JP6343329B2

JP6343329B2 - Ｐｌｃ用通信システム

Info

Publication number: JP6343329B2
Application number: JP2016226346A
Authority: JP
Inventors: ジェ−イル・クォン
Original assignee: LSIS Co Ltd
Current assignee: LS Electric Co Ltd
Priority date: 2016-04-05
Filing date: 2016-11-21
Publication date: 2018-06-13
Anticipated expiration: 2036-11-21
Also published as: ES2823027T3; JP2017188865A; EP3229087A1; CN107294762A; EP3229087B1; KR20170114643A; US10110432B2; CN107294762B; US20170288964A1

Description

本発明は、ＰＬＣ（ＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＬｏｇｉｃＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）などに備えられる通信システムに関する。

ＰＬＣは、産業現場で各種機器や設備などを自動で制御するための電子制御装置である。ＰＬＣは、ＣＰＵ、通信、特殊、入出力などの機能モジュールを組み合わせることで、システムを多様に構成することができる。さらに、制御ロジックをＰＬＣプログラムで作成することができるため、制御システムを迅速に且つ容易に設計及び変更可能であるというなどの多様な利点を有する。

ところが、従来技術によるＰＬＣの内部通信モジュールに適用される通信方法は、終端抵抗の不良や断線などの様々な原因によって異常が発生する場合、または送信線路上のノイズによって信号に外乱が発生する場合、どのような原因によって通信が正常に行われないかを正確に把握しにくいという問題がある。

そのため、正常に行われない通信の原因を把握するために、通信モジュールを構成する全てのマスターモジュール、スレーブモジュール、及び送信線路などをそれぞれ点検しなければならない煩わしさがあった。

本発明は、上述の問題点を解決するためになされたものであって、ＰＬＣ（ＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＬｏｇｉｃＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）などに備えられる内部ＰＬＣ用通信システムにおいて、送信信号の異常有無をリアルタイムで把握することで、ＰＬＣ用通信システムを構成するそれぞれの構成要素が正常に動作しているか否かを自動で判断する機能を備えた、ＰＬＣ用通信システムを提供することを目的とする。

本発明の目的は上述の目的に制限されず、言及されていない本発明の他の目的及び利点が、下記の説明から理解されることができ、本発明の実施形態によってさらに明確に理解されるであろう。また、本発明の目的及び利点は、特許請求の範囲に記載の手段及びその組合せによって実現され得ることが容易に理解されるであろう。

上記の目的を達成するための本発明のＰＬＣ用通信システムは、送信部及び受信部を備えるマスターモジュールと、前記送信部から送信される信号を受信し、それに対応する信号を前記受信部に送信する一つ以上のスレーブモジュールと、前記マスターモジュールとスレーブモジュールとの間における送信信号をデジタル信号に変換する信号変換モジュールと、前記信号変換モジュールを制御し、前記信号変換モジュールにより変換されたデジタル信号に基づいて、前記マスターモジュールとスレーブモジュールとの間における送信信号の異常有無を判断する制御モジュールと、を含むことができる。

ここで、前記制御モジュールは、前記デジタル信号の最大値がハイレベル電圧値以上であり、前記デジタル信号の最小値がローレベル電圧値以下であると、ノイズ不良であると判断することができる。

ここで、前記制御モジュールは、前記デジタル信号の最大値がハイレベル電圧値未満であり、前記デジタル信号の最小値がローレベル電圧値を超えると、通信線路不良であると判断することができる。

ここで、前記制御モジュールは、前記デジタル信号に歪み波形が存在すると、終端抵抗不良であると判断することができる。

本発明の一実施形態によるＰＬＣ用通信システムは、前記制御モジュールにより行われた送信信号の異常有無の判断結果をディスプレイするディスプレイモジュールをさらに含むことができる。

ここで、前記ディスプレイモジュールは、前記制御モジュールの判断に対応して、ノイズ不良、通信線路不良、または終端抵抗不良の何れか一つ以上の形態で、前記送信信号の異常形態を表示することを特徴とする。

上述のような本発明によると、ＰＬＣに備えられる内部ＰＬＣ用通信システムにおいて、通信異常の様々な原因をリアルタイムで把握することができるため、不良発生に対する迅速な対応が可能となる。これにより、システム安定性の向上などのような効果を提供することができる。

すなわち、通信線路上の終端抵抗不良やノイズ不良、またはそれぞれの通信モジュールの不良などに対して、異常発生位置及び原因などを自動でリアルタイムで検知することができる。

