通信装置、控制装置以及通信方法与流程

本发明涉及与按照每个预定的周期更新数据的网络连接的通信装置、包含该通信装置的控制装置以及通信方法。

背景技术：

随着近年来的信息通信技术(ict：informationandcommunicationtechnology)的进步，生产线也正在实现将现场的制造设备到上位的管理装置一体网络化的系统。

对于在这样网络化的系统中传输的数据，存在与其用途、目的等对应的要求。例如，在制造装置、生产设备等的控制中使用的数据(控制系统数据)虽然其数据大小没那么大，但要求实时性。与此相对，上位的管理装置等所处理的数据(信息系统数据)虽然不需要实时性等，但必须传输大小比较大的数据。在同一网络上满足这些互相矛盾的要求是不容易的。即，为了实现控制设备的信息化，将控制系统通信与信息系统通信融合起来是重要的。

例如，非专利文献1提出了信息系统通信与控制系统通信之间的联合架构。具体来说，非专利文献1公开了如下的结构：在与控制系统通信的周期相比，信息系统通信的分组较大且不允许发送的情况下，在失败了规定的连续次数之后，将信息系统通信的分组舍弃而向cpu通知中断，根据该通知，用户能够在上位层应用分段存储(fragmentation)。

并且，日本特开2004-363782号公报(专利文献1)公开了在保证控制系统通信的实时性的同时提高信息系统通信的吞吐量的结构。专利文献1公开了尽可能地增大信息系统通信的大小，但在控制系统通信的频度较高的情况下等减小帧。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004-363782号公报

非专利文献

非专利文献1：丸山龙也、山田勉、“リアルタイムethernet向け情報系·制御系通信の連携アーキテクチャの開発”、电子信息通信学会论文杂志bvol.j96-b，no.10，pp.1114-1121，2013年10月1日

技术实现要素：

发明要解决的课题

例如，随着对制造装置或生产设备进行控制的控制装置(典型的是plc(programmablelogiccontroller：可编程逻辑控制器))的信息化和高功能化，除了控制系统数据之外，控制装置在很多情况下也对可分类为信息系统数据的数据进行交换。这样的控制装置所使用的信息系统数据有时不是通常的信息系统数据那样的尽力而为(besteffort)形式，而是必须保证数据的到达时间。上述的现有技术没有针对这些课题提供任何解决手段。

即，期望得到用于实现如下数据传输的结构，该数据传输与包含用于对制造装置或生产设备进行控制的控制装置的网络相适应。

用于解决课题的手段

根据本发明的某个实施方式，提供通信装置，该通信装置与按照每个预定的周期更新数据的网络连接。通信装置包含：第1调度单元，其确保按照每个预定的周期对在制造装置或生产设备的控制中使用的第1数据进行更新所需的第1通信频带；第2调度单元，其在网络所具有的通信频带中的除第1通信频带以外的通信频带内，确保使第2数据在指定的时间内到达发送目的地所需的第2通信频带；以及第3调度单元，其在网络所具有的通信频带中的既未被设定为第1通信频带也未被设定为第2通信频带的通信频带内，确保用于传输第3数据的第3通信频带。

优选的是，第2调度单元在将第2数据分割为与能够在各周期中使用的通信频带对应的数据大小之后，将分割后的各个数据分配到多个周期。

优选的是，第2调度单元在根据发送目的地所能够接收的数据大小对第2数据进行了分割之后，将分割后的各个数据分配到多个周期。

优选的是，第2调度单元在对第2数据进行了分割之后，根据发送目的地中的接收数据的处理状况，按照比预定的周期长的周期来依次发送分割后的各个数据。

优选的是，第2调度单元在预定的周期中多次发送第2数据或第3数据。

优选的是，第2调度单元根据发送目的地中的接收错误的次数和无法从发送目的地接收到接收响应的次数中的至少一方，判断发送目的地中的接收数据的处理状况。

优选的是，在无法通过第2数据的分割使第2数据在指定的时间内到达发送目的地的情况下，第2调度单元进行异常通知。

优选的是，第2调度单元根据网络的通信状况对第2数据进行分割而改变要发送的单位大小。

优选的是，第2调度单元根据来自发送目的地的接收响应中的发生了损坏的接收响应的数量、和表示接收数据的损坏的来自发送目的地的通知的数量中的至少一方，判断网络的通信状况。

优选的是，第3调度单元在被指定了改变单位大小的情况下，根据网络的通信状况，对第3数据进行分割而改变要发送的单位大小。

根据本发明的另一实施方式，提供控制装置，该控制装置对制造装置或生产设备进行控制。控制装置包含：通信接口，其与按照每个预定的周期更新数据的网络连接；第1调度单元，其确保按照每个预定的周期对在制造装置或生产设备的控制中使用的第1数据进行更新所需的第1通信频带；第2调度单元，其在网络所具有的通信频带中的除第1通信频带以外的通信频带内，确保使第2数据在指定的时间内到达发送目的地所需的第2通信频带；以及第3调度单元，其在网络所具有的通信频带中的既未被设定为第1通信频带也未被设定为第2通信频带的通信频带内，确保用于传输第3数据的第3通信频带。

根据本发明的又一实施方式，提供通信方法，该方法是按照每个预定的周期更新数据的网络中的通信方法。通信方法包含如下的步骤：确保按照每个预定的周期对在制造装置或生产设备的控制中使用的第1数据进行更新所需的第1通信频带；在网络所具有的通信频带中的除第1通信频带以外的通信频带内，确保使第2数据在指定的时间内到达发送目的地所需的第2通信频带；在网络所具有的通信频带中的既未被设定为第1通信频带也未被设定为第2通信频带的通信频带内，确保用于传输第3数据的第3通信频带。

