JP2022138400A - 制御システム、サポート方法およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】通信および各制御装置の演算内容の最適化を効率的に進めることが可能な制御システムを提供する。【解決手段】制御システムは、ユーザプログラムを複数の部分プログラムに分割する分割手段と、複数の部分プログラムを複数の制御装置に割り当てる複数の組み合わせの各々について、複数の制御装置および複数の通信スレーブの接続関係を示す情報と割り当てられた部分プログラムとを用いて、複数の制御装置の各々の通信スケジュールと、複数の制御装置の各々のプロセッサによる演算スケジュールとを決定するスケジューリング手段と、複数の組み合わせの各々について、通信スケジュールと演算スケジュールとに応じた評価値を算出する算出手段と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、制御システム、サポート方法およびプログラムに関する。

様々な製造現場において、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）などの制御装置と制御装置に接続される複数の通信スレーブとを備える制御システムが導入されている。製造現場では、制御システムの規模を増大させたいという要望が生じうる。このような要望に対して、現状のＰＬＣの能力が不足している場合、高性能のＰＬＣに置き換えることが考えられる。そのため、ＰＬＣを提供するベンダーは、制御システムの規模に応じた多種類の商品を開発しておく必要がある。

近年、ネットワークを介して複数のＰＬＣを接続し、ＰＬＣ間でデータの送受を行ないながら、協働，同期運転等を行なう分散コントローラシステムが開発されている（特開２０１０－０９７６２４号公報（特許文献１）参照）。分散コントローラシステムを用いることにより、既存のＰＬＣと同じ機種のＰＬＣを増設することにより、制御システムの規模の増大に対応できる。これにより、ベンダーが準備しておく商品の種類の数を減らすことができる。

特開２０１０－０９７６２４号公報

複数のＰＬＣを用いた分散コントローラシステムを構築する場合、制御システム内の通信および各ＰＬＣの演算内容を最適化するための作業が必要となる。特許文献１は、このような作業の効率化について考慮されていない。

本開示は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、通信および各制御装置の演算内容の最適化を効率的に進めることが可能な制御システム、サポート方法およびプログラムを提供することである。

本開示の一例によれば、制御対象を制御する制御システムは、複数の通信スレーブと、通信マスタとして動作する複数の制御装置とを含む。複数の制御装置の各々はプロセッサを含む。制御システムは、分割手段と、スケジューリング手段と、算出手段と、を備える。分割手段は、制御対象を制御するためのユーザプログラムを複数の部分プログラムに分割する。スケジューリング手段は、複数の部分プログラムを複数の制御装置に割り当てる複数の組み合わせの各々について、複数の制御装置および複数の通信スレーブの接続関係を示す情報と割り当てられた部分プログラムとを用いて、複数の制御装置の各々の通信スケジュールと、複数の制御装置の各々のプロセッサによる演算スケジュールとを決定する。算出手段は、複数の組み合わせの各々について、通信スケジュールと演算スケジュールとに応じた評価値を算出する。

この開示によれば、ユーザは、評価値を参照することにより、複数の組み合わせについて、各制御装置の通信スケジュールと演算スケジュールとの良否を判断できる。その結果、ユーザは、制御システム内の通信および各制御装置の演算内容の最適化を効率的に進めることができる。

上述の開示において、制御システムは、評価値に基づいて、複数の組み合わせの中から１つの組み合わせを選択する選択手段と、複数の制御装置の各々に、１つの組み合わせにおいて割り当てられている部分プログラムを設定する設定手段と、をさらに備える。

この開示によれば、評価値に基づいて選択された１つの組み合わせに従って、部分プログラムを制御装置にインストールできる。

上述の開示において、複数の制御装置の各々は、予め定められた制御周期毎に、複数の通信スレーブのうちの少なくとも１つとの間の入出力データの通信と入出力データを用いた演算とを実行する。複数の制御装置は、第１制御装置と第２制御装置とを含む。制御システムは、さらに、第１制御装置と第２制御装置との間の通信タイミングに応じて、第１制御装置における制御周期の開始タイミングと第２制御装置における制御周期の開始タイミングとの時間差を調整する調整手段を備える。

この開示によれば、第１制御装置と第２制御装置との間の通信タイミングに応じて、第１制御装置における制御周期の開始タイミングと第２制御装置における制御周期の開始タイミングとの時間差が調整されることにより、無駄な待機時間の発生が抑制される。

上述の開示において、ユーザプログラムは、複数の通信スレーブからの入力データを監視する監視プログラムを含む。複数の制御装置は、監視プログラムが割り当てられない第１制御装置と、監視プログラムが割り当てられる第２制御装置とを含む。スケジューリング部は、複数の通信スレーブのうちのいずれかの通信スレーブから第１制御装置への通信方式を、第１制御装置と第２制御装置とを宛先として指定したマルチキャストに設定する。さらに、スケジューリング部は、第２制御装置の通信スケジュールに、マルチキャストによって送信された入力データを読み出すための読出時間を組み込む。

この開示によれば、通信方式がマルチキャストに設定されることにより、制御システムの通信が効率化される。

上述の開示において、複数の制御装置の各々は、予め定められた制御周期毎に、複数の通信スレーブのうちの少なくとも１つとの間の入出力データの通信と入出力データを用いた演算とを実行する。制御システムは、さらに、読出時間に応じて、第１制御装置における制御周期の開始タイミングと第２制御装置における制御周期の開始タイミングとの時間差を調整する調整手段を備える。

この開示によれば、無駄が待機時間の発生が抑制される。その結果、制御システムの通信が効率化される。

上述の開示において、複数の制御装置の各々は、予め定められた制御周期毎に、複数の通信スレーブのうちの少なくとも１つへの出力データの送信を実行する。設定部は、さらに、１つの組み合わせに対して決定された、複数の制御装置の各々の通信スケジュールに基づいて、制御周期内において、複数の通信スレーブに出力データが到達するタイミングのうち最も遅い第１タイミングを特定し、複数の通信スレーブが処理を開始する第２タイミングを第１タイミング以降に設定する。この開示によれば、複数の通信スレーブの処理を同期させることができる。

本開示の別の一例によれば、制御対象を制御する制御システムをサポートするサポート方法は、第１～第３のステップを備える。第１のステップは、制御対象を制御するためのユーザプログラムを複数の部分プログラムに分割するステップである。第２のステップは、複数の部分プログラムを複数の制御装置に割り当てる複数の組み合わせの各々について、複数の制御装置および複数の通信スレーブの接続関係を示す情報と割り当てられた部分プログラムとを用いて、複数の制御装置の各々の通信スケジュールと、複数の制御装置の各々のプロセッサによる演算スケジュールとを決定するステップである。第３のステップは、複数の組み合わせの各々について、通信スケジュールと演算スケジュールとに応じた評価値を算出するステップである。

本開示の別の一例によれば、プログラムは、上記のサポート方法をコンピュータに実行させる。

これらの開示によっても、ユーザは、制御システム内の通信および各制御装置の演算内容の最適化を効率的に進めることができる。

本開示によれば、ユーザは、制御システム内の通信および各制御装置の演算内容の最適化を効率的に進めることができる。

実施の形態に係るサポート装置が適用される制御システムの一例を示す図である。 制御システムの規模を増大させる例を示す図である。 分散コントローラシステムを用いて規模が増大された制御システムの一例を示す図である。 分散コントローラシステムにおける処理の流れを示す図である。 サポート装置のハードウェア構成の一例を示す図である。 ＰＬＣのハードウェア構成の一例を示す図である。 サポート装置の機能構成の一例を示す図である。 変数リストの一例を示す図である。 図１に示される制御システムに含まれるモジュールの例を示す図である。 演算の定義の一例を示す図である。 ユーザプログラムに組み込まれた演算ブロックの一例を示す図である。 演算の定義および割り付け情報に従って作成されるユーザプログラムの一部を示す図である。 ユーザプログラムを複数の部分プログラムに分割する例を示す図である。 ユーザプログラムから分割された部分プログラムの例を示す図である。 スケジューリング部によって特定される複数の組み合わせのうちの１つを示す図である。 制御システムにおいて実施される通信の一例を示す図である。 組み合わせ（２）において実施されるフレーム通信を示す図である。 ＰＬＣにおけるＩＯデータの通信スケジュールの一例を示す図である。 ユーザプログラムに含まれる各種プログラムのタスクへの割り当ての一例を示す図である。 スケジューリング部によって決定されたスケジュールの一例を示す図である。 ユーザプログラムに含まれる各種プログラムのタスクへの割り当ての別の例を示す図である。 スケジューリング部によって決定されたスケジュールの別の例を示す図である。 部分プログラム２２２ｄ，２２２ｅをＰＬＣ２００ａに割り当てる組み合わせ（１）のときの、ＰＬＣ２００ａのスケジュールを示す図である。 組み合わせ（２）のときのＰＬＣ２００ａ，２００ｂのスケジュールを示す図である。 通信スケジュールおよび演算スケジュールから算出される評価値の一例を示す図である。 通信スケジュールおよび演算スケジュールから算出される評価値の別の例を示す図である。 制御システムにおいて実施される通信の別の例を示す図である。 組み合わせ（２）において部分プログラム２２２ｅが監視プログラムを含むときのＰＬＣ２００ａ，２００ｂのスケジュールを示す図である。 通信スレーブの処理スケジュールの設定方法の一例を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明に従う各実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品および構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、これらについての詳細な説明は繰り返さない。なお、以下で説明される各実施の形態および各変形例は、適宜選択的に組み合わせてもよい。

