JPWO2021131724A5

JPWO2021131724A5 -

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Publication number: JPWO2021131724A5
Application number: JP2021567200A
Authority: JP
Filing date: 2020-12-10
Publication date: 2022-08-25

Description

本開示は、一般に通信装置、通信システム、通信制御方法、及びプログラムに関する。より詳細には、本開示は、１以上のスレーブと通信する通信装置、通信システム、通信制御方法、及びプログラムに関する。

特許文献１には、予め定められた周期ごとにデータが更新されるネットワークに接続される通信装置が開示されている。この通信装置は、第１のスケジューリング手段と、第２のスケジューリング手段と、を備える。第１のスケジューリング手段は、製造装置又は生産設備の制御に用いる第１のデータを予め定められた周期ごとに更新するのに必要な第１の通信帯域を確保する。第２のスケジューリング手段は、ネットワークが有する通信帯域のうち第１の通信帯域以外の通信帯域内に、第２のデータを指定された時間内に送信先へ到着させるのに必要な第２の通信帯域を確保する。

特許文献１に記載の通信装置では、第１のデータ（主データ）を通信するのに必要な通信帯域以外の空き帯域にて第２のデータ（副データ）を送信することは可能である。しかしながら、この通信装置では、通信装置に接続された機器（スレーブ）において、第２のデータ（副データ）を周期的に送信又は受信又は送受信させることが難しい、という問題があった。

特開２０１８－６４２４５号公報

本開示は、上記の点に鑑みてなされており、通信装置に接続されたスレーブにおいて、副データを周期的に送信又は受信又は送受信させやすい通信装置、通信システム、通信制御方法、及びプログラムを提供することを目的とする。

本開示の一態様に係る通信装置は、処理部と、１以上のスレーブとの間で通信する通信部と、を備える。前記処理部は、通信処理と、設定処理と、を実行する機能を有する。前記通信処理は、前記１以上のスレーブに対して、主データを含む主フレームを前記通信部から第１周期で送信させる処理である。前記設定処理は、前記第１周期よりも短い第２周期、及び前記第２周期ごとに前記１以上のスレーブのうちの少なくとも１台のスレーブに割り当てられるタイムスロット、を設定する処理である。

本開示の別の一態様に係る通信システムは、上記の通信装置と、上記の１以上のスレーブと、を備える。前記１以上のスレーブは、前記通信装置に接続されて前記通信装置と通信する。

本開示の別の一態様に係る通信制御方法は、通信ステップと、設定ステップと、を有する。前記通信ステップは、通信装置に接続される１以上のスレーブに対して、主データを含む主フレームを第１周期で送信させるステップである。前記設定ステップは、前記第１周期よりも短い第２周期、及び前記第２周期ごとに前記１以上のスレーブのうちの少なくとも１台のスレーブに割り当てられるタイムスロット、を設定するステップである。

本開示の別の一態様に係るプログラムは、１以上のプロセッサに、上記の通信制御方法を実行させる。

本開示は、通信装置に接続されたスレーブにおいて、副データを周期的に送信又は受信又は送受信させやすい、という利点がある。

図１は、本開示の実施形態に係る通信装置を備えた通信システムの概要を示すブロック図である。図２は、同上の通信装置による通信処理及び分割通信処理の説明図である。図３は、同上の通信装置による設定処理のフローチャートである。図４は、比較例の通信装置による通信処理の説明図である。

（１）概要
図１は、本開示の実施形態に係る通信装置１を備えた通信システム１００の概要を示すブロック図である。本実施形態の通信装置１は、図１に示すように、通信装置１に接続される１以上（ここでは、ｎ（“ｎ”は自然数）台）のスレーブ２と直接またはネットワークを介して接続されて通信システム１００を構成する。つまり、通信装置１は、１以上のスレーブ２の上位装置に相当するマスタである。通信装置１及び１以上のスレーブ２は、同一のネットワークに接続されている。つまり、通信システム１００は、通信装置１と、１以上のスレーブ２と、を備える。そして、１以上のスレーブ２は、通信装置１に接続されて通信装置１と通信する。

本実施形態では、通信装置１及び１以上のスレーブ２は、産業用ネットワークに接続されている。本開示でいう「産業用ネットワーク」は、例えばファクトリーオートメーションにおいて用いられるフィールドネットワークであって、工場内に設置された複数の機器間で通信するために用いられる。産業用ネットワークは、一例として、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ／ＩＰ（登録商標）、ＥｔｈｅｒＣＡＴ（登録商標）、又はＰＲＯＦＩＮＥＴ（登録商標）等を含み得る。産業用ネットワークに接続される機器は、一例として、コントローラ（例えば、ＰＬＣ（ＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＬｏｇｉｃＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）等）、センサ（例えば、変位センサ、流量計、圧力計、画像センサ等）、又はリモートＩ／Ｏ（Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ）等を含み得る。また、産業用ネットワークに接続される機器は、一例として、サーボアンプ、インバータ、ロボット、アクチュエータ、又はバルブ等を含み得る。

産業用ネットワークは、オフィス等で用いられる標準的なベストエフォート型のネットワークと比較して、堅牢性、定時性、及びリアルタイム性が要求される。例えば、産業用ネットワークにおいて、コントローラからサーボアンプ等の制御対象の機器に対して周期的に制御データを送信する場合に、ベストエフォート型のネットワークと比較して遅延が許されない。また、制御データに対する応答速度の高速化が求められる。

本実施形態の通信装置１は、図１に示すように、処理部１１と、通信部１２と、を備えている。通信部１２は、１以上のスレーブ２との間で通信する通信インタフェースである。処理部１１は、通信処理と、設定処理と、を実行する機能を有している。

