JP2013207620A

JP2013207620A - プラントの通信制御装置

Info

Publication number: JP2013207620A
Application number: JP2012075479A
Authority: JP
Inventors: Sei Wakabayashi; 聖若林
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2012-03-29
Publication date: 2013-10-07
Anticipated expiration: 2032-03-29
Also published as: JP5717683B2

Abstract

【課題】プラントの通信制御にイーサネット通信を用いる場合、衝突により通信の異常が発生するのを抑える。
【解決手段】通信部１４、２４、３４、ｎ４と制御部１５、２５、３５、ｎ５を有しプラントの通信制御を行なう制御装置１３、２３、３３、ｎ３を複数個ＬＡＮケーブル１０及び１２、２２、３２、ｎ２で結び、制御装置間でイーサネット（登録商標）通信を行なうプラントの通信制御装置において、通信部１４、２４、３４、ｎ４によりイーサネット通信間の衝突回数を検知し、衝突回数に基づく制御部１５、２５、３５、ｎ５の指令により、制御装置１３、２３、３３、ｎ３からのイーサネット通信のリトライ回数を増減するようにしたことを特徴とするプラントの通信制御装置
【選択図】図１

Description

この発明は、イーサネット（Ethernet）（登録商標）通信で信号を伝達する、例えば発電所向けプラントの通信制御装置に関するものである。

例えば発電所におけるタービンやボイラー等のプラント制御の現場において、イーサネット通信を用いることがあるが、イーサネット通信に使用している信号は、プラントの運転、停止のようなプラントそのものの運転には支障がない表示用信号等の制御に限られるため、イーサネット通信の異常を、プラントの事故と取り違えて警報を発することがないようにすることが最優先となる。

ところが、イーサネット通信では、特性上、各端末が同時に送信した場合、ネットワーク上で衝突が発生し、衝突が発生した場合、衝突過多により送信処理中止となるという通信の異常を生じる。

ローカルエリアネットワークにおいて、受信バッファの不足により、数回行なわれるデータの再送失敗を避けるために再送回数を大きくすることを要求する再送回数変更フレームを作成し、全ての通信相手に送信する再送回数変更通知部を持ち、データ送信側では、受信した再送回数変更通知フレームを解析し、再送回数エリアの値を変更するものが特許文献１に示されている。

特開平５−２９２０９７号公報

しかしながら、特許文献１に示されたものは、一般的なデータ送信において、受信バッファの不足を検出し、再送を行なうシステムであって、プラント制御ではなく、また、データ衝突を検出して対処するものでもない。

この発明は、イーサネット通信におけるデータ衝突がプラントの制御に及ぼす悪影響を排除することを目的とするものであり、衝突が発生した場合でも、リトライ回数の変更、送信時間の変更、または送信間隔の変更を実施することで、単位時間当たりの衝突回数を最小化し、イーサネット通信異常を軽減しようとするものである。

この発明に係るプラントの通信制御装置は、通信部と制御部を有しプラントの通信制御を行なう制御装置を複数個ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）ケーブルで結び、前記制御装置間でイーサネット通信を行なうプラントの通信制御装置において、前記通信部によりイーサネット通信間の衝突回数を検知し、衝突回数に基づく前記制御部の指令により、前記制御装置からのイーサネット通信のリトライ回数を増減するようにしたものである。

また、この発明に係るプラントの通信制御装置は、通信部と制御部を有しプラントの通信制御を行なう制御装置を複数個ＬＡＮケーブルで結び、前記制御装置間でイーサネット通信を行なうプラントの通信制御装置において、前記通信部によりイーサネット通信間の
衝突回数を検知し、衝突回数が増加した場合、前記制御部の指令により、前記通信部の送信カウンタのカウント値を変更してイーサネット通信の送信時間を短くするものである。

また、この発明に係るプラントの通信制御装置は、通信部と制御部を有しプラントの通信制御を行なう制御装置を複数個ＬＡＮケーブルで結び、前記制御装置間でイーサネット通信を行なうプラントの通信制御装置において、前記通信部によりイーサネット通信間の衝突回数を検知し、衝突回数が増加した場合、前記制御部の指令により、前記通信部の送信カウンタ初期化値を変更し、イーサネット通信の送信間隔を短くするものである。

