JP4073383B2 - スキャン伝送ネットワーク間の中継装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ネットワークに接続された複数のステーションがデータを共有するスキャン伝送に係り、特に異なるネットワーク伝送系統間でデータを共有するために設けられる中継装置の性能を向上したスキャン伝送ネットワーク間の中継装置に関する。
プラント等の大規模な制御システムは、複数のプログラマブルコントローラやプロセス入出力装置をLAN(Local Aria Network)等をネットワークで接続し、高速でデータ転送が可能なステーションとして構成されている。
このような複数のステーションは、夫々のステーションがコモンメモリを備え、各ステーションから送出されるデータを高速で、サイクリック伝送(以後、この伝送を、スキャン伝送と言う)し、全ステーションのコモンメモリのデータが同一の内容に更新される。
そして、夫々のステーションは、このコモンメモリを通してネットワークに接続されている全データを共有し、システムを制御している。
このような従来のスキャン伝送システムについて、図4乃至図6を参照して説明する。図4に示すスキャン伝送ネットワークは、コモンメモリ51a乃至54aを備えたステーション51乃至54を、ネットワーク5で結合して構成している。
コモンメモリ51a乃至54aは、各ステーション51乃至54のデータエリアが重複しないように、全て同じように予め格納されるアドレスの割り付けが設定されている。
図4は、各ステーション51乃至54のコモンメモリ51a乃至54aのデータのデータエリアとして、夫々b11乃至b14が割り付けられた例を示している。このデータエリアb11乃至B14をトーカのブロックとも言う。
次に、このように構成されたスキャン伝送ネットワークの動作について説明する。夫々のステーション51乃至54は、データエリアb11乃至b14の伝送すべきデータのアドレスを付して、ネットワーク5に送出する。
例えば、ステーション51が、送信権を得るとコモンメモリ51aのデータエリアb11のデータをネットワーク5に送出し、この信号がステーション52乃至54で受信され、夫々のコモンメモリ52a乃至54a内の同一のデータエリアb1に格納される。
このネットワーク5内の送信権は、予めネットワーク5内のいずれかのステーショに割付ておき、このステーションがスキャン伝送の周期と伝送の順位を各ステーションに対して設定し、この順位に従って各ステーションが所定の伝送周期を超えないように送信時間を制御している。
同様にして、各ステーション52乃至54は送信権を得ると、自ステーションのデータをネットワーク5に送出し、送信権が全ステーションを一巡すると全てのコモンメモリ51a乃至54aのデータは同一の最新データで更新される。
これらの処理をサイクリックに実行することにより、各ステーション51乃至54は自ステーションに割り付けられたデータエリアb11乃至b14にデータを書き込み、各ステーション51乃至54はデータエリアb11乃至b14のデータを読み出すことによって、全ステーション間で同一の伝送周期内で同一のデータの授受が可能となり、ネットワーク5のステーション全体で一つの制御システムを高速で制御することが可能となる。
次に、このスキャン伝送を用いた2つのネットワーク間を接続する従来の構成と動作について図5乃至図6を参照して説明する。図5は、第1のネットワーク5と第2のネットワーク6が、夫々独立したスキャン伝送を行っている。
そして、ネットワーク5にはステーション51が、ネットワーク6にはステーション61が接続され、このネットワーク間を中継装置11で中継し、両ネットワーク5、6の夫々のコモンメモリ51a、61aに格納される伝送データを夫々のネットワークで相互に共有できるように構成されている。
通常、夫々のステーション5、6には複数のステーションが接続されているが、図5では、ネットワーク5のステーション52乃至54、ネットワーク6のステーション62乃至64を省略し、夫々のステーション52乃至54、62乃至64のコモンメモリのデータエリアb12乃至b14、b22乃至b24のみを図示している。
