输入单元、控制系统、通信方法及程序与流程

1.本发明涉及输入单元、控制系统、通信方法及程序。


背景技术：

2.在fa(factory automation)的现场，控制装置与以传感器为代表的输入设备的输入状态相应地对输出设备进行控制。作为用于执行如上所述的控制的系统，近年来以省配线化及智能化为目的，采用了如下方式的控制系统，即，多个设备将任务划分为对被控制设备进行控制及管理的主站点侧和作为被控制设备在主站点的控制下进行动作的子站点侧而协调动作。在该方式的控制系统中，例如，具有主站点的控制装置经由子站点而与输入设备及输出设备连接。由主站点和子站点形成网络，控制装置与经由子站点所取得的输入状态相应地，经由子站点对输出设备进行控制。
3.在通过控制装置进行的经由子站点的控制中会发生通信延迟，因此希望与输入设备的输入状态相应地进行高速控制。在输入设备及输出设备这两者与单一的子站点连接的情况下，如果该子站点取代具有主站点的控制装置而执行控制处理，则会避免通信延迟的发生而实现高速的控制。另外，提出了下述技术，即，在输入设备和输出设备与不同的子站点连接的情况下，子站点彼此之间进行通信，由此实现高速的控制(例如，参照专利文献1)。
4.在专利文献1中记载了以不超过容许的延迟时间的方式从控制程序将从属用程序分离，并且生成在由从属控制器执行从属用程序时所需的从属间通信设定信息。该从属控制器通过从属间通信而取得从其他从属控制器输入输出信息，执行自身的从属用程序。
5.专利文献1：国际公开第2012/090291号


技术实现要素：

6.在专利文献1的技术中，不产生经由主站点而传送信息所引起的通信延迟，但无法在主站点中检测从子站点向其他子站点的数据的传送是否在规定的时间内完成，有可能无法保证时间内的处理。因此，存在更稳定而高速地实现作为子站点的装置间的数据传送的余地。
7.本发明就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于更稳定而高速地实现子站点间的数据的传送。
8.为了达到上述目的，本发明的输入单元经由网络与可编程控制器及输出单元连接，并且与输入设备连接，将共享时刻与可编程控制器及输出单元共享，该输入单元具有：第1数据共享单元，其针对通过共享时刻规定的周期性的每个时间区间，将在第1存储单元的第1存储区域之中的分配给输入单元的区域中存储的数据发送至可编程控制器及输出单元，并且可编程控制器及输出单元各自对数据进行接收，将接收到的数据储存于第1存储区域之中的分别分配给可编程控制器及输出单元的区域，由此将第1存储区域的数据与可编程控制器及输出单元共享；以及输入单元，其取得从输入设备输入的输入信息，将所取得的输入信息储存于第1存储区域之中的分配给输入单元的区域，第1数据共享单元在时间区
间，将作为输入信息的发送信息或表示对输入信息实施了预先设定的运算处理得到的结果的发送信息发送至输出单元。
9.发明的效果
10.根据本发明，数据共享单元针对周期性的每个时间区间而与可编程控制器及输出单元共享数据，在时间区间对发送信息进行发送。因此，相当于子站点的输入单元及输出单元之间的发送信息的传送在时间区间完成。因此，能够更稳定而高速地实现子站点间的数据的传送。
附图说明
11.图1是表示实施方式1所涉及的控制系统的结构的图。
12.图2是表示实施方式1所涉及的fa装置的硬件结构的图。
13.图3是用于对实施方式1所涉及的通过分时实现的通信方式进行说明的图。
14.图4是用于对实施方式1所涉及的循环传送进行说明的图。
15.图5是表示实施方式1所涉及的plc、输入单元及输出单元的功能性的结构的图。
16.图6是表示实施方式1所涉及的设定信息的一个例子的图。
17.图7是用于对实施方式1所涉及的发送信息的传送进行说明的图。
18.图8是表示实施方式1所涉及的控制处理的流程图。
19.图9是用于对第1对比例进行说明的图。
20.图10是用于对第2对比例进行说明的图。
21.图11是用于对第3对比例进行说明的图。
22.图12是表示实施方式2所涉及的控制系统的结构的图。
23.图13是表示实施方式2所涉及的plc、输入单元及输出单元的功能性的结构的图。
24.图14是表示实施方式2所涉及的控制程序的一个例子的图。
25.图15是表示实施方式2所涉及的履历信息的一个例子的图。
26.图16是表示实施方式2所涉及的控制设定处理的流程图。
具体实施方式
27.以下，参照附图，对本发明的实施方式所涉及的控制系统1000详细地进行说明。
28.实施方式1
29.本实施方式所涉及的控制系统1000相当于在工厂设置的fa系统的一部分。该fa系统例如可以是使生产线、检查线或加工线运转的系统，也可以是其他处理系统。控制系统1000具有：plc(programmable logic controller)10，其对在控制系统1000中共享的时刻进行传送；作为子站点的输入单元21，其与输入设备21a、21b连接；作为子站点的输入单元22，其与输入设备22a、22b连接；以及作为子站点的输出单元30，其与输出设备30a连接。以下，将输入单元21、22统称而适当标记为输入单元20，将输入设备21a、21b、22a、22b统称而适当标记为输入设备20a。在控制系统1000中，plc 10与输入设备20a的状态相应地对输出设备30a进行控制，但关于预先设定的控制处理，取代由plc 10、而是由输入单元20及输出单元30执行。
30.plc 10、输入单元20及输出单元30经由工业用的网络40连接，彼此进行通信。网络
40可以是lan(local area network)。在网络40上，对ethernet帧进行传送。另外，网络40也可以是总线型或线型、星型或者环型的任意网络。
31.输入单元21及输入设备21a、21b经由传送路径51连接，输入单元22及输入设备22a、22b经由传送路径52连接。另外，输出单元30及输出设备30a经由传送路径60连接。传送路径51、52、60可以是对模拟的电流信号或电压信号进行传送的电线，也可以是用于通过串行通信对数字数据进行传送的通信线。
