特許 7287325 制御システム、制御装置、及び、フィールド機器へのアクセス方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-05-29

(45)【発行日】2023-06-06

(54)【発明の名称】制御システム、制御装置、及び、フィールド機器へのアクセス方法

(51)【国際特許分類】

   G05B 19/042 20060101AFI20230530BHJP

【ＦＩ】

G05B19/042

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2020055910

(22)【出願日】2020-03-26

(65)【公開番号】P2021157391

(43)【公開日】2021-10-07

【審査請求日】2022-03-02

(73)【特許権者】

【識別番号】000006507

【氏名又は名称】横河電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100188307

【弁理士】

【氏名又は名称】太田 昌宏

(74)【代理人】

【識別番号】100147692

【弁理士】

【氏名又は名称】下地 健一

(72)【発明者】

【氏名】吉田 善貴

【審査官】藤崎 詔夫

(56)【参考文献】

【文献】特開２００１－００５６８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－００９７９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０２７４３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２４３３２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２６５４１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０１３９９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０７４８８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００９／０２９２５２４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開昭６１－０５４５１０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０５Ｂ １９／０４２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

プラントの制御のためのデータの取得、及び、前記プラントの操作の少なくとも一方を行う一つ以上のフィールド機器と、
前記一つ以上のフィールド機器に含まれる第１のフィールド機器が直接接続され、前記第１のフィールド機器を制御可能な第１の制御アプリケーション、及び、第１のアクセス経路制御部を含む、第１の制御装置と、
前記第１のフィールド機器を制御可能な第２の制御アプリケーション、及び、第２のアクセス経路制御部を含む、少なくとも一つの第２の制御装置と、
前記第１の制御装置及び前記第２の制御装置を通信可能に接続するネットワークと
を備え、
前記第１のアクセス経路制御部及び前記第２のアクセス経路制御部は、協働して、前記第１の制御アプリケーション及び前記第２の制御アプリケーションのそれぞれからの、前記第１のフィールド機器への入出力の経路を制御するように構成される、制御システム。

【請求項2】

前記第１のアクセス経路制御部及び前記第２のアクセス経路制御部は、前記第１の制御アプリケーションが前記第１のフィールド機器に入出力する第１の状態と、前記第２の制御アプリケーションが前記第１のフィールド機器に入出力する第２の状態とを切り替え可能に構成される、請求項１に記載の制御システム。

【請求項3】

前記第１のアクセス経路制御部及び前記第２のアクセス経路制御部は、前記第１の制御アプリケーションが前記第１のフィールド機器の入出力単位を特定する方法と、前記第２の制御アプリケーションが前記第１のフィールド機器の前記入出力単位を特定する方法とが同じとなるように構成される、請求項１または２に記載の制御システム。

【請求項4】

前記第１の制御アプリケーション及び前記第２の制御アプリケーションは、前記第１のフィールド機器の前記入出力単位を、固有の名称により特定するように構成される、請求項３に記載の制御システム。

【請求項5】

前記第１のフィールド機器の前記入出力単位は、前記第１の制御装置のメモリ領域に割り当てられ、前記第１のアクセス経路制御部は、前記第１の制御アプリケーション及び前記第２の制御アプリケーションから前記第１のフィールド機器への入出力指示を、前記メモリ領域のアドレスを指定することにより実行するように構成される、請求項３又は４に記載の制御システム。

【請求項6】

前記第２のアクセス経路制御部は、前記第２の制御アプリケーションからの前記第１のフィールド機器への前記入出力指示を、前記ネットワークを経由して、前記第１のアクセス経路制御部へ転送するように構成される、請求項５に記載の制御システム。

【請求項7】

前記第１のフィールド機器を交換する場合において、前記第１のアクセス経路制御部は、前記メモリ領域に記憶される入出力データを固定するように構成される、請求項５又は６に記載の制御システム。

【請求項8】

前記一つ以上のフィールド機器に含まれる、前記ネットワークに直接接続された第２のフィールド機器をさらに備え、前記第１のアクセス経路制御部及び前記第２のアクセス経路制御部の少なくとも何れかは、前記第２のフィールド機器に入出力可能に構成され、
前記第１のアクセス経路制御部及び前記第２のアクセス経路制御部は、前記第１の制御アプリケーション及び前記第２の制御アプリケーションから、前記第２のフィールド機器への入出力の経路を制御可能に構成される、請求項１から７の何れか一項に記載の制御システム。

【請求項9】

前記第１の制御装置は、判定部を備え、
前記第１の制御アプリケーション及び前記第２の制御アプリケーションの少なくとも何れかを含む複数の制御アプリケーションが、前記第１のフィールド機器からの出力値に基づいて、同一の制御演算を行い前記第１のフィールド機器への入力値を算出し、
前記判定部は前記複数の制御アプリケーションにより算出された複数の前記入力値に基づいて、前記第１のフィールド機器への入力値を決定するように構成される、請求項１から８の何れか一項に記載の制御システム。

【請求項10】

プラントの制御のためのデータの取得、及び、前記プラントの操作の少なくとも一方を行うフィールド機器が直接接続された制御装置であって、
前記フィールド機器を制御可能な制御アプリケーションと、
前記制御装置とは異なる他の制御装置が有する他のアクセス経路制御部と協働して、前記制御アプリケーション及び前記他の制御装置の制御アプリケーションから前記フィールド機器への入出力の経路を制御するように構成される、アクセス経路制御部と、
を備える制御装置。

【請求項11】

プラントの制御のためのデータの取得、及び、前記プラントの操作の少なくとも一方を行うフィールド機器に対して制御装置から入出力を行うためのフィールド機器へのアクセス方法であって、
前記制御装置の制御アプリケーションが前記フィールド機器の入出力単位を指定して入出力を指示し、
前記制御装置のアクセス経路制御部が、前記指定されたフィールド機器の位置情報を取得し、
前記位置情報に基づいて、前記フィールド機器が他の制御装置に接続されている場合、前記フィールド機器が接続された前記他の制御装置のアクセス経路制御部を経由して、前記フィールド機器に入出力を行う、
アクセス方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、制御システム、制御装置、及び、フィールド機器へのアクセス方法に関する。

【背景技術】

【0002】

プラント又は工場等におけるプロセス制御システムでは、センサ及びアクチュエータ等のフィールド機器が直接コントローラに接続された構成が一般的である。本開示において、フィールド機器が直接接続され、他のコントローラとのインタフェースとして機能するコントローラをＩＯノードと呼ぶ。

【0003】

コントローラ上で動作する制御アプリケーションは、センサから読み取ったプロセスデータを用いて制御演算を行い、演算結果をアクチュエータに出力してプラントの制御を行う。従来、フィールド機器又はＩＯノードは、決められたコントローラに搭載された制御アプリケーションと論理的に繋がっており、フィールド機器、ＩＯノード、コントローラ、及び、制御アプリケーションの組み合わせを変更して動作することができない。しかしながら、この方法では、制御アプリケーションが動作中のコントローラのハードウェアを交換する場合等において、システムを止める必要が生じる。このため、システムを止めることなくコントローラのハードウェアを交換する方法が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第５５６１２９８号明細書

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０３２１６６２号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、従来技術には、改善すべき点がある。本開示は、制御アプリケーションの位置に依らずフィールド機器に適切な方法で入出力を行うことが可能な、制御システム、制御装置、及び、フィールド機器へのアクセス方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示は、それぞれが協働して動作するアクセス経路制御部を有する制御装置、当該制御装置を含む制御システム、及び、フィールド機器へのアクセス方法に関するものである。

