知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(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】2024-11-19
(45)【発行日】2024-11-27
(54)【発明の名称】制御装置及び制御方法
(51)【国際特許分類】
G06F 11/34 20060101AFI20241120BHJP
G06F 11/30 20060101ALI20241120BHJP
G05B 19/05 20060101ALI20241120BHJP
H04L 7/00 20060101ALI20241120BHJP
【ＦＩ】
G06F11/34 104
G06F11/30 140A
G05B19/05 S
H04L7/00 990
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2021081852
(22)【出願日】2021-05-13
(65)【公開番号】P2022175462
(43)【公開日】2022-11-25
【審査請求日】2024-02-07
(73)【特許権者】
【識別番号】000005108
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
(74)【代理人】
【識別番号】110000925
【氏名又は名称】弁理士法人信友国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】佐々本 学
(72)【発明者】
【氏名】大宮 英典
(72)【発明者】
【氏名】大塚 祐策
(72)【発明者】
【氏名】酒田 輝昭
【審査官】円子 英紀
(56)【参考文献】
【文献】特開２０２１－０６８２００（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０６Ｆ １１／３４
Ｇ０６Ｆ １１／３０
Ｇ０５Ｂ １９／０５
Ｈ０４Ｌ ７／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
それぞれが被制御装置の制御を行う制御装置を複数有する分散制御システムに適用される制御装置であって、前記分散制御システムを構成する他の制御装置と時刻を同期する時刻同期部と、
前記被制御装置に関する情報を受信する通信部と、
前記被制御装置に関する情報を格納する共有データ格納部と、
前記被制御装置に対する指令値を演算し、演算結果を前記共有データ格納部に格納する演算部と、
前記共有データ格納部に格納された情報を保持する情報保持部と、
前記情報保持部の領域を、前記共有データの情報と、前記演算部での演算に必要な情報量とに応じて設定する領域設定部と、
前記情報保持部に格納されている情報から、前記共有データの情報と、時刻とに応じて選択する情報選択部と、を備え、
前記演算部は前記情報選択部で選択された情報を用いて指令値を算出する
制御装置。
【請求項2】
さらに、前記他の制御装置における共有データ格納部への格納と同期させて、前記共有データ格納部への前記情報の格納を制御する同期更新部を備える請求項１に記載の制御装置。
【請求項3】
さらに、同期時刻に基づいて、同期時刻情報を管理する時刻管理部を有する請求項１に記載の制御装置。
【請求項4】
前記通信部は、前記演算部で算出された指令値を含む前記共有データを送信する請求項１に記載の制御装置。
【請求項5】
前記共有データ格納部に格納される前記被制御装置に関する情報には、前記情報を取得した際の時刻情報が付加されている請求項１に記載の制御装置。
【請求項6】
前記領域設定部は、前記情報の取得時間差に基づいて情報を保持する領域を設定する請求項１に記載の制御装置。
【請求項7】
前記領域設定部は、前記指令値の演算に必要な時系列情報を保持する領域を設定する請求項１に記載の制御装置。
【請求項8】
前記情報選択部は、前記被制御装置に関する情報の取得時間差に基づいて、前記被制御装置に関する情報を選択する請求項１に記載の制御装置。
【請求項9】
前記情報選択部は、前記被制御装置に関する情報の取得時間差を、前記指令値から取得する請求項７又は請求項８に記載の制御装置。
【請求項10】
それぞれが被制御装置の制御を行う制御装置を複数有する分散制御システムの制御装置に適用される制御方法であって、前記分散制御システムを構成する他の制御装置と時刻を同期する時刻同期処理と、
前記被制御装置に関する情報を受信する通信処理と、
前記被制御装置に関する情報を格納する共有データ格納処理と、
前記被制御装置に対する指令値を演算し、演算結果を前記共有データ格納処理で格納する演算処理と、
前記共有データ格納処理で格納された情報を保持する情報保持処理と、
前記情報保持処理で情報を保持する領域を、前記共有データの情報と、前記演算処理での演算に必要な情報量とに応じて設定する領域設定処理と、
前記情報保持処理により格納されている情報から、前記共有データの情報と、時刻とに応じて選択する情報選択処理と、を含み、
前記演算処理では、前記情報選択処理で選択された情報を用いて指令値を算出する
制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、制御装置及び制御方法に関する。
【背景技術】
【0002】
各種の社会インフラシステムには、制御システムが設置され、社会インフラを制御システムが統括して管理するようにしている。制御システムには、演算処理を実行する複数の制御装置が設置され、制御システムの自動化と効率化とが図られている。
【0003】
こうした制御システムを構成する制御装置は、フィールドに設置されるセンサなどの検出機器から各種の状態量などの情報を取得し、制御装置を構成する中央演算処理装置により、演算処理を実行する。そして、制御装置は、フィールドに設置されるモータやアクチュエータなどの操作機器（制御対象）に、制御指令（制御データ（制御信号））を出力し、制御対象をリアルタイムに制御する。
【0004】
また、大規模な社会インフラシステムにおける制御システムの場合には、複数の制御装置が共通ネットワークを介して接続され、分散制御システムを構成する。分散制御システムは、広大なフィールドに設置される複数の検出機器から取得される情報を１カ所の制御装置に集約し、演算処理を実行する。このような分散制御システムは、演算処理を実行する制御装置と制御指令を出力する制御装置との役割を分担し、効率の良い制御を実行する。
【0005】
分散制御システムにおける制御装置間の通信方法としては、共有メモリ方式がある。共有メモリ方式では、分散制御システムを構成するそれぞれの制御装置が、それぞれの制御装置において割り当てられるメモリの集合である共有メモリを有し、自らの制御装置は、割り当てられるデータを、他の制御装置に向けて、周期的にブロードキャストする。これにより、制御装置間においてデータの共有が図られ、制御装置間の通信負荷が軽減される。
【0006】
特許文献１には、このような共有メモリ方式を適用した構成の一例が記載されている。すなわち、特許文献１には、共有メモリと内部メモリを設け、共有メモリの制御データにタイムスタンプを付加して内部メモリに格納し、内部メモリの内容を記憶媒体に保存する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【文献】国際公開第２０１５／１８９９６９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
特許文献１に記載されるように、共有メモリの制御データにタイムスタンプが付加されていることで、そのタイムスタンプが付加された時点の制御状態は、各制御装置で共有することができる。しかしながら、タイムスタンプが付加された制御データが得られたとしても、分散制御システム内の各制御装置で取得した制御データの時刻が相違していた場合、それぞれの制御装置での制御に活用することは困難であった。
【0009】
本発明の目的は、相違する時刻に検出機器から取得した情報から、分散制御システム内のそれぞれの制御装置で、精度の高い制御を実現する制御装置及び制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本願は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、制御装置として、それぞれが被制御装置の制御を行う制御装置を複数有する分散制御システムに適用される制御装置であって、分散制御システムを構成する他の制御装置と時刻を同期する時刻同期部と、被制御装置に関する情報を受信する通信部と、被制御装置に関する情報を格納する共有データ格納部と、被制御装置に対する指令値を演算し、演算結果を共有データ格納部に格納する演算部と、共有データ格納部に格納された情報を保持する情報保持部と、情報保持部の領域を、共有データの情報と、演算部での演算に必要な情報量とに応じて設定する領域設定部と、情報保持部に格納されている情報から、共有データの情報と、時刻とに応じて選択する情報選択部とを備え、演算部は情報選択部で選択された情報を用いて指令値を算出するものである。
