JP7484912B2 - 制御システム - Google Patents

Description

本開示は、ＦＡ（Factory Automation）の制御システムに関する。

様々な生産現場において、ＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）などの制御装置を用いたＦＡ技術が広く普及している。このような制御装置は、１または複数の機器との間でバスまたはネットワークを介してデータを送受信する。

制御システムの高機能化に伴って、互いに独立した制御処理を実行する複数の制御装置がネットワークを介して接続されるような構成も実現しつつある。例えば、特開２０１５－１１８５０５号公報（特許文献１）には、コントローラレベルネットワークに複数の制御装置が接続された制御システムが開示される。複数の制御装置の各々には、デバイスレベルネットワークを介して複数の入出力装置が接続されている。各制御装置は、複数の入出力装置から取得した入力値を、コントローラレベルネットワークを介してサーバに送信する。

また、特開２０１４－１４６８７７号公報（特許文献２）では、第１の通信装置と第２の通信装置とは、ＰＣＩｅケーブルＩＦにより接続される。時刻同期の補正量演算に関して、第１の通信装置から第２の通信装置へ時刻要求パケットが伝送され、また、第２の通信装置から第１の通信装置へ時刻応答パケットが伝送される。

特開２０１５－１１８５０５号公報 特開２０１４－１４６８７７号公報

特許文献１では、複数の制御装置は互いに独立した制御処理を実行するため、１つの制御装置と別の制御装置との間では、機器において収集または生成されたデータ（入力データ）を収集するタイミングまたは機器に対する指令などのデータ（出力データ）を対象の機器へ送信するタイミングを互いに同期させることができない。

また、上記１の制御装置に接続される機器と、上記別の制御装置に接続される機器とを連係して動作させるためには、これらの制御装置間でそれぞれの機器の情報を遣り取りする必要があるが、入力データが収集されるタイミングまたは出力データが出力されるタイミングを互いに同期させることができないため、複数の機器の間で制御タイミングを同期させることが困難となる。

特許文献２では、このようなタイミングの同期に関して、時刻同期の補正量を演算する手段を提供するが、時刻同期の手順として時刻要求パケットおよび時刻応答パケットの遣り取りが必要とされる。したがって、同期手順が複雑であり、またパケットの通信時間および補正を含めた時刻同期の処理に時間がかかる。

本開示の１つの目的は、ユニット間の時刻同期にかかる処理を簡単化し、また処理にかかる時間を短くする構成を提供することである。

本開示の一例に係るファクトリオートメーション用の制御システムは、各々がタイマを有する第１のユニットおよび第２のユニットと、第１のユニットと第２のユニットとの間で、上記のタイマが示すタイマ値を含むデータを遣り取りするためのデータラインと、第１のユニットと第２のユニットとを電気的に接続する信号線と、信号線およびデータラインに接続される調整手段と、を備え、調整手段は、トリガ信号を信号線を介して受信したとき、データラインを介してタイマ値を取得し、取得したタイマ値に基づいて、第１のユニットのタイマに第２のユニットのタイマを合わせる。

この開示によれば、ユニット間のタイマを合わせるという時刻同期にかかる調整を、トリガ信号を契機に実施させることができる。また、調整手段は、トリガ信号が与えられるときにユニット間のデータラインを伝送されるタイマ値を取得し、取得されたタイマ値に基づき第１のユニットのタイマに第２のユニットのタイマを合わせる。

したがって、タイマを合わせる時期をトリガ信号により簡単に決定することができる。また、調整手段は、データラインを伝送されるタイマ値を用いることでタイマを合わせることができる。これにより、タイマを合わせるという時刻同期のために、ユニット間でタイマ値の要求/応答の通信セッションをする必要はないので、その分、タイマ合わせに係る時間を短縮できる。

上述の開示において、第１のユニットおよび第２のユニットのうちの一方が、トリガ信号を信号線に伝送する。

この開示によれば、トリガ信号の伝送元は、第１のユニットおよび第２のユニットのいずれであってもよい。したがって、第１のユニットおよび第２のユニットのどちらか一方が、補正処理を実施する時期を決定することができる。

上述の開示において、制御システムは、さらに、トリガ信号を信号線に伝送するユニットであって、第１のユニットおよび第２のユニットとは異なるユニットを備える。

この開示によれば、第１のユニットおよび第２のユニットとは異なる別ユニットに、トリガ信号の伝送を実施させることができる。

上述の開示において、調整手段は、第１のユニットおよび第２のユニットのうちの一方に備えられる。

この開示によれば、第１のユニットおよび第２のユニットのどちらか一方に、タイマを合わせるという時刻同期のための処理を実施させることができる。

上述の開示において、制御システムは、さらに、調整手段を備えるユニットであって、第１のユニットおよび第２のユニットとは異なるユニットを備える。

この開示によれば、第１のユニットおよび第２のユニットとは異なる別ユニットに、タイマを合わせるという時刻同期のための処理を実施させることができる。したがって、当該処理に係る負荷を、第１のユニットおよび第２のユニットに与えることが回避される。

上述の開示において、調整手段は、トリガ信号を信号線を介して受信したとき、データラインを介して取得したタイマ値を用いて、第１のユニットのタイマのタイマ値と第２のユニットのタイマのタイマ値との差を取得し、取得した差に基づく調整値を用いて、第２のユニットのタイマのタイマ値を調整することにより、第１のユニットのタイマに第２のユニットのタイマを合わせる。

この開示によれば、第１のユニットのタイマのタイマ値と第２のユニットのタイマのタイマ値との差である同期ずれの大きさに基づき、タイマを合わせるという時刻同期のための調整に用いる調整値を決定できる。例えば、同期ずれが大きいほど調整値を大きくする調整を実施することができる。

上述の開示において、調整手段は、トリガ信号を受信する毎に検出される上記の差の大きさの変化の傾向から、調整値を決定する。

この開示によれば、上記の差が示す同期ずれの大きさの変化の傾向に基づき、調整値を決定できる。例えば、同期ずれが大きくなる傾向にあるときは、調整値を大きくする調整を実施することができる。

上述の開示において、制御システムは、さらに、第１のネットワークに接続される複数の制御装置を備え、複数の制御装置の各々は、第１のユニットおよび第２のユニットを含み、複数の制御装置は、第１のネットワークを介して受信する共通の時刻であってタイマ間の同期に用いる時刻により互いに同期する。

この開示によれば、第１のユニットおよび第２のユニットを含む制御装置間でお互いに時刻を同期させることができ、また各制御装置においてはユニット間で当該時刻に同期すするタイマを用いて同期させることができる。したがって、各制御装置と各制御装置が備える各ユニットとをお互いに同期させることができる。

上述の開示において、制御システムは、さらに、第１のネットワークよりも下位の第２のネットワークを介して、複数の制御装置の各々に接続される１または複数の機器と、複数の制御装置の間で互いに同期された同期タイマとを備え、制御装置と、当該制御装置の第２のネットワークに接続される１または複数の機器は、同期タイマのタイマ値により互いに同期する。

したがって、各制御装置と各制御装置が備える各ユニットと各制御装置に接続される各機器とを、お互いに同期させることができる。

本開示によれば、ユニット間の時刻同期にかかる処理を簡単化し、また処理にかかる時間を短くする。

本実施の形態に係る制御システム１の適用場面の一例を示す模式図である。 本実施の形態に従う制御システム１の全体構成の一例を示す模式図である。 本実施の形態に従う制御システム１のネットワーク構成例を示す模式図である。 本実施の形態に従う制御システム１のデータ通信処理を示す模式図である。 本実施の形態に係る制御装置２のユニットの構成例を示す模式図である。 本実施の形態に係る制御装置２に含まれるＣＰＵユニット１００のハードウェア構成例を示すブロック図である。 本実施の形態に係る制御装置２に含まれる機能ユニット２００のハードウェア構成例を示すブロック図である。 本実施の形態に係る制御装置２に含まれる機能ユニット３００のハードウェア構成例を示すブロック図である。 本実施の形態に係るＣＰＵユニット１００のソフトウェア構成例を示すブロック図である。 本実施の形態に係る制御装置２が管理する時刻同期のための構成の一例を模式的に示す図である。 本実施の形態に係る制御装置２が管理する時刻同期のための構成の一例を模式的に示す図である。 本実施の形態に係る処理のフローチャートの一例を示す図である。 本実施の形態に係る製造実行システム４００の構成例を示す図である。 図１２のＤＢ管理プログラム４１１が実行されることで提供されるＤＢマネージャーを示す図である。 本実施の形態に係る制御装置２が製造実行システム４００に時系列データを送信する場合の処理例を示す模式図である。 本実施の形態に係る制御装置２が製造実行システム４００に時系列データを送信する場合の処理例を示す模式図である。 本実施の形態に係る制御装置２において生成される時系列データのフレームを模式的に示す図である。

本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。

＜Ａ．適用例＞
図１を参照して、本発明が適用される場面の一例について説明する。図１は、本実施の形態に係る制御システム１の適用場面の一例を示す模式図である。本実施の形態に係る制御システム１は、ファクトリオートメーション用の制御システムであり、複数の制御装置２Ａ，２Ｂ，２Ｃを備える。各制御装置は、フィールド機器９０（９０Ａ、９０Ｂ、９０Ｃ、９０Ｄ、９０Ｅ、９０Ｆ、９０Ｉ）を含む任意の制御対象（例えば、製造装置や設備）を制御する。各制御装置は、同様の構成を備えるので、制御装置２Ａを代表して説明する。

制御システム１では、各制御装置２Ａは、各々がタイマを有するＣＰＵユニット１００および機能ユニット２００と、ＣＰＵユニット１００と機能ユニット２００との間でデータを遣り取りするためのデータバス１１１と、ＣＰＵユニット１００と機能ユニット２００とを電気的に接続する信号線１１３とを備える。機能ユニット２００のカウンタＯＣ１が示すタイマ値およびＣＰＵユニット１００のカウンタＤＣ２が示すタイマ値を用いて、時刻同期が実施される。

具体的には、例えば起動時は、機能ユニット２００は、マスタクロック１９１Ａから取得した絶対時刻を取得し、取得した絶対時刻に同期した値をカウンタＯＣ１に設定する。カウンタ値ＯＣ１の値が、データバス１１１を介してＣＰＵユニット１００に伝送されて、ＣＰＵユニット１００では、カウンタ値ＯＣ１の値であるタイマ値がカウンタＤＣ２に設定される。以降は、ＣＰＵユニット１００はカウンタＤＣ２の値を内部のハードウェア回路の出力を用い周期的に更新（インクリメントまたはデクリメント）する。

起動後は、機能ユニット２００は、定期的に、マスタクロック１９１Ａから取得する絶対時刻に基づきカウンタＯＣ１の値を更新する。機能ユニット２００は、カウンタＯＣ１の値であるタイマ値を、データバス１１１を介して周期的に伝送する。

トリガ信号が信号線１１３を介して与えられると、時刻を同期させるための補正処理が実施される。具体的には、ＣＰＵユニット１００は、信号線１１３を介して時刻同期信号を受信すると、データバス１１１を伝送されるカウンタＯＣ１が示すタイマ値をラッチ（受信）し、およびＣＰＵユニット１００のカウンタＤＣ２が示すタイマ値を取得（ラッチ）する。ＣＰＵユニット１００は、これら取得したタイマ値に基づいて、機能ユニット２００のタイマ（カウンタＯＣ１）にＣＰＵユニット１００のタイマ（カウンタＤＣ２）を合わせる。つまり、ＣＰＵユニット１００は、当該取得した両方のタイマ値の差、すなわち時刻同期のずれを算出し、算出された同期ずれを小さくするように、カウンタＤＣ２の値を補正する。本実施の形態では、タイマ値またはカウンタ値の補正は、時刻同期ずれを小さくするようなタイマ値の調整を含む概念である。

これにより、例えば機能ユニット２００またはＣＰＵユニット１００が備えるハードウェア回路の誤差などに起因して同期ずれが生じるとしても、カウンタＤＣ２の値を、カウンタＯＣ１の値、すなわちマスタクロック１９１Ａに時刻同期させること可能となる。

