JP7374379B1 - データ収集装置、データ収集システム、データベース作成方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

半導体製造システムにおけるデータ収集装置（１０）は、制御指令に従って動作する複数の被制御機器に産業用ネットワーク（例えば、CC-Link IE TSN(三菱電機商標)、TSNネットワーク）を介して接続される。データ収集装置（１０）は、被制御機器それぞれの稼働状態を示す稼働データを通信周期毎に受信する主通信ユニット（１３）と、複数の被制御機器を管理するために被制御機器それぞれに付されるラベルのリストに対応する第１軸と、通信周期のリストに対応する第２軸と、を有する多次元データベースを作成する作成部（１２０）と、主通信ユニット（１３）によって受信された稼働データを、当該稼働データによって稼働状態が示される被制御機器のラベルに対応させて、通信周期毎に第２軸に沿ってデータベース（４０）に追加する追加部（１３０）と、を備える。

Description

本開示は、データ収集装置、データ収集システム、データベース作成方法及びプログラムに関する。

種々の機器を制御するＦＡ（Factory Automation）システムが運用される現場では、品質管理のためにデータを利用することの重要性が増している。例えば、半導体製造工場では、産業用ネットワークを介してサーボモータに代表される設備機器を制御して半導体ウェハが搬送される。このような設備機器からデータを収集して解析することで、設備機器の異常、及び、半導体ウェハの異常が検出される。

半導体製造工場のようなシステムの規模は大きく、収集されるデータも多くなるため、データはデータベースにおいて管理される。この種のデータベースを利用するためには、データの送信元又は管理担当のデータへの関連付けのような、データベースを構築するための作業が生じる。このような作業は、実際のシステムの構成を確認しながら実施する必要があるため、煩雑なものとなり、システム設計及び開発業務における負担が大きい。そこで、データベースをある程度自動的に構築する技術を利用することが考えられる（例えば、特許文献１を参照）。

特許文献１には、一定周期毎に通信装置同士がサイクリック通信を実行し、データ収集管理装置が、サイクリック通信において送信された通信データを管理する技術について記載されている。通信データは、送信元の通信装置を示す局番号と、通信周期を特定する周期番号と、を含む。データ収集管理装置は、局番号と、周期番号と、通信データの実データと、を含む行データを並べることで、収集した通信データを管理する。

国際公開第２０２１／１３０９１２号

特許文献１の技術は、通信データにエラーが発生した場合に、どのようなタイミングで送信された、どの通信装置からの通信データにエラーが発生しているかを管理するものである。このため、通信データを示す行データを一方向に並べて管理する場合であっても、この行データが周期番号と局番号を含んでいればエラーの発生を管理することができる。

しかしながら、周期的な通信の履歴をユーザが事後的に利用する際には、上述のように行データが単純に並べられた情報は、一覧性が乏しいため利用しやすいものとはいえない。したがって、ＦＡの現場における周期的な通信の履歴の利用を容易なものとする余地がある。

本開示は、上述の事情の下になされたもので、ＦＡの現場における周期的な通信の履歴の利用を容易なものとすることを目的とする。

上記目的を達成するため、本開示のデータ収集装置は、制御指令に従って動作する複数の被制御機器にネットワークを介して接続されるデータ収集装置であって、複数の被制御機器と共有される共有時刻により規定される通信周期毎に、被制御機器それぞれの稼働状態を示す稼働データを受信する通信手段と、複数の被制御機器を管理するために被制御機器それぞれに付されるラベルのリストに対応する第１軸と、通信周期のリストに対応する第２軸と、を有する多次元データベースを作成する作成手段と、通信手段によって受信された稼働データを、該稼働データによって稼働状態が示される被制御機器のラベルに対応させて、通信周期毎に第２軸に沿って多次元データベースに追加する追加手段と、被制御機器それぞれに対する制御指令を通信周期毎に取得する取得手段と、を備え、通信周期は、該通信周期内に配置された第１時間区分及び第２時間区分を有し、第１時間区分では、複数の被制御機器それぞれに対する制御指令がネットワークにおいて伝送され、第２時間区分では、複数の被制御機器それぞれの稼働データが通信手段によって受信され、第１軸は、稼働データの送信元としての被制御機器のラベルの第１リストと、制御指令の宛先としての被制御機器のラベルの第２リストと、を含むリストに対応し、追加手段は、稼働データを、第１リストのラベルに対応させて、通信周期毎に第２軸に沿って多次元データベースに追加し、取得手段によって取得された制御指令を、制御指令によって制御される被制御機器の第２リストのラベルに対応させて、通信周期毎に第２軸に沿って多次元データベースに追加する。

本開示によれば、追加手段が、稼働データを、被制御機器のラベルに対応させて、通信周期毎に第２軸に沿って多次元データベースに追加する。これにより、一覧性の高い多次元データベースが稼働データの受信履歴として生成されることとなる。したがって、ＦＡの現場における周期的な通信の履歴の利用を容易なものとすることができる。

実施の形態１に係るデータ収集システムの構成を示す図 実施の形態１に係る半導体製造工程における製造装置内でのウェハ処理の一例を示す図 実施の形態１に係るユーザインタフェースに対する入力例を示す図 実施の形態１に係るＦＡ装置のハードウェア構成を示す図 実施の形態１に係るデータ収集装置の機能的な構成を示す図 実施の形態１に係る作成部によって作成された段階のデータベースを示す図 実施の形態１に係る周期的な通信について説明するための第１の図 実施の形態１に係る周期的な通信について説明するための第２の図 実施の形態１に係る追加部によって稼働データが追加されたデータベースを示す図 実施の形態１に係るデータベーステーブル作成処理を示すフローチャート 実施の形態１に係るシステム構成情報の概要を示す図 実施の形態２に係るデータ収集装置の機能的な構成を示す図 実施の形態２に係るデータベースの一例を示す図 実施の形態３に係るデータベースの一例を示す図

