(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央通信装置、被制御デバイスを接続する複数の端末通信装置とを、ネットワークを介して接続した分散型制御システムであって、
前記中央通信装置は、前記端末通信装置の入出力性能格納テーブルにあらかじめ設定された前記端末通信装置の入出力性能の受信に応答して、受信した前記入出力性能に含まれるデータ量、入力周期、および出力周期に基づき、前記中央通信装置の通信ポートの通信データ量が、前記通信ポートに接続する通信路の最大通信データ量を超えないように、前記端末通信装置と前記ネットワークを介した通信経路を作成し、作成した前記通信経路を前記端末通信装置の通信経路設定部に設定し、
前記端末通信装置は、前記中央通信装置が設定した、前記ネットワークの前記通信経路を介して、前記中央通信装置とデータを送受信することを特徴とする分散型制御システム。
【請求項２】
請求項１に記載の分散型制御システムにおいて、
前記中央通信装置は、受信した前記入出力性能に基づいて、前記端末通信装置とネットワークを介して送受信する通信データの分割方法を算出し、算出した通信データの前記分割方法を前記端末通信装置のパケット分割設定部に設定し、
前記端末通信装置は、前記中央通信装置が設定した通信データの前記分割方法に基づいて、前記ネットワークを介して送信するデータを複数パケットに分割することを特徴とする分散型制御システム。
【請求項３】
請求項２に記載の分散型制御システムにおいて、
前記中央通信装置は、前記端末通信装置との前記通信経路と、前記端末通信装置の入出力性能に含まれるデータ量、入力周期、および出力周期に基づき、前記中央通信装置の前記通信ポートの通信データ量が、前記通信ポートに接続する通信路の最大通信データ量を超えないように、前記ネットワークを介して送信するデータを複数パケットに分割し、分割した前記パケットの通信経路を決定することを特徴とする分散型制御システム。
【請求項４】
請求項３に記載の分散型制御システムにおいて、
前記中央通信装置は、前記端末通信装置との前記通信経路、前記端末通信装置の入出力性能に含まれるデータ量、入力応答、および出力応答に基づき、前記中央通信装置の前記通信ポートの応答時間が、前記通信ポートを経由する通信経路を有する前記端末通信装置の入出力性能に含まれる前記入力応答および前記出力応答よりも短くなるように、前記パケットの通信経路を決定することを特徴とする分散型制御システム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の分散型制御システムにおいて、
前記中央通信装置は表示入力装置と接続し、前記表示入力装置の表示および入力を処理するＧＵＩ処理部を有することを特徴とする分散型制御システム。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の分散型制御システムにおいて、
前記端末通信装置の入出力性能は、前記端末通信装置と前記被制御デバイスとの入出力性能及び前記端末通信装置と前記中央通信装置との入出力性能の少なくとも一方であることを特徴とする分散型制御システム。
【請求項７】
中央通信装置、複数の端末通信装置、前記端末通信装置に接続された被制御デバイス、前記中央通信装置と複数の前記端末通信装置とを、ネットワークを介して接続した分散型制御システムの制御方法であって、
前記中央通信装置は、前記端末通信装置の入出力性能格納テーブルにあらかじめ設定された前記端末通信装置の入出力性能の受信に応答して、受信した前記入出力性能に含まれるデータ量、入力周期、および出力周期に基づき、前記中央通信装置の通信ポートの通信データ量が、前記通信ポートに接続する通信路の最大通信データ量を超えないように、前記端末通信装置と前記ネットワークを介した通信経路を作成し、作成した前記通信経路を前記端末通信装置の通信経路設定部に設定し、
前記端末通信装置は、前記中央通信装置が設定した、前記ネットワークの前記通信経路を介して、前記中央通信装置とデータを送受信することを特徴とする制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被制御デバイスを通信ネットワークにより接続し、これらを制御する分散型制御システムおよび制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、産業用装置やＦＡ（Factory Automation）における省配線化を目的として、ネットワークを用いて、分散配置されたセンサやアクチュエータなどの被制御デバイスを制御する分散型制御システムが採用されている。【０００３】
分散型制御システムは、一般的に全体のシーケンスを統括する中央通信装置と、被制御デバイスと接続され、被制御デバイスの入出力制御を行う複数の端末通信装置から構成される。また、分散型制御システムでは、中央通信装置と複数の端末通信装置との間にネットワークを構成する。このネットワークは、一般的にマルチドロップやデイジーチェーンなどのトポロジで構築される。ここで、中央通信装置は、このネットワークを介して、中央通信装置が端末通信装置に制御指令情報を転送し、端末通信装置は、制御指令情報に従って被制御デバイスの入出力制御を実行する。また、端末通信装置は、被制御デバイスからの入力情報を、ネットワークを介して中央通信装置に転送する。【０００４】
このように分散型制御システムは、中央通信装置を端末通信装置が、ネットワークを介して制御指令情報や入力情報等の制御情報を送受信することにより、ネットワーク上の全ての被制御デバイスを中央通信装置から一括して制御できる。【０００５】
一方、産業用装置の分野では、装置の高速化、高機能化に伴って、分散型制御システムの制御応答の高速化と高機能化が求められている。このため、分散型制御システムでは、多量の制御情報を高速に伝達する必要があるため、ネットワークの通信応答時間の短縮と通信可能なデータ量の増加が要求される。【０００６】
このようなネットワークの性能向上に対応するためには、分散型制御システムの中央通信装置、および端末通信装置のハードウェア変更や、通信制御方法の変更に伴ったソフトウェアの変更が必要となることが多く、これらの設計には多くの工数がかかるため、分散型制御システムの性能向上が困難となっている。【０００７】
