(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）ソフトウェア構成方法を用いて電気的に構成された構成可能なコネクタ接続式入力／出力モジュールと、
（ｂ）前記入力／出力モジュールに接続された少なくとも１つのセンサ又はアクチュエータと、
（ｃ）前記入力／出力モジュールに接続されたサーバと、を備えた、
監視制御及びデータ収集システムの管理方法であって、
前記入力／出力モジュールが、
前記入力／出力モジュールの制御状態情報を前記サーバに送信するステップと、
前記サーバから前記入力／出力モジュールに送信される、前記入力／出力モジュールの設定点を含む応答情報を受け取るステップと、
前記サーバへの接続を伴わない制御を行うためにサーバ接続から独立した自律制御を行うステップと、
複数の入力／出力モジュールの少なくとも２つの間にピアツーピア接続を使用するステップと、を含み、
前記入力／出力モジュール内の前記設定点は、所定の設定時間の満了後に、前記サーバに由来する設定点から、前記入力／出力モジュール自体と１またはそれ以上の前記ピアツーピア接続によって決定された値に戻る、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記入力／出力モジュールは、前記サーバにインターネット接続を介して接続される、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記入力／出力モジュールは、該入力／出力モジュールが存在するＬＡＮの外部からの接続要求を受け入れない、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
監視制御及びデータ収集のためのシステムであって、
（ａ）ソフトウェアを用いて構成された構成可能なコネクタ接続式入力／出力モジュールと、
（ｂ）前記入力／出力モジュールに接続された少なくとも１つのセンサ又はアクチュエータと、
（ｃ）前記入力／出力モジュールに接続されたサーバと、
を備え、前記入力／出力モジュールの制御状態情報が前記サーバに送信され、前記入力／出力モジュールは、前記サーバから前記入力／出力モジュールに送信される、前記入力／出力モジュールの設定点を含む応答情報を受け取る、
前記入力／出力モジュールは、前記サーバへの接続を伴わない制御を行うためにサーバ接続から独立した自律制御を行い、複数の入力／出力モジュールの少なくとも２つの間にピアツーピア接続を使用し、
前記入力／出力モジュールが使用する前記設定点は、所定の設定時間の満了後に、前記サーバに由来する設定点から、前記入力／出力モジュール自体と１またはそれ以上の前記ピアツーピア接続によって決定された値に戻る、
ことを特徴とするシステム。
【請求項５】
前記サーバ又はこのサーバに取り付けられたコンピュータ上のユーザインターフェイスを構成するためのソフトウェアをさらに含む、
ことを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記システムの配線ガイドを生成するためのソフトウェアをさらに含む、
ことを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項７】
前記入力／出力モジュールは、前記サーバにインターネット接続を介して接続される、
ことを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項８】
前記入力／出力モジュールは、前記入力／出力モジュールが存在するＬＡＮの外部からの接続要求を受け入れない、
ことを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
〔関連出願〕
本出願は、２０１２年４月３０日に出願された米国仮特許出願第６１／６４０，２００号の優先権を主張するものであり、この仮特許出願は引用により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、一般に、構成可能なコネクタ接続式入力／出力システムを利用する制御システムの性能を、ネットワーク又はサーバアーキテクチャを用いて拡張するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