また、通常のＰＬＣ用通信方式で用いられるマスター／スレーブシステムと、運用プログラム及びパラメータ構成などをそのまま維持することができるため、システムの具現コストを低減することができるというなどの付加的な利点がある。

本発明の一実施形態によるＰＬＣ用通信システムを示したブロック図である。図１に示された何れか一つのスレーブモジュールを示したブロック図である。本発明の一実施形態によるＰＬＣシステムにおける通信方法を説明するためのフローチャートである。正常通信波形を示した例示図である。通信線路にノイズが発生した時における信号波形を示した例示図である。通信線路不良が発生した時における信号波形を示した例示図である。終端抵抗が小さく設けられた場合における信号波形を示した例示図である。終端抵抗が大きく設けられた場合における信号波形を示した例示図である。終端抵抗が設けられていない場合における信号波形を示した例示図である。

上述の目的、特徴及び利点は、添付図面を参照して詳細に後述される。これにより、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が、本発明の技術的思想を容易に実施できる。本発明を説明するにあたり、係る公知技術についての具体的な説明が本発明の要旨を不明瞭にする可能性があると判断される場合には、詳細な説明を省略する。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図面において同一の参照符号は同一または類似の構成要素を示す。

図１は本発明の一実施形態によるＰＬＣ用通信システムを示したブロック図であり、図２は図１に示された何れか一つのスレーブモジュールを示したブロック図である。

図１に示したように、本発明の一実施形態によるＰＬＣ用通信システムは、マスターモジュール４１０と、一つ以上のスレーブモジュール４２０と、信号変換モジュール４４０と、を含む。

マスターモジュール４１０は、ＭＰＵ４１２、送信部４１４、受信部４１６、及びパルストランス４１８を備える。

ＭＰＵ４１２は、ＰＬＣの内部通信に関するシーケンスを処理する機能と、送信部４１４及び受信部４１６を制御する機能と、送信部４１４及び受信部４１６により送受信される信号を処理する機能と、を担う。

送信部４１４は、ＭＰＵ４１２の制御に応じてスレーブモジュール４２０に信号を送信する。

受信部４１６はスレーブモジュール４２０から信号を受信する。

具体的に、送信部４１４がＭＰＵ４１２の制御に応じてデータを出力すると、パルストランス４１８は送信部４１４から入力されたデータを絶縁し、送信線路を介してＴＲＸ＋信号及びＴＲＸ−信号として出力する。ここで、送信線路の両端には終端抵抗４３０が接続される。

スレーブモジュール４２０は、送信線路を介してマスターモジュール４１０のパルストランス４１８から信号を受信すると、マスターモジュール４１０から送信されたＴＲＸ＋信号及びＴＲＸ−信号に対応する応答信号を出力する。このようなスレーブモジュール４２０の応答信号は、送信線路を介してマスターモジュール４１０のパルストランス４１８に伝達され、パルストランス４１８はスレーブモジュール４２０の応答信号を受信部４１６に伝達する。

図２に示したように、スレーブモジュール４２０は、スレーブ用ＭＰＵ４２２、スレーブ用送信部４２４、スレーブ用受信部４２６、及びスレーブ用パルストランス４２８を含む。

スレーブ用ＭＰＵ４２２は、内部シーケンス処理機能と、スレーブ用送信部４２４及びスレーブ用受信部４２６の制御機能と、を担う。

スレーブ用受信部４２６はマスターモジュール４１０の信号を受信する。

スレーブ用送信部４２４は、ＭＰＵ４２２の制御に応じて、マスターモジュール４１０の信号に対応する応答信号をマスターモジュール４１０に送信する。

スレーブ用パルストランス４２８は、送信線路を介して受信したマスターモジュール４１０の信号を絶縁し、スレーブ用受信部４２６に伝達する。

スレーブ用受信部４２６は、マスターモジュール４１０の信号をスレーブ用ＭＰＵ４２２に伝達する。

スレーブ用ＭＰＵ４２２は、マスターモジュール４１０の信号に対応して内部シーケンスを経た応答信号をスレーブ用送信部４２４に伝達する。

スレーブ用送信部４２４は、応答信号をスレーブ用パルストランス４２８に伝達する。

スレーブ用パルストランス４２８は、送信線路を介して応答信号をマスターモジュール４１０に送信する。

さらに、図１を参照して引き続き説明する。

上述のように、本発明の一実施形態によるＰＬＣ用通信システムは、単一のマスターモジュール４１０と、それに連結されるｎ個のスレーブモジュール４２０と、を含む。

換言すれば、マスターモジュール４１０は、第１局から第ｎ局まで備えられるスレーブモジュール４２０と通信することができる。例えば、ＰＬＣ用通信システムは、マスターモジュールとスレーブモジュールを全て含む通信モジュールが最大６４局であり、最大通信距離が７５０ｍであるものを支援するように構成されることができる。

