JP6471705B2 - 信号処理装置、信号処理装置の制御方法、情報処理プログラム、および記録媒体 - Google Patents

Description

本発明は、信号処理装置等に関し、特に、センサからの信号を処理して制御装置へ転送する信号処理装置等に関する。

計量装置等の産業機械に取り付けられたセンサが検出した物理量を当該センサから取得し、取得した検出信号に対し信号処理を施し、当該産業機械を制御する制御装置に転送する信号処理装置が知られている。このような信号処理装置では、センサから取得したアナログ信号を増幅し、Ａ／Ｄコンバータでデジタル信号に変換して制御装置に転送している。また、信号処理装置は、デジタルフィルタによって、デジタル信号からノイズを除去して制御装置に送信している。

この信号処理装置を含む制御システムでは、計量装置が計量する計量対象物（一般に、ワークと呼ばれる）が様々であり、計量対象物に応じて生じるノイズにも違いが生じる。したがって、信号処理装置において除去すべきノイズは必ずしも一様ではなく、計量対象物に応じて、その都度、除去すべきノイズの周波数を設定する必要がある。

なお、例えば、特許文献１には、計量装置において、モータの回転数信号を基本周波数とし、これに倍率を乗算して求めた特定周波数の振幅を用いて、異常状態の発生を判定する技術が開示されている。この技術によれば、モータの回転数信号を用いて異常状態の判定を行うことができるので、計量対象物が変更されても容易に異常状態を判定できることになる。

特開２０１４−１５３２３４号公報（２０１４年８月２５日公開）

しかしながら、上述のような従来技術は、以下に示す理由から広い周波数のノイズを除去することができないという問題がある。すなわち、一般にデジタルフィルタは、Ａ／Ｄコンバータからデジタル信号を取得すると、当該デジタル信号から、指定された周波数のノイズを除去することができる。しかしながら、デジタルフィルタが除去することのできるノイズの周波数は、Ａ／Ｄコンバータのサンプリング周波数に依存する。すなわち、サンプリング周波数が高いほど、デジタルフィルタが除去することのできるノイズの周波数の範囲が広い。

ここで、従来技術に係る信号処理装置においては、Ａ／Ｄコンバータのサンプリング周波数を、前記制御装置へノイズを除去した信号を転送する周期（転送周期）に同期させている。前記転送周期は数ｍｓの長い周期の場合もあり、その場合、Ａ／Ｄコンバータのサンプリング周波数が低くなり、デジタルフィルタは高い周波数のノイズを除去することができない。

本発明は、前記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、広い範囲の周波数のノイズを除去することのできる信号処理装置等を実現することにある。

上記の課題を解決するために、本発明に係る信号処理装置は、センサからの信号を処理して制御装置へ転送する信号処理装置であって、前記センサから所定のデータ取得周期で前記信号を取得することによって時系列データを生成する取得部と、前記時系列データから周波数ノイズを除去するノイズ除去部と、前記ノイズ除去部により前記周波数ノイズが除去された前記時系列データを前記制御装置へ所定の転送周期で周期的に転送する転送部と、を備え、前記データ取得周期は、前記転送周期よりも短いことを特徴としている。

前記の構成によれば、前記取得部は、前記転送周期よりも短い前記データ取得周期で、前記センサから前記信号を取得することによって時系列データを生成するため、前記ノイズ除去部は、前記転送周期によらずに、広い範囲の周波数のノイズを除去することができるという効果を奏する。また、前記の構成によれば、前記取得部は、前記転送周期よりも短い前記データ取得周期で、前記センサから前記信号を取得することによって時系列データを生成するため、前記ノイズ除去部による前記ノイズの除去が遅れることがないという効果を奏する。したがって、前記信号処理装置は、前記センサからの信号を、遅れがなく、かつ、精度の高い時系列データとして前記制御装置へ転送することができるという効果を奏する。

本発明に係る信号処理装置について、前記制御装置は、マスタ装置と、前記マスタ装置とネットワークを介して接続される１つ以上のスレーブ装置と、を含むマスタースレーブ制御システムにおける前記マスタ装置であり、前記転送周期は、前記マスタ装置の制御周期と同期していてもよい。

前記の構成によれば、前記信号処理装置は、前記マスタ装置の制御周期と同期した周期で、前記センサからの信号を、精度の高い時系列データとして前記マスタ装置に転送することができるという効果を奏する。

本発明に係る信号処理装置において、前記転送周期は前記データ取得周期の２以上の整数倍であってもよい。

ここで、前記転送周期が前記データ取得周期の整数倍でない場合、前記取得部が前記信号を取得している途中で、前記信号が前記制御装置へと転送されるタイミングとなる可能性があり、つまり、前記取得部が前記信号を取得する期間が短くなる可能性がある。そして、取得する期間が短い場合、前記取得部が不完全な前記信号を取得してしまう可能性がある。

前記の構成によれば、前記転送周期は前記データ取得周期の２以上の整数倍であるため、前記取得部が前記信号を取得している途中で、前記信号が前記制御装置へと転送されるタイミングとなるという事態を回避することができ、つまり、前記取得部が前記信号を取得する期間が短くなるという事態を回避することができる。したがって、前記信号処理装置は、前記取得部が不完全な前記信号を取得してしまう事態を回避することができ、前記取得を完了していない信号を前記時系列データとして前記制御装置に転送してしまう事態が発生するのを回避することができるという効果を奏する。

本発明に係る信号処理装置について、前記センサからの信号はアナログ信号であり、前記取得部はＡ／Ｄコンバータであり、前記データ取得周期は、前記Ａ／Ｄコンバータが、前記アナログ信号をデジタル信号に変換するサンプリング周期であってもよい。

前記の構成によれば、前記Ａ／Ｄコンバータは、前記転送周期よりも短い前記サンプリング周期で、前記センサからの前記アナログ信号を前記デジタル信号に変換するため、前記ノイズ除去部は、前記転送周期によらずに、広い範囲の周波数のノイズを除去することができるという効果を奏する。また、前記の構成によれば、前記Ａ／Ｄコンバータは、前記転送周期よりも短い前記サンプリング周期で、前記センサからの前記アナログ信号を前記デジタル信号に変換するため、前記ノイズ除去部による前記ノイズの除去が遅れることがないという効果を奏する。したがって、前記信号処理装置は、前記センサからの前記アナログ信号を、遅れがなく、かつ、精度の高いデジタル信号として前記制御装置へ転送することができるという効果を奏する。

本発明に係る信号処理装置について、前記センサはロードセルであってもよい。

前記の構成によれば、前記信号処理装置は、前記ロードセルからの前記信号を、遅れがなく、かつ、精度の高い時系列データとして前記制御装置へ転送することができるという効果を奏する。

本発明に係る信号処理装置において、前記ノイズ除去部はデジタルフィルタであってもよい。

前記の構成によれば、前記取得部は、前記転送周期よりも短い前記データ取得周期で、前記センサから前記信号を取得することによって時系列データを生成するため、前記デジタルフィルタは、前記転送周期によらずに、広い範囲の周波数のノイズを除去することができるという効果を奏する。また、前記の構成によれば、前記取得部は、前記転送周期よりも短い前記データ取得周期で、前記センサから前記信号を取得することによって時系列データを生成するため、前記デジタルフィルタによる前記ノイズの除去が遅れることがないという効果を奏する。したがって、前記信号処理装置は、前記センサからの信号を、遅れがなく、かつ、精度の高い時系列データとして前記制御装置へ転送することができるという効果を奏する。

上記課題を解決するために、本発明に係る信号処理方法は、センサからの信号を処理して制御装置へ転送する信号処理方法であって、前記センサから所定のデータ取得周期で前記信号を取得することによって時系列データを生成する取得ステップと、前記時系列データから周波数ノイズを除去するノイズ除去ステップと、前記ノイズ除去ステップにて前記周波数ノイズを除去した前記時系列データを前記制御装置へ所定の転送周期で周期的に転送する転送ステップと、を含み、前記データ取得周期は、前記転送周期よりも短いことを特徴としている。

前記の方法によれば、前記取得ステップは、前記転送周期よりも短い前記データ取得周期で、前記センサから前記信号を取得することによって時系列データを生成する。したがって、前記ノイズ除去ステップは、前記転送周期によらずに、広い範囲の周波数のノイズを除去することができるという効果を奏する。また、前記の方法によれば、前記取得ステップは、前記転送周期よりも短い前記データ取得周期で、前記センサから前記信号を取得することによって時系列データを生成する。したがって、前記ノイズ除去ステップによる前記ノイズの除去が遅れることがないという効果を奏する。したがって、前記信号処理方法は、前記センサからの信号を、遅れがなく、かつ、精度の高い時系列データとして前記制御装置へ転送することができるという効果を奏する。

