WO2010095713A1 - 無線通信システム、無線通信装置および無線通信方法 - Google Patents

無線通信システム、無線通信装置および無線通信方法 Download PDF

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wireless communication
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communication system
operation instruction
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博昭 平井
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三菱電機株式会社
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/418—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS], computer integrated manufacturing [CIM]
    • G05B19/4185—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS], computer integrated manufacturing [CIM] characterised by the network communication
    • G05B19/4186—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS], computer integrated manufacturing [CIM] characterised by the network communication by protocol, e.g. MAP, TOP
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W84/00—Network topologies
    • H04W84/18—Self-organising networks, e.g. ad-hoc networks or sensor networks
    • H04W84/20—Master-slave selection or change arrangements
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Definitions

  • the present invention relates to a wireless communication system, a wireless communication device, and a wireless communication method for operating a plurality of devices in a coordinated manner in a constant cycle.
  • a plurality of devices and a plurality of networks exist.
  • such an FA system includes devices such as sensors, robots, servomotors, and controllers for controlling the devices.
  • an inter-controller network for sharing information between controllers
  • an information network for sharing information between PCs (Personal Computer) and controllers
  • real-time communication between devices
  • a plurality of networks such as a field network intended to connect in a coordinated manner, and a servo network intended to perform high-speed and high-reliability communication and connect devices at high speed, are provided.
  • Representative communication methods of information networks include Ethernet (registered trademark) / IP (Internet Protocol) and PROFInet, and representative communication methods of an inter-controller network include MELSECNET and FL-net.
  • CC-Link Control & Communication Link
  • Devicenet are representative communication methods of field networks
  • SSCNET Server System Controller Network
  • an industrial robot is taken as an example of an apparatus that constitutes an FA system.
  • the industrial robot operates via a servo amplifier and a servomotor in accordance with a command instructed from a controller in order to perform expansion / contraction, bending / stretching, vertical movement, horizontal movement or turning movement.
  • two or more servo amplifiers and servomotors are sequentially operated according to a predetermined procedure.
  • the operation of a machine tool called a roll feeder will be described as an example of an industrial robot.
  • the roll feeder moves the rolls mounted on the table forward while adjusting the speed of the feeder, and achieves drilling by lowering the punch at the point where the rolls stop.
  • the controller takes instructions through servo amplifiers to the servomotors that drive the feeders for moving the rolls and the punches for making holes.
  • highly accurate coordinated operation is required. Therefore, by synchronously communicating periodically between the controller and each servo amplifier and servo motor, simultaneous activation and cooperative operation among a plurality of highly accurate servos are realized. In order to realize highly accurate cooperation, it is necessary to perform highly reliable communication.
  • Patent Document 1 is an abnormality detection method for wired communication.
  • it can not be determined whether there is a momentary error in communication quality or a machine failure just by having no response. Therefore, there is a problem that it can not be applied to wireless communication in which instantaneous communication interruption occurs.
  • the present invention has been made in view of the above, and it is an object of the present invention to provide a wireless communication system, a wireless communication device and a wireless communication method capable of performing highly reliable wireless communication in a control system for controlling equipment. I assume.
  • the present invention is a wireless communication system including a master station and a slave station that performs a predetermined operation based on an operation instruction transmitted by the master station.
  • the master station generates the operation instruction as a radio frame, and when there is a response to the operation instruction from all slave stations during a predetermined response waiting time,
  • An execution instruction signal generation unit that generates and transmits an execution instruction signal that instructs execution of an operation corresponding to the operation instruction, and the slave station receives the execution instruction signal and performs predetermined reception processing Instruction signal reception processing means, the execution instruction signal reception processing means, when the execution instruction signal is received, an operation based on an operation instruction corresponding to the execution instruction signal It is executed, further characterized in that to wait for execution of the operation based on the operation instruction until it receives an execution instruction signal corresponding to the operation instruction.
  • the master transmits the operation instruction to the slaves, and when responses from all the slaves are obtained within a predetermined time, the master instructs the execution of the operation corresponding to the operation instruction.
  • the effect is that wireless communication with high certainty can be performed.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a communication system according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the FA system.
  • FIG. 3 is a diagram showing the concept of the basic operation of the master-slave system assumed.
  • FIG. 4 is a diagram showing the concept of an operation for performing wireless communication.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of the functional configuration of the master.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of a functional configuration of a slave.
  • FIG. 7 is a diagram showing the concept of the transmission of an instruction from the master to the slave and the device operation.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of an operation instruction including a transmission error.
  • FIG. 9 is a diagram showing another example of an operation instruction including a transmission error.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a communication system according to the present invention.
  • the communication system of the present embodiment is composed of a master 1 and slaves 2 to 5 which are controlled devices of the master 1.
  • the number of slaves 2 to 5 constituting the communication system of the present embodiment is not limited as long as there are a plurality of slaves. Also, the number of masters 1 may be one or more, and may be a plurality.
  • the communication system of the present embodiment can be used, for example, as a system configuring a field network or servo network in a FA system.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the FA system.
  • the FA system shown in FIG. 2 includes PCs (Personal Computers) 10 and 11, controllers 12 to 15, sensors 16 and 17, a robot 18, and I / O devices (Input / Output) that perform information management of the FA system. 19, 20, servo amplifiers 21-23, and servomotors 24-26.
  • the controllers 12 to 15 control the sensors 16 and 17, the robot 18, the I / O devices 19 and 20, and the servo amplifiers 21 to 23 according to predetermined programmed procedures, and the information from these devices is Perform acquisition etc. Further, the controllers 12 to 15 use the various positioning programs to perform advanced motion control such as synchronous operation, position tracking, tandem operation and the like to the servomotors 24 to 26 through the servo amplifiers 21 to 23.
  • the sensors 16, 17 are controlled by the controller 15 to provide information to the controller 15.
  • the robot 18 executes an operation based on a control instruction from the controller 15.
  • the I / O devices 19 and 20 periodically input ON / OFF information and numerical information of each device based on a control instruction from the controller 15, or receive an input from an operator.
  • the servo amplifiers 21 to 23 control the operations of the servomotors 24 to 26 connected to themselves based on the instruction from the controller 14.
  • the servomotors 24 to 26 operate by driving the motor whose control amount is the position, the orientation, the posture, etc. of the object based on the instructions from the servo amplifiers 21 to 23 connected respectively.
  • a detection mechanism is provided, the position, orientation, attitude, etc. are detected, and feedback is made to the connected servo amplifiers 21-23.
  • the PCs 10 and 11 and the controller 12 constitute an information network N1 for sharing information
  • the controllers 12 to 14 are controllers for sharing information among the controllers.
  • An inter-network (Controller Network) N2 is configured.
