JP7221463B1 - 制御システム及びプログラマブルロジックコントローラ - Google Patents

Abstract

カメラ（２０）とＰＬＣ（１０）が制御ネットワークで接続された制御システム（１）であって、カメラ（２０）は第１の同期カウンタを備え、ＰＬＣ（１０）は第２の同期カウンタを備え、制御ネットワークは、カメラ（２０）とＰＬＣ（１０）の間で複数回以上の伝送遅延時間を計測することで高精度に第１及び第２の同期カウンタを定期的繰り返し同期させ、カメラ（２０）は撮像時の第１の同期カウンタのカウント値を撮像画像に付加して制御ネットワークを経由してＰＬＣ（１０）に転送し、ＰＬＣ（１０）は第２の同期カウンタのカウント値とともに、内部のデータ又は接続された制御対象のデータ、第１の同期カウンタのカウント値及び画像データをＰＬＣ（１０）内の記憶装置に記憶する。

Description

本開示は、制御システム及びプログラマブルロジックコントローラに関する。

ＦＡ（Factory Automation）の分野において、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller：プログラマブルロジックコントローラ）が記録したログと、撮像装置により撮像された生産設備の動画像とを用いて、生産設備に生じるトラブルの原因究明を行うことがある。例えば、生産設備が異常な動作をした際に、その異常な操作についての動画像と、動画像に付された時刻におけるログとを照合して、その異常な操作の原因を究明することがある。なお、動画像に付された時刻として、例えば撮像装置により動画像の各フレームが撮像された時刻、ＰＬＣにより動画像の各フレームのデータが取得された時刻などが考えられる。

ここで、原因究明の際に、動画像に付された時刻と、ログの記録時刻との間に不整合があると、原因究明に支障が生じる可能性があるため、動画像に付された時刻とログの記録時刻とを整合させる技術が必要とされている。

特許文献１には、撮像装置であるカメラとＰＬＣとを専用の低遅延な撮像トリガラインにて接続することにより、動画像に付された時刻とログの記録時刻とを精度良く同期させる技術が示されている。特許文献１に記載の技術により、動画像に付された時刻とログの記録時刻とを整合させることができる。

特開２０２０－１３４９８５号公報

特許文献１に記載の技術では、カメラとＰＬＣとを専用の低遅延な撮像トリガラインにて接続する必要がある。そのため、カメラについては、ネットワークカメラ、Ｗｅｂカメラ等の一般的に普及しているカメラを採用することができず、撮像トリガラインに対応した専用の撮像装置を用意する必要がある。さらに、専用の低遅延な撮像トリガラインが必要な点で、遠距離からの監視に制約がかかる。

本開示の目的は、上記の事情に鑑み、カメラとＰＬＣとを専用の低遅延な撮像トリガラインにて接続することなく、動画像に付された時刻とＰＬＣが記録したログの記録時刻とを整合できることを目的とする。

上記の目的を達成するため、本開示に係る制御システムは、
カメラとプログラマブルロジックコントローラが制御ネットワークで接続された制御システムであって、
前記カメラは、第１の同期カウンタを備え、
前記プログラマブルロジックコントローラは、第２の同期カウンタを備え、
前記制御ネットワークは、最長通信遅延時間を確保する仕組みを持ち、前記カメラと前記プログラマブルロジックコントローラの間で複数回以上の伝送遅延時間を計測することで高精度に前記第１及び第２の同期カウンタを定期的繰り返し同期させ、
前記カメラは、撮像時の前記第１の同期カウンタのカウント値を撮像画像に付加して前記制御ネットワークを経由して前記プログラマブルロジックコントローラに転送し、
前記プログラマブルロジックコントローラは、前記第２の同期カウンタのカウント値とともに、内部のデータ又は接続された制御対象のデータ、前記第１の同期カウンタのカウント値及び前記撮像画像を、前記プログラマブルロジックコントローラ内の記憶装置に記憶する。

本開示によれば、カメラとＰＬＣとを専用の低遅延な撮像トリガラインにて接続することなく、動画像に付された時刻とＰＬＣが記録したログの記録時刻とを整合できる。

本開示の実施の形態に係る制御システムの全体構成を示す図 本開示の実施の形態に係る制御システムにおいて回避すべき動画像の不整合を説明する図 本開示の実施の形態に係る伝送路遅延計測による同期方式を説明する図 本開示の実施の形態に係るＰＬＣの構成を示す図 本開示の実施の形態に係るカメラの構成を示す図 本開示の実施の形態に係る動画像管理装置の構成を示す図 本開示の実施の形態に係る撮像タイミングを説明する図 本開示の実施の形態に係る撮像タイミングの他の例を説明する図 本開示の実施の形態に係る制御ネットワークにおける制御データの配列を示す図 本開示の実施の形態に係る制御通信用帯域と情報通信用帯域が時分割で分割されていることを示す図 本開示の実施の形態に係るカメラのシャッタのタイミング制御を説明する図