本発明は、広い範囲の周波数のノイズを除去することができるという効果を奏する。

本発明の実施形態１に係る信号処理装置の要部構成を示すブロック図である。 本実施形態に係る制御システム１の全体概要を示す図である。 図１の信号処理装置の実行する処理のタイミングと、従来の信号処理装置の実行する処理のタイミングとの相違を説明するための図である。 図１の信号処理装置の実行する処理のタイミングと、他の機能ユニットの実行する処理のタイミングとが同期していることを説明する図である。

〔実施形態１〕
以下、本発明の実施形態１について、図１から図４に基づいて詳細に説明する。図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。本発明の一態様に係る信号処理装置１１０（信号処理装置）についての理解を容易にするため、先ず、信号処理装置１１０を含む制御システム１の概要を、図２を用いて説明する。

（実施形態１の制御システムの概要）
図２は、信号処理装置１１０を含む制御システム１の概要を示す図である。図２に示すように、制御システム１は、コントローラ２０（制御装置）と、コントローラ２０にフィールドネットワーク３０（上位バス、すなわち、上位通信ネットワーク）を介して接続される、１つ以上のリモートＩＯターミナル１０と、を含む。すなわち、制御システム１は、マスタ装置としてのコントローラ２０と、マスタ装置にネットワーク（フィールドネットワーク３０）を介して接続される１つ以上のスレーブ装置としてのリモートＩＯターミナル１０（より具体的には、通信カプラ１０１）とを含むマスタースレーブ制御システムである。コントローラ２０は、フィールドネットワーク３０を介したデータ伝送を管理しているという意味で「マスタ装置」と呼ばれ、一方、リモートＩＯターミナル１０（より具体的には、通信カプラ１０１）は「スレーブ装置」と呼ばれる。

図２に例示する制御システム１においては、フィールドネットワーク３０を介して、複数のリモートＩＯターミナル１０（具体的には、リモートＩＯターミナル１０（１）、１０（２）、・・・、１０（ｎ））が、コントローラ２０へ接続している。なお、リモートＩＯターミナル１０（１）、１０（２）、・・・、１０（ｎ）の各々を特に区別する必要がない場合は、単に「リモートＩＯターミナル１０」と称する。

なお、スレーブ装置として、サーボドライバなど（不図示）がフィールドネットワーク３０に直接接続されてもよい。また、フィールドネットワーク３０に複数のコントローラ２０を接続し、いずれか１つのコントローラ２０をマスタ装置とし、残りのコントローラ２０をスレーブ装置としてもよい。さらに、コントローラ２０およびリモートＩＯターミナル１０のいずれとも異なる制御主体をマスタ装置としてもよい。すなわち、「マスタ装置」および「スレーブ装置」は、フィールドネットワーク３０上のデータ伝送の制御機能に着目して定義されるものであり、各装置間でどのような情報が送受信されるかについては、特に限定されない。

コントローラ２０は、例えば、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）であり、制御システム１における、フィールドネットワーク３０を介したデータ伝送を管理するマスタ装置である。マスタ装置としてのコントローラ２０に接続されるスレーブ装置としては、リモートＩＯターミナル１０以外にも、フィールドネットワーク３０に直接接続される、サーボドライバ（不図示）なども含み得る。さらに、フィールドネットワーク３０に複数のコントローラ２０が接続される場合には、いずれか１つのコントローラ２０がマスタ装置となり、残りのコントローラ２０がスレーブ装置になる場合もある。さらにあるいは、コントローラ２０およびリモートＩＯターミナル１０のいずれとも異なる制御主体がマスタ装置になってもよい。また、コントローラ２０には、図２に示すように、接続ケーブル６０などを介して、サポート装置４０が接続していてもよい。

なお、コントローラ２０は、主たる演算処理を実行するＣＰＵユニットを含み、さらに、当該ＣＰＵユニットへ内部バスを介して接続している１つ以上の機能ユニットを含んでもよい。コントローラ２０が含み得る機能ユニットは、後述するリモートＩＯターミナル１０が含んでいる機能ユニット１００と同様であるため、詳細は後述する。

フィールドネットワーク３０は、コントローラ２０が受信し、またはコントローラ２０が送信する各種データを伝送し、例えば、ＥｔｈｅｒＣＡＴ（登録商標）、ＰＲＯＦＩＮＥＴ（登録商標）、ＭＥＣＨＡＴＲＯＬＩＮＫ（登録商標）−ＩＩＩ、Ｐｏｗｅｒｌｉｎｋ、ＳＥＲＣＯＳ（登録商標）−ＩＩＩ、ＣＩＰ Ｍｏｔｉｏｎである。また、フィールドネットワーク３０は、例えば、ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ、ＣｏｍｐｏＮｅｔ（登録商標）などであってもよい。なお、以下では、フィールドネットワーク３０上をデータフレームが順次転送されることで、コントローラ２０とリモートＩＯターミナル１０との間、または、リモートＩＯターミナル１０の間でデータが送受信される制御システム１について説明を行う。また、以下の説明においては、フィールドネットワーク３０を、下位の通信ネットワークである内部バス１０２と対比させるために、「上位バス（上位通信ネットワーク）」と呼ぶことがある。さらに、内部バス１０２上を伝搬するデータフレームと区別するために、フィールドネットワーク３０上のデータフレームを「上位データフレーム」とも称す。

サポート装置４０は、制御システム１に対して各種のパラメータを設定するための情報処理装置である。すなわち、状態値の取得（入力リフレッシュ）のタイミングおよび出力値の更新（出力リフレッシュ）のタイミングは、サポート装置４０によって算出および設定されてもよい。サポート装置４０は、典型的には、汎用のコンピュータで構成される。例えば、サポート装置４０で実行される情報処理プログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk-Read Only Memory）５０に格納されて流通してもよい。このＣＤ−ＲＯＭ５０に格納されたプログラムは、図示しないＣＤ−ＲＯＭ駆動装置によって読取られ、サポート装置４０のハードディスクなどへ格納される。あるいは、上位のホストコンピュータなどからネットワークを通じてプログラムをダウンロードするように構成してもよい。

リモートＩＯターミナル１０は、コントローラ２０が含み得る機能ユニットを、コントローラ２０の配置位置とは異なる位置に拡張的に配置するためのものである。すなわち、リモートＩＯターミナル１０が含んでいる機能ユニット１００は、コントローラ２０が含み得る機能ユニット（コントローラ２０の備えるＣＰＵユニットへ内部バスを介して接続され得る１つ以上の機能ユニット）と同様である。リモートＩＯターミナル１０は、フィールドネットワーク３０でのデータ伝送に係る処理を行うための通信カプラ１０１と、通信カプラ１０１に内部バス１０２を介して接続している１つ以上の機能ユニット１００と、を含む。

図２に例示するリモートＩＯターミナル１０においては、内部バス１０２を介して、複数の機能ユニット１００（具体的には、機能ユニット１００（１）、１００（２）、１００（３）、・・・、１００（ｎ））が、通信カプラ１０１へ接続している。なお、機能ユニット１００（１）、１００（２）、１００（３）、・・・、１００（ｎ）の各々を特に区別する必要がない場合は、単に「機能ユニット１００」と称する。内部バス１０２に複数の機能ユニット１００が接続している場合、当該複数の機能ユニット１００は、内部バス１０２を介して、互いにデータを送受信することができる。

通信カプラ１０１は、フィールドネットワーク３０を介して、コントローラ２０（より正確には、コントローラ２０の備えるＣＰＵユニット）へ接続されており、コントローラ２０との間のデータ伝送を制御する。また、通信カプラ１０１は、機能ユニット１００の動作を制御しており、内部バス１０２を介した機能ユニット１００との間のデータ伝送を管理している。すなわち、通信カプラ１０１は、内部バス１０２へ接続されるだけではなく、フィールドネットワーク３０へも接続される。通信カプラ１０１は、上位バスであるフィールドネットワーク３０を介したデータ伝送を管理するとともに、下位バスである内部バス１０２を介したデータ伝送を管理する。

機能ユニット１００は、制御対象（不図示）との間で信号を送受信し、例えばＩＯユニット（または特殊ユニット）である。後述するように、機能ユニット１００は信号処理装置１１０を含んでいる。ＩＯユニットは、例えば、２値化データの送受信（入出力）を制御する。具体的には、ＩＯユニットは、センサが何らかの対象物を検出し（オン）、または検出していない（オフ）といった情報等を収集する（受信する）ことができる。また、ＩＯユニットは、所定の出力対象（例えば、リレーおよびアクチュエータなど）を活性化させ（オン）、または不活性化させる（オフ）指令を出力する（送信する）ことができる。また、特殊ユニットは、ＩＯユニットが実行しない諸機能を実行し、例えば、アナログデータの入出力、種々の制御、ＩＯユニットが実行できない所定の通信（例えば、シリアル通信、エンコーダ入力）を行うことができる。

