JP2001516286A - 制御システム用の入出力サブシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 入出力装置のフィールドバス網は、そのデータ構造に関わらず、Ｉ／Ｏインターフェース・モジュールを通して制御システムに結合する。Ｉ／Ｏインターフェース・モジュールは直列通信ポートを通して制御システムに結合する。ローカル入出力装置はローカルＩ／Ｏインターフェースを通してインターフェースＩ／Ｏモジュールに結合し、網化された入出力装置はフィールドバス通信アダプタを通してインターフェースＩ／Ｏモジュールに結合する。フィールドバス・プロトコルの種類毎に異なるアダプタが必要である。インターフェースＩ／Ｏモジュールはマイクロプロセッサ利用の装置を含み、ローカル装置と網化された装置と制御システムの間の種々の相互作用を生成し制御し、またフィールドバスおよびローカルＩ／Ｏデータ（制御システムと授受するローカル入出力データ）の視覚および状態を表示する。

Description

【発明の詳細な説明】 制御システム用の入出力サブシステム 技術分野 本発明は一般にマイクロプロセッサ利用の溶接コントローラの分野に関するも ので、より詳しくは、入出力装置の網（回路網、ネットワーク）をフィールドバ ス通信網を通して溶接コントローラに結合するインターフェース・モジュールに 関する。 関連出願 本出願は共に譲渡された次の出願、「通信網上の共通データベース・システム に結合する溶接コントローラ・システム」、１９９６年１２月２０日出願（出願 番号第０８／７７１，６２０号、出願者文書番号第ＲＬＡ−２４号）に関連する 。この出願の内容をここに挿入する。 背景技術 入出力装置を結合する通信網は多くの異なる制御システムにますます多く用い られるようになった。溶接コントローラも例外ではない。インターバス・Ｓ、イ ーサネット、プロフィバスなど、種々の異なるフィールドバス通信プロトコルが ある。これらの入出力装置により、コントローラは、遮断接触器制御、補助接触 器フィードバック制御、並列トリップ、制御停止などの、ローカルＩ／Ｏ機能を 受けて処理することができる。通常、これらのプロトコルは所定の溶接コントロ ーラや、同じタイプの制御を持つ溶接コントローラの網の専用である。異なるタ イプのコントローラや異なる網に結合するオペレータ・インターフェース・ユニ ットが製造ライン内にあると、どのユニットをどのタイプの網で制御しているか を判定するのが難しくなる。異なる網上に異なるデータ構造が混在するので、各 溶接コントローラは異なるＩ／Ｏプロトコル毎に異なる網インターフェース・ユ ニットを必要とする。好ましいのは、溶接コントローラ・インターフェースに共 通のフィールドバスを用いて、溶接コントローラ機能に関係なくフィールドバス ・プロトコルに互換性を与え、また各溶接機が扱うデータのタイプに無関係に、 種々の制御方式を用いる抵抗溶接機に一般に適応することのできるような、１つ の網インターフェースを溶接コントローラ・システムに持つことである。 発明の概要 したがって、本発明の主な目的は、任意の既知の制御方式を用いて制御するた めの、種々のフィールドバス装置とプロトコルのための網インターフェースを提 供することである。 本発明の別の目的は、フィールドバスの入力及び出力とは独立のローカル入力 及び出力を持つセルフ・コンテインド（self contained）、自立形Ｉ／Ｏモジュ ールを有する、溶接コントローラ・システム提供することである。 本発明の更に別の目的は、交換可能なフィールドバス通信アダプタを持つ自立 形Ｉ／Ｏモジュールを有する、溶接コントローラ・システムを提供することであ る。 本発明の更に別の目的は、フィールドバス・データとローカルＩ／Ｏデータと 溶接コントローラＩ／Ｏ入力データの間でユーザが選択可能なビット交換を行う 、溶接コントローラ・システムを提供することである。 本発明の好ましい実施の形態では、本発明は共通の通信網に結合する、スレー ブ装置として動作する少なくとも１個の溶接コントローラと少なくとも１個のマ スタ装置（例えば、オペレータ・インターフェース・ユニット、データ収集装置 、網ゲートウエイ装置など）を含む要素のシステムで構成されるが、これに限定 されるわけではない。各溶接コントローラは、溶接ガン接触チップに最終的に溶 接電力を供給する電力モジュールへの点火信号を生成する、タイマ・モジュール を有する。タイマ・モジュールは、タイマ内に常駐するメモリに記憶されている 溶接スケジュールを実行する、ＣＰＵを含む。タイマ・モジュールは通信ポート により網に結合する。オペレータ・インターフェース・ユニットも通信ポートに より網に結合する。網に接続する装置の間の通信は決定論的であつて、１つの装 置はマスタとして動作し、他の装置はどの時点でもスレーブとして動作する。各 装置は、いつどんな場合に網を制御するか、またはマスタとして動作するかに関 する、割り当てられた階層を有する。制御に当たっているときは、他の装置にア ドレスしてデータを送りまた受けることができる。網の物理層は簡単なバス構成 を 用い、２つの網末端部の間の任意の場所にある異なる装置を活動的ノードが接続 する。 溶接コントローラの入出力データは溶接制御Ｉ／Ｏモジュールを通る。溶接制 御Ｉ／Ｏモジュールは直列通信ポートにより溶接制御モジュールに結合する。