JPH11345177A - プロセスデータ入出力システムおよびプロセスデータ入出力方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 時間的に高分解能なシステムを実現するため
には高いビットレートの通信速度を持つネットワークが
必要となり、システムが高価となる。 【解決手段】 各ＰＩＯ装置１に時計を持たせず、比較
的単純なカウンタ回路を用いてＰＩＯ装置１でサンプリ
ングされたプロセスデータの採取時間を知るように構成
したので、低速なシリアル通信ネットワーク３を用いて
も時間の分解能が落ちず、時間的に高分解能なプロセス
データ入出力システムを安価に実現できる。また、基準
となる時計はコントローラのシリアル通信ＮＩ／Ｆ２に
のみ設けるようにしたので、複雑な時刻合わせの手順が
不要となり、時刻精度の高いシステムが簡単に得られ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、発電プラントや
鉄鋼プラントなどに設けられ、コントローラのシリアル
通信ネットワークインタフェースにシリアル通信ネット
ワークを介して現場に設置されるプラント機器の近くに
分散配置された複数のプロセス入出力装置が接続され、
それらコントローラおよびプロセス入出力装置間でプロ
セスデータの入出力を行うプロセスデータ入出力システ
ムおよびプロセスデータ入出力方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図１４は例えば三菱電機株式会社発行の
ＣＣ−Ｌｉｎｋ説明書（ＢＴＰ−０５００６−Ｆ，１９
９７年４月発行）に示された従来のプロセスデータ入出
力システムを示す構成図およびその動作説明図であり、
図において、１は複数のプロセス入出力装置（以下、Ｐ
ＩＯ装置と呼ぶ）、４はプラントコントローラ、２はプ
ラントコントローラ４のシリアル通信ネットワークイン
タフェース（以下、シリアル通信ＮＩ／Ｆと呼ぶ）であ
る。３はＰＩＯ装置１とプラントコントローラ４のシリ
アル通信ＮＩ／Ｆ２間を接続するシリアル通信ネットワ
ークである。

【０００３】次に動作について説明する。各ＰＩＯ装置
１はセンサ，バルブおよびスイッチなどのプラント機器
の近くに分散設置され、シリアル通信ネットワーク３お
よびシリアル通信ＮＩ／Ｆ２を経由してプラントコント
ローラ４と入出力を行う。プラントコントローラ４のシ
リアル通信ＮＩ／Ｆ２はＰＩＯ装置１に対し一定周期で
プロセスデータの入出力を行う。一般的にはプロセスデ
ータの同時性を確保するために、プロセスデータ出力は
一斉同報通信により各ＰＩＯ装置１に同時に行われ、そ
の後、プロセスデータ入力はプラントコントローラ４の
シリアル通信ＮＩ／Ｆ２とＰＩＯ装置１が互いに通信し
ながら各ＰＩＯ装置１一台ずつ行われる。全てのＰＩＯ
装置１に対する入力処理が完了した後、次の入出力サイ
クルを開始する。このプロセスデータ入出力の繰り返し
周期がスキャン周期Ｔ_SCANである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のプロセスデータ
入出力システムは以上のように構成されているので、プ
ラント制御システムでは、プラント機器の動作や制御情
報を記録し解析するために、プロセス情報の変化を時刻
付きのシーケンシャルデータとして収集することが求め
られる。ところがスキャン周期Ｔ_SCANより短い時間で変
化するプロセスデータをプラントコントローラ４に入力
することができず、時間的分解能に制約があった。ま
た、時間的に高分解能なプロセスデータ入出力システム
を実現するためには高速のスキャン周期が必要となり、
高いビットレートの通信速度を持つネットワークや高速
な通信制御回路を有するＰＩＯ装置やコントローラのネ
ットワークインタフェースが必要となり、これらによっ
てシステムが高価となるなどの課題があった。

【０００５】また、プラントコントローラ４がシリアル
通信ネットワーク３を介さずに直接プラント機器からプ
ロセスデータを入力する場合には、ＰＩＯ装置１に要求
された時間精度を有する時計を持たせ、ディジタルデー
タに変化が発生した時刻もしくは、アナログデータをサ
ンプリングした時刻をプロセスデータ値と共にプラント
コントローラ４に入力する方法が一般に考えられる。し
かし、シリアル通信ネットワーク３を介して接続される
ＰＩＯ装置１の各々にこの様な時計を持たせ、時刻付き
プロセスデータを入力するとなると各ＰＩＯ装置１が高
価になるだけでなく、プラントコントローラ４と各ＰＩ
Ｏ装置１に内蔵の時計との間の時刻合わせに非常に複雑
な手順が必要となるなどの課題があった。

【０００６】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、各プロセス入出力装置に時計を持
たせることなく、また比較的通信速度が低速なシリアル
通信ネットワークを用いて、時間的に高分解能なプロセ
スデータ収集が可能なプロセスデータ入出力システムお
よびプロセスデータ入出力方法を得ることを目的とす
る。

