CN109960242A

CN109960242A - 控制系统以及控制装置

Info

Publication number: CN109960242A
Application number: CN201811195863.3A
Authority: CN
Inventors: 前川典弘; 田原豊; 三宅一诚; 乌山幸嗣; 池尾裕二; 藤村亮辅
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2017-12-25
Filing date: 2018-10-15
Publication date: 2019-07-02
Anticipated expiration: 2038-10-15
Also published as: CN109960242B; EP3502813A1; JP2019114085A; EP3502813B1; US20190197016A1; JP7087378B2

Abstract

本发明提供一种控制系统与控制装置，即便在具有通信功能的单元存在多个的情况下，也能够灵活地实现通信处理而无需附加单元的结构。本发明的控制系统包含：具有用于收发数据的第一通信端口的第一单元、以及与第一单元电连接的一个或多个第二单元。各第二单元包含用于在与和第一单元的第一通信端口电连接的设备之间收发数据的逻辑通信部。第一单元包含将从第二单元发送的发送数据向作为发送目标的设备转发的转发处理部。

Description

控制系统以及控制装置

技术领域

本技术涉及一种对控制对象进行控制的控制系统以及控制装置。

背景技术

作为用于控制各种设备及制造装置等的控制装置，使用可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)等。进而，有时也配置包含安全控制器(safetycontroller)及各种安全组件(safety component)的安全系统。

随着信息通信技术(Information and Communication Technology，ICT)的进步，这种工业用控制器也正在发展网络(network)化。关于众所周知的结构，例如专利文献1(日本专利特开2009-223398号公报)所公开那样，除了执行运算处理的中央处理器(CentralProcessing Unit，CPU)单元以外，还安装有负责通信处理的通信单元。如专利文献2(日本专利特开2017-027539号公报)所公开那样，通常采用以下结构：与CPU模块相区别，另安装作为输入输出(Input-Output，IO)模块的一例的通信模块来进行通信处理。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利特开2009-223398号公报

[专利文献2]日本专利特开2017-027539号公报

发明内容

[发明所要解决的问题]

所述专利文献2所公开那样的结构基本上需要一对一地安装CPU模块与通信模块，因而在多个CPU模块分别进行通信处理的情况下，需要准备多个通信模块。

因而，期望即便在具有通信功能的单元存在多个的情况下，也能灵活地实现通信处理而无需附加单元的结构。

[解决问题的技术手段]

本发明的某个实施方式的控制系统对控制对象进行控制。控制系统包含：第一单元，具有用于收发数据的第一通信端口；以及一个或多个第二单元，与第一单元电连接。第二单元各自包含逻辑通信部，此逻辑通信部用于在与和第一单元的第一通信端口电连接的设备之间收发数据。第一单元包含转发处理部，此转发处理部将从第二单元发送的发送数据向作为发送目标的设备转发。

根据所述公开，不仅是第一单元，一个或多个第二单元也能够利用第一单元所具有的一个通信端口，因而能够简化系统结构并且使第二单元高功能化。

所述公开中，转发处理部可将从任一设备接收的接收数据向作为此接收数据的发送目标的第二单元转发。

根据所述公开，不仅能够从第二单元发送数据，而且也能够从任一设备接收数据。

所述公开中，第一单元以及一个或多个第二单元可包含用于在每个预定的周期进行数据交换的数据通信部。也可使逻辑通信部在新生成要发送的发送数据时，附加内容与对前次生成的发送数据所附加的控制信息不同的控制信息，并与第一单元进行数据交换。

根据所述公开，即便在无论有无数据更新均在每个预定的周期进行数据交换的结构中，也能在第一单元与第二单元之间，仅在新生成数据和/或新接收到数据时执行处理。因而，能够维持高的响应性能并且防止处理的庞大化。

所述公开中，也可使逻辑通信部在新生成要发送的发送数据时，通过将对前次生成的发送数据所附加的控制信息的值增量或减量，而生成新控制信息。

根据所述公开，能够根据控制信息的值的增加或减少而探测到新生成了发送数据。

所述公开中，第一单元可包含保存在与一个或多个第二单元之间进行数据交换的数据的第一存储区域、及保存经由第一通信端口在与设备之间收发的数据的第二存储区域。也可使转发处理部按照预定的数据交换信息，在第一存储区域与第二存储区域之间进行数据交换。

根据所述公开，能够在第一单元与一个或多个第二单元之间进行数据交换的数据中，仅将在与设备之间收发的数据有效率地进行数据交换。结果，能够防止第一单元的处理的庞大化。

所述公开中，可为：转发处理部在从任一设备接收到接收数据时，附加内容与对前次接收的接收数据所附加的控制信息不同的控制信息，并与作为此接收数据的发送目标的第二单元进行数据交换。

根据所述公开，一个或多个第二单元能够即刻探测出第一单元从任一设备新接收到接收数据。

所述公开中，第一单元可还具有用于收发数据的与第一通信端口不同的第二通信端口。用于经由第一通信端口收发数据的通信协议可与用于经由第二通信端口收发数据的通信协议不同。

根据所述公开，通过选择性地利用设于第一单元的多个通信端口，能够实现各种应用。

所述公开中，第一单元可还包含第三存储区域，此第三存储区域保存经由第二通信端口在与设备之间收发的数据。也可使转发处理部按照预定的数据交换信息，将第一存储区域的数据在与第二存储区域及第三存储区域之间选择性地进行数据交换。

根据所述公开，能够按照生成数据的第二单元的要求等，以适当的通信协议且利用适当的作为发送目标的设备来传送数据。

所述公开中，第一单元可还包含第三存储区域，此第三存储区域保存经由第二通信端口在与设备之间收发的数据。也可使转发处理部按照预定的数据交换信息，在第二存储区域与第三存储区域之间进行数据交换。

根据本发明的另一实施方式，提供一种控制装置，其构成用于对控制对象进行控制的控制系统。控制装置包含：通信端口，用于收发数据；以及数据通信部，用于在与一个或多个通信单元之间在每个预定的周期进行数据交换。通信单元各自含有逻辑通信部，此逻辑通信部用于在与和通信端口电连接的设备之间收发数据。控制装置包含转发处理部，此转发处理部将从通信单元发送的发送数据向作为发送目标的设备转发。

[发明的效果]

根据本发明的实施方式，即便在具有通信功能的单元存在多个的情况下，也能够灵活地实现通信处理而无需附加单元。

附图说明

图1是表示本发明的相关技术的控制系统的结构例的示意图。

图2是表示本实施方式的控制系统的结构例的示意图。

图3是表示本实施方式的控制系统的单元间的连接结构的示意图。

图4是表示本实施方式的控制系统所含的CPU单元的硬件结构例的示意图。

图5是表示本实施方式的控制系统所含的通信单元的硬件结构例的示意图。

图6是表示本实施方式的控制系统的CPU单元与通信单元的连接结构的一例的示意图。

图7是表示本实施方式的CPU单元的共享存储器的存储器布局的一例的示意图。

图8是表示本实施方式的CPU单元中保存的数据交换信息的内容的一例的示意图。

图9是用于说明本实施方式的控制系统的通信帧的发送处理的示意图。

图10是用于说明本实施方式的控制系统的CPU单元的通信帧的发送处理的示意图。

图11是表示本实施方式的控制系统的通信帧的发送处理的处理顺序的流程图。

图12是用于说明本实施方式的控制系统的通信帧的接收处理的示意图。

图13是用于说明本实施方式的控制系统的CPU单元的通信帧的接收处理的示意图。

图14是表示本实施方式的控制系统的通信帧的接收处理的处理顺序的流程图。

图15是表示本实施方式的第一变形例的控制系统的结构例的示意图。

图16是表示本实施方式的第一变形例的控制系统的CPU单元与通信单元的连接结构的一例的示意图。

图17是表示本实施方式的第一变形例的CPU单元中保存的数据交换信息的内容的一例的示意图。

图18是表示本实施方式的第二变形例的控制系统的结构例的示意图。

图19是表示本实施方式的第二变形例的控制系统的CPU单元的连接结构的一例的示意图。

图20是表示本实施方式的第三变形例的控制系统的结构例的示意图。

图21是表示本实施方式的控制系统的设定用户接口的一例的图。

[符号的说明]

