JP2006270376A - サイクリックデータ通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】サイクリックデータの送受信の量を減少せずに、送受信の同期化が図られているサイクリックデータ通信システムを提供する。
【解決手段】サイクリックデータ通信システムでは、アプリケーションは、直ちにサイクリックデータを送信することを送信同期処理手段に要求するか否かを意味する送信要求フラグが付加された該サイクリックデータを送信同期処理手段に送り、端末は、入力されるリセット信号に基づき計時を再始動するタイマと、直ちにサイクリックデータを送信することを要求する送信要求フラグが付加されている該サイクリックデータを受けるまでに受けたサイクリックデータを一群のデータとしてまとめてタイマで計時された第１のタイミングで送信する送信同期処理手段と、他の端末から送られてくる一群のデータをタイマで計時された第２のタイミングで受信する受信同期処理手段と、を有する。
【選択図】図１

Description

この発明は、イーサネット（登録商標）やＡＴＭなどの制御用ネットワークを介して接続される複数の端末間でサイクリックデータの通信を行うサイクリックデータ通信システムに関する。

従来のサイクリックデータ通信システムは、同期化してサイクリックデータを送受信するとき、送信側の端末でサイクリックデータにサム値を付加して送信し、受信側の端末でサム値を検算して、合っていればそのサイクリックデータを受信することによりサイクリックデータの送受信の同期化を図っている（例えば、特許文献１参照）。
また、特定のデータ送受信装置から送信されたデータ中に含まれる装置番号を受信した時点で、他のそれぞれのデータ送受信装置はそれぞれのデータ送受信装置内のインター
バルタイマを再設定することによって、それぞれのデータ送受信装置内に設けられた複数のインターバルタイマの動作タイミングを同期させる（例えば、特許文献２参照）。

特開平１１−３２４４９号公報 特公平７−１０７９９５号公報

しかし、サイクリックデータにサム値を付加するため、送受信できるサイクリックデータの量が減少してしまうという問題がある。また、受信したサイクリックデータに付加されているサム値を検算するため、端末の中央演算装置にかかる負荷が大きくなるという問題がある。
また、特定のデータ送受信装置から受信した装置番号からタイマを再設定することは、ネットワーク上の送信の空き時間を短くするためのものであって、送受信の同期化を図ることではないという問題がある。また、複数のタイマの起動時間をサイクリックデータの受信時に行っており、ネットワークの負荷状態により、タイマがずれる可能があり、リアルタイム性に欠けるという問題がある。

この発明の目的は、サイクリックデータの送受信の量を減少せずに、送受信の同期化が図られているサイクリックデータ通信システムを提供することである。

この発明に係わるサイクリックデータ通信システムは、複数のアプリケーションをそれぞれ有する複数の端末および上記複数の端末を相互に接続する制御用ネットワークが備えられているサイクリックデータ通信システムにおいて、上記アプリケーションは、直ちにサイクリックデータを送信することを送信同期処理手段に要求するか否かを意味する送信要求フラグが付加された該サイクリックデータを上記送信同期処理手段に送り、上記端末は、入力されるリセット信号に基づき計時を再始動するタイマと、上記直ちにサイクリックデータを送信することを要求する送信要求フラグが付加されている該サイクリックデータを受けるまでに受けたサイクリックデータを一群のデータとしてまとめて上記タイマで計時された第１のタイミングで送信する上記送信同期処理手段と、他の端末から送られてくる一群のデータを上記タイマで計時された第２のタイミングで受信する受信同期処理手段と、を有する。

この発明に係わるサイクリックデータ通信システムの効果は、端末のアプリケーションがサイクリックデータの一部をサム値として使用しなくてもよく、サイクリックデータの効率化が得られる。また、専用信号線を用いて、ネットワークに接続された端末の同期化を図れ、精度のよい処理が得られる。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係わるサイクリックデータ通信システムのブロック図である。図２は、実施の形態１に係わる端末の機能ブロック図である。図３は、実施の形態１に係わる送信同期処理手段の機能ブロック図である。図４は、実施の形態１に係わる受信同期処理手段の機能ブロック図である。

