(57)【要約】【課題】制御用通信に係る重要なトラフィックを確実に処理すること。【解決手段】複数のフィールド機器がＩＰネットワークを介してパケット通信を行うフィールドネットワークシステムにおいて、前記各フィールド機器により構成される制御ループ用のパケットのみが流れる制御用ネットワークと、前記制御用ネットワークとその他のネットワークを論理的に分断し、パケットの転送または所定の処理を行うフィールドコントローラを備えたことを特徴とするもの。【選択図】                      図１
2010028505.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のフィールド機器がＩＰネットワークを介してパケット通信を行うフィールドネットワークシステムにおいて、
前記各フィールド機器により構成される制御ループ用のパケットのみが流れる制御用ネットワークと、
前記制御用ネットワークとその他のネットワークを論理的に分断し、パケットの転送または所定の処理を行うフィールドコントローラを備えたことを特徴とするフィールドネットワークシステム。
【請求項２】
前記フィールドコントローラは、
受信した複数のパケットに基づき、前記各パケットに応じた処理の優先順位を決定し、その優先順位に沿ってパケットの転送または所定の処理を行うことを特徴とする
請求項１記載のフィールドネットワークシステム。
【請求項３】
前記フィールドコントローラは、
受信したパケットが制御用通信に係るマルチキャストパケットである場合には、前記制御用ネットワークに接続された前記各フィールド機器にマルチキャストパケットを転送することを特徴とする
請求項１または請求項２記載のフィールドネットワークシステム。
【請求項４】
前記フィールドコントローラは、
少なくとも、前記各フィールド機器および他の機器との間で前記ＩＰネットワークを介してパケットを送受信する通信部と、
あらかじめネットワークアドレスと前記各フィールド機器および他の機器の識別情報とが関連づけて記憶されているパケット宛先テーブルと、優先度の高低と所定の処理とが関連付けて記憶されている優先度テーブルとを格納する記憶部と、
前記通信部を介して受信したパケットを解析して優先度情報および宛先情報を抽出し、この優先度情報と前記優先度テーブルに基づき前記パケットの処理順序を決定し、前記宛先情報と前記パケット宛先テーブルに基づき前記パケットを転送するか否かを判断する演算制御部とを具備することを特徴とする
請求項１〜請求項３いずれかに記載のフィールドネットワークシステム。
【請求項５】
複数のフィールド機器がＩＰネットワークを介してパケット通信を行い、前記各フィールド機器により構成される制御ループ用のパケットのみが流れる制御用ネットワークを有するフィールドネットワークシステムに備えられるフィールドコントローラであって、
前記制御用ネットワークとその他のネットワークを論理的に分断し、受信した複数のパケットに基づき、前記各パケットに応じた処理の優先順位を決定し、その優先順位に沿ってパケットの転送または所定の処理を行うことを特徴とするフィールドコントローラ。
【請求項６】
少なくとも、前記各フィールド機器および他の機器との間で前記ＩＰネットワークを介してパケットを送受信する通信部と、
あらかじめネットワークアドレスと前記各フィールド機器および他の機器の識別情報とが関連づけて記憶されているパケット宛先テーブルと、優先度の高低と所定の処理とが関連付けて記憶されている優先度テーブルとを格納する記憶部と、
前記通信部を介して受信したパケットを解析して優先度情報および宛先情報を抽出し、この優先度情報と前記優先度テーブルに基づき前記パケットの処理順序を決定し、前記宛先情報と前記パケット宛先テーブルに基づき前記パケットを転送するか否かを判断することを特徴とする演算制御部とを具備することを特徴とする
請求項５記載のフィールドコントローラ。
【請求項７】
前記フィールドコントローラは、
不正アクセスを防ぐためのファイアウォール機能を有することを特徴とする
請求項１〜請求項４いずれかに記載のフィールドネットワークシステム。
【請求項８】
前記フィールドコントローラを２台配置し、
前記各フィールドコントローラは、一方をマスターとして他方をスレーブとし、通常はマスターが全体の動作を制御してスレーブがマスターに追従して常に同じ動作を行い、マスターが故障した場合には全体の動作の制御を自動的にスレーブに切り替える二重化機能を有することを特徴とする
請求項１〜請求項４いずれかに記載のフィールドネットワークシステム。
【請求項９】
前記フィールドコントローラは、
前記演算制御部に同一モジュールを複数有し、
前記各フィールドコントローラは、一方のモジュールをメインとして他方のモジュールをサブとし、
通常はメインが全体の動作を制御し、メインに障害が発生した場合には全体の動作の制御を自動的にサブに切り替える二重化機能を有することを特徴とする