【０００７】また、この発明は、１スキャン周期に１回
だけプロセスデータを送信すればよいような通常のプロ
セス入出力装置と、高精度のサンプリング時刻が必要な
プロセス入出力装置との混在を可能とするプロセスデー
タ入出力システムを得ることを目的とする。

【０００８】さらに、この発明は、サンプリング周期が
異なる複数のプロセス入出力装置を同一のシステム内で
混在して使用可能とし、且つ各プロセス入出力装置は要
求仕様に応じたコストで構成可能とするプロセスデータ
入出力システムを得ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明に係るプロセス
データ入出力システムは、要求時間分解能に応じたサン
プリング周期でプロセスデータを収集し同期フレームの
受信を起点としてデータ蓄積手段に書き込む書き込み制
御手段、データ送信要求に応じてデータ蓄積手段に書き
込まれたプロセスデータを送信するデータ送信手段から
成る複数のプロセス入出力装置と、複数のプロセス入出
力装置に同期フレームを送信すると共にその同期フレー
ム発生時刻を管理し、それらプロセス入出力装置にデー
タ送信要求を送信すると共にそれらプロセス入出力装置
から各プロセスデータを受信し、その同期フレーム発生
時刻とそれらプロセス入出力装置のサンプリング周期と
に基づいて算出した時刻情報を受信された各プロセスデ
ータに付加する制御手段、その制御手段により時刻情報
を付加された各プロセスデータを格納するデータ格納手
段から成るシリアル通信ネットワークインタフェースと
を備えたものである。

【００１０】この発明に係るプロセスデータ入出力シス
テムは、プロセス入出力装置に、同期フレームの区間に
データ蓄積手段に書き込まれたプロセスデータの個数を
計数する計数手段を備え、データ送信手段からそれらプ
ロセスデータにその計数データを併せて送信し、シリア
ル通信ネットワークインタフェースは、制御手段におい
て同期フレーム発生時刻とその計数データとプロセス入
出力装置のサンプリング周期とに基づいて時刻情報を算
出し、受信された各プロセスデータに付加するようにし
たものである。

【００１１】この発明に係るプロセスデータ入出力シス
テムは、プロセス入出力装置に、計数手段による計数値
がデータ蓄積手段の最大許容容量を越えたことを検出す
るあふれ検出手段を備え、データ送信手段からそれらプ
ロセスデータにそのあふれデータを併せて送信し、シリ
アル通信ネットワークインタフェースは、制御手段にお
いてそのあふれデータがその最大許容容量を越えたこと
を示している場合に、データ蓄積手段の最大許容容量分
のプロセスデータを有効とするようにしたものである。

【００１２】この発明に係るプロセスデータ入出力シス
テムは、プロセス入出力装置に、要求時刻精度で発振す
る要求時刻精度クロックと、その要求時刻精度クロック
とは異なる周期で発振するサンプリングクロックと、同
期フレームの受信から最初のサンプリングクロックまで
の遅延時間を要求時刻精度クロックを計数することによ
って検出する誤差計数手段とを備え、データ送信手段か
らそれらプロセスデータにその計数データを併せて送信
し、シリアル通信ネットワークインタフェースは、制御
手段において同期フレーム発生時刻とその計数データと
プロセス入出力装置のサンプリング周期とに基づいて時
刻情報を算出し、受信された各プロセスデータに付加す
るようにしたものである。

【００１３】この発明に係るプロセスデータ入出力シス
テムは、シリアル通信ネットワークインタフェースに、
各プロセス入出力装置が時系列に蓄積されたプロセスデ
ータを有するか否か、そのサンプリング周期およびデー
タ蓄積手段容量の属性を各プロセス入出力装置毎に設定
自在な属性テーブルを備え、制御手段においてその属性
テーブルに設定された属性に応じて複数の属性の異なる
プロセス入出力装置から受信された各プロセスデータに
時刻情報を付加するようにしたものである。

【００１４】この発明に係るプロセスデータ入出力方法
は、複数のプロセス入出力装置では、要求時間分解能に
応じたサンプリング周期でプロセスデータを収集して蓄
積し、シリアル通信ネットワークインタフェースでは、
それらプロセス入出力装置に１スキャン毎の同期フレー
ムを送信すると共にその同期フレーム発生時刻を管理
し、それらプロセス入出力装置では、前回スキャンと今
回スキャンの同期フレームの区間に蓄積されたプロセス
データを一括してそのシリアル通信ネットワークインタ
フェースに送信し、そのシリアル通信ネットワークイン
タフェースでは、その同期フレーム発生時刻とそれらプ
ロセス入出力装置のサンプリング周期とに基づいて算出
した時刻情報を受信された各プロセスデータに付加して
蓄積するようにしたものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１によるプ
ロセスデータ入出力システムにおけるプロセスデータ入
出力装置を示すブロック図であり、図において、１は複
数のプロセス入出力装置（以下、ＰＩＯ装置と呼ぶ）、
１０は通信制御回路（データ送信手段）、１０１はその
通信制御回路１０の中の受信バッファ、１０２は送信バ
ッファである。１１はプロセスデータ入出力回路、１２
はサンプリングクロック、１３はバッファ書き込み制御
回路（書き込み制御手段）であり、サンプリングしたプ
ロセスデータの蓄積バッファヘの書き込み制御と同期フ
レームのタイミングで蓄積バッファ１４と蓄積バッファ
１５を切り替える制御を行うものである。１４は蓄積バ
ッファ（データ蓄積手段）、１５は蓄積バッファ（デー
タ蓄積手段）、１６はデータを送信する際に２つの蓄積
バッファ１４，１５を順次切り替えて送信バッファ１０
２に書き込む送信データ選択回路である。尚、３はシリ
アル通信ネットワークであり、このシリアル通信ネット
ワーク３を介して後述するシリアル通信ネットワークイ
ンタフェースに接続されるものである。

