特許 7311015 制御システム、制御システムの制御方法、及び、コントローラ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-07-10

(45)【発行日】2023-07-19

(54)【発明の名称】制御システム、制御システムの制御方法、及び、コントローラ

(51)【国際特許分類】

   G05B 19/05 20060101AFI20230711BHJP

【ＦＩ】

G05B19/05 S

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2022210555

(22)【出願日】2022-12-27

【審査請求日】2023-01-05

【早期審査対象出願】

(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】100169823

【弁理士】

【氏名又は名称】吉澤 雄郎

(74)【代理人】

【識別番号】230128026

【弁護士】

【氏名又は名称】駒木 寛隆

(72)【発明者】

【氏名】吉田 善貴

(72)【発明者】

【氏名】戸井永 剛

【審査官】藤崎 詔夫

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２１－１５７３９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１８６９０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１６７９２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１５２５５７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０５Ｂ １９／０５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

測定データを取得するフィールド機器が接続されたＩＯノードと、
前記フィールド機器が取得した前記測定データに基づき演算を行う複数のコントローラと、
キャッシュサーバと、
を備え、
前記複数のコントローラの各々は、
予め一定の周期で定められた一定期間である制御タイミングごとに、前記キャッシュサーバが前記測定データを保持しているか否かを前記制御タイミングごとに示す情報を含む管理テーブルに基づいて、前記フィールド機器が取得した前記測定データを前記キャッシュサーバが保持しているか否かを判定し、
前記キャッシュサーバが前記測定データを保持していない場合、前記ＩＯノードから、当該ＩＯノードに接続された前記フィールド機器が取得した前記測定データを取得し、
前記キャッシュサーバが前記測定データを保持している場合、当該キャッシュサーバから、前記フィールド機器が取得した前記測定データを取得し、
前記ＩＯノード又は前記キャッシュサーバから受信した前記測定データに基づき、予め定められた演算を行う、
制御システム。

【請求項2】

前記複数のコントローラの各々は、前記制御タイミングごとに、前記キャッシュサーバが前記測定データを保持しているか否かを前記キャッシュサーバに問い合わせ、当該問合せに対し前記キャッシュサーバにより前記管理テーブルの参照に基づきなされた回答に基づき、前記キャッシュサーバが前記測定データを保持しているか否かを判定する、請求項１に記載の制御システム。

【請求項3】

前記キャッシュサーバは、前記制御タイミングごとに、当該キャッシュサーバが前記測定データを保持しているか否かを示す情報を含む第１の管理テーブルを保持し、
前記複数のコントローラの各々は、
前記キャッシュサーバが保持する前記第１の管理テーブルに同期して管理された第２の管理テーブルを保持し、
前記制御タイミングごとに、前記第２の管理テーブルを前記管理テーブルとして参照して、前記キャッシュサーバが前記測定データを保持しているか否かを判定する、
請求項１に記載の制御システム。

【請求項4】

前記複数のコントローラの各々は、前記制御タイミングごとに、前記ＩＯノード又は前記キャッシュサーバから受信した前記測定データに基づき、前記演算を行った結果である演算結果を前記ＩＯノードへ送信し、
前記ＩＯノードは、
前記制御タイミングごとに、前記複数のコントローラの各々から受信した前記演算結果を比較して、前記複数のコントローラの動作が正常であるか否かを判定し、
前記複数のコントローラの動作が正常であるか否かの判定結果を出力する、
請求項１に記載の制御システム。

【請求項5】

前記複数のコントローラの各々は、前記ＩＯノードから、当該ＩＯノードに接続された前記フィールド機器が取得した前記測定データを取得した場合、当該取得した測定データを前記キャッシュサーバへ送信し、
前記キャッシュサーバは、前記複数のコントローラに含まれる前記コントローラから前記測定データを受信した場合、当該受信した測定データを記憶部に保持させる、
請求項１に記載の制御システム。

【請求項6】

前記キャッシュサーバは、前記制御タイミングごとに、前記測定データを受信した前記コントローラの識別情報を記録する、請求項５に記載の制御システム。

【請求項7】

前記キャッシュサーバは、前記制御タイミングごとに、前記複数のコントローラに含まれるいずれかの前記コントローラから、前記フィールド機器が取得した前記測定データを保持しているか否かの問合せを初めて受けてから当該コントローラから前記測定データを受信するまで、他の前記コントローラからの前記問合せに対する回答を保留する、請求項５に記載の制御システム。

【請求項8】

測定データを取得するフィールド機器が接続されたＩＯノードと、
前記フィールド機器が取得した前記測定データに基づき演算を行う複数のコントローラと、
キャッシュサーバと、
を備える制御システムの制御方法であって、
前記複数のコントローラの各々が、
予め一定の周期で定められた一定期間である制御タイミングごとに、前記キャッシュサーバが前記測定データを保持しているか否かを前記制御タイミングごとに示す情報を含む管理テーブルに基づいて、前記フィールド機器が取得した前記測定データを前記キャッシュサーバが保持しているか否かを判定する工程と、
前記キャッシュサーバが前記測定データを保持していない場合、前記ＩＯノードから、当該ＩＯノードに接続された前記フィールド機器が取得した前記測定データを取得する工程と、
前記キャッシュサーバが前記測定データを保持している場合、当該キャッシュサーバから、前記フィールド機器が取得した前記測定データを取得する工程と、
前記ＩＯノード又は前記キャッシュサーバから受信した前記測定データに基づき、予め定められた演算を行う工程と、
を含む、制御システムの制御方法。

【請求項9】

測定データを取得するフィールド機器が接続されたＩＯノード、及び、キャッシュサーバと通信可能な、前記フィールド機器が取得した前記測定データに基づき演算を行うコントローラであって、
予め一定の周期で定められた一定期間である制御タイミングごとに、前記キャッシュサーバが前記測定データを保持しているか否かを前記制御タイミングごとに示す情報を含む管理テーブルに基づいて、前記フィールド機器が取得した前記測定データを前記キャッシュサーバが保持しているか否かを判定し、
前記キャッシュサーバが前記測定データを保持していない場合、前記ＩＯノードから、当該ＩＯノードに接続された前記フィールド機器が取得した前記測定データを取得し、
前記キャッシュサーバが前記測定データを保持している場合、当該キャッシュサーバから、前記フィールド機器が取得した前記測定データを取得し、
前記ＩＯノード又は前記キャッシュサーバから受信した前記測定データに基づき、予め定められた演算を行う、
制御部を備える、コントローラ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、制御システム、制御システムの制御方法、及び、コントローラに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、フィールド機器が接続された装置であるＩＯノードを経由して、コントローラからフィールド機器の動作を制御する制御システムが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２１－１５７３９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記のような制御システムにおいて、複数のコントローラを設け、各コントローラがフィールド機器の入出力について同一の処理を行い、各コントローラの処理結果を比較することにより、コントローラの動作の信頼性を向上させることが考えられる。このようなコントローラの冗長化を行う場合において、従来の構成においては、複数のコントローラが高い精度で時間的に同期して動作する必要があり、処理及び構成が複雑になっていた。

【0005】

本開示は、フィールド機器の制御システムにおいて、より簡易な構成でコントローラの冗長化を実現可能とすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

幾つかの実施形態に係る制御システムは、
（１）測定データを取得するフィールド機器が接続されたＩＯノードと、
前記フィールド機器が取得した前記測定データに基づき演算を行う複数のコントローラと、
キャッシュサーバと、
を備え、
前記複数のコントローラの各々は、
予め一定の周期で定められた一定期間である制御タイミングごとに、前記フィールド機器が取得した前記測定データを保持しているか否かを判定し、
前記キャッシュサーバが前記測定データを保持していない場合、前記ＩＯノードから、当該ＩＯノードに接続された前記フィールド機器が取得した前記測定データを取得し、
前記キャッシュサーバが前記測定データを保持している場合、当該キャッシュサーバから、前記フィールド機器が取得した前記測定データを取得し、
前記ＩＯノード又は前記キャッシュサーバから受信した前記測定データに基づき、予め定められた演算を行う。

【0007】

このように、各コントローラは、非同期に動作する場合であっても、ＩＯノード又はキャッシュサーバから制御タイミングにおける同一の測定データを取得することができる。したがって、全てのコントローラにおいて制御タイミングにおける同一の測定データに基づき演算を行い、その結果を比較することで、コントローラの異常を検出することが可能である。

【0008】

（２）（１）の制御システムにおいて、
前記複数のコントローラの各々は、前記制御タイミングごとに、前記キャッシュサーバが前記測定データを保持しているか否かを前記キャッシュサーバに問い合わせ、当該問合せに対する前記キャッシュサーバの回答に基づき、前記キャッシュサーバが前記測定データを保持しているか否かを判定する。

【0009】

このように、コントローラは、キャッシュサーバが測定データを保持しているか否かをキャッシュサーバに問い合わせて判定するため、キャッシュサーバが測定データを保持しているか否かを正確に判定することができる。

