CN111033401A - 控制装置、控制系统、控制方法以及控制程序 - Google Patents

控制装置、控制系统、控制方法以及控制程序 Download PDF

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Abstract

控制装置包括通信管理部与用户应用处理部。用户应用处理部对利用设定工具而设定的控制数据的通信对象的从机装置进行检测，所述从机装置是连接于现场总线。通信管理部进行控制数据的遵循控制周期的通信管理。通信管理部使用预先存储的通信对象的每个从机装置的传输延迟时间，来决定控制周期。

Description

控制装置、控制系统、控制方法以及控制程序
技术领域
本发明涉及一种使用EtherCAT(注册商标)等现场总线系统(field bus system)来以规定周期对控制数据进行通信的技术。
背景技术
当前，工厂自动化(Factory Automation，FA)系统已得到广泛实用化。FA系统例如专利文献1所示，包括控制装置与多个从机(slave)装置。多个从机装置是测量器、开关或控制用驱动器等，在控制用驱动器，连接有控制对象设备。
并且，例如，控制装置与多个从机装置使用现场总线系统来对控制数据进行通信。此时，控制装置与多个从机装置以预先设定的控制周期(循环周期)来对控制数据进行通信。由此，确保控制数据的通信的准时性、实时性及高速通信。
并且，通常，控制周期是通过连接于控制装置的个人计算机(Personal Computer，PC)等设定工具来设定。此时，控制周期是根据连接于现场总线的多个从机装置的数量、拓扑(topology)来设定。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2014-146070号公报
发明内容
发明所要解决的问题
但是，因连接于现场总线的从机装置的传输延迟时间，有时在控制周期内无法让所有的从机装置完成处理，从而无法实现与控制周期相应的同步控制。
因此，本发明的目的在于提供一种技术，能够高速地设定可切实实现循环的同步控制的控制周期。
解决问题的技术手段
根据本揭示的一例，控制装置包括用户应用处理部与通信管理部。用户应用处理部对利用设定工具而设定的控制数据的通信对象的从机装置进行检测，所述从机装置连接于现场总线。通信管理部进行控制数据的遵循控制周期的通信管理。通信管理部使用预先存储的通信对象的每个从机装置的传输延迟时间，来决定控制周期。
所述结构中，控制装置即使在启动时不测量传输延迟时间，也能够设定可实现循环控制的控制周期等。
根据本揭示的一例，通信管理部包括对传输延迟时间进行测定的传输延迟时间测定部。
所述结构中，能够利用控制装置自身来测定并存储传输延迟时间。
根据本揭示的一例，传输延迟时间是关联于从机装置的类型而存储。
所述结构中，即使从机装置的个体不同，也能够利用相同类型的从机装置的传输延迟时间，来设定可实现循环控制的控制周期等。
根据本揭示的一例，即使无针对连接于现场网络的从机装置其自身的信息，也能够使用相同类型的从机装置的传输延迟时间，来精度良好地进行控制周期等的设定。
所述结构中，即使未预先存储针对所有从机装置的传输延迟时间，也能够设定传输延迟时间。
根据本揭示的一例，控制装置包括控制部，所述控制部执行通信管理部及用户应用处理部的运行控制。控制部以控制数据中的发送用数据的生成处理为基准，而依序执行用户应用处理部对发送数据的生成处理、由通信管理部进行的通信管理、用户应用处理部对接收数据的分析处理。
所述结构中，表示了控制装置的运行顺序的一例，在此运行顺序时，所述传输延迟时间对控制错误(error)的影响大，因此所述结构及处理变得更为有效。
根据本揭示的一例，控制装置包括存储传输延迟时间的传输延迟时间存储部。
所述结构中，利用单个控制装置便能够实现基于传输延迟时间的控制周期的设定。
