JP3112909B2 - プログラマブルコントローラ用プログラム自動生成方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、各種プラントのプロセス制御を実行するプ
ログラマブルコントローラ等のプログラムを自動生成す
るプログラマブルコントローラ用プログラム自動生成方
式に係わり、特に制御対象および当該制御対象の機能に
応じた制御を行うプログラマブルコントローラのプログ
ラムを自動生成するプログラマブルコントローラ用プロ
グラム自動生成方式に関する。

（従来の技術） 近年、ソフトウエアの設計の生産性と質の向上をはか
るため、知識工学を応用したプログラム自動生成システ
ムの研究・開発が盛んに行われている。その中でも比較
的多く使用されている自動生成方式として、多数の既存
プログラムを部品，パターンとして所持し、それらの中
から適正な部品またはパターンを検索しそれに修正を加
えてプログラムを生成する部品合成方式と、システム仕
様をフローで入力して変換知識やパターンを用いてプロ
グラムを生成するプログラム変換方式とがある。

（発明が解決しようとしている課題） 従って、以上のような従来のプログラム自動生成方式
には、部品合成，仕様記述，フローチャートからの変換
等による生成方式があるが、新しくある種のプログラム
を作成する場合にはその中から最適な１つの生成方式を
決定し、その生成方式に基いてプログラムを生成するの
が一般的である。

しかし、各種プラントに設備されるプログラマブルコ
ントローラのように、ラダーシーケンス,SFC（Sequenti
al Function Chart）シーケンス，演算，データフロー
等を用いてプログラムを構成する場合、最適とする１つ
のプログラム生成方式を用いて全てのプログラムを生成
することは不可能であり、また複数のプログラム生成方
式があっても、そのプログラム生成内容が異なる場合に
はその都度設計者が最適なプログラム生成方式を指示す
ることが困難である。

本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、複雑な一
連のプログラムであっても、各プログラマブルコントロ
ーラ単位ごとに分けてプログラムを確実に生成でき、無
理にシステムに合わせた形式のシステム設計仕様を入力
することなく制御対象およびその制御対象の機能に合っ
た最適な生成法でプログラムを生成可能であり、かつ、
多数のプログラマブルコントローラのプログラム生成作
業を効率的に行うプログラマブルコントローラ用プログ
ラム自動生成方式を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は上記課題を解決するために、プラントの各所
に組み込まれる各プログラマブルコントローラのプログ
ラムを自動生成するプログラマブルコントローラ用プロ
グラム自動生成方式において、前記各プログラマブルコ
ントローラが制御する制御対象および当該制御対象の機
能に応じて定まるシステム設計仕様に基づいて知識ベー
スのプログラム構成を決定する知識を参照しながらプロ
グラムのモジュール構成を決定するプログラム構成決定
手段と、このプログラム構成決定手段によって決定され
たモジュール構成と前記知識ベースのゴールを生成する
知識と前記システム設計仕様とを参照しながら更に詳細
化した詳細モジュールのゴールを生成するゴール決定手
段と、複数の異なったプログラム生成手法を実現する生
成用プログラムを有する複数の生成部を持ったプログラ
ム生成部と、前記ゴール決定手段で決定されたゴールに
基づき、前記プログラム生成部の中から前記知識ベース
の生成部選択の知識を用いてある生成部を選択し、か
つ、この選択された生成部でプログラムが生成できない
とき、別の生成部を選択しプログラムを生成させる生成
部選択手段とを備えたプログラマブルコントローラ用プ
ログラム自動生成方式である。

