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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024130044
(43)【公開日】2024-09-30
(54)【発明の名称】時刻同期装置、方法およびプログラム
(51)【国際特許分類】
G05B 19/05 20060101AFI20240920BHJP
【ＦＩ】
G05B19/05 J
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023039534
(22)【出願日】2023-03-14
(71)【出願人】
【識別番号】000002945
【氏名又は名称】オムロン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001195
【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】▲高▼居 正一
【テーマコード（参考）】
5H220
【Ｆターム（参考）】
5H220AA06
5H220BB09
5H220CC06
5H220CX01
5H220JJ12
5H220JJ26
(57)【要約】
【課題】時刻同期のための補正速度を時刻差に応じて変更する。
【解決手段】装置は、第１周期毎に、ネットワーク通信で検出された基準時刻とタイマが計測するタイマ時刻との間の時刻差を算出し、第１周期内の第２周期毎に、時刻差を入力し、量子化ビット幅に量子化された量子化値と量子化誤差を出力し、第２周期毎に、量子化部が出力する量子化値を用いて、タイマ時刻を基準時刻を示すように補正し、第２周期毎に、当該第２周期が属する第１周期で算出された時刻差に当該第２周期の直前の第２周期における量子化誤差を加算し、加算後の時刻差を量子化部に出力する。
【選択図】図１
【解決手段】装置は、第１周期毎に、ネットワーク通信で検出された基準時刻とタイマが計測するタイマ時刻との間の時刻差を算出し、第１周期内の第２周期毎に、時刻差を入力し、量子化ビット幅に量子化された量子化値と量子化誤差を出力し、第２周期毎に、量子化部が出力する量子化値を用いて、タイマ時刻を基準時刻を示すように補正し、第２周期毎に、当該第２周期が属する第１周期で算出された時刻差に当該第２周期の直前の第２周期における量子化誤差を加算し、加算後の時刻差を量子化部に出力する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
時刻同期装置であって、
第１周期毎に、ネットワーク通信によって検出された基準時刻とタイマが計測するタイマ時刻との間の時刻差を算出する算出部と、
第１周期内の第２周期毎に、時刻差を入力し、予め定められた量子化ビット幅に量子化された量子化値と量子化誤差を出力する量子化部と、
前記第２周期毎に、前記量子化部から出力される前記量子化値を用いて、前記タイマ時刻を前記基準時刻を示すように補正する補正部と、
前記第２周期毎に、当該第２周期が属する前記第１周期において算出された前記時刻差に当該第２周期の直前の第２周期における前記量子化誤差を加算し、加算後の時刻差を前記量子化部に出力する加算部と、を含む、時刻同期装置。
第１周期毎に、ネットワーク通信によって検出された基準時刻とタイマが計測するタイマ時刻との間の時刻差を算出する算出部と、
第１周期内の第２周期毎に、時刻差を入力し、予め定められた量子化ビット幅に量子化された量子化値と量子化誤差を出力する量子化部と、
前記第２周期毎に、前記量子化部から出力される前記量子化値を用いて、前記タイマ時刻を前記基準時刻を示すように補正する補正部と、
前記第２周期毎に、当該第２周期が属する前記第１周期において算出された前記時刻差に当該第２周期の直前の第２周期における前記量子化誤差を加算し、加算後の時刻差を前記量子化部に出力する加算部と、を含む、時刻同期装置。
【請求項2】
前記時刻同期装置は、ＦＡ（ファクトリオートメーション）の制御装置に備えられる、請求項１に記載の時刻同期装置。
【請求項3】
前記予め定められた量子化ビット幅は、前記時刻差のデータが有するビット幅よりも短いビット幅であって、且つ、前記時刻差のデータのうちの最上位ビットを含む当該最上位ビットから続く上位ビットで構成される、請求項１または２に記載の時刻同期装置。
【請求項4】
前記時刻差は、前記ネットワーク通信における伝送遅延を含む、請求項１または２に記載の時刻同期装置。
【請求項5】
前記時刻同期装置は、マスタ装置と前記ネットワーク通信を実施するスレーブ装置に備えられ、
前記スレーブ装置は、前記マスタ装置と前記基準時刻のメッセージを通信する、請求項１または２に記載の時刻同期装置。
前記スレーブ装置は、前記マスタ装置と前記基準時刻のメッセージを通信する、請求項１または２に記載の時刻同期装置。
【請求項6】
前記スレーブ装置は、ＦＡ（ファクトリオートメーション）の制御装置を含む、請求項５に記載の時刻同期装置。
【請求項7】
前記時刻同期装置は、
前記量子化部と前記加算部とを有するノイズシェーピング部を含む、請求項１または２に記載の時刻同期装置。
前記量子化部と前記加算部とを有するノイズシェーピング部を含む、請求項１または２に記載の時刻同期装置。
【請求項8】
前記制御装置は、
対象を制御するための制御指令を算出する制御演算を実施する制御演算部と、
前記マスタ装置が属する前記ネットワークを接続するための第１コネクタと、
対象が属するフィールドネットワークであって、前記制御指令を通信するフィールドネットワークを接続するための第２コネクタと、を含む、請求項６に記載の時刻同期装置。
対象を制御するための制御指令を算出する制御演算を実施する制御演算部と、
前記マスタ装置が属する前記ネットワークを接続するための第１コネクタと、
対象が属するフィールドネットワークであって、前記制御指令を通信するフィールドネットワークを接続するための第２コネクタと、を含む、請求項６に記載の時刻同期装置。
【請求項9】
タイマの時刻同期を実施する方法であって、
前記方法は、
第１周期毎に、ネットワーク通信によって取得した基準時刻と前記タイマが計測するタイマ時刻との間の時刻差を算出すること、
第１周期内の第２周期毎に、時刻差を入力し、予め定められた量子化ビット幅に量子化された量子化値と量子化誤差を出力すること、
前記第２周期毎に、前記量子化において出力される前記量子化値を用いて、前記タイマ時刻を前記基準時刻を示すように補正すること、および、
前記第２周期毎に、当該第２周期が属する前記第１周期において算出された前記時刻差に当該第２周期の直前の第２周期における前記量子化誤差を加算することを備え、
前記量子化することは、加算後の時刻差を入力し、前記予め定められた量子化ビット幅に量子化された量子化値と量子化誤差を出力することを含む、方法。
前記方法は、
第１周期毎に、ネットワーク通信によって取得した基準時刻と前記タイマが計測するタイマ時刻との間の時刻差を算出すること、
第１周期内の第２周期毎に、時刻差を入力し、予め定められた量子化ビット幅に量子化された量子化値と量子化誤差を出力すること、
前記第２周期毎に、前記量子化において出力される前記量子化値を用いて、前記タイマ時刻を前記基準時刻を示すように補正すること、および、
前記第２周期毎に、当該第２周期が属する前記第１周期において算出された前記時刻差に当該第２周期の直前の第２周期における前記量子化誤差を加算することを備え、
前記量子化することは、加算後の時刻差を入力し、前記予め定められた量子化ビット幅に量子化された量子化値と量子化誤差を出力することを含む、方法。
【請求項10】
タイマの時刻同期の方法をコンピュータの実行させるプログラムであって、
前記方法は、
第１周期毎に、ネットワーク通信によって取得した基準時刻と前記タイマが計測するタイマ時刻との間の時刻差を算出すること、
第１周期内の第２周期毎に、時刻差を入力し、予め定められた量子化ビット幅に量子化された量子化値と量子化誤差を出力すること、
前記第２周期毎に、前記量子化において出力される前記量子化値を用いて、前記タイマ時刻を前記基準時刻を示すように補正すること、および、
前記第２周期毎に、当該第２周期が属する前記第１周期において算出された前記時刻差に当該第２周期の直前の第２周期における前記量子化誤差を加算することを備え、
前記量子化することは、加算後の時刻差を入力し、前記予め定められた量子化ビット幅に量子化された量子化値と量子化誤差を出力することを含む、プログラム。
