JP7382980B2 - コントローラ、機器制御システム、時刻同期方法、および時刻同期プログラム - Google Patents

Description

本開示の一側面はコントローラ、機器制御システム、時刻同期方法、および時刻同期プログラムに関する。

特許文献１には、ネットワーク時刻に基づくタイマクロックに従ったタイミングで、フィールド機器を制御するための演算処理およびフィールド機器との間でのデータ通信を同期して実行するフィールド制御システムが記載されている。

特許第４８４０４５５号公報

本開示の一側面では、システム内の時刻を統一的に管理するための仕組みが望まれている。

本開示の一側面に係るコントローラは、コントローラ内のコントローラ時計を外部のグローバル時計に同期させるコントローラ時計管理部と、同期されたコントローラ時計に基づくコントローラ時刻を、定周期通信により少なくとも一つのローカル機器に向けて通知する通知部とを備える。

本開示の一側面に係る時刻同期方法は、コントローラ内のコントローラ時計を外部のグローバル時計に同期させるステップと、同期されたコントローラ時計に基づくコントローラ時刻を、定周期通信により少なくとも一つのローカル機器に向けて通知するステップとを含む。

本開示の一側面に係る時刻同期プログラムは、コントローラ内のコントローラ時計を外部のグローバル時計に同期させるステップと、同期されたコントローラ時計に基づくコントローラ時刻を、定周期通信により少なくとも一つのローカル機器に向けて通知するステップとをコンピュータに実行させる。

本開示の一側面によれば、システム内の時刻を統一的に管理できる。

機器制御システムの全体構成の一例を示す図である。 機器制御システムの機能構成の一例を示す図である。 機器制御システムで用いられるコンピュータのハードウェア構成の一例を示す図である。 機器制御システムでの時刻同期の一例を示すシーケンス図である。 コントローラ時刻の補正の一例を示すフローチャートである。 機器制御システムの機能構成の他の例を示す図である。 上位コントローラでの時刻同期の一例を示すシーケンス図である。

以下、添付図面を参照しながら本開示での実施形態を詳細に説明する。図面の説明において同一または同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

［システムの概要］
図１は実施形態に係る機器制御システム１の全体の構成の一例を示す図である。機器制御システム１は、現実の作業環境（すなわちフィールド）に配置されたローカル機器３を制御するための仕組みである。一例では、機器制御システム１は少なくとも一つの上位コントローラ１０と少なくとも一つのローカル機器３とを備える。それぞれの上位コントローラ１０は少なくとも一つのローカル機器３に向けて指令を送信することで該ローカル機器３を制御する。一つの上位コントローラ１０は少なくとも一つのローカル機器３に対応する。複数の上位コントローラ１０が一つのローカル機器３に対応してもよい。

機器制御システム１は複数種類のローカル機器３を備えてもよい。図１はローカル機器３の例として移動ロボット４、移動ロボット５、ＮＣ工作機械６、環境センサ７、およびコンベヤ８を示す。移動ロボット４は自律走行可能なロボットである。一例では、移動ロボット４は、移動指令に応じて自律走行する無人搬送車と、作業指令に従ってワークに対する作業を実行するロボットとを備える。無人搬送車は例えば、電動式のＡＧＶ（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｇｕｉｄｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）でもよい。移動ロボット５は、作業環境内に（例えば床面に）固定されたロボットである。移動ロボット４および移動ロボット５はいずれも、６軸の垂直多関節ロボット、追加の１軸の関節が追加された７軸の冗長型ロボット、いわゆるスカラー型の多関節ロボット、または、いわゆるパラレルリンク型のロボットでもよい。一例では、移動ロボット４および移動ロボット５はいずれも先端部を有し、この先端部には処理の目的に応じたツールが取り付けられる。ツールの例として吸着ノズル、ロボットハンド、加工ツール、および溶接ガンが挙げられる。ＮＣ工作機械６は加工指令に従って切削等の機械加工をワークに施す装置である。環境センサ７はセンシング指令に従って、作業環境に関する情報を取得する装置である。環境センサ７は例えば、作業環境の画像を取得するカメラでもよいし、作業環境の温度を取得する温度センサでもよい。コンベヤ８は搬送指令に従ってワークを搬送する装置である。コンベヤ８の例としてベルトコンベヤおよびローラコンベヤが挙げられる。

一例では、それぞれのローカル機器３は、ローカル機器３の主たる機能を発揮する機器本体２０と、その機器本体２０を制御するローカルコントローラ３０とを備える。ローカルコントローラ３０は上位コントローラ１０からの指令に従って機器本体２０を制御し、その指令に対する応答を上位コントローラ１０に送信する。この例ではローカルコントローラ３０はローカル機器３の一要素である。別の例として、機器制御システム１においてローカルコントローラ３０そのものがローカル機器３として存在してもよい。移動ロボット４または移動ロボット５を制御するローカルコントローラ３０はロボットコントローラともいわれる。

一例では、機器制御システム１は、それぞれの上位コントローラ１０とそれぞれのローカル機器３との間で時刻を同期させて、それぞれのローカル機器３を定周期通信に基づいて動作させる。定周期通信が適用された場合では、上位コントローラ１０は所与の周期で指令を出力し、ローカル機器３はその周期でその指令に基づいて動作する。また、ローカル機器３はその周期で応答を上位コントローラ１０に向けて出力し、上位コントローラ１０はその周期で応答を取得する。