このような問題を解消するために、分散型制御システムでは、通信の基本性能（ここでは、電気的な伝送速度と通信仕様など）を変更せずに、通信制御方法の設定変更によってネットワークの性能を向上させることが考えられる。すなわち、中央通信装置および端末通信装置のハードウェア変更の頻度を低減することで、工数の削減を行う。さらに、分散型制御システムでは、ネットワークの通信制御方法の設定変更を自動化することで、工数を低減させることが考えられる。【０００８】
これを実現するための従来技術として、例えば、特許文献１に記載の技術がある。特許文献１に記載のシステムでは、所定の通信優先度に基づき少なくとも高優先通信パケットと低優先通信パケットとの２つに分類されたパケットを入力し、高優先通信パケットと低優先通信パケットとを多重化し、１つのパケット通信網を介して伝送する際、多重化の前に低優先パケットを目標の遅延時間と通信データ量に応じて分割するパケット分割方法である。この従来技術では、高優先通信パケットの通信が、低優先通信パケットの通信に阻害されないため、通信パケットへの優先度の設定によって、ネットワークの性能向上が見込める。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１１−１６６５８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に記載のシステムは、１つの通信路の伝送性能がネットワーク通信性能のボトルネックとなる問題がある。また、特許文献１に記載のシステムは、各分散デバイスの演算処理や制御処理に必要となる通信性能を自動的に把握できないという問題がある。【００１１】
そこで、分散型制御システムの通信路の伝送性能によるボトルネックを解消することが課題となる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
開示する分散型制御システムは、中央通信装置と、被制御デバイスを接続する複数の端末通信装置とを、ネットワークを介して接続した分散型制御システムであって、中央通信装置は、端末通信装置の入出力性能格納テーブルにあらかじめ設定された端末通信装置の入出力性能の受信に応答して、受信した入出力性能に含まれるデータ量、入力周期、および出力周期に基づき、中央通信装置の通信ポートの通信データ量が、通信ポートに接続する通信路の最大通信データ量を超えないように、端末通信装置とネットワークを介した通信経路を作成し、作成した通信経路を端末通信装置の通信経路設定部に設定し、端末通信装置は、中央通信装置が設定した、ネットワークの通信経路を介して、中央通信装置とデータを送受信する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、通信路の伝送性能によるボトルネックを解消できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】分散型制御システムの構成例を示す図である。
【図２】中央通信装置の自動設定処理部の詳細を示す図である。
【図３】分散型制御システムの自動設定の処理手順を示すフローチャートである。
【図４】入出力性能の格納形式を示す図である。
【図５】中央通信装置の入出力性能格納部の格納形式を示す図である。
【図６】分散型制御システムの自動設定の処理手順のうちネットワーク性能設定の詳細を示すフローチャートである。
【図７】ネットワーク性能設定の処理手順のうち入出力周期性能を基とした通信経路の作成手順を示すフローチャートである。
【図８】ネットワーク性能設定の処理手順のうち入出力応答性能を基とした通信経路の作成手順を示すフローチャートである。
【図９】中央通信装置の設定通信経路格納部の格納形式を示す図である。
【図１０】中央通信装置の設定通信経路格納部のパケット単位の通信経路の格納形式を示す図である。
【図１１】中央通信装置のパケット分割情報格納部の格納形式を示す図である。
【図１２】端末通信装置の通信経路設定部の格納形式を示す図である。
【図１３】端末通信装置のパケット分割設定部の格納形式を示す図である。
【図１４】条件設定支援ソフトウェアの表示例と機能を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、本実施形態の分散型制御システムの構成図である。分散型制御システムは、中央通信装置１００と、複数の端末通信装置１２０と、中央通信装置１００に接続される表示入力装置１６０と、端末通信装置１２０に接続される被制御デバイス１３０と、中央通信装置１００と複数の端末通信装置１２０とを通信路１５０により接続してなるネットワークと、を備える分散型制御システムである。
【００１６】
中央通信装置１００は、通信信号受信部１１１−１と、通信信号送信部１１１−２とを備える通信信号制御部１１０と、自動設定処理部１０１と、中央通信制御部１０２と、通信ポート１４０を備え、通信信号制御部１１０と、通信ポート１４０との組を複数個備える。
【００１７】
端末通信装置１２０は、端末通信制御部１２１と、通信経路設定部１２２と、パケット分割設定部１２３と、データ演算部１２４と、演算入出力性能格納部１２５、デバイス制御部１２６と、制御入出力性能格納部１２７と、通信信号制御部１１０と、通信ポート１４０との組を複数個備える。
【００１８】
ネットワークは、中央通信装置１００の複数の通信ポート１４０と、複数の端末通信装置１２０の少なくとも１つの通信ポート１４０との間に伝送路１５０を備え、さらにネットワークは、端末通信装置１２０の少なくとも１つの通信ポート１４０と、中央通信装置１００の通信ポート１４０、または、他の端末通信装置１２０の通信ポート１４０との間に通信路１５０を備える。
【００１９】
ここで、通信信号制御部１１０は、通信信号受信部１１１−１と、通信信号送信部１１１−２より、中央通信装置１００と端末通信装置１２０とのネットワーク上の通信方向を考慮しなくとも、通信ポート１４０に通信路１５０を接続することで通信を確立できる。
【００２０】