前記方法は、
第１周期毎に、ネットワーク通信によって取得した基準時刻と前記タイマが計測するタイマ時刻との間の時刻差を算出すること、
第１周期内の第２周期毎に、時刻差を入力し、予め定められた量子化ビット幅に量子化された量子化値と量子化誤差を出力すること、
前記第２周期毎に、前記量子化において出力される前記量子化値を用いて、前記タイマ時刻を前記基準時刻を示すように補正すること、および、
前記第２周期毎に、当該第２周期が属する前記第１周期において算出された前記時刻差に当該第２周期の直前の第２周期における前記量子化誤差を加算することを備え、
前記量子化することは、加算後の時刻差を入力し、前記予め定められた量子化ビット幅に量子化された量子化値と量子化誤差を出力することを含む、プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、タイマの時刻を基準時刻に同期させる時刻同期の技術に関する。
【背景技術】
【0002】
時間を調整する技術が種々提案されている。例えば、特許文献１（特開２００９－１５７９１３号公報）は、スレーブは、スレーブとマスタとの間の時間差に基づく調整量を用いて、スレーブの時間軸のズレを徐々に調整する技術を開示する。また、特許文献２（特開２０１１－２１６０８５号公報）は、スレーブが、マスタから受信した時間同期フレームに格納された時刻情報と設定された補正時間とから当該スレーブの内部時計を補正する技術を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００９－１５７９１３号公報
【特許文献2】特開２０１１－２１６０８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記に述べた時刻の補正では、予め定められた補正の間隔において補正が完了するように、補正（調整）のスピードが予め設定された一定スピードであった。そのため、時間差の大きさによっては補正スピードが早すぎる等適切でないことがあった。
【0005】
それゆえに、本開示のある局面に係る目的は、時刻同期のための補正速度を時刻差に応じて変更できる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示に係る時刻同期装置は、第１周期毎に、ネットワーク通信によって検出された基準時刻とタイマが計測するタイマ時刻との間の時刻差を算出する算出部と、第１周期内の第２周期毎に、時刻差を入力し、予め定められた量子化ビット幅に量子化された量子化値と量子化誤差を出力する量子化部と、第２周期毎に、量子化部から出力される量子化値を用いて、タイマ時刻を基準時刻を示すように補正する補正部と、第２周期毎に、当該第２周期が属する第１周期において算出された時刻差に当該第２周期の直前の第２周期における量子化誤差を加算し、加算後の時刻差を量子化部に出力する加算部と、を含む。
【0007】
上述の時刻同期装置によれば、量子化部によって量子化が実施されると、時刻差が大きいほど量子化値および量子化誤差は比較的大きな値として導出されて、第２周期毎の補正量は大きくなり、タイマ時刻の補正スピードを早くできる。これに対して、時刻差が小さいほど量子化値および量子化誤差は比較的小さな値として導出されて、第２周期毎の補正量は小さくなり、タイマ時刻の補正スピードを遅くできる。したがって、時刻同期のための補正速度を時刻差に応じて変更できる。
【0008】
上述の時刻同期装置は、ＦＡ（ファクトリオートメーション）の制御装置に備えられる。したがって、時刻同期装置を、ＦＡの制御のための時刻同期に適用できる。
【0009】
上述の時刻同期装置において、予め定められた量子化ビット幅は、時刻差のデータが有するビット幅よりも短いビット幅であって、且つ、時刻差のデータのうちの最上位ビットを含む当該最上位ビットから続く上位ビットで構成される。
【0010】
上述の時刻同期装置によれば、量子化ビット幅を、最上位ビットを含む当該最上位ビットから続く上位ビットで構成することができる。
【0011】
上述の時刻同期装置において、時刻差は、ネットワーク通信における伝送遅延を含む。したがって、基準時刻がネットワーク通信を利用して検出される場合は、ネットワークの伝送遅延を含んだ時刻差を用いてタイマ時刻を補正できる。
【0012】
上述の時刻同期装置は、マスタ装置とネットワーク通信を実施するスレーブ装置に備えられ、スレーブ装置は、マスタ装置と基準時刻のメッセージを通信する。したがって、マスタ－スレーブのシステムにおいて、スレーブ装置のタイマ時刻を時刻同期装置によってマスタ装置の基準時刻に合わせることができる。
【0013】
上述の時刻同期装置が備えられるスレーブ装置は、ＦＡ（ファクトリオートメーション）の制御装置を含む。したがって、ＦＡの制御システムにおいて、制御装置のタイマ時刻を時刻同期装置によって基準時刻に合わせることができる。
【0014】
上述の時刻同期装置は、上記に述べた量子化部と加算部とを有するノイズシェーピング部を含む。したがって、ノイズシェーピングを構成する量子化部と加算部とを備えた時刻同期装置を実現することができる。
【0015】
上述の時刻同期装置が備えられる制御装置は、対象を制御するための制御指令を算出する制御演算を実施する制御演算部と、マスタ装置が属するネットワークを接続するための第１コネクタと、対象が属するフィールドネットワークであって、制御指令を通信するフィールドネットワークを接続するための第２コネクタと、を含む。
【0016】
上述の時刻同期装置が備えられる制御装置は、基準時刻を提供するマスタ装置と通信するために接続するネットワークと、制御対象と通信するために接続するネットワークとを互いに独立させることができる。
【0017】
この開示に係るタイマの時刻同期を実施する方法は、第１周期毎に、ネットワーク通信によって取得した基準時刻とタイマが計測するタイマ時刻との間の時刻差を算出すること、第１周期内の第２周期毎に、時刻差を入力し、予め定められた量子化ビット幅に量子化された量子化値と量子化誤差を出力すること、第２周期毎に、量子化において出力される量子化値を用いて、タイマ時刻を前記基準時刻を示すように補正すること、および、第２周期毎に、当該第２周期が属する第１周期において算出された時刻差に当該第２周期の直前の第２周期における前記量子化誤差を加算することを備え、量子化することは、加算後の時刻差を入力し、予め定められた量子化ビット幅に量子化された量子化値と量子化誤差を出力することを含む。
【0018】
この開示に係るプログラムは、タイマの時刻同期の方法をコンピュータの実行させるプログラムである。方法は、第１周期毎に、ネットワーク通信によって取得した基準時刻とタイマが計測するタイマ時刻との間の時刻差を算出すること、第１周期内の第２周期毎に、時刻差を入力し、予め定められた量子化ビット幅に量子化された量子化値と量子化誤差を出力すること、第２周期毎に、量子化において出力される量子化値を用いて、タイマ時刻を基準時刻を示すように補正すること、および、第２周期毎に、当該第２周期が属する第１周期において算出された時刻差に当該第２周期の直前の第２周期における量子化誤差を加算することを備え、量子化することは、加算後の時刻差を入力し、予め定められた量子化ビット幅に量子化された量子化値と量子化誤差を出力することを含む。
【発明の効果】
【0019】
本開示によれば、時刻同期のための補正速度を時刻差に応じて変更できる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】本実施の形態に係る時刻同期部を有したスレーブ装置２００の適用例を模式的に示す図である。
【図2】本実施の形態に係る制御システムの構成を概略的に示す図である。
【図3】本実施の形態に係る制御装置２のハードウェア構成例を示すブロック図である。
【図4】ノイズシェーピングユニット３３のブロック図である。
【図5】ノイズシェーピングが奏する周波数特性を模式的に示す図である。
【図6】本実施の形態に係る量子化器３７の特性を示す図である。
【図7】本実施の形態に係る量子化器３７の特性を示す図である。
【図8】ノイズシェーピングにおける量子化ノイズＶｇの伝達特性を示す図である。
【図9】ノイズシェーピングにおける量子化ノイズＶｇの伝達特性を示す図である。
【図10】本実施の形態に係る時刻同期処理のフローチャートである。
【図11】本実施の形態に係る補正処理を他の補正処理と対比して示す図である。
