JP2020517198A - 自動化ネットワーク用のスイッチデバイス - Google Patents

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Abstract

複数のフィールドデバイス（２ａ〜２ｐ）をマスタデバイス（３）の単一マスタポート（４）に接続するためのスイッチデバイス（１）であって、前記マスタデバイス（３）は、前記複数のフィールドデバイス（２ａ〜２ｐ）と上位ネットワーク（１０）との間のゲートウェイを提供し、前記上位ネットワーク（１０）と前記複数のフィールドデバイス（２ａ〜２ｐ）との間の通信を制御するように構成され、前記スイッチデバイス（１）は、前記スイッチデバイス（１）を前記単一マスタポート（４）に接続し、前記マスタデバイス（３）と前記スイッチデバイス（１）との間にマスタ通信チャネル（ＭＣＣ）を確立するための物理マスタ側ポート（５）と、前記スイッチデバイス（１）を前記複数のフィールドデバイス（２ａ〜２ｐ）に接続し、前記各フィールドデバイス（２ａ〜２ｐ）と前記スイッチデバイス（１）との間に複数のフィールドデバイス通信チャネル（ＦＣＣ）を確立するための複数の物理フィールドデバイス側ポート（６ａ〜６ｄ）と、を備え、前記スイッチデバイス（１）は、自動化ネットワークのための単一通信プロトコルを使用して前記マスタ通信チャネル（ＭＣＣ）と前記複数のフィールドデバイス通信チャネル（ＳＣＣ）を介して、前記マスタデバイス（３）と前記複数のフィールドデバイス（２ａ〜２ｐ）との間でデータを転送する。【選択図】図１

Description

本発明は、複数のフィールドデバイスをマスタデバイスの単一マスタポートに接続するためのスイッチデバイスに関する。更に、本発明は、自動化ネットワークに関する。
自動化ネットワークでは、マスタデバイスは、例えばフィールドバスネットワークなどの上位ネットワークと、フィールドデバイス、特にＩＯリンクデバイスとの間のインターフェイスを提供できる。マスタデバイスに接続できるフィールドデバイスの量は、通常、マスタデバイスによって提供されるマスタポートの数によって制限される。マスタポートを提供するよりも多くのフィールドデバイスを第１マスタデバイスに接続する難しさを克服するために、フィールドデバイスとマスタデバイスの間にスイッチデバイスを配置できる。
例えば、ＩＯリンク技術では、第２マスタデバイスをスイッチデバイスとして使用することが知られている。即ち、第２マスタデバイスは、フィールドバス接続を介して第１マスタデバイスの１つのポートに接続できるため、第１マスタデバイスのダウンストリームのフィールドデバイスに対して利用可能なポートの数が増える。第１マスタデバイスと第２マスタデバイスの間の通信は、フィールドバス通信を介して実行される。
更に、文献ＵＳ２０１０／０１４６１８２Ａ１は、別のタイプのスイッチデバイス、即ち、複数のフィールドデバイスをイーサーネット（登録商標）ベースのネットワークにおいて制御ユニットに接続するハブ又はフィールドバスモジュールを示している。これにより、フィールドデバイスとコントロールユニットの間でアナログ及びデジタルデータを通信できる。
これには、プロトコルが異なるため、ハブを介して接続されるマスタとフィールドデバイスの間でプロトコル変換が必要になるという欠点がある。従って、従来技術の解決策は、複雑さを増す必要があり、従ってより高価である。
本発明の１つの目的は、従来技術の欠点を克服し、改善されたスイッチデバイスを提供することである。本発明のさらなる目的は、改善された自動化ネットワークを提供することである。
従って、複数のフィールドデバイスをマスタデバイスの単一マスタポートに接続するためのスイッチデバイスが提供され、マスタデバイスは、複数のフィールドデバイスと上位ネットワークの間のゲートウェイを提供し、上位ネットワークと複数のフィールドデバイスの間の通信を制御するように構成される。スイッチデバイスは、スイッチデバイスを単一マスタポートに接続し、マスタデバイスとスイッチデバイスの間にマスタ通信チャネルを確立する物理マスタ側ポートと、スイッチデバイスを複数のフィールドデバイスに接続し、各フィールドデバイスとスイッチデバイスの間に複数のフィールドデバイス通信チャネルを確立するための複数の物理フィールドデバイス側ポートと、を備える。スイッチデバイスは、自動化ネットワークのための単一通信プロトコルを使用して、マスタ通信チャネル及び複数のフィールドデバイス通信チャネルを介してマスタデバイスと複数のフィールドデバイスとの間でデータを転送するように構成される。
さらなる態様によれば、自動化ネットワークが提供される。自動化ネットワークは、上位ネットワークと、複数のフィールドデバイスと、複数のフィールドデバイスと上位ネットワークとの間のゲートウェイを提供し、上位ネットワークと複数のフィールドデバイスとの間の通信を制御するように構成されたマスタデバイスと、上と下で定義されているスイッチデバイスと、を備える。
実施形態において、スイッチデバイスは、マスタデバイスの単一物理ＩＯリンクポートとフィールドデバイスとしてのＩＯリンクデバイスとの間に複数のＩＯリンクチャネルを確立することを可能とさせる。
自動化ネットワークは、マイクロチップ又は自動車などの製品を製造するための、又は例えば生体試料又は集積回路の製品の特性を分析するための産業オートメーションシステムであることができる。
上位ネットワークは、フィールドバス、バックプレーンバス、又は産業用イーサーネット（登録商標）接続を介してマスタデバイスに接続できる、例えばパーソナルコンピュータ、ユーザインターフェイス、ストレージデバイスなどを含む自動化ネットワークに対する制御システムを備えることができる。
マスタデバイスは、複数のフィールドデバイスと上位ネットワークとの間の接続を確立することができる。特に、マスタデバイスは、どのフィールドデバイスに接続されているかを示す情報を格納する。例えば、マスタデバイスは、フィールドデバイスのアーキテクチャが各フィールドデバイスに関連するパラメータとともにマッピングされるマスタ記憶ユニットを備える。フィールドデバイスは、あらゆる種類の複雑な及び／又はインテリジェントなセンサ及びアクチュエータであることができる。例えば、フィールドデバイスは、バルブ、ロボットツール、モータスタータ、Ｉ／Ｏモジュール、入力ユニットなどを備えることができる。複数のフィールドデバイスは、異なるフィールドデバイスの組み合わせでることができる。各フィールドデバイスは、フィールドデバイスのシステムをマッピングし、それに応じてスイッチデバイスを構成することを可能とさせる独自のアドレスを有することができる。
特に、「コネクタ」とも称されるスイッチデバイスは、複数のフィールドデバイスとマスタデバイスの間に提供される物理デバイスである。マスタデバイスは、複数の物理ポートを備えることができ、そのそれぞれに１つのデバイス、例えば１つのフィールドデバイスを接続することができる。スイッチデバイスは、「単一マスタポート」とも称されるこれらの物理ポートの１つに接続される。順に、複数のフィールドデバイスをスイッチデバイスに接続できる。これにより、複数のフィールドデバイスがスイッチデバイスを介して単一マスタポートに接続される。スイッチデバイスを介して、例えばマスタデバイスに接続されるフィールドデバイスの数を増やすことができる。
実施形態において、スイッチデバイスは、マスタデバイスで利用可能な物理ポートよりも多くのフィールドデバイスをマスタデバイスに結合することを可能にし、同時に、フィールドデバイスとマスタデバイスのそれぞれの間でポイント・ツー・ポイント通信を提供する。
スイッチデバイスの設定には、スイッチデバイスが接続されているフィールドデバイスを示す情報をスイッチデバイスに提供することを含むことができる。特に、スイッチデバイスは自己設定できない場合がある。むしろ、マスタデバイスで構成する必要があり得る。これは、マスタデバイスとスイッチデバイスの大きな違いである。つまり、マスタデバイスは、接続されているフィールドデバイスから取得した情報に基づいて自己設定できるが、スイッチデバイスは使用準備を整えるためにマスタデバイスからの情報が必要であり得る。更に、スイッチデバイスは、マスタデバイスなしではネットワークで機能できない場合がある。特に、スイッチデバイスは、送信するためのデータを自己生成できない場合がある。スイッチデバイスは、特にインテリジェンスの点で、マスタデバイスよりもパフォーマンスが低いと見なすことができる。
従って、実施形態において、スイッチデバイスは、如何なる制御機能、及び／又はマスタデバイス及びフィールドデバイスとの間で送受信されるデータに加えての送信データの生成も行わないように実装されることができる。
マスタデバイスは、スイッチデバイスを介してフィールドデバイスと通信するためにスイッチデバイスをサポートする必要があり得る。例えば、マスタデバイスは、マスタデバイスと同じ生産者によって生産された特定タイプのスイッチデバイスのみをサポートする。スイッチデバイスは、あらゆるタイプのフィールドデバイスに適応できる。
マスタデバイスとスイッチデバイスとの間の接続は、特に、マスタデバイスの単一マスタポートとスイッチデバイスの物理マスタ側ポートとの間に確立されるマスタ通信チャネルを介して実現できる。
複数のフィールドデバイスとスイッチデバイスとの間の接続は、特に、スイッチデバイスの複数の物理フィールドデバイス側ポートと各フィールドデバイスとの間で確立される複数のフィールドデバイス通信チャネルを介して実現できる。複数のフィールドデバイスは、各フィールドデバイス上のフィールドポートを介して複数のフィールドデバイス側ポートに接続されることができる。
単一マスタポート、マスタ側ポート、複数のフィールドデバイス側ポート、及び／又は複数のフィールドポートは、例えば、ピンポート、ＩＯリンクポート、ＵＳＢポート、無線受信機／送信機、又は任意のタイプの物理コネクタであることができる。マスタ側ポートと単一マスタポートとの間の接続、及びフィールドデバイス側ポートと各フィールドデバイスとの間の接続は、接続ケーブルを使用するか、又は例えばブルートゥース（登録商標）又はＷｉ−Ｆｉを使用してワイヤレスに実行されることができる。
マスタデバイスから各フィールドデバイス又はフィールドデバイスからマスタデバイスに送信されるデータは、スイッチデバイスを介して、特に上記で定義されたマスタ通信チャネル及びフィールドデバイス通信チャネルを使用して送信され得る。特に、マスタ通信チャネルを介してデータを転送するために使用される通信プロトコルは、複数のフィールドデバイス通信チャネルを介してデータを転送するために使用される通信プロトコルと同一である。ここでは、同一の通信プロトコルを「単一通信プロトコル」と称する。前記単一の通信プロトコルは、ＩＯリンク通信プロトコルであってもよく、これについては以下で詳述する。
スイッチデバイスには、マスタデバイスとフィールドデバイスの間でデータをやり取りする排他的な機能がある。
マスタデバイスと複数のフィールドデバイスとの間の通信は、ポイント・ツー・ポイント通信、特にＳＤＣＩ（シングルドロップデジタル通信インターフェイス）通信であり得る。即ち、マスタデバイスは、フィールドデバイスから選択された特定のフィールドデバイスにデータを送ることができる。このようなポイント・ツー・ポイント通信を実現するために、マスタデバイスはスイッチデバイスを介してどのフィールドデバイスに接続されているかに関する認識を使用できる。
マスタデバイスとフィールドデバイス間の通信で単一の通信プロトコルを使用することにより、情報の損失を回避できる。特に、転送されたデータはスイッチデバイスで変更又は交換なく維持されるため、データ転送の効率が改善される。例えば、データは、スイッチデバイス内を含め、マスタデバイスとフィールドデバイスの間で、生データとして排他的に送信される。
提案のスイッチデバイスは、複数のフィールドデバイスをマスタデバイスの１つのマスタポートのみにリンクすることを可能にする。これにより、マスタデバイスに接続されるフィールドデバイスの数を大幅に増やすことができる。特に、いくつかのスイッチデバイスが同じマスタデバイスに接続できるため、マスタデバイスに接続できるフィールドデバイスの数を更に増やすことができる。従って、自動化ネットワークで使用されるフィールドデバイスの数は、追加のマスタデバイスを使用せずに増やすことができる。これにより、自動化ネットワークのコストを削減できる。
更に、ケーブルを使用してフィールドデバイスをマスタデバイスに接続する場合、スイッチデバイスを使用して、マスタへのケーブルの量を減らすことができる。これにより、ケーブリングの間違いを回避できる。更に、使用されるケーブルの量を減らすことは、マスタデバイスが適切に到達できない場合に特に有利である。
更に、提案のスイッチデバイスは、マスタデバイスに接続されたフィールドデバイスの交換を容易にする。実際に、フィールドデバイスのいくつかのセットは、いくつかのスイッチデバイスに予め接続できる。それから、マスタデバイスに接続されたスイッチデバイスが交換されると、マスタデバイスに接続されたフィールドデバイスも交換される。これは、例えば、ロボットヘッドなどの接続用のスペースが限られている応用で特に有効である。
更に、マスタデバイスとフィールドデバイスの間の物理的距離は、マスタデバイスとスイッチデバイスの間、及びスイッチデバイスとフィールドデバイスの間の無線、特に光無線接続を使用して増長させることができる。これは、ケーブルの破損を防ぐことができるため、危険な環境で特に有利である。更に、ワイヤレス接続により、ケーブルを必要とせずに移動するフィールドデバイスに使用を可能とさせる。
さらなる実施形態によれば、通信プロトコルは、ＩＯリンク通信プロトコルである。特に、マスタ通信チャネル及び複数のフィールドデバイス通信チャネルを介して送信されるデータは、ＩＯリンク規格に従って送信される。
特に、ＩＯリンク規格は、フィールドデバイスと通信するための国際的に規格化されたＩ／Ｏ技術（ＩＥＣ６１１３１−９）を指す。そのようなＩＯリンク通信の場合、単一マスタポート、マスタ側ポート、複数のフィールドデバイス側ポート及び／又は複数のフィールドポートは、ＩＯリンク通信に適合されたＩＯリンクポートであることができる。
ＩＯリンク通信プロトコルは、特に、データが規格で定義されている伝送速度の１つで送信されるということに定義されている。交換されるデータのタイプは、プロセスデータの入力と出力を含む循環プロセスデータと、マスタデバイスからの要求時にのみフィールドデバイスによって送信される非周期的フィールドデバイスパラメータと、フィールドデバイスによって送信され、例えば、エラー、警告、又は通知を送信される非周期的なイベントデータと、を含む。データは、特定の構造を持つフレームで、例えば、選択されたフィールドデバイスに向けられたマスタデバイスからの第１又は要求メッセージと、フィールドデバイスからの第２又は応答メッセージを含むＦ又はＭシーケンスとして転送される。特に、マスタデバイスと各フィールドデバイスの間でポイント・ツー・ポイントＳＤＣＩ通信が実行される。
通信プロトコルとしてＩＯリンク通信プロトコルを使用することで、マスタデバイスとフィールドデバイスの間のデータ伝送の信頼性を高めることができる。特に、マスタデバイスがフィールドデバイスからの要求に対する応答を受信しない場合、要求は２回再送信されることができる。これら２回の追加試行も失敗した場合にのみ、マスタによってエラー通知が発行されることができる。
