WO2015136960A1

WO2015136960A1 - コントローラ

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Publication number: WO2015136960A1
Application number: PCT/JP2015/050798
Authority: WO
Inventors: 矢尾板　宏心; 達矢小島
Original assignee: オムロン株式会社
Priority date: 2014-03-13
Filing date: 2015-01-14
Publication date: 2015-09-17
Also published as: US10139799B2; JP6626240B2; JP2015176191A; EP3101496A1; US20170075334A1; EP3101496A4; CN106062648A

Abstract

　ＰＬＣなどのコントローラ（１０４）は、タスクの実行条件を示すタスク実行条件管理テーブル（２４２）を記憶し、プログラムを、タスクの実行条件に従って周期的に実行する。コントローラ（１０４）は、タスクの実行条件を変更するための設定用の命令（３２０）を提供している。ユーザは、サポート装置（３００）等により設定用の命令（３２０）をユーザプログラム（２３６）に含める。コントローラ（１０４）は、ユーザプログラム（２３６）に含まれる、各タスクの優先度、タスクの周期などタスクの実行条件を変更する命令（３２０）を実行することで、命令にかかるタスクについてタスク実行条件管理テーブル（２４２）を更新し、更新後のタスクの実行条件に従ってプログラムを実行する。

Description

コントローラ

　本発明は、ユーザプログラムを周期的またはイベント的に実行する制御装置を含む制御システムおよび制御システムの情報処理装置に関する。

　多くの生産現場で使用される機械や設備は、典型的には、プログラマブルコントローラ（Programmable　Logic　Controller；以下「ＰＬＣ」とも称す）などの制御装置（コントローラ）を主たる構成とした制御システムによって制御される。

　ＰＬＣは、たとえば、ユーザプログラムを実行するマイクロプロセッサを含むＣＰＵ（Central　Processing　Unit）ユニット、外部のスイッチやセンサからの信号入力および外部のリレーやアクチュエータへの信号出力を担当するＩＯ（Input　Output）ユニットといった複数のユニットで構成される。それらのユニット間で、ユーザプログラム実行サイクルごとに、ＰＬＣシステムバスおよび／またはフィールドネットワークを経由してデータの授受をしながら、ＰＬＣは制御動作を実行する。

　ＰＬＣのＣＰＵユニットは、タスクの割り当てに従って、ユーザプログラムやシステムプログラムなどのプログラムを実行する。ＰＬＣにおいて、タスクで実行される処理としては、例えば、ＣＰＵユニットがスレーブ機器やＩ／Ｏユニットとデータの入出力を行うＩ／Ｏリフレッシュ、ユーザプログラムの実行、ユーザプログラムの指令を受けて実行するモーション制御、データトレース処理その他の処理がある。

　タスクには、ＰＬＣが周期的に繰り返し実行する定周期タスク、予め指定された条件が成立したときにＰＬＣが１回だけ実行するイベントタスクなどがある。各タスクには、実行すべき優先度と、タスクの周期とが設定されている。ＣＰＵユニットは、タスクの優先度に従って、各プログラムを実行する。

　タスクの割り当てに従って動作するＰＬＣの例として、例えば、特許第４８９４９６１号公報（特許文献１）がある。特許文献１には、制御プログラムの実行時間が散発的に長くなりうることを考慮して、ＰＬＣのＣＰＵユニットが行う制御データの出力および入力のための通信の周期を、制御プログラムの最大実行時間よりも短い一定時間としうるＰＬＣのＣＰＵユニットについて記載されている。特許文献１には、タスク実行の優先度が高いプログラムと、優先度が低いプログラムとが存在した時に、一定のサイクルタイムの中で、高い優先度のプログラムを実行し、この実行が終了した後に、低い優先度のプログラムの実行を開始することが記載されている。

特許第４８９４９６１号公報

　しかし、コントローラが使用される状況に応じて、優先したいプログラムやプログラムのサイクルタイム等が異なることがある。例えば、コントローラの立ち上げ時や上位のシステムとの通信時と、高速な処理が求められる場合とではプログラムに求められるサイクルタイムや優先度が異なることがある。

　そこで、本発明の目的は、コントローラにおいて、プログラムが動作している場合であっても、プログラムを実行するための実行条件を変更可能とし、これによりユーザの利便性を向上させる技術を提供することを目的とする。

　本発明のある局面に係るコントローラは、対象機器を制御するためのものである。コントローラは、ユーザプログラムを含む複数のプログラムと、タスクの実行条件を示すタスク情報とを記憶するための記憶部と、プログラムを、タスク情報に示される実行条件に従って周期的に実行する制御部とを備える。コントローラは、制御部がユーザプログラムを周期的に実行することで対象機器を制御する。ユーザプログラムには、タスクの実行条件を変更するための設定用の命令を含めることが可能である。制御部は、ユーザプログラムに含まれる設定用の命令を実行することにより、記憶部のタスク情報を更新し、更新後のタスクの実行条件に従ってプログラムを実行する。