【0010】

（３）（１）の制御システムにおいて、
前記キャッシュサーバは、前記制御タイミングごとに、当該キャッシュサーバが前記測定データを保持しているか否かを示す情報を含む第１の管理テーブルを保持し、
前記複数のコントローラの各々は、
前記キャッシュサーバが保持する前記第１の管理テーブルに同期して管理された第２の管理テーブルを保持し、
前記制御タイミングごとに、前記第２の管理テーブルを参照して、前記キャッシュサーバが前記測定データを保持しているか否かを判定する。

【0011】

このように、コントローラは、第１の管理テーブルに同期して管理された第２の管理テーブルを保持し、第２の管理テーブルを参照して、キャッシュサーバが測定データを保持しているか否かを判定するため、測定データに基づき演算を行う制御タイミングにキャッシュサーバに問い合わせなくても、キャッシュサーバが測定データを保持しているか否かを判定することができる。

【0012】

（４）（１）から（３）のいずれかの制御システムにおいて、
前記複数のコントローラの各々は、前記制御タイミングごとに、前記ＩＯノード又は前記キャッシュサーバから受信した前記測定データに基づき、前記演算を行った結果である演算結果を前記ＩＯノードへ送信し、
前記ＩＯノードは、
前記制御タイミングごとに、前記複数のコントローラの各々から受信した前記演算結果を比較して、前記複数のコントローラの動作が正常であるか否かを判定し、
前記複数のコントローラの動作が正常であるか否かの判定結果を出力する。

【0013】

このように、制御システムは、複数のコントローラの演算結果を比較することで、コントローラの異常を検出することができる。また、制御タイミング内に受信した演算結果に基づきコントローラの動作が正常であるか否かを判定するため、制御タイミング内に演算結果を送信できなかったコントローラの演算結果については、動作が異常であるか否かの判定に使用しないようにすることができる。

【0014】

（５）（１）から（４）のいずれかの制御システムにおいて、
前記複数のコントローラの各々は、前記ＩＯノードから、当該ＩＯノードに接続された前記フィールド機器が取得した前記測定データを取得した場合、当該取得した測定データを前記キャッシュサーバへ送信し、
前記キャッシュサーバは、前記複数のコントローラに含まれる前記コントローラから前記測定データを受信した場合、当該受信した測定データを記憶部に保持させる。

【0015】

このように、制御システムは、最初にキャッシュサーバにアクセスしたコントローラの測定データをキャッシュして保持させる。したがって、他のコントローラは、キャッシュサーバにアクセスすることで、この測定データを取得して、制御タイミングにおける同一の測定データに基づき演算を行うことができる。

【0016】

（６）（５）の制御システムにおいて、
前記キャッシュサーバは、前記制御タイミングごとに、前記測定データを受信した前記コントローラの識別情報を記録する。

【0017】

このように、キャッシュサーバが、測定データのキャッシュを送信したコントローラの識別情報を記録することで、記録を参照してキャッシュデータを送信したコントローラを特定することが可能になる。

【0018】

（７）（５）又は（６）の制御システムにおいて、
前記キャッシュサーバは、前記制御タイミングごとに、前記複数のコントローラに含まれるいずれかの前記コントローラから、前記フィールド機器が取得した前記測定データを保持しているか否かの問合せを初めて受けてから当該コントローラから前記測定データを受信するまで、他の前記コントローラからの前記問合せに対する回答を保留する。

【0019】

このように、制御システムは、ある時間的区間において、初めてコントローラからの問い合わせがあった場合に、そのコントローラから測定データを受信するまで、他のコントローラからの問合せを保留する。したがって、あるコントローラがＩＯノードから測定データを取得している間に他のコントローラから問い合わせがあった場合に、他のコントローラもＩＯノードにアクセスすることなく、全てのコントローラが制御タイミングにおける同一の測定データを取得することができる。

【0020】

幾つかの実施形態に係る制御システムの制御方法は、
（８）測定データを取得するフィールド機器が接続されたＩＯノードと、
前記フィールド機器が取得した前記測定データに基づき演算を行う複数のコントローラと、
キャッシュサーバと、
を備える制御システムの制御方法であって、
前記複数のコントローラの各々が、
予め一定の周期で定められた一定期間である制御タイミングごとに、前記フィールド機器が取得した前記測定データを保持しているか否かを判定する工程と、
前記キャッシュサーバが前記測定データを保持していない場合、前記ＩＯノードから、当該ＩＯノードに接続された前記フィールド機器が取得した前記測定データを取得する工程と、
前記キャッシュサーバが前記測定データを保持している場合、当該キャッシュサーバから、前記フィールド機器が取得した前記測定データを取得する工程と、
前記ＩＯノード又は前記キャッシュサーバから受信した前記測定データに基づき、予め定められた演算を行う工程と、
を含む。

【0021】

このように、各コントローラは、非同期に動作する場合であっても、ＩＯノード又はキャッシュサーバから制御タイミングにおける同一の測定データを取得することができる。したがって、全てのコントローラにおいて制御タイミングにおける同一の測定データに基づき演算を行い、その結果を比較することで、コントローラの異常を検出することが可能である。

【0022】

幾つかの実施形態に係るコントローラは、
（９）測定データを取得するフィールド機器が接続されたＩＯノード、及び、キャッシュサーバと通信可能な、前記フィールド機器が取得した前記測定データに基づき演算を行うコントローラであって、
予め一定の周期で定められた一定期間である制御タイミングごとに、前記フィールド機器が取得した前記測定データを保持しているか否かを判定し、
前記キャッシュサーバが前記測定データを保持していない場合、前記ＩＯノードから、当該ＩＯノードに接続された前記フィールド機器が取得した前記測定データを取得し、
前記キャッシュサーバが前記測定データを保持している場合、当該キャッシュサーバから、前記フィールド機器が取得した前記測定データを取得し、
前記ＩＯノード又は前記キャッシュサーバから受信した前記測定データに基づき、予め定められた演算を行う、
制御部を備える。

【0023】

このように、各コントローラは、非同期に動作する場合であっても、ＩＯノード又はキャッシュサーバから制御タイミングにおける同一の測定データを取得することができる。したがって、全てのコントローラにおいて制御タイミングにおける同一の測定データに基づき演算を行い、その結果を比較することで、コントローラの異常を検出することが可能である。

【発明の効果】

【0024】

本開示の一実施形態によれば、フィールド機器の制御システムにおいて、より簡易な構成でコントローラの冗長化を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】比較例に係る制御システムの構成を示す図である。

【図2】一実施形態に係る制御システムの概略構成例を示す図である。

【図3】図２の制御システムの機能構成例を示すブロック図である。

【図4】図３の管理テーブルの一例を示す図である。

【図5】図３の管理テーブルの一例を示す図である。

【図6】図２のＩＯノードのハードウェア構成例を示すブロック図である。

【図7】図２のコントローラのハードウェア構成例を示すブロック図である。

【図8】図２のキャッシュサーバのハードウェア構成例を示すブロック図である。

【図9】一実施形態に係る制御システムの動作例を示すシーケンスチャートである。

【図10】一実施形態に係る制御システムの動作例を示すシーケンスチャートである。

【図11】一実施形態に係る制御システムの概略構成例を示す図である。

【図12】図１１のネットワークスイッチのハードウェア構成例を示すブロック図である。

【図13】一実施形態に係る制御システムの動作例を示すシーケンスチャートである。

【図14】一実施形態に係る制御システムの動作例を示すシーケンスチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0026】

＜比較例＞
図１は、比較例に係る制御システム９の構成を示す図である。制御システム９は、フィールド機器９１（９１ａ，９１ｂ）、ＩＯ（Input／Output）ノード９２、及び、コントローラ９３（９３ａ，９３ｂ）を備える。ＩＯノード９２及びコントローラ９３（９３ａ，９３ｂ）は、ネットワーク９５を介して互いに通信可能に接続される。

【0027】

フィールド機器９１（９１ａ，９１ｂ）は、プラントの制御のための測定データの取得、及び、プラントの操作の少なくとも一方を行う装置である。ＩＯノード９２は、フィールド機器９１（９１ａ，９１ｂ）が接続され、コントローラ９３（９３ａ，９３ｂ）とのインタフェースとして機能する装置である。コントローラ９３（９３ａ，９３ｂ）は、フィールド機器９１（９１ａ，９１ｂ）の測定データに対して演算を行い、演算結果に基づきフィールド機器９１（９１ａ，９１ｂ）を制御する装置である。

【0028】

制御システム９において、ＩＯノード９２は、一定周期（例えば、１秒ごと）でフィールド機器９１（９１ａ，９１ｂ）から測定データを収集する。コントローラ９３ａ，９３ｂの各々は、一定周期（例えば、１秒ごと）でＩＯノード９２からフィールド機器９１（９１ａ，９１ｂ）の測定データを取得する。コントローラ９３（９３ａ，９３ｂ）は、取得した測定データに基づき演算を行い、ＩＯノード９２へ演算結果を送信する。ＩＯノードは、コントローラ９３（９３ａ，９３ｂ）から演算結果を受信すると、受信した演算結果をフィールド機器へ出力する。

