KR20190096428A - 통신 시스템, 통신 장치 및 통신 방법 - Google Patents

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Abstract

통신 시스템은, 제조 장치 또는 생산 설비의 제어에 이용하는 제1의 데이터를 미리 정하여진 주기마다 전송하는 제1의 전송 수단과, 지정된 시간 내에 송신처에 도착시킬 필요가 있는 제2의 데이터를, 제1의 데이터가 전송되지 않는 기간에 전송하는 제2의 전송 수단을 포함한다. 제2의 전송 수단은, 제2의 데이터를 지정된 시간 내에 네트워크의 제1의 전송 경로로 송신처에 도착시킬 수 있는지의 여부를 판단하는 판단 수단과, 제2의 데이터를 지정된 시간 내에 송신처에 도착시킬 수가 없다고 판단되면, 당해 제2의 데이터의 적어도 일부를 네트워크의 제1의 전송 경로와는 다른 제2의 전송 경로로 송신처에 송신하도록 변경하는 경로 변경 수단을 포함한다.

Description

통신 시스템, 통신 장치 및 통신 방법
본 발명은, 용장화된 네트워크에 복수의 통신 장치가 접속된 통신 시스템, 당해 통신 시스템용의 통신 장치 및 당해 통신 시스템용에서의 통신 방법에 관한 것이다.
근래의 정보 통신 기술(ICT : Information and Communication Technology)의 진보에 수반하여, 생산 라인에 대해서도, 현장의 제조기기로부터 상위의 관리 장치까지를 일체의 네트워크화하는 시스템이 실현되어 있다.
이와 같은 네트워크화된 시스템에서 전송되는 데이터에는, 그 용도, 목적 등에 응한 요건이 부과된다. 예를 들면, 제조 장치나 생산 설비 등의 제어에 이용하는 데이터(제어계 데이터)는, 그 데이터 사이즈는 그다지 크지 않지만, 리얼타임성이 요구된다. 이에 대해, 상위의 관리 장치 등이 취급하는 데이터(정보계 데이터)는, 리얼타임성 등은 필요 없지만, 비교적 큰 사이즈의 데이터를 전송하여야 한다. 제어계 데이터 및 정보계 데이터의 양쪽이 네트워크상에 존재하는 것에 관해, 이하와 같은 선행 기술 문헌이 존재한다.
일본 특개2013-157752호 공보(특허 문헌 1)는, PLC와 슬레이브 장치의 사이를 접속하는 제어계 네트워크(필드 네트워크)와, 기기 사이를 내부 버스로 다이렉트로 접속하는 BackplaneBus와, PLC와 상위의 컴퓨터의 사이를 접속하는 정보계 네트워크라는, 프로토콜이 다른 복수종류의 네트워크가 혼재하는 네트워크 시스템을 개시한다.
일본 특개2015-022416호 공보(특허 문헌 2)는, 필드 기기가 디지털화 및 인텔리전트화되면, 필드 기기로부터는 기본적인 기능에 의해 얻어지는 정보와 함께, 다양한 정보가 대량으로 얻어지게 된다는 과제를 제시한다. 이와 같은 과제에 대해, 특허 문헌 2에 개시된 필드 기기는, 제1 통신 경로를 통하여 제어 장치와 통신을 행하는 통신부를 구비하는 필드 기기에 있어서, 당해 제1 통신 경로와는 다른 제2 통신 경로를 통하여 다른 필드 기기와 통신을 행하는 국소 통신부를 갖고 있다.
특허 문헌 1 : 일본 특개2013-157752호 공보 특허 문헌 2 : 일본 특개2015-022416호 공보
상술한 바와 같은 제어계 데이터는, 많은 경우, 엄밀한 리얼타임성이 요구되는 한편으로, 정보계 데이터는, 비교적 큰 전송 용량(통신대역)이 요구된다. 이들의 서로 상반되는 요건을 동일한 네트워크상에서 만족시키는 것은 용이하지가 않다.
상술한 특허 문헌 1은, 동일한 프레임 내에 프로토콜이 다른 복수의 데이터를 꾸며넣는 구성을 개시하지만, 이 방법에서는, 데이터의 특성(예를 들면, 상술한 바와 같은 제어계 데이터 및 정보계 데이터의 구분 등)마다 요구되는 전송 속도 또는 전송 용량의 요구에 응할 수가 없고, 제어계 데이터 및 정보계 데이터가 어느 것이나 공통의 전송 속도 또는 전송 용량으로 신호 전송되게 된다.
또한, 특허 문헌 2는, 각 필드 기기가 복수의 통신 경로(유선 및 무선)를 이용 가능한 구성을 개시하지만, 복수의 통신 경로를 서포트하는 구성은 처리가 복잡화한다. 예를 들면, 어느 기기로부터 다른 기기에 대해 무선으로 통신하면서, 당해 다른 기기로부터 마스터에 대해 유선으로 통신할 필요가 있고, 무선 및 유선의 어느 통신도 담당하는 기기에서의 처리 부하도 커진다.
이상과 같이, 제어계 데이터 및 정보계 데이터를 동일한 네트워크상에서 각각의 요구를 충족시키면서 전송시키는 것은 용이하지가 않다. 즉, 제어 기기의 정보화를 실현하기 위해서는, 제어계 통신과 정보계 통신을 최적화된 상태에서 융합하는 것이 요망되고 있다.
본 발명의 어느 실시의 형태에 따르면, 용장화된 네트워크에 복수의 통신 장치가 접속된 통신 시스템이 제공된다. 통신 시스템은, 제조 장치 또는 생산 설비의 제어에 이용하는 제1의 데이터를 미리 정하여진 주기마다 전송하는 제1의 전송 수단과, 지정된 시간 내에 송신처에 도착시킬 필요가 있는 제2의 데이터를, 제1의 데이터가 전송되지 않는 기간에 전송하는 제2의 전송 수단을 포함한다. 제2의 전송 수단은, 제2의 데이터를 지정된 시간 내에 네트워크의 제1의 전송 경로로 송신처에 도착시킬 수 있는지의 여부를 판단하는 판단 수단과, 제2의 데이터를 지정된 시간 내에 송신처에 도착시킬 수가 없다고 판단되면, 당해 제2의 데이터의 적어도 일부를 네트워크의 제1의 전송 경로와는 다른 제2의 전송 경로로 송신처에 송신하도록 변경하는 경로 변경 수단을 포함한다.
바람직하게는, 판단 수단은, 네트워크상의 제1의 데이터의 전송에 관한 회선 이용률에 의거하여, 제2의 데이터를 지정된 시간 내에 송신처에 도착시킬 수 있는지의 여부를 판단한다.
바람직하게는, 판단 수단은, 제1의 전송 경로상에 존재하는 송신원의 통신 장치와는 다른 통신 장치로부터 회선 이용률을 취득한다.
바람직하게는, 경로 변경 수단은, 네트워크에 관한 미리 정하여진 규칙에 따라, 제2의 전송 경로를 선택한다.
바람직하게는, 제2의 전송 수단은, 전송 경로의 전환 이력에 의거하여, 네트워크에 관한 미리 정하여진 규칙을 변경하는 규칙 변경 수단을 또한 포함한다.
바람직하게는, 통신 시스템은, 제1의 데이터 및 제2의 데이터와는 다른 제3의 데이터를 전송하는 제3의 전송 수단을 또한 포함한다.
바람직하게는, 제3의 전송 수단은, 제3의 데이터를 네트워크의 제3의 전송 경로로 송신처에 전송할 때에, 네트워크상의 제3의 데이터의 전송에 관한 회선 이용률에 의거하여, 제3의 데이터를 네트워크의 제3의 전송 경로와는 다른 제4의 전송 경로로 송신처에 송신하도록 변경한다.
바람직하게는, 경로 변경 수단은, 제2의 데이터를 제1의 전송 경로 및 제2의 전송 경로의 양방으로 송신처에 송신한다.
본 발명의 다른 실시의 형태에 따른 통신 장치는, 용장화된 네트워크에 접속하기 위한 인터페이스와, 제조 장치 또는 생산 설비의 제어에 이용하는 제1의 데이터를 미리 정하여진 주기마다 전송하는 제1의 전송 수단과, 지정된 시간 내에 송신처에 도착시킬 필요가 있는 제2의 데이터를, 제1의 데이터가 전송되지 않는 기간에 전송하는 제2의 전송 수단을 포함한다. 제2의 전송 수단은, 제2의 데이터를 지정된 시간 내에 네트워크의 제1의 전송 경로로 송신처에 도착시킬 수 있는지의 여부를 판단하는 판단 수단과, 제2의 데이터를 지정된 시간 내에 송신처에 도착시킬 수가 없다고 판단되면, 당해 제2의 데이터의 적어도 일부를 네트워크의 제1의 전송 경로와는 다른 제2의 전송 경로로 송신처에 송신하도록 변경하는 경로 변경 수단을 포함한다.
본 발명의 다른 실시의 형태에 따르면, 복수의 통신 장치가 접속된 용장화된 네트워크로의 통신 방법이 제공된다. 통신 방법은, 제조 장치 또는 생산 설비의 제어에 이용하는 제1의 데이터를 미리 정하여진 주기마다 전송하는 제1의 전송 스텝과, 지정된 시간 내에 송신처에 도착시킬 필요가 있는 제2의 데이터를, 제1의 데이터가 전송되지 않는 기간에 전송하는 제2의 전송 스텝을 포함한다. 제2의 전송 스텝은, 제2의 데이터를 지정된 시간 내에 네트워크의 제1의 전송 경로로 송신처에 도착시킬 수 있는지의 여부를 판단하는 판단 스텝과, 제2의 데이터를 지정된 시간 내에 송신처에 도착시킬 수가 없다고 판단되면, 당해 제2의 데이터의 적어도 일부를 네트워크의 제1의 전송 경로와는 다른 제2의 전송 경로로 송신처에 송신하도록 변경하는 경로 변경 스텝을 포함한다.
본 발명의 어느 실시의 형태에 의하면, 제어계 데이터 및 정보계 데이터를 동일한 네트워크상에서 각각의 요구를 충족시키면서 전송시킬 수 있다.
도 1은 본 실시의 형태에 따른 통신 시스템의 전체 구성의 한 예를 도시하는 모식도.
도 2는 도 1의 통신 시스템에서 전송되는 데이터 종별을 도시하는 도면.
도 3은 본 실시의 형태에 따른 통신 방법에서의 통신 대역의 할당의 한 예를 도시하는 도면.
도 4는 본 실시의 형태에 따른 제어 장치를 포함하는 네트워크 구성의 한 예를 도시하는 모식도.
도 5는 본 실시의 형태에 따른 통신 장치를 포함하는 제어 장치의 하드웨어 구성의 한 예를 도시하는 모식도.
도 6은 본 실시의 형태에 따른 통신 장치를 포함하는 디바이스의 하드웨어 구성의 한 예를 도시하는 모식도.
도 7은 본 실시의 형태에 따른 통신 처리를 실현하기 위한 제어 장치의 소프트웨어 구성의 한 예를 도시하는 모식도.
도 8은 용장 경로를 갖지 않는 네트워크 구성에서의 데이터 전송의 한 상태를 설명하는 도면.
도 9는 본 실시의 형태에 따른 통신 방법에서의 전송 경로의 동적 선택의 한 형태를 설명하는 도면.
도 10은 용장 경로를 갖지 않는 네트워크 구성에서의 데이터 전송의 다른 한 상태를 설명하는 도면.
도 11은 본 실시의 형태에 따른 통신 방법에서의 전송 경로의 동적 선택의 다른 한 형태를 설명하는 도면.
도 12은 본 실시의 형태에 따른 통신 장치가 유지하는 경로 설정 테이블의 한 예를 도시하는 모식도.
도 13은 본 실시의 형태에 따른 통신 처리의 마스터로서 기능하는 통신 장치에서의 처리 순서를 도시하는 플로우 차트.
도 14는 본 실시의 형태에 따른 통신 처리의 슬레이브로서 기능하는 통신 장치에서의 처리 순서를 도시하는 플로우 차트.
도 15는 본 실시의 형태에 따른 통신 방법에서 마스터로서 기능하는 통신 장치에서의 데이터의 송신 타이밍의 조정을 설명하기 위한 모식도.