以下、図面を参照しながら、本開示の実施の形態に係る制御システムを説明する。各図面においては、同一又は同等の部分に同一の符号を付す。

図１に示す制御システム１は、例えば生産設備が設置された生産現場に設けられる。制御システム１は、ＰＬＣ１０とカメラ２０と動画像管理装置３０とを備える。後述するとおり、制御システム１によれば、カメラ２０により撮像された生産設備の動画像に付された時刻と、ＰＬＣ１０が記録したログの記録時刻とを整合させることができる。

ＰＬＣ１０と、そのＰＬＣ１０により動作が制御される制御対象の機器とは、制御ネットワークにより接続される産業用ネットワークを構築する。産業用ネットワークでは、リアルタイム性が要求されるＦＡ機器間をイーサネット（登録商標）で接続し、制御する。イーサネットをベースとした産業用ネットワークとして、ＣＣ－Ｌｉｎｋ ＩＥ Ｆｉｅｌｄ（登録商標）、ＣＣ－Ｌｉｎｋ ＩＥ ＴＳＮ（登録商標）等が用いられる。

ＰＬＣ１０と動画像管理装置３０とは、イーサネット通信ケーブルにより通信可能に接続されている。同様にＰＬＣ１０とカメラ２０とは、イーサネット通信ケーブルにより通信可能に接続されて、制御ネットワークに接続される。

カメラ２０は、生産設備を一定時間間隔にて継続的に撮像する。カメラ２０は、生産設備を継続的に撮像して得られた動画像を示す動画像データをＰＬＣ１０に送信する。図１ではカメラ２０を１つのみ示しているが、カメラ２０は複数存在してもよい。

ＰＬＣ１０は、プログラマブルロジックコントローラである。ＰＬＣ１０には、カメラ２０及び動画像管理装置３０のほか、図示しないセンサ、アクチュエータ等が接続されている。ＰＬＣ１０は、カメラ２０により撮像された動画像を示す動画像データをカメラ２０から取得する。後述するとおり、ＰＬＣ１０は、自身の動作に関するログを記録する。また、後述するとおり、ＰＬＣ１０は、取得した動画像データを保存する。

動画像管理装置３０は、ＰＬＣ１０が記録したログと、ＰＬＣ１０が保存した動画像データとを読み出し、ログと動画像とを連動再生する。連動再生とは、動画像を再生する際に、現在再生対象となっている時刻におけるログを動画像とともに表示することをいう。この連動再生により、例えばユーザは、ログが異常を示すデータを記録した時刻において生産設備がどのような状態になっていたのかを、連動再生していた動画像を見ることにより確認できる。また、逆に、ユーザは、動画像において生産設備に異常が発生していることを発見したときに、連動再生していたログを見て、異常が発生した時刻においてログがどのようなデータを記録しているかを確認することができる。

次に、図２を参照しながら、制御システム１において回避すべき動画像の不整合を説明する。

まず、「撮像時」の段について説明する。「撮像時」の段においては、カメラ２０が一定時間間隔にて生産設備を撮像し連続的に撮像画像を得ていることが示されている。「時刻」の軸に刻まれている各縦棒が、それぞれ１枚の撮像画像、つまり動画像における１フレームを示す。「撮像時」の段においては、縦棒が一定間隔にて並べられているため、動画像の各フレームが一定時間間隔で得られていることが示されている。カメラ２０は、各フレームが得られ次第、各フレームを示す画像データをＰＬＣ１０に送信する。

しかし、カメラ２０の撮像時には一定時間間隔で得られていた各フレームは、ジッタの発生によりＰＬＣ１０が受信する際には必ずしも一定時間間隔にて受信できるとは限らない。また、カメラ２０にて使用されるクロック素子とＰＬＣ１０にて使用されるクロック素子とが異なりクロック差が生じることから、カメラ２０の撮像時におけるフレーム間の時間間隔と、ＰＬＣ１０の受信時におけるフレーム間の時間間隔とが等しくならないことがある。また、カメラ２０とＰＬＣ１０とは汎用的な通信ケーブルにて接続されていることから、各フレームの送信にあたりレイテンシも生じる。

