(57)【要約】【課題】データ通信の優先順位と制御対象機器の配置を適切に設定し、１つのネットワーク上に異なる通信周期や応答性能を必要とする複数の制御対象機器を接続することができるフィールドネットワークシステムを提供する。【解決手段】中央通信手段110と端末通信手段120は、優先順位番号格納手段115と先入先出格納手段125を備え、優先順位番号格納手段115に格納されるデータ通信の優先順位にしたがって通信を行う。このとき、各制御対象機器に要求される通信周期と応答性能から優先順位と制御対象機器のネットワーク上の配置を、ホストコンピュータのソフトウェアの処理により最適化し、設定することによって、過剰な通信速度を必要とせずに、一つのネットワーク上に異なる通信周期や応答性能を必要とする複数の制御対象機器を接続することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像出力手段、情報入力手段、およびソフトウェアを備えるホストコンピュータと、
ホストコンピュータインターフェース手段、第１の入出力データ格納手段、第２の入出力データ格納手段、識別番号格納手段、優先順位番号格納手段、通信周期格納手段、１つ以上の通信ポート、通信ポート１つに対して２つ以上の先入先出格納手段、および中央通信制御手段を備える中央通信手段と、
１つの上流側通信ポート、２つ以上の下流側通信ポート、下流側通信ポート１つに対して２つ以上の先入先出格納手段、１つ以上の入出力ポート、端末通信制御手段、識別番号格納手段、優先順位番号格納手段、および通信周期情報格納手段を備える複数個の端末通信手段と、を備え、
前記端末通信手段の上流側通信ポートは、前記中央通信手段の通信ポートまたは前記複数の端末通信手段におけるいずれかの他の端末通信手段の下流側通信ポートと接続することを特徴とするフィールドネットワークシステム。
【請求項２】
請求項１に記載されたフィールドネットワークシステムにおいて、
前記中央通信手段は、前記ホストコンピュータから優先順位番号格納手段に格納されるデータ通信の優先順位を表す番号を前記端末通信手段に送信し、当該端末通信手段は受信した優先順位番号を優先順位番号格納手段に格納し、
前記中央通信手段は、前記端末通信手段に出力データを送信する際に、当該端末通信手段の優先順位番号に対応する先入先出格納手段に出力データを格納し、前記通信ポートは優先順位の高い先入先出格納手段から順に出力データを取り出して送信し、
前記端末通信手段は、入出力ポートからの入力値と優先順位番号格納手段に格納される優先順位番号情報とを合わせて自分自身の入力データパケットとして上流に出力し、下流からのデータは入力データパケットの優先順位番号情報に対応した先入先出格納手段に振り分けて格納し、優先順位の高い先入先出格納手段に格納される入力データパケットから順番に上流側通信ポートに送信することを特徴とするフィールドネットワークシステム。
【請求項３】
請求項１または２に記載されたフィールドネットワークシステムにおいて、
前記中央通信手段は、前記ホストコンピュータにより通信周期情報格納手段に格納される制御対象毎に要求される通信周期に基づく個別の値を端末通信手段に送信し、
前記端末通信手段は、受信した通信周期に基づく個別の値を通信周期情報格納手段に格納し、この値に基づいた周期で出力データを各端末通信手段に転送し、
前記中央通信手段は、前記端末通信手段から受信する入出力ポートの入力値を第１の入力データ格納手段に格納し、通信周期情報格納手段の通信周期に基づいて第１の入力データ格納手段の値を第２の入力データ格納手段に格納し、
前記ホストコンピュータは、前記中央通信手段の第２の入力データ格納手段を参照して各端末の入力ポートの値を確認することを特徴とするフィールドネットワークシステム。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載された記載されたフィールドネットワークシステムにおいて、
前記ネットワークに接続されるすべての端末通信手段の通信周期情報格納手段に格納される制御周期の値の合計値は、ネットワークの最大性能以下に設定することを特徴とするフィールドネットワークシステム。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載されたフィールドネットワークシステムにおいて、
各制御対象に要求される通信周期が維持されるように、前記端末通信手段の通信周期の時間ばらつきを１周期分以内に収めるように優先順位番号の値を設定することを特徴とするフィールドネットワークシステム。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載されたフィールドネットワークシステムにおいて、
各制御装置に要求される制御対象からホストコンピュータまでの通信遅延時間を基に、前記端末通信手段の優先順位番号の設定値、および、前記中央通信手段から対象の端末通信手段までに通過する端末通信手段の個数を設定することを特徴とするフィールドネットワークシステム。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載されたフィールドネットワークシステムにおいて、
前記ホストコンピュータは、端末通信手段の優先度と、該当の端末通信手段に設定される優先順位よりも優先度の高い若しくは同じとなる端末通信手段の通信パケットの個数と、１通信路あたりの通信時間と、中央通信手段から対象の端末通信手段までに通過する端末通信手段の個数とを用いて、各制御対象における端末通信手段からホストコンピュータまで通信遅延時間を求め、前記制御対象に要求される通信遅延時間を満たすように、各端末通信手段の優先度を変更し、前記端末通信手段の優先度を設定することを特徴とするフィールドネットワークシステム。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載された前記ホストコンピュータは、前記端末通信手段の優先度と、該当の端末通信手段に設定される優先順位よりも優先度の高い若しくは同じとなる端末通信手段の通信パケットの個数と、１通信路あたりの通信時間と、中央通信手段から対象の端末通信手段までに通過する端末通信手段の個数とを用いて、各制御対象における端末通信手段からホストコンピュータまで通信遅延時間を求め、前記制御対象に要求される通信遅延時間を満たすように、前記制御対象の配置を変更し、前記中央通信手段から対象の端末通信手段までに通過する端末通信手段の個数を設定することを特徴とするフィールドネットワークシステム。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかに記載されたフィールドネットワークシステムにおいて、
