(57)【要約】【課題】  制御装置側を専用の無線規格に準拠した構成にしなくても、フィールド機器と制御装置との間の無線化を可能にした通信システムを実現する。【解決手段】  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通信システムに関するものである。標準化された通信プロトコルで制御装置と無線通信する無線中継装置を設ける。この無線中継装置がフィールド機器と制御装置との間の通信を中継する。【選択図】                    図１
2005333189.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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通信システムにおいて、
前記フィールド機器が接続され、標準化された通信プロトコルで前記制御装置と無線通信し、前記フィールド機器と前記制御装置との間の通信を中継する無線中継装置を有することを特徴とする通信システム。
【請求項２】
前記制御装置は、
標準化されたプロトコルで信号を入出力する入出力インターフェイスと、
この入出力インターフェイスと接続され、標準化された通信プロトコルで無線通信を行う無線アクセスポイントと、
を有することを特徴とする請求項１記載の通信システム。
【請求項３】
前記無線中継装置は、前記フィールド機器からの入力信号をデジタルデータに変換し、フィールド機器毎に割り当てられたアドレスを付加して無線インターフェイス経由で前記制御装置に無線送信することを特徴とする請求項１または２記載の通信システム。
【請求項４】
前記無線中継装置は、前記制御装置からの操作信号を無線通信で受け、送信先のフィールド機器の種類に応じて信号変換を行い、操作信号に付加されたアドレスで指定されたフィールド機器へ送ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の通信システム。
【請求項５】
前記アドレスはＩＰアドレスであることを特徴とする請求項３または４記載の通信システム。
【請求項６】
前記無線中継装置は、ＴＣＰ／ＩＰに従って前記制御装置と無線通信することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の通信システム。
【請求項７】
前記無線中継装置は、デジタル入出力バス、アナログ入出力バスまたはフィールドバスの少なくともいずれかを介してフィールド機器が接続されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の通信システム。
【請求項８】
前記無線インターフェイスは、ＯＳＩ階層モデルの無線物理層インターフェイスであることを特徴とする請求項３記載の通信システム。
【請求項９】
前記無線中継装置は、有線でも前記制御装置と接続されていて、有線通信を介して前記フィールド機器と前記制御装置との間の通信を中継することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の通信システム。
【請求項１０】
前記無線中継装置と前記制御装置との間で行う通信を通信経路の状況に応じて有線通信または無線通信に切り換える切換手段を有することを特徴とする請求項９記載の通信システム。
【請求項１１】
フィールド機器が接続され標準化された通信プロトコルで無線通信する無線通信装置を複数個設け、無線通信装置相互間でアドホックモードで無線通信し、異なる無線通信装置に接続されたフィールド機器間の通信を中継することを特徴とする通信システム。
【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通信システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フィールド機器は、石油化学、鉄鋼、紙パルプ、食品、薬品、電力等のプラントに設置されている。このようなプラントは分散型制御システムにより制御される。
【０００３】
図４は一般的な分散型制御システムの構成例を示した図である。
図４で、操作監視装置１と制御装置２は制御バス３に接続されている。制御装置２は操作監視装置１の監視下でプラント４を制御する。操作監視装置１はプラントの運転操作と監視を担当する。操作監視装置１は制御運転や監視をするための画面を表示する。プラントの規模に応じて複数の制御装置がプラントに分散配置される。制御バス３を介して、操作監視装置１と制御装置２が相互に通信をしながらプラントを制御する。
【０００４】
