JPH06348712A - 分散協調制御システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 システム変更に伴う機能情報の再調整を、シ
ステム設計者を介することなく、また、各オブジェクト
相互間を同期させることなく、容易に行うことのできる
分散協調制御システムを提供することを目的とする。 【構成】 本発明は、機能情報に基づき複数のオブジェ
クトが各々機能することにより与えられた目標値への到
達を実現すべく通信路を介して接続されて構成された分
散協調制御システムにおいて、各オブジェクト相互間で
非同期に協調し、各オブジェクトが他のオブジェクトの
機能情報を変更することができるように構成したもので
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、分散協調制御システ
ムに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、マイクロコンピュータの性能向
上、低価格化に伴うコンピュータやそれを利用した各種
機器コントローラが種々の産業分野で使われている。こ
れらマイクロコンピュータやコントローラは、単体で利
用するのではなく、複数個が集まって互いに協調しなが
ら１つの仕事を処理する分散協調制御システムが広く採
用されるようになってきている。これは、例えば、物流
システムや交通システム等システム構成変化の激しいシ
ステムでは、１台の中型または大型コンピュータを用い
ると処理能力を高めるのに計算機をより高性能なものに
交換するしか方法がなかったが、小型コンピュータやコ
ントローラを多数使用して各コンピュータやコントロー
ラ間で協調処理することによって、システム負荷に応じ
てそれらを追加するだけで対処できる等、システム変更
に柔軟に対処できるという利点があるからである。

【０００３】この多数の小型コンピュータによる分散協
調制御システムの普及は、低価格で高性能なマイクロコ
ンピュータやコントローラの出現とオブジェクト指向プ
ログラミング技術に負うところが多い。ここに、オブジ
ェクトとは外部から隠ぺいされたデータと、該データを
操作する１つ以上の手続きで構成されるプログラムモジ
ュールをいい、位置独立性等が高く分散協調制御システ
ムの構築に適している。オブジェクト指向に基づく分散
協調制御システムは、個々のシステム要素の機能を実現
するオブジェクトに対し、それぞれ固有の機能情報（機
能パラメータ）設定手段を持たせ、その設定手段に従っ
て機器群をコントロールできるので、システム開発がオ
ブジェクト単位で行うことができるという利点がある。

【０００４】ところで、システム設計に際し、システム
設計者は、各オブジェクトの機能情報を相互に矛盾なく
定義しておく必要がある。従って、システム構成変化の
激しい産業分野における従来の制御システムの構築は、
システム設計者がシステム変更が生じる毎に、各オブジ
ェクトの機能情報の設定を矛盾なく再定義する必要があ
り、システムの変更・拡張に対して大きな負荷を伴って
いた。

【０００５】このような機能情報の再定義にあたって
は、再定義した各オブジェクトの機能パラメータのみで
は目標値への到達とその維持が困難となる場合があっ
た。特に、システム変更・拡張の際には、目標値への達
成が可能な機能設定が困難となり、目標値を達成する矛
盾のない機能情報の再定義は困難であった。

【０００６】また、従来の制御システムでは、全オブジ
ェクトの機能の動作を１ヶ所で集中管理していたため、
機能情報群の値を一括して設定していた。従って、シス
テム変更が激しい環境下では、全オブジェクトの構成状
態の把握に大きな負荷がかかり、集中管理部で故障が発
生すると制御システム全体の停止につながるという問題
もあった。

【０００７】これらの問題についてを以下の具体例を示
してさらに詳細に説明する。図６は、分散協調制御シス
テムが適用される対象例を示している。同図において、
家屋やビル等の一室内に空調機器としてエアコン６１、
ガスファンヒータ６２及び換気扇６３が設置されてお
り、これら各機器間と操作パネル６４とは通信路６５を
介して接続されている。この操作パネル６４は、目標温
度値、目標湿度値及び目標炭酸ガス濃度値からなる目標
値が入力できるようになっている。また、下記表１は、
各機器の機能パラメータを示している。

【０００８】

【表１】

【０００９】表１において、エアコン６１は温度及び湿
度を制御し、ガスファンヒータ６２は温度のみを制御
し、換気扇６３は炭酸ガス濃度（以下「ＣＯ2 濃度」と
いう）のみを制御することを意味する。

