JP5032764B2 - Equipment controller for industrial equipment - Google Patents
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本発明は、産業用装置の装置コントローラに関する。 The present invention relates to equipment controller of the industrial equipment.
半導体製造の分野で利用されている製造・検査・評価装置や、医療の分野で用いられている自動分析装置等の大規模装置においては、異なる機能を有する複数の基板(ボード)を用いて、装置内制御システムを構成する方法が知られている。これは、装置の機能全体を1枚の基板で実現すると、基板が大きくなりすぎ、処理が複雑になるため、複数の基板に機能を分散することによって、装置自体の保守やバージョンアップを容易にしている。 In large-scale devices such as manufacturing / inspection / evaluation devices used in the field of semiconductor manufacturing and automatic analyzers used in the medical field, a plurality of substrates (boards) having different functions are used. A method for configuring an in-device control system is known. This is because, if the entire function of the device is realized with a single board, the board becomes too large and the processing becomes complicated. Therefore, the functions are distributed over a plurality of boards, thereby facilitating maintenance and upgrading of the apparatus itself. ing.
前記の考え方は一般的であり、業界で標準化されている。基板を構成するための規格、例えばVMEバス(Versa Module Europe:IEEE1014標準の非同期バス)やコンパクトPCI(Peripheral Components Interconnect)バス等を共通バスとしてマザーボードに収納している。この共通バスにそれぞれ並列に接続された複数個のスロットを設け、各々のスロットに基板を挿入したラック実装形態であるバックプレーン収納型のシステムが、装置内制御システムに広く適用されている。 The above idea is general and standardized in the industry. A standard for configuring a board, for example, a VME bus (Versa Module Europe: IEEE1014 standard asynchronous bus), a compact PCI (Peripheral Components Interconnect) bus, and the like are housed in the motherboard as a common bus. A backplane storage type system having a rack mounting configuration in which a plurality of slots connected in parallel to the common bus are provided and a board is inserted into each slot is widely applied to the in-device control system.
このVMEバス等の規格に準じた基板を用いた装置内の制御システムでは、装置全体の管理を行う基板であるマスタモジュールと、各機能を実現する基板である複数のスレーブモジュールとを有して構成される。VMEバス等の構成や制御は、マスタモジュールが管理しているため、装置全体の機能や構成もマスタモジュールが把握することになる。マスタモジュールはMPU(Micro Processing Unit)を搭載して、組み込まれたプログラムにより装置全体の制御を行うことから、装置コントローラまたは組込みコントローラと呼ばれている。 The control system in the apparatus using the board conforming to the standard such as the VME bus has a master module which is a board for managing the entire apparatus and a plurality of slave modules which are boards for realizing each function. Composed. Since the master module manages the configuration and control of the VME bus and the like, the master module also knows the functions and configuration of the entire apparatus. Since the master module is equipped with an MPU (Micro Processing Unit) and controls the entire apparatus by an embedded program, it is called an apparatus controller or an embedded controller.
図8に、従来の装置コントローラの構成を示す。装置コントローラ(基板)21は、VMEバスのコネクタ2132を図示しないバックプレーンに接続することにより、VMEバスバッファ2131を介して動作電力が供給される。装置コントローラ21はMPU2100を内蔵し、主記憶メモリ2120に格納されるプログラムに基づいて動作する。装置コントローラ21と図示しない産業用装置の実機との通信は、MPU2100からMPUバス2101、システム制御LSI2112、PCIバス2102、VME−PCIバスブリッジ2130、VMEバスバッファ2131、コネクタ2132、以下図示しないバックプレーンに接続されたスレーブモジュール、所定の伝送線を介して実機へとデータが送受信されることで行われている。なお、図8において、符号を用いて指し示した要素のうち、未説明なものは、後記する実施形態で説明する。
FIG. 8 shows a configuration of a conventional apparatus controller. The device controller (board) 21 is supplied with operating power via the VME
また、特許文献1では、装置コントローラに内部論理回路をコンフィグレーションする方式の複数のゲートアレイ(FPGA)を搭載し、内部論理回路を機能毎に分割して複数のゲートアレイに分割して格納する技術を開示している。
Further, in
近年、各種分野の製造装置、検査装置、および分析装置等に用いられている産業用装置は、コンピュータ技術等の発展とともに、自動化、高性能化が進んでおり、産業用装置の役割は極めて重要になってきている。これらの要求を実現するために、さらに、産業用装置をさらに高機能で高信頼化する必要性、つまり、装置の高度化に対する要求が増してきており、それに対応して、装置に内蔵するソフトウェアのボリュウムが急減に増大してきている。このため、新製品の装置開発に占めるソフトウェア開発の割合が増大し、短期間で製品を開発するのが難しくなっており、それに対応する方法として、ソフトウェアデバッグ用に、暫定的に装置コントローラとスレーブモジュールの部分デバッグ環境を事前に用意したり、複数台の装置を試作したり、といった対策がなされている。
しかしながら、前記の方法をとった場合でも、装置(実機)のハードウェアを製作した後でなければ、本格的なソフトウェアデバッグが行えないといった課題がある。装置開発プロセス全体では、機能、性能、および信頼性等に関する検証部分において、ハードウェア開発とソフトウェア開発がシリーズにしか行えないため、開発期間の短縮に関して抜本的な解決には至っていない。 However, even when the above method is adopted, there is a problem that full-scale software debugging cannot be performed unless the hardware of the apparatus (actual machine) is manufactured. In the entire device development process, hardware and software development can only be performed in series in the verification part regarding functions, performance, reliability, etc., and thus no radical solution has been reached regarding shortening the development period.
