JP7066081B1

JP7066081B1 - コントローラユニット及び汎用オペレーティングシステムの電源操作方法

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Publication number: JP7066081B1
Application number: JP2022506624A
Authority: JP
Inventors: 秀明酒向; 英和東
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2021-09-10
Filing date: 2021-09-10
Publication date: 2022-05-12
Anticipated expiration: 2041-09-10
Also published as: JPWO2023037524A1; WO2023037524A1; CN117651941A

Abstract

プログラマブルコントローラを構成するコントローラユニット（１２０）は、リアルタイムＯＳを実行する第１プロセッサを有するリアルタイムＯＳ実行部（５１）と、汎用ＯＳを実行する第２プロセッサを有する汎用ＯＳ実行部（５２）と、を備える。リアルタイムＯＳ実行部（５１）は、汎用ＯＳの起動及び停止を含む電源状態の変更を指示するためのデバイス値を受信する受信回路（５１１１，５１２１）と、汎用ＯＳを起動する電源操作回路（５１６）と、をさらに有し、汎用ＯＳを起動するためのデバイス値が受信回路（５１１１，５１２１）によって受信された場合に、電源操作回路（５１６）を用いて汎用ＯＳを起動する。汎用ＯＳ実行部（５２）は、汎用ＯＳを停止するためのデバイス値が受信回路（５１１１，５１２１）によって受信された場合に、汎用ＯＳを停止する。

Description

本開示は、コントローラユニット及び汎用オペレーティングシステムの電源操作方法に関する。

ＦＡ（Factory Automation）の現場では、機器を制御する制御装置としてのプログラマブルコントローラが用いられることが多い。この種のプログラマブルコントローラは、例えばリアルタイムオペレーティングシステム上のアプリケーションを実行することで多数の機器の協調制御を実現している。

近年のデータ収集及びデータ分析の需要の高まりに伴って、一般的な情報処理を実行するために汎用オペレーティングシステムを搭載したプログラマブルコントローラが求められている。そこで、リアルタイムオペレーティングシステム及び汎用オペレーティングシステムの双方を実行可能な制御装置が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

特許文献１には、リアルタイムＯＳ（Operating System）を実行する分散制御ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、汎用ＯＳを実行する情報処理ＣＰＵと、がシリアルインターフェースを介して接続される構成を有する制御装置について記載されている。この制御装置では、分散制御ＣＰＵが、情報処理ＣＰＵの稼働状態を定期的に測定し、測定した稼働状態に応じて情報処理ＣＰＵに対してタスクの実行を要求するか否かを判定する。これにより、情報処理の負荷を分散することができる。

特許第６８０８０９０号公報

プログラマブルコントローラは、通常、長時間にわたって稼働を継続する。このため、特許文献１に記載の制御装置では、汎用ＯＳを担う情報処理ＣＰＵによる消費電力量が大きくなる。したがって、汎用オペレーティングシステムを搭載したプログラマブルコントローラの消費電力量を低減する余地がある。

本開示は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、汎用オペレーティングシステムを搭載したプログラマブルコントローラの消費電力量を低減させることを目的とする。

上記目的を達成するため、本開示のコントローラユニットは、プログラマブルコントローラを構成するコントローラユニットであって、リアルタイムオペレーティングシステムを実行する第１プロセッサを有するリアルタイムオペレーティングシステム実行手段と、汎用オペレーティングシステムを実行する第２プロセッサを有する汎用オペレーティングシステム実行手段と、を備え、リアルタイムオペレーティングシステム実行手段は、汎用オペレーティングシステムの起動及び停止を含む電源状態の変更を指示するための指示データを受信する受信手段と、汎用オペレーティングシステムを起動する電源操作回路と、をさらに有し、汎用オペレーティングシステムを起動するための指示データが受信手段によって受信された場合に、電源操作回路を用いて汎用オペレーティングシステムを起動し、汎用オペレーティングシステム実行手段は、汎用オペレーティングシステムを停止するための指示データが受信手段によって受信された場合に、汎用オペレーティングシステムを停止する。

本開示によれば、汎用オペレーティングシステムを搭載したプログラマブルコントローラの消費電力量を低減させることができる。

実施の形態１に係る制御システムの構成を示す図実施の形態１に係るコントローラユニットのハードウェア構成を示す図実施の形態１に係るコントローラユニットの機能的な構成を示す図実施の形態１に係るデバイス値について説明するための図実施の形態１に係る電源操作回路の構成を示す図実施の形態１に係る汎用ＯＳの電源を操作する流れを示す図実施の形態２に係るＰＬＣの構成を示す図

以下、本開示の実施の形態に係るプログラマブルコントローラについて、図面を参照しつつ詳細に説明する。

実施の形態１．
本実施の形態に係るＰＬＣ（Programmable Logic Controller）１００は、外部からの指示に従って汎用ＯＳを起動及び停止するコントローラユニット１２０を有する。当該コントローラユニット１２０は、汎用ＯＳによる情報処理を必要とする外部の装置からの要求に応じて汎用ＯＳを起動し、情報処理が完了したときには汎用ＯＳを停止する。以下、ＰＬＣ１００の概要、及び、コントローラユニット１２０について順に説明する。

