JP2001514405A - 分散型制御システム内でアルゴリズム・ブロック間の異質のデータの流れを達成するためのシステムと方法 - Google Patents

分散型制御システム内でアルゴリズム・ブロック間の異質のデータの流れを達成するためのシステムと方法

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Abstract

(57)【要約】 制御システム実時間内で第１のアルゴリズム・ブロックと第２のアルゴリズム・ブロックの間の異質のデータの流れを達成するためのシステムと方法、ならびにそのシステムとその方法を使用した分散型実時間プロセス制御システムを提供する。一実施形態では、システムは、（１）第２のアルゴリズム・ブロックを含む制御モジュールに関連し、第２のアルゴリズム・ブロック内でコネクタ・リソースの割振りを要求せずに第１のアルゴリズム・ブロックから第２のアルゴリズム・ブロックへのデータの通信を提供する受動的な接続と、（２）第２のアルゴリズム・ブロックに関連し、第２のアルゴリズム・ブロック内で専用コネクタ・リソースを使用して第１のアルゴリズム・ブロックから第２のアルゴリズム・ブロックへのデータの通信を提供する能動的な接続とを含み、これによって制御システムは受動的な接続と能動的な接続の両方を介して第２のアルゴリズム・ブロックへデータを提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （発明の技術分野） 本発明は、一般に計算システムおよび処理システムに関し、特に、分散型制御
システム内でアルゴリズム・ブロックのパラメータ間の異質のデータの流れの接
続性を確保する計算システムおよび処理システム、およびこのような接続性を提
供する方法に関する。
【０００２】 （発明の背景） 自動化されたプラント制御システムは、総合的なアルゴリズムのセットまたは
ソフトウェアで定義可能なプロセス制御ルーチンを含み、たとえば製造設備など
の中で種々のプロセスを制御し監視する。制御システムは設備のグローバルな、
または指定された部分内の幅広いプロセス要件を満たすように調整することがで
きる。これまで制御システムは、各々が独自のプロセッサまたはファームウェア
を有し、通信バスによってリンクされた種々のモジュールを含み、その結果分散
型プロセス制御システムを形成していた。システムの分散された性質によって、
高性能と、設備内の成長または変更を満足させるためにシステムを少しずつ拡張
する能力が与えられた。
【０００３】 自動化されたプラント管理の第１の目的は、すべてのプロセスのプラント全体
の制御を統合し、それによって設備の全体的な効率を向上させるプロセス制御ス
キームを提供することである。プロセス制御システムは一般に、たとえばソフト
ウェアで定義可能なプロセス制御ルーチンなどのカスタムなプロセス制御戦略を
作成する手段を提供する。オブジェクト指向型のプログラミング環境では、完全
な制御戦略は「ブロック」「パラメータ」「接続」と呼ばれるより小さな構成要
素から構築される。ブロックは基本的な制御計算のデータとアルゴリズムをカプ
セル化するために使用されるソフトウェア構造であり、パラメータはブロック内
の個別のデータ片へのインタフェースを定義し、接続はデータをブロックのパラ
メータ間で流れるようにする。
【０００４】 接続の基本的な機能は、異なるブロックのパラメータ間でデータの流れを確保
することである。しかし、ブロックのアルゴリズムの設計によっては、簡単な接
続性とデータの流れを図っただけでは十分ではない場合がある。異なるブロック
のアルゴリズムが接続機能の異なる要素を要求する場合がある。たとえば、ブロ
ックのアルゴリズムが、一般に、渡されたデータのタイプについて暗示的な知識
を有していても、アルゴリズムによってはこの暗示的な知識以上のものを要求す
る場合があり、いくつかのアルゴリズムは接続サービスによって提供されるべき
明示的なデータ・タイプ情報を必要とする。
【０００５】 さらに、いくつかのブロックのアルゴリズムは組み込まれた安全処理を実装し
ている場合があり、この場合、渡されたデータの値の知識だけではなく、接続の
連続性が維持されたかどうかを知らせる状態情報も要求され、いくつかの場合で
は、接続性が失われる原因になる可能性もある、異なるタイプの故障を区別する
状態情報も必要となる場合がある。状態やデータ・タイプへの明示的なアクセス
を必要としないブロックのアルゴリズムも、接続の連続性が失われた場合に送ら
れたデータの予想可能な挙動を要求することがあり、このようなブロックは、使
用できる「フェールセーフ」値が送られてくる必要がある。そのフェースセール
値は異なるデータタイプについては異なる場合もある。
【０００６】 いくつかのブロックのアルゴリズムは、少数のプロセス制御戦略内だけで接続
されるパラメータを要求することもあり、または、ブロックは臨時に接続が必要
となることもあるが、これらはデータ・タイプや状態への明示的なアクセスを必
要としない。さらに、いくつかのブロックは時々接続を必要とするすべてのパラ
メータについて専用リソースを割り振ることができない場合がある。ブロックの
アルゴリズムの全てのセットは、実装固有のアルゴリズムによって必要とされる
時にパラメータが接続される構成モデルをユーザに提供しなければならず、プロ
セス制御スキームを構築するシステムは、便利なように、かつ接続を確立する目
的だけのためのブロックの追加を必要としないように、ブロック間でデータの共