1、1A、1B、1C、1X：控制系统

40：内部总线

42：下行链路

44：上行链路

100、100A、100B、100X：CPU单元

102、202：处理器

104、204：快闪存储器

106、216：系统程序

108：结构信息

110：RAM

120：网络通信部

122：网络控制器

124：收发电路

128、128A、128B、138、138A、208：共享存储器

128R、138R、208R：接收缓冲器

128T、138T、208T：发送缓冲器

130、220：内部总线通信部

132：内部总线控制器

134：发送电路

136：接收电路

150、150A、150B、150C、250X：通信端口

180、180A、180B、180C：数据交换信息

182：连接管理信息

200、200C、200X：通信单元

206：功能模块

218：应用程序

230R、240R：接收部

230T、240T：发送部

232、242：DES(反串行转换器)

234、244：转发控制器

236、246：SER(串行转换器)

250：接收处理部

252：解码部

254：CRC检验部

260：发送处理部

262：CRC生成部

264：编码部

270：逻辑通信部

300：通信设备

340：耦合单元

402、412、422、432、442、452、462、472：通信帧

404、414、424、444、454、464、474：控制信息

500：用户接口画面

502、504：设定区域

512：目标设备设定区域

514：目标配件设定区域

516：通信周期设定区域

1222：应用协议堆栈

1224：协议堆栈

1226：物理层驱动器

具体实施方式

参照附图对本发明的实施方式作详细说明。此外，对图中的相同或相应部分标注相同符号，不重复进行其说明。

＜A.应用例＞

首先，参照图1及图2对应用本发明的场景的一例进行说明。

图1是表示本发明的相关技术的控制系统1X的结构例的示意图。图2是表示本实施方式的控制系统1的结构例的示意图。

为了进行比较，先对本发明的相关技术的控制系统1X进行说明。参照图1，控制系统1X包含CPU单元100X以及多个通信单元200X-1、通信单元200X-2、通信单元200X-3(以下也统称为“通信单元200X”)。

设想图1所示的控制系统1X的结构在与三个通信设备300-1、通信设备300-2、通信设备300-3(以下也统称为“通信设备300”)之间分别进行通信处理。

CPU单元100X相当于执行控制程序的运算处理部，所述控制程序运算对控制对象的指令值。作为一例，通信单元200X-1、通信单元200X-2、通信单元200X-3为通信单元，分别执行在与通信设备300-1、通信设备300-2、通信设备300-3之间收发通信帧等数据的处理。通信单元200X-1、通信单元200X-2、通信单元200X-3分别具有用于收发数据的通信端口250X-1、通信端口250X-2、通信端口250X-3。

这样，图1所示的控制系统1X中，采用在CPU单元100X上连接有一个或多个各自具有通信端口的通信单元200X的结构。采用在各通信单元200X与作为连接对象的通信设备300之间分别收发数据的结构。在采用图1所示那样的控制系统1X的结构的情况下，可能会产生如下问题。

(1)要执行信单元200X含有通信端口的通信处理所需要的电路结构，因而作为硬件的成本增加。

(2)需要在各通信单元200X中实现通信功能，在应对多个通信协议那样的情况下，各通信单元200X的开发成本及开发时间增加。

针对此种问题，本实施方式的控制系统1提供其他单元可利用特定单元所具有的通信功能的环境。即，通过使其他单元共享特定单元所具有的通信功能，而解决所述那样的本发明的相关技术的控制系统1X可能产生的问题。

更具体而言，参照图2，控制系统1用于对控制对象进行控制，包含CPU单元100以及与CPU单元100电连接的一个或多个通信单元200-1、通信单元200-2、通信单元200-3(以下也统称为“通信单元200”)。

本说明书中，“通信单元”为包含至少安装了逻辑通信处理的单元的用语，所述逻辑通信处理用于在与通信对象(图2所示的示例中为通信设备300)之间收发数据。图2所示的通信单元200各自具有逻辑通信部270。本说明书中，“逻辑通信部”包含提供所述那样的逻辑通信处理的硬件逻辑和/或软件逻辑。

例如，参照开放系统互联(Open System Interconnect，OSI)参照模型，逻辑通信部270具有相当于网络层、传输(transport)层、会话(session)层、表示(presentation)层、应用(application)层等的层。但是，逻辑通信部270不具有物理层。

作为典型的通信单元200，例如设想对控制对象提供安全功能的安全单元等。安全单元可除了逻辑通信部以外，还具有用于循环执行安全逻辑的运算处理部。但是，本说明书的“通信单元”不限于安全单元，例如也可为监视CPU单元100所连接的网络那样的单元、或者提供数据库(database)或各种服务器功能的单元等。

CPU单元100是一种控制装置，具有用于收发数据的通信端口150。CPU单元100的通信端口150不限于仅由CPU单元100利用，也可由连接于CPU单元100的通信单元200利用。因而，通信单元200的逻辑通信部270是以在与和CPU单元100的通信端口150电连接的通信设备300之间收发数据的方式构成。

即，CPU单元100能够在通信端口150中转(桥接)从通信单元200接收的数据。而且，CPU单元100能够将在通信端口150所接收的数据中转(桥接)至通信单元200。

CPU单元100具有转发处理部，此转发处理部将从通信单元200发送的发送数据向作为发送目标的通信设备300转发。通过此种转发处理部，从通信单元200送出的数据经CPU单元100转发，从CPU单元100的通信端口150向目标通信设备300送出。

CPU单元100的转发处理部将从任一通信设备300接收的接收数据向作为所述接收数据的发送目标的通信单元200转发。通过此种转发处理部，从某个通信设备300送出的数据被CPU单元100的通信端口150接收，并从CPU单元100向目标通信单元200送出。

这种各通信单元200与各通信设备300之间的中转是按照CPU单元100中保存的数据交换信息180来进行。

如后所述，典型而言，CPU单元100与各通信单元200之间经由通信线(以下也称为“内部总线”)而连接。CPU单元100按照数据交换信息180，将从任一通信设备300经由通信端口150接收的数据经由内部总线而向作为发送目标的通信单元200转发，并且将从任一通信单元200经由内部总线而接收的数据经由通信端口150而向作为发送目标的通信设备300转发。

通过采用图2所示那样的结构，能够共享安装在CPU单元100中的通信功能，因而无需对通信单元200安装通信功能，能够降低通信单元200的作为硬件的成本，并且能够抑制通信单元200的开发成本及开发时间。

此外，作为用于经由CPU单元100的通信端口150在与通信设备300之间收发数据的通信协议，除了通常的传输控制协议/网际协议(Transmission Control Protocol/Internet Protocol，TCP/IP)以外，可使用工业以太网协议(EtherNet/IP，注册商标)、以太网控制自动化技术(EtherCAT，注册商标)、EtherCAT之上的功能安全(Functional Safetyover EtherCAT，FSoE)、通用工业协议安全(Commmon Industrail Protocol Safety，CIPSafety)(EtherNet/IP上或设备网(DeviceNet)上)、实时以太网安全(Profinet Safety)等。进而，不限定于这些通信协议，可采用任意的通信协议。

以下的说明中，将在通信单元200与通信设备300之间收发的主要数据作为“通信帧”来说明。但是，在进行转发处理的CPU单元100与通信单元200之间、及CPU单元100的内部，有时也对“通信帧”附加“控制信息”，因而也有将两者合一的数据成为收发对象的情况。

此外，不应根据用语“通信帧”来限定性地解释收发的数据，例如也可包括以“包”的单位收发的情况、或以更长的数据串的单位收发那样的情况。

＜B.硬件结构例＞

接下来，对构成本实施方式的控制系统1的各单元的硬件结构例进行说明。

(b1：单元间的连接结构)

图3是表示本实施方式的控制系统1的单元间的连接结构的示意图。参照图3，CPU单元100可经由作为通信线的内部总线40(下行链路42及上行链路44)与一个或多个通信单元200彼此进行通信处理。图3所示的控制系统1的连接结构中，CPU单元100以及一个或多个通信单元200经菊花链(daisy chain)连接。