実施形態では、マスタ通信チャネル及び／又はフィールドデバイス通信チャネルは、フィールドバスではない。例えば、マスタ通信チャネル及び／又はフィールドデバイス通信チャネルは、イーサキャットなどのフィールドバスインフラストラクチャに依存するチャネルではなく、ＩＯリンク通信チャネルであることができる。
さらなる実施形態によれば、マスタデバイスはＩＯリンクマスタデバイスであり、複数のフィールドデバイスからの少なくとも１つのフィールドデバイスは、ＩＯリンクデバイスである。
特に、ＩＯリンクデバイスはＩＯリンク仕様をサポートするフィールドデバイスである。ＩＯリンクデバイスはＳＤＣＩ準拠のフィールドデバイスであることができる。ＩＯリンクデバイスは、特にＩＯリンク規格で定義された伝送速度の１つでスイッチデバイスとの間でデータを送受信できる。
更に、ＩＯリンクマスタは、ＩＯリンク仕様をサポートするマスタデバイスであることができる。ＩＯリンクマスタは、ＳＤＣＩ準拠のマスタデバイスであることができる。ＩＯリンクマスタは、特にＩＯリンク規格で定義された全ての伝送速度でスイッチデバイスとの間でデータを送受信できる。
ＩＯリンクマスタ、ＩＯリンクデバイス、及びスイッチデバイスは、単一ＩＯリンクシステムを形成できる。特に、ＩＯリンクシステムは、１つのＩＯリンクマスタのみを備える。上と下に定義されるスイッチデバイスを使用することで、単一ＩＯリンクシステム内のフィールドデバイスの総数を増やすことができる。
さらなる実施形態によれば、スイッチデバイスは、マスタ側ポートと複数のフィールドデバイス側ポートの間に提供されるダウンストリーム送信ユニットを更に備え、そのダウンストリーム送信ユニットは、マスタ側ポートでマスタデバイスから受信したダウンストリームデータを複数のフィールドデバイス側ポートから選択された被選択フィールドデバイス側ポートに周期的又は非周期的に送信するように構成され、その被選択フィールドデバイス側ポートは、ダウンストリームデータと共に受信され、ダウンストリームデータの送信先であるフィールドデバイスを示す送信先情報に従って選択される。
ここで、「ダウンストリーム」とは、特にはスイッチデバイスを経由し、マスタデバイスからフィールドデバイスのうちの１つへ向かう方向を指す。マスタデバイスからフィールドデバイスの１つにデータを送信するには、例えばフィールドデバイスを制御するための制御データやフィールドデバイスへの要求などのデータは、マスタ通信チャネルを介してスイッチデバイスにダウンストリームデータとして送信できる。ダウンストリームデータは、複数のフィールドデバイスのうち、ダウンストリームデータの送信先であるフィールドデバイス（被選択フィールドデバイス）を示す送信先情報を包含するか、又はそれに関連付けることができる。送信先情報は、特にマスタデバイスによってダウンストリームデータに関連付けられる。
ダウンストリーム送信ユニットは、受信したダウンストリームデータから送信先データを抽出し且つ／又は読み出し、その送信先データをダウンストリームデータが送信先情報に従って送信先とされた被選択フィールドデバイスに接続された被選択フィールドデバイス側ポートに送信することができる。これを拡張するには、スイッチデバイスは、どのフィールドデバイスが接続されているか、特にどのフィールドデバイスがスイッチデバイスのどのフィールドデバイス側ポートに接続されているかを知る必要がある。例えば、スイッチデバイスに接続されたフィールドデバイスに関する情報は、フィールドデバイス構成パラメータとしてスイッチデバイスのスイッチ記憶ユニットに格納できる。フィールドデバイス構成パラメータは、スイッチデバイスを構成するときにマスタデバイスによって記憶ユニットに格納されることができる。
従って、スイッチデバイスは、ダウンストリームデータを送信先のフィールドデバイスに向ける機能を有する。特に、データがＩＯインクプロトコルに従って送信される場合、スイッチデバイスはポイント・ツー・ポイント通信を実現する上で主要な役割を果たすことができる。特に、現在のスイッチデバイスは、データ形式を変更せずに、マスタデバイスから被選択フィールドデバイスにダウンストリームデータを渡すことができる。
さらなる実施形態によれば、マスタ側ポートでマスタデバイスから受信されるダウンストリームデータは、それぞれが送信先情報として関連付けされたダウンストリームメッセージ情報を有する複数のダウンストリームメッセージを含むダウンストリームデータパケットである。そして、スイッチデバイスは、ダウンストリームデータパケットのダウンストリームメッセージをアンパックし、それらをそれぞれのダウンストリームメッセージ情報とともにダウンストリーム送信ユニットに送信するように構成されたマスタ側ポートとダウンストリーム送信ユニットの間に提供されるアンパックユニットを更に備える。
ダウンストリームデータパケットは、複数のフィールドデバイスとは異なるフィールドデバイスを送信先としたバルク又は複数のダウンストリームメッセージを含むことができる。各ダウンストリームメッセージは、マスタデバイスによって生成又は送信されることができ、更に、各ダウンストリームメッセージに送信先情報を追加又は関連付けし、ダウンストリームデータパケットにおいていくつかのダウンストリームメッセージをグループ化する。スイッチデバイスによって受信されたダウンストリームデータパケットは、異なるダウンストリームメッセージを分離するために、アンパッキングユニットによってアンパックされることができる。次に、異なるダウンストリームメッセージがアンパッキングユニットからダウンストリーム送信ユニットに送信されることができ、特に、ダウンストリームメッセージが送信先情報に従って送信先とされた被選択フィールドデバイスに接続された被選択フィールドデバイス側ポートに各ダウンストリームメッセージを転送する。アンパッキングユニットとダウンストリーム送信ユニットは、単一の物理ユニットであることができる。
スイッチデバイスは、ダウンストリームデータパケットにおいて受信した異なるダウンストリームメッセージを、被選択フィールドデバイスに配信できる。ダウンストリームデータはダウンストリームデータパケットで送信されるため、マスタデバイスとスイッチデバイスの間でデータを送信するために伝送速度を上げることなく、大量のダウンストリームデータが各フィールドデバイスに転送されることができる。これにより、スイッチデバイスは更に改善される。
さらなる実施形態によれば、スイッチデバイスは、マスタ側ポートと複数のフィールドデバイス側ポートの間に提供され、対応するフィールドデバイス側ポートでフィールドデバイスの１つから受信したアップストリームデータをマスタ側ポートに周期的又は非周期的に送信するように構成されたアップストリーム送信ユニットを更に備える。
ここで、「アップストリーム」とは、特にスイッチデバイスを介して、フィールドデバイスの１つからマスタデバイスに向かう方向を指す。フィールドデバイスの１つからマスタデバイスにデータを送信するために、例えば、フィールドデバイスによって検知されたセンサデータ又はマスタデバイスから受信した要求への応答などのデータは、アップストリームデータとして、又はアップストリームメッセージとしてアップストリームデータの転送元のフィールドデバイスに対応するフィールドデバイス通信チャネルを介してスイッチデバイスに送信されることができる。
さらなる実施形態によれば、アップストリーム送信ユニットは、アップストリームデータがどのフィールドデバイスから発信されたかを示す発信元情報とともにマスタ側ポートにアップストリームデータを送信する。
アップストリーム送信ユニットは、複数のフィールドデバイスのうちのアップストリームデータが発信されているフィールドデバイスを示す発信元情報をアップストリームデータに関連付けることができる。
発信元情報は、メタデータと見なされる。それは、例えば、記憶ユニットに格納されるスイッチデバイスに接続されたフィールドデバイスに関する情報を使用して、スイッチデバイス、特にアップストリーム送信ユニットによってアップストリームデータに関連付けされることができる。スイッチデバイス、特にアップストリーム送信ユニットは、更にメタデータをアップストリームデータに関連付けることができる。あるいは、発信元情報は、発信元フィールドデバイス自体によってアップストリームデータに関連付けられることができる。
特にマスタデバイスがＩＯリンクマスタであり、且つフィールドデバイスがＩＯリンクデバイスである場合、ダウンストリームデータメッセージとそれに続くアップストリームデータメッセージは、マスタデバイスとフィールドデバイスによって交換されるシーケンスと見なすことができる。
従って、スイッチデバイスは、発信元情報とともに、アップストリームデータをマスタデバイスに向ける機能がある。マスタデバイスは、スイッチデバイスを介して受信したアップストリームデータを管理可能であり得る。特に、現在のスイッチデバイスは、フィールドデバイスからマスタデバイスにアップストリームデータを渡すことができる。マスタデバイスは、受信したアップストリームデータを上位ネットワークに渡すことができる。
さらなる実施形態によれば、対応するフィールドデバイス側ポートで各フィールドデバイスから受信されるアップストリームデータは、アップストリームメッセージである。そして、スイッチデバイスは、アップストリーム送信ユニットとマスタ側ポートの間に提供され、対応するフィールドデバイス側ポートを介して少なくとも２つのフィールドデバイスから受信した少なくとも２つのアップストリームメッセージをアップストリームパケットにパックし、そのアップストリームパケットをマスタ側ポートに送信するように構成されたパッキングユニットを更に備える。
パッキングユニットは、いくつかのフィールドデバイスから受信したアップストリームメッセージを収集することができる。また、発信元情報を関連付けることもある。実施形態において、少なくとも２つのアップストリームメッセージをアップストリームパケットにパックすることは、パッキングユニットによる少なくとものアップストリームメッセージの圧縮又はカプセル化を含む。収集されたアップストリームメッセージは、特にバルクでクラスタ化又は圧縮されてアップストリームパケットを形成し、アップストリームパケットは、上記のアップストリームデータと同じ方法でアップストリーム送信ユニットに送信できる。アップストリーム送信ユニットは、フィールドデバイスから個々のアップストリームメッセージを取得するためにアップストリームパケットをアンパックできるマスタデバイスにアップストリームパケットを送信することができる。アップストリーム送信ユニットとパッキングユニットは１つの物理ユニットにすることができる。
アップストリームデータがアップストリームデータパケットで送信されるため、マスタデバイスとスイッチデバイスの間でデータを送信するための伝送速度を上げることなく、大量のアップストリームデータが一度にマスタデバイスに転送されることができる。
さらなる実施形態によれば、スイッチデバイスは、
対応するフィールドデバイスによってサポートされる伝送速度と符合して、各フィールドデバイス通信チャネルを介してデータが送信されることができるレートを示す各フィールドデバイス側ポートに対するフィールドデバイス伝送速度と、
マスタデバイスによってサポートされる伝送速度と符合して、前記マスタ通信チャネルを介してデータが送信されることができるレートを示すマスタ側ポートのマスタ伝送速度と、
マスタ通信チャネルを介してマスタデバイスとスイッチデバイスとの間でダウンストリーム又はアップストリームデータを送信するのにかかる時間を示すマスタサイクルタイムと、
対応するフィールドデバイス通信チャネルを介してフィールドデバイスの１つとスイッチデバイスとの間でダウンストリーム又はアップストリームデータを送信するのにかかる時間を示すフィールドデバイスサイクルタイムと、
の少なくとも1つを含む設定データを格納するための記憶ユニットを更に備える。
フィールド及びマスタ伝送速度は、上記伝送速度の例であり得る。ここで、各伝送速度は、ボーレートに対応し得る。特に、各フィールドデバイスは、特定の伝送速度のみをサポートでき、それは、フィールドデバイス通信チャネルを介してフィールドデバイスと通信する場合、スイッチデバイスによって考慮されることができる。例えば、各フィールドデバイスに送信されるダウンストリームデータは、格納されたフィールドデバイスの伝送速度に従ってのみ送信されることができる。
更に、マスタデバイスは、１つ又はいくつかの特定のマスタ伝送速度をサポートでき、それは、マスタ通信チャネルを介してマスタデバイスと通信する場合にスイッチデバイスによって考慮されることができる。例えば、マスタデバイスに送信されるアップストリームデータは、格納されたマスタ伝送速度に従ってのみ送信されることができる。
マスタサイクルタイムは、マスタ通信チャネルで送信されるアップストリーム又はダウンストリームメッセージの長さと、マスタデバイス及びスイッチデバイスでの遅延時間で構成される。更に、各フィールドデバイスに固有であり得るフィールドデバイスサイクルタイムは、フィールドデバイス通信チャネルで送信されるアップストリーム又はダウンストリームメッセージの長さと、各フィールドデバイス及びスイッチデバイスの遅延時間で構成される。
さらなる実施形態によれば、スイッチデバイスは、スイッチデバイスに接続された各フィールドデバイスに対して、各フィールドデバイスのフィールドデバイス伝送速度及びフィールドデバイスサイクルタイムのうちの少なくとも１つを含むフィールドデバイス構成パラメータを設定するため、及び／又は、スイッチデバイスに接続されたマスタデバイスに対して、マスタ伝送速度及びマスタサイクルタイムの少なくとも１つを含むマスタ構成パラメータを設定するための設定ユニットを更に含む。
特に、フィールドデバイスがスイッチデバイスに最初に接続される時、スイッチデバイスの設定ユニットは、接続されたフィールドデバイスからフィールド構成パラメータを受信する。これらは、どのフィールドデバイスがスイッチデバイスのどのフィールドデバイス側ポートに接続されているかに関する情報も含むことができる。フィールドデバイス構成パラメータは、マスタデバイスからの要求に対する応答として取得されることができる。フィールドデバイス通信チャネルは、各受信されたフィールドデバイス構成パラメータを考慮して設定され得る。
更に、スイッチデバイスがマスタデバイスに最初に接続される時、スイッチデバイスの設定ユニットは、接続されたマスタデバイスからマスタ構成パラメータを受信できる。マスタ通信チャネルは、受信したマスタ構成パラメータを考慮して設定され得る。マスタ及びフィールド構成パラメータは、特に記憶ユニットに格納される。
さらなる実施形態によれば、マスタ通信チャネル及び／又はフィールドデバイス通信チャネルは、フィールドデバイス伝送速度、マスタ伝送速度、マスタサイクルタイム、及びフィールドデバイスサイクルタイムのうちの少なくとも１つを考慮して設定される。
スイッチデバイスは、マスタデバイスとフィールドデバイスの間に最初に接続される時、マスタデバイスとフィールドデバイスから受信した構成パラメータに従って、フィールドとマスタ通信チャネルを柔軟に設定できる。１つ又はいくつかのフィールドデバイスが削除、追加、又は交換される時、設定ユニットは構成パラメータを更新することができる。従って、柔軟なスイッチデバイスが提供される。