制御システムは、世界中で広く使用されている。このようなシステムは、その複雑性を、（可搬式電熱器に見られるような）単純なオン／オフ温度コントローラから、（生産される製品の品質及び量を管理するために何千個もの構成部品が相互接続された石油精製装置全体の制御に見られるような）非常に複雑な制御システムにまで区別することができる。
【０００４】
また、制御システムは、集中型又は分散型として区別することもできる。通常、単純な制御システムは集中型であるのに対し、複雑なシステムは、石油精製装置又は送電網の場合のように、システムが地理的に広大であるというだけの理由で分散型であることの恩恵を受ける場合が多いので、この複雑性及び分散性という制御システムの２つの識別可能な特性は、それら自体が関連し合っている。分散モードで動作するように設計された制御システムは、分散制御システム（ＤＣＳ）と呼ばれる。上記の一般論にもかかわらず、分散制御システムの要因は広大な地理のみではない。例えば、相当規模の半導体製造ツール市場では、数多くの複雑な制御部品を必要とする高度に複雑な小型機械が利用され、これらは分散制御アーキテクチャを採用する恩恵を受けることができる。本発明は、主に複雑な分散型の制御システム及びその改善に関する。しかしながら、本発明は、退化した非分散型アーキテクチャにも同様に適用性がある。
【０００５】
制御システムを分散させると配線が単純化され、おそらくは信頼性を高めることはできるが、分散させるという行為により、様々な分散した要素の動作を協調させることが困難になる恐れもある。様々な制御システムが数多く存在するが、一般的には、様々な分散制御システムを協調させるために監視制御データ収集（ＳＣＡＤＡ）システムが使用される。このＳＣＡＤＡシステムは、その名前が意味するように、通常は低水準閉ループ制御を行うものではなく、大規模システムの良好な動作を保つ上での監視の役割又は協調させる役割を果たす。例えば、石油精製装置では、ＤＣＳが所与の局所的精錬工程を安定的に保つことができるのに対し、ＳＣＡＤＡシステムは、精錬工程の比率及び混合の部分を残りの多くの工程と同期した状態に保つためにこれらを調整することができる。ＳＣＡＤＡシステムは、主に、一般に通信タイミング、セキュリティ及び信頼性が維持されているローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）内部のネットワーク接続を介して通信することで、ＤＣＳの設定点及びその他のパラメータを変更することによってこの調整を行う。
【０００６】
ＳＣＡＤＡシステムは、低水準ループ制御をめったに行わないのに対し、ＤＣＳ自体は、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）などの下位制御システムに依拠することがある。実際のところ、最新のＤＣＳシステムには、ＰＬＣがＤＣＳの役割を果たすことができるものもある。ＰＬＣ自体は、工程の状態に関する情報を生み出すセンサと、制御システムの動作をもたらすアクチュエータとに接続する入力／出力モジュール（Ｉ／Ｏモジュール）で構成される。先行技術では、複数の電源を有し、特別な配線を必要とする固定構成のＩ／Ｏモジュールが利用されている。
【０００７】
図１に、例えば、業界標準である４〜２０ｍＡの信号を測定できる第１の電流入力Ｉ／Ｏモジュール２１、水流計などのパルス装置によって生成されるパルスを数えることできる第２の周波数入力Ｉ／Ｏモジュール２２、及び送水ポンプに給電を行うのに適した接触器を駆動することができる第３の供給デジタル出力Ｉ／Ｏモジュール２３という、先行技術による３つの固定構成のＩ／Ｏモジュールを示す。これらのＩ／Ｏモジュールは、数多くの異なるＩ／Ｏモジュールのうちの３つにすぎず、他にも、電圧出力、電流出力、電圧入力、デジタルＰＮＰ入力、デジタルＮＰＮ入力などが存在する。一般に、Ｉ／Ｏモジュールの異なる各変形形態は独自の配線方式を有し、この配線は、決してＩ／Ｏモジュールからセンサ又はアクチュエータに直接行われることはない。例えば、圧力トランスデューサ２４などの装置に電気信号又は電力を伝える導電体を接続するための先行技術の接続手段２０に注目されたい。この装置は、センサ、アクチュエータ、電源又はＩ／Ｏモジュールとすることができる。当業界では通例のように、以下に限定されるわけではないが、ターミナルブロック、プラグ接続式ターミナルブロック、ハウジングを備えたクリンプワイヤ／コネクタ装置、回路基板装着型コネクタ、及びはんだ接合又は溶接接合を利用するコネクタなどの複数の接続手段２０のいずれかが使用される。