JP7123666B2 - 無線通信機器及び通信システム - Google Patents

Description

この発明は、プラントや工場等に設置される無線フィールド機器などの無線通信機器等に関する。

発電所、ガスプラント、蒸気プラント、工場等においては、工業無線規格ＩＳＡ１００．１１ａ等に準拠した無線ネットワークが構築されている。同ネットワークには、例えば、ゲートウェイ、無線フィールド機器（無線通信機器）等が接続される。無線フィールド機器は、ＩＳＡ１００．１１ａ機器であり、圧力計，差圧計，温度計，レベル計，流量計等がある。無線フィールド機器は、測定した値（測定値）等をゲートウェイを経由してデータ収集サーバ等に送信する。

上述の無線フィールド機器には、動作モードがある。動作モードは、Ａｕｔｏｍａｔｉｃ（Ａｕｔｏ）、Ｏｕｔ Ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ（ＯＯＳ）などを含む複数のモードの間で切替設定される。Ａｕｔｏは通常の動作状態を示すモードであり、この動作モード中、測定値等は「ＧＯＯＤ」のステータスとともにデータ収集サーバに送信される。ＯＯＳはサービス停止を示すモードであり、この動作モード中、測定値等は「ＢＡＤ」のステータスとともにデータ収集サーバに送信される。

より詳細には、無線フィールド機器の動作モードがＡｕｔｏの場合には、この無線フィールド機器から測定値を受け取ったデータ収集サーバは、測定値を正常なデータとして処理する。一方、無線フィールド機器の動作モードがＯＯＳの場合には、この無線フィールド機器から測定値を受け取ったデータ収集サーバは、測定値を正常なデータとして処理しない。したがって、正常なデータとして処理されるには、無線フィールド機器の動作モードをＡｕｔｏ等の通常の動作状態を示すモードにしておく必要がある。

ＩＳＡ１００．１１ａ機器である無線フィールド機器は、工場出荷時やバッテリー交換時には初期設定であるＯＯＳが動作モードとして設定される。また、ＩＳＡ１００．１１ａの動作認証を行うテスト（ＷＣＩテスト）が実行される場合にもＯＯＳに設定する必要がある。これは、ＷＣＩテストにおいて、初期設定がＯＯＳであることを確認する項目があるためである。なお、ＷＣＩテストは、ネットワークの設定・管理を行う端末装置がゲートウェイを介して、無線フィールド機器に対して実行する。

初期設定（ＯＳＳ）からＡｕｔｏに動作モードを切り替えるには、ゲートウェイが設定変更機能を有する場合、ネットワークの設定・管理を行う端末装置からゲートウェイを介して切替指示（モード変更のコマンド）を無線フィールド機器に送信すればよい。あるいは、作業者が、無線フィールド機器の配置場所に移動し、近距離通信で無線フィールド機器と直接に接続した端末装置を操作して切り替えればよい。

また、機器の動作モードの切り替えを、機器の外部に接続されたスイッチを用いて行う構成のものもある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２－２４７１７８号公報

上述した動作モードを有する無線フィールド機器の構成では、接続しているゲートウェイにモード変更機能がない場合には、遠隔地から動作モードを切り替えることができず、動作モードを初期設定（ＯＯＳ）から別のモードにすぐに切り替えることが難しい。そのため、データ収集サーバ等に対し、測定値等に対する正常な処理をすぐに開始させることが難しい。

なお、上述したように、ＷＣＩテストでは初期設定がＯＯＳであることを確認する項目があるため、初期設定をＡＵＴＯ等のモードにしておくことは困難である。

この発明は、ゲートウェイ等の他の装置を用いて無線通信機器の動作モードを変更できない場合であっても、できるだけ早期に動作モードが初期設定から別のモードに変更される無線通信機器等を提供することを目的とする。

