CN111034128A - 控制***以及控制装置 - Google Patents

Abstract

多个控制装置各自包括：上位通信部件，经由第一网络而与其他控制装置之间收发第一数据；以及下位通信部件，经由第二网络而与一个或多个机器之间收发第二数据。上位通信部件具有在多个控制装置之间彼此经时刻同步的第一定时器。下位通信部件基于第一定时器的时刻，来决定应开始对一个或多个机器传输第二数据的处理的时机。

Description

控制***以及控制装置

技术领域

本发明涉及一种将多个控制装置经网络连接而成的控制***以及构成此控制***的控制装置。

背景技术

在各种生产现场，使用可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)(可编程控制器)等控制装置的工厂自动化(Factory Automation，FA)技术正广泛普及。此种控制装置与一个或多个机器之间经由总线(bus)或网络(network)来收发数据。

伴随控制***的高功能化，也逐渐实现执行彼此独立的控制处理的多个控制装置经由网络而连接的结构。例如，在日本专利特开2015-118505号公报(专利文献1)中，揭示了一种在控制器级网络(controller level network)连接有多个控制装置的控制***。在多个控制装置，分别经由设备级网络(device level network)而连接有多个输入/输出装置。各控制装置将从多个输入/输出装置获取的输入值经由控制器级网络而发送至服务器(server)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2015-118505号公报

发明内容

发明所要解决的问题

但是，由于多个控制装置执行彼此独立的控制处理，因此在一个控制装置与另一控制装置之间，无法使对在机器中收集或生成的数据(输入数据)进行收集的时机、或将针对机器的指令等数据(输出数据)发送至对象机器的时机彼此同步。

而且，为了使连接于所述一个控制装置的机器、与连接于所述另一控制装置的机器联动地运行，必须在这些控制装置间交换各个机器的信息，但由于无法使收集输入数据的时机或将输出数据予以输出的时机彼此同步，因此难以在多个机器之间使控制时机同步。

这样，无法进行连接于互不相同的控制装置的多个机器的协调控制，因此，结果有可能无法使多个机器联动地运行。

本发明的目的在于提供一种新的结构，用于在多个控制装置经网络连接而成的控制***中，实现连接于互不相同的控制装置的多个机器的协调控制。

解决问题的技术手段

本揭示的一例中，提供一种控制***，其包括：多个控制装置，连接于第一网络；一个或多个机器，经由较第一网络为下位的第二网络，而分别连接于多个控制装置。多个控制装置各自包括：上位通信部件，经由第一网络而与其他控制装置之间收发第一数据；以及下位通信部件，经由第二网络而与一个或多个机器之间收发第二数据。上位通信部件具有在多个控制装置之间彼此经时刻同步的第一定时器。下位通信部件基于第一定时器的时刻，来决定应开始对一个或多个机器传输第二数据的处理的时机。

根据本揭示的控制***，连接于第一网络的多个控制装置各自具有与其他控制装置彼此经时刻同步的定时器(第一定时器)，因此能够以此定时器的时刻为基准，来决定经由下位的第二网络而与一个或多个现场机器之间收发数据的时机。由此，能够在多个控制装置之间，使收集输入数据的时机或发送输出数据的时机彼此同步。而且，由于多个控制装置彼此进行了时刻同步，因此能够使各个机器的交换数据的时机彼此同步。其结果，能够进行连接于互不相同的控制装置的多个机器的协调控制。

由此，能够在连接于互不相同的控制装置的多个机器之间，使控制时机同步，因此在所述多个机器之间不需要处理的等候，从而能够缩短处理时间。而且，由于多个机器的运行彼此同步，因此能够使运行时机一致，结果，能够提高处理精度。

优选的是，上位通信部件以应开始传输第二数据的处理的时机为基准，基于各多个控制装置中的下位通信部件收发第二数据所需的时间的最大值，来决定应开始传输第一数据的处理的时机。据此，能够在多个控制装置之间，使应开始传输第一数据的处理的时机彼此同步。

优选的是，多个控制装置各自在预定的周期，执行了传输第二数据的处理及传输第一数据的处理后，执行用户程序(user program)。

据此，多个控制装置能够分别基于与其他控制装置之间彼此进行了时刻同步的第一及第二数据来执行用户程序。另外，本说明书中，“用户程序”包含可由用户任意制作的程序。“用户程序”可包含用于实现序列控制的序列程序(sequence program)、用于实现运动(motion)控制的运动程序(motion program)、及应用程序(application program)。

优选的是，下位通信部件具有在与一个或多个机器之间彼此经时刻同步的第二定时器。多个控制装置各自还包括同步部件，所述同步部件用于在第一定时器与第二定时器之间进行时刻同步。据此，能够在多个控制装置之间，使分别连接的一个或多个机器彼此进行时刻同步。

优选的是，上位通信部件依据第一协议来收发第一数据。下位通信部件依据与第一协议不同的第二协议来收发第二数据。同步部件以第一定时器为基准来对第二定时器进行时刻修正。

据此，即使在上位通信部件与下位通信部件依据互不相同的协议来收发数据的情况下，也能够使上位通信部件及下位通信部件之间进行时刻同步。

优选的是，下位通信部件每隔预定的周期来更新第二数据。上位通信部件将第一数据分割为与在各周期中能利用的时间相应的数据大小，并将分割后的各个数据分配给多个周期。

据此，既能保证每隔预定的周期来更新第二数据，又能传输第一数据。

本揭示的一例中，提供一种控制装置，所述控制装置连接于第一网络，并且经由较第一网络为下位的第二网络而与一个或多个机器连接。控制装置包括：上位通信部件，经由第一网络而与其他控制装置之间收发第一数据；以及下位通信部件，经由第二网络而与一个或多个从机(slave)机器之间收发第二数据。上位通信部件具有在其他控制装置之间彼此经时刻同步的第一定时器。下位通信部件基于第一定时器的时刻，来决定应开始对一个或多个机器传输第二数据的处理的时机。