接続手段２０は、例えば、複数のワイヤ又はケーブルシステムを使用する何メートルもの距離が存在する場合にセンサ及びアクチュエータに信号及び電力を接続するためにあらゆる制御システムの多くの箇所で必要とされ、各装置との間に１回又は複数回出現する。また、図１には、送水ポンプ用途では一般的なように、３つのセンサ及び２つのアクチュエータという５つの装置も示している。このＩ／Ｏモジュールには、井戸の深さ用センサ２４及びポンプ電流用センサ２５が、業界標準である４〜２０ｍＡの信号として提供されており、これらは、特に適当な電流入力Ｉ／Ｏモジュール２１に直接接続されるわけではなく、モジュール電源３３に加え、ターミナルブロック３１及び装置電源３２を含む何らかの特別な配線及び部品３０を介して接続される。周波数入力Ｉ／Ｏモジュール２２には、水流の測定においてよく見られるようなパルス発生センサ２６が接続されている。パルス発生センサ２６に必要なワイヤは、前述の２つのセンサ２４及び２５よりも１つ多い。なお、対応する周波数入力Ｉ／Ｏモジュール２２には、パルス発生センサ２６からの３つのワイヤのうちの１つのみが接続されている。他の２つのワイヤは、特別な配線及び部品３０を利用して接続される。最後に、相等しいモータ接触器２７である２つのアクチュエータがソース型デジタル出力Ｉ／Ｏモジュール２３に接続される。センサの場合と同様に、この２つのアクチュエータ２７のＩ／Ｏモジュール２３に対する接続は直接的に行われず、やはり特別な配線及び部品３０を必要とする。
【０００８】
図２に、ＤＣＳ制御システム４１の１つのノードを実装するために必要な先行技術の構成要素を示す。ＤＣＳ制御ノード４１は、ＰＬＣ４０、３つのＩ／Ｏモジュール２１、２２及び２３、並びに（図１には３１及び３２として示す）ターミナルブロック及び装置電源を含む特別な配線及び部品３０で構成されている。センサ及びアクチュエータ２４、２５、２６及び２７は、特別な配線及び部品３０を介して接続される。
【０００９】
図３には、ＬＡＮの内部で接続された３つの分散ノード４１で構成された先行技術のＳＣＡＤＡシステム４３を示す。分散ノード４１は、物理接続又はソフトウェア接続のいずれかを用いて、ピアツーピア接続２８を介して互いに接続される。また、分散ノード４１は、分散ノード４１間の良好な協調制御をもたらすために、通常はＬＡＮの内部においてＳＣＡＤＡコンピュータ４２とポーリング構成で接続される。
【００１０】
従って、１又はそれ以上のＤＣＳ要素４１を利用する完成したＳＣＡＤＡシステム４３は、制御システムがセンサを用いて測定を行い、指示された内容及び測定する対象に基づいて計算を行い、特別な配線及び追加の電源を通じて固定構成の出力モジュールに接続されたアクチュエータを利用して、バルブを開放してポンプ及びヒーターをオンにすべく作用できるようにこれらのセンサの配線を行わなければならない。
【００１１】
最も下位のセンサから、これらのセンサの関連するＩ／Ｏモジュールを介して情報を引き出す主な方法としてポーリングが挙げられる。ポーリングは、上位制御要素が、タグと呼ばれることもある特定の値を要求するメッセージを送信する際に、これらの上位制御要素によって行われる。ポーリングは、上位の制御システムから下位の制御システムに向けて行われる能動的プロセスである。従って、ＰＬＣは、センサ状態を求めてＩ／Ｏモジュールにポーリングを行う。次に、ＳＣＡＤＡシステムは、同じセンサ状態又はセンサ状態の組み合わせを読み出して、この情報が最上位のＳＣＡＤＡコンピュータ４２において利用可能になるようにするためにＤＣＳ又はＰＬＣシステムにポーリングを行う。出力状態の変更にも同じ処理が使用される。上位制御要素は、下位の装置に対し、出力に何らかの種類の変化をもたらしてレベルを設定し、又は出力をオフ又はオンにするように下位の装置に指示する同様のメッセージを送信する。
【００１２】
最新の先行技術のＳＣＡＤＡ、ＤＣＳ又はＰＬＣシステムの重要な動作モードは、上位の制御要素が、Ｉ／Ｏモジュール、ＰＬＣ、ＤＣＳ及びＳＣＡＤＡシステムを含む数多くの下位との通信を開始することである。
【００１３】
この動作モードには、例えば、以下に限定されるわけではないが、非同期イベントによってＤＣＳからＳＣＡＤＡシステムにメッセージを送信できるアラームの使用などの例外が存在する。しかしながら、この例外は、上位において開始され下位に向けられる基本的かつ支配的な動作モードを変更するものではない。
【００１４】