一例では、機器制御システム１は外部のグローバル時計Ｃｇに基づくグローバル時刻を取得し、そのグローバル時刻に基づいて時刻同期を実行する。グローバル時刻を用いることで、機器制御システム１は該システム内の時刻を統一的に管理することができ、例えば、それぞれのローカル機器３を一意の時刻に基づいて制御できる。一例では、上位コントローラ１０はグローバル時計Ｃｇを有する時刻サーバ９に第１通信ネットワークＮａを介して接続し、グローバル時刻をその時刻サーバ９から取得する。上位コントローラ１０およびローカル機器３は第２通信ネットワークＮｂを介して互いに接続され、グローバル時刻に基づいて同期された時刻に基づいて通信および制御を実行する。機器制御システム１の時刻同期を実現するために、Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｔｉｍｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ（ＰＴＰ）、ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ ＰＴＰ（ｇＰＴＰ）などの様々な手法が採用されてよい。上位コントローラ１０は時刻サーバ９以外の装置または手法によってグローバル時刻を取得してもよい。

第１通信ネットワークＮａおよび第２通信ネットワークＮｂはいずれも、有線ネットワークでも、無線ネットワークでも、またはこれらの組合せでもよい。第１通信ネットワークＮａおよび第２通信ネットワークＮｂはいずれも、少なくとも一部に移動通信システムを含む方式で構築されてもよい。一例では、第１通信ネットワークＮａおよび第２通信ネットワークＮｂは、非定周期通信を採用するネットワークである。この例では、機器制御システム１はその第２通信ネットワークＮｂ（すなわち非定周期通信）を用いて上位コントローラ１０とローカル機器３との同期処理を実行し、さらに、定周期通信を実現する。ここで、定周期通信とは、予め定められたフォーマットに従って一定時間ごとに情報通信を行う通信方式をいう。一方、非定周期通信とは、データ通信のタイミングが必ずしも定められていない通信方式をいう。

一例では、機器制御システム１は、グローバル時刻の揺らぎ（誤差の程度）が所与の基準値より大きい場合でも、その揺らぎが機器制御システム１内の時刻同期に与える影響を低減するための仕組みを備える。一例では、本開示の一側面に係るコントローラをその上位コントローラ１０に適用することで、揺らぎを吸収しつつ機器制御システム１内の時刻をグローバル時刻に同期させることが可能になる。

本開示において、時計とは、時間の流れにおける個々の一点をその流れに沿って離散的にまたは連続的に示し続ける仕組みをいう。時間の経過を示すタイマは時計の一種である。時刻とは時間の流れにおける一点を示す値である。時刻は時、分、秒などの一般的な単位を用いて示されてもよいし、カウンタ値、カレンダ値（システム時刻）などの他の手法により示されてもよい。本開示において「時計に基づく時刻」とは、例えば、時計で示される時刻をいう。

［上位コントローラの構成］
図２は機器制御システム１の機能構成の一例を示す図である。この例ではローカル機器３の少なくとも一部としてローカルコントローラ３０を示す。

一例では、上位コントローラ１０は時刻同期のためにコントローラ時計Ｃｒという内部時計を有する。一例では、上位コントローラ１０は機能モジュールとしてコントローラ時計管理部１１および通知部１２を備える。

コントローラ時計管理部１１は、コントローラ時計Ｃｒをグローバル時計Ｃｇに同期させる機能モジュールである。一例では、コントローラ時計管理部１１は時刻サーバ９から第１通信ネットワーク（非定周期通信）を介してグローバル時刻を受信し、そのグローバル時刻に基づいてその時刻同期を実行し、同期されたコントローラ時計Ｃｒに基づくコントローラ時刻を設定する。グローバル時計Ｃｇとコントローラ時計Ｃｒとの時間差に対応する時間変更量が所与の閾値よりも大きい場合には、コントローラ時計管理部１１はその時間差を一回の処理ではなく段階的な処理によって埋めることで（すなわち、その時間差を徐々に正すことで）コントローラ時刻を設定する。本開示ではこのような段階的な処理をコントローラ時刻の調整という。時間変更量とは、コントローラ時刻をグローバル時刻に同期させるために必要な、コントローラ時刻の変更量をいう。一例では、コントローラ時計管理部１１は、コントローラ時刻の調整の少なくとも一部として、時間変更量に基づいてコントローラ時計Ｃｒを補正する。コントローラ時計の補正とは、コントローラ時刻とグローバル時刻との時間差を段階的に縮める処理をいう。

一例では、コントローラ時計管理部１１はフラグ管理部１３を備える。フラグ管理部１３は、コントローラ時計Ｃｒの補正において用いられるフラグを設定する機能モジュールである。このフラグはコントローラ時計Ｃｒが補正中であることを示す。フラグ管理部１３は時間変更量が閾値を超えた場合にフラグを設定し、コントローラ時計Ｃｒがグローバル時計Ｃｇに同期した場合にフラグをクリアする。本開示ではそのフラグを補正フラグともいう。

通知部１２は、同期されたコントローラ時計Ｃｒに基づくコントローラ時刻を、第２通信ネットワークＮｂを用いた定周期通信により少なくとも一つのローカル機器３に向けて通知する機能モジュールである。一例では、通知部１２は調整されたコントローラ時刻（例えば、補正されたコントローラ時計Ｃｒに基づくコントローラ時刻）を通知する。

