JP7066080B1 - 通信制御装置、通信制御方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

通信制御装置（１００）は、機器を制御するための制御通信を通信装置との間で行う。通信制御装置（１００）は、通信装置と共有される共有時刻により規定される時間区分を含む通信周期の長さを、制御通信にかかる時間の長さに基づいて決定し、通信装置に、決定した長さの通信周期毎に時間区分において制御通信を実行させる通信制御部（１７）と、通信制御部（１７）によって決定された長さの通信周期毎に時間区分において制御通信を行う通信部（１２）と、を備える。

Description

本開示は、通信制御装置、通信制御方法及びプログラムに関する。

ＦＡ（Factory Automation）の現場では、複数の装置が産業用ネットワークを介して通信することにより多数の機器を制御するシステムが構築される。この種の制御のための通信では、機器を協調制御するためにリアルタイム性が重視される（例えば、特許文献１を参照）。

特許文献１には、主局と、制御対象が接続されている複数の従局と、を接続するデータ転送装置について記載されている。このデータ転送装置は、主局といずれかの従局との間におけるデータ転送経路をタイムテーブルの内容に応じて周期的に切り替える。これにより、制御系ネットワーク通信におけるリアルタイム性を損なうことなく、マルチキャスト通信が可能となる。

特開２０１５－１１５８６４号公報

特許文献１の技術では、複数の時分割制御ＬＡＮそれぞれについて、有効となる期間を繰り返す周期が予め初期情報として入力され、入力された周期を実現するようにデータ転送経路が切り替えられた。このようなユーザによる周期の設定は、熟練者のノウハウ或いは試行錯誤によりなされることが多い。このため、機器を制御するための通信に煩雑な準備作業を要し、当該通信を準備する作業者の負担が大きくなるおそれがあった。

本開示は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、機器を制御するための通信を準備する作業者の負担を軽減することを目的とする。

上記目的を達成するため、本開示の通信制御装置は、機器を制御するための制御通信を通信装置との間で行う通信制御装置であって、通信装置と共有される共有時刻により規定される時間区分を含む、通信装置に設定される通信周期の長さの複数の候補を通信装置に問い合わせて、通信装置から複数の候補を示すデータを受信する問い合わせ手段と、複数の候補のうちの一の候補に相当する通信周期の長さを、制御通信にかかる時間の長さに基づいて決定し、通信装置に、決定した長さの通信周期毎に時間区分において制御通信を実行させる通信制御手段と、通信制御手段によって決定された長さの通信周期毎に時間区分において制御通信を行う通信手段と、を備える。

本開示によれば、機器を制御するための通信を準備する作業者の負担を軽減することができる。

実施の形態１に係る通信システムの構成を示す図 変形例に係る通信システムの構成を示す図 実施の形態１に係る通信制御装置のハードウェア構成を示す図 実施の形態１に係る時分割による通信の概要について説明するための図 実施の形態１に係る通信制御装置の機能的な構成を示す図 実施の形態１に係る制御通信にかかる時間の計測について説明するための第１の図 実施の形態１に係る制御通信にかかる時間の計測について説明するための第２の図 実施の形態１に係る制御通信にかかる時間の計測について説明するための第３の図 実施の形態１に係るチューニングテーブルの一例を示す図 実施の形態１に係る通信周期候補テーブルの一例を示す図 実施の形態１に係るパラメータの設定例について示す図 実施の形態１に係るパラメータに従う通信周期の例を示す図 実施の形態１に係る通信制御処理を示すフローチャート 実施の形態２に係るパラメータに従う通信周期の例を示す図 変形例に係るパラメータに従う通信周期の例を示す図 実施の形態３に係る通信制御装置の機能的な構成を示す図 実施の形態３に係る学習処理を示すフローチャート 変形例に係るタイムスロットの順序の決定手法を説明するための図

以下、本開示の実施の形態に係る通信制御装置１００について、図面を参照しつつ詳細に説明する。

実施の形態１．
本実施の形態に係る通信制御装置１００は、図１に示されるように、通信装置２１１，２１２，２２０及び機器４０とともに通信システム１０００を構成する。通信システム１０００は、工場に設置されるＦＡシステムの一部に相当する。このＦＡシステムは、例えば、生産システム、検査システム、又は加工システムであってもよいし、その他のシステムであってもよい。通信システム１０００では、通信制御装置１００が、通信装置２１１，２１２，２２０との間で行う時分割多重方式の通信のパラメータを最適化する。

通信制御装置１００及び通信装置２１１，２１２，２２０は、ネットワーク３０を介して接続されて互いに通信する。ネットワーク３０は、フィールドバス規格に従う産業用ネットワークである。

通信制御装置１００は、主局として機能するＰＬＣ（Programmable Logic Controller）であって、機器４０と信号線を介して接続される。また、通信装置２１１，２１２，２２０はそれぞれ、従局として機能するリモートＩ／Ｏ（Input/Output）装置であって、機器４０と信号線を介して接続される。通信制御装置１００は、自機に接続されている機器４０及び通信装置２１１，２１２，２２０を介して接続されている機器４０を制御して、ＦＡシステムを稼働させる。例えば、通信制御装置１００は、通信装置２２０に接続されたセンサである機器４０の出力に応じて、通信装置２１１に接続されたロボットである機器４０のアームを移動させて、ワークを搬送する。

