JP2013222403A - 制御装置及び制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】不安定なネットワークを介して制御対象を制御する場合であっても、制御ループを安定して実行させることができる制御装置及び制御システムを提供する。
【解決手段】制御システム１は、無線通信ネットワークＮ１で許容される最大遅延時間を考慮して、センサ機器１１からの測定データが受信されてからその測定データを用いた制御データの生成が開始されるまでの時間を調整するタイミングレギュレータ４２と、無線通信ネットワークＮ１で生じ得る測定データ及び制御データの遅延を補償するスミス補償器４４とを有する制御装置４０と、無線通信ネットワークＮ１で許容される最大遅延時間を考慮して、制御装置４０からの制御データが受信されてからその制御データに基づいて行うべき操作（バルブの開度調整）のタイミングを調整するタイミングレギュレータ１２ｂを有するバルブ機器１２とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ネットワークを介して制御対象の制御を行う制御装置及び制御システムに関する。

従来から、プラントや工場等においては、高度な自動操業を実現すべく、フィールド機器と呼ばれる現場機器（測定器、操作器）と、これらを制御する制御装置とが通信手段を介して接続された分散制御システム（ＤＣＳ：Distributed Control System）が構築されている。このような分散制御システムは、有線によって通信を行うものが殆どであったが、近年においては、ＩＳＡ１００．１１ａやＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴ（登録商標）等の産業用無線通信規格に準拠した無線通信を行うものも実現されている。

上記の産業用無線通信規格に準拠した無線通信を行う分散制御システムは、大別すると無線通信が可能なフィールド機器（無線フィールド機器）、無線アクセスポイント装置、制御装置、及びシステムマネージャから構成される。無線アクセスポイント装置は、通信線を介して制御装置及びシステムマネージャに接続され、無線フィールド機器と無線通信が可能な位置に設置され、無線フィールド機器と制御装置との間で送受信される各種データの中継を行う。制御装置は、無線アクセスポイント装置を介して無線フィールド機器との間で各種データ（例えば、測定データや制御データ）を送受信して無線フィールド機器の制御を行う。

システムマネージャは、無線アクセスポイント装置及び無線フィールド機器によって形成される無線通信ネットワークの周波数チャネル、通信スケジュール、通信経路等のリソースの管理及び制御を行うことで、無線通信ネットワークを介して行われる無線通信の管理及び制御を行う。尚、以下の非特許文献１には、上述したＩＳＡ１００．１１ａに準拠した無線通信が可能な制御システムの一例が開示されている。

山本周二，他２名，「計装を革新するＩＳＡ１００．１１ａ準拠フィールド無線ソリューション」，横河技報，Ｖｏｌ．５３，Ｎｏ．２，２０１０

ところで、プラント等においては安全性及び信頼性が最優先されるため、分散制御システムでは、工業プロセスにおける各種の状態量（例えば、圧力、温度、流量等）を制御するための制御ループが安定して実行されることが極めて重要である。ここで、分散制御システムにおける制御ループは、おおよそ以下の（１）〜（５）の要素からなる。

（１）フィールド機器による状態量の測定
（２）フィールド機器から制御装置への測定結果（測定データ）の送信
（３）制御装置による測定データに応じた制御データの算出
（４）制御装置からフィールド機器への制御データの送信
（５）フィールド機器による制御データに基づいた状態量の操作

前述した無線通信ネットワークを介した無線通信は、遅延やジッタが生じやすいため、上記（２），（４）の処理に要する時間に不確実性があり、制御ループの安定性に悪影響を及ぼすという問題がある。例えば、無線通信ネットワークで大きな遅延が生じた場合には、制御装置からの制御データが本来のタイミングでフィールド機器に入力されず制御データがロス（欠損）してしまうという現象が生ずる。また、無線通信ネットワークでジッタが生じた場合には、測定データや制御データの入出力タイミングが制御装置によるフィールド機器の制御周期とずれてしまうという現象が生ずる。

