(57)【要約】  複数の制御ノードから構成されるネットワーク（３）用の制御ノード（１）は、送信モジュール（１２）を有している。送信モジュール（１２）は、送信するデータを、出力プロセスイメージ内で管理し、上記出力プロセスイメージをデータパケットに変換し、上記データパケットを所定の時点でネットワーク上に出力するように構成されている。制御ノード（１）は、受信モジュール（１３）をさらに備えている。受信モジュール（１３）は、他の制御ノードの１つまたは複数の送信モジュールからのデータパケットにログインし、受信したデータパケットを入力プロセスイメージに変換するように構成されている。
2010537531.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の制御ノードから構成されるネットワーク用の制御ノードであって、上記ネットワーク内の制御ノード間のデータ伝送をデータパケットの形式で行う制御ノードにおいて、
送信すべきデータを出力プロセスイメージ内で管理し、上記出力プロセスイメージをデータパケットに変換し、上記データパケットを所定の時点で上記ネットワーク上に出力する送信モジュール（１２）と、
他の制御ノードの１つまたは複数の送信モジュールのデータパケットにログオンし、受信したデータパケットを入力プロセスイメージに変換する受信モジュール（１３）と、を備えていることを特徴とする制御ノード。
【請求項２】
上記受信モジュール（１３）は、受信した上記データパケットに、上記データパケットのエージ時間を示す品質データを関連付けることを特徴とする請求項１に記載の制御ノード。
【請求項３】
上記送信モジュール（１２）は、上記データパケットを、他の１つまたは複数の制御ノードに直接送信することを特徴とする請求項１または２に記載の制御ノード。
【請求項４】
上記送信モジュール（１２）は、非実時間データを、他の１つまたは複数の制御ノードに非周期的に送信することを特徴とする請求項３に記載の制御ノード。
【請求項５】
上記送信モジュール（１２）は、上記データパケットを、上記ネットワーク内に存在する全ての制御ノードに転送することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の制御ノード。
【請求項６】
上記送信モジュール（１２）は、実時間データを、上記ネットワーク内に存在する全ての制御ノードに周期的に送信することを特徴とする請求項５に記載の制御ノード。
【請求項７】
上記複数の制御ノードに含まれている複数のサブスクライバ（１６）間のデータ伝送を、データイメージング処理によって行うことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の制御ノード。
【請求項８】
上記複数のサブスクライバ（１６）の各々は、動作モードと動作状態とを決定する有限状態機械を処理する組織ユニット（１６１）と、現状の各動作モード、および現状の各動作状態に関連するアプリケーションプログラムを実行する機能ユニット（１６２）と、を備えていることを特徴とする請求項７に記載の制御ノード。
【請求項９】
イベントを分類およびラッチするイベント記録ユニット（１７）と、上記データをラッチするデータ記録ユニット（１８）と、を備えていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の制御ノード。
【請求項１０】
入力変数および出力変数を、ワイルドカードアドレスを含む、設定可能なローカル変数として規定する入出力ユニット（１１）を備えていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の制御ノード。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか１項に記載の制御ノード（１）と、ネットワークコンフィギュレータ（２）と、を有するネットワークを含むシステムにおいて、
上記ネットワークコンフィギュレータは、複数の上記制御ノードの間の通信関係と上記制御ノード内にあるサブスクライバ間の通信関係とのうち少なくともいずれかを決定することを特徴とするシステム。
【請求項１２】
上記ネットワークコンフィギュレータ（２）の上記記録モジュール（２１）は、上記システムに接続された上記複数の制御ノード（１）を記録するために、接続された上記ネットワーク（３）内にブロードキャストテレグラムを送信し、
上記ネットワークに接続された上記複数の制御ノードは、識別テレグラムを用いて、上記ブロードキャストテレグラムに応答することを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
上記複数の制御ノード（１）の各々は、起動中に、上記ネットワークコンフィギュレータ（２）の上記記録モジュール（２１）に対して上記識別テレグラムを送信することを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
上記複数の制御ノード（１）の各々は、有効なアドレスを有しており、
上記有効なアドレスは、予め定められているアドレス、または、ＤＨＣＰあるいは自動ＩＰによって取得可能なアドレスであり、
各制御ノードは、該制御ノードが有している有効なアドレスを、上記ネットワークコンフィギュレータ（２）に送信することを特徴とする請求項１１から１３のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１５】
上記ネットワークコンフィギュレータ（２）は、上記ネットワーク（３）内にある上記制御ノード（１）間のイベントデータストリームおよびプロセスデータストリームを特定するように構成されており、
上記複数の制御ノードは、制御ノードのプロセスイメージを変換することによって、上記ネットワーク中でマッピング処理を行うことを特徴とする請求項１１から１４のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１６】