【0007】

幾つかの実施形態に係る制御システムは、プラントの制御のためのデータの取得、及び、前記プラントの操作の少なくとも一方を行う一つ以上のフィールド機器と、前記一つ以上のフィールド機器に含まれる第１のフィールド機器が直接接続され、前記第１のフィールド機器を制御可能な第１の制御アプリケーション、及び、第１のアクセス経路制御部を含む、第１の制御装置と、前記第１のフィールド機器を制御可能な第２の制御アプリケーション、及び、第２のアクセス経路制御部を含む、少なくとも一つの第２の制御装置と、前記第１の制御装置及び前記第２の制御装置を通信可能に接続するネットワークと、を備える。前記第１のアクセス経路制御部及び前記第２のアクセス経路制御部は、協働して、前記第１の制御アプリケーション及び前記第２の制御アプリケーションのそれぞれからの、前記第１のフィールド機器への入出力の経路を制御するように構成される。このように、第１及び第２のアクセス経路制御部を設け、第１の制御アプリケーション及び第２の制御アプリケーションのそれぞれから、第１のフィールド機器への入出力の経路を制御すれば、制御アプリケーションの位置に依らずフィールド機器に適切な方法で入出力を行うことができる。

【0008】

一実施形態において、前記第１のアクセス経路制御部及び前記第２のアクセス経路制御部は、前記第１の制御アプリケーションが前記第１のフィールド機器に入出力する第１の状態と、前記第２の制御アプリケーションが前記第１のフィールド機器に入出力する第２の状態とを切り替え可能に構成されてよい。このように、第１の状態と第２の状態とを切り替え可能にすれば、第１の制御装置と第２の制御装置との間でシステムを停止させることなく、制御アプリケーションを切り替えることができる。

【0009】

一実施形態において、前記第１のアクセス経路制御部及び前記第２のアクセス経路制御部は、前記第１の制御アプリケーションが前記第１のフィールド機器の入出力単位を特定する方法と、前記第２の制御アプリケーションが前記第１のフィールド機器の前記入出力単位を特定する方法とが同じとなるように構成されてよい。このように、第１のアクセス経路制御部及び前記第２のアクセス経路制御部が、第１の制御アプリケーションと第２の制御アプリケーションとが第１のフィールド機器の入出力単位を同じ方法で特定するようにすれば、同じ制御アプリケーションを第１の制御装置と第２の制御装置との間で、設定を変更することなく載せ替えることができる。

【0010】

一実施形態において、前記第１の制御アプリケーション及び前記第２の制御アプリケーションは、前記第１のフィールド機器の前記入出力単位を、固有の名称により特定するように構成されてよい。このように、第１の制御アプリケーション及び第２の制御アプリケーションが、第１のフィールド機器の入出力単位を、固有の名称により特定することにより、制御アプリケーションの物理的位置に依らず、フィールド機器を特定することが可能になる。

【0011】

一実施形態において、前記第１のフィールド機器の前記入出力単位は、前記第１の制御装置のメモリ領域に割り当てられ、前記第１のアクセス経路制御部は、前記第１の制御アプリケーション及び前記第２の制御アプリケーションから前記第１のフィールド機器への入出力指示を、前記メモリ領域のアドレスを指定することにより実行するように構成されてよい。このように、第１のアクセス経路制御部が、第１及び第２の制御アプリケーションから第１のフィールド機器への入出力指示を、メモリ領域のアドレスを指定することにより実行すれば、第２の制御アプリケーションからの入出力指示であっても効率よく処理することができる。

【0012】

一実施形態において、前記第２のアクセス経路制御部は、前記第２の制御アプリケーションからの前記第１のフィールド機器への前記入出力指示を、前記ネットワークを経由して、前記第１のアクセス経路制御部へ転送するように構成されてよい。このように、第２の制御アプリケーションから第１のフィールド機器への入力指示が、第１のアクセス経路制御部に転送されるので、第２の制御アプリケーションからの入出力指示であっても、第１のアクセス経路制御部がフィールド機器の入出力が割り当てられたメモリ領域のアドレスを指定して実行するので、余計な処理負荷又は通信負荷を生じずに効率的に処理をすることができる。

【0013】

一実施形態において、前記第１のフィールド機器を交換する場合において、前記第１のアクセス経路制御部は、前記メモリ領域に記憶される入出力データを固定するように構成されてよい。第１のフィールド機器を交換する際、第１のアクセス経路制御部が、メモリ領域に記憶される入出力データを固定すれば、第１の制御装置及び第２の制御装置を停止することなく、第１のフィールド機器を交換することが可能になる。

【0014】

一実施形態において、前記制御システムは、前記一つ以上のフィールド機器に含まれる、前記ネットワークに直接接続された第２のフィールド機器をさらに備え、前記第１のアクセス経路制御部及び前記第２のアクセス経路制御部の少なくとも何れかは、前記第２のフィールド機器に入出力可能に構成され、前記第１のアクセス経路制御部及び前記第２のアクセス経路制御部は、前記第１の制御アプリケーション及び前記第２の制御アプリケーションから、前記第２のフィールド機器への入出力の経路を制御可能に構成されてよい。このように、第１のアクセス経路制御部及び第２のアクセス経路制御部の少なくとも何れかが、ネットワークに直接接続された第２のフィールド機器に入出力可能に構成され、第１のアクセス経路制御部及び第２のアクセス経路制御部が、第１の制御アプリケーション及び第２の制御アプリケーションから、第２のフィールド機器への入出力の経路を制御可能に構成されるようにすれば、第１のフィールド機器に加え、第２のフィールド機器を制御システムに取り込んで制御することが可能になる。

【0015】

一実施形態において、前記第１の制御装置は、判定部を備え、前記第１の制御アプリケーション及び前記第２の制御アプリケーションの少なくとも何れかを含む複数の制御アプリケーションが、前記第１のフィールド機器からの出力値に基づいて、同一の制御演算を行い前記第１のフィールド機器への入力値を算出し、前記判定部は前記複数の制御アプリケーションにより算出された複数の前記入力値に基づいて、前記第１のフィールド機器への入力値を決定するように構成されてよい。このように、第１の制御装置が判定部を備え、複数の制御アプリケーションにより算出された複数の入力値に基づいて、第１のフィールド機器への入力値を決定するようにすれば、制御システムの制御の信頼性を高めることができる。

【0016】

幾つかの実施形態に係る制御装置は、プラントの制御のためのデータの取得、及び、前記プラントの操作の少なくとも一方を行うフィールド機器が直接接続された制御装置であって、前記フィールド機器を制御可能な制御アプリケーションと、前記制御装置とは異なる他の制御装置が有する他のアクセス経路制御部と協働して、前記制御アプリケーション及び前記他の制御装置の制御アプリケーションから前記フィールド機器への入出力の経路を制御するように構成される、アクセス経路制御部と、を備える。このように、アクセス経路制御部を設け、自装置及び他の制御装置から第１のフィールド機器への入出力の経路を制御するようにすれば、制御アプリケーションの位置に依らずフィールド機器に適切な方法で入出力を行うことが可能となる。