なお、通信制御装置１００は、ＰＬＣでなくともよいし、ネットワーク３０は、図１に示されるようなライン型の伝送路でなくてもよい。例えば、図２に示されるように、通信制御装置１００は、システムバス１０４を介して互いに接続されるＣＰＵユニット１０２及びＩ／Ｏユニット１０３とともにＰＬＣ１０１を構成する通信ユニットであってもよい。また、ネットワーク３０は、リング型、メッシュ型、バス型、その他の形式の伝送路であってもよい。通信制御装置１００が、ネットワーク３０を構成するノードのうちの主局に相当し、通信装置２１１，２１２，２２０が従局に相当すればよい。

図３には、通信制御装置１００のハードウェア構成が示されている。通信制御装置１００は、そのハードウェア構成として、プロセッサ５１と、主記憶部５２と、補助記憶部５３と、クロック部５４と、入力部５５と、出力部５６と、通信部５７と、を有する。主記憶部５２、補助記憶部５３、クロック部５４、入力部５５、出力部５６及び通信部５７はいずれも、内部バス５８を介してプロセッサ５１に接続される。

プロセッサ５１は、集積回路であるＣＰＵ（Central Processing Unit）又はＭＰＵ（Micro Processing Unit）を含む。プロセッサ５１は、補助記憶部５３に記憶されるプログラムＰ１を実行することにより、通信制御装置１００の種々の機能を実現して、後述の処理を実行する。

主記憶部５２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）を含む。主記憶部５２には、補助記憶部５３からプログラムＰ１がロードされる。そして、主記憶部５２は、プロセッサ５１の作業領域として用いられる。

補助記憶部５３は、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）及びＨＤＤ（Hard Disk Drive）に代表される不揮発性メモリを含む。補助記憶部５３は、プログラムＰ１の他に、プロセッサ５１の処理に用いられる種々のデータを記憶する。補助記憶部５３は、プロセッサ５１の指示に従って、プロセッサ５１によって利用されるデータをプロセッサ５１に供給し、プロセッサ５１から供給されたデータを記憶する。

クロック部５４は、例えば、水晶振動子、シリコン振動子、水晶発振器、その他発振回路を有するクロック発生回路を含む。クロック部５４は、クロック発生回路により生成されたクロックに基づいてクロック信号を生成して出力する。クロック信号は、クロックパルスを含み、プロセッサ５１が、内蔵のハードウェア素子により又は実行するソフトウェア処理によりクロックパルスの立ち上がり回数をカウントすることで時刻を計時するために利用される。

入力部５５は、入力キー及びポインティングデバイスに代表される入力デバイスを含む。入力部５５は、通信制御装置１００のユーザによって入力された情報を取得して、取得した情報をプロセッサ５１に通知する。

出力部５６は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）及びスピーカに代表される出力デバイスを含む。出力部５６は、プロセッサ５１の指示に従って、種々の情報をユーザに提示する。

通信部５７は、外部の装置とＥｔｈｅｒｎｅｔフレームを送受するためのネットワークインタフェース回路を含む。通信部５７は、外部から信号を受信して、この信号により示されるデータをプロセッサ５１へ出力する。また、通信部５７は、プロセッサ５１から出力されたデータを示す信号を外部の装置へ送信する。

図１に戻り、通信制御装置１００及び通信装置２１１，２１２，２２０はそれぞれ、IEEE 802.1 TSN（Time Sensitive Networking）規格に準拠して通信する。以下では、このIEEE 802.1 TSN規格をＴＳＮ規格と表記する。以下、このＴＳＮ規格に従う通信の概要について説明する。なお、通信装置２１１，２１２，２２０を総称して通信装置２００と表記する。

通信制御装置１００及び通信装置２００は、ネットワーク３０を介して時刻を同期する。詳細には、これらの装置はそれぞれ、他の装置と時刻同期プロトコルにより時刻を共有する。時刻同期プロトコルは、通信ネットワーク上の機器の時刻を高精度に同期するためのプロトコルである。例えば、時刻同期プロトコルとしてIEEE802.1 ASが適用される場合には、ネットワーク上の一のノードに相当するグランドマスタが通信ネットワーク経由で高精度な基準クロックを定期的に配信する。また、グランドマスタとスレーブノードとの間でデータを往復させることで通信遅延が計測され、スレーブノードは、この通信遅延を補正した基準クロックを得る。これにより、通信遅延が補正された時刻が共有される。

なお、複数の装置による時刻の共有及び時刻の同期は、複数の装置それぞれが有する時計を同期することを意味する。複数の装置それぞれが有する時計が同等の時刻を計時することで、この時刻が複数の装置において共有されれば、複数の装置が時刻を同期することとなる。以下では、装置間で共有される時刻を共有時刻と表記する。

通信制御装置１００及び通信装置２００は、IEEE802.1 Qbvとして規定されるプロトコルで、共有時刻に従って予め定められたスケジュールに基づいてデータを送受する。詳細には、図４に示されるように、通信制御装置１００及び通信装置２００は、共有時刻に従って予め定められた長さの通信周期４１，４２それぞれにおいて時分割多重方式により通信する。

通信周期４１，４２は、互いに隣接する。すなわち、通信周期４２は、通信周期４１の直後に設けられ、通信周期４１の終了時刻は通信周期４２の開始時刻に等しい。図４では、２つの通信周期４１，４２が示されているが、通信周期４１より前、及び通信周期４２より後にも、通信周期４１，４２と同等の期間が周期的に設けられる。

通信周期４１，４２はそれぞれ、互いに隣接するタイムスロットＴＳ１，ＴＳ２，ＴＳ０を有する。図４に示されるように通信周期４１においてタイムスロットＴＳ１，ＴＳ２，ＴＳ０がこの順で配置される場合には、タイムスロットＴＳ１の開始時刻は、通信周期４１の開始時刻に等しく、タイムスロットＴＳ１の終了時刻は、タイムスロットＴＳ２の開始時刻に等しく、タイムスロットＴＳ２の終了時刻は、タイムスロットＴＳ０の開始時刻に等しく、タイムスロットＴＳ０の終了時刻は、通信周期４１の終了時刻に等しい。通信周期４１のタイムスロットＴＳ０の直後には、通信周期４２のタイムスロットＴＳ１が配置されることとなる。

