JP5840088B2 - 端末通信装置および分散制御システム - Google Patents

Description

本発明は、産業機械などに組み込まれる制御対象機器をネットワークによって接続し、これらを制御する端末通信装置および分散制御システムに関する。

近年、ＦＡ（Factory Automation）システムにおける省配線化を目的とし、ネットワークを介して各種制御対象装置を接続する制御システムが採用されている。特に、産業機械においては、その駆動系を構成する各軸のモータを駆動するドライバや、周辺装置に含まれる入出力デバイスをネットワークにより接続し、これらの制御対象装置を制御する分散制御システムが用いられている。

このような分散制御システムは、全体のシーケンスを統括する中央通信装置と、センサやアクチュエータなどの制御対象装置への入出力制御を実行する複数の端末通信装置によって構成されることが一般的である。これらの中央通信装置と各端末通信装置が、通信回線を介してマルチドロップやデイジーチェーンなどの形態で互いに接続されることで、ネットワークが構成される。

分散制御システムにおいて、このようなネットワークを介して、中央通信装置と端末通信装置とが制御対象装置の制御情報やセンサ入力情報を互いに送受信することにより、制御対象装置の制御を実行する。
このような分散制御システムのネットワークは、マルチドロップによるリング型やバス型の接続形態を用いられることが多く、これらの接続形態は、通信制御が容易で、ネットワークの構築も容易であるという利点を有する。

しかしながら、現在、産業機械の高機能化、高性能化に伴って、産業機械に必要とされる制御対象装置が増加し、システムも大規模化が進んでいる。
このような大規模システムへの分散制御システムの適用に際し、マルチドロップなどのネットワークでは接続形態の制約が大きく、システムの構成が非常に煩雑となってしまう。

このような問題を解消するために、ポイントツーポイント接続によるツリー型のネットワークを構成することで分岐接続を容易とし、ネットワークの接続形態の自由度を向上させることが考えられる。しかしながら、このようなネットワークでは、ネットワークの接続形態（階層）によって通信遅延時間が異なるため、複数の制御対象機器における入出力の同期制御は困難となる。

また、従来の分散制御システムでは、同一ネットワーク上の複数の同期制御のそれぞれに異なる制御周期が要求される場合においても、一番性能の高いものに合わせて一律に通信を行う必要がある。従来の分散制御システムにおいて、これらの異なる制御周期を正確に保証するためにはネットワークに過剰な通信速度が要求されるため、厳密な同期制御の実行が困難となっている。

このような問題に対して、例えば特許文献１に記載の技術が開示されている。特許文献１に記載のフィールド制御システムは、制御処理の遅延を検知して、各フィールド装置のタイムスタンプが付加された測定結果パケットを収集する。そして、このフィールド制御システムは、タイムスタンプに基づいて各フィールド機器間における通信遅延時間を把握する。さらに、フィールド制御システムは、これら通信遅延時間に応じて各フィールド機器の動作スケジュールを調整する。

特開２００９−６０４８０号公報

しかしながら、特許文献１に記載のフィールド制御システムは、通信遅延時間を収集する端末通信装置（ターミネータ）が新たに必要となるという問題がある。さらに、特許文献１に記載のフィールド制御システムは、通信遅延時間を収集する必要があり、そのためのパケットを通常の通信に加えて送信する必要がある。これにより、ネットワークの有する最大通信容量が減少し、ネットワークの通信性能が低下してしまうという問題がある。

このような背景に鑑みて本発明がなされたのであり、本発明は通信遅延時間を予め調査することなく、制御対象装置の同期を可能とすることを課題とする。

前記した課題を解決するため、本発明は、所定長のデータを、１ビットずつのシリアルデータとして受信すると、該シリアルデータを逐次的に他の端末通信装置へ１ビットずつ送信する即時通信制御部と、前記１ビットずつのシリアルデータを受信すると、該シリアルデータが所定長となるまで、該シリアルデータを蓄積した後、該データに対して処理を行う通常通信制御部と、を切り替え可能とし、他の端末通信装置における同期のタイミングを通知する時刻調整データを少なくとも含む前記所定長のデータである第１のデータを受信した場合には、前記即時通信制御部による処理を行い、前記第１のデータ以外の前記所定長のデータである第２のデータを受信した場合には、前記通常通信制御部による処理を行う端末通信制御部を有することを特徴とする。

本発明によれば、通信遅延時間を予め調査することなく、制御対象装置の同期を可能とすることができる。

本実施形態に係る分散制御システムの構成例を示す図である。 本実施形態に係る端末通信装置の構成例を示す図である。 本実施形態に係る通信処理の手順を示すフローチャートである。 本実施形態に係るパケット構造の例を示す図である。 本実施形態に係る端末通信制御部における処理の手順を示すフローチャートである。 本実施形態に係る通常通信制御の処理手順を示すフローチャートである。 本実施形態に係る即時通信制御の処理手順を示すフローチャートである。 本実施形態に係る通常通信制御による通信の様子を示す図である。 本実施形態に係る即時通信制御による通信の様子を示す図である。 本実施形態に係るそれぞれの同期グループにおける通信状態を示す図である。 １つのグループに着目した場合における通信状態を示す図である。 本実施形態に係る同期グループの設定画面例を示す図である。 本実施形態に係る分散制御システムの実装例を示す図である。

次に、本発明を実施するための形態（「実施形態」という）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。

［分散制御システム］
図１は、本実施形態に係る分散制御システムの構成例を示す図である。
分散制御システム１０は、中央通信装置２を有するとともに、制御対象装置４を制御する、複数の端末通信装置１（１ａ〜１ｇ）を有する。中央通信装置２と、端末通信装置１それぞれとは、通信路５を介して互いに接続されることで、ネットワークが構成されている。なお、端末通信装置１の詳細は後記して説明する。