  • a field network for cooperatively connecting devices in real time by the controllers 13 and 15, the sensors 16 and 17, the robot 18 and the I / O devices 19 and 20 (Field Network)
  • a servo network (Servo) for configuring N3 and performing communication with high speed and high reliability than the field network N3 by the controller 14, the servo amplifiers 21 to 23, and the servomotors 24 to 26, and connecting devices at high speed Network) constitutes N4.
  • the sensors 16, 17, the robot 18, the I / O devices (Input / Output) 19, 20, the servo amplifiers 21 to 23, and the servomotors 24 to 26 cooperate to form one
  • the FA system such as high precision position control aims The action can not be performed. Therefore, in the FA system, it is important to reliably transmit the operation instruction from the controllers 12-15.
  • the communication system according to the present embodiment is premised on application to a system where certainty of transmission of an instruction from a master device is required as in the field network N2 and servo network N4 shown in FIG.
  • the communication system shown in FIG. 1 corresponds to the field network N2 and the servo network N4 shown in FIG. 2, and devices serving as masters (controllers 13 to 15) and devices serving as slaves (sensors 15, 16, and The robot 18, I / O devices 19 and 20, servo amplifiers 21 to 23, servomotors 24 to 26, etc.), and a master controls the operation of a slave.
  • FIG. 3 is a diagram showing the concept of the basic operation of the master-slave system on which the present embodiment is premised.
  • the master issues instructions to each slave in a fixed cycle.
  • each slave receives the instruction, it performs an operation based on the instruction in the next cycle (the cycle next to the cycle instructed by the master).
  • the slave executes an operation based on the operation instruction # 1 received in the previous cycle.
  • the master transmits the operation instruction # 3
  • the slaves 2 to 5 execute the operation based on the operation instruction # 2.
  • the slave performs the operation on the basis of the instruction from the master, thereby realizing the slave cooperative operation as a whole system.
  • FIG. 3 is mainly a basic operation in the case of wired communication, but in this embodiment, this basic operation is applied to the case of wireless communication.
  • FIG. 4 is a diagram showing the concept of the operation of the present embodiment for performing wireless communication.
  • the wireless messages M1 to M5 are wireless messages transmitted and received between the master 1 and the slaves 2 to 5, and the wireless messages M1, M3, and M5 are messages transmitted from the master 1 to the slaves 2 to 5, and the wireless messages M 2 and M 4 are messages transmitted from slaves 2 to 5 to master 1.
  • An operation A1 indicates an operation performed by the slaves 2 to 5.
  • the wireless message M1 is a message for notifying the contents of the operation instruction from the master 1 to the slaves 2 to 5. Further, the wireless message M2 is a message notifying that the slaves 2 to 5 that have received the wireless message M1 have each received the content of the operation instruction to the master 1. If the slaves 2 to 5 can not receive the wireless message M1 correctly because of a communication error, the wireless message M2 which is a response to the wireless message M1 will not be returned. Also, transmission errors may occur when the slaves 2 to 5 transmit the wireless message M2.
  • the wireless message M3 is a message for resending the operation instruction to the slave (non-responding slave) which did not correctly return the response to the wireless message M1 to the master.
  • the wireless message M4 is a message transmitted by the non-responding slave as a response to the wireless message M3 when the wireless message M3 is received. It is also assumed that transmission errors occur during the transmission of the radio message M3 or the radio message M4. In such a case, retransmission may be repeated.
  • transmission and retransmission of the operation instruction from the master 1 as described above are performed within a fixed cycle. Then, when there is a slave that has not received a response to the operation instruction, including a response to the retransmission, within the cycle of transmitting the operation instruction, the master 1 instructs all slaves 2 to 5 to wait for the operation. Send message M5. Then, when a standby instruction is issued, the standby operation instruction is retransmitted in the next cycle. Further, if responses to the operation instruction are obtained from all the slaves including the response to the retransmission within the cycle of transmitting the operation instruction, the master 1 instructs the operation execution by the wireless message M5.
  • each of the slaves 2 to 5 carries out operation execution or standby (standby without executing the operation instructed by the wireless message M1 or the retransmission message thereof) based on the wireless message M5.
  • the content of the operation to be executed at this time is the content notified by the wireless message M1 or its retransmission message.
  • each slave 2 to 5 stands by when it can not receive the wireless message M 5, that is, when neither instruction for operation execution nor instruction for standby is received.
  • the wireless messages M1 to M4 constitute a general wireless frame such as a wireless LAN (Local Area Network) or a mobile phone. Therefore, in order to communicate, reception SNR (Singnal to Noise Ratio) more than a fixed level is required.
  • the radio message M5 may be a radio signal sequence (0 or 1 signal) indicating either operation execution or standby, so 20 to 30 dB as compared with the reception SNR required by the radio messages M1 to M4. It is generated as a receivable message even if it is low.
  • the present invention is not limited to this.
  • radio message M5 For the radio message M5, reliability is improved by repeatedly transmitting a normal radio frame, increasing transmission power, using a plurality of antennas, enhancing a low modulation scheme and error correction capability. May be sent.
  • these methods may be combined to improve reliability and to transmit.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a functional configuration of the master 1 according to the present embodiment.
  • the master 1 generates instructions and information to the slaves 2 to 5 and generates an application unit (master) 101 that extracts information from the slaves 2 to 5 and an application unit (master) 101.
  • the radio signal processing unit 102 generates a transmission signal based on the instructions and information, and performs reception processing on the radio signals transmitted by the slaves 2 to 5, and an RF (Radio Frequency) unit (transmission and reception of radio signals) And the antenna unit 103).
  • RF Radio Frequency
  • the wireless signal processing unit 102 includes a transmission / reception control unit 104 that controls transmission / reception timing, a transmission unit 105 that generates a transmission signal based on an instruction or information generated by the application unit 101, and a reception unit that processes a reception signal. And 106. Also, the transmitting unit 105 generates a normal wireless frame for transmitting a message based on the instruction or information generated by the application unit 101, and instructs the slaves 2 to 5 to operate.
  • the Go / Stop signal processing unit 108 generates a Stop signal indicating a signal or a standby.
  • the reception unit 106 performs predetermined reception processing on a reception signal that is a radio signal received by the RF unit 103, performs reception processing as reception data, and passes the reception data to the transmission / reception control unit 104. Also, the receiving unit 106 controls the RF unit 103 such as increase / decrease of received power, frequency switching, switching to reception of an antenna, and the like.
  • the transmission / reception control unit 104 determines an instruction to the slaves 2 to 5 and a start timing for sending information, notifies control information such as a destination address to the transmission unit 105, and is generated by the application unit (master) 101. The instruction and information are sent to the transmitting unit 105. This instruction includes an instruction to transmit either operation execution or standby in the wireless message M5.
  • the transmission / reception control unit 104 also passes received data to the application unit (master) 101.