【００１６】また、図２はこの発明の実施の形態１のプ
ロセスデータ入出力システムにおけるコントローラのシ
リアル通信ネットワークインタフェースを示すブロック
図であり、図において、２はコントローラのシリアル通
信ネットワークインタフェース（以下、シリアル通信Ｎ
Ｉ／Ｆと呼ぶ）、２０は通信制御回路、２０１は通信制
御回路２０の中の受信バッファ、２０２は送信バッフ
ァ、２１はマイクロプロセッサ（制御手段）、２２はマ
イクロプロセッサ２１の処理で必要なデータを読み書き
するローカルメモリ、２３はシリアル通信ネットワーク
３を介して各ＰＩＯ装置１から入力したプロセスデータ
をコントローラから読み出せるように格納するプロセス
データメモリ（データ格納手段）、２４はプロセスデー
タ入力時にタイムスタンプを付ける際に参照される時
計、２５は定周期でマイクロプロセッサ２１にタイミン
グを指示し、シリアル通信ネットワーク３ヘ同期タイミ
ングを発行させる同期タイミング生成回路、２６はコン
トローラとプロセスデータの入出力を行うコントローラ
Ｉ／Ｆ回路である。

【００１７】次に動作について説明する。実施の形態１
の動作を図１と図２を参照しながら図５に従って説明す
る。以下この実施の形態１では、プロセスデータ入力時
刻の記録時間精度は１ｍｓｅｃが必要なシステムで、従
ってＰＩＯ装置１側のサンプリング周期Ｔｓも１ｍｓｅ
ｃであるとの前提で説明する。図５はこの発明の実施の
形態１によるプロセス入出力システムの動作を示す信号
伝送説明図であり、図において、まず、シリアル通信Ｎ
Ｉ／Ｆ２のマイクロプロセッサ２１は同期タイミング生
成回路２５からの割り込み信号によってシリアル通信ネ
ットワーク３に対して同期フレームを送信する処理を行
う（ステップＳＴ−１）。ここで言う同期フレームと
は、システムで定義される所定のパターンを持ち、全Ｐ
ＩＯ装置１に同時に送信される同報通信フレームのこと
であり、定周期で発行されるＰＩＯ装置１へのプロセス
データ出力フレーム（同報通信）を同期フレームとして
使用しても構わない。マイクロプロセッサ２１は、同期
フレームの発生の際に同期フレーム発生時刻Ｔ（ここで
はＴ：０１：１０：０００単位ｍｓｅｃ）を時計２４か
ら読み出してローカルメモリ２２に記録しておく。

【００１８】一方、シリアル通信ＮＩ／Ｆ２から同期フ
レームを受信した各ＰＩＯ装置１のバッファ書き込み制
御回路１３では、それまで使用していた蓄積バッファ１
４（ここでは＃１を使用中と想定）を蓄積バッファ１５
に切り替え、同期フレーム受信直後からは蓄積バッファ
１５に時々刻々サンプリングされたプロセスデータが書
き込まれるようにする（ステップＳＴ−２）。同期フレ
ーム送信後、シリアル通信ＮＩ／Ｆ２は各ＰＩＯ装置１
に対し順次ポーリングを行い、各ＰＩＯ装置１からそれ
まで蓄積したプロセスデータを送信するように要求する
（ステップＳＴ−３）。

【００１９】また、ポーリングを受けたＰＩＯ装置１の
送信データ選択回路１６は、同期フレーム直前までプロ
セスデータの蓄積を行っていた蓄積バッファ１４のプロ
セスデータを送信バッファ１０２にセットし、ポーリン
グ応答としてシリアル通信ＮＩ／Ｆ２へ送信した後、蓄
積バッファ１４をクリアする（ステップＳＴ−４）。全
てのＰＩＯ装置１にポーリング処理を行い、そのスキャ
ン周期でのプロセスデータの採取を終える（ステップＳ
Ｔ−５）と、シリアル通信ＮＩ／Ｆ２のマイクロプロセ
ッサ２１は採取した各プロセスデータに対するタイムス
タンプを付けてプロセスデータメモリ２３に格納する
（ステップＳＴ−６）。このタイムスタンプはシリアル
通信ＮＩ／Ｆ２がデータを受信した時刻ではなく、ＰＩ
Ｏ装置１が本プロセスデータをサンプリングした時刻で
あるべきである。従って、マイクロプロセッサ２１は以
前に記録した同期フレーム発生時刻に基づいて以下のよ
うにしてタイムスタンプをセットする。

