特開 2023-61144 制御システム、制御方法、およびプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023061144

(43)【公開日】2023-05-01

(54)【発明の名称】制御システム、制御方法、およびプログラム

(51)【国際特許分類】

   H04L 69/08 20220101AFI20230424BHJP

   H04L 41/0895 20220101ALI20230424BHJP

【ＦＩ】

H04L69/08

H04L41/0895

【審査請求】有

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021170955

(22)【出願日】2021-10-19

(71)【出願人】

【識別番号】000006507

【氏名又は名称】横河電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106909

【弁理士】

【氏名又は名称】棚井 澄雄

(74)【代理人】

【識別番号】100167553

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 久典

(74)【代理人】

【識別番号】100181124

【弁理士】

【氏名又は名称】沖田 壮男

(72)【発明者】

【氏名】藤原 匠

(72)【発明者】

【氏名】山口 泰範

(72)【発明者】

【氏名】吉原 恭子

(57)【要約】

【課題】構成の一部にクラウド環境を含む制御システムについて可用性を向上させることができる制御システム、制御方法、およびプログラムを提供する。
【解決手段】本発明の一態様は、クラウド環境に構成された第１仮想ネットワークと、クラウド環境とは異なる環境に構成された制御ネットワークと、第１仮想ネットワークを広域ネットワークに接続する第１ゲートウェイ装置と、制御ネットワークを広域ネットワークに接続する第２ゲートウェイ装置と、を備え、第１ゲートウェイ装置が、第１仮想ネットワークの上に第２仮想ネットワークをさらに構成し、広域ネットワークを介して、第２ゲートウェイ装置との間で制御通信に適した通信を行うためのプロトコル変換を実施し、第２ゲートウェイ装置が、広域ネットワークを介して、第１ゲートウェイ装置との間で制御通信に適した通信を行うためのプロトコル変換を実施する、制御システムである。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

クラウド環境に構成された第１仮想ネットワークと、
前記クラウド環境とは異なる環境に構成された制御ネットワークと、
前記第１仮想ネットワークを広域ネットワークに接続する第１ゲートウェイ装置と、
前記制御ネットワークを前記広域ネットワークに接続する第２ゲートウェイ装置と、
を備え、
前記第１ゲートウェイ装置は、
前記第１仮想ネットワークの上に第２仮想ネットワークをさらに構成する仮想スイッチ処理部と、
前記広域ネットワークを介して、前記第２ゲートウェイ装置との間で制御通信に適した通信を行うためのプロトコル変換を実施する第１プロトコル変換部と、
を備え、
前記第２ゲートウェイ装置は、
前記広域ネットワークを介して、前記第１ゲートウェイ装置との間で前記制御通信に適した通信を行うためのプロトコル変換を実施する第２プロトコル変換部、
を備える制御システム。

【請求項2】

前記仮想スイッチ処理部は、前記第２仮想ネットワーク内の仮想マシンに対してブロードキャストまたはマルチキャストによる通信を可能にする、
請求項１に記載の制御システム。

【請求項3】

前記第１ゲートウェイ装置は、前記第１仮想ネットワークに新たな仮想マシンが追加されたことを検知する新規ノード検知部と、
前記新規ノード検知部が検知した前記新たな仮想マシンに対して、前記新たな仮想マシンを前記第２仮想ネットワークに接続するためのネットワーク設定情報を配信する設定情報配信部と、
をさらに備える、
請求項１または２に記載の制御システム。

【請求項4】

前記新規ノード検知部は、前記第１仮想ネットワークの仮想マシンからＩＰアドレスの割り当て要求を受けたことにより前記新たな仮想マシンの追加を検知し、
前記設定情報配信部は、前記第１仮想ネットワークを介して前記ネットワーク設定情報を前記新たな仮想マシンに配信する、
請求項３に記載の制御システム。

【請求項5】

クラウド環境に構成された第１仮想ネットワークと、前記クラウド環境とは異なる環境に構成された制御ネットワークと、前記第１仮想ネットワークを広域ネットワークに接続する第１ゲートウェイ装置と、前記制御ネットワークを前記広域ネットワークに接続する第２ゲートウェイ装置とを備える制御システムの制御方法であって、
前記第１ゲートウェイ装置が、
前記第１仮想ネットワークの上に第２仮想ネットワークをさらに構成し、
前記広域ネットワークを介して、前記第２ゲートウェイ装置との間で制御通信に適した通信を行うためのプロトコル変換を実施し、
前記第２ゲートウェイ装置が、
前記広域ネットワークを介して、前記第１ゲートウェイ装置との間で前記制御通信に適した通信を行うためのプロトコル変換を実施する、
制御方法。

