JP4261447B2 - 通信システム - Google Patents

Description

本発明は、通信システムに係り、特に各種機器を制御するに当たって使用するデータの通信フレームの送信を制御する通信システムに関する。

従来の変電所、鉄道、工場プラントなどの多数の機器を用い、各種制御機器を用いてコントロールする大規模なシステムにおいては、各機器同士の制御を、通信システムを用いて行っている。このため、このような大規模なシステムにおいては、システムを構成する機器同士を接続する通信システムが重要な役割を果たしている。

このシステムを構成する機器同士を接続する通信システムにおける機器を接続する通信としては、従来から、シリアル通信、フィールドバス、バス型のＬＡＮ、その他制御専用の特殊な通信など、機器に合わせてさまざまな通信が使われている。しかし、新しく機器を加えるたびにその都度最も都合のよい通信で機器同士を接続すると、全体では多くの種類の通信形態が入り混じって膨大な数の伝送線となり、複雑で扱いにくいシステムとなる。

従来は、通信形態ごとに別々の伝送路となる上に、周期フレームと通常フレームという二種類のデータに対して別々の伝送路を設け、伝送路の数が非常に多くなっていた。これを改善するためには、さまざまな通信形態を１つの形態に統一し、それらを一本の伝送路上で伝送させる必要がある。

従来、無線装置間では、音声フレーム及び動画像フレームのような送受信のリアルタイム性、即ち周期性を要するフレームが、前記周期フレームとして送受信されており、また、静止画像フレーム及びコンピュータ・データのフレームのようなリアルタイム性を要しないフレームが、前記非周期フレームとして送受信されている。そして、従来の無線装置では、無線通信用の有限な周波数を有効に利用する観点から、一方の装置の送信中には他方の装置は送信することができないという半二重通信方式が採られている。このため、リアルタイム性を必要としない非周期フレームを、前記リアルタイム性を必要とする周期フレームを送信していない空き時間の間の任意の時刻に送信することから、前記周期フレームの前記送信時刻が、前記非周期フレームを送信している間に到来すると、前記周期フレームを該周期フレームの送信時刻に送信することができなかった。

そこで、周期フレーム及び非周期フレームを半二重通信方式により送信する送信部と、周期フレーム及び非周期フレームを半二重通信方式により受信する受信部と、送信部が送信すべき周期フレームの送信残り時間を算出する送信カウンタ部と、受信部が受信するであろう周期フレームの受信残り時間を算出する受信カウンタ部と、送信部が送信すべき非周期フレームの送信所要時間を算出する算出部と、送信所要時間と、送信残り時間及び受信残り時間とを比較する比較部とを含む無線装置であって、送信所要時間が送信残り時間及び受信残り時間より短いと比較部が判断するとき、送信部は、非周期フレームを送信するようにした通信装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１は、リアルタイム性を要する周期フレームの送受信がリアルタイム性を必要としない非周期フレームの送信によって妨げられることがないようにしたものである。
特開２００２−３００１３９号公報（第２〜３頁 第１図）

この特許文献１は、送信カウンタ部において次に送信すべき周期フレームの送信残り時間を算出し、受信カウンタ部において次に受信するであろう周期フレームの受信残り時間を算出し、算出部において、次に送信すべき非周期フレームの送信所要時間の算出を行う。送信所要時間が、送信残り時間及び受信残り時間より短いか否かを比較部において判断し、所要時間が両残り時間より短い場合は、送信部を構成する変更部において、制御部が送信しようとする非周期フレームまたはバッファ部に格納されている非周期フレームを無線送信する。これにより周期フレームの送信時刻及び周期フレームの受信時刻が非周期フレームの送信中に到来するという事態を回避し、周期的に送信すべき周期フレームの周期性及び周期的に受信すべき周期フレームの周期性を維持することができるようにしている。

変電所、鉄道、工場プラントなどの各種制御機器を用いて多数の機器をコントロールする大規模なシステムの場合、現場に置かれる機器に関しては、常に最新の状況を把握し、問題が発生した時に速やかに解決する機能を持たなければならない。すなわち、現場の各種制御機器は、ある一定の時間間隔で周期的にある物理量の計測を行う計測手段と、その値に従って制御される駆動手段から構成される。したがって、各種制御機器をつなぐ通信で伝送されるデータは、計測手段による計測データを周期的に送る周期フレームと、駆動手段を駆動したり、駆動手段の状態を得るのに使われる通常フレームと、の二種類のデータに分類できる。

通常フレームは、送信に失敗した場合、再送信する必要があり、受信確認応答が必要である。これに対し、周期フレームは、最新の計測データを送り続けるフレームであり、次の周期を待てば新しいデータが来るので、送信に失敗しても再送信のようなエラー処理の必要がない。従って、伝送効率の観点からは、周期フレームでは受信確認応答を行わないようにする必要がある。

さらに、計測手段の精度を高めようとすると周期を短くする必要がある。その間に送信できる通常フレームの大きさは小さくなり、ある一定の大きさ以上のフレームは、送ることができなくなる。周期フレームと通常フレームという二種類のデータの衝突により、伝送効率が悪くなったり、伝送できなかったりする。

