(57)【要約】【課題】プロセス入出力ネットワークに接続された制御システムにおいて、第三者からの改ざん・成りすましなどの攻撃を防ぐ。【解決手段】制御システムは、プロセス入出力ネットワーク（ＰＩＯネットワーク）１４を介してプロセス入出力機器（ＰＩＯ機器）１１と接続された複数の制御コントローラ１２を有する。制御コントローラ１２は記憶部と通信部とを備える。記憶部は、ＰＩＯ機器１１のＩＰアドレスと、制御コントローラ１２における受信ポートを識別する受信種別番号と、ＰＩＯ機器１１のＩＰアドレスと受信種別番号との組み合わせに応じて設定される記録周期とを記憶する。通信部は、ＰＩＯネットワーク１４を介してＰＩＯ機器１１から受信した信号の周期が記憶部に記憶された記録周期を基準として所定の範囲から逸脱したときにその受信した信号を破棄する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のプロセス入出力機器に接続されたプロセス入出力ネットワークと、
前記プロセス入出力ネットワークを介して前記複数のプロセス入出力機器と接続され、かつ、前記プロセス入出力ネットワークを介して互いに接続された複数の制御コントローラと、
を有する制御システムにおいて、
前記複数の制御コントローラそれぞれが、
前記複数のプロセス入出力機器への出力を演算する演算部と、
前記複数のプロセス入出力機器それぞれのＩＰアドレスと、前記制御コントローラにおける受信ポートを識別する受信種別番号と、前記複数のプロセス入出力機器それぞれのＩＰアドレスと前記受信種別番号との組み合わせに応じて設定される記録周期と、を記憶する記憶部と、
前記プロセス入出力ネットワークとの通信を行う通信部と、
を備え、
前記通信部は、前記プロセス入出力ネットワークを介して前記複数のプロセス入出力機器のうちの少なくとも一つから受信した信号の周期が前記記憶部に記憶された前記記録周期を基準として所定の範囲から逸脱したときにその受信した信号を破棄するように構成されていること、
を特徴とする制御システム。
【請求項２】
複数のプロセス入出力機器に、互いに並列に接続された複数のプロセス入出力ネットワークと、
前記複数のプロセス入出力ネットワークを介して前記複数のプロセス入出力機器と接続され、かつ、前記複数のプロセス入出力ネットワークを介して互いに接続された複数の制御コントローラと、
を有する制御システムにおいて、
前記複数の制御コントローラそれぞれが、
前記複数のプロセス入出力機器への出力を演算する演算部と、
前記複数のプロセス入出力機器それぞれのＩＰアドレスと、前記制御コントローラにおける受信ポートを識別する受信種別番号と、前記複数のプロセス入出力ネットワークを識別するネットワーク番号と、前記プロセス入出力機器のＩＰアドレスと前記受信種別番号と前記ネットワーク番号との組み合わせに応じて設定される記録周期と、を記憶する記憶部と、
前記プロセス入出力ネットワークとの通信を行う通信部と、
を備え、
前記通信部は、前記プロセス入出力ネットワークを介して前記複数のプロセス入出力機器から受信した信号の周期が前記記憶部に記憶された前記記録周期を基準として所定の範囲から逸脱したときにその受信した信号を破棄するように構成されていること、
を特徴とする制御システム。
【請求項３】
前記複数の制御コントローラに接続された制御ネットワークと、
前記制御ネットワークを介して前記複数の制御コントローラに接続されたヒューマンマシンインターフェース装置と、
をさらに有し、
前記通信部は、前記プロセス入出力ネットワークを介して前記複数のプロセス入出力機器のうちの少なくとも一つから受信した信号の周期が前記記憶部に記憶された前記記録周期を基準として所定の範囲から逸脱したときに、前記制御ネットワークを通じて前記ヒューマンマシンインターフェース装置に対して、前記所定の範囲からの逸脱を知らせる警報を送るように構成されていること、
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の制御システム。
【請求項４】
複数のプロセス入出力機器に接続されたプロセス入出力ネットワークと、
前記プロセス入出力ネットワークを介して前記複数のプロセス入出力機器と接続され、かつ、前記プロセス入出力ネットワークを介して互いに接続された複数の制御コントローラと、
