TWI633801B

TWI633801B - 工業用無線通訊系統

Info

Publication number: TWI633801B
Application number: TW106110118A
Authority: TW
Inventors: 阿木智彦; 石川和宏; 國井浩司; 桑原寿明; 野崎義広; 呉盛聡; 尾崎憲正
Original assignee: Ｓｍｃ股份有限公司
Priority date: 2016-04-04
Filing date: 2017-03-27
Publication date: 2018-08-21
Also published as: CN107277742B; AU2017202093A1; JP2017188868A; CN107277742A; MX2017004336A; AU2017202093B2; JP6508538B2; KR20170114981A; MX370841B; TW201739304A; KR101912134B1

Abstract

一種工業用無線通訊系統(10)包含在工業設施內執行至少監控之可程式化邏輯控制器(12)、藉由現場匯流排(16)連線至該可程式化邏輯控制器(12)之至少一個主要無線裝置(18)、安裝成對應於個別的硬體裝置(20)並且進行與該主要無線裝置(18)之無線通訊之複數個從屬無線裝置(22)、在該主要無線裝置(18)及該從屬無線裝置(22)之間無線式進行連線程序之連線處理單元(30)、以及在該主要無線裝置(18)及該從屬無線裝置(22)之間無線式發送及接收資料之發送/接收處理單元(36)。

Description

工業用無線通訊系統

本發明係關於工業化無線通訊系統，並且尤其係關於能夠在工廠自動化(FA，Factory Automation)環境中以穩定化的方式實現無線通訊之工業用無線通訊系統。

到目前為止，如同工業設施，揭露於日本早期公開的專利公開號碼05-073795的網路系統是已知的。在這個系統中，複數個程序器是藉由匯流排連接至該網路系統。機器人之致動器和驅動源是經由傳導構件及訊號線路而電性連接至每一個該個別的程序器。再者，該驅動源是經由電氣線路而分別地連接至該致動器及該機器人。

另外，傳統上在工業化的設施中具有減少線路數量之需求。例如，如同日本早期公開的專利公開號碼05-073795所顯示的，上層的主機控制器及個別的控制裝置是依據工業化通訊標準藉由現場匯流排而連接。在每一個該控制裝置中，在電源供應線路及通訊線路之間需要連線。因此，在大型設施或分佈式安裝中，必須連接來自該主機控制器之訊號線路，故關於該控制裝置之安裝的自由度是受到限制的。

此外，為了使工業設施智能化，該設施也變成必須鋪設通訊線路以與機器人或諸如旋轉機構之可移動的工件連線。在這個例子中，必須使用昂貴的滑環，否則會有該訊號線路斷開之風險，並且除了捨棄此類通訊設備之安裝，並且放棄使該工業設施本身智能化外，沒有別的選擇。

本發明已經設計考量過該上述問題，並且具有提供工業用無線通訊系統之目的，其中與安裝在工業設施中之各種硬體裝置之可移動的工件有關之訊號線路的斷開或類似情況之風險可以減少，並且該工業用無線通訊系統能夠改善在此類工業設施中之自由度。

[1]依據本發明之工業用無線通訊系統其特徵在於配置成在工業設施內執行至少監控之電腦、藉由現場匯流排連接至該電腦之至少一個主要無線裝置、安裝成對應於個別的硬體硬體裝置並且配置成進行與該主要無線裝置之無線通訊的複數個從屬無線裝置、配置成在該主要無線無線裝置及該從屬無線裝置之間無線式進行連線程序之連線處理單元、以及配置成在該主要無線無線裝置及該從屬無線裝置之間無線式發送及接收資料之發送/接收處理單元。

在本發明中，連線處理及訊號之發送及接收是在連接至電腦(例如，可程式化邏輯控制器或類似元件) 之該主要無線裝置與安裝於各種硬體裝置(諸如機器人、焊槍、旋轉夾具、馬達等等)中之從屬無線裝置之間無線式進行。因此，該訊號線路及類似在該硬體裝置之可移動的組件中之斷開的風險可以減少，並且可能改善在工業設施中之設計的自由度。這種方法亦導致在此類工業設施中之智能系統之提昇。

[2]在本發明中，該連線處理單元可以在500毫秒以下之時間間隔中從該主要無線裝置至該複數個從屬無線裝置經由廣播系統並在同步頻率下執行無線通訊，並且該發送/接收處理單元可以在該主要無線裝置及該從屬無線裝置之間藉由跳頻方法而執行無線通訊。

依據這個特徵，從該連線程序是經由該廣播系統及在500毫秒以下之時間間隔中(例如，在連結組裝夾具之時刻)進行之事實，有可能縮短從啟動該電源至開始與其通訊之時間。再者，從無線通訊是在該主要無線裝置及該從屬無線裝置之間藉由跳頻方法而執行之事實，有可能避免與其它無線通訊之干擾。

[3]在本發明中，較佳使用2.4GHz頻段作為無線頻率，並且無線功率較佳小於或等於1mW。

由於無線頻率是採用高於由工廠或類似廠房之工業化設備之噪音源(諸如電源線、機器人、焊槍、旋轉夾具、馬達等等)所產生之噪音之頻率，因此有可能減少由該噪音頻率在無線通訊上之影響。再者，因為該無線功率是抑制在低於或等於1mW，因此，有可能減少與位在該相同區域內之其它通訊設備之干擾。

