CN104040442A - 控制装置、控制系统以及控制方法 - Google Patents

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CN104040442A CN201380004428.7A CN201380004428A CN104040442A CN 104040442 A CN104040442 A CN 104040442A CN 201380004428 A CN201380004428 A CN 201380004428A CN 104040442 A CN104040442 A CN 104040442A
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Abstract

一种控制装置，其使用经由网络发送来的第1数据，而生成用于经由所述网络对控制对象进行控制的第2数据，所述控制装置的特征在于，具有：调整部，其考虑所述网络容许的最大延迟时间，对从接收所述第1数据至开始使用所述第1数据而生成所述第2数据为止的时间进行调整；以及延迟补偿部，其是使用所述控制对象的模型和所述网络容许的所述最大延迟时间而设计的，对在所述网络中可能发生的所述第1、第2数据的延迟进行补偿。

Description

控制装置、控制系统以及控制方法
技术领域
本发明涉及经由网络而对控制对象进行控制的控制装置以及控制系统。
本申请基于2012年4月18日申请的日本国专利申请第2012-094947号而主张其优先权，在此引用其内容。
背景技术
当前，在车间及工厂等中，为了实现高级的自动操作，而构建有将被称为现场仪器的现场设备(测定器、操作器)、和对它们进行控制的控制装置经由通信单元连接而成的分散控制系统(DCS：Distributed Control System)。这种分散控制系统几乎都是通过有线进行通信的，但近年，也实现了按照ISA100.11a或WirelessHART(注册商标)等工业用无线通信标准进行的无线通信。
进行按照上述的工业用无线通信标准的无线通信的分散控制系统，大体上由能够进行无线通信的现场仪器(无线现场仪器)、无线访问点装置、控制装置、以及系统管理器构成。无线访问点装置经由通信线与控制装置及系统管理器连接，设置在能够与无线现场仪器进行无线通信的位置处，进行在无线现场仪器和控制装置之间接收/发送的各种数据的中继。控制装置经由无线访问点装置在无线现场仪器之间接收/发送各种数据(例如，测定数据及控制数据)而进行无线现场仪器的控制。
系统管理器通过对由无线访问点装置及无线现场仪器形成的无线通信网络的频道、通信调度、通信路径等资源进行管理及控制，从而能够对经由无线通信网络进行的无线通信进行管理及控制。此外，在下述的非专利文献1中，公开了能够进行按照上述的ISA100.11a的无线通信的控制系统的一例。
非专利文献1：“山本周二，他2名，「計装を革新するISA100.11a準拠フィールド無線ソリューション」，横河技報，Vol.53，No.2，2010”
发明内容
此外，由于在车间等中安全性及可靠性最重要，因此在分散控制系统中，使得用于控制工业过程中的各种状态量(例如，压力、温度、流量等)的控制循环稳定地执行非常重要。在此，分散控制系统中的控制循环由下述的(1)～(5)要素构成。
(1)现场仪器对状态量的测定
(2)从现场仪器向控制装置的测定结果(测定数据)的发送
(3)控制装置对与测定数据相应的控制数据的计算
(4)从控制装置向现场仪器的控制数据的发送
(5)现场仪器对基于控制数据的状态量的操作
由于经由前述无线通信网络的无线通信，易于产生延迟或跳动，因此上述(2)、(4)的处理所需时间具有不确定性，会对控制循环的稳定性带来不良影响。例如，在无线通信网络发生大的延迟的情况下，发生下述现象，即，来自控制装置的控制数据未在原本的定时输入至现场仪器，控制数据会损耗(缺损)。另外，在无线通信网络中发生跳动的情况下，发生下述现象，即，测定数据及控制数据的输入/输出定时会与控制装置对现场仪器的控制周期偏移。
如果发生如上所述的现象，则作为控制对象的状态量的动作会发生振荡(不稳定)，认为可能导致车间等的安全性及可靠性下降。这种问题不仅在使用了无线通信网络的情况下发生，在使用可能发生延迟或跳动的不稳定的有线网络的情况下也会发生。特别地，在经由互联网而进行测定数据及控制数据的接收/发送的情况下易于发生。
本发明提供一种即使在经由不稳定的网络而对控制对象进行控制的情况下，也能够使控制循环稳定地执行的控制装置及控制系统。
