JP2016095586A - 分散制御システム、制御装置、制御方法及びプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】シミュレート部62は、分散制御システムで実行される制御プログラムの一部を構成する機能単位プログラムが予め割り振られて、機能単位プログラムをシミュレートし、共有メモリ部61は、シミュレート部によりシミュレートされた機能単位プログラムのシミュレート結果を他の制御装置と共有すべく記憶する。そして、制御装置のうち、少なくともいずれか一つに備えられたシミュレーション命令部65は、共有メモリ部を参照し、シミュレート結果に対応する機能単位プログラム毎の実行時間をシミュレーションテーブルデータベース70に格納する。
【選択図】図5
Description
このような制御システムにおいては、通信ネットワークを介して予め定められた時間以内に制御コマンド及び制御データを含む通信フレームの送出が可能となるリアルタイム性が要求される。
一方、コンピュータ利用の一態様として、インターネット等の通信ネットワークを介して配置したサーバ等に実際の処理やデータ格納などを行わせ、ユーザはそれらをサービスとして利用するいわゆるクラウドコンピューティングが知られている。
制御装置のシミュレート部は、分散制御システムで実行される制御プログラムの一部を構成する機能単位プログラムが予め割り振られ、当該割り振られた機能単位プログラムをシミュレートする。
共有メモリ部は、シミュレート部によりシミュレートされた機能単位プログラムのシミュレート結果を他の制御装置と共有すべく記憶する。
そして、制御装置のうち、少なくともいずれか一つは、予め設定された機能単位プログラムの複数の制御装置への割り振りに対応する機能単位プログラム毎の実行時間を格納可能に構成されたシミュレーションテーブルデータベースを備え、シミュレーション命令部は、共有メモリ部を参照し、前記シミュレート結果に対応する前記機能単位プログラム毎の実行時間を前記シミュレーションテーブルデータベースに格納する。
[1]第1実施形態
図1は、実施形態の分散制御システムの概要構成ブロック図である。
分散制御システム10は、大別するとサーバシステム11と、サーバシステム11に通信ネットワーク12を介して接続された複数のローカル制御システム13−1〜13−n(nは2以上の整数)と、を備えている。
ローカル制御システム13−1〜13−nは、同様な構成となっているので、以下においては、ローカル制御システム13−1を例として説明する。
ローカル制御システム13−1は、通信ネットワークとの間のインタフェース動作を行う通信モジュール21と、通信モジュール21にLAN22を介して接続され、オペレータが各種操作を行うための複数のHMI(Human Machine Interface)23−1〜23−x(xは2以上の整数)と、自己に接続された出力機器(被制御機器)を制御する複数のPLC24−1〜24−y(yは2以上の整数)と、自己に接続された出力機器との間のインタフェース動作を行う複数のリモートI/O25−1〜25−zと、を備えている。
PLC24−1〜24−yは、同様の構成であるので、以下の説明においては、PLC24−1を例として説明する。
PLC24−1は、スイッチ、センサ、信号発生装置等の各種入力機器が接続される複数の入力端子を備えた入力端子部31と、入力端子部31に接続され入力インタフェース動作を行う入力インタフェース部32と、バルブ、ランプ、ブザー、アクチュエータ等の各種出力機器(被制御機器)が接続される複数の出力端子を備えた出力端子部33と、出力端子部33に接続され出力インタフェース動作を行う出力インタフェース部34と、入力インタフェース部32及び出力インタフェース部34が接続され、PLC24−1全体を制御する制御部35と、を備えている。
図4は、ローカル制御システムの概要機能ブロック図である。