上記ネットワークコンフィギュレータ（２）は、上記制御ノード（１）内にある複数のサブスクライバ（１６）間のイベントデータストリームおよびプロセスデータストリームを、制御ノードのプロセスイメージの形式で特定するように構成されており、
上記制御ノード内にある上記複数のサブスクライバは、上記プロセスイメージを有するデータを交換することによって、ローカルマッピングを行うことを特徴とする請求項１１から１５のいずれか１項に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の制御ノードから構成されるネットワーク用の制御ノード、およびこのような制御ノードを備えるシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
工業オートメーションの昨今のコンセプトは、分散制御という原理に基づいている。実行される制御タスクは、地理的および機能的に最適な方法で、分散制御システムの複数の制御ノードに割り振られる。ここで制御ノードは、ローカルネットワークを介して、互いに通信したり、上位のシステムと通信したりする。この分散制御によって、通信処理にかかる時間と手間とを低減することが可能である。これは、個々の制御ノードは、各自の領域に関する制御タスクを自律的に引き受け、調整のためだけに他の制御ノードおよび／または上位のシステムと通信すればよいからである。
【０００３】
この意味で、分散制御は、オートメーションタスクを、機能的および論理的に完結した個々のモジュールに分割するという原理に基づいている。その後、これらのモジュールは、プロセスと密接に関連して配置されるため、配線およびインストールの手間を低減することができる。また、複数のモジュールに分割するため、複雑さが低減され、機能がシンプルになる。
【０００４】
イーサネット（登録商標）方式は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）のうち最も普及している通信規格である。イーサネットは、複数の制御ノード、例えばコンピュータまたは機械などが、共通の伝送媒体を介して互いに接続されているＬＡＮの構成に基づいている。イーサネットプロトコルは、伝送されるデータを、所定のフォーマットを有するデータパケットにカプセル化する。このデータパケットを、以下ではテレグラムとも呼ぶ。
【０００５】
イーサネットプロトコルは、主に、オフィス用の通信ネットワークに用いられる。イーサネット方式が、標準的なハードウェアコンポーネントおよびソフトウェアコンポーネントを用いるという利点を有しているため、および、シンプルなネットワーク技術の利用で高速のデータ伝送速度を得ることが可能なため、工業製造業においても、制御ノード間でデータを交換するためにイーサネットネットワーク通信の利用が益々増大している。
【０００６】
工業オートメーションにおいて機械を制御する際には、制御タスクを、時間変動無しに、つまり所望のサイクル時間から数マイクロ秒の範囲のわずかな偏差しか伴わずに、周期的に処理し、予測可能な応答時間で、制御要求に反応することが求められる。しかし、一般にイーサネット通信が用いられる標準的なデータ処理アプリケーションでは、工業オートメーションにおいて求められる実時間機能性および高速応答時間は、副次的な重要性しか有していない。イーサネット通信を工業オートメーションにおいて用いる際に、実時間機能性および高速応答時間を実現するために、実時間アプリケーションのイーサネットテレグラムを優先するための方法が開発されている。さらに、このような最新のデータ伝送処理では、実時間アプリケーション用と非実時間アプリケーションとで、並列的にネットワークを使用することが可能な場合が多い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
データ伝送がイーサネットプロトコルに基づいて行われる、分散されたオープン制御システムが益々使用されるようになり、このためコストの面でも利点が生じているが、工業オートメーションには、投資の回収という問題がなおも存在している。この問題は特に、製品サイクルが益々短くなっていることが原因である。新製品は、オートメーション生産が容易なように開発されてはいるが、これらの製品を生産するためのオートメーションシステムは、通常、生産される製品のために特別に設計されるものである。このため、オートメーションシステムを製品の変更およびプロセスの変更に適合させることに、多くの時間と手間がかかってしまう。
【０００８】
本発明の目的は、柔軟なシステム管理が可能な、複数の制御ノードから構成されるネットワーク用の制御ノード、およびこのような制御ノードを備えるシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、この目的は、請求項１に記載の制御ノード、および請求項１１に記載のシステムによって達成される。従属請求項には、好ましい実施形態が記載されている。
【００１０】
本発明によれば、制御ノードは、データをデータパケットの形式でネットワーク内の他の制御ノードと交換するための送信モジュールを備えている。送信モジュールは、送信されるデータを出力プロセスイメージ内で管理し、該出力プロセスイメージをデータパケットに変換し、該データパケットを所定の時点でネットワーク上に出力するように構成されている。さらに、制御ノードは、受信モジュールを備えている。この受信モジュールは、他の制御ノードの１つまたは複数の送信モジュールのデータパケットにログオンすると共に、受信したデータパケットを入力プロセスイメージに変換するように構成されている。
【００１１】
本発明に係る制御ノードの構成は、制御ノードの機能に関して高い互換性および柔軟性を有するオープンシステム形式での分散制御を可能にする。実際、全ての制御ノードは、シンプルかつ統一された通信サービスを有しており、これらの通信サービスは、多くの時間と手間とをかけなくても、所望の任意の生産製造工程に適用可能である。本発明に係る送信−受信−通信モデルは、制御ノード間のデータ交換をシンプルなプロセスイメージの形式で、外部のシステムのオペレータに示すことが可能である。制御ノードは、その受信モジュールを用いて、複数の制御ノードのデータパケットにログオンすることができるため、システム内で所望の生産製造工程を行うために、制御ノード間の通信関係を柔軟に決定することができる。
