(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機器のフィールド値を取得して入力データ領域に入力値として格納する入力手段と、格納された前記入力値を読み出して演算処理した出力値を出力データ領域に格納するコントローラと、出力データ領域に格納された前記出力値を前記機器に通知する出力手段と、よりなる制御装置において、
前記入力手段及び前記出力手段に時刻を通知する時刻通知手段を備え、
前記入力手段は、前記入力値と該入力値を取得する時に前記時刻通知手段から通知される取得時刻とをセットにして前記入力データ領域に格納し、
前記コントローラは、取得時刻がセットされた入力値を前記入力データ領域から読み出し、演算処理した出力値を前記出力データ領域に格納し、
前記出力手段は、格納された前記出力値にセットされている前記取得時刻に、前記入力手段によるフィールド値の取得から前記出力手段による前記機器への出力値の通知までの最大処理時間以上である待ち時間をプラスした時刻に前記出力値を前記機器に通知する、
ことを特徴とする制御装置。
【請求項２】
前記コントローラは、前記待ち時間を設定して前記出力手段に渡す、待ち時間設定手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記コントローラは、内部に前記時刻通知手段を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記入力手段及び前記出力手段は、入力機能と出力機能とを備える入出力手段で構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機器のフィールド値を取得して入力データ領域に入力値として格納する入力手段と、格納された前記入力値を読み出して演算処理した出力値を出力データ領域に格納するコントローラと、出力データ領域に格納された前記出力値を前記機器に通知する出力手段と、よりなる制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図２は、従来技術による制御装置の構成例を示す機能ブロック図である。１はプラント、１１，１２，１３，…は、制御対象の機器である。制御装置は、入力手段２、コントローラ３、出力手段４により構成されている。
【０００３】
入力手段２は、入力ポート２１、入力処理手段２２、入力データ領域２３を備えている。入力ポート２１は、機器１１，１２，１３，…と通信して、フィールド値F_IN1,F_IN2,F_IN3・・・（以降F_INnで表記）が更新されて保持されている。
【０００４】
入力処理手段２２は、所定のサンプリング周期で入力ポート２１のフィールド値F_INnを読み出して、入力データ領域２３に入力値INnとして書き込み格納する。コントローラ３の演算手段３１は、入力手段２の入力データ領域２３から通信等を経由して読み出し取得した入力値INnをもとにPID演算等の制御演算を行ない、出力値OUTnを算出する。
【０００５】
コントローラ３は、算出した出力値OUTnを、通信等を経由して出力手段４に設けられた出力データ領域４１に書き込み格納する。出力処理手段４２は、格納された出力値OUTnを所定の読み出し周期で読み出して出力ポート４３にフィールド値F_OUTnを出力する。このフィールド値F_OUTnは、通信等を経由してプラントの機器１１，１２，１３，…に通知される。
【０００６】
入力処理手段２２がフィールド値F_INnを読み出すサンプリング周期をt1、入力処理手段２２がフィールド値F_INnを読み出して入力値INnを入力データ領域２３に格納するまでの処理時間をt2、コントローラ３の演算手段３１が入力データ領域２３の入力値INnを読み出す周期をt3とする。
【０００７】
演算手段３１が行う演算処理時間をt4、コントローラ３により算出された出力値OUTnを出力手段４の出力データ領域４１に書き込む周期をt5、出力処理手段４２が出力データ領域の出力値OUTnを読み出す周期をt6、出力処理手段４２が出力値OUTnに従いフィールド値F_OUTnを出力するまでの処理時間をt7とする。
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−１１２５１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来技術では、次のような問題点がある。
（１）入力手段２、コントローラ３、出力手段４の間で同期がとれておらず、夫々独立したタイミングで処理を行っている。そのため、フィールド値F_INnを入力手段２が読み出してから、コントローラ３、出力手段４と経由し、プラント側へフィールド値F_OUTが通知されるまでにかかるプロセス応答時間t_totalは、周期t3及び周期t6が非同期であるため、以下のようになる。
t_total = t2 + (0〜t3) + t4 + t5 + (0〜t6) + t7
= t2 + t4 + t7 〜 t2 + t3 + t4 + t5 + t6 + t7
つまり、最短で（t2 + t4 + t5 + t7）、最長で（t2 + t3 + t4 + t5 + t6 + t7）となり、t_totalは大きく揺らぐことになる。
【００１０】
従来の制御装置で対応していたプロセスは、比較的応答が遅くてもよいプロセスであったため、この揺らぎは無視できる範囲であった。しかし、応答の速いシステム、例えばガスタービンの回転数制御等に適用させようとした場合、この揺らぎのために制御が不安定になってしまう。
