JP2015530927A - 過酷な環境における産業機器の制御のための無線通信ネットワークの関連付けおよびセキュリティ - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2012年8月17日に出願の「Wireless Communication Network Association and Security for Control of Industrial Equipment in Harsh Environments」と題する米国仮特許出願第61/684513号の正規の米国特許出願であり、その仮特許出願は、引用することによりその全体が本明細書の一部をなす。
フェイルセーフの動作モードを提供するようになっている装置である。マスターノード装置42は、ローカル無線ネットワーク40への関連付けに成功した様々な溶接機器/アクセサリーノード装置52によって形成されたローカル無線ネットワーク40も制御し、それらの溶接機器/アクセサリーノード装置52との比較的高いリンクサービス品質(LQS)を維持する。マスターノード装置42と溶接電源ユニット12との間の長距離通信接続46は、RS−485、RS−422、RS−644等であるがこれらに限定されない「差動シグナリング」モードのRFリンク又はハードワイヤードデジタル通信とすることができる。
加えて、図8に示すように、マスターノード装置42は、溶接機器/アクセサリーノード装置52とマスターノード装置42との関連付けを容易にするとともに、例えば、溶接機器/アクセサリーノード装置52とマスターノード装置42との間に形成されたローカル無線ネットワーク40への認可されていないアクセスを防止することによって、溶接機器/アクセサリーノード装置52、マスターノード装置42、および関連付けられた溶接電源ユニット12が互いにセキュアに動作することを保証するためのネットワーク関連付け/セキュリティ回路部76を備える。
本明細書において説明する無線ネットワークアーキテクチャは、比較的雑音の多い工場環境において通常生じる送信遮断、通信リンク喪失、およびデータエラーに対して耐性がある産業用の無線ネットワークアーキテクチャを可能にし、ローカル無線ネットワーク40を構成するノード(例えば、マスターノード装置42および溶接機器/アクセサリーノード装置52)に組み込まれたプロトコルインテリジェンスを通じて、RF送信の物理的限界を回避する方法を含む。本明細書において説明する技法は、RF送信が或る程度信頼できないものであるという本来的な性質に対処する。どの特定の送信も喪失される場合もあるし、そのデータが破損する場合もあり、どのリンクも、かつてはどんなに堅固に見えた場合であっても、急速に信頼できないリンクになる可能性がある。そのような物理的限界に対処し、改善されたネットワークロバスト性を提供するためのインテリジェンスが、以下でより詳細に説明される。これらの技法は、マスターノード装置42と溶接機器/アクセサリーノード装置52との間(および、長距離無線通信接続46を用いる実施形態では、マスターノード装置42と関連付けられた溶接電源ユニット12との間)の無線通信の信頼性の絶え間ない改善(例えば、或る特定の実施形態では、約100ミリ秒ごとに更新される)を保証する。
溶接機器/アクセサリーノード装置52のうちの幾つか(又は全て)は、電力源にプラグ接続されることとは対照的にオンボードバッテリー80によって電力供給され、遠隔のロケーション間での溶接機器/アクセサリーノード装置52の携帯性が促進される。ローカル無線ネットワーク40内の全ての溶接機器/アクセサリーノード装置52(並びにマスターノード装置42および溶接電源ユニット12)におけるオンボードバッテリー80の使用を容易にするために、マスターノード装置42(および他の装置)は、引き続き必要な最小レイテンシーおよび十分な可用性レベルを維持しつつ、独特の方法を用いて溶接機器/アクセサリーノード装置52間で電力を節約するように構成された電力最適化回路部82を備える。これらの電力最適化方法は、引き続き必要とされる可用性レベルを維持しつつ(正:maintaining)、他の無線ネットワークとは独立にローカル無線ネットワーク40ごとに最適なスリープ/ウェイクタイミングが何であるのかを求める適応型アルゴリズムを実施する。
上記で説明したように、溶接作業には必ずしも必要とされない場合があるセンサー66も、工場作業員によってセットアップされるローカル無線ネットワーク40を利用することができる。ローカル無線ネットワーク40は、ランダムに確立され、比較的短い時間の間しか存在しない場合があるので、センサー66は、関連付けることができ、そのデータペイロードを外部の宛先(例えば、クラウドストレージ又は他の集中型および/又は分散型の制御システム)に転送することができるマスターノード装置42を絶えず見つけるように試みなければならない場合がある。或る特定の実施形態では、センサー66は、その指定された監視入力(複数の場合もある)のサンプルを、無線リンクを通じてプログラム可能であり得る規則的な間隔(例えば、約100ミリ秒ごと)で取り、センサー66が、ローカル無線ネットワーク40に接続することができ、バッファリングされたデータをその最終宛先に送信することができるようになるまで、データをその不揮発性メモリにバッファリングする。或る特定の実施形態では、センサー66は、当該センサー66がそのデータを送信すべきターゲットロケーションを表すハードコーディングされた宛先IPアドレスを用いて最初にプログラムすることができる。この宛先IPアドレスは、その後、適切なクレデンシャルを有する要求元が(例えば、マスターノード装置42又はローカル無線ネットワーク40の他のディスプレイ装置を通じて)変更することができる。