一例では、ローカルコントローラ３０は時刻同期のためにローカル時計Ｃｅという内部時計を有する。一例では、ローカルコントローラ３０は機能モジュールとしてローカル時計管理部３１を備える。ローカル時計管理部３１は、通知部１２により通知されたコントローラ時刻に基づいて、ローカルコントローラ３０内のローカル時計Ｃｅをコントローラ時計Ｃｒに同期させる機能モジュールである。

図３は、機器制御システム１で用いられるコンピュータ１００のハードウェア構成の一例を示す図である。例えば上位コントローラ１０およびローカルコントローラ３０はこのコンピュータ１００を用いて実現される。

コンピュータ１００は回路１１０を有する。回路１１０はプロセッサ１１１、メモリ１１２、ストレージ１１３、タイマ１１４、入出力ポート１１５、および通信ポート１１６を備える。これらのハードウェア要素のそれぞれの個数は１でもよいし２以上でもよい。ストレージ１１３は、コンピュータ１００上の各機能モジュールを構成するためのプログラムを記録する。ストレージ１１３は、ハードディスク、不揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、光ディスクなどの、コンピュータ読み取り可能な記録媒体である。メモリ１１２は、ストレージ１１３からロードされたプログラム、プロセッサ１１１の演算結果などを一時的に記憶する。プロセッサ１１１は、メモリ１１２と協働してプログラムを実行することで、各機能モジュールを実現する。入出力ポート１１５は、プロセッサ１１１からの指令に応じて、機器本体、モニタ、または入力デバイスなどの対象装置１２０との間で電気信号の入出力を行う。入出力ポート１１５は機器本体への電力供給の役割も果たし得る。通信ポート１１６は、プロセッサ１１１からの指令に従って、通信ネットワークＮ（例えば第１通信ネットワークＮａまたは第２通信ネットワークＮｂの少なくとも一つ）を介して他の装置との間でデータ通信を行う。

［システムの動作］
本開示に係る時刻同期方法の一例として、図４および図５を参照しながら、機器制御システム１の動作の一例を説明する。図４は機器制御システム１での時刻同期の一例を処理フローＳ１として示すシーケンス図である。すなわち、機器制御システム１は処理フローＳ１を実行する。図５はコントローラ時刻の補正の一例を処理フローＳ２として示すフローチャートである。すなわち、機器制御システム１（上位コントローラ１０）は処理フローＳ２を実行する。

（時刻同期）
図４を参照しながら機器制御システム１での時刻同期について説明する。図４は便宜的に一つの上位コントローラ１０および一つのローカルコントローラ３０のみを示す。

ステップＳ１１では時刻サーバ９がグローバル時刻を上位コントローラ１０に向けて第１通信ネットワーク（非定周期通信）により送信し、コントローラ時計管理部１１がそのグローバル時刻を受信する。

ステップＳ１２では、コントローラ時計管理部１１がそのグローバル時刻に基づいてコントローラ時計Ｃｒをグローバル時計Ｃｇに同期させ、通知部１２がその同期されたコントローラ時計Ｃｒに基づくコントローラ時刻を少なくとも一つのローカルコントローラ３０に向けて通知する。ローカルコントローラ３０では、ローカル時計管理部３１が、そのコントローラ時刻に加えて、定周期通信による遅延時間（いわゆる伝送遅延時間）に基づいて、ローカル時計Ｃｅをコントローラ時計Ｃｒに同期させる。

一例では、ステップＳ１２では、コントローラ時計管理部１１は所与の内部周期を有する内部信号に基づいてコントローラ時計Ｃｒを進める（すなわち、コントローラ時刻を更新する）。そして、通知部１２は定周期通信のそれぞれの通信周期において、最新のコントローラ時刻を少なくとも一つのローカルコントローラ３０に向けて通知する。通信周期はグローバル時刻を受信する周期よりも短く、例えば、グローバル時刻の受信周期が数十ミリ秒以上であるのに対して、通信周期は数１００マイクロ秒～数ミリ秒である。通信周期は内部周期より長くても、短くても、同じでもよい。通信周期は内部周期のＮ倍または１／Ｎ倍（Ｎは２以上の整数）と同期してもよいし、内部周期と非同期でもよい。ローカル時計管理部３１はそれぞれの通信周期においてローカル時計Ｃｅをコントローラ時計Ｃｒに同期させる。

ステップＳ１１，Ｓ１２の処理は、グローバル時刻が時刻サーバ９から上位コントローラ１０に伝送する度に繰り返される。図４ではその繰り返しの少なくとも一部をステップＳ１３，Ｓ１４により示す。

（コントローラ時刻の補正）
図５を参照しながら、コントローラ時刻の補正の一例を説明する。この例では、グローバル時計Ｃｇとコントローラ時計Ｃｒとの時間差に対応する時間変更量が所与の閾値より超えた場合に、コントローラ時刻を補正して、最終的にコントローラ時計Ｃｒをグローバル時計Ｃｇに同期させる一連の手順を示す。一例では、処理フローＳ２は定周期通信の所与の通信周期ごとに繰り返される。図５において、「補正フラグ＝ＯＦＦ」という表現は、補正フラグがクリアされること、またはクリアされた状態にあることを意味する。「補正フラグ＝ＯＮ」という表現は、補正フラグが設定されること、または設定された状態にあることを意味する。