本发明的一个实施方式涉及的控制装置，其使用经由网络发送来的第1数据，生成用于经由所述网络而对控制对象进行控制的第2数据，所述控制装置的特征在于，具有：调整部，其考虑所述网络多容许的最大延迟时间，对从接收到所述第1数据至开始使用所述第1数据而生成所述第2数据为止的时间进行调整；以及延迟补偿部，其是使用所述控制对象的模型、和所述网络所容许的所述最大延迟时间而设计的，对在所述网络中可能发生的所述第1、第2数据的延迟进行补偿。
在所述第1数据中，包含有表示生成或发送所述第1数据的时刻的第1时刻信息，所述调整部也可以以下述方式进行时间的调整，即，从接收到所述第1数据的时刻开始，在从所述网络所容许的所述最大延迟时间减去所述第1时刻信息所表示的时刻与接收到所述第1数据的时刻的时间差而得到的时间经过后的定时，开始生成所述第2数据。
本发明的一个实施方式涉及的控制系统，其经由网络而进行控制对象的控制，所述控制系统的特征在于，具有控制装置以及现场仪器，其中，所述控制装置使用经由所述网络发送来的第1数据，生成用于经由所述网络而对控制对象进行控制的第2数据，所述控制装置具有：调整部，其考虑所述网络所容许的最大延迟时间，对从接收到所述第1数据至开始使用所述第1数据而生成的所述第2数据为止的时间进行调整；以及延迟补偿部，其是使用所述控制对象的模型、和所述网络所容许的所述最大延迟时间而设计的，对在所述网络中可能发生的所述第1、第2数据的延迟进行补偿，所述现场仪器具有定时调整部，该定时调整部考虑所述网络所容许的所述最大延迟时间，对基于从所述控制装置发送来的所述第2数据而进行的针对所述控制对象的操作的定时进行调整。
在所述第1数据中，包含有表示生成或发送所述第1数据的时刻的第1时刻信息，所述调整部也可以以下述方式进行时间的调整，即，从接收到所述第1数据的时刻开始，在从所述网络所容许的所述最大延迟时间减去所述第1时刻信息所表示的时刻与接收到所述第1数据的时刻的时间差得到的时间经过后的定时，开始生成所述第2数据。
在所述第2数据中，包含有表示发送所述第2数据的时刻的第2时刻信息，所述定时调整部也可以以下述方式进行定时的调整，即，从接收到所述第2数据的时刻开始，在从所述网络所容许的所述最大延迟时间减去所述第2时刻信息所表示的时刻与接收到所述第2数据的时刻的时间差得到的时间经过后的定时，进行针对所述控制对象的操作。
所述网络所容许的所述最大延迟时间也可以包含：第1最大延迟时间，其是针对向所述控制装置发送的数据所容许的延迟时间；以及第2最大延迟时间，其是针对从所述控制装置发送的数据所容许的延迟时间。
所述控制系统还可以具有管理装置，该管理装置针对所述控制装置及所述现场仪器，进行所述网络容许的所述最大延迟时间的设定。
如果将所述最大延迟时间设为Td，将从所述控制装置发送所述第2数据的时刻设为t11，将所述现场仪器接收到所述第2数据的时刻设为t12，则所述定时调整部也可以以下述方式进行定时的调整，即，从所述现场仪器接收到所述第2数据的时刻t12开始，在下述的(1)式所示的时间Tx经过后的定时，进行对所述控制对象的操作。
Tx＝Td－(t12－t11)…(1)
如果将所述最大延迟时间设为Td，将所述现场仪器生成或发送所述第1数据的时刻设为t21，将所述控制装置接收到所述第1数据的时刻设为t22，则所述调整部也可以以下述方式进行定时的调整，即，从所述控制装置接收到所述第1数据的时刻t22开始，在下述的(2)式所示的时间Ty经过后的定时，进行设定值的生成。
Ty＝Td－(t22－t21)…(2)
所述控制系统还可以具有设定值生成器，其在由所述调整部调整后的定时，使用来自所述现场仪器的所述第1数据，生成用于对所述控制对象进行控制的设定值。
所述延迟补偿部是使用控制器、作为所述控制对象的流体的流量动态特性的模型的模型要素、以及设定有所述网络所容许的最大延迟时间的延迟要素而设计的，所述延迟补偿部也可以通过对由所述现场仪器测定的当前的测定数据“Y”、和从所述延迟补偿部的所述延迟要素输出的数据“Y′”之间的差值“Y－Y′”进行反馈，从而对作为所述控制对象的所述流体的所述流量动态特性和所述要素的误差进行补偿。
本发明的一个实施方式涉及的控制方法，其使用经由网络发送来的第1数据，生成用于经由所述网络而对控制对象进行控制的第2数据，所述控制方法的特征在于，包含下述步骤：考虑所述网络容许的所述最大延迟时间，对从接收所述第1数据至开始使用所述第1数据而生成所述第2数据为止的时间进行调整；以及使用所述控制对象的模型和所述网络所容许的所述最大延迟时间进行设计，对在所述网络中可能发生的所述第1、第2数据的延迟进行补偿。