このような現象が生ずると、制御対象である状態量の挙動が振動的（不安定）になってしまい、プラント等における安全性及び信頼性が低下する虞が考えられるという問題がある。この問題は、無線通信ネットワークを用いた場合のみならず、遅延やジッタが生じ得る不安定な有線ネットワークを用いた場合にも生ずる。とりわけ、インターネットを介して測定データや制御データの送受信を行う場合に生じやすい。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、不安定なネットワークを介して制御対象を制御する場合であっても、制御ループを安定して実行させることができる制御装置及び制御システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の制御装置は、ネットワーク（Ｎ１、Ｎ２）を介して送信されてきた第１データを用いて、前記ネットワークを介して制御対象を制御するための第２データを生成する制御装置（４０）において、前記ネットワークで許容される最大遅延時間（Ｔｄ）を考慮して、前記第１データが受信されてから前記第１データを用いた前記第２データの生成が開始されるまでの時間を調整する調整部（４２）と、前記制御対象のモデルと前記ネットワークで許容される最大遅延時間とを用いて設計され、前記ネットワークで生じ得る前記第１，第２データの遅延を補償する遅延補償部（４４）とを備えることを特徴としている。
この発明によると、ネットワークで許容される最大遅延時間が考慮されて、第１データが受信されてから第１データを用いた第２データの生成が開始されるまでの時間が調整部によって調整されるとともに、ネットワークで生じ得る第１，第２データの遅延が遅延補償部で補償される。
また、本発明の制御装置は、前記第１データには、前記第１データが生成若しくは送信された時刻（ｔ２１）を示す第１時刻情報が含まれており、前記調整部が、前記第１データが受信された時点（ｔ２２）から、前記ネットワークで許容される最大遅延時間から前記第１時刻情報で示される時刻と前記第１データが受信された時刻との時間差を差し引いた時間（Ｔｙ）が経過したタイミングで前記第２データの生成が開始されるように時間の調整を行うことを特徴としている。
本発明の制御システムは、ネットワーク（Ｎ１、Ｎ２）を介して制御対象の制御を行う制御システム（１）において、上記の制御装置と、前記ネットワークで許容される最大遅延時間（Ｔｄ）を考慮して、前記制御装置から送信されてくる前記第２データに基づいて行う前記制御対象に対する操作のタイミングを調整するタイミング調整部（１２ｂ）を有するフィールド機器（１２）とを備えることを特徴としている。
また、本発明の制御システムは、前記第２データには、前記第２データが送信された時刻（ｔ１１）を示す第２時刻情報が含まれており、前記タイミング調整部が、前記第２データが受信された時点（ｔ１２）から、前記ネットワークで許容される最大遅延時間から前記第２時刻情報で示される時刻と前記第２データが受信された時刻との時間差を差し引いた時間（Ｔｘ）が経過したタイミングで前記制御対象に対する操作が行われるようにタイミングの調整を行うことを特徴としている。
また、本発明の制御システムは、前記ネットワークで許容される最大遅延時間が、前記制御装置に向かって送信されるデータについて許容される第１最大遅延時間（Ｌ_１′）と、前記制御装置から送信されるデータについて許容される第２最大遅延時間（Ｌ_２′）とからなることを特徴としている。
また、本発明の制御システムは、前記制御装置及び前記フィールド機器に対して、前記ネットワークで許容される最大遅延時間の設定を行う管理装置（３０）を備えることを特徴としている。

本発明によれば、制御装置において、ネットワークで許容される最大遅延時間を考慮して第１データが受信されてから第１データを用いた第２データの生成が開始されるまでの時間を調整するとともに、ネットワークで生じ得る測定データ及び制御データの遅延を補償するようにしている。また、フィールド機器において、ネットワークで許容される最大遅延時間を考慮して制御装置からの制御データが受信されてからこの制御データに基づいた操作が行われるまでのタイミングを調整している。このため、不安定なネットワークを介して制御対象を制御する場合であっても、制御ループを安定して実行させることができるという効果がある。これにより、プラント等における安全性及び信頼性を向上させることができる。

