JPH088573B2 - 制御システムのデータ通信方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、コンピュータを用いて種々のプラントの運
転、操作、監視を行う制御システムに係わり、特に制御
システムのコンソール側と遠隔場所の複数の可搬形マン
マシンインターフェィスとの間のデータ通信手段を改良
した制御システムのデータ通信方式に関する。

（従来の技術） 一般に、分散形制御システムにおいては、第４図に示
す如くプラントの制御を行う複数の制御ステーション1,
…と、マンマシンインターフェィスとして機能する複数
のオペレータステーション2,…と、これら分散配置され
た複数のステーション1,…,2,…相互間を有機的に結合
するデータハィウェイ３とによって構成されている。以
上のような制御システムでは、オペレータがプロセスの
状態を把握しながら必要な操作を行うが、このプラント
状態の把握は専らオペレータステーション２のオペレー
タコンソール室に設置されたCRTからのみである。従っ
て、このコンソール室から離れた場所のオペレータはプ
ラント状態を把握できない。そこで、離れた場所のオペ
レータは、オペレータコンソールの前にいるオペレータ
からトランシーバにより口頭でプラント状態に関する報
告を受けるのが現状である。

しかし、以上のようなデータ通信方式を用いた場合、
コンソールの前にいるオペレータの監視能力を著しく低
下させるばかりか、非常時に迅速な処置をとれない不具
合がある。

そこで、従来、以上のような不具合を解決するため
に、第５図に示すように無線による可搬形マンマシンイ
ンタフェース（以下、可搬形MMIと呼ぶ）を採用し、コ
ンソールから離れた場所のオペレータが直接制御システ
ムに対しアクセスしながら運転，監視を行う方式のもの
が開発されている。すなわち、このシステムは、データ
ハィウェイ３側に親局となる無線式の固定ステーション
４が設けられ、一方、コンソール室外には必要な数の可
搬形MMI5a,5b,5c,…が配置され、前記無線親局４と各可
搬形MMI5a,5b,5c,…とが複数のチャンネル周波数または
変調周波数を用いてプロセスの制御に必要な各種のデー
タを授受し合う方式となっている。

（発明が解決しようとする課題） しかし、以上のように制御システムと可搬形MMI5a,5
b,5c,…とを無線交信する場合、データ通信上，次のよ
うな問題点が指摘されている。

a.可搬形MMI5a,5b,5c,…の台数が増えてくると、それ
に伴ってチャンネル周波数または変調周波数の数が多く
なり、そのチャンネル切換手段その他の構成が複雑とな
り、また多数の周波数発生源や空きチャンネルをセレク
トするための管理等が難しくなる。

b.また、仮に幾つもの可搬形MMI5a,5b,5c,…が１つの
チャンネル周波数を共用する場合、１台のMMIの交信
中，他のMMIは交信できなくなり、また他のステーショ
ンとの交信状態を調べるのが難しいばかりか誤って交信
すると混信状態が発生し、いわゆるデータのリアルタイ
ム処理が困難である。

c.さらに、有線データハイウェイ３上のステーション
1,…,2,…は一般的にはトークンバス方式を用いてデー
タ通信を行う場合が多いが、このような制御システムで
はデータハイウェイ３よりステーション1,…,2,…を着
脱することが少なく、バス系列からのステーションの離
脱はステ…ションの故障として取扱っている。そこで、
各ステーションは、故障を検出したときトークンリング
の構成を再編成しデータ通信を行うが、この間も故障ス
テーションが復旧したか否かを常時チェックしている。
その結果、復旧チェックのルーチンを持つことにより、
プロセスデータの伝送に少なからずともスピード面で影
響を与える問題がある。

ところで、制御システムと複数の可搬形MMI5a,5b,5c,
…相互間でトークン方式を採用した場合、所定の時間ご
とにトークンを渡しながらデータの授受を行うので、す
べての可搬形MMI5a,5b,…がオンライン状態であれば運
用上特に問題はないが、随時，各可搬送形MMI5a,5b,5c,
…がオフラインとオンラインを繰返すことになれば、オ
フライン・オンラインの状態を頻繁に監視することにな
り、データ伝送効率が非常に悪くなる問題がある。