发明效果

根据本发明的某个实施方式，能够实现与网络相适的数据传输，该网络包含用于对制造装置或生产设备进行控制的控制装置。

附图说明

图1是示出本实施方式的网络化系统的整体结构的一例的示意图。

图2是示出在图1的网络化系统中传输的数据类别的图。

图3是示出包含本实施方式的通信装置的控制装置的硬件结构的一例的示意图。

图4是示出用于实现本实施方式的通信处理的控制装置的软件结构的一例的示意图。

图5是用于对本实施方式的通信处理的通信时间管理模式的处理进行说明的示意图。

图6是示出本实施方式的通信处理的通信时间管理模式的处理过程的流程图。

图7是用于对本实施方式的通信处理的器件管理模式(其一)的处理进行说明的示意图。

图8是示出本实施方式的通信处理的器件管理模式(其一)的处理过程(初始启动时)的流程图。

图9是示出本实施方式的通信处理的器件管理模式(其一)的处理过程(通信处理的执行期间)的流程图。

图10是用于对本实施方式的通信处理的器件管理模式(其二)的处理进行说明的示意图。

图11是示出本实施方式的通信处理的器件管理模式(其二)的处理过程(初始启动时)的流程图。

图12是用于对本实施方式的通信处理的通信状况管理模式的处理进行说明的示意图。

图13是示出本实施方式的通信处理的通信状况管理模式的处理过程的流程图。

图14是用于对本实施方式的通信处理的应用例1进行说明的示意图。

图15是用于对本实施方式的通信处理的应用例2进行说明的示意图。

图16是用于对本实施方式的通信处理的应用例3进行说明的示意图。

具体实施方式

参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。另外，对图中的相同或相应的部分标注相同的标号并省略其说明。

<a.网络化系统整体结构>

首先，对采用了本实施方式的通信处理的网络化系统的整体结构进行说明。图1是示出本实施方式的网络化系统1的整体结构的一例的示意图。

参照图1，在网络化系统1中，网络按多级被连接，对各级的网络分配分别不同的功能。具体来说，设置有4级的网络11～14。

网络11是控制器级的网络，连接有作为机器控制设备的控制装置100、作为装置/生产线管理设备的装置/生产线管理装置190和提供scada(supervisorycontrolanddataacquisition：监督控制和数据采集)功能的显示装置180，形成能够在装置之间交换数据的链路。网络11在控制器(控制装置100)与管理设备(装置/生产线管理装置190和显示装置180)之间建立数据链路。

控制装置100与传感器、致动器之类的各种器件连接。这些器件有时经由安装于控制装置100的输入输出单元而直接连接，但有时也经由现场网络来连接。在图1所示的结构例中，控制装置100与现场网络110和120连接，各个现场网络与器件组112和122连接。器件组包含取得现场信号的输入器件以及根据来自控制装置100的指示对现场进行某种动作的输出器件或致动器。因此，在图1所示的网络化系统1中，除了网络11～14这4个级之外，还追加了现场级的现场网络。作为主要的功能，现场级提供输入和器件控制。

网络12是管理级的网络，连接有装置/生产线管理装置190和显示装置180以及制造管理装置200和数据库装置210，形成能够在装置之间交换数据的链路。作为主要的功能，网络12提供管理信息的交换和装置/生产线的信息传输。

网络13是计算机级的网络，连接有制造管理装置200、数据库装置210以及对生产计划等进行管理的生产管理装置300，形成能够在装置之间交换数据的链路。作为主要的功能，网络13提供生产管理和信息系统的数据传输。

网络14是互联网等外部网络，连接有生产管理装置300、云或供应链等。

在图1所示的网络化系统1中，网络12及其以下的级也被称为“工厂网络”，提供对用于实际控制设备的数据(以下，有时也总称为“控制系统数据”)进行交换的控制系统通信。另一方面，网络13以上的级也被称为“企业网络”，提供交换用于对生产线/工厂中的生产活动等进行监视、管理、控制的数据(以下，有时也总称为“信息系统数据”)的信息系统通信。

在网络11～14和现场网络110、120中，采用与这种所要求的特性差异对应的协议和框架。例如，作为属于工厂网络的网络11和12以及现场网络120的协议，可以使用在通用的ethernet(注册商标)上实施了控制用协议的作为工业用开放网络的ethernet/ip(注册商标)。并且，作为现场网络110，可以采用作为机器控制用网络的一例的ethercat(注册商标)。

通过采用这种适合于机器控制的网络技术，能够提供保证了设备之间的传输所需的时间的实时性。但是，在1次通信周期中可传输的数据量存在限制。

另一方面，作为属于企业网络的网络13和14的协议，为了保证连接目的地的多样性，使用通用的ethernet等。通过采用通用的ethernet，虽然无法实现实时性，但不存在可发送的数据量等的限制。

<b.所要求的通信性能>

在图1所示的工厂网络中，基本上是周期性地传输上述那样的控制系统数据，但也需要传输企业网络中所包含的制造管理装置200、数据库装置210、生产管理装置300等要求的信息系统数据。另外，在以下的说明中，在与工厂网络的对比中，将企业网络中所包含的装置的全部或一部分总称为“上位管理系统”。

此外，虽然不要求控制系统数据那样的高速的实时性，但需要保证某种程度的到达时刻的数据(例如，与设备的设定和管理相关的数据)也是存在的。以下，为了方便说明，也将这样的数据称为“控制信息系统数据”。

图2是示出在图1的网络化系统1中传输的数据类别的图。参照图2，在网络化系统1中，主要传输(1)控制系统数据、(2)控制信息系统数据以及(3)信息系统数据。另外，并不排除传输未被分类为这些数据中的任意一个的数据，也可以进一步传输其他种类的数据。

(1)关于控制系统数据，作为其主旨，包含用于实际控制设备的数据。即，控制系统数据相当于在制造装置或生产设备的控制中使用的数据。作为控制系统数据的一例，列举了伺服指令值、编码器值、传感器的on/off值等。优选这样的控制系统数据的通信周期被设定为10msec以下。并且，需要可靠地保证该通信周期。另一方面，由于在网络上传输的控制系统数据的内容是预先设定的，所以数据大小是固定的并且比较小。

