JP6594535B2 - シーケンス制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、シーケンス制御装置に関する。

現在、シーケンス制御装置のプログラミング言語の主流であるラダー言語は、組み合わせ制御等の記述には適しているが状態変化を把握しづらい。この点を改善するためにＳＦＣ言語を使用することも可能であるが、ラダー言語との記述方法のギャップから、ユーザにはなかなか受け入れられていないのが現実である。

特許文献１には、シーケンスの条件部をフローチャートで記述し、制御機能をラダー言語で記述する方法が記載されている。

特開平１１−２６５２０９号公報

特許文献１では、プログラムがステップ単位で細分化されているが、機能の独立性が低く各ステップが同一レベルであるため、全てのステップの開発においてラダー言語に精通した同一レベルの能力を有する開発者が必要となり、開発人員の確保が困難であるとともに、制御システム全体の機能設計を見通しよく行うことができないという問題がある。

この発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、各機能の開発者が自らの目的と能力に応じて独立して機能設計を行うことができ、制御システム全体の機能設計を見通しよく行うことができる、シーケンス制御装置を提供することを目的とする。

この発明に係るシーケンス制御装置は、ユーザ定義機能を実行するユーザ定義機能実行部と、システム機能を実行するシステム機能実行部と、出力監視機能を実行する出力監視機能実行部と、前記ユーザ定義機能、前記システム機能および前記出力監視機能の各機能を更新する機能更新部とを備え、前記機能更新部は、前記各機能をそれぞれ表形式で独立して記述可能であることを特徴とする。

この発明に係るシーケンス制御装置によれば、各機能の開発者が自らの目的と能力に応じて独立して機能設計を行うことができ、制御システム全体の機能設計を見通しよく行うことができる。

この発明の実施の形態に係るシミュレーション時のシーケンス制御装置の全体構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態に係る実稼働時のシーケンス制御装置の全体構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態に係るシーケンス制御装置を含む制御システムのアクティビティ図である。 この発明の実施の形態に係るシーケンス制御装置における、ユーザ定義機能に関する機能展開部の動作の説明図である。 この発明の実施の形態に係るシーケンス制御装置における、システム定義機能に関する機能展開部の動作の説明図である。 この発明の実施の形態に係るシーケンス制御装置における、出力監視機能に関する機能展開部の動作の説明図である。 この発明の実施の形態に係るシーケンス制御装置における、ユーザ定義機能実行部の動作時に係る情報の使用関係を示す図である。 この発明の実施の形態に係るシーケンス制御装置における、システム機能実行部の動作時に係る情報の使用関係を示す図である。 この発明の実施の形態に係るシーケンス制御装置における、出力監視機能実行部の動作時に係る情報の使用関係を示す図である。

以下、この発明の実施の形態について添付の図面を参照して説明する。
実施の形態．
図１は、この発明の実施の形態に係るシミュレーション時のシーケンス制御装置１００の全体構成を示すブロック図である。また、図２は、この発明の実施の形態に係る実稼働時のシーケンス制御装置２００の全体構成を示すブロック図である。なお、図１，２において、点線で示されているのは制御信号であり、実線で示されているのはデータ信号である。

この発明において、シミュレーション時のシーケンス制御装置１００と実稼働時のシーケンス制御装置２００とは同一の機能仕様で動作する。そのため、ユーザ・アプリケーションの開発者からは両者は同じに見える。ただし、図１に示されるシミュレーション時のシーケンス制御装置１００ではシミュレータ１１４内に機能更新部１１０が全て含まれるのに対して、図２に示される実稼動時のシーケンス制御装置２００ではコントローラ２１４内には機能更新部２１０の機能更新実行部１１３のみが含まれる点で両者の構成は異なる。

シーケンス制御装置１００（２００）は、制御対象システムのシミュレータ１０１または実機２０１と、入力制御部１０４および出力制御部１０５を介して接続される。制御対象システムのシミュレータ１０１と実機２０１のどちらと接続するかは、目的や制御対象の準備状況に応じて選択できる。

入出力制御ユニット１０３の制御下で入力制御部１０４に入った入力情報は、入力メモリ１０４ａに保存され、ユーザ定義機能実行部１０６、システム機能実行部１０７、出力監視機能実行部１０８にそれぞれ提供される。なお、入出力制御ユニット１０３および各機能実行部１０６、１０７、１０８は、実行制御ユニット１０２の制御下で動作する。

