(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
標準プロトコルに従って通信をする通信局に対して、通信帯域を時分割して多重通信を行わせる通信制御システムであって、
時分割の基本周期となる通信サイクルを時間スロットに分割し、各時間スロットに対して通信局の組と通信手段の種類を割り当てる時間スロット割当手段と、
この時間スロット割当手段により割り当てられた通信局の組と通信手段の種類に従って、当該時間スロットの時間内に通信を行う時分割多重通信手段と、
を有し、
各通信局には計時手段と時刻同期通信手段が設けられ、
前記通信手段の種類として時刻同期通信を含み、前記時刻同期通信手段は時刻同期通信が割り当てられた時間スロットを用いて時刻同期通信を行い、
前記時刻同期通信手段が各通信局に時刻同期通信フレームを送ると、各通信局の計時手段の時刻が同期化され、全通信局の時間スロットが同期化されることを特徴とする通信制御システム。
【請求項２】
前記通信局の組は、各通信局のアドレスにより通信局をグループ化することにより生成することを特徴とする請求項１に記載の通信制御システム。
【請求項３】
前記通信手段の種類は、
１対Ｎの非周期的データ通信、１対Ｎの周期的データ通信、１対１の非周期的データ通信、１対１の周期的データ通信、
の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の通信制御システム。
【請求項４】
前記１対１の非周期的データ通信は、
１対１の非周期的データ通信であって受信局がデータを正常に受信したときに肯定応答を送信局に返信する肯定応答型通信と、
１対１の非周期的データ通信であって受信局がデータを正常に受信できなかったときに否定応答を送信局に返信する否定応答型通信、
の少なくとも１つであることを特徴とする請求項３に記載の通信制御システム。
【請求項５】
前記通信手段は１対Ｎの非周期的データ通信を行う通信手段であって、
データパケットを複数の通信局の宛先となるグループアドレス宛に同報通信するデータ送信手段と、
送られてきたデータパケットの宛先アドレスが自局の属するグループアドレスであるとき、前記送られてきたデータパケットを受信するデータ受信手段と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の通信制御システム。
【請求項６】
前記通信手段は１対Ｎの周期的データ通信を行う通信手段であって、
定周期でデータパケットを複数の通信局の宛先となるグループアドレス宛に同報通信するデータ送信手段と、
受信したデータパケットの受信時刻とデータパケットが対にして格納される複数の受信バッファと、
受信したデータパケットの宛先アドレスが自局の属するグループアドレスであるとき、前記受信したデータパケットに受信時刻を付加して前記複数の受信バッファに順番に１パケットずつ格納していくパケット受信手段と、
前記複数の受信バッファのうち最新の受信時刻を含む受信バッファからデータパケットを読み出し、前記同報通信の周期より短い時間の間に読み出しを完了し、上位側に渡す受信バッファ読み出し手段と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の通信制御システム。
【請求項７】
前記通信手段は１対１の非周期的データ通信で即時応答型通信を行う通信手段であって、
１つの通信局宛にデータパケットを送信し、所定時間内に受信局から正常受信応答が返信されないときはデータパケットを再送するデータ送信手段と、
データパケットを正常に受信したときに正常受信応答を送信するデータ受信手段と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の通信制御システム。
【請求項８】
前記データ送信手段は、前記データパケットの再送を前記時間スロットとは無関係に行うことを特徴とする請求項７に記載の通信制御システム。
【請求項９】
前記データ受信手段は、前記正常受信応答の送信を前記時間スロットとは無関係に行うことを特徴とする請求項７に記載の通信制御システム。
【請求項１０】
前記通信手段は１対１の非周期的データ通信で否定応答型通信を行う通信手段であって、
データパケットにシーケンス番号を付けて送信し、このシーケンス番号は送信の度に変えていくデータ送信手段と、
データパケットを受信する毎にデータパケットに付いたシーケンス番号を確認し、確認したシーケンス番号に抜けを検出したときに否定応答パケットを送信局へ送るデータ受信手段と、
を有し、
前記データ受信手段は、前記否定応答パケットに最近に正常に受信したデータパケットを指定したシーケンス番号を付加し、
前記データ送信手段は、前記否定応答パケットを受けると、否定応答パケットに付加されたシーケンス番号で指定される未送達のデータパケットから順次再送を行うとともに、
前記データ送信手段は、データパケットの送信を完了後、所定時間にわたって後続のデータパケットを送信しないとき、送達確認パケットを受信局へ送信し、返信された肯定応答パケットが示すシーケンス番号が最後に送信したデータパケットを示していないときには、受信した肯定応答パッケットで指定される未送達のデータパケットから順次再送を行い、
前記データ受信手段は、前記送達確認パケットを受信したときに、最後に受信したデータパケットを指定したシーケンス番号を付加した肯定応答パケットを送信局へ返信することを特徴とする請求項１に記載の通信制御システム。
【請求項１１】
前記データ受信手段は、前記否定応答パケットと肯定応答パケットの送信を前記時間スロットとは無関係に行うことを特徴とする請求項１０に記載の通信制御システム。
【請求項１２】
前記通信手段は１対１の周期的データ通信を行う通信手段であって、
データ取得要求に基づき、指定された通信局宛へのデータパケットの周期的送信を開始要求パケットにより要求する送信要求手段と、
前記データパケットの周期的送信の停止を停止要求パケットにより要求する停止要求手段と、