タイムスロットＴＳ１，ＴＳ２は、予め定められた異なる種別の制御通信を実施するための時間区分である。詳細には、タイムスロットＴＳ１，ＴＳ２はそれぞれ、予め定められた形式、チャンネル又はプロトコルの制御通信をするために設けられる。制御通信は、機器４０を制御するための通信である。制御通信は、装置同士が通信周期毎にデータを共有するための通信である。制御通信は、装置同士が情報をリアルタイムに共有することを保証するために比較的短い周期で繰り返し実施される点で、必要に応じてデータを伝送する情報系の通信とは異なる。

タイムスロットＴＳ１では、図４において破線の矢印で示されるように、通信制御装置１００が、通信装置２１１との間でデータの送信及び受信を実行してから通信装置２１２との間でデータの送信及び受信を実行する。タイムスロットＴＳ２では、図４において太線の矢印で示されるように、通信制御装置１００からの要求に対して通信装置２２０が応答する。タイムスロットＴＳ０では、制御通信以外の通信が実行され、例えば、ＩＰ（Internet Protocol）通信が実行される。

タイムスロット各々では、当該タイムスロットに対応する種別のデータが伝送されるため、各装置は、当該データの送信又は受信の少なくとも一方を実行し、伝送すべきデータが無い場合には通信を実行しない。例えば、第１の制御通信を実行する通信装置２１１，２１２は、タイムスロットＴＳ１でデータを送受信するが、タイムスロットＴＳ２ではデータを送受信しない。また、第２の制御通信を実行する通信装置２２０は、タイムスロットＴＳ２でデータを送受信するが、タイムスロットＴＳ１ではデータを送受信しない。通信制御装置１００は、タイムスロットＴＳ１，ＴＳ２の双方でデータを送受信する。

図４に示されるように、タイムスロットＴＳ１における制御通信にかかる時間長ＴＬ１は、タイムスロットＴＳ１の長さより短く、タイムスロットＴＳ２における制御通信にかかる時間長ＴＬ２は、タイムスロットＴＳ２の長さより短い。図４の例では、タイムスロットＴＳ１については少なくとも時間長ＴＬ１１において通信が発生せず、タイムスロットＴＳ２については少なくとも時間長ＴＬ２１において通信が発生しない。通信制御装置１００は、このような省略可能な時間長ＴＬ１１，ＴＬ２１を省略して、通信を自動的に効率化させる機能を有する。

図５には、通信制御装置１００の機能的な構成が示されている。図５に示されるように、通信制御装置１００は、その機能として、通信装置２１１，２１２，２２０と共有時刻を共有する時刻共有部１１と、ＴＳＮ規格に従って通信する通信部１２と、制御通信にかかる時間を計測する計測部１３と、通信装置２１１，２１２，２２０に設定可能な通信周期の候補を問い合わせる問い合わせ部１４と、予め設定された制御プログラム１６３から複数の制御通信の間の関係を解釈する解釈部１５と、種々の情報を記憶する記憶部１６と、記憶部１６の情報に基づいてパラメータを最適化した通信を通信装置２００に実行させる通信制御部１７と、を有する。

時刻共有部１１は、主としてプロセッサ５１、クロック部５４及び通信部５７の協働により実現される。時刻共有部１１は、グランドマスタとして、クロック部５４の時刻を基準とする共有時刻を通信装置２００に配信して、通信装置２００と共有時刻を共有する。ただし、時刻共有部１１は、他のグランドマスタから配信される共有時刻を取得するスレーブノードであってもよい。時刻共有部１１がスレーブノードである場合には、通信装置２００のうちのいずれか１つがグランドマスタに相当してもよいし、通信制御装置１００及び通信装置２００以外のグランドマスタから配信される共有時刻を、通信制御装置１００及び通信装置２００が共有してもよい。時刻共有部１１は、通信装置２００と時刻を共有すればよい。時刻共有部１１は、共有時刻を通信部１２に提供する。

通信部１２は、主としてプロセッサ５１及び通信部５７の協働により実現される。通信部１２は、図４に例示されたような周期的な通信を通信装置２００との間で実行する。詳細には、通信部１２は、通信周期毎に、各タイムスロットにおいて当該タイムスロットに対応する種別の制御通信を実行する。

計測部１３は、主としてプロセッサ５１によって実現される。計測部１３は、通信部１２による各種別の制御通信にかかる時間を計測する。例えば、図４の時間長ＴＬ１，ＴＬ２に示されるように、計測部１３は、通信制御装置１００から制御通信において最初にデータを送信する時刻から制御通信において最後にデータを取得するまでの時間を計測してもよい。

また、計測部１３は、図６に示されるように、タイムスロットＴＳ１，ＴＳ２の開始時刻を起点として、当該タイムスロットＴＳ１，ＴＳ２において最後に受信すべきデータの受信までの時間を計測してもよい。また、図７に示されるように、制御通信の開始が通信装置２００のいずれかによるデータの送信時刻である場合、或いは制御通信の完了が通信装置２００のいずれかによるデータの受信時刻である場合には、通信制御装置１００が、送信時刻又は受信時刻を示す時刻情報６０を受信して、この時刻情報６０に基づいて計測部１３が制御通信にかかる時間を計測してもよい。また、図７に示される場合において、時刻情報６０の受信に代えて、計測部１３は、時刻共有部１１によって計測される通信遅延の値を利用して、時間長ＴＬ１ｂを計測してもよい。

