特開 2024-158380 制御装置およびプログラム

(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】P2024158380

(43)【公開日】2024-11-08

(54)【発明の名称】制御装置およびプログラム

(51)【国際特許分類】

   G05B 19/05 20060101AFI20241031BHJP

   G01D 9/00 20060101ALI20241031BHJP

【ＦＩ】

G05B19/05 D

G01D9/00 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023073533

(22)【出願日】2023-04-27

(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】太田 政則

(72)【発明者】

【氏名】玉嶋 大輔

(72)【発明者】

【氏名】重森 弓束

【テーマコード（参考）】

2F070

5H220

【Ｆターム（参考）】

2F070AA01

2F070BB10

2F070CC04

2F070CC06

2F070CC11

2F070DD20

2F070FF12

2F070GG07

2F070HH08

5H220AA06

5H220BB01

5H220CC07

5H220CX01

5H220CX04

5H220JJ12

5H220JJ16

5H220JJ26

5H220JJ59

(57)【要約】

【課題】より効率的なデータ格納が可能な制御装置を提供する。
【解決手段】
制御装置は、フィールド装置からの入力データの収集、予め定められたユーザプログラムに従う入力データに基づく出力データの算出、算出される出力データの出力、を含む制御演算を予め定められた実行周期でサイクリック実行する処理部と、処理部が管理するデータのうち指定されたデータを時系列に格納するデータベースと、制御演算がサイクリック実行される実行周期と同じ周期でデータベースへのデータ書込みを実行するためのデータ書込み手段とを備える。データ書込み手段は、指定されたデータの基準レコードを構築する手段と、所定条件を満たしている場合に、指定されたデータの差分レコードを構築する手段とを含む。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

フィールド装置からの入力データの収集、予め定められたユーザプログラムに従う前記入力データに基づく出力データの算出、算出される出力データの出力、を含む制御演算を予め定められた実行周期でサイクリック実行する処理部と、
前記処理部が管理するデータのうち指定されたデータを時系列に格納するデータベースと、
前記制御演算がサイクリック実行される実行周期と同じ周期で前記データベースへのデータ書込みを実行するためのデータ書込み手段とを備え、
前記データ書込み手段は、
前記指定されたデータの基準レコードを構築する手段と、
所定条件を満たしている場合に、前記指定されたデータの差分レコードを構築する手段とを含む、制御装置。

【請求項2】

前記基準レコードを構築する手段は、第１のタイミング毎に前記指定されたデータの基準レコードを構築し、
前記差分レコードを構築する手段は、前記第１のタイミングと異なる第２のタイミング毎に前記所定条件を満たしている場合に、前記指定されたデータの差分レコードを構築する、請求項１に記載の制御装置。

【請求項3】

前記差分レコードを構築する手段は、前記所定条件として前回の前記指定されたデータと今回の前記指定されたデータとの比較に基づき変化が有る場合に、前記指定されたデータの差分レコードを構築する、請求項１に記載の制御装置。

【請求項4】

前記制御装置は、互いに時刻同期されたフィールド装置と接続されており、
前記データベースに格納されるデータには、当該データがフィールド装置で収集された時刻情報が付与されている、請求項１に記載の制御装置。

【請求項5】

前記データベースには、時刻情報をＫｅｙとし、対応するデータの値および当該データの品質情報をＶａｌｕｅとするＫｅｙ－Ｖａｌｕｅストア型のレコードが格納される、請求項１に記載の制御装置。

【請求項6】

前記データベースに格納された時系列のデータを再生する再生手段をさらに備え、
前記再生手段は、再生時に前記データベースに格納された対応するデータのうち前記差分レコードを前記基準レコードに基づき再構築して出力する、請求項１記載の制御装置。

【請求項7】

制御装置を実現するためのプログラムであって、前記プログラムはコンピュータに、
フィールド装置からの入力データの収集、予め定められたユーザプログラムに従う前記入力データに基づく出力データの算出、算出される出力データの出力、を含む制御演算を予め定められた実行周期でサイクリック実行するステップを実行させ、
前記コンピュータは、前記制御演算により管理されるデータのうち指定されたデータを時系列に格納するデータベースを備え、前記プログラムは前記コンピュータに、
前記制御演算がサイクリック実行される実行周期と同じ周期で前記データベースへのデータ書込みを実行するステップを実行させ、
前記データ書込みを実行するステップは、
前記指定されたデータの基準レコードを構築するステップと、
所定条件を満たしている場合に、前記指定されたデータの差分レコードを構築するステップとを含む、プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、データを時系列に格納するデータベースを有する制御装置およびその制御装置を実現するためのプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

様々な生産現場において、ＰＬＣ（プログラマブルコントローラ）などの制御装置を用いたＦＡ（Factory Automation）技術が広く普及している。このような制御装置が取り扱うデータを事後的に解析するようなニーズがある。

【0003】

特に、ＩＣＴ（Information and Communication Technology）の進歩によって、制御装置においても大量のデータを収集および格納することが可能になりつつある。

【0004】

上述したような制御装置に内蔵されたデータベースにて大量のデータを収集するような構成を採用した場合であっても、事後的な分析や解析を容易にする仕組みが必要である。

【0005】

この点で、特許文献１においては、制御演算の実行周期にあわせたデータ格納が可能な制御装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１８－１５１７２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

一方で、制御演算の実行周期にあわせたデータ格納を実行する点で、より効率的にデータを格納する必要がある。

【0008】

本開示は、上記の課題を解決するためのものであって、より効率的なデータ格納が可能な制御装置およびプログラムを提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本開示の一例に従う制御装置は、フィールド装置からの入力データの収集、予め定められたユーザプログラムに従う入力データに基づく出力データの算出、算出される出力データの出力、を含む制御演算を予め定められた実行周期でサイクリック実行する処理部と、処理部が管理するデータのうち指定されたデータを時系列に格納するデータベースと、制御演算がサイクリック実行される実行周期と同じ周期でデータベースへのデータ書込みを実行するためのデータ書込み手段とを備える。データ書込み手段は、指定されたデータの基準レコードを構築する手段と、所定条件を満たしている場合に、指定されたデータの差分レコードを構築する手段とを含む。