前記開始要求パケットを受信したとき、開始要求パケットにより指定された周期で前記開始要求パケットにより指定されたデータパケットを要求元の通信局へ送信することを開始し、停止要求パケットを受信したとき、前記データパケットの送信を停止するデータ送信手段と、
前記データパケットを受信するデータ受信手段と、
を有し、
前記データ受信手段は、
受信したデータパケットの受信時刻とデータパケットが対にして格納される複数の受信バッファと、
前記受信したデータパケットに受信時刻を付加して前記複数の受信バッファに順番に１パケットずつ格納していくパケット受信手段と、
前記複数の受信バッファのうち最新の受信時刻を含む受信バッファからデータパケットを読み出し、前記開始要求パケットにより指定した周期より短い時間の間に読み出しを完了し、上位側に渡す受信バッファ読み出し手段と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の通信制御システム。
【請求項１３】
前記時間スロットを用いて時分割多重通信を行う通信制御システムであって、
ＯＳＩ階層モデルの所定の階層間に存在し、通信の種類毎に設けられ、送信パケットの待ち行列を構成する複数の送信キュー手段と、
ＯＳＩ階層モデルの所定の階層間に存在し、通信の種類毎に設けられ、受信パケットの待ち行列を構成する複数の受信キュー手段と、
前記複数の送信キュー手段のパケットを所定の優先順序に従って、送信キュー手段に対応した優先度情報を付加して送信する送信手段と、
受信したパケットを付加された前記優先度情報に従って前記複数の受信キュー手段に振り分けて格納する受信手段と、
前記複数の受信キュー手段に格納されたデータを所定の優先順位に従って読み出し、上位側へ渡す読出手段と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の通信制御システム。
【請求項１４】
前記送信手段は、前記複数の送信キュー手段の中で特定の送信キュー手段の送信処理を、この送信キュー手段より優先度が高い送信キュー手段にデータが存在しない場合に実行することを特徴とする請求項１３に記載の通信制御システム。
【請求項１５】
前記読出手段は、前記複数の受信キュー手段の中で特定の受信キュー手段の読出処理を、この受信キュー手段より優先度が高い受信キュー手段にデータが存在しない場合に実行することを特徴とする請求項１３に記載の通信制御システム。
【請求項１６】
前記送信キュー手段及び受信キュー手段はＯＳＩ階層モデルの第２層と第３層の間に存在することを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれかに記載の通信制御システム。
【請求項１７】
前記標準プロトコルはＵＤＰまたはＩＰであることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれかに記載の通信制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロセス制御等のような工業用途における通信を制御する通信制御システムに関するものである。更に詳しくは、イーサネット（登録商標）やＵＤＰ／ＩＰ（User Datagram Protocol /Internet Protocol）等の標準通信プロトコルを利用して実時間性を保証した通信を実現するための工夫を施した通信制御システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
工業用途における通信としては、例えばプロセス制御における通信がある。プロセス制御は分散型制御システムが行う。分散型制御システムは、石油化学、鉄鋼、紙パルプ、電力等の幅広い分野のプラント運転制御に用いられている。分散型制御システムを例に挙げて工業用途における通信について説明する。
【０００３】
図１４は一般的な分散型制御システムの構成例を示した図である。
図１４で、操作監視装置１と制御装置２は制御バス３に接続されている。制御装置２は操作監視装置１の監視下でプラント４を制御する。操作監視装置１はプラントの運転操作と監視を担当する。操作監視装置１は制御運転や監視をするための画面を表示する。プラントの規模に応じて複数の制御装置がプラントに分散配置される。制御バス３を介して、操作監視装置１と制御装置２が相互に通信をしながらプラントを制御する。
【０００４】
プラント４に存在するセンサ機器５，６は、温度、圧力、液位等のプロセス値を検出する。バルブ７，８は制御装置２から与えられる操作信号によって開度が制御される。センサ機器５，６が出力した４〜２０ｍＡ，１〜５Ｖのアナログ信号が制御装置２に入力される。この入力をもとに制御装置２にある制御ユニット（図示せず）は、制御演算を行い、操作量を求める。この操作量は４〜２０ｍＡ，１〜５Ｖのアナログ信号として出力され、この出力によりバルブ７，８の開度を制御する。例えば反応釜のバルブ開度を制御することによって、温度、圧力等のプロセス量を制御する。
【０００５】
従来における分散型制御システムの制御バスは、プロセス制御専用のバスであった。また、制御バスのプロトコルはプロセス制御専用のプロトコルになっていた。
近年、ＩＴ（情報技術）やＷｅｂ関連技術の著しい進歩により、分散型制御システムの制御バスにもオープン化が求められてきた。このような背景から汎用バスや標準プロトコルを制御バスに適用することが検討されている。汎用バスや標準プロトコルを制御バスに適用するには、工業用途の通信における要求を満たさなければならない。
【０００６】