发明的效果

根据本揭示的一例，在多个控制装置经网络连接而成的控制***中，能够实现连接于互不相同的控制装置的多个机器的协调控制。

附图说明

图1是表示本实施方式的控制***的整体结构的一例的示意图。

图2是表示本实施方式的控制***的网络结构例的示意图。

图3是表示本实施方式的控制***的数据通信处理的示意图。

图4是表示本实施方式的控制装置的硬件结构例的框图。

图5是表示用于实现本实施方式的控制处理的控制装置的软件结构的一例的示意图。

图6是用于说明本实施方式的控制装置中的控制处理的调度的示意图。

图7是用于说明对图6所示的控制处理的调度中的、通信处理的开始时机进行决定的处理的示意图。

图8是用于说明对图6所示的控制处理的调度中的、通信处理的开始时机进行决定的处理的流程图。

图9是表示本实施方式的控制***的应用例的示意图。

具体实施方式

§1适用例

首先，使用图2来说明适用本发明的场景的一例。图2是示意性地表示本实施方式的控制***1的主要部分结构的一例的图。

参照图2，在本实施方式的控制***1中，在控制器级的网络11，连接有多个控制装置100A～100C。在多个控制装置100A～100C，分别经由现场网络110而连接有一个或多个现场机器200。网络11对应于本发明的“第一网络”的一实施例，现场网络110对应于本发明的“第二网络”的一实施例。

多个控制装置100A～100C分别经由现场网络110而与一个或多个现场机器200之间收发数据。多个控制装置100A～100C分别进而经由网络11而与其他控制装置之间收发数据。

多个控制装置100A～100C分别具有与其他控制装置彼此经时刻同步的定时器101A～101C(第一定时器)。多个控制装置100A～100C分别还具有与一个或多个现场机器200之间彼此经时刻同步的定时器102(第二定时器)。在多个控制装置100A～100C的各者中，使定时器102(第二定时器)与定时器101(第一定时器)同步。由此，多个控制装置100A～100C的各者能够实质上基于在多个控制装置之间彼此经时刻同步的定时器101的时刻，来决定应开始对现场机器200传输数据的处理的时机(相当于图6的时机T1)。其结果，在多个控制装置100A～100C之间，能够使收集输入数据的时机或发送输出数据的时机彼此同步。而且，由于多个控制装置100A～100C彼此进行了时刻同步，因此能够使各个机器的交换数据的时机彼此同步。其结果，能够实现连接于互不相同的控制装置的多个现场机器200的协调控制。

通过采用此种结构，例如在生产现场，在连接于互不相同的控制装置的多个机器之间，能够使控制时机同步，因此在所述多个机器之间不需要处理的等候，从而能够缩短处理时间。而且，由于多个机器的运行彼此同步，因此能够使运行时机一致，结果，能够提高处理精度(装配精度、加工精度等)。

§2结构例

一边参照附图，一边详细说明本发明的实施方式。另外，对于图中的相同或相当的部分，标注同一符号且不重复其说明。

以下的说明中，作为“控制装置”的典型例，是以PLC(可编程控制器)为具体例来进行说明，但并不限定于PLC的名称，本说明书中揭示的技术思想可适用于任意控制装置。而且，以下也将包含PLC(控制装置)的***整体称作“控制***”。

＜A.控制***的整体结构＞

首先，对本实施方式的控制***的整体结构进行说明。图1是表示本实施方式的控制***1的整体结构的一例的示意图。

参照图1，在控制***1中，网络是多级地连接，对于各级网络，分配各不相同的功能。具体而言，设有四级网络11～14。

网络11为控制级的网络，连接有作为机器控制设备的多个控制装置100A～100C(以下也有时总称为“控制装置100”)、与作为装置/线管理机器的装置/线管理装置190及提供数据采集与监视控制(Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA)功能的显示装置180，在装置间形成能够传输数据的链路(link)。网络2在控制器(控制装置100)与管理机器(装置/线管理装置190及显示装置180)之间构建数据链路。网络11主要提供与控制***相关的信息的传输来作为主要功能。

在控制装置100，连接有传感器(sensor)、致动器(actuator)等各种现场机器。这些现场机器也有时经由安装于控制装置100的输入/输出单元而直接连接，但也有时经由现场网络(field network)而连接。图1所示的结构例中，在控制装置100中，构成有一个或多个现场网络110，在各现场网络110连接一个或多个现场机器200。一个或多个现场机器200各自包含对制造装置或生产线等(以下也总称为“现场”)给予某些物理作用的致动器、及与现场之间交换信息的输入/输出装置等。因此，在图1所示的控制***1中，除了网络11～14这四级以外，还进一步追加现场级的网络。

经由现场网络110而在控制装置100与现场机器200之间交换数据，但这些交换的数据将以数百微秒级(order)～数十毫秒级的极短周期受到更新。另外，此种经交换的数据的更新处理也被称作输入/输出刷新处理。

网络12为管理级的网络，连接有装置/线管理装置190、与制造管理装置300及数据基础装置310，在装置间形成能够传输数据的链路。网络12提供管理信息的交换及装置/线的信息传输来作为主要功能。

网络13为计算机级的网络，连接有制造管理装置300及数据基础装置310、与对生产计划等进行管理的生产管理装置350，在装置间形成能够传输数据的链路。网络13提供生产管理及信息***的数据传输来作为主要功能。

