JP6917924B2 - 分散制御システム及びその通信制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数のユニットでシステム全体を制御する分散制御装置とその通信技術に関する。

生化学・免疫分析装置等の産業用装置では、中央集中管理された複数の制御基板から、装置に搭載するセンサやモータ軸等の制御デバイスに対しアナログ伝送路を形成するのが一般的である。このような産業用装置では、近年、装置の設計・製造・保守の効率化によるコスト競争力向上や、装置信頼性の向上のため、制御基板をモジュール化し、分散配置することで、アナログ伝送路長を最小化しつつ、装置制御の性能を担保する技術が求められている。さらに、設計・製造・保守の効率化には制御基板の分散化のみならず、モータ軸やセンサ等の制御デバイスの異常に対して正確かつ安全に対処するために、異常発生時前後の動作ログを蓄積し、特定の装置に確実に集約可能な機構が必要である。

これらを解決する手段として、装置の電子システムに、ネットワークを用いた分散制御装置を適用し、その分散制御装置に、装置状態を計測する計測装置や通信経路を補助的に追加し、システムが対象とする制御処理の性能を担保する技術が一般的に知られており、例えば特開２０１５−２２４１６号公報（特許文献１）などがある。この例の通信システムは、装置情報や環境状態の情報をやり取りするフィールドネットワークに接続された複数のフィールド機器と、フィールドネットワークを介してフィールド機器と通信を行ってフィールド機器を制御するコントローラとを備えており、フィールド機器は、フィールドネットワークを介してコントローラと通信を行うとともに、システムが対象とする制御用のローカルネットワークを介してフィールド機器間で通信を行って得られる情報を用いて予め規定された処理を行う。

特開２０１５−２２４１６号公報

しかし、特許文献１に記載の技術では、通信の親局であるコントローラが装置情報を収集する際、制御用のローカルネットワークを介して上流方向へ装置情報を収集していることから制御用通信の処理負担軽減に留まり、実時間性の担保について配慮がなされていない。

本発明の分散制御システムは、一態様として、中央演算装置と、中央通信装置と、少なくとも１つの制御デバイスが接続される複数の端末通信装置と、情報蓄積装置と、中央通信装置と端末通信装置の間、端末通信装置同士の間、端末通信装置と情報蓄積装置の間の通信経路を複数備えるツリー構造のネットワークと、を有する分散制御システムであって、中央通信装置は通常通信ポートを備え、端末通信装置は上流側通信ポートと下流側通信ポートを備え、情報蓄積装置は装置情報通信ポートを備え、ネットワークは、端末通信装置同士の上流側通信ポートと下流側通信ポート及び端末通信装置の上流側通信ポートと中央通信装置の通常通信ポートを接続する第一の通信経路と、ネットワークの末端に位置する端末通信装置の下流側通信ポート同士及び端末通信装置の下流側通信ポートと情報蓄積装置の装置情報通信ポートを接続する第二の通信経路とを備える。

また、本発明による端末通信装置の通信制御方法は、一態様として、ネットワークの上流側の通信装置と通信する上流側通信ポートと、ネットワークの下流側の通信装置と通信する下流側通信ポートと、制御デバイスが接続される入出力ポートと、を備える端末通信装置の通信制御方法であって、第一の指令を含むパケットを受信したとき制御デバイスからの入力情報を含む第一のパケットを上流側通信ポートから上流側の通信装置に送信し、第二の指令を含むパケットを受信したとき当該端末通信装置の装置情報を含む第二のパケットを下流側通信ポートから下流側の通信装置に送信し、情報を含むパケットを受信したとき、当該パケットによる通信が下流方向への通信であるか上流方向への通信であるかを判定し、上流方向への通信であると判定されたときは受信したパケットを上流側通信ポートから上流側の通信装置へ転送し、下流方向への通信であると判定されたときは当該パケットが自身宛のパケットであるか否かを判定し、自身宛であった場合には受信したパケットに含まれる情報を情報記憶部に書き込み、自身宛でなかった場合には受信したパケットを下流側通信ポートから下流側の通信装置に転送する。

本発明の一つの態様によれば、装置情報を収集するための通信と主要な制御用通信を排他的かつ並列に実行可能であり、制御用通信の実時間性を担保可能である。

また、収集した装置情報は一箇所へ集約され、情報のダウンロードや応用を容易に実施可能である。

上記した以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

分散制御システムの構成例を示す図。 データ構造の例を示す図。 中央通信装置の中央通信制御部の詳細を示す概略図。 端末通信装置が持つ端末通信制御部の詳細を示した図。 情報蓄積装置の装置情報処理部の詳細を示した図。 中央通信装置における通信制御方法を示したフローチャート。 端末通信装置における通信制御方法を示したフローチャート。 通信制御全体のタイミングチャートを示した図。 分散制御システムを自動分析装置へ適用した場合の構成例を示した図。 表示装置における表示例を示した図。 分散制御システムの他の例を示した構成図。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