ロ ーカル入出力装置はローカルＩ／Ｏインターフェースを通して溶接制御Ｉ／Ｏモ ジュールに結合し、網化された装置はフィールドバス通信アダプタに結合する。 フィールドバス・プロトコル毎に異なるアダプタが必要である。溶接制御Ｉ／Ｏ モジュールはマイクロプロセッサ利用の装置を含み、ローカル装置と網化された 装置と溶接コントローラの間の種々の相互作用を生成して制御し、またフィール ドバスおよびローカルＩ／Ｏデータローカルの視覚的および状態の表示を行う。 新規な、自明でない本発明の他の特徴や利点は、本発明の好ましい実施の形態 を示す添付の図面と共に以下の明細書を読めば明らかである。好ましい実施の形 態には必ずしも示されていない本発明の全範囲を理解するには、特許請求の範囲 を参照していただきたい。 図面の簡単な説明 図１は、代表的な溶接コントローラ・システムを示す全体ブロック図である。 図２は、本発明における、オペレータ・インターフェースおよび通信システム を実現することのできる代表的な溶接機と溶接コントローラ・システムを示す詳 細なブロック図である。 図３は、本発明における、通信網に結合する一連の溶接コントローラの簡単な ブロック図である。 図４は、本発明における、一次マスタ・データ入力パネルのブロック図である 。 図５は、本発明における、マスタ・データベース装置として機能するマスタ・ オペレータ・インターフェース・パネルのブロック図である。 図６は、本発明における、マスタ・データベース装置の通信制御の全体図を示 す簡単な流れ図である。 図７は、本発明における、マスタ・データベース装置の通信タスクを示す詳細 な流れ図である。 図８は、本発明における、スレーブ装置の通信応答を示す詳細な流れ図である 。 図９は、本発明における、溶接制御Ｉ／Ｏモジュールへの相互接続を示す詳細 なブロック図である。 図１０は、本発明における、ローカルおよびネットワーク化されたＩ／Ｏと溶 接コントローラの間の相互作用を示す流れ図である。 詳細な説明 本発明は多くの異なる形の実施の形態をとることができるが、ここでは好まし い実施の形態について説明し図示する。この開示は本発明の原理を例示するもの であって、本発明の広い態様をここに示す特定の実施の形態に制限すると考えて はならない。 図１は、溶接タイマ１１、溶接機電力モジュール１３、溶接機１５から成る代 表的な溶接システム１０を示す。溶接タイマ１１はＳＣＲスイッチ１６を付勢す なわち導通させるのに用いる点火信号Ｆ＋とＦ−を生成する。ＳＣＲスイッチ１ ６は溶接変圧器１７に結合して、接触チップと溶接される加工物に電力を供給す る。溶接変圧器１７の一次電流は、その一次回路に結合するトロイダル変流器１ ８を用いて監視する。基準変圧器１９は入力線の入力電圧を監視する。電圧Ｖと 電流Ｉの信号の他に、溶接タイマ１１はＳＣＲスイッチ１６から超過温度信号を 受ける。この信号は溶接タイマ１１内の制御アルゴリズムで保護機能として用い 、ＳＣＲスイッチが所定の温度に達した場合に溶接機１０を制御すなわち遮断す る。溶接システム１０の特定の仕様の詳細は、米国特許番号第４，９４５，２０ １号に述べられている。ただし、その詳細は本発明を正しく理解するのに必ずし も必要ではない。 図２は、本発明における、網インターフェース・システムを含む溶接機１５と 溶接タイマ１１の詳細なブロック図を示す。溶接タイマ１１はプログラマブル・ ロジック・コントローラ（ＰＬＣ）２０により制御される大きなシステムの一部 でも良いし、自立形でも良い。バックプレーン・インターフェース２２はデータ バス２５を介してＰＬＣ２０をマイクロプロセッサ（ＣＰＵ）２３に結合する手 段である。またＣＰＵ２３はデータバス２５を介してＡ／Ｄ変換器２７、Ｉ／Ｏ インターフェース２９、ＲＡＭ３４とＲＯＭ３５で構成するメモリ３３、点火回 路３９、溶接タイマ１１の状態情報を提供するＬＥＤ表示器４３に結合する。ま たデータバス２５には２個の通信ポート３１および４２が結合する。データ入力 インターフェース・ポート３１は、データを手動で制御に入力するための溶接タ イマのキーボードを有する、オペレータ・インターフェース・ユニット４７を結 合するのに用いる。網インターフェース・ポート４２は本発明を通信網５０に接 続する。インターフェース・ユニット３１および４２は個々にまたは同時に通信 するよう設定することができる。 ＣＰＵ２３の動作に必要な制御およびタイミング信号は、当業者に良く知られ ておりまた本発明の目的ではないので説明しない。ＲＯＭ３５に記憶されるプロ グラムは、電力モジュール１３、溶接機１５、ＣＰＵ２３の動作による溶接工程 、の制御を行う。このプログラムは点火回路３９を通してＳＣＲ点火信号Ｆ＋と Ｆ−を生成し、種々の入力信号に応じて溶接シーケンスを制御する。２チャンネ ルＡ／Ｄ変換器２７は溶接機電力モジュールからのアナログ信号ＩとＶをディジ タル信号４５に変換する。この信号は、溶接変圧器１７の一次溶接電流Ｉｗと電 力線入力電圧４６をそれぞれ表す。ディジタル信号４５はバス２５を介してＲＡ Ｍ３４に記憶され、ＲＯＭ３５に常駐する溶接制御プログラムすなわちスケジュ ール５１を実行する際のフィードバック制御信号として用いられる。またＡ／Ｄ 変換器２７は、点火回路３９に入力する予備点火信号５２を生成する。また制御 プログラム５１はイネーブル信号を生成し、予想されるプログラム「ハング−ア ップ立往生」による誤り点火を防ぐ。