§１．適用例
本実施の形態にかかる制御システムの概略について説明する。図１は、実施の形態に係る制御システムの一例を示す図である。図１に例示される制御システム１は、ロボット、搬送装置、セーフティ装置などの各種の制御対象を制御する。

図１に示されるように、制御システム１は、サポート装置１００と、複数のＰＬＣ２００と、複数の通信スレーブ３００と、１以上のスイッチ４００と、を備える。ＰＬＣ２００は、通信マスタとして動作する制御装置の一例である。図１に示す例では、複数のＰＬＣ２００は、ＰＬＣ２００ａ，２００ｂを含む。複数の通信スレーブ３００は、通信スレーブ３００ａ～３００ｉを含む。ただし、ＰＬＣ２００の個数は、２個に限定されず、３個以上であってもよい。通信スレーブ３００の個数は、８個に限定されず、２個以上であればよい。

制御システム１では、複数のＰＬＣ２００の同期をとるために、ＴＳＮ（Time-Sensitive Networking）技術が採用される。ＴＳＮ技術は、標準のＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）を拡張する産業用ネットワークと情報系ネットワークとを相互運用するためのネットワーク技術であり、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）をベースにしながら時間の同期性を保証するとともに、リアルタイム性を担保する。ＴＳＮ技術の仕様は、ネットワーク規格の「IEEE 802.1 AS-Rev Timing and Synchronization for Time-Sensitive Applications」によって定義されている。ＴＳＮのスケジューリングは、複数のＰＬＣ２００のうちＣＮＣ（Central Network Controller）が実装されたネットワークコントローラとして機能するＰＬＣが担当する。あるいは、制御システム１は、スイッチ４００に接続されるネットワークコントローラを備えてもよい。この場合、ネットワークコントローラがＴＳＮのスケジューリングを行なえばよい。

ＰＬＣ２００は、プロセッサ２０２を有するＣＰＵ（Central Processing Unit）ユニットを含む。さらに、ＰＬＣ２００は、通信ユニット、セーフティユニットなどの拡張ユニットをさらに含んでもよい。通信スレーブ３００は、入出力装置などのデバイスである。

複数のＰＬＣ２００の各々は、予め定められた制御周期毎に、複数の通信スレーブ３００のうちの少なくとも１つとの間の入出力データ（ＩＯデータ）の通信とＩＯデータを用いた演算とを実行する。

スイッチ４００は、たとえばＬ２スイッチである。スイッチ４００は、接続された機器のＭＡＣアドレスを記憶しており、ＭＡＣアドレスを用いて送信先にのみデータを送信する。

サポート装置１００は、制御システム１をサポートする。サポート装置１００は、複数のＰＬＣ２００が制御対象を制御するために必要な準備を支援する情報処理装置（コンピュータの一例）である。

具体的には、サポート装置１００は、ＰＬＣ２００間の通信および各ＰＬＣ２００の演算内容の最適化を支援するためのサポート処理を実行する。サポート処理は、以下の（１）～（３）のステップを含む。

（１）サポート装置１００は、制御対象を制御するためのユーザプログラムを複数の部分プログラムに分割する。

（２）サポート装置１００は、複数の部分プログラムを複数のＰＬＣ２００に割り当てる複数の組み合わせを特定する。サポート装置１００は、複数のＰＬＣ２００と複数の通信スレーブ３００との接続関係を示す接続情報を取得する。サポート装置１００は、複数の組み合わせの各々について、接続情報と割り当てられた部分プログラムとを用いて、各ＰＬＣ２００の通信スケジュールと、各ＰＬＣ２００のプロセッサ２０２による演算スケジュールとを決定する。

（３）サポート装置１００は、複数の組み合わせの各々について、通信スケジュールと演算スケジュールとに応じた評価値を算出する。

ユーザは、上記のサポート処理によって算出された評価値を確認することにより、複数の組み合わせのうち、各ＰＬＣ２００の通信スケジュールと各ＰＬＣ２００のプロセッサ２０２による演算スケジュールとの良否を判断できる。その結果、ユーザは、制御システム１内の通信および各ＰＬＣ２００の演算内容の最適化を効率的に進めることができる。

なお、サポート装置１００は、ユーザプログラムの開発環境（プログラム作成編集ツール、パーサ、コンパイラなど）、複数のＰＬＣ２００および複数の通信スレーブ３００のパラメータ（コンフィギュレーション）を設定するための設定環境などを提供してもよい。サポート装置１００は、公知の技術を用いて、これらの環境を提供する。そのため、開発環境および設定環境の提供の詳細について、説明を省略する。

§２．具体例
＜Ａ．制御システムの規模の増大＞
図２は、制御システムの規模を増大させる例を示す図である。図２には、互いに関連する２つの通信スレーブ３００からなるモジュールの個数が１個から３個に増大される例が示される。

規模の増大前の制御システム１Ｘは、ＰＬＣ２００ＸとモジュールＭａとを含む。ＰＬＣ２００Ｘには、モジュールＭａを制御するためのユーザプログラム１２２Ｘがインストールされる。

規模の増大後の制御システム１Ｙは、モジュールＭａに加えて、モジュールＭｂ，Ｍｃをさらに含む。ＰＬＣ２００Ｘは、３個のモジュールＭａ，Ｍｂ，Ｍｃを制御する能力を有していない。そのため、制御システム１Ｙは、ＰＬＣ２００Ｘの代わりに高性能のＰＬＣ２００Ｙを備える。高性能のＰＬＣ２００Ｙは、一般にコストが高い。そのため、ＰＬＣ２００ＸをＰＬＣ２００Ｙに置き換えるためのコストが高くなる。さらに、ＰＬＣを提供するベンダーは、制御システムの規模に応じた多品種のＰＬＣを開発しておく必要が生じる。

ＰＬＣ２００Ｙには、モジュールＭａ，Ｍｂ，Ｍｃを制御するためのユーザプログラム１２２Ｙがインストールされる。１台のＰＬＣ２００ＹによってモジュールＭａ，Ｍｂ，Ｍｃを制御するため、ユーザプログラム１２２Ｙには、各モジュールの有効化処理および無効化処理が含まれ得る。そのため、ユーザプログラム１２２Ｙの作成に手間がかかる。

このように、制御システムの規模の増大に応じて、ＰＬＣ２００Ｘを高性能のＰＬＣ２００Ｙに置き換える場合、コストおよびユーザプログラムの作成の手間が増大するという問題が生じる。

図３は、分散コントローラシステムを用いて規模が増大された制御システムの一例を示す図である。図３に例示される制御システム１Ｚは、モジュールＭａ，Ｍｂ，ＭｃとモジュールＭａ，Ｍｂ，Ｍｃをそれぞれ制御するＰＬＣ２００Ｘａ，２００Ｘｂ，２００Ｘｃとスイッチ４００Ｚとを備える。スイッチ４００Ｚは、ＰＬＣ２００Ｘａ，２００Ｘｂ，２００Ｘｃ間の通信を切り替える。

制御システム１Ｚでは、ＰＬＣ２００Ｘａ，２００Ｘｂ，２００Ｘｃの各々は、１個のモジュールを制御するため、図２に示す制御システム１ＸのＰＬＣ２００Ｘと同じ性能を有していればよい。そのため、制御システム１Ｘから制御システム１Ｚに規模を増大する場合、安価なＰＬＣ２００Ｘを２個追加すればよい。

さらに、ユーザは、モジュールＭａ，Ｍｂ，Ｍｃをそれぞれ制御するためのプログラム１２２Ｚａ，１２２Ｚｂ，１２２Ｚｃを組み合わせることにより、ユーザプログラム１２２Ｚを作成すればよい。そして、プログラム１２２Ｚａ，１２２Ｚｂ，１２２ＺｃがＰＬＣ２００Ｘａ，２００Ｘｂ，２００Ｘｃにそれぞれインストールされる。そのため、ユーザは、ユーザプログラム１２２Ｚの作成の際に、モジュールの有効化処理および無効化処理の追加を省略できる。その結果、ユーザプログラムの作成の手間が削減される。

このように、分散コントローラシステムを用いることにより、ＰＬＣに要するコストの増大、ユーザプログラムの作成の手間が抑制され得る。しかしながら、制御システムに含まれる通信スレーブの個数、ＰＬＣの個数が多くなると、制御システム内の通信および各ＰＬＣの演算内容を最適化するための作業が必要となる。そのため、本実施の形態に係るサポート装置１００は、制御システム内の通信および各ＰＬＣの演算内容を最適化するための作業を支援する。

