(57)【要約】【課題】高速スキャンが要求される制御タスクに対応可能なフィールド制御装置およびフィールド制御方法を提供する。【解決手段】タスク実行手段２１は、同一の制御周期内でフィールド制御に関する制御タスクおよび他のタスクを順次、選択的に実行する。プライオリティ切替手段２２は、タスク実行手段２１におけるタスクの実行順序について、制御周期内で制御タスクの他のタスクに対する相対的なプライオリティを切り替える。遅延タイマ２３は、プライオリティを切り替える割り込みをハードウェアとして与える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一の制御周期内でフィールド制御に関する制御タスクおよび他のタスクを順次、選択的に実行するタスク実行手段を備えるフィールド制御装置において、
前記タスク実行手段におけるタスクの実行順序について、前記制御周期内で前記制御タスクの前記他のタスクに対する相対的なプライオリティを切り替えるプライオリティ切替手段を備え、
前記プライオリティ切替手段は、前記制御タスクの開始前に前記プライオリティを高く、前記制御タスクの終了後に前記プライオリティを低くすることを特徴とするフィールド制御装置。
【請求項２】
前記プライオリティ切替手段は、前記制御タスクを実行する当該制御周期の開始前に予め前記プライオリティを高くすることを特徴とする請求項１に記載のフィールド制御装置。
【請求項３】
前記プライオリティ切替手段は、前記制御周期を定める定周期タイマのタイミングから一定時間経過後に前記プライオリティを高くすることを特徴とする請求項２に記載のフィールド制御装置。
【請求項４】
前記プライオリティ切替手段は、外部割り込みのマスクにより前記プライオリティを高くすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のフィールド制御装置。
【請求項５】
同一の制御周期内でフィールド制御に関する制御タスクおよび他のタスクを順次、選択的に実行するフィールド制御方法において、
タスクの実行順序について、前記制御タスクの開始前に、前記制御タスクの前記他のタスクに対する相対的なプライオリティを高くするステップと、
前記制御タスクの終了後に前記プライオリティを低くするステップと、
を備えることを特徴とするフィールド制御方法。
【請求項６】
前記プライオリティを高くするステップでは、前記制御タスクを実行する当該制御周期の開始前に予め前記プライオリティを高くすることを特徴とする請求項５に記載のフィールド制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同一の制御周期内でフィールド制御に関する制御タスクおよび他のタスクを順次、選択的に実行するフィールド制御装置およびフィールド制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フィールドコントローラでは、制御演算を実行する機能の最小単位をブロックと呼び、複数の種類のブロックが存在する。複数の種類のブロックを組み合わせるとともに、外部からのデータ入力および外部へのデータ出力を組み合わせることで、制御実行機能を実現している。制御実行機能を一定の周期（スキャン周期）で繰り返し実行することで制御対象を制御している。スキャン周期は制御対象の変化の速さに応じてその長さを設定しており、急激に変化するものほど高速スキャン周期での制御が必要となる。したがって、制御対象に応じて複数のスキャン周期による制御タスク（制御に必要な演算を実行するタスク）が存在することになる。また、フィールドコントローラには外部からの要求（割り込み）に応じた機能や制御実行機能以外の機能も割り当てられており、これらの機能をリアルタイム（ソフトリアルタイム）に動作させる必要がある。
【０００３】
このような複数の機能を実行できるように、フィールドコントローラでは各機能の実行順序を規定するためのプライオリティが予め定められている。通常、高度のリアルタイム性が要求されるタスクや外部割込みは制御タスクよりもプライオリティが高く設定される。
【特許文献１】特開２００６−１６３７３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
外部割込みやプライオリティの高いタスクの影響で、制御タスクの開始に遅れが生じる。遅れの有無や遅れの時間にはばらつきがあるため、スキャンの開始にずれが生じるが、プライオリティの高い機能ほど処理時間は短く設計されているため、制御の揺らぎ（ジッタ）は制御性に影響を与えない程度に抑制される。
【０００５】
しかし、制御タスクについてより高速なスキャン（例えば、１０ｍｓ周期のスキャン）が要求される場合、従来の方式では制御の揺らぎ（ジッタ）が制御に悪影響を与える可能性があり、場合によってはスキャン周期の１周期分の処理が抜け落ちる（スキャン抜けになる）ことも考えられる。したがって、安定した制御ができない状態となってしまう。
【０００６】
