WO2022113383A1 - 制御装置、通信制御方法、および制御プログラム - Google Patents

制御装置、通信制御方法、および制御プログラム Download PDF

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WO2022113383A1
WO2022113383A1 PCT/JP2021/008911 JP2021008911W WO2022113383A1 WO 2022113383 A1 WO2022113383 A1 WO 2022113383A1 JP 2021008911 W JP2021008911 W JP 2021008911W WO 2022113383 A1 WO2022113383 A1 WO 2022113383A1
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WO
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communication frame
communication
input data
received
transmitted
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/008911
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English (en)
French (fr)
Inventor
健一 岩見
泰士 福田
Original Assignee
オムロン株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/05—Programmable logic controllers, e.g. simulating logic interconnections of signals according to ladder diagrams or function charts
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/42—Loop networks
    • H04L12/437—Ring fault isolation or reconfiguration

Definitions

  • the present invention relates to a control device that can be connected to a network, a communication control method in the control device, and a control program for realizing the control device.
  • a communication frame transmitted by a communication master (hereinafter, also simply referred to as “master”) circulates all communication slaves (hereinafter, also simply referred to as “slave”). Then, return to the master.
  • master a communication master
  • slave all communication slaves
  • the port of the slave existing on the path is used for receiving and transmitting the communication frame. It is possible to adopt a form in which only one is performed.
  • the former is referred to as a "non-ring configuration" and the latter is also referred to as a "ring configuration".
  • the communication frame is transmitted in one direction on each of the cables connected to the slave.
  • Patent Document 1 discloses a master device capable of easily knowing an illegal route in a network including a ring topology.
  • round trip time the time required for the communication frame transmitted from the master to make a round and return to the master. More specifically, as the round trip time increases, the update cycle of the data exchanged between the communication master and the communication slave becomes long, and the control performance may deteriorate.
  • the round trip time increases as the number of communication slaves increases, but by adopting the ring configuration, it is possible to suppress the increase in the round trip time as compared with the case of adopting the non-ring configuration.
  • the ring configuration is a kind of redundant network, and if any failure occurs in the network, the non-ring configuration network is automatically reconfigured and the transmission of communication frames is continued. However, as the network configuration changes, the round trip time may change in the direction of becoming longer.
  • An object of a certain aspect of the present invention is to provide a new mechanism capable of both shortening the round trip time obtained by the ring configuration and stabilizing control when some kind of failure occurs in the ring configuration.
  • a control device includes a communication unit connected to a network configured to make a cycle of communication frames, and a control operation based on input data included in the communication frame received via the communication unit. It also includes an arithmetic processing unit that repeatedly executes transmission of a communication frame including output data determined by the control operation every execution cycle. If the arithmetic processing unit does not receive the transmitted communication frame by the first threshold time after transmitting the communication frame, it is a backup data included in the communication frame received before the transmission. The transmitted communication frame must be received by the first operation mode in which the control operation is executed based on the input data and the second threshold time shorter than the first threshold time after the communication frame is transmitted.
  • the second operation mode for executing the control operation based on the preliminary input data which is the input data included in the communication frame received before the transmission can be selected. If the arithmetic processing unit receives the transmitted communication frame by the first threshold time in the first operation mode, the arithmetic processing unit updates the preliminary input data with the input data included in the received communication frame, and the second If the transmitted communication frame is received by the third threshold time longer than the second threshold time in the operation mode of, the preliminary input data is updated with the input data included in the received communication frame.
  • the input data to be used for the control calculation is determined and the preliminary input data is determined based on whether or not the communication frame transmitted by the first threshold time can be received. Judge the update of.
  • the input data used for the control calculation is determined based on whether or not the communication frame transmitted by the second threshold time can be received, but the update of the preliminary input data is performed.
  • Communication frames received by the third threshold time which is longer than the second threshold time, can be targeted. Therefore, in the second operation mode, even if the time from the transmission of the communication frame to the start of the execution of the control operation is set shorter than that in the first operation mode, the third threshold is set. If the communication frame can be received by the time, the preliminary input data can be updated appropriately. Therefore, it is possible to stabilize the control.
  • the network may include a ring configuration configured such that the communication frame is transmitted in only one direction on each of the cables connected to the communication slave.
  • the arithmetic processing unit may be able to enable the second operation mode when the network includes a ring configuration. According to these configurations, it is possible to provide an operation mode suitable for the ring configuration.
  • the network may include a daisy-chained configuration.
  • the second threshold time may be determined based on the time required for the communication frame transmitted from the communication unit to make a round and return to the communication unit in the ring configuration.
  • the third threshold time is determined based on the time required for the communication frame transmitted from the communication unit to make a round and return to the communication unit when any of the cables included in the ring configuration cannot transmit the communication frame. You may. According to this configuration, it is possible to predict changes in the network configuration and determine an appropriate threshold time.
  • the ring configuration may include a communication unit and a relay device connected to a plurality of communication slaves. According to this configuration, a ring configuration having Junction Redundancy can be realized.
  • the communication unit may have a plurality of ports connected to different communication slaves. According to this configuration, a ring configuration having cable redundancy (Cable Redundancy) can be realized.
  • the execution cycle in the second operation mode may be set shorter than the execution cycle in the first operation mode. According to this configuration, it is possible to shorten the execution cycle of control operations and / or increase the amount of operations that can be executed.
  • the operation mode of the arithmetic processing unit can be referred to by an instruction included in the user program executed by the arithmetic processing unit. According to this configuration, the processing can be easily different depending on the operation mode in the arithmetic processing unit.
  • a communication control method executed by a control device including a communication unit connected to a network configured to make a cycle of communication frames.
  • the communication control method is a step of executing input processing according to the operation mode selected from the first operation mode and the second operation mode, and control based on the input data included in the communication frame received via the communication unit. It includes a step of executing an operation and a step of transmitting a communication frame containing output data determined by a control operation.
  • the step of executing the input process in the first operation mode, if the transmitted communication frame is not received by the first threshold time after the communication frame is transmitted, the communication frame received before the transmission is received.
  • the transmitted communication frame is received by the step of using the preliminary input data, which is the input data included in the above, for the control calculation and the first threshold time, the input data included in the received communication frame is used as a backup. Includes steps to update the input data.
  • the step of executing the input process is such that if the transmitted communication frame is not received by the second threshold time shorter than the first threshold time after the communication frame is transmitted, the transmitted communication frame is not received.
  • the step of using the preliminary input data which is the input data included in the communication frame received before the transmission, for the control calculation, and the transmitted communication frame by the third threshold time longer than the second threshold time. If received, it includes a step of updating the preliminary input data with the input data included in the received communication frame.
  • a control program executed by a computer including a communication unit connected to a network configured to make a cycle of communication frames.
  • the control program is based on a step of executing input processing to the computer according to the operation mode selected from the first operation mode and the second operation mode, and input data included in the communication frame received via the communication unit.
  • the step of executing the control operation and the step of transmitting the communication frame including the output data determined by the control operation are executed.
  • the step of executing the input process in the first operation mode, if the transmitted communication frame is not received by the first threshold time after the communication frame is transmitted, the communication frame received before the transmission is received.
  • the transmitted communication frame is received by the step of using the preliminary input data, which is the input data included in the above, for the control calculation and the first threshold time, the input data included in the received communication frame is used as a backup. Includes steps to update the input data.
  • the step of executing the input process is such that if the transmitted communication frame is not received by the second threshold time shorter than the first threshold time after the communication frame is transmitted, the transmitted communication frame is not received.
  • the step of using the preliminary input data which is the input data included in the communication frame received before the transmission, for the control calculation, and the transmitted communication frame by the third threshold time longer than the second threshold time. If received, it includes a step of updating the preliminary input data with the input data included in the received communication frame.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a control system according to the present embodiment.
  • the control system 1 shown in FIGS. 1A to 1C is an example of a control device that functions as a communication master (master), a PLC100, and a device 200 such as an input / output device that functions as a communication slave (slave).
  • master a communication master
  • PLC100 a PLC100
  • device 200 such as an input / output device that functions as a communication slave (slave).
  • -1 to 200-5 hereinafter, also collectively referred to as "device 200"
  • a relay device 300 are included.
  • the "ring configuration" in the present specification means a network configured so that a communication frame is transmitted in only one direction in each of the cables connected to the slave.
  • each of the slaves has a plurality of ports, and one port means a "ring configuration" in which only one of transmission and reception of a communication frame is performed.
  • the "non-ring configuration" in the present specification means a network configured so that a communication frame is transmitted in both directions in any of the cables connected to the slave.
  • a configuration in which one of the ports of the slave performs both transmission and reception of communication frames means a "non-ring configuration”.
  • the PLC 100 has a port 151 for transmitting and receiving communication frames.
  • Each of the devices 200-1 to 200-5 has a first port 251 and a second port 252 for transmitting and receiving communication frames.
  • the first port 251 is a port (IN port) to which a communication frame is input
  • the second port 252 is a port (OUT port) to which a communication frame is output.
  • the relay device 300 has a first port 351 and a second port 352 and a third port 353 for transmitting and receiving communication frames.
  • the relay device 300 receives a communication frame at a certain port, the relay device 300 transmits the received frame from another port determined according to a predetermined rule.
  • a predetermined rule the first port 351 ⁇ the second port 352 ⁇ the third port 353 ⁇ the first port 351 ⁇ ... may be determined cyclically.
  • FIG. 1 (A) shows an example of a ring configuration.
  • the communication frame transmitted from the port 151 of the PLC 100 is the cable 20, the first port 351 of the relay device 300, the second port 352 of the relay device 300, the cable 21, the first port 251 of the device 200-1, and the device 200-1.
  • 2nd port 252 cable 22, 1st port 251 of device 200-2, 2nd port 252 of device 200-2, cable 23, 1st port 251 of device 200-3, 2nd port of device 200-3 252, cable 24, first port 251 of device 200-4, second port 252 of device 200-4, cable 25, first port 251 of device 200-5, second port 252 of device 200-5, cable 26 ,
  • the third port 353 of the relay device 300 and the cable 20 make a round in this order, and return to the port 151 of the PLC 100.
  • the number of passages of the communication frame port transmitted from the port 151 of the PLC 100 is 14.
  • FIG. 1B shows a case where the cable 24 connecting the device 200-3 and the device 200-4 is broken for some reason.
  • the device 200-3 since the communication frame cannot be transmitted from the second port 252 of the device 200-3, the device 200-3 transmits the communication frame from the first port 251. That is, the device 200-3 returns the communication frame by the same route.
  • the communication frame includes the cable 23, the second port 252 of the device 200-2, the first port 251 of the device 200-2, the cable 22, the second port 252 of the device 200-1, and the first port of the device 200-1.
  • the number of passages of the communication frame port transmitted from the port 151 of the PLC 100 is 22.
  • FIG. 1 (C) shows an example of a non-ring configuration.
  • the communication frame transmitted from the port 151 of the PLC 100 is the cable 20, the first port 351 of the relay device 300, the second port 352 of the relay device 300, the cable 21, the first port 251 of the device 200-1, and the device 200-1.
  • the round trip time is determined by the total of the port transit time and the cable transit time, but the port transit time is the dominant factor. Therefore, as the number of ports through which the communication frame passes increases, the round trip time increases.
  • the round trip time Tr2 (Tr2> Tr1) in the configuration shown in FIG. 1B is longer than the round trip time Tr1 in the ring configuration shown in FIG. 1 (A). Since the number of passing ports is the same, the round trip time Tr2 in the configuration shown in FIG. 1 (B) is substantially the same as the round trip time Tr3 in the configuration shown in FIG. 1 (C) (Tr2 ⁇ Tr3).
  • the round trip time may be extended and the system may not operate as designed. There is also sex.
  • control system provides a mechanism capable of suppressing the influence on the control performance even when the ring configuration is changed to the non-ring configuration.
  • the communication control method provided by the control system according to the present embodiment is not applied only when the ring configuration is changed to the non-ring configuration, but can be applied to various network configurations.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of processing in PLC100 of the control system 1 according to the present embodiment.
  • the PLC 100 periodically executes a series of processes including a control operation 160, an output process 162, and an input process 164.
  • a series of processes including a control operation 160, an output process 162, and an input process 164.
  • the cycle in which a series of processes are executed is also referred to as a “task execution cycle”.
  • the input process 164 is a process of collecting input data such as measured values from the device 200.
  • the control operation 160 performs an operation for controlling a control target based on the input data collected by the input process 164, and determines output data such as a command value to the device 200.
  • the output process 162 is a process of transmitting the output data determined by the control operation 160 to the target device 200.
  • the arithmetic processing unit (processor 102 shown in FIG. 5) of the PLC 100 is determined by the control arithmetic 160 and the control arithmetic 160 based on the input data included in the communication frame received via the field network controller 112. The transmission of the communication frame including the output data is repeatedly executed every task execution cycle.
  • the output process 162 and the input process 164 are realized by using a communication frame. Therefore, the time from the end of the output process 162 to the start of the input process 164 depends on the time from the transmission of the communication frame by the PLC 100 to the return of the communication frame, that is, the round trip time.
  • FIGS. 2 (A) to 2 (C) a non-ring configuration is premised.
  • FIG. 2A shows a time chart when the number of devices 200 connected to the PLC 100 and the calculation amount of the control calculation 160 are both relatively small.
  • FIG. 2B shows a time chart when the number of devices 200 connected to the PLC 100 increases as compared with FIG. 2A.
  • FIG. 2C shows a time chart when the amount of operation of the control operation 160 is increased as compared with FIG. 2B.
  • a task execution cycle Tc2 longer than the task execution cycle Tc1 is required. That is, as the number of connected devices 200 and the amount of calculation of the control calculation 160 increase, the task execution cycle is extended by ⁇ Tc.
  • the communication time it is preferable to shorten the communication time as much as possible.
  • the number of passages through the ports can be reduced, so that the round trip time, that is, the communication time can be shortened.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing another example of the processing of the control system 1 according to the present embodiment in the PLC100.
