JP4991274B2 - 通信構造体及び該通信構造体の動作方法 - Google Patents

Description

本発明は、通信構造体であって、通信制御装置を備えており、該通信制御装置が、同期ユニットと第１のインタフェースと第２のインタフェースとを有しており、データ交換のために、第１のインタフェースが第１のＩ／Ｏコネクションを介して且つ第２のインタフェースが第２のＩ／Ｏコネクションを介してそれぞれ通信システムに接続されており、該通信システムが、少なくとも１つの別の加入者ないしユニットを有している形式のものに関する。

更に本発明は、同期ユニットと第１のインタフェースと第２のインタフェースとを有する通信制御装置が設けられた通信構造体の動作方法であって、データ交換のために、第１のインタフェースを第１のＩ／Ｏコネクションを介して且つ第２のインタフェースを第２のＩ／Ｏコネクションを介して、少なくとも１つの別の加入者ないしユニットを有する通信システムにそれぞれ接続する形式のものに関する。

このような形式の通信構造体は一般に公知である。特に、分散型の通信システムは多くの技術に使用され得る。

即ち、分散型の通信システムは、例えば分散的な制御・駆動技術を用いた自動化システムにおいて使用され、これらの自動化システムではしばしば、多数の個別システムが時間的に同期制御されて駆動される。このような個別システムは、例えば互いに挿し嵌められた、又は互いに密に結合されて働く複数の軸の内の１つを駆動する同期モータ又は非同期モータを備えた駆動ユニットであってよい。分散的な制御・駆動技術を用いた前記のような自動化システムの典型的な使用分野は、時間的に相互調整されて作動する多数の搬送部材及び作用部材を備えた印刷機械、工作機械及びロボットシステムである。

典型的な通信システムは少なくとも２つの、但し一般にははるかに多くの加入者ないしユニットを有しており、これらの加入者は、有利には階層的に通信システムの中央加入者として形成された１つの加入者と、それ以外の加入者としての残りの複数の加入者として構成されているか配置されている。このような階層的な装置構造は、例えば「マスタ」としての中央加入者又はメイン加入者と、それ以外の「スレーブ」としての複数の加入者（下位ステーション又はサブステーション）とを備えたマスタ・スレーブ構造として公知である。

中央加入者は、それ以外の加入者に対する制御信号を発生させ且つ送信する中央の加入者として構成されている。それ以外の別の加入者は、前記制御信号を受信し且つ必要な場合には引き続き通信するために、中央加入者と通信し、また通常の場合その他の別の加入者とも通信する。

この場合、スレーブ加入者は大抵、例えばセンサとアクチュエータ、即ちアナログ及びデジタル信号のための入力／出力アセンブリ群、並びに駆動装置のようなプロセス結合に関連している。

更に、従来技術からは複数の加入者間で、又はそれどころかあらゆる加入者間でマスタ機能を切り換えることのできる分散型の通信システムも公知である。このような「マルチマスタ」システムでは、複数の加入者が中央加入者の機能を有しており、所定の条件が存在する場合に前記機能をも果たすようになっている。この場合、最初は別の加入者として機能する加入者が通信システムの中央加入者になり、従来の中央加入者がそれ以外の別の加入者になる。このような切換えに関して考えられる条件として、例えば従来の中央加入者の制御信号の欠如が考えられる。

この場合、ネットワークトポロジはネットワーク化すべき装置の要求に基づいて決定される。最も頻度の高い構成には星形構造、ライン構造、ツリー構造及びリング構造が所属する。実地においては、通信構造体はしばしば前記の複数の構造体の混合形態から成っている。

星形構造に関して特徴的なのは、通信構造体の全ての加入者に個別に接続されている中央信号分配器（スイッチ）である。星形のネットワーク構造の用途は線膨張が僅かありながら装置密度が高い分野、例えば小型製造セル又は単一の製造機械である。