この実施の形態１に係わるサイクリックデータ通信システム１は、工場などで稼働しているフィールド機器２をコントロールする複数の端末３と、複数の端末３をループ状に接続して通信を行う制御用ネットワーク４、周期的にＯＦＦレベルからＯＮレベルにリセット信号のレベルを切り換える信号制御装置５、端末３と信号制御装置５とをそれぞれ接続する専用信号線６が備えられている。
端末３は、送受信のタイミングの同期を図るためのタイマ１０、フィールド機器２からのデータと他の端末３からのサイクリックデータに基づき演算し、サイクリックデータを得る３つのアプリケーション１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、サイクリックデータを他の端末３と同期して送信する送信同期処理手段１５、制御用ネットワーク４を介して送られてくるサイクリックデータを他の端末３と同期して受信する受信同期処理手段１６を有している。
制御用ネットワーク４は、イーサネット（登録商標）またはＡＴＭである。

タイマ１０は、専用信号線６からのリセット信号のＯＦＦレベルからＯＮレベルへのレベルの変化を検出し、割込信号を発生する信号検出部１８、割込信号が発生したとき、計時を再始動するタイマ制御ハンドラ１９を有している。信号制御装置５は、例えば、リセット信号を１秒ごとにＯＦＦレベルからＯＮレベルに切り換え、その後所定の時間経過後ＯＦＦレベルに戻す。
このように各端末３のタイマ１０で計時されている時間は、高精度で一致することになる。なお、各端末３のタイマ１０は、再始動後数秒するとタイマ誤差が生じるので、信号制御装置５は、１秒毎にリセット信号のレベルをＯＦＦレベルからＯＮレベルに切り換えている。

アプリケーション１１は、演算結果をサイクリックデータとして直ちに送信することを望むとき、送信要求フラグに１を設定し、他のアプリケーション１１のサイクリックデータが送信されるとき一緒に送信することでいいとき、送信要求フラグに０を設定し、サイクリックデータにその送信要求フラグを付加して、送信同期処理手段１５に送る。

送信同期処理手段１５は、アプリケーション１１から送られてくるサイクリックデータが書き込まれるサイクリックデータ部２１、送られてくるサイクリックデータの送信要求フラグに１が設定されているとき送信起動フラグにＯＮを設定し、送られてくるサイクリックデータの送信要求フラグに０が設定されているとき送信起動フラグをＯＦＦのままに維持するフラグ設定部２２、送信起動フラグにＯＮが設定されたとき起動信号を発する送信起動ハンドラ２３、起動信号を受信したとき、現時点が予め決められている送信タイミングであるか否かを判定する送信タイミング判定部２４、送信タイミングと判定されたときサイクリックデータ部２１に書き込まれているサイクリックデータを一群のデータとして送信し、送信後送信起動フラグにＯＦＦを設定するデータ送信部２５を有する。

受信同期処理手段１６は、他の端末３から制御用ネットワーク４を介して一群のデータが送信されてきたとき、受信起動フラグにＯＮを設定する受信割込ハンドラ２６、現時点が予め決められている受信タイミングであるか否かを判断する受信タイミング判定部２７、受信タイミングであると判定されたとき、送信されてきた一群のデータを受信して、サイクリックデータ部２９に保管し、受信要求フラグに１を設定し、受信起動フラグにＯＦＦを設定するデータ受信部２８、受信した一群のデータを保管するサイクリックデータ部２９を有している。

次に、送信同期処理手段１５により３つのアプリケーション１１からの３つのサイクリックデータを送信することについて図５を参照して説明する。図５は、送信同期処理手段１５がサイクリックデータを同期化して送信する手順を示すフローチャートである。
なお、この説明において、端末３ａからサイクリックデータを送信するとして説明する。端末３ａのアプリケーション１１ａ、１１ｂ、１１ｃからのサイクリックデータＡ、Ｂ、Ｃに付加されている送信要求フラグとして０、０、１が設定され、アプリケーション１１ａ、１１ｂ、１１ｃの順番に送信同期処理手段１５に当該のサイクリックデータを送る。
また、端末３ａの送信タイミングは、再始動した時間を０として、１００ｍｓ、２００ｍｓ、３００ｍｓ、・・・の１００ｍｓ間隔の時点として予め決められているとする。
また、送信同期処理手段１５において、アプリケーション１１からのサイクリックデータの入力および送信タイミングの待ちは１ｍｓ毎として説明する。