【0029】

図１の例では、コントローラ９３（９３ａ，９３ｂ）の演算の信頼性向上のため、制御システム９は、複数のコントローラ９３ａ，９３ｂを備え、コントローラ９３ａ，９３ｂの演算結果を比較する。具体的には、コントローラ９３ａ，９３ｂの各々は、フィールド機器９１（９１ａ，９１ｂ）の同一の測定データに対して同一の演算を行い、演算結果をＩＯノード９２へ出力する。ＩＯノード９２は、コントローラ９３ａ，９３ｂから受信した演算結果を比較する。ＩＯノード９２は、複数のコントローラ９３ａ，９３ｂから受信した演算結果が一致した場合は正常と判定し、一致しなかった場合はコントローラ９３ａ，９３ｂの故障等により正しく演算できなかったと判定する。このようなコントローラ９３（９３ａ，９３ｂ）の冗長化により演算の信頼性を向上させるためには、コントローラ９３（９３ａ，９３ｂ）がＩＯノード９２から同一のタイミングの測定データを取得し、同一の演算を行うことが必要である。

【0030】

一般に、ＩＯノード９２がフィールド機器９１（９１ａ，９１ｂ）から測定データを収集するタイミングと、コントローラ９３（９３ａ，９３ｂ）がＩＯノード９２から測定データを収集するタイミングとは同期していない。そのため、コントローラ９３ａとコントローラ９３ｂとでＩＯノード９２から測定データを取得するタイミングがずれると、同一の測定データを取得することができない場合がある。しかし、コントローラ９３ａ，９３ｂの演算動作タイミングを一致させるには、高精度な時刻同期が必要となり、処理及び構成が複雑になる。ＩＯノード９２と、コントローラ９３ａ，９３ｂのデータ取得タイミングを同期させるためにも、コントローラ９３（９３ａ，９３ｂ）において、高精度な時刻同期が必要となる。

【0031】

このように、比較例に係る制御システム９においては、複数のコントローラ９３（９３ａ，９３ｂ）が高い精度で時間的に同期して動作する必要があり、処理及び構成が複雑になる。本開示は、高精度な時刻同期を伴わずに、複数のコントローラが同一のタイミングの測定データを取得可能にすることを目的とする。

【0032】

＜実施形態１＞
以下、本開示の一実施形態について、図面を参照して説明する。各図面中、同一の構成又は機能を有する部分には、同一の符号を付している。本実施形態の説明において、同一の部分については、重複する説明を適宜省略又は簡略化する場合がある。

【0033】

（制御システム）
図２は、一実施形態に係る制御システム１ａの概略構成例を示す図である。制御システム１ａは、フィールド機器１０（１０ａ，１０ｂ）、ＩＯノード２０、コントローラ３０（３０ａ，３０ｂ）、キャッシュサーバ４０、及び、ネットワーク５０を備える。

【0034】

フィールド機器１０（１０ａ，１０ｂ）は、プラントの制御のための測定データの取得、及び、プラントの操作の少なくとも一方を行う装置である。フィールド機器１０（１０ａ，１０ｂ）は、例えば、温度センサ又は流量計等のセンサ１０ａ、及び、バルブ機器、ファン又はモータ等のアクチュエータ１０ｂでもよい。以下、フィールド機器１０ａ，１０ｂをまとめて「フィールド機器１０」と称する場合がある。フィールド機器１０は、測定データをＩＯノード２０へ出力するとともに、ＩＯノード２０から受信した制御信号に基づき動作を制御する。図２の例において、制御システム１ａは２つのフィールド機器１０ａ，１０ｂを備えるが、フィールド機器１０の個数は任意である。

【0035】

ＩＯノード２０は、フィールド機器１０が接続され、フィールド機器１０とコントローラ３０（３０ａ，３０ｂ）とのインタフェースとして機能する装置である。ＩＯノード２０はネットワーク５０に接続され、ネットワーク５０を介して、コントローラ３０（３０ａ，３０ｂ）と通信可能である。図２の例において、制御システム１ａは１つのＩＯノード２０を備えるが、ＩＯノード２０の個数は任意である。また、各ＩＯノード２０に接続されるフィールド機器１０の個数は任意である。

【0036】

コントローラ３０（３０ａ，３０ｂ）は、フィールド機器１０の測定データに対して演算を行い、演算結果に基づきフィールド機器１０を制御する装置である。以下、コントローラ３０ａ，３０ｂをまとめて「コントローラ３０」と称する場合がある。コントローラ３０は、ネットワーク５０を経由して、ＩＯノード２０及びキャッシュサーバ４０と通信可能に構成される。コントローラ３０は、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。制御システム１ａは、２つのコントローラ３０ａ，３０ｂを備えているが、コントローラ３０の個数は任意の複数個である。

【0037】

キャッシュサーバ４０は、コントローラ３０ａ，３０ｂのうち先にこのキャッシュサーバ４０にアクセスした方がＩＯノード２０から取得した測定データをキャッシュとして保持する装置である。制御システム１ａは、１つのキャッシュサーバ４０を備えているが、キャッシュサーバ４０の個数は任意である。

【0038】

ネットワーク５０は、プラント内のＩＯノード２０、コントローラ３０、及び、キャッシュサーバ４０等の情報機器を接続可能な専用の通信ネットワークである。ネットワーク５０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又は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。さらには、ネットワークは、ネットワーク５０は、例えばインターネット、イントラネット、及び移動体通信網等を含んでもよい。

【0039】

制御システム１ａにおいて、ＩＯノード２０は、一定周期（例えば、１秒ごと）でフィールド機器１０から測定データを収集する。ＩＯノード２０は、収集した測定データを記憶部２０２（図６参照）に記憶させる。コントローラ３０ａ，３０ｂの各々は、一定周期（例えば、１秒ごと）でキャッシュサーバ４０にアクセスし、フィールド機器９１（９１ａ，９１ｂ）の測定データを取得するための処理を行う。ここで、ＩＯノード２０及びコントローラ３０ａ，３０ｂの動作は完全に時間的に同期しているわけではなく、それぞれ別個に一定周期で動作している。

【0040】

このような構成において、複数のコントローラ３０（３０ａ，３０ｂ）の内、最初にキャッシュサーバ４０にアクセスした方のみＩＯノード２０にアクセスして測定データを取得する。例えば、コントローラ３０ａが最初にキャッシュサーバ４０にアクセスした場合、コントローラ３０ａは、ＩＯノード２０にアクセスし、ＩＯノード２０からフィールド機器１０の測定データを取得する。コントローラ３０ａは、取得した測定データをキャッシュサーバ４０に送信し、キャッシュサーバ４０に測定データのキャッシュを保持させる。一方、遅れてキャッシュサーバ４０にアクセスしたコントローラ３０ｂは、キャッシュサーバ４０から、測定データのキャッシュを取得する。このように、制御システム１ａにおいては、最初にキャッシュサーバ４０にアクセスしたコントローラ３０（例えば、コントローラ３０ａ）のみがＩＯノード２０からフィールド機器１０の測定データを取得する。それ以外のコントローラ３０（例えば、コントローラ３０ｂ）は、キャッシュサーバ４０から測定データのキャッシュを取得する。したがって、制御システム１ａは、各コントローラの動作が高い精度で同期して動作していなくても、複数のコントローラ３０（３０ａ，３０ｂ）が同一の測定データを取得することを保証することが可能である。

【0041】

コントローラ３０（３０ａ，３０ｂ）の各々は、取得した測定データに基づき演算を行い、ＩＯノード２０へ演算結果を送信する。ＩＯノード２０は、各コントローラ３０（３０ａ，３０ｂ）から演算結果を受信すると、受信した演算結果を比較して、各コントローラ３０（３０ａ，３０ｂ）の動作が正常であるか否かを判定する。ＩＯノード２０は、判定結果をログ情報として記憶部３０２（図５参照）又は表示装置（ディスプレイ）等へ出力する。ＩＯノード２０は、判定結果をコントローラ３０又はキャッシュサーバ４０等の他の装置へ送信してもよい。

【0042】

図３は、図２の制御システム１ａの機能構成例を示すブロック図である。ＩＯノード２０は、制御アプリケーション部２１、アクセス経路制御部２２、及び、通信制御部２３を備える。

【0043】

制御アプリケーション部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。制御アプリケーション部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部２１は、プロセス制御を行う上で必要なフィールド機器１０の制御を行う。例えば、制御アプリケーション部２１は、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。

【0044】

アクセス経路制御部２２は、制御アプリケーション部２１に対して抽象化されたＩＯアクセス方法を提供する。アクセス経路制御部２２は、アクセス経路制御部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、アクセス経路制御部２２は、ＩＯノード２０内の仮想化部２４に含まれてよい。仮想化部２４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２４は、制御アプリケーション部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、アクセス経路制御部２２の機能を提供するために、仮想化部２４は必須ではない。仮想化部２４が無くとも、アクセス経路制御部２２を実装することは可能である。

【0045】

通信制御部２３は、ＩＯノード２０に接続されたフィールド機器１０、及び、ネットワーク５０に接続されたコントローラ３０との間で通信を行う。通信制御部２３は、フィールド機器１０との接続形態、及び、ネットワーク５０の種類等に応じて必要な通信処理を行う。

