(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上位システムと複数の制御機器とがModbus通信するModbus制御システムにおいて、
前記制御機器は、
前記上位システムの制御指令をModbus子制御機器に送信するModbusマスタ／クライアント機能並びに前記上位システムからの制御指令を受信すると共に前記Modbus子制御機器からの警報信号を受信するModbusスレーブ／サーバ機能を具備するModbus親制御機器と、
前記Modbus親制御機器に対して警報信号を送信するModbusマスタ／クライアント機能並びに前記Modbus親制御機器からの制御指令を受信するModbusスレーブ／サーバ機能を具備するModbus子制御機器と、
を備え、
前記Modbus親制御機器と前記Modbus子制御機器間のModbus通信において、通信相手側の不連続な複数レジスタへのアクセスを１回の通信手続きで指定するランダムアクセス機能を備え、
前記ランダムアクセスによる前記Modbus親制御機器と前記Modbus子制御機器間のModbus通信において、通信周期の空隙時間内に、前記制御指令の優先的な送受信を実行することを特徴とするModbus制御システム。
【請求項２】
上位システムと複数の制御機器とがModbus通信するModbus制御システムにおいて、
前記制御機器は、
前記上位システムの制御指令をModbus子制御機器に送信するModbusマスタ／クライアント機能並びに前記上位システムからの制御指令を受信すると共に前記Modbus子制御機器からの警報信号を受信するModbusスレーブ／サーバ機能を具備するModbus親制御機器と、
前記Modbus親制御機器に対して警報信号を送信するModbusマスタ／クライアント機能並びに前記Modbus親制御機器からの制御指令を受信するModbusスレーブ／サーバ機能を具備するModbus子制御機器と、
を備え、
前記Modbus親制御機器と前記Modbus子制御機器間のModbus通信において、通信相手側の不連続な複数レジスタへのアクセスを１回の通信手続きで指定するランダムアクセス機能を備え、
前記ランダムアクセスによる前記Modbus親制御機器と前記Modbus子制御機器間のModbus通信において、通信周期の空隙時間内に、前記警報信号の優先的な送受信を実行することを特徴とするModbus制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上位システムと複数の制御機器とがModbus通信するModbus制御システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
Modbusは、Modicon社が、同社のプログラマブルロジックコントローラ（PLC）向けに策定したシリアル通信プロトコルであるが、産業界におけるデファクト標準の通信プロトコルとなり、現在では産業用電子機器を比較的小規模にネットワーク接続する一般的手段として広く使用されている。PLCによるシーケンス制御装置については、特許文献１に技術開示がある。
【０００３】
Modbusが普及した理由は、仕様が公開されていて利用が無料であること、実装が比較的容易であること、データをそのまま転送できベンダーに多くの制約を設けていないこと等による。
【０００４】
図６は、従来のModbus制御システムの構成例を示す機能ブロック図である。複数の制御システム１０，２０，…が通信バス３０を介して上位システム４０と通信する。上位システムは、DCS（Distributed Control System）、SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)等である。
【０００５】
制御システム１０は、複数の下位センサと通信して制御するModbus制御機器１１、１２を備え、通信バス３０を介して上位システム４０と通信する。同様に、制御システム２０は、複数の下位センサと通信して制御するModbus制御機器２１、２２を備え、通信バス３０を介して上位システム４０と通信する。
【０００６】
このように、Modbus通信を利用する計測・制御システムにおいては、DCSやSCADAシステム等の上位システムとPLC等の制御機器を接続する際、図６に示すように上位システム４０の直下に制御機器１０、２０を接続して運用することが一般的である。
【０００７】
Modbus通信機能を有する制御機器は、上位システムからのModbus通信による制御指令を受けて、下位に接続されているセンサをコントロールして制御対象の制御を実行すると共に、制御する過程で検出した警報信号をModbus通信により上位システムに対して送信する。
【０００８】
図７は、Modbus制御機器のレジスタに対する従来のModbusシーケンシャルアクセスのデータフォーマットである。図７（Ａ）はModbusシーケンシャルアクセス（Read）のデータフォーマット、図７（Ｂ）はModbusシーケンシャルアクセス（Write）のデータフォーマットである。
【０００９】
Modbusシーケンシャルアクセスのデータフォーマットでは、アクセスの開始アドレスとレジスタ数が記述されるので、通信相手の連続している複数アドレスへのアクセスは一回の通信手続きで完了するが、連続していないレジスタにアクセスするためには、複数回の通信手続きが必要になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平９−２８２０３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来構成では次のような問題がある。