  • the application unit (master) 101 determines whether to transmit the operation execution or the standby by the wireless message M5 by determining whether there is an unacknowledged slave on a periodic basis based on the received data. As described above, after transmitting the operation instruction in one cycle, if there is an unacknowledged slave, try retransmission, and if there is a slave that does not respond to retransmission, assume that there is an unacknowledged slave judge. If there is no unanswered slave, the operation execution is instructed by the wireless message M5, and if there is an unanswered slave, it is decided to indicate standby by the wireless message M5.
  • the normal frame processing unit 107 determines based on the information and instructions.
  • a radio frame is created and passed to the RF unit 103 as a transmission signal.
  • This normal radio frame is a single carrier Time Division Duplex (TDD) or Frequency Division Duplex (FDD) frame such as a personal digital cellular (PDC), a personal handy-phone system (PHS), or a dedicated short range communication (DSRC).
  • TDD Time Division Duplex
  • FDD Frequency Division Duplex
  • PDC personal digital cellular
  • PHS personal handy-phone system
  • DSRC dedicated short range communication
  • OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing
  • WiMax Worldwide Interoperability for Microwave Access
  • CSMA Carrier Sense Multiple Access
  • OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access
  • TDD Time Division Duplex
  • FDD frame Frequency Division Multiplexing Access
  • a normal radio frame may have an address structure for specifying the other party, and may be a frame configuration to which advanced modulation processing has been performed for efficient transmission.
  • the Go / Stop signal processing unit 108 When the transmission / reception control unit 104 receives an instruction to transmit either operation execution (Go) or standby (Stop) as the wireless message M5, the Go / Stop signal processing unit 108 performs wireless communication based on the instruction. It generates a transmission signal for the message M5 and passes it to the RF unit 103.
  • the transmission signal for the radio message M5 does not have to increase the transmission efficiency of information because the number of bits to be transmitted is small, but it is generated as a signal resistant to noise and interference signals.
  • the signal is generated as a spread spectrum (SS) signal such as direct spreading DS (Direct Sequence) or frequency hopping (FH).
  • the transmission unit 105 also controls the RF unit 103 such as increase / decrease of transmission power, frequency switching, switching to transmission of an antenna, and the like.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of a functional configuration of the slaves 2 to 5 according to the present embodiment.
  • slaves 2 to 5 each execute an operation upon receiving an instruction or information from master 1, or an application unit (slave) 111 that collects information to be transmitted to master 1 and the like.
  • the information collecting unit 111 converts information collected by the application unit (slave) 111 into a transmission signal, and further includes a radio signal processing unit 112 that performs predetermined transmission and reception, and an RF unit (antenna unit) 113.
  • the wireless signal processing unit 112 further includes a transmission / reception control unit 114 that controls transmission / reception timing, a transmission unit 115 that generates a transmission signal, and a reception unit 116 that processes a reception signal.
  • the receiving unit 116 is a normal frame processing unit 117 that processes a normal frame including a message, and a Go / Stop signal processing unit that processes a Go signal that instructs the slave to operate or a Stop signal that instructs standby. And 118.
  • the RF unit 113 receives the received wireless signal transmitted from the master 1 and passes it to the receiving unit 116, and transmits the transmission signal generated by the transmitting unit 115 as a wireless signal.
  • the reception signal received from the RF unit 113 is a normal wireless frame
  • the reception unit 116 performs a predetermined reception process on the reception signal and sets the reception data as a reception data
  • the reception data is a transmission / reception control unit. Pass to 114.
  • the received signal received from the RF unit 113 is the wireless message M5
  • the Go / Stop signal processing unit 118 performs a predetermined reception process corresponding to the message and performs an operation based on the message.
  • the application unit (slave) 111 when the instruction of the wireless message M5 is operation execution, the application unit (slave) 111 is instructed to execute the operation via the transmission / reception control unit 114, and the instruction of the wireless message M5 is standby. Instructs the application unit (slave) 111 to wait via the transmission / reception control unit 114. In addition, the reception unit 116 instructs the RF unit 113 to increase / decrease the reception power, switch the frequency, and switch the reception of the antenna.
  • the transmission / reception control unit 114 instructs the transmission unit 115 to control information such as the start timing for sending a response or information from the own apparatus to the master 1 and the other party address, and instructs the reception unit 116 to start reception. To direct. Further, the transmission / reception control unit 114 receives the received data and the instruction to execute or wait for the operation from the reception unit 116, passes it to the application unit (slave) 111, and transmits the instruction and information generated by the application unit (slave) 11 to the transmission unit 115. hand over.
  • the application unit (slave) 111 performs predetermined processing based on the instruction and information transmitted from the application unit (master) 101 of the master 1 received via the transmission / reception control unit 114, and transmits the data to the master 1. Generate instructions, information.
  • the transmission unit 115 creates a wireless frame based on the instruction and information received from the transmission / reception control unit 114, and passes it to the RF unit 113 as a transmission signal. In addition, the transmission unit 115 instructs the RF unit 113 to increase / decrease transmission / transmission power, to switch the frequency, and to switch to transmission of the antenna.
  • FIG. 7 is a diagram showing the concept of the transmission of an instruction from the master 1 to the slaves 2 to 5 and the device operation.
  • the cycle in which the operation instruction is transmitted from the master 1 is 0.44 ms.
  • an instruction for the position of the motor is indicated numerically as the operation instruction, and numerical values such as "6", "20", "45",... In FIG. 7 are examples of this instruction.
  • the graph in the lower part of FIG. 7 shows the position of the motor driven every 0.44 ms. For example, when "6" is instructed by the operation instruction in the upper diagram of FIG.
  • FIG. 7 shows an example in the case where no transmission error occurs in the cycle (when the operation execution is instructed by the wireless message M5).
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of an operation instruction including a transmission error.
  • the example of FIG. 8 is an example of performing the same operation as that of FIG. In this case, by performing the operation of the present embodiment as described above, a standby is instructed by the wireless message M5. Then, the operation instruction for instructing the position "45" of the motor is retransmitted in the next cycle.
  • the example of FIG. 8 shows the case where transmission is normally performed in the next waiting cycle.
  • FIG. 9 is a diagram showing another example of an operation instruction including a transmission error.
  • a transmission error of the wireless section occurs in the operation instruction for instructing the position "96" of the motor.
  • an operation indication instructing the motor position "100" is transmitted. ing.
  • an operation instruction to be notified in the next cycle may be transmitted in that cycle, and the communication band may be effectively used.
  • the present invention is not limited to this.
  • the wireless message M5 described in the embodiment may be transmitted.
  • a predetermined response waiting time is determined, and after transmitting the operation instruction, within the response waiting time
  • the wireless message M5 may be transmitted based on whether or not there is a response (retransmission response) from the slave.
  • an operation standby time when the slave waits for operation is also determined in advance.
  • the master 1 transmits an operation instruction to the slaves 2 to 5 at a predetermined cycle, and if there is a slave without a response, the master 1 performs retransmission within the same cycle, and the cycle
  • all slaves are instructed to wait for the operation.