また、計測部１３は、通信部１２による実運用と同様の制御通信の実行に代えて、図８に示されるように、通信装置２１１，２１２，２２０それぞれに計測データを送信し、この計測データに対する応答データを受信してもよい。また、計測部１３は、計測データ及び応答データの通信遅延に基づいて、通信装置２１１，２１２，２２０それぞれの処理時間ＴＬ１ｃ，ＴＬ１ｄ，ＴＬ２ｃを得てもよい。例えば、計測部１３は、通信装置２１１からの応答データを受信した受信時刻Ｔ１２から、通信装置２１１に計測データを送信した送信時刻Ｔ１１を減じ、さらに計測データの通信遅延及び応答データの通信遅延を差し引くことで処理時間ＴＬ１ｃを算出してもよい。そして、計測部１３は、この処理時間ＴＬ１ｃ，ＴＬ１ｄ，ＴＬ２ｃに基づいて、実際の制御通信にかかる時間を見積もることにより当該時間の計測値を得てもよい。また、計測部１３は、通信装置２１１，２１２，２２０それぞれに処理時間ＴＬ１ｃ，ＴＬ１ｄ，ＴＬ２ｃを計測させて、計測結果を各装置から取得してもよい。

なお、計測データ及び応答データは、実運用の環境で使用されるデータと同一のデータであってもよいし、実運用時のデータとは異なる計測用のデータであってもよい。計測データ及び応答データを伝送する経路についても、実運用時の伝送経路と同様であってもよいし異なってもよい。例えば、計測部１３は、通信装置２１１，２１２，２２０に宛てて個別に、他の装置を介することなく計測データを送信してもよいし、他の装置を経由して計測データを送信してもよい。他の装置を経由する場合には、計測データが当該他の装置において中継される時間を加味して計測データの通信遅延が算出される。

計測部１３は、計測結果を、記憶部１６のチューニングテーブル１６２に書き込む。例えば、計測部１３は、図９に示されるように、ネットワーク３０を構成する各ノードについて、処理時間及び通信遅延の計測結果をマイクロ秒単位で書き込む。なお、図９に例示されるチューニングテーブル１６２において、ノード名に含まれる識別子は、各ノードに相当する装置の参照符号に等しい。また、制御通信の種別として示される［Ａ］は、通信制御装置１００と通信装置２１１，２１２との間における制御通信を示し、［Ｂ］は、通信制御装置１００と通信装置２２０との間における制御通信を示す。以下では、これらの制御通信を区別する際に、図９に対応させて制御通信Ａ，Ｂと適宜表記する。計測部１３は、通信制御装置１００において、制御通信にかかる時間を計測する計測手段の一例に相当する。

図５に戻り、問い合わせ部１４は、主としてプロセッサ５１及び通信部５７の協働により実現される。問い合わせ部１４は、通信装置２００それぞれに対して、設定可能な通信周期の長さを問い合わせるデータを送信して、設定可能な通信周期の長さのリストを示すデータを通信装置２００それぞれから受信する。そして、問い合わせ部１４は、このリストにより示される、各装置に設定される通信周期の長さの候補を、通信周期候補テーブル１６１として記憶部１６に書き込む。図１０には、記憶部１６に格納される通信周期候補テーブル１６１の一例が示されている。問い合わせ部１４は、通信制御装置１００において、通信周期の候補を通信装置に問い合わせる問い合わせ手段の一例に相当する。

解釈部１５は、主としてプロセッサ５１によって実現される。解釈部１５は、実運用時に機器４０を制御するための制御プログラム１６３を記憶部１６から読み出して、複数の種別の制御通信の間の依存関係を分析する。例えば、通信装置２２０との制御通信Ｂで伝送すべきデータが、通信装置２１２との制御通信Ａで伝送されるデータに依存することが、解釈部１５によって判断される。このような依存関係は、例えば、通信装置２２０に接続される機器４０から得る情報を通信制御装置１００が処理した結果、通信装置２１２に接続される機器４０を制御する場合に発生する。そして、解釈部１５は、図９に例示されるように、分析結果を記憶部１６のチューニングテーブル１６２に書き込む。解釈部１５が依存関係を解釈するための制御プログラム１６３は、通信制御装置１００において、一の種別の制御通信と他の種別の前記制御通信との関係を示す予め設定された情報の一例に相当する。

記憶部１６は、主として主記憶部５２及び補助記憶部５３の少なくとも一方によって実現される。記憶部１６は、単一の記憶装置でなくともよい。例えば、通信周期候補テーブル１６１及びチューニングテーブル１６２を記憶するフラッシュメモリと、制御プログラム１６３を記憶するＲＡＭとが別個に構成されてもよい。また、通信制御装置１００が図２に示される通信ユニットに相当する場合には、制御プログラム１６３は、ＣＰＵユニット１０２に記憶され、解釈部１５は、ＣＰＵユニット１０２からシステムバス１０４を介して制御プログラム１６３を読み出してもよい。

通信制御部１７は、主としてプロセッサ５１及び通信部５７の協働により実現される。通信制御部１７は、チューニングテーブル１６２及び通信周期候補テーブル１６１に基づいて、通信周期の最適なパラメータを決定し、このパラメータを通信装置２００に指定することにより、通信装置２００に対して、パラメータに従う通信周期毎に含まれるタイムスロットにおいて制御通信を実行させる。パラメータは、各タイムスロットの長さと、通信周期の長さと、通信周期におけるタイムスロットの順序と、のそれぞれの設定値を含む。

