JP3161243B2 - 分散制御用データ伝送システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、バス型通信ネットワ
ークを用いた分散制御システムの伝送路共用技術に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】物理的に分散配置された複数の機器から
構成されるシステムの制御においては、それぞれの機器
毎に信号入力・制御出力の処理を行うコンピュータを配
置し、これらの各コンピュータを通信ネットワークで接
続して互いに情報交換させながらシステム全体を制御す
る、いわゆる分散型コンピュータ制御システム（以下単
に分散制御システムと呼ぶ）の形態が、一台のコンピュ
ータですべての機器を制御する集中制御方式に比べて、
配線数削減・耐故障性・拡張性等の面で有利であること
から広い分野で利用されるようになってきた。

【０００３】この通信ネットワークの結合形態（トポロ
ジー）としては、一般にメッシュ・リング・バス等と呼
ばれる代表的な型があるが、システム制御用としては、
メッシュは配線コスト上不向きであり、リングは中継す
る処理ノード（ネットワークに接続されている通信主体
の単位で、以下単にノードという）で伝送遅延を持つた
め、リアルタイム性の確保という面でバス型に劣る。

【０００４】一方、バス型ネットワークは各ノードが出
力した信号をすべてのノードが即時に且つ同時に受信で
きるという利点があり、リアルタイム性の要求される分
散制御システムにはこのバス型ネットワークが適してい
る。

【０００５】図１９は、このバス型ネットワークで構成
した分散制御システムの全体構成の一例を示した図であ
る。

【０００６】この例では、４つのノード＃１〜＃４がバ
ス型のデータ伝送路Ｂに接続され、各ノードは互いに情
報交換を行いながら、それぞれ自ノードに接続された制
御対象機器１１〜１６を制御することにより、システム
全体の制御を行う場合の構成を示している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このバス型
ネットワークを利用する場合、その最も大きな課題の一
つは、この「データ伝送路＝バス」を複数のノードに如
何に共同利用させるかという、いわゆる伝送路共用技術
である。

【０００８】バス型ネットワークの伝送路共用技術とし
ては、従来からポーリング方式がよく知られており、図
１９の構成にこのポーリング方式を適用した場合の信号
処理の様子について、図２０のタイムチャートにより説
明する。ここではノード＃１が制御局（ホスト局）であ
り、ノード＃２〜＃４が従属局（スレーブ局）であると
する。

【０００９】また図２０の☆と★の間、すなわちノード
＃１のデータ出力開始から、ノード＃４のデータ出力終
了までを伝送フレーム（以下単にフレームという）と呼
び、（ ）内の数字で各種の処理に要する時間（単位ms
ec）を示す。

【００１０】まず、制御局であるノード＃１は、任意の
時点で、まず自分自身のデータを出力する。続いて＃２
〜＃４のノードを順次ポーリング（発信指示、Ｐ＃２〜
Ｐ＃４）する。ここで各ノードがデータの出力に必要な
「伝送路使用期間」はすべて５０msec、ポーリングに必
要な時間は５msecとしている。

【００１１】そして＃２から＃４のノードは、＃１から
のポーリングに従って自ノードの伝送路使用開始のタイ
ミングを判断する。

【００１２】このようにして＃１〜＃４の各ノードは伝
送路に順次データを出力し、他のノードからの全データ
の受信をすべて終了すると（フレーム終端になると）、
再び上記の処理を繰り返す。

【００１３】ポーリング方式は、上記のようにして各ノ
ード間の情報交換を行うが、次のような問題点がある。
すなわち、 １．制御局がポーリングを行うための付加的な通信が必
要である。 ２．制御局の故障によってシステム全体のデータ送受が
不可能になる。 ３．制御局の故障をタイムアウトで監視して、残りの局
の一つが自動的に制御権を獲得していく方法も提案され
ているが、その場合でも一時的にリアルタイム性を失
う。 ４．従属局の故障はタイムアウトで監視することとな
り、少なくとも一時的にリアルタイム性が維持できなく
なる。 などのように、伝送効率や耐故障性、リアルタイム性と
いった点で問題がある。

【００１４】また、ポーリング方式以外にも、トークン
方式やコンテンション方式などが知られているが、トー
クン方式の場合にも、 １．トークンの送信といった付加的な通信が必要であ
る。 ２．トークンを持ったノードの故障により、少なくとも
一時的にシステム全体のデータ送受が不可能になる。 というように、やはり伝送効率や耐故障性、リアルタイ
ム性といった点で問題があり、コンテンション方式の場
合には、 １．全体としての平均的な通信容量は足りていても、送
信タイミングが衝突すると待ち時間が発生する。このた
め伝送遅延が定量的に定義できず、リアルタイム性を要
求される制御システムには不向きである。 といった問題がある。

【００１５】そこでこの発明の目的とするところは、一
部のノードが故障した場合であっても、リアルタイム性
を一時的にも失うことなく残りのノード間で通信を継続
することができ、しかも付加的な伝送路共用シーケンス
を必要としない等、耐故障性・リアルタイム性・伝送効
率の何れにも優れたデータ伝送システムを提供すること
にある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は次のように構成する。すなわち、バス型の
データ伝送路に複数の処理ノードが接続され、各処理ノ
ードはデータ伝送路を介して互いに情報を交換すること
により、各処理ノードに接続された機器群から構成され
るシステムの全体を制御するようにした分散制御システ
ムにおいて、前記各ノードはそれぞれ、１サイクルの送
受信処理後に各ノードが自律的に通信同期を取るための
同期信号を、予め設計された一定時間前記データ伝送路
に出力する同期信号出力手段と、前記データ伝送路にお
ける各ノードの同期信号がすべて無信号となった時点か
らの経過時間を監視して次のフレームの起点を検出する
フレーム起点検出手段と、該フレームの起点からフレー
ムの終端と自ノードの伝送路使用期間を自律的に決定す
る伝送路使用期間決定手段とを備えた構成とする。

