JP2003345422A

JP2003345422A - 装置内分散制御装置

Info

Publication number: JP2003345422A
Application number: JP2002149639A
Authority: JP
Inventors: Makoto Kogure; 誠小暮; Masahiro Ohashi; 正博大橋; Yuichi Hagino; 祐一萩野; Junichi Numata; 純一沼田; Koji Kawaki; 浩司川木
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2002-05-23
Filing date: 2002-05-23
Publication date: 2003-12-05

Abstract

(57)【要約】【課題】メンテナンスが容易であり、かつ、システム変
更が容易に行える装置内分散制御装置を実現する。【解決手段】装置内に分散配置した装置コントローラと
多数のフィールドデバイスとを装置内ネットワークで結
び各機器が自立して動作する分散制御システムを構築す
る。装置コントローラは操作指令を装置内ネットワーク
に送信して多数のフィールドデバイスに一括して指令し
ネットワーク上に流れるデータを読み制御状態を認識す
る。フィールドデバイスは受信データをフィルタリング
し有効データを格納する。一対一の受信動作ではないの
で相手側へのデータ再送要求動作は不要となる。タイマ
割り込みで制御情報を取り込み関係機器の異常を検知し
正常又は縮退運転制御を実行する。送受信データにデー
タＩＤを有すれば多数のフィールドデバイスが異常機器
をほぼ同時検知でき全体として縮退運転ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、装置内にコントロ
ーラと複数の機器が分散して配置された分散制御装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、半導体製造の分野で使われてい
る製造装置、検査装置や、理化学の分野で使われている
分析装置、自動化装置などで代表される装置は、その装
置全体を制御する装置コントローラボードと、Ｉ／Ｏボ
ードとが同一ラック内に配置され、装置コントローラで
集中して装置制御が行われる。

【０００３】この場合、装置内のモータ、バルブ、セン
サなどのデバイスと、ラック内のＩ／Ｏボードとは、各
々が特殊なケーブルで一対一の配線がなされている。

【０００４】そして、これらの接続形態においては、装
置コントローラがＩ／Ｏボードを経由して個々のデバイ
スを制御している。

【０００５】このため、装置コントローラが無い場合に
は、デバイスの制御を行うことができない構成であっ
た。

【０００６】ところで、近年、半導体集積回路技術の向
上により、マイクロプロセッサ内蔵のデバイスが開発さ
れ実用化されてきている。

【０００７】このマイクロプロセッサ内蔵の複数台のデ
バイスを、同一伝送線上にマルチドロップ形態で接続
し、装置コントローラとフィールドデバイスが双方向の
ディジタル信号の通信を行う装置内ネットワークを構成
し、装置内の省配線化を行うシステムが提案されてい
る。

【０００８】これらのインテリジェント化されたデバイ
スは、装置内ネットワークにフィールドネットワークと
呼ばれる安価なネットワークを採用していることから、
フィールドデバイスと呼ばれ、従来、装置コントローラ
が行っていた計測・制御機能を一部分担するようになっ
てきている。

【０００９】このようなフィールドネットワークにおい
ては、その通信プロトコルがいくつか存在している。す
なわち、その装置全体の規模、構成などにより、ネット
ワークに要求される機能、性能が異なっており、それぞ
れの装置が使用される技術分野に適したネットワーク用
の通信プロトコルが選択され、使用されている。

【００１０】また、各種ネットワークに対応したフィー
ルドデバイスも実用化されており、装置コントローラと
フィールドデバイスとを伝送線で接続して、装置内をネ
ットワーク化して装置制御を行っている。

【００１１】ここで、従来技術における装置内ネットワ
ークシステムの構成例を説明する。

【００１２】装置内ネットワークシステムの一例として
は、複数台のフィールドデバイスと装置コントローラと
が伝送路を介してバス形に接続されたものがあり、これ
は、代表的なフィールドネットワークを用いた装置内ネ
ットワークシステムである。

【００１３】複数台のフィールドデバイスは、伝送路を
介して装置コントローラ内の外部電源から供給される電
力によって動作する。そして、複数台のフィールドデバ
イスは、伝送路を介して、順番に装置コントローラとデ
ィジタル信号で双方向の通信を行い、検出した物理量の
送信、制御値の受信などの処理を行う。

【００１４】例えば、上述したような装置内ネットワー
クを用いて装置内の搬送部を制御するシステムでは、一
つのフィールドデバイスから、搬送品の有無を検知する
フォトセンサからの情報を取得し、他のフィールドデバ
イスに接続されたモータドライバを駆動できるか判断
し、動作可能であれば上記一つのフィールドデバイスに
モータ動作開始の命令を送信する。

【００１５】以下、搬送経路の上流から下流に向かっ
て、順にセンサの出力を監視しながらモータを制御する
といった動作を繰り返し、搬送制御を行う。装置コント
ローラは、各フィールドデバイスに対する搬送制御以外
にも制御を行い、装置全体の同期を取りながら制御を行
う。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術にあって
は、装置システムから装置内ネットワークを用いた装置
内制御システムへ移行することにより、装置コントロー
ラとフィールドデバイスとの間は複数の機器が接続され
省配線化が実現されてはいる。

【００１７】しかしながら、以下の問題点が解決されて
はいなかった。

【００１８】１．装置コントローラとフィールドデバイ
スとは一対一の通信を行っており、装置コントローラの
故障時には、装置全体が制御不能となってしまう。

【００１９】２．同様に、装置コントローラの故障時に
は、装置外の補助機器からの情報採取が行えない。

【００２０】３．装置のアップグレード時に、装置全体
の制御動作を停止し、多大な時間を費やしてシステム変
更を行わなければならない。

【００２１】４．装置コントローラがフィールドデバイ
スのＩ／Ｏ状態を読み出す場合にも通信が介在し、一つ
の通信Ｉ／Ｆを使用してシーケンシャルに処理を行わね
ばならず、処理能力が高い装置コントローラやレスポン
スの速いネットワークを使用しなければ、高速制御を行
うことができない。