本発明の目的は、伝送効率を落とすことなく周期フレームと通常フレームを同一伝送路で伝送させることのできる通信システムを提供することにある。

本発明に係る同一伝送路上で伝送させることを特徴とする通信システムは、複数の計測手段と、
前記複数の計測手段から前記複数の計測手段において計測した計測値のそれぞれが送信され該送信された各計測値を集約して周期フレームを構成して送信する計測集約手段と、
複数の駆動手段と、
前記複数の駆動手段を駆動し、該複数の駆動手段からのデータを取得する駆動制御手段と、
任意の端子同士を接続してネットワークを構成する機能を有し、前記計測集約手段と前記駆動制御手段のスイッチングを制御し、前記計測集約手段において構成された周期フレームを伝送路に送出して送信する第１のスイッチハブと
によって構成される現場機器と，
前記現場機器の第１のスイッチハブ伝送路を介して送信される周期フレームを受け取り、該周期フレームに乗っている計測値を用いて演算を行い、通常フレームを送出する複数のコントローラと、
前記現場機器の第１のスイッチハブに伝送路を介して接続され、任意の端子同士を接続してネットワークを構成する機能を有し、前記複数のコントローラのスイッチングを制御し、前記複数のコントローラから送信される前記通常フレームを前記現場機器の第１のスイッチハブに送出する第２のスイッチハブと、
によって構成される制御機器と，
前記複数のコントローラと伝送路を介して情報の授受を行い、人間の五感によって認識できる形の情報としてディスプレイに表示するグラフィカルユーザインタフェース機器と，
前記複数のコントローラと伝送路を介して情報の授受を行い、別な伝送路を介して上位の通信網と情報を授受を行うゲートウェイと，
からなり，
前記周期フレームは、受信機器に対し受信確認応答の送信を要求せず、一定時間間隔で周期的に送信するフレームとし、
前記通常フレームは、非周期的な送信で、受信機器に対し受信確認応答の送信を要求するフレームとし，
前記計測集約手段、前記駆動手段および前記コントローラは前記周期フレームの送信周期を決定するタイマを有し、受信した前記周期フレームまたは前記通常フレームに基づき所定のタイミングで前記タイマの値を変更し、
送信データフレームを周期フレームと通常フレームとに分類し、該周期フレームは、受信機器に対し受信確認応答の送信を要求せず、一定時間間隔で周期的に送信するフレームとし、該通常フレームは、非周期的な送信で、受信機器に対し受信確認応答の送信を要求するフレームとし，
前記周期フレームを一定周期で送信し、駆動要求に基づく駆動要求応答後に前記通常フレームを送信するに当たり、予め求められた周期残り時間と送信可能量の関係を示す関数に基づいて該通常フレームを当該周期内に送信可能か判断し、該通常フレームを当該周期内に送信できないときに次周期の周期フレーム送信後に送信して同一伝送路上で伝送させるようにしたものである。

本発明によれば、周期フレームの隙間を有効に利用して無駄無く高効率に通常フレームの送信を行うことができる。

また、本発明によれば、通信形態を統一した一本の伝送路にまとめることができ、システム全体のコストを安く構成することができる。

本発明に係る通信システムは、受信機器に対し受信確認応答の送信を要求せず一定時間間隔で周期的に送信する周期フレームと、非周期的な送信で受信機器に対し受信確認応答の送信を要求するような通常フレームとを特定し、次の周期の周期フレーム送信を開始する前に送信を終了できない長さの通常フレームの送信を、次の周期の周期フレーム送信後に送信するようにして実現する。

また、本発明に係る通信システムは、受信機器に対し受信確認応答の送信を要求せず一定時間間隔で周期的に送信する周期フレームと、非周期的な送信で受信機器に対し受信確認応答の送信を要求するような通常フレームとを特定し、次の周期の周期フレーム送信が開始する前に通常フレームの送信を終了できるようなフレーム長に通常フレームを分割して送信し、残りを次の周期の周期フレーム送信後に送信するようにして実現する。

以下、本発明に係る通信システムの実施例を詳細に説明する。

図１〜図８には、本発明に係る通信システムの第１の実施例が示されている。

図１には、本発明に係る通信システムの構成が示されている。

図１において、通信システムは、現場機器１００と、制御機器１６０と、グラフィカルユーザインタフェース機器１９０と、ゲートウェイ１９５とから構成されている。

現場機器１００は、計測手段１１１〜計測手段１１ｉのｉ個の計測手段と、駆動手段１２１〜駆動手段１２ｊのｊ個の駆動手段と、計測手段１１１〜計測手段１１ｉを集約する計測集約手段１３０と、駆動手段１２１〜駆動手段１２ｊを駆動し、駆動手段１２１〜駆動手段１２ｊからのデータを取得する駆動制御手段１４０と、計測集約手段１３０と駆動制御手段１４０のスイッチングを制御するスイッチハブ１５０とによって構成されている。

制御機器１６０は、コントローラ１８１〜コントローラ１８ｋのｋ個のコントローラ１８と、コントローラ１８１〜コントローラ１８ｋのスイッチングを制御するスイッチハブ１７０とによって構成されている。

次に、図１に図示の通信システムの動作について説明する。

ここでは、計測手段１１１〜１１ｉからコントローラ１８１に周期フレームを送り、コントローラ１８１から駆動手段１２１に駆動要求を送る場合を例に挙げて説明する。

まず、計測手段１１１〜１１ｉは、各計測手段１１１〜１１ｉにおいて計測した計測値１３１〜１３ｉをそれぞれ計測集約手段１３０に送信する。この計測手段１１１〜１１ｉからの計測値１３１〜１３ｉの送信を受けた計測集約手段１３０は、ｉ個の計測値１３１〜１３ｉをまとめ、図６に示すような周期フレームを構成し、伝送路１５１を介してスイッチハブ１５０に送信する。このスイッチハブ１５０は、任意の端子同士を接続してネットワークを構成する機能を持ち、例えば、スイッチハブ１５０は、伝送路１５１に乗った周期フレームを伝送路１０１に送出し、制御機器１６０に送信する。

