JP2021179843A - 制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】演算機能を外部装置に実行させても出力データの取得タイミングの遅延を回避可能な制御装置を実現する。【解決手段】実施形態の制御装置は、所定の１つ以上の入力データと被制御装置に対する１つ以上の出力データとの対応関係を示す対応関係情報を記憶する記憶部と、データの入出力を行う入出力部と、を備える。前記入出力部は、所定の機器から入力データを入力する入力部と、前記被制御装置に対して出力データを出力する出力部と、前記入力部によって入力された前記入力データと、前記対応関係情報と、に基づいて前記入力データに対応する前記出力データを取得して前記被制御装置に対して出力するとともに、外部のコントローラに前記入力データを送信して所定の演算後の出力データである第２の出力データを前記コントローラから取得して、前記第２の出力データに基づいて前記対応関係情報を更新する制御部と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、制御装置に関する。

従来から、産業用コントローラなどの制御装置が知られている。産業用コントローラは、例えば、所定のセンサから入力したセンサ値に基づいて制御データを算出し、その制御データを被制御装置に出力する。

また、近年、ネットワークを通じて、クライアント装置にコンピュータの演算リソースやストレージを提供するクラウド技術が発展してきている。そこで、例えば、産業用コントローラの演算機能を、クラウド上のソフトウェアアプリケーションで実現することが考えられる。これにより、ユーザは、演算リソースの増加、コントローラネットワークの仮想化等の技術や、コスト削減といった利益を享受することができる。

特開２０１７−１６３６３２号公報 特開２０１６−１５３６４６号公報 特開２０１４−１７６９６３号公報

しかしながら、産業用コントローラの演算機能をクラウドサーバ等の外部装置に実行させると、データの送受信が必要となるので、産業用コントローラが制御データを取得するタイミングが遅くなる可能性があり、改善の余地がある。

そこで、本発明の課題は、演算機能を外部装置に実行させても出力データ（制御データ）の取得タイミングの遅延を回避可能な制御装置を提案することである。

実施形態の制御装置は、所定の１つ以上の入力データと被制御装置に対する１つ以上の出力データとの対応関係を示す対応関係情報を記憶する記憶部と、データの入出力を行う入出力部と、を備える。前記入出力部は、所定の機器から入力データを入力する入力部と、前記被制御装置に対して出力データを出力する出力部と、前記入力部によって入力された前記入力データと、前記対応関係情報と、に基づいて前記入力データに対応する前記出力データを取得して前記被制御装置に対して出力するとともに、外部のコントローラに前記入力データを送信して所定の演算後の出力データである第２の出力データを前記コントローラから取得して、前記第２の出力データに基づいて前記対応関係情報を更新する制御部と、を備える。

図１は、第１実施形態の制御システムの全体構成図である。 図２は、第１実施形態のルックアップテーブルのデータ構成を示す図である。 図３は、第１実施形態の制御システムにおける動作を示すフローチャートである。 図４は、第２実施形態の制御システムの部分構成図である。 図５は、第２実施形態のコモンメモリのデータ構成を示す図である。 図６は、第２実施形態の制御システムにおける動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態の制御装置を含む制御システムについて、図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
まず、図１を参照して、第１実施形態の制御システムＳの全体構成について説明する。図１は、第１実施形態の制御システムＳの全体構成図である。制御システムＳは、被制御装置１と、クラウドサーバ２と、入出力モジュール３（Ｉ／Ｏ（Input/Output）モジュール：制御装置）と、を備える。また、第１実施形態では、ＶＡＶ（Variable Air Volume）方式の空調制御を例にとる。被制御装置１は、入出力モジュール３から受信した出力データ（制御データ）に基づいて動作する空調装置であり、例えば、ダンパモータである。

クラウドサーバ２は、入出力モジュール３とネットワークを介して接続され、コントローラ２１を備える。コントローラ２１は、入出力モジュール３が従来実行していた演算機能を入出力モジュール３に代わって実行するソフトウェアアプリケーションである。つまり、コントローラ２１は、既存のＶＡＶ制御装置をコンピュータソフトウェアとして実装している。なお、図示を省略しているが、コントローラ２１の制御プログラミングを行ったり、コントローラ２１を監視したりするためのエンジニアリングソフトウェア（エンジニアリングツール）がインストールされたコンピュータ装置も別途設けられる。

入出力モジュール３は、入出力部３１と、アダプタ３２と、ルックアップテーブル３３と、を備える。入出力部３１は、入力部３１１と、制御部３１２と、出力部３１３と、を備える。

