JP2003523546A

JP2003523546A - 制御アルゴリズム処理負荷を平衡化および分散するシステムおよび方法、ならびにこれを使用するリアルタイムのプラント制御システム

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Publication number: JP2003523546A
Application number: JP2000569291A
Authority: JP
Inventors: ステインマン，ジェスロ・エフ; ヒマー，リチャード・ピイ; ラドミー，イリーナ
Original assignee: ハネウェル・インコーポレーテッド
Priority date: 1998-09-09
Filing date: 1999-08-09
Publication date: 2003-08-05
Also published as: EP1121625B1; EP1121625A1; DE69911986D1; CA2343233C; DE69911986T2; US6269274B1; WO2000014611A1; CA2343233A1

Abstract

(57)【要約】デジタル処理コントローラ（ＤＰＣ）内で使用する、制御アルゴリズム処理負荷を平衡化して、その負荷を任意の時間間隔にわたって分散するためのシステムおよびその方法、ならびにこのシステムまたは方法を使用するリアルタイムのプラント制御システムを提供する。一実施形態では、このシステムは、（１）少なくとも１つの制御アルゴリズムの実行時間を、そのアルゴリズムに適用される構成データに基づいて推定するためのモデルを含み、ＤＰＣが、そのモデルによって生成された推定に基づいて前記負荷の平衡化を行って、それを分散することができ、かつ（２）このアルゴリズム・モデルと関連付けられたデータ入力処理を含み、これが実証的に決定された実行時間を少なくとも１つの制御アルゴリズムと関連付けることができるようにし、ＤＰＣが、モデルに基づく推定の代わりに、この時間に基づいて、負荷の平衡化を行い、それを分散することができ、かつ少なくとも１つの制御アルゴリズムが構成された後、その負荷の平衡化および分散を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】（発明の技術分野）本発明は、一般的に、計算機システムおよび処理システムに向けられ、より詳
細には、負荷を処理する制御アルゴリズムを平衡化し、かつ分散するシステムお
よび方法、ならびにこのシステムまたは方法を使用するリアルタイムのプラント
制御システムに向けられている。

【０００２】（発明の背景）自動処理制御システムは、包括的な一組の制御アルゴリズム、またはソフトウ
ェア定義可能な処理制御ルーチンを含んで、例えば、製造施設内部の、様々な処
理を制御し、監視している。制御システムは、広範囲の処理要件を全体的に満た
すように、あるいは施設の指定された部分内の要件を満たすように調整すること
ができる。従来、制御システムは、様々なモジュールを含み、そのそれぞれが、
独自のプロセッサまたはファームウェアを有し、通信バスによって一緒にリンク
されて、分散処理制御システムを形成している。システムの分散性が、システム
を増分方式で拡張して、施設内の発展または改変を満たす能力を有する高いパフ
ォーマンスを可能にしている。

【０００３】処理制御システムを特定の処理環境に対してユーザが調整できるようにするた
めには、高度に構成可能で、適合可能な制御システムとともにこうしたシステム
を提供することが重要である。処理制御システムは、一般的に、それによってユ
ーザが、カスタム制御戦略、すなわち、ソフトウェア定義可能な処理制御ルーチ
ンを作成することができる手段を提供する。オブジェクト指向プログラミング環
境では、完全な制御戦力を、ブロックおよびパラメータなどのより小さな構成要
素から構成することが可能である。ブロックは、ソフトウェア構成体、つまり基
本制御計算のデータおよびアルゴリズムをカプセル化するために使用されるオブ
ジェクトであり、パラメータは、ブロック内にあるデータの個々の要素に対する
インターフェースを定義する。

【０００４】デジタル処理コントローラ（ＤＰＣ）が、一般的に、それらが制御アルゴリズ
ムを処理する方式で、一連の要件を満たすために必要とされる。例えば、それら
は、周期方式で制御アルゴリズムを実行しなければならない。制御アルゴリズム
は、そこでサンプル・レート・ジッターが、処理ダイナミックスの許容度に比較
して十分に低いサンプル・レートで、実行されなければならない。ＤＰＣは、そ
の関数が全体の処理制御ミッションのために不可欠ではあるが、周期的で、予測
可能ではない追加のアルゴリズム、すなわち、監視ディスプレイおよび制御ステ
ーションとの通信、ピア・コントローラとの通信、イベント分散およびハウスキ
ーピング・タスクを実行しなければならないかもしれない。ＤＰＣは、ＤＰＣが
定義済みの動作範囲内で構成されている限り、周期的制御アルゴリズムの決定性
実行を妨げない方式で、非周期的アルゴリズムを実行しなければならない。

【０００５】これら前述の要件を満たすためには、ＤＰＣは、制御アルゴリズム処理負荷を
平衡化して、それを基本繰返し率の時間間隔にわたって分散する必要がある。Ｐ
ｒｏｃｅｓｓＭａｎａｇｅｒ、ＡｄｖａｎｃｅｄＰｒｏｃｅｓｓＭａｎａ
ｇｅｒおよびＨｉｇｈＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＰｒｏｃｅｓｓＭａｎａｇ
ｅｒとして知られる、ＨｏｎｅｙｗｅｌｌＩｎｃ．のＴＤＣ３０００コントロ
ーラなどの従来のＤＰＣは、構成を事前に限定し、過負荷の、予測される可能性
に基づいて、その構成を受入れる、または拒否する。ただし、これらのＤＰＣは
、手動の平衡化、他のアルゴリズムが制御を維持する一方で、アルゴリズムのサ
ブセットを平衡化すること、特定のアルゴリズムに関する実行時間のユーザ測定
、あるいは実行時間を特性属性としてアルゴリズムに関連付けることをサポート
していない。

