JP2022133624A - 情報処理装置、方法およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】制御装置の処理負荷とネットワーク負荷から同期精度を満たす通信周期の範囲を設定する。【解決手段】情報処理装置は、各制御装置について、予め定められた周期における制御関連処理の処理負荷に基づく余裕時間と１回の時刻同期処理の所要時間とから第１の通信周期を算出し、ネットワーク負荷に基づく余剰帯域と１回の同期メッセージの通信に必要な帯域とから第２の通信周期を算出し、各制御装置の第１の通信周期のうちの最長周期および第２の通信周期の両者のうちの長い方の周期と、予め定められた同期精度に基づく通信周期とを用いて同期メッセージの通信周期の範囲を算出する。【選択図】図１１

Description

本開示は、ＦＡ（Factory Automation）の制御システムの通信周期を設定する装置に関する。

様々な生産現場において、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）などの制御装置を用いた制御システムが広く普及している。制御システムとしては、１台の制御装置が周辺装置を制御するシステムに加えて、複数台の制御装置が互いにデータを遣り取りして協働で周辺装置を制御する分散制御システムが提案されている。分散制御システムでは、高精度に協働するために、複数の制御装置が互いに時刻同期することが望まれる。

例えば、特許文献１（特開２０１６－１３１３３２号公報）は、ネットワーク帯域の消費量を抑制して時刻同期を実現する構成を開示する。また、特許文献２（特開２０１８－８８６４６号公報）は、トラフィックを低減して時刻同期を実現する構成を開示する。

特開２０１６－１３１３３２号公報 特開２０１８－８８６４６号公報

ＦＡの制御システムにおいて、要求される同期精度を満たすことができても、処理に係る負荷およびネットワークに係る負荷が大きくなってしまい、分散制御の精度が確保できない可能性が生じる。より具体的には、各制御装置において制御周期において制御処理にかかる負荷が高い場合は、制御周期内で制御処理を完了することができない。また、ネットワークにおいて制御装置間の通信のための通信帯域を確保しなければならないが、時刻同期のための通信によってネットワーク帯域が圧迫されてしまうと、当該通信帯域の確保が困難となる。

したがって、時刻同期のための通信周期を短くするほど同期精度はよくなる一方で、時刻同期処理に係る負荷またはネットワークに係る負荷は高くなるので、時刻同期の処理に係る負荷またはネットワークに係る負荷と時刻同期の高精度化との間には、いわゆるトレードオフの関係があり、適切な通信周期の設定処理が望まれる。

本開示に係る情報処理装置は、ＦＡ（ファクトリオートメーション）のネットワークに接続される複数の制御装置の通信周期を処理する情報処理装置であって、各複数の制御装置は、制御に関連する制御関連処理と、同期メッセージに従い制御装置間で時刻同期させるための時刻同期処理とを含む処理を実行し、情報処理装置は、同期メッセージを、ネットワークを介し各制御装置に通信する周期の範囲を算出する範囲算出部を備え、範囲算出部は、各制御装置について、予め定められた周期における制御関連処理の処理負荷に基づく当該処理の実行時間を除いた余裕時間と、当該制御装置が実行する１回の時刻同期処理の所要時間とから、第１の通信周期を算出する第１算出部と、ネットワークの利用可能帯域から、ネットワーク負荷に基づく帯域を除いた余剰帯域と、１回の同期メッセージの通信に必要な帯域とから、第２の通信周期を算出する第２算出部と、を含み、各制御装置の第１の通信周期のうちの最長周期および第２の通信周期の両者のうちの長い方の通信周期と、予め定められた同期精度に基づく通信周期とを用いて範囲を算出する。

上述の開示によれば、同期メッセージに従い制御装置間で時刻同期処理を実施する複数の制御装置がネットワーク接続される構成において、情報処理装置は、各制御装置の処理負荷とネットワークの通信負荷に基づく通信周期と、予め定められた同期精度に基づく通信周期とから、同期メッセージをネットワークを介して各制御装置に通信する周期を設定するべき範囲を算出できる。

上述の開示において、範囲算出部は、範囲の上限値および下限値として、それぞれ、予め定められた同期精度に基づく通信周期および長い方の周期を算出する。

上述の開示によれば、情報処理装置は、範囲を、各制御装置の処理負荷とネットワークの通信負荷に基づく通信周期以上であって、予め定められた同期精度に基づく通信周期以下となるように算出する。

上述の開示において、情報処理装置は、範囲算出部によって算出された周期の範囲をディスプレイに表示させる範囲表示部と、算出された周期の範囲のうちから、情報処理装置に対するユーザ操作に基づき、同期メッセージを、ネットワークを介し各制御装置に通信する周期を決定する決定部と、をさらに備える。

上述の開示によれば、ユーザは、情報処理装置によって算出されて表示される通信周期の範囲から、同期メッセージを、ネットワークを介し各制御装置に通信する周期を選択的に決定できる。

上述の開示において、範囲表示部は、ネットワークに適用される通信プロトコルに従うデフォルトの周期を、範囲に関連付けてディスプレイに表示させる。

上述の開示において、範囲に関連付けて表示されるデフォルトの周期を目安に、ネットワークを介し各制御装置に通信する周期を選択的に決定できる。

上述の開示において、決定部によって決定された周期を示すデータを、各制御装置に設定する。

上述の開示によれば、情報処理装置は、ユーザ操作に基づき通信周期が決定されると、決定された通信周期を自動的に各制御装置に設定できる。

上述の開示において、情報処理装置は、各制御装置が、決定された周期に基づき送信される同期メッセージに従って時刻同期処理を実行する場合、同期精度を評価する評価部を、さらに備える。

上述の開示によれば、ユーザは、評価された同期精度を当該ユーザが決定した周期の妥当性を判断するための支援情報として利用できる。

上述の開示において、第１算出部は、第１の情報から、余裕時間と所要時間とを算出し、第１の情報は、予め定められた周期、各制御装置が有する処理性能、および制御関連処理と時刻同期処理のサイズの各項目を含み、第２算出部は、第２の情報から、利用可能帯域、ネットワーク負荷に基づく帯域、および１回の同期メッセージの通信に必要な帯域を算出し、第２の情報は、ネットワークの伝送性能、各制御装置が処理に要する帯域と、各制御装置の時刻同期の性能の各項目を含み、情報処理装置は、さらに、第１の情報の項目、第２の情報の項目および予め定められた同期精度の項目を表示し、少なくとも１つの項目を調整するユーザ操作を受付けるＵＩ（ユーザインターフェイス）を備える。

上述の開示によれば、ユーザは、範囲を決定する第１の通信周期を第２の通信周期を算出するための項目および同期精度を確認して、これら項目を操作して調整することができる。

上述の開示において、ＵＩは、さらに、算出された範囲を変更する１つ以上の変更態様と、各変更態様に関連付けて調整するべき項目と調整量とを表示する。

上述の開示によれば、ユーザは項目を操作して調整する場合に、調整操作を支援する情報として、算出された範囲の変更態様毎に、当該変更態様を実現するために調整するべき項目と調整量とを取得できる。

上述の開示において、ＵＩは、さらに、調整する操作をユーザから受付けた場合に、第１の情報、第２の情報および予め定められた同期精度に基づき通信周期の範囲を算出するよう、範囲算出部を起動する。

上述の開示によれば、情報処理装置は、ユーザ操作によって調整された項目に基づき、範囲を算出するから、ユーザは、算出された範囲から、当該項目の調整量の妥当性を判断できる。

上述の開示において、複数の制御装置は、それぞれが、ＦＡの異なる工程毎に備えられる分散型の制御システムを構成する。

上述の開示によれば、分散型制御システムについて、異なる工程に備えられた制御装置間で予め定められた同期精度で時刻同期するための同期メッセージの通信周期の範囲を算出できる。

上述の開示において、制御装置は、１または複数の制御対象の機器を接続し、予め定められた周期は制御周期を示す。

上述の開示によれば、時刻同期するための同期メッセージの通信周期の範囲を、制御周期を用いて設定できる。

本開示に係る方法は、ＦＡ（ファクトリオートメーション）のネットワークに接続される複数の制御装置の通信周期を処理する方法であって、各複数の制御装置は、制御に関連する制御関連処理と、同期メッセージに従い制御装置間で時刻同期させるための時刻同期処理を含む処理を実行する実行部を有し、方法は、同期メッセージを、ネットワークを介し各制御装置に通信する周期の範囲を算出するステップを備え、範囲を算出するステップは、各制御装置について、予め定められた周期における制御関連処理の処理負荷に基づく当該処理の実行時間を除いた余裕時間と、当該制御装置が実行する１回の時刻同期処理の所要時間とから、第１の通信周期を算出するステップと、ネットワークの利用可能帯域から、ネットワーク負荷に基づく帯域を除いた余剰帯域と、１回の同期メッセージの通信に必要な帯域とから、第２の通信周期を算出するステップと、各制御装置の第１の通信周期のうちの最長周期および第２の通信周期の両者のうちの長い方の通信周期と、予め定められた同期精度に基づく通信周期とを用いて範囲を算出するステップと、を含む。

上述の開示に係る方法によれば、同期メッセージに従い制御装置間で時刻同期処理を実施する複数の制御装置がネットワーク接続される構成において、各制御装置の処理負荷とネットワークの通信負荷に基づく通信周期と、予め定められた同期精度に基づく通信周期とから、同期メッセージをネットワークを介して各制御装置に通信する周期を設定するべき範囲を算出できる。

本開示によれば、上記の記載の方法をプロセッサに実行させるためのプログラムを提供する。プログラムがプロセッサによって実行されると、各制御装置の処理負荷とネットワークの通信負荷に基づく通信周期と、予め定められた同期精度に基づく通信周期とから、ネットワークを介して各制御装置に同期メッセージを通信する周期を設定するべき範囲を算出できる。

本開示によれば、制御装置の処理負荷とネットワーク負荷に基づき、同期精度を満たすような、時刻同期のための周期範囲を設定できる。

本実施の形態に係る制御システム１の全体構成の一例を模式的に示す図である。 本実施の形態に係る時刻同期に関する構成例を示す模式図である。 本実施の形態に係る分散型システム３００のデータ通信を説明する図である。 本実施の形態に係る制御装置２のハードウェア構成例を示すブロック図である。 本実施の形態に係るサポート装置５００のハードウェア構成例を示すブロック図である。 本実施の形態に係る制御装置２のソフトウェア構成例を示すブロック図である。 本実施の形態に係るサポート装置５００のモジュール構成を模式的に示す図である。 本実施の形態に係る通信周期設定の概略処理を示すフローチャートである。 本実施の形態に係る処理負荷に基づく第１の通信周期の算出処理の一例を示す図である。 本実施の形態に係るネットワーク負荷に基づく第２の通信周期の算出処理の一例を示す図である。 本実施の形態に係る通信周期の範囲の設定におけるデータの流れを示す図である。 同期精度とノード数の関係を模式的に示すグラフである。 本実施の形態に係る通信周期設定のためのＵＩ画面の一例を示す図である。 本実施の形態に係る通信周期設定のためのＵＩ画面の他の例を示す図である。 本実施の形態に係る周期範囲の設定条件を調整するＵＩ画面の一例を示す図である。 ＰＴＰの通信シーケンスの一例を示す図である。

本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。

＜Ａ．適用例＞
まず、本発明が適用される場面の一例について説明する。本実施の形態では、「制御装置」の典型例として、ＰＬＣを説明するが、ＰＬＣの名称に限定されることなく、本明細書に開示された技術思想は、任意の制御装置に対して適用可能である。