図２は、中央通信装置１００の自動設定処理部１０１の機能ブロック図である。中央通信装置１００の自動設定処理部１０１は、ＧＵＩ処理部２００と、通信制御設定パラメータ演算部２０１と、通信制御設定条件格納部２１０と、入出力性能格納部２１１と、認識通信経路格納部２１２と、ネットワーク設定性能格納部２１３、設定通信経路格納部２１４、パケット分割情報格納部２１５と、通信データ入力部２２０と、通信データ出力部２２１とを含む構成である。
【００２１】
図３は、分散型制御システムの自動設定の手順を示すフローチャートである。分散型制御システムでは、まず、表示入力装置１６０からの指示により、中央通信装置１００と、通信路１５０に接続する全ての端末通信装置１２０が、通信路の初期設定を開始する（Ｓ３００）。
【００２２】
次に、端末通信装置１２０は、ネットワークの通信経路を示す情報である通信経路情報を生成する（Ｓ３０１）。このとき端末通信装置１２０は、生成した通信経路情報を通信路１５０を介して中央通信装置１００に転送する（Ｃ３２０）。中央通信装置１００は、端末通信装置１２０から転送される通信経路情報を取得する（Ｓ３０２）。取得された通信経路情報は、中央通信装置１００の自動設定処理部１０１の認識通信経路格納部２１２に格納される。
【００２３】
中央通信装置１００は、所定時間、経路情報を取得し、通信経路情報の取得が完了したと判定した場合（Ｓ３０３→Ｙｅｓ）、中央通信装置１００は、全ての端末通信装置１２０に、通信路を介して入出力性能情報の転送開始指令を転送し（Ｃ３２１）、端末通信装置１２０は、入出力性能を転送する（Ｓ３０４、Ｃ３２２）。端末通信装置１２０が中央通信装置１００に転送する入出力性能情報は、端末通信装置１２０に接続するセンサやアクチュエータなどの被制御デバイス１３０の入出力性能、及び/又はデータ演算部１２４による演算入出力性能である。中央通信装置１００は、端末通信装置１２０から転送される入出力性能を取得する（Ｓ３０５）。取得された入出力性能情報は、自動設定処理部１０１の入出力性能格納部２１１に格納される。中央通信装置１００は、通信経路情報の取得が未完了と判定した場合（Ｓ３０３→Ｎｏ）、通信経路情報の取得を繰り返す。
【００２４】
次に、中央通信装置１００は、全ての端末通信装置１２０の入出力性能情報の取得が完了したと判定した場合（Ｓ３０６→Ｙｅｓ）、取得した入出力性能情報を自動設定処理部１０１のＧＵＩ処理部２００の処理によって、表示入力装置１６０に出力する（Ｓ３０７）。また、中央通信装置１００は、全ての端末通信装置１２０の入出力性能情報の取得が未完了と判定した場合（Ｓ３０６→Ｎｏ）、入出力性能情報の取得を繰り返す。
【００２５】
中央通信装置１００は、表示入力装置１６０より、通信制御方法の自動設定の条件が設定される（Ｓ３０８）。ここでいう通信制御方法の自動設定の条件とは、通信制御方法の自動設定における入出力周期の補償の要否と、入出力応答の補償の要否である。
【００２６】
中央通信装置１００は、表示入力装置１６０からの指示により、通信制御方法の自動設定を開始する（Ｓ３０９）。中央通信装置１００は、取得した通信経路情報と、入出力性能情報と、設定された通信制御方法の自動設定の条件に基づき、後述する方法より、設定情報を算出する（Ｓ３１０）。
【００２７】
中央通信装置１００は、通信路１５０を介して、経路情報とパケット分割情報を端末通信装置１２０に転送する（Ｓ３１１、Ｃ３２３）。このとき、中央通信装置１００は、自動設定処理部１０１の設定通信経路格納部２１４に格納される通信経路情報と、パケット分割情報格納部２１５に格納されるパケット分割情報を転送する。端末通信装置１２０は、中央通信装置１００から転送される通信経路情報を端末通信制御部１２１により受信し、端末通信制御部１２１は、受信した通信経路情報を通信経路設定部１２２に設定し、中央通信装置１００から転送されるパケット分割情報をパケット分割設定部１２３に設定する（Ｓ３１２）。
【００２８】
中央通信装置１００と端末通信装置１２０は、通信制御方法の自動設定を完了したと判定した場合（Ｓ３１３→Ｙｅｓ）、制御情報の通信を開始する（Ｓ３１４、Ｃ３２４）。通信制御方法の自動設定が未完了と判定した場合（Ｓ３１３→Ｎｏ）、通信制御方法の自動設定をくり返す。
【００２９】
図４は、端末通信装置１２０の演算入出力性能格納部１２５と、制御入出力性能格納部１２７の入出力性能の格納形式を示す図である。端末通信装置１２０の演算入出力性能格納部１２５と、制御入出力性能格納部１２７では、入出力性能格納テーブル４００の形式で入出力性能を格納する。
【００３０】
入出力性能格納テーブル４００は、パケットデータ量格納領域４０１と、入力周期格納領域４０２と、出力周期格納領域４０３と、入力応答格納領域４０４と、出力応答格納領域４０５から構成される。
【００３１】
パケットデータ量格納領域４０１は、端末通信装置１２０より転送される各パケットのデータ量を格納する。入力周期格納領域４０２は、端末通信装置１２０より転送される各パケットに要求される入力周期を示すパラメータを格納する。出力周期格納領域４０３は、端末通信装置１２０より転送される各パケットに要求される出力周期を示すパラメータを格納する。入力応答格納領域４０４は、端末通信装置１２０より転送される各パケットに要求される入力応答を示すパラメータを格納する。出力応答格納領域４０５は、端末通信装置１２０より転送される各パケットに要求される出力応答を示すパラメータを格納する。
【００３２】
ここで、端末通信装置１２０の演算入出力性能格納部１２５と、制御入出力性能格納部１２７の入出力性能格納テーブル４００は、分散型制御システムの動作前に被制御デバイスの入出力性能が事前に設定される。入出力性能格納テーブル４００の設定は、分散型制御システムの通信により実行してもよい。また、入出力性能格納テーブル４００の設定は、分散型制御システムを使用しない方法で実行してもよい。
【００３３】