Ｓ１０１で、サイクリックデータ部２１は、アプリケーション１１からのサイクリックデータを保管する。フラグ設定部２２は、送信要求フラグに基づき送信起動フラグを設定する。
Ｓ１０２で、送信起動ハンドラ２３は、送信起動フラグにＯＮが設定されたとき、起動信号を発し、送信起動フラグにＯＦＦが設定されているとき、Ｓ１０６へ進む。

アプリケーション１１ａからのサイクリックデータＡとアプリケーション１１ｂからのサイクリックデータＢとが入力されたとき、送信要求フラグがともに０なので、送信起動フラグがＯＦＦのまま据え置かれる。次に、アプリケーション１１ｃからのサイクリックデータＣが入力されたとき、送信要求フラグが１なので、送信起動フラグにＯＮが設定される。
そして、送信起動ハンドラ２３は、送信起動フラグにＯＮが設定されたので、起動信号を発する。

Ｓ１０３で、送信タイミング判定部２４は、起動信号を受信すると、現時点が予め決められている送信タイミングであるか否かを判定し、現時点が送信タイミングのときＳ１０４へ進み、現時点が送信タイミングでないときＳ１０６へ進む。
Ｓ１０４で、データ送信部２５は、サイクリックデータ部２１に保管されている一群のデータを送信する。
Ｓ１０５で、データ送信部２５は、送信起動フラグにＯＦＦを設定して、Ｓ１０６へ進む。
Ｓ１０６で、１ｍｓ間待機してＳ１０１へ戻る。

このように複数のアプリケーション１１からのサイクリックデータを一群のデータとしてまとめて送信することができる。
また、信号制御装置５から送信されたリセット信号によりタイマ１０が同期化され、予め定められた同期化されたタイミングで送信することができる。

次に、受信同期処理手段１６における受信について図６を参照して説明する。図６は、受信同期処理手段１６が一群のデータを同期化して受信する手順を示すフローチャートである。
なお、以下の一群のデータの受信の説明において、端末３ｂで受信がおこなわれ、サイクリック送信処理が５０ｍｓ以内で完了しているとし、受信タイミングは、再始動した時間を０として、１５０ｍｓ、２５０ｍｓ、３５０ｍｓ、・・・の１００ｍｓ間隔の時点として予め決められているとする。

Ｓ２０１で、受信割込ハンドラ２６は、サイクリック受信が行われているか判断し、サイクリック受信が行われているとき受信起動フラグにＯＮを設定しＳ２０２へ進み、サイクリック受信が行われていないときＳ２０５へ進む。
Ｓ２０２で、受信タイミング判定部２７は、現時点が端末３ｂとして予め決められている受信タイミングであるか否かを判断し、現時点が受信タイミングであれば、Ｓ２０３へ進み、受信タイミングでないときＳ２０５へ進む。
Ｓ２０３で、データ受信部２８は、受信したサイクリックデータをサイクリックデータ部２９に保管し、アプリケーション１１に受信を知らせるために受信フラグに１を設定し、Ｓ２０４へ進む。
Ｓ２０４で、データ受信部２８は、受信起動フラグにＯＦＦを設定する。
Ｓ２０５で、１ｍｓ間待機してからＳ２０１へ戻る。
このように、信号制御装置５から送信されたリセット信号によりタイマ１０が同期化され、予め決められている同期化されたタイミングで受信することができる。

このようなサイクリックデータ通信システム１は、専用信号線６を介してリセット信号が各端末３に供給されるので、制御用ネットワーク４を介して送られるサイクリックデータの量を減少することなく各端末３のタイマ１０の同期化を図ることができる。
また、端末３毎に送受信するサイクリックデータが一群として扱われるので、サイクリックデータとしての同期化が図られる。
また、一群のデータが予め決められているタイミングで送受信されるので、送受信の間での同期化が図られる。

