(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィールド制御システムに無線ネットワークが接続されてなる無線ネットワークシステムにおいて、
前記無線ネットワークに時刻を与える第１のクロックと、
前記フィールド制御システムにおける時刻を規定する第２のクロックと、
前記無線ネットワークから前記第１のクロックに基づく時刻がタイムスタンプとして付されたデータを受信する受信手段と、
前記受信手段により受信された前記データに付されたタイムスタンプの時刻を、前記第１のクロックの時刻および前記第２のクロックの時刻の差分に基づいて前記第２のクロックの時刻に変換する変換手段と、
を備えることを特徴とする無線ネットワークシステム。
【請求項２】
前記変換手段によりタイムスタンプが変換された前記データを、前記フィールド制御システム内に転送する転送手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の無線ネットワークシステム。
【請求項３】
前記無線ネットワークは、無線ノード同志で内部クロックを同期させる同期式ネットワークであることを特徴とする請求項１または２に記載の無線ネットワークシステム。
【請求項４】
前記無線ネットワークに参加している無線ノードは電池を電源とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の無線ネットワークシステム。
【請求項５】
前記第１のクロック、前記第２のクロック、前記受信手段および前記変換手段は、前記フィールド制御システムと前記無線ネットワークとを中継する中継装置に設けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の無線ネットワークシステム。
【請求項６】
フィールド制御システムおよび無線ネットワークの間の時刻管理を行う時刻管理装置において、
前記無線ネットワークに時刻を与える第１のクロックと、
前記フィールド制御システムにおける時刻を規定する第２のクロックと、
前記無線ネットワークから前記第１のクロックに基づく時刻がタイムスタンプとして付されたデータを受信する受信手段と、
前記受信手段により受信された前記データに付されたタイムスタンプの時刻を、前記第１のクロックの時刻および前記第２のクロックの時刻の差分に基づいて前記第２のクロックの時刻に変換する変換手段と、
を備えることを特徴とする時刻管理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィールド制御システムに無線ネットワークが接続されてなる無線ネットワークシステム等に関し、とくに時刻を適切に管理できる無線ネットワークシステム等に関する。
【背景技術】
【０００２】
ISA100などの同期式無線ネットワークでは、無線ネットワークに属するすべての無線ノードが一つのクロックソースに同期して動作するが、一般的にすべての無線ノードが１ｍｓ以下の精度で正確に同期している必要がある。
【０００３】
通常、プラントに設置される無線ノードはバッテリを電源としており、通信の行われないほとんどの時間はスリープしている。データ転送時には、上位の無線ノードと下位の無線ノードが同時に起床して互いに無線通信を行ってデータを転送するとともに、下位の無線ノードは上位の無線ノードの時刻を受信し、自身の時計を上位の無線ノードの時計に同期させる。この際、起床したタイミングにおいて、両者のノードの時計の計時が例えば１ｍｓ以上ずれていると、上記の通信に失敗する。このことは時計を同期する手段を失うことを意味するので、下位の無線ノードは回復不能な状況に陥る。
【０００４】
各無線ノードは、それぞれハードウェアクロックを保持しているが、通信する２つの無線ノードの時計の偏差（時刻の進む速度：単位 ppm）が大きく異なる場合には、長時間スリープしている間にハードウェアクロックの計時のずれが蓄積され、起床したタイミングでの通信が不可能となる可能性がある。このため、一般的には無線ノードの時計の偏差を±数ppmに抑える必要がある。また、これらの無線ノードが同期する無線ネットワークのクロックソースにも、同様に±数ppm程度の精度が求められる。
【０００５】