【0017】

幾つかの実施形態に係るフィールド機器へのアクセス方法は、プラントの制御のためのデータの取得、及び、前記プラントの操作の少なくとも一方を行うフィールド機器に対して制御装置から入出力を行うためのフィールド機器へのアクセス方法であって、前記制御装置の制御アプリケーションが前記フィールド機器の入出力単位を指定して入出力を指示し、前記制御装置のアクセス経路制御部が、前記指定されたフィールド機器の位置情報を取得し、前記位置情報に基づいて、前記フィールド機器が他の制御装置に接続されている場合、前記フィールド機器が接続された前記他の制御装置のアクセス経路制御部を経由して、前記フィールド機器に入出力を行う。このように、指定されたフィールド機器の位置情報を取得し、位置情報に基づいて、フィールド機器が他の制御装置に接続されている場合、フィールド機器が接続された他の制御装置のアクセス経路制御部を経由して、フィールド機器に入出力を行うことにより、フィールド機器の物理的位置に依らず、同じアクセス方法でフィールド機器に対して入出力を行うことが可能になる。

【発明の効果】

【0018】

本開示によれば、制御アプリケーションの位置に依らずフィールド機器に適切な方法で入出力を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】第１実施形態に係る制御システムの一例を示す概略図である。

【図2】図１の制御システムの要部の構成例を示すブロック図である。

【図3】制御アプリケーションから入出力指示を受けたＩＯアクセスルーティング部が実行する処理の一例を示すフローチャートである。

【図4】通信部から入出力指示を受けたＩＯアクセスルーティング部が実行する処理の一例を示すフローチャートである。

【図5】制御アプリケーションをＩＯノードからコントローラへ移動する手順の一例を示すフローチャートである。

【図6】制御アプリケーションをコントローラからＩＯノードへ移動する手順の一例を示すフローチャートである。

【図7】第２実施形態に係る制御システムの一例を示す概略図である。

【図8】図７の制御システムの要部の構成例を示すブロック図である。

【図9】ＩＯノードを交換する手順の一例を示すフローチャートである。

【図10】第３実施形態に係る制御システムの一例を示す概略図である。

【図11】第４実施形態に係る制御システムの要部の構成例を示すブロック図である。

【図12】判定部を有するＩＯノードの一例を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

本開示に係る実施形態について説明する前に、従来技術に基づく比較例について説明する。

【0021】

［比較例］
特許文献１は、制御アプリケーションがフィールド機器の接続されていないコントローラ上の仮想ハードウェアで動作し、フィールド機器が接続された冗長化ＩＯノードとコントローラとがネットワークを介して接続する構成のプロセス制御システムを提案している。このプロセス制御システムによれば、冗長化ＩＯノードは、フィールド機器で入出力される信号と、ネットワークを介してコントローラと通信される信号との変換を行う。これにより、制御アプリケーションは任意のコントローラ上で動作し、また任意のフィールド機器と接続することができる。このプロセス制御システムによれば、制御アプリケーションとコントローラとの組み合わせを一時的に変更することで、システムを止めることなくコントローラのハードウェアを交換することができる。しかしながら、特許文献１の制御システムでは、冗長化ＩＯノードは制御アプリケーションを搭載せず、フィールド機器はコントローラのみから制御された。このため、フィールド機器へのアクセス方法には改良の余地があった。

【0022】

特許文献２には、特許文献１と同様に、フィールド機器が接続されたＩＯノードとコントローラとがネットワークを介して接続された制御システムが開示されている。特許文献２に記載されるＩＯノードは、ＩＯノードに接続されたフィールド機器を制御する制御アプリケーションが動作可能に構成される。また、特許文献２のフィールド機器に接続されていないコントローラ上の制御アプリケーションは、ネットワークを経由して、ＩＯノードに接続されたフィールド機器にアクセス可能に構成される。コントローラとＩＯノードとの通信のため、例えば、ＯＰＣ ＵＡ（OPC Unified Architecture）のような通信プロトコルが使用される。特許文献２の制御システムでは、コントローラの制御アプリケーションが別のコントローラに移動しても、制御アプリケーションは、ネットワークを経由して同じフィールド機器にアクセスすることができる。

【0023】

特許文献２に開示されるような制御システムでは、ＩＯノードに接続されたフィールド機器にアクセスするため、コントローラ上で稼働する制御アプリケーションは、ネットワーク経由でフィールド機器にアクセスする手順を実行する。自装置に接続されたフィールド機器を制御するＩＯノード上で稼働する制御アプリケーションは、フィールド機器の入出力のために割り当てられた特定のメモリアドレスに直接アクセスして情報の入出力を行う。このため、コントローラ上で稼働する制御アプリケーションを、ＩＯノードに搭載すると、フィールド機器へのアクセスは、ネットワーク経由のアクセスとなる。この場合、メモリアドレスを直接指定してフィールド機器に入出力をする場合に比べ、余計な通信負荷又は処理負荷が生じる。また、ＩＯノード上で稼働する制御アプリケーションは、ネットワーク経由でのフィールド機器へのアクセスを前提としていないので、コントローラに搭載することができない。システムを止めることなくハードウェアの交換又はソフトウェアの更新を行うためには、コントローラ上かＩＯノード上かに関わらず、制御アプリケーションはフィールド機器に適切な方法で入出力を行うことが好ましい。

【0024】

そこで、本開示は、制御アプリケーションの位置に依らずフィールド機器に適切な方法で入出力を行うことができる制御システム、制御装置、及び、フィールド機器へのアクセス方法を提案する。また、本開示は、制御装置の交換及び負荷分散を容易に行うことができる制御システムを提案する。以下、本開示の実施形態について、図面を参照して説明する。

【0025】

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る制御システム１の一例を示す概略図である。制御システム１は、それぞれ一つ以上のフィールド機器１０、ＩＯノード２０、及び、コントローラ３０、並びに、ネットワーク４０を含む。制御システム１は、さらに、監視装置４５を含んでよい。フィールド機器１０は、第１のフィールド機器である。ＩＯノード２０は、第１の制御装置である。コントローラ３０は第２の制御装置である。

【0026】

フィールド機器１０は、プラントの制御のためのデータの取得、及び、前記プラントの操作の少なくとも一方を行う。フィールド機器１０は、例えば、温度センサ又は流量計等のセンサ１１、若しくは、バルブ機器、ファン又はモータ等のアクチュエータ１２である。

【0027】

ＩＯノード２０は、フィールド機器１０が直接接続され、且つ、制御アプリケーション２１（図２参照）が動作する装置である。ＩＯノード２０は、フィールド機器１０とコントローラ３０とのインタフェースとしても使用される。以下の説明では、ＩＯノード２０が複数ある場合に、いずれもＩＯノード２０と表記する場合がある。説明のため必要な場合、複数のＩＯノード２０の一つをＩＯノード２０Ａとして特定のＩＯノード２０と区別する。また、ＩＯノード２０Ａに接続されるフィールド機器をフィールド機器１０Ａ（センサ１１Ａ及びアクチュエータ１２Ａ）とすることがある。

【0028】

本実施形態のコントローラ３０は、フィールド機器１０が直接接続されておらず、制御アプリケーション３１（図２参照）が動作する装置である。本実施形態では、コントローラにフィールド機器１０が直接接続された機器は、ＩＯノード２０とする。コントローラ３０は、ネットワーク４０を経由して、ＩＯノード２０と通信可能に構成される。コントローラ３０は、制御アプリケーション３１に従って、ＩＯノード２０を経由して、フィールド機器１０にアクセスすることができる。コントローラ３０は、ＩＯノード２０に接続された複数のフィールド機器１０の入出力をすることが可能である。