このため、装置の開発期間を根本的に短縮するには、今までの装置開発プロセスと、次元の違うレベルでソフトウェア開発を行う必要があり、特に、ハードウェアとソフトウェアの並行開発を実現することが必須となる。 For this reason, in order to radically shorten the device development period, it is necessary to perform software development at a level that is different from the previous device development process. In particular, parallel hardware and software development must be realized. Is essential.
本発明は、産業用装置を含む電子装置の高度化に対応し、非実機の環境で、実機と同じソフトウェアのデバッグが出来る技術を提供することを課題とする。 It is an object of the present invention to provide a technology capable of debugging the same software as a real machine in a non-real machine environment, corresponding to the advancement of electronic devices including industrial devices.
前記した課題を解決するため、本発明は、産業用装置を構成する実機と通信可能なバスを装備したラック内に、ソフトウェアを搭載した装置コントローラおよび1つ以上のスレーブモジュールを収納し、前記ラックの外部に前記実機の動作を摸擬する仮想機器を接続した産業用装置の仮想シミュレーションシステムにおいて、前記装置コントローラは、前記バスを介して前記実機と通信される通信データと同じデータを使用して前記仮想機器と通信を行うデータ転送インターフェイス回路を備えた構成とし、通信状態における動作のモードを切り替えるモード切替器とを備え、前記装置コントローラが、内蔵するMPUおよび前記スレーブモジュール間の通信を行う第一のモードと、前記MPUおよび前記仮想機器間の通信を行う第二のモードと、前記第一のモードと同様に前記仮想機器および前記実機が前記装置コントローラに接続された状態で、前記スレーブモジュールを介して前記装置コントローラが内蔵する前記MPUおよび前記実機間の通信を行い、併せて前記第二のモードと同様に前記MPUおよび前記仮想機器間の通信を行う第三のモードと、前記仮想機器および前記実機間の通信を、前記スレーブモジュールを介して行う第四のモードとを有し、前記モード切替器からの指令により前記第一のモード、前記第二のモード、前記第三のモード、前記第四のモードのいずれかに切り替えてデータを送受信するように構成したことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention accommodates a device controller equipped with software and one or more slave modules in a rack equipped with a bus communicable with an actual machine constituting an industrial device. In the virtual simulation system of an industrial device in which a virtual device that simulates the operation of the real machine is connected to the outside, the device controller uses the same data as communication data communicated with the real machine via the bus The apparatus controller includes a data transfer interface circuit that communicates with the virtual device, a mode switch that switches an operation mode in a communication state, and the device controller performs communication between the built-in MPU and the slave module. One mode and a second mode for communication between the MPU and the virtual device. And in the state where the virtual device and the real machine are connected to the device controller as in the first mode, communication between the MPU built in the device controller and the real machine is performed via the slave module. In addition, as in the second mode, a third mode for performing communication between the MPU and the virtual device, and a fourth mode for performing communication between the virtual device and the real machine via the slave module, And is configured to transmit and receive data by switching to one of the first mode, the second mode, the third mode, and the fourth mode according to a command from the mode switch. It is characterized by.
かかる構成によれば、パーソナルコンピュータ(以下「PC」と適宜記載)で仮想機器を構成した場合、仮想機器と装置コントローラ、および、装置コントローラへ直接接続するヒューマンインターフェイス用のPCという構成で、仮想機器を実機とした仮想環境を構築できるようにしたことで、試作装置のハードウェアの製作工程と係わりを持つことなく、ソフトウェアの開発を行うことができる。 According to this configuration, when a virtual device is configured with a personal computer (hereinafter referred to as “PC” as appropriate), the virtual device is configured as a virtual device, a device controller, and a PC for human interface that is directly connected to the device controller. By making it possible to build a virtual environment that uses a real machine, it is possible to develop software without being involved in the hardware production process of the prototype device.
さらにかかる構成によれば、装置コントローラとスレーブモジュールとの送受信を行うデータを、データ転送インターフェイス回路を介して仮想機器へ並行して通信出力するため、仮想機器内の仮想ハードウェアのタイミング等を比較・解析・学習できる。 Furthermore, according to this configuration, the data transmitted and received between the device controller and the slave module are output in parallel to the virtual device via the data transfer interface circuit, so the timing of the virtual hardware in the virtual device is compared.・ Can analyze and learn.
