JP2014120884A - 情報処理装置、情報処理プログラムおよび情報処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】制御システムにおける同期タイミングを容易に決定できる環境を提供する。
【解決手段】情報処理装置は、マスタ装置からネットワークを介して送信されるデータフレームのスレーブ装置による受信が完了するまでに要する見込み時間を取得する手段と、スレーブ装置において、マスタ装置からのデータフレームの受信が完了してから、当該受信したデータフレームに含まれるデータのスレーブ装置に含まれる機能ユニットへの転送が完了するまでに要する見込み時間を取得する手段と、スレーブ装置において、機能ユニットが制御対象から取得した状態値をネットワークを介して送信できる状態になるまでに要する見込み時間を取得する手段と、制御対象から状態値の取得を指示するタイミング、および、受信したデータフレームに含まれるデータを制御対象に対して出力するタイミングを決定する手段とを含む。
【選択図】図８

Description

本発明は、機械や設備などの動作を制御する制御システムに対するパラメータの決定などを行うための情報処理装置、情報処理プログラムおよび情報処理方法に関する。

多くの生産現場で使用される機械や設備は、典型的には、プログラマブルコントローラ（Programmable Logic Controller；以下「ＰＬＣ」とも称す。）などからなる制御装置を含む制御システムによって制御される。このような制御システムにおいて、ＰＬＣは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）ユニットと、外部のスイッチやセンサからの信号入力および／または外部のリレーやアクチュエータへの信号出力を担当するＩＯ（Input Output）ユニットなどの機能ユニットとを含む。ＰＬＣは、ネットワークにより、複数のリモートＩＯターミナルと接続されこともある。このような各リモートＩＯターミナルは、通信カプラと、１または複数の機能ユニットとを含む。

このようなＰＬＣと複数のリモートＩＯターミナルとの間の通信は、ＰＬＣが通信全体を管理するマスタとして機能させて、ポーリング方式を用いて実現される場合もある。例えば、特開２００７−３１２０４３号公報（特許文献１）は、リモートＩＯシステムにおけるマスタ／スレーブ間通信として、一般的には、一斉同報方式とポーリング方式との２通りの通信方式を開示する。一斉同報方式は、マスタ局がすべてのスレーブ局を対象として同時に送信する通信方式であり、ポーリング方式は、マスタ局が対象となるスレーブ局のアドレス等の識別情報を特定し、対象となるスレーブ局を指定して送信する通信方式である。

特開２００７−３１２０４３号公報

例えば、同一の制御対象に対して何らかの制御を行う場合には、当該制御対象から取得される複数の状態値の間では同期を取ることが好ましい。すなわち、それぞれの状態値を同一のタイミングで制御対象から取得し、これらの取得した状態値に基づいて、制御対象に対する指令値などを算出することが好ましい。

一方、ネットワーク接続されたリモートＩＯターミナルの間では、伝送遅延などが発生するため、異なるリモートＩＯターミナルからそれぞれ取得された状態値の間で同期を取ることは容易ではない。例えば、データフレームを順次転送して、各リモートＩＯターミナルとの間でデータを遣り取りする通信方式では、データフレームの到着タイミングがリモートＩＯターミナル間で異なる。そのため、それぞれの到着タイミングに応じて、状態値の取得（入力リフレッシュ）および指令値の出力（出力リフレッシュ）のタイミングをリモートＩＯターミナル毎に調整する必要がある。

従来は、このようなリモートＩＯターミナル毎のタイミング調整を自動的に行う手段がなく、試行錯誤的に調整せざるを得なかった。そのため、熟練した技術者でなければ、うまく調整できないという課題があった。

本発明は、上記のような点を考慮してなされたものであり、その目的は、マスタ装置とネットワークを介して接続される１つまたは複数のスレーブ装置とを備える制御システムにおける同期タイミングを容易に決定できる環境を提供することにある。

本発明のある局面に従えば、マスタ装置と、マスタ装置とネットワークを介して接続される１つまたは複数のスレーブ装置とを備える制御システムに対して、パラメータを決定するための情報処理装置が提供される。スレーブ装置は、制御対象との間で信号の遣り取りを行うための機能ユニットを含む。情報処理装置は、マスタ装置における通信周期を取得する手段と、マスタ装置からネットワークを介して送信されるデータフレームのスレーブ装置による受信が完了するまでに要する見込み時間を取得する手段と、スレーブ装置において、マスタ装置からのデータフレームの受信が完了してから、当該受信したデータフレームに含まれるデータのスレーブ装置に含まれる機能ユニットへの転送が完了するまでに要する見込み時間を取得する手段と、スレーブ装置において、機能ユニットが制御対象から取得した状態値をネットワークを介して送信できる状態になるまでに要する見込み時間を取得する手段と、取得される通信周期および見込み時間に基づいて、スレーブ装置に含まれる機能ユニットに対して、制御対象から状態値の取得を指示するタイミング、および、マスタ装置に含まれる機能ユニットに対して、受信したデータフレームに含まれるデータを制御対象に対して出力するタイミングを決定する手段とを含む。

好ましくは、情報処理装置は、各機能ユニットの固有パラメータを示すプロファイルを保持する保持手段をさらに含む。見込み時間は、プロファイルを参照して取得される。

さらに好ましくは、情報処理装置は、制御システムに含まれるマスタ装置およびスレーブ装置を設計するためのユーザインターフェイスを提供する手段をさらに含む。保持手段は、ユーザインターフェイスを介して設計される制御システムを定義する構成情報をさらに保持し、見込み時間は、構成情報によって定義される設計値に基づいて、決定される。

さらに好ましくは、見込み時間は、構成情報によって定義される制御システムにおける最大値が採用される。

好ましくは、すべてのスレーブ装置において、マスタ装置から送信されたデータを出力する準備が完了する基準タイミングを基準として、制御対象から状態値の取得を指示するタイミング、および、受信したデータフレームに含まれるデータを制御対象に対して出力するタイミングが決定される。

本発明の別の局面に従えば、マスタ装置と、マスタ装置とネットワークを介して接続される１つまたは複数のスレーブ装置とを備える制御システムに対して、パラメータを決定するための処理をコンピュータに実行させる情報処理プログラムが提供される。スレーブ装置は、制御対象との間で信号の遣り取りを行うための機能ユニットを含む。情報処理プログラムは、コンピュータに、マスタ装置における通信周期を取得するステップと、マスタ装置からネットワークを介して送信されるデータフレームのスレーブ装置による受信が完了するまでに要する見込み時間を取得するステップと、スレーブ装置において、マスタ装置からのデータフレームの受信が完了してから、当該受信したデータフレームに含まれるデータのスレーブ装置に含まれる機能ユニットへの転送が完了するまでに要する見込み時間を取得するステップと、スレーブ装置において、機能ユニットが制御対象から取得した状態値をネットワークを介して送信できる状態になるまでに要する見込み時間を取得するステップと、取得される通信周期および見込み時間に基づいて、スレーブ装置に含まれる機能ユニットに対して、制御対象から状態値の取得を指示するタイミング、および、マスタ装置に含まれる機能ユニットに対して、受信したデータフレームに含まれるデータを制御対象に対して出力するタイミングを決定するステップとを実行させる。

本発明のさらに別の局面に従えば、マスタ装置と、マスタ装置とネットワークを介して接続される１つまたは複数のスレーブ装置とを備える制御システムに対して、パラメータを決定するための情報処理方法が提供される。スレーブ装置は、制御対象との間で信号の遣り取りを行うための機能ユニットを含む。情報処理方法は、マスタ装置における通信周期を取得するステップと、マスタ装置からネットワークを介して送信されるデータフレームのスレーブ装置による受信が完了するまでに要する見込み時間を取得するステップと、スレーブ装置において、マスタ装置からのデータフレームの受信が完了してから、当該受信したデータフレームに含まれるデータのスレーブ装置に含まれる機能ユニットへの転送が完了するまでに要する見込み時間を取得するステップと、スレーブ装置において、機能ユニットが制御対象から取得した状態値をネットワークを介して送信できる状態になるまでに要する見込み時間を取得するステップと、取得される通信周期および見込み時間に基づいて、スレーブ装置に含まれる機能ユニットに対して、制御対象から状態値の取得を指示するタイミング、および、マスタ装置に含まれる機能ユニットに対して、受信したデータフレームに含まれるデータを制御対象に対して出力するタイミングを決定するステップとを備える。

本発明によれば、マスタ装置とネットワークを介して接続される１つまたは複数のスレーブ装置とを備える制御システムにおける同期タイミングを容易に決定できる環境を提供できる。

