(57)【要約】【課題】データの衝突や消滅の影響を可能な限り回避し、高速性と信頼性を確保した通信処理機能を有するプラント監視制御システムを提供する。【解決手段】所定の通信プロトコル例えばＵＤＰ／ＩＰ通信プロトコルにより、監視装置１、データ収集装置２、及び制御装置３（３１、３２、３３、…）の相互間のデータ伝送を行なうプラント監視制御システムにおいて、１伝送周期に同一の送信パケットを複数回送信するとともに、送信パケットにデータ通番を付加してデータ伝送を行なう。このように送信パケットを複数回送信することにより、パケットの衝突や消滅した場合でもデータの救済を行なうことができ、またデータ通番を付加することでパケット受信時の整合性を確保することができる。【選択図】　図１
2004134927.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御装置、監視装置、及びデータ収集装置がネットワークを介して接続され、所定の通信プロトコルにより制御装置、監視装置、及びデータ収集装置の相互間のデータ伝送を行なうプラント監視制御システムにおいて、１伝送周期に同一の送信パケットを複数回送信するとともに、送信パケットにデータ通番を付加してデータ伝送を行なうことを特徴とするプラント監視制御システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば上下水道向けプラント等の各種プラントの監視制御を行なうプラント監視制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種のプラント監視制御システムにおけるデータ受信処理に於いては、一般的に速度が優先されるとともに、データ伝送量が比較的小さい場合には、ＵＤＰ（ユーザー・データグラム・プロトコル）／ＩＰ（インターネット・プロトコル）通信手順を用いたデータ伝送処理を用い、低速でも確実に大容量データを伝送する場合においてはＴＣＰ（トランスミッション・コントロール・プロトコル）／ＩＰ通信手順を用いたデータ伝送処理が行なわれていた。
【０００３】
これらの通信プロトコル自体は、ＩＳＯ／ＰＯＳＩが規定、推進する国際標準、ならびにＣＣＩＴＴのＶ勧告、Ｘ勧告に準拠するものであるが、伝送機能の適用においては、用途によりＵＤＰ／ＩＰ手順とＴＣＰ／ＩＰ手順を適用する分野において、都度選定して装置間での伝送手順を作成する場合がほとんどであった。
【０００４】
そのため、標準的な通信プロトコル（ＵＤＰ／ＩＰ、ＴＣＰ／ＩＰ手順）を用いた場合でも、通信機能の製作者により、手順やテキストフォーマット、異常処理、および異常時の対応と回避の方法が異なり、プラント監視制御システムとして必要なデータの送受信に異常があった場合、製作者の意図を解さないと解析すら困難であることが多くあり、また伝送機能の流用や改良時にも、元ソフトの製作者の技術力とノウハウに左右されるため、通信規格に沿った手順で作成されているからというだけでは流用、改造等は困難であった。
【０００５】
従って、プラント監視制御システム等の高速性を要求される伝送処理において、標準通信規格の確認以外に信頼性確保のための専用通信プロトコル手順によるＢＳＣ（バイナリ・シンクロナス・コミュニケーション）手順に準拠したハンドシェークでの通信処理の社内、社外での内容確認（テキスト形式、エラープロトコル、異常時処理等）が、その都度必要であった。
【０００６】
ところで、ＵＤＰ／ＩＰ通信プロトコルでは、接続は容易であるが、送受信データ量が少なく、さらにパケットの衝突や消滅が発生しやすく、また受信パケットの同期がとりにくいという欠点があるため、通信プロトコル手順によるハンドシェーク処理が必要となり、ＵＤＰ／ＩＰの特徴である高速性を損なう場合が少なくなかった。
【０００７】
一方、ＴＣＰ／ＩＰ通信プロトコルでは、ＵＤＰ／ＩＰ通信プロトコルよりも確実で大容量のデータが受信可能であるが、接続手順が複雑であるため、リソース消費量が多く、また伝送処理にオーバーヘッドが発生し時間がかかるという欠点があり、かつ、切断されると再接続までに遅延時間が必要となるため、高速性を要求されるプラント監視制御システムでのデータの送受信処理には不向きであった。
【０００８】
そこで、従来のプラント監視制御システムにおいて、ＵＤＰ／ＩＰ通信プロトコルを用い、パケットの衝突や消滅の発生に対応するため、今回データに前Ｎ回分データを付加しておくことによりパケットの衝突や消滅が発生しても前Ｎ回分データから修復し、救済するとともに、複数の送受信ステーション間で、相互に送受信タイミングをずらし、パケットの衝突を回避することが行なわれている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−２０８９３０号公報（第３−４頁、図２−４）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載されているような方法によっても、パケットの衝突や消滅の発生に完全に対処することができず、データの確実な送受信が行なわれない場合があるという問題があった。
