JP4922877B2 - Signal serial transmission system - Google Patents
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Description
本発明は、複数段の信号伝送ユニットをスタッカブル接続し、これら信号伝送ユニット内をシリアルバスで信号をシリアル伝送する信号シリアル伝送システムに関する。 The present invention relates to a signal serial transmission system in which a plurality of stages of signal transmission units are connected in a stackable manner, and signals are serially transmitted through the signal transmission units through a serial bus.
上記信号をシリアルに伝送することができるシステムとして例えばPLC(プログラマブルコントローラ)がある。また、PLCの中でビルディングブロックタイプでは、CPUユニット以外に、ユーザの要望等によりI/Oユニット等の各種拡張ユニットを備える(特許文献1参照)。このビルディングブロックタイプでもベースユニット内にCPUユニットと拡張ユニットとが一定台数だけ搭載するベースユニットタイプやベースユニットタイプではなく、CPUユニットに対して拡張ユニットをそれぞれの外側面のコネクタで接続して増設可能なスタッカブル接続タイプ等がある。 For example, a PLC (programmable controller) is available as a system capable of serially transmitting the signal. In addition, in the building block type in the PLC, in addition to the CPU unit, various expansion units such as an I / O unit are provided according to a user's request or the like (see Patent Document 1). This building block type is not a base unit type or base unit type in which a fixed number of CPU units and expansion units are mounted in the base unit, but can be expanded by connecting expansion units to the CPU unit with connectors on the respective outer surfaces. There are stackable connection types.
スタッカブル接続タイプでは、ベースユニットタイプとは異なって、CPUユニットは拡張ユニットを制御するクロックやデータ等の信号をシリアルバスを通じて伝送する。このスタッカブル接続タイプでプログラマブルコントローラにおいてはその用途規模拡大によりCPUユニットにスタッカブルに接続する拡張ユニットの段数が増加すると、CPUユニットからのバス配線長が長くなり、バスの容量性負荷やノイズ混入、等により信号の波形品質が悪化してくるようになる。そのため、拡張ユニットの増設段数に制約が発生してくるようになる。 In the stackable connection type, unlike the base unit type, the CPU unit transmits signals such as a clock and data for controlling the expansion unit through a serial bus. With this stackable connection type programmable controller, if the number of expansion units connected to the CPU unit increases due to the expansion of its application scale, the bus wiring length from the CPU unit becomes longer, the bus capacitive load, noise mixing, etc. As a result, the waveform quality of the signal deteriorates. For this reason, there is a restriction on the number of expansion units of the expansion unit.
そこで、この制約を解消するべく信号波形整形用としてのバッファをシリアルバス内に挿入することで信号の品質を向上させることが考えられる。しかし、拡張ユニットの増設段数増大でバッファ数が増加すると信号波形品質が向上しても信号伝搬が大幅に遅延し通信速度が著しく低下してくるようになる。さらに、バッファが挿入される拡張ユニットとバッファが挿入されない拡張ユニットとが混在して全体の信号の通信品質や通信速度の全体的なバランスが低下してくるなど、通信品質と通信速度との両立が困難となってくる。
したがって、本発明により解決すべき課題は、通信速度重視か通信品質重視等の要求バス仕様に応じて信号を伝送可能にして通信品質と通信速度それぞれのバランスをとり、信号シリアル伝送システムでのそれらの両立を可能とすることである。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is that signals can be transmitted according to required bus specifications such as communication speed or communication quality, and balance between communication quality and communication speed, and those in a signal serial transmission system. It is possible to achieve both.
本発明による信号シリアル伝送システムは、信号伝送ユニットを、複数段、スタッカブルに接続すると共に、各信号伝送ユニット内に同一の信号を伝送するシリアルバスを複数、並行配線し、当該シリアルバスの配線数を1周期内の信号伝送ユニットの接続段数として当該周期内では各信号伝送ユニットごとに異なる1つのシリアルバスにバッファを挿入することで同一のシリアルバスには上記1周期ごとにバッファを挿入するようにして上記シリアルバス配線数制御で要求バス仕様に対応可能にしたことを特徴とするものである。 In the signal serial transmission system according to the present invention, signal transmission units are connected in a plurality of stages and in a stackable manner, and a plurality of serial buses that transmit the same signal are wired in parallel in each signal transmission unit, and the number of wirings of the serial buses The number of connection stages of signal transmission units within one cycle is set so that a buffer is inserted into one serial bus that is different for each signal transmission unit within the cycle, so that a buffer is inserted into the same serial bus every cycle. Thus, the above-mentioned control of the number of serial buses enables the required bus specification to be supported.
