制御システム及び時刻同期方法
【課題】プラント設備等を制御する複数の演算装置が伝送路を介して接続された制御システムの各演算装置間でシステム時刻を同期化させる。
【解決手段】複数の演算装置の１つが時刻マスタに指定され、他の演算装置が時刻スレーブに指定され、時刻マスタである演算装置のプロセッサは、一定の周期で前記システム時刻タイマの時刻を取得して前記ネットワーク時刻タイマに格納して計時を続けさせ、
フレーム生成手段は、前記ネットワーク時刻タイマの時刻情報を取得しその時刻情報を含むフレームを生成して一定の周期で時刻スレーブである演算装置にブロードキャストし、時刻スレーブである演算装置のフレーム受信手段は、送信されてきたフレーの時刻情報を自演算装置内の前記ネットワーク時刻タイマに格納して計時を続けさせる。
【解決手段】複数の演算装置の１つが時刻マスタに指定され、他の演算装置が時刻スレーブに指定され、時刻マスタである演算装置のプロセッサは、一定の周期で前記システム時刻タイマの時刻を取得して前記ネットワーク時刻タイマに格納して計時を続けさせ、
フレーム生成手段は、前記ネットワーク時刻タイマの時刻情報を取得しその時刻情報を含むフレームを生成して一定の周期で時刻スレーブである演算装置にブロードキャストし、時刻スレーブである演算装置のフレーム受信手段は、送信されてきたフレーの時刻情報を自演算装置内の前記ネットワーク時刻タイマに格納して計時を続けさせる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御システム及び時刻同期方法に係り、特に、プラント設備等を制御する複数の演算装置が伝送路を介して接続された制御システム及び各演算装置の時刻同期方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は従来技術による制御システム及び演算装置の構成を示すブロック図、図２は制御システムを構成する複数の演算装置の時刻を同期させる処理動作を説明するフローチャートであり、図１、図２を参照して従来技術による制御システムの構成及び演算装置の時刻同期方法について説明する。
【０００３】
従来技術による制御システムは、図１に示しているように、それぞれにプラント設備等における複数の部位の制御対象Ａ５〜Ｃ７が接続されている複数の演算装置Ａ２〜Ｃ４と、これらの演算装置Ａ２〜Ｃ４の監視制御のためにユーザが使用し、マスタ時刻としてのシステムの時刻情報を有する制御監視装置であるＰＯＣ１とが、通信路１００〜１０３（図１に示す例では光通信路とする）を介して、通信可能に接続されて構成されている。そして、ユーザは、ＰＯＣ１を用いて、通信路１００〜１０３を介して演算装置Ａ２〜Ｃ４の監視、制御を行うことができる。なお、図１に示す例では、通信路全体ループ状に接続されてネットワークを構成しているように示しているが、本発明の実施形態も含めて、ネットワークがループ状に構成される必要はない。
【０００４】
演算装置Ａ２〜Ｃ４のそれぞれは、演算装置Ａ２を代表として示すように、ミドルウェア２０１１を備えたプロセッサ２０１と、ＬＳＩ２０２と、光信号送受信部２０３とを備えて構成されている。ＬＳＩ２０２の内部には、システム時刻タイマ２０２１と呼ぶ時刻タイマを有している。このシステム時刻タイマ２０２１は、プロセッサ２０１内のミドルウェア２０１１がそれぞれの制御対象の制御等を行うためのタスク処理を行う際に参照する時刻を経時しており、定期的にＰＯＣ１から送信されてきたシステム時刻が、ミドルウェア２０１１により格納されて、その後、自身で計時している。各演算装置は、制御対象に対するタスクが存在している時間帯にシステム時刻タイマ２０２１の値が変わってしまうと、処理されないタスクが生じてしまうことがあるため、ＰＯＣ１から送信されてきた時刻を用いて演算装置Ａ２〜Ｃ４間で時刻同期を行う際には、タスクが存在していない時間帯を指定しなければならない。タスクが存在していない時間帯は、管理者であるユーザが、ＰＯＣ１から各演算装置を監視することにより知ることができるので、その時間帯で１日に１回程度の頻度で指定される。ミドルウェア２０１は、光信号送受信部２０３を介してＰＯＣ１からのシステム時刻情報２０５を受け取ると、その時刻をＬＳＩ２０２内のシステム時刻タイ２０２１に格納する。
【０００５】
次に、図２を参照して演算装置の時刻を同期させるためシステム時刻タイマ２０２１へのシステム時刻設定の処理動作を説明する。
【０００６】
（１）まず、ユーザは、ＰＯＣ１を使用して、ＰＯＣ１が持つ時刻情報を前述したように１日１回程度、通信路１００を介して演算装置Ａ２に送信する。演算装置Ａ２は、光信号送受信部２０３がＰＯＣ１からの時刻情報を受信して、演算装置Ａ２のプロセッサ２０１内のミドルウェア２０１１にシステム時刻情報２０５として提供する（ステップＦ１）。
【０００７】
（２）システム時刻情報２０５を得たミドルウェア２０１１は、光信号送受信部２０３から得たシステム時刻情報２０５をＬＳＩ２０２内のシステム時刻タイマ２０２１へ、システム時刻情報２０４として格納する（ステップＦ２）。
【０００８】
（３）前述したステップＦ１、Ｆ２の処理と同様な手順により、演算装置Ｂ３、Ｃ４のシステム時刻タイマへシステム時刻情報を格納する（ステップＦ３）。
【０００９】
前述で説明したような処理により各演算装置のシステム時刻タイマ２０２１へのシステム時刻の設定が行われる。しかし、この時刻同期の処理は、ミドルウェアであるソフトウェアによる時刻設定の処理が行われているため、時刻同期精度が各演算装置の処理負荷に依存してしまい、各演算装置間の時刻誤差を規定（通信路での遅延、時刻設定の処理での遅延は、誤差として規定することができる）することができない。このため、各演算装置間の時刻を同期させることができないこととなる。
【００１０】
一般に、顧客のプラント設備等で問題が発生した場合、設備を納入した企業としては、問題要因を解析し、原因を説明する責任がある。このため、複数の演算装置と制御対象からなる設備における問題発生の解析のため、問題発生の要因を時系列順に並べて把握することが重要であり、各制御装置は、各種同期化手段によってシステム時刻を同期化・補正している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
各演算装置のシステム時刻を同期化・補正する場合、システム時刻を同期化・補正することにより、演算装置でシステム時刻を参照して動作しているプログラムが動作タイミングを失い、障害となる場合があり、これを解決するために、ＩＥＥＥ１５８８のようなソフトウェアによる高精度な時刻同期化の手段を用いると、ソフトウェア負荷が増加し、演算装置の本来のプラント等に対する制御処理を害することがあるという問題点を生じさせる。また、ＧＰＳによる時刻同期化の方法を用いることも可能であるが、この方法は、配線敷設による設備コストの面で、高価になるという問題点を有している。
【００１２】
前述で説明した従来技術による時刻同期の処理では、各演算装置間の時刻誤差を規定することができないため、制御対象Ａ２〜Ｃ４に障害が起きた際、障害の解析等のために、障害情報を時系に並べることができなくなるという問題を生じさせていた。また、前述のように、ソフトウェアの作りこみにより時刻同期の精度を上げることは可能であるが、その場合、演算装置のソフトウェア負荷が大きくなってしまい、本来の主目的であるプラント制御に悪影響を及ぼしてしまうという問題点を生じさせることになる。
【００１３】
本発明の目的は、前述で説明したような点に鑑み、各演算装置の本来の制御処理の性能を低下させることなく、複数の演算装置間でシステム時刻を同期化することができるようにしたプラント設備等を制御する複数の演算装置が通信路を介して接続された制御システム及び各演算装置の時刻同期方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によれば前記目的は、複数の演算装置が通信路により相互に接続され、前記複数の演算装置のそれぞれに制御対象が接続されて構成されている制御システムにおいて、前記複数の演算装置のそれぞれは、プロセッサと、システム時刻タイマと、独立した時刻同期専用のネットワーク時刻タイマと、フレーム生成手段と、フレーム受信手段とが備えられており、前記複数の演算装置の１つが時刻マスタに指定され、他の演算装置が時刻スレーブに指定され、前記時刻マスタである演算装置のプロセッサは、一定の周期で前記システム時刻タイマの時刻を取得して前記ネットワーク時刻タイマに格納して計時を続けさせ、前記フレーム生成手段は、前記ネットワーク時刻タイマの時刻情報を取得し、取得したネットワーク時刻タイマの時刻情報を含むフレームを生成し、生成したフレームを一定の周期で前記時刻スレーブである演算装置にブロードキャスト送信し、前記時刻スレーブである演算装置の前記フレーム受信手段は、前記ブロードキャスト送信されてきたフレームを受信し、フレーム内の時刻情報を自演算装置内の前記ネットワーク時刻タイマに格納して計時を続けさせることにより達成される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、各演算装置は、本来の制御処理の性能を低下させることなく、複数の演算装置間でネットワーク時刻を同期化させることが可能となり、それによって、制御対象の設備に問題が発生した際、問題要因を時系列に並べ把握することができ、原因究明に役立てることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来技術による制御システム及び演算装置の構成を示すブロック図である。