【００１１】
（２）そこで、入力サンプリング及びコントローラ、入力手段、出力手段間のサンプリングを高速化し、非同期による揺らぎの影響を小さくするという解決策がある。しかし、この場合、サンプリングの高速化は非常に困難である。
【００１２】
即ち、コントローラ、入力手段、出力手段間のデータ転送を、通信ではなく専用プロセッサを搭載して実施する等の対策が必要となり、既存の資源を流用することができず、製品のコストアップにつながってしまう。
【００１３】
（３）また、コントローラから入力手段、出力手段へ同期信号を伝送し、その同期信号のタイミングに基づいて入力値を取得、あるいは出力値を通知することにより同期をとるという解決策が特許文献１に開示されている。しかし、同期信号による処理環境を新たに追加する必要があり、これも既存の資源を流用することができない。
【００１４】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、既存の資源を流用し、コントローラ、入力手段、出力手段間の同期の揺らぎを解消した制御装置を実現することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
このような課題を達成するために、本発明は次の通りの構成になっている。
（１）機器のフィールド値を取得して入力データ領域に入力値として格納する入力手段と、格納された前記入力値を読み出して演算処理した出力値を出力データ領域に格納するコントローラと、出力データ領域に格納された前記出力値を前記機器に通知する出力手段と、よりなる制御装置において、
前記入力手段及び前記出力手段に時刻を通知する時刻通知手段を備え、
前記入力手段は、前記入力値と該入力値を取得する時に前記時刻通知手段から通知される取得時刻とをセットにして前記入力データ領域に格納し、
前記コントローラは、取得時刻がセットされた入力値を前記入力データ領域から読み出し、演算処理した出力値を前記出力データ領域に格納し、
前記出力手段は、格納された前記出力値にセットされている前記取得時刻に、前記入力手段によるフィールド値の取得から前記出力手段による前記機器への出力値の通知までの最大処理時間以上である待ち時間をプラスした時刻に前記出力値を前記機器に通知する、
ことを特徴とする制御装置。
【００１６】
（２）前記コントローラは、前記待ち時間を設定して前記出力手段に渡す、待ち時間設定手段を備えることを特徴とする（１）に記載の制御装置。
【００１８】
（３）前記コントローラは、内部に前記時刻通知手段を備えることを特徴とする（１）又は（２）に記載の制御装置。
【００１９】
（４）前記入力手段及び前記出力手段は、入力機能と出力機能とを備える入出力手段で構成されていることを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載の制御装置。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
（１）本発明によれば、フィールド値F_INnを入力手段が読み出してから、コントローラ、出力手段と経由し、プラント側へフィールド値F_OUTnが通知されるまでにかかるプロセス応答時間t_totalは、以下のようになる。
t_total = T_REACT(T_REACT ≧(t2 + t3 + t4 + t5 + t6 + t7)
つまり、t_totalの揺らぎは解消され、入力手段、コントローラ、出力手段間の同期がとれるため、応答の速いプロセスに対しても適用可能となる。
【００２１】
（２）また、本発明では、コントローラ側が単に入力手段側から読み出した取得時刻TnをそのままOUTnとセットにして出力手段へ通知するという処理を追加するだけでよく、同期機能追加のための修正は最小限であるにもかかわらず、プロセス応答時間の揺らぎを解消することが可能である。
【００２２】
（３）本発明は、ソフトウェアの修正のみであり、製品に使用される部品数も増やす必要がないため、既存の資源を流用し低コストで実現可能である。
【００２３】
（４）更に、システム全体としてのプロセス応答管理について考えてみる。従来技術では、コントローラ側に時間管理機能が付加されているため、コントローラがプロセス応答を管理する（入力時刻をもとに、出力して欲しい時刻を管理する）ことができる。従って、システム全体としてプロセス応答を管理することができる。
【００２４】
一方、本発明では、入力手段、出力手段側に時間管理機能を付加することにより、一見コントローラからのプロセス応答の管理が不可能なようにも思える。しかし、待ち時間であるT_REACTは、コントローラから設定可能であり、コントローラがT_REACTを管理することによりプロセス応答を管理可能である。従って、従来技術と同様、システムとしてプロセス応答の管理が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明を図面により詳細に説明する。図１は本発明を適用した制御装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。図２で説明した従来技術による制御装置と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。
【００２６】