【００１０】今、環境パラメータとして温度、湿度及び
ＣＯ2 濃度が設定され、環境パラメータの目標値とし
て、温度＝２５℃，湿度＝５０％，ＣＯ2 濃度＝０．１
％以下という値が操作パネル６４から入力されたとす
る。この目標値は通信路６５を介して各機器に送信され
る。目標値を受信した各機器は、操作パネル６４に対し
て表２に示される自己の制御能力及び表３に示される運
転コストを返信する。

【００１１】

【表２】

【００１２】

【表３】

【００１３】これにより操作パネル６４は、各機器の制
御能力及び運転コストに基づいて、現在の環境パラメー
タが目標値に近づくように各機器の出力配分を決定す
る。例えば、現在の温度が２０℃，湿度が６０％，ＣＯ
2 濃度が０．１５％であったとする。温度に関してはエ
アコン６１とガスファンヒータ６２とが制御能力を有し
ているが、表３に示すようにガスファンヒータの運転コ
ストはエアコンの半分なので、ガスファンヒータ６２に
対して、最大出力での運転指令を出す。なお、運転指令
に関しては、現在の温度が目標温度の１℃以内になれ
ば、出力指令を最大出力の２０％にしたり、目標温度を
越えた場合はゼロ出力指令に切り替える。湿度に関して
は、エアコン６１のみが制御できるので、操作パネル６
４はエアコン６１に対して除湿モードでの運転指令を出
す。ＣＯ2 濃度に関しては、換気扇のみが制御できるの
で、最大出力での運転指令を出す。操作パネルは一定時
間後、環境パラメータを測定して、新たな制御指令を各
機器に送信する。

【００１４】図７は、上記従来の分散協調制御システム
による３つの機器の制御結果である運転状態を示し、図
８はそのときの環境パラメータ値の推移を示している。
図７及び図８の横軸は相対的な時刻を表している。図７
の縦軸は相対出力値を図８の縦軸は環境パラメータ値で
ある。ガスファンヒータの作動による水分とＣＯ2 発生
と、換気扇作動による室外の低い空気と水分の流入によ
り、目標値の維持が困難となっている。このように、従
来の直接作用する機能パラメータのみによる運転制御で
は目標値への到達と維持とが困難になるという問題があ
った。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、システ
ム設計にあたって設計者は，目標達成のため各オブジェ
クトの機能設定手段を相互に矛盾なく定義しておく必要
があり、システム構成変化の激しい産業分野における従
来の分散協調制御システム構築は、システム設計者がシ
ステム変更の都度、各オブジェクトの機能設定手段を再
定義する必要があり、システムの変更・拡張に当たり、
その設定に大きな負荷を伴っていた。

【００１６】また、従来の制御システムでは、一般的
に、全オブジェクトの機能の動作を集中管理する手段が
存在して、該集中管理手段が機能パラメータ群の値を一
括して設定していた。従って、システム変更が激しい環
境では該集中管理手段が全オブジェクトの構成状態把握
に大きな負荷がかかっていた。

【００１７】さらに、該集中管理手段の故障が全システ
ム停止となる欠点があった。そこで、本発明は、システ
ム変更に伴う機能設定手段の再調整をシステム設計者や
集中管理手段を介することなく、分散している個々のオ
ブジェクトが自己の機能設定手段の動作と他のオブジェ
クトの機能設定手段の動作とを非同期に行うことのでき
る分散協調制御システムを提供するものである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、機能情報に基
づき複数のオブジェクトが各々機能することにより与え
られた目標値への到達を実現すべく通信路を介して接続
されて構成された分散協調制御システムであって、前記
オブジェクトは、該オブジェクト周囲の環境情報を所定
の周期で収集する手段と、この手段により収集された環
境情報に基づいて前記機能情報を所定の範疇に分類する
手段と、前記所定の範疇のうち一の範疇に属する機能情
報を優先して該オブジェクトを機能させる手段と、前記
分類する手段により分類された分類結果を前記複数のオ
ブジェクト相互間で送受する手段と、この手段により他
のオブジェクトから受信した分類結果を参照して、前記
一の範疇に属する機能情報で、かつ、他の範疇に属する
分類結果を有する他のオブジェクトを特定する手段と、
前記収集する手段により収集された環境情報が前記目標
値に到達するか否かを予測する手段と、この手段により
前記目標値に到達困難であると予測した場合に、前記特
定する手段により特定された前記他のオブジェクトの前
記一の範疇に属する機能情報を変更する手段とから構成
されたことを特徴とする分散協調制御システムである。

