JP6969454B2 - 制御装置、制御方法、および、制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、ＥｔｈｅｒＣＡＴ（登録商標）等のフィールドバスシステムを用いて、所定周期で制御データを通信する技術に関する。

現在、ＦＡ（ファクトリー オートメーション）システムが多く実用化されている。ＦＡシステムは、例えば、特許文献１に示すように、制御装置と複数のスレーブ装置と備える。複数のスレーブ装置は、計測器、スイッチ、または、制御用ドライバ等であり、制御用ドライバには、制御対象機器が接続されている。

そして、例えば、制御装置と複数のスレーブ装置とは、フィールドバスシステムを用いて、制御データを通信する。この際、制御装置と複数のスレーブ装置とは、制御データを、予め設定された制御周期（サイクリック周期）に通信する。これにより、制御データの通信の定時性、リアルタイム性、および、高速通信を担保している。

通常、制御周期は、制御装置に接続されたＰＣ等の設定ツールによって設定されている。この際、制御周期は、フィールドバスに接続される複数のスレーブ装置の数、トポロジーによって設定される。

特開２０１４−１４６０７０号公報

しかしながら、設定ツールで設定した内容によっては、制御システムが正常に起動しないことがある。

したがって、本発明の目的は、制御システムの正常な起動をより確実に実現できる技術を提供することにある。

本開示の一例によれば、制御装置は、通信管理部、演算部、および、結果出力部を備える。通信管理部は、フィールドネットワークに対する所定の通信周期に準じたサイクリック通信を用いたデータ通信を管理する。演算部は、フィールドネットワークに送信された伝搬遅延の実測用データの受信データから伝搬遅延時間を測定し、伝搬遅延時間の測定結果を用いてフィールドネットワークの動作状態を検出する。結果出力部は、演算部による検出結果を出力する。

この構成では、制御装置の本動作の開始前に、フィールドネットワークを介した通信の動作状態が検出され、ユーザに提供される。

本開示の一例によれば、演算部は、伝搬遅延の実測用データの受信データから伝搬遅延時間の測定を行う伝搬遅延時間測定部と、伝搬遅延時間から、フィールドネットワークの帯域負荷の監視を行う監視処理実行部と、を備える。

この構成では、動作状態として、伝搬遅延時間とともに、帯域負荷が得られる。

本開示の一例によれば、演算部は、伝搬遅延の実測用データの受信状態に基づいて、フィールドネットワークに用いられるケーブルの診断を実行する診断処理実行部を備える。

この構成では、動作状態として、ケーブルの状態診断結果が得られる。

本開示の一例によれば、演算部は、ならし運転の操作入力を受け付けると、フィールドネットワークの動作状態の検出処理を実行する。

この構成では、ユーザからの操作の入力に応じて、フィールドネットワークの動作状態の検出が実行される。

この発明によれば、制御システムの正常な起動をより確実に実現できる。

制御システムにおける装置の概略構成を示す図である。 制御装置のハードウェアの構成を示すブロック図である。 制御装置の機能ブロック図である。 制御方法のフローチャートである。 （Ａ）、（Ｂ）は、診断モードの表示画面の一例を示す図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、診断結果の表示画面の一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を、図を参照して説明する。

・適用例
まず、本発明の実施形態に係る制御装置の適用例について、図を用いて説明する。図３は、制御装置の機能ブロック図である。

図３に示すように、制御装置１０は、制御部１１０、演算部１２０、通信管理部１３０、通信ドライバ１４０、ユーザアプリケーション処理部１５０、および、上位通信ドライバ１６０を備える。

演算部１２０は、伝搬遅延時間測定部１２１、監視処理実行部１２２、および、診断処理実行部１２３を備える。

制御部１１０は、上位通信ドライバ１６０を介して、ユーザからのならし運転の操作入力を受け付ける。制御部１１０は、ならし運転の操作入力情報を、演算部１２０および通信管理部１３０に出力する。

演算部１２０の伝搬遅延時間測定部１２１は、ならし運転の操作入力を受けて、伝搬遅延時間の実測用データを生成し、通信管理部１３０に出力する。

通信管理部１３０は、通信ドライバ１４０を介して、フィールドネットワーク３０（図１、図２を参照。）に、伝搬遅延時間の実測用データを送信する。そして、通信管理部１３０は、フィールドネットワーク３０から返ってきた実測用データの受信データを取得し、演算部１２０に出力する。

