JP2018084994A - コントロールシステム及びコントロール方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】制御プログラム及び情報プログラムとが共存するコントロール装置において柔軟な機能変更を可能とすること。【解決手段】コントロール装置が、プログラム配布装置から提供された実行管理情報を保存する実行管理情報テーブルと、少なくとも一方のプログラムを実行する際に、この実行管理情報テーブルに保存された実行管理情報に基づいて少なくとも一方のプログラムの実行を制御するタスク管理部と、を備える。【選択図】図1

Description

本発明は、コントロールシステム及びコントロール方法に関し、特に、コントロール装置及びプログラム配布装置を備えるコントロールシステムに適用して好適なものである。
コントロール装置は、シーケンス制御装置、モーション制御装置又はプログラマブル・ロジック・コントローラ(PLC)とも呼ばれている。コントロール装置は、ラダー・ロジック(LD言語)、シーケンシャル・ファンクション・チャート(SFC言語)、ファンクション・ブロック(FBD言語)、ストラクチャード・テキスト(ST言語)、インストラクション・リスト(IL言語)のような制御装置特有のプログラミング言語を用いて制御内容が記述される。このような制御内容を実行するプログラムを「制御プログラム」と呼ぶ。
このようなコントロール装置において、複雑な算術演算やSCADA、MES、クラウドシステムとの情報の送受信のような情報通信処理が必要な場合がある。このような情報通信処理は、上述の制御装置特有の言語でプログラミングすることが困難な場合があり、C言語またはJava(登録商標)言語などの情報通信分野で使われるプログラミング言語を用いて記述することがある。このような情報通信処理を実行するプログラムを「情報プログラム」と呼ぶ。
単一のコントロール装置における制御プログラムと情報プログラムを共存させる方法については、例えば、特許文献1に開示されている。この特許文献1におけるコントロール装置は、プロセス間通信を行うためのPOU(Program Organization Unit)拡張メインモジュールと、ユーザが作成したC言語POUを管理し、ラダー・ロジック等のPLCプログラムを実行するSLC(Software Logic Controller)ランタイムとの通信を実行するPOU拡張サブモジュールと、C言語POUを呼び出すためのファンクション・ブロックと、ユーザが作成したC言語POUを備える。このコントロール装置は、C言語POUとSLCランタイムが別プロセスとなっておりC言語POUを変更してもSLCランタイムを変更する必要がないため、再コンパイルが不要な構成となっている。
特開2002−189507号公報
しかしながら、特許文献1におけるコントローラは、C言語POU(情報プログラムに相当)とSLCランタイム(制御プログラムに相当)が別プロセスとなっており、C言語POUの変更時にSLCランタイムの再コンパイルが不要な構成となっているが、新たな機能を有するC言語POUの追加については考慮されていない。
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、制御プログラム及び情報プログラムが同一プラットフォーム上に共存するコントロール装置において柔軟な機能変更を可能とするコントロールシステム及びコントロール方法を提案しようとするものである。
かかる課題を解決するため、本発明においては、制御装置専用言語で記述され実行の前にコンパイル処理を必要としない制御プログラム、及び、汎用プログラミング言語を用いて記述され実行の前にコンパイル処理を必要とする情報プログラムを管理するプログラム配布装置と、前記プログラム配布装置から提供される前記制御プログラム及び前記情報プログラムが共存しつつ同一のプラットフォーム上で動作するコントロール装置と、を備えるコントロールシステムにおいて、前記プログラム配布装置は、前記制御プログラム及び前記情報プログラムを管理するプログラム管理部と、前記制御プログラム及び前記情報プログラムのうち少なくとも一方のプログラムが前記コントロール装置における実行の際に用いるパラメータを表す実行管理情報を生成する実行管理情報生成部と、要求に応じて前記少なくとも一方のプログラムを提供する際に併せて前記少なくとも一方のプログラムに対応する前記実行管理情報を提供するプログラム配布部と、を備え、前記コントロール装置は、前記プログラム配布装置から提供された前記実行管理情報を保存する実行管理情報テーブルと、前記少なくとも一方のプログラムを実行する際に、前記実行管理情報テーブルに保存された前記実行管理情報に基づいて前記少なくとも一方のプログラムの実行を制御するタスク管理部と、を備えることを特徴とする。