【0029】

ネットワーク４０は、プラント内のＩＯノード２０、コントローラ３０、監視装置４５等の情報機器を接続可能なプラント内専用の通信ネットワークである。ネットワーク４０は、有線又は無線の構内通信網（ＬＡＮ：Local Area Network）を含んでよい。有線の構内通信網は、例えば、イーサネットを含む。無線の構内通信網は、例えばＷｉ－Ｆｉ（登録商標）及びＷｉＭＡＸ（登録商標）等の無線通信規格に準拠した無線ネットワークを含む。さらにOPC UAやPROFINETのような標準化されたプロトコルを使用する通信ネットワークを用いてもよい。

【0030】

監視装置４５は、プラント全体の動作状況を監視するために使用される装置である。監視装置４５には、それぞれのＩＯノード２０及びコントローラ３０から、アプリケーションの動作状態が送信されてよい。アプリケーションの動作状態には、稼働、停止、アイドル、エラー等を含む。監視装置４５は、表示手段及び入力手段を有する。監視装置４５は、運転員の指示に従って、又は、プログラムされた手順に従って、ＩＯノード２０及びコントローラ３０を制御する。監視装置４５は、制御アプリケーション２１、３１を停止させたり、アプリケーションの動作を調整したりするために使用される。

【0031】

次に、図２を参照して、制御システム１の要部の構成例についてさらに説明する。

【0032】

ＩＯノード２０は、制御アプリケーション２１、ＩＯアクセスルーティング部２２、ＩＯアクセス部２３及び通信部２４を含んで構成されうる。制御アプリケーション２１は、第１の制御アプリケーションである。ＩＯアクセスルーティング部２２は、第１のアクセス経路制御部である。なお、図１に示したＩＯノード２０Ａも、ＩＯノード２０と同様の構成要素を有する。以下において、ＩＯノード２０Ａの構成要素に対し、ＩＯノード２０の構成要素と同じ参照符号を付して説明する場合がある。

【0033】

制御アプリケーション２１は、ＩＯノード２０に接続されたフィールド機器１０を制御することができる。制御アプリケーション２１は、他のＩＯノード２０Ａに接続されたフィールド機器１０Ａを制御してもよい。制御アプリケーション２１は、オペレーティングシステム上で動作してよい。制御アプリケーション２１は、プロセス制御を行う上で必要なフィールド機器１０の制御（例えば、フィールド機器１０からの測定データの収集及びフィールド機器１０に対する制御データの送信等）を行う。

【0034】

ＩＯアクセスルーティング部２２は、制御アプリケーション２１に対して抽象化されたＩＯアクセス方法を提供する。ＩＯアクセスルーティング部２２は、ＩＯアクセスルーティング部２２が搭載されたＩＯノード２０とフィールド機器１０との物理的な関係に合わせてアクセス方法を適応的に変更する。ハードウェアを抽象化するため、ＩＯアクセスルーティング部２２は、ＩＯノード２０内の仮想化部２５に含まれてよい。仮想化部２５は、ＩＯノード２０のハードウェア上でハードウェアの代わりとして仮想的に動作する。仮想化部２５は、制御アプリケーション２１を変更することなくＩＯノード２０のハードウェアの交換を可能にするために設けられる。しかし、ＩＯアクセスルーティング部２２の機能を提供するために、仮想化部２５は必須ではない。仮想化部２５が無くとも、ＩＯアクセスルーティング部２２を実装することは可能である。

【0035】

ＩＯアクセス部２３は、ＩＯノード２０に接続されたフィールド機器１０との間で、データの入出力処理を行う。ＩＯアクセス部２３は、ＩＯアクセス用のポート及び回路等を含んでよい。

【0036】

通信部２４は、ネットワーク４０を介して他のＩＯノード２０Ａ及びコントローラ３０と通信を行う。通信部２４は、ネットワーク４０の種類に応じて必要な通信処理を行う。通信部２４は、ネットワーク４０と接続するための物理インタフェース、及び、プロトコル処理等を行う回路等を含んでよい。

【0037】

コントローラ３０は、制御アプリケーション３１、ＩＯアクセスルーティング部３２、及び通信部３３を含んで構成される。制御アプリケーション３１は、第２の制御アプリケーションである。ＩＯアクセスルーティング部３２は、第２のアクセス経路制御部である。制御アプリケーション３１、ＩＯアクセスルーティング部３２、及び、通信部３３は、それぞれ、ＩＯノード２０の制御アプリケーション２１、ＩＯアクセスルーティング部２２、及び通信部２４と同一又は類似の機能を有するので、説明を省略する。

【0038】

ＩＯアクセスルーティング部２２及びＩＯアクセスルーティング部３２は、協働して、制御アプリケーション２１及び制御アプリケーション３１のそれぞれからの、フィールド機器１０への入出力の経路を制御するように構成される。本開示において、「協働する」とは、例えば、各装置のＩＯアクセスルーティング部が、お互いの存在および通知先を知っており、自らに接続されている制御アプリケーションの有無（有の場合は、その情報や状態等）、および、自らに接続されているフィールド機器の有無（有の場合は、その情報や状態等）を、適宜、他装置のＩＯアクセスルーティング部と情報交換可能となっている状態を示す。したがって、監視装置などから、指示があった際には、適切な相手先（他装置のＩＯアクセスルーティング部）に対し、処理を実行もしくは実行依頼することが可能となる。ＩＯアクセスルーティング部２２及びＩＯアクセスルーティング部３２は、フィールド機器１０との物理的な位置関係に応じて、例えば、以下のようにアクセス方法を決定する。ＩＯアクセスルーティング部２２及びＩＯアクセスルーティング部３２が提供する機能を、ＩＯアクセスルーティング機能と呼ぶ。

【0039】

（１）メモリアドレス指定：
フィールド機器１０の入出力単位は、通常ＩＯノード２０のメモリ領域に割り当てられる。ＩＯノード２０の制御アプリケーション２１が、ＩＯノード２０に直接つながっているフィールド機器１０にアクセスする場合、ＩＯアクセスルーティング部２２は、制御アプリケーション２１がＩ／Ｏ名で示したフィールド機器１０の入出力単位に対応したメモリ領域のアドレスを指定して、フィールド機器１０にアクセスする。

【0040】

（２）ネットワーク経由：
コントローラ３０の制御アプリケーション３１がネットワーク４０でつながっているＩＯノード２０に接続されたフィールド機器１０にアクセスする場合、ＩＯアクセスルーティング部３２は、制御アプリケーション３１からＩ／Ｏ名とともに示された入出力指示を、ネットワーク４０を経由してＩＯノード２０に転送する。コントローラ３０から入出力指示を受けたＩＯノード２０のＩＯアクセスルーティング部２２は、フィールド機器１０の入出力に対応したメモリアドレスを指定してフィールド機器１０にアクセスする。ＩＯノード２０の制御アプリケーション２１がネットワーク４０でつながっている他のＩＯノード２０Ａに接続されたフィールド機器１０Ａにアクセスする場合も、ＩＯアクセスルーティング部２２は、制御アプリケーション２１からの入出力指示を、ネットワークを経由してＩＯノード２０Ａに転送する。

【0041】

入出力単位とは、フィールド機器１０に対して一回にデータの入出力を行う単位を意味する。例えば、フィールド機器１０が温度を計測するセンサ１１の場合、フィールド機器１０から出力される温度情報は、入出力単位となりうる。例えば、フィールド機器１０がヒーター（アクチュエータ１２）であり、温度を所定の設定値に上昇させる指示をフィールド機器１０に送信する場合、フィールド機器１０に出力されるヒーターの稼働指示及び設定温度を示す情報は、入出力単位となりうる。フィールド機器１０には、一つ又は複数の入出力単位でアクセス可能である。フィールド機器１０のそれぞれの入出力単位の情報の入出力先をＩ／Ｏと呼ぶ。Ｉ／Ｏは、例えば、メモリアドレスである。