本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、複数の可
搬形MMIをチャンネル周波数を減らして確実に管理で
き、かつ、データのリアルタイム性，確実性に保証し
得、コンソール室外のオペレータが必要に応じて可搬形
MMIをオフラインおよびオンラインを繰返しても非常に
少ない影響度でデータの授受を行いうる制御システムの
データ通信方式を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段および作用） 本発明は上記課題を解決するために、複数の可搬形MM
I相互間でロジカルトークンリングが形成され、かつ、
各可搬形MMIは、オフラインまたはオンライン切換時に
おいてトークンリング構成変更指令を第２のチャンネル
周波数で無線にて送出するトークンリング構成変更指令
処理手段および第１のチャンネル周波数でデータを通信
する無線データ通信処理手段が設けられ、一方、前記制
御システムには、前記可搬形MMIから送信されてくるト
ークンリング構成変更指令の内容に基いて既に保持され
ているトークンリング構成を再編成するトークンリング
構成再編成手段および常時は前記第１のチャンネル周波
数を用いて前記制御システムに必要なデータを各可搬形
MMIへトークンリング方式に基いて順次無線にて交換し
合うとともに前記再編成後のトークンリング構成の認識
データを各可搬形MMIへ送信する無線通信処理手段が設
けられ、 ある特定の可搬形MMIがオンラインからオフラインに
切換る時またはオフラインからオンラインに切換る時、
前記トークンリング構成変更指令処理手段により第２の
チャンネル周波数を用いて制御システム側へトークンリ
ング構成変更指令を送信すると、制御システム側では、
トークンリング構成再編成手段においてトークンリング
構成変更指令の内容，つまりオフラインまたはオンライ
ンに基いて既に保持されているトークンリング構成から
オフラインまたはオンラインの可搬形MMIを削除または
参加させる再編成を行い、この再編成後のトークンリン
グ構成を保管する。ここで、前記無縁通信処理手段は、
第１のチャンネル周波数で再編成後のトークンリング構
成の認識データを各可搬形MMIへ送信した後、再編成後
のトークンリング構成に基いて各可搬形MMIとプロセス
制御に必要にデータを授受するものである。

他の発明は、分散形制御システムの場合、データハィ
ウェイ上の複数のステーションのうち任意のステーショ
ンがオフラインまたはオンラインになったとき、当該ス
テーションがトークン中のステーションへリング構成変
更指令を送信し、このトークン中のステーションはトー
クンリング構成を再編成して各ステーションに送信する
ものである。

（実施例） 以下、本発明の一実施例について第１図を参照して説
明する。すなわち、このシステムでは、データハィウェ
イ11にプラントを制御する複数の制御ステーション12,
…およびマンマシンインターフェィス機能を持つ複数の
オペレータステーション13,…が分散配置されている点
は従来と同じであり、特に異なるところはデータハィウ
ェイ11に設置される親局となる固定ステーション14と子
局となる複数の可搬形MMI15a,15b,15c,…との間で分散
制御システムのロジカルトークンリングとは独立にロジ
カルトークンリング通信16とトークンリング構成変更指
令通信17を用いてデータ通信を行うことにある。

前記固定ステーション14は、第２図に示す如く制御シ
ステムとデータの授受を行う対制御システム通信処理手
段141、トークンリング通信16に基いて各MMI15a,15b,…
と第１のチャンネル周波数でデータの授受を行う対可搬
形MMI無線通信処理手段142、データ送信部143、データ
受信部144、各可搬形MMI15a,15b,…から送信されてくる
第２のチャンネル周波数のトークンリング構成変更指令
通信17を受信する可トークンリング構成変更指令受信部
145、トークンリング構成再編成手段146およびトークン
リング構成データ保持手段147等で構成されている。

前記各可搬形MMI15a,15b,…は、具体的には第３図に
示すようにトークン獲得後に制御システム側へ必要なデ
ータを要求するためのデータおよび制御システム側から
の受信データを格納するMMI機能手段151、第１のチャン
ネル周波数でデータの授受を行う無線データ通信処理手
段152、データ送信部153、データ受信部154、第２のチ
ャンネル周波数でトークンリング構成変更指令を送信す
るトークンリング構成変更指令送信部155、トークンリ
ング構成変更指令処理手段156、オンライン指令部157on
およびオフライン指令部157of等によって構成されてい
る。

次に、以上のように構成されたシステムの動作に関
し、（１）固定ステーション14と各可搬形MMI15a,15b,
…とのデータ通信、（２）同報通信、（３）ステーショ
ン構成変更指令通信の順序で説明する。