有を可能にすべきである。
【０００７】 したがって、当技術分野で必要なのは、分散型制御システム内でアルゴリズム
・ブロックのパラメータ間の異質のデータの流れの接続性を達成するより強力で
融通性の高い形のデータ・アクセスである。
【０００８】 （発明の概要） 従来技術の上記の欠点に対処するために、本発明の第１の目的は、制御システ
ム内でパラメータを通信するためにデータの流れを確保するより融通性の高い方
法を提供することである。
【０００９】 上記の第１の目的を達成するために、本発明は、制御システム内の第１のアル
ゴリズム・ブロックと第２のアルゴリズム・ブロックの間の異質のデータの流れ
を達成するためのシステムと方法、ならびにそのシステムとその方法を使用した
分散型実時間プロセス制御システムを提供する。一実施態様では、システムは、
（１）第２のアルゴリズム・ブロックを含む制御モジュールに関連し、第２のア
ルゴリズム・ブロック内でコネクタ・リソースの割振りまたは第２のアルゴリズ
ム・ブロックによる明白なアクティビティを要求せずに第１のアルゴリズム・ブ
ロックから第２のアルゴリズム・ブロックへのデータの通信を行う受動的な接続
と、（２）第２のアルゴリズム・ブロックに関連し、第２のアルゴリズム・ブロ
ック内で専用コネクタ・リソースと処理アクティビティを使用して第１のアルゴ
リズム・ブロックから第２のアルゴリズム・ブロックへのデータの通信を行う能
動的な接続とを含み、これによって制御システムは受動的な接続と能動的な接続
の両方を介して第２のアルゴリズム・ブロックへデータを与えることができる。
【００１０】 本明細書に使用されている「接続」という言葉は、ここに記述された機能を個
別にあるいは組み合わせて提供するように動作する、任意のソフトウェアで定義
可能なルーチンまたは複数のルーチンと関連するデータであり、「能動的な接続
」は２つの接続されたブロックのうち１つの能動的なサービスと、そのブロック
内に格納された参照データを介してアルゴリズム・ブロック間でデータの接続性
を確保し、「受動的な接続」はどちらかの接続されたブロックの側で明示的な動
作なしに、またどちらかのブロック内に格納された参照データの使用なしに２つ
のアルゴリズム・ブロック間でデータの接続性を確保する。受動的な接続は、受
動的な接続によって接続された１つあるいは両方のアルゴリズム・ブロックを囲
む制御モジュールのデータとサービスを介して実現される。
【００１１】 したがって本発明は、異なるアルゴリズム・ブロックがしばしば異なるレベル
のパラメータ・アクセスを要求するという事実を反映して、複数の、つまり「異
質な」接続タイプを確立する広い概念を導入する。本発明は、すべてのパラメー
タ通信を処理するために単一の融通性のないタイプの接続を提供するのではなく
、必要とされ、リソース効率が高い時だけ強力で能動的な接続が確立され、能動
的な接続が必要でない時には受動的な接続が確立されるようにし、能動的な接続
も受動的な接続も単一のアルゴリズム・ブロックによって使用され、これによっ
て制御システムは処理とリソース効率の両方について最適化される。
【００１２】 本発明の一実施態様では、受動的な接続によって通信されるデータはデータの
タイプを含まない。アルゴリズム・ブロックが通信されているデータのタイプの
暗示的な知識を有するのに対し、データのタイプを明示的に通信しないことによ
って、アルゴリズム・ブロック間のデータの通信に専用化されたシステム・リソ
ースの量が減る。同様に、一実施態様では、受動的な接続によって通信されたデ
ータは受動的な接続の状態（たとえば使用可能性）を含まない。しかし関連する
実施態様では、第１のアルゴリズム・ブロックと第２のアルゴリズム・ブロック
の間の受動的な接続が失われた（つまり、使用可能でない）時、制御モジュール
は第２のアルゴリズム・ブロックにフェールセーフ値を与える。当業者であれば
、制御システム内でフェールセーフ値を通信することの重要性を熟知しているで
あろう。本発明は、受動的な接続でもフェールセーフ値の通信を可能にする。
【００１３】 一実施態様では、能動的な接続によって通信されたデータは、そのデータのタ
イプを含む。関連する実施態様では、能動的な接続によって通信されたデータは
能動的な接続の状態を含む。アルゴリズム・ブロックにデータ・タイプまたは接
続の状態を通信する能力を与えると、追加のシステム・リソースの割振りが要求
されるが、このようなアルゴリズム・ブロックを使用している制御プロセスの設
計にさらに融通性が与えられる。
【００１４】 一実施態様では、第２のアルゴリズム・ブロックを含む制御モジュールはさら
に、第１のアルゴリズム・ブロックを含む。制御システムはそれに関連したアル
ゴリズム・ブロックを有する多くの制御モジュールを使用する場合がある。本発
明は、第１のアルゴリズム・ブロックが第２のアルゴリズム・ブロックと同じ制
御モジュールの中に含まれているかどうかにかかわらず、受動的接続または能動
的接続を使用して、第１のアルゴリズム・ブロックから第２のアルゴリズム・ブ
ロックへのデータの通信を可能にする。
【００１５】 本発明の一実施態様では、制御システムは分散型実時間プロセス制御システム
である。しかし当業者であれば、本発明をすべてのタイプの制御システムで使用
する方法を考えつくであろう。
【００１６】 前記は、当業者が以下の詳細な記述をよりよく理解できるように本発明の特徴
と技術的な利点をかなりおおまかに概略したものである。本発明のさらなる特徴