【請求項6】

クラウド環境に構成された第１仮想ネットワークと、前記クラウド環境とは異なる環境に構成された制御ネットワークと、前記第１仮想ネットワークを広域ネットワークに接続する第１ゲートウェイ装置と、前記制御ネットワークを前記広域ネットワークに接続する第２ゲートウェイ装置とを備える制御システムにおける、前記第１ゲートウェイ装置と前記第２ゲートウェイ装置とが実行するプログラムであって、
前記第１ゲートウェイ装置に、
前記第１仮想ネットワークの上に第２仮想ネットワークをさらに構成させ、
前記広域ネットワークを介して、前記第２ゲートウェイ装置との間で制御通信に適した通信を行うためのプロトコル変換を実施させ、
前記第２ゲートウェイ装置に、
前記広域ネットワークを介して、前記第１ゲートウェイ装置との間で前記制御通信に適した通信を行うためのプロトコル変換を実施させる、
プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、制御システム、制御方法、およびプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、種々の仮想化技術を用いてサーバやネットワークなどのリソースを仮想化することにより、様々なサービスをクラウドシステムによって提供することが可能となっている。そして従来、このような仮想化技術の利便性を向上させるための様々な技術が提案されている。例えば、クラウド拠点同士をＶＰＮ（Virtual Private Network）を介して相互に接続する際に、ＶＬＡＮ－ＩＤの枯渇を抑制する技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。また、例えば、複数のドメインをまたがった仮想ネットワークにおいて仮想ノードが実行するサービスを中断することなく当該仮想ノードのマイグレーションを実施することを可能にする技術が提案されている（例えば特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第５６７９３４３号公報

【特許文献2】特許第５８３５８４６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

このような仮想化技術の普及はプラント等の制御システムにおいても例外でない。例えば、各ユーザの制御システムを、ＶＰＮを介してクラウドシステムに接続し、クラウドシステムから各ユーザの制御システムを操作可能にすることなどが行われている。しかしながら、プラント制御においては、性能面や機能面、管理面での可用性に関して高いレベルが要求されることが多く、従来の仮想化技術ではそのような要求に応えられない場合があった。

【0005】

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、構成の一部にクラウド環境を含む制御システムについて可用性を向上させることができる制御システム、制御方法、およびプログラムを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の一態様は、クラウド環境に構成された第１仮想ネットワーク（１０）と、前記クラウド環境とは異なる環境に構成された制御ネットワーク（２０）と、前記第１仮想ネットワークを広域ネットワーク（ＷＡＮ）に接続する第１ゲートウェイ装置（１００、１００ａ）と、前記制御ネットワークを前記広域ネットワークに接続する第２ゲートウェイ装置（２００）と、を備え、前記第１ゲートウェイ装置は、前記第１仮想ネットワークの上に第２仮想ネットワーク（３０）をさらに構成する仮想スイッチ処理部（１１３）と、前記広域ネットワークを介して、前記第２ゲートウェイ装置との間で制御通信に適した通信を行うためのプロトコル変換を実施する第１プロトコル変換部（１１４）と、を備え、前記第２ゲートウェイ装置は、前記広域ネットワークを介して、前記第１ゲートウェイ装置との間で前記制御通信に適した通信を行うためのプロトコル変換を実施する第２プロトコル変換部（２１４）、を備える制御システムである。

【0007】

また、本発明の他の態様は、上記の制御システムであって、前記仮想スイッチ処理部は、前記第２仮想ネットワーク内の仮想マシンに対してブロードキャストまたはマルチキャストによる通信を可能にするものである。

【0008】

また、本発明の他の態様は、上記の制御システムであって、前記第１ゲートウェイ装置は、前記第１仮想ネットワークに新たな仮想マシンが追加されたことを検知する新規ノード検知部（１２１）と、前記新規ノード検知部が検知した前記新たな仮想マシンに対して、前記新たな仮想マシンを前記第２仮想ネットワークに接続するためのネットワーク設定情報を配信する設定情報配信部（１２２）と、をさらに備えるものである。

【0009】

また、本発明の他の態様は、上記の制御システムであって、前記新規ノード検知部は、前記第１仮想ネットワークの仮想マシンからＩＰアドレスの割り当て要求を受けたことにより前記新たな仮想マシンの追加を検知し、前記設定情報配信部は、前記第１仮想ネットワークを介して前記ネットワーク設定情報を前記新たな仮想マシンに配信するものである。

【0010】

また、本発明の他の態様は、クラウド環境に構成された第１仮想ネットワーク（１０）と、前記クラウド環境とは異なる環境に構成された制御ネットワーク（２０）と、前記第１仮想ネットワークを広域ネットワーク（ＷＡＮ）に接続する第１ゲートウェイ装置（１００、１００ａ）と、前記制御ネットワークを前記広域ネットワークに接続する第２ゲートウェイ装置（２００）とを備える制御システムの制御方法であって、前記第１ゲートウェイ装置が、前記第１仮想ネットワークの上に第２仮想ネットワーク（３０）をさらに構成し、前記広域ネットワークを介して、前記第２ゲートウェイ装置との間で制御通信に適した通信を行うためのプロトコル変換を実施し、前記第２ゲートウェイ装置が、前記広域ネットワークを介して、前記第１ゲートウェイ装置との間で前記制御通信に適した通信を行うためのプロトコル変換を実施する、制御方法である。