を有する制御システムを用いた制御方法において、
前記複数の制御コントローラそれぞれが、
前記複数のプロセス入出力機器への出力を演算する演算部と、
前記複数のプロセス入出力機器それぞれのＩＰアドレスと、前記制御コントローラにおける受信ポートを識別する受信種別番号と、前記複数のプロセス入出力機器それぞれのＩＰアドレスと前記受信種別番号との組み合わせに応じて設定される記録周期と、を記憶する記憶部と、
前記プロセス入出力ネットワークとの通信を行う通信部と、
を備え、
当該制御方法は、
前記記憶部が、前記プロセス入出力機器のＩＰアドレスと前記受信種別番号との組み合わせに関して異なる複数の組み合わせにおける前記プロセス入出力機器からの信号データの受信周期を計測して前記記録周期として記憶する準備記憶ステップと、
前記準備記憶ステップの後に、前記通信部が、前記プロセス入出力ネットワークを介して前記複数のプロセス入出力機器のうちの少なくとも一つから受信した信号の周期が前記記憶部に記憶された前記記録周期を基準として所定の範囲から逸脱したか否かを判定する判定ステップと、
前記判定ステップで前記逸脱があったと判定されたときにその受信した信号を破棄する破棄ステップと、
を有することを特徴とする制御方法。
【請求項５】
複数のプロセス入出力機器に接続されたプロセス入出力ネットワークと、
前記プロセス入出力ネットワークを介して前記複数のプロセス入出力機器と接続され、かつ、前記プロセス入出力ネットワークを介して互いに接続された複数の制御コントローラと、
を有する制御システムを用いた制御方法において、
前記複数の制御コントローラそれぞれが、
前記複数のプロセス入出力機器への出力を演算する演算部と、
前記複数のプロセス入出力機器それぞれのＩＰアドレスと、前記制御コントローラにおける受信ポートを識別する受信種別番号と、前記複数のプロセス入出力ネットワークを識別するネットワーク番号と、前記プロセス入出力機器のＩＰアドレスと前記受信種別番号と前記ネットワーク番号との組み合わせに応じて設定される記録周期と、を記憶する記憶部と、
前記プロセス入出力ネットワークとの通信を行う通信部と、
を備え、
当該制御方法は、
前記記憶部が、前記プロセス入出力機器のＩＰアドレスと前記受信種別番号と前記ネットワーク番号との組み合わせに関して異なる複数の組み合わせにおける前記プロセス入出力機器からの信号データの受信周期を計測して前記記録周期として記憶する準備記憶ステップと、
前記準備記憶ステップの後に、前記通信部が、前記プロセス入出力ネットワークを介して前記複数のプロセス入出力機器のうちの少なくとも一つから受信した信号の周期が前記記憶部に記憶された前記記録周期を基準として所定の範囲から逸脱したか否かを判定する判定ステップと、
前記判定ステップで前記逸脱があったと判定されたときにその受信した信号を破棄する破棄ステップと、
を有することを特徴とする制御方法。
【請求項６】
前記制御システムは、
前記複数の制御コントローラに接続された制御ネットワークと、
前記制御ネットワークを介して前記複数の制御コントローラに接続されたヒューマンマシンインターフェース装置と、
をさらに有し、
当該制御方法は、
前記判定ステップで前記逸脱があったと判定されたときに、前記通信部が、前記制御ネットワークを通じて前記ヒューマンマシンインターフェース装置に対して、前記所定の範囲からの逸脱を知らせる警報を送る警報ステップ、
をさらに有することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明の実施形態は、プロセス入出力ネットワークに接続された制御システムと、かかる制御システムを用いた制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、各種プラントの制御システムは、複数の制御コントローラで構成され、制御コントローラは複数のＰＩＯ（プロセス入出力）入力値を得て、ＰＩＯ出力値を計算し、ＰＩＯ出力値を出力する。制御コントローラは、ＰＩＯ入力値からＰＩＯ出力値を演算する演算ロジックをプログラム可能であり、制御コントローラは、ファンクションブロックダイアグラムとしてオペレータにより作成されたプログラムを保持する。