本発明の一実施形態による制御装置及び制御システムの要部構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態における制御システムで送受信されるデータの一例を示す図である。 本発明の一実施形態による制御装置に設けられるスミス補償器の要部構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による制御システムの動作を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態による制御装置及び制御システムについて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態による制御装置及び制御システムの要部構成を示すブロック図である。図１に示す通り、本実施形態の制御システム１は、複数のフィールド機器１０、無線アクセスポイント装置２０、システムマネージャ３０（管理装置）、及び制御装置４０を備えており、無線通信ネットワークＮ１（ネットワーク）及びバックボーンネットワークＮ２（ネットワーク）を介して制御装置４０がフィールド機器１０を制御することによって、プラント（図示省略）で実現される工業プロセスにおける各種の状態量（例えば、圧力、温度、流量等）を制御する。尚、制御システム１をなす上記のフィールド機器１０〜制御装置４０の各々が管理する時刻情報は、互いに一致しているものとする。

フィールド機器１０は、例えば流量計や温度センサ等のセンサ機器、流量制御弁や開閉弁等のバルブ機器、ファンやモータ等のアクチュエータ機器、その他のプラントの現場に設置される機器である。尚、以下では、理解を容易にするために、制御システム１によって制御される状態量（制御対象）が流体の流量である場合を例に挙げて説明する。このため、図１においては、プラントに設置される複数のフィールド機器１０のうち、流体の流量を測定するセンサ機器の１つを「センサ機器１１」として図示し、流体の流量を制御（操作）するバルブ機器の１つを「バルブ機器１２」として図示している。

センサ機器１１は、アナログ入力部（ＡＩ：Analog Input）１１ａ及び通信部１１ｂを備えており、制御対象である流体の流量を測定し、その測定結果を示す測定データ（第１データ）を制御装置４０に送信する。アナログ入力部１１ａは、例えば制御対象である流体に対して超音波信号を送信し、流体を介した超音波信号を受信して得られる受信信号から流体の流量を求める。通信部１１ｂは、ＩＳＡ１００．１１ａ或いはＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴ（登録商標）等の産業用無線通信規格に準拠した無線通信が可能であり、無線通信ネットワークＮ１を介して無線アクセスポイント装置２０との間で通信を行って上記の測定データを制御装置４０に向けて送信する。

バルブ機器１２は、通信部１２ａ、タイミングレギュレータ１２ｂ（タイミング調整部）、及びアナログ出力部（ＡＯ：Analog Output）１２ｃを備えており、制御装置４０からの制御データ（第２データ）に基づいて制御対象である流体の流量を制御するための操作（バルブの開度調整）を行う。通信部１２ａは、センサ機器１１の通信部１１ｂと同様に、ＩＳＡ１００．１１ａ或いはＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴ（登録商標）等の産業用無線通信規格に準拠した無線通信が可能であり、無線通信ネットワークＮ１を介して無線アクセスポイント装置２０との間で通信を行って制御装置４０からの制御データを受信する。

タイミングレギュレータ１２ｂは、制御システム１で用いられるネットワーク（無線通信ネットワークＮ１及びバックボーンネットワークＮ２）で許容される最大遅延時間を考慮して、制御装置４０から送信されてくる制御データに基づいて行うべき操作（バルブの開度調整）のタイミングを調整する。このようなタイミングの調整を行うのは、制御システム１で用いられるネットワークで遅延やジッタが生じても、流体の流量を制御するための制御ループを安定して実行させるためである。尚、以下では説明を簡単にするために、バックボーンネットワークＮ２で生ずる遅延は、無線通信ネットワークＮ１で生ずる遅延に比べて十分に小さく、制御システム１で用いられるネットワークで生ずる遅延は、無線通信ネットワークＮ１で生ずる遅延にほぼ等しいものとする。