【0011】

また、本発明の他の態様は、クラウド環境に構成された第１仮想ネットワーク（１０）と、前記クラウド環境とは異なる環境に構成された制御ネットワーク（２０）と、前記第１仮想ネットワークを広域ネットワーク（ＷＡＮ）に接続する第１ゲートウェイ装置（１００、１００ａ）と、前記制御ネットワークを前記広域ネットワークに接続する第２ゲートウェイ装置（２００）とを備える制御システムにおける、前記第１ゲートウェイ装置と前記第２ゲートウェイ装置とが実行するプログラムであって、前記第１ゲートウェイ装置に、前記第１仮想ネットワークの上に第２仮想ネットワーク（３０）をさらに構成させ、前記広域ネットワークを介して、前記第２ゲートウェイ装置との間で制御通信に適した通信を行うためのプロトコル変換を実施させ、前記第２ゲートウェイ装置に、前記広域ネットワークを介して、前記第１ゲートウェイ装置との間で前記制御通信に適した通信を行うためのプロトコル変換を実施させる、プログラムである。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、構成の一部にクラウド環境を含むプラント制御システムについて可用性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】第１実施形態のプラント制御システムのシステム構成の一例を示す図である。

【図2】第１実施形態における第１ゲートウェイ装置の機能構成の一例を示す図である。

【図3】第１実施形態における第２ゲートウェイ装置の機能構成の一例を示す図である。

【図4】第１実施形態のプラント制御システムにおいて制御用仮想ネットワーク内の仮想マシンが実施する通信の一例を示す図である。

【図5】第２実施形態における第１ゲートウェイ装置の機能構成の一例を示す図である。

【図6】第２実施形態のプラント制御システムにおいて制御用仮想ネットワーク内に新たな仮想マシンが追加された場合に実施する通信の一例を示す図である。

【図7】構成の一部にクラウド環境を含む従来のプラント制御システムの構成例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態によるプラント制御システムについて説明する。以下では、まず本発明の実施形態の概要について説明し、続いて本発明の実施形態の詳細について説明する。

【0015】

（概略）
図７は、構成の一部にクラウド環境を含む従来のプラント制御システム９９９の構成例を示す図である。プラント制御システム９９９は、クラウド環境ＣＬＤに構成されたクラウド仮想ネットワークＶＣＮと、ユーザのオンプレミス環境ＯＮＰに構成されたローカル制御ネットワークＬＣＮとをＷＡＮ（Wide Area Network）を介したＶＰＮ（Virtual Private Network）で接続した構成を有する。ＷＡＮはインターネットでもよいし専用線でもよい。例えば、ローカル制御ネットワークＬＣＮは、制御対象機器や各種センサ等の機器群ＤＶＳと、コントローラＣＴＲとを備え、コントローラＣＴＲが各種センサの計測値等に基づいて制御対象機器を制御する構成を有する。また、例えば、クラウド仮想ネットワークＶＣＮは、複数の仮想マシンＶＭを備え、複数の仮想マシンＶＭがＶＰＮを介してコントローラＣＴＲから取得される各種制御情報に基づいて、ローカル制御ネットワークＬＣＮの状態表示や遠隔操作などの各種サービスを提供する構成を有する。

【0016】

このような従来構成のプラント制御システム９９９では、ＶＰＮ処理のオーバヘッドにより通信の速度や応答性が低下する可能性がある。そのため、高い応答性が要求されるプラント制御に対してプラント制御システム９９９を適用することは難しい。また、クラウド事業者が提供するクラウド環境ＣＬＤＤでは、マルチキャストやブロードキャストなどの通信手段が使用できない場合がある。そのため、それらの通信手段を必要とするプラント制御に対してプラント制御システム９９９を適用することは難しい。このように、従来構成のプラント制御システム９９９では、性能面や機能面において、プラント制御の要求に応えられない場合があった。

【0017】

また、従来構成のプラント制御システム９９９では、システムの拡張のためにクラウド仮想ネットワークＶＣＮに対して仮想マシンの追加が必要になる場合がある。この場合、追加された仮想マシンをプラント制御システム９９９に組み込むためには、各仮想マシンに対して適切なネットワーク設定を行う必要があるが、従来構成のプラント制御システム９９９では、この設定作業をユーザが１台１台の仮想マシンに対して手作業で行う必要があった。このような手作業の手間は追加される仮想マシンの数に応じて大きくなるので、システム規模が大きいほど設定作業の負担が大きくなりやすい。一般に、プラント制御システムでは、管理対象や制御対象となる機器が多く、他の種類のシステムと比べてシステム規模が大きくなりやすい。そのため、従来構成のプラント制御システム９９９では、管理面において、プラント制御の要求に応えられない場合があった。

【0018】

本発明の実施形態は、構成の一部にクラウド環境を含むプラント制御システムにおいて、クラウド環境とオンプレミス環境とのそれぞれに専用のゲートウェイ装置を配置することにより、上記課題の解決を図るものである。以下、本発明の実施形態についてさらに詳細に説明する。

【0019】

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態のプラント制御システム１のシステム構成の一例を示す図である。プラント制御システム１は、クラウド環境ＣＬＤに構成されたクラウド仮想ネットワーク１０（第１仮想ネットワーク）と、ユーザのオンプレミス環境ＯＮＰに構築されたローカル制御ネットワーク２０（制御ネットワーク）と、をＷＡＮ（広域ネットワーク）で接続した構成を有する。クラウド環境ＣＬＤは、クラウド事業者が運用するクラウドシステムであり、クラウド仮想ネットワーク１０は、クラウド事業者がクラウドシステムのリソースの一部を用いて構成し、ユーザに提供するものである。