図２は、本開示の実施形態に係る通信装置１による通信処理及び分割通信処理の説明図である。通信処理は、１以上のスレーブ２に対して、主データを含む主フレームＦ１を通信部１２から第１周期ＣＴ１で送信させる処理である。つまり、通信装置１は、通信処理を実行することにより、１以上のスレーブ２に対して主データを第１周期ＣＴ１で送信する。主データは、例えば通信装置１がコントローラであって、１以上のスレーブ２がサーボアンプ等の制御対象の機器であれば、スレーブ２を制御するための制御データを含み得る。第１周期ＣＴ１は、一例として、コンマ数ｍｓ～数ｍｓである。各スレーブ２は、主データを受信すると、受信した主データに応じた処理を実行する。例えば、主データが１以上のスレーブ２の各々に対応した１以上の制御データを含んでいる場合、各スレーブ２は、主データを受信すると、主データに含まれる対応した制御データを取得し、取得した制御データに応じた処理を実行する。

設定処理は、第１周期ＣＴ１よりも短い第２周期ＣＴ２（図２を参照）、及びタイムスロットＳ０（図２を参照）を設定する処理である。タイムスロットＳ０は、第２周期ＣＴ２ごとに１以上のスレーブ２のうちの少なくとも１台のスレーブ２に割り当てられる。設定処理で設定されたタイムスロットＳ０は、少なくとも副フレームＦ２（図２を参照）に含まれる。副フレームＦ２は、設定処理で設定された第２周期ＣＴ２で通信装置１から送信されるフレームであり、主フレームＦ１の伝送時間よりも短い。また、第２周期ＣＴ２は副フレームＦ２の伝送時間よりも長い。各スレーブ２は、対応するタイムスロットＳ０に含まれるデータを取得したり、対応するタイムスロットＳ０を用いて他の機器（通信装置１又は他のスレーブ２）に対してデータを送信したりすることが可能である。

上述のように、設定処理によりタイムスロットＳ０を割り当てられたスレーブ２は、第１周期ＣＴ１で送信される主データとは別に、第２周期ＣＴ２ごとにタイムスロットＳ０を用いて、副データを周期的に受信することが可能である。設定処理によりタイムスロットＳ０を割り当てられたスレーブ２は、第２周期ＣＴ２ごとにタイムスロットＳ０を用いて、主データとは別に副データを周期的に送信することが可能である。つまり、本実施形態では、通信装置１に接続されたスレーブ２において、副データを周期的に送信又は受信又は送受信させやすい、という利点がある。

（２）詳細
以下、通信装置１を備えた通信システム１００について図１を用いて詳細に説明する。通信装置１には、複数（ここでは、ｎ台）のスレーブ２が接続されている。複数のスレーブ２（言い換えれば、１以上のスレーブ２）は、通信装置１に対してデイジーチェーン接続されている。具体的には、通信装置１には、第１スレーブ２１、第２スレーブ２２、第３スレーブ２３、…、第ｎスレーブ２ｎが順にリング状に接続されている。このため、通信装置１から送信されるフレーム（例えば、主フレームＦ１）は、第１スレーブ２１、第２スレーブ２２、第３スレーブ２３、…、第ｎスレーブ２ｎ、通信装置１の順に伝送されることになる。

通信システム１００においては、複数のスレーブ２のうちの１台のスレーブ２はセンサであり、残りのスレーブ２はサーボアンプである。言い換えれば、１以上のスレーブ２のうちの少なくとも１台のスレーブ２は、モータを駆動させるモータ駆動装置である。通信システム１００においては、通信装置１は、複数のスレーブ２（つまり、複数のサーボアンプ及びセンサ）を個別に又は全体的に制御するコントローラである。

通信装置１は、処理部１１と、通信部１２と、を備えている。通信装置１は、処理部１１が有するメモリにデータを記憶しているが、処理部１１とは別に記憶部を有していてもよい。記憶部は、一例として、ＥＥＰＲＯＭ（ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙＥｒａｓａｂｌｅＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＲｅａｄ－ＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）等の電気的に書換え可能な不揮発性メモリ、及びＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）等の揮発性メモリ等である。

処理部１１は、例えば、コンピュータシステムを含んでいる。コンピュータシステムは、ハードウェアとしてのプロセッサ及びメモリを主構成とする。コンピュータシステムのメモリに記録されたプログラムをプロセッサが実行することによって、処理部１１としての機能が実現される。プログラムは、コンピュータシステムのメモリに予め記録されてもよく、電気通信回線を通じて提供されてもよく、コンピュータシステムで読み取り可能なメモリカード、光学ディスク、ハードディスクドライブ等の非一時的記録媒体に記録されて提供されてもよい。なお、通信部１２のすくなくとも一部または全体は、処理部１１の一部または全体と一体に構成しても良い。例えば通信部１２がコンピュータシステムを含む。この構成において、通信部１２の中のコンピュータシステムにおいてプログラムを実行することによって、処理部１１としての機能を実現することも可能である。

通信部１２は、複数のスレーブ２との通信を行うための通信インタフェースであって、例えば産業用のイーサネット（登録商標）プロトコルに準拠した有線通信モジュールを有している。通信部１２は、通信装置１に直接接続された最前段にあるスレーブ２（図１では、第１スレーブ２１）の通信部２０２（後述する）に対してフレーム（主フレームＦ１及び副フレームＦ２）を送信する。通信部１２は、通信装置１に直接接続された最後段にあるスレーブ２（図１では、第ｎスレーブ２ｎ）の通信部２０２から送信されるフレーム（主フレームＦ１及び副フレームＦ２）を受信する。