具体的に、タイミングレギュレータ１２ｂは、制御データが制御装置４０から送信された時点から、上記の最大遅延時間が経過した時点で上記の操作が行われるようにタイミングの調整を行う。つまり、無線通信ネットワークＮ１で許容される最大遅延時間をＴｄ、制御データが制御装置４０から送信された時刻をｔ１１、制御データがバルブ機器１２の通信部１２ａで受信された時刻をｔ１２とすると、タイミングレギュレータ１２ｂは、制御データが通信部１２ａで受信された時刻ｔ１２から以下の（１）式に示す時間Ｔｘが経過したタイミングで上記の操作が行われるようにタイミングの調整を行う。
Ｔｘ＝Ｔｄ−（ｔ１２−ｔ１１） …（１）

尚、無線通信ネットワークＮ１で許容される最大遅延時間Ｔｄは、制御システム１に要求される制御性やネットワークの帯域等を考慮して設定され、例えば４［ｓｅｃ］程度に設定される。アナログ出力部１２ｃは、タイミングレギュレータ１２ｂによって調整されたタイミングで、制御装置４０からの制御データに基づいた操作（流体の流量を制御するためのバルブの開度調整）を行う。

図２は、本発明の一実施形態における制御システムで送受信されるデータの一例を示す図であって、（ａ）はセンサ機器１１から制御装置４０に送信されるデータ（第１データ）を示しており、（ｂ）は制御装置４０からバルブ機器１２に送信されるデータ（第２データ）を示している。図２（ａ）に示す通り、センサ機器１１から制御装置４０に送信されるデータは、センサ機器１１のアナログ入力部１１ａで得られた測定データに対してタイムスタンプ（測定データが生成された時刻或いは測定データが送信された時刻を示すデータ：第１時刻情報）が付加されたデータである。

また、図２（ｂ）に示す通り、制御装置４０からバルブ機器１２に送信されるデータは、バルブ機器１２に送信すべき制御データに対してタイムスタンプ（制御データが送信された時刻を示すデータ：第２時刻情報）が付加されたデータである。このため、バルブ機器１２のタイミングレギュレータ１２ｂは、制御装置４０から送信されてくる制御データに付加されているタイムスタンプを参照すれば、制御データが送信された時刻ｔ１１を得ることができる。

無線アクセスポイント装置２０は、フィールド機器１０が接続される無線通信ネットワークＮ１と、システムマネージャ３０及び制御装置４０が接続されるバックボーンネットワークＮ２とを接続し、フィールド機器１０とシステムマネージャ３０及び制御装置４０との間で送受信される各種データの中継を行う装置である。尚、無線アクセスポイント装置２０も、上述したＩＳＡ１００．１１ａ或いはＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴ（登録商標）等に準拠した無線通信を行う。

システムマネージャ３０は、管理部３１及び通信部３２を備えており、無線通信ネットワークＮ１を介して行われる無線通信の管理及び制御を行う。管理部３１は、無線通信ネットワークＮ１の周波数チャネル、通信スケジュール、通信経路等のリソースの管理及び制御を行う。通信部３２は、バックボーンネットワークＮ２を介して無線アクセスポイント装置２０等と通信を行う。また、システムマネージャ３０は、無線通信ネットワークＮ１に参入しているフィールド機器１０及び制御装置４０に対し、無線通信ネットワークＮ１で許容される最大遅延時間の設定を行う。

制御装置４０は、通信部４１、タイミングレギュレータ４２（調整部）、設定値生成器４３、及びスミス補償器４４（遅延補償部）を備えており、バックボーンネットワークＮ２及び無線通信ネットワークＮ１を介して制御対象である流体の流量を制御する。具体的に、制御装置４０は、無線通信ネットワークＮ１及びバックボーンネットワークＮ２を介してフィールド機器１０（センサ機器１１）から送信されてきた測定データを用いて制御対象である流体の流量を制御するための制御データを生成し、バックボーンネットワークＮ２及び無線通信ネットワークＮ１を介して制御データをフィールド機器１０（バルブ機器１２）に送信することによって制御対象である流体の流量を制御する。