作为一例，内部总线40(下行链路42以及上行链路44)采用串行通信，通信对象的数据是以按时序排成一列的形式依次传递。在下行链路42上，从CPU单元100向通信单元200朝一个方向依次转发数据。另一方面，在上行链路44上，从任一通信单元200向CPU单元100朝一个方向依次转发数据。

各通信单元200接收在下行链路42或上行链路44上传递的通信帧后，从所述通信帧将数据解码并执行必要的处理。另外，各通信单元200将所接收的通信帧向下一级的通信单元200再发送(转发)。

为了实现此种通信帧的再发送(转发)处理，各通信单元200在下行链路42中包含接收部(以下也记作“RX”)230R及发送部(以下也记作“TX”)230T，并且在上行链路44中包含接收部240R及发送部240T。而且，各通信单元200包含处理器202。

CPU单元100包含网络通信部120和内部总线通信部130。网络通信部120负责从通信端口150的通信帧的送出处理、及经由通信端口150的通信帧的接收处理。内部总线通信部130负责经由内部总线40的通信帧的送出处理及通信帧的接收处理。网络通信部120及内部总线通信部130的处理是由处理器102控制。即，通过处理器102执行系统程序106而实现转发处理部。

(b2：CPU单元100的结构例)

图4是表示本实施方式的控制系统1所含的CPU单元100的硬件结构例的示意图。参照图4，CPU单元100包含处理器102、快闪存储器(flash memory)104、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)110、网络通信部120及内部总线通信部130。

处理器102读出预先保存在快闪存储器104中的系统程序106并予以执行，由此实现对网络通信部120及内部总线通信部130的控制处理。关于由处理器102所执行的处理的详细情况，将于后述。

快闪存储器104除了保存有系统程序106以外，还保存有结构信息108和数据交换信息180。

结构信息108包含连接于CPU单元100的各通信单元200的设定值等。

数据交换信息180包含后述那样的用于控制各通信单元200与通信设备300之间的通信帧的收发的路径信息等。

RAM 110中，除了未图示的工作数据(working data)以外，还配置有连接管理信息182等。如后述那样，连接管理信息182包含从CPU单元100向通信设备300的通信帧的发送处理所需要的管理信息。典型而言，每当在与发送目标之间确立连接时，适当生成或更新连接管理信息182。

网络通信部120包含网络控制器122、收发电路124及共享存储器128。

网络控制器122对共享存储器128中积存的通信帧执行转发处理等。

收发电路124将从网络控制器122给予的数据串调变成电信号，并经由连接于通信端口150的网络线缆(network cable)而送出，并且将经由连接于通信端口150的网络线缆所接收的电信号解调成数据串并向网络控制器122输出。

共享存储器128除了接受来自网络控制器122的数据存取以外，还接受来自处理器102及内部总线通信部130的数据存取。共享存储器128具有接收缓冲器128R及发送缓冲器128T。接收缓冲器128R中积存有经由通信端口150接收到的通信帧，发送缓冲器128T中积存有要经由通信端口150送出的预定的通信帧。

内部总线通信部130包含内部总线控制器132、发送电路134、接收电路136及共享存储器138。

内部总线控制器132对积存在共享存储器138中的通信帧执行转发处理等。

发送电路134将从内部总线控制器132给予的数据串调变成电信号，并经由内部总线40(下行链路42)而送出。接收电路136将经由内部总线40(上行链路44)接收的电信号解调成数据串并向内部总线控制器132输出。

共享存储器138除了接受来自内部总线控制器132的数据存取以外，还接受来自处理器102及网络通信部120的数据存取。共享存储器138具有接收缓冲器138R及发送缓冲器138T。接收缓冲器138R中积存有经由内部总线40(上行链路44)接收到的通信帧，发送缓冲器138T中积存有要经由内部总线40(下行链路42)送出的预定的通信帧。

(b3：通信单元200的结构例)

图5是表示本实施方式的控制系统1所含的通信单元200的硬件结构例的示意图。参照图5，通信单元200包含处理器202、快闪存储器204、功能模块206、共享存储器208及内部总线通信部220。

处理器202读出预先保存在快闪存储器204中的系统程序216及应用程序218并予以执行，由此实现与控制对象相应的控制处理。对于应用程序218，可规定有在与任意的通信设备300之间收发数据那样的处理。

即，图2所示的逻辑通信部270可通过通信单元200的处理器202执行系统程序216和/或应用程序218而实现。

功能模块206是用于实现各通信单元200所负责的处理的硬件电路，例如可包含接受来自现场的输入信号的电路、产生向现场的输出信号的电路、在与其他控制器之间进行串行通信的电路等。此外，在通过处理器202执行应用程序218而能够实现必要处理的情况下，也可省略功能模块206。

共享存储器208除了接受来自内部总线通信部220的数据存取以外，还接受来自处理器202等的数据存取。共享存储器208具有接收缓冲器208R及发送缓冲器208T。接收缓冲器208R中积存有内部总线通信部220接收到的通信帧，发送缓冲器208T中积存有内部总线通信部220要送出的预定的通信帧。

内部总线通信部220包含反串行转换器(de-serializer，以下称为“DES”)232、反串行转换器242、串行转换器(SER：serializer，称为以下“SER”)236、串行转换器246及转发控制器234、转发控制器244。

DES 232、转发控制器234及SER 236与图3所示的下行链路42中的接收部230R及发送部230T相对应。同样，DES 242、转发控制器244及SER 246与图4所示的上行链路44中的发送部240T及接收部240R相对应。

内部总线通信部220还包含接收处理部250及发送处理部260。

接收处理部250连接于转发控制器234及转发控制器244，对从前一级的通信单元200接收的通信帧进行处理。接收处理部250包含解码部252及循环冗余检验(CyclicRedundancy Check，CRC)检验部254。解码部252按照规定的算法将转发控制器234及转发控制器244中接收到的通信帧解码成数据。CRC检验部254根据附加于通信帧的末尾的帧检验序列(Frame Check Sequence，FCS)等来进行错误检验(例如CRC(Cyclic RedundancyCheck)码)。从接收处理部250输出的数据积存在接收缓冲器208R中。

发送处理部260连接于转发控制器234及转发控制器244，按照来自处理器202等的指示，进行向下一级的通信单元200再发送(转发)的通信帧的生成及时机控制等。发送处理部260包含CRC生成部262及编码部264。CRC生成部262对积存在发送缓冲器208T中的数据附加错误控制符号(CRC)。编码部264将来自CRC生成部262的数据编码，并向对应的转发控制器234或转发控制器244输出。

＜C.通信单元与通信设备之间的通信处理＞

接下来，对通信单元200与通信设备300之间的通信处理的结构及处理进行说明。

(c1：连接结构)

图6是表示本实施方式的控制系统1的CPU单元100与通信单元200的连接结构的一例的示意图。参照图6，对于与CPU单元100的内部总线控制器132相连的共同的内部总线40，分别连接有各通信单元200的内部总线通信部220。

CPU单元100与各通信单元200之间以预定的更新周期进行数据交换。更具体而言，从CPU单元100向各通信单元200发送的出(OUT)数据(指令值等)、与从各通信单元200向CPU单元100发送的入(IN)数据(测定值及状态值等)在每个规定的更新周期经由内部总线40而传送，由此，CPU单元100及各通信单元200所保持的数据在每个规定的更新周期更新。也将这种经由内部总线40的每个规定周期的数据更新称为“IO刷新”。

本说明书中，“IO刷新”包含在CPU单元100与一个或多个通信单元200之间在每个预定的周期(以下也称为“IO刷新周期”)进行数据交换的处理。

CPU单元100中，通过IO刷新而更新的数据保持在内部总线通信部130的共享存储器138中。IO刷新周期通常为几百微秒(μs)～几毫秒(ms)，能够实现高速的数据更新。