［実施例１］
図１は、本実施例に関わる分散制御システムの構成例を示す図である。
分散制御システム１は、中央演算装置１０、中央通信装置１１、複数の端末通信装置１２、及び情報蓄積装置１５を備える。中央演算装置１０は中央通信装置１１と接続され、制御演算を実行する中央演算部１００を備える。中央通信装置１１は複数の端末通信装置１２とツリー構造のネットワークで接続され、分散制御システム１における通信の親局として通信制御の統括管理を実行する。端末通信装置１２は中央通信装置１１、他の端末通信装置１２あるいは情報蓄積装置１５と前記ネットワークで接続され、中央通信装置１１あるいは情報蓄積装置１５と通信を実行する。情報蓄積装置１５は端末通信装置１２と接続され、分散制御システム１のエラー情報やシステムログ等の装置情報を蓄積する。装置情報には、分散制御システム１で実行される通信あるいは分散制御システム１に接続された制御デバイスの通常状態や異常状態の情報が含まれる。

次に各装置の構成を説明する。

中央通信装置１１は、通常通信ポート１１０及び分散制御システム１の通信を制御する中央通信制御部１１１を備える。端末通信装置１２は、上流側通信ポート１２０、下流側通信ポート１２１、通信制御を実行する端末通信制御部１２２、分散制御システム１の制御処理に制御される制御デバイスを接続する入出力ポート１２３を備える。上流側通信ポート１２０は、中央通信装置１１の通常通信ポート１１０もしくは他の端末通信装置１２の下流側通信ポート１２１と接続され、下流側通信ポート１２１は他の端末通信装置１２の上流側通信ポート１２０もしくは情報蓄積装置１５と接続される。情報蓄積装置１５は、端末通信装置１２の下流側通信ポート１２１と接続される装置情報通信ポート１５０及び受信した情報の解釈と記憶を実行する装置情報処理部１５１を備える。なお、情報蓄積装置１５は中央通信装置１１へ搭載あるいは接続してもよい。

さらに、分散制御システム１は通常通信経路１３と装置情報通信経路１４を複数有する。通常通信経路１３は、中央通信装置１１の通常通信ポート１１０と端末通信装置１２の上流側通信ポート１２０の間を、あるいは端末通信装置１２の下流側通信ポート１２１と他の端末通信装置１２の上流側通信ポート１２０の間を接続する。装置情報通信経路１４は、ネットワークの末端に位置する端末通信装置１２の下流側通信ポート１２１を同じくネットワークに末端に位置する他の端末通信装置１２の下流側通信ポート１２１に、あるいは情報蓄積装置１５の装置情報通信ポート１５０に接続する。

次に、分散制御システム１における通信の基本動作を説明する。

分散制御システム１はネットワーク上で送受信するためのデータ構造として、例えば図２に示すパケット２の構造を用いる。パケット２は、パケットの種類を判別する情報や通信の上流方向と下流方向を判別する情報などを格納するフラグ部２０と、分散制御システム１が備える端末通信装置１２の各宛先を示すアドレス部２１と、分散制御システム１の制御に使う情報や装置情報を格納するデータ部２２を備える。ここで、複数の端末通信装置１２にはそれぞれ異なるアドレスが割り当てられる。

また、分散制御システム１が制御デバイスの制御処理に必要なデータを伝送するための通常通信と、分散制御システム１の動作ログを伝送するための装置情報通信とを行う。さらに、分散制御システム１の通信には、中央通信装置１１あるいはネットワークの上流側の端末通信装置１２から下流側の他の端末通信装置１２へ情報が転送される下流方向の通信と、複数の端末通信装置１２から中央通信装置へ情報が転送される上流方向の通信とがある。通信方式としては、特定の端末通信装置１２をアドレスで指定する個別通信方式と、中央通信装置１１が複数の端末通信装置１２に対して一斉に通信するブロードキャスト方式とを備える。

また、通常通信は全ての通常通信経路１３で構成されるネットワーク経路で実行され、装置情報通信は、全ての通常通信経路１３と全ての装置情報通信経路１４で構成されるネットワーク経路で実行される。通常通信経路と装置情報通信経路は、ＬＡＮケーブルやＵＳＢケーブル等のシリアル通信用の線で接続する。また、ネットワークトポロジとして、複数かつ異なる端末通信装置１２は、中央通信装置１１に対してツリー構造あるいは数珠繋ぎ等で構成する。