本発明によると、信号伝送ユニットの接続段数が増大することでバス配線長が増加しても、各信号伝送ユニット内では信号伝送ユニットの接続順で周期的に異なる1つのシリアルバスに信号波形整形用としてのバッファを接続して同一のシリアルバスには上記1周期ごとにバッファが挿入されるようにしたことから、シリアルバスの配線数の制御により、信号遅延抑制と信号波形の品質劣化との両立化を容易に制御することができる。 According to the present invention, even if the bus wiring length increases due to an increase in the number of connection stages of the signal transmission unit, the signal waveform shaping into one serial bus that is periodically different in the connection order of the signal transmission units within each signal transmission unit. Since a buffer is connected to the same serial bus so that the buffer is inserted every cycle, control of the number of wirings of the serial bus can suppress signal delay and degrade signal waveform quality. Compatibility can be easily controlled.
例えば、シリアルバスの数を少なくすれば、同一のシリアルバス配線長に対するバッファ接続個数が増大し、信号波形の品質劣化を抑制できる一方、シリアルバスの数を多くすれば、同一のシリアルバス配線長に対するバッファ接続個数が減って信号遅延が抑制されて通信速度を向上させることができるようになるので、信号シリアル伝送システムの用途に応じて、ユーザはいずれのバス仕様を優先するかを選択することができるようになる。 For example, if the number of serial buses is reduced, the number of buffer connections for the same serial bus line length increases, and signal waveform quality deterioration can be suppressed. On the other hand, if the number of serial buses is increased, the same serial bus line length Since the number of buffers connected to the network can be reduced and the signal delay can be suppressed to improve the communication speed, the user should select which bus specification to prioritize according to the application of the signal serial transmission system. Will be able to.
特に本発明では、従来のように同一のシリアルバスにバッファの挿入個数を制御することで各信号伝送ユニットでは信号品質や信号伝送速度がアンバランスな信号が伝送されたりするのとは異なって、上記1周期内ではいずれかのシリアルバスにもバッファを1つ挿入することができると共に、バランスよく各信号伝送ユニットに対して信号品質が同等でかつ信号の伝送速度も均等して信号を伝送することができるようになる。その結果、システム用途で信号伝送ユニットが増設されてもその用途に要求されるバス仕様に容易に対応することができるようになる。 In particular, in the present invention, unlike the conventional case, a signal with unbalanced signal quality or signal transmission speed is transmitted in each signal transmission unit by controlling the number of inserted buffers in the same serial bus, Within one cycle, one buffer can be inserted into any serial bus, and signals are transmitted in a balanced manner with equal signal quality and equal signal transmission speed for each signal transmission unit. Will be able to. As a result, even if a signal transmission unit is added for system use, the bus specifications required for the use can be easily accommodated.
本発明によれば、シリアルバスの配線数を制御するだけで通信速度重視か通信品質重視等の要求バス仕様に応じることができる。 According to the present invention, it is possible to comply with required bus specifications such as emphasizing communication speed or emphasizing communication quality simply by controlling the number of serial bus lines.
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信号シリアル伝送システムを説明する。実施の形態ではこの信号シリアル伝送システムをPLC(プログラマブルコントローラ)に適用して説明する。PLCは、例えば生産工場等に設置されるファクトリーオートメーション(FA)の制御装置として用いることができる。PLCにおいて、ビルディングブロックタイプは、複数のユニットから構成される。この複数のユニットとしては、電源ユニット、CPUユニット、I/Oユニット、通信ユニット等がある。CPUユニットは、内部にCPU、I/Oメモリ、プログラムメモリ等を有し、このCPUは、I/Oユニットで入力した信号をI/Oメモリに取り込むINリフレッシュ処理を行い、プログラムメモリ内のシーケンスプログラムに基づき演算実行し、その演算実行結果をI/Oメモリに書き込んでI/Oユニットに送り出すOUTリフレッシュ処理を行い、その後、通信ユニットを介して通信ネットワーク上の他のPLCとデータ送受信を行ったり、CPUユニットに備えられた通信ポートを介して外部のPC等とデータ送受信などを行ったりする周辺処理を行う一連の処理をサイクリックに繰り返す。I/Oユニットにはセンサ等やアクチュエータ等が接続される。センサ等は制御機械や装置等の状態をセンシングしその情報をI/Oユニットに入力し、アクチュエータ等はI/Oユニットからの出力に応答して制御装置を駆動する。 Hereinafter, a signal serial transmission system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the embodiment, the signal serial transmission system is applied to a PLC (programmable controller). The PLC can be used as a control device for factory automation (FA) installed in a production factory, for example. In the PLC, the building block type is composed of a plurality of units. Examples of the plurality of units include a power supply unit, a CPU unit, an I / O unit, and a communication unit. The CPU unit includes a CPU, an I / O memory, a program memory, and the like. The CPU performs an IN refresh process for fetching a signal input from the I / O unit into the I / O memory, and a sequence in the program memory. Performs the operation based on the program, writes the result of the operation execution to the I / O memory and sends it to the I / O unit, then performs the OUT refresh process, and then sends / receives data to / from other PLCs on the communication network via the communication unit Or a series of processes for performing peripheral processing such as data transmission / reception with an external PC or the like via a communication port provided in the CPU unit is cyclically repeated. Sensors and actuators are connected to the I / O unit. The sensor or the like senses the state of the control machine or device and inputs the information to the I / O unit, and the actuator or the like drives the control device in response to the output from the I / O unit.