(2)控制信息系统数据是在信息系统通信中使用的数据中的、被分类为控制所需的信息的数据，作为其主旨，包含与设备的设定/管理相关的数据。即，控制信息系统数据相当于在指定的时间内到达发送目的地所需的数据。作为控制信息系统数据的一例，列举出针对传感器器件的阈值之类的各种参数的设定、储存于各设备的异常信息(日志)的收集、针对各设备的更新用的固件等。这样的在网络上传输的控制信息系统数据的内容是多种多样的，但基本上是与设备的设定/管理相关的数据，因此，作为数据大小，假定为几字节(kbyte)左右。因此，优选控制信息系统数据的通信周期被设定为小于100msec。通信周期也可以比较长，但需要保证数据的到达时间。另外，到达时间的指定可以由用户任意进行，也可以由生成或请求数据的应用程序或装置按照预定的规则来进行。

(3)信息系统数据是在信息系统通信中使用的数据中的、被分类为上位管理系统所需的信息的数据，作为其主旨，包含在上位管理系统中使用的数据。作为信息系统数据的一例，列举出在某个期间内由传感器收集的收集信息之类的统计数据、在某些条件下拍摄到的监视图像(静态图像/动态图像)等。这样的在网络上传输的控制系统数据的内容是多种多样的，数据大小也是多种多样的。典型的是，假设信息系统数据的数据大小比控制信息系统数据的数据大小大。并且，由于与设备的控制没有直接关系，所以假设信息系统数据是以尽力而为的形式传输的。在该情况下，重视吞吐量的大小，而不是实时性(即，数据在指定的时间到达)。

另外，也可以按照每个数据来唯一地决定分类为控制系统、控制信息系统、信息系统中的哪一个，即使是相同的数据，也可以根据其用途来改变分类为控制系统、控制信息系统、信息系统中的哪一个。在后者的情况下，典型的是，根据各数据在作为对象的层中如何使用来决定分类为哪个类别。这样的分类也可以按照每个数据来预先设定。

这样，控制系统数据要求高速高精度的通信，信息系统数据要求大容量的通信。而且，控制信息系统数据要求控制系统数据与信息系统数据之间的中间特性。

本实施方式的通信处理提供用于在分别满足这三种互相不同的要求的同时进行数据传输的结构和处理。即，本实施方式的通信处理实现了在单一网络上将所要求的特性不同的三种数据集成起来而得的通信。

更具体来说，提供一边维持预定的系统周期一边将三种数据适当地储存在分组中的动态调度的功能。

<c.硬件结构>

本实施方式的通信装置与按照每个预定的周期更新数据的网络连接。而且，本实施方式的通信装置对控制系统数据、控制信息系统数据、信息系统数据分别适当地进行调度。本实施方式的通信装置只要配置在传输这三种数据的路径上，则其安装方式没有特别地限定。

以下，假设了作为与网络11连接的控制装置100的通信功能的一部分而安装的情况来进行说明。但是，并不限定于控制装置100，例如，可以作为与网络11连接的装置/生产线管理装置190或显示装置180的通信功能的一部分而安装，也可以作为用于对现场上的各种设备进行网络化的远程输入输出装置的通信功能的一部分而安装。

图3是示出包含本实施方式的通信装置的控制装置100的硬件结构的一例的示意图。典型的是，控制装置100可以基于plc而构成。参照图3，作为主要组件，控制装置100包含处理器102、存储器104、存储设备106、网络控制器130、现场网络控制器140、150以及内部总线控制器160。

处理器102通过向存储器104读出储存于存储设备106的系统程序107和用户应用程序108并执行这些程序，实现了包含后述的处理在内的各种处理。存储器104由dram(dynamicrandomaccessmemory：动态随机存取存储器)、sram(staticrandomaccessmemory：静态随机存取存储器)等易失性存储装置构成。存储设备106由硬盘、闪存等非易失性存储装置构成。除了用于对控制装置100的各部分进行控制的系统程序107之外，在存储设备106中还储存有根据控制对象等而设计的用户应用程序108。

网络控制器130提供用于供控制装置100经由网络11而在控制装置100与其他装置之间交换数据的接口。作为主要组件，网络控制器130包含接收电路(rx)131、接收缓冲器132、收发控制器133、发送缓冲器134以及发送电路(tx)135。

接收电路131接收在网络控制器130上以固定周期传输的分组，并将该接收到的分组中所储存的数据写入到接收缓冲器132。收发控制器133依次读出写入到接收缓冲器132中的接收分组，并且仅将该读出的数据中的控制装置100进行处理所需的数据向处理器102输出。收发控制器133根据来自处理器102的指令，将应向其他装置发送的数据或分组依次写入到发送缓冲器134中。发送电路135根据在网络控制器130上传送分组的周期，依次送出储存在发送缓冲器134中的数据。

现场网络控制器140提供用于供控制装置100经由现场网络110而在控制装置100与各种器件(图1所示的器件组112)之间交换数据的接口。作为主要组件，现场网络控制器140包含接收电路(rx)141、接收缓冲器142、收发控制器143、发送缓冲器144以及发送电路(tx)145。由于这些组件的功能与网络控制器130所对应的组件的功能同样，所以省略详细的说明。

同样，现场网络控制器150提供用于供控制装置100经由现场网络120而在控制装置100与各种器件(图1所示的器件组122)之间交换数据的接口。作为主要组件，现场网络控制器150包含接收电路(rx)151、接收缓冲器152、收发控制器153、发送缓冲器154以及发送电路(tx)155。由于这些组件的功能与网络控制器130和现场网络控制器140所对应的组件的功能同样，所以省略详细的说明。

内部总线控制器160提供用于在其与安装于控制装置100的输入输出单元之间经由内部总线(未图示)来交换数据的接口。作为主要组件，内部总线控制器160包含接收电路(rx)161、接收缓冲器162、收发控制器163、发送缓冲器164以及发送电路(tx)165。由于这些组件的功能与网络控制器130所对应的组件的功能同样，所以省略详细的说明。

<d.软件结构>

接着，对用于实现本实施方式的通信处理(动态调度)的软件结构的一例进行说明。图4是示出用于实现本实施方式的通信处理的控制装置100的软件结构的一例的示意图。

参照图4，在控制装置100的处理器102中执行调度器170。调度器170根据预定的系统周期来决定多个处理的执行顺序、执行中断等。更具体来说，调度器170根据预定的优先级和系统周期等，对用户应用执行处理173、包含各种处理的外围处理174、控制系统通信处理175、控制信息系统通信处理176以及信息系统通信处理177分配处理资源(处理器时间和存储器等)。