本実施の形態に係る制御システムの構成例を示す模式図である。 本実施の形態に係るリモートＩＯターミナルの接続構成を示す模式図である。 本実施の形態に係るリモートＩＯターミナルを構成する通信カプラのハードウェア構成を示す模式図である。 本実施の形態に係るリモートＩＯターミナルの機能ユニットのハードウェア構成を示す模式図である。 本実施の形態に係るＰＬＣの接続構成を示す模式図である。 本実施の形態に係るＰＬＣを構成するＣＰＵユニットのハードウェア構成を示す模式図である。 本実施の形態に係るＰＬＣに接続されるサポート装置のハードウェア構成を示す模式図である。 本実施の形態に係る制御システムにおける同期処理を説明するための図である。 本実施の形態に係る制御システムにおける同期処理を説明するための図である。 本実施の形態に係る制御システムにおける入力処理に要する時間を説明するための図である。 本実施の形態に係る制御システムにおける出力処理に要する時間を説明するための図である。 本実施の形態に係る同期パラメータの自動算出処理に使用されるパラメータの一覧を示す図である。 図１２に示される各パラメータを説明するための図である。 本実施の形態に係るＰＬＣに接続されるサポート装置に格納されるデバイスプロファイルのデータ構造の一例を示す図である。 本実施の形態に係るＰＬＣに接続されるサポート装置によって提供されるユーザインターフェイス画面の一例を示す図である。 本実施の形態に係るＰＬＣに接続されるサポート装置によって提供されるユーザインターフェイス画面の一例を示す図である。 本実施の形態に係る同期パラメータの自動算出の処理手順を示すフローチャートである。

本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰り返さない。

＜Ａ．制御システムの構成例＞
まず、本実施の形態に係る制御システムの構成例について説明する。図１は、本実施の形態に係る制御システムの構成例を示す模式図である。図１を参照して、制御システムＳＹＳは、ＰＬＣ１と、上位通信ネットワークであるフィールドネットワーク２を介してＰＬＣ１に接続される、サーボドライバ３およびリモートＩＯターミナル５とを含む。ＰＬＣ１には、接続ケーブル１０などを介してサポート装置８が接続される。

ＰＬＣ１は、主たる演算処理を実行するＣＰＵユニット１２と、１つ以上の機能ユニット１４とを含む。これらの機能ユニット１４は、ＰＬＣ内部バス１１を介して、データを互いに遣り取りできるように構成される。また、機能ユニット１４には、電源ユニット１６によって適切な電圧の電源が供給される。このような機能ユニット１４は、ＩＯユニットや特殊ユニットを含む。

ＩＯユニットは、一般的な入出力処理に関するユニットであり、オン／オフといった２値化されたデータの入出力を司る。すなわち、ＩＯユニットは、検出スイッチ６などのセンサが何らかの対象物を検出している状態（オン）および何らの対象物も検出していない状態（オフ）のいずれであるかという情報を収集する。また、ＩＯユニットは、リレー７やアクチュエータといった出力先に対して、活性化するための指令（オン）および不活性化するための指令（オフ）のいずれかを出力する。

特殊ユニットは、アナログデータの入出力、温度制御、特定の通信方式による通信といった、ＩＯユニットではサポートしない機能を有する。

フィールドネットワーク２は、ＣＰＵユニット１２と遣り取りされる各種データを伝送する。フィールドネットワーク２としては、各種の産業用のイーサネット（登録商標）を用いることができる。産業用のイーサネット（登録商標）としては、例えば、ＥｔｈｅｒＣＡＴ（登録商標）、ＰＲＯＦＩＮＥＴ（登録商標）、ＭＥＣＨＡＴＲＯＬＩＮＫ（登録商標）−ＩＩＩ、Ｐｏｗｅｒｌｉｎｋ、ＳＥＲＣＯＳ（登録商標）−ＩＩＩ、ＣＩＰ Ｍｏｔｉｏｎなどがある。さらに、産業用のイーサネット（登録商標）以外のフィールドネットワークを用いてもよい。例えば、ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ、ＣｏｍｐｏＮｅｔ（登録商標）などを用いてもよい。

本実施の形態においては、一例として、フィールドネットワーク２上をデータフレームが順次転送されることで、ＰＬＣ１との間でデータが遣り取りされる。以下の説明では、内部バス上を伝搬するデータフレームと区別するために、フィールドネットワーク２上のデータフレームを「フィールドネットワークフレーム」とも称す。

サーボドライバ３は、フィールドネットワーク２を介してＣＰＵユニット１２と接続されるとともに、ＣＰＵユニット１２からの指令値に従ってサーボモータ４を駆動する。

図１に示す制御システムＳＹＳのフィールドネットワーク２には、さらに、１つ以上のリモートＩＯターミナル５が接続されている。リモートＩＯターミナル５は、機能ユニット１４と同様に、一般的な入出力処理に関する処理を行う。より具体的には、リモートＩＯターミナル５は、フィールドネットワーク２でのデータ伝送に係る処理を行うための通信カプラ５２と、１つ以上の機能ユニット５４（ＩＯユニットや特殊ユニットを含む）とを含む。すなわち、リモートＩＯターミナル５は、制御対象との間で信号の遣り取りを行うための機能ユニット５４を含む。これらの機能ユニット５４は、リモートＩＯターミナル内部バス５１を介して、データを互いに遣り取りできるように構成される。

通信カプラ５２は、機能ユニット５４の動作を制御するとともに、ＣＰＵユニット１２との間のデータ伝送を制御する。通信カプラ５２は、フィールドネットワーク２を介して、ＰＬＣ１のＣＰＵユニット１２に接続されている。

リモートＩＯターミナル５において、通信カプラ５２は、装着される機能ユニット５４（ＩＯユニットや特殊ユニット）との間のリモートＩＯターミナル内部バス５１を介したデータ伝送を主体的に管理する。同様に、ＰＬＣ１において、ＣＰＵユニット１２は、装着される機能ユニット１４（ＩＯユニットや特殊ユニット）との間のＰＬＣ内部バス１１を介したデータ伝送を主体的に管理する。

以下の説明では、ＰＬＣ１（より具体的には、ＣＰＵユニット１２）は、フィールドネットワーク２を介したデータ伝送を主体的に管理するので、その機能に着目して、これらを「マスタ装置」とも記載し、それ以外のリモートＩＯターミナル５（より具体的には、通信カプラ５２）を「スレーブ装置」とも記載する。すなわち、制御システムＳＹＳは、マスタ装置（ＰＬＣ１）と、マスタ装置とネットワークを介して接続される１つまたは複数のスレーブ装置（リモートＩＯターミナル５やサーボドライバ３など）とを含む。

＜Ｂ．リモートＩＯターミナル５のハードウェア構成例＞
次に、本実施の形態に係る制御システムＳＹＳの一部を構成するリモートＩＯターミナル５のハードウェア構成について説明する。

（ｂ１．接続構成）
図２は、本実施の形態に係るリモートＩＯターミナル５の接続構成を示す模式図である。図２を参照して、リモートＩＯターミナル５では、１つ以上の機能ユニット５４−１，５４−２，５４−３，…が通信ラインであるリモートＩＯターミナル内部バス５１（ダウンリンク５１１およびアップリンク５１２）を介して通信カプラ５２と互いにデータ伝送可能になっている。

一例として、ダウンリンク５１１およびアップリンク５１２では、シリアル通信が採用されており、対象のデータは、時系列に一列に並べられた形で伝搬する。より具体的には、ダウンリンク５１１では、通信カプラ５２から機能ユニット５４へ向けて、ダウンリンク５１１を介して一方向にデータが送信される。一方、アップリンク５１２では、いずれかの機能ユニット５４から通信カプラ５２へ向けて、アップリンク５１２を介して一方向にデータが送信される。

機能ユニット５４の各々は、ダウンリンク５１１またはアップリンク５１２を伝搬するデータフレームを受信すると、そのデータフレームからデータを復号して必要な処理を実行する。そして、機能ユニット５４の各々は、データフレームを再生成した上で、次段の機能ユニット５４へ再送信（フォワード）する。以下の説明では、フィールドネットワーク２上を伝搬するデータフレームと区別するために、機能ユニット５４から出力すべき状態値を含むデータフレームを「内部バスＯＵＴフレーム」とも称し、機能ユニット５４によって検出された状態値を含むデータフレームを「内部バスＩＮフレーム」とも称す。基本的には、「内部バスＯＵＴフレーム」は、ダウンリンク５１１上を伝搬し、「内部バスＩＮフレーム」は、アップリンク５１２を伝搬する。また、「内部バスＯＵＴフレーム」および「内部バスＩＮフレーム」を「内部バスフレーム」と総称する場合もある。

このようなデータフレームの順次転送を実現するために、各機能ユニット５４は、ダウンリンク５１１に関して、受信部（以下「ＲＸ」とも記す。）２１０ａおよび送信部（以下「ＴＸ」とも記す。）２１０ｂを含むとともに、アップリンク５１２に関して、受信部２２０ａおよび送信部２２０ｂを含む。受信部２１０ａおよび２２０ａは、通信ラインであるリモートＩＯターミナル内部バス５１を介して他の機能ユニット５４から内部バスフレームに含まれるデータを受信する。送信部２１０ｂおよび２２０ｂは、通信ラインであるリモートＩＯターミナル内部バス５１を介して他の機能ユニット５４へデータを含む内部バスフレームを送信する。

各機能ユニット５４は、プロセッサ２００を含み、プロセッサ２００がこれらのデータ処理を制御する。

通信カプラ５２は、演算主体であるプロセッサ１００と、フィールドバス制御部１１０と、受信部１１２と、送信部１１４と、内部バス制御部１３０とを含む。すなわち、通信カプラ５２は、リモートＩＯターミナル内部バス５１（ダウンリンク５１１およびアップリンク５１２）と接続されるだけではなく、受信部１１２および送信部１１４を介して、フィールドネットワーク２とも接続される。フィールドバス制御部１１０は、フィールドネットワーク２を介したデータ伝送を管理し、内部バス制御部１３０は、リモートＩＯターミナル内部バス５１を介したデータ伝送を管理する。