前記ホストコンピュータのソフトウェアは、前記制御対象に必要とされる通信周期を、前記情報入力手段から設定できる機能を備えることを特徴とするフィールドネットワークシステム。
【請求項１０】
請求項１乃至８のいずれかに記載されたフィールドネットワークシステムにおいて、
前記ホストコンピュータのソフトウェアは、全ての制御対象に必要とされる通信周期と、許容される最大の通信遅延時間と、端末通信手段のネットワーク上の接続形態（深さ）を前記情報入力手段から設定できる機能を備えることを特徴とするフィールドネットワークシステム。
【請求項１１】
請求項９または１０に記載されたフィールドネットワークシステムにおいて、
前記ホストコンピュータのソフトウェアが有する設定機能とネットワーク構成の表示機能とをＧＵＩ（グラフィカル・ユーザー・インターフェース）により実装することを特徴とするフィールドネットワークシステム。
【請求項１２】
請求項１乃至８のいずれかに記載されたフィールドネットワークシステムであって、
チップマウンタを構成する複数の制御対象機器を前記複数の前記端末通信手段に接続することを特徴とするフィールドネットワークシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の制御対象を制御するフィールドネットワークシステムに係り、特に複数の入出力データ信号を一つの伝送路に多重化して省配線化したフィールドネットワークシステムの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
フィールドネットワークシステムは、ホストコンピュータと、ホストコンピュータに接続される中央通信手段と、様々な種類の入出力ポートを備える複数の端末通信手段、によって構成され、中央通信手段と複数の端末通信手段をマルチドロップやデイジーチェーンなどの形態により接続し、ネットワークを構成することで利用される。
従来、分散配置された複数の制御対象となる機器とホストコンピュータとのデータ入出力は、ホストコンピュータに各機器を直接接続することにより行われ、多くの配線を必要とした。
フィールドネットワークシステムは、ホストコンピュータに対して分散配置された複数の制御対象機器をネットワークにより接続し、制御対象機器における入出力の信号を多重化することで、ホストコンピュータと複数制御対象機器間のデータの入出力を、少ない配線でシンプルな接続により実現しており、自動車、工作機械、チップマウンタ等の産業機械のような制御対象機器の数量や種類が多く、機器の配置が分散しやすい分野で主に利用されている。
【０００３】
またフィールドネットワークシステムでは、デジタルＩ／Ｏ機器やサーボデバイスなど接続される制御対象機器によって、要求される通信周期や、応答性能が大幅に異なる。
【０００４】
従来のフィールドネットワークシステムでは、一つのネットワークに接続される制御対象機器の数に応じて、全ての機器に同一の通信周期、応答性能を保証するため、各制御対象機器の要求性能が異なる場合においても、全ての機器が最も高い要求性能で動作することを保障するネットワークを構成する必要があり、結果的にネットワーク全体に過剰な通信速度が必要となる。この過剰な通信速度はネットワークの対ノイズ性能を低下させ、データ伝送距離をより短くしてしまう。
このような問題を解決するため、要求される通信周期や応答性能が高い制御対象機器を、ネットワークを介さずに、別途制御線によりホストコンピュータに直接接続し制御する方法が用いられている。しかし、この方法では、ホストコンピュータから複数の配線を伸ばす必要があることや、ホストコンピュータがネットワーク側と異なった制御処理を行う必要があるため、システム全体がより複雑化してしまう。
【０００５】
また、通信データに、優先度、収集間隔を設定し、通信周期が速く通信のトラフィック
が大きい制御機器に対して効率的な情報収集を行う技術（特許文献１）などが知られている。しかしこの方法では、中央通信手段がポーリングによりタイミングを規定するため、中央通信手段と端末通信手段が自由なタイミングで通信することは容易でない。また、ネットワークの配置を含めた優先度や収集間隔の設定も難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１９７０７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は以上述べた従来システムの課題に鑑みてなされたもので、その主な目的とするところは、各制御対象とのデータ通信の優先順位と制御対象機器のネットワーク上の配置を適切に設定することにより、過剰な通信速度を必要とせずに、一つのネットワーク上に異なる通信周期や応答性能を必要とする複数の制御対象機器を接続することができるシステムを実現することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、上述の各制御対象とのデータ通信の優先順位と制御対象機器のネットワーク上の配置を、各制御対象機器に要求される通信周期や応答性能より最適化し、優先順位を決定し、かつ、ネットワーク接続形態を事前に利用者に提示することで、要求性能を保証するネットワークを容易に構成できる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】
【０００９】