网络14为国际互联网(Internet)等外部网络，连接生产管理装置350与云(cloud)或供应链(supply chain)等。

在图1所示的控制***1中，网络12及其以下的级也称作“工厂网络(factorynetwork)”，提供对用于实际控制机器的数据(以下也有时总称为“控制***数据”)进行交换的控制***通信。另一方面，网络13以上的级也称作“企业网络(corporate network)”，提供对用于监控/管理/控制生产线/工厂中的生产活动等的数据(以下也有时总称为“信息***数据”)进行交换的信息***通信。

对于网络11～14及现场网络110，采用与此种要求特性的差异相应的协议及框架(framework)。例如，作为属于工厂网络的网络11及12的协议，也可使用在通用的Ethernet(注册商标)上安装有控制用协议的作为工业开放式网络的EtherNet/IP(注册商标)。而且，作为现场网络110的协议，也可采用作为机器控制用网络的一例的EtherCAT(注册商标)。另外，网络11的协议(第一协议)与现场网络110的协议(第二协议)既可相同，也可不同。

通过采用此种适合于机器控制的网络技术，能够提供机器间的传输所需的时间得到保证的实时性。但是，一次通信周期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及14的协议，为了确保连接目标的多样性，使用通用的以太网等。通过采用通用的以太网，尽管无法实现实时性，但可发送的数据量等不存在限制。

＜B.概要＞

在图1所示的工厂网络中，连接于网络11的多个控制装置100A～100C分别与经由现场网络110而连接的一个或多个机器200收发数据。具体而言，控制装置100执行：对在现场机器200中收集或生成的数据(输入数据)进行收集的处理(输入处理)、生成针对现场机器200的指令等数据(输出数据)的处理(运算处理)；以及将所生成的输出数据发送至作为对象的现场机器200的处理(输出处理)等。

在现场网络110中，必须保证数据的到达时间。因此，控制装置100具有对数据传输的时机进行规定的、在收发数据的主体(即，一个或多个现场机器200)之间彼此经时刻同步的定时器。

但是，若在多个控制装置100之间未取得时刻同步，则例如连接于一个控制装置100的现场机器200与连接于另一控制装置100的现场机器200之间无法进行时刻同步。其结果，可能产生输入/输出刷新处理的时机不一致的情况，因此难以使连接于互不相同的控制装置100的多个现场机器200联动地运行。

因此，在本实施方式的控制***1中，使多个控制装置100各自具有的定时器彼此进行时刻同步。由此，实现连接于互不相同的控制装置100的多个现场机器200的协调控制。

以下，对本实施方式的控制***1所提供的时刻同步功能进行说明。

＜C.网络结构例＞

接下来，对本实施方式的控制***1的网络结构例进行说明。图2是表示本实施方式的控制***1的网络结构例的示意图。

图2所示的控制***1包含多个控制装置100A～100C与多个现场机器200A～200I。作为一例，控制***1采用至少一部分控制装置进行菊链(daisy chain)连接的网络。控制装置100A～100C分别作为对现场网络110内的数据传输进行管理的主机(master)发挥功能。现场机器200A～200I作为依据来自对应的主机的指令来进行数据传输的从机发挥功能。

控制装置100A～100C连接于控制级的网络11(上位网络)。在网络11，例如连接有线管理装置190。

在连接于控制装置100A的现场网络110，以菊链依序连接有现场机器200A～200C，在连接于控制装置100B的现场网络110，以菊链依序连接有现场机器200D～200F，在连接于控制装置100C的现场网络110，以菊链依序连接有现场机器200G～200I。

在现场网络110内，控制装置100及一个或多个现场机器200均能够视为具有数据传输功能的通信装置。图2所示的示例中，控制装置100及一个或多个现场机器200各自具有下述功能，即，当从邻接地连接的某通信装置收到在网络上传输的数据时，将所述数据根据需要而传输至邻接地连接的另一通信装置。另外，若所收到的数据的目的地为自装置，则不将所述收到的数据传输至其他通信装置，而是由收到所述数据的装置自身来处理所述数据。

本实施方式的控制***1中，在构成现场网络110的多个通信装置，即控制装置100及一个或多个现场机器200之间，收发时机经时刻同步(相当于图中的时刻同步(3))。具体而言，控制装置100及一个或多个现场机器200各自具有彼此经时刻同步的定时器(或者，同步地增量(increment)或减量(decrement)的计数器(counter))，通过这些经时刻同步的定时器或计数器，各自决定数据的发送或接收的时机。

图2所示的示例中，控制装置100A具有定时器102A，现场机器200A～200C分别具有定时器201A～201C。控制装置100A的定时器102A作为主机发挥功能，现场机器200A～200C的定时器以此主机为基准来使时机同步。

控制装置100B具有定时器102B，现场机器200D～200F分别具有定时器201D～201F。控制装置100B的定时器102B作为主机发挥功能，现场机器200D～200F的定时器以此主机为基准来使时机同步。

控制装置100C具有定时器102C，现场机器200G～200I分别具有定时器201G～201I。控制装置100C的定时器102C作为主机发挥功能，现场机器200G～200I的定时器以此主机为基准来使时机同步。

即，控制装置100A～100C各自作为对现场网络110内的数据传输进行管理的主机发挥功能，连接于各控制装置100的现场机器200作为依据来自主机的指令来进行数据传输的从机发挥功能。通过在主机与从机之间使定时器彼此同步，从而能够在构成现场网络110的控制装置100与现场机器200之间使数据的传输时机等彼此一致。