（ｂ２．通信カプラ５２の構成）
図３は、本実施の形態に係るリモートＩＯターミナル５を構成する通信カプラ５２のハードウェア構成を示す模式図である。図３を参照して、リモートＩＯターミナル５の通信カプラ５２は、プロセッサ１００と、不揮発性メモリ１０１と、フィールドバス制御部１１０と、受信部１１２と、送信部１１４と、内部バス制御部１３０とを含む。

受信部１１２は、ＰＬＣ１からフィールドネットワーク２を介して送信されるフィールドネットワークフレームを受信してデータへ復号した上で、フィールドバス制御部１１０へ出力する。送信部１１４は、フィールドバス制御部１１０から出力されるデータからフィールドネットワークフレームを再生成してフィールドネットワーク２を介して再送信（フォワード）する。

フィールドバス制御部１１０は、受信部１１２および送信部１１４と協働して、フィールドネットワーク２を介して予め定められた伝送周期毎にフィールドネットワークフレームを送受信する。より具体的には、フィールドバス制御部１１０は、フィールドバス通信コントローラ１２０と、メモリコントローラ１２２と、ＦＩＦＯ（First In First Out）メモリ１２４と、受信バッファ１２６と、送信バッファ１２８とを含む。

フィールドバス通信コントローラ１２０は、ＰＬＣ１からフィールドネットワーク２を介して送信されるコマンドなどを解釈して、フィールドネットワーク２を介した通信を実現するために必要な処理を実行する。また、フィールドバス通信コントローラ１２０は、ＦＩＦＯメモリ１２４に順次格納されるフィールドネットワークフレームからのデータコピー、およびフィールドネットワークフレームに対するデータ書込みの処理を行う。

メモリコントローラ１２２は、ＤＭＡ（Direct Memory Access）などの機能を実現する制御回路であり、ＦＩＦＯメモリ１２４、受信バッファ１２６および送信バッファ１２８などへのデータの書込み／読出しを制御する。

ＦＩＦＯメモリ１２４は、フィールドネットワーク２を介して受信されたフィールドネットワークフレームを一時的に格納するとともに、その格納された順序に従ってフィールドネットワークフレームを順次出力する。受信バッファ１２６は、ＦＩＦＯメモリ１２４に順次格納されるフィールドネットワークフレームに含まれるデータのうち、自装置に接続されている機能ユニット５４の出力部から出力すべき状態値を示すデータを抽出して一時的に格納する。送信バッファ１２８は、機能ユニット５４の入力部で検出された状態値を示すプロセスデータであって、ＦＩＦＯメモリ１２４に順次格納されるフィールドネットワークフレームの所定領域に書込むべきデータを一時的に格納する。

プロセッサ１００は、フィールドバス制御部１１０および内部バス制御部１３０に対して指示を与えるとともに、フィールドバス制御部１１０と内部バス制御部１３０との間のデータ転送などを制御する。

不揮発性メモリ１０１は、システムプログラム１０２および構成情報１０４を格納する。構成情報１０４は、機能ユニット５４の設定情報を含む。

内部バス制御部１３０は、リモートＩＯターミナル内部バス５１（ダウンリンク５１１およびアップリンク５１２）を介して機能ユニット５４との間で内部バスフレーム（データ）を送受信する。

より具体的には、内部バス制御部１３０は、内部バス通信コントローラ１３２と、送信回路１４２と、受信回路１４４と、記憶部１６０とを含む。

内部バス通信コントローラ１３２は、リモートＩＯターミナル内部バス５１を介したデータ伝送を主体的に管理する。送信回路１４２は、内部バス通信コントローラ１３２からの指示に従って、リモートＩＯターミナル内部バス５１のダウンリンク上を流れる内部バスフレームを生成して送信する。受信回路１４４は、リモートＩＯターミナル内部バス５１のアップリンク上を流れる内部バスフレームを受信して、内部バス通信コントローラ１３２へ出力する。

記憶部１６０は、リモートＩＯターミナル内部バス５１を伝搬する内部バスフレーム（データ）を格納するバッファメモリに相当する。より具体的には、記憶部１６０は、共有メモリ１６２と、受信バッファ１６４と、送信バッファ１６６とを含む。共有メモリ１６２は、フィールドバス制御部１１０と内部バス制御部１３０との間で遣り取りされる内部バスフレームを一時的に格納する。受信バッファ１６４は、リモートＩＯターミナル内部バス５１を介して機能ユニット５４から受信した内部バスフレームを一時的に格納する。送信バッファ１６６は、フィールドバス制御部１１０で受信されたフィールドネットワークフレームに含まれるデータを一時的に格納する。

（ｂ３．機能ユニット５４の構成）
図４は、本実施の形態に係るリモートＩＯターミナル５の機能ユニット５４のハードウェア構成を示す模式図である。図４には、機能ユニット５４の一例として、ＩＯユニットを示す。図４を参照して、リモートＩＯターミナル５の機能ユニット５４の各々は、逆シリアル変換器（de-serializer：以下「ＤＥＳ」とも称す。）２１２，２２２と、シリアル変換器（ＳＥＲ：serializer：以下「ＳＥＲ」とも称す。）２１６，２２６と、フォワードコントローラ２１４，２２４とを含む。さらに、機能ユニット５４の各々は、バス２５０を介して互いに接続された、受信処理部２３０と、送信処理部２４０と、プロセッサ２００と、共有メモリ２０２と、ＩＯモジュール２０６と、メモリ２０７とを含む。

ＤＥＳ２１２、フォワードコントローラ２１４およびＳＥＲ２１６は、図２に示すダウンリンク５１１についての受信部２１０ａおよび送信部２１０ｂに対応する。これらの部分は、ダウンリンク５１１を流れる内部バスフレームの送受信に係る処理を実行する。同様に、ＤＥＳ２２２、フォワードコントローラ２２４およびＳＥＲ２２６は、図２に示すアップリンク５１２についての受信部２２０ａおよび送信部２２０ｂに対応する。これらの部分は、アップリンク５１２を流れる内部バスフレームの送受信に係る処理を実行する。

受信処理部２３０は、復号部２３２と、ＣＲＣチェック部２３４とを含む。復号部２３２は、受信されたデータフレームを所定のアルゴリズムに従ってデータへ復号する。ＣＲＣチェック部２３４は、データフレームの最後に付加されるフレームチェックシーケンス（Frame Check Sequence：ＦＣＳ）などに基づいて誤りチェック（例えば、ＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）符号）を行う。

送信処理部２４０は、フォワードコントローラ２１４および２２４に接続され、プロセッサ２００などからの指示に従って、次段の機能ユニット５４へ再送信（フォワード）する内部バスフレームの生成およびタイミング制御などを行う。また、送信処理部２４０は、プロセッサ２００などと協働して、次段の機能ユニット５４へ送信すべきデータを生成する。より具体的には、送信処理部２４０は、ＣＲＣ生成部２４２と、符号化部２４４とを含む。ＣＲＣ生成部２４２は、プロセッサ２００などからのデータに対して誤り制御符号（ＣＲＣ）を算出して、当該データを格納する内部バスフレームに付加する。符号化部２４４は、ＣＲＣ生成部２４２からのデータを符号化し、対応するフォワードコントローラ２１４または２２４へ出力する。

プロセッサ２００は、機能ユニット５４を主体的に制御する演算主体である。より具体的には、プロセッサ２００は、受信処理部２３０を介して受信されたデータフレームを共有メモリ２０２に格納し、あるいは共有メモリ２０２から所定のデータを読み出して送信処理部２４０へ出力し、内部バスフレームを生成させる。

共有メモリ２０２は、受信処理部２３０を介して受信された内部バスフレームを一時的に格納するための受信バッファ２０３と、送信処理部２４０へ介して送信するための内部バスフレームを一時的に格納するための送信バッファ２０４とを含む。また、共有メモリ２０２は、各種データを格納するための領域を含む。

ＩＯモジュール２０６は、外部のスイッチやセンサからの入力信号を受信し、その値を共有メモリ２０２に書込む、および／または、共有メモリ２０２の対応する領域に書込まれた値に従ってその信号を外部のリレーやアクチュエータへ出力する。

メモリ２０７は、システムプログラム２０９および設定情報２０８を格納する。典型的には、システムプログラム２０９は、メモリ２０７の不揮発性領域に格納され、設定情報２０８は、メモリ２０７の揮発性領域に格納される。

＜Ｃ．ＰＬＣ１のハードウェア構成例＞
次に、本実施の形態に係る制御システムＳＹＳの一部を構成するＰＬＣ１のハードウェア構成について説明する。

（ｃ１．接続構成）
図５は、本実施の形態に係るＰＬＣ１の接続構成を示す模式図である。図５を参照して、ＰＬＣ１においても、上述のリモートＩＯターミナル５と同様に、ＣＰＵユニット１２および１つ以上の機能ユニット１４−１，１４−２，１４−３，…が通信ラインであるＰＬＣ内部バス１１（ダウンリンク６１１およびアップリンク６１２）を介して互いにデータ伝送可能になっている。

