JP2010170407A - ロギングシステム - Google Patents

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Abstract

【課題】制御演算がロギング処理で遅れることがなく、共有化されたメモリを小さくすることができるロギングシステムを提供する。
【解決手段】共有化された共有メモリ21と、リングバッファとして機能する内部メモリ32と、所定の制御を実行するとともに、制御データ14を制御周期毎に共有メモリ21に格納して割込み信号を発生させる制御装置10と、割込み信号を受けて動作し、共有メモリ21の制御データ14を内部メモリ32に時系列的に記録するデータ取得部33と、内部メモリ32に記録された制御データ14を、判定したのち記憶メディア51に保存するデータ判定・記憶部34とを備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、制御装置の動作状態や制御対象の状態を監視・解析するために制御装置の制御データ(入出力データおよび内部データ)を収集するロギングシステムに関し、さらに詳しくは制御データを制御装置とロギングする側の双方からアクセス可能なメモリを介して取得するロギングシステムに関するものである。
従来、制御装置の動作状態や制御対象の状態を監視・解析するために制御装置の制御データを収集するロギングが行われている。このロギングを行うロギングシステムにおいては、従来、ポーリング方式のロギングシステムが知られている。このポーリング方式のロギングシステムにおいては、ロギング装置がデータを取得する際、ロギング装置から制御装置へのデータ要求の送信が行われる。そして、制御装置がこの要求に応答する形でデータをロギング装置に返信する。そして、ロギング装置が行う、取得したデータの判定、及び記憶メディアへの記録は、上記の制御装置からのデータの取得動作を含む、一連の処理の中でシリーズに行われる。
このようなポーリング方式のロギングシステムにおいては、上記のように、データの判定及び記憶を制御装置からのデータの取得動作を含む一連のロギング処理の中で行うので、制御周期が短い場合には実現が困難である。一方、短い制御周期内での一連のロギング処理の実現するためには、ロギング装置を制御装置よりも高速・高価なハードウェアで構成する必要があるが、これは制御することを主たる目的とする制御システム全体から考えると本末転倒である。
このような問題を解消するために、従来、以下のロギングシステムが提案されている。すなわち、所定の制御を実行するとともにこの制御に関するデータを保持する制御装置と、共有メモリ上に制御装置及びロギング装置とアクセス可能に設けられ、制御装置の保持する制御データを時系列的に記憶するリングバッファと、このリングバッファが記憶した制御データをロギングするロギング装置とを備えており、制御装置とロギング装置とを非同期に動作させ、制御装置からロギング装置に対して、リングバッファを介してプッシュ型のロギングを行なうものが提案されている。
このような構成のロギングシステムにおいては、共有メモリ上にリングバッファを設けて、このリングバッファを介して制御データを取得することにより、制御装置の処理とロギング装置の処理を非同期として、制御装置の行う制御演算の制御周期がロギング装置の影響により遅くなってしまうことがないようにしている(例えば、特許文献1参照)。
特開2007−233539号公報
しかしながら、上記共有メモリ上にリングバッファを設ける方式のロギングシステムによれば、共有メモリ上にリングバッファを設けるため、サイズの大きい共有メモリが必要となる、もしくは共有メモリの大きさに制限されて少ない制御データしか取得できない、という問題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、制御装置の行う制御演算がロギング処理に影響されることがなく、共有化されたメモリを小さくすることができ、多種の制御データをロギング処理することができるロギングシステムを提供することを目的とする。また、万一、制御データを取得できなかった場合、制御周期何回分の制御データが欠落してしまったかをカウントして把握することができるロギングシステムを提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のロギングシステムは、共有化された第1メモリと、リングバッファとして機能する第2メモリと、所定の制御を実行するとともに、制御に関する制御データを制御周期毎に第1メモリに格納して割込み信号を発生させる制御装置と、割込み信号を受けて動作し、第1メモリに格納された制御データを第2メモリに時系列的に記憶させるデータ取得部と、第2メモリに記憶された制御データを記憶媒体に保存するデータ記憶部とを備えたことを特徴とする。