このような中継装置11の詳細構成について図5を参照して説明する。同図において、中継装置11は、第1のネットワーク5のスキャン伝送データを第1のスキャン伝送メモリ13aに書き込み・読み出し制御する第1のスキャン伝送コントローラ13とその第1のスキャン伝送メモリ13a、同じく第2のネットワーク6のスキャン伝送データを第2のスキャン伝送メモリ14aに書き込み・読み出し制御する第2のスキャン伝送コントローラ14とそのスキャン伝送メモリ14a、及び第1のスキャン伝送メモリと第2のスキャン伝送メモリ14a間の相互の伝送データの転送を制御するCPU12とから構成される。
また、2つのネットワーク5、6には、接続されるステーションの数や、2つのネットワークで共有するデータエリアのアドレスが異なるアドレスに割り付けされる場合がある。
そこで、ネットワーク5のコモンメモリ51aのデータエリアb11乃至b14とネットワーク6のコモンメモリ61aのデータエリアb21乃至b24は、データエリアを予め対応付けして、割り付けて設定され、CPU11による相互の転送先が容易に行えるようされている。
この第1及び第2のスキャン伝送メモリ13a、14a間のデータの転送制御動作を図6に示す。転送される伝送データの単位は、夫々のステーション5、6のデータエリアb11乃至b14のデータエリア(ブロック)とされている。
そして、第1のネットワーク5のデータを第1のスキャンコントローラ5がブロック単位で伝送されたデータを受信し、第1のスキャン伝送メモリ13aのメモリエリアb11乃至b14に書き込む(図6(a))。
次に、CPU12は、第1のスキャン伝送コントローラ13から書き込みが完了したことの通知を受けて、例えば、第1のスキャン伝送メモリ13aからメモリエリアb11のデータを読み出し(図6(b))、読み出したメモリエリアb11のデータを、予め定めておいた第2のスキャン伝送メモリエリアb21に書き込む(図6(c))。
第2のスキャン伝送コントローラ14は、第2のスキャン伝送メモリ14aに書き込みが完了したことをCPU12から通知される。すると、第2のスキャン伝送コントローラ14は、この書き込み完了通知を受け、第2のスキャン伝送コントローラ14の送信権が確立する、次の伝送周期でこのメモリエリア14aのデータを第2のネットワーク6に送出する。
このようにして、第1のネットワーク5及び第2のネットワーク5の全てのコモンメモリ51a乃至54aと、コモンメモリ61a乃至64aにおいて同一のデータが共有される。この場合、中継装置11による伝送の遅れ時間は、データエリア(ブロック)単位の伝送であるため、伝送データのデータ量の相当する時間だけ遅延される。
このような異なる伝送ネットワーク間のスキャン伝送について、各ステーションでデータを共有する制御システムが知られている(例えば、非特許文献1参照。)。
野島 章、笠原 郁夫、東芝レヴューVol56No.10(2001)、図5「鉄鋼プラント制御システムへの統合コントローラの適用」P26、図5
異なる伝送ネットワーク間において、即ちスキャン伝送周期、スキャン伝送データのアドレスが異なるネットワーク間で伝送データを共有する場合、2つのネットワーク間を中継する中継装置によって、伝送データが遅延される問題がある。
前述した非特許文献1に示した鉄鋼プラントの制御システムの場合等においては、ネットワークの各ステーションで使用する制御データの更新は、ミリ秒単位以下の高速な応答が要求される。
特に、スキャン伝送を行っている制御システムのネットワークを更新する場合等においては、旧ネットワークの制御システムと並列運転しながら徐々に更新される場合があるので、旧ネットワークと新ネットワーク間のデータの伝送遅れは中継装置11の伝送遅れ時間分としてマイクロ秒単位の高速で行うことが求められている。
しかしながら、上述したように従来のネットワーク間のデータ伝送は、送信側の第1のネットワークのデータを第1のスキャン伝送メモリに書き込み、その後第1のスキャン伝送メモリから受信側の第2スキャン伝送メモリに書き込むため、第1のスキャン伝送メモリにバッファリングする時間に相当する伝送遅れが発生する。即ち、スキャン伝送データのデータ量に応じた遅延時間の発生を避けることが出来ない問題がある。
しかしながら、このような異なるネットワーク間の制御データの中継を高速で中継する技術は知られていない。