（作用） 従って、本発明は以上のような手段を講じたことによ
り、各プログラマブルコントローラが制御する制御対象
および当該制御対象の機能に応じて定まるシステム設計
仕様のデータを受けると、プログラム構成決定手段では
知識ベースのプログラム構成を決定する知識を参照しな
がらシステム設計仕様データの内容に応じてプログラム
のモジュール構成を決定した後、引き続き、ゴール決定
手段により前記モジュール構成、知識ベースのゴールを
生成する知識および前記システム設計仕様データを参照
しながらプログラマブルコントローラが制御する制御対
象および当該制御対象の機能に適合した詳細モジュール
のゴールを生成する。しかる後、生成部選択手段におい
て前記詳細モジュールのゴールのプログラムを生成する
ために、知識ベースのゴールを生成する知識に基づいて
異なるプログラム生成手法を実現する複数の生成部の中
から１つの生成部を選び出して起動をかける。そうする
と、選択された生成部は設計知識に基づいてプログラム
を生成処理するが、このときプログラムを生成できない
場合があると、前記生成部選択手段に通知する。ここ
で、生成部選択手段は、別の生成部を選択して同様にプ
ログラムを生成させる。この一連の処理について各ゴー
ルごとに行うことにより、各プログラマブルコントロー
ラが制御する制御対象および当該制御対象の機能に最適
なプログラムを生成することができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例について第１図ないし第３図を
参照して説明する。なお、第１図は本発明方式を適用し
たシステムの構成図、第２図は第１図に示す合成プロセ
スマネージャの詳細機能図、第３図はプログラム生成の
動作流れ図である。

これらの図において１はシステム仕様書入力手段であ
って、これは例えばキーボードや文字読取り装置等の何
らかの入力機器が用いられ、システム設計仕様書，つま
りプラント設備である制御対象（例えば速度指示，オン
・オフ操作指示で動作する操作用品、流量計，圧力計，
温度計等のセンサ、電動機，電磁弁等のアクチュエータ
等々の他、制御対象を含む周辺のシステム構成）および
当該制御対象の機能（どのように操作・監視・制御する
か、また異常時に容易に発見しやすい，いわゆる保守性
等）を考慮してなるシステム設計仕様書を入力する機能
を持っている。このシステム仕様入力手段１から入力さ
れたシステム仕様書は仕様書コンバータ２に導入され、
ここでプログラム自動生成装置で読める形式のデータに
変換された後、モデル３や仕様書データベース４に格納
される。このモデル３は対象の環境やフロー等の仕様を
フレームのネット−ワークで表現して格納するものであ
り、一方、仕様書データベース４は表形式の仕様をリレ
ーショナルデータベースに格納するものである。５はプ
ログラム合成部であって、これは合成プロセスマネージ
ャ６およびプログラム生成部７等で構成されている。

この合成プロセスマネージャ６は、仕様書コンバータ
２で変換され、かつ、モデル３や仕様書データベース４
に格納された仕様データを知識ベース８の知識を参照し
ながらモジュール構成を決定するものであって、具体的
には第２図に示すようにモデル３や仕様書データベース
４に格納された仕様を知識ベース８の「プログラム構成
を決定する知識」に基いて例えばプログラマブルコント
ローラのソフトウエアを構成する上で必要な機能（プロ
グラム構成）を理解しプログラム構成，つまりモジュー
ル構成を決定するプログラム構成決定手段９と、このプ
ログラム構成決定手段９によって決定されたプログラム
構成，知識ベース８の「ゴールを生成する知識」及びモ
デル３や仕様書データベース４等のシステム仕様書デー
タを参照してそのシステムに適合した詳細なプログラム
構成を決め、それらのプログラムの機能を表すゴールを
決定するゴール決定手段10と、前記ゴール決定手段15で
決定されたゴールに対してそのプログラムを生成する上
で最適なプログラム生成法を知識ベース８の「生成部選
択の知識」を用いて決定する生成部選択手段11とからな
っている。そして、この合成プロセスマネージャ６は、
生成部選択手段11によって決定された最適なプログラム
生成法に基いてプログラム生成部７の中から１つの生成
部を選択しゴールを渡し起動をかける。このプログラム
生成部７は異なったプログラム生成手法を実現する複数
の生成部7a,7b,…からなり、前記生成部選択手段11によ
って選択起動をかけられた生成部例えば7aは設計知識12
に基づいてプログラムを生成する。しかし、この生成部
7aにおいてプログラムを生成できる場合と選択の不適正
によってプログラムを生成できない場合とがありうる。
何れの場合も結果信号を合成プロセスマネージャ６に返
送する。仮に、プログラムを生成できなかった結果信号
を受けたとき合成プロセスマネージャ６は再度知識ベー
ス８の生成部選択の知識に基づいて次に適切と思われる
生成部例えば7bを選択し起動をかける。また、生成部7
a,7b,…が指示されたプログラムを作成する為に更にプ
ログラムの機能を細分化することもあり、これは与えら
れたゴールの下にサブゴールとして付加される。その新
たなサブゴールについて、選択された生成部で生成でき
ないものが発生したときには、合成プロセスマネージャ
６にサブゴールを渡して問い合わせを行うと、合成プロ
セスマネージャ６は他の生成部を選択し起動をかけてプ
ログラムを生成させる。13は生成部7a,7b,…によって生
成されたプログラムデータを示す。