また、本発明においては、制御装置専用言語で記述され実行の前にコンパイル処理を必要としない制御プログラム、及び、汎用プログラミング言語を用いて記述され実行の前にコンパイル処理を必要とする情報プログラムを管理するプログラム配布装置と、前記プログラム配布装置から提供される前記制御プログラム及び前記情報プログラムが共存しつつ同一のプラットフォーム上で動作するコントロール装置と、を備えるコントロールシステムにおけるプログラム配布方法において、前記プログラム配布装置が、前記制御プログラム及び前記情報プログラムを管理するプログラム管理ステップと、前記プログラム配布装置が、前記制御プログラム及び前記情報プログラムのうち少なくとも一方のプログラムが前記コントロール装置における実行の際に用いるパラメータを表す実行管理情報を生成する実行管理情報生成ステップと、前記プログラム配布装置が、要求に応じて前記少なくとも一方のプログラムを提供する際に併せて前記少なくとも一方のプログラムに対応する前記実行管理情報を提供するプログラム配布ステップと、を実行し、前記コントロール装置が、前記プログラム配布装置から提供された前記実行管理情報を保存する実行管理情報保存ステップと、前記コントロール装置が、前記少なくとも一方のプログラムを実行する際に、前記実行管理情報テーブルに保存された前記実行管理情報に基づいて前記少なくとも一方のプログラムの実行を制御するタスク管理ステップと、を実行することを特徴とする。
本発明によれば、制御プログラム及び情報プログラムが同一プラットフォーム上に共存するコントロール装置において柔軟に機能変更を行うことができる。
第1の実施の形態によるコントロールシステムのハードウェア構成例を示すブロック図である。 第1の実施の形態によるコントロールシステムの機能的な概略構成を示すブロック図である。 図2に示す実行管理情報テーブルのテーブル構成例を示す図である。 コントロール装置がプログラム配布装置から所望のプログラムをダウンロードするプログラムダウンロード処理の一例を示すフローチャートである。 プログラム実行処理の一例を示すフローチャートである。
以下、図面について、本発明の一実施の形態について詳述する。
(1)第1の実施の形態
図1は、第1の実施の形態によるコントロールシステムのハードウェア構成例を示す。このコントロールシステムでは、プログラム配布装置101、コントロール装置109、I/Oモジュール119及び周辺機器120がネットワーク108に接続されている。
周辺機器120は、センサ及びドライブなどの少なくとも1つの機器である。I/Oモジュール119は、周辺機器120が必要に応じて着脱可能に装着されるバススロットとして機能する。
プログラム配布装置101は、制御プログラム及び情報プログラムを管理している。プログラム配布装置101は、EPROM201、CPU202、メインメモリ203、周辺制御装置205、不揮発性記憶装置206及びネットワークインターフェース(図示のネットワークI/Fに相当)207を備える。プログラム配布装置101は、ネットワークインターフェース207を介してネットワーク108に接続されている。
プログラム配布装置101は、周辺制御装置205の制御によってネットワーク108を経由してコントロール装置109に対して制御プログラムを提供したり情報プログラムを提供する。このプログラム配布装置101では、CPU202の制御によって、不揮発性記憶装置206に予め格納されている制御プログラム及び情報プログラムを要求に応じて提供する。
周辺制御装置205は、バス204を介してEPROM201、CPU202及びメインメモリ203に接続されている。CPU202は、EPROM201に予め格納されている管理プログラムをメインメモリ203上に読み出して実行し、この管理プログラムによって上記制御プログラム及び情報プログラムを管理している。
この管理プログラムは、要求に応じて逐次、上述した制御プログラム及び情報プログラムのうち少なくとも一方のプログラムを提供する。この管理プログラムは、後述するプログラム配布部102及び実行監視情報生成部103に相当する。
一方、コントロール装置109は、EPROM208、CPU209、メインメモリ210、周辺制御装置212、I/O制御装置214、不揮発性記憶装置215及びネットワークインターフェース(図示のネットワークI/Fに相当)213を備えている。コントロール装置109では、プログラム配布装置101から提供される制御プログラム及び情報プログラムが例えばLinux(登録商標)のような同一のプラットフォーム上で共存しつつ動作する。