例えば、通信制御部１７は、図９に示されるチューニングテーブル１６２に基づいて、制御通信Ａに割り当てるタイムスロット長を、通信装置２１１，２１２についての処理時間と通信遅延との合計である３２μｓとして算出する。また、通信制御部１７は、制御通信Ｂに割り当てるタイムスロット長を、通信装置２２０についての処理時間と通信遅延との合計である１２μｓと算出する。

また、通信制御部１７は、制御通信Ａ，Ｂの依存関係から、制御通信ＡのタイムスロットＴＳ１の後に制御通信ＢのタイムスロットＴＳ２を設けることを決定する。

さらに、通信制御部１７は、通信周期候補テーブル１６１を参照して、３２μｓの長さのタイムスロットＴＳ１と１２μｓの長さのタイムスロットＴＳ２とを含む範囲で通信装置２００に設定可能な最短の通信周期を選択する。図１０の例では、タイムスロットＴＳ１，ＴＳ２の長さの合計である４４μｓを超えて、かつ、通信装置２００すべてに設定可能である最短の通信周期として２５０μｓの値が選択される。そして、通信制御部１７は、図１１に示されるようなパラメータの設定値を通信装置２００に指定する。通信制御装置１００及び通信装置２００は、指定されたパラメータに従って、図１２に示されるような通信周期で通信することとなる。

通信制御部１７は、通信制御装置１００において、通信装置と共有される共有時刻により規定される時間区分を含む通信周期の長さを、制御通信にかかる時間の長さに基づいて決定し、通信装置に、決定した長さの通信周期毎に時間区分において制御通信を実行させる通信制御手段の一例に相当する。また、通信制御部１７によってパラメータが設定されると、通信部１２は、通信装置２００との間でパラメータに従って通信する。通信部１２は、通信制御装置１００において、通信制御手段によって決定された長さの通信周期毎に時間区分において制御通信を行う通信手段の一例に相当する。

続いて、通信制御装置１００によって実行される通信制御処理について、図１３を用いて説明する。図１３に示される通信制御処理は、通信制御装置１００による通信装置２００との通信の本番運用の準備として実施される、通信周期のパラメータのチューニング処理に相当する。通信制御処理は、通信制御装置１００に対するユーザの特定の操作によって開始する。

通信制御処理では、解釈部１５が、記憶部１６から制御プログラム１６３を読み出して複数の種別の制御通信間の依存関係を分析して、分析結果をチューニングテーブル１６２に書き込む（ステップＳ１）。また、計測部１３が、各種別の制御通信にかかる時間を計測して、計測結果をチューニングテーブル１６２に書き込む（ステップＳ２）。さらに、問い合わせ部１４が、通信周期の候補を各通信装置２００に問い合わせて、通信周期の候補を通信周期候補テーブル１６１に書き込む（ステップＳ３）。

次に、通信制御部１７が、チューニングテーブル１６２に基づいて、制御通信を実施するために少なくとも必要な各タイムスロット長を算出し（ステップＳ４）、依存関係に基づいてタイムスロットの順序を決定し（ステップＳ５）、ステップＳ４，５で決定したパラメータと適合する最短の候補を通信周期候補テーブル１６１から通信周期長として選択する（ステップＳ６）。

次に、通信制御部１７は、ステップＳ４～Ｓ６で決定したパラメータを通信装置２００に指定する（ステップＳ７）。これにより、通信装置２００は、指定されたパラメータに従って通信周期毎に通信する。

次に、通信制御部１７は、本番運用と同等の通信を試行する（ステップＳ８）。例えば、通信制御部１７は、図１２に例示される通信周期に従って、図４に示される制御通信を試行する。そして、通信制御部１７は、各タイムスロット内で完了すべき制御通信が完了したか否かを判定する（ステップＳ９）。

各タイムスロット内で完了すべき制御通信が完了しないと判定された場合（ステップＳ９；Ｎｏ）、通信制御装置１００は、ステップＳ２移行の処理を繰り返す。これにより、制御通信にかかる時間を再度計測して、制御通信が異常なく完了するような通信周期のパラメータが決定されることが期待される。ただし、ステップＳ９の判定が否定された後に再度実行されるステップＳ４では、制御通信を実行するためのタイムスロット長として、前回算出したタイムスロット長に例えば１０％のマージンを加算して、前回よりも長いタイムスロット長を算出してもよい。これにより、前回とは異なるパラメータが設定される。

各タイムスロット内で完了すべき制御通信が完了したと判定された場合（ステップＳ９；Ｙｅｓ）、通信制御装置１００は、パラメータの設定を完了して、実運用の通信を開始する（ステップＳ１０）。その後、通信制御処理が終了する。

以上、説明したように、本実施の形態に係る通信制御装置１００の通信制御部１７は、通信周期の長さを、前記制御通信にかかる時間の長さに基づいて決定し、通信装置２００に、決定した長さの通信周期毎に時間区分において制御通信を実行させる。これにより、実際に発生する制御通信に適した通信周期のパラメータが設定され、機器を制御するための通信を準備する作業者の負担を軽減することができる。また、機器を制御するための通信の効率を向上させることができる。

具体的には、通信制御部１７は、タイムスロット長を示すパラメータを通信装置２００に指定する。詳細には、計測部１３によって計測された、制御通信にかかる時間の計測結果に基づいて、タイムスロット長が決定される。これにより、実際の制御通信に応じた適当な長さのタイムスロット長が設定されて、通信効率が向上する。