制御機器１６０では、伝送路１０１を介してスイッチハブ１５０から送信されてきた周期フレームをスイッチハブ１７０で受信する。この制御機器１６０のスイッチハブ１７０は、現場機器１００のスイッチハブ１５０と全く同じように、任意の端子同士を接続してネットワークを構成する機能を持ち、例えば、スイッチハブ１７０は、伝送路１０１に乗った周期フレームを受信し、伝送路１７１に送出し、コントローラ１８１に伝送する。

周期フレームが伝送路１７１に送出されコントローラ１８１に伝送されると、コントローラ１８１は、伝送路１７１から周期フレームを受け取り、周期フレームに乗っている計測値を用いて演算を行い、通常フレームを伝送路１７１に送出する。この伝送路１７１にコントローラ１８１から送出される通常フレームは、スイッチハブ１７０から伝送路１０１に送出され、伝送路１０１を介して現場機器１００のスイッチハブ１５０に送信される。このスイッチハブ１５０で受信された通常フレームは、伝送路１５２を介して駆動制御手段１４０に送られる。

伝送路１５２を介して通常フレームを受信した駆動制御手段１４０は、各種駆動情報１４１〜１４ｊを出力して駆動情報１４１〜１４ｊに対応する各駆動手段１２１〜１２ｊを駆動する。

一方、グラフィカルユーザインタフェース機器１９０は、伝送路１９１を介してコントローラ１８１〜１８ｋと情報の授受を行い、ディスプレイなど人間の五感により認識できる形にして情報の表示を行う。また、ゲートウェイ１９５は、伝送路１９６を介してコントローラ１８１〜１８ｋと情報の授受を行い、伝送路１９９を介して上位の通信網と情報を授受を行う。

このように構成することにより、現場機器１００と制御機器１６０を１本の伝送路１０１で接続し、この１本の伝送路１０１で信号の送受信を行うことができる。この伝送路１０１の形態は、本実施例に示した形態に限るものではなく、スイッチハブを用いてさまざまな形に変更することができる。例えば、現場機器１００、制御機器１６０、グラフィカルユーザインタフェース機器１９０、ゲートウェイ１９５がそれぞれ複数台ずつ接続される場合などが容易に類推可能である。

図２には、図１に図示の現場機器１００の計測集約手段１３０の一実施例が示されている。

図２において、計測集約手段１３０は、ｉ個の計測データ処理部２１１〜２１ｉと、通常フレーム生成部２２１と、周期フレーム送信部２３０と、周期制御部２４０と、バッファ２５０と、通常フレーム送信部２６０と、フレーム受信部２７０と、通信制御部２８０とによって構成されている。

計測データ処理部２１１〜２１ｉは、図１に図示の計測手段１１１〜１１ｉによって計測され、送信される計測値１３１〜１３ｉを受け取り、この計測値１３１〜１３ｉを周期制御部２４０から出力される同期信号２４２に基づいて、Ａ／Ｄ変換し、計測データ２３１〜２３ｉとして出力する。この計測値１３１〜１３ｉをＡ／Ｄ変換して出力された計測データ２３１〜２３ｉを受け取ると、周期フレーム送信部２３０において、それを集約した周期フレームを生成し、周期制御部２４０からの周期開始信号２４３により、周期フレーム２８３を通じて通信制御部２８０に送出する。

この通信制御部２８０は、周期フレーム、通常フレームを伝送路１５１を介して送受信する。この伝送路１５１からフレーム（周期フレーム、通常フレーム、同期フレーム）を受信した通信制御部２８０は、フレーム伝送路２８１を通じてフレーム受信部２７０へ送出する。フレーム受信部２７０では、フレームの内容により、同期フレームの場合は、同期信号２７１を周期制御部２４０に送り、タイマの値を同期させるよう変更する。また、フレーム受信部２７０に入力するフレームの内容が、同期フレーム以外の通常フレームの場合は、通常フレームの受信を示す信号２７２を通常フレーム生成部２２１に送出する。この通常フレーム生成部２２１に通常フレームの受信を示す信号２７２が送出されると、通常フレーム生成部２２１では、受信した通常フレームに対する応答フレームの生成を行う。

この応答フレームは、通常フレーム生成部２２１から、応答フレーム伝送路２５１を介してバッファ２５０に送出される。この応答フレームが入力されたバッファ２５０においては、応答フレーム伝送路２６１を介して通常フレーム送信部２６０へ送出する。このバッファ２５０は、通常フレーム生成部２２１が連続して応答フレームを送出した場合に一時的にフレームを保管するためのものである。また、通常フレーム送信部２６０は、周期制御部のタイマ２４１の値を見ながら通常フレームを送出するタイミングを決め、応答フレーム伝送路２８２を介して通信制御部２８０へ送出するためのものである。

図３には、図１に図示の現場機器１００の駆動制御手段１４０の一実施例が示されている。

図３において、駆動制御手段１４０は、ｊ個の通常フレーム生成部２２１〜２２ｊと、周期制御部２４０と、バッファ２５０と、通常フレーム送信部２６０と、フレーム受信部２７０と、通信制御部２８０とによって構成されている。