根据本揭示的一例，控制系统包括：所述控制装置；以及数据库，经由信息系统网络而连接于所述控制装置。存储传输延迟时间的传输延迟时间存储部被配设在数据库中。
所述结构中，即使控制装置改变，也无须重新进行实测，便可切实地获得传输延迟时间。
根据本揭示的一例，控制系统包括：所述控制装置；以及从机装置，连接于现场总线。存储传输延迟时间的传输延迟时间存储部被配设在从机装置中。
所述结构中，从机装置的传输延迟时间可从各个从机装置获得。
发明的效果
根据本发明，能够高速地设定可切实实现循环的同步控制的控制周期。
附图说明
图1是表示控制系统中的装置的概略结构的图。
图2是表示控制装置的硬件(hardware)结构的框图。
图3是控制装置的功能框图。
图4是表示传输延迟时间的存储状态的映象图。
图5是表示控制装置所执行的控制的调度模型(scheduling model)的一例的图。
图6是表示从机装置的传输延迟时间的测定及存储处理的流程图。
图7是表示控制开始时的处理的流程图。
图8是表示将传输延迟时间存储到外部时的控制开始时的处理的流程图。
具体实施方式
以下，参照图来说明本发明的实施方式。
·适用例
首先，使用图来说明本发明的实施方式的控制装置的适用例。图3是控制装置的功能框图。
如图3所示，控制装置10包括控制部110、通信管理部120、通信驱动器140、传输延迟时间存储部130以及用户应用处理部150。
通信管理部120包括控制周期决定部122以及传输延迟时间测定部121。通信管理部120连接于通信驱动器140。通信驱动器140经由现场网络30而连接于从机装置211、从机装置212、从机装置213。
在所述结构中，控制装置10、从机装置211、从机装置212及从机装置213经由现场网络30，使用EtherCAT(注册商标)的现场总线系统来进行控制数据的通信。
在传输延迟时间存储部130中，存储有从机装置211、从机装置212及从机装置213各自的传输延迟时间。
控制周期决定部122从由用户应用处理部150所分析的控制程序中，检测作为控制对象的从机装置，即，连接于现场网络30的从机装置211、从机装置212及从机装置213。
控制周期决定部122从传输延迟时间存储部130获取从机装置211、从机装置212及从机装置213的传输延迟时间，并基于这些传输延迟时间，将控制周期决定为可进行循环性的同步控制的时间长度。
由此，控制装置10无须在每次启动时进行传输延迟时间的测量，便能够执行可实现循环性的同步控制的控制数据的通信。
·结构例
参照图来说明本发明的实施方式的控制装置、控制系统、控制方法以及控制程序。本实施方式中，作为控制系统，以FA(工厂自动化)系统为例进行说明。
图1是表示控制系统中的装置的概略结构的图。如图1所示，控制系统1包括控制装置10、从机装置211、从机装置212、从机装置213、现场网络30、信息通信用网络60、个人计算机61以及数据库装置62。
(控制系统)
作为网络规格，现场网络30例如是遵循EtherCAT(以太网控制自动化技术)(注册商标)等的网络。另外，现场网络30并不限于此，只要是如下所述的网络即可，即，对于在逻辑上连接于环形网络(ring network)的从机装置，控制器以一个帧来对所有从机装置发送数据，且从机装置一边对接收帧进行“运行中(on the fly)”，一边实现时刻同步。
控制装置10、从机装置211、从机装置212及从机装置213通过现场网络30而连接。
作为网络规格，信息通信用网络60例如是遵循以太网(Ethernet(注册商标))的网络。控制装置10、个人计算机61及数据库装置62通过信息通信用网络60而连接。
在个人计算机61中，安装有控制程序的编辑工具等。个人计算机61进行针对控制装置10、从机装置211及从机装置212的控制程序的制作、编辑、输出。个人计算机61将控制程序输出至控制装置10。在所述控制程序中，记述有作为控制对象的从机装置211、从机装置212及从机装置213与针对各从机装置的控制命令等。
数据库装置62例如存储从控制装置10获取的各装置的日志(log)等。