と利点は、本発明の請求項の主題を形成する以下に記述される。当業者であれば
容易に、開示された概念と特定の実施態様を、本発明の同じ目的を実施するため
に他の構成を調整、または設計するための基礎として使用できることが分かるで
あろう。当業者であれば、このような同等の構成は、本発明のより広い形におけ
る精神と範囲を離れるものでないことが理解されるであろう。
【００１７】 次に、本発明とその利点をより完全に理解するために、添付の図面に関して行
う以下の説明を参照する。図面中、同じ番号は同じ要素を示す。
【００１８】 （詳細な説明） 本発明のシステムと方法の例としての実施形態を説明する前に、本発明が適切
に使用されるまたは実装される計算システムの環境またはプロセス・システムの
環境を記述すると役に立つであろう。まず図１を参照すると、本発明が適切に使
用される、例としての分散型実時間プロセス制御システム（全体として１００と
示される）の機能図が示されている。
【００１９】 明らかなように、プロセス・システム１００はサーバ１１０とコントローラ・
ネットワーク１１１を有するコンピュータ・ネットワークを含む。コントローラ
・ネットワーク１１１はサーバ１１０とプロセス・コントローラ（全体として１
２１と示される）の間のインタフェースを提供し、コントローラ・ネットワーク
１１１は、例えば、サーバ１１０とプロセス・コントローラ１２１の間で監視メ
ッセージを搬送し、プロセス・コントローラ１２１の間でピアツーピア・メッセ
ージを搬送する。プロセス・コントローラ１２１はＩ／Ｏネットワーク１１２を
介して入力／出力（「Ｉ／Ｏ」）装置と通信する。プロセス・コントローラ１２
１は、Ｉ／Ｏ装置１２２とＩ／Ｏネットワーク１１２を介してプロセス・センサ
とアクチュエータ１３０からのデータを制御し受信するために、ソフトウェアで
定義可能なプロセス制御ルーチンを実行するように適応されている。当業者であ
れば、種々の製品の製造に使用される電気的に制御可能なモータ、バルブ、ポン
プなど、種々のタイプのプロセス・センサとアクチュエータ１３０を熟知してい
るであろうし、本発明の原理は特定のプロセスまたは処理システムに限定される
ものではなく、任意のこのようなシステムの利便のために容易に使用されること
を理解されるであろう。
【００２０】 一実施形態では、プロセス制御システム１００は、サーバ１１０と遠隔ワーク
ステーション（全体として１４０と示される）の間でインタフェースを提供する
ローカル・エリア・ネットワーク（「ＬＡＮ」）１１３をさらに含む。遠隔ワー
クステーション１４０は、プロセス制御システム１００の動作を制御し、監視す
るためにシステム・オペレータによって使用される。ＬＡＮ１１２とコントロー
ラ・ネットワーク１１１は別のネットワークとして図示されているが、同じ場合
もある。つまり、遠隔ワークステーション１４０とプロセス・コントローラ１２
０が同じネットワーク送信媒体を共有する場合もある。しかし当業者であれば、
制御システムとオペレータ・ワークステーションについて別のネットワークを提
供すると分散型実時間プロセス制御システムの信頼性を高めることが分かるであ
ろう。たとえばプロセスに関連したデータをサーバ１１０からオペレータ・ワー
クステーション１４０に分配することに関連する、ＬＡＮ１１２上のネットワー
ク・トラフィックは、制御ネットワーク１１１を介してサーバ１１０と遠隔プロ
セス・コントローラ１２０の間で送信されるプロセス制御情報に干渉しない。
【００２１】 ソフトウェアで定義可能なプロセス制御ルーチンは、サーバ１１０、ワークス
テーション１４０、プロセス・コントローラ１２１のような任意のディジタル処
理システムによって実行される。図２は、本発明の原理を具体化する、ソフトウ
ェアで定義可能なプロセス制御ルーチンを実行するために使用される、例として
のディジタル処理システム２００の高いレベルの構成図を示す。例としてのディ
ジタル処理システム２００は、マイクロプロセッサ２１０、非揮発性メモリ２２
０、ランダム・アクセス・メモリ（「ＲＡＭ」）２３０を含む。非揮発性メモリ
２２０は、ソフトウェアで定義可能なプロセス制御ルーチンを格納するために使
用され、たとえば、プログラミング可能な読込み専用メモリ（「ＰＲＯＭ」）、
フラッシュＲＯＭ、磁気記憶媒体を含む。非揮発性メモリ２２０内に格納されて
いるソフトウェアで定義可能なプロセス制御ルーチンは、マイクロプロセッサ２
１０によって実行可能である。マイクロプロセッサはＲＡＭ２３０を使用して、
ルーチンが実行される時にプロセス制御ルーチンの全部または一部を格納し、同
時にプロセス・センサとアクチュエータ１３０に関連するプロセス制御データを
格納する。例としてのディジタル処理システム２００の記述は説明のためのもの
であり、当業者であれば、本発明の原理を使用した、ソフトウェアで定義可能な
プロセス制御ルーチンはディジタル処理システム２００用の特定のハードウェア
実装に限定されず、こういったすべてのシステムが以下の請求項の範囲に含まれ
ることが分かるであろう。
【００２２】 本発明は、分散型制御システム内のアルゴリズム・ブロック間の「異質な」デ
ータの流れを実行するためのシステムと方法を開示する。異質なデータの流れは
、ここでは「能動的」と「受動的」と定義される２つのクラスの接続サービスの
使用可能性を図るものである。能動的な接続は、ブロック設計者によりブロック
内でオブジェクトとして割り振られた処理リソースである能動的なコネクタの使
用を介して確立される。能動的なコネクタは、基本的なデータの流れと共に、参