32.输入设备20a例如是以传感器、按钮、开关、传声器、照相机设备为代表的设备。输入设备20a将与其外部的状况相对应的信息输出至输入单元20。例如，作为红外线传感器的输入设备21a在通常时输出低电平的电压信号，如果检测到超过预先设定的强度的红外线，则输出高电平的电压信号。
33.输出设备30a例如是以阀、继电器、致动器及机器人为代表的设备。输出设备30a按照从输出单元30输出的信息进行动作。例如，作为致动器的输出设备30a在从输出单元30输出高电平的电流信号时运转，在输出低电平的电流信号时停止运转。
34.plc 10是可编程控制器，且是将基于来自输入单元20的信息的控制指令供给至输出单元30的控制装置。plc 10具有：cpu(central processing unit)单元11，其通过执行由用户设定的梯形图程序，从而执行控制处理；以及作为主站点的网络单元12。cpu单元11和网络单元12经由系统总线19连接。cpu单元11及网络单元12通过安装于具有系统总线19的未图示的基本单元，从而构成可编程控制器。
35.cpu单元11经由网络单元12而从输入单元20取得与输入设备20a相关的信息，经由网络单元12及输出单元30对输出设备30a进行控制。例如，plc 10在通常时使致动器即输出设备30a运转，如果由输入设备21a检测到异常的红外线，则使输出设备30a停止。
36.输入单元20在控制系统1000中，是与用于将表示输入设备20a的状态的信息输入至plc 10的要素相当的装置。输出单元30在控制系统1000中，是与用于将plc 10所涉及的控制指令输出至输出设备30a的要素相当的装置。在输入设备20a及输出设备30a处于plc 10的附近的情况下，通常构成plc 10的输入输出单元与输入设备20a及输出设备30a连接。与此相对，如果使用经由网络40而与plc 10进行通信的输入单元20及输出单元30，则能够将plc 10和远程的输入设备20a及输出设备30a连接而执行控制处理。
37.在图2中示出了分别相当于cpu单元11、网络单元12、输入单元20及输出单元30的fa装置70的硬件结构。fa装置70作为其硬件结构而具有处理器71、主存储部72、辅助存储部73、时钟部74、输入部75、输出部76和通信部77。主存储部72、辅助存储部73、时钟部74、输入部75、输出部76及通信部77均经由内部总线78与处理器71连接。
38.此外，在图2中，示出了作为fa装置70的计算机的硬件结构。fa装置70可以具有在图2中未例示的其他硬件结构。例如，输入单元20可以具有用于从输入设备20a接收电压信号的端子。
39.处理器71包含作为集成电路的cpu(central processing unit)或mpu(micro processing unit)。处理器71执行在辅助存储部73中存储的程序p1，由此实现fa装置70的各种功能，执行后面记述的处理。
40.主存储部72包含ram(random access memory)。在主存储部72中从辅助存储部73载入程序p1。而且，主存储部72作为处理器71的作业区域使用。
41.辅助存储部73包含以eeprom(electrically erasable programmable read-only memory)及hdd(hard disk drive)为代表的非易失性存储器。辅助存储部73除了程序p1以外，还对在处理器71的处理中使用的各种数据进行存储。辅助存储部73按照处理器71的指示，将会被处理器71利用的数据供给至处理器71，对从处理器71供给的数据进行存储。
42.时钟部74例如包含具有水晶振子、硅振子、水晶振荡器、其他振荡电路的时钟发生电路。时钟部74基于由时钟发生电路生成的时钟而生成时钟信号并输出。时钟信号包含时钟脉冲，处理器71用于通过内置的硬件元件或通过执行的软件处理对时钟脉冲的上升次数进行计数，由此对时刻进行计时。
43.输入部75包含以输入键及指点设备为代表的输入设备。输入部75取得由fa装置70的用户输入的信息，将所取得的信息通知给处理器71。
44.输出部76包含以led(light emitting diode)、lcd(liquid crystal display)及扬声器为代表的输出设备。输出部76按照处理器71的指示，将各种信息提示给用户。
45.通信部77包含用于与外部的装置收发ethernet帧的网络接口电路。通信部77从外部接收信号，将由该信号表示的数据向处理器71输出。另外，通信部77将表示从处理器71输出的数据的信号向外部的装置发送。此外，在图2中以1个通信部77为代表进行表示，但fa装置70也可以具有用于与不同的传送路径连接的多个通信部77。
46.接下来，对plc 10、输入单元20及输出单元30的通过分时实现的通信方式进行说明。
47.plc 10、输入单元20及输出单元30经由网络40使时刻同步。详细地说，这些装置各自通过时刻同步协议与其他装置共享时刻。时刻同步协议是用于使通信网络上的装置的时刻高精度地同步的协议。例如，在作为时刻同步协议而应用ieee802.1as的情况下，相当于网络上的一个节点的最高级主站经由通信网络而定期地传送高精度的基准时钟。另外，通过在最高级主站和下位节点之间使数据往复，从而对通信延迟进行测量，下位节点得到对该通信延迟进行校正后的基准时钟。由此，共享对通信延迟校正后的时刻。
48.此外，通过多个装置进行的时刻的共享及时刻的同步，是指使多个装置各自所具有的时钟同步。多个装置各自所具有的时钟对同等的时刻进行计时，由此如果该时刻在多个装置中被共享，则多个装置使时刻同步。以下，将在装置间共享的时刻标记为共享时刻。
49.plc 10、输入单元20及输出单元30在共享时刻基于预先确定的时间表而收发数据。详细地说，如图3所示，plc 10、输入单元20及输出单元30按照共享时刻，分别在预先确定的长度的期间pr1、pr2通过时分复用方式进行通信。
50.期间pr1、pr2彼此相邻。即，期间pr2设置于期间pr1的紧随其后，期间pr1的结束时刻等于期间pr2的开始时刻。在图3中示出了2个期间pr1、pr2，但在期间pr1之前及期间pr2之后也周期性地设置与期间pr1、pr2同等的期间。