請求項５または請求項６記載のフィールドネットワークシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィールドネットワークシステムおよびその構成要素であるフィールドコントローラに関し、特に、インダストリアルオートメーションのプロセス制御システムなどでＩＰ(Internet Protocol)ネットワークを用いて構築されるフィールドネットワークシステムにおける制御用通信のトラフィック処理の改善に関する。
【０００２】
近年、インダストリアルオートメーションにおけるプロセス制御システムとして、フィードバック制御ループを構成する流量計や温度計などのセンサ、アクチュエータ、フィールドコントローラ（以下、コントローラという）を含むフィールド機器がネットワークに接続されたフィールドネットワークシステムが提案されている。
【０００３】
フィールド機器を接続するネットワーク（以下、フィールドネットワークという）としては、一般にフィールドバスがあり、FOUNDATION FieldBus（登録商標）やProfiBus（登録商標）などさまざまなプロトコルが存在している。これらのプロトコルは、物理層やネットワーク層における処理が個別に定義されており、ネットワークトポロジなどの利用形態にはそれぞれ制限がある。
【０００４】
一方、工場にはオフィス用に敷設されたIPネットワークも存在している。IPネットワークは広く普及しており、IPネットワークで多く用いられているイーサネット（登録商標）は、柔軟にネットワークを構築できることから、フィールドネットワークをＩＰネットワーク上で動作させるようなプロトコルも提案されている。
【０００５】
このようなプロトコルを用いることにより、フィールドネットワークをオフィス用に敷設されたＩＰネットワークと共存させることができる。すなわち、センサやアクチュエータなどを直接IPネットワークに接続することができ、メンテナンスや運用面においてより簡単に末端のデバイスにアクセスすることが可能になる。
【０００６】
従来のフィールドネットワークシステムに関連する先行技術文献としては次のようなものがある。特許文献１には、フィールド機器と、このフィールド機器が設置されたプラントを制御する制御装置との間の通信を中継するフィールドネットワークシステムについて記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−３３３１８９公報
【０００８】
図６は従来のフィールドネットワークシステムの一例を示す構成図である。図６において、主にプラント（被制御対象）などに設置され温度や流量、圧力などの物理量を測定するセンサ１と、図示しないバルブや調整弁などを操作制御するアクチュエータ２と、センサ１で得られた測定データに基づきアクチュエータ２などの各種フィールド機器を操作制御するコントローラ３と、各フィールド機器の状態監視やメンテナンス・設定などを行う端末装置４〜５が、帯域制御機能を有し各機器からのデータを転送するイーサネットスイッチ６（以下、スイッチという）を介して相互に接続され、同一のＩＰネットワーク（以下、ネットワークＮＷ１００）に接続されている。
【０００９】
なお一般にフィールドネットワークシステムは、各フィールド機器を複数個備えるものであるが、図６では説明を簡単にするためにセンサ１、アクチュエータ２、コントローラ３、スイッチ６がそれぞれ１個の例を示している。
【００１０】
センサ１、アクチュエータ２、コントローラ３は、フィードバック制御ループを構成しており、定期的に通信を行う。この通信は、マルチキャストを用いて行われる。
【００１１】
また、センサ１、アクチュエータ２、コントローラ３は、たとえば、ＡＩ（アナログ信号入力）、ＡＯ（アナログ信号入出力）、ＰＩＤ演算（比例、積分、微分演算）などのフィールド機器固有の機能ブロックを実行する機能を有している。
【００１２】
これら各フィールド機器のパケット通信動作について説明する。センサ１は、たとえば測定データなどの機能ブロックＡＩの出力を含むパケットをスイッチ６を介してコントローラ３（の機能ブロックＰＩＤ）に送信する。
【００１３】
コントローラ３は、センサ１の測定データに基づいて測定データが所定の目標値に収束するようにバルブや調整弁などを操作制御するための制御データを算出し、この制御データ（すなわち機能ブロックＰＩＤの出力）を含むパケットをスイッチ６を介してアクチュエータ２（の機能ブロックＡＯ）に伝送する。
【００１４】
アクチュエータ２は、コントローラ３からの入力データに基づいて、たとえばバルブの開度などを調整し、その調整前後の開度に基づき算出された入・出力差データ（すなわち機能ブロックＡＯの出力）を含むパケットをスイッチ６を介してコントローラ３（の機能ブロックＰＩＤ）に伝送する。
【００１５】
なお、端末装置４、５は、各フィールド機器の状態監視やメンテナンス・設定などを行うための通信を、任意のフィールド機器との間で不定期に行う。
【００１６】
具体的には、端末装置４、５は、被制御対象の環境状況の変化に応じた各フィールド機器（たとえば、コントローラ３）の設定変更（たとえば、センサ１の測定データの目標値）や各フィールド機器（たとえば、センサ１）の状態（たとえば、測定値）を監視すべくパケット通信を行う。
【００１７】