以上の事情から、カメラ２０が各フレームを撮像した時刻と、ＰＬＣ１０が各フレームを示す画像データを受信した時刻とは、一般的には一致しない。そのため、ＰＬＣ１０が各フレームを受信した時刻に基づいて動画像とログとを対応付けようとしても、各フレームに対応付けられた時刻とログに対応付けられた時刻とが現実には一致せず、不整合が生じてしまう。以下、不整合の原因となるクロック差、ジッタ、レイテンシについて詳細に説明する。

まず、クロック差について説明する。図２に示す「クロック差発生時」の段は、「ジッタ」及び「レイテンシ」は発生せず、「クロック差」のみ発生している場合における、ＰＬＣ１０の受信時におけるフレーム間隔を示す。「クロック差発生時」の段において、各フレームの間隔は一定であるものの、クロック差を原因としてフレーム間隔が「撮像時」のものと異なっている。例えば「クロック差発生時」の段には、撮像時における７フレーム分の時間と、受信時における７フレーム分の時間とを比較して受信時における７フレーム分の時間のほうが長いことが示されている。そのため、受信時における時刻は撮像時における時刻と一致せず、動画像とログとを対応付ける際に不整合が生じうる。

次に、ジッタについて説明する。図２に示す「ジッタ発生時」の段は、「クロック差」及び「レイテンシ」は発生せず、「ジッタ」のみ発生している場合における、ＰＬＣ１０の受信時におけるフレーム間隔を示す。「ジッタ発生時」の段に示すとおり、ジッタにより受信時におけるフレーム間隔が一定とならず、揺らぎが生じている。そのため、受信時における時刻は撮像時における時刻と一致せず、動画像とログとを対応付ける際に不整合が生じうる。

そして、レイテンシについて説明する。図２に示す「レイテンシ」の段は、「クロック差」及び「ジッタ」は発生せず、「レイテンシ」のみ発生している場合における、ＰＬＣ１０の受信時におけるフレーム間隔を示す。「レイテンシ」の段においては、フレーム間隔は一定かつ撮像時と等しい間隔であるものの、各フレームの受信時刻が撮像時よりも遅れている。この「遅れ」、つまりレイテンシは、例えば通信ケーブル、通信インタフェースに起因する遅延により生じる。そのため、受信時における時刻は撮像時における時刻と一致せず、動画像とログとを対応付ける際に不整合が生じうる。なお、レイテンシは、通信ケーブル、通信インタフェース等に起因することから、概ね一定であることが期待できる。

図２の各段においては、「クロック差」「ジッタ」「レイテンシ」のいずれか１つのみが発生するものとして説明したが、一般的には、これら３つの全てが生じる。そのため、これら３つに対応して不整合を解消する必要がある。

ＰＬＣ１０は、一般的に機械制御に活用される。センサからの検出信号に基づく機械制御は応答性が重要視される。センサとしては、赤外線センサ、磁気センサ等が含まれ、カメラシステムも該当する。これに対して、加工制御においては、多軸のアクチュエータに対して同期して動作させることが重要となる場合が多く存在する。

このため、ＣＣ－Ｌｉｎｋ ＩＥ Ｆｉｅｌｄ、ＣＣ－Ｌｉｎｋ ＩＥ ＴＳＮ等の制御ネットワークでは同期性を担保するために、Ｈ／Ｗ機器にて一定以上の定時性を実現しつつ、統計的に伝送路遅延計測を行い、μ秒精度で機器間のタイミングを合わせる仕組みを持っている。

伝送路遅延計測は、マスタからスレーブまでの伝送路遅延測定値を利用して、より高精度の同期を実現する方式である。

図３に伝送路遅延計測による同期方式を示す。伝送路遅延計測方式では、同期ポイントで同期を行う。マスタ４０から送信された伝送制御（ＭｙＳｔａｔｕｓ）フレームは距離が離れるにつれて遅延が生じる。マスタ４０は、各スレーブ５０、６０、７０から応答信号を受信したマスタ時刻から各スレーブ５０、６０、７０における伝送遅延時間を算出し、各スレーブ５０、６０、７０に送信する。同期ポイントは、マスタ４０が伝送制御（ＭｙＳｔａｔｕｓ）フレームを送信してから一定時間（Ｔｓｙｎｃ）経過後の時刻である。各スレーブ５０、６０、７０は、伝送制御（ＭｙＳｔａｔｕｓ）フレームを受け取ってから算出した遅延時間を差し引いた時間であるＴｐｓ時間（Ｔｓｙｎｃ－遅延時間）後に同期を行う。これにより、各スレーブ５０、６０、７０は同一時刻で同期を行う。