【０００６】他方、ＨｏｎｅｙｗｅｌｌのＡｌｃｏｎｔＰｒｏｃｅｓｓＭａｎａｇｅｒ
などの、他の従来のＤＰＣは、アルゴリズム処理負荷の手動の平衡化のみに備え
ている。ただし、これらのＤＰＣは、モデル計算に基づくアルゴリズム負荷の限
定、あるいは高すぎる負荷の拒否をサポートしていない。Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌの
ＰＴＳＮｅｔｗｏｒｋｓＳａｆｅｔｙＭａｎａｇｅｒなど、さらに別のＤ
ＰＣは、特定のアルゴリズム構成の特性からの実行時間の計算に備えているが、
他のアルゴリズムが制御を維持しながら、アルゴリズムを平衡化することをサポ
ートしていない。

【０００７】したがって、当技術分野で必要とされているのは、前述のすべての機能を１つ
のコントローラに組込んだ処理コントローラ内で、アルゴリズム処理負荷を管理
する改良された方法である。より詳細には、当技術分野で必要とされているのは
、アルゴリズム処理負荷の柔軟な管理を提供する方法である。

【０００８】（発明の概要）従来技術の前述の欠点に対処するため、本発明の主要な目的は、制御アルゴリ
ズム処理負荷を平衡化して、それを分散するずっと柔軟で強力な方式を提供する
ことである。

【０００９】前述の主要な目的を達するために、本発明は、デジタル処理コントローラ（Ｄ
ＰＣ）内で使用する、制御アルゴリズム処理負荷を平衡化して、その負荷を任意
の時間間隔にわたって分散するシステムおよびその方法、ならびにこのシステム
または方法を使用するリアルタイムのプラント制御システムを提供する。一実施
形態では、このシステムは、（１）少なくとも１つの制御アルゴリズムの実行時
間を、そのアルゴリズムに適用される構成データに基づいて推定するモデルを含
み、ＤＰＣが、そのモデルによって生成された推定に基づいて前記負荷の平衡化
を行って、それを分散することができ、かつ（２）このアルゴリズム・モデルと
関連付けられたデータ入力処理を含み、これが実証的に決定された実行時間を少
なくとも１つの制御アルゴリズムと関連付けることができるようにし、ＤＰＣが
、モデルに基づく推定の代わりに、この時間に基づいて、負荷の平衡化を行い、
それを分散することができ、かつ少なくとも１つの制御アルゴリズムが構成され
た後、その負荷の平衡化および分散を行うことができる。

【００１０】本発明は、したがって、モデルに基づく制御アルゴリズムの平衡化および分散
のシステムを導入し、そこでは、平衡化されるべき各制御アルゴリズムに関する
データが、推定実行時間を導出するのに使用されるが、それに対してユーザは、
オプションとして、オーバーライドする、実証的に決定した（あるいは実際に測
定した、あるいは数式で分析した、あるいは直観的に推測した）実行時間を提供
することができる。

【００１１】システムは、特定の制御アルゴリズムが構成された時点でモデルを実行して、
それが望ましい場合には、平衡化および分散が反復方式および対話方式で行われ
るようにすることができる。別法では、本発明の一実施態様では、データ入力処
理は、ユーザが、ユーザ自身の制御の下で、負荷の平衡化および分散を行えるよ
うにする。

【００１２】本発明の一実施態様では、モデルは、少なくとも１つの制御アルゴリズムを構
成させ、他の制御アルゴリズムの動作を中断することなく、負荷を平衡化させ、
分散させるようにする。別法では、システムは、他の制御アルゴリズムの実行を
中断して、平衡化および分散が行われている間、休止または停止させることがで
きる。

【００１３】本発明の一実施態様では、データまたは時間のうちで選択された１つが、少な
くとも１つの制御アルゴリズムの各インスタンスごとに複写される。好ましくは
、ユーザは、データまたは時間を任意の制御アルゴリズムの各オカレンスと関連
付ける必要がない。ただし、いくつかの実施態様では、ユーザは、そうした手動
の関連付けを実行することができる。

【００１４】本発明の一実施態様では、構成データは、アルゴリズムの型、アルゴリズム実
行時間、アルゴリズム・ブロック数、およびデータ・フロー接続数を含む。当技
術分野の専門家には、他の構成データ・タイプもまた、本発明とともに有利に使
用することができることが承知されよう。

【００１５】本発明の一実施態様では、少なくとも１つの制御アルゴリズムが、（１）周期
（２）推定の重み、および（３）フェーズから成るグループから選択された構成
パラメータを有する制御モジュールの一部分を構成する。モデルは、この構成パ
ラメータを使用して、処理負荷の平衡化および分散を行う。もちろん、追加の、
または他のパラメータが、所与のアプリケーションで望ましい可能性がある。

【００１６】本発明の一実施態様では、モデルは、少なくとも１つの制御アルゴリズムの実
際の実行時間をユーザに与えることができる。このことは、ユーザが、少なくと
も１つの制御アルゴリズムのパフォーマンスを評価し、それに基づいて判断を行
うことができるようにする。

【００１７】前述の内容は、当技術分野の専門家が、下記の本発明の詳細な説明をより良く
理解できるように、本発明の機能および技術的利点の概要をいくぶん広く述べて
いる。本発明の請求項の対象を形成する本発明のさらなる機能および利点を、下
記に記載することになる。当技術分野の専門家には、開示される構想および特定
の実施形態を、本発明と同じ目的を実行する改変または他の構造の設計のための
基礎として、容易に使用できることが理解されよう。当技術分野の専門家には、
また、そうした等価の構成が、その最も広い形態での本発明の趣旨および範囲か
ら逸脱しないことが理解されよう。