特許文献１には、受信データに付いた識別子が優先か否かを判定し、判定結果に従って通信の優先制御を行い、優先データの通信の実時間性を保証する通信システムが記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特許第３４５７６３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来、イーサネット（登録商標）やＴＣＰ／ＩＰ（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）等をベースにした既存の工業用途における通信では、ＵＤＰサービスの上にサイクリックスキャン伝送を実装して実時間通信を実現している。この通信方式（従来通信方式）ではある程度、実時間性を保証できるものの、スケーラビリテイ（拡張性）やフレキシビリティ（柔軟性）の面で要求を十分に満たしていない。このことについて以下に説明する。
【０００９】
分散型制御システムのような大規模システムにおいてデータ交換を行うためには、従来通信方式を用いると大容量の記憶領域が必要となる。
また、分散型制御システムでは同報通信を行っているため、大量なデータの交換を行う場合には、従来の通信方式では受信用の通信帯域が不十分になることがある。
これらのことから従来通信方式は、大規模システム、大量データ交換への適用には問題があり、スケーラビリテイの面で工業用途の要求を十分に満たしていない。
【００１０】
従来通信方式では通信局間で交換するデータが固定的である。例えば、通信局Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄがある場合、通信局Ａは通信局Ｂ、Ｃ、Ｄとデータ交換するように設定されている。通信局Ａは通信局Ｃだけとデータ交換する設定になっていない。通信局Ａは通信局Ｃだけとデータ交換するには設定を変えなければならない。
このようなことから、ネットワーク上の大量の情報から選択的に必要な情報を取得できず、できても設定のための時間と手間を必要とするという問題点があった。
このため、従来通信方式はフレキシビリティの面で工業用途の要求を十分に満たしていない。
【００１１】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、イーサネット（登録商標）とＵＤＰ／ＩＰ等の標準通信プロトコル上にＵＤＰサービスを利用した実時間通信プロトコルを実装することにより、実時間性に加えてスケーラビリテイ、フレキシビリティの面で工業用途の要求を満たした通信制御システムを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
このような課題を達成するために、本発明は次のとおりの構成になっている。
【００１３】
（１）標準プロトコルに従って通信をする通信局に対して、通信帯域を時分割して多重通信を行わせる通信制御システムであって、
時分割の基本周期となる通信サイクルを時間スロットに分割し、各時間スロットに対して通信局の組と通信手段の種類を割り当てる時間スロット割当手段と、
この時間スロット割当手段により割り当てられた通信局の組と通信手段の種類に従って、当該時間スロットの時間内に通信を行う時分割多重通信手段と、
を有し、
各通信局には計時手段と時刻同期通信手段が設けられ、
前記通信手段の種類として時刻同期通信を含み、前記時刻同期通信手段は時刻同期通信が割り当てられた時間スロットを用いて時刻同期通信を行い、
前記時刻同期通信手段が各通信局に時刻同期通信フレームを送ると、各通信局の計時手段の時刻が同期化され、全通信局の時間スロットが同期化されることを特徴とする通信制御システム。
【００１４】
（２）前記通信局の組は、各通信局のアドレスにより通信局をグループ化することにより生成することを特徴とする（１）に記載の通信制御システム。
【００１５】
（３）前記通信手段の種類は、
１対Ｎの非周期的データ通信、１対Ｎの周期的データ通信、１対１の非周期的データ通信、１対１の周期的データ通信、
の少なくとも１つを含むことを特徴とする（１）または（２）に記載の通信制御システム。
【００１６】
（４）前記１対１の非周期的データ通信は、
１対１の非周期的データ通信であって受信局がデータを正常に受信したときに肯定応答を送信局に返信する肯定応答型通信と、
１対１の非周期的データ通信であって受信局がデータを正常に受信できなかったときに否定応答を送信局に返信する否定応答型通信、
の少なくとも１つであることを特徴とする（３）に記載の通信制御システム。
【００１７】
（５）前記通信手段は１対Ｎの非周期的データ通信を行う通信手段であって、
データパケットを複数の通信局の宛先となるグループアドレス宛に同報通信するデータ送信手段と、
送られてきたデータパケットの宛先アドレスが自局の属するグループアドレスであるとき、前記送られてきたデータパケットを受信するデータ受信手段と、
を有することを特徴とする（１）に記載の通信制御システム。
【００１８】
（６）前記通信手段は１対Ｎの周期的データ通信を行う通信手段であって、
定周期でデータパケットを複数の通信局の宛先となるグループアドレス宛に同報通信するデータ送信手段と、
受信したデータパケットの受信時刻とデータパケットが対にして格納される複数の受信バッファと、
受信したデータパケットの宛先アドレスが自局の属するグループアドレスであるとき、前記受信したデータパケットに受信時刻を付加して前記複数の受信バッファに順番に１パケットずつ格納していくパケット受信手段と、
前記複数の受信バッファのうち最新の受信時刻を含む受信バッファからデータパケットを読み出し、前記同報通信の周期より短い時間の間に読み出しを完了し、上位側に渡す受信バッファ読み出し手段と、
を有することを特徴とする（１）に記載の通信制御システム。
【００１９】
（７）前記通信手段は１対１の非周期的データ通信で即時応答型通信を行う通信手段であって、
１つの通信局宛にデータパケットを送信し、所定時間内に受信局から正常受信応答が返信されないときはデータパケットを再送するデータ送信手段と、
データパケットを正常に受信したときに正常受信応答を送信するデータ受信手段と、
を有することを特徴とする（１）に記載の通信制御システム。
【００２０】
（８）前記データ送信手段は、前記データパケットの再送を前記時間スロットとは無関係に行うことを特徴とする（７）に記載の通信制御システム。
【００２１】