また、通信制御部１７は、タイムスロット長を指定した場合において、タイムスロット内で完了すべき制御通信が完了する前に、指定したパラメータにより設定される長さのタイムスロットが終了するときには、指定したパラメータにより示される長さより長いタイムスロット長を示す新たなパラメータを指定する。これにより、計測部１３による計測に含まれる誤差に起因して過剰に短いタイムスロット長が一旦設定された場合であっても、適当なタイムスロット長が再度設定される。

また、通信制御部１７は、通信周期長を示すパラメータを通信装置２００に指定する。具体的には、問い合わせ部１４が、通信周期として設定可能な候補を通信装置２００それぞれに問い合わせた結果のうちの、算出された長さのタイムスロットを含み得る最短の通信周期が、通信制御部１７によって選択される。これにより、１つのタイムスロットにおける制御通信から、次のタイムスロットにおける制御通信までの周期が短くなり、リアルタイム性を向上させることができる。なお、通信周期候補テーブル１６１は、通信装置２００に候補を問い合わせることなく、ユーザによって記憶部１６に予め格納された情報であってもよい。

また、通信制御部１７は、制御通信Ａ，Ｂの依存関係を判断して、制御通信Ａ，Ｂに対応するタイムスロットの順序を決定する。具体的には、解釈部１５が、制御通信Ｂの内容が、制御通信Ａの内容に応じて変化する場合に、制御通信Ｂが制御通信Ａに依存すると解釈して、通信制御部１７は、制御通信ＢのタイムスロットＴＳ２を制御通信ＡのタイムスロットＴＳ１より後に設ける。この場合において、タイムスロットＴＳ１がタイムスロットＴＳ２より後に設けられると、制御通信Ｂの内容が、１つ前の通信周期における制御通信Ａに応じて変化することとなり、応答性が低くなるおそれがある。これに対して、本実施の形態では、制御通信の依存関係に基づいてタイムスロットの順序を決定することにより、応答性を向上させることができる。

実施の形態２．
続いて、実施の形態２について、上述の実施の形態１との相違点を中心に説明する。なお、上記実施の形態１と同一又は同等の構成については、同等の符号を用いる。上記実施の形態１においては、すべての通信装置２００について共通の通信周期長が設定されたが、制御通信の種別に応じて異なる通信周期長を設定するケースも考えられる。

本実施の形態に係る通信制御部１７は、図１３のステップＳ６において、制御通信Ａを実行する通信装置２１１，２１２については、図１０から分かるように、３２μｓのタイムスロットＴＳ１を含む最短の通信周期長が１２５μｓであると判断し、制御通信Ｂを実行する通信装置２２０については、１２μｓのタイムスロットＴＳ２を含む最短の通信周期長が２５０μｓであると判断する。したがって、通信制御部１７は、図１４に示されるように、タイムスロットＴＳ１を含む１２５μｓの長さの通信周期を通信装置２１１，２１２に設定し、タイムスロットＴＳ２を含む２５０μｓの長さの通信周期を通信装置２２０に設定する。

これにより、制御通信Ａが実行される周期をより短縮して、リアルタイム性を向上させることができる。なお、図１４の例は、すべての通信装置２００に２５０μｓの長さの共通の通信周期を設定した上で、１つの通信周期が、制御通信Ａを実行するためのタイムスロットＴＳ１を２つ含むともいえる。

また、制御通信Ａを実行する通信装置２１１，２１２について共通の通信周期長を設定する例を説明したが、さらに通信装置２１１，２１２で異なる通信周期長を設定してもよい。

また、通信周期毎に異なる通信装置２００と通信することを設定してもよい。例えば、通信制御装置１００に１２５μｓの通信周期が設定可能である一方、各タイムスロット長の合計値が１２５μｓを超える場合には、図１５に示されるように、通信装置２００それぞれに設定される通信周期長を１２５μｓとして、奇数番目の通信周期に含まれるタイムスロットＴＳ１で制御通信Ａを実行し、偶数番目の周期に含まれるタイムスロットＴＳ１で制御通信Ｂを実行してもよい。図１５の例は、すべての通信装置２００に２５０μｓの長さの共通の通信周期を設定した上で、通信周期がそれぞれ、制御通信Ａを実行するためのタイムスロットＴＳ１と、制御通信Ｂを実行するためのタイムスロットＴＳ１と、を含むともいえる。

実施の形態３．
続いて、実施の形態３について、上述の実施の形態１との相違点を中心に説明する。なお、上記実施の形態１と同一又は同等の構成については、同等の符号を用いる。本実施の形態は、実測によるパラメータの決定に代えて、事前にモデルを学習した結果に基づいてパラメータを決定する点で、実施の形態１と異なる。

図１６に示されるように、本実施の形態に係る通信制御装置１００は、学習用データ取得部１８と、モデル生成部１９と、を有する。

学習用データ取得部１８は、学習に使用するデータを取得する。学習に使用するデータは、モデルに入力される条件値と、モデルから出力されるべき教師データと、を含み、例えば、通信制御装置１００及び通信装置２００を含むネットワークの構成、各装置の個別の処理時間、すべての装置に設定される通信周期を特徴量として示すが、これには限定されず、任意の特徴量を示してもよい。学習に使用するデータとしては、手作業により実機を用いた特徴量の測定結果及び既存の設定内容が用いられてもよいし、ネットワークシミュレータを用いて条件値と適当な通信周期との組み合わせを生成したものであってもよい。

モデル生成部１９は、学習用データ取得部１８によって取得された学習用データを用いて、ネットワーク構成を示す条件値から通信周期のパラメータを得るためのモデルを生成し、生成したモデルを、記憶部１６に保存する。モデルとしては、畳み込みニューラルネットワークに代表される機械学習モデルを用いてもよいし、他のモデルを用いてもよい。モデルは、通信制御装置１００及び通信装置２００を含むネットワークの構成に代表される特徴量と、通信装置２００に指定すべき少なくとも１つのパラメータと、の関係を示すモデルであればよい。