【００１９】

【作用】本発明によれば、環境パラメータに対して直接
作用する機能パラメータ群のみの調節により目標値を達
成するのでなく、間接的に作用する可能性のある機能パ
ラメータ群の調節手段を取り入れているので、直接作用
する機能パラメータ群のみの調節では目標設定値の達成
が困難な場合でも、間接的に作用する可能性のある機能
パラメータ群を調節することにより目標設定値の達成を
容易にすることができる。

【００２０】

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の一実施例
について説明する。本発明に係る分散協調制御システム
が適用される対象は、図６に示した適用対象例と同じも
のを用いるものとする。

【００２１】図１は、本発明に係る分散協調制御システ
ムにおける各機器の概略構成を説明するための図であ
る。各機器間の動作を司るコントロール部１は、通信路
２を介して接続されている。コントロール部１の実際の
動作はＣＰＵ３により実行される。このとき、ＣＰＵ３
は、メモリ４内のＲＯＭ４ａから実行するプログラムを
読み出し、実行中に使用されるデータについてＲＡＭ４
ｂとアクセスする。通信処理部５は、ＣＰＵ３の制御の
下、他の機器のコントロール部１とのデータ通信を行う
ためのものである。Ｉ／Ｏ部６は、ＣＰＵ３が機器駆動
部７へ制御指令を出力するためのものである。機器駆動
部７はＣＰＵ３からの制御指令を受信すると、それに従
って機器の出力を調整する。センサ部８は、環境パラメ
ータを測定するもので、想定結果をＩ／Ｏを介してＣＰ
Ｕ３に通知する。ＣＰＵ３は測定値をＲＡＭ４ｂに記憶
する。また、このＲＡＭ４ｂには、後述する機能パラメ
ータが記憶される。

【００２２】以下、本発明に係る分散協調制御システム
の動作について説明する。図６に示すシステムで、環境
パラメータとして温度、湿度およびＣＯ2 濃度を設定
し、環境パラメータの目標値として（温度＝２５℃、湿
度＝５０％、炭酸ガス濃度＝０．１％以下）が操作パネ
ルから入力されたとする。

【００２３】表４は、環境パラメータに対する各機器オ
ブジェクトの機能パラメータの分類結果を示す。ここ
で、例えば、エアコンオブジェクトとは、エアコンの機
能を実現したものをいう。

【００２４】

【表４】

【００２５】表４中、「Ａ」は環境パラメータに対して
直接作用可能な機能パラメータであり、「Ｂ」は環境パ
ラメータに対し作用不可能な機能パラメータであり、
「Ｃ」は環境パラメータに対し作用するか不定である機
能パラメータであることを示している。例えば、エアコ
ンからみれば、環境パラメータ「温度」と「湿度」は
「Ａ」の機能パラメータ、環境パラメータ「ＣＯ2 濃
度」は「Ｂ」の機能パラメータを有することになる。

【００２６】次に、本発明に係る分散協調制御システム
の制御手順を図２に基づいて説明する。操作パネル６４
の目標値設定部２１から入力された目標値は、通信路２
を介して各機器６１〜６３内の機器側制御部２２に送信
される。機器側制御部２２はこれを受けて機器関連デー
タ管理部２３及び機能パラメータ管理部２４に通知す
る。機器関連データ通知部２３は、機器側制御部２２内
の記憶部４（図示せず）に記憶されている自己の制御能
力及び運転コストデータを読み出し、これらのデータを
操作パネル６４に送信する。操作パネル６４では、受信
したこれらのデータを操作パネル側制御部２５において
記憶保持する。なお、各オブジェクトの機能パラメータ
毎の制御能力及び運転コストデータは、表２及び表３に
示したものと同じものである。