用户应用执行处理173包含与用户应用程序108的执行相关的处理。

控制系统通信处理175包含与控制系统数据相关的处理(例如，数据生成、编码、解码、提取、加工编辑等)。同样，控制信息系统通信处理176包含与控制信息系统数据相关的处理，信息系统通信处理177包含与信息系统数据相关的处理。

此外，在控制装置100的处理器102中安装有通信驱动器178，通信驱动器178对网络控制器130(参照图3)等进行控制。

调度器170进行动态调度，以使三种数据(控制系统数据、控制信息系统数据、信息系统数据)能够满足互相不同的要求特性。作为该动态调度，典型的是，准备了通信时间管理模式、器件管理模式、通信状况管理模式这三个管理模式172。不需要全部安装这三个管理模式，考虑到包含控制装置100的网络化系统1中的处理整体，也可以仅安装所需的管理模式。可以是，除了三个管理模式172之外，还采用3个管理模式172以外的管理模式，或者代替三个管理模式172而采用3个管理模式172以外的管理模式。

<e：动态调度>

本实施方式的通信处理(动态调度)包含对所要求的数据特性和各种状况进行动态优化的方法。更具体来说，本实施方式的动态调度被应用在按照每个预定的周期更新数据的网络中，基本上是一边对控制系统通信进行最优化，一边在其他通信中最大限度地灵活运用剩余的通信频带。

在本说明书中，“通信频带”是指用于在网络上传输数据的资源，在按照时分方式传输数据的情况下是指为了传输数据而分配的时间宽度。或者，在按照频分方式或码分方式传输数据的情况下，可以指为了传输数据而分配的频率或码序列(逻辑信道)。本实施方式的动态调度在对象网络所具有的有限通信频带的制约下，面临着如何对各数据分配所需的通信频带的问题。

并且，本实施方式的动态调度的安装可以采用任意的方式。例如，在由对网络进行管理的主机、和根据来自该主机的指示来执行通信处理的1个或多个客户端构成的结构中，本实施方式的动态调度也可以安装于主机。或者，向客户端安装其一部分功能，并且作为网络整体来实现本实施方式的动态调度。此外，由主设备和1个或多个从设备构成的网络也可以按照同样的方法来安装。

即，本实施方式的动态调度的安装方式可以根据作为对象的网络的结构、功能来集成或分散地进行适当安装。

以下，关于本实施方式的通信处理(动态调度)，示出了几个具体例。即，从图4所示的3个管理模式((1)通信时间管理模式、(2)器件管理模式、(3)通信状况管理模式)的观点来看，例示了动态调度的具体处理。

(1)通信时间管理模式主要是考虑了各通信处理的优先级的调度。(2)器件管理模式主要是考虑了通信目标器件的状态的调度。(3)通信状况管理模式主要是考虑了通信环境的调度。

(e1.通信时间管理模式)

首先，对通信时间管理模式进行说明。在通信时间管理模式中，主旨为以控制系统通信为最优先，最大限度地灵活运用剩余的通信频带。

图5是用于对本实施方式的通信处理的通信时间管理模式的处理进行说明的示意图。参照图5，在本实施方式的通信处理中，按照预定的系统周期ts对控制系统数据、控制信息系统数据、信息系统数据的收发(分别记作控制系统通信、控制信息系统通信、信息系统通信)进行调度。

在通信时间管理模式中，首先，优先分配控制系统通信。如图5的(a)所示，先对系统周期ts分配控制系统通信所需的处理时间t1。如图5的(b)所示，根据需要，在不进行控制系统通信的空闲频带中进行控制信息系统通信。即，对系统周期ts中的、除控制系统通信所需的处理时间t1之外的剩余时间分配控制信息系统通信所需的处理时间t2。

由于控制信息系统通信不是在所有的系统周期中都产生，所以如图5的(c)所示，有时也对系统周期ts中的除控制系统通信所需的处理时间t1之外的剩余时间分配信息系统通信所需的处理时间t3。即，在既不存在控制系统通信也不存在控制信息系统通信的通信频带中进行信息系统通信。

并且，如图5的(d)所示，也可以对系统周期ts全部分配控制系统通信所需的处理时间t1、控制信息系统通信所需的处理时间t2以及信息系统通信所需的处理时间t3。

图6是示出本实施方式的通信处理的通信时间管理模式的处理过程的流程图。图6所示的处理过程典型地是通过控制装置100的处理器102(图3)按照系统周期而反复执行的。

参照图6，控制装置100计算控制系统通信所需的处理时间t1(步骤s100)，并且计算从系统周期ts减去了计算出的处理时间t1后的剩余时间tr1(步骤s102)。然后，如果剩余时间tr1是负的值(在步骤s104中为“否”的情况下)，则意味着控制系统通信所需的处理时间t1超过系统周期ts，因此控制装置100执行错误处理(步骤s106)，该系统周期中的处理结束。

这些步骤s100～s106的处理相当于确保按照每个预定的周期更新在制造装置或生产设备的控制中使用的控制系统数据(第1数据)所需的第1通信频带的调度处理。也就是说，在这些步骤中，确保控制系统通信所需的时间。

另一方面，如果剩余时间tr1为零以上(在步骤s104中为“是”的情况下)，则控制装置100计算控制信息系统通信所需的处理时间t2(步骤s108)，并且计算从在步骤s102中计算出的剩余时间tr1中减去处理时间t2后的剩余时间tr2(步骤s110)。然后，如果剩余时间tr2是负的值(在步骤s112中为“否”的情况下)，则意味着无法在系统周期ts内追加作为对象的控制信息系统通信，因此控制装置100对作为通信对象的控制信息系统数据进行分割，以使剩余时间tr2为零以上(步骤s114)。即，在与控制信息系统数据相关的调度中，在将作为对象的控制信息系统数据分割为与能够在各系统周期中使用的通信频带对应的数据大小之后，将分割后的各个数据分配到多个系统周期。

