CN1925445A - 通信系统、从属站及中继装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种通信系统、从属站及中继装置，降低在网络上发送的通信帧每次通过中继站时发生的转发器延迟，并使通信循环高速化。在具有通信功能的主站和具有通信功能的1个或2个以上从属站由网络连接，并且在总线型网络上，在连接主站和规定的从属站的路径上，经过1段或2段以上而介有中继站的通信系统中，从属站基于从主站的帧发送路径上设置的中继站的台数设定转发器延迟时间，基于设定的转发器延迟时间，控制由从属站向主站的响应帧的发送回定时。

Description

通信系统、从属站及中继装置
技术领域
本发明涉及在总线型网络中用于控制对网络进行管理的主站、将I/O设备进行连接的从属站以及对通信帧进行整形、放大的中继站所构成的FA设备等的通信系统。
背景技术
已知由单一的主站和多个从属站以及多个中继站构成的可编程控制器(PLC)的远程(remote)I/O网络。图17中示出该网络例子。
如该图所示，该网络系统是概略上由主站70、从属站80a～d(从属#1～4)和中继站90a～d(转发器#1～4)构成，中继站(转发器)段数为2段的结构的网络。
PLC将执行用户程序的控制单元(CPU单元20)、将输入设备和输出设备(以下作为两设备的总称而称作I/O设备)连接的输入输出单元(I/O单元)、将远程I/O网络连接而与从属站之间进行输入输出数据(I/O数据)的通信的通信控制器单元等各单元连接而构成。主站70可以相当于1组可编程控制器，也可以相应于PLC的通信主站10。在该图中，将可编程控制器表示为主站10。然后，该网络被构成为总线型网络，主站用于管理网络，被组装入可编程控制器中。从属站将I/O设备(未图示)连接，基于从主站接收到的存储在通信帧中的OUT数据来控制输出设备，此外，对来自主站的请求进行响应，将从输入设备取入的IN数据存储在响应帧中并发送回主站。中继站用于对在网络上发送接收的通信帧进行波形整形以及放大处理。由此，由于在从主站向各从属站发送的请求帧或来自各从属站的响应帧被通信时，每次通过中继站时都经过整形、放大处理，因此发生整形、放大处理所需的一定时间的延迟(转发器延迟)。图17所示的观测点A、B、C、D中，图21表示按时间序列表示主站发送的请求帧和各从属站进行响应的响应帧的动作模型。
如图17所示，从属站#1不经由中继站就连接到主站。因此，图21的观测点A的从属站80a的响应不发生转发器延迟，所以与来自主站的请求帧的结束同时，来自从属站1的响应帧被发送。相对于此，从属站2和主站之间存在中继站，从属站3以及4与主站之间各存在两个中继站。因此，被发送到从属站2、3、4的请求帧每次通过中继站时，发生转发器延迟，这些来自从属站的响应帧也同样每次通过中继站时，发生转发器延迟。因此，以往考虑中继站中产生的转发器延迟，如该图所示，对各从属站的响应空开间隙以使响应之间不冲突(例如参照专利文献1)。
同样，为了在图17所示的观测点B、C、D也对应于转发器延迟，如图21所示，对各从属站的响应帧的发送也空开规定时间的间隔来发送。
此外，由于该系统为总线型系统，因此中继站用于中继向上游、下游流动的所有通信帧。在图17所示的系统结构中，从属站#3的响应帧经由4个中继站(中继站90d、90c、90a、90b)到达主站和其它从属站，也到达从属站#4。此时，到达从属站#4是在‘转发器延迟×4’时间后。因此，为了避免来自所有的从属站的响应帧的冲突，在观测点A需要将响应帧的间隔空开平均相当于‘转发器延迟×4’的时间的间隔。因此，通信循环成为
通信循环
＝请求帧时间
+(响应帧时间+转发器延迟×最大转发器段数×2)
×从属站数。
进而，如上所述，以往的中继站将流向上游、下游的所有的通信帧进行中继。更详细地说，例如，从图21所示的从属站#1发送的响应帧不仅被发送到主站，还经由中继站被中继到其它的从属站#2、3、4。这可以通过在观测点A、B、C、D都发现了来自从属站#1的响应帧的情况而清楚。同样，在所有的观测点A、B、C、D，发现来自所有的从属站的响应帧。
【专利文献1】特开2004-280304号公报
在现有的方法中，考虑各中继站中发生的转发器延迟而对各从属站的响应空开间隙以使响应之间不冲突，因此产生通信循环增加了各从属站的响应的间隙部分的问题。
此外，从网络上的各从属站发送的向主站的通信帧也由其它的从属站中继，因此通信路径的占有率上升，引起通信性能的降低。
发明内容
本发明着眼于上述问题点而完成，其目的在于提供一种不增大通信循环而可以使各从属站的响应之间不冲突的中继站延迟影响的降低方法以及用于实现该方法的系统。
此外，本发明的其它目的在于通过网络上的中继站判别进行中继的通信帧的类别，通过仅中继必要的信息，降低中继站以下的网络占有率，并提高网络效率。
本发明的其它目的以及作用效果通过参照说明书以下的叙述，只要本领域技术人员便能容易地理解。
根据本发明的实施方式，在作为具有通信功能的PLC的主站和作为具有通信功能的I/O终端装置的1个或2个以上从属站由网络连接，并且在总线型网络上，在连接主站和规定的从属站的路径上，经过1段或2段以上而介有作为转发器起作用的中继站的通信系统中，在网络上发送接收的各种通信帧中包含用于识别该帧的类别的识别信息，中继站对相对于从主站向从属站发送的请求帧的从从属站发送回的响应帧，仅对从网络的下游向上游方向进行中继处理。
通过该结构，从从属站向主站发送的响应帧仅对主站发送，如现有例这样，不会发送到其它的从属站。从而，可以使被设为不进行不需要的帧的发送而且在网络上响应之间不冲突的各从属站的响应定时的间隙最小化。
根据本发明的实施方式，主站对从属站发送通信帧，从对于该帧的来自从属站的响应帧中读出中继站的通过段数，基于被读出的中继站的通过段数，计算用于设定该从属站发送回对主站的响应帧的定时的时域，并进行该时域的写入处理。
