JP2012221450A

JP2012221450A - 制御パラメータ設定装置

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Publication number: JP2012221450A
Application number: JP2011089919A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Abe; 一裕阿部; Tsutomu Yoshikawa; 勉吉川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-04-14
Filing date: 2011-04-14
Publication date: 2012-11-12

Abstract

【課題】ＦＡシステムや製造ラインなどの制御装置において、制約条件を満たした制御パラメータのパラメータ値の設定が容易な制御パラメータ設定装置を提供する。
【解決手段】複数の制御パラメータのパラメータ値を設定するパラメータ値設定部６と、パラメータ値設定部６を介して、複数の制御パラメータのうち、何れかが変更された場合に、互いに関連する制御パラメータ間で満たすべき制約条件を満たさない制御パラメータが少なくなるように個々のパラメータ値を確率的に変更することで、最終的に全ての制約条件を満たすパラメータ値の組を求める確率的制約充足解法を実行する確率的制約充足エンジン部５とを備え、確率的制約充足エンジン部５は、変更された制御パラメータに関連する他の制御パラメータのパラメータ値を変更する際には、所定の評価関数の評価値を増加させるように変更する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＦＡ（factory automation）システムや製造ラインを制御する制御装置のエンジニアリングツールに関し、特に制御機器の中の制御パラメータ設定装置に関する。

従来の制御パラメータ設定装置の一例として特許文献１が挙げられる。特許文献１では、制御装置内の指定した制御パラメータを表示装置に表示し、入力装置からパラメータを修正するようにした制御装置の保守ツールにおいて、特許文献１の図１に示すように、複数の回路を関連付けるための関連タグ設定部と、関連付けた回路のパラメータに対して制約条件を設定するための条件式設定部と、関連タグが設定されたパラメータを修正する時に、条件式を参照して関連タグが付いた全てのパラメータを同時に修正するための条件式判定・修正部とを備えている。

また、制御装置内の指定した制御パラメータを表示装置に表示し、入力装置からパラメータを修正するようにした制御装置の保守ツールによるパラメータの設定方法では、例えば特許文献１の図６に示すように、保守ツールでパラメータを修正する時に、複数の回路を関連付けるための関連タグが設定されたパラメータであるかを判定し、関連タグ有りの時は他の関連タグ付きパラメータとの間に設定された論理条件式を参照して修正パラメータの適否を判定し、不適判定の時は他の関連タグ付きパラメータを表示して修正することで、パラメータを設定している。

特開２００１−１２５６２４号公報

特許文献１に開示された制御パラメータ設定装置は、ある制御パラメータを変更した際に、その制御パラメータと関係がある他のパラメータが所定の条件を満たさない場合、それらパラメータを示すだけであった。すなわち、特許文献１に開示された制御パラメータ設定装置は、プラントの制御を対象としており、プラントの運転は、そのプラントの制御方法について教育を受けた運転員が操作することを前提としているために、条件を満たさないパラメータが何であるかを示すだけでよかった。

一方、ＦＡシステムや製造ラインにおいては、複数個のＦＡコントローラ、ネットワーク、Ｉ／Ｏユニットを組合せて制御装置を構成する。個々のユニットは個別に販売されたものを利用者が購入し、これらを組合せて制御装置を構成する。従って、ユニットを組合せて実現する機能や、ユニット間の制約は各ユニットのマニュアルにしか記述されておらず、制約条件を満たさない制御パラメータを示されただけでは、ユニットの制約条件を満たした制御パラメータのパラメータ値を利用者が指定することは困難であるという問題が生じる。

本発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、ＦＡシステムや製造ラインなどの制御装置において、制約条件を満たした制御パラメータのパラメータ値の設定が容易な制御パラメータ設定装置を提供することを目的とする。

