JP2020182082A

JP2020182082A - シリアルデータ通信装置

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Publication number: JP2020182082A
Application number: JP2019083291A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　健司; Kenji Sato; 健司佐藤
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2019-04-24
Filing date: 2019-04-24
Publication date: 2020-11-05
Anticipated expiration: 2039-04-24
Also published as: CN113557688B; CN113557688A; EP3961970A1; JP7070496B2; US20220179819A1; US11960432B2; EP3961970A4; WO2020217697A1

Abstract

【課題】受信側通信装置にスタートビットを適切に検出させる。【解決手段】ハイレベル信号およびローレベル信号の組合せによってシリアルデータを送信するシリアル通信ユニット（１００）であって、シリアルデータの先頭にスタートビットを設けるとともに、前記スタートビットの直前に、所定の継続期間でハイレベル信号を送信するシリアル通信部（１１１）と、前記継続期間を設定する継続期間設定部（１１３）とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、通信先の通信装置との間でシリアルデータ通信を行うシリアルデータ通信装置に関する。

従来、装置間でシリアルデータ通信を行う場合、シリアルデータ通信を開始する際に、送信側が最初にスタートビットと称する電位の低い信号を送信し、これを受信側で検知することによってシリアルデータ通信が開始される。受信側では、受信データの信号の電位の立下りエッジを検出し、この立下りエッジの検出にともなってスタートビットの受信を認識している（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−２５２６６０号公報

ところで、送信側から出力されるスタートビットの直前の信号の電位が所定レベルよりも低く、かつ、受信側の装置がフェイルセーフ回路を内蔵していない場合には、スタートビットの受信を認識することができず、シリアルデータ通信を開始できない場合がある。

本発明の一態様は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、受信側通信装置にスタートビットを適切に検出させることができる技術を実現することを目的とする。

前記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るシリアルデータ通信装置は、ハイレベル信号およびローレベル信号の組合せによってシリアルデータを送信するシリアルデータ通信装置であって、前記シリアルデータの先頭にスタートビットを設けるとともに、前記スタートビットの直前に、所定の継続期間でハイレベル信号を送信する信号送信部と、前記継続期間を設定する継続期間設定部とを備える構成である。

また、前記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るシリアルデータ通信方法は、ハイレベル信号およびローレベル信号の組合せによってシリアルデータを送信するシリアルデータ通信装置が実施するシリアルデータ通信方法であって、前記シリアルデータの先頭にスタートビットを設けるとともに、前記スタートビットの直前に、所定の継続期間でハイレベル信号を送信する信号送信ステップと、前記継続期間を設定する継続期間設定ステップとを有する構成である。

前記の構成によれば、通信先の外部装置が、スタートビット前にハイレベル信号が設けられていない場合、もしくはハイレベル信号の継続期間が短い場合にスタートビットを検出できない仕様となっている場合でも、適宜継続期間を設定することによって受信側通信装置にスタートビットを検出させることが可能となる。

また、本発明の一態様に係るシリアルデータ通信装置は、前記の構成において、外部装置から前記継続期間の設定値を受信する設定受信部をさらに備え、前記継続期間設定部は、前記設定受信部によって受信された設定値によって前記継続期間を設定する。

前記の構成によれば、スタートビット前のハイレベル信号の送信を継続する継続期間を外部装置から設定することが可能となる。

また、本発明の一態様に係るシリアルデータ通信装置は、前記の構成において、通信先の通信装置との通信が確立できているか否かを判定する通信確立判定部をさらに備え、前記継続期間設定部は、前記継続期間を徐々に増大させて、前記通信確立判定部によって通信が確立できていると判定された時点で前記継続期間を決定する。

前記の構成によれば、ユーザがスタートビット前のハイレベル信号の送信を継続する継続期間を設定する必要がなく、自動的に継続期間を設定することが可能となる。

また、本発明の一態様に係るシリアルデータ通信装置は、前記の構成において、外部装置から前記継続期間の設定値を受信する設定受信部をさらに備え、前記継続期間設定部は、前記外部装置からの指示に応じて、（１）前記設定受信部によって受信された設定値によって前記継続期間を設定するか、（２）前記継続期間を徐々に増大させて、前記通信確立判定部によって通信が確立できていると判定された時点で前記継続期間を決定するかを切り替える。

