JP7310281B2

JP7310281B2 - 通信装置及び通信システム

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Publication number: JP7310281B2
Application number: JP2019089105A
Authority: JP
Inventors: 健一池上
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2019-05-09
Filing date: 2019-05-09
Publication date: 2023-07-19
Anticipated expiration: 2039-05-09
Also published as: JP2020184726A

Description

本発明は、通信装置及び通信システムに関する。

従来、工場内で工作機械等の設備を制御する制御システムには、例えば特許文献１に記載されているように、ユーザーによって作成されたシーケンスプログラムを実行するプログラマブルコントローラと、このプログラマブルコントローラに接続された複数のターミナル（通信端末）とを備えたものがある。各ターミナルには、リミットスイッチや各種センサなどの入力機器や、エアバルブやアクチュエータなどの出力機器が接続される。プログラマブルコントローラと複数のターミナルとは、プログラマブルコントローラを親局とし、複数のターミナルのそれぞれを子局としたシリアル通信を行う。

特開平１０－１６１７１０号公報

上記のように構成された制御システムでは、親局であるプログラマブルコントローラから子局であるターミナルに信号を送信した後の所定時間内にターミナルから返信がない場合、プログラマブルコントローラは通信異常を報知する。そして、工場内で設備の保全作業を行う作業者は、このような通信異常の報知があった際に復旧作業を行う。この復旧作業では、異常の発生原因が報知された内容によりある程度特定されることが、円滑な作業と速やかな復旧のために望ましい。

この異常の発生原因としては、主として、ターミナルの電源が入っていないこと、及びターミナルとの間の断線もしくは当該ターミナルの不存在が考えられるが、プログラマブルコントローラでは、これらの異常発生原因を判別することができなかった。

そこで、本発明は、通信異常が発生した際の異常発生原因を判別しやすくすることができる通信装置及び通信システムを提供することを目的とする。

本発明は、上記の目的を達成するため、他の通信装置からの信号を伝送する第１の線路に接続されるレシーバと、前記他の通信装置への信号を伝送する第２の線路に接続されるトランシーバと、前記第１の線路と前記第２の線路とを接続し、前記他の通信装置から第１の線路を介して送信された信号を前記レシーバ及び前記トランシーバを介することなく前記第２の線路から前記他の通信装置に戻すことが可能な断接手段とを備え、前記断接手段は、前記レシーバ及び前記トランシーバに電源が供給されていないときに前記第１の線路と前記第２の線路とを接続し、また、前記断接手段は、電磁コイルと、前記第１及び第２の線路の一方の線路に電気的に接続された固定接点と、前記第１及び第２の線路の他方の線路に電気的に接続された可動接点と、前記可動接点を前記固定接点に接触する方向に付勢する付勢部材とを備え、前記電磁コイルの磁力によって前記可動接点が前記固定接点から離間するリレーによって構成されており、前記電磁コイルに、前記レシーバ及び前記トランシーバと共通の電源が供給される、通信装置を提供する。

また、本発明は、上記の目的を達成するため、前記通信装置及び前記他の通信装置を備えた通信システムであって、前記他の通信装置は、前記通信装置に信号を送信したとき、当該送信した信号が戻ってきた場合に、前記通信装置からの信号がない場合とは異なる態様の異常報知を行う、通信システムを提供する。

本発明に係る通信装置及び通信システムによれば、通信異常が発生した際の異常発生原因を判別しやすくすることができる。

本発明の実施の形態に係る通信システムを示す概略図である。（ａ）は、プログラマブルコントローラとＩＯターミナルとの間で通信が行われている通信中の状態を示し、（ｂ）は、ＩＯターミナルへの電源供給が遮断された状態を示し、（ｃ）は、ＩＯターミナルが接続されていない状態を示している。（ａ）は、第１のリレー及びその周辺部の構成例を示す概略図であり、（ｂ）は、第２のリレー及びその周辺部の構成例を示す概略図である。

［実施の形態］
本発明の実施の形態について、図１乃至図３を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する上での好適な具体例として示すものであり、技術的に好ましい種々の技術的事項を具体的に例示している部分もあるが、本発明の技術的範囲は、この具体的態様に限定されるものではない。