도 16은 용장 경로를 갖지 않는 네트워크 구성에서의 데이터 전송의 또 다른 한 상태를 설명하는 도면.
도 17은 본 실시의 형태에 따른 통신 방법에서의 전송 경로의 동적 선택의 또 다른 한 형태를 설명하는 도면.
도 18은 본 실시의 형태에 따른 통신 처리의 마스터로서 기능하는 통신 장치에서의 다른 처리 순서를 도시하는 플로우 차트.
본 발명의 실시의 형태에 관해, 도면을 참조하면서 상세히 설명한다. 또한, 도면 중의 동일 또는 상당 부분에 관해서는, 동일 부호를 붙이고 그 설명은 반복하지 않는다.
<A. 통신 시스템의 전체 구성>
우선, 본 실시의 형태에 따른 통신 처리를 채용한 통신 시스템의 전체 구성에 관해 설명한다. 도 1은, 본 실시의 형태에 따른 통신 시스템(1)의 전체 구성의 한 예를 도시하는 모식도이다.
도 1을 참조하면, 통신 시스템(1)에서는, 네트워크가 복수 레벨에 접속되어 있고, 각 레벨의 네트워크에는, 각각 다른 기능이 할당된다. 구체적으로는, 4개의 레벨의 네트워크(11∼14)가 마련되어 있다.
네트워크(11)는, 컨트롤 레벨의 네트워크이고, 머신 제어 기기인 제어 장치(100)와, 장치/라인 관리기구인 장치/라인 관리 장치(190) 및 SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition) 기능을 제공하는 표시 장치(180)가 접속되어 있고, 장치 사이에서 데이터를 교환할 수 있는 링크가 형성된다. 네트워크(11)는, 컨트롤러(제어 장치(100))와 관리기기(장치/라인 관리 장치(190) 및 표시 장치(180))와의 사이에서 데이터 링크를 구축한다.
제어 장치(100)에는, 센서, 액추에이터라는 각종 디바이스가 접속된다. 이들의 디바이스는, 제어 장치(100)에 장착되는 입출력 유닛을 통하여 직접 접속되는 경우도 있지만, 필드 네트워크를 통하여 접속되는 일도 있다. 도 1에 도시하는 구성례에서는, 제어 장치(100)에서는, 용장화된 필드 네트워크(110)가 구성되어 있고, 용장화된 필드 네트워크(110)에는, 복수의 디바이스(200)가 접속된다. 복수의 디바이스(200)는, 필드 신호를 취득하는 입력 디바이스 및 제어 장치(100)로부터의 지시에 따라 필드에 대해 어떤 액션을 행하는 출력 디바이스 또는 액추에이터를 포함한다. 따라서 도 1에 도시하는 통신 시스템(1)에는, 네트워크(11∼14)의 4개의 레벨에 더하여, 필드 레벨의 필드 네트워크가 또한 추가되게 된다. 필드 레벨은, 입력 및 디바이스 제어를 주된 기능으로서 제공한다.
네트워크(12)는, 관리 레벨의 네트워크이고, 장치/라인 관리 장치(190) 및 표시 장치(180)와, 제조 관리 장치(300) 및 데이터베이스 장치(310)가 접속되어 있고, 장치 사이에서 데이터를 교환할 수 있는 링크가 형성된다. 네트워크(12)는, 관리 정보의 교환 및 장치/라인의 정보의 전송을 주된 기능으로서 제공한다.
네트워크(13)는, 컴퓨터 레벨의 네트워크이고, 제조 관리 장치(300) 및 데이터베이스 장치(310)와 생산 계획 등을 관리하는 생산 관리 장치(350)가 접속되어 있고, 장치 사이에서 데이터를 교환할 수 있는 링크가 형성된다. 네트워크(13)는, 생산 관리 및 정보계의 데이터의 전송을 주된 기능으로서 제공한다.
네트워크(14)는, 인터넷 등의 외부 네트워크이고, 생산 관리 장치(350)와 클라우드나 서플라인 체인 등이 접속된다.
도 1에 도시하는 통신 시스템(1)에서, 네트워크(12) 및 그 이하의 레벨은, 「팩토리 네트워크」라고도 칭하여지고, 기기를 현실적으로 제어하기 위한 데이터(이하, 「제어계 데이터」라고 총칭하는 일도 있다)를 교환하는 제어계 통신을 제공한다. 한편, 네트워크(13) 이상의 레벨은, 「코퍼레이트 네트워크」라고도 칭하여지고, 생산 라인/공장에서의 생산활동 등을 감시·관리·제어하기 위한 데이터(이하, 「정보계 데이터」라고 총칭하는 일도 있다)를 교환하는 정보계 통신을 제공한다.
네트워크(11∼14) 및 필드 네트워크(110)에는, 이와 같은 요구되는 특성의 차이에 응한 프로토콜 및 프레임워크가 채용된다. 예를 들면, 팩토리 네트워크에 속하는 네트워크(11 및 12)의 프로토콜로서는, 범용적인 Ethernet(등록상표)상에 제어용 프로토콜을 실장한 산업용 오픈 네트워크인 EtherNet/IP(등록상표)를 이용하여도 좋다. 또한, 필드 네트워크(110)의 프로토콜로서는, 머신 컨트롤용 네트워크의 한 예인 EtherCAT(등록상표)를 채용하여도 좋다.
이와 같은 머신 컨트롤에 적합한 네트워크 기술을 채용함으로써, 기기 사이의 전송에 필요로 하는 시간이 보증된 리얼타임성을 제공할 수 있다. 단, 1회의 통신 주기로 전송 가능한 데이터량에는 제한이 있다.
한편, 코퍼레이트 네트워크에 속하는 네트워크(13 및 14)의 프로토콜로서는, 접속처의 다양성을 담보하기 위해, 범용적인 Ethernet 등이 이용된다. 범용적인 Ethernet를 채용함으로써, 리얼타임성은 실현할 수 없는 것이지만, 송신 가능한 데이터량 등의 제한은 존재하지 않는다.
<B. 요구되는 통신 성능>
도 1에 도시하는 팩토리 네트워크에서는, 기본적으로는, 상술한 바와 같은 제어계 데이터가 주기적으로 전송되게 되는데, 코퍼레이트 네트워크에 포함되는 제조 관리 장치(300), 데이터베이스 장치(310), 생산 관리 장치(350) 등이 요구하는 정보계 데이터도 전송할 필요가 있다. 또한, 이하의 설명에서는, 팩토리 네트워크와의 대비에 있어서, 코퍼레이트 네트워크에 포함되는 장치의 전부 또는 일부를 「상위 관리 시스템」이라고도 총칭한다.
또한, 제어계 데이터와 같은 고속의 리얼타임성은 요구되지 않지만, 어느 정도의 도착 시각의 보증이 필요한 데이터(예를 들면, 기기의 설정 및 관리에 관한 데이터)도 존재한다. 이하에서는, 설명의 편의상, 이와 같은 데이터를 「제어정보계 데이터」라고도 칭한다.
도 2는, 도 1의 통신 시스템(1)에서 전송되는 데이터 종별을 도시하는 도면이다. 도 2를 참조하면, 통신 시스템(1)에서는, 주로, (1) 제어계 데이터, (2) 제어정보계 데이터, (3) 정보계 데이터가 전송된다. 또한, 이들의 어느 것에도 분류되지 않는 데이터가 전송되는 것을 배제하는 것이 아니고, 또 다른 종류의 데이터를 전송하도록 하여도 좋다.
(1) 제어계 데이터는, 그 주지(主旨)로서, 기기를 현실적으로 제어하기 위한 데이터를 포함한다. 즉, 제어계 데이터는, 제조 장치 또는 생산 설비의 제어에 이용하는 데이터에 상당한다. 제어계 데이터의 한 예로서는, 서보 지령치, 인코더값, 센서의 ON/OFF값 등을 들 수 있다. 이와 같은 제어계 데이터의 통신 주기는 10msec 이하로 설정되는 것이 바람직하다. 그리고, 이 통신 주기를 확실하게 보증할 필요가 있다. 한편으로, 네트워크상에서 전송되는 제어계 데이터의 내용은 미리 설정되어 있기 때문에, 데이터 사이즈로서는, 고정적이고 비교적 작다.
(2) 제어정보계 데이터는, 정보계 통신에서 이용되는 데이터 중, 제어에 필요한 정보로 분류되는 것이고, 그 주지로서, 기기의 설정·관리에 관한 데이터를 포함한다. 즉, 제어정보계 데이터는, 지정된 시간 내에 송신처에 도착시키는데 필요한 데이터에 상당한다. 제어정보계 데이터의 한 예로서는, 센서 디바이스에 대한 임계치라는 각종 파라미터의 설정, 각 기기에 격납되어 있는 이상 정보(로그)의 수집, 각 기기에 대한 갱신용의 펌웨어 등을 들 수 있다. 이와 같은 네트워크상에서 전송되는 제어정보계 데이터의 내용은 다종다양하지만, 기본적으로는, 기기의 설정·관리에 관한 데이터이기 때문에, 데이터 사이즈로서는, 수kbyte 정도가 상정된다. 그때문에, 제어정보계 데이터의 통신 주기는 100msec 미만으로 설정되는 것이 바람직하다. 통신 주기는 비교적 길어도 좋지만, 데이터의 도착 시각은 보증될 필요가 있다. 또한, 도착 시간의 지정은, 유저가 임의로 행하여도 좋고, 데이터를 생성 또는 요구하는 어플리케이션 또는 장치가 미리 정하여진 룰에 따라 행하여도 좋다.
(3) 정보계 데이터는, 정보계 통신에서 이용되는 데이터 중, 상위 관리 시스템에 필요한 정보로 분류되는 것이고, 그 주지로서, 상위 관리 시스템에서 이용되는 데이터를 포함한다. 정보계 데이터의 한 예로서는, 어느 기간에 걸치는 센서에서의 수집 정보라는 통계적 데이터나, 어떠한 조건으로 촬상된 감시 화상(정지화상/동화상) 등을 들 수 있다. 이와 같은 네트워크상에서 전송되는 제어계 데이터의 내용은 다종다양하고, 데이터 사이즈로서도 다종다양하다. 전형적으로는, 정보계 데이터의 데이터 사이즈는, 제어정보계 데이터의 데이터 사이즈보다 큰 것이 상정된다. 또한, 기기의 제어에는 직접 관계되지 않기 때문에, 정보계 데이터는 베스트 에포트 형식으로 전송되는 것이 상정된다. 이 경우, 리얼타임성(즉, 지정된 시간에 데이터가 도착하는 것)이 아니라, 스루풋의 크기가 중시된다.
또한, 데이터마다, 제어계, 제어정보계, 정보계의 어느 것으로 분류되는지를 일의적으로 결정하도록 하여도 좋고, 같은 데이터라도, 그 용도에 응하여, 제어계, 제어정보계, 정보계의 어느 것으로 분류되는지가 변화하도록 하여도 좋다. 후자인 경우에는, 전형적으로는, 각 데이터가 대상이 되는 레이어에서 어떻게 쓰여지는지에 의해, 어느 종별로 분류되는지가 결정되게 된다. 이와 같은 분류는, 데이터마다 미리 설정되어 있어도 좋다.
이와 같이, 제어계 데이터에 관해서는 고속 고정밀도의 통신이 요구되고, 정보계 데이터에 관해서는 대용량의 통신이 요구된다. 그리고, 제어정보계 데이터에 관해서는, 제어계 데이터와 정보계 데이터 사이의 중간적인 특성이 요구된다. 이들의 데이터는, 미리 정하여진 송신 주기마다 통신 대역이 할당된다. 이때, 제어계 데이터에 대해 통신 대역이 최우선으로 할당되고, 나머지 통신 대역이 제어정보계 데이터 및 정보계 데이터에 할당된다.
본 명세서에서, 「통신대역」이란, 네트워크상에서 데이터를 전송하기 위한 리소스를 의미하고, 시간분할 방식으로 데이터를 전송하는 경우에는, 데이터를 전송하기 위해 할당되는 시간폭을 의미한다. 또는, 주파수분할 방식 또는 부호분할 방식으로 데이터를 전송하는 경우에는, 데이터를 전송하기 위해 할당되는 주파수 또는 부호 계열(논리적인 채널)을 의미할 수 있다. 이하의 설명에서는, 편의상, 시간분할 방식으로 데이터를 전송하는 경우를 상정하고, 「통신대역」이 데이터를 전송하기 위한 시간 폭인 예에 관해 설명한다.