次に、各装置の詳細を説明する。

図３は、中央通信装置１１の中央通信制御部１１１の詳細を示す概略図である。
初めに中央通信制御部１１１の構成を説明する。中央通信制御部１１１は、情報記憶部３０、通信制御部３１、中継制御部３２、伝送信号制御部３３、及び通信管理部３４を有する。情報記憶部３０は中央演算装置１０と接続され、通常通信経路１３で実行される通常通信のパケット２を格納する。通信制御部３１は、情報記憶部３０、通信管理部３４及び中継制御部３２と接続され、通信入出力のシーケンス制御をする。中継制御部３２は、通信管理部３４、通信制御部３１及び伝送信号制御部３３と接続され、通信管理部３４あるいは通信制御部３１に対してパケット２の入出力を調停する。伝送信号制御部３３は、中継制御部３２及び通常通信ポート１１０と接続され、通信で使用するパケット２を伝送信号へ変換あるいは伝送信号からパケット２へ変換する。通信管理部３４は、情報記憶部３０、通信制御部３１及び中継制御部３２と接続され、中央通信装置１１あるいは端末通信装置１２を介して接続されたネットワークの通信状態あるいは通信経路情報あるいは分散制御システムの異常状態の検知を統括管理する。

次に中央通信制御部１１１の基本動作を説明する。

まず、中央通信装置１１の受信動作について説明する。
中央通信制御部１１１で扱う情報は全て、通信管理部３４あるいは通信制御部３１が情報記憶部３０に対し読み込みあるいは書き込むことで管理する。中央通信装置１１が情報を受信する際は、まず伝送信号制御部３３で電気信号が入力される。伝送信号制御部３３は、通常通信ポート１１０を介して伝送信号が入力されると、伝送信号からパケット２へ変換する。中継制御部３２は、伝送信号制御部３３が変換したパケット２を、パケット２のフラグ部２０に基づき通信制御部３１あるいは通信管理部３４に振り分ける。パケット２を振り分けられた通信制御部３１と通信管理部３４は、各々受信した情報の解釈をして情報記憶部３０へ書き込む。

次に、中央通信装置１１の送信動作について説明する。

通信制御部３１は、送信する情報を情報記憶部３０から選定し、パケット２を中継制御部３２へ転送する、あるいは通信管理部３４は、全ての端末通信装置１２への指令情報等のパケット２を中継制御部３２へ転送する。中継制御部３２は、通信管理部３４あるいは通信制御部３１からパケット２を転送されると、パケット２のフラグ部２０に、下流方向の通信であることを設定し、逐次的にパケット２を伝送信号制御部３３へ転送する。伝送信号制御部３３は、中継制御部３２からパケット２を転送されると、パケット２を伝送信号へ変換し、パケット２の送信を実行する。なお、中央通信装置１１の詳細な通信方法は図６を用いて後述する。

分散制御システム１は前記受信動作と前記送信動作を一定の時間で周期的に繰り返し、制御演算をすることで、分散制御システム１が対象とする装置を制御する。具体的には、中央通信装置１１が受信動作で取得し情報記憶部３０へ格納したデータ部２２の内容を引数として、中央演算装置１０が次の周期制御を演算する。この際、引数のパケット２のデータ部２２に含まれる情報は分散制御システム１に接続されたセンサ等の計測値である。演算完了後、中央演算装置１０は演算結果を情報記憶部３０格納する。その後、中央通信装置１１が情報記憶部３０に格納された演算結果をパケット２として送信動作にて、任意の端末通信装置１２へ送信する。この際、パケット２のデータ部２２に含まれる情報は分散制御システム１に接続されたアクチュエータへの推力値などである。

図４は、端末通信装置１２が持つ端末通信制御部１２２の詳細を示した図である。端末通信制御部１２２は、上流通信部４０、下流通信部４１、通信制御部４２、通信管理部４３、情報記憶部４４、入出力部４５を有する。上流通信部４０は、上流側通信ポート１２０、下流通信部４１及び通信制御部４２と接続され、他の端末通信装置１２あるいは中央通信装置１１と相互に送受信した伝送信号をパケット２へ変換する。下流通信部４１は、下流側通信ポート１２１、上流通信部４０及び通信制御部４２と接続され、他の端末通信装置１２と送受信した伝送信号をパケット２へ変換する、あるいは上流通信部４０からの伝送信号を下流側通信ポート１２１へ中継する。通信制御部４２は、上流通信部４０、下流通信部４１及び通信管理部４３と接続され、送受信するパケット２の転送制御を行う。通信管理部４３は、通信制御部４２及び情報記憶部４４と接続され、送受信したパケット２の解釈や通信エラー情報や自身の端末通信装置１２の通信状態の情報を管理する。入出力部４５は、入出力ポート１２３及び情報記憶部４４と接続され、端末通信装置１２に接続された制御デバイスへの入出力を管理する。