＜Ｂ．分散コントローラシステムにおける処理の流れ＞
図４は、分散コントローラシステムにおける処理の流れを示す図である。図４には、ＰＬＣ２００ａ，２００ｂを用いて分散コントローラシステムを構築したときの、ＰＬＣ２００ａ，２００ｂの処理の流れが示される。

まず、ステップＳ１ａ，Ｓ１ｂにおいて、ＰＬＣ２００ａ，２００ｂは、内部タイマの時刻補正を行なう。これにより、ＰＬＣ２００ａ，２００ｂの内部タイマが同期される。

次に、ＰＬＣ２００ａ，２００ｂは、スケジューラの動作を開始する（ステップＳ２ａ，Ｓ２ｂ）。ＰＬＣ２００ａ，２００ｂは、アドレス解決を行なう（ステップＳ３ａ，Ｓ３ｂ）。

次に、ＰＬＣ２００ａ，２００ｂは、接続されている通信スレーブ３００との間で照合を行なう（ステップＳ４ａ，Ｓ４ｂ）。照合結果に応じて、ＰＬＣ２００ａ，２００ｂは、接続されている通信スレーブ３００との間でコネクションを確立する（ステップＳ５ａ，Ｓ５ｂ）。

次に、ＰＬＣ２００ａ，２００ｂは、同期トリガの送受信を行なう（ステップＳ６ａ，Ｓ６ｂ）。ＰＬＣ２００ａ，２００ｂは、同期トリガに応じて、通信を開始する（Ｓ７ａ，Ｓ７ｂ）。これにより、ＰＬＣ２００ａ，２００ｂの通信処理が同期される。

＜Ｃ．ハードウェア構成＞
（Ｃ－１．サポート装置のハードウェア構成）
図５は、サポート装置のハードウェア構成の一例を示す図である。図５に示されるように、サポート装置１００は、ＣＰＵ１０２と、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０３と、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０４と、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）１０５と、通信コントローラ１０７と、Ｉ／Ｏ（Input/Output）インターフェイス１０８と、を含む。サポート装置１００には、キーボード１０９およびディスプレイ１１０が接続される。キーボード１０９は、ユーザからのサポート装置１００に対する指示を含む入力を受付ける。当該入力を受付けるために、サポート装置１００には、マウス等の他のデバイスが接続されてもよい。ディスプレイ１１０は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）または有機ＥＬ（Electro Luminescence）を含み、サポート装置１００から出力される映像信号または画像信号に従う映像または画像を表示する。サポート装置１００は、外部の記憶媒体１０１を脱着自在に装着し、装着された記憶媒体１０１にプログラムおよび／またはデータを読み書きするＲ／Ｗ（リーダライタ）デバイス１０６を備える。

通信コントローラ１０７は、ネットワークを介した外部装置（ＰＬＣ２００を含む）との通信を制御する。通信コントローラ１０７は、例えばＮＩＣ（Network Interface Card）を含んで構成される。Ｉ／Ｏインターフェイス１０８は、ＣＰＵ１０２とキーボード１０９およびディスプレイ１１０との間のデータの遣り取りを制御する。

ＨＤＤ３０５は、ＯＳを含むシステムプログラム１２０、ユーザプログラム１２２を生成するためのＵＰＧ生成プログラム１２１、ユーザプログラム１２２、接続情報１２３、および分散設計プログラム１２４を記憶する。

ＵＰＧ生成プログラム１２１は、キーボード１０９から受け付けるユーザ操作に従い、ユーザプログラム１２２を編集（生成）するエディタ、編集されたユーザプログラム１２２をコンパイルするコンパイラ、ユーザプログラム１２２を実行可能な形式に変換するビルダなどを含む。なお、ビルダが、コンパイルの機能を含んでもよい。

接続情報１２３は、制御システム１の機器間の接続関係を示す。具体的には、接続情報１２３は、機器間の物理的な配線、配線の長さなどを示す。たとえば図１に示す構成の場合、ＰＬＣ２００ａ，２００ｂ、通信スレーブ３００ａ～３００ｉおよびスイッチ４００の接続関係を示す接続情報１２３が予め作成され、ＨＤＤ１０５に格納される。

分散設計プログラム１２４は、分散コントロールシステムとして制御システム１を構築するときの設計支援を行なう。

（Ｃ－２．ＰＬＣのハードウェア構成）
図６は、ＰＬＣのハードウェア構成の一例を示す図である。図６に示されるように、ＰＬＣ２００は、主たるハードウェアコンポーネントとして、プロセッサ２０２と、メインメモリ２０４と、ストレージ２０６と、フィールドネットワークコントローラ２１２と、通信コントローラ２１３と、ローカルバスコントローラ２１４とを含む。これらのハードウェアコンポーネントは、内部バス２１８を介して電気的に接続される。

プロセッサ２０２は、演算処理部に相当し、ＣＰＵやＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などで構成される。具体的には、プロセッサ２０２は、ストレージ２１０に格納されたプログラムを読出して、メインメモリ２０４に展開して実行することで、制御対象に応じた演算処理および各種処理を実現する。

メインメモリ２０４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。ストレージ２０６は、例えば、ＳＳＤ（Solid State Drive）やＨＤＤ（Hard Disk Drive）などの不揮発性記憶装置などで構成される。

ストレージ２０６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２２０、制御対象に応じて作成されたユーザプログラム１２２の一部である部分プログラム２２２、および、通信スケジュールおよび演算スケジュールを定義付けるシステム設定情報２２４などが格納される。システムプログラム２２０は、ＰＬＣ２００における基本的な機能を実現するため、制御プログラムの少なくとも一部とみなすことができる。

フィールドネットワークコントローラ２１２は、フレームが一巡するように構成されたネットワークに接続される。より具体的には、フィールドネットワークコントローラ２１２は、ＥｔｈｅｒＣＡＴ（登録商標）やＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰなどの通信プロトコルを用いて、フレームの送受信処理を担当するポートを有する。フィールドネットワークコントローラ２１２は、通信マスタ（マスタ）として機能する。なお、フィールドネットワークコントローラ２１２は、フレームを周期的に送受信するための同期カウンタを有していてもよい。

通信コントローラ２１３は、ネットワークを介した外部装置（サポート装置１００を含む）との通信を制御する。

ローカルバスコントローラ２１４は、内部バス２１８を介して、１または複数の拡張ユニット２１６と電気的に接続される。拡張ユニット２１６は、制御対象との間で各種の信号をやり取りする機能などを含む。拡張ユニット２１６は、例えば、制御対象からのデジタル信号を受取るＤＩ（Digital Input）機能、制御対象に対してデジタル信号を出力するＤＯ（Digital Output）機能、制御対象からのアナログ信号を受取るＡＩ（Analog Input）機能、制御対象に対してアナログ信号を出力するＡＯ（Analog Output）機能のうち１または複数の機能を有している。さらに、拡張ユニット２１６としては、ＰＩＤ（Proportional Integral Derivative）制御やモーション制御といった特殊機能を実装したコントローラを含み得る。

図６には、プロセッサ２０２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、ＰＬＣ２００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。

＜Ｄ．サポート装置の機能構成＞
図７は、サポート装置の機能構成の一例を示す図である。図７に示されるように、サポート装置１００は、記憶部１０と、分割部１１と、スケジューリング部１２と、算出部１３と、選択部１４と、設定部１５と、を備える。記憶部１０は、図４に示すＲＯＭ１０３、ＲＡＭ１０４およびＨＤＤ１０５によって実現される。分割部１１、スケジューリング部１２、算出部１３、選択部１４、および設定部１５は、ＣＰＵ１０２が分散設計プログラム１２４を実行することにより実現される。

記憶部１０は、ユーザプログラム１２２と、接続情報１２３と、変数リスト１２５とを記憶する。

図８は、変数リストの一例を示す図である。図８に示されるように、変数リスト１２５は、各通信スレーブ３００について、デバイス名と、当該通信スレーブ３００によって使用される変数名と、グルーバル変数名との一覧である。変数リスト１２５は、サポート装置１００によって提供される設定環境を利用して予め作成される。

分割部１１（図６参照）は、ユーザプログラム１２２を複数の部分プログラム２２２に分割する。ユーザプログラム１２２を複数の部分プログラム２２２に分割する方法については後述する。

スケジューリング部１２は、制御システム１に含まれる複数のＰＬＣ２００に複数の部分プログラムを割り当てる複数の組み合わせを特定する。スケジューリング部１２は、接続情報１２３を参照することにより、制御システム１に含まれるＰＬＣ２００の個数を認識すればよい。スケジューリング部１２は、複数の組み合わせの各々について、接続情報と割り当てられた部分プログラムとを用いて、各ＰＬＣ２００の通信スケジュールと、各ＰＬＣ２００のプロセッサ２０２による演算スケジュールとを決定する。

算出部１３は、複数の組み合わせの各々について、通信スケジュールと演算スケジュールとに応じた評価値を算出する。

選択部１４は、評価値に基づいて、複数の組み合わせの中から１つの組み合わせを選択する。たとえば、選択部１４は、複数の組み合わせの各々の評価値をディスプレイ１１０に表示し、キーボード１０９への入力に応じて１つの組み合わせを選択する。あるいは、選択部１４は、複数の組み合わせの中から、評価値の最も高い１つの組み合わせを選択してもよい。