リモートＩＯターミナル１０において、１つ以上の機能ユニット１００（１）、１００（２）、・・・、１００（ｎ）が、通信ラインである内部バス１０２を介して通信カプラ１０１と互いにデータ伝送可能になっている。内部バス１０２では、例えば、シリアル通信が採用され、対象のデータが時系列に一列に並べられた形で伝搬してもよい。複数の機能ユニット１００の各々は、内部バス１０２を伝搬するデータフレームを受信すると、そのデータフレームからデータを復号して必要な処理を実行する。そして、複数の機能ユニット１００の各々は、データフレームを再生成した上で、次段の機能ユニット１００へ再送信（フォワード）する。なお、以下の説明では、フィールドネットワーク３０上を伝搬するデータフレーム（上位データフレーム）と区別するために、内部バス１０２上を伝搬するデータフレームを「内部バスフレーム」と称することがあるものとする。

以上に概要を説明した制御システム１について、次に、制御システム１に含まれる各装置において実行される各種の処理の同期について概要を説明する。

（制御システムにおける各種処理の同期について）
制御システム１において、同一の制御対象に対する制御（何らかの処理）を行う場合、当該制御対象から取得される複数の状態値の間で同期を取ることが好ましい場合がある。すなわち、制御システム１において、前記制御対象に係る複数の状態値の各々を同一のタイミングで前記制御対象から取得し、取得したこれらの状態値に基づいて、前記制御対象に対する出力値などを算出することが好ましい場合がある。

制御システム１は、コントローラ２０（マスタ装置）と、１つ以上のリモートＩＯターミナル１０（スレーブ装置）との間で、各種の処理を同期するために、その１つの同期方法として、ＤＣ（ディストリビュート・クロック）方式による時刻同期機能を有している。例えば、コントローラ２０および１つ以上のリモートＩＯターミナル１０の各々は、時計として、同期の基準となる時刻情報（リファレンスクロック）を周期的に生成するタイマを有している。マスタ装置であるコントローラ２０の時計が基準となり、スレーブ装置である各リモートＩＯターミナル１０は、そのコントローラ２０の時計に同期する。より具体的には、１つ以上のリモートＩＯターミナル１０の各々は、フィールドネットワーク３０上を周期的に伝搬する上位データフレームに基づいて、各々が有するタイマに生じている時間的なずれを都度補正する。これによって、コントローラ２０の時計が発生するリファレンスクロックと同じタイミングで、１つ以上のリモートＩＯターミナル１０の各々の内部でリファレンスクロックが発生されるようになる。したがって、コントローラ２０および１つ以上のリモートＩＯターミナル１０の間では、実質的に、共通の時刻を利用可能になっている。

１つ以上のリモートＩＯターミナル１０は、共通の時間軸上で指定されたタイミングで、予め指定された処理をそれぞれ実行する。但し、上位データフレームの伝送遅延は存在する。そのため、例えば、リモートＩＯターミナル１０（１）において上位データフレームに含まれるデータを利用した処理を開始できるタイミング（時刻Ｔ１）と、リモートＩＯターミナル１０（２）において上位データフレームに含まれるデータを利用した処理を開始できるタイミング（時刻Ｔ２）との間には、時間差ＴＤ１が生じ得る。他のリモートＩＯターミナル１０の間でも同様である。

伝送遅延、すなわち時間差（ＴＤ１〜ＴＤｎ）はわずかな時間であるので、一般的な制御対象であれば、問題にはならない。しかしながら、多軸制御といった、複数のアクチュエータが同期して動作することが好ましい制御対象については、１つ以上のリモートＩＯターミナル１０の間（あるいは、異なるリモートＩＯターミナル１０に装着された機能ユニット１００の間）で、制御対象からの状態値の取得（入力リフレッシュ）のタイミングと、制御対象に対する出力値の更新（出力リフレッシュ）のタイミングとを同期させる（揃える）ことが重要になってくる。

制御システム１では、以下に説明する「入出力同期」の機能を有している。すなわち、１つ以上のリモートＩＯターミナル１０の間で、処理の開始タイミングが調整されており、いずれも時刻Ｔｓから一斉に処理を開始する。このような入出力同期を実現するために、１つ以上のリモートＩＯターミナル１０の各々には、ある時刻を基準として、それぞれの機能ユニット１００において、必要な処理を開始するタイミング（位相／開始遅延時間）が設定される。この設定されたタイミングに従って、機能ユニット１００の各々が必要な処理をトリガすることで、結果として、１つ以上のリモートＩＯターミナル１０の間で、入力リフレッシュおよび出力リフレッシュのタイミングが実時間で同期される。

なお、マスタ装置および１つ以上のスレーブ装置の間で、共通の時刻が利用可能になっているため、フィールドネットワーク３０に接続されている、コントローラ２０および１つ以上のリモートＩＯターミナル１０の全部または一部の間では、入出力同期が可能になっている。以下、さらに詳細を説明する。

コントローラ２０は、予め定められた制御周期（ＰＬＣ制御周期）でユーザプログラムを繰り返し実行する。ユーザプログラムは、典型的には、シーケンスプログラムおよびモーションプログラムを含む。コントローラ２０において、ユーザプログラムの実行に先立って、制御対象から状態値を取得する処理（入力リフレッシュ）が実行される。また、コントローラ２０において、ユーザプログラムの実行後に、その実行によって算出された結果（出力値）を反映する処理（出力リフレッシュ）が実行される。典型的には、先の出力リフレッシュの開始から次の出力リフレッシュの開始までの期間が、コントローラ２０の制御周期（ＰＬＣ制御周期）として算出される。

コントローラ２０での出力リフレッシュが完了すると、フィールドネットワーク３０を介して、出力リフレッシュによって算出された結果（出力値）を含む上位データフレームの送出が開始される。コントローラ２０から送出された上位データフレームは、フィールドネットワーク３０を介して、通信カプラ１０１へ順次転送される。上位データフレームの先頭がリモートＩＯターミナル１０（１）の通信カプラ１０１に到達してから、同一の上位データフレームの先頭がリモートＩＯターミナル１０（２）の通信カプラ１０１に到達するまでの時間が「伝送遅延」に相当する。

また、コントローラ２０における制御周期（ＰＬＣ制御周期）は、上位データフレームが送出される周期（転送周期）と一致している。

１つ以上のリモートＩＯターミナル１０の各々において、通信カプラ１０１での上位データフレームの受信が完了すると、通信カプラ１０１は以下の処理を実行する。すなわち、通信カプラ１０１は、内部バス１０２を介して通信カプラ１０１へ接続されている（つまり、リモートＩＯターミナル１０に含まれる）機能ユニット１００向けのデータ（内部バスフレーム）を、内部バス１０２を介して、それぞれの機能ユニット１００へ伝送する。

内部バス１０２を介して通信カプラ１０１へ接続されている１つ以上の機能ユニット１００の各々は、内部バス１０２を介して伝送された内部バスフレームに従って、制御対象に対する出力値を更新（出力リフレッシュ）する。その後、機能ユニット１００の各々は、制御対象からの状態値を取得（入力リフレッシュ）する。続いて、各々の機能ユニット１００が取得した状態値を含むデータ（状態値を含む内部バスフレーム）が内部バス１０２を介して通信カプラ１０１へ伝送される。さらに、通信カプラ１０１は、受信した「状態値を含む内部バスフレーム」の内容を上位データフレーム（つまり、フィールドネットワーク３０上を伝搬するデータフレーム）へ反映した上で、次段の通信カプラ１０１（次段のリモートＩＯターミナル１０）へ転送する。

ここで、詳細は後述するが、制御システム１において、機能ユニット１００の各々が制御対象からの状態値を周期的に取得（入力リフレッシュ）する周期は、上位データフレームがフィールドネットワーク３０上をコントローラ２０へ転送される周期である転送周期よりも短い。より具体的には、制御システム１において、取得部１１２のデータ取得周期（取得部１１２がＡ／Ｄコンバータである場合、取得部１１２のサンプリング周期）は、上位データフレームが送出される周期（転送周期）、すなわち、コントローラ２０における制御周期（ＰＬＣ制御周期）よりも短い。ただし、１つ以上の機能ユニット１００の各々が制御対象からの状態値を周期的に取得（入力リフレッシュ）する周期は一致していることが好ましい。すなわち、制御システム１において、１つ以上の機能ユニット１００の各々が制御対象からの状態値を取得（入力リフレッシュ）する周期（データ取得周期）は、１つ以上の機能ユニット１００の間で一致しており、かつ、前記データ取得周期は転送周期よりも短い。

