ネットワーク制御システム
【課題】パケットロスの発生を考慮したコントローラの補償により安定したプラント制御を可能とするネットワーク制御システムを実現する。
【解決手段】制御対象プラントの物理量を測定するセンサからの制御量と目標値との偏差を演算するコントローラの操作量を制御対象プラント側に設けたアクチュエータにネットワークを介してパケット送信しアクチュエータより制御対象プラントに操作量を入力するネットワーク制御システムにおいて、パケット送信のエラー発生時に、アクチュエータに操作量の補完値を与えるＭＶ補完手段と、アクチュエータより制御対象プラントに入力された操作量のトレンドデータまたはＭＶ補完手段からアクチュエータに補完された補完値を、ネットワークを介してコントローラにアンサーバックするＭＶバッファ手段と、アンサーバックされたトレンドデータまたは補完値に基づいてコントローラの操作量計算を修正するＭＶ補償手段を備える。
【解決手段】制御対象プラントの物理量を測定するセンサからの制御量と目標値との偏差を演算するコントローラの操作量を制御対象プラント側に設けたアクチュエータにネットワークを介してパケット送信しアクチュエータより制御対象プラントに操作量を入力するネットワーク制御システムにおいて、パケット送信のエラー発生時に、アクチュエータに操作量の補完値を与えるＭＶ補完手段と、アクチュエータより制御対象プラントに入力された操作量のトレンドデータまたはＭＶ補完手段からアクチュエータに補完された補完値を、ネットワークを介してコントローラにアンサーバックするＭＶバッファ手段と、アンサーバックされたトレンドデータまたは補完値に基づいてコントローラの操作量計算を修正するＭＶ補償手段を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御対象プラントの物理量を測定するセンサからの制御量（以下、ＰＶ）と目標値（以下、ＳＶ）との偏差を所定のサンプリング周期で演算するコントローラの操作量（以下、ＭＶ）を、前記制御対象プラント側に設けたアクチュエータにネットワークを介してパケット送信し、前記アクチュエータより前記制御対象プラントに前記ＭＶを入力するネットワーク制御システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プラントの制御は、今後無線通信等を用いたネットワーク化制御に移行していく趨勢にある。ネットワーク化制御では、通信状況の悪化によりＰＶやＭＶが送信元から送信先に届かないパケット送信エラー、いわゆるパケットロスが発生する。ネットワーク制御システムでは、特にパケットロスを考慮した設計が必要とされる。
【０００３】
図８は、従来のネットワーク制御システムの構成例を示す機能ブロック図である。基本構成は、プラント側１０とコントローラ側２０が、ネットワーク３０を介して繋がれている。
【０００４】
プラント側１０における制御対象プラント１１の物理量を測定するセンサ１２から、ＰＶがネットワーク３０を介してコントローラ側２０のコントローラ２１へ送信される。
コントローラ２１は、送信されたＰＶと設定されているＳＶの偏差を例えばＰＩＤ演算したＭＶを計算し、ネットワーク３０を介してプラント側１０のアクチュエータ１３へ送信する。アクチュエータ１３は、受信したＭＶを制御対象プラント１１に入力する。
【０００５】
パケットロスにより、コントローラ２１がＰＶを受信できなかった場合には、ＭＶ計算に必要なＰＶを、ＰＶ補完手段２２からのＰＶ補完値により補う。同様に、パケットロスにより、アクチュエータ１３がＭＶを受信できなかった場合には、制御対象プラント１１に入力するＭＶを、ＭＶ補完手段１４からのＭＶ補完値により補う。
【０００６】
ＰＶ補完値及びＭＶ補完値は、パケットロスが発生する直前のサンプリング周期で受信された最新のＰＶ及びＭＶの値、または所定サンプリング周期前からのトレンドデータに基づいて計算される推定値が用いられる。
【０００７】
【特許文献１】特開平０８−３２８６５０号公報
【特許文献２】特開平１１−３４５００３号公報
【特許文献３】特開２００２−０４０９１７号公報
【特許文献４】特開２００６−２７７３０６号公報
【特許文献５】特開２００７−２３３８９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来構成のネットワーク制御システムでは、通信状況により、ＰＶやＭＶが送信元から送信先に届かないパケットロスの発生による障害を十分に考慮しておらず、パケットロス発生時に、プラント制御に次のような重大な問題をもたらす。
【０００９】
パケットロスによりコントローラ２１が計算したＭＶと、実際に制御対象プラント１１に入力したＭＶとが異なる、また実際のＰＶとＰＶ補完器で補ったＰＶが異なると、コントローラの内部状態が狂い応答が悪化する。
【００１０】
図９は、パケットロスが発生した場合の応答特性の悪化を示す特性図である。パケットロス発生時にコントローラ２１が計算したＭＶと、実際に制御対象プラント１１に入力したＭＶとが異なり応答が悪化する。この例は、ＳＶを２０から４０に変更した際の応答であり、実線はパケットロスがなかった場合、鎖線は設定値変更時にパケットロスによりアクチュエータ１３がＭＶを受信できなかった場合の特性である。
【００１１】
ＳＶが変更されると、コントローラ２１はそれに応じたＭＶを計算する。しかし、鎖線の応答は、設定値変更時にアクチュエータ１３が、コントローラ２１で計算したＭＶを受信できなかったため、ＰＶの応答開始が遅れている。
【００１２】
しかし、コントローラ２１は、このＰＶの応答開始が遅れている時間中も、自身の内部状態である積分値を加算する。この結果、積分値が大きくなり過ぎる。大きくなり過ぎた積分値は、適正な値に戻さなければならない。
【００１３】
積分値が設定値に見合う値よりも大きくなった場合、一度ＰＶをＳＶより大きくしなければ積分を適正値に戻すことはできない。このために、ＰＶのオーバーシュートが大きくなる。以上のことにより、応答が乱れている。
【００１４】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、パケットロスの発生を考慮したコントローラの補償により、安定したプラント制御を可能とするネットワーク制御システムの実現を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
このような課題を達成するために、本発明は次の通りの構成になっている。
（１）制御対象プラントの物理量を測定するセンサからの制御量と目標値との偏差を所定のサンプリング周期で演算するコントローラの操作量を、前記制御対象プラント側に設けたアクチュエータにネットワークを介してパケット送信し、前記アクチュエータより前記制御対象プラントに前記操作量を入力するネットワーク制御システムにおいて、
前記パケット送信のエラー発生時に、前記アクチュエータに操作量の補完値を与えるＭＶ補完手段と、
前記アクチュエータより前記制御対象プラントに入力された操作量のトレンドデータまたは前記ＭＶ補完手段から前記アクチュエータに補完された前記補完値を、前記ネットワークを介して前記コントローラにアンサーバックするＭＶバッファ手段と、
