを行う。このため無線通信ネットワーク４では、着信先とは直接通信を行うことが出来なくても、無線端末間でデータを中継し複数の無線端末を経由することによって、システムを構成する全ての無線端末間での通信を可能ととする特性を備えている。
【００２２】
またシステムが設置された周囲の環境は、設置後に次第に変化していく場合が多く、無線通信路は設置する周囲の環境の影響を受けやすい。よって設置時点で設定した通信路が後に消滅したり、新たな通信路の可能性が生じることがある。このため無線通信ネットワーク４は、固定通信路を用いる方式ではなく、その時々の通信状態に応じて通信路を設定し、また中継ルートを自動的に選択する方式を取っている。
【００２３】
また各無線端末は、特定周期で自己の存在を通知する情報を送信し、隣接する他の無線端末に通知する。これにより機器の配置が変更になり、通信トポロジーが変化しても対応可能となる。
【００２４】
この無線通信ネットワーク４では、無線端末間同士の通信はパケット交換なので、無線通信ネットワーク４に接続する無線端末の数の制約は殆ど無い。
また無線端末の設置は、単に無線端末を置いて回るだけで良いので、電話回線等有線ケーブルを施設する工事に比べると、工事費が安価に済む。また無線端末単体の値段も安価で同一規模の他のネットワークシステムに比してインフラの整備を安価に行える。
【００２５】
更に有線接続によるネットワーク構成の場合、故障や整備は素人には手に負えないが、本実施形態のネットワーク４では、修理や整備は無線端末の交換だけですむので、保守管理用の特別な専門員を必要としない。よって維持の手間が殆どかからず、従って運用の費用が非常に安くすむので運用コストを低レベルに押さえることが可能となる。
【００２６】
またこのネットワークシステム４は、分散ネットワークシステムであり、特定部分に制御が集中する構成ではないので、故障や無線端末の一部が取り除かれる等たとえネットワーク４の一部が欠損しても、ネットワーク全体がダウンすることはなく、無線通信ネットワーク４と接続している他の無線端末同士は通信可能である。よって、稼働率の高いシステムを構築できる。特に機器の交換等のため無線通信ネットワーク４上の一部の機器をネットワーク４から切り離す場合でも、その処理中に於ても無線通信ネットワーク４そのものは稼動可能なので他の部分を停止させる必要はない。
【００２７】
各ホスト処理装置１やＰＩＯステーション２との接続にこの様な特徴を持つ無線通信ネットワーク４を用いることにより、稼働率が高くまたシステム構成の変更や施設内のレイアウトの変更に対してフレキシブルに対応可能で、また通信障害に対しても強く、更には後述するようにシステムの多重化も容易なシステムを構築することが可能となる。
【００２８】
この様な特徴を持つ無線通信ネットワーク４の構築方法としては、例えば本出願と同一出願人による特願平１０−１８５８６６号の「無線通信ネットワーク」が提案されている。以下本実施形態の無線通信ネットワーク４は上記特願平１０−１８５８６６号の「無線通信ネットワーク」による通信方式による技術により構築されてたものとして説明する。尚本発明の無線通信ネットワーク４は、この方式によるものだけに限定されるものではなく、上記特徴を備える無線通信ネットワークであれば他の方式によって構築されたものでもかまわない。
【００２９】
次に上記特願平１０−１８５８６６号の「無線通信ネットワーク」による通信方式について説明する。
まず無線通信ネットワークでの通信路の設定及び中継ルートの選定について説明する。
【００３０】
図３は、設置された無線端末間での通信路の設定方法についての説明図である。同図において、Ａ〜Ｊはエリア内に分散設置された無線端末を示している。
各無線端末Ａ〜Ｊは、それぞれ一定の周期で各送信元の端末を識別する識別子を含む存在通知パケットを送信し、これを受信した通信端末は、この通信端末と直接通信できる可能性が有ることを認識する。
【００３１】