【図12】本実施の形態に係る補正処理を他の補正処理と対比して示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。
【0022】
＜Ａ．適用例＞
まず、本発明が適用される場面の一例について説明する。本実施の形態では、「制御装置」の典型例として、ＦＡ（ファクトリオートメーション）に適用されるコントローラであって、典型的にはＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）を説明するが、ＰＬＣの名称に限定されることなく、本明細書に開示された技術思想は、任意の制御装置に対して適用可能である。
まず、本発明が適用される場面の一例について説明する。本実施の形態では、「制御装置」の典型例として、ＦＡ（ファクトリオートメーション）に適用されるコントローラであって、典型的にはＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）を説明するが、ＰＬＣの名称に限定されることなく、本明細書に開示された技術思想は、任意の制御装置に対して適用可能である。
【0023】
また、本実施の形態では、時刻同期装置は、マスタ装置とネットワーク通信するスレーブ装置に備えられる。スレーブ装置は、上記に述べた制御装置を含む。時刻同期装置（スレーブ装置、制御装置）は管理タイマを、基準時刻を管理する基準タイマに合わせるための「時刻同期処理」を実施する。本開示において、「時刻」は、時の流れにおけるある一点を示すものを意図し、例えば、時分秒などの単位を用いて規定される。
【0024】
管理タイマの時刻は、管理タイマのクロックに基づいて測定された時刻を示し、基準タイマの時刻は、基準タイマのクロックに基づいて測定された時刻を示す。より具体的には、基準タイマと管理タイマは、それぞれ、図示しない発振器によって生成された基準クロックをカウントし、カウント値をリセットされない内部レジスタに格納する。カウント値は、例えば整数値を表す。このように、基準タイマのレジスタのカウント値に基づき基準時刻が示され、管理タイマのレジスタのカウント値に基づき時刻が示される。管理タイマと基準タイマとの間の時刻差は、両タイマのクロック間の周波数ずれに起因した時刻差を含む。
【0025】
図１は、本実施の形態に係る時刻同期部を有したスレーブ装置２００の適用例を模式的に示す図である。図１を参照して、スレーブ装置２００は、伝送路を構成するネットワーク１１を介してマスタ装置と通信する。マスタ装置は、基準時刻Ｒを管理する基準タイマ１９１を有する。マスタ装置は、予め定められた第１周期（例えば、１ｍ秒）で基準時刻Ｒを配信するためのメッセージ（以下、時刻配信メッセージ２１と称する）を、ネットワーク１１を介して送信する。スレーブ装置２００は、管理タイマ３５と時刻同期部３を有する。時刻同期部３は、時刻同期装置に対応する。時刻同期部３は、管理タイマ３５が管理する時刻４４を、時刻４４と基準時刻Ｒとの時刻差に基づき補正することにより「時刻同期処理」を実施する。
【0026】
スレーブ装置２０は、マスタ装置から時刻配信メッセージ２１を受信し、受信した時刻配信メッセージ２１に基づき基準時刻Ｒを取得する。基準時刻Ｒは、時刻配信メッセージ２１を転送するネットワーク１１上の伝搬遅延（ジッタ）を含んだ値を示すので、基準時刻Ｒから取得される時刻差も、当該伝送遅延を含んだ値を示す。時刻同期部３は、取得された基準時刻Ｒと管理タイマ３５の時刻４４とを入力し、両者の間の偏差である時刻差４１（時刻差４１＝基準時刻Ｒ－時刻４４）を導出する算出部３１と、時刻差４１に基づき操作量４２を導出するフィルタ３２と、フィルタ３２からの操作量４２に基づき補正量４３を導出するノイズシェーピングユニット３３と、ノイズシェーピングユニット３３からの補正量４３を用いて管理タイマ３５の時刻４４を、基準時刻を示すように補正する補正部３４とを含む。フィルタ３２は第１周期に同期して動作し、ノイズシェーピングユニット３３および補正部３４は、時刻４４に基づく後述する第２周期に同期して動作する。
【0027】
フィルタ３２は、例えば時刻差４１を入力としてＰＩＤ制御（Proportional-Integral-Differential Controller）演算を実施することにより、フィルタ処理がなされた時刻差４１を示す操作量４２を導出する。フィルタ３２は、第１周期に同期して動作することにより、第１周期毎に操作量４２を出力する。
【0028】
ノイズシェーピングユニット３３は、「量子化部」に相当する。ノイズシェーピングユニット３３は、時刻配信メッセージ２１の配信周期である第１周期内の第２周期毎に、当該第１周期で取得された時刻差４１に対応した操作量４２を入力し、当該操作量４２を予め定められた量子化ビット幅に量子化し、量子化値である補正量４３を出力する。また、ノイズシェーピングユニット３３は、第２周期毎の量子化において発生する量子化誤差を出力する。
【0029】
補正部３４も、また、第２周期毎に、ノイズシェーピングユニット３３から出力される量子化値である補正量４３を用いて、管理タイマ３５の時刻４４を基準時刻Ｒを示すように補正する。補正部３４は、例えば、補正量４３が加算されるように時刻４４を補正する。補正部３４によって実施される補正は、補正量４３が示す値をレジスタのカウンタ値に加算または当該カウンタ値から減算減する「調整」の概念も表す。その場合、補正量４３は、加減量を表す調整量の概念を表す。
【0030】
時刻同期部３は、ノイズシェーピングユニット３３が入力する操作量４２に、第２周期毎に、当該第２周期の直前の第２周期において出力された量子化誤差が加算し、加算後の操作量４２をノイズシェーピングユニット３３に出力する。
【0031】
本実施の形態に係るノイズシェーピングユニット３３は、量子化モジュールを含む。量子化モジュールは、離散的な値である操作量４２を、量子化ビット幅を有した離散的なデジタル値である補正量４３を出力する。操作量４２のうち量子化ビット幅に該当しないビット幅の値は、量子化誤差として次の第２周期の補正量４３に加算されて、ノイズシェーピングユニット３３は、加算後の補正量４３について次の第２周期における量子化を実施し補正量４３を導出する。
【0032】
このようなノイズシェーピングユニット３３を用いた操作量４２の量子化が実施されると、時刻差４１が大きいほど、すなわち操作量４２の変化が大きいほど量子化値および量子化誤差は比較的大きな値として導出されて、第２周期毎の補正量４３は大きくなり、時刻４４の補正スピードは早くなる。これに対して、時刻差４１が小さいほど、すなわち操作量４２の変化が小さいほど量子化値および量子化誤差は比較的小さな値として導出されるので、第２周期毎の補正量４３は小さくなって、時刻４４の補正スピードは遅くなる。
【0033】
したがって、ノイズシェーピングユニット３３が導出する補正量４３を用いて時刻４４を補正することによって、第１周期毎の時刻同期のための補正速度（すなわち、第２周期毎の補正量４３）を、当該第１周期において取得された時刻差４１の大きさに応じた速度に変更することができる。
【0034】
＜Ｂ．制御システムの構成＞
上記に述べたスレーブ装置２００は、ＦＡの制御システムを構成するＰＬＣに搭載することができる。図２は、本実施の形態に係る制御システムの構成を概略的に示す図である。図２を参照して、制御システム１は生産ラインのＦＡを実現する。より具体的には、制御システム１では、ネットワークが複数レベルに接続されており、各レベルのネットワークには、それぞれ異なる機能が割り当てられる。具体的には、限定されないが、例えば４つのレベルのネットワーク１１～１４が設けられている。
上記に述べたスレーブ装置２００は、ＦＡの制御システムを構成するＰＬＣに搭載することができる。図２は、本実施の形態に係る制御システムの構成を概略的に示す図である。図２を参照して、制御システム１は生産ラインのＦＡを実現する。より具体的には、制御システム１では、ネットワークが複数レベルに接続されており、各レベルのネットワークには、それぞれ異なる機能が割り当てられる。具体的には、限定されないが、例えば４つのレベルのネットワーク１１～１４が設けられている。
【0035】
コントロールレベルのネットワーク１１には、複数の制御装置２Ａ、２Ｂおよび２Ｃと、装置／ライン管理装置１９０よびＳＣＡＤＡ（Supervisory Control And Data Acquisition）機能を提供する表示装置２８０とが属する。これら装置は、ネットワーク１１を介して互いにデータを遣り取りする。制御装置２Ａ、２Ｂおよび２Ｃを区別しない場合は「制御装置２」と称する。ネットワーク１１は、主に、時刻同期および制御系に係る制御指令等の情報を伝送する。