まず、端末通信装置１２の受信動作について説明する。

下流方向への通信の際、端末通信装置１２は上流側通信ポート１２０で受信した場合、上流通信部４０は伝送信号をパケット２へ変換し、通信制御部４２あるいはいずれかの下流通信部４１へ転送する。通信制御部４２は、上流通信部から転送されたパケット２を解釈し、パケット２の情報を通信管理部４３へ転送する。通信管理部４３は、通信制御部４２から転送されたパケット２の情報に応じて、情報記憶部４４へ書き込む。

次に、端末通信装置１２の送信動作について説明する。

通信管理部４３は、情報記憶部４４から選定した入出力ポート１２３に接続された制御デバイスからの制御情報、あるいは情報記憶部４４から選定した情報あるいはシステム管理情報やエラー情報、あるいは端末通信装置１２の動作ログの各情報を通信制御部４２へ転送する。通信制御部４２では、通信管理部４３から転送された情報をパケット２へ変換し、上流通信部４０あるいは下流通信部４１へ転送する。この際、通信制御部４２では、パケット２のフラグ部２０に上流方向あるいは下流方向の通信であることを設定する。なお、端末通信装置１２の詳細な通信制御のシーケンスは別途、図６を用いて説明する。

図５は、情報蓄積装置１５の装置情報処理部１５１の詳細を示した図である。装置情報処理部１５１は、装置情報蓄積部５０、装置情報受信部５１、伝送信号制御部５２を備える。装置情報蓄積部５０は装置情報受信部５１と接続され、端末通信装置１２が送出した装置情報通信経路１４上で扱うパケット２を蓄積する。装置情報受信部５１は装置情報蓄積部５０及び伝送信号制御部５２と接続され、受信したパケット２の解釈をして装置情報蓄積部５０へデータを入力する。伝送信号制御部５２は装置情報通信ポート１５０及び装置情報受信部５１と接続され、伝送信号をパケット２へ変換する。

端末通信装置１２が送出した装置情報のパケット２は、装置情報通信ポート１５０にて伝送信号として受信し、伝送信号制御部５２が伝送信号をパケット２へ変換し、装置情報受信部５１へ転送する。装置情報受信部５１は受信したパケット２を解釈し、装置情報蓄積部５０へ解釈したデータを保存する。

図６は、中央通信装置１１における通信制御手順を示したフローチャートである。中央通信装置１１は任意の周期で通信を実行し、ここでは一周期分の通信動作を説明する。図６におけるフローチャートＡは中央通信装置１１からの下流方向の通信を、フローチャートＢは端末通信装置１２からの上流方向への通信を示している。

中央通信装置１１は、Ｓ６０で通常通信の同期をとる第一の指令を全ての端末通信装置１２へブロードキャスト方式で送信する。ここで同期をとるのは、中央通信装置１１に接続された複数の端末通信装置１２が等しい時刻で第一の情報を発行するためである。この際、中央通信装置１１は、第一の指令をパケット２として送信するが、パケット２のフラグ部２０にはパケット２の種別が指令であることを設定し、具体的な指令内容はアドレス部２１あるいはデータ部２２へ格納する。

Ｓ６０の処理が完了すると、中央通信装置１１は、Ｓ６１以降の処理とＳ６６以降の処理を同時に実行する。Ｓ６１では、第一の指令送信に続けて、装置情報通信の実行を開始する第二の指令を全ての端末通信装置１２へブロードキャスト方式で送信する。また、同時にＳ６６で端末通信装置１２から転送された複数の第一の情報を受信する。この際、第一の情報は端末通信装置１２から上流方向へ転送された入力情報であり、第一の情報を受信するたびにＳ６７で、全ての端末通信装置１２から第一の情報を受信したか判定する。

Ｓ６７の判定が正だった場合、受信した第一の情報を中央演算装置１０へ転送し、Ｓ６８で制御演算を実行する。制御演算では、前述したとおり、受信した第一の情報を引数とした演算を実行し、次の制御値を算出する。Ｓ６７の判定が負だった場合、再び、第一の情報の受信を実行する。Ｓ６２では、Ｓ６８で実行中の制御演算の完了を待ち続ける。一方で、分散制御システム１では上流方向への通常通信と下流方向への装置情報通信が並列に実行される。中央演算装置１０の演算が完了次第、Ｓ６３へ遷移し、再び、全ての端末通信装置１２へ第二の指令を送信し、装置情報通信を終了させＳ６４へ遷移する。Ｓ６４では、制御演算の結果を反映した出力情報である、複数の第二の情報を個別通信方式で全ての端末通信装置１２へ送信する。この際、Ｓ６５で第二の情報の送信が全て完了したかを判定し、正だった場合、一周期の通信は完了しスタート状態へ戻る。また、負だった場合、Ｓ６４へ遷移し第二の情報の送信を継続する。