【0020】

クラウド仮想ネットワーク１０は、例えば、１つ以上の仮想マシン（ＶＭ）と、第１ゲートウェイ装置１００とを備えるシステムとしてユーザに提供される。図１の例では、３台の仮想マシンがクラウド仮想ネットワーク１０に含まれる。各仮想マシンは、図示しない仮想スイッチに接続されており、この仮想スイッチを介して互いに通信可能である。各仮想マシンには、仮想的なプロセッサ、仮想的なメモリ、仮想的なネットワークインタフェースが少なくとも割り当てられている。なお、クラウド仮想ネットワーク１０としてユーザに提供される仮想マシンの数は２以下であってもよいし、４以上であってもよい。

【0021】

第１ゲートウェイ装置１００は、クラウド事業者により物理マシンとして提供される情報処理装置である。第１ゲートウェイ装置１００は、クラウド仮想ネットワーク１０内の仮想ネットワークの上に、新たな制御用の仮想ネットワーク（制御用仮想ネットワーク３０：第２仮想ネットワーク）を構成する機能を有する。例えば、第１ゲートウェイ装置１００は、クラウド環境ＣＬＤ内の物理スイッチ（図示せず）に接続され、この物理スイッチを介して各仮想マシンを提供する物理サーバ（図示せず）に接続可能である。第１ゲートウェイ装置１００は、この物理サーバにより各仮想マシンＶＭと通信可能に接続される。制御用仮想ネットワーク３０には、各仮想マシンＶＭが接続され、制御用仮想ネットワーク３０において各仮想マシンはブロードキャストまたはマルチキャストによる通信を行うことができる。

【0022】

また、第１ゲートウェイ装置１００は、オンプレミス環境ＯＮＰのローカル制御ネットワーク２０に配置された第２ゲートウェイ装置２００との間で、ＶＰＮを使用しない専用プロトコルでの通信を実施する。専用プロトコルは、制御通信向けに最適化されたプロトコルであり、通信の暗号化機能を含む。

【0023】

ローカル制御ネットワーク２０は、例えば、制御対象機器や各種センサ等の機器群２１、コントローラ２２、および第２ゲートウェイ装置２００を備えるシステムとして構成される。機器群２１およびコントローラ２２は、図１で説明した従来構成のプラント制御システム９９９における機器群ＤＶＳおよびコントローラＣＴＲと同様である。コントローラ２２は、第２ゲートウェイ装置２００に接続され、第２ゲートウェイ装置２００を介してクラウド仮想ネットワーク１０と通信可能である。

【0024】

第２ゲートウェイ装置２００は、オンプレミス環境ＯＮＰにおいてローカル制御ネットワーク２０のゲートウェイとして機能する情報処理装置である。第２ゲートウェイ装置２００は物理マシンとして構成される。第２ゲートウェイ装置２００は、コントローラ２２に接続され、クラウド仮想ネットワーク１０とコントローラ２２との間の通信を中継する。また、第２ゲートウェイ装置２００は、クラウド環境ＣＬＤのクラウド仮想ネットワーク１０に配置された第１ゲートウェイ装置１００との間で、上記の専用プロトコルでの通信を実施する。

【0025】

以上のように、第１実施形態のプラント制御システム１は、第１ゲートウェイ装置１００がクラウド仮想ネットワーク１０内に制御用仮想ネットワーク３０を構成し、第１ゲートウェイ装置１００および第２ゲートウェイ装置２００がＶＰＮを使用しない専用プロトコルで通信を中継する構成を有する。以下、第１ゲートウェイ装置１００および第２ゲートウェイ装置２００の構成についてより詳細に説明する。

【0026】

図２は、第１ゲートウェイ装置１００の機能構成の一例を示す図である。第１ゲートウェイ装置１００は、バスで接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリや補助記憶装置などを備え、プログラムを実行する。第１ゲートウェイ装置１００は、プログラムの実行によって、第１物理ＮＩＣ１０１、第２物理ＮＩＣ１０２、および通信制御部１１０を備える装置として機能する。なお、通信制御部１１０の各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されてもよい。プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。プログラムは、電気通信回線を介して送信されてもよい。

【0027】

第１物理ＮＩＣ１０１は、第１ゲートウェイ装置１００がクラウド環境ＣＬＤを構成する物理マシン３１０と通信するための通信インタフェース（ＮＩＣ：Network Interface Card）である。なお、物理マシン３１０は、物理ＮＩＣ３１１を備えており、物理ＮＩＣ３１１を介して第１ゲートウェイ装置１００と通信可能である。

【0028】

第２物理ＮＩＣ１０２は、第１ゲートウェイ装置１００がＷＡＮに接続するための通信インタフェースである。第２物理ＮＩＣ１０２は、ＷＡＮを介して第２ゲートウェイ装置２００と通信可能である。

【0029】

通信制御部１１０は、第１ゲートウェイ装置１００の通信を制御する機能を有する。通信制御部１１０は、例えば、物理中継部１１１と、プログラム実行部１１２と、制御用仮想スイッチ処理部１１３（仮想スイッチ処理部）と、プロトコル変換部１１４（第１プロトコル変換部）とを備える。