【図２】従来技術による制御システムを構成する複数の演算装置の時刻を同期させる処理動作を説明するフローチャートである。
【図３】本発明の一実施形態による制御システム及び各演算装置の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施形態による制御システムを構成する複数の演算装置の時刻を同期させる処理動作を説明するフローチャートである。
【図５】図３に示す本発明の実施形態による制御システムで、演算装置の制御対象に障害が起きた際の時刻情報の収集方法を説明する図である。
【図６】本発明の他の実施形態による制御システム及び各演算装置の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の他の実施形態による制御システムを構成する複数の演算装置の時刻を同期させる処理動作を説明するフローチャートである。
【図８】図６に示す本発明の他の実施形態による制御システムで、演算装置の制御対象に障害が起きた際の時刻情報の収集方法を説明する図である。
【図９】演算装置内のフレーム生成部の構成を示すブロック図である。
【図１０】フレーム生成部を含む演算装置でのフレーム生成の処理動作を説明するフローチャートである。
【図１１】演算装置内のフレーム受信部の構成を示すブロック図である。
【図１２】フレーム受信部を含む演算装置でのフレーム受信の処理動作を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明による制御システム及び各演算装置の時刻同期方法の実施形態を図面により詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一名を持つ構成要素であっても、図毎にそれらの要素に付与した符号が異なっているが、同一名であれば同一の構成要素である。
【００１８】
図３は本発明の一実施形態による制御システム及び各演算装置の構成を示すブロック図、図４は制御システムを構成する複数の演算装置の時刻を同期させる処理動作を説明するフローチャートである。図３に示す制御システム及び各演算装置の構成は、前述で説明した図１と大きくは変わらないため、以下では、図１と異なる点について説明する。
【００１９】
図３に示す本発明の実施形態による制御システムの構成は、図１により説明した従来技術の場合と同一であり、各演算装置の構成が異なっている。すなわち、演算装置Ａ９〜Ｃ１１のそれぞれは、演算装置Ａ９、Ｂ１０を代表として示すように、演算装置Ａ９のＬＳＩ９０１内に、システム時刻タイマ９０１１、１００１１に加え、時刻同期専用として設けたネットワーク時刻タイマ９０１２、１００１２という時刻タイマを加えた点と、フレーム受信部９０１３、１００１３及びフレーム生成部９０１４、１００１４とを加えた点で、従来技術の場合と異なっている。本発明の実施形態では、時刻同期専用であるネットワーク時刻タイマ９０１２、１００１２を加えたことにより、システム時刻タイマ９０１１、１０１１）の値を変更することなく、時刻同期を可能としている。
【００２０】
前述で説明したような構成を有する本発明の実施形態による制御システムは、従来技術による制御システムからの変更点、新規追加部分が少ないため、低コストで実現することができる。
【００２１】
次に、図４を参照して演算装置Ａ９の時刻を同期させるためネットワーク時刻タイマ９０１２への時刻設定の処理動作を説明する。
【００２２】
（１）まず、ユーザは、ＰＯＣ８を使用して、ＰＯＣ８が持つ時刻情報を通信路１０７を介して演算装置Ａ９に送信する。演算装置Ａ９は、光信号送受信部９０３がＰＯＣ８からの時刻情報を受信して、演算装置Ａ９のプロセッサ９０２内のミドルウェア９０２１にシステム時刻情報９０７として提供する（ステップＦ４）。
【００２３】
（２）システム時刻情報９０７を得たミドルウェア９０２１は、光信号送受信部９０３から得たシステム時刻情報９０７をＬＳＩ９０１内のシステム時刻タイマ９０１１へ、システム時刻情報９０４として格納する（ステップＦ５）。
【００２４】
（３）前述したステップＦ４、Ｆ５の処理と同様な手順により、演算装置Ｂ１０、Ｃ１１のシステム時刻タイマへシステム時刻情報を格納する（ステップＦ６）。
【００２５】
ここまでの処理は、従来技術での処理として説明した図２のＦ１〜Ｆ３までの処理と同様である。
【００２６】
（４）次に、ユーザは、ＰＯＣ８から各演算装置のうち１つを時刻マスタとして指定する。ここでは、演算装置Ａ９を時刻マスタとして指定したものとして説明を続けるが、ユーザは、任意の演算装置を時刻マスタとして指定することができる。時刻マスタとして指定されなかった演算装置Ｂ１０、Ｃ１１は、時刻スレーブとなる（ステップＦ７）。
【００２７】
（５）時刻マスタに指定された演算装置Ａ９のミドルウェア９０２１は、定周期（４秒に１回程度）でシステム時刻タイマ９０１１からシステム時刻をリードしてシステム時刻情報９０５を収集し、その時刻情報をネットワーク時刻タイマ９０１２に格納する。その後、ネットワーク時刻タイマ９０１２は、自身で計時を続ける。この処理により、ネットワーク時刻タイマ９０１２は、システム時刻タイマ９０１１と近い値をとることができる（ステップＦ８）。
【００２８】
（６）その後、演算装置Ａ９のＬＳＩ９０１のフレーム生成部９０１４は、ネットワーク時刻タイマ９０１２の時刻をネットワーク時刻情報９０８として取得し、ネットワーク時刻情報９０８を送信フレームに添付し、時刻情報フレーム９０９を生成し、そのフレームを時刻スレーブである演算装置Ｂ１０、Ｃ１１に光信号送受信部９０３からブロードキャストする（ステップＦ９）。
【００２９】
（７）時刻スレーブである演算装置Ｂ１０は、光信号送受信部１００３が時刻情報フレーム９０９を受信し、受信した時刻情報フレーム９０９のネットワーク時刻情報をＬＳＩ１００１内のフレーム受信部１００１３を介してネットワーク時刻タイマ１００１２に格納し、その後、ネットワーク時刻タイマ１００１２に時刻の計時を続けさせる。演算装置Ｃ１１も同様にネットワーク時刻情報をネットワーク時刻タイマに格納する。なお、ここで用いている送信フレームは、従来技術で時刻同期以外の目的で用いられているフレームであり、本発明の実施形態で新たに追加したものではない。また、時刻情報フレーム９０９とは、従来の送信フレームにネットワーク時刻情報９０８を添付したものである。本発明の実施形態では、従来から用いられている送信フレームを用いているため、図１に示して説明した従来技術による制御システムと本発明の実施形態による制御システムを併用することが可能である。フレーム受信部９０１３とフレーム生成部９０１４との詳細な構成については後述する（ステップＦ１０）。
【００３０】
図５は図３に示す本発明の実施形態による制御システムで、演算装置の制御対象に障害が起きた際の時刻情報の収集方法を説明する図である。図５には、図３に示す制御システムと同一の制御システムを示しているが、時刻情報の収集の説明のために必要な主メモリ情報を追記し、不必要なフレーム生成部、受信部を割愛して示している。時刻情報の収集方法は演算装置Ａ１６〜Ｃ１８において同一であるため、ここでは演算装置Ａ１６についてのみ説明する。
【００３１】
演算装置Ａ１６のプロセッサ１６０２内のミドルウェア１６０２１は、制御対象Ａ１９から制御対象Ａ１９の障害情報１６０９を受信すると、ＬＳＩ１６０３内のシステム時刻タイマ１６０３１からシステム時刻をリードしリードした時刻情報１６０７と、ネットワーク時刻タイマ１６０３２からネットワーク時刻をリードしリードした時刻情報１６０８とを収集し、障害情報と共に、主メモリ１６０１内の、ネットワーク時刻格納エリア１６０１１、システム時刻格納エリア１６０１２、障害情報格納エリア１６０１３に格納する。このとき格納された情報は、主メモリ１６０１内で表として保存しており、障害情報と、ネットワーク時刻及びシステム時刻とを関連付けることができる。演算装置Ｂ１７、１８でも、制御対象に障害が発生した場合、前述と同様な処理を行う。このよう方法で時刻を収集することにより、制御対象Ａ１９、Ｂ２０、Ｃ２１に障害が起きた際にも、同期されているネットワーク時刻に従って、それらの障害情報を時系列に並べることができる。なお、この場合、システム時刻は、タスクが働く、あるいは、タスクが働いている時間を規定するためにだけ利用されている。