　好ましくは、タスク情報に示される実行条件には、タスクを実行する優先度が含まれ、制御部は、タスクの優先度に従ってプログラムを周期的に実行し、設定用の命令には、タスクの優先度を変更する命令が含まれ、制御部は、ユーザプログラムに含まれる、タスクの優先度を変更する命令を実行することにより、命令にかかるタスクの優先度を変更してタスク情報を更新することとしてもよい。

　好ましくは、タスク情報に示される実行条件には、タスクを実行する周期が含まれ、設定用の命令には、タスクを実行する周期を変更する命令が含まれ、制御部は、ユーザプログラムに含まれる、タスクの周期を変更する命令を実行することにより、命令にかかるタスクの周期を変更してタスク情報を更新する、こととしてもよい。

　好ましくは、タスク情報に示される実行条件には、タスクを実行する優先度と、タスクを実行する周期が含まれ、制御部は、タスクの優先度および周期に従ってプログラムを周期的に実行し、設定用の命令には、タスクの優先度を変更する命令と、タスクの周期を変更する命令との少なくともいずれか一方が含まれ、制御部は、ユーザプログラムに含まれる、タスクの優先度を変更する命令とタスクの周期を変更する命令とを実行することにより、命令にかかるタスクの優先度または周期の少なくともいずれかを変更してタスク情報を更新する、こととしてもよい。

　本発明によれば、ユーザプログラムから各プログラムを実行する優先度やプログラムによりコントローラを動作させる周期を変更することができ、コントローラの動作を効率化することができる。

本実施の形態に係る制御システム１のシステム構成を示す模式図である。本実施の形態に係るＰＬＣ１００の主要部を示すハードウェア構成を示す模式図である。本実施の形態に係るＰＬＣ１００のソフトウェア構成を示す模式図である。タスク実行条件管理テーブル２４２を示す図である。各タスクの実行順序の一例を示した図である。タスクの実行条件を変更するための命令の例を示す図である。ＣＰＵユニット１０４がユーザプログラムに含まれる命令を実行してタスクの優先度を変更する場合の各タスクの実行順序を示す図である。ＣＰＵユニット１０４がユーザプログラムに含まれる命令を実行してタスクの周期を変更する場合の各タスクの実行順序を示す図である。ＣＰＵユニット１０４がユーザプログラムに含まれる命令を実行してタスクの優先度およびタスクの周期を変更する場合の各タスクの実行順序を示す図である。

　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り返さない。

　＜Ａ．システム構成＞
　まず、本実施の形態に係る制御システムのシステム構成について説明する。本実施の形態においては、機械や設備などの制御対象を制御するプログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）を制御装置の典型例として説明を行う。但し、本発明に係る制御装置は、ＰＬＣに限られることなく、各種の制御装置へ適用可能である。

　図１は、本実施の形態に係る制御システム１のシステム構成を示す模式図である。図１を参照して、制御システム１は、ＰＬＣ１００と、ＰＬＣ１００に接続されるサポート装置３００と、ＰＬＣ１００からのアクセスを受けるデータベース装置４００とを含む。ＰＬＣ１００は、後述するようなユーザプログラムを周期的またはイベント的に実行する。このユーザプログラムにアクセス命令を含めることができ、ＰＬＣ１００は、このアクセスに従って、データベース装置４００にアクセスすることができる。すなわち、ＰＬＣ１００およびデータベース装置４００は、イーサネット（登録商標）などのネットワーク１１２を介して、データを互いに遣り取りできるように構成される。

　サポート装置３００は、ＰＬＣ１００に接続可能な情報処理装置の典型例である。サポート装置３００は、接続ケーブル１１４を介してＰＬＣ１００に接続され、ＰＬＣ１００との間で各種パラメータの設定、プログラミング、モニタ、デバッグなどの機能を提供する。ＰＬＣ１００とサポート装置３００との間は、典型的には、ＵＳＢ（Universal　Serial　Bus）規格に従って通信可能に構成される。

　ＰＬＣ１００は、制御演算を実行するＣＰＵユニット１０４と、１つ以上のＩＯ（Input/Output）ユニット１０６とを含む。これらのユニットは、ＰＬＣシステムバス１０８を介して、データを互いに遣り取りできるように構成される。また、これらのユニットには、電源ユニット１０２によって適切な電圧の電源が供給される。

　制御システム１において、ＰＬＣ１００は、（ＰＬＣシステムバス１０８を介して接続される）ＩＯユニット１０６を介して、および／または、フィールドバス１１０を介して、各種のフィールド機器との間でデータを遣り取りする。これらのフィールド機器は、制御対象に対して何らかの処理を行うためのアクチュエータや、制御対象から各種情報を取得するためのセンサなどを含む。図１には、このようなフィールド機器の一例として、検出スイッチ１０、リレー２０およびモータ３２を駆動するサーボモータドライバ３０を含む。また、ＰＬＣ１００は、フィールドバス１１０を介してリモートＩＯターミナル２００も接続されている。リモートＩＯターミナル２００は、基本的には、ＩＯユニット１０６と同様に、一般的な入出力処理に関する処理を行う。より具体的には、リモートＩＯターミナル２００は、フィールドバス１１０でのデータ伝送に係る処理を行うための通信カプラ２０２と、１つ以上のＩＯユニット２０４とを含む。これらのユニットは、リモートＩＯターミナルバス２０８を介して、データを互いに遣り取りできるように構成される。