  • response are obtained from all slaves within a cycle, operation execution is instructed. Therefore, even when the communication between the master 1 and the slaves 2 to 5 is wireless communication, high reliability can be realized, and instructions can be reliably given to a plurality of slaves.
  • normal communication data is generated as a signal with high transmission efficiency, and a message instructing operation standby or operation execution is generated as a signal resistant to noise or interference signals, or the message is retransmitted.
  • noise and interference signals are tolerant. Therefore, high transmission efficiency can be realized, and high reliability can be realized.
  • the wireless communication system, the wireless communication device, and the wireless communication method according to the present invention are useful for a system in which a plurality of devices controlled by a controller operate emphasizing, and in particular, to a system used in a FA environment. Is suitable.

Abstract

　マスター局と、マスター局が送信する動作指示に基づいて所定の動作を実施するスレーブ局と、で構成される無線通信システムであって、マスター局は、動作指示を生成する通常フレーム処理部１０７と、所定の応答待機時間の間に全てのスレーブ局から動作指示に対する応答があった場合に、その動作指示の実行を指示する実行指示信号を生成して送信するＧｏ／Ｓｔｏｐ信号処理部１０８と、を備え、スレーブ局は、実行指示信号を受信する実行指示信号受信処理手段、を備え、実行指示信号受信処理手段は、実行指示信号を受信した場合に、その実行指示信号に対応する動作を実行し、また、動作指示に対応する実行指示信号を受信するまで対応する動作の実行を待機する。

Description

無線通信システム、無線通信装置および無線通信方法
　本発明は、複数の装置を一定周期で協調して動作させるための無線通信システム、無線通信装置および無線通信方法に関する。
　ＦＡ（Factory　Automation）環境のシステム（ＦＡシステム）では、複数の機器と複数のネットワークが存在する。たとえば、このようなＦＡシステムは、センサー、ロボット、サーボモータなどの機器と、それらの機器を制御するためのコントローラを備える。また、このようなＦＡシステムは、たとえば、コントローラの間で情報を共有するためのコントローラ間ネットワーク，ＰＣ（Personal　Computer）間とコントローラの間で情報を共有するための情報ネットワーク，リアルタイムに機器間を協調して接続することを目的とするフィールドネットワーク，フィールドネットワークよりも高速で確実性の高い通信を行い、機器間を高速に接続することを目的としているサーボネットワークなどの複数のネットワークを備える。
　情報ネットワークの代表的な通信方式としては、Ethernet（登録商標）／ＩＰ（Internet　Protocol）やPROFInetなどがあり、コントローラ間ネットワークの代表的な通信方式としてはMELSECNETやFL-netなどがある。また、フィールドネットワークの代表的な通信方式としてはCC-Link（Control　＆　Communication　Link）やDevicenetなどがあり、サーボネットワークの代表的な通信方式としては、SSCNET（Servo　System　Controller　Network）などがある。
　このうち、フィールドネットワークやサーボネットワークでは、ＦＡシステムの特徴として、高速で確実性の高い通信が要求される。たとえば、ＦＡシステムを構成する機器として産業用ロボットを例にあげる。産業用ロボットは、伸縮，屈伸，上下移動，左右移動若しくは旋回の動作を行うために、コントローラから指示された指令に従い、サーボアンプ、サーボモータを経て動作を行う。産業用ロボットの複雑な動作を実現するために、２台以上のサーボアンプ、サーボモータを順次所定の手順で動作させることになる。
　また、産業用ロボットの一例としてロールフィーダと呼ばれる工作機械の動作を説明する。ロールフィーダは、台上に乗ったロールをフィーダが速度を調整しながら前に動かし、ロールが止まった所で穴あけ機が降りてくることにより、穴あけを実現する。この例では、ロールを移動させるフィーダと穴を開ける穴あけ機とのそれぞれを駆動するサーボモータに、コントローラからサーボアンプを通じて指示を出すという形式をとる。Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸に対して精密な加工を行う際には高精度な協調動作が必要である。そのため、コントローラと各サーボアンプおよびサーボモータ間を周期的に同期通信することにより、同時起動や高精度な複数のサーボ間の協調動作を実現している。高精度な協調動作を実現するためには、確実性の高い通信を行う必要がある。
　一方、マスター・スレーブシステムでの確実性の高い通信を行う技術として、たとえば、下記特許文献１に、有線のバス型ネットワークに対して、スレーブからの応答が無い場合に、通信異常を検知して、該当するスレーブを切り離した異常時動作モードに入る技術が記載されている。
特開２００７－３１２０４３号公報
　しかしながら、上記従来のＦＡシステムのフィールドネットワークやサーボネットワークでは、物理線としては、メタルケーブルや光ファイバーケーブルが用いられており、通信誤りが発生しないことを前提としている。コントロールされる複数のスレーブが存在するようなネットワークで複数のスレーブが協調して動作することを仮定している場合に通信誤りが生じた場合、通信誤りの発生をマスター及び全スレーブが把握する必要がある。通信誤りを検知出来ずに、動作を続けた場合には、加工品の破損だけでなく、産業用ロボット自身の破壊や人命への影響が出る場合が予想される。たとえば、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸をそれぞれ駆動するスレーブに指示を出すことにより、絵を描く場合を想定する。Ｚ軸を駆動するスレーブに対し、支えている板を突き破るような誤った情報が伝わっている場合、そのことをコントローラが検知できない場合には、加工品が正確に描けないだけでなく、機械自身を破損させる可能性がある。