【0046】

コントローラ３０（３０ａ，３０ｂ）は、制御アプリケーション部３１（３１ａ，３１ｂ）、アクセス経路制御部３２（３２ａ，３２ｂ）、及び、通信制御部３３（３３ａ，３３ｂ）を備える。コントローラ３０（３０ａ，３０ｂ）は、ＩＯノード２０と同様に、仮想化部３４（３４ａ，３４ｂ）を備えてもよい。コントローラ３０ａの制御アプリケーション部３１ａ、アクセス経路制御部３２ａ、通信制御部３３ａ、及び、仮想化部３４ａは、コントローラ３０ｂの制御アプリケーション部３１ｂ、アクセス経路制御部３２ｂ、通信制御部３３ｂ、及び、仮想化部３４ｂと同一である。そこで、以下、制御アプリケーション部３１ａ，３１ｂ、アクセス経路制御部３２ａ，３２ｂ、通信制御部３３ａ，３３ｂ、仮想化部３４ａ，３４ｂを、まとめて「制御アプリケーション部３１」、「アクセス経路制御部３２」、「通信制御部３３」、「仮想化部３４」と称する場合がある。コントローラ３０の制御アプリケーション部３１、アクセス経路制御部３２、通信制御部３３、仮想化部３４は、ＩＯノード２０の制御アプリケーション部２１、アクセス経路制御部２２、通信制御部２３、仮想化部２４と同一又は類似の機能を有するので、詳細な説明を省略する。

【0047】

キャッシュサーバ４０は、管理テーブル４１、アクセス経路制御部４２、通信制御部４３、及びキャッシュデータベース４５を備える。

【0048】

管理テーブル４１は、コントローラ３０のキャッシュサーバ４０へのアクセスの状況を管理するためのテーブルである。図４及び図５は、図３の管理テーブルの一例を示す図である。キャッシュサーバ４０は、一定周期（例えば、１秒ごと）で、最初にキャッシュサーバ４０にアクセスしたコントローラ３０の識別情報を保持する。初期状態において、管理テーブル４１は、空白、「０」、又は、「－」等の値（図４及び図５の例では「－」）を保持する。図４及び図５の例において、制御タイミングは、コントローラ３０が周期的に測定データを取得するための、予め一定の周期で定められた一定期間を示す。制御タイミングＴ００１は、例えば、時刻０時０分０秒～０時０分１秒の期間に対応する。制御タイミングＴ００２は、例えば、時刻０時０分１秒～０時０分２秒の期間に対応する。制御タイミングＴ００３は、例えば、時刻０時０分２秒～０時０分３秒の期間に対応する。これらの例において、制御タイミングＴ００１～Ｔ００３は、１秒の周期で定められた長さが１秒の期間に相当する。なお、制御タイミングの周期と長さとは異なってもよく、例えば、制御タイミングは、１０秒周期で定められた長さ１秒の期間としてもよい。制御タイミングは、キャッシュサーバ４０の計時部により測定された時刻に基づき決定されるが、ＮＴＰ（Network Time Protocol）サーバ等の時刻サーバ又はコントローラ３０等の他の装置により測定された時刻に基づき決定されてもよい。制御タイミングを時刻サーバにより測定された時刻に基づき決定する場合、正確な時刻を反映した制御タイミングを取得することができ、制御タイミングの信頼性を保つことができる。制御タイミングを各コントローラ３０により測定された時刻に基づき決定する場合、各コントローラ３０は、時刻サーバ等の他の装置にアクセスすることなく制御タイミングを決定することができ、可用性を保つことができる。

【0049】

図２の例においてＩＯノード２０の個数は１つだが、図４の管理テーブル４１は、３つのＩＯノード２０（ＩＯ－１，ＩＯ－２，ＩＯ－３）を備えた制御システム１ａにおいて、最初にキャッシュサーバ４０にアクセスしたコントローラ３０の識別情報を保持している。図５の管理テーブル４１は、２つのＩＯノード２０（ＩＯ－５，ＩＯ－６）を備えた制御システム１ａにおいて、最初にキャッシュサーバ４０にアクセスしたコントローラ３０の識別情報を保持している。

【0050】

例えば、図４において、制御タイミング「Ｔ００１」では、識別情報「ＩＯ－１」「ＩＯ－２」のＩＯノード２０については、識別情報「ＣＮＴ－１」のコントローラ３０（例えば、コントローラ３０ａ）が最初にキャッシュサーバ４０にアクセスしている。「ＩＯ－３」のＩＯノード２０については、識別情報「ＣＮＴ－２」のコントローラ３０（例えば、コントローラ３０ｂ）が最初にキャッシュサーバ４０にアクセスしている。制御タイミング「Ｔ００２」では、識別情報「ＩＯ－１」「ＩＯ－２」「ＩＯ－３」の各ＩＯノード２０について、識別情報「ＣＮＴ－１」のコントローラ３０（例えば、コントローラ３０ａ）が最初にキャッシュサーバ４０にアクセスしている。制御タイミング「Ｔ００３」では、識別情報「ＩＯ－１」「ＩＯ－２」のＩＯノード２０について、識別情報「ＣＮＴ－２」のコントローラ３０（例えば、コントローラ３０ｂ）が最初にキャッシュサーバ４０にアクセスしている。識別情報「ＩＯ－３」のＩＯノード２０については、まだいずれのコントローラ３０もキャッシュサーバ４０にアクセスしていない。図５の例では、いずれの制御タイミングにおいても、いずれのＩＯノード２０についても、まだコントローラ３０はキャッシュサーバ４０にアクセスしていない。

【0051】

キャッシュサーバ４０は、複数のコントローラ３０の複数のＩＯノード２０に対するアクセスを管理する場合、コントローラ３０及びＩＯノード２０を複数の制御グループに分類し、制御グループごとに管理テーブル４１を保持してもよい。例えば、冗長化の対象とする複数のコントローラ３０に対して、「Ｃ００１」等の制御グループを設定してもよい。例えば、キャッシュサーバ４０は、どのコントローラ３０がどのＩＯノード２０に接続されたフィールド機器１０の測定データの演算を行うかに応じて、コントローラ３０及びＩＯノード２０を複数の制御グループに分類してもよい。例えば、図４の管理テーブル４１は、識別情報「ＣＮＴ－１」「ＣＮＴ－２」のコントローラ３０が識別情報「ＩＯ－１」「ＩＯ－２」「ＩＯ－３」のＩＯノード２０の制御を行う制御グループ１のアクセス管理を示してもよい。例えば、図５の管理テーブル４１は、識別情報「ＣＮＴ－Ｘ」「ＣＮＴ－Ｙ」のコントローラ３０が識別情報「ＩＯ－５」「ＩＯ－６」のＩＯノード２０の制御を行う制御グループ２のアクセス管理を示してもよい。同一の制御グループに含まれるコントローラ３０は、同一の制御演算を行う。

【0052】

図３の説明に戻る。キャッシュサーバ４０のアクセス経路制御部４２、通信制御部４３、及び、仮想化部４４は、ＩＯノード２０のアクセス経路制御部２２、通信制御部２３、及び、仮想化部２４と同一又は類似の機能を有するので、詳細な説明を省略する。

【0053】

キャッシュデータベース４５は、各制御タイミングにおいて、もっとも早くキャッシュサーバ４０にアクセスしたコントローラ３０がＩＯノード２０から取得した測定データをキャッシュとして記憶する。図１のように、ＩＯノード２０に複数のフィールド機器１０ａ，１０ｂが接続されている場合、キャッシュデータベース４５は、各フィールド機器１０の測定データを記憶してもよい。前述のように、制御システム１ａが複数のＩＯノード２０を含む場合、キャッシュデータベース４５は、ＩＯノード２０毎に、各ＩＯノード２０から取得した測定データを記憶してもよい。前述のように、制御システム１ａが複数の制御グループに分類された数のコントローラ３０の複数のＩＯノード２０に対するアクセスを管理する場合、キャッシュデータベース４５は、制御グループ毎に、各ＩＯノード２０から取得した測定データを記憶してもよい。

【0054】

（ＩＯノード）
図６は、図２のＩＯノード２０のハードウェア構成例を示すブロック図である。ＩＯノード２０は、１つ又は互いに通信可能な複数のコンピュータ装置である。ＩＯノード２０は、例えば、ＰＣ（Personal Computer）又はＷＳ（Workstation）等の汎用のコンピュータにより実現されるが、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）又はプラント等の制御用に設計された専用コンピュータ等により実現されてもよい。図６に示すように、ＩＯノード２０は、制御部２０１、記憶部２０２、及び、通信部２０３を備える。

【0055】

制御部２０１は、１つ以上のプロセッサを含む。一実施形態において「プロセッサ」は、汎用のプロセッサ、又は特定の処理に特化した専用のプロセッサであるが、これらに限定されない。制御部２０１は、ＩＯノード２０を構成する各構成部と通信可能に接続され、ＩＯノード２０全体の動作を制御する。