設定部１５は、複数のＰＬＣ２００の各々に、選択された１つの組み合わせにおいて割り当てられている部分プログラム２２２を設定する。具体的には、設定部１５は、ＰＬＣ２００に部分プログラム２２２をインストールする。さらに、設定部１５は、複数のＰＬＣ２００の各々に、選択された１つの組み合わせに対応する通信スケジュールおよび演算スケジュールを設定する。具体的には、設定部１５は、各ＰＬＣ２００に対して、通信スケジュールおよび演算スケジュールを定義付けるためのシステム設定情報２２４を生成し、生成したシステム設定情報２２４を設定する。

＜Ｅ．ユーザプログラムの分割方法＞
制御システム１に備えられる複数の通信スレーブ３００の各々は、生産ラインに設置される複数の機構のいずれかに関連付けられる。そのため、複数の通信スレーブ３００は、関連する機構に応じて、複数のモジュールに分類され得る。

図９は、図１に示される制御システムに含まれるモジュールの例を示す図である。図９に示されるように、制御システム１は、互いに関連する通信スレーブ３００ｂ～３００ｄからなるモジュールＭｄと、互いに関連する通信スレーブ３００ｅ～３００ｉからなるモジュールＭｅとを含む。

分割部１１は、たとえば、モジュール単位でユーザプログラム１２２を複数の部分プログラム２２２に分割する。

図１０は、演算の定義の一例を示す図である。図９に示される定義５０は、入力「Ａ＿ｉｎ１」～「Ａ＿ｉｎＮ」と、ロジックと、出力「Ａ＿ｏｕｔ１」～「Ａ＿ｏｕｔＭ」とを定義する。ロジックは、「Ａ＿ｉｎ１」～「Ａ＿ｉｎＮ」を参照して、「Ａ＿ｏｕｔ１」～「Ａ＿ｏｕｔＭ」を出力するための演算を定義する。

ユーザは、図１０に示される定義５０を含む複数の定義を用いて、ユーザプログラム１２２を作成する。たとえば、ユーザは、定義５０の入力「Ａ＿ｉｎ１」～「Ａ＿ｉｎＮ」に割り付ける変数またはデバイスと、定義５０の出力「Ａ＿ｏｕｔ１」～「Ａ＿ｏｕｔＭ」に割り付ける変数またはデバイスとを設定することにより、定義５０の演算を含むユーザプログラム１２２を作成する。

図１１は、ユーザプログラムに組み込まれた演算ブロックの一例を示す図である。図１０に示される演算ブロック５２は、図９に示される定義５０の入力および出力に変数またはデバイスが割り付けられることにより作成される。たとえば、入力「Ａ＿ｉｎ１」にセンサ６０が割り付けられ、入力「Ａ＿ｉｎＮ」に変数６１が割り付けられ、出力「Ａ＿ｏｕｔ１」にアクチュエータ６２が割り付けられ、出力「Ａ＿ｏｕｔＭ」に変数６３が割り付けられる。この場合、演算ブロック５２は、センサ６０から入力されたデータおよび変数６１を用いた演算を行ない、演算によって得られたデータをアクチュエータ６２に出力するとともに、変数６３を更新する。

演算ブロック５２は、定義５０と、割り付け情報とに基づいて作成される。割り付け情報は、各入力に割り付けられる変数またはデバイスと、各出力に割り付けられる変数またはデバイスとを示す。割り付け情報は、ユーザプログラム１２２を作成する際に、ユーザ入力に応じて作成される。

図１２は、演算の定義および割り付け情報に従って作成されるユーザプログラムの一部を示す図である。図１２に示されるように、ユーザプログラム１２２を設計するための設計情報は、演算の定義５０，５１と、割り付け情報７０～７２とを含む。

演算ブロック５２は、定義５０と割り付け情報７０とに基づいて作成される。演算ブロック５２は、センサ６０から入力されたデータと変数６１とを用いた演算を行ない、演算によって得られたデータをアクチュエータ６２に出力するとともに、変数６３を更新する。

演算ブロック５３は、定義５０と割り付け情報７１とに基づいて作成される。演算ブロック５３は、センサ６４から入力されたデータと変数６５とを用いた演算を行ない、演算によって得られたデータをアクチュエータ６６に出力するとともに、変数６７を更新する。

演算ブロック５４は、定義５１と割り付け情報７２とに基づいて作成される。演算ブロック５４は、ネットワーク上の機器８０から入力されたデータと変数６３，６７とを用いた演算を行ない、演算によって得られたデータを機器８０に出力するとともに、変数６１，６５を更新する。

分割部１１は、センサ６０，６４およびアクチュエータ６２，６６を含む機構を特定し、特定結果に応じて、ユーザプログラム１２２を複数の部分プログラム２２２に分割する。なお、分割部１１は、キーボード１０９への入力に応じて、センサ６０，６４およびアクチュエータ６２，６６を含む機構を特定すればよい。あるいは、接続情報１２３がセンサ６０，６４およびアクチュエータ６２，６６と機構との接続関係を示す情報を含む場合、分割部１１は、接続情報１２３を参照して、センサ６０，６４およびアクチュエータ６２，６６を含む機構を特定してもよい。

図１３は、ユーザプログラムを複数の部分プログラムに分割する例を示す図である。図１３に示されるように、センサ６０およびアクチュエータ６２は、図９に示すモジュールＭｄに関連する機構９０に含まれる。センサ６４およびアクチュエータ６６は、図９に示すモジュールＭｅに関連する機構９１に含まれる。

分割部１１は、各機構について、当該機構に含まれるデバイス（センサ、アクチュエータなど）からの入力を用いて演算を行なう演算ブロックと、当該デバイス（センサ、アクチュエータなど）へデータを出力する演算ブロックとを特定する。分割部１１は、各機構について、特定した演算ブロックを当該機構に関連するモジュール向けの部分プログラムの一部として決定する。

図１２に示す例では、分割部１１は、機構９０に含まれるセンサ６０からの入力を用いて演算を行なう演算ブロック５２を、機構９０に関連するモジュールＭｄ（図９参照）向けの部分プログラム２２２ｄの一部として決定する。同様に、分割部１１は、機構９１に含まれるセンサ６４からの入力を用いて演算を行なう演算ブロック５３を、機構９１に関連するモジュールＭｅ（図９参照）向けの部分プログラム２２２ｅの一部として決定する。

さらに、分割部１１は、残りの演算ブロックの各々について、入力される変数を更新する他の演算ブロックを特定する。特定した他の演算ブロックがいずれかの部分プログラム２２２に属する場合、分割部１１は、他の演算ブロックが属する部分プログラム２２２に残りの演算ブロックを含める。なお、特定した他の演算ブロックが複数存在する場合、分割部１１は、複数の他の演算ブロックの中から１つの演算ブロックを選択する。分割部１１は、任意に１つの演算ブロックを選択してもよいし、キーボード１０９への入力に応じて１つの演算ブロックを選択してもよい。

あるいは、分割部１１は、変数リスト１２５を参照して、各演算ブロックに入力される変数を更新する通信スレーブ３００を特定し、特定した通信スレーブ３００を含むモジュール向けの部分プログラム２２２に当該演算ブロックを含ませてもよい。

図１３に示す例では、分割部１１は、演算ブロック５４に入力される変数６３を更新する演算ブロック５２を特定する。分割部１１は、演算ブロック５２が属する部分プログラム２２２ｄに演算ブロック５４を含める。あるいは、分割部１１は、演算ブロック５４に入力される変数６７を更新する演算ブロック５３を特定してもよい。この場合、分割部１１は、演算ブロック５３が属する部分プログラム２２２ｅに演算ブロック５４を含める。

このようにして、分割部１１は、ユーザプログラム１２２を複数の部分プログラム２２２に分割する。

図１４は、ユーザプログラムから分割された部分プログラムの例を示す図である。図１４に示されるように、ユーザプログラム１２２は、モジュールＭｄ向けの部分プログラム２２２ｄとモジュールＭｅ向けの部分プログラム２２２ｅとに分割される。図１３に示されるように、部分プログラム２２２ｄに属する演算ブロック５４は、部分プログラム２２２ｅに属する演算ブロック５３によって更新される変数６７を用いて演算を行なう。演算ブロック５３は、演算ブロック５４によって更新される変数６５を用いて演算を行なう。そのため、図１４に示されるように、部分プログラム２２２ｄ，２２２ｅの間で指示およびステータスの遣り取りが必要となる。