さらにかかる構成によれば、装置コントローラ搭載のマイクロプロセッサを介することなく、仮想機器がスレーブモジュールとの通信を、データ転送インターフェイス回路を介して行えるので、装置コントローラの動作やタイミング等の診断および学習を行うことができる。 Furthermore, according to such a configuration, since the virtual device can communicate with the slave module via the data transfer interface circuit without using the microprocessor equipped with the device controller, diagnosis and learning of the operation and timing of the device controller can be performed. It can be carried out.
本発明によれば、装置コントローラと、PCで構成する仮想機器とを含んだシステム構成で、実機と同じ環境でソフトウェアのデバッグ等が行えるため、実機が無い状態でもソフトウェア開発が行える。従って、ハードウェアとソフトウェアの並行開発が実現できるため、装置の開発期間を短縮できる。 According to the present invention, software can be debugged in the same environment as an actual machine with a system configuration including an apparatus controller and a virtual device configured by a PC, so that software development can be performed even without an actual machine. Therefore, since hardware and software can be developed in parallel, the development period of the apparatus can be shortened.
本発明を実施するための最良の形態(以下「実施形態」と適宜記載)を詳細に説明する。図1は、大規模な産業用装置の概略構造とこの産業用装置内の各デバイスの配置を示した概略構造図である。ここでの大規模な産業用装置とは、半導体製造の分野で使われている製造装置や検査装置、理化学や医療の分野で使われている分析装置や自動化装置等に代表される。装置内には多数のI/Oを有し、製造、検査、分析等の処理を行うための搬送制御や、センサ/アクチュエータの制御が行なわれている。 The best mode for carrying out the present invention (hereinafter appropriately described as “embodiment”) will be described in detail. FIG. 1 is a schematic structural diagram showing a schematic structure of a large-scale industrial apparatus and an arrangement of devices in the industrial apparatus. The large-scale industrial equipment here is represented by manufacturing equipment and inspection equipment used in the field of semiconductor manufacturing, analytical equipment and automation equipment used in the fields of physics and chemistry and medicine. The apparatus has a large number of I / Os, and transport control and sensor / actuator control for processing such as manufacturing, inspection, and analysis are performed.
図1における装置内には、モータ、バルブ、センサ等の多数のフィールドデバイス1が分散配置されている。装置制御ラック2内のスレーブモジュール(22〜24)と、フィールドデバイス1とが配線5により接続され、装置制御ラック2内の装置コントローラ21がスレーブモジュール(22〜24)を介してフィールドデバイス1を制御している。ヒューマンインターフェイス機器(操作端末)3は、Ethernet(登録商標)等のLAN(Local Area Network)を介して装置コントローラ21と接続され、操作者がシステムの製造、検査、分析等の処理を行うための操作を、このヒューマンインターフェイス機器3を介して行うとともに、各処理の進行状況を画面表示する。
A large number of
図2は、VMEバスを使用した装置制御ラックの構造例を示す図である。装置制御ラック2は、VMEバス対応のバックプレーン20、装置コントローラ21およびスレーブモジュール(22〜24)からなる。このスレーブモジュール(22〜24)は、RS-232C(Recommended Standard 232 version C)等の拡張通信を行うスレーブモジュール22、パルスモータの制御処理を行うスレーブモジュール23、センサ/アクチュエータの制御処理を行うスレーブモジュール24等を含む。
FIG. 2 is a diagram showing a structural example of an apparatus control rack using a VME bus. The
装置コントローラ21は、装置制御ラック2内で取り付け可能な枚数は1枚であり、取り付けるスロットは指定されている。スレーブモジュール(22〜24)は、装置の規模に応じて複数枚実装することが可能であり、装置制御ラック2内には将来の機能拡張を考慮して増設用のスロットが設けられてもよい。これら基板の動作電力は、バックプレーン20内を亘っている例えば+5V等の電源ラインを介して供給されている。
The
装置制御ラック2の内部に実装される、装置コントローラ21およびスレーブモジュール(22〜24)等の基板は、装置制御ラック2内のバックプレーン20に実装されているVMEバスを介して接続される。また、各種スレーブモジュール(22〜24)は、VMEバスを介して接続される装置コントローラ21の指示に従い、I/O制御の処理を行っている。このため、図1の各フィールドデバイス1は、装置コントローラ21のMPUが各スレーブモジュール(22〜24)を介して制御する構成となっている。
Substrates such as the
図3は、本実施形態における産業用装置における装置コントローラの構成例を示すブロック図である。前記のように、装置コントローラ21は、VMEバスのコネクタ2132を図2のバックプレーン20に接続することにより、バックプレーン20からコネクタ2132、VMEバスバッファ2131、VME−PCIバスブリッジ2130を介して動作電力が供給される構成となっている。また、装置コントローラ21は、高性能なMPU2100を内蔵し、通常、主記憶メモリ2120に組み込まれたプログラムに従い動作を行っている。
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration example of an apparatus controller in the industrial apparatus according to the present embodiment. As described above, the