ツリー形トポロジは、複数の星形構造を１つのネットワークに結合することにより生じる。当該のツリー形トポロジは、複合設備の構成に際して部分設備に使用される。

ライン構造は、接続しようとする加入者の近傍に位置するスイッチか、又は加入者に組み込まれたスイッチによって実現され得る。当該のライン構造は、有利には例えば搬送システム等の大規模な構造を有する設備において使用され且つ複数の製造セルを接続するために使用される。

リングトポロジの場合は、ライン構造の端部が付加的な接続によって閉じられている。当該のリングトポロジは、加入者の断線又は故障防護手段の供与要求の高い設備において使用される。

今日の通信制御装置は、一般に媒体において規定されたプロトコル（例えばＲＳ４８５バスにおけるＰＲＯＦＩＢＵＳプロトコル又はＲＳ４８５バスにおけるデバイスネット）しか処理することができない。マルチプロトコルコンポーネントでは、例えばＰＲＯＦＩＢＵＳマスタ機能又はＰＲＯＦＩＢＵＳスレーブ機能もカバーすることができる。但し、通信プロトコルが非常に複雑になると、コンポーネントによる可変のプログラミングは極めて困難である。特に、非常に速い通信速度を有するイーサネットベースのプロトコルでは、ソフトウェアによる変更は実現不能であるか、若しくは非常に実現し難い。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９１７３５４号明細書から種々様々な通信構造体が公知である。当該明細書は、通信構造体、特に相互に反対方向の通信経路を有するリング形の通信構造体におけるメインユニットと、互いに同期されるべき内部クロックを備えた少なくとも１つのサブユニットのための同期法に関するものであり、この場合、メインユニットはサブユニットに２つの通信経路を介して時間信号を伝送する。これらの時間信号は、両通信経路において一般にサブユニットに至るまでの異なる伝播時間Ｔ１；Ｔ２を必要とする。この場合、これらの伝播時間Ｔ１，Ｔ２の差ｄＴが少なくともサブユニットにおいて検出されて、当該の差ｄＴから伝播時間Ｔ１，Ｔ２が求められる。伝播時間Ｔ１，Ｔ２が求められた後で、これらの伝播時間Ｔ１，Ｔ２を考慮してクロックがそれぞれ同期する。

前掲の明細書に開示された通信構造体の変化態様は、それぞれ融通の利かない構成になっている。この場合、所定のトポロジから別のトポロジへの変更は、ハードウェアを適宜適合させることによってのみ行われる。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９１７３５４号明細書

本発明の課題は、フレキシブルな通信トポロジを可能にし且つ付加的にハードウェアの変更を減らすことができる通信構造体を提供することである。更に、本発明の課題は、前記のような通信構造体の動作方法を提供することである。

この課題は、通信制御装置の第１のインタフェース及び第２のインタフェースが可変の機能を有していることによって解決される。

このことは、ハードウェアの変更を減らすことができ、製作手間、保管、交換部品保持に関するより一層低いコストに寄与する一方で、種々様々な通信トポロジに関して高いフレキシビリティーを可能にする。機械的な変更無しで、ハードウェアはパラメータに応じて異なる機能を有することができ延いては異なる制御環境若しくは制御トポロジに用いることができる。

異なるトポロジでの使用に関して有利なのは、通信制御装置の第１のインタフェースと第２のインタフェースとが、通信の初期化時に、伝播時間を伴う通信システムにおける伝播時間補償のための補正値に関して変更可能な場合である。

特に、通信制御装置の第１のインタフェースと第２のインタフェースとによって異なる通信トポロジが実現可能であると有利である。

通信制御装置の第１のインタフェースと第２のインタフェースとを以て種々様々な通信プロトコルが処理可能であると、種々様々なネットワークシステムが結合可能である。

特に、通信制御装置の第１のインタフェースと第２のインタフェースとが少なくとも２つの異なる同期トポロジを有していると、ユニバーサルなフレキシビリティーが得られる。

同期トポロジが以下のトポロジ、即ちマスタ／マスタ、マスタ／スレーブ、スレーブ／スレーブ、マスタ／非同期、スレーブ／非同期又は非同期／非同期を含んでいると、同期の異なる作用方向が実現され得る。