演算入出力性能格納部１２５には、データ演算部１２４の演算能力に依存した入出力性能が格納される。具体的には、デバイス制御部１２６による被制御デバイス１３０との入出力性能よりも端末通信制御部１２１によるポート１４０を介した伝送路１５０の入出力性能が低い場合、データ演算部１２４はデバイス制御部１２６からのパケットを間引いて端末通信制御部１２１に出力し、逆に端末通信制御部１２１からのパケットと共にパケット間の補完パケットを生成してデバイス制御部１２６に出力する。したがって、デバイス制御部１２６による被制御デバイス１３０との入出力性能よりも端末通信制御部１２１によるポート１４０を介した伝送路１５０の入出力性能が高い場合は、データ演算部１２４および演算入出力性能格納部１２５を設けなくてもよい。また、デバイス制御部１２６による被制御デバイス１３０との入出力性能が、被制御デバイス１３０に制約されず低性能でも許容される場合は、デバイス制御部１２６および制御入出力性能格納部１２７を省略してもよい。
【００３４】
端末通信装置１２０は、中央通信装置１００に通信性能情報を転送する際、入出力性能格納テーブル４００に格納される全てのパラメータを送信する。このとき、端末通信装置１２０は、演算入出力性能格納部１２５と制御入出力性能格納部１２７のいずれか１つを備える場合には、端末通信制御部１２１の動作によって、端末通信装置１２０に備えられた格納部の格納情報を入出力性能情報として、中央通信装置１００に転送する。また、端末通信装置１２０は、演算入出力性能格納部１２５と制御入出力性能格納部１２７のいずれか１つを複数備える場合、端末通信制御部１２１の動作によって、それら全ての格納情報を入出力性能情報として、中央通信装置１００に転送する。
【００３５】
さらに、端末通信装置１２０は、演算入出力性能格納部１２５と制御入出力性能格納部１２７の両方を備える場合、端末通信制御部１２１の動作によって演算入出力性能格納部１２５の格納情報を入出力性能情報として、中央通信装置１００に転送する。また、端末通信制御部１２１は、演算入出力性能格納部１２５と制御入出力性能格納部１２７の両方を複数備える場合、端末通信制御部１２１の動作によって、全て演算入出力格納部１２５の格納情報を入出力性能情報として、中央通信装置１００に転送する。
【００３６】
図５は、中央通信装置１００の自動設定処理部１０１の入出力性能格納部２１１の入出力性能の格納形式を示す図である。自動設定処理部１０１の入出力性能格納部２１１は、中央入出力性能格納テーブル５００の形式で入出力情報を格納する。中央入出力性能格納テーブル５００は、全ての端末通信装置１２０分の入出力性能格納テーブル４００により構成される。これにより、中央通信装置１００の中央通信制御部１０２は、通信信号制御部１１０を介して転送される入出力性能を、入出力性能格納部２１１の中央入出力性能格納テーブル５００に端末通信装置１２０毎に格納する。
【００３７】
図６は、図３の自動設定の処理手順のうち、設定情報の算出（Ｓ３１０）の詳細を示すフローチャートである。以下の処理は中央通信装置１００の自動設定処理部１０１の通信制御設定パラメータ演算部２０１によって実行される。
【００３８】
中央通信装置１００は、認識した各端末通信装置１２０までの通信経路情報に基づいて、中央通信装置１００から１つの端末通信装置１２０までの通信経路で経由される他の端末通信装置１２０の数であるネットワーク段数が、最小となるような各端末通信装置１２０の通信経路を算出する（Ｓ６００）。
【００３９】
中央通信装置１００は、ステップ６００で算出された経路情報と、取得した各端末通信装置１２０の入出力性能情報のうち、入力周期４０２と出力周期４０３のパラメータを用いて、後述する方法により、新たな通信経路情報を作成する（Ｓ６０１）。
【００４０】
中央通信装置１００は、ステップＳ６０１で作成した新たな通信経路の全経路において、実際に送受信される通信データ量が各通信路の最大の通信データ量を超えない場合（Ｓ６０２→Ｙｅｓ）、ステップＳ６０１で作成された通信経路情報と取得した各端末通信装置１２０の入出力性能情報のうち、入力応答４０４と出力応答４０５のパラメータを用いて、後述する方法により、新たな通信経路情報を作成する（Ｓ６０４）。
【００４１】
中央通信装置１００は、ステップＳ６０１で作成した新たな通信経路の全経路において、実際に送受信される通信データ量が各通信路の最大の通信データ量を超える場合（Ｓ６０２→Ｎｏ）、自動設定の条件設定を参照し、入出力周期の補償が要と設定されている場合（Ｓ６０３→Ｙｅｓ）、新たな通信経路を設定せずに、エラー情報を表示入力装置１６０へ通知して（Ｓ６０９）、処理を終了する。自動設定の条件設定を参照し、入出力周期の補償が否と設定されている場合（Ｓ６０３→Ｎｏ）、ステップＳ６０１で作成された通信経路情報と、取得した各端末通信装置１２０の入出力性能情報のうち、入力応答４０４と出力応答４０５のパラメータを用いて、後述する方法により、新たな通信経路情報を作成する（Ｓ６０４）。
【００４２】
中央通信装置１００は、ステップＳ６０４で作成した新たな通信経路の全ての通信経路において、実システムの入出力応答が、各端末通信装置１２０より取得した入出力応答以下となる場合（Ｓ６０５→Ｙｅｓ）、ステップＳ６０４で新たに作成された通信経路情報とパケット分割情報を自動設定処理部１０１の設定通信経路格納部２１４に設定する（Ｓ６０７）。
【００４３】
一方、中央通信装置１００は、作成した新たな通信経路の全ての通信経路において、実際に送受信される通信の入出力応答が、各端末通信装置１２０より取得した入出力応答より大きくなる場合（Ｓ６０５→Ｎｏ）、自動設定の条件設定を参照し、入出力応答の補償が要と設定されている場合（Ｓ６０６→Ｙｅｓ）、ステップＳ６０４で新たな通信経路を設定せずに、エラー情報を表示入力装置１６０へ通知して（Ｓ６０９）、処理を終了する。自動設定の条件設定を参照し、入出力応答の補償が否と設定されている場合（Ｓ６０６→Ｎｏ）、ステップＳ６０４で新たに作成された通信経路情報とパケット分割情報を自動設定処理部１０１の設定通信経路格納部２１４に設定する（Ｓ６０７）。
【００４４】
中央通信装置１００は、全ての端末通信装置１２０に作成された通信経路情報と、パケット分割情報を適用した際のネットワークの通信性能の計算による理論値を自動設定処理部１０１のネットワーク設定性能格納部２１３に格納し（Ｓ６０８）、処理を終了する。
【００４５】