【００１７】

【作用】このような構成のデータ伝送システムにおい
て、各ノードは１フレームの送受信処理を終了すると、
フレームの終端から同期信号を所定時間データ伝送路に
出力する。

【００１８】更に各処理ノードは、伝送路の同期信号が
すべて無信号になってからの経過時間を監視し、次の伝
送フレームの起点を検出する。そして各処理ノードは、
（１）この伝送フレームの起点からの経過時間を予めノ
ード別に与えられた値と比較する、（２）伝送フレーム
の起点以降のデータ伝送路における無信号状態の累積時
間を、予めノード別に与えられた値と比較する、（３）
伝送フレームの起点からの経過時間を予め出力データの
種類別に与えられた値と比較する、（４）伝送フレーム
の起点以降のデータ伝送路における無信号状態の累積時
間を、予め出力データの種類別に与えられた値と比較す
る、の何れかによって自ノードの伝送路使用期間を自律
的に決定し、そのタイミングになるとデータの伝送を行
い、他のノードはそれをそのノードからのデータとして
受信する。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。

【００２０】図１は、本発明における処理ノードの構成
の一例を示す図で、本発明を図１９の構成の分散制御シ
ステムに適用した場合について示しており、図１９と同
一のものは同一符号にて示している。なお、＃２〜＃４
の処理ノードも＃１と同様の構成であり、図示を省略し
ている。

【００２１】図１に示すように、各ノードはそれぞれ、
通信インターフェイス２０と、データの送受信処理を行
う通信処理装置３０と、通信処理装置３０を介して他の
ノードとの情報交換を行い、制御対象機器１１や１２の
制御を行う制御処理装置４０と、入出力ポート５０とを
備えている。

【００２２】また、通信処理装置３０は、伝送路への送
信処理を行う送信処理手段３１、伝送路からの受信処理
を行う受信処理手段３２、他のノードからのデータをす
べて受信した後、同期信号を伝送路に出力する同期信号
出力手段３３、伝送路の同期信号がすべて無信号となっ
てからの経過時間を監視してフレームの起点を検出する
フレーム起点検出手段３４、フレーム起点からフレーム
の終端と自ノードの伝送路使用期間を自律的に決定する
伝送路使用期間決定手段３５とで構成されている。

【００２３】ここで、無信号とは、例えば図２のような
構成（出力にオープンコレクタのインバータを用い、入
力にインバータを用いる）を取った際に、ノードが出力
disable (=ハイインピーダンス) とした状態を意味す
る。

【００２４】全ノードが無信号となると（プルアップ抵
抗により）各ノードでは、受信データとして「０」が得
られる。

【００２５】また、「１」を出力するノードと「０」を
出力するノードが重なった場合、全てのノードで「１」
として認識されるよう回路を構成する。

【００２６】以上の構成において、通信処理装置３０は
他のノードから受け取ったデータを制御処理装置４０へ
引き渡すと共に、伝送路を監視して自ノードの伝送路使
用期間のタイミングになると制御処理装置４０から受け
取ったデータを伝送路に出力する。一方、制御処理装置
４０は、そのデータに基づいて機器１１や１２に制御指
令を与えたり、或いは機器１１や１２に関するデータを
他のノードに送信するため、通信処理装置３０に引き渡
すといった処理を行う。

【００２７】図３（ａ）に同期信号の、また図３（ｂ）
に各ノードが出力する一回のデータ（データブロック）
の形式の一例をそれぞれ示す。

【００２８】同期信号は、データを出力することを望み
かつ出力できる、すべてのノードが出力データを送信し
た後、各ノードから一斉に伝送路に出力される信号で、
図示のようにすくなくともデータブロック長経過してか
ら出力を終了する。そしてすべてのノードが出力終了
（disable ）の状態になると伝送路は無信号状態すなわ
ち「０」の状態となる。

【００２９】各処理ノードはこの無信号状態からの経過
時間を監視して次のフレームの起点を判断し、そのフレ
ームの起点から自ノードの伝送路使用期間を後述の方法
で自律的に決定する。そして、自ノードの伝送路使用期
間の開始のタイミングになると、図３（ｂ）に示すデー
タブロックを出力する。

【００３０】図示のように、データブロックはビットパ
ターン「１」の先頭（ヘッダ）と、任意のビット列から
なるデータと、ビットパターン「０」からなる末尾（ト
レーラ）とで構成される。

【００３１】従って、データブロック長以上「１」が連
続する、同期信号と明確に区別できる。

【００３２】また、図３（ｅ）に示すような、ｎビット
長以上の連続「１」のビットパターンを持つ同期信号を
用い、データブロック中には、このビットパターンの透
過性を保ったうえ、このビットパターンが現れないよう
にしても、同期信号を検出できる。なお、データブロッ
クにこのパターンが現れないようにするアルゴリズムに
ついては、例えばＨＤＬＣ（ＪＩＳ−Ｘ−５１０４）に
記載されており、本発明には直接関係がないのでその詳
細については省略する。