周辺制御装置212は、ネットワークI/F213、I/O制御装置214、不揮発性記憶装置215及びバス211に接続されている。このバス211には、その他にもEPROM208、CPU209及びメインメモリ210が接続されている。
EPROM208には、初期状態で予めコントロール装置108に用意されている制御プログラム及び情報プログラムが格納されている。CPU209は、複数のコアを備えており、各コアを独立させて動作させることができる。CPU209は、EPROM208に予め格納されている制御プログラム及び情報プログラムをメインメモリ210に読み出して実行し、これら制御プログラム及び情報プログラムの動作を制御する。すなわち、これらの制御プログラム及び情報プログラムが読み出されて実行されると、制御プログラム114及び情報プログラム115となる。
CPU209は、周辺制御装置212を制御してネットワークI/F213を介してプログラム配布装置101からの制御プログラム及び情報プログラムのダウンロードを制御する。
CPU209は、周辺制御装置212を制御してI/O制御装置214及び複数のI/Oモジュール119を介して複数の周辺機器120を制御する。これら各周辺機器120は、各I/Oモジュール119に対応付けられており、例えばデジタルI/Oレジスタと一対一に管理されレジスタ操作で逐一操作が可能となっている。
図2は、第1の実施の形態によるコントロールシステムの機能的な概略構成例を示す。プログラム配布装置101は、プログラム管理データベース(図示のプログラム管理DBに相当)104、プログラム配布部102及び実行管理情報生成部103を備えている。これらプログラム配布部102及び実行管理情報生成部103は記述の管理プログラムに相当する。
プログラム管理データベース104は、制御プログラム105及び情報プログラム106を管理する。実行管理情報生成部103は、制御プログラム105及び情報プログラム106のうち少なくとも一方のプログラムがコントロール装置109において実行される際のパラメータを表す実行管理情報を生成する。この実行管理情報は、例えば制御プログラム105及び情報プログラム106の各タスクの優先度、及び、制御プログラム105及び情報プログラム106ごとに使用可能な上限記憶容量のようなパラメータである。
プログラム配布部102は、要求に応じて上記少なくとも一方のプログラムを提供する際に併せて上記少なくとも一方のプログラムに対応するパラメータ値を示す実行管理情報を提供する。
コントロール装置109は、シーケンス制御装置、モーション制御装置、又はプログラマブル・ロジック・コントローラ(PLC)とも呼ばれ、ラダー・ロジック(LD言語)、シーケンシャル・ファンクション・チャート(SFC言語)、ファンクション・ブロック(FBD言語)、ストラクチャード・テキスト(ST言語)、インストラクション・リスト(IL言語)のような制御装置特有のプログラミング言語で制御内容が記述される。第1の実施の形態では、このような制御内容を実行するプログラムを「制御プログラム」と呼ぶ。
一方、このようなコントロール装置109では、複雑な算術演算、SCADA、MES、クラウドシステムとの情報の送受信のような情報通信処理が必要な場合がある。このような情報通信処理は、コントロール装置109特有の言語でプログラミングすることが困難な場合があり、いわゆるC言語またはJava(登録商標)言語などの情報通信分野で使われるプログラミング言語を用いて記述する場合がある。第1の実施の形態では、このような情報通信処理を実行するプログラムを「情報プログラム」と呼ぶ。
プログラム管理データベース104は、上述した制御内容を実行する機能を有する制御プログラム105、及び、上述した情報通信処理を実行する機能を有する情報プログラム106を管理している。
コントロール装置109は、タスク管理部110、制御プログラム実行部111、情報プログラム実行部112、実行管理情報テーブル113及びI/O制御部117を備えている。
制御プログラム実行部111は、例えばランタイムライブラリであり、制御プログラム114からの呼び出しに応じて制御プログラム114とともに動作する。情報プログラム実行部112は、例えばいわゆるライブラリであり、情報プログラム115からの呼び出しに応じて情報プログラム115とともに動作する。
なお、制御プログラム114は、プログラム配布装置101からコントロール装置109に配布済みの制御プログラム105を示し、情報プログラム115は、プログラム配布装置101からコントロール装置109に配布済みの情報プログラム106を示している。