本願は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、制御装置として、それぞれが被制御装置の制御を行う制御装置を複数有する分散制御システムに適用される制御装置であって、分散制御システムを構成する他の制御装置と時刻を同期する時刻同期部と、被制御装置に関する情報を受信する通信部と、被制御装置に関する情報を格納する共有データ格納部と、被制御装置に対する指令値を演算し、演算結果を共有データ格納部に格納する演算部と、共有データ格納部に格納された情報を保持する情報保持部と、情報保持部の領域を、共有データの情報と、演算部での演算に必要な情報量とに応じて設定する領域設定部と、情報保持部に格納されている情報から、共有データの情報と、時刻とに応じて選択する情報選択部とを備え、演算部は情報選択部で選択された情報を用いて指令値を算出するものである。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、相違する時刻において検出機器から取得される情報から、制御対象への制御指令を演算し、製品の品質を向上させ、精度の高い制御を実現することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の一実施の形態例に係る分散制御システム全体の例を示す構成図である。
【図2】本発明の一実施の形態例に係る制御装置の構成を説明する図である。
【図3】本発明の一実施の形態例に係る制御装置の構成例（例１）を示す機能ブロック図である。
【図4】本発明の一実施の形態例に係る制御装置の構成例（例２）を示す機能ブロック図である。
【図5】本発明の一実施の形態例に係る制御装置の動作例を示すタイミング図である。
【図6】本発明の一実施の形態例に係る制御装置の情報保持部の保持情報の一例を示す図である。
【図7】本発明の一実施の形態例に係る制御装置の情報選択部により選択された情報と演算部により演算される指令値の一例を示す図である。
【図8】本発明の一実施の形態例に係る制御装置の共有データの共有タイミングを示すタイミング図である。
【図9】本発明の一実施の形態例に係る制御装置（制御システム）がセンサから取得される取得情報を共有する処理の流れを示すフローチャートである。
【図10】本発明の第一実施の形態例に係る制御装置（制御システム）が制御指令を演算し、制御装置（制御システム）が制御指令を共有する処理の流れを示すフローチャートである。
【図11】本発明の一実施の形態例に係る制御装置をＦＡ(Factory Automation)システムに適用した場合の一例を示す構成図である。
【図12】本発明の一実施の形態例に係る制御装置を鉄鋼システムに適用した場合の一例を説明する構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の一実施の形態例（以下、「本例」と称する）を、添付図面を参照して説明する。なお、実質的に同一又は類似の構成には、同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【0014】
［分散制御システムの構成］
図１は、本例の分散制御システムの構成を示す。
図１に示すシステムは、第１制御装置１０１、第２制御装置１０２、及び第３制御装置１０３が、共通ネットワーク１を介して相互に通信可能に接続され、分散制御システムを構成する。
図１は、本例の分散制御システムの構成を示す。
図１に示すシステムは、第１制御装置１０１、第２制御装置１０２、及び第３制御装置１０３が、共通ネットワーク１を介して相互に通信可能に接続され、分散制御システムを構成する。
【0015】
各制御装置１０１、１０２、１０３は、フィールドに設置されるセンサからの情報を取得する。そして、各制御装置１０１、１０２、１０３は、取得した情報に基づいて、モータやアクチュエータなどの操作機器（制御対象、被制御装置）に、制御指令（制御データ（制御信号、指令値））を出力し、制御対象をリアルタイムに制御する。つまり、分散制御システムは、操作機器に対する制御を実行する複数の制御装置１０１、１０２、１０３により構成される。
なお、以下の説明では、第１制御装置１０１で行われる制御を制御Ａ、第２制御装置１０２で行われる制御を制御Ｂ、第３制御装置１０３で行われる制御を制御Ｃと称する。
なお、以下の説明では、第１制御装置１０１で行われる制御を制御Ａ、第２制御装置１０２で行われる制御を制御Ｂ、第３制御装置１０３で行われる制御を制御Ｃと称する。
【0016】
共通ネットワーク１は、例えば、ＴＳＮ(Time Sensitive Network)と呼称される一連のＩＥＥＥ規格群で構成される通信方式によるデータ通信を実行するネットワークや、ＩＥＣ６１７８４規格などにより規格化される産業用ネットワークが使用される。これらの共通ネットワーク１として使用されるネットワークは、時分割制御に基づくタイムスロット通信を使用することにより、制御装置間の通信遅延における時間確定性を向上させるネットワークである。
【0017】
第１制御装置１０１は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)１００１とメモリ１００２とを内蔵する。同様に、第２制御装置１０２は、ＣＰＵ１０１１とメモリ１０１２とを内蔵し、第３制御装置１０３は、ＣＰＵ１０２１とメモリ１０２２とを内蔵する。
メモリ１００２には、第１制御装置１０１で制御Ａを行うために動作するプログラムＡが保持されると共に、共通ネットワーク１を介して、各制御装置１０１～１０３間で共有される共有データを保持する領域（共有データ領域）が設置される。ここでの共有データには、制御Ａで得た取得情報や、他の制御装置から受信した制御指令が含まれる。
メモリ１００２には、第１制御装置１０１で制御Ａを行うために動作するプログラムＡが保持されると共に、共通ネットワーク１を介して、各制御装置１０１～１０３間で共有される共有データを保持する領域（共有データ領域）が設置される。ここでの共有データには、制御Ａで得た取得情報や、他の制御装置から受信した制御指令が含まれる。
【0018】
同様に、メモリ１０１２は、プログラムＢ、及び各制御装置１０１～１０３間で共有される共有データ（制御Ｂで得た取得情報や受信した制御指令）を保持する領域が設置される。メモリ１０２２には、プログラムＣと共有データ（制御Ｃで得た取得情報や演算した制御指令）、及び各制御装置１０１～１０３間で共有される共有データを集めて保持しておく保持情報Ｃを保持する領域が設置される。
【0019】
また、第１制御装置１０１には、制御Ａを実行するために、フィールドネットワーク２０を介して、センサ７、モータ８、アクチュエータ９が接続される。同様に、第２制御装置１０２には、制御Ｂを実行するために、フィールドネットワーク２１を介して、センサ１０、モータ１１が接続され、第３制御装置１０３には、制御Ｃを実行するために、フィールドネットワーク２２を介して、センサ１２、センサ１３が接続される。
なお、フィールドネットワーク２０、フィールドネットワーク２１、フィールドネットワーク２２には、例えば、ＩＥＣ６１１５８により規定化されるネットワークなどを使用してもよい。また、制御装置と検出機器や制御対象との間を、直接、デジタル信号やアナログ信号を入出力し、接続してもよい。この場合、制御装置と各検出機器や各制御対象とは、複数の入出力信号線により接続される。
なお、フィールドネットワーク２０、フィールドネットワーク２１、フィールドネットワーク２２には、例えば、ＩＥＣ６１１５８により規定化されるネットワークなどを使用してもよい。また、制御装置と検出機器や制御対象との間を、直接、デジタル信号やアナログ信号を入出力し、接続してもよい。この場合、制御装置と各検出機器や各制御対象とは、複数の入出力信号線により接続される。
【0020】
第１制御装置１０１は、センサ７からの入力を受けて、共通ネットワーク１を介して、第２制御装置１０２及び第３制御装置１０３とデータを共有する。同様に、第２制御装置１０２は、センサ１０からの入力を受けて、共通ネットワーク１を介して、第１制御装置１０１及び第３制御装置１０３とデータを共有する。さらに、第３制御装置１０３は、センサ１２及びセンサ１３からの入力を受けて、共通ネットワーク１を介して、第１制御装置１０１及び第２制御装置１０２と共有データを共有する。
【0021】
そして、特に、第３制御装置１０３は、共有される入力データから、例えば、モータ８、アクチュエータ９、モータ１１への制御指令（指令値）を演算して共有データに格納し、第１制御装置１０１及び第２制御装置１０２と制御指令を共有する。一方、第１制御装置１０１は、共有される制御指令により、モータ８、アクチュエータ９を制御し、同様に、第２制御装置１０２は、共有される制御指令により、モータ１１を制御する。
なお、フィールドに設置されるセンサ７，１０，１２，１３は、検出機器であり、各種の流量、温度、圧力、張力、回転速度などの状態量を、取得情報として検出する。
なお、フィールドに設置されるセンサ７，１０，１２，１３は、検出機器であり、各種の流量、温度、圧力、張力、回転速度などの状態量を、取得情報として検出する。
【0022】
［制御装置の構成］
次に、第１制御装置１０１の構成を説明する。ここでは、第１制御装置１０１を例にして説明するが、第２制御装置１０２及び第３制御装置１０３についても基本的には同様の構成である。
次に、第１制御装置１０１の構成を説明する。ここでは、第１制御装置１０１を例にして説明するが、第２制御装置１０２及び第３制御装置１０３についても基本的には同様の構成である。