51.期间pr1、pr2各自具有彼此相邻的时隙ts1、ts2、ts0。在如图3所示在期间pr1中时隙ts1、ts2、ts0依次配置的情况下，时隙ts1的开始时刻等于期间pr1的开始时刻，时隙ts1的结束时刻等于时隙ts2的开始时刻，时隙ts2的结束时刻等于时隙ts0的开始时刻，时隙ts0的结束时刻等于期间pr1的结束时刻。在期间pr1的时隙ts0的紧随其后配置期间pr2的时隙ts1。
52.时隙ts1、ts2、ts0是用于对预先确定的不同类别的数据进行传送的时间区间。详
细地说，时隙ts0～ts2各自是为了进行预先确定的形式、通道或协议的通信而设置的。
53.例如，在时隙ts1中，用于通过时刻同步协议使时刻同步的数据如图3中虚线的箭头所示，从相当于最高级主站的plc 10向相当于下位节点的输入单元20及输出单元30传送。另外，在时隙ts2中，如图3中粗线的箭头所示，对用于循环传送的数据进行传送。循环传送是下述通信方式，即，用于在各装置所具有的存储器中对共通的数据进行储存的通信被周期性地执行，由此在连续的各个周期用于使在存储器中存储的数据同步。在时隙ts0中，可以执行如ip(internet protocol)通信那样的其他通信，也可以不分配通信而是在将来能够扩展。期间pr1、pr2的长度相等，因此各个时隙中的通信被周期性地执行。
54.在这里，关于时隙ts2中的循环传送，进一步参照图4进行说明。如图4所示，plc 10具有存储部110，输入单元20具有存储部210，输出单元30具有存储部310。此外，存储部110是plc 10所具有的网络单元12的结构要素。存储部110、210、310各自由主存储部72及辅助存储部73的至少一者实现。
55.存储部110具有包含第1区域111、第2区域112及第3区域113在内的存储区域114。存储部210具有包含第1区域211、第2区域212及第3区域213在内的存储区域214。存储部310具有包含第1区域311、第2区域312及第3区域313在内的存储区域314。第1区域111、211、311是分配给plc 10的区域，第2区域112、212、312是分配给输入单元20的区域，第3区域113、213、313是分配给输出单元30的区域。
56.plc 10、输入单元20及输出单元30根据需要对分配给自身的区域内的数据进行变更。例如，输入单元20将从输入设备20a输入的表示高电平的信号的“true”这一数据作为输入信息而储存于第2区域212。在图4中，plc 10、输入单元20及输出单元30各自对与其他装置的通信无关而能够变更的区域附带有阴影。
57.图4所示的时隙ts21、ts22相当于图3所示的用于循环传送的时隙ts2，是属于不同的周期的时间区间。在时隙ts21中，plc 10将在分配给自身的第1区域111中储存的数据广播或多播给其他装置的情况通过图4中的实线的箭头表示。另外，输入单元20将在分配给自身的第2区域212中储存的数据广播或多播给其他装置的情况通过虚线的箭头表示，输出单元30将在分配给自身的第3区域313中储存的数据广播或多播给其他装置的情况通过白色的箭头表示。
58.plc 10在时隙ts21对在时隙ts21的开始时刻储存于输入单元20的第2区域212的数据进行接收，并且在时隙ts21对在时隙ts21的开始时刻储存于输出单元30的第3区域313的数据进行接收。而且，plc 10将从输入单元20接收到的数据储存于自身的第2区域112，并且将从输出单元30接收到的数据储存于自身的第3区域113。
59.在输入单元20及输出单元30中也同样地，对分配给其他装置的区域的数据进行更新。具体地说，输入单元20在时隙ts21对在时隙ts21的开始时刻储存于plc 10的第1区域111的数据进行接收，并且在时隙ts21对在时隙ts21的开始时刻储存于输出单元30的第3区域313的数据进行接收。而且，输入单元20将从plc 10接收到的数据储存于自身的第1区域211，并且将从输出单元30接收到的数据储存于自身的第3区域213。
60.另外，输出单元30在时隙ts21对在时隙ts21的开始时刻储存于plc 10的第1区域111的数据进行接收，并且在时隙ts21对在时隙ts21的开始时刻储存于输入单元20的第2区域212的数据进行接收。而且，输出单元30将从plc 10接收到的数据储存于自身的第1区域
311，并且将从输入单元20接收到的数据储存于自身的第2区域312。
61.在时隙ts21的开始时刻，存储区域114、214、314的数据不一定相等。例如，在紧挨着时隙ts21之前从输入设备20a输入的信号被切换的情况下，在plc 10的第2区域112中储存的数据与在输入单元20的第2区域212中储存的数据不同。然后，在时隙ts21中各装置将分配给自身的区域的数据通知给其他装置，由此在时隙ts21的结束时刻，在存储区域114、214、314中储存同等的数据。
62.在时隙ts22中，也与时隙ts21同样地使存储区域114、214、314的数据同步。与时隙ts21、ts22相同的时间区间以恒定的周期进行设置，因此存储区域114、214、314的数据针对每个该周期而同步。换言之，在存储区域114、214、314内储存的数据的装置间的传送在该周期内完成。输入单元20还具有下述功能，即，通过循环传送对输出单元30传送信息，由此取代plc 10而实现控制处理。
63.此外，在图4中，代表性地示出1个输入单元20，但在具有输入单元21、22的控制系统1000中，在存储区域中设置分配给输入单元21的区域和分配给输入单元22的区域。即，关于经由网络40通过循环传送而共享数据的各个装置而分配存储区域的一部分区域。
64.在图5中示出了plc 10、输入单元20及输出单元30的功能性的结构。如图5所示，plc 10具有：存储部110，其具有存储区域114；数据共享部120，其通过循环传送而与其他装置共享存储区域114的数据；以及处理设定部130，其将控制处理设定于输入单元20及输出单元30。