【0030】

物理中継部１１１は、第１物理ＮＩＣ１０１と第２物理ＮＩＣ１０２との間の通信を中継する機能を有する。物理中継部１１１は、制御用仮想ネットワーク３０内の通信については制御用仮想スイッチ処理部１１３に連携し、オンプレミス環境ＯＮＰとの通信についてはプロトコル変換部１１４に連携する。換言すれば、物理中継部１１１は、第１物理ＮＩＣ１０１から取得した通信を制御用仮想スイッチ処理部１１３に連携するとともに、制御用仮想スイッチ処理部１１３から取得された通信を第１物理ＮＩＣ１０１に連携する。また、物理中継部１１１は、第２物理ＮＩＣ１０２から取得された通信をプロトコル変換部１１４に連携するとともに、プロトコル変換部１１４から取得された通信を第２物理ＮＩＣ１０２に連携する。

【0031】

プログラム実行部１１２は、プログラムの実行により、制御用仮想スイッチ処理部１１３と、プロトコル変換部１１４とを生成する機能を有する。プログラムは、制御用仮想スイッチ処理部１１３と、プロトコル変換部１１４とで異なるプログラムであってもよいし、１つのプログラムであってもよい。プログラム実行部１１２は、第１ゲートウェイ装置１００が起動した際にプログラムを実行してもよいし、第１ゲートウェイ装置１００の起動後に所定の操作が入力された場合にプログラムを実行してもよい。プログラムは、予め第１ゲートウェイ装置１００に記憶されていてもよいし、実行時に他の通信装置から受信されてもよい。

【0032】

制御用仮想スイッチ処理部１１３は、クラウド環境ＣＬＤに構成されるクラウド仮想ネットワーク１０に含まれる各仮想マシンを制御用仮想ネットワーク３０に接続する仮想スイッチの機能を提供する。イメージ的には、制御用仮想スイッチ処理部１１３は、クラウド環境ＣＬＤの制御用仮想ネットワーク３０の内部に疑似的な仮想スイッチを生成するように動作する。例えば、この動作は、次のような方法で実現することができる。

【0033】

（１）クラウド仮想ネットワーク１０の各仮想マシンにおいて、クラウド環境ＣＬＤから提供された仮想ＮＩＣ上に、制御用仮想ネットワーク３０用の仮想ＮＩＣ（以下「制御用仮想ＮＩＣ」という。）を作成する。
（２）各仮想マシンが制御用仮想ＮＩＣを介して通信する。この通信は第１ゲートウェイ装置１００に転送され、制御用仮想スイッチ処理部１１３により、スイッチング処理が行われる。
（３）例えば、制御用仮想スイッチ処理部１１３は、送信元の仮想マシンの通信がブロードキャストであった場合、当該通信を制御用仮想ネットワーク３０内の仮想マシンのうち、送信元の仮想マシン以外の全ての仮想マシンに転送することによりブロードキャストを実現することができる。
（４）例えば、制御用仮想スイッチ処理部１１３は、送信元の仮想マシンの通信がマルチキャストであった場合、当該通信を指定されたマルチキャストグループに所属する仮想マシンに転送することによりマルチキャストを実現することができる。

【0034】

一方、制御用仮想スイッチ処理部１１３は、制御用仮想ネットワーク３０からオンプレミス環境ＯＮＰ向けの通信を受信した場合、当該通信をプロトコル変換部１１４に転送する。

【0035】

プロトコル変換部１１４は、制御用仮想ネットワーク３０から送信されたオンプレミス環境ＯＮＰ向けの通信のプロトコルを専用プロトコルに変換する機能を有する。この機能により、第１ゲートウェイ装置１００は、ＷＡＮを介した第２ゲートウェイ装置２００との通信を制御通信に最適化された専用プロトコルで実施することが可能となる。

【0036】

図３は、第２ゲートウェイ装置２００の機能構成の一例を示す図である。第２ゲートウェイ装置２００は、バスで接続されたＣＰＵやメモリや補助記憶装置などを備え、プログラムを実行する。第２ゲートウェイ装置２００は、プログラムの実行によって、第１物理ＮＩＣ２０１、第２物理ＮＩＣ２０２、および通信制御部２１０を備える装置として機能する。なお、通信制御部２１０の各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣやＰＬＤやＦＰＧＡ等のハードウェアを用いて実現されてもよい。プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。プログラムは、電気通信回線を介して送信されてもよい。

【0037】

第１物理ＮＩＣ２０１は、第２ゲートウェイ装置２００をＷＡＮに接続するための通信インタフェースである。第１物理ＮＩＣ２０１は、ＷＡＮを介して第１ゲートウェイ装置１００と通信可能である。

【0038】

第２物理ＮＩＣ２０２は、第２ゲートウェイ装置２００がローカル制御ネットワーク２０と通信するための通信インタフェースである。

【0039】

通信制御部２１０は、第２ゲートウェイ装置２００の通信を制御する機能を有する。通信制御部２１０は、例えば、物理中継部２１１と、プログラム実行部２１２と、プロトコル変換部２１４（第２プロトコル変換部）とを備える。

【0040】

物理中継部２１１は、第１物理ＮＩＣ２０１と第２物理ＮＩＣ２０２との間の通信を中継する機能を有する。物理中継部２１１は、第１ゲートウェイ装置１００との間の通信をプロトコル変換部２１４に連携する。