【0023】
図２は、第１制御装置１０１の構成を示す。
制御装置１０１は、ＣＰＵ１００１、メモリ１００２、通信制御部１００３、インタフェース部１００４、不揮発性記憶媒体１００５、バス１００６、及び入出力部１００７を有する。
制御装置１０１は、ＣＰＵ１００１、メモリ１００２、通信制御部１００３、インタフェース部１００４、不揮発性記憶媒体１００５、バス１００６、及び入出力部１００７を有する。
【0024】
ＣＰＵ１００１は、第１制御装置１０１の各構成要素の動作を制御する中央演算処理装置である。
メモリ１００２は、ＣＰＵ１００１が動作するための一時的な記憶領域であり、不揮発性記憶媒体１００５から転送されるオペレーティングシステム（以下、「ＯＳ」と呼称する）や、アプリケーションプログラムなどが格納される。
また、メモリ１００２には、第１制御装置１０１で動作するプログラムＡを保持する領域、及び各制御装置１０１～１０３間で共有する共有データ（各制御装置が検出機器や制御対象から取得する情報取得情報や制御指令）を保持する領域が設置される。共有データには、既に説明したように、各制御装置が検出機器や制御対象から取得する情報取得情報や制御指令が含まれる。
なお、図１に示すように、第３制御装置１０３のメモリ１０２２には、各制御装置１０１～１０３間で共有される共有データを集めて保持しておく保持情報Ｃを保持する領域が設置される。
メモリ１００２は、ＣＰＵ１００１が動作するための一時的な記憶領域であり、不揮発性記憶媒体１００５から転送されるオペレーティングシステム（以下、「ＯＳ」と呼称する）や、アプリケーションプログラムなどが格納される。
また、メモリ１００２には、第１制御装置１０１で動作するプログラムＡを保持する領域、及び各制御装置１０１～１０３間で共有する共有データ（各制御装置が検出機器や制御対象から取得する情報取得情報や制御指令）を保持する領域が設置される。共有データには、既に説明したように、各制御装置が検出機器や制御対象から取得する情報取得情報や制御指令が含まれる。
なお、図１に示すように、第３制御装置１０３のメモリ１０２２には、各制御装置１０１～１０３間で共有される共有データを集めて保持しておく保持情報Ｃを保持する領域が設置される。
【0025】
通信制御部１００３は、共通ネットワーク１を介して、第２制御装置１０２及び第３制御装置１０３とデータ通信を実行する。データ通信の方式としては、例えば、ＩＥＥＥ８０２．３規格のＭＡＣ(Media Access Control)層の機能が実装される。
なお、通信制御部１００３の実装例としては、例えば、ＩＣ(Integrated Circuit)、ＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)、ゲートアレイなどがある。また、通信制御部１００３は、ＣＰＵ１００１と一体化して構成されてもよい。
なお、通信制御部１００３の実装例としては、例えば、ＩＣ(Integrated Circuit)、ＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)、ゲートアレイなどがある。また、通信制御部１００３は、ＣＰＵ１００１と一体化して構成されてもよい。
【0026】
さらに、通信制御部１００３は、ネットワークを使用した時刻同期プロトコルを実行する機能を有する。つまり、通信制御部１００３は、時刻同期パケットの送受信時における計時機能や、時刻同期パケットへの補正値の設定や加算などの機能を有する。このような時刻同期プロトコルとしては、ＩＥＥＥ１５８８、ＩＥＥＥ８０２．１ＡＳ、ＮＴＰ、ＳＮＴＰが使用される。
また、通信制御部１００３は、同期時刻に基づく時刻管理機能として、第２制御装置１０２及び第３制御装置１０３への同期時刻情報の通信機能を有する。
また、図２では、通信制御部１００３が、１つで構成した場合を示しているが、複数で構成してもよい。
また、通信制御部１００３は、同期時刻に基づく時刻管理機能として、第２制御装置１０２及び第３制御装置１０３への同期時刻情報の通信機能を有する。
また、図２では、通信制御部１００３が、１つで構成した場合を示しているが、複数で構成してもよい。
【0027】
インタフェース部１００４は、共通ネットワーク１との間で、データの送受信を実行する。インタフェース部１００４は、例えば、ＩＥＥＥ８０２．３の物理層の機能が実装される。なお、インタフェース部１００４は、通信制御部１００３に含まれてもよい。
また、インタフェース部１００４についても１つで構成したのは一例であり、複数であってもよい。
また、インタフェース部１００４についても１つで構成したのは一例であり、複数であってもよい。
【0028】
不揮発性記憶媒体１００５は、情報の不揮発性の記憶媒体であり、例えば、ＯＳ、アプリケーション、デバイスドライバなどの保存、ＣＰＵ１００１を動作させるプログラムの保存、プログラムの実行結果の保存に使用される。
不揮発性記憶媒体１００５は、例えば、ハードディスクドライブ、ソリッドステートドライブ、フラッシュメモリなどで構成される。また、不揮発性記憶媒体１００５は、外部記憶媒体として取り外しが容易なＵＳＢメモリ、ソリッドステートドライブなどで構成してもよい。
不揮発性記憶媒体１００５は、例えば、ハードディスクドライブ、ソリッドステートドライブ、フラッシュメモリなどで構成される。また、不揮発性記憶媒体１００５は、外部記憶媒体として取り外しが容易なＵＳＢメモリ、ソリッドステートドライブなどで構成してもよい。
【0029】
入出力部１００７は、第１制御装置１０１に接続される、例えば、センサ７から取得情報を取得し、モータ８やアクチュエータ９を制御する入出力インタフェースである。入出力部１００７は、例えば、前述の各種のフィールドネットワーク２０の機能や、デジタル入出力機能やアナログ入出力機能が実装される。なお、図２では、入出力部１００７からの信号線が、１本の場合を示しているが、複数であってもよい。
バス１００６は、ＣＰＵ１００１、メモリ１００２、通信制御部１００３、不揮発性記憶媒体１００５、入出力部１００７をそれぞれ接続する。
バス１００６は、ＣＰＵ１００１、メモリ１００２、通信制御部１００３、不揮発性記憶媒体１００５、入出力部１００７をそれぞれ接続する。
【0030】
次に、第１制御装置１０１の機能から見た構成を説明する。
図３は、第１制御装置１０１の機能から見た構成例（例１）を示す。
ここでは、第１制御装置１０１の構成について説明するが、第２制御装置１０２についても、同様の機能構成である。また、第３制御装置１０３は、本例の場合、後述する図４の構成を適用するが、システム構成によっては、第３制御装置１０３を図３に示す構成としてもよい。
図３は、第１制御装置１０１の機能から見た構成例（例１）を示す。
ここでは、第１制御装置１０１の構成について説明するが、第２制御装置１０２についても、同様の機能構成である。また、第３制御装置１０３は、本例の場合、後述する図４の構成を適用するが、システム構成によっては、第３制御装置１０３を図３に示す構成としてもよい。
【0031】
第１制御装置１０１は、時刻同期部３００、通信部３０１、同期更新部３０２、共有データ格納部３０３、時刻管理部３０４、入出力制御部３０５を有する。これらの各構成要素は、第１制御装置１０１のメモリ１００２に格納されたプログラムＡの実行で構成される。
【0032】
時刻同期部３００は、時刻同期処理の手順を実行する機能部である。実行する時刻同期プロトコルとして、前述のＩＥＥＥ１５８８、ＩＥＥＥ８０２．１ＡＳ、ＮＴＰ、ＳＮＴＰが使用される。時刻同期部３００は、後述の通信部３０１で時刻同期パケットの送信時や受信時に計測する時刻などを使用し、第２制御装置１０２及び第３制御装置１０３と時刻同期する。つまり、時刻同期部３００は、分散制御システムを構成する他の制御装置と時刻同期する。
【0033】
なお、時刻同期部３００は、ＣＰＵ１００１で動作するアプリケーションで実現してもよいし、通信制御部１００３をＩＣやＦＰＧＡで構成する場合のハードウェアとして実現してもよい。
また、時刻同期部３００を、ＣＰＵ１００１のソフトウェアと通信制御部１００３のハードウェアとの両方で構成してもよい。なお、この場合は、時刻同期パケットの送信タイミングや受信タイミングの計測機能や、時刻同期パケットフォーマットの生成は、通信制御部１００３で処理される。
また、時刻同期部３００を、ＣＰＵ１００１のソフトウェアと通信制御部１００３のハードウェアとの両方で構成してもよい。なお、この場合は、時刻同期パケットの送信タイミングや受信タイミングの計測機能や、時刻同期パケットフォーマットの生成は、通信制御部１００３で処理される。
【0034】
通信部３０１は、共通ネットワーク１に接続され、共通ネットワーク１の通信プロトコルに基づいて、通信処理を実行する。例えば、通信部３０１は、ＣＰＵ１００１で動作するソフトウェアと、通信制御部１００３と、インタフェース部１００４とで構成される。つまり、通信部３０１は、共通ネットワーク１を介して、他の制御装置に自の制御装置に関する情報を送信し、他の制御装置から他の制御装置に関する情報を受信する。通信部３０１は、自らの制御装置がセンサなどから取得した情報（センサ情報）を送信し、他の制御装置で得た情報（センサ情報）を受信する。
【0035】