コントローラ時計管理部１１がグローバル時刻を取得し、補正フラグが当初はクリアされていることを前提として以下の説明をする（ステップＳ２０１，Ｓ２０２においてＹＥＳ）。この場合、処理はステップＳ２０３に進む。

ステップＳ２０３では、コントローラ時計管理部１１がグローバル時計Ｃｇとコントローラ時計Ｃｒとの時間差を算出し、その時間差に対応する時間変更量を設定する。コントローラ時計管理部１１は時間差をそのまま時間変更量として設定してもよい。あるいは、コントローラ時計管理部１１はその時間差と、第１通信ネットワークＮａでの伝送遅延および上位コントローラ１０の内部遅延の少なくとも一方とに基づいて時間変更量を設定してもよい。

ステップＳ２０４では、コントローラ時計管理部１１が、その時間変更量が所与の補正上限値以下であるか否かを判定する。一例では、この補正上限値は定周期通信の１通信周期で許容できる値であり、時間変更量と比較される閾値の一例である。時間変更量が補正上限値を超える場合には（ステップＳ２０４においてＮＯ）、処理はステップＳ２０５に進む。

ステップＳ２０５では、コントローラ時計管理部１１がその補正上限値に基づいてコントローラ時計Ｃｒを補正する。コントローラ時計管理部１１はコントローラ時刻に補正上限値を加算してコントローラ時刻を変更する（補正上限値が負の値であれば、コントローラ時計Ｃｒの針はその値の分だけ戻される）。

ステップＳ２０６では、コントローラ時計管理部１１が時間変更量を更新する。コントローラ時計管理部１１は現在の時間変更量から補正上限値を減ずることで、未補正の時間変更量を算出する。この算出された時間変更量が次の通信周期での処理フローＳ２で用いられる。

ステップＳ２０７では、フラグ管理部１３が補正フラグを設定する。この設定により、コントローラ時計管理部１１はコントローラ時計Ｃｒが補正中であることを認識できる。

ステップＳ２０８では、通知部１２が補正されたコントローラ時刻を少なくとも一つのローカルコントローラ３０に向けて通知する。ローカルコントローラ３０では、ローカル時計管理部３１がそのコントローラ時刻に基づいてローカル時計Ｃｅをコントローラ時計Ｃｒに同期させる。

次の通信周期の処理フローＳ２では、新たなグローバル時刻は取得されず（処理はステップＳ２０１においてＮＯ）、処理はステップＳ２０９に進む。補正フラグが設定されているので（ステップＳ２０９にＹＥＳ）、処理はステップＳ２０４に進む。

ステップＳ２０４では、コントローラ時計管理部１１が、ステップＳ２０６において更新された時間変更量が補正上限値以下であるか否かを判定する。その時間変更量が補正上限値を超える場合には（ステップＳ２０４においてＮＯ）、処理はステップＳ２０５に進み、ステップＳ２０５～Ｓ２０８の処理が実行される。一方、時間変更量が補正上限値以下である場合には（ステップＳ２０４においてＹＥＳ）、処理はステップＳ２１０に進む。

ステップＳ２１０では、コントローラ時計Ｃｒがコントローラ時計Ｃｒをグローバル時計Ｃｇに同期させる。この処理は、残っている時間変更量に基づいてコントローラ時計Ｃｒを補正する処理であるともいえる。この結果、コントローラ時刻がグローバル時刻に合う。

ステップＳ２１１では、フラグ管理部１３が補正フラグをクリアする。この設定により、コントローラ時計管理部１１はコントローラ時計Ｃｒが補正中の状態ではないことを認識できる。

ステップＳ２１１では、通知部１２が補正されたコントローラ時刻を少なくとも一つのローカルコントローラ３０に向けて通知する。この通知に基づいて、ローカル時計管理部３１がローカル時計Ｃｅをコントローラ時計Ｃｒに同期させる。

処理フローＳ２で示すように、コントローラ時計管理部１１は、時間変更量が所与の閾値を超えた場合に、その時間変更量を一回の処理で解消してコントローラ時計Ｃｒをグローバル時計Ｃｇに同期させるのではなく、その時間変更量を複数の通信周期にわたって分散させて得られる補正量によりコントローラ時計Ｃｒを補正する。その補正量は、例えば、ステップＳ２０５において用いられる補正上限値であり、ステップＳ２１０において残っている時間変更量である。すなわち、コントローラ時計管理部１１は、複数の通信周期のそれぞれにおいて、所与の補正上限値の範囲内で補正量を設定する。コントローラ時計管理部１１は補正量が補正上限値以下になるまでコントローラ時計Ｃｒの補正を繰り返し、補正量が補正上限値以下になった場合に、コントローラ時計Ｃｒをグローバル時計Ｃｇに同期させる。

コントローラ時計管理部１１は、補正フラグが設定された場合（補正フラグがＯＮの場合）には、グローバル時刻を用いることなく（すなわち、グローバル時計Ｃｇを参照することなく）、時間変更量に基づいてコントローラ時計Ｃｒを補正する。

処理フローＳ２において、コントローラ時計管理部１１は、上位コントローラ１０内の内部遅延に更に基づいてコントローラ時計Ｃｒをグローバル時計Ｃｇに同期させてもよい。

［上位コントローラの変形例］
コントローラはコントローラ時計に加えて少なくとも一つの別の内部時計を備え、少なくとも二つの内部時計を用いてコントローラ時計をグローバル時計に同期させてもよい。図６はその変形例として上位コントローラ１０Ａを示す。上位コントローラ１０Ａはコントローラ時計Ｃｒに加えてマスタ時計Ｃｍを有する。上位コントローラ１０Ａは機能モジュールとしてコントローラ時計管理部１１Ａおよび通知部１２を備える。