ＰＬＣ１００は、図１に示されるように、スイッチ１０３及び半導体製造装置１０４とともに制御システム１０を構成する。制御システム１０は、工場に設置されるＦＡシステムの一部に相当する。制御システム１０は、インターネットに代表されるネットワーク３００を介してクラウドサーバ３０に接続される。また、制御システム１０は、工場内の産業用ネットワーク２００を介して、制御システム１０と同様にＦＡシステムの一部に相当する外部システム２０に接続される。

制御システム１０のＰＬＣ１００は、機器を制御する制御装置である。詳細には、ＰＬＣ１００は、スイッチ１０３の状態を含む入力に応じて半導体製造装置１０４を制御することで、半導体製品の生産ラインを稼働させる。また、ＰＬＣ１００は、複数のモジュールを組み合わせることで構成されるビルディングブロック形式のプログラマブルコントローラである。詳細には、ＰＬＣ１００は、電力を他のモジュールに供給する電源モジュール１１０と、他のモジュールを制御してＰＬＣ１００の動作を決定するＣＰＵ（Central Processing Unit）モジュールに相当するコントローラユニット１２０と、スイッチ１０３の状態を示す信号が入力される入力モジュール１３０と、半導体製造装置１０４から信号が入力される入力モジュール１４０と、半導体製造装置１０４に信号を出力する出力モジュール１５０と、産業用ネットワーク２００を介して通信するためのネットワークモジュール１６０とを、ベースモジュール１７０に装着することで構成される。

電源モジュール１１０は、図１中の太線の矢印で示されるように、ベースモジュール１７０内の電源線を介して他のモジュールに電力を供給する。ベースモジュール１７０は、図１中の破線で示されるように、モジュール間で通信するための信号線としてのＰＬＣバス１７１を有する。コントローラユニット１２０は、ベースモジュール１７０を介して、スイッチ１０３の状態を示すデータを入力モジュール１３０から取得するとともに半導体製造装置１０４から出力されるデータを入力モジュール１４０から取得する。また、コントローラユニット１２０は、ベースモジュール１７０を介して出力モジュール１５０へ、半導体製造装置１０４に対する制御指令を送信することで、半導体製造装置１０４を制御する。さらに、コントローラユニット１２０は、ベースモジュール１７０及びネットワークモジュール１６０を介して、外部システム２０の装置と連携して動作する。なお、コントローラユニット１２０は、ベースモジュール１７０を介することなく、ネットワーク３００に接続されて直接通信する機能を有する。

外部システム２０は、制御システム１０のＰＬＣ１００と同様に複数のモジュールで構成されるＰＬＣ２１と、不図示の機器に接続されて当該機器からの信号が入力されるネットワーク接続入力モジュール２２と、不図示の機器に接続されて当該機器へ信号を出力するネットワーク接続出力モジュール２３と、を有する。ＰＬＣ２１、ネットワーク接続入力モジュール２２及びネットワーク接続出力モジュール２３はいずれも、産業用ネットワーク２００に接続されてＰＬＣ１００のネットワークモジュール１６０と互いに通信する。ＰＬＣ２１は、ＰＬＣ１００と協働することにより多数の機器の協調制御を実現する。ネットワーク接続入力モジュール２２及びネットワーク接続出力モジュール２３は、ＰＬＣ１００の入力モジュール１４０及び出力モジュール１５０と同等の機能を、産業用ネットワーク２００を介して発揮する装置である。ＰＬＣ１００は、ネットワーク接続入力モジュール２２に入力された信号に基づく制御を実行してもよいし、ネットワーク接続出力モジュール２３に接続される機器を制御してもよい。

図２には、コントローラユニット１２０のコンピュータとしてのハードウェア構成の概要が示されている。コントローラユニット１２０は、そのハードウェア構成として、第１プロセッサ４１１及び第１主記憶部４１２を有するリアルタイムＯＳ実行部５１と、第２プロセッサ４２１及び第２主記憶部４２２を有する汎用ＯＳ実行部５２と、補助記憶部４３と、入力部４４と、出力部４５と、通信部４６と、を有する。第１主記憶部４１２、第２主記憶部４２２、補助記憶部４３、入力部４４、出力部４５及び通信部４６はいずれも、内部バス４７を介して第１プロセッサ４１１及び第２プロセッサ４２１に接続される。

第１プロセッサ４１１及び第２プロセッサ４２１はそれぞれ、集積回路であるＣＰＵ（Central Processing Unit）又はＭＰＵ（Micro Processing Unit）を含む。第１プロセッサ４１１は、補助記憶部４３に記憶されるプログラム４３１を実行することにより、リアルタイムＯＳ実行部５１の種々の機能を実現して、後述の処理を実行する。プログラム４３１は、ソフトウェアとしてのリアルタイムＯＳ、及び、機器を制御するためのラダープログラムを含む。リアルタイムＯＳは、リアルタイム処理のためのＯＳである。リアルタイムＯＳでは、演算処理のリアルタイム性を保証するために、演算処理を実行するための命令の発行から当該演算処理の完了までの時間の上限値が予め規定される。

また、第２プロセッサ４２１は、補助記憶部４３に記憶されるプログラム４３２を実行することにより、汎用ＯＳ実行部５２の種々の機能を実現して、後述の処理を実行する。プログラム４３２は、ソフトウェアとしての汎用ＯＳ、及び、汎用ＯＳ上で実行されるアプリケーションソフトウェアを含む。汎用ＯＳは、一般的な情報処理のためのＯＳである。汎用ＯＳでは、リアルタイムＯＳにおいて保証される演算処理の実行時間の上限値が保証されない。制御システム１０において、汎用ＯＳ及び汎用ＯＳ上のアプリケーションソフトウェアによる情報処理は、制御システム１０においては必ずしも常時必要とはされない。このような情報処理は、例えば、異常発生時の情報の分析、並びに、一定時間稼働後のデータの収集及び分析のように、必要とされる状況が限定される。