次に、上記システムの動作に関し、特に合成プロセス
マネージャ６およびプログラム生成部７の処理動作の概
要について第３図を参照しながら説明する。先ず、合成
プロセスマネージャ６は、動作開始指令を受けるとステ
ップS1に示すように知識ベース８の「プログラム構成を
決定する知識」によりプログラム構成を決定する。しか
る後、決定されたプログラム構成について知識ベース８
の「ゴールを生成する知識」およびモデル３や仕様書デ
ータベース４に格納されているシステム仕様書データを
参照し、そのシステムに適合したより詳細なプログラム
構成を決め、そのプログラムの機能を表すゴールを決定
する（ステップS2）。次に、全てのゴールについて生成
が完了したか否かの判断を行い（ステップS3）、完了し
ていない場合には１つのゴールのプログラムを生成する
ために知識ベース８の「生成部選択の知識」に基いて最
適なプログラム生成法を決定し、ある特定の生成部を選
択して起動をかける（ステップS4）。ここで、プログラ
ム生成部７ではその選択された生成部が設計知識12に基
いてプログラムを生成する（ステップS5）。また、こお
で生成部により更に詳細なサブゴールを生成することも
ある。なお、生成部は、設計知識12およびプログラム生
成ルールに基づいて順次ステップ的に処理しながらプロ
グラムを生成するが、各ステップ処理の過程で例えば設
計知識の不足、システム設計仕様書の仕様記載不備等の
原因によって制御ルールを適用できないとか、或いはプ
ログラム生成ルールを適用して得られた結果が設計仕様
書と矛盾が生じたとき、その他の原因に処理できない状
態のとき、プログラムが生成できないと判断し、合成プ
ロセスマネージャ６に対してプログラムが生成できない
旨を通知する。

一方、合成プロセスマネージャ６では、生成部におい
てプログラムが生成できかた否かを判断している（ステ
ップS6）。ここで、生成部からプログラムが生成できな
い旨の通知を受けたとき、再度ステップS4に戻って生成
部の選択を行う。プログラム生成が成功したと判断した
ときにはステップS3に移行し、以後決定ゴールごとにプ
ログラムを生成し、かつ、全てのゴールについてプログ
ラム生成がなされたときには処理を終了する。

次に、第４図および第５図は合成プロセスマネージャ
６の処理について鉄鋼の圧延プラントの制御プログラム
を例に上げて具体的に説明する図である。先ず、第４図
は、第３図に示すステップS1,S2の処理に相当する部分
であって、合成プロセスマネージャ６によりモデル３や
仕様書データベース４から対象システムを知りゴールの
木20を作成する過程を示している。すなわち、合成プロ
セスマネージャ６はモデル３に格納されている鉄鋼の圧
延プラントモデルから対象システムの種類を調べる。こ
こで、合成プロセスマネージャ６は、 「鉄鋼の圧延プラント」であることが分かる。さら
に、合成プロセスマネージャ６は、仕様書データベース
４の仕様書の内容に基づいて知識ベース８の「プログラ
ム構成を決定する知識」の中から鉄鋼の圧延プラントに
必要なプログラム構成である、 「・・・、順次シーケンス、手動シーケンス、・・
・」 を選択決定する。この「プログラム構成を決定する知
識」には、例えばプラント設備で使用されるプログラマ
ブルコントローラ毎に制御シーケンス・プログラムをど
のような構成で作るかなど、シーケンス・プログラムの
骨組みを「鉄鋼圧延プラント・モデル」および「仕様書
データベース」に記載されている内容から生成するため
の設計ノウハウをモデル化したものが記載されている。