一方、通常のフィールド制御システムで使用される時計（タイムソース）には高い精度は要求されない。無線ネットワークに要求されるような高精度なクロックソースは高価であるため、フィールド制御システムに設置される例は稀である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−０２８５０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のように、無線ネットワークとフィールド制御システムとでは、クロックソースに要求される性能に大きな差がある。このため、精度の悪い（偏差の大きな）制御システムのクロックソースを無線ネットワークに接続すると、精度の悪い制御システムのクロックが無線ネットワークに流れ込むことで、無線ノード間の時刻同期ができなくなり、通信不可能な状態に陥るリスクがある。フィールド制御システムのクロックソースとして高精度なものを導入することでかかるリスクは回避できるが、この場合にはコストアップを招き、とくに小規模なシステムへの導入は困難である。
【０００８】
また別の方法として、精度の悪い（偏差の大きな）制御システムのクロックソースを無線ネットワークから切り離すことが考えられる。この場合には、無線ネットワーク内の無線機器（例えば、ISA100システムマネージャ（System Manager））の内蔵クロックを無線ネットワークのクロックソースとして用いる。このような内蔵クロックは高精度なものが採用されているので、無線ネットワークは正常に動作する。
【０００９】
しかし、後者の場合には、無線ネットワーク内の無線ノードが送信したデータのタイムスタンプが、フィールド制御システムにおける時刻と食い違っているため、制御に不都合を生ずるという問題がある。
【００１０】
本発明の目的は、無線ネットワークにおける正常な動作と、フィールド制御システムでの適切な制御を両立させることができる無線ネットワークシステム等を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の無線ネットワークシステムは、フィールド制御システムに無線ネットワークが接続されてなる無線ネットワークシステムにおいて、前記無線ネットワークに時刻を与える第１のクロックと、前記フィールド制御システムにおける時刻を規定する第２のクロックと、前記無線ネットワークから前記第１のクロックに基づく時刻がタイムスタンプとして付されたデータを受信する受信手段と、前記受信手段により受信された前記データに付されたタイムスタンプの時刻を、前記第１のクロックの時刻および前記第２のクロックの時刻の差分に基づいて前記第２のクロックの時刻に変換する変換手段と、を備えることを特徴とする。
この無線ネットワークシステムによれば、データに付されたタイムスタンプの時刻を、第１のクロックの時刻および第２のクロックの時刻の差分に基づいて第２のクロックの時刻に変換するので、無線ネットワークにおける正常な動作と、フィールド制御システムでの適切な制御を両立させることができる。
【００１２】
前記変換手段によりタイムスタンプが変換された前記データを、前記フィールド制御システム内に転送する転送手段を備えてもよい。
【００１３】
前記無線ネットワークは、無線ノード同志で内部クロックを同期させる同期式ネットワークであってもよい。
【００１４】
前記無線ネットワークに参加している無線ノードは電池を電源としてもよい。
【００１５】
前記第１のクロック、前記第２のクロック、前記受信手段および前記変換手段は、前記フィールド制御システムと前記無線ネットワークとを中継する中継装置に設けられてもよい。
【００１６】
本発明の時刻管理装置は、フィールド制御システムおよび無線ネットワークの間の時刻管理を行う時刻管理装置において、前記無線ネットワークに時刻を与える第１のクロックと、前記フィールド制御システムにおける時刻を規定する第２のクロックと、前記無線ネットワークから前記第１のクロックに基づく時刻がタイムスタンプとして付されたデータを受信する受信手段と、前記受信手段により受信された前記データに付されたタイムスタンプの時刻を、前記第１のクロックの時刻および前記第２のクロックの時刻の差分に基づいて前記第２のクロックの時刻に変換する変換手段と、を備えることを特徴とする。
この時刻管理装置によれば、データに付されたタイムスタンプの時刻を、第１のクロックの時刻および第２のクロックの時刻の差分に基づいて第２のクロックの時刻に変換するので、無線ネットワークにおける正常な動作と、フィールド制御システムでの適切な制御を両立させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の無線ネットワークシステムによれば、データに付されたタイムスタンプの時刻を、第１のクロックの時刻および第２のクロックの時刻の差分に基づいて第２のクロックの時刻に変換するので、無線ネットワークにおける正常な動作と、フィールド制御システムでの適切な制御を両立させることができる。
【００１８】