プラント４に存在するセンサ機器５，６は、温度、圧力、液位等のプロセス値を検出する。バルブ７，８は制御装置２から与えられる操作信号によって開度が制御される。センサ機器５，６が出力した４〜２０ｍＡ，１〜５Ｖのアナログ信号が制御装置２に入力される。この入力をもとに制御装置２にある制御ユニット（図示せず）は、制御演算を行い、操作量を求める。この操作量は４〜２０ｍＡ，１〜５Ｖのアナログ信号として出力され、この出力によりバルブ７，８の開度を制御する。例えば反応釜のバルブ開度を制御することによって、温度、圧力等のプロセス量を制御する。
【０００５】
温度、圧力、液位等のプロセス値を検出するセンサ機器、バルブを制御するバルブポジショナ等をフィールド機器と称する。
フィールド機器がプロセス値を制御装置へ送り、制御装置が操作量をフィールド機器へ送るように、フィールド機器と制御装置との間では通信が行われる。
【０００６】
図５は従来におけるフィールド機器と制御装置との接続構成例を示した図である。
図５で、制御装置１０は図４の制御装置２に相当する。制御装置１０にはデジタルＩ／Ｏ手段１１（入出力をＩ／Ｏと称する）、アナログＩ／Ｏ手段１２、Ｉ／Ｏインターフェイス１３が設けられている。
【０００７】
デジタルＩ／Ｏ手段１１にはフィールドバス１４が接続されている。フィールドバス１４にはフィールドバス対応のフィールド機器１５ａ、１５ｂが接続されている。
アナログＩ／Ｏ手段１２にはアナログＩ／Ｏバス１６が接続されている。アナログＩ／Ｏバス１６にはアナログ対応のフィールド機器１７ａ〜１７ｃが接続されている。
Ｉ／Ｏインターフェイス１３にはイーサネット（登録商標）のような汎用のネットワーク１８が接続されている。ネットワーク１８にはＰＬＣ（プログラマブル・ロジック・コントローラ）１９ａ、１９ｂが接続されている。
【０００８】
特許文献１にはフィールド機器が通信中継器を介して無線通信する通信システムが記載されている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−１３４０３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図５の従来例のように無線対応できていないフィールド機器を制御装置に接続するには、フィールド機器と制御装置との間の配線が必要となる。
フィールド機器と制御装置の間の配線コストがシステム構築上の大きな問題となっている。配線コストを低減するためには、フィールド機器と制御装置との間を無線化することが有効である。しかし、従来は下記の理由から無線化が進んでいなかった。
（ａ）フィールド機器の多くは無線対応になっていない。
（ｂ）無線対応されたフィールド機器の信号を制御装置に取り込むためには、制御装置の入出力インターフェイス部分を無線規格に準拠した無線装置にする必要がある。
【００１１】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、標準化された通信プロトコルで制御装置と無線通信する無線中継装置を設け、この無線中継装置がフィールド機器と制御装置との間の通信を中継することによって、制御装置側を専用の無線規格に準拠した構成にしなくても、フィールド機器と制御装置との間の無線化を可能にした通信システムを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
このような課題を達成するために、本発明は次のとおりの構成になっている。
【００１３】
（１）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通信システムにおいて、
前記フィールド機器が接続され、標準化された通信プロトコルで前記制御装置と無線通信し、前記フィールド機器と前記制御装置との間の通信を中継する無線中継装置を有することを特徴とする通信システム。
【００１４】
（２）前記制御装置は、
標準化されたプロトコルで信号を入出力する入出力インターフェイスと、
この入出力インターフェイスと接続され、標準化された通信プロトコルで無線通信を行う無線アクセスポイントと、
を有することを特徴とする（１）記載の通信システム。
【００１５】
（３）前記無線中継装置は、前記フィールド機器からの入力信号をデジタルデータに変換し、フィールド機器毎に割り当てられたアドレスを付加して無線インターフェイス経由で前記制御装置に無線送信することを特徴とする（１）または（２）記載の通信システム。
【００１６】
（４）前記無線中継装置は、前記制御装置からの操作信号を無線通信で受け、送信先のフィールド機器の種類に応じて信号変換を行い、操作信号に付加されたアドレスで指定されたフィールド機器へ送ることを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載の通信システム。
【００１７】
（５）前記アドレスはＩＰアドレスであることを特徴とする（３）または（４）記載の通信システム。