次に、合成プロセスマネージャ６は、プログラム構成
を決定したならば、引き続き、プログラム構成を詳細化
するために知識ベース８の「ゴールを生成する知識」を
参照する。この「ゴールを生成する知識」には、詳細化
された詳細モジュール（シーケンス・プログラム）を、
モジュール毎に生成するための設計ノウハウをモデル化
したものが記載されている。この知識ベース８の鉄鋼圧
延プラントのゴールを生成する知識には各々生成すべき
プログラムに対するゴールの生成法が記載されている。
従って、例えば手動シーケンスの場合、知識ベース８の
「ゴールを生成する知識」の中からゴール生成知識であ
る、 「手動の用品は、用品の組合せ毎にゴールを生成す
る。」 と、仕様書データベース４によって「用品Ａの手動シー
ケンス」と「用品Ｂの手動シーケンス」のゴールが生成
される。また、順序シーケンスの場合も同様に順序シー
ケンスのゴール生成知識である、 「決められた順序に動作する機械の制御方法の仕様が
SFC（Sequential function Chart）で表されていると
き、SFC毎にゴールを生成する。」 と、モデル３及び仕様書データベース４の仕様によっ
て、「SFCのF1の順序シーケンス」のゴールが生成され
る。従って、以上のような処理により第４図に示すゴー
ルの木20を作成できる。

一方、第５図は、第３図に示すステップS4,S5の処理
に相当するもので、合成プロセスマネージャ６により各
ゴールの生成部を選択し起動をかける処理過程を示して
いる。ここでは、合成プロセスマネージャ６は、第４図
のゴールの木20に示す如くゴール「SFCのF1の順序シー
ケンス」について生成部を選択するが、この選択にあた
っては知識ベース８の「生成部選択の知識」から、 「順序シーケンスは、SFCシーケンス生成部、仕様記
述シーケンス生成部の順で選択する。」 なる知識データに基づき、第１候補のSFCシーケンス生
成部7a′に起動をかける。このとき、SFCシーケンス生
成部7a′でプログラムの生成に成功すれば、プログラム
が合成プロセスマネージャ６に返されるが、生成できな
かった場合には合成プロセスマネージャ６は第２候補の
仕様記述シーケンス生成部7b′に起動をかける。

このようにして、合成プロセスマネージャはプログラ
ムを生成できなかった場合には複数の生成部7a′,7
b′，…にプログラムを生成させる。これらSFCシーケン
ス生成部7a′および仕様記述シーケンス生成部7b′につ
いて説明する。SFCシーケンスとはプログラマブルコン
トローラの制御シーケンスの順次シーケンスを表現する
記述方法であります。このSFCシーケンス生成部7a′
は、合成プロセスマネージャ６からプログラム生成のた
めのゴールをを受け取ると、部品合成部7c′に対してソ
フトウエア部品（プログラムの雛形）の検索およびこの
検索したソフトウエア部品をゴールに基づいたカスタマ
イズを行うよう要求する。この部品合成部7c′は、与え
られたゴールからソフトウエア部品検索ルールに従って
最適なソフトウエア部品を検索した後、システム設計仕
様データを参照しながら検索したソフトウエア部品のカ
スタマイズを行い、中間プログラムを生成する。しかる
後、部品合成部7c′は、信号展開ルールに基づきシステ
ム設計仕様データを参照しながらこの中間プログラムで
使用されるシーケンス制御信号の割付けを行い、生成し
た中間プログラムをSFCシーケンス生成部7a′に返す。
このSFCシーケンス生成部7a′は、部品合成部7c′から
返された中間プログラムをSFCシーケンス記述表現に変
換し、プログラム（モジュール）を生成する。

一方、仕様記述シーケンスとはプログラマブルコント
ローラの制御シーケンスの演算制御やインターロックシ
ーケンスを表現する記述方法であります。この仕様記述
シーケンス生成部7b′もSFCシーケンス生成部7a′と同
様の方法でプログラム（モジュール）を生成する。

これら各生成部7a′,7b′，…で生成されたモジュー
ル間の結合は、各生成部7a′,7b′，…内で前に生成し
た他のモジュールとの結合を行うことによって実現され
る。