第１主記憶部４１２及び第２主記憶部４２２はそれぞれ、ＲＡＭ（Random Access Memory）を含む。第１主記憶部４１２には、補助記憶部４３からプログラム４３１がロードされる。そして、第１主記憶部４１２は、第１プロセッサ４１１の作業領域として用いられる。また、第２主記憶部４２２には、補助記憶部４３からプログラム４３２がロードされる。そして、第２主記憶部４２２は、第２プロセッサ４２１の作業領域として用いられる。

補助記憶部４３は、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）及びＨＤＤ（Hard Disk Drive）に代表される不揮発性メモリを含む。補助記憶部４３は、プログラム４３１，４３２の他に、第１プロセッサ４１１及び第２プロセッサ４２１の処理に用いられる種々のデータを記憶する。補助記憶部４３は、第１プロセッサ４１１の指示に従って、第１プロセッサ４１１によって利用されるデータを第１プロセッサ４１１に供給し、第１プロセッサ４１１から供給されたデータを記憶する。また、補助記憶部４３は、第２プロセッサ４２１の指示に従って、第２プロセッサ４２１によって利用されるデータを第２プロセッサ４２１に供給し、第２プロセッサ４２１から供給されたデータを記憶する。

なお、図２では、単一の補助記憶部４３が設けられているが、リアルタイムＯＳ実行部５１によって利用される補助記憶部４３と、汎用ＯＳ実行部５２によって利用される補助記憶部４３と、を別個に設けてもよい。別個に設けられた補助記憶部４３は、リアルタイムＯＳ実行部５１及び汎用ＯＳ実行部５２にそれぞれ含まれてもよい。また、リアルタイムＯＳ実行部５１及び汎用ＯＳ実行部５２は、異なる基板上に実装されてもよいし、単一の基板上に実装されてもよい。リアルタイムＯＳ実行部５１は、コントローラユニット１２０において、リアルタイムＯＳを実行する第１プロセッサを有するリアルタイムオペレーティングシステム実行手段の一例に相当する。汎用ＯＳ実行部５２は、コントローラユニット１２０において、汎用ＯＳを実行する第２プロセッサを有する汎用オペレーティングシステム実行手段の一例に相当する。

入力部４４は、入力キー及びポインティングデバイスに代表される入力デバイスを含む。入力部４４は、ＰＬＣ１００のユーザによって入力された情報を取得して、取得した情報を第１プロセッサ４１１及び第２プロセッサ４２１に通知する。入力部４４によって取得される情報は、例えば、ＰＬＣ１００の動作を決定するパラメータを含む。

出力部４５は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）及びスピーカに代表される出力デバイスを含む。出力部４５は、第１プロセッサ４１１及び第２プロセッサ４２１の指示に従って、種々の情報をユーザに提示する。

通信部４６は、外部の装置とＥｔｈｅｒｎｅｔフレームを送受するためのネットワークインタフェース回路、及び、ベースモジュール１７０内のＰＬＣバス１７１を介してデータを送受するための通信インタフェース回路を含む。通信部４６は、外部から信号を受信して、この信号により示されるデータを第１プロセッサ４１１及び第２プロセッサ４２１へ出力する。また、通信部４６は、第１プロセッサ４１１及び第２プロセッサ４２１から出力されたデータを示す信号を外部の装置へ送信する。

上述のハードウェア構成が協働することでコントローラユニット１２０は、リアルタイムＯＳと汎用ＯＳをそれぞれ独立して実行する機能を有する。詳細には、図３に示されるように、コントローラユニット１２０は、その機能として、リアルタイムＯＳを実行するリアルタイムＯＳ実行部５１と、汎用ＯＳを実行する汎用ＯＳ実行部５２と、ＯＳ間で通信するためのＯＳ間通信部５３と、を有する。ＯＳ間通信部５３は、図２の内部バス４７に対応する。

リアルタイムＯＳ実行部５１は、ＰＬＣバス１７１を介して通信するためのＰＬＣバス通信Ｉ／Ｆ（Interface）５１１と、ネットワーク３００を介して通信するためのネットワーク通信Ｉ／Ｆ５１２と、ネットワーク３００及び産業用ネットワーク２００を介して予め定められた専用のプロトコルで通信するための専用プロトコル通信部５１３と、汎用ＯＳに対する電源状態の変更指示の内容を示すデバイス値を記憶して管理するデバイス値管理部５１４と、リアルタイムＯＳ実行部５１の構成要素を制御する制御部５１５と、汎用ＯＳを起動する電源操作回路５１６と、を有する。デバイス値管理部５１４によって管理されるデバイス値は、汎用ＯＳの起動及び停止を含む電源状態の変更を指示するための指示データの一例に相当する。デバイス値管理部５１４は、指示データが格納される記憶手段の一例に相当する。