入力部３１１は、温度センサ４から温度センサ値を入力し、ＣＯ_２センサ５からＣＯ_２センサ値を入力し、風速センサ６から風速センサ値を入力する。また、入力部３１１は、ユーザによって操作された空調用のリモコン７から目標室温情報を入力する。以下、温度センサ値、ＣＯ_２センサ値、風速センサ値、目標室温情報を総称するときは「各種センサ値等」または「入力データ」という。

ここで、図２は、第１実施形態のルックアップテーブル３３のデータ構成を示す図である。ルックアップテーブル３３は、所定の１つ以上の入力データと被制御装置１に対する１つ以上の出力データとの対応関係を示す対応関係情報を記憶する記憶部の一例である。ルックアップテーブル３３は、入力データである各種センサ値等と出力データであるダンパ制御量を対応付けて記憶する。なお、ルックアップテーブル３３は、例えば、不揮発性メモリとその読出し／書込み論理回路によって実現できる。

また、ルックアップテーブル３３の初期値の決定方法としては、次のようなものが挙げられる。例えば、既設の装置を本実施形態の装置に置換える場合、すでに動作実績のある入出力データの一覧をルックアップテーブル３３にダウンロードする。また、新規設備に本実施形態の装置を導入する場合、事前に実際の構成を模擬したコンピュータシミュレーション等で入出力データの一覧を作成し、ルックアップテーブル３３にダウンロードする。さらに、外部からのルックアップテーブル３３の更新を可能にするインタフェースを備えた上で、手動で入力データに応じた出力データの一覧マップを作成し、ルックアップテーブル３３にダウンロードしてもよい。

図１に戻って、制御部３１２は、入出力モジュール３における各種動作を統括的に制御する。制御部３１２は、例えば、入力部３１１から受信した入力データとルックアップテーブル３３に基づいて、入力データに対応する出力データを取得する。

具体的には、制御部３１２は、得られた各種センサ値等の組合せをルックアップテーブル３３に入力し、対応する出力データを取得する。制御部３１２は、この出力データを、出力部３１３を介して被制御装置１に送信する。被制御装置１は、ダンパ制御量を含む出力データを受信することで、そのダンパ制御量で風量調整を実行し、居室内の温度をコントロールする。この風量調整は、例えば１０秒間隔の定期動作で実施すればよい。

また、制御部３１２は、クラウドサーバ２のコントローラ２１に入力データ（動作周期や診断情報等の制御パラメータを含んでいてもよい。）を送信して所定の演算後の出力データである第２の出力データをコントローラ２１から取得して、第２の出力データに基づいてルックアップテーブル３３を更新する。

具体的には、制御部３１２は、各種センサ値等の組合せに基づいて、ルックアップテーブル３３の更新箇所を特定する。次に、制御部３１２は、特定した箇所において、第２の出力データを上書きすることで更新を行う。なお、更新の手法は、上書きに限定されず、ほかに、第２の出力データを該当箇所のデータと比較して異なる場合のみ書き換えを行うようにしてもよい。この更新のタイミングは、例えば、被制御装置１への出力データの送信後から、次の入力データの入力までの待機中であればよいが、これに限定されない。

出力部３１３は、制御部３１２から受信した出力データを被制御装置１に対して出力する。

アダプタ３２は、ネットワークＩ／Ｆ（Interface）３２１と、バッファ３２２、３２３と、送信部３２４と、受信部３２５と、を備える。

ネットワークＩ／Ｆ３２１は、必要に応じてデータ形式の変換等を行いながら、クラウドサーバ２との間でデータの送受信を行う。バッファ３２２、３２３は、データの一時的な蓄積を行う。

送信部３２４は、入力部３１１から受信した入力データをバッファ３２２に蓄積する。バッファ３２２に蓄積された入力データは、ネットワークＩ／Ｆ３２１を介してクラウドサーバ２に送信される。

クラウドサーバ２のコントローラ２１は、入力データに基づいて演算を行って第２の出力データを算出し、その第２の出力データをネットワークＩ／Ｆ３２１に送信する。その後、第２の出力データはバッファ３２３に蓄積される。受信部３２５は、バッファ３２３に蓄積された第２の出力データを制御部３１２に送信する。

バッファ３２２、３２３を設けることで、例えば、ネットワークの一時的な不良等で、送受信データの欠落があった場合でも、データ再送等を実施できる。また、例えば、各データに連番となる固有の番号を付け加えておけば、ネットワークの一時的な不良等で、送受信データの欠落があった場合でも、各データの時系列の入れ違い等を防ぐことができる。

