JP2008141508A - Ｐｌｃシステムおよび該システムに用いるｐｌｃ - Google Patents

Abstract

【課題】高い信頼性で通信することが可能なＰＬＣシステムを提供する。
【解決手段】本ＰＬＣシステムは、好ましくは自動中継機能を有するアドホックモードのメッシュ型無線部を備えかつゲートウェイ機能を有していて３階層目のインターネットネットワークに有線または無線で接続構成するＰＬＣと、このＰＬＣにアドホックモード無線で接続されて２階層目のメッシュ型無線ネットワークを構成する複数のＰＬＣと、上記２階層目のＰＬＣにそれぞれアドホックモードまたはインフラストラクチャーモードで接続されて構成する、１つないし複数の無線センサ、入出力機器、スイッチ等の外部無線機器と、を備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、シーケンスプログラムを実行するプログラマブルロジックコントローラ（以下、ＰＬＣ）により構成されたＰＬＣシステムおよび該システムに用いるＰＬＣに関するものである。

自動工作機械や自動組立装置等の生産設備等を制御する産業用制御装置としてＰＬＣはシーケンサの呼称でも知られており、耐環境性に優れ故障等の問題が少ないという信頼性や安全性、またデバッグ性に優れる等によりシステム変更に容易に対応できる。このＰＬＣは、メモリ部と、ＣＰＵ部と、ＰＩＤ部と、入出力部と、電源部とを備え、ネットワーク対応のものではこれに通信部が備え付けられる。ＰＬＣは、上記各部をひとつのハウジングに収容した一体型と、上記各部をモジュールにして組み合わせたビルディングブロック型とが知られている。

ＰＬＣは、装置や制御盤や操作盤や表示器等に設置したセンサやスイッチ等の様々な入出力機器からの入力信号を入力回路で取り込み、あらかじめプログラムされた条件で出力回路をＯＮ／ＯＦＦや論理演算することで電磁弁やモータ、表示灯などの様々な機器や装置を制御することができる制御装置である。

このようなＰＬＣのうち無線センサ等の無線機能を備えた入出力機器と無線通信できる機能を備えたＰＬＣでは、インターネットにおける無線ＬＡＮ、家電やパソコン接続のＢｌｕｅｔｏｏｔｈ無線が進化する中で、入出力機器との無線接続については制約のなかで対応していた。

しかしながら、上記無線接続で最大の制約は無線ではＰＬＣに期待されている上記信頼性や安全性を達成できないこととデータ伝達レベルの通信しかできないことである。当然高い信頼性が要求されるＰＬＣの内部バスまたは共有メモリとの直接接続は皆無であった。

図９を参照して上記ＰＬＣを用いた従来のＰＬＣシステムを説明すると、従来では、複数のＰＬＣ１００，１０１，１０２が無線ＬＡＮ等のアクセスポイント（基地局）となって、それぞれに無線接続（図９中で点線）されている無線センサＳ１〜Ｓ８の情報を集約してそれぞれのＰＬＣ１００，１０１，１０２がインターネットやサーバー１０３と有線接続（図９中実線）されていた。

このようなＰＬＣシステムでは、無線センサ，入出力機器，スイッチ等の外部無線機器Ｓ１〜Ｓ８等の設置場所（バックボーン）の制約や配線工数の発生があった。また郊外等のインターネットが近傍に無い場所でのシステム構築は不可能でもあった。

そこで、本出願人は上記無線接続における制約を軽減しＰＬＣを用いたＰＬＣシステムの信頼性等を向上するため、メッシュ型無線ネットワークに着目して研究を重ねた。このメッシュ型無線ネットワークは、無線通信を行う複数の無線ノードを含み、各無線ノードを複数の無線ノードに対してＰ−Ｐ（Ｐｏｉｎｔ−ｔｏ−Ｐｏｉｎｔ）型無線リンクで接続することにより任意の無線ノード間において直接もしくは１以上の無線ノードを介して通信を可能とするネットワークのことである。
特開２００３−０６９６２０号公報 特開２００５−２３６７５２号公報

本発明は、メッシュ型無線ネットワークを用いて複数のＰＬＣおよび複数の外部無線機器をメッシュ接続して高い信頼性で通信することが可能なＰＬＣシステムを提供するものである。

（１）本発明によるＰＬＣシステムは、複数のＰＬＣにより互いに小電力かつ高信頼性の無線通信をすることが可能なメッシュ型無線ネットワークを構成したことを特徴とするものである。

本発明によると、例えば１つのＰＬＣに当該ＰＬＣと無線通信することができる外部無線機器等が接続され、その外部無線機器からのセンサデータ等をメッシュ型無線ネットワークを介して他のＰＬＣに対して伝送することができるようになり、外部無線機器の設置場所の制約等が解消され、また郊外等のインターネットが近傍に無い場所であってもインターネットを含むシステム構築が可能となる。