（中央通信装置）
中央通信装置２は、キーボード・ディスプレイなどの表示・入力装置３が接続されており、中央通信制御部２０１と、時刻調整部２０２と、入出力データ記憶部２０３と、同期番号設定部２０４と、入力周期設定部２０５と、出力周期設定部２０６と、中央時刻管理部２０７と、制御ソフトウェア実行部２０８とを有している。
中央通信制御部２０１は、ネットワークを介して端末通信装置１とのデータの送受信を行う。
時刻調整部２０２は、ネットワークの通信を介して端末通信装置１により管理される時刻（同期時刻など）の調整を行う。
入出力データ記憶部２０３には、端末通信装置１に対する入出力制御データが格納されている。
同期番号設定部２０４は、表示・入力装置３などを介して入力された情報などを基に、端末通信装置１を同期グループ化するための同期番号を設定し、通信回路を介して端末通信装置１に同期グループを設定する。

入力周期設定部２０５は、表示・入力装置３などを介して入力された情報などを基に、端末通信装置１における制御情報の入力周期の設定を行う。
出力周期設定部２０６は、表示・入力装置３などを介して入力された情報などを基に、端末通信装置１における制御情報の出力周期の設定を行う。
中央時刻管理部２０７は、中央通信制御部２０１におけるデータ送信時刻の管理を行う。
制御ソフトウェア実行部２０８は、端末通信装置１による制御対象装置４の制御を統括するものである。
また、中央通信装置２は、１つ以上の下流側通信ポート２０９を有している。
なお、本実施形態では、ネットワークにおいて中央通信装置２側を上流側と称し、端末通信装置１側を下流側と称することとする。

（端末通信装置）
図２は、本実施形態に係る端末通信装置の構成例を示す図である。
端末通信装置１は、制御部である端末通信制御部１１０と、パケット記憶部１２１と、同期番号記憶部１２２と、入力周期記憶部１２３と、出力周期記憶部１２４と、端末時刻管理部１２５と、デバイス制御部１２６と、一時記憶部１２７と、１つ以上の上流側通信ポート１３１と、１つ以上の下流側通信ポート１３２を有している。
端末通信制御部１１０は、ネットワークを介して中央通信装置２とのデータの送受信を行い、さらに、所定長のデータであるパケットの種別に応じた処理を行う。
パケット記憶部１２１は、ネットワークを介して受信したデータと通信制御用データとの組であるパケットを格納している。
同期番号記憶部１２２には、中央通信装置２で設定される同期番号が格納されている。
入力周期記憶部１２３には、中央通信装置２で設定される制御情報の入力周期のデータである入力周期データが格納されている。
出力周期記憶部１２４には、中央通信装置２で設定される制御情報の出力周期のデータである出力周期データが格納されている。
端末時刻管理部１２５は、時刻のカウントおよび管理を行う。

デバイス制御部１２６は、受信したパケットに格納されている制御情報に基づいて、自身に接続された制御対象装置４の制御を実行する。例えば、デバイス制御部１２６は、自身に接続されている制御対象機器の入出力制御を行う。このとき、デバイス制御部１２６は、端末時刻管理部１２５によって管理されている時刻を参照し、入力周期記憶部１２３に格納されている入力周期データに基づいた周期で入力制御データの入力制御を実行する。
さらに、デバイス制御部１２６は、端末時刻管理部１２５によって管理されている時刻を参照し、出力周期記憶部１２４に格納されている出力周期データに基づいた周期で出力制御データの出力制御を実行する。
一時記憶部１２７には、パケット分のデータとなるまで、シリアルデータとして１ビットずつ受信したデータが蓄積される。ここで、シリアルデータとは、パケットのデータを１ビットずつに分けたものである。

また、端末通信制御部１１０は、図６で後記する通常通信制御を行う通常通信制御部１１１と、図７で後記する即時通信制御を行う即時通信制御部１１２とを有する。

（全体処理）
図３（ａ）は、本実施形態に係る通信のうち、下流方向への通信処理の手順を示すフローチャートである。
まず、ここでは、中央通信装置２から端末通信装置１への通信（以下，下流方向と称する）が行われた際の動作について説明する。

まず、中央通信装置２の制御ソフトウェア実行部２０８は、送信する通信データを生成し、その通信データを通信データの種別毎に設定する（Ｓ１０１）。
このとき、生成される通信データの種別と、その設定先は以下の通りである。
（ａ１）制御対象装置４への出力制御データは入出力データ記憶部２０３に格納される。
（ａ２）時刻調整のための情報であり、端末通信装置１間における同期のタイミングを通知する時刻調整データは時刻調整部２０２に設定される。
（ａ３）同期グループを識別する同期番号は同期番号設定部２０４に設定される。
（ａ４）制御情報の入力周期を示す入力周期データは入力周期設定部２０５に設定される。
（ａ５）制御情報の出力周期を示す出力周期データは出力周期設定部２０６に設定される。

そして、中央通信装置２の中央通信制御部２０１は、パケットを生成し（Ｓ１０２）、生成したパケットをシリアルデータとして、つまり、下流側通信ポート２０９を介して、パケットの情報を１ビットずつネットワークへ送信する（Ｓ１０３）。
このとき、送信されるパケットの種類は以下の通りである。
（ｂ１）入出力データ記憶部２０３に格納されているデータを基に、生成・送信される出力制御パケット。
（ｂ２）時刻調整部２０２に設定されている時刻調整データを基に、生成・送信される時刻調整パケット。なお、時刻調整パケットは、端末通信装置１における同期のタイミングで生成・送信される。
（ｂ３）同期番号設定部２０４に設定されている同期番号を基に、生成・送信される同期番号設定パケット。なお、同期番号設定パケットは、端末通信装置１に同期グループを設定するタイミング（多くは端末通信装置１が起動するタイミング）で生成・送信される。
（ｂ４）入力周期設定部２０５に設定されている入力周期データを基に、生成・送信される入力周期設定パケット。なお、入力周期設定パケットは、端末通信装置１に入力周期を設定するタイミングで生成・送信される。
（ｂ５）出力周期設定部２０６に設定されている出力周期データを基に、生成・送信される出力周期設定パケット。なお、出力周期設定パケットは、端末通信装置１に出力周期を設定するタイミングで生成・送信される。