通过这样的结构，基于从发送的通信帧得到的信息，可以掌握与发送了该帧的从属站在网络结构上的位置(例如，在从主站到该从属站的路径上存在几段中继站等)。而且，在由主站计算出的用于设定各从属站中的响应定时的时域中，可以减小各从属站的响应定时的间隙并实现高速的通信循环。
根据本发明的实施方式，在从属站中，发送对于来自主站的通信帧的响应帧的定时提前了各响应帧通过的中继站的段数的转发器延迟时间来发送回响应。
这里所说的‘转发器延迟’是与网络上发送的各种通信帧通过中继站时有关的时间。在中继站中，由于对成为中继对象的通信帧进行波形整形或放大等各种处理，因此每次中继通信帧时，与不存在中继站的情况相比，产生延迟。中继站延迟表示该延迟、即中继站中的中继处理相关的时间。以下所说的‘转发器延迟’也同样。
根据这样的结构，可以削减与来自主站的帧对应的响应帧的发送时设置的响应的时间，并降低由中继站产生的转发器延迟的影响。
根据本发明的实施方式，优选采用如下的结构，即通信帧可以包含通过的中继站的地址值的信息和中继站段数的信息，在通信帧通过时，中继站进行将本站的地址值的信息和对中继站段数加上了+1的值的信息进行存储的处理，从属站进行如下处理：从通信帧中读出与本站的上层侧邻接的中继站的地址值的信息和中继站段数的信息的处理；以及使对主站的响应帧中包含从通信帧中读出的与本站的上层侧邻接的中继站的地址值的信息和中继站段数的信息的处理。
此外，根据本发明的实施方式，各种通信帧中包含从属站用于对所述主站发送I/O终端装置的IN数据的入帧，从属站基于所述时域，将包含I/O终端装置的IN数据的入帧提前所述转发器延迟时间来发送回响应，所述中继站对于所述入帧，仅对下游向上游方向进行中继处理。
根据本发明的实施方式，所述从属站将用于进行存在确认的连接帧发送到主站，所述主站用于对从属站发送要求连接帧的发送的触发帧，所述各种通信帧中包含所述连接帧以及触发帧，所述从属站基于所述时域，将所述连接帧提前所述转发器延迟时间来发送回响应，所述中继站对于所述连接帧，仅对下游向上游方向进行中继处理。
根据本发明的实施方式，在作为具有通信功能的可编程控制器的主站和作为具有通信功能的I/O终端装置的1个或2个以上从属站由网络连接，并且在网络上，在连接主站和规定的从属站的路径上，经过1段或2段以上而介有作为转发器起作用的中继站的通信系统中，在网络上发送接收的各种通信帧中包含用于识别该帧的类别的识别信息，中继站对于从从属站向主站发送的通信帧的类别，仅对网络上的下游向上游方向进行中继处理，从属站预先存储介于与主站之间的中继站的段数，发送对来自主站的通信帧的响应帧的定时提前所述中继站段数的转发器延迟时间来发送回响应。
根据这样的结构，从从属站向主站发送的响应帧仅对主站发送，如现有例这样，不会发送到其它的从属站。从而，可以使被设为不进行不需要的帧的发送而且在网络上响应之间不冲突而设定的各从属站的响应定时的间隙最小化。而且可以削减与来自主站的帧对应的响应帧的发送时设置的响应的时间，并降低由中继站产生的转发器延迟的影响。
根据本发明的实施方式，所述主站用于对从属站发送要求连接帧的发送的触发帧，所述从属站将用于进行存在确认的连接帧发送到主站，所述各种通信帧中包含所述连接帧以及触发帧，所述从属站基于所述时域，将所述连接帧提前所述转发器延迟时间来发送回响应，所述中继站对于所述连接帧，仅对下游向上游方向进行中继处理。
根据本发明的实施方式，所述各种通信帧中包含从属站用于对所述主站发送I/O终端装置的IN数据的入帧，所述从属站基于所述时域，将包含I/O终端装置的IN数据的入帧提前所述转发器延迟时间来发送回响应，所述中继站对于所述入帧，仅对下游向上游方向进行中继处理。
根据本发明的实施方式，在作为具有通信功能的PLC的主站和作为具有通信功能的I/O终端装置的1个或2个以上从属站由总线型网络连接，并且总线型在网络上，在连接主站和规定的从属站的路径上，经过1段或2段以上而介有作为转发器起作用的中继站的通信系统中，从属站由从主站发送的通信帧读出通信帧的传达时间以及通过中继站段数，在对于来自主站的通信帧请求响应帧的发送的情况下，发送响应帧的定时提前存在于到主站位置的通信路径上存在的中继站的段数的转发器延迟时间来发送回响应。
根据这样的结构，可以提供一种具有如下功能的从属站，即可以削减与来自主站的帧对应的响应帧的发送时设置的响应的时间，并降低由中继站产生的转发器延迟的影响。
根据本发明的实施方式，构成为一种在作为具有通信功能的可编程控制器的主站和作为具有通信功能的I/O终端装置的1个或2个以上从属站由网络连接，并且在网络上，在连接主站和规定的从属站的路径上，经过1段或2段以上而介有作为转发器起作用的中继站的通信系统中的中继装置，该中继装置包括：接收包含用于识别帧的类别的识别信息的各种通信帧的部件；以及识别接收到的通信帧的类别的部件，在识别出的通信帧的类别是从从属站发送到主站的通信帧的情况下，仅对网络上的下游向上游方向进行中继处理。
通过这样的结构，从从属站向主站发送的响应帧仅被发送到主站，不会如现有例这样被发送到其它的从属站。
从以上的说明可知，根据本发明，可以降低在网络上发送的通信帧每次通过中继站时发生的转发器延迟，并使通信循环高速化。
附图说明
图1是包含通信主站、通信从属站以及中继站的PLC系统的结构图。
图2是通信主站的硬件结构图。
图3是通信从属站的硬件结构图。
图4是中继站的硬件结构图。
图5是BEACON帧的帧结构图。
图6是帧的发送接收的示意图。
图7是中继站的BF接收时的处理流程图。
图8是从属站的BF接收时的处理流程图。
图9是帧的帧结构图。
图10是说明从主站向从属站的通信帧发送的图。
图11是说明从从属站向主站的帧发送的图。