また、各制御装置２においては、カウンタＤＣ２のタイマ値は、フィールド機器９０等の各種デバイスを制御するための制御プログラム、およびフィールド機器９０とネットワーク１１０を介してデータを遣り取りするための入出力プログラム等のスケジューリングのために参照される。したがって、各制御装置２では、このようなスケジューリングを、マスタクロック１９１Ａに時刻同期したカウンタＤＣ２のタイマ値に同期させて実施することができる。

各制御装置２では、ユニット間の時刻同期にかかる補正処理を、トリガ信号を契機に実施することができる。トリガ信号としての時刻同期信号は、例えば周期的に伝送されることで、カウンタＤＣ２の値を、同期ずれをなくす（または小さくする）よう補正するための補正処理を周期的に実施することが可能となる。

上記に述べたように、制御装置２Ａ，２Ｂおよび２Ｃは、時刻同期されたカウンタＯＣ１とカウンタＤＣ２を有している（図中の時刻同期（２）に相当）。

カウンタＯＣ１は共通のタイマ１９１Ａに時刻同期するから、複数の制御装置２Ａ，２Ｂおよび２Ｃの間で、互いに時刻同期させることができる（図中の時刻同期（１）に相当）。また、制御装置２Ａ，２Ｂおよび２Ｃの各々が備えるカウンタＤＣ２は、ネットワーク１１０を介して接続される１または複数のフィールド機器９０が有するタイマ９１Ａ、９１Ｂ、９１Ｃ、９１Ｄ、９１Ｅ、９１Ｆ、９１Ｇ、９１Ｈ、９１Ｉ（以下、タイマ９１Ａ～９１Ｉと総称する）と時刻同期している。この結果、制御装置２Ａ，２Ｂおよび２Ｃとフィールド機器９０Ａ～９０Ｉは互いに時刻同期する（図中の時刻同期（３）に相当）。これにより、制御システム１全体の機器を、互いにマスタクロック１９１Ａの時刻に同期させることが可能となる。

以下、本実施の形態のより具体的な応用例について説明する。
以下の説明においては、「制御装置」の典型例として、ＰＬＣ（プログラマブルコントローラ）を具体例として説明するが、ＰＬＣの名称に限定されることなく、本明細書に開示された技術思想は、任意の制御装置に対して適用可能である。また、ＰＬＣ（制御装置）を含むシステム全体を、以下では「制御システム」とも称する。

＜Ｂ．制御システムの全体構成＞
まず、本実施の形態に従うＦＡ（Factory Automation：ファクトリオートメーション）に適用され得る制御システムの全体構成について説明する。図２は、本実施の形態に従う制御システム１の全体構成の一例を示す模式図である。

図２を参照して、制御システム１では、ネットワークが複数レベルに接続されており、各レベルのネットワークには、それぞれ異なる機能が割り当てられる。具体的には、限定されないが、例えば４つのレベルのネットワーク１１～１４が設けられている。

ネットワーク１１は、コントロールレベルのネットワークである。ネットワーク１１は、複数の制御装置２Ａ、２Ｂおよび２Ｃ（以下、「制御装置２」と総称することもある。）と、装置／ライン管理装置１９０よびＳＣＡＤＡ（Supervisory Control And Data Acquisition）機能を提供する表示装置２８０とが接続されており、ネットワーク１１では装置間でデータを遣り取りできるデータリンクが形成される。装置／ライン管理装置１９０および表示装置２８０は、ネットワークに接続される装置および生産ラインを管理する機器に相当する。ネットワーク１１は、主として、制御系に係る情報の伝送を主たる機能として提供する。

制御装置２には、センサ、アクチュエータといった各種のフィールド機器９０が接続される。これらのフィールド機器９０は、制御装置２に装着される入出力ユニットを介して制御装置２に直接接続される場合もあるが、ネットワーク１１０を介して制御装置２に接続されることもある。図２に示す構成例においては、制御装置２は、１または複数のネットワーク１１０に接続される。各ネットワーク１１０には、１または複数のフィールド機器９０が接続される。１または複数のフィールド機器９０の各々は、製造装置または生産ラインなど（以下、「フィールド」とも総称する。）に対して何らかの物理的な作用を与えるアクチュエータ、およびフィールドとの間で情報を遣り取りする入出力装置などを含む。したがって、図２に示す制御システム１には、ネットワーク１１～１４の４つのレベルに加えて、フィールドレベルのネットワーク１１０がさらに追加されることになる。

ネットワーク１１０を介して、制御装置２とフィールド機器９０との間で遣り取りされるデータは、数１００μｓｅｃオーダ～数１０ｍｓｅｃオーダのごく短い周期で更新されることになる。なお、このような遣り取りされるデータの更新処理は、入出力リフレッシュ処理とも称される。

ネットワーク１２は、管理レベルのネットワークとして提供される。ネットワーク１２には、装置およびラインを管理する装置／ライン管理装置１９０、製造計画等を管理する製造管理装置３８０および３９０が接続される。装置／ライン管理装置１９０、製造管理装置３８０および３９０は、ネットワーク１２を介して、製造計画等の管理情報の遣り取り、および装置またはラインの情報を遣り取りする。

ネットワーク１３は、コンピュータレベルのネットワークとして提供される。ネットワーク１３には、製造管理装置３８０および３９０、ならびに時系列ＤＢ（データベースの略）４５０を管理する製造実行システム（ＥＭＳ：Manufacturing Execution System）４００が接続される。製造管理装置３８０および３９０、ならびに製造実行システム４００は、ネットワーク１３を介して、生産管理および情報系のデータを遣り取りする。

製造実行システム４００は、ネットワーク１３を介して収集するフィールド機器９０からの入力値である観測値を、観測された順番に従う時系列のデータとして時系列ＤＢ４５０に格納する。

具体的には、本実施の形態では、制御装置２は、指定された観測値を含むフレームを生成する機能を有する。制御装置２は、生成されるフレームをネットワーク１１，１２および１３を介して製造実行システム４００に転送する。製造実行システム４００は、制御装置２から受信した観測値のフレームを時系列に従い時系列ＤＢ４５０に格納する。

本実施の形態では、時系列ＤＢ４５０に格納されるデータを「時系列データ」とも称す。本実施の形態において、「時系列データ」は、任意の対象についてのデータ（観測値）の時間的な変化を連続的（あるいは、一定間隔をおいて不連続）に観測して得られる一連の値を意味する。

本明細書において「観測値」は、制御装置２での制御演算において利用可能な値（実値）を総称する概念であり、典型的には、制御対象から取得されて制御演算に入力される値（フィールドから取得された測定値など）、取得された入力値に基づいて制御演算によって決定される制御対象に対する出力値（フィールドへ与えられる指令値など）、制御演算の過程において算出される演算値（任意の変数値）などを含み得る。すなわち、「観測値」は、制御装置２においてデータとして格納できる、あるいは、制御装置２からデータとして外部出力できる任意の値を包含するものである。

ネットワーク１４は、インターネットなどの外部ネットワークを含む。ネットワーク１４には、製造実行システム４００とクラウド上の外部装置などが接続される。製造実行システム４００は、クラウド上の装置とデータを遣り取りすることにより、時系列ＤＢ４５０のデータをクラウド上の装置に転送する。

制御装置２は、サポート装置５００が接続され得る。サポート装置５００は、制御装置２が制御対象を制御するために必要な準備を支援する装置である。

制御システム１のネットワーク１１に接続される制御装置２Ａ、２Ｂおよび２Ｃは、それぞれ、異なる工程３Ａ、３Ｂおよび３Ｃに備えられる。限定されないが、例えば、工程３Ａは製品（ワーク）の組立工程を示し、工程３Ｂは組立てられた製品の塗装工程を示し、工程３Ｃが塗装された製品の検査工程を示す。

図２に示す制御システム１において、ネットワーク１２およびそれ以下のレベルにあるネットワーク１１およびネットワーク１１０は、「ファクトリーネットワーク」とも称され、機器を現実に制御するためのデータ（以下、「制御系データ」と総称することもある）を遣り取りする制御系通信を提供する。一方、ネットワーク１３およびそれ以上のレベルにあるネットワーク１４は、「コーポレートネットワーク」とも称され、生産ライン／工場での生産活動などを監視・管理・制御するためのデータ（以下、「情報系データ」と総称することもある）を遣り取りする情報系通信を提供する。

ネットワーク１１～１４およびネットワーク１１０には、このような要求される特性の違いに応じたプロトコルおよびフレームワークが採用される。例えば、ファクトリーネットワークに属するネットワーク１１および１２のプロトコルとしては、汎用的なＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）上に制御用プロトコルを実装した産業用オープンネットワークであるＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ（登録商標）を用いてもよい。また、ネットワーク１１０のプロトコルとしては、マシンコントロール用ネットワークの一例であるＥｔｈｅｒＣＡＴ（登録商標）を採用してもよい。なお、ネットワーク１１のプロトコル（第１のプロトコル）とネットワーク１１０のプロトコル（第２のプロトコル）とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。このようなマシンコントロールに適したネットワーク技術を採用することで、機器間の伝送に要する時間が保証されたリアルタイム性を提供できる。

これに対して、コーポレートネットワークに属するネットワーク１３および１４のプロトコルとしては、接続先の多様性を担保するために、汎用的なＥｔｈｅｒｎｅｔなどが用いられる。汎用的なＥｔｈｅｒｎｅｔを採用することで、送信可能なデータ量などの制限を排除できる。

＜Ｃ．制御システム１における時刻同期＞
図１に示すファクトリーネットワークにおいては、ネットワーク１１に接続される複数の制御装置２Ａ，２Ｂおよび２Ｃの各々は、ネットワーク１１０を介して接続される１または複数のフィールド機器９０とのデータを送受信する。具体的には、制御装置２は、フィールド機器９０において収集または生成されたデータ（入力データ）を収集する処理（入力処理）、フィールド機器９０に対する指令などのデータ（出力データ）を生成する処理（演算処理）および、生成した出力データを対象のフィールド機器９０へ送信する処理（出力処理）などを実行する。

ネットワーク１１０では、データの到着時間が保証される必要がある。そのため、制御装置２は、データ伝送のタイミングを規定する、データが送受信される主体（すなわち、１または複数のフィールド機器９０）の間で互いに時刻同期されたタイマを有している。

しかしながら、複数の制御装置２の間で時刻同期がとれていない場合には、例えば、１つの制御装置２に接続されるフィールド機器９０と、別の制御装置２に接続されるフィールド機器９０との間は時刻同期させることができない。その結果、入出力リフレッシュ処理のタイミングが一致しない場合が生じ得るため、互いに異なる制御装置２に接続される複数のフィールド機器９０を連係して動作させることが困難となる。

そこで、本実施の形態に従う制御システム１においては、複数の制御装置２の各々が有するタイマを互いに時刻同期させる。これにより、互いに異なる制御装置２に接続される、すなわち異なる工程間において複数のフィールド機器９０の協調制御を実現する。

以下、本実施の形態に係る制御システム１が提供する時刻同期機能について説明する。
（ｃ１．ネットワーク構成例）
次に、本実施の形態に従う制御システム１のネットワーク構成例について説明する。図３は、本実施の形態に従う制御システム１のネットワーク構成例を示す模式図である。

図３に示す制御システム１は、複数の制御装置２Ａ，２Ｂおよび２Ｃと、複数のフィールド機器９０Ａ～９０Ｉとを備える。制御システム１は、一例として、少なくとも一部の制御装置がデイジーチェーン接続のネットワークを採用する。制御装置２Ａ，２Ｂおよび２Ｃの各々は、対応するネットワーク１１０内のデータ伝送を管理するマスタとして機能する。フィールド機器９０Ａ～９０Ｉは、対応するマスタからの指令に従ってデータ伝送を行なうスレーブとして機能する。

制御装置２Ａ，２Ｂおよび２Ｃは、コントロールレベルのネットワーク１１（上位のネットワーク）に接続されている。ネットワーク１１には、例えば装置／ライン管理装置１９０が接続されている。