また、本発明の時刻管理装置は、フィールド制御システムおよび無線ネットワークの間の時刻管理を行う時刻管理装置によれば、データに付されたタイムスタンプの時刻を、第１のクロックの時刻および第２のクロックの時刻の差分に基づいて第２のクロックの時刻に変換するので、無線ネットワークにおける正常な動作と、フィールド制御システムでの適切な制御を両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】一実施形態の無線ネットワークシステムの構成を示すブロック図。
【図２】Ｉ／Ｏデバイスからのデータをフィールド制御システムの制御装置に転送する場合の動作を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明による無線ネットワークシステムの一実施形態について説明する。
【００２１】
図１は、本実施形態の無線ネットワークシステムの構成を示すブロック図である。
【００２２】
図１に示すように、本実施形態の無線ネットワークシステムは、プラントにおけるプロセスを制御するフィールド制御システム１と、ISA100規格に従った同期式無線ネットワークである無線ネットワーク２と、フィールド制御システム１および無線ネットワーク２の間に設けられ、フィールド制御システム１と無線ネットワーク２との間を中継する中継装置３とを備える。中継装置３は、ISA100システム・マネージャ（System Manager）またはISA100ゲートウェイ（Gateway）により構成される。
【００２３】
図１に示すように、フィールド制御システム１は、プラントに配置されたフィールド機器を制御する制御機器１２と、フィールド制御システム１における時刻を規定するタイムソース１３とを含んで構成され、制御機器１２およびタイムソース１３は有線による通信回線１１により互いに接続される。また、フィールド制御システム１に含まれる制御機器１２、その他の機器（不図示）には、通信回線１１を介してタイムソース１３からのクロックが与えられる。また、フィールド制御システム１内で送受信されるデータには、タイムソース１３からのクロックに基づくタイムスタンプ（フィールド制御システム１における時刻を基準とするタイムスタンプ）が付される。
【００２４】
図１に示すように、無線ネットワーク２は、有線による通信回線２５に接続されたISA100.11.a バックボーンルーター（Backbone Router）２１ａ，２１ｂと、ルーター２２ａ，２２ｂとして機能するISA100デバイスと、無線フィールド機器（ないしその一部）として機能するISA100 Ｉ／Ｏデバイス（I/O Device）２３とを含んで構成される。無線ネットワーク２におけるバックボーンルーターは交流電源（商用電源）により動作し、ルーターやＩ／Ｏデバイス等のその他の無線デバイスはバッテリーを電源とする。
【００２５】
なお、無線ネットワーク２における通信状態は、ISA100システム・マネージャーにより管理される。ISA100システム・マネージャーは、バックボーンルーターおよびＩ／Ｏデバイスを含むISA100デバイスやネットワークの情報を収集し、周波数、通信経路、通信タイムロスなどの無線通信資源の管理、ISA100デバイスに対するこれらの無線通信資源の割当の算出、および算出結果に基づく各機器への使用周波数や近隣デバイス情報などの設定を行う。
【００２６】
図１に示すように、中継装置３は、フィールド制御システム１における時刻を示す制御時計３１と、無線ネットワーク２におけるタイムソースとして機能する内蔵時計３２と、を備え、通信回線１１を介してフィールド制御システム１に、通信回線２５を介して無線ネットワーク２に、それぞれ接続される。
【００２７】
内蔵時計３２は、無線ネットワーク２の動作に必要な精度（例えば、±数ppm程度の精度）を有する。一方、制御時計３１はタイムソース１３が示す時刻によって、例えば定期的に校正され、タイムソース１３に同期する。タイムソース１３の精度は内蔵時計３２ほど高くなく、当然、制御時計３１の精度もタイムソース１３の精度に準ずる。本実施形態の無線ネットワークシステムでは、制御時計３１と内蔵時計３２とを同期させる機能はなく、通常、制御時計３１および内蔵時計３２は同時に異なる時刻を示すことになる。
【００２８】
なお、図１において、フィールド制御システム１、無線ネットワーク２および中継装置３の構成のうち、本発明の説明のために必要な一部の要素のみを図示している。また、本発明に係る機能と直接的に関係しないISA100セキュリティ・マネージャー（Security Manager）などの図示を省略している。
【００２９】