【0010】

基準レコードを構築する手段は、第１のタイミング毎に指定されたデータの基準レコードを構築し、差分レコードを構築する手段は、第１のタイミングと異なる第２のタイミング毎に所定条件を満たしている場合に、指定されたデータの差分レコードを構築する。

【0011】

差分レコードを構築する手段は、所定条件として前回の指定されたデータと今回の指定されたデータとの比較に基づき変化が有る場合に、指定されたデータの差分レコードを構築する。

【0012】

制御装置は、互いに時刻同期されたフィールド装置と接続されており、データベースに格納されるデータには、当該データがフィールド装置で収集された時刻情報が付与されている。

【0013】

データベースには、時刻情報をＫｅｙとし、対応するデータの値および当該データの品質情報をＶａｌｕｅとするＫｅｙ－Ｖａｌｕｅストア型のレコードが格納される。

【0014】

データベースに格納された時系列のデータを再生する再生手段をさらに備え、再生手段は、再生時にデータベースに格納された対応するデータのうち差分レコードを基準レコードに基づき再構築して出力する。

【0015】

本開示の一例に従う制御装置を実現するためのプログラムであって、プログラムはコンピュータに、フィールド装置からの入力データの収集、予め定められたユーザプログラムに従う入力データに基づく出力データの算出、算出される出力データの出力、を含む制御演算を予め定められた実行周期でサイクリック実行するステップを実行させ、コンピュータは、制御演算により管理されるデータのうち指定されたデータを時系列に格納するデータベースを備え、プログラムはコンピュータに、制御演算がサイクリック実行される実行周期と同じ周期でデータベースへのデータ書込みを実行するステップを実行させ、データ書込みを実行するステップは、指定されたデータの基準レコードを構築するステップと、所定条件を満たしている場合に、指定されたデータの差分レコードを構築するステップとを含む。

【発明の効果】

【0016】

本開示の制御装置およびプログラムによれば、より効率的なデータ格納を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本実施の形態に係る制御システム１の全体構成例を示す模式図である。

【図2】本実施の形態に係る制御システム１を構成する制御装置１００のハードウェア構成例を示すブロック図である。

【図3】本実施の形態に係る制御システム１を構成する制御装置１００のソフトウェア構成例を示すブロック図である。

【図4】本実施の形態に係る制御装置１００に実装される時系列データベース１８０のデータ構造を概略する模式図である。

【図5】本実施の形態に係る制御装置１００におけるサイクリック実行処理および時系列データベースへの書込処理を説明するための模式図である。

【図6】実施形態および比較例に従う時系列データベース１８０に格納されるデータの具体例について説明する図である。

【図7】実施形態に従うデータ書込みプログラムの処理について説明するフロー図である。

【図8】実施形態に基づく時系列データベースのデータに従う再生処理について説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

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。

【0019】

＜Ａ．制御システムの全体構成例＞
まず、本実施の形態に係る制御装置を含む制御システム１の全体構成例について説明する。

【0020】

図１は、本実施の形態に係る制御システム１の全体構成例を示す模式図である。図１を参照して、本実施の形態に係る制御システム１は、主たる構成要素として、制御対象を制御する制御装置１００と、制御装置１００に接続されるサポート装置２００とを含む。

【0021】

制御装置１００は、ＰＬＣ（プログラマブルコントローラ）などの、一種のコンピュータとして具現化されてもよい。制御装置１００は、第１フィールドバス２を介してフィールド装置群６と接続されるとともに、第２フィールドバス４を介して１または複数の表示装置３００と接続される。制御装置１００は、それぞれのバスまたはネットワークを介して、接続された装置との間でデータを遣り取りする。

【0022】

制御装置１００は、製造装置や設備を制御するための各種演算を実行する制御演算機能を有している。制御装置１００は、制御演算機能に加えて、フィールド装置群６にて計測され、制御装置１００へ転送されるデータ（以下、「入力データ」とも称す。）や制御演算機能によって算出される各種のデータを取得する入出力機能、ならびに、時系列データベース１８０を有している。なお、以下の説明においては、「データベース」を「ＤＢ」とも記す。時系列データベース１８０は、後述するように、入出力機能により取得される各種データを時系列に格納する。

【0023】

第１フィールドバス２および第２フィールドバス４は、データの到達時間が保証される、定周期通信を行うバスまたはネットワークを採用することが好ましい。このような定周期通信を行うバスまたはネットワークとしては、ＥｔｈｅｒＣＡＴ（登録商標）、ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ（登録商標）、ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ（登録商標）、ＣｏｍｐｏＮｅｔ（登録商標）などが知られている。

【0024】

フィールド装置群６は、制御対象または制御に関連する製造装置や生産ラインなど（以下、「フィールド」とも総称する。）から入力データを収集する装置を含む。このような入力データを収集する装置としては、入力リレーや各種センサ（例えば、アナログセンサ、温度センサ、振動センサなど）などが想定される。フィールド装置群６は、さらに、制御装置１００にて生成される指令（以下、「出力データ」とも称す。）に基づいて、フィールドに対して何らかの作用を与える装置を含む。このようなフィールドに対して何らかの作用を与える装置としては、出力リレー、コンタクタ、サーボドライバおよびサーボモータ、その他任意のアクチュエータが想定される。

【0025】

このように、制御装置１００の制御演算機能は、制御対象から入力データを取得するとともに、取得した入力データに基づく制御演算を実行することで制御対象に対する出力データを決定する。