制御装置２Ａに接続されるネットワーク１１０には、フィールド機器９０Ａ、９０Ｂ、９０Ｃがデイジーチェーンで順次接続されており、制御装置２Ｂに接続されるネットワーク１１０には、フィールド機器９０Ｄ、９０Ｅ、９０Ｆがデイジーチェーンで順次接続されており、制御装置２Ｃに接続されるネットワーク１１０には、フィールド機器９０Ｇ、９０Ｈ、９０Ｉがデイジーチェーンで順次接続されている。

ネットワーク１１０内において、制御装置２および１または複数のフィールド機器９０は、いずれもデータ伝送機能を有する通信装置とみなすことができる。図３に示す例においては、制御装置２および１または複数のフィールド機器９０の各々は、隣接して接続されているある通信装置から、ネットワーク上を伝送されるデータを受信すると、当該データを必要に応じて、隣接して接続されている別の通信装置へ伝送する機能を有している。

本実施の形態に従う制御システム１において、ネットワーク１１０に接続される複数の通信装置、すなわち制御装置２および１または複数のフィールド機器９０の間では、送受信タイミングが同期されている（図中の時刻同期（３）に相当）。具体的には、制御装置２および１または複数のフィールド機器９０の各々は、互いに時刻同期されたタイマ（あるいは、同期してインクリメントまたはデクリメントされるカウンタ）を備える。制御装置２および１または複数のフィールド機器９０の各々は、それらの時刻同期されたタイマまたはカウンタに従って、データの送信または受信のタイミングを決定する。

なお、本実施の形態では「タイミング」は何らかの事象が生じる時期、時間または時刻の概念を表す。また、「時刻同期」とはお互いが有するタイマ，時間データ等を同期させることを示す。

図３に示す例においては、タイマ１０１Ａ、１０１Ｂおよび１０１Ｃは、それぞれ、カウンタＯＣ１（図１参照）に対応し、タイマ１０２Ａ、１０２Ｂおよび１０２Ｃは、それぞれ、カウンタＤＣ２（図１参照）に対応している。図３を参照して、図１に示した時刻同期（１）、（２）および（３）をより具体的に説明する。

制御装置２Ａはタイマ１０２Ａを備え、フィールド機器９０Ａ、９０Ｂ、９０Ｃはそれぞれタイマ９１Ａ、９１Ｂ、９１Ｃを備える。制御装置２Ａのタイマ１０２Ａがマスタとして機能し、フィールド機器９０Ａ、９０Ｂ、９０Ｃのタイマ９１Ａ、９１Ｂ、９１Ｃがこのマスタを基準としてタイミングを同期させる。例えば、タイマ１０２Ａのタイマ値に基づく値が、タイマ９１Ａ、９１Ｂ、９１Ｃに設定される。

制御装置２Ｂはタイマ１０２Ｂを有しており、フィールド機器９０Ｄ、９０Ｅ、９０Ｆはタイマ９１Ｄ、９１Ｅ、９１Ｆをそれぞれ有している。制御装置２Ｂのタイマ１０２Ｂがマスタとして機能し、フィールド機器９０Ｄ、９０Ｅ、９０Ｆのタイマ９１Ｄ、９１Ｅ、９１Ｆがこのマスタを基準としてタイミングを同期させる。例えば、タイマ１０２Ｂのタイマ値に基づく値が、タイマ９１Ｄ、９１Ｅ、９１Ｆに設定される。

制御装置２Ｃはタイマ１０２Ｃを有しており、フィールド機器９０Ｇ、９０Ｈ、９０Ｉはタイマ９１Ｇ、９１Ｈ、９１Ｉをそれぞれ有している。制御装置２Ｃのタイマ１０２Ｃがマスタとして機能し、フィールド機器９０Ｇ、９０Ｈ、９０Ｉのタイマ９１Ｇ、９１Ｈ、９１Ｉがこのマスタを基準としてタイミングを同期させる。例えば、タイマ１０２Ｃのタイマ値に基づく値が、タイマ９１Ｇ、９１Ｈ、９１Ｉに設定される。

すなわち、制御装置２Ａ，２Ｂおよび２Ｃの各々は、対応のネットワーク１１０内のデータ伝送を管理するマスタとして機能し、各制御装置２に接続されるフィールド機器９０は、マスタからの指令に従ってデータ伝送を行なうスレーブとして機能する。マスタとスレーブとの間でタイマを互いに時刻同期させることにより、ネットワーク１１０を構成する制御装置２とフィールド機器９０との間でデータの伝送タイミングなどを互いに一致させることができる。

図３に示す例において、制御装置２Ａは、さらに、タイマ１０２Ａと時刻同期されたタイマ１０１Ａを有している。制御装置２Ｂは、さらに、タイマ１０２Ｂと時刻同期されたタイマ１０１Ｂを有している。制御装置２Ｃは、さらに、タイマ１０２Ｃと時刻同期されたタイマ１０１Ｃを有している（図中の時刻同期（２）に相当）。制御システム１においては、例えば、タイマ１０１Ａ、１０１Ｂおよび１０１Ｃのいずれかを、制御システム１全体のマスタとして機能させることができる。

一例として、図３では、制御装置２Ａのタイマ１０１Ａがマスタに設定され、制御装置２Ｂ，２Ｃのタイマがこのマスタに時刻同期する。これにより、複数の制御装置２Ａ，２Ｂおよび２Ｃの間で、互いに時刻同期させることができる（図中の時刻同期（１）に相当）。

このように、複数の制御装置２Ａ，２Ｂおよび２Ｃの各々は、複数の制御装置２Ａ，２Ｂおよび２Ｃの間で互いに時刻同期された装置間タイマ（タイマ１０１Ａ、１０１Ｂおよび１０１Ｃ）と、ネットワーク１１０を介して接続される１または複数のフィールド機器９０と時刻同期された機器間タイマ（タイマ１０２Ａ、１０２Ｂおよび１０２Ｃ）とを有しており、装置間タイマと機器間タイマとは互いに時刻同期している。この結果、制御装置２Ａおよびフィールド機器９０Ａ、９０Ｂ、９０Ｃの間で時刻同期された機器間タイマ（タイマ１０２Ａ）と、制御装置２Ｂおよびフィールド機器９０Ｄ、９０Ｅ、９０Ｆの間で時刻同期された機器間タイマ（タイマ１０２Ｂ）と、制御装置２Ｃおよびフィールド機器９０Ｇ、９０Ｈ、９０Ｉの間で時刻同期された機器間タイマ（タイマ１０２Ｃ）とが互いに時刻同期することになる。

なお、図２には、いずれかの制御装置２のタイマをマスタとして設定する構成例について説明したが、ネットワーク１１を介して外部から取得する時刻をマスタとしてもよく、または装置／ライン管理装置１９０などの外部装置のタイマをマスタとしてもよい。

（ｃ２．時刻同期したデータ通信）
図４は、本実施の形態に従う制御システム１のデータ通信処理を示す模式図である。図４を参照して、ネットワーク１１０に接続される制御装置２Ａと複数のフィールド機器９０Ａ～９０Ｃとの間では、予め定められたシステム周期に従って、データが遣り取りされる。

制御装置２Ｂと複数のフィールド機器９０Ｄ～９０Ｆとの間、および、制御装置２Ｃと複数のフィールド機器９０Ｇ～９０Ｉとの間においても、システム周期に従って、データが遣り取りされる。このようなデータの遣り取りによって、制御装置２およびフィールド機器９０の制御動作が実現される。以下の説明では、ネットワーク１１０上の通信を「下位ネットワーク（ＮＷ）通信」とも称する。

上位のネットワーク１１に接続される制御装置２Ａ，２Ｂおよび２Ｃの間では、予め定められたシステム周期に従って、各制御装置２が入力処理によってフィールド機器９０から収集したデータ、演算処理によって生成した出力データなどが遣り取りされる。このようなデータの遣り取りによって、制御装置２Ａに接続されるフィールド機器９０、制御装置２Ｂに接続されるフィールド機器９０および制御装置２Ｃに接続されるフィールド機器９０を連係して動作させることができる。すなわち、異なる工程間でフィールド機器９０を連係して動作させることができる。以下の説明では、ネットワーク１１上の通信を「上位のネットワーク（ＮＷ）通信」とも称する。

本実施の形態に従う制御システム１においては、下位ネットワーク通信におけるデータの伝送を開始すべきタイミングは、複数の制御装置２Ａ，２Ｂおよび２Ｃの間で互いに時刻同期されているタイマに基づいて決定される。これにより、複数の制御装置２Ａ，２Ｂおよび２Ｃの間では、フィールド機器９０との間でデータを遣り取りするタイミングなどを互いに一致させることができるため、結果的に、異なる工程間でフィールド機器９０の制御タイミングを同期させることができる。

＜Ｄ．制御装置２の構成と時刻同期＞
図５は、本実施の形態に係る制御装置２のユニットの構成例を示す模式図である。図５を参照して、制御システム１が備える制御装置２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）のユニット１００（以下、ＣＰＵユニット１００と称する）、１または複数の機能ユニット２００、および１または複数の機能ユニット３００を含む。図５では、制御装置２が備える機能ユニット３００は４台としているが、１台または２台以上であってよく、また制御装置２が備える機能ユニット２００は１台としているが、２台以上であってよい。ＣＰＵユニット１００は、１または複数の機能ユニット２００を、データバス１１１と信号線１１３を介して接続する。また、ＣＰＵユニット１００は、１または複数の機能ユニット３００を、データバス１１２を介して接続する。

データバス１１１は、限定されないが、例えばＰＣＩｅ（PCI Express（ピーシーアイエクスプレス）)に従うＩ／Ｏシリアルインタフェースのバスである。信号線１１３は、光ファイバケーブルまたは電気的な信号ケーブルであり、トリガ信号である時刻同期信号１３０を伝送する。

ＣＰＵユニット１００は、制御対象に応じて作成されたプログラムを実行するプログラム実行部を有している。より具体的には、ＣＰＵユニット１００は、システムプログラムおよび各種のユーザプログラムを実行する演算処理部に相当する。

機能ユニット２００は、通信処理または情報処理を実施する。機能ユニット２００は、データバス１１１を接続するインターフェイスおよび信号線１１３を接続する信号ポート２１２Ｐを備える。機能ユニット２００はネットワーク１１と制御装置２との間を仲介するように配置されることで、ＣＰＵユニット１００は、機能ユニット２００を介して、ネットワーク１１に接続されたデバイスとの間でデータ通信を行うことができる。また、ＣＰＵユニット１００の信号ポート１１０Ｐと機能ユニット２００の信号ポート２１２Ｐとの間に信号線１１３が接続されることで、ＣＰＵユニット１００および機能ユニット２００は信号線１１３を介して時刻同期信号１３０を受信する。

本実施の形態において、機能ユニット２００は、ＣＰＵユニット１００に対するネットワーク１４等のインターネットからのアクセス、および、ネットワーク１１内の他の装置からのＣＰＵユニット１００に対するアクセスを監視するとともに、何らかのセキュリティ事象の発生を検知すると、制御装置２の内部または外部へ当該検知したセキュリティ事象に係る通知を行う。なお、機能ユニット２００が実施する情報処理は、セキュリティ監視処理に限定されない。

機能ユニット３００は、フィールド機器９０等の制御対象の設備および装置、ならびに、それらに配置されている各種デバイス（センサやアクチュエータなど）との間で信号を遣り取りする、いわゆるＩ／Ｏユニットの機能を備える。具体的には、機能ユニット３００は、ＣＰＵユニット１００において算出される指令値をフィールドへ出力、あるいは、フィールドからの入力値を収集する。機能ユニット３００としては、例えば、制御対象からのデジタル信号を受取るＤＩ（Digital Input）モジュール、制御対象に対してデジタル信号を出力するＤＯ（Digital Output）モジュール、制御対象からのアナログ信号を受取るＡＩ（Analog Input）モジュール、制御対象に対してアナログ信号を出力するＡＯ（Analog Output）モジュールのうち１または複数のモジュールを有している。さらに、機能ユニット３００としては、ＰＩＤ（Proportional Integral Derivative）制御やモーション制御といった特殊機能を実装したコントローラを含み得る。