（１） 固定ステーション14と各可搬形MMI15a,15b,…
とのデータ通信について。

先ず、これら固定ステーション14と各可搬形MMI15a,1
5b,…とはシステム側のロジカルトークンリングとは別
に独立に無線にてロジカルトークンリング通信16にてデ
ータ通信を行う。この無線ロジカルトークンリングは、
可搬形MMI15a,15b,…どうしが無線にて一定の順序でリ
ングを構成し、トークンという信号あるいはフレームを
一定の時間ごとに順次巡回させ、このときトークンを獲
得した可搬形MMIが通信上の親の権利を得、対システム
側固定ステーション14との通信及び他のMMIとの通信を
行う。プロセスに関するデータの通信は、通常，固定ス
テーションとで行うが、MMI間の通信も可能である。

そこで、トークンを得て親の権利を行った可搬形MMI
は、無線データ通信処理手段152にてトークンが自局に
あるか否かを判断し、自局にある場合には通信相手先側
例えば固定ステーション14のアドレスを特定し、さらに
MMI機能手段151から送信対象となるデータを取込んでデ
ータ送信部153に送出する。ここで、データ送信部153は
無線データ通信処理手段152からのデータを固定ステー
ション14を特定して無線にて送信する。

一方、固定ステーション14側では、可搬形MMIからデ
ータをデータ受信部144で受信し、その受信内容を対可
搬形MMI無線通信処理手段142に送出する。ここでは、受
信されたデータ，とりわけアドレスから自局へのものか
否かを判断し、自局へのデータ要求と判断したときには
その要求内容を対制御システム通信処理手段141へ渡
す。この対制御システム通信処理手段141は、その要求
内容に応じて制御ステーション12またはオペレータステ
ーション14をアクセスして必要なデータを収集し、対可
搬形MMI無線通信処理手段142へ送出する。そこで、この
通信処理手段142では要求元を特定して当該データをデ
ータ送信部143を経由して要求元可搬形MMIへ送信する。
ここで、要求元MMIは固定ステーション14から送信され
てくるデータをデータ受信部154で受信し、その受信デ
ータを無線データ通信処理手段152へ渡す。ここで、無
線データ通信処理手段152は自局宛ての内容か否かを判
断し、自局宛てと判断したときにはその受信データをMM
I機能手段151に送出する。

（２） 同報通信について。

固定ステーション14から複数の可搬形MMI15a,15b,…
に対し、同じ内容のデータを通信したい場合、固定ステ
ーション14は各可搬形MMI15a,15b,…が受諾するように
アドレス（同報アドレス）を用いて、対可搬形MMI無線
通信処理手段142およびデータ送信部143を通して送信す
る。ここで、各MMI15a,15b,…は固定ステーション14か
らのデータを受信し、無線データ通信処理手段152で同
報通信であることを判断し、受信データに基いて必要な
処理あるいはモニタリングを行う。

（３） ステーション構成変更指令通信について。

以上述べた（１），（２）の通信方式は、従来の有線
トークンバス方式のデータ授受と同じであるが、一般に
複数の可搬形MMI15a,15b,…を子局とするロジカルトー
クンリングではMMI15a,15b,…の電極を頻繁にオン・オ
フすると、その都度リングの構成を変更する必要があ
る。

このとき、従来のトークンバス方式では、MMI無応答
になったときに故障と判断し、ロジカルトークンリング
の構成を再編成し、MMIが復旧したか否かを常時監視し
つづけている。

これに対し、本発明方式においては、MMIの運用面か
らリング構成の再編成を積極的に行う。具体的には、ト
ークンを持つMMIは、電源オフ操作指令後、実際にオフ
される前にオフライン指令部157ofからオフライン指令
を出力する。そうすると、トークンリング構成変更指令
処理手段156はそのオフライン指令を適宜な指令データ
に変換した後、トークンリング構成変更指令送信部155
を介して親局となる固定ステーション14へ送信する。

一方、固定ステーション14は、トークンリング構成変
更指令受信部145で当該指令を受信し、トークンリング
構成再編成手段146へ送る。このトークンリング構成再
編成手段146では、トークンリング構成データ保持手段1
47に保管されているリング構成のデータを参照しなが
ら、今回電源がオフしリング系統から離脱したMMIを除
いて再び残りのMMIのみでロジカルトークンリングを構
成する。そして、新たに再編成した結果をトークンリン
グ構成データ保持手段147に保管するとともに対可搬形M
MI無線通信処理手段142に送る。ここで、MMI無線通信処
理手段142は新しいロジカルトークンリングの認識デー
タをデータ送信部14を介して各MMIに送信する。また、M
MI無線通信処理手段142は、以後，保持手段147のリング
構成を参照しながら現在オンラインとなっている各MMI
に対し、データ送信部14を介して必要なデータを送信す
る。