然后，根据作为通信对象的控制信息系统数据的分割后的数据数量(即，所需的系统周期的数量)，判断是否能够使作为对象的控制信息系统数据在指定的时间内到达发送目的地(步骤s116)。如果能够使作为对象的控制信息系统数据在指定的时间内到达发送目的地(在步骤s116中为“是”的情况下)，则反复进行步骤s108以下的处理。这些分割而得的数据在下一个系统周期以后被再次分配。

与此相对，如果无法使作为对象的控制信息系统数据在指定的时间内到达发送目的地(在步骤s116中为“否”的情况下)，则通知通信异常(步骤s118)。与控制信息系统数据相关的到达时间也可以预先通过用户或应用来指定。

该通信异常的通知可以使用打开系统标志等方法，也可以采用点亮位于控制装置100的显示面的指示器等方法。这样，在无法通过控制信息系统数据的分割来保证控制信息系统数据的指定的时间(到达时间)的情况下，也可以通过适当的方法来通知通信异常。在接收到这样的通信异常的通知之后，用户可以采取放宽指定的时间(到达时间)的要求或者削减器件侧的应用处理量等措施。这样，步骤s116和s118相当于在无法通过控制信息系统数据的分割使控制信息系统数据在指定的时间内到达发送目的地的情况下进行异常通知的处理。

上述步骤s108～s118的处理相当于如下的调度处理：在网络所具有的通信频带中的除面向控制系统数据的通信频带以外的通信频带内，确保使控制信息系统数据(第2数据)在指定的时间内到达发送目的地所需的通信频带。也就是说，在这些步骤中，确保控制信息系统通信所需的时间。另外，在不存在作为通信对象的控制信息系统数据的情况下，也可以跳过步骤s108～s118。

另一方面，如果剩余时间tr2为零以上(在步骤s112中为“是”的情况下)，则控制装置100计算信息系统通信所需的处理时间t3(步骤s120)，并且计算从在步骤s110中计算出的剩余时间tr2中减去处理时间t3后的剩余时间tr3(步骤s122)。然后，如果剩余时间tr3是负的值(在步骤s124中为“否”的情况下)，则意味着无法在系统周期ts内追加作为对象的信息系统通信，因此，控制装置100对作为通信对象的信息系统数据进行分割以使剩余时间tr3为零以上(步骤s126)。该分割而得的数据在下一个系统周期以后被再次分配。

这些步骤s120～s126的处理相当于如下的调度处理：在网络所具有的通信频带中的既未被设定为面向控制系统数据的通信频带也未被设定为面向控制信息系统数据的通信频带的通信频带内，确保用于传输信息系统数据(第3数据)的通信频带。也就是说，这些步骤相当于确保信息系统通信所需的时间的处理。另外，在不存在作为通信对象的信息系统数据的情况下，也可以跳过步骤s120～s126。

通过在每个系统周期中反复执行以上的处理过程，实现了通信时间管理模式下的动态调度。

在图6所示的处理过程中假设了如下的状态：控制信息系统通信的指定的时间(到达时间)有余量，信息系统通信没有进行一定时间以上且积累了无法发送的帧。在该情况下，在同一系统周期中，能够发送或接收控制系统数据、控制信息系统数据、信息系统数据这三种。但是，在根据进行了信息系统通信时的线路状况而判断为无法保证与控制信息系统通信相关的指定的时间(到达时间)的情况下，也可以不进行信息系统通信。即，关于信息系统通信，也可以根据线路状况等而仅在有余量的期间执行。

此外，也可以设置使信息系统数据比控制信息系统数据优先的例外。例如，在信息系统通信没有进行一定时间以上且积累了无法发送的帧的状态持续了更长时间的情况下，并且在控制信息系统通信有余量的情况下，只要能保证控制信息系统通信的到达时间，则也可以使信息系统通信优先。也就是说，也可以首先先分配信息系统通信所需的通信频带。

(e2.器件管理模式(其一))

接着，对器件管理模式(其一)进行说明。在器件管理模式(其一)中，其主旨是根据接收侧器件的特性来优化数据大小/通信周期。

图7是用于对本实施方式的通信处理的器件管理模式(其一)的处理进行说明的示意图。在图7中示出了除控制系统数据之外还对特定的器件发送控制信息系统数据的情况下的通信处理。

在图7所示的器件管理模式(其一)中，基本的通信频带的调度也与上述通信时间管理模式同样。例如，如图7的(a)所示，在各系统周期中，除了控制系统数据之外，还发送面向特定的器件的控制信息系统数据。因此，针对与上述通信时间管理模式同样的处理，省略详细的说明。

由于接收控制信息系统数据的器件的接收缓冲器等受到器件固有性能的影响，所以有时能够一次发送的数据大小也受到限制。在这样的情况下，如图7的(b)所示，在器件管理模式(其一)中，使要发送的控制信息系统数据的数据大小的发送单位减小。即，使一次发送的控制信息系统数据的数据大小减小，并且分成更多的发送次数来发送数据整体。这样，在接收侧器件的可接收的最大大小较小的情况下，使发送大小的发送单位减小。通过缩小发送单位，由于最初在控制信息系统数据的通信中使用的通信频带是空闲的，所以也可以将该空闲的通信频带灵活运用于面向其他器件的控制信息系统数据的通信等。

图8是示出本实施方式的通信处理的器件管理模式(其一)的处理过程(初始启动时)的流程图。图8所示的处理过程典型地是通过控制装置100的处理器102(图3)在通信处理的初始启动时执行的。在该处理中，根据作为通信对方的器件的可接收的最大大小来执行发送单位的变更。

参照图8，控制装置100判断预定发送的数据大小是否为在发送目的地器件中可接收的最大大小以下(步骤s200)。在发送目的地器件中可接收的最大大小可以根据预先准备的设定来判断，也可以通过直接询问发送目的地器件来取得。

如果预定发送的数据大小超过了在发送目的地器件中可接收的最大大小(在步骤s200中为“否”的情况下)，则控制装置100将预定发送的数据的发送单位变更为发送目的地器件中的可接收的最大大小(步骤s202)。与此相对，如果预定发送的数据大小为在发送目的地器件中可接收的最大大小以下(在步骤s200中为“是”的情况下)，则不进行发送单位的变更。