コントローラ時計管理部１１Ａは第１時計管理部１４、第２時計管理部１５、およびフラグ管理部１３Ａを備える。第１時計管理部１４は、マスタ時計Ｃｍをグローバル時計Ｃｇに同期させて、該マスタ時計Ｃｍに基づくマスタ時刻を設定する機能モジュールである。第２時計管理部１５は、コントローラ時計Ｃｒをマスタ時計Ｃｍに同期させて、該コントローラ時計Ｃｒに基づくコントローラ時刻を設定する機能モジュールである。フラグ管理部１３Ａは、マスタ時計Ｃｍおよびコントローラ時計Ｃｒの少なくとも一方の補正において用いられるフラグを設定する機能モジュールであり、フラグ管理部１３と同様の機能を有する。

図７は上位コントローラ１０Ａ内での時刻同期の一例を処理フローＳ３として示すシーケンス図である。すなわち、上位コントローラ１０Ａは処理フローＳ３を実行する。

ステップＳ３１では第１時計管理部１４がグローバル時刻に基づいてマスタ時計Ｃｍの開始時刻Ｔｓを設定し、その開始時刻Ｔｓを第２時計管理部１５に出力する。ステップＳ３２では、第２時計管理部１５が開始時刻Ｔｓを取得し、さらに第２時計管理部１５に関連する内部遅延Ｄｉを取得する。

ステップＳ３３では、第１時計管理部１４がマスタクロック信号のマスタクロック周期Ｔｍを設定し、そのマスタクロック周期Ｔｍを第２時計管理部１５に出力する。ステップＳ３４では、第２時計管理部１５がマスタクロック周期Ｔｍを取得する。第２時計管理部１５はそのマスタクロック周期Ｔｍに基づいて、コントローラ時刻に対応する内部信号の内部周期を設定してもよい。一例では、第２時計管理部１５はマスタクロック周期Ｔｍよりも短い内部周期を設定し、例えば、マスタクロック周期Ｔｍの１／Ｎ（Ｎは２以上の整数）である内部周期を設定する。

その後、第１時計管理部１４および第２時計管理部１５が連携してマスタ時計Ｃｍおよびコントローラ時計Ｃｒに対する時刻同期を実行する。以下では、第１時計管理部１４および第２時計管理部１５での処理をそれぞれステップＳ３５，Ｓ３６として説明する。

ステップＳ３５では、第１時計管理部１４が時刻同期を開始し、マスタクロック周期Ｔｍを有するマスタクロック信号を第２時計管理部１５に向けて通知する。

ステップＳ３６では、第２時計管理部１５がそのマスタクロック信号に基づいてコントローラ時計Ｃｒをマスタ時計Ｃｍに同期させる。この同期において、第２時計管理部１５は開始時刻Ｔｓと内部遅延Ｄｉとの和をコントローラ時刻の初期値として設定する。その後、第２時計管理部１５は個々のマスタクロック周期Ｔｍにおいて、コントローラ時刻の前回値に該マスタクロック周期Ｔｍを加算してコントローラ時刻を更新する。第２時計管理部１５はこの更新に加えて、内部周期に基づいてコントローラ時刻を更新してもよい。

一例では、コントローラ時計管理部１１ＡはステップＳ３５，Ｓ３６の少なくとも一方において処理フローＳ２を実行する。したがって、マスタ時計Ｃｍを導入して２段階でコントローラ時計Ｃｒをグローバル時計Ｃｇに同期させる仕組みにおいて時間変更量が相対的に大きくなる場合でも、ローカル機器３の制御への影響を最小限に抑えることができる。このことは、コントローラが３以上の内部時計を有する場合でも同様である。

［プログラム］
上位コントローラ１０，１０Ａの各機能モジュールは、プロセッサ１１１またはメモリ１１２の上に時刻同期プログラムを読み込ませてプロセッサ１１１にそのプログラムを実行させることで実現される。時刻同期プログラムは、上位コントローラ１０，１０Ａの各機能モジュールを実現するためのコードを含む。プロセッサ１１１は時刻同期プログラムに従って入出力ポート１１５または通信ポート１１６を動作させ、メモリ１１２またはストレージ１１３におけるデータの読み出しおよび書き込みを実行する。このような処理により機器制御システム１の各機能モジュールが実現される。

時刻同期プログラムは、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、半導体メモリなどの非一時的な記録媒体に固定的に記録された上で提供されてもよい。あるいは、時刻同期プログラムは、搬送波に重畳されたデータ信号として通信ネットワークを介して提供されてもよい。

［効果］
以上説明したように、本開示の一側面に係るコントローラは、コントローラ内のコントローラ時計を外部のグローバル時計に同期させるコントローラ時計管理部と、同期されたコントローラ時計に基づくコントローラ時刻を、定周期通信により少なくとも一つのローカル機器に向けて通知する通知部とを備える。

本開示の一側面に係る時刻同期方法は、コントローラ内のコントローラ時計を外部のグローバル時計に同期させるステップと、同期されたコントローラ時計に基づくコントローラ時刻を、定周期通信により少なくとも一つのローカル機器に向けて通知するステップとを含む。