ＰＬＣバス通信Ｉ／Ｆ５１１及びネットワーク通信Ｉ／Ｆ５１２はそれぞれ、通信部４６に対応する。ＰＬＣバス通信Ｉ／Ｆ５１１は、コントローラユニット１２０以外のモジュールからＰＬＣバス１７１を介してデータを受信する受信回路５１１１及び当該モジュールに対してデータを送信する送信回路５１１２を有する。また、ネットワーク通信Ｉ／Ｆ５１２は、ネットワーク３００を介してデータを受信する受信回路５１２１及びデータを送信する送信回路５１２２を有する。受信回路５１１１，５１２１はそれぞれ、コントローラユニット１２０において、指示データを受信する受信手段の一例に相当する。

専用プロトコル通信部５１３は、主として第１プロセッサ４１１によって実現される。専用プロトコル通信部５１３は、ネットワーク通信Ｉ／Ｆ５１２を介して、ネットワーク３００上のクラウドサーバ３０と専用のプロトコルで通信する。また、専用プロトコル通信部５１３は、ＰＬＣバス通信部Ｉ／Ｆ５１１及びネットワークモジュール１６０を介して産業用ネットワーク２００上の外部システム２０と専用のプロトコルで通信する。

デバイス値管理部５１４は、主として第１プロセッサ４１１及び補助記憶部４３の協働により実現される。デバイス値管理部５１４は、デバイス値がそれぞれ格納される複数の領域を含む記憶領域５１４１を有する。記憶領域５１４１は、図４に例示されるように、名称及び使用目的が予め設定される入力デバイス値の領域と出力デバイス値の領域とを有する。入力デバイス値の領域は、汎用ＯＳの電源状態に関する指示が入力される領域を含む。例えば、「Ｘ０」として他の領域から識別される領域には、汎用ＯＳの起動指示についての入力値が格納される。この入力値は、例えば「１」のときに指示が入力されたことを示し、「ゼロ」のときに指示が入力されていないことを示す。

汎用ＯＳの起動は、汎用ＯＳ実行部５２が電力をまったく消費していない電源ＯＦＦの状態から、電力を消費して汎用ＯＳの機能を発揮することが可能な電源ＯＮの状態への移行、及び、必要に応じて情報を第２主記憶部４２２に格納しておいて電力の消費を抑えたスタンバイ状態からの復帰、及び、電源をＯＮの状態から一旦ＯＦＦ状態に変更した上で再度ＯＮの状態に移行する再起動を含む。

また、「Ｘ１」の領域には、汎用ＯＳのシャットダウン指示についての入力値が格納され、「Ｘ２」の領域には、汎用ＯＳのスタンバイ指示についての入力値が格納される。シャットダウンは、電源ＯＮの状態から電源ＯＦＦの状態への移行を意味し、スタンバイ指示は、電源ＯＮの状態からスタンバイ状態への移行の指示を意味する。これらのシャットダウン指示及びスタンバイ指示は、汎用ＯＳを停止する指示の一例に相当する。

また、出力デバイス値の領域には、汎用ＯＳの電源状態に関してコントローラユニット１２０の外部の装置に対する通知の内容が格納される。例えば、「Ｙ０」の領域には、汎用ＯＳが再起動中であるか否かを示す出力値が格納される。この出力値は、例えば「１」のときに汎用ＯＳが再起動中であることを示し、「ゼロ」のときに再起動中ではないことを示す。また、「Ｙ２」の領域には、汎用ＯＳの現在の電源状態が、電源ＯＮ、電源ＯＦＦ、及び、スタンバイ、のいずれであるかを示す出力値が格納される。

記憶領域５１４１に格納されるこれらのデバイス値は、コントローラユニット１２０の外部の装置内のデータと同期され、又は、外部の装置による読み出し及び書き込みの対象となる。ここで、外部の装置とコントローラユニット１２０内のデバイス値との関係について説明する。

コントローラユニット１２０とともにベースモジュール１７０に装着された他のモジュールはそれぞれ、ＰＬＣバス１７１及びＰＬＣバス通信Ｉ／Ｆ５１１を介して記憶領域５１４１内のデバイス値にアクセスする。このようなアクセスにより、モジュール間でデバイス値が同期され、記憶領域５１４１内のデバイス値が他のモジュールによる読み出し及び書き込みの対象となる。例えば、ＰＬＣ１００に対する事前のパラメータ設定において、「Ｘ０」のデバイス値を、入力モジュール１３０に対するスイッチ１０３の入力に割り付けて同期させる場合には、スイッチ１０３への入力が直ちに「Ｘ０」の値に反映される。スイッチ１０３が例えば生産ラインの非常停止スイッチであれば、生産ラインの停止と同時に汎用ＯＳに対する起動指示が入力されることとなる。同様に、「Ｙ１」のデバイス値を出力モジュール１５０から半導体製造装置１０４への出力に割り付けて同期させる場合には、「Ｙ１」のデバイス値が直ちに半導体製造装置１０４への出力に反映される。例えば、非常停止についての汎用ＯＳによる原因分析が完了して生産ラインを再稼働させる際に、汎用ＯＳのシャットダウン完了とともに半導体製造装置１０４への制御指令が通知されることとなる。