また、本実施の形態では、制御装置は時間を管理する管理タイマを有する。制御装置は、管理タイマを、基準時間を管理する基準タイマに合わせる「時刻同期処理」を実行する。

図１は、本実施の形態に係る制御システム１の全体構成の一例を模式的に示す図である。

図１を参照して、制御システム１は生産ラインのＦＡを実現する。より具体的には、制御システム１では、ネットワークが複数レベルに接続されており、各レベルのネットワークには、それぞれ異なる機能が割り当てられる。具体的には、限定されないが、例えば４つのレベルのネットワーク１１～１４が設けられている。

ネットワーク１１は、コントロールレベルのネットワークである。ネットワーク１１は、複数の制御装置２Ａ、２Ｂおよび２Ｃと、装置／ライン管理装置１９０よびＳＣＡＤＡ（Supervisory Control And Data Acquisition）機能を提供する表示装置２８０とが接続されており、ネットワーク１１では装置間でデータを遣り取りできるデータリンクが形成される。制御装置２Ａ、２Ｂおよび２Ｃを区別しない場合は「制御装置２」と称する。ネットワーク１１は、主に、時刻同期および制御系に係る情報を伝送する。

制御装置２には、１または複数のフィールド機器９０が接続される。これらのフィールド機器９０は、制御装置２に直接接続される場合もあるが、ネットワーク１１０を介して制御装置２に接続されることもある。１または複数のフィールド機器９０の各々は、製造装置または生産ラインなど（以下、「フィールド」とも総称する。）に対して何らかの物理的な作用を与えるアクチュエータ、およびフィールドとの間で情報を遣り取りする入出力装置などを含む。したがって、図１に示す制御システム１は、ネットワーク１１～１４の４つのレベルに加えて、フィールドレベルのネットワーク１１０を有する。

ネットワーク１１０を介して、制御装置２とフィールド機器９０との間で遣り取りされるデータは、数１００μｓｅｃオーダ～数１０ｍｓｅｃオーダのごく短い周期で更新されることになる。なお、このような遣り取りされるデータの更新処理は、入出力リフレッシュ処理とも称される。

ネットワーク１２は、管理レベルのネットワークとして提供される。ネットワーク１２には、装置およびラインを管理する装置／ライン管理装置１９０、製造計画等を管理する製造管理装置３８０および３９０が接続される。装置／ライン管理装置１９０、製造管理装置３８０および３９０は、ネットワーク１２を介して、製造計画等の管理情報の遣り取り、および装置またはラインの情報を遣り取りする。

ネットワーク１３は、コンピュータレベルのネットワークとして提供される。ネットワーク１３には、製造管理装置３８０および３９０、ならびに時系列ＤＢ（データベースの略）４５０を管理する製造実行システム（ＭＥＳ：Manufacturing Execution System）４００が接続される。製造管理装置３８０および３９０、ならびに製造実行システム４００は、ネットワーク１３を介して、生産管理および情報系のデータを遣り取りする。

製造実行システム４００は、ネットワーク１３を介して収集するフィールド機器９０からの入力値である観測値を、観測された順番に従う時系列のデータとして時系列ＤＢ４５０に格納する。具体的には、本実施の形態では、制御装置２は、指定された観測値と管理タイマの時刻を含むフレームを生成し、ネットワーク１１，１２および１３を介して製造実行システム４００に転送する。

ネットワーク１４は、インターネットなどの外部ネットワークを含む。ネットワーク１４には、製造実行システム４００とクラウド上の外部装置などが接続される。製造実行システム４００は、クラウド上の装置とデータを遣り取りすることにより、時系列ＤＢ４５０のデータをクラウド上の装置に転送する。

図１に示す制御システム１において、ネットワーク１１～１４およびネットワーク１１０には、このような要求される特性の違いに応じたプロトコルおよびフレームワークが採用される。例えば、ファクトリーネットワークに属するネットワーク１１および１２のプロトコルとしては、汎用的なＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）上に制御用プロトコルを実装した産業用オープンネットワークであるＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ（登録商標）を用いてもよい。また、ネットワーク１１０のプロトコルとしては、マシンコントロール用ネットワークの一例であるＥｔｈｅｒＣＡＴ（登録商標）を採用してもよい。なお、ネットワーク１１のプロトコルとネットワーク１１０のプロトコルとは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。このようなマシンコントロールに適したネットワーク技術を採用することで、機器間の伝送に要する時間が保証されたリアルタイム性を提供できる。

これに対して、コーポレートネットワークに属するネットワーク１３および１４のプロトコルとしては、接続先の多様性を担保するために、汎用的なＥｔｈｅｒｎｅｔなどが用いられる。汎用的なＥｔｈｅｒｎｅｔを採用することで、送信可能なデータ量などの制限を排除できる。

制御装置２または装置／ライン管理装置１９０は、サポート装置５００が接続され得る。サポート装置５００は、制御装置２が制御対象を制御するために必要な準備を支援する装置である。

制御システム１は、制御装置２Ａ、２Ｂおよび２Ｃが、それぞれ、異なる工程３Ａ、３Ｂおよび３Ｃに備えられる分散型システム３００を備える。限定されないが、例えば、工程３Ａは、ワーク（部品、部材）を整列させながら搬送するパーツフィーダの工程を示し、工程３Ｂは、工程３Ａで整列されたワークをロボットのＰｉｃｋ＆Ｐｌａｃｅ動作によって移動させる工程を示し、工程３Ｃは移動後のワークを組立てる工程を示す。分散型システム３００では、各工程の制御装置２に接続されるフィールド機器９０の動作は、前後工程の制御装置２に接続されるフィールド機器９０の動作とは異なる。分散型システム３００における要求タクトタイムを満たすために、ある工程における動作は当該工程の前後工程の動作と同期して実施される。

制御装置２は、当該制御装置２に接続されるフィールド機器９０のシーケンス制御を実現するためのシーケンスプログラムおよびモーション制御を実現するためのモーションプログラムなどを含む制御に関するプログラムを、同期した時刻に基づく予め定められた周期（これを、制御周期ともいう）毎に実行することで、フィールド機器９０のリアルタイム制御を実現している。

本開示において、「時刻」は、時の流れにおけるある一点を示すものを意図し、例えば、時分秒などの単位を用いて規定される。「タイマ」は、制御装置２および関連する装置内でタイミングを制御するための値を計測し、基本的には、予め定められた単位時間毎に所定値ずつインクリメントまたはデクリメントされるカウンタを含んで構成され得る。カウンタは、例えば整数値を表す予め定められたビット長を有する。基準タイマと制御装置２の管理タイマとの間の時刻の差（誤差または変位）に基づき「同期精度」を示すことができる。したがって、時刻の差（誤差または変位）が小さいほど「同期精度」は高く、時刻の差（誤差または変位）が大きいほど「同期精度」は低い。

図１において時刻同期を実現する構成は、例えば、ネットワーク１１が産業用ネットワークのプロトコルであるＴＳＮ（Time-Sensitive Networking）に従うデータ通信を実施するケースと、ネットワーク１１がＥｔｈｅｒＣＡＴ（登録商標：Ethernet for Control Automation Technology）に従うデータ通信を実施するケースとを含み得る。なお、ネットワーク１１に適用される規格は、これらに限定されず、例えばＩＥＥＥ１５８８であってもよい。

図１を参照して、「基準タイマ」となるマスタは、制御装置２Ａ，２Ｂおよび２Ｃのいずれかが有するタイマであって、これらタイマのうち最も高い精度のタイマに相当する。マスタは、制御装置２に限定されず、ネットワーク１１上の他の装置（例えば、装置／ライン管理装置１９０）のタイマであってもよい。

サポート装置５００は、制御システム１（または分散型システム３００）の設計時に、時刻同期のための同期メッセージの通信周期をユーザが設定するのを支援する支援ツールを提供する。

サポート装置５００は、支援ツールとして、通信周期の設定処理を実行する。より具体的には、サポート装置５００は、設定可能な通信周期の範囲を算出し（ステップＳ５）、算出した範囲を表示することで、ユーザに提示する（ステップＳ７）。ユーザは、サポート装置５００を操作することにより、提示された通信周期の範囲において所望の通信周期を決定すると、サポート装置５００は、ユーザが決定した通信周期を示す通信周期データ２００を設定するための通知を、各制御装置２に送信する（ステップＳ１１）。ステップＳ５、ステップＳ７、ステップＳ１１の処理の詳細は図８で後述する。

サポート装置５００は、ステップＳ５において、同期メッセージを、ネットワーク１１を介し各制御装置２に通信する周期の範囲を設定する。より具体的には、サポート装置５００は、周期の範囲における最短となる通信周期を、各制御装置２の処理負荷とネットワーク負荷とに基づき算出し、最長となる通信周期を、例えば仕様においてシステムに要求される同期精度に基づき算出する。

サポート装置５００は、最短となる通信周期に、各制御装置２の処理負荷に基づく第１の通信周期とネットワーク負荷に基づく第２の通信周期のうちの長い方を設定する。より具体的には、サポート装置５００は、第１の通信周期を、各制御装置２について、予め定められた周期における制御に関連する処理の処理負荷に基づく当該処理の実行時間を除いた余裕時間と、当該制御装置２が実行する１回の時刻同期処理の所要時間とから算出する。したがって、第１の通信周期は、予め定められた周期の１または複数個の長さに相当し得る。また、サポート装置５００は、第２の通信周期を、ネットワーク１１の利用可能帯域から、ネットワーク負荷に基づく帯域を除いた余剰帯域と、１回の同期メッセージの通信に必要な帯域とから算出する。このネットワーク負荷は、ネットワーク１１における制御装置２間の通信に係る負荷に加えて、制御装置２と上位のネットワーク（ネットワーク１２、１３および１４の１つ以上）との通信に係る負荷を含み得る。

サポート装置５００は、上記の最短となる通信周期に、各制御装置２について算出された上記の第１の通信周期のうちの最長周期および上記の第２の通信周期の両者のうちの長い方を設定し、上記の最長となる通信周期に、予め定められた同期精度に基づく通信周期を設定する。この予め定められた同期精度は、制御システム１（より特定的には、分散型システム３００）に必要とされる同期精度を含む。

サポート装置５００は、算出された同期メッセージの通信周期の範囲をユーザに提示する。ユーザは、提示された通信周期の範囲において、各制御装置２に設定するべき通信周期を決定し、サポート装置５００は、決定された通信周期を通知する通信周期データ２００は各制御装置２に送信する。

これにより、ユーザは、各制御装置２の処理負荷とネットワーク負荷とに基づいた通信周期であって、システムに必要な同期精度を満たすような通信周期を設定できる。

本実施の形態では、負荷、周期および範囲などを「算出」することは、負荷、周期および範囲などを推定する、または見積もるとの意味も含む。上記の「余裕時間」は、予め定められた周期における時刻同期処理を実行可能な時間に相当する。また、「所要時間」は、処理を実行するために使用可能な制御装置２のリソース（プロセッサなど）を時刻同期処理の実行のみに用いた場合の処理開始から終了までの時間を示す。分散型システム３００では、制御装置２が実行する制御関連処理の種類（処理のプログラムのサイズ（命令数、ステップ数）など）および制御装置２の処理性能（プロセッサの演算速度、メモリの種類、メモリの読み書き速度など）は、制御装置２間で異なるから、余裕時間および所要時間も制御装置２間で異なる。このような分散型システム３００の特徴から、最短の周期を、各制御装置２の処理負荷に基づく第１の通信周期を用いて算出することに意義がある。