伝搬遅延時間測定部１２１は、受信データから伝搬遅延時間を測定する。監視処理実行部１２２は、ユーザアプリケーション処理部１５０によって設定された通信周期と、伝搬遅延時間とを用いて、帯域負荷を算出する。診断処理実行部１２３は、受信データを得られなければ、フィールドネットワーク３０を構成するケーブルの診断モードを立ち上げ、ケーブル診断を実行する。

演算部１２０は、これらの結果を含む結果表示データを生成し、制御部１１０に出力する。制御部１１０は、上位通信ドライバ１６０を介して、結果表示データを、パーソナルコンピュータ６１に出力し、パーソナルコンピュータ６１は、結果表示データを表示する（図５（Ａ），図５（Ｂ）参照。）。なお、この演算部１２０の処理は、パーソナルコンピュータ６１（図１参照。）に実行させることも可能である。この場合、制御装置１０は、伝搬遅延の実測用データの受信データを、上位通信ドライバ１６０を介して、パーソナルコンピュータ６１に出力する。

これにより、ユーザは、制御装置１０の本動作の起動前に、フィールドネットワーク３０の動作状態を確認できる。

・構成例
本発明の実施形態に係る制御装置、制御方法、および、制御プログラムについて、図を参照して説明する。本実施形態では、制御システムとして、ＦＡ（ファクトリー オートメーション）システムを例に説明する。

図１は、制御システムにおける装置の概略構成を示す図である。図１に示すように、制御システム１は、制御装置１０、スレーブ装置２１１、スレーブ装置２１２、スレーブ装置２１３、フィールドネットワーク３０、情報通信用ネットワーク６０、パーソナルコンピュータ６１、および、データベース装置６２を備える。なお、スレーブ装置の個数等は、これに限らず、他の個数であってもよい。

フィールドネットワーク３０は、複数のスレーブ装置２１１、スレーブ装置２１２、および、スレーブ装置２１３を、通信ケーブルによって繋ぐことによって実現される。この際、図１に示すように、制御装置１０は、通信ケーブルを介してスレーブ装置２１１に接続し、スレーブ装置２１１は、通信ケーブルを介してスレーブ装置２１２に接続し、スレーブ装置２１２は、通信ケーブルを介してスレーブ装置２１３に接続する。言い換えれば、制御装置１０は、通信ケーブル、スレーブ装置２１１、および、通信ケーブルを介して、スレーブ装置２１２に接続する。また、制御装置１０は、通信ケーブル、スレーブ装置２１１、通信ケーブル、スレーブ装置２１２、および、通信ケーブルを介して、スレーブ装置２１３に接続する。

フィールドネットワーク３０は、例えば、ネットワーク規格として、ＥｔｈｅｒＣＡＴ（イーサキャット）（登録商標）等に準じたネットワークである。なお、フィールドネットワーク３０は、これに限るものではなく、論理的にリングネットワークに接続したスレーブ装置に対して、コントローラが1個のフレームで全てのスレーブ装置宛にデータを送信し、且つ、スレーブ装置が受信フレームに対して「オンザフライ」を行いながら、時刻同期を実現するネットワークであればよい。

情報通信用ネットワーク６０は、例えば、ネットワーク規格として、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）に準じたネットワークである。制御装置１０、パーソナルコンピュータ６１、および、データベース装置６２は、情報通信用ネットワーク６０によって接続されている。

パーソナルコンピュータ６１には、制御プログラムの編集ツール等がインストールされている。パーソナルコンピュータ６１は、制御装置１０、スレーブ装置２１１、スレーブ装置２１２、および、スレーブ装置２１３に対する制御プログラムの作成、編集、出力を行う。パーソナルコンピュータ６１は、制御プログラムを制御装置１０に出力する。この制御プログラムには、制御対象のスレーブ装置２１１、スレーブ装置２１２、および、スレーブ装置２１３と、各スレーブ装置に対する制御コマンド等が記述されている。

また、パーソナルコンピュータ６１は、ならし運転の実行プログラムが記憶されている。パーソナルコンピュータ６１は、ユーザからの操作入力に応じて、ならし運転の実行プログラムを、制御装置１０に出力する。また、パーソナルコンピュータ６１は、ならし運転の実行プログラムによるフィールドネットワーク３０の診断結果を表示する。具体的な表示画面の一例は、後述する。

データベース装置６２は、例えば、制御装置１０から取得した各装置のログ等を記憶する。なお、データベース装置６２は、上述のフィールドネットワーク３０の診断結果およびその対処方法の過去ログを記憶してもよい。

制御装置１０は、具体的には、例えば、ＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｏｒｏｌｌｅｒ）によって実現される。制御装置１０は、フィールドネットワーク３０を介して制御データ、および、フィールドネットワーク３０の診断用のデータを通信する装置であれば、他の装置であってもよい。