上記で説明したフローチャートＡとフローチャートＢの一連の処理が、中央通信装置１１が一周期に実行する通信動作であり、処理の終了後はスタートの状態へ戻る。

次に、端末通信装置１２が実行する通信動作を説明する。図７は、端末通信装置１２における通信制御方法を示したフローチャートである。

Ｓ７０にて中央通信装置１１あるいは他の端末通信装置１２から送信されたパケット２を受信し、Ｓ７１にて指令を含むパケット２であるか、情報を含んだパケット２であるかを判定する。指令か情報かの判定は、本実施例ではパケット２のフラグ部２０を参照することで行う。ここで、指令とは第一の指令あるいは第二の指令のいずれかの指令であり、情報とは前述の第一の情報、第二の情報、又は分散制御システム１の状態等の動作ログを含む装置情報である第三の情報のいずれかの情報である。Ｓ７１で指令を含むパケット２と判定した場合、Ｓ７２にて第一の指令であるか第二の指令であるかを判断する。この際、第一の指令か第二の指令かは、パケット２でフラグ部２０の種別が指令である時、アドレス部２１あるいはデータ部２２を参照することで判定できる。

Ｓ７２の判定で第一の指令であった場合、Ｓ７３へ遷移し、情報記憶部４４から取り出した第一の情報をデータ部２２に格納したパケット２を生成し、第一の情報を中央通信装置１１あるいは上流方向の端末通信装置１２へ送信する。このとき、パケット２のフラグ部２０には上流方向への通信であることを示す情報を設定する。Ｓ７２の判定で第二の指令であった場合、Ｓ７７へ遷移し、情報記憶部４４から取り出した第三の情報（装置情報）をデータ部２２に格納したパケット２を生成し、下流方向の端末通信装置１２へ送信する。この際、パケット２のフラグ部２０には下流方向への通信であることを示す情報を設定する。

Ｓ７１で指令でないパケット２と判定した場合、すなわち情報を含むパケット２と判定した場合、Ｓ７４に遷移してパケット２のフラグ部２０を参照し、上流方向への通信であるか下流方向への通信であるかを判定する。Ｓ７４で上流方向への通信であると判定した場合、Ｓ７８へ遷移し、受信したパケットを上流方向の他の端末通信装置１２へ転送する。Ｓ７４で下流方向への通信であると判定した場合、Ｓ７５に遷移して受信したパケット２のアドレス部を確認し、自身宛の情報であるか否かを判定する。Ｓ７５の判定で受信した情報が自身宛であった場合、Ｓ７６へ遷移し、受信した情報を情報記憶部４４へ書き込む。Ｓ７５の判定で受信した情報が自身宛でなかった場合、Ｓ７９へ遷移し、受信したパケットを下流方向に接続された他の端末通信装置１２あるいは情報蓄積装置１５へ転送する。

図８は、分散制御システム１で実行する通信におけるタイミングチャートである。
まず、通常通信のタイミングチャートについて説明する。中央通信装置１１はＴ８０で第一の指令を下流方向へ送信し、Ｔ８２で第一の指令を受けた複数の端末通信装置１２が上流方向へ送信する第一の情報を受信する入力処理を実行する。この際、中央通信装置１１は複数の第一の情報を全て受信した後、演算処理を実行する。また、中央通信装置１１における演算処理が完了次第、再度下流方向の通常通信へ切り替え、Ｔ８１で個々の端末通信装置１２に対し第二の情報を送信する出力処理を実行する。ここで、Ｔ８５は分散制御システム１における通常通信の一周期分の時間であり、分散制御システム１は、上記で説明した一連の処理をＴ８５で常時実行することでセンサやアクチュエータを制御し続ける。

一方で、装置情報通信は、Ｔ８２で実行される上流方向の通常通信と並列にＴ８３とＴ８４で実行する。ここで、Ｔ８３では装置情報通信を実行する第二の指令を下流方向へ送信する。さらに、第二の指令を受信した複数の端末通信装置１２は、Ｔ８４で下流方向に第三の情報として装置情報を送信する。

各端末通信装置１２が下流方向へ装置情報を転送する際、端末通信装置１２自身の下流側通信ポート１２１へ装置情報を転送する。すなわち、最終的に分散制御システム１に接続されたネットワークの末端に位置する全ての端末通信装置１２へ全ての装置情報が転送される。ゆえに、装置情報の最終的な蓄積場所は情報蓄積装置１５あるいはネットワークの末端に位置する任意の端末通信装置１２のどちらでも運用可能である。