また、本実施の形態では、ネットワーク１１の利用可能帯域は、データ到達時間を保証するために、制御関連処理に係る制御系データが優先的に割り当てられるとともに、余剰帯域は、通信要求などの状況に応じて、同期メッセージ等の他のデータが割り当てられる。ネットワーク１１の制御系データ通信に割り当てられる帯域および上位ネットワークとの通信帯域を含む「ネットワーク負荷」の大きさに応じて、ネットワーク１１の残り通信帯域である余剰帯域の大きさは変化し、その結果、ネットワーク負荷の大きさに応じて第２の通信周期も変化する。このようなネットワーク帯域の割り当ての特徴から、最短の周期を、ネットワーク負荷に基づく第２の通信周期を用いて算出することに意義がある。

以下、本実施の形態のより具体的な応用例について説明する。
＜Ｂ．制御システム１における時刻同期＞
本実施の形態に従う制御システム１においては、複数の制御装置２の各々が有するタイマを互いに時刻同期させる。これにより、互いに異なる制御装置２に接続される、すなわち異なる工程間において複数のフィールド機器９０の協調制御を実現する。

以下、本実施の形態に係る制御システム１が提供する時刻同期機能について説明する。
（ｂ１．ネットワーク構成例）
図２は、本実施の形態に係る時刻同期に関する構成例を示す模式図である。図２を参照して、分散型システム３００は、複数の制御装置２Ａ，２Ｂおよび２Ｃと、制御対象となる複数のフィールド機器９０Ａ～９０Ｉとを備える。制御システム１は、一例として、少なくとも一部の制御装置がデイジーチェーン接続のネットワークを採用する。制御装置２Ａ，２Ｂおよび２Ｃの各々は、対応するネットワーク１１０内のデータ伝送を管理するマスタとして機能する。フィールド機器９０Ａ～９０Ｉは、対応するマスタからの指令に従ってデータ伝送を行なうスレーブとして機能する。

制御装置２Ａ，２Ｂおよび２Ｃは、コントロールレベルのネットワーク１１に接続されている。制御装置２Ａに接続されるネットワーク１１０には、フィールド機器９０Ａ、９０Ｂおよび９０Ｃがデイジーチェーンで順次接続されており、制御装置２Ｂに接続されるネットワーク１１０には、フィールド機器９０Ｄ、９０Ｅおよび９０Ｆがデイジーチェーンで順次接続されており、制御装置２Ｃに接続されるネットワーク１１０には、フィールド機器９０Ｇ、９０Ｈおよび９０Ｉがデイジーチェーンで順次接続されている。フィールド機器９０のネットワーク１１０上の接続態様は、デイジーチェーンに限定されない。

ネットワーク１１０内において、制御装置２および１または複数のフィールド機器９０は、いずれもデータ伝送機能を有する通信装置とみなし得て、通信装置は、ネットワーク１１０上を伝送されるデータを受信すると、当該データを必要に応じて、隣接して接続されている別の通信装置へ伝送する。

ネットワーク１１０に接続される複数の通信装置、すなわち制御装置２および１または複数のフィールド機器９０の間では、送受信タイミングが同期されている（図中の時刻同期（３）に相当）。具体的には、制御装置２および１または複数のフィールド機器９０は、それぞれ、互いに時刻同期されたタイマを備える。制御装置２および１または複数のフィールド機器９０の各々は、それらの時刻同期されたタイマに従って、データの送信または受信のタイミングを決定する。なお、本実施の形態では「タイミング」は何らかの事象が生じる時期、時間または時刻の概念を表す。

図２を参照して、制御装置２Ａはタイマ１０２Ａを備え、フィールド機器９０Ａ、９０Ｂおよび９０Ｃはそれぞれタイマ９１Ａ、９１Ｂおよび９１Ｃを備える。制御装置２Ａのタイマ１０２Ａがマスタとして機能し、フィールド機器９０Ａ、９０Ｂおよび９０Ｃのタイマ９１Ａ、９１Ｂおよび９１Ｃがこのマスタを基準としてタイミングを同期させる。例えば、タイマ１０２Ａのタイマ値に基づく値が、タイマ９１Ａ、９１Ｂおよび９１Ｃに設定される。

制御装置２Ｂはタイマ１０２Ｂを有しており、フィールド機器９０Ｄ、９０Ｅおよび９０Ｆはタイマ９１Ｄ、９１Ｅおよび９１Ｆをそれぞれ有している。制御装置２Ｂのタイマ１０２Ｂがマスタとして機能し、フィールド機器９０Ｄ、９０Ｅおよび９０Ｆのタイマ９１Ｄ、９１Ｅおよび９１Ｆがこのマスタを基準としてタイミングを同期させる。例えば、タイマ１０２Ｂのタイマ値に基づく値が、タイマ９１Ｄ、９１Ｅおよび９１Ｆに設定される。

制御装置２Ｃはタイマ１０２Ｃを有しており、フィールド機器９０Ｇ、９０Ｈおよび９０Ｉはタイマ９１Ｇ、９１Ｈおよび９１Ｉをそれぞれ有している。制御装置２Ｃのタイマ１０２Ｃがマスタとして機能し、フィールド機器９０Ｇ、９０Ｈおよび９０Ｉのタイマ９１Ｇ、９１Ｈおよび９１Ｉがこのマスタを基準としてタイミングを同期させる。例えば、タイマ１０２Ｃのタイマ値に基づく値が、タイマ９１Ｇ、９１Ｈおよび９１Ｉに設定される。

すなわち、制御装置２Ａ，２Ｂおよび２Ｃの各々は、対応のネットワーク１１０内のデータ伝送を管理するマスタとして機能し、各制御装置２に接続されるフィールド機器９０は、マスタからの指令に従ってデータ伝送を行なうスレーブとして機能する。マスタとスレーブとの間でタイマを互いに時刻同期させることにより、ネットワーク１１０を構成する制御装置２とフィールド機器９０との間でデータの伝送タイミングなどを互いに一致させることができる。

図２に示す例において、制御装置２Ａは、さらに、タイマ１０２Ａと時刻同期されたタイマ１０１Ａを有している。制御装置２Ｂは、さらに、タイマ１０２Ｂと時刻同期されたタイマ１０１Ｂを有している。制御装置２Ｃは、さらに、タイマ１０２Ｃと時刻同期されたタイマ１０１Ｃを有している（図中の時刻同期（２）に相当）。制御システム１においては、例えば、タイマ１０１Ａ、１０１Ｂおよび１０１Ｃのいずれかを、制御システム１全体のマスタとして機能させる。

一例として、図２では、制御装置２Ａのタイマ１０１Ａがマスタである。制御装置２Ａと２Ｃのタイマ１０１Ｂと１０１Ｃはこのマスタに時刻同期する。これにより、複数の制御装置２Ａ，２Ｂおよび２Ｃの間で、互いに時刻同期させることができる（図中の時刻同期（１）に相当）。

時刻同期（１）、時刻同期（２）および（３）によって、制御装置２Ａ，２Ｂおよび２Ｃのタイマが互いに時刻同期し、各制御装置２に接続されたフィールド機器９０それぞれのタイマが互いに時刻同期することになる。

図３は、本実施の形態に係る分散型システム３００のデータ通信を説明する図である。図３以降の各図では、“ＮＷ”はネットワークの略である。図３を参照して、ネットワーク１１０に接続される制御装置２Ａと複数のフィールド機器９０Ａ、９０Ｂおよび９０Ｃとの間では、時刻同期したタイマに基づく予め定められた周期に従って、データが遣り取りされる。予め定められた周期は、例えば制御周期に基づいている。

制御装置２Ｂと複数のフィールド機器９０Ｄ、９０Ｅおよび９０Ｆとの間、および、制御装置２Ｃと複数のフィールド機器９０Ｇ、９０Ｈおよび９０Ｉとの間においても、時刻同期したタイマに基づく予め定められた周期に従って、データが遣り取りされる。このような、ネットワーク１１０上の「下位ネットワーク（ＮＷ）通信」によるデータの遣り取りによって、制御装置２およびフィールド機器９０の制御動作が実現される。

上位のネットワーク１１に接続される制御装置２Ａ，２Ｂおよび２Ｃの間では、時刻同期したタイマに基づく予め定められた周期に従って、各制御装置２が入力処理によってフィールド機器９０から収集したデータ、演算処理によって生成した出力データなどが遣り取りされる。このようなネットワーク１１上の「上位ネットワーク（ＮＷ）通信」によるデータの遣り取りによって、制御装置２Ａに接続されるフィールド機器９０、制御装置２Ｂに接続されるフィールド機器９０および制御装置２Ｃに接続されるフィールド機器９０を連係して動作させることができる。ネットワーク１１上の「上位ネットワーク（ＮＷ）通信」には、ネットワーク１２，１３，１４と制御装置２との間の通信も含み得る。

「下位ネットワーク（ＮＷ）通信」および「上位のネットワーク（ＮＷ）通信」によって、分散型システム３００を構成する異なる工程間で、フィールド機器９０の制御タイミングを同期させることができて、要求されるタクトタイムを満たすことができる。

＜Ｃ．構成と時刻同期処理＞
分散型システム３００を構成する機器の構成を説明する。図４は、本実施の形態に係る制御装置２のハードウェア構成例を示すブロック図である。図５は、本実施の形態に係るサポート装置５００のハードウェア構成例を示すブロック図である。

（ｃ１．制御装置２の構成）
図４を参照して、制御装置２は、プロセッサ１０２と、チップセット１０４と、主記憶装置１０６と、二次記憶装置１０８と、上位ネットワークコントローラ１０５と、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）コントローラ１０７と、メモリカードインターフェイス１０９と、フィールドネットワークコントローラ１１８と、カウンタ１２６と、ＲＴＣ（Real Time Clock）１２８とを含む。

プロセッサ１０２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Microprocessor unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などで構成され、二次記憶装置１０８に格納された各種プログラムを読出して、主記憶装置１０６に展開して実行することで、制御対象に応じた制御、および、後述するような各種処理を実現する。二次記憶装置１０８は、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）などの不揮発性記憶装置などで構成される。主記憶装置１０６は、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）やＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）などの揮発性記憶装置などで構成される。

チップセット１０４は、プロセッサ１０２と各デバイスを制御することで、制御装置２全体としての処理を実現する。

主記憶装置１０６には、通信周期データ２００が格納される。二次記憶装置１０８には、基本的な機能を実現するためのシステムプログラムに加えて、制御対象の製造装置や設備に応じて作成されるユーザプログラムが格納される。さらに、二次記憶装置１０８には、後述するような時系列データベースも格納される。

上位ネットワークコントローラ１０５は、上位のネットワーク１１を介して、製造実行システム４００またはクラウド上の装置（図１参照）などとの間のデータを遣り取りする。ＵＳＢコントローラ１０７は、ＵＳＢ接続を介してサポート装置５００との間のデータの遣り取りを制御する。

メモリカードインターフェイス１０９は、メモリカード１１６を着脱可能に構成されており、メモリカード１１６に対してデータを書込み、メモリカード１１６から各種データ（ユーザプログラムやトレースデータなど）を読出すことが可能になっている。

カウンタ１２６は、制御装置２における各種処理の実行タイミングを管理するための時刻基準として用いられる。カウンタ１２６は、「管理タイマ」または「基準タイマ」となり得る。図２の時刻同期（１）においては、制御装置２Ａのカウンタ１２６は基準タイマを構成し、制御装置２Ｂ，２Ｃのカウンタ１２６は管理タイマを構成し得る。カウンタ１２６は、典型的には、所定周期毎にカウンタ値をインクリメントまたはデクリメントする。カウンタ１２６として、プロセッサ１０２を駆動するシステムバス上に配置された、ハードウェアタイマーである高精度イベントタイマー（ＨＰＥＴ：High Precision Event Timer）などを用いて実装してもよいし、あるいは、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）などの専用回路を用いて実装してもよい。