【0041】

プログラム実行部２１２は、プログラムの実行により、プロトコル変換部２１４を生成する機能を有する。プログラム実行部２１２は、第２ゲートウェイ装置２００が起動した際にプログラムを実行してもよいし、第２ゲートウェイ装置２００の起動後に所定の操作が入力された場合にプログラムを実行してもよい。プログラムは、予め第２ゲートウェイ装置２００に記憶されていてもよいし、実行時に他の通信装置から受信されてもよい。

【0042】

プロトコル変換部２１４は、ローカル制御ネットワーク２０から送信されたクラウド環境ＣＬＤ向けの通信のプロトコルを専用プロトコルに変換する機能を有する。この機能により、第２ゲートウェイ装置２００は、ＷＡＮを介した第１ゲートウェイ装置１００との通信を制御通信に最適化された専用プロトコルで実施することが可能となる。

【0043】

図４は、第１実施形態のプラント制御システム１において制御用仮想ネットワーク３０内の仮想マシンが実施する通信の一例を示す図である。ここでは、制御用仮想ネットワーク３０内の仮想マシンＶＭ１が、同じ制御用仮想ネットワーク３０内の仮想マシンＶＭ２との間で行う通信の流れと、仮想マシンＶＭ１がオンプレミス環境ＯＮＰ側のコントローラ２２との間で行う通信の流れについて説明する。

【0044】

（仮想マシン間の通信）
まず、仮想マシンＶＭ１において、制御用仮想ＮＩＣ経由で仮想マシンＶＭ２への通信が発生する（ステップＳ１１）。この場合、仮想マシンＶＭ１は、制御用仮想ＮＩＣを使用して仮想マシンＶＭ２宛の通信を開始するが、その通信は実際には仮想ＮＩＣを介して第１ゲートウェイ装置１００に転送され、第１ゲートウェイ装置１００の制御用仮想スイッチ機能によってスイッチングされ、仮想マシンＶＭ２に折り返される。すなわち、イメージとしては、第１ゲートウェイ装置１００によってクラウド仮想ネットワーク１０内に仮想的な制御用のスイッチ（制御用仮想スイッチ）が構成され、この制御用仮想スイッチが仮想マシンＶＭ１の通信を仮想マシンＶＭ２に転送したイメージである（ステップＳ１２）。

【0045】

（仮想マシンとコントローラの間の通信）
まず、仮想マシンＶＭ１において、制御用仮想ＮＩＣ経由で仮想マシンＶＭ２への通信が発生する（ステップＳ２１）。この場合、仮想マシンＶＭ１は、制御用仮想ＮＩＣを使用してコントローラ２２宛の通信を開始するが、その通信は制御用仮想スイッチにより第１ゲートウェイ装置１００に転送される。第１ゲートウェイ装置１００は、プロトコル変換部１１４により当該通信のプロトコルを専用プロトコルに変換して第２ゲートウェイ装置２００と通信を行う（ステップＳ２２）。第２ゲートウェイ装置２００は、第１ゲートウェイ装置１００から専用プロトコルで受信された通信をローカル制御ネットワーク２０のコントローラ２２に転送する（ステップＳ２３）。このとき、プロトコル変換部２１４は、当該通信が制御用仮想ネットワーク３０内の仮想マシンＶＭ１から送信されたものとしてコントローラ２２に転送する。

【0046】

このように構成された第１実施形態のプラント制御システム１では、第１ゲートウェイ装置１００がクラウド仮想ネットワーク１０のリソースを利用して制御用仮想ネットワーク３０を構成することにより、クラウド仮想ネットワーク１０の各仮想マシンは制御用仮想ネットワーク３０の中でマルチキャストやブロードキャストを使用した通信を行うことができる。また、第１実施形態のプラント制御システム１では、第１ゲートウェイ装置１００が、オンプレミス環境ＯＮＰ側の第２ゲートウェイ装置２００との間で制御通信用に最適化された専用プロトコルで通信することにより、クラウド環境－オンプレミス環境間の制御通信の遅延を低減することができる。すなわち、第１実施形態のプラント制御システム１によれば、構成の一部にクラウド環境を含むプラント制御システム１について可用性を向上させることができる。

【0047】

＜変形例＞
なお、第１実施形態では、第１ゲートウェイ装置１００および第２ゲートウェイ装置２００が物理マシンとして構成される場合について説明したが、第１ゲートウェイ装置１００および第２ゲートウェイ装置２００のいずれか一方または両方は、仮想マシンとして構成されてもよい。例えば、第１ゲートウェイ装置１００は、クラウド仮想ネットワーク１０内の仮想マシンとして構成されてもよいし、第２ゲートウェイ装置２００は、オンプレミス環境ＯＮＰ内の物理マシン上に仮想マシンとして構成されてもよい。

【0048】

また、第１実施形態において、クラウド仮想ネットワーク１０の上に制御用仮想ネットワーク３０を構成する方法には任意の仮想化技術が用いられてもよい。例えば、制御用仮想スイッチ処理部１１３をＶＰＮサーバとして、クラウド仮想ネットワーク１０内の各仮想マシンをＶＰＮクライアントして、ＶＰＮサーバとＶＰＮクライアントの間をトンネリングすることにより制御用仮想ネットワーク３０を構成してもよい。