同期更新部３０２は、通信部３０１から受信する通信内容を保持する。同期更新部３０２は、後述の時刻管理部３０４から通知される同期時刻情報（時刻通知や時刻通知割込みなどを含む）により、保持している情報を後述の共有データ格納部３０３に反映する。つまり、同期更新部３０２は、他の制御装置における共有データ格納部への共有データ（情報）の格納と同期させて、又は、他の制御装置における共有データ格納部からの共有データ（情報）の格納と同期させて、自らの制御装置における共有データ格納部３０３への共有データ（情報）の格納を実行する。
【0036】
共有データ格納部３０３は、各制御装置間で共有する共有データ（情報）を格納する共有データ格納処理を実行する。共有データ格納部３０３には、メモリ１００２の共有データ領域が割り当てられる。例えば、各制御装置が周期的なブロードキャスト通信を実行し、受信した制御装置が、送信元の制御装置を識別し、該当する共有データ領域を更新する。そして、共有データ格納部３０３は、他の制御装置から送信された共有データを格納する。
【0037】
時刻管理部３０４は、同期時刻に基づいて、各制御装置における入出力制御部３０５の同期時刻情報を管理する。
入出力制御部３０５は、例えば、第１制御装置１０１に接続されるセンサ７から情報を取得し、モータ８やアクチュエータ９を制御し、情報の入出力を実行する機能部である。つまり、入出力制御部３０５は、検出機器から情報を取得し、制御対象を制御する情報の入出力を実行する。
入出力制御部３０５は、例えば、第１制御装置１０１に接続されるセンサ７から情報を取得し、モータ８やアクチュエータ９を制御し、情報の入出力を実行する機能部である。つまり、入出力制御部３０５は、検出機器から情報を取得し、制御対象を制御する情報の入出力を実行する。
【0038】
入出力制御部３０５ではセンサ７から情報を取得する際に、時刻管理部３０４から通知される同期時刻情報（センサ情報を取得した時刻が付加されたセンサ情報）、つまりセンサ情報を取得した時刻をセンサ情報に付加し、共有データ格納部３０３へ渡してもよい。
このように、本例の各制御装置１０１～１０３は、分散制御システムを構成する他の制御装置と時刻同期する時刻同期部３００を有する。また、本例の各制御装置１０１～１０３は、他の制御装置に自らの制御装置に関する情報を送信し、他の制御装置から他の制御装置に関する情報を受信する通信部３０１を有する。さらに、本例の各制御装置１０１～１０３は、入出力制御部３０５にて入出力される情報としての共有データを格納する共有データ格納部３０３を有する。
このように、本例の各制御装置１０１～１０３は、分散制御システムを構成する他の制御装置と時刻同期する時刻同期部３００を有する。また、本例の各制御装置１０１～１０３は、他の制御装置に自らの制御装置に関する情報を送信し、他の制御装置から他の制御装置に関する情報を受信する通信部３０１を有する。さらに、本例の各制御装置１０１～１０３は、入出力制御部３０５にて入出力される情報としての共有データを格納する共有データ格納部３０３を有する。
【0039】
次に、本例の制御装置の別の機能構成（例２）を説明する。
図４は、制御装置の別の機能構成（例２）を示す図である。図４に示す制御装置は、例えば第３制御装置１０３に適用した例とするが、第１制御装置１０１や第２制御装置１０２に適用してもよい。
図４は、制御装置の別の機能構成（例２）を示す図である。図４に示す制御装置は、例えば第３制御装置１０３に適用した例とするが、第１制御装置１０１や第２制御装置１０２に適用してもよい。
【0040】
図４に示す制御装置は、時刻同期部３００、通信部３０１、同期更新部３０２、共有データ格納部３０３、時刻管理部３０４、領域設定部４０１、情報保持部４０２、情報選択部４０３、及び演算部４０４を有する。
時刻同期部３００、通信部３０１、同期更新部３０２、共有データ格納部３０３、及び時刻管理部３０４は、既に図３で説明した各機能部と同様なので説明は省略する。
時刻同期部３００、通信部３０１、同期更新部３０２、共有データ格納部３０３、及び時刻管理部３０４は、既に図３で説明した各機能部と同様なので説明は省略する。
【0041】
領域設定部４０１は、後述する情報保持部４０２の保持領域サイズ（領域）を設定する領域設定処理を実行する。保持領域サイズは、時刻管理部３０４により演算される各制御装置の処理の時間差と、後述の演算部４０４で必要な時系列の情報量とにより設定される。
ここで、各制御装置の処理の時間差としては、例えば、共有データ格納部３０３から得られる取得情報（センサ情報）の取得時間差や、各制御装置に接続される制御対象への制御指令による制御システムの流動速度から演算して得られる時間差などが含まれる。
ここで、各制御装置の処理の時間差としては、例えば、共有データ格納部３０３から得られる取得情報（センサ情報）の取得時間差や、各制御装置に接続される制御対象への制御指令による制御システムの流動速度から演算して得られる時間差などが含まれる。
【0042】
換言すると、領域設定部４０１は、情報保持部４０２の保持領域サイズを、各制御装置の処理の時間差、つまり、共有データ（センサ情報）の取得時間差、及び指令値演算に必要な時系列の情報量に応じて設定する。
すなわち、各制御装置の処理の時間差とは、情報の時間差である。情報の時間差とは、他の制御装置が取得する情報（センサ情報）の取得時間と、自らの制御装置が取得する情報（センサ情報）の取得時間との差（取得時間差）である。
演算部４０４で必要な時系列の情報とは、例えばＦＦＴ(Fast Fourier Transform)解析や、トラッキング制御のように、一定の時間分の時系列の情報を用いて演算する場合に必要な情報量である。
すなわち、各制御装置の処理の時間差とは、情報の時間差である。情報の時間差とは、他の制御装置が取得する情報（センサ情報）の取得時間と、自らの制御装置が取得する情報（センサ情報）の取得時間との差（取得時間差）である。
演算部４０４で必要な時系列の情報とは、例えばＦＦＴ(Fast Fourier Transform)解析や、トラッキング制御のように、一定の時間分の時系列の情報を用いて演算する場合に必要な情報量である。
【0043】
なお、保持領域サイズは、基本的には、制御システムの下流の制御装置から見た場合、上流に向かって大きくなる。本例のシステムの場合、保持領域サイズは、第１制御装置１０１、第２制御装置１０２、第３制御装置１０３の順に、小さくなる。つまり、領域設定部４０１は、情報の取得時間の早い製造ライン上流の制御装置の情報を保持する領域が、情報の取得時間の遅い製造ライン下流の制御装置の情報を保持する領域よりも、大きく設定される。
【0044】
また、保持領域サイズは、演算部４０４で必要な時系列の情報量が多いほど大きく設定される。さらに、各制御装置の処理の時間差が変動する場合にも、その時間差に応じて、保持領域サイズは動的に設定できる。その他、処理時間差の変動分や、必要な時系列情報量から、あらかじめ一定の大きさの領域を定めて設定してもよいが、前者の設定方法の方が、メモリ１０２２の占有を最小限にすることができる。
【0045】
情報保持部４０２は、共有データ格納部３０３で共有されたセンサ情報を保持する情報保持処理を行う。情報保持部４０２は、領域設定部４０１で設定される保持領域サイズを有するリングバッファである。
情報保持部４０２は、センサ情報を保持する際に、時刻管理部３０４から通知される同期時刻情報（センサ情報を同期して取得した時刻が付加されたセンサ情報）、つまり、センサ情報を同期して取得した時刻とそのセンサ情報とを保持する。そして、情報保持部４０２は、情報に同期時刻情報を付加し、センサ情報を保持する。
情報保持部４０２は、センサ情報を保持する際に、時刻管理部３０４から通知される同期時刻情報（センサ情報を同期して取得した時刻が付加されたセンサ情報）、つまり、センサ情報を同期して取得した時刻とそのセンサ情報とを保持する。そして、情報保持部４０２は、情報に同期時刻情報を付加し、センサ情報を保持する。
【0046】
情報選択部４０３は、情報保持部４０２で保持されている情報から、演算部４０４での指令値を演算するのに必要な情報を選択する。そして、情報選択部４０３は、選択された保持情報を演算部４０４に入力する。つまり、情報選択部４０３は、情報保持部４０２に保持されている情報から、指令値演算に必要な情報を選択し、演算部４０４に入力する。
そして、情報選択部４０３は、センサ情報の取得時間差、及び指令値演算に必要な時系列の情報量に基づいて、保持情報を選択する。また、時刻管理部３０４は、センサ情報の取得時間差を、各制御装置がセンサ情報を取得する時刻に基づいて、又は、制御対象への制御指令に基づいて演算する。
そして、情報選択部４０３は、センサ情報の取得時間差、及び指令値演算に必要な時系列の情報量に基づいて、保持情報を選択する。また、時刻管理部３０４は、センサ情報の取得時間差を、各制御装置がセンサ情報を取得する時刻に基づいて、又は、制御対象への制御指令に基づいて演算する。
【0047】
情報選択部４０３での情報の選択は、各情報に付加される同期時刻情報に基づいて、実行される。つまり、この情報は、例えば、各制御装置の処理の時間差、例えば、共有データ格納部３０３から取得する各制御装置が取得したセンサ情報の取得時間差や、各制御装置に接続される制御対象への制御指令による制御システムの流動速度から演算する時間差（取得時間差）などに基づいて、選択される。さらに、情報選択部４０３は、演算部４０４での指令値を演算するのに必要な情報、例えば既に説明した一定の時間分の時系列の情報を、各制御装置の処理の時間差を加味して選択する。