図７は、図６のネットワーク性能設定の処理手順のうち入出力周期性能を基とした通信経路の作成方法（Ｓ６０１）を示すフローチャートである。なお、以下の処理は、中央通信装置１００の自動設定処理部１０１の通信制御設定パラメータ演算部２０１によって実行される。また、分散型制御システムは、全ての通信データ量の算出を、中央通信装置１００から端末通信装置１２０への通信と、端末通信装置１２０から中央通信装置１００への通信との双方向で実行するものとする。さらに、分散型制御システムは、通信により転送されるデータと、通信処理のための制御情報を組み合わせたパケットを用いて通信を行うものとする。
【００４６】
中央通信装置１００は、各端末通信装置１２０から取得された入出力性能情報と、経路情報に基づき、自身に備えられた複数の通信ポート１４０のそれぞれに対して、通信データの使用量を算出する（Ｓ７００）。
【００４７】
中央通信装置１００は、全ての通信ポート１４０の通信データ使用量の合計が、中央通信装置１００の持つ通信データの最大許容量以内である場合（Ｓ７０１→Ｙｅｓ）、ステップＳ７０２の処理に進む。最大許容量より大きい場合（Ｓ７０１→Ｎｏ）、ネットワーク上に実際に送受信される通信データ量が、各通信路１５０の最大の通信データ量を超えることを意味するエラー情報を出力し（Ｓ７１３）、ステップＳ７１４の処理に進む。
【００４８】
中央通信装置１００は、自身に備えられる通信ポート１４０毎の通信データ使用量のそれぞれと、１つの通信路が持つ通信データの最大許容量（通信路の最大許容量とする）を比較し、通信路の最大許容量を超える通信ポート１４０が１つでもある場合（Ｓ７０２→Ｎｏ）、ステップＳ７０３の処理に進む。通信路の最大許容量を全ての通信ポート１４０が超えない場合（Ｓ７０２→Ｙｅｓ）、変更された通信経路情報（変更のない場合は、各端末通信装置１２０のネットワーク段数が最小となる通信経路）を出力し（Ｓ７１４）、処理を終了する。
【００４９】
中央通信装置１００は、ステップＳ７０２で許容量を超える通信ポート１４０をデータ
量超過通信ポートとし、データ量超過通信ポートのうちの１つにおいて、通信経路上で通
過する端末通信装置１２０毎に通信データ量を算出し、そのうちの通信データ量の最大値
である端末の最大データ量と、端末の最大データ量に対応する端末通信装置１２０を最大
データ量端末として算出する（Ｓ７０３）。中央通信装置１００は、端末の最大データ量
が、中央通信装置１００の通信ポート１４０のうち、最大データ量端末のパケットが通過
し得る、通信ポート１４０における通信路の最大許容量以内となる場合（Ｓ７０４→Ｙｅ
ｓ）、ステップＳ７０５の処理に進む。端末の最大データ量が、中央通信装置１００の通
信ポート１４０のうち、最大データ量端末のパケットが通過し得る、通信ポート１４０に
おける通信路の最大許容量より大きくなる場合（Ｓ７０４→Ｎｏ）、ネットワーク上に実
際に送受信される通信データ量が各通信路の最大許容量を超えることを意味するエラー情
報を表示入力装置１６０へ出力し（Ｓ７１３）、処理を終了する。
【００５０】
中央通信装置１００は、通信路の最大許容量から自身の各通信ポート１４０の通信データ使用量を減算することで、算出される通信データ余剰量を自身に備えられる通信ポート１４０毎に求め、これらの通信データ余剰量と、端末の最大データ量とを比較し、端末の最大データ量以上となる通信データ余剰量をもつ通信ポート１４０が１つでもある場合（Ｓ７０５→Ｙｅｓ）、端末通信装置１００毎の通信経路の変更を行い（Ｓ７０６）、変更終了後、ステップＳ７０２の処理に戻る。このとき、端末通信装置１００毎の通信経路の変更では、最大データ量端末の通信経路を、端末の最大データ量以上となる通信データ余剰量をもつ中央通信装置１００の通信ポート１４０のうちの１つを通過するように変更する。中央通信装置１００の全ての通信ポート１４０の通信データ余剰量が、端末の最大データ量よりも小さくなる場合（Ｓ７０５→Ｎｏ）、ステップＳ７０７の処理に進む。
【００５１】
中央通信装置１００は、最大データ量端末が通信を行う複数のパケットのうち、データ量の最大値であるパケットの最大データ量と、パケットの最大データ量に対応するパケットの種類である最大データ量パケットを算出する（Ｓ７０７）。
【００５２】
中央通信装置１００は、自身の備える通信ポート１４０毎の通信データ余剰量と、パケットの最大データ量を比較し、パケットの最大データ量以上となる通信データ余剰量をもつ通信ポート１４０が１つでもある場合（Ｓ７０８→Ｙｅｓ）、パケット毎の通信経路の変更を行う（Ｓ７０９）。このとき、パケット毎の通信経路の変更では、最大データ量パケットの通信経路を端末の最大データ量以上となる通信データ余剰量をもつ中央通信装置１００の通信ポート１４０のうちの１つを通過するように変更する。
【００５３】
中央通信装置１００の全ての通信ポート１４０の通信データ余剰量が、パケットの最大データ量よりも小さくなる場合（Ｓ７０８→Ｎｏ）、パケットの分割を行う（Ｓ７１０）。このとき、パケットの分割では、中央通信装置１００の通信ポート１４０の通信データ余剰量うちの最大値以下となるようにパケットの最大データ量を分割する。本実施形態では、パケットを等分に分割（２等分、３等分、４等分・・・）することとするが、分割方法はこの限りではない。中央通信装置１００は、パケットの分割を完了した後に、ステップＳ７１１の処理に進む。
【００５４】
中央通信装置１００は、ステップＳ７０９の処理後、ステップＳ７０５で選択されたデータ量超過通信ポートの通信データ使用量を再計算し、この通信データ使用量が通信路の最大許容量を超えない場合（Ｓ７１１→Ｙｅｓ）、ステップＳ７０２の処理に戻る。通信路の最大許容量を超える場合は（Ｓ７１１→Ｎｏ）、パケットの最大データ量を再計算し（Ｓ７１２）、ステップＳ７０９の処理に戻る。
【００５５】
図８は、図６のネットワーク性能設定の処理手順のうち入出力応答性能を基とした通信経路の作成方法（Ｓ６０４）を示すフローチャートである。
なお、以下の処理は、中央通信装置１００の自動設定処理部１０１の通信制御設定パラメータ演算部２０１によって実行される。また、分散型制御システムは、全ての応答時間の算出を、中央通信装置１００から端末通信装置１２０への通信と、端末通信装置１２０から中央通信装置１００への通信との双方向で行うものとする。さらに、分散型制御システムは、各端末通信装置１２０から取得される入出力性能情報のうちの入力応答と、出力応答のパラメータを応答時間の目標値とし、中央通信装置１００から端末通信装置１２０への通信の応答時間の目標値は出力応答に、端末通信装置１２０から中央通信装置１００への通信の目標値は入力応答に、それぞれ対応するものとする。