このように、リモートＩＯターミナル１０（通信カプラ１０１）は、到着した上位データフレームから出力値を示すデータを取得し、取得した出力値をそれぞれの機能ユニット１００へ与える。併せて、リモートＩＯターミナル１０（通信カプラ１０１）は、機能ユニット１００からの状態値を取得するとともに、フィールドネットワーク３０内を順次伝送される上位データフレームにその取得した状態値を示すデータを付加する。すなわち、コントローラ２０とリモートＩＯターミナル１０（通信カプラ１０１）との間のフィールドネットワーク３０を介したデータ更新処理と、通信カプラ１０１と機能ユニット１００との間の内部バス１０２を介したデータ更新処理とが並列的に実行される。

制御システム１においては、１つ以上の機能ユニット１００の各々が出力値を更新する（厳密に表現すると、出力値の更新が完了する）タイミングを、１つ以上の機能ユニット１００の間で一致させる。この出力値を更新するタイミングを「ＯＵＴデータ出力同期タイミング」とも称す。このＯＵＴデータ出力同期タイミングにおいては、すべての機能ユニット１００に対して、出力すべきデータ（ＯＵＴデータ）が与えられている必要がある。そのため、出力リフレッシュを開始するタイミングは、各機能ユニット１００の出力処理に要する時間などを考慮して決定される。

また、制御システム１においては、制御対象から状態値を取得する（入力リフレッシュ）タイミングを、１つ以上の機能ユニット１００の間で一致させる。この状態値を取得するタイミングを「ＩＮデータラッチ同期タイミング」とも称す。「ＩＮデータラッチ」とは、機能ユニット１００に入力されている信号の値を或るタイミングで取得することを意味する。リモートＩＯターミナル１０は、次の伝送周期の上位データフレームが到着する前に、制御対象からの状態値を取得（入力リフレッシュ）しておく必要がある。上位データフレームは順次転送されるので、各リモートＩＯターミナル１０のフィールドネットワーク３０内の装着位置に応じて、上位データフレームが到着するタイミングが異なる。そのため、ＩＮデータラッチ同期タイミングは、機能ユニット１００の入力処理に要する時間および上位データフレームに生じる伝送遅延などを考慮して決定される。

なお、後述するデータ取得周期（取得部１１２が、センサ１２０からの出力信号を取得する周期）は、ＩＮデータラッチ同期タイミングの周期である。データ取得周期は、取得部１１２がＡ／Ｄコンバータである場合、取得部１１２のサンプリング周期である。制御システム１において、取得部１１２のデータ取得周期（取得部１１２がＡ／Ｄコンバータである場合、取得部１１２のサンプリング周期）は、コントローラ２０における制御周期（ＰＬＣ制御周期）、すなわち、上位データフレームが送出される周期（転送周期）よりも短い。つまり、制御システム１において、ＩＮデータラッチ同期タイミングの周期は、転送周期よりも短い。そして、上位データフレームが送出される周期である転送周期は、取得部１１２のデータ取得周期の２以上の整数倍である。制御システム１において、１つ以上の機能ユニット１００の各々の入力は同期しているが、１つ以上の機能ユニット１００の各々の入力周期（データ取得周期）は、コントローラ２０における制御周期（ＰＬＣ制御周期）、すなわち、上位データフレームが送出される周期（転送周期）よりも短い。

上述の構成により、異なるリモートＩＯターミナル１０の間であっても、機能ユニット１００同士の入力リフレッシュおよび出力リフレッシュのタイミングを互いに同期させることができるので、例えば、多軸制御などをより高精度に実現できる。

なお、制御システム１においては、１つ以上の機能ユニット１００の各々の取得した「制御対象からの状態値」は、上位データフレームによって、コントローラ２０（制御装置）へ周期的に転送される。１つ以上の機能ユニット１００の各々の取得した「制御対象からの状態値」がコントローラ２０（制御装置）へ転送される周期である転送周期は、上位データフレームが送出される周期であり、コントローラ２０における制御周期（ＰＬＣ制御周期）に一致する。

詳細は後述するが、信号処理装置１１０によって信号処理されたセンサ１２０の出力信号は、通信カプラ１０１によって、コントローラ２０（制御装置）へ周期的に転送される。すなわち、信号処理装置１１０の送受信部１１５が、ノイズ除去部１１３によりノイズ除去された「センサ１２０の出力信号」を、通信カプラ１０１へ送信することにより、ノイズ除去された（信号処理装置１１０によって信号処理された）センサ１２０の出力信号は、通信カプラ１０１によって、周期的にコントローラ２０（制御装置）へ転送される。信号処理装置１１０の送受信部１１５は、通信カプラ１０１を介して、ノイズ除去部１１３によりノイズ除去されたセンサ１２０の出力信号を、転送周期でコントローラ２０へ転送する。通信カプラ１０１を介した、送受信部１１５による転送処理の周期（転送周期）は、コントローラ２０の制御周期（ＰＬＣ制御周期）に一致している。

これまで、制御システム１について、すべての機能ユニット１００の間で出力リフレッシュのタイミングおよび入力リフレッシュのタイミングの各々を一致させる例を説明してきた。しかしながら、制御システム１においては、すべての機能ユニット１００の間で出力リフレッシュおよび入力リフレッシュの各々を一致させる設定に加えて、一部の機能ユニット１００の間でのみ出力リフレッシュおよび入力リフレッシュの少なくとも一方を一致させる設定が可能になっていてもよい。

すなわち、制御システム１を構成する複数の機能ユニット１００のうち、特定の機能ユニット１００の間で出力リフレッシュおよび入力リフレッシュの各々を一致させるとともに、残りの機能ユニット１００については、前記特定の機能ユニット１００の出力リフレッシュおよび入力リフレッシュのタイミングとは異なるタイミングで出力リフレッシュおよび入力リフレッシュを実行してもよい。具体的には、制御システム１において、制御対象などに応じて、入力リフレッシュおよび出力リフレッシュの両方を同期させたい機能ユニット１００を選択的に指定できてもよい。制御システム１において、フィールドネットワーク３０を介してコントローラ２０へ接続されている全てのリモートＩＯターミナルについて処理の同期が確保されていることは必須ではなく、制御システム１における全ての機能ユニット１００について処理の同期が確保されていることは必須ではない。

これまで、制御システム１、および制御システムに含まれる装置（マスタ装置およびスレーブ装置）の実行する各種処理の同期について、図２を用いて説明を行ってきた。次に、制御システム１の機能ユニット１００について、図１等を用いて説明していく。

（センサについて）
先ず、本実施形態に用いるセンサ１２０の概要について説明する。センサ１２０は、制御対象（不図示）の物理量（状態値）を検出して、検出した物理量に対応する信号（例えば、アナログ信号）を出力する。センサ１２０の検出する制御対象の状態値は、重量および圧力など、任意の物理量であってよい。

センサ１２０は、例えば、制御対象（例えば、計量装置等の産業機械）に取り付けられるロードセルである。前記の構成によれば、信号処理装置１１０は、センサ１２０（ロードセル）からの信号を、遅れがなく、かつ、精度の高い時系列データとしてコントローラ２０（制御装置）へ転送することができるという効果を奏する。

ここで、ロードセルは、一般的に、歪みゲージを用いたホイートストンブリッジ回路で構成されており、加わる負荷（重量や圧力）に応じて歪みゲージの抵抗値が変化し、これにより出力電圧が変化する。コントローラ２０は、この出力電圧（出力信号）の変化から計測値を導出する。

センサ１２０の使用例としては、台はかりシステム、定量切出制御システム、圧入システム等が挙げられ、本実施形態は、これらの何れにも適用可能である。

台はかりシステムとは、秤台に計量物を載せ、計量物の重量を測定するシステムである。センサ１２０（ロードセル）は、秤台の下に複数個、取り付けられ、それぞれの出力信号は和算箱と呼ばれるセンサ１２０の出力信号を合算するユニットに入力される。和算箱から出力された出力信号の合計（合計値）は、信号処理装置１１０（ロードセルインタフェースユニット）を介し、コントローラ２０に送信される。コントローラ２０は、前記合計値から重量値を導出することができる。

定量切出制御システムとは、計量ホッパに投入される原料の重量を測定し、原料を容器に排出するシステムである。計量ホッパ内の原料の重量を測定しながら、投入バルブを、大投入→中投入→小投入の順序で制御する。