アンサーバックされた前記トレンドデータまたは補完値に基づいて前記コントローラの操作量計算を修正するＭＶ補償手段と、
を備えることを特徴とするネットワーク制御システム。
【００１６】
（２）前記ＭＶ補償手段は、アンサーバックされた前記トレンドデータまたは前記補完値と、前記コントローラ側で保持されているトレンドデータに基づいて、前記パケット送信のエラー発生時のサンプリングから現在のサンプリングまでの操作量値が、前記トレンドデータの値に一致するような仮想ＳＶ値を計算し、この仮想ＳＶ値により前記コントローラの操作量を修正計算することを特徴とする（１）に記載のネットワーク制御システム。
【００１７】
（３）前記コントローラは、前記トレンドデータまたは前記補完値のアンサーバックを取得するまで前記操作量の前記アクチュエータへの送信を一時的に停止することを特徴とする（１）または（２）に記載のネットワーク制御システム。
【００１８】
（４）前記コントローラは、微分動作内の前記目標値変更分に係る第１の操作量及びそれ以外の変更分に係る第２の操作量に分けて前記アクチュエータに送信し、前記ＭＶ補完手段は、前記パケット送信が正常な場合には前記第１及び第２の操作量の和を補完値として前記アクチュエータに与え、前記パケット送信がエラーの場合には前記第２の操作量のみを補完値として前記アクチュエータに与えることを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載のネットワーク制御システム。
【００１９】
（５）前記センサにより測定された制御量を、ネットワークを介して前記コントローラにパケット送信する場合において、
前記パケット送信エラー発生時に前記コントローラに制御量の補完値を与えるＰＶ補完手段と、
前記センサにより測定された制御量のトレンドデータを、前記ネットワークを介して前記コントローラに送信するＰＶバッファ手段と、
を備えることを特徴とする（１）乃至（５）のいずれかに記載のネットワーク制御システム。
【００２０】
（６）前記ＰＶ補完手段は、前記操作量のトレンドデータに基づいて前記制御量の補完値を修正することを特徴とする（１）乃至（７）に記載のネットワーク制御システム。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の構成によれば、ネットワーク制御下において、パケットロスによりアクチュエータがＭＶを受信できない場合が発生しても、コントローラ側でのＭＶ補償により、プラントの状態を大きく乱すことなく安定したプラント制御を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明を図面により詳細に説明する。図１は、本発明を適用したネットワーク制御システムの一実施形態を示す機能ブロック図である。基本構成は、図７で説明した従来システムと同一である。
【００２３】
プラント側１００における制御対象プラント１０１の物理量を測定するセンサ１０２から、ＰＶがネットワーク３００を介してコントローラ側２００のコントローラ２０１へ送信される。コントローラ２０１は、送信されたＰＶと設定されているＳＶの偏差を例えばＰＩＤ演算したＭＶを計算し、ネットワーク３００を介してプラント側１００のアクチュエータ１０３へ送信する。アクチュエータ１０３は、受信したＭＶを制御対象プラント１０１に入力する。
【００２４】
パケットロスにより、コントローラ２０１がＰＶを受信できなかった場合には、ＭＶ計算に必要なＰＶを、ＰＶ補完手段２０２からのＰＶ補完値により補う。同様に、パケットロスにより、アクチュエータ１０３がＭＶを受信できなかった場合には、制御対象プラント１０１に入力するＭＶを、ＭＶ補完手段１０４からのＭＶ補完値により補う。
【００２５】
コントローラ２０１内にＭＶバッファ手段２０１ａを設置する。このＭＶバッファ手段２０１ａは、現在のサンプリングからｍ個前のサンプリングまでの各サンプリングにおいてコントローラが計算したＭＶからなるｍ＋１個の情報を持ったトレンドデータを保持する。
【００２６】
同様に、アクチュエータ１０３内にＭＶバッファ手段１０３ａを設置する。このＭＶバッファ手段１０３ａは、現在のサンプリングからｍ個前のサンプリングまでの各サンプリングにおいてアクチュエータ１０３が実際に制御対象プラント１０１に入力したＭＶからなる（ｍ＋１）個の情報を持ったトレンドデータを保持する。
【００２７】
アクチュエータ１０３は、ＭＶバッファ手段１０３ａに保持するｍ＋１個の情報を持ったトレンドデータを、ネットワーク３００を介してコントローラ２０１に送信してアンサーバックする。
【００２８】
パケットロスにより、アクチュエータ１０３がコントローラ２０１より送信されるＭＶを受信できなかった場合には、ＭＶ補完手段１０４のＭＶ補完値で補うが、この際、コントローラ２０１が計算したＭＶと実際に制御対象プラント１０１に入力するＭＶとが異なる。
【００２９】
このＭＶの乖離は、コントローラ２０１の内部状態を狂わせ、以後の応答を悪化させる要因となる。そこで、コントローラ２０１は、アクチュエータ１０３からのアンサーバックで受信したＭＶレンドデータと、自身のＭＶバッファ手段２０１ａが保持するＭＶトレンドデータを比較し、異なっている場合にはＭＶ補償手段２０１ｃによりアンサーバックされたＭＶレンドデータを利用して補償動作を行い、自身の内部状態を補正する。
【００３０】
センサ１０２内にＰＶバッファ手段１０２ａを設置する。このＰＶバッファ手段１０２ａは、現在のサンプリングからｍ個前のサンプリングまでの各サンプリングにおいてセンサ１０２が測定したＰＶからなるｍ＋１個の情報を持ったトレンドデータを保持する。
【００３１】
同様に、コントローラ２０１内にＰＶバッファ手段２０１ｂを設置する。このＰＶバッファ手段２０１ｂは、現在のサンプリングからｍ個前のサンプリングまでの各サンプリングにおいてコントローラ２０１がＭＶの計算に用いたＰＶからなるｍ＋１個の情報を持ったトレンドデータを保持する。
【００３２】
センサ１０２は、ＰＶバッファ手段１０２ａに保持するｍ＋１個の情報を持ったトレンドデータを、ネットワーク３００を介してコントローラ２０１に送信する。
【００３３】
パケットロスにより、コントローラ２０１がセンサ１０２より送信されるＰＶを受信できなかった場合には、ＰＶ補完手段２０２のＰＶ補完値で補うが、この補われた値は、真のＰＶとは異なる。
【００３４】
次に、ＭＶ補償手段２０１ｃの補償演算の実施例を説明する。コントローラ２０１がＰＶとＳＶの偏差をＰＩＤ演算した操作量ｕｎ（＝ＭＶ）は、（１）式で表記される。
【００３５】
【数１】
【００３６】
ＭＶ補償手段２０１ｃは、アンサーバックされたトレンドデータとコントローラ２０１側で保持されているトレンドデータに基づいて、パケット送信のエラー発生時のサンプリングから現在のサンプリングまでの操作量値が、アンサーバックされたトレンドデータの値に一致するような仮想ＳＶ値を計算し、この仮想ＳＶ値によりコントローラ２０１のＭＶを修正計算する。この仮想ＳＶ値は、（２）式で与えられる。
【００３７】
【数２】
【００３８】
図２は、コントローラのＭＶ計算を補償する手順を示すフローチャートである。ステップＳ１で、コントローラで計算したＭＶと実際にプラントに入力したＭＶとが異なっていることが判明した場合、ステップＳ２で、コントローラが内部に保持しているＭＶ（コントローラが計算したＭＶまたは補償動作により更新されたＭＶ）と、実際にプラントに入力したＭＶとが異なるのが最大何サンプリング前かを調べ、これをｋとする。