図３では、無線端末Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｅ、Ｆは、無線端末Ｃの送信する存在通知パケットを受信することによって、無線端末Ｃと直接通信できる可能性を有していることを認識する。同様に、無線端末Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｊは無線端末Ｉの送信する存在通知パケットを受信することによって、無線端末Ｉと直接通信できる可能性を有していることを認識する。
【００３２】
このように、各無線端末Ａ〜Ｊがそれぞれ一定の周期で存在通知パケットを送信し、これを隣接する無線端子が受信することにより、その時点での電波伝播状態に応じた直接通信の可能性を互いに認識することができる。
【００３３】
次に各無線端末は、通信路診断パケットを送信して、存在通知パケットによって認識された直接通信の可能性を有する各無線端末間の通信路の信頼性を診断し、水準以上の信頼性を有するものを有効な通信路として設定する。
【００３４】
その後各無線端末は、システムを構成する他の全ての無線端末が、自らと直接通信路を有するどの無線端末を経由して接続されているのかを認識するため、システム構成情報を格納する存在通知パケットを送信する。
【００３５】
システム構成情報は端末からの通信回数と着信端末との関係情報であり、各端末は、自己に対するシステム構成情報と共に、直接通信が可能である隣接した無線通信端末のシステム構成情報を保持、管理する。
【００３６】
図４に、ネットワーク構成が図５の様なトポロジーの場合の無線端末Ａのシステム構成情報を示す。
図４のシステム構成情報には、図５の様なトポロジーのネットワーク回線が設定された場合において、各着信先の無線端末とその無線端末に到達するまでの最小の通信回数との関係が示されている。ここでの通信回数（ホップ数）とは、送信元である無線端末Ａが送信するパケットが着信先の無線端末に到達するまでに各無線端末間で通信される回数を示しており、図４のシステム構成情報からは、無線端末Ａが１回の通信でパケットを転送可能な無線端末にはＢ、Ｃ、Ｄがあることがわかり、また、中継無線端末による通信も含めてパケットを転送するためには少なくとも２回の通信を要する無線端末にはＥ、Ｆがあることがわかる。同様に、少なくとも３回の通信を要する無線端末にはＧ、Ｈ、Ｉが少なくとも４回の通信を要する無線端末にはＪがあることがわかる。
【００３７】
各無線端末は、この図４の様なシステム構成情報を、アイドル状態時に、存在通知パケットに格納して一定周期毎に隣接する無線端末に送信する。そして、隣接する無線端末から受信したシステム構成情報を基に自己のシステム構成情報を更新して行く。
【００３８】
また各無線端末は、自己のシステム構成情報の他に、隣接する無線端末のシステム構成情報も保持し、管理する。図６は図１での無線端末Ａが管理する、無線端末Ａが直接通信路を有する無線端末Ｂ、Ｃ、Ｄの構成情報を示す。無線端末Ａは、図４に示す自らのシステム構成情報の他に、図６に示すこの無線端末Ｂ、Ｃ、Ｄのシステム構成情報をも管理する。
【００３９】
このシステム構成情報を用いた通信例として、無線端末Ａが無線端末Ｅへパケットを送出する場合を考える。図６のシステム構成情報を参照すると、無線端末Ｅへパケットを転送するためには、無線端末Ｂからは１回の通信で転送可能であることがわかる。同様に、無線端末Ｃからは１回、無線端末Ｄからは２回の通信で転送可能であることがわかる。このことにより、無線端末Ａは、着信先が無線端末Ｅであるパケットを無線端末ＢまたはＣのいずれかに送出するようにする。無線端末Ａからパケットを受信した無線端末Ｂ又はＣは、自己が保持、管理しているシステム構成情報から、パケットの送信先に対して最も通信回数の少ない無線端末へ送り、以降同様の処理によりパケットはネットワーク内を中継されてゆき、着信先の無線端末へ届く。
【００４０】
この様な無線通信ネットワークを用いることにより無線端末の新規設置、故障や撤収による欠損、位置の変更により通信トポロジーに変更が生じても、各無線端末が一定周期で送信する存在通知パケットによりその変化にフレキシブルに対応することが出来、また設定された通信路に通信障害が発生しても各無線端末が保持、管理しているシステム構成情報から別の迂回路が設定されるので通信障害に対しても稼働率の高いシステムとなる。