照されたパラメータのデータ・タイプと、維持された接続の状態について完全な
情報を提供する。能動的な接続は、機能するためにブロックのアルゴリズムから
能動的な関係を要求するので「能動的」と呼ばれる。これらはまた、ブロック内
で割り振られたリソースに依拠しているので「内部」接続とも呼ばれる。能動的
なコネクタは専用リソースを要求するので、好ましくは、ブロックによってサポ
ートされている各パラメータについて割り振られるのではなく、ブロックのほと
んどまたはすべてのアプリケーション内で接続されるパラメータについて割り振
られる。受動的な接続では能動的な接続とは対照的に、アルゴリズム・ブロック
のパラメータが、アルゴリズム・ブロック内で専用コネクタ・リソースの提供が
なくてもデータの流れの接続性を有する。
【００２３】 ほとんどのパラメータは専用コネクタ・リソースを要求しないので、受動的な
接続は大多数のパラメータに働く。受動的な接続はデータを流しはするが、能動
的な接続のデータ・タイプと状態サービスは提供しない。受動的な接続は「制御
モジュール」と呼ばれる特別な、カプセル化するブロックのサービスを介して確
立され、制御モジュールはこれらのブロックのパラメータを接続するアルゴリズ
ム・ブロックと受動的な接続の両方について容器として働く。受動的な接続は、
機能するためにアルゴリズム・ブロックから能動的な関係を要求しないので「受
動的」と呼ばれる。受動的な接続は、接続によって使用されるリソースが制御モ
ジュール内に含まれる任意のアルゴリズム・ブロックの外側にある制御モジュー
ルの一部として割り当てられるため、「外部」接続とも呼ばれる。
【００２４】 本発明の原理は、好ましくはソフトウェアで定義可能なプロセス制御ルーチン
内で実装される一連の概念と構造から成り立ち、これは２つの視覚化の使用を介
して理解される。１つの視覚化は図３に関して説明され、プロセス制御技師によ
って構成された制御戦略のトポロジ面を示す。第２の視覚化は図４に関して記述
され、「クラス図」を使用して、システム・ソフトウェア設計者が構成したよう
に内部ソフトウェア設計を図示したものである。
【００２５】 次に図３に戻ると、本発明の原理を使用した、例としての制御戦略３００が図
示されている。例としての制御戦略３００は制御モジュールＣＭ１とＣＭ２を含
む。制御モジュールＣＭ１は４つのアルゴリズム・ブロック、ＡＢ１、ＡＢ２、
ＡＢ３、ＡＢ４を含み、制御モジュールＣＭ２はアルゴリズム・ブロックＡＢ５
を含む。本発明の原理は特定のプロセス制御戦略に必要なアルゴリズム・ブロッ
ク、または、多くの制御モジュール、または、アルゴリズム・ブロックによって
実装される特定のアルゴリズムに限定されない。たとえば、制御モジュールＣＭ
２は追加のアルゴリズム・ブロックを含む場合もある（全体としてＡＢと示され
る）。
【００２６】 アルゴリズム・ブロックは各々、入力パラメータ、出力パラメータなどの多く
のパラメータを定義し、一般に、プロセス制御戦略が作成される時は、アルゴリ
ズム・ブロックに関連するいくつかの多くのパラメータあるいは少数のパラメー
タが、ブロック上に露出される。制御モジュールＣＭ１の中では、アルゴリズム
・ブロックＡＢ１とＡＢ２はそれぞれ、出力パラメータＯＰ１とＯＰ２を有し、
アルゴリズム・ブロックＡＢ３は入力パラメータＩＰ１とＩＰ２を有し、アルゴ
リズム・ブロックＡＢ４は入力パラメータＩＰ３とＩＰ４を有する。制御モジュ
ールＣＭ２の中では、アルゴリズム・ブロックＡＢ５は出力パラメータＯＰ３を
有する。
【００２７】 以下、パラメータの指示を明白にするために、パラメータの指示の前にブロッ
クの指標を付け、その前には必要に応じて制御モジュール指標を付け、その間を
分けるものとしてピリオド（「．」）を使用する。たとえば、制御モジュールＣ
Ｍ１のコンテキスト内では、出力パラメータＯＰ１はＡＢ１．ＯＰ１と示され、
入力パラメータＩＰ３はＡＢ４．ＩＰ３と示される。制御モジュールＣＭ２のコ
ンテキスト内では、出力パラメータＯＰ３はＡＢ５．ＯＰ３と示されるが、制御
モジュールＣＭ２のコンテキストの外では、出力パラメータＯＰ３はＣＭ２．Ａ
Ｂ５．ＯＰ３と示される。
【００２８】 例としての制御戦略３００は、制御モジュールＣＭ１内の接続を出力パラメー
タと入力パラメータの間の線として描き、データの流れの方向は矢印によって示
された方向に対応する。制御モジュールＣＭ１内の接続はＡＢ１．ＯＰ１からＡ
Ｂ３．ＩＰ１、ＡＢ２．ＯＰ２からＡＢ３．ＩＰ２、ＡＢ２．ＯＰ２からＡＢ４
．ＩＰ３である。制御モジュールＣＭ１は、その独自のコンテキスト外のパラメ
ータへの接続、つまりパラメータＣＭ２．ＡＢ５．ＯＰ３への接続も含む。ＣＭ
２．ＡＢ５．ＯＰ３への接続は、入力パラメータＩＰ４に付随した箱によって示
され、ＣＭ２．ＡＢ５．ＯＰ３からＣＭ１．ＡＢ４．ＩＰ４と呼ばれる。
【００２９】 例としての制御戦略３００内に描かれた入力パラメータのうち、１つのパラメ
ータＡＢ３．ＩＰ２は能動的な接続を要求し、アルゴリズム・ブロックＡＢ３を
実装するアルゴリズムは、ＡＢ２．ＯＰ２からＡＢ３．ＩＰ２へ移送されるデー
タ・タイプを常に暗示的に知ることはできないと仮定されている。さらに、説明
のために、アルゴリズム・ブロックＡＢ３内で実装されるアルゴリズムは、追加
のアルゴリズム・ブロックの使用を介してこの機能を実装するという重荷からア
プリケーション技師を解放するために、特別な状態検出と応答を使用していると