図１７には、モデルを生成するための学習処理の手順について示されている。学習処理では、学習用データ取得部１８が、ユーザにより設計された通信周期、又は、ネットワークシミュレータで自動生成された通信周期を示す学習用データを取得する（ステップＳ４１）。

次に、モデル生成部１９は、学習用データ取得部が取得したデータを用いてモデルを生成して保存する（ステップＳ４２）。その後、モデルの学習処理は終了する。通信制御装置１００の通信制御部１７は、ネットワーク構成を含む条件値を、学習処理によって学習されたモデルに入力して、通信周期のパラメータを得る。

以上のように、予め学習されたモデルを利用してパラメータを求めてもよい。これにより、実測の手間を省くことができ、通信制御装置１００が適当なパラメータを得るための処理負荷を軽減することができる。

なお、モデルにより通信周期のパラメータを生成する例について説明したが、通信周期のパラメータを決定するために必要な他の情報をモデルにより生成してもよい。例えば、計測部による実測値に代えて、モデルにより生成された各装置の処理時間に基づいて、実施の形態１と同様にパラメータが決定されてもよい。

また、学習用データ取得部１８及びモデル生成部１９は、通信制御装置１００に内蔵されていなくともよい。例えば、インターネット上のサーバ装置が学習用データ取得部１８及びモデル生成部１９を有し、通信制御装置１００は、このサーバ装置から提供されるモデルを取得してもよい。

以上、本開示の実施の形態について説明したが、本開示は上記実施の形態によって限定されるものではない。

例えば、上記実施の形態では、チューニング処理を、製造ラインの立ち上げ時のような本番運用前に実行することが想定されている。しかしながら、通信制御装置１００は、本番運用の最中に、例えばタイムスロットＴＳ０においてチューニング処理を実行し、タイムスロット長及び最短の設定可能な通信周期長をユーザに通知してもよい。これにより、ユーザは、本番運用を一旦停止してから適当なパラメータを設定することができる。また、本番運用時においてパラメータの変更が可能であれば、通信制御装置１００は、ユーザの了承なく、通信周期のパラメータを変更して設定してもよい。

また、上記実施の形態では、タイムスロットの順序を決定するために制御プログラム１６３が参照されたが、これには限定されない。例えば、依存関係を示す情報がユーザによってチューニングテーブル１６２に書き込まれてもよいし、その他の予め設定された情報に基づいてタイムスロットの順序が決定されてもよい。

また、タイムスロットの順序を、制御通信の試行結果に基づいて決定してもよい。例えば、図１８に示されるように、通信制御装置１００は、チューニング処理において、タイムスロットの順序を変更しつつ制御通信を試行した結果、一の順序での制御通信の内容が、他の順序での制御通信の内容より早く変化することを検出した場合に、当該一の順序を設定すべきパラメータとして決定してもよい。

また、タイムスロットの数及び配置を、任意に変更してもよい。また、制御通信の種別の数、及び、制御通信の方式を任意に変更してもよい。また、通信制御装置１００との間で制御通信を実行する通信装置２００の数は、１つであってもよいし、上記実施の形態のような３つとは異なる任意の数であってもよい。さらに、１つの通信装置２００が、複数の種別の制御通信を実行してもよい。

また、通信制御装置１００の機能は、専用のハードウェアによっても、また、通常のコンピュータシステムによっても実現することができる。

例えば、プロセッサ５１によって実行されるプログラムＰ１を、コンピュータ読み取り可能な非一時的な記録媒体に格納して配布し、そのプログラムＰ１をコンピュータにインストールすることにより、上述の処理を実行する装置を構成することができる。このような記録媒体としては、例えばフレキシブルディスク、ＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disc Read－Only Memory）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＭＯ（Magneto－Optical Disc）が考えられる。

また、プログラムＰ１をインターネットに代表される通信ネットワーク上のサーバ装置が有するディスク装置に格納しておき、例えば、搬送波に重畳させて、コンピュータにダウンロードするようにしてもよい。

また、通信ネットワークを介してプログラムＰ１を転送しながら起動実行することによっても、上述の処理を達成することができる。

さらに、プログラムＰ１の全部又は一部をサーバ装置上で実行させ、その処理に関する情報をコンピュータが通信ネットワークを介して送受信しながらプログラムを実行することによっても、上述の処理を達成することができる。

なお、上述の機能を、ＯＳ（Operating System）が分担して実現する場合又はＯＳとアプリケーションとの協働により実現する場合には、ＯＳ以外の部分のみを媒体に格納して配布してもよく、また、コンピュータにダウンロードしてもよい。

また、通信制御装置１００の機能を実現する手段は、ソフトウェアに限られず、その一部又は全部を、回路を含む専用のハードウェアによって実現してもよい。

本開示は、本開示の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、本開示を説明するためのものであり、本開示の範囲を限定するものではない。つまり、本開示の範囲は、実施の形態ではなく、請求の範囲によって示される。そして、請求の範囲内及びそれと同等の開示の意義の範囲内で施される様々な変形が、本開示の範囲内とみなされる。