なぜなら、点火信号Ｆ＋とＦ−を生成する 前に２つの動作（予備点火とイネーブル）が必要だからである。点火回路３９と Ａ／Ｄ変換器２７に関しては良く知られているので、これ以上説明しない。 ＳＣＲ１６の温度が超過温度条件を表す所定の設定点に達した場合は、Ｉ／Ｏ インターフェース２９は溶接機電圧モジュール１３から入力５４を受ける。温度 は溶接サイクル毎に監視される。温度が設定点に達した場合は、入力５４により 制御プログラム５１は溶接電流Ｉｗを不能にして、誤り処理４１の中に誤りメッ セージを入れる。誤り処理４１は実際はＲＯＭ３５内の溶接制御プログラム５１ の一部である。制御停止信号５６はインターロック信号として溶接機１５内で生 成される信号であって、オペレータまたは外部装置によりインターロックがかか った場合に活動化する。この場合も、信号５６により制御プログラム５１は溶接 電流Ｉｗを不能にして、誤り処理４１内に誤りメッセージを入れる。外部装置は 通常は手動ボタンであって、これを押すと、溶接サイクルを直ちに停止すること を必要とする緊急状態を示す。ＳＣＲスイッチ１６が短絡すると溶接機１５に連 続電流が流れるので、溶接機１５に直列に並列トリップ回路遮断器を置いて、Ｓ ＣＲが短絡状態になった場合は電源を切る。溶接機制御１１が命令していないと きに電流Ｉが検出された場合に、この状態が存在すると見なす。溶接機制御１１ は並列トリップ信号５８を生成し、ＳＣＲが短絡した状態で回路遮断器をトリッ プさせる。別の出力６０は溶接機１５内で用いられる磁気接触器を制御し、溶接 シーケンスが始まると付勢される。 メモパッド４４は診断の目的でユーザインターフェースによる検索のために網 ５０がアクセスすることができるもので、ユーザデータを記憶するのに用いられ る。これはスタティック・メモリであって、ユーザはこれを用いて、設置の日付 や特定の日の動作回数など、その特定のタイマに関するデータを入力することが できる。 外部のメモリパック４８はデータバス２５に結合することができる。このメモ リパックは溶接制御プログラム５１やその他の関係するデータをバックアップす るのに用いられる。これにより、再プログラミングすることなく、故障したタイ マ・モジュールを新しいタイマ・モジュールと交換することができる。 また制御プログラム５１は時刻クロック４９のための手段を含む。これはハー ドウエア・クロックでもソフトウエア・クロックでも良い。クロックの値を用い て、タイマが捕らえたデータに時間順に標識を付けることができる。このデータ は、各溶接スケジュール点での動作条件（例えば溶接の数、伝導角（conduction angle）、溶接電流および電圧など）を含む。タイマが受けた、命令の妥当性を 規定する評価基準を満たさない欠陥または無効命令も、タイムスタンプを付けて 記憶することができる。したがってこのデータは、それが発生した時刻を識別し て参照することができる。メモリの過負荷を防ぐために、誤り処理４１メモリ内 に滑り窓としてデータを保持することができる。データは、例えば所定の時間ま たは所定の動作数の間保持して良い。不揮発性メモリ内のデータログファイル５ ３は操作ファイルであって、故障ログ５５内の故障や、命令ログ５７内の無効命 令や、パニックログ５９内の或る条件を記憶する。パニックログ５９は、溶接コ ントローラの動作に関する或る設定された規則を破った事象を記憶するのに用い る。この発生は不揮発性メモリに記憶する。メッセージ・フィールド内の状態ビ ットがセットされると、パニックが発生したことを示す。ファイル５３は通信網 ５０が常に利用できる状態にある。時刻クロックは、ユーザ・インターフェース 内にあるシステム・データベース内の検索と記憶のために、メモリパックやメモ パッド４４へのデータを時間ベースで自動的にバックアップするのに用いること もできる。 本発明の１つの実施の形態では網構成は通信網５０から成り、通信網５０は図 ３に示すようにこれに結合する一連の異なるタイマ・モジュール６２−６４を有 する。各タイマ・モジュールは図２のタイマ・モジュール１１と同様に機能し、 データや溶接スケジュールやその他の動作情報を入力するための専用のデータ入 カパネル（ＤＥＰ）６７−６８を有する。ＤＥＰ６９は、二次ＤＥＰ７０を通し て別の通信網にタイマ６４−６５を結合する手段である。別個のＤＥＰ７１およ び７２は網５０に直接結合することができる。ＰＣ利用のデータ入力パネル７４ はマスタ・インターフェース・ユニットとして動作し、個々のタイマ・モジュー ル６２−６６を表示し、監視し、編集するのに用いる。二次のＰＣ利用のＤＥＰ ７６や、他の通信網に接続するためのゲートウエイ７８もあって良い。 最小の網接続は１個のマスタ装置と１個のスレーブ・ユニットである。タイマ ・モジュール６２−６６は常にスレーブ・ユニットである。網上の他の装置は、 それぞれがいくつかの動作モードの１つで機能するマスタ装置と見なされる（デ ータベース・マスタ７４、一次マスタ６７、二次マスタ７６など）。網アービタ （arbiter）は、網にまたがるトラヒックの流れを現在制御しているマスタ装置 である。任意の所定の時刻に網上にある網アービタは１個だけである。１つのモ ードでは、ＰＣ利用のＤＥＰ７４がマスタ・データベース装置として動作する。 これは最高の優先権を持ち、スレーブ・ユニットにデータを自動的にダウンロー ドすることのできる唯一のマスタ装置である。