装置コントローラ21のフロントパネルには、フィールドデバイス1と接続するため、通信I/F用のコネクタが配置されている。具体的には、LAN、USB(Universal Serial Bus)、RS-232C等の通信インターフェイス(以下「通信I/F」と適宜記載)のコネクタを配置し、通信I/Fの図示しない専用チップを制御するために、MPU2100と専用チップとの間をPCIバス2102とローカルバス2103とで接続している。ここで、コネクタ2142はヒューマンインターフェイス機器3(図1)や図示しない上位システムと接続するためのLAN通信用コネクタであり、コネクタ2152はUSBメモリ等の補助記憶装置等と接続するためのUSB通信用コネクタであり、コネクタ2162はバーコードリーダーや装置の周辺機器とRS-232C等で接続するためのRS-232C通信用コネクタである。
また、コネクタ2172は、装置の情報を記憶しておくための不揮発性メモリ2173と接続するためのコネクタである。不揮発性メモリ2173の例としては、不揮発性メモリカード等が搭載される。
A connector for communication I / F is arranged on the front panel of the
The
不揮発性メモリ2173は、装置コントローラ21から着脱が可能なメモリカード形態のモジュールとなっており、例えば128MBから1GB程度の容量を備えている。また、不揮発性メモリ2173は、装置の制御プログラムや装置コントローラ21の診断・保守プログラムの他に、装置の動作条件等の設定値、装置内各部の動作履歴・保守情報等の機密情報を格納している。
The non-volatile memory 2173 is a module in the form of a memory card that can be detached from the
これらの通信I/Fは、前記した、図示しない専用チップを備えた通信専用コントローラから、各通信固有のMAU(Medium Attachment Unit)を介して外部の機器と通信を行う。つまり、LANコントローラ2140はLAN MAU2141を介してLAN通信を行い、USBコントローラ2150はUSB MAU2151を介しUSB通信を行い、RS-232Cコントローラ2160はドライバレシーバ2161を介してRS-232C通信を行う。
また、不揮発性メモリ2173との通信は、外部メモリI/F回路2170を介して行う構成となっている。
各通信専用コントローラ(2140,2150,2160)および外部メモリI/F回路2170は、PCIバス2102やローカルバス2103対応となっている。このため、装置コントローラ21の内部には、MPU2100のアドレスバス、データバス、および制御線からなるMPUバス2101の他に、PCIバス2102とローカルバス2103とが布線されている。
These communication I / Fs communicate with an external device via a communication-specific MAU (Medium Attachment Unit) from a communication dedicated controller having a dedicated chip (not shown). That is, the
In addition, communication with the nonvolatile memory 2173 is performed via the external memory I /
Each communication dedicated controller (2140, 2150, 2160) and external memory I /
コネクタ2182は、仮想機器と接続するためのコネクタであり、本実施形態の1つである仮想モード(第二のモード)、学習モード(第三のモード)、およびテストモード(第四のモード)実施時に使用する。仮想機器および各モードの詳細な説明は、図4〜7を用いて後記する。
A
図3の構成では、装置コントローラ21と図2のバックプレーン20とをVMEバスで接続するため、VME−PCIバスブリッジ2130をPCIバス2102に接続した構成としているが、VMEバスの処理性能を向上させる必要がある場合は、VME−PCIバスブリッジ2130をMPUバス2101に直接接続する構成に内部の構成も含めて変更してもよい。
In the configuration of FIG. 3, the VME-
主記憶メモリ2120は、例えば複数個のSDRAM(Synchronous DRAM)により構成され、MPU2100が実行するためのプログラムやそのワークエリアとして使用される。
The
システム制御LSI2112は、装置コントローラ21内のPCIバス2102およびローカルバス2103等個別に動作するバスと、MPU2100および主記憶メモリ2120間の動作の調停を行っている。
The
RTC2190はカレンダ機能を持った時計であり、MPU2100はローカルバス2103を経由してその情報を読み出したり、RTC2190を設定したりすることができる。
The
高速データ転送インターフェイス回路(以下「高速データ転送I/F回路」と適宜記載)(データ転送インターフェイス回路)2180は、システム制御LSI2112、PCIバス2102を介して、VMEバスのコネクタ2132で接続されたスレーブモジュール(22〜24)とMPU2100との通信データを仮想機器4等に併せて送信又は転送する機能を有しており、モード切替器2181からの信号(例えば、モード切替器2181に備えられるスイッチ等)によって、データを送信する方向や、通信を行うインタフェースが切り替えられる。
A high-speed data transfer interface circuit (hereinafter referred to as “high-speed data transfer I / F circuit” as appropriate) (data transfer interface circuit) 2180 is a slave connected by a
[各モードと動作]
図6に、モード切替器によって切り替えられる各モードと通信機器を示す。図5は図6の各モードにおける、装置コントローラ21の動作フローである。図5に沿って、適宜図6を参照しながら各モードと装置コントローラ21の動作について説明する。
[Each mode and operation]
FIG. 6 shows each mode and communication device switched by the mode switch. FIG. 5 is an operation flow of the
(実機モード)
図6の実機モード(第一のモード)の装置構成は、図1に示す形態である。
実機モードは、図3における装置コントローラ21のMPU2100とフィールドデバイス1(実機)との間のデータ通信を、複数のスレーブモジュール(22〜24)を介して行うモードであり、MPU2100、MPUバス2101、システム制御LSI2112、PCIバス2102、VME−PCIバスブリッジ2130、VMEバスバッファ2131およびコネクタ2132を介して通信が行われる。この場合、仮想機器4(図4)との通信は行われない。
(Actual machine mode)
The apparatus configuration in the real machine mode (first mode) in FIG. 6 is the form shown in FIG.