通信部４１は、バックボーンネットワークＮ２を介して無線アクセスポイント装置２０等と通信を行う。タイミングレギュレータ４２は、無線通信ネットワークＮ１で許容される最大遅延時間を考慮して、フィールド機器１０（センサ機器１１）から送信されてくる測定データが受信されてから、測定データを用いた制御データの生成が開始されるまでの時間（設定値生成器４３で設定値の生成が開始されるまでの時間）を調整する。このようなタイミングの調整を行うのは、バルブ機器１２と同様に、無線通信ネットワークＮ１で遅延やジッタが生じても、流体の流量を制御するための制御ループを安定して実行させるためである。

具体的に、タイミングレギュレータ４２は、測定データがセンサ機器１１で生成又は送信された時点から、上記の最大遅延時間が経過した時点で設定値生成器４３における設定値の生成が開始されるようにタイミングの調整を行う。つまり、測定データがセンサ機器１１で生成又は送信された時刻をｔ２１、測定データが制御装置４０の通信部４１で受信された時刻をｔ２２とすると、タイミングレギュレータ４２は、測定データが通信部４１で受信された時刻ｔ２２から以下の（２）式に示す時間Ｔｙが経過したタイミングで設定値の生成が行われるようにタイミングの調整を行う。尚、以下の（２）式中のＴｄは、無線通信ネットワークＮ１で許容される最大遅延時間である。
Ｔｙ＝Ｔｄ−（ｔ２２−ｔ２１） …（２）

設定値生成器４３は、タイミングレギュレータ４２によって調整されたタイミングで、センサ機器１１からの測定データを用いて、制御対象である流体の流量を制御（ＰＩＤ（比例積分微分）制御）するための設定値を生成する。スミス補償器４４は、無線通信ネットワークＮ１で生じ得る測定データ及び制御データの遅延を補償する。このスミス補償器４４は、制御対象である流体の流量のモデルとネットワークで許容される最大遅延時間とを用いて設計され、内部モデル制御（ＩＭＣ：Internal Model Control）を行って無線通信ネットワークＮ１で生じ得る測定データ及び制御データの遅延を補償する。

図３は、本発明の一実施形態による制御装置に設けられるスミス補償器の要部構成を示すブロック図である。尚、図３中において、「Ｇ」は制御対象である流体の流量動特性を示しており、「Ｌ_１」は無線通信ネットワークＮ１における制御装置４０からバルブ機器１２に向かって送信される制御データの遅延時間を示し、「Ｌ_２」は無線通信ネットワークＮ１におけるセンサ機器１１から制御装置４０に向かって送信される測定データの遅延時間を示している。尚、これら遅延時間「Ｌ_１」，「Ｌ_２」は一定ではなく、無線通信ネットワークＮ１を介して行われる無線通信の状況に応じて刻々と変化するものである。

また、図３中の「Ｌ_１′」は、上記の制御データ（制御装置４０からバルブ機器１２に向かって送信される制御データ）に許容される最大遅延時間（第２最大遅延時間）を示しており、「Ｌ_２′」は、上記の測定データ（センサ機器１１から制御装置４０に向かって送信される測定データ）に許容される最大遅延時間（第１最大遅延時間）を示している。尚、これら最大遅延時間「Ｌ_１′」，「Ｌ_２′」は、システムマネージャ３０によって設定されるものである。尚、図３中の「Ｒ」は、設定値生成器４３によって生成された設定値を示しており、「Ｙ」はセンサ機器１１で測定される現在の測定データを示している。