本開示の一側面に係る時刻同期プログラムは、コントローラ内のコントローラ時計を外部のグローバル時計に同期させるステップと、同期されたコントローラ時計に基づくコントローラ時刻を、定周期通信により少なくとも一つのローカル機器に向けて通知するステップとをコンピュータに実行させる。

このような側面においては、グローバル時計に同期したコントローラ時計に基づくコントローラ時刻がローカル機器に通知されるので、システム内の時刻を統一的に管理できる。例えば、少なくとも一つのローカル機器を一意の時刻に基づいて制御できる。

他の側面に係るコントローラでは、コントローラ時計管理部は、グローバル時計とコントローラ時計との時間差に対応する時間変更量に基づいてコントローラ時刻を調整してもよい。この時間変更量に応じてコントローラ時刻を調整することで時間差が解消されるので、その時間差に起因するローカル機器の制御への影響を最小限に抑えることができる。

他の側面に係るコントローラでは、コントローラ時計管理部は、コントローラ時刻の調整の少なくとも一部として、時間変更量に基づいてコントローラ時計を補正し、通知部は、補正されたコントローラ時計に基づくコントローラ時刻を、少なくとも一つのローカル機器に向けて通知してもよい。コントローラとローカル機器の間で時計を同期させつつコントローラ時計の時刻が調整されるので、コントローラによるローカル機器の制御への影響も最小限に抑えることができる。

他の側面に係るコントローラでは、コントローラ時計管理部は、時間変更量が所与の閾値を超えた場合に、時間変更量を定周期通信の複数の通信周期にわたって分散させて得られる補正量により、コントローラ時計を補正してもよい。相対的に大きい時間変更量が複数の通信周期にわたって徐々に解消されるので、ローカル機器の制御に影響を与えるコントローラ時刻の大きな変化を回避しつつ時刻を調整できる。この結果、時刻同期の正確性を一定以上の水準に維持できる。

他の側面に係るコントローラでは、コントローラ時計管理部は、複数の通信周期のそれぞれにおいて、所与の補正上限値の範囲内で補正量を設定してもよい。補正の上限値を設定することで補正量の変動が抑えられるので、コントローラ時刻の変化の度合いを均しつつ補正を円滑に進めることができる。

他の側面に係るコントローラでは、コントローラ時計管理部は、補正量が補正上限値以下になるまで、コントローラ時計の補正を繰り返し、補正量が補正上限値以下になった場合に、コントローラ時計をグローバル時計に同期させてもよい。補正を繰り返した上で最終的にコントローラ時計をグローバル時計に同期させることで、コントローラ時刻の大きな変化を回避しつつ時刻を調整できる。

他の側面に係るコントローラでは、時間変更量が閾値を超えた場合に、コントローラ時計が補正中であることを示すフラグを設定するフラグ管理部を更に備え、コントローラ時計管理部は、フラグが設定された場合に、グローバル時計を参照することなく、時間変更量に基づいてコントローラ時計を補正してもよい。時間差を補正している際はグローバル時計を用いないことで、コントローラ時刻の大きな変化を回避しつつ時刻を調整できる。

他の側面に係るコントローラでは、フラグ管理部は、コントローラ時計がグローバル時計に同期した場合に、フラグをクリアしてもよい。このようにフラグを設定することで、コントローラ時計の補正および同期という一連の処理が終わった後に、グローバル時計が新たに参照されるので、時刻同期を安定させることができる。

他の側面に係るコントローラでは、通知部は、定周期通信のそれぞれの通信周期において、コントローラ時刻を少なくとも一つのローカル機器に向けて通知してもよい。それぞれの通信周期においてそのコントローラ時刻を通知することで、同期されたコントローラ時刻を適切なタイミングでローカル機器に通知できる。

他の側面に係るコントローラでは、コントローラ時計管理部は、グローバル時計に基づくグローバル時刻を時刻サーバから非定周期通信により受信し、該グローバル時刻に基づいてコントローラ時計をグローバル時計に同期させてもよい。この場合には、非定周期通信を介して得られたグローバル時刻を用いて、システム内の時刻を統一的に管理できる。

他の側面に係るコントローラでは、コントローラ時計管理部は、コントローラ内のマスタ時計をグローバル時計に同期させて、該マスタ時計に基づくマスタ時刻を設定する第１時計管理部と、コントローラ時計をマスタ時計に同期させて、コントローラ時刻を設定する第２時計管理部とを備えてもよい。マスタ時計を導入して２段階で時計を同期させることで、時刻同期に関連する揺らぎの影響を抑えてロバストな時刻同期を実現できる。

他の側面に係るコントローラでは、第１時計管理部は、マスタ時刻に対応し、マスタクロック周期を有するマスタクロック信号を生成してもよい。第２時計管理部は、コントローラ時刻に対応し、所与の内部周期を有する内部信号を、マスタクロック周期に基づいて生成し、マスタ時計に基づく開始時刻と、マスタクロック周期および内部周期のうちの少なくとも一つとに基づいて、コントローラ時計をマスタ時計に同期させてもよい。マスタクロック信号の周期に基づいて内部信号を生成し、双方の信号の周期の少なくとも一つを用いて同期を実行することで、正確な時刻同期を実現できる。

