JP2015204584A

JP2015204584A - 分散型制御装置

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Publication number: JP2015204584A
Application number: JP2014084168A
Authority: JP
Inventors: 高志三枝; Takashi Saegusa; 有坂　寿洋; Toshihiro Arisaka; 寿洋有坂
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2014-04-16
Filing date: 2014-04-16
Publication date: 2015-11-16
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Abstract

【課題】複数のセンサ、アクチュエータを用いた制御に適用する際の調整工数と、設定工を低減する分散型制御装置とその制御方法を提供する。【解決手段】中央通信装置１００と，複数の端末通信装置１２０がネットワーク１５０で接続される分散型制御装置１０であって、複数の端末通信装置１２０に接続される複数のセンサ１３０と、複数のアクチュエータ１３１を用いて制御する場合における通信制御の設定を、各アクチュエータ１３１を駆動させることで発生する物理量が、各センサ１３０まで伝搬したときの各々の伝達特性と、制御の要求性能の設定に基づいて、各端末通信装置１２０の通信制御を自動設定する。【選択図】図２

Description

本発明は、複数のセンサとアクチュエータを接続し、複数のセンサからの情報に基づいて複数のアクチュエータの制御を実行する分散型制御装置に関する。

近年、産業用装置やＦＡ（Factory Automation）の省配線化を目的として、分散配置されたセンサやアクチュエータをネットワークで接続し、１つのシステムで一括して制御する分散型制御装置が採用されている。

分散型制御システムは、一般的に、全体のシーケンスを統括する中央通信装置と、センサ、アクチュエータの入出力制御を行う複数の端末通信装置から構成される。

また、分散型制御システムでは、これらの中央通信装置と複数の端末通信装置との間にネットワークを構成する。

このネットワークは、マルチドロップやデイジーチェーン等のトポロジで構築されることが一般的である。

ここで、中央通信装置は、ネットワークを介して、中央通信装置が端末通信装置に制御情報を転送し、端末通信装置は、制御情報に従ってセンサ，アクチュエータの入出力制御を実行する。

また、端末通信装置は、センサやアクチュエータから入力される制御情報を、ネットワークを介して中央通信装置に転送する。

このように分散型制御装置は、ネットワークの通信を介して、中央通信装置と、各端末通信装置の間で、制御情報を送受信することで、分散配置されたセンサ、アクチュエータを中央通信装置から一括して制御できる。

一方、産業分野では、多数のセンサ、アクチュエータを用いた制御系の高速化、高精度化等の性能向上が求められている。

このような制御系の性能向上を阻害する要因の１つが、分散型制御装置のネットワークの応答性能であり、ネットワークの応答性能が低いほど、性能向上を大きく阻害するため。ネットワークの応答性能はできる限り小さくすることが望まれる。

しかしながら、分散型制御装置の一般的な特徴として、制御するセンサ、アクチュエータの増加に伴って、ネットワークの応答性能は低下する。

このため、分散型制御装置では、多数のセンサ、アクチュエータの制御に対して、できる限り高い応答性能を維持するために、ネットワークに特殊な通信制御を適用する方法が考えられている。

例えば、このような従来技術として、すべての外部機器が動作準備完了状態であることが確認された段階で同期信号がすべての外部機器に送信することを特徴とする特開２００６−２０９６４６号公報に記載の技術が開示されている。

特開２００６−２０９６４６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、通信制御の調整工数や設定工数の増加に対して配慮がなされておらず、多数のセンサと、多数のアクチュエータで構成された制御系に分散型制御装置を適用する際の調整工数や設定工数を低減することが困難である。

そこで、本発明は、多数のセンサと、多数のアクチュエータで構成された制御系に分散型制御装置を適用する際の通信制御の調整や、設定を自動化できる分散型制御装置の提供を課題とする。