【0026】

フィールド装置群６は、第１フィールドバス２を介して、制御装置１００との間で、入力データおよび出力データを含むデータを遣り取りする。図１に示す構成例においては、フィールド装置群６は、リモートＩ／Ｏ（Input/Output）装置１２と、リレー群１４と、画像センサ１８およびカメラ２０と、サーボドライバ２２およびサーボモータ２４とを含む。フィールド装置群６としては、これらに限られることなく、入力データを収集できるデバイス、または、出力データに基づく何らかのアクションができるデバイスであれば、どのようなものを採用してもよい。

【0027】

リモートＩ／Ｏ装置１２は、第１フィールドバス２を介して通信を行う通信部と、入力データの取得および出力データの出力を行うための入出力部（以下、「Ｉ／Ｏユニット」とも称す。）とを含む。このようなＩ／Ｏユニットを介して、制御装置１００とフィールドとの間で入力データおよび出力データが遣り取りされる。図１には、リレー群１４を介して、入力データおよび出力データとして、デジタル信号が遣り取りされる例が示されている。

【0028】

Ｉ／Ｏユニットは、フィールドバスまたはフィールドネットワークに直接接続されるようにしてもよい。図１には、第１フィールドバス２にＩ／Ｏユニット１６が直接接続されている例を示す。

【0029】

画像センサ１８は、カメラ２０によって撮像された画像データに対して、パターンマッチングなどの画像計測処理を行って、その処理結果を制御装置１００へ出力する。

【0030】

サーボドライバ２２は、制御装置１００からの出力データ（例えば、位置指令や速度指令など）に従って、サーボモータ２４を駆動する。

【0031】

上述のように、第１フィールドバス２を介して、制御装置１００とフィールド装置群６との間でデータが遣り取りされることになるが、これらの遣り取りされるデータは、数百μｓｅｃオーダ～数十ｍｓｅｃオーダー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を、「Ｉ／Ｏリフレッシュ処理」と称することもある。

【0032】

また、第２フィールドバス４を介して制御装置１００と接続される表示装置３００は、ユーザからの操作を受けて、制御装置１００に対してユーザ操作に応じたコマンドなどを出力するとともに、制御装置１００での演算結果などをグラフィカルに表示する。

【0033】

サポート装置２００は、制御装置１００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。具体的には、サポート装置２００は、制御装置１００で実行されるプログラムの開発環境（プログラム作成編集ツール、パーサ、コンパイラなど）、制御装置１００および制御装置１００に接続される各種デバイスのパラメータ（コンフィギュレーション）を設定するための設定環境、生成したユーザプログラムを制御装置１００へ出力する機能、制御装置１００上で実行されるユーザプログラムなどをオンラインで修正・変更する機能、などを提供する。

【0034】

制御装置１００は、さらに、入出力機能により取得されたデータおよび／または時系列データベース１８０に格納されたデータを外部装置へ出力するゲートウェイ機能も有している。

【0035】

外部装置として、図１には、制御装置１００と上位／コントローラ間通信ネットワーク８を介して接続される、製造実行システムなどの上位システム４００を典型例として示す。製造実行システムは、制御対象の製造装置や設備からの情報を取得して、生産全体を監視および管理するものであり、オーダー情報、品質情報、出荷情報などを扱うこともできる。

【0036】

＜Ｂ．制御装置のハードウェア構成例＞
次に、本実施の形態に係る制御システム１を構成する制御装置１００のハードウェア構成例について説明する。

【0037】

図２は、本実施の形態に係る制御システム１を構成する制御装置１００のハードウェア構成例を示すブロック図である。図２を参照して、制御装置１００は、演算処理部および１または複数のＩ／Ｏユニット１２４－１，１２４－２，…を含む。

【0038】

制御装置１００は、プロセッサ１０２と、チップセット１０４と、主記憶装置１０６と、二次記憶装置１０８と、ネットワークコントローラ１１０と、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）コントローラ１１２と、メモリカードインターフェイス１１４と、ローカルバスコントローラ１２２と、フィールドバスコントローラ１１８，１２０とを含む。

【0039】

プロセッサ１０２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro-Processing Unit）などで構成され、二次記憶装置１０８に格納された各種プログラムを読み出して、主記憶装置１０６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。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１００全体としての処理を実現する。

【0040】

二次記憶装置１０８には、基本的な機能を実現するためのシステムプログラムに加えて、制御対象の製造装置や設備に応じて作成されるユーザプログラムが格納される。さらに、二次記憶装置１０８などを利用して、後述するような時系列データベース１８０が構成される。

【0041】

ネットワークコントローラ１１０は、上位／コントローラ間通信ネットワーク８を介して、上位システム４００（図１参照）などとの間のデータを遣り取りする。ＵＳＢコントローラ１１２は、ＵＳＢ接続を介してサポート装置２００との間のデータの遣り取りを制御する。

【0042】

メモリカードインターフェイス１１４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から各種データを読出すことが可能になっている。メモリカード１１６を利用して、後述するような時系列データベース１８０を構成することも可能である。

【0043】

ローカルバスコントローラ１２２は、制御装置１００に搭載されるＩ／Ｏユニット１２４－１，１２４－２，…との間でデータを遣り取りするインターフェイスである。

【0044】

フィールドバスコントローラ１１８は、第１フィールドバス２を介したフィールド装置群６などとの間のデータの遣り取りを制御する。同様に、フィールドバスコントローラ１２０は、第２フィールドバス４を介した表示装置３００などとの間でデータを遣り取りする。

【0045】

図２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、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１００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。

【0046】

＜Ｃ．制御装置のソフトウェア構成例＞
次に、本実施の形態に係る制御システム１を構成する制御装置１００のソフトウェア構成例について説明する。

【0047】

図３は、本実施の形態に係る制御システム１を構成する制御装置１００のソフトウェア構成例を示すブロック図である。図３を参照して、制御装置１００は、ＰＬＣエンジン１５０と、入出力処理部１７０と、時系列データベース１８０とを含む。