[4]在本發明中，復可以包含連線維護處理單元，配置成藉由週期性發送相對於該從屬無線裝置的該主要無線裝置之時脈資訊，而進行與該主要無線裝置之連線維護程序。

依據這個特徵，由於來自該主要無線裝置之時脈資訊是週期性發送至用於該連線程序已經完成之該從屬無線裝置，因此，該時脈資訊在該從屬無線裝置及該主要無線裝置之間同時發生。因此，資料傳輸及接收或類似作動之時序可以輕易地同步。

[5]在本發明中，復可以具有連線確認處理單元，配置成藉由重複從該從屬無線裝置之週期性發送及藉由該主要無線裝置之周期性接收，而確認在該主要無線裝置及該複數個從屬無線裝置之間之無線通訊的建立。

由於這個特徵，因此有可能輕易地決定那些該從屬無線裝置是位於連線狀態中，以及那些該從屬無線裝置是位於斷線狀態中，並且相對於經決定是位於該斷線狀態中之從屬無線裝置的連線處理或維護等等，可以在較早的階段進行。

依據本發明之該工業用無線通訊系統，有可能減少與安裝於工業設施中之各種硬體裝置之可移動的工件的訊號線路或類似連線之斷線的風險，並且在此類的工業設施中之設計的自由度可以增加。

本發明之上述及其它目的、特徵及優點由該下列描述同時結合該附加的圖式將變得更加顯而易見，其中本發明之較佳的實施例是藉由說明的例子而呈現。

10‧‧‧無線通訊系統

12‧‧‧可程式化邏輯控制器

14‧‧‧網路

16‧‧‧現場匯流排

18‧‧‧主要無線裝置

20‧‧‧硬體裝置

22‧‧‧從屬無線裝置

30‧‧‧連線處理單元

32‧‧‧連線維護處理單元

34‧‧‧連線確認處理單元

36‧‧‧發送/接收處理單元

40‧‧‧工件

42‧‧‧旋轉型生產設施

44‧‧‧旋轉平台

46‧‧‧機器手

48‧‧‧組裝夾具

50‧‧‧供給單元

第1圖為依據本發明實施例顯示工業用無線通訊系統之配置圖；第2圖為顯示該工業用無線通訊系統之功能性方塊圖；第3圖為顯示連線程序之例子之操作概念圖；第4A圖為顯示射頻在2.4GHz頻段中之多工之說明圖；第4B圖為顯示在網路之間之發送頻率中的差異之說明圖；第4C圖為顯示跳頻之例子之時序圖；第5圖為顯示用於每個網路之同步頻率分配的例子之圖式；第6圖為在跳頻的數目及跳頻傳輸頻率之間的關係之圖式；第7圖為顯示連線維護程序之例子之操作概念圖；第8圖為顯示連線確認程序之例子之操作概念圖；第9圖為顯示從主要無線裝置至從屬無線裝置之發送程序之操作概念圖；第10圖為顯示從從屬無線裝置至主要無線裝置之發送程序之操作概念圖；第11圖為顯示在發送頻率中相對於時間的改變之時序圖，在該例子中封包是依序從該主要無線裝置發送至兩個從屬無線裝置；第12圖為依據本發明實施例之顯示工業用無線通訊系統之其中一個例示性的實施例之配置圖；以及第13圖為顯示藉由發送/接收處理單元發送及接收資料封包之例子之說明圖。

以下，依據本發明之工業用無線通訊系統之實施例將參考第1至13圖而作描述。在本發明說明書中，指示數值範圖之該符號"-"(至或通過)是使用以意指在該波浪號符號之前及之後所寫下之該數字的數值是包含在數字的數值內作為該數值範圍之下限值及上限值。

如同在第1圖中所顯示，依據本發明的實施例之該工業用無線通訊系統(以下稱為無線通訊系統10)包含在工業設施內執行至少監控之可程式化邏輯控制器12(PLC，Programmable Logic Controller)、以及連接至該可程式化邏輯控制器12之複數個網路14。

在每一個該網路14中，具有包含藉由現場匯流排16連接至該可程式化邏輯控制器12之一個主要網路裝置18、以及複數個從屬無線裝置22，該從屬無線裝置22是安裝成對應於個別的硬體裝置20，並且進行與該主要無線裝置18之無線通訊。作為該從屬無線裝置22安裝於其中之此類硬體裝置20之例子，可以引用機器手臂之遠端可移動構件(例如，焊槍或類似構件)、組裝夾具及旋轉台等等。

再者，如同在第2圖之該功能性方塊圖中所顯示，該無線通訊系統10包含連線處理單元30、連線維護處理單元32、連線確認處理單元34、以及發送/接收處理單元36。此類單元，意即，該連線處理單元30、該連線維護處理單元32、該連線確認處理單元34、以及該發送/接收處理單元36，是經配置在該主要無線裝置18及該複數個從屬無線裝置22之間透過合作之功能性單元。

該連線處理單元30在該主要無線裝置18及該從屬無線裝置22之間執行無線連線程序。

尤其，如同在第3圖中所顯示，在500毫秒以下之時間間隔中，以及依據本實施例，在250毫秒之時間間隔中，由該主要無線裝置18相對於該複數個從屬無線裝置22之無線通訊是經由廣播系統並且在同步頻率下進行。