図１は、本発明の実施の形態に係る通信システム１００を示す概略図である。この通信システム１００は、親局であるプログラマブルコントローラ１と、ケーブル２によってプログラマブルコントローラ１に接続された子局であるＩＯターミナル３とを有している。プログラマブルコントローラ１は、ユーザーによって作成されたシーケンスプログラムを実行することで工作機械等の設備を制御する制御装置であり、例えば操作盤内に配置される。

プログラマブルコントローラ１は、複数のモジュールを組み合わせて構成されている。本実施の形態では、プログラマブルコントローラ１が電源モジュール１０、ＣＰＵモジュール１１、通信モジュール１２、及び複数の入出力モジュール１３～１５を有している。ＣＰＵモジュール１１は、通信モジュール１２や複数の入出力モジュール１３～１５から得られる情報に基づいてシーケンスプログラムを実行する。通信モジュール１２は、ケーブル２を介してＩＯターミナル３との通信を行う。入出力モジュール１３～１５は、図略の配線により操作盤の内部あるいは外部の機器との信号の入出力を行う。

ケーブル２は、ケーブル本体２０と、ケーブル本体２０の一端部に取り付けられたコネクタ２０１と、ケーブル本体２０の他端部に取り付けられたコネクタ２０２とを有している。コネクタ２０１はプログラマブルコントローラ１の通信モジュール１２に接続され、コネクタ２０２はＩＯターミナル３に接続されている。なお、コネクタ２０１，２０２を用いることなく、ケーブル本体２０内の信号線（後述する差動信号線２１～２４）を通信モジュール１２及びＩＯターミナル３に設けられた端子台に接続してもよい。

ＩＯターミナル３は、例えば工作機械のフレームに取り付けられ、電源端子台６０に接続される第１及び第２の電源線６１，６２によって供給される電源によって動作する。本実施の形態では、この電源が直流電源である場合について説明するが、これに限らず、ＩＯターミナル３が交流直流変換器を有し、供給される交流の電源電圧を直流の電源電圧に変換して動作するものであってもよい。

ＩＯターミナル３には、複数の入力信号線６３によってリミットスイッチや各種センサなどの入力機器が接続されると共に、複数の出力信号線６４によってエアバルブやアクチュエータなどの出力機器が接続される。ＩＯターミナル３は、接続された入力機器の信号状態をケーブル２を介してプログラマブルコントローラ１に送信する。また、ＩＯターミナル３は、ケーブル２を介してプログラマブルコントローラ１から送信される信号を受信し、受信した信号に応じて内部のスイッチング素子をオンオフする。これにより、出力機器が動作する。

通信システム１００において、ＩＯターミナル３は本発明の通信装置に相当し、プログラマブルコントローラ１は本発明の他の通信装置に相当する。なお、図１では、一例として最も簡素な構成の通信システム１００を示しているが、プログラマブルコントローラ１に複数のＩＯターミナル３が接続されていてもよい。この場合には、複数のＩＯターミナル３がケーブル２によって直列又は並列に接続される。また、通信システム１００内に複数のプログラマブルコントローラ１が存在していてもよい。この場合には、プログラマブルコントローラ１同士もケーブル２による通信を行う。

図２は、プログラマブルコントローラ１とＩＯターミナル３との通信のための回路構成例をケーブル２の構成と共に示す構成図である。図２（ａ）は、プログラマブルコントローラ１とＩＯターミナル３との間で通信が行われている通信中の状態を示し、図２（ｂ）は、ＩＯターミナル３への電源供給が遮断された状態を示している。図２（ｃ）は、ケーブル２のコネクタ２０２にＩＯターミナル３が接続されていない状態を示している。

ケーブル２は、プログラマブルコントローラ１とＩＯターミナル３との間で４線式全二重のシリアル通信を行うためのものである。ケーブル２のケーブル本体２０は、一対の差動信号線２１，２２からなる第１の線路２Ａと、一対の差動信号線２３，２４からなる第２の線路２Ｂとを有している。第１の線路２Ａは、プログラマブルコントローラ１からＩＯターミナル３への信号を伝送するための信号線路であり、第２の線路２Ｂは、ＩＯターミナル３からプログラマブルコントローラ１への信号を伝送するための信号線路である。