在所述第1数据中，包含有表示生成或发送所述第1数据的时刻的第1时刻信息，所述控制方法还可以包含下述步骤：以下述方式进行时间调整，即，从接收到所述第1数据的时刻开始，在从所述网络所容许的所述最大延迟时间减去所述第1时刻信息所表示的时刻与接收到所述第1数据的时刻的时间差得到的时间经过后的定时，开始生成所述第2数据。
所述控制方法还可以包含下述步骤：考虑所述网络所容许的所述最大延迟时间，对基于发送来的所述第2数据而进行的针对所述控制对象的操作的定时进行调整。
在所述第2数据中，还包含有表示发送所述第2数据的时刻的第2时刻信息，所述控制方法还可以包含下述步骤：以下述方式进行定时调整，即，从接收到所述第2数据的时刻开始，在从所述网络所容许的所述最大延迟时间减去所述第2时刻信息所表示的时刻与接收到所述第2数据的时刻的时间差得到的时间经过后的定时，进行针对所述控制对象的操作。
所述网络容许的所述最大延迟时间还可以包含：第1最大延迟时间，其是针对向所述控制装置发送的数据所容许的延迟时间；以及第2最大延迟时间，其是针对从所述控制装置发送的数据所容许的延迟时间。
如果将所述最大延迟时间设为Td，将发送所述第2数据的时刻设为t11，将接收到所述第2数据的时刻设为t12，则所述控制方法还可以包含下述步骤：以下述方式进行定时的调整，即，从接收到所述第2数据的时刻t12开始，在下述的(1)式所示的时间Tx经过后的定时进行对所述控制对象的操作。
Tx＝Td－(t12－t11)…(1)
如果将所述最大延迟时间设为Td，将生成或发送所述第1数据的时刻设为t21，将接收到所述第1数据的时刻设为t22，则所述控制方法还可以包含下述步骤：以下述方式进行定时的调整，即，从接收到所述第1数据的时刻t22开始，在下述的(2)式所示的时间Ty经过后的定时进行设定值的生成。
Ty＝Td－(t22－t21)…(2)
发明的效果
根据本发明的实施方式，在控制装置中，考虑网络容许的最大延迟时间，对从接收第1数据至开始使用第1数据而生成的第2数据为止的时间进行调整，并且，对在网络中可能发生的测定数据及控制数据的延迟进行补偿。另外，在现场仪器中，考虑网络容许的最大延迟时间而对从接收来自控制装置的控制数据至基于该控制数据进行操作为止的定时进行调整。因此，具有即使在经由不稳定的网络对控制对象进行控制的情况下，也能够使控制循环稳定地执行的效果。由此，能够提高车间等的安全性及可靠性。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式所涉及的控制装置以及控制系统的要部结构的框图。
图2A是表示本发明的一个实施方式中的通过控制系统接收/发送的数据的一例的图。
图2B是表示本发明的一个实施方式中的通过控制系统接收/发送的数据的一例的图。
图3是表示设置在本发明的一个实施方式所涉及的控制装置上的Smith补偿器的要部结构的框图。
图4是表示本发明的一个实施方式所涉及的控制系统的动作的流程图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的一个实施方式所涉及的控制装置以及控制系统进行详细地说明。图1是表示本发明的一个实施方式所涉及的控制装置以及控制系统的要部结构的框图。如图1所示，本实施方式的控制系统1具有：多个现场仪器10、无线访问点装置20、系统管理器30(管理装置)、以及控制装置40，控制装置40通过经由无线通信网络N1(网络)以及基干网络N2(网络)而控制现场仪器10，从而控制在车间(省略图示)中所实现的工业过程中的各种状态量(例如，压力、温度、流量等)。此外，使构成控制系统1的上述的现场仪器10～控制装置40各自所管理的时刻信息彼此一致。
现场仪器10是例如流量计或温度传感器等传感器仪器、流量控制阀或开闭阀等阀仪器、风扇或电动机等致动器仪器、其他设置在车间的现场的仪器。此外，下面为了易于理解，列举由控制系统1控制的状态量(控制对象)为流体的流量的情况为例进行说明。因此，在图1中，在车间所设置的多个现场仪器10中，将对流体的流量进行测定的传感器仪器的一个作为“传感器仪器11”而进行图示，将对流体的流量进行控制(操作)的阀仪器的一个作为“阀仪器12”而进行图示。
传感器仪器11具有模拟输入部(AI：Analog Input)11a以及通信部11b，对作为控制对象的流体的流量进行测定，将表示其测定结果的测定数据(第1数据)发送至控制装置40。模拟输入部11a向例如作为控制对象的流体发送超声波信号，根据接收经过流体后的超声波信号而获得的接收信号计算流体的流量。通信部11b能够进行按照ISA100.11a或者Wireless Hart(注册商标)等工业用无线通信标准的无线通信，经由无线通信网络N1而在其与无线访问点装置20之间进行通信，并且将上述测定数据向控制装置40发送。