このように、従来のフィールドネットワークシステムは、ＩＰネットワークを用いてフィールド制御ループに関するデータ通信を行うことにより、プラントなどの被制御対象を最適状態で運転する。
【００１８】
ところで、センサ１、アクチュエータ２、コントローラ３で構成されるフィードバック制御ループにおける通信（以下、制御用通信という）は、プラントなどの被制御対象を最適状態で運転するために重要な通信であることから、その他の通信より優先的に処理されるように設定される。また制御用通信向けに帯域が確保される場合もある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら、従来のフィールドネットワークシステムでは、
（イ）パケットが送信先に到達せず、結果として被制御対象の最適な運転ができない
（ロ）スイッチの管理上限を超えたマルチキャスト通信が行われるとネットワークに接続する各機器の負荷が増大してしまう
などの問題点があった。
【００２０】
図７は、これらのような問題点を説明する説明図であり、（Ａ）はセンサからのパケットがコントローラに到達しない場合の説明図、（Ｂ）はスイッチの管理上限を超えたマルチキャスト通信が行われる場合のセンサとコントローラ間の通信の説明図である。
【００２１】
（Ａ）についての説明の前提として、スイッチ６は、制御用通信向けにはあらかじめ設定された通信量の帯域を確保すべく制御を行っているものとする。たとえば制御用通信以外のデータ通信についてはあらかじめ設定された通信量を超過する場合には当該パケットは転送せず、制御用通信については確保すべき帯域の限界を超える通信量となった場合には当該パケットは転送しない。
【００２２】
図７（Ａ）のステップＳ１において、センサ１はコントローラ３に向けて測定データを含むパケットをユニキャスト送信する。ステップＳ２において、スイッチ６は端末装置５からのパケットをコントローラ３に転送する。
【００２３】
また図示しないが、端末装置５もコントローラ３との間でたとえばセンサ１の測定データに対する目標値変更のためのパケット通信を行っている。
【００２４】
このとき、既にネットワークＮＷ１００上に制御用通信向けの確保帯域の限界まで制御用通信のトラフィックが流れている場合には、スイッチ６は制御用通信に係るパケットを転送しないため、スイッチ６から送信されたセンサ１からのパケットはコントローラ３に到達しないことになる。
【００２５】
つまり、帯域制御を行っているスイッチ６の想定している通信量を超えるようなトラフィックが送信された場合には、パケットの欠落が発生し、フィールド制御ループによる被制御対象の最適な運転ができなくなるという上述（イ）のような問題点があった。
【００２６】
さらに、帯域制御を実現するためには、スイッチ６はフィールドネットワークシステムを構成する全ての機器が行う通信を把握する必要があり、想定している通信量を超える場合やシステムを拡張する際には、システム全体として再度見直さなければならず、大規模なネットワークになるほど、導入・運用のコストが増加するという問題点もあった。
【００２７】
次に（Ｂ）についての前提として、複数の制御用通信がネットワークＮＷ１００に流れており、これらの制御用通信には全てマルチキャストを用いるものとする。またスイッチ６はマルチキャストパケットに応じて転送すべき機器または機器の接続ポートを判断し、当該ポートを介してマルチキャストパケットを転送する機能を持つものとする。
【００２８】
具体的には、スイッチ６は自機に接続されている機器間の通信を監視することにより、あらかじめどの機器がどのマルチキャストパケットを受信するかを把握している。
【００２９】
またスイッチ６は、受信したマルチキャストパケットの宛先アドレスとあらかじめ管理しているマルチキャストアドレスとを比較してこのマルチキャストパケットを受信すべき機器を見出し、転送先を決定する。
【００３０】
図７（Ｂ）では、ステップＳ１１において、センサ１はパケットをマルチキャスト送信する。スイッチ６は、受信したマルチキャストパケットに基づき転送すべきフィールド機器または機器の接続ポートを判断する。
【００３１】
ここでスイッチ６の管理可能なマルチキャストアドレス数の上限を超えたマルチキャスト通信が行われるとスイッチ６は制御不能となり、全てのポートにマルチキャストパケットが配送される。すなわち、スイッチ６はステップＳ１２〜１５に示すように、結果としてネットワークＮＷ１００に接続する全ての機器（アクチュエータ２、コントローラ３、端末４、５）に対してマルチキャストパケットを送信してしまうことになる。
【００３２】
このようにスイッチ６からマルチキャストパケットが送信されると、ネットワークに接続する各機器の負荷が増大するという上述の（ロ）の問題点があった。
【００３３】
またネットワークＮＷ１００の全体の通信量が増加すると制御用の通信向けに確保された帯域が圧迫され、上述の（Ｂ）で説明したようにパケットが送信先に到達せずフィールド制御ループによる被制御対象の最適な運転ができなくなるという問題などを助長することになる。
【００３４】