【００５６】
中央通信装置１００は、各端末通信装置１２０から取得された入出力性能情報と、経路情報に基づき、自身に備えられた複数の通信ポート１４０のそれぞれに対して、通信データの使用量を算出する（Ｓ８００）。中央通信装置１００は、各端末通信装置１２０の全てのパケットにおける実システムでの応答時間を算出する（Ｓ８０１）。
【００５７】
中央通信装置１００は、算出した実システムの応答時間と、端末通信装置１２０より取得した応答時間の目標値を比較し、実システムの応答時間が、応答時間の目標値よりも大きくなるパケット（これを応答未補償パケットとする）が１つでもある場合（Ｓ８０２→Ｙｅｓ）、ステップＳ８０３の処理に進む。実システムの応答時間が、応答時間の目標値以下となる場合（Ｓ８０２→Ｎｏ）、そのときの通信経路情報を出力し（Ｓ８０９）、処理を終了する。
【００５８】
中央通信装置１００は、応答時間の目標値と、１つの通信路１５０の最大応答性能を比較し、全ての応答時間の目標値が、通信路１５０の最大応答性能を超えない場合（Ｓ８０３→Ｙｅｓ）、パケット毎の通信経路の変更を行う（Ｓ８０６）。応答時間の目標値の少なくとも１つが、通信路１５０の最大応答性能を超える場合（Ｓ８０３→Ｎｏ）、これに該当する全てのパケットを設定不可パケットとするエラー情報を表示入力装置１６０へ出力し（Ｓ８０４）、設定不可パケットを以降の設定演算から、除外した後（Ｓ８０５）、パケット毎の通信経路の変更を行う（Ｓ８０６）。
【００５９】
パケット毎の通信経路の変更では、全ての応答未補償パケットの実システムの応答時間を算出し、さらに、中央通信装置１００の各通信ポート１４０の応答時間を算出する。次に、パケット毎の通信経路の変更では、算出した各通信ポート１４０の応答時間のうち、応答未補償パケットの応答時間より小さくなり、かつ、同じ応答未補償パケットがこの通信ポート１４０を通過でき、かつ、同じ応答未補償パケットがこの通信ポート１４０に経路を変更した際に各パケットの実システムの応答時間が目標値より大きくならない場合、この応答未補償パケットの通信経路を該当の通信ポート１４０を通過するように変更する。パケット毎の通信経路の変更を、以上の一連の処理を応答未補償パケットがなくなるまで、あるいは、全ての応答未補償パケットの通信経路の変更が不可となるまでくり返す。
【００６０】
中央通信装置１００は、ステップＳ８０６の処理後に、応答未補償パケットが少なくとも１つある場合（Ｓ８０７→Ｙｅｓ）、全て応答未補償パケットをエラー情報として出力し表示入力装置１６０へ（Ｓ８０８）、ステップＳ８０９の処理に進む。ステップＳ８０６の処理後に、応答未保証パケットがない場合（Ｓ８０７→Ｎｏ）、そのときの通信経路情報を出力し（Ｓ８０９）、処理を終了する。
【００６１】
図９は、中央通信装置１００の自動設定処理部１０１の設定経路情報格納部２１４の通信経路情報の格納形式を示す図である。自動設定処理部１０１の設定経路情報格納部２１４は、下流通信経路設定テーブル９００と、上流通信経路設定テーブル９１０の形式により構成される。
【００６２】
下流通信経路設定テーブル９００は、中央通信装置１００から端末通信装置１２０への通信経路を設定するものであり、下流出力ポート番号設定領域９０１によって構成される。下流出力ポート番号設定領域９０１は、中央通信装置１００から各端末通信装置１２０にパケットを転送する際に、各端末通信装置１２０の複数の通信ポート１４０のうち通過させる通信ポート１４０を、通信パケットの送信先の端末通信装置１２０毎に通信ポート番号を用いて指定する。
【００６３】
上流通信経路設定テーブル９１０は、端末通信装置１２０から中央通信装置１００への通信経路を設定するものであり、上流出力ポート番号設定領域９１１によって構成される。上流出力ポート番号設定領域９１１は、各端末通信装置１２０から中央通信装置１００にパケットを転送する際に、各端末通信装置１２０の複数の通信ポート１４０のうち通過させる通信ポート１４０を、通信パケットの送信元の端末通信装置１２０毎に通信ポート番号を用いて指定する。
【００６４】
自動設定処理部１０１の通信制御設定パラメータ演算部２０１は、設定経路情報格納部２１４に、自身が算出した中央通信装置１００から各端末通信装置１２０への通信経路情報を、下流通信経路設定テーブル９００の形式で格納する。自動設定処理部１０１の通信制御設定パラメータ演算部２０１は、設定経路情報格納部２１４に、自身が算出した各端末通信装置１２０から中央通信装置１００への通信経路情報を、上流通信経路設定テーブル９１０の形式で格納する。
【００６５】
自動設定処理部１０１の通信データ出力部２２１は、表示入力装置１６０からＧＵＩ処理部２００を介して通信制御方法の自動設定の指示が入力された場合、設定経路情報格納部２１４より、端末通信装置１２０毎に設定する通信ポート番号を読み出したのち中央通信制御部１０２に転送する。中央通信制御部１０２は、転送された通信ポート番号を、ネットワークを介して各端末通信装置１２０に転送する。
【００６６】
図１０は、中央通信装置１００の自動設定処理部１０１の設定経路情報格納部２１４のパケット単位の通信経路情報の格納形式を示す図である。自動設定処理部１０１の設定通信経路情報格納部２１４は、パケット単位の通信経路を中央パケット単位通信経路設定テーブル１０００の形式で格納する。
【００６７】
中央パケット単位通信経路設定テーブル１０００は、中央通信装置１００から端末通信装置１２０への通信と端末通信装置１２０から中央通信装置１００への通信のうち、パケット毎に通信経路の設定が必要とされるパケットの種類と通信経路を示すものであり、端末通信装置１２０の個数分のパケット単位通信経路設定テーブル１０１０によって構成される。
【００６８】