さらなる実施形態によれば、スイッチデバイスは、マスタデバイスとフィールドデバイスとの間のデータの送信を制御するためのフィールドデバイススタックを更に備える。特に、フィールドデバイススタックは、スイッチデバイスのパッキング及びアンパックユニット、ダウンストリーム及びアップストリーム送信ユニット、記憶ユニット、設定ユニット等のさまざまなユニットと連携して、マスタ通信チャネル及びフィールドデバイス通信チャネルを設定し、マスタデバイスとフィールドデバイスとの間のデータの送信を実現する。
さらなる実施形態によれば、マスタデバイスは、マスタデバイスとスイッチデバイスとの間のデータの送信を制御するためのマスタスタックを含む。特に、マスタスタックはフィールドデバイスのマスタデバイスへの登録を制御し、スイッチデバイスとの通信を設定する。
さらなる可能な実装又は代替解決策は、実施形態に関して上記又は下記で説明される特徴の組み合わせ（ここでは明示的に言及されていないもの）も包含する。当業者は、個々の実施形態に個々の又は独立した態様及び特徴を追加することもできる。
本発明のさらなる実施形態、特徴および利点は、添付の図面と併せて、後述の説明および従属請求項から明らかとなる。
第１実施形態による自動化ネットワークを示す図である。 第２実施形態による自動化ネットワークを示す図である。 第１実施形態によるスイッチデバイスを示す図である。 第３実施形態による自動化ネットワークの一部を示す図である。 第４実施形態による自動化ネットワークの一部を示す図である。
図面において、別途示していなければ、同一の符号は同一又は機能的に同等の要素を示す。
本開示では、「ＩＯリンク」は、国際規格ＩＥＣ６１１３１−９に準拠し、且つ互換性を有する、特に後述の規格に準拠したセンサ及びアクチュエータと通信するための技術を指す。「ＩＯリンク」という用語は、欧州規格ＥＮ６１１３１及びＥＮ６１４９９に準拠したデバイス及び通信プロトコルも含む。
図１は、第１実施形態による自動化ネットワーク１００を示している。自動化ネットワーク１００は、マイクロチップなどの製品を生産するファクトリオートメーションシステムである。自動化ネットワーク１００は、上位ネットワーク１０と下位ネットワーク１９を含む。上位ネットワーク１０は、図１の例ではパーソナルコンピュータ（ＰＣ）１１である制御ユニットにより下位ネットワーク１９を制御する。ＰＣ１１は、産業用イーサーネット（登録商標）接続１２を介してマスタデバイス３のネットワークポート１３に接続される。マスタデバイス３は、マスタスタック３３によって制御され、上部と下位ネットワーク１０、１９の間のインターフェイス又はゲートウェイを提供し、これにより、上部と下位ネットワーク１０、１９の間の通信が可能になる。
下部ネットワーク１９は、マスタデバイス３だけでなく、スイッチデバイス１を介してマスタデバイス３に接続された複数の４つのフィールドデバイス２ａ〜２ｄも含む。図１の例では、マスタデバイス３は、ＩＯリンクマスタであり、個々のフィールドデバイス２ａ〜２ｄはすべてＩＯリンクデバイスである。ＩＯリンクマスタデバイス３、スイッチデバイス１及び４つのＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄは、ＩＯリンクシステム２０を形成する。ＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄは、ＩＯリンクマスタ３からのリクエストに応答するインテリジェントデバイスである。ここで、ＩＯリンクデバイス２ａ及び２ｂは、生産中の製品を移動させるためのモータであり、ＩＯリンクデバイス２ｃはドリルであり、ＩＯリンクデバイス２ｄはＩ／Ｏモジュールである。
ＩＯリンクマスタ３とＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄとの間の接続を確実にするために、ＩＯリンクマスタ３は、その下側に複数のマスタポート４、１４を備える。マスタポート４、１４は、ＩＯリンク規格に従ってＳＤＣＩ通信を実行するためのＩＯリンクポートである。マスタポート４、１４のそれぞれには、一度に任意の種類の１つのデバイスのみが接続されることができる。図１では、スイッチデバイスは、複数のマスタポート４、１４のマスタポートの１つ、即ち、ケーブル２８を介してマスタポート４に接続される。図１の残りのマスタポート１４は未使用のままである。従って、ＩＯリンクマスタ３とスイッチデバイス１との間の接続は、ＩＯリンクマスタ３のマスタポート４及びスイッチデバイス１のマスタ側ポート５を介して発生する。マスタ側ポート５は、ＩＯリンクポートでもある。
マスタポート４とマスタ側ポート５との間で、マスタ通信チャネルＭＣＣが確立され、ＩＯリンクマスタ３とスイッチデバイス１との間の通信が可能になる。マスタ通信チャネルＭＣＣを介した通信は双方向であり、ＩＯリンクマスタ３は、ダウンストリーム送信方向Ｄでデータをスイッチデバイス１に転送し、アップストリーム送信方向Ｕでスイッチデバイス１から情報を受信することができる。
更に、スイッチデバイス１は、物理フィールドデバイス側ポート６ａ〜６ｄを介してＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄに接続され、ここでは、ＩＯリンクデバイス側ポートである。ＩＯリンクデバイス側ポート６ａ〜６ｄは、ＩＯリンク規格に従ってＳＤＣＩ通信を実行するためのＩＯリンクポートである。各ＩＯリンクデバイス側ポート６ａ〜６ｄには、ケーブル２８を介してＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄの１つが正確に接続される。接続を可能にするために、ＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄは、それぞれデバイスＩＯリンクポート２４を有する。スイッチデバイス１を使用することで、いくつか（ここでは４つ）のＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄをＩＯリンクマスタ３の単一マスタポート４に効率的に接続できる。
ＩＯリンクデバイス側ポート６ａ〜６ｄのそれぞれと各ＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄとの間に、フィールドデバイス通信チャネルＦＣＣが確立され、各ＩＯリンクフィールドデバイス２ａ〜２ｄとスイッチデバイス１との間の通信が可能になる。フィールドデバイス通信チャネルＦＣＣを介した通信は、双方向であり、ＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄは、それぞれアップストリーム送信方向Ｕでスイッチデバイス１にデータを転送し、ダウンストリーム送信方向Ｄでスイッチデバイス１から情報を受信することができる。スイッチデバイス１は、マスタデバイス３とフィールドデバイス２ａ〜２ｄ間の通信を制御するためのフィールドデバイススイッチ３２を備える。
個々のＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄとスイッチデバイス１との間の通信に使用される通信プロトコルは、スイッチデバイス１とＩＯリンクマスタ３との間の通信に使用される通信プロトコルと同一である。即ち、通信プロトコルは、ＩＯリンク規格に従ったＩＯリンク通信プロトコルである。下位ネットワーク１９では独自の通信プロトコルが使用されるため、ＩＯリンクマスタ３とＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄの間で送信される生データをスイッチデバイス１で変換する必要がなく、データ転送が容易になる。ＩＯリンクマスタ３と各ＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄとの間で、それぞれＩＯリンクチャネルに関してポイント・ツー・ポイント通信ＳＤＣＩ通信が実行される。
データは、ＩＯリンクマスタ３とＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄの間で周期的及び非周期的に転送される。即ち、プロセスデータは、データフレームを備え且つＩＯリンクマスタ３からのダウンストリームメッセージとＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄからのアップストリームメッセージを含むシーケンスで周期的に送信される。要求に応じて、ＩＯリンクマスタ３から要求を受信した場合にのみ、ＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄによって非周期的にデータが送信される。最後に、失敗や異常などのイベントは、ＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄによって非周期的に伝達される。
データは、ＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄとＩＯリンクマスタ３の間でＩＯリンクプロトコルを使用して送信される必要はない。また、ＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄとＩＯリンクマスタ３の間でアナログ及び／又はデジタルデータとして送信されることもできる。
図２は、第２実施形態による自動化ネットワーク１０１を示している。自動化ネットワーク１０１は、第１実施形態による自動化ネットワーク１００に良く似ている。２つの実施形態の主な違いは、図２に示す自動化ネットワーク１０１で異なるマスタデバイスが使用されることである。即ち、図２では、マスタデバイス３’もＩＯリンクマスタであるが、３つのＩＯリンクマスタポート４、１４のみを含むという点で図１のＩＯリンクマスタ３とは異なる。第２実施形態では、ＩＯリンクマスタ３’のマスタポート４、１４に接続される様々な実体があり、これらは従来技術であるとおり、フィールドデバイス、特にＩＯリンクデバイスをＩＯリンクマスタのマスタポートに接続するための異なるオプションを提供する。
更に、第２実施形態による自動化ネットワーク１０１では、第２マスタデバイス２３が上位ネットワーク１０と結合される。即ち、第２マスタデバイス２３は、従来技術であるとおり、ＩＯリンクマスタ３’を介してフィールドバス１２に接続される。フィールドバス１２は、イーサキャットフィールドバス、イーサーネット（登録商標）／ＩＰフィールドバス、プロフィバスフィールドバス、インターバスフィールドバスなどであることができる。図２の例では、フィールドバス１２は、イーサキャットフィールドバスＥＣＡＴである。第２マスタデバイス２３は、ＩＯリンクマスタでもあり、これは一般に上記に詳述したＩＯリンクマスタ３と同じである。特に、第２ＩＯリンクマスタ２３は、また、４つのフィールドデバイス２７が接続される４つのポート（図示せず）を有し、フィールドデバイス２７もＩＯリンクデバイスである。第２ＩＯリンクマスタ２３と個々のＩＯリンクデバイス２７との間の通信は、ＩＯリンクプロトコルを使用して実行することができる。しかしながら、ＩＯリンクマスタ３’と第２ＩＯリンクマスタ２３との間の一点鎖線で示される通信は、ＩＯリンクプロトコルを使用して実行されない。むしろ、通信パスは、ＩＯリンクマスタ３’を通過し、イーサキャットフィールドバス３０を介して第２ＩＯリンクマスタ２３と結合する。従って、ＩＯリンクマスタ３’とＩＯリンクマスタ２３との間の通信のタイプは、ＩＯリンクマスタ２３とフィールドデバイス２７との間の通信プロトコルと同じではない。
更に、イーサキャット接続は、特に高価であり、詳細な設定が必要である。従って、下位ネットワーク１９における２つのＩＯリンクマスタ３’、２３の使用は、スイッチデバイス１を使用して自動化ネットワークで使用可能なマスタポートの数を増やすよりもコストが高くなる。更に、スイッチデバイス１を使用すると、ネットワーク１０２を簡単化できる。更に、２つのＩＯリンクマスタの使用は、それぞれＩＯリンクマスタ３’、２３の１つを含む２つの別個のＩＯリンクシステム２１及び２２の存在のためである。対照的に、以下でより詳細に説明するスイッチデバイス１は、ＩＯリンクチャネルをＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄに切り替えるのみである。
更に、図２では、左から順に第１マスタポート１４は、従来技術であるとおり、ケーブル２８を介して別のＩＯリンクデバイス２９に直接接続される。このタイプの接続を使用すると、ＩＯインクマスタの単一マスタポートに物理的に接続できるＩＯリンクデバイスの数は１つに制限される。
第２マスタポート１４は、従来技術であるとおり、ケーブル２８を介してデジタルハブ１８に接続される。デジタルハブ１８自体は、温度及び圧力センサなどの２つの従来の非インテリジェントセンサ３１に接続される。センサ３１は、ケーブル２８を介してデジタルデータＤＩＧをデジタルハブ１８に通信し、ＩＯリンク機能を提供しない。但し、センサ３１とデジタルハブ１８の間の通信は、ＩＯリンクプロトコルを使用しない。一方、ＩＯリンクマスタ３とデジタルハブ１８との間の通信は、ＩＯリンクプロトコルに従って実行される。従って、デジタルハブ１８は、デジタルデータをセンサ３１からＩＯリンクマスタ３’に送るために変換を実行する必要がある。更に、デジタルハブ１８は、フィールドデバイス、特にＩＯリンクマスタ３’によってそれに接続されたセンサ３１の制御を可能とさせない。
ＩＯリンクマスタ３’のマスタポート４は、図１に関して前述したのと同じ方法でスイッチデバイス１に接続される。図２では、イーサキャット通信を示す「ＥＣＡＴ」とラベル付けされたチャネルとデジタル通信を示す「ＤＩＧ」チャネルを除き、下位ネットワーク１９の全ての通信チャネルがＩＯリンク通信プロトコルを使用した通信に使用されることができる。
図３は、第１実施形態によるスイッチデバイス１を示す。スイッチデバイス１は、ＩＯリンクマスタ３又は３’と、図１及び図２に示す自動化ネットワーク１００又は１０１のＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄとの間に配置されることができる。
スイッチデバイス１は、既に説明したＩＯリンクフィールドデバイス側ポート６ａ〜６ｄ、マスタ側ポート５及びフィールドデバイススタック３２を備える。このほか、スイッチデバイス１は、ダウンストリーム送信ユニット７、アップストリーム送信ユニット８を備える。任意選択で、スイッチデバイス１は、記憶ユニット１６にリンクされた設定ユニット１７、パッキングユニット９及びアンパッキングユニット１５を含むこともできる。図３では、アップストリームデータフローＵは、点線矢印で示され、ダウンストリームデータフローＤは、連続矢印で示される。
ＩＯリンクマスタ３からＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄに送信されたダウンストリームデータは、マスタ側ポート５で受信される。ダウンストリームデータは、個々のＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄに対する複数のダウンストリームメッセージを含むダウンストリームデータパケットとして受信される。マスタ側ポート５によるダウンストリームデータパケットの受信の後、それは、スイッチデバイス１におけるデータの通信を制御するフィールドデバイススタック３２を介してスイッチデバイス１のアンパッキングユニット１５に送信される。アンパッキングユニットは、ダウンストリームデータパケットを個々のダウンストリームメッセージに分離し、これらを送信ユニット７に送信する。