【００３９】
現在のサンプリングをｎとすると、補償動作は、コントローラが内部に保持しているＭＶと実際にプラントに入力したＭＶが初めて異なったサンプリングである、ｎ−ｋ番目のサンプリングからスタートする。
【００４０】
ステップＳ３では、補償対象サンプリングであるｎ−ｋ番目のサンプリングに実際にプラントに入力したＭＶを、(２)式のｕｎ−ｋに代入して、そのＭＶに見合う設定値ｒｎ−ｋを計算する。
【００４１】
ステップＳ４では、求まったｒｎ−ｋをｎ−ｋ番目のサンプリングの設定値であったと考えて、ｎ−ｋ番目のサンプリングの偏差およびｎ−ｋ番目のサンプリングまでの積分値を計算し直す。
【００４２】
続いてステップＳ５では、ｋ＝ｋ−１、つまり補償対象サンプリングを次サンプリングにずらして、同様の作業を行い、ｎ−ｋ番目のサンプリングの偏差およびｎ−１番目のサンプリングまでの積分値が求まるまでこれを繰り返す。
【００４３】
ステップＳ７では、コントローラが内部に保持しているＭＶを、補償に用いた実際にプラントに入力したＭＶに更新し、ステップＳ８で補償処理を終了する。
【００４４】
コントローラ２０１は、図２では位置型のＰＩＤコントローラを対象としたが、位置型のＰＩＤコントローラに限らず、速度型のＰＩＤコントローラも対象とする。速度型のＰＩＤコントローラは、コントローラ２０１が（３）式のようなＭＶの差分△ｕｎをアクチュエータ１０３に送信する。
【００４５】
【数３】
【００４６】
これがパケットロスにより欠損したとすると、アクチュエータ１０３は何らかの△ｕｎを補うことになる。例えば、前サンプリングのＭＶをそのまま維持するとすれば、△ｕｎ＝０である。
【００４７】
すると、コントローラが計算したＭＶの差分と、実際にプラントに入力したＭＶに適用された差分とが異なり、位置型の場合と同様に、コントローラの内部状態が狂う。そこで、位置型の場合と同様に補償を行う。補償式は（４）式で与えられる。
【００４８】
【数４】
【００４９】
図３は、速度型のＰＩＤコントローラのＭＶ計算を補償する手順を示すフローチャートである。ステップＳ１〜Ｓ８は、図２のステップＳ１〜Ｓ８に対応する。この補償は、位置型の場合と同様に、コントローラが計算したＭＶの差分と、実際に制御対象プラント１０１に入力したＭＶに適用された差分との異なりの原因を、ＳＶが変わっていたと置き換えることにより、コントローラの内部状態の狂いを解消し、応答の悪化を防ぐ。
【００５０】
実際に制御対象プラント１０１に入力したＭＶに適用された差分ではなく、実際に制御対象プラント１０１に入力したＭＶが得られるような場合には、このＭＶからＭＶの差分を計算すればよい。
【００５１】
ここで、位置型の場合には前記（１）式に偏差と積分が入っているのでこの２つを補償するが、速度型の場合には（３）)に積分が入ってこないので偏差のみを補償する。速度型の場合には、アクチュエータ１０３がＭＶの偏差からＭＶを計算するので、実質的にアクチュエータ１０３が積分値を持つと考えることができる。
【００５２】
アクチュエータ１０３は、パケットロスに関わらず毎サンプリングで実際に制御対象プラント１０１に入力したＭＶに適用された差分で状態を更新するので、状態に異常は生じない。
【００５３】
次に、ＭＶ補完手段１０４のＭＶ補完値の設定手順につき説明する。図１０は、ＭＶ補完値の従来の設定手順を示すフローチャートである。ステップＳ１では、各サンプリングにおいて、コントローラ２０１は操作量Ｕ（＝ＭＶ）を算出し、ステップＳ２でネットワークを介してこの操作量Ｕをアクチュエータに送信する。
【００５４】
ステップＳ３で、アクチュエータ１０３は、操作量Ｕを受信できた場合には、この操作量ＵをステップＳ４で制御対象プラント１０１に入力する。パケットロスにより、操作量Ｕを受信できなかった場合には、ステップＳ４で何らかの値を補って制御対象プラント１０１に入力する。
【００５５】
値の補い方として、次の２つの手法がある。１つは、現在制御対象プラント１０１に入力している操作量をそのまま維持する前回値保持（前回もパケットロスしている場合には前々回値）、もう１つは、制御対象プラント１０１に何も入力しない（操作量をゼロとする）ことである。
【００５６】
前回値保持の手法では、例えば、設定値変更があると、そのサンプリングだけ操作量が非常に大きな値となる可能性がある。この時、次サンプリングでパケットロスが発生すると、この非常に大きな操作量が保持されることになり、応答を乱す。
【００５７】
操作量をゼロとする手法では、これまでプラントに何らかの操作量を入力していたものを、急にゼロとすることになり、これも応答を乱す。
【００５８】
図４は、本発明を適用したＭＶ補完値の設定手順を示すフローチャートである。ステップＳ１において、コントローラ２０１は、各サンプリングにおいて、操作量を次の２つに分けて計算する。１つは次回保持分である第１の操作量Ｕ１、もう１つは次回保持分以外である第２の操作量Ｕ２である。Ｕ１及びＵ２は、（５）式及び（６）式で表記される。
【００５９】
【数５】
【００６０】
【数６】
【００６１】
ステップＳ２で、ネットワークを介してこのＵ１とＵ２をアクチュエータ１０３に送信する。ステップＳ３において、アクチュエータ１０３は、これらＵ１とＵ２を受信できた場合には、ステップＳ４で（Ｕ１＋Ｕ２）を制御対象プラント１０１に入力する。
【００６２】
パケットロスにより、Ｕ１とＵ２を受信できなかった場合には、ステップＳ５で前回受信した（前回もパケットロスしている場合には前々回受信した）Ｕ１とＵ２のうち、Ｕ１分だけを制御対象プラント１０１に入力する。
【００６３】
このように、Ｕ２を微分動作内のＳＶ変更分、Ｕ１をそれ以外の分とすれば、従来手法の問題点である、設定値変更時に出る大きめの操作量が保持される問題はなくなる。これは、設定値変更時に大きめの操作量が出るのは微分動作内のＳＶ変更分によるものなので、これをＵ２とすることにより、次サンプリングにパケットロスが発生したとしても、設定値変更時に操作量が大きくなる要因である微分動作内のＳＶ変更分が制御対象プラント１０１に入力されないからである。
【００６４】
図５は、本発明を適用したネットワーク制御システムの他の実施形態を示す機能ブロック図である。図１の構成との相違は、アクチュエータ１０３に送受信成否検出手段１０３ｂを追加した点にある。
【００６５】
アクチュエータは１０３は、毎サンプリングにｍ＋１個の情報を持ったＭＶトレンドデータを送信するのではなく、パケットロスによりアクチュエータ１０３がＭＶを受信できなかった場合にＭＶ補完器で補った値のみから構成されるデータを送信するとしてもよい。これにより、アクチュエータからコントローラに送信される情報量を減らし、通信負荷を軽くできる。
【００６６】
この場合、アクチュエータ１０３がＭＶバッファ手段１０３ａに保持するＭＶデータは、ＭＶを受信できなかった場合にＭＶ補完手段１０４で補ったＭＶ補完値のみから構成される。したがって、アクチュエータ１０３は、ＭＶを受信できなかった場合のみ、ＭＶバッファ手段１０３ａにＭＶ補完値を格納する。
【００６７】