先行技術のＳＣＡＤＡ、ＤＣＳ又はＰＬＣシステムは、多くの要素の複雑な集合体である。先行技術のシステムは、最も下位のセンサ及びアクチュエータインターフェイスにおいて主に固定構成のＩ／Ｏモジュールを採用しているので、４〜２０ｍＡ、±１０Ｖ、周波数、レベル、ＮＰＮ、ＰＮＰ、センサ出力などの多くの電気的インターフェイスを提供するために、別個の製品又は別個の製品置換が必要となる。従って、一般的には複数のＩ／Ｏモジュールが必要である。通常、これらの複数のＩ／Ｏモジュールは、何らかのバスインターフェイスにプラグ接続される。センサ及びアクチュエータの配線は、電源、ターミナルブロック及び多くの配線を必要とする。
【００１５】
先行技術のＳＣＡＤＡシステム４３又はＤＣＳシステム４１は、ＳＣＡＤＡコンピュータ４２が、ＰＬＣ４０、又は別の層を介してＰＬＣ４０に接続されたＤＣＳ４１のいずれかとすることができる１又はそれ以上のＤＣＳシステム４１にネットワークを介して接続されるように、それ自体がレベル毎に階層化されている。従って、ＳＣＡＤＡシステム４３又はＤＣＳシステム４１を実装するには、数多くのハードウェアコンポーネントが必要とされる。
【００１６】
ソフトウェアの側では、参照番号２１、２２及び２３などの先行技術のＩ／Ｏモジュールは、一般に電気的インターフェイス機能を実行するのに対し、ＰＬＣ４０又はＤＣＳ４１では装置レベルのソフトウェアが扱われる。装置レベルのソフトウェアとしては、線形化、フィルタ処理、計数、区別、校正、有効化、順序付け及び電気的値から工学単位へのスケール変換のためのソフトウェアが挙げられる。ＰＬＣ４０又はＤＣＳ４１がパルスレートを計算するには、例えば、現在のパルス入力の値に関してＩ／Ｏモジュールにポーリング及び入力を行い、次にその期間を正確に計測してその周波数を追跡することが必要である。緻密かつ正確なレートを計算する上での誤差は、測定タイミングの影響を受けやすく、従ってＰＬＣ４０又はＤＣＳ４１によるポーリングの遅延は、センサ測定の品質に悪影響を与える恐れがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】米国特許第６８９２２６５号明細書
【特許文献２】米国特許第７２１６１９１号明細書
【特許文献３】米国特許第７８２２８９６号明細書
【特許文献４】米国特許出願第１３／２８１３９４号明細書
【特許文献５】米国特許出願第１３／０６９２９２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
要約すれば、先行技術のＳＣＡＤＡシステム４３又はＤＣＳシステム４１は非常に複雑であり、上から下へのポーリングを行って情報をもたらすとともに制御システムの上位層までを制御する層を含む多くの異なる要素で構成されている。
【００１９】
従来、ＳＣＡＤＡシステム４３は、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ  Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）−ＸＰ、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ  Ｗｉｎｄｏｗｓ−７、又はＭｉｃｒｏｓｏｆｔ  Ｗｉｎｄｏｗｓ−８などの市販のオペレーティングシステムを実行するＰＣなどの標準的なコンピュータプラットフォーム上で動作する。ＤＣＳシステム４１も、このＰＣアーキテクチャを幅広く使用する。ＤＣＳシステム４１、及びしばしばＳＣＡＤＡシステム４３は、工程に密接かつ確実に接続されている必要があるので、これらのＰＣコンピュータは現場に局在していなければならず、ＰＣのサポートが容易になり得るオフィスから排除されていることもある。タイミングが測定精度に及ぼす上述の影響を考えた場合、ネットワーク決定論又は応答の予測可能性を改善するには、このようなオフィスネットワークから排除された局在性が必要になることが多い。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、監視及び分散制御を行うための、構成可能なコネクタ接続式の方法及び装置を含む。本発明は、センサ及びアクチュエータを制御システムに接続するために行わなければならない配線接続の数を劇的に減少させる。本発明は、構成可能なＩ／Ｏモジュールという１つの品番を用いて、１又はそれ以上の様々なセンサ及びアクチュエータを接続するために必要とされる異なる制御ハードウェアコンポーネントの数を劇的に減少させる。