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、異なるネットワーク間のスキャン伝送データを中継する場合において、両ネットワークの各ステーションが送信するデータを最短の時間で、相互のネットワーク間で共有することが出来るスキャン伝送ネットワーク間の中継装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の請求項1に係るスキャン伝送ネットワーク間の中継装置は、スキャン伝送ネットワーク間に設けられたスキャン伝送データの中継装置であって、前記中継装置は、第1のネットワークにおいてスキャン伝送される第1のスキャン伝送データを当該中継装置内のスキャン伝送メモリとの間で送受信することを制御する第1のスキャン伝送コントローラと、第2のネットワークにおいてスキャン伝送される第2のスキャン伝送データを前記スキャン伝送メモリとの間で送受信することを制御する第2のスキャン伝送コントローラと、前記第1のスキャン伝送データと前記第2のスキャン伝送データとを前記スキャン伝送メモリの所定のアドレスへの書き込みを制御するスキャンデータ転送制御手段とを備え、前記スキャンデータ転送制御手段は、前記第1のスキャン伝送データ及び前記第2のスキャン伝送データを異なるメモリエリアに記憶させるスキャン伝送メモリと、前記第1のスキャン伝送データ及び前記第2のスキャン伝送データの前記スキャン伝送メモリへの書き込みアドレスを生成するアドレス変換回路と、前記第1のスキャン伝送データ及び第2のスキャン伝送データを、前記スキャン伝送メモリに書き込むメモリ制御信号を生成するメモリ制御回路とを備え、前記アドレス変換回路は、前記第1のネットワークで共有する前記第1のスキャンデータの第1のアドレスと前記第2のネットワークで共有する前記第2のスキャンデータの第2のアドレスとを対応するアドレスに相互に変換するアドレス変換テーブルを備え、前記メモリ制御回路は、前記第1のスキャン転送データを、伝送の単位データ毎に前記第1及び前記第2のアドレスに書き込み、その後、連続して前記第2のスキャン転送データを、伝送の単位データ毎に前記第1及び前記第2に書き込むメモリ制御信号を生成し、前記第1及び前記第2のスキャン伝送データを前記スキャン伝送メモリの異なるアドレスに交互に連続して書き込むようにしたことを特徴とする。
上記目的を達成するために、本発明の請求項2に係るスキャン伝送ネットワーク間の中継装置は、スキャン伝送ネットワーク間に設けられたスキャン伝送データの中継装置であって、前記中継装置は、第1のスキャン伝送メモリと、第1のネットワークをスキャン伝送される第1のスキャン伝送データを前記第1のスキャン伝送メモリとの間で送受信することを制御する第1のスキャン伝送コントローラと、第2のスキャン伝送メモリと、第2のネットワークをスキャン伝送される第2のスキャン伝送データを前記第2のスキャン伝送メモリとの間で送受信することを制御する第2のスキャン伝送コントローラと、
前記第1のスキャン伝送メモリ及び前記第2のスキャン伝送メモリへのデータの書き込みを制御するスキャンデータ転送制御回路とを備え、前記スキャンデータ転送制御回路は、前記第1のネットワークで共有する前記第1のスキャンデータの第1のアドレスと前記第2のネットワークで共有する前記第2のスキャンデータの第2のアドレスとを相互に変換するアドレス変換テーブルを備えるアドレス変換回路と、前記第1のスキャン伝送メモリ及び前記第2のスキャン伝送メモリに書き込むメモリ制御信号を生成するメモリ制御回路と
を備え、前記メモリ制御回路は、前記第1のスキャン転送データを、伝送単位データ毎に、前記第1のスキャン伝送メモリと第2のスキャン伝送メモリに交互に連続して書き込み、さらに、連続して前記第2のスキャン転送データを、伝送単位データ毎に、前記第1のスキャン伝送メモリと第2のスキャン伝送メモリに交互に連続して書き込み、前記第1及び前記第2のスキャン伝送データを前記第1のスキャン伝送メモリ及び前記第2のスキャン伝送メモリの対応するアドレスに交互に連続して書き込むようにしたことを特徴とする。