本発明の目的は、高速スキャンが要求される制御タスクに対応可能なフィールド制御装置およびフィールド制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のフィールド制御装置は、同一の制御周期内でフィールド制御に関する制御タスクおよび他のタスクを順次、選択的に実行するタスク実行手段を備えるフィールド制御装置において、前記タスク実行手段におけるタスクの実行順序について、前記制御周期内で前記制御タスクの前記他のタスクに対する相対的なプライオリティを切り替えるプライオリティ切替手段を備え、前記プライオリティ切替手段は、前記制御タスクの開始前に前記プライオリティを高く、前記制御タスクの終了後に前記プライオリティを低くすることを特徴とする。
このフィールド制御装置によれば、タスクの実行順序について、制御タスクの開始前に、制御タスクの他のタスクに対する相対的なプライオリティを高くするとともに、制御タスクの終了後に前記プライオリティを低くするので、制御タスクにおける制御の揺らぎ（ジッタ）を効果的に抑制できる。
【０００８】
前記プライオリティ切替手段は、前記制御タスクを実行する当該制御周期の開始前に予め前記プライオリティを高くしてもよい。
【０００９】
前記プライオリティ切替手段は、前記制御周期を定める定周期タイマのタイミングから一定時間経過後に前記プライオリティを高くしてもよい。
【００１０】
前記プライオリティ切替手段は、外部割り込みのマスクにより前記プライオリティを高くしてもよい。
【００１１】
本発明のフィールド制御方法は、同一の制御周期内でフィールド制御に関する制御タスクおよび他のタスクを順次、選択的に実行するフィールド制御方法において、タスクの実行順序について、前記制御タスクの開始前に、前記制御タスクの前記他のタスクに対する相対的なプライオリティを高くするステップと、前記制御タスクの終了後に前記プライオリティを低くするステップと、を備えることを特徴とする。
【００１２】
このフィールド制御方法によれば、タスクの実行順序について、制御タスクの開始前に、制御タスクの他のタスクに対する相対的なプライオリティを高くするとともに、制御タスクの終了後に前記プライオリティを低くするので、制御タスクにおける制御の揺らぎ（ジッタ）を効果的に抑制できる。
【００１３】
前記プライオリティを高くするステップでは、前記制御タスクを実行する当該制御周期の開始前に予め前記プライオリティを高くしてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のフィールド制御装置によれば、タスクの実行順序について、制御タスクの開始前に、制御タスクの他のタスクに対する相対的なプライオリティを高くするとともに、制御タスクの終了後に前記プライオリティを低くするので、制御タスクにおける制御の揺らぎ（ジッタ）を効果的に抑制できる。
【００１５】
本発明のフィールド制御方法によれば、タスクの実行順序について、制御タスクの開始前に、制御タスクの他のタスクに対する相対的なプライオリティを高くするとともに、制御タスクの終了後に前記プライオリティを低くするので、制御タスクにおける制御の揺らぎ（ジッタ）を効果的に抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図１〜図４を参照して、本発明によるフィールド制御装置の一実施形態について説明する。
【００１７】
図１は、本実施形態のフィールド制御装置が適用される分散型制御システムの構成を示すブロック図である。
【００１８】
図１に示すように、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２，２，・・・と、フィールドコントローラ２，２，・・・を介して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。
【００１９】
フィールドコントローラ２は、フィールド制御に関する制御タスクおよび他のタスクを順次、選択的に実行するタスク実行手段２１と、タスク実行手段２１におけるタスクの実行順序について、制御周期内で制御タスクの他のタスクに対する相対的なプライオリティを切り替えるプライオリティ切替手段２２と、プライオリティを切り替える割り込みをハードウェアとして与える遅延タイマ２３と、を構成する。
【００２０】
フィールドコントローラ２には、フィールド機器との間の通信を実行するための入出力モジュール群が実装される。図１には、センサ１１からのプロセスデータを受けるため入力モジュール４１と、センサ１１からのデータに応じてバルブ１２に操作データを出力するための出力モジュール４２のみを示している。
【００２１】
次に、コントローラ２の動作について説明する。
【００２２】
図２はフィールドコントローラ２におけるプライオリティの切り替えに関する動作を示すフローチャート、図３はタスク実行手段２１の動作例を示すタイミングチャートである。
【００２３】
図２の動作は、タスク実行手段２１における制御の開始に伴って開始される。図３において、時刻ｔ０から時刻ｔ１まで、および時刻ｔ１〜時刻ｔ２までが、それぞれ制御周期を示している。
【００２４】
図２のステップＳ１では、制御タスクにおける「高速スキャン」のプライオリティをプライオリティ初期値に設定する。このプライオリティ初期値は「レベル１」の外部割込みのプライオリティよりも高い値にされている。