【００１２】
好ましい一実施形態によれば、制御ノードの受信モジュールは、受信されたデータパケットに、データパケットのエージ時間を示す品質データを関連付けるように構成されている。制御ノードは、この品質データが送信される時点と品質データが到着する時点との間の時間遅延から、データ通信の品質を決定することが可能である。そして、制御ノード内のアプリケーションプログラムは、この品質の値に反応するようになっていてもよい。
【００１３】
好ましい他の一実施形態によれば、送信モジュールは、データパケットを、他の１つまたは複数の制御ノードに直接送信し、非実時間データを非周期的に送信することが好ましい。あるいは、送信モジュールは、ネットワーク内に存在する全ての制御ノードにデータパケットを転送し、実時間データを周期的に送信することが好ましい。この構成によって、実時間データのデータ伝送と非実時間データのデータ伝送とを並行して行うことが可能である。実時間データは、全ての制御ノードに周期的に配信されるが、非実時間データは、必要に応じて非周期的に送信される。このようにして、制御ノード間の通信関係を、生産製造条件に最適に適合させることが可能である。
【００１４】
好ましい他の一実施形態によれば、複数の制御ノードに含まれている複数のサブスクライバ（１６）間のデータ伝送を、データイメージング処理によって行う。ここで制御ノード内の各サブスクライバは、サブスクライバ間で伝送された制御ノードのプロセスイメージに直接的にアクセスするように構成されている。制御ノードの内部のデータ伝送に直接アクセスすることにより、必要とするプロトコルの数が少ない極めて高速のデータ交換を可能にする。
【００１５】
好ましい他の一実施形態によれば、制御ノード内の各サブスクライバは、動作モードと動作状態とを決定する有限状態機械を処理するための組織ユニット、および、各有限状態機械に関連付けられたアプリケーションプログラムを実行するための機能ユニットである。この構成は、制御ノード内の個々のサブスクライバを、外部へのインターフェースの数が最小限である独立したモジュールとして構成することを可能にし、これによって、制御システムの分散機能を向上させると同時に、モジュールの複雑さを低減する。サブスクライバを、有限状態機械を備える組織ユニットと、アプリケーションプログラムを実行する機能ユニットとに分割することによって、サブスクライバを所望の任意の方法で構成すると共に、サブスクライバを相互に関連付けることが可能になる。従って、シンプルなシステム制御、および、生産製造工程への最適な適合が保証される。
【００１６】
好ましい他の一実施形態によれば、各サブスクライバは、イベントを分類およびラッチするように構成されたイベント記録ユニットと、データをラッチするように構成されたデータ記録ユニットとを備えている。この構成によって、外部へのインターフェースを、各サブスクライバにつき２つの汎用インターフェースに減らすことが可能である。これらの汎用インターフェースの一方は、イベントのロギング用であり、他方は、データのロギング用である。
【００１７】
好ましい他の一実施形態によれば、サブスクライバの入出力ユニットは、変更可能なように構成されており、入出力の接続は、ワイルドカードアドレスを有するローカル変数として規定される。このローカル変数は、自由に設定可能である。この手順によって、ハードウェアおよびソフトウェアを複雑に変更しなくても、制御ノード内のプロセスフローを所望の任意の生産製造手順に適合させることが可能である。
【００１８】
本発明によれば、複数の制御ノードから構成されるネットワークを有するシステムは、複数の制御ノードの間の通信関係、および／または制御ノード内にあるサブスクライバ間の通信関係を決定するように構成されたネットワークコンフィギュレータを備えている。この構成によって、製造手順の拡張および変更に容易に対応することが可能である。ネットワークコンフィギュレータは、簡単な再プログラミングによって、個々の制御ノード間の通信関係、および／または、制御ノード内にあるサブスクライバ間の通信関係を、拡張および変更に対応するように適合させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、制御ノードとネットワークコンフィギュレータとを有するネットワークを概略的に示す図である。
【図２】図２は、ネットワークの初期化段階を示す図である。
【図３】図３は、制御ノードのアーキテクチャを示す図である。
【図４】図４は、図３に示した制御ノードのアーキテクチャを詳細に示す図である。
【図５】図５は、２つの制御ノード間のデータ交換を示す図であり、各制御ノードは、それぞれ、２つのサブスクライバを備えている。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
添付の図面を参照しながら、本発明をより詳細に説明する。
【００２１】
工業オートメーションにおいて、つまり技術工程をソフトウェアによって制御および監視することにおいて、分散制御システムの使用が増加している。分散制御システムでは、制御タスクは制御ノードに分割される。ここで制御ノードは、産業用ローカルネットワークを介して、互いに通信し合うと共に、必要に応じて上位のシステムと通信する。図１は、このような分散制御システムを示す図であり、該分散制御システムは、３つの制御ノード１Ａ、１Ｂ、および１Ｃと、上記ネットワークを設定および監視するためのネットワークコンフィギュレータ２とを有している。ここで、制御ノード１およびネットワークコンフィギュレータ２は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）として知られるローカル通信ネットワークを形成する。ＬＡＮは、地理的地域に限定されたローカル通信ネットワークであり、制御ノードとして知られる１つ以上のサーバまたはワークステーションから構成されている。これらの制御ノードは、通信回線３を介して互いに接続されている。通信回線３は、例えばツイストペア線または光通信ケーブルなどである。ＬＡＮには、様々なネットワーク構成が想定可能であり、バス型、リング型、スター型、およびツリー型構造が最も一般的である。図１は、バス型構造を有するＬＡＮの構造を示している。