さらに、上述（イ）、（ロ）の問題を解決するために、トラフィックの局所化を目的としてルータを配置し、論理的にネットワークを分割する方法が考えられるが、ルータを新たに配置するためには、導入や運用のコストが増加することになる。
【００３５】
また、コントローラ３に複数のネットワークインターフェイスを付加し、これらを介してコントローラ３と制御通信のネットワークとその他のネットワークとが接続する構成にすることが考えられる。このような構成であれば制御用通信にかかるパケットは送信先に確実に到達できるが、従来検討されているコントローラはパケット転送機能を有さず、端末・センサ間の通信などができないという問題点がある。
【００３６】
本発明は上述の問題点を解決するものであり、その目的は、制御用通信に係る重要なトラフィックを確実に処理することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３７】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
複数のフィールド機器がＩＰネットワークを介してパケット通信を行うフィールドネットワークシステムにおいて、
前記各フィールド機器により構成される制御ループ用のパケットのみが流れる制御用ネットワークと、
前記制御用ネットワークとその他のネットワークを論理的に分断し、パケットの転送または所定の処理を行うフィールドコントローラを備えたことを特徴とする。
【００３８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のフィールドネットワークシステムにおいて、
前記フィールドコントローラは、
受信した複数のパケットに基づき、前記各パケットに応じた処理の優先順位を決定し、その優先順位に沿ってパケットの転送または所定の処理を行うことを特徴とする。
【００３９】
請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載のフィールドネットワークシステムにおいて、
前記フィールドコントローラは、
受信したパケットが制御用通信に係るマルチキャストパケットである場合には、前記制御用ネットワークに接続された前記各フィールド機器にマルチキャストパケットを転送することを特徴とする。
【００４０】
請求項４記載の発明は、請求項１〜請求項３いずれかに記載のフィールドネットワークシステムにおいて、
前記フィールドコントローラは、
少なくとも、前記各フィールド機器および他の機器との間で前記ＩＰネットワークを介してパケットを送受信する通信部と、
あらかじめネットワークアドレスと前記各フィールド機器および他の機器の識別情報とが関連づけて記憶されているパケット宛先テーブルと、優先度の高低と所定の処理とが関連付けて記憶されている優先度テーブルとを格納する記憶部と、
前記通信部を介して受信したパケットを解析して優先度情報および宛先情報を抽出し、この優先度情報と前記優先度テーブルに基づき前記パケットの処理順序を決定し、前記宛先情報と前記パケット宛先テーブルに基づき前記パケットを転送するか否かを判断する演算制御部とを具備することを特徴とする。
【００４１】
本発明の請求項５記載の発明は、
複数のフィールド機器がＩＰネットワークを介してパケット通信を行い、前記各フィールド機器により構成される制御ループ用のパケットのみが流れる制御用ネットワークを有するフィールドネットワークシステムに備えられるフィールドコントローラであって、
前記制御用ネットワークとその他のネットワークを論理的に分断し、受信した複数のパケットに基づき、前記各パケットに応じた処理の優先順位を決定し、その優先順位に沿ってパケットの転送または所定の処理を行うことを特徴とするフィールドコントローラ。
【００４２】
請求項６記載の発明は、請求項５記載のフィールドコントローラにおいて、
少なくとも、前記各フィールド機器および他の機器との間で前記ＩＰネットワークを介してパケットを送受信する通信部と、
あらかじめネットワークアドレスと前記各フィールド機器および他の機器の識別情報とが関連づけて記憶されているパケット宛先テーブルと、優先度の高低と所定の処理とが関連付けて記憶されている優先度テーブルとを格納する記憶部と、
前記通信部を介して受信したパケットを解析して優先度情報および宛先情報を抽出し、この優先度情報と前記優先度テーブルに基づき前記パケットの処理順序を決定し、前記宛先情報と前記パケット宛先テーブルに基づき前記パケットを転送するか否かを判断することを特徴とする演算制御部とを具備することを特徴とする。
【００４３】
請求項７記載の発明は、請求項１〜請求項４いずれかに記載のフィールドネットワークシステムにおいて、
前記フィールドコントローラは、
不正アクセスを防ぐためのファイアウォール機能を有することを特徴とする。
【００４４】
請求項８記載の発明は、請求項１〜請求項４いずれかに記載のフィールドネットワークシステムにおいて、
前記フィールドコントローラを２台配置し、
前記各フィールドコントローラは、一方をマスターとして他方をスレーブとし、通常はマスターが全体の動作を制御してスレーブがマスターに追従して常に同じ動作を行い、マスターが故障した場合には全体の動作の制御を自動的にスレーブに切り替える二重化機能を有することを特徴とする。
