CN112654939A - 控制系统以及控制装置 - Google Patents

Abstract

控制装置包括：第一运算部，用于以第一控制周期来周期执行分配有一个或多个处理的第一任务；以及第二运算部，用于以比第一控制周期长的第二控制周期来周期执行分配有一个或多个处理的第二任务。对于第一任务，分配有以第一输入数据作为对象的第一数据收集处理以及对应的第一数据加工处理。根据经由支持装置的设定，以第二输入数据作为对象的第二数据收集处理以及对应的第二数据加工处理被分配给第一任务以及第二任务中的任一个。

Description

控制系统以及控制装置

技术领域

本发明涉及一种能够实现有效率地利用计算资源(computing resource)的输入数据处理的控制装置以及控制装置。

背景技术

在各种生产现场，存在想要在早期探测机械或装置等中产生的异常以提高设备运转率的要求。作为典型的异常监测的方法，从机械或装置收集数据，并且基于所收集的数据来判定是否产生了某些异常。

此种异常监测处理也能够通过上位装置从可编程逻辑控制器(ProgrammableLogic Controller，PLC)(可编程控制器)等控制装置收集数据来实现，而通过将异常监测处理安装于控制装置，能够实现更高速的异常判定。

更具体而言，在控制装置中，如日本专利第4752983号(专利文献1)所公开的那样，反复执行输入/输出程序以及控制程序，从而实现控制对象的控制所需的处理。当在控制装置中执行异常监测处理时，使异常监测处理所需的命令包含在输入/输出程序以及控制程序中。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4752983号

发明内容

发明所要解决的问题

在使专利文献1所公开的那样的多个控制程序并列执行的情况下，也能够采用利用单一处理器内的多个核心或者利用多个处理器的结构。

但是，即使在利用多个核心或者多个处理器来作为计算资源的情况下，也存在无法有效率地利用计算资源的处理。

本发明的一个目的在于，在能够利用多个运算部来作为计算资源的情况下实现有效率的处理。

解决问题的技术手段

本发明的一实施方式的控制系统包括：控制装置，执行用于对控制对象进行控制的控制运算；以及支持装置，设定由控制装置所执行的控制运算的内容。控制装置包括第一运算部与第二运算部，所述第一运算部用于以第一控制周期来周期执行分配有一个或多个处理的第一任务，所述第二运算部用于以比第一控制周期长的第二控制周期来周期执行分配有一个或多个处理的第二任务。控制运算包含数据收集处理与数据加工处理，所述数据收集处理是收集在控制装置中能参照的输入数据的处理，所述数据加工处理是对所述收集的输入数据进行加工而生成新数据的处理。对于第一任务，分配有以第一输入数据作为对象的第一数据收集处理以及对应的第一数据加工处理。根据经由支持装置的设定，以第二输入数据作为对象的第二数据收集处理以及对应的第二数据加工处理被分配给第一任务以及第二任务中的任一个。

根据本实施方式，能够根据对于输入数据所要求的处理性能或输入数据的属性等，将以第二输入数据作为对象的第二数据收集处理以及对应的第二数据加工处理分配给第一任务以及第二任务中的任一个，因此能够实现有效率的处理。

控制装置也可还包括第三运算部，所述第三运算部用于根据状况来执行分配有一个或多个处理的第三任务。根据此结构，除了周期执行的第一任务以及第二任务以外，还能够提供可根据状况来执行有效率的处理的执行环境。

对于第三任务，也可分配有对通过第一数据加工处理以及第二数据加工处理而生成的数据进行保存的处理。根据此结构，能够以适当的时机来保存通过第一数据加工处理以及第二数据加工处理而生成的数据，因此能够使对输入数据进行处理直至保存为止的一连串处理效率化。

对于第三任务，也可分配有根据通过所述第一数据加工处理以及所述第二数据加工处理而生成的数据来算出规定指标的处理。根据此结构，即使在安装有异常探测处理等的情况下，也能够使处理效率化。

数据加工处理也可包含根据通过数据收集处理而收集的多个输入数据来算出特征量的处理。根据此结构，即使在安装有异常探测处理等的情况下，也能够使处理效率化。

数据加工处理也可包含将通过数据收集处理而收集的输入数据转换成对应的物理量的处理。根据此结构，在各种分析处理等中不需要预处理等，从而能够实现有效率的数据活用。

数据加工处理也可包含将通过数据收集处理而收集的一个或多个输入数据成型为规定格式的处理。根据此结构，即使在需要向外部的数据发送等的情况下，也能够实现有效率的处理。

支持装置也可在第二数据收集处理以及第二数据加工处理被分配给第一任务以及第二任务皆可的情况下，受理分配给哪个任务的设定。根据此结构，能够支持用户将作为对象的数据收集处理以及数据加工处理分配给第一任务以及第二任务中的适当的任务。

支持装置也可受理第二数据收集处理以及第二数据加工处理的分配目标任务的变更。根据此结构，即使在事后判断为先前分配有数据收集处理以及数据加工处理的目标任务不适当的情况下，也能够容易地分配变更为更适当的任务。

依据本发明的另一实施方式，提供一种控制装置，执行用于对控制对象进行控制的控制运算。控制装置包括第一运算部与第二运算部，所述第一运算部用于以第一控制周期来周期执行分配有一个或多个处理的第一任务，所述第二运算部用于以比第一控制周期长的第二控制周期来周期执行分配有一个或多个处理的第二任务。控制运算包含数据收集处理与数据加工处理，所述数据收集处理是收集在控制装置中能参照的输入数据的处理，所述数据加工处理是对所述收集的输入数据进行加工而生成新数据的处理。对于第一任务，分配有以第一输入数据作为对象的第一数据收集处理以及对应的第一数据加工处理。根据外部设定，以第二输入数据作为对象的第二数据收集处理以及对应的第二数据加工处理被分配给第一任务以及第二任务中的任一个。

