計測自動制御学会東北支部第17呂回研究集会〔1998，11．20）
資料番号17昌一2

TCP／lPによる計測・制御ネットワークシステムに関する提案

Aproposa）ofmeasurement／controIsystembasedon
TCP／IPnetwork
O高樋昌k，尾形直秀貴，平山和弘お，本田修啓★
Tak且日hiTAEAHI★，NaohideOGATA＊，

Ka2：uhiroHIRAYAMA＊，NaohiroHONDA＊
青福島県ハイテクプラザ★FukushimaTechnologyCentre
キーワード：TCPIIP，ネットワークコンピュータ（Network Computer）．GPIB．
リモート計測（Remote Measurement）
連絡先：〒963−0215郡山市待池台1−12福島県ハイテクプラザ応用技術部電子応用科
高樋昌，Tel・：（0249）59−173T，Fax・＝（0249）59−196l．E−mail＝【takahi＠fukushima・iri．go．jp

1 はじめに2 計測・制御システムとネットワーク

オフィス系ネットワークシステムから発生したイ

計測・制御が主な処理である工業用ネットワー

ントラネットブームにより、Ethernet、TCP／IPは事

クでは、規定時間内でのデータの到達が保証さ実上のLAN標準プロトコルとして定着した。このれるリアルタイム性が問題とされてきた。そのため、流れは計測・制御が中心であるファクトリー・オー

生産現場のような直接制御に関わる部分では、トメーション（FA）分野にも及び、計測器、プログラ

EthernetのようなCSMA／CD方式では問題がある

マブル・コントローラから、NCマシンのような加工とされ、例えばMAP（Manufhcturing Automation機までTCP／IPを実装Lた製品が現れてきている。

Protocol）ではトークンパッシングバス方式が用い昨今では、制御システムと受注、発注、在庫管理られてきた。

等オフィス系ネットワーク、CAD／CAM等の開発

しかし、昨今では他のネットワーク機器との互系ネットワ】クを互いに接続し情報交換を行なう換性の方が重要視されるようになり、EthemetがFAイントラネットという形に発展してきている。

生産現場に利用されるようになってきている。ワー

自動計測・制御システムにおいても、工場管

クステーション、パーソナルコンピュータ等のデー

理ネットワークの導入に伴って、TCP／lP実装の要タ処理系との接続を目的としてネットワークプロト

求が高まっている。

コルにはTCP／IPが実装されることが多い。

我々は、パーソナルコンピュータ用のUN【X互生産現場での現状の通信の利用形態には以換OSであるLinuxを用いてTCP／1P対応自動計下の特徴がある。

測装置を試作した。

● 通信データは工程管理、品質管理、在庫管・1一理等のための情報収集が主であり、厳密なリ通信と計測、制御を並行に行うためにマルアルタイム性を必要としないものが多い。

チタスクであること

時間的制約の強い制御が必要な装置は、●

TCP／IPネットワークに標準で対応しているこ

個々の装置単体で制御ループが完結するよとうにつくられている。

プロセスからⅠ／0ポート等の入出力が可能で● リアルタイムを有する通信は機器、または、あることベンダー独自のプロトコルによるものが多く、●ソフトウェア開発に高価なツールが必要ない

そのプロトコルを利用する機器群はローカルことなネットワークとして構成すれば良い。

ソースコード付属でOS内部の仕様を知る事ができる● Javaの開発環境、実行環境があること

つまり、EthernetのようなCSMA／CD方式の通信でもFAネットワークで利用可能なものが大部分である。

Linuxは制御システム向きのイベントドリプン

TCP／lPには、他の機器との通信の互換性の型のタスクスケジューリングを行うOSではないが、他に、既に定義されている数多くのサービスを必

今回はTCP／IPネットワークに関する対応の方を要に応じて利用することができるというイントラネッ重視することにした。

ト的な手法が活用できるという利点がある。

また、制御目的には、LintlXにはReal−TimeLinuxプロジェクトによるカーネルパッチがあり、3 FAネットワークコンピュータ

一般のプロセスとは別にリアルタイムのプロセスをオフィス用の端末ネットワークコンピュータは、実行ことができる1）。

クライアント／サーバ型分散環境によりネットワーク3．2構成

上の資源を利用することで低コスト化を図るとともに、アプリケーションのバージョンアップの容易さISAパスの産業用コンピュータボードを用いたなど管理面でのメリットを得ている。