また、外部システム２０の装置は、産業用ネットワーク２００を介して予め定められた専用のプロトコルに従ってネットワークモジュール１６０と通信し、ネットワークモジュール１６０、ＰＬＣバス通信Ｉ／Ｆ５１１及び専用プロトコル通信部５１３を介して記憶領域５１４１内のデバイス値にアクセスする。このようなアクセスにより、コントローラユニット１２０と外部システム２０との間でデバイス値が同期され、記憶領域５１４１内のデバイス値が外部システム２０の装置による読み出し及び書き込みの対象となる。例えば、ＰＬＣ１００のユーザによる事前のパラメータ設定において、ＰＬＣ２１、ネットワーク接続入力モジュール２２及びネットワーク接続出力モジュールの有する値が、記憶領域５１４１のデバイス値に割り付けられる。そして、ＰＬＣ２１が実行する制御プログラムによる値の変更、或いは、ネットワーク接続入力モジュール２２への入力値が、記憶領域５１４１の入力デバイス値に反映される。また、記憶領域５１４１の出力デバイス値が、ＰＬＣ２１によって利用される値、或いは、ネットワーク接続出力モジュール２３からの出力値に反映される。

ＰＬＣ１００の各モジュール及び外部システム２０の各装置は、記憶領域５１４１の出力デバイス値を参照することによりコントローラユニット１２０における汎用ＯＳの電源状態を把握し、汎用ＯＳが停止状態であるときに汎用ＯＳによる情報処理が必要になった場合には汎用ＯＳの起動指示を示す入力デバイス値を記憶領域５１４１に書き込む。そして、必要な情報処理が完了した場合には、ＰＬＣ１００の各モジュール及び外部システム２０の各装置は、汎用ＯＳの停止指示を示す入力デバイス値を記憶領域５１４１に書き込む。

さらに、記憶領域５１４１のデバイス値は、ネットワーク３００、ネットワーク通信Ｉ／Ｆ５１２及び専用プロトコル通信部５１３を介して、クラウドサーバ３０によってアクセスされてもよい。クラウドサーバ３０は、デバイス値を定期的に収集してその履歴を管理してもよい。

図３に戻り、制御部５１５は、主として第１プロセッサ４１１によって実現される。制御部５１５は、ＰＬＣバス通信Ｉ／Ｆ５１１、ネットワーク通信Ｉ／Ｆ５１２、専用プロトコル通信部５１３、及び、デバイス値管理部５１４を制御して、デバイス値を利用して生産ラインを稼働させる。例えば、制御部５１５は、スイッチ１０３の入力値を示すデバイス値に基づいて、半導体製造装置１０４に対する制御指令を示すデバイス値を決定する。また、制御部５１５は、「Ｘ０」及び「Ｘ３」のデバイス値を監視して、汎用ＯＳに対する起動指示が入力された場合に、電源操作回路５１６を用いて汎用ＯＳを起動する。さらに、制御部５１５は、「Ｘ１」及び「Ｘ２」のデバイス値を監視して、汎用ＯＳに対する停止指示が入力された場合に、ＯＳ間通信部５３を介して停止指示の内容を汎用ＯＳ実行部５２の電源管理部５２１に通知してもよい。

電源操作回路５１６は、図５に示されるように、汎用ＯＳ実行部５２に対して汎用ＯＳの起動指示を入力する電源ＯＮスイッチ５１６１と、汎用ＯＳ実行部５２に対して汎用ＯＳの再起動指示を入力するリセットスイッチ５１６２と、を有する。これらのスイッチはそれぞれ、制御部５１５から出力される信号に応じてＯＮ状態とＯＦＦ状態とを切り替える。汎用ＯＳが電源ＯＦＦの状態又はスタンバイ状態であるときには、電源操作回路５１６が電源ＯＮスイッチ５１６１をＯＮ状態にして導通させることで、汎用ＯＳ実行部５２に電力が投入されて汎用ＯＳが起動することとなる。

図３に戻り、汎用ＯＳ実行部５２は、汎用ＯＳを停止する電源管理部５２１と、ＯＳ間通信部５３を介してデバイス値管理部５１４のデバイス値にアクセスするデバイス値アクセス部５２２と、ネットワーク３００を介して通信するためのネットワーク通信Ｉ／Ｆ５２３と、汎用ＯＳ上で動作する情報処理プログラム５２４と、を有する。

電源管理部５２１は、主として第２プロセッサ４２１によって実現される。電源管理部５２１は、汎用ＯＳの一部の機能に相当してもよいし、汎用ＯＳ上のアプリケーションソフトウェアに相当してもよい。電源管理部５２１は、リアルタイムＯＳ実行部５１からＯＳ間通信部５３を介して、汎用ＯＳの停止指示が入力されたことが通知されると、汎用ＯＳを停止する。詳細には、電源管理部５２１は、汎用ＯＳのシャットダウン又はスタンバイへの移行を指示するコマンドを実行する。なお、電源管理部５２１は、デバイス値アクセス部５２２を介して記憶領域５１４１のデバイス値を監視して、停止指示の有無を確認してもよい。

また、電源管理部５２１は、汎用ＯＳの電源状態を、ＯＳ間通信部５３を介して制御部５１５に定期的に通知する。さらに、電源管理部５２１は、デバイス値アクセス部５２２を介して記憶領域５１４１の出力デバイス値を、汎用ＯＳの電源状態を示す値に更新する。例えば、電源管理部５２１は、汎用ＯＳが立ち上がったときに上述の出力デバイス値を「電源ＯＮ」に対応する値に更新し、汎用ＯＳを停止するためのコマンドの生成と同時に上述の出力デバイス値を「電源ＯＦＦ」に対応する値に更新してから汎用ＯＳを停止する。このように更新されることで、デバイス値は、汎用ＯＳの電源状態をリアルタイムに示す。制御部５１５は、汎用ＯＳの電源状態を示すデバイス値の確認、及び、電源管理部５２１からの直接の通知、の少なくとも一方により汎用ＯＳの電源状態を把握すればよい。