图12是说明现有技术的网络占有率的图。
图13是说明本发明中的网络占有率的图。
图14是用于说明中继站的动作的功能方框图。
图15是表示中继站的处理的流程图。
图16是说明使用副主站的独立网络的结构的图。
图17是以2段构成中继站段数的网络的系统结构图。
图18是主站的初始处理的流程图。
图19是从属站的初始处理的流程图。
图20是说明中继站2段结构中的帧动作模型(本发明)。
图21是说明中继站2段结构中的帧动作模型(现有例)。
符号说明
1    PLC
2    从属站
3    PC
4    中继站
5    终端装置
6    现场总线(field bus)
7    I/O设备
10   通信主站
20   CPU单元
30   主站
31   网络干线
32   网络支线之一
33   网络支线之二
40a～40e从属站
50a、b中继站
60   副主站
具体实施方式
以下，参照附图来详细说明本发明的一个优选实施方式。
图1表示包含通信主站以及通信从属站的PLC系统整体的结构图。如该图所示，该PLC系统通过用作为总线型网络的现场总线6连接具有成为通信主站的通信功能的PLC装置1和具有成为通信从属站的多台通信功能的I/O终端装置2、2…而构成。另外，在图中，3是利用个人计算机的设定装置，具有对在PLC装置1、主单元10、通信从属站、中继装置4等网络上成为节点的各装置、设备进行各种设定的功能。有时也称作‘设定工具装置’或‘网络配置’等。4是作为中继装置起作用的转发器，5是用于降低现场总线的终端中的反射的终端装置。
作为图示的PLC装置1，采用所谓积木型的PLC装置，即铺设了并行总线的未图示的后挡板(backplane)上配置多个连接器，可以对这些连接器任意地安装CPU单元、I/O单元及其它各种高性能单元等。而且，特别在本例中，通过对后挡板上的1的连接器安装通信主站，构成‘具有通信功能的PLC装置’。在图中，在这些单元中，仅对CPU单元20以及通信主站10附加参照符号。
图2示出表示通信主站10的内部结构的硬件结构图。如该图所示，通信主站10包含：作为通信物理层起作用的通信接口(通信I/F)101；将用于实现希望的通信功能的电路LSI化而构成的主站用ASIC102；作为与CPU单元20之间交换的发送接收数据的缓冲区或后述的CPU104的运算工作区等起作用的RAM103；以微处理器作为主体而构成的用于统一控制装置整体的CPU104；存储了各种设定数据的非易失性存储器(EEPROM)105；用于进行各种动作显示等的LED显示器106；各种设定操作等所使用的设定开关107；作为通向CPU单元20的内部总线的接口起作用的内部总线接口(内部总线I/F)108。
如本领域技术人员所熟知的，在这种PLC系统中，CPU单元20重复执行一圈共同处理、I/O更新处理、用户程序执行处理、周边服务处理等，在执行I/O更新(refresh)处理时，不仅在与安装在后挡板上的局部I/O单元之间，在与通信主站10内的RAM103之间也执行I/O更新处理。
具体来说，CPU单元20的I/O存储器内的OUT数据被写入通信主站10的RAM103内的OUT区域中，该RAM103的IN数据被写入CPU单元20的I/O存储器内的IN区域中。
另一方面，如后面详细说明的，在通信主站10和各I/O终端装置2之间，与CPU单元20的I/O更新动作非同步地进行经由现场总线6的通信，由此，即使在各I/O终端装置2和通信主站103之间也执行一种I/O更新处理。
具体来说，从I/O终端装置2接收到的IN数据被写入通信主站10内的RAM103的IN区域中，CPU单元20通过I/O更新动作从通信主站10被取入。然后，CPU单元20基于IN数据执行用户程序，并将其执行结果作为OUT数据。CPU单元20通过I/O更新动作将OUT数据送出到通信主站。通信主站10将OUT数据存储在该RAM103的OUT区域中。然后，通信主站10与I/O更新非同步地将该RAM103的OUT区域的OUT数据发送到相应的I/O终端装置2。
这样，在CPU单元20内的I/O存储器和各I/O终端装置2、2…之间，经由通信主站10执行I/O更新处理，作为其结果，可以由CPU单元20控制与远程设置的各I/O终端装置2、2…连接的I/O设备。
接着，图3表示I/O终端装置内部的硬件结构图。如该图所示，I/O终端装置2包含：作为通信物理层起作用的通信接口(通信I/F)201；将用于实现希望的通信功能的电路LSI化而构成的主站用ASIC202；以微处理器作为主体而构成的用于统一控制装置整体的CPU203；存储了各种设定数据的非易失性存储器(EEPROM)204；用于进行各种动作显示等的LED显示器205；各种设定操作等所使用的设定开关206；用于在与I/O设备7之间交换数据的I/O单元207；以及具有用于对装置整体供给稳定直流电源的变压功能的直流电源单元208。
而且，在通信主站10和各I/O终端装置2之间，通过将通信主站10作为通信主站、将各I/O终端装置2作为通信从属站的1对N的主从通信，进行I/O数据的交换。
具体来说，从通信主站10接收的OUT数据经由I/O终端装置2的I/O单元207被送出到I/O设备7(输出设备)，从I/O设备7(输入设备)经由I/O单元207取入I/O终端装置2的IN数据被向通信主站10发送。
接着，图4表示作为中继装置起作用的转发器内部的硬件结构图。如该图所示，转发器4包括：分别连接到主侧和从属侧的通信接口401、402；安装在两通信接口401、402间、对传送的数据(信号)进行规定的处理的转发器用ASIC403；以及以微处理器作为主体而构成的用于统一控制装置整体的CPU407。进而，包括将输入电压(24V)降压到5V并对转发器4内的各元件进行电源供给的电源单元404。进而，还包括表示动作状态(通信状态)或异常/正常等的LED显示单元405以及用于进行节点地址的设定等的设定开关406。