場合のハードウエア構成を図1に示す。

この方式を自動計測・制御用のパーソナルコ
ンピュータに応用したネットワークリモート計測・制御端末、FAネットワークコンピュータを構成することにした。

3．1基本仕様
ハードウェアは、標準の内部仕様が公開されていることから、IBM PC・AT互換機をターゲットとした。タワー型、デスクトップ型、産業用ポーtヾコ
ISA′くックプレーン

ンピュータと状況に応じて形状を運ぶことにした。

OSは、以下の条件からFree So氏である

固1FAネットワークコンピュータの構成Linuxを用いることにした。

．2−）SATMULTTの各＾出力に関してJava等の高ハードウェアはPC−AT互換マザーボードとE〔heTnetカードをバックプレーンと呼ばれるボード級言語から使用できるようにするためデバイスドラに差し込んだものである。これに、必要に応じてイバを開発し、それぞれテストプログラムにより動計測■制御用インターフェースカードを追加するこ作確認を行った。とで構成する。

FAネットワークコンピュータを利用した計測・制御システムの構成例を囲2に示す。

ブートアップはイーサネットカードのソケットに装着したブート用ROMにより、BOOTPサーバを通じて実行される。
ファイルシステムも両様にNFSサーバからの供給を受ける。
このシステムには次のような特徴がある。

計測制御端末アプリケーションがサー′ミ側で集中的に管理できる。
●囲2f■Aネットワークコンピュータを利用し複数の端末がある場合、サーバ上のファイルた計測■制御システムを共有して使うことができるため、ディスク容量を節減することができる。
ディスクレスであり粉塵など環境の良くない

4 自動計測器の試作場所であっても使用できる。

FAネットワークコンピュータの動作を評価する

故障等による端末交換の際に、以前のファイために、リモートGPIB計測システムを開発した。

ルをそのまま使うため交換が容易に行える。

イントラネット等におけるマルチプラットホーム● tehe亡等によりリモートメンテナンスが行える。

での利用、アプレット化を考慮し、アプリケーションはJavaで記述した。

タワー型のケースに以下のハードウエアを組実験は、マザ山カードを山下システムズ社のみ込んだものをプロトタイプとした。

産業用ボードコンピュータAS−3210十DX2に変更
し、ナショナルインスッルメント社のGPIBカード、●マザーカード

AT−GPIBを追加して行った。

MPU AMD社5x8640MH工4倍速．メモリ

32Mbyte

4．1GPIBデバイスドライバ●イ岬サネットカード

GPIBデバイスドライ′iには、LinuxLabPrqject

ELECOM社NE2000互換、10BASE−T、のLinuエーGPIBを利用した2〕。

ジャンパピン／ジャンパレス選択タイプ

まず、このドライバをJava言語で使用するため●マルチファンクションカードtSA−MULTIに、囲3に示すJava用インタフェイスを開発した。

実験、研修用に開発したA／D、D／A、ディ

インタフェイスは、J且VaRMIによるクライアント、ジタル入出力、カウンタ・タイマを搭載Lたサーバに分かれており、サーバ側は、Linux−

ISAバス用カード

GPIBのライブラリをネイティブメソッドとして呼び出している。

・3−

自動l十1
Tプリナーション

囲3 GPIBドライバJav乱用インタフェイス
JavaRMIはネットワークトラブルなどによる通囲4 温度監視・冷却システム

信不能状態におけるタイムアウト処理を実装Lていないため、計測用タイムアウト処軌レーチンをクOR」温度および室温

ライアントアプリケーションに追加し、サーバ、クライアント間の通信不能状態に対応させている3）。
二芸ミミ

4，2 評価実験

GPIBライブラリを利用した計測用アプリケー
ションを比較的使用頻度の高い測定器について廿里巴卜甲寸■時

下の通りである。

止寸⁚のー

中則＝巴︹巾‖巴＝巴仇−‖椚−Nロ‖山−mの﹇寸l寸†寸ld﹁寸−買寸■劃

■q寸︻O﹁＝寸■刊m‖d︻山門‖凸l巾▼‖CLu¶ML

ト一‖門︻苫＝ql召‖qL

開発し評価実験を行った。対象とした測定器は以囲5 温度測定データ● 横河電機ディジタルマルチメータ7552
図5に温度測定データを示す。これによると● 横河電機ディジタルマルチ温度計7563● YHPデータロガー3B52A