【0048】

ＰＬＣエンジン１５０は、典型的には、制御装置１００のプロセッサ１０２がシステムプログラムを実行することで各種プログラムの実行環境が提供され、当該実行環境下において、各種プログラムを実行することができる処理部に相当する。より具体的には、ＰＬＣエンジン１５０は、制御プログラム１５２と、システムプログラム１６０と、時刻管理部１６８とを含む。

【0049】

制御プログラム１５２は、制御対象に応じた各種アプリケーションを提供するためのプログラムであり、典型的には、ユーザプログラム１５４と、データベース書込みプログラム１５６と、シリアライズ通信プログラム１５８とを含む。

【0050】

ユーザプログラム１５４は、制御演算機能を提供する主たる部分に相当し、制御装置１００の制御対象の製造装置や設備などに応じて任意に構成することができる。ユーザプログラム１５４は、ファンクションブロックなどを利用したラダーロジックなどで規定することができる。図３に示す例では、ユーザプログラム１５４は、シーケンス演算１５４１およびモーション演算１５４２を含む。モーション演算１５４２では、センサやアクチュエータなどからの入力データ、ならびに、ユーザプログラム１５４に含まれる命令を参照して、アクチュエータへの出力値が生成される。

【0051】

このように、ユーザプログラム１５４は、入力プログラム１６４によって更新される観測値を含む制御装置１００内の状態値を参照し、出力として制御装置１００内の状態値を更新する。更新された状態値は、出力プログラム１６６やデータベース書込みプログラム１５６などの制御装置１００で実行される他機能により参照されてもよい。一般的に、ユーザプログラム１５４は、制御装置１００のユーザー（機器開発者など）がプログラミングツールを用いて作成される。

【0052】

データベース書込みプログラム１５６は、ユーザプログラム１５４内に規定された命令によって呼び出され、入出力処理部１７０を介して、時系列データベース１８０に対して指定されたデータを書込む。データベース書込みプログラム１５６は、高優先プログラムとして実行されてもよい。

【0053】

より具体的には、データベース書込みプログラム１５６は、データを収集し時系列データベース１８０へ格納を要求する。データベース書込みプログラム１５６は、ユーザプログラム１５４と同期して実行できる。データベース書込みプログラム１５６は、データに時刻管理部１６８により機器間で同期された時刻情報を付与できる。時刻情報の具体例としては、データの入力源であるセンサが入力を行った時刻であってもよい。データベース書込みプログラム１５６は、単位変換などの収集したデータに対する加工、複数のデータから何らかの情報の導出といった各種処理を付加的に有することもできる。データベース書込みプログラム１５６は、処理対象のデータについて、収集データと同様に時系列データベース１８０への格納を要求できる。データベース書込みプログラム１５６は、ユーザプログラム１５４と同様のツールで作成できる。あるいは、ユーザプログラム１５４の一部として作成してもよい。別ツールを用いて、ユーザプログラム１５４とは独立したデータベース書込みプログラム１５６を作成してもよい。

【0054】

シリアライズ通信プログラム１５８は、データベース書込みプログラム１５６から時系列データベース１８０に対して書込まれるデータに対してシリアライズ処理を行う。より具体的には、シリアライズ通信プログラム１５８は、時系列データを格納可能なバイト列に変換する処理（シリアライズ）を実行する。シリアライズ通信プログラム１５８は、データベース書込みプログラム１５６が時系列データベース１８０に格納を要求したデータ群を、データベースへの格納および参照に適した書式に変換する。時系列データベース１８０へのデータ書込みの速度およびデータ容量などに応じて、必ずしもシリアライズ処理を行う必要はない。すなわち、シリアライズ通信プログラム１５８はオプショナルな構成である。

【0055】

システムプログラム１６０は、スケジューラプログラム１６２と、入力プログラム１６４と、出力プログラム１６６とを含む。

【0056】

スケジューラプログラム１６２は、制御装置１００で実行されるそれぞれのプログラムを実行条件に基づいてスケジューリングを行う。すなわち、スケジューラプログラム１６２は、制御プログラム１５２を構成する１または複数のタスクあるいはプロセスの実行順序や実行タイミングを管理する。入力プログラム１６４は、制御装置１００とローカルバスまたはフィールドバスを介して接続される各種デバイス（フィールド装置群６）から入力データ（例えば、センサ観測値や機器の状態値など）を取得する機能を提供する。出力プログラム１６６は、制御装置１００において実行されるユーザプログラム１５４によって算出される指令値（出力データ）をローカルバスまたはフィールドバスを介して接続される対象のデバイス（フィールド装置群６）へ出力する。

【0057】

時刻管理部１６８は、制御装置１００における同期タイミングを管理する主体であり、例えば、所定周期でカウントアップ／カウントダウンするカウンタあるいはタイマを用いて実現される。時刻管理部１６８は、他のカウンタまたはタイマと同期するための機能を有していてもよく、この場合には、ローカルバス上、フィールドバス上、あるいは、フィールドネットワーク上のデバイス上にあるカウンタあるいはタイマと同期させることができる。時刻管理部１６８は、ローカルバス上、フィールドバス上、あるいは、フィールドネットワーク上の機器に加えて、他のネットワーク接続された機器との間で高精度（例えば、マイクロ秒オーダ）に時刻を共有する。この時刻は、センサ／アクチュエータの入出力の実行タイミングや制御装置１００でのプログラム実行タイミングの基準となる。

【0058】

入出力処理部１７０は、ＰＬＣエンジン１５０からの時系列データベース１８０へのデータ書込み要求を処理する。入出力処理部１７０は、データベース書込みプログラム１５６から時系列データベース１８０へのデータ書込み要求を受付けて蓄積し、時系列データベース１８０へ順次格納する。システムプログラム１６０および制御プログラム１５２が実行する制御サイクルでの処理への影響を与えないように動作する。

【0059】

制御サイクルの一例として、制御サイクル毎にデータベース書込みプログラム１５６が実行されて、時系列データベース１８０へ時系列データを順次格納するようにしてもよい。さらに、他のデータベースやアプリケーションへのデータ供給、あるい、制御プログラム以外のアプリケーションからの入力受付への対応も柔軟に行うことができる。入出力処理部１７０の詳細な処理については、後述する。