ＲＴＣ１２８は、計時機能を有する一種のカウンタであり、現在時刻をプロセッサ１０２などへ提供する。

フィールドネットワークコントローラ１１８は、ネットワーク１１０を介したフィールド機器９０を含む他のデバイスとの間のデータの遣り取りを制御する。フィールドネットワークコントローラ１１８は、他のデバイスとの間でタイミングを管理するための時刻基準として用いられるカウンタ１１９を有している。図４では、フィールド機器９０のタイマ９１はカウンタ９１Ａ、９１Ｂ…で示される。

カウンタ１１９ならびにフィールド機器９０などのデバイスが有するカウンタ（カウンタ９１Ａ，９１Ｂ）については、上述のカウンタ１２６と同様の構成を採用できる。カウンタ１１９は、カウンタ１２６と同期する。

フィールドネットワークコントローラ１１８は、ネットワーク１１０を介した定周期通信を行うための通信マスタとして機能し、フィールドバスに接続されている各デバイスが有するカウンタが示すカウンタ値とカウンタ１１９が示すカウンタ値との差分を逐次監視して、必要に応じて、カウンタ値にずれが発生しているデバイスに対して補正を指示するための同期信号を出力する。このように、フィールドネットワークコントローラ１１８は、デバイスのカウンタが示すカウンタ値をカウンタ１１９が示すカウンタ値と一致させるための指令をデバイスへ与える同期管理機能を有している。

図４には、プロセッサ１０２がプログラムを実行することで必要な機能が提供される構成例を示したが、これらの提供される機能の一部または全部を、専用のハードウェア回路（例えば、ＡＳＩＣ（Application specific Integrated Circuit）またはＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）など）を用いて実装してもよい。あるいは、制御装置２の主要部を、汎用的なアーキテクチャに従うハードウェア（例えば、汎用パソコンをベースとした産業用パソコン）を用いて実現してもよい。この場合には、仮想化技術を用いて、用途の異なる複数のＯＳ（Operating System）を並列的に実行させるとともに、各ＯＳ上で必要なアプリケーションを実行させるようにしてもよい。

本実施の形態に係る制御システム１においては、制御装置２およびサポート装置５００が別体として構成されているが、これらの機能の全部または一部を単一の装置に集約するような構成を採用してもよい。

（ｃ２．サポート装置５００の構成）
図５を参照してサポート装置５００は、コンピュータなどの情報処理装置に相当する。サポート装置５００は、携帯型および据え置き型の情報処理装置を含む。サポート装置５００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）５０１、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）などの揮発性の記憶装置で構成されるメモリ５０２、タイマ５０３、ＨＤＤなどの不揮発性に記憶装置で構成されるハードディスク５０４、入力インターフェース５０５、表示コントローラ５０６、通信インターフェース５０７、データリーダ／ライタ５０８を含む。これらの各部は、バス５０９を介して互いにデータ通信が可能なように接続されている。

入力インターフェース５０５は、ＣＰＵ５０１とキーボード５１０、マウス（図示せず）、タッチパネル（図示せず）などの入力装置との間のデータ伝送を仲介する。表示コントローラ５０６は、ディスプレイ５１１と接続され、ＣＰＵ５０１における処理の結果などを表示する。通信インターフェース５０７は、ＵＳＢを介して制御装置２または装置／ライン管理装置１９０と通信する。データリーダ／ライタ５０８は、ＣＰＵ５０１と外部の記憶媒体であるメモリカード５１２との間のデータ伝送を仲介する。

なお、図４のメモリカード１１６と図５のメモリカード５１２は、揮発性記憶媒体または不揮発性記憶媒体を含み、例えば、ＣＦ（Compact Flash：登録商標）、ＳＤ（Secure Digital）などの汎用的な半導体記憶デバイス、またはフレキシブルディスク（Flexible Disk）などの磁気記憶媒体、またはＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disk Read Only Memory）などの光学記憶媒体を含む。

ハードディスク５０４は、各種プログラムおよびデータを格納する。図５では、サポート装置５００が有するツールのうち、特に、設定支援ツール５６０に関連するプログラムおよびデータが示される。ハードディスク５０４は、設定支援プログラム５６１と制御システム１または分散型システム３００の仕様を示す仕様データ５５０を格納する。

より具体的には、設定支援プログラム５６１は、通信周期を算出するための項目を設定する項目設定プログラム５６５と、通信周期の範囲を算出する範囲算出プログラム５７０と、算出された周期範囲を、ディスプレイ５１１に表示させることによりユーザに提示する範囲表示プログラム５８０と、ユーザ操作に基づく通信周期を決定する決定プログラム５９０と、決定された通信周期を示す通信周期データ２００を各制御装置２に設定するための設定プログラム５９５とを含む。範囲算出プログラム５７０は、各制御装置２の処理負荷に基づく上記に述べた第１の通信周期を算出する第１算出プログラム５７１とネットワーク負荷に基づく上記の第２の通信周期を算出する第２算出プログラム５７２とを有する。決定プログラム５９０は、通信周期の範囲の再設定のためにユーザを支援するユーザ支援プログラム５９１と、ユーザ操作に基づき決定された通信周期を評価する評価プログラム５９２を含む。

（ｃ３．制御装置２のソフトウェア構成例）
次に、本実施の形態に係る制御システム１を構成する制御装置２のソフトウェア構成例について説明する。

図６は、本実施の形態に係る制御装置２のソフトウェア構成例を示すブロック図である。図６を参照して、制御装置２は、実行エンジン１５０と、時系列データベース１８０と、上位接続プログラム１９２と、ゲートウェイプログラム１９４とを含む。

実行エンジン１５０は、各種プログラムの実行環境下において各種プログラムを実行する１種のプログラムを構成する。典型的には、この実行環境は、制御装置２のプロセッサ１０２が、二次記憶装置１０８に格納されているシステムプログラムを読出して主記憶装置１０６に展開して実行することで提供される。

より具体的には、実行エンジン１５０は、フィールド機器９０の制御に関連する制御関連処理を実現するための制御プログラム１５２と、変数管理プログラム１６０と、入力プログラム１７２と、出力プログラム１７４とを含む。実行エンジン１５０は、さらに、時刻同期処理を実現するための時刻同期プログラム１７７、および制御に関するサービス処理を含む各種処理を実現するためのゲートウェイプログラム１９４および上位接続プログラム１９２を含む。また、実行エンジン１５０は、プログラムの実行順序を管理するスケジューラプログラム１７０を含む。

制御プログラム１５２は、典型的には、ユーザプログラム１５４と、データベース書込みプログラム１５６と、シリアライズ通信プログラム１５８とにより構成される。ユーザプログラム１５４は、制御演算機能を提供する主たる部分に相当し、制御装置２の制御対象の製造装置や設備などに応じて任意に構成することができる。ユーザプログラム１５４は、例えば、ファンクションブロックなどを利用したラダーロジックなどで規定することができる。

データベース書込みプログラム１５６は、ユーザプログラム１５４内に規定された命令によって呼び出され、時系列データベース１８０に対して指定されたデータを書込む。シリアライズ通信プログラム１５８は、データベース書込みプログラム１５６から時系列データベース１８０に対して書込まれるデータに対してシリアライズ処理を行う。ゲートウェイプログラム１９４は、クラウド上の装置と通信する。例えば、クラウド上のＩｏＴサービスを提供する装置に対して、時系列データベース１８０の時系列データ１８２を提供する。データベース書込みプログラム１５６と、シリアライズ通信プログラム１５８と、ゲートウェイプログラム１９４とは、オプショナルな構成であってもよい。

変数管理プログラム１６０は、実行エンジン１５０で利用可能な値を変数の形で管理する。より具体的には、変数管理プログラム１６０は、制御装置２の状態などを示すシステム変数と、制御装置２と接続されるフィールド機器９０等の各種デバイスが保持する値を示すデバイス変数と、制御装置２で実行されるユーザプログラム１５４が保持する値を示すユーザ変数とを管理する。

入力プログラム１７２は、制御装置２と接続されるアクチュエータ、センサなどのデバイスを含むフィールド機器９０からの入力データを取得する機能を提供する。出力プログラム１７４は、制御装置２において実行されるユーザプログラム１５４によって算出される指令値（出力データ）を、ネットワーク１１０を介して接続される対象のデバイスであるフィールド機器９０へ出力する。本実施の形態では、時刻同期プログラム１７７は、図２に示した主に、時刻同期（１）の処理を実現する。時刻同期の処理については、図１６で後述する。

スケジューラプログラム１７０は、制御装置２のプロセスまたはタスクなどに対して、プロセッサ１０２を含むリソース割当てや実行タイミングなどを、プロセスまたはタスクに割当てられた実行の優先度に従い管理する。このような、プロセスまたはタスクは、制御プログラム１５２および変数管理プログラム１６０、入力プログラム１７２、出力プログラム１７４、および時刻同期プログラム１７７等が制御装置２により実行されることにより生成され得るプロセスまたはタスクが含まれる。

時系列データベース１８０は、典型的には、主記憶装置１０６または二次記憶装置１０８に配置され、データを格納する機能とともに、外部からの要求（クエリ）に応答して、指定されたデータを応答する検索機能を搭載している。時系列データベース１８０は、データベース書込みプログラム１５６により書込まれる時系列データ１８２を格納している。すなわち、時系列データベース１８０は、入力データ、出力データ、制御プログラム１５２による制御演算において算出される演算データ、製造データ、イベントデータの少なくとも一部を時系列に格納する。

上位接続プログラム１９２は、製造実行システム４００などの上位のネットワーク１３に接続された外部装置との間でデータを遣り取りする。本実施の形態に係る制御装置２においては、制御装置２から製造実行システム４００に対して入力データや演算データが出力されるとともに、製造実行システム４００から製造情報を受信することができる。

本実施の形態では、製造実行システム４００は図１の時系列ＤＢ４５０を有している。この場合には、上位接続プログラム１９２に代えて、あるいは、上位接続プログラム１９２の一部として、データベース接続プログラム１９３（図中ではデータベースを“ＤＢ”と示す）が設けられ得る。データベース接続プログラム１９３が実行されることにより、制御装置２内の時系列データベース１８０の時系列データ１８２は、製造実行システム４００に転送されて、時系列ＤＢ４５０に格納され得る。

変数管理プログラム１６０は、入力プログラム１７２がフィールドから取得する入力データ（状態値）および上位接続プログラム１９２が製造実行システム４００から取得する製造データを変数として管理する。ユーザプログラム１５４は、変数管理プログラム１６０により管理されるシステム変数、デバイス変数、ユーザ変数を参照しつつ、予め指定された制御演算を実行し、その実行結果（出力データ）を変数管理プログラム１６０に出力する。

（ｃ４．サポート装置５００のモジュール構成）
図７は、本実施の形態に係るサポート装置５００のモジュール構成を模式的に示す図である。図７に示すモジュールは、図５のハードディスク５０４に格納された当該モジュールに対応のプログラムが実行されることで実現される。