65.存储部110及数据共享部120构成plc 10的网络单元12。数据共享部120主要通过网络单元12的处理器71及通信部77的协同动作而实现。数据共享部120通过上述循环传送使存储区域114的数据与其他装置的数据同步。详细地说，数据共享部120针对用于循环传送的每个时隙，将分配给自身的区域的数据读出而发送至其他装置，并且从其他装置接收数据，将接收到的数据写入至分配给该其他装置的区域。
66.处理设定部130主要通过cpu单元11的处理器71及通信部77的协同动作而实现。处理设定部130从用户接收应该由输入单元20执行的处理的内容和应该由输出单元30执行的处理的内容，将表示接收到的处理的内容的设定信息分别通知给输入单元20及输出单元30。
67.输入单元20具有：存储部210，其具有存储区域214；数据共享部220，其通过循环传送将存储区域214的数据与其他装置共享；接收部230，其从plc 10接收设定信息215；输入部240，其取得从输入设备20a输入的输入信息；以及处理部250，其按照设定信息对输入信息实施运算处理。存储部210在输入单元20中，相当于具有作为第1存储区域的存储区域214的第1存储单元的一个例子。
68.数据共享部220主要通过处理器71及通信部77的协同动作而实现。数据共享部220通过上述循环传送使存储区域214的数据与其他装置的数据同步。另外，数据共享部220通过循环传送，将表示通过处理部250进行的运算处理得到的结果的发送信息发送至输出单元30。即，数据共享部220从存储区域214读出表示运算处理的结果的发送信息而通过循环传送进行发送。数据共享部220在输入单元20中，相当于针对通过共享时刻规定的周期性的每个时间区间，将在第1存储单元的第1存储区域之中的分配给输入单元的区域中存储的数据发送至可编程控制器及输出单元，并且分别从可编程控制器及输出单元对数据进行接
收，将接收到的数据储存于第1存储区域之中的分别分配给可编程控制器及输出单元的区域，由此将第1存储区域的数据与可编程控制器及输出单元共享的第1数据共享单元的一个例子。
69.接收部230主要通过处理器71及通信部77的协同动作而实现。接收部230将从plc 10的处理设定部130接收到的设定信息215储存于存储部210。
70.输入部240是通过用于与输入设备20a连接的端子或通信部77而实现的。输入部240将从输入设备20a取得的输入信息送出至处理部250。另外，输入部240可以将所取得的输入信息储存于存储区域214，由此通过循环传送将输入信息通知给plc 10。输入部240在输入单元20中，相当于取得从输入设备输入的输入信息，将所取得的输入信息储存于第1存储区域之中的分配给输入单元的区域的输入单元的一个例子。
71.处理部250主要通过处理器71而实现。处理部250从存储部210读出设定信息215，对输入信息实施由该设定信息215指定的运算处理。
72.在图6中示出了从plc 10对输入单元20及输出单元30通知的设定信息的一个例子。在图6中，为了对输入单元、输入设备、输出单元及输出设备进行识别，标注有与图1所示的参照标号相等的编号。例如，图6中的输入单元[21]与图1中的输入单元21相对应。
[0073]
在图6所示的例子中，输入单元[21]的处理部250将来自输入设备[21a]的输入信息设为x0，将来自输入设备[21b]的输入信息设为x1，执行(x0∨x1)这一运算处理。在这里，x0、x1分别是对与来自输入设备21a、21b的高电平的信号相对应的true值，或与低电平的信号相对应的false值进行储存的输入单元21的存储区域214内的地址。(x0∨x1)这一运算是指得到x0的值和x1的值的逻辑或。另外，在图6的例子中，指定出将表示运算的结果的w0这一数据发送至输出单元[30]。关于输入单元[22]，也指定出将表示来自输入设备[22a]的输入信息x10和来自输入设备[22b]的输入信息x11的逻辑或的数据w1发送至输出单元[30]。
[0074]
返回至图5，处理部250将运算处理的结果通知给数据共享部220。例如，在图6的例子中，输入单元[21]的处理部250针对数据共享部220而送出运算处理的结果即w0的值，并且通知表示该结果的信息的发送目标是输出单元[30]。
[0075]
从处理部250接收到运算结果的数据共享部220通过循环传送对表示该运算结果的发送信息进行发送。详细地说，数据共享部220将发送信息发送至输出单元30，并且发送至plc 10。数据共享部220可以作为在存储区域214之中的分配给输入单元20的区域写入的信息而对发送信息进行发送。即，可以是处理部250将运算结果写入至存储区域214，数据共享部220从存储区域214读出该运算结果而对发送信息进行发送。另外，数据共享部220也可以作为与在存储区域214之中的分配给输入单元20的区域写入的信息不同的信息而对发送信息进行发送。发送信息只要在用于上述循环传送的时间区间，由数据共享部220向输出单元30发送即可。
[0076]
在图7中，在循环传送的时隙ts21、22中，从输入单元20向输出单元30发送的发送信息通过箭头81表示。此外，在图7的例子中，在时隙ts21、ts22这两者对发送信息进行发送，但数据共享部220也可以限于运算结果变化的情况而对发送信息进行发送。另外，说明了数据共享部220发送表示对输入信息实施了运算处理后的结果的发送信息的例子，但在通过设定信息215指定出将输入信息直接发送至输出单元30的情况下，可以省略通过处理部250进行的运算处理，数据共享部220将从输入部240输出的输入信息作为发送信息而向
输出单元30发送。
[0077]
返回至图5，输出单元30具有：存储部310，其具有存储区域314；数据共享部320，其通过循环传送而与其他装置共享存储区域314的数据；接收部330，其从plc 10接收设定信息315；以及控制部350，其按照设定信息315，基于发送信息对输出设备30a进行控制。存储部310在输出单元30中，相当于具有作为第2存储区域的存储区域314的存储单元的一个例子。
[0078]