【0060】

時系列データベース１８０は、典型的には、主記憶装置１０６または二次記憶装置１０８（図２参照）に配置され、時系列データを格納する。時系列データベース１８０は、データベース書込みプログラム１５６により書込まれる時系列データを格納している。

【0061】

より具体的には、時系列データベース１８０は、データ格納処理部１８４と、内蔵ストレージ１８８と、外付けストレージ１８９とを含む。

【0062】

データ格納処理部１８４は、入出力処理部１７０を介したデータベースへのデータ書込み要求に従って、入力された時系列データを、内蔵ストレージ１８８または外付けストレージ１８９の指定されたレコードに追加する。データ格納処理部１８４は、時系列データの格納先として複数のストレージを使い分けることもできる。データ格納処理部１８４は、古いデータを削除することでデータベースのデータ量（ストレージ使用量）を一定以下に保つリング動作を設定することもできる。データ格納処理部１８４は、制御装置１００の電源遮断時に、データベースを破損させないようなデータベース書込みも可能である。

【0063】

内蔵ストレージ１８８は、制御装置１００に内蔵される二次記憶装置１０８（図２）などを利用したデータ格納部である。内蔵ストレージ１８８は、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）やＳＲＡＭ（Statistic Random Access Memory）などの揮発性メモリに加えて、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリを含み得る。外付けストレージ１８９は、メモリカード１１６（図２）や図示しない外付けのハードディスクなどを利用した不揮発性のデータ格納部である。

【0064】

制御装置１００に接続されるサポート装置２００においても、任意のアプリケーション２１０が実行されてもよい。アプリケーション２１０の一例として、時系列データベース１８０に格納されている時系列データを利用するようなプログラムが想定される。例えば、制御装置１００の時系列データベース１８０に格納されている時系列データを解析して、何らかの傾向や当該傾向に関連付けられる特徴量などを探し出すような、いわゆるデータマイニングなどを想定される。あるいは、時系列データベース１８０に格納されている時系列データに対して、各種の統計処理を実行するアプリケーションや、時系列データベース１８０に格納されている時系列データの数値を表示したり、視覚的に示すグラフなどを表示したりするようなアプリケーションも想定される。

【0065】

＜Ｄ．時系列データベース＞
次に、本実施の形態に係る制御装置１００に実装される時系列データベース１８０のデータ構造について説明する。

【0066】

図４は、本実施の形態に係る制御装置１００に実装される時系列データベース１８０のデータ構造を概略する模式図である。図４（Ａ）を参照して、時系列データベース１８０が扱う時系列データの概念を「時系列（TimeSeries）」とも称す。１つの時系列は、複数レベルのデータベースで構成されてもよい。

【0067】

時系列データベース１８０には、複数の時系列を生成することができ、例えば、アプリケーション毎に時系列を生成するようにしてもよい。各データベースファイルは、バージョンなどの独自の属性を有するようにしてもよい。

【0068】

時系列データベース１８０には、データ群が格納される。データ群は、データの最小単位であるレコードの単位で時系列データが格納されてもよい。各レコードは、Ｋｅｙ－Ｖａｌｕｅストア型が採用されてもよい。Ｋｅｙ－Ｖａｌｕｅストア型のレコードが採用された場合には、格納対象のデータ（Ｖａｌｕｅ／値）と、そのデータに対応する一意の標識（Ｋｅｙ）とが関連付けて格納される。すなわち、各レコードは、Ｋｅｙ－Ｖａｌｕｅストア型のＫｅｙとＶａｌｕｅとを含む。

【0069】

より具体的には、各レコードには、時系列データの標識を示す時系列Ｋｅｙと、時系列データの値を示す時系列Ｖａｌｕｅとが格納されてもよい。

【0070】

図４（Ｂ）を参照して、時系列Ｋｅｙには、例えば、時刻情報（Ｔｉｍｅｓｔａｍｐ）やタイミングを示すような情報（ｃｏｕｎｔｅｒ）が格納されていてもよい。時系列Ｖａｌｕｅには、対応する入力データ、出力データ、演算データの値（実値）が格納されていてもよい。本例においては、一例として変数データのＩＤと関連付けられた実値とが格納される場合が示されている。後述するが、時系列Ｖａｌｕｅの長さは同じではなく、可変に設定される。

【0071】

＜Ｅ．時系列データの格納処理＞
次に、本実施の形態に係る制御装置１００における時系列データの格納処理について説明する。制御装置１００においては、予め定められた周期毎にＩ／Ｏリフレッシュ処理が繰返し実行される。このＩ／Ｏリフレッシュ処理と同じ周期でユーザプログラム１５４の少なくとも一部が実行される。本実施の形態において、時系列データベース１８０に対する時系列データの書込みは、データベース書込みプログラム１５６によって実行され、データベース書込みプログラム１５６はユーザプログラム１５４から呼び出される。

【0072】

本実施の形態に係る制御装置１００においては、入出力処理部１７０が提供するオンザフライ入出力処理によって、Ｉ／Ｏリフレッシュ処理を含む一連のプログラムの繰返し実行（サイクリック実行）を妨げず、時系列データベース１８０への時系列データの書込みを実現する。

【0073】

時系列データベース１８０は、時系列データとしては、互いに独立した複数を格納できるようにしてもよい。時系列データベース１８０のサイズに応じて、１または複数のストレージを利用するようにしてもよい。さらに、時系列データベース１８０の連続的かつ定常的な時系列データを格納する機能に加えて、過去の時系列データを破棄することでストレージの使用量を一定量に抑えるリング機能を付加してもよい。

【0074】

図５は、本実施の形態に係る制御装置１００におけるサイクリック実行処理および時系列データベースへの書込処理を説明するための模式図である。図５には、一例として、出力プログラム１６６と、入力プログラム１６４と、ユーザプログラム１５４とがサイクリック実行される例を示す。図５に示すサイクリック実行の実行周期（実行開始タイミングの間隔）を「制御サイクル」と称することもある。