【００３２】
次に、図３の参照に戻って、本発明の実施形態における時刻同期の精度について説明する。
【００３３】
演算装置９〜１１の相互間を接続する通信路１０７〜１１０は、リアルタイム性を保障する通信路であり、フレームの中継遅延を規定することができる。また、時刻情報フレーム９０９、１００６として用いているフレームは、フレーム生成部９０１４から定周期で送出されるフレームであるため、時刻スレーブである演算装置Ｂ１０、Ｃ１１は、定周期で時刻を同期することができる。定周期で時刻を同期することにより、各演算装置Ｂ１０、Ｃ１１の独立したネットワーク時刻タイマが持つクロック発振器であるＯＳＣのバラつきの影響を小さくすることができる。前述の定周期とは、一定の範囲内でユーザーが任意に決めることができる値である。これらより、ネットワーク時刻タイマの時刻同期精度を、非常に高くすることができ、かつ、その精度を規定することができる。また、時刻情報フレームの送信がハードウェアによるブロードキャストで行われるため、各演算装置Ａ９〜Ｃ１１のソフトウェア負荷を最小限に抑えることができる。なお、タイマの時刻精度は、それぞれの持つＯＳＣの精度と、ブロードキャストでの時間精度で決まるものである。
【００３４】
図６は本発明の他の実施形態による制御システム及び各演算装置の構成を示すブロック図である。図６に示す制御システム及び演算装置の構成において、システムの構成及び各演算装置内部のＬＳＩ、プロセッサ、光送受信部の構成は、前述で説明した図３の場合と同一であり、図３からの変更点は、時刻スレーブである演算装置Ｂ２４の光送受信部２４０３からミドルウェア２４０２１へ送信される信号が、図６に示す例ではネットワーク時刻リードトリガとなっている点である。なお、演算装置Ｂ２４と演算装置Ｃ２５は、同様の構成を持つため、演算装置Ｃ２５の構成については図示していない。
【００３５】
図７は本発明の他の実施形態による制御システムを構成する複数の演算装置の時刻を同期させる処理動作を説明するフローチャートであり、次に、これについて説明する。
【００３６】
（１）まず、ユーザは、ＰＯＣ２２を使用して、ＰＯＣ２２が持つ時刻情報を通信路１２０を介して演算装置Ａ２３に送信する。演算装置Ａ２３は、光信号送受信部２３０３がＰＯＣ２２からの時刻情報を受信して、演算装置Ａ２３のプロセッサ２３０２内のミドルウェア２３０２１にシステム時刻情報２３０８として提供する（ステップＦ１１）。
【００３７】
（２）システム時刻情報２３０８を得たミドルウェア２３０２１は、光信号送受信部２３０３から得たシステム時刻情報２３０８をＬＳＩ２３０１内のシステム時刻タイマ２３０１１へ、システム時刻情報２３０４として格納する。また、前述までの処理と同様な手順により、演算装置Ｂ１０、Ｃ１１のシステム時刻タイマへシステム時刻情報を格納する（ステップＦ１２）。
【００３８】
ここまでの処理は、従来技術での処理として説明した図２のＦ１〜Ｆ３での処理と同様である。
【００３９】
（３）次に、ユーザは、ＰＯＣ２２から各演算装置のうち１つを時刻マスタとして指定する。ここでは、演算装置Ａ２３を時刻マスタとして指定したものとして説明を続けるが、ユーザは、任意の演算装置を時刻マスタとして指定することができる。時刻マスタとして指定されなかった演算装置Ｂ１０、Ｃ１１は、時刻スレーブとなる（ステップＦ１３）。
【００４０】
（４）時刻マスタに指定された演算装置Ａ２３のミドルウェア２３０２１は、定周期（４秒に１回程度）でシステム時刻タイマ２３０１１からシステム時刻をリードしてシステム時刻情報２３０５を収集し、その時刻情報２３０６をネットワーク時刻タイマ９０１２に格納する。この処理により、ネットワーク時刻タイマ９０１２は、システム時刻タイマ９０１１と近い値をとることになる（ステップＦ１４）。
【００４１】
（５）次に、演算装置Ａ２３のＬＳＩ２３０１のフレーム生成部２３０１４は、ネットワーク時刻タイマ２３０１２の時刻をネットワーク時刻情報２３０７として取得し、ネットワーク時刻情報２３０７を送信フレームに添付し、時刻情報フレーム２３０９を生成し、そのフレームを時刻スレーブである演算装置Ｂ２４、Ｃ２５に光信号送受信部２３０３からブロードキャストする（ステップＦ１５）。
【００４２】
（６）時刻スレーブである演算装置Ｂ２４は、光信号送受信部２４０３が時刻情報フレーム２３０９を受信し、受信した時刻情報フレーム２３０９のネットワーク時刻情報をＬＳＩ２４０１内のフレーム受信部２４０１３を介してネットワーク時刻タイマ２４０１２にネットワーク時刻情報２４０６として格納し、ネットワーク時刻タイマ２４０１２に時刻の計時を続けさせる。演算装置Ｃ２５も同様にネットワーク時刻情報をネットワーク時刻タイマに格納する（ステップＦ１６）。
【００４３】
（７）ユーザは、ＰＯＣ２２を使用して、時刻スレーブとなっている演算送信のシステム時刻を更新する際にタスク処理が抜けてしまうようなタスク処理に影響を及ぼすことのない周期である推奨周期、例えば、４秒程度で時刻スレーブとなっている演算装置Ｂ２４、Ｃ２５にネットワーク時刻情報リードトリガ２４０７を発行させる。前述の推奨周期の値は、システム構成により異なるが、前述で説明したように本発明の実施形態では時刻同期精度を規定することができるため、ユーザーは、推奨周期を算出することができる（ステップＦ１７）。
【００４４】
（８）ネットワーク時刻情報リードトリガは、時刻スレーブである演算装置Ｂ２４の光信号送受信部２４０３により受信され、受信されたネットワーク時刻情報リードトリガは、光信号送受信部２４０３からプロセッサ２４０２内のミドルウェア２４０２１にネットワーク時刻情報リードトリガ２４０７として渡される。ミドルウェア２４０２１は、ネットワーク時刻情報リードトリガ２４０７を受け取ると、ＬＳＩ２４０１内のネットワーク時刻タイマ２４０１２からネットワーク時刻をその時刻のリード情報２４０５として取得し、システム時刻タイマ２４０１１へ格納する。演算装置Ｃ２５においても、演算装置Ｂ２４と同様の処理が行われる（ステップＦ１８）。
【００４５】
図６により説明した本発明の第２の受信による制御システムは、演算装置Ａ２３〜Ｃ２５のシステム時刻タイマが同期されることになるため、各制御対象Ａ２６〜Ｃ２８に障害が発生したときに、その時点の時刻情報を収集する際、ネットワーク時刻リード情報を収集することなく、各演算装置のシステム時刻タイマからシステム時刻のみを収集することにより、発生した障害を時系列に並べることができる。時刻同期に用いている時刻情報フレーム２３０９は図３に示して説明した制御システムで用いているフレームと同様であり、中継遅延も同様である。このため、時刻同期精度については、図３に示して説明した制御システムの場合と変わらない。
【００４６】
図８は図６に示す本発明の他の実施形態による制御システムで、演算装置の制御対象に障害が起きた際の時刻情報の収集方法を説明する図である。図８には、図６に示す制御システムと同一の制御システムを示しているが、時刻情報の収集の説明のために必要な主メモリ情報を追記し、不必要なフレーム生成部、受信部を割愛して示している。時刻情報の収集方法は演算装置Ａ３０〜Ｃ３２において同一であるため、ここでは演算装置Ａ３０についてのみ説明する。
【００４７】
演算装置Ａ３０のプロセッサ３００２内のミドルウェア３００２１は、制御対象Ａ３３から制御対象Ａ３３の障害情報１３１を受信すると、ＬＳＩ３００３内のシステム時刻タイマ３００３２からシステム時刻をリードし、リードした時刻情報３００６を障害情報１３１と共に、主メモリ３００１内のシステム時刻格納エリア３００１１、障害情報格納エリア３００１２に、システム時刻情報３００４、障害情報３００５として格納する。
【００４８】
このとき格納された情報は、主メモリ内で表として保存しており、障害情報とシステム時刻とを関連付けることができ、収集したシステム時刻を用いることにより、制御対象Ａ〜Ｃに障害が起きた際にも、それらの障害情報を時系列に並べることができる。
【００４９】
図９は演算装置内のフレーム生成部の構成を示すブロック図、図１０はフレーム生成部を含む演算装置でのフレーム生成の処理動作を説明するフローチャートであり、次に、フレーム生成部の構成及びその処理動作について説明する。
【００５０】
演算装置３６は、すでに説明したように、内部にプロセッサ３６０１と、ＬＳＩ３６０２と、光信号送受信部３６０８とを備えて構成されている。そして、プロセッサ３６０１内には、ミドルウェア３６０１１が設けられ、ＬＳＩ３６０２内には、システム時刻タイマ３６０２１、ネットワーク時刻タイマ３６０２２、ネットワーク時刻制御レジスタ３６０２３、フレーム生成部３６０２４が設けられている。ネットワーク時刻制御レジスタ３６０２３には、自演算装置が、時刻マスタとなっているか、時刻スレーブとなっているかを示す情報が格納されている。フレーム生成部３６０２４は、時刻情報生成部３６０２４１、ＣＲＣ計算部３６０２４２を有して構成されている。