また、この発明に係るプラントの通信制御装置は、通信部と制御部を有しプラントの通信制御を行なう制御装置を複数個ＬＡＮケーブルで結び、前記制御装置間でイーサネット通信を行なうプラントの通信制御装置において、前記通信部によりイーサネット通信間の衝突回数を検知し、衝突回数に基づいて、イーサネット通信のリトライ回数を増減するとともに衝突回数が増加した場合、前記制御部の指令により、前記送信部の送信カウンタのカウント値を変更し、イーサネット通信の送信時間を短くするものである。

また、この発明に係るプラントの通信制御装置は、通信部と制御部を有しプラントの通信制御を行なう制御装置を複数個ＬＡＮケーブルで結び、前記制御装置間でイーサネット通信を行なうプラントの通信制御装置において、前記通信部によりイーサネット通信間の衝突回数を検知し、衝突回数に基づいてイーサネット通信のリトライ回数を増減するとともに、衝突回数が増加した場合、前記制御部の指令により、前記通信部の送信カウンタ初期化値を変更し、イーサネット通信の送信間隔を短くするものである。

また、この発明に係るプラントの通信制御装置は、通信部と制御部を有しプラントの通信制御を行なう制御装置を複数個ＬＡＮケーブルで結び、前記制御装置間でイーサネット通信を行なうプラントの通信制御装置において、前記通信部によりイーサネット通信間の衝突回数を検知し、衝突回数に基づいてイーサネット通信のリトライ回数を増減するとともに、衝突回数が増加した場合、前記制御部の指令により、前記通信部の送信カウンタのカウンタ値及び送信カウンタ初期化値を変更し、イーサネット通信の送信時間及び通信間隔を短くするものである。

この発明によれば、イーサネット通信において、イーサネット通信の衝突回数を減らして、イーサネット通信異常を抑えることにより、プラント制御全体の信頼性を向上させることができる。

この発明に係るプラントの通信制御装置を示すブロック図である。この発明の実施の形態１の動作を説明するフローチャートである。この発明の実施の形態２の動作を説明するフローチャートである。この発明の実施の形態３の動作を説明するフローチャートである。この発明の実施の形態４の動作を説明するフローチャートである。この発明の実施の形態５の動作を説明するフローチャートである。この発明の実施の形態６の動作を説明するフローチャートである。

実施の形態１．
図１はこの発明に係るｎ個の制御装置をＬＡＮケーブルで接続した通信制御装置を示しており、例えば発電プラントでは、タービン用の制御装置１３、廃熱回収ボイラ用の制御装置２３、シーケンス制御用の制御装置３３、電気補機用の制御装置ｎ３をＬＡＮケーブ
ル１０で接続したネットワークを示している。なお、ここで言う制御装置とは、プラントそのものの運転に関わるものではなく、運転に必要な表示装置等の制御を行なうものを指している。制御装置１３、２３、３３、ｎ３はそれぞれＬＡＮケーブル１２、２２、３２、ｎ２を介してトランシーバ１１、２１、３１、ｎ１によりＬＡＮケーブル１０に接続されている。各制御装置の構成は同一なので、以下、第１番目の制御装置１３について説明をし、その他の制御装置は第ｎ番目を表すｎを参照符号に付けて示す。

制御装置１３はトランシーバ１１にＬＡＮケーブル１２で接続され、通信部１４と、これに接続された制御部１５を備えている。制御装置１３は、ＬＡＮケーブル１０を経由して他の制御装置ｎ３と信号の送受信を行なう。信号の送信結果は、制御装置１３内の通信部１４で送信完了または衝突を検出し、送信前の状態に戻るとともに衝突回数信号１６(
衝突過多により送信処理を中止した回数)を検知し、これを制御部１５へ伝達する。制御
部１５は再送回数信号１７を通信部１４に戻し、通信部１４が再送（リトライ）の処理を行う。