【0056】

記憶部２０２は、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、ＲＯＭ（Read-Only Memory）、及びＲＡＭ（Random Access Memory）等の任意の記憶モジュールを含む。記憶部２０２は、例えば、主記憶装置、補助記憶装置、又はキャッシュメモリとして機能してもよい。記憶部２０２は、ＩＯノード２０の動作に用いられる任意の情報を記憶する。例えば、記憶部２０２は、システムプログラム（オペレーティングシステム）、アプリケーションプログラム、及び通信部２０３によって受信された各種情報等を記憶してもよい。記憶部２０２は、ＩＯノード２０に内蔵されているものに限定されず、外付けのデータベース又は外付け型の記憶モジュールであってもよい。

【0057】

通信部２０３は、任意の通信技術によってフィールド機器１０及びコントローラ３０等の他の装置と通信接続可能な、任意の通信モジュールを含む。通信部２０３は、さらに、他の装置との通信を制御するための通信制御モジュール、及び他の装置との通信に必要となる識別情報等の通信用データを記憶する記憶モジュールを含んでもよい。

【0058】

ＩＯノード２０の機能は、本実施形態に係るコンピュータプログラム（プログラム）を、制御部２０１に含まれるプロセッサで実行することにより実現されうる。すなわち、ＩＯノード２０の機能は、ソフトウェアにより実現されうる。コンピュータプログラムは、ＩＯノード２０の動作に含まれるステップの処理をコンピュータに実行させることで、各ステップの処理に対応する機能をコンピュータに実現させる。すなわち、コンピュータプログラムは、コンピュータを本実施形態に係るＩＯノード２０として機能させるためのプログラムである。コンピュータプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録してもよい。プログラムには、電子計算機による処理の用に供する情報であってプログラムに準ずるものが含まれる。例えば、コンピュータに対する直接の指令ではないがコンピュータの処理を規定する性質を有するデータは、「プログラムに準ずるもの」に該当する。

【0059】

ＩＯノード２０の一部又は全ての機能が、制御部２０１に含まれる専用回路により実現されてもよい。すなわち、ＩＯノード２０の一部又は全ての機能が、ハードウェアにより実現されてもよい。また、ＩＯノード２０は単一のコンピュータ装置により実現されてもよいし、複数のコンピュータ装置の協働により実現されてもよい。

【0060】

（コントローラ）
図７は、図２のコントローラ３０のハードウェア構成例を示すブロック図である。コントローラ３０は、１つ又は互いに通信可能な複数のコンピュータ装置である。コントローラ３０は、例えば、ＰＣ又はＷＳ等の汎用のコンピュータにより実現されるが、ＦＰＧＡ又はプラント等の制御用に設計された専用コンピュータ等により実現されてもよい。図７に示すように、コントローラ３０は、制御部３０１、記憶部３０２、及び、通信部３０３を備える。コントローラ３０の制御部３０１、記憶部３０２、及び、通信部３０３は、ＩＯノード２０の制御部２０１、記憶部２０２、及び、通信部２０３と同様に実現されるため、詳細な説明を省略する。また、ＩＯノード２０と同様に、コントローラ３０の機能は、本実施形態に係るプログラムを、制御部３０１に含まれるプロセッサで実行することにより実現されうる。

【0061】

（キャッシュサーバ）
図８は、図２のキャッシュサーバ４０のハードウェア構成例を示すブロック図である。キャッシュサーバ４０は、１つ又は互いに通信可能な複数のコンピュータ装置である。キャッシュサーバ４０は、例えば、ＰＣ又はＷＳ等の汎用のコンピュータにより実現されるが、ＦＰＧＡ又はプラント等の制御用に設計された専用コンピュータ等により実現されてもよい。図８に示すように、キャッシュサーバ４０は、制御部４０１、記憶部４０２、及び、通信部４０３を備える。キャッシュサーバ４０の制御部４０１、記憶部４０２、及び、通信部４０３は、ＩＯノード２０の制御部２０１、記憶部２０２、及び、通信部２０３と同様に実現されるため、詳細な説明を省略する。また、ＩＯノード２０と同様に、キャッシュサーバ４０の機能は、本実施形態に係るプログラムを、制御部４０１に含まれるプロセッサで実行することにより実現されうる。

【0062】

（制御システムの動作）
図９及び図１０は、一実施形態に係る制御システム１ａの動作例を示すシーケンスチャートである。図９及び図１０を参照して説明する制御システム１ａの動作は、制御システム１ａの制御方法の一つに相当してもよい。図９及び図１０の各ステップの動作は、ＩＯノード２０の制御部２０１、コントローラ３０の制御部３０１、又は、キャッシュサーバ４０の制御部４０１による制御に基づき実行されてもよい。図９及び図１０の処理は、制御タイミングごと、例えば、１秒ごとに実行される。図９及び図１０は、ある制御タイミングにおいて、まずコントローラ３０ａがキャッシュサーバ４０にアクセスし、その後、コントローラ３０ｂがキャッシュサーバ４０にアクセスしている例を示している。図９は、コントローラ３０ａが測定データを取得して演算を行う処理を示している。図１０は、コントローラ３０ｂが測定データを取得して演算を行う処理を示している。以下、図２のように、制御システム１ａは１つのＩＯノード２０を備える例を説明する。

【0063】

図９のステップＳ１において、コントローラ３０ａの制御部３０１は、キャッシュサーバ４０に対し、ＩＯノード２０に接続されているフィールド機器１０の測定データのキャッシュがキャッシュデータベース４５に記憶されているか否かを問い合わせる。例えば、コントローラ３０ａのアクセス経路制御部３２ａが問い合わせを行ってもよい。

【0064】

ステップＳ２において、キャッシュサーバ４０の制御部４０１は、ステップＳ１で問い合わせを受けた測定データのキャッシュが記憶されているか否かを判定する。例えば、制御部４０１は、管理テーブル４１を参照し、該当する制御タイミング及びＩＯノード２０について、コントローラ３０のアクセスが記録されているか否かを判定して、キャッシュの有無を判定してもよい。図９の例は、ある制御タイミングにおいてコントローラ３０ａが初めてアクセスした場合を示しているため、制御部４０１は、キャッシュなしと判定する。

【0065】

ステップＳ３において、キャッシュサーバ４０の制御部４０１は、コントローラ３０ａに対し、キャッシュなしを通知する。

【0066】

キャッシュサーバ４０からキャッシュなしの通知を受けると、ステップＳ４において、コントローラ３０ａの制御部３０１は、ＩＯノード２０に対して、フィールド機器１０の測定データを要求する。例えば、コントローラ３０ａの制御アプリケーション部３１ａがデータ取得を要求してもよい。

【0067】

コントローラ３０ａから測定データの要求を受信すると、ステップＳ５において、ＩＯノード２０の制御部２０１は、フィールド機器１０の測定データを取得する。前述のように、ＩＯノード２０は、一定周期（例えば、１秒ごと）でフィールド機器１０から測定データを収集し、収集した測定データを記憶部２０２に記憶させる。そこで、制御部２０１は、記憶部２０２から測定データを読み出して、測定データを取得する。なお、制御部２０１は、コントローラ３０から測定データの要求を受信したことに応じて、フィールド機器１０から測定データを取得してもよい。

【0068】

ステップＳ６において、ＩＯノード２０の制御部２０１は、ステップＳ５で取得したフィールド機器１０の測定データをコントローラ３０ａへ送信する。

【0069】

フィールド機器１０の測定データをＩＯノード２０から受信すると、ステップＳ７において、コントローラ３０ａの制御部３０１は、受信した測定データを記憶部３０２に記憶させるとともに、キャッシュサーバ４０へ測定データを送信する。

【0070】

フィールド機器１０の測定データをコントローラ３０ａから受信すると、ステップＳ８において、キャッシュサーバ４０の制御部４０１は、受信した測定データをキャッシュデータベース４５に記憶させるとともに、管理テーブル４１を更新する。例えば、制御部４０１は、対応する制御グループの管理テーブル４１において、該当する制御タイミングのＩＯノード２０に対応する項目を、コントローラ３０ａの識別情報により更新してもよい。

【0071】

一方、ステップＳ９において、コントローラ３０ａの制御部３０１は、ステップＳ７で取得した測定データに基づき、予め定められた演算を行う。例えば、コントローラ３０ａの制御アプリケーション部２１ａが演算を行ってもよい。演算内容は、フィールド機器１０の種類等に応じて、予め設定されている。

【0072】

ステップＳ１０において、コントローラ３０ａの制御部３０１は、ステップＳ９の処理による演算結果をＩＯノード２０へ送信する。なお、制御システム１ａは、ステップＳ７，Ｓ８の前に、ステップＳ９，Ｓ１０の処理を実行してもよい。

【0073】

コントローラ３０ａから演算結果を受信すると、ステップＳ１１において、ＩＯノード２０の制御部２０１は、コントローラ３０ａから受信した演算結果を記憶部２０２に記憶させて保持する。