具体而言，控制装置10例如是通过可编程逻辑控制器(Programmable LogicContoroller，PLC)来实现。控制装置10只要是经由现场网络30来对控制数据进行通信的装置，则也可为其他装置。
控制装置10例如使用来自个人计算机61的控制程序，生成在现场网络30上通信的控制数据。
具体而言，从机装置211、从机装置212及从机装置213例如通过伺服驱动器(servodriver)、传感器等测量器等来实现。另外，这些从机装置例如也可为机器人(robot)装置或连接于机器人装置的机器人控制装置。
控制装置10、从机装置211、从机装置212及从机装置213遵循后述的控制周期来对控制数据进行通信，并与基于所述控制周期的规定时机同步地执行运行及处理。
(控制装置的硬件结构)
图2是表示控制装置的硬件结构的框图。
如图2所示，作为硬件结构，控制装置10包括中央处理器(Central ProcessingUnit，CPU)101、存储器(memory)102、存储介质103、收发部104以及上位通信部105。控制装置10中，CPU101、存储器102、存储介质103、收发部104以及上位通信部105通过数据总线(data bus)100而连接。
CPU101将存储在存储介质103中的系统程序以及用户应用程序读出至存储器102中来执行，由此，实现后述的各功能块的各处理。存储器102例如是通过动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)或静态随机存取存储器(Static RandomAccess Memory，SRAM)等易失性存储元件而实现。而且，存储介质103例如是通过磁存储介质、快闪存储器(flash memory)等非易失性存储介质而实现。
收发部104是控制装置10中的现场网络30的接口(interface)，执行遵循循环周期的控制数据的收发(通信)。
上位通信部105是控制装置10中的信息通信用网络60的接口，执行与所述上位系统的各装置(个人计算机61、数据库装置62等)之间的通信。
(控制装置的功能块)
图3是控制装置的功能框图。
如图3所示，控制装置10包括控制部110、通信管理部120、传输延迟时间存储部130、通信驱动器140及用户应用处理部150。
控制部110进行控制装置10整体的运行(处理)的调度等，进行通信管理部120的运行控制、用户应用处理部150的运行控制。
通信管理部120执行控制数据的通信调度。而且，通信管理部120具有传输延迟时间测定部121以及控制周期决定部122。
传输延迟时间测定部121使用已知的传输延迟的测定方法，对每个从机装置测定传输延迟时间。传输延迟时间测定部121将所测定的传输延迟时间存储至传输延迟时间存储部130。
传输延迟时间存储部130存储每个从机装置的传输延迟时间。图4是表示传输延迟时间的存储状态的映象图。如图4所示，在传输延迟时间存储部130中，相对于从机装置而相关联地存储有传输延迟时间。此时，传输延迟时间有去程的传输延迟时间与回程的传输延迟时间。所谓去程的传输延迟时间，是指接收来自控制装置10侧的控制数据，并发送至末端侧的从机装置时的传输延迟时间。所谓回程的传输延迟时间，是指从末端侧的从机装置接收控制数据，并发送至控制装置10侧时的传输延迟时间。
而且，在传输延迟时间存储部130中，也相关联地存储有从机装置的类型。
另外，传输延迟时间的测定及存储是预先执行。
控制周期决定部122根据存储在传输延迟时间存储部130中的每个从机装置的传输延迟时间，来决定控制周期。通信管理部120使用所述控制周期来执行控制数据的通信调度。
通信驱动器140执行收发部104的控制，并遵循循环周期，经由现场网络30来对控制数据进行通信。
用户应用处理部150执行所述用户应用程序。此时，用户应用处理部150获取通过用户应用程序而指定的作为控制对象的从机装置的信息。
在如上所述的结构中，
