(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
産業用プロセス制御システム用のディジタル化された情報を通信する時分割通信システムであって、
前記時分割通信システム内で、種々のプログラムされたオペレーティングユニット（１１、１０、８、４、４'、５）が決定性トラフィックをサポートする少なくとも１つの産業用ローカルエリアネットワーク（６、６’）に接続されており、前記決定性トラフィックは前記産業用ローカルエリアネットワーク（６、６’）上で保証された時間のスロット内で情報を伝達する時分割方式のトラフィックであり、
前記プログラムされたオペレーティングユニットが、前記産業用ローカルエリアネットワーク（６、６’）を介して、少なくとも１つの他のプログラムされたオペレーティングユニット（１１、１０）により、アクセスされることが可能である、種々の情報の処理および格納を行い、
前記時分割通信システムが、少なくとも１つの産業用ローカルエリアネットワーク（６、６’）に接続されているおよび、監視レベル（１０、１１）又は、中間制御レベル（８）又は、プロセス入出力及びサイトデバイス監視／制御レベル（４、４'、５）であるフィールドレベルの、いずれかに位置する、種々のプログラムされたオペレーティングユニット（１０、１１、８、４、４'、５）を含み、
前記プログラムされたオペレーティングユニットが、個々に、ＨＴＴＰタイプのサーバ（９）を含み、
前記サーバ（９）の各々は、産業用プロセス制御システムのプログラムされたオペレーティングユニット（１０）からまたは産業用プロセス制御システムの外部のコンピュータから受領した要求に応答して、ＨＴＭＬページのような対話型コンピュータドキュメントを任意に送信でき、前記コンピュータは前記産業用プロセス制御システムにインターネットにより又はインターネットプロトコルに基づいたネットワークにより接続されており、
少なくとも前記産業用プロセス制御システムのプログラムされたオペレーティングユニット（１０）または前記産業用プロセス制御システムシステムの外部のコンピュータは、ＨＴＴＰ／ＴＣＰ／ＩＰプロトコルスタックも装備し、前記産業用ローカルエリアネットワーク（６、６’）によりサポートされている実時間トラッフィックの、利用可能性、スループット又は、時間決定論に関する性能を変更することなく、前記時分割通信システムの産業用ローカルエリアネットワーク（６、６’）の決定性トラフィックにより利用されているタイムスロット以外のタイムスロットを利用することにより伝達されるＩＰデータグラムを送受信し、前記ＩＰデータグラムは、標準メッセージサービスの状態で伝達されるメッセージにカプセル化されるか、或いは、標準メッセージサービスの置換えまたは追加を行うトラフィックの状態で伝達される、ことを特徴とする時分割通信システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、情報通信アーキテクチャ（システム、以下、アーキテクチャはシステムと同義とする。）に関し、より詳細には、ディジタル化された情報を、システムのプログラムされたオペレーティングユニット間で、時分割方式で伝送することを可能にするために、産業用プロセス制御システムのインストール用に設計された情報通信アーキテクチャに関するものである。
【０００２】  知られているように、産業用プロセス制御システムの管理には、プロセス制御においてサービス提供することができる種々のプログラムされたオペレーティングユニット間で、情報を伝送するための通信アーキテクチャがあることが含まれ、それによって、情報は、発生する種々の必要性に十分適した方式で伝送される。このようなアーキテクチャは、１つまたは複数のバス型リンクの周りに構築された、通常、１つまたは複数の「産業用」ローカルエリアネットワークで構成される。
【０００３】  このようなシステムでは、従来、プログラムされたオペレーティングユニット間の情報の伝送のために、リンクを時分割方式で使っている。産業プロセス制御の分野では、特定の情報に対しては、きわめて厳密な伝送の制約条件を有することが普通である。それには、このような制約条件を必要とする情報を伝送するために、時間の制約条件を遵守できるように構築された「決定性（ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｓｔｉｃ）」のローカルエリアネットワークを実装することが含まれる。すなわち、これは決められた時間内に情報を伝達したり、あるいはこのような結果を達成することを目的としている。
【０００４】
したがって、緊急性という観点では比較的融通の利く制約条件にだけ従って伝送される情報が、より厳密な制約条件に従う優先度の高い情報によって、多かれ少なかれ規則的に利用可能になっている時間の経過を利用することを可能にすることは知られている。