根据本实施方式，能够根据对于输入数据所要求的处理性能或输入数据的属性等，将以第二输入数据作为对象的第二数据收集处理以及对应的第二数据加工处理分配给第一任务以及第二任务中的任一个，因此能够实现有效率的处理。

发明的效果

根据本发明，在能够利用多个运算部来作为计算资源的情况下，能够实现有效率的处理。

附图说明

图1是用于说明本实施方式的控制系统的主要处理的图。

图2是表示本实施方式的控制系统的整体结构例的示意图。

图3是表示构成本实施方式的控制系统的控制装置的硬件结构例的框图。

图4是表示构成本实施方式的控制系统的支持装置的硬件结构例的框图。

图5是用于实现本实施方式的控制系统中的异常监测处理的功能框图。

图6是表示构成本实施方式的控制系统的控制装置中的程序的周期执行的一例的示意图。

图7是表示与构成本实施方式的控制系统的控制装置中的异常监测处理相关的实现例的示意图。

图8是表示与构成本实施方式的控制系统的控制装置中的异常监测处理相关的另一实现例的示意图。

图9是表示与构成本实施方式的控制系统的控制装置中的异常监测处理相关的又一实现例的示意图。

图10是用于说明与图8所示的异常监测处理的实现例对应的数据处理的示意图。

图11是用于说明与图9所示的异常监测处理的实现例对应的数据处理的示意图。

图12是表示构成本实施方式的控制系统的支持装置所提供的用户接口画面的一例的图。

图13是表示图12的用户接口画面的周期设定按钮受到选择时的用户接口画面的一例的图。

图14是表示图12的用户接口画面的反映按钮受到选择时的用户接口画面的一例的图。

具体实施方式

一边参照附图，一边详细说明本发明的实施方式。另外，对于图中的相同或相当的部分，标注相同的符号并不再重复其说明。

＜A.适用例＞

本实施方式中，作为典型例，对适用于判定任意监测对象是否发生了某些异常的异常监测处理时的处理进行说明，但并不限于此，可适用任意的处理。

图1是用于说明本实施方式的控制系统1的主要处理的图。参照图1，构成控制系统1的控制装置100以“任务”这一单位来执行一个或多个处理，以作为用于对控制对象进行控制的控制运算。

本说明书中，“任务”为控制运算的执行单位，分配有一个或多个处理。图1中表示以初级(primary)周期71(第一控制周期)周期执行的初级固定周期任务70、与以固定周期81(第二控制周期)周期执行的固定周期任务80。

控制装置100如后述那样具有包含多个核心的处理器，利用所述处理器的一个核心(第一运算部)来周期执行初级固定周期任务70，利用所述处理器的另一核心(第二运算部)来周期执行固定周期任务80。对于初级固定周期任务70以及固定周期任务80，分别分配有一个或多个处理。

作为一例，初级固定周期任务70包含I/O刷新处理72、用户程序执行处理74以及运动控制处理76。同样，固定周期任务80包含I/O刷新处理82、用户程序执行处理84以及运动控制处理86。除了执行周期不同以外，I/O刷新处理82、用户程序执行处理84以及运动控制处理86的处理内容与I/O刷新处理72、用户程序执行处理74以及运动控制处理76的处理内容同样。

由控制装置100所执行的控制运算包含：数据收集处理162，收集在控制装置100中能参照的输入数据；以及数据加工处理，对所述收集的输入数据进行加工而生成新数据。

本说明书中，“输入数据”这一术语除了由如后所述的现场装置群10所获取，并转发至控制装置100的从控制对象获取的数据以外，还包含在由控制装置100所执行的控制运算中可参照的任意的状态值、内部状态值以及系统状态值等。

作为数据加工处理的一例，以下的说明中，例示根据通过数据收集处理162而收集的多个输入数据来算出特征量的特征提取处理164。通过特征提取处理164而算出的特征量被用于如后所述的异常监测处理。关于数据加工处理的其他例，在后述的＜I.变形例＞一栏中进行说明。

典型的是，关于要求短周期的数据处理的输入数据的、数据收集处理162以及特征提取处理164(数据加工处理)被分配给初级固定周期任务70。

另一方面，关于要求相对较长周期的数据处理的输入数据的、数据收集处理162以及特征提取处理164(数据加工处理)既可分配给初级固定周期任务70，也可分配给固定周期任务80。

考虑到有效率地利用计算资源的观点，根据经由如后所述的支持装置的设定，数据收集处理162以及特征提取处理164(数据加工处理)被分配给初级固定周期任务70以及固定周期任务80中的任一者。

通过能够根据此种设定来变更分配目标任务，从而能够实现计算资源的有效率的利用。

＜B.控制系统的结构例＞

接下来，对本实施方式的控制系统1的结构例进行说明。

图2是表示本实施方式的控制系统1的整体结构例的示意图。参照图2，控制系统1包含执行用于对控制对象进行控制的控制运算的控制装置100、以及对由控制装置100所执行的控制运算的内容进行设定的支持装置200，以作为主要的构成元件。控制系统1也可还包含上位服务器300以及显示装置(人机接口(Human Machine Interface，HMI)，以下也称作“HMI”)400，以作为可选(optional)结构。

控制装置100也可作为PLC(可编程控制器)等的一种计算机而具现化，执行用于对控制对象进行控制的控制运算。控制装置100具有判定控制对象中所含的监测对象是否发生了某些异常的异常监测的功能。

控制装置100经由第一现场总线2而与现场装置群10连接，并且经由第二现场总线4而与一个或多个HMI 400连接。进而，控制装置100经由局域网6而连接于上位服务器300。控制装置100经由各个网络来与所连接的装置之间收授数据。