また、本発明は、多数のセンサと、多数のアクチュエータで構成された制御系の要求性能を満たすように、通信制御の調整や、設定を自動化するための通信制御装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明の構成は、
中央通信装置と、複数の端末通信装置と、中央通信装置に接続される表示入力装置と、
少なくとも１つのセンサ、または、少なくとも１つのアクチュエータ、あるいは、少なくとも１つのセンサと、少なくとも１つのアクチュエータの両方が接続される端末通信装置と、
中央通信装置と複数の端末通信装置を通信路により接続し、中央通信装置と複数の端末通信装置との通信経路を複数備えてなるネットワークと、を備える分散型制御システムであって、
中央通信装置は、通信信号制御部と、通信ポートの組を複数個と、中央通信制御部と、通信制御設定演算部と、を備え、
端末通信装置は、前記通信信号制御部と、通信ポートの組を複数個と、端末通信制御部と、通信経路設定部と、制御情報入出力設定部と、制御演算部と、デバイス制御部を備え、
ネットワークは、端末通信装置の少なくとも１つの通信ポートと、中央通信装置の通信ポート、または、他の端末通信装置の通信ポートとの間に伝送路を備え、
中央通信装置は、端末通信装置に接続されるアクチュエータを駆動させることで発生する物理量が、自身に接続されるセンサ、または、他の端末通信装置に接続されるセンサに伝搬した際の物理量の増減の特性である伝達特性に基づいて、端末通信装置の通信制御を設定することを特徴とする。

また、分散型制御装置において、さらに、中央通信装置は、伝達特性取得部を備え、端末通信装置は、伝達特性演算部を備え、端末通信装置は、伝達特性演算部によってアクチュエータと、センサの組から伝達特性を演算し、演算によって得られた伝達特性を中央通信装置に転送し、中央通信装置は、端末通信装置から転送される伝達特性を伝達特性取得部に格納してもよい。

さらに、本発明の分散型制御装置、アクティブ型の制振器の制御装置として適用され、複数の端末通信装置に接続される複数のアクチュエータと、複数のセンサは、制振対象の複数の位置に搭載されることを特徴とする分散型制御装置。

また、本発明の散型制御装置の制御方法は、
アクチュエータが接続される端末通信装置のうち、いずれか１つの端末通信装置がアクチュエータを駆動させ、
アクチュエータを駆動させる端末通信装置は、センサが接続される全ての端末通信装置に、ネットワークを介して、アクチュエータへの出力値を周期的に転送し、
センサが接続される全ての端末通信装置は、アクチュエータの駆動と同時に、センサから入力される物理量と、ネットワークを介して転送されるアクチュエータへの出力値と、を用いて伝達特性を演算することを特徴とする。

さらに、本発明の分散型制御装置の制御方法において、
端末通信装置は、自身、または、他の端末通信装置に接続される少なくとも１つのセンサ信号を入力とし、自身、または、他の端末通信装置に接続される少なくとも１つのアクチュエータ駆動を出力とする自動制御処理を実行し、自動制御処理の入力から出力の間に他の端末通信装置が介在する場合は、ネットワークの通信を用いて自動制御処理を実行する。

また、本発明の分散型制御装置の制御方法において、
中央通信装置は、伝達特性の振幅が自身に設定される閾値以下となる場合、前記伝達特性に該当するアクチュエータと、センサを接続する端末通信装置の組が、自動制御処理の実行時に通信しないように、ネットワークを介してそれぞれの端末通信装置に通信制御の方法を設定し、
端末通信装置は、自動制御処理の実行時に、中央通信装置の設定された通信制御の方法に従って、通信を実行する。

さらに、分散型制御装置の制御方法は、
中央通信装置は、端末通信装置の自動制御処理に必要となる通信データ量が最小となるように、自動制御処理を実行する端末通信装置を指定し、ネットワークを介して、指定された端末通信装置に自動制御処理の方法を設定し、
端末通信装置は、中央通信装置より設定された自動制御処理の方法に従って、自動制御処理を実行する。

また、分散型制御装置の制御方法は、
中央通信装置は、端末通信装置の自動制御処理に必要となる通信データ量と、通信経路から算出される通信遅延時間と、
自動制御処理の要求性能から算出される制御入出力に許容される最大の遅れ時間である許容遅延時間と、を比較し、
通信遅延時間の値が許容遅延時間以内となるように、自動制御処理を実行する端末通信装置を指定し、ネットワークを介して、指定された端末通信装置に自動制御処理の方法を設定し、かつ、自動制御処理に該当するアクチュエータと、センサを接続する各端末通信装置に、自動制御処理の実行時における通信経路と、通信周期を設定し、
端末通信装置のうち、中央通信装置より自動制御処理の方法を設定された端末通信装置は、自身に設定された自動制御処理の設定に従って、自動制御処理を実行し、
端末通信装置のうち、中央通信装置より通信経路と、通信周期を設定された端末通信装置は、自身に設定された通信経路と、通信周期に従って、通信制御を実行する。