実施の形態では上記したPLCにおいてCPUユニットと、それ以外のユニットを拡張ユニットとして説明する。また、拡張ユニットとしてはI/Oユニットに適用するが、これに限定されない。 In the embodiment, the CPU unit and other units in the above-described PLC will be described as expansion units. Further, the expansion unit is applied to an I / O unit, but is not limited to this.
図1、図2に、PLCにおいてCPUユニットと、複数の拡張ユニットとを示すものであり、CPUユニットから拡張ユニットに対して信号が2つのシリアルバスで伝送する場合を示し、図1はPLCの要素であるCPUユニットと、拡張ユニットとが接続されていない状態、図2は、CPUユニットと拡張ユニットが接続されている状態を示す。 1 and 2 show a CPU unit and a plurality of extension units in the PLC, and shows a case where signals are transmitted from the CPU unit to the extension unit via two serial buses. FIG. FIG. 2 shows a state where the CPU unit as an element is not connected to the expansion unit, and FIG. 2 shows a state where the CPU unit and the expansion unit are connected.
図1、図2を参照して、10はCPUユニット、11はI/Oユニット等の拡張ユニットを示す。ただし、拡張ユニット11は奇数段、偶数段とするときは、説明の都合で、奇数段では11−1,11−3…、偶数段では11−2,11−4で示す。CPUユニット10は一方の外側面にコネクタC0を備え、信号送受信部10aからシリアルバス12が2つに分岐され、各分岐したシリアルバス13a,13bはコネクタC0の第1、第2出力端子c1,c2に接続される。なお、CPUユニット10のコネクタC0は信号をシリアルに伝送する端子のみを説明の都合で示すものであり、図示に限定されるものでない。
1 and 2,
各拡張ユニット11は両外側面に入力側と出力側コネクタC1,C2を備え、それぞれ、第1、第2入力端子ci1,ci2、第1、第2出力端子co1,co2を備える。このコネクタC1,C2も説明の都合で示すものであり、図示に限定されるものでない。また、拡張ユニット11は、I/Oユニットの場合ではCPUユニット10からの信号を出力伝送する場合、制御機械や装置等側からの信号をCPUユニット10に伝送する場合があるが、実施の形態では、前者に限って説明する。
Each
奇数段の拡張ユニット11−1,11−3,11−5…は、両コネクタC1,C2において第1入力端子ci1と第1出力端子co1との間にシリアルバス15aが渡されると共にそのシリアルバス15a内にバッファ16が挿入されていると共にシリアルバス15aはバッファ16を介して内部回路17に接続される。第2入力端子ci2と第2出力端子co2との間にはシリアルバス15bが渡される。
In the odd-numbered expansion units 11-1, 11-3, 11-5,..., The
同様に、偶数段の拡張ユニット11−2,11−4,11−6…には、両コネクタC1,C2において第1入力端子ci1と第1出力端子co1との間にはシリアルバス15aが渡されるが、そのシリアルバス15a内にバッファ16が挿入されず、第2入力端子ci2と第2出力端子co2との間にはシリアルバス15bが渡され、そのシリアルバス15b内にバッファ16が挿入されていると共にシリアルバス15bはバッファ16を介して内部回路17に接続される。
Similarly, the
以上の実施の形態では、図2で示すように、CPUユニット10に対して、上記拡張ユニット11−1,11−2,11−3,11−4…の順に接続されると、バッファ16は、拡張ユニット11−1,11−2,11−3,11−4…の接続順で周期的に異なるシリアルバス15a,15bに挿入されることで、拡張ユニット11−1,11−2,11−3,11−4…の段数2段分を1周期として一方のシリアルバス15aまたは15bにバッファ16が周期的に交互に接続されるので、例えば、2段の拡張ユニット11−1,11−2,11−3,11−4…それぞれでは、1つのバッファ16のみで信号波形の整形が行われて信号の品質が確保される一方で、バッファ16の挿入による信号の遅延は少なくなる。
In the above embodiment, as shown in FIG. 2, when the