【００２２】
工業オートメーションにおいて、いわゆるフィールドバスシステムとして利用する際にＬＡＮに求められる重要な要件は、実時間機能性である。フィールドバスシステムは、送信された各データパケットが制限された保証期間内にレシーバに到達することを保証する必要がある。ＬＡＮは、ネットワークオペレーティングシステムおよび統一されたネットワークプロトコルによって動作される。ここで好ましい通信規格は、イーサネット方式である。実際、イーサネット方式では、標準的なハードウェアコンポーネントおよびソフトウェアコンポーネントが用いられ得る。また、イーサネット方式は、シンプルなネットワーク技術でありながら、同時に、データ伝送レートが高いという特徴を備えている。
【００２３】
ネットワークにおけるデータ伝送の国際的な参照モデルであるＯＳＩ階層モデルは、７階層の積層から成り、各階層は大量のプロトコルを規定し、そのサービスを次のより高い各階層に割り当てている。ここでは、インターネットプロトコルは、第２の層、いわゆる導体層に割り当てられる。この導体層では、伝送されるデータが束ねられて、パケットを形成する。上記パケットには、各通信プロトコル用の特定の情報が加えられる。ネットワークの内部では、この導体層が、制御ノードから制御ノードへのデータパケットの伝送、およびエラー検出を行う。イーサネット方式では、導体層は２つのレベルに分割される。第１のレベルは、受信プロトコルが正しいデータ伝送を行うために必要な情報を含む第１のヘッダ部をデータに加える。その後、第２のレベルでは、送信されるデータパケットが、さらなるヘッダ部および終端部と共にカプセル化され、制御ノードから制御ノードに伝送される。このような、イーサネットテレグラムとも呼ばれるイーサネットパケットを用いて、最大１５００バイトのデータ長を有するデータを伝送することが可能である。
【００２４】
実時間機能性が求められる工業オートメーションにおいてイーサネット方式を利用することを可能にするために、各制御ノード１は、実時間動作のためのネットワークインターフェース１１を有している。ここで、ネットワークインターフェース１１は、制御ノード内に、ハードウェア技術的またはソフトウェア技術的に実現されていてよい。制御ノード１内のネットワークインターフェース１１は、バスシステム３を並行して利用することにより、実時間アプリケーション用のデータおよび非実時間アプリケーション用のデータを特定することが可能である。この場合、ネットワークインターフェース１１は、実時間アプリケーション用のデータを優先させる。よって、まず実時間データが送信され、次の実時間アプリケーションが送信されるまでの残りの時間に、非実時間アプリケーション用のデータが送信される。
【００２５】
バスシステム３を介したデータ伝送のために、制御ノード１のネットワークインターフェース１１は、送信モジュール１２と受信モジュール１３とに分割されている。送信モジュール１２は、送信されるデータを出力プロセスイメージで管理する。データパケットは、例えばイーサネットテレグラムの形で送信される。送信側の制御ノード１の送信モジュール１２は、ネットワークプロトコルに基づいて、出力プロセスイメージをデータパケットに変換し、その後、該データパケットを所定の時点でネットワーク上に出力する。受信側の制御ノード１の受信モジュール１３（受信モジュール１３は、他の制御ノード１の１つ以上の送信モジュール１２によって出力されたデータパケットを受信するためにログオンされてもよい）は、その後、受信したデータパケットを、入力プロセスイメージに変換することが可能である。この入力プロセスイメージは、制御ノード１によって処理可能である。
【００２６】
この構成によって、ネットワーク内の制御ノード間の通信関係を、システムサイクル時間中であっても、柔軟に、すなわち動的に特定することが可能になり、このため、使用されている装置およびデバイスに関して高い互換性を有する分散制御システムを容易に実現可能である。通信関係を変更することによって、すなわち、どの制御ノードが他のどの制御ノードにデータを送信する必要があるかを示す送信−受信モジュールの関係を再決定することによって、生産製造工程における変更、例えば製造範囲の拡張または変更などを容易に行うことができる。
【００２７】
送信モジュールおよび受信モジュールの通信関係の決定は、初期化段階のフレームワーク内で、ネットワークコンフィギュレータ２によって実行されることが好ましい。従って、ネットワークコンフィギュレータ２は、ネットワークに接続された制御ノードを特定するために記録モジュール２１を有している。記録モジュール２１は、ネットワークコンフィギュレータ２内の設定モジュール２２に接続されている。設定モジュール２２は、特定している制御ノード１の送信モジュール１２と受信モジュール１３との通信関係を決定する。つまり、制御ノードが受信モジュールを用いて他の制御ノードの送信モジュールからデータを受信するために、どの制御ノードが他のどの制御ノードにログオンすべきかを決定する。設定モジュール２２は、プログラミングモジュール２３にも接続されている。プログラミングモジュール２３は、その後、設定モジュールによって決定されたネットワーク内の制御ノード間の通信関係を、これらの制御ノードに送信する。
【００２８】