機能ユニット１４の各々は、ダウンリンク６１１またはアップリンク６１２を伝搬する内部バスフレームを受信すると、その内部バスフレームからデータを復号して必要な処理を実行する。そして、機能ユニット１４の各々は、内部バスフレームを再生成した上で、次段の機能ユニット１４へ再送信（フォワード）する。各機能ユニット１４は、ダウンリンク６１１に関して、受信部（ＲＸ）２１０ａおよび送信部（ＴＸ）２１０ｂを含むとともに、アップリンク６１２に関して、受信部２２０ａおよび送信部２２０ｂを含む。

ＣＰＵユニット１２は、プロセッサ１５０と、フィールドバス制御部１１０と、受信部１１２と、送信部１１４と、内部バス制御部１３０とを含む。

（ｃ２．通信カプラ５２の構成）
図６は、本実施の形態に係るＰＬＣ１を構成するＣＰＵユニット１２のハードウェア構成を示す模式図である。図６を参照して、ＰＬＣ１のＣＰＵユニット１２は、プロセッサ１５０と、主メモリ１５２と、不揮発性メモリ１５４と、フィールドバス制御部１１０と、受信部１１２と、送信部１１４と、内部バス制御部１３０とを含む。不揮発性メモリ１５４は、ユーザプログラム１５６、システムプログラム１５８、および構成情報１０４を格納する。ＣＰＵユニット１２のデータ伝送に係る基本的な構成は、上述の通信カプラ５２（図３）と同様であるので、対応する部分（同一の参照符号を付している）についての説明は繰り返さない。

ＣＰＵユニット１２のプロセッサ１５０は、対象の制御を実現するためのプログラムを実行する。より具体的には、ＣＰＵユニット１２は、不揮発性メモリ１５４などからユーザプログラム１５６およびシステムプログラム１５８を読み出すとともに、主メモリ１５２に展開して実行する。このユーザプログラム１５６およびシステムプログラム１５８の実行によって、機能ユニット１４の入力部によって検出された状態値に基づいて、機能ユニット１４の出力部から出力すべき状態値が順次算出される。

ＰＬＣ１の機能ユニット１４の構成については、上述したリモートＩＯターミナル５の機能ユニット５４の構成（図４参照）と同様であるので、詳細な説明は繰り返さない。

＜Ｄ．サポート装置８＞
次に、本実施の形態に係るＰＬＣ１に接続されるサポート装置８について説明する。サポート装置８は、制御システムＳＹＳに対してパラメータを決定するための情報処理装置に相当する。

図７は、本実施の形態に係るＰＬＣ１に接続されるサポート装置８のハードウェア構成を示す模式図である。サポート装置８は、典型的には、汎用のコンピュータで構成される。

図７を参照して、サポート装置８は、ＯＳ（Operating System）を含む各種プログラムを実行するＣＰＵ８１と、ＢＩＯＳ（Basic Input Output System）や各種データを格納するＲＯＭ（Read Only Memory）８２と、ＣＰＵ８１でのプログラムの実行に必要なデータを格納するための作業領域を提供するメモリＲＡＭ８３と、ＣＰＵ８１で実行されるプログラムなどを不揮発的に格納するハードディスク（ＨＤＤ）８４とを含む。ハードディスク８４は、ツールプログラム８４１と、構成情報８４２と、デバイスプロファイル８４３とを格納している。

サポート装置８は、さらに、ユーザからの操作を受け付けるキーボード８５およびマウス８６と、情報をユーザに提示するためのディスプレイ８７とを含む。さらに、サポート装置８は、ＰＬＣ１（ＣＰＵユニット１２）などと通信するための通信インターフェイス（ＩＦ）を含む。

後述するように、サポート装置８で実行されるツールプログラム８４１は、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk-Read Only Memory）９に格納されて流通する。このＣＤ−ＲＯＭ９に格納されたプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ駆動装置８８によって読取られ、ハードディスク８４などへ格納される。あるいは、上位のホストコンピュータなどからネットワークを通じてプログラムをダウンロードするように構成してもよい。

＜Ｅ．同期パラメータの自動算出処理の概要＞
次に、本実施の形態に係るサポート装置８に実装される同期パラメータの自動算出処理の概要について説明する。図８および図９は、本実施の形態に係る制御システムＳＹＳにおける同期処理を説明するための図である。

本実施の形態に係るスレーブ装置であるリモートＩＯターミナル５では、通信カプラ５２がそれぞれの機能ユニット５４から状態値を取得するとともに、フィールドネットワーク２内を順次伝送されるフィールドネットワークフレームにその取得した状態値を示すデータを付加する。また、通信カプラ５２は、到着したフィールドネットワークフレームから指令値を示すデータを取得し、取得した指令値をそれぞれの機能ユニット５４へ与える。すなわち、通信カプラ５２と機能ユニット５４との間のリモートＩＯターミナル内部バス５１を介したデータ更新処理と、ＣＰＵユニット１２と通信カプラ５２との間のフィールドネットワーク２を介したデータ更新処理とが並列的に実行される。

本実施の形態においては、これらのデータ更新処理を適切なタイミングで実行するための同期パラメータが自動的に算出される。

より具体的には、機能ユニット５４の間で制御対象から状態値を取得するタイミングを一致させる。この状態値を取得するタイミングを、「ＩＮデータラッチ同期タイミング」とも称す。このＩＮデータラッチとは、機能ユニット５４に入力されている信号の値をあるタイミングで取得することを意味する。

上述したように、フィールドネットワーク２を介して接続されているリモートＩＯターミナル５やサーボドライバ３（スレーブ装置）などは、フィールドネットワークフレームを介して互いにデータを遣り取りする。各スレーブ装置は、各伝送周期において、フィールドネットワークフレームが到着する前に、ＩＮデータラッチを行っておく必要がある。フィールドネットワークフレームは、順次転送されるので、接続されるフィールドネットワーク２上の位置に応じて、フィールドネットワークフレームが到着するタイミングが異なる。つまり、フィールドネットワークフレームには、伝送遅延が生じる。

そのため、ＩＮデータラッチ同期タイミングは、このフィールドネットワークフレームに生じる伝送遅延および各機能ユニットでの入力処理に係る遅延時間などを考慮して決定される。

また、本実施の形態においては、機能ユニット５４の間で制御対象へ与える指令値を更新する（厳密に表現すると、更新が完了する）タイミングを一致させる。この指令値を更新するタイミングを、「ＯＵＴデータ出力同期タイミング」とも称す。この「ＯＵＴデータ出力同期タイミング」の前であって、機能ユニット５４から指令値を一斉に出力できる準備が整った状態から、指令値の出力を開始するタイミングを「システム時間同期タイミング」とも称す。すなわち、「システム時間同期タイミング」においては、すべての機能ユニットに対して、出力すべきデータ（ＯＵＴデータ）が与えられている必要があり、この「システム時間同期タイミング」については、フィールドネットワークフレームに生じる伝送遅延、内部バスフレームに生じる伝送遅延などを考慮して決定される。

要約すると、サポート装置８は、ＰＬＣ１（マスタ装置）における通信周期を取得する手段と、マスタ装置からフィールドネットワーク２を介して送信されるデータフレームのリモートＩＯターミナル５（スレーブ装置）による受信が完了するまでに要する見込み時間（図８の（５）で示す処理が完了するまでに要する見込み時間）を取得する手段と、リモートＩＯターミナル５において、ＰＬＣ１からのデータフレームの受信が完了してから、当該受信したデータフレームに含まれるデータのリモートＩＯターミナル５に含まれる機能ユニット５４への転送が完了するまでに要する見込み時間（図８の（４）および（６）で示す処理が完了するまでに要する見込み時間）を取得する手段と、リモートＩＯターミナル５において、機能ユニット５４が制御対象から取得した状態値をフィールドネットワーク２を介して送信できる状態になるまでに要する見込み時間（図８の（１）〜（４）で示す処理が完了するまでに要する見込み時間）を取得する手段と、取得される通信周期および見込み時間に基づいて、リモートＩＯターミナル５に含まれる機能ユニット５４に対して、制御対象から状態値の取得を指示するタイミング（ＩＮデータラッチ同期タイミング）、および、ＰＬＣ１に含まれる機能ユニットに対して、受信したデータフレームに含まれるデータを制御対象に対して出力するタイミング（ＯＵＴデータ出力同期タイミング）を決定する手段とを含む。

図８に示すように、制御対象から状態値の取得を指示するタイミング（ＩＮデータラッチ同期タイミング）、および、ＰＬＣ１に含まれる機能ユニットに対して、受信したデータフレームに含まれるデータを制御対象に対して出力するタイミング（ＯＵＴデータ出力同期タイミング）は、すべてのリモートＩＯターミナル５において、ＰＬＣ１から送信されたデータを出力する準備が完了する基準タイミング（システム時間同期タイミング）を基準として決定される。

以下、図８および図９を参照しつつ、通信周期の一周期分における処理について、より詳細に説明する。

図８を参照して、基準タイミングの一つとして、ＩＮデータラッチ同期タイミングが定められる。なお、フィールドネットワーク２に接続される装置の間では、マスタ装置であるＣＰＵユニット１２が保持する時刻情報（あるいは、カウンタ値）が共有されており、その時刻情報などに基づいて、装置間で同期を取ることができるようになっている。