도 3은, 본 실시의 형태에 따른 통신 방법에서의 통신 대역의 할당의 한 예를 도시하는 도면이다. 도 3을 참조하면, 본 실시의 형태에 따른 통신 처리에서는, 미리 정하여진 시스템 주기(Ts)에 따라, 제어계 데이터, 제어정보계 데이터, 정보계 데이터의 송수신(각각, 제어계 통신, 제어정보계 통신, 정보계 통신이라고 기재한다.)이 스케줄링된다.
우선, 제어계 데이터에 대해 통신 대역이 우선적으로 할당된다. 도 3(A)에 도시하는 바와 같이, 시스템 주기(Ts) 중, 제어계 통신에 필요로 하는 처리 시간(t1)이 먼저 할당된다.
그리고, 도 3(B)에 도시하는 바와 같이, 필요에 응하여, 제어계 통신을 행하지 않는 공대역에서 제어정보계 통신이 행하여진다. 즉, 시스템 주기(Ts) 중, 제어계 통신에 필요로 하는 처리 시간(t1)을 제외한 나머지 시간에 대해, 제어정보계 통신에 필요로 하는 처리 시간(t2)이 할당된다.
제어정보계 통신은, 모든 시스템 주기로 발생하는 것이 아니기 때문에, 도 3(C)에 도시하는 바와 같이, 시스템 주기(Ts) 중, 제어계 통신에 필요로 하는 처리 시간(t1)을 제외한 나머지 시간에 대해, 정보계 통신에 필요로 하는 처리 시간(t3)이 할당된 것도 있다. 즉, 정보계 통신은, 제어계 통신 및 제어정보계 통신의 어느 것도 존재하지 않는 통신 대역에서 행하여진다.
도 3(D)에 도시하는 바와 같이, 시스템 주기(Ts)에 대해, 제어계 통신에 필요로 하는 처리 시간(t1), 제어정보계 통신에 필요로 하는 처리 시간(t2) 및 정보계 통신에 필요로 하는 처리 시간(t3)의 모두가 할당되어도 좋다.
도 3(A)∼도 3(D)에 도시하는 바와 같이, 본 실시의 형태에 따른 통신 시스템 및 당해 통신 시스템에 접속되는 통신 장치의 각각은, 제1의 전송 기능으로서, 제조 장치 또는 생산 설비의 제어에 이용하는 데이터인 제어계 데이터를 미리 정하여진 시스템 주기(Ts)마다 전송하는 제어계 전송 기능을 갖고 있다.
또한, 도 3(B)∼도 3(D)에 도시하는 바와 같이, 본 실시의 형태에 따른 통신 시스템 및 당해 통신 시스템에 접속되는 통신 장치의 각각은, 제2의 전송 기능으로서, 지정된 시간 내에 송신처에 도착시킬 필요가 있는 데이터인 제어정보계 데이터를, 제어계 데이터가 전송되지 않는 기간에 전송하는 제어정보계 전송 기능을 갖고 있다.
또한, 도 3(C) 및 도 3(D)에 도시하는 바와 같이, 본 실시의 형태에 따른 통신 시스템 및 당해 통신 시스템에 접속되는 통신 장치의 각각은, 제3의 전송 기능으로서, 제어계 데이터 및 제어정보계 데이터와는 다른 정보계 데이터를 전송하는 정보계 전송 기능을 갖고 있다.
제어계 데이터의 송신(제어계 통신)에 관해서는, 네트워크에 접속되어 있는 노드 사이를 프레임이 순차적으로 전송되는 방법으로 실현되어도 좋다. 한편, 제어정보계 데이터 및 제어계 데이터의 송신(제어정보계 통신 및 정보계 통신)에 관해서는, 특정한 노드 사이에서 프레임을 전송하는 방식(메시지 송신)으로 실현되어도 좋다.
본 실시의 형태에 따른 통신 처리는, 상술한 바와 같은 통신 대역의 할당이 실현되는 네트워크에서, 용장 경로를 구성한다. 그리고, 이와 같은 용장 경로를 전제로 하고 나서, 서로 다른 3종류의 요건을 각각 충족시키면서 데이터 전송을 행하기 위한 구성 및 처리를 제공한다. 즉, 본 실시의 형태에 따른 통신 처리는, 용장 경로를 갖는 단일 네트워크상에서, 요구되는 특성이 다른 3종류의 데이터를 통합한 전송을 실현한다.
보다 구체적으로는, 네트워크상의 회선 부하(회선 이용률) 등을 고려하면서, 용장 경로 중에서 사용하는 전송 경로를 동적으로 선택함으로써, 미리 정하여진 시스템 주기를 유지하면서, 3종류의 데이터 특성에 응한 전송 경로의 최적화를 실현한다.
본 실시의 형태에 따른 통신 장치는, 이들 3종류의 데이터가 전송되는 용장화된 경로상에 배치되는 것이라면, 특히, 그 실장 형태에 관해서는 한정되는 것이 아니다.
이하에서는, 네트워크(11)에 접속되는 제어 장치(100) 또는 디바이스(200)의 전송 기능의 일부로서고 실장된 경우를 상정하여 설명한다. 단, 제어 장치(100)로 한정되는 일 없이, 예를 들면, 네트워크(11)에 접속되는 장치/라인 관리 장치(190) 또는 표시 장치(180)에 관한 전송 기능의 일부로서 실장하여도 좋고, 필드상의 각종 기기를 네트워크화하기 위한 리모트 입출력 장치에 관한 전송 기능의 일부로서 실장하여도 좋다.
<C. 용장화>
다음에, 용장화된 네트워크의 한 예에 관해 설명한다. 도 4는, 본 실시의 형태에 따른 제어 장치(100)를 포함하는 네트워크 구성의 한 예를 도시하는 모식도이다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 본 실시의 형태에 따른 통신 시스템에서는, 용장화된 네트워크에 복수의 통신 장치가 접속된 구성이 채용된다.
한 예로서, 도 4에 도시하는 네트워크 구성(2)은, 제어 장치(100)가 「마스터」로서 기능하고, 복수의 디바이스(200A∼200F)가 「슬레이브」로서 기능하는 예를 도시한다. 「마스터」는, 네트워크 구성(2) 내를 전송되는 데이터의 전송 타이밍 등을 관리한다.
제어 장치(100)는, 복수의 필드 네트워크 컨트롤러(도 4에 도시하는 예에서는, 2개의 필드 네트워크 컨트롤러(140, 150))를 갖고 있다. 제어 장치(100)의 복수의 필드 네트워크 컨트롤러는, 용장화된 네트워크에 접속하기 위한 인터페이스로서 기능한다. 또한, 필드 네트워크 컨트롤러로서는, 특정한 프로토콜용으로서의 전용 회로 및 특정한 프로토콜로 한정되지 않는 범용 회로의 어느 것을 이용하여 구성하여도 좋다. 예를 들면, EtherCAT(등록상표)에 따른 필드 네트워크를 구축하는 경우에는, 마스터로서 기능하는 장치에는, 범용화된 필드 네트워크 컨트롤러를 채용하고, 슬레이브로서 기능하는 장치에는, 전용화된 필드 네트워크 컨트롤러를 채용할 수 있다.
이하에서는, 각각의 필드 네트워크를 구별하기 위해, 「포트(1)」 및 「포트(2)」라고 칭하는 경우도 있다.
필드 네트워크 컨트롤러(140)(포트(1))부터 필드 네트워크 컨트롤러(150)(포트(2))까지를 일순(一巡)하는 필드 네트워크(110)가 형성되어 있고, 이 일순 경로에, 복수의 디바이스(200A∼200F)가 접속되게 된다. 필드 네트워크(110)상에 배치되는 임의의 노드 사이에서, 데이터의 송수신이 가능하게 되어 있다.
예를 들면, 제어 장치(100)로부터 디바이스(200C)에 대해 어떤 데이터를 송신하는 경우에는, 포트(1)로부터 데이터를 송출하여, 디바이스(200A) 및 디바이스(200B)를 경유하여, 디바이스(200C)에 도달하는 경로도 가능하고, 포트(2)로부터 데이터를 송출하고, 디바이스(200F), 디바이스(200E), 및 디바이스(200D)를 경유하여, 디바이스(200C)에 도달하는 경로도 가능하다.
역으로, 디바이스(200C)로부터 제어 장치(100)에 대해 어떤 데이터를 송신하는 경우에는, 디바이스(200C)로부터 데이터를 송출하고, 디바이스(200B) 및 디바이스(200A)를 경유하여, 제어 장치(100)에 도달하는 경로도 가능하고, 디바이스(200C)로부터 데이터를 송출하고, 디바이스(200D), 디바이스(200E), 및 디바이스(200F)를 경유하여, 제어 장치(100)에 도달하는 경로도 가능하다.
이와 같은 의미에 있어서, 네트워크 구성(2)에서는, 용장 경로가 실현되게 된다.
<D. 하드웨어 구성>
다음에, 네트워크 구성(2)에 포함되는 제어 장치(100) 및 디바이스의 하드웨어 구성의 한 예에 관해 설명한다.
(d1 : 제어 장치(100))
도 5는, 본 실시의 형태에 따른 통신 장치를 포함하는 제어 장치(100)의 하드웨어 구성의 한 예를 도시하는 모식도이다. 제어 장치(100)는, 전형적으로는, PLC를 베이스로 하여 구성되어도 좋다. 도 5를 참조하면, 제어 장치(100)는, 주된 컴포넌트로서, 프로세서(102)와, 메모리(104)와, 스토리지(106)와, 네트워크 컨트롤러(130)와, 필드 네트워크 컨트롤러(140, 150)와, 내부 버스 컨트롤러(160)를 포함한다.
프로세서(102)는, 스토리지(106)에 격납되어 있는 시스템 프로그램(107) 및 유저 어플리케이션 프로그램(108)을 메모리(104)에 판독하여 실행함으로써, 후술하는 바와 같은 처리를 포함하는 각종 처리를 실현한다. 메모리(104)는, DRAM(Dynamic Random Access Memory)이나 SRAM(Static Random Access Memory) 등의 휘발성 기억 장치로 이루어진다. 스토리지(106)는, 하드 디스크나 플래시 메모리 등의 불휘발성 스토리지 장치로 이루어진다. 스토리지(106)에는, 제어 장치(100)의 각 부분을 제어하기 위한 시스템 프로그램(107)에 더하여, 제어 대상 등에 응하여 설계되는 유저 어플리케이션 프로그램(108)이 격납된다.
네트워크 컨트롤러(130)는, 제어 장치(100)가 네트워크(11)를 통하여 다른 장치와의 사이에서 데이터를 교환하기 위한 인터페이스를 제공한다. 네트워크 컨트롤러(130)는, 주된 컴포넌트로서, 수신 회로(RX)(131)와, 수신 버퍼(132)와, 송수신 컨트롤러(133)와, 송신 버퍼(134)와, 송신 회로(TX)(135)를 포함한다.
수신 회로(131)는, 네트워크 컨트롤러(130)상을 정주기로 전송되는 패킷을 수신하여, 그 수신한 패킷에 격납되어 있는 데이터를 수신 버퍼(132)에 기록한다. 수신 버퍼(132) 내에는, 기록된 데이터가 큐의 형태로 유지되어도 좋다. 송수신 컨트롤러(133)는, 수신 버퍼(132)에 기록된 수신 패킷을 순차적으로 판독함과 함께, 당해 판독한 데이터 중 제어 장치(100)에서의 처리에 필요한 데이터만을 프로세서(102)에 출력한다. 송수신 컨트롤러(133)는, 프로세서(102)로부터의 지령에 따라, 다른 장치에 송신하여야 할 데이터 또는 패킷을 송신 버퍼(134)에 순차적으로 기록한다. 송신 버퍼(134) 내에는, 기록된 데이터가 큐의 형태로 유지되어도 좋다. 송신 회로(135)는, 네트워크 컨트롤러(130)상을 패킷이 전송되는 주기에 응하여, 송신 버퍼(134)에 격납되어 있는 데이터를 순차적으로 송출한다.