【００１８】本発明およびその利点をより完全に理解するために、次に、添付図面と共に以
下の説明を参照する。

【００１９】（詳細な説明）本発明のシステムおよび方法の例示的実施形態の説明を始める前に、本発明が
適切に使用つまり実施されることができる計算システム環境つまり処理システム
環境について説明すると役立つだろう。初めに、図１を参照すると、本発明を適
切に使用することができる、例示的な、分散型リアルタイム処理制御システム（
一般に１００で示す）の機能図が示されている。

【００２０】処理制御システム１００は、サーバ１１０とコントローラ・ネットワーク１１
１を有するコンピュータ・ネットワークを例示的に含む。コントローラ・ネット
ワーク１１１は、サーバ１１０とＤＰＣ（一般に１２１で示す）との間にインタ
フェースを提供し、例えば、コントローラ・ネットワーク１１１は、サーバ１１
０とＤＰＣ１２１との間で管理メッセージを伝え、またＤＰＣ１２１の間でピア
・ツー・ピア型メッセージを伝えることができる。ＤＰＣ１２１は、入出力ネッ
トワーク１１２を介して入出力（Ｉ／Ｏ）装置１２２と通信する。ＤＰＣ１２１
は、入出力装置１２２と入出力ネットワーク１１２を介して、処理センサ／アク
チュエータ１３０からのデータを制御し、受信する、ソフトウェアによる定義可
能な処理制御ルーチンを実行するように適合されている。当業者ならば、種々の
製品の製造に利用できる、電気的に制御可能なモータ、バルブ、ポンプなどの、
様々なタイプの処理センサ／アクチュエータ１３０に通じている。したがって、
本発明の原理は、具体的な処理または処理システムに限定はしないが、そのよう
なシステムに役立つように、手軽に利用することができる。

【００２１】一実施形態では、処理制御システム１００は、さらに、サーバ１１０と遠隔ワ
ークステーション（一般に１４０で示す）との間のインタフェースとなるローカ
ル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）１１３を含む。システム・オペレータは、
遠隔ワークステーション１４０を利用して、処理制御システム１００の動作を制
御および監視することができる。個別ネットワークのように図示されているが、
ＬＡＮ１１２とコントローラ・ネットワーク１１１とは同一であってよい。すな
わち、遠隔ワークステーション１４０とＤＰＣ１２１は、同じネットワーク伝送
媒体を共用することができる。しかし、当業者は、制御システムとオペレータ・
ワークステーションに別々のネットワークを提供することにより、例えば、サー
バ１１０からオペレータ・ワークステーション１４０への分散処理に関係するデ
ータに関連した、ＬＡＮ１１２のネットワーク・トラフィックが、制御ネットワ
ーク１１１を介してサーバ１１０と遠隔ＤＰＣ１２１との間で伝送される処理制
御情報に干渉しないというように、分散型リアルタイム処理制御システムの信頼
性を高めることができることを理解するだろう。

【００２２】ソフトウェアによる定義可能な処理制御ルーチンは、サーバ１１０、ワークス
テーション１４０、ＤＰＣ１２１などのいかなるデジタル処理システムによって
も実行することができる。図２に、本発明の原理を具体化する、ソフトウェアに
よる定義可能な処理制御ルーチンを実行するために利用することのできる、例示
的デジタル処理システム２００の高水準ブロック図を示す。例示的デジタル処理
システム２００は、マイクロプロセッサ２１０、不揮発性メモリ２２０、ランダ
ム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）２３０を含む。ソフトウェアによる定義可能な
処理制御ルーチンを記憶するために利用される不揮発性メモリ２２０は、例えば
、プログラマブル読取専用メモリ（ＰＲＯＭ）、フラッシュＲＯＭ、または磁気
記憶媒体を備えることができる。不揮発性メモリ２２０に記憶されているソフト
ウェアによる定義可能な処理制御ルーチンは、マイクロプロセッサ２１０によっ
て実行される。マイクロプロセッサは、処理制御ルーチンのすべてまたは部分を
、そのルーチンが実行される際、処理センサ／アクチュエータ１３０に関連付け
られた処理制御データを記憶するためと同様に、ＲＡＭ２３０を利用して記憶す
る。例示的デジタル処理システム２００の記述は、単なる例示であり、当業者は
、本発明の原理を利用するソフトウェアによる定義可能な処理制御ルーチンが、
デジタル処理システム２００に関する特有のハードウェアの実施態様に限定され
ず、すべてのそのようなシステムは、頭書の特許請求の範囲内にあることを理解
するだろう。

【００２３】本発明の原理を理解するためには、本発明をサポートするのに必要な環境を定
義する必要がある。第１は、アプリケーション・ビルダー環境である。アプリケ
ーション・ビルダー環境は、エンド・ユーザが制御戦略を構成し、それをコント
ローラにロードできるようにするサービスを提供する。第２の環境は、コントロ
ーラ自体である。このコントローラは、ロードの際に構成を受け取り、それらを
内部サポート・サービスに登録し、それらをランタイムに実行する。当業者は、
アプリケーション・ビルダーが、必ずしも１つの特定の位置に常駐する必要がな
いことを容易に理解するだろう。アプリケーション・ビルダー環境は、様々な監
視プラットフォームに常駐することができる。

【００２４】オブジェクト指向プログラミングを利用するＤＰＣ、すなわちＡオブジェクト
指向コントローラでは、ブロックブロックと呼ばれるオブジェクトとして、アル
ゴリズムとそれらに関連付けられたデータを実施することができる。ブロック内
のデータは、パラメータと呼ばれる、ブロックの指定された属性から読み取られ
、この属性に書き込まれることができる。様々なブロック間のデータフローは、
１つのブロックの出力パラメータから２つめのブロックの入力パラメータに接続
を確立することによって、達成することができる。