また、本発明のロギングシステムは、上記構成に加えて、制御装置の第1メモリへの制御データの書き込み動作に比して、データ取得部が制御周期内に第1メモリの読み込み動作を行わなかった制御周期の数をカウントする第1カウンタと、データ取得部の第2メモリへの制御データの書き込み動作に比して、第2メモリに書込可能領域が無くなるまでデータ記憶部が第2メモリの読み込み動作を行わなかった制御周期の数をカウントする第2カウンタと、をさらに備えたことを特徴とする。
この発明のロギングシステムによれば、共有化された第1メモリと、リングバッファとして機能する第2メモリと、所定の制御を実行するとともに、制御に関する制御データを制御周期毎に第1メモリに格納して割込み信号を発生させる制御装置と、割込み信号を受けて動作し、第1メモリに格納された制御データを第2メモリに時系列的に記憶させるデータ取得部と、第2メモリに記憶された制御データを記憶媒体に保存するデータ記憶部とを備えるので、第1メモリを少なくとも一制御周期分の制御データを格納可能な小さいものとすることができ、制御装置とデータ取得部とを非同期とし、制御装置は、この小さな第1メモリに書き込んだ後、割込み信号を発生させて処理を完了させることができ、制御装置の行う制御演算がロギング処理に影響されることがない。また、第1メモリは少なくとも一制御周期分の制御データを格納可能であればよいので、一制御周期分の制御データを大きくすることができ、ひいては全体のロギングデータを大きくすることができる、という効果を奏する。
また、この発明のロギングシステムによれば、データ取得部が制御周期内に第1メモリの読み込み動作を行わなかった制御周期の数をカウントする第1カウンタと、第2メモリに書込可能領域が無くなるまでデータ記憶部が第2メモリの読み込み動作を行わなかった制御周期の数をカウントする第2カウンタと、をさらに備えているので、万一、制御データを取得できなかった場合、制御周期何回分の制御データが欠落してしまったかカウントすることができる。
実施の形態1のロギングシステムの概略の構成を示す図である。 制御装置が制御データを共有メモリに書き込む処理のフローチャートを示す図である。 データ取得部が制御データを内部メモリに書き込む処理のフローチャートを示す図である。 データ判定・記憶部が制御データを記憶メディアに書き込む処理のフローチャートを示す図である。
以下に、本発明にかかるロギングシステムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
実施の形態1.
図1は、本発明の好適な実施の形態にかかるロギングシステムの概略の構成を示す図である。図1中矢印はロギング対象のデータである制御データの動きを示している。図1に示すように本実施の形態にかかるロギングシステムは、所定の制御を実行するための制御演算を行う制御装置10と、共有メモリ(第1メモリ)21が設けられ制御装置10の制御データ14をこの共有メモリ21を介して取得し、取得した制御データ14をロギングするロギング装置30と、ロギング装置30に装填された記憶メディア(記憶媒体)51と、ロギングパラメータを設定するパーソナルコンピュータ41と、を備えて構成される。制御装置10とロギング装置30とは内部バス61により電気的に接続されている。ロギング装置30に設けられた共有メモリ21は、制御装置10とロギング装置30の双方からアクセス可能となっている。なお、本実施の形態においては、この共有メモリ21がロギング装置30に設けられているが、共有メモリ21は制御装置10に設けられてもよい。
制御装置10は、制御実行部13と、データ収集部15と、これらを動作させるCPU11とを備える。制御実行部13は、制御装置10が制御を行なうための制御プログラム12に従って所定の制御機能を実行し、制御対象機器5との間で信号を入出力して制御対象機器を制御する。そして、制御実行部13は、制御の結果として生成された制御に関するデータ(以降、制御データ)14を保持する。本実施の形態においては、この制御データ14がロギング対象のデータであり、ロギング装置30がロギングする。
データ収集部15は、予め設定されている所定の条件に基づいて制御データ14を収集して共有メモリ21に転送する。そして、データ収集部15は、制御データ14を共有メモリ21に転送した後、ロギング装置30に対して速やかに割込み信号を送出する。