この装置は常に網アービタとして 制御に当たる。一次装置は、データベース装置がないときに網アービタを制御す るものである。二次マスタは、現在の網アービタからのアクセス許可を聞いた後 に、網上でメッセージパケットを始動する。網上にデータベース・マスタまたは 一次マスタがない場合は、準備（セットアップ）のときに規定された最高の優先 権を持つ二次装置が、擬似一次装置として網アービタの役割を担う。この二次装 置は、データベース・マスタまたは一次マスタが網に再接続するまでその役割を 続ける。 データベース装置を網に再接続する場合は、一次装置、他のいくつかのオペレ ータ・インターフェース７６のどれか、ＤＥＰ７１−７２、またはゲートウエイ 装置７８を擬似二次装置に降格して良い。したがって擬似二次装置は、データベ ースまたはその他の一次装置がアービタとして網の制御に当たった後で網の調停 を放棄した一次装置であり、この装置の物理アドレスは二次タイプになる。この タイプの装置は、網に接続してしかも他の網トラヒックを聞かないことがない限 り二次マスタとしての機能性を持つ。トラヒックを検出しない場合は自分を一次 に昇格させる。このモードでは、高い調停権の装置が制御に当たるまではこれが 網アービタであって、網アービタとして動作している限りは擬似一次装置と見な される。高い調停権の別の装置が網の制御に当たると、これは二次装置状態に戻 る。網アービタが或るマスタに網の使用を許可した場合は、このマスタは接続し たと見なされる。或る装置が網に物理的に接続して網トラヒックを聞きまたは探 している場合は、この装置は物理的に接続していると見なされる。 スレーブとして動作する溶接タイマ６２−６６は、マスタ装置がない場合でも 通常は機能する。網５０とは関係なく、これらを個別のＤＥＰ６７−７０でプロ グラムして監視することができる。これらが網５０を通してデータを送ることが できるのは網から受けた要求メッセージに応答するときだけであって、メッセー ジを自分から始動することはできない。 データ入力パネル８０の必須の構成要素の基本ブロック図を図４に示す。ＣＰ Ｕ８２は、ＥＰＲＯＭ８４とＲＡＭ８５から成るメモリ８３にアクセスすること ができる。ＥＰＲＯＭ８４は、通信およびデータ処理プロトコルを含む、装置の 操作プログラムを含む。キーパッド８６はデータを入力するのに用いるもので、 フルサイズのキーボード、マトリクス・キーパッド、またはマウスで良い。ディ スプレイ８７は選択されたタイマからのデータを表示するのに用いる。または、 データを入力するマウスに関連して用いる種々のメニューを表示するのに用いて もよい。一般に２個の通信ポート８８および９０があり、それぞれはＵＡＲＴ９ １、９３とドライバ９２、９４から成る。ポート８８はプリンタやその他のデー タ収集装置を接続するのに用いる。ポート９０は、ＲＳ−４８５半二重接続を用 いて網５０に接続するのに用いる。他の仕様を用いても良く、本発明は用いる接 続のタイプに制限されるものではない。データ入力パネルは網５０に直接接続し て用いて良い。この場合は、データベース・マスタまたは一次マスタとして、マ スタ装置７２として機能するかまたはその装置だけを個別に監視し制御するため 特定のタイマの専用にしても良い。 ＰＣ利用のデータ入カパネル７４は、図５に示すようにＤＥＰ８０と同じ基本 的構成要素を有する。これはデータベース・マスタなので、そのプロセッサ１０ ０はシステム・データベース１０２を制御し、またその網インターフェース１０ ４を通して網５０にアクセスすることができる。ユーザ１０６は、個々のデータ 構造とタイプに基づいて、Ｔ・インターフェース方法１１０（アプリケーション ・プログラム１０８の一部である）として識別されるインターフェース内の埋込 みタイマ・オブジェクトにより、そのタイマ・モジュールを通して溶接機コント ローラからのデータにアクセスすることができる。次に種々のグラフィック方法 （良く知られており、本発明の目的ではない）によりディスプレイ１１２を用い てデータを監視することができる。アプリケーション・プログラム１０８は目的 向きプログラミング手法を含む。これにより、親として動作するＴ・インターフ ェース１１０内のベースクラス・オブジェクトから引き継いだタイマ・オブジェ クト・モデルを用いて、データ表示層と網５０上の物理的装置の間のデータ層イ ンターフェースを提供することができる。網上の物理的装置はオブジェクトとし てモデル化され、その特性と挙動はデータ・フィールドと方法に符号化される。 カプセル化としても知られるこの方法は、レコードと、これを用いる手続きおよ び機能とを結合してオブジェクトを形成する。オブジェクトがＴ・インターフェ ース１１０内で定義されると、これを用いて子孫オブジェクトの階層を作る。子 孫オブジェクトはその先祖の全てのデータと方法へのアクセスを引き継ぐ。また このシステムは多様である。すなわち、オブジェクト階層を通して特定の行動に １つの名前を用い、階層内の各オブジェクトは自分にだけ適した方法で行動を実 現する。これにより、追加のタイマのデータ・タイプに関わらず、ユーザ１０６ はＤＥＰ７４から、追加の異なるタイプのタイマにアクセスすることができる。 特定の溶接タイマ・データはＴ・インターフェース１１０内のタイマ・オブジェ クト・モデルの専用であって、別個の装置ファイル１１４に記憶される。