本发明中的转发器(中继站)的延迟降低优选网络上的各中继站识别网络上的设置位置(即，网络结构)。在如上述那样构成的网络中，从用于发送的信息帧的搜索路径的网络结构信息示教方法的一例进行说明。
首先，参照图1说明的通信主站(M)、通信从属站(S)、中继站(R)在PLC系统的网络上保持固有的地址，各设备的个别识别通过该地址来进行。而且，从网络的调试管理到正常通信，应用本实施方式的网络构成结构信息示教方法。
首先，以从主站(M)同时广播发送(1对N通信)的第一帧为媒介，从中继站(R)向中继站(R)以及从中继站(R)向从属站(S)交接站地址，从而中继站(R)以及从属站(S)的各个中进行生成并保存网络内的‘本站上层侧邻接站信息’的动作。
该动作可以如电源接通时等这样，在主站识别被连接到网络上的中继站以及从属站以前的阶段进行，也可以如网络运转中这样，在主站连接到网络的中继站以及从属站之后的阶段随意地进行。
在该实施方式中，使用搜索帧(相当于一般被称作Solicit Frame或Beacon_Frame等的帧。以下，记述为Beacon_Frame，略记作BF，但都是包含Solicit Frame的意思)。
图5示出表示BF的帧格式的结构图。
如该图所示，流过现场总线6的BF中至少包含：用于识别是BF的BF识别首标501；在每次通过中继站时由该中继站的地址值更新的中继站地址502；在每次通过中继站时其值增加+1的中继站计数器503；以及表示BF通信传送速度的传递速度504。
通信主站(M)同时广播发送BF以使BF传播到与网络连接的所有的中继站以及通信从属站(S)。于是，同时广播发送的BF直接到达从属站(S)，或经由1或2段以上的中继站而到达从属站。此时，流过各路径的BF由于该路径的线路延迟时间以及通过中继站的中继站延迟时间而稍微延迟，但整体上可以认为大致同一时刻到达各中继站以及各从属站。
图6表示帧的发送接收顺序的说明图(之一)。如该图所示，中继站地址的值为‘10’以及中继站计数器的值为‘0’的状态的BF从主站(地址10)被同时广播发送到网络上。
中继站(地址100)从其上层端口接收到该同时广播发送的BF时，从BF中读出BF内的中继站地址502的值‘10’以及中继站计数器503的值‘0’，并存储保持在中继站(地址100)内的存储器中。由此，假设与上层侧邻接一个的站的站地址为‘10’，从而中继站(地址100)可以识别本站的相对位置。在该情况下，中继站(地址100)生成的‘本站的上层侧邻接站信息’的内容成为‘本站的上层侧邻接站信息’(站地址‘10’)。
然后，BF内的中继站地址502的值被从‘10’(主站地址：与上层侧邻接一个的站的站地址)置换为‘100’(中继站地址：本站地址)。同时，中继站计数器503的值‘0’被增加+1而成为‘1’。这样，中继站地址502的值被改写，并且中继站计数器503的值增加了+1的新的BF从该下层端口被发送到位于下一段的从属站(地址101)。
从属站(地址100)接收到从中继站(地址101)发送的BF时，BF内的中继站地址502的值‘100’以及中继站计数器503的值‘1’被从BF读出，并被存储保持在从属站(地址101)内的存储器中。由此，假设与上层侧邻接一个的站的站地址为‘100’，从而从属站(地址101)可以识别本站的相对位置。在该情况下，由于与上层侧邻接一个的站的站地址是‘100’，所以从属站(地址101)生成的‘本站的上层侧邻接站信息’的内容成为‘本站的上层侧邻接站信息’(站地址‘100’)。
这样，信息保存阶段(阶段I)被执行时，通过以从主站同时广播发送的BF为媒介，从主站(地址10)向中继站(地址100)以及从中继站(地址100)向从属站(地址101)交接站地址，从而中继站(地址100)以及从属站(地址101)的各个中进行生成并保存网络内的本站的上层侧邻接站信息和中继站计数器值。
另外，在图6所示的例子中，主站和从属站之间仅介有1段中继站，但在这些站间介有2段以上的中继站或者主站和从属站之间完全没介有中继站的情况下，各中继站以及各从属站的动作同样。
图7表示中继站的BF接收时的处理流程(之一)。另外，该流程所示的处理由图4所示的转发器4内的CPU407执行。
在该图中，处理开始时，首先执行帧接收待机处理(步骤701)。在该状态下，任何的帧被接收(步骤702是)，基于该帧的BF识别首标501判定该帧为BF时(步骤703是)，依次执行以下的处理(步骤704～709)。
首先，进行帧的解析，识别该帧的结构(步骤704)。接着，帧内的地址信息(中继站地址502)、计数器信息(中继站计数器503)被读出，并被存储保持在规定的存储器中(步骤705、706)。接着，帧内的地址信息(中继站地址502)被置换为本身地址(步骤707)。接着，帧内的计数器信息(中继站计数器503)以增加了+1的值被置换(步骤708)。最后，这样得到的新的帧被输出到下层端口(709)。
图8表示通信从属站的BF接收时的处理流程(之一)。另外，该流程所示的处理由图3所示的I/O终端装置2内的CPU203执行。
在该图中，处理开始时，首先执行帧接收待机处理(步骤801)。在该状态下，任何的帧被接收(步骤802是)，基于该帧的BF识别首标501判定该帧为BF首标时(步骤803是)，依次执行以下的处理(步骤804～806)。
首先，进行帧的解析，识别该帧的结构(步骤804)。接着，帧内的地址信息(中继站地址502)、帧内计数器信息(中继站计数器503)被读出，并作为‘本站的上层侧邻接站信息’被存储保持在规定的存储器中(步骤805、806)。