次に、本実施形態の無線ネットワークシステムにおける動作を説明する。
【００３０】
本実施形態の無線ネットワークシステムでは、無線ネットワーク２には中継装置３の内部時計３２からのクロックが与えられる。図１に示すように、このクロックは通信回線２５を介してバックボーンルータより下位の無線デバイスに順次、与えられる。図１において、ルーター２２ａにはバックボーンルータ２１ａを介して、Ｉ／Ｏデバイス２３にはバックボーンルータ２１ａおよびルーター２２ａを介して、それぞれ内部時計３２からのクロックが与えられる。
【００３１】
例えば、スリープしていたルーター２２ａが起床してバックボーンルータ２１ａと通信を行う際には、ルーター２２ａはバックボーンルータ２１ａを介して内蔵時計３２の時刻を受信し、またはバックボーンルータ２１ａが保有する時刻を受信し、自らのハードウェアクロックをこれに同期させる。同様に、スリープしていたＩ／Ｏデバイス２３が起床してルーター２２ａと通信を行う際には、Ｉ／Ｏデバイス２３はルーター２２ａから時刻を受信し、自らのハードウェアクロックをこれに同期させる。このように、無線ネットワーク２を構成する各無線デバイスは、上位デバイスから時刻を受け取ることで、自らのハードウェアクロックを内蔵時計３２に同期させる。
【００３２】
図２は、Ｉ／Ｏデバイス２３からのデータをフィールド制御システム１の制御装置１２に転送する場合の動作を示す図である。
【００３３】
図２に示すように、Ｉ／Ｏデバイス２３は、データにタイムスタンプを付して送信する。このタイムスタンプは、例えばセンサ値における検出時刻あるいはデータの送信時刻であり、その時刻は内蔵時計３２の時刻ないし内蔵時計３２に同期するＩ／Ｏデバイス２３のハードウェアクロックの時刻である。
【００３４】
Ｉ／Ｏデバイス２３からのデータは、ルータ２２ａおよびバックボーンルータ２１ａおよび通信回線２５を介して中継装置３に到達する。
【００３５】
上記データを受信すると、中継装置３はその時の制御時計３１が示す時刻と内蔵時計３２が示す時刻の差分に基づいて、上記タイムスタンプの時刻を制御時計３１を基準とする時刻に変換する。例えば、制御時計３１が示す時刻が内蔵時計３２が示す時刻よりも差分Δだけ進んでいる場合には、受信されたタイムスタンプの時刻に差分Δを加算する。時刻が変換されたタイムスタンプは、上記データとともに制御装置１２に転送され、制御装置１２では、実質的にフィールド制御システムの時刻（タイムソース１３の時刻）を基準とするタイムスタンプの付されたデータを受け取ることになる。このようにフィールド制御システム１内で時刻の基準のずれた２種類のタイムスタンプが混在することがなくなり、制御上の不都合を生じさせない。
【００３６】
以上のように、本実施形態の無線ネットワークシステムでは、無線ネットワーク２内で付されたタイムスタンプの時刻を中継装置３においてフィールド制御システム１の時刻に換算し、これをフィールド制御システム１に与えているので、フィールド制御システム１内における種類のタイムスタンプの混在が回避され、フィールド制御システム１における制御を適切なものとすることができる。また、無線ネットワーク２における時刻は高精度な内部時計３２に基づくため、無線ネットワーク２において時刻同期が不能になるという事態を回避できる。
【００３７】
上記実施形態では、制御時計３１および内蔵時計３２を中継装置３に設けるとともに、中継装置３において時刻の変換を行っているが、これらの機能のうちの一部または全部を、フィールド制御システム内または無線ネットワーク内に設けてもよい。
【００３８】
また、上記実施形態では、無線ネットワーク内で付されたタイムスタンプの時刻をフィールド制御システムにおける時刻に変換する例を示したが、フィールド制御システム内で付されたタイムスタンプを無線ネットワーク内で使用する場合に、制御システム内で付されたタイムスタンプの時刻を無線ネットワークにおける時刻に変換してもよい。
【００３９】
本発明の適用範囲は上記実施形態に限定されることはない。本発明は、フィールド制御システムに無線ネットワークが接続されてなる無線ネットワークシステム等に対し、広く適用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１      フィールド制御システム
２      無線ネットワーク
３      中継装置（受信手段、変換手段、転送手段）
１３    タイムソース（第１のクロック）
３１    制御時計（第１のクロック）
３２    内蔵時計（第２のクロック）
【図１】
0005849829.tif 000002
【図２】
0005849829.tif 000003