送信された各種パケットを受信した端末通信装置１の端末通信制御部１１０は、受信したパケットの種別毎にパケット処理を行う（Ｓ１０４）。ステップＳ１０４の処理は、後記して説明するがパケット毎の処理の概要は以下のようになる。
（ｃ１）受信したパケットが出力制御パケットである場合、パケットの宛先が自分自身であれば、端末通信制御部１１０は出力制御パケットに格納されている出力制御データをデバイス制御部１２６に設定する。パケットの宛先が自分自身でない場合、端末通信制御部１１０は下流側通信ポート１３２のすべてから出力制御パケットを他の端末通信装置１へ転送する。
（ｃ２）受信したパケットが時刻調整パケットである場合、パケットの宛先が自分自身であれば、端末通信制御部１１０は出力制御パケットに格納されている時刻調整データを端末時刻管理部１２５に設定する。パケットの宛先が自分自身ではない場合、端末通信制御部１１０は下流側通信ポート１３２のすべてから時刻調整パケットを他の端末通信装置１へ転送する。

（ｃ３）受信したパケットが同期番号設定パケットである場合、パケットの宛先が自分自身であれば、端末通信制御部１１０は同期番号設定パケットに格納されている同期番号を同期番号記憶部１２２に格納する。パケットの宛先が自分自身ではない場合、端末通信制御部１１０は下流側通信ポート１３２のすべてから同期番号設定パケットを転送する。
（ｃ４）受信したパケットが入力周期設定パケットの場合、パケットの宛先が自分自身であれば、端末通信制御部１１０は入力周期設定パケットに格納されている入力周期データを入力周期記憶部１２３に格納する。パケットの宛先が自分自身でない場合、端末通信制御部１１０は下流側通信ポート１３２のすべてから入力周期設定パケットを他の端末通信装置１へ転送する。

（ｃ５）受信したパケットが出力周期設定パケットの場合、パケットの宛先が自分自身であれば、端末通信制御部１１０は出力周期設定パケットに格納されている出力周期データを出力周期記憶部１２４に格納する。パケットの宛先が自分自身でない場合、端末通信制御部１１０は下流側通信ポート１３２のすべてから出力周期設定パケットを他の端末通信装置１へ転送する。

図３（ｂ）は、本実施形態員係る通信のうち、上流方向への通信処理の手順を示すフローチャートである。
ここでは、端末通信装置１から中央通信装置２への通信（以下，上流方向と称する）が行われた際の動作について説明する。

まず、端末通信装置１のデバイス制御部１２６が、制御対象装置４から入力制御データを取得すると、取得した入力制御データをデータ本体部４０５（図４）に格納している入力制御パケットを生成し、端末通信制御部１１０は、生成した入力制御パケットをシリアルデータとして、上流側通信ポート１３１からネットワークに送信する（Ｓ１１１）。
下流の端末通信装置１から入力制御パケットを下流側通信ポート１３２のいずれか１つを介して受信した端末通信装置１の端末通信制御部１１０は、受信した入力制御パケットをシリアルデータとして、上流側通信ポート１３１からネットワークに転送する（Ｓ１１２）。

下流側通信ポート２０９を介して入力制御パケットを受信した中央通信装置２の中央通信制御部２０１は、受信した入力制御パケットに格納されている入力制御データを入出力データ記憶部２０３に格納する（Ｓ１１３）。
そして、中央通信装置２の制御ソフトウェア実行部２０８は、入出力データ記憶部２０３に格納されている入力制御データを参照することにより、すべての端末通信装置１からの入力制御データを確認する（Ｓ１１４）。

端末通信装置１は、下流方向の通信や、上流方向の通信によって受信したパケットの種類によって、通常通信制御と即時通信制御とを実行する。通常通信制御および即時通信制御の詳細は、後記して説明するが、それらの概要は以下の通りである。
通常通信制御において、端末通信制御部１１０は上流側通信ポート１３１を介して受信したパケット、もしくは、下流側通信ポート１３２を介して受信したパケットを、１パケット分すべて受信してから、パケットの転送を行うものである。ここで、「通常」とは即時通信制御を行っていないことを示している。
それに対し、即時通信制御において、端末通信制御部１１０は上流側通信ポート１３１を介して受信したパケット、もしくは、下流側通信ポート１３２を介して受信したパケットは、シリアルデータとして即時通信制御部１１２に転送する。つまり、即時通信制御部１１２は、転送されるシリアルデータを、１パケット蓄積されるのを待たずに、逐次１ビットずつ、ネットワークに転送する。

（パケット構造）
図４は、本実施形態に係るパケット構造の例を示す図である。
パケット４００は、先頭から通信切替情報部４０１、同期番号部４０２、識別番号部４０３、パケット種別部４０４およびデータ本体部４０５を有している。パケット４００は、先頭の通信切替情報部４０１から図４の矢印方向へ読み込まれていく。
通信切替情報部４０１は、図６で後記する通常通信制御を行うか、図７で後記する即時通信制御を行うかの情報である通信切替情報を有している。通信切替情報部４０１は、１ビットで構成されていることが望ましく、例えば通常通信制御が行われるのであれば「０」、即時通信制御が行われるのであれば「１」が格納される。
同期番号部４０２には、それぞれの端末通信装置１における同期グループ毎に与えられる個別の番号である同期番号が格納されている。
識別番号部４０３には、ネットワークの通信における中央通信装置２から１つの端末通信装置１への宛先や、１つの端末通信装置１から中央通信装置２への送り元の情報である識別番号が格納されている。
パケット種別部４０４には、データの種類（入出力制御データや、入力周期データなど）を示すパケットの種別情報（パケット種別情報）が格納されている。
データ本体部４０５は、データ本体を格納している。

ここで、本実施形態において、パケットは、ネットワークによる通信において通信切替情報部４０１を先頭とするシリアルデータとして送受信されるものとする。
また、パケット種別部４０４に格納されるパケット種別情報は、例えば、データ本体部４０５に格納されているデータ本体が、入出力制御データであれば「１０」、入力周期データであれば、「３０」など、パケットの種類に対応する情報とする。端末通信制御部１１０は、このパケット種別情報に基づき、デバイス制御部１２６や、入力周期記憶部１２３などにデータ本体部４０５に格納されているデータ本体を転送する。
なお、通信切替情報部４０１に格納される通信切替情報は、前記したように１ビットであることが望ましいが、１ビット以外でもよい。