なお、プログラム生成部７には種々のプログラム生成
手法を実現する生成部7a,7b,…が設けられるが、例えば
一例として部品合成によるプログラム生成を行うもの、
フロー形式の仕様からプログラムを生成するもの、ブロ
ック図形式の仕様からプログラムを生成するもの、仕様
記述言語によって現された仕様からプログラムを生成す
るもの等が上げられる。

その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変
形して実施できる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、予め複数のプロ
グラムの生成部を用意し、各プログラマブルコントロー
ラが制御する制御対象および当該制御対象の機能に応じ
て定まるシステム設計仕様の内容に応じて知識ベースの
力を借りながら自動的に最適な生成部を選択してプログ
ラムを生成するので、複雑な一連のプログラムであって
も確実に生成することができ、また従来のように無理に
システムに合せた形式のシステム仕様を入力することが
なく、各プログラマブルコントローラが制御する制御対
象および当該制御対象の機能に合った最適な生成法を用
いてプログラムを生成でき、かつ、プログラム生成作業
の省力化，つまり人為的作業を削減でき、プログラム生
成時間の短縮化を図りうるプログラム自動生成方式を提
供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明に係わるプログラマブルコ
ントローラ用プログラム自動生成方式の一実施例を説明
するために示したもので、第１図は本発明方式を適用し
たシステムの構成図、第２図は合成プロセスマネージャ
の処理手段および知識ベースの知識を表す図、第３図は
本発明方式の動作を説明するフローチャート、第４図お
よび第５図は鋼鉄圧延プラントの制御に適用した具体的
なゴール決定および生成部の選択を説明する図である。 １……システム仕様書入力手段、２……仕様書コンバー
タ、３……モデル、４……仕様書データベース、５……
プログラム合成部、６……合成プロセスマネージャ、７
……プログラム生成部、7a,7b,… ……生成部、８……
知識ベース、９……プログラム構成決定手段、10……ゴ
ール決定手段、11……生成部選択手段、12……設計知
識、13……プログラム、20……ゴールの木。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小野 康子 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東 芝府中工場内 (56)参考文献 ＩＥＥＥ ＡＩ’88 Ｐｒｏｃｅｅｄ ｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｎ ａｔｉｏｎａｌ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏ ｎ Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｉｎｔｅｌ ｌｉｇｅｎｃｅ ｆｏｒ Ｉｎｄｕｓｔ ｒｉａｌ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ, 1988，ｐ．85〜90 電子情報通信学会技術研究報告，ｖｏ ｌ．88，ＮＯ．176，1988，Ｐ．19〜26 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G06F 9/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プラントの各所に組み込まれる各プログラ
   マブルコントローラのプログラムを自動生成するプログ
   ラマブルコントローラ用プログラム自動生成方式におい
   て、 前記各プログラマブルコントローラが制御する制御対象
   および当該制御対象の機能に応じて定まるシステム設計
   仕様に基づいて知識ベースのプログラム構成を決定する
   知識を参照しながらプログラムのモジュール構成を決定
   するプログラム構成決定手段と、 このプログラム構成決定手段によって決定されたプログ
   ラムのモジュール構成と前記プログラムのモジュールを
   詳細化するための前記知識ベースのゴールを生成する知
   識と前記システム設計仕様とを参照し、システムに合っ
   た詳細なプログラム構成を決定し、それら詳細なプログ
   ラムの機能を表すゴールを生成するゴール決定手段と、 複数の異なったプログラム生成手法を実現する生成用プ
   ログラムを有する複数の生成部をもったプログラム生成
   部と、 前記ゴール決定手段で決定された各詳細プログラムのゴ
   ールに基づき、前記知識ベースの生成部選択の知識を用
   いて、前記プログラム生成部の中から第１候補である生
   成部を選択し前記詳細プログラムを生成させる一方、そ
   の生成結果の信号から前記詳細プログラムが生成されて
   いないと判断したとき、第２候補である生成部を選択し
   前記詳細プログラムを生成させる生成部選択手段と、 を備えたことを特徴とするプログラマブルコントローラ
   用プログラム自動生成方式。