機能ユニット２００または機能ユニット３００は、ＣＰＵユニット１００に対して、着脱自在に外付けされ得る拡張ユニットとして提供され得る。

（ｄ１．ＣＰＵユニット１００の構成）
図６は、本実施の形態に係る制御装置２に含まれるＣＰＵユニット１００のハードウェア構成例を示すブロック図である。

ＣＰＵユニット１００は、プロセッサ１０２と、チップセット１０４と、主記憶装置１０６と、二次記憶装置１０８と、上位のネットワークコントローラ１０５と、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）コントローラ１０７と、メモリカードインターフェイス１１４と、ローカルバスコントローラ１２０，１２２と、フィールドネットワークコントローラ１１８と、カウンタ１２６と、ＲＴＣ（Real Time Clock）１２８と、信号ポート１１０Ｐを含む。

プロセッサ１０２は、ＣＰＵ、ＭＰＵ（microprocessor unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などで構成され、二次記憶装置１０８に格納された各種プログラムを読出して、主記憶装置１０６に展開して実行することで、制御対象に応じた制御、および、後述するような各種処理を実現する。二次記憶装置１０８は、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）などの不揮発性記憶装置などで構成される。主記憶装置１０６は、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）やＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）などの揮発性記憶装置などで構成される。

チップセット１０４は、プロセッサ１０２と各デバイスを制御することで、ＣＰＵユニット１００全体としての処理を実現する。

二次記憶装置１０８には、基本的な機能を実現するためのシステムプログラムに加えて、制御対象の製造装置や設備に応じて作成されるユーザプログラムが格納される。さらに、二次記憶装置１０８には、後述するような時系列データベースも格納される。

上位のネットワークコントローラ１０５は、上位のネットワーク１１を介して、製造実行システム４００またはクラウド上の装置（図１参照）などとの間のデータを遣り取りする。ＵＳＢコントローラ１０７は、ＵＳＢ接続を介してサポート装置５００との間のデータの遣り取りを制御する。

メモリカードインターフェイス１１４は、メモリカード１１６を着脱可能に構成されており、メモリカード１１６に対してデータを書込み、メモリカード１１６から各種データ（ユーザプログラムやトレースデータなど）を読出すことが可能になっている。

カウンタ１２６は、ＣＰＵユニット１００における各種処理の実行タイミングを管理するための時刻基準として用いられる。カウンタ１２６は、典型的には、所定周期毎にカウンタ値をインクリメントまたはデクリメントする。ＣＰＵユニット１００は、カウンタ１２６として、プロセッサ１０２を駆動するシステムバス上に配置された、ハードウェアタイマーである高精度イベントタイマー（ＨＰＥＴ：High Precision Event Timer）などを用いて実装してもよいし、あるいは、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）などの専用回路を用いて実装してもよい。

ＲＴＣ１２８は、計時機能を有する一種のカウンタであり、現在時刻をプロセッサ１０２などへ提供する。

ローカルバスコントローラ１２２は、ＣＰＵユニット１００に接続され得る機能ユニット３００－１，３００－２，…との間でデータを遣り取りするインターフェイスである。ローカルバスコントローラ１２２は、データバス１１２を介して接続される他のデバイスである、機能ユニット３００－１，３００－２，…との間でタイミングを管理するための時刻基準として用いられるカウンタ１２３を有している。同様に、機能ユニット３００－１，３００－２，…の各々も、ローカルバスコントローラ１２２および他の機能ユニット３００との間でタイミングを管理するための時刻基準として用いられるカウンタ１２５を有している。カウンタ１２３およびカウンタ１２５については、上述のカウンタ１２６と同様の構成を採用できる。

フィールドネットワークコントローラ１１８は、ネットワーク１１０を介したフィールド機器９０を含む他のデバイスとの間のデータの遣り取りを制御する。フィールドネットワークコントローラ１１８は、他のデバイスとの間でタイミングを管理するための時刻基準として用いられるカウンタ１１９を有している。

ローカルバスコントローラ１２０は、ＣＰＵユニット１００に接続され得る機能ユニット２００－１，２００－２，…との間でデータを遣り取りするインターフェイスである。ローカルバスコントローラ１２０は、データバス１１１を介して接続される他のデバイスである、機能ユニット２００－１，２００－２，…との間でタイミングを管理するための時刻基準として用いられるカウンタ１２１を有している。同様に、機能ユニット２００－１，２００－２，…の各々も、ローカルバスコントローラ１２０との間でタイミングを管理するための時刻基準として用いられるカウンタ２１３を有している。カウンタ１２１およびカウンタ２１３は上述のカウンタ１２６と同様の構成を採用できる。

また、ネットワーク１１０上の各デバイスも、フィールドネットワークコントローラ１１８との間でタイミングを管理するための時刻基準として用いられるカウンタを有している。

カウンタ１１９ならびに各デバイスが有するカウンタについては、上述のカウンタ１２６と同様の構成を採用できる。

フィールドネットワークコントローラ１１８は、ネットワーク１１０を介した定周期通信を行うための通信マスタとして機能し、フィールドバスに接続されている各デバイスが有するカウンタが示すカウンタ値とカウンタ１１９が示すカウンタ値との差分を逐次監視して、必要に応じて、カウンタ値にずれが発生しているデバイスに対して補正を指示するための同期信号を出力する。このように、フィールドネットワークコントローラ１１８は、デバイスのカウンタが示すカウンタ値をカウンタ１１９が示すカウンタ値と一致させるための指令をデバイスへ与える同期管理機能を有している。

信号ポート１１０Ｐは、時刻同期信号１３０を伝送する信号線１１３が接続される。
図６のＣＰＵユニット１００では、カウンタ１１９、カウンタ１２１およびカウンタ１２３は、カウンタ１２６と同期する。

図６には、プロセッサ１０２がプログラムを実行することで必要な機能が提供される構成例を示したが、ＣＰＵユニット１００は、これらの提供される機能の一部または全部を、専用のハードウェア回路（例えば、ＡＳＩＣ（Application specific Integrated Circuit）またはＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）など）を用いて実装してもよい。あるいは、ＣＰＵユニット１００の主要部を、汎用的なアーキテクチャに従うハードウェア（例えば、汎用パソコンをベースとした産業用パソコン）を用いて実現してもよい。この場合には、仮想化技術を用いて、用途の異なる複数のＯＳ（Operating System）を並列的に実行させるとともに、各ＯＳ上で必要なアプリケーションを実行させるようにしてもよい。

本実施の形態に係る制御システム１においては、ＣＰＵユニット１００およびサポート装置５００が別体として構成されているが、これらの機能の全部または一部を単一の装置に集約するような構成を採用してもよい。

（ｄ２．機能ユニット２００の構成）
図７は、本実施の形態に係る制御装置２に含まれる機能ユニット２００のハードウェア構成例を示すブロック図である。図７を参照して、機能ユニット２００は、プロセッサ２０２、チップセット２０４、主メモリ２０６、ストレージ２０８、ユニット間インターフェイス２１０、ネットワークインターフェイス２２０、および信号ポート２１２Ｐを含む。信号ポート２１２Ｐは、時刻同期信号１３０を伝送する信号線１１３が接続される。

プロセッサ２０２は、ＣＰＵ、ＭＰＵ、ＧＰＵなどで構成される。上述のＣＰＵユニット１００と同様に、機能ユニット２００は、１または複数のプロセッサ２０２、および／または、１または複数のコアを有するプロセッサ２０２を有している。チップセット２０４は、プロセッサ２０２および周辺エレメントを制御することで、機能ユニット２００全体としての処理を実現する。チップセット２０４は、時刻同期信号１３０を生成する回路素子である信号ジェネレーター２６を含む。信号ジェネレーター２６からの時刻同期信号１３０は、信号ポート２１２Ｐを介して信号線１１３に送出される。主メモリ２０６は、ＤＲＡＭやＳＲＡＭなどの揮発性記憶装置などで構成される。ストレージ２０８は、例えば、フラッシュメモリなどの不揮発性記憶装置などで構成される。

プロセッサ２０２は、ストレージ２０８に格納された各種プログラムを読出して、主メモリ２０６に展開して実行することで、例えばセキュリティ事象の監視などの処理を実現する。ストレージ２０８には、基本的な処理を実現するためのシステムプログラム２２とユーザプログラム２０を格納する。また、ストレージ２０８は、機能ユニット２００が収集した観測値の時系列データを格納する記憶領域２１を有する。

ユーザプログラム２０は、ユニット間の時刻同期を制御する時刻同期プログラム２３おおよびセキュリティ監視処理のためのセキュリティプログラム２４を含む。時刻同期プログラム２３は、実行されることにより後述する補正部２０Ａまたは補正部２０Ｂを実現するための補正プログラム２５を含む。また、セキュリティプログラム２４は、制御装置２の運用者または管理者などが予め定めた規則などを規定するセキュリティ設定に基づく、セキュリティ監視処理を実施し、処理の結果に基く観測値を収集し、時系列データとして記憶領域２１に格納する。

ユニット間インターフェイス２１０は、データバス１１１を接続する。ユニット間インターフェイス２１０は、データバス１１１を介してＣＰＵユニット１００とデータを遣り取りする。

ユニット間インターフェイス２１０は、ＣＰＵユニット１００または他の機能ユニット２００とデータを送受信するためのコントローラ（Tx/Rx CTRL）およびバッファを備えるデータ通信回路２１１、およびカウンタ２１３を備える。

ネットワークインターフェイス２２０は、ネットワーク１１を介してデータを遣り取りするためにコントローラ（Tx/Rx CTRL）２２２およびバッファ２２６を含む。

ユニット間インターフェイス２１０およびネットワークインターフェイス２２０が備えるバッファは、送信すべきデータおよび受信したデータなどを一時的に蓄える記憶部に相当する。カウンタ２１３は、ＣＰＵユニット１００が備えるカウンタ１２６（図６参照）と同様の構成を備える。

機能ユニット２００のネットワークインターフェイス２２０およびユニット間インターフェイス２１０は、ＮＩＣ（Network Interface Card）から構成されてもよい。また、図７には、プロセッサ２０２がプログラムを実行することで必要な処理が実現される構成例を示したが、これらの提供される処理の一部または全部を、専用のハードウェア回路（例えば、ＡＳＩＣまたはＦＰＧＡなど）を用いて実装してもよい。

（ｄ３．機能ユニット３００の構成）
図８は、本実施の形態に係る制御装置２に含まれる機能ユニット３００のハードウェア構成例を示すブロック図である。図８を参照して、機能ユニット３００は、制御システム１による様々な機械または設備等の制御を実現するために必要な各種機能を提供する。より具体的には、機能ユニット３００の各々は、機能モジュール１５７と、Ｉ／Ｏインターフェイス１５９と、通信回路１６１とを含む。

機能モジュール１５７は、各機能ユニット３００の主たる処理を実行する部分であり、制御対象の機械または設備などからのフィールド情報の収集および制御対象の機械または設備などへの指令信号の出力などを司る。

Ｉ／Ｏインターフェイス１５９は、制御対象の機械または設備等との間の信号の遣り取りを仲介する回路である。

通信回路１６１は、データバス１１２を順次転送されるデータを処理する。すなわち、通信回路１６１は、データバス１１２を介して何らかのデータを受信すると、当該受信したデータを処理した後に、データバス１１２上において次に位置する機能ユニット３００へ当該通信データを送信する。通信回路１６１は、このようなデータをリレーする機能を提供する。

より具体的には、通信回路１６１は、送受信ポート１６２，１６４、送受信のためのコントローラ１６６およびカウンタ１６８を含む。

送受信ポート１６２，１６４は、データバス１１２と物理的に接続される部位であり、コントローラ１６６からの指令に従って、データバス１１２上を伝送されるデータの受信および再生などの処理を行うことで、データの順次転送を実現する。

コントローラ１６６は、データバス１１２上を転送されるデータの読出し、データの変更等のデータ処理を実施する。

カウンタ１６８は、コントローラ１６６による指令出力または機能モジュール１５７での処理実行などのタイミングの基準となるクロックを発生する。カウンタ１６８は、としては、例えばリアルタイムクロックによるカウンタを採用することもできるが、本実施の形態においては、所定周期でカウントアップ（インクリメント）するフリーランカウンタを適用することができる。