【００５１】
次に、図１０に示すフローを参照して、フレーム生成部を含む演算装置でのフレーム生成の処理動作を説明する。
【００５２】
（１）時刻マスタとなっている演算装置３６内のミドルウェア３６０１１は、ＬＳＩ３６０２内のシステム時刻タイマ３６０２１からシステム時刻をリードして時刻情報３６０３を取得し、取得した時刻情報をネットワーク時刻タイマ３６０２２へ格納する（ステップＦ１９）。
【００５３】
（２）次に、ネットワーク時刻タイマ３６０２２の時刻情報とネットワーク時刻制御レジスタ３６０２３内の情報とが、それぞれ、フレーム生成部３６０２４内の時刻情報生成部３６０２４１にネットワーク時刻情報３６０４、時刻マスタビット情報（ここでは、時刻マスタを示している）３６０５として送信される。前述の時刻マスタビット情報とは、演算装置が時刻マスタであるか、時刻スレーブであるかを示す情報であり、時刻マスタビット情報（マスタ）とは、演算装置が時刻マスタであることを示し、時刻マスタビット情報（スレーブ）とは演算装置が時刻スレーブであることを示す（ステップＦ２０）。
【００５４】
（３）時刻情報生成部３６０２４１は、ネットワーク時刻情報制御レジスタ３６０２３からの情報が時刻マスタビット情報（マスタ）３６０５であることを条件に、ネットワーク時刻情報３６０４送信フレームへ添付して時刻情報添付フレーム３６０６を生成し、生成したフレームをＣＲＣ計算部３６０２４２へ送信する（ステップＦ２１）。
【００５５】
（４）ＣＲＣ計算部３６０２４２は、受け取った時刻情報添付フレーム３６０６からＣＲＣ値を計算し、時刻情報送信フレーム３６０７を生成する（ステップＦ２２）。
【００５６】
（５）生成された時刻情報フレーム３６０７はＬＳＩ３６０２から定周期で光信号送受信部３６０８及び通信路１３４を介して送出される（ステップＦ２３）。
【００５７】
図１１は演算装置内のフレーム受信部の構成を示すブロック図、図１２はフレーム受信部を含む演算装置でのフレーム受信の処理動作を説明するフローチャートであり、次に、フレーム受信部の構成及びその処理動作について説明する。なお、フレーム生成部は、全ての演算装置のそれぞれに備えられているが、フレーム受信部がフレーム受信を行うのは、時刻スレーブとなっている演算装置内のフレーム受信部のみである。
【００５８】
演算装置３７は、すでに説明したように、内部にプロセッサ３７０１と、ＬＳＩ３７０２と、光信号送受信部３７０８とを備えて構成されている。そして、プロセッサ３７０１）内には、ミドルウェア３７０１１が設けられ、ＬＳＩ３７０２内には、システム時刻タイマ３７０２１、ネットワーク時刻制御レジスタ３７０２２、フレーム受信部３７０２３が設けられている。ネットワーク時刻制御レジスタ３７０２２には、自演算装置が、時刻マスタとなっているか、時刻スレーブとなっているかを示す情報が格納されている。フレーム受信部３７０２３は、フレーム解析部３７０２３４、時刻情報受信部３７０２３１、ＣＲＣ解析部３７０２３３、時刻情報格納解析部３７０２３２を有して構成されている。
【００５９】
次に、図１２に示すフローを参照して、フレーム受信部を含む演算装置でのフレーム受信の処理動作を説明する。
【００６０】
（１）フレーム解析部３７０２３４は、光信号受信部３７０３で受信した時刻情報フレーム３７１０が送られてくると、フレーム内の時刻情報３７０６を時刻情報受信部３７０２３１に送信し、フレーム内のＣＲＣ情報３７０８をＣＲＣ解析部３７０２３３に送信し、さらに、フレーム内の時刻マスタビット情報（マスタ）３７０９を時刻情報格納解析部３７０２３２に送信する（ステップＦ２３）。
【００６１】
（２）ネットワーク制御レジスタ３７０２２は、時刻マスタビット情報（スレーブ）３７０７を時刻格納解析部３７０２３２へ送信する。そして、時刻情報格納解析部３７０２３２はＣＲＣ情報３７０８が正常、かつ、時刻情報フレーム３７１０内の時刻マスタビット情報がマスタを示し、かつ、ネットワーク制御レジスタ３７０２２からの時刻マスタビット情報がスレーブを示したときのみストローブ信号３７０５をネットワーク時刻タイマ３７０２１に送信する（ステップＦ２４、Ｆ２５）。
【００６２】
（３）時刻情報受信部３７０２３１は、ネットワーク時刻情報３７０４をネットワーク時刻タイマ３７０２１へ送信するが、ネットワーク時刻タイマ３７０２１は、ストローブ信号３７０５を受信したときにのみ、時刻情報受信部３７０２３１から送信されてきたネットワーク時刻情報３７０４を自タイマに格納する（ステップＦ２６）。
【００６３】
前述した本発明の実施形態での各処理は、プログラムにより構成し、本発明が備えるＣＰＵに実行させることができ、また、それらのプログラムは、ＦＤ、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ等の記録媒体に格納して提供することができ、また、ネットワークを介してディジタル情報により提供することができる。
【符号の説明】
【００６４】
８ ＰＯＣ
９〜１０ 演算装置Ａ〜Ｃ
１０７〜１１０ 通信路
１２〜１４ 制御対象Ａ〜Ｃ
９０１、１００１ ＬＳＩ
９０２、１００２ プロセッサ
９０３、１００３ 光信号送受信部
９０１１、１０１１ システム時刻タイマ
９０１２、１００１２ ネットワーク時刻タイマ
９０１３、１００１３ フレーム受信部
９０１４、１００１４ フレーム生成部
９０２１、１００２１ ミドルウェア
３００１ 主メモリ
３６０２３ ネットワーク時刻制御レジスタ
３７０２３１ 時刻情報受信部
３７０２３２ 時刻情報格納解析部
３７０２３３ ＣＲＣ解析部
３７０２３４ フレーム解析部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御システム及び時刻同期方法に係り、特に、プラント設備等を制御する複数の演算装置が伝送路を介して接続された制御システム及び各演算装置の時刻同期方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は従来技術による制御システム及び演算装置の構成を示すブロック図、図２は制御システムを構成する複数の演算装置の時刻を同期させる処理動作を説明するフローチャートであり、図１、図２を参照して従来技術による制御システムの構成及び演算装置の時刻同期方法について説明する。
【０００３】
従来技術による制御システムは、図１に示しているように、それぞれにプラント設備等における複数の部位の制御対象Ａ５〜Ｃ７が接続されている複数の演算装置Ａ２〜Ｃ４と、これらの演算装置Ａ２〜Ｃ４の監視制御のためにユーザが使用し、マスタ時刻としてのシステムの時刻情報を有する制御監視装置であるＰＯＣ１とが、通信路１００〜１０３（図１に示す例では光通信路とする）を介して、通信可能に接続されて構成されている。そして、ユーザは、ＰＯＣ１を用いて、通信路１００〜１０３を介して演算装置Ａ２〜Ｃ４の監視、制御を行うことができる。なお、図１に示す例では、通信路全体ループ状に接続されてネットワークを構成しているように示しているが、本発明の実施形態も含めて、ネットワークがループ状に構成される必要はない。
【０００４】
演算装置Ａ２〜Ｃ４のそれぞれは、演算装置Ａ２を代表として示すように、ミドルウェア２０１１を備えたプロセッサ２０１と、ＬＳＩ２０２と、光信号送受信部２０３とを備えて構成されている。ＬＳＩ２０２の内部には、システム時刻タイマ２０２１と呼ぶ時刻タイマを有している。このシステム時刻タイマ２０２１は、プロセッサ２０１内のミドルウェア２０１１がそれぞれの制御対象の制御等を行うためのタスク処理を行う際に参照する時刻を経時しており、定期的にＰＯＣ１から送信されてきたシステム時刻が、ミドルウェア２０１１により格納されて、その後、自身で計時している。各演算装置は、制御対象に対するタスクが存在している時間帯にシステム時刻タイマ２０２１の値が変わってしまうと、処理されないタスクが生じてしまうことがあるため、ＰＯＣ１から送信されてきた時刻を用いて演算装置Ａ２〜Ｃ４間で時刻同期を行う際には、タスクが存在していない時間帯を指定しなければならない。タスクが存在していない時間帯は、管理者であるユーザが、ＰＯＣ１から各演算装置を監視することにより知ることができるので、その時間帯で１日に１回程度の頻度で指定される。ミドルウェア２０１は、光信号送受信部２０３を介してＰＯＣ１からのシステム時刻情報２０５を受け取ると、その時刻をＬＳＩ２０２内のシステム時刻タイ２０２１に格納する。
【０００５】
次に、図２を参照して演算装置の時刻を同期させるためシステム時刻タイマ２０２１へのシステム時刻設定の処理動作を説明する。
【０００６】
（１）まず、ユーザは、ＰＯＣ１を使用して、ＰＯＣ１が持つ時刻情報を前述したように１日１回程度、通信路１００を介して演算装置Ａ２に送信する。演算装置Ａ２は、光信号送受信部２０３がＰＯＣ１からの時刻情報を受信して、演算装置Ａ２のプロセッサ２０１内のミドルウェア２０１１にシステム時刻情報２０５として提供する（ステップＦ１）。