他の側面に係るコントローラでは、第２時計管理部は、マスタクロック周期よりも短い内部周期で内部信号を生成してもよい。この内部信号を用いることで、コントローラ内の時刻をより短い間隔でマスタ時刻に同期させることができ、したがって、クロック信号の揺らぎの影響をより確実に抑えてロバストな時刻同期を実行できる。

他の側面に係るコントローラでは、コントローラ時計管理部は、コントローラ内の内部遅延に更に基づいてコントローラ時計をグローバル時計に同期させてもよい。コントローラ内の内部遅延が考慮されるので、コントローラ時計をより正確にグローバル時計に同期させることができる。

本開示の一側面に係る機器制御システムは、上記のコントローラと、少なくとも一つのローカル機器とを備える。少なくとも一つのローカル機器のそれぞれは、通知部により通知されたコントローラ時刻に基づいて、該ローカル機器内のローカル時計をコントローラ時計に同期させるローカル時計管理部を備える。

このような側面においては、グローバル時計に同期したコントローラ時計に基づくコントローラ時刻がローカル機器に通知され、ローカル機器がそのコントローラ時刻に基づいてローカル時計をコントローラ時計に同期させる。したがって、システム内の時刻を統一的に管理できる。例えば、少なくとも一つのローカル機器を一意の時刻に基づいて制御できる。

他の側面に係る機器制御システムでは、ローカル時計管理部は、通知されたコントローラ時刻に加えて、定周期通信による遅延時間に基づいて、ローカル時計をコントローラ時計に同期させてもよい。その遅延時間が考慮されることでローカル時計の同期をより正確に実行できる。

他の側面に係る機器制御システムでは、少なくとも一つのローカル機器の少なくとも一つはロボットコントローラであってもよい。この場合には、ロボットコントローラを有する機器制御システムにおいて時刻を統一的に管理できる。

［変形例］
以上、本開示の実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本開示は上記実施形態に限定されるものではない。本開示は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。

上記実施形態では上位コントローラ１０はコントローラ時計Ｃｒとグローバル時計Ｃｇとの時間差を段階的に縮める。別の例として、コントローラは、その時間差を一回の処理で解消し、少なくとも一つのローカル機器に通知する時刻（この時刻は一時的に、コントローラ時計Ｃｒが示す時刻からずれる結果となる）について補正を実行してもよい。すなわち、コントローラは、時間差の大きさに関係なくコントローラ時計をグローバル時計に同期させ、それぞれのローカル機器に通知する時刻について、時間差を段階的に縮めてもよい。

システムのハードウェア構成は、プログラムの実行により各機能モジュールを実現する態様に限定されない。例えば、上記実施形態における機能モジュールの少なくとも一部が、その機能に特化した論理回路により構成されていてもよいし、該論理回路を集積したＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）により構成されてもよい。

少なくとも一つのプロセッサにより実行される方法の処理手順は上記実施形態での例に限定されない。例えば、上述したステップ（処理）の一部が省略されてもよいし、別の順序で各ステップが実行されてもよい。また、上述したステップのうちの任意の２以上のステップが組み合わされてもよいし、ステップの一部が修正または削除されてもよい。あるいは、上記の各ステップに加えて他のステップが実行されてもよい。

コンピュータシステムまたはコンピュータ内で二つの数値の大小関係を比較する際には、「以上」および「よりも大きい」という二つの基準のどちらを用いてもよく、「以下」および「未満」という二つの基準のうちのどちらを用いてもよい。このような基準の選択は、二つの数値の大小関係を比較する処理についての技術的意義を変更するものではない。

１…機器制御システム、３…ローカル機器、９…時刻サーバ、１０，１０Ａ…上位コントローラ、１１，１１Ａ…コントローラ時計管理部、１２…通知部、１３，１３Ａ…フラグ管理部、１４…第１時計管理部、１５…第２時計管理部、２０…機器本体、３０…ローカルコントローラ、３１…ローカル時計管理部、Ｎａ…第１通信ネットワーク、Ｎｂ…第２通信ネットワーク。

Claims (13)