通信部１４及び制御部１５の動作を、図２に示すフローチャートで説明する。制御部１５は、通信部１４から伝達された衝突回数信号１６により衝突回数をカウントし、衝突回数カウンタのカウント値が一定時間内にある閾値Ｘを超えた場合（ステップＳ２０１）、イーサネット通信のリトライ送信回数ｍを増加させるように再送回数信号１７で通信部１４に指示する（ステップＳ２０２）。なお、リトライ送信回数は、汎用一般の最大値が「１６回」であるため、「１６回」の上限設定を設ける（ステップＳ２０３）。一方、衝突回数カウンタのカウント値が一定時間内に、ある閾値Ｙ未満の場合(ステップＳ２０４）
、イーサネット通信のリトライ送信回数ｍを減少させる（ステップＳ２０５）。最小値は発電所向けプラント制御装置での、信頼性及び制御性を考慮し「３回」とする（ステップＳ２０６）。

以上のような制御部１５の処理結果を受けて、通信部１４が通信を行なう。送信カウンタのカウント値が０以下になれば（ステップＳ２０７）、送信処理（リトライ処理）を行い（ステップＳ２０８）、送信カウンタを初期化して処理を終了する（ステップＳ２０９）。送信カウンタのカウント値が０以下でなければ、送信カウンタを１ずつ減算して（ステップＳ２１０）処理を終了する。

以上のように、実施の形態１によれば、単位時間当たりの衝突回数が増加したときにはリトライ送信回数を増加させるため、その後の衝突回数は減り、イーサネット通信の通信異常が軽減され、プラント制御全体の信頼性を向上させることができる。

実施の形態２．
図３によりこの発明の実施の形態２に係る制御装置の動作を説明する。制御装置の構成及び制御装置間の送受信の動作は図１と同じである。図３は本実施の形態における制御装置の通信部１４及び制御部１５の動作を示すフローチャートである。

制御部１５は、通信部１４の送信カウンタのカウント値が０以下でない状態のとき（ステップＳ３０１）、通信部１４から伝達された衝突回数信号１６の衝突回数をカウントし、衝突回数カウンタのカウント値が一定時間内に、ある閾値Ｘを超えた場合（ステップＳ３０２）、イーサネット通信送信カウンタをランダムに、例えば（−２〜ｎ＋１）減算して（ステップＳ３０３）、通信時間を短くする。通信部１４は再送回数信号１７に基づいて送信処理を行い（ステップＳ３０４）、送信カウンタを初期化して（ステップＳ３０５）処理を終わる。単位時間当たりの衝突回数が閾値Ｘより小さい場合は、送信カウンタを１ずつ減算して（ステップＳ３０６）処理を終了する。

この処理で制御装置１３のイーサネット通信の送信時間を変えることにより、他の制御装置ｎ３とのイーサネット通信タイミングをずらし、衝突回数の削減を図ることができ、通信異常を軽減させることができる。

実施の形態３．
図４によりこの発明の実施の形態３に係る制御装置の動作を説明する。制御装置の構成及び制御装置間の送受信の動作は図１と同じである。図４は本実施の形態における制御装置の通信部１４及び制御部１５の動作を示すフローチャートである。

通信部１４は、送信カウンタのカウント値が０以下になると（ステップＳ４０１）送信処理を行い（ステップＳ４０２）、送信カウンタを初期化して（ステップＳ４０３）処理を終わる。制御部１５は、通信部１４からの衝突回数信号１６による衝突回数カウンタのカウント値が一定時間内に、ある閾値Ｘを超えた場合（ステップＳ４０４）、イーサネット通信の送信初期化値を、ランダムに、例えば（１〜ｎ−１）間に設定する（ステップＳ４０５）。これにより制御装置１３の送信間隔を変えて他の制御装置ｎ３とのイーサネット通信タイミングをずらし、衝突回数の削減を実現している。送信カウンタは１ずつ減算されて（ステップＳ４０６）、処理を終了する。

実施の形態４．
図５によりこの発明の実施の形態４に係る制御装置の動作を説明する。制御装置の構成及び制御装置間の送受信の動作は図１と同じである。図５は本実施の形態における制御装置の通信部１４及び制御部１５の動作を示すフローチャートである。