以下、本開示の実施の形態に係るデータ収集システムについて、図面を参照しつつ詳細に説明する。

実施の形態１．
本実施の形態に係るデータ収集システム１００は、工場においてネットワークを介して機器を制御する制御システムの一部として構築される。この制御システムは、例えば、製造ライン、加工ライン、検査ライン、その他の処理工程を実施するためのＦＡシステムである。また、データ収集システム１００は、制御対象の機器の稼働状態を示す情報を機器から収集し、収集した情報は、分析の対象とされる。この分析は、例えば、異常又は異常予兆のリアルタイムな検出であってもよいし、品質管理のためのユーザによる分析であってもよいし、機器を制御するためのパラメータを自動的に又は手動で改善するための分析であってもよい。

データ収集システム１００は、図１に示されるように、被制御機器３１，３２，３３を制御するとともにデータを収集するデータ収集装置１０と、データ収集装置１０に種々の設定をするためのユーザインタフェースとして機能する端末２０と、産業用ネットワーク３００を介してデータ収集装置１０によって制御される被制御機器３１～３３と、を有する。

データ収集装置１０は、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）に代表される制御装置であって、端末２０から提供される制御プログラムを実行することにより、産業用ネットワーク３００を介して接続される被制御機器３１～３３を制御する。制御プログラムは、ラダー言語で記述されたプログラムであってもよいし、他の言語で記述されたプログラムであってもよい。

データ収集装置１０は、制御プログラムを実行してデータ収集装置の構成要素を制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）ユニット１１と、被制御機器３１～３３の稼働状態を示す稼働データを分析する分析ユニット１２と、産業用ネットワーク３００を介して通信するための主通信ユニット１３と、稼働データを蓄積するＤＢ（Database）ユニット１４と、を有する。ＣＰＵユニット１１、分析ユニット１２、主通信ユニット１３及びＤＢユニット１４は、ＰＬＣバス１９を介して接続されて互いに通信する。ＰＬＣであるデータ収集装置１０は、ＣＰＵユニット１１、分析ユニット１２、主通信ユニット１３及びＤＢユニット１４が、ＰＬＣバス１９を有するベースユニットに装着されることで構成されるファンクションブロック形の制御装置である。ＤＢユニット１４は、被制御機器３１～３３から収集されたデータが蓄積されるデータベース４０を有する。以下では、データベース４０をＤＢ４０と表記する。

被制御機器３１～３３はそれぞれ、工場における処理工程を実施するための機器に相当する。被制御機器３１は、データ収集装置１０の主通信ユニット１３と通信するための従通信ユニット３１１と、サーボアンプ及びサーボモータを含むサーボ機器３１２と、を有る。被制御機器３２は、主通信ユニット１３と通信するための従通信ユニット３２１と、サーボ機器３２２と、を有する。被制御機器３３は、主通信ユニット１３と通信するための従通信ユニット３３１と、センサ３３２と、を有する。以下では、被制御機器３１～３３それぞれを区別することなく被制御機器３０と表記することがある。被制御機器３０はそれぞれ、外部から与えられる制御指令に従って動作する。

例えば、被制御機器３１～３３は、図２に示されるような半導体製造装置の洗浄処理プロセスを実施する。処理用ウェハである材料を順に洗浄する複数の処理槽それぞれにおいて、サーボモータを用いてボールねじ３５を駆動することで材料が搬送される。図２においては、被制御機器３１が１軸のサーボモータを有することが被制御機器３１とともに処理槽１に属する１つのボールねじ３５によって示されており、被制御機器３２が２軸のサーボモータを有することが、被制御機器３２とともに処理槽２に属する２つのボールねじ３５によって示されている。これらのサーボモータは、制御装置であるデータ収集装置１０からの制御指令に従って動作する。

また、図２に示される被制御機器３３は、図１に示されるセンサ３３２の他に、被制御機器３３とともに処理槽３に属する２軸のサーボモータを有している。被制御機器３０それぞれは、データ収集装置１０からの制御指令に従って処理工程に対して動作し、又は処理工程に応じて動作する動作部を有していればよく、この動作部は、サーボ機器又はセンサであってもよいし、サーボ機器及びセンサとは異なる動作をする部分であってもよい。なお、動作部による動作は、物体の移動を伴ってもよいし伴わなくともよい。例えば、動作部としてのセンサが、処理工程における温度、圧力、流速に代表されるセンシング対象のセンシング結果を示す信号を出力するという動作を実行してもよい。さらに、図２に示される半導体製造工程は、被制御機器３１～３３とは異なる機器を含む多数の被制御機器の動作によって実現される。図２に示されるように、被制御機器３０の数は、３つより多くてもよいし、現場のシステム構成に応じて任意に変更されてもよい。

図２に示されるように、被制御機器３１～３３を含む複数の機器は、当該機器の稼働状態を示す稼働データをデータ収集装置１０に送信する。データ収集装置１０によって受信された稼働データは、ＤＢ４０に蓄積されて、必要に応じて端末２０によってユーザに対して表示されて、ユーザによる分析に用いられる。サーボ機器３１２，３２２を有する被制御機器３１，３２から送信される稼働データは、例えば、当該サーボ機器３１２，３２２のモータ速度、トルク又は母線電圧の最新の値を示すデータであって、センサ３３２を有する被制御機器３３から送信される稼働データは、当該センサ３３２による最新のセンシング結果を示すデータである。稼働データは、後述するように定期的に送信される。

図１に戻り、端末２０は、産業用ＰＣ（Personal Computer）、タブレット端末又は一般的なＰＣであってもよいし、その他のユーザインタフェースとして機能する情報処理装置であってもよい。端末２０は、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）ケーブル又はＬＡＮ（Local Area Network）ケーブルのような通信線を介してデータ収集装置１０に接続される。端末２０は、エンジニアリングツールと呼ばれるソフトウェアアプリケーションを実行することにより、制御装置としてのデータ収集装置１０に実行させる制御プログラムをユーザが作成及び編集するための機能を発揮し、完成した制御プログラムをデータ収集装置１０に書き込む。

また、端末２０を利用して、データ収集装置１０が産業用ネットワーク３００を介して通信するためのパラメータの設定、及び、制御プログラムを実行するためのパラメータの設定がなされる。これらの設定は、制御装置としてのデータ収集装置１０及び被制御機器３１～３３を含むネットワークシステム１０１の構成に関する設定を含む。詳細には、ユーザは、エンジニアリングツールを利用してネットワークシステム１０１の構成を設定し、当該ネットワークシステム１０１の構成において、ユーザ自身が理解しやすい或いは管理しやすい名称をネットワークシステム１０１の構成要素に対して付ける。このようにして付けられた名称は、後述のＤＢ４０の管理項目、すなわちラベルとして利用される。換言すると、ネットワークシステム１０１の構成を示すシステム構成情報２１が、端末２０においてユーザによって提供又は作成される。このシステム構成情報２１は、ラベル情報２２を含み、ラベル情報２２は、被制御機器３１～３３をユーザが管理するための名称として被制御機器３１～３３に付されるラベルを示す。