图2所示的示例中，控制装置100A还具有与定时器102A经时刻同步的定时器101A。控制装置100B还具有与定时器102B经时刻同步的定时器101B。控制装置100C还具有与定时器102C经时刻同步的定时器101C(相当于图中的时刻同步(2))。在控制***1中，使定时器101A～101C中的任一个作为控制***1整体的主机发挥功能。以下，此种***整体的主机也称作“主机时钟”。

作为一例，在图2中，控制装置100A的定时器101A被设定为主机时钟，控制装置100B、100C的定时器与此主机时钟进行时刻同步。由此，能够使多个控制装置100A～100B之间彼此时刻同步(相当于图中的时刻同步(1))。

这样，多个控制装置100A～100C各自具有在多个控制装置100A～100C之间彼此经时刻同步的定时器(第一定时器)、及与经由现场网络110而连接的一个或多个现场机器200经时刻同步的定时器(第二定时器)，第一定时器与第一定时器彼此进行了时刻同步。其结果，在控制装置100A及现场机器200A～200C之间经时刻同步的第二定时器(定时器102A)、在控制装置100B及现场机器200D～200F之间经时刻同步的第二定时器(定时器102B)、与在控制装置100C及现场机器200G～200I之间经时刻同步的第二定时器(定时器102C)彼此进行时刻同步。

另外，图2中，对将任一个控制装置100的定时器设定为主机时钟的结构例进行了说明，但也可将外部装置的定时器设定为主机时钟。

＜D.数据通信处理＞

图3是表示本实施方式的控制***1的数据通信处理的示意图。参照图3，在连接于现场网络110的控制装置100A与多个现场机器200A～200C之间，根据预定的***周期来交换数据。

在控制装置100B与多个现场机器200D～200F之间、及控制装置100C与多个现场机器200G～200I之间，也根据***周期来交换数据。通过此种数据的交换，实现控制装置100及现场机器的控制运行。以下的说明中，也将现场网络110上的通信称作“下位网络(NW)通信”。

在连接于上位网络11的控制装置100A～100C之间，根据预定的***周期，对各控制装置通过输入处理而从现场机器200收集的数据、通过运算处理而生成的输出数据等进行交换。通过此种数据的交换，能够使连接于控制装置100A的现场机器200、连接于控制装置100B的现场机器200及连接于控制装置100C的现场机器200联动地运行。以下的说明中，也将网络11上的通信称作“上位网络(NW)通信”。

本实施方式的控制***1中，应开始下位网络通信中的数据传输的时机是基于在多个控制装置100A～100C之间彼此经时刻同步的定时器(第一定时器)的时刻来决定。由此，在多个控制装置100A～100C之间，能够使与现场机器200之间交换数据的时机等彼此一致，因此，结果能够使现场机器200的控制时机同步。

＜E.控制装置的硬件结构例＞

接下来，对本实施方式的控制装置100的硬件结构进行说明。

图4是表示本实施方式的控制装置100的硬件结构例的框图。控制装置100典型的是也可以PLC(可编程控制器)为基础而构成。

参照图4，控制装置100包含处理器103、存储器104、贮存器106、网络控制器130及现场网络控制器140，以作为主要的组件。

处理器103读出并执行保存在贮存器106中的***程序107及用户应用程序108，由此来实现包含如后所述的处理的各种处理。存储器104包含动态随机存取存储器(DynamicRandom Access Memory，DRAM)或静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)等易失性存储装置。贮存器106除了用于对控制装置100的各部进行控制的***程序107以外，还保存有根据控制对象等来设计的用户应用程序108。

网络控制器130提供接口，供控制装置100经由网络11而与其他装置之间交换数据。网络控制器130包含收发控制器131、收发缓冲器132及定时器101，以作为主要的组件。

收发控制器131进行与在网络11上以固定周期来传输的数据包的生成及接收相关的处理。具体而言，收发控制器131将从网络11收到的数据包中所保存的数据写入至收发缓冲器132。收发控制器131依序读出被写入至收发缓冲器132的接收数据包，并且仅将所述读出的数据中的、控制装置100的处理所需的数据输出至处理器103。收发控制器131根据来自处理器103的指令，将应发送给其他装置的数据或者数据包依序写入至收发缓冲器132。保存在收发缓冲器132中的数据是根据在网络控制器130上转发数据包的周期而依序送出。

定时器101产生脉冲，所述脉冲成为从收发控制器131指示数据的发送等的时机的基准。作为定时器101，可使用实时时钟、或者以规定周期进行增加计数(增量)的自由运行计数器(free run counter)。通过将自由运行计数器所输出的计数值作为从某时间点计起的经过时间进行处理，从而能够计算当前时刻，由此，能够作为定时器发挥功能。

现场网络控制器140提供接口，供控制装置100经由现场网络110来与现场机器200之间交换数据。现场网络控制器140包含收发控制器141、收发缓冲器142及定时器102，以作为主要的组件。这些组件的功能与网络控制器130的对应的组件的功能同样，因此不重复详细的说明。

现场机器200实现控制***1对各种机械或设备的控制。典型的是，现场机器200各自负责从作为控制对象的机械或设备等收集现场信息、或者向作为控制对象的机械或设备输出指令信号等。现场机器200包含现场网络控制器210、及用于对现场网络110上的数据转发进行管理的控制逻辑214，以作为主要的组件。

现场网络控制器210提供接口，供现场机器200经由现场网络110来与控制装置100之间交换数据。现场网络控制器210包含收发控制器212及定时器201，以作为主要的组件。收发控制器212进行针对在现场网络110上转发的通信帧的数据写入及数据读出。定时器201产生时钟，所述时钟成为对收发控制器212输出指令或者在现场机器200中执行处理等的时机的基准。作为定时器201，使用实时时钟或自由运行计数器。