【0036】
制御装置２は、フィールドレベルのネットワーク１１０を介して制御の対象となり得る１または複数のフィールド機器９０を接続する。このようなフィルードネットワークに属する１または複数のフィールド機器９０の各々は、製造装置または生産ラインなど（以下、「フィールド」とも総称する。）に対して何らかの物理的な作用を与えるアクチュエータ、およびフィールドとの間で情報を遣り取りする入出力装置などを含む。
【0037】
ネットワーク１１０を介して、制御装置２とフィールド機器９０との間で遣り取りされるデータは、数１００μｓｅｃオーダ～数１０ｍｓｅｃオーダのごく短い周期で更新されることになる。なお、このような遣り取りされるデータの更新処理は、入出力リフレッシュ処理とも称される。
【0038】
管理レベルのネットワーク１２には、装置およびラインを管理する装置／ライン管理装置１９０、製造計画等を管理する製造管理装置３８０および３９０が接続される。装置／ライン管理装置１９０、製造管理装置３８０および３９０は、ネットワーク１２を介して、製造計画等の管理情報の遣り取り、および装置またはラインの情報を遣り取りする。
【0039】
コンピュータレベルのネットワーク１３には、製造管理装置３８０および３９０、ならびに時系列ＤＢ（データベースの略）４５０を管理する製造実行システム（ＭＥＳ：Manufacturing Execution System）４００が接続される。製造管理装置３８０および３９０、ならびに製造実行システム４００は、ネットワーク１３を介して、生産管理および情報系のデータを遣り取りする。
【0040】
製造実行システム４００は、ネットワーク１３を介して収集するフィールド機器９０からの入力値である観測値を、観測された順番に従う時系列のデータとして時系列ＤＢ４５０に格納する。具体的には、本実施の形態では、制御装置２は、指定された観測値（または制御指令）と管理タイマ３５の時刻４４のデータを含むフレームを生成し、ネットワーク１１，１２および１３を介して製造実行システム４００に転送する。
【0041】
インターネットなどの外部ネットワークを含むネットワーク１４には、製造実行システム４００とクラウド上の外部装置などが接続される。製造実行システム４００は、クラウド上の装置とデータを遣り取りすることにより、時系列ＤＢ４５０のデータをクラウド上の装置に転送する。
【0042】
図２に示す制御システム１において、ネットワーク１１～１４およびネットワーク１１０には、このような要求される特性の違いに応じたプロトコルおよびフレームワークが採用される。例えば、ファクトリーネットワークに属するネットワーク１１および１２のプロトコルとしては、汎用的なＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）上に制御用プロトコルを実装した産業用オープンネットワークであるＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ（登録商標）を用いてもよい。また、ネットワーク１１０のプロトコルとしては、マシンコントロール用ネットワークの一例であるＥｔｈｅｒＣＡＴ（登録商標）を採用してもよい。なお、ネットワーク１１のプロトコルとネットワーク１１０には、同じまたは異なるプロトコルが適用される。このようなマシンコントロールに適したネットワーク技術を採用することで、機器間の伝送に要する時間が保証されたリアルタイム性を提供できる。
【0043】
対照的に、コーポレートネットワークに属するネットワーク１３および１４は、接続先の多様性を担保するために、汎用的なＥｔｈｅｒｎｅｔ等のプロトコルが適用される。汎用的なＥｔｈｅｒｎｅｔが採用されることで、送信可能なデータ量等の制限を排除できる。
【0044】
制御装置２または装置／ライン管理装置１９０は、サポート装置５００が接続され得る。サポート装置５００は、制御装置２が制御対象を制御するために必要な準備を支援する装置である。
【0045】
制御システム１は、制御装置２Ａ、２Ｂおよび２Ｃが、それぞれ、異なる工程３Ａ、３Ｂおよび３Ｃに備えられる分散型システム３００を備える。限定されないが、例えば、工程３Ａは、ワーク（部品、部材）を整列させながら搬送するパーツフィーダの工程を示し、工程３Ｂは、工程３Ａで整列されたワークをロボットのＰｉｃｋ Ａｎｄ Ｐｌａｃｅ動作によって移動させる工程を示し、工程３Ｃは移動後のワークを組立てる工程を示す。分散型システム３００では、各工程の制御装置２に接続されるフィールド機器９０の動作は、前後工程の制御装置２に接続されるフィールド機器９０の動作とは異なる。分散型システム３００における要求タクトタイムを満たすために、ある工程における動作は当該工程の前後工程の動作と同期して実施される。
【0046】
制御装置２は、当該制御装置２に接続されるフィールド機器９０のシーケンス制御を実現するための制御指令を出力する、例えばシーケンスプログラムおよびモーション制御を実現するためのモーションプログラムなどを含む制御に関する制御演算のプログラムを、同期した時刻に基づく予め定められた周期（これを、制御周期ともいう）毎に実行することで、フィールド機器９０のリアルタイム制御を実現する。このような制御周期は、管理タイマ３５の時刻４４に基づく予め定められた周期に相当する。
【0047】
図２において時刻同期を実現する構成は、例えば、ネットワーク１１が産業用ネットワークのプロトコルであるＴＳＮ（Time-Sensitive Networking）に従うデータ通信を実施するケースと、ネットワーク１１がＥｔｈｅｒＣＡＴ（登録商標：Ethernet for Control Automation Technology）に従うデータ通信を実施するケースとを含み得る。なお、ネットワーク１１に適用される規格は、これらに限定されず、例えばＩＥＥＥ１５８８であってもよい。
【0048】
図２を参照して、基準タイマ１９１を有するマスタ装置は、基準タイマが計測する基準時刻のデータを含む時刻配信メッセージ２１をネットワーク１１に送信する。基準タイマは、制御装置２Ａ，２Ｂおよび２Ｃのいずれかが有するタイマまたはネットワーク１１上の他の装置（例えば、装置／ライン管理装置１９０）のタイマであってよく、これらタイマのうち最も高い精度のタイマに相当する。本実施の形態では、例えば、装置／ライン管理装置１９０はマスタ装置として動作する。
【0049】
各制御装置２では、当該制御装置２の管理タイマ３５を、基準タイマ１９１に合わせる図１に示した時刻同期処理が実施されるので、ある工程の制御装置２は当該工程におけるフィールド機器９０を当該工程の前後工程のフィールド機器９０と同期して動作させることができる。
【0050】
＜Ｃ．制御装置の構成＞
分散型システム３００を構成する制御装置２に、図１に示した時刻同期装置のモジュールを有したスレーブ装置２００が搭載されるケースを説明する。図３は、本実施の形態に係る制御装置２のハードウェア構成例を示すブロック図である。
分散型システム３００を構成する制御装置２に、図１に示した時刻同期装置のモジュールを有したスレーブ装置２００が搭載されるケースを説明する。図３は、本実施の形態に係る制御装置２のハードウェア構成例を示すブロック図である。
【0051】
図３を参照して、制御装置２は、プロセッサ１０２と、チップセット１０４と、二次記憶装置１０６と、主記憶装置１０８と、上位ネットワークコントローラ１０５と、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）コントローラ１０７と、メモリカードインターフェイス１０９と、フィールドネットワークコントローラ１１８と、カウンタ１２６と、ＲＴＣ（Real Time Clock）１２８とを含む。
【0052】
プロセッサ１０２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Microprocessor unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などで構成され、二次記憶装置１０６に格納された各種プログラムを読出して、主記憶装置１０８に展開して実行することで、制御対象に応じた制御、および、後述するような各種処理を実現する。二次記憶装置１０６は、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）およびＳＳＤ（Solid State Drive）などの不揮発性記憶装置などで構成される。主記憶装置１０８は、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）およびＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）などの揮発性記憶装置などで構成される。