センサ１２０（ロードセル）は、計量ホッパの重量が測定可能な位置に複数個、取り付けられており、それぞれの出力信号は前述した和算箱に入力され、和算箱から出力された出力信号の合計（合計値）は信号処理装置１１０（ロードセルインタフェースユニット）を介し、コントローラ２０に送信される。コントローラ２０は、前記合計値から計量値を導出し、計量ホッパを制御することができる。

圧入システムとは、圧入によって２つの部品を接合した加工品を生産するシステムであり、例えば、サーボドライバによって部品に荷重を加えて圧入を行う。センサ１２０（ロードセル）は、この荷重を測定可能な位置に取り付けられており、センサ１２０によって測定された荷重が適切であるかどうかにより、加工品の良否を判定している。次に、図１を参照して信号処理装置１１０の詳細について説明する。

（信号処理装置について）
信号処理装置１１０についての理解を容易にするため、図１を参照して信号処理装置１１０の詳細について説明する前に信号処理装置１１０の概要について整理しておけば以下の通りである。

（信号処理装置の概要）
すなわち、信号処理装置１１０は、センサ１２０からの信号（センサ１２０の出力信号）を処理してコントローラ２０（制御装置）へ転送する信号処理装置であって、センサ１２０から所定のデータ取得周期で出力信号を取得することによって時系列データを生成する取得部１１２と、前記時系列データから周波数ノイズを除去するノイズ除去部１１３と、ノイズ除去部１１３により前記周波数ノイズが除去された前記時系列データをコントローラ２０へ所定の転送周期で周期的に転送する送受信部１１５（転送部）と、を備え、前記データ取得周期は、前記転送周期よりも短い。

前記の構成によれば、取得部１１２は、前記転送周期よりも短い前記データ取得周期で、センサ１２０から出力信号を取得することによって時系列データを生成するため、ノイズ除去部１１３は、前記転送周期によらずに、広い範囲の周波数のノイズを除去することができるという効果を奏する。また、前記の構成によれば、取得部１１２は、前記転送周期よりも短い前記データ取得周期で、センサ１２０から出力信号を取得することによって時系列データを生成するため、ノイズ除去部１１３による前記ノイズの除去が遅れることがないという効果を奏する。したがって、信号処理装置１１０は、センサ１２０からの信号を、遅れがなく、かつ、精度の高い時系列データとしてコントローラ２０へ転送することができるという効果を奏する。

なお詳細は後述するが、送受信部１１５（転送部）は、ノイズ除去された「センサ１２０の出力信号」を通信カプラ１０１へ送信することにより、通信カプラ１０１に、ノイズ除去された「センサ１２０の出力信号」をコントローラ２０（制御装置）へ前記転送周期で転送させる。すなわち、送受信部１１５は、ノイズ除去部１１３により前記周波数ノイズが除去された前記時系列データを、（通信カプラ１０１を介して）コントローラ２０へ所定の転送周期で周期的に転送する。

特に、信号処理装置１１０において、前記転送周期（ノイズ除去部１１３により前記周波数ノイズが除去された前記時系列データが、コントローラ２０へ周期的に転送される周期）は、前記データ取得周期（取得部１１２が、センサ１２０からの出力信号を取得する周期）の２以上の整数倍である。

ここで、前記転送周期が前記データ取得周期の整数倍でない場合、取得部１１２がセンサ１２０からの出力信号を取得している途中で、センサ１２０からの出力信号がコントローラ２０（制御装置）へと転送されるタイミングとなる可能性があり、つまり、取得部１１２がセンサ１２０からの出力信号を取得する期間が短くなる可能性がある。そして、取得する期間が短い場合、取得部１１２がセンサ１２０からの不完全な出力信号を取得してしまう可能性がある。

前記の構成によれば、前記転送周期は前記データ取得周期の２以上の整数倍であるため、取得部１１２がセンサ１２０からの出力信号を取得している途中で、前記信号が前記制御装置へと転送されるタイミングとなるという事態を回避することができ、つまり、取得部１１２がセンサ１２０からの出力信号を取得する期間が短くなるという事態を回避することができる。したがって、信号処理装置１１０は、取得部１１２がセンサ１２０からの不完全な出力信号を取得してしまう事態を回避することができ、取得を完了していない信号を前記時系列データとしてコントローラ２０に転送してしまう事態が発生するのを回避することができるという効果を奏する。

また、信号処理装置１１０の実行する処理は以下のように整理することができる。すなわち、信号処理装置１１０の実行する信号処理方法は、センサ１２０からの信号（センサ１２０の出力信号）を処理してコントローラ２０（制御装置）へ転送する信号処理方法であって、センサ１２０から所定のデータ取得周期で出力信号を取得することによって時系列データを生成する取得ステップと、前記時系列データから周波数ノイズを除去するノイズ除去ステップと、前記ノイズ除去ステップにて前記周波数ノイズを除去した前記時系列データをコントローラ２０へ所定の転送周期で周期的に転送する転送ステップと、を含み、前記データ取得周期は、前記転送周期よりも短い。

前記の方法によれば、前記取得ステップは、前記転送周期よりも短い前記データ取得周期で、センサ１２０から出力信号を取得することによって時系列データを生成する。したがって、前記ノイズ除去ステップは、前記転送周期によらずに、広い範囲の周波数のノイズを除去することができるという効果を奏する。また、前記の方法によれば、前記取得ステップは、前記転送周期よりも短い前記データ取得周期で、センサ１２０から前記信号を取得することによって時系列データを生成する。したがって、前記ノイズ除去ステップによる前記ノイズの除去が遅れることがないという効果を奏する。したがって、前記信号処理方法は、センサ１２０からの信号を、遅れがなく、かつ、精度の高い時系列データとしてコントローラ２０へ転送することができるという効果を奏する。

以上のように概要を整理した信号処理装置１１０について、次に、図１を参照して詳細を説明していく。

（信号処理装置の詳細）
図１は、信号処理装置１１０の要部構成を示すブロック図である。信号処理装置１１０は、例えばロードセルインタフェースユニットであり、重量（ｇ、ｋｇなど）および圧力（Ｎ、ｋＮなど）などの測定を行うためのセンサ信号（ロードセル出力信号）の入力処理機能をもつユニットである。信号処理装置１１０は、例えばロードセルであるセンサ１２０からの出力信号を、自装置内で増幅し、Ａ／Ｄ変換を行い、重量および圧力など、任意の物理量に換算して、コントローラ２０へ出力する。

ここで、図１に示す信号処理装置１１０は、増幅部１１１、取得部１１２、ノイズ除去部１１３、換算部１１４、および送受信部１１５を含む構成である。

増幅部１１１は、センサ１２０から取得した信号（例えば、アナログ信号）を増幅する。なお、信号処理装置１１０が増幅部１１１を備えることは必須ではない。

取得部１１２は、センサ１２０から周期的に出力信号を取得し、ノイズ除去部１１３へ送信する。なお、取得部１１２は、センサ１２０から周期的に出力信号を取得するので、結果的に、センサ１２０から時系列の出力信号（時系列信号）を取得していることになる。すなわち、取得部１１２は、所定のデータ取得周期でセンサ１２０から信号を取得することによって時系列データを生成し、生成した時系列データをノイズ除去部１１３へ送信する。

取得部１１２は、例えば、Ａ／Ｄコンバータである。すなわち、センサ１２０からの出力信号がアナログ信号である場合、Ａ／Ｄコンバータである取得部１１２のデータ取得周期は、センサ１２０からのアナログ信号をデジタル信号に変換するサンプリング周期である。

前記の構成によれば、Ａ／Ｄコンバータである取得部１１２は、前記転送周期よりも短い前記サンプリング周期で、センサ１２０からのアナログ信号（センサ１２０からの出力信号）をデジタル信号に変換する。したがって、ノイズ除去部１１３は、前記転送周期によらずに、広い範囲の周波数のノイズを除去することができるという効果を奏する。また、前記の構成によれば、Ａ／Ｄコンバータである取得部１１２は、前記転送周期よりも短い前記サンプリング周期で、センサ１２０からのアナログ信号をデジタル信号に変換するため、ノイズ除去部１１３による前記ノイズの除去が遅れることがないという効果を奏する。したがって、信号処理装置１１０は、センサ１２０からのアナログ信号を、遅れがなく、かつ、精度の高いデジタル信号としてコントローラ２０へ転送することができるという効果を奏する。

なお、所定のデータ取得周期でセンサ１２０から信号を取得することによって時系列データを生成する取得部１１２について、所定のデータ取得周期でセンサ１２０から信号を取得する機能部と、センサ１２０からの信号を所定の信号に変換する機能部とに分けてもよい。