各ダウンストリームメッセージは、例えばフレームのヘッダに関連付けられた送信先情報を有することができ、これは、送信ユニット７によって読み出される。次に、送信ユニット７は、読み出された送信先情報に従って、個々のダウンストリームメッセージを１つＩＯリンクデバイス側ポート６ａ〜６ｄに向けて送信する。例えば、ダウンストリームメッセージがＩＯリンクデバイス２ｃに向けたものであることを送信先情報が示す場合、送信ユニット７は、ダウンストリームメッセージをＩＯリンクフィールドデバイス側ポート６ｃに送信し、ＩＯリンクフィールドデバイス側ポート６ｃは、選択されたＩＯリンクデバイス２ｃにダウンストリームメッセージを送信する。
図３では、送信ユニット７は、設定ユニット１７の記憶ユニット１６に接続される。記憶ユニット１６は、とりわけ、どのＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄがフィールドデバイス構成パラメータとしてどのＩＯリンクデバイス側ポート６ａ〜６ｄに接続されているかを示す情報を含む。言い換えれば、ＩＯリンクデバイス２ａがＩＯリンクフィールドデバイス側ポート６ａに接続されていることなどを示す。記憶ユニット１６に格納された情報は、特定のダウンストリームメッセージの送信先となるＩＯリンクデバイス側ポート６ａ〜６ｄを決定するためにダウンストリーム送信ユニット７によって使用される。
ＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄからＩＯリンクマスタ３に送信されたアップストリームデータは、それぞれのＩＯリンクフィールドデバイス側ポート６ａ〜６ｄで受信される。アップストリームデータは、ＩＯリンクデバイス側ポート６ａ〜６ｄで個々のアップストリームメッセージとして受信され、スイッチデバイスのアップストリーム送信ユニット８に送信される。記憶ユニット１６に格納され、どのＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄがどのＩＯリンクデバイス側ポート６ａ〜６ｄに接続されているかを示すフィールドデバイス構成パラメータに基づき、アップストリーム送信ユニット８は、各アップストリームメッセージに、記憶ユニット１６に格納されたフィールドデバイス構成パラメータに基づくどのＩＯリンクｄｅｖｉｃｅ２ａ〜２ｄからのアップストリームメッセージであるかを示す発信元情報を関連付ける。発信元情報は、アップストリームメッセージのヘッダに書き込まれる。
次に、アップストリーム送信ユニット８からパッキングユニット９に発信元情報とともにアップストリームメッセージが送信される。パッキングユニット９は、発信元情報を含む受信したアップストリームメッセージのいくつかを単一のアップストリームデータパケットにグループ化し、ＩＯリンクマスタ３への送信のためにアップストリームデータパケットをマスタ側ポート５に向けて送信する。
ＩＯリンクマスタ３は、受信したアップストリームデータパケットをアンパックし、発信元情報とＩＯリンクマスタ３にマッピングされているＩＯリンクシステム２０に関する情報を使用して、個々のアップストリームメッセージをＩＯリンクフィールドデバイス２ａ〜２ｄに関連付ける。
設定ユニット１７は、特にスイッチデバイス１をＩＯリンクマスタ３に最初に接続する時、及びＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄをスイッチデバイス１に最初に接続する時、ＩＯリンクシステムの設定にも使用される。スイッチデバイス１をＩＯリンクマスタ３に最初接続する時、ＩＯリンクマスタ３は、スイッチデバイスの設定ユニット１７から、スイッチデバイス１がＩＯリンクマスタ３に接続されていることを示す情報を受信する。次に、スイッチデバイス１の設定ユニット１７は、ＩＯリンク規格で定義されたマスタ伝送速度とマスタ側ポート５を介したマスタサイクルタイムを含むマスタ構成パラメータを受信する。これらの構成パラメータは、記憶ユニット１６に格納され、アップストリームデータを送信する時にアップストリーム送信ユニット８及びパッキングユニット９によって考慮される。
特定の実施形態では、ＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄがスイッチデバイス１に最初に接続される時（図１又は図２を参照）、ＩＯリンクマスタ３は、スイッチデバイス１を介してＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄから情報、特にＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄのアドレスを取得し、ＩＯリンクマスタ３にＩＯリンクマスタスタック（図示せず）に対してＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄを登録することを可能にさせる。登録されたＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄに基づき、ＩＯリンクマスタ３は、スイッチデバイス１を構成する。その中で、ＩＯリンクマスタ３は、他のフィールドデバイス構成パラメータと同様に、ＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄのアドレスをスイッチデバイス１の設定ユニット１７に通信する。他のフィールドデバイス構成パラメータ、即ち、ここではＩＯリンクデバイス構成パラメータは、どのＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄがどのＩＯリンクデバイス側ポート６ａ〜６ｄに接続されているかを示す情報、各ＩＯリンクデバイスのフィールドデバイス伝送速度としてのＩＯリンク伝送速度及びフィールドデバイスサイクルタイムとしてのＩＯリンクサイクルタイムを含む。これらのＩＯリンクデバイス構成パラメータは、記憶ユニット１６に格納され、動作モードでダウンストリームデータをＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄに送信する時にダウンストリーム送信ユニット７によって使用される。例えば、ＩＯリンクデバイス２ｂに関する構成パラメータが、当該ＩＯリンクデバイス２ｂが３８．４ｋｂａｕｄの伝送速度をサポートすることを示す場合、ＩＯリンクデバイス２ｂへのデータ伝送はこの正確な伝送速度で行われる。
図４は、第３実施形態による自動化ネットワークの一部を示している。特に、図４は、下位ネットワーク１９を形成し、ＩＯリンクマスタ３、図１〜図３を参照して説明したような４つのスイッチデバイス１、及び１６個のＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｐを備えるＩＯリンクシステム２２を示す。図４のＩＯリンクシステム２２は、３つのマスタポート１４もスイッチデバイス１に接続されているという点で図１のＩＯリンクシステム２０と異なる。
即ち、ＩＯリンクマスタ３の４つのポート４、１４のそれぞれに、１つのスイッチデバイス１がケーブル２８を介して正確に接続され、それにより、各マスタポート４、１４と異なるスイッチデバイス１のマスタ側ポート５との間にマスタ通信チャネルＭＣＣが確立される。図１〜図３のスイッチデバイス１として、図４の４つのスイッチデバイス１は、それぞれＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｐを接続するための４つのＩＯリンクデバイス側ポート６ａ〜６ｄを有する。ＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｐは、任意のタイプのフィールドデバイスであることができる。各ＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｐと対応するＩＯリンクデバイス側のポート６ａ〜６ｄとの間で、上記のようにフィールドデバイス通信チャネルＦＣＣが確立される。ＩＯリンクマスタ３とＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｐとの間の通信は、ＩＯリンクプロトコルで実行される。
図４のＩＯリンクシステム２２では、１６個のＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｐがＩＯリンクマスタ３の４つだけのマスタポート４、１４に接続されることができ、これによりＩＯリンクシステム２２のサイズがそれなりに増大する。
図５は、第４実施形態による自動化ネットワーク１０３の一部を示している。詳細には、図４は、ＩＯリンクマスタ３のマスタポート４に接続できる２つの代替可能なロボットヘッド２５、２６を示している。第１ロボットヘッド２５は、各フィールドデバイス通信チャネルＦＣＣを介した通信のためにＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄに接続される図１〜図３を参照して上述したスイッチデバイス１を備え、第２ロボットヘッド２６は、各フィールドデバイス通信チャネルＦＣＣを介した通信のためにＩＯリンクデバイス２ｅ〜２ｈに接続される図１〜図３を参照して上述したスイッチデバイス１を備える。第１及び第２ロボットヘッド２５、２６は、予め取り付けられている。
第１又は第２ロボットヘッド２５、２６のいずれかが、例えばユーザによって選択され、ＩＯリンクマスタ４のマスタポート４に接続され、これにより、選択されたロボットヘッド２５、２６とＩＯリンクマスタ３との間でマスタ通信チャネルＭＣＣを介した通信が確立される。一方、他のロボットヘッド２５、２６は使用されない。ユーザがＩＯリンクマスタ３に接続されるツールを変更する場合、個々のＩＯリンクデバイス２５、２６を切断することなく、ロボットヘッド２５、２６を変更できる。これにより、ロボットヘッド２５、２６の変更が容易になる。
好適実施形態に従って本発明を説明したが、全ての実施形態において修正が可能であることは当業者には明らかである。例えば、マスタポート及びフィールドデバイス側ポートの数は、任意に選択できる。自動化ネットワークは、記憶装置などの異なる要素を備えることができる。マスタデバイスとフィールドデバイスとの間の通信は、ケーブルを使用する代わりにワイヤレスで実行できる。任意の種類のフィールドデバイスを使用できる。ＩＯリンクプロトコルとは異なるプロトコルをマスタデバイスとフィールドデバイスとの間の通信に使用できる。構成パラメータは、フィールドデバイス及び／又はマスタデバイスに関連するパラメータが更に含むことができる。
１ スイッチデバイス
２ａ〜２ｐ、２７、２９ フィールドデバイス
３、３’、２３ マスタデバイス
４、１４ マスタポート
５ マスタ側ポート
６ａ〜６ｄ フィールドデバイス側ポート
７ ダウンストリーム送信ユニット
８ アップストリーム送信ユニット
９ パッキングユニット
１０ 上位ネットワーク
１１ ＰＣ
１２ フィールドバス
１３ ネットワークポート
１５ アンパッキングユニット
１６ 記憶ユニット
１７ 設定ユニット
１８ デジタルハブ
１９ 下位ネットワーク
２０〜２２ ＩＯリンクシステム
２４ フィールドデバイスポート
２５、２６ ロボットヘッド
２８ ケーブル
３１ センサ
３２ フィールドデバイススタック
３３ マスタスタック
１００〜１０３ 自動化ネットワーク
Ｄ ダウンストリームデータ送信
ＥＣＡＴ ＥｔｈｅｒＣＡＴ
ＤＩＧ デジタルデータ送信
ＦＣＣ フィールドデバイス通信チャネル
ＭＣＣ マスタ通信チャネル
Ｕ アップストリームデータ送信
本発明は、複数のフィールドデバイスをマスタデバイスの単一マスタポートに接続するためのスイッチデバイスに関する。更に、本発明は、自動化ネットワークに関する。
自動化ネットワークでは、マスタデバイスは、例えばフィールドバスネットワークなどの上位ネットワークと、フィールドデバイス、特にＩＯリンクデバイスとの間のインターフェイスを提供できる。マスタデバイスに接続できるフィールドデバイスの量は、通常、マスタデバイスによって提供されるマスタポートの数によって制限される。マスタポートを提供するよりも多くのフィールドデバイスを第１マスタデバイスに接続する難しさを克服するために、フィールドデバイスとマスタデバイスの間にスイッチデバイスを配置できる。
例えば、ＩＯリンク技術では、第２マスタデバイスをスイッチデバイスとして使用することが知られている。即ち、第２マスタデバイスは、フィールドバス接続を介して第１マスタデバイスの１つのポートに接続できるため、第１マスタデバイスのダウンストリームのフィールドデバイスに対して利用可能なポートの数が増える。第１マスタデバイスと第２マスタデバイスの間の通信は、フィールドバス通信を介して実行される。
更に、文献ＵＳ２０１０／０１４６１８２Ａ１は、別のタイプのスイッチデバイス、即ち、複数のフィールドデバイスをイーサネットベースのネットワークにおいて制御ユニットに接続するハブ又はフィールドバスモジュールを示している。これにより、フィールドデバイスとコントロールユニットの間でアナログ及びデジタルデータを通信できる。
これには、プロトコルが異なるため、ハブを介して接続されるマスタとフィールドデバイスの間でプロトコル変換が必要になるという欠点がある。従って、従来技術の解決策は、複雑さを増す必要があり、従ってより高価である。
本発明の１つの目的は、従来技術の欠点を克服し、改善されたスイッチデバイスを提供することである。本発明のさらなる目的は、改善された自動化ネットワークを提供することである。
従って、複数のフィールドデバイスをマスタデバイスの単一マスタポートに接続するためのスイッチデバイスが提供され、マスタデバイスは、複数のフィールドデバイスと上位ネットワークの間のゲートウェイを提供し、上位ネットワークと複数のフィールドデバイスの間の通信を制御するように構成される。スイッチデバイスは、スイッチデバイスを単一マスタポートに接続し、マスタデバイスとスイッチデバイスの間にマスタ通信チャネルを確立する物理マスタ側ポートと、スイッチデバイスを複数のフィールドデバイスに接続し、各フィールドデバイスとスイッチデバイスの間に複数のフィールドデバイス通信チャネルを確立するための複数の物理フィールドデバイス側ポートと、を備える。スイッチデバイスは、自動化ネットワークのための単一通信プロトコルを使用して、マスタ通信チャネル及び複数のフィールドデバイス通信チャネルを介してマスタデバイスと複数のフィールドデバイスとの間でデータを転送するように構成される。
さらなる態様によれば、自動化ネットワークが提供される。自動化ネットワークは、上位ネットワークと、複数のフィールドデバイスと、複数のフィールドデバイスと上位ネットワークとの間のゲートウェイを提供し、上位ネットワークと複数のフィールドデバイスとの間の通信を制御するように構成されたマスタデバイスと、上と下で定義されているスイッチデバイスと、を備える。