【０００３】
近年、ＰＩＯ入出力はＥｔｈｅｒｎｅｔ（商標）通信を用いるケースが多く、ＰＩＯ入出力を行う制御信号用ネットワークにおいて悪意の第三者による攻撃に対する耐性が強く求められている。ここで、第三者による攻撃には、ネットワーク通信において計装制御コントローラが送受信する通信データの改ざん・成りすましが含まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−３４２７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、データの改ざん・成りすましの防御方法として、通信データの暗号化やデータに対する署名等の方法が用いられてきた。一方、プラントの制御システムはオープン化が進み、複数の異なるベンダの機器が混在する構成がとられることが多いため、データ本体に防御のための情報を埋め込む方法は、適用が困難である。また、すでに運転中のプラントにおける一部の機器の更新を試みた場合、通信データのフォーマットは変更できないため、防御機能を追加することはできない。
【０００６】
本実施形態の目的は、プロセス入出力ネットワークに接続された制御システムにおいて、第三者からの改ざん・成りすましなどの攻撃を防止または抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一つの実施形態に係る制御システムは、複数のプロセス入出力機器に接続されたプロセス入出力ネットワークと、前記プロセス入出力ネットワークを介して前記複数のプロセス入出力機器と接続され、かつ、前記プロセス入出力ネットワークを介して互いに接続された複数の制御コントローラと、を有する制御システムにおいて、前記複数の制御コントローラそれぞれが、前記複数のプロセス入出力機器への出力を演算する演算部と、前記複数のプロセス入出力機器それぞれのＩＰアドレスと、前記制御コントローラにおける受信ポートを識別する受信種別番号と、前記複数のプロセス入出力機器それぞれのＩＰアドレスと前記受信種別番号との組み合わせに応じて設定される記録周期と、を記憶する記憶部と、前記プロセス入出力ネットワークとの通信を行う通信部と、を備え、前記通信部は、前記プロセス入出力ネットワークを介して前記複数のプロセス入出力機器のうちの少なくとも一つから受信した信号の周期が前記記憶部に記憶された前記記録周期を基準として所定の範囲から逸脱したときにその受信した信号を破棄するように構成されていること、を特徴とする。
【０００８】
他の一つの実施形態に係る制御システムは、複数のプロセス入出力機器に、互いに並列に接続された複数のプロセス入出力ネットワークと、前記複数のプロセス入出力ネットワークを介して前記複数のプロセス入出力機器と接続され、かつ、前記複数のプロセス入出力ネットワークを介して互いに接続された複数の制御コントローラと、を有する制御システムにおいて、前記複数の制御コントローラそれぞれが、前記複数のプロセス入出力機器への出力を演算する演算部と、前記複数のプロセス入出力機器それぞれのＩＰアドレスと、前記制御コントローラにおける受信ポートを識別する受信種別番号と、前記複数のプロセス入出力ネットワークを識別するネットワーク番号と、前記プロセス入出力機器のＩＰアドレスと前記受信種別番号と前記ネットワーク番号との組み合わせに応じて設定される記録周期と、を記憶する記憶部と、前記プロセス入出力ネットワークとの通信を行う通信部と、を備え、前記通信部は、前記プロセス入出力ネットワークを介して前記複数のプロセス入出力機器から受信した信号の周期が前記記憶部に記憶された前記記録周期を基準として所定の範囲から逸脱したときにその受信した信号を破棄するように構成されていること、を特徴とする。
【０００９】