本発明によれば、異なるスキャン伝送ネットワーク間を中継する中継装置のスキャンデータ転送制御手段として、ネットワーク間のコモンメモリの異なるメモリエリアのアドレスを予め設定し、夫々のネットワークのステーションが共有するコモンメモリのデータを格納するスキャン伝送メモリと、このスキャン伝送メモリに対して、スキャン伝送されるデータの最小単位毎に、即ち、ステーション毎のデータエリア(ブロック)のビットまたはワード等のデータの最小単位毎に所定の時間内で書き込みを実行するメモリ制御手段を備えたので、異なるネットワーク間の中継による伝送時間の遅れを最小の時間とすることが可能となる。
また、相互のスキャン伝送速度が異なる場合においても、夫々のネットワークのスキャン伝送速度に影響を与えることなく、相互のコモンメモリが共有するデータが高速で転送できる。
また、中継時間が短縮されることによって、従来のネットワークやステーションを更新する場合において、既存のネットワークの制御性能に影響を与える恐れのない、大規模なネットワークシステムのネットワーク一括更新や、ステーション毎の分割更新が可能となる。
更に、2重化されたネットワークシステムの構築も容易となるので、信頼性のあるシステムの構築が容易に可能となる。
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
以下、本発明による実施例1について図1と図2を参照して説明する。図1は、夫々がスキャン伝送ネットワークを構成している第1のネットワーク5と第2のネットワーク6との間に置かれた中継装置1の構成を示すブロック図である。
ここで、第1及び第2のネットワークには、夫々複数のステーションが接続されているが、図1においては、第1のネットワークのステーション51及びこのコモンメモリ51a、第2のネットワークのステーション61及びこのコモンメモリ61aを図示し、他のステーションは省略している。
図1において、中継装置1は、第1のネットワークとの第1のスキャン伝送コントローラ3、第2のスキャン伝送コントローラ4及びこれらの間の信号を中継するスキャンデータ転送制御部2とで構成される。
さらに、このスキャンデータ転送制御部2は、各ネットワークが共有するコモンメモリ51a、61aのデータを、夫々、独立に格納するスキャン伝送メモリ23と、このスキャン伝送メモリ23に第1及び第2のネットワーク上でスキャン伝送されるデータを格納するためのデータエリアのアドレスを指定するアドレス変換回路21及び書き込みタイミングを制御するメモリ制御回路22とから構成される。
このアドレス変換回路21は、第1及び第2のネットワークのコモンメモリ51a、61aのデータエリアが異なる場合に、データを書き込み・読出しを実行するデータエリアを対応するネットワークのメモリエリアのアドレスに変換する機能を備えている。
このコモンメモリのデータエリアは、各ステーションのデータ構成や、ステーションの更新を行う場合が発生するので、対応するアドレスを変換テーブルの形式で設定できるように構成しておけば、いずれのネットワークのステーションのデータエリアのアドレスが変更された場合でも容易に対応が可能である。
また、詳細を後述するスキャンデータ伝送メモリ23へのデータの書き込みタイミングを制御するメモリ制御回路22は、第1及び第2のネットワーク相互のデータを、確実な伝送遅れ時間で、時分割で転送制御する。
次に、このように構成された中継装置1の詳細設定と動作について、同じく図1と図2を参照して説明する。先ず、スキャン伝送メモリ23の書き込むメモリ制御信号を生成するメモリ制御回路22の設定について説明する。
先ず、メモリの制御信号の設定について、図2を参照して説明する。第1のネットワーク5のスキャン伝送データをスキャン伝送メモリ23に書き込みするメモリ制御信号φ11W、φ12W(図2(e)、())、及び第2のネットワーク6のスキャン伝送データをスキャン伝送メモリ23に書き込みするメモリ制御信号φ22W、φ21W(図2(g)、(h)とする。
そして、これらのクロック信号φ11W、φ12W、及びクロック信号φ22W、φ21Wは、同じく図2(c)に示す図基準クロック信号Ckに同期して生成され、且つメモリ制御信号φ11W、φ12Wとメモリ制御信号φ22W、φ21Wとは、図2(d)に示すネットワーク制御信号Cgによって時系列な信号として、選択・設定される。