【００２５】制御戦略は、各々が制御戦略全体の必須の構成をカプセル化するブロックの集
合として作成される。制御モジュールと呼ばれる１つのブロックは、より基本的
なアルゴリズム・ブロックのコンテナとして、それらの間にデータを流す接続の
ために働く。制御モジュールを作成するプロセス全体は、アルゴリズム・ブロッ
クを挿入し、ブロック・パラメータ間を接続し、構成パラメータに値を割り当て
るために、アプリケーション・ビルダーを使用して構成される。制御モジュール
の作成が一旦完了すると、アプリケーション・ビルダーのサービスは、その制御
モジュールをコントローラにロードするために使用される。

【００２６】アプリケーション・ビルダー環境下およびコントローラ環境下では、負荷を処
理するアルゴリズムを管理するタスクは、制御モジュールのための負荷処理管理
のタスクと同義になる。有利な実施形態で、本発明の原理を使用して、制御モジ
ュールは、次の構成パラメータ、ＰＥＲＩＯＤ、ＥＳＴＷＥＩＧＨＴ、ＰＨＡＳ
Ｅをサポートすることができる。

【００２７】ＰＥＲＩＯＤは、制御モジュールとそのすべての構成要素アルゴリズムの反復
するサイクル時間を確立する。ＰＥＲＩＯＤは、例えば、ＢＡＳＥＰＥＲＩＯＤ
と呼ばれる、コントローラによってサポートされる最も短いＰＥＲＩＯＤの倍数
である値に限定される。

【００２８】ＥＳＴＷＥＩＧＨＴは、制御モジュールの実行時間に対する推定値を保持する
。この値は、直接測定に基づいて、エンド・ユーザが明示的に構成することがで
き、あるいは、構成されずにおくと（ヌル）、モデルに基づいて、アプリケーシ
ョン・ビルダーによって推定される。ＥＳＴＷＥＩＧＨＴを計算するために使用
されるモデルの性質は、本発明の実施を説明するのに必須ではない。

【００２９】ＰＨＡＳＥは、選択されたＰＥＲＩＯＤの、特定の段階内で制御モジュールを
実行するように、コントローラに指示する値を保持する。ＰＨＡＳＥの可能な値
は、例えば、０から（ＰＥＲＩＯＤモジュロＢＡＳＥＰＥＲＩＯＤ）までである
。エンド・ユーザが手動による負荷の平衡化を希望すると、そのエンド・ユーザ
は、ＰＨＡＳＥパラメータに、その許容範囲内で特有の値を割り当てる。有利な
実施形態では、コントローラに負荷を自動的に平衡化させることを希望する場合
、ユーザはＰＨＡＳＥの値を割り当てずに（ヌル）おく。

【００３０】制御モジュールがコントローラにロードされる場合、ロードされるデータは、
ＰＥＲＩＯＤパラメータ、ＥＳＴＷＥＩＧＨＴパラメータ、ＰＨＡＳＥパラメー
タの値を含む。コントローラは、負荷の平衡化と制限の処理全体への入力として
、それらのパラメータを使用する。ただし、ＰＨＡＳＥパラメータは、それらの
操作をトリガする上でキーとなる。

【００３１】ＰＨＡＳＥの概念は、コントローラ実行サイクルの概念と密接に関係している
。各サイクルは、制御モジュールの特有の集合を実行するためにＢＡＳＥＰＥＲ
ＩＯＤが構成される長さの時間間隔である。サイクル内におけるスケジューリン
グを説明するために、ＢＡＳＥＰＥＲＩＯＤを５０ｍｓと仮定し、コントローラ
が、次の表に記載される制御モジュールの単一構成をサポートすると想定する。

【００３２】

【表１】

【００３３】表１に記載の構成は、ＰＥＲＩＯＤとＰＨＡＳＥの値を各制御モジュールに割
り当てる。これら２つの値は、各制御モジュールがコントローラのサイクル・ス
キーム内で実行される方法を制約する。その結果もたらされる実行パタンを、下
記の表２に示す。

【００３４】

【表２】

【００３５】上記表２のパタンから、ＰＥＲＩＯＤとＰＨＡＳＥの値は共に、コントローラ
内で制御モジュールがどのように実行されるかを完全に決定することが理解され
よう。ＰＥＲＩＯＤは反復レートを決定し、ＰＨＡＳＥは制御モジュールがどの
使用可能なサイクルの有限集合のなかで実行されるかを決定する。例えば、２０
０ｍｓのＰＥＲＩＯＤで、ＣＭｄは、０、１、２、３の可能なＰＨＡＳＥの選択
を有する。選択されたＰＨＡＳＥが１なので、ＣＭｄは、サイクル１、５、９、
１３等々を実行する。その期間がＢＡＳＥＰＥＲＩＯＤと等価に割り当てられて
いる制御モジュールは、ＰＨＡＳＥに対する唯一のオプション、すなわち０しか
有しない。上記の例で使用される最長実行期間は２００ｍｓであり、サイクル０
ないし３はサイクル４ないし７と等しい。このパタンは、無期限に反復される。