処理部１１は、通信処理（主通信処理）と、分割通信処理と、設定処理と、を実行する機能を有している。以下通信処理（主通信処理）を、分割通信処理と区別するために、主通信処理と呼ぶ。設定処理は、通信装置１を含めた通信システム１００を稼働させる前に実行される処理である。主通信処理及び分割通信処理は、いずれも通信装置１を含めた通信システム１００の稼働中に実行される処理である。

主通信処理は、複数のスレーブ２に対して主フレームＦ１を通信部１２から第１周期ＣＴ１で送信させる処理である。第１周期ＣＴ１は、通信装置１にあらかじめ設定されている。本実施形態では、通信装置１が第１スレーブ２１に対して主フレームＦ１を送信することにより、第１スレーブ２１、第２スレーブ２２、第３スレーブ２３、…、第ｎスレーブ２ｎの順に主フレームＦ１が伝送される。

図２に示すように、主フレームＦ１は、ヘッダＤ１００と、主データ領域Ｄ１と、副データ領域Ｄ２と、フッタＤ１０１と、を含んでいる。ヘッダＤ１００は、各スレーブ２にて受信したフレームが主フレームＦ１であることを識別するための識別子を含んでいる。

主データ領域Ｄ１は、複数（ここでは、ｎ個）のタイムスロットＤ１１，Ｄ１２，…，Ｄ１ｎに分割されている。複数のタイムスロットＤ１１，Ｄ１２，…，Ｄ１ｎは、それぞれ複数のスレーブ２１，２２，…，２ｎに割り当てられている。

主フレームＦ１を受信したスレーブ２は、主データ領域Ｄ１のうちの割り当てられたタイムスロットを用いて、通信装置１からの主データを取得することが可能である。主データは、通信装置１から各スレーブ２に対して送信されるスレーブ２ごとの制御データを含み得る。主データは、スレーブ２ごとの制御データに対する応答データを含み得る。

副データ領域Ｄ２は、複数（ここでは、ｎ個）のタイムスロットＤ２１，Ｄ２２，…，Ｄ２ｎに分割されている。複数のタイムスロットＤ２１，Ｄ２２，…，Ｄ２ｎは、いずれも設定処理により設定されたタイムスロットＳ０に相当し、それぞれ複数のスレーブ２１，２２，…，２ｎに割り当てられている。つまり、主フレームＦ１は、タイムスロットＳ０を含んでいる。タイムスロットＳ０は、設定処理により設定される。

主フレームＦ１を受信したスレーブ２は、副データ領域Ｄ２のうちの割り当てられたタイムスロットＳ０に含まれる副データを取得したり、タイムスロットＳ０を用いて他の機器（通信装置１又は他のスレーブ２）に対して副データを送信したりすることが可能である。副データは、スレーブ２から他のスレーブ２に対して送信される種々のデータを含み得る。つまり、タイムスロットＳ０は、１以上のスレーブ２の間での通信に用いられる。

分割通信処理は、複数のスレーブ２に対して副フレームＦ２を通信部１２から第２周期ＣＴ２で送信させる処理である。第２周期ＣＴ２は、第１周期ＣＴ１よりも短く、設定処理により設定される。副フレームＦ２は、ヘッダＤ２００と、副データ領域Ｄ２と、フッタＤ２０１と、を含んでいる。ヘッダＤ２００は、各スレーブ２で受信したフレームが副フレームＦ２であることを識別するための識別子を含んでいる。

通信装置１の処理部１１は、図２に示すように、第１周期ＣＴ１において、まず主通信処理を実行することにより、通信部１２から主フレームＦ１を送信する。その後、通信装置１の処理部１１は、第１周期ＣＴ１において、分割通信処理を実行することにより、第２周期ＣＴ２ごとに通信部１２から副フレームＦ２を送信する。

ここで、本実施形態では、処理部１１は、第１周期ＣＴ１ごとに主データを更新する。具体的には、処理部１１は、主フレームＦ１を送信してから次の主フレームＦ１の送信を開始するまでの間に、次の主フレームＦ１に含める主データを生成する。すなわち、処理部１１は第１周期ＣＴ１よりも短い時間の間に、主データを生成して主フレームＦ１を準備する。主データを生成する際には、処理部１１は、一例として、通信装置１の上位システムからの指令情報、及び各スレーブ２から受信した応答情報等を参照する。例えば、処理部１１は、センサ（スレーブ２）から受信した検知情報を参照することにより、各サーボアンプ（各スレーブ２）を制御するための制御データ（主データ）を生成する。したがって、第１周期ＣＴ１は、主データを生成する処理を実行できる程度に設定される必要があり、処理部１１の処理性能に依存する。

設定処理は、上述の主通信処理及び分割通信処理で用いられる第２周期ＣＴ２と、タイムスロットＳ０と、を設定する処理である。言い換えれば、主通信処理及び分割通信処理は、設定処理で設定されたパラメータに基づいて実行される。第２周期ＣＴ２は、第１周期ＣＴ１よりも短い。処理部１１は、後述するように主フレームＦ１の伝送時間（最大伝送時間Ｍｔ）に基づいて、第２周期ＣＴ２を設定する。なお、第２周期ＣＴ２は、最大伝送時間Ｍｔよりも長い。タイムスロットＳ０は、第２周期ＣＴ２ごとにスレーブ２に割り当てられる。処理部１１は、全てのスレーブ２に対してタイムスロットＳ０を割り当てる。設定処理にて各スレーブ２に割り当てられたタイムスロットＳ０は、上述の副データ領域Ｄ２を構成する。設定処理については、後述する「（３）設定処理」にて詳細に説明する。なお、各スレーブ２に割り当てられるタイムスロットＳ０のスロット長は、データサイズに応じて異なっていてもよい。