数据共享部320主要通过处理器71及通信部77的协同动作而实现。数据共享部320通过上述循环传送使存储区域314的数据与其他装置的数据同步。数据共享部320在输出单元30中，相当于针对通过共享时刻规定的周期性的每个时间区间，将在第2存储单元的第2存储区域之中的分配给输出单元的区域中存储的数据发送至可编程控制器及输入单元，并且分别从可编程控制器及输入单元对数据进行接收，将接收到的数据储存于存储区域之中的分别分配给可编程控制器及输入单元的区域，由此将存储区域的数据与可编程控制器及输入单元共享的第2数据共享单元的一个例子。
[0079]
另外，数据共享部320对由输入单元20的数据共享部220发送出的发送信息进行接收而送出至控制部350。在这里，在发送信息作为写入至存储区域214的信息而被发送出的情况下，数据共享部320可以将接收到的发送信息写入至存储区域314之中的分配给输入单元20的区域，控制部350将写入至该区域的发送信息读出。
[0080]
接收部330主要通过处理器71及通信部77的协同动作而实现。接收部330将从plc 10的处理设定部130接收到的设定信息315储存于存储部310。
[0081]
控制部350主要通过用于与输出设备30a连接的端子或通信部77和处理器71的协同动作而实现。控制部350从存储部310读出设定信息315，对发送信息实施通过该设定信息315指定的运算处理。而且，控制部350将表示运算结果的输出信息输出至输出设备30a，由此对输出设备30a进行控制。
[0082]
例如，在通过图6所示的设定信息315指定运算处理的内容的情况下，输出单元30的控制部350将与从输入单元[21]接收到的发送信息即w0的值和从输入单元[22]接收到的发送信息即w1的值的逻辑与相对应的高电平或低电平的信号作为输出信息而输出至输出设备30a。另外，控制部350通过将输出信息储存于存储部310的存储区域314，从而数据共享部320通过循环传送将输出信息发送至plc 10。
[0083]
此外，在通过设定信息315指定将来自输入单元20的发送信息直接设为输出信息的情况下，控制部350可以省略运算处理。控制部350在输出单元30中，相当于基于发送信息对输出设备进行控制的控制单元的一个例子。
[0084]
在图5中，用于基于来自输入设备20a的输入信息对输出设备30a进行控制的信息的传送路径通过粗的虚线的箭头表示。如根据图5所知，该传送路径不经由plc 10，因此与由plc 10执行控制处理的情况相比，通信延迟缩短。
[0085]
接下来，关于在控制系统1000中执行的控制处理，使用图8进行说明。在图8中示出了由输入单元20及输出单元30执行的控制处理的顺序。此外，图8所示的顺序是一个例子，也可以任意地变更各步骤的顺序。
[0086]
在控制处理中，plc 10执行设定处理(步骤s1)。具体地说，处理设定部130从用户接收如下参数的设定而对指定出的输入单元20及输出单元30通知设定信息215、315，即，使
用对哪个输入单元20输入的哪个输入信息，应该使输入单元20执行的运算处理的内容，从输入单元20发送的发送信息的发送目标是哪个输出单元30，应该使输出单元30执行的运算处理的内容及使输出单元30对哪个输出设备进行控制。
[0087]
接下来，输入单元20的输入部240从输入设备20a取得输入信息(步骤s2)，处理部250针对所取得的输入信息，按照通过步骤s1所设定的设定信息215而实施运算处理(步骤s3)。但是，在通过步骤s1设定将输入信息直接传送至输出单元30的情况下，可以省略步骤s3。
[0088]
接下来，数据共享部220在用于通过循环传送进行的数据共享的时间区间，将表示步骤s3的运算处理的结果的发送信息发送至输出单元30(步骤s4)。但是，在省略步骤s3的情况下，数据共享部220将通过步骤s2取得的输入信息直接作为发送信息进行发送。
[0089]
接下来，输出单元30在与步骤s4相同的时间区间中对发送信息进行接收(步骤s5)。具体地说，输出单元30的数据共享部320对从通过设定信息315表示的发送源发送出的发送信息进行接收。
[0090]
接下来，控制部350对通过步骤s5接收到的发送信息实施运算处理而对输出设备30a进行控制(步骤s6)。具体地说，控制部350将作为运算处理的结果而得到的输出信息输出至输出设备30a。但是，在通过步骤s1设定不执行运算处理而将发送信息直接输出至输出设备30a的情况下，可以在步骤s6中省略运算处理。
[0091]
在这里，发送信息通过循环传送由plc 10接收。即，输入信息或对输入信息实施运算处理得到的结果从输入单元20在plc 10中也被共享。因此，plc 10能够实时地掌握而监视在输入单元20及输出单元30中设定的控制处理的进展状况。但是，这样的监视例如考虑plc 10的运算负荷而可以被省略。
[0092]
接下来，控制部350将通过步骤s6输出的输出信息通知给plc 10(步骤s7)。具体地说，控制部350将输出信息储存于存储区域314，数据共享部320通过循环传送将输出信息通知给plc 10。然后，重复进行步骤s2及其以后的处理。
[0093]
以上，如说明所述，数据共享部220针对周期性的每个时间区间与plc 10及输出单元30共享数据，在该时间区间将发送信息发送至输出单元30。因此，保证在时间区间的周期内完成作为子站点的装置间的数据的传送，因此能够更稳定而高速地实现。
[0094]
例如，在图9中示出了作为主站点的主装置181经由作为子站点的下位装置281而从输入设备20a取得输入信息，针对所取得的输入信息实施运算处理，之后经由下位装置282对输出设备30a进行控制的情况下的信息的传送路径。在该情况下，网络上的信息的传送在下位装置281和主装置181之间发生，并且在主装置181和下位装置282之间发生。
[0095]
与此相对，根据本实施方式所涉及的控制系统1000，如在图5中粗的虚线的箭头所示，网络40上的信息的传送限于数据共享部220和数据共享部320之间的1次。因此，与图9所示的情况相比，能够实现高速的控制处理。
[0096]
另外，在图10所示的基于来自与下位装置281连接的输入设备20a的输入信息，对与同一下位装置281连接的输出设备30a进行控制的情况下，下位装置281本身以执行控制处理的方式预先设定，由此能够避免传送延迟的发生而实现高速的控制。但是，输入设备20a及输出设备30a需要与同一下位装置281连接，能够应用如上所述的系统结构的情况有限。与此相对，在本实施方式所涉及的控制系统1000中，输入设备20a和输出设备30a与不同