（端末通信制御部の処理）
図５は、本実施形態に係る端末通信制御部における処理の手順を示すフローチャートである。
まず、端末通信制御部１１０は、他の端末通信装置１や、中央通信装置２からシリアルデータ化されたパケットを１ビット分受信する（シリアルデータの受信：Ｓ２０１）。
図４に示すようにパケットにおける最初の１ビットのデータは通信切替情報であるため、端末通信制御部１１０は、受信した１ビット分のデータを参照し、通信切替情報が通常通信制御であるか否かを判定する（Ｓ２０２）。
ステップＳ２０２の結果、通常通信制御である場合（Ｓ２０２→Ｙｅｓ）、端末通信制御部１１０は通常通信制御部１１１へ受信パケットをシリアルデータとして１ビットずつ逐次的に転送し（シリアルデータを通常通信制御部１１１へ転送：Ｓ２０３）、１パケット分のシリアルデータを通常通信制御部１１１へすべて転送（すべてのシリアルデータを転送）したか否かを判定する（Ｓ２０４）。
ステップＳ２０４の結果、すべて転送していない場合（Ｓ２０４→Ｎｏ）、端末通信制御部１１０はステップＳ２０３へ処理を戻す。
ステップＳ２０４の結果、すべて転送している場合（Ｓ２０４→Ｙｅｓ）、端末通信制御部１１０は処理を終了する。

ステップＳ２０２の結果、通常通信制御ではない場合（Ｓ２０２→Ｎｏ）、すなわち、即時通信制御である場合、端末通信制御部１１０は即時通信制御部１１２へ受信パケットをシリアルデータとして１ビットずつ転送し（シリアルデータを即時通信制御部１１２へ転送：Ｓ２０５）、１パケット分のシリアルデータを即時通信制御部１１２へすべて転送したか否かを判定する（すべてのシリアルデータを転送：Ｓ２０６）。
ステップＳ２０６の結果、すべて転送していない場合（Ｓ２０６→Ｎｏ）、端末通信制御部１１０はステップＳ２０５へ処理を戻す。
ステップＳ２０６の結果、すべて転送している場合（Ｓ２０６→Ｙｅｓ）、端末通信制御部１１０は処理を終了する。

（通常通信制御部による処理）
図６は、本実施形態に係る通常通信制御の処理手順を示すフローチャートである。
通常通信制御部１１１は、図５のステップＳ２０３で端末通信制御部１１０が送信したシリアルデータを１ビットずつ受信し（Ｓ３０１）、受信したシリアルデータを一時記憶部１２７に蓄積する。
そして、通常通信制御部１１１は１パケット分（つまり、所定長であるパケット長分）のシリアルデータを受信したか否かを判定する（Ｓ３０２）。
ステップＳ３０２の結果、１パケット分のシリアルデータを受信していない場合（Ｓ３０２→Ｎｏ）、通常通信制御部１１１はステップＳ３０１へ処理を戻す。
ステップＳ３０２の結果、１パケット分のシリアルデータを受信している場合（Ｓ３０２→Ｙｅｓ）、通常通信制御部１１１は受信したパケットの同期番号部４０２（図４）を参照し、同期番号情報における同期番号が自身の同期番号記憶部１２２に格納されている同期番号と一致するか否かを判定する（Ｓ３０３）。つまり、通常通信制御部１１１は受信したパケットが自身の属する同期グループ宛であるか否かを判定する。

ステップＳ３０３の結果、一致する場合（Ｓ３０３→Ｙｅｓ）、通常通信制御部１１１は受信したパケットのパケット種別部４０４（図４）を参照し、パケットのデータ本体部４０５（図４）のデータを、受信したパケットの種別に対応する記憶部に格納し（Ｓ３０４）、処理を終了する。
このとき、通常通信制御部１１１は、ステップＳ３０４の処理と並行してパケットをパケット記憶部１２１に格納し（Ｓ３０６）、パケット記憶部１２１に格納したパケットを上流側通信ポート１３１、または、下流側通信ポート１３２を介して、他の端末通信装置１や、中央通信装置２へ送信し（Ｓ３０７）、処理を終了する。

ステップＳ３０３の結果、一致しない場合（Ｓ３０３→Ｎｏ）、通常通信制御部１１１は、受信したパケットの識別番号部４０３（図４）を参照し、パケットの宛先が自分自身であるか否かを判定する（Ｓ３０５）。
ステップＳ３０５の結果、パケットの宛先が自分自身である場合（Ｓ３０５→Ｙｅｓ）、通常通信制御部１１１はステップＳ３０４の処理を行うことによってパケットのデータ本体部４０５の情報を、受信したパケットの種別に対応する記憶部に格納し（Ｓ３０４）、処理を終了する。
ステップＳ３０５の結果、パケットの宛先が自分自身ではない場合（Ｓ３０５→Ｎｏ）、通常通信制御部１１１は、ステップＳ３０６の処理を行うことによって、パケットをパケット記憶部１２１に格納し、受信したパケットを上流側通信ポート１３１、または、下流側通信ポート１３２を介して、他の端末通信装置１や、中央通信装置２へ送信し（Ｓ３０７）、処理を終了する。

（即時通信制御部による処理）
図７は本実施形態に係る即時通信制御の処理手順を示すフローチャートである。
即時通信制御部１１２は図５のステップＳ２０５で端末通信制御部１１０が送信したシリアルデータを受信すると（Ｓ４０１）、上流側通信ポート１３１や、下流側通信ポート１３２の通信状態を参照することによって、現在、通常通信制御部１１１が他のパケットを送信中であるか否かを判定する（Ｓ４０２）。
ステップＳ４０２の結果、通常通信制御部１１１がパケットを送信中である場合（Ｓ４０２→Ｙｅｓ）、即時通信制御部１１２は、通常通信制御部１１１で送信中のパケットをパケット記憶部１２１に格納させた後、通常通信制御部１１１に対しパケットの送信を中断させる（Ｓ４０３）。