前記の構成によれば、通信先の通信装置やシステム使用状況に応じて、スタートビット前のハイレベル信号の送信を継続する継続期間の設定方法を適宜切り替えることが可能となる。

本発明の一態様によれば、受信側通信装置にスタートビットを適切に検出させることができる。

本発明の実施形態１に係るシリアルデータ通信装置の要部構成を示すブロック図である。シリアルデータ通信装置から送信される信号の例を示す図である。設定装置の設定編集ウィンドウの例を示す図であり、（ａ）は手動設定選択時の編集ウィンドウを示し、（ｂ）はオートチューニング選択時の編集ウィンドウを示す図である。継続期間設定部の処理の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明の一側面に係る実施の形態（以下、「本実施形態」とも表記する）を、図面に基づいて説明する。

§１適用例
図１を用いて、本発明が適用される場面の一例について説明する。図１は、本実施形態に係るシリアル通信ユニット１００（シリアルデータ通信装置）が使用されるシステム環境の概要を示す図である。

シリアル通信ユニット１００は、シリアル通信機器２００（通信先の通信装置）、および、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）４００に接続されている。ＰＬＣ４００は、シリアル通信ユニット１００を介して、シリアル通信機器２００への送信データおよびシリアル通信機器２００からの受信データの送受信を行う。

ＰＬＣ４００は、制御対象の機器を統括的に制御する装置であり、シリアル通信ユニット１００を介して、シリアル通信機器２００を含む複数の制御対象の機器に接続されていてもよい。

シリアル通信ユニット１００は、ＰＬＣ４００からの制御信号をシリアル通信機器２００に送信するためのシリアルデータ通信を開始する。シリアル通信ユニット１００は、シリアルデータの先頭に、スタートビットを設け、当該スタートビットがシリアル通信機器２００によって検知されることで、シリアルデータ通信を開始する。また、シリアル通信ユニット１００は、スタートビットの直前に、所定の継続期間でハイレベル信号を送信することで、スタートビットがシリアル通信機器２００によって適切に検知されるようにする。

このように、シリアル通信ユニット１００は、シリアルデータの先頭にスタートビットを設けるとともに、スタートビットの直前に、所定の継続期間でハイレベル信号を送信することにより、シリアル通信機器２００との通信を適切に開始し、シリアル通信機器２００と、ＰＬＣ４００との間のシリアルデータの送受信を実行する。

§２構成例
〔システム環境について〕
図１は、シリアル通信ユニット１００が使用されるシステム環境の概要を示す図である。図１に示すように、シリアル通信ユニット１００は、シリアル通信機器２００、設定装置３００、ＰＬＣ４００に接続されている。

ＰＬＣ４００は、産業用コントローラであり、制御対象の装置を制御する。ＰＬＣ４００は、シリアル通信ユニット１００を介してシリアル通信機器２００を含む複数の制御対象機器と接続される。ＰＬＣ４００の制御ユニット（ＣＰＵ）は、シリアル通信ユニット１００に、バス接続されていてもよいし、通信カプラを介してＥｔｈｅｒＣＡＴ（登録商標）、ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ（登録商標）、ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ（登録商標）、ＣｏｍｐｏＮｅｔ（登録商標）などで接続されていてもよい。

設定装置３００は、シリアル通信ユニット１００、シリアル通信機器２００、及びＰＬＣ４００の各種設定に関するユーザ操作に応じた設定指示を受け付ける装置である。設定装置３００は、シリアル通信ユニット１００にＵＳＢケーブル３を介して直接接続されていても良いし、ＵＳＢ接続によりＰＬＣ４００に接続され、ＰＬＣ経由で、ユーザ操作に応じた設定指示をシリアル通信ユニット１００に送信してもよい。ＰＬＣ４００は、設定装置３００から受信した設定指示に応じた設定情報をシリアル通信ユニット１００に送信してもよいし、自装置の演算処理部によりプログラムを実行することで、設定情報を生成してシリアル通信ユニット１００に送信してもよい。

設定装置３００は、設定値編集画面（図３参照）を表示するとともに設定値編集画面に対するユーザの操作を受け付ける。設定装置３００は、ユーザ操作に応じた設定情報をシリアル通信ユニット１００に送信する。