ロジカルトークンリング構成から離脱するMMIは、ト
ークンリング構成変更指令を固定ステーション14に送信
した後実際にオフ状態となる。一方、残りのオンライン
の各MMIは固定ステーション14から新しいロジカルトー
クンリングの自局認識データを受けると、その認識デー
タをMMI機能手段151に記憶し、以後，新しいリング構成
によりデータ通信を行う。

しかして、オフラインのMMIがトークンリングに参加
する場合、電源オン操作指令後、オンライン指令部157o
nからオンライン指令が出力される。ここで、トークン
リング構成変更指令処理手段156はそのオンライン指令
を適宜な指令データに変換した後、トークンリング構成
変更指令信号155を介して親局となる固定ステーション1
4へ送信する。

この固定ステーション14は、トークンリング構成変更
指令受信部145で当該指令を受信し、トークンリング構
成再編成手段146へ送る。このトークンリング構成再編
成手段146では、トークンリング構成データ保持手段147
に保管されているリング構成のデータを参照しながら、
今回電源がオフし新たにリング系統に参加するMMIを含
めたロジカルトークンリングを構成する。この新たに再
編成した結果をトークンリング構成データ保持手段147
に保管するとともに対可搬形MMI無線通信処理手段142に
送る。ここで、MMI無線通信処理手段142は新しいロジカ
ルトークンリングの認識データをデータ送信部14を介し
てMMIに送信する。

ここで、新たにトークンリングに参加したMMIは、前
記トークンリング構成変更指令を固定ステーション14に
送信した後、固定ステーション14から新しいロジカルト
ークンリング構成データと自局の識別データとを受ける
まで待機している。そして、かかるデータを受信した
後、新しいリング構成によりデータ通信を開始する。

従って、以上のような実施例の構成によれば、固定ス
テーション14と可搬形MMI15a,15b,…間のデータ通信の
ための周波数チャンネル数はせいぜい２チャンネルのみ
で実現できる。また、可搬形MMIの総数が増えても、ロ
ジカルトークンリング構成の最大ステーション数以内で
あれば、子局〜親局、子局〜子局間のデータ通信の確実
性，リアルタイム性を十分に確保できる。また、MMIの
トークンリング構成からの離脱および参加がMMIから積
極的に通報され、これに基いて固定ステーション14側で
はトークンリングの再編成を割込み処理的に実施される
ので、従来のトークンリング方式のように常時復旧状態
を監視する必要がなく、伝送負荷の増加を抑え、ひいて
は伝送効率を高めることができる。さらに、無線方式の
場合には有線方式に比べてデータ伝送の確実性が低い。
例えばある物体のかげにかくれて一定時間交信不可能と
なることがある。しかし、この場合には当該MMIをトー
クンリングから強制的に外し、再度，当該MMIから要求
があったときにトークンリングに参加させることによ
り、交信不可能なMMIが存在することによるデータ伝送
効率の悪化を回避できる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではな
い。すなわち、MMI側では電源のオン・オフ操作時に自
動的にオンラインおよびオフライン操作指令を発するよ
うにしたが、例えば手動でもオンライン，オフライン操
作指令を出力させることもできる。

また、上記実施例では、無線によるロジカルトークン
リング方式について強制的にトークンリング構成を再構
成する方式について述べたが、例えば本来の有線トーク
ンバス方式のローカルエリアネットワーク（LAN）に対
しても、この強制的なトークンリング構成を再編成する
考えを容易に適用できる。この場合、各ステーション1
1,…,12,…には第２図および第３図に相当する機能を備
えるものである。なお、有線の場合には再編成要求デー
タを通常のデータ信号と如何にして同一のラインにのせ
るかが問題となるが、例えばデジタル信号のベース電圧
の変動ならびに光通信の場合には波長変調により対応で
きる。

従って、このトークンバス方式を用いたLANに強制的
にトークンリング構成を再編成する機能を用いると、下
記のような種々の点が改善される。

、従来のトークンバス方式では、あるステーションが
故障した時、トークンリングの再編成を行わないLANで
は故障ステーションに対しても毎回トークンを渡そうと
する処理を行うので、バスの負担が増加する。

、従来のトークンバス方式では、あるステーションが
故障した時、その故障ステーションを検出しトークンリ
ングを再編成し、かつ、ステーションの復旧を常時監視
し、正常な状態に復旧したらトークンリングを再編成す
る機能を持つLANにおいては、ステーションの復旧を常
時監視しているので、その監視のための負荷が増大す
る。