【0074】

次に、図１０のステップＳ２１において、コントローラ３０ｂの制御部３０１は、キャッシュサーバ４０に対し、ＩＯノード２０に接続されているフィールド機器１０の測定データのキャッシュがキャッシュデータベース４５に記憶されているか否かを問い合わせる。例えば、コントローラ３０ｂの仮想化部３４ｂが問い合わせを行ってもよい。

【0075】

ステップＳ２２において、キャッシュサーバ４０の制御部４０１は、キャッシュサーバ４０の制御部４０１は、ステップＳ２１で問い合わせを受けた測定データのキャッシュが記憶されているか否かを判定する。例えば、制御部４０１は、管理テーブル４１を参照し、該当する制御タイミング及びＩＯノード２０について、コントローラ３０のアクセスが記録されているか否かを判定して、キャッシュの有無を判定してもよい。図１０の例は、該当する制御タイミングにおいて既にコントローラ３０ａがアクセスした場合を示しているため、制御部４０１は、キャッシュありと判定する。

【0076】

そこで、ステップＳ２３において、キャッシュサーバ４０の制御部４０１は、図９のステップＳ８でキャッシュデータベース４５に保持した測定データのキャッシュを読み出して取得する。具体的には、制御部４０１は、該当する制御グループのＩＯノード２０の識別情報に対応づけて記憶された、該当する制御タイミングの測定データを取得してもよい。

【0077】

ステップＳ２４において、キャッシュサーバ４０の制御部４０１は、ステップＳ２３で取得した測定データのキャッシュをコントローラ３０ｂへ送信する。

【0078】

測定データのキャッシュをキャッシュサーバ４０から受信すると、ステップＳ２５において、コントローラ３０ｂの制御部３０１は、取得した測定データのキャッシュに基づき、予め定められた演算を行う。例えば、コントローラ３０ｂの制御アプリケーション部２１ｂが演算を行ってもよい。演算内容は、コントローラ３０ａが実行する演算と同一である。

【0079】

ステップＳ２６において、コントローラ３０ｂの制御部３０１は、ステップＳ２５の処理による演算結果をＩＯノード２０へ送信する。

【0080】

コントローラ３０ｂから演算結果を受信すると、ステップＳ２７において、ＩＯノード２０の制御部２０１は、図９のステップＳ１１で保持したコントローラ３０ａによる演算結果と比較し、コントローラ３０ａ，３０ｂが正常に動作しているか否かを判定する。例えば、制御部２０１は、コントローラ３０ａ，３０ｂによる演算結果が一致した場合、各コントローラ３０ａ，３０ｂは正常に動作しており、そうでない場合は正常に動作していないと判定してもよい。制御システム１ａが３つ以上のコントローラ３０を備えている場合も同様に、制御部２０１は、全てのコントローラ３０による演算結果が一致した場合、各コントローラ３０は正常に動作しており、そうでない場合は正常に動作していないと判定してもよい。

【0081】

ステップＳ２８において、ＩＯノード２０の制御部２０１は、ステップＳ２７で判定した結果を出力する。例えば、制御部２０１は、判定結果をログファイルとして、記憶部２０２に出力してもよい。あるいは、制御部２０１は、判定結果を表示装置（ディスプレイ）等に表示させたり、コントローラ３０又はキャッシュサーバ４０等の他の装置へ送信したりしてもよい。制御部２０１は、ステップＳ２７において正常でないと判定された場合に、このような出力を行うようにしてもよい。

【0082】

以上のように、制御システム１ａは、測定データを取得するフィールド機器１０が接続されたＩＯノード２０、フィールド機器１０が取得した測定データに基づき演算を行う複数のコントローラ３０ａ，３０ｂ、及び、キャッシュサーバ４０を備える。複数のコントローラ３０ａ，３０ｂの各々の制御部３０１は、予め一定の周期で定められた一定期間である制御タイミングごとに、フィールド機器１０が取得した測定データを保持しているか否かをキャッシュサーバ４０に問い合わせるなどして判定する。制御部３０１は、キャッシュサーバ４０が測定データを保持していない場合、ＩＯノード２０から、ＩＯノード２０に接続されたフィールド機器１０が取得した測定データを取得する。制御部３０１は、キャッシュサーバ４０が測定データを保持している場合、キャッシュサーバ４０から、フィールド機器１０が取得した測定データを取得する。制御部３０１は、ＩＯノード２０又はキャッシュサーバ４０から受信した測定データに基づき、予め定められた演算を行う。したがって、仮にコントローラ３０の動作タイミングがずれたとしても、全てのコントローラ３０は、制御タイミングにおける同一の測定データに基づき演算を行うことが可能である。

【0083】

なお、複数のコントローラ３０ａ，３０ｂの各々の制御部３０１は、制御タイミングごとに、ＩＯノード２０又はキャッシュサーバ４０から受信した測定データに基づき、演算を行った結果である演算結果をＩＯノード２０へ送信してもよい。ＩＯノード２０の制御部２０１は、制御タイミングごとに、複数のコントローラ３０ａ，３０ｂの各々から受信した演算結果を比較して、複数のコントローラ３０ａ，３０ｂの動作が正常であるか否かを判定してもよい。制御部２０１は、複数のコントローラ３０ａ，３０ｂの動作が正常であるか否かの判定結果を出力してもよい。このように、制御システム１ａは、複数のコントローラ３０ａ，３０ｂの演算結果を比較することで、コントローラ３０の異常を検出することができる。また、制御システム１ａは、制御タイミング内に演算結果を送信できなかったコントローラ３０ａ，３０ｂの演算結果については、動作が異常であるか否かの判定に使用しないようにすることができる。

【0084】

また、複数のコントローラ３０ａ，３０ｂの各々の制御部３０１は、ＩＯノード２０から、ＩＯノード２０に接続されたフィールド機器１０が取得した測定データを取得した場合、取得した測定データをキャッシュサーバ４０へ送信してもよい。キャッシュサーバ４０の制御部４０１は、複数のコントローラ３０ａ，３０ｂに含まれるコントローラ３０から測定データを受信した場合、その受信した測定データを記憶部４０２に保持させてもよい。したがって、制御システム１ａは、最初にキャッシュサーバ４０にアクセスしたコントローラ３０の測定データをキャッシュして保持させることで、他のコントローラ３０がこの測定データに基づき演算を行うことを可能にする。

【0085】

また、キャッシュサーバ４０の制御部４０１は、制御タイミングごとに、測定データを受信したコントローラ３０の識別情報を管理テーブル４１に記録してもよい。このように、測定データのキャッシュを送信したコントローラ３０の識別情報を記録することで、キャッシュデータを送信したコントローラ３０を特定することができる。

【0086】

また、キャッシュサーバ４０の制御部４０１は、制御タイミングごとに、複数のコントローラ３０ａ，３０ｂに含まれるいずれかのコントローラ３０（例えば、コントローラ３０ａ）から、フィールド機器１０が取得した測定データを保持しているか否かの問合せを初めて受けてからそのコントローラ３０ａから測定データを受信するまで、他のコントローラ３０（例えば、コントローラ３０ｂ）からの問合せに対する回答を保留してもよい。具体的には、例えば、図９のステップＳ１でコントローラ３０ａから問い合わせを受けてから、ステップＳ８で測定データをキャッシュに保持するまで、コントローラ３０ｂから問い合わせを受けても（Ｓ２１）、すぐに回答しないようにしてもよい。これにより、あるコントローラ３０ａがＩＯノード２０から測定データを取得している間に他のコントローラ３０ｂから問い合わせがあった場合に、他のコントローラ３０ｂもＩＯノード２０にアクセスすることなく、全てのコントローラが同一の測定データを取得することを保証することができる。

【0087】

なお、以上の実施形態例においては、キャッシュサーバ４０が管理テーブル４１を保持している例を説明したが、コントローラ３０の各々も、キャッシュサーバ４０の管理テーブル４１（第１の管理テーブル）と同期して管理された管理テーブル（第２の管理テーブル）を保持するようにしてもよい。このような構成によれば、コントローラ３０は、キャッシュサーバ４０に問い合わせることなく、測定データの取得先がＩＯノード２０とキャッシュサーバ４０のいずれであるかを判定することができる。また、ＩＯノード２０が定期的にフィールド機器１０から測定データを取得する例を説明したが、このような処理に限られない。例えば、フィールド機器１０ａ，１０ｂがそれぞれ独立に測定データをＩＯノード２０に送信するようにしてもよい。

【0088】

＜実施形態２＞
実施形態１では、コントローラ３０の仮想化部３４において測定データの取得先を制御する例を説明したが、ネットワーク（ＮＷ）スイッチ等の他の装置が測定データの取得先を制御するようにしてもよい。

【0089】

（制御システム）
図１１は、実施形態２に係る制御システム１ｂの概略構成例を示す図である。制御システム１ｂは、フィールド機器１０（１０ａ，１０ｂ）、ＩＯノード２０、コントローラ３０（３０ａ，３０ｂ）、キャッシュサーバ４０、ネットワーク５０、及び、ネットワークスイッチ６０を備える。フィールド機器１０（１０ａ，１０ｂ）、ＩＯノード２０、コントローラ３０（３０ａ，３０ｂ）、キャッシュサーバ４０、及び、ネットワーク５０の機能及び構成は、図２の制御システム１ａと同様であるため、実施形態１の構成と相違する内容についてのみ説明する。