【００４５】
請求項９記載の発明は、請求項５または請求項６記載のフィールドネットワークシステムにおいて、
前記フィールドコントローラは、
前記演算制御部に同一モジュールを複数有し、
前記各フィールドコントローラは、一方のモジュールをメインとして他方のモジュールをサブとし、
通常はメインが全体の動作を制御し、メインに障害が発生した場合には全体の動作の制御を自動的にサブに切り替える二重化機能を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００４６】
本発明によれば、ネットワークにおける制御用通信の確保帯域が広がり、制御用通信に係る重要なトラフィックを確実に処理できることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
図１は本発明に係るフィールドネットワークシステムの一実施例を示す構成図であり、図６と共通する部分には同一の符号を付けて適宜説明を省略する。図１と図６との相違点は、図１では、コントローラが受信したパケットを転送するパケット転送機能および必要なパケットを優先的に処理する優先度制御機能を有すること、制御系の機器と他の機器（端末装置４、５）がコントローラ９を介して別々のネットワークＮＷ１００、ＮＷ２００に接続されていることである。
【００４８】
図１において、フィールドネットワークシステムは、センサ１、アクチュエータ２、端末装置４，５、スイッチ６，７、コントローラ９とで構成されている。
【００４９】
センサ１とアクチュエータ２はスイッチ６を介してネットワークＮＷ１００と接続されて、端末４と５はスイッチ７を介してネットワークＮＷ２００と接続され、これらネットワークＮＷ１００とネットワークＮＷ２００はコントローラ９を介して相互に接続されている。すなわち、コントローラ９は、スイッチ６およびスイッチ７と接続されている。
【００５０】
このように構成することにより、マルチキャスト通信を用いる制御通信は、ネットワークＮＷ１００に接続されたセンサ１、アクチュエータ２とコントローラ９間でのみ行われる。
【００５１】
図２は図１で用いるコントローラ９の具体例を示す構成ブロック図であり、通信部９１と、演算制御部９２と、記憶部９３とから構成されている。
【００５２】
通信部９１は、スイッチ６または７を介して、センサ１、アクチュエータ２、端末装置４、５、他の機器との間でパケット通信を行う。
【００５３】
演算制御部９２としてはたとえばＣＰＵが用いられ、各部の動作を制御し、スイッチ６または７を介して受信したパケットを転送するパケット転送機能、必要なパケットを優先的に処理する優先度制御機能およびフィードバック制御ループにかかる処理を行うプロセス制御機能などの各機能を実行する。
【００５４】
演算制御部９２は、通信部９１を制御してパケットの送受信を行うパケット送受管理部９２ａと、受信したパケットを解析して優先度情報および宛先情報（宛先アドレス）を抽出し、パケットの優先度の高低に基づきパケットの処理順序を決定し、宛先情報に基づき受信したパケットを他の機器に転送するか否かを判断するパケット転送判断部９２ｂと、受信したパケットに基づきたとえばセンサ１で得られた測定データが所定の目標値に収束するようにバルブや調整弁などを操作制御するための制御データを算出してアクチュエータに送信するようなフィールド制御に係る処理を行うコントローラ部９２ｃを有する。
【００５５】
またパケット転送判断部９２ｂは、パケットの解析により得られた宛先情報に基づいて当該パケットがコントローラ９宛であるか否かを判定する。コントローラ９宛であると判定した場合にはフィールド制御にかかる処理を行わせるための制御信号をコントローラ部９２ｃに出力し、コントローラ９宛ではないと判定した場合には当該パケットを他の機器に転送させるための制御信号をパケット送受管理部９２ａに出力する。
【００５６】
記憶部９３はＲＡＭやＲＯＭなどで構成され、ＯＳや同期情報受信ノードとして動作するためのプログラムやアプリケーション、これらプログラムなどの実行時に使用されるデータ、あらかじめネットワークアドレスと機器の識別情報とが関連づけて記憶されているパケット宛先テーブル、あらかじめ定められた所定の処理とその優先度の高低とが関連付けて記憶されている優先度テーブルなどが格納されている。
【００５７】
図３は図１のコントローラ９の動作を説明するフロー図であり、ステップＳ１０１において、コントローラ９の演算制御部９２のパケット送受管理部９２ａは、通信部９１を介して他の機器からパケットを受信したか否かを判断する。パケットを受信した場合にはステップＳ１０２に移行し、受信していない場合にはパケットを受信するまで待機する。
【００５８】
ステップＳ１０２において、演算制御部９２のパケット転送判断部９２ｂは、通信部９１を介して受信したパケットを解析し、宛先情報（ネットワークアドレス）および優先度情報を抽出する。またパケット送受管理部９２ａは、受信したパケットおよび解析結果を記憶部９３に記憶する。
【００５９】