网络控制器130对应于本发明中的“上位通信部件”的一实施例。网络控制器130的定时器101如图2所示，与其他控制装置100的网络控制器130的定时器101进行时刻同步。即，定时器101对应于本发明中的“第一定时器”的一实施例。

现场网络控制器140对应于本发明中的“下位通信部件”的一实施例。现场网络控制器140的定时器102如图2所示，与现场机器200的定时器201进行时刻同步。即，定时器102对应于本发明中的“第二定时器”的一实施例。

＜F.软件结构＞

接下来，对用于实现本实施方式的控制处理的软件结构的一例进行说明。图5是表示用于实施本实施方式的控制处理的控制装置100的软件结构的一例的示意图。

参照图5，在控制装置100的处理器103中执行调度程序(scheduler)170。调度程序170根据预定的***周期，来决定多个处理的执行顺序或执行中断等。更具体而言，调度程序170根据预定的优先级及***周期等，对用户应用执行处理171、包含各种处理的周边处理172、上位网络通信处理173、下位网络通信处理174与时刻同步处理175分配处理资源(resource)(处理器时间及存储器等)。

用户应用执行处理171包含与用户应用程序108(参照图4)的执行相关的处理。

上位网络通信处理173包含与上位网络通信所涉及的数据相关的处理，例如数据制作、编码(encoding)、解码(decoding)、提取、加工编辑等。同样，下位网络通信处理174包含与下位网络通信所涉及的数据相关的处理。

时刻同步处理175包含与时刻同步相关的处理。例如，在自身的控制装置100的定时器101被设定为主机时钟的情况下，时刻同步处理175包含下述处理等，即，为了与其他控制装置100及现场机器200之间取得时刻同步，以定时器101为基准，对其他控制装置100及现场机器200的定时器进行调整。或者，在其他控制装置100的定时器101被设定为主机时钟的情况下，时刻同步处理175包含下述处理，即，以其他控制装置100的定时器101为基准，对自身的定时器101及现场机器200的定时器201进行调整。

进而，在控制装置100的处理器103中，安装有通信驱动器176，通信驱动器176对网络控制器(参照图4)等进行控制。

＜G.控制处理的调度＞

接下来，对本实施方式的控制装置100中的控制处理的调度进行说明。

图6是用于说明本实施方式的控制装置100中的控制处理的调度的示意图。图6中，表示了连接于网络11的多个控制装置100A～100C中的控制处理的执行时机。

参照图6，在控制装置100A～100C的各者中，根据预定的***周期Ts，来执行上位网络通信处理、下位网络通信处理、序列处理及运动处理。

上位网络通信处理是如图3所示那样，在多个控制装置100A～100C之间，经由上位网络11来交换数据的处理。在上位网络通信处理中，执行对输入数据及输出数据进行更新的输入/输出刷新处理。在输入/输出刷新处理中，从其他控制装置100收集输入数据，并且将在之前的***周期Ts中运算出的输出数据提供给其他控制装置100。

下位网络通信处理是如图3所示那样，在控制装置100与现场机器200之间经由现场网络110来交换数据的处理。在下位网络通信处理中，执行对输入数据及输出数据进行更新的输入/输出刷新处理。在输入/输出刷新处理中，从现场机器200收集输入数据，并且将在之前的***周期Ts中通过运动处理而运算出的输出数据提供给现场机器200。

序列处理基本上是由运算输入值、输出值、内部值等的一个或多个逻辑电路来执行所记述的程序(序列程序)的处理。另外，序列程序也可为表达电气电路的程序。

运动处理是如下所述的处理，即，对于伺服马达(servo motor)等致动器，将位置、速度、加速度、急动度、角度、角速度、角加速度、角急动度等数值作为指令来进行运算。

图6的示例中，在控制装置100A～100C的各者中，首先，优先分配下位网络通信处理。具体而言，对于***周期Ts，分配下位网络通信处理所需的处理时间(以下也称作“下位网络通信处理时间”)t1。对于***周期Ts中的、除了下位网络通信处理时间t1以外的剩余时间，分配上位网络通信处理所需的处理时间、序列处理所需的处理时间、及运动处理所需的处理时间。

在本实施方式的调度中，使应开始下位网络通信处理的时机(相当于图中的时机T1)在多个控制装置100A～100C之间彼此一致。在本实施方式的调度中，进而使应开始上位网络通信处理的时机(相当于图中的时机T2)在多个控制装置100A～100C之间彼此一致。由此，能够在多个控制装置100A～100C之间，使输入数据的获取时机及输出数据的输出时机彼此一致。

另外，上位网络通信并非在全部的***周期中产生，因此在多个控制装置100A～100C中的任一个控制装置中，也有时以***周期中的除了下位网络通信处理时间以外的剩余时间来进行序列处理及运动处理。此时，在除了所述控制装置以外的剩余的控制装置之间，使应开始上位网络通信处理的时机一致。

或者，产生下述情况：因在多个控制装置100A～100C之间使应开始上位网络通信处理的时机一致，因而在任一个控制装置中，除了上位网络通信处理时间以外的剩余时间变少，从而无法在***周期内确保执行序列处理及运动处理所需的时间。此种情况下，在所述控制装置中，将成为上位网络通信对象的数据分割为与在各***周期中可利用的通信时间相应的数据大小，并将分割后的各个数据分配给多个***周期。