ユーザ定義機能実行部１０６は、ユーザ・アプリケーションの開発者が記述するユーザ定義機能プログラムを実行する。ユーザ定義機能実行部１０６は、ユーザ定義機能プログラムを保存する機能保存部１０６ａと、それに基づいて条件を評価する条件評価部１０６ｂと、条件が成立した際の動作を実行する動作実行部１０６ｃとから構成される。

システム機能実行部１０７は、制御システムの動作を管理する専門家が記述するシステム機能プログラムを実行する。システム機能実行部１０７は、システム機能プログラムを保存する機能保存部１０７ａと、それに基づいて条件を評価する条件評価部１０７ｂと、条件が成立した際の動作を実行する動作実行部１０７ｃとから構成される。

出力監視機能実行部１０８は、制御システムの例外処理的な動作（安全動作、インタロック動作など）の専門家が記述する出力監視機能プログラムを実行する。出力監視機能実行部１０８は、出力監視機能プログラムを保存する機能保存部１０８ａと、それに基づいて条件を評価する条件評価部１０８ｂと、条件が成立した際の動作を実行する動作実行部１０８ｃとから構成される。

また、シーケンス制御装置１００（２００）は、当該シーケンス制御装置の内部状態情報を保存する状態保存部１０９を備える。シーケンス制御装置１００（２００）の各機能実行部１０６、１０７、１０８はそれぞれ独立に動作可能であり、入力制御部１０４に保存された入力情報と、状態保存部１０９に保存された内部状態情報とに基いて並行動作する。

各機能実行部１０６、１０７、１０８の最終的な動作結果は、出力制御部１０５内の出力メモリ１０５ａに保存され、入出力制御ユニット１０３の制御下で制御対象システムのシミュレータ１０１または実機２０１に出力される。

機能更新部１１０（２１０）は、実行制御ユニット１０２の制御下で各機能実行部１０６、１０７、１０８の機能プログラムを更新する。機能更新部１１０（２１０）は、開発者が各機能プログラムを表形式で記述する機能記述部１１１と、表形式で記述された各機能プログラムを実行可能形式のプログラムに展開する機能展開部１１２と、各機能実行部１０６、１０７、１０８の機能保存部１０６ａ、１０７ａ、１０８ａに保存されている各機能プログラムを上記実行可能形式に展開された各機能プログラムによって更新する機能更新実行部１１３とから構成される。

次に、この発明の実施の形態に係るシーケンス制御装置１００（２００）の動作について説明する。この発明では、制御対象システム１０１（２０１）とシーケンス制御装置１００（２００）とを含めた制御システム全体を、実行条件が成立した際に動作する事象駆動型並行プロセスの集合体と考えて動作させる。この制御システムのアクティビティ図を図３に示す。

図３は開始状態３０１から開始し、実行制御ユニット１０２が機能更新の有無の確認３０２を行い、更新無しの場合には実行要否確認３１１に移行する。一方、更新有りの場合３０３には、各機能実行部１０６、１０７、１０８の機能プログラムの更新を機能更新部１１０（２１０）に対して許可する。機能更新部１１０（２１０）は、各機能実行部１０６、１０７、１０８に対する更新要否を確認３０４、３０６、３０８し、要の場合には更新を実施３０５、３０７、３０８し、否の場合には何もせずに終了する。

図４は、ユーザ定義機能に関する機能展開部１１２の動作の説明図である。ユーザ定義機能プログラムの開発者は、自身が希望する機能を、ある条件が成立した場合に実行する動作を選択する形で、ユーザ定義機能表４０１に記述する。本例においては、上段に記載された環境整備機能の開始・終了指令（同一規則内の「Ｙ」と記載した項目がすべてＯＮした場合に条件成立）を受けて、ユーザが指定した下段に記載の調整動作を実行するアプリケーション（条件が成立した規則の動作指定部に「Ｘ」と記載された項目をすべて実行）を対象としている。