【００２２】５．ネットワークを複数にすれば、レスポ
ンスを速くすることができ、高速制御可能となり、部分
的な性能は向上する。しかしながら、ネットワークを複
数にすると、コストが上昇するばかりでなく、装置全体
の制御が複雑となり、保守やシステム変更も複雑となっ
てしまう。

【００２３】６．装置コントローラは、複数のフィール
ドデバイスに対してシーケンシャルにしか処理を行うこ
とができず、複数のフィールドデバイス間に関係する不
具合や異常が存在する場合、それらを正確には解析する
ことができず、不具合現象／異常箇所の特定に多大な時
間が必要である。

【００２４】７．ネットワークの伝送路異常時には、装
置内の制御システム全体が制御不能となってしまう。

【００２５】本発明が属する技術分野とは異なる分野に
おいては、例えば、石油精製等大規模プラントの制御等
を行う計装システムにおいては、特開平１０−１５４２
９１号公報に記載されているように、異常時に機器が自
立して自機器の制御を行う機能を備え、分散制御を行っ
ている。

【００２６】そこで、上記分散制御を、装置内制御シス
テムに用いることにより、上述した問題点は、部分的に
は解消しうると考えられるが、以下に示すような問題点
がある。

【００２７】８．装置内制御システムにあっては、制御
部位の数はあまり多いとはいえず、計装システムのよう
に制御部位単位で分割して分散制御を行うようにして
も、分割数が少ないため、装置内をネットワーク化した
場合の省配線効果や、低コスト化というメリットは期待
できない。

【００２８】９．装置内制御システムでは、Ｉ／Ｏの状
態を監視しながら、通常のオートメーションシステムよ
り高速に動作できるような制御を行わなければ、装置の
スループットが低下してしまうため、分散制御を適用し
た場合には、上記高速動作の制御のために、別個対策が
必要となる。

【００２９】１０．装置全体の信頼性を維持するために
は、直接の制御対象以外のＩ／Ｏの状態をリアルタイム
で監視しながら、上記高速制御を行う必要がある。この
ため、制御部単位での分割で分散制御を行う方式では、
装置の高信頼性／高スループットが必要なシステムには
適用することができない。

【００３０】したがって、装置内制御システムでは、セ
ンサ／アクチュエータ等のＩ／Ｏレベルまで分割した構
成で分散制御を行うことができるようにしておかなけれ
ば、上記分散制御のメリットを発揮することができず、
制御対象毎等大きな単位で分割する構成では、逆に、デ
メリットとなる部分も発生してしまう。

【００３１】また、計装システムにおいて、センサ、ア
クチュエータ等のＩ／Ｏレベル用のネットワークとし
て、フィールドバスシステムが開発され、フィールドデ
バイスに制御機能を搭載して、分散制御を行うシステム
がある。

【００３２】このフィールドバスシテムの技術を装置内
制御システムに適用することが考えられるが、次のよう
な問題があり、装置内の制御システムをＩ／Ｏレベルに
分割して分散制御を行うシステムを構築することができ
なかった。

【００３３】１１．ネットワーク通信技術等の情報系の
通信技術を用いたセンサ／アクチュエータ以外も対象と
した高速フィールドバスシステムでは、通信速度を速く
することができるが、フィールドデバイス自体、及び、
各フィールドデバイス間の接続部が高価なものとなって
しまう。また、通信速度が速くても、機械的動作を伴う
制御のため、通信のレスポンスが遅く、装置内制御シス
テム内のＩ／Ｏレベルの制御には適用することができな
い。

【００３４】１２．センサ／アクチュエータ等安価でレ
スポンスの速い通信技術を用いた低速フィールドバスシ
ステムでは、通信が途絶えた場合においても、センサ／
アクチュエータが自立して制御を行うという概念があ
る。しかし、これは、制御機能を上位側とフィールド側
との両者が有し、それぞれが分担して制御を行うといっ
た、制御機能に特化した分散制御システムである。ネッ
トワーク上の通信といった側面で捉えると、上位側とフ
ィールド側とは、各々スケジューリングされたタイミン
グで通信データの送受を行う。このため、システム変更
を容易に行うことができないのみならず、装置コントロ
ーラの故障時には、装置外の補助機器からの情報採取が
行えない。

【００３５】１３．そこで、装置コントローラを介さず
に、フィールドデバイス間で通信を行うことも可能であ
るが、この場合においても、マスター機器（装置コント
ローラ）が、予め定められたシステム設定の通信スケジ
ュールに基づいて、ネットワークの調整を行いながら通
信を行うものであり、装置コントローラ無しでは通信が
行えない。このため、上述したように、装置コントロー
ラの故障時には、装置外の補助機器からの情報採取が行
えない。このように、部分的な制御処理を行うことでし
か、フィールドデバイスが自立した動作を行うことがで
きない。

【００３６】したがって、装置内のネットワーク化によ
り、分散制御を行うことは可能であるが、大規模システ
ムで用いられているような分散制御技術等他の技術分野
で用いられている技術を、そのまま装置内制御システム
に適用することはできなかった。

【００３７】本発明の目的は、メンテナンスが容易であ
り、かつ、システム変更が容易に行える装置内分散制御
装置を実現することである。

【００３８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、次のように構成される。（１）それぞれの動作機能を有する複数のフィールドデ
バイスと、これら複数のフィールドデバイスと制御情報
を送受信し、全体の制御を行う装置コントローラとを有
する装置内分散制御装置において、上記複数のフィール
ドデバイス間及びこれら複数のフィールドデバイスと上
記装置コントローラとを接続する装置内ネットワークを
備え、上記複数のフィールドデバイスのそれぞれは、上
記装置内ネットワークに出力されているそのフィールド
デバイスへの通信データを取り込み、そのフィールドデ
バイス内に格納するとともに、そのフィールドデバイス
の通信すべき情報を通信データとして自発的に上記装置
内ネットワークに出力し、上記装置コントローラは、上
記装置内ネットワークにフィールドデバイスへの通信デ
ータを出力するとともに、上記装置内ネットワークに出
力されている伝送される通信データを読み出し、装置内
の制御状態を認識する。