ローカル制御システム13−1を構成する通信モジュール21は、サーバシステム11との間で通信(パケット通信)を行う通信部51と、LAN22を介して接続されたPLC24−1〜24−yとの間で共有するデータを格納したネットワーク共有メモリ部52と、ネットワーク共有メモリ部52上に配置された入力情報を通信部51に入力する入力部53と、通信部51を介して入力されるサーバシステム11の演算実行結果とネットワーク共有メモリ部52上に格納されたローカル制御システム13−1の演算実行結果とを比較し、比較結果に基づいていずれかの演算実行結果を採用し、採用した演算実行結果を所定の演算実行結果格納領域に格納する出力判定部54と、ローカル制御システム13−1全体の処理を実行するためのプログラムを機能毎にモジュール化して作成された機能単位プログラムPOU(Program Organization Unit)を、LAN22を介して接続されたPLC24−1〜24−yのいずれに割り振るかを判別する分配サーバ部55と、を備えている。
ここで、PLC24−1〜PLC24−yへの機能単位プログラムPOUの割り振りについて説明する。
一般に、MPU、DSU等のプロセッサには各演算(基数・補数・浮動小数点・シフト演算など)に対して得手不得手があり、また、使用できるリソース(メモリ、キャッシュなど)もハードウェア構成により異なっている。
このため、同一の機能単位プログラムPOUを実行させたとしても、演算スピードがプロセッサ毎、ひいては、PLC毎に異なることとなっている。
図5は、シミュレータ命令部を設けたPLCの機能構成ブロック図である。
このネットワーク共有メモリ部61の内容は、ローカル制御システム13−1の通信モジュール21のネットワーク共有メモリ部52にも反映される。
実際には、オペレータの指示は、シミュレーションテーブルデータベース(DB)70としてシミュレータ命令部65が予め保有している。
例えば、PLCの故障としては、入出力部とシミュレータの故障が想定できる。
これら入出力部とシミュレータの故障を検出するためには、ネットワーク共有メモリ上において、入出力部あるいはシミュレータが定周期的に入出力するエリア(アドレス)を監視すればよい。
より具体的には、分配サーバは、シミュレータが定周期的に入出力するエリア(アドレス)を監視していて、入出力が定周期的になされなかった場合には、対応するシミュレータが故障したものとして、分配サーバはそのシミュレータを備えたPLC(ノード)を除外して、機能単位プログラムを分配する(割り振る)。
図7に示すように、代替PLC特定データ74を設けることにより、例えば、PLC24−2が故障した場合には、PLC24−1を代替PLCとして機能させる。
このような構成によれば、ローカル制御システムの各PLC(ノード)の故障をより適切に把握し、負荷分散することが可能になる。
上述した実施形態においては、サーバシステム11からの制御指示に基づいて、ローカル制御システムの複数のPLCに機能単位プログラムを割り振って分散処理を行う構成について説明したが、本実施形態は、サーバシステム11側でもローカル制御システム13−1〜13−nのそれぞれを構成する複数のPLCに割り振った機能単位プログラムと同一の機能単位プログラムPOUを動作させて、その結果が一致する場合には正常であると判断し、不一致の場合(相違した場合)には、ローカル制御システム13−1〜13−nの判断を優先して採用する構成を採っている。
ところで、通信モジュール21の入力部53に入力される入力情報と、出力判定部54に入力されるローカル制御システム13−1〜13−nからの出力情報とは、同一のスキャン周期における同一の機能単位プログラムPOU同士において一対一に対応している。
そこで、本実施形態では、データ入出力の情報を記録し、保存する入出力データベース56を備える構成を採り、サーバシステム11及びローカル制御システム13−1〜13−nのそれぞれで実行した機能単位プログラムPOUの実行結果を比較して、動作制御を行うようにしている。
入出力データベースは、入出力日時を格納した入出力日時データ81と、機能単位プログラムPOUを特定する機能単位プログラム特定データ82と、入力データ83と、サーバシステム11による実行結果であるサーバ出力データ84と、PLCによる実行結果であるローカル出力データ85と、出力判定結果を格納する出力判定データ86と、を備えている。
このため、本第2実施形態では、サーバシステム11及びローカル制御システム13−1〜13−nの演算結果を保管し、それぞれに相違がある場合のトラブルシューティングに役立たせている。例えば、悪意のある者にサーバシステムの演算結果を経路上でなりすまされた場合、その者がシステム・プラントの何(どこ)をいつ攻撃しようとしたかを特定することもできる。