図３には、端末２０のユーザインタフェース２０１が例示されている。このユーザインタフェース２０１において、産業用ネットワーク３００に接続される機器を管理するためのウィンドウ２０２が表示され、当該ウィンドウ２０２において、被制御機器３１～３３それぞれに付されるラベルがユーザによって入力される。詳細には、被制御機器３１に対応するアイコン５１の入力欄５１１に、ユーザにとって分かりやすい名称である「処理槽１」というラベル名が入力され、被制御機器３２に対応するアイコン５２の入力欄５１２に「処理槽２」というラベル名が入力され、被制御機器３３に対応するアイコン５３の入力欄５１３に「処理槽３」というラベル名が入力される。ラベル名は、図３の例に限定されず、任意に入力された名称であってよい。これらのラベル名を示すラベル情報２２は、端末２０からデータ収集装置１０に提供されて、後述のＤＢ４０を作成する際に用いられる。

データ収集装置１０のＣＰＵユニット１１、分析ユニット１２及び主通信ユニット１３並びに端末２０はそれぞれ、コンピュータとして機能するためのハードウェア要素によって構成される。詳細には、図４に示されるように、ＣＰＵユニット１１、分析ユニット１２、主通信ユニット１３及び端末２０のそれぞれに相当するＦＡ装置６０は、プロセッサ６１と、主記憶部６２と、補助記憶部６３と、入力部６４と、出力部６５と、通信部６６と、を有する。主記憶部６２、補助記憶部６３、入力部６４、出力部６５及び通信部６６はいずれも、内部バス６７を介してプロセッサ６１に接続される。

プロセッサ６１は、処理回路としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）又はＭＰＵ（Micro Processing Unit）を含む。プロセッサ６１は、補助記憶部６３に記憶されるプログラムＰ１を実行することにより、種々の機能を実現して、後述の処理を実行する。端末２０のプログラムＰ１は、上述のエンジニアリングツールに相当する。なお、ＣＰＵユニット１１のプロセッサ６１は、プログラムＰ１に加えて、制御プログラムを実行する。

主記憶部６２は、ＲＡＭを含む。主記憶部６２には、補助記憶部６３からプログラムＰ１がロードされる。そして、主記憶部６２は、プロセッサ６１の作業領域として用いられる。

補助記憶部６３は、ＥＥＰＲＯＭ及びＨＤＤ（Hard Disk Drive）に代表される不揮発性メモリを含む。補助記憶部６３は、プログラムＰ１の他に、プロセッサ６１の処理に用いられる種々のデータを記憶する。補助記憶部６３は、プロセッサ６１の指示に従って、プロセッサ６１によって利用されるデータをプロセッサ６１に供給する。また、補助記憶部６３は、プロセッサ６１から供給されたデータを記憶する。

入力部６４は、ハードウェアスイッチ、入力キー、キーボード及びポインティングデバイスに代表される入力デバイスを含む。入力部６４は、ＦＡ装置６０のユーザによって入力された情報を取得して、取得した情報をプロセッサ６１に通知する。

出力部６５は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）及びスピーカに代表される出力デバイスを含む。出力部６５は、プロセッサ６１の指示に従って種々の情報をユーザに提示する。

通信部６６は、外部の装置と通信するための通信インタフェース回路を含む。通信部６６は、外部から信号を受信して、この信号により示されるデータをプロセッサ６１へ出力する。また、通信部６６は、プロセッサ６１から出力されたデータを示す信号を外部の装置へ送信する。なお、図４では１つの通信部６６が代表的に示されているが、ＦＡ装置６０は、複数の通信部６６を有してもよい。例えば、主通信ユニット１３であるＦＡ装置６０は、ＰＬＣバス１９を介して通信するための通信部６６と、産業用ネットワーク３００を介して通信するための通信部６６と、を別個に有してもよい。

上述のハードウェア構成が協働することにより、データ収集装置１０は、種々の機能を発揮する。詳細には、データ収集装置１０は、図５に示されるように、その機能として、端末２０から提供されるシステム構成情報２１を受け付ける受付部１１０と、システム構成情報２１により示される被制御機器３０のラベルのリストに対応する軸を有するＤＢ４０を作成して初期化する作成部１２０と、主通信ユニット１３によって受信された稼働データをＤＢ４０に追加する追加部１３０と、主通信ユニット１３を介して被制御機器３０に制御指令を送信する制御部１４０と、を有する。

受付部１１０は、主としてＣＰＵユニット１１のプロセッサ６１及び通信部６６の協働により実現される。受付部１１０は、端末２０からシステム構成情報２１を取得して、取得したシステム構成情報２１に基づいてネットワークシステム１０１の構成を認識する。詳細には、受付部１１０は、産業用ネットワーク３００にどのような機器が接続されているかを認識する。図１では、１つの産業用ネットワーク３００が示されているが、ハブ及びゲートウェイのような中継装置を介して複数の産業用ネットワーク３００によりネットワークシステム１０１が構成される場合には、受付部１１０は、システム構成情報２１に基づいて、どの産業用ネットワークにどの機器が接続されているかを認識する。受付部１１０による機器の認識は、当該機器と通信するために必要な情報の認識であって、この情報は、例えば、当該機器が通信可能なプロトコル、当該機器と通信すべきプロトコル、及び、当該機器の局番又はネットワークアドレスを含む。さらに、受付部１１０は、当該機器の機種又は型番を認識してもよいし、その他の機器に関する情報を認識してもよい。