ＩＮデータラッチ同期タイミングの時刻が到来すると、スレーブ装置（リモートＩＯターミナル５）の各々は、ＩＮデータ入力ラッチ処理を開始する（図８および図９の（１）で示す処理）。すなわち、各機能ユニットは、入力されている信号（デジタル信号および／またはアナログ信号）の値を取得する。スレーブ装置全体（つまり、フィールドネットワーク２に接続されているすべてのリモートＩＯターミナル５）に対して、このＩＮデータ入力ラッチ処理に必要な時間が予め設定される。

後述するように、ＩＮデータ入力ラッチ処理に必要な時間は、フィールドネットワーク２に接続されるスレーブ装置に含まれる機能ユニット５４の入力応答遅延時間のうち、その値が最も大きいもの（図８の符号３００）を考慮して決定される。なお、不可避の揺らぎが生じ得るので、ＩＮデータ入力ラッチ処理に必要な時間は、同期ジッタ吸収成分（図８の（１１）で示す時間）を含むように決定される。ここで、入力応答遅延時間としては、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換に要する変換時間などを含む。

リモートＩＯターミナル５の各々において、ＩＮデータ入力ラッチ処理が完了すると、通信カプラ５２は、リモートＩＯターミナル内部バス５１を介して内部バスＩＮトリガを各機能ユニット５４へ送信する（図８および図９の（２）で示す処理）。この内部バスＩＮトリガは、機能ユニット５４からＩＮデータの送出を活性化するための指令である。機能ユニット５４は、内部バスＩＮトリガを受信すると、ラッチしたＩＮデータを通信カプラ５２へ送信する。すなわち、各機能ユニット５４は、リモートＩＯターミナル内部バス５１を介して、ラッチしたＩＮデータを含む内部バスＩＮフレームを通信カプラ５２へ送信する（図８および図９の（３）で示す処理）。

リモートＩＯターミナル５の各々において、接続されているすべての機能ユニット５４から内部バスＩＮフレームの送信が完了すると、通信カプラ５２は、フィールドネットワーク通信カプラＧＷ（gateway）処理を開始する（図８および図９の（４）で示す処理）。このフィールドネットワーク通信カプラＧＷ処理は、配下の機能ユニット５４から受信したＩＮデータを送信バッファ１２８（図３）などに格納する処理を含む。つまり、通信カプラ５２は、次のフィールドネットワークフレームを受信した際に、当該フィールドネットワークフレームに追加すべきＩＮデータを予め用意する。

以上の（１）〜（４）の処理によって、機能ユニット５４からのＩＮデータの取得処理が完了する。

続いて、ＣＰＵユニット１２は、新たなフィールドネットワークフレームの送信を開始する。このフィールドネットワークフレームは、フィールドネットワーク２上を順次転送される（図８および図９の（５）で示す処理）。このフィールドネットワーク２上を伝搬するフィールドネットワークフレームには、伝送遅延が生じる。

リモートＩＯターミナル５の各々において、通信カプラ５２は、フィールドネットワークフレームを受信すると、フィールドネットワーク通信カプラＧＷ（gateway）処理を開始する（図８および図９の（４）で示す処理）。このフィールドネットワーク通信カプラＧＷ処理は、受信したフィールドネットワークフレームに含まれるＯＵＴデータを抽出する処理、および、予め用意されたＩＮデータをフィールドネットワークフレームに追加する処理を含む。

続いて、リモートＩＯターミナル５の各々において、通信カプラ５２は、内部バスＯＵＴフレームを各機能ユニット５４へ送信する（図８および図９の（６）で示す処理）。内部バスＯＵＴフレームは、各機能ユニット５４が出力する指令値を示す情報を含む。配下のすべての機能ユニット５４に対して、内部バスＯＵＴフレームの送信が完了すると、それぞれの機能ユニット５４から指令値を一斉に出力できる準備が整う。

システム時間同期タイミングは、それぞれの機能ユニット５４から指令値を一斉に出力できる準備が整うタイミング以降に設定される。すなわち、各機能ユニット５４からの指令値の出力を同期できるように、システム時間同期タイミングが設定される。一般的には、システム時間同期タイミングは、同期ジッタ吸収成分（図８の（１１）で示す時間）を考慮して決定される。

システム時間同期タイミングの時刻が到来すると、各スレーブ装置（リモートＩＯターミナル５）に含まれる機能ユニット５４の各々は、ＯＵＴデータ出力処理を開始する（図８および図９の（７）で示す処理）。より具体的には、リモートＩＯターミナル５の各々において、通信カプラ５２は、ＯＵＴデータの出力を指示するトリガを各機能ユニット５４へ送信する。

この結果、ＯＵＴデータ出力同期タイミングでは、それぞれの機能ユニット５４から指令値が一斉に出力されることになる。ＯＵＴデータ出力同期タイミングは、フィールドネットワーク２に接続されるスレーブ装置に含まれる機能ユニット５４の出力応答遅延時間のうち、その値が最も大きいものを考慮して決定される。

なお、サーボドライバ３は、フィールドネットワークフレームを介して送信されるデータをシステム時間同期タイミングにおいて取得するが、サーボモータ４を駆動するための演算については、独自のサーボ周期毎に実行する。すなわち、ＯＵＴデータは、サーボ周期毎に反映されるので、サーボモータ４からのＯＵＴデータの出力タイミングをシステム時間同期タイミングに一致させる必要はない（図８の符号３０８）。

なお、ＰＬＣ１のＣＰＵユニット１２では、各通信周期において、システム共通処理、ＩＯリフレッシュ処理、モーション制御・ユーザプログラムなどが実行される。システム共通処理としては、フィールドネットワーク２の管理に係るフィールドネットワークサブシステム処理や、ＰＬＣ内部バス１１の管理に係る内部バスサブシステム処理などを含む。

より具体的には、ＣＰＵユニット１２は、制御システムＳＹＳに含まれる機能ユニットに対して出力するＯＵＴデータを適切なデータフォーマットに成形するためのＯＵＴデータＰａｃｋ処理を、フィールドネットワーク２およびＰＬＣ内部バス１１のそれぞれについて実行する（図８の（９）で示す処理）。そして、ＣＰＵユニット１２は、ＯＵＴデータＰａｃｋ処理によって生成されるフィールドネットワークフレームをフィールドネットワーク２上で送信する（図８の（５）で示す処理）とともに、ＯＵＴデータＰａｃｋ処理によって生成される内部バスフレームをＰＬＣ内部バス１１上で送信する（図８の（８）で示す処理）。

なお、ＰＬＣ内部バス１１上では、ＣＰＵユニット１２と機能ユニット１４との間で並列的なデータ伝送が可能になっており、機能ユニット１４への内部バスフレームの送信に並行して、機能ユニット１４からＩＮデータがＣＰＵユニット１２へ送信される。

そして、ＣＰＵユニット１２は、受信した内部バスフレームおよびフィールドネットワークフレームに含まれるＩＮデータを取得するための処理、すなわちＩＮデータＵｎｐａｃｋ処理を実行する（図８の（１０）で示す処理）。

＜Ｆ．同期パラメータの自動算出処理の詳細＞
図８および図９を参照して説明したように、本実施の形態に係る制御システムＳＹＳにおいては、通信周期内において、システム時間同期タイミング、ＯＵＴデータ出力同期タイミング、ＩＮデータラッチ同期タイミングがそれぞれ決定される。なお、一般的な設計手法としては、制御対象や処理内容に基づいて通信周期が予め定められており、また、リモートＩＯターミナルの数などに応じて、フィールドネットワークフレームの伝送周期も予め定められる。すなわち、通信周期および伝送周期といった所与の条件下において、それぞれのタイミングが決定される。なお、条件下によっては、これらのタイミングを適切に決定できない場合もある。

制御対象から状態値を取得するタイミングを機能ユニットの間で一致させるとともに、制御対象へ与える指令値を更新するタイミングを機能ユニット５４の間で一致させるためには、システムとしてある程度の時間が必要であり、上記のような要求を満たすことが物理的にできない場合もある。このような場合には、ユーザに対して、その旨を警告するようにしてもよい。

以下、入力処理および出力処理に要する時間について説明するとともに、システム全体として、それぞれのタイミングを決定する際に算出される項目について説明する。

（ｆ１．入力処理）
図１０は、本実施の形態に係る制御システムＳＹＳにおける入力処理に要する時間を説明するための図である。図１０（ａ）は、フィールドネットワーク２上の通信カプラ５２における入力処理に要する時間を模式的に示し、図１０（ｂ）は、リモートＩＯターミナル５に含まれるそれぞれの機能ユニット５４における入力処理に要する時間を模式的に示す。

図１０（ａ）に示すように、通信カプラ５２における入力処理に要する時間として、ＩＮデータラッチ同期タイミングから開始されるＩＮデータラッチ処理時間を考える。このＩＮデータラッチ処理時間は、リモートＩＯターミナル内部バス５１に接続されている機能ユニット５４の入力応答遅延時間の最大値とＩＮデータ転送時間との合計値に相当する。

機能ユニット５４の入力応答遅延時間は、ＩＯモジュール２０６（図４）における信号変換処理や換算処理に要する時間、ＩＯモジュール２０６から送信処理部２４０（図４）へのデータコピーに要する時間などを含む。リモートＩＯターミナル５の各々には、複数の機能ユニット５４が装着されている場合もあり、このような場合には、機能ユニット５４の入力応答遅延時間のうち、その値が最も長いものが制約になるため、その最大値が考慮される。