阀仪器12具有通信部12a、定时调节器12b(定时调整部)、以及模拟输出部(AO：Analog Output)12c，进行如下操作(阀的开度调整)，即，基于来自控制装置40的控制数据(第2数据)，用于控制作为控制对象的流体的流量。与传感器仪器11的通信部11b相同地，通信部12a也能够进行按照ISA100.11a或者Wireless HART(注册商标)等工业用无线通信标准的无线通信，经由无线通信网络N1而进行其与无线访问点装置20之间的通信，并接收来自控制装置40的控制数据。
定时调节器12b考虑在控制系统1所使用的网络(无线通信网络N1以及基干网络N2)中所容许的最大延迟时间，对于应基于从控制装置40发送来的控制数据进行的操作(阀的开度调整)的定时进行调整。进行这种定时的调整的原因在于，即使在控制系统1所使用的网络中发生延迟或跳动，也能够使得用于控制流体的流量的控制循环制稳定地执行。此外，在下文中为了简化说明，将在基干网络N2中发生的延迟设为与在无线通信网络N1中发生的延迟相比足够小，将在控制系统1所使用的网络中发生的延迟设为与在无线通信网络N1中发生的延迟基本相等。
具体而言，定时调节器12b以从控制数据由控制装置40发送出的时刻开始，在上述最大延迟时间经过后的时刻进行上述操作的方式，进行定时的调整。即，如果将无线通信网络N1容许的最大延迟时间设为Td，将从控制装置40发送控制数据的时刻设为t11，将阀仪器12的通信部12a接收到控制数据的时刻设为t12，则定时调节器12b以下述方式进行定时的调整，即，从通信部12a接收到控制数据的时刻t12开始，在下述的式(1)示出的时间Tx经过后的定时进行上述操作。
Tx＝Td－(t12－t11)…(1)
此外，无线通信网络N1容许的最大延迟时间Td是考虑控制系统1所要求的控制性或网络的频带等而设定的，例如设定为4(sec)左右。模拟输出部12c在由定时调节器12b调整后的定时，进行基于来自控制装置40的控制数据的操作(用于控制流体的流量的阀的开度调整)。
图2A及图2B是表示由本发明的一个实施方式中的控制系统接收/发送的数据的一例的图。图2A表示从传感器仪器11发送至控制装置40的数据(第1数据)，图2B表示从控制装置40发送至阀仪器12的数据(第2数据)。如图2A所示，从传感器仪器11发送至控制装置40的数据是针对由传感器仪器11的模拟输入部11a所获得的测定数据附加有时间戳(表示生成测定数据的时刻或者发送测定数据的时刻的数据：第1时刻信息)的数据。
另外，如图2B所示，从控制装置40发送至阀仪器12的数据是针对应发送至阀仪器12的控制数据附加有时间戳(表示发送控制数据的时刻的数据：第2时刻信息)的数据。因此，阀仪器12的定时调节器12b如果参照附加在从控制装置40发送来的控制数据上的时间戳，则能够获得发送控制数据的时刻t11。
无线访问点装置20将现场仪器10所连接的无线通信网络N1、和系统管理器30及控制装置40所连接的基干网络N2连接，是对在现场仪器10和系统管理器30以及控制装置40之间接收/发送的各种数据进行中继的装置。此外，无线访问点装置20也进行按照上述的ISA100.11a或者Wireless Hart(注册商标)等的无线通信。
系统管理器30具有管理部31以及通信部32，对经由无线通信网络N1进行的无线通信进行管理及控制。管理部31对无线通信网络N1的频道、通信调度、通信路径等资源进行管理及控制。通信部32经由基干网络N2而进行其与无线访问点装置20等的通信。另外，系统管理器30对加入无线通信网络N1的现场仪器10及控制装置40设定无线通信网络N1容许的最大延迟时间。
控制装置40具有通信部41、定时调节器42(调整部)、设定值生成器43、以及Smith补偿器44(延迟补偿部)，经由基干网络N2及无线通信网络N1而对作为控制对象的流体的流量进行控制。具体而言，控制装置40利用经由无线通信网络N1及基干网络N2而从现场仪器10(传感器仪器11)发送来的测定数据，生成用于控制作为控制对象的流体的流量的控制数据，通过经由基干网络N2及无线通信网络N1而将控制数据发送至现场仪器10(阀仪器12)，从而对作为控制对象的流体的流量进行控制。
通信部41经由基干网络N2而与无线访问点装置20等进行通信。定时调节器42考虑无线通信网络N1容许的最大延迟时间，而对从接收由现场仪器10(传感器仪器11)发送来的测定数据至开始使用测定数据而生成控制数据为止的时间(至在设定值生成器43中开始生成设定值为止的时间)进行调整。与阀仪器12相同地，进行这种定时调整的原因在于，即使在无线通信网络N1中发生延迟或跳动，也能够使得用于对流体的流量进行控制的控制循环稳定地执行。