的子站点连接，因此能够灵活地应对各种系统结构。
[0097]
另外，作为循环传送的方式，考虑图11所示的令牌封装方式。具体地说，使与发送数据的权利相当的令牌在网络内的装置中巡回，各装置在保持有令牌时发送数据。令牌是预先确定的权利信息，具有令牌的装置发送数据，不具有令牌的装置无法发送数据。
[0098]
在图11的例子中，在期间pr11内最初具有令牌的主装置181对数据进行广播或多播，并且将令牌传送给下位装置281。下位装置281直至接收到令牌为止等待，然后对数据进行广播或多播，并且将令牌传送给下位装置282。下位装置282直至接收到令牌为止等待，然后对数据进行广播或多播，并且将令牌返回至主装置181。然后，与期间pr11相同的期间被周期性地重复。
[0099]
与此相对，在本实施方式所涉及的控制系统1000中，如图4所示，各装置在时隙内与从其他装置接收到的数据的有无无关地对数据进行发送，因此无需等待令牌的接收。因此，循环传送在短时间完成，作为结果，能够实现高速的控制。
[0100]
实施方式2
[0101]
接下来，关于实施方式2，以与上述实施方式1的差异点为中心进行说明。此外，关于与上述实施方式1相同或同等的结构，使用同等的标号。在上述实施方式1中，由用户设定应该使输入单元20及输出单元30执行的处理的内容，但如上所述的设定作业在装置的数量特别多的情况下变得繁琐。因此，考虑通过将设定作业自动化而减轻用户的负担。以下，说明基于在由plc 10本身执行控制处理时收集到的信息，使输入单元20及输出单元30执行该控制处理的至少一部分的例子。
[0102]
在本实施方式所涉及的控制系统1000中，如图12所示，plc 10与输入单元21～25及输出单元31～34连接。以下，将输入单元21～25统称而适当标记为输入单元20，将输出单元31～34统称而适当标记为输出单元30。
[0103]
plc 10在cpu单元11及网络单元12的基础上，还具有对与输入单元20的通信及与输出单元30的通信的履历进行管理的履历管理单元15。
[0104]
如图13所示，cpu单元11具有执行由用户设定的控制程序的执行部140。执行部140主要通过处理器71而实现。在图14中示意地示出了控制程序的内容的一个例子。在图14中，x及数值的组合与输入信息的地址相对应，y及数值的组合与输出信息的地址相对应。另外，x0、x1是分配给输入单元21的区域的地址，x10、x11是分配给输入单元22的区域的地址，y0是分配给输出单元31的区域的地址。即，第1行的“y0＝((x0∨x1)∧(x10∨x11))”这一记述，示出了关于图12中的输入单元21、22及输出单元31的组合c1而进行与上述实施方式1相同的控制处理。
[0105]
另外，x20、x30各自是分配给输入单元23、24的区域的地址，y10是分配给输出单元32的区域的地址。即，第2行的“y10＝(x20∨x30)”这一记述，示出了针对图13中的输入单元23、24及输出单元32的组合c2的控制处理。
[0106]
另外，x40、x41各自是分配给输入单元25的区域，y20、y30各自是分配给输出单元33、34的区域。即，第3行的“y20＝(x40∨x41)”这一记述及第4行的“y30＝(x40∧x41)”这一记述，示出了针对图12中的输入单元25及输出单元33、34的组合c3的控制处理。
[0107]
返回至图13，履历管理单元15具有：收集部151，其对由cpu单元11的执行部140执行控制程序时的通信履历进行收集；以及存储部152，其对与收集到的通信履历相关的履历
信息1521进行存储。
[0108]
收集部151主要通过处理器71及通信部77的协同动作而实现。收集部151在由执行部140执行控制程序时，对由数据共享部120发送出的数据及接收到的数据进行收集。此外，收集部151也可以对在存储区域114中储存的数据进行监视，收集该数据的履历。
[0109]
在图15中示出了表示由收集部151收集到的通信履历的履历信息的一个例子。该履历信息是使时刻和该时刻的数据的值相关联的信息。在图15中，与组合c1相关的数据c11、与组合c2相关的数据c12和与组合c3相关的数据c13通过虚线分隔而示出。另外，从过去的值发生了变化的值标有下线而被强调。具体地说，时刻tn的x0的值从前次发生变化而成为1，y0的值从前次发生变化而成为1。
[0110]
cpu单元11的处理设定部130参照履历信息1521，从组合c1～c3中对数据变化的频度最大的组合进行选择。而且，处理设定部130针对选择出的组合所包含的输入单元20及输出单元30，进行用于执行与该组合相关的控制处理的设定。在图16所示的例子中，与组合c1相关的数据变化的频度高，因此针对输入单元21、22及输出单元30进行与上述实施方式1相同的设定。
[0111]
处理设定部130可以进行关于其他组合也执行控制处理的设定。例如，在用于循环传送的时隙内，如果作为与循环传送不同的通信的从输入单元20向输出单元30的通信量过量地增加，则在网络40会发生拥挤。因此，处理设定部130只要容许该时隙中的通信，可以关于数据的变化的频度从高到低的多个组合而设定控制处理。
[0112]
执行部140在plc 10中，相当于基于从输入设备输入至多个输入单元之中的至少1个输入单元的输入信息，执行对与多个输出单元之中的至少1个输出单元连接的输出设备进行控制的控制处理的执行单元的一个例子。另外，存储部152在plc 10中，相当于对与由执行单元执行控制处理时的与多个输入单元的通信及与多个输出单元的通信的履历相关的履历信息进行存储的存储单元的一个例子。处理设定部130在plc 10中，相当于基于履历信息从多个输入单元对一个输入单元进行选择，并且从多个输出单元对一个输出单元进行选择，在一个输入单元中设定基于输入信息将发送信息向一个输出单元发送，将基于发送信息对输出设备进行控制的情况设定于一个输出单元，由此使一个输入单元及一个输出单元执行控制处理的至少一部分的设定单元的一个例子。
[0113]