필드 네트워크 컨트롤러(140)는, 제어 장치(100)가 필드 네트워크를 통하여 각종의 디바이스(200)와의 사이에서 데이터를 교환하기 위한 인터페이스를 제공한다. 필드 네트워크 컨트롤러(140)는, 주된 컴포넌트로서, 수신 회로(RX)(141)와, 수신 버퍼(142)와, 송수신 컨트롤러(143)와, 송신 버퍼(144)와, 송신 회로(TX)(145)를 포함한다. 이들의 컴포넌트의 기능은, 네트워크 컨트롤러(130)의 대응하는 컴포넌트의 기능과 마찬가지이기 때문에, 상세한 설명은 반복하지 않는다.
마찬가지로, 필드 네트워크 컨트롤러(150)는, 제어 장치(100)가 필드 네트워크를 통하여 복수의 디바이스(200)와의 사이에서 데이터를 교환하기 위한 인터페이스를 제공한다. 필드 네트워크 컨트롤러(150)는, 주된 컴포넌트로서, 수신 회로(RX)(151)와, 수신 버퍼(152)와, 송수신 컨트롤러(153)와, 송신 버퍼(154)와, 송신 회로(TX)(155)를 포함한다. 이들의 컴포넌트의 기능은, 네트워크 컨트롤러(130) 및 필드 네트워크 컨트롤러(140)의 대응하는 컴포넌트의 기능과 마찬가지이기 때문에, 상세한 설명은 반복하지 않는다.
본 실시의 형태에서는, 필드 네트워크 컨트롤러(140) 및 필드 네트워크 컨트롤러(150)를 이용하여, 용장 경로를 실현한다.
내부 버스 컨트롤러(160)는, 제어 장치(100)에 장착되는 입출력 유닛과 사이에서, 내부 버스(도시 생략)를 통하여 데이터를 교환하기 위한 인터페이스를 제공한다. 내부 버스 컨트롤러(160)는, 주된 컴포넌트로서, 수신 회로(RX)(161)와, 수신 버퍼(162)와, 송수신 컨트롤러(163)와, 송신 버퍼(164)와, 송신 회로(TX)(165)를 포함한다. 이들의 컴포넌트의 기능은, 네트워크 컨트롤러(130)의 대응하는 컴포넌트의 기능과 마찬가지이기 때문에, 상세한 설명은 반복하지 않는다.
(d2 : 디바이스(200))
도 6은, 본 실시의 형태에 따른 통신 장치를 포함하는 디바이스(200)의 하드웨어 구성의 한 예를 도시하는 모식도이다. 디바이스(200)는, 필드 네트워크(110)에 접속되는 임의의 통신 장치를 포함한다. 도 6을 참조하면, 디바이스(200)는, 주된 컴포넌트로서, 처리 컨트롤러(210)와, 기능 모듈(220)과, 필드 네트워크 컨트롤러(240, 250)를 포함한다.
처리 컨트롤러(210)는, 디바이스(200)에서의 전체 처리를 관리하는 기능을 갖고 있다. 처리 컨트롤러(210)는, 프로세서가 프로그램을 실행함으로써 필요한 기능을 제공하도록 구성(소프트웨어 실장)으로 하여도 좋고, ASIC(application specific integrated circuit)나 FPGA(field-programmable gate array) 등의 하드 와이어드의 구성(하드웨어 실장)으로 하여도 좋다. 또한, 소프트웨어 실장과 하드웨어 실장을 조합시킨 실장 형태를 채용하여도 좋다. 디바이스(200)의 용도나 요구되는 스펙 등에 응하여, 적절히 최적의 실장 형태가 채용된다.
처리 컨트롤러(210)는, 본 실시의 형태에 따른 통신 처리를 실현하기 위한 통신 처리 기능(230)를 갖고 있다. 본 실시의 형태에 따른 통신 처리 및 그것을 실현하기 위한 통신 처리 기능(230)의 상세에 관해서는 후술한다.
기능 모듈(220)은, 디바이스(200)가 제공하는 기능을 실현하는 부분이다. 예를 들면, 디바이스(200)가 I/O(Input/Output) 유닛이라면, 기능 모듈(220)은, 릴레이 유닛이나 A/D(Analog/Digital) 변환 유닛 등을 포함한다. 또는, 디바이스(200)가 서보 컨트롤러 유닛이라면, 기능 모듈(220)은, 서보 모터에 대한 지령을 생성하는 회로나, 서보 모터로부터의 피드백을 접수하는 회로 등을 포함한다.
필드 네트워크 컨트롤러(240)는, 디바이스(200)가 필드 네트워크를 통하여 제어 장치(100) 또는 다른 디바이스(200)와의 사이에서 데이터를 교환하기 위한 인터페이스를 제공한다. 필드 네트워크 컨트롤러(240)는, 주된 컴포넌트로서, 수신 회로(RX)(241)와, 수신 버퍼(242)와, 송수신 컨트롤러(243)와, 송신 버퍼(244)와, 송신 회로(TX)(245)를 포함한다. 이들의 컴포넌트의 기능은, 도 5에 도시하는 필드 네트워크 컨트롤러(240)의 대응하는 컴포넌트의 기능과 마찬가지이기 때문에, 상세한 설명은 반복하지 않는다.
마찬가지로, 필드 네트워크 컨트롤러(250)는, 디바이스(200)가 필드 네트워크를 통하여 제어 장치(100) 또는 다른 디바이스(200)와의 사이에서 데이터를 교환하기 위한 인터페이스를 제공한다. 필드 네트워크 컨트롤러(250)는, 주된 컴포넌트로서, 수신 회로(RX)(251)와, 수신 버퍼(252)와, 송수신 컨트롤러(253)와, 송신 버퍼(254)와, 송신 회로(TX)(255)를 포함한다. 이들의 컴포넌트의 기능은, 상술한 필드 네트워크 컨트롤러(240)의 대응하는 컴포넌트의 기능과 마찬가지이기 때문에, 상세한 설명은 반복하지 않는다.
<E. 소프트웨어 구성>
다음에, 본 실시의 형태에 따른 통신 처리(전송 경로의 동적인 선택)를 실현하기 위한 소프트웨어 구성의 한 예에 관해 설명한다. 도 7은, 본 실시의 형태에 따른 통신 처리를 실현하기 위한 제어 장치(100)의 소프트웨어 구성의 한 예를 도시하는 모식도이다.
도 7을 참조하면, 제어 장치(100)의 프로세서(102)에서는 스케줄러(170)가 실행된다. 스케줄러(170)는, 미리 정하여진 시스템 주기에 따라, 복수의 처리의 실행 순서나 실행 중단 등을 결정한다. 보다 구체적으로는, 스케줄러(170)는, 유저 어플리케이션 실행 처리(173)와, 각종 처리를 포함하는 주변 처리(174)와, 통신 처리부(176)에 대해, 미리 정하여진 우선 순위 및 시스템 주기 등에 따라, 처리 리소스(프로세서 시간 및 메모리 등)를 할당한다.
유저 어플리케이션 실행 처리(173)는, 유저 어플리케이션 프로그램(108)의 실행에 관한 처리를 포함한다.
통신 처리부(176)는, 제어 장치(100)와 디바이스(200) 사이의 데이터의 교환을 제어한다. 구체적으로는, 통신 처리부(176)는, 송신처의 디바이스(200)로 향하여 데이터를 송신할 때의 전송 경로를, 용장 경로에 포함되는 복수의 전송 경로로부터 동적으로 선택하는 처리 등을 실시한다.
통신 처리부(176)는, 필드 네트워크 컨트롤러(140, 150)와의 사이에서 내부 커맨드나 데이터를 교환함으로써, 필요한 데이터의 송수신 처리를 실현한다.
보다 구체적으로는, 통신 처리부(176)는, 전송 경로를 동적으로 선택하기 위해 필요한 정보를 포함하는 경로 설정 테이블(177)과, 경로 설정 테이블(177)을 참조하여, 전송 경로를 동적으로 선택하는 경로 설정 모듈(178)을 포함한다. 즉, 주로, 경로 설정 모듈(178)이 본 실시의 형태에 따른 통신 방법을 실현한다.
또한, 디바이스(200)의 소프트웨어 구성에 대해서도, 도 7과 마찬가지이기 때문에, 상세한 설명은 반복하지 않는다. 구체적으로는, 도 6에 도시하는 통신 처리 기능(230)은, 도 7에 도시하는 스케줄러(170) 및 통신 처리부(176)가 제공하는 기능과 같은 기능을 갖고 있다.
<F : 전송 경로의 동적인 선택>
다음에, 본 실시의 형태에 따른 통신 방법이 제공하는 전송 경로의 동적인 선택의 상세에 관해 설명한다.
(f1 : 개요)
우선, 본 실시의 형태에 따른 통신 방법의 개요에 관해 설명한다.
도 8은, 용장 경로를 갖지 않는 네트워크 구성에서의 데이터 전송의 한 상태를 설명하는 도면이다. 도 9는, 본 실시의 형태에 따른 통신 방법에서의 전송 경로의 동적 선택의 한 형태를 설명하는 도면이다.
한 예로서, 마스터로서 기능하는 제어 장치(100)로부터 슬레이브인 1 또는 복수의 디바이스(200)에 대해 제어정보계 데이터를 송신하는 경우를 생각한다. 상술한 바와 같이, 제어정보계 데이터는, 도착 시각을 보증할 필요가 있다.
도 8에 도시하는 바와 같이, 제어 장치(100)로부터 디바이스(200A)에 대해 제어정보계 데이터를 송신하는 경우에 있어서, 그 제어정보계 데이터의 데이터 사이즈가 상대적으로 크고, 제어 장치(100)와 디바이스(200A)를 연결하는 필드 네트워크의 회선 이용률이 높은 상태라고 한다. 이와 같은 상태에서, 제어 장치(100)로부터 다른 디바이스(200B)에 대해서도 제어정보계 데이터를 송신하는 요구가 발생하였다고 한다. 이때, 제어 장치(100)로부터 디바이스(200A)에 송신되는 제어정보계 데이터의 영향을 받아, 제어 장치(100)로부터 디바이스(200B)에 제어정보계 데이터를 송신하는데도 필요한 회선의 빈자리(통신대역)를 확보할 수가 없는 경우도 상정된다.
이와 같은 경우, 제어 장치(100)로부터 다른 송신처인 디바이스(200B)에 송신하여야 할 제어정보계 데이터에 전송 지연이 발생할 수 있다. 즉, 제어정보계 데이터의 송신이 집중한 경우, 요구되는 도착 시각을 보증할 수가 없는 경우가 생길 수 있다. 이와 같은 과제에 대해, 본 실시의 형태에 따른 통신 방법에서는, 용장 경로를 마련함과 함께, 회선 이용률 등에 응하여, 전송 경로를 동적으로 선택한다.
또한, 일반적인 용장 구성은, 디바이스의 고장이나 회선의 절단시 등에 통신을 계속하는 것을 목적으로 하는 것이고, 본 실시의 형태에 따른 통신 방법과 같이, 회선 이용률 등에 응하여 전송 경로를 변경하는 것은 상정되어 있지 않다.
보다 구체적으로는, 도 9에 도시하는 바와 같이, 제어 장치(100) 및 디바이스(200A∼200F)를 일순하는 필드 네트워크(110)를 구성함과 함께, 회선 이용률 등에 응하여 전송 경로를 선택한다.
도 9에는, 도 8에 도시하는 상태와 마찬가지로, 제어 장치(100)로부터 디바이스(200A)에 대해 제어정보계 데이터를 송신하고 있는 상태에서, 다른 디바이스(200B)에 대해서도 제어정보계 데이터를 송신하는 요구가 발생한 경우를 도시한다. 도 9에 도시하는 경우에서는, 제어 장치(100)로부터 디바이스(200A)를 경유하여 디바이스(200B)에 도달하는 전송 경로의 회선 이용률이 높은 것이 검출되면, 제어 장치(100)는, 지정된 도착 시각을 보증할 수 있는 것을 평가하고 나서, 제어 장치(100)로부터 디바이스(200F), 디바이스(200E), 디바이스(200D), 디바이스(200C)를 경유하여 디바이스(200B)에 도달하는 전송 경로로, 제어정보계 데이터를 송신한다.