【００４１】
次にこの無線ネットワーク４によるシステムの多重化について説明する。
図７は、無線通信ネットワーク４を用いてホスト処理装置１を２重化した例を示す図である。図７では、ＰＩＯステーション２−１を制御するホスト処理装置として２つのホスト処理装置１ａ及び１ｂを持つ構成となっている。この構成を構築するには、既に設置されているホスト処理装置１ａのほかに新たにホスト処理装置１ｂを設置して無線通信ネットワーク４に接続するだけでよく、特別に配線処理を必要としない。また３重化するには、更に新たなホスト処理装置１を設置して無線通信ネットワーク４に接続するだけでよい。またその設置位置も無線通信ネットワーク４を構築している無線端末の何れかと無線接続可能な位置ならばどこでもよく、更には設置位置の移動も可能である。
【００４２】
多重化されたホスト処理装置１に対してＰＩＯステーション２−１は、通常はホスト処理装置１ａからの指示に基づいて動作し、ホスト処理装置１ａがハードエラーやアプリケーションのハングアップ等によって異常が発生したとオペレータが判断すると、ホスト処理装置１をホスト処理装置１ｂに変更して処理を継続する。この様に無線通信ネットワーク４を介してホスト処理装置１ａ及び１ｂ共にシステム全体の情報を傍受することが可能なため、ホスト処理装置１に異常が発生してもオペレータが多重化されている別のホスト処理装置１に移動することにより業務を継続することが出来る。
【００４３】
図８は、無線通信ネットワーク４を用いてＰＩＯステーション２を２重化した例を示す図である。図８では、ＰＩＯステーション２ａに接続されている各センサをの入出力をＰＩＯステーション２ｂにも接続して２重化している例である。
【００４４】
この場合も図７のホスト処理装置１の２重化と同様に、ＰＩＯステーション２を２重化した構成を構築するには、既に設置されているＰＩＯステーション２ａと同一のセンサへの入出力を並列接続したＰＩＯステーション２ｂを設け、無線ネットワーク４に接続するだけでよく、特別に配線処理を必要としない。また３重化するには、更に新たなＰＩＯステーション２を設置して無線通信ネットワーク４に接続するだけでよい。
【００４５】
多重化されたＰＩＯステーション２に対してホスト処理装置１は、通常はＰＩＯステーション２ａを用いて各センサからのデータを収集し、ＰＩＯステーション２ａに異常が発生するとＰＩＯステーション２ｂに切換えて業務を継続することが出来る。
【００４６】
この際、ホスト処理装置１からオペレータが意識的に切換えるのではなく無線ネットワーク４が自動的に切換える構成とすることも出来る。例えばホスト処理装置１から稼動系のＰＩＯステーション２ａにフレームを送信しても、送信フレームがホスト処理装置２ａにとどかなかった場合、若しくは送信フレームに対する応答が無い場合には自動的にその送信フレームを待機系のＰＩＯステーション２ｂに対して再送信する構成とすることも出来る。
【００４７】
この様に、本実施形態では無線ネットワーク４によりデュープレックスシステムを容易に構築できる。またデュアルシステムについてもネットワーク接続についてはデュープレックスシステムと同様なので、無線ネットワーク４を用いることにより、やはり容易にシステムを構築することが出来る。
【００４８】
また本実施形態では、ホスト処理装置１は多重化されている相手に対して、特定周期でフレームを送信してポーリングし、その通信フレーム内に各ホスト処理装置１が正常動作しているかどうかを示す監視ステータスの領域を設け、この監視ステータスの変化を監視することにより多重化された相手の異常を検出する機能を有する。
【００４９】
図９は、多重化されたホスト処理装置１同士の監視ステータスによる監視処理を示すシーケンス図である。同図は、２重化されているホスト処理装置１ａ、１ｂの２つのホスト処理装置１間で監視ステータスを含むフレームを送信してその状態を互いに監視することによって多重化された相手を監視する例を示す。尚同図は２重化の例であるが３重化以上についても後述する監視ステータス内の対応するステータスビットを増やしてポーリングを行えば同様にして実現可能である。
【００５０】