しかしながら、ネットワークコンフィギュレータ２は、制御ノード間の通信関係、および／または、制御ノード内のサブスクライバ間の通信関係を動的に適合させることを、初期化段階の後に行ってもよい。この構成によって、製品範囲の拡張または変更に対して容易に対応することが可能である。ネットワークコンフィギュレータ２は、その後、簡単な再プログラミングによって、個々の制御ノード間の通信関係、および／または、制御ノード内のサブスクライバ間の通信関係に対して、対応する適応処理を実行することが可能である。
【００２９】
図２には、図１に示した分散制御システムの初期化段階が詳細に示されている。図２の矢印は、データのやりとりが行われたことを示している。初期化段階の第１のステップでは、ネットワークコンフィギュレータ２は、ネットワークに接続された制御ノード１を記録する。このため、制御ノードは、各制御ノードに関連する明確なアドレスを有している。このアドレスを介して、制御ノードはアドレス指定され得る。制御ノードは、このアドレスを、例えばブーティングの間に、バスシステムにおいて、動的ホスト設定プロトコル（ＤＨＣＰ）または自動ＩＰを介して得ることが可能であるが、このアドレスは、制御ノード内に予め記憶されていてもよい。
【００３０】
制御ノード１を自動的に認識するために、ネットワークコンフィギュレータ２は、様々な機構を使用することが可能である。ネットワークコンフィギュレータ２の記録モジュールは、ネットワーク３に接続された全ての制御ノード１に、いわゆるブロードキャストテレグラムを送信することが可能である。その後、制御ノード１は、このブロードキャストテレグラムに、応答テレグラムを用いて応答することによって、制御ノード１の有効なアドレスを知らせる。あるいは、各制御ノードが、起動中に、ネットワークコンフィギュレータ２の記録モジュールに、当該制御ノードのアドレスを有する識別テレグラムを自動的に送信することも可能である。
【００３１】
このアドレスの検出と並行して、ネットワークコンフィギュレータ２の記録モジュールは、制御ノードから、該制御ノードのネットワーク特性および機能を特徴付けるデバイス仕様情報を取得してもよいし、および／または、制御ノードが、起動中に、ネットワークコンフィギュレータの記録モジュールに、上記デバイス仕様情報を自動的に送信してもよい。
【００３２】
特定された制御ノードの数およびそれらのデバイス特性に基づいて、ネットワークコンフィギュレータ２の設定モジュールは、その後、ネットワークにおける制御ノード間の通信関係、つまり、制御ノードが受信モジュールを用いて他の制御ノードの送信モジュールからデータを受信するために、どの制御ノードが他のどの制御ノードにログオンすべきかを特定する。このため、設定モジュールは、システムオブジェクトモデルの形態をとることが好ましい。該システムオブジェクトモデルは、標準化されたシステム図、およびプロセス記述子を含んでおり、通信関係を定義するために、これらが、特定された制御ノードのデバイス特性と組み合わされる。制御ノードを介してデバイス仕様情報を入力する代わりに、デバイス仕様情報は、外部のデータベースを介して読み込まれてもよいし、または、マンマシンインターフェースを介して、ネットワークコンフィギュレータ２の中に直接入力されてもよい。このシステム図およびプロセス記述子は、例えばエンジニアリングシステムを介して、ネットワークコンフィギュレータに提供されることが可能である。
【００３３】
ネットワークコンフィギュレータ２によって決定された制御ノード１間の通信関係は、それぞれ、データを送信する送信モジュール、データを受信する受信モジュール、並びに、データ伝送の種類およびデータの種類を示している。伝送されるデータは、イベントデータ、デバイスデータ、およびプロセスデータに分けられる。例えば、イベントデータは、制御ノードの動作モードおよび動作状態の決定および／または監視を行うか、または、ノード間において実時間処理が求められていないデバイスデータを伝送する役割を果たす。このようなイベントデータは、エラーの発生、動作状態に関する通知、プロセス信号の変更などであってよい。デバイスデータは、調整データ、プロセスパラメータおよび製品パラメータ、または他のデータであってよい。イベントデータおよびデバイスデータは、通常、制御ノード間において非周期的に交換される。これとは異なり、プロセスデータは、通常、プロセスおよび製造フローに必要な機能データである。実時間アプリケーションに求められるプロセスデータは、規定されたデータ伝送を確実に行うために、周期的に制御ノード間において交換される。他方、実時間伝送に必要ない、プロセスパラメータおよび製品パラメータなどのデータ、つまりデバイスデータは、非周期的に制御ノード間において交換される。
【００３４】
通信関係を含むデータレコードは、ネットワークコンフィギュレータ２のプログラミングモジュールを用いて、バスシステム３を介して、制御ノード１の中に書き込まれる。また、これに加えて、ネットワークコンフィギュレータ２は、所望の生産製造処理を行うための製品パラメータおよびプロセスパラメータを制御ノードに送信する。初期化工程が完了すると、分散制御は機械運転に切替えられ、所望の生産製造処理が実行される。この動作モードではネットワークコンフィギュレータ２はもはや必要ない。ネットワークコンフィギュレータ２は、その後、スイッチオフされるか、または、生産製造工程における監視機能、すなわち、例えば故障の監視および診断を引き受ける。
【００３５】
生産製造工程の間に、制御ノードは、ネットワークコンフィギュレータによって提供された通信関係に基づいて、プロセスデータおよびイベントデータを交換する。ここで、送信側の制御ノードの送信モジュールは、受信側の制御ノードの受信モジュールに、ポイントツーポイント接続で直接的にデータを送信する。あるいは、送信側の制御ノードの送信モジュールは、複数の受信側の制御ノードの受信モジュールにデータを送信してもよい。さらに、送信側の制御ノードの送信モジュールを介して、ネットワークに接続されている全ての制御ノードの受信モジュールにデータを送信することも可能である。概して、非実時間データは、ポイントツーポイント接続を介して非周期的に交換される。このような非実時間データは、イベントデータ、または、製品パラメータおよびプロセスパラメータである。他方、実時間アプリケーションを実行するために必要なプロセスデータは、全ての制御ノードに周期的に送信される。実時間データの場合、ポイントツーマルチポイント接続および／またはブロードキャスト送信が行われ得る。