【００３９】（２）好ましくは、上記（１）において、
上記通信データは、各フィールドデバイスを示すデバイ
ス識別情報と、通信するデータの種類を示すデータ識別
情報とを有し、上記複数のフィールドデバイスのそれぞ
れは、上記デバイス識別情報に基づいて、装置内ネット
ワークに出力されている通信データのうち、そのフィー
ルドデバイスへの通信データを取り込む。

【００４０】（３）また、好ましくは、上記（１）又は
（２）において、上記通信データは、上記装置コントロ
ーラ及び各フィールドデバイスの自己診断情報を有し、
上記装置コントローラ及び各フィールドデバイスは、装
置コントローラやフィールドデバイスの異常を認識す
る。

【００４１】（４）また、好ましくは、上記（３）にお
いて、上記装置コントローラ及び各フィールドデバイス
は、装置コントローラやフィールドデバイスの異常を認
識したときは、その異常を有する装置コントローラ又は
フィールドデバイスを、除外した動作機能により動作す
る。

【００４２】（５）また、好ましくは、上記（１）、
（２）、（３）、（４）において、上記装置内ネットワ
ークと装置外部の機器とを接続し、装置外部の機器と装
置内ネットワークを介して複数のフィールドデバイスと
通信データの送受を行う接続コネクタを備える。

【００４３】（６）好ましくは、上記（５）において、
上記接続コネクタを介して上記装置内ネットワーク上の
通信データを読み出し、装置内の分散制御動作に影響を
与えることなく、装置内の制御情報をモニタする機能を
有する外部補助機器を備える。

【００４４】（７）また、好ましくは、上記（６）にお
いて、上記外部補助機器は、上記装置内ネットワーク上
に通信データを出力する機能を有し、上記外部補助機器
が上記装置内ネットワークに通信データを出力すること
により、装置内の上記フィールドデバイスを制御する機
能を備える。

【００４５】（８）また、好ましくは、上記（５）、
（６）、（７）において、上記外部補助機器は、上装置
内ネットワーク上に接続されている上記フィールドデバ
イスの自己診断情報をモニタすることにより、上記フィ
ールドデバイスの異常を識別する機能を有する。

【００４６】（９）また、好ましくは、上記（１）、
（２）、（３）において、上記各フィールドデバイス
は、一定周期で上記装置内ネットワークに通信データを
出力する機能と、上記装置内ネットワーク上で他の通信
データとの衝突が発生した場合に、この通信データの衝
突を検出し、通信データを再送する機能とを有し、上記
装置内ネットワークに接続されている上記各フィールド
デバイスの設定を変更することなく、上記各フィールド
デバイスを上記装置内ネットワークから着脱する。

【００４７】（１０）また、好ましくは、上記（９）に
おいて、上記装置内ネットワークは、通信用の伝送線と
電力供給用の伝送線とを有する伝送路であり、上記各フ
ィールドデバイスは、上記装置内ネットワークと電気的
に絶縁され、装置の稼動中に上記各フィールドデバイス
を上記装置内ネットワークから着脱する。

【００４８】装置内に分散配置された装置コントローラ
と複数のフィールドデバイスを装置内ネットワークで結
ぶとともに、装置コントローラ及び各フィールドデバイ
スに制御機能を有し、自立して動作するように構築した
ものである。

【００４９】ここで、装置コントローラや各フィールド
デバイスである各機器は、自分自身の制御情報、診断情
報等を定期的に装置内ネットワークに出力するととも
に、他の機器の情報を装置内ネットワークで通信されて
いる通信データを読み出すことにより、装置内の状態を
認識できるので、自立して動作できるようになる。

【００５０】また、本発明は、装置内ネットワークを装
置外の外部補助機器（パーソナルコンピュータなど）と
接続するための接続コネクタを設けることにより、装置
外から、直接、装置内の制御情報等をモニタできるよう
にする。また、外部補助機器は、装置内の各機器の動作
を制御できるようにしたものである。

【００５１】さらに、本発明では、装置内ネットワーク
は、通信用の伝送線と電力供給用の伝送線とを有し、各
フィールドデバイスは、装置内デットワークと電位的に
絶縁される。

【００５２】これにより、各フィールドデバイスの装置
内ネットワークからの着脱が装置稼動中でも任意に行
え、フィールドデバイスの故障時の装置の縮退運転や、
フィールドデバイスの追加などのシステム変更時におけ
る装置内制御が、メンテナンス作業を行いながら実施で
きる。

【００５３】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明の実施形態について説明する。図１は、本発明の一実
施形態である装置内分散制御装置の概略構成図であり、
図２は図１に示した例の外観及び装置内の各機器の配置
を示した図である。なお、ここで装置とは半導体製造の
分野で使われている製造装置や検査装置、理化学の分野
で使われている分析装置や自動化装置などに代表される
もので、装置内に多数のＩ／Ｏを有し、製造、検査、分
析などの処理を行うための搬送制御、センサ／アクチュ
エータの制御などを行う装置である。

【００５４】図１及び図２において、分散制御装置内に
は、複数のフィールドデバイス１が分散配置され、これ
ら複数のフィールドデバイス１は、装置コントローラ２
と装置内ネットワーク５のみで接続され、装置内の省配
線化が行われている。

【００５５】図１及び図２には省略されているが、フィ
ールドデバイス１には、１個または複数個のＩ／Ｏが接
続されており、Ｉ／Ｏ制御と通信処理を行っている。こ
のため、装置コントローラ２は、小型／単機能化が行え
る構成となっている。

【００５６】装置内ネットワーク５と、パーソナルコン
ピュータ等の外部補助機器４とを接続するための接続端
子（コネクタ）６が装置の筐体に配置されている。ま
た、オペレーターズコンソール３は、装置コントローラ
２と接続され、操作員が、製造、検査、分析などの処理
を行うための起動指令などの操作を行うとともに、各処
理の進行状況が表示されるものである。

【００５７】また、本発明の一実施形態では、装置内ネ
ットワーク５や、装置コントローラ２が１つの場合の例
を示しているが、大規模な装置の場合には、一装置内に
複数個の装置内ネットワーク５や装置コントローラ２を
備える場合もある。