【０００５】  多くのオペレーションの場合に、好きな時に必ずしも緊急な場合でなくても、システムのいずれか１つのプログラムされたオペレーティングユニットのメモリに収納された情報へ、例えば、他のプログラムされたオペレーティングユニットまたはコンピュータによって、システムの通信アーキテクチャを介して、そして、システムに関連した前記他のプログラムされたオペレーティングユニットまたは前記コンピュータの場所を気にすることなく、アクセスできることには利点がある。
【０００６】  特に、システムのオペレーションに、必ずしも計画性があるとはかぎらないアクションを行なう種々のユーザを伴う広範な種類の機器を伴う場合、それらのユーザが、必要とする情報に、システムの通信アーキテクチャを介して、さらに任意に、このような情報がシステムのプログラムされたオペレーティングユニットによりアクセスできる状態で格納される場合はいつでも、外部から容易にアクセスできることには利点がある。
【０００７】  このようなアクセスを、広く様々なユーザにより行えるようにすることが好ましい。したがって、システムに精通している人は、詳細には、インターネットの環境で実装される情報アクセス技術を使った通信アーキテクチャを使うための準備をする。
【０００８】  その目的で、プログラムされたオペレーティングユニットでアベイラブルな情報、さらに詳細には、システムの通信アーキテクチャを介して収集された情報は、ＨＴＴＰサーバがインストールされた専用のコンピュータで構成されたシステムのプログラムされたオペレーティングユニットにインストールされたＨＴＭＬページへ挿入される。例えば、そのコンピュータは、インターネット技術を使う外部のネットワーク０に、またはインターネットそのものに接続している。この例では、ネットワーク０への接続を想定している適切な装備があるコンピュータにアクセスを有するユーザすべて、またはシステムの同等の機能のあるユニットにアクセスを有するユーザすべては、専用コンピュータに格納されたＨＴＭＬページに含まれている情報を知ることができる。
【０００９】  しかし、その解決策は、特に、格納された情報をどのように更新するかに関しては、十分満足のいくものではない。あいにく、それは、機器の特定の項目と特に特定のサイトのユニットが、リアルタイムで使われ、プロセスの制御の間に中断してはならないシステムでは、重大なことになる場合がある。
【００１０】  したがって、本発明は、産業用プロセス制御システム用のディジタル化された情報を通信する時分割通信アーキテクチャを提供するものである。前記時分割通信アーキテクチャは、種々のプログラムされたオペレーティングユニット間で、決定性トラフィックを伝達する産業用ローカルエリアネットワークの周りに構築される。前記オペレーティングユニットは、情報の処理および格納を行なう。前記情報は、前記時分割通信アーキテクチャを介して、少なくとも１つの他のプログラムされたオペレーティングユニットによって、アクセスされることが可能である。
【００１１】
本発明の特徴によると、前記アーキテクチャは、種々のプログラムされたオペレーティングユニット、特に、中間レベル、プロセスインターフェイスレベル、またはサイトデバイス監視／制御レベルに位置するユニットを含む。それらのユニットは、個々に、プロセスのリアルタイム制御に関連した優先順位や決定性交換を中断せずに、システムの産業用ローカルエリアネットワークの決定性トラフィックにより利用可能なタイムスロットで構成される伝送可能性を利用するメッセージトラフィック状態で、ＨＴＴＰ／ＴＣＰ／ＩＰプロトコルスタックを装備し利用者として動作する、システムの他のオペレーティングユニットまたはコンピュータ、特にシステムの外部コンピュータから受領した要求に応答する、対話型コンピュータドキュメントを任意に送信することができるＨＴＴＰタイプのサーバを含んでいる。
【００１２】
本発明の他の特徴によると、アーキテクチャは、ユニットが、少なくとも１つの産業用ローカルエリアネットワークの周りに、１つまたは複数のクラスタとして組織されるように構成される。前記産業用ローカルエリアネットワークは、１つのクラスタ専用であり、そのクラスタのユニットを少なくとも１つの共用ユニットと接続する、サイトバス型である。前記共用ユニットは、任意に、アーキテクチャの上位レベルの少なくとも１つのプログラムされた他のユニットでサービス提供する他の産業用ローカルエリアネットワークに対するゲートウェイまたはルータとしてサービス提供する。特に、監視ユニットおよび／または任意に外部の通信ネットワークへのゲートウェイまたはルータとしてサービス提供するユニットとすることもできる。
【００１３】  本発明の特徴および効果は、以下の図のリストに関して、提供している以下の記述から、よりはっきりと明らかになる。