本発明の好適な態様は、上記ＰＬＣとして、ＰＬＣ全体の制御を司る単一または複数のＣＰＵと、このＣＰＵと内部バスまたは共有メモリを通じて直接接続されたメッシュ型無線部とを有し、このメッシュ型無線部は、ＰＬＣコマンド（命令）により制御されて、他のＰＬＣのメッシュ型無線部と無線通信する機能、無線センサ、入出力機器、スイッチ等の外部無線機器を制御する機能、および自動中継機能、を備えた無線型ＰＬＣを用いることである。

すなわち、上記ＰＬＣを用いた場合、上記ＰＬＣは、バスレベルの高機能，高速機能で通信することができる。このバスレベルでは、コマンド、データ、アドレスの３つでの通信である。また、メッシュ型無線の自動中継機能を有するので通信の信頼性を大幅に向上させた無線ＰＬＣである。さらに、ＰＬＣが得意とする各種センサ等へのＰＬＣプログラムによるドライブ機能（有線）を無線センサ／入出力機器／スイッチに水平に展開することができる無線ＰＬＣである。さらにまた、階層化ネットワークによる高機能、広範囲（小規模から大規模システム、郊外でも屋内でもシステムに適用）のＰＬＣシステムを構成することができる。さらには、バケツリレー式により無線ＰＬＣのデータを長距離伝送することができる。

以上から本発明のＰＬＣシステムは高機能、高信頼性，広範囲のシステムを提供することができる。

本発明の好適な態様は、上記ＰＬＣに対して無線通信機能付きの１つないし複数のセンサ、入出力機器、スイッチ等（これらを外部無線機器と言う）をインフラストラクチャモードまたはアドホックモードで無線通信可能に構成することである。

本発明の好適な態様は、上記ＰＬＣに対して複数の外部無線機器をインフラストラクチャモードで１：Ｎ通信可能に配置するか当該外部無線機器をアドホックモードにしてメッシュ型無線ネットワークでＮ：Ｍの無線ネットワークを可能に構成することである。

本発明の好適な態様は、上記ＰＬＣは通信圏外のインターネットやサーバー接続ゲートウェイ機能付きＰＬＣに対しては通信圏内のＰＬＣおよび自動中継専用装置をバケツリレー（マルチホップ）方式で経由して中継して通信可能とされていることである。

本発明の好適な態様は、上記ＰＬＣが上記バケツリレー方式の中継のルートを設定するルーティング指令機能を有することである。

本発明の好適な態様は、上記ＰＬＣが上記中継ルートの通信が不安定な時あるいは遮断された時に自律的および上位階層ＰＬＣからのルーティング指令で新たな中継ルートを構築することである。

本発明の好適な態様は、上記複数のＰＬＣの少なくとも１つがゲートウェイ機能を備えてインターネットやサーバーと接続通信可能に構成されている、ことである。

本発明の好適な態様は、上記ゲートウェイ機能付きのＰＬＣが１つないし複数の無線ＰＬＣや自動中継専用装置をバケツリレー方式で中継してインターネットやサーバーに接続することである。

本発明の好適な態様は、上記無線通信がＺｉｇｂｅｅ無線、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ無線、無線ＬＡＮ等の近中距離無線通信であることである。

（２）本発明によるＰＬＣシステムは、自動中継機能を有するアドホックモードのメッシュ型無線部を備えかつゲートウェイ機能を有していて３階層目のインターネットネットワークに有線または無線で接続構成するＰＬＣと、このＰＬＣにアドホックモード無線で接続されて２階層目のメッシュ型無線ネットワークを構成する複数のＰＬＣと、上記２階層目のＰＬＣにそれぞれアドホックモードで接続されて１階層目のメッシュ型無線ネットワークを構成する、１つないし複数の無線センサ、入出力機器、スイッチ等と、を備えることを特徴とするものである。

（３）本発明によるＰＬＣシステムは、自動中継機能を有するアドホックモードのメッシュ型無線部を備えかつゲートウェイ機能を有していて３階層目のインターネットやサーバーに有線または無線で接続構成するＰＬＣと、このＰＬＣにアドホックモード無線で接続されて２階層目のメッシュ型無線ネットワークを構成する複数のＰＬＣと、上記２階層目のＰＬＣに、インフラストラクチャーモードで接続されている、１つないし複数の無線センサ、入出力機器、スイッチ等と、を備えることを特徴とするものである。

（４）本発明によるＰＬＣシステムは、自動中継機能を有するメッシュ型無線部を備えかつゲートウェイ機能を有していて３階層目のインターネットやサーバーを接続構成する単体のＰＬＣと、このＰＬＣにインフラストラクチャモードで接続されている１つまたは複数の無線センサ、入出力機器、スイッチ等の外部無線機器と、を備える、ことを特徴とするものである。