【００３３】次に上記の動作を実現するため、各ノード
における通信処理装置の処理の手順を、図４〜図６のフ
ローチャート（各ノードに共通）により説明する。（以
下の説明においては、同期信号には図３（ａ）、データ
ブロックには図３（ｂ）を用いる。） 図４は、ノードに電源を投入してからそのノードが伝送
路に参入するまでの手順を示したものである。

【００３４】まず電源が投入されると、通信処理装置は
通信制御を開始するまでは伝送路に影響を与えないよう
に出力disable 状態にする（ステップＳ１１）。そして
その状態で伝送路を監視するため、参入監視用のデクリ
メントタイマを初期値（送受信の１サイクルに相当する
期間、すなわちフレームの起点から次のフレームの起点
までに相当する期間）にプリセットする（ステップＳ１
２）。そしてステップＳ１３とＳ１４とで、この期間内
に伝送路が「１」の状態になるか否かを監視する。

【００３５】もし、伝送路がまだ全く使用されていない
場合には、この期間内に伝送路が「１」になることはな
いので、ステップＳ１４でタイムアウトになるとメイン
ループへと進む。

【００３６】一方、既に伝送路が他のノードにより使用
されている場合には、この期間内にそれらのノードのデ
ータブロックまたは、同期信号によって必ず「１」にな
る瞬間が存在するので、それを同期信号監視用のデクリ
メントタイマをもちいて、ステップＳ１５〜Ｓ１７でチ
ェックし、同期信号であることを検出する。次に、起点
監視期間−Δｔの間「０」であることをステップＳ１８
〜Ｓ１Ａでチェックする。ここで、Δｔは各ノードのフ
レーム起点認識の微妙な差による判断ミスを防ぐための
マージンで例えば０．１msecとする。さらに、実際に１
フレーム分のデータが正常に受信できるかを（ステップ
Ｓ１Ｂ）でチェックし正常であればメインループへと進
む。

【００３７】また異常であった場合はステップＳ１２へ
戻り、再び参入を試みる。

【００３８】図５は、このメインループにおける処理手
順を示すフローチャートで、前述のように電源投入後に
伝送路へ始めて参入したか、或いは既に伝送路に参入し
ていて後述の送受信処理（ステップＳ２Ａ）を終了しフ
レームの終端になると、ステップＳ２１〜Ｓ２５で同期
信号出力デクリメントタイマーにプリセットされた時
間、同期信号を出力する。

【００３９】もし他のノードのうち一つでも同期信号を
出力しているものがあれば、その間は伝送路は「１」の
ままであるが、すべてのノードの同期信号出力が終了す
ると伝送路も「０」となる。これをステップＳ２６で検
出すると、この時点から各ノードは経過時間を同時に監
視し（ステップＳ２７〜Ｓ２９）、フレーム起点直前決
定デクリメントタイマーがタイムアウトになるとフレー
ムの起点直前を各ノードが同時に認識する。そして、各
ノードはステップＳ２Ａの送受信処理により、フレーム
の起点から自ノードの伝送路使用期間を後述のようにし
て自律的に決定し、そのタイミングでデータを出力す
る。

【００４０】一方、フレーム起点監視中であり、伝送路
は「０」でなければならないのに、実際は「１」である
（ステップＳ２８）、または、送受信処理中に異常が発
生した（ステップＳ２Ｂ）等の異常時には、ステップＳ
２Ｃへ進み、フレームの途中であっても、通常の同期信
号より出力時間の長い、ジャム用の同期信号を出力す
る。これにより、他のすべてのノードでも通信異常が起
き、最初に異常を検出したノードと同様に、ジャム用の
同期信号を出力する。

【００４１】このようにして、全ノードが（ジャム用
の）同期信号を出力したため、前述の手順によりフレー
ム起点を同時に認識し、速やかに正常な通信状態に戻る
ことができる。

【００４２】図６は、この送受信処理の詳細を示すフロ
ーチャートである。

【００４３】まずステップＳ３１でカレントノード番号
を１にセットする。そしてステップＳ３２を経てＳ３３
でカレントノード番号と自ノード番号とが等しい否かを
判断する。このとき＃１の処理ノードではステップＳ３
３からＳ３４、Ｓ３５へと進み、所定の占有時間（例え
ばデータ出力５０msec＋無信号１msecの計５１msec）を
伝送路使用期間として自ノードのデータ（図３（ｂ）の
データブロック）を送信する。ここでΔｔは各ノードの
フレーム起点の微妙な差による判断ミスを防ぐ為のマー
ジンであり（例えば０．１msec）フレーム起点直前から
フレーム起点までの時間に当たる。そしてステップＳ３
７でカレントノード番号をインクリメントし、再びステ
ップＳ３２へ戻る。

【００４４】一方、＃２〜＃４のノードはカレントノー
ド番号と自ノード番号とは異なるので、ステップＳ３３
からＳ３６へと進み、その伝送路使用期間は＃１のノー
ドからのデータとして受信し、ステップＳ３７でカレン
トノード番号をインクリメントして再びステップＳ３２
へ戻る。

【００４５】そうすると今度はカレントノード番号が２
となるので、＃２のノードではステップＳ３３からＳ３
４、Ｓ３５へと進んでデータを出力し、他のノードでは
ステップＳ３３からＳ３６へと進み、そのデータを＃２
のノードからのデータとして受信する。