　＜Ｂ．ＰＬＣ１００の構成＞
　次に、本実施の形態に係るＰＬＣ１００の構成について説明する。図２は、本実施の形態に係るＰＬＣ１００の主要部を示すハードウェア構成を示す模式図である。図３は、本実施の形態に係るＰＬＣ１００のソフトウェア構成を示す模式図である。

　図２を参照して、ＰＬＣ１００のＣＰＵユニット１０４のハードウェア構成について説明する。ＣＰＵユニット１０４は、プロセッサ１２０と、チップセット１２２と、システムクロック１２４と、主メモリ１２６と、不揮発性メモリ１２８と、ＵＳＢコネクタ１３０と、ＰＬＣシステムバスコントローラ１４０と、フィールドバスコントローラ１５０と、上位通信コントローラ１６０と、メモリカードインターフェイス１７０とを含む。チップセット１２２と他のコンポーネントとの間は、各種のバスを介してそれぞれ結合されている。

　プロセッサ１２０およびチップセット１２２は、典型的には、汎用的なコンピュータアーキテクチャに準じて構成される。すなわち、プロセッサ１２０は、チップセット１２２から内部クロックに従って順次供給される命令コードを解釈して実行する。チップセット１２２は、接続されている各種コンポーネントとの間で内部的なデータを遣り取りするとともに、プロセッサ１２０に必要な命令コードを生成する。システムクロック１２４は、予め定められた周期のシステムクロックを発生してプロセッサ１２０に提供する。チップセット１２２は、プロセッサ１２０での演算処理の実行の結果得られたデータなどをキャッシュする機能を有する。

　ＣＰＵユニット１０４は、記憶手段として、主メモリ１２６および不揮発性メモリ１２８を有する。主メモリ１２６は、揮発性の記憶領域であり、プロセッサ１２０で実行されるべき各種プログラムを保持するとともに、各種プログラムの実行時の作業用メモリとしても使用される。不揮発性メモリ１２８は、ＯＳ（Operating　System）、システムプログラム、ユーザプログラム、データ定義情報、ログ情報などを不揮発的に保持する。

　ＵＳＢコネクタ１３０は、サポート装置３００とＣＰＵユニット１０４とを接続するためのインターフェイスである。典型的には、サポート装置３００から転送される実行可能なプログラムなどは、ＵＳＢコネクタ１３０を介してＣＰＵユニット１０４に取込まれる。

　ＣＰＵユニット１０４は、通信手段として、ＰＬＣシステムバスコントローラ１４０、フィールドバスコントローラ１５０、および上位通信コントローラ１６０を有する。これらの通信回路は、データの送信および受信を行う。

　ＰＬＣシステムバスコントローラ１４０は、ＰＬＣシステムバス１０８を介したデータの遣り取りを制御する。より具体的には、ＰＬＣシステムバスコントローラ１４０は、バッファメモリ１４２と、ＰＬＣシステムバス制御回路１４４と、ＤＭＡ（Dynamic　Memory　Access）制御回路１４６とを含む。ＰＬＣシステムバスコントローラ１４０は、ＰＬＣシステムバスコネクタ１４８を介してＰＬＣシステムバス１０８と接続される。

　フィールドバスコントローラ１５０は、バッファメモリ１５２と、フィールドバス制御回路１５４と、ＤＭＡ制御回路１５６とを含む。フィールドバスコントローラ１５０は、フィールドバスコネクタ１５８を介してフィールドバス１１０と接続される。上位通信コントローラ１６０は、バッファメモリ１６２と、上位通信制御回路１６４と、ＤＭＡ制御回路１６６とを含む。上位通信コントローラ１６０は、上位通信コネクタ１６８を介してネットワーク１１２と接続される。

　メモリカードインターフェイス１７０は、ＣＰＵユニット１０４に対して着脱可能なメモリカード１７２とプロセッサ１２０とを接続する。

　＜Ｃ．ＣＰＵユニットのソフトウェア構成＞
　次に、図３を参照して、本実施の形態に係る各種機能を提供するためのソフトウェア群について説明する。これらのソフトウェアに含まれる命令コードは、適切なタイミングで読み出され、ＣＰＵユニット１０４のプロセッサ１２０によって実行される。

　図３は、本発明の実施の形態に係るＣＰＵユニット１０４で実行されるソフトウェア構成を示す模式図である。図３を参照して、ＣＰＵユニット１０４で実行されるソフトウェアとしては、リアルタイムＯＳ２００と、システムプログラム２１０と、ユーザプログラム２３６との３階層になっている。