이와 같이, 본 실시의 형태에서는, 용장 경로를 갖는 네트워크 구성을 채용함으로써, 회선 부하를 분산시켜서, 제어정보계 데이터의 도착 시각을 확실하게 보증한다. 즉, 특정한 전송 경로에서, 어떤 제어정보계 데이터 또는 정보계 데이터의 전송에 의해 회선에 빈자리(통신대역)가 존재하지 않는 경우, 다른 전송 경로를 선택하여, 데이터를 송신한다. 이때, 제어계 데이터에 관해서는, 엄밀한 도착 시각의 보증이 필요하고, 제어 정밀도를 유지하기 위해, 전송 경로를 변경하지 않는다. 즉, 전송 경로를 변경하는 대상으로서는, 주로, 제어정보계 데이터가 대상이 된다. 이 전송 경로의 변경에 앞서서, 도착 시각이 보장되는 것을 확인하는 것이 바람직하다.
제어정보계 데이터에 더하여, 정보계 데이터에 대해서도, 전송 경로를 변경하는 대상으로 하여도 좋다. 단, 정보계 데이터에 관해서는, 도착 시각을 보증할 필요는 없고, 베스트 에포트 형식으로 전송되기 때문에, 전송 경로를 변경하지 않아도 좋다.
상술한 도 8 및 도 9에서는, 마스터로서 기능하는 제어 장치(100)로부터 슬레이브로서 기능하는 디바이스(200)에 대해 제어정보계 데이터를 송신하는 경우에 관해 설명하였다. 이것과는 역으로, 슬레이브로서 기능하는 디바이스(200)로부터 마스터로서 기능하는 제어 장치(100)에 대해 제어정보계 데이터를 송신하는 경우에 관해 설명한다.
도 10은, 용장 경로를 갖지 않는 네트워크 구성에서의 데이터 전송의 다른 한 상태를 설명하는 도면이다. 도 11은, 본 실시의 형태에 따른 통신 방법에서의 전송 경로의 동적 선택의 다른 한 형태를 설명하는 도면이다.
도 10에 도시하는 바와 같이, 디바이스(200A)로부터 제어 장치(100)에 대해 제어정보계 데이터를 송신하는 경우에 있어서, 그 제어정보계 데이터의 데이터 사이즈가 상대적으로 크고, 디바이스(200A)와 제어 장치(100)를 연결하는 필드 네트워크의 회선 이용률이 높은 상태라고 한다. 또한, 디바이스(200A)로부터 제어 장치(100)에 대한 제어정보계 데이터의 송신은, 주기적으로 전송되는 프레임이 아니라, 메시지에 의해 실현되는 경우를 상정하고 있다.
이와 같은 상태에서, 다른 디바이스(200B)가 제어 장치(100)에 대해 제어정보계 데이터를 송신하는 요구가 발생하였다고 한다. 이때, 디바이스(200B)는 인접하는 노드인 디바이스(200A)에 대해 제어정보계 데이터를 송신한다. 디바이스(200A)는, 디바이스(200B)로부터의 제어정보계 데이터를 제어 장치(100)에 전송하게 되지만, 디바이스(200A)로부터 제어 장치(100)에 송신하고 있는 제어정보계 데이터의 영향을 받아, 디바이스(200B)로부터의 제어정보계 데이터를 제어 장치(100)에 전송하는데 충분한 회선의 빈자리(통신대역)를 확보할 수가 없는 경우도 상정된다.
이와 같은 경우, 디바이스(200B)로부터 제어 장치(100)에 송신하여야 할 제어정보계 데이터에 전송 지연이 발생할 수 있다. 즉, 제어정보계 데이터의 송신이 집중하는 경우, 요구되는 도착 시각을 보증할 수 없는 경우가 생길 수 있다. 본 실시의 형태에 따른 통신 방법에서는, 이와 같은 경우에 대해서도, 용장 경로를 마련함과 함께, 회선 이용률 등에 응하여, 전송 경로를 동적으로 선택한다.
보다 구체적으로는, 도 11을 참조하면, 우선, 디바이스(200B)는, 제어 장치(100)에 송신하여야 할 제어정보계 데이터에 관해, 최단 경로인 디바이스(200A)를 경유하는 전송 경로를 선택한다. 즉, 디바이스(200B)는, 우선, 대상의 제어정보계 데이터를 디바이스(200A)에 송신한다((1) 최단 경로로의 전송). 이때, 디바이스(200A)와 제어 장치(100)를 연결하는 필드 네트워크의 회선 이용률이 높은 상태라면, 디바이스(200A)는, 전송 경로에 사용된 필드 네트워크의 회선 이용률이 높은 것을, 디바이스(200B)에 대해 통지한다((2) 고회선 이용률의 통지).
디바이스(200B)는, 이 회선 이용률이 높은 것의 통지를 받고, 대상의 제어정보계 데이터를 송신하는 경로를 변경한다((3) 별도 경로로의 전송). 즉, 디바이스(200B)는, 디바이스(200C), 디바이스(200D), 디바이스(200E), 디바이스(200F)를 경유하여 제어 장치(100)에 도달하는 경로로, 제어정보계 데이터를 송신한다.
이와 같이, 슬레이브로서 기능하는 디바이스(200)는, 국소적인 회선 이용률을 알 수가 없는 경우도 많기 때문에, 다른 디바이스(200)와 연휴하면서, 전송 경로를 동적으로 선택한다.
도 8∼도 11을 참조하여 설명한 바와 같이, 적어도, 제어정보계 데이터의 전송 기능은, 용장화된 네트워크에 존재하는 복수의 전송 경로를 선택적으로 전환하는 기능을 갖고 있다. 즉, 제어정보계 데이터의 전송 기능은, 제어정보계 데이터를 지정된 시간 내에 네트워크의 어느 전송 경로로 송신처에 도착시킬 수 있는지의 여부를 판단하는 판단 기능과, 제어정보계 데이터를 지정된 시간 내에 송신처에 도착시킬 수가 없다고 판단되면, 당해 제어정보계 데이터의 적어도 일부를 네트워크의 먼저 선택되어 있던 전송 경로와는 별도의 다른 전송 경로로 송신처에 송신하도록 변경하는 경로 변경 기능을 포함한다. 이와 같은 제어정보계 데이터의 전송 경로를 동적으로 전환함으로써, 제어정보계 데이터에 요구되는 도착 시각을 보증할 수 있다.
또한, 정보계 데이터의 전송 기능에 대해서도, 상술한 바와 같은 전송 경로를 동적으로 전환하는 기능을 실장하여도 좋다. 즉, 정보계 데이터의 전송 기능에는, 정보계 데이터를 용장화된 네트워크의 어느 전송 경로로 송신처에 전송할 때에, 당해 용장화된 네트워크상의 정보계 데이터의 전송에 관한 네트워크상의 회선 부하(회선 이용률)에 의거하여, 당해 정보계 데이터의 적어도 일부를 당해 용장화된 네트워크의 먼저 선택되어 있는 전송 경로와는 별도의 다른 전송 경로로 송신처에 송신하도록 변경하여도 좋다. 이와 같은 정보계 데이터의 전송 경로를 동적으로 전환함으로써, 그 정보계 데이터의 전송 시간을 단축할 수 있음과 함께, 제어계 데이터 및 제어정보계 데이터의 도달시각의 보증도 보다 용이화할 수 있다.
(f2 : 경로 설정 테이블)
상술한 도 9 및 도 11에 도시하는 바와 같은 전송 경로의 동적인 선택에 관해서는, 경로 설정 테이블(177)(도 7)에 규정된 정보에 의거하여 실시된다. 이하, 경로 설정 테이블(177)의 한 예에 관해 설명한다. 경로 설정 테이블(177)은, 대상의 네트워크에 관한 미리 정하여진 규칙을 규정한다.
도 12는, 본 실시의 형태에 따른 통신 장치가 유지하는 경로 설정 테이블(177)의 한 예를 도시하는 모식도이다. 도 12에 도시하는 경로 설정 테이블(177)은, 도 4에 도시하는 네트워크 구성(2)에 대응하는 것이다. 도 12를 참조하면, 경로 설정 테이블(177)에는, 각 디바이스에 관해, 접속 포트 및 데이터 종별마다의 포트의 우선 순위가 설정된다.
경로 설정 테이블(177)은, 디바이스란(1771)과, 접속 포트란(1772)과, 제어계 데이터 사용 포트란(1773)과, 제어정보계 데이터 사용 포트란(1774)과, 정보계 데이터 사용 포트란(1775)을 포함한다.
디바이스란(1771)에는, 각 통신 장치로부터 도달 가능한 모든 디바이스가 규정된다. 접속 포트란(1772)에는, 통신 장치가 갖는 포트 중 각 디바이스에 도달 가능한 포트가 규정된다. 도 4에 도시하는 네트워크 구성(2)에서는, 제어 장치(100)의 2개의 포트(1, 2)의 양방부터 어느 디바이스(200)에도 도달 가능하기 때문에, 접속 포트란(1772)에는, 「1」 및 「2」가 규정되어 있다.
제어계 데이터 사용 포트란(1773)에는, 제어계 데이터의 송신에 사용되는 포트가 규정된다. 제어계 데이터에 관해서는, 도착 시각을 엄밀하게 보증할 필요가 있기 때문에, 사용되는 포트는 고정된다. 도 12에 도시하는 예에서는, 제어계 데이터 사용 포트란(1773)에는, 전(全) 디바이스에 관해 「1」이 규정되어 있다.
제어정보계 데이터 사용 포트란(1774)에는, 제어정보계 데이터의 송신에 사용되는 포트가 규정된다. 제어정보계 데이터에 관해서는, 네트워크상의 회선 부하(회선 이용률)에 응하여 전송 경로가 선택되기 때문에, 그 전송 경로의 선택에 사용 가능한 복수의 포트가 설정된다. 제어정보계 데이터 사용 포트란(1774)에 규정된 포트는, 그 기재 순서가 선택의 우선 순서에 대응되어 있다. 도 12에 도시하는 예에서는, 좌측에 규정된 포트의 쪽이 보다 우선 순위가 높아지도록 설정되어 있다.
정보계 데이터 사용 포트란(1775)에는, 정보계 데이터의 송신에 사용되는 포트가 규정된다. 정보계 데이터에 대해서도, 네트워크상의 회선 부하(회선 이용률)에 응하여 전송 경로가 선택되는 경우에는, 그 전송 경로의 선택에 사용 가능한 복수의 포트가 설정된다. 단, 정보계 데이터에 대한 전송 경로의 동적인 선택을 실시하지 않는 경우에는, 특정한 포트에 고정하여도 좋다. 도 12에 도시하는 예에서는, 정보계 데이터 사용 포트란(1775)에는, 선택 가능한 복수의 포트가 규정되어 있고, 또한, 좌측에 규정된 포트의 쪽이 보다 우선 순위가 높아지도록 설정되어 있다.
경로 설정 모듈(178)(도 7)은, 도 12에 도시하는 바와 같은 경로 설정 테이블(177)을 참조함으로써, 전송 경로를 동적으로 선택한다.
도 12에 도시하는 경로 설정 테이블(177)은, 한 예로서, 마스터로서 기능하는 통신 장치(제어 장치(100))에 격납되는 것을 상정하고 있지만, 각 슬레이브로서 기능하는 통신 장치(디바이스(200A∼200F))의 각각에도 경로 설정 테이블(177)은 격납된다. 이 경우에는, 디바이스란(1771)에, 마스터로서 기능하는 통신 장치가 규정되어도 좋다.
경로 설정 테이블(177)은, 미리 유저에 의해 설정되어도 좋고, 네트워크의 접속 상태 등에 의거하여 자동적으로 설정되어도 좋다.
도 7에 도시하는 경로 설정 테이블(177)에서는, 제어계 데이터의 포트는 전 디바이스에 관해 「1」(제어계 데이터 사용 포트란(1773)의 설정치)로 고정되어 있는 예를 나타내지만, 이것으로 한정되는 일은 없고, 디바이스에 응하여, 다른 포트를 지정하도록 하여도 좋다. 단, 제어계 데이터에 관한 포트는, 도착 시각을 엄밀하게 보증하기 위해, 동적으로 변경되지 않는 것이 바람직하다.