実施の形態２．
図７は、この発明の実施の形態２に係わる端末の機能ブロック図である。図８は、実施の形態２に係わる送信同期処理手段の機能ブロッック図である。
実施の形態２に係わるサイクリックデータ通信システムは、実施の形態１に係わるサイクリックデータ通信システム１と端末３Ｂが異なっており、その他は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
また、実施の形態２に係わる端末３Ｂは、図７に示すように、実施の形態１に係わる端末３にバッファ１７が追加されているとともに実施の形態１に係わる端末３とアプリケーション１１Ｂと送信同期処理手段１５Ｂとが異なっており、その他は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。

実施の形態２に係わる複数のアプリケーション１１Ｂａ、１１Ｂｂ、１１Ｂｃは、順番にサイクリックデータをバッファ１７に蓄積し、最後にサイクリックデータをバッファ１７に蓄積するアプリケーション１１Ｂｃは、バッファ１７に蓄積されているサイクリックデータを一群のデータとして送信同期処理手段１５Ｂに送る。

実施の形態２に係わる送信同期処理手段１５Ｂは、図８に示すように、バッファ１７に蓄積されていた一群のデータがアプリケーション１１Ｂｃから送られてきたとき送信起動フラグにＯＮを設定するフラグ設定部２２Ｂ、送信起動フラグにＯＮが設定されたとき起動信号を発する送信起動ハンドラ２３、起動信号を受信したとき、現時点が予め決められている送信タイミングであるか否かを判定する送信タイミング判定部２４、送信タイミングと判定されたとき一群のデータを送信し、送信後送信起動フラグにＯＦＦを設定するデータ送信部２５Ｂを有する。

このようなサイクリックデータ通信システムは、アプリケーション１１Ｂが一旦サイクリックデータをバッファ１７に蓄積し、最後のアプリケーション１１Ｂｃがバッファ１７に蓄積されているすべてのサイクリックデータを一群のデータとして送信同期処理手段１５Ｂに送信要求するので、送信同期処理手段１５Ｂでアプリケーション毎に送信要求の有無を判断する必要がなく、高速にデータ送信ができる。

実施の形態３．
図９は、この発明の実施の形態３に係わるサイクリックデータ通信システムのブロック図である。
実施の形態３に係わるサイクリックデータ通信システム１Ｃは、実施の形態１に係わるサイクリックデータ通信システム１とリセット信号の経路が異なっており、その他は同様であるので、同様な部分は同じ符号を付記して説明は省略する。
この実施の形態３に係わるサイクリックデータ通信システム１Ｃが適用されるプラントでは、フィールド機器２が端末３とフィールドネットワーク７を介して通信が行われている。そして、フィールド機器２に入力される信号が端末３に転送されることができるようになっている。なお、フィールドネットワーク７の例として、Ｐｒｏｆｉｂｕｓ、ＣＣ−Ｌｉｎｋ、ＬｏｎＷｏｒｋ（登録商標）などが挙げられる。
そして、信号制御装置５は、フィールド機器２に専用信号線８を介して接続されており、信号制御装置５から送られたリセット信号はフィールド機器２でフィールドネットワーク７に転送されて、端末３に到達する。

このようなサイクリックデータ通信システム１Ｃは、専用の信号線を信号制御装置５と端末３の間に配線することなく、すでに端末３に接続されているフィールド機器２を介してリセット信号が供給できるので、配線工事が簡単になる。

なお、実施の形態３において、実施の形態１に係わる端末３を用いたサイクリックデータ通信システムについて説明したが、実施の形態２に係わる端末３Ｂを用いても、同様に配線工事が簡単になる。

実施の形態４．
図１０は、この発明の実施の形態４に係わるサイクリックデータ通信システムのブロック図である。
実施の形態４に係わるサイクリックデータ通信システム１Ｄは、実施の形態３に係わるサイクリックデータ通信システム１Ｃとリセット信号の経路が異なっており、その他は同様であるので、同様な部分は同じ符号を付記して説明は省略する。
この実施の形態４に係わるサイクリックデータ通信システム１Ｄが適用されるプラントでは、端末３の一部がフィールド機器２とフィールドネットワーク７を介して通信が行われているが、残りの端末３にはフィールド機器２が接続されていない。
そこで、リセット信号の発生源である信号制御装置５は、フィールド機器２がフィールドネットワーク７を介して接続されている端末３の場合、第１の専用信号線８を介してフィールド機器２に接続されており、フィールド機器２が接続されていない端末３の場合、第２の専用信号線６を介して直接端末３に接続されている。