この場合、マスタインタフェースは例えば制御接続の上位の階層を成している。これに対して、スレーブインタフェースはより高い階層レベルに接続可能である。少なくとも１つの非同期インタフェースにおいては、例えば類似のアプリケーションが接続されていてもよい。

通信システムが少なくとも部分的にイーサネットをベースにしており、これにより、ソフトウェアを変更することにより比較的速い通信速度が実現可能であると、特に有利である。

通信システムが少なくとも部分的にリアルタイム通信システムである場合は、相応に高速で精密な同期法を用いて、高速且つ精密な機械制御のためのフレキシブルな通信制御装置を実現することができる。

方法に関する前記課題は、通信制御装置の第１のインタフェースと第２のインタフェースとを、それぞれ異なる機能で動作させることによって解決される。このことは通信システムを結合することによる種々様々な加入者、例えばフィールドバス、マスタ又はスレーブ等の統合に関して有利である。

有利な方法の変化態様では、通信制御装置の第１のインタフェース及び第２のインタフェースを、通信の初期化時に、伝播時間を伴う通信システムにおける伝播時間補償のための補正値に関して変更する。これにより、異なる信号伝播時間を考慮することができ、このことは特に、種々様々な加入者を有する分岐した通信システムにおいて有利である。

別の方法変化態様では、通信制御装置の第１のインタフェースと第２のインタフェースとを以て異なる通信プロトコルを処理する。これにより、異なる通信プロトコルで通信する複数の異なる加入者を１つの共通の通信システムに統合することができる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面につき詳しく説明する。

図１に概略的に示した通信構造体１のベースは、メインユニットとしての通信制御装置１０（コントローラ）と通信システム３０とを有しており、この通信システム３０は、種々様々な構造を有することができ且つ複数の加入者ないしユニット３１．１，３１．２，３１．３，３１．４（詳しくは図示せず）から成っている。

通信制御装置１０は、図示の実施例では組み込まれた構成要素として同期ユニット１１（Ｓｙｎｃ．）を有しており、この同期ユニット１１は、第１のインタフェース１２（Ｐｏｒｔ１）と第２のインタフェース１２（Ｐｏｒｔ２）との内部データ交換を可能にする。

通信システム３０は通信制御装置１０とデータ交換部２０を介して接続されており、この場合、通信制御装置１０の第１のインタフェース１２は第１のＩ／Ｏコネクション２１を介して通信システム３０に接続されており、第２のインタフェース１３は第２のＩ／Ｏコネクション２２を介して通信システム３０に接続されている。この場合、種々様々な通信経路が光導波体及び／又は例えばプロフィバス或いはイーサネットコネクション等の有線コネクションとして形成されていてよい。

本発明では、通信制御装置１０のインタフェース１２及びインタフェース１３は可変の機能を有しており、この場合、伝播時間を伴う通信システム３０における伝播時間補償に関して、この伝播時間補償のための補正値は、通信の初期化に際して変更可能である。この可変の機能は種々様々なフィールドバスシステム、即ち通信プロトコルにも、異なる同期作用方向にも関連していてよい。つまり、通信制御装置１０の第１のインタフェース１２と第２のインタフェース１３とによって、種々様々な通信プロトコルが処理可能であるのと同様に、種々様々な通信トポロジが実現可能であってよい。

有利な実施形態では、通信制御装置１０の第１のインタフェース１２及び第２のインタフェース１３は、少なくとも２つの異なる同期トポロジを有している。

図２には、冗長的な相互に反対方向の二重リング構造として構成された通信構造体１が示されており、この場合、通信制御装置１０の両インタフェース１２，１３は通信システム３０の加入者３１．１，３１．２，３１．３，３１．４と相俟って、閉じられた二重リング構造を形成している。データ交換２０は、通信制御装置１０の第１のインタフェース１２により第１のＩ／Ｏコネクション２１を介して行われる。第２のインタフェース１３によるデータ交換２０は、第２のＩ／Ｏコネクション２２を介して行われる。