【００１１】
本発明は、上記の問題を考慮して為されたもので、ＵＤＰ／ＩＰ通信プロトコルを用いた場合でもデータの衝突や消滅の影響を可能な限り回避し、高速性と信頼性を確保した通信処理機能を有するプラント監視制御システムを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、制御装置、監視装置、及びデータ収集装置がネットワークを介して接続され、所定の通信プロトコルにより制御装置、監視装置、及びデータ収集装置の相互間のデータ伝送を行なうプラント監視制御システムにおいて、１伝送周期に同一の送信パケットを複数回送信するとともに、送信パケットにデータ通番を付加してデータ伝送を行なうことを特徴とする。
【００１３】
このような構成の本発明によれば、所定の通信プロトコル、例えばＵＤＰ／ＩＰ通信プロトコルを使用する場合において、１伝送周期に同一の送信パケットを複数回送信することにより、パケットの衝突や消滅が発生した場合においても、データの救済を行なうことができ、さらに送信パケットにデータ通番を付加することでパケット受信時の整合性を確保することができ、また同報通知を行なうことも可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の図において、同符号は同一部分または対応部分を示す。
【００１５】
（一実施形態）
まず、本発明の一実施形態について説明する。この実施形態は、ＵＤＰ／ＩＰ通信プロトコルを使用する場合におけるパケットの衝突や消滅は発生するものということを前提として考え、どのようにすれば可能な限りパケットの衝突や消滅の発生を最低限に抑えることが可能になるかということに重点をおいた結果、パケット送受信時において、伝送路使用時の時分割処理を行ない、送信側においては１回分の通信データを受信側との手順で取り決めた伝送周期の１／Ｎ周期で伝送路上に送出し、また受信側では、指定された受信周期の１／Ｎ周期で伝送受信処理を行なうことにより、多数ステーションから構成されるプラント監視制御システムにおけるパケット衝突を可能な限り回避して、さらに送信パケットを受信側が受け取れなかった場合に、再送を行なうための伝送路上での余裕時間を持たせること、また伝送テキスト上に送信したデータの「データ通番」を付加することで、パケット受信時の整合性の確保と高速性を可能とした通信処理機能を有するプラント監視制御システムを提供するものである。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係るプラント監視制御システムの構成を示すブロック図である。同図に示すように、このプラント監視制御システムは、ＣＲＴを有する監視装置（ＤＣＳ等）１と、データ収集装置（サーバ等）２と、制御装置（ＰＬＣ等）３（３１、３２、３３、…）が、制御用ＬＡＮ、情報用ＬＡＮ等のネットワーク４で接続されて構成され、例えば、上下水道向けプラント等の定常運転で傾向監視を行なう各種プラントに適用される。
【００１７】
監視装置（ＤＣＳ等）１、データ収集装置（サーバ等）２、制御装置（ＰＬＣ等）３は、そのうちの１つを送信元ステーション、もう１つを受信先ステーションとして、ネットワーク４を介して、相互間でデータの伝送が行なわれる。
【００１８】
図２は、本実施形態における送信元ステーションと受信ステーションとの間の伝送処理の概要を説明するための図である。同図において、１１は送信処理、１２は受信応答処理、１３は応答時間、１４は１周期分の伝送処理、１５は分割伝送処理（分割された個々の伝送処理）を示す。
【００１９】
また、図３は、送信パケットの構成を示す図で、この送信パケットの送受信データテキスト１６は、ヘッダー部に付加されたデータ通番１７、及び送信情報１８を有する。
【００２０】
本実施形態のデータ伝送では、ＯＳＩ基本参照モデルにおける第３層（ネットワーク層）から第７層（アプリケーション層）までを用いて、伝送路におけるＵＤＰ／ＩＰ通信手順における、パケット送受信時の高速性、安定性の確保の処理を行なう。
【００２１】
ＯＳＩ基本参照モデルにおける第３層（ネットワーク層）で、Ｅｎｄ−Ｔｏ−Ｅｎｄな伝送路が第４層以上の上位層に提供されることにより、伝送機能の基本的な中枢機能が使用可能となるが、実際にＴＣＰ／ＩＰ通信レベルのプロトコル処理が実現されるのは、第４層（トランスポート層）以上であるため、伝送パケットの高速性、安定性の確保処理は第４層以上のレベルで行なうことになる。
【００２２】
特に、ＵＤＰ／ＩＰ通信プロトコルを用いた「定周期データ送受信処理」では、送信要求から応答受信までの時間をＭ秒以内と想定した場合、ＵＤＰ／ＩＰ通信プロトコルの欠点であるパケットの衝突と消滅に対応するため、図２に示すように、１伝送処理周期（Ｍ秒）をＮ回に分割することにより、最大（Ｎ−１）回のデータ再送信を行なうことにより、衝突・消滅したデータ救済を行なうことが可能となる。