【００５８】次に、図１に示す装置内の機器構成の動作
について説明する。フィールドデバイス１（１ａ、１
ｂ、１ｃ、・・・、１ｎ）は、例えば、検査装置の搬送
制御を行うものでは、フォトセンサなどの位置を検出す
るＩ／Ｏや、モータやバルブなどのＩ／Ｏで構成され、
被検査物を、その位置を検出しながら、搬送する制御を
行うものである。つまり、各フィールドデバイス１は、
それぞれの制御機能を有する。

【００５９】ここで、フィールドデバイス１ａ、１ｂ等
は、センサの情報や、モータなどの制御情報、および、
定期的に行う自己診断の情報などを、定期的、または、
状態が変化する度に通信データとして、装置内ネットワ
ーク５に出力する。

【００６０】また、あるフィードデバイス１ａ、１ｂ等
と他のフィールドデバイス１ａ、１ｂ等と関係する部分
の制御に関しては、他のフィールドデバイスが装置内ネ
ットワーク５に出力する通信データを読み出すことによ
り、他のフィールドデバイス１ａ、１ｂ等、及び、それ
に接続されているＩ／Ｏの状態を認識し、問題ないと判
断した上で制御を行う制御シーケンスとなっている。

【００６１】したがって、装置内の各機器は、容易に装
置内の情報を共有でき、自立して自機器の制御を行える
システム構成となっている。このため、他のフィールド
デバイスの異常やそれに接続されているＩ／Ｏの故障も
認識でき、制御シーケンスを切り替えることにより、異
常が発生したフィールドデバイスを除いた形での縮退運
転を行うことができる。

【００６２】図５及び図６を参照して、装置コントロー
ラ２の内部構成を説明する。図５において、装置コント
ローラ基板２１は、ＶＭＥバスのコネクタ２１３２、２
１３３をバックプレーン２０（図７参照）に接続するこ
とにより、バックプレーン２０から動作電力が供給され
る構成となっている。また、装置コントローラ基板２１
は、ＭＰＵ２１００を内蔵し、主記憶メモリ２１２０
に、組み込まれたプログラムにより動作を行っている。

【００６３】フィールドネットワークには、通信を一元
化するネットワークを採用しているので、装置コントロ
ーラ基板２１のフロントパネルには、フィールドデバイ
スと接続するためのネットワークの通信Ｉ／Ｆ用コネク
タ２１７２、オペレーターズコンソール等と接続するた
めの、ネットワーク通信技術、ＵＳＢ、ＲＳ−２３２Ｃ
の通信Ｉ／Ｆ用コネクタ２１４２、２１５２、２１６２
を配置している。

【００６４】また、コネクタ２１４２は、ネットワーク
通信技術ＭＡＵ２１４１、ネットワーク通信技術コン
トローラ２１４０を介してＰＣＩバス２１０２と接続さ
れ、コネクタ２１５２は、ＵＳＢＭＡＵ２１５１、Ｕ
ＳＢコントローラ２１５０を介してＰＣＩバス２１０２
と接続される。

【００６５】また、コネクタ２１６２は、ドライバーレ
シーバ２１６１、ＲＳ−２３２Ｃコントローラ２１６０
を介してローカルバス２１０３と接続され、コネクタ２
１７２は、ＮｅｔＭＡＵ２１７１、Ｎｅｔコントロー
ラ２１７０を介してローカルバス２１０３と接続され
る。

【００６６】そして、上記通信Ｉ／Ｆの専用チップを制
御するためには、それらのチップがＰＣＩバス２１０２
やローカルバス２１０３対応となっていることから、装
置コントローラ基板２１のＭＰＵ２１００とそれらのチ
ップ間をＰＣＩバス２１０２とローカルバス２１０３と
で接続している。

【００６７】また、これらの通信Ｉ／Ｆは、同一ラック
内のスレーブモジュールに搭載することも可能である
が、低価格化、ラックのコンパクト化というニーズがあ
り、バックプレーン２０に収納するＩ／Ｏ基板を少なく
するために、装置コントローラ基板２１内に様々な機能
・回路を詰め込むことにより、収納する基板数を減らす
試みがなされている。

【００６８】このため、上記のように、装置内をネット
ワーク化して、バックプレーン２０に収納するＩ／Ｏ基
板を少なくし、収納する基板数を減らすシステムが適用
されてきている。

【００６９】装置コントローラ２のラック内は、ＶＭＥ
バスをバックプレーン２０に使用した構成となってお
り、バックプレーン２０と規格で定められたコネクタ同
士で接続している。

【００７０】ここで、図８に示す例は、多数のフィール
ドデバイス１がネットワークで接続されていない例の全
体概略構成図であり、図９は、図８に示した例の概略機
能ブロック図である。また、図７は、図８に示した例の
装置コントローラ２の外観構成図である。図８に示す例
におけるラック内の基板は、図７に示すように、装置コ
ントローラ基板２１の他に、ＲＳ−２３２Ｃ等の拡張通
信モジュール２２、パルスモータの制御処理を行うＩ／
Ｏモジュール２３、センサ／アクチュエータの制御処理
を行うＩ／Ｏモジュール２４などのスレーブモジュール
基板で構成されている。

【００７１】これに対して、図２に示した本発明の実施
形態においては、フィールドデバイス１側に各機能を内
蔵するため、搭載するスレーブモジュール基板は最小構
成で実現することができる。

【００７２】装置コントローラ基板２１は、ラック内に
取り付け可能な枚数は１枚で、取り付けるスロットは指
定されているが、スレーブモジュール基板は、装置の規
模に応じて複数枚実装することが可能で、ラック内に
は、将来の機能拡張を考慮して増設用のスロットが設け
られている。

【００７３】これらの基板の動作電力は、バックプレー
ン２０内に配置されている、＋５Ｖなどの電源ラインを
介して供給されている。

【００７４】図５において、上述したように、装置コン
トローラ基板２１は、ＶＭＥバスのコネクタ２１３２、
２１３３をバックプレーン２０に接続することにより、
バックプレーン２０から動作電力が供給される構成とな
っている。そして、装置コントローラ基板２１は、高性
能なＭＰＵ２１００を内蔵し、通常、主記憶メモリ２１
２０に、組み込まれたプログラムに従い動作を行う。