（５）本発明によるＰＬＣは、ＰＬＣ全体の制御を司る単一または複数のＣＰＵと、このＣＰＵと内部バスまたは共有メモリを通じて直接接続されたメッシュ型無線部とを有し、このメッシュ型無線部は、ＰＬＣコマンドにより制御されて、他のＰＬＣのメッシュ型無線部と無線通信する機能、無線センサ、入出力機器、スイッチ等の外部無線機器を制御する機能、および自動中継機能、を備える、ことを特徴とするものである。

本発明の好適な態様は、上記無線通信が、Ｚｉｇｂｅｅ無線、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ無線、無線ＬＡＮ等の近中距離無線通信である。

本発明の好適な態様は、上記メッシュ型無線部が、制御対象の外部無線機器の無線モードをアドホックモードとインフラストラクチャモードのいずれかに上位ＰＬＣコマンドでの自動および外部無線機器内蔵のスイッチ等での手動で切り替えて無線通信する機能を有することである
本発明の好適な態様は、上記メッシュ型無線部が、他の複数のＰＬＣとの間のメッシュ型通信を中継するに際して指示ルートおよび受信強度等の最適中継ルートを設定する機能を有することである。

本発明の好適な態様は、上記メッシュ型無線部が、他の複数のＰＬＣとの間での中継ルートでの通信が不安定または遮断時に他のアクセスポイントに切り替えて自律的に新たな中継ルートを設定する機能を有することである。

本発明によれば、機械や装置の制御から工場や郊外を含む広範囲なフィールドでの制御を高い信頼性で通信することが可能なＰＬＣシステムを提供することができる。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係るＰＬＣを説明する。図１は、実施の形態のＰＬＣの概略構成を示すブロック図、図２は上記ＰＬＣのメッシュ型無線モジュールのブロック図である。

まず、図１を参照して、このＰＬＣ１は、電源モジュール２と、ＣＰＵモジュール４と、各種モジュール６（入出力、温調、カウンタ等）と、に加えてメッシュ型無線モジュール８を備え、これらモジュールが内部バスであるＰＬＣバスまたは内部イーサネット(登録商標）を介して高機能，高速に接続されて１つのユニットとして構成されている。なお、実施の形態ではＰＬＣ１を各種機能を持つモジュールを接続したビルディングタイプとしたが、これに限定されず各種機能を内蔵した一体型タイプも含むことができる。電源モジュール２はＣＰＵモジュール４、各種モジュール６、メッシュ型無線モジュール８等のＰＬＣ１の全体に電力を供給する。ＣＰＵモジュール４は記憶されているシーケンスプログラムに応じてＰＬＣ１の各種モジュール６および全体を制御する。

メッシュ型無線モジュール８は、ＣＰＵモジュール４にＰＬＣバス１０またはイーサネット(登録商標）１２を通じて接続され、ＣＰＵモジュール４からのＰＬＣコマンドにより制御されて、小電力かつ高信頼性で他のＰＬＣや無線センサ等との間で自動中継を行う自動中継機能を備えている。

またメッシュ型無線モジュール８は、他のＰＬＣおよび外部無線機器とメッシュ型無線ネットワークを構成して相互通信することができる。

次に図２を参照してメッシュ型無線モジュール８は、内部バスであるＰＬＣバス１０と共有メモリ１６を介してＣＰＵモジュール４に接続されている。メッシュ型無線モジュール８はＣＰＵバス１４を備える。このＣＰＵバス１４に、共有メモリ１６、ＣＰＵ（メモリ）１８、Ｉ／Ｏセンサドライバ２０、ＳＷ／ＬＥＤ（モード切換等のスイッチ／運転状態表示部）２２およびメッシュ型無線部２４がＣＰＵバス接続されている。共有メモリ１６はＣＰＵモジュール４とＰＬＣバス１０の共用のメモリとして接続されている。

共有メモリ１６は、ＣＰＵモジュール４内のＣＰＵ４ａと、メッシュ型無線モジュール８内のＣＰＵ（メモリ）１８とにより共用されるメモリである。上記双方のＣＰＵ４ａ，１８はこの共有メモリ１６に読出し／書き込みを同時に独立，同期して実行することができるようになっている。

ＣＰＵ（メモリ）１８内のメモリは、メッシュ型無線部２４の動作およびＰＬＣとの接続のためのプログラムを記憶しており、このプログラムに従い、ＣＰＵ（メモリ）１８は、メッシュ型無線部２４の動作を制御すると共に、その制御に関わるデータを共有メモリ１６に対して読出し書き込む。