　リアルタイムＯＳ２００は、ＣＰＵユニット１０４のコンピュータアーキテクチャに応じて設計されており、プロセッサ１２０がシステムプログラム２１０およびユーザプログラム２３６を実行するための基本的な実行環境を提供する。このリアルタイムＯＳは、典型的には、ＰＬＣのメーカーあるいは専門のソフトウェア会社などによって提供される。

　システムプログラム２１０は、ＰＬＣ１００としての機能を提供するためのソフトウェア群である。具体的には、システムプログラム２１０は、スケジューラプログラム２１２と、出力処理プログラム２１４と、入力処理プログラム２１６と、シーケンス命令演算プログラム２３２と、モーション演算プログラム２３４と、その他のシステムプログラム２２０とを含む。なお、一般には出力処理プログラム２１４および入力処理プログラム２１６は、連続的（一体として）に実行されるので、これらのプログラムを、ＩＯ処理プログラム２１８と総称する場合もある。

　ユーザプログラム２３６は、ユーザにおける制御目的に応じて作成される。すなわち、制御システム１を用いて制御する対象のライン（プロセス）などに応じて、任意に設計されるプログラムである。

　後述するように、ユーザプログラム２３６は、シーケンス命令演算プログラム２３２およびモーション演算プログラム２３４と協働して、ユーザにおける制御目的を実現する。すなわち、ユーザプログラム２３６は、シーケンス命令演算プログラム２３２およびモーション演算プログラム２３４によって提供される命令、関数、機能モジュールなどを利用することで、プログラムされた動作を実現する。そのため、ユーザプログラム２３６、シーケンス命令演算プログラム２３２、およびモーション演算プログラム２３４を、制御プログラム２３０と総称する場合もある。

　このように、ＣＰＵユニット１０４のプロセッサ１２０は、記憶手段に格納されたシステムプログラム２１０およびユーザプログラム２３６を実行する。

　以下、各プログラムについてより詳細に説明する。
　ユーザプログラム２３６は、上述したように、ユーザにおける制御目的（たとえば、対象のラインやプロセス）に応じて作成される。ユーザプログラム２３６は、典型的には、ＣＰＵユニット１０４のプロセッサ１２０で実行可能なオブジェクトプログラム形式になっている。このユーザプログラム２３６は、サポート装置３００などにおいて、ラダー言語などによって記述されたソースプログラムがコンパイルされることで生成される。そして、生成されたオブジェクトプログラム形式のユーザプログラム２３６は、サポート装置３００から接続ケーブル１０を介してＣＰＵユニット１０４へ転送され、不揮発性メモリ１２８などに格納される。

　スケジューラプログラム２１２は、出力処理プログラム２１４、入力処理プログラム２１６、および制御プログラム２３０について、各実行サイクルでの処理開始および処理中断後の処理再開を制御する。より具体的には、スケジューラプログラム２１２は、タスクの実行を制御する。タスクは、割り付けられたプログラム（ＩＯ処理プログラム２１８、制御プログラム２３０など）を順次実行する。

　スケジューラプログラム２１２は、タスクの優先度の設定、タスクの周期の設定などのタスクの実行条件の設定に従って、これらプログラムによる処理の実行順序などを管理する。各タスクの実行条件の設定は、後述するタスク実行条件管理テーブル２４２により管理されている。本実施形態の制御システム１では、各タスクについて、タスクの実行優先度やタスク実行の周期などの実行条件を変更するための命令（設定用の命令）が提供されており、この命令をユーザプログラム２３６に含めることができる。ＣＰＵユニット１０４は、ユーザプログラム２３６に含まれる、各タスクの実行条件を変更するための命令を実行することで、各タスクの優先度、各タスクの周期などを変更する。このように、制御システム１は、タスクの優先度を、ユーザプログラムから変更することができる。

　出力処理プログラム２１４は、ユーザプログラム２３６（制御プログラム２３０）の実行によって生成された出力データを、ＰＬＣシステムバスコントローラ１４０および／またはフィールドバスコントローラ１５０へ転送するのに適した形式に再配置する。ＰＬＣシステムバスコントローラ１４０またはフィールドバスコントローラ１５０が、プロセッサ１２０からの、送信を実行するための指示を必要とする場合は、出力処理プログラム２１４がそのような指示を発行する。

　入力処理プログラム２１６は、ＰＬＣシステムバスコントローラ１４０および／またはフィールドバスコントローラ１５０によって受信された入力データを、制御プログラム２３０が使用するのに適した形式に再配置する。

　シーケンス命令演算プログラム２３２は、ユーザプログラム２３６で使用されるある種のシーケンス命令が実行されるときに呼び出されて、その命令の内容を実現するために実行されるプログラムである。

　モーション演算プログラム２３４は、ユーザプログラム２３６による指示に従って実行され、サーボモータドライバ３０やパルスモータドライバといったモータドライバに対して出力する指令値を算出するプログラムである。