前述した通り、カメラ２０はセンサとして扱われ、応答性が重要視され、多軸のアクチュエータのごとく同期して動作させることは重要視されていなかった。

そこで、カメラ２０の撮像行為をアクチュエータと同様に扱い、制御ネットワークを適用して同期制御させ、組込み制御装置であるＰＬＣ１０に大容量なストレージを追加し、画像を含めたデータ収集装置としてＰＬＣ１０を活用する。

具体的には、従来、制御データのみを対象としていたＰＬＣ１０において、画像取得の処理に対して、「撮像の指示」と「画像の転送」に分割し、それぞれ制御ネットワークの持つ同期機能を適用することで、遠隔の画像データと制御のデータの突合せ保存を実現させる。

次に、図４を参照しながら、ＰＬＣ１０の構成を説明する。ＰＬＣ１０は、プロセッサ１００と記憶装置１１０とクロック素子１２０と同期カウンタ１３０と通信インタフェース１４０とを備える。プロセッサ１００と記憶装置１１０とクロック素子１２０と同期カウンタ１３０と通信インタフェース１４０とは、バスＢ１を介して互いに通信可能に接続されている。

プロセッサ１００は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算装置）である。プロセッサ１００が、記憶装置１１０に記憶された制御プログラムＤＰを読み込んで実行することにより、後述する各機能が実現される。

記憶装置１１０は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記憶装置を含む。記憶装置１１０は、ログＤＬと動画像データＤＭと制御プログラムＤＰとバッファリングデータＤＢとを保存する。ログＤＬ、動画像データＤＭ及びバッファリングデータＤＢについては後述する。また、記憶装置１１０は、プロセッサ１００が制御プログラムＤＰを読み込んで実行する際のワークメモリとして機能する。

クロック素子１２０は、プロセッサ１００、記憶装置１１０及び通信インタフェース１４０が動作する際に使用するクロック信号を発する。

同期カウンタ１３０は、クロック素子１２０により生成されたクロック信号をカウントすることによって、時刻を示す。同期カウンタ１３０は、本開示の第２の同期カウンタの一例である。

通信インタフェース１４０は、ＣＣ－Ｌｉｎｋ ＩＥ Ｆｉｅｌｄ、ＣＣ－Ｌｉｎｋ ＩＥ ＴＳＮ等の制御ネットワークの通信インタフェースである。通信インタフェース１４０にカメラ２０及び動画像管理装置３０が接続されることにより、ＰＬＣ１０はカメラ２０及び動画像管理装置３０と通信することができる。

プロセッサ１００が制御プログラムＤＰを読み込んで実行することにより実現される各機能を説明する。プロセッサ１００は、制御プログラムＤＰを読み込んで実行することにより、機能部として、ログ記録部１０１と、動画像データ取得部１０２と、動画像保存部１０５とを備える。

ログ記録部１０１は、図示しないセンサから取得したセンサデータ、ＰＬＣ１０の内部状態を示すデータ等についてのログを、ログＤＬとして記憶装置１１０に記録する。ログ記録部１０１は、ログを記録する際に、クロック素子１２０が発するクロック信号に基づいて、記録時刻とともにログを記録する。

動画像データ取得部１０２は、カメラ２０が撮像した動画像を示す動画像データを取得し、記憶装置１１０にバッファリングデータＤＢとして保存することにより動画像データをバッファリングする。この際、動画像データ取得部１０２は、各フレームを受信した時刻についてもバッファリングデータＤＢに保存する。なお、各フレームを受信した時刻は、クロック素子１２０が発するクロック信号をカウントする同期カウンタ１３０に基づいて得られる。ここで、バッファリングデータＤＢには上限容量が設定され、バッファリングデータＤＢのデータサイズが上限容量に達したときには、古いデータから削除される。バッファリングデータＤＢは、例えばリングバッファのデータ構造により実現される。バッファリングデータＤＢのデータサイズは、例えば３０分の動画像を保存できる程度のデータサイズである。