作成部１２０は、主としてＣＰＵユニット１１のプロセッサ６１によって実現される。作成部１２０は、受付部１１０によってネットワークシステム１０１の構成要素として認識された被制御機器３０それぞれに付されたラベルを受付部１１０から取得し、被制御機器３０のラベルのリストに対応する軸を有するＤＢ４０を作成する。詳細には、作成部１２０は、図６に示されるように、ラベルのリスト４１０に規定される第１軸と、第１軸とは異なる第２軸と、で規定される２次元データベースを作成する。ただし、作成部１２０によって作成された段階におけるデータベース４０は、第２軸方向の実データを含まない。なお、被制御機器３０それぞれのラベルには、被制御機器３０それぞれをネットワークシステム１０１において識別するための機器ＩＤが対応づけられている。機器ＩＤは、データ収集装置１０及び被制御機器３０が機器を識別するためのＩＤであって、局番又はネットワークアドレスであってもよいし、他の識別子であってもよい。ラベルのリストは、主としてＤＢ４０がユーザによって利用されるときに参照され、機器ＩＤのリストは、主としてＤＢ４０がデータ収集装置１０によって利用されるときに参照される。また、作成部１２０は、作成したＤＢ４０の機器ＩＤのリストを追加部１３０に通知する。作成部１２０は、多次元データベースを作成する作成手段の一例に相当する。

ラベルは、機器ＩＤとは異なる。具体的には、ラベルは、複数の被制御機器３０を管理するためにユーザによって任意に決定されるのに対して、機器ＩＤは通常、ＰＬＣであるデータ収集装置又は他の装置によって決定される。また、ラベルを決定するためのルールは、機器ＩＤを決定するためのルールとは異なる。例えば、ラベルを決定するためのルールは、ユーザによる任意の名称が利用可能となるように、比較的長い文字数を許容するのに対して、機器ＩＤは、被制御機器３０を識別する限りである程度短い長さで統一されていることが好ましい。すなわち、ラベルについては文字数も任意であるのに対して、機器ＩＤの長さはいずれの被制御機器３０についても、ラベルの最大文字数よりも短い長さで共通している。また、ユーザが決定して入力するものであれば、同一の名称が異なる被制御機器３０にラベルとして付されることが許容されるのに対して、機器ＩＤでは重複が許容されない。

図５に戻り、主通信ユニット１３は、被制御機器３０の従通信ユニット３１１，３２１，３３１との間で、IEEE 802.1 TSN（Time Sensitive Networking）規格に準拠して通信する。以下では、IEEE 802.1 TSN規格をＴＳＮ規格と表記する。また、以下では、被制御機器３０の従通信ユニット３１１，３２１，３３１を区別することなく通信ユニットと表記することがある。

ここで、主通信ユニット１３及び従通信ユニット３１１，３２１，３３１によるＴＳＮ規格に従う通信の概要について説明する。これらの通信ユニットは、産業用ネットワーク３００を介して時刻を同期する。詳細には、通信ユニットはそれぞれ、他の通信ユニットと時刻同期プロトコルにより時刻を共有する。時刻同期プロトコルは、ネットワーク上の機器の時刻を高精度に同期するためのプロトコルである。例えば、時刻同期プロトコルとしてIEEE802.1 ASが適用される場合には、ネットワーク上の一のノードに相当するグランドマスタがネットワーク経由で高精度な基準クロックを定期的に配信する。また、グランドマスタと他のノードとの間でデータを往復させることで伝送遅延が計測され、他のノードは、この伝送遅延を補正した基準クロックを得る。これにより、伝送遅延が補正された時刻が共有される。

なお、複数の機器による時刻の共有及び時刻の同期は、複数の機器それぞれが有する時計を同期することを意味する。複数の機器それぞれが有する時計が同等の時刻を計時することで、この時刻が複数の機器において共有されれば、複数の機器が時刻を同期することとなる。以下では、機器間で共有される時刻を共有時刻と表記する。

複数の通信ユニットは、共有時刻に従って予め定められたスケジュールに基づいてデータを送受する。詳細には、図７に示されるように、通信ユニットはそれぞれ、共有時刻に従って予め定められた長さの通信周期４１，４２それぞれにおいて時分割多重方式により通信する。

通信周期４１，４２は、互いに隣接する。すなわち、通信周期４２は、通信周期４１の直後に設けられ、通信周期４１の終了時刻は通信周期４２の開始時刻に等しい。図７では、２つの通信周期４１，４２が示されているが、通信周期４１より前、及び通信周期４２より後にも、通信周期４１，４２と同等の通信周期が周期的に設けられる。通信周期４１，４２の長さは、例えば、１マイクロ秒又は１ミリ秒である。

通信周期４１，４２はそれぞれ、互いに隣接するタイムスロットＴＳ１，ＴＳ２を有する。図７に示されるように通信周期４１においてタイムスロットＴＳ１，ＴＳ２がこの順で配置される場合には、タイムスロットＴＳ１の開始時刻は、通信周期４１の開始時刻に等しく、タイムスロットＴＳ１の終了時刻は、タイムスロットＴＳ２の開始時刻に等しく、タイムスロットＴＳ２の終了時刻は、通信周期４１の終了時刻に等しい。通信周期４１のタイムスロットＴＳ２の直後には、通信周期４２のタイムスロットＴＳ１が配置されることとなる。

タイムスロットＴＳ１，ＴＳ２は、予め定められた異なる種別のデータを伝送するための時間区分である。詳細には、タイムスロットＴＳ１，ＴＳ２はそれぞれ、予め定められた形式、チャンネル又はプロトコルの通信をするために設けられる。詳細には、タイムスロットＴＳ１では、リアルタイムに通信するためのプロトコルに従って、被制御機器３０に対する制御指令が、図７において破線の矢印で示されるように、グランドマスタに相当する主通信ユニット１３から従通信ユニット３１１，３２１，３３１に伝送される。タイムスロットＴＳ２では、ＩＰ通信のような非リアルタイムのプロトコルに従って、被制御機器３０からの稼働データが、図７において太線の矢印で示されるように、従通信ユニット３１１，３２１，３３１から主通信ユニット１３に伝送される。タイムスロットＴＳ１は、制御指令を伝送するための第１時間区分の一例に相当し、タイムスロットＴＳ２は、稼働データを伝送するための第２時間区分の一例に相当する。