【００２０】各ＰＩＯ装置１から送られてきたサンプリ
ングデータの内、最も新しいものは前回の同期フレーム
発生直前にサンプリングされたものであるため、最新の
サンプリングデータの時刻を記録されていた前回の同期
フレーム発生時刻Ｔ（＝０１：１０：０００）とする。
さらに、その一つ前のプロセスデータに対してはその１
サンプリング時間Ｔｓ前のプロセスデータであるため、
Ｔ−Ｔｓ（＝０１：０９：９９９）を使用し、以下、順
次１サンプリング時間Ｔｓを引いた時間をセットしてい
く。以上の処理を次の同期フレーム発行迄に行い、以
下、毎スキャン周期で同様の処理を繰り返す。

【００２１】図３はこの発明の実施の形態１による同期
フレーム受信する毎のＰＩＯ装置の蓄積バッファの切り
替え処理を説明する説明図であり、図では、一方の蓄積
バッファにサンプリングデータを時々刻々書き込んでい
る間に、もう一方の蓄積バッファに過去に蓄積されたサ
ンプリングデータを送信している様子を図示している。
図４はこの発明の実施の形態１によるプロセスデータメ
モリ内のプロセスデータ格納フォーマットを示す概念図
であり、ここでは各ＰＩＯ装置１毎にエリアが決められ
ており、そのエリア内にそれぞれのＰＩＯ装置１でサン
プリングされた時系列データが発生時刻順に格納されて
いる。

【００２２】以上のように、実施の形態１によれば、各
ＰＩＯ装置１に時計を持たせず、比較的単純なカウンタ
回路を用いてＰＩＯ装置１でサンプリングされたプロセ
スデータの採取時間を知るように構成したので、低速な
シリアル通信ネットワーク３を用いても時間の分解能が
落ちず、時間的に高分解能なプロセスデータ入出力シス
テムを安価に実現できる。また、基準となる時計はコン
トローラのシリアル通信ＮＩ／Ｆ２にのみ設けるように
したので、複雑な時刻合わせの手順が不要となり、時刻
精度の高いシステムが簡単に得られる。

【００２３】実施の形態２．図６はこの発明の実施の形
態２によるプロセスデータ入出力システムにおけるプロ
セスデータ入出力装置を示すブロック図であり、図にお
いて、１７はＰＩＯ装置１に設けられ、同期フレームの
区間に蓄積バッファ１４または１５に書き込まれたプロ
セスデータの個数を計数するカウンタ（計数手段）であ
り、通信制御回路１０からプロセスデータにそのプロセ
スデータの個数を併せて送信し、シリアル通信ＮＩ／Ｆ
２のマイクロプロセッサ２１において、同期フレーム発
生時刻とそのプロセスデータの個数とＰＩＯ装置１のサ
ンプリング周期とに基づいて時刻情報を算出し、受信さ
れた各プロセスデータに付加するようにしたものであ
る。その他の構成は、実施の形態１と同一なので同一符
号を付してその重複する説明を省略する。

【００２４】次に動作について説明する。上記実施の形
態１では、固定の周期でシリアル通信ＮＩ／Ｆ２から同
期フレームが発行される場合について述べたが、シリア
ル通信ＮＩ／Ｆ２の処理によっては固定周期で同期フレ
ームを発行できない場合がある。この実施の形態２で
は、ある程度同期フレーム発行周期が長くなったり短く
なっても対応可能なようにしたものである。図６に示す
ように、同期フレームの間に蓄積されるサンプリングデ
ータの個数ｎをカウントするカウンタ１７を設ける。図
７はこの発明の実施の形態２による送信バッファ内のプ
ロセスデータ格納フォーマットを示す概念図であり、図
に示すように、サンプリングデータをシリアル通信ＮＩ
／Ｆ２へ送信する際に蓄積されたサンプリングデータの
個数を付けて送信するようにしている。シリアル通信Ｎ
Ｉ／Ｆ２では、最新データのタイムスタンプは実施の形
態１と同様に、前回の同期フレーム送信時刻Ｔとし、順
次サンプリング時間Ｔｓだけ時刻をさかのぼって差し引
いていき、最古のデータにはＴ−Ｔｓ×ｎのタイムスタ
ンプをセットするようにする。