ステップＳ４０２の結果、通常通信制御部１１１がパケットを送信中でない場合（Ｓ４０２→Ｎｏ）、もしくは、ステップＳ４０３の処理が完了した後、即時通信制御部１１２は上流方向への通信の場合、上流側通信ポート１３１を介して、下流方向への通信の場合、下流側通信ポート１３２を介して、他の端末通信制御部１１０や、中央通信装置２へ、ステップＳ４０１で受信したシリアルデータを１ビットずつ逐次的に送信する（Ｓ４０４）。つまり、ステップＳ４０４において即時通信制御部１１２はステップＳ４０１で受信したシリアルデータを、そのまま他の端末通信制御部１１０や、中央通信装置２へ送信する。このとき、即時通信制御部１１２は、シリアルデータの元となっているパケットが自分宛てであろうがなかろうが、他の端末通信制御部１１０や、中央通信装置２へ送信する。

また、即時通信制御部１１２は、ステップＳ４０４の処理と並行して、ステップＳ４０１で受信したシリアルデータ一時記憶部１２７に蓄積していく（Ｓ４０５）。
そして、即時通信制御部１１２は、１パケット分（つまり、所定長であるパケット長分）のシリアルデータを受信したか否かを判定する（Ｓ４０６）。
ステップＳ４０６の結果、１パケット分のシリアルデータを受信していない場合（Ｓ４０６→Ｎｏ）、即時通信制御部１１２はステップＳ４０１へ処理を戻す。
ステップＳ４０６の結果、１パケット分のシリアルデータを受信している場合（Ｓ４０６→Ｙｅｓ）、即時通信制御部１１２は受信したパケットの同期番号部４０２（図４）を参照し、同期番号部４０２における同期番号が自身の同期番号記憶部１２２に格納されている同期番号と一致するか否かを判定する（Ｓ４０７）。つまり、即時通信制御部１１２は受信したパケットが自身の属するグループ宛であるか否かを判定する。
ステップＳ４０７の結果、一致する場合（Ｓ４０７→Ｙｅｓ）、即時通信制御部１１２はパケットのパケット種別部４０４（図４）を参照し、パケットのデータ本体部４０５（図４）のデータを、パケットの種別に対応する記憶部に格納する（Ｓ４０８）。

ステップＳ４０７の結果、一致しない場合（Ｓ４０７→Ｎｏ）、もしくは、ステップＳ４０８の完了後、即時通信制御部１１２はステップＳ４０３にてパケット送信の中断を実行したか否かを判定する（Ｓ４０９）。
ステップＳ４０９の結果、パケット送信の中断を実行していない場合（Ｓ４０９→Ｎｏ）、即時通信制御部１１２は処理を終了する。
ステップＳ４０９の結果、パケット送信の中断を実行している場合（Ｓ４０９→Ｙｅｓ）、即時通信制御部１１２は、通常通信制御部１１１にパケット記憶部１２１に格納されているパケット（送信を中断されたパケット）を、そのパケットが送信されていた通信ポートを介して送信させることでパケット送信を再開し（ステップＳ４１０）、処理を終了する。

［適用例］
次に、図８から図１１を参照して、本実施形態に係る分散制御システム１０の適用例を説明する。
図８は、本実施形態に係る通常通信制御による通信の様子を示す図である。
なお、図８に示す通信の様子は、一般的な分散制御システム１０における通信の様子でもある。さらに、端末通信装置１ａ，１ｂ，１ｄの符号は図１に準じている。
ここで、「深さ」とは、中央通信装置２からの接続数を示している。
例えば、「深さ＝１」の端末通信装置１ａとは、中央通信装置２に接続している端末通信装置１ａである（図１参照９。そして、「深さ＝２」の端末通信装置１ｂとは、「深さ＝１」の端末通信装置１に接続している端末通信装置１ｂである（図１参照）。さらに、「深さ＝３」の端末通信装置１とは、「深さ＝２」の端末通信装置１の下流側に接続している端末通信装置１ｄである（図１参照）。

まず、時刻「ｔ０」で中央通信装置２は、通常通信制御で「深さ＝１」の端末通信装置１ａへパケットを送信する（通信８００）。このとき、１つの通信路５にかかる通信遅延時間をＴ［秒］とすると、通信８００によるパケットの送信はＴ［秒］かかる。正確には、１ビットのデータが通信路５を伝達する時間は無視できるほど小さいが、端末通信装置１ａにおいて１パケット分のシリアルデータが蓄積されるのに、Ｔ［秒］かかる。

次に、時刻「ｔ１」で中央通信装置２は、通常通信制御で「深さ＝２」の端末通信装置１ｂへパケットの送信を行う（通信８１０，８１１）。
このとき、まず、「深さ＝１」の端末通信装置１ａが、通信８１０により送信されたパケットを一旦受信（蓄積）し、その後、端末通信装置１ａが通信８１１により送信されたパケットを「深さ＝２」端末通信装置１ｂへ送信する。
このため、中央通信装置２から端末通信装置１ｂへのパケット送信の通信遅延時間は、２Ｔ［秒］となる。

さらに、時刻「ｔ２」で中央通信装置２は、通常通信制御で「深さ＝３」の端末通信装置１ｄへパケットを送信する（通信８２０，８２１，８２２）。
このとき、まず、「深さ＝１」の端末通信装置１ａが、通信８２０により送信されたパケットを一旦受信（蓄積）する。その後、端末通信装置１ａが、パケットを「深さ＝２」端末通信装置１ｂへ送信し、端末通信装置１ｂがパケットを一旦受信（蓄積）する（通信８２１）。そして、端末通信装置１ｂが、パケットを「深さ＝３」端末通信装置１ｄへ送信する（通信８２２）。
このため、中央通信装置２から端末通信装置１ｄへのパケット送信の通信遅延時間は、３Ｔ［秒］となる。