最後に、本発明の分散型制御装置の制御方法は、
入出力制御装置は、中央通信装置の設定情報を入力し、中央通信装置に転送する入力機能と、
中央通信装置の設定情報、および、中央通信装置に格納される伝達特性と、端末通信装置の設定情報を中央通信装置から取得し、中央通信装置から取得された情報を出力する出力機能を備え、
入力機能と、出力機能は、ソフトウェア上のＧＵＩ（グラフィカル・ユーザー・インターフェース）にて実行可能とする。

本発明の主な態様に依れば、分散制御装置は、通信制御の調整や、設定を自動化できるため、多数のセンサと、多数のアクチュエータで構成された制御系への適用時や、センサやアクチュエータの構成数の変更に対して、人手による調整、設定工数を低減できる。

本発明の他の態様に依れば、多数のセンサ、多数のアクチュエータで構成された制御系の要求性能を保証するために必要となり通信制御の調整、設定が容易となる。

本実施形態に係る分散型制御装置を制振器として適用した例を示す図である。本実施形態に係る分散型制御装置の構成図である。本実施形態に係る分散型制御装置の処理動作を示すフローチャートである。本実施形態に係る分散型制御装置の伝達特性の取得動作を示すフローチャートである。本実施形態に係る分散型制御装置の自動制御処理および通信制御の設定動作を示すフローチャートである。本実施形態に係る分散型制御装置の自動制御処理および通信制御の設定例を示す図である。本実施形態に係る表示入力装置の設定画面を示す図である。

次に、本発明を実施するための形態（「実施形態」という）について、適宜図面を参照
しながら詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、分散型制御装置をアクティブ型の制振器として適用した例として説明する。また、同じ構成要素が複数ある場合、それぞれを区別して説明する場合には図番の末尾にアルファベット（ａ、ｂ、・・・）を付加する。特に区別する必要がない場合は、アルファベットを付加せずに説明する。

＜実施形態１＞
図１は、本実施形態に係る分散型制御装置１０を制振器として適用した例を示す図である。

本実施例の分散型制御装置１０は、図１（ａ）に示すとおり、制振対象２０をアクティブに制振するための制振器として適用され、分散型制御装置１０は、制振対象２０に搭載される複数のセンサ１３０ａ〜１３０ｃと、複数のアクチュエータ１３１ａ〜１３１ｃと接続され、これらの制御を実行する。

また、分散型制御装置１０は、図１（ｂ）に示すとおり、中央通信装置１００と、複数の端末通信装置１２０ａ〜１２０ｆと、ネットワーク１５０から構成され、複数のセンサ１３０ａ〜１３０ｃと、複数のアクチュエータ１３１ａ〜１３１ｃは、複数の端末通信装置１２０ａ〜１２０ｆにそれぞれ接続される。

ネットワーク１５０は、中央通信装置１００と、端末通信装置１２０ａ、１２０ｄの間、および、端末通信装置１２０ａ〜１２０ｆとの間に通信路を備えることで構成される。

図２は、本実施形態に係る分散型制御装置１０の構成図である。

中央通信装置１００は、通信信号制御部１１０と、通信ポート１４０の組を複数個と、中央通信制御部１０１と、伝達特性取得部１０２と、通信制御設定演算部１０３と、を備える。

端末通信装置１２０は、通信信号制御部１１０と、通信ポート１４０の組を複数個と、端末通信制御部１２１と、通信経路設定部１２２と、制御情報入出力設定部１２３と、制御演算部１２４と、伝達特性演算部１２５と、デバイス制御部１２６を備える。

ネットワーク１５０は、各端末通信装置１２０の少なくとも１つの通信ポート１４０と、中央通信装置１００の通信ポート１４０、または、他の端末通信装置１２０の通信ポート１４０との間に伝送路を備えることで構成される。

通信信号制御部１１０は、中央通信装置１００と、端末通信装置１２０、または、端末通信装置１２０と、他の端末通信装置１２０との通信において、通信方向を考慮することなく、双方向に通信可能とする機能を有する。

なお、端末通信装置１２０は、センサ１３０と、アクチュエータ１３１を端末通信装置１２０の１つに対して複数接続される構成としてもよい。

分散型制御装置１０の各構成の動作は、以下適宜図面を参照しながら説明する。

次に、分散型制御装置１０の処理動作について図３、図４、図５、図６を用いて説明する。

図３は、本実施形態に係る分散型制御装置１０の処理動作を示すフローチャートである。

まず、分散型制御装置１０は、中央通信装置１００と、端末通信装置１２０ａ〜１２０ｆの動作によって、端末通信装置１２０ａ〜１２０ｆに接続される各アクチュエータ１３１ａ〜１３１ｃから、各センサ１３０ａ〜１３０ｃまでの制振対象２０の振動の伝搬特性である伝達特性を取得する（Ｓ３００）。