通信周期４１，４２の長さが等しいため、それぞれのタイムスロットにおける通信は、周期的に実行されることとなる。ただし、タイムスロットＴＳ１における通信は、リアルタイム性が保証されるプロトコルに従うため、図８中の帯域４０１によって示されるように、比較的小さいサイズのデータを通信周期毎に伝送することとなる。一方、タイムスロットＴＳ２における通信は、リアルタイム性が必ずしも保証されないプロトコルに従うため、図８中の帯域４０２によって示されるように、データの伝送量は一定にならず、伝送すべきデータのサイズが伝送容量を超える場合には、当該データが次回以降のタイムスロットＴＳ２で伝送され得る。そこで、タイムスロットＴＳ２において伝送される稼働データには、当該稼働データが最初に送信される通信周期を示す周期情報が従通信ユニット３１１，３２１，３３１によって付与される。主通信ユニット１３を有するデータ収集装置１０は、稼働データに付与された周期情報を参照することで、当該稼働データを受信することが想定される通信周期を特定する。周期情報は、通信の開始時からインクリメントされる整数によって通信周期を他の通信周期と区別する情報であってもよいし、各通信周期が開始するタイミングを示す日時又はシステム時刻を示す情報であってもよいし、他の情報であってもよい。

図５に戻り、主通信ユニット１３は、被制御機器３０の従通信ユニット３１１，３２１，３３１から受信した稼働データ及び周期情報を追加部１３０に出力する。主通信ユニット１３は、複数の被制御機器と共有される共有時刻により規定される通信周期毎に、被制御機器それぞれの稼働状態を示す稼働データを受信する通信手段の一例に相当する。

追加部１３０は、主としてＣＰＵユニット１１のプロセッサ６１によって実現される。追加部１３０は、主通信ユニット１３によって受信された稼働データを、当該稼働データの送信元である被制御機器３０の機器ＩＤに対応づけて、ＤＢ４０が有する第２軸に沿って追加する。詳細には、稼働データには、送信元を示す送信元情報として稼働データを含むパケット又は稼働データであるパケットのヘッダに含まれる送信元ＩＰアドレスが付与されている。追加部１３０は、この送信元ＩＰアドレスに対応する機器ＩＤを、作成部１２０から通知された機器ＩＤのリストから特定し、特定した機器ＩＤに対応させるとともに、通信周期のリストに対応する第２軸において、当該稼働データに付与された周期情報により示される通信周期に対応させて、稼働データにより示される被制御機器３０の稼働状態を示す値をＤＢ４０に追加する。追加部１３０は、通信手段によって受信された稼働データを、当該稼働データによって稼働状態が示される被制御機器のラベルに対応させて、通信周期毎に第２軸に沿って多次元データベースに追加する追加手段の一例に相当する。

例えば、図９において、通信周期（ｎ＋２）に属する稼働データが被制御機器３１～３３から主通信ユニット１３によって受信されると、追加部１３０は、被制御機器３１に対応する機器ＩＤを有する列４１１において、通信周期（ｎ）及び通信周期（ｎ＋１）に続く通信周期（ｎ＋２）の行に、被制御機器３１からの稼働データを追加する。同様に、追加部１３０は、被制御機器３２に対応する列４１２において通信周期（ｎ＋２）の行に、被制御機器３２からの稼働データを追加し、被制御機器３３に対応する列４１３において通信周期（ｎ＋２）の行に、被制御機器３３からの稼働データを追加する。ＤＢ４０の第２軸は、時刻に対応しており、通信周期のリストに対応する。

図９に示されるように、ＤＢ４０は、被制御機器３０のラベルのリストに対応する第１軸を有するため、産業用ネットワーク３００の構成を利用してＤＢ４０が構成されることとなる。また、ＤＢ４０は、被制御機器３０のラベルのリストに対応する第１軸と、通信周期のリストに対応する第２軸と、に沿ってマトリクス状に稼働データを管理する。多数の稼働データがマトリクス状に管理され、通信周期が精確な共有時刻によって規定されるため、ＤＢ４０を利用すれば、ネットワークシステム１０１において発生した稼働データ群を容易に把握することが可能になる。

図５に戻り、分析ユニット１２は、ＤＢ４０における俯瞰の容易性を利用して稼働データを分析する。詳細には、分析ユニット１２は、例えば、被制御機器３０の性能を向上させるために被制御機器３０に設定すべきパラメータを特定して、特定したパラメータを制御部１４０に通知する。例えば、分析ユニット１２は、母線電圧が不安定になるようなモータ速度及びトルクを特定し、そのようなモータ速度及びトルクの代替となるパラメータを特定する。分析ユニット１２は、ＤＢ４０の列毎に稼働データを分析してもよいし、通信周期毎に稼働データを分析してもよい。また、分析ユニット１２は、稼働データの分析により、不具合の原因を特定してもよいし、不具合傾向を相殺して不具合を改善してもよい。分析ユニット１２は、多次元データベースに格納された稼働データに基づいて被制御機器に関する分析を行う分析手段の一例に相当する。

制御部１４０は、主としてＣＰＵユニット１１のプロセッサ６１によって実現される。制御部１４０は、分析ユニット１２によって特定されたパラメータを被制御機器３０に設定するための制御指令を生成して、生成した制御指令を、主通信ユニット１３を介して被制御機器３０に送信することにより被制御機器３０を制御する。制御部１４０は、分析手段による分析の結果に基づいて生成される制御指令を送信することにより被制御機器を制御する制御手段の一例に相当する。

続いて、データ収集装置１０によって実行されるデータベーステーブル作成処理について、図１０，１１を用いて説明する。

図１０に示されるように、データベーステーブル作成処理では、受付部１１０が、端末２０からシステム構成情報２１を受け付けて（ステップＳ１）、作成部１２０が、システム構成情報２１からラベル情報２２を抽出し（ステップＳ２）、ラベル情報により示されるラベルを予め定められた規則に従って配列することによりラベルのリストを作成する（ステップＳ３）。

ここで、システム構成情報２１は、ネットワークの構成、及び、各ネットワークに接続される機器に関する情報を含む。例えば、システム構成情報２１は、図１１に示されるように、各機器に関する情報として、ユーザによって付与されるラベルと、ネットワークシステム１０１内の装置によって機器を識別するために用いられる機器ＩＤと、動的に設定されるネットワークアドレスと、を含む。なお、機器ＩＤとネットワークアドレスは互いに等しい情報であってもよい。ラベルのリストを作成するための規則は、図１１において矢印及び破線の丸印で囲まれた数字によって示されるように、データ収集装置１０を基準として、データ収集装置１０から近い順に機器を特定する規則である。この規則によって、稼働データの受信が早いと想定される順番で、機器に付与されたラベルのリストが作成される。