本実施例の態様によれば、分散制御システム１が対象とする制御処理に必要な実時間性の高い通常通信の実行を妨げることなく、装置情報の収集を並列に実行可能である。

［実施例２］
図９は、実施例１で説明した分散制御システムを自動分析装置へ適用した際の構成例を示す図である。

自動分析装置９０は、検体中の血液の成分や感染症を測定したり、生化学分析や免疫分析などを実行するためのアクチュエータやセンサ等の制御デバイス９２を複数備えた装置ユニット９１と、全ての制御デバイス９２を統括して制御する分散制御システム１を有する。

分散制御システム１は、分散制御システム１の全体の制御シーケンスを統括し、制御シーケンスに基づく制御指令を伝達する中央演算装置１０、中央演算装置１０と接続され、中央演算装置１０から伝達される制御指令を授受する中央通信装置１１、制御デバイス９２と接続され、接続される制御デバイス９２を制御処理する複数の端末通信装置１２を備える。また、分散制御システム１は、端末通信装置１２と中央通信装置１１あるいは端末通信装置１２同士を接続し各端末が相互にデータを交換するための通常通信経路１３と、ネットワークの末端に位置する端末通信装置１２同士あるいはネットワークの末端に位置する端末通信装置１２と情報蓄積装置１５を接続した装置情報通信経路１４を複数備えてツリー構造のネットワークを構成する。

さらに、自動分析装置９０は、分散制御システム１の通常通信を用いて制御対象のアクチュエータやセンサ等の制御デバイス９２を制御する。中央通信装置１１がネットワークに接続された複数の端末通信装置１２に対して、第一の指令を送信する。端末通信装置１２では、第一の指令を受信すると、液面検知センサやカメラセンサなどで計測した値、すなわち分散制御システムが制御対象とする制御デバイスからの入力情報を端末通信装置１２から中央通信装置１１へ、第一の情報として送信する。中央通信装置１１は、受信した第一の情報を中央演算装置１０へ転送し、中央演算装置１０は第一の情報を引数として、次の制御情報を算出する。中央通信装置１１は算出された制御情報を第二の情報として、それぞれの端末通信装置１２へ送信する。分散制御システムが制御対象とする制御デバイスへの出力情報である第二の情報を受信した端末通信装置１２では、受信した第二の情報を用いて、接続された制御デバイス、例えばパルスモータやサーボモータなどのアクチュエータの制御を実行する。

また、分散制御システム１では通常通信と並列に第三の情報すなわち装置情報を収集する装置情報通信を実行する。この際、装置情報通信を実行する方法に関しては、実施例１に示す方法と同一であるため、説明は割愛する。また、実施例２において、装置情報通信を実行する場合、装置情報として扱われる情報は、例えば、温度センサなどの計測ログや制御デバイスの制御異常情報などの情報である。

ここで、分散制御システム１の運用についての説明をする。ネットワークの末端に位置する任意の端末通信装置１２あるいは情報蓄積装置１５は、装置の組み立てや運用上で表示装置１０００の接続が容易な場所に配置し、情報蓄積装置１５へ表示装置１０００の接続を行う。ここで、表示装置１０００の詳細な説明をする。図１０は、本実施例に係わる分散制御システム１において、情報蓄積装置１５に収集した装置情報を確認するための表示装置１０００の表示例を示す図である。表示装置１０００は設定ウィンドウ１００１と、ログ監視ウィンドウ１００２を備える。設定ウィンドウ１００１は、装置情報通信で収集する装置情報を、端末通信装置１２ごとにアドレスで設定する機能を有する。ログ監視ウィンドウ１００２は、設定ウィンドウ１００１の設定で、収集対象のアドレスに対応したデータ内容と情報取得時の時間を表示する機能を有する。設定ウィンドウ１００１で、収集対象となった装置情報は、装置情報通信の実行によって情報蓄積装置１５へパケット２として転送され、情報蓄積装置１５は、受信したパケット２を蓄積する。ログ監視ウィンドウ１００２は蓄積した装置情報、すなわち分散制御システム１の動作ログを常に監視することが可能である。設定ウィンドウ１００１で設定した情報は、端末通信装置１２における通信管理部４３に反映され、装置情報通信で送信すべき情報が選択され、送信される。また、装置情報通信で発行する装置情報には分散制御システム１のネットワーク通信、端末通信装置１２に接続されたセンサやアクチュエータの各状態、異常等の情報を含む。

再度、図９に戻り自動分析装置９０で収集した装置情報の運用の説明をする。分散制御システム１は、ネットワークサーバ９３を介して他の異なる自動分析装置９０と接続され、相互に情報共有をする。さらに、自動分析装置９０の装置外のデータ端末９４へ接続し、装置情報を取得することも可能である。