共有メモリ21は、上記のようにロギング装置30に設けられており、制御装置10とロギング装置30の双方からアクセス可能になっている。共有メモリ21には、制御データ14を一制御周期分だけ格納する領域21aと、交番フラグ21bを格納する領域と、第1カウンタ21cを格納する領域とが設けられている。本実施の形態においては、制御装置10とロギング装置30とが概略交互に起動するように動作するが、交番フラグ21bは制御装置10とロギング装置30のどちらが起動する番であるかを示すフラグである。また、第1カウンタ21cには、制御装置10からロギング装置30に至る経路にて欠落してしまった制御データ14の数、すなわち、ロギング装置30(データ取得部33)が取得できなかった制御データ14の数がカウントされる。
ロギング装置30は、上記共有メモリ21の他に、内部メモリ(第2メモリ)32と、共有メモリ21の制御データ14を取得してこの内部メモリ32に書き込むデータ取得部33と、内部メモリ32の制御データ14を記憶メディア51に書き込むデータ判定・記憶部(データ記憶部)34と、これらを動作させるCPU31と、を備えて構成される。
内部メモリ32は、データ取得部33とデータ判定・記憶部34の双方からアクセス可能になっている。共有メモリ21には、制御データ14を多数制御周期分格納可能なリングバッファ領域32aと、第2カウンタ32bを格納する領域と、ロギングパラメータ32cを格納する領域が設けられている。
リングバッファ領域32aは、制御データ14を記憶するために十分な容量がある。リングバッファ領域32aには、タイムスタンプされた制御データ14が時系列的に記憶される。たとえば図1に示すように、制御データ時刻(1)データ、制御データ時刻(2)データ、制御データ時刻(3)データ、・・・、制御データ時刻(m)データ、制御データ時刻(n)データ、のように制御データ14が時系列的に記憶される。ここでは、制御データ時刻(1)データが時系列的に一番古いデータであり、制御データ時刻(n)データが時系列的に一番新しいデータである。
リングバッファ領域32aは、(概念上)環状に配置されたメモリを構成しており、所定の方向に進む書き込みポインタと読み込みポインタ(図示せず)により管理される。すなわち、リングバッファ領域32aにデータ取得部33が制御データ14を書き込むと書き込みポインタが進む。データ判定・記憶部34が制御データ14を読み込むと読み込みポインタが進む。読み込みポインタは、書き込みポインタで書き込まれた位置まで読み込むことができる。書き込み操作により書き込みポインタが読み込みポインタを通り越すことはない。
第2カウンタ32bには、データ取得部33からデータ判定・記憶部34に至る経路にて欠落してしまった制御データ14の数、すなわち、データ判定・記憶部34が取得できなかった制御データ14の数がカウントされる。そして、さらに第2カウンタ32bには、また第1カウンタ21cのカウント数の変化分が加算される。
ロギングパラメータ32cは、ロギング対象となる制御データを指定する指定情報・ロギングの条件を指定するロギング条件情報である。このロギングパラメータ32cは、パーソナルコンピュータ41内のロギング設定ツール42により設定される。
データ取得部33は、データ収集部15が発行する割込み信号を受けて起動し、共有メモリ21の制御データ14を読み込み、読み込んだ制御データ14に時刻情報を付加してリングバッファ領域32aに書き込む。詳細には、リングバッファ領域32aの書き込みポインタの位置から書き込む。
データ判定・記憶部34は、リングバッファ領域32aに変化のあったとき起動して、リングバッファ領域32aの読み込みポインタの位置から制御データ14を読み込み、読み込んだ制御データ14を記憶メディア51に書き込む。記憶メディア51は、ロギング装置30に着脱可能に装着された外部記憶媒体であり、例えば、コンパクトフラッシュ(登録商標)メモリである。なお、データ判定・記憶部34は、制御データ14を記憶メディア51に書き込む際、ロギングパラメータ32cを確認して、ロギングパラメータ32cに指定された条件に合う制御データ14のみを書き込む。データ判定・記憶部34は、制御データ14をデータ変換して所定のフォームで記憶メディア51に書き込む。例えば、制御データ14はバイナリ形式であるので、これをテキスト形式の文字列に変換して記憶メディア51に書き込む。
図1に示された記憶メディア51は、たとえば、制御データ時刻(1)データ、制御データ時刻(2)データ、・・・、制御データ時刻(n)データ、のように制御データ14がこの順で記憶された状態を示している。すなわち、制御データ時刻(1)データが時系列的に一番古いデータであり、制御データ時刻(n)データが時系列的に一番新しいデータであるという状態をしめしている。