【００２５】以上のように、実施の形態２によれば、シ
リアル通信ＮＩ／Ｆ２からのプロセスデータの読み出し
の際に、同期フレームの区間に蓄積されたプロセスデー
タの個数をそのプロセスデータと併せて各ＰＩＯ装置１
からシリアル通信ＮＩ／Ｆ２に送信させると共に、その
シリアル通信ＮＩ／Ｆ２では同期フレーム発生時刻とそ
のプロセスデータの個数とＰＩＯ装置１のサンプリング
周期とに基づいて時刻情報を算出し、受信された各プロ
セスデータに付加するように構成したので、定周期のス
キャンが保証できないようなシステムにおいても各ＰＩ
Ｏ装置１のプロセスデータを漏れなく入力できるだけで
なく、全ての採取したプロセスデータに正確なタイムス
タンプを付加して上位のコントローラに渡すことができ
る。

【００２６】実施の形態３．図８はこの発明の実施の形
態３によるプロセスデータ入出力システムにおけるプロ
セスデータ入出力装置を示すブロック図であり、図にお
いて、１８はカウンタ１７によるサンプリングデータの
個数が蓄積バッファ１４または１５の最大許容容量を越
えたことを検出し、サンプリングデータの個数が最大許
容容量を越えた場合には、送信バッファ１０２から送信
されるサンプリングデータに蓄積バッファオーバフロー
フラグを立てる蓄積バッファあふれ検出回路（あふれ検
出手段）である。また、カウンタ１７には、そのカウン
タ１７がオーバフローした場合にはサンプリングデータ
にカウンタオーバフローフラグを立てる機能が設けられ
ているものである。その他の構成は、実施の形態１と同
一なので同一符号を付してその重複する説明を省略す
る。

【００２７】次に動作について説明する。シリアル通信
ネットワーク３の異常等によって同期フレームが発生さ
れる区間が大きく延びた場合や通信が中断したために、
ＰＩＯ装置１側でプロセスデータ蓄積可能容量を超えた
場合に、その間のプロセスデータが欠落したことを知ら
せる必要がある。さらに、その場合でも採取できたプロ
セスデータの時刻は正しく設定できる必要がある。この
実施の形態３はこのような異常時にも対応可能なように
したものである。図８に示すように、蓄積バッファあふ
れ検出回路１８によりカウンタ１７のカウント値を監視
し、蓄積バッファ１４あるいは蓄積バッファ１５の蓄積
データの個数が最大許容量を超えたことを検出する。こ
れはプリセットされた設定値（蓄積バッファサイズ）と
カウンタ１７の値を比較するコンパレータから構成され
る回路で実現可能である。但し、カウンタ１７は蓄積バ
ッファ１４または１５の許容データ個数を越えた後も引
き続きカウントを続ける。カウンタ１７はある程度ビッ
ト幅を持たせておき、少々の異常でもオーバフローしな
い様にしておくが、それでもカウンタがオーバフローし
た場合にはカウンタ１７はカウンタオーバフローフラグ
をセットする。

【００２８】図９はこの発明の実施の形態３による送信
バッファ内のプロセスデータ格納フォーマットを示す概
念図であり、この図でサンプリングデータの個数は蓄積
バッファの最大蓄積個数ｍとなっており、データカウン
ト値ｎとは異なる。このように、蓄積バッファオーバフ
ローフラグとカウンタオーバフローフラグがサンプリン
グデータやデータカウンタ値と一緒に送られる。

【００２９】図１０はこの発明の実施の形態３によるシ
リアル通信ネットワークインタフェースのマイクロプロ
セッサの処理を示すフローチャートであり、先ず、カウ
ンタオーバフローフラグをチェックし（ステップＳＴ−
１１）、もしもセットされていた場合には、正確なタイ
ムスタンプ設定が不可能となるため、コントローラのア
プリケーションにタイムスタンプ時刻が不正である旨を
通知する（ステップＳＴ−１２）。但し、カウンタ１７
がオーバフローを発生していない場合は、蓄積バッファ
オーバフローフラグをチェックする（ステップＳＴ−１
３）。蓄積バッファオーバフローフラグがセットされて
いない場合は、既に述べた正常時の処理となるが（ステ
ップＳＴ−１４）、蓄積バッファオーバフローフラグが
セットされていた場合には、蓄積バッファの許容蓄積個
数分のデータを有効とし（ステップＳＴ−１５）、ステ
ップＳＴ−１６記載の式よりその中の最新データの発生
時刻を計算する。以下、正常時と同様に、時系列に並ん
だデータを順次Ｔｓずつ引いたタイムスタンプ値として
セットする（ステップＳＴ−１７）。

【００３０】以上のように、実施の形態３によれば、シ
リアル通信ネットワーク３の異常等によってスキャン周
期が延び、それによってＰＩＯ装置１のプロセスデータ
蓄積可能容量を超えた場合にでも、その間にサンプリン
グされたプロセスデータのカウント値をカウントし、蓄
積バッファオーバフローフラグと共にコントローラに通
知するように構成したので、既に蓄積されている分のプ
ロセスデータの採取時刻は正確に記録することが可能と
なる。