【００２１】
本発明は、構成可能なＩ／Ｏモジュールを電気的に構成するために使用されるコンピュータファイルレコードを生成するソフトウェア構成方法及び装置を利用する。このファイルレコードを使用して構成を作表することもできる。その後、この作表を配線ガイドの形で印刷して、制御盤又は配線位置に取り付けることができる。この作表を用いてサーバを構成してプログラムし、このサーバがユーザインターフェイスすなわちＵＩを生成できるようにすることにより、先行技術によるサーバでの手動による特別なコード生成を排除することができる。この作表を用いて、システム文書を提供することもできる。配線エラーを減少させる目的で、この作表を用いて、Ｉ／Ｏモジュールに接続すべき個々の導体のためのラベルを作成することもできる。
【００２２】
本発明は、Ｉ／Ｏモジュール内の装置レベルのソフトウェアを提供する。本発明は、複数の入力及び出力を順序付けて、Ｉ／Ｏモジュール内でアナログレベル及びデジタルレベルの初期化、有効化、読み取り、保持、ラッチング、計数、区別、リセット、プリセットを行うためのソフトウェアを提供する。本発明は、全てが同じＩ／Ｏモジュール内に存在してセンサ及びアクチュエータ以外の外部要素を含まない１又はそれ以上の入力及び１又はそれ以上の出力間における温度制御などの閉ループ制御を提供する。本発明は、全てのソフトウェア、入力、出力及び電力が同じ構成可能なコネクタ接続式Ｉ／Ｏモジュール内から提供される閉ループ制御の設定点及びパラメータに適用する順序付けソフトウェア及びロジックも提供する。
【００２３】
本発明は、サーバを局所的に管理する要件を抑えるために、ＬＡＮ内又は現場に優先的に位置しない監視制御及びデータ収集を行うサーバへのセキュアな接続を提供する。本発明は、構成可能なコネクタ接続式Ｉ／Ｏモジュールがサーバに送信したデータを記憶するデータベースソフトウェアシステム、好ましくはリレーショナルデータベースをサーバ上に含む。本発明は、構成可能なコネクタ接続式Ｉ／Ｏモジュールからサーバへの接続のセキュリティを高めるために、デジタル権利の管理をさらに使用することができる。本発明は、サーバ接続を伴わない制御機能を実行するために、１又は複数のＩ／Ｏモジュール内のあらゆるサーバ接続から独立した自律制御及び分散制御も提供する。本発明は、Ｉ／Ｏモジュールが、所与の時間内に又は繰り返しパターンによってサーバと交信できなかった場合に、インターネット、電話又は携帯メールを介した通知も提供する。
【００２４】
本発明は、クラウドコンピューティングを使用して標準サーバ上で実行されるソフトウェアを提供し、このソフトウェアは、監視演算と、構成可能なコネクタ接続式Ｉ／Ｏモジュールからサーバに送信される、センサ及びＩ／Ｏモジュールの状態を含むソフトウェアへの入力と、サーバのクライアントとして機能する構成可能なコネクタ接続式Ｉ／Ｏモジュールに対するサーバ要求からの応答を通じてサーバから送信される、アクチュエータ及びＩ／Ｏモジュールの状態を含むソフトウェアからの出力とを提供する。
【００２５】
本発明は、Ｉ／Ｏモジュールが、任意にＬＡＮ内からを除くあらゆる場所からの未承諾の要求を受け入れることを必要としない。
【００２６】
本発明は、ローカルマスターがホストに、又はＬＡＮ内又は現場に優先的に配置されていないサーバから独立したいずれかのホストにポーリングを行う必要性を排除するために、他のＩ／Ｏモジュールとのピアツーピアネットワーク接続を提供する。
【００２７】
本発明は、Ｉ／Ｏモジュールがサーバに対して行った要求からの応答を通じて、Ｉ／Ｏモジュール内の設定点が、ある範囲内で変更されるようにする。本発明は、サーバに由来する設定点が、設定可能な時間後に満了すると同時に、Ｉ／Ｏモジュール自体、又はこれ自体と１又はそれ以上のピアとによって決定された設定点に戻り、サーバによる設定点の決定を用いて行われる制御と比べた時に十分ではあるが劣ると推定される制御が局所的制御によって行われるようにする。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】複数の固定構成のＩ／Ｏモジュールを使用する典型的な先行技術のセンサとアクチュエータの接続方法及び装置である。
【図２】ＰＬＣと、３つのＩ／Ｏモジュールと、特別な配線構成及び部品と、５つのセンサ及びアクチュエータの集合体とで構成された先行技術のＤＣＳである。