【0042】

（ＩＯアクセスルーティング部の処理）
図３及び図４を参照して、ＩＯアクセスルーティング部２２、３２の実行する処理の例を説明する。図３は、制御アプリケーション２１、３１から指示を受けて、ＩＯアクセスルーティング部２２、３２が実行する処理を示す。図４は、ＩＯノード２０の通信部２４が、ネットワーク４０を経由して他のＩＯノード２０Ａ又はコントローラ３０からの入出力指示を受け、通信部２４からこの入出力指示を受けてＩＯアクセスルーティング部２２が実行する処理を示す。

【0043】

まず、図３において、ＩＯアクセスルーティング部２２、３２は、制御アプリケーション２１、３１からフィールド機器１０のＩ／Ｏを抽象化した固有の名称とともにフィールド機器１０への入出力指示を受ける（ステップＳ１０１）。固有の名称としては、システム内で唯一となるように定義された名称を使用することができる。Ｉ／Ｏの固有の名称を以下にＩ／Ｏ名と呼ぶ。制御アプリケーション２１、３１は、フィールド機器１０の物理的な位置、又は、フィールド機器１０が接続されたＩＯノード２０のＩＰアドレスを指定するのではなく、Ｉ／Ｏに割り当てたＩ／Ｏ名を指定してアクセスする。これにより、制御アプリケーション２１、３１は、フィールド機器１０との物理的位置関係又は接続関係に依らず、入出力をするフィールド機器１０のＩ／Ｏを同じ方法で特定することができる。

【0044】

次に、ＩＯアクセスルーティング部２２、３２は、制御アプリケーション２１、３１から受け取ったＩ／Ｏ名に基づいて、対応するフィールド機器１０の位置情報を特定する（ステップＳ１０２）。フィールド機器１０の位置情報とは、フィールド機器１０に繋がる経路と言い換えることができる。フィールド機器１０の位置情報は、フィールド機器１０が接続されるＩＯノード２０の情報を含む。Ｉ／Ｏ名に対応するフィールド機器１０及びその位置情報の特定は、種々の方法により行うことができる。例えば、各ＩＯアクセスルーティング部２２、３２に、Ｉ／Ｏ名とフィールド機器１０及びその位置情報との対応関係を示す変換テーブルを持たせることができる。或いは、ネットワーク４０上に、Ｉ／Ｏ名とフィールド機器１０及びその位置情報との対応を記憶する管理サーバを設けることができる。管理サーバは、Ｉ／Ｏ名を用いたＩＯアクセスルーティング部２２、３２からの問い合わせに対してフィールド機器１０の位置情報を返すようにすることができる。

【0045】

ＩＯアクセスルーティング部２２、３２は、Ｉ／Ｏ名に基づいて対応するフィールド機器１０の位置情報を特定すると、そのフィールド機器１０が自装置に接続されているか否かを判断する（ステップＳ１０３）。

【0046】

ステップＳ１０３において、Ｉ／Ｏ名に対応するフィールド機器１０が自装置に接続されている場合（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）、ＩＯアクセスルーティング部２２、３２は、ステップＳ１０４に進む。この場合、自装置は、ＩＯノード２０である。ＩＯアクセスルーティング部２２は、Ｉ／Ｏ名に対応するメモリアドレスを指定してＩ／Ｏにアクセスし、データの入出力を行う（ステップＳ１０４）。

【0047】

ステップＳ１０３において、Ｉ／Ｏ名に対応するフィールド機器１０が自装置に接続されていない場合（ステップＳ１０３：Ｎｏ）、ＩＯアクセスルーティング部２２、３２は、ステップＳ１０５に進む。以下では、Ｉ／Ｏ名に対応するフィールド機器１０が図１のフィールド機器１０Ａであったとする。この場合、ＩＯアクセスルーティング部２２、３２は、Ｉ／Ｏ名に対応するフィールド機器１０Ａが接続されている他のＩＯノード２０ＡのＩＯアクセスルーティング部２２へ、制御アプリケーション２１、３１からのデータの入出力指示を転送する（ステップＳ１０５）。言い換えれば、ＩＯアクセスルーティング部２２、３２は、制御アプリケーション２１、３１からの入出力を、Ｉ／Ｏ名に対応するフィールド機器１０Ａが接続されたＩＯノード２０Ａに振り向けるように経路を制御する。

【0048】

Ｉ／Ｏへのアクセスは、入出力指示を受けた他のＩＯノード２０Ａにおいて、通信部２４から受信した指示によりＩＯアクセスルーティング部２２が実行する（図４参照）。自装置であるＩＯノード２０又はコントローラ３０のＩＯアクセスルーティング部２２、３２は、Ｉ／Ｏ名に対応するフィールド機器１０Ａが接続されている他のＩＯノード２０ＡのＩＯアクセスルーティング部２２から、データの入出力結果を取得する（ステップＳ１０６）。

【0049】

ステップＳ１０４又はステップＳ１０６が終了した後、ＩＯアクセスルーティング部２２、３２は、データの入出力結果を制御アプリケーション２１、３１に送信する（ステップＳ１０７）。

【0050】

次に、図４に基づいて、通信部２４から受信した指示によりＩＯアクセスルーティング部２２が実行する処理について説明する。ＩＯノード２０の通信部２４が、他のＩＯノード２０又はコントローラ３０から入出力指示を受信すると、ＩＯノード２０のＩＯアクセスルーティング部２２は、通信部２４からデータの入出力指示を受ける（ステップＳ２０１）。通信部２４から入出力指示を受けたＩＯアクセスルーティング部２２は、当該入出力指示が、自装置に接続されたフィールド機器１０への入出力指示であることを確認する（ステップＳ２０２）。

【0051】

次に、通信部２４から入出力指示を受けたＩＯアクセスルーティング部２２は、メモリアドレスを指定してＩ／Ｏにアクセスしてデータの入出力を行う（ステップＳ２０３）。ステップＳ２０３の後、ＩＯアクセスルーティング部２２は、通信部２４を介して、データの入出力結果を、入出力指示を送信したコントローラ３０又はＩＯノード２０のＩＯアクセスルーティング部２２、３２に送信する（ステップＳ２０４）。

【0052】

例えば、図３のステップＳ１０５に対応して、図１のＩＯノード２０ＡがＩＯノード２０からフィールド機器１０Ａに対する入出力指示を受けた場合、ＩＯノード２０Ａの通信部２４から受信した指示により、ＩＯノード２０ＡのＩＯアクセスルーティング部２２が、メモリアドレスを指定してデータの入出力を行う。ＩＯノード２０ＡのＩＯアクセスルーティング部２２は、ＩＯノード２０Ａの通信部２４を介して、データの入出力結果を、入出力指示を送信したＩＯノード２０のＩＯアクセスルーティング部２２に送信する。

【0053】

以上のようにすることによって、制御アプリケーション２１、３１は、フィールド機器１０の位置情報又は接続されているＩＯノード２０を特定することなく、抽象化されたＩ／Ｏ名によりＩ／Ｏにアクセスすることが可能になる。これにより、制御アプリケーションは、搭載されるＩＯノード２０又はコントローラ３０と、フィールド機器１０との物理的位置関係に依らず、同じ方法でＩ／Ｏにアクセスすることが可能になる。