这样，中继站以及从属站的各个中生成并保存网络内的本站的上层侧邻接站信息和中继站计数器值，通过该信息被反馈给主站，由主站掌握系统整体的结构图。另外，除了利用BF的方法以外还有网络结构信息示教方法。例如，也可以是作业者从实际的网络结构来确认在各从属站中与主站之间介有的中继站的数，并将该结果注册在主站中的方法。换言之，也可以是从设定装置3对主站发送各从属站的中继站的段数信息并写入的方法。如果是该方法，则然后从主站对各从属站发送中继站的段数信息并写入。作为其它方法，例如，也可以是作业者从实际的网络结构来确认在各从属站中与主站之间介有的中继站的数，并将该结果注册在主站中的方法。换言之，也可以是从设定装置3直接对各从属站发送中继站的段数信息并写入的方法。作为在各从属站中直接注册中继站段数的情况下的其它方法，也可以是在从属站设置操作按钮，作业者可以通过将从属站的操作按钮按压与中继站段数相同的数来进行注册的方法。
接着，参照图9～图16详细说明作为本发明的主要部分的网络上的中继站中产生的转发器延迟的降低方法。另外，在这些图中，符号30表示主站，40a～e表示从属站(其1～5)，50a以及b表示中继站(其1以及2)，31表示网络干线，32表示从网络干线分支的网络支线之一，而且33表示从网络干线分支的网络支线之二。
本发明的PLC系统中，存在以下进行说明的仅从主站对从属站发出的专用帧(例如，BeaconFrame，OutFrame，TrgFrame)，和仅从从属站对主站发出的专用帧(例如，ConnectionFrame，InFrame)，向双向发出的帧(例如，EventFrame)，由中继站识别所述帧类别，以仅向必要方向进行传送的中继站为特征。另外，BeaconFrame(信标帧)是所述搜索帧，定期从主站发送，进行对从属站通知发送传输速度和转发器通过段数的工作。OutFrame(出帧)是将PLC的用户程序执行结果等作为OUT数据从主站发送到从属站的通信帧。TrgFrame(触发帧)是用于从主站对从属站请求ConnectionFrame的发送回的帧。ConnectionFrame(连接帧)是在从属站接收到触发帧的情况下，在由触发帧指定的时刻发送回主站的帧。主站对发送回该ConnectionFrame的从属站进行存在确认以及加入处理。InFrame(入帧)是用于从属站将从输入设备取入的IN数据发送到主站的帧。EventFrame(事件帧)与入帧不同，是用于从属站根据来自主站的请求将任何的数据发送到主站的帧。
如图10以及图11所示，本实施方式中的PLC系统在总线型网络中由管理网络的主站30、控制I/O等的从属站40以及对通信帧进行整形、放大的中继站50构成。
图9表示各帧的基本结构。如该图所示，各帧至少包含表示帧开始的开始代码901、表示帧的类别的帧识别首标902、表示帧的内容的帧数据903以及表示帧的正当性的检验代码904(CRC数据等)四个要素。网络上的中继站50在识别出该开始代码901的时刻进行波形的整形，并对另一个端口开始输出。通过进行该波形的整形，可以延长网络的铺设距离。
但是，在判别开始代码901的阶段中进行了中继处理的情况下，由从属站40向主站30发送的数据也向其它的从属站进行中继，因此对不需要的中继区段也发送数据，网络的占有效率降低。
图10表示从主站30对从属站40进行帧发送的情况。从主站30对从属站40的通信帧是同时广播的帧，因此通过同时中继所有的帧而可以应对。如该图所示，从主站30发出的帧不仅被发送到从属站40a，还经由中继站50a被发送到从属站40d，而且被发送到从属站40e。另外，虽然未图示，但也经由中继站50b发送到从属站40b以及从属站40c。
与此相对，图11表示进行由从属站40对主站30的通信帧发送的情况。如该图所示，例如，在由从属站40d对主站30进行帧发送的情况下，中继站50a进行帧的整形、放大，对主站30进行帧发送，但以往，中继站50b同时接收该帧，对下层端口进行帧发送。因此，不能确保从属站40b以及40c可对主站30发送的网络的空闲时间，网络的通信效率降低。
图12表示上述情况下的网络占有率。如该图所示，从配置在网络支线32上的从属站40d向主站的帧从网络支线32由中继站50a中继而被送出到网络干线31，然后被发送到主站30。但是，向主站30发送的同时，由设置在网络支线33上的中继站50b中继，也被发送到从属站40b。本来向主站的来自从属站40d的帧经由网络支线32和中继站50b也被发送到从属站40b。其结果，在网络支线33上通过从从属站40d向主站30的帧被中继而产生多余的占有，从从属站40b向主站30的帧的发送相应地被延迟。
另外，虽然未图示，但由从属站40b发送的向主站30的帧同样也经由中继站50a被发送到从属站40d以及40e，在网络支线32上产生多余的网络占有。
图13表示由各中继站识别接收的帧并不进行不需要的中继处理的情况。通过将该图与图12进行比较可以明确，但通过由中继站50b识别由从属站40d向主站30的帧，并不进行中继处理，从而可以不发生网络支线33上的多余的网络占有而平滑地由从属站40b发送向主站30的帧。这样，通过由中继站判断帧识别首标，并仅向必要的方向进行中继处理，从而可以确保网络支线33的通信时间，从属站40b以及40c可进行通信，可以实现网络效率的提高。这里，记载了确保网络支线33的通信时间的情况，但通过在其它中继站也进行同样的处理，当然提高网络整体的效率。
如上所述，图14表示识别帧并不进行不需要的中继的中继站的功能方框图。如该图所示，各中继站中，上层端口411和下层端口417由双向串行总线连接到网络。
首先，说明从上层端口411侧发送来帧的情况。经由双向串行总线向上层端口411发送来的帧(接收数据)被发送到开始代码检测单元412。然后，接收数据从开始代码检测单元412蓄积在数据缓冲单元413中，然后，被发送到转发帧生成单元416。此时，开始代码检测单元412对数据缓冲单元413传送接收数据的同时，对帧类别识别单元414也传送接收数据和开始代码探测信号。接着，对帧类别识别单元414传送开始代码探测信号时，帧的类别被识别，该识别结果作为帧类别信息信号被传送到下层转发控制单元415。下层转发控制单元415根据由帧类别信息信号规定的帧的种类，进行接收到的帧是否为转发对象帧的判定。