シリアル通信機器２００は、製造現場で用いられる、例えば製造機械や冷却装置等であり、シリアル通信ユニット１００を介して受信するＰＬＣ４００からの制御信号に応じて動作する。なお、本発明において有効なシリアル通信の方式としてはRS-422/485が挙げられるが、シリアル通信ユニット１００がRS-232Cの通信方式にも対応していてもよい。

〔シリアル通信ユニット１００の構成について〕
図１に示すように、シリアル通信ユニット１００は、制御部１１０と、記憶部１２０とを備えている。

制御部１１０は、シリアル通信ユニット１００の各部を統括的に制御する機能を備えている演算装置である。制御部１１０は、例えば１つ以上のプロセッサ（例えばＣＰＵなど）が、１つ以上のメモリ（例えばＲＡＭやＲＯＭなど）に記憶されているプログラムを実行することでシリアル通信ユニット１００の各部を制御してもよい。

記憶部１２０は、制御部１１０によって実行される各種ソフトウェア、シリアル通信ユニット１００、およびシリアル通信ユニット１００に接続された機器の各種設定情報が記憶されている。

〔制御部１１０の構成について〕
図１に示すように、制御部１１０は、シリアル通信部１１１（信号送信部）、通信確立判定部１１２、継続期間設定部１１３、ＵＳＢ通信部１１４（設定受信部）、および、上位通信部１１５を備えている。

シリアル通信部１１１は、シリアル通信機器２００にシリアルデータを送信する信号送信部として機能する。また、シリアル通信部１１１は、シリアル通信機器２００からの応答を受信する信号受信部として機能する。

シリアル通信部１１１は、電位が所定の高いレベルの信号であるハイレベル信号と、電位が所定の低いレベルの信号であるローレベル信号と、を組み合わせることによって、シリアルデータをシリアル通信機器２００に送信する。

また、シリアル通信部１１１は、詳細については後述するが、シリアル通信機器２００との通信を開始する際に、シリアル通信機器２００に送信するシリアルデータの先頭に、スタートビットを設ける。また、シリアル通信部１１１は、スタートビットの直前に、所定の継続期間でハイレベル信号を、シリアル通信機器２００に送信する。

通信先のシリアル通信機器２００が、スタートビット前にハイレベル信号が設けられていない場合、もしくはハイレベル信号の継続期間が短い場合にスタートビットを検出できない仕様となっている場合がある。このような場合であっても、上記の構成によれば、適宜ハイレベル信号の送信を継続する継続期間を設定することによって受信側のシリアル通信機器２００にスタートビットを検出させることが可能となる。

通信確立判定部１１２は、通信先のシリアル通信機器２００との通信が確立できているか否かを判定する。通信確立判定部１１２は、シリアル通信部１１１が、シリアル通信機器２００に対して送信したシリアルデータが、シリアル通信機器２００によって受信されたことを示す応答を、シリアル通信機器２００から受信したか否かに応じて、シリアル通信機器２００との通信が確立できているか否かを判定する。

継続期間設定部１１３は、シリアル通信部１１１によってシリアル通信機器２００に、スタートビットの直前にハイレベル信号が送信される継続期間を設定する。

ＵＳＢ通信部１１４は、ＵＳＢポートを備え、当該ＵＳＢポートに接続されたＵＳＢケーブル３を介して設定装置３００と通信する。ＵＳＢ通信部１１４は、設定装置３００からから、ユーザ入力に応じた設定値であって、シリアル通信部１１１がシリアル通信機器２００に送信するスタートビットの直前のハイレベル信号の継続期間の設定値を受信する。

継続期間設定部１１３は、ＵＳＢ通信部１１４によって、設定装置３００から受信された設定値によってスタートビットの直前のハイレベル信号の継続期間を設定してもよい。

上位通信部１１５は、バス接続、または、通信カプラを介したイーサネット（登録商標）やＥｔｈｅｒＣＡＴなどにより、ＰＬＣ４００に接続され、ＰＬＣ４００との間でデータの送受信を行う。

〔シリアル通信ユニット１００によりデータ通信について〕
図２は、シリアル通信ユニット１００からシリアル通信機器２００に送信されるシリアルデータの例を示す図である。

シリアル通信ユニット１００の制御部１１０は、ＰＬＣ４００から送信データを受信すると、シリアル通信部１１１のポートを出力に設定し、送信処理を開始する。制御部１１０は、送信処理が開始されると、継続期間設定部１１３によって設定された所定の継続期間に亘って、シリアルデータの送信開始を待機する待機期間を設ける。シリアル通信部１１１は、所定の継続期間の待機期間において、シリアル通信機器２００へ継続してハイレベル信号を送信する。