本発明の主な特徴は、フィールドネットワークシステムであって、ホストコンピュータインターフェース手段、第１の入出力データ格納手段、第２の入出力データ格納手段、識別番号格納手段、優先順位番号格納手段、通信周期格納手段、１つ以上の通信ポート、通信ポート１つに対して２つ以上の先入先出格納手段、および中央通信制御手段を備える中央通信手段と、１つの上流側通信ポート、２つ以上の下流側通信ポート、下流側通信ポート１つに対して２つ以上の先入先出格納手段、１つ以上の入出力ポート、端末通信制御手段、識別番号格納手段、優先順位番号格納手段、および通信周期情報格納手段を備える複数個の端末通信手段と、を備え、前記端末通信手段の上流側通信ポートは、前記中央通信手段の通信ポートまたは前記複数の端末通信手段におけるいずれかの他の端末通信手段の下流側通信ポートと接続することで、各制御対象とのデータ通信の優先順位と制御対象機器のネットワーク上の配置を適切に設定できるようにしたところにある。
【００１０】
以上の特徴に加えて、以下の実施の態様では次のように構成することで実用性の高いシステムを提案している。
【００１１】
前記中央通信手段は、前記ホストコンピュータから優先順位番号格納手段に格納されるデータ通信の優先順位を表す番号を前記端末通信手段に送信し、当該端末通信手段は受信した優先順位番号を優先順位番号格納手段に格納し、前記中央通信手段は、前記端末通信手段に出力データを送信する際に、当該端末通信手段の優先順位番号に対応する先入先出格納手段に出力データを格納し、前記通信ポートは優先順位の高い先入先出格納手段から順に出力データを取り出して送信し、前記端末通信手段は、入出力ポートからの入力値と優先順位番号格納手段に格納される優先順位番号情報とを合わせて自分自身の入力データパケットとして上流に出力し、下流からのデータは入力データパケットの優先順位番号情報に対応した先入先出格納手段に振り分けて格納し、優先順位の高い先入先出格納手段に格納される入力データパケットから順番に上流側通信ポートに送信することを特徴としている。
【００１２】
更には、前記中央通信手段は、前記ホストコンピュータにより通信周期情報格納手段に格納される制御対象毎に要求される通信周期に基づく個別の値を端末通信手段に送信し、前記端末通信手段は、受信した通信周期に基づく個別の値を通信周期情報格納手段に格納し、この値に基づいた周期で出力データを各端末通信手段に転送し、前記中央通信手段は、前記端末通信手段から受信する入出力ポートの入力値を第１の入力データ格納手段に格納し、通信周期情報格納手段の通信周期に基づいて第１の入力データ格納手段の値を第２の入力データ格納手段に格納し、前記ホストコンピュータは、前記中央通信手段の第２の入力データ格納手段を参照して各端末の入力ポートの値を確認するように構成している。
【００１３】
本発明の前記他の目的を達成するため、以下のような構成ないし設定を行うことをも特徴とし、これにより要求性能を保証するネットワークを容易に構成することのできるシステムを実現しているが、具体的には以下述べる実施の態様で詳述する。
【００１４】
先ず、前記ネットワークに接続されるすべての端末通信手段の通信周期情報格納手段に格納される制御周期の値の合計値は、ネットワークの最大性能以下に設定する。
【００１５】
次に、各制御対象に要求される通信周期が維持されるように、前記端末通信手段の通信周期の時間ばらつきを１周期分以内に収めるように優先順位番号の値を設定する
各制御装置に要求される制御対象からホストコンピュータまでの通信遅延時間を基に、前記端末通信手段の優先順位番号の設定値、および、前記中央通信手段から対象の端末通信手段までに通過する端末通信手段の個数を設定する。
【００１６】
また、前記ホストコンピュータは、端末通信手段の優先度と、該当の端末通信手段に設定される優先順位よりも優先度の高い若しくは同じとなる端末通信手段の通信パケットの個数と、１通信路あたりの通信時間と、中央通信手段から対象の端末通信手段までに通過する端末通信手段の個数とを用いて、各制御対象における端末通信手段からホストコンピュータまで通信遅延時間を求め、前記制御対象に要求される通信遅延時間を満たすように、各端末通信手段の優先度を変更し、前記端末通信手段の優先度を設定する。
【００１７】
更に、前記ホストコンピュータは、前記端末通信手段の優先度と、該当の端末通信手段に設定される優先順位よりも優先度の高い若しくは同じとなる端末通信手段の通信パケットの個数と、１通信路あたりの通信時間と、中央通信手段から対象の端末通信手段までに通過する端末通信手段の個数とを用いて、各制御対象における端末通信手段からホストコンピュータまで通信遅延時間を求め、前記制御対象に要求される通信遅延時間を満たすように、前記制御対象の配置を変更し、前記中央通信手段から対象の端末通信手段までに通過する端末通信手段の個数を設定する。
【００１８】
前記ホストコンピュータのソフトウェアは、前記制御対象に必要とされる通信周期を、前記情報入力手段から設定できる機能を備える。
【００１９】
また、前記ホストコンピュータのソフトウェアは、全ての制御対象に必要とされる通信周期と、許容される最大の通信遅延時間と、端末通信手段のネットワーク上の接続形態（深さ）を前記情報入力手段から設定できる機能を備える。
【００２０】
前記ホストコンピュータのソフトウェアが有する設定機能とネットワーク構成の表示機能とをＧＵＩ（グラフィカル・ユーザー・インターフェース）により実装する。
【００２１】
更に、産業機器への具体的適用例として、チップマウンタを構成する複数の制御機器を以上述べたフィールドネットワークシステムの制御対象機器とし、このチップマウンタを構成する複数の制御機器を本システムの前記複数の端末通信手段に接続することで、以下述べる効果をチップマウンタで実現可能としている。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の主な態様に依れば、１つのネットワーク上に複数の異なる通信周期や応答性能による制御対象機器を接続し、適切な通信速度により制御可能なフィールドネットワークシステムを構成することができる。
【００２３】