参照に、終端抵抗４３０は、送信線路の送信側と受信側の相互インピーダンスを一致させるために備えられ、このような終端抵抗４３０がそれぞれマスターモジュール側ＲＴ１とスレーブモジュール側ＲＴ２の最終端に備えられることができることは、図面に示されたとおりである。

信号変換モジュール４４０は、送信線路の信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ４４２を含む。信号変換モジュール４４０はデジタル信号を制御モジュール（不図示）に伝達する。

制御モジュールは、信号変換モジュール４４０から供給されたデジタル信号に基づいて、ＰＬＣ用通信システムの異常有無を検知することができる。

ここで、制御モジュールはマスターモジュール４１０のＭＰＵ４１２で具現されることができる。このようにすることが、システムの空間効率及び構成コストの点で有利である。

これと異なって、別に図示していないが、制御モジュールが別の装置で具現されてもよい。

そして、本発明の一実施形態によるＰＬＣ用通信システムは、ＰＬＣ内部通信プロトコルであるＲＮＥＴ通信方式に適用されることができる。但し、これは例示にすぎず、ＲＮＥＴ通信方式ではない他の通信方式に適用されてもよいことはいうまでもない。

以下では、本発明の一実施形態によるＰＬＣ用通信システムの動作過程を説明する。

マスターモジュール４１０からデータを送信する場合、送信部４１４は所定のデータを出力する。

パルストランス４１８は、送信部４１４から入力されたデータを絶縁し、両端に終端抵抗４３０が接続された送信線路を介してＴＲＸ＋信号及びＴＲＸ−信号として出力する。

スレーブモジュール４２０は、送信線路を介してマスターモジュール４１０のＴＲＸ＋信号及びＴＲＸ−信号を受信する。そして、上述の内部処理過程により、受信されたマスターモジュール４１０のＴＲＸ＋信号及びＴＲＸ−信号に対応する応答信号をマスターモジュール４１０に送信する。

この過程で、信号変換モジュール４４０は、Ａ／Ｄコンバータ４４２を用いてマスターモジュール４１０の送受信信号をＡ／Ｄ変換する。そして、信号変換モジュール４４０は、Ａ／Ｄ変換されたマスターモジュール４１０の送受信信号であるデジタル信号を制御モジュールに伝達する。ここで、制御モジュールは、別の装置で具現されてもよく、マスターモジュール４１０のＭＰＵ４１２で具現されてもよい。

制御モジュールは信号変換モジュール４４０のＡ／Ｄコンバータ４４２を制御する。そして、制御モジュールは、信号変換モジュール４４０から供給されるデジタル信号に基づいて、ＰＬＣ用通信システムの異常発生有無及び異常発生位置情報を検知する。

すなわち、制御モジュールは、デジタル信号に基づいて、ＰＬＣ用通信システムの異常原因がノイズ不良、通信線路不良、及び終端抵抗４３０不良の何れであるかを検知することができる。

図４から図９を参照すると、デジタル信号の最大値がハイレベル電圧値以上であり、デジタル信号の最小値がローレベル電圧値以下である場合、制御モジュールは、ＰＬＣ用通信システムの異常原因がノイズ不良であることを検知することができる。

または、デジタル信号の最大値がハイレベル電圧値未満であり、デジタル信号の最小値がローレベル電圧値を超える場合、制御モジュールは、ＰＬＣ用通信システムの異常原因が通信線路不良であることを検知することができる。

または、デジタル信号に歪み波形が存在する場合、制御モジュールは、ＰＬＣ用通信システムの異常原因が終端抵抗４３０の不良であることを検知することができる。

また、本発明の一実施形態によるＰＬＣ用通信システムは、制御モジュールの判断に応じて、システム上のエラー発生情報及びエラー発生位置情報などを表示するためのディスプレイモジュール（不図示）をさらに含むことができる。

この場合、信号変換モジュール４４０により変換されたデジタル信号の波形がディスプレイモジュールに表示されることができる。これにより、管理者などのユーザがＰＬＣ用通信システムの異常発生有無や異常発生位置などを容易に直接解釈することができる。