【0048】
【0049】
演算部４０４は、入出力制御部３０５（図３参照）に接続されるモータやアクチュエータを制御するため、必要な制御指令を演算する機能部である。演算部４０４における演算処理は、情報選択部４０３から取得する、各制御装置が取得した情報（センサ情報）を使用して実行される。演算部４０４は、情報選択部４０３に格納されている取得情報（センサ情報）を読み出し、制御指令を演算する。演算部４０４で演算された制御指令は、共有データ格納部３０３に格納され、他の制御装置（第１制御装置１０１及び第２制御装置１０２）と共有される。つまり、演算部４０４は、通信部３０１にて送信された共有データに基づいて、制御対象に対する制御指令を演算する。
【0050】
自らの制御装置（第１制御装置１０１及び第２制御装置１０２）に割り当てられる制御指令は、自らの制御装置の共有データ格納部３０３から読み出され、図２に示す入出力部１００７（図３に示す入出力制御部３０５）に接続されるモータやアクチュエータに出力される。なお、演算部４０４は、ＣＰＵ１００１で動作するソフトウェアで実現される。
【0051】
これにより、本例の各制御装置１０１～１０３は、相違する時刻において検出機器から取得される取得情報から制御対象への制御指令を演算することができ、製品の品質を向上させ、精度の高い制御を実現することができる。
そして、本例の各制御装置１０１～１０３は、現在の状態から過去の状態を推定するものではなく、この推定結果に基づいて制御対象への制御指令を演算するものではないため、制御対象への制御指令に発生する誤差を抑制し、安定した制御を実現することができる。
そして、本例の各制御装置１０１～１０３は、現在の状態から過去の状態を推定するものではなく、この推定結果に基づいて制御対象への制御指令を演算するものではないため、制御対象への制御指令に発生する誤差を抑制し、安定した制御を実現することができる。
【0052】
［制御装置による動作と処理の流れ］
次に、本例の各制御装置１０１～１０３の動作タイミングを説明する。
図５は、本例の各制御装置１０１～１０３の動作タイミングを示す。
図５の例は、製造ラインの上流過程から下流過程に向けて、第１制御装置１０１、第２制御装置１０２、第３制御装置１０３が設置される場合であり、製造対象物が、上流側から下流側に向けて順に流れる過程を示す。
次に、本例の各制御装置１０１～１０３の動作タイミングを説明する。
図５は、本例の各制御装置１０１～１０３の動作タイミングを示す。
図５の例は、製造ラインの上流過程から下流過程に向けて、第１制御装置１０１、第２制御装置１０２、第３制御装置１０３が設置される場合であり、製造対象物が、上流側から下流側に向けて順に流れる過程を示す。
【0053】
第３制御装置１０３の領域設定部４０１は、第３制御装置１０３の情報保持部４０２の保持領域サイズを、製造ラインの処理の時間差と、演算部４０４での指令値を演算するのに必要な情報とに基づいて設定する。製造ラインの処理の時間差としては、ここでは、各センサ情報の取得時間差が使用される。演算部４０４での指令値を演算するのに必要な情報には、例えば、既に説明した一定の時間分の時系列の情報が使用される。
【0054】
一つの製造対象物に注目する場合、時刻ｔ３において、第１制御装置１０１が加工状態をセンサ７により観測（センシング）し、時刻ｔ５において、第２制御装置１０２が加工状態をセンサ１０により観測（センシング）する。さらに、時刻ｔ７において、第３制御装置１０３が加工状態をセンサ１２及びセンサ１３により観測（センシング）する。
ここで、下流過程の制御装置１０３の処理時間（時刻ｔ７）を基準に、各制御装置における処理の時間差として、第２制御装置１０２は、第３制御装置１０３に対し、ｔ７－ｔ５の時間差分の一定の時間分の時系列の情報を保持するための保持領域サイズを確保する。また、第１制御装置１０１は、第３制御装置１０３に対し、ｔ７－ｔ３の時間差分の情報を保持するための保持領域サイズを確保する。
ここで、下流過程の制御装置１０３の処理時間（時刻ｔ７）を基準に、各制御装置における処理の時間差として、第２制御装置１０２は、第３制御装置１０３に対し、ｔ７－ｔ５の時間差分の一定の時間分の時系列の情報を保持するための保持領域サイズを確保する。また、第１制御装置１０１は、第３制御装置１０３に対し、ｔ７－ｔ３の時間差分の情報を保持するための保持領域サイズを確保する。
【0055】
時刻ｔ３において、第１制御装置１０１は、製造対象物からセンサ７により形状や位置などの情報を取得し、第１制御装置１０１の共有データ格納部３０３に格納する。共有データ格納部３０３に格納された情報は、第３制御装置１０３にて、時刻ｔ４において共有データ格納部３０３から取得され、第３制御装置１０３は、取得した情報を情報保持部４０２に保持する。時刻ｔ５において第２制御装置１０２は、製造対象物からセンサ１０により形状や位置などの情報を取得し、第２制御装置１０２の共有データ格納部３０３に取得した情報を格納する。
【0056】
共有データ格納部３０３に格納された情報は、第３制御装置１０３にて、時刻ｔ６において共有データ格納部３０３から取得され、第３制御装置１０３は、情報保持部４０２に保持する。また、時刻ｔ７において、第３制御装置１０３は、製造対象物からセンサ１２及びセンサ１３により形状や位置などの情報を取得し、第３制御装置１０３の共有データ格納部３０３に格納すると共に、情報保持部４０２に保持する。なお、これらの処理は、時刻の経過と共に順次進行する。
各制御装置の共有データ格納部３０３に格納されたセンサ情報は、自身以外の他の制御装置に送信される。そして、各制御装置１０１～１０３は、同期更新部３０２により、それぞれの共有データ格納部３０３に格納されたセンサ情報を更新する。
各制御装置の共有データ格納部３０３に格納されたセンサ情報は、自身以外の他の制御装置に送信される。そして、各制御装置１０１～１０３は、同期更新部３０２により、それぞれの共有データ格納部３０３に格納されたセンサ情報を更新する。
【0057】
さらに、時刻ｔ７において第３制御装置１０３は、これらの保持されたセンサ情報に基づいて、制御指令を演算し、その演算した制御指令を共有データ格納部３０３に格納する。そして、この格納された制御指令は、第１制御装置１０１及び第２制御装置１０２に送信され、第１制御装置１０１及び第２制御装置１０２は、時刻ｔ８において、それぞれの共有データ格納部３０３を参照し、格納された制御指令に基づいて、対応するモータやアクチュエータの制御を実行する。
【0058】
このように、本例によれば、同一の製造対象物に関するセンサ情報に基づいて、制御指令を演算することができる。このため、制御対象への制御指令に発生する誤差を抑制し、安定した制御を実現することができる。
【0059】
次に、本例の制御装置１０１、１０２、１０３の情報保持部４０２の内容の一例を説明する。
図６は、制御装置１０１、１０２、１０３の情報保持部４０２の内容の一例を示す。
図６（ａ）は、第１制御装置１０１のセンサ７のセンサ情報の保持領域６０に保持される取得時刻とセンサ情報の関係を示す。
図６（ｂ）は、第２制御装置１０２のセンサ１０のセンサ情報の保持領域６１に保持される取得時刻とセンサ情報の関係を示す。
また、図６（ｃ）は、第３制御装置１０３のセンサ１２、１３のセンサ情報の保持領域６２に保持される取得時刻とセンサ情報の関係を示している。
図６は、制御装置１０１、１０２、１０３の情報保持部４０２の内容の一例を示す。
図６（ａ）は、第１制御装置１０１のセンサ７のセンサ情報の保持領域６０に保持される取得時刻とセンサ情報の関係を示す。
図６（ｂ）は、第２制御装置１０２のセンサ１０のセンサ情報の保持領域６１に保持される取得時刻とセンサ情報の関係を示す。
また、図６（ｃ）は、第３制御装置１０３のセンサ１２、１３のセンサ情報の保持領域６２に保持される取得時刻とセンサ情報の関係を示している。
【0060】
保持領域６０には、第１制御装置１０１に接続されるセンサ７で取得したセンサ情報が、時刻ｔ１から取得した時刻と共に格納される。保持領域６１には、第２制御装置１０２に接続されるセンサ１０で取得したセンサ情報が、時刻ｔ４から取得した時刻と共に格納される。保持領域６２には、第３制御装置１０３に接続されるセンサ１２及びセンサ１３で取得したセンサ情報が、時刻ｔ５から取得した時刻と共に格納される。
【0061】
ここで、演算部４０４で必要な時系列の情報として、例えばセンサ７に関しては３サンプル、センサ１０に関しては２サンプル、センサ１２、１３に関しては３サンプルの情報を用いるとする。このとき、保持領域６０には、時刻ｔ１から時刻ｔ７までの間に取得したセンサ情報（データ値ａ－１～ａ－７）が保持される。また、保持領域６１には、時刻ｔ４から時刻ｔ７までの間に取得したセンサ情報（データ値ｂ－４～ｂ－７）が保持される。さらに、保持領域６２には、時刻ｔ５からｔ７までの間に取得したセンサ情報（データ値ｃ１－５～ｃ１－７及びｃ２－５～ｃ２－７）が保持される。
【0062】