次に、作成部１２０が、各被制御機器３０の機器ＩＤを、図６に示されるようにラベルに関連付けて（ステップＳ４）、ラベルのリストに対応する第１軸を有するＤＢ４０をＤＢユニット１４において作成する（ステップＳ５）。そして、作成部１２０は、作成したＤＢ４０の情報を追加部１３０に通知する（ステップＳ６）。

次に、追加部１３０は、新たな通信周期で被制御機器３０からの稼働データが主通信ユニット１３によって受信されたか否かを判定する（ステップＳ７）。稼働データが受信されていないと判定した場合（ステップＳ７；Ｎｏ）、追加部１３０は、ステップＳ７の判定を繰り返して稼働データの受信まで待機する。一方、稼働データが受信されたと判定した場合（ステップＳ７；Ｙｅｓ）、追加部１３０は、第２軸に沿ってＤＢ４０に稼働データを追加する（ステップＳ８）。その後、データ収集装置１０による処理は、ステップＳ７に戻る。

以上、説明したように、受付部１１０が、産業用ネットワーク３００に接続される被制御機器を管理するためのユーザインタフェース２０１に入力されたラベルを受け付け、追加部１３０が、稼働データを、被制御機器３０のラベルに対応させて、通信周期毎に第２軸に沿ってＤＢ４０に追加する。これにより、一覧性の高いＤＢ４０が稼働データの受信履歴として生成されることとなる。また、当該ＤＢ４０において、稼働データにより稼働状態が示される被制御機器３０のラベルとして、ユーザインタフェース２０１に入力されたラベルが用いられるため、ＤＢ４０を利用するユーザの事後的な確認作業が不要となる。すなわち、ユーザが産業用ネットワーク３００を利用するネットワークシステム１０１を構築すれば、この構築とは別にデータベースを構成するための準備作業を実行することなく、一覧性の高いＤＢ４０が生成される。したがって、ＦＡの現場における周期的な通信の履歴の利用を容易なものとすることができる。

また、制御指令が、リアルタイムな通信をするためのタイムスロットＴＳ１において伝送されるのに対して、稼働データが、非リアルタイムな通信をするためのタイムスロットＴＳ２において伝送される。これにより、制御指令のリアルタイム性を損なうことなく、リアルタイム通信と非リアルタイム通信が混在する通信を実行することができる。

また、上述のようなＤＢ４０を利用することにより、分析ユニット１２による稼働データの分析を効率的に実行することができる。さらに、分析ユニット１２による分析に基づいて生成された制御指令が被制御機器３０に送信されるため、被制御機器３０の稼働を効率的に改善することが期待される。

また、従来は、機器ＩＤのような被制御機器３０の識別情報を用いてデータベースを作成することがある。しかしながら、そのような識別情報は通常、ユーザにとってシステムの構成要素を示す情報として分かりやすいものではなく、データベースを参照するときにユーザは、局番号がどの装置に割り振られているかを確認しなければならない。これに対して本実施の形態では、稼働データにより稼働状態が示される被制御機器のラベルとして、被制御機器３０を管理するためのユーザインタフェースに入力されて受付部１１０によって受け付けられたラベルがＤＢ４０に用いられる。このため、ＤＢ４０を利用するユーザの事後的な確認作業が不要となる。

実施の形態２．
続いて、実施の形態２について、上述の実施の形態１との相違点を中心に説明する。なお、上記実施の形態１と同一又は同等の構成については、同等の符号を用いる。上記実施の形態１では、ＤＢ４０が稼働データを含むが、ＤＢ４０がさらに制御データを含んでいれば、事後の分析に利用することができる。以下では、ＤＢ４０が制御データ及び稼働データの履歴を蓄積する例について説明する。

本実施の形態に係るデータ収集装置１０は、図１２に示されるように、制御部１４０から出力される制御指令を取得する取得部１５０を有する。取得部１５０は、主としてＣＰＵユニット１１のプロセッサ６１によって実現される。取得部１５０は、取得した制御指令を追加部１３０に出力する。取得部１５０は、被制御機器それぞれに対する制御指令を通信周期毎に取得する取得手段の一例に相当する。

なお、制御部１４０は、分析ユニット１２による分析に関わらず、被制御機器３０に送信すべき制御指令を出力する。

追加部１３０は、主通信ユニット１３によって取得された稼働データに加えて、取得部１５０から提供される制御指令を、ＤＢ４０に追加する。ただし、追加部１３０は、図１３に示されるように、稼働データの送信元としてのラベルの第１リストと、制御指令の宛先としてのラベルの第２リストと、を含むラベルのリスト４２０に対応する第１軸を有する。追加部１３０は、作成部１２０によって作成された第１リストについては、上記実施の形態１と同様に稼働データを第２軸に沿って追加する。そして、追加部１３０は、第２リストについては、取得部１５０から提供される制御指令を第２軸に沿って追加する。すなわち、追加部１３０は、取得部１５０によって取得された制御指令を、当該制御指令によって制御される被制御機器３０の第２リストにおけるラベルに対応させて、通信周期毎に第２軸に沿ってＤＢ４０に追加する。これにより、通信周期毎に被制御機器３１～３３それぞれに対する制御指令が列４１４，４１５，４１６に追加される。

分析ユニット１２は、ＤＢ４０に含まれる稼働データ及び制御指令を分析し、制御部１４０は、この分析に基づく制御指令を出力する。また、ＤＢ４０に蓄積された情報が端末２０を介してユーザによる分析の対象とされてもよい。

以上、説明したように、ＤＢ４０に制御指令を追加される形態においても、実施の形態１と同様の効果を奏する。また、ＤＢ４０が稼働データに加えて制御指令を含むため、ＤＢ４０を利用して、より高度な分析がなされることが期待される。