このようなサイクリックデータ通信システム１Ｄは、すでに端末３に接続されているフィールド機器２がある場合、フィールド機器２を介してリセット信号を供給し、フィールド機器２がない場合、第２の専用信号線６を介して端末３に供給するので、既存の構成を最大限利用することができ、配線工事などの費用を低減することができる。

なお、実施の形態４において、実施の形態１に係わる端末３を用いたサイクリックデータ通信システム１Ｄについて説明したが、実施の形態２に係わる端末３Ｂを用いても、同様に配線工事が簡単になる。

実施の形態５．
図１１は、この発明の実施の形態５に係わるサイクリックデータ通信システムのブロック図である。図１２は、実施の形態５に係わるマスタの端末の機能ブロック図である。
実施の形態５に係わるサイクリックデータ通信システム１Ｅでは、制御用ネットワーク４に接続されている端末３Ｅが１つのマスタの端末３Ｅａと２つのスレーブの端末３Ｅｂ、３Ｅｃとに分けられる。
そして、実施の形態５に係わるサイクリックデータ通信システム１Ｅは、実施の形態１に係わるサイクリックデータ通信システム１とリセット信号の供給が異なり、その他は同様であるので、同様な部分は同じ符号を付記して説明は省略する。

実施の形態１においては、リセット信号を信号制御装置５から供給しているが、実施の形態５においては、図１１に示すように、リセット信号としてのタイマリセットパケットをマスタの端末３Ｅａから制御用ネットワーク４を介してスレーブの端末３Ｅｂ、３Ｅｃに送信している。
そして、マスタの端末３Ｅａでは、タイマリセットパケットの送信と同期してタイマ１０Ｅを再始動する。一方、スレーブの端末３Ｅｂ、３Ｅｃでは、タイマリセットパケットを受信するとそれに同期してタイマ１０Ｅを再始動する。
なお、タイマリセットパケットは、ブロードキャストデータまたはマルチキャストデータである。

そして、実施の形態５に係わるタイマ１０Ｅは、図１２に示すように、タイマリセットパケットを受信するとタイマ１０Ｅを再始動するタイマ制御ハンドラ１９Ｅを有している。
また、端末３Ｅは、タイマリセットパケットを周期的に、例えば１秒毎に、送受信するパケット通信部３０を有している。

このようなサイクリックデータ通信システム１Ｅでは、タイマリセットパケットを制御用ネットワーク４の回線を一部占有して送信するので、データの送受信容量が減少するが、専用の信号線や信号制御装置を新たに設ける必要がないので、安価に端末のタイマの同期を図ることができる。

なお、実施の形態５において、実施の形態１に係わる端末３を用いたサイクリックデータ通信システム１Ｅについて説明したが、実施の形態２に係わる端末３Ｂを用いても、同様に配線工事が簡単になる。

この発明の実施の形態１に係わるサイクリックデータ通信システムのブロック図である。 実施の形態１に係わる端末の機能ブロック図である。 実施の形態１に係わる送信同期処理手段の機能ブロック図である。 実施の形態１に係わる受信同期処理手段の機能ブロック図である。 送信同期処理手段がサイクリックデータを同期化して送信する手順を示すフローチャートである。 受信同期処理手段がサイクリックデータを同期化して受信する手順を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２に係わる端末の機能ブロック図である。 実施の形態２に係わる送信同期処理手段の機能ブロッック図である。 この発明の実施の形態３に係わるサイクリックデータ通信システムのブロック図である。 この発明の実施の形態４に係わるサイクリックデータ通信システムのブロック図である。 この発明の実施の形態５に係わるサイクリックデータ通信システムのブロック図である。 実施の形態５に係わるマスタの端末の機能ブロック図である。