パケット単位通信経路設定テーブル１０１０は、パケット単位出力ポート番号設定領域１０１１から構成される。パケット単位出力ポート番号設定領域１０１１は、中央通信装置１００から各端末通信装置１２０に、あるいは、各端末通信装置１２０から中央通信装置１００にパケットを転送する際に、各端末通信装置１２０の複数の通信ポート１４０のうち通過させる通信ポート１４０を、通信パケットの送信先あるいは送信元となる端末通信装置１２０毎に、パケット種類と通信ポート番号により設定することで、パケット単位の通信経路を指定できる。
【００６９】
自動設定処理部１０１の通信制御設定パラメータ演算部２０１は、設定通信経路情報格納部２１４に、自身が算出した中央通信装置１００と各端末通信装置１２０との通信におけるパケット毎の通信経路情報を、中央パケット単位通信経路設定テーブル１０００に格納する。
【００７０】
自動設定処理部１０１の通信データ出力部２２１は、表示入力装置１６０からＧＵＩ処理部２００を介して通信制御方法の自動設定の指示が入力された場合、設定通信経路情報格納部２１４より、端末通信装置１２０毎に設定されたパケット種類と通信ポート番号を読み出したのち中央通信制御部１０２に転送する。中央通信制御部１０２は、転送されたパケット種類と通信ポート番号を、ネットワークを介して各端末通信装置１２０に転送する。
【００７１】
図１１は、中央通信装置１００の自動設定処理部１０１のパケット分割情報格納部２１５のパケット分割情報の格納形式を示す図である。自動設定処理部１０１のパケット分割情報格納部２１５は、パケット分割情報を中央パケット分割設定テーブル１１００の形式で格納する。
【００７２】
中央パケット分割設定テーブル１１００は、中央通信装置１００から端末通信装置１２０への通信と、端末通信装置１２０から中央通信装置１００への通信のうち、パケットの分割が必要とされるパケットの種類と分割数を設定するものであり、端末通信装置１２０の個数分のパケット分割設定テーブル１１１０によって構成される。
【００７３】
パケット分割設定テーブル１１１０は、パケット分割設定領域１１１１から構成される。パケット分割設定領域１１１１は、中央通信装置１００から各端末通信装置１２０に、あるいは、各端末通信装置１２０から中央通信装置１００にパケットを転送する際に、分割の必要があるパケットの分割方法を、通信パケットの送信先あるいは送信元の端末通信装置１２０毎に、パケット種類と分割数を設定することで、各端末通信装置１２０のパケット分割方法を指定できる。
【００７４】
自動設定処理部１０１の通信制御設定パラメータ演算部２０１は、パケット分割情報格納部２１５に、自身が算出した中央通信装置１００と各端末通信装置１２０との通信におけるパケット分割情報を、中央パケット分割設定テーブル１１００に格納する。
【００７５】
自動設定処理部１０１の通信データ出力部２２１は、表示入力装置１６０からＧＵＩ処理部２００を介して通信制御方法の自動設定の指示が入力された場合、パケット分割情報格納部２１５より、端末通信装置１２０毎に設定されたパケット種類と分割数を読み出したのち、中央通信制御部１０２に転送する。中央通信制御部１０２は、転送されたパケット種類と、分割数を、ネットワークを介して各端末通信装置１２０に転送する。
【００７６】
図１２は、端末通信装置１２０の通信経路設定部１２２の格納形式を示す図である。通信経路設定部１２２は、端末通信経路設定テーブル１２００とパケット単位通信経路設定テーブル１０１０から構成される。
【００７７】
端末通信経路設定テーブル１２００は、通信方向毎にパケット毎の通信経路情報の設定の有無と、送信先のポート番号を設定するものであり、端末下流出力ポート番号設定領域１２０１と、端末上流出力ポート番号設定領域１２０２によって構成される。
【００７８】
端末下流出力ポート番号設定領域１２０１は、中央通信装置１００から各端末通信装置１２０にパケットを転送する際の、パケット毎の通信経路情報の設定の有無と、端末通信装置１２０の送信先の通信ポートのポート番号を、パケットの送信先となる端末通信装置１２０毎に指定する。
【００７９】
端末上流出力ポート番号設定領域１２０２は、各端末通信装置１２０から中央通信装置１００にパケットを転送する際の、パケット毎の通信経路情報の設定の有無と、端末通信装置１２０の送信先の通信ポートのポート番号を、パケットの送信元となる端末通信装置１２０毎に指定する。
【００８０】
端末通信装置１２０の端末通信制御部１２１は、ネットワークを介して自身への設定値となる端末通信装置１２０毎の送信先のポート番号と、パケット毎の送信先のポート番号と、パケット種類を受信した場合、それぞれを端末通信経路設定テーブル１２００と、パケット単位通信経路設定テーブル１０１０に設定する。このとき、端末通信制御部１２１は、同時にパケット毎の通信経路情報の設定の有無を判定し、その情報を端末通信経路設定テーブル１２００に設定する。
【００８１】
端末通信装置１２０の端末通信制御部１２１は、通信経路設定部１２２の設定完了後、端末通信装置１２０の通信ポート１４０より制御情報を受信した場合、この制御情報の転送元、転送先の情報より通信経路設定部１２２の端末通信経路設定テーブル１２００を参照し、端末通信経路設定テーブル１２００に設定されたポート番号の通信ポートに制御情報を転送する。このとき、端末通信制御部１２１は、端末通信経路設定テーブル１２００の参照時にパケット毎の通信経路情報の設定が有である場合、パケット単位通信経路設定テーブル１０１０を参照し、パケット単位通信経路設定テーブル１０１０に受信した制御情報のパケット種類が設定されている場合、パケット単位通信経路設定テーブル１０１０に設定されたポート番号の通信ポートに制御情報を転送する。
【００８２】
図１３は、端末通信装置１２０のパケット分割設定部１２３の格納形式を示す図である。パケット分割設定部１２３は、端末パケット分割設定テーブル１３００とパケット分割設定テーブル１１１０から構成される。
【００８３】
端末パケット分割設定テーブル１３００は、通信方向毎にパケット分割の有無を、パケットの送信先あるいは送信元となる端末通信装置１２０毎に設定する。
【００８４】
端末通信装置１２０の端末通信制御部１２１は、ネットワークを介して自身への設定値となる端末通信装置１２０毎の分割を行うパケット種類と分割数を受信した場合、それらをパケット分割設定テーブル１１１０に設定する。このとき、端末通信制御部１２１は、同時にパケット毎の通信経路情報の設定の有無を判定し、その情報を端末パケット分割設定テーブル１３００に設定する。