具体而言，定时调节器42以下述方式进行定时的调整，即，从由传感器仪器11生成或发送测定数据的时刻开始，在上述最大延迟时间经过后的时刻，开始生成设定值生成器43中的设定值。即，如果将由传感器仪器11生成或发送测定数据的时刻设为t21，将由控制装置40的通信部41接收到测定数据的时刻设为t22，则定时调节器42以下述方式进行定时的调整，即，从由通信部41接收到测定数据的时刻t22开始，在下述的(2)式所示的时间Ty经过后的定时，进行设定值的生成。此外，下述的(2)式中的Td是无线通信网络N1容许的最大延迟时间。
Ty＝Td－(t22－t21)…(2)
设定值生成器43在由定时调节器42调整后的定时，利用来自传感器仪器11的测定数据，生成用于对作为控制对象的流体的流量进行控制(PID(比例积分微分)控制)的设定值。Smith补偿器44对在无线通信网络N1可能发生的测定数据及控制数据的延迟进行补偿。该Smith补偿器44是使用作为控制对象的流体的流量的模型和网络容许的最大延迟时间而设计的，进行内模控制(IMC：InternalModel Control)，并对在无线通信网络N1可能发生的测定数据及控制数据的延迟进行补偿。
图3是表示设置在本发明的一个实施方式所涉及的控制装置中的Smith补偿器的要部结构的框图。此外，在图3中，“G”表示作为控制对象的流体的流量动态特性，“L1”表示无线通信网络N1中的从控制装置40向阀仪器12发送的控制数据的延迟时间，“L2”表示无线通信网络N1中的从传感器仪器11向控制装置40发送的测定数据的延迟时间。此外，这些延迟时间“L1”、“L2”并不恒定，而是根据经由无线通信网络N1而进行的无线通信的状况而时刻变化的。
另外，图3中的“L1′”表示针对上述的控制数据(从控制装置40向阀仪器12发送的控制数据)容许的最大延迟时间(第2最大延迟时间)，“L2′”表示针对上述的测定数据(从传感器仪器11向控制装置40发送的测定数据)所容许的最大延迟时间(第1最大延迟时间)。此外，这些最大延迟时间“L1′”、“L2′”是由系统管理器30设定的。此外，图3中的“R”表示由设定值生成器43所生成的设定值，“Y”表示由传感器仪器11测定的当前的测定数据。
如图3所示，Smith补偿器44在控制器“Cs”的基础上，使用模型要素44a、延迟要素44b而设计的，其中，该模型要素44a是作为控制对象的流体的流量动态特性“G”的模型，该延迟要素44b设定有无线通信网络N1容许的最大延迟时间“L1′”、“L2′”。在该Smith补偿器44中，通过反馈由传感器仪器11测定的当前的测定数据“Y”和从Smith补偿器44的延迟要素44b输出的数据“Y′”的差值“Y－Y′”，从而对作为控制对象的流体的流量动态特性“G”和作为该模型的模型要素44a的误差进行补偿。
下面，对上述结构中的控制系统的动作进行说明。图4是表示本发明的一个实施方式所涉及的控制系统的动作的流程图。此外，图4中所示的步骤S1是由传感器仪器11进行的处理，步骤S2是由控制装置40进行的处理，步骤S3是由阀仪器12进行的处理。此外，如图4所示的流程图的处理，以预先确定的恒定的时间间隔(控制循环的时间间隔)重复进行。
如果图4所示的流程图的处理开始，则首先，由传感器仪器11对作为控制对象的流体的流量进行测定(步骤S11)。例如，从模拟输入部11a向作为控制对象的流体发送超声波信号，并且，由模拟输入部11a接收经过流体后的超声波信号，对在模拟输入部11a所获得的接收信号进行规定的运算处理，从而测定流体的流量。如果流体的流量被测定，则从传感器仪器11将附加有时间戳(表示生成测定数据的时刻、或者发送测定数据的时刻的数据)的测定数据向控制装置40发送(步骤S12)。
从传感器仪器11发送的测定数据按顺序经由无线通信网络N1、无线访问点装置20、以及基干网络N2而发送至控制装置40，由控制装置40的通信部41接收(步骤S21)。由通信部41接收到的测定数据输入至定时调节器42，定时调节器42参照附加在测定数据中的时间戳。并且，根据该时间戳，由定时调节器42对至开始使用测定数据而生成控制数据为止的时间进行调整(步骤S22)。
具体而言，定时调节器42以下述方式进行定时的调整，即，从通信部41接收到测定数据的时刻t22开始，在前述的(2)式所示的时间Ty经过后的定时，进行由设定值生成器43执行的设定值的生成。如果以上的调整结束，则来自传感器仪器11的测定数据从定时调节器42向设定值生成器43输出，开始使用测定数据而生成控制数据(设定值)(步骤S23)。