The actual machine mode is a mode in which data communication between the
図5(a)に沿って実機モードを詳細に説明すると、装置コントローラ21の高速データ転送I/F回路2180は、MPU2100からシステム制御LSI2112へのデータ送信を監視し(S611)、送信データがあった場合に(S612→有)、該当スレーブモジュール(22〜24)へ当該データを送信するよう、システム制御LSI2112へ指示する(S613)。これによって、MPU2100から該当スレーブモジュールへデータが送信される。一方、送信データが無かった場合(S612→無)は、ステップS611の処理に戻る。
さらに、高速データ転送I/F回路2180は、スレーブモジュール(22〜24)から装置コントローラ21へ送信される、送信データの有無を監視し(S614)、送信データがあった場合に(S615→有)、MPU2100へ当該データを送信するよう、システム制御LSI2112へ指示する(S616)。これによって、スレーブモジュール(22〜24)からMPU2100へデータが送信される。一方、送信データが無かった場合(S615→無)は、ステップS614の処理に戻る。
Referring to FIG. 5A, the real machine mode will be described in detail. The high-speed data transfer I /
Furthermore, the high-speed data transfer I /
この実機モードは、産業用装置が顧客先に設置される等、実際の装置として使用する場合に設定される。 This actual machine mode is set when an industrial apparatus is used as an actual apparatus, for example, installed at a customer site.
(仮想モード)
図6の仮想モード(第二のモード)の装置構成は、図4に示す形態であり、装置制御ラック2内の装置コントローラ21が、図3のコネクタ2182を介して仮想機器4と接続されている。また、ヒューマンインターフェイス機器3は、前記したとおりLANを介して装置コントローラ21と接続されている。
仮想機器4が、実機と同様の処理を行う機能を含んでいることで、仮想的な装置環境が構築され、実機と同一レベルでのヒューマンインターフェイス機器3を用いた仮想機器4の処理の進行状況の画面表示や、ソフトウェアの開発およびデバッグを行うことが可能となる。
(Virtual mode)
The device configuration of the virtual mode (second mode) in FIG. 6 is the form shown in FIG. 4, and the
Since the
仮想モードは、前記した実機モード(MPU2100とフィールドデバイス1間のスレーブモジュール(22〜24)を介したデータ転送)の代わりに、高速データ転送I/F回路2180を介して、MPU2100と図4の仮想機器4との間でデータ通信を行うモードである。ここでは、MPU2100からMPUバス2101、システム制御LSI2112、高速データ転送I/F回路2180、コネクタ2182を介して仮想機器4との通信が行われる。
なお、システム制御LSI2112は実機モードの場合と同じ処理を行い(VMEバスへ送信する信号を監視し)、高速データ転送I/F回路2180によって、スレーブモジュール(22〜24)への送信から仮想機器4へのデータ転送と切り替えられるため、データ転送を行うタイミングは、スレーブモジュール(22〜24)と行う場合と同時であり、かつ、主記憶メモリ2120に搭載されている制御ソフトウェアを変更することなく、図4の仮想機器4を実機と見立てて処理が行われるため、図4に示すような、実機が無い構成においても、ソフトウェア開発が行えるという効果がある。
In the virtual mode, instead of the above-described actual machine mode (data transfer between the
The
図5(b)に沿って、仮想モードを詳細に説明すると、高速データ転送I/F回路2180は、MPU2100からシステム制御LSI2112へのデータ送信を監視し(S621)、送信データがあった場合に(S622→有)、システム制御LSI2112から、自身である高速データ転送I/F回路2180を介して、仮想機器4へ当該データを送信するよう、システム制御LSI2112へ指示する(S623)。これによって、MPU2100から仮想機器4へデータが送信される。一方、送信データが無かった場合(S622→無)は、ステップS621の処理に戻る。
さらに、高速データ転送I/F回路2180は、仮想機器4から装置コントローラ21へ送信される、送信データの有無を監視し(S624)、送信データがあった場合に(S625→有)、自身である高速データ転送I/F回路2180を介して、MPU2100へ当該データを送信するよう、システム制御LSI2112へ指示する(S626)。これによって、仮想機器4からMPU2100へデータが送信される。一方、送信データが無かった場合(S625→無)は、ステップS624の処理に戻る。
The virtual mode will be described in detail with reference to FIG. 5B. The high-speed data transfer I /
Further, the high-speed data transfer I /
この仮想モードによって、仮想機器4が装置コントローラ21から受信したデータを用いて処理を行った処理結果と、フィールドデバイス1(実機)から受信した処理結果とを、ヒューマンインタフェース機器3の画面等に出力することで、フィールドデバイス1(実機)と仮想機器4とのそれぞれの動作を操作者が比較することが出来る。
また、仮想機器4内において、フィールドデバイス1(実機)では起こしにくい動作タイミング、異常、エラー等を、シミュレーション環境として任意に発生させることが容易に実現でき、ソフトウェア開発の機能検証が行えるため、品質の高い産業用装置が開発できる。
In this virtual mode, the processing result of processing performed by the
In addition, in the
さらに、従来の実機を用いたソフトウェアデバッグでは、ソフトウェアに起因する動作不良により実機を壊すことなく実施する必要があり、実機の立ち上げは部分的な動作確認を行いながら徐々に行うため、多大な時間と労力を費やすといった問題があった。しかしながらこの仮想モードでは、壊すといった現象がなく、しかも部分的な動作確認も必要ないため、一度にソフトウェアの動作検証を行うことで、ソフトウェアの品質を短期間に高められ、ソフトウェアデバッグ期間を大幅に短縮できる。 Furthermore, in software debugging using a conventional actual machine, it is necessary to carry out without breaking the actual machine due to malfunction caused by software, and since the actual machine is started up gradually while performing partial operation confirmation, There was a problem of spending time and labor. However, in this virtual mode, there is no phenomenon of breaking and there is no need for partial operation confirmation, so software quality can be improved in a short period of time by performing software operation verification at once, and the software debugging period is greatly increased. Can be shortened.