図3を参照して、拡張ユニット11の内部構成を説明すると、拡張ユニット11では、入力側コネクタC1の第2入力端子ci2(接続点P2)と出力側コネクタC2の第1出力端子co1(接続点P3)とがシリアルバス19に直接、接続され、入力側コネクタC1の第1入力端子ci1(接続点P1)と出力側コネクタC2の第2出力端子co2(接続点P4)とがシリアルバス18に接続され、そのシリアルバス18中にバッファ20が挿入されている。
With reference to FIG. 3, the internal configuration of the
この拡張ユニット11では、CPUユニット10に対してどの位置に接続されても、段数2段分を1周期として一つのシリアルバス18にバッファ20が周期的に交互に接続され、拡張ユニット11はバッファ20で信号波形の整形が行われて信号の品質が確保される一方で、バッファ20の挿入数は上記1周期内では従来より1つ少なくて済みそれだけ信号の遅延は少なくなる。すなわち上記1周期内ではいずれかのシリアルバス15a,15bにバッファ16を1つ挿入することができ、バランスよく1周期内の各拡張ユニット11に対して信号品質劣化が同等に抑制されかつ信号の伝送速度も均等して信号を伝送することができるようになる。その結果、システム用途で拡張ユニット11が増設されてもその用途に要求されるバス仕様に容易に対応することができるようになる。
In this
なお、信号がCPUユニット10から拡張ユニット11−1,11−2,…方向へ伝送されるが、信号が拡張ユニット11−1,11−2,…からCPUユニット10方向へ戻り伝送される場合も、段数2段分を1周期として一つのシリアルバス18aにバッファ20aが周期的に交互に接続される。この場合、例えば、拡張ユニット11−1であれば、図示略の入力側コネクタの接続点P3aと出力側コネクタの接続点P2aとがシリアルバス19aに直接、接続され、図示略の入力側コネクタの接続点P4aと出力側コネクタの接続点P1aとがシリアルバス18aに接続され、そのシリアルバス18a中にバッファ20aが挿入されている。シリアルバス14aと14bは受信側のORゲート23等で処理され、信号送受信部10a等で受信される。ORゲート23は説明の都合で示すものであり、図示に限定されるものでない。
The signal is transmitted from the
図4(a)(b)を参照して、拡張ユニット11は、入力側と出力側の両コネクタC1,C2間にバス接続制御部21,22を設け、図4(a)ではシリアルバス15aは、バス接続制御部21,22内では実線で示すバス接続制御でバッファ16に接続され、シリアルバス15bは点線で示すように、バッファ16は接続されない。そして、図4(b)では、シリアルバス15aにはバス接続制御部21,22により点線で示すようにバッファ16が挿入接続され、シリアルバス15bには実線で示すようにバッファ16は接続されない。したがって、図4で示す拡張ユニット11を用いれば、CPUユニット10に対してどの位置に配置されても各拡張ユニット11内では当該シリアルバス15a,15bの配線数である「2」を1周期とし上記接続順に従い周期的に交互にシリアルバス15a,15bにバッファ16を挿入することができる。
4 (a) and 4 (b), the
以上から実施の形態では、シリアルバス配線数はシリアルバス15a,15bの「2」であったが、図5で示すように、シリアルバス配線数をシリアルバス15a,15b,15cの「3」としてもよいし、図6で示すようにシリアルバス配線数をシリアルバス15a,15b,15c,15dの「4」としてもよい。あるいはそれ以上のシリアルバス配線数でもよい。
From the above, in the embodiment, the number of serial bus lines is “2” of the
シリアルバス配線数が「2」の場合では、同一のシリアルバスにバッファが接続される周期は拡張ユニット台数で2台のうち1台であるが、いずれの拡張ユニットにも当該拡張ユニットに接続される対象となるシリアルバスにはバッファが挿入される。この場合は、一定のバス配線長のシリアルバス内にバッファが挿入される台数が増加して信号の伝送速度が低下するが信号品質が向上する。 When the number of serial bus wiring is “2”, the cycle for connecting a buffer to the same serial bus is one of two expansion units, but any expansion unit is connected to the expansion unit. A buffer is inserted into the serial bus to be processed. In this case, the number of buffers inserted in a serial bus having a fixed bus wiring length increases and the signal transmission speed decreases, but the signal quality improves.