図３に示す通り、スミス補償器４４は、コントローラ「Ｃｓ」に加え、制御対象である流体の流量動特性「Ｇ」のモデルであるモデル要素４４ａと、無線通信ネットワークＮ１で許容される最大遅延時間「Ｌ_１′」，「Ｌ_２′」が設定された遅延要素４４ｂとを用いて設計されている。このスミス補償器４４では、センサ機器１１で測定される現在の測定データ「Ｙ」とスミス補償器４４の遅延要素４４ｂから出力されるデータ「Ｙ′」との差分「Ｙ−Ｙ′」がフィードバックされることによって、制御対象である流体の流量動特性「Ｇ」とそのモデルであるモデル要素４４ａとの誤差が補償される。

次に、上記構成における制御システムの動作について説明する。図４は、本発明の一実施形態による制御システムの動作を示すフローチャートである。尚、図４中に示すステップＳ１はセンサ機器１１で行われる処理であり、ステップＳ２は制御装置４０で行われる処理であり、ステップＳ３はバルブ機器１２で行われる処理である。尚、図４に示すフローチャートの処理は、予め定められた一定の時間間隔（制御ループの時間間隔）で繰り返し行われる。

図４に示すフローチャートの処理が開始すると、まずセンサ機器１１で制御対象である流体の流量が測定される（ステップＳ１１）。例えば、アナログ入力部１１ａから制御対象である流体に対して超音波信号が送信されるとともに、流体を介した超音波信号がアナログ入力部１１ａで受信され、アナログ入力部１１ａで得られた受信信号に対して所定の演算処理が行われてれ流体の流量が測定される。流体の流量が測定されると、タイムスタンプ（測定データが生成された時刻、或いは測定データが送信される時刻を示すデータ）が付された測定データがセンサ機器１１から制御装置４０に向けて送信される（ステップＳ１２）。

センサ機器１１から送信された測定データは、無線通信ネットワークＮ１、無線アクセスポイント装置２０、及びバックボーンネットワークＮ２を順に介して制御装置４０に送信され、制御装置４０の通信部４１で受信される（ステップＳ２１）。通信部４１で受信された測定データはタイミングレギュレータ４２に入力され、測定データに付されたタイムスタンプがタイミングレギュレータ４２に参照される。そして、そのタイムスタンプに応じて、測定データを用いた制御データの生成が開始されるまでの時間がタイミングレギュレータ４２により調整される（ステップＳ２２）。

具体的に、タイミングレギュレータ４２は、測定データが通信部４１で受信された時刻ｔ２２から前述した（２）式に示す時間Ｔｙが経過したタイミングで設定値生成器４３による設定値の生成が行われるようにタイミングの調整を行う。以上の調整が終了すると、タイミングレギュレータ４２から設定値生成器４３に対してセンサ機器１１からの測定データが出力され、測定データを用いた制御データ（設定値）の作成が開始される（ステップＳ２３）。

設定値が作成されると、スミス補償器４４において、無線通信ネットワークＮ１で生じ得る測定データ及び制御データの遅延を補償する処理が行われる（ステップＳ２４）。以上の処理が終了すると、タイムスタンプ（制御データが送信される時刻を示すデータ）が付された制御データが制御装置４０からバルブ機器１２に向けて送信される（ステップＳ２５）。

制御装置４０から送信された制御データは、バックボーンネットワークＮ２、無線アクセスポイント装置２０、及び無線通信ネットワークＮ１を順に介してバルブ機器１２に送信され、バルブ機器１２の通信部１２ａで受信される（ステップＳ３１）。通信部１２ａで受信された制御データはタイミングレギュレータ１２ｂに入力され、制御データに付されたタイムスタンプがタイミングレギュレータ１２ｂに参照される。そして、そのタイムスタンプに応じて、制御データに基づいて行うべき操作（バルブの開度調整）のタイミングがタイミングレギュレータ１２ｂにより調整される（ステップＳ３２）。