また、このＭＶバッファを手段１０３ａのＭＶ補完値をＭＶトレンドデータアンサーバックとしてコントローラ２０１に送信するが、この送受信の成否を送受信成否検出手段１０３検出し、確実に送信できたと確認できた場合のみＭＶバッファ手段１０３ａを空にする。
【００６８】
これは、コントローラ２０１に一度値が届けば、その値は不要となるからである。この手法は、アクチュエータ１０３が単純にｍ＋１個のデータを送信する場合に比べて、アクチュエータ側の処理が増える。従って、アクチュエータ１０３にある程度の処理機能が要求される。
【００６９】
更に、コントローラ２０１は、アクチュエータ１０３からのトレンドデータまたは補完値のアンサーバックを取得するまで、ＭＶのアクチュエータ１０３への送信を一時的に停止する機能を備えることも可能である。
【００７０】
図６は、本発明を適用したネットワーク制御システムの更に他の実施形態を示す機能ブロック図である。図１の構成との相違は、センサ１０２に送受信成否検出手段１０２ｂを追加した点にある。
【００７１】
センサ１０２は、毎サンプリングにｍ＋１個の情報を持ったＰＶトレンドデータを送信するのではなく、最新のＰＶと以前コントローラに届かなかったＰＶのみから構成されるデータを送信するとしてもよい。これにより、センサ１０２からコントローラ２０１に送信される情報量を減らし、通信負荷を軽くできる。
【００７２】
この場合、センサ１０２のＰＶバッファ手段１０２ａが保持するＰＶデータは、最新のＰＶとコントローラに送信できていない過去のＰＶのみから構成される。センサ１０２はＰＶバッファ手段１０２ａのデータをコントローラ２０１に送信するが、送受信成否検出手段１０２ｂはこの送受信の成否を検出し、確実に送信できたと確認できた場合のみＰＶバッファ手段１０２ａを空にする。
【００７３】
これは、コントローラ２０１に一度値が届けば、その値は不要となるからである。この手法は、センサ２０１が単純にｍ＋１個のデータを送信する場合に比べて、センサ側の処理が増える。したがって、センサ２０１にある程度の処理機能が要求される。
【００７４】
図７は、本発明を適用したネットワーク制御システムの更に他の実施形態を示す機能ブロック図である。この実施形態の特徴は、コントローラ２０１がセンサ１０２と一体化されており、コントローラ２０１とアクチュエータ１０３間の情報伝達のみがネットワーク３００を介して行われる。
【００７５】
この場合、ＰＶがパケットロスすることはないので、ＰＶ補完手段、センサ１０２内にあるＰＶバッファ手段、コントローラ２０１内にあるＰＶバッファ手段は不要となる。また、センサ１０２からコントローラ２０１へ伝えられる情報は、ＰＶトレンドデータではなく、最新のＰＶのみとなる。
【００７６】
ＰＶ補完手段２０２ａによるＰＶ補完値は、ＰＶトレンドデータの推移により予測される値を計算して設定する手法が一般であるが、プロセスモデル２０２ａを備えることにより、ＭＶのトレンドデータからＰＶを予測してＰＶ補完値を補正することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明を適用したネットワーク制御システムの一実施形態を示す機能ブロック図である。
【図２】コントローラの操作量計算を補償する手順を示すフローチャートである。
【図３】コントローラの操作量計算を補償する他の手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明を適用したＭＶ補完値の設定手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明を適用したネットワーク制御システムの他の実施形態を示す機能ブロック図である。
【図６】本発明を適用したネットワーク制御システムの更に他の実施形態を示す機能ブロック図である。
【図７】本発明を適用したネットワーク制御システムの更に他の実施形態を示す機能ブロック図である。
【図８】従来のネットワーク制御システムの構成例を示す機能ブロック図である。
【図９】パケットロスが発生した場合の応答特性の悪化を示す特性図である。
【図１０】ＭＶ補完値の従来の設定手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７８】
１００ プラント側
１０１ 制御対象プラント
１０２ センサ
１０２ａ ＰＶバッファ手段
１０３ アクチュエータ
１０３ａ ＭＶバッファ手段
１０４ ＭＶ補完手段
２００ コントローラ側
２０１ コントローラ
２０１ａ ＭＶバッファ手段
２０１ｂ ＰＶバッファ手段
２０１ｃ ＭＶ補償手段
２０２ ＰＶ補完手段
２０２ａ プロセスモデル
３００ ネットワーク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御対象プラントの物理量を測定するセンサからの制御量（以下、ＰＶ）と目標値（以下、ＳＶ）との偏差を所定のサンプリング周期で演算するコントローラの操作量（以下、ＭＶ）を、前記制御対象プラント側に設けたアクチュエータにネットワークを介してパケット送信し、前記アクチュエータより前記制御対象プラントに前記ＭＶを入力するネットワーク制御システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プラントの制御は、今後無線通信等を用いたネットワーク化制御に移行していく趨勢にある。ネットワーク化制御では、通信状況の悪化によりＰＶやＭＶが送信元から送信先に届かないパケット送信エラー、いわゆるパケットロスが発生する。ネットワーク制御システムでは、特にパケットロスを考慮した設計が必要とされる。
【０００３】
図８は、従来のネットワーク制御システムの構成例を示す機能ブロック図である。基本構成は、プラント側１０とコントローラ側２０が、ネットワーク３０を介して繋がれている。
【０００４】
プラント側１０における制御対象プラント１１の物理量を測定するセンサ１２から、ＰＶがネットワーク３０を介してコントローラ側２０のコントローラ２１へ送信される。
コントローラ２１は、送信されたＰＶと設定されているＳＶの偏差を例えばＰＩＤ演算したＭＶを計算し、ネットワーク３０を介してプラント側１０のアクチュエータ１３へ送信する。アクチュエータ１３は、受信したＭＶを制御対象プラント１１に入力する。
【０００５】
パケットロスにより、コントローラ２１がＰＶを受信できなかった場合には、ＭＶ計算に必要なＰＶを、ＰＶ補完手段２２からのＰＶ補完値により補う。同様に、パケットロスにより、アクチュエータ１３がＭＶを受信できなかった場合には、制御対象プラント１１に入力するＭＶを、ＭＶ補完手段１４からのＭＶ補完値により補う。
【０００６】
ＰＶ補完値及びＭＶ補完値は、パケットロスが発生する直前のサンプリング周期で受信された最新のＰＶ及びＭＶの値、または所定サンプリング周期前からのトレンドデータに基づいて計算される推定値が用いられる。
【０００７】
【特許文献１】特開平０８−３２８６５０号公報
【特許文献２】特開平１１−３４５００３号公報
【特許文献３】特開２００２−０４０９１７号公報
【特許文献４】特開２００６−２７７３０６号公報