【０００７】
（２）システム時刻情報２０５を得たミドルウェア２０１１は、光信号送受信部２０３から得たシステム時刻情報２０５をＬＳＩ２０２内のシステム時刻タイマ２０２１へ、システム時刻情報２０４として格納する（ステップＦ２）。
【０００８】
（３）前述したステップＦ１、Ｆ２の処理と同様な手順により、演算装置Ｂ３、Ｃ４のシステム時刻タイマへシステム時刻情報を格納する（ステップＦ３）。
【０００９】
前述で説明したような処理により各演算装置のシステム時刻タイマ２０２１へのシステム時刻の設定が行われる。しかし、この時刻同期の処理は、ミドルウェアであるソフトウェアによる時刻設定の処理が行われているため、時刻同期精度が各演算装置の処理負荷に依存してしまい、各演算装置間の時刻誤差を規定（通信路での遅延、時刻設定の処理での遅延は、誤差として規定することができる）することができない。このため、各演算装置間の時刻を同期させることができないこととなる。
【００１０】
一般に、顧客のプラント設備等で問題が発生した場合、設備を納入した企業としては、問題要因を解析し、原因を説明する責任がある。このため、複数の演算装置と制御対象からなる設備における問題発生の解析のため、問題発生の要因を時系列順に並べて把握することが重要であり、各制御装置は、各種同期化手段によってシステム時刻を同期化・補正している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
各演算装置のシステム時刻を同期化・補正する場合、システム時刻を同期化・補正することにより、演算装置でシステム時刻を参照して動作しているプログラムが動作タイミングを失い、障害となる場合があり、これを解決するために、ＩＥＥＥ１５８８のようなソフトウェアによる高精度な時刻同期化の手段を用いると、ソフトウェア負荷が増加し、演算装置の本来のプラント等に対する制御処理を害することがあるという問題点を生じさせる。また、ＧＰＳによる時刻同期化の方法を用いることも可能であるが、この方法は、配線敷設による設備コストの面で、高価になるという問題点を有している。
【００１２】
前述で説明した従来技術による時刻同期の処理では、各演算装置間の時刻誤差を規定することができないため、制御対象Ａ２〜Ｃ４に障害が起きた際、障害の解析等のために、障害情報を時系に並べることができなくなるという問題を生じさせていた。また、前述のように、ソフトウェアの作りこみにより時刻同期の精度を上げることは可能であるが、その場合、演算装置のソフトウェア負荷が大きくなってしまい、本来の主目的であるプラント制御に悪影響を及ぼしてしまうという問題点を生じさせることになる。
【００１３】
本発明の目的は、前述で説明したような点に鑑み、各演算装置の本来の制御処理の性能を低下させることなく、複数の演算装置間でシステム時刻を同期化することができるようにしたプラント設備等を制御する複数の演算装置が通信路を介して接続された制御システム及び各演算装置の時刻同期方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によれば前記目的は、複数の演算装置が通信路により相互に接続され、前記複数の演算装置のそれぞれに制御対象が接続されて構成されている制御システムにおいて、前記複数の演算装置のそれぞれは、プロセッサと、システム時刻タイマと、独立した時刻同期専用のネットワーク時刻タイマと、フレーム生成手段と、フレーム受信手段とが備えられており、前記複数の演算装置の１つが時刻マスタに指定され、他の演算装置が時刻スレーブに指定され、前記時刻マスタである演算装置のプロセッサは、一定の周期で前記システム時刻タイマの時刻を取得して前記ネットワーク時刻タイマに格納して計時を続けさせ、前記フレーム生成手段は、前記ネットワーク時刻タイマの時刻情報を取得し、取得したネットワーク時刻タイマの時刻情報を含むフレームを生成し、生成したフレームを一定の周期で前記時刻スレーブである演算装置にブロードキャスト送信し、前記時刻スレーブである演算装置の前記フレーム受信手段は、前記ブロードキャスト送信されてきたフレームを受信し、フレーム内の時刻情報を自演算装置内の前記ネットワーク時刻タイマに格納して計時を続けさせることにより達成される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、各演算装置は、本来の制御処理の性能を低下させることなく、複数の演算装置間でネットワーク時刻を同期化させることが可能となり、それによって、制御対象の設備に問題が発生した際、問題要因を時系列に並べ把握することができ、原因究明に役立てることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来技術による制御システム及び演算装置の構成を示すブロック図である。
【図２】従来技術による制御システムを構成する複数の演算装置の時刻を同期させる処理動作を説明するフローチャートである。
【図３】本発明の一実施形態による制御システム及び各演算装置の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施形態による制御システムを構成する複数の演算装置の時刻を同期させる処理動作を説明するフローチャートである。
【図５】図３に示す本発明の実施形態による制御システムで、演算装置の制御対象に障害が起きた際の時刻情報の収集方法を説明する図である。
【図６】本発明の他の実施形態による制御システム及び各演算装置の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の他の実施形態による制御システムを構成する複数の演算装置の時刻を同期させる処理動作を説明するフローチャートである。
【図８】図６に示す本発明の他の実施形態による制御システムで、演算装置の制御対象に障害が起きた際の時刻情報の収集方法を説明する図である。
【図９】演算装置内のフレーム生成部の構成を示すブロック図である。
【図１０】フレーム生成部を含む演算装置でのフレーム生成の処理動作を説明するフローチャートである。
【図１１】演算装置内のフレーム受信部の構成を示すブロック図である。
【図１２】フレーム受信部を含む演算装置でのフレーム受信の処理動作を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明による制御システム及び各演算装置の時刻同期方法の実施形態を図面により詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一名を持つ構成要素であっても、図毎にそれらの要素に付与した符号が異なっているが、同一名であれば同一の構成要素である。
【００１８】
図３は本発明の一実施形態による制御システム及び各演算装置の構成を示すブロック図、図４は制御システムを構成する複数の演算装置の時刻を同期させる処理動作を説明するフローチャートである。図３に示す制御システム及び各演算装置の構成は、前述で説明した図１と大きくは変わらないため、以下では、図１と異なる点について説明する。
【００１９】
図３に示す本発明の実施形態による制御システムの構成は、図１により説明した従来技術の場合と同一であり、各演算装置の構成が異なっている。すなわち、演算装置Ａ９〜Ｃ１１のそれぞれは、演算装置Ａ９、Ｂ１０を代表として示すように、演算装置Ａ９のＬＳＩ９０１内に、システム時刻タイマ９０１１、１００１１に加え、時刻同期専用として設けたネットワーク時刻タイマ９０１２、１００１２という時刻タイマを加えた点と、フレーム受信部９０１３、１００１３及びフレーム生成部９０１４、１００１４とを加えた点で、従来技術の場合と異なっている。本発明の実施形態では、時刻同期専用であるネットワーク時刻タイマ９０１２、１００１２を加えたことにより、システム時刻タイマ９０１１、１０１１）の値を変更することなく、時刻同期を可能としている。
【００２０】
前述で説明したような構成を有する本発明の実施形態による制御システムは、従来技術による制御システムからの変更点、新規追加部分が少ないため、低コストで実現することができる。
【００２１】
次に、図４を参照して演算装置Ａ９の時刻を同期させるためネットワーク時刻タイマ９０１２への時刻設定の処理動作を説明する。
【００２２】
（１）まず、ユーザは、ＰＯＣ８を使用して、ＰＯＣ８が持つ時刻情報を通信路１０７を介して演算装置Ａ９に送信する。演算装置Ａ９は、光信号送受信部９０３がＰＯＣ８からの時刻情報を受信して、演算装置Ａ９のプロセッサ９０２内のミドルウェア９０２１にシステム時刻情報９０７として提供する（ステップＦ４）。
【００２３】
（２）システム時刻情報９０７を得たミドルウェア９０２１は、光信号送受信部９０３から得たシステム時刻情報９０７をＬＳＩ９０１内のシステム時刻タイマ９０１１へ、システム時刻情報９０４として格納する（ステップＦ５）。
【００２４】