【００３１】実施の形態４．図１１はこの発明の実施の
形態４によるプロセスデータ入出力システムにおけるプ
ロセスデータ入出力装置を示すブロック図であり、図に
おいて、１９は要求時刻精度でパルスを発生する要求時
刻精度クロック、１７ｂは同期フレームの受信から最初
のサンプリングクロックまでの遅延時間を要求時刻精度
クロック１９をカウントすることによって検出するサン
プリング遅延カウンタ（誤差計数手段）である。そし
て、通信制御回路１０からプロセスデータにそのサンプ
リング遅延カウンタ値を併せて送信し、シリアル通信Ｎ
Ｉ／Ｆ２は、マイクロプロセッサ２１において同期フレ
ーム発生時刻とそのサンプリング遅延カウンタ値とＰＩ
Ｏ装置１のサンプリング周期とに基づいて時刻情報を算
出し、受信された各プロセスデータに付加するものであ
る。その他の構成は、実施の形態１と同一なので同一符
号を付してその重複する説明を省略する。

【００３２】次に動作について説明する。上記実施の形
態１から実施の形態３では、ＰＩＯ装置１のサンプリン
グ周期と要求されるタイムスタンプ時刻精度が一致する
場合について述べたが、プロセスデータのサンプリング
周期よりも精度の良い時刻が必要な場合には、図１１に
示すように、サンプリングクロック１２とは別に要求時
刻精度でパルスを発生する要求時刻精度クロック１９を
設け、同期フレーム受信から最初のサンプリングまでの
遅延時間をサンプリング遅延カウンタ１７ｂでカウント
するようにする。図１２はこの発明の実施の形態４によ
る送信バッファ内のプロセスデータ格納フォーマットを
示す概念図であり、この図に示すように、サンプリング
個数カウンタ値（ｎ）とサンプリング遅延カウンタ値
（Ｔｄ）をシリアル通信ＮＩ／Ｆ２に送信する。シリア
ル通信ＮＩ／Ｆ２内のマイクロプロセッサ２１では、最
新のサンプリングデータのタイムスタンプ時刻を、Ｔ＋
Ｔｄ（ここでＴは前回の同期フレーム発生時刻）として
計算可能となる。さらに実施の形態１から実施の形態３
と同様に、順次サンプリング時間を引いていくことで全
てのプロセスデータのタイムスタンプを設定することが
できる。この様にすることで、例えば、商用交流波形を
３０度角でサンプリングして取り込み、各サンプリング
時刻を１ｍｓｅｃの時刻精度で記録しなければならない
ような用途にも適用可能となる。

【００３３】以上のように、実施の形態４によれば、サ
ンプリングクロック１２とは別に要求時刻精度でパルス
を発生する要求時刻精度クロック１９を設け、同期フレ
ーム受信から最初のサンプリングまでの遅延時間をサン
プリング遅延カウンタ１７ｂでカウントするように構成
したので、プロセスデータのサンプリング周期よりも精
度の良い時刻が必要な場合にでも、要求時刻精度でプロ
セスデータの採取時刻を正確に記録することができる。

【００３４】実施の形態５．図１３はこの発明の実施の
形態５によるローカルメモリ内に設けられたＰＩＯ属性
テーブルを示す概念図であり、図において、ＰＩＯ属性
テーブル（属性テーブル）には、各ＰＩＯ装置１が時系
列に蓄積されたプロセスデータを有するか否か、そのサ
ンプリング周期およびデータ蓄積手段容量の属性を各Ｐ
ＩＯ装置１毎に設定されている。そして、マイクロプロ
セッサ２１において、そのＰＩＯ属性テーブルに設定さ
れた属性に応じて複数の属性の異なるＰＩＯ装置１から
受信された各プロセスデータに時刻情報を付加するよう
にしたものである。その他の構成は、実施の形態１と同
一なのでその重複する説明を省略する。

【００３５】次に動作について説明する。上記実施の形
態１から実施の形態４では、システム内のＰＩＯ装置１
のサンプリング時間や蓄積バッファの数は全て同じであ
ることを前提としていたが、シリアル通信ＮＩ／Ｆ２内
のローカルメモリ２２に、図１３に示すようなＰＩＯ属
性設定テーブルを設け、各ＰＩＯ装置１の時系列データ
の有無やサンプリング周期、蓄積バッファのサイズ等を
設定可能とする。時系列データの有無というのは、ＰＩ
Ｏ装置１が、１スキャン周期に１回だけプロセスデータ
を送信すればよいような通常のＰＩＯ装置１であるか、
時系列に蓄積されたデータを採取可能とし高精度のサン
プリング時刻が必要なＰＩＯ装置１であるかを示す属性
値である。マイクロプロセッサ２１のタイムスタンプ時
刻計算処理では、これらの属性値を参照し、各ＰＩＯ装
置１毎に異なるサンプリング周期や蓄積バッファサイズ
を用いることで、システム内に異なるサンプリング時間
で動作するＰＩＯ装置１を混在させることが可能とな
る。