【特許文献５】特開２００７−２３３８９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来構成のネットワーク制御システムでは、通信状況により、ＰＶやＭＶが送信元から送信先に届かないパケットロスの発生による障害を十分に考慮しておらず、パケットロス発生時に、プラント制御に次のような重大な問題をもたらす。
【０００９】
パケットロスによりコントローラ２１が計算したＭＶと、実際に制御対象プラント１１に入力したＭＶとが異なる、また実際のＰＶとＰＶ補完器で補ったＰＶが異なると、コントローラの内部状態が狂い応答が悪化する。
【００１０】
図９は、パケットロスが発生した場合の応答特性の悪化を示す特性図である。パケットロス発生時にコントローラ２１が計算したＭＶと、実際に制御対象プラント１１に入力したＭＶとが異なり応答が悪化する。この例は、ＳＶを２０から４０に変更した際の応答であり、実線はパケットロスがなかった場合、鎖線は設定値変更時にパケットロスによりアクチュエータ１３がＭＶを受信できなかった場合の特性である。
【００１１】
ＳＶが変更されると、コントローラ２１はそれに応じたＭＶを計算する。しかし、鎖線の応答は、設定値変更時にアクチュエータ１３が、コントローラ２１で計算したＭＶを受信できなかったため、ＰＶの応答開始が遅れている。
【００１２】
しかし、コントローラ２１は、このＰＶの応答開始が遅れている時間中も、自身の内部状態である積分値を加算する。この結果、積分値が大きくなり過ぎる。大きくなり過ぎた積分値は、適正な値に戻さなければならない。
【００１３】
積分値が設定値に見合う値よりも大きくなった場合、一度ＰＶをＳＶより大きくしなければ積分を適正値に戻すことはできない。このために、ＰＶのオーバーシュートが大きくなる。以上のことにより、応答が乱れている。
【００１４】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、パケットロスの発生を考慮したコントローラの補償により、安定したプラント制御を可能とするネットワーク制御システムの実現を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
このような課題を達成するために、本発明は次の通りの構成になっている。
（１）制御対象プラントの物理量を測定するセンサからの制御量と目標値との偏差を所定のサンプリング周期で演算するコントローラの操作量を、前記制御対象プラント側に設けたアクチュエータにネットワークを介してパケット送信し、前記アクチュエータより前記制御対象プラントに前記操作量を入力するネットワーク制御システムにおいて、
前記パケット送信のエラー発生時に、前記アクチュエータに操作量の補完値を与えるＭＶ補完手段と、
前記アクチュエータより前記制御対象プラントに入力された操作量のトレンドデータまたは前記ＭＶ補完手段から前記アクチュエータに補完された前記補完値を、前記ネットワークを介して前記コントローラにアンサーバックするＭＶバッファ手段と、
アンサーバックされた前記トレンドデータまたは補完値に基づいて前記コントローラの操作量計算を修正するＭＶ補償手段と、
を備えることを特徴とするネットワーク制御システム。
【００１６】
（２）前記ＭＶ補償手段は、アンサーバックされた前記トレンドデータまたは前記補完値と、前記コントローラ側で保持されているトレンドデータに基づいて、前記パケット送信のエラー発生時のサンプリングから現在のサンプリングまでの操作量値が、前記トレンドデータの値に一致するような仮想ＳＶ値を計算し、この仮想ＳＶ値により前記コントローラの操作量を修正計算することを特徴とする（１）に記載のネットワーク制御システム。
【００１７】
（３）前記コントローラは、前記トレンドデータまたは前記補完値のアンサーバックを取得するまで前記操作量の前記アクチュエータへの送信を一時的に停止することを特徴とする（１）または（２）に記載のネットワーク制御システム。
【００１８】
（４）前記コントローラは、微分動作内の前記目標値変更分に係る第１の操作量及びそれ以外の変更分に係る第２の操作量に分けて前記アクチュエータに送信し、前記ＭＶ補完手段は、前記パケット送信が正常な場合には前記第１及び第２の操作量の和を補完値として前記アクチュエータに与え、前記パケット送信がエラーの場合には前記第２の操作量のみを補完値として前記アクチュエータに与えることを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載のネットワーク制御システム。
【００１９】
（５）前記センサにより測定された制御量を、ネットワークを介して前記コントローラにパケット送信する場合において、
前記パケット送信エラー発生時に前記コントローラに制御量の補完値を与えるＰＶ補完手段と、
前記センサにより測定された制御量のトレンドデータを、前記ネットワークを介して前記コントローラに送信するＰＶバッファ手段と、
を備えることを特徴とする（１）乃至（５）のいずれかに記載のネットワーク制御システム。
【００２０】
（６）前記ＰＶ補完手段は、前記操作量のトレンドデータに基づいて前記制御量の補完値を修正することを特徴とする（１）乃至（７）に記載のネットワーク制御システム。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の構成によれば、ネットワーク制御下において、パケットロスによりアクチュエータがＭＶを受信できない場合が発生しても、コントローラ側でのＭＶ補償により、プラントの状態を大きく乱すことなく安定したプラント制御を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明を図面により詳細に説明する。図１は、本発明を適用したネットワーク制御システムの一実施形態を示す機能ブロック図である。基本構成は、図７で説明した従来システムと同一である。
【００２３】
プラント側１００における制御対象プラント１０１の物理量を測定するセンサ１０２から、ＰＶがネットワーク３００を介してコントローラ側２００のコントローラ２０１へ送信される。コントローラ２０１は、送信されたＰＶと設定されているＳＶの偏差を例えばＰＩＤ演算したＭＶを計算し、ネットワーク３００を介してプラント側１００のアクチュエータ１０３へ送信する。アクチュエータ１０３は、受信したＭＶを制御対象プラント１０１に入力する。
【００２４】
パケットロスにより、コントローラ２０１がＰＶを受信できなかった場合には、ＭＶ計算に必要なＰＶを、ＰＶ補完手段２０２からのＰＶ補完値により補う。同様に、パケットロスにより、アクチュエータ１０３がＭＶを受信できなかった場合には、制御対象プラント１０１に入力するＭＶを、ＭＶ補完手段１０４からのＭＶ補完値により補う。
【００２５】
コントローラ２０１内にＭＶバッファ手段２０１ａを設置する。このＭＶバッファ手段２０１ａは、現在のサンプリングからｍ個前のサンプリングまでの各サンプリングにおいてコントローラが計算したＭＶからなるｍ＋１個の情報を持ったトレンドデータを保持する。
【００２６】
同様に、アクチュエータ１０３内にＭＶバッファ手段１０３ａを設置する。このＭＶバッファ手段１０３ａは、現在のサンプリングからｍ個前のサンプリングまでの各サンプリングにおいてアクチュエータ１０３が実際に制御対象プラント１０１に入力したＭＶからなる（ｍ＋１）個の情報を持ったトレンドデータを保持する。