  • FIG. 3A shows a time chart when a non-ring configuration is adopted
  • FIG. 3B shows a time chart when a ring configuration is adopted, as in FIG. 2B.
  • the communication time Tt2 is shortened to the communication time Tt3 ( ⁇ communication time Tt2), and when the task execution cycle Tc1 is set to be the same, the shortened communication is performed.
  • the minute of time becomes the spare time 166, and more operations can be executed as the control operation 160.
  • the communication time can be shortened, which can improve the control performance such as shortening the task execution cycle and executing more control operations.
  • the ring configuration changes to the non-ring configuration, and the communication time becomes long.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing still another example of the processing of the control system 1 according to the present embodiment in the PLC100.
  • FIG. 4A shows a time chart when the ring configuration is adopted as in FIG. 3B
  • FIG. 4B shows a time chart when the ring configuration is changed to the non-ring configuration. Is shown.
  • the communication time Tt3 can be shortened, and even if the calculation amount of the control calculation 160 is relatively large, the control calculation 160, the output process 162, and the input A series of processes including the process 164 can be periodically executed in the task execution cycle Tc1.
  • the system may be designed as shown in FIG. 4C on the premise of the communication time in the non-ring configuration. That is, in the time chart shown in FIG. 4C, the task execution cycle Tc3 is set with a certain time margin.
  • the system design shown in FIG. 4C although it is robust, the merit of shortening the round trip time by adopting the ring configuration cannot be utilized.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing a hardware configuration example of the PLC100 of the control system 1 according to the present embodiment.
  • the PLC 100 includes, as main hardware components, a processor 102, a main memory 104, a storage 110, a field network controller 112, and a local bus controller 114. These hardware components are electrically connected via the internal bus 118.
  • the processor 102 corresponds to an arithmetic processing unit that executes control operations, and is composed of a CPU (Central Processing Unit), a GPU (Graphics Processing Unit), and the like. Specifically, the processor 102 reads out the program stored in the storage 110, expands it in the main memory 104, and executes it to realize control operations according to the control target and various processes as described later. do.
  • a CPU Central Processing Unit
  • GPU Graphics Processing Unit
  • the main memory 104 is composed of a volatile storage device such as a DRAM (Dynamic Random Access Memory) or a SRAM (Static Random Access Memory).
  • the storage 110 is composed of, for example, a non-volatile storage device such as an SSD (Solid State Drive) or an HDD (Hard Disk Drive).
  • the storage 110 stores a system program 1102 for realizing basic functions, a user program 1104 created according to a control target, a system setting information 1106 for determining a process as described later, and the like.
  • the system program 1102 can be regarded as at least a part of the control program in order to realize the basic functions in the PLC 100.
  • the field network controller 112 corresponds to a communication unit and is connected to a network configured so that communication frames make a round. More specifically, the field network controller 112 has a port 151 and is in charge of transmission / reception processing of communication frames.
  • the field network controller 112 of the PLC 100 functions as a communication master (master).
  • the field network controller 112 may have a synchronization counter for periodically transmitting and receiving communication frames.
  • the local bus controller 114 is electrically connected to one or more functional units 116 via the internal bus 118.
  • the functional unit 116 includes a function of exchanging various signals with a controlled object.
  • the functional unit 116 has, for example, a DI (Digital Input) function that receives a digital signal from a controlled object, a DO (Digital Output) function that outputs a digital signal to the controlled object, and an AI (Analog) that receives an analog signal from the controlled object. It has one or more of the Input) function and the AO (Analog Output) function that outputs an analog signal to the controlled object.
  • the functional unit 116 may include a controller equipped with special functions such as PID (Proportional Integral Derivative) control and motion control.
  • FIG. 5 shows a configuration example in which the necessary functions are provided by the processor 102 executing a program, and some or all of these provided functions are provided by a dedicated hardware circuit (for example, ASIC). It may be implemented using (Application Specific Integrated Circuit) or FPGA (Field-Programmable Gate Array). Alternatively, the main part of the PLC 100 may be realized by using hardware that follows a general-purpose architecture (for example, an industrial personal computer based on a general-purpose personal computer). In this case, a virtualization technique may be used to execute a plurality of OSs (Operating Systems) having different uses in parallel, and to execute necessary applications on each OS.
  • OSs Operating Systems
  • a configuration in which functions such as a display device and a support device are integrated into the PLC 100 may be adopted.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing a hardware configuration example of the device 200 of the control system 1 according to the present embodiment.
  • the device 200 includes, as main hardware components, a control circuit 206, a field network controller 212, and a functional module 220.
  • the control circuit 206 is an arithmetic processing unit that proactively executes processing in the device 200.
  • the control circuit 206 typically includes a processor 202, a main memory 204, and a storage 210.
  • the processor 202 is composed of a CPU, a GPU, and the like.
  • the main memory 204 is composed of a volatile storage device such as DRAM or SRAM.
  • the storage 210 is composed of, for example, a non-volatile storage device such as an SSD.
  • a ROM (Read Only Memory) may be adopted as the storage 210.
  • the control circuit 206 may be mounted using a dedicated hardware circuit (for example, ASIC or FPGA).
  • the field network controller 212 has a first port 251 and a second port 252, and is in charge of transmission / reception processing of communication frames.
  • the field network controller 212 of the device 200 functions as a communication slave (slave).
  • the field network controller 212 may have a synchronization counter for periodically transmitting and receiving communication frames.
  • the functional module 220 is in charge of processing for exchanging various signals with the controlled object.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing a hardware configuration example of the relay device 300 of the control system 1 according to the present embodiment.
  • the relay device 300 includes a control circuit 306 and a field network interface 312 as main hardware components.
  • the control circuit 306 is an arithmetic processing unit that independently executes the transfer processing of the communication frame in the relay device 300.
  • the control circuit 306 typically includes a processor 302, a main memory 304, and a storage 310.
  • the processor 302 is composed of a CPU, a GPU, and the like.
  • the main memory 304 is composed of a volatile storage device such as DRAM or SRAM.
  • the storage 310 is composed of, for example, a non-volatile storage device such as an SSD. A ROM may be adopted as the storage 310.
  • the control circuit 306 may be mounted using a dedicated hardware circuit (for example, ASIC or FPGA).
  • the field network interface 312 has a first port 351 and a second port 352 and a third port 353, and includes a receiving circuit and a transmitting circuit (not shown) of the communication frame.
  • the behavior of the communication frame transmitted from the master is as follows: (1) the communication frame returns to the master within a predetermined time, and (2) the communication frame is lost and the master. Two types are assumed, one that does not return to.
  • the behavior of the communication frame transmitted from the master is as follows: (1) the communication frame returns to the master within a predetermined time, and (2) the communication frame changes to a non-ring configuration. Three types are assumed: the communication frame returns to the master after a predetermined time, and (3) the communication frame is lost and does not return to the master.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining a process related to communication time in the control system 1 according to the present embodiment.
  • FIG. 8A shows an example of a non-ring configuration
  • FIG. 8B shows an example of a ring configuration.
  • the input process 164 starts from the end of the output process 162 regardless of whether the ring configuration is normal or not.
  • the time until is set relatively long.
  • the threshold time Th1 is set with reference to the end timing T0 of the output process 162.
  • the threshold time Th2 and the threshold time Th3 are set with reference to the end timing T0 of the output process 162.
  • the threshold time Th1 and the threshold time Th3 correspond to the communication timeout time
  • the threshold time Th2 corresponds to the threshold time for determining that some kind of failure has occurred in the ring configuration.
  • the threshold time Th1 and the threshold time Th3 are determined based on the round trip time of the non-ring structure, and the threshold time Th2 is determined based on the round trip time of the ring configuration.
  • the threshold time Th1 and the threshold time Th3 may have the same value or different values.
  • the processing is different for each of the three types of normal, delayed, and frame lost.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining an example of the input process 164 in the PLC 100 of the control system 1 according to the present embodiment.
  • the data (hereinafter referred to as input data) from the device 200 or the like included in the communication frame returned to the PLC 100 is the current cycle input data 170 and the preliminary input data 172, which are independent of each other. It is held in the main memory 104.
  • the current cycle input data 170 is input data included in the communication frame received in the current task execution cycle.
  • the preliminary input data 172 is input data included in the newest and appropriately received communication frame other than the current task execution cycle.
  • the current cycle input data 170 is used as input data in the control operation 160.
  • the preliminary input data 172 is used as input data in the control operation 160. That is, in “delay” and "frame lost", the communication frame of the current task execution cycle cannot be used, so the control operation 160 is executed by using the communication frame received before that.
  • the input data included in the communication frame received in the current task execution cycle is held as the current cycle input data 170 and also as the preliminary input data 172. That is, if it is "normal”, the current cycle input data 170 and the preliminary input data 172 are the same input data.
  • the current cycle input data 170 is not updated, but since the communication frame itself is received, it is used as the preliminary input data 172. Can be retained. Therefore, in the case of "delay”, the input data included in the received communication frame is held as the preliminary input data 172 after the execution of the control operation 160.
  • the input process 164 can be executed using the input data included in the communication frame received in each task execution cycle as long as the frame lost does not occur. Therefore, there is no time lag between the timing at which the input data is acquired and the execution timing of the input process 164. Focusing on such an advantage, the operation mode of the PLC100 in this case is referred to as a "data synchronization priority mode".
  • the PLC 100 In the data synchronization priority mode, if the PLC 100 does not receive the transmitted communication frame by the threshold time Th1 (first threshold time) after the communication frame is transmitted, the PLC 100 receives the communication frame before the transmission.
  • the control operation 160 is executed based on the preliminary input data 172 which is the input data included in the communication frame. With respect to the preliminary input data 172, if the PLC 100 receives the communication frame transmitted by the threshold time Th1, the PLC 100 updates the preliminary input data 172 with the input data included in the received communication frame.
  • the system can be designed on the premise of the round trip time obtained by the ring configuration.
  • the ring configuration is changed to the non-ring configuration, the input data used in the input process 164 is included in the communication frame received in the previous task execution cycle. That is, even if the ring configuration is changed to the non-ring configuration, the time lag between the timing at which the input data is acquired and the execution timing of the input process 164 can be suppressed to only one cycle of the task execution cycle.
  • the control performance can be improved from the viewpoint of the input / output response performance and the calculation amount of the control calculation 160. Focusing on such an advantage, the operation mode of the PLC100 in this case is referred to as a "control performance priority mode".
  • the PLC 100 In the control performance priority mode, if the PLC 100 does not receive the transmitted communication frame by the threshold time Th2 (second threshold time) after the communication frame is transmitted, the communication received before the transmission.
  • the control operation 160 is executed based on the preliminary input data 172 which is the input data included in the frame.
  • the preliminary input data 172 if the PLC100 receives a communication frame transmitted by a threshold time Th3 (third threshold time) longer than the threshold time Th2, the PLC100 reserves the input data included in the received communication frame.
  • the input data 172 is updated.
  • the execution cycle in the control performance priority mode can be set shorter than the execution cycle in the data synchronization priority mode.
  • the control performance priority mode may be enabled when the network includes a ring configuration.
  • the PLC 100 periodically executes a process including an input process as described later according to an operation mode selected from the data synchronization priority mode and the control performance priority mode.
  • FIG. 10 is a flowchart showing a processing procedure in the data synchronization priority mode by the PLC 100 of the control system 1 according to the present embodiment. Each step shown in FIG. 10 is typically realized by the processor 102 of the PLC 100 executing the system program 1102 and the user program 1104 (see FIG. 5).
  • the PLC 100 determines whether or not the task execution cycle has arrived (step S100).
  • the PLC 100 generates and transmits a communication frame including the output data calculated by the previous control operation (step S102). That is, the PLC 100 transmits a communication frame including output data determined by a control operation.
  • the PLC 100 determines whether or not a communication frame that has circled the network has been received (step S104).
  • step S104 the PLC 100 stores the input data included in the received communication frame as the current cycle input data 170 (step S106), and uses the current cycle input data 170. And execute the control operation (step S108). At the same time, the PLC 100 updates the preliminary input data 172 with the current cycle input data 170 (step S110). As described above, if the PLC 100 receives the communication frame transmitted by the threshold time Th1 (first threshold time), the PLC 100 updates the preliminary input data 172 with the input data included in the received communication frame. Then, the processing of step S100 or less is repeated.
  • Th1 first threshold time
  • step S104 determines whether or not the threshold time Th1 has elapsed since the communication frame was transmitted (step S112). If the threshold time Th1 has not elapsed (NO in step S112), the processing of step S104 or less is repeated.
  • the PLC 100 selects the preliminary input data 172 as input data to be used for the control operation (step S114), and executes the control operation using the preliminary input data 172. (Step S116). As described above, if the PLC 100 does not receive the transmitted communication frame by the threshold time Th1 (first threshold time) after the communication frame is transmitted, it is included in the communication frame received before the transmission. The preliminary input data, which is the input data that has been stored, is used for the control calculation. At this time, the preliminary input data 172 is not updated. Then, the processing of step S100 or less is repeated.
  • FIG. 11 is a flowchart showing a processing procedure in the control performance priority mode by the PLC 100 of the control system 1 according to the present embodiment. Each step shown in FIG. 11 is typically realized by the processor 102 of the PLC 100 executing the system program 1102 and the user program 1104 (see FIG. 5).
  • the PLC 100 determines whether or not the task execution cycle has arrived (step S200).
  • the PLC 100 generates and transmits a communication frame including the output data calculated by the previous control operation (step S202). That is, the PLC 100 transmits a communication frame including output data determined by a control operation.
  • the PLC 100 determines whether or not a communication frame that has circled the network has been received (step S204).
  • step S204 If the communication frame that has circled the network is received (YES in step S204), the PLC 100 stores the input data included in the received communication frame as the current cycle input data 170 (step S206), and uses the current cycle input data 170. And execute the control operation (step S208). At the same time, the PLC 100 updates the preliminary input data 172 with the current cycle input data 170 (step S210). Then, the process of step S200 or less is repeated.