より具体的には、設定支援ツール５６０は、項目設定プログラム５６５に対応の項目設定部５２０と、範囲算出プログラム５７０に対応の範囲算出部５３０とを備える。範囲算出部５３０は、第１算出プログラム５７１および第２算出プログラム５７２に対応する第１算出部５３１および第２算出部５３２を有する。設定支援ツール５６０は、さらに、範囲表示プログラム５８０に対応の範囲表示部５３５と、決定プログラム５９０に対応の決定部５３６と、設定プログラム５９５に対応の設定部５３９を含む。決定部５３６は、ユーザ支援プログラム５９１に対応のユーザ支援部５３７および評価プログラム５９２に対応の評価部５３８を含む。ユーザ支援部５３７は、ユーザインターフェイスＵＩ（User Interface）５３を含む。サポート装置５００は、設定支援ツール５６０に関連して、設定支援ツール５６０からの出力に基づく表示制御データに従いディスプレイ５１１を制御する表示制御部５４０と、キーボード５１０を介したサポート装置５００に対するユーザ操作を受け付けるための操作受付部５４１を有する。

設定支援ツール５６０は、表示制御部５４０と操作受付部５４１とを含んで構成されるＵＩを提供する。本実施の形態ではＵＩは、グラフィカルユーザインターフェイスＧＵＩ（graphical user interface）を含む概念である。ＵＩは、ディスプレイ５１１により設定支援ツール５６０からの情報をユーザに提示し、また、キーボード５１０により設定支援ツール５６０に対するユーザ操作を受付ける、いわゆるインタラクティブ環境を実現する。

項目設定部５２０は、仕様データ５５０から検索したデータを、通信周期の範囲を算出するための項目に設定する。仕様データ５５０は、制御システム１または分散型システム３００の設計仕様を表す。より具体的には、仕様データ５５０は、各制御装置２について、当該制御装置２において実行されるＵＰＧ（User Program）の仕様を示すＵＰＧ仕様データ５５１と、各制御装置２における制御周期を示す制御周期データ５５２と、システムの構成を示すシステム構成データ５５３と、上位ネットワーク１２，１３，１４を介した通信によりネットワーク１１に係る負荷を示す上位ＮＷ（ネットワークの略）負荷データ５５４と、システムに必要な同期精度５５５を含む。

ＵＰＧ仕様データ５５１は、制御装置２において実行される制御に関連する制御関連処理を実現するためのＵＰＧプログラムの仕様を示す。より具体的には、ＵＰＧプログラムは、制御プログラム１５２、変数管理プログラム１６０、入力プログラム１７２および出力プログラム１７４を含む。ＵＰＧ仕様データ５５１は、例えば各プログラムのサイズ（命令数、ステップ数など）を含む。

システム構成データ５５３は、ネットワーク１１に接続される機器（制御装置２）の台数（ノード数ともいう）、トポロジ、各機器の種類、各種性能情報を含む。性能情報は、各制御装置２の処理性能（プロセッサの演算速度、メモリサイズ・速度など）、ネットワーク１１の伝送性能（通信速度、各種帯域など）、各制御装置２の時刻同期の性能を含む。時刻同期の性能を示す情報は、同期精度と相関関係を有する値であって、例えば後述するタイムスタンプの分解能と、Ｓｙｎｃ滞留時間と、最大周波数ドリフトと、最大周波数ジッタなどと、１回の同期メッセージの通信に必要な帯域と、制御関連処理の実行時の必要な帯域とを含み得る。

図５のハードディスク５０４に格納されたプログラムは、図５に示されるように個別のプログラムとして提供されてもよく、または、２つ以上のプログラムが組合わされて１つのプログラムとして提供されてもよい。

（ｃ５．スケジューラと優先度）
スケジューラプログラム１７０は、実行されると、制御周期において処理の実行順序を管理するスケジューラを実現する。スケジューラは制御関連処理、時刻同期処理およびサービス処理のプロセスまたはタスクに、処理に予め割当てられた実行の優先度に従いプロセッサ１０２を含むリソースを割当てる。

本実施の形態では、制御関連処理のプロセスまたはタスクは最も高い優先度が割り当てられて、時刻同期処理とサービス処理のプロセスまたはタスクは低い優先度が割り当てられる。スケジューラは、制御周期において、プロセッサ１０２を、制御関連処理に最優先で割当て、制御関連処理の実行が終了すると、余りの「余裕時間」において、プロセッサ１０２を、優先度の低い処理に割当てる。これにより、各制御装置２では制御関連処理を制御周期内で実行することが保証されるとともに、ネットワーク１１には、制御装置２間で遣り取りされるデータが優先して伝送されて、データの到達時間を保証できる。本実施の形態では、説明を簡単にするために、制御周期の「余裕時間」には主に時刻同期処理が実行される。

（ｃ６．時刻同期処理）
制御システム１では、時刻同期のために、例えばＩＥＥＥ１５８８、ＩＥＥＥ８０２．１ＡＳ，ＩＥＥＥ８０２．１ＡＳ－Ｒｅｖなどの高精度時刻同期プロトコルを採用することができる。高精度時刻同期プロトコルとして、例えば、ＩＥＥＥ１５８８には、ＰＴＰ（Precision Time Protocol）が規定されている。ＰＴＰは、基準タイマであるマスタと、基準タイマに同期するタイマであるスレーブとを含む通信システムに適用され得る。ＰＴＰでは、マスタとスレーブとの間で定期的に同期メッセージを有したフレームを遣り取りし、その過程で得られた情報に基づいて、スレーブの時刻をマスタの時刻に合わせる補正が行なわれる。

図１６は、ＰＴＰの時刻同期処理のシーケンスの一例を示す図である。図１６に示すシーケンスにおいては、マスタＭとスレーブＳとが連係することにより、マスタとスレーブとの間の時刻同期が実現される。説明を簡単にするために、マスタＭは、中継器を介さずにスレーブＳと通信する。

最初に、マスタＭは、時刻Ｔ１でスレーブＳへSyncメッセージ１６９を送信し、スレーブＳはマスタからSyncメッセージ１６９を時刻Ｔ２で受信する。次に、マスタＭは、時刻Ｔ１を示す情報を含むFollow_UpメッセージをスレーブＳに送信する。スレーブＳは、Follow_Upメッセージを受信すると、時刻Ｔ１と時刻Ｔ２とを記録する。

次に、スレーブＳは、時刻Ｔ３においてマスタＭへDelay_Reqメッセージを送信する。マスタＭは、時刻Ｔ４でDelay_Reqメッセージを受信すると、スレーブＳにDelay_Respメッセージを送信する。Delay＿Respメッセージは、時刻Ｔ４を示す情報を含んでいる。スレーブＳは、Delay_Respメッセージを受信すると、マスタＭがDelay_Reqメッセージを受信したことを確認できるため、時刻Ｔ３と時刻Ｔ４とを記録する。

スレーブＳは、時刻Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４（すなわち、４つのタイムスタンプ）を記録している。スレーブＳは、これらタイムスタンプに基づく通信の遅延時間を含む誤差をなくすように、スレーブＳをマスタＭに時刻合わせする。本実施の形態では、当該誤差の大きさが「同期精度」を表す。マスタＭおよびスレーブＳは、それぞれ、制御装置２Ａのタイマ１０１Ａおよび制御装置２Ｂのタイマ１０１Ｂ（または制御装置２Ｃのタイマ１０１Ｃ）に対応する。

制御装置２は、時刻同期処理において、上記の誤差をなくすようにスレーブＳの時刻を補正する補正処理を実行する。補正処理は、補正プログラム１７８を実行することで実現される。本実施の形態では、１回あたりの補正量は上限が決められている。したがって、誤差が大きい場合、補正処理を複数回繰り返す必要がある、すなわち、補正処理を完了するには、１または複数の制御周期をかける必要がある。補正処理を完了する前に、マスタはSyncメッセージ１６９を送信する（または、スレーブＳはSyncメッセージ１６９を受信する）と、新しいタイムスタンプをもとにした補正処理をすぐに実行できないため、同期精度が低下してしまう。設定支援ツール５６０は、補正処理を完了することを保証する通信周期を設定できるよう構成されている。

本実施の形態では、「時刻同期処理」は、通信周期毎に実施される図１６の通信シーケンスに係るメッセージ通信処理と上記の補正処理とを含む。「通信周期」は、マスタＭとスレーブＳとの間で、同期メッセージを、ネットワーク１１を介して伝送するための周期を示す。より具体的には、通信周期は、マスタＭがSyncメッセージ１６９をスレーブＳに送信する周期またはスレーブＳがマスタＭからSyncメッセージ１６９を受信する周期を示す。各制御装置２のスケジューラは、設定支援ツール５６０によって設定された通信周期データ２００が示す通信周期に従い、プロセッサ１０２をメッセージ通信処理に割当てる。これにより、各制御装置２は、Syncメッセージ１６９を通信するタイミングを、当該制御装置２が補正処理を完了するときに設定でき、その結果、正確な補正を保証できる。

本実施の形態に係る時刻同期のプロトコルはＰＴＰに限定されず、有線または無線通信の他のプロトコルを適用できる。例えば、ＮＴＰ（Network Time Protocol）またはＳＮＴＰ（Simple Network Time Protocol）、ＧＰＳ(Global Positioning System)または同期イーサネット（登録商標）のプロトコル、ＮＷ帯域が制限される場合のＣＳ-ＮＭＳ（Clock-sampling mutual network synchronization）、ＲＢＳ（(Reference Broadcast Synchronization)およびＲＢＩＳ（Reference Broadcast Infrastructure Synchronization）のプロトコルを適用することもできる。ＧＰＳおよび同期イーサネットのプロトコルは、ＮＷ負荷は関連しない。

＜Ｄ．フローチャート＞
図８は、本実施の形態に係る通信周期設定の概略処理を示すフローチャートである。図８の処理は、同期メッセージの通信周期を設定可能な範囲である「周期範囲」を設定する処理と、周期範囲のうちからユーザ操作に基づき通信周期を決定し、決定された通信周期を分散型システム３００に設定する処理とを含む。

ユーザは、キーボード５１０を操作して、分散型システム３００の仕様を作成し、ＣＰＵ５０１は、作成された仕様を示す仕様データ５５０を、ハードディスク５０４に格納する（ステップＳ１）。ＣＰＵ５０１は、項目設定部５２０としてステップＳ３の処理を実行する（ステップＳ３）。より具体的には、ＣＰＵ５０１は、仕様データ５５０をディスプレイ５１１に表示する。ユーザはキーボード５１０を操作することにより、設定支援ツール５６０を起動し、周期範囲を設定するための項目データをサポート装置５００に入力する。

ＣＰＵ５０１は、設定支援ツール５６０として、ステップＳ５～Ｓ１１の処理を実行する。より具体的には、ＣＰＵ５０１は、項目設定部５２０として、ユーザ操作に基づく項目データを設定し、ＣＰＵ５０１は、範囲算出部５３０として、項目データに基づき周期範囲を算出し（ステップＳ５）、ＣＰＵ５０１は、範囲表示部５３５として、算出した周期範囲を、ディスプレイ５１１を介してユーザに提示する（ステップＳ７）。より具体的には、ステップＳ７では、ＣＰＵ５０１は、表示制御部５４０を介して、ディスプレイ５１１に周期範囲を示す画像を表示させる。ＣＰＵ５０１は、決定部５３６として、キーボード５１０からのユーザ操作に基づき、ディスプレイ５１１に表示された周期範囲のうちから、ユーザ指定の通信周期を決定する。

ＣＰＵ５０１は、操作受付部５４１を介して、通信周期を決定するユーザ操作を受け付けたか否かを判定し（ステップＳ９）、決定操作を受け付けたと判定すると（ステップＳ９でＹＥＳ）、ＣＰＵ５０１は、設定部５３９として、決定された通信周期を示す通信周期データ２００の通知を、ネットワーク１１に接続される各制御装置２に送信する（ステップＳ１１）。分散型システム３００の各制御装置２は、サポート装置５００から通知された通信周期データ２００を当該制御装置２に設定する（ステップＳ１７）。