実施形態において、スイッチデバイスは、マスタデバイスの単一物理ＩＯリンクポートとフィールドデバイスとしてのＩＯリンクデバイスとの間に複数のＩＯリンクチャネルを確立することを可能とさせる。
自動化ネットワークは、マイクロチップ又は自動車などの製品を製造するための、又は例えば生体試料又は集積回路の製品の特性を分析するための産業オートメーションシステムであることができる。
上位ネットワークは、フィールドバス、バックプレーンバス、又は産業用イーサネット接続を介してマスタデバイスに接続できる、例えばパーソナルコンピュータ、ユーザインターフェイス、ストレージデバイスなどを含む自動化ネットワークに対する制御システムを備えることができる。
マスタデバイスは、複数のフィールドデバイスと上位ネットワークとの間の接続を確立することができる。特に、マスタデバイスは、どのフィールドデバイスに接続されているかを示す情報を格納する。例えば、マスタデバイスは、フィールドデバイスのアーキテクチャが各フィールドデバイスに関連するパラメータとともにマッピングされるマスタ記憶ユニットを備える。フィールドデバイスは、あらゆる種類の複雑な及び／又はインテリジェントなセンサ及びアクチュエータであることができる。例えば、フィールドデバイスは、バルブ、ロボットツール、モータスタータ、Ｉ／Ｏモジュール、入力ユニットなどを備えることができる。複数のフィールドデバイスは、異なるフィールドデバイスの組み合わせでることができる。各フィールドデバイスは、フィールドデバイスのシステムをマッピングし、それに応じてスイッチデバイスを構成することを可能とさせる独自のアドレスを有することができる。
特に、「コネクタ」とも称されるスイッチデバイスは、複数のフィールドデバイスとマスタデバイスの間に提供される物理デバイスである。マスタデバイスは、複数の物理ポートを備えることができ、そのそれぞれに１つのデバイス、例えば１つのフィールドデバイスを接続することができる。スイッチデバイスは、「単一マスタポート」とも称されるこれらの物理ポートの１つに接続される。順に、複数のフィールドデバイスをスイッチデバイスに接続できる。これにより、複数のフィールドデバイスがスイッチデバイスを介して単一マスタポートに接続される。スイッチデバイスを介して、例えばマスタデバイスに接続されるフィールドデバイスの数を増やすことができる。
実施形態において、スイッチデバイスは、マスタデバイスで利用可能な物理ポートよりも多くのフィールドデバイスをマスタデバイスに結合することを可能にし、同時に、フィールドデバイスとマスタデバイスのそれぞれの間でポイント・ツー・ポイント通信を提供する。
スイッチデバイスの設定には、スイッチデバイスが接続されているフィールドデバイスを示す情報をスイッチデバイスに提供することを含むことができる。特に、スイッチデバイスは自己設定できない場合がある。むしろ、マスタデバイスで構成する必要があり得る。これは、マスタデバイスとスイッチデバイスの大きな違いである。つまり、マスタデバイスは、接続されているフィールドデバイスから取得した情報に基づいて自己設定できるが、スイッチデバイスは使用準備を整えるためにマスタデバイスからの情報が必要であり得る。更に、スイッチデバイスは、マスタデバイスなしではネットワークで機能できない場合がある。特に、スイッチデバイスは、送信するためのデータを自己生成できない場合がある。スイッチデバイスは、特にインテリジェンスの点で、マスタデバイスよりもパフォーマンスが低いと見なすことができる。
従って、実施形態において、スイッチデバイスは、如何なる制御機能、及び／又はマスタデバイス及びフィールドデバイスとの間で送受信されるデータに加えての送信データの生成も行わないように実装されることができる。
マスタデバイスは、スイッチデバイスを介してフィールドデバイスと通信するためにスイッチデバイスをサポートする必要があり得る。例えば、マスタデバイスは、マスタデバイスと同じ生産者によって生産された特定タイプのスイッチデバイスのみをサポートする。スイッチデバイスは、あらゆるタイプのフィールドデバイスに適応できる。
マスタデバイスとスイッチデバイスとの間の接続は、特に、マスタデバイスの単一マスタポートとスイッチデバイスの物理マスタ側ポートとの間に確立されるマスタ通信チャネルを介して実現できる。
複数のフィールドデバイスとスイッチデバイスとの間の接続は、特に、スイッチデバイスの複数の物理フィールドデバイス側ポートと各フィールドデバイスとの間で確立される複数のフィールドデバイス通信チャネルを介して実現できる。複数のフィールドデバイスは、各フィールドデバイス上のフィールドポートを介して複数のフィールドデバイス側ポートに接続されることができる。
単一マスタポート、マスタ側ポート、複数のフィールドデバイス側ポート、及び／又は複数のフィールドポートは、例えば、ピンポート、ＩＯリンクポート、ＵＳＢポート、無線受信機／送信機、又は任意のタイプの物理コネクタであることができる。マスタ側ポートと単一マスタポートとの間の接続、及びフィールドデバイス側ポートと各フィールドデバイスとの間の接続は、接続ケーブルを使用するか、又は例えばブルートゥース又はＷｉ−Ｆｉを使用してワイヤレスに実行されることができる。
マスタデバイスから各フィールドデバイス又はフィールドデバイスからマスタデバイスに送信されるデータは、スイッチデバイスを介して、特に上記で定義されたマスタ通信チャネル及びフィールドデバイス通信チャネルを使用して送信され得る。特に、マスタ通信チャネルを介してデータを転送するために使用される通信プロトコルは、複数のフィールドデバイス通信チャネルを介してデータを転送するために使用される通信プロトコルと同一である。ここでは、同一の通信プロトコルを「単一通信プロトコル」と称する。前記単一の通信プロトコルは、ＩＯリンク通信プロトコルであってもよく、これについては以下で詳述する。
スイッチデバイスには、マスタデバイスとフィールドデバイスの間でデータをやり取りする排他的な機能がある。
マスタデバイスと複数のフィールドデバイスとの間の通信は、ポイント・ツー・ポイント通信、特にＳＤＣＩ（シングルドロップデジタル通信インターフェイス）通信であり得る。即ち、マスタデバイスは、フィールドデバイスから選択された特定のフィールドデバイスにデータを送ることができる。このようなポイント・ツー・ポイント通信を実現するために、マスタデバイスはスイッチデバイスを介してどのフィールドデバイスに接続されているかに関する認識を使用できる。
マスタデバイスとフィールドデバイス間の通信で単一の通信プロトコルを使用することにより、情報の損失を回避できる。特に、転送されたデータはスイッチデバイスで変更又は交換なく維持されるため、データ転送の効率が改善される。例えば、データは、スイッチデバイス内を含め、マスタデバイスとフィールドデバイスの間で、生データとして排他的に送信される。
提案のスイッチデバイスは、複数のフィールドデバイスをマスタデバイスの１つのマスタポートのみにリンクすることを可能にする。これにより、マスタデバイスに接続されるフィールドデバイスの数を大幅に増やすことができる。特に、いくつかのスイッチデバイスが同じマスタデバイスに接続できるため、マスタデバイスに接続できるフィールドデバイスの数を更に増やすことができる。従って、自動化ネットワークで使用されるフィールドデバイスの数は、追加のマスタデバイスを使用せずに増やすことができる。これにより、自動化ネットワークのコストを削減できる。
更に、ケーブルを使用してフィールドデバイスをマスタデバイスに接続する場合、スイッチデバイスを使用して、マスタへのケーブルの量を減らすことができる。これにより、ケーブリングの間違いを回避できる。更に、使用されるケーブルの量を減らすことは、マスタデバイスが適切に到達できない場合に特に有利である。
更に、提案のスイッチデバイスは、マスタデバイスに接続されたフィールドデバイスの交換を容易にする。実際に、フィールドデバイスのいくつかのセットは、いくつかのスイッチデバイスに予め接続できる。それから、マスタデバイスに接続されたスイッチデバイスが交換されると、マスタデバイスに接続されたフィールドデバイスも交換される。これは、例えば、ロボットヘッドなどの接続用のスペースが限られている応用で特に有効である。
更に、マスタデバイスとフィールドデバイスの間の物理的距離は、マスタデバイスとスイッチデバイスの間、及びスイッチデバイスとフィールドデバイスの間の無線、特に光無線接続を使用して増長させることができる。これは、ケーブルの破損を防ぐことができるため、危険な環境で特に有利である。更に、ワイヤレス接続により、ケーブルを必要とせずに移動するフィールドデバイスに使用を可能とさせる。
さらなる実施形態によれば、通信プロトコルは、ＩＯリンク通信プロトコルである。特に、マスタ通信チャネル及び複数のフィールドデバイス通信チャネルを介して送信されるデータは、ＩＯリンク規格に従って送信される。
特に、ＩＯリンク規格は、フィールドデバイスと通信するための国際的に規格化されたＩ／Ｏ技術（ＩＥＣ６１１３１−９）を指す。そのようなＩＯリンク通信の場合、単一マスタポート、マスタ側ポート、複数のフィールドデバイス側ポート及び／又は複数のフィールドポートは、ＩＯリンク通信に適合されたＩＯリンクポートであることができる。
ＩＯリンク通信プロトコルは、特に、データが規格で定義されている伝送速度の１つで送信されるということに定義されている。交換されるデータのタイプは、プロセスデータの入力と出力を含む循環プロセスデータと、マスタデバイスからの要求時にのみフィールドデバイスによって送信される非周期的フィールドデバイスパラメータと、フィールドデバイスによって送信され、例えば、エラー、警告、又は通知を送信される非周期的なイベントデータと、を含む。データは、特定の構造を持つフレームで、例えば、選択されたフィールドデバイスに向けられたマスタデバイスからの第１又は要求メッセージと、フィールドデバイスからの第２又は応答メッセージを含むＦ又はＭシーケンスとして転送される。特に、マスタデバイスと各フィールドデバイスの間でポイント・ツー・ポイントＳＤＣＩ通信が実行される。
通信プロトコルとしてＩＯリンク通信プロトコルを使用することで、マスタデバイスとフィールドデバイスの間のデータ伝送の信頼性を高めることができる。特に、マスタデバイスがフィールドデバイスからの要求に対する応答を受信しない場合、要求は２回再送信されることができる。これら２回の追加試行も失敗した場合にのみ、マスタによってエラー通知が発行されることができる。
実施形態では、マスタ通信チャネル及び／又はフィールドデバイス通信チャネルは、フィールドバスではない。例えば、マスタ通信チャネル及び／又はフィールドデバイス通信チャネルは、イーサキャットなどのフィールドバスインフラストラクチャに依存するチャネルではなく、ＩＯリンク通信チャネルであることができる。
さらなる実施形態によれば、マスタデバイスはＩＯリンクマスタデバイスであり、複数のフィールドデバイスからの少なくとも１つのフィールドデバイスは、ＩＯリンクデバイスである。
特に、ＩＯリンクデバイスはＩＯリンク仕様をサポートするフィールドデバイスである。ＩＯリンクデバイスはＳＤＣＩ準拠のフィールドデバイスであることができる。ＩＯリンクデバイスは、特にＩＯリンク規格で定義された伝送速度の１つでスイッチデバイスとの間でデータを送受信できる。
更に、ＩＯリンクマスタは、ＩＯリンク仕様をサポートするマスタデバイスであることができる。ＩＯリンクマスタは、ＳＤＣＩ準拠のマスタデバイスであることができる。ＩＯリンクマスタは、特にＩＯリンク規格で定義された全ての伝送速度でスイッチデバイスとの間でデータを送受信できる。
ＩＯリンクマスタ、ＩＯリンクデバイス、及びスイッチデバイスは、単一ＩＯリンクシステムを形成できる。特に、ＩＯリンクシステムは、１つのＩＯリンクマスタのみを備える。上と下に定義されるスイッチデバイスを使用することで、単一ＩＯリンクシステム内のフィールドデバイスの総数を増やすことができる。
さらなる実施形態によれば、スイッチデバイスは、マスタ側ポートと複数のフィールドデバイス側ポートの間に提供されるダウンストリーム送信ユニットを更に備え、そのダウンストリーム送信ユニットは、マスタ側ポートでマスタデバイスから受信したダウンストリームデータを複数のフィールドデバイス側ポートから選択された被選択フィールドデバイス側ポートに周期的又は非周期的に送信するように構成され、その被選択フィールドデバイス側ポートは、ダウンストリームデータと共に受信され、ダウンストリームデータの送信先であるフィールドデバイスを示す送信先情報に従って選択される。
ここで、「ダウンストリーム」とは、特にはスイッチデバイスを経由し、マスタデバイスからフィールドデバイスのうちの１つへ向かう方向を指す。マスタデバイスからフィールドデバイスの１つにデータを送信するには、例えばフィールドデバイスを制御するための制御データやフィールドデバイスへの要求などのデータは、マスタ通信チャネルを介してスイッチデバイスにダウンストリームデータとして送信できる。ダウンストリームデータは、複数のフィールドデバイスのうち、ダウンストリームデータの送信先であるフィールドデバイス（被選択フィールドデバイス）を示す送信先情報を包含するか、又はそれに関連付けることができる。送信先情報は、特にマスタデバイスによってダウンストリームデータに関連付けられる。
ダウンストリーム送信ユニットは、受信したダウンストリームデータから送信先データを抽出し且つ／又は読み出し、その送信先データをダウンストリームデータが送信先情報に従って送信先とされた被選択フィールドデバイスに接続された被選択フィールドデバイス側ポートに送信することができる。これを拡張するには、スイッチデバイスは、どのフィールドデバイスが接続されているか、特にどのフィールドデバイスがスイッチデバイスのどのフィールドデバイス側ポートに接続されているかを知る必要がある。例えば、スイッチデバイスに接続されたフィールドデバイスに関する情報は、フィールドデバイス構成パラメータとしてスイッチデバイスのスイッチ記憶ユニットに格納できる。フィールドデバイス構成パラメータは、スイッチデバイスを構成するときにマスタデバイスによって記憶ユニットに格納されることができる。
従って、スイッチデバイスは、ダウンストリームデータを送信先のフィールドデバイスに向ける機能を有する。特に、データがＩＯリンクプロトコルに従って送信される場合、スイッチデバイスはポイント・ツー・ポイント通信を実現する上で主要な役割を果たすことができる。特に、現在のスイッチデバイスは、データ形式を変更せずに、マスタデバイスから被選択フィールドデバイスにダウンストリームデータを渡すことができる。
さらなる実施形態によれば、マスタ側ポートでマスタデバイスから受信されるダウンストリームデータは、それぞれが送信先情報として関連付けされたダウンストリームメッセージ情報を有する複数のダウンストリームメッセージを含むダウンストリームデータパケットである。そして、スイッチデバイスは、ダウンストリームデータパケットのダウンストリームメッセージをアンパックし、それらをそれぞれのダウンストリームメッセージ情報とともにダウンストリーム送信ユニットに送信するように構成されたマスタ側ポートとダウンストリーム送信ユニットの間に提供されるアンパックユニットを更に備える。