本実施例によれば、ネットワークを介した自動分析装置９０の装置情報の共有や容易な装置情報の取得が可能であり、自動分析装置９０の状態分析やメンテナンスの効率化が可能である。その他、分散制御システム１を適用した場合の効果は実施例１と同様である。

［実施例３］
図１１は、本実施例に関わる分散制御システムの他の例を示した構成図であり、ネットワークの拡張を示した例である。

分散制御システム１は、中央演算装置１０、中央通信装置１１、端末通信装置１２及び情報蓄積装置１５を備える。中央演算装置１０は中央通信装置１１と接続され、制御演算を実行する。中央通信装置１１は分散制御システム１の通信の親局であり、複数の端末通信装置１２と接続され、通信制御の統括管理を実行する。端末通信装置１２は中央通信装置１１、他の端末通信装置１２あるいは情報蓄積装置１５と接続され、中央通信装置１１あるいは情報蓄積装置１５と通信を実行する。情報蓄積装置１５は端末通信装置１２と接続され、分散制御システム１のエラー情報やシステムログを蓄積する。

本実施例の分散制御システム１において、中央通信装置１１は複数の通常通信ポート１１０を備え、各通常通信ポート１１０にはネットワーク系統１１００が接続される。ネットワーク系統１１００は実施例１に述べた装置構成と同様の構成であり、複数の通常通信経路１３あるいは装置情報通信経路１４を介して複数の端末通信装置１２が接続される。

一方、情報蓄積装置１５は複数の装置情報通信ポート１５０を備え、各ネットワーク系統１１００の末端に位置する複数の端末通信装置１２と装置情報通信経路１４を介して接続することができる。

本実施例によれば、分散制御システム１は、対象装置の要求性能に応じて、システム拡張が可能である。その他、分散制御システム１を適用した場合の効果は実施例１と同様である。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部や全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリやハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、又は、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

１ 分散制御システム
２ パケット
１３ 通常通信経路
１４ 装置情報通信経路
２０ フラグ部
２１ アドレス部
２２ データ部
９０ 自動分析装置
９１ 装置ユニット
９２ 制御デバイス
９３ ネットワークサーバ
１２０ 上流側通信ポート
１２１ 下流側通信ポート
１２３ 入出力ポート
１５０ 装置情報通信ポート
１０００ 表示装置
１００１ 設定ウィンドウ
１００２ ログ監視ウィンドウ
１１００ ネットワーク系統

Claims (17)