Ｉ／Ｏセンサドライバ２０は、各種の無線センサや入出力機器の信号、データをＣＰＵ（メモリ）１８で認識し、入出力することができるインタ−フェースである。

メッシュ型無線部２４およびＣＰＵ（メモリ）１８は、ＰＬＣコマンドにより制御されて、他のＰＬＣのメッシュ型無線部と無線通信する機能、無線センサ、入出力機器、スイッチ等の外部無線機器を制御する機能、および自動中継機能、を備えた無線型ＰＬＣである。メッシュ型無線部２４における無線通信は、Ｚｉｇｂｅｅ無線、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ無線、無線ＬＡＮ等の近中距離無線通信である。

メッシュ型無線部２４およびＣＰＵ（メモリ）１８は、外部無線機器である無線センサ等の無線モードをアドホックモードとインフラストラクチャモードのいずれかに上位ＰＬＣコマンドでの自動および無線センサ等に内蔵のスイッチ等での手動で切り替えて無線通信する機能を有する。

メッシュ型無線部２４およびＣＰＵ（メモリ）１８は、他の複数のＰＬＣおよび自動中継専用装置との間のメッシュ型通信を中継するに際して指示ルートおよび受信強度等の最適中継ルートを設定する機能を有する。

メッシュ型無線部２４およびＣＰＵ（メモリ）１８は、他の複数のＰＬＣとの間での中継ルートでの通信が不安定または遮断時に他のアクセスポイントに切り替えて自律的に新たな中継ルートを設定する機能を有する。

以上の機能を達成するために、メッシュ型無線部２４は、ＣＰＵ（メモリ）１８、送受信制御回路２４ａ、送信回路２４ｂ、受信回路２４ｃ、内蔵アンテナ２４ｄおよび外部アンテナ２４ｅから構成されている。

送受信制御回路２４ａは、ＣＰＵ（メモリ）１８の制御に応答して、Ｚｉｇｂｅｅ無線、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ無線、無線ＬＡＮ等の送受信制御、自動中継、アドホックモード／インフラストラクチャモード切り替え、ルーティング設定等の制御を行う。アドホックモード／インフラストラクチャモード切り替え、ルーティング設定等はＣＰＵモジュール４からのＰＬＣプログラムの指令により行うことができる。

以上のメッシュ型無線モジュール８は、自動中継機能を持った市販のＺｉｇｂｅｅ無線チップにＣＰＵ（メモリ）１８、共有メモリ１６、ＰＬＣバス接続、ＩＯ、ブリッジ等のインテリジェント機能を追加したもので構成することができる。

以上のＰＬＣ１を用いたバケツリレー式（無線でパケットをバケツリレーのように転送するマルチホップ無線方式）による中継を図３を参照して説明する。図３に無線ネットワークと有線ネットワークとをブリッジするブリッジ機能付き自動中継専用装置２６と、バッテリ式の自動中継専用装置２８…と、ＰＬＣ１とを示す。図中の点線は無線、実線は有線であることを示す。自動中継専用装置２６はＭＡＣアドレスを有していて有線でインターネット３０に接続される。この自動中継専用装置２６におけるブリッジ機能（ゲートウェイ機能）は異なるネットワーク間を中継する機能のことである。直接ＰＬＣ１でインターネットに接続できる配置の場合はゲートウェイ機能付きのＰＬＣ1を用いる。

このバケツリレー式は、ＰＬＣ１のメッシュ型無線部２４がＺｉｇｂｅｅ無線等の近中距離無線のものである一方で、このＰＬＣ１とインターネット３０との距離が郊外で長距離である場合、約１００ｍ間隔で自動中継専用装置２６を配置し、これら自動中継専用装置２６をバケツリレーすることによりＰＬＣ１のデータをインターネット３０に転送する。すなわち、郊外でインターネット３０やサーバー接続ゲートウェイ機能付きＰＬＣに対して通信圏外である場合、通信圏内の無線機能付きＰＬＣや上記自動中継専用装置２６をバケツリレー式（マルチホップ式）で経由して通信可能となっている。

この場合、リレー回数（ホップ回数）が増加すると、通信の帯域幅が減少するので、帯域幅を減少させないために複数の送受信構成の通信を採用することができる。また、郊外でバッテリ電源を用いた場合では、バッテリの長寿命化のためバックボーン回線維持としてキャリア送信のみで省電力消費とし、これにデータ送信等のメイン送信オンオフの間欠通信の２チャネルとしてもよい。

また、上記バケツリレー式で多数の自動中継専用装置２６がメッシュ型無線ネットワークに配置されている場合、ＰＬＣにプログラムされた設定ロジック（探索メッセージ）と無線ノードの通信状態フィードバックにより伝送ルートや無線ノード切替（アドホックモードとインフラストラクチャモードの切替）が設定され、バケツリレーのルートを決めることができる。また、このルートは時間や受信電力状態により更新することができる。なお、探索メッセージの発信はデータの伝送には無関係であり、頻繁に行うと電力を消費し、電池寿命を短くしてしまう。そこでＰＬＣと外部無線機器との間をインフラストラクチャモードで接続した場合、電池を長寿命化することができる。