ＩＮデータ転送時間は、図８および図９に示すフィールドネットワーク通信カプラＧＷ処理に要する時間に相当し、通信カプラ５２の内部バス制御部１３０（図３）のリモートＩＯターミナル内部バス５１を介した内部バスフレームの受信に要する時間や、受信した内部バスフレームに含まれるＩＮデータのフィールドバス制御部１１０（図３）へのデータコピーに要する時間などを含む。

図１０（ｂ）に示すように、機能ユニット５４における入力処理に要する時間として、ＩＮデータラッチ同期タイミングから開始される入力応答遅延時間を考える。この入力応答遅延時間は、図１０（ａ）を参照して説明したものと同様である。

但し、厳密に言えば、機能ユニット５４の各々が入力処理を開始できる状態になるまでには、ハード遅延時間が存在する。このハード遅延時間としては、機能ユニット５４を構成するプロセッサなどの演算周期のずれなどがある。また、入力された信号をデジタル信号に変換する処理で発生する入力変換遅延時間なども存在する。これらのパラメータは、基本的には機能ユニット５４に固有であるので、後述するように、デバイスプロファイル８４３などに予め格納されている値を用いる。

（ｆ２．出力処理）
図１１は、本実施の形態に係る制御システムＳＹＳにおける出力処理に要する時間を説明するための図である。図１１（ａ）は、フィールドネットワーク２上の通信カプラ５２における出力処理に要する時間を模式的に示し、図１１（ｂ）は、リモートＩＯターミナル５に含まれるそれぞれの機能ユニット５４における出力処理に要する時間を模式的に示す。

図１１（ａ）に示すように、通信カプラ５２における出力処理に要する時間として、システム時間同期タイミングの前に存在するＯＵＴデータ転送時間を考える。このＯＵＴデータ転送時間は、図８および図９に示すフィールドネットワーク通信カプラＧＷ処理に要する時間に相当し、通信カプラ５２のフィールドバス制御部１１０（図３）のフィールドネットワーク２を介したフィールドネットワークフレームの受信に要する時間や、受信したフィールドネットワークフレームに含まれるＯＵＴデータの内部バス制御部１３０（図３）へのデータコピーに要する時間などを含む。

機能ユニット５４の出力応答遅延時間は、ＯＵＴデータ転送時間およびハード遅延時間を含む。ＯＵＴデータ転送時間は、受信処理部２３０（図４）からＩＯモジュール２０６へのデータコピーに要する時間、ＩＯモジュール２０６（図４）における信号変換処理や換算処理に要する時間などを含む。ハード遅延時間は、機能ユニット５４を構成するプロセッサなどの演算周期のずれや、入力された信号をデジタル信号に変換する処理で発生する入力変換遅延時間などを含む。これらのパラメータは、基本的には機能ユニット５４に固有であるので、後述するように、デバイスプロファイル８４３などに予め格納されている値を用いる。

リモートＩＯターミナル５の各々には、複数の機能ユニット５４が装着されている場合もあり、このような場合には、機能ユニット５４の出力応答遅延時間のうち、その値が最も長いものが制約になるため、その最大値が考慮される。

図１１（ｂ）に示すように、機能ユニット５４における出力処理に要する時間として、ＯＵＴデータラッチ同期タイミングの前に存在する出力応答遅延時間を考える。この出力応答遅延時間は、図１１（ａ）を参照して説明したものと同様である。

（ｆ３．使用されるパラメータ）
次に、本実施の形態に係る同期パラメータの自動算出処理に使用されるパラメータについて説明する。図１２は、本実施の形態に係る同期パラメータの自動算出処理に使用されるパラメータの一覧を示す図である。図１３は、図１２に示される各パラメータを説明するための図である。

図１２を参照して、本実施の形態に係る同期パラメータの自動算出処理においては、以下のようなパラメータが使用される。各パラメータについては、図１２に示すような入力方法／入力経路によって、その値が設定される。

（１）ＣＰＵユニットのＩＯリフレッシュモード
（２）スレーブ装置の有効／無効設定
（３）通信周期
（４）スレーブ装置ＯＵＴシフトタイム
（５）スレーブ装置ＩＮシフトタイム
（６）全スレーブ装置ＯＵＴデータ転送時間ＭＡＸ
（７）全スレーブ装置ＩＮデータ入力ラッチ処理時間ＭＡＸ
（８）全スレーブ装置ＯＵＴデータ出力応答遅延時間ＭＡＸ
（９）全スレーブ装置ＩＮデータ入力処理開始までのオフセット時間
（１０）スレーブ装置入力応答遅延時間
（１１）機能ユニット出力応答遅延時間
（１２）機能ユニット入力変換遅延時間
上記の（１）〜（３）のパラメータは、制御システムＳＹＳのシステムパラメータである。より具体的には、（１）ＣＰＵユニットのＩＯリフレッシュモードは、機能ユニットとの間でデータを更新する処理モードを示す。このパラメータは、ユーザが各機能ユニットについて設定を行うことで、自動的に設定される。（２）スレーブ装置の有効／無効設定は、ＣＰＵユニット１２からリモートＩＯターミナル５に搭載される機能ユニット５４に対して直接的なデータの書込み／読出しを有効化／無効化するためのパラメータである。（３）通信周期は、基本的な通信の周期を示す。

次に、（４）スレーブ装置ＯＵＴシフトタイム、および、（５）スレーブ装置ＩＮシフトタイムは、図１３に示すように、システム時間同期タイミングを基準として、各スレーブ装置（リモートＩＯターミナル５）における出力処理および入力処理のタイミングを示す。

具体的には、（４）スレーブ装置ＯＵＴシフトタイムは、制御システムＳＹＳに含まれるスレーブ装置（リモートＩＯターミナル５）の間での、各スレーブ装置が出力処理に要する遅延時間と各スレーブ装置の出力オフセット時間との合計時間の最大値に相当する。この出力オフセット時間は、各スレーブ装置（または、それに含まれる機能ユニット５４）の出力処理に係る固有の遅延時間を含む。つまり、（４）スレーブ装置ＯＵＴシフトタイムは、システム時間同期タイミングを基準として、いずれのタイミングですべてのスレーブ装置における出力処理が完了するかを示す。

また、（５）スレーブ装置ＩＮシフトタイムは、制御システムＳＹＳに含まれるスレーブ装置（リモートＩＯターミナル５）の間での、各スレーブ装置が入力処理に要する遅延時間と各スレーブ装置の入力オフセット時間との合計時間の最大値に相当する。この入力オフセット時間は、各スレーブ装置（または、それに含まれる機能ユニット５４）の入力処理に係る固有の遅延時間を含む。つまり、（５）スレーブ装置ＩＮシフトタイムは、システム時間同期タイミングを基準として、いずれのタイミングですべてのスレーブ装置に対して入力処理を開始できるかを示す。

次に、（６）全スレーブ装置ＯＵＴデータ転送時間ＭＡＸ、および、（７）全スレーブ装置ＩＮデータ入力ラッチ処理時間ＭＡＸは、図１３に示すように、フィールドネットワークフレームと各機能ユニットとの間でのデータ伝送に要する時間を示す。

具体的には、（６）全スレーブ装置ＯＵＴデータ転送時間ＭＡＸは、制御システムＳＹＳに含まれるスレーブ装置（リモートＩＯターミナル５）の間での、フィールドネットワーク２を経由して各スレーブ装置の共有メモリ１６２（図３）にデータが到達するまでの時間の最大値に相当する。つまり、（６）全スレーブ装置ＯＵＴデータ転送時間ＭＡＸは、ＣＰＵユニット１２から送信されたフィールドネットワークフレームに含まれるデータの機能ユニットへ出力が完了するまでに要する時間を示す。

具体的には、（７）全スレーブ装置ＩＮデータ入力ラッチ処理時間ＭＡＸは、制御システムＳＹＳに含まれるスレーブ装置（リモートＩＯターミナル５）の間での、各スレーブ装置の共有メモリ１６２（図３）からフィールドネットワーク２への転送準備が完了するまでの時間の最大値に相当する。つまり、（７）全スレーブ装置ＩＮデータ入力ラッチ処理時間ＭＡＸは、フィールドネットワーク２を介してＩＮデータを送信可能になるまでに、ＩＮデータラッチ同期タイミングから要する時間を示す。

次に、（８）全スレーブ装置ＯＵＴデータ出力応答遅延時間ＭＡＸは、図１３に示すように、システム同期タイミングを基準として、いずれのタイミングでＯＵＴデータ出力処理が完了するかを示す。より具体的には、（８）全スレーブ装置ＯＵＴデータ出力応答遅延時間ＭＡＸは、制御システムＳＹＳに含まれるスレーブ装置（リモートＩＯターミナル５）の間での、各スレーブ装置が出力処理に要する遅延時間の最大値を示す。

次に、（９）全スレーブ装置ＩＮデータ入力処理開始までのオフセット時間は、図１３に示すように、システム時間同期タイミングとＩＮデータラッチ同期タイミングとのオフセット時間を示す。この（９）全スレーブ装置ＩＮデータ入力処理開始までのオフセット時間は、（通信周期−通信周期実行最小値）＋（８）全スレーブ装置ＯＵＴデータ出力応答遅延時間ＭＡＸで算出される。この（９）全スレーブ装置ＩＮデータ入力処理開始までのオフセット時間を用いることで、システム時間同期タイミングが定まれば、ＩＮデータラッチ同期タイミングを一意に決定できる。