【００１４】  図１に示している従来技術の通信アーキテクチャでは、例えばセンサ４やアクチュエータ５のような「サイトデバイス」を含む、複数の監視／制御デバイスからなる産業用プロセス制御システムのプログラムされたオペレーティングユニット１、２、３の間で、情報を交換することが可能である。その例では、これらのデバイスは、ユニット２で表示しているプログラムされたオペレーティングユニットで制御され、ユニット２は、特に制御および測定オペレーションにおいて、制御するデバイスにより行われるオペレーションに関連する情報の伝達および／または受領を行なうものする。ユニット２などのオペレーティングユニットは、必要な機能として、第１に、そのオペレーティングユニットが制御するデバイスと、第２に、特に産業用制御システムを監視するタスクを割当てられた１および３などの上位レベルの他のユニットと通信を行なう。通信は、アーキテクチャの通信手段６を介して設定され、その通信手段に、種々のユニットがたいてい直接接続している。以下で発展させるように、通信手段６は、従来の産業用ローカルエリアネットワーク型である。
【００１５】  通信手段６’は、システムの監視／制御デバイスを、それらを制御するオペレーティングユニットに接続することを可能にし、その通信手段は、任意に、産業用ローカルエリアネットワーク型であっても良い。
【００１６】
前述で示されているように、緊急性という観点では比較的融通の利く制約条件にだけ従って伝送される情報が、より厳密な時間の制約条件に従う情報によって多かれ少なかれ規則的に利用可能である時間の経過を利用することができるようにすることにより、プログラムされたオペレーティングユニット間ならびに前記オペレーティングユニットと制御デバイスとの間の情報伝送のために、通信手段６と６’におけるリンクの時分割オペレーションの実装が準備されている。
【００１７】  システム外部からの情報のアクセスを可能にするために、ＨＴＴＰタイプのサーバ７が、１などの上位レベルのユニットに備えられ、そのユニットは、他のユニットによって、ならびにそのようなページにアクセスできるように装備されたコンピュータでアクセス可能なＨＴＭＬフォーマットページにその情報を挿入するサイトデバイスによって、そのユニットに供給された情報を格納する。例えば、そのコンピュータ（図示せず）は、ネットワーク０を介して、例えばインターネットを介して、ユニット１に接続される。
【００１８】  したがって、ユーザは、ユニット１に格納された、システム専用のパラメータまたは変数などの情報にアクセスすることができる。さらにユーザは、任意に、例えば、特にそのユーザがＨＴＴＰサーバとして動作可能に装備されたコンピュータを有している場合は、更新情報などの情報を、システムに供給することもできる。
【００１９】
本出願のプリアンブルに示されているように、その解決策は、そのやり方でアクセスされ得るすべての情報が、ユニット１で格納、更新を必要とするということに関する限り、ならびに、特に、他のユニットまたはサイトデバイスで発生する変更の情報特性が、ユニット１にまで到達していない場合、およびその情報特性が現れているＨＴＭＬページが、更新する前に要求しているユーザに供給される場合に、情報が、不正確であり得るということに関する限り、十分満足のいくものではない。さらに、継続的に更新する必要がある記憶媒体としてユニット１を使用すると、通信手段６および６’のバックボーンを構成するネットワークでは避けることが有利である情報トラフィックを引き起こす。
【００２０】  したがって、本発明は、図２で図式的に示している方法によって、産業用制御システムの通信アーキテクチャを改良することを提案するものである。
【００２１】  このアーキテクチャは、この例では８で参照されている、他のユニットとの通信の手段を伴う点でユニット２とは異なるユニットによって、前述のように制御される複数の監視／制御デバイス４、４’、５を含む産業用プロセス制御システムのプログラムされたオペレーティングユニット間の情報交換を提供する目的で設計されている。少なくともユニットの中に、さらに任意に少なくとも４’などの監視／制御デバイスの中に、ＨＴＴＰタイプのサーバ９を含むものがある。多くの場合、特に、このサーバが送受信可能な情報を格納する特定のデータベースを含む必要が通常ないという点に関する限り、さらには、特に、そのようなデータが既にローカルに格納されている場合にも、このサーバは、比較的基本的なものである。
【００２２】  このような情報は、ユニットのサーバ９で認識され格納され、ついで、任意に、例えば、ＨＴＭＬページなどの対話型として伝送されたコンピュータドキュメントに組み込まれる。例えば、その情報は、パラメータの修正や多かれ少なかれ複雑な変数の変更に相当する場合がある。
【００２３】  もちろん、システムの他のプログラムされたオペレーティングユニットにも、この例では２つのユニット１０、１１で表示されている上位レベルのユニット１０に象徴されているように、多かれ少なかれ必要に応じて考慮されるＨＴＴＰタイプのサーバ９を装備することができる。