制御部１１０は、所定の継続期間の待機期間の終了をタイマにより検知すると、ローレベル信号からなるスタートビットが先頭に設けられたシリアルデータの送信を開始する。制御部１１０は、ハイレベル信号およびローレベル信号の組合せによってシリアルデータをシリアル通信機器２００へ送信する。

制御部１１０は、シリアル通信部１１１の機能によりシリアルデータの後尾にストップビットを設けて、シリアルデータの送信を終了する。

〔継続期間の設定について〕
図３は、設定装置３００の設定値編集画面の例を示す図である。図３に示すように、ユーザは、設定装置３００の設定値編集画面に対する操作で、スタートビットの直前にハイレベル信号を送信する継続期間の設定値を、ユーザが手動設定するか、または、シリアル通信ユニット１００によって自動設定（オートチューニング）するかを選択することができる。

図３の（ａ）は、設定装置３００の設定値編集画面に対する操作で、ユーザが継続期間の設定値を手動設定することを選択した場合の例を示している。ユーザが継続期間を手動設定する場合には、ユーザは、「手動設定」を選択した後、設定値編集画面中のスタートビット前Ｈｉ期間（ハイレベル信号の送信継続期間）の設定値を、初期値の０μｓから、任意の値に変更することができる。

設定装置３００は、ユーザによって入力された設定値をシリアル通信ユニット１００に送信する。シリアル通信ユニット１００の制御部１１０は、設定装置３００から継続期間の設定値をＵＳＢ通信部１１４によって受信すると、継続期間設定部１１３の機能により、設定装置３００からの指示に応じて、ＵＳＢ通信部１１４によって受信された設定値によって継続期間を設定する。

なお、設定装置３００において、シリアル通信機器２００の機種と継続期間との組合せのテーブルを用意しておき、ユーザがシリアル通信機器２００の機種を選択することによって、対応する継続期間が設定されるようになっていてもよい。

図３の（ｂ）は、設定装置３００の設定値編集画面に対する操作で、ユーザが継続期間をオートチューニングすることを選択した場合の例を示している。ユーザが継続期間をオートチューニングにより設定する場合には、ユーザは、「オートチューニング」を選択する。これにより、設定値編集画面中のスタートビット前Ｈｉ期間の設定値変更ウィンドウ（エディットボックス）がグレーアウトし、操作を受け付けない状態となる。

設定装置３００は、継続期間をオートチューニングする指示をシリアル通信ユニット１００に送信する。シリアル通信ユニット１００の制御部１１０は、設定装置３００から継続期間をオートチューニングする指示をＵＳＢ通信部１１４によって受信すると、継続期間設定部１１３の機能により、継続期間をシリアル通信機器２００との間の通信が確立できているか否かに応じて設定する。

〔オートチューニングの流れについて〕
図４は、制御部１１０によるオートチューニングによる継続期間設定処理の流れを示すフローチャートである。

制御部１１０は、シリアル通信機器２００へのシリアルデータ送信処理を開始すると、シリアル通信部１１１のポートを出力に設定し、初期値の待機期間で、シリアルデータ送信開始を待機する（ステップＳ１）。

制御部１１０は、初期値の待機期間で待機した後、シリアル通信機器２００へのシリアルデータ送信を開始する（ステップＳ２）。

制御部１１０は、通信確立判定部１１２の機能により、シリアル通信機器２００との間の通信が確立したか否かを判定する（ステップＳ３）。通信確立判定部１１２は、シリアル通信部１１１が、シリアル通信機器２００からシリアルデータを受信した旨の応答を受信したか否かに基づいて、シリアル通信機器２００との間の通信が確立したか否かを判定する。制御部１１０は、通信確立判定部１１２がシリアル通信機器２００との間の通信が確立したと判定すると（ステップＳ３でＹＥＳ）、ステップＳ５に進む。制御部１１０は、通信確立判定部１１２がシリアル通信機器２００との間の通信が確立していないと判定すると（ステップＳ３でＮＯ）、ステップＳ４に進む。