実施の形態３．
続いて、実施の形態３について、上述の実施の形態１との相違点を中心に説明する。なお、上記実施の形態１と同一又は同等の構成については、同等の符号を用いる。本実施の形態は、図１４に示されるように、ＤＢ４０が、第１軸及び第２軸に加えて、被制御機器３１～３３それぞれから送信される第１稼働データ及び第２稼働データのリストに対応する第３軸を有する３次元データベースとして生成される。ここで、第１稼働データ及び第２稼働データは、単一の被制御機器３０から特定の周期において送信され得る複数の種類の稼働データである。図１４の例では、「処理槽１」というラベルが付された被制御機器３１から周期（ｎ）において「７５」という値を有する第１稼働データ及び「６０」という値を有する第２稼働データが送信されてＤＢ４０の第３軸に沿って格納される。このようなＤＢ４０によれば、ＤＢ４０に含まれる情報の検索及び操作が容易になる。

以上、本開示の実施の形態について説明したが、本開示は上記実施の形態によって限定されるものではない。

例えば、ＤＢ４０が２次元データベース又は３次元データベースである例について説明したが、さらに軸を追加して４次元以上のＤＢ４０を生成してもよい。

また、データ収集装置１０がＰＬＣのような制御装置である例について説明したが、これには限定されない。データ収集装置１０は、ＰＬＣとは別個の装置として産業用ネットワーク３００に接続されてもよい。データ収集装置１０が制御装置とは異なる場合には、取得部１５０は、外部の制御装置からデータ収集装置１０の通信ユニットを介して制御指令を取得すればよい。

また、データ収集装置１０が内部のメモリにＤＢ４０を格納する例について説明したが、これには限定されず、データ収集装置１０は、外部のメモリにＤＢ４０を書き込んでもよい。

また、データ収集装置１０が、稼働データとしてのパケットの送信元を示す送信元情報、及び、稼働データに付与される周期情報を参照することにより、当該稼働データを格納すべきＤＢ４０の行及び列を特定する例について説明したが、これには限定されない。例えば、稼働データを送信する被制御機器３０の順番が予め定められ、この順番に従う稼働データの送信が周期的に実行されるような場合には、データ収集装置１０は、通信周期内で何番目に受信した稼働データであるかを判断することで、当該稼働データを格納すべき列を決定することができる。また、稼働データに周期情報が付与されることなく、データ収集装置１０側で管理されている通信周期に従って、データ収集装置１０が稼働データを格納すべき行を決定してもよい。稼働データが実際に受信された通信周期が、非リアルタイムなプロトコルに従って、当該稼働データ送信されるべき通信周期よりも後になった場合には、稼働データが格納されるＤＢ４０の行に誤差が生じるが、この誤差はある程度小さいと考えられる。また、稼働データがリアルタイムなプロトコルに従って伝送されてもよい。

上述の実施の形態に係るデータ収集装置１０の機能は、専用のハードウェアによっても、また、通常のコンピュータシステムによっても実現することができる。

例えば、プログラムＰ１を、フレキシブルディスク、ＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disk Read-Only Memory）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）、ＭＯ（Magneto-Optical disk）に代表されるコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して配布し、そのプログラムＰ１をコンピュータにインストールすることにより、上述の処理を実行する装置を構成することができる。

また、プログラムＰ１をインターネットに代表される通信ネットワーク上のサーバ装置が有するディスク装置に格納しておき、例えば、搬送波に重畳させて、コンピュータにダウンロードするようにしてもよい。

また、インターネットに代表されるネットワークを介してプログラムＰ１を転送しながら起動実行することによっても、上述の処理を達成することができる。

さらに、プログラムＰ１の全部又は一部をサーバ装置上で実行させ、その処理に関する情報をコンピュータが通信ネットワークを介して送受信しながらプログラムＰ１を実行することによっても、上述の処理を達成することができる。

なお、上述の機能を、ＯＳ（Operating System）が分担して実現する場合又はＯＳとアプリケーションとの協働により実現する場合には、ＯＳ以外の部分のみを媒体に格納して配布してもよく、また、コンピュータにダウンロードしてもよい。

また、データ収集装置１０によって利用されるプログラムＰ１と同様に、端末２０がエンジニアリングツールを利用する形態は、上述の実施形態に限られない。例えば、端末２０は、クラウドサーバに記憶されるエンジニアリングツールを利用して、上述のシステム構成情報２１を作成してもよい。

また、データ収集装置１０の機能を実現する手段は、ソフトウェアに限られず、その一部又は全部を専用のハードウェア又は回路によって実現してもよい。

本開示は、本開示の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、本開示を説明するためのものであり、本開示の範囲を限定するものではない。つまり、本開示の範囲は、実施の形態ではなく、請求の範囲によって示される。そして、請求の範囲内及びそれと同等の開示の意義の範囲内で施される様々な変形が、本開示の範囲内とみなされる。

本開示は、ＦＡの現場におけるデータの管理に適している。

１０ データ収集装置、１１ ＣＰＵユニット、１２ 分析ユニット、１３ 主通信ユニット、１４ ＤＢユニット、１９ ＰＬＣバス、２０ 端末、２１ システム構成情報、２２ ラベル情報、３０～３３ 被制御機器、３５ ボールねじ、４０ ＤＢ、４１，４２ 通信周期、５１～５３ アイコン、６０ ＦＡ装置、６１ プロセッサ、６２ 主記憶部、６３ 補助記憶部、６４ 入力部、６５ 出力部、６６ 通信部、６７ 内部バス、１００ データ収集システム、１０１ ネットワークシステム、１１０ 受付部、１２０ 作成部、１３０ 追加部、１４０ 制御部、１５０ 取得部、２０１ ユーザインタフェース、２０２ ウィンドウ、３００ 産業用ネットワーク、３１１，３２１，３３１ 従通信ユニット、３１２，３２２ サーボ機器、３３２ センサ、４０１，４０２ 帯域、４１１～４１６ 列、４１０，４２０ リスト、５１１～５１３ 入力欄、Ｐ１ プログラム、ＴＳ１，ＴＳ２ タイムスロット。

Claims (8)