さらに、本発明の一実施形態によるＰＬＣ用通信システムは、デジタル信号の波形を解釈し、それによる解釈情報を提供することで、管理者などのユーザがデジタル信号の波形に関する情報を解釈することを助けるための解釈モジュール（不図示）をさらに含んでいてもよい。例えば、解釈モジュールは、制御モジュールと同様に、マスターモジュール４１０のＭＰＵ４１２で具現されることができる。

図３は本発明の一実施形態によるＰＬＣシステムにおける通信方法を説明するためのフローチャートである。

そして、図４は正常通信波形を示した例示図である。図５は通信線路にノイズが発生した時における信号波形を示した例示図である。図６は通信線路不良が発生した時における信号波形を示した例示図である。図７は終端抵抗が小さく設けられた場合における信号波形を示した例示図である。図８は終端抵抗が大きく設けられた場合における信号波形を示した例示図である。図９は終端抵抗が設けられていない場合における信号波形を示した例示図である。

図３に示したように、本発明の一実施形態による通信方法は、スレーブモジュールの局番を選択するステップ（Ｓ５１０）と、選択されたスレーブモジュールにデータを送信するステップ（Ｓ５２０）と、送信データを変換し（Ｓ５３０）、送信信号が正常であるか否かを判断するステップ（Ｓ５４０）と、該当スレーブモジュールからデータを受信するステップ（Ｓ５５０）と、受信データを変換し（Ｓ５６０）、受信信号が正常であるか否かを判断するステップ（Ｓ５７０）と、ＡＣＫ信号が正常であるか否かを判断するステップ（Ｓ５８０）と、を含む。

そして、通信方法は、送信信号が正常であるか否かを判断するステップ（Ｓ５４０）、受信信号が正常であるか否かを判断するステップ（Ｓ５７０）、及びＡＣＫ信号が正常であるか否かを判断するステップ（Ｓ５８０）を行い、少なくとも何れか一つの信号が正常ではないと判断されると、エラーが発生したと処理し（Ｓ５９０）、通信を終了するステップをさらに含むことができる。

すなわち、ＡＣＫ信号の異常有無を判断（Ｓ５８０）することで、単にＰＬＣ用通信システムの異常発生有無を判断していた既存の通信方法とは異なって、本発明の一実施形態による通信方法は、マスターモジュールの送信信号及びスレーブモジュールの送信信号をデジタル信号に変換（Ｓ５３０、Ｓ５６０）し、デジタル信号に基づいてＰＬＣ用通信システムの異常発生有無を判断するステップを含む。

すなわち、マスターモジュールからスレーブモジュールに送信（Ｓ５２０）された信号をＡ／Ｄ変換（Ｓ５３０）によりデジタル信号に変換し、変換されたデジタル信号の電圧が正常範囲に該当するかを確認（Ｓ５４０）する。これにより、マスターモジュールの送信信号が正常範囲に該当するか否かを把握することができる。

また、マスターモジュールがスレーブモジュールから受信（Ｓ５５０）する信号をＡ／Ｄ変換（Ｓ５６０）によりデジタル信号に変換し、変換されたデジタル信号の電圧が正常範囲に該当するかを確認（Ｓ５７０）する。これにより、スレーブモジュールの送信信号が正常範囲に該当するか否かを把握することができる。

ノイズ不良、通信線路不良、または終端抵抗不良などのような様々な不良発生のパターンによる変換信号の波形を図５から図９に例示した。

一方、本発明の実施形態によると、制御モジュールは、マスターモジュールが送信した信号に対応するデジタル信号のレベルを累積し、最大レベルと最低レベルを算出して、それに基づいてマスターモジュールの不良有無を判断することができる。

同様に、制御モジュールは、スレーブモジュールから受信された信号に対応するデジタル信号のレベルをそれぞれのスレーブの局番毎に累積し、最大レベルと最低レベルを算出して、それに基づいてスレーブモジュールの不良有無を判断することができる。

上述のような、本発明の実施形態によるＰＬＣ用通信システム及び通信方法は、通信異常の原因をリアルタイムで把握することができるため、システム安定性の向上などの効果を提供することができる。これに加えて、一般のＰＬＣ用通信方式で用いられるマスター／スレーブシステムと、運用プログラム及びパラメータ構成などを借用することができるため、システムの具現コストを低減することができる。