本発明の他の態様に依れば、１つのネットワーク上に異なる通信周期や応答性能必要とする複数の制御対象機器を接続し、適切な通信速度により制御するために必要となる、制御対象とのデータ通信の優先順位と制御対象機器のネットワーク上の配置の適切な設定を、ホストコンピュータのソフトウェアの処理により最適化し、決定することができるため、各制御対象機器の要求性能を保証するネットワークを容易に構築できるという効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施例に係るネットワークＩ／Ｏシステムの構成を示す図である。
【図２】本発明のネットワークの通信に用いるパケット形式の例を説明する図である。
【図３】本発明の一実施例におけるアプリケーションの画面表示例と機能について説明する図である。
【図４】本発明の優先順位番号とネットワーク接続形態の最適化における具体的な処理手順について説明する図である。
【図５】本発明の優先順位番号格納手段と通信周期情報格納手段の格納方法について説明する図である。
【図６】本発明の実施例における最適化処理完了後のアプリケーションの画面表示例と機能について説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態について図示する一実施例を参照して説明する。
【００２６】
図１は本発明の一実施例に係るフィールドネットワークシステムの構成図である。なお、図中に点線で拡大表示した端末通信手段１２０はその詳細な構成を示す。
【００２７】
本実施例におけるフィールドネットワークシステムは、ホストコンピュータ１００と、中央通信手段１１０と、複数の端末通信手段１２０とから構成される。
ホストコンピュータ１００は、ソフトウェア１０１と、映像出力手段１０２と、情報入力手段１０３とを備える。
【００２８】
中央通信手段１１０は、ホストコンピュータインターフェース手段１４０と、出力データ格納手段１１２と、第１の入力データ格納手段１１３ａと、第２の入力データ格納手段１１３ｂと、識別番号格納手段１１４と、優先順位番号格納手段１１５と、通信周期情報格納手段１１６と、通信ポート１３０と、中央通信制御手段１１１とを備える。
【００２９】
端末通信手段１２０は、上流側通信ポート１３１と、下流側通信ポート１３２ａ、１３２ｂと、入出力ポート１４１と、端末通信制御手段１２１と、識別番号格納手段１１４と、優先順位番号格納手段１１５と、通信周期指定手段１１６と、端末通信制御手段１２１とを備える。
【００３０】
さらに、中央通信手段１１０と端末通信手段１２０は、１つの通信ポート１３０、および、下流側通信ポート１３２ａ、１３２ｂあたりに優先順位番号の数と同数の先入先出格納手段１１７を備える。
【００３１】
端末通信手段１２０の上流側通信ポート１３１は、それぞれ中央通信手段１１０の通信ポート１３０、または端末通信手段１２０のうちの他の端末通信手段１２０における下流側通信ポート１３２ａもしくは下流側通信ポート１３２ｂと接続される。
また、端末通信手段１２０の入出力ポート１４１の先には複数の端末通信手段１２０毎に異なる制御対象、例えば、Ｉ／Ｏ機器やサーボドライバ等、が接続される。
【００３２】
次に、本実施例におけるホストコンピュータ１００の動作を説明する。
ホストコンピュータ１００は、各端末通信手段１２０に設定する識別番号の情報をホストコンピュータインターフェース手段１４０を介して識別番号格納手段１１４に格納する。また、ホストコンピュータ１００は、あとに示す作成方法に従って決定される、各端末通信手段１２０の優先順位番号情報をホストコンピュータインターフェース手段１４０を介して優先順位番号格納手段１１５に格納する。
【００３３】
さらに、ホストコンピュータ１００は、各端末通信手段１２０の入出力ポート１４１の入出力値の更新周期と、入出力値の更新を周期的に行うのか、あるいは、即時的に行うのかを設定するための通信周期情報を、ホストコンピュータインターフェース手段１４０を介して通信周期情報格納手段１１６に格納する。
【００３４】
さらに、ホストコンピュータ１００は、各端末通信手段１２０の入出力ポート１４１の出力値を、ホストコンピュータインターフェース手段１４０を介して中央通信手段１１０の出力データ格納手段１１２に格納し、ホストコンピュータインターフェース手段１４０を介して中央通信手段１１３ｂの第２の入力データ格納手段１１３ｂに格納される値を参照することで、各端末通信手段１２０の入出力ポート１４１からの入力値を確認する。
【００３５】
次に、本実施例における中央通信手段１１０の動作を説明する。
中央通信手段１１０は、ホストコンピュータインターフェース手段１４０を介したホストコンピュータ１００とのデータの送受信と、中央通信制御手段１１１により制御される、通信ポート１３０を介した各端末通信手段１２０とのデータの送受信を行う。
【００３６】
中央通信制御手段１１１は、ホストコンピュータ１００から識別番号格納手段１１４に各端末通信手段１２０の識別番号と、優先順位番号格納手段１１５に各端末通信手段１２０の優先順位番号が設定されたら、端末通信手段１２０毎に識別番号と優先順位番号を組み合わせた優先順位番号設定パケットを通信ポート１３０に出力する。
【００３７】
また、中央通信制御手段１１１は、識別番号格納手段１１４に各端末通信手段１２０の識別番号を、通信周期情報格納手段１１６に各端末通信手段１２０の通信周期情報が設定されたら、ホストコンピュータ１００から端末通信手段１２０毎に識別番号と通信周期情報を組み合わせた通信周期情報設定パケットを、通信ポート１３０を介して各端末通信手段１２０に送信する。
【００３８】
さらに、中央通信制御手段１１１は、出力データ格納手段１１２に端末通信手段１２０の入出力ポート１４１の出力値が設定されたら、端末通信手段１２０の識別番号と出力値を組み合わせた出力データパケットを、通信ポート１３０を介して端末通信手段１２０に即座に送信し、出力値に変更がない間は通信周期情報格納手段１１６に設定される通信周期に基づき、出力データパケットを端末通信手段に１２０に周期的に送信する。
【００３９】
出力データパケットが複数個用意されている場合は、優先順位番号格納手段１１５に格納される前記端末通信手段１２０の優先順位番号に対応する先入先出格納手段１１７に出力データパケットを格納し、通信ポート１３０は、優先順位の高い先入先出格納手段１１７から順に出力データパケットを取り出して端末通信手段１２０に送信する。
【００４０】