ホスト処理装置１は、特定周期毎に他のホスト処理装置１やＰＩＯステーション２に対してフレームを送信し、そのフレームに対する応答のフレームを受信してポーリングを行う。本実施形態では、５００ｍｓ毎にホスト処理装置１ａからホスト処理装置１ｂにフレームが送信される例である。
【００５１】
同図では、システムや各ＰＩＯステーション２に対する制御指示を行う処理部から無線ネットワーク４としての処理を行う通信部へ、自己と２重化されているホスト処理装置１ｂに監視ステータスを含むフレームを送信するよう指示するＳＰコマンドを送信する。同図ではこのフレームは、先頭にフレームの種類を表すものとして“ＳＰ”が、続いて送信先を示すＩＤ値、続いてフレームに付加するデータのバイト数、要求フレームであることを示す“Ｄ”、最後に伝送終結を示すＥＯＴコードが格納される構成となっている。
【００５２】
これを受取ったホスト処理装置１ａの通信部は、このフレームのＥＯＴコードの前にフレーム内のデータバイト数領域で指定されている大きさのデータ領域を設けたフレームを無線ネットワーク４に送信する。このデータ領域は最大１２８バイトの可変長の領域で内部に監視ステータスを格納する領域を持っている。図９の場合データ領域の先頭部分に１バイト監視ステータスが設けてある。またデータ領域内の残りの領域は、他の通信目的に用いるか、監視・制御情報を格納しても良い。
【００５３】
監視ステータスは、ホスト処理装置１の状態を監視するためのステータスビットの集合で、この監視ステータス内の各ビットが各ホスト処理装置１に対応している。同図の場合ビット０がホスト処理装置１ａの、ビット１がホスト処理装置１ｂのステータスビットとなっている。このうちフレームの送信先に対応するホスト処理装置１ｂのステータスビットには既に値（図９の場合‘１’）が設定されており、この値をホスト処理装置１ａの処理部は記憶している。また送信元に対応するステータスビットにはホスト処理装置１ｂとの１つ前の監視ステータスのやり取りでの値を反転させた値（図９の場合‘０’）が設定されている。
【００５４】
このフレームを無線ネットワーク４から受信したホスト処理装置１ｂの通信部は、ＲＰリザルトとしてこれを処理部へ送る。処理部ではこのフレームから監視ステータスを取り出す。そしてホスト処理装置１ａのステータスビットの値が１つ前に受信したフレーム内のステータスビットの値が反転したものであることから、ホスト処理装置１ｂはホスト処理装置１ａが正常に動作していることを確認する。そして、自己のステータスビットを反転した監視ステータスを含むフレームを生成し、ＳＰコマンドとして通信部に送る。同図ではこのフレームは、先頭にフレームの種類を表すものとして“ＳＰ”が、続いて送信先を示すＩＤ値、続いてフレームに付加するデータのバイト数、応答フレームであることを示す“Ｉ”、監視ステータスを含むデータ領域、そして最後に伝送終結を示すＥＯＴコードが格納される構成となっている。
【００５５】
通信部はこのＳＰコマンドを処理部から受取るとこれをデータパケットとして無線ネットワーク４に流す。尚無線部は、監視ステータスを含むフレームを受信してから一定時間内に処理部から応答が無い場合、タイムアウト処理として受信フレームと同一の監視ステータスを含むフレームをホスト処理装置１ａに返信する。
【００５６】
ホスト処理装置１ｂから返信フレームを受信したホスト処理装置１ａの通信部はこれをＲＰリザルトとして処理部に送る。処理部はこのフレームから監視ステータスを取りだし、送信フレームに格納した監視ステータスの値と比較することにより、多重化相手であるホスト処理装置１ｂが正常動作しているかを判断する。この受信フレーム内のホスト処理装置１ｂに対応するステータスビットが送信フレーム内の値の反転値であれば、ホスト処理装置１ｂは正常に動作していることを表し、送信フレーム内の値と同じならばホスト処理装置１ｂの処理部にハードエラーやアプリケーションのハングアップ等による異常が発生したと判断する。またもしホスト処理装置１ｂから応答が無い場合には、ホスト処理装置１ｂは通信部に何らかの異常が発生したことを意味する。
【００５７】