在图16中示出了在本实施方式所涉及的控制系统1000中执行的控制设定处理的顺序。此外，图16所示的顺序是一个例子，可以将各步骤的顺序任意地变更。
[0114]
在控制设定处理中，向cpu单元11写入控制程序(步骤s11)。具体地说，cpu单元11取得由用户提供的梯形图程序而写入至cpu单元11的辅助存储部73。
[0115]
接下来，执行部140按照通过步骤s11写入的控制程序而开始控制处理(步骤s12)。例如，执行图14所示的控制程序，执行部140以预先确定的次数或者遍及预先确定的时间而执行与全部组合c1～c3有关的控制处理。
[0116]
接下来，收集部151对通过步骤s12开始的控制处理中的通信的履历信息进行收集(步骤s13)。而且，处理设定部130基于通过步骤s13收集到的履历信息而生成应该设定于输入单元20及输出单元30的设定信息(步骤s14)。具体地说，处理设定部130关于数据变化的频度比其他组合高的组合，依次生成设定信息。
[0117]
接下来，基于通过步骤s14设定的设定信息，开始通过输入单元20及输出单元30进
行的控制处理(步骤s15)。例如，开始通过构成组合c1的输入单元21、22及输出单元31进行的与图15中的控制程序之中的第1行相对应的控制处理。此外，在没有生成与第2～4行相对应的设定信息的情况下，与第2～4行相对应的控制处理由执行部140继续执行。然后，控制设定处理结束。
[0118]
以上，如说明所述，处理设定部130基于履历信息在输入单元20及输出单元30中对设定信息进行设定。由此，能够减轻针对用户的繁琐的设定作业的负担。
[0119]
另外，处理设定部130关于数据变化的频度高的输入单元20及输出单元30的组合，比其他组合优先地设定出设定信息。在数据变化时输出信息变化。因此，能够缩短直至输入设备的状态变化反映至输出设备为止的平均的响应时间。
[0120]
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不由上述实施方式限定。
[0121]
例如，通过分时实现的通信方式可以是按照ieee802.1tsn标准的方式，也可以是按照其他标准的方式。另外，对在1个周期中设置3个时隙的例子进行了说明，但并不限定于此，时隙的数量可以是1个或2个，也可以大于或等于4个。
[0122]
另外，对在由输出单元30的控制部350将输出信息通知给plc 10时利用循环传送的例子进行了说明，但通知的方法并不限定于此。例如，控制部350也可以在用于循环传送的时隙中，将plc 10指定为发送目标而对与用于数据共享的广播不同的数据进行发送。另外，也可以在与用于循环传送的时隙不同的时隙中通知输出信息。
[0123]
另外，在上述实施方式2中，plc 10具有履历管理单元15，但并不限定于此。也可以是cpu单元11及网络单元12的至少一者具有履历管理单元15的功能，cpu单元11及网络单元12构成plc 10。
[0124]
另外，对关于作为plc 10的plc将多个单元安装于基本单元而构成的例子进行了说明，但并不限定于此。例如，在1个框体中具有cpu单元11及网络单元12的功能的控制装置也可以用作plc 10。
[0125]
另外，对plc 10相当于传送共享时刻的最高级主站的例子进行了说明，但并不限定于此。也可以是输入单元20及输出单元30的任意装置作为最高级主站起作用，作为下位节点的plc 10与最高级主站的时刻同步。另外，也可以是plc 10、输入单元20及输出单元30全部作为下位节点，与其他最高级主站的时刻同步。
[0126]
另外，plc 10、输入单元20及输出单元30的功能能够通过专用的硬件，另外也能够通过通常的计算机系统而实现。
[0127]
例如，将由处理器71执行的程序p1储存于计算机可读取的非易失性的记录介质而发布，将该程序p1安装于计算机，由此能够构成执行上述处理的装置。作为如上所述的记录介质，例如考虑软盘、cd－rom(compact disc read－only memory)、dvd(digital versatile disc)、mo(magneto－optical disc)。
[0128]
另外，可以将程序p1储存于以互联网为代表的通信网络上的服务器装置所具有的盘装置，例如，叠加于载波而下载至计算机。
[0129]
另外，一边经由通信网络转发程序p1，一边启动执行，由此也能够实现上述处理。
[0130]
并且，使程序p1的全部或一部分在服务器装置上执行，一边由计算机经由通信网络对与其处理相关的信息进行收发，一边执行程序，由此也能够实现上述处理。
[0131]
此外，在将上述功能由os(operating system)划分而实现的情况下，或通过os和
应用的协同动作而实现的情况下，可以仅将除了os以外的部分储存于介质而发布，另外，也可以下载至计算机。
[0132]
另外，实现plc 10、输入单元20及输出单元30的功能的单元并不限于软件，也可以将其一部分或全部由包含电路的专用硬件实现。
[0133]
本发明在不脱离本发明的广义的精神和范围的情况下，能够实现各种实施方式及变形。另外，上述实施方式用于对本发明进行说明，并不对本发明的范围进行限定。即，本发明的范围不是实施方式，而是由权利要求书示出。而且，在权利要求书内及与其同等的发明的意义的范围内实施的各种变形视作本发明的范围内。
[0134]
工业实用性
[0135]
本发明应用于经由子站点对设备进行控制的系统。
[0136]
标号的说明
[0137]
1000控制系统，10plc，110、152、210、310存储部，111、211、311第1区域，112、212、312第2区域，113、213、313第3区域，114、214、314存储区域，120、220、320数据共享部，130处理设定部，140执行部，15履历管理单元，1521履历信息，181主装置，19系统总线，20～25输入单元，20a、21a、21b、22a、22b输入设备，215、315设定信息，230、330接收部，240输入部，250处理部，281、282下位装置，30～34输出单元，30a输出设备，350控制部，40网络，51、52、60传送路径，70fa装置，71处理器，72主存储部，73辅助存储部，74时钟部，75输入部，76输出部，77通信部，78内部总线，81箭头，c1～c3组合，c11～c13数据，p1程序，pr1、pr2、pr11期间，ts0～ts2、ts21、ts22时隙。