プログラマブルコントローラ１の通信モジュール１２は、ＣＰＵモジュール１１との信号授受等の処理を行う処理部１２０と、ＩＯターミナル３へ信号を送信するためのトランシーバ１２１と、ＩＯターミナル３からの信号を受信するためのレシーバ１２２とを有している。トランシーバ１２１には、第１の線路２Ａの一対の差動信号線２１，２２が接続されている。レシーバ１２２には、第２の線路２Ｂの一対の差動信号線２３，２４が接続されている。

ＩＯターミナル３は、入力機器の信号状態をプログラマブルコントローラ１に送信するための信号処理や、プログラマブルコントローラ１から受信した信号に応じて出力機器に接続されたスイッチング素子をオンオフする処理等を行う処理部３０と、プログラマブルコントローラ１に信号を送信するためのトランシーバ３１と、プログラマブルコントローラ１からの信号を受信するためのレシーバ３２とを有している。トランシーバ３１には、第２の線路２Ｂの一対の差動信号線２３，２４が接続されている。レシーバ３２には、第１の線路２Ａの一対の差動信号線２１，２２が接続されている。

プログラマブルコントローラ１のトランシーバ１２１は、第１の線路２Ａの一対の差動信号線２１，２２に互いに逆相の電流を流し、ＩＯターミナル３のレシーバ３２は、一対の差動信号線２１，２２の電位差により信号の１（オン）及び０（オフ）を判定する。また、ＩＯターミナル３のトランシーバ３１は、第２の線路２Ｂの一対の差動信号線２３，２４に互いに逆相の電流を流し、プログラマブルコントローラ１のレシーバ１２２は、一対の差動信号線２３，２４の電位差により信号の１（オン）及び０（オフ）を判定する。すなわち、トランシーバ１２１及びトランシーバ３１は差動トランシーバであり、レシーバ１２２及びレシーバ３２は差動レシーバである。

また、ＩＯターミナル３は、第１の線路２Ａと第２の線路２Ｂとを接続し、プログラマブルコントローラ１から送信された信号を３２レシーバ及びトランシーバ３１を介することなく第２の線路２Ｂからプログラマブルコントローラ１に戻すことが可能な断接手段４を有している。本実施の形態では、この断接手段４が第１及び第２のリレー４Ａ，４Ｂにより構成されている。

図３（ａ）は、第１のリレー４Ａ及びその周辺部の構成例を示す概略図であり、図３（ｂ）は、第２のリレー４Ｂ及びその周辺部の構成例を示す概略図である。第１のリレー４Ａと第２のリレー４Ｂとは、同一の構成を有している。

第１及び第２のリレー４Ａ，４Ｂは、電磁コイル４０と、第１及び第２の固定接点４１，４２と、可動接点４３と、可動接点４３を支持する支持導体４３１と、支持導体４３１に接続された可撓性を有するリード線４３２と、第１乃至第３の外部端子４４１～４４３と、筐体４５と、ベース４６と、ベース４６に立設された支柱４７と、支柱４７に揺動可能に支持された揺動部材４８と、揺動部材４８とベース４６との間に配置された付勢部材としてのコイルバネ４９とを有している。

電磁コイル４０は、例えばエナメル線からなる巻線４００が鉄心４０１に巻き回され、巻線４００の両端部がそれぞれベース４６から外部に突出した一対のピン４０２，４０３に接続されている。第１の固定接点４１は、第１の外部端子４４１に接続され、第２の固定接点４２は、第２の外部端子４４２に接続されている。また、リード線４３２は、第３の外部端子４４３に接続されている。第１乃至第３の外部端子４４１～４４３は、一方の端部が筐体４５の外部に突出している。