【００２５】
図４（ａ）は、「高速スキャン」のプライオリティをプライオリティ初期値に設定した状態での各タスクのプライオリティを示している。図４（ａ）に示すように、この状態では制御タスクのうち「高速スキャン」の優先順位が、「プライオリティの高いタスク」および「レベル１」の外部割込みよりも上位にある。
【００２６】
次に、ステップＳ２では、制御周期の開始を示す「レベル２」の割り込み（図３の時刻ｔ０あるいは時刻ｔ１）に応じて、遅延タイマ２３をセットする。遅延タイマ２３は、制御周期の開始から一定時間経過後に割り込みを与える。
【００２７】
次にステップＳ３では、制御タスクの「高速スキャン」が開始されるのを待って、ステップＳ４へ進む。この「高速スキャン」は、「レベル２」の外部割込み終了時（例えば、図３の時刻ｔ０１あるいは時刻ｔ１１）に開始される。
【００２８】
ステップＳ４では、制御タスクのステータスをレディとし、「レベル１」の割り込みをマスクする。これにより、「レベル１」の割り込みに相当するＩＯ（入出力）割り込みなどの優先度が低く多量に発生する可能性のある割り込みを排除している。
【００２９】
次に、ステップＳ５では、制御タスクの「高速スキャン」が終了（図３の時刻ｔ０２あるいは時刻ｔ１２）するのを待って、ステップＳ６へ進む。なお、図３における時刻ｔ０１から時刻ｔ０２まで、あるいは時刻ｔ１１から時刻ｔ１２までが、高速スキャン１周期分の演算期間に相当する。例えば、図３に示すように、センサ１１からのプロセスデータに基づいてバルブ１２を制御する（図１）。
【００３０】
ステップＳ６では、「レベル１」の割り込みのマスクを解除する。
【００３１】
同時に、ステップＳ７では、制御タスクにおける「高速スキャン」のプライオリティを制御タスクにおける「低速スキャン」および「中速スキャン」に順じた優先順位まで低下させる。図４（ｂ）は、「高速スキャン」のプライオリティを低下させた状態における各タスクの優先順位を示している。図４（ｂ）に示すように、この状態では、制御タスクにおける「高速スキャン」のプライオリティは「レベル１」の外部割込みおよび「プライオリティの高いタスク」よりも低位にある。
【００３２】
ステップＳ８では、遅延タイマ２３による割り込み（図３の時刻ｔ０３あるいは時刻ｔ１３）を待って、ステップＳ９へ進む。
【００３３】
ステップＳ９では、制御タスクにおける「高速スキャン」のプライオリティをプライオリティ初期値に設定する。このプライオリティ初期値は「レベル１」の外部割込みのプライオリティよりも高い値にされている。この処理はステップＳ１と同じである。図４（ａ）に示すように、この状態では制御タスクのうち「高速スキャン」の優先順位が、「プライオリティの高いタスク」および「レベル１」の外部割込みよりも上位にある。
【００３４】
ステップＳ１０では、制御タスクにおける「高速スキャン」が即座に開始できる状態まで処理が進むのを待って、ステップＳ１１へ進む。
【００３５】
ステップＳ１１では、制御タスクのステータスをサスペンド状態にして、ステップＳ２へ戻る。
【００３６】
なお、図３に示す動作は、フィールドコントローラ２による制御を二重化した場合の制御側ＣＰＵの動作例を示しており、「レベル３」の割り込みは待機側ＣＰＵとの間の通信に関わるものである。ただし、本発明の適用範囲は二重化制御を行う場合に限定されるものではない。
【００３７】
このように、本実施形態のフィールド制御装置によれば、割り込み等によるスキャンの揺らぎが抑制されるため、スキャン抜けが発生することのない高速スキャン（例えば、１０ｍｓ周期のスキャン）による制御が可能となる。これにより、タービン等の高速、かつ高度の制御性が要求される場合にも、フィールドコントローラ２による直接制御が可能となる。
【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、同一の制御周期内でフィールド制御に関する制御タスクおよび他のタスクを順次、選択的に実行するフィールド制御装置およびフィールド制御方法に対し、広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】一実施形態のフィールド制御装置が適用される分散型制御システムの構成を示すブロック図。
【図２】フィールドコントローラ２におけるプライオリティの切り替えに関する動作を示すフローチャート。
【図３】タスク実行手段の動作例を示すタイミングチャート。
【図４】各タスクのプライオリティを示す図であり、（ａ）は「高速スキャン」のプライオリティをプライオリティ初期値に設定した状態でのプライオリティを示す図、（ｂ）は「高速スキャン」のプライオリティを低下させた状態でのプライオリティを示す図。
【符号の説明】
【００４０】
２１    タスク実行手段
２２    プライオリティ切替手段
【図１】
2010160713.tif 000003
【図２】
2010160713.tif 000004
【図３】
2010160713.tif 000005
【図４】
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