【００４６】その後も同様の手順を繰り返し、カレント
ノード番号が５となって最大のノード番号より大きくな
ると、１フレームの送受信を終了し、図５のステップＳ
２１へと戻る。

【００４７】以後は、図５の手順が繰り返し実行される
ことにより、伝送路を介して各ノード間で情報の送受信
処理が行われることになる。

【００４８】図７は図４のステップＳ１Ｂ、フレームチ
ェック処理の詳細を示すフローである（図６と同一の符
号は同一の処理を表す）。これは、送受信処理（図６）
から送信処理を除いたものであるため、説明は省略す
る。

【００４９】図８は、上記の手順における各ノードの処
理内容と、伝送路への出力、伝送路の信号状態を示した
タイミングチャートである。

【００５０】各ノードは、フレームの終端から同期信号
をそれぞれ出力し、その後すべての同期信号が無信号に
なった時点すなわち伝送路が「０」になった時点から５
msec経過後をフレーム起点と判断する。

【００５１】＃Ｎのノードは、フレーム起点から（Ｎ−
１）×５１msec経過で伝送路を使用開始し、５１×４＝
２０４msec経過時点で送受信処理を終了し、次の送信に
備えて再び同期信号を出力する様子を示している。

【００５２】以上は、ノード＃１から＃４のすべてが正
常である場合の動作について説明したが、図９に、ノー
ド＃２と＃３とが故障して通信処理が不能になった場
合、或いはシステムとして設計されている全ノード数が
４で、ある現場に据付けられているのが＃１と＃４の２
つのノードだけであるような場合のタイミングチャート
を示す。

【００５３】図９からも明らかなように、＃２と＃３の
ノードが故障等により通信処理が不可能となった場合で
も、＃１と＃４のノードは通常時と同様に通信処理を行
うことができる。すなわち上記の実施例によれば、＃１
のノードはフレーム終端後に伝送路が「０」になってか
らの経過時間で次のフレーム起点を判断し、フレーム起
点から５１×（１−１）＝０msec後に伝送路の使用を開
始する。同様に＃４のノードもフレーム起点を検出後、
５１×（４−１）＝１５３msec後に伝送路の使用を開始
してデータの伝送を行うというように、各ノードは伝送
路の使用期間をフレーム起点から自律的に決定している
ため、他のノードの故障や存在如何に拘わらず通信処理
を行うことができる。

【００５４】ところで上記の実施例によれば、制御局に
よるポーリングシーケンスやトークンの移送シーケンス
がないため、伝送路を効率的に使用できるだけでなく、
任意のノードが故障等によりその機能を停止したとして
も、他のノード間の通信は一時的にでも停止させられた
り、伝送遅延が生じたりすることはなく、通常時と全く
同様に通信を継続することができるが、図９からも明ら
かなように、故障その他の理由でデータを送出しないノ
ードがあると、その分の伝送路使用期間は無駄になる。

【００５５】この点を改善した第２の実施例を次に説明
する。

【００５６】図１０は、第２の実施例におけるタイミン
グチャートで、図８相当図である。ここでは、各ノード
の伝送路使用期間はフレーム起点から（Ｎ−１）×５１
msecではなく、フレーム起点以降の無信号状態の累積時
間によって各ノードが自律的に決定する。すなわち、無
信号の検出の単位時間を１msecとすると、＃Ｎのノード
はフレームの起点からの無信号累積時間が（Ｎ−１）×
１msec経過時点で伝送路の使用を開始するようにする。

【００５７】そしてフレームの終端は、フレーム起点か
らの無信号の累積時間が全ノード数×１msecすなわちこ
こでは４msecとなった時点とし、フレーム終端から次の
フレーム起点の検出までの動作は第１の実施例と全く同
じである。

【００５８】図１１は、第２の実施例において、＃２と
＃３のノードが何らかの理由でデータを出力しない場合
のタイムチャートであり、図９相当図である。

【００５９】図１１から明らかなように、各ノードはフ
レーム起点からの無信号の累積時間で伝送路使用期間を
判断しているため、例えば＃４のノードは＃１のノード
がデータを出力後３msec経過後にデータの出力を行うこ
とになり、すなわちノードの故障数に拘わらず１フレー
ム内の伝送路の空き時間は常に全ノード数×１msecにな
るため、図９の場合にくらべて空き時間の無駄を大きく
改善することができる。

【００６０】この第２の実施例を実現するための送受信
処理の手順を示したのが図１２であり、第１実施例の図
６に相当する。

【００６１】まず、フレーム起点直前が確定するとステ
ップＳ８１で無信号計測タイマーを初期値（−Δｔ）に
プリセットし、ステップＳ８２で送受信を行ったか否か
を表すための送受信フラグをリセットする。

【００６２】次にｆ1 をカレント送信ノード番号（現在
送信すべきノード番号）に、ｆ2 をカレント受信ノード
番号（現在受信するノード番号）にそれぞれセットする
（ステップＳ８３，Ｓ８４）。

【００６３】ここでｆ1 とｆ2 は次のようにして計算す
る。

【００６４】ｆ1 ＝Ｉnt［（無信号計測タイマーの値／
無信号計測単位時間）＋１］ ｆ2 ＝Ｉnt［（無信号計測タイマーの値＋△ｔ）／無信
号計測単位時間＋１］ ただし、Ｉnt［ｘ］＝ｘを越えない最大の整数 △ｔ＝各ノードのフレーム起点認識の微妙な差による判
断ミスを防ぐためのマージンで例えば０．１msecとす
る。