【0090】

制御システム１ｂにおいては、キャッシュサーバ４０に代えて、又は、キャッシュサーバ４０とともに、ネットワークスイッチ６０は管理テーブル６１を保持する。ネットワークスイッチ６０の管理テーブル６１は、キャッシュサーバ４０の管理テーブル４１と同様であり、例えば、図４及び図５に例示した内容と同一の情報を含んでもよい。制御システム１ｂにおいて、複数のコントローラ３０ａ，３０ｂは、制御タイミングごとに、フィールド機器１０が取得した測定データのＩＯノード２０に対する要求をネットワークスイッチ６０へ送信する。ネットワークスイッチ６０は、管理テーブル６１を参照して、キャッシュサーバ４０が測定データを保持しているか否かを判定する。ネットワークスイッチ６０は、キャッシュサーバ４０が測定データを保持していない場合、ＩＯノード２０に、ＩＯノード２０に接続されたフィールド機器１０が取得した測定データを、ネットワークスイッチ６０を介してコントローラ３０へ送信させる。ネットワークスイッチ６０は、ＩＯノード２０から受信した測定データをキャッシュサーバ４０に送信して保持させる。一方、ネットワークスイッチ６０は、キャッシュサーバ４０が測定データを保持している場合、キャッシュサーバ４０に、フィールド機器１０が取得した測定データをコントローラ３０へ送信させる。複数のコントローラ３０の各々は、ＩＯノード２０又はキャッシュサーバ４０から受信した測定データに基づき、予め定められた演算を行う。具体的には、ネットワークスイッチ６０は、例えば、コントローラ３０、ＩＯノード２０、及び、キャッシュサーバ４０から受信したパケットのＩＰアドレス等を書き換えることで通信先を切り替えるようにしてもよい。

【0091】

このような構成によれば、コントローラ３０から見ると、同一の装置にアクセスしているように見えながら、実際は、キャッシュの有無に応じて、ＩＯノード２０、又は、キャッシュサーバ４０から、全コントローラ３０へ共通の測定データを取得させることができる。なお、ネットワークスイッチ６０を備えた構成においても、アクセス先の切り替えを、ネットワークスイッチ６０ではなく、各コントローラ３０のアクセス経路制御部３２が実行するようにしてもよい。

【0092】

（ネットワークスイッチ）
図１２は、図１１のネットワークスイッチ６０のハードウェア構成例を示すブロック図である。ネットワークスイッチ６０は、１つ又は互いに通信可能な複数のコンピュータ装置である。ネットワークスイッチ６０は、例えば、ＦＰＧＡ又はプラント等の制御用に設計された専用コンピュータ等により実現されるが、ＰＣ等の汎用の装置により実現されてもよい。図１２に示すように、ネットワークスイッチ６０は、制御部６０１、記憶部６０２、及び、通信部６０３を備える。ネットワークスイッチ６０の制御部６０１、記憶部６０２、及び、通信部６０３は、ＩＯノード２０の制御部２０１、記憶部２０２、及び、通信部２０３と同様に実現されるため、詳細な説明を省略する。また、ＩＯノード２０と同様に、ネットワークスイッチ６０の機能は、本実施形態に係るプログラムを、制御部６０１に含まれるプロセッサで実行することにより実現されうる。

【0093】

（制御システムの動作）
図１３及び図１４は、一実施形態に係る制御システム１ｂの動作例を示すシーケンスチャートである。図１３及び図１４を参照して説明する制御システム１１ｂの動作は、制御システム１ｂの制御方法の一つに相当してもよい。図１３及び図１４の各ステップの動作は、ＩＯノード２０の制御部２０１、コントローラ３０の制御部３０１、キャッシュサーバ４０の制御部４０１、又は、ネットワークスイッチ６０の制御部６０１による制御に基づき実行されてもよい。図１３及び図１４の処理は、制御タイミングごと、例えば、１秒ごとに実行される。図１３及び図１４は、ある制御タイミングにおいて、まずコントローラ３０ａがネットワークスイッチ６０にアクセスし、その後、コントローラ３０ｂがネットワークスイッチ６０にアクセスしている例を示している。図１３は、コントローラ３０ａが測定データを取得して演算を行う処理を示している。図１４は、コントローラ３０ｂが測定データを取得して演算を行う処理を示している。以下、図１１のように、制御システム１ｂは１つのＩＯノード２０を備える例を説明する。

【0094】

図１３のステップＳ３１において、コントローラ３０ａの制御部３０１は、ネットワークスイッチ６０に対し、ＩＯノード２０に接続されているフィールド機器１０の測定データを要求する。例えば、コントローラ３０ａのアクセス経路制御部３２ａが要求を行ってもよい。

【0095】

ステップＳ３２において、ネットワークスイッチ６０の制御部６０１は、ステップＳ３１で要求を受けた測定データのキャッシュがキャッシュサーバ４０に記憶されているか否かを判定する。例えば、制御部６０１は、自装置が保持する管理テーブル６１を参照し、該当する制御タイミング及びＩＯノード２０について、コントローラ３０のアクセスが記録されているか否かを判定して、キャッシュの有無を判定してもよい。図１３の例は、ある制御タイミングにおいてコントローラ３０ａが初めてアクセスした場合を示しているため、制御部６０１は、キャッシュなしと判定する（ステップＳ３３）。

【0096】

ステップＳ３４において、ネットワークスイッチ６０の制御部６０１は、ＩＯノード２０に対して、フィールド機器１０の測定データを要求する。例えば、制御部６０１は、ステップＳ３１でコントローラ３０ａから受信したパケットのＩＰアドレス等を書き換えて、測定データの要求をＩＯノード２０へ送信してもよい。

【0097】

ネットワークスイッチ６０から測定データの要求を受信すると、ステップＳ３５において、ＩＯノード２０の制御部２０１は、フィールド機器１０の測定データを取得する。前述のように、ＩＯノード２０は、一定周期（例えば、１秒ごと）でフィールド機器１０から測定データを収集し、収集した測定データを記憶部２０２に記憶させる。そこで、制御部２０１は、記憶部２０２から測定データを読み出して、測定データを取得する。なお、制御部２０１は、ネットワークスイッチ６０から測定データの要求を受信したことに応じて、フィールド機器１０から測定データを取得してもよい。

【0098】

ステップＳ３６において、ＩＯノード２０の制御部２０１は、ステップＳ３５で取得したフィールド機器１０の測定データをネットワークスイッチ６０へ送信する。

【0099】

ステップＳ３７において、ネットワークスイッチ６０の制御部６０１は、フィールド機器１０の測定データをＩＯノード２０から受信して取得する。

【0100】

ステップＳ３８において、ネットワークスイッチ６０の制御部６０１は、ステップＳ３７で取得した測定データをコントローラ３０ａへ送信する。例えば、制御部６０１は、ステップＳ３６でＩＯノード２０から受信したパケットのＩＰアドレス等を書き換えて、測定データをコントローラ３０ａへ送信してもよい。

【0101】

ステップＳ３９において、ネットワークスイッチ６０の制御部６０１は、ステップＳ３７で取得した測定データをキャッシュサーバ４０へ送信する。

【0102】

ステップＳ４０において、ネットワークスイッチ６０の制御部６０１は、管理テーブル６１を更新する。例えば、制御部４０１は、対応する制御グループの管理テーブル６１において、該当する制御タイミングのＩＯノード２０に対応する項目を、コントローラ３０ａの識別情報により更新してもよい。

【0103】

一方、ステップＳ４１において、コントローラ３０ａの制御部３０１は、ステップＳ３８で取得した測定データに基づき、予め定められた演算を行う。例えば、コントローラ３０ａの制御アプリケーション部２１ａが演算を行ってもよい。演算内容は、フィールド機器１０の種類等に応じて、予め設定されている。

【0104】

ステップＳ４２において、コントローラ３０ａの制御部３０１は、ステップＳ４１の処理による演算結果をＩＯノード２０へ送信する。なお、制御システム１ｂは、ステップＳ３９，Ｓ４０の前に、ステップＳ４１，Ｓ４２の処理を実行してもよい。

【0105】

コントローラ３０ａから演算結果を受信すると、ステップＳ４３において、ＩＯノード２０の制御部２０１は、コントローラ３０ａから受信した演算結果を記憶部２０２に記憶させて保持する。

【0106】

一方、キャッシュサーバ４０の制御部４０１は、フィールド機器１０の測定データをネットワークスイッチ６０から受信すると、ステップＳ４４において、受信した測定データをキャッシュデータベース４５に記憶させるとともに、管理テーブル４１を更新する。例えば、制御部４０１は、対応する制御グループの管理テーブル４１において、該当する制御タイミングのＩＯノード２０に対応する項目を、コントローラ３０ａの識別情報により更新してもよい。