控制装置100具有对由现场装置群10所获取并转发给控制装置100的数据(输入数据)进行收集的收集功能。

作为第一现场总线2以及第二现场总线4，优选采用保证数据到达时间的、进行固定周期通信的网络。作为此种进行固定周期通信的网络，已知有EtherCAT(注册商标)等。

现场装置群10包含收集控制对象、或者与控制关联的制造装置或生产线等(以下也总称作“现场”)的状态值来作为输入数据的装置。作为此种收集状态值的装置，设想输入继电器或各种传感器等。现场装置群10还包含基于由控制装置100所生成的指令值(以下也称作“输出数据”)来对现场给予某些作用的装置。作为此种对现场给予某些作用的装置，设想输出继电器、接触器(contactor)、伺服驱动器及伺服马达、其他任意的致动器。这些现场装置群10经由第一现场总线2而与控制装置100之间收授包含输入数据以及输出数据的数据。

图2所示的结构例中，现场装置群10包含远程输入/输出(Input/Output，I/O)装置12、继电器群14、图像传感器18及摄像机20与伺服驱动器22及伺服马达24。

远程I/O装置12包含经由第一现场总线2进行通信的通信部、及用于进行输入数据的获取及输出数据的输出的输入/输出部(以下也称作“I/O单元”)。经由此种I/O单元，在控制装置100与现场之间收授输入数据以及输出数据。图2中表示了下述示例，即，经由继电器群14来收授作为输入数据以及输出数据的数字信号。

I/O单元也可直接连接于现场总线。图2表示了I/O单元16直接连接于第一现场总线2的示例。

图像传感器18对由摄像机20所拍摄的图像数据进行图案匹配等图像测量处理，并将其处理结果发送至控制装置100。

伺服驱动器22根据来自控制装置100的输出数据(例如位置指令等)来驱动伺服马达24。

这样，经由第一现场总线2而在控制装置100与现场装置群10之间收授数据，但这些收授的数据将以数百微秒级～数十毫秒级的极短周期而受到更新。另外，此种经收授的数据的更新处理也被称作I/O刷新处理。

支持装置200是支持控制装置100对控制对象进行控制所需的准备的装置。具体而言，支持装置200提供下述等功能，即，由控制装置100所执行的程序的开发环境(程序制作编辑工具、分析器、编译器等)、用于设定控制装置100以及连接于控制装置100的各种设备的参数(配置)的设定环境、将所生成的用户程序发送至控制装置100的功能、在线对在控制装置100上执行的用户程序等进行修正/变更的功能。进而，支持装置200还提供设定参数以及学习数据的功能等，所述参数对由控制装置100所执行的异常监测处理进行定义。

上位服务器300经由局域网6而与控制装置100连接，与控制装置100之间收授所需的数据。上位服务器300例如具有数据库功能，定期地或者按照事件来收集保存在控制装置100中的数据。在局域网6中，也可安装以太网(注册商标)等通用协议。

HMI 400经由第二现场总线4而与控制装置100连接，接受来自用户的操作，对控制装置100发送与用户操作相应的命令等，并且以图形方式显示控制装置100中的处理结果等。

＜C.各装置的硬件结构例＞

接下来，对构成本实施方式的控制系统1的主要装置的硬件结构例进行说明。

(c1：控制装置100的硬件结构例)

图3是表示构成本实施方式的控制系统1的控制装置100的硬件结构例的框图。参照图3，控制装置100包含中央处理器(Central Processing Unit，CPU)或微处理器(Micro-Processing Unit，MPU)等处理器102、芯片组104、主存储装置106、二次存储装置108、局域网控制器110、通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)控制器112、存储卡接口114、内部总线控制器122以及现场总线控制器118、现场总线控制器120。

处理器102读出保存在二次存储装置108中的各种程序，并在主存储装置106中展开而执行，由此来实现与控制对象相应的控制以及如后所述的各种处理。处理器102包含多个核心1021、1022、1023、1024。核心1021、1022、1023、1024各自相当于运算部。另外，图3中仅例示了两个核心，但并不限于此，也可采用具有更多核心的处理器102。

芯片组104与处理器102一同控制各组件，由此来实现作为控制装置100整体的处理。

在二次存储装置108中，除了用于实现控制装置100所提供的功能的系统程序126(相当于控制程序)以外，还保存有利用系统程序126所提供的执行环境来执行的用户程序。

局域网控制器110对经由局域网6的与其他装置之间的数据收授进行控制。USB控制器112对经由USB连接的与支持装置200之间的数据收授进行控制。

存储卡接口114构成为可装卸存储卡116，能够对存储卡116写入数据，并从存储卡116读出各种数据(用户程序或跟踪数据等)。

内部总线控制器122是在连接于控制装置100的I/O单元124-1、124-2、…之间收授数据的接口。

现场总线控制器118对经由第一现场总线2的与其他装置之间的数据收授进行控制。同样地，现场总线控制器120对经由第二现场总线4的与其他装置之间的数据收授进行控制。

图3中表示了单一处理器102具有四个核心1021、1022、1024、1024的示例，但安装于处理器102的核心的数量也可为四个以下，还可多于四个。或者，也可设置多个具有单一核心的处理器102。此时，各处理器102相当于运算部。又或者，也可设置多个具有多个核心的处理器。

而且，图3中表示了通过处理器102执行程序而提供所需功能的结构例，但这些提供的功能的一部分也可使用专用的硬件电路(例如专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，ASIC)或现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)等)而实现。

进而，控制装置100的主要部分也可使用遵循通用架构的硬件(例如将通用个人计算机作为基础的工业个人计算机)来实现。此时，也可使用虚拟技术来并列地执行用途不同的多个操作系统(Operating System，OS)，并且在各OS上执行所需的应用。

(c2：支持装置200的硬件结构例)

接下来，作为一例，依据本实施方式的支持装置200是通过使用遵循通用架构的硬件(例如通用个人计算机)来执行程序而实现。

图4是表示构成依据本实施方式的控制系统1的支持装置200的硬件结构例的框图。参照图4，支持装置200包含CPU或MPU等处理器202、驱动器204、主存储装置206、二次存储装置208、USB控制器212、局域网控制器214、输入部216以及显示部218。这些组件经由总线220而连接。