このデ ータには、Ｔ・インターフェース１１０内で定義された方法を通してだけアクセ スすることができる。網５０から受けた全てのデータの変換は装置ファイル１１ ４内で行われる。装置ファイル１１４はデータ・レコードと構造に関する全ての 情報を含み、Ｔ・インターフェース・ファイル１１０からその方法を引き継ぐ。 これにより、発生する特殊な条件毎に修正する必要なしに、これらの方法を全て の別個の装置ファイル１１４にわたって保持することができる。これらのファイ ル内の代表的なデータは、最新の溶接データや、故障の発生や、その他の関係す るデータから成る。 網５０の代表的な構成としては多重スレーブ・ユニットと多重マスタ装置が存 在して良いので、メッセージ・パケットの宛先（タイマまたはマスタ）と発信元 （マスタまたはスレーブ）を識別する手段が存在する。単一バイトから成る２ア ドレス・フィールドが、宛先と発信元の網装置番号を指定するメッセージ・パケ ット・ヘッダ内に含まれる。このアドレス情報は、準備のときに作られた構成フ ァイル１１６内に記憶される。このファイルは、タイマ毎のメモリ・イメージを 準備する方法を示す。タイマのアドレスの他に、そのデータ・タイプも構成ファ イル内にリストされる。 理論的には網５０に任意の数のマスタ装置とスレーブ装置があって良いが、Ｒ Ｓ−４８５標準に従うスレーブ装置負荷の好ましい数は３１個で、マスタ装置は 最大５個である。網媒体はシールド付きツイストペアで良い。伝送装置は、３状 態（トライ・ステート）出力を有すると考えられる。伝送される各文字は１開始 ビットと８データビットと１停止ビットから成り、伝送に必要な時間は１０ビッ ト時間である。パリティチェックは文字には含まれない。メッセージ・パケット は、マスタ要求かスレーブ応答の２つの基本形式を持つ。 各マスタ発信メッセージ・パケットは少なくとも３個の異なるフィールドから 成る。すなわち、ヘッダと、命令と、トレーラである。マスタが準備タイプの命 令を介してタイマにデータを送っている場合だけ追加のフィールドが存在する。 例えば、マスタが溶接機スケジュールをダウンロードしている場合である。パケ ット内の構成は次の通りである。 ＡＳＣＩＩ制御シーケンスＤＬＥ−ＳＴＸから成る全てのマスタ発信パケットの ヘッダ・フィールドの後に宛先スレーブ／マスタまたは放送の網アドレスがあり 、その後に発信マスタ・アドレスがある。宛先アドレスは受信者の物理アドレス と定義され、発信元アドレスは装置自身の物理アドレスと定義される。アドレス ・フィールドは透過テキストとして処理され、ＤＬＥ−ＳＴＸはリテラルとして 処理される。 各マスタ装置は割り当てられた２つの物理アドレスを有する。装置が網に接続 しようとするとき、装置は自分を擬似一次状態に昇格させるか、または高次状態 の装置が網に接続している場合は擬似二次状態に降格させる。 命令集合は、関連する命令を含むいくつかの部分集合に分割される。各命令は ２つの部分（要求者のデータ・パケットとスレーブの応答）を有する。要求者の データ・パケットは準備（書込み）データまたは状態（読出し）データの形で良 い。命令フィールドは４バイトから成る。第１バイトはメッセージ・トランザク ション・コード（装置命令コード）を含む。４バイト命令フィールドの第２バイ トは、アプリケーション装置命令層により定義される任意選択溶接プログラム・ コードを含んで良い。第３バイトは命令に適用されるスケジュール番号すなわち ステッパ番号の指標を示す。第４バイトは二次スケジュールとして装置命令層に より定義される。或るフィールドが所定の命令にとって必要ない場合は＄００に セットされる。 全命令フィールドは透過テキスト形式で提示される。 パケット・トレーラは、ＡＳＣＩＩ制御シーケンスＤＬＥ−ＥＴＸと、その後の ブロック・チェック文字（ＢＣＣ）で構成する。トレーラのフィールド長は３バ イトで、リテラルとして処理される。ＢＣＣがＤＬＥ値に等しい場合は、別のＤ ＬＥが追加されることはない。 ブロック・チェック文字バイトは、挿入されたＤＬＥを除く全ての透過テキスト ・バイトの８ビット（モジュロ２５６）合計の２の補数である。したがってブロ ック・チェック文字は、実際に保存されたアドレス、命令、テキスト長およびテ キスト・フィールドのデータにまたがる。この合計（モジュロ２５６）にブロッ ク制御チェックサム・バイトを加えると、その結果はゼロでなければならない。 各スレーブ応答メッセージ・パケットは少なくとも４つの異なるフィールドか ら成る。すなわち、ヘッダと、命令と、状態と、トレーラである。データがある 場合だけ追加のフィールドが存在する。パケット内の構成は次の通りである。 ＡＳＣＩＩ制御シーケンスＤＬＥ−ＳＯＨから成る全てのスレーブ応答パケッ トのヘッダ・フィールドの後に要求発信マスタの網アドレスがあり、その後に応 答するスレーブ・アドレスがある。宛先アドレスは受信者の物理アドレスと定義 され、発信元アドレスは装置の物理アドレスと定義される。アドレス・フィール ドは透過テキストとして処理され、ＤＬＥ−ＳＯＨはリテラルとして処理される 。 命令フィールドとトレーラ・フィールドは、マスタ装置から送られる命令フィー ルドとトレーラ・フィールドと同じである。各スレーブ応答パケット内には２つ の状態フィールド（タイマと誤り）がある。状態フィールドは透過テキストと見 なされる。