図１において、２００は入力手段、３００はコントローラ、４００は出力手段である。これら要素は、基本的には、図２で説明した入力手段２、コントローラ３、出力手段４と同一の機能を備える。
【００２７】
入力手段２００において、２０１は入力ポート、２０２は入力処理手段、２０３は入力データ領域である。各要素の基本機能は、図２で説明した入力手段２の各要素と同一である。同様に、コントローラ３００の演算手段３０１の基本機能は、図２で説明したコントローラ３の演算手段３１と同一である。
【００２８】
同様に、出力手段４００において、４０１は出力データ領域、４０２は出力処理手段、４０３は出力ポートである。各要素の基本機能は、図２で説明した出力手段４の各要素と同一である。
【００２９】
コントローラ３００において、３０２は本発明の特徴部を形成する時刻通知手段であり、入力手段２００及び出力手段４００に対して時刻T1…を通知する機能を持つ。この時刻通知手段は、コントローラ３００が備える既存の資源（内部時計信号）を利用して容易に実現可能である。
【００３０】
時刻通知手段３０２から時刻を通知される入力手段２００の入力処理手段２０２は、入力ポート２０１からフィールド値F_INnを読み出し、その読み出したときの通知時刻Tnを入力値INnとセットにして入力データ領域２０３に書き込み、格納する。
【００３１】
コントローラ３００は、入力手段２００の入力データ領域２０３から通信等を経由して取得した入力値INnをもとにPID演算等の制御演算を行ない、入力手段２００から取得した通知時刻Tnをセットにした出力値OUTnを算出し、出力手段４００の出力データ領域４０１へ書き込み、格納する。
【００３２】
コントローラ３００において、３０３は待ち時間設定手段であり、任意に設定可能な待ち時間T_REACTを、出力手段４００に渡す。この待ち時間T_REACTは、T_REACT ≧(t2 + t3 + t4 + t5 + t6 + t7)の条件を満足する定数で与えられる。
【００３３】
従って、プラント側へフィールド値F_OUTnが通知されるまでにかかるプロセス応答時間t_totalは、t_total = T_REACTとなり、t_totalの揺らぎは解消される。この待ち時間設定手段も、コントローラ３００が備える既存の資源（内部時計信号）を利用して容易に実現可能である。
【００３４】
待ち時間T_REACTを取得した出力手段４００は、コントローラ３００から出力データ領域４０１へ書き込まれた出力値OUTn及び通知時刻Tnをもとに、出力処理手段４０２に設けられた待ち時間処理手段４０４により、通知時刻Tnに待ち時間T_REACTをプラスした時刻(Tn＋T_REACT)に出力ポート４０３にフィールド値F_OUTnを出力する。
【００３５】
図において、出力ポート４０３におけるフィールド値であるF_OUT1@T10の意味は、通知時刻T1がセットされたフィールド値F_OUT1@T10が、T10=T1+T_REACTの時刻にプラント側に通知されることを示している。他のフィールド値についても同様である。
【００３６】
本発明と従来技術との構成上の差異をまとめると、本発明では、
（１）入力手段と出力手段とに時刻を通知する時刻通知手段を備えること、
（２）入力手段が入力値INnと通知時刻Tnをセットで入力データ領域に格納すること、
（３）コントローラが、入力手段から得た入力値INnとセットの通知時刻Tnを、出力値OUTnに付加して出力手段の出力データ領域に書き込む機能を持つこと、
（４）出力手段が、コントローラから書き込まれた出力値OUTnと通知時刻Tnから、通知時刻Tnにプラスされるあらかじめ決まった時刻（T_REACT）を加算した時刻に、フィールド値F_OUTnをプラントに通知するという機能を持つこと、
である。
【００３７】
以上説明した実施形態では、時刻通知手段３０２は、既存資源の利用という目的からコントローラ３００内に設けた例を示したが、コントローラ３００外に独立して設けてもよいし、コントローラ−３００と入力手段２００、出力手段４００間の通信手段内に持つ形態でもよい。
【００３８】
更に実施形態では、同時多点入力同時多点出力について説明しているが、もちろん、１点入力１点出力でもよいし、多点同時入力１点出力、１点入力多点同時出力、あるいは１点入力多点非同時出力（この場合、待ち時間T_REACTは夫々の出力タイミングに従い複数必要である）でもよい。
【００３９】
更に実施形態では、入力手段２００及び出力手段４００は、独立の手段として説明しているが、これらを入力機能と出力機能を持つ入出力手段として一体に形成したものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明を適用した制御装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。
【図２】従来技術による制御装置の構成例を示す機能ブロック図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  プラント
１１，１２，１３，…機器
２００  入力手段
２０１  入力ポート
２０２  入力処理手段
２０３  入力データ領域
３００  コントローラ
３０１  演算手段
３０２  時刻通知手段
３０３  待ち時間設定手段
４００  出力手段
４０１  出力データ領域
４０２  出力処理手段
４０３  出力ポート
４０４  待ち時間処理手段
【図１】
0004577233.tif 000002
【図２】
0004577233.tif 000003