一つの実施形態に係る制御方法は、複数のプロセス入出力機器に接続されたプロセス入出力ネットワークと、前記プロセス入出力ネットワークを介して前記複数のプロセス入出力機器と接続され、かつ、前記プロセス入出力ネットワークを介して互いに接続された複数の制御コントローラと、を有する制御システムを用いた制御方法において、前記複数の制御コントローラそれぞれが、前記複数のプロセス入出力機器への出力を演算する演算部と、前記複数のプロセス入出力機器それぞれのＩＰアドレスと、前記制御コントローラにおける受信ポートを識別する受信種別番号と、前記複数のプロセス入出力機器それぞれのＩＰアドレスと前記受信種別番号との組み合わせに応じて設定される記録周期と、を記憶する記憶部と、前記プロセス入出力ネットワークとの通信を行う通信部と、を備え、当該制御方法は、前記記憶部が、前記プロセス入出力機器のＩＰアドレスと前記受信種別番号との組み合わせに関して異なる複数の組み合わせにおける前記プロセス入出力機器からの信号データの受信周期を計測して前記記録周期として記憶する準備記憶ステップと、前記準備記憶ステップの後に、前記通信部が、前記プロセス入出力ネットワークを介して前記複数のプロセス入出力機器のうちの少なくとも一つから受信した信号の周期が前記記憶部に記憶された前記記録周期を基準として所定の範囲から逸脱したか否かを判定する判定ステップと、前記判定ステップで前記逸脱があったと判定されたときにその受信した信号を破棄する破棄ステップと、を有することを特徴とする。
【００１０】
他の一つの実施形態に係る制御方法は、複数のプロセス入出力機器に接続されたプロセス入出力ネットワークと、前記プロセス入出力ネットワークを介して前記複数のプロセス入出力機器と接続され、かつ、前記プロセス入出力ネットワークを介して互いに接続された複数の制御コントローラと、を有する制御システムを用いた制御方法において、前記複数の制御コントローラそれぞれが、前記複数のプロセス入出力機器への出力を演算する演算部と、前記複数のプロセス入出力機器それぞれのＩＰアドレスと、前記制御コントローラにおける受信ポートを識別する受信種別番号と、前記複数のプロセス入出力ネットワークを識別するネットワーク番号と、前記プロセス入出力機器のＩＰアドレスと前記受信種別番号と前記ネットワーク番号との組み合わせに応じて設定される記録周期と、を記憶する記憶部と、前記プロセス入出力ネットワークとの通信を行う通信部と、を備え、当該制御方法は、前記記憶部が、前記プロセス入出力機器のＩＰアドレスと前記受信種別番号と前記ネットワーク番号との組み合わせに関して異なる複数の組み合わせにおける前記プロセス入出力機器からの信号データの受信周期を計測して前記記録周期として記憶する準備記憶ステップと、前記準備記憶ステップの後に、前記通信部が、前記プロセス入出力ネットワークを介して前記複数のプロセス入出力機器のうちの少なくとも一つから受信した信号の周期が前記記憶部に記憶された前記記録周期を基準として所定の範囲から逸脱したか否かを判定する判定ステップと、前記判定ステップで前記逸脱があったと判定されたときにその受信した信号を破棄する破棄ステップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本実施形態によれば、プロセス入出力ネットワークに接続された制御システムにおいて、第三者からの改ざん・成りすましなどの攻撃を防止または抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る制御システムのブロック図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る制御システムの制御コントローラのブロック図。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る制御方法の手順を示すフロー図。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る制御システムの制御コントローラの記録部に記憶された記録周期データの例を示すテーブル。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る制御システムのブロック図。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る制御システムの制御コントローラの記録部に記憶された記録周期データの例を示すテーブル。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。