这样，在本实施方式的通信处理的器件管理模式(其一)中，在根据发送目的地可接收的数据大小对控制信息系统数据(第2数据)进行了分割之后，将分割后的各个数据分配到多个系统周期。

并且，再次参照图7，有时接收控制信息系统数据的器件的处理能力较低，控制信息系统数据可容许的吞吐量受到限制。在这样的情况下，如图7(c)所示，在器件管理模式(其一)中，将控制信息系统数据的通信周期变更为较长。即，也可以按照系统周期的n倍的通信周期来发送控制信息系统数据，而不是按照系统周期来发送控制信息系统数据。这样，在无法在指定时间内完成接收侧器件中的处理，而结果为在接收侧器件无法接收到控制信息系统数据的情况下，也可以按照设为系统周期ts的n倍之类的方法来延长通信周期。通过变更该通信周期，由于最初在控制信息系统数据的通信中使用的通信频带是空闲的，所以也可以将该空闲的通信频带灵活运用于面向其他器件的控制信息系统数据的通信等。

图9是示出本实施方式的通信处理的器件管理模式(其一)的处理过程(通信处理的执行期间)的流程图。图9所示的处理过程典型地是通过控制装置100的处理器102(图3)在通信处理的执行期间适当执行的。具体来说，根据作为通信对方的器件的可接收的时间间隔来动态地设定通信周期。

参照图9，控制装置100判断器件的接收错误是否小于指定次数(步骤s210)。发送目的地器件的接收错误的次数可以从对通信进行管理的主体取得，也可以根据来自发送目的地器件的响应信息来判断。如果器件的接收错误达到指定次数(在步骤s210中为“是”的情况下)，则执行步骤s214的处理。

如果器件的接收错误小于指定次数(在步骤s210中为“否”的情况下)，则判断无法从器件接收到接收响应的次数是否小于指定次数(步骤s212)。如果无法从器件接收到接收响应的次数达到指定次数(在步骤s212中为“是”的情况下)，则执行步骤s214的处理。

当在步骤s210或s212中检测到某种错误的产生时，控制装置100将通信周期设为系统周期的n倍等而延长预定发送的数据的通信周期(步骤s214)。与此相对，如果在步骤s210或s212中未检测到产生任何错误，则控制装置100根据初始设定来继续进行通信。

这样，在本实施方式的通信处理的器件管理模式(其一)中，在对控制信息系统数据(第2数据)进行了分割之后，根据发送目的地中的接收数据的处理状况，按照比系统周期长的周期来依次发送分割后的各个数据。即，控制装置100在通信处理的执行期间无法适当地执行发送目的地器件中的接收处理的情况下，将通信周期实际延长。作为发送目的地中的接收数据的处理状况的判断方法，例示了发送目的地中的接收错误的次数和无法从发送目的地接收到接收响应的次数，但并不限于此，也可以使用任意的信息。

另外，如图7或图9所示，在无法通过控制信息系统数据的分割或通信周期的延长来保证控制信息系统通信的指定的时间(到达时间)的情况下，也可以通过适当的方法来通知通信异常(与上述图6的步骤s116等同样)。在接收到这样的通信异常的通知之后，用户能够采取放宽指定的时间(到达时间)的要求，或者削减器件侧的应用处理量等措施。并且，在初始启动时判断为无法在系统周期内发送预定发送的数据的情况下，也可以同样地通知通信异常。

此外，也可以对图7的(b)所示的发送单位的变更和图7的(c)所示的通信周期的增大进行组合。

(e3.器件管理模式(其二))

接着，对器件管理模式(其二)进行说明。在器件管理模式(其二)中，其主旨是根据接收侧器件的特性来优化数据大小/通信周期。

图10是用于对本实施方式的通信处理的器件管理模式(其二)的处理进行说明的示意图。在图10中示出了除控制系统数据之外还对特定的器件发送控制信息系统数据的情况下的通信处理。

在图10所示的器件管理模式(其二)中，基本的通信频带的调度也与上述通信时间管理模式同样。例如，如图10的(a)所示，在各系统周期中，除了控制系统数据之外，还发送面向特定的器件的控制信息系统数据。因此，针对与上述通信时间管理模式同样的处理，省略详细的说明。

与上述器件管理模式(其一)的情况相反，在接收控制信息系统数据的器件的接收缓冲器较大的情况或能够进行高速的接收处理的情况下，也可以在同一系统周期内面向同一器件发送多个控制信息系统数据或信息系统数据。也就是说，在接收侧器件的处理有余量且在系统周期内能够进行多次接收的情况下，如图10的(b)所示，也可以在预定的系统周期内多次发送控制信息系统数据或信息系统数据。即，在器件管理模式(其二)中，也可以在同一系统周期内发送多个面向同一器件的控制信息系统数据或信息系统数据。

通过增加该发送次数，能够缩短面向特定的器件的控制信息系统数据或信息系统数据的发送所需的时间。

此外，当在图10的(b)中在系统周期内多次接收的数据的合计大小小于接收侧器件的可接收的最大大小的情况下，如图10的(c)所示，也可以将该多次的数据汇总起来而作为更大的一个数据来发送。通过增大数据的发送单位，能够降低开销。

图11是示出本实施方式的通信处理的器件管理模式(其二)的处理过程(初始启动时)的流程图。图11所示的处理过程典型地是通过控制装置100的处理器102(图3)在通信处理的初始启动时执行的。在该处理中，根据作为通信对方的器件的可接收的最大大小来执行发送单位的变更。

参照图11，控制装置100判断系统周期内的接收侧器件的空闲时间是否存在规定的时间以上(步骤s220)。如果系统周期内的接收侧器件的空闲时间存在规定的时间以上(在步骤s220中为“是”的情况下)，则控制装置100将同一系统周期内的数据的发送次数加上1次(步骤s222)。然后，当按照在步骤s222中相加后的发送次数来发送数据的情况下，控制装置100判断在同一系统周期内多次发送的数据的合计大小是否小于接收侧器件的可接收的最大大小(步骤s224)。

如果在同一系统周期内多次发送的数据的合计大小小于接收侧器件的可接收的最大大小(在步骤s224中为“是”的情况下)，则控制装置100将在同一系统周期内多次发送的数据结合起来而构成1个帧(步骤s226)。