＜Ｆ．複数の部分プログラムを複数のＰＬＣに割り当てる組み合わせ＞
スケジューリング部１２は、制御システム１に含まれる複数のＰＬＣ２００に複数の部分プログラム２２２を割り当てる複数の組み合わせを特定する。たとえば、制御システム１がＰＬＣ２００ａ，２００ｂを備え（図１参照）、かつ、ユーザプログラム１２２が部分プログラム２２２ｄ，２２２ｅに分割される（図１３参照）場合、スケジューリング部１２は、以下の４通りの組み合わせ（１）～（４）を特定する。
組み合わせ（１）：部分プログラム２２２ｄ，２２２ｅをＰＬＣ２００ａに割り当てる。
組み合わせ（２）：部分プログラム２２２ｄをＰＬＣ２００ａに割り当て、部分プログラム２２２ｅをＰＬＣ２００ｂに割り当てる。
組み合わせ（３）：部分プログラム２２２ｄをＰＬＣ２００ｂに割り当て、部分プログラム２２２ｅをＰＬＣ２００ａに割り当てる。
組み合わせ（４）：部分プログラム２２２ｄ，２２２ｅをＰＬＣ２００ｂに割り当てる。

図１５は、スケジューリング部によって特定される複数の組み合わせのうちの１つを示す図である。図１５には、上記の組み合わせ（２）が示される。

＜Ｇ．通信スケジュールおよび演算スケジュールの決定＞
次に、図１６～図２４を参照して、各組み合わせについての通信スケジュールおよび演算スケジュールの決定方法の一例について説明する。

図１６は、制御システムにおいて実施される通信の一例を示す図である。図１６には、図１５に示される組み合わせ（２）において実施される通信が示される。図中の矢印は、機器間の通信を表している。

スケジューリング部１２は、ＰＬＣ２００ａに割り当てられる部分プログラム２２２ｄがモジュールＭｄ向けであることから、ＰＬＣ２００ａとモジュールＭｄに含まれる通信スレーブ３００ｂ～３００ｄとの間で入出力データ（ＩＯデータ）の通信が必要であると判断する。同様に、スケジューリング部１２は、ＰＬＣ２００ｂに割り当てられる部分プログラム２２２ｅがモジュールＭｅ向けであることから、ＰＬＣ２００ｂとモジュールＭｅに含まれる通信スレーブ３００ｅ～３００ｉとの間でＩＯデータの通信が必要であると判断する。

さらに、スケジューリング部１２は、通信スレーブ３００ｂ～３００ｄにデイジーチェイン接続される通信スレーブ３００ａとＰＬＣ２００ａとの間でＩＯデータの通信が必要であると判断する。

上述したように、部分プログラム２２２ｄ，２２２ｅの間で指示およびステータスの遣り取りが必要となる。そのため、スケジューリング部１２は、ＰＬＣ２００ａ，２００ｂ間で指示およびステータスの通信が必要であると判断する。

スケジューリング部１２は、ＴＳＮ技術を用いて通信を行なうときの通信スケジュールを決定する。ＴＳＮ技術では、キューの開閉時間を計算した上で、全スイッチに内蔵している時刻を同期させ、その時刻でいつポートを開けて閉めるかを全スイッチに設定することで、フレームがキューで待ち状態にならずに、スイッチを通過できる。

図１７は、図１５に示される組み合わせ（２）において実施されるフレーム通信を示す図である。図１７には、ＰＬＣ２００ａからスイッチ４００、ＰＬＣ２００ｂ、通信スレーブ３００ｂ～３００ｄにフレームが伝送される様子が示される。

スケジューリング部１２は、フレームサイズ、フレームの伝搬時間、機器内の処理のための遅延時間を用いて、フレーム通信に要する時間を計算する。

たとえば、スイッチ４００のポート内のキューの開閉時刻は、以下のようにして計算される。スケジューリング部１２は、スイッチ４００の開時刻を式（ａ）に従って計算する。
開時刻＝フレーム送信開始時刻＋オフセット時間＋送信ジッタＴ１２＋フレーム伝搬遅延時間Ｔ１３＋フレーム送出時間Ｔ１１・・・式（ａ）。

フレーム送信開始時刻は、ＰＬＣ２００ａがフレームの送信を開始する時刻である。スケジューリング部１２は、組み合わせ（２）においてＰＬＣ２００ａに割り当てられる部分プログラム２２２ｄを解析することにより、フレーム送信開始時刻を決定する。フレーム送信開始時刻は、図４に示す通信開始（ステップＳ７ａ，Ｓ７ｂ）の時刻を０として決定される。

オフセット時間は、ＰＬＣ２００ａが有する内部タイマとスイッチ４００が有する内部タイマとの時間差である。各組み合わせの通信スケジュールを決定する際には、オフセット時間＝０とすればよい。

送信ジッタＴ１２は、フレームが通信ケーブルを伝搬する時間である。スケジューリング部１２は、事前に測定された送信ジッタＴ１２を記憶する。あるいは、接続情報１２３が機器間の配線の長さを含む場合、スケジューリング部１２は、接続情報１２３を参照して、配線の長さに予め定められた係数を乗算することにより、送信ジッタＴ１２を計算してもよい。

フレーム伝搬遅延時間Ｔ１３は、スイッチ４００内の処理に要する時間である。スケジューリング部１２は、事前に測定されたフレーム伝搬遅延時間Ｔ１３を記憶する。あるいは、スケジューリング部１２は、スイッチ４００を販売するベンダーから提供されたフレーム伝搬遅延時間Ｔ１３を記憶する。

フレーム送出時間Ｔ１１は、フレームの先頭から最後まで送出するための時間である。スケジューリング部１２は、フレームサイズに基づいて、フレーム送出時間Ｔ１１を計算する。フレームサイズは、通信されるＩＯデータのサイズであり、たとえばユーザによって指定される。

さらに、スケジューリング部１２は、各フレームのサイズが同一である場合、スイッチ４００の閉時刻を式（ｂ）に従って計算する。Ｎは、連続して伝送されるフレームの個数である。
閉時刻＝開時刻＋送信ジッタＴ１２×Ｎ＋フレーム伝搬遅延時間Ｔ１３×（Ｎ－１）＋フレーム送出時間Ｔ１１×Ｎ・・・式（ｂ）。

このようにして、スケジューリング部１２は、スイッチ４００の開時刻と閉時刻とを計算し、スイッチ４００が通信を行なう時間Ｔ１５を計算する。同様の方法により、スケジューリング部１２は、ＰＬＣ２００ａが通信を行なう時間Ｔ１４を計算する。

図１８は、ＰＬＣにおけるＩＯデータの通信スケジュールの一例を示す図である。図１８には、図１５に示される組み合わせ（２）におけるＰＬＣ２００ａのＩＯデータの通信処理４１，４２が示される。通信処理４１は、ＰＬＣ２００ａと通信スレーブ３００ｂ～３００ｄとの間で実施される。通信処理４２は、ＰＬＣ２００ａとＰＬＣ２００ｂとの間で実施される。スケジューリング部１２は、上記の計算を行なうことにより、通信処理４１，４２の時間を決定する。

さらに、スケジューリング部１２は、各ＰＬＣのプロセッサ２０２の演算スケジュールを決定する。

図１９は、ユーザプログラムに含まれる各種プログラムのタスクへの割り当ての一例を示す図である。ユーザプログラム１２２には様々なプログラムが含まれ、各プログラムは、優先度に応じて、複数のタスクのうちのいずれかに割り当てられる。各プログラムのタスクへの割り当ては、ユーザ入力に応じて設定される。複数のタスクには、高優先のプライマリタスクと、プライマリタスクよりも優先度の低いセカンダリタスクと、イベントタスクとが含まれる。プライマリタスクは、ユーザによって設定された制御周期Ｔｃ（＝Ｘｍｓ）毎に実行される。セカンダリタスクは、ユーザによって設定された周期（＝Ｙｍｓ）毎に実行される。セカンダリタスクの周期の長さは、制御周期Ｔｃと同じであってもよいし、制御周期Ｔｃの倍数であってもよい。イベントタスクは、イベントが発生したタイミングで実行される。

図１９に示す例では、ユーザプログラム１２２は、制御プログラム１３１と、安全プログラム１３２と、監視プログラム１３３と、イベントプログラム１３４とを含む。制御プログラム１３１は、制御対象を制御するための演算を定義する。安全プログラム１３２は、設備や機械などによって人の安全が脅かされることを防止するためのセーフティ機能を提供する。監視プログラム１３３は、制御システム１において使用される変数を監視する。イベントプログラム１３４は、イベントが発生したときの動作を定義する。

制御プログラム１３１および安全プログラム１３２は、遅延なく、周期的に実行されることが望まれる。そのため、制御プログラム１３１および安全プログラム１３２は、通常、プライマリタスクに割り当てられる。なお、制御プログラム１３１および安全プログラム１３２の実行に必要なＩＯデータの通信処理も、プライマリタスクに割り当てられる。

監視プログラム１３３は、周期的に実行されることが望まれるが、遅延が許容される。そのため、監視プログラム１３３は、通常、セカンダリタスクに割り当てられる。監視プログラム１３３の実行に必要なＩＯデータの通信処理も、セカンダリタスクに割り当てられる。