本实施方式的控制系统1中，利用经由内部总线40的IO刷新，来传送通信单元200所生成的通信帧及从通信设备300接收的通信帧。

CPU单元100的内部总线通信部130及通信单元200的内部总线通信部220相当于用于在每个IO刷新周期进行数据交换的数据通信部。

另一方面，CPU单元100与通信设备300之间的通信处理(通信帧的收发处理)是由CPU单元100的网络通信部120负责。在与通信设备300之间收发的通信帧积存在网络通信部120的共享存储器128中。

CPU单元100中，通过将网络通信部120的共享存储器128中积存的通信帧、与内部总线通信部130的共享存储器138中积存的通信帧适当进行数据交换，而实现一个或多个通信单元200与一个或多个通信设备300之间的通信处理。即，CPU单元100通过将经由内部总线40收发的数据、与经由通信端口150及网络线缆收发的数据之间相互转发，而如对通信单元200与通信设备300之间的通信处理起中介作用的路由器(router)那样发挥功能。

如图6所示那样，若任一通信单元200生成通信帧((1)通信帧生成)，则此生成的通信帧在IO刷新的时机从通信单元200向CPU单元100传送((2)IO刷新)。此时，由于利用IO刷新的数据交换，因而对所生成的通信帧附加所述控制信息。

IO刷新中，在CPU单元100的内部总线通信部130的共享存储器138与通信单元200之间交换数据。

接下来，在CPU单元100的内部总线通信部130的共享存储器138与网络通信部120的共享存储器128之间交换数据((3)数据交换)。共享存储器138与共享存储器128之间的数据交换是按照预先准备的数据交换信息180而执行。

典型而言，数据交换信息180能够由用户使用支援装置等来设定。数据交换信息180包含发送源的存储器地址、发送目标的存储器地址、发送尺寸等。

接着，CPU单元100的网络通信部120向通信设备300发送共享存储器128中积存的通信帧，或将从通信设备300接收到的通信帧积存在共享存储器128中((4)通信帧收发)。此外，在对共享存储器128中积存的通信帧附加有控制信息的情况下，按照所述附加的控制信息所规定的通信协议来发送将控制信息除外的通信帧。

对于CPU单元100从通信设备300接收的通信帧，以与通信帧相反的顺序向对象的通信单元200转发通信帧。然后，通信单元200对接收到的通信帧进行处理((5)通信帧处理)。

如图6所示那样，本实施方式的控制系统1中，CPU单元100具有保存与通信单元200的IO刷新结果的存储区域(共享存储器138)、及经由通信端口150的通信处理用的存储区域(共享存储器128)。即，CPU单元100具有保存在与一个或多个通信单元200之间进行数据交换的数据的第一存储区域(共享存储器138)、及保存经由通信端口150在与通信设备300之间收发的数据的第二存储区域(共享存储器128)。

CPU单元100按照预定的数据交换信息180，在第一存储区域(共享存储器138)与第二存储区域(共享存储器128)之间进行数据交换。通过在这种存储区域间中转通信帧，而实现通信单元200与通信设备300之间的通信处理。

(c2：存储器布局及数据交换信息)

接下来，对CPU单元100中的网络通信部120的共享存储器128及内部总线通信部130的共享存储器138的存储器布局、以及用于在共享存储器间交换数据的数据交换信息180进行说明。

图7是表示本实施方式的CPU单元100的共享存储器的存储器布局的一例的示意图。参照图7，在内部总线通信部130的共享存储器138中，与和各个通信单元200之间的IO刷新对应地规定有数据的保存区域。图7所示的示例中，共享存储器138中，对通信单元200-1、通信单元200-2、通信单元200-3、…各自分配有区域，在各区域中保存有在与对应的通信单元200之间进行数据交换的入(IN)数据及出(OUT)数据。

IN数据的一部分中包含从通信单元200发送的通信帧，OUT数据中包含向通信单元200转发的通信帧。

另一方面，网络通信部120的共享存储器128中，也对通信单元200-1、通信单元200-2、通信单元200-3、…各自分配有区域。共享存储器128中仅保存有在与通信设备300之间收发的通信帧。

为了使这种共享存储器138的存储器布局与共享存储器128的存储器布局匹配，而参照数据交换信息180。即，数据交换信息180规定位于共享存储器138上的通信帧与位于共享存储器128上的哪个位置的通信帧对应，并且规定位于共享存储器128上的通信帧与位于共享存储器138上的哪个位置的通信帧对应。

这样，由CPU单元100所执行的数据交换包含参照数据交换信息180将位于共享存储器138上的从通信单元200所发送的通信帧写入到共享存储器128上的适当位置的处理、及将位于共享存储器128上的向通信单元200的通信帧写入到共享存储器138上的适当位置的处理。

图8是表示本实施方式的CPU单元100中保存的数据交换信息180的内容的一例的示意图。参照图8，数据交换信息180包含一个或多个数据交换设定。各数据交换设定包含发送源的存储器地址、发送目标的存储器地址、发送尺寸等。

内部总线通信部130及网络通信部120的任一者成为发送源，另一者成为发送目标。而且，作为存储器地址，规定共享存储器128或共享存储器138上的存储器地址。发送尺寸表示成为交换对象的通信帧的大小等。

例如，在从通信单元200向任一通信设备300发送通信帧的情况下，数据交换信息180包含(1)对象的通信单元200的存储区域的通路(复制源)、(2)内部总线通信部130的共享存储器138的存储区域的通路(复制目标)、以及(3)发往通信设备300的通信帧和控制信息的数据尺寸。

相反，在从任一通信设备300向通信单元200发送通信帧的情况下，数据交换信息180包含(1)内部总线通信部130的共享存储器138的存储区域的通路(复制源)、(2)对象的通信单元200的存储区域的通路(复制目标)、以及(3)发往通信单元200的通信帧和控制信息的数据尺寸。

此外，存储区域的通路是按对发送及接收分别设定的顺序从头开始分配，由此以不超过存储区域的尺寸的方式控制数据配置。

(c3：通信帧发送处理)

接下来，对从通信单元200发送通信帧时的处理进行说明。

图9是用于说明本实施方式的控制系统1的通信帧的发送处理的示意图。图9中示出了向与CPU单元100进行网络连接的通信设备300发送和CPU单元100进行总线连接的任一通信单元200所生成的通信帧的处理。

本实施方式的控制系统1中，为了保证通信帧的响应性，使用作为高速且循环的数据传送的IO刷新来传送通信帧。但是，在使用IO刷新的情况下，无论是否新追加需发送的通信帧，均在每个IO刷新更新周期进行数据交换，因而为了探测新通信帧的生成，将每次更新的控制信息附加于通信帧。

这样，在使用IO刷新依靠CPU单元100发送通信帧的情况下，需要管理通信帧的变化的有无，为了探测这种通信帧的变化，使用控制信息。

更具体而言，当通信单元200生成及发送通信帧时，更新附加于此通信帧的控制信息的内容。CPU单元100在每个规定的周期(以下也称为“通信帧轮询(polling)周期”)，监视对共享存储器128中积存的各通信帧附加的控制信息的内容。CPU单元100若探测到对任一通信帧所附加的控制信息的内容更新，则开始附加有探测到所述更新的控制信息的通信帧的发送处理。

即，CPU单元100在每个通信帧轮询周期，确认对通过IO刷新在与通信单元200之间进行数据交换的通信帧所附加的控制信息，并以此控制信息的变化作为触发来发送通信帧。通过使用这种控制信息，能够使用作为循环的数据交换的IO刷新来实现通信帧的发送。

通信帧轮询周期基本上是设定为比IO刷新周期更长的时间，但也可为与IO刷新周期相同的时间长度，或也可设定为比IO刷新周期更短的时间。

此外，在使用安全单元作为通信单元200的情况下，通信帧轮询周期也可设定为安全任务周期的长度。即，也可与安全任务的监视周期对应地进行数据的收发。

图9中表示通信帧的发送处理的具体例。参照图9，在(1)通信帧生成中，通信单元200在每个规定的发送周期生成通信帧402。

若新生成要发送的通信帧402(发送数据)，则附加内容与对前次生成的通信帧402(发送数据)所附加的控制信息404不同的控制信息404，与CPU单元100进行数据交换。作为一例，对通信帧402附加的控制信息404包含若新生成要发送的通信帧402则增量(或减量)的值。即，若新生成要发送的通信帧402(发送数据)，则将对前次生成的通信帧402(发送数据)所附加的控制信息404的值增量或减量，由此生成新的控制信息404。