【００２７】
アクチュエータ１０３は、ＭＶバッファ手段１０３ａに保持するｍ＋１個の情報を持ったトレンドデータを、ネットワーク３００を介してコントローラ２０１に送信してアンサーバックする。
【００２８】
パケットロスにより、アクチュエータ１０３がコントローラ２０１より送信されるＭＶを受信できなかった場合には、ＭＶ補完手段１０４のＭＶ補完値で補うが、この際、コントローラ２０１が計算したＭＶと実際に制御対象プラント１０１に入力するＭＶとが異なる。
【００２９】
このＭＶの乖離は、コントローラ２０１の内部状態を狂わせ、以後の応答を悪化させる要因となる。そこで、コントローラ２０１は、アクチュエータ１０３からのアンサーバックで受信したＭＶレンドデータと、自身のＭＶバッファ手段２０１ａが保持するＭＶトレンドデータを比較し、異なっている場合にはＭＶ補償手段２０１ｃによりアンサーバックされたＭＶレンドデータを利用して補償動作を行い、自身の内部状態を補正する。
【００３０】
センサ１０２内にＰＶバッファ手段１０２ａを設置する。このＰＶバッファ手段１０２ａは、現在のサンプリングからｍ個前のサンプリングまでの各サンプリングにおいてセンサ１０２が測定したＰＶからなるｍ＋１個の情報を持ったトレンドデータを保持する。
【００３１】
同様に、コントローラ２０１内にＰＶバッファ手段２０１ｂを設置する。このＰＶバッファ手段２０１ｂは、現在のサンプリングからｍ個前のサンプリングまでの各サンプリングにおいてコントローラ２０１がＭＶの計算に用いたＰＶからなるｍ＋１個の情報を持ったトレンドデータを保持する。
【００３２】
センサ１０２は、ＰＶバッファ手段１０２ａに保持するｍ＋１個の情報を持ったトレンドデータを、ネットワーク３００を介してコントローラ２０１に送信する。
【００３３】
パケットロスにより、コントローラ２０１がセンサ１０２より送信されるＰＶを受信できなかった場合には、ＰＶ補完手段２０２のＰＶ補完値で補うが、この補われた値は、真のＰＶとは異なる。
【００３４】
次に、ＭＶ補償手段２０１ｃの補償演算の実施例を説明する。コントローラ２０１がＰＶとＳＶの偏差をＰＩＤ演算した操作量ｕｎ（＝ＭＶ）は、（１）式で表記される。
【００３５】
【数１】
【００３６】
ＭＶ補償手段２０１ｃは、アンサーバックされたトレンドデータとコントローラ２０１側で保持されているトレンドデータに基づいて、パケット送信のエラー発生時のサンプリングから現在のサンプリングまでの操作量値が、アンサーバックされたトレンドデータの値に一致するような仮想ＳＶ値を計算し、この仮想ＳＶ値によりコントローラ２０１のＭＶを修正計算する。この仮想ＳＶ値は、（２）式で与えられる。
【００３７】
【数２】
【００３８】
図２は、コントローラのＭＶ計算を補償する手順を示すフローチャートである。ステップＳ１で、コントローラで計算したＭＶと実際にプラントに入力したＭＶとが異なっていることが判明した場合、ステップＳ２で、コントローラが内部に保持しているＭＶ（コントローラが計算したＭＶまたは補償動作により更新されたＭＶ）と、実際にプラントに入力したＭＶとが異なるのが最大何サンプリング前かを調べ、これをｋとする。
【００３９】
現在のサンプリングをｎとすると、補償動作は、コントローラが内部に保持しているＭＶと実際にプラントに入力したＭＶが初めて異なったサンプリングである、ｎ−ｋ番目のサンプリングからスタートする。
【００４０】
ステップＳ３では、補償対象サンプリングであるｎ−ｋ番目のサンプリングに実際にプラントに入力したＭＶを、(２)式のｕｎ−ｋに代入して、そのＭＶに見合う設定値ｒｎ−ｋを計算する。
【００４１】
ステップＳ４では、求まったｒｎ−ｋをｎ−ｋ番目のサンプリングの設定値であったと考えて、ｎ−ｋ番目のサンプリングの偏差およびｎ−ｋ番目のサンプリングまでの積分値を計算し直す。
【００４２】
続いてステップＳ５では、ｋ＝ｋ−１、つまり補償対象サンプリングを次サンプリングにずらして、同様の作業を行い、ｎ−ｋ番目のサンプリングの偏差およびｎ−１番目のサンプリングまでの積分値が求まるまでこれを繰り返す。
【００４３】
ステップＳ７では、コントローラが内部に保持しているＭＶを、補償に用いた実際にプラントに入力したＭＶに更新し、ステップＳ８で補償処理を終了する。
【００４４】
コントローラ２０１は、図２では位置型のＰＩＤコントローラを対象としたが、位置型のＰＩＤコントローラに限らず、速度型のＰＩＤコントローラも対象とする。速度型のＰＩＤコントローラは、コントローラ２０１が（３）式のようなＭＶの差分△ｕｎをアクチュエータ１０３に送信する。
【００４５】
【数３】
【００４６】
これがパケットロスにより欠損したとすると、アクチュエータ１０３は何らかの△ｕｎを補うことになる。例えば、前サンプリングのＭＶをそのまま維持するとすれば、△ｕｎ＝０である。
【００４７】
すると、コントローラが計算したＭＶの差分と、実際にプラントに入力したＭＶに適用された差分とが異なり、位置型の場合と同様に、コントローラの内部状態が狂う。そこで、位置型の場合と同様に補償を行う。補償式は（４）式で与えられる。
【００４８】
【数４】
【００４９】
図３は、速度型のＰＩＤコントローラのＭＶ計算を補償する手順を示すフローチャートである。ステップＳ１〜Ｓ８は、図２のステップＳ１〜Ｓ８に対応する。この補償は、位置型の場合と同様に、コントローラが計算したＭＶの差分と、実際に制御対象プラント１０１に入力したＭＶに適用された差分との異なりの原因を、ＳＶが変わっていたと置き換えることにより、コントローラの内部状態の狂いを解消し、応答の悪化を防ぐ。
【００５０】
実際に制御対象プラント１０１に入力したＭＶに適用された差分ではなく、実際に制御対象プラント１０１に入力したＭＶが得られるような場合には、このＭＶからＭＶの差分を計算すればよい。
【００５１】
ここで、位置型の場合には前記（１）式に偏差と積分が入っているのでこの２つを補償するが、速度型の場合には（３）)に積分が入ってこないので偏差のみを補償する。速度型の場合には、アクチュエータ１０３がＭＶの偏差からＭＶを計算するので、実質的にアクチュエータ１０３が積分値を持つと考えることができる。
【００５２】
アクチュエータ１０３は、パケットロスに関わらず毎サンプリングで実際に制御対象プラント１０１に入力したＭＶに適用された差分で状態を更新するので、状態に異常は生じない。
【００５３】
次に、ＭＶ補完手段１０４のＭＶ補完値の設定手順につき説明する。図１０は、ＭＶ補完値の従来の設定手順を示すフローチャートである。ステップＳ１では、各サンプリングにおいて、コントローラ２０１は操作量Ｕ（＝ＭＶ）を算出し、ステップＳ２でネットワークを介してこの操作量Ｕをアクチュエータに送信する。
【００５４】
ステップＳ３で、アクチュエータ１０３は、操作量Ｕを受信できた場合には、この操作量ＵをステップＳ４で制御対象プラント１０１に入力する。パケットロスにより、操作量Ｕを受信できなかった場合には、ステップＳ４で何らかの値を補って制御対象プラント１０１に入力する。
【００５５】
値の補い方として、次の２つの手法がある。１つは、現在制御対象プラント１０１に入力している操作量をそのまま維持する前回値保持（前回もパケットロスしている場合には前々回値）、もう１つは、制御対象プラント１０１に何も入力しない（操作量をゼロとする）ことである。