すなわち、情報を通知すべき、オペレータに適切な表現で伝達できればその手段は問わない。
この結果、人為的な行為による出力データの相違が検出されたことを迅速にオペレータに伝達でき、ひいては、その対処を迅速に行わせることが可能になる。ひいては分散制御システムの事業継続性を図るBCP(Business Continuity Plan)として機能することが可能となる。
以上の説明においては、サーバシステム11を一つの装置として説明してきたが、インターネット等の通信ネットワークの複数箇所にサーバ装置を配置するクラウドサーバシステムに適用することも可能である。
また、本実施形態の制御装置のプログラムを、ROM等に予め組み込んで提供するように構成してもよい。
11 サーバシステム
12 通信ネットワーク(第2の通信ネットワーク)
13 ローカル制御システム
21 通信モジュール
22 LAN(第1の通信ネットワーク)
23−1〜23−x HMI
24−1〜24−y PLC(制御装置)
25−1〜25−z リモートI/O
35 制御部
41 MPU(実行部)
42 ROM
43 RAM
44 フラッシュROM
45 通信インタフェース部
51 通信部
52 ネットワーク共有メモリ部
53 入力部
54 出力判定部
55 分配サーバ部
56 入出力データベース
61 ネットワーク共有メモリ部
62 シミュレータ部
63 入出力部
65 シミュレータ命令部
70 シミュレーションテーブルデータベース
72 割振情報データ
73 実行結果データ
74 代替PLC特定データ
81 入出力日時データ
82 機能単位プログラム特定データ
83 入力データ
84 サーバ出力データ
85 ローカル出力データ
86 出力判定データ
Claims (10)
- 通信ネットワークと、
前記通信ネットワークを介して接続され、それぞれ自己が制御すべき被制御装置の制御を行う複数の制御装置と、を備えた分散制御システムであって、
前記制御装置は、前記分散制御システムで実行される制御プログラムの一部を構成する機能単位プログラムが予め割り振られ、当該割り振られた前記機能単位プログラムをシミュレートするシミュレート部と、
前記シミュレート部によりシミュレートされた前記機能単位プログラムのシミュレート結果を他の制御装置と共有すべく記憶する共有メモリ部と、備え、
前記制御装置のうち、少なくともいずれか一つは、予め設定された前記機能単位プログラムの前記複数の制御装置への割り振りに対応する前記機能単位プログラム毎の実行時間を格納可能に構成されたシミュレーションテーブルデータベースと、
前記共有メモリ部を参照し、前記シミュレート結果に対応する前記機能単位プログラム毎の実行時間を前記シミュレーションテーブルデータベースに格納するシミュレーション命令部と、
を備えた分散制御システム。 - 前記データベースは、前記いずれかの制御装置が故障した場合の代替制御装置の情報を格納している、
請求項1記載の分散制御システム。 - 第1の通信ネットワークと、
前記第1の通信ネットワークを介して接続され、それぞれ自己が制御すべき被制御装置の制御を行う複数の制御装置と、
前記第1の通信ネットワークを介して、前記複数の制御装置と接続されるとともに、第2の通信ネットワークを介してサーバシステムと接続された通信モジュールと、を備えた分散制御システムであって、
前記制御装置は、前記分散制御システムで実行される制御プログラムの一部を構成する機能単位プログラムが予め割り振られ、当該割り振られた前記機能単位プログラムを処理する実行部と、
前記実行部により実行された前記機能単位プログラムの実行結果を他の制御装置と共有すべく記憶する共有メモリ部と、備え、
前記通信モジュールは、前記割り振られた前記機能単位プログラムの入力データを同じにして、前記サーバシステムにおいて求めた前記機能単位プログラム毎の実行結果と、前記制御装置が求めた前記機能単位プログラム毎の実行結果と、が一致しているか否かを判定する出力判定部と、
前記サーバシステムにおいて求めた前記機能単位プログラム毎の実行結果、前記制御装置が求めた前記機能単位プログラム毎の実行結果及び前記判定の結果を対応づけて記憶する入出力データベースと、