図５のタイミング図で説明したように、各制御装置１０１、１０２、１０３の処理の時間差として、第２制御装置１０２は、第３制御装置１０３に対し、ｔ７－ｔ５の時間差があり、第１制御装置１０１は、第３制御装置１０３に対し、ｔ７－ｔ３の時間差がある。
【0063】
第１制御装置１０１及び第２制御装置１０２は、演算部４０４で必要な時間差分の時系列の情報を、それぞれが保持する。図６に示すように、この例では、保持領域サイズは、第１制御装置１０１、第２制御装置１０２、第３制御装置１０３の順に小さくなる。これにより、本例の場合には、各制御装置１０１、１０２、１０３の全てがｔ７－ｔ１の時間差分の情報を保持する必要がなくなり、各制御装置１０１、１０２、１０３は、必要最小限の情報を保持すればよいことになる。
【0064】
第３制御装置１０３の演算部４０４は、時刻ｔ７において、第３制御装置１０３の情報保持部４０２に保持された他の制御装置から取得したデータ情報と、自身の制御装置１０３で取得したデータ情報から、情報選択部４０３により選択された情報を用いて、制御指令を演算する。
【0065】
つまり、この演算には、第１制御装置１０１にて時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３で取得したセンサ７のセンサ情報、第２制御装置１０２にて時刻ｔ４、ｔ５で取得したセンサ１０のセンサ情報、第３制御装置１０３にて時刻ｔ５、ｔ６、ｔ７で取得したセンサ１２及びセンサ１３のセンサ情報が使用される。
【0066】
次に、本例の制御装置１０１、１０２、１０３の共有データ格納部３０３の内容の一例を説明する。
図７は、第３制御装置１０３の情報選択部４０３で選択した情報の内容と、演算部４０４により演算される指令値の一例を示す。
時刻ｔ７において、第３制御装置１０３は、第１制御装置１０１にて時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３においてセンサ７で取得したセンサ情報（センサ値ａ－１～ａ－３）を、情報保持部４０２に保持されている情報から情報選択部４０３で選択し、演算部４０４に与える。
図７は、第３制御装置１０３の情報選択部４０３で選択した情報の内容と、演算部４０４により演算される指令値の一例を示す。
時刻ｔ７において、第３制御装置１０３は、第１制御装置１０１にて時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３においてセンサ７で取得したセンサ情報（センサ値ａ－１～ａ－３）を、情報保持部４０２に保持されている情報から情報選択部４０３で選択し、演算部４０４に与える。
【0067】
また、時刻ｔ７において、第３制御装置１０３は、第２制御装置１０２にて時刻ｔ４、ｔ５においてセンサ１０で取得したセンサ情報（センサ値ｂ－４、ｂ－５）を、情報保持部４０２に保持されている情報から情報選択部４０３で選択し、演算部４０４に与える。
さらに、時刻ｔ７において、第３制御装置１０３は、第３制御装置１０３にて時刻ｔ５、ｔ６、ｔ７においてセンサ１２及びセンサ１３で取得したセンサ情報（データ値ｃ１－５～ｃ１－７及びｃ２－５からｃ２－７）を、情報保持部４０２に保持されている情報から情報選択部４０３で選択し、演算部４０４に与える。
さらに、時刻ｔ７において、第３制御装置１０３は、第３制御装置１０３にて時刻ｔ５、ｔ６、ｔ７においてセンサ１２及びセンサ１３で取得したセンサ情報（データ値ｃ１－５～ｃ１－７及びｃ２－５からｃ２－７）を、情報保持部４０２に保持されている情報から情報選択部４０３で選択し、演算部４０４に与える。
【0068】
つまり、図７に示す選択データ７０は、時刻ｔ７での第３制御装置１０３において、制御指令を演算するための必要最小限のセンサ情報であり、同一の製造対象物に対する制御装置の処理の時間差（センサ情報の時間差）に応じて選択されるセンサ情報である。
そして、演算部４０４は、これらのセンサ情報に基づいて、制御指令を演算し、その演算した制御指令を共有データ格納部３０３に格納する。この際、指令値７１として、演算されたモータ８の制御指令（指令値ａ－Ｍ－７）、アクチュエータ９の指令値（指令値ａ－Ｍ－７）、モータ１１の制御指令（指令値ｂ－Ｍ－７）を、共有データ格納部３０３に格納する。同様にこれらの処理は、時刻の経過と共に順次進行して行き、続く時刻ｔ８、ｔ９における選択データ７２、７４と、制御指令の演算結果の指令値７３、７５が得られる。
そして、演算部４０４は、これらのセンサ情報に基づいて、制御指令を演算し、その演算した制御指令を共有データ格納部３０３に格納する。この際、指令値７１として、演算されたモータ８の制御指令（指令値ａ－Ｍ－７）、アクチュエータ９の指令値（指令値ａ－Ｍ－７）、モータ１１の制御指令（指令値ｂ－Ｍ－７）を、共有データ格納部３０３に格納する。同様にこれらの処理は、時刻の経過と共に順次進行して行き、続く時刻ｔ８、ｔ９における選択データ７２、７４と、制御指令の演算結果の指令値７３、７５が得られる。
【0069】
次に、本例の制御装置の共有データの共有タイミングを説明する。
図８は、共有データの共有タイミングを示すタイミングチャートである。図８は、制御システムが予め決定される制御周期に基づいて、処理を実行する状態を示している。
図８は、共有データの共有タイミングを示すタイミングチャートである。図８は、制御システムが予め決定される制御周期に基づいて、処理を実行する状態を示している。
【0070】
図８の上側のタイミングチャート（図８（ａ））は、第１制御装置１０１、第２制御装置１０２、第３制御装置１０３が、各共有データを制御周期の先頭において共有していることを示す。
第１制御装置１０１がデータを共有し、第１制御装置１０１のデータ共有時間が終了すると第２制御装置１０２がデータを共有し、第２制御装置１０２のデータ共有時間が終了すると第３制御装置１０３がデータを共有する（センシング）。そして、第３制御装置１０３のデータ共有時間が終了すると、次の制御周期の開始時刻までの間、各制御装置１０１、１０２、１０３のＣＰＵ１００１、１０１１、１０２１は、演算や制御などの別の処理を実行する（保持や選択）。
第１制御装置１０１がデータを共有し、第１制御装置１０１のデータ共有時間が終了すると第２制御装置１０２がデータを共有し、第２制御装置１０２のデータ共有時間が終了すると第３制御装置１０３がデータを共有する（センシング）。そして、第３制御装置１０３のデータ共有時間が終了すると、次の制御周期の開始時刻までの間、各制御装置１０１、１０２、１０３のＣＰＵ１００１、１０１１、１０２１は、演算や制御などの別の処理を実行する（保持や選択）。
【0071】
つまり、各制御装置１０１、１０２、１０３は、次のデータ共有時間までの間に、センサ情報の取得と格納を実行することにより、同期更新部３０２により、各制御装置１０１、１０２、１０３の共有データ格納部３０３が制御周期毎に更新され、データが共有される。
【0072】
図８の下側のタイミングチャート（図８（ｂ））は、第３制御装置１０３が制御指令を演算し、演算結果（制御指令）を共有していることを示している。
第２制御装置１０２のデータ共有期間が終了すると、第３制御装置１０３は、第１制御装置１０１及び第２制御装置１０２から送信された共有データであるセンサ情報と第３制御装置１０３におけるセンサ情報とに基づいて、制御指令を演算する。
そして、次のデータ共有時間において、演算によって得られた制御指令を共有し、第１制御装置１０１及び第２制御装置１０２は、第３制御装置１０３から送信された制御指令により、対応するモータやアクチュエータに対し、制御を実行する。
第２制御装置１０２のデータ共有期間が終了すると、第３制御装置１０３は、第１制御装置１０１及び第２制御装置１０２から送信された共有データであるセンサ情報と第３制御装置１０３におけるセンサ情報とに基づいて、制御指令を演算する。
そして、次のデータ共有時間において、演算によって得られた制御指令を共有し、第１制御装置１０１及び第２制御装置１０２は、第３制御装置１０３から送信された制御指令により、対応するモータやアクチュエータに対し、制御を実行する。
【0073】
ここで、例えば第２制御装置１０２のＣＰＵ１０１１で、他の処理負荷の増加により制御指令演算の所要時間が延び、次の制御周期に間に合わなかった場合には、さらに次の制御周期において制御指令を演算することができる。すなわち、次の制御周期に間に合わなかった場合、その時点で情報保持部４０２に保持されている最新の情報を情報選択部４０３が選択して演算部４０４へ入力することで、常に最適な取得情報から制御指令を演算することができる。
【0074】
次に、本例の制御装置（制御システム）がセンサから取得される取得情報を共有する処理の流れを説明する。
図９は、本例の制御装置がセンサから取得される取得情報を共有する流れを示すフローチャートである。
まず、制御システムの動作が開始すると（ステップＳ９１）、制御システムが起動する（ステップＳ９２）。次に、各制御装置でセンサ情報を取得する（ステップＳ９３）。
その後、取得したセンサ情報が、各制御装置で共有される（ステップＳ９４）。
そして、ステップＳ９３での情報取得とステップＳ９４での共有処理が、制御周期毎に繰り返される。
図９は、本例の制御装置がセンサから取得される取得情報を共有する流れを示すフローチャートである。
まず、制御システムの動作が開始すると（ステップＳ９１）、制御システムが起動する（ステップＳ９２）。次に、各制御装置でセンサ情報を取得する（ステップＳ９３）。