【００５６】
前回値保持の手法では、例えば、設定値変更があると、そのサンプリングだけ操作量が非常に大きな値となる可能性がある。この時、次サンプリングでパケットロスが発生すると、この非常に大きな操作量が保持されることになり、応答を乱す。
【００５７】
操作量をゼロとする手法では、これまでプラントに何らかの操作量を入力していたものを、急にゼロとすることになり、これも応答を乱す。
【００５８】
図４は、本発明を適用したＭＶ補完値の設定手順を示すフローチャートである。ステップＳ１において、コントローラ２０１は、各サンプリングにおいて、操作量を次の２つに分けて計算する。１つは次回保持分である第１の操作量Ｕ１、もう１つは次回保持分以外である第２の操作量Ｕ２である。Ｕ１及びＵ２は、（５）式及び（６）式で表記される。
【００５９】
【数５】
【００６０】
【数６】
【００６１】
ステップＳ２で、ネットワークを介してこのＵ１とＵ２をアクチュエータ１０３に送信する。ステップＳ３において、アクチュエータ１０３は、これらＵ１とＵ２を受信できた場合には、ステップＳ４で（Ｕ１＋Ｕ２）を制御対象プラント１０１に入力する。
【００６２】
パケットロスにより、Ｕ１とＵ２を受信できなかった場合には、ステップＳ５で前回受信した（前回もパケットロスしている場合には前々回受信した）Ｕ１とＵ２のうち、Ｕ１分だけを制御対象プラント１０１に入力する。
【００６３】
このように、Ｕ２を微分動作内のＳＶ変更分、Ｕ１をそれ以外の分とすれば、従来手法の問題点である、設定値変更時に出る大きめの操作量が保持される問題はなくなる。これは、設定値変更時に大きめの操作量が出るのは微分動作内のＳＶ変更分によるものなので、これをＵ２とすることにより、次サンプリングにパケットロスが発生したとしても、設定値変更時に操作量が大きくなる要因である微分動作内のＳＶ変更分が制御対象プラント１０１に入力されないからである。
【００６４】
図５は、本発明を適用したネットワーク制御システムの他の実施形態を示す機能ブロック図である。図１の構成との相違は、アクチュエータ１０３に送受信成否検出手段１０３ｂを追加した点にある。
【００６５】
アクチュエータは１０３は、毎サンプリングにｍ＋１個の情報を持ったＭＶトレンドデータを送信するのではなく、パケットロスによりアクチュエータ１０３がＭＶを受信できなかった場合にＭＶ補完器で補った値のみから構成されるデータを送信するとしてもよい。これにより、アクチュエータからコントローラに送信される情報量を減らし、通信負荷を軽くできる。
【００６６】
この場合、アクチュエータ１０３がＭＶバッファ手段１０３ａに保持するＭＶデータは、ＭＶを受信できなかった場合にＭＶ補完手段１０４で補ったＭＶ補完値のみから構成される。したがって、アクチュエータ１０３は、ＭＶを受信できなかった場合のみ、ＭＶバッファ手段１０３ａにＭＶ補完値を格納する。
【００６７】
また、このＭＶバッファを手段１０３ａのＭＶ補完値をＭＶトレンドデータアンサーバックとしてコントローラ２０１に送信するが、この送受信の成否を送受信成否検出手段１０３検出し、確実に送信できたと確認できた場合のみＭＶバッファ手段１０３ａを空にする。
【００６８】
これは、コントローラ２０１に一度値が届けば、その値は不要となるからである。この手法は、アクチュエータ１０３が単純にｍ＋１個のデータを送信する場合に比べて、アクチュエータ側の処理が増える。従って、アクチュエータ１０３にある程度の処理機能が要求される。
【００６９】
更に、コントローラ２０１は、アクチュエータ１０３からのトレンドデータまたは補完値のアンサーバックを取得するまで、ＭＶのアクチュエータ１０３への送信を一時的に停止する機能を備えることも可能である。
【００７０】
図６は、本発明を適用したネットワーク制御システムの更に他の実施形態を示す機能ブロック図である。図１の構成との相違は、センサ１０２に送受信成否検出手段１０２ｂを追加した点にある。
【００７１】
センサ１０２は、毎サンプリングにｍ＋１個の情報を持ったＰＶトレンドデータを送信するのではなく、最新のＰＶと以前コントローラに届かなかったＰＶのみから構成されるデータを送信するとしてもよい。これにより、センサ１０２からコントローラ２０１に送信される情報量を減らし、通信負荷を軽くできる。
【００７２】
この場合、センサ１０２のＰＶバッファ手段１０２ａが保持するＰＶデータは、最新のＰＶとコントローラに送信できていない過去のＰＶのみから構成される。センサ１０２はＰＶバッファ手段１０２ａのデータをコントローラ２０１に送信するが、送受信成否検出手段１０２ｂはこの送受信の成否を検出し、確実に送信できたと確認できた場合のみＰＶバッファ手段１０２ａを空にする。
【００７３】
これは、コントローラ２０１に一度値が届けば、その値は不要となるからである。この手法は、センサ２０１が単純にｍ＋１個のデータを送信する場合に比べて、センサ側の処理が増える。したがって、センサ２０１にある程度の処理機能が要求される。
【００７４】
図７は、本発明を適用したネットワーク制御システムの更に他の実施形態を示す機能ブロック図である。この実施形態の特徴は、コントローラ２０１がセンサ１０２と一体化されており、コントローラ２０１とアクチュエータ１０３間の情報伝達のみがネットワーク３００を介して行われる。
【００７５】
この場合、ＰＶがパケットロスすることはないので、ＰＶ補完手段、センサ１０２内にあるＰＶバッファ手段、コントローラ２０１内にあるＰＶバッファ手段は不要となる。また、センサ１０２からコントローラ２０１へ伝えられる情報は、ＰＶトレンドデータではなく、最新のＰＶのみとなる。
【００７６】
ＰＶ補完手段２０２ａによるＰＶ補完値は、ＰＶトレンドデータの推移により予測される値を計算して設定する手法が一般であるが、プロセスモデル２０２ａを備えることにより、ＭＶのトレンドデータからＰＶを予測してＰＶ補完値を補正することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明を適用したネットワーク制御システムの一実施形態を示す機能ブロック図である。
【図２】コントローラの操作量計算を補償する手順を示すフローチャートである。
【図３】コントローラの操作量計算を補償する他の手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明を適用したＭＶ補完値の設定手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明を適用したネットワーク制御システムの他の実施形態を示す機能ブロック図である。
【図６】本発明を適用したネットワーク制御システムの更に他の実施形態を示す機能ブロック図である。
【図７】本発明を適用したネットワーク制御システムの更に他の実施形態を示す機能ブロック図である。
【図８】従来のネットワーク制御システムの構成例を示す機能ブロック図である。
【図９】パケットロスが発生した場合の応答特性の悪化を示す特性図である。
【図１０】ＭＶ補完値の従来の設定手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７８】
１００ プラント側