(学習モード)
図6の学習モード(第三のモード)の装置構成は、図7に示す形態であり、装置制御ラック2内の装置コントローラ21が、複数のスレーブモジュール(22〜24)に加えて、仮想機器接続コネクタ6を介して、スレーブモジュール(22〜24)と同じタイミングで仮想機器4へもデータ送信が行われる。なお、仮想機器接続コネクタ6は、産業用装置の側面などに設けられる外部接続用のコネクタであり、装置コントローラ21のコネクタ2182と接続されている。
学習モードは、仮想機器4がフィールドデバイス1(実機)の動作やその詳細なタイミングを摸擬するためにそれらを学習したり、また逆に、フィールドデバイス1(実機)の動作やその詳細タイミングを規定の動作フローやタイミングデータと比較することで、産業用装置の動作を解析したりする場合に使う。
(Learning mode)
The apparatus configuration of the learning mode (third mode) in FIG. 6 is the form shown in FIG. 7, and the
In the learning mode, the
学習モードは、図3におけるMPU2100と複数のスレーブモジュール(22〜24)との間のデータ送受信を、スレーブモジュール(22〜24)側と同時に、高速データ転送I/F回路2180を介して、図7の仮想機器4とも行うモードである。ここでは、前記実機モードのMPU2100およびスレーブモジュール(22〜24)間の通信に加えて、MPU2100、MPUバス2101、システム制御LSI2112、高速データ転送I/F回路2180、コネクタ2182を介した、MPU2100および仮想機器4間の通信も同時に行われる。
なお、この場合も、前記した仮想モードと同様に、システム制御LSI2112は実機モードの場合と同じ処理を行い、高速データ転送I/F回路2180によってスレーブモジュール(22〜24)との通信に加えて、MPU2100と仮想機器4間での通信も同時に行われる。そのため、主記憶メモリ2120に搭載されている制御ソフトウェアを変更することなく、MPU2100とフィールドデバイス1(実機)間で送受信されるデータを、ヒューマンインターフェイス機器3においてリアルタイムに取得し、エラーチェックが行えるという効果がある。
In the learning mode, data transmission / reception between the
In this case as well, as in the virtual mode described above, the
図5(c)に沿って学習モードを詳細に説明すると、高速データ転送I/F回路2180は、MPU2100からシステム制御LSI2112へのデータ送信を監視し(S631)、送信データがあった場合に(S632→有)、該当スレーブモジュール(22〜24)、および自身である高速データ転送I/F回路2180を介して仮想機器4へ、当該データを送信するよう、システム制御LSI2112へ指示する(S633)。これによって、MPU2100から該当スレーブモジュール(22〜24)および仮想機器4にデータが送信される。一方、送信データが無かった場合(S632→無)は、ステップS631の処理に戻る。
さらに、高速データ転送I/F回路2180は、スレーブモジュール(22〜24)から装置コントローラ21へ送信される、送信データの有無を監視し(S634)、送信データがあった場合に(S635→有)、MPU2100、および自身である高速データ転送I/F回路2180を介して仮想機器4へ、当該データを送信するよう、システム制御LSI2112へ指示する(S636)。これによって、スレーブモジュール(22〜24)から仮想機器4へデータが送信される。一方、送信データが無かった場合(S635→無)は、ステップS634の処理に戻る。
The learning mode will be described in detail with reference to FIG. 5C. The high-speed data transfer I /
Further, the high-speed data transfer I /
この学習モードによって、仮想機器4が装置コントローラ21から受信したデータを用いて行った処理結果と、フィールドデバイス1(実機)から受信した処理結果とをヒューマンインターフェイス機器3の画面等に表示させることで、リアルタイムに操作者が両方の情報を比較することが可能となる。そのため、フィールドデバイス1(実機)の処理動作やその詳細タイミング等の情報をフィールドデバイス1(実機)から取得し、その処理動作や詳細タイミング等の学習を行うことで、実際のフィールドデバイス1(実機)に近いレベルの仮想機器4が容易に実現できる。
By this learning mode, the processing result received by the
また、実機の動作を外部から解析することで、実機の動作不良を検出したり、実機毎の性能のバラツキを比較して、規定の範囲内に納まっているか等を判定したりでき、産業用装置全体の不具合や異常予知等が行えるといったメンテナンス性や信頼性の高い産業用装置を提供できるという効果がある。 In addition, by analyzing the operation of the actual machine from the outside, it is possible to detect malfunctions in the actual machine and compare performance variations between actual machines to determine whether they are within the specified range. There is an effect that it is possible to provide a highly maintainable and highly reliable industrial apparatus that can perform failure prediction and abnormality prediction of the entire apparatus.