更に、基準クロック信号Ckは、両ネットワークのスキャン伝送データの図2(i)に示す単位データ信号の周波数よりも速い、少なくとも2倍以上の周波数として設定しておく。
次に、このように構成されたスキャンデータ制御部2による中継装置1のスキャン伝送データの中継動作について説明する。
例えば、第1のネットワーク5において送信権を得たステーション51からコモンメモリ51aのデータエリアb11に格納しているデータが第1のネットワーク5に送出されたとする(図2(a))。
すると、第1のスキャン伝送コントローラ3は、このデータを受信したことをアドレス変換回路21とメモリ制御回路22とに通知する。そしてアドレス変換回路21は、このデータに付随するアドレスを受信し、予め設定された格納先のアドレスに変換する。
メモリ制御回路22は、ネットワーク制御信号Cgによって、第1のネットワークの制御信号を選択し、メモリ制御信号φ11Wとアドレス変換回路21で変換された格納先のアドレスとをスキャン伝送メモリ23に入力して、図2(e)に示すφ11Wの立ち下がりの書き込みタイミング(t1)でスキャン伝送メモリ23に格納する。
また、図2(i)に示すスキャン伝送データの有効データ期間内において、同一の伝送データをスキャン伝送メモリ23の第2のネットワークで共有するデータエリアのアドレスに格納する。
この書き込み制御は、ネットワーク制御信号Cgと基準クロック信号Ckとによって、 アドレス変換回路21のスキャン伝送メモリ23への格納先のアドレスを選択し、図2(f)に示すφ12の立ち下がりの書き込みタイミングでスキャン伝送メモリ23に格納する。
即ち、第1のネットワーク5のスキャン伝送データであるコモンメモリ51aのデータエリアb11のデータを、スキャン伝送メモリ23の異なるアドレスに、このデータの最小単位が存在する時間内で書き込む。
この様にして、データエリアb11のデータを、全てスキャン伝送メモリ23の異なるアドレスに書き込む。
第2のスキャン伝送コントローラ4は、このデータエリアb11のデータの書き込み完了後の次の送信権が確立するタイミングで第2のネットワークに送出する。
即ち、以上のようにして、第1のネットワークのスキャン伝送データは、中継装置1によって、図2(b)及びその拡大図を図2(j)に示す伝送遅れ時間Tdの遅れで第2の伝送ネットワーク6にデータを転送することが出来る。この遅れ時間は、上述したメモリ制御回路22によってマイクロ秒以下で制御することが可能である。
次に、第2のネットワーク6から第1のネットワーク3へのスキャンデータの送信は、同様にして、第2のネットを選択するネットワーク制御信号Cgを選択するタイミングで、スキャン伝送メモリ23へ格納するためのメモリ制御信号、φ22W(図2(g))、φ21W(図2(h))によって制御が可能となる。
即ち、相互に送信するスキャン伝送データは、基準クロック信号Ckの周期に相当する遅れ時間内で、相互のスキャン伝送メモリのデータエリアに転送され、次の伝送周期で相互のスキャンデータとして送出されットワークのステーションで共有される。
図3は、本発明の実施例2の第2の中継装置1の構成を示す図である。この実施例の各部について、図1と同一部分は同一の符号で示しその説明を省略する。この図3の実施例2が図1の実施例1と異なる点は、スキャン伝送メモリ23をそれぞれ別々の第1のスキャン伝送メモリ3aと第2のスキャン伝送メモリ4aとして設けた点が異なる。
実施例2は、スキャン伝送メモリ3aと4aとが独立して設けられるので、第1のネットワークと第2のネットワークとが同じスキャン伝送ネットワークとして構成されている場合には、2重化された、信頼性のあるシステムの構築が容易に可能となる。
また、このような構成とすることによって、大規模なネットワークシステムのネットワーク相互の互換性が確保できるので、一括更新だけでなくステーション毎の分割更新も容易に行えようになる。
本発明の実施例1の構成図。 本は発明の中継装置の動作祖説明するタイムチャート。 本発明の実施例2の構成図。 スキャン伝送ネットワークの説明図。 従来のネットワーク間の中継装置の構成図。 従来のネットワーク間の中継装置の動作の説明図。
符号の説明
1 中継装置
2 スキャンデータ転送制御部
3、13 第1のスキャン伝送コントローラ
4、14 第2のスキャン伝送コントローラ
5 第1のネットワーク