本発明の第１の側面によって提供される無線通信機器は、通信制御手段及び設定手段を含む。通信制御手段は、無線ネットワークを介して接続されたゲートウェイを含む他の装置との無線通信を制御する。設定手段は、動作モードを、少なくとも初期設定となる第一モードと、第一モードとは異なる第二モードとを含む複数のモードの間で切り替えて設定する。また、ゲートウェイとの接続が切断されている所定の状態において、通信制御手段は、ゲートウェイとの接続を行い、設定手段は、動作モードとして第一モードを設定し、またゲートウェイとの接続が完了して所定時間が経過した場合、動作モードを第一モードから第二モードに切り替える。

上記設定手段は、所定時間が経過する前に第一モードから別のモードへの切替指示を他の装置から受信した場合、切替指示に基づいて動作モードを切り替え、所定時間経過による第二モードへの切り替えを実行しないようにしてもよい。

上記所定時間は、ゲートウェイを通じて行われるテストであって接続後のモードが第一モードであることを確認する項目を含むテストの所要時間よりも長い時間が設定されるようにしてもよい。

本発明の第２の側面によって提供される通信システムは、無線通信機器及びゲートウェイを含む複数の装置を有する。無線通信機器は、通信制御手段及び設定手段を含む。通信制御手段は、無線ネットワークを介して接続された前記ゲートウェイを含む他の装置との無線通信を制御する。設定手段は、動作モードを、少なくとも初期設定となる第一モードと、第一モードとは異なる第二モードとを含む複数のモードの間で切り替えて設定する。また、ゲートウェイとの接続が切断されている所定の状態において、通信制御手段は、ゲートウェイとの接続を行い、設定手段は、動作モードとして第一モードを設定し、またゲートウェイとの接続が完了して所定時間が経過した場合、動作モードを第一モードから第二モードに切り替える。

この発明によれば、ゲートウェイ等の他の装置を用いて無線通信機器の動作モードを変更できない場合であっても、できるだけ早期に動作モードを初期設定から別のモードに変更させることができる。したがって、通常の動作状態での測定値の取得等をより早期に開始させることができ、また動作モードの変更を行う作業者の負担も軽減できる。

通信システムの概略の構成を示すブロック図である。 無線フィールド機器（無線通信機器）のブロック図である。 アナログインプットオブジェクトのデータ構造、及び、動作モードとステータスとの関係を示すテーブルの一例を示す図である。 無線フィールド機器のモード切替処理を示すフローチャートである。

この発明の実施形態である通信システム及び無線通信機器について図面を参照しつつ説明する。なお、本発明の構成は、各実施形態に限定されるものではない。また、以下で説明する各種フローを構成する各種処理の順序は、処理内容に矛盾等が生じない範囲で順不同である。

図１は、通信システム１００の概略の構成を示すブロック図である。通信システムは、例えば、発電所、ガスプラント、蒸気プラント、工場等に配備された機器を監視するシステムに適用される。通信システム１００は、無線フィールド機器１Ａ～１Ｃ、ゲートウェイ２、端末装置３及びサーバ４等から構成される。

無線フィールド機器１Ａ～１Ｃは、無線ネットワーク５０を介してゲートウェイ２を含む他の装置に接続され、ＩＳＡ１００．１１ａに準拠した無線通信を行う無線通信機器（ＩＳＡ１００．１１ａ機器）である。無線フィールド機器１Ａ～１Ｃは、例えば、流量計、温度センサ等のセンサ機器、開閉弁等のバルブ機器などである。本実施形態では、温度センサ等のセンサを有するセンサ機器を無線フィールド機器１Ａ～１Ｃとして説明する。無線フィールド機器１Ａ～１Ｃは、例えば、蒸気プラントに分散配備されるスチームトラップの温度等を測定する。そして、無線フィールド機器１Ａ～１Ｃは、測定値をゲートウェイ２を介してサーバ４等に送信する。