図９は、本実施形態に係る即時通信制御による通信の様子を示す図である。
中央通信装置２、端末通信装置１ａ，１ｂ，１ｄの関係は図８と同様であるものとする。
なお、端末通信装置１ａ，１ｂ，１ｄは、同じ同期グループ（すなわち、同期番号記憶部１２２に、同じ同期番号が格納されている）ものとする。そして中央通信装置２は、同期グループの同期番号を通信の宛先とし、パケット（ここでは、データ本体部４０５（図４）に同期のための時刻調整のデータが格納されている）を送信するものとする。
まず、時刻「ｔ０」で中央通信装置２は、端末通信装置１ａ，１ｂ，１ｄへパケットをシリアルデータで送信する。パケットのシリアルデータを受信した端末通信装置１ａは、受信したパケットのシリアルデータを即時に端末通信装置１ｂへ送信する。つまり、端末通信装置１ａは、パケットのシリアルデータを受信すると、シリアルデータを蓄積しつつ、逐次的に１ビットずつ端末通信装置１ｂへ送信する。つまり、端末通信装置１ａは１パケット分のシリアルデータが蓄積するのを待たずに、シリアルデータを送信するので蓄積分の通信遅延時間が生じない。

従って、「深さ＝２」の端末通信装置１ｂにおける通信遅延時間も「深さ＝１」の端末通信装置１ｄにおける通信遅延時間と同じＴ［秒］となる。ちなみに、前記したように１ビットのデータの伝達時間は無視できるほど小さいので、各端末通信装置１ａ，１ｂにおいて、シリアルデータがパケット分蓄積される時間がＴ［秒］となる。
同様の理由で、「深さ＝３」の端末通信装置１ｄにおける通信遅延時間もＴ［秒］とすることができる。

このように、本実施形態に係る即時通信制御を使用することによって、中央通信装置２から、端末通信装置１ａ，１ｂ，１ｄへの通信遅延時間が一律にＴ［秒］となる。

図１０は、本実施形態に係るそれぞれの同期グループにおける通信状態を示す図である。
図１０では、同期制御を実行する端末通信装置１の同期グループを同期グループ「１」〜「３」とし、同期グループ「１」に要求される出力周期を「Ｐ１（＝Ｔ１）」、同期グループ「２」に要求される出力周期を「Ｐ２（＝Ｔ２）」、同期グループ「３」に要求される出力周期を「Ｐ３（＝Ｔ３）」とする。
このとき、中央通信装置２は、データ本体部４０５（図４）に出力周期「Ｐ１」〜「Ｐ３」のデータが格納されている出力周期設定パケットを、図１０に示すタイミングで各同期グループの端末通信装置１へ送信する。このパケットを受信した端末通信装置１は各同期グループの出力周期を設定する。この出力周期設定パケットは、通常通信制御で送信される。

次に、中央通信装置２は、図１０に示すタイミングで、同期を行うための時刻調整パケット（「Ｃ１」〜「Ｃ３」）を各同期グループの端末通信装置１へ送信する。この時刻調整パケットは即時通信制御で送信する。そのため、図９で説明している理由により、時刻調整パケットは同じ同期グループ中の各端末通信装置１で、ほぼ同時に受信される。時刻調整パケットを受信した各端末通信装置１はタイマのリセットなどを行って、同期を行う。
なお、中央通信装置２は、このような時刻調整パケットを各端末通信装置１の時刻がずれないように定期的に送信する。

さらに、中央通信装置２は、各同期グループにおける端末通信装置１へ、端末通信装置１毎に異なる出力制御パケット（「Ｄ１」〜「Ｄ３」）を図１０に示すタイミングで送信する。出力制御パケットは、通常通信制御で送信される。
なお、図１０における「出力」は、制御対象装置４からの出力応答である（この周期が、前記した出力周期「Ｐ１」〜「Ｐ３」となる）。

図１１は、１つのグループに着目した場合における通信状態を示す図である。
図１１では、図１０の同期グループ「１」における出力周期設定パケット「Ｐ１」と、時刻調整パケット「Ｃ１」の通信が着目される。
なお、端末通信装置１ａ〜１ｅは、図１における端末通信装置１ａ〜１ｅであり、同期番号記憶部１２２に、それぞれ同じ同期番号が格納される１つの同期グループとする。つまり、端末通信装置１ａ〜１ｅは同一の同期グループに属している。また、端末通信装置１ａは「深さ＝１」であり、端末通信装置１ｂ，１ｃは「深さ＝２」であり、端末通信装置１ｄ，１ｅは「深さ＝３」である。
まず、中央通信装置２は、端末通信装置１ａ〜１ｅのそれぞれに対し、時刻ｔ１〜ｔ５のタイミングで、Ｔ［秒］毎に異なる出力周期設定パケットを通常通信制御で、順次シリアルデータとして送信する。
ここで、「深さ＝１」の端末通信装置１ａは、出力周期設定パケットを通信遅延時間「Ｔ」で受信することができる。従って、端末通信装置１ａは時刻ｔ１で送信開始された出力周期設定パケット「１」をＴ秒後の時刻ｔ２で、受信（蓄積）完了する。

「深さ＝２」の端末通信装置１ｂ，１ｃは通信遅延時間「２Ｔ」で出力周期設定パケットを受信する。従って、端末通信装置１ｂは時刻ｔ２で送信開始された出力周期設定パケット「２」を２Ｔ秒後の時刻ｔ４で受信（蓄積）完了する。また、端末通信装置１ｃは時刻ｔ３で送信開始された出力周期設定パケット「３」を２Ｔ秒後の時刻ｔ５で、受信（蓄積）完了する。
「深さ＝３」の端末通信装置１ｄ，１ｅは通信遅延時間「３Ｔ」でパケットを受信する。従って、端末通信装置１ｄは時刻ｔ４で送信開始された出力周期設定パケット「４」を３Ｔ秒後の時刻ｔ７で受信（蓄積）完了する。また、端末通信装置１ｅは時刻ｔ５で送信開始された出力周期設定パケット「５」を３Ｔ秒後の時刻ｔ８で、受信（蓄積）完了する。