【００１４】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る制御システムのブロック図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る制御システムの制御コントローラのブロック図である。
【００１５】
第１の実施形態に係る制御システム１０は、複数のプロセス入出力機器（ＰＩＯ機器）１１との間で信号を送受信して、ＰＩＯ機器１１を監視し制御するものである。ＰＩＯ機器１１は、プラントを構成する機器であって、たとえば、各種の検出器や、ポンプ、弁などが含まれる。制御システム１０は、複数の制御コントローラ１２と、複数のヒューマンマシンインターフェース装置（ＨＭＩ装置）１３とを有する。ＨＭＩ装置１３は、監視制御盤などであって、オペレータがプラント状態を監視し、制御操作を行うものである。
【００１６】
ＰＩＯ機器１１と制御コントローラ１２との間、および複数の制御コントローラ１２同士が、プロセス入出力ネットワーク（ＰＩＯネットワーク）１４によって接続されている。また、ＨＭＩ装置１３と制御コントローラ１２との間、および複数のＨＭＩ装置１３同士が、制御ネットワーク１５によって接続されている。
【００１７】
制御コントローラ１２は、複数が互いに連携して動作するように分散配置されたものであって、各制御コントローラ１２は、図２に示すように、通信部２０と、演算部２１と、記録部２２とを備えている。通信部２０は、制御ネットワーク１５およびＰＩＯネットワーク１４のデータを送受信する。演算部２１は、ＰＩＯ機器１１からの入力情報およびＨＭＩ装置１３からの入力情報に基づいてＰＩＯ出力を計算する。記録部２２は、当該制御コントローラ１２と通信を行う他の制御コントローラ１２、ＰＩＯ機器１１、ＨＭＩ装置１３との通信における周期データの周期を記録する。
【００１８】
制御コントローラ１２は、制御ネットワーク１５を用いて、ＨＭＩ装置１３に対し、プラントの状態を示す信号を送信し、ＨＭＩ装置１３からプラントの制御信号を受信し、制御コントローラ１２間において互いの状態を送受信する。また、制御コントローラ１２は、ＰＩＯネットワーク１４を用いて、ＰＩＯ機器１１からプラントの状態を示すＰＩＯ入力を受信し、プラントの状態を制御するＰＩＯ出力を計算し、ＰＩＯネットワーク１４を用いてＰＩＯ機器１１に送信する。
【００１９】
ＨＭＩ装置１３と制御コントローラ１２間の通信、制御コントローラ１２間の通信、ＰＩＯ機器１１と制御コントローラ１２間の通信は、周期通信（たとえば、ＵＤＰ／ＩＰ（Ｕｓｅｒ  Ｄａｔａｇｒａｍ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ／Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）で行われ、通信周期はプラント稼働時から機器ごとに一定である。
【００２０】
図３は、本発明の第１の実施形態に係る制御方法の手順を示すフロー図である。図３を参照しながら、第１の実施形態の制御システム１０を用いた制御方法の手順を説明する。
【００２１】
実際のプラント運転に先立って、試運転が行われる。試運転期間中、プラントのオペレータは、制御コントローラ１２を試運転期間モードで動作させる。試運転期間モードで動作する制御コントローラ１２は、自身と接続する各機器からの試験データを受信する（ステップＳ１１）。このとき、制御コントローラ１２は、通常のプラント制御を行い、記録部２２において自身と接続する各機器のＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）アドレスと周期データの周期を計測・記録する（ステップＳ１２）。
【００２２】
図４は、本発明の第１の実施形態に係る制御システムの制御コントローラの記録部２２に記憶された周期データの例を示すテーブルである。記録テーブルは、データの送信元ＩＰアドレスと、受信種別番号と、記録周期とからなる。試運転期間中、記録部２２はデータの受信周期の平均を記録する。記録された受信周期は送信元ＩＰアドレスと、受信種別番号（たとえばポート番号）で一意となるデータの記録周期の欄に保存される。
【００２３】