【0054】

（制御アプリケーションの移動）
次に、図５のフローチャートを参照して、制御アプリケーション２１を制御対象のフィールド機器１０が接続されたＩＯノード２０からコントローラ３０に移動させる場合の処理を説明する。この場合、Ｉ／Ｏへのアクセス方法が、メモリアドレス指定からネットワーク経由に変更される。制御アプリケーション２１の移動自体は、一般的なライブマイグレーションの仕組みを利用することができる。移動の対象は制御アプリケーション２１のみである。仮想化部２５及びＩＯアクセスルーティング部２２は移動しない。

【0055】

まず、ＩＯノード２０上の制御アプリケーション２１に移動が指示される（ステップＳ３０１）。移動の指示には、制御システム１の運転員が監視装置４５から指示する場合、又は、制御システム１の何れかの装置の何らかの動作をトリガーとして、監視装置４５から自動的に指示が発せられる場合等が含まれる。移動の指示は、例えば、ＩＯノード２０の仮想化部２５に対して発せられる。以下の各装置の処理は、監視装置４５の制御のもとに行われてよい。

【0056】

移動の指示を受けたＩＯノード２０の仮想化部２５は、制御アプリケーション２１の動作を一時的に停止させ、稼働を再開するために必要なデータを移動先のコントローラ３０にコピーする（ステップＳ３０２）。

【0057】

ＩＯノード２０のＩＯアクセスルーティング部２２は、フィールド機器１０にアクセスする制御アプリケーション３１の位置を、移動先のコントローラ３０に設定し、ネットワーク経由でアクセスできるようにする（ステップＳ３０３）。制御アプリケーション３１は、コントローラ３０で制御アプリケーション２１と同じ処理を実行する。ステップＳ３０３は、ステップＳ３０２と並行して実行されてよい。

【0058】

必要なデータが移動先のコントローラ３０にコピーされると、制御アプリケーション３１が処理を再開する（ステップＳ３０４）。制御アプリケーション３１は、Ｉ／Ｏ名とともに示された入出力指示を、ＩＯアクセスルーティング部３２に対して行う。

【0059】

ＩＯアクセスルーティング部３２は、制御アプリケーション３１の指定するＩ／Ｏ名に基づいてフィールド機器１０を制御するためのアクセス先を自動的に判断する（ステップＳ３０５）。例えば、Ｉ／Ｏ名とフィールド機器１０の位置情報との対応は、変換テーブルにより予めＩＯアクセスルーティング部３２に記憶されている。このため、ステップＳ３０５では、人手により又は専用に作られたプログラムにより、設定変更等を行う必要はない。

【0060】

次に、図６のフローチャートを参照して、制御アプリケーション３１をコントローラ３０から制御対象のフィールド機器１０が接続されたＩＯノード２０に移動させる場合の処理を説明する。この場合、Ｉ／Ｏへのアクセス方法が、ネットワーク経由からメモリアドレス指定に変更される。以下の説明で、図５のフローチャートの説明と共通する点については省略する。

【0061】

まず、コントローラ３０上の制御アプリケーション３１に移動が指示される（ステップＳ４０１）。

【0062】

移動の指示を受けたコントローラ３０の仮想化部３４は、制御アプリケーション３１の動作を一時的に停止させ、稼働を再開するために必要なデータを移動先のＩＯノード２０にコピーする（ステップＳ４０２）。

【0063】

必要なデータが移動先のＩＯノード２０にコピーされると、ＩＯノード２０で制御アプリケーション３１と同じ処理を実行する制御アプリケーション２１が処理を再開する（ステップＳ４０３）。

【0064】

ＩＯノード２０の制御アプリケーション２１が処理を再開すると、ＩＯノード２０のＩＯアクセスルーティング部２２が、制御アプリケーション２１の指定するＩ／Ｏ名に基づいて、アクセス先を自装置に接続されたフィールド機器１０であると判断する。ＩＯアクセスルーティング部２２は、制御アプリケーション２１のアクセス先を自装置に接続されたフィールド機器１０に設定する（ステップＳ４０４）。この後、ＩＯアクセスルーティング部２２は、制御アプリケーション２１からＩ／Ｏ名とともに受信した入出力指示を、フィールド機器１０に接続されたメモリアドレスに対し入出力する。

【0065】

このように、制御システム１では、制御アプリケーション２１が、フィールド機器１０にアクセスする状態（第１の状態）と、制御アプリケーション３１が、フィールド機器１０にアクセスする状態（第２の状態）とを切り替えることができる。このようにすることによって、異なるＩＯノード２０及びコントローラ３０間で、制御アプリケーション２１、３１の位置の変更を意識することなく、制御アプリケーション２１、３１を切り替えることが可能になる。また、制御アプリケーションの切り替えは、ＩＯノード２０とコントローラ３０との間に限られない。異なるＩＯノード２０どうし、又は、異なるコントローラ３０どうしで、稼働する制御アプリケーションを切り替えることができる。

【0066】

（フォーシング）
一般に、フィールド機器を交換する際、ＩＯノードから対象の入出力単位の情報にアクセスすることができなくなるため、ＩＯノード内のＩ／Ｏにより取得される情報の値を指定した値に書き換えて固定し、実際のＩ／Ｏに対応する入出力単位の情報の値とは切り離す機能が知られている。このような機能は、フォーシング又はＩ／Ｏロック等と呼ばれる。制御アプリケーションはフィールド機器の交換中もＩ／Ｏへのアクセスをしているかのように動作を継続する。

【0067】

制御システム１では、このフォーシング機能をＩＯノード２０のＩＯアクセスルーティング部２２に持たせることによって、コントローラ３０とＩＯノード２０とがネットワーク４０でつながっているシステム構成においても、同様の機能を実現することができる。具体的には、フィールド機器１０を交換する場合において、ＩＯアクセスルーティング部２２は、フィールド機器１０の入出力単位に対応する、ＩＯノード２０のＩ／Ｏのメモリ領域に記憶される入出力データを固定する。

【0068】

以上説明したように、本実施形態によれば、制御アプリケーション２１、３１は、制御アプリケーション２１、３１自身の位置及びフィールド機器１０へのアクセス方法を気にすることなく、Ｉ／Ｏ名を指示することによって、Ｉ／Ｏに適切な方法でアクセスすることができる。また、フィールド機器１０を制御する制御アプリケーション２１、３１は、任意のコントローラ３０又は他のＩＯノード２０Ａに移動、又は、切り替えても、フィールド機器１０へのアクセスを継続することができる。さらに、ＩＯアクセスルーティング部２２、３２が協働することにより、Ｉ／Ｏへのアクセスのために最適な方法が選択される。これによって、制御アプリケーション２１、３１の移動などにより不要な処理負荷又は通信負荷を生じることもない。

【0069】

［第２実施形態］
第２実施形態に係る制御システム１Ａは、第１実施形態の制御システム１の構成に加え、図７に示すようにネットワーク４０に接続されたキャッシュサーバ５０を備える。キャッシュサーバ５０は、過去にアクセスした入出力データのキャッシュ機能を有する。ネットワーク４０に接続されたコントローラ３０は、キャッシュサーバ５０を経由して、フィールド機器１０にアクセスすることができる。