デバイス値アクセス部５２２は、主として第２プロセッサ４２１によって実現される。デバイス値アクセス部５２２は、汎用ＯＳの一部の機能に相当してもよいし、汎用ＯＳ上のアプリケーションソフトウェアに相当してもよい。ネットワーク通信Ｉ／Ｆ５２３は、通信部４６に対応する。情報処理プログラム５２４は、ＰＬＣ１００のユーザが例えば汎用プログラミング言語で記述したソースコードに基づいて生成される、汎用ＯＳ上で動作するアプリケーションソフトウェアである。情報処理プログラム５２４を実行することにより、汎用ＯＳ実行部５２は、デバイス値アクセス部５２２を介して記憶領域５１４１のデバイス値を参照して、制御システム１０において一時的に必要とされる情報処理を実行する。この情報処理は、例えば、データ収集、及び、収集したデータの分析であって、異常の原因究明、或いは異常発生時における制御システム１０の状況の分析を目的として実行される。

続いて、制御システム１０において汎用ＯＳの電源を操作する一連の流れについて、図６を参照して説明する。図６に示される外部装置６０は、コントローラユニット１２０とともにベースモジュール１７０に取り付けられる他のモジュール、又は、外部システム２０の装置に相当する。

外部装置６０は、汎用ＯＳの起動条件が成立するか否かを判定する（ステップＳ１）。例えば、外部装置６０は、汎用ＯＳによる分析を必要とすることが予め設定された、異常を含むイベントの発生を検知したか否かを判定する。起動条件が成立しないと判定した場合（ステップＳ１；Ｎｏ）、外部装置６０は、ステップＳ１の判定を繰り返す。

一方、起動条件が成立したと判定した場合（ステップＳ１；Ｙｅｓ）、外部装置６０は、汎用ＯＳの起動指示をリアルタイムＯＳ実行部５１によって管理される記憶領域５１４１に書き込む（ステップＳ２）。ここで、外部装置６０は、起動指示とともに、起動条件に関する情報を書き込む。起動条件に関する情報は、例えば、発生した異常内容を示す情報である。

次に、リアルタイムＯＳ実行部５１が、書き込まれた起動指示を検知して、電源操作回路５１６を用いて汎用ＯＳを起動する（ステップＳ３）。これにより、汎用ＯＳ実行部５２がその機能を発揮できる状態となる。汎用ＯＳ実行部５２は、汎用ＯＳの起動後に、汎用ＯＳ上で情報処理プログラム５２４を実行する（ステップＳ４）。具体的には、情報処理プログラム５２４を実行する汎用ＯＳ実行部５２が、デバイス値アクセス部５２２により起動条件に関する情報を示すデバイス値を記憶領域５１４１から収集する。汎用ＯＳ実行部５２は、収集した情報を解析して、ネットワーク通信Ｉ／Ｆ５２３から解析結果をクラウドサーバ３０にアップロードする。

次に、汎用ＯＳ実行部５２は、情報処理の完了をリアルタイムＯＳ実行部５１に通知する（ステップＳ５）。具体的には、汎用ＯＳ実行部５２は、情報の解析が完了したことを示すデバイス値を記憶領域５１４１に書き込む。外部装置６０は、記憶領域５１４１を参照して（ステップＳ６）、汎用ＯＳの停止条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ７）。停止条件は、例えば、外部装置６０にとって十分な情報の解析が終了したときに満たされる。停止条件が成立していないと判定した場合（ステップＳ７；Ｎｏ）、外部装置６０は、ステップＳ７の判定を繰り返す。ここで、外部装置６０は、起動中の汎用ＯＳと連携して、汎用ＯＳ上の情報処理プログラム５２４による再度の情報解析を実行させてもよい。

停止条件が成立したと判定した場合（ステップＳ７；Ｙｅｓ）、外部装置６０は、汎用ＯＳの停止指示を示すデバイス値をリアルタイムＯＳ実行部５１の記憶領域５１４１に書き込む（ステップＳ８）。汎用ＯＳ実行部５２は、記憶領域５１４１を監視して、書き込まれた停止指示を取得すると（ステップＳ９）、汎用ＯＳに対するシャットダウンのコマンドを実行し、汎用ＯＳを停止する（ステップＳ１０）。

以上、説明したように、本実施の形態に係るコントローラユニット１２０によれば、リアルタイムＯＳ実行部５１は、汎用ＯＳを起動するための指示データとしてのデバイス値がＰＬＣバス通信Ｉ／Ｆ５１１又はネットワーク通信Ｉ／Ｆ５１２によって受信された場合に、電源操作回路５１６を用いて汎用ＯＳを起動し、汎用ＯＳ実行部５２は、汎用ＯＳを停止するための指示データが受信された場合に、汎用ＯＳを停止する。これにより、必要なときに限って汎用ＯＳを起動することができる。したがって、汎用ＯＳを搭載したＰＬＣ１００の消費電力量を低減させることができる。なお、リアルタイムＯＳ実行部５１は、汎用ＯＳを起動する起動手段の一例に相当する。