ダウンストリームデータパケットは、複数のフィールドデバイスとは異なるフィールドデバイスを送信先としたバルク又は複数のダウンストリームメッセージを含むことができる。各ダウンストリームメッセージは、マスタデバイスによって生成又は送信されることができ、更に、各ダウンストリームメッセージに送信先情報を追加又は関連付けし、ダウンストリームデータパケットにおいていくつかのダウンストリームメッセージをグループ化する。スイッチデバイスによって受信されたダウンストリームデータパケットは、異なるダウンストリームメッセージを分離するために、アンパッキングユニットによってアンパックされることができる。次に、異なるダウンストリームメッセージがアンパッキングユニットからダウンストリーム送信ユニットに送信されることができ、特に、ダウンストリームメッセージが送信先情報に従って送信先とされた被選択フィールドデバイスに接続された被選択フィールドデバイス側ポートに各ダウンストリームメッセージを転送する。アンパッキングユニットとダウンストリーム送信ユニットは、単一の物理ユニットであることができる。
スイッチデバイスは、ダウンストリームデータパケットにおいて受信した異なるダウンストリームメッセージを、被選択フィールドデバイスに配信できる。ダウンストリームデータはダウンストリームデータパケットで送信されるため、マスタデバイスとスイッチデバイスの間でデータを送信するために伝送速度を上げることなく、大量のダウンストリームデータが各フィールドデバイスに転送されることができる。これにより、スイッチデバイスは更に改善される。
さらなる実施形態によれば、スイッチデバイスは、マスタ側ポートと複数のフィールドデバイス側ポートの間に提供され、対応するフィールドデバイス側ポートでフィールドデバイスの１つから受信したアップストリームデータをマスタ側ポートに周期的又は非周期的に送信するように構成されたアップストリーム送信ユニットを更に備える。
ここで、「アップストリーム」とは、特にスイッチデバイスを介して、フィールドデバイスの１つからマスタデバイスに向かう方向を指す。フィールドデバイスの１つからマスタデバイスにデータを送信するために、例えば、フィールドデバイスによって検知されたセンサデータ又はマスタデバイスから受信した要求への応答などのデータは、アップストリームデータとして、又はアップストリームメッセージとしてアップストリームデータの転送元のフィールドデバイスに対応するフィールドデバイス通信チャネルを介してスイッチデバイスに送信されることができる。
さらなる実施形態によれば、アップストリーム送信ユニットは、アップストリームデータがどのフィールドデバイスから発信されたかを示す発信元情報とともにマスタ側ポートにアップストリームデータを送信する。
アップストリーム送信ユニットは、複数のフィールドデバイスのうちのアップストリームデータが発信されているフィールドデバイスを示す発信元情報をアップストリームデータに関連付けることができる。
発信元情報は、メタデータと見なされる。それは、例えば、記憶ユニットに格納されるスイッチデバイスに接続されたフィールドデバイスに関する情報を使用して、スイッチデバイス、特にアップストリーム送信ユニットによってアップストリームデータに関連付けされることができる。スイッチデバイス、特にアップストリーム送信ユニットは、更にメタデータをアップストリームデータに関連付けることができる。あるいは、発信元情報は、発信元フィールドデバイス自体によってアップストリームデータに関連付けられることができる。
特にマスタデバイスがＩＯリンクマスタであり、且つフィールドデバイスがＩＯリンクデバイスである場合、ダウンストリームデータメッセージとそれに続くアップストリームデータメッセージは、マスタデバイスとフィールドデバイスによって交換されるシーケンスと見なすことができる。
従って、スイッチデバイスは、発信元情報とともに、アップストリームデータをマスタデバイスに向ける機能がある。マスタデバイスは、スイッチデバイスを介して受信したアップストリームデータを管理可能であり得る。特に、現在のスイッチデバイスは、フィールドデバイスからマスタデバイスにアップストリームデータを渡すことができる。マスタデバイスは、受信したアップストリームデータを上位ネットワークに渡すことができる。
さらなる実施形態によれば、対応するフィールドデバイス側ポートで各フィールドデバイスから受信されるアップストリームデータは、アップストリームメッセージである。そして、スイッチデバイスは、アップストリーム送信ユニットとマスタ側ポートの間に提供され、対応するフィールドデバイス側ポートを介して少なくとも２つのフィールドデバイスから受信した少なくとも２つのアップストリームメッセージをアップストリームパケットにパックし、そのアップストリームパケットをマスタ側ポートに送信するように構成されたパッキングユニットを更に備える。
パッキングユニットは、いくつかのフィールドデバイスから受信したアップストリームメッセージを収集することができる。また、発信元情報を関連付けることもある。実施形態において、少なくとも２つのアップストリームメッセージをアップストリームパケットにパックすることは、パッキングユニットによる少なくとも２つのアップストリームメッセージの圧縮又はカプセル化を含む。収集されたアップストリームメッセージは、特にバルクでクラスタ化又は圧縮されてアップストリームパケットを形成し、アップストリームパケットは、上記のアップストリームデータと同じ方法でアップストリーム送信ユニットに送信できる。アップストリーム送信ユニットは、フィールドデバイスから個々のアップストリームメッセージを取得するためにアップストリームパケットをアンパックできるマスタデバイスにアップストリームパケットを送信することができる。アップストリーム送信ユニットとパッキングユニットは１つの物理ユニットにすることができる。
アップストリームデータがアップストリームデータパケットで送信されるため、マスタデバイスとスイッチデバイスの間でデータを送信するための伝送速度を上げることなく、大量のアップストリームデータが一度にマスタデバイスに転送されることができる。
さらなる実施形態によれば、スイッチデバイスは、
対応するフィールドデバイスによってサポートされる伝送速度と符合して、各フィールドデバイス通信チャネルを介してデータが送信されることができるレートを示す各フィールドデバイス側ポートに対するフィールドデバイス伝送速度と、
マスタデバイスによってサポートされる伝送速度と符合して、前記マスタ通信チャネルを介してデータが送信されることができるレートを示すマスタ側ポートのマスタ伝送速度と、
マスタ通信チャネルを介してマスタデバイスとスイッチデバイスとの間でダウンストリーム又はアップストリームデータを送信するのにかかる時間を示すマスタサイクルタイムと、
対応するフィールドデバイス通信チャネルを介してフィールドデバイスの１つとスイッチデバイスとの間でダウンストリーム又はアップストリームデータを送信するのにかかる時間を示すフィールドデバイスサイクルタイムと、
の少なくとも1つを含む設定データを格納するための記憶ユニットを更に備える。
フィールド及びマスタ伝送速度は、上記伝送速度の例であり得る。ここで、各伝送速度は、ボーレートに対応し得る。特に、各フィールドデバイスは、特定の伝送速度のみをサポートでき、それは、フィールドデバイス通信チャネルを介してフィールドデバイスと通信する場合、スイッチデバイスによって考慮されることができる。例えば、各フィールドデバイスに送信されるダウンストリームデータは、格納されたフィールドデバイスの伝送速度に従ってのみ送信されることができる。
更に、マスタデバイスは、１つ又はいくつかの特定のマスタ伝送速度をサポートでき、それは、マスタ通信チャネルを介してマスタデバイスと通信する場合にスイッチデバイスによって考慮されることができる。例えば、マスタデバイスに送信されるアップストリームデータは、格納されたマスタ伝送速度に従ってのみ送信されることができる。
マスタサイクルタイムは、マスタ通信チャネルで送信されるアップストリーム又はダウンストリームメッセージの長さと、マスタデバイス及びスイッチデバイスでの遅延時間で構成される。更に、各フィールドデバイスに固有であり得るフィールドデバイスサイクルタイムは、フィールドデバイス通信チャネルで送信されるアップストリーム又はダウンストリームメッセージの長さと、各フィールドデバイス及びスイッチデバイスの遅延時間で構成される。
さらなる実施形態によれば、スイッチデバイスは、スイッチデバイスに接続された各フィールドデバイスに対して、各フィールドデバイスのフィールドデバイス伝送速度及びフィールドデバイスサイクルタイムのうちの少なくとも１つを含むフィールドデバイス構成パラメータを設定するため、及び／又は、スイッチデバイスに接続されたマスタデバイスに対して、マスタ伝送速度及びマスタサイクルタイムの少なくとも１つを含むマスタ構成パラメータを設定するための設定ユニットを更に含む。
特に、フィールドデバイスがスイッチデバイスに最初に接続される時、スイッチデバイスの設定ユニットは、接続されたフィールドデバイスからフィールド構成パラメータを受信する。これらは、どのフィールドデバイスがスイッチデバイスのどのフィールドデバイス側ポートに接続されているかに関する情報も含むことができる。フィールドデバイス構成パラメータは、マスタデバイスからの要求に対する応答として取得されることができる。フィールドデバイス通信チャネルは、各受信されたフィールドデバイス構成パラメータを考慮して設定され得る。
更に、スイッチデバイスがマスタデバイスに最初に接続される時、スイッチデバイスの設定ユニットは、接続されたマスタデバイスからマスタ構成パラメータを受信できる。マスタ通信チャネルは、受信したマスタ構成パラメータを考慮して設定され得る。マスタ及びフィールド構成パラメータは、特に記憶ユニットに格納される。
さらなる実施形態によれば、マスタ通信チャネル及び／又はフィールドデバイス通信チャネルは、フィールドデバイス伝送速度、マスタ伝送速度、マスタサイクルタイム、及びフィールドデバイスサイクルタイムのうちの少なくとも１つを考慮して設定される。
スイッチデバイスは、マスタデバイスとフィールドデバイスの間に最初に接続される時、マスタデバイスとフィールドデバイスから受信した構成パラメータに従って、フィールドとマスタ通信チャネルを柔軟に設定できる。１つ又はいくつかのフィールドデバイスが削除、追加、又は交換される時、設定ユニットは構成パラメータを更新することができる。従って、柔軟なスイッチデバイスが提供される。
さらなる実施形態によれば、スイッチデバイスは、マスタデバイスとフィールドデバイスとの間のデータの送信を制御するためのフィールドデバイススタックを更に備える。特に、フィールドデバイススタックは、スイッチデバイスのパッキング及びアンパックユニット、ダウンストリーム及びアップストリーム送信ユニット、記憶ユニット、設定ユニット等のさまざまなユニットと連携して、マスタ通信チャネル及びフィールドデバイス通信チャネルを設定し、マスタデバイスとフィールドデバイスとの間のデータの送信を実現する。
さらなる実施形態によれば、マスタデバイスは、マスタデバイスとスイッチデバイスとの間のデータの送信を制御するためのマスタスタックを含む。特に、マスタスタックはフィールドデバイスのマスタデバイスへの登録を制御し、スイッチデバイスとの通信を設定する。
さらなる可能な実装又は代替解決策は、実施形態に関して上記又は下記で説明される特徴の組み合わせ（ここでは明示的に言及されていないもの）も包含する。当業者は、個々の実施形態に個々の又は独立した態様及び特徴を追加することもできる。
本発明は、従来技術の欠点を克服し、改善されたスイッチデバイスを提供する。本発明は、更に、改善された自動化ネットワークを提供する。
本発明のさらなる実施形態、特徴および利点は、添付の図面と併せて、後述の説明および従属請求項から明らかとなる。
第１実施形態による自動化ネットワークを示す図である。 第２実施形態による自動化ネットワークを示す図である。 第１実施形態によるスイッチデバイスを示す図である。 第３実施形態による自動化ネットワークの一部を示す図である。 第４実施形態による自動化ネットワークの一部を示す図である。
図面において、別途示していなければ、同一の符号は同一又は機能的に同等の要素を示す。
本開示では、「ＩＯリンク」は、国際規格ＩＥＣ６１１３１−９に準拠し、且つ互換性を有する、特に後述の規格に準拠したセンサ及びアクチュエータと通信するための技術を指す。「ＩＯリンク」という用語は、欧州規格ＥＮ６１１３１及びＥＮ６１４９９に準拠したデバイス及び通信プロトコルも含む。
図１は、第１実施形態による自動化ネットワーク１００を示している。自動化ネットワーク１００は、マイクロチップなどの製品を生産するファクトリオートメーションシステムである。自動化ネットワーク１００は、上位ネットワーク１０と下位ネットワーク１９を含む。上位ネットワーク１０は、図１の例ではパーソナルコンピュータ（ＰＣ）１１である制御ユニットにより下位ネットワーク１９を制御する。ＰＣ１１は、産業用イーサネット接続１２を介してマスタデバイス３のネットワークポート１３に接続される。マスタデバイス３は、マスタスタック３３によって制御され、上部と下位ネットワーク１０、１９の間のインターフェイス又はゲートウェイを提供し、これにより、上部と下位ネットワーク１０、１９の間の通信が可能になる。
下位ネットワーク１９は、マスタデバイス３だけでなく、スイッチデバイス１を介してマスタデバイス３に接続された複数の４つのフィールドデバイス２ａ〜２ｄも含む。図１の例では、マスタデバイス３は、ＩＯリンクマスタであり、個々のフィールドデバイス２ａ〜２ｄはすべてＩＯリンクデバイスである。ＩＯリンクマスタデバイス３、スイッチデバイス１及び４つのＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄは、ＩＯリンクシステム２０を形成する。ＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄは、ＩＯリンクマスタ３からのリクエストに応答するインテリジェントデバイスである。ここで、ＩＯリンクデバイス２ａ及び２ｂは、生産中の製品を移動させるためのモータであり、ＩＯリンクデバイス２ｃはドリルであり、ＩＯリンクデバイス２ｄはＩ／Ｏモジュールである。
ＩＯリンクマスタ３とＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄとの間の接続を確実にするために、ＩＯリンクマスタ３は、その下側に複数のマスタポート４、１４を備える。マスタポート４、１４は、ＩＯリンク規格に従ってＳＤＣＩ通信を実行するためのＩＯリンクポートである。マスタポート４、１４のそれぞれには、一度に任意の種類の１つのデバイスのみが接続されることができる。図１では、スイッチデバイスは、複数のマスタポート４、１４のマスタポートの１つ、即ち、ケーブル２８を介してマスタポート４に接続される。図１の残りのマスタポート１４は未使用のままである。従って、ＩＯリンクマスタ３とスイッチデバイス１との間の接続は、ＩＯリンクマスタ３のマスタポート４及びスイッチデバイス１のマスタ側ポート５を介して発生する。マスタ側ポート５は、ＩＯリンクポートでもある。
マスタポート４とマスタ側ポート５との間で、マスタ通信チャネルＭＣＣが確立され、ＩＯリンクマスタ３とスイッチデバイス１との間の通信が可能になる。マスタ通信チャネルＭＣＣを介した通信は双方向であり、ＩＯリンクマスタ３は、ダウンストリーム送信方向Ｄでデータをスイッチデバイス１に転送し、アップストリーム送信方向Ｕでスイッチデバイス１から情報を受信することができる。