【００２７】一方、機能パラメータ管理部２４は自己の
分類結果を自己の機器名称とともに他の機器の機能パラ
メータ管理部２４に送信し、他の機器の機能パラメータ
管理部２４はこれを保持する。

【００２８】操作パネル６４内の機器出力制御部２５
は、各機器から送信された各機器の制御能力及び運転コ
ストデータ、センサ部２６からの現在の環境パラメータ
値と目標値設定部からの目標値との差分データに基づい
て、各機器の出力配分を決定し、各機器の機器側制御部
２５に送信する。各機器の機器側制御部２５は操作パネ
ル６４から受信した出力配分値に基づいて自己の機器駆
動部７（図示せず）を制御する。

【００２９】一方、各機器において分類結果及び機器名
称を受信した機能パラメータ管理部２４は、後述する所
定の条件下で、他の機器の機能パラメータ管理部２４に
機能パラメータの変更を要求する。

【００３０】図３は、機能パラメータ管理部２４の詳細
を示すブロック図である。目標値到達予測部３１は、各
機器に設けられたセンサ部８から周期的に得られる環境
パラメータに基づいて、この環境パラメータが与えられ
た目標値に到達する時間を予測する。次に、到達可否判
定部３２は、目標値到達予測部３１の予測結果に基づい
て、操作パネル６４からの出力制御命令に基づく自己の
分類結果Ａで示された機能パラメータの調節にもかかわ
らず目標値への到達が一定時間内になされないと判定し
た場合に、分類結果Ｃとされた他の機器の機能パラメー
タに対して、その機器の分類結果Ａに対応する機能パラ
メータの変更を要求すべく、機能パラメータ変更要求部
３３へ通知する。そして、また、到達可否判定部３２
が、一定時間後に、目標値到達予測部３１の予測結果に
基づいて、なお目標値への到達が困難と判定した場合に
は、再度該当する機器に分類結果Ａに対応する機能パラ
メータの変更を要求すべく、機能パラメータ変更要求部
３３へ通知する。

【００３１】即ち、到達可否判定部３２は運転開始後の
時刻02になっても目標値に到達できないと判断するの
で、湿度を制御するエアコンは、湿度パラメータをＣと
分類したガスファンヒータ６２と換気扇６３の２つのオ
ブジェクトに対して出力抑制を要求する。

【００３２】他方、出力抑制要求を受信した他の機器に
おける機能パラメータ管理部２４内の機能パラメータ変
更受付部３４は、機能パラメータ記憶部３５に記憶され
ている自己の出力を制御する機能パラメータを変更する
とともに、検索依頼部３５において出力抑制を肩代わり
してくれるオブジェクトの検索を操作パネル６４の出力
制御部２５に依頼する。依頼された操作パネル側制御部
２５は、各機器から通知された機器関連データに基づい
て肩代わりできる機器名称を回答する。肩代わりできる
機器名称を受け取った検索依頼部３６は、機器駆動部７
に出力制御指令を送信する。反対に、肩代わりできる機
器がない旨の回答を受け取った場合には、検索依頼部３
５は、自己の目標値への達成を最優先するように機能パ
ラメータを変更する。

【００３３】例えば、エアコン６１から出力抑制を要求
されたガスファンヒータ６２は１００％出力から４０％
出力に抑制することを優先し、肩代わりできる機器の検
索を操作パネル６４の出力制御部２５に依頼する。操作
パネル６４は、図４に示す各オブジェクトの制御能力デ
ータを参照し、この場合、エアコン６１が肩代わりでき
ることをガスファンヒータ６２に回答する。ガスファン
ヒータ６２は、エアコン６１に肩代わり分の６０００ｋ
ｃａｌ／ｈの出力制御指令を送信する。一方、エアコン
６１から出力抑制を要求された換気扇は、肩代わりでき
るオブジェクトの検索を操作パネルに依頼する。操作パ
ネル６４は、同様に制御能力データを参照し、肩代わり
してくれる相手がいない旨を換気扇６３に回答する。従
って、換気扇６３は、自己の目標である湿度５０％達成
を最優先する。

【００３４】このように各機器の機能パラメータは他の
機器からの変更要求により変更され、各機器の機器駆動
部７は、この機能パラメータ記憶部に記憶されている機
能パラメータに基づいて自己の出力を制御する。