さらに、中央通信制御手段１１０は、通信ポート１３０を介して端末通信手段１２０の識別番号と入出力ポート１４１の入力値を組み合わせた入力データパケットが入力され、
その入力データパケットの識別番号に対応する通信周期情報格納手段１１６の通信周期情報が即時的な更新方法に設定されている場合、前記パケットの入力値を即座に第２の入力データ格納手段に格納し、前記通信周期情報が周期的な更新方法に設定されている場合、前記パケットの入力値を第１の入力データ格納手段１１３ａに格納し、第１の入力データ格納手段１１３ａは、通信周期情報格納手段１１６に格納される通信周期に基づき、前記入力値を第２の入力データ格納手段１１３ｂに周期的に転送する。
【００４１】
通信ポート１３０は、中央通信制御手段１１１、または、先入先出格納手段１１７に入力される各パケットを、接続される端末通信手段１２０の上流側通信ポート１３１に対して送信し、接続される端末通信手段１２０の上流側通信ポート１３１から受信したパケットを中央通信制御手段１１１に出力する。
【００４２】
次に、本実施例における端末通信手段１２０の動作を説明する。
端末通信手段１２０は、端末通信制御手段１２１により、入出力ポート１４１を介した接続機器とのデータの送受信と、上流側通信ポート１３１を介した中央通信手段１１０、または他の端末通信手段１２０とのデータの送受信と、下流側通信ポート１３２ａ、または下流側通信ポート１３２ｂを介した他の端末通信手段１２０とのデータの送受信を行う。
【００４３】
端末通信制御手段１２１は、上流側通信ポート１３１から入力されるパケットが優先順位番号設定パケットである場合、その優先順位番号設定パケットの識別番号情報が自身の識別番号格納手段１１４に格納される識別番号と一致するなら、自身の優先順位番号格納手段１１５に優先順位番号を格納し、一致しないなら、下流側通信ポート１３２ａ、および下流側通信ポート１３２ｂにパケットを送信する。
【００４４】
また、端末通信制御手段１２１は、上流側通信ポート１３１から入力されるパケットが通信周期情報設定パケットである場合、その通信周期情報設定パケットの識別番号情報が、自身の識別番号格納手段１１４に格納される識別番号と一致するなら、自身の通信周期情報格納手段１１６に通信周期情報を格納し、一致しないなら、下流側通信ポート１３２ａ、および下流側通信ポート１３２ｂにパケットを送信する。
【００４５】
さらに、端末通信制御手段１２１は、上流側通信ポート１３１から入力されるパケットが出力データパケットで、その出力データパケットの識別番号情報が自分の識別番号と一致している場合、端末通信制御手段１１１は、通信周期情報格納手段１１６に格納される通信周期情報を参照し、その通信周期情報が即時的な更新方法に設定されている場合、出力データパケットの出力値を入出力ポート１４１から即時に出力する。前記通信周期情報が周期的な更新方法に設定されている場合、出力データパケットの出力値を出力データ格納手段１１２に格納し、出力データ格納手段１１２は、通信周期情報格納手段１１６に格納される通信周期情報に基づき、前記出力値を入出力ポート１４１から出力する。
【００４６】
また、端末通信制御手段１２１は、上流側通信ポート１３１から入力されるパケットが出力データパケットで、その出力データパケットの識別番号情報が自分の識別番号と一致しない場合、端末通信手段１１１は、下流側通信ポート１３２ａおよび下流側通信ポート１３２ｂに出力データパケットを送信する。
【００４７】
また、端末通信制御手段１２１は、入出力ポート１４１からの入力値が変化したならば、その入力値と、自分の識別番号と自身の優先順位番号格納手段１１５の優先順位番号を組み合わせた入力データパケットを上流側ポート１３１に即座に送信し、入力値に変更がない間は通信周期情報格納手段１１６に設定される通信周期に基づき、上流側ポート１３１に周期的に送信する。
【００４８】
また、端末通信制御手段１２１は、下流側通信ポート１３２ａもしくは下流側通信ポート１３２ｂから入力データパケットが入力された場合、その入力データパケットの持つ優先順位番号に対応する先入先出格納手段１１７に前記入力データパケットを格納し、優先順位の高い先入先出格納手段１１７から順に入力データパケットを取り出して、上流側通信ポート１３１より中央通信手段１１０、または、他の端末通信手段１２０に送信する。
【００４９】
図２はデータの通信に用いるパケットの形式を示したものである。パケットの形式は、データ部２００と、パケットの種別を示すパケット種別部２０２と、端末通信手段１２０の識別番号を示す識別番号部２０３、端末通信手段１２０に設定される優先順位番号を示す優先順位番号部２０４から構成される。
【００５０】
データ部２００は、端末通信手段１２０の入出力ポート１４１の入出力データ、または、端末通信手段１２０に設定される優先順位番号や通信周期情報が与えられる。
【００５１】
パケット種別部２０１は、例えばパケットの種別が、入力データパケットのときに“１０”、出力データパケットのときに“１１”、優先順位番号設定パケットのときに“５０”、通信周期設定パケットのときに“６０”などの値が与えられる。中央通信制御手段１１０、および端末通信制御手段１２０はコマンド部２０１を参照することでパケットの種別を判断し、各データに対する処理を行う。
【００５２】
中央通信手段１１０から端末通信手段１２０にパケットを送信する場合には、識別番号部２０２は、送信先となる端末通信手段１２０に設定される識別番号、すなわち送信先端末通信手段の識別番号が設定され、端末通信手段１２０から中央通信手段１１０にパケットを送信する場合には、識別番号部２０２は、端末通信手段１２０自身に設定された識別番号すなわち送信元端末通信手段の識別番号が設定される。
【００５３】
また、中央通信手段１１０から端末通信手段１２０にパケットを送信する場合には、優先順位番号部２０３は、中央通信手段１１０の優先順位番号格納手段１１５に格納される優先順位番号が与えられる。また優先順位番号部は、端末通信手段１２０から中央通信手段１１０にパケットを送信する場合には、優先順位番号部２０３は、端末通信手段１２０自身の優先順位番号格納手段１１５に格納された優先順位番号が設定される。
【００５４】