ゲートウェイ２は、無線フィールド機器１Ａ～１Ｃとの間でＩＳＡ１００．１１ａに準拠した無線通信を行う。また、ゲートウェイ２は、ＩＰネットワーク６０を介して端末装置３及びサーバ４等に接続され、端末装置３及びサーバ４等とＩＰプロトコルによる通信を行う。ゲートウェイ２は、端末装置３及びサーバ４と無線フィールド機器１Ａ～１Ｃとの間で送受信される測定値等のデータを中継する。

また、ゲートウェイ２は、端末装置３からの指示等に応じて、新たな無線フィールド機器に対する接続許可の処理や、ＩＳＡ１００．１１ａの動作認証を行うテスト（ＷＣＩテスト）の実行処理なども行う。なお、上記テストは、認証機関であるＷＣＩが規定しているテストであり、一般的な構成であるので詳細な説明は省略する。

端末装置３は、例えば、パーソナルコンピュータであり、ゲートウェイ２を介して無線フィールド機器１Ａ～１Ｃ等を含む無線ネットワーク５０の設定及び管理を行う。また、端末装置３は、上述のＷＣＩテストの実行開始を作業者から受け付けてゲートウェイ２に実行を指示し、ゲートウェイ２を介して取得したテスト結果（データログ）を液晶ディスプレイなどの表示装置に表示させる。

サーバ４は、ゲートウェイ２を介して無線フィールド機器１Ａ～１Ｃが測定した測定値等のデータを取得（収集）するデータ収集サーバである。収集されたデータは、例えば、プラント等に配備された機器の動作状態を監視するために使用される。

なお、無線フィールド機器１Ａ～１Ｃは、無線ネットワーク５０において、直接的にゲートウェイ２に接続される構成であってもよく、またルータなどの中継装置を介してゲートウェイ２に接続される構成であってもよい。

次に、無線フィールド機器１Ａ～１Ｃのハードウェアの構成について、図２を参照しつつ説明する。図２は、無線フィールド機器１Ａのブロック図である。なお、無線フィールド機器１Ｂ，１Ｃも、無線フィールド機器１Ａと同様の構成であるので説明は省略する。

無線フィールド機器１Ａは、制御部１１Ａ、通信制御部１２Ａ、メモリ１３Ａ及びセンサ１４Ａ等を有する。なお、無線フィールド機器１Ａは、内蔵するリチウム電池などのバッテリー電源（不図示）によって駆動する。

制御部１１Ａは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、メモリ等から構成され、ＲＯＭに記憶されたプログラム及びデータ等に基づいて機器全体の動作を制御する。具体的には、制御部１１Ａは、ＩＳＡ１００．１１ａに準拠したデータ構成のアナログインプットオブジェクト、アナログアウトプットオブジェクトなどのＰｒｏｃｅｓｓ ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ ｕｓｅｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｂｊｅｃｔを生成する。アナログインプットオブジェクトは、アナログ値入力であり、例えば、図３（Ａ）に示すように、センサ１４Ａによる測定値及びステータス等のデータで構成される。ステータスには、測定値の測定時の動作モードに応じて、図３（Ｂ）に示すような情報が設定される。

動作モードは、機器本体の動作モードであり、複数のモードの間で切り替えて設定される。制御部１１Ａは、動作モードに基づいて動作する。本実施形態では、Ａｕｔｏｍａｔｉｃ（ＡＵＴＯ）、Ｍａｎｕａｌ（ＭＡＮ）、Ｏｕｔ Ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ（ＯＯＳ）の３つのモードがある。ＡＵＴＯは、通常の動作モードである。ＭＡＮは、入力値や出力値を手動設定で動かすモードである。ＯＯＳは、オブジェクト生成のサービス停止を示すモードである。また、ＯＯＳは、動作モードとして初期設定されるモードでもある。