ここから、Ｓ３０１の処理について、図４に示すフローチャートを用いて説明する。

図４は、本実施形態に係る分散型制御装置１０の伝達特性の取得動作を示すフローチャートである。

まず、中央通信装置１００は、伝達特性取得部１０２の処理によって、アクチュエータ１３１ａ〜１３１ｃが接続される端末通信装置１２０ｂ、１２０ｄ、１２０ｆのうち、１つを選択する（Ｓ４００）。ここでは、端末通信装置１２０ｂを選択したものとする。

次に、中央通信装置１００の伝達特性取得部１０２は、選択した端末通信装置１２０ｂ宛として、アクチュエータ１３１を用いた制御対象２０の加振方法の情報を、中央通信制御部１０１に転送する。

中央通信制御部１０１は、転送された加振方法の情報を、通信信号制御１１０、および、ネットワーク１５０を介して、端末通信装置１２０ｂに送信する。

端末通信装置１２０ｂは、中央通信装置１００から送信された加振方法の情報を、端末通信制御部１２１で受信し、端末通信制御部１２１は、受信した加振方法の情報を制御情報入出力設定部１２３に転送する。

制御情報入出力設定部１２３は、転送された加振方法の情報を、伝達特性演算部１２５に転送し、同時に、端末通信制御部１２１と、伝達特性演算部１２５と、がデータを転送可能とするように自身の設定を切り替える。

さらに、制御情報入出力設定部１２３は、伝達特性演算部１２５から転送されるアクチュエータ１３１ａの出力値を、センサ１３０ａ〜１３０ｃが接続される全ての端末通信装置１２０ａ、１２０ｃ、１２０ｅに転送するように、自身の設定を切り替える。

伝達特性演算部１２５は、転送された加振方法に基づき、デバイス制御部１２６を介してアクチュエータ１３１ａを駆動させ、同時にアクチュエータ１３１ａへの出力値を制御情報入出力設定部１２３に周期的に転送する（Ｓ４０１）。

ここで、加振方法は、ランダム加振や、スイープ加振などの一般的な加振方法を選択できるものとする。

また、アクチュエータ１３１ａへの出力値を制御情報入出力設定部１２３に転送する周期は、サンプリング定理から、取得したい伝達特性の最大周波数の２〜４倍以上が望ましい。

Ｓ４０１の処理と同時に、センサ１３０ａ〜１３０ｃが接続される全ての端末通信装置１２０ａ、１２０ｃ、１２０ｅは、同時に処理を実行する。

まず、端末通信装置１２０ａ、１２０ｃ、１２０ｅは、端末通信装置１２０ｂから送信されるアクチュエータ１３１ａの出力値を端末通信制御部１２１で受信し、
端末通信制御部１２１は、受信したアクチュエータ１３１ａの出力値を制御情報入出力設定部１２３に転送し、
制御情報入出力設定部１２３は、転送されたアクチュエータ１３１ａの出力値を伝達特性演算部１２５に転送し、同時に、端末通信制御部１２１と、伝達特性演算部１２５と、がデータを転送可能とするように自身の設定を切り替え、
伝達特性演算部１２５は、転送されたアクチュエータ１３１ａの出力値と、デバイス制御部１２６を介して取得されるセンサ１３０の入力値から伝達特性を演算する（Ｓ４０２）。

Ｓ４０１と、Ｓ４０２の処理による端末通信装置３０１ａの加振動作と、端末通信装置３０１ｂ、３０１ｄ、３０１ｆの伝達特性の演算処理が全て完了した後、アクチュエータ１３１ａ〜１３１ｃが接続される端末通信装置１２０ｂ、１２０ｄ、１２０ｆのうち、加振していないアクチュエータ１３１が存在する場合（Ｓ４０３→Ｙｅｓ）、中央通信装置１００の伝達特性取得部１０２の処理によって、アクチュエータ１３１ａ〜１３１ｃが接続される端末通信装置１２０ｂ、１２０ｄ、１２０ｆのうち、加振動作を行っていない端末通信装置１２０を１つ選択し（例えば、端末通信装置１２０ｄを選択）（Ｓ４０４）、Ｓ４０１と、Ｓ４０２の処理を繰り返す。