6 第2のネットワーク
21 アドレス変換回路
22、25 メモリ制御回路
23、13a、14a スキャン伝送メモリ
3a 第1のスキャン伝送メモリ
4a 第2のスキャン伝送メモリ
12 CPU
51、52、53、54、61 ネットワークステーション
51a、52a、53a、54a コモンメモリ

Claims (2)

  1. スキャン伝送ネットワーク間に設けられたスキャン伝送データの中継装置であって、
    前記中継装置は、第1のネットワークにおいてスキャン伝送される第1のスキャン伝送データを当該中継装置内のスキャン伝送メモリとの間で送受信することを制御する第1のスキャン伝送コントローラと、第2のネットワークにおいてスキャン伝送される第2のスキャン伝送データを前記スキャン伝送メモリとの間で送受信することを制御する第2のスキャン伝送コントローラと、前記第1のスキャン伝送データと前記第2のスキャン伝送データとを前記スキャン伝送メモリの所定のアドレスへの書き込みを制御するスキャンデータ転送制御手段とを
    備え、
    前記スキャンデータ転送制御手段は、前記第1のスキャン伝送データ及び前記第2のスキャン伝送データを異なるメモリエリアに記憶させるスキャン伝送メモリと、
    前記第1のスキャン伝送データ及び前記第2のスキャン伝送データの前記スキャン伝送メモリへの書き込みアドレスを生成するアドレス変換回路と、
    前記第1のスキャン伝送データ及び第2のスキャン伝送データを、前記スキャン伝送メモリに書き込むメモリ制御信号を生成するメモリ制御回路と
    を備え、
    前記アドレス変換回路は、前記第1のネットワークで共有する前記第1のスキャンデータの第1のアドレスと前記第2のネットワークで共有する前記第2のスキャンデータの第2のアドレスとを対応するアドレスに相互に変換するアドレス変換テーブルを備え、
    前記メモリ制御回路は、前記第1のスキャン転送データを、伝送の単位データ毎に前記第1及び前記第2のアドレスに書き込み、その後、連続して前記第2のスキャン転送データを、伝送の単位データ毎に前記第1及び前記第2に書き込むメモリ制御信号を生成し、
    前記第1及び前記第2のスキャン伝送データを前記スキャン伝送メモリの異なるアドレスに交互に連続して書き込むようにしたことを特徴とするスキャン伝送ネットワーク間の中継装置。
  2. スキャン伝送ネットワーク間に設けられたスキャン伝送データの中継装置であって、
    前記中継装置は、第1のスキャン伝送メモリと、第1のネットワークをスキャン伝送される第1のスキャン伝送データを前記第1のスキャン伝送メモリとの間で送受信することを制御する第1のスキャン伝送コントローラと、
    第2のスキャン伝送メモリと、
    第2のネットワークをスキャン伝送される第2のスキャン伝送データを前記第2のスキャン伝送メモリとの間で送受信することを制御する第2のスキャン伝送コントローラと、
    前記第1のスキャン伝送メモリ及び前記第2のスキャン伝送メモリへのデータの書き込みを制御するスキャンデータ転送制御回路と
    を備え、
    前記スキャンデータ転送制御回路は、前記第1のネットワークで共有する前記第1のスキャンデータの第1のアドレスと前記第2のネットワークで共有する前記第2のスキャンデータの第2のアドレスとを相互に変換するアドレス変換テーブルを備えるアドレス変換回路と、
    前記第1のスキャン伝送メモリ及び前記第2のスキャン伝送メモリに書き込むメモリ制御信号を生成するメモリ制御回路と
    を備え、
    前記メモリ制御回路は、前記第1のスキャン転送データを、伝送単位データ毎に、前記第1のスキャン伝送メモリと第2のスキャン伝送メモリに交互に連続して書き込み、さらに、連続して前記第2のスキャン転送データを、伝送単位データ毎に、前記第1のスキャン伝送メモリと第2のスキャン伝送メモリに交互に連続して書き込み、
    前記第1及び前記第2のスキャン伝送データを前記第1のスキャン伝送メモリ及び前記第2のスキャン伝送メモリの対応するアドレスに交互に連続して書き込むようにしたことを特徴とするスキャン伝送ネットワーク間の中継装置。
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