本開示は、装置間で共有される時刻により規定される時間区分毎に各装置が通信するシステムに適している。

１０００ 通信システム、 １００ 通信制御装置、 １０１ ＰＬＣ、 １０２ ＣＰＵユニット、 １０３ Ｉ／Ｏユニット、 １０４ システムバス、 １１ 時刻共有部、 １２ 通信部、 １３ 計測部、 １４ 問い合わせ部、 １５ 解釈部、 １６ 記憶部、 １６１ 通信周期候補テーブル、 １６２ チューニングテーブル、 １６３ 制御プログラム、 １７ 通信制御部、 １８ 学習用データ取得部、 １９ モデル生成部、 ２００、２１１，２１２，２２０ 通信装置、 ３０ ネットワーク、 ４０ 機器、 ４１，４２ 通信周期、 ５１ プロセッサ、 ５２ 主記憶部、 ５３ 補助記憶部、 ５４ クロック部、 ５５ 入力部、 ５６ 出力部、 ５７ 通信部、 ５８ 内部バス、 ６０ 時刻情報、 ＴＬ１，ＴＬ１ａ，ＴＬ１ｂ，ＴＬ２，ＴＬ２ａ，ＴＬ１１，ＴＬ１２ 時間長、 ＴＳ０，ＴＳ１，ＴＳ２ タイムスロット、 ＴＬ１ｃ，ＴＬ１ｄ，ＴＬ２ｃ 処理時間、 Ｐ１ プログラム。

Claims (10)

1. 機器を制御するための制御通信を通信装置との間で行う通信制御装置であって、
   前記通信装置と共有される共有時刻により規定される時間区分を含む、前記通信装置に設定される通信周期の長さの複数の候補を前記通信装置に問い合わせて、前記通信装置から前記複数の候補を示すデータを受信する問い合わせ手段と、
   前記複数の候補のうちの一の前記候補に相当する前記通信周期の長さを、前記制御通信にかかる時間の長さに基づいて決定し、前記通信装置に、決定した長さの前記通信周期毎に前記時間区分において前記制御通信を実行させる通信制御手段と、
   前記通信制御手段によって決定された長さの前記通信周期毎に前記時間区分において前記制御通信を行う通信手段と、
   を備える通信制御装置。
2. 前記制御通信を複数の前記通信装置との間で行う通信制御装置であって、
   前記通信制御手段は、異なる前記通信周期の長さを前記通信装置それぞれに指定する、
   請求項１に記載の通信制御装置。
3. 前記通信制御手段は、前記時間区分の長さを前記通信装置に指定して、前記通信装置に対して、前記通信周期毎に、指定した長さの前記時間区分において前記制御通信を実行させる、
   請求項１又は２に記載の通信制御装置。
4. 前記通信制御手段は、前記制御通信が完了する前に、指定した長さの前記時間区分が終了する場合には、指定した長さより長い新たな前記時間区分の長さを前記通信装置に指定する、
   請求項３に記載の通信制御装置。
5. 前記制御通信にかかる時間の長さを計測する計測手段、をさらに備え、
   前記通信制御手段は、前記計測手段による計測の結果に基づいて決定した前記時間区分の長さを前記通信装置に指定する、
   請求項３又は４に記載の通信制御装置。
6. 前記通信周期に含まれる複数の前記時間区分それぞれに対応する種別の前記制御通信を一又は複数の前記通信装置との間で行う通信制御装置であって、
   前記通信制御手段は、一の前記種別の前記制御通信と他の前記種別の前記制御通信との関係を示す予め設定された情報に基づいて、前記通信周期における複数の前記時間区分の順序を決定し、決定した順序で前記時間区分に対応する前記種別の前記制御通信を一又は複数の前記通信装置に実行させる、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の通信制御装置。
7. 前記通信周期に含まれる複数の前記時間区分それぞれに対応する種別の前記制御通信を一又は複数の前記通信装置との間で行う通信制御装置であって、
   前記通信手段は、前記通信周期における前記時間区分の順序を変更しつつ、前記時間区分それぞれにおいて該時間区分に対応する前記種別の前記制御通信を試行し、
   前記通信制御手段は、前記通信手段によって前記制御通信が試行された一の前記時間区分の順序を一又は複数の前記通信装置に指定し、指定した順序で前記時間区分に対応する前記種別の前記制御通信を一又は複数の前記通信装置に実行させる、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の通信制御装置。
8. 前記通信制御手段は、通信制御装置及び前記通信装置を含むネットワークの構成と前記通信周期の長さとの関係を示す予め学習されたモデルに基づいて、前記通信周期の長さを決定する、
   請求項１から７のいずれか一項に記載の通信制御装置。
9. 機器を制御するための制御通信を通信装置との間で行う通信制御装置によって実行される通信制御方法であって、
   前記通信装置と共有される共有時刻により規定される時間区分を含む、前記通信装置に設定される通信周期の長さの複数の候補を前記通信装置に問い合わせて、前記通信装置から前記複数の候補を示すデータを受信し、
   前記複数の候補のうちの一の前記候補に相当する前記通信周期の長さを、前記制御通信にかかる時間の長さに基づいて決定し、前記通信装置に、決定した長さの前記通信周期毎に前記時間区分において前記制御通信を実行させ、
   決定した長さの前記通信周期毎に前記時間区分において前記制御通信を行う、
   ことを含む通信制御方法。
10. 機器を制御するための制御通信を通信装置との間で行う通信制御装置に、
    前記通信装置と共有される共有時刻により規定される時間区分を含む、前記通信装置に設定される通信周期の長さの複数の候補を前記通信装置に問い合わせて、前記通信装置から前記複数の候補を示すデータを受信し、
    前記複数の候補のうちの一の前記候補に相当する前記通信周期の長さを、前記制御通信にかかる時間の長さに基づいて決定し、前記通信装置に、決定した長さの前記通信周期毎に前記時間区分において前記制御通信を実行させ、
    決定した長さの前記通信周期毎に前記時間区分において前記制御通信を行う、
    ことを実行させるためのプログラム。

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