図３はホストコンピュータ１００より、システム利用者が映像出力手段１０２と、情報入力手段１０３を用いて、優先順位番号とネットワーク接続形態を最適化し、設定する際に利用するＧＵＩ（グラフィカル・ユーザー・インタフェース）によるアプリケーション３００の表示画面の一例である。
【００５５】
アプリケーション３００は、通信性能設定部３０１と、ネットワーク接続形態設定部３０２と、ネットワーク接続形態表示部３０３と、プロセス表示部３０４と、最適化処理実行ボタン３０５から構成される。
【００５６】
通信性能設定部３０１は、識別番号設定部３１０と、通信周期設定部３１１と、通信遅延時間設定部３１２と、入出力データ更新方法設定部３１３から構成され、システム利用者の操作により、端末通信手段１２０に設定される識別番号を識別番号設定部３１０に、端末通信手段１２０に接続される制御対象機器に要求される入出力値の更新周期を通信周期設定部３１１に、端末通信手段１２０に接続される制御対象機器に許容される最大の通信遅延時間を通信設定部３１２に、端末通信手段１２０に接続される制御対象機器に要求される入出力値の更新方法が周期的なのか、あるいは、即時的なのかを入出力データ更新方法設定部３１３に、それぞれ設定可能な機能を備える。
【００５７】
ネットワーク接続形態設定部３０２、および、ネットワーク接続形態表示部３０３は、中央通信手段シンボル３２０と、上流側通信ポートシンボル３２４と、下流側ポートシンボル３２５ａ、３２５ｂと、を備えた端末通信手段シンボル３２１と、接続状態シンボル３２２から構成される。
【００５８】
また、ネットワーク接続形態設定部３０２は、システム利用者の操作により、
端末通信手段シンボル３２１の上流通信ポートシンボル３２４と、中央通信手段シンボル３２０の通信ポートシンボル３２３とをつなぎ、または上流通信ポートシンボル３２４と別の端末通信手段シンボル３２１の下流通信ポートシンボル３２５ａまたは３２５ｂのいずれかとを接続状態シンボル３２２でつなぐことにより、ソフトウェア上にネットワーク構成を作成する。
【００５９】
ネットワーク接続形態表示部３０３は、ネットワーク接続形態設定部３０２に設定されたネットワーク接続形態を後述の処理によって最適化され、変更された結果を表示する。
また、端末通信手段シンボル３１１は、指定された識別番号を自身の中に表示する。
【００６０】
最適化処理実行ボタン３０５は、通信性能設定部３０１とネットワーク接続形態指定部３０２の設定を全て完了した後に、押されることにより、アプリケーション３００は、各端末通信手段１２０の優先順位番号とネットワーク上の配置を最適化し、決定した優先順位番号をホストコンピュータインターフェース手段１４０を介して、中央通信手段１１０の優先順位番号格納手段１１５に格納し、決定した端末通信手段１２０のネットワーク上における配置をネットワーク接続形態表示部３０３に表示する。
【００６１】
また、同時に通信性能設定部３０１の通信周期設定部３１１で設定された通信周期を中央通信手段１１０の通信周期格納手段１１６に格納する。
【００６２】
図４はアプリケーション３００が最適化処理実行ボタン３０５を押された後に実行する、端末通信手段１２０に設定される優先順位番号、および、ネットワークの接続形態を最適化するための処理をフローチャートで示したものである。
【００６３】
まず、アプリケーション３００は、通信性能設定部３０１に設定された通信周期に基づき、実際のシステム運用時におけるネットワークの伝送容量使用率を計算する（処理４００）。
【００６４】
ここで、伝送容量使用率Ｕ［％］は、
ネットワークの通信速度をＶ［ビット／秒］、
通信パケットが実際に転送される際のデータ長（ビット数）をＰＬＥＮ［ビット］、
各端末通信手段１２０の１回のデータ通信時に必要となるパケットの個数を、ＰＮＵＭｘ（ｘ＝１，２，…，ｎ）［個］、
端末通信手段１２０の総数をｎとし、各端末通信手段１２０に設定された通信周期を
ＣＹＣＬＥｘ（ｘ＝１，２，…，ｎ）［秒］、とすると
数１に示す数式を計算することにより求められる。
【００６５】
【数１】
2011166581.tif 000003
【００６６】
次に、処理４００の計算により求められた伝送容量使用率が１００［％］より大きい、すなわち、設定された通信周期によるシステムがネットワークの最大性能を超えている場合（処理４０１）、アプリケーション３００は、計算結果をエラー情報として、プロセス表示部３０４に表示する（処理４１７）。
【００６７】
処理４００の計算により求められた伝送容量使用率が１００［％］より小さい、すなわち、設定された通信周期によるシステムがネットワークの最大性能を超えない場合（処理４０１）、通信性能設定部３０１に設定された通信遅延時間の値の近い複数の端末通信手段を１つのグループとして、全ての端末通信手段１２０を優先順位番号の数と同じグループ数に分割し、各グループ内の通信遅延時間の中で最小値を取るものを代表通信遅延時間とし、代表通信遅延時間の小さいグループから順に優先順位が高くなるように優先順位番号を全ての端末通信手段１２０に設定する（処理４０２）。
【００６８】
次に、設定された優先順位番号と、ネットワーク接続形態設定部３０２に設定されたネットワークの接続形態より、実際のシステムが保証する通信遅延時間である実通信遅延時間を全ての端末通信手段１２０に対して計算する（処理４０３）。
【００６９】
ここで、
ある優先順位番号ｉ（ｉ＝１，２，…，ｍ）のグループに含まれる端末通信手段１２０の総数をＮｉ、とし、
さらに、各端末通信手段に設定された優先順位番号をＰＲＩ（ｘ）（ｘ＝１，２，…，ｎ）、
ネットワークの通信ケーブル１５０の１線路あたりにかかる通信時間をｎＤＥＬＡＹ［秒］とし、
該当の端末通信手段１２０と同等か、それ以上の優先順位となる端末通信手段１２０のグループをＨＰＧ、とし、
ＨＰＧに含まれる端末通信手段１２０の１回のデータ通信時に必要となるパケットの個数をＰＮＵＭｙ｛ｙ｜ｙ∈ＨＰＧ｝とし、
ＨＰＧに含まれる端末通信手段１２０の通信周期をＣＹＣＬＥｙ［秒］とし、
ＨＰＧに含まれる端末通信手段１２０毎に与えられる初期値を１とする係数をＡｙとするとき、