図４にＺｉｇｂｅｅの階層図（ネットワークの７階層相当）を示す。自動中継機能はＯＳＡのネットワークの７階層のうちの３階層のデータリンク層（高周波レイヤ、物理レイヤ、ＭＡＣレイヤ）で実行される。実施の形態のメッシュ型無線では、Ｚｉｇｂｅｅ無線、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ無線、無線ＬＡＮ等と、イーサネット(登録商標）／インターネットとのブリッジ機能をＰＬＣ内蔵のメッシュ型無線モジュールとＰＬＣのイーサネット(登録商標）とを用いて実現する。有線側のネットワークは電話回線関連のＴｅｌｎｅｔ、ＡＤＳＬ、動画像ネットワークに用いるＩＥＥＥ１３９４（ファイアワイヤ）、モーションネットワークのＳＥＲＣＯＳやＭＥＣＨＡＴＲＯＬＩＮＫ等もターゲットである。

このバケツリレー式中継は、Ｚｉｇｂｅｅ無線であれば約１００ｍ間隔の近中距離中継で行い、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ無線であればそれより長い間隔の中継で行うことができる。

図５に実施の形態のＰＬＣシステムの構成を示す。

図５にはサーバー（インターネットを含む）３２と、複数のＰＬＣ３４と、各ＰＬＣ３４それぞれに接続された複数の外部無線機器３６とを示す。図中の点線はＰＬＣ３４と外部無線機器３６との無線通信を示し、実線はＰＬＣ３４同士のメッシュ接続無線通信を示す。各ＰＬＣ３４は、それぞれ、外部無線機器３６の無線アクセスポイントとなってそれぞれの外部無線機器３６と点線で示すインフラストラクチャモードで行う通信機能と、他のＰＬＣ３４との通信を実線で示す他のＰＬＣ３４の無線アクセスポイントに特定されないアドホックモードで行う通信機能とを含む。このアドホックモードでは近中距離無線通信であるＺｉｇｂｅｅ無線、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ無線、無線ＬＡＮ等を用いることが好ましい。ＰＬＣ３４それぞれと外部無線機器３６それぞれとはインフラストラクチャモードで１：Ｎ通信し、また、外部無線機器３６同士はアドホックモードにしてメッシュ型無線ネットワークでＮ：Ｍの無線ネットワークを構築することができる。

Ｚｉｇｂｅｅ無線は、ネットワーク層以上を規定した短距離の無線通信プロトコル規格による無線であり、その物理層およびＭＡＣ（ｍｅｄｉａ ａｃｃｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）層についてはＩＥＥＥ８０２．１５．４に準拠し、その上位をネットワーク化し、相互接続性を確保する。Ｚｉｇｂｅｅ無線の応用範囲は、ビルのセキュリティ、空調制御、等、産業用途ではエネルギ管理、製造管理等、民生用途ではテレビ、ビデオ等のリモコン、ホームオートメーションのセキュリティ等、センサネットワークで煙検出器、温度センサ、湿度センサ等がある。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ無線はＩＥＥＥ８０２．１５．１の規格による無線であり、無線ＬＡＮはＩＥＥＥ８０２．１１／７２０ＫＢ／Ｓの規格に準拠した機器により構成されるネットワークである。これらのうちＺｉｇｂｅｅ無線は、最も小送信出力電力（１ｍＷ）低速（２５０ＫＢ／Ｓ）であるが安定性、セキュア、シンプル、低価格でコントローラ、監視装置等の無線ネットワーク化に適している。このＺｉｇｂｅｅ無線をメッシュ型無線ネットワークシステムとすることにより、安定かつ高信頼性のフィールド（現場）向け大規模無線ネットワークまで構築することができる。

上記の場合、各ＰＬＣ３４は、バケツリレー式における中継ルートを設定するルーティング指令機能を有し、このルーティング設定において複数のＰＬＣ３４間の通信を中継するに際して最適中継ルートを設定することができる機能や、通信が不安定な時や通信が遮断されている時に次の通信候補のＰＬＣ３４に切り替えて自律的および上位階層のＰＬＣからのルーティング指令により新たなメッシュネットワークを構築する通信機能を有する。

各ＰＬＣ３４の少なくとも１つはゲートウェイ機能を備えてインターネットやサーバー３２と通信可能に構成されている。このゲートウェイ機能付きのＰＬＣ３４は１つないし複数の他のＰＬＣや自動中継専用装置をバケツリレー方式で中継してインターネットやサーバー３２に接続することができる。