【００１８】
（６）前記無線中継装置は、ＴＣＰ／ＩＰに従って前記制御装置と無線通信することを特徴とする（１）乃至（５）のいずれかに記載の通信システム。
【００１９】
（７）前記無線中継装置は、デジタル入出力バス、アナログ入出力バスまたはフィールドバスの少なくともいずれかを介してフィールド機器が接続されていることを特徴とする（１）乃至（６）のいずれかに記載の通信システム。
【００２０】
（８）前記無線インターフェイスは、ＯＳＩ階層モデルの無線物理層インターフェイスであることを特徴とする（３）記載の通信システム。
【００２１】
（９）前記無線中継装置は、有線でも前記制御装置と接続されていて、有線通信を介して前記フィールド機器と前記制御装置との間の通信を中継することを特徴とする（１）乃至（８）のいずれかに記載の通信システム。
【００２２】
（１０）前記無線中継装置と前記制御装置との間で行う通信を通信経路の状況に応じて有線通信または無線通信に切り換える切換手段を有することを特徴とする（９）記載の通信システム。
【００２３】
（１１）フィールド機器が接続され標準化された通信プロトコルで無線通信する無線通信装置を複数個設け、無線通信装置相互間でアドホックモードで無線通信し、異なる無線通信装置に接続されたフィールド機器間の通信を中継することを特徴とする通信システム。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
（１）標準化された通信プロトコルで制御装置と無線通信する無線中継装置を設け、この無線中継装置がフィールド機器と制御装置との間の通信を中継している。これによって、制御装置側を専用の無線規格に準拠した構成にしなくても、フィールド機器と制御装置との間を無線化できる。
（２）無線化によりフィールド機器と制御装置との間の配線コストを低減できる。
（３）フィールド機器が接続され標準化された通信プロトコルで無線通信する無線通信装置を複数個設け、無線通信装置相互間でアドホックモードで無線通信している。これによって、フィールドバス対応のフィールド機器のように、機器自身に制御ロジックが組み込まれたフィールド機器の場合、フィールド機器間で直接データを授受し、機器間の制御ロジックが協調動作することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例を示す構成図である。
図１で、制御装置３０は図４の制御装置２に相当する。制御装置３０にはＩ／Ｏインターフェイス３１が設けられている。Ｉ／Ｏインターフェイス３１は、イーサネット（登録商標）のような汎用のネットワーク３２を介して無線アクセスポイント３３が接続されている。Ｉ／Ｏインターフェイス３１と無線アクセスポイント３３は、例えばIEEE802.11a/b/g等のオフィス環境で多用されている方式のものである。
Ｉ／Ｏインターフェイス３１は、標準化されたプロトコルで信号を入出力する。無線アクセスポイント３３は、標準化された通信プロトコルで無線通信を行う。
【００２６】
無線中継装置４０には、デジタルＩ／Ｏバス５１が接続されている。デジタルＩ／Ｏバス５１は、例えばフィールドバスである。デジタルＩ／Ｏバス５１にはフィールドバス対応のフィールド機器５２ａ、５２ｂが接続されている。また、無線中継装置４０には、アナログＩ／Ｏバス５３が接続されている。アナログＩ／Ｏバス５３にはアナログ対応のフィールド機器５４ａ〜５４ｃが接続されている。
【００２７】
無線中継装置４０は、標準化された通信プロトコルで制御装置３０と無線通信し、これによってフィールド機器５２ａ、５２ｂ、５４ａ〜５４ｃと制御装置３０との間の通信を中継する。
無線中継装置６０、デジタルＩ／Ｏバス７１、アナログＩ／Ｏバス７３、フィールド機器７２ａ、７２ｂ、７４ａ〜７４ｃも、無線中継装置４０、デジタルＩ／Ｏバス５１、アナログＩ／Ｏバス５３、フィールド機器５２ａ、５２ｂ、５４ａ〜５４ｃと同様な構成になっている。
【００２８】
無線中継装置４０の無線インターフェイスは、例えばIEEE802.11a/b/g等のオフィス環境で多用されている方式のものである。これは制御装置３０への無線ネットワークの通信データの取り込みを容易にするため、汎用的なアクセスポイントにしているからである。制御装置３０側では、特別な無線装置を搭載することなく、イーサネット（登録商標）インターフェイスのような汎用的なインターフェイスと、オフィスで利用されている汎用的な無線ＬＡＮ（Local Area Network）アクセスポイントを組み合わせることで、無線中継装置を経由してフィールド機器のデータを取り込むことが可能となる。
【００２９】