イベントプログラム１３４は、周期的に実行される必要がないため、イベントタスクに割り当てられる。

ＴＳＮ技術では、フレームに対して、ＱｏＳ（サービス品質）優先度が設定される。各フレームは、ＱｏＳ優先度に応じて、キューが割り当てられる。ＱｏＳ優先度は、「０」～「７」の８つの中から設定される。ＱｏＳ優先度「７」が最も高く、ＱｏＳ優先度「０」が最も低い。

制御プログラム１３１および安全プログラム１３２の実行に必要なＩＯデータのフレームは、優先して通信されることが好ましい。そのため、制御プログラム１３１および安全プログラム１３２の実行に必要なＩＯデータのフレームに対して、ＱｏＳ優先度「７」が設定される。

スケジューリング部１２は、各ＰＬＣ２００について、当該ＰＬＣ２００に割り当てられた部分プログラム２２２を割り当てたタスク、部分プログラム２２２によって定義される演算内容に基づいて、当該ＰＬＣ２００のプロセッサ２０２の演算スケジュールを決定する。

図２０は、スケジューリング部によって決定されたスケジュールの一例を示す図である。図２０には、図１５に示される組み合わせ（２）におけるＰＬＣ２００ａのプロセッサ２０２のスケジュールが示される。

図２０に示されるように、スケジューリング部１２は、プライマリタスクのスケジュールとして、通信処理４１，４２を実行する通信スケジュールと、演算処理４３を実行する演算スケジュールとを決定する。

通信処理４１，４２は、部分プログラム２２２ｄにおいてプライマリタスクに割り当てられたプログラムの実行に必要なＩＯデータの通信処理である。通信処理４１は、通信スレーブ３００ｂ～３００ｃとの間の通信処理である。通信処理４２は、ＰＬＣ２００ｂとの間の通信処理である。通信処理４１，４２によって通信されるフレームには、ＱｏＳ優先度「７」が設定される。

演算処理４３は、部分プログラム２２２ｄにおいてプライマリタスクに割り当てられたプログラムによって定義される。

同様に、スケジューリング部１２は、セカンダリタスクのスケジュールとして、通信処理４４を実行する通信スケジュールを決定する。

通信処理４４は、部分プログラム２２２ｄにおいてセカンダリタスクに割り当てられたプログラムの実行に必要なＩＯデータの通信処理である。通信処理４４によって通信されるフレームには、ＱｏＳ優先度「５」が設定される。

通信処理４１，４２，４４に要する時間の計算方法は、図１７，１８を参照して説明した通りである。

スケジューリング部１２は、部分プログラム２２２ｄの解析結果、ユーザの入力情報、各機器の動作情報などに基づいて、演算処理４３に要する時間を計算する。

制御周期Ｔｃのうち空き時間には、たとえばイベントタスクに割り当てられたプログラムによって定義される演算処理、他の通信処理が実行される。

また、制御周期Ｔｃのうち通信処理４１，４２，４４の占める時間以外の時間において、演算結果に応じて通信が必要となったデータ、イベントの発生に応じて必要となったデータなどを含むフレームが通信される。これらのフレームには、予めＱｏＳ優先度が設定されている。

図２１は、ユーザプログラムに含まれる各種プログラムのタスクへの割り当ての別の例を示す図である。図２１に示す例では、ユーザプログラム１２２は、制御プログラム１３１と、安全プログラム１３２と、監視プログラム１３３と、イベントプログラム１３４と、データリンク設定プロブラム１３５とを含む。

データリンク設定プロブラム１３５は、複数のＰＬＣ２００間で通信を使ってお互いのメモリエリアを自動的に更新し、１つのＰＬＣ２００のメモリ状況を常に別のＰＬＣ２００に反映させるデータリンクを設定するプログラムである。データリンク設定プロブラム１３５の実行により、複数のＰＬＣ２００は、メモリエリアのデータを互いに通信する。

図２１に示す例では、データリンク設定プロブラム１３５は、セカンダリタスクに割り当てられている。

図２２は、スケジューリング部によって決定されたスケジュールの別の例を示す図である。図２２には、図１５に示される組み合わせ（２）におけるＰＬＣ２００ａのプロセッサ２０２のスケジュールが示される。図２２に示されるように、スケジューリング部１２は、セカンダリタスクの通信スケジュールの中に、ＰＬＣ２００ｂとの間のデータリンクのための通信処理４５を含ませる。通信処理４５に要する時間は、メモリエリアの容量に応じて計算される。

このようにして、スケジューリング部１２は、各組み合わせについて、各ＰＬＣ２００の通信スケジュールおよび演算スケジュールを決定する。

図２３は、部分プログラム２２２ｄ，２２２ｅをＰＬＣ２００ａに割り当てる組み合わせ（１）のときの、ＰＬＣ２００ａのスケジュールを示す図である。

図２３に示されるように、ＰＬＣ２００ａのスケジュールは、全ての通信スレーブ３００との通信処理４１ａを実行する通信スケジュールと、演算処理４３ｄ，４３ｅを実行する演算スケジュールとを含む。演算処理４３ｄは、モジュールＭｄ向けの部分プログラム２２２ｄによって定義される。演算処理４３ｅは、モジュールＭｅ向けの部分プログラム２２２ｅによって定義される。

図２４は、部分プログラム２２２ｄ，２２２ｅをＰＬＣ２００ａ，２００ｂにそれぞれ割り当てる組み合わせ（２）のときの、ＰＬＣ２００ａ，２００ｂのスケジュールを示す図である。

図２４に示されるように、ＰＬＣ２００ａのスケジュールは、通信処理４１ｂ，４２ａを実行する通信スケジュールと、演算処理４３ｄを実行する演算スケジュールとを含む。通信処理４１ｂは、通信スレーブ３００ａ～３００ｄ（図１６参照）との間の通信処理である。通信処理４２ａは、ＰＬＣ２００ｂとの間の通信処理である。

ＰＬＣ２００ｂのスケジュールは、通信処理４１ｃ，４２ｂを実行する通信スケジュールと、演算処理４３ｅを実行する演算スケジュールとを含む。通信処理４１ｃは、通信スレーブ３００ｅ～３００ｉ（図１５参照）との間の通信処理である。通信処理４２ｂは、ＰＬＣ２００ａとの間の通信処理である。

通信処理４２ａにおいてＰＬＣ２００ａから送信されたデータは、通信処理４２ｂにおいてＰＬＣ２００ｂによって受信される。通信処理４２ｂにおいてＰＬＣ２００ｂから送信されたデータは、通信処理４２ａにおいてＰＬＣ２００ａによって受信される。そのため、スケジューリング部１２は、ＰＬＣ２００ａにおける制御周期Ｔｃの開始タイミングとＰＬＣ２００ｂにおける制御周期Ｔｃの開始タイミングとの時間差Ｔｄを調整する調整手段として動作してもよい。すなわち、スケジューリング部１２は、ＰＬＣ２００ａ，２００ｂの間の通信タイミング（つまり、通信処理４２ａ，４２ｂのタイミング）に応じて時間差Ｔｄを調整する。時間差Ｔｄが一律に０に設定されると、ＰＬＣ２００ｂにおいて、通信処理４１ｃと通信処理４２ｂとの間に無駄な待機時間が発生する。しかしながら、時間差Ｔｄが調整されることにより、このような待機時間の発生が抑制される。

＜Ｈ．評価値の算出方法＞
図２５および図２６を参照して、通信スケジュールと演算スケジュールとに応じた評価値の算出方法について説明する。

図２５は、通信スケジュールおよび演算スケジュールから算出される評価値の一例を示す図である。図２５に示されるように、算出部１３は、各組み合わせについて、各ＰＬＣ２００のプロセッサ２０２の負荷率を評価値として算出する。算出部１３は、各制御周期において実行される通信処理および演算処理の合計時間を制御周期Ｔｃで除算することにより、プロセッサ２０２の負荷率を算出する。

さらに、算出部１３は、各組み合わせについて、各ＰＬＣ２００のプロセッサ２０２の負荷に占める通信処理の割合を評価値として算出する。算出部１３は、各制御周期において実行される通信処理の合計時間を制御周期Ｔｃで除算することにより、プロセッサ２０２の負荷に占める通信処理の割合を算出する。

図２６は、通信スケジュールおよび演算スケジュールから算出される評価値の別の例を示す図である。図２５に示されるように、算出部１３は、各組み合わせについて、通信ケーブルごとのネットワーク帯域を表す指標を評価値として算出する。算出部１３は、接続情報１２３によって示される機器間の接続関係と通信ケーブルごとの通信量とに基づいて、ネットワーク帯域を表す指標を算出すればよい。

＜Ｉ．選択部１４および設定部１５の処理例＞
たとえば、選択部１４は、各組み合わせに対して算出部１３によって算出された評価値をディスプレイ１１０に表示し、複数の組み合わせの中から１つの組み合わせを選択する指示の入力を促す。ユーザは、表示された評価値を参照して、所望の組み合わせを選択すればよい。設定部１５は、選択された組み合わせについて決定された通信スケジュールおよび演算スケジュールをＰＬＣ２００に設定すればよい。