支持導体４３１は、揺動部材４８に固定されており、揺動部材４８と一体に揺動する。揺動部材４８は、鉄等の軟磁性金属からなり、一方の端部にコイルバネ４９の一端部が取り付けられ、他方の端部が鉄心４０１に対向している。コイルバネ４９の他端部はベース４６に取り付けられている。コイルバネ４９は、自然長よりも伸長した状態で揺動部材４８の一方の端部とベース４６との間に配置されており、揺動部材４８の一方の端部をベース４６側（矢印Ａ方向）に付勢している。揺動部材４８は、その両端部の間の被支持部４８１が支柱４７に支持されており、一方の端部がベース４６に付勢されることにより他方の端部が鉄心４０１から離間する。

電磁コイル４０に通電されていないときには、図３（ａ）及び（ｂ）に実線で示すように、コイルバネ４９の付勢力によって可動接点４３が第２の固定接点４２に接触する。また、電磁コイル４０に通電されると、図３（ａ）及び（ｂ）に仮想線（二点鎖線）で示すように、コイルバネ４９の付勢力に抗して揺動部材４８が揺動し、可動接点４３が第１の固定接点４１に接触する。すなわち、コイルバネ４９は、可動接点４３を第１の固定接点４１から離間して第２の固定接点４２に接触する方向に付勢している。また、可動接点４３は、電磁コイル４０の磁力によって第２の固定接点４２から離間して第１の固定接点４１に接触する。

第１のリレー４Ａの第２の外部端子４４２には、第１の線路２Ａの一方の差動信号線２１から分岐した支線５１が接続されている。これにより、第１のリレー４Ａの第２の固定接点４２は、第１の線路２Ａの差動信号線２１に電気的に接続されている。また、第１のリレー４Ａの第３の外部端子４４３には、第２の線路２Ｂの一方の差動信号線２３から分岐した支線５３が接続されている。これにより、第１のリレー４Ａの可動接点４３は、第２の線路２Ｂの差動信号線２３に電気的に接続されている。

第２のリレー４Ｂの第２の外部端子４４２には、第１の線路２Ａの他方の差動信号線２２から分岐した支線５２が接続されている。これにより、第２のリレー４Ｂの第２の固定接点４２は、第１の線路２Ａの差動信号線２２に電気的に接続されている。また、第２のリレー４Ｂの第３の外部端子４４３には、第２の線路２Ｂの他方の差動信号線２４から分岐した支線５４が接続されている。これにより、第２のリレー４Ｂの可動接点４３は、第２の線路２Ｂの差動信号線２４に電気的に接続されている。

なお、第１及び第２のリレー４Ａ，４Ｂの第１の外部端子４４１には、何らの配線も接続されていない。第１及び第２のリレー４Ａ，４Ｂの第２の固定接点４２は、特許請求の範囲に係る本発明の「固定接点」に相当する。

処理部３０ならびにトランシーバ３１及びレシーバ３２は、第１及び第２の電源線６１，６２によって供給される電源によって動作する。第１の電源線６１は、電気的に接地されている。ＩＯターミナル３への電源供給時には、第２の電源線６２の電圧が所定の電源電圧となる。本実施の形態では、この電源電圧がトランシーバ３１及びレシーバ３２の動作電源として適した電圧（例えば５Ｖ）であるが、電源電圧がより高い場合には、ＤＣＤＣコンバータ等により電源電圧を降圧して処理部３０ならびにトランシーバ３１及びレシーバ３２に供給してもよい。

電磁コイル４０の巻線４００の一方の端部に接続されたピン４０２は、電気的に接地されており、電磁コイル４０の巻線４００の他方の端部に接続されたピン４０３には、電源電圧が供給される。すなわち、電磁コイル４０には、処理部３０ならびにトランシーバ３１及びレシーバ３２と共通の電源が供給される。

断接手段４は、トランシーバ３１及びレシーバ３２に電源が供給されていないとき、すなわちＩＯターミナル３への電源供給が遮断されたとき、第１の線路２Ａと第２の線路２Ｂとを接続する。より具体的には、図２（ｂ）に示すように、第１のリレー４Ａが第１の線路２Ａの一方の差動信号線２１と第２の線路２Ｂの一方の差動信号線２３とを接続し、第２のリレー４Ｂが第１の線路２Ａの他方の差動信号線２２と第２の線路２Ｂの他方の差動信号線２４とを接続する。