通信部１４から制御部１５に伝達された衝突回数信号１６により衝突回数カウンタのカウント値が一定時間内にある閾値Ｘを超えた場合（ステップＳ５０１）、
（ａ）送信カウンタ値のカウント値が０以下の場合（ステップＳ５０２）、イーサネット通信の送信処理を実施し（ステップＳ５０３）、送信カウンタ初期化値を通常値ｎのｋ倍（ｋは定数）に変更し（ステップＳ５０４）、衝突を回避するため次回送信時間の間隔を長くする。
（ｂ）送信カウンタ値のカウント値が０以下でない場合（ステップＳ５０２）、イーサネット通信の送信カウンタ減算回数を（−１〜−ｎ＋１）間ランダムに増加あるいは変動させることで（ステップＳ５０５）、制御装置１３と他の制御装置ｎ３とのイーサネット通信タイミングをずらす。その他の処理（ステップＳ５０６）〜（ステップＳ５０９）は実施の形態１のステップＳ２０７〜Ｓ２１０と同じ処理である。

前記（ａ）及び（ｂ）により他制御装置衝突回避を実施し、トータル衝突回数の削減となり、イーサネット通信異常の軽減につながる。

実施の形態５．
図６によりこの発明の実施の形態５に係る制御装置の動作を説明する。制御装置の構成及び制御装置間の送受信の動作は図１と同じである。図６は本実施の形態における制御装置の通信部１４及び制御部１５の動作を示すフローチャートである。

通信部１４から制御部１５に伝達された衝突回数カウンタのカウント値が一定時間内に、ある閾値Ｘを超えた場合（ステップＳ６０１）、イーサネット通信のリトライ送信回数ｍを増加させる（ステップＳ６０２）。なお、リトライ送信回数は、汎用一般の最大値が「１６回」であるため、「１６回」の上限設定を設ける（ステップＳ６０３）。一方、衝突回数カウンタのカウント値が一定時間内に、ある閾値Ｙ未満の場合(ステップＳ６０４)、イーサネット通信のリトライ送信回数ｍを減少させる（ステップＳ６０５）。リトライ回数の最小値は発電所向けプラント制御装置での、信頼性及び制御性を考慮し「３回」とする（ステップＳ６０６）。

また、送信カウンタのカウント値が０以下でなく制御部１５に伝達された衝突回数カウンタのカウント値が一定時間内に、ある閾値Ｘを超えた場合(ステップＳ６０７）、イー
サネット通信の送信カウンタ減算回数を（−１〜−ｎ＋１）間ランダムに増加あるいは変動させることで(ステップＳ６０８）、制御装置１３と他の制御装置ｎ３)とのイーサネット通信タイミングをずらす。その他の処理（ステップＳ６０９）〜（ステップＳ６１２）は実施の形態１のステップＳ２０７〜Ｓ２１０と同じ処理である。

以上により他制御装置衝突回避を実施し、トータル衝突回数の削減となり、イーサネット通信異常の軽減につながる。

実施の形態６．
図７によりこの発明の実施の形態６に係る制御装置の動作を説明する。制御装置の構成及び制御装置間の送受信の動作は図１と同じである。図７は本実施の形態における制御装置の通信部１４及び制御部１５の動作を示すフローチャートである。

通信部１４から制御部１５に伝達された衝突回数カウンタのカウント値が一定時間内に、ある閾値Ｘを超えた場合（ステップＳ７０１）、イーサネット通信のリトライ送信回数ｍを増加させる（ステップＳ７０２）。なお、リトライ送信回数は、汎用一般の最大値が「１６回」であるため、「１６回」の上限設定を設ける（ステップＳ７０３）。一方、衝突回数カウンタのカウント値が一定時間内に、ある閾値Ｙ未満の場合(ステップＳ０４
）、イーサネット通信のリトライ送信回数ｍを減少させる（ステップＳ７０５）。最小値は発電所向けプラント制御装置での信頼性・制御性を考慮し「３回」とする（ステップＳ７０６）。

