(57)【要約】      （修正有）【課題】複数のフィールドコントローラにおける制御演算の同時性と継続性の両立を図ることができる分散型制御システムを提供する。【解決手段】Ｔｉｃｋ調整部２４は、フィールドコントローラ２Ａの制御時計２１ａの時刻を、制御ネットワーク５を介して得られるネットワーク時刻に応じて調整する。制御時計２１ａの時刻が遅れた場合には、本来の制御周期よりも短い制御周期となるため、徐々に制御スキャンのタイミングが早まり、停電がなかった場合の制御状態に追いつく。制御時計２１ａが示す時刻と、ネットワーク時計２３が示す時刻とが一致すれば、制御周期を本来の制御周期Ｔに戻す。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のフィールドコントローラが制御ネットワークを介して接続された分散型制御システムにおいて、
個々の前記フィールドコントローラに設けられ、当該フィールドコントローラにおける制御のタイミングを規定する制御時計と、
個々の前記フィールドコントローラに設けられ、当該フィールドコントローラの前記制御時計の時刻を、前記制御ネットワークを介して得られる前記ネットワーク時刻に応じて調整する調整手段と、
を備えることを特徴とする分散型制御システム。
【請求項２】
前記調整手段は、前記制御時計の時刻を前記時刻送信手段により送信されてきた前記ネットワーク時刻に一致させることを特徴とする請求項１に記載の分散型制御システム。
【請求項３】
前記調整手段は、前記制御時計の進行速度を変更することで、前記制御時計の時刻をその連続性を保持しつつ前記ネットワーク時刻に一致させることを特徴とする請求項２に記載の分散型制御システム。
【請求項４】
前記調整手段は、前記制御時計の時刻と前記時刻送信手段により送信されてきた前記ネットワーク時刻との時間差が小さい場合には前記進行速度を変更することで前記制御時計の時刻をその連続性を保持しつつ前記ネットワーク時刻に一致させ、前記時間差が大きい場合には前記制御時計の時刻を非連続的に前記ネットワーク時刻に切り替えることを特徴とする請求項３に記載の分散型制御システム。
【請求項５】
前記調整手段は、前記進行速度を変更する際に、前記進行速度を規定するタイマクロック信号の周波数を変更することを特徴とする請求項３または４に記載の分散型制御システム。
【請求項６】
前記調整手段は、前記進行速度の変更前の周波数のタイマクロック信号と、前記進行速度の変更後の周波数のタイマクロック信号とを、位相差を生じさせないタイミングで切り替えることを特徴とする請求項５に記載の分散型制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のフィールドコントローラが制御ネットワークを介して接続された分散型制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
プラント内のフィールド機器を、プラント内に分散配置されたフィールドコントローラを介して制御する分散型制御システムでは、エンジニアリングステーション、操作監視装置、フィールドコントローラなど、複数の機器が制御ネットワークを介して接続される。複数のフィールドコントローラ間では他のフィールドコントローラのプロセスデータを制御ネットワーク経由で受け取り、自らのフィールドコントローラでの制御演算に使用することができる。このような制御演算（制御スキャン）は、フィールドコントローラごとに一定周期で実行される。
【特許文献１】特開２００６−２７６９５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
フィールドコントローラにおける制御演算は電源投入後速やかに開始される。そのため、複数のフィールドコントローラが存在する場合には、電源投入のタイミングにより個々のフィールドコントローラにおける制御演算のタイミングは異なる。
【０００４】
フィールドコントローラ間で制御演算のタイミングを揃えることができれば、全体としての演算速度も高まり安定した制御が可能となる。このため、ネットワーク時刻を基準としてすべてのフィールドコントローラにおける制御演算を同期して実行することも考えられる。しかし、同時に、フィールドコントローラにおける制御演算では、個々の制御演算ごとの演算の継続性も要求される。例えば、特定のフィールドコントローラで瞬間的な停電が発生した場合、復電後には中断された制御演算の続きから演算を再開する必要がある。しかし、ネットワーク時刻を基準として制御演算を実行しようとすれば、このような制御演算の継続性が失われてしまう。
【０００５】
本発明の目的は、複数のフィールドコントローラにおける制御演算の同時性と継続性の両立を図ることができる分散型制御システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の分散型制御システムは、複数のフィールドコントローラが制御ネットワークを介して接続された分散型制御システムにおいて、個々の前記フィールドコントローラに設けられ、当該フィールドコントローラにおける制御のタイミングを規定する制御時計と、個々の前記フィールドコントローラに設けられ、当該フィールドコントローラの前記制御時計の時刻を、前記制御ネットワークを介して得られる前記ネットワーク時刻に応じて調整する調整手段と、を備えることを特徴とする。