更に、スイッチデバイス１は、物理フィールドデバイス側ポート６ａ〜６ｄを介してＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄに接続され、ここでは、ＩＯリンクデバイス側ポートである。ＩＯリンクデバイス側ポート６ａ〜６ｄは、ＩＯリンク規格に従ってＳＤＣＩ通信を実行するためのＩＯリンクポートである。各ＩＯリンクデバイス側ポート６ａ〜６ｄには、ケーブル２８を介してＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄの１つが正確に接続される。接続を可能にするために、ＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄは、それぞれデバイスＩＯリンクポート２４を有する。スイッチデバイス１を使用することで、いくつか（ここでは４つ）のＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄをＩＯリンクマスタ３の単一マスタポート４に効率的に接続できる。
ＩＯリンクデバイス側ポート６ａ〜６ｄのそれぞれと各ＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄとの間に、フィールドデバイス通信チャネルＦＣＣが確立され、各ＩＯリンクフィールドデバイス２ａ〜２ｄとスイッチデバイス１との間の通信が可能になる。フィールドデバイス通信チャネルＦＣＣを介した通信は、双方向であり、ＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄは、それぞれアップストリーム送信方向Ｕでスイッチデバイス１にデータを転送し、ダウンストリーム送信方向Ｄでスイッチデバイス１から情報を受信することができる。スイッチデバイス１は、マスタデバイス３とフィールドデバイス２ａ〜２ｄ間の通信を制御するためのフィールドデバイススイッチ３２を備える。
個々のＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄとスイッチデバイス１との間の通信に使用される通信プロトコルは、スイッチデバイス１とＩＯリンクマスタ３との間の通信に使用される通信プロトコルと同一である。即ち、通信プロトコルは、ＩＯリンク規格に従ったＩＯリンク通信プロトコルである。下位ネットワーク１９では独自の通信プロトコルが使用されるため、ＩＯリンクマスタ３とＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄの間で送信される生データをスイッチデバイス１で変換する必要がなく、データ転送が容易になる。ＩＯリンクマスタ３と各ＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄとの間で、それぞれＩＯリンクチャネルに関してポイント・ツー・ポイント通信ＳＤＣＩ通信が実行される。
データは、ＩＯリンクマスタ３とＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄの間で周期的及び非周期的に転送される。即ち、プロセスデータは、データフレームを備え且つＩＯリンクマスタ３からのダウンストリームメッセージとＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄからのアップストリームメッセージを含むシーケンスで周期的に送信される。要求に応じて、ＩＯリンクマスタ３から要求を受信した場合にのみ、ＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄによって非周期的にデータが送信される。最後に、失敗や異常などのイベントは、ＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄによって非周期的に伝達される。
データは、ＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄとＩＯリンクマスタ３の間でＩＯリンクプロトコルを使用して送信される必要はない。また、ＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄとＩＯリンクマスタ３の間でアナログ及び／又はデジタルデータとして送信されることもできる。
図２は、第２実施形態による自動化ネットワーク１０１を示している。自動化ネットワーク１０１は、第１実施形態による自動化ネットワーク１００に良く似ている。２つの実施形態の主な違いは、図２に示す自動化ネットワーク１０１で異なるマスタデバイスが使用されることである。即ち、図２では、マスタデバイス３’もＩＯリンクマスタであるが、３つのＩＯリンクマスタポート４、１４のみを含むという点で図１のＩＯリンクマスタ３とは異なる。第２実施形態では、ＩＯリンクマスタ３’のマスタポート４、１４に接続される様々な実体があり、これらは従来技術であるとおり、フィールドデバイス、特にＩＯリンクデバイスをＩＯリンクマスタのマスタポートに接続するための異なるオプションを提供する。
更に、第２実施形態による自動化ネットワーク１０１では、第２マスタデバイス２３が上位ネットワーク１０と結合される。即ち、第２マスタデバイス２３は、従来技術であるとおり、ＩＯリンクマスタ３’を介してフィールドバス１２に接続される。フィールドバス１２は、イーサキャットフィールドバス、イーサネット／ＩＰフィールドバス、プロフィバスフィールドバス、インターバスフィールドバスなどであることができる。図２の例では、フィールドバス１２は、イーサキャットフィールドバスＥＣＡＴである。第２マスタデバイス２３は、ＩＯリンクマスタでもあり、これは一般に上記に詳述したＩＯリンクマスタ３と同じである。特に、第２ＩＯリンクマスタ２３は、また、４つのフィールドデバイス２７が接続される４つのポート（図示せず）を有し、フィールドデバイス２７もＩＯリンクデバイスである。第２ＩＯリンクマスタ２３と個々のＩＯリンクデバイス２７との間の通信は、ＩＯリンクプロトコルを使用して実行することができる。しかしながら、ＩＯリンクマスタ３’と第２ＩＯリンクマスタ２３との間の一点鎖線で示される通信は、ＩＯリンクプロトコルを使用して実行されない。むしろ、通信パスは、ＩＯリンクマスタ３’を通過し、イーサキャットフィールドバスＥＣＡＴを介して第２ＩＯリンクマスタ２３と結合する。従って、ＩＯリンクマスタ３’とＩＯリンクマスタ２３との間の通信のタイプは、ＩＯリンクマスタ２３とフィールドデバイス２７との間の通信プロトコルと同じではない。
更に、イーサキャット接続は、特に高価であり、詳細な設定が必要である。従って、下位ネットワーク１９における２つのＩＯリンクマスタ３’、２３の使用は、スイッチデバイス１を使用して自動化ネットワークで使用可能なマスタポートの数を増やすよりもコストが高くなる。更に、スイッチデバイス１を使用すると、ネットワーク１０２を簡単化できる。更に、２つのＩＯリンクマスタの使用は、それぞれＩＯリンクマスタ３’、２３の１つを含む２つの別個のＩＯリンクシステム２１及び２２の存在のためである。対照的に、以下でより詳細に説明するスイッチデバイス１は、ＩＯリンクチャネルをＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄに切り替えるのみである。
更に、図２では、左から順に第１マスタポート１４は、従来技術であるとおり、ケーブル２８を介して別のＩＯリンクデバイス２９に直接接続される。このタイプの接続を使用すると、ＩＯリンクマスタの単一マスタポートに物理的に接続できるＩＯリンクデバイスの数は１つに制限される。
第２マスタポート１４は、従来技術であるとおり、ケーブル２８を介してデジタルハブ１８に接続される。デジタルハブ１８自体は、温度及び圧力センサなどの２つの従来の非インテリジェントセンサ３１に接続される。センサ３１は、ケーブル２８を介してデジタルデータＤＩＧをデジタルハブ１８に通信し、ＩＯリンク機能を提供しない。但し、センサ３１とデジタルハブ１８の間の通信は、ＩＯリンクプロトコルを使用しない。一方、ＩＯリンクマスタ３とデジタルハブ１８との間の通信は、ＩＯリンクプロトコルに従って実行される。従って、デジタルハブ１８は、デジタルデータをセンサ３１からＩＯリンクマスタ３’に送るために変換を実行する必要がある。更に、デジタルハブ１８は、フィールドデバイス、特にＩＯリンクマスタ３’によってそれに接続されたセンサ３１の制御を可能とさせない。
ＩＯリンクマスタ３’のマスタポート４は、図１に関して前述したのと同じ方法でスイッチデバイス１に接続される。図２では、イーサキャット通信を示す「ＥＣＡＴ」とラベル付けされたチャネルとデジタル通信を示す「ＤＩＧ」チャネルを除き、下位ネットワーク１９の全ての通信チャネルがＩＯリンク通信プロトコルを使用した通信に使用されることができる。
図３は、第１実施形態によるスイッチデバイス１を示す。スイッチデバイス１は、ＩＯリンクマスタ３又は３’と、図１及び図２に示す自動化ネットワーク１００又は１０１のＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄとの間に配置されることができる。
スイッチデバイス１は、既に説明したＩＯリンクフィールドデバイス側ポート６ａ〜６ｄ、マスタ側ポート５及びフィールドデバイススタック３２を備える。このほか、スイッチデバイス１は、ダウンストリーム送信ユニット７、アップストリーム送信ユニット８を備える。任意選択で、スイッチデバイス１は、記憶ユニット１６にリンクされた設定ユニット１７、パッキングユニット９及びアンパッキングユニット１５を含むこともできる。図３では、アップストリームデータフローＵは、点線矢印で示され、ダウンストリームデータフローＤは、連続矢印で示される。
ＩＯリンクマスタ３からＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄに送信されたダウンストリームデータは、マスタ側ポート５で受信される。ダウンストリームデータは、個々のＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄに対する複数のダウンストリームメッセージを含むダウンストリームデータパケットとして受信される。マスタ側ポート５によるダウンストリームデータパケットの受信の後、それは、スイッチデバイス１におけるデータの通信を制御するフィールドデバイススタック３２を介してスイッチデバイス１のアンパッキングユニット１５に送信される。アンパッキングユニットは、ダウンストリームデータパケットを個々のダウンストリームメッセージに分離し、これらを送信ユニット７に送信する。
各ダウンストリームメッセージは、例えばフレームのヘッダに関連付けられた送信先情報を有することができ、これは、送信ユニット７によって読み出される。次に、送信ユニット７は、読み出された送信先情報に従って、個々のダウンストリームメッセージをＩＯリンクデバイス側ポート６ａ〜６ｄの１つに向けて送信する。例えば、ダウンストリームメッセージがＩＯリンクデバイス２ｃに向けたものであることを送信先情報が示す場合、送信ユニット７は、ダウンストリームメッセージをＩＯリンクフィールドデバイス側ポート６ｃに送信し、ＩＯリンクフィールドデバイス側ポート６ｃは、選択されたＩＯリンクデバイス２ｃにダウンストリームメッセージを送信する。
図３では、送信ユニット７は、設定ユニット１７の記憶ユニット１６に接続される。記憶ユニット１６は、とりわけ、どのＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄがフィールドデバイス構成パラメータとしてどのＩＯリンクデバイス側ポート６ａ〜６ｄに接続されているかを示す情報を含む。言い換えれば、ＩＯリンクデバイス２ａがＩＯリンクフィールドデバイス側ポート６ａに接続されていることなどを示す。記憶ユニット１６に格納された情報は、特定のダウンストリームメッセージの送信先となるＩＯリンクデバイス側ポート６ａ〜６ｄを決定するためにダウンストリーム送信ユニット７によって使用される。
ＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄからＩＯリンクマスタ３に送信されたアップストリームデータは、それぞれのＩＯリンクフィールドデバイス側ポート６ａ〜６ｄで受信される。アップストリームデータは、ＩＯリンクデバイス側ポート６ａ〜６ｄで個々のアップストリームメッセージとして受信され、スイッチデバイスのアップストリーム送信ユニット８に送信される。記憶ユニット１６に格納され、どのＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄがどのＩＯリンクデバイス側ポート６ａ〜６ｄに接続されているかを示すフィールドデバイス構成パラメータに基づき、アップストリーム送信ユニット８は、各アップストリームメッセージに、どのＩＯリンクｄｅｖｉｃｅ２ａ〜２ｄからのアップストリームメッセージであるかを示す発信元情報を関連付ける。発信元情報は、アップストリームメッセージのヘッダに書き込まれる。
次に、アップストリーム送信ユニット８からパッキングユニット９に発信元情報とともにアップストリームメッセージが送信される。パッキングユニット９は、発信元情報を含む受信したアップストリームメッセージのいくつかを単一のアップストリームデータパケットにグループ化し、ＩＯリンクマスタ３への送信のためにアップストリームデータパケットをマスタ側ポート５に向けて送信する。
ＩＯリンクマスタ３は、受信したアップストリームデータパケットをアンパックし、発信元情報とＩＯリンクマスタ３にマッピングされているＩＯリンクシステム２０に関する情報を使用して、個々のアップストリームメッセージをＩＯリンクフィールドデバイス２ａ〜２ｄに関連付ける。
設定ユニット１７は、特にスイッチデバイス１をＩＯリンクマスタ３に最初に接続する時、及びＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄをスイッチデバイス１に最初に接続する時、ＩＯリンクシステムの設定にも使用される。スイッチデバイス１をＩＯリンクマスタ３に最初接続する時、ＩＯリンクマスタ３は、スイッチデバイスの設定ユニット１７から、スイッチデバイス１がＩＯリンクマスタ３に接続されていることを示す情報を受信する。次に、スイッチデバイス１の設定ユニット１７は、ＩＯリンク規格で定義されたマスタ伝送速度とマスタ側ポート５を介したマスタサイクルタイムを含むマスタ構成パラメータを受信する。これらの構成パラメータは、記憶ユニット１６に格納され、アップストリームデータを送信する時にアップストリーム送信ユニット８及びパッキングユニット９によって考慮される。