【００３６】コントローラ内でサポートされるサイクルの総数は、有限である。サポートす
ることのできる総数は、サポートされる最長期間とＢＡＳＥＰＥＲＩＯＤとの比
に基づく。したがって、最長期間が１秒で、ＢＡＳＥＰＥＲＩＯＤが５０ｍｓで
あれば、合計２０サイクルとなる。本発明の実施は、１サイクル内において制御
モジュールの実行をオーダするスキームの数と一致する。例えば、サイクル０に
示されるオーダ（ＣＭｅ、ＣＭｃ、ＣＭｂ、ＣＭａ）は、異なった方法で選択す
ることができる。実行のオーダを選択する方法は、必ずしも本発明を理解する必
要がなく、以下では説明しない。制御モジュールの実行は、サイクル内に調整さ
れているが、制御モジュールを単にその添え字で示した下記の時系列に示すよう
に時間的に連続して行われることに留意されたい。隣接サイクルの間の時間は、
非周期的なアルゴリズムを実行するために使用される。時系列０１２３４｜ａｃｂａ．．｜ｆｅｄｃ｜ｅｃｂ｜ｇｆｅｃ｜ｅｃｂａ Ψ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−

【００３７】次に図３に移ると、オブジェクト指向プログラミング環境下で本発明の原理を
使用して構成されるコントローラ３３０の実施形態を利用するリアルタイム処理
制御システム３００の実施形態が示される。処理制御システム３００は、複数の
制御モジュール（１つは３４０と指定して示される）を備えるコントローラ３３
０を含む。制御モジュール３４０は複数のアルゴリズムも含み；３つのアルゴリ
ズム・ブロックが示され、第１、第２、第３のブロック３４５、３５５、３６５
と表される。図示する実施形態では、第１のブロックおよび第２のブロック３４
５、３５５は、プロセス環境を監視するために使用される温度センサまたは圧力
センサなど複数の変換器（一般に３７０と表す）に結合されるか、または関連づ
けられ、一方、第３のブロック３６５はアクチュエータ３８０に結合されるか、
または関連付けられる。コントローラ３３０は、アプリケーション・ビルダ３１
０にも結合され、それは監視ワークステーションで実行するソフトウェア・サー
ビスのセットでよい。アプリケーション・ビルダ３１０は、示すように、エンド
・ユーザにプロセス・データを入力させ、監視させる手段となっている、従来型
のコンピュータおよびモニタなどのデータ・エントリおよび表示装置３２０にも
結合されている。図示する実施形態では、アプリケーション・ビルダ３１０は、
第１、第２、第３のブロック３４５、３５５、３６５にそれぞれ対応する、第１
、第２、第３のモデル構成要素３１２、３１４、３１６も含む。有利な実施形態
では、モデルは構成データを含み、それにはアルゴリズム・ブロック・タイプ、
各ブロック・タイプについてのカウント、アルゴリズム実行時間、データ・フロ
ー接続カウント（入力パラメータ）、ブロックのデータ・フロー実行時間が含ま
れる。

【００３８】先に説明したように、アプリケーション・ビルダ３１０は、第１、第２、第３
のブロック３４５、３５５、３６５を使用して制御モジュール３４０（アルゴリ
ズム処理を実行するために使用される）を構築する。アプリケーション・ビルダ
３１０は、制御モジュール３４０内でブロック・パラメータ間の接続も生成し、
プロセス構成パラメータに値を割当て、それには先に説明したパラメータＰＥＲ
ＩＯＤ、ＥＳＴＷＥＩＧＨＴ、ＰＨＡＳＥが含まれる。

【００３９】処理負荷の平衡化のタスクは、ＰＨＡＳＥの値を各制御モジュール３４０に割
当てることを含む。ＰＨＡＳＥ値は、各サイクルが制御モジュール３４０を実行
するのにかかる時間と同じ位の時間を費やすように割当てなければならない。処
理負荷のバランスをとるためには、パラメータＥＳＴＷＥＩＧＨＴにより伝搬さ
れる情報が不可欠である。パラメータＥＳＴＷＥＩＧＨＴは制御モジュール３４
０の構成データの１つのエレメントを構成し、通常制御モジュール３４０が最初
に構成される際にコントローラ３３０にロードされる。サイクル中の制御モジュ
ール３４０ごとのＥＳＴＷＥＩＧＨＴを合計することにより、コントローラ３３
０は、そのサイクルにどれほどの実行時間が必要であるかを判定することができ
る。サイクルの相対的なローディングを、比較するかまたは適切に応じて修正す
ることができる。

【００４０】ＥＳＴＷＥＩＧＨＴはコントローラ３３０により使用されるが、コントローラ
３３０によって計算は行われない。ＥＳＴＷＥＩＧＨＴそれは２つの方法のうち
１つにより決定されるが、その方法はどちらもコントローラ３３０の範囲外であ
る。第１の方法は、ＥＳＴＷＥＩＧＨＴがエンド・ユーザにより計算されるもの
である。この方法は、コントローラ３３０自体によって提供される統計的タイミ
ング・データに基づいて行われる。例えばコントローラ３３０は、エンドユーザ
がＥＳＴＷＥＩＧＨＴの値を公式化することができる、サイクル実行時間または
制御モジュール３４０の実行時間を提供することができる。ＥＳＴＷＥＩＧＨＴ
値が得られると、それはビルダ構成インタフェース（データ・エントリおよび表
示装置３２０）を使用して、制御モジュール３４０に付加することができる。

【００４１】ＥＳＴＷＥＩＧＨＴの値を発生させるためには多少の労力を必要とする。ただ
しこの労力が必要とされるのは、固有の制御モジュール３４０構成が生成される
際のみである。当分野の技術者は、プロセス制御構成が、同一に構成された制御
モジュール３４０の複数のコピーをしばしば必要とすることに気付かれよう。こ
うした場合、ＥＳＴＷＥＩＧＨＴの同一の値を、同一に構成された制御モジュー
ル３４０のすべてのコピーに対して使用することができる。