（９）前記データ受信手段は、前記正常受信応答の送信を前記時間スロットとは無関係に行うことを特徴とする（７）に記載の通信制御システム。
【００２２】
（１０）前記通信手段は１対１の非周期的データ通信で否定応答型通信を行う通信手段であって、
データパケットにシーケンス番号を付けて送信し、このシーケンス番号は送信の度に変えていくデータ送信手段と、
データパケットを受信する毎にデータパケットに付いたシーケンス番号を確認し、確認したシーケンス番号に抜けを検出したときに否定応答パケットを送信局へ送るデータ受信手段と、
を有し、
前記データ受信手段は、前記否定応答パケットに最近に正常に受信したデータパケットを指定したシーケンス番号を付加し、
前記データ送信手段は、前記否定応答パケットを受けると、否定応答パケットに付加されたシーケンス番号で指定される未送達のデータパケットから順次再送を行うとともに、
前記データ送信手段は、データパケットの送信を完了後、所定時間にわたって後続のデータパケットを送信しないとき、送達確認パケットを受信局へ送信し、返信された肯定応答パケットが示すシーケンス番号が最後に送信したデータパケットを示していないときには、受信した肯定応答パッケットで指定される未送達のデータパケットから順次再送を行い、
前記データ受信手段は、前記送達確認パケットを受信したときに、最後に受信したデータパケットを指定したシーケンス番号を付加した肯定応答パケットを送信局へ返信することを特徴とする（１）に記載の通信制御システム。
【００２３】
（１１）前記データ受信手段は、前記否定応答パケットと肯定応答パケットの送信を前記時間スロットとは無関係に行うことを特徴とする（１０）に記載の通信制御システム。
【００２４】
（１２）前記通信手段は１対１の周期的データ通信を行う通信手段であって、
データ取得要求に基づき、指定された通信局宛へのデータパケットの周期的送信を開始要求パケットにより要求する送信要求手段と、
前記データパケットの周期的送信の停止を停止要求パケットにより要求する停止要求手段と、
前記開始要求パケットを受信したとき、開始要求パケットにより指定された周期で前記開始要求パケットにより指定されたデータパケットを要求元の通信局へ送信することを開始し、停止要求パケットを受信したとき、前記データパケットの送信を停止するデータ送信手段と、
前記データパケットを受信するデータ受信手段と、
を有し、
前記データ受信手段は、
受信したデータパケットの受信時刻とデータパケットが対にして格納される複数の受信バッファと、
前記受信したデータパケットに受信時刻を付加して前記複数の受信バッファに順番に１パケットずつ格納していくパケット受信手段と、
前記複数の受信バッファのうち最新の受信時刻を含む受信バッファからデータパケットを読み出し、前記開始要求パケットにより指定した周期より短い時間の間に読み出しを完了し、上位側に渡す受信バッファ読み出し手段と、
を有することを特徴とする（１）に記載の通信制御システム。
【００２５】
（１３）前記時間スロットを用いて時分割多重通信を行う通信制御システムであって、
ＯＳＩ階層モデルの所定の階層間に存在し、通信の種類毎に設けられ、送信パケットの待ち行列を構成する複数の送信キュー手段と、
ＯＳＩ階層モデルの所定の階層間に存在し、通信の種類毎に設けられ、受信パケットの待ち行列を構成する複数の受信キュー手段と、
前記複数の送信キュー手段のパケットを所定の優先順序に従って、送信キュー手段に対応した優先度情報を付加して送信する送信手段と、
受信したパケットを付加された前記優先度情報に従って前記複数の受信キュー手段に振り分けて格納する受信手段と、
前記複数の受信キュー手段に格納されたデータを所定の優先順位に従って読み出し、上位側へ渡す読出手段と、
を有することを特徴とする（１）に記載の通信制御システム。
【００２６】
（１４）前記送信手段は、前記複数の送信キュー手段の中で特定の送信キュー手段の送信処理を、この送信キュー手段より優先度が高い送信キュー手段にデータが存在しない場合に実行することを特徴とする（１３）に記載の通信制御システム。
【００２７】
（１５）前記読出手段は、前記複数の受信キュー手段の中で特定の受信キュー手段の読出処理を、この受信キュー手段より優先度が高い受信キュー手段にデータが存在しない場合に実行することを特徴とする（１３）に記載の通信制御システム。
【００２８】
（１６）前記送信キュー手段及び受信キュー手段はＯＳＩ階層モデルの第２層と第３層の間に存在することを特徴とする（１３）乃至（１５）のいずれかに記載の通信制御システム。
【００２９】
（１７）前記標準プロトコルはＵＤＰまたはＩＰであることを特徴とする（１）乃至（１６）のいずれかに記載の通信制御システム。
【発明の効果】
【００３４】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
（１）イーサネット（登録商標）とＵＤＰ／ＩＰ等の標準通信プロトコル上にＵＤＰサービスを利用した実時間通信プロトコルを実装する。通信サイクルを時間スロットに分割し、各時間スロットに対しては、通信局の組と通信手段の種類を割り当てて通信を行う。このように、各時間スロットに対して、情報の特性に応じて適切な通信方式を割り当てて通信を行う。
これによって、実時間性に加えてスケーラビリテイ、フレキシビリティの面で工業用途の要求を満たした通信制御システムを実現することができる。
（２）時間スロットにより時分割で多重通信を行うため、それぞれの通信方式は互いに影響を与えない。
（３）通信局は必要なときだけ必要な通信局とだけ通信を行う。これによって、通信局が扱うデータ量が少なくなるため、通信局が保有するメモリ領域が小さくてすむ。従って、通信局が多いときや通信データが大きいときに容易に対応でき、スケーラビリテイの面で工業用途の要求を満たすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
【００３６】
（１）実施例１