另一方面，如果系统周期内的接收侧器件的空闲时间没有存在规定的时间以上(在步骤s220中为“否”的情况下)，或者，如果在同一系统周期内多次发送的数据的合计大小比接收侧器件的可接收的最大大小大(在步骤s224中为“否”的情况下)，则各系统周期中的预定发送的数据的分配不发生变更。

(e4.通信状况管理模式)

接着，对通信状况管理模式进行说明。其主旨是，在通信状况管理模式中，根据通信环境的状态对数据大小进行动态优化。

图12是用于对本实施方式的通信处理的通信状况管理模式的处理进行说明的示意图。在图12中示出了除控制系统数据之外还对特定的器件发送控制信息系统数据的情况下的通信处理。

在图12所示的通信状况管理模式中，基本的通信频带的调度也与上述通信时间管理模式同样。因此，针对与上述通信时间管理模式同样的处理，省略详细的说明。

如图12的(a)所示，按照使控制系统通信最优先并且在其他通信中最大限度地灵活运用剩余的通信频带的方针，当分配控制信息系统通信和信息系统通信时，控制信息系统数据和信息系统数据的数据大小变得比较大。通过增大数据大小，能够减少通信开销，提高网络的利用效率。另一方面，当数据的收发因侵入到通信路径的各种噪声等的影响而失败时，执行数据的重发处理。当考虑到这样的重发处理时，数据大小尽可能小为好。也就是说，由于仅对收发失败的部分进行重发，因此能够高效地进行恢复。这样，当数据大小较大时，重发处理的数据大小也变大，但通过减小重发单位，能够容易地进行恢复。

因此，在通信状况良好的情况下，由于需要重发处理的概率较低，所以尽可能地增大数据大小，另一方面，在通信状况不好的情况下，由于需要重发处理的概率较高，所以优选将数据大小(单位大小)减小到适当的大小。

另外，由于发送单位的变更会产生通信开销，因此优选适用于控制信息系统通信和信息系统通信，但不适用于控制系统通信。由于信息系统通信基本上不要求实时性，所以用户能够适当地选择是否可以实施发送单位的变更。

图13是示出本实施方式的通信处理的通信状况管理模式的处理过程的流程图。图13所示的处理过程典型地是通过控制装置100的处理器102(图3)在通信处理的执行期间适当执行的。具体来说，根据作为通信对方的器件的可接收的时间间隔来动态地设定通信周期。

参照图13，控制装置100判断来自发送目的地的接收响应的帧发生了损坏的次数是否小于指定次数(步骤s300)。来自发送目的地的接收响应的帧发生了损坏的次数可以由控制装置100对每个发送目的地器件进行计数而得，也可以从对通信进行管理的主体取得。如果来自发送目的地的接收响应的帧发生了损坏的次数达到指定次数(在步骤s300中为“是”的情况下)，则执行步骤s304的处理。

如果来自发送目的地的接收响应的帧发生了损坏的次数小于指定次数(在步骤s300中为“否”的情况下)，则判断从发送目的地器件通知接收数据发生了损坏的次数是否小于指定次数(步骤s302)。如果从发送目的地器件通知接收数据发生了损坏的次数达到了指定次数(在步骤s302中为“是”的情况下)，则执行步骤s304的处理。

当在步骤s300或s302中检测到某种错误的产生时，控制装置100减小要发送的数据的发送单位(步骤s304)。

与此相对，如果在步骤s300或s302中没有检测到任何错误的产生，则控制装置100按照初始设定的数据大小来继续进行通信。

根据通信状况管理模式，在噪声多、通信环境差的状况下，通过减小发送单位，能够提高包含重发处理在内的总传输效率。另一方面，由于开销增加，所以在因该开销的增加而无法保证控制信息系统通信的指定的时间(到达时间)的情况下，也可以通过适当的方法来通知通信异常。在接收到这样的通信异常的通知之后，用户可以采取放宽指定的时间(到达时间)的要求或削减器件侧的应用处理量等措施。

这样，在本实施方式的通信处理的通信状况管理模式中，根据网络的通信状况对控制信息系统数据(第2数据)进行分割来改变要发送的单位大小。同时，在本实施方式的通信处理的通信状况管理模式中，也可以根据网络的通信状况对信息系统数据(第3数据)进行分割来改变要发送的单位大小。作为网络的通信状况的判断方法，例示了来自发送目的地的接收响应中的发生了损坏的接收响应的数量、和表示接收数据的损坏的来自发送目的地的通知的数量，但并不限于此，也可以使用任意的信息。

(e5.其他)

在上述处理过程中，为了简化说明，示出了没有差别地处理控制信息系统通信的处理例，但也可以对控制信息系统通信分别设定不同的优先级或指定的时间(到达时间)。例如，可以将后述的异常信息通知的优先级设定得相对较高，另一方面，将参数设定等的优先级设定得相对较低。

根据这样的优先级的设定，可以对设定了较高优先级的控制信息系统数据更有线地进行处理。

<f：应用例>

接着，对本实施方式的通信处理的应用例进行说明。

(f1：应用例1)

图14是用于对本实施方式的通信处理的应用例1进行说明的示意图。在图14中示出了在控制装置100和器件的运转期间远程地进行器件的状态监视、参数的设定变更的应用例。

更具体来说，参照图14，控制装置100经由现场网络110而与多个器件112-1～112-4连接。在控制装置100与器件112-1～112-4之间，按照预定的系统周期来交换控制系统数据。通过这样的控制系统数据的交换，能够实现控制装置100和器件的控制动作。

并且，控制装置100经由上位网络而与网关250连接，网关250对来自外部的访问进行中介。例如，由平板终端、智能手机等构成的远程维护终端400能够经由网关250来访问控制装置100和与控制装置100的现场网络110连接的各器件。

除了上述那样的控制系统数据之外，还在现场网络110上传输控制信息系统数据。例如，在器件112-1～112-4中，为了提供对各自管理的信息的访问，正在执行http(hypertexttransferprotocol：超文本传输协议)主机程序114-1～114-4。控制信息系统数据典型地包含与远程维护终端400和各个http主机程序114-1～114-4之间的交换相关的数据。