以上のように構成された通信システム１００において、通常の動作時には、プログラマブルコントローラ１からＩＯターミナル３への送信に対し、ＩＯターミナル３がプログラマブルコントローラ１にレスポンスを送信する。また、図２（ｃ）に示すようにＩＯターミナル３が接続されていない場合、もしくはケーブル２が外れていたり断線している場合には、プログラマブルコントローラ１は、ＩＯターミナル３からの返信がないため、ＩＯターミナル３からの返信がないことを示す異常報知を行う。この異常報知は、例えばＣＰＵモジュール１１の表示部に所定のエラーコードを表示することにより行われる。

また、図２（ｂ）に示すように、ＩＯターミナル３が接続されているもののＩＯターミナル３に電源が供給されていない場合には、プログラマブルコントローラ１が第１の線路２Ａに送出した信号が、ＩＯターミナル３の第１及び第２のリレー４Ａ，４Ｂで折り返され、そのまま第２の線路２Ｂによってプログラマブルコントローラ１に戻ってくる。

プログラマブルコントローラ１は、ＩＯターミナル３に送信した信号が第２の線路２Ｂから戻ってきた場合、ＩＯターミナル３からの返信がない場合とは異なる態様の異常報知を行う。より具体的には、ＩＯターミナル３からの返信がない場合のエラーコードとは異なるエラーコードを表示する。

これにより、例えば工場内で設備の保全作業を行う作業者は、プログラマブルコントローラ１とＩＯターミナル３との通信が行われない場合、その異常発生原因を判別しやすくなる。これにより、円滑かつ速やかに復旧作業を行うことができる。

（付記）
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、この実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。例えば、上記の実施の形態では、プログラマブルコントローラ１とＩＯターミナル３とが差動信号による通信を行う場合について説明したが、例えばプログラマブルコントローラ１とＩＯターミナル３との距離が近く、ノイズの影響を受けにくい場合には、差動信号を用いなくともよい。この場合には、断接手段が一つのリレーを備えればよい。

また、上記の実施の形態では、プログラマブルコントローラ１とＩＯターミナル３とが通信装置として通信を行う場合について説明したが、通信装置としては、プログラマブルコントローラ等の制御装置に限らず、例えばコンピュータ等の情報処理装置であってもよい。

１…プログラマブルコントローラ（他の通信装置）１００…通信システム
２…ケーブル２Ａ…第１の線路
２Ｂ…第２の線路３…ＩＯターミナル（通信装置）
３１…トランシーバ３２…レシーバ
４…断接手段４０…電磁コイル
４２…固定接点４３…可動接点
４９…コイルバネ（付勢部材）４Ａ…第１のリレー
４Ｂ…第２のリレー

Claims

他の通信装置からの信号を伝送する第１の線路に接続されるレシーバと、
前記他の通信装置への信号を伝送する第２の線路に接続されるトランシーバと、
前記第１の線路と前記第２の線路とを接続し、前記他の通信装置から第１の線路を介して送信された信号を前記レシーバ及び前記トランシーバを介することなく前記第２の線路から前記他の通信装置に戻すことが可能な断接手段とを備え、
前記断接手段は、前記レシーバ及び前記トランシーバに電源が供給されていないときに前記第１の線路と前記第２の線路とを接続し、
また、前記断接手段は、電磁コイルと、前記第１及び第２の線路の一方の線路に電気的に接続された固定接点と、前記第１及び第２の線路の他方の線路に電気的に接続された可動接点と、前記可動接点を前記固定接点に接触する方向に付勢する付勢部材とを備え、前記電磁コイルの磁力によって前記可動接点が前記固定接点から離間するリレーによって構成されており、
前記電磁コイルに、前記レシーバ及び前記トランシーバと共通の電源が供給される、
通信装置。
請求項１に記載の通信装置、及びこの通信装置と通信を行う前記他の通信装置を備えた通信システムであって、
前記他の通信装置は、前記通信装置に信号を送信したとき、当該送信した信号が戻ってきた場合に、前記通信装置からの信号がない場合とは異なる態様の異常報知を行う、
通信システム。