具体的に、タイミングレギュレータ１２ｂは、制御データが通信部１２ａで受信された時刻ｔ１２から前述した（１）式に示す時間Ｔｘが経過したタイミングで上記の操作（バルブの開度調整）が行われるようにタイミングの調整を行う。以上の調整が終了すると、タイミングレギュレータ１２ｂによって調整されたタイミングで、制御装置４０からの制御データに基づいた操作（流体の流量を制御するためのバルブの開度調整）がアナログ出力部１２ｃによって行われる（ステップＳ３３）。以上説明した動作が繰り返されて、制御対象である流体の流量が制御される。

以上の通り、本実施形態では、制御装置４０において、無線通信ネットワークＮ１で許容される最大遅延時間を考慮してセンサ機器１１からの測定データが受信されてからこの測定データを用いた制御データの生成が開始されるまでの時間を調整するとともに、無線通信ネットワークＮ１で生じ得る測定データ及び制御データの遅延を補償するようにしている。また、バルブ機器１２において、無線通信ネットワークＮ１で許容される最大遅延時間を考慮して制御装置４０からの制御データが受信されてからこの制御データに基づいた操作（流体の流量を制御するためのバルブの開度調整）が行われるまでのタイミングを調整している。このため、無線通信ネットワークＮ１のような不安定なネットワークを介して制御対象を制御する場合であっても、制御ループを安定して実行させることができ、プラント等における安全性及び信頼性を向上させることができる。

以上、本発明の一実施形態による制御装置及び制御システムについて説明したが、本発明は上述した実施形態に制限されることなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では、無線アクセスポイント装置２０、システムマネージャ３０、及び制御装置４０が別々に設けられている態様について説明したが、本発明は、無線アクセスポイント装置２０と制御装置４０とが一体化されている態様であっても良く、更にはシステムマネージャ３０も一体化されている態様であっても良い。かかる態様の場合には、バックボーンネットワークＮ２を省略することができる。

また、上記実施形態では、無線通信ネットワークＮ１で許容される最大遅延時間が固定されている例について説明したが、この最大遅延時間を動的に変更するようにしても良い。例えば、無線通信ネットワークＮ１に参入しているフィールド機器１０の数と、フィールド機器１０の数に応じた最大遅延時間とを対応付けたテーブルをシステムマネージャ３０に記憶させておき、無線通信ネットワークＮ１に参入しているフィールド機器１０の数が増減する毎にテーブルを参照して最大遅延時間を動的に変更しても良い。

また、上記実施形態では、設定値生成器４３が制御対象である流体の流量をＰＩＤ制御するための設定値を生成する例について説明した。しかしながら、本発明における制御対象の制御方法は、ＰＩＤ制御に制限される訳ではなく他の制御方法（例えば、モデル予測制御）を用いることも可能である。このため、上記の設定値生成器４３に代えて、制御対象である流体の流量をモデル予測制御するための設定値を生成する設定値生成器を設けても良い。

また、上記実施形態では、システムマネージャ３０によって管理及び制御される無線通信ネットワークＮ１を介して制御対象としての流体の流量を制御する例について説明した。しかしながら、本発明は、公共の無線ＬＡＮ（Local Area Network）やインターネット等の遅延やジッタが生じ得る不安定なネットワークを介して制御対象を制御することも可能である。

これにより、本発明は、プラントで実現される工業プロセスにおける各種の状態量（例えば、圧力、温度、流量等）を制御する用途（プラント制御）のみならず、以下の（１）〜（３）に示す用途に応用することが可能である。
（１）クラウドコンピューティングベースの生産管理や高度制御
（２）ロボットのテレオペレーション
（３）ビルオートメーション