图8是用于说明对图6所示的控制处理的调度中的、通信处理的开始时机进行决定的处理的流程图。图8所示的处理典型的是典型的是使用支持装置400(参照图7)来执行。

如图7所示，在控制装置100，可连接有支持装置400。支持装置400是支持控制装置100对控制对象进行控制所需的准备的装置。具体而言，支持装置400提供：由控制装置100所执行的程序的开发环境(程序制作编辑工具、分析器(parser)、编译器(compiler)等)；用于对控制装置100及连接于控制装置100的各种器件的参数(配置(configuration))进行设定的设定环境；将所生成的用户程序输出至控制装置100的功能；在线(online)对控制装置100上执行的用户程序等进行修正/变更的功能等。支持装置400包含安装(install)有设定工具的个人计算机(Personal Computer，PC)等。

另外，图7所示的控制***1中，控制装置100与支持装置400是作为独立体而构成，但也可采用将支持装置400的功能搭载于控制装置100的结构。

参照图8，首先，根据上位网络11中的时刻同步协议，在多个控制装置100之间，使网络控制器130的定时器101彼此时刻同步(步骤S10)。通过采用电气与电子工程师协会(Institute of Electrical and Electronics Engineers，IEEE)158、IEEE802.1AS、IEEE802.1AS等高精度时间同步协议来作为时刻同步协议，从而能够实现时刻同步。

图2的示例中，将多个控制装置100A～100C中的任一个(例如控制装置100A)的定时器101设定为主机时钟，并且使其他控制装置(例如控制装置100B、100C)的定时器101与此主机时钟进行时刻同步。通过步骤S10的处理，如图2所示，在多个控制装置100A～100C之间，网络控制器130的定时器101将彼此时刻同步(相当于图2的时刻同步(1))。

接下来，在多个控制装置100的各者中，使现场网络控制器140的定时器102与网络控制器130的定时器101进行时刻同步，所述网络控制器130的定时器101已与其他控制装置100之间进行了时刻同步(步骤S20)。

为了实现此种控制装置100内部的多个定时器间的时刻同步，对网络控制器130的定时器101安装同步功能，对现场网络控制器140的定时器102执行锁存(latch)功能。定时器101的同步功能是以自身的定时器为基准来调整定时器102的功能。定时器102的锁存功能是以定时器101为基准来调整自身的定时器的功能。定时器101的同步功能是在定时器101以指定的时机来对同步信号进行断言(assert)时，通知所述同步信号被断言的时刻。锁存功能是在探测到来自定时器101的同步信号时，基于自身所保持的时刻与先前通知的时刻的差值，来修正定时器102的时刻。通过步骤S20的处理，如图2所示，在控制装置100A～100C中分别实现定时器101与定时器102之间的时刻同步(相当于图2的时刻同步(2))。在各控制装置100中，进而使现场机器200所具有的定时器201与现场网络控制器140的定时器102进行时刻同步(相当于图2的时刻同步(3))。其结果，与多个控制装置100分别连接的现场机器200均与作为主机时钟的定时器101进行时刻同步。

接下来，以作为主机时钟的定时器101所管理的时刻为基准，来决定多个控制装置100各自的通信处理的调度。图6的示例中，首先决定应开始下位网络通信处理的时机T1(步骤S30)。在步骤S30中，所述时刻同步处理完成后的最初的***周期Ts中的时机T1被设定为从开始时刻同步处理的时机T0经过了规定时间α的时机(T1＝T0+α)。所述规定时间α被设定为包含时刻同步处理所需的时间。

另外，如图6所示，下位网络通信处理是在每个***周期Ts执行。第二次以后的***周期Ts中的时机T1被设定为：对前次的***周期Ts中的时机T1加上相当于***周期Ts的时间所得的时机(T1(此次的***周期)＝T1(前次的***周期)+Ts)。

接下来，对于多个控制装置100，分别算出下位网络通信处理所需的时间(以下也称作“下位网络通信处理时间t1”)(步骤S40)。下位网络通信处理时间t1取决于控制装置100与现场机器200之间的通信状况，因此如图6所示，每个控制装置100可能为不同的长度。控制装置100与现场机器200之间的通信状况包含：在控制装置100与现场机器200之间交换的数据大小、用于传输数据的通信频带、将送出至现场网络110上的数据传输至现场机器200为止所需的时间、及从各现场机器200收到数据开始直至可从现场机器200输出与此接收数据对应的信号为止所需的时间等。这些要素的至少一部分可由用户使用安装于支持装置400的设定工具来进行设定。对于多个控制装置100，分别基于由用户所设定的要素来算出下位网络通信处理时间t1。

接下来，算出通过步骤S40而对每个控制装置100算出的下位网络通信处理时间t1中的、其值为最大者，来作为“最大下位网络通信处理时间t1_low”(步骤S50)。

接下来，决定多个控制装置100各自的、连接于现场网络110的现场机器200的控制时机。在现场网络110连接有多个现场机器200的情况下，所述多个现场机器200的控制时机是基于多个现场机器200中的、收到数据的时机为最迟的现场机器200收到数据的时机来决定。

接下来，在多个控制装置100的各者中，决定应开始上位网络通信处理的时机T2(步骤S70)。应开始上位网络通信处理的时机T2是以在步骤S30中决定的、应开始下位网络通信处理的时机T1为基准，基于最大下位网络通信处理时间t1_low来决定。图6的示例中，时机T2被设定为对时机T1加上最大下位网络通信处理时间t1_low所得的时机(T2＝T1+t1_low)。

这样，通过使应开始下位网络通信的时机T1在多个控制装置100之间一致，从而能够在多个控制装置100之间，使针对现场机器200的输入/输出刷新处理的时机彼此同步。进而，通过使应开始上位网络通信的时机T2在多个控制装置100之间一致，从而能够在执行彼此独立的控制的多个控制装置100之间使输入/输出刷新处理的时机彼此同步。由此，能够在多个控制装置100之间使现场机器200的控制时机同步。其结果，连接于互不相同的控制装置100的多个现场机器200的协调控制成为可能。