【0075】

ユーザプログラム１５４から呼び出されるデータベース書込みプログラム１５６が実行される。データベース書込みプログラム１５６は、変数読み出し処理１５６２と、基準レコード構築処理１５６４と、差分レコード構築処理１５６５と、データベース格納処理１５６６とを含む。

【0076】

図５に示すような、予め定められた実行周期でサイクリック実行される制御演算は、フィールド装置からの入力データの収集（入力プログラム１６４）、予め定められたユーザプログラム１５４に従う入力データに基づく出力データの算出、算出される出力データの出力（出力プログラム１６６）を含む。

【0077】

図５に示すように、ユーザプログラム１５４からデータベース書込みプログラム１５６が呼び出されることで、データベース書込みプログラム１５６は、制御サイクルに同期して実行させることになる。その際、ユーザプログラム１５４は、データベース書込みプログラム１５６に対してデータ書込を要求する。すなわち、サイクリック実行される制御演算は、データベース書込みプログラム１５６へのデータ書込要求を発行する処理を含む。ユーザプログラム１５４は、データベース書込みプログラム１５６へのデータ書込要求を発行すると、データベース書込みプログラム１５６の完了を待たずに、次の処理としてサイクリック実行される。

【0078】

本実施の形態に係る制御装置１００においては、制御プログラム１５２は、データベース書込みプログラム１５６の完了を待たない振る舞いができる。

【0079】

上述したように、ユーザプログラム１５４からみると、データ書込要求を発行した後に、データベース書込みプログラム１５６の完了を待たせないように、ユーザプログラムを処理する。データベース書込みプログラム１５６は、制御サイクルで実行される制御演算とは非同期にバックグラウンドで処理が実行される。このような非同期かつバックグラウンドでの実行によって、制御サイクルへの影響を低減できる。

【0080】

このようなサイクリック実行は、スケジューラプログラム１６２によって管理される。
すなわち、ユーザプログラム１５４において、データ書込要求を発行しさえすれば処理を完了させることができ、図５に示すサイクリック実行を予め定められた制御サイクルで実行することを保証できる。つまり、データベース書込みプログラム１５６は、制御サイクルに同期して実行される際、先の制御サイクルにおいて発行されたデータ書込処理が完了していなくとも、新しいデータ書込要求を受け付けることが可能である。

【0081】

なお、図５には、サイクリック実行の一例を示すのみであり、実行されるプログラムは図５に示されるものに限らず、さらに別のプログラムがサイクリック実行されるようにしてもよいし、図５に示す一部のプログラムを省略するようにしてもよい。

【0082】

変数読み出し処理１５６２は、入力プログラム１６４により取得される入力値、制御プログラム１５２あるいは制御装置１００の内部状態を示す内部状態値、出力プログラム１６６から出力される出力値のうち、サンプリング処理により予め指定されたデータを集約する。

【0083】

基準レコード構築処理１５６４は、集約したデータを基準レコードとして構築する処理である。

【0084】

差分レコード構築処理１５６５は、集約したデータについて差分レコードとして構築する処理である。差分レコードは、前回取得した集約したデータと、今回取得した集約したデータとを比較して、比較結果に基づいて変化したデータのみを含む。

【0085】

データベース格納処理１５６６は、時系列データベース１８０に対するデータ書込み要求を発行する。データ書込み要求は、入出力処理部１７０へ与えられる。

【0086】

時系列データベース１８０は、ＰＬＣエンジン１５０（処理部）が管理するデータのうち指定されたデータを時系列に格納する。入出力処理部１７０は、データベース書込みプログラム１５６からのデータ書込み要求をオンザフライで処理する。そのため、データベース書込みプログラム１５６は、入出力処理部１７０による時系列データベース１８０へのデータの格納完了を待つ必要がない。すなわち、データベース書込みプログラム１５６において、データ書込み要求を発行しさえすれば処理を完了させることができる。

【0087】

このように、本実施の形態に係る制御装置１００においては、データベース書込みプログラム１５６は、時系列データベース１８０への時系列データの格納完了を待たない振る舞いができる。

【0088】

なお、時系列データベース１８０へ格納するデータと取得する値に対して、スケーリングや統計処理といった事前の加工処理を行って、情報量を圧縮するようにしてもよい。

【0089】

データベース書込みプログラム１５６自体は、ユーザプログラム１５４を作成するのと同じプログラミングツールを使って作成できるようにしてもよい。このとき、データベース書込みプログラム１５６をユーザプログラム１５４の一部として構成してもよいし、ユーザプログラム１５４とは独立したプログラムとして構成してもよい。さらに、複数のデータベース書込みプログラム１５６を同一のプロセッサ１０２を用いて実行するようにしてもよい。

【0090】

また、データベース書込みプログラム１５６に対して、制御装置１００での制御プログラム１５２の実行中（サイクリック実行中）であっても、編集操作（対象変数の追加や削除）が可能になるようにしてもよい。

【0091】

データベース書込みプログラム１５６の記述様式あるいは記述形式は、一連の命令を記述したコードに限定されることなく、必要な情報（例えば、収集したい変数のリストや変数を変形する操作のリスト）を指定するための専用ツールまたは専用アプリケーションが提供されていてもよい。このような専用ツールまたは専用アプリケーションを実現するために、制御装置１００側またはサポート装置２００側に各種設定を受付けるインターフェイスを用意してもよい。

【0092】

さらに、明示的なデータベース書込みプログラム１５６ではなく、制御装置１００の内部で実行されるシステムタスクの一部として、データベース書込みプログラム１５６を実現してもよい。