处理器202读出保存在二次存储装置208中的各种程序，并在主存储装置206中展开而执行，由此来实现如后所述的各种处理。

二次存储装置208例如包含硬盘驱动器(Hard Disk Drive，HDD)或固态硬盘(Solid State Drive，SSD)等。典型的是，在二次存储装置208中，保存有包含未图示的开发程序、数据挖掘工具230及设定工具240的各种程序，所述开发程序用于进行在支持装置200中执行的用户程序的制作、所制作的程序的调试、系统结构的定义、各种参数的设定等。在二次存储装置208中，也可保存有OS以及其他的必要程序。

驱动器204能够对存储介质205写入数据，并从存储介质205读出各种数据(用户程序、跟踪数据或时间序列数据等)。存储介质205例如包含非一次性地保存计算机可读取的程序的存储介质205(例如数字多功能光盘(Digital Versatile Disc，DVD)等光学存储介质)。保存在存储介质205中的程序或数据由驱动器204予以读取，并安装到二次存储装置208等的内部的存储区域中。

由支持装置200所执行的各种程序也可经由计算机可读取的存储介质205而安装，但也可以从网络上的服务器装置等下载的形式而安装。而且，依据本实施方式的支持装置200所提供的功能也有时以利用OS所提供的模块的一部分的形式而实现。

USB控制器212经由USB连接而对与控制装置100之间的数据收授进行控制。局域网控制器214对经由任意网络的与其他装置之间的数据收授进行控制。

输入部216包含键盘或鼠标等，受理用户操作。显示部218包含显示器、各种指示器等，输出来自处理器202的处理结果等。在支持装置200，也可连接有打印机。

图4中表示了通过处理器202执行程序而提供所需功能的结构例，但这些提供的功能的一部分或全部也可使用专用的硬件电路(例如ASIC或FPGA等)而实现。

(c3：上位服务器300的硬件结构例)

作为一例，依据本实施方式的上位服务器300是通过使用遵循通用架构的硬件(例如通用服务器)来执行程序而实现。其硬件结构与图4所示的支持装置200的硬件结构同样，因此不再重复详细说明。

(c4：HMI 400的硬件结构例)

作为一例，依据本实施方式的HMI 400是通过使用遵循通用架构的硬件(例如将通用个人计算机作为基础的工业个人计算机)来执行程序而实现。其硬件结构与图4所示的支持装置200的硬件结构同样，因此不再重复详细说明。

＜D：异常监测处理＞

接下来，对本实施方式的控制系统1所提供的异常监测处理进行说明。

图5是用于实现本实施方式的控制系统1中的异常监测处理的功能框图。参照图5，控制装置100从监测对象收集一个或多个输入数据(输入数据1、输入数据2、…、输入数据n)并提取特征量，由此，输出包含表示异常的发生有无的判定结果的监测结果。

本实施方式中，作为判定控制对象中所含的监测对象是否发生了某些异常的单位区间，导入“帧”这一概念。帧是指判定监测对象是否发生了某些异常的单位区间。因此，监测对象是否发生了某些异常的判定将针对每帧来进行。

更具体而言，控制装置100包含数据集生成部152、特征提取部154、得分计算部156以及判定部158，以作为与异常监测处理相关的主要功能结构。

数据集生成部152根据帧信息，从监测对象对应于每帧而生成包含一个或多个输入数据(输入数据1、输入数据2、…、输入数据n)的数据集。

特征提取部154基于由数据集生成部152所生成的数据集，通过预先规定的处理，提取一个或多个特征量(特征量1、特征量2、…、特征量m)。作为特征量，例如可使用帧内的平均值、最大值、中间值、最小值、标准偏差等。

得分计算部156参照预先准备的学习数据130，算出表示由特征提取部154所提取的一个或多个特征量相对于学习数据130的偏离程度的值(以下也称作“得分”)。此处，学习数据130包含被标记有特定的类别(class)(例如正常或异常)的特征量。典型的是，学习数据130包含正常时的特征量，此时，得分是指表示监测对象发生某些异常的可能性的值。

作为控制装置100中的异常监测的算法的一例，采用下述方法：基于特征量相对于超空间上的值群的偏离程度，来算出与所述特征量对应的得分。此时，学习数据130表示超空间上的值群，其相当于表示监测对象的“模型”。

作为此种基于偏离程度的异常监测方法，已知有：基于从各点直至值群为止的最短距离来探测异常的方法(k近邻法)、将包含值群的群集包括在内来评估距离的局部异常因子(local outlier factor，LoF)法、使用根据路径(path)长度算出的得分的孤立森林(isolation forest，iForest)法等。

在采用基于偏离程度的异常监测方法的情况下，学习数据130将包含在正常时获得的特征量的群，控制装置100基于对象特征量相对于学习数据130中所含的特征量群的偏离程度，来算出得分，所述得分是表示监测对象发生某些异常的可能性的值。

判定部158对由得分计算部156所算出的得分与预先规定的阈值进行比较，以判定监测对象是否发生了某些异常。从判定部158输出表示是否发生了某些异常的判定结果。

通过如上所述的功能结构，实现本实施方式的异常监测处理。

在图5所示的功能框图中，数据集生成部152以及特征提取部154中的处理是针对从现场收集的状态值、或者通过控制运算的执行而算出或更新的内部状态值即输入数据，以下总称为“输入数据处理50”。另一方面，得分计算部156以及判定部158中的处理是利用通过输入数据处理50而算出的结果，以下总称为“数据利用处理60”。