  • step S204 determines whether or not the threshold time Th2 has elapsed since the communication frame was transmitted (step S212). If the threshold time Th2 has not elapsed (NO in step S212), the processing of step S204 or less is repeated.
  • the PLC 100 selects the preliminary input data 172 as input data to be used for the control operation (step S214), and executes the control operation using the preliminary input data 172. (Step S216). As described above, if the PLC 100 does not receive the transmitted communication frame by the threshold time Th2 (second threshold time) after the communication frame is transmitted, it is included in the communication frame received before the transmission. The preliminary input data, which is the input data that has been stored, is used for the control operation.
  • the PLC 100 determines whether or not a communication frame that has circled the network has been received by the time the threshold time Th3 elapses (step S218). If the communication frame that has circled the network has been received by the time when the threshold time Th3 elapses (YES in step S218), the PLC 100 updates the preliminary input data 172 with the input data included in the received communication frame (YES in step S218). Step S220). As described above, if the PLC 100 receives the communication frame transmitted by the threshold time Th3 (third threshold time), the PLC 100 updates the preliminary input data 172 with the input data included in the received communication frame. Then, the process of step S200 or less is repeated.
  • step S228 if the communication frame that has circled the network has not been received by the time when the threshold time Th3 elapses (NO in step S218), the preliminary input data 172 is not updated, and the processing of step S100 or less is repeated.
  • FIG. 12 is a time chart showing an operation example of the control system 1 according to the present embodiment.
  • FIG. 12A shows an operation example in the ring configuration.
  • the input data included in the communication frame 30 is the current cycle input data 170. Is stored as, and is used in the control operation 160 of the same task execution cycle.
  • FIG. 12B shows an operation example when the ring configuration is changed to the non-ring configuration.
  • the preliminary input data updated in the previous task execution cycle 172 is used in control operation 160.
  • the input data included in the communication frame 30 received in the same task execution cycle is stored as preliminary input data 172 and is used in the control calculation 160 of the next task execution cycle.
  • FIG. 12C shows an operation example when the non-ring configuration is restored to the ring configuration.
  • the communication frame 30 can make a round between the end of the output process 162 and the start of the input process 164.
  • the input data (current cycle input data 170) received in the communication frame 30 received in the same task execution cycle is in the control operation 160. Will be used.
  • control performance is improved. You can continue to execute control operations with the effect of.
  • the user program 1104 and system setting information 1106 stored in the PLC 100 can be created and set by using the support device 400 that can be connected to the PLC 100.
  • FIG. 13 is a schematic diagram showing a hardware configuration example of the support device 400 of the control system 1 according to the present embodiment.
  • the support device 400 is realized, for example, by using hardware (for example, a general-purpose personal computer) that follows a general-purpose architecture.
  • the support device 400 provides an integrated development environment in which the control system 1 can be set for the PLC 100 and the device 200, and the user program 1104 executed by the PLC 100 can be created in an integrated manner. In the integrated development environment, debugging and simulation may be possible.
  • the support device 400 has, as main hardware components, a processor 402, a main memory 404, an input unit 406, a display unit 408, a storage 410, a communication controller 412, and an optical drive 416. , USB controller 424 and so on. These hardware components are electrically connected via the internal bus 228.
  • the processor 402 is composed of a CPU, a GPU, or the like, and realizes a function as a support device 400 by reading a program stored in the storage 410, expanding it to the main memory 404, and executing the program.
  • the main memory 404 is composed of a volatile storage device such as DRAM or SRAM.
  • the storage 410 is composed of, for example, a non-volatile storage device such as an HDD or SSD.
  • the storage 410 stores an OS 4102 for realizing basic functions, a development program 4104 for realizing an integrated development environment, and the like.
  • the development program 4104 is executed by the processor 402 to provide an integrated development environment.
  • the input unit 406 is composed of a keyboard, a mouse, and the like, and receives user operations.
  • the display unit 408 is composed of a display, various indicators, and the like, and outputs a processing result from the processor 402 and the like.
  • the communication controller 412 exchanges data with an arbitrary information processing device via an arbitrary upper network.
  • the optical drive 416 reads arbitrary data from a storage medium 418 (for example, an optical storage medium such as a DVD) that non-transiently stores a computer-readable program, and writes arbitrary data to the storage medium 418. Can be done.
  • a storage medium 418 for example, an optical storage medium such as a DVD
  • the USB controller 424 exchanges data with any information processing device via a USB connection.
  • the program stored in the storage medium 418 that temporarily stores the computer-readable program may be read and installed in the storage 410 or the like.
  • various programs executed by the support device 400 may be installed by downloading from a server device or the like on the network.
  • the function provided by the support device 400 according to the present embodiment may be realized by using a part of the module provided by the OS 4102.
  • the support device 400 may be removed from the PLC 100 while the control system 1 is in operation.
  • the support device 400 may have a function of determining the above-mentioned threshold times Th1, Th2, Th3, respectively.
  • the threshold time Th1 (first threshold time) is the time for determining the frame lost, and is determined based on the round trip time in the target network.
  • the threshold time Th2 (second threshold time) is determined based on the round trip time in a state where no failure has occurred in the ring configuration. That is, the threshold time Th1 is determined based on the time required for the communication frame transmitted from the field network controller 112 (communication unit) of the PLC 100 to make a round and return to the field network controller 112 (communication unit) in the ring configuration. To.
  • the threshold time Th3 (third threshold time) is determined based on the round trip time in a state where no failure has occurred in the ring configuration. That is, in the threshold time Th3, the communication frame transmitted from the field network controller 112 (communication unit) goes around in a state where any of the cables included in the ring configuration cannot transmit the communication frame, and the field network controller 112 (communication). It is decided based on the time to return to the part).
  • the support device 400 may measure the time required for the communication frame in the network of the control system 1 to make a round, and determine the threshold time Th2 and / or the threshold time Th3 based on the measured time. good.
  • the support device 400 may determine the threshold time Th2 and / or the threshold time Th3 by simulation. For example, the support device 400 has a threshold time Th1 and / or a threshold according to a predetermined calculation formula based on the number of devices 200 connected to the network and the information of the network connection form (network topology). The time Th2 may be determined.
  • the user creates the user program 1104 by using the integrated development environment provided by the support device 400, and also makes various settings related to the control system 1.
  • the support device 400 can estimate the execution time of the user program 1104 by simulation according to the user operation. Then, the support device 400 can also give advice to the user, such as changing the operation mode, based on the simulation result.
  • FIG. 14 is a schematic diagram showing an example of a user interface screen 450 provided by the support device 400 of the control system 1 according to the present embodiment.
  • the user interface screen 450 shows a graph 452 showing the execution time of the user program 1104 calculated in the current setting, and a user in the case where the control performance priority mode is adopted after changing the network configuration.
  • the measured value measured by the PLC 100 may be adopted.
  • the user can grasp in advance how much the execution time (task execution cycle) of the user program 1104 can be shortened.
  • the user refers to message 460, changes the network configuration of the control system 1 from the non-ring configuration to the ring configuration, and then checks the check box 458 to enable the control performance priority mode.
  • the control performance priority mode is enabled, the user may be notified that data synchronization may be lost if any failure occurs in the network.
  • the check box 456 is checked, and it can be seen that the data synchronization priority mode is selected.
  • the operation mode of the PLC 100, the execution time of the user program 1104, and the like may be confirmed and acquired by any method.
  • the support device 400 is connected to the PLC 100, and the operation mode of the PLC 100 (whether the data synchronization priority mode or the control performance priority mode is k) and the execution of the user program 1104 are performed on the support device 400. It may be possible to monitor the time and the like.
  • an HMI Human Machine Interface
  • the control system 1 may be provided in the control system 1 so that the operation mode of the PLC 100 and the execution time of the user program 1104 may be displayed on the HMI.
  • the operation mode of the PLC 100 and the execution time of the user program 1104 can be acquired by the dedicated instruction included in the user program 1104. good.
  • the current operation mode may be referred to by the instruction included in the user program 1104 executed by the PLC 100.
  • FIG. 15 is a diagram showing an example of a ring configuration that can be adopted in the control system 1 according to the present embodiment.
  • FIG. 15A shows an example of a ring configuration using a relay device 300 having three or more ports.
  • the relay device 300 has three or more ports to provide Junction Redundancy.
  • the ring configuration shown in FIG. 15A includes a field network controller 112 (communication unit) of the PLC 100 and a relay device 300 connected to a plurality of devices 200 (slave).
  • FIG. 15B shows an example of a ring configuration using a PLC100 having two or more ports 151 and 152.
  • the PLC100 provides cable redundancy by having two or more ports.
  • the field network controller 112 (communication unit) of the PLC 100 has a plurality of ports connected to different devices 200 (slave).
  • relay device 300 shown in FIG. 15 (A) and the PLC 100 shown in FIG. 15 (B) may be arbitrarily combined to form a ring configuration.
  • the communication control method according to the present embodiment is applicable to any ring configuration, not limited to the configuration example described above.
  • the communication protocol is not limited to EtherCAT, and can be applied to various communication protocols for industrial networks having punctuality.
  • Th1 first threshold time
  • the arithmetic processing unit is If the transmitted communication frame is received by the first threshold time in the first operation mode, the preliminary input data is updated with the input data included in the received communication frame. In the second operation mode, if the transmitted communication frame is received by the third threshold time (Th3) longer than the second threshold time, the input data included in the received communication frame is used as the input data.
  • a control device (100) that updates the preliminary input data [Structure 2] The control device according to configuration 1, wherein the network includes a ring configuration configured such that a communication frame is transmitted in only one direction in each of the cables (21 to 26) connected to the communication slave. [Structure 3] The control device according to configuration 2, wherein the arithmetic processing unit can enable the second operation mode when the network includes the ring configuration. [Structure 4] The second threshold time is determined based on the time required for the communication frame transmitted from the communication unit to make a round and return to the communication unit in the ring configuration.
  • the third threshold time is the time until the communication frame transmitted from the communication unit makes a round and returns to the communication unit in a state where any of the cables included in the ring configuration cannot transmit the communication frame.
  • the step (S102, S202) for transmitting a communication frame including the output data determined by the control calculation is provided.
  • the step of executing the input process is In the first operation mode, If the transmitted communication frame is not received by the first threshold time after the communication frame is transmitted, the preliminary input data which is the input data included in the communication frame received before the transmission is controlled.
  • the second operation mode If the transmitted communication frame is not received by the second threshold time shorter than the first threshold time after the communication frame is transmitted, the input included in the communication frame received before the transmission is received.
  • Communication control methods including.
  • the step (S102, S202) of transmitting a communication frame including the output data determined by the control calculation is executed.
  • the step of executing the input process is In the first operation mode, If the transmitted communication frame is not received by the first threshold time after the communication frame is transmitted, the preliminary input data which is the input data included in the communication frame received before the transmission is controlled. Step (S114) used for calculation and If the transmitted communication frame is received by the first threshold time, the step (S110) of updating the preliminary input data with the input data included in the received communication frame is included. In the second operation mode, If the transmitted communication frame is not received by the second threshold time shorter than the first threshold time after the communication frame is transmitted, the input included in the communication frame received before the transmission is received.
  • a control program including.
  • the control system according to the present embodiment can achieve both shortening of the round trip time obtained by the ring configuration and stabilization of control when some kind of failure occurs in the ring configuration.