ステータスは、ＧＯＯＤ及びＢＡＤのいずれかが設定される。ＧＯＯＤは、測定値が正常なデータであることを示す。ＢＡＤは、測定値が正常なデータではないことを示す。したがって、サーバ４は、ＢＡＤステータスの測定値を受信しても正常なデータとして処理しない。

図３（Ｂ）に示すように、動作モードがＯＯＳ以外である場合には、ステータスはＧＯＯＤが設定される。動作モードがＯＯＳの場合には、ステータスはＢＡＤが設定される。また、ＢＡＤの場合には、ＢＡＤとした理由もステータスに含められる。図３（Ｂ）のステータス「ＢＡＤ＿ＯＯＳ」は、測定時の動作モードがＯＯＳであることを理由とするＢＡＤであることを意味する。

制御部１１Ａは、例えば、センサ１４Ａから取得した測定値と、測定時の動作モードに応じたステータスとを、アナログインプットオブジェクトとしてメモリ１３Ａに記憶する。そして、アナログインプットオブジェクトを、機器ＩＤ等とともに、通信制御部１２Ａからゲートウェイ２を介してサーバ４等に送信する。

また、制御部１１Ａは、動作モードを複数のモードの間で切替設定する設定手段として機能する。制御部１１Ａは、モード変更のコマンドを受信した場合に動作モードを切り替える。モード変更のコマンドは、例えば、作業者が端末装置３からゲートウェイ２を介して無線フィールド機器１Ａに送信される。動作モードの設定情報は、例えば、メモリ１３Ａに記憶しておけばよい。

なお、制御部１１Ａは、作業者からのモード変更の指示がなくても、機器がリセットされた場合には、動作モードを初期設定（ＯＯＳ）にする。リセットは、例えば、ＷＣＩテスト実行中のリセット要求（コマンド）を受信した場合がある。ＷＣＩテストでは、リセット要求後、リセットを行った無線フィールド機器１ＡがＯＯＳの動作モードでゲートウェイ２に再接続（Ｊｏｉｎ）することを確認することが試験項目となっている。

また、リセットは、無線フィールド機器１Ａの電源が切れた場合などにも実行される。例えば、無線フィールド機器１Ａは、電源用バッテリーの交換の際に電源が切れる。

リセットが実行された場合、無線フィールド機器１Ａは、例えば、工場出荷時の状態（初期状態）に戻る。この場合、メモリ１３Ａのデータも消去される。そして、制御部１１Ａは、動作モードを初期設定（ＯＯＳ）とする。すなわち、メモリ１３Ａの動作モードの設定情報としてＯＯＳが設定される。初期設定の情報は、例えば、ＲＯＭに記憶されている。

また、リセットの実行によって、ゲートウェイ２との接続も切断状態となる。なお、リセットの実行によって、ゲートウェイ２等との接続に必要なプロビジョニング情報もメモリ１３Ａから消去されるが、既にゲートウェイ２、端末装置３等に接続履歴が記憶されているため、一般的な手法により再接続が可能である。

制御部１１Ａは、ゲートウェイ２との接続が切断されている場合、通信制御部１２Ａにゲートウェイ２への再接続を行わせる。また、制御部１１Ａは、上記再接続が完了して所定時間が経過した場合に、動作モードをＯＯＳからＡＵＴＯに切り替える。すなわち、制御部１１Ａは、リセット実行などのゲートウェイ２との接続が切断されている所定の状態となった場合、ゲートウェイ２との再接続を行い、動作モードとしてＯＯＳを設定（初期設定）する。そして、制御部１１Ａは、ゲートウェイ２との接続が完了して所定時間が経過した場合、動作モードをＯＯＳからＡＵＴＯに切り替える。

なお、本実施形態では、ＷＣＩテストの実行開始から終了までの所要時間よりも長い時間（例えば、１５分）が、上記所定時間として設定される。なお、所定時間は、ＷＣＩテストにおいて、リセットを行った無線フィールド機器１ＡがＯＯＳの動作モードでゲートウェイ２に再接続（Ｊｏｉｎ）することを確認する試験項目の終了に要するまでの時間を設定してもよい。