（ｄ４．ＣＰＵユニット１００のソフトウェア構成例）
次に、本実施の形態に係る制御システム１を構成するＣＰＵユニット１００のソフトウェア構成例について説明する。

図９は、本実施の形態に係るＣＰＵユニット１００のソフトウェア構成例を示すブロック図である。図９を参照して、ＣＰＵユニット１００は、ＰＬＣエンジン１５０と、時系列データベース１８０と、上位接続プログラム１９２と、ゲートウェイプログラム１９４とを含む。

ＰＬＣエンジン１５０は、典型的には、ＣＰＵユニット１００のプロセッサ１０２が、二次記憶装置１０８に格納されているシステムプログラムを読出して主記憶装置１０６に展開して実行することで各種プログラムの実行環境が提供され、当該実行環境下において、各種プログラムを実行することができる。

より具体的には、ＰＬＣエンジン１５０は、制御プログラム１５２と、変数管理プログラム１６０と、スケジューラプログラム１７０と、入力プログラム１７２と、出力プログラム１７４と、時刻同期プログラム１７７を含む。変数管理プログラム１６０と、スケジューラプログラム１７０と、入力プログラム１７２と、出力プログラム１７４とについては、システムプログラムの一部として実装されてもよい。この場合には、これらのプログラムが提供するそれぞれの機能を単一のシステムプログラムが提供するようにしてもよい。

制御プログラム１５２は、典型的には、ユーザプログラム１５４と、データベース書込みプログラム１５６と、シリアライズ通信プログラム１５８とにより構成される。ユーザプログラム１５４は、制御演算機能を提供する主たる部分に相当し、ＣＰＵユニット１００の制御対象の製造装置や設備などに応じて任意に構成することができる。ユーザプログラム１５４は、例えば、ファンクションブロックなどを利用したラダーロジックなどで規定することができる。

データベース書込みプログラム１５６は、ユーザプログラム１５４内に規定された命令によって呼び出され、時系列データベース１８０に対して指定されたデータを書込む。

シリアライズ通信プログラム１５８は、データベース書込みプログラム１５６から時系列データベース１８０に対して書込まれるデータに対してシリアライズ処理を行う。より具体的には、シリアライズ通信プログラム１５８は、時系列データを格納可能なバイト列に変換する処理（シリアライズ）を実行する。対象のデータは、シリアライズ処理により所定のバイト列に変換された上で、時系列データベース１８０内に格納される。なお、時系列データベース１８０へのデータ書込みの速度およびデータ容量などに応じて、必ずしもシリアライズ処理を行う必要はない。すなわち、シリアライズ通信プログラム１５８はオプショナルな構成である。

変数管理プログラム１６０は、ＰＬＣエンジン１５０で利用可能な値を変数の形で管理する。より具体的には、変数管理プログラム１６０は、ＣＰＵユニット１００の状態などを示すシステム変数と、ＣＰＵユニット１００とローカルバスまたはフィールドバスを介して接続される各種デバイスが保持する値を示すデバイス変数と、ＣＰＵユニット１００で実行されるユーザプログラム１５４が保持する値を示すユーザ変数とを管理する。

入力プログラム１７２は、ＣＰＵユニット１００とローカルバスまたはフィールドバスを介して接続される各種デバイスから入力データを取得する機能を提供する。

出力プログラム１７４は、ＣＰＵユニット１００において実行されるユーザプログラム１５４によって算出される指令値（出力データ）をデータバス１１２またはネットワーク１１０を介して接続される対象のデバイスへ出力する。

時刻同期プログラム１７７は、ＣＰＵユニット１００内の制御プログラムの実行時に、ＣＰＵユニット１００と、データバス１１１に接続される機能ユニット２００と、データバス１１２に接続される機能ユニット３００と、ネットワーク１１０に接続されるフィールド機器９０との間における時刻同期を実現する。時刻同期プログラム１７７は、時刻同期をとるために管理するタイマを適宜補正するための補正プログラム１７８を備える。補正プログラム１７８が実行されることにより後述する補正部１０Ｂが実現される。補正部１０Ｂにより実施される補正処理については後述する。

スケジューラプログラム１７０は、ＣＰＵユニット１００のプロセスまたはタスクなどに対して、リソース割当てや実行タイミングなどを管理する。このような、プロセスまたはタスクは、制御プログラム１５２および変数管理プログラム１６０、入力プログラム１７２、出力プログラム１７４および時刻同期プログラム１７７等がＣＰＵユニット１００により実行されることにより生成され得るプロセスまたはタスクが含まれる。

時系列データベース１８０は、典型的には、主記憶装置１０６または二次記憶装置１０８に配置され、データを格納する機能とともに、外部からの要求（クエリ）に応答して、指定されたデータを応答する検索機能を搭載している。時系列データベース１８０は、データベース書込みプログラム１５６により書込まれる時系列データ１８２を格納している。すなわち、時系列データベース１８０は、入力データ、出力データ、制御プログラム１５２による制御演算において算出される演算データ、製造データ、イベントデータの少なくとも一部を時系列に格納する。このような入力データおよび出力データには、ＣＰＵユニット１００が機能ユニット３００から受信するデータおよびＣＰＵユニット１００が機能ユニット３００へ送信するデータが含まれる。また、イベントデータには、ＣＰＵユニット１００が、機能ユニット２００から受信するセキュリティ監視に関するデータが含まれ得る。

上位接続プログラム１９２は、製造実行システム４００などの上位のネットワーク１３に接続された外部装置との間でデータを遣り取りする。本実施の形態に係るＣＰＵユニット１００においては、ＣＰＵユニット１００から製造実行システム４００に対して入力データや演算データが出力されるとともに、製造実行システム４００から製造情報を受信することができる。このように、上位接続プログラム１９２は、制御対象に関連付けられた製造実行システム４００から製造データを取得する製造データ取得機能を提供する。

本実施の形態では、製造実行システム４００は時系列ＤＢ４５０を有している。この場合には、上位接続プログラム１９２に代えて、あるいは、上位接続プログラム１９２の一部として、データベース接続プログラム１９３が設けられ得る。データベース接続プログラム１９３は、例えば、リレーショナルデータベースに対してＳＱＬなどのクエリを送信するとともに、応答を受信する処理を実行するようにしてもよい。データベース接続プログラム１９３が実行されることにより、ＣＰＵユニット１００内の時系列データベース１８０の時系列データ１８２は、製造実行システム４００に転送されて、時系列ＤＢ４５０に格納され得る。データベース接続プログラム１９３により製造実行システム４００へ出力される時系列データの詳細については後述する。

ゲートウェイプログラム１９４は、クラウド上の装置と通信する。例えば、クラウド上のＩｏＴサービスを提供する装置に対して、時系列データベース１８０の時系列データ１８２を提供する。具体的には、ゲートウェイプログラム１９４は、時系列データベース１８０から、指定された種類のデータを指定された周期で取得して、時系列データとして出力する。ゲートウェイプログラム１９４によりＩｏＴサービスの提供装置へ出力される時系列データは、例えば、データベース接続プログラム１９３により製造実行システム４００へ出力される時系列データと同様な構成を備えることができる。

ＣＰＵユニット１００の入力プログラム１７２は、データバス１１１，１１２および／またはネットワーク１１０を介してセンサ等のフィールド機器９０から入力データを取得する。

ＣＰＵユニット１００の上位接続プログラム１９２は、製造実行システム４００から製造データを取得する。変数管理プログラム１６０は、これらの取得された入力データおよび製造データを変数として管理する。

ユーザプログラム１５４は、変数管理プログラム１６０により管理されるシステム変数、デバイス変数、ユーザ変数を参照しつつ、予め指定された制御演算を実行し、その実行結果（出力データ）を変数管理プログラム１６０に出力する。

出力プログラム１７４は、ユーザプログラム１５４の制御演算によって算出される出力データを制御出力として、データバス１１２および／またはネットワーク１１０を介してアクチュエータ等のフィールド機器９０へ出力する。

データベース書込みプログラム１５６は、変数管理プログラム１６０により管理される変数のうち指定された観測値を時系列データベース１８０に書込む。

上位接続プログラム１９２は、変数管理プログラム１６０により管理される変数のうち指定された変数の値、および／または、時系列データベース１８０に格納された時系列データ１８２のうち指定されたデータを、時系列データとして製造実行システム４００へ出力する。

ゲートウェイプログラム１９４は、変数管理プログラム１６０により管理される変数のうち指定された変数の値、および／または、時系列データベース１８０に格納された時系列データ１８２のうち指定されたデータを、時系列データとしてＩｏＴサービスへ出力する。ＩｏＴサービスの提供装置は、例えば、ＣＰＵユニット１００からの時系列データに基づいて、挙動解析を行って、制御対象の設備や装置などの予知保全などを行うサービスを提供する。

（ｄ５．時刻同期の構成）
まず、本実施の形態に係る制御装置２は、時刻およびカウンタを同期させる機能（以下、それぞれ「時刻同期」および「カウンタ同期」とも称す。）を有している。

本明細書において、「時刻」は、時の流れにおけるある一点を示すものを意図し、例えば、時分秒などの単位を用いて規定される。「カウンタ」は、制御装置２および関連する装置内でタイミングを制御するための値を包含し、基本的には、予め定められた単位時間毎に所定値ずつインクリメントまたはデクリメントされる値（以下では、カウンタが示す値を「カウンタ値」とも称す。）を示す。本実施の形態では、限定されないが、カウンタ値はタイマの値に相当し、例えばナノ秒のオーダを表現し得る６４ビット長の整数値を表す。

基本的には、時刻の同期精度は、カウンタの同期精度より劣っていることから、本実施の形態では、制御装置２を構成するユニット間および各ユニットとフィールド機器９０を含む他のデバイスとの間では、カウンタ値を用いた時刻同期が採用される。

図１０Ａと図１０Ｂは、本実施の形態に係る制御装置２が管理する時刻同期のための構成の一例を模式的に示す図である。図１０Ａと図１０Ｂを参照して、ネットワーク１１から各制御装置２がマスタクロックのカウンタ値を取得するための構成、および時刻同期信号１３０をトリガとして時刻同期の実現するための構成を説明する。図１０Ａと図１０Ｂでは、時刻同期信号１３０は、機能ユニット２００の信号ジェネレーター２６（図７参照）により生成されて信号線１１３に伝送される。

このような時刻同期を実現する構成を、例えば、制御装置２にネットワーク１１を介してＴＳＮ（Time-Sensitive Networking）のマスタクロックが提供されるケース（図１０Ａ参照）と、制御装置２にネットワーク１１を介してＥｔｈｅｒＣＡＴ（登録商標：Ethernet for Control Automation Technology）のマスタクロックが提供されるケース（図１０Ｂ参照）とに分けて説明する。なお、ネットワーク１１を介して制御装置２に提供されるマスタクロックの規格は、これらに限定されず、例えばＩＥＥＥ１５８８であってもよい。

まず、図１０Ａを参照して、ＴＳＮのマスタクロック１９１Ａを、例えばネットワーク１１上の装置／ライン管理装置１９０が提供すると想定する。マスタクロック１９１Ａは、例えばインターネット上に配置された時刻同期サーバが管理する絶対時刻を示す。なお、マスタクロック１９１Ａは、ネットワーク１１上の他の装置であってもよい。

機能ユニット２００は、時刻同期プログラム２３が実行されることにより、同期処理部２００Ａを備える。同期処理部２００Ａは、ネットワークインターフェイス２２０を介して装置／ライン管理装置１９０と通信し、マスタクロック１９１Ａを参照する。また、同期処理部２００Ａは、カウンタＤＣ１およびカウンタＯＣ１を有する。同期処理部２００Ａは、カウンタ値の補正処理を実施する補正部２０Ａを備えてもよい。カウンタＤＣ１とカウンタＯＣ１は、例えばカウンタ２１３（図６または図７参照）に相当する。