動画像保存部１０５は、設定情報により指定された条件のトリガが発生したときに、バッファリングデータＤＢに含まれる動画像データのうち、トリガ発生時刻の近辺の動画像データを抽出し、各フレームについて受信時刻を付した新たな動画像データを動画像データＤＭとして記憶装置１１０に保存する。ここでいうトリガとは、動画像保存部１０５に動画像の保存を指示するための信号をいう。例えばログＤＬに生産設備の異常に関するログが記録されたとき、生産設備に異常が生じた時点の前後における動画像が必要となる可能性が高いので、トリガが発生する。そして動画像保存部１０５は、トリガの発生に応じて動画像を保存する。トリガ発生時刻の近辺とは、例えばトリガ発生時刻の２分前から２分後までである。

カメラ２０は、図５に示すように、プロセッサ２００と記憶装置２１０とクロック素子２２０と同期カウンタ２３０と通信インタフェース２４０と撮像部２５０を備える。プロセッサ２００と記憶装置２１０とクロック素子２２０と通信インタフェースと２４０と撮像部２５０とは、バスＢ２を介して互いに通信可能に接続されている。

プロセッサ２００は、例えばＣＰＵである。プロセッサ２００が、記憶装置２１０に記憶された制御プログラムを読み込んで実行することにより、各種機能が実現される。記憶装置２１０は、例えばＲＡＭ、ＲＯＭ等の記憶装置を含む。撮像部２５０は、生産装置の画像を撮影する。

クロック素子２２０は、プロセッサ２００、記憶装置２１０及び通信インタフェース２４０が動作する際に使用するクロック信号を発する。同期カウンタ２３０は、クロック素子２２０により生成されたクロック信号をカウントすることによって、時刻を示す。同期カウンタ２３０は、本開示の第１の同期カウンタの一例である。

通信インタフェース２４０は、ＣＣ－Ｌｉｎｋ ＩＥ Ｆｉｅｌｄ、ＣＣ－Ｌｉｎｋ ＩＥ ＴＳＮ等の制御ネットワークの通信インタフェースである。通信インタフェース２４０にカメラ２０及び動画像管理装置３０が接続されることにより、カメラ２０はＰＬＣ１０と通信することができる。制御ネットワークは、マスタからスレーブまでの最長通信遅延時間を確保・補償する仕組みを持ち、カメラ２０とＰＬＣ１０の間で複数回以上の伝送遅延時間を計測することで高精度に第１及び第２の同期カウンタを定期的繰り返し同期させる。

次に、図６を参照しながら、動画像管理装置３０の構成を説明する。動画像管理装置３０は、プロセッサ３００と記憶装置３１０と入力装置３２０と表示装置３３０と通信インタフェース３４０とを備える。プロセッサ３００と記憶装置３１０と入力装置３２０と表示装置３３０と通信インタフェース３４０とは、バスＢ３を介して互いに通信可能に接続されている。動画像管理装置３０は、例えばパーソナルコンピュータ、スマートフォンなどのコンピュータである。

プロセッサ３００は、例えばＣＰＵである。プロセッサ３００が、記憶装置３１０に記憶された制御プログラムを読み込んで実行することにより、各種機能が実現される。

記憶装置３１０は、例えばＲＡＭ、ＨＤＤ、ＳＳＤ等の記憶装置を含む。記憶装置３１０は、プロセッサ３００にて実行される制御プログラムを保存する。制御プログラムは、例えばＰＬＣ１０の製造者が提供するエンジニアリングツールのプログラムである。また、記憶装置３１０は、プロセッサ３００が制御プログラムを読み込んで実行する際のワークメモリとして機能する。

入力装置３２０は、ユーザからの入力操作に基づく信号を出力する。入力装置３２０は、例えば後述の表示装置３３０と一体となったタッチスクリーンである。あるいは、入力装置３２０は、キーボード、マウスなどの入力装置であってもよい。

表示装置３３０は、表示制御部３０２の制御に基づいて、ユーザに知らせるべき情報を表示する。表示装置３３０は、例えば入力装置３２０と一体となったタッチスクリーンである。あるいは、表示装置３３０は、独立したディスプレイ装置であってもよい。

通信インタフェース３４０は、例えばＵＳＢインタフェース、ネットワークインタフェース等の一般的な通信インタフェースである。通信インタフェース３４０にＰＬＣ１０が接続されることにより、動画像管理装置３０はＰＬＣ１０と通信することができる。