制御装置３０は、イーサネット（登録商標）の上位プロトコルとしてＴＣＰ／ＩＰ（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）を用い、フィールド機器に対して仮想的にＩＰ（Internet Protocol）アドレスを割り付けてフィールド機器を識別する。
【００３０】
図２は図１の無線中継装置の具体的構成例を示した図である。
無線中継装置４０を例に挙げて説明する。
プロトコル処理手段４１は、デジタルＩ／Ｏバス５１からの通信データを取り込み、通信プロトコルに従った処理を実行し、データを取り出す。
アナログデジタル変換器４２は、アナログＩ／Ｏバス５３からのアナログ入力をデジタル入力に変換する。
【００３１】
プロトコル処理手段４１とアナログデジタル変換器４２によって取り出されたデータはアドレス変換処理手段４３に入力される。アドレス変換処理手段４３は、有線で接続されたフィールド機器毎に割り付けられた仮想ＩＰアドレスを入力されたデータに付加して通信プロトコル処理手段４４に入力する。
【００３２】
通信プロトコル処理手段４４は、制御装置３０が使用している通信プロトコル（例えばＴＣＰ／ＩＰ）に従った通信フレームに入力データを付加して無線ＭＡＣ層処理手段４５（ＭＡＣはMedia Access Control）に入力する。
無線ＭＡＣ層処理手段４５は、無線通信プロトコルに従った通信フレームに入力データを載せて無線物理層インターフェイス４６を介して無線ネットワーク４７に送信する。この無線ネットワーク４７を経由して通信フレームが無線アクセスポイント３３へ送られる。無線物理層インターフェイス４６の物理層はＯＳＩ階層モデル（ＯＳＩはOpen Systems Interconnection）の物理層である。
アナログデジタル変換器４２と無線物理層インターフェイス４６を除く部分の処理は、メモリに格納されたプログラムとμプロセッサの組み合わせで実現できる。
【００３３】
このようにして無線中継装置４０は、フィールド機器からの入力信号をデジタルデータに変換し、フィールド機器毎に割り当てられたアドレスを付加して無線インターフェイス経由で制御装置３０に無線送信する。
また、無線中継装置４０は、制御装置３０からの操作信号を無線通信で受け、送信先のフィールド機器の種類に応じて信号変換を行い、操作信号に付加されたアドレスで指定されたフィールド機器へ送る。
無線中継装置６０も無線中継装置４０と同様にして通信を行う。
【００３４】
図３は本発明の他の実施例を示す構成図である。
図１の実施例では、フィールド機器のデータを制御装置に取り込んでいるが、図３の実施例ではデバイス相互間で通信を行う。
図３で、無線中継装置８０には、前述したデジタルＩ／Ｏバス、アナログＩ／ＯバスのようなＩ／Ｏバス９１を介してフィールド機器９２が接続されている。同様に無線中継装置１００にも、デジタルＩ／Ｏバス、アナログＩ／ＯバスのようなＩ／Ｏバス１１１を介してフィールド機器１１２が接続されている。
【００３５】
フィールドバス対応のフィールド機器のように、機器自身に制御ロジックが組み込まれたフィールド機器の場合、機器間の制御ロジックが協調動作する場合がある。このような場合、フィールド機器間で通信を行う必要がある。
フィールド機器間の通信が必要な場合、図３に示すように無線中継装置８０と１００の間でアドホックモードで無線通信することによりフィールド機器間で直接データの授受を行うことが可能となる。
【００３６】
なお、無線中継装置４０、６０を無線だけでなく有線でも制御装置３０と接続し、無線中継装置４０、６０が有線通信を介してフィールド機器と制御装置３０との間の通信を中継する構成にしてもよい。
この場合、無線中継装置４０、６０と制御装置３０との間で行う通信を通信経路の状況に応じて有線通信または無線通信に切り換える切換手段を設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図２】図１の無線中継装置の具体的構成例を示した図である。
【図３】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図４】一般的な分散型制御システムの構成例を示した図である。
【図５】従来におけるフィールド機器と制御装置との接続構成例を示した図である。
【符号の説明】
【００３８】
３０  制御装置
３１  Ｉ／Ｏインターフェイス
３３  無線アクセスポイント
４０、６０、８０、１００  無線中継装置
４６  無線物理層インターフェイス
５１、７１  デジタルＩ／Ｏバス
５３、７３  アナログＩ／Ｏバス
５２ａ、５２ｂ、５４ａ〜５４ｃ、７２ａ、７２ｂ、７４ａ〜７４ｃ、９２、１１２  フィールド機器
９１、１１１  Ｉ／Ｏバス
【図１】
2005333189.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2005333189.tif 000007