タイマ状態は或るタイマ要素が存在するかどうかを示す。例えば、メ モリおよび双対プロセッサ、動作条件、通信ポート接続、データ転送、パニック 条件、ダウンロード・モード゛設定などである。誤り状態は、タイマの誤作動の 原因になる種々の動作条件を示す。これらの条件は予めプログラムされた故障コ ードを持ち、電圧や電流や温度の欠陥、無効溶接スケジュール・データ、溶接制 御システムに特有のその他の関係データなどを含む。 テキスト長フィールドは、次のテキスト・フィールドを形成する全バイトを示 す。ただし透過ＤＬＥバイトは含まない。テキストが存在しない場合はフィール ドは＄００００である。フィールド長は整数として２バイトのタイプキャストで 、透過テキストの形で示される。マスタから特定の命令により要求されるデータ はテキスト・フィールド内にある。このフィールドも透過テキストの形で示され る。 メッセージ・パケット内のいくつかのフィールド（特に、命令、状態、テキス ト長、テキスト・フィールド、ヘッダ・フィールド内のアドレス・データ）は透 過テキストの形で示される。リンク・プロトコルはＤＬＥシーケンスをメッセー ジとフィールドの区切り文字として用いるので、通常の命令またはテキスト・デ ータ・ストリーム内の制御（ＤＬＥ）シーケンスの始めとＤＬＥ値バイトの出現 とを区別する必要がある。この区別はＤＬＥ挿入により与えられる。挿入のとき は、任意のこのようなＤＬＥ値データの前にＤＬＥ接頭語を置かなければならな い。したがってシーケンスＤＬＥ−ＤＬＥは、このようなデータストリーム内で 発生するときは値ＤＬＥの単一データバイトと見なされ、ブロック制御文字フィ ールドを作るときは単一ＤＬＥだけ含めばよい。このようなストリーム内で遭遇 する任意の単一ＤＬＥはリンク制御接頭語と解釈される。透過タイプと示される 全てのデータは、パケット・ブロック・チェック文字フィールドを作るときに含 まれる。 放送メッセージは、網５０に接続する全ての装置に送ることができる。メッセ ージを放送することができるのはマスタ装置だけである。ゼロ（＄００）の宛先 アドレスを持つマスタ発信パケットは全てのスレーブ・ユニットへの放送メッセ ージと解釈され、＄８０のマスタ発信の宛先アドレスはマスタからマスタへの放 送と解釈される。スレーブ・ユニットは網上で放送メッセージを発信することは できない。「放送」として送らなければならない唯一のメッセージは故障リセッ ト行動ポーリングである。放送メッセージが不適当なときは、タイマは試験をせ ずに単に応答しないだけなので、全てのタイマが要求に正しく応じたかどうかマ スタには分からない。 網のタイミング要求の一部として、制御を保持するいくつかの条件がある。デ ータを要求されると、応答する装置は或る時間切れの値以内に応答を完了しなけ ればならない。この値は、マスタからマスタへの要求の場合の最短１００ミリ秒 からスレーブ応答の場合の最長２０００ミリ秒まで変化する。マスタは網または 任意の個別のタイマに対して３５ミリ秒より短い間隔でメッセージを始動するこ とはできない。 データベース・マスタ７４と、一次マスタ７６と、二次マスタ７２という３モ ードのマスタ装置の動作についてすでに述べた。通信網の準備中に、マスタ装置 は網内の自分のタイプと優先権を定義する物理アドレスを割り当てられる。デー タベース・マスタ７４は、改定状態に基づいてタイマ６２−６６にデータを自動 的にダウンロードすることのできる唯一の装置である。マスタ７４は、網調停者 すなわちアービタとして最高の優先権を有する。一次マスタ７６は、データベー ス・マスタがないときに網調停者として動作する。二次マスタは、網５０上でメ ッセージ・パケットを始動する前に現在の網アービタからのアクセス許可を聞か なければならない。網上にデータベース装置または一次装置がないときは、準備 中にアドレスで定義された、最高の優先権を持つ二次装置が擬似一次装置として 網調停者の役割を担う。これは擬似一次装置なので、データベース装置または一 次装置が網に再接続されるときに「抹殺」され、二次装置として再出発する。 マスタ装置の間の通信は、後で定義されるように網５０を制御または調停する 命令の集合から成る。二次の許可メッセージは網アービタだけが発行し、これに より、物理的にアドレスされる二次装置を周期的に接続することができる。二次 装置が所定の時間切れ期間の間に許可を受けることができずまた他の網トラヒッ クが聞こえない場合は網再開始シーケンスが始まり、最高の調停権を持つマスタ 装置が網調停者として制御に当たる。許可の周期的速度は所定のマスタについて アプリケーション層で決定される。二次装置が許可毎に応答しない場合でも、マ スタは所定の二次装置が網５０にアクセスすることを絶えず許可する。最後の許 可メッセージに含まれた物理アドレスを持つ二次装置は二次応答メッセージを送 る。網アービタに応答が聞こえない場合は、網アービタは、現在二次装置が存在 しないと判断して通常の動作を続ける。二次応答を受けた場合は、システム・ア ービタは直ぐ二次前進メッセージを二次装置に送り返す。許可に応答した後にこ のメッセージを聞いた場合は、二次装置は網を一時的に制御に当たる。有効な網 トラヒックを維持し続けている限り、この制御周期中は任意の数のスレーブに任 意の数のメッセージを送って良い。しかし、他の装置に網へのアクセスを許可す ることはできない。