機能展開部１１２は、表形式で記述されたユーザ定義機能表４０１を実行可能形式のプログラムである条件部４０２と動作指定部４０３とに分割するとともに、ユーザとのインタフェース部分（本例の場合は動作指定項目の指定値（温度設定など）の確認など）に関する機能を追加する。さらに、適切なシステム機能プログラムを呼び出せるようにするために、動作指定部４０３に動作を追加する。呼び出されるシステム機能プログラムの指定には、後述する機能インデックス５０１を用いる。

図５は、システム定義機能に関する機能展開部１１２の動作の説明図である。システム定義機能プログラムの開発者は、ユーザ定義機能プログラムの開発者が希望する条件にかなった制御を行うためのシステム機能を定義し、機能ごとに、ある条件が成立した場合に実行する動作を選択する形で、条件部５０２と動作指定部５０３に記述する。本例においては、条件部５０２に記載された実行状態に関する条件（同一規則内の「Ｙ」と記載した項目がすべてＯＮした場合に条件成立）を受けて動作指定部５０３に記載の動作を実行するアプリケーション（条件が成立した規則の動作指定部に「Ｘ」と記載された項目をすべて実行）を記述している。

機能展開部１１２は、機能ごとに記述された条件部５０２と動作指定部５０３のセットを機能インデックス５０１と対応付けて保存し、ユーザ定義機能実行部１０６の動作実行部１０６ｃで呼び出された機能を適切に呼び出せるようにする。

図６は、出力監視機能に関する機能展開部１１２の動作の説明図である。出力監視機能プログラムの開発者は、制御システムを安定に動作させるために例外処理的な動作（安全動作、インタロック動作など）を行うための機能を定義し、機能ごとに、ある条件が成立した場合に実行する動作を選択する形で、条件部６０１と動作指定部６０２に記述する。本例においては、条件部６０１に記述された実行状態に関する条件（同一規則内の「Ｙ」と記載した項目がすべてＯＮした場合に条件成立）を受けて動作指定部６０２に記載の動作を実行するアプリケーション（条件が成立した規則の動作指定部に「Ｘ」と記載された項目をすべて実行）を記述している。

他のシステムとの連携を要する機能（火災連動機能，地震連動機能など）がある場合には、事象対応プログラム６０４として記述し、動作指定部６０２から当該機能の事象対応プログラムインデックス６０３を指定して呼び出す形で実現する。機能展開部１１２は、機能ごとに記載された事象対応プログラム６０４を事象対応プログラムインデックス６０３と対応付けて保存する。

図３に戻って、各機能実行部１０６、１０７、１０８に対する処理が完了したこと３１０を受けて、実行制御ユニット１０２が実行要否を確認３１１し、否の場合には終了状態３１２に移行する。一方、要の場合には後述するような入力表への入力処理を実施３１３し、以降の処理を開始する。

実行制御ユニット１０２は、入力制御部１０４からの入力完了３１４を受けて、ユーザ定義機能実行部１０６とシステム機能実行部１０７を起動する。ユーザ定義機能実行部１０６とシステム機能実行部１０７の各条件評価部１０６ｂ、１０７ｂは、各プロセスの実行可否を判断３１５、３１７する。実行可否の判断結果を受けて実行可能な動作指定部のみが実行３１６、３１８される。

図７は、ユーザ定義機能実行部１０６の動作時に係る情報の使用関係を示している。なお、入力表７０１は入力制御部１０４の入力メモリ１０４ａ内に存在する。

図８は、システム機能実行部１０７の動作時に係る情報の使用関係を示している。なお、入力表８０１は入力制御部１０４の入力メモリ１０４ａ内に存在する。また、内部状態デバイス競合調整部８０２（同一内部状態デバイスに対して異なる演算結果が得られた場合にいずれを選択するかを決定する。本例ではＯＲ演算を用いている）と、出力デバイス競合調整部８０４（同一出力デバイスに対して異なる演算結果が得られた場合にいずれを選択するかを決定する。本例ではＯＲ演算を用いている）は、システム機能実行部１０７内に存在する。また、内部状態表８０３は、状態保存部１０９内に存在する。

図３に戻って、実行可能な全ての動作指定部の処理が完了３１９した後、出力監視機能実行部１０８が起動され、インタロックや外部事象の条件を評価３２０し、これを反映した出力が決定３２１される。

図９は、出力監視機能実行部１０８の動作時に係る情報の使用関係を示している。なお、入力表９０１は入力制御部１０４の入力メモリ１０４ａ内に存在する。また、実出力表９０２、９０３は、出力制御部１０５の出力メモリ１０５ａ内に存在する。