＜H.应用例＞

图9是表示本实施方式的控制***1的应用例的示意图。图9表示了在机器人(robot)装配***中适用本实施方式的控制***1的示例。

参照图9，机器人装配***包含多关节机器人700、及保持工件W的XY载台(stage)750。图9中表示将由多关节机器人700的前端所握持的零件***至设于工件W的孔内的应用例。

控制装置100A经由现场网络110而与各种现场机器200连接。典型的是，控制装置100A也可作为PLC而具现化。现场机器200包含远程输入/输出(Input/Output，I/O)装置510与伺服驱动器520、530。

典型的是，远程I/O装置510包含：通信耦合器(coupler)，经由现场网络110来进行通信；以及输入/输出部，用于进行输入数据的获取及输出数据的输出。在远程I/O装置510，连接有输入继电器或各种传感器等收集输入数据的装置以及输出继电器、接触器(contactor)、伺服驱动器及其他任意的致动器等对现场给予某些作用的装置。

伺服驱动器520根据来自控制装置100A(PLC)的输出数据(例如位置指令或速度指令等)，来驱动对XY载台750的X轴进行驱动的伺服马达752。伺服驱动器530根据来自控制装置100A的输出数据，来驱动对XY载台750的Y轴进行驱动的伺服马达754。

控制装置100B经由现场网络110而与现场机器200连接。现场机器200包含多关节机器人700。典型的是，控制装置100B也可作为机器人控制器而具现化。

即，在机器人装配***中，多关节机器人700是由控制装置100B(机器人控制器)予以驱动，XY载台750是由控制装置100A(PLC)予以驱动。由于必须使多关节机器人700及XY载台750联动，因此控制装置100A及控制装置100B均经由上位网络11而与上位控制器195连接。上位控制器195对控制装置100A及控制装置100B给予指令。

控制装置100A使用经由远程I/O装置510而获取的输入数据及内部数据，依据序列控制来运算输出数据，并将运算出的输出数据从远程I/O装置510予以输出。控制装置100A将在运动控制中运算出的指令值给予至各个伺服驱动器520，由此，将配置于XY载台750上的工件W定位至适当的位置。

另一方面，针对多关节机器人700的控制是通过独立于控制装置100A(PLC)而配置的控制装置100B(机器人控制器)来实现。控制装置100B通过逐次执行机器人程序中记述的命令，从而使多关节机器人700进行预定的举动。

控制装置100A及控制装置100B分别执行独立的控制处理，因此，为了使XY载台750与多关节机器人700联动地运行，在上位网络11上交换各个装置的信息。

在本实施方式的机器人装配***中，控制装置100A具有与远程I/O装置510及伺服驱动器520之间彼此经时刻同步的定时器，控制装置100B具有与多关节机器人700之间彼此经时刻同步的定时器。并且，使位于控制装置100A及控制装置100B的任一者中的定时器作为控制***1整体的主机(主机时钟)发挥功能，由此来使控制装置100A与控制装置100B进行时刻同步。

通过进行基于此同步时刻的通信处理的调度，使应开始在控制装置100A与远程I/O装置510及伺服驱动器520之间收发数据的处理的时机、与应开始在控制装置100B与多关节机器人700之间收发数据的处理的时机彼此一致。进而，在控制装置100A与控制装置100B之间，使应开始收发数据的处理的时机一致。

通过采用此种结构，在远程I/O装置510及伺服驱动器520与多关节机器人700之间，能够使输出数据的时机或更新数据的时机彼此同步。其结果，例如在将加工前的工件W配置于规定位置，或者取出已装配完毕的工件W时，能够在多关节机器人700与XY载台750之间使控制时机同步。由此，在多关节机器人700与XY载台750之间，不需要处理的等候，因此能够缩短处理时间。而且，由于XY载台750的运行与多关节机器人700的运行同步，因此既能使XY载台750运行，又能在使多关节机器人700运行时，使运行时机一致，因此能够提高装配精度。

＜I.优点＞

根据本实施方式的控制***1，连接于同一上位网络的多个控制装置各自具有与其他控制装置彼此经时刻同步的定时器(第一定时器)，因此能够以此定时器的时刻为基准，来决定经由下位网络而与一个或多个现场机器之间收发数据的时机。由此，在多个控制装置之间，能够使收集输入数据的时机或发送输出数据的时机彼此同步。而且，由于多个控制装置彼此进行了时刻同步，因此能够使各个机器的交换数据的时机彼此同步。其结果，能够进行连接于互不相同的控制装置的多个机器的协调控制。

由此，在连接于互不相同的控制装置的多个机器之间，能够使控制时机同步，因此在所述多个机器之间不需要处理的等候，从而能够缩短处理时间。而且，由于多个机器的运行彼此同步，因此能够使运行时机一致，结果，能够提高处理精度。

[附注]

如上所述，本实施方式包含以下所示的揭示。

(1)本实施方式中，提供一种控制***(1)，其包括：多个控制装置(100)，连接于第一网络(11)；一个或多个机器(200)，经由较第一网络(11)为下位的第二网络(110)，而分别连接于多个控制装置(100)。多个控制装置(100)各自包括：上位通信部件，经由第一网络(11)而与其他控制装置(200)之间收发第一数据；以及下位通信部件，经由第二网络(110)而与一个或多个机器(200)之间收发第二数据。上位通信部件具有在多个控制装置(100)之间彼此经时刻同步的第一定时器(101)。下位通信部件基于第一定时器(101)的时刻，来决定应开始对一个或多个机器(200)传输第二数据的处理的时机(图6的时机T1)。