プロセッサ３００が記憶装置３１０に保存された制御プログラムを読み込んで実行することにより各種機能が実現される。プロセッサ３００は、制御プログラムを読み込んで実行することにより、機能部として、データ取得部３０１と、表示制御部３０２とを備える。

データ取得部３０１は、通信インタフェース３４０を介してＰＬＣ１０と通信し、ＰＬＣ１０の記憶装置１１０に保存されたログＤＬと動画像データＤＭとを取得する。

動画像管理装置３０は、ユーザの入力に基づいて、記録されたロギングデータと動画像データの再生の起点を指定することによって、表示制御部３０２にロギングデータと動画像データの画面を表示装置３３０に表示させる。再生の起点の指定方法としては、以下が考えられる。

（１）入力装置３２０から時刻を入力することにより直接再生の起点を指定する。
（２）ロギングデータの異常を示す何らかの事象に基づきその事象の前後時刻のデータ・動画像を記録する方法の場合は、その事象を選択することによって再生の起点を指定する。例えば、イベント履歴あるいはアラーム履歴と呼ばれる事象履歴について、時刻と発生した事象の内容(例えば、温度オーバ、速度低下等)の表形式に表示して、選択させる。これにより、動画像とデータのタイミング合わせが不要になり、面倒な作業を回避できる。

制御ネットワークの同期機能を活用した制御データと同期した動画像データの収集として、以下の３つの点についてそれぞれ説明する。
（ａ）撮像タイミングの制御方法
（ｂ）撮像データの転送方法
（ｃ）撮像時刻の特定方法

（ａ）撮像タイミングの制御方法
一見センサであるカメラ２０の撮像行為をアクチュエータとみなして、制御ネットワークの同期機能を活用して同期制御させることで、他の制御データとのタイミングを同期させる。ＰＬＣ１０は、カメラ２０の撮像を指示する撮像タイミングをこの同期機能を活用して制御する。

図７は、図３のスレーブ７０をカメラ２０とした場合の撮像タイミングを説明する図である。マスタ４０は、ＰＬＣ１０である。図７に示すように、シーケンス全体を実施する周期は一定であり、リンクスキャンと呼ぶ１つのサイクルを構成する。ＰＬＣ１０は、このリンクスキャンに沿って撮像タイミングをカメラ２０に伝達することが考えられる。しかしながら、前述の説明通り、伝送路に依存した遅延が発生し、ネットワークの位置により遅延時間は画一的ではなく、制御データとの突合せが困難となる。

そこで、同期機能をそのまま活用し、ネットワークの同期ポイントに沿って、ＰＬＣ１０から指示、又は指定した同期ポイント数毎をタイミングとする事前の設定情報にカメラ２０が沿って自動的に撮像タイミングを決定する。同期ポイントならズレ時間をＰＬＣ１０は管理しており、高精度に撮像タイミングと制御データの突合せが可能となる。ただし、この場合は同期ポイント以上の細かさで撮像指示することはできない。

また他の例を図８に示す。同期ポイントの算出元である同期された時刻を示すカウンタ情報に沿って、ＰＬＣ１０から得た又は事前の設定情報にカメラ２０が沿って自動的に撮像タイミングを決定する。指定例としては、ネットワークで保証される通信遅延より未来の任意の同期カウンタ値での撮像予約がある。ＰＬＣ１０がスキャンタイムを一定化する機能であるコンスタントスキャンで決まった周期で動作している場合は、通信遅延より未来の開始同期カウンタ値及び繰り返すカウンタ周期を指定した、繰り返した撮像予約を行ってもよい。単純に例えば６０Ｈｚといった決まったカウンタ周期で予約撮像し、カメラ２０が任意のタイミングで動作してもよい。

（ｂ）撮像データの転送方法
制御ネットワークは、制御の定時性を確保するために、図９に示すように、高速に同一の小データを繰り返し送受信することを特徴としている。これに対して、動画像データの転送では、帯域を確保するために圧縮して転送される。したがって、フレームに対する動画像データの容量が一定ではなく、特にキーフレームサイズが差分フレームに対して大きく、制御ネットワークにそのままでは同期性を適用できない。よって、動画像データは、従来の制御データと異なり、１サイクルで送信することは困難であり、仮にキーフレームの最大サイズに合わせて通信サイクルを決定すると、サイクルが遅くなり、機械制御に適用することができない。