スレーブ２は、処理部２０１と、通信部２０２と、を備えている。スレーブ２は、処理部２０１が有するメモリにデータを記憶しているが、処理部２０１とは別に記憶部を有していてもよい。記憶部は、一例として、ＥＥＰＲＯＭ等の電気的に書換え可能な不揮発性メモリ、及びＲＡＭ等の揮発性メモリ等である。

処理部２０１は、例えば、コンピュータシステムを含んでいる。コンピュータシステムは、ハードウェアとしてのプロセッサ及びメモリを主構成とする。コンピュータシステムのメモリに記録されたプログラムをプロセッサが実行することによって、処理部２０１としての機能が実現される。プログラムは、コンピュータシステムのメモリに予め記録されてもよく、電気通信回線を通じて提供されてもよく、コンピュータシステムで読み取り可能なメモリカード、光学ディスク、ハードディスクドライブ等の非一時的記録媒体に記録されて提供されてもよい。

処理部２０１は、通信部２０２にて受信した主データのうち対応したデータ（ここでは、制御データ）に基づく処理を実行する機能を有する。また、処理部２０１は、通信部２０２にて受信した副データのうち対応したデータに基づく処理を実行する機能を有する。処理部２０１は、受信した主フレームＦ１又は副フレームＦ２の副データ領域Ｄ２のうち割り当てられたタイムスロットＳ０を用いて、副データを他の機器に対して送信する処理を実行する機能を有する。

通信部２０２は、通信装置１又は他のスレーブ２との通信を行うための通信インタフェースであって、例えば産業用のイーサネット（登録商標）プロトコルに準拠した有線通信モジュールを有している。通信部２０２は、スレーブ２に直接接続された前段にある通信装置１の通信部１２又はスレーブ２の通信部２０２から送信されるフレーム（主フレームＦ１及び副フレームＦ２）を受信する。通信部２０２は、スレーブ２に直接接続された後段にある通信装置１の通信部１２又はスレーブ２の通信部２０２に対して、受信したフレーム（主フレームＦ１及び副フレームＦ２）を送信する。一例として、第１スレーブ２１の通信部２０２は、通信装置１の通信部１２から送信されるフレームを受信し、受信したフレームを第２スレーブ２２の通信部２０２に対して送信する。この際に、第１スレーブ２１の通信部２０２は、受信したフレームを適宜更新してから送信してもよい。

（３）設定処理
以下、本実施形態の通信装置１の処理部１１で実行される設定処理について、図３を用いて詳細に説明する。図３は、本開示の実施形態に係る通信装置１による設定処理のフローチャートである。

設定処理は、例えば通信システム１００を稼働する前に、通信装置１が備えるユーザインタフェースを用いてユーザが所定の操作を行うことにより、処理部１１にて実行される。設定処理を実行する前段階においては、ユーザは、設定処理を実行する際に必要な設定用データを、ユーザインタフェースを用いて通信装置１に入力する。

設定用データは、主データの総データサイズと、副データの総データサイズと、最小の通信周期ＣＴ_ｍｉｎと、を含む。主データの総データサイズは、各スレーブ２にて受信可能な主データのデータサイズの総和である。副データの総データサイズは、各スレーブ２にて送信又は受信又は送受信が可能な副データのデータサイズの総和である。最小の通信周期ＣＴ_ｍｉｎは、通信装置１が１以上のスレーブ２との通信で許容される最小の通信周期である。

設定用データは、通信装置１と各スレーブ２との通信を確立して初期化フレームを通信装置１から各スレーブ２に対して送信する際に、通信装置１が各スレーブ２から取得してもよい。つまり、通信装置１は、初期化フレームの応答として、各スレーブ２から設定用データを取得することになる。この場合、設定用データは、例えばユーザが設定用データを入力する等して、あらかじめ各スレーブ２に設定されている、と仮定する。

設定処理において、処理部１１は、設定用データが入力されると（ステップＳＴ１）、まず設定用データを用いて、主フレームＦ１の最大伝送時間Ｍｔを算出する（ステップＳＴ２）。具体的には、処理部１１は、下記の式（１）に基づいて演算することにより、主フレームＦ１の最大伝送時間Ｍｔを算出する。

上記の式（１）において、「Ｓｈ」は主フレームＦ１のヘッダのデータサイズ、「Ｓｍ」は主データの総データサイズ、「Ｓｓ」は副データの総データサイズ、「Ｓｆ」は主フレームＦ１のフッタのデータサイズを表している。上記の式（１）において、「Ｔｒ」は転送レート、「ｎ」は通信システム１００に属する機器（通信装置１及びスレーブ２）の台数、「Ｔｄ１」は機器１台あたりの遅延時間、「Ｔｄ２」は通信システム１００全体での遅延時間を表している。

設定処理において、処理部１１は、次に最大伝送時間Ｍｔと、最小の通信周期ＣＴ_ｍｉｎと、を比較する（ステップＳＴ３）。具体的には、処理部１１は、最大伝送時間Ｍｔと、ジッタ（Ｊｉｔｔｅｒ）を考慮した余裕時間αとの和を、最小の通信周期ＣＴ_ｍｉｎと比較する。最大伝送時間Ｍｔと余裕時間αとの和が最小の通信周期ＣＴ_ｍｉｎよりも小さい場合（ステップＳＴ３でＹｅｓ）、処理部１１は、最小の通信周期ＣＴ_ｍｉｎを第２周期ＣＴ２に設定する（ステップＳＴ４）。一方、最大伝送時間Ｍｔと余裕時間αとの和が最小の通信周期ＣＴ_ｍｉｎ以上場合（ステップＳＴ３でＮｏ）、処理部１１は、下記の式（２）に基づいて演算することにより、第２周期ＣＴ２を設定する。