【００４２】ＥＳＴＷＥＩＧＨＴを計算する第２の方法は、ビルダ３１０が、制御モジュー
ル３４０の実行時間の数学的モデルを使用するものである。使用される数学的モ
デルの性質は、本発明を理解するためには必要ではない。制御モジュール３４０
の構成の特性に基づいて、数学的モデルが実行時間をかなり正確な推定を計算す
るという要件を満たしさえすればよい。一例として、満足の行くモデルは、構成
要素アルゴリズム・ブロックの各タイプについての通常の実行時間と、各構成要
素アルゴリズム・ブロックの入力パラメータについての通常の接続実行時間と、
制御モジュール３４０自体のオーバーヘッド実行時間を知ることによりＥＳＴＷ
ＥＩＧＨＴを計算する、一次方程式のセットでよい。

【００４３】本発明は、エンド・ユーザがＥＳＴＷＥＩＧＨＴの値を提供することを望んで
いるかどうかをユーザが指示する手段、あるいはエンド・ユーザがビルダ３１０
に自動的に推定を計算させる手段を企図している。これを達成する１つの方法は
、エンド・ユーザがＥＳＴＷＥＩＧＨＴをゼロのままにして自動的計算が必要と
されていることを指示するか、または自動的計算が不可能である場合にはそれを
非ゼロ値にセットすることである。

【００４４】制御モジュール３４０を生成した後で、アプリケーション・ビルダ３１０は、
当分野でよく知られている従来技術を使用して、制御モジュール３４０の構成デ
ータを、コントローラ３３０にロードする。

【００４５】制御モジュール３４０の構成がコントローラ３３０にロードされる時、負荷平
衡化アルゴリズムはＰＨＡＳＥの値によって決まる：ＰＨＡＳＥはゼロかまたは
非ゼロである（ＥＳＴＷＥＩＧＨＴのゼロおよび非ゼロ値と混同しないように）
。非ゼロのＰＨＡＳＥ値は、エンド・ユーザが、さもなければコントローラ３３
０により行われる自動的平衡化プロセスを無効にすることを望んでいることを示
す。どのサイクルのセットで制御モジュール３４０が実行するかをエンド・ユー
ザが直接制御することを望む場合、エンド・ユーザは望むＰＨＡＳＥ値を直接割
り振ることができる。例えばエンド・ユーザは、上記の表２で参照される割り振
られたＣＭｄにより、位相１で実行させることができる。

【００４６】受信したＰＨＡＳＥがゼロである場合、コントローラ３３０はこれを解釈して
、自動的負荷平衡化が必要とされていることを示し、以降で説明する操作によっ
て続行する。ＰＨＡＳＥ値を決定するために使用される方法とは関係なく、ＰＨ
ＡＳＥ値はコントローラ３３０により承認される（これについても下記で説明す
る）前に、さらなる確認チェックに付されることに留意されたい。自動的負荷平
衡化がいつ要求されるかを指示するためにＰＨＡＳＥのゼロおよび非ゼロの値を
使用するのは、規定のみによることにも留意されたい。この区別を指示する他の
方法を使用することも可能であり、本発明の広い範囲内にある。

【００４７】ロードされたＰＨＡＳＥ値がゼロであるとコントローラ３３０が判定する時、
すなわちエンド・ユーザが値を事前選択しなかった時、コントローラ３３０は候
補値をＰＨＡＳＥに割振る。値をＰＨＡＳＥに割り振るための例示的アルゴリズ
ムは、表３に示される。このアルゴリズムの最終的な効果は、負荷を最低の最大
負荷で特定のサイクルのセットに追加するＰＨＡＳＥ値を選択することである。
有利な実施形態では、制御モジュール３４０内の個々の制御アルゴリズムは、他
の制御アルゴリズムの動作を妨害することなく、構成し、ロードし、平衡を保つ
ことができる。

【００４８】

【表３】

【００４９】負荷平衡化の選択すなわち表３に説明したプロセスの結果として、またはエン
ド・ユーザによる明示的構成としてのいずれかで、ＰＨＡＳＥパラメータが決定
されると、有利な実施形態ではコントローラ３３０は認定チェックを実行する。
例示的な認定チェック・アルゴリズムを表４に示す。

【００５０】

【表４】

【００５１】本発明を実行するために認定チェックは必要ではなく、削除してもよいことに
留意されたい。認定チェックを用いる場合、表４中の適切な措置は、予測された
サイクル・オーバーロードの場合には、コントローラ３３０の設計方針によって
変化することがある。可能性のある措置は、制御モジュール３４０のロードを拒
否するか、またはデータ・エントリおよび表示装置３２０を使用してエンド・ユ
ーザに警告を表示して制御モジュールのロードを容認することを含む。

【００５２】制御モジュール３４０が承認されコントローラ３３０にロードされると、コン
トローラ３３０はＰＨＡＳＥに値を割り振り、表５に示す例示的プロセスを使用
して各サイクルの合計の重みのレコードを更新する。表５中のプロセスは、Ｃｙ
ｃｌｅＷｅｉｇｈｔ［］と称される配列中にこのレコードを維持する。

【００５３】

【表５】

【００５４】次に図４に、さまざまなサブシステムが本発明内でどのように相互作用するか
を要約する例示的相互作用図４００を図示する。相互作用図４００は、以下のオ
ブジェクトを含む：ユーザ４１０、ビルダ・ヒューマン・インタフェース４２０
、制御モジュール実行時間モデル４３０、コントローラ通信インタフェース４４
０、ロード・マネジャ４５０。