仮定され、パラメータＡＢ３．ＩＰ１、ＡＢ４．ＩＰ３、ＡＢ４．ＩＰ４は特別
なサポートを要求しないので、これらの入力パラメータを各出力パラメータに結
びつける接続は、アルゴリズム・ブロックＡＢ３とＡＢ４の側で明示的な動作な
しに機能する受動的な接続である。
【００３０】 例としての制御戦略３００によって描かれたプロセス制御ルーチンが実行され
る時、本発明によって提供されるサービスによってデータが接続の上を流れる。
特に、制御モジュールＣＭ１の実行によって、各アルゴリズム・ブロックはアプ
リケーション技師によって指定された順序に従って、たとえばＡＢ１、ＡＢ２、
ＡＢ３、ＡＢ４の順番に実行する。このようにして、制御モジュールＣＭ１はま
ず、アルゴリズム・ブロックＡＢ１を実行させ、その処理を実施させて、その結
果、出力パラメータＯＰ１について新しい値が生じ、次にアルゴリズム・ブロッ
クＡＢ２を実行させその処理を実施させて、ＯＰ２について新しい値が生じるこ
とになる。
【００３１】 アルゴリズム・ブロックＡＢ３の実行の前に、制御モジュールＣＭ１はＡＢ１
．ＯＰ１からＡＢ３．ＩＰ１への接続が受動的な接続であることを認識し、ＡＢ
１．ＯＰ１の値を読み込み、それをＡＢ３．ＩＰ１に格納する。制御モジュール
ＣＭ１は次に、アルゴリズム・ブロックＡＢ３に実行させ、その処理を実施させ
る。アルゴリズム・ブロックＡＢ３は、ＩＰ２が関連する能動的なコネクタを有
することを認識し、特別な処理を要求し、アルゴリズム・ブロックＡＢ３は、Ｉ
Ｐ２について、データの値、タイプおよび／または状態を読み出す、能動的なコ
ネクタに関連するサービスを呼び出す。アルゴリズム・ブロックＡＢ３によって
実装されるアルゴリズムは、機能を実行する際に、受動的な接続を介して提供さ
れたＩＰ１の値と、能動的な接続によって提供されたＩＰ２の値、タイプ、およ
び／または状態を使用する。つまり、アルゴリズム・ブロックＡＢ３は「受動的
」および「能動的」または「異質な」データの両方を使用する。
【００３２】 アルゴリズム・ブロックＡＢ４の実行の前に、制御モジュールＣＭ１はパラメ
ータＡＢ４．ＩＰ３とＡＢ４．ＩＰ４が受動的な接続によって処理されることを
認識し、従って、ＡＢ２．ＯＰ２の値を読み込み、それをＡＢ４．ＩＰ３へ格納
し、ＣＭ２．ＡＢ５．ＯＰ３の値を読み込み、それをＡＢ４．ＩＰ４に格納する
。制御モジュールＣＭ１は次にアルゴリズム・ブロックＡＢ４を実行させその処
理を実施させて、その間に機能を実行する際にＩＰ３とＩＰ４の新しい値を読み
込み、使用する。
【００３３】 例としての制御戦略３００について記述された上記の動作は、制御モジュール
ＣＭ１が実行するたびに繰り返して生じる。通常は、接続性が維持され、データ
は必要に応じてブロックに提供される。しかし異常な状態が存在する時、接続性
は失われる。たとえば、アルゴリズム・ブロックＡＢ２が出力パラメータＯＰ２
の使用可能な値を提供できない状況が生じる場合があるが、この状況が発生する
と、アルゴリズム・ブロックＡＢ３は、入力パラメータＩＰ２に関連した能動的
なコネクタによって供給された状態値を介してこの状況を発見する。別のシナリ
オでは、外部の制御モジュールＣＭ１から来る出力パラメータＯＰ３の値への接
続性が失われる場合があり、この場合、アルゴリズム・ブロックＡＢ４は状態を
そこから得る能動的なコネクタを有しない。しかし本発明の一実施形態では、ア
ルゴリズム・ブロックＡＢ４は、ＯＰ３とＩＰ４の間の接続性が失われた時、制
御モジュールＣＭ１によってＡＢ４．ＩＰ４に使用可能な「フェールセーフ」値
が送られるという仮定の下に実行できる。
【００３４】 次に図４を見てみると、図３に図示された例としての制御戦略アプリケーショ
ン３００について、接続サブシステム図４００が示されている。接続サブシステ
ム図４００は「クラス図」を使用して、システム・ソフトウェア設計者によって
設計されたように内部ソフトウェア設計を図示してる。当業者であれば、参照に
より本明細書に組み込まれた、１９９４年のＢｅｎｊａｍｉｎ／Ｃｕｍｍｉｎｇ
ｓのＧｒａｄｙ Ｂｏｏｃｈによって描かれた「Ｏｂｊｅｃｔ Ｏｒｉｅｎｔｅ
ｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｗｉｔｈ Ａｐｐｌｉｃａｔｉ
ｏｎｓ」の中のクラス図の概念を熟知しているであろう。接続サブシステム図４
００は、本発明のソフトウェア実装内で使用されるクラスを含む図３に図示され
た例としての制御戦略３００に関して、上記の動作をクラス図として図示してい
る。表１はクラスと、他のクラスとの包含関係を示し、また、例としての制御戦
略３００内で発生する任意のインスタンスを一覧している。
【００３５】
【表１】
【表２】
【表３】
【００３６】 クラス・コネクタ（アルゴリズム・ブロックＡＢ３など）を明示的にインスタ
ンス化するアルゴリズム・ブロックは、アルゴリズムの処理のために必要とされ
る場合、構成時間と実行時間に使用可能なデータ・タイプを有する。専用接続リ
ソースを必要とする各パラメータについて、アルゴリズム・ブロックはコネクタ
・クラスの１つのコピーを能動的なコネクタとしてインスタンス化する。
【００３７】 状態情報は、クラス・コネクタをインスタンス化するアルゴリズム・ブロック
にも使用可能である。状態値は、接続の正しい動作を確認するために、構成時間
における確認チェックとして、または実行時間チェックとして使用できる。値は
また、接続の連続性を検出するためにバイナリの意味でも使用できるし、起きた