スイッチハブ１５０から送出されたフレームは、伝送路１５１を介して通信制御部２８０で受信する。このフレームを受信した通信制御部２８０は、フレーム伝送路２８１を介してフレーム受信部２７０に送信する。このフレーム伝送路２８１を介してフレームを受信したフレーム受信部２７０では、フレームの内容（周期フレーム、通常フレーム、同期フレーム）により、同期フレームの場合は、同期信号を同期信号伝送路２７１を介して周期制御部２４０に送信する。この同期信号を送信された周期制御部２４０では、タイマ２４９の値を同期させるよう変更する。

また、フレーム受信部２７０に入力するフレームの内容が、同期フレーム以外の通常フレームの場合は、通常フレームの受信を示す信号２７２を通常フレーム生成部２２１〜２２ｊに送出する。この通常フレーム生成部２２１〜２２ｊに通常フレームの受信を示す信号２７２が送出されると、通常フレーム生成部２２１〜２２ｊでは、駆動情報伝送路１４１〜１４ｊを介して駆動情報を送出して駆動手段１２１〜１２ｊを駆動すると共に、駆動状態を駆動情報伝送路１４１〜１４ｊを通じて受け取り、駆動状態を応答する応答フレームを生成する。

この応答フレームは、通常フレーム生成部２２１から、応答フレーム伝送路２５１〜２５ｊを介してバッファ２５０に送出される。この応答フレームが入力されたバッファ２５０においては、応答フレーム伝送路２６１を介して通常フレーム送信部２６０へ送出する。このバッファ２５０は、通常フレーム生成部２２１が連続して応答フレームを送出した場合に一時的にフレームを保管するためのものである。また、通常フレーム送信部２６０は、周期制御部のタイマ２４１の値を見ながら通常フレームを送出するタイミングを決め、応答フレーム伝送路２８２を介して通信制御部２８０へ送出する。この通信制御部２８０は、フレームを伝送路１５１を介して送受信する。

図４には、図１に図示の制御機器１６０のコントローラ１８１の一実施例が示されている。

図４において、コントローラ１８１は、ｊ個の通常フレーム生成部２２１〜２２ｊと、周期制御部２４０と、バッファ２５０と、通常フレーム送信部２６０と、フレーム受信部２７０と、通信制御部２８０と、演算部４００とによって構成されている。

スイッチハブ１７０から送出されたフレームは、伝送路１７１を介して通信制御部２８０で受信する。このフレームを受信した通信制御部２８０は、フレーム伝送路２８１を介してフレーム受信部２７０に送信する。このフレーム伝送路２８１を介してフレームを受信したフレーム受信部２７０では、フレームの内容（周期フレーム、通常フレーム、同期フレーム）により、同期フレームの場合は、同期信号を同期信号伝送路２７１を介して周期制御部２４０に送信する。この同期信号を送信された周期制御部２４０では、タイマ２４９の値を同期させるよう変更する。

また、通信制御部２８０を介してフレーム受信部２７０に入力するフレームの内容が、同期フレーム以外の通常フレームの場合は、通常フレームの受信を示す信号２７２を演算部４００に送る。通常フレームが演算部４００に送信されると、この演算部４００においては、所定の演算を行い、演算結果４０１を通常フレーム生成部２２１に送出する。演算結果４０１を受信した通常フレーム生成部２２１においては、演算結果を格納した応答フレームを生成する。

通常フレーム生成部２２１において生成された応答フレームは、応答フレーム伝送路２５１を介してバッファ２５０に送信される。このバッファ２５０に送信された応答フレームは、バッファ２５０から応答フレーム伝送路２６１を介して通常フレーム送信部２６０へ送出される。この通常フレーム送信部２６０は、周期制御部のタイマ２４１の値を見ながら通常フレームを送出するタイミングを決め、通常フレームを応答フレーム伝送路２８２を介して通信制御部２８０へ送出する。この信制御部２８０に送出された通常フレームは、通信制御部２８０を介して伝送路１７１を介して送信される。

図５には、図１に図示の実施例の動作例が示されている。

図５において、５０１〜５０４は、それぞれ周期フレームが送られる周期を示している。

タイマ２４９の値は、初期の段階で最高値のものが、１周期をかけて減算されていき、周期終了時に０になるように、１周期開始時に値がセットされる。

また、周期フレーム送信部２３０からコントローラ１８１に送られる周期フレームは、５１１〜５１４に示すように、周期開始時に周期的に送られる。

いま、周期５０１において、例えば、図示矢印の時点で、コントローラ１８１からフレーム受信部２７０へ駆動要求５２１が送られたとする。この周期５０１の矢印の時点（通常フレームの送信時点）では、タイマ２４９の値は、駆動要求（応答フレーム）５２１を送るのに十分な周期の残り時間が残っているので、そのまま応答フレームの送信を行うことができる。

駆動情報伝送路１４１〜１４ｊを介して駆動状態を受信し、駆動手段１２１〜１２ｊが駆動した後、周期５０２において、通常フレーム送信部２６０からコントローラ１８１へ駆動要求応答５３２が返送される。引き続き、周期５０２において状態要求５２２を送ろうとするが、送る時点のタイマ２４９の値は、状態要求５２２を送るのに十分な周期の残り時間が残っていない。このため、
この周期５０２における状態要求５２２は、周期５０２では送信せず、次の周期５０３の領域での送信に延期する。そして、周期５０３がやってくると、周期５０２において送信する筈であった状態要求５２２のフレームを周期５０３の領域で状態要求５２３として送信する。この周期５０３において、状態要求５２３が送られ、駆動情報１４１〜１４ｊを通じて駆動手段１２１〜１２ｊの状態を得た後、その状態を格納した状態要求応答５３４が送られる。