この場合、通信構造体１の相互に反対方向の素線は通信制御装置１０の両インタフェース１２，１３を介してそれぞれ異なって構成されていてよく、場合によっては異なる通信プロトコルを交換することができる。このようなトポロジは、加入者の断線又は故障防護手段の供与要求の高い設備において使用される。

図３には、２ライン構造として形成された通信構造体１が示されている。通信制御装置１０の両インタフェース１２，１３は、加入者３１．１，３１．２及び加入者３１．３，３１．４と相俟ってそれぞれ１つの通信ラインを形成している。このようなライン構造は、有利には大規模な構造を有する設備において使用される。

２ライントポロジの変化態様では、両ラインの同期の異なる作用方向が可能である。

図４は、２ライン構造としての通信構造体１をマスタ／マスタ構成で概略的に例示した図である。この場合、通信制御装置１０は互いに独立した２つのマスタインタフェース１４を有しており、これらのマスタインタフェース１４は、それぞれ２ライントポロジの形態で加入者３１．１，３１．２若しくは加入者３１．３，３１．４と接続されている。従って、例えば種々様々な制御接続体が実現され得る。

図５に示した２ライントポロジとしての通信構造体１は、図４に示した変化態様と比べてマスタインタフェース１４とスレーブインタフェース１５とを有している。マスタインタフェース１４はＩ／Ｏコネクション２１を介して加入者３１．１，３１．２と接続されており、スレーブインタフェース１５はＩ／Ｏコネクション２２を介して加入者３１．３，３１．４と接続されている。この場合、マスタインタフェース１４は例えば制御接続体の上位の階層を成している。これに対して、スレーブインタフェース１５はより高い階層レベルと接続されている。

図６に示した２ライントポロジとしての通信構造体１の変化態様では、互いに独立した２つのスレーブインタフェース１５を有する通信制御装置１０が示されている。第１のスレーブインタフェース１５はＩ／Ｏコネクション２１を介して加入者３１．１，３１．２と接続されており、第２のスレーブインタフェース１５はＩ／Ｏコネクション２２を介して加入者３１．３，３１．４と接続されている。この場合、両スレーブインタフェース１５はそれぞれより高い、場合によっては完全に分離された制御階層に接続されている。

ここに図示しない実施形態では、通信制御装置１０の1つ又は両方のインタフェース１２，１３がそれぞれ非同期的なインタフェースとして構成されていてもよく、これらのインタフェースは特定の実施形態では類似していてもよい。

別の変化態様では、上で説明した２ライントポロジが異なる通信システム３０を操作可能である。その例は、ＰＲＯＦＩＮＥＴとＳＥＲＣＯＳ ＩＩＩ若しくはＳＥＲＣＯＳ ＩＩＩとエンジニアインタフェースである。更に別の変化態様では、通信システム３０は少なくとも部分的にイーサネットをベースにしている。

相応に高速且つ精密な同期法によって、互いに自由にコンフィギュレート可能なインタフェース１２，１３若しくは１つ又は２つのマスタインタフェース１４及び／又は１つ又は２つのスレーブインタフェース１５を備えたフレキシブルな通信制御装置１０は、少なくとも部分的にリアルタイム通信システムでも使用可能であってよい。

説明した前記通信構造体１及び通信制御装置１０の特別な構成、並びに前記方法によって、一方ではハードウェアの変更を減らすことができ、このことはコスト削減に寄与する。他方では、種々様々な通信トポロジに関して高度なフレキシビリティーが得られる。