(f3 : 처리 순서 : 마스터)
다음에, 상술한 도 9에 도시하는 바와 같은 통신 방법을 실현하기 위한 처리 순서에 관해 설명한다. 도 13은, 본 실시의 형태에 따른 통신 처리의 마스터로서 기능하는 통신 장치에서의 처리 순서를 도시하는 플로우 차트이다. 도 13에 도시하는 처리 순서는, 전형적으로는, 제어 장치(100)의 프로세서(102)(도 5)에 의해 시스템 주기마다 반복 실행된다.
도 13을 참조하면, 제어 장치(100)는, 어떤 데이터의 송신이 스케줄되었는지의 여부를 판단한다(스텝 S100). 어느 데이터의 송신도 스케줄되어 있지 않으면(스텝 S100에서 NO), 스텝 S100의 처리가 반복되다.
어떤 데이터의 송신이 스케줄되면(스텝 S100에서 YES), 제어 장치(100)는, 송신 대상의 데이터의 데이터 종별을 판단한다(스텝 S102).
데이터 종별이 제어계 데이터인 경우(스텝 S102에서 「제어계 데이터」)에는, 제어 장치(100)는, 경로 설정 테이블(177)을 참조하여, 송신 대상의 데이터의 송신처 정보(전형적으로는, 디바이스 번호 등)에 대응하는 포트를 사용 포트로서 선택한다(스텝 S104). 그리고, 선택된 사용 포트를 사용하여, 송신 대상의 데이터를 송출한다(스텝 S106). 즉, 제조 장치 또는 생산 설비의 제어에 이용하는 제어계 데이터를 미리 정하여진 주기마다 전송하는 처리가 실시된다.
데이터 종별이 제어정보계 데이터인 경우(스텝 S102에서 「제어정보계 데이터」)에는, 제어 장치(100)는, 경로 설정 테이블(177)을 참조하여, 송신 대상의 데이터의 송신처 정보에 대응하는 가장 우선 순위가 높은 포트를 사용 포트로서 선택한다(스텝 S108). 그리고, 지정된 시간 내에 송신처에 도착시킬 필요가 있는 제어정보계 데이터를, 제어계 데이터가 전송되지 않는 기간에 전송하는 처리가 실시된다.
이때, 제어 장치(100)는, 네트워크상의 회선 부하(회선 이용률)에 의거하여, 선택된 사용 포트에 대응하는 전송 경로를 변경할 필요가 있는지의 여부를 평가한다. 즉, 제어 장치(100)는, 네트워크상의 제어정보계 데이터의 전송에 관한 회선 이용률에 의거하여, 대상의 제어정보계 데이터를 지정된 시간 내에 송신처에 도착시킬 수 있는지의 여부를 판단한다. 구체적으로는, 제어 장치(100)는, 사용 포트로서 선택된 포트에 대응하는 네트워크 컨트롤러의 송신 버퍼의 데이터 축적량이 미리 정하여진 값을 초과하고 있는지의 여부를 판단한다(스텝 S110).
대응하는 네트워크 컨트롤러의 송신 버퍼의 데이터 축적량이 미리 정하여진 값을 초과하고 있으면(스텝 S110에서 YES), 현재 선택하고 있는 전송 경로의 회선 부하(회선 이용률)가 높다고 판단하고, 다른 전송 경로를 선택한다. 구체적으로는, 제어 장치(100)는, 경로 설정 테이블(177)을 참조하여, 송신 대상의 데이터의 송신처 정보에 대응하는 다음으로 우선 순위가 높은 포트를 사용 포트로서 선택한다(스텝 S112). 즉, 제어 장치(100)는, 경로 설정 테이블(177)에 규정되어 있는, 네트워크에 관한 미리 정하여진 규칙에 따라, 대체의 전송 경로를 선택한다. 그리고, 스텝 S110의 처리를 반복한다.
대응하는 네트워크 컨트롤러의 송신 버퍼의 데이터 축적량이 미리 정하여진 값을 초과하지 않으면(스텝 S110에서 NO), 현재 선택하고 있는 전송 경로의 회선 부하(회선 이용률)는 높지 않다고 판단하고, 선택 중의 전송 경로로의 데이터 송신을 계속한다. 즉, 선택 중의 사용 포트를 사용하여, 송신 대상의 데이터를 송출한다(스텝 S106).
데이터 종별이 정보계 데이터인 경우(스텝 S102에서 「정보계 데이터」)에는, 제어 장치(100)는, 경로 설정 테이블(177)을 참조하여, 송신 대상의 데이터의 송신처 정보에 대응하는 가장 우선 순위가 높은 포트를 사용 포트로서 선택한다(스텝 S114). 그리고, 선택된 사용 포트를 사용하여, 송신 대상의 데이터를 송출한다(스텝 S106). 즉, 제어계 데이터 및 제어정보계 데이터와는 다른 정보계 데이터를 전송하는 처리가 실시된다.
단, 정보계 데이터에 대해서도 전송 경로의 동적인 선택을 행하는 경우에는, 스텝 S110 및 S112와 같은 처리를 행하여도 좋다(스텝 S116).
(f4 : 마스터에서의 부가 처리)
도 13에 도시하는 처리 순서에서는, 데이터 종별에 응하여 전송 경로를 선택하여 데이터 송신을 행하는 예에 관해 설명하였지만, 이와 같은 데이터 송신에 아울러서, 경로 설정 테이블(177)의 내용을 갱신하도록 하여도 좋다.
예를 들면, 가장 우선 순위가 높은 포트에 대응하는 네트워크 컨트롤러의 송신 버퍼에 정상적으로 데이터가 축적하고 있고, 선택된 포트의 전환(도 13에 도시하는 스텝 S112)가 빈번하게 생기는 경우에는, 경로 설정 테이블(177)의 대응하는 복수의 포트의 사이에서 우선 순위를 변경하도록 하여도 좋다. 예를 들면, 선택된 포트의 전환이 소정 회수 이상에 걸쳐서 연속하여 발생한 경우에는, 대응하는 디바이스 앞(宛)으로 사용 가능한 복수의 포트 중, 가장 우선 순위가 높은(즉, 디폴트의)포트를 변경하여도 좋다.
마찬가지로, 전송 경로의 전송 상태가 양호하지 않은 경우에도, 경로 설정 테이블(177)의 내용을 갱신하도록 하여도 좋다. 예를 들면, 가장 우선 순위가 높은 포트에 대응하는 전송 경로로 데이터를 송신한 경우에, 당해 전송 경로에서 받는 노이즈 등에 의해 데이터 전송이 완료되지 않아, 리트라이 요구 등의 응답을 받고 있는 경우, 또는, 응답 시간의 타임 아웃이 발생하고 있는 경우 등에 대해도, 상술한 바와 마찬가지로, 대응하는 디바이스 앞으로 사용 가능한 복수의 포트 중, 가장 우선 순위가 높은(즉, 디폴트의) 포트를 변경하여도 좋다.
예를 들면, 재시도 요구가 소정 회수 이상에 걸쳐서 연속해서 발생한 경우나, 응답 시간의 타임 아웃이 소정 회수 이상에 걸쳐서 연속해서 발생한 경우 등에, 경로 설정 테이블(177)의 대상이 되어 있는 디바이스의 설정 내용을 변경하도록 하여도 좋다.
이와 같이, 제어 장치(100) 또는 디바이스(200)에서, 전송 경로의 전환 이력에 의거하여, 경로 설정 테이블(177)에 규정되어 있는, 네트워크에 관한 미리 정하여진 규칙을 변경하는 기능을 실장하여도 좋다.
(f5 : 처리 순서 : 슬레이브)
다음에, 상술한 도 11에 도시하는 바와 같은 통신 방법을 실현하기 위한 처리 순서에 관해 설명한다. 도 14는, 본 실시의 형태에 따른 통신 처리의 슬레이브로서 기능하는 통신 장치에서의 처리 순서를 도시하는 플로우 차트이다. 도 14에 도시하는 처리 순서는, 전형적으로는, 디바이스(200)의 처리 컨트롤러(210)(도 6)에 의해 시스템 주기마다 반복 실행된다.
도 14를 참조하면, 디바이스(200)는, 어떤 데이터의 송신이 스케줄되었는지의 여부를 판단한다(스텝 S200). 어느 데이터의 송신도 스케줄되어 있지 않으면(스텝 S200에서 NO), 스텝 S200의 처리가 반복되다.
어떤 데이터의 송신이 스케줄되면(스텝 S200에서 YES), 디바이스(200)는, 송신 대상의 데이터의 데이터 종별을 판단한다(스텝 S202).
데이터 종별이 제어계 데이터인 경우(스텝 S202에서 「제어계 데이터」)에는, 디바이스(200)는, 경로 설정 테이블(도 7에 도시하는 경로 설정 테이블(177)와 마찬가지)을 참조하여, 송신 대상의 데이터의 송신처 정보(전형적으로는, 제어 장치(100))에 대응하는 포트를 사용 포트로서 선택한다(스텝 S204). 그리고, 선택된 사용 포트를 사용하여, 송신 대상의 데이터를 송출한다(스텝 S206). 즉, 제조 장치 또는 생산 설비의 제어에 이용하는 제어계 데이터를 미리 정하여진 주기마다 전송하는 처리가 실시된다.
데이터 종별이 제어정보계 데이터인 경우(스텝 S202에서 「제어정보계 데이터」)에는, 디바이스(200)는, 경로 설정 테이블을 참조하여, 송신 대상의 데이터의 송신처 정보에 대응하는 가장 우선 순위가 높은 포트를 사용 포트로서 선택한다(스텝 S208). 그리고, 지정된 시간 내에 송신처에 도착시킬 필요가 있는 제어정보계 데이터를, 제어계 데이터가 전송되지 않는 기간에 전송하는 처리가 실시된다.
이때, 디바이스(200)는, 인접하는 디바이스로부터의 정보에 의거하여, 선택된 사용 포트에 대응하는 전송 경로를 변경할 필요가 있는지의 여부를 평가한다. 즉, 디바이스(200)는, 네트워크상의 제어정보계 데이터의 전송에 관한 회선 이용률에 의거하여, 대상의 제어정보계 데이터를 지정된 시간 내에 송신처에 도착시킬 수 있는지의 여부를 판단한다. 구체적으로는, 디바이스(200)는, 사용 포트로서 선택된 포트로부터의 데이터 송출에 대해, 다른 디바이스로부터 필드 네트워크의 회선 이용률이 높다는 통지(고회선 이용률의 통지)를 수신하고 있는지의 여부를 판단한다(스텝 S210). 이와 같이, 디바이스(200)는, 먼저 선택되어 있는 전송 경로상에 존재하는 디바이스(200) 자신(즉, 송신원의 통신 장치)와는 다른 통신 장치(다른 디바이스(200) 또는 제어 장치(100))로부터 회선 이용률을 취득함으로써, 네트워크상의 회선 부하를 판단한다.
다른 디바이스로부터 필드 네트워크의 회선 이용률이 높다는 통지를 수신하고 있으면(스텝 S210에서 YES), 현재 선택하고 있는 전송 경로의 회선 부하(회선 이용률)가 높다고 판단하고, 다른 전송 경로를 선택한다. 구체적으로는, 디바이스(200)는, 경로 설정 테이블을 참조하여, 송신 대상의 데이터의 송신처 정보에 대응하는 다음으로 우선 순위가 높은 포트를 사용 포트로서 선택한다(스텝 S212). 즉, 디바이스(200)는, 경로 설정 테이블(177)에 규정되어 있는, 네트워크에 관한 미리 정하여진 규칙에 따라, 대체의 전송 경로를 선택한다. 그리고, 스텝 S210의 처리를 반복한다.
다른 디바이스로부터 필드 네트워크의 회선 이용률이 높다는 통지를 수신하지 않으면(스텝 S210에서 NO), 현재 선택하고 있는 전송 경로의 회선 부하(회선 이용률)는 높지 않다고 판단하고, 선택 중의 전송 경로로의 데이터 송신을 계속한다. 즉, 선택 중의 사용 포트를 사용하여, 송신 대상의 데이터를 송출한다(스텝 S206).