【００３５】図４及び図５は、本発明に係る分散協調制
御システムの実行結果を示す図である。ここで、図４と
図７を比較するとわかるように、ガスファンヒータ６２
の出力が１００％から４０％に抑制した分はエアコン６
１が肩代わりしている。ガスファンヒータ６２の総出力
が減った分だけ、ＣＯ2 濃度低減につながり、それが換
気扇動作時間の短縮を実現し、その結果また、外気の水
分の流入を減少させるのに寄与している。

【００３６】このように、従来の制御システムでは湿度
及びＣＯ2 濃度に対してうまく制御できなかったが、本
発明は、直接作用するか不明な機能パラメータの影響を
考慮することにより、図４のような運転パターンを実現
することが可能となり、その結果、環境パラメータの目
標値を容易に達成、維持することが可能となる。

【００３７】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、従来の
ような機能パラメータ調節では目標達成が困難な場合で
も、直接作用するか不明な機能パラメータの影響を取り
入れることにより、環境パラメータの目標値を用意に達
成、維持することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る分散協調制御システムにおける
各機器の概略構成を示す図。

【図２】 本発明に係る分散協調制御システムの制御手
順を説明するための図。

【図３】 機能パラメータ管理部の詳細を示すブロック
図。

【図４】 本発明に係る分散協調制御システムの運転状
態を示す図。

【図５】 本発明に係る分散協調制御システムの環境パ
ラメータの推移を示す図。

【図６】 分散協調制御システムが適用される対象例を
示す図。

【図７】 従来の分散協調制御システムの運転状態を示
す図。

【図８】 従来の分散協調制御システムの環境パラメー
タの推移を示す図。

【符号の説明】

１…コントロール部 ２…通信路 ３…ＣＰＵ ４…メモリ ５…通信処理部 ６…Ｉ／Ｏ部 ７…機器駆動部 ２１…目標値設定部 ２２…制御部 ２３…機器関連データ管理部 ２４…機能パラメータ管理部 ２５…機器出力制御部 ２６…センサ部 ３１…目標値到達予測部 ３２…判定部 ３３…要求部 ３４…受信部 ３５…検索依頼部 ６１…エアコン ６２…ガスファンヒーター ６３…換気扇 ６４…操作パネル

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機能情報に基づき複数のオブジェクトが
   各々機能することにより与えられた目標値への到達を実
   現すべく通信路を介して接続されて構成された分散協調
   制御システムであって、 前記オブジェクトは、 該オブジェクト周囲の環境情報を所定の周期で収集する
   手段と、 この手段により収集された環境情報に基づいて前記機能
   情報を所定の範疇に分類する手段と、 前記所定の範疇のうち一の範疇に属する機能情報を優先
   して該オブジェクトを機能させる手段と、 前記分類する手段により分類された分類結果を前記複数
   のオブジェクト相互間で送受する手段と、 この手段により他のオブジェクトから受信した分類結果
   を参照して、前記一の範疇に属する機能情報で、かつ、
   他の範疇に属する分類結果を有する他のオブジェクトを
   特定する手段と、 前記収集する手段により収集された環境情報が前記目標
   値に到達するか否かを予測する手段と、 この手段により前記目標値に到達困難であると予測した
   場合に、前記特定する手段により特定された前記他のオ
   ブジェクトの前記一の範疇に属する機能情報を変更する
   手段とから構成されたことを特徴とする分散協調制御シ
   ステム。
2. 【請求項２】 前記分類する手段は、前記機能情報が環
   境情報に対して直接作用可能な範疇と、作用不可能な範
   疇と、作用するか不定である範疇とに分類することを特
   徴とする請求項１記載の分散協調制御システム。
3. 【請求項３】 前記一の範疇に属する機能情報は直接作
   用可能な範疇であり、前記他の範疇に属する機能情報は
   作用するか不定である範疇であることを特徴とする請求
   項１記載の分散協調制御システム。
4. 【請求項４】 前記予測する手段は、前記収集する手段
   により周期的に収集される環境情報に基づき、該環境情
   報が前記所定時間内に前記目標値に到達するか否かを予
   測することを特徴とする請求項１記載の分散協調制御シ
   ステム。