一方、ＣＰＵ５０１は、通信周期を決定するユーザ操作を受け付けないと判定すると（ステップＳ９でＮＯ）、例えば、周期範囲を再設定するためのユーザ支援機能の起動操作を受付けたと判定すると、ＣＰＵ５０１は、ユーザ支援部５３７として、再設定のための支援情報をディスプレイ５１１に表示する（ステップＳ１３）。ユーザは、表示された再設定の支援情報に基づき、キーボード５１０を操作して、周期範囲を再設定するための情報をサポート装置５００に入力する（ステップＳ１５、Ｓ１）。ＣＰＵ５０１は、ユーザによる入力情報に基づき仕様データ５５０を再作成（変更）する（ステップＳ３）。これにより、設定支援ツール５６０は、ステップＳ５に移行して、変更後の仕様データ５５０の項目データに基づき範囲算出部５３０を起動し、範囲算出部５３０に周期範囲を再算出させて、ユーザに提示する（ステップＳ５、Ｓ７）。

図８の処理によれば、ユーザは、設定支援ツール５６０と対話しながら、周期範囲を設定し、設定された周期範囲のうちから通信周期を決定できる。

＜Ｅ．周期範囲の設定処理＞
本実施の形態では、ＣＰＵ２０１は、設定支援ツール５６０として、周期範囲を下限値と上限値を用いて設定する。より具体的には、設定支援ツール５６０は、各制御装置２の制御関連処理の処理負荷とネットワーク負荷とに基づく通信周期から必要な同期精度５５５に基づく通信周期までの幅を有した周期範囲を設定する。

図９は、本実施の形態に係る処理負荷に基づく第１の通信周期の算出処理の一例を示す図である。図１０は、本実施の形態に係るネットワーク負荷に基づく第２の通信周期の算出処理の一例を示す図である。図１１は、本実施の形態に周期範囲の設定におけるデータの流れを示す図である。ＣＰＵ５０１は、設定支援ツール５６０として図１１の示す流れでデータを処理することにより、周期範囲を設定する。図１１では、データの流れが、図８の処理のステップＳ１～Ｓ７と関連付けて示される。

図９と図１０と図１１を参照して、周期範囲の下限値の周期Ｔ_ｍｉｎと上限値の周期Ｔ_ｍａｘを算出する手順を説明する。ＣＰＵ５０１は、第１算出部５３１として、図９の処理を実行する。より具体的には、ＣＰＵ５０１は、処理負荷を算出するための単位時間Ｃ_allを取得する。単位時間Ｃ_allは一定時間であって、例えば制御周期データ５５２が示す制御周期または１秒を示す。また、ＣＰＵ５０１は、ＵＰＧ仕様データ５５１が示すプログラムのサイズと、システム構成データ５５３が示すプロセッサ１０２の演算速度とから、制御関連処理に要する処理時間（処理負荷）を算出し、算出値を単位時間Ｃ_allあたりの処理時間Ｃ_ａｐｐに設定し、また、ＣＰＵ５１０は、Ｃ_ｓｙｎ＝（Ｃ_all－Ｃ_ａｐｐ）の演算式に従って、単位時間Ｃ_allあたりの余裕の処理時間Ｃ_ｓｙｎを算出する。また、ＣＰＵ５０１は、制御装置２において１回の時刻同期処理に要する処理時間（処理負荷）を示す処理時間Ｃ_１を、ＵＰＧ仕様データ５５１が示す時刻同期プログラム１７７のサイズとシステム構成データ５５３が示すプロセッサ１０２の演算速度とから算出する。ＣＰＵ５０１は、制御装置２について、第１の通信周期ＴＣ_ｍｉｎ＝（Ｃ_１／Ｃ_ｓｙｎ）を算出する。ＣＰＵ５０１は、各制御装置２について上記に述べた手順に従い第１の通信周期ＴＣ_ｍｉｎを算出する。各制御装置２の第１の通信周期ＴＣ_ｍｉｎのうちの最長の第１の通信周期ＴＣ_ｍｉｎが、後述する周期Ｔ_ｍｉｎの候補となる。

ＣＰＵ５０１は、第２算出部５３２として、図１０の処理を実行する。より具体的には、ＣＰＵ５０１は、ネットワーク１１について単位時間あたりに伝送することのできる最大のデータ量を示す帯域Ｎ_ａｌｌと、ＵＰＧ（制御関連処理など）に関連の通信処理においてネットワーク１１を伝送されるデータ量を示す帯域Ｎ_ａｐｐとを用いて、Ｎ_ｓｙｎ＝（Ｎ_ａｌｌ－Ｎ_ａｐｐ）の演算式に従って、帯域Ｎ_ｓｙｎを算出する。帯域Ｎ_ａｌｌはシステム構成データ５５３のネットワーク１１の伝送性能から取得できる。帯域Ｎ_ａｌｌは、限定されないが、例えばEtherNet（登録商標）の通信ケーブルの最大帯域１００メガｂｐｓ（bit per second）または１ギガｂｐｓが適用され得る。データ量Ｎ_ａｐｐは、ＵＰＧの実行においてネットワーク１１に係る通信負荷（ＮＷ負荷）に相当する。ＣＰＵ５０１は、ＵＰＧ仕様データ５５１から、制御関連処理のＵＰＧのうちネットワーク通信を伴うＵＰＧの利用帯域を取得し、取得したＵＰＧの利用帯域と上位ＮＷ負荷データ５５４が示す帯域との合計からＮＷ負荷に相当する帯域Ｎ_ａｐｐを算出する。帯域Ｎ_ｓｙｎは、時刻同期のメッセージ通信が利用可能な帯域（伝送データ量、ＮＷ負荷）を示す。ＣＰＵ５０１は、ネットワーク１１が全く未使用の空き帯域である場合に、１回の時刻同期のメッセージ通信（図１６の通信シーケンス）で使用される帯域Ｎ_１(伝送データ量、ＮＷ負荷）をシステム構成データ５５３の各制御装置２の時刻同期の性能から取得する、またはネットワーク１１において実測する。ＣＰＵ５０１は、稼働時のネットワーク１１における時刻同期の通信所要時間、すなわち第２の通信周期Ｔｎ_ｍｉｎ＝（Ｎ_１／Ｎ_ｓｙｎ）を算出する。

ＣＰＵ５０１は、範囲算出部５３０として、各制御装置２の第１の通信周期ＴＣ_ｍｉｎのうちの最長の周期と第２の通信周期Ｔｎ_ｍｉｎとを比較し、それらのうちの長い方を周期Ｔ_ｍｉｎに設定する。周期Ｔ_ｍｉｎは、周期範囲の下限値になり得る。

また、ＣＰＵ５０１は、必要な同期精度５５５とシステム構成データ５５３から取得されるネットワーク１１の伝送性能と各制御装置２の時刻同期の性能を示す値とから、通信周期Ｔ_ｍａｘを算出する。通信周期Ｔ_ｍａｘは周期範囲の上限値になり得る。

上限値Ｔ_ｍａｘを算出する演算式と、ＰＴＰの同期精度Ｅを算出する演算式を説明する。同期精度Ｅを算出する演算式は、例えば、次の演算式（１）で示されることが知られている。

Ｅ＝(０．５×ｂ×（sync)^２）＋(ａ×ｂ×ｃ×ｄ）＋ｅ…（式１）
上記の式（１）において、第１項の括弧内に用いる変数syncは、syncメッセージ１６９の送信周期、すなわち時刻同期のための通信周期を示す。なお、他のメッセージの送信周期を変数syncとしてもよい。式（１）の他の変数は、ネットワーク１１に接続されるノード（制御装置２）が有する時刻同期の性能に依存する値とネットワーク１１に接続される最大ノード数を示し、ノード数が多くなるほど（式１）で算出される同期精度Ｅは低下する。

ステップＳ５において、ＣＰＵ５０１は、変数ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅの値を、システム構成データ５５３のノード（制御装置２）が有する時刻同期の性能から取得し、取得されたこれら値と必要な同期精度５５５（すなわち、式１の“Ｅ”に相当）とを用いて、（式１）から変数syncを算出する。これにより、必要な同期精度５５５を満たす変数syncの値、すなわち同期メッセージの通信周期Ｔ_ｍａｘが算出される。ＣＰＵ５０１は、算出された変数syncが示す通信周期Ｔ_ｍａｘを周期範囲の上限値に設定する。

上記の（式１）によれば、通信周期を示す変数syncの値が固定であれば、ネットワーク１１に接続される制御装置２の台数が増加するほど、同期精度Ｅは低下する。この点を、グラフで補足する。図１２は、同期精度とノード数の関係を模式的に示すグラフである。図１２は、縦軸に同期精度（誤差の大きさ）をとり、横軸にノード数（制御装置２の台数）を示している。図１２では、シミュレーション結果に基づき、変数Syncの値１２１および値１２３を変化させた場合の同期精度の変化がグラフで示される。グラフに示されるように、通信周期が同じであれば、ネットワーク１１に接続される制御装置２の台数が増加するほど、同期精度Ｅは低下することが示される。したがって、必要な同期精度５５５を確保する場合、制御装置２の台数が多くなるほど変数syncの値は小さくなる。仮に、この変数syncの値よりも大きい値の通信周期で同期通信を実行すれば、必要な同期精度５５５を満たすことができなくなる。これら背景から、ＣＰＵ５０１は、システム構成データ５５３（ノード数など）と（式１）とにより、必要な同期精度５５５を満たすことが可能な周期範囲の上限値（通信周期Ｔ_ｍａｘ）を取得できる。

＜Ｆ．周期範囲のＵＩと同期精度の評価＞
図１３は、本実施の形態に係る通信周期設定のためのＵＩ画面の一例を示す図である。ＣＰＵ５０１は、範囲表示部５３５として、ステップＳ７の処理を実行する。図１３のＵＩ画面は、通信周期を指定するユーザ操作を受付ける画面の一例であって、図８のステップＳ７において表示される。

図１３の画面は、周期範囲（Ｔ_ｍｉｎ～Ｔ_ｍａｘ）と、当該周期範囲に関連付けて、ＴＳＮで推奨されるデフォルト周期Ｔ_ｄｅｆ、Ｔ_ｍｉｎ～Ｔ_ｍａｘの中央値Ｔ_ｃｅｎを示すインジケータ６０１と、通信周期Ｔ_ｍｉｎ、Ｔ_ｄｅｆ、Ｔ_ｃｅｎ、Ｔ_ｍａｘおよびユーザ設定の周期Ｔ_ｕｓｒのそれぞれについての参照値６０２を有する通信周期テーブル６０９を含む。

通信周期テーブル６０９の参照値６０２は、対応の通信周期Ｔ_ｍｉｎ、Ｔ_ｄｅｆ、Ｔ_ｃｅｎ、Ｔ_ｍａｘおよび周期Ｔ_ｕｓｒのそれぞれについて、通信周期３１を示す値（単位：ｍｓ）、当該通信周期を元に確保できる同期精度３２（単位：μｓ）、当該通信周期３１で同期通信処理を実行する場合のプロセッサ１０２に係る処理負荷３３およびネットワーク１１に係るＮＷ負荷３４を含む。処理負荷３３（単位：％）は処理時間Ｃ_ｓｙｎｃ／単位時間を示し、ＮＷ負荷３４（単位：％）はデータ量Ｎ_ｓｙｎ／帯域Ｎ_ａｌｌを示す。ＣＰＵ５０１が、仕様データ５５０と図１１における算出値とを用いた、(式１）を含む所定の演算式に従って、各通信周期３１の値に応じた参照値６０２（同期精度３２、処理負荷３３およびＮＷ負荷３４）を算出する。図１３では、参照値６０２のうち、仕様データ５５０が示す必要な同期精度５５５は、例えば１０μｓは強調マーク（図１３のスターマーク）が付される。図１３の参照値６０２は、例示であり限定されない。