図６を参照して他のＰＬＣシステムを説明する。図６にサーバーやインターネット３７に有線接続されたＺｉｇｂｅｅ無線機能付きのＰＬＣ３８と、このＰＬＣ３８に無線接続された複数の外部無線機器４０とを示す。無線センサ４０はＰＬＣ３８を含めて点線で示すアドホックモードでのメッシュ型無線ネットワーク接続されている。すべての外部無線機器は最適なルートでＰＬＣ３８に接続されインターネットに接続される。

図７を参照してさらに他のＰＬＣシステムを説明する。図７に示すＰＬＣシステムは、グローバルネットワークであるインターネット４２と、インフラストラクチャモードでバケツリレー通信する複数の自動中継専用装置４４１〜４４ｎと、相互間でアドホックモードでメッシュ型無線通信ネットワークを構成する複数のＰＬＣ４６１〜４６ｎとを示す。

自動中継専用装置４４１はブリッジ機能（ゲートウェイ機能）付きである。

ＰＬＣ４６１は、ゲートウェイ機能付きである。

各ＰＬＣ４６１〜４６ｎには複数の外部無線機器４８，５０，５２が対応するＰＬＣ４６１〜ＰＬＣ４６ｎにインフラストラクチャモードで無線接続されている。 ＰＬＣ４６２に接続された外部無線機器４８間はメッシュ型無線ネットワーク構成で相互にアドホックモードで無線通信可能になっている。

以上のＰＬＣシステムにおいては、外部無線機器４８を１階層目とし、ＰＬＣ４６１〜４６ｎを２階層目とし、ＰＬＣ４６１を含むグローバルネットワーク４２を３階層目としている。したがって、ＰＬＣ４６１は２階層目と３階層目とを構成する。

ＰＬＣ４６１〜４６ｎそれぞれの外部無線機器４８〜５２のセンサデータは、対応するＰＬＣ４６２〜ＰＬＣ４６ｎ→ＰＬＣ４６１→無線装置４４→インターネット４２に伝送される。なお、上記ＰＬＣシステムでは図７のＰＬＣ４６１にＰＬＣ４６２とそれに接続される外部無線機器４８を置き換えることができる。

以上の図７で示すＰＬＣシステムは、３階層ＰＬＣシステムとして、自動中継機能を有するアドホックモードのメッシュ型無線部を備えかつゲートウェイ機能を有していて３階層目のインターネットネットワークに有線または無線で接続構成するＰＬＣ４６１と、このＰＬＣ４６１にアドホックモード無線で接続されて２階層目のメッシュ型無線ネットワークを構成する複数のＰＬＣ４６２〜４６ｎ（ＰＬＣ４６１もこの場合、２階層目を構成する）と、上記２階層目のＰＬＣにアドホックモードで接続されて１階層目のメッシュ型無線ネットワークを構成する外部無線機器４８，５０，５２とを備える。

また、他のＰＬＣシステムは、２階層ＰＬＣシステムとして、自動中継機能を有するメッシュ型無線部を備えかつゲートウェイ機能を有していて３階層目のインターネットに有線または無線で接続構成する1つまたは複数のＰＬＣと、上記３階層目のＰＬＣにメッシュ型無線で接続される１つないし複数の無線センサ、入出力機器、スイッチ等と、を備える。

さらに他のＰＬＣシステムは、１階層ＰＬＣシステムとして、自動中継機能を有するゲートウェイ機能を有していて３階層目のインターネットを接続構成する単体のＰＬＣと、このＰＬＣにインフラストラクチャモードで接続されている1つまたは複数の無線センサ、入出力機器、スイッチ等の外部無線機器と、を備える。

実施の形態のＰＬＣシステムは、例えば、図８で示す郊外の建設予定地等の環境測定メッシュ型無線ネットワークシステムに適用することができる。

図８で示すように、インターネット５４に有線でメッシュ型無線モジュール実装のＰＬＣ５６１を接続し、このＰＬＣ５６１はメッシュ型無線モジュール実装のＰＬＣ５６２，５６３，５６４に実線で示すようにアドホックモードで無線通信可能とし、各ＰＬＣ５６２，５６３，５６４には外部無線機器５８，６０，６２を点線で示すようにインフラストラクチャモードで無線通信可能とし、各外部無線機器５８，６０，６２は上記環境測定地域の温度、湿度、風速、塵埃、ＣＯ₂濃度、日照等のセンサデータを対応するＰＬＣ５６２〜５６４に伝送する。この場合、外部無線機器５８，６０，６２は３箇所の離れた地域の環境測定を行う。これら外部無線機器５８，６０，６２それぞれからのセンサデータはＰＬＣ５６２，５６３，５６４それぞれを介してＰＬＣ５６１に伝送され、ＰＬＣ５６１は一括してインターネット５４にセンサデータを送信する。インターネット５４には図示略のホストコンピュータが接続されており、このホストコンピュータではこれらセンサデータから当該地域の環境状態を測定する。