【図３】ＳＣＡＤＡコンピュータと、複数のＩ／Ｏモジュール、並びに様々なセンサ及びアクチュエータを制御システムに接続するのに必要な特別な配線構成及び部品を含むＰＬＣで構成された３つのＤＣＳノードとで構成された先行技術のＤＣＳを示す図である。
【図４】構成可能なコネクタ接続式Ｉ／Ｏモジュールが様々なセンサ及びアクチュエータに直接接続する本発明を示す図である。
【図５】本発明のＤＣＳノードを示す図である。
【図６】ピアツーピア接続を介して接続された２つのＩ／Ｏモジュールのみを使用する本発明の最も単純なＤＣＳ構成を示す図である。
【図７】標準的なサーバクエリを提供するネットワーク接続を介して接続された１つのＩ／Ｏモジュールのみを使用する本発明の最も単純なＳＣＡＤＡ構成を示す図である。
【図８】３つの構成可能なコネクタ接続式Ｉ／Ｏモジュールと、優先的にＬＡＮの外部に存在し、インターネットを介してアクセスされるサーバとで構成された本発明のＤＣＳ及びＳＣＡＤＡシステムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明は、米国特許第６，８９２，２６５号、第７，２１６，１９１号及び第７，８２２，８９６号、並びに米国特許出願第１３／２８１，３９４号及び第１３／０６９，２９２号の教示を拡張するものであり、これらの開示内容は引用により本明細書に組み込まれる。過去の発明に記載されている構成可能なコネクタ接続式システムでは、このようなシステムのあらゆるコネクタピンを、電圧の測定、電圧の生成、電流の測定、電流の生成、様々な電圧レベルの生成、さらにはシリアル通信データなどの周波数情報の取り扱いなどの様々な電気的機能のために構成することができる。
【００３０】
これらの特許の教示を用いて構築された単一形態の製品は、数多くの工業的制御問題を解決した。本発明の構成可能なコネクタ接続式入力／出力モジュールは、従来の工業的制御用入力／出力モジュールと比較した場合、電源及びターミナルブロックなどの必要な追加部品の数を劇的に減少させる。この構成可能なコネクタ接続式入力／出力システムは、複数の電気信号フォーマットのいずれか又は電力を提供するために、システムのコネクタピンの電気的構成を変化させる能力によって多くの異なる固定構成のＩ／Ｏモジュールの必要性を排除する。
【００３１】
Ｉ／Ｏモジュールの配線が単純化される主な理由は、ソフトウェアベースの電気的な構成可能性にある。この構成可能性は、装置電力を提供できることを含むので、電力を必要とするセンサ及びアクチュエータが、同じコネクタ又は一群のコネクタから電力を受け取ることができる。電気信号の経路が、ソフトウェアを通じて、２点間接続、コントローラ−センサ間接続及びコントローラ−アクチュエータ間接続を提供するように構成されるので、配線用ハーネスが劇的に単純化される。先行技術の特別な配線構成及び部品は排除又は自動化される。
【００３２】
このＩ／Ｏモジュールは、リアルタイム制御製品では一般的な揮発性メモリ及び不揮発性メモリを含む強力なマイクロプロセッサをさらに備える。このマイクロプロセッサは、複数の制御プログラムを同時に実行できるリアルタイムオペレーティングシステムをさらに含む。この構成可能なソフトウェア環境は、Ｉ／Ｏモジュールが、複数の入力及び出力を順序付けて、線形処理、初期化、有効化、読み取り、保持、ラッチング、計数、区別、リセット、プリセット、及びその他の信号調節並びに装置レベルの制御をもたらすようにする。
【００３３】
このＩ／Ｏモジュールは、その構成可能なソフトウェア構成を使用して、例えば、限定するわけではないが、比例積分微分制御、すなわちＰＩＤを含む制御法則のいずれかを用いた温度制御などの閉ループ制御をさらに実行する。
【００３４】
このＩ／Ｏモジュールは、その構成可能なソフトウェア構成を使用して、入力状態及び内部ロジックを含むロジック構成に基づいてコントローラの設定点及び出力値をさらに順序付ける。このようなソフトウェア構成は、バルブ及びポンプの順序を定めること、及びタンクレベルセンサに応答することを含む、タンク充填ルーチンの事前プログラミングを可能にする。
【００３５】
このＩ／Ｏモジュールは、情報を受け渡すために、ＳＣＡＤＡシステムが同じデータ分散を実現することを必要としたはずの他の構成可能なコネクタ接続式Ｉ／Ｏモジュールとピアツーピア構成で接続できるネットワーク接続をさらに使用する。
【００３６】