【００２４】  サーバ９は、ユーザが、システムの適切にプログラムされたユニットによって、さらにインターネット利用者のような振る舞いを可能にする適切なソフトウェアおよびハードウェアを装備したコンピュータによって、該サーバへのアクセスを可能にするインターネットタイプの個別のアドレスを有する。利用者ユニットまたは利用者として作動するコンピュータは、またアーキテクチャに含まれる一群の通信手段６を介して、さらに任意にそのときゲートウェイとして作動するユニットによって前記一群の通信手段が接続されたインターネットを介して、他のユニットのサーバと、特にサイトユニットとの通信を行う。
【００２５】  このため、ＨＴＴＰサーバを含む産業用プログラム制御システムの種々のプログラムされたオペレーティングユニットには、ローカルエリアネットワークで使われる標準的なプロトコルおよびサービスに加えて、ＨＴＴＰ／ＴＣＰ／ＩＰプロトコルおよびサービスと互換性のある通信カプラが提供される。したがって、それらのユニットは、リアルタイムプロセス制御に関連した、決定性の情報交換を中断することなく、前記ネットワークにより伝達されるＩＰデータグラムの送受信が可能である。
【００２６】
図３には、出願人のＡＬＳＰＡ８０００システムなどの、産業用のモジュール方式の監視制御システムをベースに構築した産業用プロセス制御システムについての非限定例を示している。そのシステムには、複数のプログラムされたオペレーティングユニットが含まれている。各オペレーティングユニットは、従来、少なくとも１つのプロセッサ、一組の読み出し専用および／または読出し／書込み用メモリ、そして特に出入力カプラなどの補助装備の周りに組織されている。このようなシステムは、プロセス監視および制御レベル、プロセス自動化中間制御レベル、およびプロセス出入力及びサイトデバイス監視／制御レベルに連続的に対応する３つのレベルのオペレーション機能を組み込んでいて、どのレベルにおいても、種々のユニットが分散されている。
【００２７】  この例では、プロセス監視および制御の上位レベルのプログラムされたオペレーティングユニットは、プロセス監視および制御オペレータプラットフォーム１２、監視オペレータメインステーション１３、プロセスコンピュータ１４、さらに例えばインターネットまたはイントラネットなどの外部コンピュータネットワーク０と通信するための、ルータまたはゲートウェイとして機能するユニット１５で表示されている。
【００２８】  プロセス自動化中間レベルのプログラムされたオペレーティングユニットは、この例では、自動化コントローラ１７、１７’、１７”で表示されている。この例の場合、それらは、機能的に異なるものとしており、例えば、１つは、一連の自動化アプリケーションのホストとしてサービス提供し、別のものは、プログラムされた電力の電子コントローラなどとして機能する。それらのユニットは、プログラム変換を行なうゲートウェイとして、またはローカルエリアネットワーク通信アーキテクチャに含まれる１９、１９’または１９”と２０との間のルータとして使用されるのに適切なように組織することもできる。
【００２９】  プロセスとのインターフェイスに位置するサイトのプログラムされたオペレーティングユニットには、種々のタイプのものがある。それらは、この例では、プロセス自動化レベルを制御するための適切なコントローラと通信する従来のセンサおよび／またはアクチュエータを設置することを可能にする出入力ユニット１８、「インテリジェント」センサおよびアクチュエータ１８’、電力変換電気装置１８”を調整および監視するユニット１８”、可変速度ドライブユニットを制御するコントロールユニット１８”’、およびオペレータローカルステーション１８””などで表示されている。
【００３０】  もちろん前述のユニットは、単に例示的なもので、前に示したレベルの数は、任意に、適切に構築されたオペレーティングユニットにおいて、１つのレベルの機能と他のレベルの機能とを共にグループ化して減らすこともできることを理解されたい。
【００３１】
検討した例で、産業用プロセス制御システムの通信アーキテクチャは、変数伝送用の優先順位決定性トラフィックと、イベントベースまたは「メッセージ」トラフィックとの両方を含むように設計された決定性産業用ローカルエリアネットワークからなるとしている。
【００３２】  産業用ローカルエリアネットワークを通して、システムのオペレーティングユニットは、第１にお互いに、そして任意に外部のシステムに接続され、第２にとりわけシステムを監視／制御する種々のデバイス（図示せず）に接続される。そして、その特定のユニットは、前記種々のデバイスに物理的にリンクＬで接続される。
【００３３】  オペレーティングユニットには、それらの特性およびオペレーションモードの両方に関して多種のタイプがあり、本発明と間接的にしか関係のないものは、本明細書では発展させてはいない。