その他、実施の形態のＰＬＣシステムでは、温室を遠隔で監視ないし管理することができるシステムにも適用することができる。この場合、外部無線機器は、風速センサ、温湿度センサ、日射センサ等であり、このセンサデータを実施の形態のＰＬＣシステムで集約し、ホストコンピュータ側で監視し、その監視に基づいて温室に配置した天窓モータ、遮光カーテン、換気扇、等を駆動制御して、温室を最適な状態に管理することができる。

以上から明らかであるように、実施の形態のＰＬＣシステムは高機能、高信頼性、広範囲のシステムを提供することができる。

図１は、本発明の実施の形態のＰＬＣの概略構成を示すブロック図である。 図２は上記ＰＬＣのメッシュ型無線モジュールのブロック図である。 図３は、複数の自動中継専用装置によりＰＬＣからのデータをインターネットにバケツリレーする状態を示す図である。 図４はＺｉｇｂｅｅの階層図である。 図５はＰＬＣシステムの構成を示す図である。 図６はＰＬＣシステムの他の構成を示す図である。 図７はＰＬＣシステムの３つの階層システムを網羅した構成を示す図である。 図８は図７のＰＬＣシステムの適用例を示す図である。 図９は従来のＰＬＣシステムの構成を示す図である。

符号の説明

１ ＰＬＣ
２ 電源モジュール
４ ＣＰＵモジュール
８ メッシュ型無線モジュール
１０ ＰＬＣバス
１２ イーサネット(登録商標）
１４ ＣＰＵバス
２４ メッシュ型無線部
２８ 自動中継専用装置
３０ インターネット
３２ サーバー
３４ ＰＬＣ
３６ 外部無線機器
３８ ＰＬＣ
４０ 外部無線機器
４２ インターネット
４４１〜４４ｎ 自動中継専用装置
４６０〜４６ｎ ＰＬＣ

Claims (22)