【００２３】
また、多数ステーションから構成されるプラント監視制御システムにおいては、複数のステーションからデータが送信されることが想定されるため、例えば「（Ｎ−１）回／Ｍ秒＊１０ｍｓ」等の送信遅延時間を持たせることで複数ステーションからの送信時のパケット衝突を回避することが可能となる。
【００２４】
さらに、図３に示すように、各送信側ステーションから送信される送信パケット１６中に、サイクリックにカウントされるデータ通番１７を用いることにより、送信されるデータが、どのタイミングで送信されたものであるかを受信側で検出できるため、パケット衝突、消滅、入れ替わり等のパケット異常への受信側ステーションでの対応が容易となると共に、特別なデータ通番（例えば０）に意味を持たせることで、プラント監視制御システムを構成する各ステーションへの同報通知を行なうこともできる。（なお、１伝送処理周期（Ｍ秒）に同一の送信パケットがＮ回送信されるが、この１伝送処理周期中のＮ回送信される送信パケットのデータ通番１７は同一である。）
図４は、ＵＤＰ／ＩＰ通信プロトコルの分割推移を説明するための図で、同図において、１９はタイムラグ、２０は処理時間、２１は処理時間にタイムラグを加えた全体処理時間、２２は予備時間帯である。
【００２５】
また、図５は、データの送受信処理を説明するための図で、同図において、２３は送信データ、２４は受信データ（正常時）、２５は受信データ（異常リトライ時）である。同図の左端はデータを送信（上述のように同一の送信パケットをＮ回送信）してデータを正常に受信した場合、中央はデータを送信（上述のように同一の送信パケットをＮ回送信）してデータの受信に失敗した場合、右端はデータを再送（上述のように同一の送信パケットをＮ回送信）して正常に受信した場合をそれぞれ示す。
【００２６】
次に、図２〜５を参照して、この実施形態の作用を説明する。
【００２７】
前述の図２に示す構成で、１つのＵＤＰ／ＩＰ通信プロトコルは、例えば７０ｍｓで動作し、待機時間とタイムラグをあわせて３０ｍｓ考慮するものとする。この場合、１つのＵＤＰ／ＩＰ通信プロトコルにおけるデータ受信処理が実質１００ｍｓの周期で処理されることになり、例えば、図４に示すように、これの４周期分と予備時間帯２２（例えば１００ｍｓ）をあわせて５００ｍｓ周期でＵＤＰ／ＩＰ通信の受信処理が実行される。ＵＤＰ／ＩＰ通信プロトコルでは、ＴＣＰ／ＩＰ通信のような複雑な接続手順がないため、ここで示した送信周期の変更の自由度は高くなる。これにより、頻繁に状態変化が発生するような場合でも、データを欠落させることなく、送受信可能となる。
【００２８】
また、ＵＤＰ／ＩＰ通信プロトコルを使用したデータの分割受信においてはパケットが損傷したり消滅したりすることが考えられるため、送信時刻の他にデータ通番１７を使用することで、より簡単かつ厳密にパケット異常に対応することができる上、図５の中央に示すように受信側でデータ通番異常を検出した際（例えば、あるデータ通番のデータが来るべき時間を越えても来なかった場合、データ通番異常と判定する）にＮＡＫを戻すことで、送信側は、データ通番１７が異常であったことを認識し、図５の右端に示すように、データ再送等の異常処理を行なうことができる。さらに、特定のデータ通番に意味を持たせることにより、同報通知を行なうことができる。
【００２９】
また、図４に示すように、予備時間帯２２を設け伝送周期を調節して伝送路の空き時間をつくることにより、異常発生（パケットの衝突や消滅）により不安定になった伝送路の初期化処理が、ＯＳＩ基本参照モデルにおける第１層（物理層）によって、定周期受信に影響を与えることなく、行なうことが可能となる。
【００３０】
本実施形態によれば、ＵＤＰ／ＩＰ通信における受信処理時のパケット送受信の安定性を確保することが可能となる。また、伝送路上で発生するパケットの衝突や消滅に対しては、次パケット以降で同一周期にＮ回分の再送信データを送出することにより、１パケットの損傷が発生した場合でもデータが救済可能となる。
【００３１】
さらに、データ通番を使用することにより、受信側がパケット内データを全てチェックすることなく、データ通番のみで異常を検出した際にＮＡＫを戻すことができるため、異常時の処理対応速度が向上し、送信側でのデータ再送、または破棄などの処理を行なうことが容易となる。
【００３２】
以上説明したように、本実施形態のような構成とすることにより、ＵＤＰ／ＩＰ通信プロトコルを用いながらも、ハンドシェークを行なわず、かつデータ衝突を回避した通信処理機能を可能とし、高速性と信頼性を確保した通信処理機能とすることができ、また異常時処理や通信テキスト形式をオープンにしたプラント監視制御向け通信機能を提供することができる。
【００３３】
（他の実施形態）