図８のステップＳ１５において、ユーザは、参照値６０２を、通信周期を設定するための支援情報として利用できる。例えば、ユーザは、必要な同期精度５５５よりも高い精度を有する周期として、参照値６０２から、例えばＴＳＮで推奨されるデフォルト周期Ｔ_ｄｅｆ（１２５ｍｓ）を指定操作する。ＣＰＵ５０１は、指定操作に基づき、デフォルト周期Ｔ_ｄｅｆを設定周期６０４として決定する。

（ｆ１．ユーザが決定した通信周期の評価）
ユーザは、図１３の参照値６０２が示す通信周期３１以外の周期を、設定周期６０４として決定することもできる。その場合、ＣＰＵ５０１は、評価部５３８として、ユーザ設定の通信周期に基づく同期精度を評価する。より具体的には、ＣＰＵ５０１は、各制御装置２が、決定された設定周期６０４に基づき送信される同期メッセージに従って時刻同期処理を実行する場合、同期精度Ｅを算出することにより、当該設定周期６０４に対応の同期精度を評価する。

ユーザは、キーボード５１０を操作し、項目６０３に通信周期３１（設定周期６０４）を設定する。ＣＰＵ５０１は、評価部５３８として、項目６０３に設定された通信周期３１の元で取得される同期精度を算出し、算出値を同期精度３２として項目６０３として設定する。項目６０３の同期精度３２を算出する際には、ＣＰＵ５０１は、変数syncにユーザ設定の通信周期３１の値を代入して、（式１）などの所定の演算式により通信周期３１の同期精度Ｅを算出するとともに、処理負荷３３およびＮＷ負荷３４を算出し、算出された値を項目６０３に設定する。ユーザは、図１３のＵＩ画面において、通信周期３１（設定周期６０４）について評価された情報、すなわち同期精度３２，処理負荷３３およびＮＷ負荷３４を、通信周期３１を最終的に設定周期６０４として決定するか否かを判断するための支援情報として利用できる。

本実施の形態では、評価部５３８による評価は、同期精度３２、処理負荷３３およびＮＷ負荷３４の算出であったが、これら全ての算出に限定されず、同期精度３２、処理負荷３３およびＮＷ負荷３４のうちの少なくとも１つ、特定的には、同期精度３２の算出であってもよい。

図８のステップＳ１１では、ＣＰＵ５０１は、図１３のＵＩ画面でユーザ操作により決定された設定周期６０４を示す通信周期データ２００の通知を各制御装置２に送信する。

（ｆ２．周期範囲の提示とユーザ操作の他の例）
図１４は、本実施の形態に係る通信周期設定のためのＵＩ画面の他の例を示す図である。図１５は、本実施の形態に係る周期範囲の設定条件を調整するＵＩ画面の一例を示す図である。図１３は、（Ｔ_ｍａｘ≧Ｔ_ｍｉｎ）の条件が満たされるケースであったが、例えば（Ｔ_ｍａｘ＜Ｔ_ｍｉｎ）の条件が満たされるとＣＰＵ５０１は、図１４の画面をディスプレイ５１１に表示させる。（Ｔ_ｍａｘ＜Ｔ_ｍｉｎ）の条件が満たされる周期範囲では、通信周期を決定することができない。

ユーザは、通信周期の決定を可能とする周期範囲を取得するために、図１４のボタン６０５を操作して、ユーザ支援部５３７の設定支援機能を起動する。ボタン６０５が操作されると、ＣＰＵ５０１は、ユーザ支援部５３７として、図１５の設定支援情報６０６をディスプレイ５１１に表示させる。図１５に記載の単位ｍｓ／ｓは、処理負荷の単位であって、単位時間（ｓ）当たりの処理時間（ｍｓ）を表す。

図１５のＵＩ画面は、ＵＩ５３により提供される。ＵＩ画面は、設定支援情報６０６と、通信周期テーブル６０９と、ボタン６０８とを含む。設定支援情報６０６は、仕様データ５５０の各項目うち、（Ｔ_ｍｉｎ≦Ｔ_ｍａｘ）の条件を満たすために調整可能な項目を含む。設定支援情報６０６は、（Ｔ_ｍｉｎ≦Ｔ_ｍａｘ）の条件を満たすための周期範囲の変更態様を表す方針６１１（Ｔ_ｍｉｎを小さくする６１ａとＴ_ｍａｘを大きくする６１ｂ）、方針６１１を実現するための方法６１２と、方法６１２を実現するたに調整（変更など）されるべき項目の現在値などを示す現状６１３と、現状６１３が示す項目の値の調整量を表す条件６１４と、現状６１３が示す項目のユーザ調整操作後の値を示す入力６１５とを含む。現状６１３は、仕様データ５５０における調整するべき項目の現在値を示す。条件６１４は、（Ｔ_ｍｉｎ≦Ｔ_ｍａｘ）を満たすために現状６１３が示す項目の値の調整量（増減と値）を示す。

ユーザは、図１５の設定支援情報６０６の現状６１３の項目のうち、１または複数の項目の調整（変更）後の値を、入力６１５に設定する。ユーザは、当該項目に対応の条件６１４を目安に、項目の値を調整できる。

現状６１３の項目は、第１の周期を算出するための、制御周期、各制御装置２が有する処理性能、および制御関連処理と時刻同期処理のサイズなどを含む。また、現状６１３の項目は、第１の周期を算出するための、ネットワーク１１の伝送性能、各制御装置２が処理に要する帯域と、各制御装置２の時刻同期の性能などを含む。現状６１３の項目は、さらに、必要な同期精度の項目も含む。ＵＩ５３は、図１５の画面から、少なくとも１つの項目を調整するユーザ操作を受付ける。

図１５では、項目の値を調整において、例えば、ユーザが、調整操作によって調整後のＮＷ帯域の値６０７を入力６１５に設定する。ユーザは、ボタン６０８を操作すると、ＣＰＵ５０１は、範囲算出部５３０を起動する。ＣＰＵ５０１は、範囲算出部５３０として、図１５の入力６１５において受け付けた調整操作後の各項目の値に基づき、通信周期の範囲を再度算出する。ＣＰＵ５０１は、再算出された周期範囲のデータを図１５の通信周期テーブル６０９に設定する。ユーザは、通信周期テーブル６０９に設定された値に基づき、再算出された周期範囲において通信周期を決定するかを判断できるとともに、入力６１５の各項目の値をシステムの仕様データ５５０に反映するかを判断できる。

図１５のＵＩ画面を用いた周期範囲の再算出が実施されるケースは、（Ｔ_ｍａｘ＜Ｔ_ｍｉｎ）の条件が満たされるケース以外であってもよい。例えば（Ｔ_ｍａｘ≧Ｔ_ｍｉｎ）の条件が満たされるケースであっても、ユーザが周期範囲の変更を希望する（すなわち、Ｔ_ｍａｘまたはＴ_ｍｉｎの値を変更する周期範囲の再算出を実施する）場合は、ユーザは、図１５のＵＩ画面を操作して、調整操作後にボタン６０８を操作することにより、図１５の調整後の入力６１５の値に基づきＣＰＵ５０１に周期範囲を再算出させることができる。

本実施の形態に係る設定支援ツール５６０によれば、各制御装置２の処理負荷およびネットワーク１１のＮＷ負荷に基づき、必要な同期精度５５５を満たすことのできる周期範囲が算出されてユーザに提示される。ユーザは、分散型システム３００の設計時（仕様作成時）に、また、システム設計時の仕様データ５５０を作成する場合に、設定支援ツール５６０を利用することで、時刻同期のための通信周期に係るデバッグ作業の工数、すなわち通信周期に係る項目の試行錯誤の設定工数を削減できる。

＜Ｇ．プログラム＞
サポート装置５００のＣＰＵ５０１は、設定支援プログラム５６１を実行することにより、ユーザに対し、周期設定のための設定支援ツール５６０を提供する。ハードディスク５０４には、設定支援ツール５６０を実現するためのプログラムおよびデータなどを記憶し得る。

設定支援ツール５６０を実現するためのプログラムおよびデータは、通信インターフェース５０７および各種通信回線を介してハードディスク５０４にダウンロードされてもよい。または、メモリカード５１２を介してハードディスク５０４にダウンロードされるとしてもよい。メモリカード５１２は、コンピュータその他装置、機械等が記録されたプログラム等の情報を読み取り可能なように、当該プログラム等の情報を、電気的、磁気的、光学的、機械的または化学的作用によって蓄積する媒体である。サポート装置５００は、このメモリカード５１２から、設定支援ツール５６０に関するプログラムまたはデータを取得してもよい。

プログラムは、ＣＰＵ５０１などの１つ以上のプロセッサにより、またはプロセッサとＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit），ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）などの回路との組合せにより実行され得る。