＜E.程序的周期执行＞

接下来，对本实施方式的控制装置100中的程序的周期执行进行说明。

图6是表示构成本实施方式的控制系统1的控制装置100中的程序的周期执行的一例的示意图。控制装置100中，以任务这一单位来执行一个或多个处理。

图6中表示执行初级固定周期任务70、固定周期任务80以及系统服务任务90这三种任务的示例。设各任务分别以各自的核心来执行。

由核心1执行的初级固定周期任务70包含应在控制装置100中最优先执行的处理，在相当于控制周期的每个初级周期71周期性地执行。

更具体而言，初级固定周期任务70包含I/O刷新处理72、用户程序执行处理74以及运动控制处理76。I/O刷新处理72是与现场之间更新输入数据以及输出数据的处理。另外，在控制装置100中，在程序中参照的值是以变量的形式进行管理，因此I/O刷新处理72意味着周期性地更新对应的变量的值的处理。用户程序执行处理74是依据用户程序128中记述的命令来执行处理的处理。用户程序128是根据控制对象而任意制作，包含使用在IEC61131-3中规定的语言而记述的序列程序等。

运动控制处理76包含依据用户程序128中所含的运动命令的处理(典型的是，与马达的位置控制或速度控制相关的处理)。

在初级固定周期任务70中，I/O刷新处理72、用户程序执行处理74以及运动控制处理76全部是在每个初级周期71执行。

由核心2执行的固定周期任务80包含优先级比初级固定周期任务70低的处理，在相当于控制周期的整数倍的每个固定周期81周期性地执行。固定周期81相当于初级固定周期任务70的整数倍(2以上)的长度。

更具体而言，固定周期任务80是与初级固定周期任务70同样地，包含I/O刷新处理82、用户程序执行处理84以及运动控制处理86。除了执行周期不同以外，I/O刷新处理82、用户程序执行处理84以及运动控制处理86的处理内容与I/O刷新处理72、用户程序执行处理74以及运动控制处理76的处理内容同样。

由核心3执行的系统服务任务90是根据状况而执行。典型的是，系统服务任务90分配有每当事件发生时执行的处理。更具体而言，系统服务任务90包含数据保存处理92、得分计算/判定处理94以及文件转发处理96等。

数据保存处理92包含下述处理，即，将数据集生成部152所参照的一个或多个输入数据、以及由特征提取部154所生成的一个或多个特征量保存到主存储装置106或者二次存储装置108等存储区域中。即，对于系统服务任务90，分配有对通过被分配给初级固定周期任务70的特征提取处理164以及被分配给固定周期任务80的特征提取处理164而生成的数据进行保存的处理。

得分计算/判定处理94相当于得分计算部156以及判定部158中的处理。即，对于系统服务任务90，分配有根据通过被分配给初级固定周期任务70的特征提取处理164、以及被分配给固定周期任务80的特征提取处理164而生成的数据来算出规定指标的处理。

文件转发处理96包含将保存在主存储装置106或者二次存储装置108等存储区域中的数据发送至上位服务器300等的处理。

＜F.异常监测处理的实现例＞

接下来，对使用图6所示的程序的周期执行来实现异常监测处理的实现例进行说明。

图7是表示与构成本实施方式的控制系统1的控制装置100中的异常监测处理相关的实现例的示意图。参照图7，数据集生成部152以及特征提取部154中的处理(输入数据处理50)基本上作为初级固定周期任务70而周期执行。

更具体而言，数据集生成部152所进行的关于一个或多个输入数据(从监测对象获得的传感数据)的数据收集处理162的至少一部分包含在I/O刷新处理72中。而且，特征提取部154所进行的特征提取处理164的至少一部分包含在用户程序执行处理74中。由特征提取处理164所提取的特征量与用于确定对象帧的识别信息一同保存在控制装置100的存储区域中(数据保存)。

如图7所示，与输入数据的收集以及特征量的提取相关的处理将在每个初级周期71执行。另外，特征量是基于包含各帧的数据的数据集而提取，因此并不限于在每个初级周期71提取。

在异常监测处理中使用的特征量是根据监测对象而任意选择。即，在异常监测处理中，从任意的输入数据提取任意种类的特征量。任意的输入数据不仅是从现场直接收集的状态值，也有时使用执行了规定的预处理等所得的结果。此种预处理也能够包含在初级固定周期任务70中，但也有时包含在固定周期任务80中。

图8是表示与构成本实施方式的控制系统1的控制装置100中的异常监测处理相关的另一实现例的示意图。参照图8，在特征提取部154所进行的特征提取处理164中，除了初级固定周期任务70的数据收集处理162周期性地更新的输入数据以外，还使用固定周期任务80的数据收集处理162周期性地更新的输入数据来提取特征量。

图8所示的示例中，初级固定周期任务70中所含的特征提取处理164是在每个初级周期71周期执行，与此相对，固定周期任务80的数据收集处理162对输入数据的更新周期为固定周期81。其结果，固定周期任务80的数据收集处理162所进行的从输入数据提取特征量的提取处理将重复地执行。这意味着执行不必要的特征量的提取处理。

在控制装置100中，必须使用有限的计算资源，在经指定的每个周期反复执行各任务，因而存在欲极力排除图8所示的无效率的处理这一潜在要求。即，存在欲降低对控制装置100所提供的控制性能的影响这一要求。

针对此种要求，本实施方式的控制装置100如以下所说明的那样，提供一种数据处理的结构，能够针对多个并列执行的每个任务而使输入数据的更新以及特征量的提取最佳化。

图9是表示与构成本实施方式的控制系统1的控制装置100中的异常监测处理相关的又一实现例的示意图。图9所示的实现例中，特征提取部154所进行的特征提取处理164也包含在固定周期任务80的用户程序执行处理84中。用户程序执行处理84的特征提取处理164从固定周期任务80的数据收集处理162周期性地更新的输入数据中提取特征量。

即，图9所示的实现例中，对于在初级固定周期任务70中使用在每个初级周期71受到更新的输入数据的输入数据处理50，作为相同的初级固定周期任务70来执行，而对于在固定周期任务80中使用在每个固定周期81受到更新的输入数据的输入数据处理50，作为相同的固定周期任务80来执行。