また、ＣＰＵユニット１００は、時刻同期プログラム１７７が実行されることにより、同期処理部１００Ａを備える。同期処理部１００Ａは、補正部１０Ｂ、記憶領域１０Ｃ、カウンタＤＣ２およびカウンタＯＣ２を備える。カウンタＤＣ２は、カウンタ１１９およびカウンタ１２３（図６参照）に対応する。また、カウンタＤＣ２は、スケジューラプログラム１７０が制御プログラム１５２等の実行タイミングをスケジューリングするために参照するカウンタ（図６のカウンタ１２６等）にも対応する。また、カウンタＯＣ２はカウンタ１２１（図６参照）に対応する。なお、カウンタＯＣ１，ＯＣ２は、Ordinary Clockによるカウンタを表し、カウンタＤＣ１，ＤＣ２はDistributed Clockによるカウンタを表す。

同期処理部２００Ａは、装置／ライン管理装置１９０の時刻同期サーバとしての機能を利用して、マスタクロック１９１Ａの時刻を取得するとき、ネットワーク１１等の伝送遅延を補正する。これにより、同期処理部２００Ａは、マスタクロック１９１Ａから、より正確な時刻を取得することができる。同期処理部２００Ａは、マスタクロック１９１Ａから取得した時刻に基づくカウンタ値をカウンタＯＣ１に設定する。同期処理部２００Ａは、定期的に装置／ライン管理装置１９０からマスタクロック１９１Ａの時刻を取得し、カウンタＯＣ１に設定する。

これにより、機能ユニット２００では、同期処理部２００Ａは、カウンタＯＣ１をマスタクロック１９１Ａに同期させることが可能となる。

また、機能ユニット２００は、ＣＰＵユニット１００に対して時刻同期サーバとして機能する。すなわち、同期処理部２００Ａは、周期的に、カウンタＯＣ１のカウンタ値をデータバス１１１に送信する。これにより、機能ユニット２００は、データバス１１１に接続されたＣＰＵユニット１００に対し、マスタクロック１９１Ａに同期しているカウンタ値（すなわち、カウンタＯＣ１のカウンタ値）を提供することができる。

一方、ＣＰＵユニット１００の同期処理部１００Ａは、例えば起動時にデータバス１１１を介してカウンタＯＣ１のタイマ値を受信し、受信したタイマ値をカウンタＯＣ２に設定する。以降は、同期処理部１００Ａは、カウンタＯＣ２のカウンタ値を内部のハードウェア回路からの出力に同期して周期的に更新（インクリメント、またはデクリメント）し、更新後の値をカウンタＤＣ２に設定する。これにより、カウンタＤＣ２のカウンタ値は周期的に更新される。

したがって、ＣＰＵユニット１００では、同期処理部１００Ａは、マスタクロック１９１Ａに同期したカウンタＯＣ１に、カウンタＯＣ２およびカウンタＤＣ２を同期させるので、カウンタＤＣ２をマスタクロック１９１Ａに同期させることが可能となる。

ＣＰＵユニット１００は、プログラムのスケジューリングを、上記に述べたマスタクロック１９１Ａとカウンタとの同期に基づき実施する。この点を図６と図９を参照し説明する。より具体的には、スケジューラプログラム１７０は、カウンタ１２６を基準にして制御プログラム１５２等のスケジューリングを実施する。また、入力プログラム１７２および出力プログラム１７４は、カウンタ１２６に同期したカウンタ１１９およびカウンタ１２３を基準にして各デバイスと時刻同期を実施する。これにより、ＣＰＵユニット１００内における制御プログラム１５２等のスケジューリング、および制御装置２に接続される各デバイスと当該制御装置２の時刻同期を、マスタクロック１９１Ａを基準にして実施することが可能となる。その結果、ＣＰＵユニット１００内における制御プログラム等のスケジューリングおよび制御装置２に接続される各デバイスと当該制御装置２の間の入出力を、マスタクロック１１９Ａに同期させて実施することが可能となる。

（ｄ６．時刻同期信号に基づくカウンタの補正）
本実施の形態では、例えば、カウンタＤＣ２のカウンタ値の更新はＣＰＵユニット１００の内部のハードウェア回路の出力信号に同期して実施される。そのため、ハードウェア回路の誤差等に起因して機能ユニット２００のカウンタＯＣ１のカウンタ値と、ＣＰＵユニット１００のカウンタＤＣ２のカウンタ値との差（以下、これを同期ずれともいう）が大きくなる可能性がある。同期ずれが大きくなると、ＣＰＵユニット１００内における制御プログラムのスケジューリング、および制御装置２に接続される各デバイスと当該制御装置２との間の入出力を、マスタクロック１１９Ａに同期させて実施することができないとの事態が生じる。なお、上記の差が生じる要因は、ハードウェア回路の誤差等に限定されない。

このような事態を防止するために、同期処理部１００Ａは、同期ずれを低減するための値（以下、調整値Ｄともいう）を用いてカウンタＤＣ２のカウンタ値を補正する。具体的には、補正部１０Ｂは、信号線１１３から時刻同期信号１３０を受信したとき、ラッチ処理を含む補正処理を実施する。

ラッチ処理では、補正部１０Ｂは、カウンタＤＣ２のカウンタ値をラッチ（取得）し、ラッチしたカウンタ値ＬＤＣ２を記憶領域１０Ｃに格納する。また、ラッチ処理では、補正部１０Ｂは、データバス１１１を介して伝送されるカウンタＯＣ１のカウンタ値をラッチ（受信）し、ラッチしたカウンタ値ＬＯＣ１を記憶領域１０Ｃに格納する。

補正処理では、ラッチされたカウンタ値に調整値Ｄ（正の値または負の値）を加算し、加算後の値を、カウンタＤＣ２に設定する。

補正としては、上記の調整値ＤをＮ（Ｎ≧２）個の値に分割し、分割された値Ｄｉ（ｉ＝１，２，３，…Ｎ）の各値Ｄｉを周期的にカウンタＤＣ２のカウンタ値に累積的に加算してもよい。これにより、加算がＮ回繰返されて、カウンタＤＣ２のカウンタ値を、徐々に（滑らかに）変化させることができる。

また、補正としては、調整値Ｄを、指定された頻度でカウンタＤＣ２のカウンタ値に加算するとしてもよい。

なお、上記の調整値Ｄは、固定または可変である。可変値としては、ラッチされたカウンタ値ＬＯＣ１とＬＤＣ２との差の大きさに従い決定された値を含み得る。また、上記の“Ｎ”の値も固定または可変であってよく、可変値としては、例えば調整値Ｄの大きさに従い決定された値を含み得る。

また、補正部１０Ｂは、時刻同期信号１３０を受信する毎に算出されるカウンタ値ＬＯＣ１とＬＤＣ２との差の変化（ドリフト状の変動）の傾向を検出し、変化傾向に応じて上記の調整値Ｄまたは“Ｎ”の値を決定してもよい。つまり、時刻同期信号１３０を受信する毎に算出される同期ずれが小さくなるように、すなわち同期ずれの差が所定値に収束するように、上記の調整値Ｄまたは“Ｎ”の値を決定する。例えば、変動幅が大きいほど調整値Ｄを大きくし、または“Ｎ”の値を小さくすることで、同期ずれは小さくなり、且つ同期ずれは早めに所定値に収束し得る。

また、補正として、カウンタＤＣ２の値に上記の調整値ＤをセットすることによるカウンタＤＣ２の初期化が含まれてもよい。

また、補正処理が実施されるタイミングは、時刻同期信号１３０が受信された時点であってもよく、または、時刻同期信号１３０を受信した時から所定時間経過後であってもよい。

また、時刻同期信号１３０の送信元のユニットは、機能ユニット２００に限定されず、図１の制御システム１に備えられる他のユニットであってもよい。例えば、図１の制御システム１に備えられる図示しない所定のトリガ信号発生装置、またはいずれかの制御装置２（当該制御装置２のＣＰＵユニット１００または機能ユニット２００,３００（図５参照））、または装置／ライン管理装置１９０であってもよい。また、本実施の形態では、時刻同期信号１３０は、周期的に、例えば１ｍ秒毎に出力されるが、周期的に出力される方式に限定されない。例えば、機能ユニット２００の同期処理部２００ＡのカウンタＯＣ１のカウンタ値が、ある指示値に等しくなったときに、時刻同期信号１３０の送信元のユニットが時刻同期信号１３０を出力するとしてもよい。

（ｄ７．時刻同期の構成の他の例）
図１０Ａでは、時刻はＴＳＮが提供するマスタクロック１９１Ａから取得されたが、時刻同期のためのマスタの時刻の取得経路はＴＳＮに限定されない。例えば図１０Ｂに示すように、ＥｔｈｅｒＣＡＴのマスタクロック１９１Ｂから取得されてもよい。ＥｔｈｅｒＣＡＴではマスタクロック１９１Ｂは、絶対時刻に同期している。図１０Ｂでは、時刻同期のためにカウンタＤＣ１とＤＣ２が用いられる。

図１０Ｂを参照して、機能ユニット２００の同期処理部２００Ｂは、定期的に、マスタクロック１９１Ｂの時刻を、伝搬遅延を補正して取得する。同期処理部２００Ｂは、取得した時刻を示すカウンタ値をカウンタＤＣ１に設定する。同期処理部２００Ｂは、カウンタＤＣ１のカウンタ値を周期的に読出し、データバス１１１に伝送する。図１０Ｂでは、カウンタＤＣ１はカウンタ２１３（図６参照）に対応する。また、カウンタＤＣ２は、カウンタ１１９、１２１および１２３（図６参照）ならびに図９においてスケジューラプログラム１７０が制御プログラム１５２等の実行タイミングをスケジューリングするために参照するカウンタ（図６のカウンタ１２６等）に対応する。

起動時など、ＣＰＵユニット１００の同期処理部１００Ｂは、データバス１１１を介して受信したカウンタ値をカウンタＤＣ２に設定する。その後、カウンタＤＣ２の値を内部のハードウェア回路の出力に同期して更新（インクリメントまたはデクリメント）する。これにより、カウンタＤＣ２のカウント値は周期的に更新される。また、同期処理部１００Ｂの補正部１０Ｂは、時刻同期信号１３０を、信号線１１３を介して受信したとき、データバス１１１を介して受信するカウンタ値をラッチし、ラッチカウンタ値ＬＤＣ１として記憶領域１０Ｃに格納する。また、補正部１０Ｂは、時刻同期信号１３０を受信したとき、カウンタＤＣ２のカウンタ値をラッチし、ラッチカウンタ値ＬＤＣ２として記憶領域１０Ｃに格納する。

補正部１０Ｂの補正処理では、図１０Ａの場合と同様の補正を実施することができる。図１０Ｂでは、補正に用いる調整値Ｄは、ラッチカウンタ値ＬＤＣ１とＬＤＣ２との差（同期ずれ）の大きさに従い決定された値を含み得る。

また、補正部１０Ｂは、時刻同期信号１３０を受信する毎に算出されるラッチカウンタ値ＬＤＣ１とＬＤＣ２との差の変化（ドリフト状の変動）の傾向を検出し、変化傾向に応じて上記の調整値Ｄまたは“Ｎ”の値を決定してもよい。例えば、時刻同期信号１３０を受信する毎に算出される差が小さくなるように、すなわち差が所定値に収束するように、上記の調整値Ｄまたは“Ｎ”の値を決定してもよい。

また、補正として、カウンタＤＣ２の値に上記の調整値をセットすることにより、カウンタＤＣ２の初期化が含まれてもよい。

また、図１０Ｂの構成においても、補正処理を実施する時期は、図１０Ａと同様の時期であってよい。また、図１０Ｂでは、例えばカウンタＤＣ１のカウンタ値が、ある指示値に等しくなったときに時刻同期信号１３０が信号線１１３に出力されてもよい。

（ｄ８．時刻同期信号に基づくカウンタの補正の他の例）
図１０Ａと図１０Ｂでは、補正処理はＣＰＵユニット１００の補正部１０Ｂが実施する構成に限定されず、機能ユニット２００の補正部２０Ａおよび記憶部２０Ｃを用いて実施してもよい。