【0053】
チップセット１０４は、プロセッサ１０２と各デバイスを制御することで、制御装置２全体としての処理を実現する。
【0054】
二次記憶装置１０６には、基準時刻のための時刻配信メッセージ２１を受信（配信）する第１周期および第２周期を示す周期データ２０２が格納される。第２周期は、ノイズシェーピングユニット３３における量子化に係るサンプリング周期に相当する。
【0055】
二次記憶装置１０６には、制御対象の製造装置または設備に応じて作成されるＵＰＧ（ユーザプログラムの略）２０１が格納される。ＵＰＧ２０１は、実行されると制御演算をプロセッサ１０２に実行させるための命令コードを含む制御プログラムと、実行されると時刻同期処理をプロセッサ１０２に実行させるための命令コードを含む時刻同期プログラム２１０とを含む。時刻同期プログラムは２１０は、実行されるとプロセッサ１０２に補正量４３に基づき管理タイマの時刻補正を実施させる命令コードを有した補正プログラム２１１を含む。補正プログラム２１１は、実行されるとプロセッサ１０２にノイズシェーピングを実施させる命令コードを有したノイズシェーピングプログラム２１２を含む。本実施の形態では、プロセッサ１０２は、「制御演算部」に相当する。制御演算部は、制御プログラムを実行することにより、制御対象のフィールド機器９０を制御するための制御指令を算出する。
【0056】
上位ネットワークコントローラ１０５は、ネットワーク１１を接続するコネクタと、タイマ１０３を有するＮＩＣ（Network Interface Card）等の回路を含む。上位ネットワークコントローラ１０５は、上位のネットワーク１１に属する各装置とデータを遣り取りする。ＵＳＢコントローラ１０７は、ＵＳＢ接続を介して外部の装置との間のデータの遣り取りを制御する。
【0057】
メモリカードインターフェイス１０９は、メモリカード１１６を着脱可能に構成されており、メモリカード１１６に対してデータを書込み、メモリカード１１６から各種データ（ユーザプログラムまたはトレースデータなど）を読出すことが可能になっている。
【0058】
カウンタ１２６は、制御装置２における各種処理の実行タイミングを管理するための時刻基準として用いられる。カウンタ１２６は、「管理タイマ」または「基準タイマ」となり得る。カウンタ１２６は、例えばプロセッサ１０２を駆動するシステムバス上に配置された、ハードウェアタイマーである高精度イベントタイマー（ＨＰＥＴ：High Precision Event Timer）などを用いて実装してもよいし、あるいは、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）またはＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）などの専用回路を用いて実装してもよい。制御装置２は、タイマ１０３、１１９、９１Ａおよび９１Ｂを、カウンタ１２６に同期させる。ノイズシェーピングユニットの機能の実装は、ソフトウェアによる実装に限定されず、カウンタ１２６の回路に実装されてもよい。
【0059】
ＲＴＣ１２８は、計時機能を有する一種のカウンタであり、現在時刻をプロセッサ１０２などへ提供する。
【0060】
フィールドネットワークコントローラ１１８は、ネットワーク１１０を介したフィールド機器９０を含む他のデバイスとの間のデータの遣り取りを制御する。フィールドネットワークコントローラ１１８は、ネットワーク１１０を接続するコネクタと、他のデバイスとの間でタイミングを管理するための時刻基準として用いられるタイマ１１９を有する。図３では、フィールド機器９０のタイマ９１はタイマ９１Ａ、９１Ｂ…で示される。
【0061】
タイマ１１９ならびにフィールド機器９０などのデバイスが有するカウンタ（タイマ９１Ａ，９１Ｂ）については、上述のカウンタ１２６と同様の構成を採用できる。タイマ１１９は、カウンタ１２６と同期する。
【0062】
フィールドネットワークコントローラ１１８は、ネットワーク１１０を介した定周期通信を行うための通信マスタとして機能し、フィールドバスに接続されている各デバイスが有するカウンタが示すカウンタ値とタイマ１１９が示すカウンタ値との差分を逐次監視して、必要に応じて、カウンタ値にずれが発生するデバイスに対して補正を指示するための同期信号を出力する。このように、フィールドネットワークコントローラ１１８は、デバイスのカウンタが示すカウンタ値をタイマ１１９が示すカウンタ値と一致させるための指令をデバイスへ与える同期管理機能を有する。
【0063】
図３には、プロセッサ１０２がプログラムを実行することで必要な機能が提供される構成例を示したが、これらの提供される機能の一部または全部を、専用のハードウェア回路（例えば、ＬＳＩ（Large Scale Integration）、ＡＳＩＣ（Application specific Integrated Circuit）またはＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）など）を用いて実装してもよい。あるいは、制御装置２の主要部を、汎用的なアーキテクチャに従うハードウェア（例えば、汎用パソコンをベースとした産業用パソコン）を用いて実現してもよい。この場合には、仮想化技術を用いて、用途の異なる複数のＯＳ（Operating System）を並列的に実行させるとともに、各ＯＳ上で必要なアプリケーションを実行させるようにしてもよい。
【0064】
図３では、制御装置２が基準タイマ１９１を有して基準時刻を提供するマスタ装置と通信するためのネットワーク１１と、制御装置２が制御対象であるフィールド機器９０と通信するためのフィールドネットワーク１１０とを独立させることができる。したがって、基準時刻に関する通信と制御指令に関する通信とが同一ネットワーク上において輻輳することを回避できる。
【0065】
＜Ｄ．ノイズシェーピング＞
本実施の形態では、ノイズシェーピングユニット３３には、時刻差４１（または時刻差４１に対応する操作量４２）に基づく補正量４３を導出するために、ノイズシェーピングの特性が適用される。図４と図５を参照し、当該ノイズシェーピングの特性を説明する。図４は、ノイズシェーピングユニット３３のブロック図である。図５は、ノイズシェーピングが奏する周波数特性を模式的に示す図である。図５の横軸はサンプリング周波数ｆｓを示し、縦軸は利得（レベル）を示す。図中では、ビットはbitと示される。なお、本実施の形態では、ノイズシェーピングユニット３３の入力Ｘおよび出力Ｙのデータ幅（ビット数）は図４のビット数に限定されず、設計仕様により変更される。
本実施の形態では、ノイズシェーピングユニット３３には、時刻差４１（または時刻差４１に対応する操作量４２）に基づく補正量４３を導出するために、ノイズシェーピングの特性が適用される。図４と図５を参照し、当該ノイズシェーピングの特性を説明する。図４は、ノイズシェーピングユニット３３のブロック図である。図５は、ノイズシェーピングが奏する周波数特性を模式的に示す図である。図５の横軸はサンプリング周波数ｆｓを示し、縦軸は利得（レベル）を示す。図中では、ビットはbitと示される。なお、本実施の形態では、ノイズシェーピングユニット３３の入力Ｘおよび出力Ｙのデータ幅（ビット数）は図４のビット数に限定されず、設計仕様により変更される。
【0066】