【0070】

図８は、制御システム１Ａの要部の構成例を示す。ＩＯノード２０とコントローラ３０とについては、図２で示した第１実施形態のＩＯノード２０及びコントローラ３０と同じであるから、第１実施形態と同一の符号を付して説明を省略する。

【0071】

キャッシュサーバ５０は、キャッシュデータベース５１、ＩＯアクセスルーティング部５２、通信部５３を含む。ＩＯアクセスルーティング部５２は、仮想化部５４に含まれてよい。キャッシュデータベース５１は、記憶部である。ＩＯアクセスルーティング部５２は、第３のアクセス経路制御部である。

【0072】

キャッシュデータベース５１は、一つ以上のフィールド機器１０の入出力単位に対応するＩ／Ｏに対する入出力データを記憶することができる。入出力データは、現在及び過去のデータを含んでよい。キャッシュデータベース５１は、大容量のデータを記憶可能な、半導体メモリ、磁気記憶装置及び光磁気記憶装置等を含んでよい。

【0073】

ＩＯアクセスルーティング部５２は、他の装置のＩＯアクセスルーティング部２２、３２と協働して、ＩＯノード２０へのアクセスの全部または一部をキャッシュサーバ５０に振り向けるように、Ｉ／Ｏに対する入出力の経路を制御する。例えば、ＩＯアクセスルーティング部２２は、ＩＯアクセスルーティング部５２に、フィールド機器１０に対する入出力データを送信する。ＩＯアクセスルーティング部５２は、ＩＯアクセスルーティング部２２から受信した入出力データをキャッシュデータベース５１に記憶させる。ＩＯアクセスルーティング部２２、３２、５２は、協働して、制御アプリケーション３１からフィールド機器１０への入出力指示を、キャッシュサーバ５０に転送する。

【0074】

フィールド機器１０又はＩＯノード２０はコントローラ３０に比べて処理能力が高くない場合がある。そのため複数の制御アプリケーション２１、３１からの大量アクセスを捌くことができない場合がある。このような場合、ＩＯノード２０のＩＯアクセスルーティング部２２は、キャッシュサーバ５０とのみデータをやり取りする。また、他のコントローラ３０はキャッシュサーバ５０に対して入出力を行うようにする。キャッシュサーバ５０には、処理能力が高く大量のアクセスがあっても問題なく捌くことができるハードウェアを採用することができる。

【0075】

通信部５３は、通信部２４及び通信部３３と同一又は類似に構成される。

【0076】

キャッシュサーバ５０は、例えば、次のような態様で利用される。

【0077】

１．Ｉ／Ｏへのアクセス負荷に基づくキャッシュサーバの利用
ＩＯノード２０のＩＯアクセスルーティング部２２は、接続されたフィールド機器１０への入出力負荷を監視する。ＩＯノード２０のＩＯアクセスルーティング部２２は、ＩＯノード２０の負荷が所定の条件を満たす場合、フィールド機器１０への入出力指示を、キャッシュサーバ５０に振り向けてよい。特定のＩＯノード２０に複数の制御アプリケーション２１、３１からの入出力が集中した場合、ＩＯノード２０は、処理負荷が高くなりリアルタイムに応答できなくなる可能性がある。このような場合、ＩＯアクセスルーティング部２２は、他のＩＯノード２０Ａ及びコントローラ３０に対しアクセス方法をキャッシュサーバ５０経由に変更するように指示する。以降の処理において、ＩＯノード２０は、入出力データをキャッシュサーバ５０に転送し、他のＩＯノード２０Ａ及びコントローラ３０とは通信をしない。

【0078】

ＩＯノード２０はキャッシュサーバ５０とのみ通信を行い、ＩＯノード２０が処理可能な範囲で対応するため処理負荷が増えずリアルタイムな応答を維持することができる。キャッシュサーバ５０には各制御アプリケーション２１、３１からのアクセスが集中するが、キャッシュされたデータを使用することでＩＯノード２０との間の通信負荷を下げることができる。なお、キャッシュデータサーバにデータを記憶する際、予め定めた優先順位を付与することにより、ＩＯノード２０は、優先順位の高いデータから取り込むようにしてもよい。

【0079】

２．Ｉ／Ｏへのアクセス用途に基づくアクセスの分散
ＩＯノード２０のＩＯアクセスルーティング部２２は、Ｉ／Ｏへの入出力のアクセス用途に基づいて、入出力を分散させることができる。例えば、Ｉ／Ｏを制御に使う場合、制御アプリケーション２１、３１は、フィールド機器１０の接続されたＩＯノード２０を介して、フィールド機器１０に直接入出力を行うように設定されうる。Ｉ／Ｏを監視用途に使用する場合、制御アプリケーション２１、３１は、キャッシュサーバ５０に格納されたデータを参照するように設定されうる。

【0080】

Ｉ／Ｏを制御に使う場合、特に操作のためにＩ／Ｏにデータの入力又は書き換え等を行う場合、リアルタイム性が必要である一方、アクセスがあまり集中しない。このようなことから、制御アプリケーション２１、３１は、ＩＯノード２０に対してキャッシュサーバ５０を経由せず、直接アクセスすることができるとよい。Ｉ／Ｏの出力データを監視装置４５などで監視用に使用する場合、リアルタイム性はあまり必要とされない一方、多くの装置からの同一のＩＯノード２０にアクセスが集中することがある。このようなことから、制御アプリケーション２１、３１は、キャッシュサーバ５０を経由してＩ／Ｏの出力データにアクセスさせることができるとよい。

【0081】

（フォーシング）
本実施形態に係る制御システム１Ａでは、ＩＯノード２０を交換する場合のフォーシング機能を、キャッシュサーバ５０に持たせることができる。図９を参照して、制御システム１Ａにおいて、ＩＯノード２０を交換する手順を説明する。

【0082】

まず、コントローラ３０もしくは監視装置４５から、交換対象のＩＯノード２０に接続されたフィールド機器１０のＩ／Ｏへのアクセス方法を、ＩＯアクセスルーティング部２２から、キャッシュサーバ５０経由に変更するよう、他のＩＯアクセスルーティング部に通知する（ステップＳ５０１）。ＩＯノード２０のＩＯアクセスルーティング部２２は、Ｉ／Ｏから取得される入出力単位の情報の値をキャッシュサーバ５０に順次転送する。これにより、制御アプリケーション３１からＩ／Ｏへのアクセスはキャッシュサーバ５０に振り向けられる。制御アプリケーション３１は、キャッシュサーバ５０のキャッシュデータベース５１を介して、ＩＯノード２０のフィールド機器１０のＩ／Ｏにアクセスする。

【0083】

次に、キャッシュサーバ５０上で、交換対象のＩＯノード２０に接続されるフィールド機器１０の入出力単位の情報の値がロックされる（ステップＳ５０２）。つまり、キャッシュサーバ５０上の入出力単位の情報の値（入出力データ）はＩ／Ｏから取得される実際の入出力単位の情報の値とは切り離され、ロックを解除するまで固定された値を制御アプリケーション３１に提供する。

【0084】

制御システム１Ａの運転者、または、他の作業者が、交換対象のＩＯノード２０を交換する（ステップＳ５０３）。

【0085】

ＩＯノード２０の交換が完了すると、運転者又は作業者の入力により、又は、制御システム１Ａが交換作業の完了を検出して、キャッシュサーバ５０上のＩ／Ｏのロックが解除される（ステップＳ５０４）。