その網要件を完了した後、二次解放メッセージを網アビータ に送って網５０の制御をアービタに返す。これによりアービタは、二次装置が網 要件を完了した後、最短時間で網の制御に当たることができる。しかしアービタ がこのメッセージを受け取らず、また有効なトラヒックがアービタに聞こえない 場合は、アービタは或る時間切れ期間の後に網の制御に戻る。 最高の調停状態を有すると思うマスタ装置が網に接続すると、網に接続する全 ての装置にマスタ抹殺二次メッセージを放送メッセージとして送る。このメッセ ージを送る前に、新たに接続した装置は現在調停中のマスタから二次許可を受け るまで待ち、その後で二次装置として網に首尾良く接続しなければならない。接 続すると、直ぐこのメッセージを送る。メッセージを聞いた後、全ての他のマス タ装置は、二次装置としてまたは擬似二次装置として再出発する。 二次クロック同期メッセージは網アービタだけから送られ、これにより二次装 置の全ての実時間クロックは同期する。これは放送メッセージとしてタイマに送 られ、個々のクロック４９を同期させる。 図６に示すデータ流れ図は、本発明のデータベース・マスタ７４の好ましい実 施の形態の動作の概要を示す。開始すると１２０、データベース・マスタは構成 ファイルを作る１２４。構成ファイルは網５０上にどのタイプのタイマ１１（ス レーブ）があるかを識別して、ユーザが決定した通りに十分なメモリを割り当て る１２２。これらのファイル１２４は、網上のスレーブ装置毎の装置ファイル内 にメモリ・イメージを準備する方法を示す。データベース・マネージャは、開始 モードが通常の開始操作１３０か、アップロード操作１３２か、ダウンロード操 作１３４かを判定する。ダウンロードの場合は、データベース・ファイル内の装 置ファイルから装置改正制御のためにデータを読む１２８。データベース・マス タはアービタとして網５０の制御に当たると、ユーザ要求を待つか１３６、また は所定の時間が経った後、データベースマネージャは網を走査して、規則的な改 正ポーリングにより決定される状態変化またはデータ変化を探す。ユーザ要求は 、ディスプレイ８７上のグラフィックス・メニューからの指示に従ってキーボー ドまたはマウス操作８６から入力して良い。データベース・マネージャ７４は通 信タスク１４０によりメッセージを送る。応答を受けると１４２、関係するディ スプレイ・スクリーンを更新し１４４、データベースマネージャは受信データを システムのデータベースに保存すべき１４８かどうか判定する１４６。アドレス された装置から所定の時間内に応答が来ない場合は１５０、マスタは装置が存在 しないと判断して、ユーザが設定した或る種類のエラールーチンを実行する。そ してデータベース・マネージャは次の要求を待つ。また網アービタとしての自分 の状態を放棄して、別のユーザ要求１３６が来るまで他の一次マスタと二次マス タにこの時点のアビータとして制御させる。 図７は、本発明におけるマスタ・データベース装置の通信タスク１４０の詳細 を示す。ユーザ要求１３６を受けて復号すると、この要求をアップロード命令か ダウンロード命令か識別する１５２。受信装置も識別する１５４。マスタはこの 情報に基づいて、マスタ・データベース・ファイル内の識別された装置の装置フ ァイル内に含まれるデータ構造を用いてメッセージ・パケットを作る１５６。デ ータパケットはＴ・インターフェース・ファイル１１０により作られ、必要なヘ ッダコードとアドレス指定コードとトレーラコードを有する。ユーザ要求がダウ ンロード命令（新しい溶接スケジュールをタイマにロードするなど）の場合は１ ５８、マスタはシステムのデータベースからデータを取り出して、スケジュール をタイマにダウンロードするための特定の命令コードを挿入する１６２。要求が アップロード命令の場合は１６４、前に述べたように、要求されたデータのため の特定の命令コードをメッセージ・パケットに挿入する。メッセージ・パケット を作ると、これを網５０により、アドレスされた装置に送る１６８。送ると、応 答タイマは計時を開始する１７０。所定の時間内に戻りメッセージを受けない場 合は１７２、マスタはその装置が存在しないと判断し１７４、応答時間切れフラ グをセットする１７６。次にマスタはユーザプログラムにより決められた或る種 類のルーチンに入る。応答を受けた場合は１８０、マスタは受信メッセージがア ップロード・メッセージ１８２かダウンロード・メッセージ１８４か判定する。 また停止信号１８６は、この時点で応答タイマ１７０の計時を停止させる。アッ プロード命令の場合は、要求されたデータをパケットから取り出して１８８、応 答した装置の装置ファイル内に記憶する１９０。応答がダウンロード命令からの 場合は、データ・パケット内の状態コードを読んで１９４、マスタが送ったデー タ１６８をアドレスされた装置が受け入れたかどうか判定する１９６。データが 受け入れられなかった場合はエラールーチンが始まる１９８。このルーチンには いくつかの形があり、アプリケーション・プログラムに依存する。例えば、元の メッセージを何回も再送信した後に装置が存在しないと判定する１７４という形 もある。データが受け入れられた場合は１９６、マスタは要求が完了したかどう か判定する２００。溶接機スケジュールをダウンロード中は、ダウンロードを完 了するのにいくつかの命令２０２を行い、通信タスク１４０を実行する。