1. 中央演算装置と、
   中央通信装置と、
   少なくとも１つの制御デバイスが接続される複数の端末通信装置と、
   情報蓄積装置と、
   前記中央通信装置と前記端末通信装置の間、前記端末通信装置同士の間、前記端末通信装置と前記情報蓄積装置の間の通信経路を複数備えるツリー構造のネットワークと、
   を有する分散制御システムであって、
   前記中央通信装置は通常通信ポートを備え、
   前記端末通信装置は上流側通信ポートと下流側通信ポートを備え、
   前記情報蓄積装置は装置情報通信ポートを備え、
   前記ネットワークは、
   前記端末通信装置同士の前記上流側通信ポートと前記下流側通信ポートの間及び前記端末通信装置の前記上流側通信ポートと前記中央通信装置の前記通常通信ポートの間を接続する第一の通信経路と、
   前記ネットワークの末端に位置する前記端末通信装置の前記下流側通信ポート同士及び前記端末通信装置の前記下流側通信ポートと前記情報蓄積装置の前記装置情報通信ポートの間を接続する第二の通信経路とを備える、
   分散制御システム。
2. 前記端末通信装置は、前記第一の通信経路と前記第二の通信経路を用いて前記ネットワークの下流方向へ装置情報を送信する、請求項１に記載の分散制御システム。
3. 前記端末通信装置は、前記第一の通信経路を用いて前記ネットワークの上流方向へ、前記制御デバイスからの入力情報を送信する、請求項１に記載の分散制御システム。
4. 前記端末通信装置は、前記第一の通信経路と前記第二の通信経路を用いた前記ネットワークの下流方向への装置情報の送信と、前記第一の通信経路を用いた前記ネットワークの上流方向への前記制御デバイスからの入力情報の送信を並列に行う、請求項１に記載の分散制御システム。
5. 前記中央通信装置は、前記第一の通信経路を用いて複数の前記端末通信装置へ前記制御デバイスへの出力情報を送信する、請求項１に記載の分散制御システム。
6. 前記装置情報は前記第二の通信経路に接続されたいずれの前記端末通信装置にも送信され、
   前記情報蓄積装置は前記第二の通信経路に接続されたいずれの前記端末通信装置にも接続する、請求項２に記載の分散制御システム。
7. 前記中央通信装置は、複数の前記端末通信装置へ同時に、前記制御デバイスからの入力情報である第一の情報を前記中央通信装置へ送信させる第一の指令を送信し、
   前記中央通信装置は、前記第一の情報を受信したら前記中央演算装置へ転送し、
   前記中央演算装置は、前記第一の情報に基づいて前記制御デバイスへの出力情報である第二の情報を生成して前記中央通信装置へ転送し、
   前記中央通信装置は、前記第二の情報を複数の前記端末通信装置へ送信し、
   前記中央通信装置は、前記第一の指令を送信した後に、前記端末通信装置へ装置情報である第三の情報を送信させる第二の指令を送信し、
   前記端末通信装置は、前記第二の指令を受信したら前記ネットワークの下流方向に前記第三の情報を送信する、
   請求項１に記載の分散制御システム。
8. 前記中央演算装置は、前記分散制御システムが対象とする制御処理に関わる演算をする中央演算部を備える、請求項１に記載の分散制御システム。
9. 前記中央通信装置は、
   伝送信号と情報の変換をする伝送信号制御部と、
   情報の入出力を調停する中継制御部と、
   通信を制御する通信制御部と、
   前記ネットワークの通信状態あるいは通信経路情報あるいは前記分散制御システムの異常状態の検知を管理する通信管理部と、
   通信で送受信する情報を記憶する情報記憶部と、
   を備える請求項１に記載の分散制御システム。
10. 前記端末通信装置は、
    前記制御デバイスを接続する入出力ポートと、
    前記上流側通信ポートと接続され伝送信号と情報を変換する上流通信部と、
    前記下流側通信ポートと接続され伝送信号と情報を変換する下流通信部と、
    前記ネットワークの通信制御を実行する通信制御部と、
    当該端末通信装置の通信状態の管理をする通信管理部と、
    通信で送受信する情報を記憶する情報記憶部と、
    前記入出力ポートと接続され前記制御デバイスへの入出力を管理する入出力部と、
    を備える請求項１に記載の分散制御システム。
11. 前記情報蓄積装置は、
    前記装置情報通信ポートと接続され伝送信号を情報と変換する伝送信号制御部と、
    前記伝送信号制御部が受信した情報を解釈する装置情報受信部と、
    装置情報を蓄積する装置情報蓄積部と、
    を備える請求項１に記載の分散制御システム。
12. 前記中央通信装置に前記ネットワークが複数接続されている、請求項１に記載の分散制御システム。
13. 前記情報蓄積装置は前記装置情報通信ポートを複数備え、
    前記装置情報通信ポートのそれぞれに前記第二の通信経路が接続されている、請求項１に記載の分散制御システム。
14. 請求項７に記載の分散制御システムを備えた自動分析装置であって、
    前記自動分析装置は、前記ネットワークに接続されたサーバを介して他の自動分析装置あるいは異なる装置と接続され前記装置情報を共有する、自動分析装置。
15. ネットワークの上流側の通信装置と通信する上流側通信ポートと、前記ネットワークの下流側の通信装置と通信する下流側通信ポートと、制御デバイスが接続される入出力ポートとを備える端末通信装置の通信制御方法であって、
    第一の指令を含むパケットを受信したとき前記制御デバイスからの入力情報を含む第一のパケットを前記上流側通信ポートから前記上流側の通信装置に送信し、
    第二の指令を含むパケットを受信したとき当該端末通信装置の装置情報を含む第二のパケットを前記下流側通信ポートから前記下流側の通信装置に送信し、
    情報を含むパケットを受信したとき、当該パケットによる通信が下流方向への通信であるか上流方向への通信であるかを判定し、
    上流方向への通信であると判定されたときは受信したパケットを前記上流側通信ポートから前記上流側の通信装置へ転送し、
    下流方向への通信であると判定されたときは受信したパケットが自身宛のパケットであるか否かを判定し、
    自身宛であった場合には受信したパケットに含まれる情報を情報記憶部に書き込み、
    自身宛でなかった場合には受信したパケットを前記下流側通信ポートから前記下流側の通信装置に転送する、
    端末通信装置の通信制御方法。
16. 前記第二のパケットの送信、前記受信したパケットの前記上流側の通信装置への転送、及び前記受信したパケットの前記下流側の通信装置への転送を並列に実行する、請求項１５に記載の端末通信装置の通信制御方法。
17. 前記第一のパケットに上流方向への通信であることを示す情報を設定し、前記第二のパケットに下流方向への通信であることを示す情報を設定する、請求項１５に記載の端末通信装置の通信制御方法。

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