また、リアルタイムＯＳに比して汎用ＯＳのソフトウェア構成は複雑であるため、リアルタイムＯＳと同様に汎用ＯＳを長時間にわたって稼働すると、ＰＬＣ１００の動作が不安定になりやすく異常終了するおそれがある。これに対して本実施の形態に係るコントローラユニット１２０によれば、汎用ＯＳの稼働時間を短縮して、ＰＬＣ１００の動作を安定させることができる。さらに、汎用ＯＳを停止することで第２主記憶部４２２に対する書換処理の頻度が低減し、コントローラユニット１２０の製品寿命を延長することができる。

また、リアルタイムＯＳ実行部５１によって管理されるデバイス値を利用して、汎用ＯＳの電源状態が操作される。例えば、汎用ＯＳ実行部５２は、リアルタイムＯＳ実行部５１の記憶領域５１４１を監視して、汎用ＯＳを停止するためのデバイス値が記憶領域５１４１に格納された場合に汎用ＯＳを停止する。デバイス値の同期或いは書き込み及び読み出しは、一般的なＰＬＣ１００において実現されている機能である。このため、ＰＬＣ１００に対して汎用ＯＳによる情報処理の機能を付加する際に、汎用ＯＳと外部の装置との間に、汎用ＯＳの電源を操作するための新たな回路を設ける必要がない。したがって、開発コストを抑えることができる。

具体的には、汎用ＯＳが搭載されていないＰＬＣ１００について、ＣＰＵモジュールをコントローラユニット１２０に交換してデバイス値を設定すれば、他のモジュールから汎用ＯＳの機能を利用することができる。例えば、汎用ＯＳに対する電源操作を示すデバイス値が、ＰＬＣ１００の他のモジュールに入力されるデータ又は他のモジュールから出力されるデータと同期される場合には、他のモジュールの入出力と連動して汎用ＯＳを容易に利用することができる。この場合には、ＰＬＣバス通信Ｉ／Ｆ５１１の受信回路５１１１は、プログラマブルコントローラを構成する他のコントローラユニットに入力される入力データ又は他のコントローラユニットから出力される出力データである受信データを受信する受信手段の一例に相当し、第１プロセッサ４１１は、デバイス値管理部５１４に格納されるデバイス値を、上述の受信データと等しくなるように更新する。

また、ＰＬＣ１００が、産業用ネットワーク２００を介して接続されるＰＬＣ２１と共有するデータを、汎用ＯＳに対する電源操作のためのデバイス値として設定すれば、ＰＬＣ２１の動作と連係して容易に汎用ＯＳを利用することができる。具体的には、産業用ネットワーク２００を介して接続されるＰＬＣのモジュールが相互にアクセス可能なリンクデバイスと呼ばれる記憶領域に汎用ＯＳの電源に関するデバイス値を格納し、当該デバイス値をリアルタイムに同期させるリフレッシュ機能を利用して、産業用ネットワーク２００を介して汎用ＯＳを容易に利用することができる。

また、汎用ＯＳの電源状態を、デバイス値を利用して外部の装置に通知することができる。このデバイス値は、汎用ＯＳの現在の電源状態を示す電源状態データの一例に相当する。また、送信回路５１１２，５１２２は、電源状態データを記憶手段から読み出して外部の装置に送信する送信手段の一例に相当する。

実施の形態２．
続いて、実施の形態２について、上述の実施の形態１との相違点を中心に説明する。なお、上記実施の形態１と同一又は同等の構成については、同等の符号を用いる。上記実施の形態１においては、汎用ＯＳ搭載するコントローラユニット１２０が、ＰＬＣ１００のＣＰＵモジュールに相当する例について説明したが、コントローラユニット１２０がネットワークモジュール１６０に相当する形態も考えられる。

図７に示されるように、ＰＬＣ１００は、汎用ＯＳを搭載していないＣＰＵモジュール１２０ａと、ネットワークモジュールとして機能し汎用ＯＳを搭載するコントローラユニット１２０と、を有する。コントローラユニット１２０は、図２，３に示されるような構成を有する。ただし、リアルタイムＯＳ実行部５１のネットワーク通信Ｉ／Ｆ５１２は、産業用ネットワーク２００を介して外部システム２０の装置と通信するとともに、ネットワーク３００を介してクラウドサーバ３０と通信する。

以上、説明したように、コントローラユニット１２０がＰＬＣ１００のネットワーク機能と担うモジュールに相当する場合においても、外部の装置から汎用ＯＳの電源操作が可能になる。

以上、本開示の実施の形態について説明したが、本開示は上記実施の形態によって限定されるものではない。

例えば、汎用ＯＳを搭載するモジュールがＣＰＵモジュール又はネットワークモジュールである例について説明したが、これには限定されない。例えば、入力モジュール又は出力モジュールが汎用ＯＳを搭載してもよい。また、コントローラユニット１２０は、汎用ＯＳの機能の追加を主たる目的とする拡張モジュールであってもよい。

また、ＰＬＣ１００がビルディングブロック形式の制御装置である例について説明したが、これには限定されない。ＰＬＣ１００は、各モジュールが単一の筐体において一体的に含まれる制御装置であってもよい。コントローラユニット１２０は、このような一体的な制御装置の一部として構成されてもよい。