図４を参照して、ノイズシェーピングユニット３３は、時刻差に相当する操作量を表す入力Ｘを所定の量子化ビット幅を有した出力Ｙに量子化するための要素として、例えば、加算器３６と、量子化器３７と、遅延器３８と、係数ａ１の増幅器３８１を含む。これらエレメントは、サンプリング周期（第２周期）に同期して動作する。量子化器３７は、量子化において入力Ｘから出力Ｙを差引き、差し引いた値を値である量子化ノイズＶｇを出力する。遅延器３８は、量子化器３７から出力された量子化ノイズＶｇをサンプリング周期だけ遅延させて出力する。増幅器３８１は、遅延器３８からの出力（すなわち、遅延された量子化ノイズ）を入力し係数ａ１で増幅した後に加算器３６に出力する。加算器３６は、入力Ｘに増幅器３８１からの出力（遅延および増幅された量子化ノイズＶｇ）を加算し、このような量子化ノイズＶｇが加算された入力Ｘを量子化器３７に出力する。ここでは、入力Ｘは、例えば８ビットのビット幅を有したデータを示し、量子化ビット幅は、限定されないが例えば２ビットを示す。この量子化ビット幅の２ビットは、入力Ｘのデータが有するビット幅よりも短いビット幅であって、且つ、入力Ｘのデータのうちの最上位ビットを含む当該最上位ビットから続く上位ビットで構成される。入力Ｘの最上位ビットは符号ビットであるから、量子化器３７からの出力Ｙは－１、０および１のうちのいずれかの値を表す。出力Ｙは、ノイズシェーピングユニット３３の外部に設けられたＬＰＦ（ローパスフィルタ）３９を介して、図１に示す補正部３４に出力される。
【0067】
本実施の形態では増幅器３８１の利得に相当する係数ａ１は（ａ１＝１）と設定されるが、係数ａ１の設定値は変更され得る。係数ａ１の設定値を変更することでノイズシェーピングユニット３３の特性を変更することができる。
【0068】
図５に示すように、入力Ｘについて単に量子化が実行されると、サンプリング周波数ｆｓの全ての周波数帯域で一様に量子化ノイズＶｇが分布する。これに対してノイズシェービングにおける量子化は、図５に示すようにサンプリング周波数ｆｓの高い周波数帯域に集中的に量子化ノイズＶｇが生じるとの特性を有する。ＬＰＦ３９は、このような特性を有した量子化器３７の出力Ｙから高い周波数帯域における量子化ノイズを除去して出力する。ＬＰＦ３９は、必要な帯域、すなわち図５の入力信号の帯域８１（第１周期の１ｍ秒に対応の周波数帯域）においてノイズを低減するようなカットオフ周波数を有する。したがって、ノイズシェーピングユニット３３によって、ＳＮ比の大きい出力Ｙを導出することができる。
【0069】
このように、ノイズシェーピングは、量子化器３７によって生じる量子化ノイズＶｇを高周波数領域に集中させるようにコントロールして、量子化ノイズＶｇを容易に抽出（除去）できるよう構成される。
【0070】
なお、本実施の形態では、ノイズシェーピングユニット３３を１次のノイズシェーピングユニットとして構成したが、１次の構成に限定されず、例えば、２次、３次、・・・のような高次のノイズシェーピングユニットであっても本実施の形態に適用できる。例えば、１次のノイズシェーピングユニットの場合、図５に示す０ｄｂとなる周波数は係数ａ１＝１であるとき１／６ｆｓのポイントとなり、このポイントは２次のノイズシェーピングユニットによって０ｄｂとなるポイントに一致する。一方、量子化ノイズの傾きについては２０ｄｂ／ｄｂ（１次）、４０ｄｂ／ｄｅｃ（２次）、６０ｄｂ／ｄｅｃ（３次)・・・と変化する。このように、ノイズシェーピングユニット３３の構成が高次であるほど、微分特性の傾きは大きくなり、ノイズシェーピングの効果は高まる。
【0071】
（ｄ１．量子化器）
量子化(Quantization)は、標本化で得られた離散的な値を、離散的な固定のビット数のデジタル値に近似する操作を示す。図６と図７は、本実施の形態に係る量子化器３７の特性を示す図である。図７では、量子化器３７が奏する周波数特性が模式的に示される。図７の横軸はサンプリング周波数ｆｓを示し、縦軸は利得（レベル）を示す。
量子化(Quantization)は、標本化で得られた離散的な値を、離散的な固定のビット数のデジタル値に近似する操作を示す。図６と図７は、本実施の形態に係る量子化器３７の特性を示す図である。図７では、量子化器３７が奏する周波数特性が模式的に示される。図７の横軸はサンプリング周波数ｆｓを示し、縦軸は利得（レベル）を示す。
【0072】
図６では、量子化器３７は、ビット数が８ビットの入力Ｘを量子化ビット幅（例えば、２ビット）で量子化する。量子化器３７は、量子化において、入力Ｘの下位６ビットを削除し、入力Ｘの最上位ビットを含む当該最上位ビットから続く２ビットを出力Ｙとして導出する。このような量子化過程で入力Ｘから削除された６ビットのデータは量子化誤差に相当する量子化ノイズＶｇである。なお、図６の量子化器３７の入力Ｘ、量子化ビット幅、量子化ノイズＶｇおよび出力Ｙのビット数は一例であって、設計仕様により変更され得る。
【0073】
量子化ノイズＶｇは、図７に示すように、量子化器３７のサンプリング周波数(fs)に対して、一様に分布するから周波数依存性を有しない。より具体的には、量子化ノイズＶｇは、量子化器３７によって入力Ｘから削除された３ビット目～８ビット目までの連続する６ビット幅のデータであって、この６ビット幅の量子化ノイズＶｇは前後のビットのデータとの依存性を有しない。
【0074】
（ｄ２．量子化ノイズの伝達特性）
図８と図９は、ノイズシェーピングにおける量子化ノイズＶｇの伝達特性を示す図である。図８には、伝達特性を算出するための演算式８０が示され、図９には、このような伝達特性を奏する量子化器３７および周辺部のブロック構成が示される。図９ではノイズシェーピングユニット３３の量子化器３７は、加算器３６からの出力ａに量子化ノイズＶｇを加算し、加算結果である出力Ｙを導出する加算器３７１と、加算器３６の出力（出力ａ）から加算器３７１の加算結果（出力Ｙ）を差し引く減算器３７２とを有する。遅延器３８は減算器３７２からの減算結果である量子化ノイズＶｇを第２周期だけ遅延させて係数ａ１の増幅器３８１を介して加算器３６に出力する。図８の演算式８０の式（１）は図９の減算器３７２、遅延器３８、増幅器３８１および加算器３６の操作を示し、式（２）は図９の加算器３７１の操作を示す。出力ａは、量子化器３７の入力ａに一致する。
図８と図９は、ノイズシェーピングにおける量子化ノイズＶｇの伝達特性を示す図である。図８には、伝達特性を算出するための演算式８０が示され、図９には、このような伝達特性を奏する量子化器３７および周辺部のブロック構成が示される。図９ではノイズシェーピングユニット３３の量子化器３７は、加算器３６からの出力ａに量子化ノイズＶｇを加算し、加算結果である出力Ｙを導出する加算器３７１と、加算器３６の出力（出力ａ）から加算器３７１の加算結果（出力Ｙ）を差し引く減算器３７２とを有する。遅延器３８は減算器３７２からの減算結果である量子化ノイズＶｇを第２周期だけ遅延させて係数ａ１の増幅器３８１を介して加算器３６に出力する。図８の演算式８０の式（１）は図９の減算器３７２、遅延器３８、増幅器３８１および加算器３６の操作を示し、式（２）は図９の加算器３７１の操作を示す。出力ａは、量子化器３７の入力ａに一致する。
【0075】
ノイズシェービングにおいて、出力Ｙは量子化器３７の入力ａと量子化ノイズＶｇの和であるから、出力Ｙは式（２）（（ａ＋Ｖｇ）＝Ｙ）で導出される。また、量子化器３７の入力ａは式（１）で導出される。式（１）と（式２）から、出力誤差（Ｙ－Ｘ）は、式（３）に示される。式（３）では、出力誤差（Ｙ－Ｘ）は、現在のサンプリング周期（第２周期）で導出された量子化ノイズＶｇから１つ前のサンプリング周期で導出された量子化ノイズＶｇを差し引いた項であり、当該項は微分の特徴を表す。図９に示す構成を有したノイズシェーピングユニット３３は、微分回路の特徴を含む。微分回路はハイパスフィルタに相当するから、ノイズシェーピングユニット３３は、図５に示されたようにサンプリング周波数ｆｓの高い周波数帯域に集中的に量子化ノイズＶｇが生じるとの特性を有する。
【0076】
係数ａ１が（ａ１＝１）である場合、量子化ノイズＶｇに対して０ｄＢ（利得１）となる周波数ｆは、式（３）とオイラー公式等を用いることによって、図５に示すように、ｆ＝１／６×ｆｓ（但し、ｆｓはサンプリング周波数）と算出される。
【0077】
図９は１次のノイズシェーピングユニット３３が示されるが、図９の構成は、図４と同様に、高次（２次、３次・・・）のノイズシェーピングユニットにも適用可能であり、また、図５で示したように、高次の構成になるほど、微分特性の傾きは大きくなり、ノイズシェーピングの効果は高まる。
【0078】
＜Ｅ．フローチャート＞
図１０は、本実施の形態に係る時刻同期処理のフローチャートである。図１０を参照して、プロセッサ１０２は、第１周期毎に、マスタ装置から転送される時刻配信メッセージ２１を、ネットワーク１１を介し受信するか否かを判断する（ステップＳ１）。時刻配信メッセージ２１を受信しないと判定される（ステップＳ１でＮＯ）間は、プロセッサ１０２はステップＳ１０を繰返し実施する。時刻配信メッセージ２１が受信されたと判定されると（ステップＳ１でＹＥＳ）、プロセッサ１０２は、時刻配信メッセージ２１に基づき基準時刻Ｒを検出し（ステップＳ１０）、取得した基準時刻Ｒと、管理タイマ３５が計測する時刻４４との間の差を算出することによって、時刻差４１を検出する（ステップＳ２０）。