まず、該当の端末通信手段１２０と同等か、それ以上の優先順位の端末通信手段１２０へのパケットが送信し終わるまでにかかる、該当の端末通信手段１２０のパケットの送信待ち時間の最大値ＷＡＩＴｘ［秒］を求める。
【００７０】
まず、数２に示す数式を計算する。
次に、数２の計算結果より全てのｙに対し、数３に示す数式を満たすかどうかを判断し、満たす場合はその都度、数４を計算し、計算後ＷＡＩＴｘ’の値をＷＡＩＴｘに、Ａｙ’の値をＡｙに各々置き換える。
この計算を全てのｙに対してした後に再度、前記数３、数４による計算を繰り返す。
以上の計算を全てのｙに対して数３を満たさなくなるまで繰り返すことで、ＷＡＩＴｘの正しい値が求められる。
【００７１】
ここで、中央通信手段１１０から該当の端末通信手段１２０までに通過する端末通信手段１２０の数を深さとし、各端末通信手段１２０の深さをＤＥＰＴＨｘ（ｘ＝１，２，…，ｎ）とすると、前述の計算方法で求められたＷＡＩＴｘより、
入出力データ更新方法設定部３１３の設定が即時的な更新となる各端末通信手段１２０の実通信遅延時間ｒＤＥＬＡＹｘ［秒］は、数５に示す数式を計算することにより求められる。
【００７２】
【数２】
2011166581.tif 000004
【００７３】
【数３】
2011166581.tif 000005
【００７４】
【数４】
2011166581.tif 000006
【００７５】
【数５】
2011166581.tif 000007
【００７６】
さらに、入出力データ更新方法設定部３１３の設定が周期的な更新となる端末通信手段１２０の実通信遅延時間ｃＤＥＬＡＹｘ［秒］は、数６に示す数式を計算することで求められる。
【００７７】
【数６】
2011166581.tif 000008
【００７８】
次に、設定された通信遅延時間と、計算により求められた実通信遅延時間との比較を全ての端末通信手段１２０に対して実行する（処理４０４）。
【００７９】
処理４０４の結果、全ての端末通信手段１２０の実通信遅延時間が設定された通信遅延時間より小さい、すなわち、全ての端末通信手段１２０において通信遅延時間の設定値を満たす場合（処理４０５）、アプリケーション３００は、この時の優先順位番号を有効値として中央通信手段１１０の優先順位番号格納手段１１５に格納し、この時のネットワーク接続形態を有効としてネットワーク接続形態設定表示部３０３に表示する（処理４１６）。
【００８０】
処理４０４の結果、実通信遅延時間が設定された通信遅延時間より大きい、すなわち、通信遅延時間の設定値を満たさない端末通信手段１２０が１つでもある場合（処理４０５）、この時の全ての端末通信手段１２０における優先順位番号の設定を不正優先順位番号設定としホストコンピュータ１００のメモリに記憶させておく（処理４０６）。
【００８１】
次に、端末通信手段１２０のグループに含まれる端末通信手段１２０のいくつかを他のグループに移すことで優先順位番号の設定を変更する場合における、複数の優先順位番号の設定パターンのうち、前記メモリに記憶される不正優先順位番号設定でないものが１つでもある場合、つまり、実通信遅延時間の未計算の優先順位番号の設定パターンがある場合（処理４０７）、端末通信手段１２０のグループを、不正優先順位番号設定でない優先順位番号の設定パターンの１つとなるように変更し（処理４０８）、処理４０３に戻って再度計算を行う。
【００８２】
また、端末通信手段１２０のグループに含まれる端末通信手段１２０のいくつかを他のグループに移すことで優先順位番号の設定を変更する場合における、複数の優先順位番号の設定パターンのうち、全てのパターンが前記メモリに記憶される不正優先順位番号設定となる場合、つまり、全ての優先順位番号の設定パターンの実通信遅延時間を計算した上で通信遅延時間の設定値を満たさない場合（処理４０７）、端末通信手段１２０のネットワークの接続形態（深さ）を変更することにより、通信遅延時間の設定値を満たす可能性がある場合（処理４０９）、その時の優先順位番号を全ての端末通信手段１２０に設定する（処理４１０）。
【００８３】
次に、前述の通信遅延時間の設定値を満たさない端末通信手段１２０を、そのネットワークの深さが小さくなる接続形態に変更する（処理４１１）。
【００８４】
次に、設定された優先順位番号と、処理４１１により変更されたネットワークの接続形態より、実通信遅延時間を処理４０３と同様の処理により、全ての端末通信手段１２０に対して計算する（処理４１２）。
【００８５】
処理４１２の結果、全ての端末通信手段１２０の実通信遅延時間が設定された通信遅延時間より小さい、すなわち、全ての端末通信手段１２０において通信遅延時間の設定値を満たす場合（処理４１３）、アプリケーション３００は、この時の優先順位番号を有効値として中央通信手段１１０の優先順位番号格納手段１１５に格納し、この時のネットワーク接続形態を有効なものとしてネットワーク接続形態設定表示部３０３に表示する（処理４１６）。
【００８６】
処理４１２の結果、実通信遅延時間が設定された通信遅延時間より大きい、すなわち、通信遅延時間の設定値を満たさない端末通信手段１２０が１つでもある場合（処理４１３）、この時の全ての端末通信手段１２０におけるネットワークの接続形態を不正接続形態としホストコンピュータ１００のメモリに記憶させておく（処理４１４）。
【００８７】
次に、前記通信遅延時間の設定値を満たさない端末通信手段１２０を、そのネットワークの深さが小さくなる配置に変更した場合の、全てのネットワーク接続形態のパターンを割り出し、前記メモリに記憶される不正接続形態でないものが１つでもある場合、つまり、接続形態の変更により実通信遅延時間を改善できる余地がある場合（処理４１５）、各端末通信手段１２０の接続形態を不正接続形態でない前記ネットワーク接続形態のパターンの１つとなるように変更し（処理４１１）、再度計算を行う。
【００８８】
また、前記通信遅延時間の設定値を満たさない端末通信手段１２０を、そのネットワークの深さが小さくなる配置に変更した場合の、全てのネットワーク接続形態のパターンを割り出し、全てのパターンが前記メモリに記憶される不正接続形態となる場合、つまり、接続形態の変更により実通信遅延時間を改善できない場合（処理４１５）、端末通信手段１２０のネットワークの接続形態（深さ）を変更することにより、通信遅延時間の設定値を満たす可能性がある優先順位番号の設定方法がある場合（処理４０９）、その優先順位番号を全ての端末通信手段１２０に設定し（処理４１０）、再度計算を行う。