また、ＦＡシステムが半導体製品を製造する例について説明したが、これには限定されない。ＦＡシステムは、例えば、他の生産システム、又は、検査システム若しくは加工システムであってもよいし、その他のシステムであってもよい。

本開示は、本開示の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、本開示を説明するためのものであり、本開示の範囲を限定するものではない。つまり、本開示の範囲は、実施の形態ではなく、請求の範囲によって示される。そして、請求の範囲内及びそれと同等の開示の意義の範囲内で施される様々な変形が、本開示の範囲内とみなされる。

本開示は、汎用ＯＳを搭載した制御装置に適している。

１０制御システム、１００，２１ＰＬＣ、１０３スイッチ、１０４半導体製造装置、１１０電源モジュール、１２０コントローラユニット、１２０ａＣＰＵモジュール、１３０，１４０入力モジュール、１５０出力モジュール、１６０ネットワークモジュール、１７０ベースモジュール、１７１ＰＬＣバス、２０外部システム、２２ネットワーク接続入力モジュール、２３ネットワーク接続出力モジュール、２００産業用ネットワーク、３０クラウドサーバ、３００ネットワーク、４１１第１プロセッサ、４１２第１主記憶部、４２１第２プロセッサ、４２２第２主記憶部、４３補助記憶部、４３１，４３２プログラム、４４入力部、４５出力部、４６通信部、４７内部バス、５１リアルタイムＯＳ実行部、５１１ＰＬＣバス通信Ｉ／Ｆ、５１１１，５１２１受信回路、５１１２，５１２２送信回路、５１２ネットワーク通信Ｉ／Ｆ、５１３専用プロトコル通信部、５１４デバイス値管理部、５１４１記憶領域、５１５制御部、５１６電源操作回路、５１６１電源ＯＮスイッチ、５１６２リセットスイッチ、５２汎用ＯＳ実行部、５２１電源管理部、５２２デバイス値アクセス部、５２３ネットワーク通信Ｉ／Ｆ、５２４情報処理プログラム、５３ＯＳ間通信部、６０外部装置。

Claims

プログラマブルコントローラを構成するコントローラユニットであって、
リアルタイムオペレーティングシステムを実行する第１プロセッサを有するリアルタイムオペレーティングシステム実行手段と、
汎用オペレーティングシステムを実行する第２プロセッサを有する汎用オペレーティングシステム実行手段と、を備え、
前記リアルタイムオペレーティングシステム実行手段は、
前記汎用オペレーティングシステムの起動及び停止を含む電源状態の変更を指示するための指示データを受信する受信手段と、
前記汎用オペレーティングシステムを起動する電源操作回路と、をさらに有し、
前記汎用オペレーティングシステムを起動するための前記指示データが前記受信手段によって受信された場合に、前記電源操作回路を用いて前記汎用オペレーティングシステムを起動し、
前記汎用オペレーティングシステム実行手段は、前記汎用オペレーティングシステムを停止するための前記指示データが前記受信手段によって受信された場合に、前記汎用オペレーティングシステムを停止する、
コントローラユニット。
前記リアルタイムオペレーティングシステム実行手段は、前記受信手段によって受信された前記指示データが格納される記憶手段、をさらに有し、
前記汎用オペレーティングシステム実行手段は、前記記憶手段を監視して、前記汎用オペレーティングシステムを停止するための前記指示データが前記記憶手段に格納された場合に、前記汎用オペレーティングシステムを停止する、
請求項１に記載のコントローラユニット。
前記受信手段は、前記プログラマブルコントローラを構成する他のコントローラユニットに入力される入力データ又は前記他のコントローラユニットから出力される出力データである受信データを受信し、
前記第１プロセッサは、前記記憶手段に格納される前記指示データを、前記受信データと等しくなるように更新する、
請求項２に記載のコントローラユニット。
前記記憶手段に格納される前記指示データは、前記プログラマブルコントローラが、ネットワークを介して接続される他のプログラマブルコントローラと共有するデータである、
請求項２に記載のコントローラユニット。
前記受信手段は、前記ネットワークを介して予め定められたプロトコルで前記指示データを受信する、
請求項４に記載のコントローラユニット。
前記汎用オペレーティングシステム実行手段は、前記汎用オペレーティングシステムの現在の電源状態を示す電源状態データを前記記憶手段に格納し、
前記リアルタイムオペレーティングシステム実行手段は、前記電源状態データを前記記憶手段から読み出して外部の装置に送信する送信手段、をさらに有する、
請求項２から５のいずれか一項に記載のコントローラユニット。
プログラマブルコントローラを構成するコントローラユニットにおける汎用オペレーティングシステムの電源操作方法であって、
リアルタイムオペレーティングシステムを実行する第１プロセッサを有するリアルタイムオペレーティングシステム実行手段の受信手段が、前記汎用オペレーティングシステムの起動及び停止を含む電源状態の変更を指示するための指示データを受信し、
前記汎用オペレーティングシステムを起動するための前記指示データが前記受信手段によって受信された場合に、前記リアルタイムオペレーティングシステム実行手段が、電源操作回路を用いて前記汎用オペレーティングシステムを起動し、
前記汎用オペレーティングシステムを停止するための前記指示データが前記受信手段によって受信された場合に、前記汎用オペレーティングシステムを実行する第２プロセッサを有する汎用オペレーティングシステム実行手段が、前記汎用オペレーティングシステムを停止する、
ことを含む汎用オペレーティングシステムの電源操作方法。