すべての端末通信装置１で出力周期設定パケットの受信が完了した頃を見計らって、中央通信装置２は、端末通信装置１ａ〜１ｅに対して、時刻調整パケットを即時通信制御によって送信する。
図９で説明したように、即時通信制御によるパケットは、ネットワークの深さに関係なく同じ通信遅延時間で各端末通信装置１に受信される。
つまり、端末通信装置１ａ〜１ｅは、中央通信装置２から送信される時刻調整パケット（「時刻」）を同時に受信し、自身の端末時刻管理部１２５に時刻調整パケットに格納されている時刻調整データを設定する。
端末時刻管理部１２５は、自身が管理する図示しないタイマの時刻を時刻調整データが転送されるタイミングにより調整し（一般的にはリセットし）、時刻調整データ分の時刻が経過後（待ち時間）、再度、時刻のカウントを再開する。

以上のように、即時通信制御で時刻調整パケットを、同じ同期グループの端末通信装置１それぞれに転送することで、予め各端末通信装置１における通信遅延時間を調査することなく、同期を行うことができる。
また、同期グループを設定することで、本実施形態に係る分散制御システム１０は同一ネットワーク上で複数の同期制御を行うことができる。

（同期グループ設定画面例）
図１２は、本実施形態に係る同期グループの設定画面例を示す図である。
図１２の同期グループ設定画面１２００は、中央通信装置２の制御ソフトウェア実行部２０８（図１）により、表示・入力装置３に表示される画面である。ユーザは、表示・入力装置３に表示されている同期グループ設定画面１２００を介して、各端末通信装置１における入出力制御情報の周期の設定や、同期グループを設定する。図１０に示す同期グループ設定画面はＧＵＩ（Graphical User Interface）を用いた制御支援ソフトウェア（図示せず）における表示画面の一例である。
同期グループ表示画面１２００は、同期グループ設定部１２１０と、同期性能設定部１２２０と、ネットワーク表示部１２３０と、プロセス表示部１２４０とを有している。
同期グループ設定部１２１０は、識別番号表示部１２１１と、同期番号設定部１２１２とを有する。
識別番号表示部１２１１は、同期グループを設定するための画面であり、各端末通信装置１の識別番号を表示する。
同期番号設定部１２１２は、各端末通信装置１の同期番号（同期グループ）を設定する。

同期性能設定部１２２０は、同期番号設定部１２２１と、入力周期設定部１２２２と、出力周期設定部１２２３とを有する。
入力周期設定部１２２１は、端末通信装置１に設定した同期番号を表示する。
入力周期設定部１２２２は、各同期グループに設定する制御情報の入力周期を設定する。
出力周期設定部１２２３は、各同期グループに設定する制御情報の出力周期を設定する。

ネットワーク表示部１２３０は、中央通信装置シンボル１２３１と、端末通信装置シンボル１２３２と、通信路シンボル１２３３と、同期グループシンボル１２３４とを表示している。端末通信装置シンボル１２３２には、各端末通信装置１の識別番号が表示されている。ネットワーク表示部１２３０における各シンボル１２３１〜１２３３は、ユーザによって接続される。また、ユーザが、ドラッグなどによって、同期グループシンボル１２３４で端末通信装置シンボル１２３２を囲むと、囲まれた端末通信装置シンボル１２３２が同じ同期グループとして設定され、同期グループ設定部１２１０や、同期性能設定部１２２０にその結果が反映される。図１２の例では、「Ｇｒｏｕｐ：３］、すなわち同期番号「３」の同期グループが設定される。
また、ネットワーク表示部１２３０では、分散制御システム１０のネットワーク構成の他に通信エラー状態などが表示されてもよい。

プロセス表示部１２４０は、現在の同期グループ設定画面における処理状況が表示される。図１２の例では、「Ｓｅｔ Ｇｒｏｕｐ ３」と表示されていることから、現在の同期グループ設定画面では、同期番号「３」の同期グループが設定されていることがわかる。
このような同期グループ設定画面により、ユーザは容易に複数の端末通信装置１による同期グループを設定できる。

（実装例）
図１３は、本実施形態に係る分散制御システムの実装例を示す図である。
図１１は、本実施形態に係る分散制御システム１０を産業機械の一つであるチップマウンタに実装した際の構成の一例である。
チップマウンタにおけるチップマウンタ本体１３００は、プリント配線板に実装される電子部品の吸装着を行う２つのヘッド部１３０１と、プリント配線板に実装される電子部品を供給するフィーダ部１３０２と、ヘッド部１３０１をＸＹに移動させるビーム部１３０３などを有している。
また、ヘッド部１３０１は、部品保持動作を行うためのヘッド駆動軸１３１０を有している。そして、フィーダ部１３０２は、部品供給動作を行うためのフィーダ駆動軸１３１１を有している。さらに、それぞれのビーム部１３０３は、ヘッド部１３０１のＸＹ移動を行うためのビーム駆動軸１３１２を有している。

このようなチップマウンタ本体１３００に本実施形態の分散制御システム１０を適用すると、チップマウンタ本体１３００は、１つの中央通信装置２と、複数の端末通信装置１とを有することになる。ここで、ヘッド部１３０１は、ヘッド駆動軸１３１０と接続される端末通信装置１を有する。また、フィーダ部１３０２は、フィーダ駆動軸１３１１と接続される端末通信装置１を有する。さらに、ビーム部１３０３は、それぞれのビーム駆動軸１３１２と接続される２つの端末通信装置１を有する。そして、通信路５によって、中央通信装置２と各端末通信装置１が接続される。

このとき、例えば、ヘッド部１３０１における端末通信装置１と、フィーダ部１３０２の端末通信装置１とが１つの同期グループ（同期番号「２」）として設定され、ビーム部１３０３の２つの端末通信装置１がもう１つの同期グループ（同期番号「１」）として設定される。このようにすることによって、それぞれの同期グループに要求される制御情報の入出力周期を保証しながら同期制御を実行することができる。従って、ヘッド部１３０１の部品保持動作とフィーダ部１３０２の部品供給動作とが正確に連動され、同時にそれぞれのビーム部１３０３のＸＹの移動が正確に連動される。