【００５５】ユーザ４１０はエンド・ユーザに対応し、そのユーザはＣＭａと呼ばれる制御
モジュールを構成する。ビルダ・ヒューマン・インタフェース４２０は、それを
通じてユーザ４１０がビルダへの構成指定を入力するコンピュータ（図３に示す
データ・エントリおよび表示装置３２０に類似のもの）に対応する。制御モジュ
ール実行時間モデル４３０は、知られている構成データからどのように制御モジ
ュール実行時間を計算するかについてのモデルを保持する、ビルダ内のインテリ
ジェンスに対応する。ビルダ・ヒューマン・インタフェース４２０および制御モ
ジュール実行時間モデル４３０はどちらもビルダの一部と考えることができる。
コントローラ通信インタフェース４４０は、アプリケーション・ビルダと通信す
るコントローラ内のサブシステムに対応し、ロード・マネジャ４５０は、負荷を
処理する制御モジュールを管理するコントローラ内のサブシステムと考えること
ができる。

【００５６】相互作用図４００は、制御モジュールが構成およびロードされる時に、サブシ
ステム間で伝搬されるメッセージのシーケンスを示す。プロセスはユーザ４１０
とビルダ４２０の間の相互作用のセットで開始し、ユーザ４１０はそこで構成デ
ータを、およびエントリが完了するとコマンド・ロードを入力する。ユーザ４１
０のロード・コマンドにより、ビルダ４２０はモデル４３０へのアクセスを開始
し、次いでコントローラ通信インタフェース４４０へのロードを開始する。ロー
ド・マネジャ４５０は、コントローラ内で、コントローラ通信インタフェース４
４０からロード・データを受信し、受信したデータを処理する。次いでロード・
マネジャ４５０は、先に説明した擬似コードの実行を起動する。図４に図示する
タイプの図の読み取り方についてさらに情報を得るためには、「Ｏｂｊｅｃｔ
ＯｒｉｅｎｔｅｄＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＤｅｓｉｇｎｗｉｔｈＡｐ
ｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」（ＧｒｅｄｙＢｏｏｃｈ著、ベンジャミン／カミング
ス１９９４）を参照されたい。この本は参照によりここに組込まれる。

【００５７】上記の事項から、モデルにより計算された実行時間を使用することにより、ま
たはエンド・ユーザにより直接測定された実行時間の使用により、本発明が負荷
平衡化の実行を可能にしていることが明らかである。モデル計算は、アルゴリズ
ム・ブロックのタイプおよび数と、データ・フロー接続の数によって変化するデ
ータを使用する。本発明はまた、ユーザにより測定された実行時間を制御アルゴ
リズム内で取り込み、そのアルゴリズムの新しいコピーが生成された時に複製す
ることを可能にする。さらに、本発明は、制御アルゴリズムが構成される際に自
動的に平衡化を実行するか、またはエンド・ユーザの選択の際に手動で平衡化を
実行することを可能にする。さらに、本発明により、コントローラ内で稼動して
いる他のアルゴリズムをシャット・ダウンすることを必要とせずに、新しい制御
アルゴリズムを構成し、潜在的なオーバーロードに対して検査し、平衡を保つこ
とができる。

【００５８】本発明は、フレキシビリティ、決定論（determinism）、同一のコントローラ
内でのユーザビリティといった利点をエンド・ユーザに提供する。フレキシビリ
ティは、複数期間を任意選択すること、および手動または自動的な平衡化を選択
できることにより提供される。決定論は、設計のサイクルおよび位相構造により
提供される。一実施形態では、位相がコントローラ内で割当てられると、アルゴ
リズムは、限定的で周期的な時間帯中に実行される。コントローラ全体をシャッ
ト・ダウンすることなく負荷に対して構成を限定および平衡化させられること、
必要な場合に、手動の負荷平衡化を回避できること、測定された実行時間を特定
の制御構成と関連付けられることにより、ユーザビリティが提供される。

【００５９】本発明およびその利点を詳細に説明してきたが、最も広義な形態において発明
の精神および範囲から解離することなく、多様な変更、代替、改変を行えること
を当分野の技術者は理解されたい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適切に使用される分散型リアルタイム処理制御システムの、例示的機
能図である。

【図２】本発明の原理を具体化する、ソフトウェアによる定義可能な処理制御ルーチン
を実行するために利用することのできる、例示的デジタル処理システムの高水準
ブロック図である。

【図３】オブジェクト指向プログラミング環境下で本発明の原理を使用して構成された
コントローラの一実施形態を利用する、リアルタイム処理制御システムの一実施
形態を示す図である。