この分散型制御システムによれば、フィールドコントローラの制御時計の時刻を、制御ネットワークを介して得られるネットワーク時刻に応じて調整するので、複数のフィールドコントローラにおける制御演算の同時性と継続性の両立を図ることができる。
【０００７】
前記調整手段は、前記制御時計の時刻を前記時刻送信手段により送信されてきた前記ネットワーク時刻に一致させてもよい。
【０００８】
前記調整手段は、前記制御時計の進行速度を変更することで、前記制御時計の時刻をその連続性を保持しつつ前記ネットワーク時刻に一致させてもよい。
【０００９】
前記調整手段は、前記制御時計の時刻と前記時刻送信手段により送信されてきた前記ネットワーク時刻との時間差が小さい場合には前記進行速度を変更することで前記制御時計の時刻をその連続性を保持しつつ前記ネットワーク時刻に一致させ、前記時間差が大きい場合には前記制御時計の時刻を非連続的に前記ネットワーク時刻に切り替えてもよい。
【００１０】
前記調整手段は、前記進行速度を変更する際に、前記進行速度を規定するタイマクロック信号の周波数を変更してもよい。
【００１１】
前記調整手段は、前記進行速度の変更前の周波数のタイマクロック信号と、前記進行速度の変更後の周波数のタイマクロック信号とを、位相差を生じさせないタイミングで切り替えてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の分散型制御システムによれば、フィールドコントローラの制御時計の時刻を、制御ネットワークを介して得られるネットワーク時刻に応じて調整するので、複数のフィールドコントローラにおける制御演算の同時性と継続性の両立を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明による分散型制御システムの一実施形態について説明する。
【００１４】
図１は、本実施形態の分散型制御システムの構成を示すブロック図である。
【００１５】
図１に示すように、本実施形態の分散型制御システムは、プラントに分散配置されたフィールドコントローラ２Ａ，２Ｂ，・・・と、フィールドコントローラ２Ａ，２Ｂ，・・・を介してプラントのフィールド機器群を操作、監視する操作監視装置３と、を備える。フィールドコントローラ２Ａ，２Ｂ，・・・および操作監視装置３は、互いに制御ネットワーク５により接続されている。
【００１６】
図１に示すように、フィールドコントローラ２Ａ，２Ｂ，・・・には、フィールド制御機能を有する制御部２１と、通信バス５を介する通信機能を有する通信部２２と、ネットワーク時刻を管理するためのネットワーク時計２３と、制御部２１における制御のタイミングを規定する制御時計２１ａにＴｉｃｋ（タイマクロック）信号を与えるＴｉｃｋ調整部２４と、を備える。
【００１７】
図１において、フィールドコントローラ２Ｂは時刻マスターとして機能し、制御ネットワーク５に接続される機器のネットワーク時刻は、フィールドコントローラ２Ｂのネットワーク時計２３に基づいて設定される。フィールドコントローラ２Ｂのネットワーク時計２３の時刻（ネットワーク時刻）は、フィールドコントローラ２Ｂの通信部２２によって、制御ネットワーク５を介して送信される。制御ネットワーク５に接続されたフィールドコントローラ２Ａ等の他の機器は、制御ネットワーク５を介して受信されるネットワーク時刻に基づいて自らのネットワーク時計を進める。
【００１８】
図２は、フィールドコントローラ２Ａの起動時に実行される制御部２１によるフィールドコントローラ２Ａ内の制御時計２１ａの調整手順を示すフローチャートである。図２の手順は、例えば、停電により動作が停止していたフィールドコントローラ２Ａが、復電により起動した際に開始される。停電等に際して、フィールドコントローラ２Ａの制御時計２１ａは停止するが、通信が継続しているためにネットワーク時計２３の計時は継続している場合などがあり、復電時に制御時計２１ａとネットワーク時計２３との間でずれを生ずる可能性がある。以下の手順では、このような時計間のずれを解消している。
【００１９】
図２のステップＳ１では、復電による起動した際に、フィールドコントローラ２Ａの制御時計２１ａが示す時刻と、フィールドコントローラ２Ａのネットワーク時計２３が示す時刻とを比較し、その差分Δｔが閾値Ｔよりも大きいか否か判断する。ステップＳ１の判断が肯定されればステップＳ２へ進み、否定されればステップＳ３へ進む。
【００２０】
ステップＳ２では、ネットワーク時計２３が示す時刻に制御時計２１ａを合わせるように制御時計２１ａの時刻を進め（時刻を切り替え）、処理を終了する。この場合には、制御部２１は停電前に中断していた制御の残りを継続的に実行せず、制御時計２１ａにより生成されるタイミングに合わせて新たな制御スキャンを最初から実行する。また、制御時計２１ａには、ネットワーク時計２３により得られるＴｉｃｋ信号が与えられる。
【００２１】
一方、ステップＳ３では、制御部２１は停電前に中断していた制御の残りを継続的に実行し、残りの制御が終了するのを待って、ステップＳ４へ進む。
【００２２】