Ｓ４０３の処理にて、アクチュエータ１３１ａ〜１３１ｃが接続される端末通信装置１２０ｂ、１２０ｄ、１２０ｆのうち、加振していないアクチュエータ１３１が存在しない場合（Ｓ４０３→Ｎｏ）、端末通信装置３０１ｂ、３０１ｄ、３０１ｆの各々で演算された複数のアクチュエータ１３１ａ〜１３１ｃからの全ての伝達特性を、達特性演算部１２５から、制御情報入出力設定部１２３を介して、中央通信装置１００に送信し、
中央通信装置１００の伝達特性取得部１０２は、中央通信制御部１０１を介して、端末通信装置１２０ｂ、１２０ｄ、１２０ｆから送信される全ての伝達特性を受信し、受信した伝達特性を自身に格納する（Ｓ４０５）。

ここから、分散型制御装置１０の処理動作を、図３に示すフローチャートに戻って、Ｓ３０１からの処理について説明する。

分散型制御装置１０の表示入力装置１６０は、中央通信装置１００の伝達特性取得部１０２に格納された伝達特性を表示し、分散型制御装置１０の使用者は、表示入力装置１６０に表示される伝達特性に基づいて、センサ１３０ａ〜１３０ｃからの入力をアクチュエータ１３１ａ〜１３１ｃの出力にフィードバックし、振動を抑制する自動制御処理の制御器を設計する（Ｓ３０１）。

設計された制御器は、表示入力装置１６０を介して、中央通信装置１００の通信制御設定演算部１０３に格納される。

次に、中央通信装置１００は、各端末通信装置１２０ａ〜１２０ｆの自動制御処理と、通信制御の自動設定を行う（Ｓ３０２）。

ここから、Ｓ３０２の処理について、図５に示すフローチャートと図６に示す設定例を用いて説明する。

図５は、本実施形態に係る分散型制御装置１０の自動制御処理と通信制御の設定動作を示すフローチャートである。

分散型制御装置１０の使用者は、表示入力装置１６０に表示される伝達特性に基づいて、自動設定に用いられる伝達特性の振幅の閾値や、自動制御処理の制御帯域である要求性能を、表示入力装置１６０を介して、通信制御設定演算部１０３に設定する（Ｓ５００）。

次に、中央通信装置１００の通信制御設定演算部１０３は、自身格納される全ての伝達特性から、伝達特性の振幅の閾値以下となるものを抽出する（Ｓ５０１）。

Ｓ５０１の処理で抽出された伝達特性の入出力に該当するセンサ１３０と、アクチュエータ１３１を接続する端末通信装置１２０の組の全てに対して、自動制御処理の実行時に、相互の通信を禁止するための通信制御の設定情報を、中央通信制御部１０１を介して該当する端末通信装置１２０に送信し、
該当の端末通信装置１２０は、中央通信装置１００から送信される通信制御の設定情報を、端末通信制御部１２１を介して、制御情報入出力設定部１２３に転送し、
制御情報入出力設定部１２３は、転送された通信制御の設定情報に従って、自動制御処理の実行時に、指定の端末通信装置１２０への通信を禁止する設定を自身に行う（Ｓ５０２）。

次に、中央通信装置１００の通信制御設定演算部１０３は、Ｓ５０２の処理で、通信を禁止されていない端末通信装置１２０に対して、通信遅延時間がなるべく小さくなるように通信経路と、自動制御処理を実行する端末通信装置１２０を選択する（Ｓ５０３）。

ここから、Ｓ５０３の具体的な処理の内容を、図６を用いて説明する。

図６は、実施形態に係る分散型制御装置の自動制御処理と通信制御の設定例を示す図である。

まず、相互に通信可能な２つ以上の端末通信装置１２０の集合を、１つの通信グループ６００とし、全ての端末通信装置１２０を、複数の通信グループ６００に分割する。

図６の例では、端末通信装置１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｆを通信グループ６００ａに分割し、さらに、端末通信装置１２０ｄ、１２０ｅを通信グループ６００ｂに分割している。

次に、ネットワーク１５０の通信における通信遅延時間の増加を低減するために、ネットワーク１５０に伝送される通信データ量が最小となるように、自動制御処理を実行する端末通信装置１２０を選択する。

具体的には、各通信グループ６００に含まれる全ての端末通信装置１２０に対して、各端末通信装置１２０に接続される全てのセンサ１３０、および、全てのアクチュエータ１３１の入出力に必要となる総データ量を算出し、各通信グループ６００内で総データ量が一番多くなる端末通信装置１２０を、自動制御処理を実行する端末通信装置１２０として選択する。