失敗のタイプについての情報を蓄えるために使用することもできる。
【００３８】 アルゴリズム・ブロックによって使用されるコネクタ・インスタンスは、ブロ
ック設計者による実装の時に割り振ることができ、実装時間に固定されているカ
ウント（ｃｏｕｎｔ）を割り振るか、アプリケーション構成時に決定される融通
性のあるカウントを割り振ることができる。しかしどちらの場合でも、ブロック
設計者はデータの流れ、データ・タイプのチェック、状態の確認を達成する働き
をするコネクタを使用する明示的なプログラム文を提供すべきである。
【００３９】 能動的な接続を要求しないＡＢ４のようなアルゴリズム・ブロックは、パラメ
ータについて接続性を達成するクラス・コネクタをインスタンス化するために要
求されず、そのかわりに、受動的な接続だけを要求するアルゴリズム・ブロック
が制御モジュール・クラスの受動的な接続サービスに依拠することができる。一
実施形態では、制御モジュールクラスは、それがサポートする各受動的な接続に
ついて２つの受動的なコネクタをインスタンス化し、１つの受動的なコネクタは
出力パラメータへの参照として働き、別の受動的なコネクタは入力パラメータへ
の参照として働く。受動的なコネクタはどの出力パラメータをどの入力パラメー
タに転送するかを定義する一方、疑似符号は各アルゴリズム・ブロックの実行に
関し、いつ転送を発生させるかを定義する。
【００４０】 制御モジュール・クラスによる受動的なコネクタと疑似符号の割振りは、融通
性があるのが好ましい。つまり、アルゴリズム・ブロックまたは制御モジュール
の設計の中で、構成時間に特定のアルゴリズム・ブロックのパラメータになるこ
とができる受動的な接続の数を制限するものがあるべきではない。制御モジュー
ル・クラスによって提供された受動的な接続サービスのため、アプリケーション
設計者は能動的なコネクタのサポートがブロック設計者によって予想されていた
かどうかに関わらず、任意のアルゴリズム・ブロックの任意のパラメータを実質
的に接続できる。
【００４１】 受動的な接続を実行するタスクの一部として、制御モジュールのインスタンス
は接続の連続性を監視する。故障が起きた場合、制御モジュールはその受動的な
コネクタ・データからの接続上でデータの流れのタイプを識別し、フェールセー
フ・マッピング・クラス内で対応するフェールセーフ値を見つけ出し、そのフェ
ールセーフ値を入力パラメータに渡す。この設計によって、能動的なコネクタを
使用しないアルゴリズム・ブロックについて最小レベルの安全性が保証される。
フェールセーフ・マッピング・クラスが、特定のデータ・タイプにフェールセー
フ値を割り当てる方法は、本発明のために選ばれた実装によって異なり、ＩＥＥ
Ｅ浮動小数点基準に準拠する浮動小数点データ・タイプについては、自然な（ｎ
ａｔｕｒａｌ）フェールセーフ値ＮＡＮ（数字ではない）が使用され、ブール型
のデータ・タイプについては、「偽」が、認められるフェールセーフ値になる。
代替としては、フェールセーフ値はシステム・ユーザによって構成可能である。
当業者であれば、特定のアプリケーションについて適切なフェールセーフ値を選
択するために、他の適切な基準を容易に思い付くであろう。
【００４２】 本発明をさらに説明するために、Ｃに似たプログラム設計言語の２つのセクシ
ョン（「ＰＤＬ」）を高く抽象化したレベルで表２と表３に提供する。表２の中
のＰＤＬは制御モジュール・クラスについての例としての実行アルゴリズムに対
応し、表３の中のＰＤＬは、アルゴリズム・ブロック・クラスについての実行ア
ルゴリズムに対応する。
【００４３】 表２の中のＰＤＬは、制御モジュールのコネクタ・インスタンスに含まれる参
照データが、制御モジュール設定動作の一部として前処理されていると仮定して
いる。前処理が完了したあと、疑似符号は一般的な形から、完全に結合されたメ
モリ参照を伴う特定の形に変換されている。
【００４４】
【表４】
【表５】
【００４５】 プロセス制御戦略実装は一般に、各々が独自の実行アルゴリズムを伴う多くの
アルゴリズム・ブロック・クラスを要求する。表３の中のＰＤＬは、能動的なコ
ネクタのない入力パラメータＩＰ１と能動的なコネクタを伴う入力パラメータＩ
Ｐ２を有する、ＡＢ３のようなアルゴリズム・ブロックを仮定している。入力パ
ラメータＩＰ２についての能動的なコネクタは「ＩＰ２Ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ」と
呼ばれ、コネクタ・インスタンスＩＰ２Ｃｏｎｎｅｃｔｏｒは、アルゴリズム・
ブロック設定動作の一部として前処理されていると仮定されている。前処理の後
、ＩＰ２Ｃｏｎｎｅｃｔｏｒは、完全に結合されたメモリ参照、データ・タイプ
、状態情報を保持している。
【表６】
【表７】
【００４６】 前記より、当業者であれば能動的な接続性と受動的な接続性の両方がプロセス
制御システム内で提供され、これによって異質なデータの流れがアルゴリズム・
ブロック間に確保されることが分かるであろう。二種類の接続性を有することに
よって、アルゴリズム・ブロック設計者はリソースの割振りを制御することがで
き、同時に、すべての必要な機能をブロック・パラメータ接続から得ることがで
きる。設計の下のブロックが明示的なデータ・タイプと状態を必要とする時、こ
れらはブロック内の専用リソースを割り振ることによって使用可能になり、他方
、使用可能なシステム・リソースの点から見てこの専用リソースが高価すぎる時
、または、パラメータ接続性のすべての例が予測できない時には、接続の受動的