【００３６】以上のように、実施の形態５によれば、サ
ンプリング周期等の属性を各ＰＩＯ装置１単位で設定可
能となるＰＩＯ属性テーブルを構成したので、これらの
属性が異なる各種ＰＩＯ装置１をシステム内に混在して
構成することができ、これら属性に合わせてプロセスデ
ータ毎の採取時刻を計算することができる。

【００３７】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、時間
的に高分解能なプロセスデータ入出力システムを安価に
実現できる。また、基準となる時計はコントローラのシ
リアル通信ネットワークインタフェースにのみ設けるよ
うにしたので、複雑な時刻合わせの手順が不要となり、
時刻精度の高いプロセスデータ入出力システムが簡単に
得られる効果がある。

【００３８】この発明によれば、定周期のスキャンが保
証できないようなプロセスデータ入出力システムにおい
ても各プロセスデータ入出力装置のプロセスデータを漏
れなく入力できるだけでなく、全ての採取したプロセス
データに正確なタイムスタンプを付加して上位のコント
ローラに渡すことができる効果がある。

【００３９】この発明によれば、シリアル通信ネットワ
ークの異常等によってスキャン周期が延び、それによっ
てプロセスデータ入出力装置のプロセスデータ蓄積可能
容量を超えた場合にでも、既に蓄積されている分のプロ
セスデータの採取時刻は正確に記録することができる効
果がある。

【００４０】この発明によれば、プロセスデータのサン
プリング周期よりも精度の良い時刻が必要な場合にで
も、要求時刻精度でプロセスデータの採取時刻を正確に
記録することができる効果がある。

【００４１】この発明によれば、属性が異なる各種プロ
セスデータ入出力装置をプロセスデータ入出力システム
内に混在して構成することができ、これら属性に合わせ
てプロセスデータ毎の採取時刻を計算することができる
効果がある。

【００４２】この発明によれば、時間的に高分解能なプ
ロセスデータ入出力システムを安価に実現できる。ま
た、基準となる時計はコントローラのシリアル通信ネッ
トワークインタフェースにのみ設けるようにしたので、
複雑な時刻合わせの手順が不要となり、時刻精度の高い
プロセスデータ入出力システムが簡単に得られる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１によるプロセスデー
タ入出力システムにおけるプロセスデータ入出力装置を
示すブロック図である。