本発明に係る制御パラメータ設定装置の態様は、システムを制御する制御装置の複数の制御パラメータを設定する制御パラメータ設定装置であって、前記複数の制御パラメータのパラメータ値を設定するパラメータ値設定部と、前記パラメータ値設定部を介して、前記複数の制御パラメータのうち、何れかが変更された場合に、互いに関連する制御パラメータ間で満たすべき制約条件を満たさない制御パラメータが少なくなるように個々のパラメータ値を確率的に変更することで、最終的に全ての制約条件を満たすパラメータ値の組を求める確率的制約充足解法を実行する確率的制約充足エンジン部とを備え、前記確率的制約充足エンジン部は、変更された制御パラメータに関連する他の制御パラメータのパラメータ値を変更する際には、所定の評価関数の評価値を増加させるように変更する。

本発明に係る制御パラメータ設定装置の態様によれば、パラメータ値設定部を介して、複数の制御パラメータのうち、何れかが変更された場合に、制約条件を満たし、かつ評価関数の評価値の高い他の制御パラメータのパラメータ値を提示することができるので、制約条件を満たした制御パラメータのパラメータ値の設定が容易となる。

本発明に係る制御パラメータ制御装置のシステム構成を示すブロック図である。本発明に係る制御パラメータ設定装置をコンピュータシステムにより実現する場合のコンピュータシステムのハードウェア構成を示すブロック図である。制御パラメータの設定動作を示すフローチャートである。用途別メモリの使用状況を示すメモリマップの初期状態の例を示す図である。本発明に係る制御パラメータ制御装置を用いて容量の変更を行った用途別メモリのメモリマップを示す図である。本発明に係る制御パラメータ制御装置を用いて容量の変更を行った用途別メモリのメモリマップを示す図である。

＜実施の形態１＞
図１は本発明に係る実施の形態１の制御パラメータ設定装置１のシステム構成を示すブロック図である。

図１に示す制御パラメータ設定装置１においては、パラメータデータ格納部２、パラメータ制約条件格納部３、パラメータ値評価関数格納部４、確率的制約充足エンジン５、パラメータ値設定部６、制約条件式設定部７およびパラメータ値評価関数設定部８を有して構成されている。

パラメータ値設定部６は、パラメータ種別とパラメータ値を設定する機能を有し、パラメータデータ格納部２は、パラメータ設定部６で設定されたパラメータ種別とパラメータ値との組を保管する機能を有している。

制約条件式設定部７は、パラメータ設定部６で設定したパラメータ間で満たすべき制約条件を制約条件式として設定する機能を有し、パラメータ制約条件格納部３は、制約条件設定部７で設定された制約条件式を保管する機能を有している。

パラメータ値評価関数設定部８は、制約条件設定部７で設定された各制約条件式を満たすパラメータ値の組の評価関数を設定する機能を有し、パラメータ値評価関数格納部４は、パラメータ値評価関数設定部８で設定された、パラメータ値の組に対する評価関数を保管する機能を有している。

なお、パラメータ値設定部６、制約条件式設定部７およびパラメータ値評価関数設定部８は、外部の入出力端末１０を介して利用者がアクセス可能なように構成されている。

確率的制約充足エンジン５は、確率的制約充足解法に基づき、全ての制約条件を満たすように、パラメータ値の組を求める機能を有している。ここで、確率的制約充足解法とは、任意のパラメータ値の組から、制約条件を満たさないパラメータを少なくするように個々のパラメータ値を確率的に変えることで、最終的には全ての制約条件を満たすパラメータ値の組を求める方法であり、パラメータ値を変更する際には、所定の評価関数の評価値を増加させるように変更する。

なお、確率的制約充足解法については種々の方法が知られているが、例えば、狩野均、「制約充足問題の近似解法」、人工知能学会誌,Vol.12,No.32,pp359-365(1997)で開示される「山登り法を用いた解法」を適用することができる。

図２は、図１に示した制御パラメータ設定装置１をコンピュータシステムにより実現する場合のコンピュータシステムのハードウェア構成を示すブロック図である。

図２に示すコンピュータシステムは、中央処理装置１２と、メモリ等の主記憶装置１３と、ハードディスク等の外部記憶装置１４とを有するコンピュータ１１と、マウスやキーボード等の入力装置１５と、ディスプレイ等の表示装置１６とで、その主要部が構成されている。