図６の例においては、通信グループ６００ａでは、自動制御処理を実行する端末通信装置１２０を、端末通信装置１２０ｃとして選択し、通信グループ６００ｂでは、自動制御処理を実行する端末通信装置１２０を、端末通信装置１２０ｄとして選択している。

次に、ネットワーク１５０の通信の際に、端末通信装置１２０を中継することで増加する通信遅延時間をなるべく小さくするように、各端末通信装置１２０の通信経路を設定する。

具体的には、端末通信装置１２０の各通信グループ６００に対して、自動制御処理を実行する端末通信装置１２０から、他の１つの端末通信装置１２０にたどり着く全ての通信経路のうち、通信経路上で中継する端末通信装置１２０の数が最も少なくするような通信経路を選択し、これを通信グループ６００に含まれる全ての端末通信装置１２０に対して実行する。

図６の例においては、通信グループ６００ａでは、通信６０１ａに示す経路が選択され、通信グループ６００ｂでは、通信６０１ｂに示す経路が選択される。

以上の処理により、通信制御設定演算部１０３は、中央通信制御部１０１を介して、通信グループ６００毎に選択された自動制御処理を実行する端末通信装置１２０に、自動制御処理の演算内容を送信し、
自動制御処理を実行する端末通信装置１２０は、中央通信装置１００から送信される自動制御処理の演算内容を、端末通信制御部１２１を介して、制御情報入出力設定部１２３にて受信し、制御情報入出力設定部１２３は、受信した演算内容を制御演算部１２４に格納することで、自動制御処理の実行を設定する。

また、同様に通信制御設定演算部１０３は、中央通信制御部１０１を介して、端末通信装置１２０毎に選択された通信経路の設定情報をそれぞれ該当の端末通信装置１２０に送信し、
各端末通信装置１２０は、中央通信装置１００から送信される通信経路の設定情報を、端末通信制御部１２１を介して、通信経路設定部１２２にて受信し、通信経路設定部１２２に格納することで通信経路を設定する。

ここから、図５に示すフローチャートに戻って、Ｓ５０４からの処理について説明する。

通信制御設定演算部１０３は、各端末通信装置１２０に設定した通信経路と、各端末通信装置１２０の通信データ量から、全ての端末通信装置１２０の通信遅延時間を算出し、さらに、端末通信装置１２０の通信グループ６００の中で最も大きくなる通信遅延時間を最大遅延時間として、通信グループ６００毎に算出する。

通信制御設定演算部１０３は、最大遅延時間の８〜１０倍程度した時間の逆数を制御帯域として、端末通信装置１００の通信グループ６００毎に算出する（Ｓ５０５）。

なお、最大遅延時間の８〜１０倍というのは、制御帯域を算出する際に一般的に知られた倍率であるが、例えば、実験的に妥当な倍率が分かっている場合などは、この数値に限らなくてもよい。

ここから、分散型制御装置１０の処理動作を、図３に示すフローチャートに戻って、Ｓ３０３からの処理について説明する。

Ｓ３０２の処理の後、中央通信装置１００は、通信制御設定演算部１０３で算出された全ての制御帯域が、自身に設定された制御帯域の要求性能を満たす場合（Ｓ３０３→Ｙｅｓ）、中央通信制御部１０１を介して、全ての端末通信装置１２０ａ〜１２０ｆに自動制御処理の開始指令を送信し、全ての端末通信装置１２０ａ〜１２０ｆは、それぞれに設定された動作方法に従って、自動制御処理を開始する（Ｓ３０４）。

中央通信装置１００は、通信制御設定演算部１０３で算出された全ての制御帯域が、自身に設定された制御帯域の要求性能を満たさない場合（Ｓ３０３→Ｎｏ）、制御帯域の改善方法を、表示入力装置１６０を介して提示する（Ｓ３０５）。

このとき、中央通信装置１００の通信制御設定演算部１０３は、制御帯域の改善方法として、要求性能を満たさない通信グループ６００の最大遅延時間となる端末通信装置１２０の組が、通信経路上で経由する他の端末通信装置１２０を削減するための通信路の追加方法、および、ネットワーク１５０内の端末通信装置１２０の配置の変更方法を提示する。

次に、分散型制御装置１０の使用者は、表示入力装置１６０に提示される自動制御処理の制御帯域の改善方法に基づいて、ネットワーク１５０の通信路の追加や、端末通信装置１２０の配置の変更、または、制御帯域の要求性能の再設定を行い（Ｓ３０６）、各端末通信装置１２０の自動制御処理と、通信制御の自動設定を繰り返す（Ｓ３０２）。