本発明では、ＵＤＰ／ＩＰ通信の送信パケットの同一処理周期でデータ再送信を行なうものであり、かつパケット・サイズの制限範囲内で、可変回数のデータ再送信をすることができることは上述の実施形態の説明で既に述べた。
【００３４】
この仕組みを、ネットワーク監視と併用して実施することができる。この実施形態について、図６〜図８を参照して説明する。
【００３５】
図６は伝送路負荷状態により送信パケットのデータを調整する例を示す図である。図６において、２６は伝送路負荷状態、２７は伝送路負荷状態により調整される送信パケットである。また、図７は伝送路負荷状態により送信パケットの送信周期を変化させる例を示す図である。図７において、２６は伝送路負荷状態、２８は未送信時間帯、２９は伝送路負荷状態により送信／未送信となる送信パケットである。さらに、図８は状態変化状況に応じて送信周期を短くしたり、定周期伝送情報の送信回数を減らしたりする例を示す図である。図８において、３０は状態変化量により調整される送信パケット、３１は状態変化状況である。
【００３６】
例えば、図６に示すように、自動的に同一周期の送信パケットに、今回データとともに前ｎ回分のデータを搭載して送信する（この場合も同一送信パケットを上述の実施形態のようにＮ回送信する）ことが可能である。つまり、ネットワーク監視によりＬＡＮ上の負荷が軽い場合には、１パケット内の前ｎ回分のデータ数を増やして送信し、ＬＡＮ上の負荷が増加した場合には、前ｎ回分の送信データ数を減らすように、自動調整する方法が考えられる。
【００３７】
また、図７に示すように、ＬＡＮ上の負荷が増加した場合に、パケット消失等の異常の発生確率が高くなることが考えられるため、送信周期を長くすると共に、前ｎ回分のデータ数を増やして送信（この場合も同一送信パケットを上述の実施形態のようにＮ回送信）することで、ＬＡＮの負荷を増加させることなく、異常時の救済処置の安定性を保つことが可能となる。
【００３８】
さらに、図８に示すように、頻繁に状態変化が発生するような場合には、送信周期を短くしたり、定周期伝送情報の送信回数を減らしたりすることで対応して、状態変化検出に遅滞が発生しないようにし、安定した状態の時に定周期伝送を行なうように時間の自動調節を行なう仕組みも考えられる。また、この場合、同一周期に送信する同一送信パケットの送信回数Ｎを変化させることもできる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の監視制御システムによれば、ＵＤＰ／ＩＰ通信プロトコルを使用したデータ伝送等において、受信処理時のパケット受け渡しの安定性を確保することが可能となる。
【００４０】
また、伝送路上で発生するパケットの衝突や消滅に対しては、同一伝送処理周期のパケットを、Ｎ回分再送信することにより、パケットの消滅が発生した場合でも、同一周期内であれば救済可能性が高くなる。
【００４１】
さらに、データ通番を使用することにより、受信側がパケット内データを全てチェックすることなく、データ通番のみで異常を検出した際にＮＡＫを戻すことができるため、異常時の処理対応速度が向上し、送信側でのデータ再送、または破棄などの処理を行なうことが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るプラント監視制御システムの構成を示すブロック図。
【図２】一実施形態における送信元ステーションと受信ステーションとの間の伝送処理の概要を説明するための図。
【図３】一実施形態における送信パケットの構成を示す図。
【図４】一実施形態におけるＵＤＰ／ＩＰ通信プロトコルの分割推移を説明するための図。
【図５】一実施形態におけるデータの送受信処理（正常受信、受信失敗、データ再送）を説明するための図。
【図６】本発明の他の実施形態の動作（伝送路負荷状態により送信パケットのデータを調整する例）を説明するための図。
【図７】本発明の他の実施形態の動作（伝送路負荷状態により送信パケットの送信周期を変化させる例）を説明するための図。
【図８】本発明の他の実施形態の動作（状態変化状況に応じて送信周期を短くしたり、定周期伝送情報の送信回数を減らしたりする例）を説明するための図。
【符号の説明】
１…監視装置（ＤＣＳ等）
２…データ収集装置（サーバ等）
３（３１、３２、３３、…）…制御装置（ＰＬＣ等）
４…ネットワーク
１１…送信処理
１２…受信応答処理
１３…応答時間
１４…１周期分の伝送処理
１５…分割伝送処理
１６…送受信データテキスト
１７…データ通番
１８…送信情報
【図１】
2004134927.tif 000003
【図２】
2004134927.tif 000004
【図３】
2004134927.tif 000005
【図４】
2004134927.tif 000006
【図５】
2004134927.tif 000007
【図６】
2004134927.tif 000008
【図７】
2004134927.tif 000009
【図８】
2004134927.tif 000010