通过采用图9所示的结构，能够实现有效率的特征量的提取处理。通过有效率地利用计算资源，能够降低发生各任务的周期超过等的可能性。

＜G.数据处理＞

接下来，对用于实现图9所示的每个任务的特征量提取处理的数据处理的一例进行说明。

图10是用于说明与图8所示的异常监测处理的实现例对应的数据处理的示意图。参照图10，作为一例，设想I/O单元124从现场周期性地获取三个输入数据(IN_01、IN_02、IN_03)的情况。

此处，设输入数据IN_01在初级固定周期任务70中被参照，输入数据IN_02在固定周期任务80中被参照，输入数据IN_03在初级固定周期任务70以及固定周期任务80中被参照。

I/O单元124所获取的输入数据被周期性地转发至内部总线控制器122的I/O存储器。即，内部总线控制器122的I/O存储器的内容周期性地受到更新。此处，设输入数据IN_01、IN_02、IN_03在每个初级周期71受到更新。

在初级固定周期任务70中，除了特征量提取以及控制运算所需的输入数据IN_01、IN_03以外，仅特征量提取所需的输入数据IN_02也被转发至缓冲器。向缓冲器的转发是在每个初级周期71反复执行。从转发至缓冲器的输入数据IN_01、IN_02、IN_03中提取特征量_01、特征量_02、特征量_03，进而写入至系统服务任务90可参照的主存储装置106内的缓冲器中。在系统服务任务90中，参照主存储装置106内的缓冲器来执行数据保存处理92。

另一方面，在固定周期任务80中，控制运算所需的输入数据IN_02、IN_03被转发至缓冲器。基于转发至缓冲器的输入数据IN_02、IN_03来执行控制运算。

图10所示的数据处理中，输入数据IN_02只是为了初级固定周期任务70中的特征量提取，而从内部总线控制器122的I/O存储器转发至缓冲器，造成无效率的计算资源的利用。

图11是用于说明与图9所示的异常监测处理的实现例对应的数据处理的示意图。相对于图10所示的数据处理，在图11所示的数据处理中，输入数据IN_02仅在固定周期任务80中被参照，因此在初级固定周期任务70中，输入数据IN_02不转发至缓冲器。即，仅在固定周期任务80，输入数据IN_02不转发至缓冲器。其结果，输入数据IN_02向缓冲器的转发周期并非初级周期71，而是固定周期81。

并且，在固定周期任务80中，从转发至缓冲器的输入数据IN_02中提取特征量_02，进而写入至系统服务任务90可参照的主存储装置106内的缓冲器中。

这样，对于在初级固定周期任务70中的控制运算中不参照的输入数据IN_02，不进行初级周期71内的向缓冲器的转发、或初级固定周期任务70中的特征量的提取等处理，而以与向缓冲器的转发周期相同的固定周期81来提取特征量。由此，能够避免无效率的特征量的提取处理等，从而能够实现计算资源的有效率的利用。

＜H.用户接口＞

接下来，对用于实现图8～图11所示的异常监测处理的用户接口的一例进行说明。

如图8～图11所示，在对以不同的周期而周期执行的各个任务分配输入数据处理50的情况下，必须将与各输入数据对应的数据收集处理162以及特征提取处理164登记到同一任务中。例如，对于同一输入数据，必须避免如下的设定，即，数据收集处理162包含在初级固定周期任务70中，而特征提取处理164包含在固定周期任务80中。

即，若要以多个不同的周期来分别执行特征量的提取等输入数据处理50，则优选向用户提供下述结构，即，能够容易地设定以哪个周期来执行各特征量的提取是有效率的。

因此，本实施方式的控制系统1中，提供能够根据所参照的输入数据来使输入数据处理50的分配最佳化的用户接口。本实施方式的控制系统1中，典型的是，用于进行各种设定的用户接口是由支持装置200来提供。

图12是表示构成本实施方式的控制系统1的支持装置200所提供的用户接口画面的一例的图。图12所示的用户接口画面250受理各种设定。用户接口画面250通过设定登记按钮252受到选择，从而成为被用于输入数据处理50的输入数据(登记变量)的设定受理状态。

用户在登记变量名设定栏256中设定用于特征量提取的输入数据(变量)。此时，用户在数据类型设定栏258中对所设定的输入数据的数据类型进行设定。另外，数据类型设定栏258的数据类型也可参照设定信息等，而与所设定的输入数据对应地自动反映。

另外，设图12所示的INPUT1、INPUT2、INPUT3分别对应于图10以及图11所示的输入数据IN_01、IN_02、IN_03。

用户接口画面250具有周期设定按钮260，通过周期设定按钮260受到选择，从而对于分配给多个不同的周期(任务)皆可的输入数据，能够进行分配给任一周期(任务)的设定。

图13是表示图12的用户接口画面250的周期设定按钮260受到选择时的用户接口画面270的一例的图。在图13所示的用户接口画面270上，显示可分配给以多个不同的周期而执行的任务的输入数据(变量)，并且受理分配给哪个任务的选择。

更具体而言，用户接口画面270包含显示对象输入数据的对象变量显示272与任务选择栏274。在任务选择栏274中，作为一例，可进行(1)默认设定以及(2)控制资源确保设定的选择。当(1)默认设定受到选择时，对象输入数据的输入数据处理50被分配给初级固定周期任务70。另一方面，当(2)控制资源确保设定受到选择时，分配给固定周期任务80。在任一者受到选择后，当确认按钮276受到选择时，对针对对象输入数据的设定进行更新后，返回图12所示的用户接口画面250。

这样，对于分配给以多个不同的周期而执行的任务皆可的输入数据(变量)，能够根据监测对象等来由用户任意设定。即，支持装置200在某数据收集处理162(第二数据收集处理)以及对应的特征提取处理164(第二数据加工处理)被分配给初级固定周期任务70以及固定周期任务80皆可的情况下，受理分配给哪个任务的设定。