【００６５】従って、例えばフレーム起点以降の無信号
の累積時間が０以上１msec未満のときは、ｆ1 ＝１とな
り，１msec以上２msec未満のときはｆ1 ＝２となる。一
方、ｆ2 はそれより△ｔの分だけ早く、無信号の累積時
間が−０．１msec以上０．９msec未満のときはｆ2 ＝１
となり、０．９msec以上１．９msec未満のときはｆ2＝
２というようになる。

【００６６】従ってまず最初の時点（フレーム起点直
前）では、ｆ1 ＝０，ｆ2 ＝１であり、カレント送信ノ
ード番号は最大ノード番号（ここでは４）より小さいの
で、ステップＳ８５からＳ８６へと進み、カレント送信
ノード番号と自ノード番号とを比較する。

【００６７】いまカレント送信ノード番号は０であるの
で、どのノードもステップＳ８６からＳ９２へと進む。
ここで、各ノードのフレーム起点認識の微妙な差によ
り、該ノードがフレーム起点と認識する時間以前にデー
タが訪れても、カレント受信ノード番号は１であるの
で、後述するステップＳ９３以降の受信処理によりノー
ド＃１のデータとして受信できる。

【００６８】Δｔ後の時点（フレーム起点）ではｆ1 ，
ｆ2 共に１となり、先と同様にして、ステップＳ８５か
らＳ８６へと進み、カレント送信ノード番号と自ノード
番号とを比較する。

【００６９】いまカレント送信ノード番号は１であるの
で、＃１のノードにおいてはステップＳ８６からＳ８７
へと進むが、送受信フラグはまだ０すなわち未送受信で
あるので、ステップＳ８８で無信号計測タイマーを一時
停止し、自ノードのデータを送信（ステップＳ８９）
後、無信号計測タイマーを再開し（ステップＳ９０）、
送受信フラグを１にセットする（ステップＳ９１）。

【００７０】その後、カレント送信ノード番号が１（無
信号の累積時間が１msec未満）の間は、先と同様にし
て、ステップＳ８５〜Ｓ８７と進むが、送受信フラグは
１すなわち送受信済であるので送信処理は行わず、Ｓ９
２を経てＳ８３へと戻る。

【００７１】一方、他のノードでは、ステップＳ８６か
らＳ９２へと進み、ノード１からのデータの送信が開始
されると伝送路は「１」の状態となるので、ステップＳ
９２からＳ９３へ進むが、送受信フラグはまだ０すなわ
ち未送受信であるので、ステップＳ９４で無信号計測タ
イマーを一時停止し、カレント受信ノードすなわち＃１
のノードのデータとして受信（ステップＳ９５）後、無
信号計測タイマーを再開し（ステップＳ９６）、送受信
フラグを１にセットする（ステップＳ９７）。

【００７２】このとき、ステップＳ８８におけるタイマ
ーの一時停止のタイミングと、他のノードにおけるステ
ップＳ９４のタイマーの一時停止のタイミングとの間に
僅かなずれが生じたとしても、送信時間と受信時間が等
しいため、送受信時間と無信号時間の和、つまり各ノー
ドの占有時間の認識はすべてのノードで等しく、同期が
ずれることはない。

【００７３】一方、各ノードのフレーム起点の認識に
は、非常に小さいとしても時間差が生じる、然るに送信
ノード番号変更のタイミングと受信ノード番号変更のタ
イミングを全く同じにすると認識の時間差により、判断
ミスを生じる可能性がある。これを防ぐためのマージン
が上記の△ｔである。

【００７４】こうして上記手順を繰り返し、すべてのノ
ードが送受信を完了して無信号の累積時間が４msecを超
えると、或いは任意のノードが故障等により通信が不能
な場合でも、無信号の累積時間が４msecを超えるとカレ
ント送信ノード番号が最大の４より大きくなって１フレ
ームの通信を終了し、図９で説明したように、任意のノ
ードの故障等が生じても伝送路を効率よく使用すること
ができる。

【００７５】図１３は、図４のステップＳ１Ｂ、フレー
ムチェック処理の詳細を示すフローである（図１２と同
一の符号は同一の処理を表す）。これは、送受信処理
（図１２）から送信処理を除いたものであるため、説明
は省略する。

【００７６】以上は、各ノード別に伝送路の使用期間を
決定し、ノード毎にデータを伝送する場合の実施例につ
いて示したが、次にデータ別に伝送路の使用期間を決定
する場合の実施例について説明する。

【００７７】図１４は、その第３の実施例におけるタイ
ムチャートで、第２の実施例の図１０に相当する。この
例では、システムとして設計されている全データ数はＤ
１〜Ｄ１００の１００個であり、そのうち次の８種類だ
けがこのシステムで利用されているものとし、またその
各データを出力するノードとの対応関係は下記の通りで
あるものとする。

【００７８】ノード＃１・・・Ｄ４１ ノード＃２・・・Ｄ２２，Ｄ８２ ノード＃３・・・Ｄ１３，Ｄ５３，Ｄ６３ ノード＃４・・・Ｄ３４，Ｄ７４ なお、各ノードが１つの種類のデータを出力するのに要
する時間はすべて１０msecであるとする。この実施例で
もフレームの終端から次のフレームの起点の検出までの
動作は前述の実施例と全く同じである。

【００７９】図１４に示すように、各データの伝送路使
用期間は、フレーム起点以降の無信号の累積時間によっ
て決まる。すなわちＤｎのデータの伝送路使用開始は、
フレーム起点以降の無信号の累積時間が１msec×（ｎ−
１）経過時点とする。