図１は本発明の一実施例を示す構成図である。
図１で、通信局１０は通信経路２０に接続されている。通信経路２０は、例えば分散形制御システムの制御バスである。
通信局１０は標準プロトコルに従って通信を行う。標準プロトコルは、例えばＵＤＰ、ＩＰ等である。このような通信局１０に対して通信帯域を時分割して多重通信を行わせる。
【００３７】
通信局１０で、時間スロット割当手段１０１は、一定の時間の長さを有し時分割の基本周期となる通信サイクルを時間スロットに分割し、各時間スロットに対して通信局の組と通信手段の種類を割り当てる。
通信局の組は、各通信局のアドレスにより通信局をグループ化することにより生成する。グループ化のやり方としては、例えば、ネットワークアドレスによるグループ化、ＭＡＣ（Media Access Control）アドレスによるグループ化等がある。
【００３８】
通信手段の種類としては、時刻同期通信、１対Ｎ（Ｎは２以上の整数）の非周期的データ通信、１対Ｎの周期的データ通信、１対１の非周期的データ通信、１対１の周期的データ通信等がある。
１対１の非周期的データ通信としては、肯定応答型通信、否定応答型通信等がある。
肯定応答型通信は、受信局がデータを正常に受信したときに肯定応答を送信局に返信する通信である。否定応答型通信は、受信局がデータを正常に受信できなかったときに否定応答を送信局に返信する通信である。
【００３９】
記憶手段１０２は、各時間スロットに対してどのような通信局の組と通信手段の種類を割り当てたかを示す割当情報１０３を格納する。
時分割多重通信手段１０４は、時間スロット割当手段１０１により割り当てられた通信局の組と通信手段の種類に従って、該当する時間スロットの時間内に通信を行う。時分割多重通信手段１０４に前述した各種類（時刻同期通信、１対Ｎの非周期的データ通信、１対Ｎの周期的データ通信、１対１の非周期的データ通信、１対１の周期的データ通信等）の通信を行う通信手段が設けられている。
【００４０】
各通信局には時刻同期通信手段１０５と計時手段１０６が設けられている。
時刻同期通信手段１０５が各通信局に時刻同期通信フレームを送ると、各通信局の計時手段１０６の時刻が同期化される。これによって、全通信局の時間スロットが同期化される。
【００４１】
図２は時間スロットへの割当情報の割り当てかたを示した説明図である。
図２で、割当情報１０３はテーブル形式になっている。テーブルの縦軸には通信局の組Ｇ１〜Ｇ４をとり、横軸には通信手段の組Ｃ１〜Ｃ４をとっている。
通信フレーム１１０の通信サイクル１１１は、一定の時間の長さになった基本周期である。この通信サイクル１１１が時間スロット１１２に分割される。各時間スロットに対して通信局の組と通信手段の種類が割り当てられる。例えば、１番目の時間スロットには通信局の組Ｇ１と通信手段の組Ｃ１が割り当てられ、２番目の時間スロットには通信局の組Ｇ２と通信手段の組Ｃ２が割り当てられる。各時間スロットでは割り当てられた通信局の組と通信手段の種類に従って通信を行う。
このようにして通信フレームを時間スロットに分割して多重通信を行う。
【００４２】
図１の実施例によれば、通信サイクルを時間スロットに分割し、各時間スロットに対しては、情報の特性に応じて適切な通信方式を割り当てて通信を行う。これによって、実時間性、スケーラビリテイ、フレキシビリティの面で工業用途の要求を満たした通信制御システムを実現することができる。
【００４３】
（２）実施例２
図３は本発明の他の実施例を示す構成図である。この図は時分割多重通信手段１０４に設けた通信手段の構成例を示した図である。
図３で、通信手段３０は１対Ｎの非周期的データ通信を行う通信手段である。
データ送信手段３０１は、データパケットを複数の通信局の宛先となるグループアドレス宛に同報通信する。グループアドレスは、ネットワークアドレス、ＭＡＣアドレス等により生成する。
データ受信手段３０２は、送られてきたデータパケットの宛先アドレスが自局の属するグループアドレスであるとき、前記送られてきたデータパケットを受信する。
アドレス用ファイル３０３には送受信で用いるグループアドレス３０４が格納されている。
【００４４】
（３）実施例３
図４は本発明の他の実施例を示す構成図である。この図は時分割多重通信手段１０４に設けた通信手段の構成例を示した図である。
図４で、通信手段４０は１対Ｎの周期的データ通信を行う通信手段である。この図では説明の便宜上、通信局を図示していないが、通信手段４０は通信局の中にある。
【００４５】
データ送信手段４０１は、定周期でデータパケットを複数の通信局の宛先となるグループアドレス宛に同報通信する。
受信バッファ４０２ａと４０２ｂには、通信手段４０が受信したデータパケットの受信時刻とデータパケットが対にして格納される。
パケット受信手段４０３は、通信経路２０経由で受信したデータパケットの宛先アドレスが自局の属するグループアドレスであるとき、受信したデータパケットに受信時刻を付加して受信バッファ４０２ａと４０２ｂに対して交互に１パケットずつ格納していく。受信時刻は計時手段４０４から取得する。
【００４６】
アドレス用ファイル４０５には送受信で用いるグループアドレス４０６が格納されている。
受信バッファ読出手段４０７は、受信バッファ４０２ａと４０２ｂのうち最新の受信時刻を含む受信バッファからデータパケットを読み出す。読み出したデータパケットを通信経路４２０経由で上位側のパソコン４３０に渡す。このとき、受信バッファ読出手段４０７は、データ送信手段４０１の同報通信の周期より短い時間の間に読み出しを完了する。
受信バッファ４０２ａと４０２ｂに格納されるデータパケットは他の通信局から同報通信で送られてきたデータパケットである。
【００４７】
図４の実施例の動作を説明する。
図４で、データパケットがａ、ｂ、ｃ、ｄの順番で通信経路２０から送られてきて、パケット受信手段４０３で受信されたものとする。データパケットの宛先アドレスは、いずれも通信手段４０の属するグループアドレスであるとする。データパケットａ、ｂ、ｃ、ｄは他の通信局にあるデータ送信手段４０１から同報通信で送られてくる。