（３）前述したステップＦ４、Ｆ５の処理と同様な手順により、演算装置Ｂ１０、Ｃ１１のシステム時刻タイマへシステム時刻情報を格納する（ステップＦ６）。
【００２５】
ここまでの処理は、従来技術での処理として説明した図２のＦ１〜Ｆ３までの処理と同様である。
【００２６】
（４）次に、ユーザは、ＰＯＣ８から各演算装置のうち１つを時刻マスタとして指定する。ここでは、演算装置Ａ９を時刻マスタとして指定したものとして説明を続けるが、ユーザは、任意の演算装置を時刻マスタとして指定することができる。時刻マスタとして指定されなかった演算装置Ｂ１０、Ｃ１１は、時刻スレーブとなる（ステップＦ７）。
【００２７】
（５）時刻マスタに指定された演算装置Ａ９のミドルウェア９０２１は、定周期（４秒に１回程度）でシステム時刻タイマ９０１１からシステム時刻をリードしてシステム時刻情報９０５を収集し、その時刻情報をネットワーク時刻タイマ９０１２に格納する。その後、ネットワーク時刻タイマ９０１２は、自身で計時を続ける。この処理により、ネットワーク時刻タイマ９０１２は、システム時刻タイマ９０１１と近い値をとることができる（ステップＦ８）。
【００２８】
（６）その後、演算装置Ａ９のＬＳＩ９０１のフレーム生成部９０１４は、ネットワーク時刻タイマ９０１２の時刻をネットワーク時刻情報９０８として取得し、ネットワーク時刻情報９０８を送信フレームに添付し、時刻情報フレーム９０９を生成し、そのフレームを時刻スレーブである演算装置Ｂ１０、Ｃ１１に光信号送受信部９０３からブロードキャストする（ステップＦ９）。
【００２９】
（７）時刻スレーブである演算装置Ｂ１０は、光信号送受信部１００３が時刻情報フレーム９０９を受信し、受信した時刻情報フレーム９０９のネットワーク時刻情報をＬＳＩ１００１内のフレーム受信部１００１３を介してネットワーク時刻タイマ１００１２に格納し、その後、ネットワーク時刻タイマ１００１２に時刻の計時を続けさせる。演算装置Ｃ１１も同様にネットワーク時刻情報をネットワーク時刻タイマに格納する。なお、ここで用いている送信フレームは、従来技術で時刻同期以外の目的で用いられているフレームであり、本発明の実施形態で新たに追加したものではない。また、時刻情報フレーム９０９とは、従来の送信フレームにネットワーク時刻情報９０８を添付したものである。本発明の実施形態では、従来から用いられている送信フレームを用いているため、図１に示して説明した従来技術による制御システムと本発明の実施形態による制御システムを併用することが可能である。フレーム受信部９０１３とフレーム生成部９０１４との詳細な構成については後述する（ステップＦ１０）。
【００３０】
図５は図３に示す本発明の実施形態による制御システムで、演算装置の制御対象に障害が起きた際の時刻情報の収集方法を説明する図である。図５には、図３に示す制御システムと同一の制御システムを示しているが、時刻情報の収集の説明のために必要な主メモリ情報を追記し、不必要なフレーム生成部、受信部を割愛して示している。時刻情報の収集方法は演算装置Ａ１６〜Ｃ１８において同一であるため、ここでは演算装置Ａ１６についてのみ説明する。
【００３１】
演算装置Ａ１６のプロセッサ１６０２内のミドルウェア１６０２１は、制御対象Ａ１９から制御対象Ａ１９の障害情報１６０９を受信すると、ＬＳＩ１６０３内のシステム時刻タイマ１６０３１からシステム時刻をリードしリードした時刻情報１６０７と、ネットワーク時刻タイマ１６０３２からネットワーク時刻をリードしリードした時刻情報１６０８とを収集し、障害情報と共に、主メモリ１６０１内の、ネットワーク時刻格納エリア１６０１１、システム時刻格納エリア１６０１２、障害情報格納エリア１６０１３に格納する。このとき格納された情報は、主メモリ１６０１内で表として保存しており、障害情報と、ネットワーク時刻及びシステム時刻とを関連付けることができる。演算装置Ｂ１７、１８でも、制御対象に障害が発生した場合、前述と同様な処理を行う。このよう方法で時刻を収集することにより、制御対象Ａ１９、Ｂ２０、Ｃ２１に障害が起きた際にも、同期されているネットワーク時刻に従って、それらの障害情報を時系列に並べることができる。なお、この場合、システム時刻は、タスクが働く、あるいは、タスクが働いている時間を規定するためにだけ利用されている。
【００３２】
次に、図３の参照に戻って、本発明の実施形態における時刻同期の精度について説明する。
【００３３】
演算装置９〜１１の相互間を接続する通信路１０７〜１１０は、リアルタイム性を保障する通信路であり、フレームの中継遅延を規定することができる。また、時刻情報フレーム９０９、１００６として用いているフレームは、フレーム生成部９０１４から定周期で送出されるフレームであるため、時刻スレーブである演算装置Ｂ１０、Ｃ１１は、定周期で時刻を同期することができる。定周期で時刻を同期することにより、各演算装置Ｂ１０、Ｃ１１の独立したネットワーク時刻タイマが持つクロック発振器であるＯＳＣのバラつきの影響を小さくすることができる。前述の定周期とは、一定の範囲内でユーザーが任意に決めることができる値である。これらより、ネットワーク時刻タイマの時刻同期精度を、非常に高くすることができ、かつ、その精度を規定することができる。また、時刻情報フレームの送信がハードウェアによるブロードキャストで行われるため、各演算装置Ａ９〜Ｃ１１のソフトウェア負荷を最小限に抑えることができる。なお、タイマの時刻精度は、それぞれの持つＯＳＣの精度と、ブロードキャストでの時間精度で決まるものである。
【００３４】
図６は本発明の他の実施形態による制御システム及び各演算装置の構成を示すブロック図である。図６に示す制御システム及び演算装置の構成において、システムの構成及び各演算装置内部のＬＳＩ、プロセッサ、光送受信部の構成は、前述で説明した図３の場合と同一であり、図３からの変更点は、時刻スレーブである演算装置Ｂ２４の光送受信部２４０３からミドルウェア２４０２１へ送信される信号が、図６に示す例ではネットワーク時刻リードトリガとなっている点である。なお、演算装置Ｂ２４と演算装置Ｃ２５は、同様の構成を持つため、演算装置Ｃ２５の構成については図示していない。
【００３５】
図７は本発明の他の実施形態による制御システムを構成する複数の演算装置の時刻を同期させる処理動作を説明するフローチャートであり、次に、これについて説明する。
【００３６】
（１）まず、ユーザは、ＰＯＣ２２を使用して、ＰＯＣ２２が持つ時刻情報を通信路１２０を介して演算装置Ａ２３に送信する。演算装置Ａ２３は、光信号送受信部２３０３がＰＯＣ２２からの時刻情報を受信して、演算装置Ａ２３のプロセッサ２３０２内のミドルウェア２３０２１にシステム時刻情報２３０８として提供する（ステップＦ１１）。
【００３７】
（２）システム時刻情報２３０８を得たミドルウェア２３０２１は、光信号送受信部２３０３から得たシステム時刻情報２３０８をＬＳＩ２３０１内のシステム時刻タイマ２３０１１へ、システム時刻情報２３０４として格納する。また、前述までの処理と同様な手順により、演算装置Ｂ１０、Ｃ１１のシステム時刻タイマへシステム時刻情報を格納する（ステップＦ１２）。
【００３８】
ここまでの処理は、従来技術での処理として説明した図２のＦ１〜Ｆ３での処理と同様である。
【００３９】
（３）次に、ユーザは、ＰＯＣ２２から各演算装置のうち１つを時刻マスタとして指定する。ここでは、演算装置Ａ２３を時刻マスタとして指定したものとして説明を続けるが、ユーザは、任意の演算装置を時刻マスタとして指定することができる。時刻マスタとして指定されなかった演算装置Ｂ１０、Ｃ１１は、時刻スレーブとなる（ステップＦ１３）。
【００４０】
（４）時刻マスタに指定された演算装置Ａ２３のミドルウェア２３０２１は、定周期（４秒に１回程度）でシステム時刻タイマ２３０１１からシステム時刻をリードしてシステム時刻情報２３０５を収集し、その時刻情報２３０６をネットワーク時刻タイマ９０１２に格納する。この処理により、ネットワーク時刻タイマ９０１２は、システム時刻タイマ９０１１と近い値をとることになる（ステップＦ１４）。
【００４１】
（５）次に、演算装置Ａ２３のＬＳＩ２３０１のフレーム生成部２３０１４は、ネットワーク時刻タイマ２３０１２の時刻をネットワーク時刻情報２３０７として取得し、ネットワーク時刻情報２３０７を送信フレームに添付し、時刻情報フレーム２３０９を生成し、そのフレームを時刻スレーブである演算装置Ｂ２４、Ｃ２５に光信号送受信部２３０３からブロードキャストする（ステップＦ１５）。
【００４２】
（６）時刻スレーブである演算装置Ｂ２４は、光信号送受信部２４０３が時刻情報フレーム２３０９を受信し、受信した時刻情報フレーム２３０９のネットワーク時刻情報をＬＳＩ２４０１内のフレーム受信部２４０１３を介してネットワーク時刻タイマ２４０１２にネットワーク時刻情報２４０６として格納し、ネットワーク時刻タイマ２４０１２に時刻の計時を続けさせる。演算装置Ｃ２５も同様にネットワーク時刻情報をネットワーク時刻タイマに格納する（ステップＦ１６）。