　その他のシステムプログラム２２０は、図３に個別に示したプログラム以外の、ＰＬＣ１００の各種機能を実現するためのプログラム群をまとめて示したものである。その他のシステムプログラム２２０は、ＤＢアクセス処理プログラム１９２を含む。ＤＢアクセス処理プログラム１９２は、ユーザプログラム２３６の実行に伴って、データベース装置４００へアクセスするために必要な処理を実現するための命令コード群を含む。ＤＢアクセス処理プログラム１９２は、ユーザプログラム２３６において指定可能な命令に対応する実行コードを含む。

　モーション制御サイクルの周期を指定する情報の形式としては、モーション制御サイクルの周期を示す時間の値や、モーション制御サイクルの周期に関する予め用意された複数の選択肢のうちから１つを特定する情報（番号または文字）などを採用することができる。

　リアルタイムＯＳ２００は、複数のプログラムを時間の経過に従い切り換えて実行するための環境を提供する。本実施の形態に係るＰＬＣ１００においては、ＣＰＵユニット１０４のプログラム実行によって生成された出力データを他のユニットまたは他の装置へ出力（送信）するためのイベント（割り込み）として、出力準備割り込み（Ｐ）およびフィールドネットワーク送信割り込み（Ｘ）が初期設定される。リアルタイムＯＳ２００は、出力準備割り込み（Ｐ）またはフィールドネットワーク送信割り込み（Ｘ）が発生すると、プロセッサ１２０での実行対象を、割り込み発生時点で実行中のプログラムからスケジューラプログラム２１２に切り換える。

　なお、リアルタイムＯＳ２００は、スケジューラプログラム２１２およびスケジューラプログラム２１２がその実行を制御するプログラムが何ら実行されていない場合に、その他のシステムプログラム２１０に含まれているプログラムを実行する。このようなプログラムとしては、たとえば、ＣＰＵユニット１０４とサポート装置３００との間の接続ケーブル１０（ＵＳＢ）などを介した通信処理に関するもの、ＣＰＵユニット１０４と、上位の装置（データベース装置４００など）との通信処理に関するものなどが含まれる。

　＜Ｄ．データ構造＞
　図４を参照して、ＣＰＵユニット１０４が使用するデータについて説明する。

　図４は、タスク実行条件管理テーブル２４２を示す図である。図４に示すように、タスク実行条件管理テーブル２４２は、各タスクをＣＰＵユニット１０４が実行するための条件を示し、例えば、各タスクを実行する優先度と、各タスクの周期とを示す。タスク実行条件管理テーブル２４２の各レコードは、タスク名２４４と、実行優先度２４６と、タスク周期２４８とを含む。

　タスク名２４４は、各タスクの名称を示す。
　実行優先度２４６は、各タスクの優先度の設定値を示す。優先度の設定値は、例えば、最も高い優先度である優先度「高」、次に優先度が高い優先度「中」、最も優先度が低い優先度「低」がある。この他に、優先度の設定値は３段階に限らず、さらに多くの段階に設定可能であるとしてもよい。

　タスク周期２４８は、各タスクを実行する周期を示す。例えば、最も優先度が高い優先度「高」のタスクの周期を基準とし、他の優先度のタスクは、優先度「高」のタスクの周期の整数倍であるとしてもよい。

　図５は、各タスクの実行順序の一例を示した図である。図５を参照して、ＣＰＵユニット１０４は、優先度の設定が優先度「高」、周期「Ｔ１」の定周期タスクと、優先度の設定が優先度「中」、周期「Ｔ２」の定周期タスクとを、タスクの実行条件に従って実行する。優先度「高」の定周期タスクは、ＣＰＵユニット１０４の中で最高優先度のタスクである。

　優先度「中」の定周期タスク実行中に高優先度定周期タスクが実行可能になった場合、優先度「中」の定周期タスクは、優先度「高」のタスクよりも優先度が低いため一旦中断され、優先度「高」の定周期タスクが実行される。優先度「高」の定周期タスクの完了後、優先度「中」の定周期タスクの実行が再開される。なお、優先度「中」の定周期タスクの周期Ｔ２は、優先度「高」の定周期タスクの周期Ｔ１の整数倍である。図５は、Ｔ２＝２Ｔ１（周期Ｔ２が周期Ｔ１の２倍の周期）の場合を表している。

　図５においては、スケジューラプログラムを「ＳＣ」と、出力・入力処理プログラムを「ＯＩ」と、ユーザプログラム２３６を「ＵＰＲＧ」と、モーション演算プログラム２３４を「ＭＣ」と表記している。また、図５では、説明の便宜上、各ＯＩ、各ＭＣを識別するために、それぞれに異なる参照符合７０１～７０７を付している。

　ＰＬＣ１００の実行中においては、プロセッサ１２０が、少なくとも、出力・入力処理プログラム（出力処理プログラム２１４および入力処理プログラム２１６）と、ユーザプログラム２３６と、モーション演算プログラム２３４とが実行可能な状態になっている。厳密に言えば、リアルタイムＯＳ２００がそれぞれのプログラムに係るプロセス（または、スレッド）を実行可能な状態に保持しており、スケジューラプログラム２１２がリアルタイムＯＳ２００およびハードウェアリソース（システムクロック１２４など）を利用することで、各プログラムが適切なタイミングかつ適切な順序で実行される。このように、それぞれのプログラムに係る実行の開始／中断／終了などは、スケジューラプログラム２１２によって制御される。