このように、フレームを送るのに十分な周期の残り時間が残っていない場合、次の周期まで延期する処理を加えることで、状態要求を示す通常フレームの送信を確実に行うことができる。

また、タイマ２４９の値は、周期開始時に０で、周期をかけて加算されていき、周期終了時に最高値になるように、動作させても全く等価であることは、容易に類推可能である。

図６には、フレームの構成例が示されており、図６（ａ）には、図１に図示の計測集約手段１３０が生成する周期フレームの構成例が、図６（ｂ）には、図２、図３、図４に図示の通常フレーム生成部２１が生成する通常フレームの構成例が、それぞれ示されている。

図６（ａ）に図示の周期フレームは、ヘッダ６００、計測データ６１１〜６１ｉ、時間情報６２０、トレイラ６９０とによって構成されている。すなわち、周期フレームは、ｉ個の計測データを１つのフレームにのせるようになっている。このｉ個の計測データは、同時にＡ／Ｄ変換されているので、１つの周期フレームにおけるＡ／Ｄ変換された時刻を示すデータである時間情報６２０は１つで済み、送るべき情報を減らすことが可能になる。

また、図６（ｂ）に図示の通常フレームは、ヘッダ６５０、データ６８０、トレイラ６９０とによって構成されており、この通常フレームには、周期フレームと区別するために、異なるヘッダをつけている。

図７には、周期残り時間（タイマ値）と送信可能量の関係が示されている。

図７において、横軸は周期残り時間（タイマ値）を示されており、縦軸は送信可能量が示されている。この周期残り時間（タイマ値）と送信可能量の両者の関係は、線形関係になり、直線の傾きは単位時間当たりの送信量を表わしている。この周期残り時間（タイマ値）と送信可能量の関係を示す直線は、送信可能領域と送信不能領域とを分ける限界線を示しており、この直線より上側が送信不能領域を、この直線より下側が送信可能領域を示している。

いま、図５の周期フレームが送られる周期を例にとってプロットしてみると、状態要求５２１は下側、状態要求５２２は上側、状態要求５２３は下側ということになる。したがって、予めこの直線を求めておけば、周期残り時間（タイマ値）から、今送ろうとしているフレームが送信可能か否かを瞬時に判断することができる。なお、直線にオフセットがついているのは、送信可能量は、データ６８０までの部分の量を示しており、ヘッダ６５０とトレイラ６９０の分が含まれないためである。

図８には、タイマの同期の動作が示されている。

図８において、８０１〜８０４がそれぞれ周期フレームが送られる周期で、８１１〜８１４が送られる周期フレームを表わしている。これまで、図１に図示の現場機器１００の計測集約手段１３０におけるタイマ２４９、現場機器１００の駆動制御手段１４０におけるタイマ２４９、制御機器１６０のコントローラ１８１におけるタイマ２４９がすべて同じ値に同期している例を示してきたが、起動時や、長い時間同期動作を行わなかった場合は、これらがずれている可能性がある。

図８は、図１に図示の現場機器１００の計測集約手段１３０のタイマ２４９と図１に図示の制御機器１６０のコントローラ１８１のタイマ２４９がずれている例で、図１に図示の現場機器１００の計測集約手段１３０から図１に図示の制御機器１６０のコントローラ１８１に送られる周期フレーム８１２の伝送終了時に、制御機器１６０のコントローラ１８１のタイマ２４９の値を現場機器１００の計測集約手段１３０のタイマ２４９の値に合うよう変更する。変更する条件は、毎周期でもよいし、制御機器１６０のコントローラ１８１のタイマ２４９の値と現場機器１００の計測集約手段１３０のタイマ２４９の値の差がある一定値以上になった時や、ある一定数の周期が経過した時などでもよい。

図９には、本発明の第２の実施例の動作が示されている。この本発明の第２の実施例においては、構成は、図１〜図４に図示の構成と同じであるが、送信不能となった場合の処理を示す図５とが異なっている。

図９において、９０１〜９０４がそれぞれ周期フレームが送られる周期であり、タイマ２４９の値は、図５と同じであり、周期フレーム送信部２３０からコントローラ１８１に送られる周期フレームは、９１１〜９１４のように、周期開始時に周期的に送られる。周期９０１において、制御機器１６０のコントローラ１８１から現場機器１００の駆動制御手段１４０へ要求を送ろうとするが、送る時点のタイマ２４９の値は、状態要求９２１〜９２３を送るのに十分な周期の残り時間が残っていないため、送信不能である。この時、周期の残り時間で送信可能な送信可能量を図７のグラフの直線より求め、その大きさに分割して分割フレーム９２１を送信し、残りは次の周期９０２に延期する。

周期９０２において、現場機器１００の駆動制御手段１４０から制御機器１６０のコントローラ１８１へ分割フレーム９２１に対する応答９３２が送られ、引き続き周期９０２の残りで送信可能な分割フレーム９２２が送られ、残りは周期９０３に延期される。この周期９０３で分割フレーム９２２に対する応答９３３が送られ、引き続き分割フレーム９２３が送られ、これは周期の残り時間で送信可能であったので送信終了、周期９０４で分割フレーム９２３に対する応答９３４が送られて終わりとなる。このように、フレームを送るのに十分な周期の残り時間が残っていない場合、周期の残り時間で送信可能な量にフレームを分割することで、送信可能にできる。