以上により、分散型制御装置１０は、自身の設定を自動的に実行し、自動制御処理を実行する。

図７は、実施形態に係る表示入力装置１６０の設定画面７００を示す図である。

設定画面７００は、通信性能設定表示部７０１と、通信制御設定表示部７０２と、通信経路設定表示部７０３と、制御性能表示部７０４から構成される。

通信性能設定表示部７０１は、分散型制御装置１０が自動制御処理を実行する際に、自動設定される通信制御に基づいて、各端末通信装置１２０の通信性能を表示する。

通信制御設定表示部７０２は、分散型制御装置１０が自動制御処理を実行する際に、各端末通信装置１２０に設定される通信グループ６００と、各端末通信装置１２０の通信経路と、自動制御処理を実行する端末通信装置１２０を表示する。

通信経路設定表示部７０３は、分散型制御装置１０が自動制御処理を実行する際に、各端末通信装置１２０の通信経路を設定するために必要となる、伝達特性の振幅の閾値を設定し、設定された閾値によって、各端末通信装置１２０の経路情報が自動設定される結果を表示する。ここでは、通信経路設定表示部７０３で設定される伝達特性の振幅の閾値を、定数としたが、その限りではなく、例えば周波数に応じて閾値が増減するような閾値としてもよい。

制御性能表示部７０４は、分散型制御装置１０に接続される各アクチュエータ１３１から各センサ１３０までの伝達特性を表示し、通信経路設定表示部７０３で設定される伝達特性の振幅の閾値と比較した際の大小関係も同時に示す。

本実施形態によれば、分散型制御装置１０を、多数のセンサ１３０と、多数のアクチュエータ１３１を用いた制振器として適用した場合においても、各端末通信装置１２０の制御処理の実行時の通信経路や、自動制御処理の設定を自動化できるため、分散型制御装置１０の調整、設定工数を低減でき、かつ、制御の要求性能を保証するような分散型制御装置１０の調整、設定が可能なため、制振対象２０に後付けで制振器を適用することが容易となる。

また、本実施形態では、端末通信装置１２０で取得された伝達特性より、通信を行う必要がないと判断された端末通信装置１２０の組では通信を実施しないため、ネットワーク１５０の通信路のうち、通信が実行されない通信路は削減が可能であるため、本実施形態の分散型制御装置１０は、この通信路を削減しても、機能、性能を維持しながら動作可能である。

１０分散型制御装置
２０制振対象
１００中央通信装置
１０１中央通信制御部
１０２伝達特性取得部
１０３通信制御設定演算部
１１０通信信号制御部
１２０、１２０ａ〜１２０ｆ端末通信装置
１２１端末通信制御部
１２２通信経路設定部
１２３制御情報入出力設定部
１２４制御演算部
１２５伝達特性演算部
１２６デバイス制御部
１３０、１３０ａ〜１３０ｃセンサ
１３１、１３１ａ〜１３０ｃアクチュエータ
１４０通信ポート
１５０ネットワーク
１６０表示入力装置
６００、６００ａ、６００ｂ通信グループ
６０１、６０１ａ、６０１ｂ通信
７００設定画面
７０１通信性能設定表示部
７０２通信制御設定表示部
７０３通信経路設定表示部
７０４制御性能表示部