　しかし、メタルケーブルや光ファイバーケーブルなどの有線通信では、物理線の引き回しが大変であり、特に多数の機器を接続する場合に引き回しが問題となる。そのため、このようなネットワークに無線通信の適用を行うことが望まれるが、従来の技術は無線通信を対象としていないため通信誤りが発生した場合の対処ができない、という問題があった。
　また、上記特許文献１に記載の技術は、有線通信を対象とする異常検知方法である。無線通信への適用を考えると、応答が無いことだけでは、通信品質の瞬時的な誤りによるものか、機械の故障かを判断することができない。そのため、通信瞬断が生じる無線通信に適用することができない、という問題があった。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、機器を制御する制御システムにおいて、確実性の高い無線通信を行うことができる無線通信システム、無線通信装置および無線通信方法を得ることを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、マスター局と、前記マスター局が送信する動作指示に基づいて所定の動作を実施するスレーブ局と、で構成される無線通信システムであって、前記マスター局は、前記動作指示を無線フレームとして生成する通常フレーム送信処理手段と、所定の応答待機時間の間に全てのスレーブ局から前記動作指示に対する応答があった場合に、その動作指示に対応する動作の実行を指示する実行指示信号を生成して送信する実行指示信号作成手段と、を備え、前記スレーブ局は、前記実行指示信号を受信し、所定の受信処理を行う実行指示信号受信処理手段、を備え、前記実行指示信号受信処理手段は、前記実行指示信号を受信した場合に、その実行指示信号に対応する動作指示に基づく動作を実行し、また、動作指示に対応する実行指示信号を受信するまでその動作指示に基づく動作の実行を待機することを特徴とする。
　この発明によれば、マスターが、動作指示をスレーブに送信し、所定の時間内にすべてのスレーブから応答が得られた場合に、その動作指示に対応する動作実行を指示するようにしたので、確実性の高い無線通信を行うことができる、という効果を奏する。
図１は、本発明にかかる通信システムの実施の形態１の構成例を示す図である。 図２は、ＦＡシステムの一例を示す図である。 図３は、前提とするマスター・スレーブシステムの基本動作の概念を示す図である。 図４は、無線通信を行う動作の概念を示す図である。 図５は、マスターの機能構成例を示す図である。 図６は、スレーブの機能構成例を示す図である。 図７は、マスターからスレーブへの指示の送信と機器動作の概念を示す図である。 図８は、伝送エラーを含む動作指示の一例を示す図である。 図９は、伝送エラーを含む動作指示の別の一例を示す図である。
　以下に、本発明にかかる無線通信システム、無線通信装置および無線通信方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態．
　図１は、本発明にかかる通信システムの構成例を示す図である。図１に示すように、本実施の形態の通信システムは、マスター（Master）１と、マスター１の被制御装置であるスレーブ（Slave）２～５と、で構成される。なお、本実施の形態の通信システムを構成するスレーブ２～５は、複数台であれば台数に制約はない。また、マスター１の台数は１台以上であればよく、複数台としてもよい。
　本実施の形態の通信システムは、たとえば、ＦＡシステムにおけるフィールドネットワークやサーボネットワークを構成するシステムとして用いることができる。図２は、ＦＡシステムの一例を示す図である。図２のＦＡシステムは、ＦＡシステムの情報管理などを行うＰＣ（Personal　Computer）１０，１１と、コントローラ１２～１５と、センサー１６，１７と、ロボット１８と、Ｉ／Ｏデバイス（Input／Output）１９，２０と、サーボアンプ２１～２３と、サーボモータ２４～２６と、で構成される。
　コントローラ１２～１５は、プログラミングされた所定の手順でセンサー１６，１７と、ロボット１８と、Ｉ／Ｏデバイス１９，２０と、サーボアンプ２１～２３を制御し、また、これらの装置からの情報の取得などを行う。また、コントローラ１２～１５は、多彩な位置決めプログラムを使用して、サーボアンプ２１～２３を通じてサーボモータ２４～２６に対して同期運転、位置追従、タンデム運転などの高度なモーション制御を行う。
　センサー１６，１７は、コントローラ１５によって制御され、コントローラ１５へ情報を供給する。ロボット１８は、コントローラ１５からの制御指示に基づいて動作を実行する。Ｉ／Ｏデバイス１９，２０は、コントローラ１５からの制御指示に基づいて各機器のＯＮ／ＯＦＦ情報や数値情報を定期的に入力したり、操作者からの入力を受け付けたりする。サーボアンプ２１～２３は、コントローラ１４からの指示に基づいてそれぞれ自身に接続するサーボモータ２４～２６の動作を制御する。
　サーボモータ２４～２６は、それぞれ接続しているサーボアンプ２１～２３からの指示に基づいて、物体の位置、方位、姿勢などを制御量としたモータを駆動して動作を行う。また、検出機構を備えている場合には、位置、方位、姿勢などを検出し、接続しているサーボアンプ２１～２３にフィードバックを行う。
　また、図２のＦＡシステムでは、ＰＣ１０，１１とコントローラ１２で情報を共有するための情報ネットワーク（Information　Network）Ｎ１を構成し、コントローラ１２～１４で、コントローラの間で情報を共有するためのコントローラ間ネットワーク（Controller　Network）Ｎ２を構成している。また、図２のＦＡシステムでは、コントローラ１３，１５とセンサー１６，１７とロボット１８とＩ／Ｏデバイス１９，２０とで、リアルタイムに機器間を協調して接続するためのフィールドネットワーク（Field　Network）Ｎ３を構成し、コントローラ１４とサーボアンプ２１～２３とサーボモータ２４～２６とで、フィールドネットワークＮ３よりも高速で確実性の高い通信を行い、機器間を高速に接続するためのサーボネットワーク（Servo　Network）Ｎ４を構成している。
　このようなＦＡシステムでは、センサー１６，１７と、ロボット１８と、Ｉ／Ｏデバイス（Input／Output）１９，２０と、サーボアンプ２１～２３と、サーボモータ２４～２６が、協調して１つの動作を実現することが多い。したがって、たとえば、これらのうちの１つにでも、コントローラ１２～１５からの動作指示が伝送エラーなどによって到達しない場合、協調動作が実施できず、高精度な位置制御などのＦＡシステムが目的とする動作が実施できないことになる。そのため、ＦＡシステムでは、コントローラ１２～１５からの動作指示を確実に伝達することが重要である。
　本実施の形態の通信システムは、図２に示したフィールドネットワークＮ２，サーボネットワークＮ４のように、マスターとなる装置からの指示の伝達の確実性が要求されるようなシステムへの適用を前提としている。たとえば、図１に示した通信システムは、図２に示したフィールドネットワークＮ２，サーボネットワークＮ４に対応し、マスターとして機能する装置（コントローラ１３～１５）とスレーブとして機能する装置（センサー１５，１６，ロボット１８，Ｉ／Ｏデバイス１９，２０，サーボアンプ２１～２３，サーボモータ２４～２６など）から構成され、マスターがスレーブの動作を制御する。