【００３６】
図３は、制御ノードの可能な構成を概略的に示す図である。各制御ノードは、送信モジュール１２と受信モジュール１３とを有するネットワークインターフェース１１に加えて、制御ノードの機能特性および通信特性を示すデバイス仕様情報を有している。このデバイス仕様情報の形態は、全ての制御ノードに対して標準化され、制御ノードの記憶領域１４にファイルとして格納されていることが好ましい。上述のように、デバイス仕様情報には、上位のシステムまたはネットワークコンフィギュレータがアクセス可能である。また、デバイス仕様情報は、制御ノードの機能特性および通信特性を現状に適合させるために、外部から、すなわち、ネットワークコンフィギュレータおよび／または上位のシステムによって、あるいはマンマシンインターフェースによって変更可能である。
【００３７】
制御ノードのデバイス仕様情報は、制御ノードのハードウェア、並びに、制御ノードの機能および／または外部へのインターフェースを示すものであり、制御ノード内のマシンモデル１５と関連付けられている。マシンモデル１５は、デバイス特性を機能として表し、デバイスの機能を実際のハードウェア制御部から切り離す。マシンモデルによって、システムおよび／または制御ノード内の機能を容易且つ効果的にモジュール化し、これによって分散制御システムを構成することが可能である。マシンモデルは、デバイスの機能をカプセル化し、これによって自律的なモジュールユニットを提供する。該モジュールユニットは、統一された抽象的な動作フローに従う全てのデバイスユニット、通信ユニット、および機能ユニットのために、自律的に、つまり管理システムなしで動作される。
【００３８】
ここで、マシンモデル１５は、組織ユニット１５１と機能ユニット１５２とに分割される。組織ユニット１５１は、制御ノードの状態を特定する。制御ノードの状態とは、動作モードを示しており、つまり、機械が、手動動作、半自動動作、および自動動作のいずれの動作を行っているか、並びに、機械のモードが初期化モードおよび機械動作モードのいずれのモードにあるかを示している。さらに、制御ノードの動作状態は、組織ユニットにおいて規定される。動作状態とは、例えば、開始モード、停止モード、またはエラーモードであり得る。動作状態は、制御ノード１内のマシンモデル１５の組織ユニット１５１によって、明確に規定され処理される。さらに、制御ノード１内のマシンモデル１５の組織ユニット１５１によって、動作状態と動作状態との間の遷移が明確になる。従って、組織ユニット１５１は、有限状態機械であることを意味している。この有限状態機械は、外部のイベントに依存することなく、制御ノードによって所望の状態を実現するというものである。
【００３９】
制御ノード１内のマシンモデル１５の機能ユニット１５２は、各動作状態に関連付けられたアプリケーションプログラムを含む。該アプリケーションプログラムは、組織ユニットによって設定された動作状態に応じて、機能ユニット１５２によって初期化される。制御ノードの機能ユニット内のアプリケーションプログラムは、個々の識別子を介してアクセスされる。ここで、組織ユニット１５１は、アクセスされる機能ユニット１５２の識別子および機能パラメータを含んでおり、このアクセスを実行する。従って、機能ユニットは、外部からパラメータ化されることが可能な基本機能を提供する。そして、全体の機能は、複数の基本機能を設定することにより形成される。これらの基本機能は、複数の下位の基本機能から構成されていてもよく、また、上位の基本機能を形成してもよい。
【００４０】
制御ノードは、サブスクライバ１６Ａ、１６Ｂ、および１６Ｃに分割されることが好ましい。これらのサブスクライバは、各々自律して、制御ノードのアクセス可能な機能を決定する。制御ノードをサブスクライバに分割することは、自由に設定可能であり、実際のハードウェア制御には無関係である。これらのサブスクライバは、マシンモデルと同様に分割される。つまり、動作モードおよび動作状態を決定する有限状態機械を処理するための組織ユニット１６１と、各動作の種類および各動作状態に関連付けられたアプリケーションプログラムを実行するための機能ユニット１６２とに分割される。従って、制御ノードのサブスクライバは、同等に、またはサブスクライバの機能に関して階層的に組織化される。特に、１つのサブスクライバの機能が、いくつかのサブ機能に分割されることが可能である。これらのサブ機能は、上位のサブスクライバと同様に構成された複数の副サブスクライバを含む。制御ノードを複数のサブスクライバに分割することによって、特に、求められる通信関係の特定に関して、モジュール化がよりシンプルになる。サブスクライバおよび／またはサブスクライバに含まれる機能ユニット１６２は、機能的に独立したユニットであり、独立して構成されると共に独立してアクセスされることが可能である。
【００４１】
制御ノードをサブスクライバに分割することによって、データ通信速度をさらに最適化することが可能である。制御ノード間のデータ伝送の場合、データ伝送は、ネットワークプロトコルに基づいて、つまり、特にイーサネットプロトコルに基づいて行われる。これにより、送信側の制御ノードは、その送信モジュールを用いて、送信される出力プロセスイメージをネットワークデータパケット、つまり例えばイーサネットテレグラムに変換し、その後、該データパケットを、所定の時点でネットワーク上に出力する。その後、この送信モジュールに受信モジュールによってログオンされた制御ノードは、受信されたデータパケットを入力プロセスイメージに再び変換する。これとは逆に、もし、データ通信が、制御ノードの内部において、制御ノード内のサブスクライバ間で行われるならば、データ交換は、サブスクライバが、サブスクライバ間で伝送される制御ノードのプロセスイメージに直接的にデータアクセスするデータイメージング処理によってトランスペアレントに行われることが好ましい。この、制御ノード内のサブスクライバの直接的なデータイメージング処理は、送信モジュールおよび受信モジュールを介した手間のかかる変換処理および／または伝送処理を行わない、迅速なデータ交換を提供する。