【0086】

キャッシュサーバ５０上のＩ／Ｏのロックが解除された後、ＩＯアクセスルーティング部３２において、フィールド機器１０の入出力単位に対応するＩ／Ｏへのアクセス方法が元に戻される（ステップＳ５０５）。これにより、コントローラ３０の制御アプリケーション３１は、ネットワーク４０を経由してＩＯノード２０にアクセスすることが可能になる。

【0087】

以上のようにすることによって、第２実施形態に係る制御システム１Ａでは、フィールド機器１０が接続されたＩＯノード２０の処理負荷を、時間的に、及び／又は、アクセス用途に応じて分散させることができる。また、第２実施形態に係る制御システム１Ａでは、全体のシステムを停止することなく、ＩＯノード２０を交換することができる。

【0088】

［第３実施形態］
図１０には、第３実施形態に係る制御システム１Ｂが示される。この制御システム１Ｂでは、第１実施形態に係る制御システム１の構成要素に加え、フィールド機器１０Ｂ（センサ１１Ｂ、アクチュエータ１２Ｂ）が、ネットワーク４０に直接接続されている。さらに、制御システム１Ｂは、第２実施形態と同様にキャッシュサーバ５０を備えてよい。フィールド機器１０Ｂは、第２のフィールド機器である。フィールド機器１０Ｂとしては、ＩｏＴ（Internet of Things）センサ等が想定される。この場合、安価な汎用機器を使うことが考えられるので、フィールド機器１０Ｂ自体にＩＯアクセスルーティング機能を持たせることはできないと想定する。

【0089】

このような場合、ＩＯノード２０上のＩＯアクセスルーティング部２２又はコントローラ３０上のＩＯアクセスルーティング部３２の何れかが、フィールド機器１０Ｂに対し、フィールド機器１０Ｂが通信可能な通信プロトコルでアクセスし入出力可能なように構成されてよい。フィールド機器１０Ｂが通信可能な通信プロトコルは、例えば、OPC UA、PROFINET、Modbus/TCP、MQTT、及び、HTTP等を含む。さらに、ＩＯアクセスルーティング部２２、３２は、制御アプリケーション２１、３１からフィールド機器１０Ｂへ入出力が可能なように、入出力の経路を制御可能に構成される。例えば、フィールド機器１０に入出力可能でないコントローラ３０のＩＯアクセスルーティング部３２は、制御アプリケーション３１からの入出力指示を、フィールド機器１０Ｂに入出力可能なＩＯノード２０のＩＯアクセスルーティング部２２に転送してよい。このようにすることによって、ネットワーク４０に直接接続されるＩｏＴ機器等のフィールド機器１０Ｂを、本開示の制御システム１Ｂに取り込んで制御することが可能になる。

【0090】

制御システム１Ｂが、キャッシュサーバ５０を含む場合、キャッシュサーバ５０のＩＯアクセスルーティング部５５が、フィールド機器１０Ｂにアクセスしてもよい。ＩＯノード２０又はコントローラ３０は、キャッシュサーバ５０経由でフィールド機器１０Ｂに入出力を行う。この場合、フィールド機器１０Ｂとキャッシュサーバ５０間のみ上記の通信プロトコルで通信すればよいため、プロトコル変換等の処理は、各ＩＯノード２０及びコントローラ３０で行われる必要がない。

【0091】

［第４実施形態］
図１１に示すように、第４実施形態に係る制御システム１Ｃにおいて、各装置のＩＯアクセスルーティング部２２、３２、５２は、アプリケーションフレームワーク２６、３５、５５上に構築される。制御システム１Ｃは、第２実施形態に係る制御システム１Ａにおいて、仮想化部２５、３４、５４にＩＯアクセスルーティング部２２、３２、５２が含まれていた構成とは異なる。

【0092】

アプリケーションフレームワーク２６、３５、５５は、アプリケーションの標準構造を実装するのに使われるライブラリの集まりである。制御アプリケーション２１、３１及びキャッシュデータベース５１は、アプリケーションフレームワーク２６、３５、５５が提供するＡＰＩを使用して、抽象化されたＩ／Ｏに対して入出力をすることができる。アプリケーションフレームワーク２６、３５、５５は、実際のフィールド機器１０の位置情報に応じてアクセス方法を変更する。制御アプリケーション２１、３１はフィールド機器１０へのアクセス方法を意識する必要がない。

【0093】

仮想化部２５、３４、５４に代えて、アプリケーションフレームワーク２６、３５、５５を用いることによって、仮想化部を使用した場合と同様の効果が得られる。また、アプリケーションフレームワーク２６、３５、５５はライブラリであるから、システムの修正、変更が容易である。

【0094】

（複数の演算結果に基づく出力値の決定）
上記各実施形態において、ＩＯアクセスルーティング部２２、３２、５２は、互いに連携して、制御アプリケーション２１、３１からのＩ／Ｏへの入出力指示に対して、入出力の経路を制御し、適切な装置に振り向ける動作を行った。ＩＯアクセスルーティング部２２、３２、５２には、複数の制御アプリケーション２１、３１からの演算結果に基づいて、フィールド機器１０に対する制御内容を決定する機能を持たせることもできる。

【0095】

例えば、上記各実施形態において、図１２に示すようにＩＯノード２０のＩＯアクセスルーティング部２２に、判定部２７を設けることができる。例えば、センサ１１の出力に基づいて、制御アプリケーション２１及び３１の少なくとも何れかを含む複数の制御アプリケーションが、同じ制御演算を行い算出した入力値でのアクチュエータ１２への入力を指示するものとする。判定部２７は、複数の制御アプリケーションが算出した複数の入力値を比較して、又は、複数の入力値を統計処理して、最終的な入力値を決定する。例えば、判定部２７は、複数の出力値の平均値を入力値として決定してよい。あるいは、判定部２７は、３以上の制御アプリケーションがある場合、複数の入力値から最も多い入力値を採用してよい。

【0096】

このようにすることによって、制御システム１、１Ａ，１Ｂによる制御の信頼性を高めることができる。

【0097】

なお、判定部２７は、ＩＯアクセスルーティング部２２に含まれるのではなく、ＩＯアクセスルーティング部２２とフィールド機器１０との間に位置してもよい。

【0098】

本開示に係る実施形態について、諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形又は修正を行うことが容易である。従って、本発明の具体的構成は本開示の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変形又は修正を含むことに留意されたい。

【符号の説明】

【0099】

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ 制御システム
１０、１０Ａ フィールド機器（第１のフィールド機器）
１０Ｂ フィールド機器（第２のフィールド機器）
１１、１１Ａ、１１Ｂ センサ
１２、１２Ａ、１２Ｂ アクチュエータ
２０、２０Ａ ＩＯノード（第１の制御装置）
２１ 制御アプリケーション（第１の制御アプリケーション）
２２ ＩＯアクセスルーティング部（第１のアクセス経路制御部）
２３ ＩＯアクセス部
２４ 通信部
２５ 仮想化部
２６ アプリケーションフレームワーク
２７ 判定部
３０ コントローラ（第２の制御装置）
３１ 制御アプリケーション（第２の制御アプリケーション）
３２ ＩＯアクセスルーティング部（第２のアクセス経路制御部）
３３ 通信部
３４ 仮想化部
３５ アプリケーションフレームワーク
４０ ネットワーク
４５ 監視装置
５０ キャッシュサーバ
５１ キャッシュデータベース（記憶部）
５２ ＩＯアクセスルーティング部（第３のアクセス経路制御部）
５３ 通信部
５４ 仮想化部
５５ アプリケーションフレームワーク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】