JP2007019974A - ネットワーク装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 優先度の高いスレーブ局について、他のスレーブ局より早くかつ同期して動作させることが可能なネットワーク装置を提供する。
【解決手段】 マスタ局が、指令データに同期払い出しフラグを設定する同期払い出し設定部２を備え、スレーブ局が、指令データの同期払い出しフラグの有効を検出する同期払い出しフラグ検出部８を備え、同期払い出しフラグの有効を検出した時点で、すでに指令データを受け取っているすべてのスレーブ局が、同期して払い出し動作を行うようにする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、マスタ局と複数のスレーブ局が接続されたネットワーク装置に関し、特にスレーブ局への払い出しを最適にするネットワーク装置に関する。

従来のネットワーク装置について、図を用いて説明する。
図１２は従来例のネットワーク装置の構成図、図１３は従来例のデータ送受信タイミングを示す図、図１４は従来例の通信データフレームである。
図１２に示すように、ネットワーク装置は一つのマスタ局と複数のスレーブ局が通信で接続された構成となっている。ここでは、図１３に示すように、マスタ局とスレーブ局との通信は、通信周期内を所定のタイムスロットに区切って、タイムスロット単位で各スレーブ局と通信をおこなう。通常スレーブ局の内部で設定することにより、各タイムスロットに対して各スレーブ局が１対１で割り当てられる。
マスタ局において、１はメインCPU、３はデータ送受信部、４は送信バッファである。また、スレーブ局において、５はデータ受信部、６は指令データモニタ部、７は同期フレーム検出部、９はタイムスロット認識部、１０はスレーブ機器払い出し部である。他のスレーブ局も同様な構成となっている。また、１１はスレーブ機器で、スレーブ局に接続されている。

ここで、マスタ局とデータ送受信の関係に言及すると、図１３に示すように、マスタ局ではその制御周期毎に指令データをネットワークに出力するが、ネットワークでの通信は通信周期毎に行われるので、マスタ局が指令データを出した後の次の同期フレームから、スレーブ局とのデータ送受信を開始する。
また、ネットワークの通信の同期をとるため、これと平行して、通信周期の区切りを示すための同期フレームＳＹＮＣが出力される。

以下、図に基づいて動作を説明する。
図１２において、マスタ局では、メインCPU１で各スレーブ局の指令データが生成され送信バッファ４に格納される。この時、前述した各タイムスロットに１対１で対応した状態で、タイムスロットの順番に従って送信バッファ４に格納される。格納された指令データは、データ送受信部３によって、格納された順番どうりに払い出され、ネットワークに出力される。
このときの通信データフレームは、図１４のようになっている。

スレーブ局では、ネットワーク上に流れる指令データをデータ受信部５で受信し、指令データモニタ部６によってすべての指令データをモニタする。ここで、タイムスロット認識部９にて自局に相当するタイムスロットを認識し、自局への指令データを取込む。
このようにして、マスタが送信した自局宛の指令データを獲得する。
すべてのスレーブ局が各々の指令データを受信し、同期フレーム検出部７で次の同期フレームが検出されると、すべてのスレーブ局が同期して払い出し動作を行う。

図１３には、スレーブ局が４個で、これに接続される機器がサーボ制御装置の例を示している。

一方、高速あるいは高精度を要するスレーブ局については指令更新周期を短くし、低速あるいは低精度でよいスレーブ局については指令更新周期を長くすることにより、高速・高精度のスレーブと低速・低精度のスレーブ局の共存を可能としているものもある。 (例えば、特許文献１)。
特開２００４−２８０１９５

ネットワーク装置では、通常、マスタ局の制御周期とネットワークの通信周期とは非同期であるので、マスタ局が指令データを出力してからスレーブ局に送信を開始するまで、遅れが発生する。（図１３において、通信同期待ち時間αで示す。）
また、スレーブ局は、指令データを受信していても、次の同期フレームでまで払い出ししないので、さらに通信周期Sの遅れが発生する。このため、優先度が高いスレーブ局を他スレーブ局より早く払い出しすることができないという問題があった。

また、特許文献１では、スレーブ局の速度・精度に合わせて指令データ更新周期を変えているので、スレーブ局の要求に応じたデータ更新はできる点は良い。しかし、さらに制御性能を上げるには、マスタ局が指令データを出してからスレーブ局が動作するまでの時間を短くする必要があるが、これに対応できないと言う問題があった。

本発明は、これらの問題を鑑みてなされたものであり、優先度の高いスレーブ局について、他のスレーブ局より早くかつ同期して動作させることが可能なネットワーク装置を提供する事を目的とする。