ノイズ除去部１１３は、取得部１１２によって取得されたセンサ１２０の出力信号（特に、取得部１１２によって、センサ１２０の信号から生成された時系列データ）からノイズ（例えば、周波数ノイズ）を除去する。そして、ノイズ除去部１１３は、ノイズ除去した信号（センサ１２０の出力信号。特に、取得部１１２によって取得されたセンサ１２０の出力信号）を換算部１１４（または、送受信部１１５）に出力する（送信する）。

ノイズ除去部１１３は、例えば、デジタルフィルタである。デジタルフィルタであるノイズ除去部１１３は、例えば、ロードセルであるセンサ１２０のアナログ信号をＡ／Ｄコンバータである取得部１１２がＡ／Ｄ変換して生成したデジタル信号から、周波数ノイズを除去することができる。

すなわち、取得部１１２は、前記転送周期よりも短い前記データ取得周期で、センサ１２０から出力信号を取得することによって時系列データを生成するため、デジタルフィルタであるノイズ除去部１１３は、前記転送周期によらずに、広い範囲の周波数のノイズを除去することができるという効果を奏する。また、前記の構成によれば、取得部１１２は、前記転送周期よりも短い前記データ取得周期で、センサ１２０から出力信号を取得することによって時系列データを生成するため、デジタルフィルタであるノイズ除去部１１３による前記ノイズの除去が遅れることがないという効果を奏する。したがって、信号処理装置１１０は、センサ１２０からの信号を、遅れがなく、かつ、精度の高い時系列データとしてコントローラ２０へ転送することができるという効果を奏する。

ノイズ除去部１１３がデジタルフィルタである場合、デジタルフィルタであるノイズ除去部１１３のフィルタの種類、および数に特に限定は無いが、例えば、フィルタの種類としては、ローパスフィルタ、移動平均フィルタ、ノッチフィルタ等が挙げられる。なお、ノッチフィルタは、除去周波数のみを除去するため、除去周波数の整数倍の周波数も除去したい場合、それぞれノッチフィルタを用意する必要があるが、移動平均フィルタは、除去周波数の整数倍の周波数も除去することができるため、移動平均フィルタのほうが望ましい。また、移動平均フィルタ、ノッチフィルタは、複数個備えていてもよい。複数個備えることにより、以下の利点がある。

一般的に、計量システムでは、計量における機械振動、電気的ノイズ等により、計量精度に誤差が発生する可能性がある。特に、計量システムの機械系における機械振動、計量対象物の固有振動によって計量値が安定しないことがある。よって、このような振動の影響を除去するためのデジタルフィルタが必要となる。そして、これらの外乱（機械系の機械振動、計量対象物の固有振動）は、重層することが考えられるため、それぞれの影響を除去するように複数のデジタルフィルタを直列に挿入することにより、適切に影響を除去することができる。

換算部１１４は、センサ１２０の出力信号（特に、取得部１１２によって取得され、ノイズ除去部１１３によってノイズが除去された信号）を、任意の物理量（重量および圧力など）を示すデータに換算する。なお、信号処理装置１１０が換算部１１４を備えることは必須ではない。

送受信部１１５は、取得部１１２によって取得され、ノイズ除去部１１３によってノイズ除去された「センサ１２０の出力信号」（ノイズ除去部１１３によりノイズ除去された時系列データ）をコントローラ２０へ送信する。送受信部１１５は、例えば、換算部１１４によって任意の物理量を示すデータに換算された「センサ１２０の出力信号」をコントローラ２０へ送信する。

より正確には、送受信部１１５は、ノイズ除去部１１３によりノイズ（周波数ノイズ）が除去された時系列データを、通信カプラ１０１に送信する。通信カプラ１０１は、信号処理装置１１０（送受信部１１５）から受信した信号を、コントローラ２０（制御装置）へ、所定の転送周期で周期的に転送する。つまり、ノイズ除去部１１３によりノイズ除去された「センサ１２０の出力信号」を送受信部１１５が通信カプラ１０１へ送信することにより、ノイズ除去された「センサ１２０の出力信号」は、コントローラ２０（制御装置）へ周期的に転送される。送受信部１１５は、ノイズ除去部１１３によりノイズ除去されたセンサ１２０の出力信号（より正確には、センサ１２０の出力信号から生成された時系列データ）を、通信カプラ１０１を介して、コントローラ２０へ所定の転送周期で周期的に転送する。

以上に概要を説明した信号処理装置１１０について、次に、信号処理装置１１０において実行される信号処理（特に、ノイズ除去処理）について詳細に説明する。

（信号処理について）
図３は、信号処理装置１１０の実行する信号処理のタイミングと、従来の信号処理装置の実行する信号処理のタイミングとの相違を説明するための図である。

前述の通り、制御システム１においては、制御システム１では、１つ以上の機能ユニット１００の間で出力リフレッシュおよび入力リフレッシュのタイミングが同期している。具体的には、制御システム１において、１つ以上の機能ユニット１００の各々が出力値を更新する（厳密に表現すると、出力値の更新が完了する）タイミング（出力リフレッシュ）は一致している（同期している）。また、制御システム１において、１つ以上の機能ユニット１００の各々が制御対象から状態値を取得する（入力リフレッシュ）タイミングは一致している（同期している）。制御システム１において、１つ以上の機能ユニット１００の出力リフレッシュおよび入力リフレッシュが繰り返される周期は、いずれもＰＬＣ制御周期と一致している。制御システム１は、１つ以上の機能ユニット１００同士の入力リフレッシュおよび出力リフレッシュのタイミングを互いに同期させることで、例えば、多軸制御などをより高精度に実現できる。ただし、１つ以上の機能ユニット１００の入力リフレッシュが繰り返される周期（データ取得周期）は、コントローラ２０の制御周期（ＰＬＣ制御周期）よりも短く、つまり、転送周期よりも短い。

制御システム１において同期している各種の処理（例えば、機能ユニット１００が制御対象から状態値を取得する処理）を、以下では「同期処理」と呼ぶ。また、コントローラ２０における制御周期（ＰＬＣ制御周期）、つまり、フィールドネットワーク３０において上位データフレームが送出される周期を、以下では「同期周期」と呼ぶ。なお、前述の通り、制御システム１において、信号処理装置１１０によって信号処理された「センサ１２０の出力信号」がコントローラ２０（制御装置）へ転送される周期である転送周期は、フィールドネットワーク３０において上位データフレームが送出される周期であり、コントローラ２０の制御周期（ＰＬＣ制御周期）に一致しており、つまり、同期周期に一致している。

制御システム１において、同期処理は、設定された同期周期で、１μｓ以下のジッタ（信号の時間的なずれ、揺らぎ）で行われる必要があり、例えば、１つ以上の機能ユニット１００の各々は、ＩＮデータラッチ同期タイミングから１μｓ以下のジッタで、データ取り込みを行う必要がある。

例えば、ノイズ除去部１１３が、ロードセルであるセンサ１２０のアナログ信号をＡ／Ｄコンバータである取得部１１２がＡ／Ｄ変換して生成したデジタル信号についてデジタルフィルタリングを行うデジタルフィルタである場合、以下の点に留意する必要がある。すなわち、一般に、デジタルフィルタは指定された周波数のノイズをデジタル信号（デジタルデータ）から除去することができるが、除去できるノイズの周波数は、Ａ／Ｄコンバータのサンプリング周波数に依存する。すなわち、Ａ／Ｄコンバータのサンプリング周波数が高いほど、デジタルフィルタが除去することのできるノイズの周波数の範囲が広い。

制御システム１において、同期周期（ＰＬＣ制御周期）は、数ｍｓの長い周期の場合がある。同期周期が長い場合、Ａ／Ｄコンバータのサンプリング周期を同期周期に一致させて長くすると、以下の問題が生じる。すなわち、Ａ／Ｄコンバータのサンプリング周期を長くすると、当該Ａ／Ｄコンバータからデジタル信号を取得したデジタルフィルタが、高い周波数のノイズを高精度で認識することができなくなり、高い周波数のノイズを除去することができなくなる。

Ａ／Ｄコンバータを備える従来の信号処理装置においては、そもそも同期処理にデジタルフィルタによるフィルタリング処理をいれておらず、または、同期処理にデジタルフィルタによるフィルタリング処理をいれた場合であっても、Ａ／Ｄコンバータのサンプリング周期を同期周期と同じにしていた。そのため、従来の信号処理装置は、同期周期が数ｍｓの長い周期の場合、サンプリングが遅くなり、高い周波数のノイズを除去することができなかった。