控制装置10如下所示，决定控制周期Tcyc，执行控制数据的通信。图5是表示控制装置所执行的控制的调度模型的一例的图。所述处理是由控制部110予以控制。
控制装置10从控制周期Tcyc的开始时机空开规定的余裕时间而执行OUT处理。所谓OUT处理，是指如下所述的处理，即，生成向从机装置211、从机装置212及从机装置213输出的控制数据，即，生成向现场网络30输出的控制数据。
控制装置10在OUT处理后，执行IO处理。所谓IO处理，是指如下所述的处理，即，从控制装置10发送控制数据，并经由所有从机装置211、从机装置212及从机装置213来接收所述控制数据。在所述控制数据中，记载有同步时机ttxc，从机装置211、从机装置212及从机装置213以所述同步时机ttxc为基准，在预先设定的规定时间后执行从机处理。由此，连接于现场网络30的从机装置211、从机装置212及从机装置213能够同步地执行处理。
控制装置10在IO处理后，执行IN处理。所谓IN处理，是指如下所述的处理，即，对经由从机装置211、从机装置212及从机装置213而返回的控制数据进行分析，获取所需的数据。
控制装置10在IN处理后设定规定的余裕时间，进入下个控制周期。
在如上所述的处理中，若IO处理变长，则根据控制周期Tcyc，有可能无法结束IN处理便进入下个控制周期。
因此，控制装置10(控制周期决定部122)在控制的开始时，利用以下所示的方法来决定控制周期Tcyc。
控制周期决定部122从用户应用处理部150获取作为控制对象的从机装置的信息。此时，获取到作为控制对象的从机装置为从机装置211、从机装置212及从机装置213。
控制周期决定部122从传输延迟时间存储部130读出作为控制对象的从机装置的传输延迟时间。此时，若在传输延迟时间存储部130中未存储有作为对象的从机装置的传输延迟时间，则控制周期决定部122从传输延迟时间存储部130读出类型一致的从机装置的传输延迟时间。
控制周期决定部122根据所获取的从机装置与传输延迟时间，算出控制装置10能够执行所有的处理且所有的从机装置能够结束处理的时间，并决定为控制周期Tcyc。
通过像这样决定控制周期Tcyc，从而既能切实地实现同步，又能持续地执行控制。
而且，通过使用此结构及处理，在控制的开始时，也可不每次都进行传输延迟时间的测定。因此，控制装置10能够在启动后尽快开始控制。
而且，此结构及处理中，即使作为对象的从机装置的传输延迟时间未存储在传输延迟时间存储部130中，控制装置10也能够准确地设定控制周期Tcyc。
另外，所述说明中，表示了将控制装置10分为多个功能块来执行处理的形态。但是，也可通过运算处理装置与由所述运算处理装置所执行的程序来实现控制装置10，以执行所述的各处理。
(传输延迟时间的测定、存储)
图6是表示从机装置的传输延迟时间的测定及存储处理的流程图。如图6所示，控制装置10进行传输延迟时间的测定(S11)。传输延迟时间的测定能够使用已知的方法。概略而言，控制装置10将传输延迟时间测定用的数据包(packet)送出至现场网络30。各从机装置在去程的传输方向上，产生表示数据包的送出时刻的时戳，并保存至数据包中。进而，各从机装置在回程的传输方向上，产生表示数据包的接收时刻的时戳，并保存至数据包中。控制装置10接收所述数据包，根据各从机装置的送出时刻之差以及各从机装置的接收时刻之差，来测定去程的传输延迟时间以及回程的传输延迟时间。
控制装置10存储以从机装置为单位的传输延迟时间(S12)。此时，控制装置可获取从机装置的类型，也与所述类型相关联地予以存储。
(控制开始时的处理)
图7是表示控制开始时的处理的流程图。如图7所示，控制装置10在启动时(S21)，从设定文件(file)(用户应用程序)获取作为控制对象的从机装置的信息(S22)。
控制装置10读出以从机装置为单位的传输延迟时间(S23)。控制装置10根据所获取的传输延迟时间来决定控制周期Tcyc(S24)。控制装置10使用所设定的控制周期Tcyc来开始循环控制(S25)。