如果生成设定值，则在Smith补偿器44中，进行对在无线通信网络N1中可能发生的测定数据及控制数据的延迟进行补偿的处理(步骤S24)。如果上述处理结束，则从控制装置40将附加有时间戳(表示发送控制数据的时刻的数据)的控制数据向阀仪器12发送(步骤S25)。
从控制装置40所发送的控制数据按顺序经由基干网络N2、无线访问点装置20、以及无线通信网络N1而发送至阀仪器12，由阀仪器12的通信部12a接收(步骤S31)。由通信部12a接收到的控制数据输入至定时调节器12b，定时调节器12b参照附加在控制数据中的时间戳。并且，根据该时间戳，通过定时调节器12b对于应基于控制数据进行的操作(阀的开度调整)的定时进行调整(步骤S32)。
具体而言，定时调节器12b以下述方式进行定时的调整，即，从由通信部12a接收到控制数据的时刻t12开始，在前述的(1)式所示的时间Tx经过后的定时，进行上述操作(阀的开度调整)。如果以上调整结束，则在由定时调节器12b调整后的定时，通过模拟输出部12c进行基于来自控制装置40的控制数据的操作(用于控制流体的流量的阀的开度调整)(步骤S33)。重复以上说明的动作，控制作为控制对象的流体的流量。
如上所述，在本实施方式中，在控制装置40中，考虑无线通信网络N1容许的最大延迟时间，而对从接收来自传感器仪器11的测定数据至开始使用该测定数据而生成控制数据为止的时间进行调整，并且，对在无线通信网络N1中可能发生的测定数据及控制数据的延迟进行补偿。另外，在阀仪器12中，考虑无线通信网络N1容许的最大延迟时间，而对从接收来自控制装置40的控制数据至进行基于该控制数据的操作(用于控制流体的流量的阀的开度调整)为止的定时进行调整。因此，即使在经由如无线通信网络N1这种不稳定的网络而对控制对象进行控制的情况下，也能够使控制循环稳定地执行，能够提高车间等的安全性及可靠性。
以上，对本发明的一个实施方式所涉及的控制装置及控制系统进行了说明，但本发明并不限制于上述实施方式，在本发明的范围内能够自由地变更。例如，在上述实施方式中，对分别设置有无线访问点装置20、系统管理器30、以及控制装置40的方式进行了说明，但本发明也可以成为将无线访问点装置20和控制装置40一体化的方式，并且可以进一步成为将系统管理器30也一体化的方式。在该方式的情况下，能够省略基干网络N2。
另外，在上述实施方式中，对使无线通信网络N1容许的最大延迟时间固定的例子进行了说明，但也可以使该最大延迟时间动态地变更。例如，也可以使将加入至无线通信网络N1的现场仪器10的数量、与对应于现场仪器10的数量的最大延迟时间相关联的表预先存储至系统管理器30，在每次加入至无线通信网络N1的现场仪器10的数量的增减时，参照表而使最大延迟时间动态地变更。
另外，在上述实施方式中，对设定值生成器43生成用于对作为控制对象的流体的流量进行PID控制的设定值的例子进行了说明。然而，本发明的控制对象的控制方法并不限制于PID控制，也可以使用其他控制方法(例如，模型预测控制)。因此，可以取代上述的设定值生成器43而设置用于生成对作为控制对象的流体的流量进行模型预测控制的设定值的设定值生成器。
另外，在上述实施方式中，对经由受到系统管理器30管理及控制的无线通信网络N1而控制作为控制对象的流体的流量的例子进行了说明。然而，本发明也能够经由公共无线LAN(Local Area Network)或互联网等可能发生延迟或跳动的不稳定的网络对控制对象进行控制。
由此，本发明不仅对车间所实现的工业过程中的各种状态量(例如，压力、温度、流量等)进行控制(车间控制)，还能够应用于下述的(1)～(3)所示的用途。
(1)云计算数据库的生产管理或高级控制
(2)机器人的远程操作
(3)建筑自动化
·对于上述(1)的用途
当前，云计算环境正在丰富·扩大，通过大于或等于所谓MES(Manufacturing Execution System：制造执行系统)层的生产管理或高级控制所实现的最优解决方案经由广域网提供的状况变多。在上述状况下，不仅现场无线，而且基干侧的网络化也在发展，经由网络架构进行生产系统的控制的必要性提高。如果将本发明应用在上述用途，则将来经由网络能够进行一切的控制。
·对于上述(2)的用途
能够将本发明应用在宇宙机器人或车间作业机器人等的远程操作上。例如，在车间操作中，考虑使用搭载了照相机或操纵器的远程操作机器人而进行远程维护作业。本发明能够以自动·手动的方式稳定地控制上述机器人。特别是，由于多以毫秒单位的控制周期使机器人动作，因此较大地受到通信延迟或跳动的影响，因此如果应用本发明，则能够大幅度地改善性能。
·对于上述(3)的用途
可以认为也能够将本发明应用在进行照明或开关、空调的控制的建筑自动化上。在大厦管理中，通过进行能源管理而削减运行成本变得重要，能够使用本发明作为进行该能源管理的手段。