１０１ 制御対象プラント
１０２ センサ
１０２ａ ＰＶバッファ手段
１０３ アクチュエータ
１０３ａ ＭＶバッファ手段
１０４ ＭＶ補完手段
２００ コントローラ側
２０１ コントローラ
２０１ａ ＭＶバッファ手段
２０１ｂ ＰＶバッファ手段
２０１ｃ ＭＶ補償手段
２０２ ＰＶ補完手段
２０２ａ プロセスモデル
３００ ネットワーク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御対象プラントの物理量を測定するセンサからの制御量と目標値との偏差を所定のサンプリング周期で演算するコントローラの操作量を、前記制御対象プラント側に設けたアクチュエータにネットワークを介してパケット送信し、前記アクチュエータより前記制御対象プラントに前記操作量を入力するネットワーク制御システムにおいて、
前記パケット送信のエラー発生時に、前記アクチュエータに操作量の補完値を与えるＭＶ補完手段と、
前記アクチュエータより前記制御対象プラントに入力された操作量のトレンドデータまたは前記ＭＶ補完手段から前記アクチュエータに補完された前記補完値を、前記ネットワークを介して前記コントローラにアンサーバックするＭＶバッファ手段と、
アンサーバックされた前記トレンドデータまたは補完値に基づいて前記コントローラの操作量計算を修正するＭＶ補償手段と、
を備えることを特徴とするネットワーク制御システム。
【請求項２】
前記ＭＶ補償手段は、アンサーバックされた前記トレンドデータまたは前記補完値と、前記コントローラ側で保持されているトレンドデータに基づいて、前記パケット送信のエラー発生時のサンプリングから現在のサンプリングまでの操作量値が、前記トレンドデータの値に一致するような仮想ＳＶ値を計算し、この仮想ＳＶ値により前記コントローラの操作量を修正計算することを特徴とする請求項１に記載のネットワーク制御システム。
【請求項３】
前記コントローラは、前記トレンドデータまたは前記補完値のアンサーバックを取得するまで前記操作量の前記アクチュエータへの送信を一時的に停止することを特徴とする請求項１または２に記載のネットワーク制御システム。
【請求項４】
前記コントローラは、微分動作内の前記目標値変更分に係る第１の操作量及びそれ以外の変更分に係る第２の操作量に分けて前記アクチュエータに送信し、前記ＭＶ補完手段は、前記パケット送信が正常な場合には前記第１及び第２の操作量の和を補完値として前記アクチュエータに与え、前記パケット送信がエラーの場合には前記第２の操作量のみを補完値として前記アクチュエータに与えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のネットワーク制御システム。
【請求項５】
前記センサにより測定された制御量を、ネットワークを介して前記コントローラにパケット送信する場合において、
前記パケット送信エラー発生時に前記コントローラに制御量の補完値を与えるＰＶ補完手段と、
前記センサにより測定された制御量のトレンドデータを、前記ネットワークを介して前記コントローラに送信するＰＶバッファ手段と、
を備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のネットワーク制御システム。
【請求項６】
前記ＰＶ補完手段は、前記操作量のトレンドデータに基づいて前記制御量の補完値を修正することを特徴とする請求項１乃至７に記載のネットワーク制御システム。
【請求項１】
制御対象プラントの物理量を測定するセンサからの制御量と目標値との偏差を所定のサンプリング周期で演算するコントローラの操作量を、前記制御対象プラント側に設けたアクチュエータにネットワークを介してパケット送信し、前記アクチュエータより前記制御対象プラントに前記操作量を入力するネットワーク制御システムにおいて、
前記パケット送信のエラー発生時に、前記アクチュエータに操作量の補完値を与えるＭＶ補完手段と、
前記アクチュエータより前記制御対象プラントに入力された操作量のトレンドデータまたは前記ＭＶ補完手段から前記アクチュエータに補完された前記補完値を、前記ネットワークを介して前記コントローラにアンサーバックするＭＶバッファ手段と、
アンサーバックされた前記トレンドデータまたは補完値に基づいて前記コントローラの操作量計算を修正するＭＶ補償手段と、
を備えることを特徴とするネットワーク制御システム。
【請求項２】
前記ＭＶ補償手段は、アンサーバックされた前記トレンドデータまたは前記補完値と、前記コントローラ側で保持されているトレンドデータに基づいて、前記パケット送信のエラー発生時のサンプリングから現在のサンプリングまでの操作量値が、前記トレンドデータの値に一致するような仮想ＳＶ値を計算し、この仮想ＳＶ値により前記コントローラの操作量を修正計算することを特徴とする請求項１に記載のネットワーク制御システム。
【請求項３】
前記コントローラは、前記トレンドデータまたは前記補完値のアンサーバックを取得するまで前記操作量の前記アクチュエータへの送信を一時的に停止することを特徴とする請求項１または２に記載のネットワーク制御システム。
【請求項４】
前記コントローラは、微分動作内の前記目標値変更分に係る第１の操作量及びそれ以外の変更分に係る第２の操作量に分けて前記アクチュエータに送信し、前記ＭＶ補完手段は、前記パケット送信が正常な場合には前記第１及び第２の操作量の和を補完値として前記アクチュエータに与え、前記パケット送信がエラーの場合には前記第２の操作量のみを補完値として前記アクチュエータに与えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のネットワーク制御システム。
【請求項５】
前記センサにより測定された制御量を、ネットワークを介して前記コントローラにパケット送信する場合において、
前記パケット送信エラー発生時に前記コントローラに制御量の補完値を与えるＰＶ補完手段と、
前記センサにより測定された制御量のトレンドデータを、前記ネットワークを介して前記コントローラに送信するＰＶバッファ手段と、
を備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のネットワーク制御システム。
【請求項６】
前記ＰＶ補完手段は、前記操作量のトレンドデータに基づいて前記制御量の補完値を修正することを特徴とする請求項１乃至７に記載のネットワーク制御システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−１１０１８０（Ｐ２００９−１１０１８０Ａ）
【公開日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２８０５４３（Ｐ２００７−２８０５４３）
【出願日】平成１９年１０月２９日（２００７．１０．２９）
【出願人】（０００００６５０７）横河電機株式会社 (4,443)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月２９日（２００７．１０．２９）
【出願人】（０００００６５０７）横河電機株式会社 (4,443)
【Ｆターム（参考）】
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