技术特征：
1.一种输入单元，其经由网络与可编程控制器及输出单元连接，并且与输入设备连接，将共享时刻与所述可编程控制器及所述输出单元共享，该输入单元具有：第1数据共享单元，其针对通过所述共享时刻规定的周期性的每个时间区间，将在第1存储单元的第1存储区域之中的分配给输入单元的区域中存储的数据发送至所述可编程控制器及所述输出单元，并且分别从所述可编程控制器及所述输出单元对数据进行接收，将接收到的数据储存于所述第1存储区域之中的分别分配给所述可编程控制器及所述输出单元的区域，由此将所述第1存储区域的数据与所述可编程控制器及所述输出单元共享；以及输入单元，其取得从所述输入设备输入的输入信息，将所取得的所述输入信息储存于所述第1存储区域之中的分配给输入单元的区域，所述第1数据共享单元在所述时间区间，将作为所述输入信息的发送信息或表示对所述输入信息实施了预先设定的运算处理得到的结果的所述发送信息发送至所述输出单元。2.根据权利要求1所述的输入单元，其中，所述第1数据共享单元针对每个所述时间区间，将在分配给输入单元的区域中存储的数据与在该时间区间中接收到的数据的有无无关地，发送至所述可编程控制器及所述输出单元。3.根据权利要求1或2所述的输入单元，其中，所述第1数据共享单元作为在所述第1存储区域之中的分配给输入单元的区域中存储的数据，将表示对所述输入信息实施了所述运算处理得到的结果的所述发送信息发送至所述输出单元及所述可编程控制器。4.一种控制系统，其具有权利要求1至3中任一项所记载的输入单元、所述可编程控制器和所述输出单元，在该控制系统中，所述输出单元具有：第2数据共享单元，其针对通过所述共享时刻规定的周期性的每个所述时间区间，将在第2存储单元的第2存储区域之中的分配给所述输出单元的区域中存储的数据发送至所述可编程控制器及所述输入单元，并且分别从所述可编程控制器及所述输入单元对数据进行接收，将接收到的数据储存于所述第2存储区域之中的分别分配给所述可编程控制器及所述输入单元的区域，由此将所述第2存储区域的数据与所述可编程控制器及所述输入单元共享；以及控制单元，其对输出设备进行控制，所述第2数据共享单元在所述时间区间，对由所述输入单元发送出的所述发送信息进行接收，所述控制单元基于接收到的所述发送信息对所述输出设备进行控制。5.根据权利要求4所述的控制系统，其中，所述控制单元基于所述发送信息而将输出信息输出至所述输出设备，由此对所述输出设备进行控制，所述第2数据共享单元将所述输出信息发送至所述可编程控制器。6.根据权利要求4或5所述的控制系统，其中，
具有：多个所述输入单元；以及多个所述输出单元，在该控制系统中，所述可编程控制器具有：执行单元，其基于从所述输入设备输入至多个所述输入单元之中的至少1个所述输入单元的所述输入信息，执行对与多个所述输出单元之中的至少1个所述输出单元连接的所述输出设备进行控制的控制处理；存储单元，其对与由所述执行单元执行所述控制处理时的与多个所述输入单元的通信及与多个所述输出单元的通信的履历相关的履历信息进行存储；以及设定单元，其基于所述履历信息，从多个所述输入单元对一个输入单元进行选择，并且从多个所述输出单元对一个输出单元进行选择，在所述一个输入单元中设定基于所述输入信息将所述发送信息向所述一个输出单元发送，将基于所述发送信息对所述输出设备进行控制的情况设定于所述一个输出单元，由此使所述一个输入单元及所述一个输出单元执行所述控制处理的至少一部分。7.一种通信方法，其由输入单元执行，该输入单元与可编程控制器及输出单元连接，将共享时刻与所述可编程控制器及所述输出单元共享，通信方法包含：针对通过所述共享时刻规定的周期性的每个时间区间，将在存储单元的存储区域之中的分配给输入单元的区域中存储的数据发送至所述可编程控制器及所述输出单元，并且分别从所述可编程控制器及所述输出单元对数据进行接收，将接收到的数据储存于所述存储区域之中的分别分配给所述可编程控制器及所述输出单元的区域，由此将所述存储区域的数据与所述可编程控制器及所述输出单元共享；取得从外部输入的输入信息，将所取得的所述输入信息储存于所述存储区域之中的分配给输入单元的区域；以及在所述时间区间，将作为所述输入信息的发送信息或表示对所述输入信息实施了预先设定的运算处理得到的结果的所述发送信息发送至所述输出单元。8.一种程序，其用于使与可编程控制器及输出单元连接并将共享时刻与所述可编程控制器及所述输出单元共享的输入单元执行：针对通过所述共享时刻规定的周期性的每个时间区间，将在存储单元的存储区域之中的分配给输入单元的区域中存储的数据发送至所述可编程控制器及所述输出单元，并且分别从所述可编程控制器及所述输出单元对数据进行接收，将接收到的数据储存于所述存储区域之中的分别分配给所述可编程控制器及所述输出单元的区域，由此将所述存储区域的数据与所述可编程控制器及所述输出单元共享；取得从外部输入的输入信息，将所取得的所述输入信息储存于所述存储区域之中的分配给输入单元的区域；以及在所述时间区间，将作为所述输入信息的发送信息或表示对所述输入信息实施了预先设定的运算处理得到的结果的所述发送信息发送至所述输出单元。

技术总结
输入单元(20)与可编程控制器(10)及输出单元(30)连接，将共享时刻与可编程控制器(10)及输出单元(30)共享。输入单元(20)具有：数据共享部(220)，其针对通过共享时刻规定的周期性的每个时间区间，将存储区域(214)的数据与可编程控制器(10)及输出单元(30)共享；以及输入部(240)，其取得从输入设备(20A)输入的输入信息。数据共享部(220)在时间区间，将作为输入信息的发送信息或表示对输入信息实施了预先设定的运算处理得到的结果的发送信息发送至输出单元(30)。输出单元(30)。输出单元(30)。


技术研发人员：古川智也
受保护的技术使用者：三菱电机株式会社
技术研发日：2021.06.25
技术公布日：2023/9/7