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Abstract

制御装置は、通信フレームが一巡するように構成されたネットワークに接続される通信部と演算処理部とを含む。演算処理部は、第１の動作モードと第２の動作モードとを選択可能に構成されている。演算処理部は、第１の動作モードにおいて、第１のしきい時間までに当該送信した通信フレームを受信すれば、当該受信した通信フレームに含まれる入力データで予備入力データを更新し、第２の動作モードにおいて、第２のしきい時間より長い第３のしきい時間までに当該送信した通信フレームを受信すれば、当該受信した通信フレームに含まれる入力データで予備入力データを更新する。

Description

制御装置、通信制御方法、および制御プログラム
　本発明は、ネットワークに接続可能な制御装置、その制御装置における通信制御方法、およびその制御装置を実現するための制御プログラムに関する。
　例えば、ＥｔｈｅｒＣＡＴ（登録商標）に従うネットワークでは、通信マスタ（以下、単に「マスタ」とも称す。）が送信した通信フレームは、すべての通信スレーブ（以下、単に「スレーブ」とも称す。）を巡回した上で、マスタに戻る。
　通信フレームを巡回させるためのトポロジとして、経路上に、通信フレームを受信および送信するポートを有するスレーブが存在する形態に加えて、経路上に存在するスレーブのポートは、通信フレームの受信および送信の一方のみを行う形態を採用し得る。説明の便宜上、前者を「非リング構成」と称し、後者を「リング構成」とも称す。リング構成においては、スレーブに接続されたケーブルの各々では通信フレームが一方向に伝送されることになる。なお、リング構成と非リング構成との両方を含む態様も存在し得る。
　このようなリング構成に関して、特開２０２０－１６７５５４号公報（特許文献１）は、リングトポロジを含むネットワークにおける不正な経路を容易に知ることが可能なマスタ装置を開示する。
　また、ＥｔｈｅｒＣＡＴに従うネットワークにおいては、マスタから送信された通信フレームが一巡してマスタに戻るまでに要する時間（以下、「ラウンドトリップ時間」とも称す。）を設計上考慮する必要がある。より具体的には、ラウンドトリップ時間が増大することによって、通信マスタと通信スレーブとの間でやり取りされるデータの更新周期が長くなり制御性能が低下し得る。
　ラウンドトリップ時間は、通信スレーブの数が増加するにつれて大きくなるが、リング構成を採用することで、非リング構成を採用した場合よりラウンドトリップ時間の増大を抑制できる。
特開２０２０－１６７５５４号公報
　リング構成は一種の冗長化ネットワークであり、ネットワーク内で何らかの障害が発生すると、非リング構成のネットワークが自動的に再構成されて、通信フレームの伝送は継続される。しかしながら、ネットワーク構成が変化することに伴って、ラウンドトリップ時間はより長くなる方向に変化し得る。
　本発明のある局面の目的は、リング構成によって得られるラウンドトリップ時間の短縮化と、リング構成に何らかの障害が発生した場合の制御の安定化とを両立できる新たな仕組みを提供することである。
　本発明のある実施の形態に従う制御装置は、通信フレームが一巡するように構成されたネットワークに接続される通信部と、通信部を介して受信した通信フレームに含まれる入力データに基づく制御演算、および、当該制御演算により決定された出力データを含む通信フレームの送信を、実行周期毎に繰返し実行する演算処理部とを含む。演算処理部は、通信フレームを送信してから第１のしきい時間までに当該送信した通信フレームを受信しなければ、当該送信より前に受信した通信フレームに含まれていた入力データである予備入力データに基づいて制御演算を実行する第１の動作モードと、通信フレームを送信してから第１のしきい時間より短い第２のしきい時間までに当該送信した通信フレームを受信しなければ、当該送信より前に受信した通信フレームに含まれていた入力データである予備入力データに基づいて制御演算を実行する第２の動作モードとを選択可能に構成されている。演算処理部は、第１の動作モードにおいて、第１のしきい時間までに当該送信した通信フレームを受信すれば、当該受信した通信フレームに含まれる入力データで予備入力データを更新し、第２の動作モードにおいて、第２のしきい時間より長い第３のしきい時間までに当該送信した通信フレームを受信すれば、当該受信した通信フレームに含まれる入力データで予備入力データを更新する。
　この構成によれば、第１の動作モードにおいては、第１のしきい時間までに送信した通信フレームを受信できるか否かに基づいて、制御演算に用いる入力データの決定、および、予備入力データの更新を判断する。一方、第２の動作モードにおいては、第２のしきい時間までに送信した通信フレームを受信できるか否かに基づいて、制御演算に用いる入力データを決定するものの、予備入力データの更新については、第２のしきい時間より長い第３のしきい時間までに受信された通信フレームを対象にして行うことができる。このため、第２の動作モードにおいては、第１の動作モードに比較して、通信フレームを送信してから制御演算の実行を開始するまでの時間を短く設定しても、第３のしきい時間までに通信フレームを受信できれば、予備入力データを適切に更新できる。そのため、制御の安定化を図ることができる。
　ネットワークは、通信スレーブに接続されたケーブルの各々において、通信フレームが一方向にのみ伝送されるように構成されたリング構成を含んでいてもよい。演算処理部は、ネットワークがリング構成を含む場合に、第２の動作モードを有効化可能になっていてもよい。これらの構成によれば、リング構成に適した動作モードを提供できる。なお、ネットワークは、デイジーチェーン接続された構成を含んでいてもよい。
　第２のしきい時間は、リング構成において、通信部から送信された通信フレームが一巡して通信部に戻るまでの時間に基づいて決定されてもよい。第３のしきい時間は、リング構成に含まれるいずれかのケーブルが通信フレームを伝送できない状態で、通信部から送信された通信フレームが一巡して通信部に戻るまでの時間に基づいて決定されてもよい。この構成によれば、ネットワーク構成の変化を予測して、適切なしきい時間を決定できる。
　リング構成は、通信部および複数の通信スレーブに接続された中継装置を含んでいてもよい。この構成によれば、ジャンクション冗長性（Junction　Redundancy）を有するリング構成を実現できる。
　通信部は、それぞれ異なる通信スレーブに接続された複数のポートを有していてもよい。この構成によれば、ケーブル冗長性（Cable　Redundancy）を有するリング構成を実現できる。
　第２の動作モードにおける実行周期は、第１の動作モードにおける実行周期より短く設定されてもよい。この構成によれば、制御演算の実行周期の短縮化、および／または、実行可能な演算量の増大化を実現できる。
　演算処理部で実行されるユーザプログラムに含まれる命令により演算処理部の動作モードを参照できるように構成されてもよい。この構成によれば、演算処理部における動作モードに応じて、容易に処理を異ならせることができる。
　本発明の別の実施の形態によれば、通信フレームが一巡するように構成されたネットワークに接続される通信部を含む制御装置で実行される通信制御方法が提供される。通信制御方法は、第１の動作モードおよび第２の動作モードのうち選択された動作モードに従って、入力処理を実行するステップと、通信部を介して受信した通信フレームに含まれる入力データに基づく制御演算を実行するステップと、制御演算により決定された出力データを含む通信フレームを送信するステップとを含む。入力処理を実行するステップは、第１の動作モードにおいて、通信フレームを送信してから第１のしきい時間までに当該送信した通信フレームを受信しなければ、当該送信より前に受信した通信フレームに含まれていた入力データである予備入力データを制御演算に用いるステップと、第１のしきい時間までに当該送信した通信フレームを受信すれば、当該受信した通信フレームに含まれる入力データで予備入力データを更新するステップとを含む。入力処理を実行するステップは、第２の動作モードにおいて、通信フレームを送信してから第１のしきい時間より短い第２のしきい時間までに当該送信した通信フレームを受信しなければ、当該送信より前に受信した通信フレームに含まれていた入力データである予備入力データを制御演算に用いるステップと、第２のしきい時間より長い第３のしきい時間までに当該送信した通信フレームを受信すれば、当該受信した通信フレームに含まれる入力データで予備入力データを更新するステップとを含む。
　本発明のさらに別の実施の形態によれば、通信フレームが一巡するように構成されたネットワークに接続される通信部を含むコンピュータで実行される制御プログラムが提供される。制御プログラムはコンピュータに、第１の動作モードおよび第２の動作モードのうち選択された動作モードに従って、入力処理を実行するステップと、通信部を介して受信した通信フレームに含まれる入力データに基づく制御演算を実行するステップと、制御演算により決定された出力データを含む通信フレームを送信するステップとを実行させる。入力処理を実行するステップは、第１の動作モードにおいて、通信フレームを送信してから第１のしきい時間までに当該送信した通信フレームを受信しなければ、当該送信より前に受信した通信フレームに含まれていた入力データである予備入力データを制御演算に用いるステップと、第１のしきい時間までに当該送信した通信フレームを受信すれば、当該受信した通信フレームに含まれる入力データで予備入力データを更新するステップとを含む。入力処理を実行するステップは、第２の動作モードにおいて、通信フレームを送信してから第１のしきい時間より短い第２のしきい時間までに当該送信した通信フレームを受信しなければ、当該送信より前に受信した通信フレームに含まれていた入力データである予備入力データを制御演算に用いるステップと、第２のしきい時間より長い第３のしきい時間までに当該送信した通信フレームを受信すれば、当該受信した通信フレームに含まれる入力データで予備入力データを更新するステップとを含む。
　本発明のある実施の形態によれば、リング構成によって得られるラウンドトリップ時間の短縮化と、リング構成に何らかの障害が発生した場合の制御の安定化とを両立できる。
本実施の形態に従う制御システムの一例を示す模式図である。 本実施の形態に従う制御システムのＰＬＣでの処理の一例を示す模式図である。 本実施の形態に従う制御システムのＰＬＣでの処理の別の一例を示す模式図である。 本実施の形態に従う制御システムのＰＬＣでの処理のさらに別の一例を示す模式図である。 本実施の形態に従う制御システムのＰＬＣのハードウェア構成例を示す模式図である。 本実施の形態に従う制御システムのデバイスのハードウェア構成例を示す模式図である。 本実施の形態に従う制御システムの中継装置のハードウェア構成例を示す模式図である。 本実施の形態に従う制御システムにおける通信時間に関する処理を説明するための図である。 本実施の形態に従う制御システムのＰＬＣにおける入力処理の例を説明するための図である。 本実施の形態に従う制御システムのＰＬＣによるデータ同期性優先モードでの処理手順を示すフローチャートである。 本実施の形態に従う制御システムのＰＬＣによる制御性能優先モードでの処理手順を示すフローチャートである。 本実施の形態に従う制御システムの動作例を示すタイムチャートである。 本実施の形態に従う制御システムのサポート装置のハードウェア構成例を示す模式図である。 本実施の形態に従う制御システムのサポート装置が提供するユーザインターフェイス画面の一例を示す模式図である。 本実施の形態に従う制御システムで採用可能なリング構成の一例を示す図である。
　本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。
　＜Ａ．適用例＞
　まず、図１～図３を参照して、本発明が適用される場面の一例について説明する。
　図１は、本実施の形態に従う制御システムの一例を示す模式図である。図１（Ａ）～図１（Ｃ）に示す制御システム１は、通信マスタ（マスタ）として機能する制御装置の一例であるＰＬＣ１００と、通信スレーブ（スレーブ）として機能する入出力装置などのデバイス２００－１～２００－５（以下、「デバイス２００」とも総称する。）および中継装置３００とを含む。
　本明細書における「リング構成」は、スレーブに接続されたケーブルの各々において、通信フレームが一方向にのみ伝送されるように構成されたネットワークを意味する。言い換えれば、スレーブの各々は、複数のポートを有しており、１つのポートは、通信フレームの送信および受信の一方のみを行う構成が「リング構成」を意味する。
　一方、本明細書における「非リング構成」は、スレーブに接続されたいずれかのケーブルにおいて、通信フレームが両方向に伝送されるように構成されたネットワークを意味する。言い換えれば、スレーブの有するいずれかのポートが、通信フレームの送信および受信の両方を行う構成が「非リング構成」を意味する。
　制御システム１のネットワークに関して、ＰＬＣ１００は、通信フレームの送受信を行うためのポート１５１を有している。デバイス２００－１～２００－５の各々は、通信フレームを送受信するための第１ポート２５１および第２ポート２５２を有している。基本的には、第１ポート２５１は、通信フレームが入力されるポート（ＩＮポート）であり、第２ポート２５２は、通信フレームが出力されるポート（ＯＵＴポート）である。
　中継装置３００は、通信フレームを送受信するための第１ポート３５１、第２ポート３５２および第３ポート３５３を有している。中継装置３００は、あるポートで通信フレームを受けると、所定規則に従って決定される別のポートから、当該受信したフレームを送信する。図１に示す例では、所定規則として、第１ポート３５１→第２ポート３５２→第３ポート３５３→第１ポート３５１→・・・といった循環的に決定されてもよい。
　図１（Ａ）には、リング構成の一例を示している。ＰＬＣ１００のポート１５１から送信された通信フレームは、ケーブル２０、中継装置３００の第１ポート３５１、中継装置３００の第２ポート３５２、ケーブル２１、デバイス２００－１の第１ポート２５１、デバイス２００－１の第２ポート２５２、ケーブル２２、デバイス２００－２の第１ポート２５１、デバイス２００－２の第２ポート２５２、ケーブル２３、デバイス２００－３の第１ポート２５１、デバイス２００－３の第２ポート２５２、ケーブル２４、デバイス２００－４の第１ポート２５１、デバイス２００－４の第２ポート２５２、ケーブル２５、デバイス２００－５の第１ポート２５１、デバイス２００－５の第２ポート２５２、ケーブル２６、中継装置３００の第３ポート３５３、ケーブル２０の順で一巡して、ＰＬＣ１００のポート１５１に戻る。この場合、ＰＬＣ１００のポート１５１から送信された通信フレームのポートの通過数は１４となる。