데이터 종별이 정보계 데이터인 경우(스텝 S202에서 「정보계 데이터」)에는, 디바이스(200)는, 경로 설정 테이블을 참조하여, 송신 대상의 데이터의 송신처 정보에 대응하는 가장 우선 순위가 높은 포트를 사용 포트로서 선택한다(스텝 S214). 그리고, 선택된 사용 포트를 사용하여, 송신 대상의 데이터를 송출한다(스텝 S206). 즉, 제어계 데이터 및 제어정보계 데이터와는 다른 정보계 데이터를 전송하는 처리가 실시된다.
단, 정보계 데이터에 대해서도 전송 경로의 동적인 선택을 행하는 경우에는, 스텝 S210 및 S212와 같은 처리를 행하여도 좋다(스텝 S216).
(f6 : 슬레이브에서의 처리 순서의 변형례)
상술한 도 14에 도시하는 처리 순서의 스텝 S210에서의 판단을 실현하기 위해, 어느 디바이스(200)가, 인접하는 일방의 디바이스(200)로부터 수신하는 데이터를 인접하는 타방의 디바이스(200) 또는 제어 장치(100)에 전송할 필요가 있는 경우에 있어서, 사용 포트에 대응하는 네트워크 컨트롤러의 송신 버퍼의 데이터 축적량이 미리 정하여진 값을 초과하고 있으면, 네트워크상의 회선 부하(회선 이용률)가 높은 것을, 데이터 송신원의 디바이스(200)에 통지하도록 하여도 좋다.
또한, 제어 장치(100)와 임의의 디바이스(200) 사이의 경로상에 존재하는 디바이스(200)는, 데이터를 제어 장치(100) 또는 다른 디바이스(200)로부터 송신된 데이터를 전송하게 된다. 그때문에, 그들의 디바이스(200)의 각각에서는, 도 13에 도시하는 바와 같은 마스터로서 기능하는 통신 장치에서의 처리 순서 및 도 14에 도시하는 바와 같은 슬레이브로서 기능하는 통신 장치에서의 처리 순서의 양방을 실장하여도 좋다.
또한, 어느 디바이스(200)가, 인접하는 일방의 디바이스(200)로부터 수신한 데이터를 인접하는 타방의 디바이스(200) 또는 제어 장치(100)에 전송할 필요가 있는 경우에 있어서, 사용 포트에 대응하는 네트워크 컨트롤러의 송신 버퍼의 데이터 축적량이 미리 정하여진 값을 초과하고 있으면(즉, 네트워크상의 회선 부하(회선 이용률)가 높으면), 송신 대상의 데이터의 우선도 등에 응하여 송신 순서를 교체하도록 하여도 좋다.
(f7 : 기타의 처리)
상술한 통신 방법에서는, 네트워크 컨트롤러의 송신 버퍼의 데이터 축적량 등에 의거하여, 네트워크상의 회선 부하(회선 이용률)를 판단하여, 포트(전송 경로)를 선택하는 처리를 예시하였지만, 이하와 같은 대체 처리 또는 추가 처리를 실시하여도 좋다.
예를 들면, 제어정보계 데이터에 관해, 가장 우선 순위가 높은 포트에 대응하는 네트워크 컨트롤러의 송신 버퍼의 데이터 축적량이 미리 정하여진 값을 초과하고 있어서, 다른 포트(전송 경로)로 변경한다고 판단된 경우라도, 당해 변경된 포트(전송 경로)를 이용하였다고 하여도, 지정된 도착 시각을 보증할 수가 없고 판단된 경우에는, 포트(전송 경로)의 변경은 행하지 않도록 하여도 좋다. 이 도착 시각을 보증할 수 있는지의 여부에 대해서는, 과거에 송신한 데이터의 전송에 필요로 하는 시간 등에 의거하여 판단할 수 있다.
또한, 포트(전송 경로)의 변경 유무에 관계없이, 지정된 도착 시각을 보증할 수가 없다고 판단된 경우에는, 통신 처리를 중지하고, 에러 통지 등을 행하여도 좋다. 에러 통지의 방법으로서는, 에러 플래그 등을 온으로 하는 처리를 포함하고, 에러 플래그가 온이 됨으로써, 유저 프로그램에서 이상(異常) 처리가 가능해진다. 또는, 보증 가능한 도착 시각을 유저 프로그램 등에 제시하면서, 당해 최단의 전송 경로에 통신을 계속하도록 하여도 좋다. 또한, 지정된 도착 시각을 보증할 수가 없다고 판단된 경우에 어느 처리를 선택적으로 실행하는지를, 미리 설정할 수 있도록 하여도 좋다.
예를 들면, 정보계 데이터가 특정한 포트(전송 경로)의 송신 버퍼에 축적되어 있는 상태이지만, 제어정보계 데이터는, 그 포트(전송 경로)를 이용하지 않는다면, 지정된 도착 시각을 보증할 수 없는 경우에는, 먼저 축적되어 있는 정보계 데이터의 우선 순위를 변경하는, 또는, 먼저 축적되어 있는 정보계 데이터가 이용하는 포트(전송 경로)를 변경하도록 하여도 좋다.
예를 들면, 제어계가 네트워크 컨트롤러의 송신 버퍼에 축적되려고 하는 경우에, 먼저, 제어정보계 데이터 또는 정보계 데이터가 송신 버퍼에 축적되어 있던 경우에는, 제어계 데이터를 최우선으로 송출하도록 하여도 좋다. 이때, 제어정보계 데이터에 관해서는, 제어계 데이터의 후에 송출하게 되기 때문에, 제어계 데이터의 후로의 송출이라도, 지정된 도착 시각을 보증할 수 있는 경우에는, 대상의 제어정보계 데이터를 제어계 데이터의 후에 송출하도록 하여도 좋다. 한편, 지정된 도착 시각을 보증할 수 없는 경우에는, 제어정보계 데이터를 송출하는 포트(전송 경로)를 변경하도록 하여도 좋다.
마스터로서 기능하는 제어 장치(100) 및 슬레이브로서 기능하는 디바이스(200)의 어느 것에서, 선택된 포트의 전환이 소정 회수 이상에 걸쳐서 연속해서 발생한 경우에는, 경로 설정 테이블(177)에 규정되는, 가장 우선 순위가 높은(즉, 디폴트의) 포트를 변경하여도 좋다. 마찬가지로, 전송 경로의 전송 상태가 양호하지 않은 경우에도, 경로 설정 테이블(177)의 내용을 갱신하도록 하여도 좋다.
본 실시의 형태에 따른 통신 방법에서는, 용장 경로를 이용하는 것이 되지만, 용장 경로를 이용함으로써, 2개의 다른 방향부터 데이터가 송신되는 경우가 생길 수 있다. 이와 같은 다른 방향부터의 데이터 송신에 의해, 데이터 사이의 충돌이 생길 수 있기 때문에, 이와 같은 데이터의 충돌을 방지하는 처리를 실행하도록 하여도 좋다.
도 15는, 본 실시의 형태에 따른 통신 방법에서 마스터로서 기능하는 통신 장치에서의 데이터의 송신 타이밍의 조정을 설명하기 위한 모식도이다. 도 15를 참조하면, 예를 들면, 마스터로서 기능하는 제어 장치(100)의 포트(1)로부터 제어계 데이터를 포함하는 프레임(FL1)를 송출한 후, 포트(2)로부터 제어정보계 데이터 또는 정보계 데이터를 포함하는 프레임(FL2)을 송출하였다고 한다. 프레임(FL1)은, 네트워크에 접속된 전 디바이스를 전송된 후, 포트(2)에 인접하는 디바이스(도 15의 예에서는, 디바이스(F))에서 되꺾여서, 재차 포트(1)로 되돌아온다.
이와 같은 프레임(FL1)의 전송 상태에 있어서, 제어 장치(100)의 포트(2)로부터 프레임(FL2)이 송출되면, 예를 들면, 디바이스(F) 등에서, 프레임(FL1)과 프레임(FL2) 사이의 충돌이 생길 수 있다. 즉, 디바이스(F)에는, 프레임(FL2)이 먼저 도착하고, 당해 프레임(FL2)이 디바이스(F)로부터 디바이스(E)에의 전송이 시작되면, 디바이스(F)에 나중에 도착하는 프레임(FL1)의 전송이 대기된다는 사태가 생길 수 있다.
이와 같은 프레임 사이의 충돌을 회피하기 위해, 제어계 데이터의 전송 중, 또는, 제어계 데이터의 송신 시작 직후의 일정 기간에서는, 제어정보계 데이터 또는 정보계 데이터를 포함하는 프레임을 다른 포트로부터 송출하지 않도록 제어하는 것이 바람직하다. 도 15에는, 프레임(FL2)의 송신 타이밍을 소정 시간만큼 지연시키는(시프트시키는) 예가 도시되어 있다.
또는, 제어정보계 데이터 또는 정보계 데이터를 포함하는 프레임(FL2')에 관해, 제어계 데이터를 포함하는 프레임(FL1)을 송출한 것과 같은 포트로부터 송출하도록 변경하여도 좋다.
이와 같이, 네트워크 내의 데이터의 전송 상태에 응하여, 제어계 데이터와 제어정보계 데이터/정보계 데이터가 충돌하지 않도록, 데이터의 송출 타이밍을 조정하는 것이 바람직하다.
(f8 : 분할 전송)
상술한 통신 방법의 설명에서는, 전송 경로를 동적으로 선택하는 처리례에 관해 설명하였지만, 용장 경로를 이용하여, 복수의 전송 경로를 이용하여 데이터를 전송하도록 하여도 좋다. 즉, 대상의 데이터를 분할하여, 분할된 각각의 데이터를 다른 전송 경로를 통하여 송신하도록 하여도 좋다. 즉, 상술한 통신 방법에서는, 제어정보계 데이터 또는 정보계 데이터를 지정된 시간 내에 송신처에 도착시킬 수가 없다고 판단되면, 당해 데이터의 전부에 관해 전송 경로를 전환하고 있지만, 당해 데이터의 일부만에 관해 전송 경로를 전환하도록 하여도 좋다. 이하, 이와 같은 분할 전송의 한 예에 관해 설명한다.
도 16은, 용장 경로를 갖지 않는 네트워크 구성에서의 데이터 전송의 또 다른 한 상태를 설명하는 도면이다. 도 17은, 본 실시의 형태에 따른 통신 방법에서의 전송 경로의 동적 선택의 또 다른 한 형태를 설명하는 도면이다.
도 16에 도시하는 바와 같이, 제어 장치(100)로부터 디바이스(200A)에 대해 제어정보계 데이터를 송신하는 경우에 있어서, 그 제어정보계 데이터의 데이터 사이즈가 상대적으로 크고, 요구되는 도착 시각을 보증할 수 없는 경우가 생길 수 있다. 또는, 대상의 제어정보계 데이터에 설정되는 도착 시각의 제약이 엄격한 경우 등에도, 그 설정되어 있는 도착 시각을 보증할 수 없는 경우가 생길 수 있다.
이와 같은 경우에 있어서, 용장 경로를 이용하여, 회선 부하를 분산시켜서, 제어정보계 데이터의 도착 시각을 확실하게 보증하도록 하여도 좋다. 구체적으로는, 도 17을 참조하면, 제어 장치(100)로부터 송신되는 제어정보계 데이터를 분할하여, 분할된 각 데이터를 도착 순서가 보증되도록 다른 전송 경로로 각각 송신함으로써, 실질적으로 전송 용량(통신대역)을 증대시킬 수 있다. 제어정보계 데이터의 분할에는, 프래그먼트 등의 방법을 이용할 수 있다.
도착 순서를 보증하기 위해, 데이터의 수신 노드 및 송신 노드에서 송신 순서를 적절히 수정하도록 하여도 좋다. 예를 들면, 수신 노드(또는, 전송 경로상에 존재하는 데이터 전송을 담당하는 노드)에서의 데이터의 도착 순서가 어긋난 경우에는, 당해 수신 노드에서 데이터의 순서를 정돈한 다음, 당해 데이터를 재구성하여도 좋다. 또는, 송신 노드(또는, 전송 경로상에 존재하는 데이터 전송을 담당하는 노드)는, 수신 노드 또는 중계 노드로부터의 정보나 통신 대역의 빈자리 상태의 정보 등에 의거하여, 도착 순서가 어긋나지 않도록 송신 타이밍이나 송신 데이터량 등을 조정하도록 하여도 좋다.