制御パラメータ設定装置１（図１）の、パラメータデータ格納部２、パラメータ制約条件格納部３、パラメータ値評価関数格納部４および確率的制約充足エンジン５は、外部記憶装置４で実現される。パラメータ値設定部６、制約条件式設定部７およびパラメータ値評価関数設定部８は、外部記憶装置１４に記憶されたソフトウェアプログラムを主記憶装置１３に読み出して、中央処理装置１２により実行することにより実現される。また、入出力端末１０は、入力装置１５と表示装置１６とで、その主要部が構成されている。

次に、図１に示した制御パラメータ設定装置１を用いた制御パラメータの設定動作について、図３に示すフローチャートを用いて、図４および図５を参照しつつ説明する。なお、以下ではＦＡシステムの制御装置（ＦＡコントローラ）のエンジニアリングツールとして制御パラメータ設定装置１を使用する例について説明する。

図４はＦＡコントローラ内の用途別メモリの使用状況を示すメモリマップの初期状態の一例である。図４に示す用途別メモリは、メモリ領域３１が、用途ごとにｂｉｔ型内部メモリ領域３２、ｗｏｒｄ型内部メモリ領域３３、ｂｉｔ型通信用メモリ領域３４およびｗｏｒｄ型通信用メモリ領域３５に分けられており、各々の領域でのメモリ容量を制御パラメータとする。なお、メモリ領域３１の全容量は４００ｂｙｔｅであり、ｂｉｔ型内部メモリ領域３２、ｗｏｒｄ型内部メモリ領域３３、ｂｉｔ型通信用メモリ領域３４およびｗｏｒｄ型通信用メモリ領域３５は均等に１００ｂｙｔｅずつに分けられているものとする。

上記において、ｂｉｔ型内部メモリとはデータをビット単位で記憶するメモリであり、ｗｏｒｄ型内部メモリとは、データをワード単位で記憶するメモリであり、ｂｉｔ型通信用メモリとはビット単位での通信を行うために使用するメモリであり、ｗｏｒｄ型通信用メモリとはワード単位の通信を行うために使用するメモリである。

ここで、制約条件式の一例として以下の数式（１）を示す。

Ｖｂｉｔ内部＋Ｖｗｏｒｄ内部＋Ｖｂｉｔ通信＋Ｖｗｏｒｄ通信＜４００・・・（１）
上記数式（１）において、「Ｖｂｉｔ内部」はｂｉｔ型内部メモリ領域３２の容量を示す制御パラメータ、「Ｖｗｏｒｄ内部」はｗｏｒｄ型内部メモリ領域３３の容量を示す制御パラメータ、「Ｖｂｉｔ通信」はｂｉｔ型通信用メモリ３４の容量を示す制御パラメータ、「Ｖｗｏｒｄ通信」はｗｏｒｄ型通信用メモリ３５の容量を示す制御パラメータである。

また評価関数として以下の数式（２）を示す。

Σζ（_oldＶ_Pi，_newＶ_Pi)²・・・（２）
上記数式（２）において、関数ζは以下のように定義される。

ζ（ｘ，ｙ）＝１（ｘ＝ｙ）、ζ（ｘ，ｙ）＝０（ｘ≠ｙ）
また、上記数式（２）において、「_newＶ_Pi」は確率的制約充足エンジン５が変更した制御パラメータのパラメータ値であり、「_oldＶ_Pi」は確率的制約充足エンジン５により変更された制御パラメータの、利用者がパラメータ値を変える前のパラメータ値である。

図３のフローチャートに示すように、制御パラメータ設定装置１での制御パラメータ（以下、単にパラメータと呼称する場合あり）の設定を開始し、利用者が入出力端末１０（図１）を介してパラメータ値設定部６を用いて１つのパラメータのパラメータ値を変更する（ステップＳ１）。ここではｂｉｔ型内部メモリ領域３２の容量を該当パラメータとし、その値を１００ｂｙｔｅから１１０ｂｙｔｅに変更するものとする。このパラメータ値の変更は、パラメータ値設定部６からパラメータデータ格納部２および確率的制約充足エンジン５に通知される。