工业实用性
本发明能够广泛地应用于控制装置及控制系统，即使在经由不稳定的网络而对控制对象进行控制的情况下，也能够使控制循环稳定地执行。
标号的说明
1 控制系统
10 现场仪器
11 传感器仪器
11a 模拟输入部
11b 通信部
12 阀仪器
12a 通信部
12b 定时调节器
12c 模拟输出部
20 无线访问点装置
30 系统管理器
31 管理部
32 通信部
40 控制装置
41 通信部
42 定时调节器
43 设定值生成器
44Smith 补偿器
44a 模型要素
44b 延迟要素
N1 无线通信网络
N2 基干网络
Td 最大延迟时间

Claims (18)

1.一种控制装置，其使用经由网络发送来的第1数据，而生成用于经由所述网络对控制对象进行控制的第2数据，
所述控制装置的特征在于，具有：
调整部，其考虑所述网络所容许的最大延迟时间，对从接收到所述第1数据至开始使用所述第1数据而生成所述第2数据为止的时间进行调整；以及
延迟补偿部，其是使用所述控制对象的模型、和所述网络所容许的所述最大延迟时间而设计的，对在所述网络中可能发生的所述第1、第2数据的延迟进行补偿。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，
在所述第1数据中，包含有表示生成或发送所述第1数据的时刻的第1时刻信息，
所述调整部以下述方式进行时间的调整，即，从接收到所述第1数据的时刻开始，在从所述网络所容许的所述最大延迟时间减去所述第1时刻信息所表示的时刻与接收到所述第1数据的时刻的时间差而得到的时间经过后的定时，开始生成所述第2数据。
3.一种控制系统，其经由网络而进行控制对象的控制，
所述控制系统的特征在于，
具有控制装置以及现场仪器，其中，
所述控制装置使用经由所述网络发送来的第1数据，生成用于经由所述网络而对控制对象进行控制的第2数据，
所述控制装置具有：
调整部，其考虑所述网络所容许的最大延迟时间，对从接收所述第1数据至开始使用所述第1数据而生成所述第2数据为止的时间进行调整；以及
延迟补偿部，其是使用所述控制对象的模型、和所述网络所容许的所述最大延迟时间而设计的，对在所述网络中可能发生的所述第1、第2数据的延迟进行补偿，
所述现场仪器具有定时调整部，该定时调整部考虑所述网络所容许的所述最大延迟时间，对基于从所述控制装置发送来的所述第2数据而进行的针对所述控制对象的操作的定时进行调整。
4.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，
在所述第1数据中，包含有表示生成或发送所述第1数据的时刻的第1时刻信息，
所述调整部以下述方式进行时间的调整，即，从接收到所述第1数据的时刻开始，在从所述网络所容许的所述最大延迟时间减去所述第1时刻信息所表示的时刻与接收到所述第1数据的时刻的时间差得到的时间经过后的定时，开始生成所述第2数据。
5.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，
在所述第2数据中，包含有表示发送所述第2数据的时刻的第2时刻信息，
所述定时调整部以下述方式进行定时的调整，即，从接收到所述第2数据的时刻开始，在从所述网络所容许的所述最大延迟时间减去所述第2时刻信息所表示的时刻与接收到所述第2数据的时刻的时间差得到的时间经过后的定时，进行针对所述控制对象的操作。
6.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，
所述网络所容许的所述最大延迟时间包含：
第1最大延迟时间，其是针对向所述控制装置发送的数据所容许的延迟时间；以及
第2最大延迟时间，其是针对从所述控制装置发送的数据所容许的延迟时间。
7.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，
所述控制系统还具有管理装置，该管理装置针对所述控制装置及所述现场仪器，进行所述网络容许的所述最大延迟时间的设定。
8.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，
如果将所述最大延迟时间设为Td，将从所述控制装置发送所述第2数据的时刻设为t11，将所述现场仪器接收到所述第2数据的时刻设为t12，则所述定时调整部以下述方式进行定时的调整，即，从所述现场仪器接收到所述第2数据的时刻t12开始，在下述的(1)式所示的时间Tx经过后的定时，进行对所述控制对象的操作。
Tx＝Td－(t12－t11)…(1)