(テストモード)
図6のテストモード(第四のモード)の装置構成は、図7に示す形態である。しかしながらこのテストモードは、前記した学習モードとは異なり、MPU2100との通信は行わず、仮想機器4とスレーブモジュール(22〜24)との間のデータ転送を伴うことで、図3の主記憶メモリ2120に搭載されているソフトウェアの動作指令と切り離して、仮想機器4側からスレーブモジュール(22〜24)への動作指令を行う場合に使う。
テストモードでは、仮想機器4から(仮想機器接続コネクタ6)、コネクタ2182、高速データ転送I/F回路2180、システム制御LSI2112、PCIバス2102、VME−PCIバスブリッジ2130、VMEバスバッファ2131およびコネクタ2132を介してスレーブモジュール(22〜24)との通信が行われる。
(Test mode)
The apparatus configuration of the test mode (fourth mode) in FIG. 6 is the form shown in FIG. However, unlike the above-described learning mode, this test mode does not perform communication with the
In the test mode, from virtual device 4 (virtual device connection connector 6),
図5(d)に沿ってテストモードを詳細に説明すると、高速データ転送I/F回路2180は、仮想機器4から自身である高速データ転送I/F回路2180へのデータ送信を監視し(S641)、送信データがあった場合に(S642→有)、該当スレーブモジュール(22〜24)へ、当該データを送信するよう、システム制御LSIへ指示する(S643)。これによって、仮想機器4から該当スレーブモジュール(22〜24)へデータが送信される。一方、送信データが無かった場合(S642→無)は、ステップS641の処理に戻る。
さらに、高速データ転送I/F回路2180は、スレーブモジュール(22〜24)から装置コントローラ21へ送信される、送信データの有無を監視し(S644)、送信データがあった場合に(S645→有)、仮想機器4へ当該データを送信するよう、システム制御LSI2112へ指示する(S646)。これによって、スレーブモジュール(22〜24)から仮想機器4へデータが送信される。一方、送信データが無かった場合(S645→無)は、ステップS644の処理に戻る。
The test mode will be described in detail with reference to FIG. 5D. The high-speed data transfer I /
Further, the high-speed data transfer I /
このテストモードによって、装置コントローラ21からフィールドデバイス1(実機)へ送信した第一の情報と、フィールドデバイス1(実機)から装置コントローラ21へ送信した処理結果である第二の情報とを、仮想機器4で取得しておき、仮想機器4からこのテストモードによってフィールドデバイス1(実機)へ第一の情報をスレーブモジュール(22〜24)を介して送信し、フィールドデバイス1(実機)から送信されてきた処理結果である第三の情報と、予め取得していた第二の情報とをヒューマンインターフェイス機器3の画面等に表示させることで、操作者が比較することが可能となる。
例えば図1の装置構成において実機モードによる動作を行っているときに原因不明の不具合や異常動作がある場合、図7のシステム構成のように、仮想機器接続コネクタ6を介して仮想機器4を接続し、装置コントローラ21のソフトウェアを介在させることなく、装置コントローラ21のハードウェアをテスト(診断)できるため、ハードウェアの故障かソフトウェアの不具合か等の切り分けが容易に行えるという効果がある。
In this test mode, the first information transmitted from the
For example, when there is a malfunction or abnormal operation whose cause is unknown while performing the operation in the real machine mode in the apparatus configuration of FIG. 1, the
本実施形態では、前記した各モードの切り替えは、モード切替器2181に含まれるスイッチからの指令によって行われることとしたが、これに限らず、装置コントローラ21内のMPU2100や、高速データ転送I/F回路2180を介した仮想機器4等からの信号によって各モードの切り替えが行われてもよい。また、その他についても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変形可能である。
In the present embodiment, the mode switching described above is performed by a command from a switch included in the
従来の産業用装置の開発は、実機が完成するまではソフトウェアに実機を接続した状態でのテストを行うことはできなかった。また、ソフトウェア単体でのテストを行っていても、実機を接続した段階でのテストの結果がうまくいかないと、長期間、ソフトウェアのデバッグ作業で実機を占有することになり、開発段階において多くの時間と手間を要していた。
しかし、本発明によれば、実機が完成されるまでの間は仮想機器を接続してテストを行うことができ、また、実機を接続した状態でも、テスト中にエラーが発生したらすぐに仮想モード、学習モード、テストモード等に切り替えてデバッグができるので、システム開発における工程間の壁を無くすことが可能となる。さらに、実機では発生頻度の少ないエラーについても、仮想機器で作成してテストを行うことで、実機の環境では困難であったテストを容易に行うこともできる。
In the development of conventional industrial equipment, it was not possible to conduct a test with the actual machine connected to the software until the actual machine was completed. Also, even if the test is performed with software alone, if the test results at the stage where the actual machine is connected are not successful, the actual machine will be occupied for a long time by debugging the software. It took time and effort.