【0049】

（第２実施形態）
図５は、第２実施形態における第１ゲートウェイ装置１００ａの機能構成の一例を示す図である。第２実施形態のプラント制御システム１は、第１ゲートウェイ装置１００に代えて第１ゲートウェイ装置１００ａを備える点で第１実施形態のプラント制御システム１と異なるものの、その他の構成は第１実施形態のプラント制御システム１と同様である。第１ゲートウェイ装置１００ａは、ノード管理部１２０をさらに備える点で第１実施形態における第１ゲートウェイ装置１００と異なる。その他の構成は第１実施形態における第１ゲートウェイ装置１００と同様である。

【0050】

ノード管理部１２０は、制御用仮想ネットワーク３０内の仮想マシンを管理する機能を有する。例えば、ノード管理部１２０は、新規ノード検知部１２１と、設定情報配信部１２２と、設定情報記憶部１２３とを備える。

【0051】

新規ノード検知部１２１は、クラウド仮想ネットワーク１０において新たな仮想マシンが追加されたことを検知する機能を有する。例えば、新規ノード検知部１２１は、クラウド仮想ネットワーク１０内の仮想マシンにＩＰアドレスを付与するＤＨＣＰ（Dynamic Host Configuration Protocol）サーバであってもよい。この場合、新規ノード検知部１２１は、新規のＭＡＣ（Media Access Control）アドレスからＩＰアドレスの割り当て要求を受けた場合に、新たな仮想マシン（新規ノード）が追加されたことを検知することができる。

【0052】

設定情報配信部１２２は、新規ノード検知部１２１によって検知された新規ノードに対して、当該新規ノードを制御用仮想ネットワーク３０に参加させるためのネットワーク設定情報を配信する機能を有する。例えば、設定情報には、ＩＰアドレスやネットワークアドレス、デフォルトゲートウェイ、ルーティング情報などが含まれる。

【0053】

設定情報記憶部１２３は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成される。設定情報記憶部１２３は、設定情報配信部１２２が配信するネットワーク設定情報や、制御用仮想ネットワーク３０に追加した仮想マシンの管理情報などを記憶する。

【0054】

図６は、第２実施形態のプラント制御システム１において制御用仮想ネットワーク３０内に新たな仮想マシンが追加された場合に実施する通信の一例を示す図である。ここでは、制御用仮想ネットワーク３０内の仮想マシンＶＭ１が既存のノードであり、同じ制御用仮想ネットワーク３０内に新規ノードとして仮想マシンＶＭ２が追加される場合について説明する。

【0055】

まず、クラウド仮想ネットワーク１０において仮想マシンＶＭ２が新規ノードとして追加される（ステップＳ３１）。ここでは仮想マシンＶＭ２は、クラウド仮想ネットワーク１０には追加されているものの、制御用仮想ネットワーク３０には追加されていない。追加された仮想マシンＶＭ２は、ＤＨＣＰ機能により仮想ＮＩＣを経由して第１ゲートウェイ装置１００ａにＩＰアドレスの割り当てを要求する（ステップＳ３２）。

【0056】

続いて、第１ゲートウェイ装置１００ａでは、新規ノード検知部１２１が仮想マシンＶＭ２からのＩＰアドレス要求を受けて新規ノードの追加を検知し（ステップＳ３３）、その旨を設定情報配信部１２２に通知する。設定情報配信部１２２は、新規ノード検知部１２１から新規ノード追加の通知を受けると、設定情報記憶部１２３から新規ノードに配信すべきネットワーク設定情報を取得して仮想ＮＩＣ経由で仮想マシンＶＭ２に送信する（ステップＳ３４）。

【0057】

続いて、クラウド仮想ネットワーク１０では、仮想マシンＶＭ２が制御用仮想ネットワーク３０に参加するためのネットワーク設定情報を仮想ＮＩＣ経由で第１ゲートウェイ装置１００ａから取得して制御用仮想ＮＩＣに反映させる（ステップＳ３５）。

【0058】

このように構成された第２実施形態のプラント制御システム１では、第１ゲートウェイ装置１００がクラウド仮想ネットワーク１０に新たな仮想マシンが追加されたことを検知し、追加された新規ノードに対して制御用仮想ネットワーク３０に参加させるためのネットワーク設定情報を配信するため、システム拡張時における手作業によるネットワークの設定作業を省略することができる。すなわち、第２実施形態のプラント制御システム１によれば、構成の一部にクラウド環境を含むプラント制御システム１について可用性を向上させることができる。