特定の実施形態では、ＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄがスイッチデバイス１に最初に接続される時（図１又は図２を参照）、ＩＯリンクマスタ３は、スイッチデバイス１を介してＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄから情報、特にＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄのアドレスを取得し、ＩＯリンクマスタ３にＩＯリンクマスタスタック（図示せず）に対してＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄを登録することを可能にさせる。登録されたＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄに基づき、ＩＯリンクマスタ３は、スイッチデバイス１を構成する。その中で、ＩＯリンクマスタ３は、他のフィールドデバイス構成パラメータと同様に、ＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄのアドレスをスイッチデバイス１の設定ユニット１７に通信する。他のフィールドデバイス構成パラメータ、即ち、ここではＩＯリンクデバイス構成パラメータは、どのＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄがどのＩＯリンクデバイス側ポート６ａ〜６ｄに接続されているかを示す情報、各ＩＯリンクデバイスのフィールドデバイス伝送速度としてのＩＯリンク伝送速度及びフィールドデバイスサイクルタイムとしてのＩＯリンクサイクルタイムを含む。これらのＩＯリンクデバイス構成パラメータは、記憶ユニット１６に格納され、動作モードでダウンストリームデータをＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄに送信する時にダウンストリーム送信ユニット７によって使用される。例えば、ＩＯリンクデバイス２ｂに関する構成パラメータが、当該ＩＯリンクデバイス２ｂが３８．４ｋｂａｕｄの伝送速度をサポートすることを示す場合、ＩＯリンクデバイス２ｂへのデータ伝送はこの正確な伝送速度で行われる。
図４は、第３実施形態による自動化ネットワークの一部を示している。特に、図４は、下位ネットワーク１９を形成し、ＩＯリンクマスタ３、図１〜図３を参照して説明したような４つのスイッチデバイス１、及び１６個のＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｐを備えるＩＯリンクシステム２２を示す。図４のＩＯリンクシステム２２は、３つのマスタポート１４もスイッチデバイス１に接続されているという点で図１のＩＯリンクシステム２０と異なる。
即ち、ＩＯリンクマスタ３の４つのポート４、１４のそれぞれに、１つのスイッチデバイス１がケーブル２８を介して正確に接続され、それにより、各マスタポート４、１４と異なるスイッチデバイス１のマスタ側ポート５との間にマスタ通信チャネルＭＣＣが確立される。図１〜図３のスイッチデバイス１として、図４の４つのスイッチデバイス１は、それぞれＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｐを接続するための４つのＩＯリンクデバイス側ポート６ａ〜６ｄを有する。ＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｐは、任意のタイプのフィールドデバイスであることができる。各ＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｐと対応するＩＯリンクデバイス側のポート６ａ〜６ｄとの間で、上記のようにフィールドデバイス通信チャネルＦＣＣが確立される。ＩＯリンクマスタ３とＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｐとの間の通信は、ＩＯリンクプロトコルで実行される。
図４のＩＯリンクシステム２２では、１６個のＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｐがＩＯリンクマスタ３の４つだけのマスタポート４、１４に接続されることができ、これによりＩＯリンクシステム２２のサイズがそれなりに増大する。
図５は、第４実施形態による自動化ネットワーク１０３の一部を示している。詳細には、図５は、ＩＯリンクマスタ３のマスタポート４に接続できる２つの代替可能なロボットヘッド２５、２６を示している。第１ロボットヘッド２５は、各フィールドデバイス通信チャネルＦＣＣを介した通信のためにＩＯリンクデバイス２ａ〜２ｄに接続される図１〜図３を参照して上述したスイッチデバイス１を備え、第２ロボットヘッド２６は、各フィールドデバイス通信チャネルＦＣＣを介した通信のためにＩＯリンクデバイス２ｅ〜２ｈに接続される図１〜図３を参照して上述したスイッチデバイス１を備える。第１及び第２ロボットヘッド２５、２６は、予め取り付けられている。
第１又は第２ロボットヘッド２５、２６のいずれかが、例えばユーザによって選択され、ＩＯリンクマスタ３のマスタポート４に接続され、これにより、選択されたロボットヘッド２５、２６とＩＯリンクマスタ３との間でマスタ通信チャネルＭＣＣを介した通信が確立される。一方、他のロボットヘッド２５、２６は使用されない。ユーザがＩＯリンクマスタ３に接続されるツールを変更する場合、個々のＩＯリンクデバイス２５、２６を切断することなく、ロボットヘッド２５、２６を変更できる。これにより、ロボットヘッド２５、２６の変更が容易になる。
好適実施形態に従って本発明を説明したが、全ての実施形態において修正が可能であることは当業者には明らかである。例えば、マスタポート及びフィールドデバイス側ポートの数は、任意に選択できる。自動化ネットワークは、記憶装置などの異なる要素を備えることができる。マスタデバイスとフィールドデバイスとの間の通信は、ケーブルを使用する代わりにワイヤレスで実行できる。任意の種類のフィールドデバイスを使用できる。ＩＯリンクプロトコルとは異なるプロトコルをマスタデバイスとフィールドデバイスとの間の通信に使用できる。構成パラメータは、フィールドデバイス及び／又はマスタデバイスに関連するパラメータが更に含むことができる。
１ スイッチデバイス
２ａ〜２ｐ、２７、２９ フィールドデバイス
３、３’、２３ マスタデバイス
４、１４ マスタポート
５ マスタ側ポート
６ａ〜６ｄ フィールドデバイス側ポート
７ ダウンストリーム送信ユニット
８ アップストリーム送信ユニット
９ パッキングユニット
１０ 上位ネットワーク
１１ ＰＣ
１２ フィールドバス
１３ ネットワークポート
１５ アンパッキングユニット
１６ 記憶ユニット
１７ 設定ユニット
１８ デジタルハブ
１９ 下位ネットワーク
２０〜２２ ＩＯリンクシステム
２４ フィールドデバイスポート
２５、２６ ロボットヘッド
２８ ケーブル
３１ センサ
３２ フィールドデバイススタック
３３ マスタスタック
１００〜１０３ 自動化ネットワーク
Ｄ ダウンストリームデータ送信
ＥＣＡＴ ＥｔｈｅｒＣＡＴ
ＤＩＧ デジタルデータ送信
ＦＣＣ フィールドデバイス通信チャネル
ＭＣＣ マスタ通信チャネル
Ｕ アップストリームデータ送信

Claims (15)

  1. 複数のフィールドデバイス（２ａ〜２ｐ）をマスタデバイス（３）の単一マスタポート（４）に接続するためのスイッチデバイス（１）であって、前記マスタデバイス（３）は、前記複数のフィールドデバイス（２ａ〜２ｐ）と上位ネットワーク（１０）との間のゲートウェイを提供し、前記上位ネットワーク（１０）と前記複数のフィールドデバイス（２ａ〜２ｐ）との間の通信を制御するように構成され、前記スイッチデバイス（１）は、
    前記スイッチデバイス（１）を前記単一マスタポート（４）に接続し、前記マスタデバイス（３）と前記スイッチデバイス（１）との間にマスタ通信チャネル（ＭＣＣ）を確立するための物理マスタ側ポート（５）と、
    前記スイッチデバイス（１）を前記複数のフィールドデバイス（２ａ〜２ｐ）に接続し、前記各フィールドデバイス（２ａ〜２ｐ）と前記スイッチデバイス（１）との間に複数のフィールドデバイス通信チャネル（ＦＣＣ）を確立するための複数の物理フィールドデバイス側ポート（６ａ〜６ｄ）と、
    を備え、
    前記スイッチデバイス（１）は、自動化ネットワークのための単一通信プロトコルを使用して前記マスタ通信チャネル（ＭＣＣ）と前記複数のフィールドデバイス通信チャネル（ＳＣＣ）を介して、前記マスタデバイス（３）と前記複数のフィールドデバイス（２ａ〜２ｐ）との間でデータを転送する、スイッチデバイス。
  2. 前記通信プロトコルは、ＩＯリンク通信プロトコルである、請求項１に記載のスイッチデバイス。
  3. 前記マスタデバイス（３）は、ＩＯリンクマスタデバイスであり、前記複数のフィールドデバイス（２ａ〜２ｐ）における少なくとも１つのフィールドデバイスは、ＩＯリンクデバイスである、請求項１又は２に記載のスイッチデバイス。
  4. 前記マスタ側ポート（５）と前記複数のフィールドデバイス側ポート（６ａ〜６ｄ）との間に設けられ、前記マスタ側ポート（５）で前記マスタデバイス（３）から受信したダウンストリームデータを前記複数のフィールドデバイス側ポート（６ａ〜６ｄ）から選択された被選択フィールドデバイス側ポートに周期的又は非周期的に送信するように構成されたダウンストリーム送信ユニット（７）を更に備え、前記被選択フィールドデバイス側ポートは、ダウンストリームデータと共に受信した送信先情報に従って選択され、ダウンストリームデータの送信先とされる前記フィールドデバイス（２ａ〜２ｐ）を示す、請求項１〜３のいずれか一項に記載のスイッチデバイス。
  5. 前記マスタ側ポート（５）で前記マスタデバイス（３）から受信される前記ダウンストリームデータは、それぞれが前記送信先情報として関連されたダウンストリームメッセージ情報を有する複数のダウンストリームメッセージを含むダウンストリームデータパケットであり、
    スイッチデバイス（１）は、前記マスタ側ポート（５）と前記ダウンストリーム送信ユニット（７）との間に設けられ、前記ダウンストリームデータパケットの前記ダウンストリームメッセージをアンパックし、アンパックした前記ダウンストリームメッセージを前記ダウンストリームメッセージの各ダウンストリームメッセージ情報とともに前記ダウンストリーム送信ユニットに送信するように構成されたアンパックユニット（１５）を更に備える、請求項４に記載のスイッチデバイス。
  6. 前記マスタ側ポート（５）と前記複数のフィールドデバイス側ポート（６ａ〜６ｄ）との間に設けられ、前記対応するフィールドデバイス側ポート（６ａ〜６ｄ）で前記フィールドデバイス（２ａ〜２ｐ）の１つから受信したアップストリームデータを前記マスタ側ポート（５）に周期的又は非周期的に送信するように構成されたアップストリーム送信ユニット（８）を更に備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載のスイッチデバイス。
  7. 前記アップストリーム送信ユニット（８）は、前記アップストリームデータがどのフィールドデバイス（２ａ〜２ｐ）から発信されたかを示す発信元情報とともに前記アップストリームデータを前記マスタ側ポート（５）に送信する、請求項６に記載のスイッチデバイス。
  8. 前記対応するフィールドデバイス側ポート（６ａ〜６ｄ）で前記各フィールドデバイス（２ａ〜２ｐ）から受信した前記アップストリームデータは、アップストリームメッセージであり、
    前記スイッチデバイス（１）は、前記アップストリーム送信ユニット（８）と前記マスタ側ポート（５）との間に設けられ、前記対応するフィールドデバイス側ポートを介して少なくとも２つのフィールドデバイス（２ａ〜２ｐ）から受信した少なくとも２つのアップストリームメッセージをアップストリームパケットにパックし、前記アップストリームパケットを前記マスタ側ポート（５）に送信するように構成されたパッキングユニット（９）を更に備える、請求項６又は７に記載のスイッチデバイス。
  9. 前記少なくとも２つのアップストリームメッセージをアップストリームパケットにパックすることは、前記パッキングユニット（９）による前記少なくとものアップストリームメッセージの圧縮又はカプセル化を含む、請求項８に記載のスイッチデバイス。
  10. 前記対応するフィールドデバイス（２ａ〜２ｐ）によってサポートされる伝送速度と符合して、前記各フィールドデバイス通信チャネルを介して（ＦＣＣ）データが送信されることができるレートを示す各前記フィールドデバイス側ポート（６ａ〜６ｄ）に対するフィールドデバイス伝送速度と、
    前記マスタデバイス（３）によってサポートされる伝送速度と符合して、前記マスタ通信チャネル（ＭＣＣ）を介してデータが送信されることができるレートを示す前記マスタ側ポート（５）のマスタ伝送速度と、
    前記マスタ通信チャネル（ＭＣＣ）を介して前記マスタデバイス（３）と前記スイッチデバイスとの間でダウンストリーム又はアップストリームデータを送信するのにかかる時間を示すマスタサイクルタイムと、
    前記対応するフィールドデバイス通信チャネル（ＦＣＣ）を介して前記フィールドデバイス（２ａ〜２ｐ）の１つと前記スイッチデバイス（１）との間でダウンストリーム又はアップストリームデータを送信するのにかかる時間を示すフィールドデバイスサイクルタイムと、
    の少なくとも1つを含む設定データを格納するための記憶ユニット（１６）を更に備える、請求項１〜９のいずれか一項に記載のスイッチデバイス。
  11. 前記スイッチデバイス（１）に接続された各フィールドデバイス（２ａ〜２ｐ）に対して、各フィールドデバイス（２ａ〜２ｐ）の前記フィールドデバイス伝送速度及び前記フィールドデバイスサイクルタイムの少なくとも１つを含むフィールドデバイス構成パラメータを設定するため、及び／又は前記スイッチデバイス（１）に接続された前記マスタデバイス（３）に対して、前記マスタ伝送速度及び前記マスタサイクルタイムの少なくとも１つを含むマスタ構成パラメータを設定するための設定ユニット（１７）を更に備える、請求項１０に記載のスイッチデバイス。
  12. 前記マスタ通信チャネル（ＭＣＣ）及び／又は前記フィールドデバイス通信チャネル（ＦＣＣ）は、フィールドデバイス伝送速度、マスタ伝送速度、マスタサイクルタイムの少なくとも１つを考慮して設定される、請求項１０又は１１に記載のスイッチデバイス。そしてフィールドデバイスサイクルタイム。
  13. 前記マスタデバイス（３）と前記フィールドデバイス（２ａ〜２ｐ）との間のデータの送信を制御するためのフィールドデバイススタック（３２）を更に備える、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のスイッチデバイス。
  14. 上位ネットワーク（１０）と、
    複数のフィールドデバイス（２ａ〜２ｐ）と、
    前記複数のフィールドデバイス（２ａ〜２ｐ）と前記上位ネットワーク（１０）との間のゲートウェイを提供し、前記上位ネットワーク（１０）と前記複数のフィールドデバイス（２ａ〜２ｐ）との間の通信を制御するように構成されたマスタデバイス（３）と、
    請求項１〜１３のいずれか一項に記載のスイッチデバイス（１）と、
    を備える、自動化ネットワーク（１００〜１０３）。
  15. 前記マスタデバイス（３）は、前記マスタデバイス（３）と前記スイッチデバイス（１）との間のデータの送信を制御するためのマスタスタック（３３）を備える、請求項１４に記載の自動化ネットワーク。
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