该下层转发控制单元415中的判定方法如下。如已说明的，网络上的各中继站通过使用网络结构信息示教方法，掌握网络上自己的位置或与其它的中继站以及从属站的相对位置。在该情况下，由于是对由上层端口411侧接收到的帧的判定，所以对于从网络中的上游发送来的帧，判定是否还从该中继站进一步向下游侧中继。因此，例如，如果接收数据是从主站向从属站的通信帧，则是应从网络的上游发送来的帧，判断为应经由下层端口进一步向下游中继的帧。另一方面，如果接收数据是由从属站向主站的帧，则由于主站比从属站位于上游侧，因此判断为没有必要经由下层端口向下游进行中继处理(转发)的帧。
经过这样的判定处理，在判定为对象帧是需要进行中继的帧的情况下，对转发帧生成单元416发送转发开始信号。接收到该转发开始信号的转发帧生成单元416将蓄积在数据缓冲单元413中的接收数据作为转发发送帧数据，经由下层端口417发送到网络上。另外，下层转发控制单元415将转发开始信号发送到转发帧生成单元416，同时将抑制信号也发送到上层转发控制单元421。在中继站中，有时由自身发送的帧还由自身接收。为了没有这样的情况，在从下层端口417发送帧数据时，由上层端口411经由上层转发控制单元421对下层转发控制单元415发送用于抑制接收的信号。
在判定为没有必要由下层转发控制单元415进行中继的情况下，不生成转发开始信号，并不进行接收数据的中继处理。
同样，以下说明从下层端口417侧发送来帧的情况。经由双向串行总线传送到下层端口417的帧(接收数据)被传送到开始代码检测单元418。然后，接收数据从开始代码检测单元418被蓄积在数据缓冲单元419中，然后被传送到转发帧生成单元422。此时，对数据缓冲单元419传送接收数据，同时帧类别识别单元420也传送接收数据和开始代码探测信号。接着，对帧类别识别单元420传送开始代码探测信号时，帧的类别被识别，该识别结果作为帧类别信息信号被传送到上层转发控制单元421。上层转发控制单元421根据由帧类别信息信号规定的帧的种类，进行是否还经由上层端口411进行中继处理(转发)的判定。
该上层转发控制单元421中的判定方法也与上述从上层端口411的接收时同样，但在该情况下，由于是对由下层端口417侧接收到的帧的判定，所以成为从网络中的下游发送来的帧。因此，如果接收数据是由从属站向主站的帧，则是应从网络的下游发送来的帧，判断为应经由上层端口进一步向上游中继的帧。另一方面，如果接收数据是从主站向从属站的通信帧，则由于从属站比中继站位于下游侧，因此判断为没有必要进行经由上层端口向位于上游的主站的中继处理(转发)的帧。
经过这样的判定处理，在判定为对象帧是需要进行中继的帧的情况下，对转发帧生成单元422发送转发开始信号。接收到该转发开始信号的转发帧生成单元422将蓄积在数据缓冲单元419中的接收数据作为转发发送帧数据，经由上层端口411发送到网络上。另外，上层转发控制单元421将转发开始信号发送到转发帧生成单元422，同时将抑制信号也发送到下层转发控制单元415。在中继站中，有时由自身发送的帧还由自身接收。为了没有这样的情况，在从上层端口411发送帧数据时，由下层端口417经由下层转发控制单元415对上层转发控制单元421发送用于抑制接收的信号。
在判定为没有必要由上层转发控制单元421进行中继的情况下，不生成转发开始信号，并不进行接收数据的中继处理。
图15的流程图表示由中继站进行的处理。如该图所示，在上层端口侧，首先由等待帧接收的待机状况开始(步骤1501)。在帧接收后，检测接收到的帧的开始代码(步骤1502)。该帧的开始代码被检测出后，基于先前由图9说明的帧中包含的帧识别首标，进行首标识别(帧类别的识别)，并判定该帧类别是否为转发对象帧(步骤1503)。在对象帧为转发对象帧的情况下(步骤1503，转发对象帧)，发送向下层端口的接收和转发停止信号(步骤1504)，然后开始向下层端口的转发处理(步骤1505)。另一方面，返回步骤1503，在对象帧是不可转发帧的情况下(步骤1503，不可转发帧)，不进行对于该帧的转发处理，返回步骤1501，等待下一个接收帧。
同样，在下层端口侧也由等待帧接收的待机状态开始(步骤1506)。在帧接收后，检测接收到的帧的开始代码(步骤1507)。该帧的开始代码被检测出后，基于该帧中包含的帧识别首标进行首标识别(帧类别的识别)，判定该帧类别是否为转发对象帧(步骤1508)。在对象帧为转发对象帧的情况下(步骤1508，转发对象帧)，发送向上层端口的接收和转发停止信号(步骤1509)，然后开始向上层端口的转发处理(步骤1510)。另一方面，返回步骤1508，在对象帧是不可转发帧的情况下(步骤1508，不可转发帧)，不进行对于该帧的转发处理，返回步骤1506，等待下一个接收帧。
通过这样的结构，各中继站可以判别接收到的帧的类别，并中继需要中继的帧。另外，在上述实施例中，作为2个中继站、5个从属站的网络结构进行了说明，但在不同的结构的网络中也可以通过进行同样的处理来得到相同的效果。
此外，具有这样的功能的中继站也可以通过设定来切换进行中继的帧和不进行中继的帧。同样，也可以通过设定来设置不进行中继处理的期间(时间)。
进而，在上述结构中，也可以停止任意的中继站的中继动作本身。由此，可以存在由停止了中继动作的中继站划分的独立网络。