パケット受信手段４０３は、データパケットａ、ｂ、ｃ、ｄに受信時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４をそれぞれ付加する。
【００４８】
最初に来たデータパケットａと受信時刻ｔ１は受信バッファ４０２ａに格納する。
２番目に来たデータパケットｂと受信時刻ｔ２は受信バッファ４０２ｂに格納する。
以下同様にして、格納先を交互に切り替えていき、データパケットｃと受信時刻ｔ３は受信バッファ４０２ａに、データパケットｄと受信時刻ｔ４は受信バッファ４０２ｂにそれぞれ格納する。
【００４９】
受信バッファ読出手段４０７は、受信バッファ４０２ａと４０２ｂのうち最新の受信時刻を含む受信バッファからデータパケットを読み出す。
データパケットａと受信時刻ｔ１が受信バッファ４０２ａに格納された時点では、受信バッファ読出手段４０７は受信バッファ４０２ａからデータパケットａと受信時刻ｔ１を読み出す。
【００５０】
データパケットｂと受信時刻ｔ２が受信バッファ４０２ｂに格納された時点では、受信時刻ｔ２が最新時刻である。受信バッファ読出手段４０７は受信バッファ４０２ｂからデータパケットｂと受信時刻ｔ２を読み出す。
以下同様にして、データパケットｃと受信時刻ｔ３、データパケットｄと受信時刻ｔ４の順番に読み出す。
受信バッファ読出手段４０７は、デーパケットが送られてくる周期（データ送信手段４０１の同報通信の周期）より短い時間の間に読み出しを完了するため、データパケットａ、ｂ、ｃ、ｄで読み出しが行われる。
【００５１】
受信バッファ読出手段４０７は読み出したデータパケットと受信時刻を上位側のパソコン４３０に送る。これにより、パソコン４３０には最新のデータが渡される。
【００５２】
図４の実施例によれば、最新のデータパケットを読み出すことができるため、上位側では最新のデータを監視できる。例えば、監視ポイントにあるスイッチの最新状態を上位側から監視できる。
【００５３】
なお、実施例では受信バッファは２個設けられているが、３個以上設けてもよい。例えば３個の受信バッファＡ、Ｂ、Ｃを設けたときは、受信バッファＡ、Ｂ、Ｃの順番で受信したデータパケットを１パケットずつ格納していく。
【００５４】
（４）実施例４
図５は本発明の他の実施例を示す構成図である。この図は時分割多重通信手段１０４に設けた通信手段の構成例を示した図である。
図５で、通信手段５０は１対１の非周期的データ通信で即時応答型通信を行う通信手段である。この図では説明の便宜上、通信局を図示していないが、通信手段５０は通信局の中にある。
【００５５】
データ送信手段５０１は、１つの通信局宛にデータパケットを送信し、所定時間内に受信局から正常受信応答が返信されないときはデータパケットを再送する。データ送信手段５０１は、計時手段５０２の時間カウントをもとに所定時間が経過したことを認識する。
データ受信手段５０３は、データパケットを正常に受信したときに正常受信応答を送信する。
【００５６】
データ送信手段５０１は、データパケットの再送を自局に割り当てられた時間スロットとは無関係に行う。
データ受信手段５０３は、正常受信応答の送信を自局に割り当てられた時間スロットとは無関係に行う。
このことを具体例を挙げて説明する。
【００５７】
図６は通信局の接続例を示した図である。
図６で、通信局１Ａ、１Ｂ、１Ｃは通信経路２０上に接続されている。これらの通信局１Ａ、１Ｂ、１Ｃには時間スロットがそれぞれ割り当てられ、通信局１Ａ、１Ｂ、１Ｃは時分割で通信経路２０を使用して通信を行う。通信局１Ａ、１Ｂ、１Ｃをそれぞれ通信局Ａ、通信局Ｂ、通信局Ｃと称する。
【００５８】
図７は図６の通信局の通信手順を示したタイムチャートである。
図７に示すように、通信局Ａ、通信局Ｂ、通信局Ｃには時間スロットＴＡ、ＴＢ、ＴＣ（ＴＣは図示せず）がそれぞれ割り当てられている。
時間スロットＴＡでは、通信局Ａが他の通信局にデータパケットを送信する。図の例では、通信局Ａは通信局Ｃ宛にデータパケット１を送信する。これに対して通信局Ｃは、時間スロットＴＡの時間帯であっても正常受信応答５１０を通信局Ａに返信する。通信局Ｃは自局の時間スロットとは無関係に正常受信応答５１０を返信する。
図の実線矢印は自局の時間スロットで行う通信、破線矢印は自局の時間スロット以外で行う通信である。
【００５９】
同様に通信局Ｂ及び通信局Ｃは、時間スロットＴＢ及びＴＣにおいてデータパケットを送信する。
【００６０】
ここで、通信局Ａが時間スロットＴＡで通信局Ｃ宛にデータパケット２を送信し、通信局Ｃからの正常受信応答が消失し、所定時間が経っても通信局Ｃから正常受信応答が通信局Ａに返信されないものとする。このときは、通信局Ａは時間スロットＴＡとは無関係にデータパケットを再送する。図では、通信局Ａは時間スロットＴＢにおいてデータパケット２の再送５２０を通信局Ｃに行う。これに対して通信局Ｃは正常受信応答を時間スロットＴＢで返信する。
【００６１】
図５の実施例によれば、データパケットの再送と正常受信応答は各通信局の時間スロットとは無関係に行うため、通信局数が多くなっても通信の応答遅延時間の増大を防ぎ、通信システムの大規模化に適した通信制御システムを実現できる。
【００６２】
（５）実施例５
図８は本発明の他の実施例を示す構成図である。この図は時分割多重通信手段１０４に設けた通信手段の構成例を示した図である。
図８で、通信手段６０は１対１の非周期的データ通信で否定応答型通信を行う通信手段である。
【００６３】
データ送信手段６０１は、データパケットにシーケンス番号を付けて送信し、このシーケンス番号は送信の度に変えていく
データ受信手段６０２は、データパケットを受信する毎にデータパケットに付いたシーケンス番号を確認し、確認したシーケンス番号に抜けを検出したときに否定応答パケットを送信局へ送る。
記憶手段６０３には送受信で用いるシーケンス番号６０４が格納されている。
【００６４】