图9所示的示例中，在对现有的通信帧402附加的控制信息404中设定“100”，若生成后续的通信帧402，则在对此新生成的通信帧402附加的控制信息404中，保存由“100”增加1而得的“101”。

这样，通信单元200在每个规定的发送周期生成通信帧402，并且按照规定规则来更新对所生成的通信帧402附加的控制信息404的值。

通信单元200所生成的通信帧402及对通信帧402附加的控制信息404成为IO刷新的对象，在每个IO刷新周期被传送到内部总线通信部130的共享存储器138。保存在共享存储器138中的来自通信单元200的通信帧412及对通信帧412附加的控制信息414是在每个IO刷新周期更新((2)IO刷新)。

CPU单元100中，在内部总线通信部130的共享存储器138与网络通信部120的共享存储器128之间交换数据((3)数据交换)。数据交换的结果为，在共享存储器128中保存有与通信单元200所生成的通信帧及控制信息相同的通信帧422及控制信息424。共享存储器138与共享存储器128之间的数据交换是以与IO刷新周期相同的周期或更短的周期循环执行，因而共享存储器128中的通信帧412及对通信帧412附加的控制信息414的更新、与共享存储器138中的通信帧422及对通信帧422附加的控制信息424的更新是几乎同时执行。

网络通信部120在每个通信帧轮询周期，监视共享存储器138上的控制信息424的值。若探测到控制信息424的值的变化，则网络通信部120发送与附加有值变化的控制信息424的通信帧422对应的通信帧432((4)通信帧收发)。

图9所示的示例中，当第1个通信帧轮询周期到来时，探测到控制信息404从“99”变化为“100”，发送通信帧432。当随后的第2个通信帧轮询周期到来时，控制信息404保持“100”，因而不进行通信帧432的发送。

当随后的第3个通信帧轮询周期到来时，探测到控制信息404从“100”变化为“101”，因而发送通信帧432。

这样，CPU单元100的网络通信部120在每个规定的发送周期(通信帧轮询周期)，监视需发送的通信帧432是否到达，并且在判断为到达时，开始所述通信帧432的发送。

图10是用于说明本实施方式的控制系统1的CPU单元100的通信帧的发送处理的示意图。参照图10，网络通信部120的网络控制器122包含应用协议堆栈1222、TCP/IP协议堆栈1224及物理层驱动器1226作为逻辑结构。

在发送共享存储器128中保存的通信帧的情况下，应用协议堆栈1222探索与对象的通信帧对应的数据交换信息180的设定、及连接管理信息182。

连接管理信息182例如包含连接ID、发送目标IP地址、使用用户数据报协议(UserDatagram Protocol，UDP)端口、通信帧序列计数等。应用协议堆栈1222在发送通信帧前，确立与发送目标之间的连接。

TCP/IP协议堆栈1224根据发送对象的通信帧及连接管理信息182而生成以太网(Ethernet)(注册商标)帧。物理层驱动器1226对收发电路124给予指令，以能够将来自TCP/IP协议堆栈1224的Ethernet帧以电信号的形式输出。

通过以上那样的顺序，经由CPU单元100向通信设备300发送通信单元200所生成的通信帧。

图11是表示本实施方式的控制系统1的通信帧的发送处理的处理顺序的流程图。图11中表示了CPU单元100的处理顺序及通信单元200的处理顺序。图11所示的各步骤可通过CPU单元100的处理器102及通信单元200的处理器202分别执行程序而实现。

参照图11，通信单元200判断是否存在需发送的通信帧(步骤S100)。若不存在需发送的通信帧(步骤S100中为否(NO))，则跳过步骤S102及步骤S104的处理。

若存在需发送的通信帧(步骤S100中为是(YES))，则通信单元200决定对需发送的通信帧附加的控制信息的内容(步骤S102)，并将需发送的通信帧及所决定的控制信息保存在共享存储器128的发送缓冲器128T中(步骤S104)。

接下来，通信单元200判断IO刷新周期是否到来(步骤S106)。若IO刷新周期未到来(步骤S106中为否(NO))，则等待IO刷新周期的到来。

若IO刷新周期到来(步骤S106中为是(YES))，则通信单元200执行IO刷新，在与CPU单元100之间进行数据交换(步骤S108)。然后，重复步骤S100以后的处理。

另一方面，关于CPU单元100，首先CPU单元100按照预定的设定在与发送对象的通信帧的发送目标之间确立连接(步骤S200)。若确立连接，则生成或更新用于管理所述确立的连接的连接管理信息182。接下来，CPU单元100判断IO刷新周期是否到来(步骤S202)。若IO刷新周期未到来(步骤S202中为否(NO))，则等待IO刷新周期的到来。

若IO刷新周期到来(步骤S202中为是(YES))，则CPU单元100执行IO刷新，在与通信单元200之间进行数据交换(步骤S204)。通过数据交换所获取的数据是保存在内部总线通信部130的共享存储器138中。接着，CPU单元100按照数据交换信息180，在内部总线通信部130的共享存储器138与网络通信部120的共享存储器128之间进行数据交换(步骤S206)。

CPU单元100判断通信帧轮询周期是否到来(步骤S208)。若通信帧轮询周期未到来(步骤S208中为否(NO))，则重复步骤S202以后的处理。

若通信帧轮询周期到来(步骤S208中为是(YES))，则CPU单元100判断位于内部总线通信部130的共享存储器138上的控制信息中是否存在值变化的控制信息(步骤S210)。若位于内部总线通信部130的共享存储器138上的控制信息中并无值变化的控制信息(步骤S210中为否(NO))，则重复步骤S202以后的处理。

若位于内部总线通信部130的共享存储器138上的控制信息的值有变化(步骤S210中为是(YES))，则CPU单元100针对与值变化的控制信息对应的作为发送对象的通信帧，判断是否确立了与发送目标的连接(步骤S212)。若未确立与发送目标的连接(步骤S212中为否(NO))，则重复步骤S200以后的处理。

若已确立了与发送目标的连接(步骤S212中为是(YES))，则CPU单元100将作为发送对象的通信帧发送(步骤S214)。接下来，重复步骤S202以后的处理。

(c4：通信帧接收处理)

接下来，对通信单元200接收通信帧时的处理进行说明。

图12是用于说明本实施方式的控制系统1的通信帧的接收处理的示意图。图12中示出了向与CPU单元100进行总线连接的通信单元200转发从与CPU单元100进行网络连接的任一通信设备300接收到的通信帧的处理。

如上文所述那样，本实施方式的控制系统1中，为了保证通信帧的响应性，使用作为高速且循环的数据传送的IO刷新来传送通信帧。但是，在使用IO刷新的情况下，无论是否新追加需发送的通信帧，均在每个IO刷新更新周期进行数据交换，因而为了探测新通信帧的生成，将每次更新的控制信息附加于通信帧。

更具体而言，CPU单元100若从任一通信设备300接收通信帧，则在将此接收到的通信帧向对象的通信单元200转发时，更新对所述通信帧附加的控制信息的内容。通信单元200在每个规定周期(通信帧轮询周期)，监视对在与共享存储器138之间进行IO刷新的各通信帧所附加的控制信息的内容。通信单元200若探测到监视的控制信息的内容更新，则开始附加有探测到所述更新的控制信息的通信帧的接收处理。

即，通信单元200在每个通信帧轮询周期，确认对通过IO刷新而在与CPU单元100之间进行数据交换的通信帧所附加的控制信息，并以此控制信息的变化作为触发而接收通信帧。通过使用这种控制信息，能使用作为循环的数据交换的IO刷新来实现通信帧的接收。

通信帧轮询周期基本上是设定为比IO刷新周期更长的时间，但也可为与IO刷新周期相同的时间长度，或也可设定为比IO刷新周期更短的时间。而且，发送处理中对CPU单元100设定的IO刷新周期、与接收处理中对通信单元200设定的IO刷新周期既可相同，也可不同。