　一方、図１（Ｂ）には、デバイス２００－３とデバイス２００－４とを接続するケーブル２４が何らかの原因で断線した場合を示す。この場合、デバイス２００－３の第２ポート２５２から通信フレームを送信することができないので、デバイス２００－３は、第１ポート２５１から通信フレームを送信する。すなわち、デバイス２００－３は、通信フレームを同じ経路で戻すことになる。その後、通信フレームは、ケーブル２３、デバイス２００－２の第２ポート２５２、デバイス２００－２の第１ポート２５１、ケーブル２２、デバイス２００－１の第２ポート２５２、デバイス２００－１の第１ポート２５１、中継装置３００の第２ポート３５２、中継装置３００の第３ポート３５３、ケーブル２６、デバイス２００－５の第２ポート２５２、デバイス２００－５の第１ポート２５１、ケーブル２５、デバイス２００－４の第２ポート２５２、ケーブル２５、デバイス２００－５の第１ポート２５１、デバイス２００－５の第２ポート２５２、ケーブル２６、中継装置３００の第３ポート３５３、ケーブル２０の順でＰＬＣ１００のポート１５１に戻る。この場合、ＰＬＣ１００のポート１５１から送信された通信フレームのポートの通過数は２２となる。
　図１（Ｃ）には、非リング構成の一例を示している。ＰＬＣ１００のポート１５１から送信された通信フレームは、ケーブル２０、中継装置３００の第１ポート３５１、中継装置３００の第２ポート３５２、ケーブル２１、デバイス２００－１の第１ポート２５１、デバイス２００－１の第２ポート２５２、ケーブル２２、デバイス２００－２の第１ポート２５１、デバイス２００－２の第２ポート２５２、ケーブル２３、デバイス２００－３の第１ポート２５１、デバイス２００－３の第２ポート２５２、ケーブル２４、デバイス２００－４の第１ポート２５１、ケーブル２４、デバイス２００－３の第２ポート２５２、デバイス２００－３の第１ポート２５１、ケーブル２３、デバイス２００－２の第２ポート２５２、デバイス２００－２の第１ポート２５１、ケーブル２２、デバイス２００－１の第２ポート２５２、デバイス２００－１の第１ポート２５１、ケーブル２１、中継装置３００の第２ポート３５２、中継装置３００の第１ポート３５１、ケーブル２０の順で一巡して、ＰＬＣ１００のポート１５１に戻る。この場合、ＰＬＣ１００のポート１５１から送信された通信フレームのポートの通過数は２２となる。
　ラウンドトリップ時間は、ポートの通過時間と、ケーブルの通過時間との合計で定まることになるが、ポートの通過時間が支配的な要因になる。そのため、通信フレームが通過するポートの数が増加するほど、ラウンドトリップ時間は増大する。図１（Ａ）に示すリング構成におけるラウンドトリップ時間Ｔｒ１に比較して、図１（Ｂ）に示す構成におけるラウンドトリップ時間Ｔｒ２（Ｔｒ２＞Ｔｒ１）は長くなる。通過ポート数が同一であるので、図１（Ｂ）に示す構成におけるラウンドトリップ時間Ｔｒ２は、図１（Ｃ）に示す構成におけるラウンドトリップ時間Ｔｒ３とほぼ同じになる（Ｔｒ２≒Ｔｒ３）。
　すなわち、リング構成におけるラウンドトリップ時間を前提にして、システム設計を行うと、リング構成に何らかの障害が発生して非リング構成に変化すると、ラウンドトリップ時間が伸びて、システムが設計通りに動作しない可能性もある。
　そこで、本実施の形態に従う制御システムは、リング構成が非リング構成に変化した場合であっても、制御性能への影響を抑制できる仕組みを提供する。なお、本実施の形態に従う制御システムが提供する通信制御方法は、リング構成が非リング構成に変化した場合のみに適用されるものではなく、様々なネットワーク構成に対して適用可能である。
　先に、システム設計について説明する。図２は、本実施の形態に従う制御システム１のＰＬＣ１００での処理の一例を示す模式図である。
　図２（Ａ）～図２（Ｃ）を参照して、ＰＬＣ１００は、制御演算１６０と、出力処理１６２と、入力処理１６４とからなる一連の処理を周期的に実行する。以下では、一連の処理が実行される周期を「タスク実行周期」とも称す。
　入力処理１６４は、デバイス２００から測定値などの入力データを収集する処理である。制御演算１６０は、入力処理１６４により収集された入力データに基づいて、制御対象を制御するための演算を行って、デバイス２００への指令値などの出力データを決定する。出力処理１６２は、制御演算１６０により決定された出力データを対象のデバイス２００へ送信する処理である。このように、ＰＬＣ１００の演算処理部（図５に示すプロセッサ１０２）は、フィールドネットワークコントローラ１１２を介して受信した通信フレームに含まれる入力データに基づく制御演算１６０、および、制御演算１６０により決定された出力データを含む通信フレームの送信を、タスク実行周期毎に繰返し実行する。
　出力処理１６２および入力処理１６４は、通信フレームを用いて実現される。そのため、出力処理１６２の終了から入力処理１６４の開始までの時間は、ＰＬＣ１００が通信フレームを送信してから当該通信フレームが戻ってくるまでの時間、すなわちラウンドトリップ時間に依存することになる。
　図２（Ａ）～図２（Ｃ）においては、非リング構成を前提とする。図２（Ａ）には、ＰＬＣ１００に接続されるデバイス２００の数、および、制御演算１６０の演算量がいずれも相対的に少ない場合のタイムチャートを示す。図２（Ｂ）には、図２（Ａ）に比較して、ＰＬＣ１００に接続されるデバイス２００の数が増加した場合のタイムチャートを示す。
　図２（Ａ）と図２（Ｂ）とを比較すると、接続されるデバイス２００の数が増加することで、出力処理１６２の終了から入力処理１６４の開始までの時間、すなわち通信時間Ｔｔ１（図２（Ａ）参照）は、通信時間Ｔｔ２（図２（Ｂ）参照）まで増加していることが分かる。これは、入出力の応答性能の低下を意味する。但し、制御演算１６０の演算量が相対的に少ないので、タスク実行周期Ｔｃ１は、いずれの場合においても維持されている。
　図２（Ｃ）には、図２（Ｂ）に比較して、制御演算１６０の演算量が増加した場合のタイムチャートを示す。図２（Ｃ）においては、演算量の増加に伴って、制御演算１６０の処理時間が増加するため、タスク実行周期Ｔｃ１より長いタスク実行周期Ｔｃ２が必要になっている。すなわち、接続されるデバイス２００の数、および、制御演算１６０の演算量が増大することに伴って、タスク実行周期はΔＴｃだけ伸びることになる。
　したがって、通信時間を可能な限り短くすることが好ましい。ここで、非リング構成ではなく、リング構成を採用することで、ポートの通過数を低減できるので、ラウンドトリップ時間、すなわち通信時間を短縮できる。
　図３は、本実施の形態に従う制御システム１のＰＬＣ１００での処理の別の一例を示す模式図である。図３（Ａ）には、図２（Ｂ）と同様に、非リング構成を採用した場合のタイムチャートを示し、図３（Ｂ）には、リング構成を採用した場合のタイムチャートを示す。
　図３（Ａ）と図３（Ｂ）とを比較すると、通信時間Ｔｔ２が通信時間Ｔｔ３（＜通信時間Ｔｔ２）まで短縮されており、タスク実行周期Ｔｃ１を同一に設定すると、その短縮された通信時間の分が余裕時間１６６となり、制御演算１６０としてより多くの演算を実行できる。
　このように、リング構成を採用することで、通信時間を短縮でき、これによって、タスク実行周期の短縮化およびより多くの制御演算の実行といった、制御性能を高めることができる。しかしながら、断線などの障害がネットワークに発生すると、リング構成から非リング構成に変化し、通信時間は長くなる。
　図４は、本実施の形態に従う制御システム１のＰＬＣ１００での処理のさらに別の一例を示す模式図である。図４（Ａ）には、図３（Ｂ）と同様に、リング構成を採用した場合のタイムチャートを示し、図４（Ｂ）には、リング構成が非リング構成に変化した場合のタイムチャートを示す。
　図４（Ａ）に示すように、リング構成を採用することで、通信時間Ｔｔ３を短縮でき、制御演算１６０の演算量が相対的に多くても、制御演算１６０と、出力処理１６２と、入力処理１６４とからなる一連の処理をタスク実行周期Ｔｃ１で周期的に実行できる。
　一方で、リング構成に断線などの障害が発生すると、非リング構成に変化し、図４（Ｂ）に示すように、通信時間Ｔｔ４（＞通信時間Ｔｔ３）は伸びることになる。その結果、制御演算１６０と、出力処理１６２と、入力処理１６４とからなる一連の処理をタスク実行周期Ｔｃ１で周期的に実行できなくなる（この状態は、「タスク実行周期オーバ」などとも称される。）。
　このような通信時間が増加する事態を考慮して、非リング構成における通信時間を前提として、図４（Ｃ）に示すように、システム設計を行う場合もある。すなわち、図４（Ｃ）に示すタイムチャートでは、ある程度の時間余裕を見て、タスク実行周期Ｔｃ３が設定されている。但し、図４（Ｃ）に示すシステム設計では、ロバストではあるが、リング構成を採用したことによるラウンドトリップ時間の短縮のメリットは活かせていないことになる。
　このような背景技術を考慮して、本実施の形態に従う制御システムにおいては、以下のいずれの設計手法をも採用できる新たな仕組みを提供する。
　（１）図１（Ｃ）および図４（Ｃ）に示すような非リング構成におけるラウンドトリップ時間を前提としたシステム設計。
　（２）図１（Ａ）および図４（Ｂ）に示すようなリング構成におけるラウンドトリップ時間を前提としたタスク実行周期を設定しつつ、図１（Ｂ）および図４（Ｃ）に示すような非リング構成に変化した場合でも、制御性能への影響を抑制するためのモードを有効化したシステム設計。
　以下、このような仕組みを実現するための構成、処理、機能などについて詳述する。
　＜Ｂ．ハードウェア構成例＞
　次に、本実施の形態に従う制御システム１を構成する各装置のハードウェア構成例について説明する。
　（ｂ１：制御装置（ＰＬＣ１００））
　図５は、本実施の形態に従う制御システム１のＰＬＣ１００のハードウェア構成例を示す模式図である。図５を参照して、ＰＬＣ１００は、主たるハードウェアコンポーネントとして、プロセッサ１０２と、メインメモリ１０４と、ストレージ１１０と、フィールドネットワークコントローラ１１２と、ローカルバスコントローラ１１４とを含む。これらのハードウェアコンポーネントは、内部バス１１８を介して電気的に接続される。
　プロセッサ１０２は、制御演算を実行する演算処理部に相当し、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）やＧＰＵ（Graphics　Processing　Unit）などで構成される。具体的には、プロセッサ１０２は、ストレージ１１０に格納されたプログラムを読出して、メインメモリ１０４に展開して実行することで、制御対象に応じた制御演算、および、後述するような各種処理を実現する。
　メインメモリ１０４は、ＤＲＡＭ（Dynamic　Random　Access　Memory）やＳＲＡＭ（Static　Random　Access　Memory）などの揮発性記憶装置などで構成される。ストレージ１１０は、例えば、ＳＳＤ（Solid　State　Drive）やＨＤＤ（Hard　Disk　Drive）などの不揮発性記憶装置などで構成される。
　ストレージ１１０には、基本的な機能を実現するためのシステムプログラム１１０２、制御対象に応じて作成されたユーザプログラム１１０４、および、後述するような処理を決定するためのシステム設定情報１１０６などが格納される。システムプログラム１１０２は、ＰＬＣ１００における基本的な機能を実現するため、制御プログラムの少なくとも一部とみなすことができる。
　フィールドネットワークコントローラ１１２は、通信部に相当し、通信フレームが一巡するように構成されたネットワークに接続される。より具体的には、フィールドネットワークコントローラ１１２は、ポート１５１を有しており、通信フレームの送受信処理を担当する。ＰＬＣ１００のフィールドネットワークコントローラ１１２は、通信マスタ（マスタ）として機能する。なお、フィールドネットワークコントローラ１１２は、通信フレームを周期的に送受信するための同期カウンタを有していてもよい。
　ローカルバスコントローラ１１４は、内部バス１１８を介して、１または複数の機能ユニット１１６と電気的に接続される。機能ユニット１１６は、制御対象との間で各種の信号をやり取りする機能などを含む。機能ユニット１１６は、例えば、制御対象からのデジタル信号を受取るＤＩ（Digital　Input）機能、制御対象に対してデジタル信号を出力するＤＯ（Digital　Output）機能、制御対象からのアナログ信号を受取るＡＩ（Analog　Input）機能、制御対象に対してアナログ信号を出力するＡＯ（Analog　Output）機能のうち１または複数の機能を有している。さらに、機能ユニット１１６としては、ＰＩＤ（Proportional　Integral　Derivative）制御やモーション制御といった特殊機能を実装したコントローラを含み得る。
　図５には、プロセッサ１０２がプログラムを実行することで必要な機能が提供される構成例を示したが、これらの提供される機能の一部または全部を、専用のハードウェア回路（例えば、ＡＳＩＣ（Application　Specific　Integrated　Circuit）またはＦＰＧＡ（Field-Programmable　Gate　Array）など）を用いて実装してもよい。あるいは、ＰＬＣ１００の主要部を、汎用的なアーキテクチャに従うハードウェア（例えば、汎用パソコンをベースとした産業用パソコン）を用いて実現してもよい。この場合には、仮想化技術を用いて、用途の異なる複数のＯＳ（Operating　System）を並列的に実行させるとともに、各ＯＳ上で必要なアプリケーションを実行させるようにしてもよい。
　さらに、ＰＬＣ１００に表示装置やサポート装置などの機能を統合した構成を採用してもよい。
　（ｂ２：デバイス２００）
　図６は、本実施の形態に従う制御システム１のデバイス２００のハードウェア構成例を示す模式図である。図６を参照して、デバイス２００は、主たるハードウェアコンポーネントとして、制御回路２０６と、フィールドネットワークコントローラ２１２と、機能モジュール２２０とを含む。
　制御回路２０６は、デバイス２００における処理を主体的に実行する演算処理部である。制御回路２０６は、典型的には、プロセッサ２０２と、メインメモリ２０４と、ストレージ２１０とを含む。プロセッサ２０２は、ＣＰＵやＧＰＵなどで構成される。メインメモリ２０４は、ＤＲＡＭやＳＲＡＭなどの揮発性記憶装置などで構成される。ストレージ２１０は、例えば、ＳＳＤなどの不揮発性記憶装置などで構成される。なお、ストレージ２１０として、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）を採用してもよい。