此類連線程序之目的是用於在該主要無線裝置18及該從屬無線裝置22之間之時間調整，並且進行該主要無線裝置18之初始值及該從屬無線裝置22之初始值之交換。

在正常操作之例子中之通訊步驟、以及在異常操作之例子中之通訊步驟將參考第3圖而於下文作描述。

<正常操作>

(a-1)該主要無線裝置18將時脈資訊包含在其中的同步封包Pa，例如，經由廣播系統在250毫秒之間隔中，發送至其所控制的所有該從屬無線裝置22。藉由此類發送，同步發送是依據跳頻方法而進行。

(a-2)該從屬無線裝置22接收包含該時脈資訊之該同步封包Pa，並且校正該從屬無線裝置22之該時脈資訊。

(a-3)該從屬無線裝置22發送包含連線指令及初始值之資料封包Pb至該主動無線裝置18。藉由此類發送，發送是依據跳頻方法而從該從屬無線裝置22至該主要無線裝置18進行。

(a-4)該主要無線裝置18接收來自該從屬無線裝置22之該資料封包Pb，並且接著，發送包含該主要無線裝置18的初始值連同該連線指令之資料封包Pc至該從屬無線裝置22。藉由此類發送，發送是依據跳頻方法從該主要無線裝置18至該從屬無線裝置22進行。

(a-5)該從屬無線裝置22接收來自該主要無線裝置18之該資料封包Pc並且完成該連線。換言之，與該主要無線裝置18之連線的建立將會結束。

<異常操作>

在接收包含該時脈資訊之該同步封包Pa之後，每一個該從屬無線裝置22初始化時間終止量測。例如，若與該主要無線裝置18的連線之建立並未在4秒內完成，則另一個嘗試從該時脈資訊之接收而再次執行。

該跳頻方法(FHSS)將參考第4A至6圖而簡要描述。

如同在第4A圖中所顯示，在該跳頻方法中，當在該發送器及該接收器之間一個或一個同步地改變該多工頻率時，通訊將執行。

依據本發明實施例，如同在第4B及4C圖中所顯示，具有不同的模式之跳頻方法是採用於每一個該網路。第一網路14A使用作為用於該跳頻方法之頻率，例如，2402MHz、2455MHz、2421MHz…。第二網路14B使用作為用於該跳頻方法之頻率，例如，2412MHz、2465MHz、2405MHz…第三網路14C使用作為用於該跳頻方法之頻率，例如，2432MHz、2445MHz、2471MHz…。

此外，如同在第4C圖中所顯示，通訊是藉由在個別的發送時間中(t₀、t₀+t、t₀+2t、t₀+3t，…)於每一個網路中藉由跳躍該發送頻率而進行。再者，該間隔Fa顥示由該無線區域網路所使用之頻寬。

在該前述的方法中，藉由採用此類跳頻方法，連同致能減少該網路14之間之無線電波干擾、以及與該無線區域網路之干擾，有可能減少因為多徑衰退之功率衰減。

用於計算藉由該跳頻方法所使用之該同步頻率的計算方法之例子將於下文作描述。

首先，欲使用之該頻率範圍是經轉換成為以 1MHz為單位的頻道。例如，假設最小頻率為2403MHz，而最大頻率為2481MHz，則可以獲得79個從0ch至78ch之頻道。

假設藉由從該主要無線裝置18的廣播之無線通訊(例如，進行三次)是考量為一個循環，該三個無線電通訊在每一個該循環中之該頻道間隔是藉由JAMP所定義，並且在每一個循環之間之該頻道間隔是藉由SPACE所定義。再者，欲使用之該頻道範圍(最大頻道-(最小頻道-1))之偏差是藉由CHm所定義，該網路數目(從0起之連續數字)是藉由Nn所定義，並且在一個循環內之無線電通訊之次數是藉由Nc(=0、1、2)所定義。

此外，對於每一個該無線通訊之同步頻率的頻道數目SYNC_CH是藉由該下列算術式子所計算。在該式子中，該百分比符號%表示餘數運算子。

SYNC_CH=Nn * SPACE+JAMP * Nc % CHm

對於該同步頻率的頻道數目之計算結果是顯示於該下列第1表中，並且該同步頻率的頻道數目轉換成為同步頻率所依據的結果是顯示於該下列第2表中。再者，依據第2表該同步頻率對於網路數目之分配是顯示於第5圖中。

第1表

如同由第1表及第2表以及第5圖可以瞭解，由於該同步頻率並未覆蓋在該網路14之間，因此有可能藉由該廣播系統同步地發送該同步頻率，該同步頻率是個別地分配至每一個該網路14。

接著，用於藉由該跳頻方法計算發送頻率(稱為FH發送頻率)之計算方法的例子將作描述。

初始，類似於用於上文所描述之計算同步頻率之該計算方法，欲使用之該頻率範圍是轉換成為以1MHz為單位的頻道。例如，假設最小頻率是2430MHz，而最大頻率是2481MHz，可獲得79個從0ch至78ch之頻道。

該跳頻間隔是藉由JAMP所指示，欲使用之該頻道範圍(最大頻道-(最小頻道-1))之該偏差是藉由CHm所指示，該網路數目(從0起之連續數字)是藉由Nn所定義，而跳頻所執行之次數是藉由FHn所指示。

接著，每一個跳頻發送頻率之該頻道數目FH_CH是使用該下列算術式子所計算。在該式子中，該百分比符號%表示餘數運算子。

FH_CH=Nn+JAMP * FHn % CHm

在第6圖中，顯示在該頻率跳躍之次數與該跳頻發送頻率之間之關係。如同由第6圖可以瞭解的，每一次跳頻執行，因為該跳頻發送頻率是在該跳頻間隔△f(例如，22MHz)中改變之事實，因此，可以避免與其它無線通訊之干擾。