シリアルバス配線数が「3」の場合では、同一のシリアルバスにバッファが接続される周期は拡張ユニット台数で3台のうち1台であるが、いずれの拡張ユニットにも当該拡張ユニットに接続される対象となるシリアルバスにはバッファが挿入される。この場合は、一定のバス配線長のシリアルバスにバッファが挿入される台数は、上記シリアルバス配線数「2」の場合よりも減るので、信号品質がシリアルバス配線数「2」の場合よりも低下するが、信号の伝送速度がシリアルバス配線数「2」の場合よりも向上する。 When the number of serial bus wiring is “3”, the cycle for connecting buffers to the same serial bus is one of the three expansion units, but any expansion unit is connected to the expansion unit. A buffer is inserted into the serial bus to be processed. In this case, the number of buffers inserted into the serial bus having a fixed bus wiring length is less than that in the case of the serial bus wiring number “2”, so that the signal quality is higher than that in the case of the serial bus wiring number “2”. The signal transmission speed is improved as compared with the case where the number of serial bus wires is “2”.
シリアルバス配線数が「4」の場合では、同一のシリアルバスにバッファが接続される周期は拡張ユニット台数で4台のうち1台であるが、いずれの拡張ユニットにも当該拡張ユニットに接続される対象となるシリアルバスにはバッファが挿入される。この場合は、一定のバス配線長のシリアルバスにバッファが挿入される台数は、上記シリアルバス配線数「3」の場合よりも減るので、信号品質がシリアルバス配線数「3」の場合よりも低下するが、信号の伝送速度がシリアルバス配線数「3」の場合よりも向上する。 When the number of serial bus wires is “4”, the cycle for connecting buffers to the same serial bus is one of the four expansion units, but any expansion unit is connected to the expansion unit. A buffer is inserted into the serial bus to be processed. In this case, the number of buffers inserted into the serial bus having a fixed bus wiring length is smaller than that of the serial bus wiring number “3”, so that the signal quality is higher than that of the serial bus wiring number “3”. However, the signal transmission speed is improved as compared with the case where the number of serial bus wires is “3”.
すなわち、シリアルバス配線数制御で一定のバス配線長に対してのバッファの接続台数を増減して信号波形劣化と、信号の伝送速度とを両立可能に制御することができるようになる。 That is, by controlling the number of serial bus lines, the number of buffers connected to a certain bus line length can be increased or decreased to control both signal waveform deterioration and signal transmission speed.
以上説明したように、実施の形態では、シリアルバスの配線数の制御により、各拡張ユニット内の伝送信号の波形品質と信号の伝送速度とを容易に制御することができるようになる。 As described above, in the embodiment, the waveform quality of the transmission signal and the signal transmission speed in each expansion unit can be easily controlled by controlling the number of serial bus lines.
10 CPUユニット
10a CPUユニット内信号送受信部
11 拡張ユニット
12 CPUユニット内主シリアルバス
13a,13b CPUユニット内シリアルバス
14a,14b CPUユニット内シリアルバス
15a,15b,15c,15d 拡張ユニット内シリアルバス
16 バッファ
17 内部回路
18,18a 拡張ユニット内シリアルバス
19,19a 拡張ユニット内シリアルバス
20,20a バッファ
21 バス接続制御部
22 バス接続制御部
23 CPUユニット内ORゲート
C0 CPUユニット内コネクタ
c1 CPUユニット内第1出力端子
c2 CPUユニット内第2出力端子
C1 拡張ユニット内コネクタ
ci1 拡張ユニット内第1入力端子
ci2 拡張ユニット内第2入力端子
C2 拡張ユニット内コネクタ
co1 拡張ユニット内第1出力端子
co2 拡張ユニット内第2出力端子
P1,P1a 接続点
P2,P2a 接続点
P3,P3a 接続点
P4,P4a 接続点
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