図３に戻って、出力監視機能実行部１０８の動作が完了すると、実行制御ユニット１０２は出力制御部１０５に完了通知を出す。これを受けて出力制御部１０５が制御対象システムのシミュレータ１０１または実機２０１に対して出力３２２を行う。出力完了後、入力制御部１０４が入力処理を開始し、完了後に実行制御ユニット１０２に通知する。以上の処理を繰り返して実行する。

なお、動作中に機能プログラムの更新が必要になった場合には、機能更新部１１０内の機能記述部１１１で更新内容を可読性の高い表形式で記述し、機能展開部１１２で実行可能形式に展開した後、機能更新実行部１１３を介して各機能実行部１０６、１０７、１０８の機能プログラムを更新する。

以上説明したように、この発明の実施の形態に係るシーケンス制御装置１００（２００）では、ユーザ定義機能プログラムを実行するユーザ定義機能実行部１０６と、システム機能プログラムを実行するシステム機能実行部１０７と、出力監視機能プログラムを実行する出力監視機能実行部１０８と、ユーザ定義機能、システム機能および出力監視機能の各機能プログラムを更新する機能更新部１１０（２１０）とを備え、機能更新部１１０（２１０）は、各機能プログラムをそれぞれ表形式で独立して記述可能である。これにより、各機能プログラムの開発者が自らの目的と能力に応じて独立して機能設計を行うことができ、制御システム全体の機能設計を見通しよく行うことができる。また、必要機能、実行条件、機能詳細、出力条件を独立に考慮できるため、当該機能の開発者以外にもわかりやすくなる。

また、ユーザ定義機能実行部１０６、システム機能実行部１０７および出力監視機能実行部１０８の各機能実行部がそれぞれ独立に動作可能であるとともに、当該シーケンス制御装置の内部状態情報を保存する状態保存部１０９を備え、各機能実行部１０６、１０７、１０８が状態保存部１０９に保存された内部状態情報に基いて並行動作する。これにより、制御システムの状態と出力との一貫性を確保しやすくなり、システム仕様の策定・確認が容易になる。

また、機能更新部１１０（２１０）は、各機能プログラムを表形式で記述する機能記述部１１１と、表形式で記述された各機能プログラムを実行可能形式のプログラムに展開する機能展開部１１２と、各機能実行部１０６、１０７、１０８の各機能プログラムを上記実行可能形式に展開された各機能プログラムによって更新する機能更新実行部１１３とを含む。これにより、当該制御システムの改造や更新を行う際には、機能展開部１１２のみを変更することで対応することができる。

さらに、システム機能実行部１０７と出力監視機能実行部１０８は、システム機能プログラムを指定するインデックスを備え、特定のシステム機能プログラムのみを更新可能である。これにより、制御システム全体の動作を確認しつつ、段階的に開発を進めることが可能になる。

Claims (4)

1. ユーザ定義機能を実行するユーザ定義機能実行部と、
   システム機能を実行するシステム機能実行部と、
   出力監視機能を実行する出力監視機能実行部と、
   前記ユーザ定義機能、前記システム機能および前記出力監視機能の各機能を更新する機能更新部とを備え、
   前記機能更新部は、前記各機能をそれぞれ表形式で独立して記述可能であることを特徴とする、シーケンス制御装置。
2. 前記ユーザ定義機能実行部、前記システム機能実行部および前記出力監視機能実行部の各機能実行部がそれぞれ独立に動作可能であるとともに、当該シーケンス制御装置の内部状態情報を保存する状態保存部を備え、
   前記各機能実行部が前記状態保存部に保存された前記内部状態情報に基いて並行動作することを特徴とする、請求項１に記載のシーケンス制御装置。
3. 前記機能更新部は、
   前記各機能を表形式で記述する機能記述部と、
   前記表形式で記述された各機能を実行可能形式に展開する機能展開部と、
   前記各機能実行部の各機能を前記実行可能形式に展開された各機能によって更新する機能更新実行部と
   を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載のシーケンス制御装置。
4. 前記システム機能実行部と前記出力監視機能実行部は、システム機能を指定するインデックスを備え、特定のシステム機能のみを更新可能であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のシーケンス制御装置。

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