　なお、制御回路２０６は、専用のハードウェア回路（例えば、ＡＳＩＣまたはＦＰＧＡなど）を用いて実装してもよい。
　フィールドネットワークコントローラ２１２は、第１ポート２５１および第２ポート２５２を有しており、通信フレームの送受信処理を担当する。デバイス２００のフィールドネットワークコントローラ２１２は、通信スレーブ（スレーブ）として機能する。なお、フィールドネットワークコントローラ２１２は、通信フレームを周期的に送受信するための同期カウンタを有していてもよい。
　機能モジュール２２０は、図５に示す機能ユニット１１６と同様に、制御対象との間で各種の信号をやり取りする処理などを担当する。
　（ｂ３：中継装置３００）
　図７は、本実施の形態に従う制御システム１の中継装置３００のハードウェア構成例を示す模式図である。図７を参照して、中継装置３００は、主たるハードウェアコンポーネントとして、制御回路３０６と、フィールドネットワークインターフェイス３１２とを含む。
　制御回路３０６は、中継装置３００における通信フレームの転送処理を主体的に実行する演算処理部である。制御回路３０６は、典型的には、プロセッサ３０２と、メインメモリ３０４と、ストレージ３１０とを含む。プロセッサ３０２は、ＣＰＵやＧＰＵなどで構成される。メインメモリ３０４は、ＤＲＡＭやＳＲＡＭなどの揮発性記憶装置などで構成される。ストレージ３１０は、例えば、ＳＳＤなどの不揮発性記憶装置などで構成される。なお、ストレージ３１０として、ＲＯＭを採用してもよい。
　なお、制御回路３０６は、専用のハードウェア回路（例えば、ＡＳＩＣまたはＦＰＧＡなど）を用いて実装してもよい。
　フィールドネットワークインターフェイス３１２は、第１ポート３５１、第２ポート３５２および第３ポート３５３を有しており、通信フレームの図示しない受信回路および送信回路を含む。
　＜Ｃ．通信フレームの送受信処理＞
　上述したように、リング構成を採用した場合には、断線などの障害により非リング構成に変化し、その結果、ラウンドトリップ時間が伸びる場合がある。また、ネットワークを伝送する通信フレームが破損や消滅することもある。そのため、マスタであるＰＬＣ１００は、ある通信フレームを送信してから、所定時間内に当該通信フレームが戻ってこなければ、通信フレームが途中で破損や消滅した（以下、「フレームロスト」とも称す。）と判断する。
　したがって、非リング構成を採用している場合には、マスタから送信された通信フレームの挙動としては、（１）通信フレームが所定時間内にマスタに戻る、（２）通信フレームがロストしてマスタへ戻らない、の２種類が想定される。
　一方、リング構成を採用している場合には、マスタから送信された通信フレームの挙動としては、（１）通信フレームが所定時間内にマスタに戻る、（２）非リング構成に変化して、通信フレームが所定時間を超えてマスタに戻る、（３）通信フレームがロストしてマスタへ戻らない、の３種類が想定される。
　図８は、本実施の形態に従う制御システム１における通信時間に関する処理を説明するための図である。図８（Ａ）には非リング構成の例を示し、図８（Ｂ）にはリング構成の例を示す。
　図８（Ａ）を参照して、非リング構成を前提としたシステム設計を採用した場合には、リング構成が正常であるか否かにかかわらず、出力処理１６２の終了から入力処理１６４の開始までの時間は相対的に長く設定されている。
　図８（Ｂ）を参照して、正常なリング構成においては、出力処理１６２の終了直後にＰＬＣ１００から送信された通信フレームは、入力処理１６４の開始までにＰＬＣ１００に戻る（図８（Ｂ）の「正常」）。一方、リング構成に何らかの障害が発生して非リング構成に変化すると、ラウンドトリップ時間が増大し、通信フレームは、入力処理１６４の開始までにＰＬＣ１００に戻ることができない（図８（Ｂ）の「遅延」）。
　また、通信フレームが途中で破損や消滅すると、通信フレームは、ＰＬＣ１００に戻ってこないことになる（図８（Ｂ）の「フレームロスト」）。なお、図８（Ｂ）の「遅延」より遅れて通信フレームが戻ってきた場合も、フレームロストと同様の取り扱いとしてもよい。
　このように、図８（Ａ）に示す例では、図８（Ｂ）の「遅延」といった概念は存在せず、出力処理１６２の終了直後にＰＬＣ１００から送信された通信フレームが入力処理１６４の開始までにＰＬＣ１００に戻ってくる場合（図８（Ａ）の「正常」）と、それ以外の場合（図８（Ａ）の「フレームロスト」）とが存在することになる。
　したがって、図８（Ａ）の非リング構成においては、出力処理１６２の終了タイミングＴ０を基準として、しきい時間Ｔｈ１が設定されることになる。一方、図８（Ｂ）のリング構成においては、出力処理１６２の終了タイミングＴ０を基準として、しきい時間Ｔｈ２およびしきい時間Ｔｈ３が設定される。なお、しきい時間Ｔｈ１およびしきい時間Ｔｈ３は、通信タイムアウト時間に相当し、しきい時間Ｔｈ２は、リング構成に何らかの障害が発生したことを判断するためのしきい時間に相当する。
　ここで、しきい時間Ｔｈ１およびしきい時間Ｔｈ３は、非リング構造のラウンドトリップ時間に基づいて決定され、しきい時間Ｔｈ２は、リング構成のラウンドトリップ時間に基づいて決定される。なお、しきい時間Ｔｈ１およびしきい時間Ｔｈ３は、同じ値であってもよいし、異なる値であってもよい。
　本実施の形態に従う制御システム１においては、正常、遅延、フレームロストの３種類でそれぞれ処理を異ならせる。
　図９は、本実施の形態に従う制御システム１のＰＬＣ１００における入力処理１６４の例を説明するための図である。図９を参照して、ＰＬＣ１００に戻ってきた通信フレームに含まれるデバイス２００などからのデータ（以下、入力データ）は、現周期入力データ１７０および予備入力データ１７２という、互いに独立した形でＰＬＣ１００のメインメモリ１０４に保持される。
　現周期入力データ１７０は、現在のタスク実行周期で受信された通信フレームに含まれる入力データである。予備入力データ１７２は、現在のタスク実行周期以外で、最も新しく適切に受信された通信フレームに含まれる入力データである。
　図８（Ａ）および図８（Ｂ）に示す「正常」において、制御演算１６０では、現周期入力データ１７０が入力データとして用いられる。一方、図８（Ｂ）に示す「遅延」、ならびに、図８（Ａ）および図８（Ｂ）に示す「フレームロスト」において、制御演算１６０では、予備入力データ１７２が入力データとして用いられる。すなわち、「遅延」および「フレームロスト」では、現在のタスク実行周期の通信フレームを利用できないので、それ以前に受信されていた通信フレームを利用して、制御演算１６０が実行される。
　「正常」であれば、現在のタスク実行周期で受信された通信フレームに含まれる入力データは、現周期入力データ１７０として保持されるとともに、予備入力データ１７２としても保持される。すなわち、「正常」であれば、現周期入力データ１７０および予備入力データ１７２は、同一の入力データとなる。
　一方、「フレームロスト」であれば、現在のタスク実行周期で通信フレームを受信できないので現周期入力データ１７０および予備入力データ１７２はいずれも更新されず、そのままとなる。
　これに対して、「遅延」であれば、現在のタスク実行周期で通信フレームは受信できないので、現周期入力データ１７０は更新されないが、通信フレーム自体は受信しているので、予備入力データ１７２として保持することはできる。そのため、「遅延」であれば、受信された通信フレームに含まれる入力データは、制御演算１６０の実行後に、予備入力データ１７２として保持される。
　以上説明したように、リング構成を採用できる制御システムにおいては、システム設計の１つとして、リング構成が非リング構成に変化してラウンドトリップ時間が伸びた場合（最悪値）を想定した設計が可能である（図１（Ｃ）および図４（Ｃ）など参照）。この場合には、図８（Ｂ）に示す「遅延」を考慮することなく、「正常」と「フレームロスト」とを考慮すればよい。このようなシステム設計においては、フレームロストが発生しない限り、各タスク実行周期で受信された通信フレームに含まれる入力データを用いて入力処理１６４を実行できる。そのため、入力データが取得されたタイミングと、入力処理１６４の実行タイミングとの間に時間的なズレは発生しない。このような利点に着目して、この場合のＰＬＣ１００の動作モードを「データ同期性優先モード」と称す。
　データ同期性優先モードにおいては、ＰＬＣ１００は、通信フレームを送信してからしきい時間Ｔｈ１（第１のしきい時間）までに当該送信した通信フレームを受信しなければ、当該送信より前に受信した通信フレームに含まれていた入力データである予備入力データ１７２に基づいて制御演算１６０を実行する。予備入力データ１７２に関して、ＰＬＣ１００は、しきい時間Ｔｈ１までに送信した通信フレームを受信すれば、当該受信した通信フレームに含まれる入力データで予備入力データ１７２を更新する。
　一方、リング構成で得られるラウンドトリップ時間を前提としてシステム設計することもできる。この場合には、図８（Ｂ）に示す「遅延」を考慮する必要がある。リング構成が非リング構成に変化した場合には、入力処理１６４に用いられる入力データは、１つ前のタスク実行周期で受信された通信フレームに含まれるものとなる。すなわち、リング構成が非リング構成に変化しても、入力データが取得されたタイミングと入力処理１６４の実行タイミングとの間の時間的なズレは、タスク実行周期の１周期分だけに抑制できる。このとき、タスク実行周期自体を短縮できるので、入出力の応答性能や制御演算１６０の演算量の観点からは、制御性能を向上できる。このような利点に着目して、この場合のＰＬＣ１００の動作モードを「制御性能優先モード」と称す。
　制御性能優先モードにおいては、ＰＬＣ１００は、通信フレームを送信してからしきい時間Ｔｈ２（第２のしきい時間）までに当該送信した通信フレームを受信しなければ、当該送信より前に受信した通信フレームに含まれていた入力データである予備入力データ１７２に基づいて制御演算１６０を実行する。予備入力データ１７２に関して、ＰＬＣ１００は、しきい時間Ｔｈ２より長いしきい時間Ｔｈ３（第３のしきい時間）までに送信した通信フレームを受信すれば、当該受信した通信フレームに含まれる入力データで予備入力データ１７２を更新する。
　上述したように、制御性能優先モードにおける実行周期は、データ同期性優先モードにおける実行周期より短く設定することもできる。なお、ＰＬＣ１００では、ネットワークがリング構成を含む場合に、制御性能優先モードを有効化するようにしてもよい。
　＜Ｄ．処理手順＞
　次に、上述したデータ同期性優先モードおよび制御性能優先モードのそれぞれについてのＰＬＣ１００における処理手順について説明する。ＰＬＣ１００は、データ同期性優先モードおよび制御性能優先モードのうち選択された動作モードに従って、後述するような入力処理を含む処理を周期的に実行する。
　（ｄ１：データ同期性優先モード）
　図１０は、本実施の形態に従う制御システム１のＰＬＣ１００によるデータ同期性優先モードでの処理手順を示すフローチャートである。図１０に示す各ステップは、典型的には、ＰＬＣ１００のプロセッサ１０２がシステムプログラム１１０２およびユーザプログラム１１０４（図５参照）を実行することで実現される。
　図１０を参照して、ＰＬＣ１００は、タスク実行周期が到来したか否かを判断する（ステップＳ１００）。タスク実行周期が到来すれば（ステップＳ１００においてＹＥＳ）、ＰＬＣ１００は、前回の制御演算によって算出された出力データを含む通信フレームを生成および送信する（ステップＳ１０２）。すなわち、ＰＬＣ１００は、制御演算により決定された出力データを含む通信フレームを送信する。
　その後、ＰＬＣ１００は、ネットワークを一巡した通信フレームを受信したか否かを判断する（ステップＳ１０４）。
　ネットワークを一巡した通信フレームを受信すれば（ステップＳ１０４においてＹＥＳ）、ＰＬＣ１００は、受信した通信フレームに含まれる入力データを現周期入力データ１７０として格納し（ステップＳ１０６）、現周期入力データ１７０を用いて制御演算を実行する（ステップＳ１０８）。併せて、ＰＬＣ１００は、現周期入力データ１７０で予備入力データ１７２を更新する（ステップＳ１１０）。このように、ＰＬＣ１００は、しきい時間Ｔｈ１（第１のしきい時間）までに送信した通信フレームを受信すれば、当該受信した通信フレームに含まれる入力データで予備入力データ１７２を更新する。そして、ステップＳ１００以下の処理が繰返される。
　一方、ネットワークを一巡した通信フレームを受信していなければ（ステップＳ１０４においてＮＯ）、ＰＬＣ１００は、通信フレームを送信してから、しきい時間Ｔｈ１が経過したか否かを判断する（ステップＳ１１２）。しきい時間Ｔｈ１が経過していなければ（ステップＳ１１２においてＮＯ）、ステップＳ１０４以下の処理が繰返される。
　しきい時間Ｔｈ１が経過していれば（ステップＳ１１２においてＹＥＳ）、ＰＬＣ１００は、予備入力データ１７２を制御演算に用いる入力データとして選択し（ステップＳ１１４）、予備入力データ１７２を用いて制御演算を実行する（ステップＳ１１６）。このように、ＰＬＣ１００は、通信フレームを送信してからしきい時間Ｔｈ１（第１のしきい時間）までに当該送信した通信フレームを受信しなければ、当該送信より前に受信した通信フレームに含まれていた入力データである予備入力データを制御演算に用いる。このとき、予備入力データ１７２の更新は行われない。そして、ステップＳ１００以下の処理が繰返される。
　（ｄ２：制御性能優先モード）
　図１１は、本実施の形態に従う制御システム１のＰＬＣ１００による制御性能優先モードでの処理手順を示すフローチャートである。図１１に示す各ステップは、典型的には、ＰＬＣ１００のプロセッサ１０２がシステムプログラム１１０２およびユーザプログラム１１０４（図５参照）を実行することで実現される。
　図１１を参照して、ＰＬＣ１００は、タスク実行周期が到来したか否かを判断する（ステップＳ２００）。タスク実行周期が到来すれば（ステップＳ２００においてＹＥＳ）、ＰＬＣ１００は、前回の制御演算によって算出された出力データを含む通信フレームを生成および送信する（ステップＳ２０２）。すなわち、ＰＬＣ１００は、制御演算により決定された出力データを含む通信フレームを送信する。
　その後、ＰＬＣ１００は、ネットワークを一巡した通信フレームを受信したか否かを判断する（ステップＳ２０４）。