【００８０】例えばＤ３４のデータは、フレーム起点か
らの無信号の累積時間が１×（３４−１）＝３３msecに
なると＃４のノードから出力される。そしてフレームの
終端は、フレーム起点以降の無信号の累積時間が１msec
×全データ数すなわち１００msecとなった時点である。

【００８１】これを実現するための手順を図１５のフロ
ーチャートに示す。

【００８２】図１２の場合と同様に、まず、フレーム起
点直前が確定するとステップＳ１０１で無信号計測タイ
マーを初期値（−Δｔ）にプリセットし、ステップＳ１
０２でシステムとして設計されている全データに対応す
る送受信フラグをリセットする。

【００８３】次にｆ1 をカレント送信データ番号（現在
送信すべきデータの種別番号）に、ｆ2 をカレント受信
データ番号（現在受信するデータの種別番号）にそれぞ
れセットする（ステップＳ１０３，Ｓ１０４）。ここで
ｆ1 及びｆ2 は図１２で説明したものと同じである。

【００８４】前述のように最初の時点（フレーム起点直
前）では、ｆ1 ＝０，ｆ2 ＝１であり、カレント送信デ
ータ番号は最大データ番号（ここでは１００）より小さ
いので、ステップＳ１０５からＳ１０６へと進み、カレ
ント送信データ番号と自ノードが送信するデータ番号と
を比較する。

【００８５】いまカレント送信ノード番号は０であるの
で、どのノードもステップＳ１０６からＳ１１２へと進
む。ここで、各ノードのフレーム起点認識の微妙な差に
より、該ノードがフレーム起点と認識する時間以前にデ
ータが訪れても、カレント受信ノード番号は１であるの
で、後述するステップＳ１１３以降の受信処理によりＤ
１のデータとして受信できる。

【００８６】Δｔ後すなわち、フレーム起点の時点では
ｆ1 ，ｆ2 共に１であり、先と同様にして、ステップＳ
１０５からＳ１０６へと進み、カレント送信データ番号
と自ノードが送信するデータ番号とを比較する。

【００８７】いまカレント送信データ番号は１であり、
伝送路にもデータはまだ出力されていないので、ステッ
プＳ１０６とＳ１１２とを経てステップＳ１０３へと戻
る。そしてこれを繰り返し、カレント送信データ番号が
１３になると、ノード＃３においては自ノードが送信す
るデータ番号なのでステップＳ１０６からＳ１０７へと
進み、しかもそのデータ番号の送受信フラグはまだ０す
なわち未送信であるので、ステップＳ１０８で無信号計
測タイマーを一時停止し、Ｄ１３のデータを送信（ステ
ップＳ１０９）後、再び無信号計測タイマーを再開し
（ステップＳ１１０）、カレント送信データ番号の送受
信フラグを１にセットする（ステップＳ１１１）。

【００８８】一方、この間に他の処理ノードでは、ステ
ップＳ１０６からＳ１１２へと進み、ノード＃３からの
データの送信が開始されると伝送路は「１」の状態とな
るので、ステップＳ１１２からＳ１１３へと進むが、送
受信フラグはまだ０すなわち未送受信であるので、ステ
ップＳ１１４で無信号計測タイマーを一時停止し、カレ
ント受信データ番号すなわちＤ１３のデータとして受信
し（ステップＳ１１５）、無信号計測タイマーを再開し
（ステップＳ１１６）、カレント受信データ番号の送受
信フラグを１にセットする（ステップＳ１１７）。

【００８９】こうして上記手順を繰り返し、カレント送
信データ番号が最大の１００より大きくなると、１フレ
ームの通信を終了する。

【００９０】この実施例によれば、各データの伝送路使
用期間はフレーム起点からの無信号の累積時間で各ノー
ドが自律的に決定するようにしているため、一部のデー
タしか出力されない場合でも第２の実施例と同様に伝送
路は効率良く使用されるだけでなく、データ別に伝送路
使用期間を決めることでどんな種類のデータをどのノー
ドに出力させるかという自由度が得られる。

【００９１】図１６は、図４のステップＳ１Ｂ、フレー
ムチェック処理の詳細を示すフローである（図１５と同
一の符号は同一の処理を表す）。これは、送受信処理
（図１５）から送信処理を除いたものであるため、説明
は省略する。

【００９２】なお、データ別に伝送路の使用期間を決定
する場合、上記のように無信号の累積時間を用いて決定
するようにすると伝送路を効率的に使用することができ
るが、前述の図６及び図８で説明した第１の実施例と同
様に、例えば各データの伝送路使用期間を１１msec（デ
ータ出力１０msec＋無信号１msec）として、ｎ番目のデ
ータＤｎはフレームの起点から（ｎ−１）×１１msec経
過後に送信を開始するというように、フレーム起点から
の経過時間を予めデータの種類別に与えられた値と比較
することによって決定するようにすることもできる。

【００９３】第二、三の実施例により故障その他の理由
でデータを送出しないノードがある際の伝送路使用効率
は改善されたが、各ノードや各データ種類の伝送路使用
期間をすべて一定としているため、最も長く伝送路を使
用するものに合わせる必要があり、データ量が少ないノ
ードやデータ種類の場合、伝送路使用に無駄が生じる。