ステップＳ１０３において、演算制御部９２のパケット転送判断部９２ｂは、パケット解析結果の優先度情報に基づき、処理の順番を決定する。パケット転送判断部９３ｂは、たとえば複数のパケットを同時期に受信した場合には、パケット解析結果の優先度情報および記憶部９３の優先度テーブルに基づき、優先度の高い順から受信したパケットに係る処理を行うように処理の順番を決定する。
【００６０】
ステップＳ１０４において、演算制御部９２のパケット転送判断部９２ｂは、パケット解析結果の宛先情報に基づき、受信したパケットはコントローラ９宛のパケットであるか否かについて判定する。
【００６１】
具体的には、パケット転送判断部９２ｂは、記憶部９３に記憶されているパケット宛先テーブルに基づき、宛先情報（ネットワークアドレス）に対応する機器を把握して、パケットの宛先アドレスがコントローラ９であるか否かを判定する。
【００６２】
またパケット転送判断部９２ｂは、受信したパケットが制御用通信に係るパケットであってコントローラ９の機能ブロックＰＩＤに伝送されるものである場合には、このパケットはコントローラ９宛のパケットであるものと判定するものでもよい。
【００６３】
コントローラ９は、パケット転送判断部９２ｂの判定結果により、受信したパケットがコントローラ９宛であればステップＳ１０５に移行し、コントローラ９宛でなければステップＳ１０６に移行する。
【００６４】
ステップＳ１０５において、演算制御部９のコントローラ部９２ｃは、受信したパケットに基づいてこのパケットの要求する処理またはこのパケットに含まれるデータに応じて所定の処理を行う。
【００６５】
コントローラ部９２ｃは、たとえば受信したパケットがセンサ１からの測定データを含むパケットである場合には、センサ１で得られた測定データが所定の目標値に収束するようにバルブや調整弁などを操作制御するための制御データを算出してアクチュエータに送信する。
【００６６】
さらに受信したパケットが端末装置４からの設定値変更（たとえば、測定データの収束目標値の変更）に係るデータを含むパケットである場合には、コントローラ９は、記憶部９１に記憶された機能ブロックＰＩＤの処理に係る設定情報を変更する。
【００６７】
ステップＳ１０６において、演算制御部９２のパケット転送判断部９２ｂは、受信したパケットを他の機器に転送するための制御信号をパケット送受管理部９２ａに出力する。パケット送受管理部９２ａはパケット転送判断部９２ｂからの制御信号を受信し通信部９１を制御してパケットを転送する。
【００６８】
パケット送受管理部９２ａは、たとえば受信したパケットが制御用通信に係るマルチキャストパケットである場合には、パケット通信部９１を制御してネットワークＮＷ１００に接続されたセンサ１、アクチュエータ２にマルチキャストパケットを転送する。
【００６９】
このとき、パケット送受管理部９２ａは、受信したマルチキャストパケットの宛先情報とあらかじめ管理しているマルチキャストアドレスを比較して、転送すべきフィールド機器または機器の接続ポートを判断し、当該ポートを介してマルチキャストパケットを転送する。
【００７０】
一方、受信したパケットが端末装置５からアクチュエータ２への通信である場合には、パケット送受管理部９２ａは、パケットに含まれた宛先情報に基づきパケット通信部９１を制御してアクチュエータ２に当該パケットを転送する。
【００７１】
このように、センサ１、アクチュエータ２、コントローラ３による制御用通信のトラフィックは、ネットワークＮＷ１００上にのみ流れることになる。すなわち、ネットワークＮＷ１００は制御用通信のための制御ネットワークとなる。
【００７２】
これにより、コントローラ９は、ネットワークＮＷ２００に関する帯域制御の設定では制御通信に関するトラフィックを考慮する必要がなくなるため、ネットワークＮＷ１００における制御用通信の確保帯域が広がり、制御用通信に係る重要なトラフィックを確実に処理できる。
【００７３】
さらに本発明に係るフィールドネットワークシステムのコントローラ９が同時に複数のパケットを受信した場合に、端末装置とフィールド機器間で行う通信動作について説明する。
【００７４】
図４は図１のコントローラ９が同時に複数のパケットを受信した場合のフィールドネットワークシステムの動作説明図であり、（Ａ）は構成図中にデータの流れを記載した説明図、（Ｂ）はシーケンス図である。図４では、データの流れを矢印付きの太線で表しており、またデータの流れを表す識別子とシーケンスごとに付与する識別子とは同一の識別子を用いている。
【００７５】
シーケンスＳＱ２１において、端末装置４は、コントローラ９に設定値の変更（たとえば、測定データの収束目標値の変更）に係るデータを含むパケットをコントローラ９宛にユニキャスト送信する。スイッチ７は受信したパケットをコントローラ９に転送する。
【００７６】
シーケンスＳＱ２２において、センサ１はフィールド制御用の通信に係るパケットをコントローラ９にマルチキャスト送信する。センサ１からのパケットは、測定値データなどの機能ブロックＡＩの出力を含むパケットであり、コントローラ９の機能ブロックＰＩＤに伝送されるものであるとする。スイッチ６は受信したパケットをコントローラ９に転送する。