图12中表示通信帧的接收处理的具体例。参照图12，在(4)通信帧接收中，CPU单元100若从通信设备300接收通信帧442，则将此接收的通信帧442写入至共享存储器128中。在所述向共享存储器128的写入处理中，更新对通信帧452附加的控制信息454的值。图12所示的示例中，在对现有的通信帧452附加的控制信息454中，保存有从此前的控制信息454中设定的“99”变更而成的“100”。进而，若接收后续的通信帧442，则在将此新生成的通信帧442写入至共享存储器128时附加的控制信息454中，存储由“100”增加1所得的“101”。

这样，CPU单元100每当从通信设备300接收通信帧442时，将作为所接收的通信帧442的副本的通信帧452保存在共享存储器128中，并且按照规定规则来更新对通信帧452附加的控制信息454的值。

CPU单元100中，在网络通信部120的共享存储器128与内部总线通信部130的共享存储器138之间交换数据((3)数据交换)。数据交换的结果为，在共享存储器138中保存有与共享存储器128中保存的通信帧及控制信息相同的通信帧462及控制信息464。

共享存储器128与共享存储器138之间的数据交换是以与IO刷新周期相同的周期或更短的周期循环执行，因而共享存储器128中的通信帧452及对通信帧452附加的控制信息454的更新、与共享存储器138中的通信帧462及对通信帧462附加的控制信息464的更新是几乎同时执行。

进而，共享存储器138中保存的通信帧462及控制信息464成为IO刷新的对象，在每个IO刷新周期被传送到通信单元200((2)IO刷新)。即，在CPU单元100的共享存储器128与通信单元200的共享存储器208之间循环进行数据交换。

这样，若CPU单元100从任一通信设备300接收通信帧(接收数据)，则附加内容与对前次接收的通信帧(接收数据)所附加的控制信息不同的控制信息，与作为所述接收数据的发送目标的通信单元200进行数据交换。

通信单元200在每个通信帧轮询周期，监视通过IO刷新所获取的共享存储器208上的控制信息474的值。若探测到控制信息474的值的变化，则通信单元200对附加有值变化的控制信息474的通信帧472进行处理((5)通信帧接收)。

图12所示的示例中，当第1个通信帧轮询周期到来时，探测到控制信息474从“99”变化为“100”，进行对象的通信帧472的处理。当随后的第2个通信帧轮询周期到来时，控制信息474保持“100”，因而不进行通信帧472的处理。

当随后的第3个通信帧轮询周期到来时，探测到控制信息474从“100”变化为“101”，因而对通信帧472进行处理。

这样，通信单元200在每个规定的接收周期(通信帧轮询周期)，监视需处理的通信帧472是否到达，并且若判断为到达，则开始所述通信帧472的处理。

图13是用于说明本实施方式的控制系统1的CPU单元100的通信帧的接收处理的示意图。参照图13，物理层驱动器1226从来自收发电路124的电信号解码数据串，并向TCP/IP协议堆栈1224输出。TCP/IP协议堆栈1224根据来自物理层驱动器1226的数据串而重建Ethernet帧。

应用协议堆栈1222参照连接管理信息182，探索与来自TCP/IP协议堆栈1224的Ethernet帧内的连接ID对应的条目(entry)。在连接管理信息182中，在确立连接时追加条目。各条目中包含表示与数据交换信息180的相对应的信息。应用协议堆栈1222根据数据交换信息180的探索到的信息，将所接收的通信帧保存到共享存储器128的对应位置。

通过以上那样的顺序，向通信单元200发送CPU单元100接收到的来自通信设备300的通信帧。

图14是表示本实施方式的控制系统1的通信帧的接收处理的处理顺序的流程图。参照图14，CPU单元100判断是否从任一通信设备300接收到通信帧(步骤S300)。若未从任一通信设备300接收到通信帧(步骤S300中为否(NO))，则跳过步骤S302～步骤S306的处理。

若从任一通信设备300接收到通信帧(步骤S300中为是(YES))，则CPU单元100参照连接管理信息182，确定作为接收到的通信帧的发送目标的通信单元200(步骤S302)。CPU单元100决定对需保存的通信帧附加的控制信息的内容(步骤S304)。接下来，CPU单元100在与所确定的通信单元200对应的网络通信部120的共享存储器128的地址中，写入所述接收的通信帧及对应的控制信息(步骤S306)。

接下来，CPU单元100按照数据交换信息180，在网络通信部120的共享存储器128与内部总线通信部130的共享存储器138之间进行数据交换(步骤S308)。

接下来，CPU单元100判断IO刷新周期是否到来(步骤S310)。若IO刷新周期未到来(步骤S310中为否(NO))，则等待IO刷新周期的到来。

若IO刷新周期到来(步骤S310中为是(YES))，则CPU单元100执行IO刷新，在与通信单元200之间进行数据交换(步骤S312)。接下来，重复步骤S300以后的处理。

另一方面，通信单元200首先判断IO刷新周期是否到来(步骤S400)。若IO刷新周期未到来(步骤S400中为否(NO))，则等待IO刷新周期的到来。

若IO刷新周期到来(步骤S400中为是(YES))，则通信单元200执行IO刷新，在与CPU单元100之间进行数据交换(步骤S402)。

接下来，通信单元200判断位于通信单元200的共享存储器208上的控制信息中是否存在值变化的控制信息(步骤S404)。若位于通信单元200的共享存储器208上的控制信息中并无值变化的控制信息(步骤S404中为否(NO))，则重复步骤S400以后的处理。

若位于通信单元200的共享存储器208上的控制信息的值有变化(步骤S404中为是(YES))，则通信单元200将与值变化的控制信息对应的通信帧作为新接收的通信帧进行处理(步骤S406)。接下来，重复步骤S400以后的处理。

＜D.变形例＞

所述实施方式中，例示了一个或多个通信单元200利用CPU单元100所具有的一个通信端口的结构，但本实施方式的CPU单元100所具有的转发功能或中转功能(桥接功能)也可适用于以下所示那样的其他结构。

(d1：多个通信端口的利用)

作为第一变形例，对一个或多个通信单元200利用多个通信端口的结构例进行说明。

图15是表示本实施方式的第一变形例的控制系统1A的结构例的示意图。参照图15，控制系统1A包含CPU单元100A以及一个或多个通信单元200。

CPU单元100A具有用于收发通信帧的两个通信端口150、通信端口150A。即，CPU单元100A具有用于收发数据的与通信端口150不同的通信端口150A。

通信端口150所支持的通信协议与通信端口150A所支持的通信协议既可相同，也可不同。典型而言，用于经由通信端口150收发数据的通信协议与用于经由通信端口150A收发数据的通信协议不同。

图15所示的结构例中，在通信端口150上连接有通信设备300-1、通信设备300-2，在通信端口150A上连接有通信设备300-3。连接于CPU单元100A的通信单元200也可利用CPU单元100A的通信端口150及通信端口150A的任一个。

CPU单元100A在连接于通信端口150的通信设备300及连接于通信端口150A的通信设备300中的一者与通信单元200之间中转通信帧。通过这种通信帧的选择性中转，各通信单元200能够利用通信端口150及通信端口150A两者。

这种各通信单元200与连接于通信端口150或通信端口150A的通信设备300之间的中转是按照CPU单元100A中保存的数据交换信息180A来进行。

图16是表示本实施方式的第一变形例的控制系统1A的CPU单元100A与通信单元200的连接结构的一例的示意图。参照图16，控制系统1A的CPU单元100A除了具有与通信端口150相关联的共享存储器128以外，还具有与通信端口150A相关联的共享存储器128A。

内部总线通信部130针对经由内部总线40在与通信单元200之间收发的保存在共享存储器138中的通信帧，按照预定的数据交换信息180A而在与共享存储器128或共享存储器128A之间进行数据交换。

这样，CPU单元100A具有保存经由通信端口150在与通信设备300之间收发的数据的第二存储区域(共享存储器128)、及保存经由通信端口150A在与通信设备300之间收发的数据的第三存储区域(共享存储器128A)。另外，CPU单元100A按照预定的数据交换信息180A，将第一存储区域(共享存储器138)的数据在与第二存储区域(共享存储器128)及第三存储区域(共享存储器128A)之间选择性地进行数据交换。