上記の問題を解決するため、本発明は次のようにしたのである。

請求項１記載の発明では、
マスタ局と複数のスレーブ局が、通信周期内の各タイムスロットで通信し、前記複数のスレーブ局がすべての指令データをモニタする指令データモニタ部を備えたネットワーク装置において、マスタ局が、前記指令データに同期払い出しフラグを設定する同期払い出し設定部を備え、スレーブ局が、前記指令データの前記同期払い出しフラグの有効を検出する同期払い出しフラグ検出部を備え、前記同期払い出しフラグの有効を検出した時点で、すでに指令データを受け取っているすべてのスレーブ局が、同期して払い出し動作を行う
ようにするものである。

請求項２の発明では、
請求項１に記載のネットワーク装置において、前記同期払い出し設定手段が、前記同期払い出しフラグを複数回有効に設定できるようにするものである。

請求項３記載の発明では、
マスタ局と複数のスレーブ局が、通信周期内の各タイムスロットで通信し、前記複数のスレーブ局がすべての指令データをモニタする指令データモニタ部を備えたネットワーク装置において、マスタ局が、前記同期払い出しフラグに加えて局アドレス情報を含む指令データを、予め設定した優先度に従って、送信バッファに格納する通信優先度設定部を備え、スレーブ局が、前記指令データを局アドレスで識別して自局への指令データを獲得する局アドレス検出部を備えるようにするものである。

請求項４記載の発明では、
請求項３記載のネットワーク装置において、前記通信優先度設定部が、制御プログラム内でのスレーブ局へアクセスするコマンドに連動した優先度に従って動作するようにするものである。

請求項１記載の発明によると、
接続されたスレーブ局のうち、「同期払い出し」を有効に設定したスレーブ局は、他のスレーブ局より早いタイミングで払い出し動作させることができるので、優先度の高いスレーブ局を先に払い出し動作させることが可能になる。

請求項２記載の発明によると、
通信周期中に複数回の同期払い出し動作ができるので、複数組のスレーブ局を異なるタイミングで払い出し動作させることで、スレーブ局の優先度に合わせた段階的な払い出し動作が可能になる。

請求項３記載の発明によると、
装置の起動時に設定した優先度に従った順番でスレーブ局へのデータ送信できるので、任意の特定のスレーブ局を常に優先して払い出し動作させることが可能になる。

請求項４記載の発明によると、
プログラムの各実行段階で、各スレーブ局へアクセスするコマンド実行時に、このコマンドに合わせた優先度で払い出しできるので、システム全体として最適な払い出し動作はが可能となる。

以下、本発明の実施形態について、図に基づいて説明する。

図１は本発明の第１実施例のネットワーク装置の構成図、図２は本発明の第１実施例のデータ送受信タイミングを示す図、図３は本発明の第１実施例の通信データレームの一例、図４は本発明の第１実施例の送信バッファの構成図である。
図１において、従来例と異なる点は、マスタ局に同期払い出し設定部２が追加され、スレーブ局に同期払い出しフラグ検出部８が追加された点である。なお、他のスレーブ局も同様な構成である。

以下、図に基づいて従来例と異なる点を中心に動作を説明する。
図１において、マスタ局では、メインCPU１で制御周期毎に指令データが生成され、ネットワークに出力する点は従来と同様である。本実施例では、図３に示すように、指令データに同期払い出しフラグ１３を備えている点が特徴である。
実際の動作としては、同期払い出し設定部２にて、指令データを作成する際に、他局より早く払い出すスレーブ局の指令データの同期払い出しフラグ１３を有効にして送信バッファ４に格納される。その後、送信バッファ４のデータがデータ送受信部３によって払い出され、各タイムスロット毎に出力される。ここで、送信バッファ４への指令データの格納は各タイムスロット順で、格納された順番どうりに払い出される点は従来例と同じである。
一方、スレーブ局では、データを受信し自局のデータを獲得した後、獲得した指令データについて、指令データの同期払い出しフラグ１３を、同期払い出しフラグ検出部８にてチェックする。これが有効になっていると、スレーブ機器払い出し部１０は、すでに指令値を受信しているがまだ払い出しをしていない場合、そのタイムスロットの終わりでスレーブ機器への払い出し動作を行う。また、同期フレーム検出部７で次の同期フレームが検出されると、まだ払い出しが行われていないスレーブ局が払い出し動作を行う。