【0107】

次に、図１４のステップＳ５１において、コントローラ３０ｂの制御部３０１は、ネットワークスイッチ６０に対し、ＩＯノード２０に接続されているフィールド機器１０の測定データを要求する。例えば、コントローラ３０ｂの仮想化部３４ｂが要求を行ってもよい。

【0108】

ステップＳ５２において、ネットワークスイッチ６０の制御部６０１は、ステップＳ５１で要求を受けた測定データのキャッシュがキャッシュサーバ４０に記憶されているか否かを判定する。例えば、制御部６０１は、管理テーブル６１を参照し、該当する制御タイミング及びＩＯノード２０について、コントローラ３０のアクセスが記録されているか否かを判定して、キャッシュの有無を判定してもよい。図１４の例は、該当する制御タイミングにおいて既にコントローラ３０ａがアクセスした場合を示しているため、制御部６０１は、キャッシュありと判定する（ステップＳ５３）。

【0109】

そこで、ステップＳ５４において、ネットワークスイッチ６０の制御部６０１は、キャッシュサーバ４０に対し、図１３のステップＳ４４でキャッシュデータベース４５に保持した測定データのキャッシュを要求する。例えば、制御部６０１は、ステップＳ５１でコントローラ３０ｂから受信したパケットのＩＰアドレス等を書き換えて、測定データの要求をキャッシュサーバ４０へ送信してもよい。具体的には、制御部６０１は、該当する制御グループのＩＯノード２０の識別情報に対応づけて記憶された、該当する制御タイミングの測定データのキャッシュを要求してもよい。

【0110】

ステップＳ５５において、キャッシュサーバ４０の制御部４０１は、ネットワークスイッチ６０により要求された測定データのキャッシュをキャッシュデータベース４５から取得する。

【0111】

ステップＳ５６において、キャッシュサーバ４０の制御部４０１は、ステップＳ５５で取得した測定データのキャッシュをネットワークスイッチ６０へ送信する。

【0112】

ステップＳ５７において、ネットワークスイッチ６０の制御部６０１は、フィールド機器１０の測定データのキャッシュをキャッシュサーバ４０から受信して取得する。

【0113】

ステップＳ５８において、ネットワークスイッチ６０の制御部６０１は、ステップＳ５７で取得した測定データのキャッシュをコントローラ３０ｂへ送信する。例えば、制御部６０１は、ステップＳ５６でキャッシュサーバ４０から受信したパケットのＩＰアドレス等を書き換えて、測定データのキャッシュをコントローラ３０ｂへ送信してもよい。

【0114】

測定データのキャッシュを取得すると、ステップＳ５９において、コントローラ３０ｂの制御部３０１は、取得した測定データのキャッシュに基づき、予め定められた演算を行う。例えば、コントローラ３０ｂの制御アプリケーション部２１ｂが演算を行ってもよい。演算内容は、コントローラ３０ａが実行する演算と同一である。

【0115】

ステップＳ６０において、コントローラ３０ｂの制御部３０１は、ステップＳ５９の処理による演算結果をＩＯノード２０へ送信する。

【0116】

コントローラ３０ｂから演算結果を受信すると、ステップＳ６１において、ＩＯノード２０の制御部２０１は、図１３のステップＳ４３で保持したコントローラ３０ａによる演算結果と比較し、コントローラ３０ａ，３０ｂが正常に動作しているか否かを判定する。例えば、制御部２０１は、コントローラ３０ａ，３０ｂによる演算結果が一致した場合、各コントローラ３０ａ，３０ｂは正常に動作しており、そうでない場合は正常に動作していないと判定してもよい。制御システム１ｂが３つ以上のコントローラ３０を備えている場合も同様に、制御部２０１は、全てのコントローラ３０による演算結果が一致した場合、各コントローラ３０は正常に動作しており、そうでない場合は正常に動作していないと判定してもよい。

【0117】

ステップＳ６２において、ＩＯノード２０の制御部２０１は、ステップＳ６１で判定した結果を出力する。例えば、制御部２０１は、判定結果をログファイルとして、記憶部２０２に出力してもよい。あるいは、制御部２０１は、判定結果を表示装置（ディスプレイ）等に表示させたり、コントローラ３０、キャッシュサーバ４０、又は、ネットワークスイッチ６０等の他の装置へ送信したりしてもよい。制御部２０１は、ステップＳ６１において正常でないと判定された場合に、このような出力を行うようにしてもよい。

【0118】

以上のように、本開示に係る制御システム１ａ，１ｂによれば、非同期に動作する複数のコントローラ３０間で同じタイミングのデータを取得することができる。したがって、各コントローラ３０の動作が高精度に同期していなくても、各コントローラ３０の演算結果を比較して、コントローラ３０の異常を検出することが可能である。

【0119】

また、制御システム１ａ，１ｂの手法は、マルチキャスト又はブロードキャスト等におけるｐｕｂ／ｓｕｂ通信でのパケットの到達保証に応用してもよい。マルチキャスト又はブロードキャストを利用してｐｕｂ／ｓｕｂ通信を行う場合、通信プロトコルにはＵＤＰ（User Datagram Protocol）を使用する。ＵＤＰはＴＣＰ（Transmission Control Protocol）と異なり送達確認の仕組みがなく、送信されたデータを確実に受信できる保証がない。そのため受信できなかった場合の処理が必要になる。

【0120】

例えば、図２の制御システム１ａにおいて、ＩＯノード２０が、任意のタイミングでフィールド機器１０から測定データを取得し、コントローラ３０及びキャッシュサーバ４０を含む各ノードへ制御タイミング情報（Ｔ００１）及び測定データを配布（ｐｕｂｌｉｓｈ）する場合を考える。この場合、各ノード（コントローラ３０ａ，３０ｂ、及び、キャッシュサーバ４０）はＩＯノード２０からのデータを待ち受け、受信（ｓｕｂｓｃｒｉｂｅ）する。コントローラ３０は、制御タイミングＴ００１で使用するノードの測定データを受信できた場合、そのデータを使用して演算を行う。また、コントローラ３０は、受信した測定データをキャッシュサーバ４０に保持させる。コントローラ３０ａ，３０ｂは、使用する測定データが受信できなかった場合、キャッシュサーバ４０にデータ取得要求を送信し、データを取得する。

【0121】

このように、コントローラ３０は、制御タイミングにおける測定データを受信できた場合はその測定データに基づき演算を行うとともに、測定データをキャッシュサーバ４０に保持させる。コントローラ３０は、制御タイミングにおける測定データを受信できなかった場合は、キャッシュサーバ４０にアクセスして必要な測定データを取得し、所定の演算を行う。したがって、コントローラ３０からＩＯノード２０へアクセスするのではなく、ＩＯノード２０からフィールド機器１０の測定データをマルチキャスト又はブロードキャストする場合においても、各コントローラ３０は、同一の測定データに基づき演算できる。よって、各コントローラ３０の演算結果を比較して、コントローラ３０の異常を検知することが可能である。

【0122】

本開示は上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、ブロック図に記載の複数のブロックは統合されてもよいし、又は１つのブロックは分割されてもよい。フローチャートに記載の複数のステップは、記述に従って時系列に実行する代わりに、各ステップを実行する装置の処理能力に応じて、又は必要に応じて、並列的に又は異なる順序で実行されてもよい。その他、本開示の趣旨を逸脱しない範囲での変更が可能である。

【符号の説明】

【0123】

１，１ａ 制御システム
１０ フィールド機器
２０ ＩＯノード
２１ 制御アプリケーション部
２２ 仮想化部
２３ 通信制御部
２４ アクセス経路制御部
２０１ 制御部
２０２ 記憶部
２０３ 通信部
３０ コントローラ
３１ 制御アプリケーション部
３２ 仮想化部
３３ 通信制御部
３４ アクセス経路制御部
３０１ 制御部
３０２ 記憶部
３０３ 通信部
４０ キャッシュサーバ
４１ 管理テーブル
４２ 仮想化部
４３ 通信制御部
４４ アクセス経路制御部
４５ キャッシュデータベース
４０１ 制御部
４０２ 記憶部
４０３ 通信部
５０ ネットワーク
６０ ネットワークスイッチ
６１ 管理テーブル
６０１ 制御部
６０２ 記憶部
６０３ 通信部

【要約】

【課題】フィールド機器の制御システムにおいて、より簡易な構成でコントローラの冗長化を実現可能とする。
【解決手段】測定データを取得するフィールド機器が接続されたＩＯノードと、フィールド機器が取得した測定データに基づき演算を行う複数のコントローラと、キャッシュサーバと、を備え、複数のコントローラの各々は、予め一定の周期で定められた一定期間である制御タイミングごとに、フィールド機器が取得した測定データを保持しているか否かを判定し、キャッシュサーバが測定データを保持していない場合、ＩＯノードから、当該ＩＯノードに接続されたフィールド機器が取得した測定データを取得し、キャッシュサーバが測定データを保持している場合、当該キャッシュサーバから、フィールド機器が取得した測定データを取得し、ＩＯノード又はキャッシュサーバから受信した測定データに基づき、予め定められた演算を行う。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】