根据本实施方式的通信方法，在现场网络110中，由于不会妨碍到原来的控制系统数据的交换，还能够对控制信息系统数据进行交换，所以用户能够经由远程维护终端400来访问特定的器件，在远程维护终端400上进行该器件的状态监视、参数的设定变更。

在无法传输控制信息系统数据的情况下，需要前往设置有各器件的现场对设置于各器件的按钮等进行操作，或者将各器件与个人计算机等连接起来而经由设定工具等进行操作等，但通过使用远程维护终端400，能够远程地并且对多个器件进行该器件的状态监视、参数的设定变更。

(f2：应用例2)

图15是用于对本实施方式的通信处理的应用例2进行说明的示意图。在图15中示出了如下的应用例：在控制装置100和器件的运转期间，在某个器件发生了某种异常的情况下进行通知和状况确认。

更具体来说，参照图15，控制装置100经由现场网络110而与多个器件112-1～112-4和相机116连接。在控制装置100与器件112-1～112-4之间根据预定的系统周期来交换控制系统数据。通过这样的控制系统数据的交换，能够实现控制装置100和器件的控制动作。

控制装置100经由上位网络而与网关250连接，网关250对来自外部的访问进行中介。例如，由平板终端、智能手机等构成的远程维护终端400能够经由网关250来访问控制装置100和与控制装置100的现场网络110连接的各器件。

例如，在器件的运转期间(通常时)，将利用与现场网络110连接的相机116拍摄到的图像依次通过控制装置100和网关250传送到远程维护终端400。远程维护终端400的用户(维护员)能够通过在远程维护终端400上显示的图像，远程监视状况。

通常时拍摄到的图像也可以作为信息系统数据而在现场网络110上传输。

例如，当在器件112-2中产生了某种异常时，器件112-2经由现场网络110来发送该异常信息的内容。该消息依次通过控制装置100和网关250被传送到远程维护终端400。同时，相机116所拍摄到的图像也被传送到远程维护终端400。在远程维护终端400中，将相机116所拍摄到的图像和接收到的异常信息呈现给远程维护终端400的用户(维护员)。作为该呈现的一例，也可以使用图15所示的ar(augmentedreality：增强现实)。即，也可以根据接收到的异常信息，与实际拍摄到的图像上的产生了异常的部位相关联地显示该异常信息的内容。

这样的异常信息作为控制信息系统数据在现场网络110上传输，而不会妨碍到控制系统数据的通常传输。

根据本实施方式的通信方法，在产生异常时，将图像和异常信息设为控制信息系统数据，在保证到达时间的同时进行传输，由此，在远程维护终端400上的显示(ar显示)中，能够使拍摄到的图像和表示产生的异常的异常信息同步。通过这样的同步后的显示，用户(维护员)能够在远程可靠地掌握异常产生的内容。如果与通常时同样地将图像作为信息系统数据来传输，则显示于远程维护终端400的图像与异常信息的时间也有可能不一致，显示画面并不恰当(例如，虽然显示有异常信息，但拍摄到的图像显示为正常状态之类的状态等)。

通过采用这样的结构，当在控制系统中产生了某种异常时，用户(维护员)能够在下位的器件级中确定产生了该异常的部位，并且也能够远程地确定该状况，从而能够提高维护性，并且能够缩短故障恢复所需的时间。

(f3：应用例3)

图16是用于对本实施方式的通信处理的应用例3进行说明的示意图。在图16中示出了在控制装置100的运转期间对某个器件执行固件的更新的应用例。

更具体来说，参照图16，控制装置100经由现场网络110而与多个器件112-1～112-4连接。在控制装置100与器件112-1～112-4之间，按照预定的系统周期来交换控制系统数据。通过这样的控制系统数据的交换，能够实现控制装置100和器件的控制动作。

并且，控制装置100经由上位网络而与维护装置500连接。在维护装置500中储存有针对某个器件的固件，用户(维护员)对维护装置500进行操作，在指定了与控制装置100的现场网络110连接的任意器件之后，向该指定的器件发送储存于维护装置500的固件。这样的固件作为控制信息系统数据在现场网络110上传输，而不会妨碍到控制系统数据的通常传输。

在无法传输控制信息系统数据的情况下，需要前往设置有各器件的现场来进行将对象器件与维护装置直接连接起来而更新固件的操作，特别是在对象器件设置于控制盘内或装置内的情况下，固件的更新更需要时间和精力。与此相对，通过采用图16所示的结构，能够在一处集中进行针对多个器件的固件的更新，因此能够提高维护性，并且能够降低维护所需的成本。

<g：优点>

根据本实施方式的通信方法，能够在同一网络上保证按照每个预定的周期对在制造装置或生产设备的控制中使用的数据(控制系统数据)进行更新，并且并行传输要求在指定的时间内到达发送目的地的控制信息系统数据以及数据大小更大的信息系统数据。通过实施这样的通信方法，能够使包含下位器件在内的网络整体进一步高功能化。

可认为本次公开的实施方式在所有方面都是例示性的而不是限制性的。本发明的范围不是由上述说明而是由权利要求书表示，意图包含与权利要求书同等的意思和范围内的所有变更。

标号说明

1：网络化系统；11、12、13、14：网络；100：控制装置；102：处理器；104：存储器；106：存储设备；107：系统程序；108：用户应用程序；110、120：现场网络；112、122：器件组；112-1～112-4：器件；114-1～114-4：http主机程序；116：相机；130：网络控制器；131、141、151、161：接收电路；132、142、152、162：接收缓冲器；133、143、153、163：收发控制器；134、144、154、164：发送缓冲器；135、145、155、165：发送电路；140、150：现场网络控制器；160：内部总线控制器；170：调度器；172：管理模式；173：用户应用执行处理；174：外围处理；175：控制系统通信处理；176：控制信息系统通信处理；177：信息系统通信处理；178：通信驱动器；180：显示装置；190：生产线管理装置；200：制造管理装置；210：数据库装置；250：网关；300：生产管理装置；400：远程维护终端；500：维护装置；ts：系统周期。