　ネットワークを一巡した通信フレームを受信すれば（ステップＳ２０４においてＹＥＳ）、ＰＬＣ１００は、受信した通信フレームに含まれる入力データを現周期入力データ１７０として格納し（ステップＳ２０６）、現周期入力データ１７０を用いて制御演算を実行する（ステップＳ２０８）。併せて、ＰＬＣ１００は、現周期入力データ１７０で予備入力データ１７２を更新する（ステップＳ２１０）。そして、ステップＳ２００以下の処理が繰返される。
　一方、ネットワークを一巡した通信フレームを受信していなければ（ステップＳ２０４においてＮＯ）、ＰＬＣ１００は、通信フレームを送信してから、しきい時間Ｔｈ２が経過したか否かを判断する（ステップＳ２１２）。しきい時間Ｔｈ２が経過していなければ（ステップＳ２１２においてＮＯ）、ステップＳ２０４以下の処理が繰返される。
　しきい時間Ｔｈ２が経過していれば（ステップＳ２１２においてＹＥＳ）、ＰＬＣ１００は、予備入力データ１７２を制御演算に用いる入力データとして選択し（ステップＳ２１４）、予備入力データ１７２を用いて制御演算を実行する（ステップＳ２１６）。このように、ＰＬＣ１００は、通信フレームを送信してからしきい時間Ｔｈ２（第２のしきい時間）までに当該送信した通信フレームを受信しなければ、当該送信より前に受信した通信フレームに含まれていた入力データである予備入力データを制御演算に用いる。
　さらに、ＰＬＣ１００は、しきい時間Ｔｈ３が経過するまでに、ネットワークを一巡した通信フレームを受信したか否かを判断する（ステップＳ２１８）。しきい時間Ｔｈ３が経過するまでに、ネットワークを一巡した通信フレームを受信していれば（ステップＳ２１８においてＹＥＳ）、ＰＬＣ１００は、受信した通信フレームに含まれる入力データで予備入力データ１７２を更新する（ステップＳ２２０）。このように、ＰＬＣ１００は、しきい時間Ｔｈ３（第３のしきい時間）までに送信した通信フレームを受信すれば、当該受信した通信フレームに含まれる入力データで予備入力データ１７２を更新する。そして、ステップＳ２００以下の処理が繰返される。
　一方、しきい時間Ｔｈ３が経過するまでに、ネットワークを一巡した通信フレームを受信していなければ（ステップＳ２１８においてＮＯ）、予備入力データ１７２の更新は行われず、ステップＳ１００以下の処理が繰返される。
　＜Ｅ．動作例＞
　次に、本実施の形態に従う制御システム１における動作例について説明する。
　図１２は、本実施の形態に従う制御システム１の動作例を示すタイムチャートである。
　図１２（Ａ）には、リング構成における動作例を示す。図１２（Ａ）に示す動作例においては、出力処理１６２の終了から入力処理１６４の開始までの間に、通信フレーム３０が一巡するので、通信フレーム３０に含まれる入力データが現周期入力データ１７０として格納され、同じタスク実行周期の制御演算１６０において用いられる。
　一方、図１２（Ｂ）には、リング構成が非リング構成に変化している場合の動作例を示す。図１２（Ｂ）に示す動作例においては、出力処理１６２の終了から入力処理１６４の開始までの間に、通信フレーム３０が一巡できないので、１つ前のタスク実行周期において更新された予備入力データ１７２が制御演算１６０において用いられる。なお、同じタスク実行周期に受信された通信フレーム３０に含まれる入力データは、予備入力データ１７２として格納され、次のタスク実行周期の制御演算１６０において用いられる。
　図１２（Ｃ）には、非リング構成からリング構成に復帰した場合の動作例を示す。非リング構成からリング構成に復帰すると、出力処理１６２の終了から入力処理１６４の開始までの間に、通信フレーム３０は一巡できるようになる。それに伴って、１つ前のタスク実行周期において更新された予備入力データ１７２ではなく、同じタスク実行周期において受信された通信フレーム３０に含まれる入力データ（現周期入力データ１７０）が制御演算１６０において用いられるようになる。
　このように、本実施の形態に従う制御システム１においては、制御演算の実行中にリング構成が非リング構成に変化しても、あるいは、非リング構成がリング構成に変化したとしても、制御性能への影響を最小限にして、制御演算の実行を継続できる。
　＜Ｆ．システム設計およびユーザ支援＞
　次に、本実施の形態に従う制御システム１におけるシステム設計を行うための構成および処理などについて説明する。
　（ｆ１：サポート装置）
　ＰＬＣ１００に格納されるユーザプログラム１１０４およびシステム設定情報１１０６は、ＰＬＣ１００に接続可能なサポート装置４００を用いて作成および設定可能である。
　図１３は、本実施の形態に従う制御システム１のサポート装置４００のハードウェア構成例を示す模式図である。図１３を参照して、サポート装置４００は、一例として、汎用的なアーキテクチャに従うハードウェア（例えば、汎用パソコン）を用いて実現される。
　サポート装置４００は、制御システム１のＰＬＣ１００およびデバイス２００に対する設定、ならびに、ＰＬＣ１００で実行されるユーザプログラム１１０４の作成が統合的に可能な統合開発環境を提供する。統合開発環境においては、デバッグやシミュレーションなどが可能であってもよい。
　図１３を参照して、サポート装置４００は、主たるハードウェアコンポーネントとして、プロセッサ４０２と、メインメモリ４０４と、入力部４０６と、表示部４０８と、ストレージ４１０と、通信コントローラ４１２と、光学ドライブ４１６と、ＵＳＢコントローラ４２４とを含む。これらのハードウェアコンポーネントは、内部バス２２８を介して電気的に接続される。
　プロセッサ４０２は、ＣＰＵやＧＰＵなどで構成され、ストレージ４１０に格納されたプログラムを読出して、メインメモリ４０４に展開して実行することで、サポート装置４００としての機能を実現する。
　メインメモリ４０４は、ＤＲＡＭやＳＲＡＭなどの揮発性記憶装置などで構成される。ストレージ４１０は、例えば、ＨＤＤやＳＳＤなどの不揮発性記憶装置などで構成される。
　ストレージ４１０には、基本的な機能を実現するためのＯＳ４１０２、および、統合開発環境を実現するための開発プログラム４１０４などが格納される。開発プログラム４１０４は、プロセッサ４０２により実行されることで、統合開発環境を提供する。
　入力部４０６は、キーボードやマウスなどで構成され、ユーザ操作を受け付ける。
　表示部４０８は、ディスプレイや各種インジケータなどで構成され、プロセッサ４０２からの処理結果などを出力する。
　通信コントローラ４１２は、任意の上位ネットワークを介して、任意の情報処理装置との間でデータをやり取りする。
　光学ドライブ４１６は、コンピュータ読取可能なプログラムを非一過的に格納する記憶媒体４１８（例えば、ＤＶＤなどの光学記憶媒体）から任意のデータを読み取り、および、任意のデータを記憶媒体４１８に書き込むことができる。
　ＵＳＢコントローラ４２４は、ＵＳＢ接続を介して、任意の情報処理装置との間のデータをやり取りする。
　コンピュータ読取可能なプログラムを非一過的に格納する記憶媒体４１８から、その中に格納されたプログラムが読み取られてストレージ４１０などにインストールされてもよい。あるいは、サポート装置４００で実行される各種プログラムは、ネットワーク上のサーバ装置などからダウンロードする形でインストールするようにしてもよい。また、本実施の形態に係るサポート装置４００が提供する機能は、ＯＳ４１０２が提供するモジュールの一部を利用する形で実現される場合もある。
　なお、制御システム１の稼動中において、サポート装置４００は、ＰＬＣ１００から取り外されていてもよい。
　（ｆ２：しきい時間）
　サポート装置４００は、上述したしきい時間Ｔｈ１，Ｔｈ２，Ｔｈ３をそれぞれ決定する機能を有していてもよい。
　しきい時間Ｔｈ１（第１のしきい時間）は、フレームロストを判定するための時間であり、対象のネットワークにおけるラウンドトリップ時間に基づいて決定される。
　しきい時間Ｔｈ２（第２のしきい時間）は、リング構成に何らの障害も発生していない状態のラウンドトリップ時間に基づいて決定される。すなわち、しきい時間Ｔｈ１は、リング構成において、ＰＬＣ１００のフィールドネットワークコントローラ１１２（通信部）から送信された通信フレームが一巡してフィールドネットワークコントローラ１１２（通信部）に戻るまでの時間に基づいて決定される。
　しきい時間Ｔｈ３（第３のしきい時間）は、リング構成に何らの障害も発生していない状態のラウンドトリップ時間に基づいて決定される。すなわち、しきい時間Ｔｈ３は、リング構成に含まれるいずれかのケーブルが通信フレームを伝送できない状態で、フィールドネットワークコントローラ１１２（通信部）から送信された通信フレームが一巡してフィールドネットワークコントローラ１１２（通信部）に戻るまでの時間に基づいて決定される。
　例えば、サポート装置４００は、制御システム１のネットワークにおける通信フレームが一巡するのに要する時間を測定し、測定された時間に基づいて、しきい時間Ｔｈ２および／またはしきい時間Ｔｈ３を決定してもよい。
　あるいは、サポート装置４００は、シミュレーションによって、しきい時間Ｔｈ２および／またはしきい時間Ｔｈ３を決定してもよい。例えば、サポート装置４００は、ネットワークに接続されるデバイス２００の数、および、ネットワークの接続形態（ネットワークトポロジー）の情報に基づいて、予め定められた算出式に従って、しきい時間Ｔｈ１および／またはしきい時間Ｔｈ２を決定してもよい。
　（ｆ３：ユーザインターフェイス画面）
　ユーザは、サポート装置４００が提供する統合開発環境を利用して、ユーザプログラム１１０４を作成するとともに、制御システム１に係る各種設定も行う。このとき、サポート装置４００は、ユーザ操作に応じて、ユーザプログラム１１０４の実行時間などをシミュレーションにより推定することができる。その上で、サポート装置４００は、シミュレーション結果に基づいて、動作モードの変更などをユーザへアドバイスすることもできる。
　図１４は、本実施の形態に従う制御システム１のサポート装置４００が提供するユーザインターフェイス画面４５０の一例を示す模式図である。図１４を参照して、ユーザインターフェイス画面４５０は、現在の設定において算出されたユーザプログラム１１０４の実行時間を示すグラフ４５２と、ネットワーク構成を変更した上で、制御性能優先モードを採用した場合におけるユーザプログラム１１０４の実行時間を示すグラフ４５４とを含む。なお、グラフ４５２に示される実行時間としては、ＰＬＣ１００で測定された計測値を採用してもよい。
　ユーザは、グラフ４５２とグラフ４５４とを比較することで、ユーザプログラム１１０４の実行時間（タスク実行周期）をどの程度短縮できるのかを事前に把握できる。
　図１４に示すユーザインターフェイス画面４５０の例においては、シミュレーション結果に基づいて、「リング構成に変更して制御性能優先モードを選択することで、タスク実行周期を２ｍｓから１ｍｓに短縮できます」といったメッセージ４６０が表示されている。
　ユーザは、メッセージ４６０を参照して、制御システム１のネットワーク構成を非リング構成からリング構成に変更した上で、チェックボックス４５８をチェックすることで、制御性能優先モードが有効化される。制御性能優先モードが有効化された場合には、ネットワーク内で何らかの障害が発生すると、データの同期性が失われる可能性がある旨をユーザへ通知するようにしてもよい。
　なお、図１４に示す例では、チェックボックス４５６がチェックされており、データ同期性優先モードが選択されていることが分かる。
　（ｆ４：動作モードの確認・取得）
　ＰＬＣ１００の動作モードおよびユーザプログラム１１０４の実行時間などは、任意の方法で確認および取得できるようにしてもよい。
　典型的には、サポート装置４００をＰＬＣ１００に接続し、サポート装置４００上で、ＰＬＣ１００の動作モード（データ同期性優先モードおよび制御性能優先モードのいずれｋであるか）、ならびに、ユーザプログラム１１０４の実行時間などをモニターできるようにしてもよい。
　また、制御システム１にＨＭＩ（Human　Machine　Interface）を設け、ＰＬＣ１００の動作モード、およびに、ユーザプログラム１１０４の実行時間などを、ＨＭＩ上に表示するようにしてもよい。
　さらに、ＰＬＣ１００が保持するシステム変数あるいは特殊イベントなどを利用することで、ユーザプログラム１１０４に含まれる専用命令によって、ＰＬＣ１００の動作モード、およびに、ユーザプログラム１１０４の実行時間などを取得できるようにしてもよい。このように、ＰＬＣ１００で実行されるユーザプログラム１１０４に含まれる命令により現在の動作モードを参照できるように構成されてもよい。例えば、ＰＬＣ１００の動作モードに応じて、入力処理を異ならせるようなユーザプログラム１１０４を作成することもできる。
　＜Ｇ．リング構成のバリエーション＞
　上述の説明では、中継装置３００を用いたリング構成の例について説明したが、これに限らず他の構成を採用してもよい。
　図１５は、本実施の形態に従う制御システム１で採用可能なリング構成の一例を示す図である。
　図１５（Ａ）には、３つ以上のポートを有する中継装置３００を用いたリング構成の例を示す。中継装置３００は、ポートを３つ以上有することで、ジャンクション冗長性（Junction　Redundancy）を提供する。図１５（Ａ）に示すリング構成においては、ＰＬＣ１００のフィールドネットワークコントローラ１１２（通信部）および複数のデバイス２００（スレーブ）に接続された中継装置３００を含む。
　図１５（Ｂ）には、２つ以上のポート１５１，１５２を有するＰＬＣ１００を用いたリング構成の例を示す。ＰＬＣ１００は、ポートを２つ以上有することで、ケーブル冗長性（Cable　Redundancy）を提供する。図１５（Ｂ）に示すリング構成においては、ＰＬＣ１００のフィールドネットワークコントローラ１１２（通信部）は、それぞれ異なるデバイス２００（スレーブ）に接続された複数のポートを有している。
　また、図１５（Ａ）に示す中継装置３００、および、図１５（Ｂ）に示すＰＬＣ１００を任意に組み合わせてリング構成を構成してもよい。
　本実施の形態に従う通信制御方法は、上述した構成例に限らず任意のリング構成に対して適用可能である。また、通信プロトコルとしても、ＥｔｈｅｒＣＡＴに限らず、定時性を有する様々な産業用ネットワーク用の通信プロトコルに適用可能である。
　＜Ｈ．付記＞
　上述したような本実施の形態は、以下のような技術思想を含む。
［構成１］
　通信フレーム（３０）が一巡するように構成されたネットワークに接続される通信部（１１２）と、
　前記通信部を介して受信した通信フレームに含まれる入力データに基づく制御演算（１６０）、および、当該制御演算により決定された出力データを含む通信フレームの送信（１６４）を、実行周期毎に繰返し実行する演算処理部（１０２）とを備え、
　前記演算処理部は、