【００９４】また、同期信号にはこの各ノードの伝送路
使用期間以上の時間が必要なため、この時間も無駄とな
る。

【００９５】この点を改善した第４の実施例を次に説明
する。

【００９６】図３（ｃ）に同期信号の、また図３（ｄ）
に各ノードが出力する一回のデータ（データブロック）
の形式の一例をそれぞれ示す。

【００９７】同期信号は、データを出力することを望み
かつ出力できる、すべてのノードが出力データを送信し
た後、各ノードから一斉に伝送路に出力される信号で、
図示のようにすくなくとも２ビット長以上の連続「１」
のビットパターンからなり、各ノードは規定しておいた
時間経過してから出力を終了する。そしてすべてのノー
ドが出力終了（disable ）の状態になると伝送路は無信
号状態すなわち「０」の状態となる。

【００９８】各処理ノードはこの無信号状態からの経過
時間を監視して次のフレームの起点を判断し、そのフレ
ームの起点から自ノードの伝送路使用期間を前述の方法
で自律的に決定する。そして、自ノードの伝送路使用期
間の開始のタイミングになると、図３（ｄ）に示すデー
タブロックを出力する。

【００９９】図示のように、データブロックはビットパ
ターン「１０」の先頭（ヘッダ）と、任意のビット列か
らなるデータと、「０１１１１１１０」のビットパター
ンからなる末尾（トレーラ）とで構成される。データ部
は「０１１１１１１０」の透過性を保ってこのビットパ
ターンがデータ中に現れないようにし、末尾を確実に検
出できるようにする。なお、データ部にこのパターンが
現れないようにするアルゴリズムについては、例えばＨ
ＤＬＣ（ＪＩＳ−Ｘ−５１０４）に記載されており、本
発明には直接関係がないのでその詳細については省略す
る。

【０１００】次に上記の動作を実現するため、各ノード
における通信処理装置の処理の手順を、図１７、図５の
フローチャート（各ノードに共通）により説明する。

【０１０１】図１７は、ノードに電源を投入してからそ
のノードが伝送路に参入するまでの手順を示したもので
ある。

【０１０２】まず電源が投入されると、通信処理装置は
通信制御を開始するまでは伝送路に影響を与えないよう
に出力disable 状態にする（ステップＳ５１）。そして
その状態で伝送路を監視するため、参入監視用のデクリ
メントタイマーを初期値（送受信の１サイクルに相当す
る期間、すなわちフレームの起点から次のフレームの起
点までに相当する期間）にプリセットする（ステップＳ
５２）。そしてステップＳ５４とＳ５５とで、この期間
内に伝送路が「１」の状態になるか否かを監視する。

【０１０３】もし、伝送路がまだ全く使用されていない
場合には、この期間内に伝送路が「１」になることはな
いので、ステップＳ５５でタイムアウトになるとメイン
ループへと進む。

【０１０４】一方、既に伝送路が他のノードにより使用
されている場合には、この期間内にそれらのノードのデ
ータブロックまたは同期信号によって必ず「１」になる
瞬間が存在する。それをステップＳ５３でチェックし、
伝送路を流れるデータの中から特異なビットパターンを
持つトレーラを検出する。

【０１０５】トレーラの次に現れるビットパターンは、
ヘッダか同期信号のいずれかであるから、これをステッ
プＳ５７〜Ｓ５９でチェックし、同期信号でなければ再
びスフップＳ５２へ戻る。一方、同期信号を検出する
と、ステップＳ５Ａへ進み、同期信号の末尾を待つ。

【０１０６】同期信号の末尾を検出すると、フレーム起
点直前確認用のデクリメントタイマを初期値（フレーム
起点監視時間−Δｔ）にプリセットする（ステップＳ５
Ｂ）。ここで、Δｔは各ノードのフレーム起点の微妙な
差による判断ミスを防ぐためのマージンである。そし
て、ステップＳ５Ｃ、Ｓ５Ｄでこの期間内に伝送路が
「１」の状態にならないことを確認する。さらに、実際
に１フレーム分のデータが正常に受信できるかを後述の
フレームチェック処理（ステップＳ５Ｅ）でチェック
し、正常であればメインループへ進む。

【０１０７】また異常であれば、ステップＳ５２へ戻
り、再び参入を試みる。

【０１０８】メインループにおける処理手順は同期信号
出力デクリメントタイマーの初期値（２ｂｉｔ長以上の
任意の時間とする）が異なる以外は、第１の実施例（図
４参照）と同様であるため省略する。

【０１０９】また、各々のデータブロックの送受信は、
時間で区切られるのではなくヘッダとトレーラで規定さ
れる任意の長さで行う。

【０１１０】図１８は、第４の実施例におけるタイミン
グチャートで、図１０相当図である。図のように、各デ
ータブロックが最適の長さとなり、また同期信号も短い
ため、図１０の場合にくらべて伝送効率をあげることが
できる。

【０１１１】また、前述の第３の実施例にも同様にして
適用し、伝送効率をあげることもできる。

【０１１２】

【発明の効果】本発明によれば、制御局によるポーリン
グシーケンスやトークンの移送シーケンスを不要とする
ことができるだけでなく、伝送路に流れるデータは、そ
の信号の発生タイミング自体が「発信ノードを識別する
情報」或いは「データの種類を識別する情報」となるた
め、伝送路に流すデータに「発信アドレス」や「データ
の種類」を入れる必要もなく、伝送路を非常に効率良く
使用することができる。