　＜Ｅ．タスクの実行条件を変更するための命令＞
　図６を参照して、ユーザプログラム２３６に含めることができる、タスクの実行条件を変更するための命令について説明する。実施の形態１のＰＬＣ１００において、ユーザプログラム２３６には、タスクの実行条件（タスクの優先度の設定、タスクを実行する周期の設定）を変更するための命令を含めることができる。ＰＬＣ１００のＣＰＵユニット１０４は、ユーザプログラム２３６に含まれる、タスクの実行条件を変更するための命令を実行することにより、タスク実行条件管理テーブル２４２に示される各タスクの優先度の設定と、タスクを実行する周期の設定のいずれかまたは両方を変更することができる。

　スケジューラプログラム２１２は、タスク実行条件管理テーブル２４２に示される各タスクの優先度および各タスクの周期に従って、プログラムの実行順序を各サイクルについて制御する。例えば、スケジューラプログラム２１２は、ある処理の完了など何らかの条件が成立することにより、タスク実行条件管理テーブル２４２を参照して各タスクの優先度および各タスクの周期を取得し、取得したタスクの優先度およびタスクの周期の設定に従って、各プログラムの実行順序を管理する。

　図６は、タスクの実行条件を変更するための命令の例を示す図である。図６では、サポート装置３００のディスプレイ３１０において、ユーザがタスク実行条件変更命令３２０を編集している画面の例を示している。図６に示すように、タスクの実行条件を変更するための命令「ChangeTaskProperties」により、ユーザは、タスク名称「TaskName」、タスク周期「TaskInterval」、タスクの実行優先度「TaskPriority」を設定することができる。タスク実行条件変更命令３２０は、例えば、ファンクションブロック形式で記述することができる。タスク実行条件変更命令３２０は、ＰＬＣ１００のＣＰＵユニット１０４によって実行されることにより、指定されたタスクの優先度またはタスクの実行周期のいずれかまたは両方を変更してタスク実行条件管理テーブル２４２を更新する。

　＜Ｆ．動作＞
　次に、ＣＰＵユニット１０４がユーザプログラム２３６に含まれる命令を実行することで、各タスクの優先度を変更する場合の動作の例を説明する。

　＜Ｆ１．ユーザプログラムからのタスク優先度の変更＞
　図７は、ＣＰＵユニット１０４がユーザプログラムに含まれる命令を実行してタスクの優先度を変更する場合の各タスクの実行順序を示す図である。図７（Ａ）は、タスク「Ｂ」の優先度が優先度「中」の場合の各タスクの実行順序を示す。図７（Ｂ）は、タスク「Ｂ」の優先度が優先度「低」の場合の各タスクの実行順序を示す。なお、図７（Ａ）および図７（Ｂ）において、ユーザプログラムに含まれる命令（ファンクションブロック）を「ＦＢ」とする。命令８０１と命令８０３とは、タスクの実行条件を変更するための命令である。

　図７（Ａ）に示すように、ＣＰＵユニット１０４が、ユーザプログラム８００を実行し、このユーザプログラム８００に含まれる命令８０１を実行すると、タスク「Ｂ」の優先度が優先度「中」から優先度「低」へ変更される。以降、図７（Ｂ）に示すように各タスクが実行される。図７（Ｂ）において、ＣＰＵユニット１０４が、ユーザプログラム８０２を実行し、このユーザプログラム８０２に含まれる命令８０３を実行すると、タスク「Ｂ」の優先度が優先度「低」から優先度「中」へ変更される。

　例えば、制御システム１において、各装置が製品を生産している場合と、生産用のパラメータであるレシピをＰＬＣ１００がサーバから受信している場合とで、タスクの優先度を変更することで、ＰＬＣ１００の各処理を効率的に動作させることができる。具体的には、例えば、制御システム１の処理を、製品の生産をするための処理からレシピを受信する処理へと切り替えるとする。この時、タスク「Ｂ」の優先度を、タスク「通信処理タスク」よりも低くすることで、ＰＬＣ１００による通信処理が効率的に行われ、レシピデータの受信処理を高速化することができる。また、制御システム１の処理を、レシピを受信する処理から製品の生産をするための処理へと切り替えるとする。この時、タスク「Ｂ」の優先度を変更してタスク「通信処理タスク」と同等またはそれ以上の優先度とすることで、製品の生産を効率的にすることができる。

　＜Ｆ２．ユーザプログラムからのタスク周期の変更＞
　図８は、ＣＰＵユニット１０４がユーザプログラムに含まれる命令を実行してタスクの周期を変更する場合の各タスクの実行順序を示す図である。図８（Ａ）は、タスク「Ａ」の周期と、タスク「通信処理タスク」の周期とが、ともに周期「Ｔ１」である場合の各タスクの実行順序を示す。図８（Ｂ）は、タスク「Ａ」の周期と、タスク「通信処理タスク」の周期とが、ともに周期「Ｔ２」である場合の各タスクの実行順序を示す。なお、図８において、タスク「Ａ」の優先度は、タスク「通信処理タスク」の優先度よりも高いものとする。命令８０５と命令８０７とは、タスクの実行条件を変更するための命令である。