従って、ＬＡＮ内で接続された１又はそれ以上のＩ／Ｏモジュールは、先行技術のＳＣＡＤＡコンピュータが存在しない場合にピアツーピアネットワークを用いてシステムを調整する、ＬＡＮ内のイベントのみに応答する自律制御システムとして機能することができる。
【００３７】
Ｉ／Ｏモジュールは、そのネットワーク装置を用いて、ＬＡＮの内部又は外部のサーバとのセキュアな接続を、外部の場合には優先的にインターネット上のネームサーバを介して開始することができる。Ｉ／Ｏモジュールは、この接続により、ＳＣＡＤＡシステムでは一般的なようにサーバがデータベースに保存すべき制御状態変数を含むデータメッセージをサーバに送信することができる。Ｉ／Ｏモジュールは、送信したデータメッセージに対するＩ／Ｏモジュールが使用するための設定点及びパラメータを含む応答データメッセージを受け取ることができる。
【００３８】
従って、Ｉ／Ｏモジュールは、ピアツーピアネットワーク接続を使用する際にはＤＣＳとして機能することができる。さらに、Ｉ／Ｏモジュールは、ピアツーピアネットワーク接続及び少なくとも１つのサーバ接続を使用する際にはＳＣＡＤＡとして機能することもできる。優先的に、全てのＩ／Ｏモジュールがサーバに接続して、全ての関連データがサーバに保存され、全てのＩ／Ｏモジュールがサーバから設定点及びパラメータを受け取るようにすることができる。
【００３９】
従って、本発明は、ＳＣＡＤＡシステム、及びＳＣＡＤＡシステムとのネットワーク接続を伴わずに自律的に動作できるＤＣＳの大きな利点をもたらすことができる。本発明はサーバを使用する。従って、このサーバをＬＡＮの外部に移動させて、いずれのサーバ装置もＬＡＮ内に存在せず、システムの管理、保守及び運用要件に従わないようにすることができる。クラウドコンピューティングと呼ばれることが多いユビキタスサーバモデルを使用する場合には、汎用サーバシステムを用いて、構成可能なコネクタ接続式制御システムのサーバ増補部分をホストし、従ってサーバ増補された１つの品番の構成可能なコネクタ接続式Ｉ／Ｏモジュールを用いて上位制御を行うことができる。
【００４０】
制御システムのセキュリティは幅広い話題である。本発明は、基本レベルのセキュリティアーキテクチャに対応する。構成可能なコネクタ接続式Ｉ／Ｏモジュールには、この構成可能なコネクタ接続式Ｉ／Ｏモジュール内においてウェブサーバからのコンテンツを要求するクライアントからのあらゆる要求を拒否するように指示することができる。同時に、サーバとの全ての通信は、この構成可能なコネクタ接続式Ｉ／Ｏモジュールによって開始され、各構成可能なコネクタ接続式Ｉ／Ｏモジュールに固有の秘密鍵システムを用いて暗号化される。従って、構成可能なコネクタ接続式Ｉ／Ｏモジュールには外部から接続することができないので、このサーバ増補された構成可能なコネクタ接続アーキテクチャは、先行技術に比べてセキュリティを高める。ユーザインターフェイス（ＵＩ）を含む全てのユーザレベルの通信はサーバに対して行われ、例えばオンライン銀行取引などでは、よりセキュアな接続を提供することが一般的である。従って、ＬＡＮの外部からの接続を受け入れなければならない先行技術のＳＣＡＤＡコンピュータと比べると、本発明のＬＡＮ内部の制御要素は接続を受け入れないので、基本的に安全性の高い制御システムを保証する役に立つ。
【００４１】
図４に、単一のＩ／Ｏモジュール５０とのセンサ及びアクチュエータインターフェイスだけでなく、先行技術のＳＣＡＤＡコンピュータ４２を伴わず、Ｉ／Ｏモジュール５０にポーリング動作を行う必要のないＤＣＳ４１及びＳＣＡＤＡシステム４３を実装するためのネットワーク接続４４も提供する構成可能なコネクタ接続式Ｉ／Ｏモジュール５０を示す。本発明は、先行技術のＩ／Ｏモジュールとは異なり、構成可能なコネクタ装置５２からの直接接続を可能にするので、先行技術による特別な配線構成及び部品の必要性が排除される。なお、先行技術で使用されているものと同じ接続手段が本発明でも使用されているが、必要な接続数は遙かに少なくて済み、これらの必要な接続はほぼ例外なく２点間で行われ、配線をさらに単純化している。これらのセンサ及びアクチュエータは、制御盤上で、又は構成可能なコネクタ接続式Ｉ／Ｏモジュール５０を構成するために使用するソフトウェア構成情報を用いて自動的に生成されるラベルで表記された配線領域上で接続されることが好ましい。構成可能なコネクタ接続式Ｉ／Ｏモジュール５０は、モジュール５０が様々な制御及び通信機能を実行してＤＣＳ及びＳＣＡＤＡ能力を実装できるように、マイクロプロセッサ５１及び関連するメモリを含む。