【0093】

入出力処理部１７０は、データベース書込みプログラム１５６からのデータ書込み要求に対して、指定された時系列データを時系列データベース１８０に格納する。

【0094】

上述したように、データベース書込みプログラム１５６からみると、データ書込み要求を発行した後に、時系列データの格納が完了を待たせないように、入出力処理部１７０はデータ書込み要求を処理する。入出力処理部１７０による時系列データの格納は、制御サイクルで実行される制御演算とは非同期にバックグラウンドで処理が実行される。このような非同期かつバックグラウンドでの実行によって、制御サイクルへの影響を低減できる。

【0095】

プロセッサ１０２として、マルチコアまたはマルチプロセッサの構成を採用している場合には、制御演算をサイクリック実行するコアまたはプロセッサとは別に、入出力処理部１７０を実現するための処理を担当するコアまたはプロセッサを割り当てるようにしてもよい。

【0096】

このような制御サイクルとは非同期にデータを格納するための実装形態の一例として、入出力処理部１７０が書込み要求をキューイングするバッファを備えていてもよい。すなわち、入出力処理部１７０は、データ書込み要求を受取るとともに、データ書込み要求をキューイングするバッファを含んでいてもよい。あるいは、時系列データベース１８０のデータ格納処理部１８４に同様の機能を発揮するバッファを配置してもよい。さらにあるいは、入出力処理部１７０およびデータ格納処理部１８４にそれぞれバッファを配置するような構成を採用してもよい。

【0097】

このような構成を採用することで、制御演算において、サンプリング要求を発行すると、データ書込みの完了を待つことなく、次の処理が継続して実行される。

【0098】

制御装置１００においては、スケジューラプログラム１６２による実行タイミングの管理によって、出力プログラム１６６と、入力プログラム１６４と、ユーザプログラム１５４（および、図示しないデータベース書込みプログラムを含み得る）とがサイクリック実行される。

【0099】

制御装置１００は、ローカルバス、フィールドバス、フィールドネットワークなどを介してフィールド装置群６（例えば、アクチュエータなどの出力機器６１およびセンサ等の入力機器６２など）と接続されている。制御装置１００とローカルバス、フィールドバス、フィールドネットワークなどを介して接続されるフィールド装置群６との間では、同期した通信処理を実現するために、互いに同期したタイマなどを有している。すなわち、制御装置１００の時刻管理部１６８は、出力機器６１の時刻管理部および／または入力機器６２の時刻管理部と同期している。

【0100】

したがって、出力機器６１および入力機器６２から制御装置１００へ伝送されるデータに、各機器の時刻管理部が管理する時刻情報を付加して送信することで、制御装置１００の出力プログラム１６６および入力プログラム１６４にて扱われるデータとの間で時刻の整合性を取ることができる。

【0101】

フィールド装置群６は、時刻管理部にて管理される時刻情報とともに、収集された観測値などを制御装置１００へ送信する。制御装置１００は、フィールド装置群６から時刻情報および観測値を受信すると、時刻情報を標識（Ｋｅｙ）の少なくとも一部とするとともに、観測値を値（Ｖａｌｕｅ）として時系列データベース１８０に格納する。

【0102】

このように、制御装置１００は、互いに時刻同期されたフィールド装置と接続されており、制御装置１００の時系列データベース１８０に格納されるデータには、当該データがフィールド装置で収集された時刻情報が付与されていてもよい。このとき、時系列データベース１８０には、時刻情報をＫｅｙとし、対応するデータの値をＶａｌｕｅとするＫｅｙ－Ｖａｌｕｅストア型のレコードが格納されてもよい。

【0103】

互いに同期された時刻管理部１６８が管理する時刻情報を付加することで、時系列データベース１８０に収集された時系列データを互いに同期させることができる。すなわち、共通の時間軸にて時系列データの比較などが可能となる。

【0104】

このように、本実施の形態に係る制御装置１００においては、互いに同期された時刻管理部１６８が管理する時刻情報を用いることで、１または複数のフィールド装置群６と接続された制御装置１００上において、高い時刻精度で時系列データの統合、蓄積、解析を実現できる。

【0105】

さらに、複数の制御装置１００同士も時刻同期することが可能であり、このような場合には、複数の制御装置１００のそれぞれの時系列データベース１８０に格納される時系列データをいずれかの制御装置１００、サポート装置２００、または上位システム４００にて統合することで、異なる制御装置１００に接続されたフィールド装置群６から収集された時系列データであっても、互いに統合して分析などを行うことができる。

【0106】

このようなバスまたはネットワークを介して接続される制御装置１００の間では、時刻同期が確立されており、それぞれ共通の時刻を保持している。このような時刻同期された時刻情報を時系列データベース１８０への時系列データの登録の際に用いることで、それぞれの時系列データベース１８０に格納される時系列データの間では、時間軸を共通にできる。

【0107】

制御装置１００は、接続された他の１または複数の制御装置１００のそれぞれから、各制御装置１００が有している時系列データベース１８０に格納されたデータを集約するようにしてもよい。

【0108】

以上のようなデータ集約機能を実装することで、要求されるシステム仕様などを満たすために、複数の制御装置１００を分散配置した場合であっても、それぞれの制御装置１００が収集する時系列データの間で、時間軸を共通化できるので、時系列データの事後的な統合分析を容易化できる。

【0109】

上述したように、複数の制御装置１００を互いに時刻同期したネットワークなどを介して接続するとともに、時刻同期したタイムスタンプを付与した時系列データを収集することで、事後的に、これらの時系列データを統合して解析することができる。このような構成を採用することで、要求される性能や測定点数などに応じてシステムを拡張可能なスケーラビリティのある構成を容易に実現できる。

【0110】

図６は、実施形態および比較例に従う時系列データベース１８０に格納されるデータの具体例について説明する図である。

【0111】

図６（Ａ）を参照して、比較例として時系列データベース１８０に格納される従来のレコードが示されている。

【0112】

比較例として従来のレコードは、全ての時系列データを制御サイクル毎に格納していた。

【0113】

したがって、時系列データベース１８０のデータ容量がかなり増大する傾向があった。
図６（Ｂ）を参照して、実施形態に従う時系列データベース１８０に格納されるレコードが示されている。