　つづいて、本実施の形態の動作について説明する。図３は、本実施の形態が前提とするマスター・スレーブシステムの基本動作の概念を示す図である。図３に示すように、マスターは、一定周期で、各スレーブにそれぞれ指示をだす。そして、各スレーブは、指示を受け取ると、次の周期（マスターが指示をだした周期の次の周期）でその指示に基づいた動作を行う。具体的には、図３に示すように、たとえば、マスターが動作指示＃２を送信する周期では、スレーブはその前の周期に受信した動作指示＃１に基づいた動作を実行する。そして、次の周期では、マスターが動作指示＃３を送信し、スレーブ２～５は動作指示＃２に基づいた動作を実行する。このように、マスターからの指示に基づいてスレーブが動作を実行することにより、システム全体としてスレーブの協調動作を実現する。
　図３の基本動作は主に有線通信を前提とした場合の基本動作であるが、本実施の形態では、この基本動作を無線通信の場合に適用する。図４は、無線通信を行う本実施の形態の動作の概念を示す図である。無線メッセージＭ１～Ｍ５は、マスター１とスレーブ２～５間で送受信される無線メッセージであり、無線メッセージＭ１，Ｍ３，Ｍ５は、マスター１からスレーブ２～５へ送信されるメッセージであり、無線メッセージＭ２，Ｍ４は、スレーブ２～５からマスター１へ送信されるメッセージである。動作Ａ１は、スレーブ２～５が実施する動作を示す。
　無線メッセージＭ１は、マスター１からスレーブ２～５へ動作指示の内容を通知するメッセージである。また、無線メッセージＭ２は、無線メッセージＭ１を受信したスレーブ２～５が、それぞれマスター１へ動作指示の内容が届いた旨を通知するメッセージである。スレーブ２～５が、通信誤りのために無線メッセージＭ１を正しく受信できなかった場合には、無線メッセージＭ１の応答である無線メッセージＭ２が返らないことになる。また、スレーブ２～５が、無線メッセージＭ２を送信した場合に伝送エラーが生じる場合もある。
　無線メッセージＭ３は、無線メッセージＭ１への応答が正しくマスターに返らなかったスレーブ（未応答スレーブ）に、動作指示を再送するメッセージである。また、無線メッセージＭ４は、未応答スレーブが、無線メッセージＭ３を受信した場合に、無線メッセージＭ３への応答として送信するメッセージである。無線メッセージＭ３または無線メッセージＭ４の伝送中に、伝送エラーが生じる場合も想定される。このような場合には、再送を繰り返すようにしてもよい。
　本実施の形態では、以上のようなマスター１からの動作指示の送信と再送を一定周期内に実施する。そして、マスター１は、動作指示を送信した周期内に、再送の応答も含め、その動作指示の応答がないスレーブがある場合には、全スレーブ２～５に対して動作の待機を指示する無線メッセージＭ５を送信する。そして、待機を指示した場合には、次の周期に、待機した動作指示を再送することとする。また、マスター１は、動作指示を送信した周期内に、再送の応答も含めその動作指示に対する応答が全てのスレーブから得られた場合には、無線メッセージＭ５で動作実行を指示する。
　そして、次の周期では、各スレーブ２～５は、無線メッセージＭ５に基づいて動作実行または待機（無線メッセージＭ１またはその再送メッセージで指示された動作を実行せずに待機する）を実施する。なお、このときに実行する動作の内容は、無線メッセージＭ１またはその再送メッセージにより通知された内容とする。また、各スレーブ２～５は、無線メッセージＭ５を受信できないとき、すなわち、動作実行の指示も待機の指示もない場合には、待機を行う。
　本実施の形態では、無線メッセージＭ１～Ｍ４は、無線ＬＡＮ（Local　Area　Network）や携帯電話のような一般的な無線フレームを構成していることとする。そのため、通信を行うには一定レベル以上の受信ＳＮＲ(Singnal　to　Noise　Ratio)を必要とする。これに対し、無線メッセージＭ５は、動作実行か待機のいずれか示す無線信号系列（０または１の信号）であればよいため、無線メッセージＭ１～Ｍ４が必要とする受信ＳＮＲに比べて２０～３０ｄＢ低い場合でも受信可能なメッセージとして生成する。なお、これに限らず、無線メッセージＭ５について、通常の無線フレームを繰り返し送信したり、送信電力を高めたり、複数アンテナを使用したり、低い変調方式や誤り訂正能力を高めて信頼性を向上して送信するようにしても良い。また、これらの方法を組み合わせて信頼性を向上して送信するようにしても良い。
　本実施の形態の以上の動作により、誤り率の高い無線通信を利用しても、一定周期の間にマスター１から全てのスレーブ２～５に指示を行き渡らせることを可能とし、またスレーブ２～５の１台以上で通知が受信されたことを確認できない場合には、全てのスレーブ２～５の動作を待機させるため、協調動作を破壊しない。
　図５に、本実施の形態のマスター１の機能構成例を示す図である。図５に示すように、マスター１は、スレーブ２～５へ指示や情報を生成し、スレーブ２～５からの情報を抽出するアプリケーション部（マスター）１０１と、アプリケーション部（マスター）１０１が生成した指示，情報に基づいて送信信号を生成し、また、スレーブ２～５が送信した無線信号に対して受信処理を行う無線信号処理部１０２と、無線信号の送受信を行うＲＦ（Radio　Frequency）部（アンテナ部）１０３と、で構成される。
　さらに、無線信号処理部１０２は、送受信のタイミングを制御する送受信制御部１０４と、アプリケーション部１０１が生成した指示や情報に基づいて送信信号を生成する送信部１０５と、受信信号を処理する受信部１０６と、で構成される。また、送信部１０５は、アプリケーション部１０１が生成した指示や情報に基づいて、メッセージを送信するための通常の無線フレームを作成する通常フレーム処理部１０７と、スレーブ２～５に動作を指示するＧｏ信号または待機を指示するＳｔｏｐ信号を生成するＧｏ／Ｓｔｏｐ信号処理部１０８と、で構成される。
　受信部１０６は、ＲＦ部１０３が受信した無線信号である受信信号に対して所定の受信処理を行い受信データとし、受信データを送受信制御部１０４へ渡す。また、受信部１０６は、受信電力の増減や、周波数切り替え、アンテナの受信への切り替えなどのＲＦ部１０３の制御を行う。送受信制御部１０４は、スレーブ２～５への指示，情報を送るための開始タイミングを決定し、相手先アドレスなどの制御情報を送信部１０５へ通知し、また、アプリケーション部（マスター）１０１が生成した指示や情報を送信部１０５へ渡す。この指示には、無線メッセージＭ５で動作実行か待機のいずれを送信するかの指示が含まれる。また、送受信制御部１０４は、受信データをアプリケーション部（マスター）１０１に渡す。
　アプリケーション部（マスター）１０１は、受信データに基づいて、周期単位で未応答スレーブがあるか否かを判定することにより、無線メッセージＭ５で動作実行か待機のいずれを送信するかを決定する。前述のように１つの周期内で動作指示を送信した後、未応答スレーブがある場合には、再送を試み、再送に対しても応答のないスレーブがある場合には、未応答スレーブがあると判定する。また、未応答スレーブがない場合には、無線メッセージＭ５で動作実行を指示し、未応答スレーブがある場合には無線メッセージＭ５で待機を指示するよう決定する。