1. 複数のプログラマブルロジックコントローラ（以下ＰＬＣ）により互いに小電力かつ高信頼性の無線通信をすることが可能なメッシュ型無線ネットワークを構成した、ことを特徴とするＰＬＣシステム。
2. 上記ＰＬＣは、ＰＬＣ全体の制御を司る単一または複数のＣＰＵと、このＣＰＵと内部バスまたは共有メモリを通じて直接接続されたメッシュ型無線部とを有し、このメッシュ型無線部は、ＰＬＣコマンドにより制御されて、他のＰＬＣのメッシュ型無線部と無線通信する機能、無線センサ、入出力機器、スイッチ等の外部無線機器を制御する機能、および自動中継機能、を備える無線型ＰＬＣである、ことを特徴とする請求項１に記載のＰＬＣシステム。
3. 上記無線通信が、Ｚｉｇｂｅｅ無線、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ無線、無線ＬＡＮ等の近中距離無線通信である、ことを特徴とする請求項２に記載のＰＬＣシステム。
4. 上記メッシュ型無線部は、制御対象の外部無線機器の無線モードをアドホックモードとインフラストラクチャモードのいずれかに上位ＰＬＣコマンドでの自動および外部無線機器内蔵のスイッチ等での手動で切り替えて無線通信する機能を有することを特徴とする請求項２または３に記載のＰＬＣシステム。
5. 上記メッシュ型無線部は、他の複数のＰＬＣとの間のメッシュ型通信を中継するに際して指示ルートおよび受信強度等の最適中継ルートを設定する機能を有する、ことを特徴とする請求項２から４までのいずれか１項に記載のＰＬＣシステム。
6. 上記メッシュ型無線部は、他の複数のＰＬＣおよび外部無線機器および自動中継専用装置との間での中継ルートでの通信が不安定または遮断時に他のアクセスポイントに切り替えて自律的に新たな中継ルートを設定する機能を有する、ことを特徴とする請求項５に記載のＰＬＣシステム。
7. 上記ＰＬＣに対して無線通信機能付きの１つないし複数のセンサ、入出力機器、スイッチ等の外部無線機器をインフラストラクチャモードまたはアドホックモードで無線通信可能に構成した、ことを特徴とする請求項２から６までのいずれか１項に記載のＰＬＣシステム。
8. 上記ＰＬＣに対して複数の外部無線機器をインフラストラクチャモードで１：Ｎ通信可能に配置するか当該外部無線機器をアドホックモードにしてメッシュ型無線ネットワークでＮ：Ｍの無線ネットワークを可能に構成した、ことを特徴とする請求項２から６までのいずれか１項に記載のＰＬＣシステム。
9. 上記ＰＬＣは通信圏外のインターネットやサーバー接続ゲートウェイ機能付きＰＬＣに対しては通信圏内のＰＬＣおよび自動中継専用装置をバケツリレー（マルチホップ）方式で経由して中継して通信可能とされている、ことを特徴とする請求項２から８までのいずれか１項に記載のＰＬＣシステム。
10. 上記ＰＬＣは上記バケツリレー方式の中継のルートを設定するルーティング指令機能を有する、ことを特徴とする請求項９に記載のＰＬＣシステム。
11. 上記ＰＬＣは上記中継ルートの通信が不安定な時あるいは遮断された時に自律的および上位階層ＰＬＣからのルーティング指令で新たな中継ルートを構築する、ことを特徴とする請求項１０に記載のＰＬＣシステム。
12. 上記複数のＰＬＣの少なくとも１つがゲートウェイ機能を備えてインターネットやサーバーと通信可能に構成されている、ことを特徴とする請求項２から６までのいずれか１項に記載のＰＬＣシステム。
13. 上記ゲートウェイ機能付きのＰＬＣは１つないし複数の無線ＰＬＣや自動中継専用装置をバケツリレー方式で中継してインターネットやサーバーに接続する、ことを特徴とする請求項１２に記載のＰＬＣシステム。
14. 上記無線通信がＺｉｇｂｅｅ無線、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ無線、無線ＬＡＮ等の近中距離無線通信である、ことを特徴とする請求項２から８までのいずれか１項に記載のＰＬＣシステム。
15. 自動中継機能を有するアドホックモードのメッシュ型無線部を備えかつゲートウェイ機能を有していて３階層目のインターネットやサーバーに有線または無線で接続構成するＰＬＣと、
    このＰＬＣにアドホックモード無線で接続されて２階層目のメッシュ型無線ネットワークを構成する複数のＰＬＣと、
    上記２階層目のＰＬＣにそれぞれアドホックモードで接続されて１階層目のメッシュ型無線ネットワークを構成する、１つないし複数の無線センサ、入出力機器、スイッチ等と、
    を備えることを特徴とするＰＬＣシステム。
16. 自動中継機能を有するアドホックモードのメッシュ型無線部を備えかつゲートウェイ機能を有していて３階層目のインターネットやサーバーに有線または無線で接続構成するＰＬＣと、
    このＰＬＣにアドホックモード無線で接続されて２階層目のメッシュ型無線ネットワークを構成する複数のＰＬＣと、
    上記２階層目のＰＬＣに、インフラストラクチャーモードで接続されている１つないし複数の無線センサ、入出力機器、スイッチ等と、
    を備えることを特徴とするＰＬＣシステム。
17. 自動中継機能を有するメッシュ型無線部を備えかつゲートウェイ機能を有していて３階層目のインターネットやサーバーを接続構成する単体のＰＬＣと、
    このＰＬＣにインフラストラクチャモードで接続されている1つまたは複数の無線センサ、入出力機器、スイッチ等の外部無線機器と、
    を備える、
    ことを特徴とするＰＬＣシステム。
18. ＰＬＣ全体の制御を司る単一または複数のＣＰＵと、このＣＰＵと内部バスまたは共有メモリを通じて直接接続されたメッシュ型無線部とを有し、このメッシュ型無線部は、ＰＬＣコマンドにより制御されて、他のＰＬＣのメッシュ型無線部と無線通信する機能、無線センサ、入出力機器、スイッチ等の外部無線機器を制御する機能、および自動中継機能、を備える、ことを特徴とするＰＬＣ。
19. 上記無線通信が、Ｚｉｇｂｅｅ無線、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ無線、無線ＬＡＮ等の近中距離無線通信である、ことを特徴とする請求項１８に記載のＰＬＣ。
20. 上記メッシュ型無線部は、制御対象の外部無線機器の無線モードをアドホックモードとインフラストラクチャモードのいずれかに上位ＰＬＣコマンドでの自動および外部無線機器内蔵のスイッチ等での手動で切り替えて無線通信する機能を有することを特徴とする請求項１８または１９に記載のＰＬＣ。
21. 上記メッシュ型無線部は、他の複数のＰＬＣとの間のメッシュ型通信を中継するに際して指示ルートおよび受信強度等の最適中継ルートを設定する機能を有する、ことを特徴とする請求項１８ないし２０のいずれかに記載のＰＬＣ。
22. 上記メッシュ型無線部は、他の複数のＰＬＣおよび外部無線機器および自動無線専用装置との間での中継ルートでの通信が不安定または遮断時に他のアクセスポイントに切り替えて自律的に新たな中継ルートを設定する機能を有することを特徴とする請求項２１に記載のＰＬＣ。

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