【００７７】
なお、端末装置４とセンサ１は、ほぼ同時にコントローラ９にパケットを送信するものとする。
【００７８】
コントローラ９は、これらのパケットを受信した後、端末装置４およびセンサ１から受信したパケットを解析するとともに宛先情報および優先度情報を抽出して、受信したパケットおよび解析結果を記憶部９３に記憶する。
【００７９】
シーケンスＳＱ２３において、コントローラ９はパケット解析結果の優先度情報に基づき、端末装置４およびセンサ１からのパケットの優先度情報を比較し、パケットに係る処理を行うように処理の順番を決定する。
【００８０】
この場合、センサ１からのパケットは制御用通信に係るパケットであり、端末装置４からのパケットよりも優先度が高い。このためコントローラ９は、はじめにセンサ１からのパケットに係る処理を行い、次に端末装置４からのパケットに係る処理を行うように処理の順番を決定する。なおコントローラ１はこのような処理の順番を記憶部９１などに一時的に記憶するものでもよい。
【００８１】
以下、シーケンスＳＱ２４〜２５はセンサ１からのパケットに係る処理、シーケンスＳＱ２６〜２７は端末装置４からのパケットに係る処理を表している。
【００８２】
シーケンスＳＱ２４において、コントローラ９は、センサ１からのパケットの宛先情報に基づき、受信したパケットはコントローラ９宛か否かについて判定する。
【００８３】
センサ１からのパケットは、コントローラ９の機能ブロックＰＩＤに伝送されるものであるためコントローラ９宛であると判定し、シーケンスＳＱ２５に移行する。なおコントローラ宛ではないと判定した場合は、図３で説明したようにステップＳ１０６における動作に移行する。
【００８４】
シーケンスＳＱ２５において、コントローラ９は、センサ１からの測定データを含むパケットに基づいて、センサ１で得られた測定データが所定の目標値に収束するようにバルブや調整弁などを操作制御するための制御データを算出してアクチュエータに送信する。
【００８５】
コントローラ９は、センサ１からのパケットに基づく処理を終えた後、次に端末装置４からのパケットに基づく処理に移行する。
【００８６】
シーケンスＳＱ２６において、コントローラ９は端末装置４からのパケットの宛先情報に基づいて受信したパケットがコントローラ９宛のパケットであるか否かについて判定する。ここでは、コントローラ９宛のユニキャストパケットであるためシーケンスＳＱ２７に移行する。
【００８７】
シーケンスＳＱ２７において、コントローラ９は端末装置４からのパケットに基づき、このパケットの要求する処理またはこのパケットに含まれるデータに応じて所定の処理を行う。コントローラ９は、たとえば受信したパケットが制御ループに係る処理の設定値変更（たとえば、測定データの収束目標値の変更など）データを含むパケットである場合には、記憶部９１に記憶された機能ブロックＰＩＤの処理に係る設定情報を変更する。
【００８８】
このように、コントローラ９は、同時期に複数のパケットを受信した場合でも制御用通信のような重要な通信を優先的に処理することにより、制御用通信に係る重要なトラフィックを確実に処理できる。
【００８９】
図５は図１の端末装置４がコントローラ９を介してアクチュエータ２にパケットを送信する場合のフィールドネットワークシステムの動作説明図であり、（Ａ）は構成図中にデータの流れを記載した説明図、（Ｂ）はシーケンス図である。図５では、データの流れを矢印付きの太線で表しており、またデータの流れを表す識別子とシーケンスごとに付与する識別子とは同一の識別子を用いている。
【００９０】
シーケンスＳＱ３１において、端末装置４は、アクチュエータ２の状態情報を取得するためのパケットをアクチュエータ２向けにユニキャスト送信する。スイッチ７は受信したパケットをコントローラ９に転送する。
【００９１】
そしてコントローラ９は、端末装置４から受信したパケットを解析するとともに宛先情報および優先度情報を抽出して、受信したパケットおよび解析結果を記憶部９３に記憶する。
【００９２】
シーケンスＳＱ３２において、コントローラ９はパケット解析結果の優先度情報に基づき、パケットに係る処理を行うように処理の順番を決定する。ここでのコントローラ９の動作は上述のステップＳ１０３とシーケンスＳＱ２３と同様であるので説明を省略する。
【００９３】
シーケンスＳＱ３３において、コントローラ９は端末装置４からのパケットの宛先情報に基づき、受信したパケットはコントローラ９宛か否かについて判定する。ここでは、コントローラ９は、パケット解析結果に基づいてパケットの宛先（宛先アドレス）がアクチュエータであるためコントローラ宛ではないものと判断し、シーケンスＳＱ３４に移行する。
【００９４】
シーケンスＳＱ３４において、コントローラ９は、パケットに含まれた宛先情報に基づきパケット通信部９１を制御してアクチュエータ２に当該パケットを転送する。
【００９５】
このように、本発明のフィールドネットワークシステムおよびフィールドコントローラは、センサ１、アクチュエータ２、コントローラ９による制御用通信のトラフィックがネットワークＮＷ１００上にのみ流れ、端末装置とコントローラとの通信はネットワークＮＷ２００のみを流れることにより、ネットワークＮＷ１００における制御用通信の確保帯域が広がり、制御用通信に係る重要なトラフィックを確実に処理できる。