再者，該從屬無線裝置22較佳利用碰撞防止功能(CCA，Collision Preventing Function)以防止在無線電波之間之干擾。在這個例子中，碰撞防止功能因為隨機數字而需要等待時間。依據本發明實施例，由於該從屬無線裝置22具有四個發送時序，因此，該發送時間是依據該從屬位址而使用隨機功能加以決定。

接著，關於該連線維護處理單元32將作描述。該連線維護處理單元32藉由週期性發送相對於該從屬無線裝置22之該主要無線裝置18之時脈資訊，而進行與該主要無線裝置18之連線維護，其中與該主要無線裝置18之連線之建立已經完成。

尤其，相對於針對已經完成與該主要無線裝置18的連線之建立之複數個從屬無線裝置22，並且在短於上文所留意到之該連線處理單元30之時間間隔的在時間間隔中，並且依據本發明實施例，在例如100毫秒之時間間隔中，從該主要無線裝置18相對於該從屬無線裝置22之無線通訊是經由廣播系統並且同步頻率下而進行。

這個連線維護程序之該目的是藉由從該主要無線裝置18發送時脈資訊至該從屬無線裝置22，而更新該從屬無線裝置22之該時脈資訊，。

在正常操作之該例子中之通訊步驟及在異常操作之該例子中之通訊步驟將參考第7圖於下文作描述。

<正常操作>

(b-1)時脈資訊包含在其內之同步封包是例如經由廣播系統在100毫秒之間隔中發送。藉由此類的發送，同步發送是依據跳頻方法而進行。

(b-2)該從屬無線裝置22接收包含該時脈資訊之該同步封包Pd，並且校正該從屬無線裝置22之該時脈資訊。

<異常操作>

在該從屬無線裝置22無法接收來自該主要無線裝置18之該同步封包Pd(時脈資訊)之例子中，該時脈資訊之校正將延遲，並且在100毫秒之後該從屬無線裝置22再次嘗試接收該時脈資訊。

接著，關於該連線確認處理單元34將予以描述。該連線確認處理單元34藉由重複從該從屬無線裝置22的週期性發送及藉由該主要無線裝置18之週期性接收，而確認在該主要無線裝置18及該從屬無線裝置22之間之無線通訊之該建立。

接著，該連線確認處理單元34之通訊步驟將參考第8圖作描述。

首先，該主要無線裝置18，例如，每隔5毫秒，碓認與該從屬無線裝置22之該連接。該從屬無線裝置22，例如，每隔2毫秒，發送訊號至該主要無線裝置18。該連線確認程序之其中一個例子於下文中指示。

<連線確認>

(c-1)該從屬無線裝置22進行來自該主要無線裝置18之接收，或者藉由跳頻方法而每隔2毫秒進行相對於該主要無線裝置18的確認之資料封包Pe之發送。

(c-2)該主要無線裝置18每隔5毫秒確認與該從屬無線裝置22之發送及接收之該存在或缺乏，並且在未具有發送或接收之例子中，決定該從屬無線裝置22是在斷開的狀態下。

(c-3)在該主要無線裝置18中，在資料封包Pe是由從屬無線裝置22所發送、該從屬無線裝置22曾經一度決定是位於斷開狀態下、並且該資料封包Pe是藉由該主要無線裝置18所接收之例子中，該主要無線裝置18決定該從屬無線裝置22是在連線狀態下。

接著，將關於該連線發送/接收處理單元36將予以描述。

該發送/接收處理單元36在該主要無線裝置18及該從屬無線裝置22之間進行資料的發送及接收。

更詳細地說，該發送/接收處理單元36在該主要無線裝置18及該從屬無線裝置22之間藉由跳頻方法而執行無線通訊。尤其，發送是由該主要無線裝置18相對於該從屬無線裝置22在跳頻發送頻率下執行，並且發送是由該從屬無線裝置22相對於該主要無線裝置18在跳頻發送頻率下執行。

下文，描述將參考第9及10圖之涉及從該主要無線裝置18至該從屬無線裝置22的發送、以及從該從屬無線裝置22至該主要無線裝置18的發送的通訊步驟。

<從主要無線裝置18至從屬無線裝置22之發送>

(d-1)如同在第9圖中所顯示，該主要無線裝置18在該跳頻發送頻率下發送包含操作指令資料之資料封包Pf 至具有由發送請求所指定的位址之從屬無線裝置22。

(d-2)該從屬無線裝置22接收來自該主要無線裝置18之該資料封包Pf。

(d-3)在該從屬無線裝置22正常地接收該資料封包Pf之該事件中，該從屬無線裝置22決定在三階段之水準下之該接收功率。

(d-4)依據包含在該資料封包Pf內之該操作指令資料，該從屬無線裝置22指示該連接的硬體裝置20以執行本身的操作。

(d-5)在該硬體裝置20已經完成其指示操作之階段下，包含至少指示此類操作之完成的資訊以及該接收功率之判斷資訊之資料封包Pg，在該跳頻發送頻率下是回傳到該主要無線裝置18。

(d-6)在該資料封包Pf之正常接收之後於使用資料封包Pg由從屬無線裝置22至該主要無線裝置18的回覆之前在資料封包Pf是由該主要無線裝置18多次發送之該例子中，該從屬無線裝置22首先忽略複數次該資料封包Pf，並且接著在該硬體裝置已經完成其預定的操作之階段下僅回傳一次該資料封包Pg至該主要無線裝置18。