另外，所述说明中，传输延迟时间被存储在控制装置中。但是，传输延迟时间并非必须存储在控制装置中，也可存储在数据库装置62或各从机装置中。此时，控制装置10只要执行图8所示的处理即可。
图8是表示将传输延迟时间存储到外部时的控制开始时的处理的流程图。如图8所示，控制装置10在启动时(S31)，从设定文件(用户应用程序)获取作为控制对象的从机装置的信息(S32)。
控制装置10从外部获取以从机装置为单位的传输延迟时间(S33)。例如，若在数据库装置62中存储有传输延迟时间，则控制装置10经由信息通信用网络60来获取传输延迟时间。而且，若在各从机装置中存储有传输延迟时间，则控制装置10经由现场网络30来获取传输延迟时间。
控制装置10根据所获取的传输延迟时间来决定控制周期Tcyc(S34)。控制装置10使用所设定的控制周期Tcyc来开始循环控制(S35)。
符号的说明
10：控制装置
30：现场网络
60：信息通信用网络
61：个人计算机
62：数据库装置
100：数据总线
101：CPU
102：存储器
103：存储介质
104：收发部
105：上位通信部
110：控制部
120：通信管理部
121：传输延迟时间测定部
122：控制周期决定部
130：传输延迟时间存储部
140：通信驱动器
150：用户应用处理部
211、212、213：从机装置

Claims (9)

1.一种控制装置，其包括：
用户应用处理部，对利用设定工具而设定的控制数据的通信对象的从机装置进行检测，所述从机装置是连接于现场总线；以及
通信管理部，进行所述控制数据的遵循控制周期的通信管理，
所述通信管理部包括控制周期决定部，所述控制周期决定部使用预先存储的所述通信对象的每个从机装置的传输延迟时间，来决定所述控制周期。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其中
所述通信管理部包括对所述传输延迟时间进行测定的传输延迟时间测定部。
3.根据权利要求2所述的控制装置，其中
所述传输延迟时间是关联于所述从机装置的类型而存储。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的控制装置，其包括：
控制部，进行所述通信管理部以及所述用户应用处理部的运行控制，
所述控制部以所述用户应用处理部对所述控制数据中的发送数据的生成处理为基准，而依序执行所述用户应用处理部对所述发送用数据的生成处理、由所述通信管理部进行的所述通信管理、所述用户应用处理部对所述控制数据中的接收数据的分析处理。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的控制装置，其包括：
传输延迟时间存储部，存储所述传输延迟时间。
6.一种控制系统，其包括：
权利要求1至4中任一项所述的控制装置；以及
数据库，经由信息系统网络而连接于所述控制装置，
所述数据库包括存储所述传输延迟时间的传输延迟时间存储部。
7.一种控制系统，其包括：
权利要求1至4中任一项所述的控制装置；以及
所述从机装置，连接于所述现场总线，
所述从机装置包括存储所述传输延迟时间的传输延迟时间存储部。
8.一种控制方法，其具有下述处理：
对利用设定工具而设定的控制数据的通信对象的从机装置进行检测，所述从机装置是连接于现场总线；以及
进行所述控制数据的遵循控制周期的通信管理，
所述进行通信管理的处理是使用预先存储的所述通信对象的每个从机装置的传输延迟时间，来决定所述控制周期。
9.一种控制程序，其使运算处理装置执行下述处理：
对利用设定工具而设定的控制数据的通信对象的从机装置进行检测，所述从机装置是连接于现场总线；以及
进行所述控制数据的遵循控制周期的通信管理，
且在所述进行通信管理的处理中，使用预先存储的所述通信对象的每个从机装置的传输延迟时间，来决定所述控制周期。
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