【００８９】
ここで、端末通信手段１２０のネットワークの接続形態（深さ）を変更することにより、通信遅延時間の設定値を満たす可能性がある優先順位番号の設定方法がない場合（処理４０９）、アプリケーション３００は、メモリに記憶される不正優先順位番号設定と不正接続形態の組み合わせのうち、通信遅延時間の設定値を満たさない端末通信手段１２０が一番少ないときの、通信遅延時間とネットワーク接続形態をエラー情報として表示する。
【００９０】
以上の処理よって、ホストコンピュータ１００のソフトウェア１０１は、様々な通信周期と通信遅延時間による複数の制御対象機器の動作を１つのネットワーク上に保証可能とする端末通信手段１２０に設定される優先順位番号と、端末通信手段１２０のネットワーク上の接続形態（深さ）を最適化し、決定する。
【００９１】
図５は、アプリケーション３００の処理によって最適化された各端末通信手段１２０の優先順位番号と、アプリケーション３００の通信性能設定部に設定された各端末通信手段１２０に接続される通信周期を、中央通信手段１１０の優先順位番号格納手段１１５と、通信周期情報格納手段１１６へのそれぞれの格納方法について示したものである。
ソフトウェア１０１は優先順位番号と通信周期をともに、端末通信手段１２０に指定される識別番号に対応付けて優先順位番号格納手段１１５と、通信周期情報格納手段１１６に格納する。
【００９２】
また、ソフトウェア１０１は、アプリケーション３００の入出力データ更新方法設定部３１３に設定される入出力データの更新方法を、周期的な場合は“０”、即時的な場合は“１”として通信周期情報格納手段１１６の即時通信情報格納部５００に格納する。
【００９３】
図６は、アプリケーション３００の最適化処理の結果を表示した例を示す。
アプリケーション３００は、最適化処理実行ボタン３０５を押され、最適化処理を実行している間、プロセス表示部３０４に処理の進捗内容を表示し、最適化処理の完了時に最適化の成否を表示する。
【００９４】
また、アプリケーション３００は最適化処理を成功した場合、ネットワーク接続形態表示部３０３に最適化されたネットワーク接続形態を表示し、最適化処理を失敗した場合、
最適化処理中に計算を試行した不正優先順位番号設定と不正接続形態の組み合わせのうち、通信性能設定部３０１の通信遅延時間の設定値を満足しない端末通信手段１２０が一番少ないものをエラー情報として、通信性能設定部３０１の設定値を満たすことができなかった箇所にエラー箇所提示手段６００を表示し、さらに、このときのネットワーク接続形態をネットワーク接続形態表示部３０３に表示し、ネットワーク接続形態設定部３０１、および、ネットワーク接続形態表示部３０３の設定値を満たすことができなかった端末通信手段シンボル３２１にエラー箇所提示手段６００を表示する。
【００９５】
さらに、システム利用者はエラー箇所提示手段６００の表示された端末通信手段シンボル３２１を選択すると、選択した端末通信手段シンボル３２１に対応する通信性能設定部３０１の通信周期と、通信遅延時間の設定値と、最適化処理で求められた実通信遅延時間を提示するエラー情報提示手段６０１を表示する。
【００９６】
本実施例の方法によれば、一つのネットワーク上に複数の異なる通信周期や応答性能による制御対象機器を接続し、適切な通信速度により制御することができる。
また、１つのネットワーク上に異なる通信周期や応答性能必要とする複数の制御対象機器を接続し、適切な通信速度により制御するために必要となる、制御対象とのデータ通信の優先順位と制御対象機器のネットワーク上の配置の適切な設定を、ホストコンピュータのソフトウェアの処理により最適化し、決定することができるため、各制御対象機器の要求性能を保証するネットワークを容易に構築できる。
【００９７】
従って、一般に産業機械への適用対象も広く、例えばチップマウンタは多数の制御機器から構成され、各制御機器に要求される通信周期・応答速度は異なる場合が多いが、本システムを適用することで各制御機器の要求性能を満たすネットワークを容易に構築することができる。
【符号の説明】
【００９８】
１００  ホストコンピュータ
１０１  ソフトウェア
１０２  映像出力手段
１０３  情報入力手段
１１０  中央通信手段
１１１  中央通信制御手段
１１２  出力データ格納手段
１１３ａ  第１の入力データ格納手段
１１３ｂ  第２の入力データ格納手段
１１４  識別番号格納手段
１１５  優先順位番号格納手段
１１６  通信周期情報格納手段
１１７  先入先出格納手段
１２０  端末通信手段
１２１  端末通信制御手段
１３０  通信ポート
１３１  上流側通信ポート
１３２ａ、１３２ｂ  下流側通信ポート
１４０  ホストコンピュータインターフェース手段
１４１  入出力ポート
１５０  通信ケーブル
２００  データ部
２０１  パケット種別部
２０２  識別番号部
２０３  優先順位番号部
３００  アプリケーション
３０１  通信性能設定部
３０２  ネットワーク接続形態設定部
３０３  ネットワーク接続形態表示部
３０４  プロセス表示部
３０５  最適化処理実行ボタン
３１０  識別番号設定部
３１１  通信周期設定部
３１２  通信遅延時間設定部
３１３  入出力データ更新方法設定部
３２０  中央通信手段シンボル
３２１  端末通信手段シンボル
３２２  接続状態シンボル
３２３  通信ポートシンボル
３２４  上流側通信ポートシンボル
３２５ａ、３２５ｂ  下流側通信ポートシンボル
５００  即時通信情報格納部
６００  エラー箇所提示手段
６０１  エラー情報提示手段
【図１】
2011166581.tif 000009
【図２】
2011166581.tif 000010
【図３】
2011166581.tif 000011
【図４】
2011166581.tif 000012
【図５】
2011166581.tif 000013
【図６】
2011166581.tif 000014