そこで、信号処理装置１１０の取得部１１２は、同期周期より短い周期でセンサ１２０の出力信号を取得する。取得部１１２がＡ／Ｄコンバータである場合、取得部１１２は同期周期よりも短いサンプリング周期で、センサ１２０の出力信号を取得する。そして、ノイズ除去部１１３は、同期周期より短い周期でセンサ１２０の信号を取得することによって取得部１１２が生成した時系列データから、ノイズ（周波数ノイズ）を除去する。取得部１１２がＡ／Ｄコンバータである場合、取得部１１２によって同期周期よりも短いサンプリング周期で生成されたデジタル信号から、ノイズ除去部１１３はノイズ（周波数ノイズ）を除去する。ノイズ除去部１１３がデジタルフィルタである場合、ノイズ除去部１１３は、同期周期よりも短いサンプリング周期で生成されたデジタル信号からノイズ（周波数ノイズ）を除去することができ、広い範囲の周波数のノイズを除去することができる。

図３において、「Cycle time」は、コントローラ２０の制御周期（ＰＬＣ制御周期）である。「Cycle time」は、例えば、処理１（コントローラ output refresh）の実行周期であり、より正確には、先の処理１の開始から次の処理１の開始までの期間である。図３において、処理２（コントローラ input refresh）、処理３（コントローラその他の処理）、処理４（通信カプラtransmission）、処理５（上位バス output refresh）、処理６（上位バス input refresh）、処理７（機能ユニット output refresh）、および処理８（機能ユニット input refresh）の各々は周期的に実行される。

ここで、処理１（コントローラ output refresh）は、コントローラ２０が、制御対象から状態値を取得する処理（入力リフレッシュ）である。処理２（コントローラ input refresh）は、コントローラ２０が、所定のプログラム（例えば、ユーザプログラム）を実行した後に、その実行によって算出された結果（出力値）を反映する処理（出力リフレッシュ）である。処理３（コントローラその他の処理）は、コントローラ２０によって実行される、処理１および処理２以外の処理である。処理４（通信カプラ transmission）は、通信カプラ１０１が、内部バス１０２を介して１つ以上の機能ユニット１００の各々から取得した状態値を示すデータを上位データフレームに付加し、データを付加した上位データフレームを、フィールドネットワーク３０内へ順次伝送させる処理である。処理５（上位バス output refresh）は、通信カプラ１０１が、上位データフレームから制御対象に対する出力値を取得し、取得した出力値を、内部バス１０２を介して、１つ以上の機能ユニット１００の各々に送信する処理である。処理６（上位バス input refresh）は、通信カプラ１０１が、機能ユニット１００（例えば、信号処理装置１１０）から、制御対象の状態値を取得する処理である。処理７（機能ユニット output refresh）は、機能ユニット１００が出力値（制御対象に対する出力値）を更新する（厳密に表現すると、出力値の更新が完了する）処理である。処理８（機能ユニット input refresh）は、機能ユニット１００が（例えば、信号処理装置１１０が）、制御対象から状態値を取得する（入力リフレッシュ）処理であり、具体的には、「データを取り入れ、デジタルフィルタ演算を実行する（周波数ノイズを除去する）」処理である。処理８（機能ユニット input refresh）の開始時点は、データを取り入れるタイミングであり、つまり、Ａ／Ｄ変換を開始するタイミングである。

コントローラ２０によって基準時点（Sync0）が任意に設定されると、それに応じて、Output sync timingおよびInput sync timingが設定される。Output sync timingおよびInput sync timingは、各々、処理７（機能ユニット output refresh）の完了時点、および処理８（機能ユニット input refresh）の開始時点を表している。コントローラ２０の制御周期（Cycle time）は、転送周期に一致し、つまり、周期的に実行される処理４（通信カプラtransmission）の実行周期に一致している。

図３に示すように、処理１〜処理７の各処理の実行周期は、コントローラ２０の制御周期（ＰＬＣ制御周期、Cycle time）に一致している。しかしながら、処理１〜処理７の各処理と同様に周期的に実行される処理８（機能ユニット input refresh）の周期（実行周期）は、従来装置（従来の信号処理装置）と、信号処理装置１１０と、で異なる。

図３に示すように、従来装置（従来の信号処理装置）においては、１回目の処理８（機能ユニット input refresh）から２回目の処理８（機能ユニット input refresh）までの間隔（データ取得周期）は、コントローラ２０の制御周期（Cycle time）と一致している。

一方、信号処理装置１１０において、１回目の処理８（機能ユニット input refresh）から２回目の処理８（機能ユニット input refresh）までの間隔（データ取得周期）は、コントローラ２０の制御周期（Cycle time）よりも短く、つまり、信号処理装置１１０の転送周期よりも短く、例えば１２５μｓである。すなわち、信号処理装置１１０の取得部１１２は、同期周期より短い１２５μｓのデータ取得周期でセンサ１２０の出力信号を取得して、時系列データを生成し、生成した時系列データをノイズ除去部１１３に出力している。取得部１１２がＡ／Ｄコンバータである場合、取得部１１２のサンプリング周期は１２５μｓであり、同期周期よりも短い。そして、１２５μｓのサンプリング周期でＡ／Ｄ変換されたセンサ１２０の信号がノイズ除去部１１３によってノイズ除去される。

なお、前述の通り、図３において、同期周期（すなわち、ＰＬＣ制御周期、Cycle time）は、転送周期（ノイズ除去部１１３により前記周波数ノイズが除去された前記時系列データが、コントローラ２０へ周期的に転送される周期）に一致する。そして、同期周期は、信号処理装置１１０の取得部１１２によるデータ取得周期（取得部１１２がＡ／Ｄコンバータである場合、取得部１１２のサンプリング周期）である１２５μｓの整数倍である。すなわち、前記転送周期は前記データ取得周期の２以上の整数倍である。

前述の通り、制御システム１においては、各装置において実行される各種の処理が同期している。例えば、リモートＩＯターミナル１０（通信カプラ１０１）は、先の伝送周期の上位データフレームをフォワードした後、次の伝送周期の上位データフレームが到着する前に、制御対象からの状態値を取得（入力リフレッシュ）しておく必要がある。そして、前記データ取得周期（取得部１１２が、センサ１２０からの出力信号を取得する周期）は、前記転送周期よりも短い。

したがって、前記転送周期が前記データ取得周期の整数倍でない場合、取得部１１２が前記信号を取得している途中で、センサ１２０からの出力信号がコントローラ２０（制御装置）へと転送されるタイミングとなる可能性があり、つまり、取得部１１２がセンサ１２０からの出力信号を取得する期間が短くなる可能性がある。そして、取得する期間が短い場合、取得部１１２がセンサ１２０からの不完全な出力信号を取得してしまう可能性がある。

前記の構成によれば、前記転送周期は前記データ取得周期の２以上の整数倍であるため、取得部１１２がセンサ１２０からの出力信号を取得している途中で、センサ１２０からの出力信号がコントローラ２０へと転送されるタイミングとなるという事態を回避することができ、つまり、取得部１１２がセンサ１２０からの出力信号を取得する期間が短くなるという事態を回避することができる。したがって、信号処理装置１１０は、取得部１１２がセンサ１２０からの不完全な出力信号を取得してしまう事態を回避することができ、取得を完了していない信号を前記時系列データとしてコントローラ２０に転送してしまう事態が発生するのを回避することができるという効果を奏する。

以上、図３を用いて、信号処理装置１１０の実行する信号処理のタイミングと、従来の信号処理装置の実行する信号処理のタイミングとの相違を説明してきた。すなわち、Ａ／Ｄコンバータのサンプリング周期を同期周期に一致させる従来の信号処理装置は、同期周期が数ｍｓの長い周期の場合、サンプリングが遅くなり、高い周波数のノイズを除去することができなかった。一方、信号処理装置１１０においては、取得部１１２が同期周期より短い周期でセンサ１２０の出力信号を取得することにより、ノイズ除去部１１３は、同期周期よりも短いサンプリング周期で生成されたデジタル信号からノイズ（周波数ノイズ）を除去することができ、広い範囲の周波数のノイズを除去することができる。次に、信号処理装置１１０の実行する信号処理のタイミングについて、他の機能ユニット１００（例えば、他の信号処理装置）の実行する信号処理のタイミングとの関係について、図４を用いて説明していく。

（信号処理装置における信号処理と、他の機能ユニットの処理との同期について）
図４は、信号処理装置１１０の実行する信号処理のタイミングと、他の機能ユニット１００の実行する各種処理のタイミングとが同期していることを説明する図である。