図２、図４には、スレーブ局ST1、ST2を早く動作させる場合の例を示している。図４において、送信バッファ内のＤＡＴＡ１、２、・・がスレーブ局番号ST1、ST2、・・と対応しており、ここでは、スレーブ局ST2の指令データで同期払い出しフラグを有効にしている。
図２では、有効になっている指令データについて上部を斜線で示す。
スレーブ局の同期払い出しフラグ検出部８は、スレーブ局ST2の指令データの同期払い出しフラグの有効を検出し、その時点でデータを受信しているスレーブ局ST1、ST2が、スレーブ局ST2のタイムスロットの終わりで同期して払い出し動作を行う。
この時点で指令データを受信していないスレーブ局ST3、ST4は、次の同期フレームで同期して払い出しが行われる。

一般に、工作機械では、スレーブ局に接続されるスレーブ機器として複数のサーボ軸やＩ／Ｏ機器を使用しているが、すべてのスレーブ局が同期して動く必要はない。たとえばサーボ軸の場合、同時に協調して動くのは多くても3軸であり、それ以外については同期しなくてもシステムの要求を満たすことができることが多い。このような場合、本発明によりサーボ軸を優先して動かすのが有効である。

次に、同期払い出しフラグを複数回設定する場合について説明する。
図５は複数回同期払い出しの場合のデータ送受信タイミングを示す図、図６は複数回同期払い出しの場合の送信バッファの構成図である。
ここでは、マスタ局の同期払い出し設定部２は、通信周期内で同期払い出しフラグを複数回設定できる点が異なっている。また、スレーブ局の同期払い出しフラグ検出部８は、複数回の同期払い出しフラグ有効を検出できるようになっている。

図５、図６に、スレーブ局として、サーボ制御機器、I/O機器、外部機器との定周期通信機器が接続されている場合で、この順番の優先度とした例を示す。
第１グループにはサーボ制御機器（ST1、ST2）、第２グループはI/O機器（ST3、ST4、ST5），第３グループは定周期通信機器（ST6、ST7、ST8）としている。
ここで、図６のように、スレーブ局ST2およびST5の指令データで「同期払い出しフラグ」を有効と設定すると、図５に示すように、各スレーブ局ST2およびST5の指令データで同期払い出しフラグを検出し、そのタイムスロットの終わりでそのグループのスレーブ局が同期して払い出し動作を行う。
なお、同期払い出しフラグをすべて無効に設定すれば、従来どうりの動作とすることもできる。

図７は本発明の第２の実施例のネットワーク装置の構成図、図８は本発明の第２の実施例のデータ送受信タイミング、図９は本発明の第２の実施例の通信データフレーム、図１
０は本発明の第２の実施例の送信バッファの構成図である。
第１実施例との違いは次のとおりである。すなわち、図７において、マスタ局には同期払い出し設定部の代わりに通信優先度設定部１５を備え、スレーブ局には同期払い出しフラグ検出部の代わりに局アドレス検出部１７を備えたことである。
また、図９において、指令データにスレーブ局の局アドレス情報をも設定できるようにしている点である。
ここで、通信優先度設定部１５は、スレーブ局の指令データを順番を変えて送信バッファに格納する機能とあわせ、指令データに同期払い出しフラグを設定する機能をも有している。同様に、局アドレス検出部１７は、指令データの局アドレスを認識すると共に、同期払い出しフラグを認識する機能も備えている。

以下、図に基づいて動作を説明する。
まず、マスタ局では、システムを起動する段階で、外部からか、またはプログラムにより、各スレーブ局の優先度を設定する。そうすると、動作段階では、通信周期毎に、通信優先度設定部１５が、システム起動時に設定された優先順位に従って各スレーブ局宛の指令データを送信バッファ３へ格納する。このように順番を変更して格納する点が、従来例および第１実施例とは異なっている。この段階で、優先するスレーブ局の指令データには同期払い出しフラグを有効に設定する。
その後、データ送受信部３は、この送信バッファ４内の指令データを格納した順番で送信する。
なお、図１０における送信バッファ内のＤＡＴＡ１、２、・・が、スレーブ局番号ST1、ST2、・・と対応している。
スレーブ局では、局アドレス検出部１７で、受信した指令データの局アドレスを認識して自局への指令データを得ると共に、同期払い出しフラグを認識し、これが有効であった場合に、そのグループのスレーブ局が同期して払い出し動作する。
図１０は、スレーブ局ST1、ST2を優先軸に設定した場合と、スレーブ局ST4、ST5を優先軸に設定した場合の送信バッファの構成を示す。後者では、スレーブ局ST4、ST5の指令データＤＡＴＡ４，５が先に格納されている。
図８にデータ送受信タイミングを示す。スレーブ局ST4、ST5を優先軸に設定した場合に、この局への指令データが先に送信されていることがわかる。
この方法は、特定のスレーブ局を常に優先して払い出しを行う場合に有効である。