Claims (21)
- マスターノード装置を具備するシステムにおいて、前記マスターノード装置が、
長距離通信リンクを介した溶接電源ユニットとの通信を容易にし、短距離無線通信ネットワークを介した1または複数の溶接関連装置との無線通信を容易にするように構成された通信回路部と、
前記1または複数の溶接関連装置を前記短距離無線通信ネットワークに関連付けるように構成された制御回路部と、
前記1または複数の溶接関連装置と前記短距離無線通信ネットワークとの関連付けを手動で開始する手段とを具備するシステム。 - 前記1または複数の溶接関連装置と前記短距離無線通信ネットワークとの関連付けを手動で開始する前記手段は、溶接関連装置の同期メカニズムと同時にアクティブ化されたときに、前記溶接関連装置と前記短距離無線通信ネットワークとの関連付けを開始する同期メカニズムを備える請求項1に記載のシステム。
- 前記制御回路部は、前記溶接関連装置が前記マスターノード装置とともに用いることができることを示す認可クレデンシャルを前記溶接関連装置が備えている場合にのみ、前記1または複数の溶接関連装置と前記短距離無線通信ネットワークとの関連付けを可能にするように構成されている請求項1に記載のシステム。
- 前記認可クレデンシャルは、少なくとも前記溶接関連装置の媒体アクセス制御(MAC)アドレスおよび機能コードを含む請求項3に記載のシステム。
- 前記長距離通信リンクは、前記マスターノード装置から前記溶接電源ユニットまで約300フィート以上の送信範囲を有する無線通信リンクを含む請求項1に記載のシステム。
- 前記短距離無線通信ネットワークは、前記マスターノード装置から約20フィート〜約25フィートの送信範囲を有する無線通信ネットワークを含む請求項1に記載のシステム。
- 前記1または複数の溶接関連装置は溶接ワイヤ送給装置を含む請求項1に記載のシステム。
- 前記1または複数の溶接関連装置は溶接トーチを含む請求項1に記載のシステム。
- 前記1または複数の溶接関連装置は溶接ヘルメットを含む請求項1に記載のシステム。
- 前記1または複数の溶接関連装置は溶接ペンダントを含む請求項1に記載のシステム。
- 前記1または複数の溶接関連装置は溶接フットペダルを含む請求項1に記載のシステム。
- 前記1または複数の溶接関連装置のうちの或る溶接関連装置は、前記マスターノード装置を含む請求項1に記載のシステム。
- 前記通信回路部は、無線周波数(RF)送信機およびセンサーを備える請求項1に記載のシステム。
- 1または複数の溶接関連装置と、短距離無線通信ネットワークのためのルーターおよび優先順位付けコントローラーとして機能するマスターノード装置を有する前記短距離無線通信ネットワークとの関連付けを手動で開始することと、
前記1または複数の溶接関連装置を前記短距離無線通信ネットワークに関連付けることと、
前記1または複数の溶接関連装置とマスターノード装置との間を、前記短距離無線通信ネットワークを介して無線で通信することと、
前記マスターノード装置と溶接電源ユニットとの間を、長距離通信リンクを介して通信することとを含む方法。 - 溶接関連装置と前記短距離無線通信ネットワークとの関連付けを手動で開始することは、前記溶接関連装置上の同期メカニズムをアクティブ化することと、前記マスターノード装置上の同期メカニズムを同時にアクティブ化することとを含む請求項14に記載の方法。
- 前記溶接関連装置が前記マスターノード装置とともに用いることができることを示す認可クレデンシャルを前記溶接関連装置が備えている場合にのみ、前記1または複数の溶接関連装置と前記短距離無線通信ネットワークとを関連付けることを含む請求項14に記載の方法。
- 前記認可クレデンシャルは、少なくとも前記溶接関連装置の媒体アクセス制御(MAC)アドレスおよび機能コードを含む請求項16に記載の方法。
- 前記短距離無線通信ネットワークは、前記マスターノード装置から約20フィート〜約25フィートの送信範囲を有する無線通信ネットワークを含み、前記長距離通信リンクは、前記マスターノード装置から前記溶接電源ユニットまで約300フィート以上の送信範囲を有する無線通信リンクを含む請求項14に記載の方法。
- 前記1または複数の溶接関連装置は溶接ワイヤ送給装置、溶接トーチ、溶接ヘルメット、溶接ペンダント又は溶接フットペダルを含む請求項14に記載の方法。
- 前記1または複数の溶接関連装置のうちの或る溶接関連装置は、前記マスターノード装置を含む請求項14に記載の方法。
- 無線通信ネットワークであって、
1または複数の溶接関連装置であって、溶接ワイヤ送給装置、溶接トーチ、溶接ヘルメット、溶接ペンダント、又は溶接フットペダルを含む、1または複数の溶接関連装置と、
電力グリッドからの電力を、前記1または複数の溶接関連装置を用いて実行される溶接作業用の電力に変換するように構成された溶接電源ユニットと、
マスターノード装置であって、短距離無線通信ネットワークを介した前記1または複数の溶接関連装置と該マスターノード装置との間の無線通信を容易にし、長距離通信リンクを介した該マスターノード装置と前記溶接電源ユニットとの間の通信を容易にし、溶接関連装置上の同期メカニズムおよび該マスターノード装置上の同期メカニズムの同時の手動によるアクティブ化の際に、前記溶接関連装置を前記短距離無線通信ネットワークに関連付けるように構成された、マスターノード装置と、
具備する無線通信ネットワーク。
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