ＣＣ－Ｌｉｎｋ ＩＥ Ｆｉｅｌｄ、ＣＣ－Ｌｉｎｋ ＩＥ ＴＳＮ等の制御ネットワークは、図１０に示すように、制御通信用帯域と情報通信用の帯域が時分割で分割されている。そこで、動画像データを転送する帯域として、この情報通信用の帯域を使用する。情報通信用の帯域を使用することで、制御に影響せずに画像転送することができる。ただし、帯域分割されるため、帯域を圧迫しないように動画は圧縮されていることが望ましい。また、制御通信用帯域は、同期タイミングのデータを送信するために使用する。

また、撮像のタイミング及び時刻の同期、時刻情報の授受のみ制御ネットワークを使用し、画像の転送については他の通信路を使用してもよい。ただし、別途通信路を設けることから、二重に通信路を敷設する点、敷設方法が異なる点等、使用者にとって簡便ではない。

（ｃ）撮像時刻の特定方法
カメラ２０の撮像時刻を特定する方法として、ＰＬＣ１０で特定する方法とカメラ２０が動画像データに付加する場合がある。

ＰＬＣ１０で特定する方法として、遅延を予測して、ＰＬＣ１０にて付加するか、ＰＬＣ１０から撮像を指示した際の識別情報の送受信により付加してもよい。ネットワークの同期ポイントに沿って、ＰＬＣ１０から指示、又は指定した同期ポイント数毎をタイミングとする事前の設定情報にカメラ２０が沿って自動的に撮像タイミングを決定する場合、次の同期ポイントの時刻をＰＬＣ１０が付加してもよい。

カメラ２０が動画像データに撮像時刻を付加する方法として、例えば、ナノ秒単位のＵＮＩＸ（登録商標）時間による実時刻を画像のフレームごとに付加する。また、動画フォーマットの仕様に合わせて、例えばカメラ２０のクロックカウンタの動作周波数９０ＫＨｚのフレームカウント値を付加しても良い。９０ＫＨｚのフレームカウント値を付加する場合は、カウンタ０時の時刻を、事前にカメラ２０とＰＬＣ１０との間で共有させる。同期ポイントの算出元である同期された時刻を示すカウンタ情報に沿って、ＰＬＣ１０から得た又は事前の設定情報にカメラ２０が沿って自動的に撮像タイミングを決定する場合、画像データに付加して転送する方が、簡便で確実である。

図１１は、カメラ２０のシャッタのタイミング制御を説明する図である。撮像タイミングの制御方法として、同期ポイントの算出元である同期された時刻を示すカウンタ情報に沿って、ＰＬＣ１０から得た又は事前の設定情報にカメラ２０が沿って自動的に撮像タイミングを決定する場合において、通信遅延より未来の任意の同期カウンタ値で撮像予約することで、カメラ２０は必要に応じて猶予時間内に先行した撮像制御を行うことができる。制御データとの突合せを前提としたとき、露出時間範囲の中心を合わせることは有用である。機械速度はシャッタ速度より高速な場合も多く、画像がブレることが避けられない場合もある。ブレ中心を基準にして撮像することで、制御データと現象の関係性をより正確に解析することができる。

カメラ２０を複数設ける場合、高精度にカメラ２０間の撮像タイミングを合わせることができるため、カメラ２０間の画像データによる精密な突合せはもちろんのこと、複数のカメラ２０間の画像を合成することができる。例えば、複数台のカメラ２０を設置し、３６０度画像に変形・合成することで、自然に死角のない画像にして保存し、トラブル解析の作業負荷を少なくすることができる。

上記実施の形態において、動画像管理装置３０は入力装置３２０及び表示装置３３０を備えるものとしたが、入力装置３２０及び表示装置３３０は外部装置であってもよい。

（その他の変形例）
ＰＬＣ１０あるいは動画像管理装置３０で用いられるプログラムは、ＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＵＳＢフラッシュドライブ、メモリカード、ＨＤＤ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して配布することが可能である。そして、かかるプログラムを専用のコンピュータであるプログラマブルロジックコトローラあるいは汎用のコンピュータにインストールすることによって、当該プログラマブルロジックコトローラあるいは汎用コンピュータをＰＬＣ１０あるいは動画像管理装置３０でとして機能させることが可能である。