また、パラメータ設定部６で変更したパラメータ値の情報は制約条件式設定部７に与えられ、制約条件式設定部７では、パラメータ値が変更されたパラメータを含む制約条件式を制約条件式格納部３から抽出する（ステップＳ２）。ここでは、ｂｉｔ型内部メモリ領域３２の容量を示すパラメータ「Ｖｂｉｔ内部」を含む制約条件式として、制約条件式格納部３に格納されている数式（１）を抽出する。抽出された数式（１）は、確率的制約充足エンジン５に与えられる。

また、パラメータ設定部６で変更したパラメータ値の情報はパラメータ値評価関数設定部８に与えられ、パラメータ値評価関数設定部８では、パラメータ値が変更されたパラメータを含む評価関数をパラメータ値評価関数格納部４から抽出する（ステップＳ３）。ここでは、ｂｉｔ型内部メモリ領域４２の容量を示すパラメータ「Ｖｂｉｔ内部」を含む評価関数として、パラメータ値評価関数格納部４に格納されている数式（２）を抽出する。抽出された数式（２）は、確率的制約充足エンジン５に与えられる。

確率的制約充足エンジン５では、利用者が変更したパラメータ以外のパラメータ（他のパラメータ）を１つ確率的に選び、そのパラメータ値を、制約条件式を満たすと共に、評価値を増加させる方向に変化させる（ステップＳ４）。

ここで、数式（２）で表される評価関数は、_oldＶ_Pi（すなわちｘ）と、_newＶ_Pi（すなわちｙ）とで値が変わらなかった（すなわちｘ＝ｙとなる）パラメータの数が多いほど、評価値が大きな値となり、一方、値が変わった（すなわちｘ≠ｙとなる）パラメータの数が多いほど、評価値は小さな値となる。

確率的制約充足エンジン５が確率的に選んだパラメータがｗｏｒｄ型内部メモリ領域３３である場合、利用者がｂｉｔ型内部メモリ領域３２のパラメータ値、すなわち容量を変える前の、ｗｏｒｄ型内部メモリ領域３３の容量は１００ｂｙｔｅであり、確率的制約充足エンジン５はこの容量（１００ｂｙｔｅ）を増やす、あるいは減らす方向に確率的に変化させる。本例では容量を増やすと数式（１）の制約条件式を満たさなくなるので容量を減らす方向に確率的に変化させる。

ここで、ｗｏｒｄ型内部メモリ領域３３だけでなく、ｗｏｒｄ型内部メモリ領域３３以外のメモリ領域の容量も減らすことで数式（１）の制約条件式を満たすことができるが、数式（２）で表される評価関数は、値が変わったパラメータの数が多いほど、評価値が小さくなるので、確率的制約充足エンジン５は、値が変わる他のパラメータの数を極力少なくするように処理を進める。従って、ｗｏｒｄ型内部メモリ領域３３の容量を減少させるだけで、ｂｉｔ型内部メモリ領域３２の容量の変更に対応できるのであれば、他のメモリ領域（他のパラメータ）の容量は変更されないこととなる。

ステップＳ４の処理は、ステップＳ２で抽出された制約条件式が複数ある場合には、全ての制約条件式に対して実行されるまで繰り返され（ステップＳ５）、全ての制約条件式に対して実行された後は、制御パラメータの設定処理を終了する。

図３に示した処理を経ることで、図４に示した用途別メモリのメモリ領域３１の各メモリ領域の容量は、図５に示すように変更される。

すなわち、ｂｉｔ型内部メモリ領域３２は、１００ｂｙｔｅから１１０ｂｙｔｅに容量が増えてｂｉｔ型内部メモリ領域４２となり、ｗｏｒｄ型内部メモリ領域３３は１００ｂｙｔｅから９０ｂｙｔｅに容量が減ってｗｏｒｄ型内部メモリ領域４３となる。なお、ｂｉｔ型通信用メモリ領域３４およびｗｏｒｄ型通信用メモリ領域３５は容量に変化はない。