　図８（Ａ）に示すように、ＣＰＵユニット１０４は、各タスクの周期に従ってプログラムを実行する。ＣＰＵユニット１０４は、周期「Ｔ１」の期間において、まずタスク「Ａ」の処理を実行し、タスク「Ａ」の処理が終了した残りの時間内にタスク「通信処理タスク」を実行する。ＣＰＵユニット１０４が、ユーザプログラム８０４を実行し、このユーザプログラム８０４に含まれる命令８０５を実行すると、タスク「Ａ」の周期とタスク「通信処理タスク」の周期とが、周期「Ｔ１」から周期「Ｔ２」へと変更される。以降、図８（Ｂ）に示すように各タスクが実行される。

　図８（Ａ）と図８（Ｂ）とを比較すると、図８（Ｂ）の方が、各タスクの周期が長くなっている。そのため、図８（Ｂ）の状態では、タスク「通信処理タスク」が、図８（Ａ）の状態と比較して、より長い期間実行されている。そのため、図８（Ｂ）の状態において、ＣＰＵユニット１０４が外部の機器（例えば、データベース装置４００など）と通信している期間は、図８（Ａ）の状態よりも長くなる。

　図８（Ｂ）において、ＣＰＵユニット１０４が、ユーザプログラム８０６を実行し、このユーザプログラム８０６に含まれる命令８０７を実行すると、タスク「Ａ」の周期とタスク「通信処理タスク」の周期とが、周期「Ｔ２」から周期「Ｔ１」へと変更される。

　例えば、制御システム１において、装置の立ち上げ時や装置を調整する局面など、状況に応じて各装置の制御処理と通信処理とのバランスを調整したいことがある。ここで、各装置を制御するためのタスク（図８の例では、タスク「Ａ」など）の周期を調整することで、タスク「通信処理タスク」の処理の時間を調整することができる。

　例えば、制御システム１の設計時には、装置の制御処理を優先してタスクの周期を短く設定することがある。一方、通信処理にある程度の余裕が必要である場合に、タスクの周期を長く設定することがある。図８に示す例のように、ユーザプログラムからタスク周期の変更を可能とすることで、装置の立ち上げ時や調整の局面などにおいて、タスク周期を微調整することができ、これらの立ち上げ、調整などの作業を効率よく進めることができる。

　＜Ｆ３．ユーザプログラムからのタスク優先度およびタスク周期の変更＞
　図９は、ＣＰＵユニット１０４がユーザプログラムに含まれる命令を実行してタスクの優先度およびタスクの周期を変更する場合の各タスクの実行順序を示す図である。図９（Ａ）は、タスク「Ａ」について優先度「高」、周期「Ｔ１」であり、タスク「Ｂ」について優先度「中」、周期「Ｔ２」であり、タスク「通信処理タスク」について優先度「低」、周期「Ｔ２」である場合の各タスクの実行順序を示す。図９（Ｂ）は、タスク「Ａ」について優先度「高」、周期「Ｔ１」であり、タスク「Ｂ」について優先度「低」、周期「Ｔ３」であり、タスク「通信処理タスク」について優先度「低」、周期「Ｔ３」である場合の各タスクの実行順序を示す。命令８０９と命令８１１とは、タスクの実行条件を変更するための命令である。

　図９（Ａ）に示すように、ＣＰＵユニット１０４が、ユーザプログラム８０８を実行し、このユーザプログラムに含まれる命令８０９を実行すると、タスク「Ｂ」の優先度が優先度「中」から優先度「低」へと変更され、タスク「Ｂ」の周期が周期「Ｔ２」から周期「Ｔ３」へと変更される。また、ユーザプログラムに含まれる命令８０９が実行されることにより、タスク「通信処理タスク」の優先度が優先度「低」から優先度「中」へと変更され、タスク「通信処理タスク」の周期が周期「Ｔ２」から周期「Ｔ３」へと変更される。以降、図９（Ｂ）に示すように各タスクが実行される。

　図９（Ａ）と図９（Ｂ）とを比較すると、図９（Ｂ）の方が、タスク「Ｂ」およびタスク「通信処理タスク」の周期が長くなり、タスク「通信処理タスク」の優先度がタスク「Ｂ」よりも高くなっている。

　図９（Ｂ）において、ＣＰＵユニット１０４が、ユーザプログラム８１０を実行し、このユーザプログラム８１０に含まれる命令８１１を実行すると、タスク「Ｂ」の優先度が優先度「低」から優先度「中」へ変更され、周期「Ｔ３」から周期「Ｔ２」へと変更される。またタスク「通信処理タスク」の優先度が優先度「中」から優先度「低」へと変更され、周期が周期「Ｔ３」から周期「Ｔ２」へと変更される。