（１）制御機器が直接上位システムとModbus通信でデータのやり取りを行うため、制御機器間で通信トラフィックのコントロールを行うことができない。そのため、上位システムからの制御指令が、別の機器との通信により遮断され、制御機器に到達するまでの時間が遅延する可能性がある。
【００１２】
（２）制御機器が直接上位システムとModbus通信するため、上位システムがダウンするとシステム全体の制御動作が停止してしまう。
【００１３】
（３）通常のModbus通信では、通信相手の連続していないModbusレジスタにアクセスするためには、複数回の通信手続きが必要になる。このため、同一の機器に対して何度も通信データのやり取りが行われ、結果として通信トラフィックの増大を招いている。
【００１４】
本発明の目的は、従来システムに対して通信トラフィックの大幅な軽減を可能とするModbus制御システムを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
このような課題を達成するために、本発明は次の通りの構成になっている。
（１）上位システムと複数の制御機器とがModbus通信するModbus制御システムにおいて、
前記制御機器は、
前記上位システムの制御指令をModbus子制御機器に送信するModbusマスタ／クライアント機能並びに前記上位システムからの制御指令を受信すると共に前記Modbus子制御機器からの警報信号を受信するModbusスレーブ／サーバ機能を具備するModbus親制御機器と、
前記Modbus親制御機器に対して警報信号を送信するModbusマスタ／クライアント機能並びに前記Modbus親制御機器からの制御指令を受信するModbusスレーブ／サーバ機能を具備するModbus子制御機器と、
を備え、
前記Modbus親制御機器と前記Modbus子制御機器間のModbus通信において、通信相手側の不連続な複数レジスタへのアクセスを１回の通信手続きで指定するランダムアクセス機能を備え、
前記ランダムアクセスによる前記Modbus親制御機器と前記Modbus子制御機器間のModbus通信において、通信周期の空隙時間内に、前記制御指令の優先的な送受信を実行することを特徴とするModbus制御システム。
【００１６】
（２）上位システムと複数の制御機器とがModbus通信するModbus制御システムにおいて、
前記制御機器は、
前記上位システムの制御指令をModbus子制御機器に送信するModbusマスタ／クライアント機能並びに前記上位システムからの制御指令を受信すると共に前記Modbus子制御機器からの警報信号を受信するModbusスレーブ／サーバ機能を具備するModbus親制御機器と、
前記Modbus親制御機器に対して警報信号を送信するModbusマスタ／クライアント機能並びに前記Modbus親制御機器からの制御指令を受信するModbusスレーブ／サーバ機能を具備するModbus子制御機器と、
を備え、
前記Modbus親制御機器と前記Modbus子制御機器間のModbus通信において、通信相手側の不連続な複数レジスタへのアクセスを１回の通信手続きで指定するランダムアクセス機能を備え、
前記ランダムアクセスによる前記Modbus親制御機器と前記Modbus子制御機器間のModbus通信において、通信周期の空隙時間内に、前記警報信号の優先的な送受信を実行することを特徴とするModbus制御システム。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、次のような効果を期待することができる。
（１）Modbus通信において、個々の制御機器がModbus マスタ/クライアント機能とModbus スレーブ/サーバ機能を同時に有することにより、制御機器同士が制御データのやり取りをすることが可能となる。
【００２０】
（２）制御機器同士が自立的に制御データのやり取りを行うことによって、従来技術のシステムと比較して、上位システムと制御機器間での通信トラフィックを軽減することができる。
【００２１】
（３）ランダムアクセス機能を定義することにより、シーケンシャルアクセスで必要な同一機器間で複数回の通信手続きを省略することができるため、通信トラフィックを軽減することができる。
【００２２】
（４）制御機器間同士での通信データのやり取りを通信周期毎に行うように通信するタイミングを限定することにより、制御指令や警報信号等、制御システム上即時性の求められる信号を通信周期間の空隙時間で優先的に処理することができ、データの到達とリアルタイム性が保障される。
【００２３】
（５）制御機器同士が制御データのやり取りを行うことができるため、個々の制御機器が直接上位システムと通信する従来手法と比較して、自立的にシステムを運用することができる。これにより、上位システムがダウンした場合、制御のバックアップ動作が行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明を適用したModbus制御システムの一実施例を示す機能ブロック図である。
【図２】Modbus親制御機器及びModbus子制御機器が備える機能及び目的を整理した表である。
【図３】Modbus親制御機器とModbus子制御機器間のランダムアクセス通信のイメージ図である。
【図４】本発明を適用したModbus制御機器のレジスタに対するModbusランダムアクセスのデータフォーマットである。
【図５】Modbus通信周期の空隙時間で実行される優先通信を説明するシーケンス図である。
【図６】従来のModbus制御システムの構成例を示す機能ブロック図である。