を備えた分散制御システム。 - 前記出力判定部は、スキャン周期の終了タイミングで、自己の前記実行部の実行結果あるいは受信した前記他の制御装置の実行部の実行結果と、前記サーバの実行結果とを前記機能単位プログラム単位で比較して判定し、
前記通信モジュールは、前記出力判定部の判定により、比較結果が不一致した場合にその旨を通知する通知部を備える、
請求項3記載の分散制御システム。 - 通信ネットワークを介して接続され、分散制御システムを構築する他の制御装置と共働して自己が制御すべき被制御装置の制御を行う制御装置であって、
前記分散制御システムで実行される制御プログラムの一部を構成する機能単位プログラムが予め割り振られ、当該割り振られた前記機能単位プログラムをシミュレートするシミュレート部と、
前記シミュレート部によりシミュレートされた前記機能単位プログラムのシミュレート結果を他の制御装置と共有すべく記憶する共有メモリ部と、
を備えた制御装置。 - 前記機能単位プログラムが予め割り振られ、当該割り振られた前記機能単位プログラムを実行する実行部と、
前記実行部により実行された前記機能単位プログラムの実行結果を所定のスキャン周期内に送信する送信部と、
前記他の制御装置の実行部により実行された実行結果を受信する受信部と、を備え、
前記共有メモリ部は、前記実行部により実行された前記機能単位プログラムの実行結果及び前記他の制御装置の実行部により実行された実行結果を記憶し、
自己の前記実行部の実行結果あるいは受信した前記他の制御装置の実行部の実行結果に基づいて、前記被制御装置の制御を行う、
請求項5記載の制御装置。 - 通信ネットワークを介して接続され、分散制御システムを構築する他の制御装置とデータを共有する共有メモリ部を備え、前記他の制御装置と共働して自己が制御すべき被制御装置の制御を行う制御装置において実行される制御方法であって、
前記分散制御システムで実行される制御プログラムの一部を構成する機能単位プログラムが予め割り振られ、当該割り振られた前記機能単位プログラムをシミュレートする過程と、
前記機能単位プログラムのシミュレート結果を他の制御装置と共有すべく前記共有メモリ部に記憶する過程と、
を備えた制御方法。 - 前記機能単位プログラムが予め割り振られ、当該割り振られた前記機能単位プログラムを実行する過程と、
前記実行された前記機能単位プログラムの実行結果を所定のスキャン周期内に送信する過程と、
前記他の制御装置により実行された実行結果を受信する過程と、
前記実行された前記機能単位プログラムの実行結果及び前記他の制御装置により実行された実行結果を前記共有メモリ部に記憶する過程と、
自己の前記実行結果あるいは受信した前記他の制御装置の実行結果に基づいて、前記被制御装置の制御を行う過程と、
請求項7記載の制御方法。 - 通信ネットワークを介して接続され、分散制御システムを構築する他の制御装置とデータを共有する共有メモリ部を備え、前記他の制御装置と共働して自己が制御すべき被制御装置の制御を行う制御装置をコンピュータにより制御するためのプログラムであって、
前記コンピュータを、
前記分散制御システムで実行される制御プログラムの一部を構成する機能単位プログラムが予め割り振られ、当該割り振られた前記機能単位プログラムをシミュレートする手段と、
前記機能単位プログラムのシミュレート結果を他の制御装置と共有すべく前記共有メモリ部に記憶する手段と、
して機能させるプログラム。 - 前記コンピュータを、
前記機能単位プログラムが予め割り振られ、当該割り振られた前記機能単位プログラムを実行する手段と、
前記実行された前記機能単位プログラムの実行結果を所定のスキャン周期内に送信する手段と、
前記他の制御装置により実行された実行結果を受信する手段と、
前記実行された前記機能単位プログラムの実行結果及び前記他の制御装置により実行された実行結果を前記共有メモリ部に記憶する手段と、
自己の前記実行結果あるいは受信した前記他の制御装置の実行結果に基づいて、前記被制御装置の制御を行う手段と、
して機能させる、
請求項9記載のプログラム。
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