つぎに、以上のように構成された本実施の形態にかかるロギングシステムにおけるロギング処理方法について説明する。制御装置10が制御データ14を共有メモリ21に書き込む処理の手順について図2を参照しながら説明する。図2は、本実施の形態にかかるロギングシステムにおいて、制御装置10が制御データ14を共有メモリ21に書き込む処理を説明するためのフローチャートである。
制御装置10が起動した初期の状態では、ロギング装置30内の内部メモリ32のデータはクリアされた状態である。また、初期の状態では、共有メモリ21内の交番フラグ21bには、制御装置10側の起動する順番であることを示すフラグが立っている。制御装置10は、所定の制御周期で起動し、起動する毎に図2のフローチャートの動作を行う。
制御装置10が起動すると、まず、制御装置10の本来の役割である制御演算が行われる(ステップS11)。次に、交番フラグ21bが制御装置10側であるか否かが確認される(ステップS12)。交番フラグ21bが制御装置10側である場合は、ステップS13に移行して、制御データ14の共有メモリ21への転送が行われる。詳細には、全制御データのうち、ロギングパラメータの設定により指定された条件に合う制御データ14を、制御装置10のデータ収集部15が取得し、取得した制御データ14を共有メモリ21に転送する。その後、交番フラグ21bを、ロギング装置30の起動する順番とするフラグに変更する(ステップS15)。そして、ロギング装置30に対して割り込みの発生を行い(ステップS16)、処理を終了する。
一方、ステップS12において、交番フラグ21bが制御装置10側でない場合は(ステップS12否定)、ステップS14に移行して、第1カウンタ21cをインクリメントする(ステップS14)。この第1カウンタ21cのインクリメントについては後述する。その後、ステップS16に移行して、ロギング装置30に向けて割り込みの発生を行い、処理を終了する。
次に、データ取得部33が共有メモリ21にある制御データをロギング装置30内の内部メモリ32に書き込む処理の手順について図3を参照しながら説明する。図3は、本実施の形態にかかるロギングシステムにおいて、データ取得部33が制御データ14を内部メモリ32に書き込む処理を説明するためのフローチャートである。
データ取得部33は、制御装置10がロギング装置30に向けて発生した割り込み信号があるか監視を続けている(ステップS21)。割り込み信号があった場合、第1カウンタ21cに変化があるか否かを判断する(ステップS22)。そして、第1カウンタ21cに変化がある場合、第1カウンタ21cの変化分を第2カウンタ32bに加算する(ステップS23)。
次いで、内部メモリ32のリングバッファ領域32aに書込可能領域が有るか否かが判断される(ステップS24)。リングバッファ領域32aに書込可能領域が有る場合、共有メモリ21からリングバッファ領域32aへコピーが行われる(ステップS25)。その後、交番フラグ21bを制御装置10の起動する順番である旨のフラグに変更して(ステップS27)、処理を終了する。
一方、リングバッファ領域32aに書込可能領域が無い場合(ステップS24否定)、ステップS16に移行して、第2カウンタ32bをインクリメントして(ステップS26)、処理を終了する。この第2カウンタ32bのインクリメントについては後述する。
次に、データ判定・記憶部34がロギング装置30内の内部メモリ32にある制御データ14を記憶メディア51に書き込む処理の手順について図4を参照しながら説明する。データ判定・記憶部34は、リングバッファ領域32aに未読データが有るか否かを監視していて未読データが有る場合に動作を開始する。図4は、本実施の形態にかかるロギングシステムにおいて、データ判定・記憶部34が制御データ14を記憶メディア51に書き込む処理を説明するためのフローチャートである。
データ判定・記憶部34は、上記のようにリングバッファ領域32aに未読データが有るか否かを監視しており(ステップS31)、リングバッファ領域32aに未読データが有る場合には、次いで、第2カウンタ32bに変化があるか否かを判断する(ステップS32)。そして、第2カウンタ32bに変化がある場合には、第2カウンタ32bの変化分をデータ欠落数として時刻情報を付加して記憶メディア51に記録する(ステップS33)。
次に、これから記憶メディア51に書き込もうとする制御データ14が、予めロギングパラメータ32cに登録しておいた条件のものか否かを判断する(ステップS34)。そして、条件に合うものであった場合、記憶メディア51に書き込もうとする制御データ14を所定の記録型式に変換して(ステップS36)、記憶メディア51に記憶し(ステップS37)、処理を終える。