【００４３】
（７）ユーザは、ＰＯＣ２２を使用して、時刻スレーブとなっている演算送信のシステム時刻を更新する際にタスク処理が抜けてしまうようなタスク処理に影響を及ぼすことのない周期である推奨周期、例えば、４秒程度で時刻スレーブとなっている演算装置Ｂ２４、Ｃ２５にネットワーク時刻情報リードトリガ２４０７を発行させる。前述の推奨周期の値は、システム構成により異なるが、前述で説明したように本発明の実施形態では時刻同期精度を規定することができるため、ユーザーは、推奨周期を算出することができる（ステップＦ１７）。
【００４４】
（８）ネットワーク時刻情報リードトリガは、時刻スレーブである演算装置Ｂ２４の光信号送受信部２４０３により受信され、受信されたネットワーク時刻情報リードトリガは、光信号送受信部２４０３からプロセッサ２４０２内のミドルウェア２４０２１にネットワーク時刻情報リードトリガ２４０７として渡される。ミドルウェア２４０２１は、ネットワーク時刻情報リードトリガ２４０７を受け取ると、ＬＳＩ２４０１内のネットワーク時刻タイマ２４０１２からネットワーク時刻をその時刻のリード情報２４０５として取得し、システム時刻タイマ２４０１１へ格納する。演算装置Ｃ２５においても、演算装置Ｂ２４と同様の処理が行われる（ステップＦ１８）。
【００４５】
図６により説明した本発明の第２の受信による制御システムは、演算装置Ａ２３〜Ｃ２５のシステム時刻タイマが同期されることになるため、各制御対象Ａ２６〜Ｃ２８に障害が発生したときに、その時点の時刻情報を収集する際、ネットワーク時刻リード情報を収集することなく、各演算装置のシステム時刻タイマからシステム時刻のみを収集することにより、発生した障害を時系列に並べることができる。時刻同期に用いている時刻情報フレーム２３０９は図３に示して説明した制御システムで用いているフレームと同様であり、中継遅延も同様である。このため、時刻同期精度については、図３に示して説明した制御システムの場合と変わらない。
【００４６】
図８は図６に示す本発明の他の実施形態による制御システムで、演算装置の制御対象に障害が起きた際の時刻情報の収集方法を説明する図である。図８には、図６に示す制御システムと同一の制御システムを示しているが、時刻情報の収集の説明のために必要な主メモリ情報を追記し、不必要なフレーム生成部、受信部を割愛して示している。時刻情報の収集方法は演算装置Ａ３０〜Ｃ３２において同一であるため、ここでは演算装置Ａ３０についてのみ説明する。
【００４７】
演算装置Ａ３０のプロセッサ３００２内のミドルウェア３００２１は、制御対象Ａ３３から制御対象Ａ３３の障害情報１３１を受信すると、ＬＳＩ３００３内のシステム時刻タイマ３００３２からシステム時刻をリードし、リードした時刻情報３００６を障害情報１３１と共に、主メモリ３００１内のシステム時刻格納エリア３００１１、障害情報格納エリア３００１２に、システム時刻情報３００４、障害情報３００５として格納する。
【００４８】
このとき格納された情報は、主メモリ内で表として保存しており、障害情報とシステム時刻とを関連付けることができ、収集したシステム時刻を用いることにより、制御対象Ａ〜Ｃに障害が起きた際にも、それらの障害情報を時系列に並べることができる。
【００４９】
図９は演算装置内のフレーム生成部の構成を示すブロック図、図１０はフレーム生成部を含む演算装置でのフレーム生成の処理動作を説明するフローチャートであり、次に、フレーム生成部の構成及びその処理動作について説明する。
【００５０】
演算装置３６は、すでに説明したように、内部にプロセッサ３６０１と、ＬＳＩ３６０２と、光信号送受信部３６０８とを備えて構成されている。そして、プロセッサ３６０１内には、ミドルウェア３６０１１が設けられ、ＬＳＩ３６０２内には、システム時刻タイマ３６０２１、ネットワーク時刻タイマ３６０２２、ネットワーク時刻制御レジスタ３６０２３、フレーム生成部３６０２４が設けられている。ネットワーク時刻制御レジスタ３６０２３には、自演算装置が、時刻マスタとなっているか、時刻スレーブとなっているかを示す情報が格納されている。フレーム生成部３６０２４は、時刻情報生成部３６０２４１、ＣＲＣ計算部３６０２４２を有して構成されている。
【００５１】
次に、図１０に示すフローを参照して、フレーム生成部を含む演算装置でのフレーム生成の処理動作を説明する。
【００５２】
（１）時刻マスタとなっている演算装置３６内のミドルウェア３６０１１は、ＬＳＩ３６０２内のシステム時刻タイマ３６０２１からシステム時刻をリードして時刻情報３６０３を取得し、取得した時刻情報をネットワーク時刻タイマ３６０２２へ格納する（ステップＦ１９）。
【００５３】
（２）次に、ネットワーク時刻タイマ３６０２２の時刻情報とネットワーク時刻制御レジスタ３６０２３内の情報とが、それぞれ、フレーム生成部３６０２４内の時刻情報生成部３６０２４１にネットワーク時刻情報３６０４、時刻マスタビット情報（ここでは、時刻マスタを示している）３６０５として送信される。前述の時刻マスタビット情報とは、演算装置が時刻マスタであるか、時刻スレーブであるかを示す情報であり、時刻マスタビット情報（マスタ）とは、演算装置が時刻マスタであることを示し、時刻マスタビット情報（スレーブ）とは演算装置が時刻スレーブであることを示す（ステップＦ２０）。
【００５４】
（３）時刻情報生成部３６０２４１は、ネットワーク時刻情報制御レジスタ３６０２３からの情報が時刻マスタビット情報（マスタ）３６０５であることを条件に、ネットワーク時刻情報３６０４送信フレームへ添付して時刻情報添付フレーム３６０６を生成し、生成したフレームをＣＲＣ計算部３６０２４２へ送信する（ステップＦ２１）。
【００５５】
（４）ＣＲＣ計算部３６０２４２は、受け取った時刻情報添付フレーム３６０６からＣＲＣ値を計算し、時刻情報送信フレーム３６０７を生成する（ステップＦ２２）。
【００５６】
（５）生成された時刻情報フレーム３６０７はＬＳＩ３６０２から定周期で光信号送受信部３６０８及び通信路１３４を介して送出される（ステップＦ２３）。
【００５７】
図１１は演算装置内のフレーム受信部の構成を示すブロック図、図１２はフレーム受信部を含む演算装置でのフレーム受信の処理動作を説明するフローチャートであり、次に、フレーム受信部の構成及びその処理動作について説明する。なお、フレーム生成部は、全ての演算装置のそれぞれに備えられているが、フレーム受信部がフレーム受信を行うのは、時刻スレーブとなっている演算装置内のフレーム受信部のみである。
【００５８】
演算装置３７は、すでに説明したように、内部にプロセッサ３７０１と、ＬＳＩ３７０２と、光信号送受信部３７０８とを備えて構成されている。そして、プロセッサ３７０１）内には、ミドルウェア３７０１１が設けられ、ＬＳＩ３７０２内には、システム時刻タイマ３７０２１、ネットワーク時刻制御レジスタ３７０２２、フレーム受信部３７０２３が設けられている。ネットワーク時刻制御レジスタ３７０２２には、自演算装置が、時刻マスタとなっているか、時刻スレーブとなっているかを示す情報が格納されている。フレーム受信部３７０２３は、フレーム解析部３７０２３４、時刻情報受信部３７０２３１、ＣＲＣ解析部３７０２３３、時刻情報格納解析部３７０２３２を有して構成されている。
【００５９】
次に、図１２に示すフローを参照して、フレーム受信部を含む演算装置でのフレーム受信の処理動作を説明する。
【００６０】
（１）フレーム解析部３７０２３４は、光信号受信部３７０３で受信した時刻情報フレーム３７１０が送られてくると、フレーム内の時刻情報３７０６を時刻情報受信部３７０２３１に送信し、フレーム内のＣＲＣ情報３７０８をＣＲＣ解析部３７０２３３に送信し、さらに、フレーム内の時刻マスタビット情報（マスタ）３７０９を時刻情報格納解析部３７０２３２に送信する（ステップＦ２３）。
【００６１】
（２）ネットワーク制御レジスタ３７０２２は、時刻マスタビット情報（スレーブ）３７０７を時刻格納解析部３７０２３２へ送信する。そして、時刻情報格納解析部３７０２３２はＣＲＣ情報３７０８が正常、かつ、時刻情報フレーム３７１０内の時刻マスタビット情報がマスタを示し、かつ、ネットワーク制御レジスタ３７０２２からの時刻マスタビット情報がスレーブを示したときのみストローブ信号３７０５をネットワーク時刻タイマ３７０２１に送信する（ステップＦ２４、Ｆ２５）。
【００６２】
（３）時刻情報受信部３７０２３１は、ネットワーク時刻情報３７０４をネットワーク時刻タイマ３７０２１へ送信するが、ネットワーク時刻タイマ３７０２１は、ストローブ信号３７０５を受信したときにのみ、時刻情報受信部３７０２３１から送信されてきたネットワーク時刻情報３７０４を自タイマに格納する（ステップＦ２６）。
【００６３】