なぜな ら、要求を完了するまでに多くのメッセージ・パケットを送らなければならない からである。要求が完了すると、システム・データベース・ファイルを、アドレ スされたタイマの現在の状態で更新する１４２。 本発明におけるスレーブ装置の通信応答の詳細を図８の流れ図に示す。個々の スレーブ装置は、自分のアドレスが送られているかと網５０上のメッセージを絶 えず聞く。自分のアドレスを検出した場合は２１０、メッセージ・パケット内に 埋め込まれた命令を復号し２１２、命令を命令ログ５９に記憶し２１３、受信命 令が自分に有効な命令かどうか判定する２１４。アップロード命令の場合は２１ ６、要求されたデータをタイマ内にあるデータ・ファイルから取り出して２１８ 、応答メッセージ・パケット内に挿入する。メッセージ・パケット内の状態コー ドと命令コードも更新する２２０。応答がダウンロード命令から来た場合は２２ ２、受信データを取り出して２２４、タイマ内にあるデータ・ファイルに記憶す る２２６。データ・パケット内の状態コードを更新して２２０、マスタが送った データを受け入れたことを示す。受信命令が有効でない場合は２１４、命令を無 効命令として命令ログ５７内に記憶し２２８、メッセージ・パケットの状態フィ ールドを更新して２３０、無効命令を受けたことを示す。全てのデータを取り出 しまたは追加して状態コードを更新し終わると、装置は応答メッセージ・パケッ トを作り２３２、このパケットを発信元に送り返す２３４。 図９は、本発明における溶接制御Ｉ／Ｏモジュール３００への相互接続を示す 詳細なブロック図である。 溶接タイマＩ／Ｏモジュールのデータの流れを次に説明する。 １． 入力データをフィールドバスから受けた後、これを通信アダプタからＡＴ ＩＩ直列並列変換器に非同期的にロードする。ローカル・マイクロプロセッサは 内部時間基準を用いてこの入力とローカル入力レジスタをそのメモリに読み込む 。構成ジャンパに基づいて、プロセッサ・ロジックはＡＴＩＩ入力とローカル入 力を組み合わせて共通データ構造を作り、これをタイマＩ／Ｏインターフェース 並列直列変換器にロードする。溶接タイマはこのデータをメモリにシフトインす る。 １ａ． 両外部出力とローカル出力のどちらかの状態をセットすることにより、 プロセッサはＡＴＩＩ入力かローカル入力の状態に作用する。 ２． 溶接タイマから出力データを溶接タイマＩ／Ｏインターフェース並列直列 変換器に非同期的にロードする。プロセッサは内部時間基準を用いて直列並列変 換レジスタをメモリ内に読み込む。構成ジャンパとローカル・プロセッサに基づ いてプロセッサはデータを修正し、これをＡＴＩＩ並列直列変換器にロードする 。通信アダプタはこれを読んで、望ましいフィールドバス・プロトコルを用いて フィールドバスにより送る。 ２ａ． プロセッサは、構成ジャンパと、溶接タイマから受けたデータの状態と 、ローカル入力の状態に基づいて、ローカル出力の状態を修正する。 ３． プロセッサは、出力としてＡＴＩＩに提示されたデータの状態と、ＡＴＩ Ｉ入力から受けたデータの状態を表示する。ローカル＾Ｉ／Ｏ状態用の表示器も 提供される。 ４． 構成ジャンパにより、ユーザは溶接タイマＩ／Ｏデータ書式とは異なるフ ィールドバス・データ書式を指定することができる。 図１０は、本発明におけるローカルＩ／Ｏおよび網化されたＩ／Ｏと溶接コン トローラの間の相互作用の詳細を示す流れ図である。 上に詳細に示した方法は、溶接器制御システム内外の多くの異なるタイプの応 用に適用することができる。溶接制御Ｉ／Ｏモジュールはフィールドバスの網化 された入出力装置と多くの他の制御システムの間のゲートウエイ装置を提供する 。 特定の実施の形態を図示して説明したが、本発明の範囲と精神から逸れること なく、多くの修正が可能である。溶接機コントローラと共に用いるシステムに関 して説明したが、このシステムは、異なるデータ構造を持ちその間にデータを伝 送する装置を含む任意のタイプの通信制御システムと共に用いることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ドュウ，ラリー，エイ. アメリカ合衆国，ノースカロライナ，ダー ハム，ウィンドーバー ドライブ 7016 (72)発明者 シュタイフェルメイヤー，ジーン アメリカ合衆国，ノースカロライナ，ロー リー，ソープストーン サークル 12109

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. 入出力装置のフィールドバス網と制御システムをインターフェースする制 御入出力（Ｉ／Ｏ）モジュールであって、 Ａ．前記入出力装置のフィールドバス網と前記制御Ｉ／Ｏモジュールを結合す るフィールドバス通信アダプタと、 Ｂ．複数のローカル入出力装置と前記制御Ｉ／Ｏモジュールを結合するローカ ルＩ／Ｏコネクタと、 Ｃ．前記制御Ｉ／Ｏモジュールと前記制御システムを結合する直列コントロー ラ・インターフェースと、 Ｄ．前記ローカル入出力装置と、前記フィールドバス入出力装置と、前記制御 システムの間の相互作用を制御するＩ／Ｏプロセッサと、 を備え、 Ｅ．前記制御Ｉ／Ｏモジュールと前記制御システムの間に共通フィールドバス ・プロトコルを用いることにより、前記制御システムの機能性とは独立に、前記 フィールドバス通信アダプタは前記入出力装置の網のフィールドバス・プロトコ ルに互換性を与える、 制御入出力モジュール。