【0114】

実施形態においては、基準レコードと、差分レコードとが格納されている場合場示されている。

【0115】

基準レコードは、所定周期ΔＴのタイミング間隔でサンプリングされたデータが格納される。差分レコードは、所定周期ΔＴよりも短い制御サイクルと同じタイミング間隔で格納される。所定周期ΔＴについては適宜設計可能である。

【0116】

差分レコードは、前回のサンプリングされたデータと今回のサンプリングされたデータとの比較に基づき変化が有る場合に構築される。具体的には、比較に基づいて変化があるデータのみが差分レコードとして格納される。

【0117】

具体的には、前回のサンプリングされたデータを格納するバッファが設けられ、当該バッファに格納されたデータと、今回のサンプリングされたデータとを比較し、変化がある変数データについて差分レコードとして構築する。

【0118】

変化がある変数データについてはバッファに更新されたデータとして格納される。
差分レコードは、基準レコードに基づいて本来のサンプリングデータに再構築することが可能である。

【0119】

図７は、実施形態に従うデータ書込みプログラムの処理について説明するフロー図である。

【0120】

図７を参照して、制御装置１００は、データ書込み要求が有るか否かを判断する（ステップＳ２）。

【0121】

ステップＳ２において、制御装置１００は、データ書込み要求があると判断した場合（ステップＳ２においてＹＥＳ）には、変数データ読出処理を実行する（ステップＳ４）。

【0122】

サンプリング処理により予め指定されたデータを集約する。
次に、制御装置１００は、基準レコードのタイミングか否かを判断する（ステップＳ６）。具体的には、所定周期ΔＴのタイミングか否かを判断する。

【0123】

ステップＳ６において、制御装置１００は、基準レコードのタイミングであると判断した場合（ステップＳ６においてＹＥＳ）には、基準レコードを構築する（ステップＳ８）。

【0124】

サンプリングデータ全てを基準レコードとして構築する。
そして、制御装置１００は、時系列データベース１８０に格納する処理を実行する（ステップＳ１０）。

【0125】

そして、再びステップＳ２に戻る。
一方、ステップＳ６において、制御装置１００は、基準レコードのタイミングでないと判断した場合（ステップＳ６においてＮＯ）には、前回値とのデータ比較を実行する（ステップＳ１２）。具体的には、前回のサンプリングされたデータを格納するバッファが設けられ、当該バッファに格納されたデータと、今回のサンプリングされたデータとを比較する。

【0126】

次に、制御装置１００は、変化したデータが有るか否かを判断する（ステップＳ１４）。比較結果に基づいて変化があるデータについて差分レコードとして構築する。なお、変化があるデータについてはバッファにおいて更新されたデータとして格納される。

【0127】

ステップＳ１４において、制御装置１００は、変化したデータがあると判断した場合（ステップＳ１４においてＹＥＳ）には、差分レコードを構築する（ステップＳ１６）。変化したデータのみに基づく差分レコードを構築する。

【0128】

そして、制御装置１００は、時系列データベース１８０に格納する処理を実行する（ステップＳ１０）。

【0129】

そして、再びステップＳ２に戻る。
一方、ステップＳ１４において、制御装置１００は、変化したデータがないと判断した場合（ステップＳ１４においてＮＯ）には、ステップＳ２に再び戻り上記処理を繰り返す。

【0130】

当該処理により、図６（Ｂ）で説明したレコードを格納する。
図８は、実施形態に基づく時系列データベースのデータに従う再生処理について説明する図である。

【0131】

図８（Ａ）を参照して、時系列データベース１８０において基準レコードおよび差分レコードを収集して格納した場合が示されている。また、当該収集開始から収集停止までの間に異常が発生した場合が示されている。

【0132】

図８（Ｂ）を参照して、異常が発生した時点を基準として異常発生前後のレコードのみを抽出した場合が示されている。

【0133】

図８（Ｃ）を参照して、抽出したレコードのうち基準データに基づいて差分レコードの情報から変数データを再構築する場合が示されている。差分レコードは、前に格納された基準データとの差分に基づくデータであるため当該情報に基づいて再構築が可能である。

【0134】

図８（Ｄ）を参照して、基準データおよび差分レコードに従って再構築された変数データに基づいて再生処理が実行される場合が示されている。

【0135】

したがって、アプリケーション２１０に従う再生処理により視覚的に時系列データを表示することが可能である。

【0136】

また、当該再生処理において、例えば、異常が発生した時点を基準として異常発生前後のレコードを抽出する際、従来の方式であればサンプリングデータ全てを取得して再生する必要があったが、本方式の場合には、基準データおよび差分データを取得して再生するため時系列データベース１８０から取得するデータ量を削減することが可能である。

【0137】

今回開示された実施の形態はすべ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。本開示の範囲は、上記した説明ではなく、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すべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0138】

１ 制御システム、２ 第１フィールドバス、４ 第２フィールドバス、６ フィールド装置群、８ コントローラ間通信ネットワーク、１２ リモートＩ／Ｏ装置、１４ リレー群、１６，１２４ Ｉ／Ｏユニット、１８ 画像センサ、２０ カメラ、２２ サーボドライバ、２４ サーボモータ、６１ 出力機器、６２ 入力機器、１００ 制御装置、１０２ プロセッサ、１０４ チップセット、１０６ 主記憶装置、１０８ 二次記憶装置、１１０ ネットワークコントローラ、１１２ コントローラ、１１４ メモリカードインターフェイス、１１６ メモリカード、１１８，１２０ フィールドバスコントローラ、１２２ ローカルバスコントローラ、１５０ ＰＬＣエンジン、１５２ 制御プログラム、１５４ ユーザプログラム、１５６ データベース書込みプログラム、１５８ シリアライズ通信プログラム、１６０ システムプログラム、１６２ スケジューラプログラム、１６４ 入力プログラム。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】