次に、（１０）スレーブ装置入力応答遅延時間は、図１３に示すように、各通信カプラ５２における入力処理に係る遅延時間を示す。より具体的には、（１０）スレーブ装置入力応答遅延時間は、通信カプラ５２の別に設定され、各々は、対応する通信カプラ５２に接続されている機能ユニット５４の間の、入力応答遅延時間の最大値を示す。すなわち、（１０）スレーブ装置入力応答遅延時間は、スレーブ装置の各々について、ＩＮデータ入力ラッチ処理の完了に必要な時間を示す。

（１１）機能ユニット出力応答遅延時間、および、（１２）機能ユニット入力変換遅延時間は、各機能ユニット５４についての、出力処理および入力処理に係る固有の遅延時間を示す。

具体的には、（１１）機能ユニット出力応答遅延時間は、各機能ユニット５４が共有メモリのデータに従って出力を完了させるまでの時間を示す。また、（１２）機能ユニット入力変換遅延時間は、機能ユニット５４が入力データに従って共有メモリへの書き込みを完了させるまでの時間を示す。

（ｆ４．データ構造）
上述した図１２に示す各パラメータの一部は、機能ユニットに固有のものであり、これらのパラメータの値については、予め用意されているデバイスプロファイル８４３から読み出される。すなわち、保持手段であるハードディスク８４は、各機能ユニット５４の固有パラメータを示すデバイスプロファイル８４３を保持する。以下、サポート装置８に格納されるデバイスプロファイル８４３（図７）のデータ構造について説明する。

図１４は、本実施の形態に係るＰＬＣ１に接続されるサポート装置８に格納されるデバイスプロファイル８４３のデータ構造の一例を示す図である。図１４を参照して、デバイスプロファイル８４３は、機能ユニットの別に用意されており、対応する機能ユニットを特定するための情報（例えば、形式名、製品名称、ユニットバージョン、ベンダ、コメント、ＵＲＬ）を含む。そして、デバイスプロファイル８４３の各々は、対応する機能ユニットに固有のパラメータ（例えば、入力応答遅延時間、入力変換遅延時間、出力応答遅延時間）などを含む。すなわち、同期パラメータを自動算出するための見込み時間は、デバイスプロファイル８４３を参照して取得される。

ユーザは、制御システムＳＹＳを設計する際には、サポート装置８を操作して、ＰＬＣ１を構成するユニットの情報、つまり、ＣＰＵユニット１２、機能ユニット１４、電源ユニット１６の種類、数および位置などを設定する。同様に、ユーザは、サポート装置８を操作して、フィールドネットワーク２に接続されるスレーブ装置の構成を設定するとともに、各スレーブ装置の構成についても設定する。例えば、リモートＩＯターミナル５については、通信カプラ５２や機能ユニット５４の種類、数および位置などを設定する。

このような制御システムＳＹＳの設計に係る情報は、構成情報８４２としてサポート装置８に格納される。これらの構成情報８４２は、必要に応じて、サポート装置８からＣＰＵユニット１２や通信カプラ５２へ転送される。すなわち、構成情報８４２によって、ＣＰＵユニット１２の不揮発性メモリ１５４に格納される構成情報１０４（図６）や、通信カプラ５２の不揮発性メモリ１０１に格納される構成情報１０４（図３）が生成される。

また、上述した図１２に示す各パラメータの一部は、ＰＬＣ１および通信カプラ５２に接続されている機能ユニットの数や位置などに依存するので、同期パラメータを自動的に算出する際には、デバイスプロファイル８４３に格納されているパラメータに加えて、構成情報８４２が参照される。つまり、同期パラメータを自動算出するための見込み時間は、構成情報１０４によって定義される制御システムＳＹＳの設計値に基づいて決定される。このとき、これらの見込み時間は、構成情報８４２によって定義される制御システムＳＹＳにおける最大値が採用される。

（ｆ５．ユーザインターフェイス）
次に、サポート装置８によって提供される、制御システムＳＹＳの設計に係るユーザインターフェイスの一例について説明する。図１５および図１６は、本実施の形態に係るＰＬＣ１に接続されるサポート装置８によって提供されるユーザインターフェイス画面の一例を示す図である。つまり、サポート装置８は、制御システムＳＹＳに含まれるマスタ装置（ＰＬＣ１）およびスレーブ装置（リモートＩＯターミナル５）を設計するためのユーザインターフェイスを提供する。

図１５に示すユーザインターフェイス画面は、ＰＬＣ１および／またはリモートＩＯターミナル５のユニット構成を設計するためのものである。ユーザは、図１５に示すユーザインターフェイスにおいて、マウスやキーボードなどを操作することで、ＰＬＣ１またはリモートＩＯターミナル５に装着するユニットを選択するとともに、所望の順序でレイアウトしていく。典型的には、ユーザは、図１５の符号４００で示すように、ＰＬＣ１を模式した領域に目的の機能ユニットに対応するアイコン（符号４０２）をドラッグ・ドロップすることで、ＰＬＣ１のユニット構成を設計する。

このユーザインターフェイス画面において、各機能ユニットのパラメータを設定することもできる（符号４０４）。さらに、ユーザは、図１６に示すユーザインターフェイス画面において、各機能ユニットのＩＯ割当てを行う。このＩＯ割当ては、対応する機能ユニットに実装されている入力／出力ポートとＣＰＵユニット１２で扱うメモリ空間との対応付けに相当する。このＩＯ割当てにおいては、機能ユニットの一部のポートを無効化するような設定も可能である。

図１５および図１６に示すユーザインターフェイス画面上でユーザが設定する構成情報（コンフィギュレーション）は、構成情報８４２として、保持手段であるハードディスク８４に格納される。すなわち、サポート装置８の保持手段は、ユーザインターフェイスを介して設計される制御システムＳＹＳを定義する構成情報８４２をさらに保持する。

＜Ｇ．処理手順＞
次に、本実施の形態に係る同期パラメータの自動算出の処理手順について説明する。図１７は、本実施の形態に係る同期パラメータの自動算出の処理手順を示すフローチャートである。図１７に示す処理手順は、典型的には、サポート装置８のＣＰＵ８１がツールプログラム８４１（図７）を実行することで実現される。同期パラメータの自動算出をサポート装置８に実装する構成に代えて、ＰＬＣ１のＣＰＵユニット１２やサポート装置８とは別の情報処理装置などに実装してもよい。

図１７を参照して、ツールプログラム８４１の実行がユーザにより指示されると、サポート装置８のＣＰＵ８１は、制御システムＳＹＳを設計するためのユーザインターフェイス画面をディスプレイ８７上に表示する（ステップＳ１００）。そして、ＣＰＵ８１は、ユーザから制御システムＳＹＳに関する設計値を受け付ける（ステップＳ１０２）。この設計値は、制御システムＳＹＳの全体に係るパラメータおよび各ユニットに係るパラメータなどを含む。ユーザから制御システムＳＹＳに関する設計の終了が指示されるまで、ステップＳ１０２の処理が繰り返される。

ユーザから制御システムＳＹＳに関する設計の終了が指示されると（ステップＳ１０４においてＹＥＳ）、ＣＰＵ８１は、ユーザによって入力された設計値で構成情報８４２を生成／更新する（ステップＳ１０６）。

続いて、同期パラメータの自動算出が指示されると（ステップＳ１０８においてＹＥＳ）、ＣＰＵ８１は、構成情報８４２およびデバイスプロファイル８４３を参照して、同期パラメータの算出処理を開始する。具体的には、ＣＰＵ８１は、構成情報８４２から、（１）ＣＰＵユニットのＩＯリフレッシュモード、（２）スレーブ装置の有効／無効設定、（３）通信周期などの情報を読み出す（ステップＳ１１０）。続いて、ＣＰＵ８１は、構成情報８４２を参照して、制御システムＳＹＳに含まれる各機能ユニットを特定するとともに、各機能ユニットについて、デバイスプロファイル８４３から（１１）機能ユニット出力応答遅延時間、および、（１２）機能ユニット入力変換遅延時間を読み出す（ステップＳ１１２）。

続いて、ＣＰＵ８１は、制御システムＳＹＳに含まれる通信カプラ５２の各々について、デバイスプロファイル８４３から装着される各機能ユニットの入力応答遅延時間を読み出すとともに、各通信カプラ５２における入力応答遅延時間の最大値から（１０）スレーブ装置入力応答遅延時間を決定する（ステップＳ１１４）。

続いて、ＣＰＵ８１は、構成情報８４２のうち、制御システムＳＹＳのフィールドネットワーク２に関するパラメータ、および、スレーブ装置に関するパラメータを読み出して、（６）全スレーブ装置ＯＵＴデータ転送時間ＭＡＸ、および、（７）全スレーブ装置ＩＮデータ入力ラッチ処理時間ＭＡＸを決定する（ステップＳ１１６）。

続いて、ＣＰＵ８１は、構成情報８４２のうち、通信カプラ５２の構成に係るパラメータ、および、各通信カプラ５２に含まれる機能ユニットに係るパラメータを読み出して、（４）スレーブ装置ＯＵＴシフトタイム、（５）スレーブ装置ＩＮシフトタイム、（８）全スレーブ装置ＯＵＴデータ出力応答遅延時間ＭＡＸを決定する（ステップＳ１１８）。そして、ＣＰＵ８１は、算出された（８）全スレーブ装置ＯＵＴデータ出力応答遅延時間ＭＡＸを用いて、（１０）スレーブ装置入力応答遅延時間を決定する（ステップＳ１２０）。