再次参照图12，用户接口画面250具有反映按钮262，通过反映按钮262受到选择，从而基于分配给各任务的处理所参照的输入数据与被设定为输入数据处理50的对象的输入数据的关系，来决定将关于各输入数据的输入数据处理50分配给哪个任务。

此时，优先反映在图13所示的用户接口画面270上所设定的内容。并且，将分配结果通知给用户。

图14是表示图12的用户接口画面250的反映按钮262受到选择时的用户接口画面280的一例的图。图14所示的用户接口画面280包含：显示被分配给初级固定周期任务70的输入数据的初级固定周期任务栏282、以及显示被分配给固定周期任务80的输入数据的固定周期任务栏284。

在初级固定周期任务栏282以及固定周期任务栏284中，以视觉方式显示被分配给各任务的输入数据。进而，用户针对各输入数据，能够利用容易的操作来变更分配目标任务。例如，通过用户所进行的拖曳(drag)操作，能够变更各输入数据的分配目标任务。

即，支持装置200受理数据收集处理162(第二数据收集处理)以及对应的特征提取处理164(第二数据加工处理)的分配目标任务的变更。

最终，通过用户选择确认按钮286，从而决定各输入数据的分配目标任务。

＜I.变形例＞

所述说明中，作为数据加工处理的一例，例示了被用于异常监测处理的特征提取处理164，但数据加工处理的内容并不限于此。

例如，作为数据加工处理的另一例，可列举单位转换处理。由现场装置群10从现场获取的状态值由于模拟/数字转换器等的处理特性，也有时要作为规格化为规定范围(例如0-1023位(digit))的状态值来保持。优选将此种规格化为规定范围的值转换成实际现场的物理量(例如温度、旋转速度、流速等)后进行处理的情况也多。

因此，在单位转换处理中，可能包含将控制装置100所管理的状态值(输入数据)转换成现场实际的物理量后提供给内部处理或外部装置的处理。这样，数据加工处理也可包含将通过数据收集处理162而收集的输入数据转换成对应的物理量的处理。

而且，作为数据加工处理的另一例，可列举数据转发的预处理等。例如，若设想利用控制装置100来作为物联网(Internet of Things，IoT)的网关(gateway)的情况，则必须以适合于收授数据的对象侧的数据格式来发送指定的信息。此种情况下，必须将控制装置100所管理的状态值(输入数据)依据送出前的规定格式进行成型。这样，作为数据加工处理的一例，也可包含数据的成型处理。

作为数据的成型处理的具体例，设想按照预先规定的次序来依序配置预先规定的信息的处理。这样，数据加工处理也可包含将通过数据收集处理162而收集的一个或多个输入数据成型为规定格式的处理。

＜J.附注＞

如上所述的本实施方式包含如下所述的技术思想。

[结构1]

一种控制系统，包括：

控制装置(100)，执行用于对控制对象进行控制的控制运算；以及

支持装置(200)，设定由所述控制装置所执行的控制运算的内容，

所述控制装置包括第一运算部(1021)与第二运算部(1022)，所述第一运算部(1021)用于以第一控制周期(71)来周期执行分配有一个或多个处理的第一任务(70)，所述第二运算部(1022)用于以比所述第一控制周期长的第二控制周期(81)来周期执行分配有一个或多个处理的第二任务(80)，

所述控制运算包含数据收集处理(162)与数据加工处理(164)，所述数据收集处理(162)是收集在所述控制装置中能参照的输入数据的处理，所述数据加工处理(164)是对所述收集的输入数据进行加工而生成新数据的处理，

对于所述第一任务，分配有以第一输入数据作为对象的第一数据收集处理以及对应的第一数据加工处理，

根据经由所述支持装置的设定，以第二输入数据作为对象的第二数据收集处理以及对应的第二数据加工处理被分配给所述第一任务以及所述第二任务中的任一个。

[结构2]

根据结构1所述的控制系统，其中所述控制装置还包括第三运算部(1023)，所述第三运算部(1023)用于根据状况来执行分配有一个或多个处理的第三任务(90)。

[结构3]

根据结构2所述的控制系统，其中对于所述第三任务，分配有对通过所述第一数据加工处理以及所述第二数据加工处理而生成的数据进行保存的处理(92)。

[结构4]

根据结构2或3所述的控制系统，其中对于所述第三任务，分配有根据通过所述第一数据加工处理以及所述第二数据加工处理而生成的数据来算出规定指标的处理(94)。

[结构5]

根据结构1至4中任一项所述的控制系统，其中所述数据加工处理包含根据通过所述数据收集处理而收集的多个输入数据来算出特征量的处理(164)。

[结构6]

根据结构1至5中任一项所述的控制系统，其中所述数据加工处理包含将通过所述数据收集处理而收集的输入数据转换成对应的物理量的处理。

[结构7]

根据结构1至6中任一项所述的控制系统，其中所述数据加工处理包含将通过所述数据收集处理而收集的一个或多个输入数据成型为规定格式的处理。

[结构8]

根据结构1至7中任一项所述的控制系统，其中所述支持装置在所述第二数据收集处理以及所述第二数据加工处理被分配给所述第一任务以及所述第二任务皆可的情况下，受理分配给哪个任务的设定(270)。

[结构9]

根据结构8所述的控制系统，其中所述支持装置受理所述第二数据收集处理以及所述第二数据加工处理的分配目标任务的变更(280)。

[结构10]

一种控制装置(100)，执行用于对控制对象进行控制的控制运算，所述控制装置(100)包括：

第一运算部(1021)，用于以第一控制周期(71)来周期执行分配有一个或多个处理的第一任务(70)；以及

第二运算部(1022)，用于以比所述第一控制周期长的第二控制周期(81)来周期执行分配有一个或多个处理的第二任务(80)，

所述控制运算包含数据收集处理(162)与数据加工处理(164)，所述数据收集处理(162)是收集在所述控制装置中能参照的输入数据的处理，所述数据加工处理(164)是对所述收集的输入数据进行加工而生成新数据的处理，