上記の式（２）において、「β」は分割数である。分割数βは、第１周期ＣＴ１を、最大伝送時間Ｍｔと余裕時間αとの和で除算することで算出される商である。つまり、設定処理において、処理部１１は、分割数βを算出し（ステップＳＴ５）、算出した分割数βを用いて第２周期ＣＴ２を算出する（ステップＳＴ６）。

このように、処理部１１は、設定処理において、少なくとも第１周期ＣＴ１、１以上のスレーブ２の台数、及び主データのデータサイズに基づいて主フレームＦ１の伝送時間（最大伝送時間Ｍｔ）を算出する。そして、処理部１１は、算出した伝送時間（最大伝送時間Ｍｔ）に基づいて第２周期ＣＴ２を設定する。特に、上述のように最大伝送時間Ｍｔと余裕時間αとの和が最小の通信周期ＣＴ_ｍｉｎよりも小さい場合、処理部１１は、最小の通信周期ＣＴ_ｍｉｎを第２周期ＣＴ２に設定する。つまり、処理部１１は、設定処理において、１以上のスレーブ２との通信で許容される最小の通信周期ＣＴ_ｍｉｎを第２周期ＣＴ２として設定する。

設定処理において、処理部１１は、次に設定された第２周期ＣＴ２ごとに通信部１２から送信される副データ領域Ｄ２を設定する（ステップＳＴ７）。言い換えれば、処理部１１は、各スレーブ２にタイムスロットＳ０を割り当てる。本実施形態では、処理部１１は、タイムスロットＳ０として、スレーブ２１，２２，…，２ｎにそれぞれタイムスロットＤ２１，Ｄ２２，…，Ｄ２ｎを割り当てる。

以下、設定処理の具体例について説明する。以下の説明では、第１周期ＣＴ１は５００μｓである、と仮定する。また、以下の説明では、通信システム１００が３台のスレーブ２（第１スレーブ２１、第２スレーブ２２、及び第３スレーブ２３）を備えている、と仮定する。つまり、以下の説明では、通信システム１００に属する機器（通信装置１及びスレーブ２）の台数ｎは４台である。さらに、以下の説明では、転送レートＴｒが１００Ｍｂｐｓ、スレーブ２の１台あたりの遅延時間Ｔｄ１が３μｓ、通信システム１００全体での遅延時間Ｔｄ２が１．５μｓ、余裕時間αが３μｓである、と仮定する。

まず、各スレーブ２の設定用データが以下の表１に示すデータである場合について説明する。

この場合、主データの総データサイズＳｍが８０（＝３２＋１６＋３２）Ｂｙｔｅｓ、副データの総データサイズＳｓが１６（＝４＋４＋８）Ｂｙｔｅｓであるので、最大伝送時間Ｍｔは、式（１）により２４．３６μｓと算出される。また、この場合、全てのスレーブ２１，２２，２３の対応可能な通信周期のうち、第１スレーブ２１及び第３スレーブ２３の対応可能な通信周期が最長であるため、最小の通信周期ＣＴ_ｍｉｎは３１．２５μｓとなる。このため、最大伝送時間Ｍｔと余裕時間αとの和（２４．３６μｓ＋３μｓ＝２７．３６μｓ）が最小の通信周期ＣＴ_ｍｉｎ（３１．２５μｓ）よりも小さいので、処理部１１は、最小の通信周期ＣＴ_ｍｉｎ（３１．２５μｓ）を第２周期ＣＴ２に設定する。

次に、各スレーブ２の設定用データが以下の表２に示すデータである場合について説明する。

この場合、主データの総データサイズＳｍが１６０（＝６４＋６４＋３２）Ｂｙｔｅｓ、副データの総データサイズＳｓが４４（＝８＋４＋３２）Ｂｙｔｅｓであるので、最大伝送時間Ｍｔは、式（１）により３３μｓと算出される。また、この場合、全てのスレーブ２１，２２，２３の対応可能な通信周期のうち、第１スレーブ２１及び第３スレーブ２３の対応可能な通信周期が最長であるため、最小の通信周期ＣＴ_ｍｉｎは３１．２５μｓとなる。このため、最大伝送時間Ｍｔと余裕時間αとの和（３３μｓ＋３μｓ＝３６μｓ）が最小の通信周期ＣＴ_ｍｉｎ（３１．２５μｓ）よりも大きいので、処理部１１は、分割数βを算出し、算出した分割数βに基づいて第２周期ＣＴ２を算出して設定する。ここでは、分割数βは、第１周期ＣＴ１（５００μｓ）を、最大伝送時間Ｍｔと余裕時間αとの和（３６μｓ）で除算することで算出される商であるので、「１３」と算出される。したがって、第２周期ＣＴ２は、式（２）により３８．４６μｓと算出される。

ここで、算出された第２周期ＣＴ２が各スレーブ２の対応可能な通信周期の整数倍と一致しない場合、第２周期ＣＴ２は、算出された第２周期ＣＴ２よりも大きい値であって、かつ、各スレーブ２の対応可能な通信周期の整数倍に設定される。ここでは、第２周期ＣＴ２は、各スレーブ２の対応可能な通信周期である３１．２５μｓの２倍である６２．５μｓに設定される。なお、対応可能な通信周期が互いに異なる複数種類のスレーブ２が存在する場合、各スレーブ２の対応可能な通信周期の最小公倍数を第２周期ＣＴ２に設定する。