・上記（１）の用途について
現在、クラウドコンピューティング環境が充実・拡大しており、所謂ＭＥＳ（Manufacturing Execution System：製造実行システム）層以上の生産管理や高度制御による最適化ソリューションが広域ネットワークを介して提供される状況が多くなっている。このような状況下において、フィールド無線だけでなく、バックボーン側のネットワーク化も進展しており、ネットワークインフラを介して生産システムの制御を行う必要性が高まっている。本発明をこのような用途に適用すれば、将来的にネットワークを介してあらゆる制御を行うことが可能になる。

・上記（２）の用途について
宇宙ロボットやプラント作業ロボット等の遠隔操作に本発明を適用することが可能である。例えば、プラント操業においては、カメラやマニピュレータを搭載した遠隔制御ロボットを用いてリモート保守作業を行うことが考えられている。本発明は、このようなロボットを自動・手動で安定的に制御することが可能である。特に、ロボットをミリ秒単位の制御周期で動作することが多く、通信遅延やジッタの影響を大きく受けるため、本発明を適用すれば、大幅に性能を改善することができる。

・上記（３）の用途について
照明やスイッチ、空調の制御を行うビルオートメーションにも本発明を適用することができると考えられる。ビル管理においては、エネルギー管理を行うことでランニングコストを削減することが重要になるが、このエネルギー管理を行う手段として本発明を適用することができる。

１ 制御システム
１０ フィールド機器
１２ バルブ機器
１２ｂ タイミングレギュレータ
３０ システムマネージャ
４０ 制御装置
４２ タイミングレギュレータ
４４ スミス補償器
Ｎ１ 無線通信ネットワーク
Ｎ２ バックボーンネットワーク
Ｔｄ 最大遅延時間

Claims (6)

1. ネットワークを介して送信されてきた第１データを用いて、前記ネットワークを介して制御対象を制御するための第２データを生成する制御装置において、
   前記ネットワークで許容される最大遅延時間を考慮して、前記第１データが受信されてから前記第１データを用いた前記第２データの生成が開始されるまでの時間を調整する調整部と、
   前記制御対象のモデルと前記ネットワークで許容される最大遅延時間とを用いて設計され、前記ネットワークで生じ得る前記第１，第２データの遅延を補償する遅延補償部と
   を備えることを特徴とする制御装置。
2. 前記第１データには、前記第１データが生成若しくは送信された時刻を示す第１時刻情報が含まれており、
   前記調整部は、前記第１データが受信された時点から、前記ネットワークで許容される最大遅延時間から前記第１時刻情報で示される時刻と前記第１データが受信された時刻との時間差を差し引いた時間が経過したタイミングで前記第２データの生成が開始されるように時間の調整を行う
   ことを特徴とする請求項１記載の制御装置。
3. ネットワークを介して制御対象の制御を行う制御システムにおいて、
   請求項１又は請求項２記載の制御装置と、
   前記ネットワークで許容される最大遅延時間を考慮して、前記制御装置から送信されてくる前記第２データに基づいて行う前記制御対象に対する操作のタイミングを調整するタイミング調整部を有するフィールド機器と
   を備えることを特徴とする制御システム。
4. 前記第２データには、前記第２データが送信された時刻を示す第２時刻情報が含まれており、
   前記タイミング調整部は、前記第２データが受信された時点から、前記ネットワークで許容される最大遅延時間から前記第２時刻情報で示される時刻と前記第２データが受信された時刻との時間差を差し引いた時間が経過したタイミングで前記制御対象に対する操作が行われるようにタイミングの調整を行う
   ことを特徴とする請求項３記載の制御システム。
5. 前記ネットワークで許容される最大遅延時間は、前記制御装置に向かって送信されるデータについて許容される第１最大遅延時間と、
   前記制御装置から送信されるデータについて許容される第２最大遅延時間と
   からなることを特徴とする請求項３又は請求項４記載の制御システム。
6. 前記制御装置及び前記フィールド機器に対して、前記ネットワークで許容される最大遅延時間の設定を行う管理装置を備えることを特徴とする請求項３から請求項５の何れか一項に記載の制御システム。

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