【図４ａ】本発明で様々なサブシステムがどのように対話するかの概要を示す、例示的対
話図である。

【図４ｂ】本発明で様々なサブシステムがどのように対話するかの概要を示す、例示的対
話図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ラドミー，イリーナアメリカ合衆国・19053・ペンシルヴェニア州・ラングホーン・ポルダードライブ・19 Ｆターム(参考） 5B098 GD01 GD19 5H215 BB07 CC05 CC10 CX02 GG01 KK03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】デジタル処理コントローラ（ＤＰＣ）内で使用するための、
制御アルゴリズム処理負荷を平衡化して、前記負荷を任意の時間間隔にわたって
分散するシステムであって、少なくとも１つの制御アルゴリズムの実行時間を、前記少なくとも１つの制御
アルゴリズムに関係する構成データに基づいて推定するモデルを含み、その推定
に基づいて前記ＤＰＣが前記負荷を平衡化および分散することができ、かつ前記モデルと関連付けられたデータ入力処理を含み、その処理が、実証的に決
定された実行時間を前記少なくとも１つの制御アルゴリズムと関連付けさせ、前
記ＤＰＣが、前記推定の代わりに前記時間に基づいて前記負荷を平衡化および分
散することができ、かつ前記少なくとも１つの制御アルゴリズムが構成された後
、前記負荷の平衡化および分散を行うことができるシステム。
【請求項２】前記データ入力処理が、前記負荷の平衡化および分散を前記
ＤＰＣがユーザ構成可能な時点で行えるようにする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】前記モデルが、前記少なくとも１つの制御アルゴリズムを構
成させ、前記負荷が、他の制御アルゴリズムの動作を中断することなく、平衡化
および分散されるようにする請求項１に記載のシステム。
【請求項４】前記推定および前記時間のうちの選択された１つが、前記少
なくとも１つの制御アルゴリズムの各インスタンスごとに前記モデル内で複写さ
れる請求項１に記載のシステム。
【請求項５】前記構成データが、アルゴリズムの型と、アルゴリズム実行時間と、アルゴリズム・ブロック数と、データ・フロー接続数を含む請求項１に記載のシステム。
【請求項６】前記少なくとも１つの制御アルゴリズムが、周期と、推定の重みと、フェーズとから成るグループから選択された構成パラメータを有する制御モジ
ュールの一部分を形成する請求項１に記載のシステム。
【請求項７】前記モデルが、前記少なくとも１つの制御アルゴリズムの実
際の実行時間をユーザに提供することができる請求項１に記載のシステム。
【請求項８】デジタル処理コントローラ（ＤＰＣ）で使用する、制御アル
ゴリズム処理負荷を平衡化して、前記負荷を任意の時間間隔にわたって分散する
方法であって、少なくとも１つの制御アルゴリズムの実行時間を、前記少なくとも１つの制御
アルゴリズムに関係する構成データに基づいて推定するモデルを初期設定するス
テップを含み、前記ＤＰＣが、前記負荷を前記推定に基づいて平衡化および分散
することができ、実証的に決定された実行時間を前記少なくとも１つの制御アルゴリズムと関連
付けることができるようにするステップと、前記負荷を前記推定および前記時間のうちの選択された１つに基づいて、平衡
化および分散するステップとをさらに含み、前記ＤＰＣが、前記少なくとも１つ
の制御アルゴリズムが構成された後に、前記平衡化および分散が行われるように
する方法。
【請求項９】平衡化および分散の前記ステップが、ユーザ構成可能な時点
で実行される請求項８に記載の方法。
【請求項１０】平衡化および分散の前記ステップが、他の制御アルゴリズ
ムの動作を中断することなく実行される請求項８に記載の方法。
【請求項１１】前記推定および前記時間のうちの選択された１つを、前記
少なくとも１つの制御アルゴリズムの各インスタンスごとに、前記アルゴリズム
・モデル内に複写するステップをさらに含む請求項８に記載の方法。
【請求項１２】前記構成データがアルゴリズムの型と、アルゴリズム実行時間と、アルゴリズム・ブロック数と、データ・フロー接続数とを含む請求項８に記載の方法。
【請求項１３】前記少なくとも１つの制御アルゴリズムが、周期と、推定の重みと、フェーズとから成るグループから選択された構成パラメータを有する制御モジ
ュールの一部分を形成する請求項８に記載の方法。
【請求項１４】前記少なくとも１つの制御アルゴリズムの実際の実行時間
をユーザに提供するステップをさらに含む請求項８に記載の方法。
【請求項１５】複数のセンサおよび制御可能デバイスと、前記複数のセンサおよび制御可能デバイスに結合され、制御アルゴリズムを実
行して、前記複数のセンサから感知されたデータを受信し、前記複数の制御可能
デバイスに制御データを提供することができるデジタル処理コントローラ（ＤＰ
Ｃ）と、前記少なくとも１つの制御アルゴリズムの処理負荷を平衡化して、前記負荷を
任意の時間間隔にわたって分散するシステムであって、少なくとも１つの制御アルゴリズムの実行時間を、前記少なくとも１つの制御
アルゴリズムに関する構成データに基づいて推定し、前記ＤＰＣが、前記負荷を
前記推定に基づいて平衡化および分散することができるモデル、および実証的に決定された実行時間を前記少なくとも１つの制御アルゴリズムと関連
付ける、前記モデルと関連付けられ、前記ＤＰＣが、前記負荷を前記推定の代わ
りに前記時間に基づいて平衡化および分散することができ、かつ前記少なくとも
１つの制御アルゴリズムが構成された後に、前記負荷を平衡化および分散するこ
とができるデータ入力処理を含むシステムとを含むリアルタイムのプラント制御システム。
【請求項１６】前記データ入力処理が、ユーザ構成可能な時点で、前記負
荷の平衡化および分散を前記ＤＰＣが行えるようにする請求項１５に記載のシス
テム。
【請求項１７】前記モデルが、前記制御アルゴリズムのうちの１つが構成
されるようにして、前記負荷が、他の制御アルゴリズムの動作を中断することな
しに、平衡化および分散されるようにする請求項１５に記載のシステム。
【請求項１８】前記推定および前記時間のうちの選択された１つが、前記
制御アルゴリズムなかのものの各インスタンスごとに、前記アルゴリズム・モデ
ル内で複写される請求項１５に記載のシステム。
【請求項１９】前記構成データが、アルゴリズムの型と、アルゴリズム実行時間と、アルゴリズム・ブロック数とデータ・フロー接続数とを含む請求項１５に記載のシステム。
【請求項２０】前記制御アルゴリズムが、周期と、推定の重みと、フェーズとから成るグループから選択された構成パラメータを有する制御モジ
ュールの一部分を形成する請求項１５に記載のシステム。
【請求項２１】前記モデルが、前記制御アルゴリズムの実際の実行時間を
ユーザに提供することができる請求項１５に記載のシステム。