以下、本実施形態の通信装置１の利点について、比較例の通信装置との比較を交えて説明する。比較例の通信装置は、分割通信処理及び設定処理を実行する機能を有していない、つまり、第２周期ＣＴ２ごとにタイムスロットＳ０を割り当てない点で、本実施形態の通信装置１と相違する。比較例の通信装置は、主データと異なる副データを通信装置１又はスレーブ２から送信させる場合、図４に示すように、第１周期ＣＴ１における主フレームＦ１００を除いた空き領域ＣＴ１０にて、副データ領域Ｄ２を含む副フレームＦ２００を送信する。しかしながら、比較例の通信装置では、第２周期ＣＴ２が設定されていないため、副フレームＦ２００が送信されるタイミングも規定されていないことから、副データを周期的に送信することができない。このため、比較例の通信装置では、主データとは異なる副データについて、産業用ネットワークでの使用に耐え得る周期的な通信を行うことが難しい。

一方、本実施形態の通信装置１では、設定処理によりタイムスロットＳ０を割り当てられたスレーブ２は、第１周期ＣＴ１で送信される主データとは別に、第２周期ＣＴ２ごとにタイムスロットＳ０を用いて、副データを周期的に受信することが可能である。また、設定処理によりタイムスロットＳ０を割り当てられたスレーブ２は、第２周期ＣＴ２ごとにタイムスロットＳ０を用いて、主データとは別に副データを周期的に送信することが可能である。つまり、本実施形態では、通信装置１に接続されたスレーブ２において、副データを周期的に送信又は受信又は送受信させやすい、という利点がある。このため、本実施形態では、主データだけでなく副データについても、産業用ネットワークでの使用に耐え得る周期的な通信を行いやすい、という利点がある。

（４）変形例
上述の実施形態は、本開示の様々な実施形態の一つにすぎない。上述の実施形態は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。また、通信装置１と同様の機能は、通信制御方法、（コンピュータ）プログラム、又はプログラムを記録した非一時的記録媒体等で具現化されてもよい。

一態様に係る通信制御方法は、通信ステップと、設定ステップと、を有する。通信ステップは、通信装置１に接続される１以上のスレーブ２に対して、主データを含む主フレームＦ１を第１周期ＣＴ１で送信させるステップである。設定ステップは、第１周期ＣＴ１よりも短い第２周期ＣＴ２、及び第２周期ＣＴ２ごとに１以上のスレーブ２のうちの少なくとも１台のスレーブ２に割り当てられるタイムスロットＳ０、を設定するステップである。また、一態様に係るプログラムは、１以上のプロセッサに、上記の通信制御方法を実行させる。

以下、上述の実施形態の変形例を列挙する。以下に説明する変形例は、適宜組み合わせて適用可能である。

本開示における通信装置１は、例えば処理部１１にコンピュータシステムを含んでいる。コンピュータシステムは、ハードウェアとしてのプロセッサ及びメモリを主構成とする。コンピュータシステムのメモリに記録されたプログラムをプロセッサが実行することによって、本開示における処理部１１としての機能が実現される。プログラムは、コンピュータシステムのメモリに予め記録されてもよく、電気通信回線を通じて提供されてもよく、コンピュータシステムで読み取り可能なメモリカード、光学ディスク、ハードディスクドライブ等の非一時的記録媒体に記録されて提供されてもよい。コンピュータシステムのプロセッサは、半導体集積回路（ＩＣ）又は大規模集積回路（ＬＳＩ）を含む１ないし複数の電子回路で構成される。ここでいうＩＣ又はＬＳＩ等の集積回路は、集積の度合いによって呼び方が異なっており、システムＬＳＩ、ＶＬＳＩ（ＶｅｒｙＬａｒｇｅＳｃａｌｅＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）、又はＵＬＳＩ（ＵｌｔｒａＬａｒｇｅＳｃａｌｅＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）と呼ばれる集積回路を含む。さらに、ＬＳＩの製造後にプログラムされる、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－ＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅＡｒｒａｙ）、又はＬＳＩ内部の接合関係の再構成若しくはＬＳＩ内部の回路区画の再構成が可能な論理デバイスについても、プロセッサとして採用することができる。複数の電子回路は、１つのチップに集約されていてもよいし、複数のチップに分散して設けられていてもよい。複数のチップは、１つの装置に集約されていてもよいし、複数の装置に分散して設けられていてもよい。ここでいうコンピュータシステムは、１以上のプロセッサ及び１以上のメモリを有するマイクロコントローラを含む。したがって、マイクロコントローラについても、半導体集積回路又は大規模集積回路を含む１ないし複数の電子回路で構成される。

また、処理部１１における複数の機能が、１つの筐体に集約されていることは処理部１１に必須の構成ではない。処理部１１の構成要素は、複数の筐体に分散して設けられていてもよい。さらに、処理部１１の少なくとも一部の機能は、例えば、サーバ装置及びクラウド（クラウドコンピューティング）等によって実現されてもよい。反対に、上述の実施形態のように、処理部１１の全ての機能が、１つの筐体に集約されていてもよい。

上述の実施形態において、通信装置１の処理部１１は、設定処理にて対応可能な通信周期が比較的長いスレーブ２が通信システム１００に属している場合、このスレーブ２の対応可能な通信周期を他のスレーブ２の対応可能な通信周期に揃えてもよい。すなわち、スレーブ２の対応可能な通信周期は、例えばデータを生成して送信する処理等、処理負荷の比較的大きい処理を実行する場合に必要な周期である。このため、単にデータを取得する処理等の処理負荷の比較的小さい処理を実行する場合には、スレーブ２の対応可能な通信周期を短く設定することも可能である。このように、スレーブ２の対応可能な通信周期を他の対応可能な通信周期に揃えることで、結果として最小の通信周期ＣＴ_ｍｉｎを調整することが可能である。言い換えれば、最小の通信周期ＣＴ_ｍｉｎは、任意に設定可能であってもよい。