通信構造体のベースを概略的に示した図である。 二重リング構造としての通信構造体を概略的に示した図である。 ２ライン構造としての通信構造体を概略的に示した図である。 ２ライン構造としての通信構造体をマスタ／マスタ構成で概略的に示した図である。 ２ライン構造としての通信構造体をマスタ／スレーブ構成で概略的に示した図である。 ２ライン構造としての通信構造体をスレーブ／スレーブ構成で概略的に示した図である。

１ 通信構造体、 １０ 通信制御装置、 １１ 同期ユニット、 １２，１３ インタフェース、 １４マスタインタフェース、 １５ スレーブインタフェース、 ２０ データ交換、 ２１，２２ Ｉ／Ｏ接続、 ３０ 通信システム、 ３１．１〜３１．４ サブセット

Claims (5)

1. 通信制御装置（１０）を備えた通信構造体（１）であって、
   該通信制御装置は、同期ユニット（１１）と、第１のインタフェース（１２）と、第２のインタフェース（１３）とを有しており、
   データ交換（２０）のために、第１のインタフェース（１２）が第１のＩ／Ｏコネクション（２１）を介して且つ第２のインタフェース（１３）が第２のＩ／Ｏコネクション（２２）を介してそれぞれ通信システム（３０）に接続されており、
   該通信システムが、少なくとも１つの別の加入者ないしユニット（３１．１）を有している形式のものにおいて、
   前記通信制御装置（１０）の第１のインタフェース（１２）及び第２のインタフェース（１３）は、伝播時間を伴う通信システム（３０）における伝播時間補償のための補正値が通信初期化時に変更され、および／または
   前記の通信制御装置（１０）の第１のインタフェース（１２）および第２のインタフェース（１３）により、異なる通信トポロジが実現され、および／または
   前記の通信制御装置（１０）の第１のインタフェース（１２）および第２のインタフェース（１３）により、異なる通信プロトコルが処理され、および／または
   前記の通信制御装置（１０）の第１のインタフェース（１２）および第２のインタフェース（１３）には少なくとも１つの異なる同期化トポロジが含まれていることを特徴とする、通信構造体。
2. 前記同期トポロジが、以下のトポロジ、即ちマスタ／マスタ、マスタ／スレーブ、スレーブ／スレーブ、マスタ／非同期、スレーブ／非同期又は非同期／非同期を含んでいる、
   請求項１記載の通信構造体。
3. 前記通信システム（３０）が少なくとも部分的にイーサネットをベースとしている、
   請求項１または２記載の通信構造体。
4. 通信システム（３０）が少なくとも部分的にリアルタイム通信システムである、
   請求項１から３までのいずれか１項記載の通信構造体。
5. 同期ユニット（１１）と第１のインタフェース（１２）と第２のインタフェース（１３）とを有する通信制御装置（１０）が設けられた通信構造体（１）の動作方法であって、データ交換（２０）のために、第１のインタフェース（１２）を第１のＩ／Ｏコネクション（２１）を介して且つ第２のインタフェース（１３）を第２のＩ／Ｏコネクション（２２）を介して、少なくとも１つの別の加入者ないしユニット（３１．１）を有する通信システム（３０）にそれぞれ接続する形式のものにおいて、
   前記通信制御装置（１０）の第１のインタフェース（１２）及び第２のインタフェース（１３）の、伝播時間を伴う通信システム（３０）における伝播時間補償のための補正値を通信初期化時に変更し、および／または
   前記の通信制御装置（１０）の第１のインタフェース（１２）および第２のインタフェース（１３）により、異なる通信トポロジを実現し、および／または
   前記の通信制御装置（１０）の第１のインタフェース（１２）および第２のインタフェース（１３）により、異なる通信プロトコルを処理し、および／または
   前記の通信制御装置（１０）の第１のインタフェース（１２）および第２のインタフェース（１３）には少なくとも１つの異なる同期化トポロジが含まれていることを特徴とする、
   通信構造体（１）の動作方法。

Images