その点、本方式を適用すれば、故障ステーションを検
出したときトークンリングを再編成し、故障ステーショ
ンに対してトークンを渡す処理を行わない。また、故障
ステーションからの復旧・トークンリング参加指令でト
ークンリングを再編成するので、復旧を常時監視するこ
とはない。これにより、従来方式に比べてバスの通信負
荷を大幅に軽減できる。

、ステーションが交信不可能になった時、従来のトー
クンバス方式と同じ方式で交信不能になったステーショ
ンを検出する。交信不能ステーションを検出後、このス
テーションをトークンリングから外すようにトークンリ
ングの再編成を行う。交信不能となったステーションは
自局にて他のステーションと交信不能を検出したら、ト
ークンリングから離脱する処理を行い、オペレータから
のオンライン指令を持つ。オペレータからのオンライン
指令で再度交信可能となったらトークンリング再構成要
求を出力する。このように交信不能時に処理を待たせる
ことができる。

その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変
形して実施できる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、次のような効果
を奏する。

先ず、請求項１においては、制御システムは少ないチ
ャンネル周波数で多数の可搬形MMIと必要なデータの授
受を行うことができ、また多数のMMI間のデータ伝送の
確実性，リアルタイム性を保証できる。また、MMIのオ
フライン時またはオンライン時に当該MMIからトークン
リング構成変更指令を送信し、制御システム側ではその
指令を受けてリング構成の再構成を行うので、オンライ
ンのMMIに対し無駄なくデータ通信を行うことが可能と
なりデータ伝送の効率を高めることができる。

次に、請求項２では、分散形制御システム内の各ステ
ーション間ではオンラインのステーションに対し無駄な
くデータ通信を行うことが可能となり同様にデータ伝送
の効率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明に係わる制御システムのデ
ータ通信方式の一実施例を説明するために示したもの
で、第１図は本発明方式を適用した概略構成図、第２図
は第１図に示す固定ステーションの内部構成図、第３図
は第１図に示す可搬形MMIの内部構成図、第４図は従来
の一般的な分散形制御システムの概略構成図、第５図は
従来の分散形制御システムのデータ通信方式を説明する
構成図である。 11……データハィウェイ、12……制御ステーション、13
……オペレータステーション、14……固定ステーショ
ン、15a,15b,… ……可搬形MMI、16……ロジカルトー
クンリング、17……トークンリング構成変更指令、141
……対制御システム通信処理手段、142……対可搬形MMI
無線通信処理手段、146……トークンリング構成再構成
手段、147……トークンリング構成データ保持手段、151
……MMI機能手段、152……無線データ通信処理手段、15
6……トークンリング構成変更指令処理手段、157on……
オンライン指令部、157of……オフライン指令部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】制御システムと複数の可搬形マンマシンイ
   ンターフェィスとの間でデータ通信を無線にて行う制御
   システムのデータ通信方式において、 前記複数の可搬形マンマシンインターフェィス相互間で
   はロジカルトークンリングを形成し、かつ、各可搬形マ
   ンマシンインターフェィスは、オフラインまたはオンラ
   インに基いてトークンリング構成変更指令を特定の周波
   数で無線にて送出するトークンリング構成変更指令処理
   手段および無線データ通信処理手段が設けられ、 一方、前記制御システムには、前記可搬形マンマシンイ
   ンターフェィスから送信されてくるトークンリング構成
   変更指令の内容に基いて既に保持されているトークンリ
   ング構成を再編成するトークンリング構成再編成手段お
   よび常時は前記特定の周波数と異なるチャンネル周波数
   を用いて前記制御システムに必要なデータを各可搬形マ
   ンマシンインターフェィスへトークンリング方式に基い
   て順次無線にて交換し合うとともに前記再編成後のトー
   クンリング構成の認識データを各可搬形マンマシンイン
   ターフェィスへ送信する無線通信処理手段が設けられ、 各可搬形マンマシンインターフェィスのオフライン時ま
   たはオンライン時に強制的にトークンリング構成を再編
   成することを特徴とする制御システムのデータ通信方
   式。
2. 【請求項２】データハィウェイ上に複数のステーション
   が分散配置されている制御システムの場合、これら複数
   のステーション相互間では有線によるトークンバス方式
   を採用するとともに、各ステーションには、オフライン
   またはオフラインに送られてくるトークンリング構成変
   更指令を送出するトークンリング構成変更指令処理手段
   およびこのトークンリング構成変更指令の内容に基いて
   既に保持されているトークンリング構成を再編成するト
   ークンリング構成再編成手段を設けた請求項１記載の制
   御システムのデータ通信方式。