图16表示将网络内的一个中继站作为划分而构成独立网络的一例。在该图中，基本结构与先前说明的图10以及图11同样，因此对于相同的构成要素赋予相同的符号，并省略说明。在图16中，在网络支线32上设置副主站60这一点上与图10以及图11的网络结构不同。在这样的网络结构中，通过设定为停止网络支线32上的中继站50a中的中继动作，可以构成由停止了中继动作的中继站50a划分的独立网络。更详细地说，在该图的网络中，由中继站50a划分的网络支线32、设置在该网络支线32上的从属站40d、从属站40e以及新设置的副主站60被构成为独立网络。而且，通过在该独立网络上连接副主站60，可以进行独立网络内的高速通信。
另外，在将该独立的网络再次组装到同一网络中的情况下，从副主站60对中继站50a发送恢复指示的帧。中继站50a在接收到恢复指示的帧的情况下，对主站30发送回表示恢复了的状态的帧并再开始中继动作。由此，网络恢复。
此外，在上述恢复方法的情况下，有时到恢复为止需要时间。在该情况下，在停止中继动作的对象中继站(在本例中为中继站50a)的上层端口中，也可以设定为从接收到特定的帧的时刻起仅使中继动作停止一定时间。通过采用这样的结构，通常作为网络的一部分动作，在从主站接收到规定的帧的情况下，将中继动作停止规定时间，构成从网络切断的独立的网络。然后，如果设定为副主站60仅在中继站停止中继动作的期间动作，则作为独立网络动作规定期间，在期间期满同时再开始中继动作，并可以返回通常的网络。这样，高效率地形成由中继站划分的独立网络，实现该独立网络内的高速通信，向通常的网络的恢复也变得容易。
接着，参照图17～图20说明应用了本发明应用的网络中的通信帧的通信帧的流动。图17是先前在现有例的说明中使用的网络的系统结构图，但在下面说明对相同的系统结构使用本发明的情况。当然由于在图17的结构中已经通过现有例的说明进行了详细的说明，因此省略这里的说明。
参照图18所示的流程图说明这种结构的网络系统中的主站的动作。如该图所示，主站首先进行BF(Beacon帧)的发送(步骤1101)。该BF每隔规定间隔被同时广播发送，各从属站中具有通知在从主站的发送路径上存在几段(几个)中继站的工作。接着，进行触发帧的发送(步骤1102)。该触发帧对特定的地址发送，包含希望由对象从属站在接收后发送CN帧这样的指示。因此，主站在触发帧的发送后，确认是否由从属站发送回来CN帧(步骤1103)。这里所说的CN帧是指从属站对于主站发送的触发帧的的响应帧。主站对发送回该CN帧的从属站进行以下的加入处理。在发送回来CN帧的情况下(步骤1103，是)，进行作为CN帧的发送源的从属站的加入处理。作为该加入处理，发送进行从属信息的读出处理的StatusRead帧(步骤1104)。虽然在该图中省略了，但该读出处理执行向对象从属站的StatusRead的发送和其响应的接收。而且，进行来自从属站的响应中包含的对象从属站的类别信息或对应的从属站的中继站通过段数的读出处理。主站通过由该读出处理得到的从属站信息来掌握网络结构，基于该信息进行时域的生成。而且，作为加入处理的另一个处理，进行通过StatusWrite的对于从属站的信息写入处理(步骤1105)。在该写入处理中，在该图的流程图中虽然省略了，但进行向StatusWrite的对象从属站的发送处理。该StatusWrite中包含生成的时域，对从属站侧指示在从属站侧在由该时域指定的定时进行响应处理。这些处理结束时，还返回步骤1101。
接着，参照图19说明从属站侧的动作。通过来自从属站的BF，使用先前说明的方法来掌握帧的传输速度以及自身的中继站通过段数(步骤1201)。然后，在该掌握处理结束后，转移到可接收来自主站的触发帧的状态(步骤1202)。进行有无来自主站的触发帧的接收的确认(步骤1203)。此时，如果不能确认触发帧的接收(步骤1203，否)，则待机直到接收到触发帧为止。在确认了来自主站的触发帧的接收之后(步骤1203，是)，识别该触发帧是否发向本站(自身是否为CN响应相应节点)(步骤1204)。此时，如果自身不是CN响应相应节点(步骤1204，否)，则返回步骤1203，等待接着的触发帧。然后，在自身是CN响应相应节点的情况下(步骤1204，是)，对主站进行CN帧的发送回(步骤1205)。接着，等待来自主站的StatusRead的接收(步骤1206以及步骤1206，否)。接收到来自主站的StatusRead之后(步骤1206，是)，对于接收到的StatusRead，将本站中继站通过段数作为响应发送回主站(步骤1207)。接着，等待来自主站的StatusWrite的接收(步骤1208以及步骤1208，否)。接收到来自主站的StatusWrite之后(步骤1208，是)，以StatusWrite的参数转移到加入状态，同时进行时域的反映(步骤1209)。该时域的反映是指设定本站使得在主站中生成的时域中指定的响应定时发送响应帧。
如以上这样，对于主站和所有的从属站结束了初始处理后，如以下那样执行交换I/O信息的通信循环。主站对从属站同时广播包含输出数据的请求帧。各个从属站基于从主站接收的时域依次发送包含输入数据的响应帧。所有的从属站发送了响应帧后，主站再次同时广播请求帧，重复I/O信息交换的通信循环。在图17所示的四个观测点A～D中，图20示出按时间序列表示主站发送的请求帧和各从属站响应的响应帧的动作模型。如该图所示，在观测点A，除了来自主站的请求帧之外还发现来自各从属站的响应帧，但在其它的观测点B、C、D，仅发现来自主站的请求帧和来自网络结构中比各观测点位于下游的从属站的响应帧，如图21所示的现有例这样，明确不进行不需要的帧的中继。
在该实施方式中，各中继站被设定为响应帧仅从下游向上游中继，并且被设定为各响应帧提前了通过的中继站数的转发器延迟时间来进行响应，以便可以在观测点A使响应帧的间隔最小化。通过这样的设定，可以使观测点A的响应帧的间隔最小化，如图20所示，在各响应帧中，实现转发器延迟的降低。
各从属站中的响应帧的发送定时为