【００８５】
端末通信装置１２０の端末通信制御部１２１は、パケット分割設定部１２３の設定完了後、端末通信装置１２０の通信ポート１４０より制御情報を受信した場合、この制御情報の転送元、転送先の情報よりパケット分割設定部１２３の端末通信経路設定テーブル１２００を参照する。このとき、端末通信制御部１２１は、端末通信経路設定テーブル１２００のパケット分割の設定が有である場合、パケット分割設定テーブル１１１０を参照し、パケット分割設定テーブル１１１０に受信した制御情報のパケット種類が設定されている場合、パケット分割設定テーブル１１１０に設定された分割数に従って、受信した制御情報を分割する。その後、端末通信制御部１２１は、通信経路設定部１２２を参照し、分割したパケットを所定の通信ポートへ送信する。
【００８６】
図１４は、設定支援ソフトウェア１４００の表示例と機能を示す図である。設定支援ソフトウェア１４００は、中央通信装置１００の自動設定処理部１０１のＧＵＩ処理部２００に実装され、表示入力装置１６０にて表示・操作される。
【００８７】
設定支援ソフトウェア１４００は、入出力性能表示部１４０１と、ネットワーク初期設定指令部１４０２と、自動設定条件設定部１４０３と、自動設定条件設定指令部１４０４と、ネットワーク表示部１４０５と、ネットワーク性能表示部１４０６から構成される。
【００８８】
入出力性能表示部１４０１は、自動設定処理部１０１の入出力性能格納部２１１に格納される各端末通信装置１２０の通信性能を表示する。ネットワーク初期設定指令部１４０２は、自動設定処理部１０１の通信データ出力部２２１にネットワーク初期設定の指示を与え、通信データ出力部２２１より各端末通信装置１２０に通信性能の送信指令を転送する。
【００８９】
自動設定条件設定部１４０３は、自動設定処理部１０１の通信制御設定条件格納部２１０に格納される自動設定の条件を入力する。自動設定条件設定指令部１４０４は、自動設定条件設定部１４０３に入力された自動設定の条件を通信制御設定条件格納部２１０に格納する。
【００９０】
ネットワーク表示部１４０５は、自動設定処理部１０１の設定通信経路格納部２１４に格納される通信経路情報を基に分散型制御システムのネットワーク接続構成と通信経路を表示する。ネットワーク性能表示部１４０６は、自動設定処理部１０１のネットワーク設定性能格納部２１３に格納されるネットワーク性能を参照し、表示する。
【００９１】
以上のように、本実施形態の分散型制御システムは、多重の通信経路により自由度の高いネットワークを構成できる。具体的には、１つの通信路の伝送性能を超える高いネットワーク通信性能を実現できる。
【００９２】
また、本実施形態の分散型制御システムは、自由度の高いネットワークにおいても、容易にネットワークの通信を確立することができる。
【００９３】
本実施形態の分散型制御システムは、中央通信装置１００や、端末通信装置１２０のハードウェア変更の頻度を削減できるので、設計工数または設計変更工数を削減できる。
【００９４】
さらに、本実施形態の分散型制御システムは、ハードウェア変更による制御ソフトウェアの変更の頻度を削減できる。
【００９５】
さらに、本実施形態の分散型制御システムは、通信制御方式の設定を自動化できる。
【００９６】
さらに、本実施形態の分散型制御システムは、通信の電気的な伝達速度や、通信仕様を変更することなく、ネットワークの通信性能を向上できる。
【００９７】
さらに、本実施形態の分散型制御システムは、通信性能を補償するためのネットワーク設計を簡略化にできる。
【００９８】
さらに、本実施形態の分散型制御システムは、１つの通信路の伝送性能がネットワーク性能向上に対するボトルネックにならない。
【００９９】
さらに、本実施形態の分散型制御システムは、各被制御デバイスの演算処理や、制御処理に必要となる通信性能を自動的に認識できる。
【符号の説明】
【０１００】
１００：中央通信装置、１０１：自動設定処理部、１０２：中央通信制御部、１１０：通信信号制御部、１１１−１：通信信号受信部、１１１−２：通信信号送信部、１２０：端末通信装置、１２１：端末通信制御部、１２２：通信経路設定部、１２３：パケット分割設定部、１２４：データ演算部、１２５：演算入出力性能格納部、１２６：デバイス制御部、１２７：制御入出力性能格納部、１３０：被制御デバイス、１４０：通信ポート、
１５０：通信路、１６０：表示入力装置、２００：ＧＵＩ処理部、２０１：通信制御設定パラメータ演算部、２１０：通信制御設定条件格納部、２１１：入出力性能格納部、２１２：認識通信経路情報格納部、２１３：ネットワーク設定性能格納部、２１４：設定通信経路情報格納部、２１５：パケット分割情報格納部、２２０：通信データ入力部、２２１：通信データ出力部、４００：入出力性能格納テーブル、４０１：パケットデータ量格納領域、４０２：入力周期格納領域、４０３：出力周期格納領域、４０４：入力応答格納領域、４０５：出力応答格納領域、５００：中央入出力性能格納テーブル、９００：下流通信経路設定テーブル、９０１：下流出力ポート番号設定領域、９１０：上流通信経路設定テーブル、９１１：上流出力ポート番号設定領域、１０００：中央パケット単位通信経路設定テーブル、１０１０：パケット単位通信経路設定テーブル、１０１１：パケット単位出力ポート番号設定領域、１１００：中央パケット分割設定テーブル、１１１０：パケット分割設定テーブル、１１１１：パケット分割設定領域、１２００：端末通信経路設定テーブル、１２０１：端末下流出力ポート番号設定領域、１２０２：端末上流出力ポート番号設定領域、１３００：端末パケット分割設定テーブル、１４００：設定支援ソフトウェア、１４０１：入出力性能表示部、１４０２：ネットワーク初期設定指令部、１４０３：自動設定条件設定部、１４０４：自動設定条件設定指令部、１４０５：ネットワーク表示部、１４０６：ネットワーク性能表示部。
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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