(d-7)在發送失效之例子中，例如，若沒有回覆從給定的從屬無線裝置22之資料封包Pg，則該主要無線裝置18，例如，在5毫秒之時間隔間隔中重新嘗試該發送250次。若重新嘗試之數目超過該上限(250次)，則該主要無線裝置18設定該從屬無線裝置22之該狀態(其為該發送目的地)是斷線的。

<發送從從屬無線裝置22至主要無線裝置18>

(e-1)如同在第10圖中所顯示，該從屬無線裝置22在該跳頻發送頻率下發送其中具有包含依據發送請求之由該主要無線裝置18所需要的資料之資料封包Ph，例如，連接至該從屬無線裝置22之感測器的量測數值、重新嘗試之數目等等。

(e-2)該主要無線裝置18接收來自該從屬無線裝置22之該資料封包Ph。

(e-3)在該主要無線裝置18正常地接收該資料封包Ph之該事件中，該主要無線裝置18決定該接收功率位在三個階段之水準。

(e-4)該主要無線裝置18在該跳頻發送頻率下將包含至少指示正常接收之資訊以及該接收功率的判斷資訊之資料封包Pi，回傳至從屬無線裝置22。

(e-5)在該資料封包Ph之正常接收之後在使用資料封包Pi從該主要無線裝置18至該從屬無線裝置22之回覆之前，在資料封包Ph是由從屬無線裝置22多次發送之例子中，該主要無線裝置18首先忽略該資料封包Ph數次。接著，在藉由該主要無線裝置18之該所需的接收程序完成之階段下該主要無線裝置18僅一次回傳該資料封包Pi至該從屬無線裝置22。

(e-6)在發送失效之例子中，例如，若沒有回覆從該主要無線裝置18之資料封包Pi，則該有關的從屬無線裝置22，例如，在5毫秒之時間間隔重新嘗試該發送250次。若重新嘗試之數目超過該上限(250次)，則該主要無線裝置18設定該從屬無線裝置22之該狀態(即該發送目的地)為斷線的，並且接著轉換至該連線程序。

關於其中資料封包Pf是依序從該主要無線裝置18發送至兩個從屬無線裝置22之例子將參考第11圖作描述。

首先，在時間t0，該主要無線裝置18在該跳頻發送頻率下發送資料封包Pf。作為該發送目的地之該從屬無線裝置22以正常方式接收來自該主要無線裝置18之該資料封包Pf，並且相對於連線至該從屬無線裝置22之硬體裝置執行其指示操作，或者另外地，進行輸入/輸出操作，以獲得感測器數值或類似數據。

在由時間t0已經過5毫秒之時間t1處，該從屬無線裝置22在該跳頻發送頻率下發送指示其操作已完成的資料封包Pg。在這個例子中，由於甚至未沒有一個發送之重新嘗試，因此該無線發送(發送及接收)是以最快方式而結束。尤其，最快的響應時間Tmin是由從時間ta至時間tb之時間週期所定義，在時間ta中，藉由該主要無線裝置18之該資料封包Pf之發送已完成，在時間tb中，藉由該從屬無線裝置22之該資料封包Pg之發送已完成。在其它網路中，無線通訊是在不同的跳頻發送頻率下而執行，並且因此，沒有干涉因為該其它網路而出現。

接著，在時間t2，該主要無線裝置18在該跳頻發送頻率下發送資料封包Pf。在從時間t2已經過5毫秒的時間t3處，該從屬無線裝置22在指示其操作已完成的該跳頻發送頻率下發送資料封包Pg。在這個時候，在該跳頻發送頻率位在例如無線區域網路所使用之頻段內、並且無線通訊是藉由該無線區域網路所執行之事件中，則從該從屬無線裝置22之該無線通訊與該無線區域網路之該無線通訊碰撞，故至該主要無線裝置18的發送便無法完成。因此，從時間t3已經過5毫秒的時間t4處，該主要無線裝置18在該跳頻發送頻率下發送資料封包Pf。尤其，相同內容之資料封包Pf之發送是重新嘗試。從時間t4已經過5毫秒的時間t5處，該從屬無線裝置22在該跳頻發送頻率下發送指示其操作已完成之資料封包Pg。在這個時候，在其它網路中，無線通訊是在不同的跳頻發送頻率下而執行，並且因此，沒有干涉因為其它網路而出現。再者，在這個例子中，因為有一個重新嘗試之事實，因此，從時間tc至時間td的時間週期是加入作為響應延遲時間週期Td，在時間tc中，該主要無線裝置18之該資料封包Pf之發送已完成，在時間td中，該資料封包Pf之發送之該第一次重新嘗試已完成。

再者，應該注意的是近場通訊(NFC，Near Field Communication)的通訊技術是併入於該主要無線裝置18及該從屬無線裝置22等等。因此，例如，關於在該主要無線裝置18及該從屬無線裝置22中之內部參數之設定、在該主要無線裝置18及該從屬無線裝置22之間之配對(身分確認，等等)以及在該從屬無線裝置22及該硬體裝置20(感測器等等)之間之配對(身分確認，等等)，並不需要機械設定或調整。因此，參數之設定及配對等等，可以輕易地執行，並且有可能縮短用於調整操作所需的時間及減少程序步驟之次數。