プラントの実際の運転開始に伴い、プラントのオペレータは、制御コントローラ１２を通常モードで動作させる。通信部２０は、ネットワーク中の各機器からデータ（実データ）を受信する（ステップＳ１３）。この時、通信部２０は、記録部２２が具備する記録テーブルを参照し、ある受信データの受信時刻が、記録周期から予測される受信時刻の許容範囲から逸脱するか否かを判断する（ステップＳ１４）。受信時刻の許容範囲は、たとえば、記録周期の１０％未満の誤差の場合である。受信時刻が許容範囲から逸脱していない場合（ステップＳ１４でＮｏの場合）は、通信部２０は、実データの受信（ステップＳ１３）を続ける。
【００２４】
受信時刻が許容範囲から逸脱した場合（ステップＳ１３でＹｅｓの場合）は、通信部２０は、受信データは改ざんまたはなりすましされた可能性があるものとし、受信した実データを破棄する（ステップＳ１５）。この場合、通信部２０は、ＨＭＩ装置１３に対して、警報を通知し、ＨＭＩ装置１３はオペレータに対して、セキュリティを侵害する攻撃が発生していることを通知する（ステップＳ１６）。
【００２５】
プラントの運転を停止しない場合（ステップＳ１７：Ｎｏ）は、実データ受信（ステップＳ１３）を続ける。プラントの運転を停止する場合（ステップＳ１７：Ｙｅｓ）は、動作を終了する（ステップＳ１８）。
【００２６】
以上説明したように、この第１の実施形態によれば、ＰＩＯネットワーク１４に接続された制御システム１０において、第三者からの改ざん・成りすましなどの攻撃を防止または抑制することができる。
【００２７】
［第２の実施形態］
図５は、本発明の第２の実施形態に係る制御システムのブロック図である。この第２の実施形態では、ＰＩＯネットワーク１４は、多重化（図５に示す例では３重化）されていて、互いに並列な３個のＰＩＯネットワーク１４ａ，１４ｂ，１４ｃからなる。同様に、制御ネットワーク１５は、多重化（３重化）されていて、互いに並列な３個の制御ネットワーク１５ａ，１５ｂ，１５ｃからなる。
【００２８】
図６は、本発明の第２の実施形態に係る制御システムの制御コントローラの記録部に記憶された記録周期データの例を示すテーブルである。記録テーブルは、データの送信元ＩＰアドレスと、受信種別番号と、ネットワーク番号、記録周期からなる。ネットワーク番号は多重化されたＰＩＯネットワーク１４および制御ネットワーク１５に割り振られたＩＤである。記録部２２はデータの受信周期の平均を記録する。記録された受信周期は送信元ＩＰアドレスと、受信種別番号（たとえばポート番号）と、ネットワーク番号で一意となるデータの記録周期に保存される。ここでは、たとえば、ＰＩＯネットワーク１４を構成する第１ないし第３のＰＩＯネットワーク１４ａ，１４ｂ，１４ｃにそれぞれ、ネットワーク番号１，２，３を割り振るものとしている。
【００２９】
ＨＭＩ装置１３と制御コントローラ１２間の通信、制御コントローラ１２間の通信、ＰＩＯ機器１１と制御コントローラ１２間の通信は、周期通信（たとえば、ＵＤＰ／ＩＰで行われ、通信周期は、プラント稼働時から、機器ごとに、また、ネットワークごとに一定である。
【００３０】
第２の実施形態の制御システム１０を用いた制御方法の手順は、図３に示す第１の実施形態の場合と同様である。
【００３１】
第２の実施形態によれば、第１の実施形態の場合と同様に、ＰＩＯネットワーク１４に接続された制御システム１０において、第三者からの改ざん・成りすましなどの攻撃を防止または抑制することができる。
【００３２】
［他の実施形態］
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００３３】
１０…制御システム
１１…プロセス入出力機器（ＰＩＯ機器）
１２…制御コントローラ
１３…ヒューマンマシンインターフェース装置（ＨＭＩ装置）
１４，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ…プロセス入出力ネットワーク（ＰＩＯネットワーク）
１５，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ…制御ネットワーク
２０…通信部
２１…演算部
２２…記録部
【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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