　送信部１０５では、無線メッセージＭ１，Ｍ３などのように通常の無線フレームで送信する情報，指示を送受信制御部１０４から受け取った場合には、通常フレーム処理部１０７が、その情報，指示に基づいて無線フレームを作成して送信信号としてＲＦ部１０３へ渡す。この通常の無線フレームは、ＰＤＣ（Personal　Digital　Cellular）やＰＨＳ（Personal　Handy-phone　System）、ＤＳＲＣ（Dedicated　Short　Range　Communication）のようなシングルキャリアのＴＤＤ（Time　Division　Duplex）またはＦＤＤ（Frequency　Division　Duplex）フレームでもよく、また、無線ＬＡＮ８０２．１１ａやＷｉＭａｘ（Worldwide　Interoperability　for　Microwave　Access）のようなＯＦＤＭ（Orthogonal　Frequency　Division　Multiplexing）またはＯＦＤＭＡ（Orthogonal　Frequency　Division　Multiplexing　Access）のＣＳＭＡ（Carrier　Sense　Multiple　Access）やＴＤＤ、ＦＤＤフレームでも良い。通常の無線フレームは、相手を指定するためのアドレス構造を持ち、また、効率良い伝送を行うための高度な変調処理が施されたフレーム構成であればよい。
　また、送受信制御部１０４から無線メッセージＭ５で動作実行(Go)か待機（Stop）のいずれを送信するかの指示を受け取った場合には、Ｇｏ／Ｓｔｏｐ信号処理部１０８が、指示に基づいて無線メッセージＭ５用の送信信号を生成して、ＲＦ部１０３へ渡す。無線メッセージＭ５用の送信信号は、送信するビット数は少ないため、情報の伝送効率は高くする必要はないが、雑音や干渉信号に耐性を持たせた信号として生成する。たとえば、直接拡散ＤＳ（Direct　Sequence）や、周波数ホッピング（ＦＨ：Frequency　Hopping）などのスペクトラム拡散（ＳＳ：Spread　Spectrum）方式の信号として生成する。また、送信部１０５は、送信電力の増減や、周波数切り替え、アンテナの送信への切り替えなどのＲＦ部１０３の制御も実施する。
　図６は、本実施の形態のスレーブ２～５の機能構成例を示す図である。図６に示すように、スレーブ２～５は、それぞれ、マスター１からの指示や情報を受けて動作を行ったり、マスター１に対して送信する情報を収集したりするアプリケーション部（スレーブ）１１１と、アプリケーション部（スレーブ）１１１が収集した情報を送信信号に変換し、また、所定の送受信を行う無線信号処理部１１２と、ＲＦ部（アンテナ部）１１３と、で構成される。
　無線信号処理部１１２は、さらに、送受信のタイミングを制御する送受信制御部１１４と、送信信号を生成する送信部１１５と、受信信号を処理する受信部１１６と、で構成される。受信部１１６は、メッセージを含んだ通常のフレームを処理する通常フレーム処理部１１７と、スレーブに動作を指示するGo信号を処理する、または待機を指示するStop信号を処理するＧｏ／Ｓｔｏｐ信号処理部１１８と、で構成される。
　ＲＦ部１１３は、受信したマスター１から送信された無線信号を受信し、受信部１１６に渡し、また、送信部１１５が生成した送信信号を無線信号として送信する。受信部１１６は、ＲＦ部１１３から受け取った受信信号が通常の無線フレームである場合には、通常フレーム処理部１１７がその受信信号に所定の受信処理を行い受信データとし、受信データを送受信制御部１１４に渡す。また、ＲＦ部１１３から受け取った受信信号が無線メッセージＭ５である場合には、Ｇｏ／Ｓｔｏｐ信号処理部１１８が、そのメッセージに対応した所定の受信処理を実施しメッセージに基づいて動作を行う。具体的には、無線メッセージＭ５の指示が動作実行である場合には、送受信制御部１１４経由でアプリケーション部（スレーブ）１１１に動作の実行を指示し、無線メッセージＭ５の指示が待機である場合には、送受信制御部１１４経由でアプリケーション部（スレーブ）１１１に待機を指示する。また、受信部１１６は、受信電力の増減や周波数切り替え、アンテナの受信への切り替えをＲＦ部１１３に指示する。
　送受信制御部１１４は、自装置からマスター１へ応答や情報を送るための開始タイミングや相手先アドレスなどの制御情報を送信部１１５に指示し、また、受信部１１６に対して受信の開始タイミングを指示する。また、送受信制御部１１４は、受信部１１６から受信データや動作実行または待機の指示を受け取り、アプリケーション部（スレーブ）１１１へ渡し、アプリケーション部（スレーブ）１１が生成した指示，情報を送信部１１５に渡す。
　アプリケーション部（スレーブ）１１１は、送受信制御部１１４経由で受け取ったマスター１のアプリケーション部（マスター）１０１から送信された指示，情報に基づいて所定の処理を行い、また、マスター１へ送信するための指示，情報を生成する。
　送信部１１５は、送受信制御部１１４から受け取った指示，情報に基づいて無線フレームを作成して送信信号としてＲＦ部１１３に渡す。また、送信部１１５は、送送信電力の増減や周波数切り替え、アンテナの送信への切り替えをＲＦ部１１３に指示する。
　つづいて、本実施の形態の通信システムの動作を適用した機器動作について説明する。図７は、マスター１からスレーブ２～５への指示の送信と機器動作の概念を示す図である。図７の例では、マスター１から動作指示の送信される周期は０．４４ｍｓである。この例では、動作指示としてモータの位置に対する指示を数値で指示することとし、図７の“６”，“２０”，“４５”，…などの数値はこの指示の例である。図７の下図のグラフは、０．４４ｍｓごとに駆動されたモータの位置を示している。たとえば、図７の上図の動作指示で、“６”が指示された場合、次の周期では、指示を受けたモータを駆動するスレーブは、モータの位置が“６”となるようになめらかにモータを動かす。そして、モータを駆動するスレーブは、モータの位置が“６”となるように動かしている周期内に、“２０”の位置を指示する動作指示を受信すると、次の周期でモータの位置が“２０”となるようになめらかにモータを動かす。図７は、周期内で伝送エラーが生じなかった場合（無線メッセージＭ５で動作実行が指示された場合）の例を示している。
　図８は、伝送エラーを含む動作指示の一例を示す図である。図８の例では、図７と同様の動作を行う例であるが、モータの位置“４５”を指示する動作指示で無線区間の伝送エラーが生じたとする。この場合、上述のような本実施の形態の動作を実施することにより、無線メッセージＭ５で待機が指示されることになる。そして、次の周期でモータの位置“４５”を指示する動作指示が再送される。図８の例では、待機した次の周期では、正常に伝送が行われた場合を示している。
　なお、図８の例では、待機した次の周期では、待機した動作指示を再送するようにしたが、待機した指示を破棄して、その次の動作指示を送信するようにしてもよい。図９は、伝送エラーを含む動作指示の別の一例を示す図である。図９の例では、モータの位置“９６”を指示する動作指示で無線区間の伝送エラーが生じたとする。この例では、動作を待機した後の次の周期でモータの位置“９６”の指示を再送するのではなく、その次の動作指示であるモータの位置“１００”を指示する動作指示を送信している。