な形も依然として使用可能である。
【００４７】 本発明によって提供された能動的な接続は、従来技術に比べいくつかの利点を
与える。例えば、ブロック実行の間にデータ・タイプと状態を使用可能にする。
しかし、これらはオブジェクト指向型の枠組の中で実装されると、能動的な接続
性を達成するために要求される多くのプログラミングの重荷からブロック設計者
を解放する。さらに、能動的な接続を使用すると、アルゴリズム実装の中で役に
立つ場合は、実行時間だけではなく構成時間にもデータ・タイプ属性にアクセス
することができる。
【００４８】 本発明によって提供される受動的な接続はまた、従来の技術に比べいくつかの
利点を有する。例えば、受動的な接続は接続された出力パラメータと入力パラメ
ータの間の基本的なデータの流れを提供する一方、データ・タイプにキー入力さ
れる（ｋｅｙｅｄ）定義可能なフェールセーフ挙動を提供する。さらに、ブール
型、整数型、浮動小数点型のデータ・タイプの間の受動的な接続もサポートでき
る。各データ・タイプについて、そのデータ・タイプに適切な定義されたフェー
ルセーフ値を提供でき、連続性が失われると、そのフェールセーフ値は接続され
た入力パラメータに送られる。
【００４９】 上記から、本発明は、制御システム内で第１のアルゴリズム・ブロックと第２
のアルゴリズム・ブロックの間の異質のデータの流れを達成するためのシステム
と方法と、そのシステムまたは方法を使用した分散型実時間プロセス制御システ
ムを提供することが明らかである。本発明とその利点について詳細に説明したが
、当業者であれば本発明のもっとも広い形の精神と範囲から逸脱することなく本
発明に種々の変更、代用、改変を行うことができることを理解できよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明が適切に使用される、例としての分散型実時間プロセス制御システムの
機能図を示した図である。
【図２】 本発明の原理を具体化した、ソフトウェアで定義可能なプロセス制御ルーチン
を実行するために使用される、例としてのディジタル・プロセス・システムの高
いレベルの構成図を示したものである。
【図３】 本発明の原理を使用した、例としての制御戦略アプリケーションを示した図で
ある。
【図４】 図３に示された、例としての制御戦略アプリケーションのための接続サブシス
テム図を示した図である。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年２月２１日（２０００．２．２１）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハイマー，リチャード・ピイ アメリカ合衆国・19422・ペンシルヴェニ ア州・ブルー ベル・ヒアフォード ドラ イブ・1035 (72)発明者 カンジ，エム・ガラム アメリカ合衆国・18103・ペンシルヴェニ ア州・アレンタウン・コールド スプリン グ ロード・950 (72)発明者 チェハデ，ヤヒア・シイ アメリカ合衆国・16801・ペンシルヴェニ ア州・ステイト カレッジ・メイプル ロ ード・110−ビイ (72)発明者 ローザ−ビアン，ジョン・ジェイ アメリカ合衆国・19002・ペンシルヴェニ ア州・アムブラー・ゴードン ロード・ 407 Ｆターム(参考） 5B045 AA05 GG01 5B089 GB01 GB10 JA11 JA35 JB22 KA13 KB10 KE02 KE03

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 制御システム内で第１のアルゴリズム・ブロックと第２のア
    ルゴリズム・ブロックの間の異質のデータの流れを達成するためのシステムであ
    って、 前記第２のアルゴリズム・ブロックを含む制御モジュールに関連し、前記第２
    のアルゴリズム・ブロック内でコネクタ・リソースの割振りを要求せずに前記第
    １のアルゴリズム・ブロックから前記第２のアルゴリズム・ブロックへのデータ
    の通信を提供する受動的な接続と、 前記第２のアルゴリズム・ブロックに関連し、前記第２のアルゴリズム・ブロ
    ック内で専用コネクタ・リソースを使用して前記第１のアルゴリズム・ブロック
    から前記第２のアルゴリズム・ブロックへのデータの通信を提供する能動的な接
    続とを含み、これによって前記制御システムが前記受動的な接続と前記能動的な
    接続の両方を介して前記第２のアルゴリズム・ブロックへデータを提供すること
    ができるシステム。
  2. 【請求項２】 前記受動的な接続によって通信された前記データが前記デー
    タのタイプを含まない請求項１に記載のシステム。
  3. 【請求項３】 前記受動的な接続によって通信された前記データが前記受動
    的な接続の状態を含まない請求項１に記載のシステム。
  4. 【請求項４】 前記能動的な接続によって通信された前記データが前記デー
    タのタイプを含む請求項１に記載のシステム。
  5. 【請求項５】 前記能動的な接続によって通信された前記データが前記能動
    的な接続の状態を含む請求項１に記載のシステム。
  6. 【請求項６】 前記第１のアルゴリズム・ブロックと前記第２のアルゴリズ
    ム・ブロックの間の前記受動的な接続が失われた時、前記制御モジュールが前記
    第２のアルゴリズム・ブロックにフェールセーフ値を提供する請求項１に記載の