＜Ｈ．付記＞
上述したような本実施の形態は、以下のような技術思想を含む。
［構成１］
ＦＡ（ファクトリオートメーション）のネットワーク（１１）に接続される複数の制御装置（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）の通信周期を処理する情報処理装置（５００）であって、
各前記複数の制御装置は、
制御に関連する制御関連処理と、同期メッセージ（１６９）に従い制御装置間で時刻同期させるための時刻同期処理とを含む処理を実行し、
前記情報処理装置は、
前記同期メッセージを、前記ネットワークを介し前記各制御装置に通信する周期の範囲を算出する範囲算出部（５３０）を備え、
前記範囲算出部は、
前記各制御装置について、予め定められた周期における前記制御関連処理の処理負荷に基づく当該処理の実行時間を除いた余裕時間と、当該制御装置が実行する１回の前記時刻同期処理の所要時間とから、第１の通信周期（ＴＣ_ｍｉｎ）を算出する第１算出部（５３１）と、
前記ネットワークの利用可能帯域から、ネットワーク負荷に基づく帯域を除いた余剰帯域と、１回の同期メッセージの通信に必要な帯域とから、第２の通信周期（Ｔｎ_ｍｉｎ）を算出する第２算出部（５３２）と、を含み、
前記各制御装置の前記第１の通信周期のうちの最長周期および前記第２の通信周期の両者のうちの長い方の通信周期（Ｔ_ｍｉｎ）と、予め定められた同期精度（５５５）に基づく通信周期（Ｔ_ｍａｘ）とを用いて前記範囲を算出する、情報処理装置。
［構成２］
前記範囲算出部は、
前記範囲の上限値および下限値として、それぞれ、前記予め定められた同期精度に基づく通信周期および前記長い方の周期を算出する、構成１に記載の情報処理装置。
［構成３］
前記範囲算出部によって算出された前記周期の範囲をディスプレイ（５１１）に表示させる範囲表示部（５３５）と、
算出された前記周期の範囲のうちから、前記情報処理装置に対するユーザ操作に基づき、前記同期メッセージを、前記ネットワークを介し前記各制御装置に通信する周期を決定する決定部（５３６）と、をさらに備える、構成１または２に記載の情報処理装置。
［構成４］
前記範囲表示部は、前記ネットワークに適用される通信プロトコルに従うデフォルトの周期（Ｔ_ｄｅｆ）を、前記範囲に関連付けて前記ディスプレイに表示させる、構成３に記載の情報処理装置。
［構成５］
前記決定部によって決定された前記周期を示すデータを、前記各制御装置に設定する、構成３または４に記載の情報処理装置。
［構成６］
前記各制御装置が、決定された前記周期に基づき送信される前記同期メッセージに従って前記時刻同期処理を実行する場合、同期精度を評価する評価部（５３８）を、さらに備える、構成３から５のいずれか１に記載の情報処理装置。
［構成７］
前記第１算出部は、第１の情報から、前記余裕時間と前記所要時間とを算出し、
前記第１の情報は、前記予め定められた周期、前記各制御装置が有する処理性能、および前記制御関連処理と前記時刻同期処理のサイズの各項目を含み、
前記第２算出部は、第２の情報から、前記利用可能帯域、前記ネットワーク負荷に基づく帯域、および１回の同期メッセージの通信に必要な帯域を算出し、
前記第２の情報は、前記ネットワークの伝送性能、前記各制御装置が処理に要する帯域と、前記各制御装置の時刻同期の性能の各項目を含み、
前記第１の情報の項目、前記第２の情報の項目および前記予め定められた同期精度の項目を表示し、少なくとも１つの項目を調整するユーザ操作を受付けるＵＩ（ユーザインターフェイス）（５３）を備える、構成１から６のいずれか１に記載の情報処理装置。
［構成８］
前記ＵＩは、さらに、
算出された前記範囲を変更する１つ以上の変更態様（６１ａ、６１ｂ）と、各変更態様に関連付けて調整するべき項目（６１２）と調整量（６１４）とを表示する、構成７に記載の情報処理装置。
［構成９］
前記ＵＩは、さらに、
前記調整する操作をユーザから受付けた場合に、前記第１の情報、前記第２の情報および前記予め定められた同期精度に基づき前記通信周期の範囲を算出するよう、前記範囲算出部を起動する、構成７または８に記載の情報処理装置。
［構成１０］
前記複数の制御装置は、それぞれが、前記ＦＡの異なる工程毎に備えられる分散型の制御システム（３００）を構成する、構成１から９のいずれか１に記載の情報処理装置。
［構成１１］
前記制御装置は、１または複数の制御対象の機器（９０Ａ～９０Ｉ）を接続し、
前記予め定められた周期は制御周期（５５２）を示す、構成１から１０のいずれか１に記載の情報処理装置。
［構成１２］
ＦＡ（ファクトリオートメーション）のネットワーク（１１１）に接続される複数の制御装置（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）の通信周期を処理する方法であって、
各前記複数の制御装置は、
制御に関連する制御関連処理と、同期メッセージ（１６９）に従い制御装置間で時刻同期させるための時刻同期処理を含む処理を実行する実行部（１５０）を有し、
前記方法は、
前記同期メッセージを、前記ネットワークを介し前記各制御装置に通信する周期の範囲を算出するステップ（Ｓ５）を備え、
前記範囲を算出するステップは、
前記各制御装置について、予め定められた周期における前記制御関連処理の処理負荷に基づく当該処理の実行時間を除いた余裕時間と、当該制御装置が実行する１回の前記時刻同期処理の所要時間とから、第１の通信周期（ＴＣ_ｍｉｎ）を算出するステップと、
前記ネットワークの利用可能帯域から、ネットワーク負荷に基づく帯域を除いた余剰帯域と、１回の同期メッセージの通信に必要な帯域とから、第２の通信周期（Ｔｎ_ｍｉｎ）を算出するステップと、
前記各制御装置の前記第１の通信周期のうちの最長周期および前記第２の通信周期の両者のうちの長い方の通信周期（Ｔ_ｍｉｎ）と、予め定められた同期精度（５５５）に基づく通信周期（Ｔ_ｍａｘ）とを用いて前記範囲を算出するステップと、を含む、方法。
［構成１３］
構成１２に記載の方法をプロセッサに実行させるためのプログラム（５６１）。

今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１ 制御システム、２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ 制御装置、３Ａ，３Ｂ，３Ｃ 工程、１１，１２，１３，１４，１１０ ネットワーク、３１，３１８ 通信周期、３２，５５５，Ｅ 同期精度、３３，Ｃｓｙｎｃ 処理負荷、３４，Ｎｓｙｎ ＮＷ負荷、５３ ＵＩ、９０，９０Ａ，９０Ｂ，９０Ｃ，９０Ｄ，９０Ｅ，９０Ｆ，９０Ｇ，９０Ｈ，９０Ｉ フィールド機器、１２６ カウンタ、１０２ プロセッサ、１５０ 実行エンジン、１５２ 制御プログラム、１５４ ユーザプログラム、１５６ データベース書込みプログラム、１５８ シリアライズ通信プログラム、１６０ 変数管理プログラム、１６９ Syncメッセージ、１７０ スケジューラプログラム、１７２ 入力プログラム、１７４ 出力プログラム、１７７ 時刻同期プログラム、１７８ 補正プログラム、２００ 通信周期データ、３００ 分散型システム、５００ サポート装置、５１０ キーボード、５１１ ディスプレイ、５２０ 項目設定部、５３０ 範囲算出部、５３１ 第１算出部、５３２ 第２算出部、５３５ 範囲表示部、５３６ 決定部、５３７ ユーザ支援部、５３８ 評価部、５３９ 設定部、５４０ 表示制御部、５４１ 操作受付部、５５０ 仕様データ、５５１ ＵＰＧ仕様データ、５５２ 制御周期データ、５５３ システム構成データ、５５４ 負荷データ、５６０ 設定支援ツール、５６１ 設定支援プログラム、５６５ 項目設定プログラム、５７０ 範囲算出プログラム、５７１ 第１算出プログラム、５７２ 第２算出プログラム、５８０ 範囲表示プログラム、５９０ 決定プログラム、５９１ ユーザ支援プログラム、５９２ 評価プログラム、５９５ 設定プログラム、６０１ インジケータ、６０２ 参照値、６０３ 項目、６０４ 設定周期、６０６ 設定支援情報、６０９ 通信周期テーブル、６１１ 方針、６１２ 方法、６１３ 現状、６１４ 調整条件、６１５ 入力。

Claims (13)

1. ＦＡ（ファクトリオートメーション）のネットワークに接続される複数の制御装置の通信周期を処理する情報処理装置であって、
   各前記複数の制御装置は、
   制御に関連する制御関連処理と、同期メッセージに従い制御装置間で時刻同期させるための時刻同期処理とを含む処理を実行し、
   前記情報処理装置は、
   前記同期メッセージを、前記ネットワークを介し前記各制御装置に通信する周期の範囲を算出する範囲算出部を備え、
   前記範囲算出部は、
   前記各制御装置について、予め定められた周期における前記制御関連処理の処理負荷に基づく当該処理の実行時間を除いた余裕時間と、当該制御装置が実行する１回の前記時刻同期処理の所要時間とから、第１の通信周期を算出する第１算出部と、
   前記ネットワークの利用可能帯域から、ネットワーク負荷に基づく帯域を除いた余剰帯域と、１回の同期メッセージの通信に必要な帯域とから、第２の通信周期を算出する第２算出部と、を含み、
   前記各制御装置の前記第１の通信周期のうちの最長周期および前記第２の通信周期の両者のうちの長い方の通信周期と、予め定められた同期精度に基づく通信周期とを用いて前記範囲を算出する、情報処理装置。
2. 前記範囲算出部は、
   前記範囲の上限値および下限値として、それぞれ、前記予め定められた同期精度に基づく通信周期および前記長い方の周期を算出する、請求項１に記載の情報処理装置。
3. 前記範囲算出部によって算出された前記周期の範囲をディスプレイに表示させる範囲表示部と、
   算出された前記周期の範囲のうちから、前記情報処理装置に対するユーザ操作に基づき、前記同期メッセージを、前記ネットワークを介し前記各制御装置に通信する周期を決定する決定部と、をさらに備える、請求項１または２に記載の情報処理装置。
4. 前記範囲表示部は、前記ネットワークに適用される通信プロトコルに従うデフォルトの周期を、前記範囲に関連付けて前記ディスプレイに表示させる、請求項３に記載の情報処理装置。
5. 前記決定部によって決定された前記周期を示すデータを、前記各制御装置に設定する、請求項３または４に記載の情報処理装置。
6. 前記各制御装置が、決定された前記周期に基づき送信される前記同期メッセージに従って前記時刻同期処理を実行する場合、同期精度を評価する評価部を、さらに備える、請求項３から５のいずれか１項に記載の情報処理装置。
7. 前記第１算出部は、第１の情報から、前記余裕時間と前記所要時間とを算出し、
   前記第１の情報は、前記予め定められた周期、前記各制御装置が有する処理性能、および前記制御関連処理と前記時刻同期処理のサイズの各項目を含み、
   前記第２算出部は、第２の情報から、前記利用可能帯域、前記ネットワーク負荷に基づく帯域、および１回の同期メッセージの通信に必要な帯域を算出し、
   前記第２の情報は、前記ネットワークの伝送性能、前記各制御装置が処理に要する帯域と、前記各制御装置の時刻同期の性能の各項目を含み、
   前記第１の情報の項目、前記第２の情報の項目および前記予め定められた同期精度の項目を表示し、少なくとも１つの項目を調整するユーザ操作を受付けるＵＩ（ユーザインターフェイス）を備える、請求項１から６のいずれか１項に記載の情報処理装置。
8. 前記ＵＩは、さらに、
   算出された前記範囲を変更する１つ以上の変更態様と、各変更態様に関連付けて調整するべき項目と調整量とを表示する、請求項７に記載の情報処理装置。
9. 前記ＵＩは、さらに、
   前記調整する操作をユーザから受付けた場合に、前記第１の情報、前記第２の情報および前記予め定められた同期精度に基づき前記通信周期の範囲を算出するよう、前記範囲算出部を起動する、請求項７または８に記載の情報処理装置。
10. 前記複数の制御装置は、それぞれが、前記ＦＡの異なる工程毎に備えられる分散型の制御システムを構成する、請求項１から９のいずれか１項に記載の情報処理装置。
11. 前記制御装置は、１または複数の制御対象の機器を接続し、
    前記予め定められた周期は制御周期を示す、請求項１から１０のいずれか１項に記載の情報処理装置。
12. ＦＡ（ファクトリオートメーション）のネットワークに接続される複数の制御装置の通信周期を処理する方法であって、
    各前記複数の制御装置は、
    制御に関連する制御関連処理と、同期メッセージに従い制御装置間で時刻同期させるための時刻同期処理を含む処理を実行する実行部を有し、
    前記方法は、
    前記同期メッセージを、前記ネットワークを介し前記各制御装置に通信する周期の範囲を算出するステップを備え、
    前記範囲を算出するステップは、
    前記各制御装置について、予め定められた周期における前記制御関連処理の処理負荷に基づく当該処理の実行時間を除いた余裕時間と、当該制御装置が実行する１回の前記時刻同期処理の所要時間とから、第１の通信周期を算出するステップと、
    前記ネットワークの利用可能帯域から、ネットワーク負荷に基づく帯域を除いた余剰帯域と、１回の同期メッセージの通信に必要な帯域とから、第２の通信周期を算出するステップと、
    前記各制御装置の前記第１の通信周期のうちの最長周期および前記第２の通信周期の両者のうちの長い方の通信周期と、予め定められた同期精度に基づく通信周期とを用いて前記範囲を算出するステップと、を含む、方法。
13. 請求項１２に記載の方法をプロセッサに実行させるためのプログラム。
    

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