　図７と比較して、優先度を下げるタスクが周期的に動作する場合は、そのタスクの優先度を下げると共に、タスクの周期を長くする。これにより、優先度を下げたタスクが、タスク周期を超過させず動作させることができる。

　＜Ｇ．効果＞
　制御システムは、通常、プログラムの優先度や周期を予め設定し、設定に従って各プログラムを実行する。これらのシステムにおいて、状況によって優先させたいプログラムやプログラムの周期が異なることがある。例えば、制御装置が、ネットワークを介して接続される上位の装置（データベース装置、サーバなど）に対してデータを送受信する場合や各装置を立ち上げる場合等と、製品の生産時など高速な動作が求められる場合とで、優先させたいプログラムやプログラムのサイクルタイムが異なることがある。本実施形態で説明した制御システム１によると、制御プログラム２３０が動作中である場合にも、プログラムを実行する優先度や制御装置を動作させるサイクルタイムを変更することができ、制御システム１の動作を効率化することができる。

　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、１０　検出スイッチ、２０　リレー、３０　サーボモータドライバ、３２　モータ、１００　ＰＬＣ、１０２　電源ユニット、１０４　ＣＰＵユニット、１０６　ＩＯユニット、１０８　ＰＬＣシステムバス、１１０　フィールドバス、１１２　ネットワーク、１１４　接続ケーブル、１２０　プロセッサ、１２２　チップセット、１２４　システムクロック、１２６　主メモリ、１２８　不揮発性メモリ、１３０　ＵＳＢコネクタ、１４０　ＰＬＣシステムバスコントローラ、１４２，１５２，１６２　バッファメモリ、１４４　ＰＬＣシステムバス制御回路、１４６，１５６，１６６　ＤＭＡ制御回路、１４８　ＰＬＣシステムバスコネクタ、１５０　フィールドバスコントローラ、１５４　フィールドバス制御回路、１５８　フィールドバスコネクタ、１６０　上位通信コントローラ、１６４　上位通信制御回路、１６８　上位通信コネクタ、１７０　メモリカードインターフェイス、１７２　メモリカード、１９２　ＤＢアクセス処理プログラム、１９４　入出力処理プログラム、１９６　インターフェイス処理プログラム、２００　リアルタイムＯＳ、２１２　スケジューラ、２１４　出力処理プログラム、２１６　入力処理プログラム、２１８　ＩＯ処理プログラム、２２０　その他のシステムプログラム、２３０　制御プログラム、２３２　シーケンス命令演算プログラム、２３４　モーション演算プログラム、２３６　ユーザプログラム、２４２　タスク実行条件管理テーブル、３００　サポート装置、３１０　ディスプレイ、４００　データベース装置。

Claims

　対象機器を制御するためのコントローラであって、
　ユーザプログラムを含む複数のプログラムと、タスクの実行条件を示すタスク情報とを記憶するための記憶部と、
　前記プログラムを、前記タスク情報に示される実行条件に従って周期的に実行する制御部とを備え、
　前記コントローラは、前記制御部が前記ユーザプログラムを周期的に実行することで前記対象機器を制御し、
　前記ユーザプログラムには、前記タスクの実行条件を変更するための設定用の命令を含めることが可能であり、
　前記制御部は、前記ユーザプログラムに含まれる前記設定用の命令を実行することにより、前記記憶部の前記タスク情報を更新し、更新後の前記タスクの実行条件に従って前記プログラムを実行する、コントローラ。
　前記タスク情報に示される前記実行条件には、前記タスクを実行する優先度が含まれ、
　前記制御部は、タスクの優先度に従って前記プログラムを周期的に実行し、
　前記設定用の命令には、前記タスクの優先度を変更する命令が含まれ、
　前記制御部は、前記ユーザプログラムに含まれる、前記タスクの優先度を変更する命令を実行することにより、前記命令にかかるタスクの優先度を変更して前記タスク情報を更新する、請求項１に記載のコントローラ。
　前記タスク情報に示される前記実行条件には、前記タスクを実行する周期が含まれ、
　前記設定用の命令には、前記タスクを実行する周期を変更する命令が含まれ、
　前記制御部は、前記ユーザプログラムに含まれる、前記タスクの周期を変更する命令を実行することにより、前記命令にかかるタスクの周期を変更して前記タスク情報を更新する、請求項１に記載のコントローラ。
　前記タスク情報に示される前記実行条件には、前記タスクを実行する優先度と、前記タスクを実行する周期が含まれ、
　前記制御部は、タスクの優先度および周期に従って前記プログラムを周期的に実行し、
　前記設定用の命令には、前記タスクの優先度を変更する命令と、前記タスクの周期を変更する命令との少なくともいずれか一方が含まれ、
　前記制御部は、前記ユーザプログラムに含まれる、前記タスクの優先度を変更する命令と前記タスクの周期を変更する命令とを実行することにより、前記命令にかかるタスクの優先度または周期の少なくともいずれかを変更して前記タスク情報を更新する、請求項１に記載のコントローラ。