このように、図３のステップＳ４における制約充足の結果、１つのメモリ領域の容量のみが小さくなった状態が解として出力される。すなわち、数式（１）で示す制約条件式によれば、全体のメモリ容量が４００ｂｙｔｅに決まっているので、利用者がｂｉｔ型内部メモリ領域３２の容量を増加させると、他のメモリ領域の容量を変更しなければならないが、制御パラメータ設定装置１（図１）において、パラメータ値評価関数格納部４で設定する評価関数として数式（２）の評価関数を設定することにより、パラメータ値が変わるのはｂｉｔ型内部メモリ領域３２の他はｗｏｒｄ型内部メモリ領域３３のみとなり、あるパラメータのパラメータ値の変更により、値が変わる他のパラメータの数を極力少なくすることができる。

＜実施の形態２＞
本発明に係る実施の形態２の制御パラメータ設定装置においては、評価関数として以下の数式（３）を用いるものとし、システム構成は図１に示した制御パラメータ設定装置１と同じである。また、制御パラメータの設定動作は図３と同じである。

−Σ（_oldＶ_Pi−_newＶ_Pi)²・・・（３）
上記数式（３）において、上記数式（３）において、「_newＶ_Pi」は確率的制約充足エンジン５が変更した制御パラメータのパラメータ値であり、「_oldＶ_Pi」は確率的制約充足エンジン５により変更された制御パラメータの、利用者がパラメータ値を変える前のパラメータ値である。

数式（３）で表される評価関数は、あるパラメータのパラメータ値の変更に伴う、他のパラメータの変更量が小さいほど、大きな評価値が得られる関数であり、パラメータ値を変化させるパラメータを確率的に１つ選び、その値を確率的に変化させると、各パラメータでほぼ均等にパラメータ値が減る方向に確率的に変化することとなる。

すなわち、確率的制約充足エンジン５が確率的に選んだパラメータがｗｏｒｄ型内部メモリ領域３３である場合、利用者がｂｉｔ型内部メモリ領域３２のパラメータ値、すなわち容量を変える前の、ｗｏｒｄ型内部メモリ領域３３の容量は１００ｂｙｔｅであり、確率的制約充足エンジン５はこの容量（１００ｂｙｔｅ）を増やす、あるいは減らす方向に確率的に変化させる。本例では容量を増やすと数式（１）の制約条件式を満たさなくなるので容量を減らす方向に確率的に変化させる。

ここで、ｗｏｒｄ型内部メモリ領域３３の容量を減少させるだけで、ｂｉｔ型内部メモリ領域３２の容量の変更に対応できるとしても、数式（３）で表される評価関数は、他のパラメータの変更量が小さいほど、大きな評価値が得られる関数なので、確率的制約充足エンジン５は、ｗｏｒｄ型内部メモリ領域３３以外のメモリ領域の容量も均等に減らすように処理を進める。従って、ｗｏｒｄ型内部メモリ領域３３だけでなく他のメモリ領域の容量も変更されることとなる。

このような評価関数をステップＳ４（図３）の処理で用いることで、図４に示した用途別メモリのメモリ領域３１の各メモリ領域の容量は、図６に示すように変更される。

すなわち、ｂｉｔ型内部メモリ領域３２は、１００ｂｙｔｅから１１０ｂｙｔｅに容量が増えてｂｉｔ型内部メモリ領域５２となり、ｗｏｒｄ型内部メモリ領域３３は、１００ｂｙｔｅから９７ｂｙｔｅに容量が減ってｗｏｒｄ型内部メモリ領域５３となり、ｂｉｔ型通信用メモリ領域３４は、１００ｂｙｔｅから９６ｂｙｔｅに容量が減ってｂｉｔ型通信用メモリ領域５４となり、ｗｏｒｄ型通信用メモリ領域３５は、１００ｂｙｔｅから９７ｂｙｔｅに容量が減ってｗｏｒｄ型通信用メモリ領域５５となる。