【００７５】装置コントローラ基板２１のフロントパネ
ルには、フィールドデバイス１等と接続するため、ネッ
トワーク通信技術、ＵＳＢ、ＲＳ−２３２Ｃ、ネットワ
ークシステムなどの通信Ｉ／Ｆ用のコネクタを配置して
おり、ネットワーク通信技術は、オペレーターズコンソ
ール３や上位システムと、ＵＳＢは、Ｆ／Ｄ、Ｈ／Ｄな
どの補助記憶装置等と、ＲＳ−２３２Ｃは、バーコード
リーダーや装置の周辺機器と、ネットワークシステム
は、装置内ネットワークとして使用するためフィールド
デバイス１と接続している。

【００７６】これらの通信Ｉ／Ｆは、通信の専用コント
ローラから各通信固有のＭＡＵ（Ｍｅｄｉｕｍ＿Ａｔｔ
ａｃｈｍｅｎｔ＿Ｕｎｉｔ）を介して、外部の機器と通
信を行う構成となっており、それらのコントローラチッ
プがＰＣＩバスやローカルバス対応となっている。

【００７７】このため、装置コントローラ基板２１の内
部には、ＭＰＵ２１００のアドレスバス、データバス、
および制御線からなるＭＰＵバス２１０１の他に、ＰＣ
Ｉバス２１０２とローカルバス２１０３が配置されてい
る。

【００７８】また、バックプレーン２０をＶＭＥバスで
接続するため、本発明の一実施形態においては、ＶＭＥ
−ＰＣＩバスブリッジ２１３０をＰＣＩバス２１０２に
接続した構成としている。なお、ＶＭＥバスの処理性能
を向上させる必要がある場合には、ＭＰＵバス２１０１
に直接接続する構成に変更する必要がある。

【００７９】主記憶メモリ２１２０は、複数個のＳＤＲ
ＡＭ（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ＿ＤＲＡＭ）で構成さ
れ、ＭＰＵ２１００が実行するためのプログラムやその
ワークエリアとして使用するだけでなく、主記憶メモリ
２１２０を読み書きするデータのエラー訂正用のデータ
エリアも確保されている。

【００８０】不揮発性メモリ２１８０は、装置の制御プ
ログラムや装置コントローラ基板２１の診断・保守プロ
グラム、および、イニシャル・ローディングプログラム
などのプログラムを格納する他に、装置コントローラ基
板２１のエラー情報や保守情報、および、ネットワーク
通信技術のＩＰアドレスなど基板固有の情報を格納・保
管する。

【００８１】不揮発性メモリ２１８０は、ＦＲＯＭやＦ
ＲＡＭ、または、バッテリバックアップされたＳＲＡＭ
などで構成している。

【００８２】また、ＲＴＣ２１９０は、カレンダー機能
を持った時計であり、ＭＰＵ２１００はローカルバス２
１０３を経由して、ＲＴＣ２１９０内の情報を読み出し
たり、ＲＴＣ２１９０内の情報を設定することができ
る。

【００８３】システム制御ＬＳＩ２１１２は、ＭＰＵ２
１００に対するＩ／Ｆを内蔵し、ＰＣＩバス２１０２や
ローカルバス２１０３、および主記憶メモリ２１２０の
制御を行う回路で構成されるため、大規模ＬＳＩで製作
されている。

【００８４】次に、図６に示すブロックに基づき、フィ
ールドデバイス１の内部構成例を説明する。図６におい
て、フィールドデバイス１は、ＭＰＵ１００を内蔵し、
メモリ１０１をワークエリアとして、ＭＰＵ１００に内
蔵されたＲＯＭに組み込まれたプログラムにより動作を
行っている。

【００８５】各種Ｉ／Ｏの制御は、ＭＰＵ１００がＭＰ
Ｕバス１０２を介して、Ｉ／Ｏコントローラ１２０に指
令し、ドライバー／レシーバー１２１を経由して、コネ
クタ１２２に接続された実際のＩ／Ｏの制御を行ってい
る。

【００８６】フィールドネットワークには一元化された
ネットワークを採用しているので、通信Ｉ／Ｆ用コネク
タ１１３は、装置コントローラ基板２１とネットワーク
の伝送線で接続されており、装置コントローラや他のフ
ィールドデバイス等の通信が行われている。

【００８７】ここで、ネットワークの通信は、ＭＰＵ１
００がＭＰＵバス１０２を介して、ネットワークコント
ローラ１１０に指令し、Ｎｅｔ＿ＭＡＵ１１２でネット
ワークの通信信号に変換される。

【００８８】ＭＰＵ１００は、Ｉ／Ｏ制御とネットワー
ク通信制御の両方の処理をリアルタイムに処理するもの
であり、ネットワーク通信が頻繁に行われる場合に、Ｍ
ＰＵ１００の性能が問題となる。

【００８９】このため、ネットワークコントローラ１１
０内には、フィルタリング回路１１１を内蔵し、必要な
通信データのみを受信し、ＭＰＵ１００に伝える方式と
している。

【００９０】図５に示した装置コントローラ２１内のネ
ットワークコントローラ２１７０には、フィルタリング
回路を内蔵しているような記載はしていないが、ＭＰＵ
２１００の処理性能が問題となる場合には、フィルタリ
ング回路を搭載することができる。

【００９１】本発明の一実施形態におけるデータ通信で
は、通信データは、図３に示すように送信元のノードア
ドレスと受信先のノードアドレスからなるネットワーク
ＩＤ（デバイス識別情報）と、通信データの種類やデー
タ番号などからなるデータＩＤ（データ識別情報）と、
データとから構成されている。

【００９２】ここで、一元化されたネットワークされた
フィールドネットワークは、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌ
ＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）チップなどの汎用チップを
用いることにより、通信データの衝突時にも最小時間で
再送処理をＣＡＮチップが行うので、各機器が他の機器
を意識することなく、任意のタイミングで通信を行え
る。