接著，該無線通訊系統10之其中一個例示性的實施例將參考第12及13圖作描述。

如同在第12圖中所顯示，該例示性的實施例為適用於旋轉型生產設施42之無線通訊系統，其中工件40由載入至卸載是進行四個步驟。在該旋轉型生產設施42中，設置有安裝在該中心處的旋轉平台44、以及分別地對應於該第一步驟至該第四步驟(步驟1至步驟4)之四個機械臂或機器手46(46a至46d)及四個組裝夾具48(48a至48d)。再者，由電源之供給電力及供給空氣是透過供給單元50而進行至該個別的機器臂46及該組裝夾具48，該供給單元50是設置在該旋轉平台44之該中心處。

在組裝該旋轉型生產設施42之前，個別的從屬無線裝置22是分別地安裝對應至每一個該機器手46及該組裝夾具48。在第12圖中所顯示之該例子中，第一從屬無線裝置22A是安裝於對應裝載步驟(步驟1)之該第一機器手46a中，並且第五從屬無線裝置22E是安裝於該第一組裝夾具48a中。第二從屬無線裝置22B是安裝於對應第一組裝步驟(步驟2)之該第二機器手46b中，並且第六從屬無線裝置22F是安裝於該第二組裝夾具48b中。第三從屬無線裝置22C是安裝於對應第二組裝步驟(步驟3)之該第三機器手46c中，並且第七從屬無線裝置22G是安裝於該第三組裝夾具48c中。第四從屬無線裝置22D是安裝於對應卸載步驟(步驟4)之該第四機器手46d中，並且第八從屬無線裝置22H是安裝於該第四組裝夾具48d中。

再者，在組裝該旋轉型生產設施42之前，對應於產品之標籤信息，以及映射的輸入/輸出點之編號是設定於每一個該相對的從屬無線裝置22中。

該主要無線裝置18具有該第一從屬無線裝置22A至該第八從屬無線裝置22H之編號預先註冊於其內，該編號是使用於該旋轉型生產設施42中，並且使得該從屬無線裝置22能夠以不同的方式重新配置或組合如同在該從屬無線裝置22之維護期間可能是必要的。該設定內容可以是依必要性儲存於檔案中，並且若該從屬無線裝置22已經重新配置，則對於該從屬無線裝置22之該設定內容可以是由該儲存的檔案而回復。

該可儲存的設定內容包含標籤信息、輸入/輸出點之該編號，以及其它設定參數。

再者，安裝在該旋轉型生產設施42之外部的位置處之該主要無線裝置18接收來自該可程式化邏輯控制器12之訊號，該可程式化邏輯控制器12併入例如配電盤內，並且發送在該跳頻發送頻率下之訊號至安裝於該旋轉型生產設施42內之該從屬無線裝置22。

接著，本發明參考第13圖關於步驟1至步驟4而作描述。

<步驟1：裝載步驟>

依據來自該可程式化邏輯控制器12之插入起始訊號之輸入，該主要無線裝置18發送指示插入工件40之資料封包Pfa至該第一從屬無線裝置22A。依據該資料封包Pfa，該第一從屬無線裝置22A發出指令至該第一機器手46a以夾取該工件40。依據來自該第一從屬無線裝置22A之該指令，該第一機器手46a夾取該工件40並且在內部傳遞該工件40於該旋轉平台44之上。在該工件40藉由該第一機器手46a之傳遞已完成之階段中，該第一從屬無線裝置22A發送指示該工件40已經完成傳遞之資料封包Pga至該主要無線裝置18。

依據來自該第一從屬無線裝置22A之該資料封包Pga之接收，該主要無線裝置18發送指示定位指令之資料封包Pfe至該第五從屬無線裝置22E。依據該資料封包Pfe之接收，該第五從屬無線裝置22E發出插入時間定位指令至該第一組裝夾具48a。該第一組裝夾具48a依據來自該第五從屬無線裝置22E之該指令執行該工件40之定位。在該工件40藉由該第一組裝夾具48a之定位已完成之階段中，該第五從屬無線裝置22E發送指示該工件40之定位已經完成之資料封包Pge至該主要無線裝置18。該主要無線裝置18依據來自該第五從屬無線裝置22E之該資料封包Pge之接收而輸出插入完成訊號至該可程式化邏輯控制器12。

<步驟2：第一組裝步驟>

依據來自該可程式化邏輯控制器12之第一組裝訊號之輸入，該主要無線裝置18發送指示第一構件之該供給之資料封包Pfb至該第二從屬無線裝置22B。依據該資料封包Pfb之接收，該第二從屬無線裝置22B發出指令至該第二機器手46b以供給該構件。依據來自該第二從屬無線裝置22B之該指令，該第二機器手46b供給該構件至該第二組裝夾具48b。在該構件藉由該第二機器手46b之供給已完成之階段中，該第二從屬無線裝置22B發送指示該第一構件之供給已經完成之資料封包Pgb至該主要無線裝置18。

依據由該第二從屬無線裝置22B之該資料封包Pgb之接收，該主要無線裝置18發送指示組裝指令之資料封包Pff至該第六從屬無線裝置22F。依據該資料封包Pff之接收，該第六從屬無線裝置22F發出組裝指令至該第二組裝夾具48b。該第二組裝夾具48b依據來自該第六從屬無線裝置22F之該指令而執行相對於該工件40之第一組裝操作。在該第一組裝操作對於該工件40藉由該第二組裝夾具48b已完成之階段中，該第六從屬無線裝置22F發送指示該第一組裝操作已經完成之資料封包Pgf至該主要無線裝置18。該主要無線裝置18依據來自該第六從屬無線裝置22F之該資料封包Pgf之接收而輸出第一組裝完成訊號至該可程式化邏輯控制器12。