＜Ｊ．通信スケジュールの別の決定例＞
図２７は、制御システムにおいて実施される通信の別の例を示す図である。図２７には、図１５に示される組み合わせ（２）において実施される通信が示される。図中の矢印は、機器間の通信を表している。組み合わせ（２）では、上述したように、モジュールＭｄ向けの部分プログラム２２２ｄがＰＬＣ２００ａに割り当てられ、モジュールＭｅ向けの部分プログラム２２２ｅがＰＬＣ２００ａに割り当てられる。ただし、ＰＬＣ２００ｂには、クラウドブローカー機能を有する拡張ユニット２１６ｂが取り付けられており、ＰＬＣ２００ｂに割り当てられる部分プログラム２２２ｅには、監視プログラム１３３ｂが含まれる。

監視プログラム１３３ｂは、通信スレーブ３００ｂ～３００ｉからの入力データを監視し、監視結果を拡張ユニット２１６ｂに提供する。拡張ユニット２１６は、提供された監視結果をクラウドシステム５００に出力する。

通信スレーブ３００ｂ～３００ｄからの入力データは、モジュールＭｄ向けの部分プログラム２２２ｄの演算に必要である。そのため、通信スレーブ３００ｂ～３００ｄからの出力データは、ＰＬＣ２００ａに送信される。しかしながら、監視プログラム１３３ｂがＰＬＣ２００ｂに割り当てられたことにより、ＰＬＣ２００ｂも、通信スレーブ３００ｂ～３００ｄからの入力データを受け取る必要がある。そのため、スケジューリング部１２は、通信スレーブ３００ｂ～３００ｄからの出力データの通信方式を、ＰＬＣ２００ａを宛先とするユニキャストからＰＬＣ２００ａ，２００ｂを宛先として指定したマルチキャストに設定変更する。これにより、ＰＬＣ２００ａ，２００ｂは、通信スレーブ３００ｂ～３００ｄからの出力データを取得できる。

図２８は、組み合わせ（２）において部分プログラム２２２ｅが監視プログラムを含むときのＰＬＣ２００ａ，２００ｂのスケジュールを示す図である。

図２８に示されるスケジュールは、図２５に示されるスケジュールと比較して、ＰＬＣ２００ｂの通信スケジュールに通信処理４６および提供処理４７が含まれる点で相違する。通信処理４６は、通信スレーブ３００ｂ～３００ｄからマルチキャストされた入力データを読み出す処理である。このように、スケジューリング部１２は、ＰＬＣ２００ｂの通信スケジュールにマルチキャストによって送信された入力データを読み出すための読出時間を組み込めばよい。

さらに、スケジューリング部１２は、読出時間に応じて、ＰＬＣ２００ａにおける制御周期Ｔｃの開始タイミングとＰＬＣ２００ｂにおける制御周期Ｔｃの開始タイミングとの時間差Ｔｄを調整する調整手段として動作してもよい。すなわち、スケジューリング部１２は、通信スレーブ３００ｂ～３００ｄから入力データがマルチキャストされた後に通信処理４６が実施されるように、時間差Ｔｄを調整する。これにより、無駄が待機時間の発生が抑制される。

提供処理４７は、通信スレーブ３００ｂ～３００ｉからの入力データを拡張ユニット２１６ｂに提供する処理である。

＜Ｋ．通信スレーブの処理スケジュールの設定＞
設定部１５は、選択部１４によって選択された組み合わせに対して決定された、各ＰＬＣ２００の通信スケジュールに基づいて、通信スレーブ３００の処理スケジュールを設定してもよい。

図２９は、通信スレーブの処理スケジュールの設定方法の一例を示す図である。図２９に示されるように、設定部１５は、選択された組み合わせに対応する、ＰＬＣ２００ａ，２００ｂの各々の通信スケジュールに基づいて、制御周期Ｔｃ内において、複数の通信スレーブ３００にフレームが到達するタイミングのうち最も遅いタイミングｔ１を特定する。設定部１５は、複数の通信スレーブ３００が各種処理を開始するタイミングｔ２をタイミングｔ１以降に設定する。これにより、複数の通信スレーブ３００の処理を同期させることができる。

＜Ｌ．ＴＳＮのスケジューリング＞
上述したように、複数のＰＬＣ２００のうちＣＮＣが実装されたＰＬＣ２００は、ＴＳＮのスケジューリングを行なう。ＣＮＣが実装されたＰＬＣ２００は、複数のＰＬＣ２００の各々に部分プログラム２２２が設定されると、オンラインで実測した値を用いて、各ＰＬＣ２００の制御周期の位相を調整してもよい。すなわち、ＣＮＣが実装されたＰＬＣ２００は、ＰＬＣ２００ａにおける制御周期Ｔｃの開始タイミングとＰＬＣ２００ｂにおける制御周期Ｔｃの開始タイミングとの時間差Ｔｄを調整する調整手段として動作してもよい。あるいは、制御システム１に備えられるネットワークコントローラが、時間差Ｔｄを調整する調整手段として動作してもよい。

たとえば、ＰＬＣ２００ａとＰＬＣ２００ｂとの間でＩＯデータの通信が必要である場合、ＣＮＣが実装されたＰＬＣ２００は、図２４に示されるように、ＰＬＣ２００ａとＰＬＣ２００ｂとの間の通信スケジュールに応じて時間差Ｔｄを調整する。

あるいは、ＰＬＣ２００ｂがマルチキャスト方式で送信された入力データを読み出す必要がある場合（図２７参照）、ＣＮＣが実装されたＰＬＣ２００は、図２８に示されるように、ＰＬＣ２００ｂによる当該入力データの読出時間に応じて時間差Ｔｄを調整する。

§３．付記
以上のように、上記の実施の形態による開示は以下のような開示を含む。

＜構成１＞
制御対象を制御する制御システム（１）であって、
複数の通信スレーブ（３００）と、
通信マスタとして動作する複数の制御装置（２００）とを含み、
前記複数の制御装置（２００）の各々はプロセッサ（２０２）を含み、
前記制御システム（１）は、さらに、
前記制御対象を制御するためのユーザプログラム（１２２）を複数の部分プログラム（２２２）に分割する分割手段（１１，１０２）と、
前記複数の部分プログラム（２２２）を前記複数の制御装置（２００）に割り当てる複数の組み合わせの各々について、前記複数の制御装置（２００）および前記複数の通信スレーブ（３００）の接続関係を示す情報と割り当てられた部分プログラム（２２２）とを用いて、前記複数の制御装置（２００）の各々の通信スケジュールと、前記複数の制御装置（２００）の各々の前記プロセッサ（２０２）による演算スケジュールとを決定するスケジューリング手段（１２，１０２）と、
前記複数の組み合わせの各々について、前記通信スケジュールと前記演算スケジュールとに応じた評価値を算出する算出手段（１３，１０２）と、を備える、制御システム（１）。

＜構成２＞
前記評価値に基づいて、前記複数の組み合わせの中から１つの組み合わせを選択する選択手段（１３，１０２）と、
前記複数の制御装置（２００）の各々に、前記１つの組み合わせにおいて割り当てられている部分プログラム（２２２）を設定する設定手段（１４，１０２）と、をさらに備える、構成１に記載の制御システム（１）。

＜構成３＞
前記複数の制御装置（２００）の各々は、予め定められた制御周期毎に、前記複数の通信スレーブ（３００）のうちの少なくとも１つとの間の入出力データの通信と前記入出力データを用いた演算とを実行し、
前記複数の制御装置（２００）は、第１制御装置（２００ａ）と第２制御装置（２００ｂ）とを含み、
前記制御システム（１）は、さらに、
前記第１制御装置（２００ａ）と前記第２制御装置（２００ｂ）との間の通信タイミングに応じて、前記第１制御装置（２００ａ）における前記制御周期の開始タイミングと前記第２制御装置（２００ｂ）における前記制御周期の開始タイミングとの時間差を調整する調整手段（１２，１０２，２００）を備える、構成１または２に記載の制御システム（１）。

＜構成４＞
前記ユーザプログラム（１２２）は、前記複数の通信スレーブからの入力データを監視する監視プログラム（１３３ｂ）を含み、
前記複数の制御装置（２００）は、前記監視プログラム（１３３ｂ）が割り当てられない第１制御装置（２００ａ）と、前記監視プログラム（１３３ｂ）が割り当てられる第２制御装置（２００ｂ）とを含み、
前記スケジューリング手段（１２，１０２）は、
前記複数の通信スレーブ（３００）のうちのいずれかの通信スレーブから前記第１制御装置（２００ａ）への通信方式を、前記第１制御装置（２００ａ）と前記第２制御装置（２００ｂ）とを宛先として指定したマルチキャストに設定し、
前記第２制御装置（２００ｂ）の通信スケジュールに、前記マルチキャストによって送信された前記入力データを読み出すための読出時間を組み込む、構成１または２に記載の制御システム（１）。