【００９３】また、ネットワークＩＤの部分でハード的
に受信データのフィルタリングを行う機能が内蔵されて
いるので、各機器は自機器宛の通信データのみを受信す
るといった簡単な処理でデータの受信を行うことができ
る。

【００９４】本発明の一実施形態におけるデータ通信で
は、通信データ内にデータＩＤを追加して、各機器がネ
ットワークＩＤのフィルタリング機能を使用せず、新た
に、データＩＤのフィルタリング機能を追加して搭載
し、各機器は従来技術のような一対一の通信ではなく、
ネットワーク全体に対して通信データを送信する方式と
している。

【００９５】このため、各機器は、該当するデータＩＤ
の通信データのみを受信し、各制御動作を行うが、その
結果等の返答も、一対一の通信ではなく、上記と同じく
ネットワーク全体に対して通信データを送信する方式と
なっている。

【００９６】次に、具体的な通信動作を説明する。フィ
ールドデバイス１は、センサの情報や、モータなどの制
御情報、および、定期的に行う自己診断の情報などを、
定期的、または、状態が変化する度に通信データとし
て、装置内ネットワーク５に出力する。

【００９７】また、他のフィールドデバイス１と関係す
る部分の制御に関しては、他のフィールドデバイス１が
装置内ネットワーク５に出力する通信データを読み出す
ことにより、他のフィールドデバイス１、および、それ
に接続されているＩ／Ｏの状態を認識し、問題ないと判
断した上で制御を行う制御シーケンスとなっている。

【００９８】よって、装置内の各機器が、容易に装置内
の情報を共有でき、自立して自機器の制御を行えるシス
テム構成となっている。

【００９９】このため、他のフィールドデバイス１の異
常やそれに接続されているＩ／Ｏの故障も認識できるた
め、制御シーケンスの切り替えにより、異常が発生した
フィールドデバイス１を除いた形での縮退運転を行うこ
とができる。

【０１００】このフィールドデバイス１の動作を図４に
フローで示す。

【０１０１】つまり、図４の（Ａ）に示すように、受信
割り込みにおいては、ステップ２００にて、受信データ
のフィルタリングを行い、自己のデータＩＤを有する通
信データを取り込む。

【０１０２】次に、ステップ２０１において、受信した
データが有効なデータか否かを判断し、有効なデータで
ある場合には、ステップ２０２において、受信データを
装置内の制御情報として格納する。つまり、タイマー割
り込みが生じた場合には、ステップ３００において、装
置内の格納された制御情報を取り込む。次に、ステップ
３０１において、関係機器の異常を検知したか否かを判
断する。関係機器の異常を検知していない場合には、ス
テップ３０２に進み、正常運転の制御シーケンスを実行
する（所定のシーケンスに従って定期的に自機器の制御
情報等を、送信先のデータＩＤを指定してネットワーク
に出力等する）。

【０１０３】ステップ３０１において、関係機器の異常
を検知している場合には、ステップ３０３に進み、縮退
運転、つまり、異常が発生した機器を除外する制御シー
ケンスを実行する（異常が発生した機器については、送
信先から除外して、自機器の制御情報等を、送信先のデ
ータＩＤを指定してネットワークに出力等する）。

【０１０４】なお、各フィールドデバイス１は、装置内
ネットワークに通信データを出力したとき、他の通信デ
ータとの衝突が発生した場合には、この通信データの衝
突を検出し、その後通信データを再出力する機能とを有
する。

【０１０５】ここで、装置コントローラ２は、オペレー
ターズコンソール３からの操作指令を各フィールドデバ
イス１の制御情報に変換し、そのデータを装置内ネット
ワーク５に送信することにより多数のフィールドデバイ
ス１に一括して指令するとともに、装置ネットワーク５
上を流れている通信データを読み出すことにより、装置
内の制御状態を認識し、その情報をオペレーターズコン
ソール３へ出力して表示するものである。

【０１０６】次に、装置コントローラ２の故障時の対策
について説明する。図１及び図２において、装置内ネッ
トワーク５の装置外部への接続端子６は、パーソナルコ
ンピュータなどの外部補助機器４と接続するコネクタで
構成されている。そして、ネットワーク上を流れている
通信データは、一対一の通信ではなく、ネットワーク全
体に対して、送信されるものであるので、外部補助機器
４から装置内ネットワーク５上を流れている通信データ
を直接読み出すことにより、装置内の状態をモニタでき
る。

【０１０７】また、逆に、外部補助機器４から装置内ネ
ットワーク５上に制御データを直接出力することによ
り、装置コントローラ２と同じ制御が行えるため、装置
コントローラ２の故障時にも、外部補助機器４からフィ
ールドデバイス１のリモート制御が行える。

【０１０８】これらのことから、装置外からのリモート
制御が容易に行える装置内システムを実現することがで
きる。

【０１０９】特に、装置コントローラ２が故障の場合、
装置コントローラ２への通信ができないため、オペーレ
ターズコンソール３から、装置全体の情報を取り出せな
い。そこで、本発明の一実施形態では、装置コントロー
ラ２が故障しても外部から装置の制御が行えるように構
成したものである。

【０１１０】また、装置内を通信している生の情報を、
装置外に取り出せるので、装置内の異常解析や、通信デ
ータを含む制御タイミングの解析などが、容易に、か
つ、正確に行える。

【０１１１】また、装置内ネットワーク５は、ネットワ
ーク通信を行う伝送線と電力供給を行う伝送線とならな
る４線式のフィールドネットワークを用い、装置内ネッ
トワークから動作電力の供給を受けるフィールドデバイ
ス１以外のフィールドデバイス１間は、電気的に絶縁す
る構成となっている。

【０１１２】このため、フィールドデバイス１が故障し
ても装置内ネットワーク５から切り離され、他のフィー
ルドデバイス１や装置内ネットワーク５へ影響を及ぼす
ことがないので、装置全体が制御不能になるのを避ける
ことができる。

【０１１３】また、装置稼動中でも自由に、装置内ネッ
トワーク５からフィールドデバイス１を着脱することが
できる。

【０１１４】したがって、これらのことから、装置の稼
動中においてもフィールドデバイス１のメンテナンスが
行えるだけでなく、装置全体のメンテナンス／故障解析
を短時間で行うことができ、容易に装置のアップグレー
ドなどのシステム変更が行えるため、装置の稼動効率を
向上することができる。