【0059】

以上に説明したように、本実施形態に係るプラント制御システム１は、クラウド環境ＣＬＤに構成されたクラウド仮想ネットワーク１０と、クラウド環境ＣＬＤとは異なるオンプレミス環境ＯＮＰに構成されたローカル制御ネットワーク２０と、クラウド仮想ネットワーク１０をＷＡＮに接続する第１ゲートウェイ装置１００と、ローカル制御ネットワーク２０をＷＡＮに接続する第２ゲートウェイ装置２００と、を備え、第１ゲートウェイ装置１００は、クラウド仮想ネットワーク１０の上に制御用仮想ネットワーク３０をさらに構成する制御用仮想スイッチ処理部１１３と、ＷＡＮを介して、第２ゲートウェイ装置２００との間で制御通信に適した通信を行うためのプロトコル変換を実施するプロトコル変換部１１４と、を備え、第２ゲートウェイ装置２００は、ＷＡＮを介して、第１ゲートウェイ装置１００との間で制御通信に適した通信を行うためのプロトコル変換を実施するプロトコル変換部２１４と、を備える制御システムである。この構成により、本実施形態に係るプラント制御システム１は、ＶＰＮ等の制御通信向けとしてオーバヘッドの大きいプロトコルではなく専用プロトコルを用いることにより、クラウド環境ＣＬＤとオンプレミス環境ＯＮＰとの間で制御通信向けに最適化された通信を実現することができる。また、この構成により、本実施形態に係るプラント制御システム１は、クラウド事業者がクラウド仮想ネットワーク１０で提供しない機能を、制御用仮想ネットワーク３０で提供することが可能となる。

【0060】

また、本実施形態に係るプラント制御システム１において、制御用仮想スイッチ処理部１１３は、制御用仮想ネットワーク３０内の仮想マシンに対してブロードキャストまたはマルチキャストによる通信を可能にする。この構成により、本実施形態に係るプラント制御システム１は、一般にクラウド仮想ネットワーク１０では提供されないブロードキャストまたはマルチキャストの通信機能を仮想マシンに提供することができる。

【0061】

また、本実施形態に係るプラント制御システム１において、第１ゲートウェイ装置１００は、クラウド仮想ネットワーク１０に新たな仮想マシンが追加されたことを検知する新規ノード検知部１２１と、新規ノード検知部１２１が検知した新たな仮想マシンに対して、当該新たな仮想マシンを制御用仮想ネットワーク３０に接続するためのネットワーク設定情報を配信する設定情報配信部１２２と、をさらに備える。この構成により、本実施形態に係るプラント制御システム１は、新規ノード追加時における設定作業を簡略化し、クラウド仮想ネットワーク１０の管理付加を低減することができる。

【0062】

また、本実施形態に係るプラント制御システム１において、新規ノード検知部１２１は、クラウド仮想ネットワーク１０の仮想マシンからＩＰアドレスの割り当て要求を受けたことにより新たな仮想マシンの追加を検知し、設定情報配信部１２２は、クラウド仮想ネットワーク１０を介してネットワーク設定情報を当該新たな仮想マシンに配信する。この構成により、本実施形態に係るプラント制御システム１は、クラウド仮想ネットワーク１０に新規追加された仮想マシンを自動的に制御用仮想ネットワーク３０に参加させることができる。

【0063】

以上のように、実施形態のプラント制御システム１によれば、構成の一部にクラウド環境を用いるプラント制御システム１の可用性を向上させることができる。

【0064】

＜変形例＞
なお、第２実施形態では、クラウド仮想ネットワーク１０の上に制御用仮想ネットワーク３０を構成する場合について説明したが、新規ノードを検知して制御用仮想ネットワーク３０に自動的に接続する方法は、物理ネットワーク上に制御用仮想ネットワーク３０を構成する場合にも適用可能である。例えば、この場合も、上記同様に、物理マシンに仮想ＮＩＣを作成し、この仮想ＮＩＣ間を仮想的な制御用仮想スイッチで接続することにより、上記同様の制御用仮想ネットワーク３０を構成することができる。

【0065】

また、第２実施形態では、第１ゲートウェイ装置１００ａが通信制御部１１０とノード管理部１２０の両方を備える構成について説明したが、通信制御部１１０とノード管理部１２０とは必ずしも１つの装置に実装される必要はない。例えば、ノード管理部１２０は、第１ゲートウェイ装置１００ａと通信可能なノード管理装置に実装されてもよい。また、ノード管理部１２０の機能もプログラムにより実現されてよく、その場合、ノード管理部１２０は、プログラム実行部１１２によるプログラムの実行によって生成されてもよい。

【0066】

また、第２実施形態では、第１実施形態と同様に、第１ゲートウェイ装置１００ａおよび第２ゲートウェイ装置２００が物理マシンとして構成される場合について説明したが、第１ゲートウェイ装置１００ａおよび第２ゲートウェイ装置２００のいずれか一方または両方は、仮想マシンとして構成されてもよい。

【符号の説明】

【0067】

１…プラント制御システム、１０…クラウド仮想ネットワーク、２０…ローカル制御ネットワーク、２１…機器群、２２…コントローラ、３０…制御用仮想ネットワーク、１００，１００ａ…第１ゲートウェイ装置、１０１…第１物理ＮＩＣ、１０２…第２物理ＮＩＣ、１１０…通信制御部、１１１…物理中継部、１１２…プログラム実行部、１１３…制御用仮想スイッチ処理部、１１４…プロトコル変換部、１２０…ノード管理部、１２１…新規ノード検知部、１２２…設定情報配信部、１２３…設定情報記憶部、２００…第２ゲートウェイ装置、２０１…第１物理ＮＩＣ、２０２…第２物理ＮＩＣ、２１０…通信制御部、２１１…物理中継部、２１２…プログラム実行部、２１４…プロトコル変換部、３１０…クラウド環境を構成する物理マシン、３１１…物理ＮＩＣ、９９９…従来構成のプラント制御システム。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】