【図７】Modbus制御機器のレジスタに対する一般的なModbusシーケンシャルアクセスのデータフォーマットである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下本発明を、図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明を適用したModbus制御システムの一実施例を示す機能ブロック図である。図６で説明した従来構成と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。
【００２６】
本発明が適用される制御システム１００及び２００の夫々は、上位システム４０と直接通信するModbus親制御機器１０１及び２０１を備える。制御システム１００は、Modbus親制御機器１０１と通信する下位の２台のModbus子制御機器１０２，１０３を備える。
【００２７】
同様に、制御システム２００は、Modbus親制御機器２０１と通信する下位の２台のModbus子制御機器２０２，２０３を備える。尚、Modbus親制御機器及びModbus子制御機器が複数の下位センサと通信して制御する構成は、図６に示した従来システムと同一である。
【００２８】
図２は、Modbus親制御機器及びModbus子制御機器が備える機能及び目的を整理した表である。Modbus親制御機器は、Modbusマスタ／クライアント機能を有し、上位システムからの制御指令をModbus子制御機器に送信する。更にModbus親制御機器は、Modbusスレーブ／サーバ機能を有し、上位システムからの制御信号を受信すると共に、Modbus子制御機器からの警報信号を受信する。
【００２９】
Modbus子制御機器は、Modbusマスタ／クライアント機能を有し、Modbus親制御機器に警報信号を送信する。更にModbus子制御機器は、Modbusスレーブ／サーバ機能を有し、Modbus親制御機器からの制御信号を受信する。
【００３０】
Modbus親制御機器及びModbus子制御機器が備えるマスタ／クライアント機能及びModbusスレーブ／サーバ機能は、Modbus親制御機器とModbus子制御機器間のModbus通信において、通信相手側の不連続な複数レジスタへのアクセスを１回の通信手続きで指定するランダムアクセス機能を備える。
【００３１】
各制御システムにおいてModbus親制御機器とModbus子制御機器を上位下位の階層構成とすることで、上位システムと直接通信データをやり取りするのはModbus親制御機器のみとすることができる。Modbus親制御機器は、下位のModbus子制御機器に対して上位システムからの制御指令を送信する。また、Modbus親制御機器は、Modbus子制御機器から送信された警報信号を受信して上位システムに送信する。
【００３２】
Modbus通信において、個々の制御機器がModbus マスタ/クライアント機能とModbus スレーブ/サーバ機能を同時に有することにより、制御機器同士が制御データのやり取りをすることが可能となる。制御機器同士が自立的に制御データのやり取りを行うことによって、従来技術のシステムと比較して、上位システムと制御機器間での通信トラフィックを軽減することができる。
【００３３】
図３は、Modbus親制御機器とModbus子制御機器間のランダムアクセス通信のイメージ図である。ランダムアクセス機能を定義することにより、同一機器間で複数回の通信手続きを省略することができるため、相手側の不連続なレジスタへのアクセスの場合でも、同一の機器に複数回Modbus通信を行うことを回避でき、通信トラフィックの軽減に貢献することができる。
【００３４】
図４は、本発明を適用したModbus制御機器のレジスタに対するModbusランダムアクセスのデータフォーマットである。図４（Ａ）はModbusランダムアクセス（Read）のデータフォーマット、図４（Ｂ）はModbusランダムアクセス（Write）のデータフォーマットである。
【００３５】
本発明のModbusランダムアクセスのデータフォーマットでは、アクセス対象のレジスタ番号が列挙的に記述されるので、通信相手の連続してない複数アドレスへのアクセスでも一回の通信手続きアクセスを完了することが可能である。
【００３６】
図５は、Modbus通信周期の空隙時間で実行される優先通信を説明するシーケンス図である。図５（Ａ）は、Modbus親制御機器とModbus子制御機器間で所定の通信周期(例えば、100msec 毎)で実行される制御機器間の定周期通信を示す。
【００３７】
ランダムアクセスのデータフォーマットを用いれば、制御機器間通信のトラフィックが軽減されるので、周期的な制御機器間との通信データのやり取りの間に空隙時間を存在させることが容易である。
【００３８】
この空隙時間で優先通信を実行することが可能である。図５（Ｂ）は、この空隙時間で実行される上位システムからの制御指令の送受信タイミングを示す。図５（Ｃ）は、制御機器の警報信号の送受信タイミングを示す。
制御システム上、制御指令と警報信号は、他の通信データと比較して即時性を求められるので、制御機器間で通信データのやり取りが行われていない空隙時間を利用して、優先通信データの送受信を実行することにより、データの到達とリアルタイム性が保障される。
【符号の説明】
【００３９】
３０  通信バス
４０  上位システム
１００、２００  制御システム
１０１、２０１  Modbus親制御機器
１０２、１０３、２０２、２０３  Modbus子制御機器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図５】
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