【０１１５】ここで、本発明とは異なり、ネットワーク
化されず、装置コントローラとフィールドデバイとの間
で送受信されるデータのフォーマットはデータＩＤを有
していない場合の通信動作を図１０及び図１１を参照し
て説明する。

【０１１６】図１０は、装置コントローラの通信動作を
示すフローチャートであり、図１１は、フィールドデバ
イスの通信動作を示すフローチャートである。

【０１１７】この場合の例においては、ネットワークＩ
Ｄは、送信側のノードアドレスと受信側のノードアドレ
スで構成されており、フィールドネットワーク上に装置
コントローラと複数のフィールドデバイスが接続されて
いるが、装置コントローラと各フィールドデバイスとは
一対一の通信を行っているものである。

【０１１８】図１０の（Ａ）に示すように、装置コント
ローラは、制御周期毎に発生するタイマー割込みで、制
御情報の取り込み（ステップ４００）、シーケンス制御
（ステップ４０１）、通信処理（ステップ４０２）、通
信エラーの判断（ステップ４０３）、異常処理（ステッ
プ４０５）を実施している。

【０１１９】また、図１０の（Ｂ）に示すように、通信
処理では、一連の通信動作毎に実施している。つまり、
該当するフィールドデバイス毎に通信コマンドを送信し
て（ステップ５００）、その返答を確認する（ステップ
５０１）。所定時間内に返答が無い場合は、異常処理を
行い（ステップ５０４）処理を終了する。

【０１２０】ステップ５０１において、所定時間内に返
答があった場合には、受信処理を行い（ステップ５０
２）、受信処理にエラーが生じたか否かを判断し（ステ
ップ５０３）、エラーが発生した場合は、異常処理を行
い（ステップ５０４）処理を終了する。

【０１２１】これに対して、本発明の一実施形態におい
ては、上述したように、装置コントローラ２は、オペレ
ーターズコンソール３からの操作指令を、装置内ネット
ワーク５に送信することにより多数のフィールドデバイ
ス１に一括して指令するとともに、装置ネットワーク５
上を流れている通信データを読み出すことにより、装置
内の制御状態を認識するものである。このように、本発
明の一実施形態によれば、ネットワーク化されず、送受
信されるデータフォーマットにデータＩＤを有していな
い場合の例と比較して、相手側の返答待ち処理が不要で
あり、装置コントローラ２のデータ送受信動作が簡略化
することができる。

【０１２２】また、ネットワーク化されず、送受信され
るデータフォーマットにデータＩＤを有していない場合
の例におけるフィールドデバイス側は、図１１のフロー
に示すように、装置コントローラからの通信コマンドを
受信する度に、受信割込みが発生し、通信コマンドに対
応したデバイス制御処理を実行した後、装置コントロー
ラに対して、返信データを送信している。

【０１２３】つまり、図１１のステップ６００におい
て、通信コマンドを受信すると、ステップ６０１におい
て、受信エラーが発生したか否かを判断し、エラーが発
生した場合には、ステップ６０５にて、再送データをセ
ットして、ステップ６０６にて送信処理を行う。

【０１２４】ステップ６０１において、受信エラーが発
生していなければ、ステップ６０２において、受信が完
了したか否かを判断し、完了していなければステップ６
００に戻る。ステップ６０２において、受信が完了して
いれば、ステップ６０３において、そのフィールドデバ
イスの制御処理を行い、ステップ６０４にて返信データ
をセットして、ステップ６０６にて送信処理を行う。

【０１２５】これに対して、本発明の一実施形態におい
ては、上述したように、フィールドデバイス１は、受信
割り込みでは、受信データのフィルタリングを行い、有
効なデータのみ、制御情報として、格納する。このよう
に、一対一の受信動作ではないので、相手側にデータの
再送を要求するという動作は不要となる。また、タイマ
ー割り込みにより、制御情報を取り込み、関係機器の異
常を検知して、正常運転又は縮退運転の制御シーケンス
を実行することができる。

【０１２６】一対一の受信動作であれば、相手側の異常
を検知したフィールドデバイスのみが異常を発生した機
器に対して制御情報の送受を中止等するのみとなり、多
数のフィールドデバイス全体としての、縮退運転は困難
である。

【０１２７】本発明の一実施形態のように、ネットーワ
ーク化し、送受信されるデータフォーマットにデータＩ
Ｄを有するように構成すれば、多数のフィールドデバイ
スが異常を発生した機器をほぼ同時期に検知でき、フィ
ールドデバイス全体としての縮退運転が可能となる。

【０１２８】このように、フィールドデバイス全体とし
ての縮退運転が可能となるということは、装置のアップ
グレード時において、縮退運転を実行しながら、個々に
機器やフィールドデバイス等の交換や内容変更を行うこ
とができ、装置全体の制御動作を停止することなく、メ
ンテナンスやシステム変更を行うことができる。

【０１２９】したがって、本発明の一実施形態によれ
ば、メンテナンスが容易であり、かつ、システム変更が
容易に行える装置内分散制御装置を実現することができ
る。

【０１３０】

【発明の効果】本発明によれば、装置内をネットワーク
化し、装置内で分散制御を可能とし、さらに装置内の各
機器が自立して自分自身の制御と通信を行う構成とした
ことにより、容易に装置の異常解析、メンテナンスなど
の作業が行え、装置の稼働率を向上することができる。

【０１３１】さらに、装置外から装置内ネットワークに
直接接続できる構成としたことにより、装置コントロー
ラが故障時などでも、装置外からのリモート制御や、装
置内での縮退運転が行えるという効果がある。

【０１３２】したがって、メンテナンスが容易であり、
かつ、システム変更が容易に行える装置内分散制御装置
を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である装置内分散制御装置
の概略構成図である。