通信制御部１２Ａは、無線通信回路を有し、無線通信ネットワーク５０を介してゲートウェイ２に接続される。通信制御部１２Ａは、ＩＳＡ１００．１１Ａに準拠してゲートウェイ２、端末装置３及びサーバ４等の他の装置と間の無線通信を制御する。メモリ１３Ａは、例えばＥＥＰＲＯＭであり、上述したようにアナログインプットオブジェクト等の測定値に関するデータ、動作モードの設定情報、プロビジョニング情報などを記憶する。センサ１４Ａは、対象となる設備の温度等の測定値を制御部１１Ａに送信する。

次に、無線フィールド機器１Ａのモード切替処理について、図４に示すフローチャートを参照しつつ説明する。なお、無線フィールド機器１Ｂ，１Ｃのモード切替処理も同様であるので説明は省略する。モード切替処理は、リセット実行などのゲートウェイ２との接続が切断されている所定の状態となって、ゲートウェイ２と再接続されたことを契機として、制御部１１Ａによって開始される。

制御部１１Ａは、動作モードをＯＯＳに設定する初期設定を行う（ステップＳ１０）。具体的には、メモリ１３Ａの動作モードの設定情報をＯＯＳとする。次に、制御部１１Ａは、ＡＵＴＯへのモード変更のコマンドをゲートウェイ２から受信したか否かを判断する（ステップＳ１１）。上述したように、作業者が端末装置３を操作することでゲートウェイ２からモード変更のコマンドを送信させる場合がある。なお、モード変更のコマンドは、ゲートウェイ２以外の装置から受信してもよい。

ＡＵＴＯへのモード変更のコマンドを受信した場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、制御部１１Ａは、ステップＳ１３の処理に移行し、動作モードをＯＯＳからＡＵＴＯに切り替える。一方、ＡＵＴＯへのモード変更のコマンドを受信していない場合（ステップＳ１１：ＮＯ）、制御部１１Ａは、所定時間（１５分）が経過したか否かを判断する（ステップＳ１２）。すなわち、制御部１１Ａは、ゲートウェイ２との接続が完了して所定時間が経過したか否かを判断する。なお、図示してないが、制御部１１Ａは、ゲートウェイ２との接続の完了時に計時を開始する。

所定時間が経過していない場合（ステップＳ１２：ＮＯ）、制御部１１Ａは、ステップＳ１１の処理に戻る。一方、所定時間が経過した場合（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、制御部１１Ａは、動作モードをＯＯＳからＡＵＴＯに切り替える（ステップＳ１３）。具体的には、メモリ１３Ａの動作モードの設定情報をＯＯＳからＡＵＴＯに変更する。その後、制御部１１Ａは、モード切替処理を終了する。

以上のように、無線通信機器（無線フィールド機器１Ａ～１Ｃ）において、ゲートウェイとの接続が完了して所定時間が経過した場合に、動作モードが第一モード（ＯＯＳ）から第二モード（ＡＵＴＯ）に切り替えられる。したがって、ゲートウェイ等の他の装置を用いて無線通信機器の動作モードを変更できない場合であっても、できるだけ早期に動作モードを初期設定から変更させることができる。したがって、通常の動作状態での測定値の取得等をより早期に開始させることができ、また動作モードの変更を行う作業者の負担も軽減できる。

また、ステップＳ１１の処理で示すように、ゲートウェイ２との接続が完了して所定時間が経過する前にモード変更のコマンドを受信した場合には、所定時間の経過を待たずに動作モードが変更されるので、通常の動作状態での測定値の取得等をより早期に開始させることができる。なお、ステップＳ１１の処理は設けなくてもよい。