図４に示すように、信号処理装置１１０の転送周期（より正確には、通信カプラ１０１の転送周期）は、センサ１２０以外の機能ユニット１００からの信号がマスタ装置であるコントローラ２０へ転送される周期と同期している。また、図３に示したのと同様に、信号処理装置１１０の取得部１１２は、同期周期より短い１２５μｓのデータ取得周期でセンサ１２０の出力信号を取得している。さらに、図４に示す例では、他の機能ユニット１００（例えば、自装置以外の、つまり、他の信号処理装置１１０）も、同期周期より短い１２５μｓのデータ取得周期で、制御対象から状態値（例えば、センサ１２０の出力信号）を取得している。

図４に示す例では、特に、信号処理装置１１０が制御対象から状態値を取得するタイミングで、他の機能ユニット１００（例えば、自装置以外の、つまり、他の信号処理装置１１０）も、制御対象から状態値を取得している。すなわち、図４に示すように、信号処理装置１１０が処理８（機能ユニット input refresh）を開始するタイミングで、他の機能ユニット１００（例えば、自装置以外の、つまり、他の信号処理装置１１０）も処理８を開始する。制御システム１は、１つ以上のリモートＩＯターミナル１０の間（あるいは、異なるリモートＩＯターミナル１０に装着された機能ユニット１００の間）で、制御対象からの状態値の取得（入力リフレッシュ）のタイミングと、制御対象に対する出力値の更新（出力リフレッシュ）のタイミングとを同期させることで、多軸制御などをより高精度に実現することができる。具体的には、信号処理装置１１０の取得部１１２による、センサ１２０の出力信号の取得の開始タイミングと、他の機能ユニット１００（例えば、自装置以外の、つまり、他の信号処理装置１１０）による、制御対象に係る状態値の取得の開始タイミングと、を一致させることにより、多軸制御などをより高精度に実現することができる。

すなわち、コントローラ２０は、マスタ装置と、前記マスタ装置とネットワークを介して接続される１つ以上のスレーブ装置と、を含むマスタースレーブ制御システムにおける前記マスタ装置であり、前記転送周期（ノイズ除去部１１３により前記周波数ノイズが除去された前記時系列データが、コントローラ２０へ周期的に転送される周期）は、前記マスタ装置の制御周期（ＰＬＣ制御周期）と同期している。

前記の構成によれば、信号処理装置１１０は、コントローラ２０（マスタ装置）の制御周期と同期した周期で、センサ１２０からの信号を、精度の高い時系列データとしてコントローラ２０に転送することができるという効果を奏する。

前述の通り、制御システム１は、マスタ装置であるコントローラ２０と、前記マスタ装置へネットワーク（フィールドネットワーク３０）を介して接続される１つ以上のスレーブ装置（リモートＩＯターミナル１０）と、を含むマスタースレーブ制御システムである。コントローラ２０（制御装置）は、制御システム１（マスタースレーブ制御システム）におけるマスタ装置であり、制御システム１において、スレーブ装置であるリモートＩＯターミナル１０は、制御対象との間の信号の入力および出力の少なくとも一方を行う１つ以上の機能ユニット１００を含む。また、センサ１２０は、機能ユニット１００に含まれる。

制御システム１においては、例えば、スレーブ装置であるリモートＩＯターミナル１０に含まれる全ての機能ユニット１００の間で、前記制御対象からの状態値に係る信号を取得するタイミング、および、前記制御対象へ出力する信号を更新するタイミング、の両方が同期している。

そして、信号処理装置１１０の転送周期（より正確には、通信カプラ１０１の転送周期）は、センサ１２０以外の機能ユニット１００からの信号がマスタ装置であるコントローラ２０へ転送される周期と同期している。

以上に整理した通り、信号処理装置１１０の取得部１１２による、センサ１２０の出力信号を取得する周期であるデータ取得周期は、転送周期よりも短い。そのため、信号処理装置１１０のノイズ除去部１１３は、センサ１２０の出力信号について、同期周期によらず、広い範囲の周波数のノイズを除去できる。また、信号処理装置１１０の取得部１１２による、センサ１２０の出力信号を取得するタイミングは、他の機能ユニット１００（例えば、自装置以外の、つまり、他の信号処理装置１１０）による、制御対象に係る状態値の取得のタイミングと同期している。

ただし、前述の通り、制御システム１における全ての機能ユニット１００について処理の同期が確保されていることは必須ではない。すなわち、制御システム１において、制御対象などに応じて、入力リフレッシュおよび出力リフレッシュの両方を同期させたい機能ユニット１００を選択的に指定できてもよい。具体的には、センサ１２０に係る信号処理装置１１０の転送周期（より正確には、通信カプラ１０１の転送周期）は、他の機能ユニット１００の信号がマスタ装置であるコントローラ２０へ転送される周期と同期していなくともよい。

〔ソフトウェアによる実現例〕
信号処理装置１１０の制御ブロック（特に、増幅部１１１、取得部１１２、ノイズ除去部１１３、換算部１１４、および送受信部１１５）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、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いてソフトウェアによって実現してもよい。

後者の場合、信号処理装置１１０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ＣＰＵ、上記プログラムおよび各種データがコンピュータ（またはＣＰＵ）で読み取り可能に記録されたＲＯＭ（Read Only Memory）または記憶装置（これらを「記録媒体」と称する）、上記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）などを備えている。そして、コンピュータ（またはＣＰＵ）が上記プログラムを上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。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、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、上記プログラムは、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）を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明は、上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。

１ 制御システム（マスタースレーブ制御システム）
１０ リモートＩＯターミナル（スレーブ装置）
２０ コントローラ（制御装置、マスタ装置）
１０１ 通信カプラ（スレーブ装置）
１１０ 信号処理装置
１１２ 取得部（取得部、Ａ／Ｄコンバータ）
１１３ ノイズ除去部（ノイズ除去部、デジタルフィルタ）
１１５ 送受信部（転送部）
１２０ センサ（センサ、ロードセル）

Claims (8)

1. センサからの信号を処理して制御装置へ転送する信号処理装置であって、
   前記センサから所定のデータ取得周期で前記信号を取得することによって時系列データを生成する取得部と、
   前記時系列データから周波数ノイズを除去するノイズ除去部と、
   前記ノイズ除去部により前記周波数ノイズが除去された前記時系列データを前記制御装置へ所定の転送周期で周期的に転送する転送部と、を備え、
   前記データ取得周期は、前記転送周期よりも短く、
   前記制御装置は、マスタ装置と、前記マスタ装置とネットワークを介して接続される１つ以上のスレーブ装置と、を含むマスタースレーブ制御システムにおける前記マスタ装置であり、
   前記１つ以上のスレーブ装置のうちの少なくとも１つのスレーブ装置は、互いに前記データ取得周期を同期させた複数の前記信号処理装置を含み、
   複数の前記信号処理装置の各々の前記転送周期は、前記マスタ装置の制御周期と同期している
   ことを特徴とする信号処理装置。
2. 前記転送周期は前記データ取得周期の２以上の整数倍であることを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。
3. 前記センサからの信号はアナログ信号であり、
   前記取得部はＡ／Ｄコンバータであり、
   前記データ取得周期は、前記Ａ／Ｄコンバータが、前記アナログ信号をデジタル信号に変換するサンプリング周期であることを特徴とする請求項１または２に記載の信号処理装置。
4. 前記センサはロードセルであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の信号処理装置。
5. 前記ノイズ除去部はデジタルフィルタであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の信号処理装置。
6. センサからの信号を処理して制御装置へ転送する信号処理装置の制御方法であって、
   前記センサから所定のデータ取得周期で前記信号を取得することによって時系列データを生成する取得ステップと、
   前記時系列データから周波数ノイズを除去するノイズ除去ステップと、
   前記ノイズ除去ステップにて前記周波数ノイズを除去した前記時系列データを前記制御装置へ所定の転送周期で周期的に転送する転送ステップと、を含み、
   前記データ取得周期は、前記転送周期よりも短く、
   前記制御装置は、マスタ装置と、前記マスタ装置とネットワークを介して接続される１つ以上のスレーブ装置と、を含むマスタースレーブ制御システムにおける前記マスタ装置であり、
   前記１つ以上のスレーブ装置のうちの少なくとも１つのスレーブ装置は、互いに前記データ取得周期を同期させた複数の前記信号処理装置を含み、
   複数の前記信号処理装置の各々の前記転送周期は、前記マスタ装置の制御周期と同期していることを特徴とする制御方法。
7. 請求項１から５のいずれか１項に記載の信号処理装置としてコンピュータを機能させるための情報処理プログラムであって、前記各部としてコンピュータを機能させるための情報処理プログラム。
8. 請求項７に記載の情報処理プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
   

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