However, according to the present invention, it is possible to perform a test by connecting a virtual device until the real machine is completed, and even in a state where the real machine is connected, as soon as an error occurs during the test, the virtual mode is established. Since debugging can be performed by switching to a learning mode, a test mode, etc., it becomes possible to eliminate a barrier between processes in system development. Furthermore, even for errors that occur less frequently on real machines, tests that are difficult in an actual machine environment can be easily performed by creating and testing them with virtual devices.
1 フィールドデバイス(実機)
2 装置制御ラック
3 ヒューマンインターフェイス機器(操作端末)
4 仮想機器
21 装置コントローラ
2100 MPU
2112 システム制御LSI
2120 主記憶メモリ
2180 高速データ転送I/F回路(データ転送インターフェイス回路)
2181 モード切替器
1 Field device (actual machine)
2
4
2112 System control LSI
2120
2181 Mode selector
Claims (3)
前記バスを介して前記実機と通信される通信データと同じデータを使用して前記仮想機器と通信を行うデータ転送インターフェイス回路と、
通信状態における動作のモードを切り替えるモード切替器とを備え、
前記装置コントローラが、内蔵するMPUおよび前記スレーブモジュール間の通信を行う第一のモードと、
前記MPUおよび前記仮想機器間の通信を行う第二のモードと、
前記第一のモードと同様に前記仮想機器および前記実機が前記装置コントローラに接続された状態で、前記スレーブモジュールを介して前記装置コントローラが内蔵する前記MPUおよび前記実機間の通信を行い、併せて前記第二のモードと同様に前記MPUおよび前記仮想機器間の通信を行う第三のモードと、
前記仮想機器および前記実機間の通信を、前記スレーブモジュールを介して行う第四のモードとを有し、
前記モード切替器からの指令により前記第一のモード、前記第二のモード、前記第三のモード、前記第四のモードのいずれかに切り替えてデータを送受信するように構成した
ことを特徴とする産業用装置の装置コントローラ。 A virtual machine that imitates the operation of the actual machine outside the rack by storing a device controller and one or more slave modules loaded with software in a rack equipped with a bus that can communicate with the actual machine that constitutes the industrial device. The device controller in a virtual simulation system of an industrial device to which devices are connected,
A data transfer interface circuit for communicating with the virtual device using the same data as the communication data communicated with the real machine via the bus;
A mode switch for switching the mode of operation in the communication state;
A first mode in which the device controller performs communication between a built-in MPU and the slave module;
A second mode for communicating between the MPU and the virtual device;
As in the first mode, with the virtual device and the real machine connected to the device controller, the MPU built in the device controller and the real machine communicate with each other via the slave module. A third mode for performing communication between the MPU and the virtual device in the same manner as the second mode;
A fourth mode in which communication between the virtual device and the real machine is performed via the slave module;
According to a command from the mode switch, the data is transmitted / received by switching to the first mode, the second mode, the third mode, or the fourth mode. Equipment controller for industrial equipment.
前記MPUからの指令、前記データ転送インターフェイス回路を介した前記仮想機器からの指令、または前記データ転送インターフェイス回路に接続される当該モード切替器からの指令により、前記第一のモード、前記第二のモード、前記第三のモードのいずれかに切替動作を行うもの In response to a command from the MPU, a command from the virtual device via the data transfer interface circuit, or a command from the mode switch connected to the data transfer interface circuit, the first mode, the second mode Switching between the mode and the third mode
であることを特徴とする請求項1に記載の産業用装置の装置コントローラ。 The apparatus controller of the industrial apparatus according to claim 1, wherein
前記MPUからの指令、前記データ転送インターフェイス回路を介した前記仮想機器からの指令、または前記データ転送インターフェイス回路に接続される当該モード切替器からの指令により、前記第一のモード、前記第二のモード、前記第三のモード、前記第四のモードのいずれかに切替動作を行うもの In response to a command from the MPU, a command from the virtual device via the data transfer interface circuit, or a command from the mode switch connected to the data transfer interface circuit, the first mode, the second mode Switching operation to any one of the mode, the third mode, and the fourth mode
であることを特徴とする請求項1に記載の産業用装置の装置コントローラ。 The apparatus controller of the industrial apparatus according to claim 1, wherein
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