その後、取得したセンサ情報が、各制御装置で共有される（ステップＳ９４）。
そして、ステップＳ９３での情報取得とステップＳ９４での共有処理が、制御周期毎に繰り返される。
【0075】
次に、本例の制御装置が制御指令を演算し、演算した制御指令を共有する処理の流れを説明する。
図１０は、本例の制御装置が制御指令を演算し、制御装置が制御指令を共有するフローを説明する処理の流れを示すフローチャートである。
まず、制御装置の動作開始（ステップＳ１０１）により、制御装置が起動する（ステップＳ１０２）。起動後、選択されたセンサ情報が、各制御装置で共有される（ステップＳ１０３）。なお、このステップＳ１０３での情報共有は、図９のフローチャートでのステップＳ９４に相当する。
図１０は、本例の制御装置が制御指令を演算し、制御装置が制御指令を共有するフローを説明する処理の流れを示すフローチャートである。
まず、制御装置の動作開始（ステップＳ１０１）により、制御装置が起動する（ステップＳ１０２）。起動後、選択されたセンサ情報が、各制御装置で共有される（ステップＳ１０３）。なお、このステップＳ１０３での情報共有は、図９のフローチャートでのステップＳ９４に相当する。
【0076】
次に、領域設定部４０１が、情報保持部４０２の保持領域サイズを設定する（ステップＳ１０４）。なお、制御装置の流動速度は、必ずしも一定ではない場合があり、この場合は、その流動速度の変化に応じて、保持領域サイズを設定することが好ましい。
そして、各制御装置で取得したセンサ情報を、取得した時刻と共に情報保持部４０２に格納する（ステップＳ１０５）。
センサ情報を格納した後、情報選択部４０３において、情報保持部４０２に格納されたセンサ情報に付加された同期時刻情報と、指令値演算に必要な時系列の情報量に基づいて、センサ情報を選択する（ステップＳ１０６）。そして、演算部４０４にて、制御指令を演算する（ステップＳ１０７）。さらに、演算された制御指令を、各制御装置で共有する（ステップＳ１０８）。
これらのステップＳ１０３からステップＳ１０８までの処理が、制御周期毎に繰り返される。
そして、各制御装置で取得したセンサ情報を、取得した時刻と共に情報保持部４０２に格納する（ステップＳ１０５）。
センサ情報を格納した後、情報選択部４０３において、情報保持部４０２に格納されたセンサ情報に付加された同期時刻情報と、指令値演算に必要な時系列の情報量に基づいて、センサ情報を選択する（ステップＳ１０６）。そして、演算部４０４にて、制御指令を演算する（ステップＳ１０７）。さらに、演算された制御指令を、各制御装置で共有する（ステップＳ１０８）。
これらのステップＳ１０３からステップＳ１０８までの処理が、制御周期毎に繰り返される。
【0077】
以上のように、本例の制御装置によると、第３制御装置１０３が、第１制御装置１０１及び第２制御装置１０２に接続されるモータやアクチュエータに出力される制御指令を演算する際に、製造対象物が加工された時刻に取得したセンサ情報から制御指令を演算することができる。このため、最適な取得情報から制御指令を演算することができ、精度の高い制御を実現することができる。
【0078】
なお、制御指令を演算する制御装置は、必ずしも下流に設置される制御装置である必要はなく、共有データを取得する制御装置であれば、いずれの制御装置でもよい。また、共有データは、全ての制御装置で共有する必要はなく、制御指令を演算する制御装置が、演算に必要なセンサ情報を取得して、演算してもよい。同様に、制御指令も全ての制御装置で共有する必要はなく、モータやアクチュエータが接続される制御装置が取得してもよい。
【0079】
［制御装置の適用例］
図１１は、本例の制御装置を、ＦＡ(Factory Automation)システムに適用した場合の一例を示す。
図１１に示すＦＡシステムは、情報ＬＡＮ(Local Area Network)６２０に接続されるサーバ５２０と、情報ＬＡＮ６２０に接続される監視端末５２１とにより、制御ＬＡＮ６２１に接続される第１制御装置１０１及び第２制御装置１０２の制御を実行する。
図１１は、本例の制御装置を、ＦＡ(Factory Automation)システムに適用した場合の一例を示す。
図１１に示すＦＡシステムは、情報ＬＡＮ(Local Area Network)６２０に接続されるサーバ５２０と、情報ＬＡＮ６２０に接続される監視端末５２１とにより、制御ＬＡＮ６２１に接続される第１制御装置１０１及び第２制御装置１０２の制御を実行する。
【0080】
第１制御装置１０１は、制御ＬＡＮ６２１に接続されるＰＬＣ(Programmable Logic Controller)７２０、ＰＬＣ７２１及びＰＬＣ７２２を制御し、第２制御装置１０２は、制御ＬＡＮ６２１に接続されるＰＬＣ７２３を制御する。つまり、ＰＬＣ７２０、ＰＬＣ７２１、ＰＬＣ７２２は、第１制御装置１０１により制御され、ＰＬＣ７２３は第２制御装置１０２により制御される。
そして、ＰＬＣ７２０は、ピッキングロボット８２２を制御し、ＰＬＣ７２１は、コンベアモータ８２３及びカメラ８２１を制御する。また、ＰＬＣ７２２は、塗装ロボット８２４を制御し、ＰＬＣ７２３は、カメラ８２５を制御する。
そして、ＰＬＣ７２０は、ピッキングロボット８２２を制御し、ＰＬＣ７２１は、コンベアモータ８２３及びカメラ８２１を制御する。また、ＰＬＣ７２２は、塗装ロボット８２４を制御し、ＰＬＣ７２３は、カメラ８２５を制御する。
【0081】
ベルトコンベア８２６に搭載される製品（製造対象物）は、ＰＬＣ７２０が制御するピッキングロボット８２２により、所定（正規）の位置（例えば、製品の向きなど）に設置される。
ベルトコンベア８２６は、ＰＬＣ７２１が制御するコンベアモータ８２３により、所定の速度で移動する。
ベルトコンベア８２６を移動する製品は、ＰＬＣ７２１が制御するカメラ８２１により撮影され、このカメラ８２１は、この製品が所定の位置に設置されているか否かを観測する。
ベルトコンベア８２６は、ＰＬＣ７２１が制御するコンベアモータ８２３により、所定の速度で移動する。
ベルトコンベア８２６を移動する製品は、ＰＬＣ７２１が制御するカメラ８２１により撮影され、このカメラ８２１は、この製品が所定の位置に設置されているか否かを観測する。
【0082】
ＰＬＣ７２１は、カメラ８２１で撮影された製品の画像を取得し、製品が所定の位置に設置されているか否かの検査を実行する。
ＰＬＣ７２２が制御する塗装ロボット８２４は、製品の表面を塗装する。
ＰＬＣ７２３が制御するカメラ８２５は、塗装された製品を撮影し、製品が正しく塗装されている否かを観察する。
ＰＬＣ７２３は、カメラ８２５で撮影された製品の画像を取得し、製品が正しく塗装されている否かの検査を実行する。
ＰＬＣ７２２が制御する塗装ロボット８２４は、製品の表面を塗装する。
ＰＬＣ７２３が制御するカメラ８２５は、塗装された製品を撮影し、製品が正しく塗装されている否かを観察する。
ＰＬＣ７２３は、カメラ８２５で撮影された製品の画像を取得し、製品が正しく塗装されている否かの検査を実行する。
【0083】
そして、第１制御装置１０１には、カメラ８２１によるカメラ情報（センサ情報）が入力され、第２制御装置１０２には、カメラ８５２によるカメラ情報（センサ情報）が入力される。
第１制御装置１０１及び第２制御装置１０２は、これら入力されるカメラ情報を共有データとして制御装置間で共有する。そして、第２制御装置１０２は、同一の製品に対するカメラ情報の時間差に応じて選択されるカメラ情報である共有データを選択し、共有データに基づいて、ピッキングロボット８２２及び塗装ロボット８２４に対する制御指令を演算する。
第１制御装置１０１及び第２制御装置１０２は、これら入力されるカメラ情報を共有データとして制御装置間で共有する。そして、第２制御装置１０２は、同一の製品に対するカメラ情報の時間差に応じて選択されるカメラ情報である共有データを選択し、共有データに基づいて、ピッキングロボット８２２及び塗装ロボット８２４に対する制御指令を演算する。
【0084】
なお、ピッキングロボット８２２が製品を設置する時刻、カメラ８２１が製品を撮影する時刻、塗装ロボット８２４が製品を塗装する時刻、及びカメラ８２５が製品を撮影する時刻は、各制御装置の時刻管理部３０４により管理される。ここで、管理される時刻の時間差は、コンベアモータ８２３の速度と、ピッキングロボット８２２、カメラ８２１、塗装ロボット８２４、カメラ８２５の位置（これらの間の距離）と、により取得される。
【0085】
以上のように、本例の制御装置をＦＡシステムに適用することで、第２制御装置１０２が、第１制御装置１０１に接続されるピッキングロボット８２２及び塗装ロボット８２４に出力される制御指令を演算する際に、製品が通過した時刻に取得したカメラ情報から制御指令を演算することができる。このため、最適な取得情報から制御指令を演算することができ、品質、精度の高い制御を実現することができる。
【0086】
図１２は、本例の制御装置を、鉄鋼システムに適用した場合の一例を示す。
鉄鋼システムは、鉄鋼の熱延設備８００を、第１制御装置１０１、第２制御装置１０２、第３制御装置１０３、第４制御装置１０４及び第５制御装置１０５が、制御を実行する。第１制御装置１０１、第２制御装置１０２、第３制御装置１０３、第４制御装置１０４及び第５制御装置１０５は、共通ネットワーク６００に接続される端末５００により、制御される。