【００４２】
データ伝送処理、つまりサブスクライバ間の直接的なデータイメージング、および制御ノード間のネットワークプロトコル変換は、ネットワークコンフィギュレータによって、上述の初期化処理の範囲において行われることが好ましい。従って、制御ノード内のサブスクライバ間の通信関係は、制御ノード間の通信関係と同様に、イベントデータストリーム、パラメータデータストリーム、およびプロセスデータストリームに分割される。同時に、サブスクライバ間のデータ伝送の種類、つまり、データ伝送が周期的に行われるか、または非周期的に行われるかが特定される。
【００４３】
図４は、図３に示したマシンモデル１５を有する、制御ノード１内の可能なデータストリームを示す図である。マシンモデル１５は、デバイスの機能をそれぞれカプセル化する３つのサブスクライバ１６と、イベントデータストリームへのインターフェースを示す組織ユニットと、プロセスデータストリームへのインターフェースを示す機能ユニットとを備えている。このイベントデータストリームは、動作の種類に関する情報を伝送し、好ましくは非周期的に交換される。プロセスデータストリームは、周期的に交換されるプロセスデータを含む一方で、非周期的に伝送される、製品パラメータおよびプロセスパラメータ、または他の静的データ、つまりデバイスデータも含む。ここで、制御ノード内のサブスクライバ間のイベントデータストリーム、パラメータデータストリーム、およびプロセスデータストリームは、あるサブスクライバから次のサブスクライバに実行されてもよいし、または複数のサブスクライバ、あるいは全てのサブスクライバに対して並列的に実行されてもよい。
【００４４】
イベントデータストリーム、パラメータデータストリーム、およびプロセスデータストリームを処理するために、各制御ノードは、イベント記録モジュール１７およびデータ記録モジュール１８を有している。これらは、図３に示すように、送信モジュール１２および受信モジュール１３を備えるネットワークインターフェース１１に接続されている。イベント、すなわち、指示、通知、継続中の機械動作のエラーなどは、イベント記録モジュール１７によって分類およびラッチされる。さらに、特に上位の制御ノードは、ラッチされたイベントにアクセスすることが可能である。従ってイベントは、応答する必要のあるイベントと、応答する必要のないイベントとに分類される。応答する必要のあるイベントは、これらがイベント記録モジュール１７から削除される前に、認定ユニットによって応答される必要がある。データレコーディングモジュール１８は、プロセスデータを格納し、他の、特に上位のサブスクライバおよび／または制御ノードが、これらのプロセスデータにアクセスすることを可能にする。
【００４５】
図５は、２つの制御ノード１０１，１０２を備える分散制御システムの一部を示す図である。２つの制御ノード１０１，１０２のマシンモデルは、個別の機能をそれぞれに有する４つのサブスクライバ１１１，１２１，１２２，１２３に分割されている。各サブスクライバは、２つの副サブスクライバ１１１Ａ，１１１Ｂ，１２１Ａ，１２１Ｂ，１２２Ａ，１２２Ｂ，１２３Ａ，１２３Ｂを備えている。これらの副サブスクライバは、独立したデバイスの機能を示している。図５では、制御ノード間、および／または、制御ノード内のサブスクライバ間、および／または、副サブスクライバ間のデータ伝送路が示されている。ここでは、各制御ノード内のデータ伝送は、効率のよい高速データ交換が可能なデータイメージング処理の形で行われる。制御ノード間のデータ伝送は、プロセスイメージに変換されるネットワークテレグラムの形で行われる。
【００４６】
ここで、データ伝送路は、制御ノード１０１、つまりサブスクライバ１１１の副サブスクライバ１１１Ａにおいて始まり、副サブスクライバ１１１Ａから、副サブスクライバ１１１Ｂに進む。サブスクライバ１１１の副サブスクライバ１１１Ｂから、データ伝送路は、サブスクライバ１２１の副サブスクライバ１２１Ａに進み、副サブスクライバ１２１Ａから、サブスクライバ１２１内の副サブスクライバ１２１Ｂに進む。その後、さらに、制御ノード１０１のサブスクライバ１２１内の副サブスクライバ１２１Ｂから、制御ノード２のサブスクライバ１２２の副サブスクライバ１２２Ａと制御ノード２のサブスクライバ１２３の副サブスクライバ１２３Ａとに向かって、制御ノードの境界を跨ってデータ交換が行われる。このデータ交換は、ネットワークプロトコルに基づいて、制御ノードの送信モジュール−受信モジュールを介して行われる。上記送信モジュールは、副サブスクライバ１２１Ｂの出力プロセスイメージをデータパケットに変換し、該データパケットを制御ノード２の受信モジュールに送信する。上記受信モジュールは、上記データパケットを入力プロセスイメージに変換し、該入力プロセスイメージをサブスクライバ１２２内の副サブスクライバ１２２Ａ、およびサブスクライバ１２３内の副サブスクライバ１２３Ａに送信する。その後、制御ノード１０２内のデータ伝送は、副サブスクライバ１２２Ａからサブスクライバ１２２の副サブスクライバ１２２Ｂに向かって行われ、副サブスクライバ１２２Ｂからサブスクライバ１２３の副サブスクライバ１２３Ｂに向かって行われ、さらに、副サブスクライバ１２３Ｂからサブスクライバ１２３の副サブスクライバ１２３Ａに向かって行われる。同時に、サブスクライバ１２３の副サブスクライバ１２３Ａから、サブスクライバ１２３の副サブスクライバ１２３Ｂへのデータ伝送も行われる。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成21年6月22日(2009.6.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の制御ノード（１）から構成されるネットワークであって、