図１０には、本発明の第３の実施例の動作が示されている。この本発明の第３の実施例においては、構成は、図１〜図４に図示の構成と同じであるが、図８に図示の第２の実施例と同期の動作が異なっている。

図１０において、１００１〜１００４は、それぞれ周期フレームが送られる周期を示しており、１０１１〜１０１４は、送られる周期フレームが示されている。この図１０に図示の第３の実施例は、制御機器１６０のコントローラ１８１のタイマ２４９と現場機器１００の計測集約手段１３０のタイマ２４９がずれている例を示している。

したがって、図１０に図示の第３の実施例においては、制御機器１６０のコントローラ１８１から現場機器１００の計測集約手段１３０に送られる同期要求の通常フレーム１０２２の伝送終了時に、現場機器１００の計測集約手段１３０のタイマ２４９の値を制御機器１６０のコントローラ１８１のタイマ２４９の値に合うよう変更する。変更する条件は、毎周期でもよいし、制御機器１６０のコントローラ１８１のタイマ２４９の値と現場機器１００の計測集約手段１３０のタイマ２４９の値の差がある一定値以上になった時や、ある一定数の周期が経過した時でもよい。一般に、計算機の時計を同期させるプロトコルとしては、ＳＮＴＰ（Ｓｉｍｐｌｅ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｔｉｍｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）やＩＥＥＥ１５８８などが知られており、これらを本発明の同期の機能を持つ通常フレームに適用することは容易である。

図１１には、本発明の第４の実施例が示されている。図１１に図示の第４の実施例は、本発明を変電所制御に適用した場合の現場機器１００の構成を示している。

図１１において、現場機器１００は、母線１１０１〜１１０３と、開閉器１１１１〜１１１３と、電流センサ１１２１〜１１２３と、電圧センサ１１３１〜１１３３と、送電線１１４１〜１１４３と、計測集約手段１３０と、駆動制御手段１４０と、スイッチハブ１５０とによって構成されている。

電流センサ１１２１〜１１２３が出力する電流値１３１〜１３３は、計測集約手段１３０に入力され伝送路１４１〜１４３を使って、電圧センサ１１３１〜１１３３が出力する電圧値１３４〜１３６は、伝送路１３１〜１３６を使って計測集約手段１３０と、駆動制御手段１４０と、スイッチハブ１５０を介して制御機器１６０のコントローラ１８１へ送られる。

制御機器１６０のコントローラ１８１の演算部４００では、電流値、電圧値が適切であるかを判定する電力保護のための演算を行い、その結果、異常事態で系統を遮断する必要があると判定された場合には、通常フレーム生成部２２１から開閉器を閉じるための閉路要求を示す通常フレームを駆動制御手段１４０に向け送信する。駆動制御手段１４０からは開閉情報１４１〜１４３が開閉器１１１１〜１１１３を動作させ、系統が遮断される。このようにして、変電所の電力保護の機能を構成できる。

図１２には、本発明の第５の実施例が示されている。図１２に図示の第５の実施例は、本発明をタンク制御に適用した場合の現場機器１００の構成を示している。

図１２において、現場機器１００は、ポンプ１２０１と、流量計１２０２と、水深計１２１０と、バルブ１２１１と、計測集約手段１３０と、駆動制御手段１４０と、スイッチハブ１５０とによって構成されている。

本実施例において、流量計１２０２の出力する流量値は流量値伝送路１３１を介して、水深計１２１０の出力する水深値は水深値伝送路１３２を介して現場機器１００の計測集約手段１３０に入力される。この流量値伝送路１３１、水深値伝送路１３２を介して計測集約手段１３０に入力された流量値１３１、水深値１３２は、伝送路１５１を使ってスイッチハブ１５０を介して制御機器１６０のコントローラ１８１へ送出される。

制御機器１６０のコントローラ１８１の演算部４００では、流量値と水深値を使い、ポンプ１２０１やバルブ１２１１の制御を決定し、通常フレーム生成部２２１からポンプ１２０１の回転数を調節する要求や、バルブ１２１１を開閉する要求を示す通常フレームを駆動制御手段１４０に向け送信する。そして、現場機器１００の駆動制御手段１４０からは、ポンプ回転数調節情報１４２がポンプ１２０１に送られ、またバルプ開閉情報１４１がパルブ１２１１に送られる。このようにして、タンク制御の機能を構成できる。

図１３には、本発明の第６の実施例が示されている。図１３に図示の第６の実施例は、本発明を鉄道制御に適用した場合の現場機器１００の構成を示している。

図１３において、現場機器１００は、列車検知センサ１３０１〜１３０２と、遮断機１３１０と、計測集約手段１３０と、駆動制御手段１４０と、スイッチハブ１５０とによって構成されている。

本実施例において、列車検知センサ１３０１〜１３０２の出力する列車検知情報は、列車検知情報伝送路１３１〜１３２を介して現場機器１００の計測集約手段１３０に入力される。この列車検知情報伝送路１３１〜１３２介して現場機器１００の計測集約手段１３０に入力された列車検知情報は、伝送路１５１を使ってスイッチハブ１５０を介して制御機器１６０のコントローラ１８１へ送出される。