このように、数式（３）で表される評価関数を用いたステップＳ４（図３）における制約充足の結果、ｂｉｔ型内部メモリ領域の容量を１００ｂｙｔｅから１１０ｂｙｔｅに変更した場合、他のメモリ領域の各々の容量が、ほぼ等しく減るような状態が解として出力される。

すなわち、数式（１）で示す制約条件式によれば、全体のメモリ容量が４００ｂｙｔｅに決まっているので、利用者がｂｉｔ型内部メモリ領域３２の容量を増加させると、他のメモリ領域の容量を変更しなければならないが、制御パラメータ設定装置１（図１）において、パラメータ値評価関数格納部４で設定する評価関数として数式（３）の評価関数を設定することにより、あるパラメータのパラメータ値の変更により、パラメータ値が変わる他パラメータのパラメータ値の変化量の絶対値をほぼ均等に変化させることができる。

＜変形例＞
以上説明した実施の形態１および２においては、用途別メモリのメモリ領域を制御パラメータとし、その容量をパラメータ値として説明したが、本発明の適用はこれに限定されるものではない。

例えば、あるシステムを構成するユニットの種類を制御パラメータとし、各ユニットの電源容量をパラメータ値として、あるシステムの電源ユニットの容量を制約条件とする場合や、ＣＰＵユニットに搭載されるプログラムの種類を制御パラメータとし、各プログラムの大きさ（バイト数）をパラメータ値とし、ＣＰＵユニットのメモリ容量を制約条件とする場合等にも適用可能である。

１制御パラメータ設定装置、２パラメータデータ格納部、３制約条件式格納部、４制約条件式評価関数格納部、５確率的制約条件充足エンジン、６パラメータ設定部、７制約条件式設定部、８制約条件式評価関数設定部。

Claims

システムを制御する制御装置の複数の制御パラメータを設定する制御パラメータ設定装置であって、
前記複数の制御パラメータのパラメータ値を設定するパラメータ値設定部と、
前記パラメータ値設定部を介して、前記複数の制御パラメータのうち、何れかが変更された場合に、互いに関連する制御パラメータ間で満たすべき制約条件を満たさない制御パラメータが少なくなるように個々のパラメータ値を確率的に変更することで、最終的に全ての制約条件を満たすパラメータ値の組を求める確率的制約充足解法を実行する確率的制約充足エンジン部と、を備え、
前記確率的制約充足エンジン部は、
変更された制御パラメータに関連する他の制御パラメータのパラメータ値を変更する際には、所定の評価関数の評価値を増加させるように変更することを特徴とする、制御パラメータ設定装置。
前記確率的制約充足エンジン部は、
前記所定の評価関数として、以下の数式（２）を使用し、
Σζ（_oldＶ_Pi，_newＶ_Pi)²・・・（２）
前記数式（２）において、関数ζは、
ζ（ｘ，ｙ）＝１（ｘ＝ｙ）、ζ（ｘ，ｙ）＝０（ｘ≠ｙ）と定義され、
前記数式（２）において、
前記_newＶ_Piは、前記確率的制約充足エンジンが変更した前記他の制御パラメータのパラメータ値であり、
前記_oldＶ_Piは、前記確率的制約充足エンジンが変更した前記他の制御パラメータの変更前のパラメータ値である、請求項１記載の制御パラメータ設定装置。
前記確率的制約充足エンジン部は、
前記所定の評価関数として、以下の数式（３）を使用し、
−Σ（_oldＶ_Pi−_newＶ_Pi)²・・・（３）
前記数式（３）において、
前記_newＶ_Piは、前記確率的制約充足エンジンが変更した前記他の制御パラメータのパラメータ値であり、
前記_oldＶ_Piは、前記確率的制約充足エンジンが変更した前記他の制御パラメータの変更前のパラメータ値である、請求項１記載の制御パラメータ設定装置。