また、上述のプログラムをインターネット上の他のサーバが有する記憶装置に格納しておき、当該サーバから上述のプログラムがダウンロードされるようにしてもよい。

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。

１ 制御システム、１０ ＰＬＣ、２０ カメラ、３０ 動画像管理装置、４０ マスタ、５０、６０、７０ スレーブ、１００ プロセッサ、１０１ ログ記録部、１０２ 動画像データ取得部、１０５ 動画像保存部、１０６ 表示制御部、１１０ 記憶装置、１２０ クロック素子、１３０ 同期カウンタ、１４０ 通信インタフェース、２００ プロセッサ、２１０ 記憶装置、２２０ クロック素子、２３０ 同期カウンタ、２４０ 通信インタフェース、２５０ 撮像部、３００ プロセッサ、３０１ データ取得部、３０２ 表示制御部、３１０ 記憶装置、３２０ 入力装置、３３０ 表示装置、３４０ 通信インタフェース、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３ バス、ＤＢ バッファリングデータ、ＤＬ ログ、ＤＭ 動画像データ、ＤＰ 制御プログラム。

Claims (8)

1. カメラとプログラマブルロジックコントローラが制御ネットワークで接続された制御システムであって、
   前記カメラは、第１の同期カウンタを備え、
   前記プログラマブルロジックコントローラは、第２の同期カウンタを備え、
   前記制御ネットワークは、最長通信遅延時間を確保する仕組みを持ち、前記カメラと前記プログラマブルロジックコントローラの間で複数回以上の伝送遅延時間を計測することで高精度に前記第１及び第２の同期カウンタを定期的繰り返し同期させ、
   前記カメラは、撮像時の前記第１の同期カウンタのカウント値を撮像画像に付加して前記制御ネットワークを経由して前記プログラマブルロジックコントローラに転送し、
   前記プログラマブルロジックコントローラは、前記第２の同期カウンタのカウント値とともに、内部のデータ又は接続された制御対象のデータ、前記第１の同期カウンタのカウント値及び前記撮像画像を前記プログラマブルロジックコントローラ内の記憶装置に記憶する、
   制御システム。
2. 前記プログラマブルロジックコントローラは、前記制御ネットワークの最長通信遅延時間以上未来の前記第２の同期カウンタのカウント値で、前記カメラに対して撮像予約を指示し、
   前記カメラは、指示された前記第２の同期カウンタのカウント値に対応する前記第１の同期カウンタのカウント値のタイミングで撮像を行う、
   請求項１に記載の制御システム。
3. 前記撮像予約された撮像タイミングと前記カメラの露出時間範囲の中心が一致するタイミングで前記カメラのシャッタを開く、
   請求項２に記載の制御システム。
4. 前記カメラは、前記第１の同期カウンタのカウント値を前記第１の同期カウンタと異なる周波数のフレームカウント値に変換して、前記フレームカウント値とともに画像データを前記プログラマブルロジックコントローラに送信する、
   請求項１に記載の制御システム。
5. 前記プログラマブルロジックコントローラは、設定情報により指定された条件のトリガが発生すると、前記設定情報により指定された条件の前記トリガの前後期間の制御データと画像データを前記プログラマブルロジックコントローラ内の前記記憶装置に記憶する、
   請求項１に記載の制御システム。
6. 前記カメラは複数のカメラであり、
   前記プログラマブルロジックコントローラは、前記制御ネットワークの最長通信遅延時間以上未来の前記第２の同期カウンタのカウント値で、前記複数のカメラに対して撮像予約を指示し、
   前記複数のカメラより受信した前記撮像画像のデータを結合して前記記憶装置に記憶する、
   請求項２に記載の制御システム。
7. 前記プログラマブルロジックコントローラは、スキャンタイムを一定化する機能を備え、
   前記制御ネットワークの最長通信遅延時間以上未来かつ、前記プログラマブルロジックコントローラのスキャンのタイミングの前記第２の同期カウンタのカウント値で、前記カメラに対して撮像予約を指示する、
   請求項２に記載の制御システム。
8. 第１の同期カウンタを備えるカメラと制御ネットワークで接続されるプログラマブルロジックコントローラであって、
   第２の同期カウンタと記憶装置を備え、
   前記制御ネットワークにより、前記カメラとの間で伝送遅延時間を計測することで定期的繰り返し同期させられた前記第１の同期カウンタの撮像時のカウント値が付加された撮像画像を受信し、
   前記制御ネットワークにより、前記カメラとの間で伝送遅延時間を計測することで定期的繰り返し同期させられた前記第２の同期カウンタのカウント値とともに、内部のデータ又は接続された制御対象のデータ、前記第１の同期カウンタのカウント値及び撮像画像を前記記憶装置に記憶する、
   プログラマブルロジックコントローラ。

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