共享存储器138与共享存储器128或共享存储器128A之间的数据交换的处理与所述实施方式的数据交换相同，因而不重复进行详细说明。

图17是表示本实施方式的第一变形例的CPU单元100中保存的数据交换信息180A的内容的一例的示意图。参照图17，数据交换信息180A包含一个或多个数据交换设定。各数据交换设定包含发送源的存储器地址、发送目标的存储器地址、发送尺寸等。

图17所示的数据交换信息180A中，各数据交换设定中，能够指定与各通信端口对应的网络通信部作为发送源或发送目标。通过这种网络通信部的选择性指定，能够实现本实施方式的第一变形例的控制系统1A的通信帧的收发处理。

本实施方式的第一变形例的控制系统1A的基本结构及处理与本实施方式的控制系统1相同，因而不重复进行详细说明。

根据本实施方式的第一变形例，CPU单元100A中，中转通信帧的路径能够由用户使用支援装置等任意设定。这样，仅通过设定数据交换信息180A，便能够在不对通信单元200安装特殊的通信协议等的情况下，利用安装在CPU单元100A中的多个通信协议。

而且，也可实现如下利用方式：将从同一通信单元200发送的两种通信帧中的一者从CPU单元100A的通信端口150发送，将另一者从CPU单元100A的通信端口150A发送。

这样，本实施方式的第一变形例的CPU单元100A中，能够中转按照各不相同的通信协议传送的多个通信帧，并且能够在互不相同的通信端口中转通信帧。通过利用这种结构，即便是利用多个通信协议的控制系统，也能够以简便的控制结构实现。

(d2：通信端口间的中转)

作为第二变形例，对具有多个通信端口的CPU单元100如路由器那样发挥功能的结构例进行说明。

图18是表示本实施方式的第二变形例的控制系统1B的结构例的示意图。参照图18，控制系统1B包含CPU单元100B以及一个或多个通信单元200。控制系统1B还包含耦合单元340和通信单元200。

CPU单元100B具有用于收发通信帧的两个通信端口150、通信端口150B。通信端口150支持的通信协议与通信端口150B支持的通信协议既可相同，也可不同。

图18所示的结构例中，在通信端口150上连接有通信设备300-1，在通信端口150B上连接有耦合单元340。在耦合单元340上，经由未图示的内部总线而连接有通信单元200-4。

CPU单元100B在连接于通信端口150的通信设备300-1、与连接于通信端口150B的耦合单元340及通信单元200-4之间中转通信帧。通过CPU单元100B的通信端口间的通信帧的中转，也可在通信协议不同的设备间传送通信帧等。

这种连接于通信端口150的通信设备300与连接于通信端口150B的耦合单元340(及连接于耦合单元340的通信单元200)之间的中转是按照CPU单元100B中保存的数据交换信息180B而进行。

图19是表示本实施方式的第二变形例的控制系统1B的CPU单元100B的连接结构的一例的示意图。参照图19，控制系统1B的CPU单元100B除了具有与通信端口150相关联的共享存储器128以外，还具有与通信端口150B相关联的共享存储器128B。

CPU单元100B中，在与通信端口150相关联的共享存储器128、和与通信端口150B相关联的共享存储器128B之间，按照预定的数据交换信息180B来进行数据交换。

这样，CPU单元100B具有保存经由通信端口150在与通信设备300之间收发的数据的第二存储区域(共享存储器128)、及保存经由通信端口150B在与通信设备300之间收发的数据的第三存储区域(共享存储器128B)。另外，CPU单元100B按照预定的数据交换信息180B，在第二存储区域(共享存储器128)与第三存储区域(共享存储器128B)之间进行数据交换。

本实施方式的第二变形例的控制系统1B的基本结构及处理与本实施方式的控制系统1相同，因而不重复进行详细说明。

根据本实施方式的第二变形例，CPU单元100B中，中转通信帧的路径能够由用户使用支援装置等来任意设定。这样，仅通过设定数据交换信息180，便可在不对通信单元200安装特殊的通信协议等的情况下，在连接于CPU单元100B的多个通信协议间传送数据。

这样，本实施方式的第二变形例的CPU单元100B中，能够自由地决定中转通信帧的路径，因而不限于连接于CPU单元100的通信单元200，对于来自连接于不同网络的通信设备300的通信帧，也能够中转到其他网络。即，根据本实施方式的第二变形例的CPU单元100B，能够在多阶的网络间中转通信帧。

(d3：多个单元的利用)

作为第三变形例，对单一的通信单元利用分别配置于多个单元的通信端口的结构例进行说明。

图20是表示本实施方式的第三变形例的控制系统1C的结构例的示意图。参照图20，控制系统1C包含CPU单元100、通信单元200-1、通信单元200-2以及具有通信端口的通信单元200C。

CPU单元100具有用于收发通信帧的通信端口150，通信单元200C具有用于收发通信帧的通信端口150C。CPU单元100的通信端口150所支持的通信协议、与通信单元200C的通信端口150C所支持的通信协议既可相同，也可不同。

图20所示的结构例中，例如，通信单元200-1利用CPU单元100的通信端口150在与通信设备300-2之间收发通信帧，并且利用通信单元200C的通信端口150C在与通信设备300-5之间收发通信帧。

此时，通信单元200-1经由内部总线40向CPU单元100发送通信帧，并且经由内部总线40向通信单元200C发送通信帧。

CPU单元100中，按照数据交换信息180，将来自通信单元200-1的通信帧向通信设备300-2中转。另一方面，通信单元200C中，按照数据交换信息180C，将来自通信单元200-1的通信帧向通信设备300-5中转。

本实施方式的第三变形例的控制系统1C的基本结构及处理与本实施方式的控制系统1相同，因而不重复进行详细说明。

这样，本实施方式的第三变形例的控制系统1C中，能够利用控制系统1C所含的在物理上不同的通信单元所具有的通信端口来实现通信帧的发送。

＜E.设定用户接口＞

接下来，对用于设定本实施方式的控制系统中利用的数据交换信息180及连接管理信息182的用户接口的一例进行说明。

图21是表示本实施方式的控制系统的设定用户接口的一例的图。图21所示的用户接口画面500也可在连接于CPU单元100的支援装置上提供。

例如，设想图15所示那样的在CPU单元100中配置有两个通信端口150、通信端口150A那样的结构。连接于其中一个通信端口150的通信目标的通信设备300-1的IP地址为“192.168.1.100”(通信协议：Ethernet/IP Safety)，连接于另一通信端口150A的通信目标的通信设备300-3的IP地址为“192.168.250.200”(通信协议：Profinet Safety)。

作为一例，设定成为数据交换信息180及连接管理信息182的信息源的数据的操作顺序如下。

(1)在图21所示那样的用户接口画面上，进行用于进行通信帧的中转的连接设定。

(2)在图21所示那样的用户接口画面上，对中转通信帧的CPU单元100的通信端口150分配发往通信设备300-1的消息。

(3)在图21所示那样的用户接口画面上，对中转通信帧的CPU单元100的通信端口150A分配发往通信设备300-3的消息。

(4)创建包含用户程序及设定文件的项目(project)，生成数据交换信息180。

(5)将用户程序及设定文件下载(download)到CPU单元100及通信单元200中。

参照图21，用户接口画面500中，针对设于CPU单元100的每个通信端口配置有设定区域502、设定区域504。各设定区域502、设定区域504中，包含用于设定经由对应的通信端口连接的通信设备300的目标设备设定区域512、用于设定实际收发通信帧的对象的目标配件(target assembly)设定区域514、及通信周期设定区域516。

目标设备设定区域512相当于对象的CPU单元100中可利用的通信端口的一栏。针对各目标设备设定区域512，从未图示的工具箱(tool box)分配通信对象的通信设备，由此生成成为连接管理信息182的信息源的数据。

针对CPU单元100与通信对象的通信设备之间的连接(即，所分配的连接)，可设定或变更表示目标的IP地址及通信周期(包区间)等。

此外，也可在未图示的工具箱中显示CPU单元100中可利用的通信设备的一栏。在将工具箱排列显示在用户接口画面500中的情况下，通过将对象的通信设备拖放(drag anddrop)至目标设备设定区域512，能够进行连接的设定。