    システム。
  7. 【請求項７】 前記制御モジュールが前記第１のアルゴリズム・ブロックを
    含む請求項１に記載のシステム。
  8. 【請求項８】 制御システム内で第１のアルゴリズム・ブロックと第２のア
    ルゴリズム・ブロックの間の異質のデータの流れを達成するための方法であって
    、 前記第１のアルゴリズム・ブロックから前記第２のアルゴリズムへデータを通
    信するために、前記第１のアルゴリズム・ブロックと前記第２のアルゴリズム・
    ブロックの間で受動的な接続を確立し、前記受動的な接続は前記第２のアルゴリ
    ズム・ブロック内でコネクタ・リソースの割振りを要求しないステップと、 前記第１のアルゴリズム・ブロックから前記第２のアルゴリズム・ブロックへ
    のデータの通信のための能動的な接続を提供するために前記第２のアルゴリズム
    ・ブロック内でコネクタ・リソースを専用化するステップとを含み、これによっ
    て前記制御システムが前記受動的な接続と前記能動的な接続の両方を介して前記
    第２のアルゴリズム・ブロックへのデータを提供することができる方法。
  9. 【請求項９】 前記受動的な接続によって通信された前記データが前記デー
    タのタイプを含まない請求項８に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記受動的な接続によって通信された前記データが前記受
    動的な接続の状態を含まない請求項８に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記能動的な接続によって通信された前記データが前記デ
    ータのタイプを含む請求項８に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記能動的な接続によって通信された前記データが前記能
    動的な接続の状態を含む請求項８に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記第１のアルゴリズム・ブロックと前記第２のアルゴリ
    ズム・ブロックの間の前記受動的な接続が失われた時、前記第２のアルゴリズム
    ・ブロックにフェールセーフ値を提供するステップをさらに含む請求項８に記載
    の方法。
  14. 【請求項１４】 前記第２のアルゴリズム・ブロックが制御モジュール内に
    含まれ、前記制御モジュールが前記確立ステップを実行する請求項８に記載の方
    法。
  15. 【請求項１５】 前記第１のアルゴリズム・ブロックが前記制御モジュール
    内でに含まれる請求項１４に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 前記専用化するステップが前記第２のアルゴリズム・ブロ
    ックによって実行される請求項８に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 分散型実時間プロセス制御システムであって 複数のセンサと制御可能な装置と、 前記複数のセンサと制御可能な装置に関連し、前記制御システム内で第１のア
    ルゴリズム・ブロックと第２のアルゴリズム・ブロックの間の異質のデータの流
    れを達成するためのソフトウェア命令のシーケンスを実行するように動作可能な
    データ処理および記憶回路とを含むシステムであって、 前記第２のアルゴリズム・ブロックを含む制御モジュールに関連し、前記第２
    のアルゴリズム・ブロック内でコネクタ・リソースの割振りを要求せずに前記第
    １のアルゴリズム・ブロックから前記第２のアルゴリズム・ブロックへのデータ
    の通信を提供する受動的な接続と、 前記第２のアルゴリズム・ブロックに関連し、前記第２のアルゴリズム・ブロ
    ック内で専用コネクタ・リソースを使用して前記第１のアルゴリズム・ブロック
    から前記第２のアルゴリズム・ブロックへのデータの通信を提供する能動的な接
    続とを含み、これによって前記制御システムが前記受動的な接続と前記能動的な
    接続の両方を介して前記第２のアルゴリズム・ブロックへデータを提供すること
    ができるシステム。
  18. 【請求項１８】 前記受動的な接続によって通信された前記データが前記デ
    ータのタイプを含まない請求項１７に記載のシステム。
  19. 【請求項１９】 前記受動的な接続によって通信された前記データが前記受
    動的な接続の状態を含まない請求項１７に記載のシステム。
  20. 【請求項２０】 前記能動的な接続によって通信された前記データが前記デ
    ータのタイプを含む請求項１７に記載のシステム。
  21. 【請求項２１】 前記能動的な接続によって通信された前記データが前記能
    動的な接続の状態を含む請求項１７に記載のシステム。
  22. 【請求項２２】 前記第１のアルゴリズム・ブロックと前記第２のアルゴリ
    ズム・ブロックの間の前記受動的な接続が失われた時、前記制御モジュールが前
    記第２のアルゴリズム・ブロックにフェールセーフ値を提供する請求項１７に記
    載のシステム。
  23. 【請求項２３】 前記制御モジュールが、前記第１のアルゴリズム・ブロッ
    クを含む請求項１７に記載のシステム。
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