ステップＳ４では、制御時計２１ａに与えられる信号を、ネットワーク時計２３により得られるＴｉｃｋ信号ではなく、Ｔｉｃｋ調整部２４により得られるＴｉｃｋ出力信号とする。これにより、制御時計２１ａの進行速度が速まり、制御スキャンの周期（制御周期）が短くなる。この場合には、制御部２１は停電前に中断していた制御の残りを継続的に実行し、次の制御周期で新たな制御スキャンに移行する。
【００２３】
次に、ステップＳ５では、フィールドコントローラ２Ａの制御時計２１ａが示す時刻と、フィールドコントローラ２Ａのネットワーク時計２３が示す時刻とを比較し、両者が一致するか否か判断する。ステップＳ５の判断が肯定されればステップＳ６へ進み、否定されればステップＳ４を繰り返す。
【００２４】
ステップＳ６では、制御時計２１ａに与える信号をネットワーク時計２３から得られるＴｉｃｋ信号に戻して処理を終了する。これにより、制御時計２１ａの進行速度が元の速度となり、制御周期は通常の長さに戻る。
【００２５】
図３は、制御周期の変更により制御スキャンのタイミングを合わせる様子を示す図である。
【００２６】
図３に示すように、制御時計２１ａが示す時刻と、ネットワーク時計２３が示す時刻との差分Δｔが閾値Ｔよりも大きくない場合（ステップＳ１の判断が否定された場合）には、停電期間の終了後に、中断していた制御の残りを実行する（ステップＳ３）。
【００２７】
復電後には、本来の制御周期Ｔよりも短い制御周期Ｔ１となるため、徐々に制御スキャンのタイミングが早まり、停電がなかった場合の制御状態に追いつく。制御時計２１ａが示す時刻と、ネットワーク時計２３が示す時刻とが一致すれば、制御周期を本来の制御周期Ｔに戻す（ステップＳ６）。このようにして、制御ネットワーク５に接続された他の機器との間で制御のタイミングを一致させることができる。
【００２８】
図４はＴｉｃｋ調整部２４の構成例を示すブロック図である。
【００２９】
この例では、Ｔｉｃｋ調整部２４は、ネットワーク時計２３からのＴｉｃｋ入力信号を受けて、Ｔｉｃｋ入力信号よりも周波数の高い模擬Ｔｉｃｋ出力信号を生成する模擬Ｔｉｃｋ生成部２４ａと、Ｔｉｃｋ入力信号および模擬Ｔｉｃｋ出力信号の位相差を検出するための比較器２４ｂと、制御時計２１ａに与える信号としてＴｉｃｋ入力信号および模擬Ｔｉｃｋ出力信号のいずれか１つを選択するセレクタ２４ｃとを備える。
【００３０】
図５は、制御時計２１ａに与える信号としてＴｉｃｋ入力信号および模擬Ｔｉｃｋ出力信号を切り替える際のＴｉｃｋ調整部２４の動作を示すタイミングチャートである。
【００３１】
図５に示すように、比較器２４ｂはＴｉｃｋ入力信号および模擬Ｔｉｃｋ出力信号の位相が一致するタイミングで、セレクタ２４ｃに与える選択信号を切り替える。このため、周波数の変更時にＴｉｃｋ出力信号の波形に乱れが発生することがなくなり、制御時計２１ａの進行速度をスムーズに調整できる。
【００３２】
なお、制御時計の時刻がネットワーク時計の時刻よりも進んでいる場合には、制御周期を本来の周期よりも長くすることで、同様に制御のタイミングを調整することができる。
【００３３】
制御周期の変更幅は、例えば、本来の制御周期Ｔの０．５％程度とすることができる。
【００３４】
以上のように、本実施形態の分散型制御システムによれば、複数のフィールドコントローラをネットワーク時刻に同期させることができるため、フィールドコントローラ間における制御の揺らぎを抑え、安定した制御処理を継続させることができる。とくに、制御時計とネットワーク時計の時刻の差分が小さい場合には、制御演算の継続性を保持しつつ制御のタイミングをネットワーク時刻に合わせることができるため、停電回復時における制御の継続性が要求される場合に効果的である。
【００３５】
上記実施形態では、起動後に制御時計を調整する例を示したが、本発明はなんらかの原因で制御時計とネットワーク時計との間にずれを生じた場合に対し、広く適用できる。
【００３６】
また、フィールドコントローラ２Ｂを時刻マスターとして用いた例を示したが、制御ネットワークに接続された任意の機器を時刻マスターとして使用できる。
【００３７】
また、本発明は、フィールドコントローラを二重化する場合にも適用できる。この場合、制御側および待機側として機能する２つの装置（ＣＰＵ）にそれぞれ制御時計を持たせることもできる。
【００３８】
本発明の適用範囲は上記実施形態に限定されることはない。本発明は、複数のフィールドコントローラが制御ネットワークを介して接続された分散型制御システムに対し、広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】一実施形態の分散型制御システムの構成を示すブロック図。
【図２】制御時計の調整手順を示すフローチャート。
【図３】制御周期の変更により制御スキャンのタイミングを合わせる様子を示す図。
【図４】Ｔｉｃｋ調整部の構成例を示すブロック図。
【図５】Ｔｉｃｋ調整部の動作を示すタイミングチャート。
【符号の説明】
【００４０】
５      制御ネットワーク
２Ａ    フィールドコントローラ
２Ｂ    フィールドコントローラ
２１ａ  制御時計
２４    Ｔｉｃｋ調整部（調整手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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