(2)所述控制***(1)中，优选的是，上位通信部件以应开始传输第二数据的处理的时机(图6的时机T1)为基准，基于各多个控制装置(100)中的下位通信部件收发第二数据所需的时间(图6的时间t1)的最大值，来决定应开始传输第一数据的处理的时机(图6的时机T2)。

(3)所述控制***(1)中，优选的是，多个控制装置(100)各自在预定的周期，执行了传输第二数据的处理及传输第一数据的处理后，执行用户程序。

(4)所述控制***(1)中，优选的是，下位通信部件具有在与一个或多个机器(200)之间彼此经时刻同步的第二定时器(102)。多个控制装置(100)各自还包括同步部件，所述同步部件用于在第一定时器(101)与第二定时器(102)之间进行时刻同步。

(5)所述控制***(1)中，优选的是，上位通信部件依据第一协议来收发第一数据。下位通信部件依据与第一协议不同的第二协议来收发第二数据。同步部件以第一定时器(101)为基准来对第二定时器(102)进行时刻修正。

(6)所述控制***(1)中，优选的是，下位通信部件每隔预定的周期来更新第二数据。上位通信部件将第一数据分割为与在各周期中能利用的时间相应的数据大小，并将分割后的各个数据分配给多个周期。

(7)本实施方式中，提供一种控制装置(100)，所述控制装置(100)连接于第一网络(11)，并且经由较第一网络(11)为下位的第二网络(110)而与一个或多个机器(200)连接。控制装置(100)包括：上位通信部件，经由第一网络(11)而与其他控制装置(100)之间收发第一数据；以及下位通信部件，经由第二网络(110)而与一个或多个机器(200)之间收发第二数据。上位通信部件具有在其他控制装置(100)之间彼此经时刻同步的第一定时器(101)。下位通信部件基于第一定时器(101)的时刻，来决定应开始对一个或多个机器(200)传输第二数据的处理的时机。

应认为，此次揭示的实施方式在所有方面仅为例示而非限制者。本发明的范围是由权利要求而非所述说明所示，且意图包含与权利要求均等的含义及范围内的所有变更。

符号的说明

1：控制***

2、11～14：网络

101(101A～101C)：定时器(第一定时器)

102(102A～102C)：定时器(第二定时器)

201(201A～201I)：定时器

103：处理器

104：存储器

106：贮存器

107：***程序

108：用户应用程序

110：现场网络

130：网络控制器

131、141、212：收发控制器

132、142：收发缓冲器

140、210：现场网络控制器

170：调度程序

171：用户应用执行处理

172：周边处理

173：上位网络通信处理

174：下位网络通信处理

175：时刻同步处理

176：通信驱动器

180：显示装置

190：线管理装置

195：上位控制器

200(200A～200I)：现场机器(机器)

214：控制逻辑

300：制造管理装置

3120：数据基础装置

350：生产管理装置

400：支持装置

510：远程I/O装置

520、530：伺服驱动器

700：多关节机器人

750：载台

752、754：伺服马达

Claims (7)

1.一种控制***，其包括：

多个控制装置，连接于第一网络；

一个或多个机器，经由较所述第一网络为下位的第二网络，而分别连接于所述多个控制装置，

所述多个控制装置各自包括：

上位通信部件，经由所述第一网络而与其他控制装置之间收发第一数据；以及

下位通信部件，经由所述第二网络而与所述一个或多个机器之间收发第二数据，

所述上位通信部件具有在所述多个控制装置之间彼此经时刻同步的第一定时器，

所述下位通信部件基于所述第一定时器的时刻，来决定应开始对所述一个或多个机器传输所述第二数据的处理的时机。

2.根据权利要求1所述的控制***，其中

所述上位通信部件以应开始传输所述第二数据的处理的时机为基准，基于各所述多个控制装置中的所述下位通信部件收发所述第二数据所需的时间的最大值，来决定应开始传输所述第一数据的处理的时机。

3.根据权利要求1或2所述的控制***，其中

所述多个控制装置各自在预定的周期，执行了传输所述第二数据的处理及传输所述第一数据的处理后，执行用户程序。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的控制***，其中

所述下位通信部件具有在与所述一个或多个机器之间彼此经时刻同步的第二定时器，

所述多个控制装置各自还包括同步部件，所述同步部件用于在所述第一定时器与所述第二定时器之间进行时刻同步。

5.根据权利要求4所述的控制***，其中

所述上位通信部件依据第一协议来收发所述第一数据，

所述下位通信部件依据与所述第一协议不同的第二协议来收发所述第二数据，

所述同步部件以所述第一定时器为基准来对所述第二定时器进行时刻修正。

6.根据权利要求1所述的控制***，其中

所述下位通信部件每隔预定的周期来更新所述第二数据，

所述上位通信部件将所述第一数据分割为与在各周期中能利用的时间相应的数据大小，并将分割后的各个数据分配给多个周期。

7.一种控制装置，其连接于第一网络，并且经由较所述第一网络为下位的第二网络来与一个或多个机器连接，所述控制装置包括：

上位通信部件，经由所述第一网络而与其他控制装置之间收发第一数据；以及

下位通信部件，经由所述第二网络而与所述一个或多个机器之间收发第二数据，

所述上位通信部件具有在所述其他控制装置之间彼此经时刻同步的第一定时器，

所述下位通信部件基于所述第一定时器的时刻，来决定应开始对所述一个或多个机器传输所述第二数据的处理的时机。

Images