このような通信手段６０で、受信局のデータ受信手段６０２は、シーケンス番号に抜けを検出したときは、否定応答パケットへ最近に正常に受信したデータパケットを指定したシーケンス番号を付加して送信する。
送信局のデータ送信手段６０１は、否定応答パケットを受けると、否定応答パケットに付加されたシーケンス番号で指定される未送達のデータパケットから順次再送を行う。
【００６５】
データ送信手段６０１は、データパケットの送信を完了後、所定時間にわたって後続のデータパケットを送信しないとき、送達確認パケットを受信局へ送信する。この送達確認パケットに対して受信局から返信された肯定応答パケットが示すシーケンス番号が最後に送信したデータパケットを示していないときには、データ送信手段６０１は受信した肯定応答パッケットで指定される未送達のデータパケットから順次再送を行う。
データ受信手段６０２は、送信局から送達確認パケットを受信したときに、最後に受信したデータパケットを指定したシーケンス番号を付加した肯定応答パケットを送信局へ返信する。
【００６６】
図９は図８の実施例における通信手順の一例を示したフローチャートである。
送信局のデータ送信手段６０１はシーケンス番号を付けたデータパケットを受信局に順番に送る。このとき、データパケットに付けるシーケンス番号を送信の度にＳ１、Ｓ２、Ｓ３・・・と変えていく。
シーケンス番号Ｓ１よりＳ７までのデータパケットが送信されたときに、シーケンス番号Ｓ６のデータが受信されなかったとする。この場合、受信局のデータ受信手段６０２は、シーケンス番号Ｓ７のデータを受信したタイミングでシーケンス番号Ｓ６の抜けを検出する。
【００６７】
受信局のデータ受信手段６０２は、シーケンス番号Ｓ７を受信した後直ちに抜けデータのシーケンス番号Ｓ６の情報を含む否定応答パケットＳ６´を送信局に通知する。この通知を受けた送信局は、シーケンス番号Ｓ６に戻ってＳ６, Ｓ７, Ｓ８・・・の順番でデータパケットを再送信する。
【００６８】
従って、この場合ではシーケンス番号Ｓ７のデータパケットは、受信局で２回受信されることになるが、重複データは受信データファイルに上書きすることで処理できるので問題は発生しない。
このように図８の実施例の通信は、受信パケットに抜けが発生したときにときに受信側が送信側に異常を知らせる否定応答型の通信である。
【００６９】
図１０は図８の実施例における送達確認パケット及び肯定応答パケットの通信手順を示したフローチャートである。
送信局からの送達完了のシーケンス番号がＳ７である場合には、Ｓ７を含む送達確認パケットが送信局より受信局に送信され、受信局ではＳ７の受信を確認してＳ７の情報を含む肯定応答パケットＳ７´を送信局に通知する。
【００７０】
このような通信手順によれば、送信局と受信局では送信完了した最新のシーケンス番号を知ることができ、次のデータパケット送信のシーケンス番号につき等値性を保持することができる。
【００７１】
以上説明したシーケンス番号による送信局と受信局との通信手順では、両局がシーケンス番号について共通の情報を保有している。
例えば、シーケンス番号は１番からインクリメンタルに増加し、最大値の次が１番に戻る共通ルールを送信局と受信局が保有する。シーケンス番号は１番からインクリメンタルに増加するものでなくてもよい。例えばインクリメンタルに増加する偶数番号または奇数番号、ランダム変化する番号等であってもよい。送信局と受信局が共通ルールを保有していればよい。共通ルールを送信局と受信局が記憶手段６０３に保有する。
【００７２】
なお、データ受信手段６０２は、否定応答パケットと肯定応答パケットの送信を時間スロットとは無関係に送信してもよい。この場合の通信手順は図７で示した通信手順と同様に行う。
【００７３】
図８の実施例によれば、次の効果が得られる。
受信局が受信する各データパケットについてシーケンス番号を確認し、確認したシーケンス番号に抜けを検出したときに否定応答パケットを送信局へ送る。このため次の効果が得られる。
（１）送信毎に正常受信応答をする必要がないため、データパケット送信のスループットを最大に保持することができる。
（２）所定の個数の送信後に受信確認を行うのではなく、受信パケットのシーケンス番号に抜けを検出したときに即時に否定応答パケットを送信局へ送る。このため、異常発生の検出をリアルタイムに行なうことができる。
【００７４】
（６）実施例６
図１１は本発明の他の実施例を示す構成図である。この図は時分割多重通信手段１０４に設けた通信手段の構成例を示した図である。
図８で、通信手段７０は１対１の周期的データ通信を行う通信手段である。
【００７５】
図１１で、送信要求手段７０１は、データ取得要求に基づき、指定された通信局宛へのデータパケットの周期的送信を開始要求パケットにより要求する。
停止要求手段７０２は、データパケットの周期的送信の停止を停止要求パケットにより要求する。
データ送信手段７０３は、開始要求パケットを受信したとき、開始要求パケットにより指定された周期で、開始要求パケットにより指定されたデータパケットを要求元の通信局へ送信することを開始する。また、停止要求パケットを受信したとき、データパケットの送信を停止する。
データ受信手段７０４は、データパケットを受信する。
【００７６】
図１２はデータ受信手段７０４の構成例を示した図である。
図１２で、受信バッファ７２０ａ、７２０ｂ、パケット受信手段７２１、計時手段７２２、受信バッファ読出手段７２３は、図４における受信バッファ４０２ａ、４０２ｂ、パケット受信手段４０３、計時手段４０４、受信バッファ読出手段４０７とそれぞれ同様な構成である。
このデータ受信手段７０４でも受信したデータパケットに受信時刻を付加して複数の受信バッファに順番に１パケットずつ格納していく。そして、複数の受信バッファの中から最新の受信時刻が付いたデータパケットを読み出して上位側に渡す。
【００７７】