【０１１３】しかも、無信号の累積時間を用いるように
すると、故障或いはその他の理由で特定のノードが通信
を行わない場合、或いはデータの種類によって出力しな
いデータがある場合でも、伝送路の空き時間を最小限と
することができ、より一層使用効率を向上させることが
できる。

【０１１４】また、ノード同士の伝送路使用の衝突やそ
れに伴う再出力がないため、伝送遅延は常に安定してい
るだけでなく、任意のノードが機能を停止したとして
も、他のノード間の通信は一時的にでも停止させられた
り、伝送遅延が平常時より大きくなることなく継続する
ことができ、耐故障性やリアルタイム性にも非常に優れ
た効果を発揮することができる。

【０１１５】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による処理ノードの構成を示す図であ
る。

【図２】本発明による伝送路およびイライバの構成例で
ある。

【図３】本発明による信号の形式を示す図である。

【図４】本発明における通信処理の手順を示すフローチ
ャートである。

【図５】本発明における通信処理の手順を示すフローチ
ャートである。

【図６】本発明における通信処理の手順を示すフローチ
ャートである。

【図７】本発明における通信処理の手順を示すフローチ
ャートである。

【図８】本発明における各ノードの処理内容と伝送路の
状態を示したタイミングチャートである。

【図９】本発明における各ノードの処理内容と伝送路の
状態を示したタイミングチャートである。

【図１０】本発明の他の実施例における各ノードの処理
内容と伝送路の状態を示したタイミングチャートであ
る。

【図１１】本発明の他の実施例における各ノードの処理
内容と伝送路の状態を示したタイミングチャートであ
る。

【図１２】本発明の他の実施例における通信処理の手順
を示すフローチャートである。

【図１３】本発明の他の実施例における通信処理の手順
を示すフローチャートである。

【図１４】本発明の他の実施例における各ノードの処理
内容と伝送路の状態を示したタイミングチャートであ
る。

【図１５】本発明の他の実施例における通信処理の手順
を示すフローチャートである。

【図１６】本発明の他の実施例における通信処理の手順
を示すフローチャートである。

【図１７】本発明における通信処理の手順を示すフロー
チャートである。

【図１８】本発明の他の実施例における各ノードの処理
内容と伝送路の状態を示したタイミングチャートであ
る。

【図１９】分散制御システムの全体構成を示す図であ
る。

【図２０】従来の各ノードの処理内容と伝送路の状態を
示したタイミングチャートである。

【符号の説明】

Ｂ データ伝送路 ＃１〜＃４ 処理ノード １１〜１６ 制御対象機器 ２０ 通信インターフェイス ３０ 通信処理装置 ３１ 送信処理手段 ３２ 受信処理手段 ３３ 同期信号出力手段 ３４ フレーム起点検出手段 ３５ 伝送路使用期間決定手段 ４０ 制御処理装置 ５０ 入出力ポート

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バス型のデータ伝送路に複数の処理ノー
   ドが接続され、各処理ノードはデータ伝送路を介して互
   いに情報を交換することにより、各処理ノードに接続さ
   れた機器群から構成されるシステムの全体を制御するよ
   うにした分散制御システムにおいて、 前記各処理ノードはそれぞれ、自律的な通信同期の為の
   同期信号を前記データ伝送路に出力する同期信号出力手
   段と、前記データ伝送路における各ノードの同期信号が
   すべて無信号となった時点からの経過時間を監視して次
   の伝送フレームの起点を検出するフレーム起点検出手段
   と、該伝送フレームの起点以降のデータ伝送路における
   無信号状態の累積時間を、予めノード別に与えられた値
   と比較することによって自ノードの伝送路使用期間の決
   定を行う伝送路使用期間決定手段とを、備えたことを特
   徴とする分散制御用データ伝送システム。
2. 【請求項２】 バス型のデータ伝送路に複数の処理ノー
   ドが接続され、各処理ノードはデータ伝送路を介して互
   いに情報を交換することにより、各処理ノードに接続さ
   れた機器群から構成されるシステムの全体を制御するよ
   うにした分散制御システムにおいて、 前記各処理ノードはそれぞれ、自律的な通信同期の為の
   同期信号を前記データ伝送路に出力する同期信号出力手
   段と、前記データ伝送路における各ノードの同期信号が
   すべて無信号となった時点からの経過時間を監視して次
   の伝送フレームの起点を検出するフレーム起点検出手段
   と、該伝送フレームの起点からの経過時間を、予め出力
   データの種類別に与えられた値と比較することによって
   自ノードの伝送路使用期間の決定を行う伝送路使用期間
   決定手段とを、備えたことを特徴とする分散制御用デー
   タ伝送システム。
3. 【請求項３】 バス型のデータ伝送路に複数の処理ノー
   ドが接続され、各処理ノードはデータ伝送路を介して互
   いに情報を交換することにより、各処理ノードに接続さ
   れた機器群から構成されるシステムの全体を制御するよ
   うにした分散制御システムにおいて、 前記各処理ノードはそれぞれ、自律的な通信同期の為の
   同期信号を前記データ伝送路に出力する同期信号出力手
   段と、前記データ伝送路における各ノードの同期信号が
   すべて無信号となった時点からの経過時間を監視して次
   の伝送フレームの起点を検出するフレーム起点検出手段
   と、該伝送フレームの起点以降のデータ伝送路における
   無信号状態の累積時間を、予め出力データの種類別に与
   えられた値と比較することによって自ノードの伝送路使
   用期間の決定を行う伝送路使用期間決定手段とを、備え
   たことを特徴とする分散制御用データ伝送システム。