　　通信フレームを送信してから第１のしきい時間（Ｔｈ１）までに当該送信した通信フレームを受信しなければ、当該送信より前に受信した通信フレームに含まれていた入力データである予備入力データ（１７２）に基づいて制御演算を実行する第１の動作モードと、
　　通信フレームを送信してから前記第１のしきい時間より短い第２のしきい時間（Ｔｈ２）までに当該送信した通信フレームを受信しなければ、当該送信より前に受信した通信フレームに含まれていた入力データである予備入力データ（１７２）に基づいて制御演算を実行する第２の動作モードとを選択可能に構成されており、
　前記演算処理部は、
　　前記第１の動作モードにおいて、前記第１のしきい時間までに当該送信した通信フレームを受信すれば、当該受信した通信フレームに含まれる入力データで前記予備入力データを更新し、
　　前記第２の動作モードにおいて、前記第２のしきい時間より長い第３のしきい時間（Ｔｈ３）までに当該送信した通信フレームを受信すれば、当該受信した通信フレームに含まれる入力データで前記予備入力データを更新する、制御装置（１００）。
［構成２］
　前記ネットワークは、通信スレーブに接続されたケーブル（２１～２６）の各々において、通信フレームが一方向にのみ伝送されるように構成されたリング構成を含む、構成１に記載の制御装置。
［構成３］
　前記演算処理部は、前記ネットワークが前記リング構成を含む場合に、前記第２の動作モードを有効化可能になっている、構成２に記載の制御装置。
［構成４］
　前記第２のしきい時間は、前記リング構成において、前記通信部から送信された通信フレームが一巡して前記通信部に戻るまでの時間に基づいて決定され、
　前記第３のしきい時間は、前記リング構成に含まれるいずれかのケーブルが通信フレームを伝送できない状態で、前記通信部から送信された通信フレームが一巡して前記通信部に戻るまでの時間に基づいて決定される、構成２または３に記載の制御装置。
［構成５］
　前記リング構成は、前記通信部および複数の通信スレーブ（２００）に接続された中継装置（３００）を含む、構成２～４のいずれか１項に記載の制御装置。
［構成６］
　前記通信部は、それぞれ異なる通信スレーブに接続された複数のポート（１５１，１５２）を有している、構成２～４のいずれか１項に記載の制御装置。
［構成７］
　前記第２の動作モードにおける実行周期（Ｔｃ１）は、前記第１の動作モードにおける実行周期（Ｔｃ２）より短く設定される、構成１に記載の制御装置。
［構成８］
　前記演算処理部で実行されるユーザプログラム（１１０４）に含まれる命令により前記演算処理部の動作モードを参照できるように構成される、構成１～７のいずれか１項に記載の制御装置。
［構成９］
　通信フレームが一巡するように構成されたネットワークに接続される通信部（１１２）を含む制御装置（１００）で実行される通信制御方法であって、
　第１の動作モードおよび第２の動作モードのうち選択された動作モードに従って、入力処理を実行するステップ（Ｓ１０４，Ｓ１０６，Ｓ１１０，Ｓ１１４；Ｓ２０４，Ｓ２０６，Ｓ２１０，Ｓ２１２，Ｓ２１４，Ｓ２１８，Ｓ２２０）と、
　前記通信部を介して受信した通信フレームに含まれる入力データに基づく制御演算を実行するステップ（Ｓ１０８，Ｓ１１６；Ｓ２０８，Ｓ２１６）と、
　前記制御演算により決定された出力データを含む通信フレームを送信するステップ（Ｓ１０２，Ｓ２０２）とを備え、
　前記入力処理を実行するステップは、
　　前記第１の動作モードにおいて、
　　　通信フレームを送信してから第１のしきい時間までに当該送信した通信フレームを受信しなければ、当該送信より前に受信した通信フレームに含まれていた入力データである予備入力データを前記制御演算に用いるステップ（Ｓ１１４）と、
　　　前記第１のしきい時間までに当該送信した通信フレームを受信すれば、当該受信した通信フレームに含まれる入力データで前記予備入力データを更新するステップ（Ｓ１１０）とを含み、
　　前記第２の動作モードにおいて、
　　　通信フレームを送信してから前記第１のしきい時間より短い第２のしきい時間までに当該送信した通信フレームを受信しなければ、当該送信より前に受信した通信フレームに含まれていた入力データである予備入力データを前記制御演算に用いるステップ（Ｓ２１４）と、
　　　前記第２のしきい時間より長い第３のしきい時間までに当該送信した通信フレームを受信すれば、当該受信した通信フレームに含まれる入力データで前記予備入力データを更新するステップ（Ｓ２２０）とを含む、通信制御方法。
［構成１０］
　通信フレームが一巡するように構成されたネットワークに接続される通信部（１１２）を含むコンピュータ（１００）で実行される制御プログラム（１１０２）であって、前記制御プログラムは前記コンピュータに、
　第１の動作モードおよび第２の動作モードのうち選択された動作モードに従って、入力処理を実行するステップ（Ｓ１０４，Ｓ１０６，Ｓ１１０，Ｓ１１４；Ｓ２０４，Ｓ２０６，Ｓ２１０，Ｓ２１２，Ｓ２１４，Ｓ２１８，Ｓ２２０）と、
　前記通信部を介して受信した通信フレームに含まれる入力データに基づく制御演算を実行するステップ（Ｓ１０８，Ｓ１１６；Ｓ２０８，Ｓ２１６）と、
　前記制御演算により決定された出力データを含む通信フレームを送信するステップ（Ｓ１０２，Ｓ２０２）とを実行させ、
　前記入力処理を実行するステップは、
　　前記第１の動作モードにおいて、
　　　通信フレームを送信してから第１のしきい時間までに当該送信した通信フレームを受信しなければ、当該送信より前に受信した通信フレームに含まれていた入力データである予備入力データを前記制御演算に用いるステップ（Ｓ１１４）と、
　　　前記第１のしきい時間までに当該送信した通信フレームを受信すれば、当該受信した通信フレームに含まれる入力データで前記予備入力データを更新するステップ（Ｓ１１０）とを含み、
　　前記第２の動作モードにおいて、
　　　通信フレームを送信してから前記第１のしきい時間より短い第２のしきい時間までに当該送信した通信フレームを受信しなければ、当該送信より前に受信した通信フレームに含まれていた入力データである予備入力データを前記制御演算に用いるステップ（Ｓ２１４）と、
　　　前記第２のしきい時間より長い第３のしきい時間までに当該送信した通信フレームを受信すれば、当該受信した通信フレームに含まれる入力データで前記予備入力データを更新するステップ（Ｓ２２０）とを含む、制御プログラム。
　＜Ｉ．利点＞
　本実施の形態に係る制御システムは、リング構成によって得られるラウンドトリップ時間の短縮化と、リング構成に何らかの障害が発生した場合の制御の安定化とを両立できる。
　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　１　制御システム、２０，２１，２２，２３，２４，２５，２６　ケーブル、３０　通信フレーム、１００　ＰＬＣ、１０２，２０２，３０２，４０２　プロセッサ、１０４，２０４，３０４，４０４　メインメモリ、１１０，２１０，３１０，４１０　ストレージ、１１２，２１２　フィールドネットワークコントローラ、１１４　ローカルバスコントローラ、１１６　機能ユニット、１１８，２２８　内部バス、１５１，１５２　ポート、１６０　制御演算、１６２　出力処理、１６４　入力処理、１６６　余裕時間、１７０　現周期入力データ、１７２　予備入力データ、２００　デバイス、２０６，３０６　制御回路、２２０　機能モジュール、２５１，３５１　第１ポート、２５２，３５２　第２ポート、３００　中継装置、３１２　フィールドネットワークインターフェイス、３５３　第３ポート、４００　サポート装置、４０６　入力部、４０８　表示部、４１２　通信コントローラ、４１６　光学ドライブ、４１８　記憶媒体、４２４　ＵＳＢコントローラ、４５０　ユーザインターフェイス画面、４５２，４５４　グラフ、４５６，４５８　チェックボックス、４６０　メッセージ、１１０２　システムプログラム、１１０４　ユーザプログラム、１１０６　システム設定情報、４１０２　ＯＳ、４１０４　開発プログラム、Ｔ０　終了タイミング、Ｔｃ１，Ｔｃ２，Ｔｃ３　タスク実行周期、Ｔｈ１，Ｔｈ２，Ｔｈ３　しきい時間、Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３　ラウンドトリップ時間、Ｔｔ１，Ｔｔ２，Ｔｔ３，Ｔｔ４　通信時間。

Claims (10)

  1. 　通信フレームが一巡するように構成されたネットワークに接続される通信部と、
    　前記通信部を介して受信した通信フレームに含まれる入力データに基づく制御演算、および、当該制御演算により決定された出力データを含む通信フレームの送信を、実行周期毎に繰返し実行する演算処理部とを備え、
    　前記演算処理部は、
    　　通信フレームを送信してから第１のしきい時間までに当該送信した通信フレームを受信しなければ、当該送信より前に受信した通信フレームに含まれていた入力データである予備入力データに基づいて制御演算を実行する第１の動作モードと、
    　　通信フレームを送信してから前記第１のしきい時間より短い第２のしきい時間までに当該送信した通信フレームを受信しなければ、当該送信より前に受信した通信フレームに含まれていた入力データである予備入力データに基づいて制御演算を実行する第２の動作モードとを選択可能に構成されており、
    　前記演算処理部は、
    　　前記第１の動作モードにおいて、前記第１のしきい時間までに当該送信した通信フレームを受信すれば、当該受信した通信フレームに含まれる入力データで前記予備入力データを更新し、
    　　前記第２の動作モードにおいて、前記第２のしきい時間より長い第３のしきい時間までに当該送信した通信フレームを受信すれば、当該受信した通信フレームに含まれる入力データで前記予備入力データを更新する、制御装置。
  2. 　前記ネットワークは、通信スレーブに接続されたケーブルの各々において、通信フレームが一方向にのみ伝送されるように構成されたリング構成を含む、請求項１に記載の制御装置。
  3. 　前記演算処理部は、前記ネットワークが前記リング構成を含む場合に、前記第２の動作モードを有効化可能になっている、請求項２に記載の制御装置。
  4. 　前記第２のしきい時間は、前記リング構成において、前記通信部から送信された通信フレームが一巡して前記通信部に戻るまでの時間に基づいて決定され、
    　前記第３のしきい時間は、前記リング構成に含まれるいずれかのケーブルが通信フレームを伝送できない状態で、前記通信部から送信された通信フレームが一巡して前記通信部に戻るまでの時間に基づいて決定される、請求項２または３に記載の制御装置。
  5. 　前記リング構成は、前記通信部および複数の通信スレーブに接続された中継装置を含む、請求項２～４のいずれか１項に記載の制御装置。
  6. 　前記通信部は、それぞれ異なる通信スレーブに接続された複数のポートを有している、請求項２～４のいずれか１項に記載の制御装置。
  7. 　前記第２の動作モードにおける実行周期は、前記第１の動作モードにおける実行周期より短く設定される、請求項１に記載の制御装置。
  8. 　前記演算処理部で実行されるユーザプログラムに含まれる命令により前記演算処理部の動作モードを参照できるように構成される、請求項１～７のいずれか１項に記載の制御装置。
  9. 　通信フレームが一巡するように構成されたネットワークに接続される通信部を含む制御装置で実行される通信制御方法であって、
    　第１の動作モードおよび第２の動作モードのうち選択された動作モードに従って、入力処理を実行するステップと、
    　前記通信部を介して受信した通信フレームに含まれる入力データに基づく制御演算を実行するステップと、
    　前記制御演算により決定された出力データを含む通信フレームを送信するステップとを備え、
    　前記入力処理を実行するステップは、
    　　前記第１の動作モードにおいて、
    　　　通信フレームを送信してから第１のしきい時間までに当該送信した通信フレームを受信しなければ、当該送信より前に受信した通信フレームに含まれていた入力データである予備入力データを前記制御演算に用いるステップと、
    　　　前記第１のしきい時間までに当該送信した通信フレームを受信すれば、当該受信した通信フレームに含まれる入力データで前記予備入力データを更新するステップとを含み、
    　　前記第２の動作モードにおいて、
    　　　通信フレームを送信してから前記第１のしきい時間より短い第２のしきい時間までに当該送信した通信フレームを受信しなければ、当該送信より前に受信した通信フレームに含まれていた入力データである予備入力データを前記制御演算に用いるステップと、
    　　　前記第２のしきい時間より長い第３のしきい時間までに当該送信した通信フレームを受信すれば、当該受信した通信フレームに含まれる入力データで前記予備入力データを更新するステップとを含む、通信制御方法。
  10. 　通信フレームが一巡するように構成されたネットワークに接続される通信部を含むコンピュータで実行される制御プログラムであって、前記制御プログラムは前記コンピュータに、
    　第１の動作モードおよび第２の動作モードのうち選択された動作モードに従って、入力処理を実行するステップと、
    　前記通信部を介して受信した通信フレームに含まれる入力データに基づく制御演算を実行するステップと、
    　前記制御演算により決定された出力データを含む通信フレームを送信するステップとを実行させ、
    　前記入力処理を実行するステップは、
    　　前記第１の動作モードにおいて、
    　　　通信フレームを送信してから第１のしきい時間までに当該送信した通信フレームを受信しなければ、当該送信より前に受信した通信フレームに含まれていた入力データである予備入力データを前記制御演算に用いるステップと、
    　　　前記第１のしきい時間までに当該送信した通信フレームを受信すれば、当該受信した通信フレームに含まれる入力データで前記予備入力データを更新するステップとを含み、
    　　前記第２の動作モードにおいて、
    　　　通信フレームを送信してから前記第１のしきい時間より短い第２のしきい時間までに当該送信した通信フレームを受信しなければ、当該送信より前に受信した通信フレームに含まれていた入力データである予備入力データを前記制御演算に用いるステップと、
    　　　前記第２のしきい時間より長い第３のしきい時間までに当該送信した通信フレームを受信すれば、当該受信した通信フレームに含まれる入力データで前記予備入力データを更新するステップとを含む、制御プログラム。
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