図１０は、本実施の形態に係る時刻同期処理のフローチャートである。図１０を参照して、プロセッサ１０２は、第１周期毎に、マスタ装置から転送される時刻配信メッセージ２１を、ネットワーク１１を介し受信するか否かを判断する（ステップＳ１）。時刻配信メッセージ２１を受信しないと判定される（ステップＳ１でＮＯ）間は、プロセッサ１０２はステップＳ１０を繰返し実施する。時刻配信メッセージ２１が受信されたと判定されると（ステップＳ１でＹＥＳ）、プロセッサ１０２は、時刻配信メッセージ２１に基づき基準時刻Ｒを検出し（ステップＳ１０）、取得した基準時刻Ｒと、管理タイマ３５が計測する時刻４４との間の差を算出することによって、時刻差４１を検出する（ステップＳ２０）。
【0079】
プロセッサ１０２は、当該第１周期において第２周期に同期して処理を繰返し実施する（ステップＳ３０）。ステップＳ３０の処理は、補正量４３を導出するノイズシェーピングの処理（ステップＳ３５）と、プロセッサ１０２が補正部３４として管理タイマ３５の時刻４４を補正する補正処理（ステップＳ３７）を含む。
【0080】
より具体的には、ノイズシェーピングの処理（ステップＳ３５）では、プロセッサ１０２は、時刻差４１に基づく操作量４２を、量子化ビット幅に量子化して、量子化結果である量子化値（補正量４３）と量子化ノイズＶｇを出力する。また、補正処理（ステップＳ３７）では、プロセッサ１０２は、第２周期毎に、量子化において出力された量子化値（補正量４３）を用いて、管理タイマ３５の時刻４４を補正する。これにより、時刻４４は基準時刻Ｒを示すように補正される。また、ノイズシェーピングの処理（ステップＳ３５）では、プロセッサ１０２は、第２周期毎に、フィードバック処理を実施する。フィードバック処理は、当該第２周期が属する第１周期において算出された時刻差４１に対応の操作量４２に、当該第２周期の直前の第２周期における量子化ノイズＶｇを加算する処理を含む。プロセッサ１０２は、ノイズシェーピングの処理では、量子化において、加算後の操作量４２を入力し、量子化ビット幅に量子化された量子化値と量子化誤差を出力する。
【0081】
＜Ｆ．比較例＞
図１１と図１２は、本実施の形態に係る補正処理を他の補正処理と対比して示す図である。図１１では、縦軸に時刻差４１が取られ横軸に時間が取られる。また、図１２では、横軸に時間が取られ縦軸に時刻差が取られる。
図１１と図１２は、本実施の形態に係る補正処理を他の補正処理と対比して示す図である。図１１では、縦軸に時刻差４１が取られ横軸に時間が取られる。また、図１２では、横軸に時間が取られ縦軸に時刻差が取られる。
【0082】
図１１では、本実施の形態に係る補正処理による補正スピードがグラフ５０で示されて、他の補正処理による補正スピードがグラフ５１で示される。横軸に示される補正間隔は、時刻配信メッセージ２１の配信間隔である、例えば１ｍｓを示す。図１１では、各補正間隔で検出された時刻差４１が１００ｎｓ（ナノ秒）、５０ｎｓおよび２５ｎｓである場合、各補正間隔において、グラフ５０はグラフの傾きが、すなわち補正スピード（補正量４３）は時刻差の大きさに応じて異なる。すなわち、時刻差４１が大きいほど傾き（補正スピード）は大きくなる。一方、グラフ５１は各補正間隔における当該グラフの傾き（補正スピード）は一定である、すなわち、時刻差の大きさにかかわらず補正スピードが一定である。
【0083】
そのため、本実施の形態に係る図１１の補正スピード可変の補正処理によれば、図１２のグラフ５０に示すように時刻差を３回目の補正間隔で略ゼロにすることができる。一方、図１１の補正スピード一定の他の補正処理によれば、図１２のグラフ５１に示すように時刻差がゼロに収束しない。図１２のグラフ５１は時刻の後戻りを示している。より具体的には、３番目の補正間隔において、管理タイマ３５の時刻４４が基準時刻Ｒより進んでいる場合に、管理タイマ３５の時刻４４に時刻差を加算する補正処理が実施されたことで、管理タイマ３５の時刻４４の変動量が大きくなって、管理タイマ３５は計測する時刻が過去の時刻に戻ってしまっている。本実施の形態では、各補正間隔における補正スピード（補正量４３）を、当該補正間隔において検出された時刻差４１の大きさに応じて異ならせているので、このような時刻の後戻りは生じない。
【0084】
＜Ｇ．プログラム＞
制御装置２のプロセッサ１０２は、二次記憶装置１０６に非一時的に格納されたプログラムを実行することにより、上記に述べた時刻同期の処理を実現する。
制御装置２のプロセッサ１０２は、二次記憶装置１０６に非一時的に格納されたプログラムを実行することにより、上記に述べた時刻同期の処理を実現する。
【0085】
時刻同期処理を実現するために実行されるプログラムおよびデータは、外部装置から二次記憶装置１０６にダウンロードされてもよい。より具体的には、メモリカード１１６から、メモリカードインターフェイス１０９を介してダウンロードされる、または、ネットワークに接続される外部装置から上位ネットワークコントローラ１０５を介してダウンロードされる。
【0086】
メモリカード１１６は、コンピュータその他装置、機械等が記録されたプログラム等の情報を読み取り可能なように、当該プログラム等の情報を、電気的、磁気的、光学的、機械的または化学的作用によって非一時的に格納する媒体である。
【0087】
＜Ｈ．利点＞
本実施の形態に係る時刻同期処理では、ノイズシェーピングの技術を応用して、時刻差４１に応じて第２周期毎の補正量４３を導出することで、第１周期毎の補正スピードを当該周期において検出された時刻差４１の大きさに応じて変更できる。
本実施の形態に係る時刻同期処理では、ノイズシェーピングの技術を応用して、時刻差４１に応じて第２周期毎の補正量４３を導出することで、第１周期毎の補正スピードを当該周期において検出された時刻差４１の大きさに応じて変更できる。
【0088】
発明者の実験によれば、本実施の形態に係る補正処理を実施したところ、当該補正処理を実施しない場合は８０ｎｓの時刻差が発生していたが、当該補正処理を実施した場合は時刻差を－６ｎｓとすることができて、同期精度を１３倍にすることができた。
【0089】
＜Ｉ．付記＞
上述したような本実施の形態は、以下のような技術思想を含む。
［構成１］
時刻同期装置（３）であって、
第１周期毎に、ネットワーク通信によって検出された基準時刻（Ｒ）とタイマ（３５）が計測するタイマ時刻（４４）との間の時刻差（４１）を算出する算出部（３１）と、
第１周期内の第２周期毎に、時刻差を入力し、予め定められた量子化ビット幅に量子化された量子化値（Ｙ）と量子化誤差（Ｖｇ）を出力する量子化部（３７）と、
前記第２周期毎に、前記量子化部から出力される前記量子化値を用いて、前記タイマ時刻を前記基準時刻を示すように補正する補正部（３４）と、
前記第２周期毎に、当該第２周期が属する前記第１周期において算出された前記時刻差に当該第２周期の直前の第２周期における前記量子化誤差を加算し、加算後の時刻差を前記量子化部に出力する加算部（３６）と、を含む、時刻同期装置。
［構成２］
前記時刻同期装置は、ＦＡ（ファクトリオートメーション）の制御装置（２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）に備えられる、構成１に記載の時刻同期装置。
［構成３］
前記予め定められた量子化ビット幅は、前記時刻差のデータが有するビット幅よりも短いビット幅であって、且つ、前記時刻差のデータのうちの最上位ビットを含む当該最上位ビットから続く上位ビットで構成される、構成１または２に記載の時刻同期装置。
［構成４］
前記時刻差は、前記ネットワーク通信における伝送遅延を含む、構成１または２に記載の時刻同期装置。
［構成５］
前記時刻同期装置は、マスタ装置と前記ネットワーク通信を実施するスレーブ装置（２０）に備えられ、
前記スレーブ装置は、前記マスタ装置と前記基準時刻のメッセージ（２１）を通信する、構成１または２に記載の時刻同期装置。
［構成６］
前記スレーブ装置は、ＦＡ（ファクトリオートメーション）の制御装置（２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ）を含む、構成５に記載の時刻同期装置。
［構成７］
前記時刻同期装置は、
前記量子化部と前記加算部とを有するノイズシェーピング部（３３）を含む、構成１または２に記載の時刻同期装置。