【００３４】  図３に関して検討した例では、通常「サイトバス」と呼ばれる１９、１９’または１９”などの少なくとも１つの個々のクラスタローカルエリアネットワークの周りに、１つまたは複数のクラスタとして組織されるサイトユニット１８、１８’、１８”、１８”’、１８””が準備される。この例では、クラスタネットワークは、例えばコントローラ１７、１７’、１７”によって構成されると仮定されている中間レベルのプログラムされたオペレーティングユニットに接続している。
【００３５】  各中間レベルのユニットは、この例では、通常「セルバス」または「コントロールルームバス」と呼ばれる上位レベルの産業用ローカルエリアネットワーク２０を介して接続される上位レベルユニットと通信するクラスタネットワークの１つを介して接続されるクラスタサイトユニットの設置を割り当てられたゲートウェイまたはルータとしてサービス提供する。
【００３６】  ユニットは、個々にＨＴＴＰサーバを備え、インターネットタイプのアドレスを有し、該ユニットに含まれる通信カプラは、使っている産業用ローカルエリアネットワークの標準的なサービスおよびプロトコルに加え、ＨＴＴＰ／ＴＣＰ／ＩＰプロトコルおよびサービスに適合する。したがって、ユニットは、ＩＰデータグラムの送受信ができ、該ＩＰデータグラムは、例えば、１９、２０などのローカルエリアネットワークを介して伝達される変数の交換用の決定性トラフィックを中断することなく、該ローカルエリアネットワークを介して、標準メッセージトラフィックの状態で伝達されるメッセージにカプセル化される。データグラムは、決定性トラフィックを中断することなく、標準メッセージトラフィックの置換えまたは追加を行なうトラフィック状態で伝達されることもできる。したがって、このことは、少なくとも１つの利用者ユニットが、制御システムのリアルタイムオペレーションを中断することなく、データグラムが格納している情報が該情報の一部を修正するために通信されるように、データグラムのアドレス指定をすることを可能にする。
【００３７】
このようなアクセスは、同一のクラスタのサイトユニット用のゲートウェイとしてサービス提供する中間ユニットの１つを介して、生じる。前述のように、ユーザは、ユニットのサーバ９に、適切にプログラムされた利用者オペレーティングユニットを介して、さらに詳しくはローカルエリアネットワーク１９、２０および中間ユニットの１つを通り上位レベルのオペレーティングユニットを介して、アクセスすることができる。ユーザは、例えばオペレータメインステーション１３で構成される利用者ユニットから、またはシステムの適切に装備されたコンピュータ、あるは外部コンピュータネットワーク０を介して通信するコンピュータから操作できる。
【００３８】
利用者として動作するユニットからの要求を受領したサーバは、任意の対話型コンピュータドキュメントで応答する。利用者ユニットは、第１に要求のアドレス指定を行ない、第２にアドレス指定を行なったサーバからのコンピュータドキュメント形式で受領した情報を考慮することができるように、ＨＴＴＰ／ＴＣＰ／ＩＰプロトコルスタックを有することが必要である。その情報は、例えば、ＨＴＭＬページに含まれている。とりわけ、前記情報が、前記サーバを含むサイトユニットに格納される場合、このことは、サーバ９を介してパラメータおよび／または変数を挿入または抽出することを可能にする。
【００３９】  本明細書で検討しているシステムで、ユニットの１つのクラスタの１９などのローカルエリアネットワークは、第１に、１７などの共用ユニットからまたはそれを介して、クラスタのユニットのサーバへ達する利用者／サーバ要求に対応するＩＰデータグラムを、第２に、前記サーバからの応答に対応するＩＰデータグラムを伝達する。
【００４０】  知られているように、ＨＴＴＰプロトコルを使うと、資源（プロセスおよびソケット）使用の時間を非常に低い値にまで短縮できる。それは、利用者ユニットとサーバ間で確立されるセッションがないため、さらに利用者ユニットがサーバに要求していたＨＴＭＬドキュメントを受領するとすぐに、ＴＣＰ／ＩＰ接続が中断されるためである。したがって、利用者ユニットによるこれらの資源の使用は、常に限られた時間で行われる。そして、それは、特に産業用機能の通信アーキテクチャに含まれる伝送手段のきわめて高い使用率を考えると効果的である。もちろん、サイトユニットのサーバのレベルで作成されるＨＴＭＬページには、必要な場合、事前に決められた方式で、利用者ユニットに１つのサーバから他のサーバへの移動を可能にするハイパーリンクを含むこともできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  産業用システムのための知られている通信アーキテクチャの原理を要約した図である。
【図２】  本発明の通信アーキテクチャの原理を要約した図である。
【図３】  産業用制御システムのための、本発明の通信アーキテクチャの例を示す略図である。
【図１】
0005283806.tif 000002
【図２】
0005283806.tif 000003
【図３】
0005283806.tif 000004