【図２】 この発明の実施の形態１のプロセスデータ入
出力システムにおけるコントローラのシリアル通信ネッ
トワークインタフェースを示すブロック図である。

【図３】 この発明の実施の形態１による同期フレーム
受信する毎のＰＩＯ装置の蓄積バッファの切り替え処理
を説明する説明図である。

【図４】 この発明の実施の形態１によるプロセスデー
タメモリ内のプロセスデータ格納フォーマットを示す概
念図である。

【図５】 この発明の実施の形態１によるプロセス入出
力システムの動作を示す信号伝送説明図である。

【図６】 この発明の実施の形態２によるプロセスデー
タ入出力システムにおけるプロセスデータ入出力装置を
示すブロック図である。

【図７】 この発明の実施の形態２による送信バッファ
内のプロセスデータ格納フォーマットを示す概念図であ
る。

【図８】 この発明の実施の形態３によるプロセスデー
タ入出力システムにおけるプロセスデータ入出力装置を
示すブロック図である。

【図９】 この発明の実施の形態３による送信バッファ
内のプロセスデータ格納フォーマットを示す概念図であ
る。

【図１０】 この発明の実施の形態３によるシリアル通
信ネットワークインタフェースのマイクロプロセッサの
処理を示すフローチャートである。

【図１１】 この発明の実施の形態４によるプロセスデ
ータ入出力システムにおけるプロセスデータ入出力装置
を示すブロック図である。

【図１２】 この発明の実施の形態４による送信バッフ
ァ内のプロセスデータ格納フォーマットを示す概念図で
ある。

【図１３】 この発明の実施の形態５によるローカルメ
モリ内に設けられたＰＩＯ属性テーブルを示す概念図で
ある。

【図１４】 従来のプロセスデータ入出力システムを示
す構成図およびその動作説明図である。

【符号の説明】

１ ＰＩＯ装置（プロセス入出力装置）、２ シリアル
通信ＮＩ／Ｆ（シリアル通信ネットワークインタフェー
ス）、３ シリアル通信ネットワーク、１０通信制御回
路（データ送信手段）、１２ サンプリングクロック、
１３ バッファ書き込み制御回路（書き込み制御手
段）、１４，１５ 蓄積バッファ（データ蓄積手段）、
１７ カウンタ（計数手段）、１７ｂ サンプリング遅
延カウンタ（誤差計数手段）、１８ 蓄積バッファあふ
れ検出回路（あふれ検出手段）、１９ 要求時刻精度ク
ロック、２１ マイクロプロセッサ（制御手段）、２３
プロセスデータメモリ（データ格納手段）。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 要求時間分解能に応じたサンプリング周
   期でプロセスデータを収集し同期フレームの受信を起点
   としてデータ蓄積手段に書き込む書き込み制御手段、お
   よびデータ送信要求に応じてそのデータ蓄積手段に書き
   込まれたプロセスデータを送信するデータ送信手段から
   成る複数のプロセス入出力装置と、それらプロセス入出
   力装置に接続されたシリアル通信ネットワークと、その
   シリアル通信ネットワークに接続され、複数の上記プロ
   セス入出力装置に同期フレームを送信すると共にその同
   期フレーム発生時刻を管理し、それらプロセス入出力装
   置にデータ送信要求を送信すると共にそれらプロセス入
   出力装置から各プロセスデータを受信し、その同期フレ
   ーム発生時刻とそれらプロセス入出力装置のサンプリン
   グ周期とに基づいて算出した時刻情報を受信された各プ
   ロセスデータに付加する制御手段、およびその制御手段
   により時刻情報を付加された各プロセスデータを格納す
   るデータ格納手段から成るシリアル通信ネットワークイ
   ンタフェースとを備えたプロセスデータ入出力システ
   ム。
2. 【請求項２】 プロセス入出力装置は、同期フレームの
   区間にデータ蓄積手段に書き込まれたプロセスデータの
   個数を計数する計数手段を備え、データ送信手段からそ
   れらプロセスデータにその計数データを併せて送信し、
   シリアル通信ネットワークインタフェースは、制御手段
   において同期フレーム発生時刻とその計数データとプロ
   セス入出力装置のサンプリング周期とに基づいて時刻情
   報を算出し、受信された各プロセスデータに付加するこ
   とを特徴とする請求項１記載のプロセスデータ入出力シ
   ステム。
3. 【請求項３】 プロセス入出力装置は、計数手段による
   計数値がデータ蓄積手段の最大許容容量を越えたことを
   検出するあふれ検出手段を備え、データ送信手段からそ
   れらプロセスデータにそのあふれデータを併せて送信
   し、シリアル通信ネットワークインタフェースは、制御
   手段においてそのあふれデータがその最大許容容量を越
   えたことを示している場合に、上記データ蓄積手段の最
   大許容容量分のプロセスデータを有効とすることを特徴
   とする請求項２記載のプロセスデータ入出力システム。
4. 【請求項４】 プロセス入出力装置は、要求時刻精度で
   発振する要求時刻精度クロックと、その要求時刻精度ク
   ロックとは異なる周期で発振するサンプリングクロック
   と、同期フレームの受信から最初のサンプリングクロッ
   クまでの遅延時間を要求時刻精度クロックを計数するこ
   とによって検出する誤差計数手段とを備え、データ送信
   手段からそれらプロセスデータにその計数データを併せ
   て送信し、シリアル通信ネットワークインタフェース
   は、制御手段において同期フレーム発生時刻とその計数
   データとプロセス入出力装置のサンプリング周期とに基
   づいて時刻情報を算出し、受信された各プロセスデータ
   に付加することを特徴とする請求項２または請求項３記
   載のプロセスデータ入出力システム。
5. 【請求項５】 シリアル通信ネットワークインタフェー
   スは、各プロセス入出力装置が時系列に蓄積されたプロ
   セスデータを有するか否か、そのサンプリング周期およ
   びデータ蓄積手段容量の属性を各プロセス入出力装置毎
   に設定自在な属性テーブルを備え、制御手段においてそ
   の属性テーブルに設定された属性に応じて複数の属性の
   異なるプロセス入出力装置から受信された各プロセスデ
   ータに時刻情報を付加することを特徴とする請求項１か
   ら請求項４のうちのいずれか１項記載のプロセスデータ
   入出力システム。
6. 【請求項６】 コントローラのシリアル通信ネットワー
   クインタフェースにシリアル通信ネットワークを介して
   複数のプロセス入出力装置が接続され、それらコントロ
   ーラおよびプロセス入出力装置間でプロセスデータの入
   出力を行うプロセスデータ入出力方法において、複数の
   上記プロセス入出力装置では、要求時間分解能に応じた
   サンプリング周期でプロセスデータを収集して蓄積し、
   上記シリアル通信ネットワークインタフェースでは、そ
   れらプロセス入出力装置に１スキャン毎の同期フレーム
   を送信すると共にその同期フレーム発生時刻を管理し、
   それらプロセス入出力装置では、前回スキャンと今回ス
   キャンの同期フレームの区間に蓄積されたプロセスデー
   タを一括してそのシリアル通信ネットワークインタフェ
   ースに送信し、そのシリアル通信ネットワークインタフ
   ェースでは、その同期フレーム発生時刻とそれらプロセ
   ス入出力装置のサンプリング周期とに基づいて算出した
   時刻情報を受信された各プロセスデータに付加して蓄積
   することを特徴とするプロセスデータ入出力方法。