通信部１４から制御部１５に伝達された衝突回数カウンタのカウント値が一定時間内に、ある閾値Ｘを超えた場合（ステップＳ７０７）、
（ａ）送信カウンタのカウント値が０以下の場合（ステップＳ７０８）、イーサネット通信の送信処理を実施し（ステップＳ７０９）、送信カウンタ初期化値を通常値ｎのｋ倍（ｋは定数）に変更し(ステップＳ７１０）、衝突を回避するため次回送信時間の間隔を長くする。
（ｂ）送信カウンタのカウント値が０以下でない場合（ステップＳ７１０）、イーサネット通信の送信カウンタ減算回数を（−１〜−ｎ＋１）間ランダムに増加あるいは変動させる(ステップＳ７１１）ことで、制御装置１３と他の制御装置ｎ３とイーサネット通信タ
イミングをずらす。その他の処理（ステップＳ７１２）〜（ステップＳ７１５）は実施の形態１のステップＳ２０７〜Ｓ２１０と同じ処理である。

前記（ａ）、（ｂ）を実施することで他制御装置衝突回避を実施し、トータル衝突回数の削減となりイーサネット通信異常の軽減につながる。

１０ＬＡＮケーブル、
１１、２１、３１、ｎ１トランシーバ、
１２、２２、３２、ｎ２ＬＡＮケーブル、
１３、２３、３３、ｎ３制御装置、
１４、２４、３４、ｎ４通信部、
１５、２５、３５、ｎ５制御部、
１６、２６、３６、ｎ６衝突回数信号、
１７、２７、３７、ｎ７再送回数信号。

Claims

通信部と制御部を有しプラントの通信制御を行なう制御装置を複数個ＬＡＮケーブルで結び、前記制御装置間でイーサネット通信を行なうプラントの通信制御装置において、前記通信部によりイーサネット通信間の衝突回数を検知し、衝突回数に基づく前記制御部の指令により、前記制御装置からのイーサネット通信のリトライ回数を増減するようにしたことを特徴とするプラントの通信制御装置
通信部と制御部を有しプラントの通信制御を行なう制御装置を複数個ＬＡＮケーブルで結び、前記制御装置間でイーサネット通信を行なうプラントの通信制御装置において、前記通信部によりイーサネット通信間の衝突回数を検知し、衝突回数が増加した場合、前記制御部の指令により、前記通信部の送信カウンタのカウント値を変更してイーサネット通信の送信時間を短くすることを特徴とするプラントの通信制御装置。
通信部と制御部を有しプラントの通信制御を行なう制御装置を複数個ＬＡＮケーブルで結び、前記制御装置間でイーサネット通信を行なうプラントの通信制御装置において、前記通信部によりイーサネット通信間の衝突回数を検知し、衝突回数が増加した場合、前記制御部の指令により、前記通信部の送信カウンタ初期化値を変更し、イーサネット通信の送信間隔を短くすることを特徴とするプラントの通信制御装置。
通信部と制御部を有しプラントの通信制御を行なう制御装置を複数個ＬＡＮケーブルで結び、前記制御装置間でイーサネット通信を行なうプラントの通信制御装置において、前記通信部によりイーサネット通信間の衝突回数を検知し、衝突回数に基づいてイーサネット通信のリトライ回数を増減するとともに衝突回数が増加した場合、前記制御部の指令により、前記送信部の送信カウンタのカウント値を変更し、イーサネット通信の送信時間を短くすることを特徴とするプラントの通信制御装置。
通信部と制御部を有しプラントの通信制御を行なう制御装置を複数個ＬＡＮケーブルで結び、前記制御装置間でイーサネット通信を行なうプラントの通信制御装置において、前記通信部によりイーサネット通信間の衝突回数を検知し、衝突回数に基づいてイーサネット通信のリトライ回数を増減するとともに、衝突回数が増加した場合、前記制御部の指令により、前記通信部の送信カウンタ初期化値を変更し、イーサネット通信の送信間隔を短くすることを特徴とするプラントの通信制御装置。
通信部と制御部を有しプラントの通信制御を行なう制御装置を複数個ＬＡＮケーブルで結び、前記制御装置間でイーサネット通信を行なうプラントの通信制御装置において、前記通信部によりイーサネット通信間の衝突回数を検知し、衝突回数に基づいてイーサネット通信のリトライ回数を増減するとともに、衝突回数が増加した場合、前記制御部の指令により、前記通信部の送信カウンタのカウンタ値及び送信カウンタ初期化値を変更し、イーサネット通信の送信時間及び送信間隔を短くすることを特徴とするプラントの通信制御装置。