次に、図３を参照して、第１実施形態の制御システムＳにおける動作について説明する。図３は、第１実施形態の制御システムＳにおける動作を示すフローチャートである。なお、入出力モジュール３は、継続的に各種センサ値等を取得しているものとする。

まず、ステップＳ１において、入出力モジュール３の制御部３１２は、動作タイミングか否かを判定し、Ｙｅｓの場合はステップＳ２に進み、Ｎｏの場合はステップＳ１に戻る。ここでは、例えば、クラウドサーバ２のコントローラ２１に設定された制御周期が経過するたびにＹｅｓと判定する。

ステップＳ２において、制御部３１２は、入力データ（各種センサ値等）を、アダプタ３２を介してクラウドサーバ２に送信する。

次に、ステップＳ３において、制御部３１２は、ルックアップテーブル３３を参照して、入力データに対応する出力データを取得する。

次に、ステップＳ４において、制御部３１２は、出力データを、出力部３１３を介して被制御装置１に送信する。

ステップＳ２の後、ステップＳ３と並行して、ステップＳ５において、クラウドサーバ２のコントローラ２１は、入力データに基づいて演算を行って第２の出力データを算出する。

次に、ステップＳ６において、コントローラ２１は、入力データと第２の出力データの組合せを入出力モジュール３に送信する。

ステップＳ６の後、入出力モジュール３の制御部３１２は、入力データと第２の出力データの組合せに基づいてルックアップテーブル３３を更新する。

このように、第１実施形態の制御システムＳによれば、入出力モジュール３は、まず、入力データに対応する出力データを、ルックアップテーブル３３を参照して迅速に取得する。そして、入出力モジュール３は、その入力データをクラウドサーバ２のコントローラ２１に送信して演算後の第２の出力データを取得し、その第２の出力データに基づいてルックアップテーブル３３を更新することで、ルックアップテーブル３３の内容を適切なものに維持することができる。

つまり、演算を外部装置（クラウドサーバ２）に実行させても出力データ（制御データ）の取得のタイミングの遅延を回避可能で、リアルタイム性を維持できる入出力モジュール３を実現することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態の制御システムＳについて説明する。第１実施形態と同様の事項については説明を適宜省略する。図４は、第２実施形態の制御システムＳの部分構成図である。図４では、図１と比較して、被制御装置１、温度センサ４、ＣＯ_２センサ５、風速センサ６、リモコン７の図示を省略している。

第２実施形態の制御システムＳは、クラウドサーバ２と、アダプタ８と、入出力モジュール９と、を備える。クラウドサーバ２は図１と同様である。

アダプタ８と入出力モジュール９は、それぞれ、同じネットワーク内で周期的な同報通信によって仮想的に同一メモリ空間を共有するコモンメモリ８３、９２を備える別々のノードである。

入出力モジュール９は、制御部９１と、コモンメモリ９２と、複数の入力モジュール＃１〜＃ｎと、複数の出力モジュール＃１〜＃ｎと、を備える。制御部９１は、入出力モジュール９の動作を統括的に制御する。複数の入力モジュール＃１〜＃ｎは、各種センサ等からデータを入力する。複数の出力モジュール＃１〜＃ｎは、各種被制御装置に出力データ（制御データ）を出力する。コモンメモリ９２については後述する。

アダプタ８は、ネットワークＩ／Ｆ８１と、制御部８２と、コモンメモリ８３と、ルックアップテーブル８４と、を備える。

ネットワークＩ／Ｆ８１は、図１のネットワークＩ／Ｆ３２１と同様である。ルックアップテーブル８４は、図１のルックアップテーブル３３と同様である。

ここで、図５は、第２実施形態のコモンメモリ８３（コモンメモリ９２も同様）のデータ構成を示す図である。コモンメモリ８３は、制御パラメータエリアと、入力データエリアと、出力データエリアと、を有する。

制御パラメータエリアは、複数の入力モジュール＃１〜＃ｎと、複数の出力モジュール＃１〜＃ｎとの制御パラメータを記憶するエリアである。

入力データエリアは、複数の入力モジュール＃１〜＃ｎからの入力データを記憶するエリアである。各種センサ値等の入力データは制御周期内の入出力データ更新のタイミングで複数の入力モジュール＃１〜＃ｎを通じて入力データエリアに格納される。