第３の実施例において、ネットワーク装置の構成図は第２実施例の図７と同じである。図１１は、第３の実施例のモーションプログラムの一例を示す図である。
ここで、第２の実施例との違いは、図７におけるマスタ局の通信優先度判断部１５は、制御プログラム内でスレーブ局へアクセスするコマンドに連動してスレーブ局の優先度を設定する機能を有し、併せて優先したスレーブ局への指令データにおいて同期払い出しフラグを有効に設定する機能も有している点である。

以下、図に基づいて動作を説明する。
図１１において、３行目のＭＯＶコマンドではスレーブ局ST1、ST2への動作指令を、６行目のＭＶＳコマンドではスレーブ局ST3、ST4への動作指令を行っている。
ここで、通信優先度設定１５は、以下のように動作する。すなわち、３行目のＭＯＶコマンドではスレーブ局ST1、ST2への指令値を優先して送信バッファ４へ書き込み、同様に、６行目のＭＶＳコマンドではスレーブ局ST3、ST4への指令値を優先して送信バッファ４へ書き込むようにする。
スレーブ局では、局アドレス検出部１７で局アドレスを認識し自局への指令データを受信し、同期払い出しフラグの有効を検出した段階で、そのグループのスレーブ局が同期して払い出し動作する。
この方法によれば、プログラム内でスレーブ局へアクセスするコマンド実行時に、指定したスレーブ局を優先して払い出しできる。

一般に、複数のスレーブ局を使用するシステムでは、モーションプログラムやラダープログラム実行のある時点では払い出しを行う軸は限定されるので、この方法が有効であり、システムのパフォーマンスを向上させることができる。

本発明の第１の実施例のネットワーク装置の構成図 本発明の第１の実施例のデータ送受信タイミングを示す図 本発明の第１の実施例の通信データレームの一例 本発明の第１の実施例の送信バッファの構成図 本発明の第１の実施例の複数回同期払い出しの場合のデータ送受信タイミングを示す図 本発明の第１の実施例の複数回同期払い出しの場合の送信バッファの構成図 本発明の第２の実施例のネットワーク装置の構成図 本発明の第２の実施例のデータ送受信タイミングを示す図 本発明の第２の実施例の通信データレームの一例 本発明の第２の実施例の送信バッファの構成図 本発明の第３の実施例におけるモーションプログラムの一例を示す図 従来例のネットワーク装置の構成図 従来例のデータ送受信タイミングを示す図 従来例の通信データレームの一例

符号の説明

１ メインCPU
２ 同期払い出し設定部
３ データ送受信部
４ 送信バッファ
５ データ受信部
６ 指令データモニタ部
７ 同期フレーム検出部
８ 同期払い出しフラグ検出部
９ タイムスロット認識部
１０ スレーブ機器払い出し部
１１ スレーブ機器
１２ 通信データフレーム
１３ 同期払い出しフラグ
１５ 通信優先度設定部
１７ 局アドレス検出部

Claims (4)

1. マスタ局と複数のスレーブ局が、通信周期内の各タイムスロットで通信し、前記複数のスレーブ局がすべての指令データをモニタする指令データモニタ部を備えたネットワーク装置において、
   マスタ局が、前記指令データに同期払い出しフラグを設定する同期払い出し設定部を備え、
   スレーブ局が、前記指令データの前記同期払い出しフラグの有効を検出する同期払い出しフラグ検出部を備え、
   前記同期払い出しフラグの有効を検出した時点で、すでに指令データを受け取っているすべてのスレーブ局が、同期して払い出し動作を行うことを特徴とするネットワーク装置。
2. 前記同期払い出し設定部が、前記同期払い出しフラグを複数回有効に設定できるようにすることを特徴とする請求項１に記載のネットワーク装置。
3. マスタ局と複数のスレーブ局が、通信周期内の各タイムスロットで通信し、前記複数のスレーブ局がすべての指令データをモニタする指令データモニタ部を備えたネットワーク装置において、
   マスタ局が、同期払い出しフラグと局アドレス情報を含む指令データを、予め設定した優先度に従って、送信バッファに格納する通信優先度設定部を備え、
   スレーブ局が、前記指令データを局アドレスで識別して自局への指令データを獲得する局アドレス検出部を備えることを特徴とするネットワーク装置。
4. 前記通信優先度設定部が、制御プログラム内でのスレーブ局へアクセスするコマンドに連動した優先度に従って動作することを特徴とする請求項３記載のネットワーク装置。

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