実行管理情報テーブル113は、プログラム配布装置101から提供された上記少なくとも一方のプログラムとともに受け取った上記実行管理情報が保存される。
一方、タスク管理部110は、主として2つの機能を備えており、プログラム受信機能及びプログラム実行管理機能を有する。プログラム受信機能は、要求に応じてプログラム配布装置101から提供される上記少なくとも一方のプログラムを受信する機能である。一方、プログラム実行管理機能は、上記少なくとも一方のプログラムを実行する際に、実行管理情報テーブル113に保存された前記実行管理情報に基づいて前記少なくとも一方のプログラムの実行を制御する機能である。
上述したようにコントロール装置109は、制御プログラム114及び情報プログラム115の各タスクが使用する所定の記憶容量の記憶領域を有するメインメモリ210を備える。
ここで、プログラム配布装置101では、実行管理情報生成部103が、実行管理情報として少なくとも、制御プログラム105及び情報プログラム106の各タスクの優先度、及び、制御プログラム105及び情報プログラム106の各タスクによって使用可能なメインメモリ210の上限記憶容量の少なくとも一方のパラメータ値を示す実行管理情報を生成する。
図3は、図2に示す実行管理情報テーブル113のテーブル構成例を示す。実行管理情報テーブル113は、そのカラムとして、例えばプログラム名301、プログラム種別302、タスク優先度303、実行周期304、メモリ上限305、CPUコア番号306及び利用デバイス307を有する。
プログラム名301は、各プログラムの名称を表している。プログラム種別302は、各プログラムが制御プログラム114であるか情報プログラム115であるかというプログラムの種別を表している。なお、上述したプログラム名301の先頭3文字においても、制御プログラム114であるか情報プログラム115であるかを識別可能であり、「CTL」は制御プログラム114を表しており、「ICT」は情報プログラム115であることを表している。
タスク優先度303は、実行中の制御プログラム114及び情報プログラム115に対応するタスクの優先度を表している。タスク優先度303では、例えば「0(優先度:高)」から「20(優先度:低)」までの間で優先度が設定可能である。
実行周期304は、制御プログラム114及び情報プログラム115における定常処理が実行される周期を表している。メモリ上限305は、各プログラムがメインメモリ203の記憶領域において使用可能な記憶容量を表している。
CPUコア番号306は、コントロール装置109のCPU209に搭載されている複数のコアのうちどちらのコアを各プログラムに割り当てるかを表している。
利用デバイス307は、コントロール装置109がI/Oモジュール119を介して利用するデバイスとしての周辺機器120の種類を表している。
図4は、コントロール装置109がプログラム配布装置101から所望のプログラムをダウンロードするプログラムダウンロード処理の一例を示す。まず、プログラム配布装置101では、図示しない操作画面を用いたユーザの操作に応じて、ダウンロードすべきプログラムが選択される(ステップS401)。これにより、プログラム配布部102は、対応する特定のプログラムをプログラム管理データベース104において特定する。
次にプログラム配布装置101では、操作画面においてユーザの操作に応じて上記特定のプログラムについて実行管理情報が設定される(ステップS402)。この実行管理情報には、例えば図3に示すようにタスク優先度303が含められている。これにより、実行管理情報生成部103は、ユーザの入力内容に応じて上記特定のプログラムの動作態様に関するパラメータとして、例えば、各プログラムの各タスクが実行される際の優先度、及び、各タスクが使用可能なメインメモリ210内の上限記憶容量の少なくとも一方のパラメータを設定することができる。以下、一例として主として優先度を取り上げて説明する。以上までが、プログラム配布装置101における処理を表しており、これ以降はコントロール装置109における処理を表している。
プログラム配布装置101は、コントロール装置109の要求に応じて、上記特定のプログラム及びこれに対応付けられた実行管理情報をコントロール装置109にダウンロードする(ステップS403)。
次にコントロール装置109では、タスク管理部110が、上記ダウンロードされた上記特定のプログラムを受信する(既述のプログラム受信機能に相当)。タスク管理部110は、受信が完了すると、上記特定のプログラムが制御プログラムである場合には制御プログラム114としてメインメモリ210に保存する(ステップS404)。