上述の実施形態において、タイムスロットＳ０は、所定時間を基準としてある程度のばらつきがあってもよい。つまり、タイムスロットＳ０のずれは、少なくとも第２周期ＣＴ２よりも短い許容時間内に収まっているのが好ましい。具体的には、主フレームＦ１を送信する第２周期ＣＴ２においては、この第２周期ＣＴ２が終了するまでにスレーブ２にてタイムスロットＳ０の受信が完了できれば、タイムスロットＳ０の送信を開始するタイミングはどのタイミングであってもよい。例えば、主データ領域Ｄ１の終了タイミングが図２に示す例よりも遅くなった場合であっても、各スレーブ２でのタイムスロットＳ０の受信がこの第２周期ＣＴ２が終了するまでに完了するのであれば、タイムスロットＳ０の送信を開始するタイミングのずれが許容される。

上述の実施形態の設定処理において、対応可能な通信周期が互いに異なる複数種類のスレーブ２が存在する場合、対応可能な通信周期の最小公倍数を第２周期ＣＴ２に設定しているが、これに限らない。例えば、複数種類のスレーブ２を全てタイムスロットＳ０の割り当て対象とするのではなく、一部のスレーブ２をタイムスロットＳ０の割り当て対象外としてもよい。例えば、複数種類のスレーブ２のうち１種類のスレーブ２のみをタイムスロットＳ０の割り当て対象とするならば、第２周期ＣＴ２は、この種類のスレーブ２の対応可能な通信周期に設定されることになる。

上述の実施形態の設定処理において、算出された第２周期ＣＴ２が各スレーブ２の対応可能な通信周期の整数倍に一致しない場合であっても、算出された第２周期ＣＴ２をそのまま第２周期ＣＴ２として設定してもよい。

上述の実施形態において、スレーブ２は、モータ駆動装置に限らず、センサ等の他の機器であってもよい。また、上述の実施形態において、複数のスレーブ２にモータ駆動装置が含まれていなくてもよい。例えば、全てのスレーブ２がセンサであってもよい。

上述の実施形態において、通信システム１００に属するスレーブ２は１台であってもよい。この態様では、通信装置１は、第１周期ＣＴ１ごとに、主データを生成しながら、スレーブ２から第２周期ＣＴ２で送信される副データを取得することが可能である。

上述の実施形態では、通信装置１は、有線通信モジュールを用いて各スレーブ２と有線で通信しているが、これに限らない。例えば、通信装置１は、無線通信モジュールを用いて各スレーブ２と無線で通信してもよい。

上述の実施形態において、スレーブ２の処理部２０１は、例えば第２周期ＣＴ２における主フレームＦ１又は副フレームＦ２を除いた空き領域ＣＴ１０（図２参照）を用いて、副データ以外の他データを通信部２０２から送信させてもよい。他データは、一例として、主データに含まれる制御データと比較してデータサイズが大きいデータであって、生産ライン又は工場での製造工程等を監視したり、管理したりするために用いられる画像等を含み得る。他データについては、主データ及び副データとは異なり、定時性及びリアルタイム性が要求されなくてよい。

上述の実施形態では、通信装置１の処理部１１は、主通信処理及び分割通信処理において副データを各スレーブ２に対して送信していないが、副データを各スレーブ２に対して送信してもよい。すなわち、処理部１１の処理性能に余裕があれば、処理部１１は、副データを生成する処理を、主データを生成する処理と並行して実行し、生成した副データを各スレーブ２に対して送信することが可能である。

（まとめ）
以上述べたように、第１の態様に係る通信装置（１）は、処理部（１１）と、１以上のスレーブ（２）との間で通信する通信部（１２）と、を備える。処理部（１１）は、通信処理と、設定処理と、を実行する機能を有する。通信処理は、１以上のスレーブ（２）に対して、主データを含む主フレーム（Ｆ１）を通信部（１２）から第１周期（ＣＴ１）で送信させる処理である。設定処理は、第１周期（ＣＴ１）よりも短い第２周期（ＣＴ２）、及び第２周期（ＣＴ２）ごとに１以上のスレーブ（２）のうちの少なくとも１台のスレーブ（２）に割り当てられるタイムスロット（Ｓ０）、を設定する処理である。

この態様によれば、タイムスロット（Ｓ０）を用いて主データとは異なる副データを周期的に送信又は受信又は送受信することが可能である。このため、この態様によれば、通信装置（１）に接続されたスレーブ（２）において、副データを周期的に送信又は受信又は送受信させやすい、という利点がある。

第２の態様に係る通信装置（１）では、第１の態様において、主フレーム（Ｆ１）は、タイムスロット（Ｓ０）を含む。

この態様によれば、スレーブ（２）において、第２周期（ＣＴ２）よりも長い間隔を空けて副データを送信又は受信又は送受信するという事態を回避しやすい、という利点がある。

第３の態様に係る通信装置（１）では、第１又は第２の態様において、１以上のスレーブ（２）は、通信装置（１）に対してデイジーチェーン接続されている。

この態様によれば、通信装置（１）が、１以上のスレーブ（２）のうち通信装置（１）に直接接続されているスレーブ（２）のみにフレームを送信すればよいので、通信装置（１）の処理負荷を低減しやすい、という利点がある。

第４の態様に係る通信装置（１）では、第１～第３のいずれかの態様において、処理部（１１）は、設定処理において、少なくとも第１周期（ＣＴ１）、１以上のスレーブ（２）の台数、及び主データのデータサイズに基づいて主フレーム（Ｆ１）の伝送時間（最大伝送時間（Ｍｔ））を算出し、算出した伝送時間に基づいて第２周期（ＣＴ２）を設定する。