ここで、第1カウンタ21c及び第2カウンタ32bにカウントされるデータ欠落数について説明する。本実施の形態においては、上記のようにロギング装置30(データ取得部33)は制御装置10の一制御周期内に少なくとも1回動作するようにされている。そして、第1カウンタ21cには、制御装置10が動作したにもかかわらず、その制御周期のうちに、データ取得部33が1度も起動しなかったときの制御周期の回数がカウントされる。つまり、この第1カウンタ21cがカウントされるのは、何らかのトラブルによりデータ取得部33が起動(動作)しなかった場合であり、この場合は、制御装置10が共有メモリに制御データ14を格納したにもかかわらずデータ取得部33がこの制御データ14を取らない。このため、第1カウンタ21cにカウントされる数はロギングできなかった制御データ14の数(制御周期の回数、以下同じ)と考えてよく、特に第1カウンタ21cにカウントされる数は、制御装置10からデータ取得部33に至る経路にて欠落してしまった制御データ14の数と考えてよい。
また、ロギング装置30においては、データ判定・記憶部34は、データ取得部33の書き込み動作に比して、リングバッファ領域32aに書込可能領域が無くならない程度に動作するようにされている。そして、第2カウンタ32bには、リングバッファ領域32aに書込可能領域が無くなるまでデータ取得部33が動作したにもかかわらず、その間にデータ判定・記憶部34がリングバッファ領域32aから制御データ14を1回も読み込まなかったときの回数がカウントされる。つまり、この第2カウンタ32bがカウントされるのは、何らかのトラブルによりデータ判定・記憶部34が起動(動作)しなかった場合であり、この場合は、データ取得部33が内部メモリに制御データ14を格納したにもかかわらずデータ判定・記憶部34がこの制御データ14を取らない。このため、第2カウンタ32bにカウントされる数はロギングできなかった制御データ14の数と考えてよく、特に第2カウンタ32bにカウントされる数は、データ取得部33からデータ判定・記憶部34に至る経路にて欠落してしまった制御データ14の数と考えてよい。
上記のように、第1カウンタ21cには制御装置10からデータ取得部33に至る間のデータ欠落数がカウントされ、第2カウンタ32bにはデータ取得部33からデータ判定・記憶部34に至る間のデータ欠落数がカウントされる。
なお、本実施の形態においては、第2カウンタ32bに、データ取得部33に至るデータ欠落数とデータ判定・記憶部34に至るデータ欠落数の和がカウントされるが、データ取得部33に至るデータ欠落数とデータ判定・記憶部34に至るデータ欠落数とは、別々にカウントされて別々に記録されてよい。
また、本実施の形態においては、第2カウンタ32bの変化分を時刻とともに記憶メディア51に記憶しているが、第1カウンタ21c及び第2カウンタ32bを記録する場所(物)は、記憶メディア51に限られるものではなく、例えば、パーソナルコンピュータ41に出力して、エラーメッセージとともに表示したりしてもよい。
以上のように、本実施の形態にかかるロギングシステムにおいては、上述した処理を実行することにより、ロギング装置30が制御装置10にロギング処理要求を出すことなく、制御周期と同期して制御装置10内の制御データ14を制御周期毎にロギング装置30に装着された記憶メディア51に収集することができる。すなわち、本実施の形態にかかるロギングシステムにおいては、制御装置10とロギング装置30との間に制御データ14取得用の共有メモリ21を設け、またロギング装置30内に時系列バッファリング用のリングバッファ領域32aを設け、制御装置10の制御データ14を一旦共有メモリ21に記憶し、さらに共有メモリ21に記憶した制御データ14をリングバッファ領域32aに取り込んで記憶する。
これにより、共有メモリ21を制御周期1周期分記憶する小さなものとすることができるとともに、ロギング装置30は制御データ14を任意のタイミングで効率良く且つ高速に取得することができ、制御装置10の制御周期が短い場合でも制御周期毎のロギングを実現することができる。また、ロギング処理時に制御装置10の制御動作に影響を与えることなくロギング装置30は制御装置10内のロギング対象である制御データ14を取得することができるとともに、制御データ14の取りこぼしを防ぐことができる。
また、本実施の形態にかかるロギングシステムにおいては、共有メモリ21は、少なくとも制御周期1周期分記憶すればよいので、例えば、演算結果、接点情報、装置状態、各種フラグ及び所要時間といった制御データ14の多くの項目など、大きな制御データをロギング処理することができる。
さらにまた、万一制御データ14を取得できなかった場合、制御周期何回分の制御データ14が欠落してしまったか記録することができ、制御装置の動作状態や制御対象の状態を監視・解析するために役立てることができる。
実施の形態2.