制御装置１０は、例えば、パーソナルコンピュータ６１からの制御プログラムを用いて、フィールドネットワーク３０で通信する制御データを生成する。

また、制御装置１０は、例えば、パーソナルコンピュータ６１からのならし運転の実行プログラムに基づいて、伝搬遅延の実測用データ等のフィールドネットワーク３０の診断用のデータを生成する。

スレーブ装置２１１、スレーブ装置２１２、および、スレーブ装置２１３は、具体的には、例えば、サーボドライバ、センサ等の計測器等によって実現される。なお、これらのスレーブ装置は、例えば、ロボット装置またはロボット装置に接続されるロボット制御装置であってもよい。

制御装置１０、スレーブ装置２１１、スレーブ装置２１２、および、スレーブ装置２１３は、制御プログラム等によって予め設定された通信周期に準じて制御データを通信し、当該制御周期に基づく所定のタイミングに同期して、動作および処理を実行する。

また、制御装置１０、スレーブ装置２１１、スレーブ装置２１２、および、スレーブ装置２１３は、伝搬遅延の実測用データの送受信を行う。具体的には、行きの処理として、制御装置１０は、伝搬遅延の実測用データを、スレーブ装置２１１に送信する。スレーブ装置２１１は、制御装置１０からの伝搬遅延の実測用データを受信して、タイムスタンプを書き込み、末端側のスレーブ装置２１２に送信する。スレーブ装置２１２は、スレーブ装置２１１からの伝搬遅延の実測用データを受信して、タイムスタンプを書き込み、末端のスレーブ装置２１３に送信する。その後、帰りの処理として、スレーブ装置２１３は、スレーブ装置２１２からの伝搬遅延の実測用データを受信すると、タイムスタンプを書き込み、スレーブ装置２１２に折り返し、送信する。スレーブ装置２１２は、スレーブ装置２１３からの伝搬遅延の実測用データを受信して、タイムスタンプを書き込み、スレーブ装置２１１に送信する。スレーブ装置２１１は、スレーブ装置２１２からの伝搬遅延の実測用データを受信して、タイムスタンプを書き込み、制御装置１０に送信する。

（制御装置のハードウェア構成）
図２は、制御装置のハードウェアの構成を示すブロック図である。

図２に示すように、ハードウェアの構成として、制御装置１０は、ＣＰＵ１０１、メモリ１０２、記憶媒体１０３、送受信部１０４、および、上位通信部１０５を備える。制御装置１０は、ＣＰＵ１０１、メモリ１０２、記憶媒体１０３、送受信部１０４、および、上位通信部１０５は、データバス１００によって接続されている。

ＣＰＵ１０１は、記憶媒体に１０３に記憶されているシステムプログラム、および、ユーザアプリケーションプログラムをメモリ１０２に読み出して実行することで、後述の各機能ブロックの各処理を実現する。ユーザアプリケーションプログラムには、上述の制御プログラム、ならし運転の実行プログラム等が含まれている。

メモリ１０２は、例えば、ＤＲＡＭやＳＲＡＭ等の揮発性記憶素子によって実現される。また、記憶媒体１０３は、例えば、磁気記憶媒体、フラッシュメモリ等の不揮発性記憶媒体によって実現される。

送受信部１０４は、制御装置１０におけるフィールドネットワーク３０のインターフェースである。送受信部１０４は、サイクリック周期に準じた制御データの送受信（通信）を実行する。また、送受信部１０４は、伝搬遅延の実測用データの送受信を実行する。

上位通信部１０５は、制御装置１０における情報通信用ネットワーク６０のインターフェースであり、上述の上位システムの各装置（パーソナルコンピュータ６１、データベース装置６２等）との間の通信を実行する。

（制御装置の機能ブロック）
図３は、制御装置の機能ブロック図である。

図３に示すように、制御装置１０は、制御部１１０、演算部１２０、通信管理部１３０、通信ドライバ１４０、ユーザアプリケーション処理部１５０、および、上位通信ドライバ１６０を備える。

制御部１１０は、制御装置１０の全体の動作（処理）のスケジューリング等を行い、演算部１２０の動作制御、ユーザアプリケーション処理部１５０の動作制御、演算部１２の動作制御を実行する。

演算部１２０は、伝搬遅延時間測定部１２１、監視処理実行部１２２、および、診断処理実行部１２３を備える。

伝搬遅延時間測定部１２１は、ならし運転の実行プログラムにしたがって、伝搬遅延の実測用データを生成し、通信管理部１３０に出力する。また、伝搬遅延時間測定部１２１は、通信管理部１３０を介して、伝搬遅延の実測用データの受信データを取得する。伝搬遅延時間測定部１２１は、受信データに書き込まれたタイムスタンプから、各スレーブ装置の伝搬遅延時間、および、複数のスレーブ装置群による伝搬遅延時間を算出する。