なお、上述の実施形態の無線フィールド機器の数は、特に限定されるものではなく、任意の数を採用可能である。

また、上述の実施形態では、モード切替処理において、動作モードがＯＯＳからＡＵＴＯに切り替えられるが、ＯＯＳからＭＡＮに切り替えてもよい。さらに、動作モードとして三種類のモード（ＯＯＳ，ＡＵＴＯ，ＭＡＮ）が切替設定されるが、特にこれに限定されるものではない。少なくとも、初期設定されるモード及びこの初期設定されるモード以外のモードの２以上が動作モードの設定対象であればよい。また、モードの名称も特に限定されるものではない。

また、上述の実施形態では、無線通信機器の一例として無線フィールド機器１Ａ～１Ｃについて説明したが、特にこれに限定されるものではない。動作モードを有する構成であればいずれの無線通信機器を採用してもよい。

さらに、上述の実施形態では、ゲートウェイとの接続が行われた後に動作モードがＯＯＳに設定されるが、特にこれに限定されるものではない。例えば、ゲートウェイとの接続が行われる直前にＯＯＳを動作モードとして設定してもよい。

また、上述の実施形態では、リセットの実行を所定の状態として説明しているが、特にこれに限定されるものではない。所定の状態は、無線通信機器とゲートウェイとの接続が切断されて、動作モードを第一モード（初期設定）とするべき状態であればよい。

この発明は、無線ネットワークを介して接続されたゲートウェイを含む他の装置との間の無線通信を行う無線通信機器において、ゲートウェイ等の他の装置を用いて無線通信機器の動作モードを変更できない場合であっても、できるだけ早期に動作モードを初期設定から別のモードに変更させるのに有用である。

１Ａ～１Ｃ 無線フィールド機器（無線通信機器）
２ ゲートウェイ
３ 端末装置
１１Ａ 制御部（設定手段）
１２Ａ 通信制御部（通信制御手段）
５０ 無線ネットワーク
６０ ＩＰネットワーク
１００ 通信システム

Claims (4)

1. 無線ネットワークを介して接続されたゲートウェイを含む他の装置との無線通信を制御する通信制御手段、
   動作モードを、少なくとも初期設定となる第一モードと、該第一モードとは異なる第二モードとを含む複数のモードの間で切り替えて設定する設定手段、
   を含み、
   前記ゲートウェイとの接続が切断されている所定の状態において、
   前記通信制御手段は、前記ゲートウェイとの接続を行い、
   前記設定手段は、前記動作モードとして第一モードを設定し、また前記ゲートウェイとの接続完了時から所定時間が経過した場合、前記動作モードを前記第一モードから前記第二モードに切り替える、
   無線通信機器。
2. 前記設定手段は、前記所定時間が経過する前に前記第一モードから別のモードへの切替指示を他の装置から受信した場合、該切替指示に基づいて動作モードを切り替え、前記所定時間経過による前記第二モードへの切り替えを実行しない、
   請求項１に記載の無線通信機器。
3. 前記所定時間は、前記ゲートウェイを通じて行われるテストであって前記接続後のモードが第一モードであることを確認する項目を含むテストの所要時間よりも長い時間が設定される、
   請求項１又は請求項２に記載の無線通信機器。
4. 無線通信機器及びゲートウェイを含む複数の装置を有する通信システムにおいて、
   前記無線通信機器は、
   無線ネットワークを介して接続された前記ゲートウェイを含む他の装置との無線通信を制御する通信制御手段、
   動作モードを、少なくとも初期設定となる第一モードと、該第一モードとは異なる第二モードとを含む複数のモードの間で切り替えて設定する設定手段、
   を含み、
   前記ゲートウェイとの接続が切断されている所定の状態において、
   前記通信制御手段は、前記ゲートウェイとの接続を行い、
   前記設定手段は、前記動作モードとして第一モードを設定し、また前記ゲートウェイとの接続完了時から所定時間が経過した場合、前記動作モードを前記第一モードから前記第二モードに切り替える、
   通信システム。
   

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