本実施の形態においては、実施の形態1の構成において、データ取得部33に替えて、共有メモリ21からロギング装置30の内部メモリ32へCPU31を介さずに直接データを転送するDMA(Direct Memory Access)転送手段が設けられている。
本実施の形態にかかるロギングシステムにおいては、ロギング装置30の共有メモリ21からのデータ取得処理にCPU31が占有されないため、データ取得処理中にも既に取得したデータの判定・記録処理を行うことができ、ロギング装置30のスループットを高めることができる。
以上のように、本発明にかかるロギングシステムは、プログラマブルコントローラ(PLC)などの制御装置の動作状態や制御対象の状態を監視・解析するために制御装置の制御データ(入出力データおよび内部データ)を収集するロギング処理を行うロギングシステムに有用である。
5 制御対象機器
10 制御装置
11 CPU
12 制御プログラム
13 制御実行部
14 制御データ
15 データ編集部
21 共有メモリ
21a 共有メモリの制御データ格納領域
21b 交番フラグ
21c 第1カウンタ
30 ロギング装置
31 CPU
32 内部メモリ(第2メモリ)
32a リングバッファ領域
32b 第2カウンタ
32c ロギングパラメータ
33 データ取得部
34 データ判定・記憶部(データ記憶部)
41 パーソナルコンピュータ
42 ロギング設定ツール
51 記憶メディア(記憶媒体)
61 内部バス

Claims (5)

  1. 共有化された第1メモリと、
    リングバッファとして機能する第2メモリと、
    所定の制御を実行するとともに、前記制御に関する制御データを制御周期毎に前記第1メモリに格納して割込み信号を発生させる制御装置と、
    前記割込み信号を受けて動作し、前記第1メモリに格納された前記制御データを第2メモリに時系列的に記憶させるデータ取得部と、
    前記第2メモリに記憶された前記制御データを記憶媒体に保存するデータ記憶部と、
    を備えたことを特徴とするロギングシステム。
  2. 前記制御装置の前記第1メモリへの前記制御データの書き込み動作に比して、前記データ取得部が制御周期内に前記第1メモリの読み込み動作を行わなかった制御周期の数をカウントする第1カウンタと、
    前記データ取得部の前記第2メモリへの前記制御データの書き込み動作に比して、前記第2メモリに書込可能領域が無くなるまで前記データ記憶部が前記第2メモリの読み込み動作を行わなかった制御周期の数をカウントする第2カウンタと、をさらに備えた
    ことを特徴とする請求項1に記載のロギングシステム。
  3. 前記データ記憶部は、前記第1カウンタと前記第2カウンタの変化分を時刻に関連付けて前記記憶媒体に保存する
    ことを特徴とする請求項2に記載のロギングシステム。
  4. 前記データ取得部は、
    前記第1メモリから前記第2メモリへCPUを介さずに前記制御データを直接転送する転送手段にて構成されている
    ことを特徴とする請求項1に記載のロギングシステム。
  5. 前記データ記憶部は、前記制御データが予め設定した条件に合うものであるとき、前記制御データを前記記憶メディアに保存する
    ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のロギングシステム。
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