制御部１１０は、継続期間設定部１１３の機能により、待機期間の設定値を、所定量増加させて、ステップＳ２に戻る（ステップＳ４）。

制御部１１０は、継続期間設定部１１３の機能により、待機期間の設定値を確定し、シリアル通信機器２００との間の通信を継続する（ステップＳ５）。

このように、制御部１１０は、シリアル通信機器２００との間の通信が確立していない場合には、継続期間設定部１１３の機能により、待機期間においてハイレベル信号の送信を継続する継続期間を徐々に増大させる。そして、継続期間設定部１１３は、通信確立判定部１１２によって通信が確立できていると判定された時点で、ハイレベル信号の送信を継続する継続期間を決定する。

これにより、ユーザがスタートビット前のハイレベル信号の送信を継続する継続期間を設定する必要がなく、自動的に継続期間を設定することが可能となる。

また、継続期間設定部１１３は、設定装置３００からの指示に応じて、（１）ＵＳＢ通信部１１４によって受信された設定値によって継続期間を設定するか、（２）継続期間を徐々に増大させて、通信確立判定部１１２によって通信が確立できていると判定された時点で継続期間を決定するかを切り替える。

これにより、通信先のシリアル通信機器２００の設定や、使用状況に応じて、スタートビット前のハイレベル信号の送信を継続する継続期間の設定方法を適宜切り替えることが可能となる。よって、受信側のシリアル通信機器２００にスタートビットを適切に検出させることができる。

また、外部の設定装置３００からハイレベル信号の送信を継続する継続期間を設定することが可能となるとともに、ユーザが継続期間を設定する必要がなく、自動的に継続期間を設定することも可能となる。

〔ソフトウェアによる実現例〕
シリアル通信ユニット１００の制御ブロック（特に通信確立判定部１１２、および継続期間設定部１１３）は、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。

後者の場合、シリアル通信ユニット１００は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するコンピュータを備えている。このコンピュータは、例えば１つ以上のプロセッサを備えていると共に、前記プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を備えている。そして、前記コンピュータにおいて、前記プロセッサが前記プログラムを前記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。前記プロセッサとしては、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いることができる。前記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の他、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、前記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）などをさらに備えていてもよい。また、前記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークや放送波等）を介して前記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明の一態様は、前記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１００シリアル通信ユニット（シリアルデータ通信装置）
１１０制御部
１１１シリアル通信部（信号送信部）
１１２通信確立判定部
１１３継続期間設定部
１１４ＵＳＢ通信部（設定受信部）
２００シリアル通信機器（通信先の通信装置）
３００設定装置（外部装置）
４００ＰＬＣ

Claims

ハイレベル信号およびローレベル信号の組合せによってシリアルデータを送信するシリアルデータ通信装置であって、
前記シリアルデータの先頭にスタートビットを設けるとともに、前記スタートビットの直前に、所定の継続期間でハイレベル信号を送信する信号送信部と、
前記継続期間を設定する継続期間設定部とを備えるシリアルデータ通信装置。
外部装置から前記継続期間の設定値を受信する設定受信部をさらに備え、
前記継続期間設定部は、前記設定受信部によって受信された設定値によって前記継続期間を設定する請求項１に記載のシリアルデータ通信装置。
通信先の通信装置との通信が確立できているか否かを判定する通信確立判定部をさらに備え、
前記継続期間設定部は、前記継続期間を徐々に増大させて、前記通信確立判定部によって通信が確立できていると判定された時点で前記継続期間を決定する請求項１に記載のシリアルデータ通信装置。
外部装置から前記継続期間の設定値を受信する設定受信部をさらに備え、
前記継続期間設定部は、前記外部装置からの指示に応じて、（１）前記設定受信部によって受信された設定値によって前記継続期間を設定するか、（２）前記継続期間を徐々に増大させて、前記通信確立判定部によって通信が確立できていると判定された時点で前記継続期間を決定するかを切り替える請求項３に記載のシリアルデータ通信装置。
ハイレベル信号およびローレベル信号の組合せによってシリアルデータを送信するシリアルデータ通信装置が実施するシリアルデータ通信方法であって、
前記シリアルデータの先頭にスタートビットを設けるとともに、前記スタートビットの直前に、所定の継続期間でハイレベル信号を送信する信号送信ステップと、
前記継続期間を設定する継続期間設定ステップとを有するシリアルデータ通信方法。