1. 制御指令に従って動作する複数の被制御機器にネットワークを介して接続されるデータ収集装置であって、
   前記複数の被制御機器と共有される共有時刻により規定される通信周期毎に、前記被制御機器それぞれの稼働状態を示す稼働データを受信する通信手段と、
   前記複数の被制御機器を管理するために前記被制御機器それぞれに付されるラベルのリストに対応する第１軸と、前記通信周期のリストに対応する第２軸と、を有する多次元データベースを作成する作成手段と、
   前記通信手段によって受信された前記稼働データを、該稼働データによって稼働状態が示される前記被制御機器の前記ラベルに対応させて、前記通信周期毎に前記第２軸に沿って前記多次元データベースに追加する追加手段と、
   前記被制御機器それぞれに対する前記制御指令を前記通信周期毎に取得する取得手段と、
   を備え、
   前記通信周期は、該通信周期内に配置された第１時間区分及び第２時間区分を有し、
   前記第１時間区分では、前記複数の被制御機器それぞれに対する前記制御指令が前記ネットワークにおいて伝送され、
   前記第２時間区分では、前記複数の被制御機器それぞれの前記稼働データが前記通信手段によって受信され、
   前記第１軸は、前記稼働データの送信元としての前記被制御機器の前記ラベルの第１リストと、前記制御指令の宛先としての前記被制御機器の前記ラベルの第２リストと、を含むリストに対応し、
   前記追加手段は、
   前記稼働データを、前記第１リストの前記ラベルに対応させて、前記通信周期毎に前記第２軸に沿って前記多次元データベースに追加し、
   前記取得手段によって取得された前記制御指令を、前記制御指令によって制御される前記被制御機器の前記第２リストの前記ラベルに対応させて、前記通信周期毎に前記第２軸に沿って前記多次元データベースに追加する、
   データ収集装置。
2. 前記被制御機器の名称としてユーザによって付与された前記被制御機器の前記ラベルを受け付ける受付手段、をさらに備え、
   異なる前記被制御機器に付与される前記ラベルは、同一の名称となることが許容される、
   請求項１に記載のデータ収集装置。
3. 前記多次元データベースに格納された前記稼働データに基づいて前記被制御機器に関する分析を行う分析手段、をさらに備える、
   請求項１に記載のデータ収集装置。
4. 前記分析手段による分析の結果に基づいて生成された前記制御指令を送信することにより前記被制御機器を制御する制御手段、をさらに備える、
   請求項３に記載のデータ収集装置。
5. 前記通信手段は、送信元を示す送信元情報及び前記通信周期を示す周期情報が付与された前記稼働データを受信し、
   前記送信元情報及び前記周期情報に基づいて前記稼働データを前記多次元データベースに追加する、
   請求項１から４のいずれか一項に記載のデータ収集装置。
6. 請求項１から４のいずれか一項に記載のデータ収集装置と、
   複数の前記被制御機器と、
   を備えるデータ収集システム。
7. 制御指令に従って動作する複数の被制御機器にネットワークを介して接続されるデータ収集装置によって実行されるデータベース作成方法であって、
   通信手段が、前記複数の被制御機器と共有される共有時刻により規定される通信周期毎に、前記被制御機器それぞれの稼働状態を示す稼働データを受信し、
   作成手段が、前記被制御機器それぞれに付されるラベルのリストに対応する第１軸と、前記通信周期のリストに対応する第２軸と、を有する多次元データベースを作成し、
   追加手段が、前記通信手段によって受信された前記稼働データを、該稼働データによって稼働状態が示される前記被制御機器の前記ラベルに対応させて、前記通信周期毎に前記第２軸に沿って前記多次元データベースに追加し、
   取得手段が、前記被制御機器それぞれに対する前記制御指令を前記通信周期毎に取得する、
   ことを含み、
   前記通信周期は、該通信周期内に配置された第１時間区分及び第２時間区分を有し、
   前記第１時間区分では、前記複数の被制御機器それぞれに対する前記制御指令が前記ネットワークにおいて伝送され、
   前記第２時間区分では、前記複数の被制御機器それぞれの前記稼働データが前記通信手段によって受信され、
   前記第１軸は、前記稼働データの送信元としての前記被制御機器の前記ラベルの第１リストと、前記制御指令の宛先としての前記被制御機器の前記ラベルの第２リストと、を含むリストに対応し、
   前記追加手段は、
   前記稼働データを、前記第１リストの前記ラベルに対応させて、前記通信周期毎に前記第２軸に沿って前記多次元データベースに追加し、
   前記取得手段によって取得された前記制御指令を、前記制御指令によって制御される前記被制御機器の前記第２リストの前記ラベルに対応させて、前記通信周期毎に前記第２軸に沿って前記多次元データベースに追加する、
   データベース作成方法。
8. 制御指令に従って動作する複数の被制御機器にネットワークを介して接続されるデータ収集装置を、
   前記複数の被制御機器と共有される共有時刻により規定される通信周期毎に、前記被制御機器それぞれの稼働状態を示す稼働データを受信する通信手段、
   前記被制御機器それぞれに付されるラベルのリストに対応する第１軸と、前記通信周期のリストに対応する第２軸と、を有する多次元データベースを作成する作成手段、
   前記通信手段によって受信された前記稼働データを、該稼働データによって稼働状態が示される前記被制御機器の前記ラベルに対応させて、前記通信周期毎に前記第２軸に沿って前記多次元データベースに追加する追加手段、
   前記被制御機器それぞれに対する前記制御指令を前記通信周期毎に取得する取得手段、
   として機能させ、
   前記通信周期は、該通信周期内に配置された第１時間区分及び第２時間区分を有し、
   前記第１時間区分では、前記複数の被制御機器それぞれに対する前記制御指令が前記ネットワークにおいて伝送され、
   前記第２時間区分では、前記複数の被制御機器それぞれの前記稼働データが前記通信手段によって受信され、
   前記第１軸は、前記稼働データの送信元としての前記被制御機器の前記ラベルの第１リストと、前記制御指令の宛先としての前記被制御機器の前記ラベルの第２リストと、を含むリストに対応し、
   前記追加手段は、
   前記稼働データを、前記第１リストの前記ラベルに対応させて、前記通信周期毎に前記第２軸に沿って前記多次元データベースに追加し、
   前記取得手段によって取得された前記制御指令を、前記制御指令によって制御される前記被制御機器の前記第２リストの前記ラベルに対応させて、前記通信周期毎に前記第２軸に沿って前記多次元データベースに追加する、
   プログラム。

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