図５から図９に図示した信号波形について説明する。

図４の定常波（１）は正常な通信波形を示し、通信波形がＶ_H（Ｈｉｇｈ−ｌｅｖｅｌｖｏｌｔａｇｅ）とＶ_L（Ｌｏｗ−ｌｅｖｅｌｖｏｌｔａｇｅ）を満たす矩形波信号の形態を示すことを確認することができる。

図５に示すように、通信線路にノイズが発生（２）すると、Ｖ_HとＶ_Lを超えるノイズ波形が発生する。図６に示すように、通信線路を誤って選定した場合や該当局の通信線路に不良が発生した場合（３）には、通信信号にＶ_HとＶ_Lに及ばない電圧降下が発生する。

図７及び図８に示すように、終端抵抗を定格（例えば、１１０Ω）より小さく（４）または大きく（５）設けた場合には、歪み波形が発生する。

そして、図９に示すように、終端抵抗を設けていない場合（６）には、通信信号に反射波が発生する。

したがって、ＰＬＣ用通信システムに備えられる制御モジュール、または、管理者などのユーザは、正常な通信波形と実際に測定される波形とを比較することで、システム上の不良原因及び不良発生位置などを容易に把握することができる。

本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で様々な置換、変形及び変更が可能であるため、上述の本発明が上述の実施形態及び添付図面によって限定されるものではない。

４１０マスターモジュール
４２０スレーブモジュール
４３０終端抵抗
４４０信号変換モジュール

Claims

送信部及び受信部を備えるマスターモジュールと、
前記送信部から送信される信号を受信し、それに対応する信号を前記受信部に送信する一つ以上のスレーブモジュールと、
前記マスターモジュールとスレーブモジュールとの間におけるアナログの送信信号をデジタル信号に変換する信号変換モジュールと、
前記信号変換モジュールを制御し、前記デジタル信号に基づいて、前記マスターモジュールとスレーブモジュールとの間における送信信号の異常有無を判断する制御モジュールと、を含み、
前記制御モジュールは、
前記デジタル信号の最大値がハイレベル電圧値以上であり、前記デジタル信号の最小値がローレベル電圧値以下であると、ノイズ不良に伴うエラーがあると判断し、及び、
前記デジタル信号の最大値がハイレベル電圧値未満であり、前記デジタル信号の最小値がローレベル電圧値を超えると、通信線路不良に伴うエラーがあると判断する、ＰＬＣ用通信システム。
前記制御モジュールは、
前記デジタル信号に歪み波形が存在すると、終端抵抗不良であると判断することを特徴とする、請求項１に記載のＰＬＣ用通信システム。
前記制御モジュールにより行われた送信信号の異常有無の判断結果をディスプレイするディスプレイモジュールをさらに含む、請求項１又は２に記載のＰＬＣ用通信システム。
前記ディスプレイモジュールは、前記制御モジュールの判断に対応して、ノイズ不良、通信線路不良、または終端抵抗不良の何れか一つ以上の形態で、前記送信信号の異常形態を表示することを特徴とする、請求項３に記載のＰＬＣ用通信システム。
スレーブモジュールの局番を選択するステップと、
前記選択されたスレーブモジュールに送信データを送信するステップと、
前記送信データを送信信号に変換し、前記送信信号が正常であるか否かを判断するステップと、
前記スレーブモジュールからアナログの信号を受信するステップと、
前記受信信号をデジタル信号に変換し、このデジタル信号に基づいて前記受信信号が正常であるか否かを判断するステップと、を含み、
前記デジタル信号に基づいて前記受信信号が正常であるか否かを判断することにおいて、
前記デジタル信号の最大値がハイレベル電圧値以上であり、前記デジタル信号の最小値がローレベル電圧値以下であると、ノイズ不良に伴うエラーが前記受信信号にあると判断し、及び、
前記デジタル信号の最大値がハイレベル電圧値未満であり、前記デジタル信号の最小値がローレベル電圧値を超えると、通信線路不良に伴うエラーが前記受信信号にあると判断する、ＰＬＣシステムにおける通信方法。
前記受信信号が正常であると、ＡＣＫ信号が正常であるか否かを判断するステップをさらに含む、請求項５に記載のＰＬＣシステムにおける通信方法。
前記ＡＣＫ信号が正常であると通信を終了し、前記ＡＣＫ信号が異常であると、エラーが発生したと判断し、通信を終了するステップをさらに含む、請求項６に記載のＰＬＣシステムにおける通信方法。
前記受信信号が異常であると、エラーが発生したと判断し、通信を終了するステップをさらに含む、請求項５乃至７の何れか一項に記載のＰＬＣシステムにおける通信方法。