【００４２】
図５に、最も単純なＤＣＳノード６１として構成された本発明の構成可能なコネクタ接続式Ｉ／Ｏモジュール５０を示す。Ｉ／Ｏモジュール５０は、情報を交換するために、従ってポンプを一箇所に配置し、少し離れたところでタンクレベルの検知を行って一つの現場から別の現場に水をポンプ輸送する場合のように分散システムを利用して単一のシステムを管理するために、１又はそれ以上のピアに直接接続することができる。構成可能なコネクタ接続式Ｉ／ＯモジュールのＤＣＳアーキテクチャは、この分散制御がネットワーク接続４４を通じて容易に実装されるようにする。とりわけ、センサ及びアクチュエータ２４、２５、２６及び２７は、先行技術の特別な配線構成及び部品３０を必要とすることなくＩ／Ｏモジュール５０に直接接続する。
【００４３】
図６には、最も単純なＤＣＳとして構成された本発明の構成可能なコネクタ接続式Ｉ／Ｏモジュール５０を例示目的で示しており、このシステムは、ピアツーピア接続２８を使用する２つのＩ／Ｏモジュール５０を含む。この接続は、ネットワーク通信が制御され確定されるＬＡＮの内部で優先的に行われる。しかしながら、例えばインターネットを使用してＬＡＮの外部を通過する接続２８を除外するわけではない。この構成は、２つよりも多くのＩ／Ｏモジュール及びピアツーピア接続に拡張することができる。
【００４４】
図７には、最も単純なＳＣＡＤＡシステムとして構成された本発明の構成可能なコネクタ接続式Ｉ／Ｏモジュール５０を例示目的で示しており、ここでは単一の構成可能なコネクタ接続式Ｉ／Ｏモジュール５０がセンサ及びアクチュエータ、並びにサーバ６２に接続され、このサーバにデータが送信され、モジュール５０は、モジュール５０からサーバ６２への要求に応答して、このサーバから設定点及びコントローラパラメータを受け取る。サーバ６２は、コストが低くサーバ６２がより便利なサポートを利用できるＬＡＮの外部に存在することが好ましい。しかしながら、本発明は、サーバ６２をＬＡＮの内部で使用することを除外するものではない。モジュールが要求を開始するために使用する通信プロトコルは、インターネットプロトコルＴＣＰ／ＩＰであることが好ましい。この構成は、サーバに接続された２つよりも多くのＩ／Ｏモジュールに拡張することができる。
【００４５】
図８には、Ｉ／Ｏモジュール５０が３箇所の地理的位置に配置され、ＬＡＮの内部にサーバレベルコンピュータが存在しないように、サーバ６２が好ましくはインターネットを介して接続され、従ってサーバの管理、保守及びローカルサポートを行う必要性を排除した、送水システム全体を稼働させる典型例である、より複雑なＳＣＡＤＡシステム４３として構成された本発明の構成可能なコネクタ接続式Ｉ／Ｏモジュール５０を示している。また、このＩ／Ｏモジュール５０は、モジュール５０がサーバ６２とのいずれの接続とも無関係に動作データ、状態及び設定点を交換できるように、ピアツーピア接続２８を使用して接続される。Ｉ／Ｏモジュール５０からサーバ６２への全ての通信は、例えばインターネットプロトコルＴＣＰ／ＩＰを用いて標準的なサーバクエリを介して行われ、従ってＩ／Ｏモジュール５０は、ＬＡＮ外部からの未承諾の接続を受け入れる必要がない。モジュール５０に無許可のアクセスを行うために未承諾の接続を使用すると、ＳＣＡＤＡシステム４３のセキュリティが危険にさらされる恐れがある。
【００４６】
本発明を説明するためにいくつかの代表的な実施形態及び詳細を図示したが、当業者であれば、特許請求の範囲に定められる本発明の範囲から逸脱することなく、本明細書で開示した方法及び装置に様々な変更を行えることが明らかであろう。
【符号の説明】
【００４７】
２０  接続手段
２４  圧力トランスデューサ
２５  変流器
２６  フローパルス送信機
２７  モータ接触器
３３  モジュール電源
４４  ネットワーク接続
５０  構成可能なコネクタ接続式Ｉ／Ｏモジュール
５１  マイクロプロセッサ
５２  コネクタ装置
１０１  ＲＴＤ温度センサ
【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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【図８】
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