測定の間、通信エラー、データの読み飛ばし、冷● アドバンテスト微少電流計R8340

却不能などもなくリモート計測システムが正常に稼動していることがわかる。実際には1週間以上連続運転を行っており、やはり、動作不良などは基本的にほぼ同じプログラムで各測定器が動発生せず安定に動作することを値認した。

作するようにプログラムを作成した。各測定器毎のGPIBコマンドの違いは、コマンド専用ルーチ4．3 実施例

ンを各測定器毎に用意することで対応した。

実際の生産工程を想定し、他研究チームの行実験を行うにあたり、館内Ⅰ．ANを介した連続運転時のシステムの安定性を見るために、図4にっている有機薄膜の成膜実験に本リモート計測シ示す温度監視・冷却システムを組んだっYHP

ステムを導入し適正条件のモニタとデータ収集を3852Aに熱伝対2本を接続し、室内温度とサー行った。実験には図6に示すシステムを用いた‖バマシンのCPU温度を測りCPU温度がある皿実験室での実施例になるが、実際の生産と同定値を越えた場合にCPUフアンを起動する。

じ工程で有機薄膜を成腰しているため、このままCPUフアンのON／OFFにはマルチファンクション企業で応用すろことが可能である。
有機薄膜は大きく分けてカードのディジタル出力を用いた。

ー4−

自動測定

体的な値は現在公表できないが、本リモート計測

アプリケーション GPrBサーバシステムを導入することにより1時間の拘束時問がほぼ半分になった。

現在は配向工程でのモニタを行っているが、蒸着機での蒸着作業や製品評価まで一貫して管理するシステムの構築を検討中である。

囲6 評価実験システム● 蒸着→配向→検査→製品（出荷）という工程で生産される。各工程を見てみると、蒸着工程は常時モニタリングの必要もあまりなく時間作業者はさほど時間的に拘束されない。検査、製

囲7 制御値およぴモニタ値

品工程は工程あたりの拘束時間があまりない。

一方、配向工程は1工程につき1時間程度か

5 今後の課題

かり、かつ、適正条件をモニタするために常時人他の製品の生産現場へ導入し、本リモート計が立ち会う必要がある。例えば有機薄膜圧電素測システムの有効性を実証する必要がある。

子などを作成する場合、囲7に示す様にある条件

また、今回作成したリモート計測システムをさらで適正な電流が流れなければ薄膜が配向せず、に一般化するために、SNMPを導入し計測・制御素子として機能しなくなるため、作業者は具体的用のMIBオブジェクトを新たに定義することで、計な作業として、電圧（電界）を一定に保ったまま規測・制御システム全体をSNMPにより管理する総定温度まで昇温」、同時に電流変化をモニタしな合計測制御管理システムのプロトタイプ構築を進ければならない。

める4）。

上記のほかに、ライン数が多くなればなるほど人員あるいはモニタ用のコンピュータが必要にな

参考文献

ることも考慮しなくてはならない。

1）Real−TlmeLinux

しかし、本システムを導入することによりネットワ

http：／／rtlinux．cs．nmt．edu／山rtlinux／

ークを介して工程の一元監視ができるようになり、

2）TheLinuxLabPrdectHomePage

さらにはローカルコンピュータ上でのデータ処理

http：／／www．11p．fu−berlin．de／に専念すればよくなるので作業員の拘束時間も3）E11iotte Ru眉ty Harold，JavaNetworking

短縮することが可能となる。

Programming，0

そこで、実際の拘束時間がどの程度短縮できREILY

4）TheUCD・SNMPProjectHomeP昭e

るのかを調べた。有機薄膜の成膜実験は企業とhttp：／／www．ece．ucdavis．edu／ucd・＄nmp／の共同研究であるため制御値ヤモニタ値など具・5＿