図１１の実施例では、通信局は自ら送信をするのではなく、データ取得要求があったときに要求元の通信局へ送信を行う。停止要求があると送信を停止する。すなわち、必要なときだけ必要な通信局とだけ通信を行う。これによって、１対Ｎの同報通信に比べて全体の通信量が少なくなり、通信局が保有するメモリ領域が小さくてすむ。これは、通信局が多いときや通信データが大きいときに特に効果が大きい。
【００７８】
（７）実施例７
図１３は本発明の他の実施例を示す構成図である。
図１３で、通信局８０は通信経路２０に接続されている。通信局８０は標準プロトコルに従って通信を行う。標準プロトコルは、例えばＵＤＰ、ＩＰ等である。
送信キュー手段８０１ａ〜８０１ｃは、ＯＳＩ（Open Systems Interconnection）階層モデルの第２層と第３層の間に存在し、送信パケットの待ち行列を構成する。このような送信キュー手段８０１ａ〜８０１ｃは、通信の種類毎に設けられる。
受信キュー手段８０２ａ〜８０２ｃは、ＯＳＩ階層モデルの第２層と第３層の間に存在し、受信パケットの待ち行列を構成する。このような受信キュー手段８０２ａ〜８０２ｃは、通信の種類毎に設けられる。
【００７９】
送信手段８０３は、ＯＳＩ階層モデルの第１層と第２層の機能を有し、送信キュー手段８０１ａ〜８０１ｃのパケットを所定の優先順序に従って、送信キュー手段８０１ａ〜８０１ｃに対応した優先度情報を付加して送信する。
受信手段８０４は、ＯＳＩ階層モデルの第１層と第２層の機能を有し、受信したパケットを付加された優先度情報に従って受信キュー手段８０２ａ〜８０２ｃに振り分けて格納する。
読出手段８０５は、受信キュー手段８０２ａ〜８０２ｃに格納されたデータを所定の優先順位に従って読み出し、通信経路４２０を介して上位側のパソコン４３０へ渡す
【００８０】
送信キュー手段は８０１ａ、８０１ｂ、８０１ｃの順に優先度が高いものとする。送信キュー手段８０１ａ、８０１ｂ、８０１ｃにはそれぞれ高優先度データ、中優先度データ、低優先度データの待ち行列が構成される。
受信キュー手段は８０２ａ、８０２ｂ、８０２ｃの順に優先度が高いものとする。受信キュー手段８０２ａ、８０２ｂ、８０２ｃにはそれぞれ高優先度データ、中優先度データ、低優先度データの待ち行列が構成される。
【００８１】
このような優先度付けが行われているとき、送信手段８０３は、例えば送信キュー手段８０１ｂの送信処理を、送信キュー手段８０１ａにデータが存在しない場合に実行する。
また、読出手段８０５は、受信キュー手段８０２ｃの受信処理を、受信キュー手段８０２ａ、８０２ｂにデータが存在しない場合に実行する。
【００８２】
なお、図１３の実施例で図１の実施例のような時間スロットを用いた時分割多重通信を行ってもよい。
【００８３】
図１３の実施例によれば、優先度付けしたバッファを設けたため、実時間性を必要とする通信経路において優先データが非優先データを追い越すことが可能なため、優先データに付いて実時間でデータを送受信することができる。
【００８４】
上述した実施例で、通信局は分散型制御システムの操作監視装置、制御装置等に存在する。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図２】時間スロットへの割当情報の割り当てかたを示した説明図である。
【図３】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図４】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図５】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図６】通信局の接続例を示した図である。
【図７】図６の通信局の通信手順を示したタイムチャートである。
【図８】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図９】図８の実施例の動作説明図である。
【図１０】図８の実施例の動作説明図である。
【図１１】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図１２】図１１のデータ受信手段の構成例を示した図である。。
【図１３】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図１４】一般的な分散型制御システムの構成例を示した図である。
【符号の説明】
【００８６】
１０  通信局
３０、４０、５０、６０、７０  通信手段
２０  通信経路
１０１  時間スロット割当手段
１０４  時分割多重通信手段
１０５  時刻同期通信手段
１０６、４０４、５０２、７２２  計時手段
１１１  通信サイクル
１１２  時間スロット
３０１、４０１、５０１、６０１、７０３  データ送信手段
３０２、５０３、６０２、７０４  データ受信手段
４０２ａ、４０２ｂ、７２０ａ、７２０ｂ  受信バッファ
４０３  パケット受信手段
４０７  受信バッファ読出手段
４３０  パソコン
７０１  送信要求手段
７０２  停止要求手段
７２１  パケット受信手段
７２３  受信バッファ読出手段
８０１ａ〜８０１ｃ  送信キュー手段
８０２ａ〜８０２ｃ  受信キュー手段
８０３  送信手段
８０４  受信手段
８０５  読出手段
【図１】
0003723980.tif 000002
【図２】
0003723980.tif 000003
【図３】
0003723980.tif 000004
【図４】
0003723980.tif 000005
【図５】
0003723980.tif 000006
【図６】
0003723980.tif 000007
【図７】
0003723980.tif 000008
【図８】
0003723980.tif 000009
【図９】
0003723980.tif 000010
【図１０】
0003723980.tif 000011
【図１１】
0003723980.tif 000012
【図１２】
0003723980.tif 000013
【図１３】
0003723980.tif 000014
【図１４】
0003723980.tif 000015