最終的に、ＣＰＵ８１は、システム時間同期タイミング、ＯＵＴデータ出力同期タイミング、ＩＮデータラッチ同期タイミングをそれぞれ算出し（ステップＳ１２２）、算出したそれぞれのタイミングを示す値が適切であるか否かを判断する（ステップＳ１２４）。算出したそれぞれのタイミングを示す値が適切であれば（ステップＳ１２４においてＹＥＳ）、ステップＳ１２２において算出した値を、同期パラメータとして出力する（ステップＳ１２６）。この出力された同期パラメータは、構成情報８４２などに格納される。

一方、算出したそれぞれのタイミングを示す値が適切でなければ（ステップＳ１２４においてＮＯ）、ＣＰＵ８１は、現在の設定では、適切な同期パラメータを算出することができない旨をユーザへ通知する（ステップＳ１２８）。

以下、ステップＳ１００以下の処理が繰り返される。
上述の処理手順においては、ステップＳ１０８において、同期パラメータの自動算出の指示をきっかけとして同期パラメータの算出処理を開始する構成とした。これに限らず、例えば、構成情報の変更をきっかけとして同期パラメータの自動算出を開始するようにしてもよい。

また、上述の処理手順においては、ステップＳ１２４において算出したそれぞれのタイミングを示す値が適切でなければ、ステップＳ１２８において、現在の設定では、適切な同期パラメータを算出することができない旨を通知する構成とした。これに限らず、例えば、ステープＳ１２８において、算出したパラメータでは実機上の動作として機能ユニット間でのＩＮデータラッチ同期タイミングやＯＵＴデータ出力同期タイミングが同期しない可能性がある旨を通知するように構成としてもよい。

＜Ｈ．利点＞
本実施の形態によれば、制御対象からの状態値の取り込みタイミングを機能ユニット間で同期させるとともに、ＰＬＣ１で算出された指令値などの出力タイミングを機能ユニット間で同期させるように制御システムＳＹＳを設計しようとした場合に、必要な同期パラメータを容易に決定できる。これによって、専門知識のないユーザであっても、必要なパラメータをより短時間で決定できる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ ＰＬＣ、２ フィールドネットワーク、３ サーボドライバ、４ サーボモータ、５ ターミナル、６ 検出スイッチ、７ リレー、８ サポート装置、９ ＣＤ−ＲＯＭ、１０ 接続ケーブル、１１ 内部バス、１２ ＣＰＵユニット、１４，５４ 機能ユニット、１６ 電源ユニット、５１ ターミナル内部バス、５２ 通信カプラ、８１ ＣＰＵ、８３ ＲＡＭ、８４ ハードディスク、８５ キーボード、８６ マウス、８７ ディスプレイ、８８ ＣＤ−ＲＯＭ駆動装置、１００，１５０，２００ プロセッサ、１０１，１５４ 不揮発性メモリ、１０２，１５８，２０９ システムプログラム、１０４，８４２ 構成情報、１１０ フィールドバス制御部、１１２，２１０ａ，２２０ａ 受信部、１１４，２１０ｂ，２２０ｂ 送信部、１２０ フィールドバス通信コントローラ、１２２ メモリコントローラ、１２４，２０７ メモリ、１２６，１６４，２０３ 受信バッファ、１２８，１６６，２０４ 送信バッファ、１３０ 内部バス制御部、１３２ 内部バス通信コントローラ、１４２ 送信回路、１４４ 受信回路、１５２ 主メモリ、１５６ ユーザプログラム、１６０ 記憶部、１６２，２０２ 共有メモリ、２０６ ＩＯモジュール、２０８ 設定情報、２１４，２２４ フォワードコントローラ、２３０ 受信処理部、２３２ 復号部、２３４ チェック部、２４０ 送信処理部、２４２ ＣＲＣ生成部、２４４ 符号化部、２５０ バス、５１１，６１１ ダウンリンク、５１２，６１２ アップリンク、８４１ ツールプログラム、８４３ デバイスプロファイル、ＳＹＳ 制御システム。

Claims (7)

1. マスタ装置と、前記マスタ装置とネットワークを介して接続される１つまたは複数のスレーブ装置とを備える制御システムに対して、パラメータを決定するための情報処理装置であって、前記スレーブ装置は、制御対象との間で信号の遣り取りを行うための機能ユニットを含み、
   前記マスタ装置における通信周期を取得する手段と、
   前記マスタ装置から前記ネットワークを介して送信されるデータフレームの前記スレーブ装置による受信が完了するまでに要する見込み時間を取得する手段と、
   前記スレーブ装置において、前記マスタ装置からのデータフレームの受信が完了してから、当該受信したデータフレームに含まれるデータの前記スレーブ装置に含まれる機能ユニットへの転送が完了するまでに要する見込み時間を取得する手段と、
   前記スレーブ装置において、前記機能ユニットが前記制御対象から取得した状態値を前記ネットワークを介して送信できる状態になるまでに要する見込み時間を取得する手段と、
   取得される通信周期および見込み時間に基づいて、前記スレーブ装置に含まれる機能ユニットに対して、前記制御対象から状態値の取得を指示するタイミング、および、前記マスタ装置に含まれる機能ユニットに対して、前記受信したデータフレームに含まれるデータを前記制御対象に対して出力するタイミングを決定する手段とを備える、情報処理装置。
2. 各機能ユニットの固有パラメータを示すプロファイルを保持する保持手段をさらに備え、
   前記見込み時間は、前記プロファイルを参照して取得される、請求項１に記載の情報処理装置。
3. 前記制御システムに含まれるマスタ装置およびスレーブ装置を設計するためのユーザインターフェイスを提供する手段をさらに備え、
   前記保持手段は、前記ユーザインターフェイスを介して設計される制御システムを定義する構成情報をさらに保持し、
   前記見込み時間は、前記構成情報によって定義される設計値に基づいて、決定される、請求項２に記載の情報処理装置。
4. 前記見込み時間は、前記構成情報によって定義される制御システムにおける最大値が採用される、請求項３に記載の情報処理装置。
5. すべてのスレーブ装置において、前記マスタ装置から送信されたデータを出力する準備が完了する基準タイミングを基準として、前記制御対象から状態値の取得を指示するタイミング、および、前記受信したデータフレームに含まれるデータを前記制御対象に対して出力するタイミングが決定される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の情報処理装置。
6. マスタ装置と、前記マスタ装置とネットワークを介して接続される１つまたは複数のスレーブ装置とを備える制御システムに対して、パラメータを決定するための処理をコンピュータに実行させる情報処理プログラムであって、前記スレーブ装置は、制御対象との間で信号の遣り取りを行うための機能ユニットを含み、前記情報処理プログラムは、前記コンピュータに
   前記マスタ装置における通信周期を取得するステップと、
   前記マスタ装置から前記ネットワークを介して送信されるデータフレームの前記スレーブ装置による受信が完了するまでに要する見込み時間を取得するステップと、
   前記スレーブ装置において、前記マスタ装置からのデータフレームの受信が完了してから、当該受信したデータフレームに含まれるデータの前記スレーブ装置に含まれる機能ユニットへの転送が完了するまでに要する見込み時間を取得するステップと、
   前記スレーブ装置において、前記機能ユニットが前記制御対象から取得した状態値を前記ネットワークを介して送信できる状態になるまでに要する見込み時間を取得するステップと、
   取得される通信周期および見込み時間に基づいて、前記スレーブ装置に含まれる機能ユニットに対して、前記制御対象から状態値の取得を指示するタイミング、および、前記マスタ装置に含まれる機能ユニットに対して、前記受信したデータフレームに含まれるデータを前記制御対象に対して出力するタイミングを決定するステップとを実行させる、情報処理プログラム。
7. マスタ装置と、前記マスタ装置とネットワークを介して接続される１つまたは複数のスレーブ装置とを備える制御システムに対して、パラメータを決定するための情報処理方法であって、前記スレーブ装置は、制御対象との間で信号の遣り取りを行うための機能ユニットを含み、前記情報処理方法は、
   前記マスタ装置における通信周期を取得するステップと、
   前記マスタ装置から前記ネットワークを介して送信されるデータフレームの前記スレーブ装置による受信が完了するまでに要する見込み時間を取得するステップと、
   前記スレーブ装置において、前記マスタ装置からのデータフレームの受信が完了してから、当該受信したデータフレームに含まれるデータの前記スレーブ装置に含まれる機能ユニットへの転送が完了するまでに要する見込み時間を取得するステップと、
   前記スレーブ装置において、前記機能ユニットが前記制御対象から取得した状態値を前記ネットワークを介して送信できる状態になるまでに要する見込み時間を取得するステップと、
   取得される通信周期および見込み時間に基づいて、前記スレーブ装置に含まれる機能ユニットに対して、前記制御対象から状態値の取得を指示するタイミング、および、前記マスタ装置に含まれる機能ユニットに対して、前記受信したデータフレームに含まれるデータを前記制御対象に対して出力するタイミングを決定するステップとを備える、情報処理方法。

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