1. 外部のグローバル時計に基づくグローバル時刻を時刻サーバから非定周期通信により受信し、該グローバル時刻に基づいて、コントローラ内のコントローラ時計を該グローバル時計に同期させるコントローラ時計管理部と、
   前記同期されたコントローラ時計に基づくコントローラ時刻を、定周期通信により少なくとも一つのローカル機器に向けて通知する通知部と、
   を備え、
   前記コントローラ時計管理部は、
   前記コントローラ内のマスタ時計を前記グローバル時計に同期させて、該マスタ時計に基づくマスタ時刻を設定する第１時計管理部と、
   前記コントローラ時計を前記マスタ時計に同期させて前記コントローラ時刻を設定する第２時計管理部とを備え、
   前記第２時計管理部は、前記グローバル時計と前記コントローラ時計との時間差に対応する時間変更量が所与の閾値を超えた場合に、該時間変更量を前記定周期通信の複数の通信周期にわたって分散させて得られる補正量により、前記定周期通信の該複数の通信周期のそれぞれにおいて前記コントローラ時計を補正し、
   前記通知部は、前記定周期通信の前記複数の通信周期のそれぞれにおいて、補正された前記コントローラ時計に基づく前記コントローラ時刻を、前記少なくとも一つのローカル機器に向けて通知する、
   コントローラ。
2. 前記コントローラ時計管理部は、前記複数の通信周期のそれぞれにおいて、所与の補正上限値の範囲内で前記補正量を設定する、
   請求項１に記載のコントローラ。
3. 前記コントローラ時計管理部は、
   前記補正量が前記補正上限値以下になるまで、前記コントローラ時計の前記補正を繰り返し、
   前記補正量が前記補正上限値以下になった場合に、前記コントローラ時計を前記グローバル時計に同期させる、
   請求項２に記載のコントローラ。
4. 前記時間変更量が前記閾値を超えた場合に、前記コントローラ時計が補正中であることを示すフラグを設定するフラグ管理部を更に備え、
   前記コントローラ時計管理部は、前記フラグが設定された場合に、前記グローバル時計を参照することなく、前記時間変更量に基づいて前記コントローラ時計を補正する、
   請求項１～３のいずれか一項に記載のコントローラ。
5. 前記フラグ管理部は、前記コントローラ時計が前記グローバル時計に同期した場合に、前記フラグをクリアする、
   請求項４に記載のコントローラ。
6. 前記第１時計管理部は、前記マスタ時刻に対応し、マスタクロック周期を有するマスタクロック信号を生成し、
   前記第２時計管理部は、
   前記コントローラ時刻に対応し、所与の内部周期を有する内部信号を、前記マスタクロック周期に基づいて生成し、
   前記マスタ時計に基づく開始時刻と、前記マスタクロック周期および前記内部周期のうちの少なくとも一つとに基づいて、前記コントローラ時計を前記マスタ時計に同期させる、
   請求項１～５のいずれか一項に記載のコントローラ。
7. 前記第２時計管理部は、前記マスタクロック周期よりも短い前記内部周期で前記内部信号を生成する、
   請求項６に記載のコントローラ。
8. 前記コントローラ時計管理部は、前記コントローラ内の内部遅延に更に基づいて前記コントローラ時計を前記グローバル時計に同期させる、
   請求項１～７のいずれか一項に記載のコントローラ。
9. 請求項１～８のいずれか一項に記載のコントローラと、
   前記少なくとも一つのローカル機器と、
   を備え、
   前記少なくとも一つのローカル機器のそれぞれは、前記通知部により通知された前記コントローラ時刻に基づいて、該ローカル機器内のローカル時計を前記コントローラ時計に同期させるローカル時計管理部を備える、
   機器制御システム。
10. 前記ローカル時計管理部は、前記通知されたコントローラ時刻に加えて、前記定周期通信による遅延時間に基づいて、前記ローカル時計を前記コントローラ時計に同期させる、
    請求項９に記載の機器制御システム。
11. 前記少なくとも一つのローカル機器の少なくとも一つはロボットコントローラである、
    請求項９または１０に記載の機器制御システム。
12. 外部のグローバル時計に基づくグローバル時刻を時刻サーバから非定周期通信により受信し、該グローバル時刻に基づいて、コントローラ内のコントローラ時計を外部のグローバル時計に同期させる同期ステップと、
    前記同期されたコントローラ時計に基づくコントローラ時刻を、定周期通信により少なくとも一つのローカル機器に向けて通知する通知ステップと、
    を含み、
    前記同期ステップは、
    前記コントローラ内のマスタ時計を前記グローバル時計に同期させて、該マスタ時計に基づくマスタ時刻を設定するマスタ時刻設定ステップと、
    前記コントローラ時計を前記マスタ時計に同期させて前記コントローラ時刻を設定するコントローラ時刻ステップとを含み、
    前記コントローラ時刻ステップでは、前記グローバル時計と前記コントローラ時計との時間差に対応する時間変更量が所与の閾値を超えた場合に、該時間変更量を前記定周期通信の複数の通信周期にわたって分散させて得られる補正量により、前記定周期通信の該複数の通信周期のそれぞれにおいて前記コントローラ時計を補正し、
    前記通知ステップでは、前記定周期通信の前記複数の通信周期のそれぞれにおいて、補正された前記コントローラ時計に基づく前記コントローラ時刻を、前記少なくとも一つのローカル機器に向けて通知する、
    時刻同期方法。
13. 外部のグローバル時計に基づくグローバル時刻を時刻サーバから非定周期通信により受信し、該グローバル時刻に基づいて、コントローラ内のコントローラ時計を外部のグローバル時計に同期させる同期ステップと、
    前記同期されたコントローラ時計に基づくコントローラ時刻を、定周期通信により少なくとも一つのローカル機器に向けて通知する通知ステップと、
    をコンピュータに実行させ、
    前記同期ステップは、
    前記コントローラ内のマスタ時計を前記グローバル時計に同期させて、該マスタ時計に基づくマスタ時刻を設定するマスタ時刻設定ステップと、
    前記コントローラ時計を前記マスタ時計に同期させて前記コントローラ時刻を設定するコントローラ時刻ステップとを含み、
    前記コントローラ時刻ステップでは、前記グローバル時計と前記コントローラ時計との時間差に対応する時間変更量が所与の閾値を超えた場合に、該時間変更量を前記定周期通信の複数の通信周期にわたって分散させて得られる補正量により、前記定周期通信の該複数の通信周期のそれぞれにおいて前記コントローラ時計を補正し、
    前記通知ステップでは、前記定周期通信の前記複数の通信周期のそれぞれにおいて、補正された前記コントローラ時計に基づく前記コントローラ時刻を、前記少なくとも一つのローカル機器に向けて通知する、
    時刻同期プログラム。

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