9.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，
如果将所述最大延迟时间设为Td，将所述现场仪器生成或发送所述第1数据的时刻设为t21，将所述控制装置接收到所述第1数据的时刻设为t22，则所述调整部以下述方式进行定时的调整，即，从所述控制装置接收到所述第1数据的时刻t22开始，在下述的(2)式所示的时间Ty经过后的定时，进行设定值的生成。
Ty＝Td－(t22－t21)…(2)
10.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，
所述控制系统还具有设定值生成器，其在由所述调整部调整后的定时，使用来自所述现场仪器的所述第1数据，生成用于对所述控制对象进行控制的设定值。
11.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，
所述延迟补偿部是使用控制器、作为所述控制对象的流体的流量动态特性的模型的模型要素、以及设定有所述网络所容许的最大延迟时间的延迟要素而设计的，
所述延迟补偿部通过对由所述现场仪器测定的当前的测定数据“Y”、和从所述延迟补偿部的所述延迟要素输出的数据“Y′”之间的差值“Y－Y′”进行反馈，从而对作为所述控制对象的所述流体的所述流量动态特性和所述模型要素的误差进行补偿。
12.一种控制方法，其使用经由网络发送来的第1数据，生成用于经由所述网络而对控制对象进行控制的第2数据，
所述控制方法的特征在于，包含下述步骤：
考虑所述网络所容许的所述最大延迟时间，对从接收所述第1数据至开始使用所述第1数据而生成所述第2数据为止的时间进行调整；以及
使用所述控制对象的模型和所述网络容许的所述最大延迟时间，对在所述网络中可能发生的所述第1、第2数据的延迟进行补偿。
13.根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于，
在所述第1数据中，包含有表示生成或发送所述第1数据的时刻的第1时刻信息，
所述控制方法还包含下述步骤：
以下述方式进行时间调整，即，从接收到所述第1数据的时刻开始，在从所述网络所容许的所述最大延迟时间减去所述第1时刻信息所表示的时刻与接收到所述第1数据的时刻的时间差得到的时间经过后的定时，开始生成所述第2数据。
14.根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于，
所述控制方法还包含下述步骤：
考虑所述网络所容许的所述最大延迟时间，对基于发送来的所述第2数据而进行的针对所述控制对象的操作的定时进行调整。
15.根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于，
在所述第2数据中，还包含有表示发送所述第2数据的时刻的第2时刻信息，
所述控制方法还包含下述步骤：
以下述方式进行定时调整，即，从接收到所述第2数据的时刻开始，在从所述网络所容许的所述最大延迟时间减去所述第2时刻信息所表示的时刻与接收到所述第2数据的时刻的时间差得到的时间经过后的定时，进行针对所述控制对象的操作。
16.根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于，
所述网络容许的所述最大延迟时间包含：
第1最大延迟时间，其是针对向所述控制装置发送的数据所容许的延迟时间；以及
第2最大延迟时间，其是针对从所述控制装置发送的数据所容许的延迟时间。
17.根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于，
所述控制方法还包含下述步骤：
如果将所述最大延迟时间设为Td，将发送所述第2数据的时刻设为t11，将接收到所述第2数据的时刻设为t12，则以下述方式进行定时的调整，即，从接收到所述第2数据的时刻t12开始，在下述的(1)式所示的时间Tx经过后的定时，进行对所述控制对象的操作。
Tx＝Td－(t12－t11)…(1)
18.根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于，
所述控制方法还包含下述步骤：
如果将所述最大延迟时间设为Td，将生成或发送所述第1数据的时刻设为t21，将接收到所述第1数据的时刻设为t22，则以下述方式进行定时的调整，即，从接收到所述第1数据的时刻t22开始，在下述的(2)式所示的时间Ty经过后的定时，进行设定值的生成。
Ty＝Td－(t22－t21)…(2)
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