이때, 제어계 데이터에 관해서는, 엄밀한 도착 시각의 보증이 필요하고, 제어 정밀도를 유지하기 위해, 분할 전송은 이루어지지 않는다. 또한, 제어정보계 데이터에 더하여, 정보계 데이터에 대해서도, 분할 전송의 대상으로 하여도 좋다. 또한, 정보계 데이터에 관해서는, 도착 시간을 보증할 필요는 없는 것이지만, 통신 대역에 빈자리가 존재하는 것이면, 분할 전송의 대상으로 하여도 좋다.
도 18은, 본 실시의 형태에 따른 통신 처리의 마스터로서 기능하는 통신 장치에서의 다른 처리 순서를 도시하는 플로우 차트이다. 도 18에 도시하는 처리 순서는, 전형적으로는, 제어 장치(100)의 프로세서(102)(도 5)에 의해 시스템 주기마다 반복 실행된다.
도 18을 참조하면, 제어 장치(100)는, 어떤 데이터의 송신이 스케줄되었는지의 여부를 판단한다(스텝 S300). 어느 데이터의 송신도 스케줄되어 있지 않으면(스텝 S300에서 NO), 스텝 S300의 처리가 반복되다.
어떤 데이터의 송신이 스케줄되면(스텝 S300에서 YES), 제어 장치(100)는, 송신 대상의 데이터의 데이터 종별을 판단한다(스텝 S302).
데이터 종별이 제어계 데이터인 경우(스텝 S302에서 「제어계 데이터」)에는, 제어 장치(100)는, 경로 설정 테이블(177)을 참조하여, 송신 대상의 데이터의 송신처 정보(전형적으로는, 디바이스 번호 등)에 대응하는 포트를 사용 포트로서 선택한다(스텝 S304). 그리고, 선택된 사용 포트를 사용하여, 송신 대상의 데이터를 송출한다(스텝 S306).
데이터 종별이 제어정보계 데이터인 경우(스텝 S302에서 「제어정보계 데이터」)에는, 제어 장치(100)는, 경로 설정 테이블(177)을 참조하여, 송신 대상의 데이터의 송신처 정보에 대응하는 가장 우선 순위가 높은 포트를 사용 포트로서 선택한다(스텝 S308). 계속해서, 제어 장치(100)는, 송신 대상의 데이터의 도착 시각을 보증할 수 있는지의 여부를 판단한다(스텝 S310). 구체적으로는, 제어 장치(100)는, 송신 대상의 데이터에 설정되는 도착 시각에서 확보할 수 있는 전송 시간이 미리 정하여진 값 이하인지, 또는, 송신 대상의 데이터의 데이터 사이즈가 미리 정하여진 값 이상인지에 의거하여, 도착 시각의 보증 가부를 판단한다.
송신 대상의 데이터의 도착 시각을 보증할 수 없으면(스텝 S310에서 NO), 제어 장치(100)는, 경로 설정 테이블(177)을 참조하여, 현재 선택되어 있는 사용 포트에 더하여, 다른 포트도 사용 포트로서 추가적으로 선택함과 함께, 송신 대상의 데이터를 분할하고(스텝 S312), 분할한 각각의 송신 데이터를 각각의 사용 포트로부터 송출한다(스텝 S318).
송신 대상의 데이터의 도착 시각을 보증할 수 있다면(스텝 S310에서 YES), 제어 장치(100)는, 선택 중의 사용 포트를 사용하여, 송신 대상의 데이터를 송출한다(스텝 S306).
데이터 종별이 정보계 데이터인 경우(스텝 S302에서 「정보계 데이터」)에는, 제어 장치(100)는, 경로 설정 테이블(177)을 참조하여, 송신 대상의 데이터의 송신처 정보에 대응하는 포트를 사용 포트로서 선택한다(스텝 S314). 그리고, 선택된 사용 포트를 사용하여, 송신 대상의 데이터를 송출한다(스텝 S306).
단, 정보계 데이터에 대해서도 전송 경로의 동적인 선택을 행하는 경우에는, 스텝 S310, S312, S318과 같은 처리를 행하여도 좋다(스텝 S316).
상술한 바와 같이, 제어정보계 데이터 또는 정보계 데이터를 지정된 시간 내에 송신처에 도착시킬 수가 없다고 판단된 경우에는, 그들의 데이터를 당초의 전송 경로에 더하여, 새로운 전송 경로의 양방으로 송신처에 송신하도록 하여도 좋다. 이와 같은 복수의 전송 경로를 이용함으로써, 통신 효율을 보다 높일 수 있다.
<G : 이점>
본 실시의 형태에 따른 통신 방법에 의하면, 용장화된 네트워크에서 복수의 전송 경로를 선택 가능한 경우, 제어계 데이터의 전송을 최우선하면서, 제어정보계 데이터에 대해서도 미리 지정된 도착 시각을 보증하는 통신 방법을 제공할 수 있다. 보다 구체적으로는, 어느 선택된 전송 경로로 제어정보계 데이터를 전송하려고 한 경우에, 네트워크상의 회선 부하(회선 이용률) 등을 고려하여, 현재 선택 중의 전송 경로에서는, 지정된 도착 시각을 보증할 수가 없다고 판단된 경우에는, 현재 선택 중 전송 경로와는 다른 전송 경로를 선택하여 대상의 제어정보계 데이터를 전송할 수 있다. 이와 같은 전송 경로의 동적인 선택에 의해, 도착 시각을 엄밀하게 보증하여야 하는 제어계 데이터를 전송하면서, 제어계 데이터보다도 완만한 것이지만, 제어정보계 데이터에 관해 지정된 도착 시각을 보증할 수 있다.
즉, 엄밀한 도착 시각의 보증이 요구되는 제어계 데이터에 더하여, 완만하지만 도 도착 시각을 보증하여야 하는 제어정보계 데이터에 대해서도, 동일한 네트워크를 이용하여 전송할 수 있다. 즉, 다른 요구 및 데이터 사이즈가 설정되어 있는 제어계 데이터 및 제어정보계 데이터의 어느 것에 대해서도, 요구를 충족시키면서 동일 네트워크 내에서 전송할 수 있다.
금회 개시된 실시의 형태는 모든 점에서 예시이고 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 할 것이다. 본 발명의 범위는, 상기한 설명이 아니라, 청구의 범위에 의해 나타나고, 청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
1 : 통신 시스템 2 : 네트워크 구성
11, 12, 13, 14 : 네트워크 100 : 제어 장치
102 : 프로세서 104 : 메모리
106 : 스토리지 107 : 시스템 프로그램
108 : 유저 어플리케이션 프로그램 110 : 필드 네트워크
130 : 네트워크 컨트롤러 131, 141, 151, 161, 241, 251 : 수신 회로
132, 142, 152, 162, 242, 252 : 수신 버퍼
133, 143, 153, 163, 243, 253 : 송수신 컨트롤러
134, 144, 154, 164, 244, 254 : 송신 버퍼
135, 145, 155, 165, 245, 255 : 송신 회로
140, 150, 240, 250 : 필드 네트워크 컨트롤러
160 : 내부 버스 컨트롤러 170 : 스케줄러
173 : 유저 어플리케이션 실행 처리 174 : 주변 처리
176 : 통신 처리부 177 : 경로 설정 테이블
178 : 경로 설정 모듈 180 : 표시 장치
190 : 라인 관리 장치
200, 200A, 200B, 200C, 200D, 200E, 200F : 디바이스
210 : 처리 컨트롤러 220 : 기능 모듈
230 : 통신 처리 기능 300 : 제조 관리 장치
310 : 데이터베이스 장치 350 : 생산 관리 장치
1771 : 디바이스란 1772 : 접속 포트란
1773 : 제어계 데이터 사용 포트란
1774 : 제어정보계 데이터 사용 포트란
1775 : 정보계 데이터 사용 포트란
FL1, FL2 : 프레임
Ts : 시스템 주기

Claims (10)

  1. 용장화된 네트워크에 복수의 통신 장치가 접속된 통신 시스템으로서,
    제조 장치 또는 생산 설비의 제어에 이용하는 제1의 데이터를 미리 정하여진 주기마다 전송하는 제1의 전송 수단과,
    지정된 시간 내에 송신처에 도착시킬 필요가 있는 제2의 데이터를, 상기 제1의 데이터가 전송되지 않는 기간에 전송하는 제2의 전송 수단을 구비하고,
    상기 제2의 전송 수단은,
    상기 제2의 데이터를 지정된 시간 내에 상기 네트워크의 제1의 전송 경로로 송신처에 도착시킬 수 있는지의 여부를 판단하는 판단 수단과,
    상기 제2의 데이터를 지정된 시간 내에 상기 송신처에 도착시킬 수가 없다고 판단되면, 당해 제2의 데이터의 적어도 일부를 상기 네트워크의 상기 제1의 전송 경로와는 다른 제2의 전송 경로로 상기 송신처에 송신하도록 변경하는 경로 변경 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 판단 수단은, 상기 네트워크상의 상기 제1의 데이터의 전송에 관한 회선 이용률에 의거하여, 상기 제2의 데이터를 지정된 시간 내에 상기 송신처에 도착시킬 수 있는지의 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 판단 수단은, 상기 제1의 전송 경로상에 존재하는 송신원의 통신 장치와는 다른 통신 장치로부터 상기 회선 이용률을 취득하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 경로 변경 수단은, 상기 네트워크에 관한 미리 정하여진 규칙에 따라, 상기 제2의 전송 경로를 선택하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2의 전송 수단은, 전송 경로의 전환 이력에 의거하여, 상기 네트워크에 관한 미리 정하여진 규칙을 변경하는 규칙 변경 수단을 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1의 데이터 및 상기 제2의 데이터와는 다른 제3의 데이터를 전송하는 제3의 전송 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제3의 전송 수단은, 상기 제3의 데이터를 상기 네트워크의 제3의 전송 경로로 송신처에 전송할 때에, 상기 네트워크상의 상기 제3의 데이터의 전송에 관한 회선 이용률에 의거하여, 상기 제3의 데이터를 상기 네트워크의 상기 제3의 전송 경로와는 다른 제4의 전송 경로로 상기 송신처에 송신하도록 변경하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 경로 변경 수단은, 상기 제2의 데이터를 상기 제1의 전송 경로 및 상기 제2의 전송 경로의 양방으로 상기 송신처에 송신하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
  9. 용장화된 네트워크에 접속하기 위한 인터페이스와,
    제조 장치 또는 생산 설비의 제어에 이용하는 제1의 데이터를 미리 정하여진 주기마다 전송하는 제1의 전송 수단과,
    지정된 시간 내에 송신처에 도착시킬 필요가 있는 제2의 데이터를, 상기 제1의 데이터가 전송되지 않는 기간에 전송하는 제2의 전송 수단을 구비하고,
    상기 제2의 전송 수단은,
    상기 제2의 데이터를 지정된 시간 내에 상기 네트워크의 제1의 전송 경로로 송신처에 도착시킬 수 있는지의 여부를 판단하는 판단 수단과,
    상기 제2의 데이터를 지정된 시간 내에 상기 송신처에 도착시킬 수가 없다고 판단되면, 당해 제2의 데이터의 적어도 일부를 상기 네트워크의 상기 제1의 전송 경로와는 다른 제2의 전송 경로로 상기 송신처에 송신하도록 변경하는 경로 변경 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 장치.
  10. 복수의 통신 장치가 접속된 용장화된 네트워크에서의 통신 방법으로서,
    제조 장치 또는 생산 설비의 제어에 이용하는 제1의 데이터를 미리 정하여진 주기마다 전송하는 제1의 전송 스텝과,
    지정된 시간 내에 송신처에 도착시킬 필요가 있는 제2의 데이터를, 상기 제1의 데이터가 전송되지 않는 기간에 전송하는 제2의 전송 스텝을 구비하고,
    상기 제2의 전송 스텝은,
    상기 제2의 데이터를 지정된 시간 내에 상기 네트워크의 제1의 전송 경로로 송신처에 도착시킬 수 있는지의 여부를 판단하는 판단 스텝과,
    상기 제2의 데이터를 지정된 시간 내에 상기 송신처에 도착시킬 수가 없다고 판단되면, 당해 제2의 데이터의 적어도 일부를 상기 네트워크의 상기 제1의 전송 경로와는 다른 제2의 전송 경로로 상기 송신처에 송신하도록 변경하는 경로 변경 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 방법.
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