この様にホスト処理装置１が多重化の相手に対し、監視ステータスを含むフレームによるポーリング処理を行うことにより、多重化の相手が正常動作しているかを監視することが出来る。またこの監視ステータスによりマスタースレーブ方式や多数決論理による多重化システムを容易に構築できる。尚上記例では、ホスト処理装置１ａが自己の多重化の相手であるホスト処理装置１ｂに対する監視を行っていたが、監視ステータスにＰＩＯステーション２に対応するステータスビットを設けて、自己が制御しているＰＩＯステーション２に対してもポーリングを行って正常動作を行っているかどうか監視する構成とすることも出来る。更には、ホスト処理装置１間だけでなく、多重化されたＰＩＯステーション２間でポーリングを行って監視する構成とすることも出来る。
【００５８】
【発明の効果】
本発明によれば、無線ネットワークを用いてシステムを用いることにより容易に多重化されたシステムを構築出来、また一度構築したシステムでも構成の変更や施設内の機器の設置位置の変更に対してフレキシブルに対応可能なプロセス制御システムを構築できる。
【００５９】
またネットワークの構築は、単に無線端末を置いて回るだけで良いので、有線ケーブルを施設した場合に比して、工事費が安価に済む。また無線端末単体の値段も安価で同一規模の他のネットワークシステムに比してインフラの整備を安価に行える。
【００６０】
更には、既に構築されているシステムに対して多重化を行う場合、有線ケーブルを施設した場合その施設位置やスペース等の制約が生じるが、本発明では無線ネットワークを用いるため単に無線端末を設置するだけでよいので、有線接続に比して多重化の為の制約が少ない。
【００６１】
また本発明では、修理や整備は無線端末の交換だけですむので、ネットワークの修復は容易に行え、また維持の手間が殆どかからない。そして保守管理用の特別な専門員を必要としないので運用コストを低レベルに押さえることが可能となる。
【００６２】
また本発明に用いられるネットワークシステムは、たとえネットワークの一部に通信障害が生じても、ネットワーク全体がダウンすることはない。更には機器の交換等のため無線通信ネットワーク上の一部の機器をネットワークから切り離す場合でも、その処理中に於ても無線通信ネットワークそのものは稼動可能なのでシステムを停止させる必要はない。従って稼働率の高いシステムを構築できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態のプロセス処理システムを表す全体図である。
【図２】ＰＩＯステーションの構成を示す図である。
【図３】無線端末Ｃ、Ｉが存在通知パケットを送信する様子を示す図である。
【図４】無線端末Ａのシステム構成情報を示す図である。
【図５】無線通信ネットワークのトポロジー例を示す図である。
【図６】無線端末Ａが管理する、無線端末Ａと直接通信路を有する無線端末Ｂ、Ｃ、Ｄの構成情報を示す図である。
【図７】無線通信ネットワークを用いてホスト処理装置を２重化した例を示す図である。
【図８】無線通信ネットワークを用いてＰＩＯステーションを２重化した例を示す図である。
【図９】２重化されたホスト処理装置同士の監視ステータスによる監視処理を示すシーケンス図である。
【図１０】従来のプロセス制御システムに於けるＰＩＯステーションを２重化した場合の構成を示す図である。
【符号の説明】
１、１０１ホスト処理装置
２、１０２ＰＩＯステーション
３中継通信機
４無線通信ネットワーク
２１制御ＣＰＵ
２２無線部
２３入出力部
２４内部バス
１０３有線ネットワーク

Claims

プロセス入出力に対する制御を行う１以上のＰＩＯステーションと、該ＰＩＯステーションに対する指示を行う多重化された複数のホストとを備えるプロセス制御システムにおいて、
無線データ通信を行う複数の無線端末によって構成され、該各無線端末は他の１以上の無線端末を介して又は直接、他の全ての無線端末と通信可能である無線通信ネットワークを備え、前記ＰＩＯステーション及び前記ホストは前記無線通信ネットワークに前記無線端末として接続され、
前記複数の無線端末のそれぞれは、
自己の無線端末を識別する識別子を含む存在通知パケットを一定の周期で送信して他の無線端末に自らの存在を通知する存在通知手段と、