<步驟3：第二組裝步驟>

依據來自該可程式化邏輯控制器12之第二組裝訊號之輸入，該主要無線裝置18發送指示第二構件之該供給之資料封包Pfc至該第三從屬無線裝置22C。依據該資料封包Pfc之接收，該第三從屬無線裝置22C發出指令至該第三機器手46c以供給該構件。依據來自該第三從屬無線裝置22C之該指令，該第三機器手46c供給該構件至該第三組裝夾具48c。在該構件藉由該第三機器手46c之供給已完成之階段中，該第三從屬無線裝置22C發送指示該第二構件之供給已經完成之資料封包Pgc至該主要無線裝置18。

依據由該第三從屬無線裝置22C之該資料封包Pgc之接收，該主要無線裝置18發送指示組裝指令之資料封包Pfg至該第七從屬無線裝置22G。依據該資料封包Pfg之接收，該第七從屬無線裝置22G發出組裝指令至該第三組裝夾具48c。該第三組裝夾具48c依據來自該第七從屬無線裝置22G之該指令而執行相對於該工件40之第二組裝操作。在該第二組裝操作對於該工件40藉由該第三組裝夾具48c已完成之階段中，該第七從屬無線裝置22G發送指示該第二組裝操作已經完成之資料封包Pgg至該主要無線裝置18。該主要無線裝置18依據來自該第七從屬無線裝置22G之該資料封包Pgg之接收而輸出第二組裝完成訊號至該可程式化邏輯控制器12。

<步驟4：卸載步驟>

依據來自該可程式化邏輯控制器12之傳遞輸出起始訊號之輸入，該主要無線裝置18發送指示定位指令之資料封包Pfh至該第八從屬無線裝置22H。依據該資料封包Pfh之接收，該第八從屬無線裝置22H發出傳遞輸出時間定位指令至該第四組裝夾具48d。該第四組裝夾具48d依據來自該第八從屬無線裝置22H之指令而執行該工件40之定位。在該工件40藉由該第四組裝夾具48d之定位已完成之階段中，該第八從屬無線裝置22H發送指示該工件40之定位已經完成之資料封包Pgh至該主要無線裝置18。依據來自該第八從屬無線裝置22H之該資料封包Pgh之接收，該主要無線裝置18發送資料封包Pfd以指示該第四從屬無線裝置22D以傳遞該工件40輸出。依據該資料封包Pfd之接收，該第四從屬無線裝置22D發出指令至該第四機器手46d以夾取該工件40。依據來自該第四從屬無線裝置22D之該指令，該第四機器手46d抓取該工件40，並且由該旋轉平台44向外傳遞該工件40。在該工件40藉由該第四機器手46d之向外傳遞已完成之階段中，該第四從屬無線裝置22D發送指示該工件40之向外傳遞(卸載)已經完成之資料封包Pgd至該主要無線裝置18。該主要無線裝置18 依據來自該第四從屬無線裝置22D之該資料封包Pgd之接收而輸出傳遞完成訊號至該可程式化邏輯控制器12。

藉由來自該主要無線裝置18之該傳遞輸出完成訊號之輸出，該工件40之向外傳遞是完成的，並且組裝步驟之該順序將結束。

由於資料封包是依據該可程式化邏輯控制器12產生該各種指令訊號之順序，而在該主要無線裝置18及該從屬無線裝置22之間作交換，因此，必要操作可以從該資料封包必須由該從屬無線裝置22作為回應之該從屬無線裝置22而實現。尤其，並不需要執行與非必要從屬無線裝置22的通訊，並且因此，該回應速度可以實現。

在本發明實施例中，儘管頻道之數量為79個之事實，但欲發送之該資料封包之資料容量以相同於藍牙(Bluetooth，註冊商標)跳頻方法之方式是小的，意即，是小於或等於50個位元組。因此，該發送功率可以受到抑制至小於或等於1毫瓦。

在該前述方法中，依據本發明實施例在該工業用無線通訊系統10中，具有包含執行至少在工業設施內的監控之該可程式化邏輯控制器12、藉由該現場匯流16連線至該可程式化邏輯控制器12的至少一個主要無線裝置18、以及安裝成對應於該個別的硬體裝置20並且進行與該主要無線裝置18之無線通訊的複數個從屬無線裝置22。再者，該無線通訊系統10包含該連線處理單元30以及該發送/接收處理單元36，該連線處理單元30在該主要無線裝置18及該從屬無線裝置22之間無線式進行連線程序，該發送/接收處理單元36在該主要無線裝置18及該從屬無線裝置22之間無線式發送及接收資料。

尤其，連線處理及訊號之發送及接收是在連接至該可程式化邏輯控制器12之該主要無線裝置18及安裝在該各種硬體裝置20(諸如機器人、焊槍、旋轉夾具、馬達等等)中之該從屬無線裝置22之間無線式進行。因此，該訊號線路之斷線及類似情況的風險在該硬體裝置20之可移動的組件中可以降低，並且可以改善在工業設施上之設計的自由度。這方法造成在此類工業設施上之智慧系統的提昇。