次にコントロール装置109では、タスク管理部110が上記特定のプログラムとともにダウンロードした実行管理情報を実行管理情報テーブル113に追記する(既述のプログラム実行管理機能に相当)(ステップS405)。
図5は、プログラム実行処理の一例を示す。このプログラム実行処理は、コントロール装置109において上記特定のプログラムが実行される場合の処理内容を表している。
タスク管理部110は、ある所定のプログラムを新たに実行しようとした際、実行管理情報テーブル113から、当該所定のプログラムに対応する実行管理情報を読み出す(ステップS501)。当該所定のプログラムに対応する実行管理情報としては、実行管理情報テーブル113における優先度303において管理している、当該所定のプログラムの各タスクが実行される際における優先度を含む。
次にタスク管理部110は、当該読み出された実行管理情報に基づいて当該所定のプログラムのパラメータとして、例えば、当該所定のプログラム(制御プログラム105及び情報プログラム104の少なくとも一方のプログラム)の各タスクの優先度を設定したり、各タスクが使用可能なメインメモリ210の上限記憶容量をLinux(登録商標)のchrtコマンド(ステップS502)。タスク管理部110は、このような優先度をLinux(登録商標)のchrtコマンドを用いて設定する。一方、タスク管理部110は、上述した上限記憶容量をcgroups機能を用いて設定する。
以上のような実施の形態によれば、制御プログラム114及び情報プログラム115が同一プラットフォーム上に共存するコントロール装置109において制御プログラム114及び情報プログラム115がそれぞれ対応するパラメータに応じて互いに影響を与えない範囲でのみ動作するようになる(ステップS503)。即ち、制御プログラム114及び情報プログラム115は、互いに、例えばタスクの追加、更新又は削除のような機能変更に際し、他のプログラムの停止を伴う必要がないばかりでなく、情報プログラム115は、再コンパイルを必要としない。このため、制御プログラム114及び情報プログラム115の各タスクの追加、更新及び削除のいずれの機能的な変更も行い易くなるため、コントロール装置109は柔軟な機能変更を可能とする。
(2)第2の実施の形態
第2の実施の形態によるコントロールシステムは、既述の第1の実施の形態によるコントロールシステムとほぼ同様な構成であるため、同様な構成については同一の符号を用いて説明を省略し、以下、異なる点を中心として説明する。
第2の実施の形態によるコントロールシステムでは、上述した操作画面(図示せず)に、図3に示す実行管理情報テーブル113に基づいて、上述したプログラムの各タスクが使用可能なメインメモリ210の上限記憶容量に応じて導き出される残りリソース、すなわち、各タスクが使用可能なメインメモリ210の残容量を表示している。
プログラム配布装置101では、上述した操作画面において所定の操作に応じて、例えば残りリソースなどが選択されると、当該残りリソースを含むパラメータ値を示す実行管理情報を、選択されたプログラムとともにコントロール装置109にダウンロードする。既述のようにコントロール装置109では、タスク管理部110が当該選択されたプログラムとともに上記実行管理情報を受け取り、この実行管理情報を実行管理情報テーブル113に登録する。
既述のように、当該選択されたプログラムが制御プログラム114であれば、制御プログラム実行部111が、上記実行管理情報に基づく残りリソースをパラメータ値として、当該選択されたプログラムである制御プログラム114を実行する。一方、当該選択されたプログラムが情報プログラム115であれば、情報プログラム実行部112が、上記実行管理情報に基づく残りリソースをパラメータ値として、当該選択されたプログラムである情報プログラム115を実行する。
以上のような構成とすると、第1の実施の形態と同様な効果を得ることができるとともに、さらに、そのような各タスクが使用可能なメインメモリ210の残りリソースに接したユーザが適切な情報に基づいてダウンロード設定を行うことができるとともに、上述した選択されたプログラムが既存のプログラムに影響を与えないようにすることができる。
(3)変型例
上述した実施の形態では、次のような変型例を採用することができる。第1の変型例としては、例えばハイパバイザ等を利用してOS層から分けるようにしても良い。
(4)その他の実施形態
上記実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その趣旨を逸脱しない限り、様々な形態で実施することができる。例えば、上記実施形態では、各種プログラムの処理をシーケンシャルに説明したが、特にこれにこだわるものではない。従って、処理結果に矛盾が生じない限り、処理の順序を入れ替え又は並行動作するように構成しても良い。