【００９６】
また本発明のフィールドネットワークシステムは、制御用通信のトラフィックがネットワークＮＷ１００上にのみを流れることにより、ネットワークＮＷ２００に関する帯域制御の設定では制御通信に関するトラフィックを考慮する必要がなくなる。
【００９７】
また本発明のフィールドネットワークシステムにおいて、マルチキャスト通信を用いる制御通信について検討すると、フィールド機器のみが接続されているネットワークＮＷ１００でのみで行われることにより、スイッチのマルチキャストアドレスの管理数を削減することができるため、スイッチの管理上限を超えたマルチキャスト通信が行われることが少なくなり、ネットワークに接続している各機器に対して不要な負荷を与える可能性が減少する。
【００９８】
なお、上記実施例のネットワークＮＷ１００にフィールド機器を接続する場合には不正アクセスの防止などセキュリティ対策が必要であることを考慮すると、コントローラ９の演算制御部９２はファイアウォール機能を有するものでもよい。
【００９９】
具体的には、コントローラ９の演算制御部９２は、あらかじめ定められた自機を介して通信可能とする機器情報を有しており、たとえば通信部９１を介して受信したパケットの送信元や送信先アドレスなどに基づき通信データを転送すべきか否かを判断し、不正アクセスを防ぐことができる。
【０１００】
この場合には、ファイアウォール機能を有するコントローラの配下にフィールド機器を配置することにより、セキュリティ対策用の機器を別途配置することなく、フィールド機器に対するセキュリティを保てる。
【０１０１】
また上記実施例のフィールドネットワークシステムでは、コントローラ９は１台のみで構成されているが、特にこれに限定されるものではなく、コントローラを２台配置して二重化を実現するものでもよい。
【０１０２】
具体的には、これらコントローラの演算制御部に、一方をマスターとして他方をスレーブとし、通常はマスターが全体の動作を制御してスレーブがマスターに追従して常に同じ動作を行うように二重化機能を組み込んでおくことにより、マスターが故障した場合には全体の動作の制御を自動的にスレーブに切り替えることができ、コントローラが故障してもフィールドネットワークシステムを停止させることなく連続運転が維持できる。
【０１０３】
また上記実施例のフィールドネットワークでは、コントローラ９の演算制御部９２は、パケット送受管理部９２ａ、パケット転送判断部９２ｂ、コントローラ部９２ｃから構成されるが、特にこれに限定されるものではなく、パケット送受管理部、パケット転送判断部、コントローラ部をそれぞれ複数有するものでもよい。
【０１０４】
いいかえれば、一台のコントローラの演算制御部は、同一モジュールを複数個有しているものでもよい。具体的には、コントローラの演算制御部は、一方のモジュールをメインとして他方のモジュールをサブとし、通常はメインのモジュールのみ動作し、サブのモジュールは障害時に備えて待機するものでもよい。
【０１０５】
そしてコントローラは二重化機能により各モジュールを監視し、いずれかのモジュール（たとえばメイン）に障害が発生した場合には、他方のモジュール（たとえばサブ）に切り替える。これにより、コントローラの演算制御部の二重化機能を実現でき、制御用通信に係る重要なトラフィックをさらに確実に処理できる。
【０１０６】
以上説明したように、本発明に係るフィールドネットワークシステムおよびフィールドコントローラによれば、制御用通信に係る重要なトラフィックを確実に処理でき、ＩＰネットワークを用いたフィールド制御ループによる被制御対象の最適運転・制御に貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明に係るフィールドネットワークシステムを示す構成図である。
【図２】図１のコントローラ９の構成ブロック図である。
【図３】図１のコントローラ９の動作を説明するフロー図である。
【図４】図１のコントローラ９が同時に複数のパケットを受信した場合のフィールドネットワークシステムの動作説明図である。
【図５】図１の端末装置４がコントローラ９を介してアクチュエータ２にパケットを送信する場合のフィールドネットワークシステムの動作説明図である。
【図６】従来のフィールドネットワークシステムの一例を示す構成図である。
【図７】従来のフィールドネットワークシステムの問題点を説明する説明図である。
【符号の説明】
【０１０８】
１  センサ
２  アクチュエータ
３  コントローラ
４、５  端末装置
６、７  イーサネットスイッチ
９  コントローラ
９１  通信部
９２  演算制御部
９２ａ  パケット送受管理部
９２ｂ  パケット転送判断部
９２ｃ  コントローラ部
９３  記憶部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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