此外，在500毫秒以下之時間間隔中，該連線處理單元30進行從該主要無線裝置18相對於該複數個從屬無線裝置22經由廣播統及在同步頻率下之無線通訊。該發送/接收處理單元36藉由在該主要無線裝置18及該從屬無線裝置22之間之跳頻方法而執行無線通訊。

尤其，該連線處理單元30組構成：自該主要無線裝置18相對於該從屬無線裝置22的發送，係在依據該跳頻方法所設定之頻率(同步頻率)下執行，而自該從屬無線裝置22相對於該主要無線裝置18的發送，則在該跳頻發送頻率(FH transmission frequencies)下執行。另一方面，該發送/接收處理單元36組構成：自該主要無線裝置18相對於該從屬無線裝置22的發送，係在依據該跳頻方法所設定之跳頻發送頻率下執行，而自該從屬無線裝置22 相對於該主要無線裝置18的發送，係在藉由該跳頻方法所新設定的跳頻發送頻率下執行。

在這個方法中，由該無線連線程序是經由該廣播系統及在500毫秒以下之時間間隔下(例如，在連結或分離組裝夾具之該時間下)而進行之事實，可以縮短由開啟該電源至與該從屬無線裝置22之通訊之該開始的時間。再者，由無線通訊是藉由在該主要無線裝置18及該從屬無線裝置22之間之跳頻方法所執行之事實，可以避免與其它無線通訊之干擾。

再者，依據本發明實施例，2.4GHz頻段是使用作為無線頻率，並且該無線功率是設定至小於或等於1毫瓦。由於無線頻率是採用高於由在工廠中或類似場所之工業化設備之噪音源(諸如電源線路、機器人、焊槍、旋轉夾具、馬達等等)所產生的噪音之該頻率，可以減少藉由該噪音頻率在無線通訊上之影響。再者，因為該無線功率是受到抑制至低於或等於1毫瓦，可以減少與存在於相同區域內之其它通訊設備之干擾。

再者，依據本發明實施例，具有包含該連線維護處理單元32，藉由週期性發送相對於其中該連線程序已經進行之該從屬無線裝置22之該主要無線裝置18之時脈資訊，該連線維護處理單元32是經由配置以進行與該主要無線裝置18之連線維護程序。由於來自該主要無線裝置18之時脈資訊是週期性發送至用於該連線程序已經完成之該從屬無線裝置22，該時脈資訊重合於該從屬無線裝置 22及該主要無線裝置18之間。因此，資料發送及接收之該時序可以輕易地同步化。

再者，在本發明實施例中，具有包含經由配置以確認在該主要無線裝置18及該複數個從屬無線裝置22之間之無線通訊的建立之該連線確認處理單元34，藉由重複從該從屬無線裝置22之週期性發送及由該主要無線裝置18之週期性接收。

雖然發送應該是由該從屬無線裝置22之週期性發送，但在此類發送並未由該主要無線裝置18所接收之例子中，本方法將決定從屬無線裝置22是位於斷線狀態。若來自已經決定是在斷線狀態之從屬無線裝置22之發送之後由該主要無線裝置18所接收，將作決定該從屬無線裝置22是位於連線狀態中。由於這個特徵，可以輕易地那一個該從屬無線裝置22是位於連線狀態中，以及那一個該從屬無線裝置22是在斷線狀態中。因此，連線處理或維護等等，相對於經決定是在斷線狀態中之從屬無線裝置22可以在較早的階段下進行。

依據本發明之該工業用無線通訊系統並未限定於該上述實施例，當然各種附加的或修正的結構可以在本發明中採用而不會違反本發明如同在該附加的申請專利範圍中所提出之該範疇及本質。

Claims

一種工業用無線通訊系統(10)，包括：電腦(12)，配置成在工業設施內執行至少監控；至少一個主要無線裝置(18)，藉由現場匯流排(16)連線至該電腦(12)；複數個從屬無線裝置(22)，安裝成對應於個別的硬體裝置(20)，並且配置成進行與該主要無線裝置(18)之無線通訊；連線處理單元(30)，配置成在該主要無線裝置(18)及該從屬無線裝置(22)之間無線式進行連線程序；以及發送/接收處理單元(36)，配置成在該主要無線裝置(18)及該從屬無線裝置(22)之間無線式發送及接收資料；其中，該連線處理單元(30)還配置成在500毫秒以下之時間間隔中從該主要無線裝置(18)至該複數個從屬無線裝置(22)經由廣播系統並在同步頻率下進行無線通訊；該發送/接收處理單元(36)還配置成在該主要無線裝置(18)及該從屬無線裝置(22)之間藉由跳頻方法而進行無線通訊。
如申請專利範圍第1項所述之工業用無線通訊系統(10)，其中2.4GHz頻段是使用作為無線頻率，並且無線功率是小於或等於1毫瓦。
如申請專利範圍第1項所述之工業用無線通訊系統(10)，復包括連線維護處理單元(32)，該連線維護處理單元(32)係配置成藉由相對於已進行了連線程序之從屬無線裝置(22)週期性發送該主要無線裝置(18)之時脈資訊，而進行與該主要無線裝置(18)之連線維護程序。
如申請專利範圍第1項所述之工業用無線通訊系統(10)，復包括連線確認處理單元(34)，該連線確認處理單元(34)係配置成藉由重複從該從屬無線裝置(22)之週期性發送及由該主要無線裝置(18)之接收，而確認在該主要無線裝置(18)及該複數個從屬無線裝置(22)之間之無線通訊的建立。