制御機器１６０のコントローラ１８１の演算部４００では、列車検知情報を使い、列車検知センサ１３０１〜１３０２が作動し、列車検知情報を得て、列車の接近を検知した場合は、踏切を下げ、列車検知情報１３２が列車の通過を検知した場合は、踏切を上げるよう制御を行い、通常フレーム生成部２２１から踏切を上げ下げする遮断機要求を示す通常フレームを駆動制御手段１４０に向け送信する。そして、現場機器１００の駆動制御手段１４０からは、遮断機要求１４１が遮断機１３１０に送られる。このようにして、鉄道制御の機能を構成できる。

図１４には、本発明の第７の実施例が示されている。図１４に図示の第７の実施例は、本発明を製造ライン制御に適用した場合の現場機器１００の構成を示している。

図１４において、現場機器１００は、速度センサ１４０１〜１４０３と、モータ１４１１〜１４１３と、計測集約手段１３０と、駆動制御手段１４０と、スイッチハブ１５０とによって構成されている。

本実施例において、図１４に図示の速度センサ１４０１〜１４０３は、各所におけるラインの速度を検知し、このライン速度検出値は、速度検出値伝送路１３１〜１３３を介して、現場機器１００の計測集約手段１３０に入力される。この速度センサ１４０１〜１４０３によって検出されたライン速度検出値は、伝送路１３１〜１３３、伝送路１５１通じて計測集約手段１３０、スイッチハブ１５０を介してコントローラ１８１へ送られる。

制御機器１６０のコントローラ１８１の演算部４００では、各速度値に従い、各モータ１４１１〜１４１３の速度を調節する制御を行い、通常フレーム生成部２２１から速度を変更する要求を示す通常フレームを駆動制御手段１４０に向け送信する。駆動制御手段１４０からは速度変更情報が速度変更情報伝送路１４１〜１４３を伝わってモータ１４１１〜１４１３へ送られてモータ１４１１〜１４１３の速度が変更する。このようにして、製造ライン制御の機能を構成できる。

図１５には、本発明の第８の実施例が示されている。図１５に図示の第８の実施例は、本発明を図１４に図示の第７の実施例とは異なる製造ライン制御に適用した場合の現場機器１００の構成を示している。

図１５において、現場機器１００は、ハンドル角度センサ１５０１と、ブレーキペダル１５０２と、ブレーキ盤１５１１〜１５１２と、ステアリングポンプ１５１３と、計測集約手段１３０と、駆動制御手段１４０と、スイッチハブ１５０とによって構成されている。

本実施例において、図１５に図示のハンドル角度センサ１５０１は、ハンドルの角度を検出し、検出した角度値を角度値伝送路１３１を通して、ブレーキペダル１５０２は、ブレーキの踏まれ具合を数値化し、ブレーキ値を検出し、検出したブレーキ値をブレーキ値伝送路１３２を通して、共に計測集約手段１３０に入力される。このハンドル角度センサ１５０１によって検出された角度値は、伝送路１３１を通じて計測集約手段１３０、スイッチハブ１５０を介してコントローラ１８１へ、ブレーキペダル１５０２によって検出されたブレーキ値は、伝送路１３２通じて計測集約手段１３０、スイッチハブ１５０を介してコントローラ１８１へそれぞれ送られる。

制御機器１６０のコントローラ１８１の演算部４００では、ハンドル角度センサ１５０１によって検出されたハンドルの角度値に従いステアリングポンプ１５０２を制御するための演算、ブレーキペダル１５０２によって検出されたブレーキ値に従いブレーキを制御するための演算をそれぞれ行う。その結果、通常フレーム生成部２２１から、制御値に対応するステアリングポンプ駆動要求を示す通常フレーム、制御値に対応するブレーキ駆動要求を示す通常フレームのそれぞれを、現場機器１００の駆動制御手段１４０に向け送信する。現場機器１００の駆動制御手段１４０からは、ブレーキ情報１４１〜１４２がブレーキ盤１５１１〜１５１２に送られ、テアリングポンプ情報１４３がステアリングポンプ１５１３に送られて、ブレーキの制御、ステアリングの制御がそれぞれ行われる。このようにして、自動車制御の機能を構成できる。

本発明は、計測データを周期的に送る機器を含むものであれば、前記した実施例に限らずさまざまな産業分野の機器の間の通信にも適用することができる。

本発明の実施例１の全体構成例を示す図。 図１に図示の計測集約手段の実施例示す図。 図１に図示の駆動制御手段の実施例を示す図。 図１に図示のコントローラの実施例を示す図。 図１に図示の実施例１の動作例を示す図。 図１に図示の実施例１のフレームの構成例を示す図。 図１に図示の実施例１の周期残り時間と送信可能量の関係を示す図。 図１に図示の実施例１の同期の動作例を示す図である。 本発明の実施例２の動作例を示す図である。 本発明の実施例３の同期の動作例を示す図である。 本発明を変電所制御に適用した実施例を示す図である。 本発明をタンク制御に適用した実施例を示す図である。 本発明を鉄道制御に適用した実施例を示す図である。 本発明を製造ライン制御に適用した実施例を示す図である。 本発明を別な製造ライン制御に適用した実施例を示す図である。

符号の説明

１００…………………………現場機器
１０１…………………………伝送路
１１１〜１１ｉ………………計測手段
１２１〜１２ｊ………………駆動手段
１３０…………………………計測集約手段
１３１〜１３ｉ………………計測値
１４０…………………………駆動制御手段
１４１〜１３ｊ………………駆動制御手段
１５０，１７０………………スイッチハブ
１６０…………………………制御機器
１８１〜１８ｋ………………コントローラ
１９０…………………………ＧＵＩ
１９５…………………………ゲートウェイ