【図２】図１に示した例の外観及び装置内の各機器の配
置を示した図である。

【図３】本発明における通信データ構成を示した図であ
る。

【図４】フィールドデバイスの概略動作フローチャート
である。

【図５】装置コントローラの内部構成図である。

【図６】フィールドデバイスの内部構成図である。

【図７】フィールドデバイスがネットワークで接続され
ていない場合における装置コントローラの外観構成図で
ある。

【図８】多数のフィールドデバイスがネットワークで接
続されていない例の全体概略構成図である。

【図９】図８に示した例の概略機能ブロック図である。

【図１０】多数のフィールドデバイスがネットワークで
接続されていない例における装置コントローラの動作フ
ローチャートである。

【図１１】多数のフィールドデバイスがネットワークで
接続されていない例におけるフィールドデバイスの動作
フローチャートである。

【符号の説明】

１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｎフィールドデバイス２装置コントローラ３オペレーターズコンソール４外部補助機器５装置内ネットワーク６通信接続端子

フロントページの続き (72)発明者大橋正博茨城県ひたちなか市市毛882番地株式会社日立ハイテクノロジーズ設計・製造統括本部那珂事業所内 (72)発明者萩野祐一茨城県ひたちなか市市毛882番地株式会社日立ハイテクノロジーズ設計・製造統括本部那珂事業所内 (72)発明者沼田純一茨城県ひたちなか市市毛882番地株式会社日立ハイテクノロジーズ設計・製造統括本部那珂事業所内 (72)発明者川木浩司茨城県ひたちなか市市毛882番地株式会社日立ハイテクノロジーズ設計・製造統括本部那珂事業所内Ｆターム(参考） 5H223 AA01 AA05 CC08 DD09 EE02 EE05 5K032 AA06 BA08 CA08 DA01 DB24 DB28 EA04 EA06 EB08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】それぞれの動作機能を有する複数のフィー
ルドデバイスと、これら複数のフィールドデバイスと制
御情報を送受信し、全体の制御を行う装置コントローラ
とを有する装置内分散制御装置において、上記複数のフィールドデバイス間及びこれら複数のフィ
ールドデバイスと上記装置コントローラとを接続する装
置内ネットワークを備え、上記複数のフィールドデバイスのそれぞれは、上記装置
内ネットワークに出力されているそのフィールドデバイ
スへの通信データを取り込み、そのフィールドデバイス
内に格納するとともに、そのフィールドデバイスの通信
すべき情報を通信データとして自発的に上記装置内ネッ
トワークに出力し、上記装置コントローラは、上記装置内ネットワークにフ
ィールドデバイスへの通信データを出力するとともに、
上記装置内ネットワークに出力されている伝送される通
信データを読み出し、装置内の制御状態を認識すること
を特徴とする装置内分散制御装置。
【請求項２】請求項１記載の装置内分散制御装置におい
て、上記通信データは、各フィールドデバイスを示すデ
バイス識別情報と、通信するデータの種類を示すデータ
識別情報とを有し、上記複数のフィールドデバイスのそ
れぞれは、上記デバイス識別情報に基づいて、装置内ネ
ットワークに出力されている通信データのうち、そのフ
ィールドデバイスへの通信データを取り込むことを特徴
とする装置内分散制御装置。
【請求項３】請求項１又は２記載の装置内分散制御装置
において、上記通信データは、上記装置コントローラ及
び各フィールドデバイスの自己診断情報を有し、上記装
置コントローラ及び各フィールドデバイスは、装置コン
トローラやフィールドデバイスの異常を認識することを
特徴とする装置内分散制御装置。
【請求項４】請求項３記載の装置内分散制御装置におい
て、上記装置コントローラ及び各フィールドデバイス
は、装置コントローラやフィールドデバイスの異常を認
識したときは、その異常を有する装置コントローラ又は
フィールドデバイスを、除外した動作機能により動作す
ることを特徴とする装置内分散制御装置。
【請求項５】請求項１、２、３、４のうちのいずれか一
項記載の装置内分散制御装置において、上記装置内ネッ
トワークと装置外部の機器とを接続し、装置外部の機器
と装置内ネットワークを介して複数のフィールドデバイ
スと通信データの送受を行う接続コネクタを備えること
を特徴とする装置内分散制御装置。
【請求項６】請求項５記載の装置内分散制御装置におい
て、上記接続コネクタを介して上記装置内ネットワーク
上の通信データを読み出し、装置内の分散制御動作に影
響を与えることなく、装置内の制御情報をモニタする機
能を有する外部補助機器を備えることを特徴とする装置
内分散制御装置。
【請求項７】請求項６記載の装置内分散制御装置におい
て、上記外部補助機器は、上記装置内ネットワーク上に
通信データを出力する機能を有し、上記外部補助機器が
上記装置内ネットワークに通信データを出力することに
より、装置内の上記フィールドデバイスを制御する機能
を備えることを特徴とする装置内分散制御装置。
【請求項８】請求項５、６、７のうちのいずれか一項記
載の装置内分散制御装置において、上記外部補助機器
は、上装置内ネットワーク上に接続されている上記フィ
ールドデバイスの自己診断情報をモニタすることによ
り、上記フィールドデバイスの異常を識別する機能を有
することを特徴とする装置内分散制御装置。
【請求項９】請求項１、２、３のうちのいずれか一項記
載の装置内分散制御装置において、上記各フィールドデ
バイスは、一定周期で上記装置内ネットワークに通信デ
ータを出力する機能と、上記装置内ネットワーク上で他
の通信データとの衝突が発生した場合に、この通信デー
タの衝突を検出し、通信データを再送する機能とを有
し、上記装置内ネットワークに接続されている上記各フ
ィールドデバイスの設定を変更することなく、上記各フ
ィールドデバイスを上記装置内ネットワークから着脱す
ることを特徴とする装置内分散制御装置。
【請求項１０】請求項９記載の装置内分散制御装置にお
いて、上記装置内ネットワークは、通信用の伝送線と電
力供給用の伝送線とを有する伝送路であり、上記各フィ
ールドデバイスは、上記装置内ネットワークと電気的に
絶縁され、装置の稼動中に上記各フィールドデバイスを
上記装置内ネットワークから着脱することを特徴とする
装置内分散制御装置。