对于所述第一任务，分配有以第一输入数据作为对象的第一数据收集处理以及对应的第一数据加工处理，

根据外部设定，以第二输入数据作为对象的第二数据收集处理以及对应的第二数据加工处理被分配给所述第一任务以及所述第二任务中的任一个。

＜K.优点＞

根据本实施方式的控制系统，对于周期执行的初级固定周期任务70以及固定周期任务80中的任一个，均能够分别独立地分配数据收集处理162以及特征提取处理164(数据加工处理)，因此，通过根据对于设为处理对象的输入数据所要求的处理性能或输入数据的属性等来分配给更适当的任务，从而能够实现有效率的处理。

而且，根据本实施方式的控制系统，准备有在分配给初级固定周期任务70以及固定周期任务80皆可的情况下将此意旨通知给用户的用户接口，因此能够防止数据收集处理162与对应的特征提取处理164(数据加工处理)被误分配给不同的任务。

应认为，此次公开的实施方式在所有方面仅为例示而非限制者。本发明的范围是由权利要求而非所述说明所示，且意图包含与权利要求均等的含义及范围内的所有变更。

符号的说明

1：控制系统

2：第一现场总线

4：第二现场总线

6：局域网

10：现场装置群

12：远程I/O装置

14：继电器群

16、124：I/O单元

18：图像传感器

20：摄像机

22：伺服驱动器

24：伺服马达

50：输入数据处理

60：数据利用处理

70、80：固定周期任务

71：初级周期

72、82：I/O刷新处理

74、84：用户程序执行处理

76、86：运动控制处理

81：固定周期

90：系统服务任务

92：数据保存处理

94：判定处理

96：文件转发处理

100：控制装置

102、202：处理器

104：芯片组

106、206：主存储装置

108、208：二次存储装置

110、214：局域网控制器

112、212：USB控制器

114：存储卡接口

116：存储卡

118、120：现场总线控制器

122：内部总线控制器

126：系统程序

128：用户程序

130：学习数据

152：数据集生成部

154：特征提取部

156：得分计算部

158：判定部

162：数据收集处理

164：特征提取处理

200：支持装置

204：驱动器

205：存储介质

216：输入部

218：显示部

220：总线

230：数据挖掘工具

240：设定工具

250、270、280：用户接口画面

252：设定登记按钮

256：登记变量名设定栏

258：数据类型设定栏

260：周期设定按钮

262：反映按钮

272：对象变量显示

274：任务选择栏

276、286：确认按钮

282、284：固定周期任务栏

300：上位服务器

400：HMI

1021、1022、1023、1024：核心

Claims (10)

1.一种控制系统，包括：

控制装置，执行用于对控制对象进行控制的控制运算；以及

支持装置，设定由所述控制装置所执行的控制运算的内容，

所述控制装置包括第一运算部与第二运算部，所述第一运算部用于以第一控制周期来周期执行分配有一个或多个处理的第一任务，所述第二运算部用于以比所述第一控制周期长的第二控制周期来周期执行分配有一个或多个处理的第二任务，

所述控制运算包含数据收集处理与数据加工处理，所述数据收集处理是收集在所述控制装置中能参照的输入数据的处理，所述数据加工处理是对所述收集的输入数据进行加工而生成新数据的处理，

对于所述第一任务，分配有以第一输入数据作为对象的第一数据收集处理以及对应的第一数据加工处理，

根据经由所述支持装置的设定，以第二输入数据作为对象的第二数据收集处理以及对应的第二数据加工处理被分配给所述第一任务以及所述第二任务中的任一个。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其中所述控制装置还包括第三运算部，所述第三运算部用于根据状况来执行分配有一个或多个处理的第三任务。

3.根据权利要求2所述的控制系统，其中对于所述第三任务，分配有对通过所述第一数据加工处理以及所述第二数据加工处理而生成的数据进行保存的处理。

4.根据权利要求2或3所述的控制系统，其中对于所述第三任务，分配有根据通过所述第一数据加工处理以及所述第二数据加工处理而生成的数据来算出规定指标的处理。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的控制系统，其中所述数据加工处理包含根据通过所述数据收集处理而收集的多个输入数据来算出特征量的处理。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的控制系统，其中所述数据加工处理包含将通过所述数据收集处理而收集的输入数据转换成对应的物理量的处理。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的控制系统，其中所述数据加工处理包含将通过所述数据收集处理而收集的一个或多个输入数据成型为规定格式的处理。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的控制系统，其中所述支持装置在所述第二数据收集处理以及所述第二数据加工处理被分配给所述第一任务以及所述第二任务皆可的情况下，受理分配给哪个任务的设定。

9.根据权利要求8所述的控制系统，其中所述支持装置受理所述第二数据收集处理以及所述第二数据加工处理的分配目标任务的变更。

10.一种控制装置，执行用于对控制对象进行控制的控制运算，所述控制装置包括：

第一运算部，用于以第一控制周期来周期执行分配有一个或多个处理的第一任务；以及

第二运算部，用于以比所述第一控制周期长的第二控制周期来周期执行分配有一个或多个处理的第二任务，

所述控制运算包含数据收集处理与数据加工处理，所述数据收集处理是收集在所述控制装置中能参照的输入数据的处理，所述数据加工处理是对所述收集的输入数据进行加工而生成新数据的处理，

对于所述第一任务，分配有以第一输入数据作为对象的第一数据收集处理以及对应的第一数据加工处理，

根据外部设定，以第二输入数据作为对象的第二数据收集处理以及对应的第二数据加工处理被分配给所述第一任务以及所述第二任务中的任一个。

Images