Claims (2)

1. 複数の計測手段と、
   前記複数の計測手段から前記複数の計測手段において計測した計測値のそれぞれが送信され該送信された各計測値を集約して周期フレームを構成して送信する計測集約手段と、
   複数の駆動手段と、
   前記複数の駆動手段を駆動し、該複数の駆動手段からのデータを取得する駆動制御手段と、
   任意の端子同士を接続してネットワークを構成する機能を有し、前記計測集約手段と前記駆動制御手段のスイッチングを制御し、前記計測集約手段において構成された周期フレームを伝送路に送出して送信する第１のスイッチハブと
   によって構成される現場機器と，
   前記現場機器の第１のスイッチハブ伝送路を介して送信される周期フレームを受け取り、該周期フレームに乗っている計測値を用いて演算を行い、通常フレームを送出する複数のコントローラと、
   前記現場機器の第１のスイッチハブに伝送路を介して接続され、任意の端子同士を接続してネットワークを構成する機能を有し、前記複数のコントローラのスイッチングを制御し、前記複数のコントローラから送信される前記通常フレームを前記現場機器の第１のスイッチハブに送出する第２のスイッチハブと、
   によって構成される制御機器と，
   前記複数のコントローラと伝送路を介して情報の授受を行い、人間の五感によって認識できる形の情報としてディスプレイに表示するグラフィカルユーザインタフェース機器と，
   前記複数のコントローラと伝送路を介して情報の授受を行い、別な伝送路を介して上位の通信網と情報を授受を行うゲートウェイと，
   からなり，
   前記周期フレームは、受信機器に対し受信確認応答の送信を要求せず、一定時間間隔で周期的に送信するフレームとし、
   前記通常フレームは、非周期的な送信で、受信機器に対し受信確認応答の送信を要求するフレームとし，
   前記計測集約手段、前記駆動手段および前記コントローラは前記周期フレームの送信周期を決定するタイマを有し、受信した前記周期フレームまたは前記通常フレームに基づき所定のタイミングで前記タイマの値を変更し、
   送信データフレームを周期フレームと通常フレームとに分類し、該周期フレームは、受信機器に対し受信確認応答の送信を要求せず、一定時間間隔で周期的に送信するフレームとし、該通常フレームは、非周期的な送信で、受信機器に対し受信確認応答の送信を要求するフレームとし，
   前記周期フレームを一定周期で送信し、駆動要求に基づく駆動要求応答後に前記通常フレームを送信するに当たり、予め求められた周期残り時間と送信可能量の関係を示す関数に基づいて該通常フレームを当該周期内に送信可能か判断し、該通常フレームを当該周期内に送信できないときに次周期の周期フレーム送信後に送信し，
   同一伝送路上で伝送させることを特徴とする通信システム。
2. 複数の計測手段と、
   前記複数の計測手段から前記複数の計測手段において計測した計測値のそれぞれが送信され該送信された各計測値を集約して周期フレームを構成して送信する計測集約手段と、
   複数の駆動手段と、
   前記複数の駆動手段を駆動し、該複数の駆動手段からのデータを取得する駆動制御手段と、
   任意の端子同士を接続してネットワークを構成する機能を有し、前記計測集約手段と前記駆動制御手段のスイッチングを制御し、前記計測集約手段において構成された周期フレームを伝送路に送出して送信する第１のスイッチハブと
   によって構成される現場機器と，
   前記現場機器の第１のスイッチハブ伝送路を介して送信される周期フレームを受け取り、該周期フレームに乗っている計測値を用いて演算を行い、通常フレームを送出する複数のコントローラと、
   前記現場機器の第１のスイッチハブに伝送路を介して接続され、任意の端子同士を接続してネットワークを構成する機能を有し、前記複数のコントローラのスイッチングを制御し、前記複数のコントローラから送信される前記通常フレームを前記現場機器の第１のスイッチハブに送出する第２のスイッチハブと、
   によって構成される制御機器と，
   前記複数のコントローラと伝送路を介して情報の授受を行い、人間の五感によって認識できる形の情報としてディスプレイに表示するグラフィカルユーザインタフェース機器と，
   前記複数のコントローラと伝送路を介して情報の授受を行い、別な伝送路を介して上位の通信網と情報を授受を行うゲートウェイと，
   からなり，
   前記周期フレームは、受信機器に対し受信確認応答の送信を要求せず、一定時間間隔で周期的に送信するフレームとし、
   前記通常フレームは、非周期的な送信で、受信機器に対し受信確認応答の送信を要求するフレームとし，
   前記計測集約手段、前記駆動手段および前記コントローラは前記周期フレームの送信周期を決定するタイマを有し、受信した前記周期フレームまたは前記通常フレームに基づき所定のタイミングで前記タイマの値を変更し、
   前記周期フレームを一定周期で送信し、駆動要求に基づく駆動要求応答後に前記通常フレームを送信するに当たり、予め求められた周期残り時間と送信可能量の関係を示す関数に基づいて該通常フレームを当該周期内に送信可能か判断し、該通常フレームを当該周期内に送信できないときに、該通常フレームを複数のフレームに分割し、複数周期内に分けて送信し，
   同一伝送路上で伝送させることを特徴とする通信システム。

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