監視処理実行部１２２は、ならし運転の実行プログラムにしたがって、伝搬遅延時間から、フィールドネットワーク３０の帯域負荷状況を算出する。具体的には、監視処理実行部１２２は、予め設定されている通信周期に対して、１周期内で送信した全フレームの伝搬遅延時間の割合から、帯域負荷状況を算出する。

診断処理実行部１２３は、伝搬遅延の実測用データを送信したにもかかわらず、通信周期に基づく所定の時間内に受信データを取得できなければ、ケーブル診断モードを起動させ、ケーブル診断を実行する。なお、ケーブル診断は、既知の方法を用いることができる。

演算部１２０は、伝搬遅延時間測定部１２１、監視処理実行部１２２、および、診断処理実行部１２３の処理結果を用いて、診断結果を生成する。演算部１２０は、制御部１１０に出力し、制御部１１０は、診断結果を、上位通信ドライバ１６０を介して、情報通信用ネットワーク６０に接続されたパーソナルコンピュータ６１に出力する。

通信管理部１３０は、制御データの通信のスケジューリングを実行する。また、通信管理部１３０は、伝搬遅延の実測用データの送受信の管理を実行する。

通信ドライバ１４０は、送受信部１０４の制御を実行し、サイクリック周期に準じて、制御データを、フィールドネットワーク３０を介して通信する。また、通信ドライバ１４０は、伝搬遅延の実測用データを、フィールドネットワーク３０を介して通信する。

ユーザアプリケーション処理部１５０は、上述の制御プログラムおよびならし運転の実行プログラムを含むユーザアプリケーションプログラムを実行する。

このような構成において、制御装置１０は、本動作の前に、ならし運転を実行し、フィールドネットワーク３０の診断結果を生成する。制御装置１０は、この診断結果を、パーソナルコンピュータ６１に出力し、パーソナルコンピュータ６１は、診断結果を表示する。

図４は、制御方法のフローチャートである。

図４に示すように、パーソナルコンピュータ６１は、立ち上げサポートモードの操作入力を受け付ける（Ｓ１１）。そして、パーソナルコンピュータ６１は、診断の対象項目の選択を実行する（Ｓ１２）。パーソナルコンピュータ６１は、実行の操作を受け付けると（Ｓ１３：ＹＥＳ）、制御装置１０に、フィールドネットワーク３０の診断の実行を指示する。

制御装置１０は、伝搬遅延時間を測定し、当該伝搬遅延時間を用いた診断を実行する（Ｓ１４）。制御装置１０は、診断結果を、パーソナルコンピュータ６１に出力し、パーソナルコンピュータ６１は、診断結果を表示する（Ｓ１５）。

次に、診断モードの操作入力の表示画面の一例について説明する。図５（Ａ）、図５（Ｂ）は、診断モードの表示画面の一例を示す図である。

パーソナルコンピュータ６１の画面には、図５（Ａ）に示すような、立ち上げのサポート用のＨｏｍｅ画面が表示される。図５（Ａ）に示すように、Ｈｏｍｅ画面には、異常ステータスの表示の操作入力を受け付けるアイコン、異常解除の操作入力を受け付けるアイコン、システム情報の表示の選択を受け付けるためのアイコン、立ち上げサポートモードの実行を受け付けるアイコンが表示されている。

ユーザが、立ち上げサポートモードの実行を受け付けるアイコンを操作することによって、フィールドネットワーク３０の動作状況を検出する立ち上げサポートモードが実行される。そして、立ち上げサポートモードの実行を受け付けると、図５（Ｂ）に示す画面が表示される。

図５（Ｂ）に示すように、立ち上げサポート画面には、実行する複数の項目、当該複数の項目を実行させるか否かを選択するボックス、実行の操作入力を受け付けるアイコン、および、Ｈｏｍｅ画面に戻る操作入力を受け付けるアイコンが表示されている。複数の項目は、「全ての項目を実行する」、「ならし運転を実行する」、［ケーブル診断を実行する］、［帯域負荷情報を監視する］等の項目がある。ユーザによって、これらの項目のそれぞれに対応するボックスが選択されると、選択された項目が実行される。

例えば、「ならし運転を実行する」が選択されると、制御装置１０は、フィールドネットワーク３０を用いたならし運転を実行する。この際、伝搬遅延の実測用データの送受信を行う。