自らの送出するデータパケットの着信先の無線端末と、該データパケットが該着信先の無線端末に着信するまでに要する最小の通信回数と、を互いに対応付けて示す第１のシステム構成情報を格納する第１の格納手段と、
自らの送出するデータパケットの着信先の無線端末と、自らが直接通信可能である隣接無線端末から前記着信先の無線端末に前記データパケットが着信するまでに要する最小の通信回数と、を互いに対応付けて示す第２のシステム構成情報を格納する第２の格納手段と、
自らが有する前記第１のシステム構成情報をも前記存在通知パケットに含めて前記存在通知手段により他の無線端末へ送信する一方、他の無線端末から送信されて着信した存在通知パケットに含まれる前記第１のシステム構成情報に基づいて自らの前記第１及び第２のシステム構成情報を更新する更新手段と、
自己の受信したデータパケットを目的とする無線端末まで転送するための通信路として、該目的とする無線端末までの通信回数が最小となる通信路を前記第２のシステム構成情報に基づいて決定する通信路決定手段と、
を備えることを特徴とするプロセス制御システム。
前記多重化されたホストのそれぞれは、
自身の多重化相手先のホストに対して監視ステータスを含むフレームを送信する監視ステータス送信手段と、
自身の多重化相手先のホストから受信したフレーム内の監視ステータスを書き換えて該フレームを返信する監視ステータス返信手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載のプロセス制御システム。
ホストに備えられた前記監視ステータス送信手段は、自ホストが制御を行うＰＩＯステーションに対しても前記監視ステータスを含むフレームを送信し、
前記ＰＩＯステーションは、自身を制御するホストから受信したフレーム内の監視ステータスを書き換えて該フレームを返信する第２の監視ステータス返信手段を備えることを特徴とする請求項２に記載のプロセス制御システム。
プロセス入出力に対する制御を行う多重化されたＰＩＯステーションと、該ＰＩＯステーションに対する指示を行う１以上のホストを備えるプロセス制御システムにおいて、
無線データ通信を行う複数の無線端末によって構成され、前記各無線端末は直接又は他の１以上の無線端末を介することで他の全ての無線端末と通信可能である無線通信ネットワークを備え、前記ＰＩＯステーション及び前記ホストは前記無線通信ネットワークに前記無線端末として接続され、
前記複数の無線端末のそれぞれは、
自己の無線端末を識別する識別子を含む存在通知パケットを一定の周期で送信して他の無線端末に自らの存在を通知する存在通知手段と、
自らの送出するデータパケットの着信先の無線端末と、該データパケットが該着信先の無線端末に着信するまでに要する最小の通信回数と、を互いに対応付けて示す第１のシステム構成情報を格納する第１の格納手段と、
自らの送出するデータパケットの着信先の無線端末と、自らが直接通信可能である隣接無線端末から前記着信先の無線端末に前記データパケットが着信するまでに要する最小の通信回数と、を互いに対応付けて示す第２のシステム構成情報を格納する第２の格納手段と、
自らが有する前記第１のシステム構成情報をも前記存在通知パケットに含めて前記存在通知手段により他の無線端末へ送信する一方、他の無線端末から送信されて着信した存在通知パケットに含まれる前記第１のシステム構成情報に基づいて自らの前記第１及び第２のシステム構成情報を更新する更新手段と、
自己の受信したデータパケットを目的とする無線端末まで転送するための通信路として、該目的とする無線端末までの通信回数が最小となる通信路を前記第２のシステム構成情報に基づいて決定する通信路決定手段と、
を備えることを特徴とするプロセス制御システム。
前記多重化されたＰＩＯステーションのそれぞれは、
自身の多重化相手先のＰＩＯステーションに対して監視ステータスを含むフレームを送信する監視ステータス送信手段と、
自身の多重化相手先のＰＩＯステーションから受信したフレーム内の監視ステータスを書き換えて該フレームを返信する監視ステータス返信手段と、
を備えることを特徴とする請求項４に記載のプロセス制御システム。