出力データエリアは、複数の出力モジュール＃１〜＃ｎへの出力データを記憶するエリアである。

また、図４に戻って、アダプタ８の制御部８２は、クラウドサーバ２のコントローラ２１に入力データ（動作周期や診断情報等の制御パラメータを含んでいてもよい。）を送信して所定の演算後の出力データである第２の出力データをコントローラ２１から取得して、第２の出力データに基づいてルックアップテーブル８４を更新する。

次に、図６を参照して、第２実施形態の制御システムＳにおける動作について説明する。図６は、第２実施形態の制御システムＳにおける動作を示すフローチャートである。なお、入出力モジュール９は継続的に各種センサ値等を取得し、また、コモンメモリ８３、９２は上述の周期的な同報通信によって同じデータ内容を維持しているものとする。

まず、ステップＳ１１において、アダプタ８の制御部８２は、動作タイミングか否かを判定し、Ｙｅｓの場合はステップＳ１２に進み、Ｎｏの場合はステップＳ１１に戻る。

ステップＳ１２において、制御部８２は、入力データ（各種センサ値等）を、ネットワークＩ／Ｆ８１を介してクラウドサーバ２に送信する。

次に、ステップＳ１３において、制御部８２は、ルックアップテーブル８４を参照して、入力データに対応する出力データを取得し、入出力モジュール９に送信する。

次に、ステップＳ１４において、入出力モジュール９の制御部９１は、出力データを、出力モジュール＃１〜＃ｎを介して被制御装置１に送信する。

ステップＳ１２の後、ステップＳ１３と並行して、ステップＳ１５において、クラウドサーバ２のコントローラ２１は、入力データに基づいて演算を行って第２の出力データを算出する。

次に、ステップＳ１６において、コントローラ２１は、入力データと第２の出力データの組合せをアダプタ８に送信する。

ステップＳ１６の後、アダプタ８の制御部８２は、入力データと第２の出力データの組合せに基づいてルックアップテーブル８４を更新する。

このように、第２実施形態の入出力モジュール３によれば、コモンメモリ８３、９２を用いることで、ルックアップテーブル８４をアダプタ８に設けることができ、設計の幅が広がる等の利益がある。

以上、本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態はあくまで例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。上記実施形態は、様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上記実施形態は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

例えば、産業用コントローラの演算機能を代わりに行うのは、クラウドサーバ２に限定されず、クラウドサーバ２以外の外部装置（コンピュータ装置）であってもよい。

１…被制御装置、２…クラウドサーバ、３…入出力モジュール、４…温度センサ、５…ＣＯ_２センサ、６…風速センサ、７…リモコン、８…アダプタ、９…入出力モジュール、２１…コントローラ、３１…入出力部、３２…アダプタ、３３…ルックアップテーブル、８１…ネットワークＩ／Ｆ、８２…制御部、８３…コモンメモリ、８４…ルックアップテーブル、９１…制御部、９２…コモンメモリ、３１１…入力部、３１２…制御部、３１３…出力部、３２１…ネットワークＩ／Ｆ、３２２…バッファ、３２３…バッファ、３２４…送信部、３２５…受信部、Ｓ…制御システム

Claims (4)

1. 所定の１つ以上の入力データと被制御装置に対する１つ以上の出力データとの対応関係を示す対応関係情報を記憶する記憶部と、
   データの入出力を行う入出力部と、を備え、
   前記入出力部は、
   所定の機器から入力データを入力する入力部と、
   前記被制御装置に対して出力データを出力する出力部と、
   前記入力部によって入力された前記入力データと、前記対応関係情報と、に基づいて前記入力データに対応する前記出力データを取得して前記被制御装置に対して出力するとともに、外部のコントローラに前記入力データを送信して所定の演算後の出力データである第２の出力データを前記コントローラから取得して、前記第２の出力データに基づいて前記対応関係情報を更新する制御部と、を備える制御装置。
2. 前記対応関係情報は、前記入力データと前記出力データとの対応関係を示すルックアップテーブルである、請求項１に記載の制御装置。
3. 前記記憶部と、前記入出力部とは、それぞれ、同じネットワーク内で周期的な同報通信によって仮想的に同一メモリ空間を共有するコモンメモリを備える別々のノードに配置されており、
   前記コモンメモリは、前記入力部によって入力された前記入力データと、前記被制御装置に対して出力した前記出力データを記憶する、請求項１に記載の制御装置。
4. 前記コントローラは、クラウドサーバに設けられている、請求項１に記載の制御装置。

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