［ケーブル診断を実行する］が選択されると、制御装置１０は、フィールドネットワーク３０に対して、ケーブル診断を実行する。具体的には、制御装置１０は、伝搬遅延の実測用データが、通信周期に基づく所定の時間内に戻ってこなければ、ケーブル診断が必要であると判定して、ケーブル診断モードを実行する。制御装置１０は、伝搬遅延の実測用データが、通信周期に基づく所定の時間内に戻って来れば、ケーブルに問題無しとする診断結果を出力する。

［帯域負荷情報を監視する］が選択されると、制御装置１０は、伝搬遅延の実測用データを送受信し、タイムスタンプを取得する。制御装置１０は、タイムスタンプから伝搬遅延時間を算出し、予め設定されている通信周期に対する割合から、帯域負荷を算出する。

これの項目は、選択の後、実行のアイコンが選択されることによって、実行される。

次に、診断結果の表示画面の一例について説明する。図６（Ａ）、図６（Ｂ）は、診断結果の表示画面の一例を示す図である。

図６（Ａ）に示すように、ならし運転中は、ならし運転の進捗状況、すなわち、選択した項目に基づく診断の進捗状況が表示される。また、ならし運転中は、現在実行している処理、現在分かっている診断結果が、進捗状況の下の領域に表示される。

図６（Ｂ）に示すように、ならし運転が終了すると、ならし運転の進捗状況（１００％完了したこと）が表示される。また、終了後は、診断結果が、進捗状況の下の領域に表示される。

このような表示を行うことによって、ユーザは、制御プログラムの設定によって、フィールドネットワーク３０がどのように動作するかを、本動作の起動前に知ることができる。これにより、制御システムの正常な起動を、より確実に実現できる。

１：制御システム
１０：制御装置
１２：演算部
３０：フィールドネットワーク
６０：情報通信用ネットワーク
６１：パーソナルコンピュータ
６２：データベース装置
１００：データバス
１０１：ＣＰＵ
１０２：メモリ
１０３：記憶媒体
１０４：送受信部
１０５：上位通信部
１１０：制御部
１２０：演算部
１２１：伝搬遅延時間測定部
１２２：監視処理実行部
１２３：診断処理実行部
１３０：通信管理部
１４０：通信ドライバ
１５０：ユーザアプリケーション処理部
１６０：上位通信ドライバ
２１１、２１２、２１３：スレーブ装置

Claims (6)

1. フィールドネットワークに対する所定の通信周期に準じたサイクリック通信を用いたデータ通信を管理する通信管理部と、
   ならし運転のプログラムを実行して、前記フィールドネットワークに送信された伝搬遅延の実測用データの受信データから伝搬遅延時間を測定し、前記伝搬遅延時間の測定結果を用いて前記フィールドネットワークの動作状態を検出する演算部と、
   前記演算部による検出結果を出力する結果出力部と、
   を備える、制御装置。
2. 前記演算部は、
   前記伝搬遅延の実測用データの受信データから前記伝搬遅延時間の測定を行う伝搬遅延時間測定部と、
   前記伝搬遅延時間から、前記フィールドネットワークの帯域負荷の監視を行う監視処理実行部と、
   を備える、請求項１に記載の制御装置。
3. 前記演算部は、
   前記伝搬遅延の実測用データの受信状態に基づいて、前記フィールドネットワークに用いられるケーブルの診断を実行する診断処理実行部を備える、
   請求項１または請求項２に記載の制御装置。
4. 前記演算部は、
   ならし運転の操作入力を受け付けると、前記フィールドネットワークの動作状態の検出処理を実行する、
   請求項１に記載の制御装置。
5. フィールドネットワークに対する所定の通信周期に準じたサイクリック通信を用いたデータ通信を管理する通信管理処理と、
   ならし運転のプログラムを実行して、前記フィールドネットワークに送信された伝搬遅延の実測用データの受信データから伝搬遅延時間を測定し、前記伝搬遅延時間の測定結果を用いて前記フィールドネットワークの動作状態を検出する演算処理と、
   前記演算処理による検出結果を出力する結果出力処理と、
   を有する、制御方法。
6. フィールドネットワークに対する所定の通信周期に準じたサイクリック通信を用いたデータ通信を管理する通信管理処理と、
   ならし運転のプログラムを実行して、前記フィールドネットワークに送信された伝搬遅延の実測用データの受信データから伝搬遅延時間を測定し、前記伝搬遅延時間の測定結果を用いて前記フィールドネットワークの動作状態を検出する演算処理と、
   前記演算処理による検出結果を出力する結果出力処理と、
   を、演算処理装置に実行させる、制御プログラム。

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