［構成８］
前記制御装置は、
対象（９０）を制御するための制御指令を算出する制御演算を実施する制御演算部（１０２）と、
前記マスタ装置が属する前記ネットワークを接続するための第１コネクタ（１０５）と、
対象（９０）が属するフィールドネットワーク（１１０）であって、前記制御指令を通信するフィールドネットワークを接続するための第２コネクタ（１１８）と、を含む、構成６に記載の時刻同期装置。
［構成９］
タイマ（３５）の時刻同期を実施する方法であって、
前記方法は、
第１周期毎に、ネットワーク通信によって取得した基準時刻（Ｒ）と前記タイマが計測するタイマ時刻（４４）との間の時刻差を算出すること（Ｓ２０）、
第１周期内の第２周期毎に、時刻差を入力し、予め定められた量子化ビット幅に量子化された量子化値（Ｙ）と量子化誤差（Ｖｇ）を出力すること（Ｓ３５）、
前記第２周期毎に、前記量子化において出力される前記量子化値を用いて、前記タイマ時刻を前記基準時刻を示すように補正すること（Ｓ３７）、および、
前記第２周期毎に、当該第２周期が属する前記第１周期において算出された前記時刻差に当該第２周期の直前の第２周期における前記量子化誤差を加算することを備え、
前記量子化することは、加算後の時刻差を入力し、前記予め定められた量子化ビット幅に量子化された量子化値と量子化誤差を出力することを含む、方法。
［構成１０］
タイマ（３５）の時刻同期の方法をコンピュータ（１０２）の実行させるプログラム（２１０）であって、
前記方法は、
第１周期毎に、ネットワーク通信によって取得した基準時刻（Ｒ）と前記タイマが計測するタイマ時刻（４４）との間の時刻差（４１）を算出すること（Ｓ２０）、
第１周期内の第２周期毎に、時刻差を入力し、予め定められた量子化ビット幅に量子化された量子化値（Ｙ）と量子化誤差（Ｖｇ）を出力すること（Ｓ３５）、
前記第２周期毎に、前記量子化において出力される前記量子化値を用いて、前記タイマ時刻を前記基準時刻を示すように補正すること（Ｓ３７）、および、
前記第２周期毎に、当該第２周期が属する前記第１周期において算出された前記時刻差に当該第２周期の直前の第２周期における前記量子化誤差を加算することを備え、
前記量子化することは、加算後の時刻差を入力し、前記予め定められた量子化ビット幅に量子化された量子化値と量子化誤差を出力することを含む、プログラム。
上述したような本実施の形態は、以下のような技術思想を含む。
［構成１］
時刻同期装置（３）であって、
第１周期毎に、ネットワーク通信によって検出された基準時刻（Ｒ）とタイマ（３５）が計測するタイマ時刻（４４）との間の時刻差（４１）を算出する算出部（３１）と、
第１周期内の第２周期毎に、時刻差を入力し、予め定められた量子化ビット幅に量子化された量子化値（Ｙ）と量子化誤差（Ｖｇ）を出力する量子化部（３７）と、
前記第２周期毎に、前記量子化部から出力される前記量子化値を用いて、前記タイマ時刻を前記基準時刻を示すように補正する補正部（３４）と、
前記第２周期毎に、当該第２周期が属する前記第１周期において算出された前記時刻差に当該第２周期の直前の第２周期における前記量子化誤差を加算し、加算後の時刻差を前記量子化部に出力する加算部（３６）と、を含む、時刻同期装置。
［構成２］
前記時刻同期装置は、ＦＡ（ファクトリオートメーション）の制御装置（２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）に備えられる、構成１に記載の時刻同期装置。
［構成３］
前記予め定められた量子化ビット幅は、前記時刻差のデータが有するビット幅よりも短いビット幅であって、且つ、前記時刻差のデータのうちの最上位ビットを含む当該最上位ビットから続く上位ビットで構成される、構成１または２に記載の時刻同期装置。
［構成４］
前記時刻差は、前記ネットワーク通信における伝送遅延を含む、構成１または２に記載の時刻同期装置。
［構成５］
前記時刻同期装置は、マスタ装置と前記ネットワーク通信を実施するスレーブ装置（２０）に備えられ、
前記スレーブ装置は、前記マスタ装置と前記基準時刻のメッセージ（２１）を通信する、構成１または２に記載の時刻同期装置。
［構成６］
前記スレーブ装置は、ＦＡ（ファクトリオートメーション）の制御装置（２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ）を含む、構成５に記載の時刻同期装置。
［構成７］
前記時刻同期装置は、
前記量子化部と前記加算部とを有するノイズシェーピング部（３３）を含む、構成１または２に記載の時刻同期装置。
［構成８］
前記制御装置は、
対象（９０）を制御するための制御指令を算出する制御演算を実施する制御演算部（１０２）と、
前記マスタ装置が属する前記ネットワークを接続するための第１コネクタ（１０５）と、
対象（９０）が属するフィールドネットワーク（１１０）であって、前記制御指令を通信するフィールドネットワークを接続するための第２コネクタ（１１８）と、を含む、構成６に記載の時刻同期装置。
［構成９］
タイマ（３５）の時刻同期を実施する方法であって、
前記方法は、
第１周期毎に、ネットワーク通信によって取得した基準時刻（Ｒ）と前記タイマが計測するタイマ時刻（４４）との間の時刻差を算出すること（Ｓ２０）、
第１周期内の第２周期毎に、時刻差を入力し、予め定められた量子化ビット幅に量子化された量子化値（Ｙ）と量子化誤差（Ｖｇ）を出力すること（Ｓ３５）、
前記第２周期毎に、前記量子化において出力される前記量子化値を用いて、前記タイマ時刻を前記基準時刻を示すように補正すること（Ｓ３７）、および、
前記第２周期毎に、当該第２周期が属する前記第１周期において算出された前記時刻差に当該第２周期の直前の第２周期における前記量子化誤差を加算することを備え、
前記量子化することは、加算後の時刻差を入力し、前記予め定められた量子化ビット幅に量子化された量子化値と量子化誤差を出力することを含む、方法。
［構成１０］
タイマ（３５）の時刻同期の方法をコンピュータ（１０２）の実行させるプログラム（２１０）であって、
前記方法は、
第１周期毎に、ネットワーク通信によって取得した基準時刻（Ｒ）と前記タイマが計測するタイマ時刻（４４）との間の時刻差（４１）を算出すること（Ｓ２０）、
第１周期内の第２周期毎に、時刻差を入力し、予め定められた量子化ビット幅に量子化された量子化値（Ｙ）と量子化誤差（Ｖｇ）を出力すること（Ｓ３５）、
前記第２周期毎に、前記量子化において出力される前記量子化値を用いて、前記タイマ時刻を前記基準時刻を示すように補正すること（Ｓ３７）、および、
前記第２周期毎に、当該第２周期が属する前記第１周期において算出された前記時刻差に当該第２周期の直前の第２周期における前記量子化誤差を加算することを備え、
前記量子化することは、加算後の時刻差を入力し、前記予め定められた量子化ビット幅に量子化された量子化値と量子化誤差を出力することを含む、プログラム。
【0090】
今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【0091】
１ 制御システム、２，２Ａ，２Ｂ 制御装置、３ 時刻同期部、３Ａ，３Ｂ，３Ｃ 工程、１１，１２，１３，１４，１１０ ネットワーク、２００ スレーブ装置、２１ 時刻配信メッセージ、３１ 算出部、３２ フィルタ、３３ ノイズシェーピングユニット、３４ 補正部、３５ 管理タイマ、３６，３７１ 加算器、３７ 量子化器、３８ 遅延器、４１ 時刻差、４２ 操作量、４３ 補正量、４４ 時刻、５０，５１ グラフ、８０ 演算式、８１ 帯域、９０ フィールド機器、９１，９１Ａ，９１Ｂ，１０３，１１９ タイマ、１０２ プロセッサ、１０４ チップセット、１０５ 上位ネットワークコントローラ、１０６ 二次記憶装置、１０７ ＵＳＢコントローラ、１０８ 主記憶装置、１０９ メモリカードインターフェイス、１１６ メモリカード、１１８ フィールドネットワークコントローラ、１２６ カウンタ、１９０ ライン管理装置、１９１ 基準タイマ、２０２ 周期データ、２１０ 時刻同期プログラム、２１１ 補正プログラム、２１２ ノイズシェーピングプログラム、２８０ 表示装置、３００ 分散型システム、３７２ 減算器、３８０ 製造管理装置、３８１ 増幅器、４００ 製造実行システム、５００ サポート装置、Ｒ 基準時刻、Ｖｇ 量子化ノイズ、ｆ 周波数、ｆｓ サンプリング周波数。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】