鉄鋼システムは、鉄鋼の熱延設備８００を、第１制御装置１０１、第２制御装置１０２、第３制御装置１０３、第４制御装置１０４及び第５制御装置１０５が、制御を実行する。第１制御装置１０１、第２制御装置１０２、第３制御装置１０３、第４制御装置１０４及び第５制御装置１０５は、共通ネットワーク６００に接続される端末５００により、制御される。
【0087】
加熱炉８０１で加熱された鋼は、熱延設備８００に投入される。熱延設備８００は、粗圧延機８０２、仕上圧延機８０３、冷却設備８０４及び巻取機８０５を有する。
温度センサ７００により取得される加熱炉８０１の温度は、フィールドネットワーク６０１を介して、第１制御装置１０１に入力される。
第２制御装置１０２は、送り制御・板速度センサ部７０１を制御し、粗圧延機８０２の回転数を調整し、鋼の送り速度を検出する。
温度センサ７００により取得される加熱炉８０１の温度は、フィールドネットワーク６０１を介して、第１制御装置１０１に入力される。
第２制御装置１０２は、送り制御・板速度センサ部７０１を制御し、粗圧延機８０２の回転数を調整し、鋼の送り速度を検出する。
【0088】
第３制御装置１０３は、圧延制御・板厚センサ部７０２を制御し、仕上圧延機８０３の回転数や張力を調整し、鋼の板厚を検出する。
温度センサ７０３により取得される冷却設備８０４の温度は、第４制御装置１０４に入力される。
第５制御装置１０５は、巻き取り制御・板厚センサ・板速度センサ部７０４を制御し、巻取機８０５の回転数を調整し、鋼の板厚や鋼の巻き取り速度を検出する。また、第５制御装置１０５は、各制御装置に対する制御指令の演算を実行する。
温度センサ７０３により取得される冷却設備８０４の温度は、第４制御装置１０４に入力される。
第５制御装置１０５は、巻き取り制御・板厚センサ・板速度センサ部７０４を制御し、巻取機８０５の回転数を調整し、鋼の板厚や鋼の巻き取り速度を検出する。また、第５制御装置１０５は、各制御装置に対する制御指令の演算を実行する。
【0089】
各制御装置１０１～１０５は、図９及び図１０に示した動作フローに従って、制御を実行する。
ここで、各制御装置１０１～１０５における処理時間、つまり、鋼が通過する時間は、送り制御・板速度センサ部７０１から取得される鋼の送り速度、巻き取り制御・板厚センサ・板速度センサ部７０４から取得される鋼の巻き取り速度によって取得される。さらに、鋼が通過する時間は、加熱炉８０１と熱延設備８００との間の距離、粗圧延機８０２、仕上圧延機８０３、冷却設備８０４、巻取機８０５の位置（これらの間の距離）によっても取得される。但し、鋼が通過する時間を得るために、これらの情報のいずれかを省略してもよい。
ここで、各制御装置１０１～１０５における処理時間、つまり、鋼が通過する時間は、送り制御・板速度センサ部７０１から取得される鋼の送り速度、巻き取り制御・板厚センサ・板速度センサ部７０４から取得される鋼の巻き取り速度によって取得される。さらに、鋼が通過する時間は、加熱炉８０１と熱延設備８００との間の距離、粗圧延機８０２、仕上圧延機８０３、冷却設備８０４、巻取機８０５の位置（これらの間の距離）によっても取得される。但し、鋼が通過する時間を得るために、これらの情報のいずれかを省略してもよい。
【0090】
また、各センサで取得する前述の温度や張力、板厚は、時系列データとして一定時間の情報を用いてその変動振幅や変動周期を解析し、板厚が均一となるよう第３制御装置１０３が仕上圧延機８０３を制御する。
【0091】
以上のように、本例の制御装置を鉄鋼システムに適用することで、各制御指令を演算することができる。具体的には、粗圧延機８０２の回転数を調整するための制御指令、仕上圧延機８０３の回転数や張力を調整するための制御指令、巻取機８０５の回転数を調整するための制御指令を演算する際に、鋼が通過した時刻に取得したセンサ情報から演算することができる。
このため、現在の状態から過去の状態を推定し、この推定結果に基づいて制御対象への制御指令を演算する方法と比較して、最適な取得情報から制御指令を演算することができ、品質、精度の高い制御を実現することができる。
このため、現在の状態から過去の状態を推定し、この推定結果に基づいて制御対象への制御指令を演算する方法と比較して、最適な取得情報から制御指令を演算することができ、品質、精度の高い制御を実現することができる。
【0092】
［変形例］
なお、ここまで説明した制御装置は、図１１に示すＦＡシステムや図１２に示す鉄鋼システムの他、上下水処理システム、発電制御システム、エレベーター制御システム、鉄道制御システム、自動車制御システム、建設機械制御システムなど、種々の制御システムに使用することができる。ＦＡシステムや鉄鋼システムの場合であっても、図１１や図１２に示すシステム構成は一例であり、制御装置の数などの構成は、適用される制御システムによって変化する。
なお、ここまで説明した制御装置は、図１１に示すＦＡシステムや図１２に示す鉄鋼システムの他、上下水処理システム、発電制御システム、エレベーター制御システム、鉄道制御システム、自動車制御システム、建設機械制御システムなど、種々の制御システムに使用することができる。ＦＡシステムや鉄鋼システムの場合であっても、図１１や図１２に示すシステム構成は一例であり、制御装置の数などの構成は、適用される制御システムによって変化する。
【0093】
また、本発明は上述した実施の形態例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した実施の形態例は本発明を分かりやすく説明するために、具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を有するものに限定されるものではない。
また、ある実施の形態例の構成の一部を、他の実施の形態例の構成の一部に置換することもできる。また、ある実施の形態例の構成に他の実施の形態例の構成を追加することもできる。また、各実施の形態例の構成の一部について、それを削除し、他の構成の一部を追加し、他の構成の一部と置換することもできる。
また、ある実施の形態例の構成の一部を、他の実施の形態例の構成の一部に置換することもできる。また、ある実施の形態例の構成に他の実施の形態例の構成を追加することもできる。また、各実施の形態例の構成の一部について、それを削除し、他の構成の一部を追加し、他の構成の一部と置換することもできる。
【0094】
また、図２、図３、図４などの構成を示す図では、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものだけを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
【0095】
また、上述した実施の形態例で説明した制御装置は、図３や図４に示す各処理機能部を、ソフトウェア（プログラム）で構成してコンピュータに実行させる他に、一部又は全ての処理を実行する専用のハードウェアで構成してもよい。プログラムで構成する場合のプログラムなどの情報は、ＨＤＤ(hard disk drive)やＳＳＤ(Solid State Drive)などの不揮発性ストレージの他に、半導体メモリ、メモリカード、光ディスク等の記録媒体に置くことができる。
また、制御装置の一部又は全部をハードウェアで構成する場合、例えばＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)やＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)で構成することができる。
また、制御装置の一部又は全部をハードウェアで構成する場合、例えばＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)やＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)で構成することができる。
【符号の説明】
【0096】
１、６００…共通ネットワーク、２０、２１、２２、６０１…フィールドネットワーク、１００１、１０１１、１０２１…ＣＰＵ、１００２、１０１２、１０２２…メモリ、７、１０、１２、１３…センサ、８、１１…モータ、９…アクチュエータ、１００、１０２、１０３、１０４、１０５…制御装置、１００３…通信制御部、１００４…インタフェース部、１００５…不揮発性記憶媒体、１００６…バス、１００７…入出力部、３００…時刻同期部、３０１…通信部、３０２…同期更新部、３０３…共有データ格納部、３０４…時刻管理部、３０５…入出力制御部、４０１…領域設定部、４０２…情報保持部、４０３…情報選択部、４０４…演算部、５２０…サーバ、５２１…監視端末、６２０…情報ＬＡＮ、６２１…制御ＬＡＮ、７００、７０３…温度センサ、７０１…送り制御・板速度センサ、７０２…圧延制御・板厚センサ、７０４…巻き取り制御・板厚センサ・板速度センサ、７２０、７２１、７２２、７２３…ＰＬＣ、８２２…ピッキングロボット、８２１…カメラ、８２３…コンベアモータ、８２４…塗装ロボット、８２５…カメラ、８２６…ベルトコンベア、８００…圧延設備、８０１…加熱炉、８０２…粗圧延機、８０３…仕上圧延機、８０４…冷却設備、８０５…巻取機
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】