本発明は、制御プログラム及び情報プログラムとが共存するコントロール装置を備えるコントロールシステム及びコントロール方法に広く適用することができる。
101……プログラム配布装置、102……プログラム配布部、103……実行管理情報生成部、104……プログラム管理データベース、105……制御プログラム、106……情報プログラム、109……コントロール装置、110……タスク管理部、113……実行管理情報テーブル、114……制御プログラム、115……情報プログラム。

Claims (4)

  1. 制御装置専用言語で記述され実行の前にコンパイル処理を必要としない制御プログラム、及び、汎用プログラミング言語を用いて記述され実行の前にコンパイル処理を必要とする情報プログラムを管理するプログラム配布装置と、前記プログラム配布装置から提供される前記制御プログラム及び前記情報プログラムが共存しつつ同一のプラットフォーム上で動作するコントロール装置と、を備えるコントロールシステムにおいて、
    前記プログラム配布装置は、
    前記制御プログラム及び前記情報プログラムを管理するプログラム管理部と、
    前記制御プログラム及び前記情報プログラムのうち少なくとも一方のプログラムが前記コントロール装置における実行の際に用いるパラメータを表す実行管理情報を生成する実行管理情報生成部と、
    要求に応じて前記少なくとも一方のプログラムを提供する際に併せて前記少なくとも一方のプログラムに対応する前記実行管理情報を提供するプログラム配布部と、
    を備え、
    前記コントロール装置は、
    前記プログラム配布装置から提供された前記実行管理情報を保存する実行管理情報テーブルと、
    前記少なくとも一方のプログラムを実行する際に、前記実行管理情報テーブルに保存された前記実行管理情報に基づいて前記少なくとも一方のプログラムの実行を制御するタスク管理部と、
    を備えることを特徴とするコントロールシステム。
  2. 前記コントロール装置は、
    前記制御プログラム及び前記情報プログラムの各タスクが使用する所定の記憶容量の記憶領域を有するメモリを備え、
    前記実行管理情報生成部は、
    前記実行管理情報として少なくとも、前記制御プログラム及び前記情報プログラムの各タスクの優先度、及び、前記制御プログラム及び前記情報プログラムの各タスクが使用可能な前記メモリ内の上限記憶容量の少なくとも一方のパラメータを生成することを特徴とする請求項1に記載のコントロールシステム。
  3. 前記同一のプラットフォームはLinux(登録商標)であり、
    前記タスク管理部は、
    前記優先度をchrtコマンドを用いて設定する一方、前記制御プログラム及び前記情報プログラムの各タスクが使用可能な前記メモリの上限記憶容量をcgroups機能を用いて設定することを特徴とする請求項2に記載のコントロールシステム。
  4. 制御装置専用言語で記述され実行の前にコンパイル処理を必要としない制御プログラム、及び、汎用プログラミング言語を用いて記述され実行の前にコンパイル処理を必要とする情報プログラムを管理するプログラム配布装置と、前記プログラム配布装置から提供される前記制御プログラム及び前記情報プログラムが共存しつつ同一のプラットフォーム上で動作するコントロール装置と、を備えるコントロールシステムにおけるプログラム配布方法において、
    前記プログラム配布装置が、前記制御プログラム及び前記情報プログラムを管理するプログラム管理ステップと、
    前記プログラム配布装置が、前記制御プログラム及び前記情報プログラムのうち少なくとも一方のプログラムが前記コントロール装置における実行の際に用いるパラメータを表す実行管理情報を生成する実行管理情報生成ステップと、
    前記プログラム配布装置が、要求に応じて前記少なくとも一方のプログラムを提供する際に併せて前記少なくとも一方のプログラムに対応する前記実行管理情報を提供するプログラム配布ステップと、
    を実行し、
    前記コントロール装置が、前記プログラム配布装置から提供された前記実行管理情報を保存する実行管理情報保存ステップと、
    前記コントロール装置が、前記少なくとも一方のプログラムを実行する際に、前記実行管理情報テーブルに保存された前記実行管理情報に基づいて前記少なくとも一方のプログラムの実行を制御するタスク管理ステップと、
    を実行することを特徴とするコントロールシステムにおけるプログラム配布方法。
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