＜構成５＞
前記複数の制御装置（２００）の各々は、予め定められた制御周期毎に、前記複数の通信スレーブ（３００）のうちの少なくとも１つとの間の入出力データの通信と前記入出力データを用いた演算とを実行し、
前記制御システム（１）は、さらに、
前記読出時間に応じて、前記第１制御装置（２００ａ）における前記制御周期の開始タイミングと前記第２制御装置（２００ｂ）における前記制御周期の開始タイミングとの時間差を調整する調整手段（１２，１０２，２００）を備える、構成４に記載の制御システム（１）。

＜構成６＞
前記複数の制御装置（２００）の各々は、予め定められた制御周期毎に、前記複数の通信スレーブ（３００）のうちの少なくとも１つへの出力データの送信を実行し、
前記設定手段（１５，１０２）は、さらに、
前記１つの組み合わせに対して決定された、前記複数の制御装置（２００）の各々の前記通信スケジュールに基づいて、前記制御周期内において、前記複数の通信スレーブ（３００）に前記出力データが到達するタイミングのうち最も遅い第１タイミングを特定し、
前記複数の通信スレーブ（３００）が処理を開始する第２タイミングを前記第１タイミング以降に設定する、構成２に記載の制御システム（１）。

＜構成７＞
制御対象を制御する制御システム（１）をサポートするサポート方法であって、
前記制御システム（１）は、
複数の通信スレーブ（３００）と、
通信マスタとして動作する複数の制御装置（２００）とを含み、
前記複数の制御装置（２００）の各々はプロセッサ（２０２）を含み、
前記サポート方法は、
前記制御対象を制御するためのユーザプログラム（１２２）を複数の部分プログラム（２２２）に分割するステップと、
前記複数の部分プログラム（２２２）を前記複数の制御装置（２００）に割り当てる複数の組み合わせの各々について、前記複数の制御装置（２００）および前記複数の通信スレーブ（３００）の接続関係を示す情報（１２３）と割り当てられた部分プログラム（２２２）とを用いて、前記複数の制御装置（２００）の各々の通信スケジュールと、前記複数の制御装置（２００）の各々の前記プロセッサ（２０２）による演算スケジュールとを決定するステップと、
前記複数の組み合わせの各々について、前記通信スケジュールと前記演算スケジュールとに応じた評価値を算出するステップと、を備える、サポート方法。

＜構成８＞
構成７に記載のサポート方法をコンピュータに実行させる、プログラム（１２４）。

今回開示された実施の形態はすべ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、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すべての変更が含まれることが意図される。また、実施の形態および各変形例において説明された発明は、可能な限り、単独でも、組み合わせても、実施することが意図される。

１，１Ｘ，１Ｙ，１Ｚ 制御システム、１０ 記憶部、１１ 分割部、１２ スケジューリング部、１３ 算出部、１４ 選択部、１５ 設定部、４１，４１ａ～４１ｃ，４２，４２ａ，４２ｂ，４４～４６ 通信処理、４３，４３ｄ，４３ｅ 演算処理、４７ 提供処理、５０，５１ 定義、５２～５４ 演算ブロック、６０，６４ センサ、６１，６３，６５，６７ 変数、６２，６６ アクチュエータ、７０～７２ 割り付け情報、８０ 機器、９０，９１ 機構、１００ サポート装置、１０１ 記憶媒体、１０２ ＣＰＵ、１０３ ＲＯＭ、１０４ ＲＡＭ、１０６ デバイス、１０７，２１３ 通信コントローラ、１０８ Ｉ／Ｏインターフェイス、１０９ キーボード、１１０ ディスプレイ、１２０，２２０ システムプログラム、１２１ ＵＰＧ生成プログラム、１２２，１２２Ｘ，１２２Ｙ，１２２Ｚ ユーザプログラム、１２２Ｚａ，１２２Ｚｂ，１２２Ｚｃ プログラム、１２３ 接続情報、１２４ 分散設計プログラム、１２５ 変数リスト、１３１ 制御プログラム、１３２ 安全プログラム、１３３，１３３ｂ 監視プログラム、１３４ イベントプログラム、１３５ データリンク設定プロブラム、２００，２００Ｘ，２００Ｘａ，２００Ｘｂ，２００Ｘｃ，２００Ｙ，２００ａ，２００ｂ ＰＬＣ、２０２ プロセッサ、２０４ メインメモリ、２０６，２１０ ストレージ、２１２ フィールドネットワークコントローラ、２１４ ローカルバスコントローラ、２１６，２１６ｂ 拡張ユニット、２１８ 内部バス、２２２，２２２ｄ，２２２ｅ 部分プログラム、２２４ システム設定情報、３００，３００ａ～３００ｉ 通信スレーブ、４００，４００Ｚ スイッチ、５００ クラウドシステム。

Claims (8)

1. 制御対象を制御する制御システムであって、
   複数の通信スレーブと、
   通信マスタとして動作する複数の制御装置とを含み、
   前記複数の制御装置の各々はプロセッサを含み、
   前記制御システムは、さらに、
   前記制御対象を制御するためのユーザプログラムを複数の部分プログラムに分割する分割手段と、
   前記複数の部分プログラムを前記複数の制御装置に割り当てる複数の組み合わせの各々について、前記複数の制御装置および前記複数の通信スレーブの接続関係を示す情報と割り当てられた部分プログラムとを用いて、前記複数の制御装置の各々の通信スケジュールと、前記複数の制御装置の各々の前記プロセッサによる演算スケジュールとを決定するスケジューリング手段と、
   前記複数の組み合わせの各々について、前記通信スケジュールと前記演算スケジュールとに応じた評価値を算出する算出手段と、を備える、制御システム。
2. 前記評価値に基づいて、前記複数の組み合わせの中から１つの組み合わせを選択する選択手段と、
   前記複数の制御装置の各々に、前記１つの組み合わせにおいて割り当てられている部分プログラムを設定する設定手段と、をさらに備える、請求項１に記載の制御システム。
3. 前記複数の制御装置の各々は、予め定められた制御周期毎に、前記複数の通信スレーブのうちの少なくとも１つとの間の入出力データの通信と前記入出力データを用いた演算とを実行し、
   前記複数の制御装置は、第１制御装置と第２制御装置とを含み、
   前記制御システムは、さらに、
   前記第１制御装置と前記第２制御装置との間の通信タイミングに応じて、前記第１制御装置における前記制御周期の開始タイミングと前記第２制御装置における前記制御周期の開始タイミングとの時間差を調整する調整手段を備える、請求項１または２に記載の制御システム。
4. 前記ユーザプログラムは、前記複数の通信スレーブからの入力データを監視する監視プログラムを含み、
   前記複数の制御装置は、前記監視プログラムが割り当てられない第１制御装置と、前記監視プログラムが割り当てられる第２制御装置とを含み、
   前記スケジューリング手段は、
   前記複数の通信スレーブのうちのいずれかの通信スレーブから前記第１制御装置への通信方式を、前記第１制御装置と前記第２制御装置とを宛先として指定したマルチキャストに設定し、
   前記第２制御装置の通信スケジュールに、前記マルチキャストによって送信された前記入力データを読み出すための読出時間を組み込む、請求項１または２に記載の制御システム。
5. 前記複数の制御装置の各々は、予め定められた制御周期毎に、前記複数の通信スレーブのうちの少なくとも１つとの間の入出力データの通信と前記入出力データを用いた演算とを実行し、
   前記制御システムは、さらに、
   前記読出時間に応じて、前記第１制御装置における前記制御周期の開始タイミングと前記第２制御装置における前記制御周期の開始タイミングとの時間差を調整する調整手段を備える、請求項４に記載の制御システム。
6. 前記複数の制御装置の各々は、予め定められた制御周期毎に、前記複数の通信スレーブのうちの少なくとも１つへの出力データの送信を実行し、
   前記設定手段は、さらに、
   前記１つの組み合わせに対して決定された、前記複数の制御装置の各々の前記通信スケジュールに基づいて、前記制御周期内において、前記複数の通信スレーブに前記出力データが到達するタイミングのうち最も遅い第１タイミングを特定し、
   前記複数の通信スレーブが処理を開始する第２タイミングを前記第１タイミング以降に設定する、請求項２に記載の制御システム。
7. 制御対象を制御する制御システムをサポートするサポート方法であって、
   前記制御システムは、
   複数の通信スレーブと、
   通信マスタとして動作する複数の制御装置とを含み、
   前記複数の制御装置の各々はプロセッサを含み、
   前記サポート方法は、
   前記制御対象を制御するためのユーザプログラムを複数の部分プログラムに分割するステップと、
   前記複数の部分プログラムを前記複数の制御装置に割り当てる複数の組み合わせの各々について、前記複数の制御装置および前記複数の通信スレーブの接続関係を示す情報と割り当てられた部分プログラムとを用いて、前記複数の制御装置の各々の通信スケジュールと、前記複数の制御装置の各々の前記プロセッサによる演算スケジュールとを決定するステップと、
   前記複数の組み合わせの各々について、前記通信スケジュールと前記演算スケジュールとに応じた評価値を算出するステップと、を備える、サポート方法。
8. 請求項７に記載のサポート方法をコンピュータに実行させる、プログラム。

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