符号の説明

１ サイクリックデータ通信システム、２ フィールド機器、３ 端末、４ 制御用ネットワーク、５ 信号制御装置、６、８ 専用信号線、７ フィールドネットワーク、１０ タイマ、１１ アプリケーション、１５ 送信同期処理手段、１６ 受信同期処理手段、１７ バッファ、１８ 信号検出部、１９ タイマ制御ハンドラ、２１、２９ サイクリックデータ部、２２ フラグ設定部、２３ 送信起動ハンドラ、２４ 送信タイミング判定部、２５ データ送信部、２６ 受信割込ハンドラ、２７ 受信タイミング判定部、２８ データ受信部、３０ パケット通信部。

Claims (6)

1. 複数のアプリケーションをそれぞれ有する複数の端末および上記複数の端末をループ状に接続する制御用ネットワークが備えられているサイクリックデータ通信システムにおいて、
   上記アプリケーションは、直ちにサイクリックデータを送信することを送信同期処理手段に要求するか否かを意味する送信要求フラグが付加された該サイクリックデータを上記送信同期処理手段に送り、
   上記端末は、
   入力されるリセット信号に基づき計時を再始動するタイマと、
   上記直ちにサイクリックデータを送信することを要求する送信要求フラグが付加されている該サイクリックデータを含む該サイクリックデータを受けるまでに受けたサイクリックデータを一群のデータとしてまとめて上記タイマで計時された予め決められている第１のタイミングで送信する上記送信同期処理手段と、
   他の上記端末から送信された一群のデータを上記タイマで計時された予め決められている第２のタイミングで受信する受信同期処理手段と、
   を有することを特徴とするサイクリックデータ通信システム。
2. 複数のアプリケーションを有する複数の端末および上記複数の端末をループ状に接続する制御用ネットワークが備えられているサイクリックデータ通信システムにおいて、
   上記複数のアプリケーションは、順番にサイクリックデータをバッファに蓄積し、最後にサイクリックデータをバッファに蓄積する上記アプリケーションは、上記バッファに蓄積されているサイクリックデータを一群のデータとして送信同期処理手段に送り、
   上記端末は、
   入力されるリセット信号に基づき計時を再始動するタイマと、
   上記アプリケーションにより複数のサイクリックデータが一旦蓄積される上記バッファと、
   上記アプリケーションから上記一群のデータが送られてきたとき、上記タイマで計時された予め決められている第１のタイミングで該一群のデータを送信する上記送信同期処理手段と、
   他の上記端末から送信された一群のデータを上記タイマで計時された予め決められている第２のタイミングで受信する受信同期処理手段と、
   を有することを特徴とするサイクリックデータ通信システム。
3. 上記複数の端末にそれぞれ専用信号線を介して接続され、周期的に上記リセット信号を上記専用信号線を介して上記端末に送信する信号制御装置が備えられていることを特徴とする請求項１または２に記載するサイクリックデータ通信システム。
4. 上記複数の端末にそれぞれフィールドネットワークを介して接続され、受信した上記リセット信号を上記フィールドネットワークを介して上記端末に転送するフィールド機器と、上記フィールド機器にそれぞれ専用信号線を介して接続され、周期的に上記リセット信号を上記専用信号線を介して上記フィールド機器に送信する信号制御装置と、が備えられていることを特徴とする請求項１または２に記載するサイクリックデータ通信システム。
5. 上記複数の端末の一部にそれぞれフィールドネットワークを介して接続され、受信した上記リセット信号を上記フィールドネットワークを介して上記端末に転送するフィールド機器と、上記フィールド機器にそれぞれ第１の専用信号線を介して接続され、上記複数の端末の残りにそれぞれ第２の専用信号線を介して接続され、周期的に上記リセット信号を上記第１の専用信号線を介して上記フィールド機器に、かつ上記第２の専用信号線を介して上記端末に送信する信号制御装置と、が備えられていることを特徴とする請求項１または２に記載するサイクリックデータ通信システム。
6. 上記複数の端末は、マスタの端末とスレーブの端末とからなり、
   上記入力されるリセット信号は、上記マスタの端末が送信するタイマリセットパケットであり、
   上記マスタの端末のタイマは、上記タイマリセットパケットの送信に同期して計時を再始動し、
   スレーブの上記端末のタイマは、上記タイマリセットパケットの受信に同期して計時を再始動することを特徴とする請求項１または２に記載するサイクリックデータ通信システム。

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