具体的には、図１０Ａを参照して、ＣＰＵユニット１００の同期処理部１００Ａは、カウンタＤＣ２のカウンタ値をデータバス１１１に周期的に送信する。補正部２０Ａは、信号線１１３から時刻同期信号１３０を受信するとラッチ処理を実施する。

ラッチ処理では、補正部２０Ａは、カウンタＯＣ１のカウンタ値をラッチ（取得）し、また、データバス１１１を介して伝送されるカウンタＤＣ２のカウンタ値をラッチ（受信）する。このようしてラッチされたカウンタ値を、ラッチカウンタ値ＬＯＣ１およびＬＤＣ２として記憶部２０Ｃに格納する。

補正処理では、補正部２０Ａは、記憶部２０Ｃのラッチカウンタ値ＬＯＣ１およびＬＤＣ２の同期ずれの差を算出し、差が小さくなるような調整値Ｄ（正の値または負の値）を決定し、決定した調整値Ｄをラッチカウンタ値ＬＤＣ２に加算する。補正部２０Ａは、加算後のラッチカウンタ値を、データバス１１１を介してＣＰＵユニット１００に転送する。ＣＰＵユニット１００は、受信した加算後のラッチカウンタ値を、カウンタＤＣ２に設定する。これにより、ＣＰＵユニット１００のカウンタＤＣ２のカウンタ値は、同期ずれが補正される。

また、図１０Ｂでも、補正部２０Ｂが、記憶部２０Ｃを用いてＣＰＵユニット１００のカウンタＤＣ２のカウンタ値の補正処理を実施してもよい。この場合、同期処理部１００Ｂは、カウンタＤＣ２のカウンタ値をデータバス１１１に周期的に送信する。補正部２０Ｂは、信号線１１３から時刻同期信号１３０を受信するとラッチ処理を実施する。

ラッチ処理では、補正部２０Ｂは、カウンタＤＣ１のカウンタ値をラッチ（取得）し、また、データバス１１１を介して伝送されるカウンタＤＣ２のカウンタ値をラッチ（受信）する。このようしてラッチされたカウンタ値を、ラッチカウンタ値ＬＤＣ１およびＬＤＣ２として記憶部２０Ｃに格納する。

補正処理では、補正部２０Ｂは、ラッチカウンタ値ＬＤＣ１およびＬＤＣ２の同期ずれの差が小さくなるような調整値Ｄを決定し、決定した調整値Ｄをラッチカウンタ値ＬＤＣ２に加算する。補正部２０Ｂは、加算後の値を、データバス１１１を介してＣＰＵユニット１００に転送する。ＣＰＵユニット１００は、受信した加算後のラッチカウンタ値ＬＤＣ２を、カウンタＤＣ２に設定する。これにより、ＣＰＵユニット１００のカウンタＤＣ２のカウンタ値は、同期ずれが補正される。

このように、制御装置２では、時刻同期信号１３０が信号線１１３を介して与えられたときの、第１のユニット（機能ユニット２００）のタイマが示す第１のタイマ値（カウンタＯＣ１のカウンタ値）および第２のユニット（ＣＰＵユニット１００）のタイマが示す第２のタイマ値（カウンタＤＣ２のタイマ値）の一方が、データライン（データバス１１１）を介して取得されて、当該取得されたタイマ値に基づいて、第１のユニットのタイマと第２のユニットのタイマとの間の同期ずれが補正される。これにより、第１のユニット（機能ユニット２００）のタイマ（カウンタＯＣ１）に第２のユニット（ＣＰＵユニット１００）のタイマ（カウンタＤＣ２）を合わせることができる。

図１０Ａと図１０Ｂを参照して、制御システム１は、さらに、ＣＰＵユニット１００および機能ユニット２００とは異なるユニット３７０を備えて、ユニット３７０に上記に述べた補正処理を実施させてもよい。

ユニット３７０は、信号線１１３とデータバス１１１に接続され得る。ユニット３７０は、ハードウェアプロセッサを備えて、ハードウェアプロセッサがプログラムを実行することにより、補正部２０Ａ（または補正部２０Ｂ）または補正部１０Ｂに相当する補正部３７１を実現する。ユニット３７０は、信号線１１３において時刻同期信号１３０を検出すると、補正部３７１はデータバス１１１を介してカウンタＯＣ１とカウンタＤＣ２（またはカウンタＤＣ１とカウンタＤＣ２）からカウンタ値を読出す。補正部３７１は、読出されたカウンタ値を用いて上記に述べたように、同期ずれが小さくなるようカウンタＤＣ２のカウント値を補正する。補正後のカウンタ値は、データバス１１１を介してカウンタＤＣ２に設定される。

図１０Ａと図１０Ｂに示された補正部２０Ａ，２０Ｂ、補正部１０Ｂ、および補正部３７１は、調整手段の一実施例である。制御装置２または制御システム１は、補正部２０Ａ，２０Ｂ、補正部１０Ｂ、および補正部３７１によって提供される処理の一部または全部を、専用のハードウェア回路（例えば、ＡＳＩＣまたはＦＰＧＡなど）を用いて実装してもよい。

以上のとおり、各制御装置２においては、マスタクロック１９１Ａ（または１９１Ｂ）の時刻を用いて、（ｉ）ユニット間で時刻同期が実現され、また（ｉｉ）各ユニットと当該ユニットに接続されるデバイス間で時刻同期が実現され、また（ｉｉｉ）ＣＰＵユニット１００ではスケジューラプログラム１７０により制御プログラム１５２，入力プログラム１７２および出力プログラム１７４の実行についての時刻同期が実現される。さらに各制御装置２が共通のマスタクロック１９１Ａ，１９１Ｂを用いた時刻同期を実施することで、（ｉｖ）異なる制御装置２の間で、すなわち異なる工程間で時刻同期を実現することができる。

図１０Ａと図１０Ｂでは、制御システム１は補正部２０Ａ,２０Ｂ、補正部１０Ｂおよび補正部３７１を備えるよう構成されるが、これら補正部の少なくとも１つを備えるよう構成されてもよい。

＜Ｅ．処理フロー＞
図１１は、本実施の形態に係る処理のフローチャートの一例を示す図である。図１１は、同期処理と観測値の収集処理を含む。図１１を参照して、機能ユニット２００のプロセッサ２０２は同期処理部２００Ａ（または２００Ｂ）による処理を実施する。

まず、プロセッサ２０２は、マスタクロック１９１Ａ（または１９１Ｂ）から時刻を取得してカウンタＯＣ１（またはＤＣ１）にタイマ値を設定する（ステップＳ１）。

プロセッサ２０２は、時刻同期信号１３０の送信時期になったかを判定する（ステップＳ３）。時刻同期信号１３０の送信時期でないと判定すると（ステップＳ３でＮＯ）、ステップＳ１に戻るが、送信時期になったと判定すると（ステップＳ３でＹＥＳ）、信号ジェネレーター２６により時刻同期信号１３０を生成し、信号線１１３に出力する（ステップＳ５）。

また、プロセッサ２０２は、カウンタＯＣ１（またはＤＣ１）のカウンタ値をデータバス１１１に周期的に送信している（ステップＳ７）。このカウンタ値の送信は、時刻同期信号１３０の送信にかかわらず実施される。

また、ＣＰＵユニット１００では、プロセッサ１０１は同期処理部１００Ａ（または１００Ｂ）により処理を実施する。なお、図１１の処理においては、カウンタＯＣ２の設定およびカウンタＤＣ２のカウンタ値を更新する処理が実施される。

プロセッサ１０１は信号線１１３から時刻同期信号１３０を受信するかを判定する（ステップＳ２５）。時刻同期信号１３０を受信しない間は（ステップＳ２５でＮＯ）は、ステップＳ２５の処理が繰返される。

プロセッサ１０１は時刻同期信号１３０を受信したと判定すると（ステップＳ２５でＹＥＳ）、上記に述べたカウンタ値のラッチ処理を実施する（ステップＳ２７）。プロセッサ１０１は、補正部１０Ｂによる補正処理を実施する時期になったかを判定する（ステップＳ２９）。例えば、時刻同期信号１３０を受信してから所定時間が経過したかを判定する。補正を実施する時期になっていないと判定される間は（ステップＳ２９でＮＯ）、ステップＳ２９の処理が繰返される。

プロセッサ１０１は、補正処理を実施する時期になった、例えば時刻同期信号１３０を受信してから所定時間が経過したことを判定すると（ステップＳ２９でＹＥＳ）、補正部１０Ｂに上記に述べた補正処理を実施させる（ステップＳ３１）。

補正処理は、ラッチされたカウンタ値の差の算出（ステップＳ３３）、補正のための調整値Ｄの決定（ステップＳ３５）、および調整値Ｄを用いたカウンタＤＣ２のカウンタ値の変更（ステップＳ３７）を含む。

また、ＣＰＵユニット１００では、プロセッサ１０１は、観測値を収集し時系列データベース１８０に格納する（ステップＳ４１）。プロセッサ１０１は、時系列データベース１８０の時系列データ１８２を読出し、製造実行システム４００またはクラウド上のＩｏＴサービスの提供装置に送信する（ステップＳ４３）。このとき、時系列データ１８２の伝送のフレームが生成されて、フレーム形式で送信される（ステップＳ４５）。

例えば、製造実行システム４００は、制御装置２から時系列データ１８２のフレームを受信し（ステップＳ６１）、時系列ＤＢ４５０に格納する（ステップＳ６３）。

なお、図１１では、ＣＰＵユニット１００において時刻同期処理のための補正を実施したが、上述したように機能ユニット２００において時刻同期処理のための補正が、ステップＳ３１と同様に実施されてもよい。

図１０Ａと図１０Ｂと図１１では、機能ユニット２００は、カウンタＯＣ１（またはカウンタＤＣ１）のカウンタ値をデータバス１１１に周期的に伝送することより、ＣＰＵユニット１００に当該カウンタ値を提供したが、ＣＰＵユニット１００にカウンタ値を提供する方法は、これに限定されない。例えば、信号線１１３に時刻同期信号１３０が伝送されるとき、ＣＰＵ１００が、データバス１１１を介して、機能ユニット２００のカウンタＯＣ１（またはカウンタＤＣ１）のカウンタ値を参照する（読出す）方法であってもよい。

＜Ｆ．時系列データの処理＞
図１２は、本実施の形態に係る製造実行システム４００の構成例を示す図である。製造実行システム４００は、一例として、汎用的なアーキテクチャに従うハードウェア（例えば、汎用パソコン）を用いて実現される。

図１２を参照して、製造実行システム４００は、プロセッサ４０２と、メインメモリ４０４と、入力部４０６と、出力部４０８と、ストレージ４１０と、光学ドライブ４１２と、外部装置と通信するためのＵＳＢコントローラ４２０と、ネットワーク１３，１４を接続するネットワークコントローラ４１３を含む。これらのコンポーネントは、プロセッサバス４１８を介して接続されている。

プロセッサ４０２は、ＣＰＵやＧＰＵなどで構成され、ストレージ４１０に格納されたプログラムを読出して、メインメモリ４０４に展開して実行することで、後述するような各種処理を実現する。

メインメモリ４０４は、ＤＲＡＭやＳＲＡＭなどの揮発性記憶装置などで構成される。ストレージ４１０は、例えば、ＨＤＤやＳＳＤなどの不揮発性記憶装置などで構成される。

ストレージ４１０には、基本的な機能を実現するためのＯＳ４１２に加えて、製造実行システム４００としての機能を提供するための各種プログラムが格納される。各種プログラムは、ＤＢ管理プログラム４１１を含む。また、ストレージ４１０は、時系列ＤＢ４５０を格納する領域を有する。

入力部４０６は、キーボードやマウスなどで構成され、製造実行システム４００に対するユーザ操作を受付ける。出力部４０８は、ディスプレイ、各種インジケータ、プリンタなどで構成され、プロセッサ４０２からの処理結果などを出力する。

製造実行システム４００は、光学ドライブ４１２を有しており、コンピュータ読取可能なプログラムを非一過的に格納する記録媒体４１４（例えば、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などの光学記録媒体）から、その中に格納されたプログラムが読取られてストレージ４１０などにインストールされる。