上記ネットワーク内の制御ノード間のデータ伝送は、データパケットの形式で行われ、
上記複数の制御ノードの各々は、送信すべきデータを出力プロセスイメージ内で管理し、上記出力プロセスイメージをデータパケットに変換し、上記データパケットを所定の時点で上記ネットワーク上に出力する送信モジュール（１２）と、受信したデータパケットを入力プロセスイメージに変換する受信モジュール（１３）と、を備え、
ネットワークコンフィギュレータ（２）が、上記ネットワークに接続された上記複数の制御ノードを特定する記録モジュール（２１）と、上記特定している制御ノード（１）の送信モジュール（１２）と受信モジュール（１３）との通信関係を決定する設定モジュール（２２）と、上記設定モジュール（２２）によって決定された、上記ネットワーク内の制御ノード間の通信関係を上記複数の制御ノードに送信するプログラミングモジュール（２３）と、を備え、
上記制御ノード（１）の上記受信モジュール（１３）は、他の制御ノードの１つまたは複数の送信モジュールの上記データパケットにログオンすることを特徴とするネットワーク。
【請求項２】
上記制御ノード（１）の上記受信モジュール（１３）は、受信した上記データパケットに、上記データパケットのエージ時間を示す品質データを関連付けることを特徴とする請求項１に記載のネットワーク。
【請求項３】
上記制御ノード（１）の上記送信モジュール（１２）は、上記データパケットを、他の１つまたは複数の制御ノードに直接送信することを特徴とする請求項１または２に記載のネットワーク。
【請求項４】
上記制御ノード（１）の上記送信モジュール（１２）は、非実時間データを、他の１つまたは複数の制御ノードに非周期的に送信することを特徴とする請求項３に記載のネットワーク。
【請求項５】
上記制御ノード（１）の上記送信モジュール（１２）は、上記データパケットを、上記ネットワーク内に存在する全ての制御ノードに転送することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のネットワーク。
【請求項６】
上記制御ノード（１）の上記送信モジュール（１２）は、実時間データを、上記ネットワーク内に存在する全ての制御ノードに周期的に送信することを特徴とする請求項５に記載のネットワーク。
【請求項７】
上記複数の制御ノード（１）の各々は、イベントを分類およびラッチするイベント記録ユニット（１７）と、上記データをラッチするデータ記録ユニット（１８）と、を備えていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のネットワーク。
【請求項８】
上記複数の制御ノード（１）の各々は、入力変数および出力変数を、ワイルドカードアドレスを含む、設定可能なローカル変数として規定する入出力ユニット（１１）を備えていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のネットワーク。
【請求項９】
上記ネットワークコンフィギュレータ（２）の記録モジュール（２１）は、上記システムに接続された上記複数の制御ノード（１）を検出するために、接続された上記ネットワーク（３）内にブロードキャストテレグラムを送信し、
上記ネットワークに接続された上記複数の制御ノードは、識別テレグラムを用いて、上記ブロードキャストテレグラムに応答することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のネットワーク。
【請求項１０】
上記複数の制御ノード（１）の各々は、起動すると同時に、上記ネットワークコンフィギュレータ（２）の上記記録モジュール（２１）に識別テレグラムを送信することを特徴とする請求項９に記載のネットワーク。
【請求項１１】
上記複数の制御ノード（１）の各々は、有効なアドレスを有しており、
上記有効なアドレスは、予め定められているアドレス、または、ＤＨＣＰあるいは自動ＩＰによって取得可能なアドレスであり、上記ネットワークコンフィギュレータ（２）に送信されることを特徴とする請求項９または１０に記載のネットワーク。
【請求項１２】
上記ネットワークコンフィギュレータ（２）は、上記ネットワーク（３）内にある上記制御ノード（１）間のイベントデータストリームおよびプロセスデータストリームを特定するように構成されており、
上記複数の制御ノードは、制御ノードのプロセスイメージを変換することによって、上記ネットワーク中でマッピング処理を行うことを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載のネットワーク。
【請求項１３】
上記制御ノード（１）内にある複数のサブスクライバ（１６）の間では、データ伝送が、データイメージング処理の形式で行われることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載のネットワーク。
【請求項１４】
上記複数のサブスクライバ（１６）の各々は、動作モードと動作状態とを決定する有限状態機械を処理する組織ユニット（１６１）と、現状の各動作モード、および現状の各動作状態に関連するアプリケーションプログラムを実行する機能ユニット（１６２）と、を備えていることを特徴とする請求項１３に記載のネットワーク。
【請求項１５】
上記ネットワークコンフィギュレータ（２）は、上記制御ノード（１）内にある複数のサブスクライバ（１６）間のイベントデータストリームおよびプロセスデータストリームを、制御ノードのプロセスイメージの形式で特定するように構成されており、
上記制御ノード内にある上記複数のサブスクライバは、上記プロセスイメージを有するデータを交換することによって、ローカルマッピングを行うことを特徴とする請求項１３または１４に記載のネットワーク。
【国際調査報告】
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