请求帧接收后的相应从属站响应帧发送开始时间
＝相应从属站的响应帧的观测点A的位置
-请求帧到达延迟
-到相应从属站的响应帧到达观测点A为止的时间
＝相应从属站的响应帧的观测点A的位置
-转发器延迟×到相应从属站为止的转发器(中继站)段数×2。
此时，通信循环为
通信循环＝
请求帧时间+转发器延迟×最大转发器段数
+(响应帧时间)×从属站数。
从而，与现有例相比，通信循环加快了‘转发器延迟×最大转发器段数×(2×从属站数-1)’。
另外，进行了使用现有技术的通信网络和具有相同的网络结构并应用了本发明的通信网络的循环时间的比较时，在现有例中，是1.8ms的循环时间，但通过应用本发明，缩短到1.2ms。
产业上的可利用性
从以上的说明可知，根据本发明，可以提供一种降低在网络上发送的通信帧每次通过中继站时发生的转发器延迟，并使通信循环高速化了的通信网络。

Claims (11)

1.一种通信系统，作为具有通信功能的可编程控制器的主站和作为具有通信功能的I/O终端装置的1个或2个以上从属站由网络连接，并且在网络上，在连接主站和规定的从属站的路径上，经过1段或2段以上而介有作为转发器起作用的中继站，其特征在于，
在网络上发送接收的各种通信帧中包含用于识别该帧的类别的识别信息，
中继站对相对于从主站向从属站发送的请求帧的从从属站发送回的响应帧，仅对从网络上的下游向上游方向进行中继处理。
2.如权利要求1所述的通信系统，其特征在于，
主站对从属站发送多个通信帧，从对于所述多个通信帧中的特定的通信帧的来自从属站的特定的响应帧中读出中继站的通过段数，
基于被读出的中继站的通过段数，计算用于设定该从属站发送回对主站的响应帧的定时的时域，并进行该时域的写入处理。
3.如权利要求2所述的通信系统，其特征在于，
在从属站中，发送对于来自主站的通信帧的响应帧的定时提前了各响应帧通过的中继站的段数的转发器延迟时间来发送回响应。
4.如权利要求2所述的通信系统，其特征在于，
所述请求帧之一可以包含通过的中继站的地址值的信息和中继站段数的信息，
在所述请求帧通过时，所述中继站进行将本站的地址值的信息和对中继站段数加上了+1的值的信息进行存储的处理，
所述从属站进行如下处理：
从所述请求帧中读出与本站的上层侧邻接的中继站的地址值的信息和中继站段数的信息的处理；以及
使对主站的响应帧中包含从所述请求帧中读出的与本站的上层侧邻接的中继站的地址值的信息和中继站段数的信息的处理。
5.如权利要求3所述的通信系统，其特征在于，
所述各种通信帧中包含用于从属站对所述主站发送从连接到从属站的输入设备输入的IN数据的入帧，
所述从属站基于所述时域，将所述入帧提前所述转发器延迟时间来发送回响应，
所述中继站对于所述入帧，仅对下游向上游方向进行中继处理。
6.如权利要求3所述的通信系统，其特征在于，
所述从属站将用于主站确认从属站的存在的连接帧发送到主站，
所述主站用于对从属站发送要求连接帧的发送的触发帧，
所述各种通信帧中包含所述连接帧以及触发帧，
所述从属站基于所述时域，将所述连接帧提前所述转发器延迟时间来发送回响应，
所述中继站对于所述连接帧，仅对下游向上游方向进行中继处理。
7.一种通信系统，作为具有通信功能的可编程控制器的主站和作为具有通信功能的I/O终端装置的1个或2个以上从属站由网络连接，并且在网络上，在连接主站和规定的从属站的路径上，经过1段或2段以上而介有作为转发器起作用的中继站，其特征在于，
在网络上发送接收的各种通信帧中包含用于识别该帧的类别的识别信息，
中继站对于从从属站向主站发送的通信帧的类别，仅对网络上的下游向上游方向进行中继处理，
从属站预先存储介于与主站之间的中继站的段数，发送对来自主站的通信帧的响应帧的定时提前所述中继站段数的转发器延迟时间来发送回响应。
8.如权利要求7所述的通信系统，其特征在于，
所述主站用于对从属站发送要求连接帧的发送的触发帧，
所述从属站将用于主站确认从属站的存在的连接帧发送到主站，
所述各种通信帧中包含所述连接帧以及触发帧，
所述从属站基于所述时域，将所述连接帧提前所述转发器延迟时间来发送回响应，
所述中继站对于所述连接帧，仅对下游向上游方向进行中继处理。
9.如权利要求7所述的通信系统，其特征在于，
所述各种通信帧中包含从属站用于对所述主站发送I/O终端装置的IN数据的入帧，
所述从属站基于介于与所述主站之间的中继站的段数，将包含I/O终端装置的IN数据的入帧提前所述转发器延迟时间来发送回响应，
所述中继站对于所述入帧，仅对下游向上游方向进行中继处理。
10.一种从属站，其特征在于，在作为具有通信功能的可编程控制器的主站和作为具有通信功能的I/O终端装置的1个或2个以上从属站由网络连接，并且在网络上，在连接主站和规定的从属站的路径上，经过1段或2段以上而介有作为转发器起作用的中继站的通信系统中，
从属站包括：
接收处理单元，从主站发送的通信帧读出通信帧的传达时间以及通过中继站段数；以及
发送处理单元，在对于来自主站的通信帧请求响应帧的发送的情况下，发送响应帧的定时提前存在于到主站为止的通信路径上的中继站的段数的转发器延迟时间来发送回响应。
11.一种中继装置，是通信系统中的中继装置，该通信系统作为具有通信功能的可编程控制器的主站和作为具有通信功能的I/O终端装置的1个或2个以上从属站由网络连接，并且在网络上，在连接主站和规定的从属站的路径上，经过1段或2段以上而介有作为转发器起作用的中继站，其特征在于，该中继装置包括：
接收包含用于识别帧的类别的识别信息的各种通信帧的部件；
识别接收到的通信帧的类别的部件；以及
在识别出的通信帧的类别是从从属站发送到主站的通信帧的情况下，仅对网络上的下游向上游方向进行中继处理的中继控制部件。
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