なお、本実施形態では、時刻調整パケットのみを即時通信制御で送受信しているが、これに限らず、他の種別のパケットでも即時通信制御で送受信してもよい。ただし、少なくとも時刻調整パケットは、即時通信制御で送受信することが望ましい。

このように、本実施形態によれば、ネットワークの階層関係によって生じる端末通信装置１同士の通信遅延時間のずれを解消し、ネットワーク接続形態を考慮することなく同時性の高い同期制御を容易に実現できる。
そして、本実施形態によれば、シリアルデータとして受信したパケットを、逐次的に送信する即時通信制御を用いることで、予め遅延通信時間を調査することなく、同期を可能とすることができる。
また、本実施形態によれば、信頼性の高い通常の通常通信制御である通常通信制御と切替可能とすることで、信頼性を保ちつつ、前記したように予め遅延通信時間を調査することなく、同期を可能とすることができる
さらに、本実施形態によれば、同期制御をグループ化してそれぞれのグループに対して制御情報の入出力周期の設定と時刻の調整が可能なため、１つのネットワーク上で複数の制御情報の入出力周期による同期制御を実現し、さらに各同期制御に要求される制御情報の入出力周期を正確に保証できる。

なお、中央通信装置２の各部２０１，２０２，２０４〜２０８は、図示しないＲＯＭ（Read Only Memory）や、ＨＤ（Hard Disk）に格納されたプログラムが、ＲＡＭ（Random Access Memory）に展開され、ＣＰＵ（Central Processing Unit）によって実行されることによって具現化する。
また、端末通信装置２の端末通信制御部１１０と、各部１１１，１１２，１２５，１２６は、図示しないＲＯＭに格納されたプログラムが、ＲＡＭに展開され、ＣＰＵによって実行されることによって具現化する。

なお、本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を有するものに限定されるものではない。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

また、前記した各構成、機能、各部１１０，１１１，１１２，１２５，１２６，２０１，２０２，２０４〜２０８，は、各記憶部２０３，１２１〜１２４，１２７などは、それらの一部またはすべてを、例えば集積回路で設計することなどによりハードウェアで実現してもよい。また、前記した各構成、機能などは、ＣＰＵなどのプロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイルなどの情報は、ＨＤ２０４に格納すること以外に、メモリや、ＳＳＤ（Solid State Drive）などの記録装置、または、ＩＣ（Integrated Circuit）カードや、ＳＤ（Secure Digital）カード、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などの記録媒体に格納することができる。
また、各実施形態において、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしもすべての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、ほとんどすべての構成が相互に接続されていると考えてよい。

１（１ａ〜１ｇ） 端末通信装置
２ 中央通信装置
３ 表示・入力装置
４ 制御対象装置
５ 通信路
１０ 分散制御装置
１１０ 端末通信制御部
１１１ 通常通信制御部
１１２ 即時通信制御部
１２１ パケット記憶部
１２２ 同期番号記憶部
１２３ 入力周期記憶部
１２４ 出力周期記憶部
１２５ 端末時刻管理部
１２６ デバイス制御部
１２７ 一時記憶部
２０１ 中央通信制御部
２０２ 時刻調整部
２０３ 入出力データ記憶部
２０４ 同期番号設定部
２０５ 入力周期設定部
２０６ 出力周期設定部
２０７ 中央時刻管理部
２０８ 制御ソフトウェア実行部

Claims (5)

1. 所定長のデータを、１ビットずつのシリアルデータとして受信すると、該シリアルデータを逐次的に他の端末通信装置へ１ビットずつ送信する即時通信制御部と、
   前記１ビットずつのシリアルデータを受信すると、該シリアルデータが所定長となるまで、該シリアルデータを蓄積した後、該データに対して処理を行う通常通信制御部と、
   を切り替え可能とし、
   他の端末通信装置における同期のタイミングを通知する時刻調整データを少なくとも含む前記所定長のデータである第１のデータを受信した場合には、前記即時通信制御部による処理を行い、
   前記第１のデータ以外の前記所定長のデータである第２のデータを受信した場合には、前記通常通信制御部による処理を行う端末通信制御部
   を有することを特徴とする端末通信装置。
2. 前記所定長のデータの先頭には、前記即時通信制御部による処理を行うか、前記通常通信制御部による処理を行うか、の情報が格納されており、
   前記制御部は、
   前記先頭のシリアルデータを受信すると、前記即時通信制御部による処理を行うか、前記通常通信制御部による処理を行うか、の情報の情報を基に、前記即時通信制御部による処理を行うか、前記通常通信制御部による処理を行うか、を判定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の端末通信装置。
3. 前記即時通信制御部による処理を行うか、前記通常通信制御部による処理を行うか、の情報は、前記所定長のデータの先頭１ビットに格納されている
   ことを特徴とする請求項２に記載の端末通信装置。
4. 制御対象装置の制御を行う複数の端末通信装置と、前記端末通信装置の制御を行う中央通信装置と、を有する分散制御システムであって、
   前記端末通信装置は、
   所定長のデータを、１ビットずつのシリアルデータとして受信すると、該シリアルデータを逐次的に他の端末通信装置へ１ビットずつ送信する即時通信制御部と、
   前記１ビットずつのシリアルデータを受信すると、該シリアルデータが所定長となるまで、該シリアルデータを蓄積した後、該データに対して処理を行う通常通信制御部と、
   を切り替え可能とし、
   他の端末通信装置における同期のタイミングを通知する時刻調整データを少なくとも含む前記所定長のデータである第１のデータを受信した場合には、前記即時通信制御部による処理を行い、
   前記第１のデータ以外の前記所定長のデータである第２のデータを受信した場合には、前記通常通信制御部による処理を行う端末通信制御部
   を有することを特徴とする分散制御システム。
5. 前記端末通信装置は、
   複数存在し、
   同じタイミングで前記同期を行うグループである同期グループが、各端末通信装置に設定されている
   ことを特徴とする請求項４に記載の分散制御システム。

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