図１２には、プロセッサ４０２がプログラムを実行することで、製造実行システム４００として必要な機能が提供される構成例を示したが、製造実行システム４００は、これらの提供される機能の一部または全部を、専用のハードウェア回路（例えば、ＡＳＩＣまたはＦＰＧＡなど）を用いて実装してもよい。

図１３は、図１２のＤＢ管理プログラム４１１が実行されることで提供されるＤＢマネージャーを示す図である。図１３を参照して、プロセッサ４０２により、ＤＢ管理プログラム４１１が実行されることで提供されるＤＢマネージャー４５１は、時系列ＤＢ４５０を管理（例えば、ＤＢの生成，集約，編集，解析，出力等）する。

（ｆ１．観測値の時刻同期）
図１４Ａと図１４Ｂは、本実施の形態に係る制御装置２が製造実行システム４００に時系列データを送信する場合の処理例を示す模式図である。図１４Ａと図１４Ｂでは時刻同期処理が実施されないケース（図１４（Ａ）参照）と時刻同期処理が実施されるケース（図１４Ｂ参照）とが対比して示される。図１５は、本実施の形態に係る制御装置２において生成される時系列データのフレームと集約データを模式的に示す図である。図１５の（Ａ）は、工程３Ｂの制御装置２Ｂが収集する観測値を格納するフレームを示し、図１５の（Ｂ）は、工程３Ａの制御装置２Ａが収集する観測値を格納するフレームを示し、図１５の（Ｃ）は、ＤＢマネージャー４５１によって集約された観測値を格納する時系列ＤＢ４５０の一例を示す。

図１４Ａには、制御装置２Ａ，２Ｂが上位のネットワーク１３を介して製造実行システム４００と接続されている構成を示す。図１４Ａに示す構成においては、制御装置２Ａと制御装置２Ｂとの間では時刻同期がなされていないとする。

各時系列データには、制御装置２Ａ，２Ｂが収集した観測値および各観測値に対応付けられる時刻が含まれる。逆にいえば、図１４Ａに示す構成においては、制御装置２Ａ，２Ｂは、各観測値の収集タイミングを示す情報としては時刻を付加することしかできない。時刻は、制御装置２Ａ，２Ｂがそれぞれ管理するものであり、時刻同期は不完全である。

その結果、製造実行システム４００にて収集される時系列データの間では、時刻が完全には一致しないので、ＤＢマネージャー４５１は、タイミングを正確に合せてそれぞれの時系列データを集約（すなわち、統合）することはできない。

これに対して、図１４Ｂに示す構成においては、制御装置２Ａと制御装置２Ｂとは上記に述べた時刻同期されたカウンタを備えている。その結果、制御装置２Ａと制御装置２Ｂそれぞれから送信される時系列データのフレームには、工程３Ａ，３Ｂにおいて収集した観測値に対応付けて、各観測値を収集したタイミングを示す時刻４５２（例えば、マスタクロックから取得した時刻）およびカウンタ値４５３（例えば、カウンタＤＣ２のカウンタ値）を含めることができる（図１５の（Ａ）と図１５の（Ｂ）を参照）。

ＤＢマネージャー４５１は、制御装置２Ａ，２Ｂのそれぞれから受信した時系列データに含まれるカウンタ値４５３を用いて、時系列データに含まれる観測値のタイミングを合せることができる。すなわち、異なる制御装置２（異なる工程）でそれぞれ収集された観測値であっても、時系列ＤＢ４５０において時間軸をほぼ完全に一致させて集約して格納し（図１５の（Ｃ）を参照）、集約したデータを観測値の解析に用いることができる。

＜Ｇ．付記＞
上述したような本実施の形態は、以下のような技術思想を含む。
［構成１］
ファクトリオートメーション用の制御システム（１）であって、
各々がタイマを有する第１のユニット（２００）および第２のユニット（１００）と、
前記第１のユニットと前記第２のユニットとの間で、前記タイマが示すタイマ値を含むデータを遣り取りするためのデータライン（１１１）と、
前記第１のユニットと前記第２のユニットとを電気的に接続する信号線（１１３）と、
前記信号線および前記データラインに接続される調整手段（１０Ｂ、２０Ａ、２０Ｂ）と、を備え、
前記調整手段は、
トリガ信号（１３０）を前記信号線を介して受信したときの、前記データラインを介して前記タイマ値を取得し、取得したタイマ値に基づいて、前記第１のユニットのタイマ（ＯＣ１）に前記第２のユニットのタイマ（ＤＣ２）を合わせる、制御システム。
［構成２］
前記第１のユニットおよび前記第２のユニットのうちの一方が、前記トリガ信号を前記信号線に伝送する、構成１に記載の制御システム。
［構成３］
前記制御システムは、さらに、前記トリガ信号を前記信号線に伝送するユニットであって、前記第１のユニットおよび前記第２のユニットとは異なるユニット（１９０）を備える、構成１または２に記載の制御システム。
[構成４]
前記調整手段は、前記第１のユニットおよび前記第２のユニットのうちの一方に備えられる、構成１から３のいずれか１に記載の制御システム。
[構成５]
前記制御システムは、さらに、前記調整手段を備えるユニットであって、前記第１のユニットおよび前記第２のユニットとは異なるユニットを備える、構成１から４のいずれか１に記載の制御システム。
[構成６]
前記調整手段は、
前記トリガ信号を前記信号線を介して受信したとき、前記データラインを介して取得したタイマ値を用いて、前記第１のユニットのタイマのタイマ値と前記第２のユニットのタイマのタイマ値との差を取得し、取得した差に基づく調整値を用いて、前記第２のユニットのタイマのタイマ値を調整することにより、前記第１のユニットのタイマに前記第２のユニットのタイマを合わせる、構成１から５のいずれか１に記載の制御システム。
[構成７]
前記調整手段は、
前記トリガ信号を受信する毎に検出される前記差の大きさの変化の傾向から、前記調整値を決定する、構成６に記載の制御システム。
[構成８]
前記制御システムは、さらに、
第１のネットワーク（１１）に接続される複数の制御装置（２）を備え、
前記複数の制御装置の各々は、前記第１のユニットおよび前記第２のユニットを含み、
前記複数の制御装置は、前記第１のネットワークを介して受信する共通の時刻であって前記タイマの間の同期に用いる時刻（１９１Ａ，１９１Ｂ）により互いに同期する、構成７に記載の制御システム。
[構成９]
前記制御システムは、さらに、
前記第１のネットワークよりも下位の第２のネットワーク（１１０）を介して、前記複数の制御装置の各々に接続される１または複数の機器（９０）と、
前記複数の制御装置の間で互いに同期された同期タイマ（１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ）と、を備え、
前記制御装置と、当該制御装置の前記第２のネットワークに接続される前記１または複数の機器は、前記同期タイマのタイマ値により互いに同期する、構成８に記載の制御システム。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 制御システム、２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ 制御装置、３Ａ，３Ｂ，３Ｃ 工程、１０Ｂ，２０Ａ，２０Ｂ 補正部、１０Ｃ，２１ 記憶領域、１１，１２，１３，１４，１１０ ネットワーク、２３，１７７ 時刻同期プログラム、２４ セキュリティプログラム、９０，９０Ａ，９０Ｃ，９０Ｄ，９０Ｆ，９０Ｇ，９０Ｉ フィールド機器、９１Ａ，９１Ｃ，９１Ｄ，９１Ｆ，９１Ｇ，９１Ｉ，１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃ，４０１Ａ，４０１Ｃ タイマ、１００ ＣＰＵユニット、１００Ａ，１００Ｂ，２００Ａ，２００Ｂ 同期処理部、１０１，１０２，２０２，４０２ プロセッサ、１１０Ｐ 信号ポート、１１１，１１２ データバス、１１３ 信号線、１１９，１２１，１２３，１２５，１２６，１６８，２１３，ＤＣ，ＤＣ１，ＤＣ２，ＯＣ，ＯＣ１，ＯＣ２ カウンタ、１９１，１９１Ａ，１９１Ｂ マスタクロック、１３０ 時刻同期信号、１７８ 補正プログラム、１８０ 時系列データベース、１８２ 時系列データ、１９０ 装置／ライン管理装置、４００ 製造実行システム、４５０ 時系列ＤＢ、４５１ ＤＢマネージャー、５００ サポート装置、ＬＤＣ１，ＬＤＣ２，ＬＯＣ１ ラッチカウンタ値。

Claims (9)

1. ファクトリオートメーション用の制御システムであって、
   各々がタイマを有する第１のユニットおよび第２のユニットと、
   前記第１のユニットと前記第２のユニットとの間で、前記タイマが示すタイマ値を含むデータを遣り取りするためのデータラインと、
   前記第１のユニットと前記第２のユニットとを電気的に接続する信号線と、
   前記信号線および前記データラインに接続される調整手段と、を備え、
   前記第１のユニットは、
   インターネットを含む第１のネットワークを接続するネットワークインターフェイスと、
   前記データラインを接続するデータ通信回路と、を有し、
   前記第２のユニットは、前記第１のネットワークとは異なる第２のネットワークを接続するネットワークコントローラと、前記データラインを接続する通信コントローラと、を有し、
   前記第２のユニットの前記通信コントローラは、前記第１のユニットの前記ネットワークインターフェイスを介して、前記第１のネットワークに接続し、
   前記第１のユニットは、前記第１のネットワークにおけるマスタクロックの時刻に同期した値を当該第１のユニットのタイマに設定する処理と、前記第２のユニットに対する前記第１のネットワークからのアクセスを監視する処理とを含む情報処理を実施し、
   前記調整手段は、
   トリガ信号を前記信号線を介して受信したとき、前記データラインを介して前記タイマ値を取得し、取得したタイマ値に基づいて、前記第１のユニットのタイマに前記第２のユニットのタイマを合わせる、制御システム。
2. 前記第１のユニットおよび前記第２のユニットのうちの一方が、前記トリガ信号を前記信号線に伝送する、請求項１に記載の制御システム。
3. 前記制御システムは、さらに、前記トリガ信号を前記信号線に伝送するユニットであって、前記第１のユニットおよび前記第２のユニットとは異なるユニットを備える、請求項１または２に記載の制御システム。
4. 前記調整手段は、前記第１のユニットおよび前記第２のユニットのうちの一方に備えられる、請求項１から３のいずれか１項に記載の制御システム。
5. 前記制御システムは、さらに、
   前記調整手段を備えるユニットであって、前記第１のユニットおよび前記第２のユニットとは異なるユニットを備える、請求項１から４のいずれか１項に記載の制御システム。
6. 前記調整手段は、
   前記トリガ信号を前記信号線を介して受信したとき、前記データラインを介して取得したタイマ値を用いて、前記第１のユニットのタイマのタイマ値と前記第２のユニットのタイマのタイマ値との差を取得し、取得した差に基づく調整値を用いて、前記第２のユニットのタイマのタイマ値を調整することにより、前記第１のユニットのタイマに前記第２のユニットのタイマを合わせる、請求項１から５のいずれか１項に記載の制御システム。
7. 前記調整手段は、
   前記トリガ信号を受信する毎に取得される前記差の大きさの変化の傾向から、前記調整値を決定する、請求項６に記載の制御システム。
8. 前記制御システムは、さらに、
   前記第１のネットワークに接続される複数の制御装置を備え、
   前記複数の制御装置の各々は、前記第１のユニットおよび前記第２のユニットを含み、
   前記複数の制御装置は、前記第１のネットワークを介して受信する共通の時刻であって前記第１のユニットのタイマと前記第２のユニットのタイマの間の同期に用いる時刻により互いに同期する、請求項７に記載の制御システム。
9. 前記制御システムは、さらに、
   前記第２のネットワークを介して、前記複数の制御装置の各々に接続される１または複数の機器と、
   前記複数の制御装置の間で互いに同期された同期タイマと、を備え、
   各前記複数の制御装置と、当該制御装置に前記第２のネットワークを介して接続される前記１または複数の機器とは、前記同期タイマのタイマ値により互いに同期する、請求項８に記載の制御システム。

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