Claims

中央通信装置と、複数の端末通信装置と、中央通信装置に接続され、制御情報の設定、表示を行う表示入力装置と、
少なくとも１つのセンサ、または、少なくとも１つのアクチュエータ、あるいは、少なくとも１つのセンサと、少なくとも１つのアクチュエータの両方が接続される端末通信装置と、
中央通信装置と複数の端末通信装置を通信路により接続し、中央通信装置と複数の端末通信装置との通信経路を複数備えてなるネットワークと、を備える分散型制御システムであって、
中央通信装置は、通信信号制御部と、通信ポートの組を複数個と、中央通信制御部と、通信制御設定演算部と、を備え、
端末通信装置は、前記通信信号制御部と、通信ポートの組を複数個と、端末通信制御部と、通信経路設定部と、制御情報入出力設定部と、制御演算部と、デバイス制御部を備え、
ネットワークは、端末通信装置の少なくとも１つの通信ポートと、中央通信装置の通信ポート、または、他の端末通信装置の通信ポートとの間に伝送路を備え、
中央通信装置は、端末通信装置に接続されるアクチュエータを駆動させることで発生する物理量が、１つあるいは複数の端末通信装置に接続される少なくとも１つのセンサに伝搬した際の物理量の増減の特性である伝達特性に基づいて、端末通信装置の通信制御を設定することを特徴とする分散型制御装置。
請求項１に記載された分散型制御装置において、さらに、
中央通信装置は、伝達特性取得部を備え、
端末通信装置は、伝達特性演算部を備え、
端末通信装置は、伝達特性演算部によってアクチュエータと、センサの組から伝達特性を演算し、演算によって得られた伝達特性を中央通信装置に転送し、
中央通信装置は、端末通信装置から転送される伝達特性を伝達特性取得部に格納することを特徴とする分散型制御装置。
請求項２に記載された分散型制御装置において、
アクチュエータが接続される端末通信装置のうち、いずれか１つの端末通信装置がアクチュエータを駆動させ、
アクチュエータを駆動させる端末通信装置は、センサが接続される全ての端末通信装置に、ネットワークを介して、アクチュエータへの出力値を周期的に転送し、
センサが接続される全ての端末通信装置は、アクチュエータの駆動と同時に、センサから入力される物理量と、ネットワークを介して転送されるアクチュエータへの出力値と、を用いて伝達特性を演算することを特徴とする分散型制御装置。
請求項１に記載された分散型制御装置において、
１つあるいは複数の端末通信装置に接続される少なくとも１つのセンサからの信号を入力とし、１つあるいは複数の端末通信装置に接続される少なくとも１つのアクチュエータの駆動を出力とする自動制御処理を実行し、自動制御処理の入力から出力の間に他の端末通信装置が介在する場合は、ネットワークの通信を用いて自動制御処理を実行することを特徴とする分散型制御装置。
請求項４に記載された分散型制御装置において、
中央通信装置は、伝達特性の振幅が自身に設定される閾値以下となる場合、前記伝達特性に該当するアクチュエータと、センサを接続する端末通信装置の組が、自動制御処理の実行時に通信しないように、ネットワークを介してそれぞれの端末通信装置に通信制御の方法を設定し、
端末通信装置は、自動制御処理の実行時に、中央通信装置の設定された通信制御の方法に従って、通信することを特徴とする分散型制御装置。
請求項４に記載された分散型制御装置において、
中央通信装置は、端末通信装置の自動制御処理に必要となる通信データ量が最小となるように、自動制御処理を実行する端末通信装置を指定し、ネットワークを介して、指定された端末通信装置に自動制御処理の方法を設定し、
端末通信装置は、中央通信装置より設定された自動制御処理の方法に従って、自動制御処理を実行することを特徴とする分散型制御装置。
請求項４に記載された分散型制御装置において、
中央通信装置は、端末通信装置の自動制御処理に必要となる通信データ量と、通信経路から算出される通信遅延時間と、
自動制御処理の要求性能から算出される制御入出力に許容される最大の遅れ時間である許容遅延時間と、を比較し、
通信遅延時間の値が許容遅延時間以内となるように、自動制御処理を実行する端末通信装置を指定し、ネットワークを介して、指定された端末通信装置に自動制御処理の方法を設定し、かつ、自動制御処理に該当するアクチュエータと、センサを接続する各端末通信装置に、自動制御処理の実行時における通信経路と、通信周期を設定し、
端末通信装置のうち、中央通信装置より自動制御処理の方法を設定された端末通信装置は、自身に設定された自動制御処理の設定に従って、自動制御処理を実行し、
端末通信装置のうち、中央通信装置より通信経路と、通信周期を設定された端末通信装置は、自身に設定された通信経路と、通信周期に従って、通信制御を実行することを特徴とする分散型制御装置。
請求項４乃至８のいずれかに記載された分散型制御装置において、
表示入力装置は、中央通信装置の設定情報を入力し、中央通信装置に転送する入力機能と、
中央通信装置の設定情報、および、中央通信装置に格納される伝達特性と、端末通信装置の設定情報を中央通信装置から取得し、中央通信装置から取得された情報を出力する出力機能を備え、
入力機能と出力機能は、ソフトウェア上で制御情報の表示および設定する機能であることを特徴とする分散型制御装置。
請求項１乃至９のいずれかに記載された分散型制御装置において、
分散型制御装置は、アクティブ型の制振器の制御装置として適用され、
複数の端末通信装置に接続される複数のアクチュエータと、複数のセンサは、制振対象の複数の位置に搭載されることを特徴とする分散型制御装置。