前述した本発明の実施形態での各処理は、プログラムにより構成し、本発明が備えるＣＰＵに実行させることができ、また、それらのプログラムは、ＦＤ、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ等の記録媒体に格納して提供することができ、また、ネットワークを介してディジタル情報により提供することができる。
【符号の説明】
【００６４】
８ ＰＯＣ
９〜１０ 演算装置Ａ〜Ｃ
１０７〜１１０ 通信路
１２〜１４ 制御対象Ａ〜Ｃ
９０１、１００１ ＬＳＩ
９０２、１００２ プロセッサ
９０３、１００３ 光信号送受信部
９０１１、１０１１ システム時刻タイマ
９０１２、１００１２ ネットワーク時刻タイマ
９０１３、１００１３ フレーム受信部
９０１４、１００１４ フレーム生成部
９０２１、１００２１ ミドルウェア
３００１ 主メモリ
３６０２３ ネットワーク時刻制御レジスタ
３７０２３１ 時刻情報受信部
３７０２３２ 時刻情報格納解析部
３７０２３３ ＣＲＣ解析部
３７０２３４ フレーム解析部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の演算装置が通信路により相互に接続され、前記複数の演算装置のそれぞれに制御対象が接続されて構成されている制御システムにおいて、
前記複数の演算装置のそれぞれは、プロセッサと、システム時刻タイマと、独立した時刻同期専用のネットワーク時刻タイマと、フレーム生成手段と、フレーム受信手段とが備えられており、前記複数の演算装置の１つが時刻マスタに指定され、他の演算装置が時刻スレーブに指定され、
前記時刻マスタである演算装置のプロセッサは、一定の周期で前記システム時刻タイマの時刻を取得して前記ネットワーク時刻タイマに格納して計時を続けさせ、
前記フレーム生成手段は、前記ネットワーク時刻タイマの時刻情報を取得し、取得したネットワーク時刻タイマの時刻情報を含むフレームを生成し、生成したフレームを一定の周期で前記時刻スレーブである演算装置にブロードキャスト送信し、
前記時刻スレーブである演算装置の前記フレーム受信手段は、前記ブロードキャスト送信されてきたフレームを受信し、フレーム内の時刻情報を自演算装置内の前記ネットワーク時刻タイマに格納して計時を続けさせることを特徴とする制御システム。
【請求項２】
前記複数の演算装置に接続されている制御対象に障害が生じた際、各演算装置のプロセッサは、主メモリ内に制御対象の障害情報を格納すると共に、前記システム時刻タイマの時刻情報と、前記時刻同期専用のネットワーク時刻タイマの時刻情報とを格納し、前記ネットワーク時刻タイマの時刻情報に基づいて、各制御対象に生じた障害を時系列に並べることを特徴とする請求項１記載の制御システム。
【請求項３】
前記時刻スレーブである演算装置の前記フレーム受信手段は、前記ブロードキャスト送信されてきたフレームを受信し、フレーム内の時刻情報を前記ネットワーク時刻タイマに格納して計時を続けさせ、
前記時刻スレーブである演算装置のプロセッサは、任意の周期で前記ネットワークタイマの時刻情報をシステム時刻タイマに格納して計時を続けさせること特徴とする請求項１記載の制御システム。
【請求項４】
前記複数の演算装置に接続されている制御対象に障害が生じた際、各演算装置のプロセッサは、主メモリ内に制御対象の障害情報を格納すると共に、前記システム時刻タイマの時刻情報を格納し、前記システム時刻タイマの時刻情報に基づいて、各制御対象に生じた障害を時系列に並べることを特徴とする請求項３記載の制御システム。
【請求項５】
複数の演算装置が通信路により相互に接続され、前記複数の演算装置のそれぞれに制御対象が接続されて構成されている制御システムにおける前記複数の演算装置の時刻同期方法において、
前記複数の演算装置のそれぞれは、プロセッサと、システム時刻タイマと、独立した時刻同期専用のネットワーク時刻タイマと、フレーム生成手段と、フレーム受信手段とが備えられており、前記複数の演算装置の１つが時刻マスタに指定され、他の演算装置が時刻スレーブに指定され、
前記時刻マスタである演算装置のプロセッサは、一定の周期で前記システム時刻タイマの時刻を取得して前記ネットワーク時刻タイマに格納して計時を続けさせ、
前記フレーム生成手段は、前記ネットワーク時刻タイマの時刻情報を取得し、取得したネットワーク時刻タイマの時刻情報を含むフレームを生成し、生成したフレームを一定の周期で前記時刻スレーブである演算装置にブロードキャスト送信し、
前記時刻スレーブである演算装置の前記フレーム受信手段は、前記ブロードキャスト送信されてきたフレームを受信し、フレーム内の時刻情報を自演算装置内の前記ネットワーク時刻タイマに格納して計時を続けさせることを特徴とする演算装置の時刻同期方法。
【請求項１】
複数の演算装置が通信路により相互に接続され、前記複数の演算装置のそれぞれに制御対象が接続されて構成されている制御システムにおいて、
前記複数の演算装置のそれぞれは、プロセッサと、システム時刻タイマと、独立した時刻同期専用のネットワーク時刻タイマと、フレーム生成手段と、フレーム受信手段とが備えられており、前記複数の演算装置の１つが時刻マスタに指定され、他の演算装置が時刻スレーブに指定され、
前記時刻マスタである演算装置のプロセッサは、一定の周期で前記システム時刻タイマの時刻を取得して前記ネットワーク時刻タイマに格納して計時を続けさせ、
前記フレーム生成手段は、前記ネットワーク時刻タイマの時刻情報を取得し、取得したネットワーク時刻タイマの時刻情報を含むフレームを生成し、生成したフレームを一定の周期で前記時刻スレーブである演算装置にブロードキャスト送信し、
前記時刻スレーブである演算装置の前記フレーム受信手段は、前記ブロードキャスト送信されてきたフレームを受信し、フレーム内の時刻情報を自演算装置内の前記ネットワーク時刻タイマに格納して計時を続けさせることを特徴とする制御システム。
【請求項２】
前記複数の演算装置に接続されている制御対象に障害が生じた際、各演算装置のプロセッサは、主メモリ内に制御対象の障害情報を格納すると共に、前記システム時刻タイマの時刻情報と、前記時刻同期専用のネットワーク時刻タイマの時刻情報とを格納し、前記ネットワーク時刻タイマの時刻情報に基づいて、各制御対象に生じた障害を時系列に並べることを特徴とする請求項１記載の制御システム。
【請求項３】
前記時刻スレーブである演算装置の前記フレーム受信手段は、前記ブロードキャスト送信されてきたフレームを受信し、フレーム内の時刻情報を前記ネットワーク時刻タイマに格納して計時を続けさせ、
前記時刻スレーブである演算装置のプロセッサは、任意の周期で前記ネットワークタイマの時刻情報をシステム時刻タイマに格納して計時を続けさせること特徴とする請求項１記載の制御システム。
【請求項４】
前記複数の演算装置に接続されている制御対象に障害が生じた際、各演算装置のプロセッサは、主メモリ内に制御対象の障害情報を格納すると共に、前記システム時刻タイマの時刻情報を格納し、前記システム時刻タイマの時刻情報に基づいて、各制御対象に生じた障害を時系列に並べることを特徴とする請求項３記載の制御システム。
【請求項５】
複数の演算装置が通信路により相互に接続され、前記複数の演算装置のそれぞれに制御対象が接続されて構成されている制御システムにおける前記複数の演算装置の時刻同期方法において、
前記複数の演算装置のそれぞれは、プロセッサと、システム時刻タイマと、独立した時刻同期専用のネットワーク時刻タイマと、フレーム生成手段と、フレーム受信手段とが備えられており、前記複数の演算装置の１つが時刻マスタに指定され、他の演算装置が時刻スレーブに指定され、
前記時刻マスタである演算装置のプロセッサは、一定の周期で前記システム時刻タイマの時刻を取得して前記ネットワーク時刻タイマに格納して計時を続けさせ、
前記フレーム生成手段は、前記ネットワーク時刻タイマの時刻情報を取得し、取得したネットワーク時刻タイマの時刻情報を含むフレームを生成し、生成したフレームを一定の周期で前記時刻スレーブである演算装置にブロードキャスト送信し、
前記時刻スレーブである演算装置の前記フレーム受信手段は、前記ブロードキャスト送信されてきたフレームを受信し、フレーム内の時刻情報を自演算装置内の前記ネットワーク時刻タイマに格納して計時を続けさせることを特徴とする演算装置の時刻同期方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−１０８８９５（Ｐ２０１３−１０８８９５Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５５２３３（Ｐ２０１１−２５５２３３）
【出願日】平成２３年１１月２２日（２０１１．１１．２２）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２２日（２０１１．１１．２２）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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