この態様によれば、第１周期（ＣＴ１）に含まれる第２周期（ＣＴ２）の回数を多く設定しやすく、結果として第１周期（ＣＴ１）において副データを送信又は受信又は送受信する回数を増やしやすい、という利点がある。

第５の態様に係る通信装置（１）では、第４の態様において、処理部（１１）は、設定処理において、１以上のスレーブ（２）との通信で許容される最小の通信周期（ＣＴ_ｍｉｎ）を第２周期（ＣＴ２）として設定する。

第６の態様に係る通信装置（１）では、第５の態様において、最小の通信周期（ＣＴ_ｍｉｎ）は、任意に設定可能である。

この態様によれば、第２周期（ＣＴ２）の設定の自由度を向上することができる、という利点がある。

第７の態様に係る通信装置（１）では、第４の態様において、処理部（１１）は、設定処理において、１以上のスレーブ（２）の対応可能な通信周期の整数倍の周期を第２周期（ＣＴ２）として設定する。

この態様によれば、通信装置（１）と１以上のスレーブ（２）との間で同期をとりやすい、という利点がある。

第８の態様に係る通信装置（１）では、第１～第７のいずれかの態様において、第２周期（ＣＴ２）のずれは、少なくとも第２周期（ＣＴ２）よりも短い許容時間内に収まる。

第９の態様に係る通信装置（１）では、第１～第８のいずれかの態様において、タイムスロット（Ｓ０）は、１以上のスレーブ（２）の間での通信に用いられる。

この態様によれば、副データを用いて１以上のスレーブ（２）の制御を実行しやすい、という利点がある。

第１０の態様に係る通信装置（１）では、第１～第９のいずれかの態様において、１以上のスレーブ（２）のうちの少なくとも１台のスレーブ（２）は、モータを駆動させるモータ駆動装置である。

この態様によれば、主データのみならず、副データも用いてモータ駆動装置を周期的に制御しやすい、という利点がある。

第１１の態様に係る通信システム（１００）は、第１～第１０のいずれかの態様の通信装置（１）と、１以上のスレーブ（２）と、を備える。１以上のスレーブ（２）は、通信装置（１）に接続されて通信装置（１）と通信する。

第１２の態様に係る通信制御方法は、通信ステップと、設定ステップと、を有する。通信ステップは、通信装置（１）に接続される１以上のスレーブ（２）に対して、主データを含む主フレーム（Ｆ１）を第１周期（ＣＴ１）で送信させるステップである。設定ステップは、第１周期（ＣＴ１）よりも短い第２周期（ＣＴ２）、及び第２周期（ＣＴ２）ごとに１以上のスレーブ（２）のうちの少なくとも１台のスレーブ（２）に割り当てられるタイムスロット（Ｓ０）、を設定するステップである。

第１３の態様に係るプログラムは、１以上のプロセッサに、第１２の態様の通信制御方法を実行させる。

第２～第１０の態様に係る構成については、通信装置（１）に必須の構成ではなく、適宜省略可能である。

１通信装置
１１処理部
１２通信部
２スレーブ
２１第１スレーブ
２２第２スレーブ
２３第３スレーブ
２ｎ第ｎスレーブ
１００通信システム
２０１処理部
２０２通信部
Ｆ１主フレーム
Ｆ２副フレーム
Ｓ０タイムスロット

Claims

処理部と、
主データを含む主フレームを第１周期で送信し、１以上のスレーブとの間で通信する通信部と、を備え、
前記処理部は、
前記第１周期よりも短い時間内で前記主フレームを生成する通信処理と、
前記第１周期よりも短く、かつ前記主データの伝送時間よりも長い第２周期と、及び前記第２周期ごとに前記１以上のスレーブのうちの少なくとも１台のスレーブに割り当てられるタイムスロット、を設定する設定処理と、を実行する機能を有する、
通信装置。
前記主フレームは、前記タイムスロットを含む、
請求項１記載の通信装置。
前記１以上のスレーブは、前記通信装置に対してデイジーチェーン接続されている、請求項１又は２に記載の通信装置。
前記処理部は、前記設定処理において、少なくとも前記第１周期、前記１以上のスレーブの台数、及び前記主データのデータサイズに基づいて前記主フレームの伝送時間を算出し、算出した前記伝送時間に基づいて前記第２周期を設定する、請求項１～３のいずれか１項に記載の通信装置。
前記処理部は、前記設定処理において、前記１以上のスレーブとの通信で許容される最小の通信周期を前記第２周期として設定する、請求項４記載の通信装置。
前記最小の通信周期は、任意に設定可能である、請求項５記載の通信装置。
前記処理部は、前記設定処理において、前記１以上のスレーブの対応可能な通信周期の整数倍の周期を前記第２周期として設定する、請求項４記載の通信装置。
前記タイムスロットのずれは、少なくとも前記第２周期よりも短い許容時間内に収まる、請求項１～７のいずれか１項に記載の通信装置。
前記タイムスロットは、前記１以上のスレーブの間での通信に用いられる、請求項１～８のいずれか１項に記載の通信装置。
前記１以上のスレーブのうちの少なくとも１台のスレーブは、モータを駆動させるモータ駆動装置である、請求項１～９のいずれか１項に記載の通信装置。
請求項１～１０のいずれか１項に記載の通信装置と、前記通信装置に接続されて前記通信装置と通信する前記１以上のスレーブと、を備える、通信システム。
通信装置に接続される１以上のスレーブに対して、主データを含む主フレームを第１周期で送信させる通信ステップと、前記第１周期よりも短い第２周期、及び前記第２周期ごとに前記１以上のスレーブのうちの少なくとも１台のスレーブに割り当てられるタイムスロット、を設定する設定ステップと、を有する、通信制御方法。
１以上のプロセッサに、請求項１２記載の通信制御方法を実行させる、プログラム。