进而，用户接口画面500中，能够设定及变更各通信端口可利用的通信协议的类别及传送的消息的尺寸等。

通过使用图21所示那样的用户接口画面500进行各种分配，能够确定中转(桥接)通信帧的通信路径。而且，针对所确定的通信路径而生成控制信息及通信帧的数据交换信息180。

通过提供图21所示那样的用户接口画面500，用户能够通过直观的操作来容易地进行用于在CPU单元100内中转(桥接)通信帧的设定。

＜F.附记＞

所述那样的本实施方式包含以下那样的技术思想。

[结构1]

一种控制系统1、1A、1B、1C，用于对控制对象进行控制，且具备：

第一单元100、100A、100B，具有用于收发数据的第一通信端口150；以及

一个或多个第二单元200，与所述第一单元电连接；并且

所述第二单元各自具备逻辑通信部270，此逻辑通信部270用于在与和所述第一单元的所述第一通信端口电连接的设备之间收发数据，

所述第一单元具备转发处理部102，此转发处理部102将从所述第二单元发送的发送数据向作为发送目标的设备转发。

[结构2]

根据结构1所述的控制系统，其中所述转发处理部将从任一设备300接收到的接收数据向作为此接收数据的发送目标的第二单元200转发。

[结构3]

根据结构1或2所述的控制系统，其中所述第一单元以及所述一个或多个第二单元具备用于在每个预定的周期进行数据交换的数据通信部130、220，

所述逻辑通信部在新生成要发送的发送数据时，附加内容与对前次生成的发送数据所附加的控制信息不同的控制信息404，与所述第一单元进行数据交换。

[结构4]

根据结构3所述的控制系统，其中所述逻辑通信部在新生成要发送的发送数据时，将对前次生成的发送数据所附加的控制信息的值增量或减量，由此生成新控制信息。

[结构5]

根据结构3或4所述的控制系统，其中所述第一单元具备：

第一存储区域138，保存在与所述一个或多个第二单元之间进行数据交换的数据；以及

第二存储区域128，保存经由所述第一通信端口在与设备之间收发的数据；并且

所述转发处理部按照预定的数据交换信息180，在所述第一存储区域与所述第二存储区域之间进行数据交换。

[结构6]

根据结构5所述的控制系统，其中所述转发处理部在从任一设备接收到接收数据时，附加内容与对前次接收的接收数据所附加的控制信息不同的控制信息454，与作为所述接收数据的发送目标的第二单元进行数据交换。

[结构7]

根据结构6所述的控制系统，其中所述第一单元还具有用于收发数据的与所述第一通信端口不同的第二通信端口150A，

用于经由所述第一通信端口收发数据的通信协议与用于经由所述第二通信端口收发数据的通信协议不同。

[结构8]

根据结构7所述的控制系统，其中所述第一单元还具备第三存储区域128A，此第三存储区域128A保存经由所述第二通信端口在与设备之间收发的数据，

所述转发处理部按照预定的数据交换信息180A，将所述第一存储区域的数据在与所述第二存储区域及所述第三存储区域之间选择性地进行数据交换。

[结构9]

根据结构7所述的控制系统，其中所述第一单元还具备第三存储区域128B，此第三存储区域128B保存经由所述第二通信端口150B在与设备之间收发的数据，

所述转发处理部按照预定的数据交换信息180B，在所述第二存储区域与所述第三存储区域之间进行数据交换。

[结构10]

一种控制装置100，构成用于对控制对象进行控制的控制系统，且所述控制装置100具备：

通信端口150，用于收发数据；以及

数据通信部130，用于在与一个或多个通信单元200之间在每个预定的周期进行数据交换；且

所述通信单元各自包含逻辑通信部270，此逻辑通信部270用于在与和所述通信端口电连接的设备之间收发数据，

所述控制装置100具备转发处理部102，此转发处理部102将从所述通信单元发送的发送数据向作为发送目标的设备转发。

＜G.总结＞

根据本实施方式，通过在CPU单元100中安装数据(通信帧)的中转功能(桥接功能)，能够让其他通信单元200使用设于CPU单元100的通信端口来进行通信。通过采用这种结构，无需对各通信单元200分别安装通信机构，能够实现系统的简化及通信单元200等的开发成本的降低。

根据本实施方式，用户能够自由地设定CPU单元100中作为数据(通信帧)的中转功能(桥接功能)而规定的路径。因而，通过不依赖于通信协议等而桥接按照多个通信协议的通信帧，可向不同的网络或不同的通信端口转发通信帧，能够构建更灵活的系统。

根据本实施方式，各通信单元200也能够具有应用的执行环境，根据这种应用的执行环境，能够与CPU单元100中的用户程序的执行相独立地提供各种处理及功能。因而，通过构建包含CPU单元100以及一个或多个通信单元200的控制系统，能够实现各单元独自执行所给予的任务的灵活性高的独立分散系统。

应认为本次公开的实施方式在所有方面为例示而非制限性。本发明的范围是由权利要求而非所述说明所明示，是指包含与权利要求均等的含意及范围内的所有变更。

Claims

1.一种控制系统，用于对控制对象进行控制，且所述控制系统的特征在于，包括：

第一单元，具有用于收发数据的第一通信端口；以及

一个或多个第二单元，与所述第一单元电连接；并且

所述第二单元各自具备逻辑通信部，所述逻辑通信部用于在与和所述第一单元的所述第一通信端口电连接的设备之间收发数据，

所述第一单元具备转发处理部，所述转发处理部将从所述第二单元发送的发送数据向作为发送目标的设备转发。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述转发处理部将从任一设备接收到的接收数据向作为所述接收数据的发送目标的第二单元转发。

3.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述第一单元以及所述一个或多个第二单元具备用于在每个预定的周期进行数据交换的数据通信部，

所述逻辑通信部在新生成要发送的发送数据时，附加内容与对前次生成的发送数据所附加的控制信息不同的控制信息，与所述第一单元进行数据交换。

4.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述逻辑通信部在新生成要发送的发送数据时，将对前次生成的发送数据所附加的控制信息的值增量或减量，由此生成新控制信息。

5.根据权利要求3或4所述的控制系统，其特征在于，所述第一单元具备：

第一存储区域，保存在与所述一个或多个第二单元之间进行数据交换的数据；以及

第二存储区域，保存经由所述第一通信端口在与设备之间收发的数据；且

所述转发处理部按照预定的数据交换信息，在所述第一存储区域与所述第二存储区域之间进行数据交换。

6.根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于，所述转发处理部在从任一设备接收到接收数据时，附加内容与对前次接收的接收数据所附加的控制信息不同的控制信息，与作为所述接收数据的发送目标的第二单元进行数据交换。

7.根据权利要求6所述的控制系统，其特征在于，所述第一单元还具有用于收发数据的与所述第一通信端口不同的第二通信端口，

8.根据权利要求7所述的控制系统，其特征在于，所述第一单元还包括第三存储区域，所述第三存储区域保存经由所述第二通信端口在与设备之间收发的数据，

所述转发处理部按照预定的数据交换信息，将所述第一存储区域的数据在与所述第二存储区域及所述第三存储区域之间选择性地进行数据交换。

9.根据权利要求7所述的控制系统，其特征在于，所述第一单元还包括第三存储区域，所述第三存储区域保存经由所述第二通信端口在与设备之间收发的数据，

所述转发处理部按照预定的数据交换信息，在所述第二存储区域与所述第三存储区域之间进行数据交换。

10.一种控制装置，构成用于对控制对象进行控制的控制系统，且所述控制装置的特征在于，包括：

通信端口，用于收发数据；以及

数据通信部，用于在与一个或多个通信单元之间在每个预定的周期进行数据交换；并且

所述通信单元各自包含逻辑通信部，所述逻辑通信部用于在与和所述通信端口电连接的设备之间收发数据，

所述控制装置包括转发处理部，所述转发处理部将从所述通信单元发送的发送数据向作为发送目标的设备转发。