　また、一定周期の間で全てのスレーブからの応答が得られた場合には、その周期内で次の周期で通知するべき動作指示を送信し、通信帯域を有効に利用するようにしてもよい。
　なお、本実施の形態では、マスター１がスレーブ２～５へ所定の周期で動作指示を送信する例について説明したが、これに限らず、不定期に動作指示を送信する場合に、本実施の形態で説明した無線メッセージＭ５を送信するようにしてもよい。この場合、動作指示を送信した周期内で未応答のスレーブがあるか否かを判断するのではなく、たとえば、所定の応答待機時間を定めておき、動作指示の送信後、応答待機時間内にスレーブからの応答（再送の応答）があるか否かに基づいて無線メッセージＭ５を送信するようにすればよい。また、この場合、スレーブが動作を待機する場合の動作待機時間もあらかじめ定めておくようにする。
　以上のように、本実施の形態では、マスター１が、所定の周期で動作指示をスレーブ２～５に送信し、応答がないスレーブがあった場合には同一周期内に再送を実施し、周期内に動作指示に対する応答または再送の動作指示に対する応答がないスレーブがある場合には、全スレーブに動作待機を指示するようにした。また、周期内にすべてのスレーブから応答が得られた場合には、動作実行を指示するようにした。そのため、マスター１とスレーブ２～５の通信を無線通信とした場合にも、高い信頼性を実現し、複数のスレーブに確実に指示を与えることができる。
　さらに、通常の通信データは、高い伝送効率の信号として生成し、動作待機または動作実行を指示するメッセージを雑音や干渉信号に耐性を持たせた信号として生成する、または、そのメッセージを再送することにより雑音や干渉信号に耐性を持たせたせるようにした。そのため、高い伝送効率を実現し、かつ、高い信頼性を実現することができる。
　以上のように、本発明にかかる無線通信システム、無線通信装置および無線通信方法は、コントローラが制御する複数の装置が強調して動作するシステムに有用であり、特に、ＦＡ環境で用いられるシステムに適している。
　１　マスター
　２～５　スレーブ
　１０，１１　ＰＣ
　１２～１５　コントローラ
　１６，１７　センサー
　１８　ロボット
　１９，２０　Ｉ／Ｏデバイス
　２１～２３　サーボアンプ
　２４～２６　サーボモータ
　１０１　アプリケーション部（マスター）
　１０２，１１２　無線信号処理部
　１０３，１１３　ＲＦ部
　１０４，１１４　送受信制御部
　１０５，１１５　送信部
　１０６，１１６　受信部
　１０７，１１７　通常フレーム処理部
　１０８，１１８　Ｇｏ／Ｓｔｏｐ信号処理部
　１１１　アプリケーション部（スレーブ）
　Ａ１　動作
　Ｍ１～Ｍ５　無線メッセージ
　Ｎ１　Information　Network
　Ｎ２　Controller　Network
　Ｎ３　Field　Network
　Ｎ４　Servo　Network

Claims (17)

  1. 　マスター局と、前記マスター局が送信する動作指示に基づいて所定の動作を実施するスレーブ局と、で構成される無線通信システムであって、
    　前記マスター局は、
    　前記動作指示を無線フレームとして生成する通常フレーム送信処理手段と、
    　所定の応答待機時間の間に全てのスレーブ局から前記動作指示に対する応答があった場合に、その動作指示に対応する動作の実行を指示する実行指示信号を生成して送信する実行指示信号作成手段と、
    　を備え、
    　前記スレーブ局は、
    　前記実行指示信号を受信し、所定の受信処理を行う実行指示信号受信処理手段、
    　を備え、
    　前記実行指示信号受信処理手段は、前記実行指示信号を受信した場合に、その実行指示信号に対応する動作指示に基づく動作を実行し、また、動作指示に対応する実行指示信号を受信するまでその動作指示に基づく動作の実行を待機することを特徴とする無線通信システム。
  2. 　前記実行指示信号を、前記通常フレーム送信処理手段が無線フレームを生成する方式より要求受信ＳＮＲが低い方式で生成することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
  3. 　前記実行指示信号を生成する方式を、その方式の要求ＳＮＲが、前記通常フレーム送信処理手段が無線フレームを生成する方式の要求ＳＮＲに比べ、２０ｄＢ以上３０ｄＢ以下の範囲で低い方式、とすることを特徴とする請求項２に記載の無線通信システム。
  4. 　前記実行指示信号作成手段は、前記実行指示信号を所定の回数にわたって繰り返し送信することを特徴とする請求項１、２または３に記載の無線通信システム。
  5. 　前記実行指示信号作成手段は、前記実行指示信号を送信する場合、前記通常フレーム送信処理手段が生成した通常フレームを送信する場合より、送信電力を高くすることを特徴とする請求項１～４のいずれか１つに記載の無線通信システム。
  6. 　前記実行指示信号作成手段は、前記応答待機時間の間に１つ以上のスレーブ局から前記動作指示に対する応答が無い場合に、動作の待機を指示する待機指示信号をすべてのスレーブ局に対して送信し、
    　前記実行指示信号受信処理手段は、前記待機指示信号を受信した場合、所定の動作待機時間の間、その待機指示信号に対応する動作指示に基づく動作の実行を待機することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
  7. 　前記待機指示信号を、前記通常フレーム送信処理手段が無線フレームを生成する方式より要求受信ＳＮＲが低い方式で生成することを特徴とする請求項６に記載の無線通信システム。
  8. 　前記待機指示信号を生成する方式を、その方式の要求ＳＮＲが、前記通常フレーム送信処理手段が無線フレームを生成する方式の要求ＳＮＲに比べ、２０ｄＢ以上３０ｄＢ以下の範囲で低い方式、とすることを特徴とする請求項７に記載の無線通信システム。
  9. 　前記実行指示信号作成手段は、前記待機指示信号を所定の回数にわたって繰り返し送信することを特徴とする請求項６、７または８に記載の無線通信システム。
  10. 　前記実行指示信号作成手段は、前記待機指示信号を送信する場合、前記通常フレーム送信処理手段が生成した通常フレームを送信する場合より、送信電力を高くすることを特徴とする請求項６～９のいずれか１つに記載の無線通信システム。
  11. 　前記通常フレーム送信処理手段は、前記動作指示に対する応答が１つ以上のスレーブ局から得られない場合には、応答が得られないスレーブ局へその動作指示を再送することを特徴とする請求項１～１０のいずれか１つに記載の無線通信システム。
  12. 　前記通常フレーム送信処理手段は、前記動作指示を所定の送信周期ごとに送信し、
    　前記応答待機時間を前記送信周期以内とすることを特徴とする請求項１～１１のいずれか１つに記載の無線通信システム。
  13. 　前記応答待機時間の間に１つ以上のスレーブ局から前記動作指示に対する応答が無い場合に、前記通常フレーム送信処理手段は、次の動作指示の送信時に、応答が得られなかった動作指示と同様の動作を指示する動作指示を送信することを特徴とする請求項１～１２のいずれか１つに記載の無線通信システム。
  14. 　前記応答待機時間の間に１つ以上のスレーブ局から前記動作指示に対する応答が無い場合に、前記通常フレーム送信処理手段は、次の動作指示の送信時に、応答が得られなかった動作指示の次の動作を指示する動作指示を送信することを特徴とする請求項１～１２のいずれか１つに記載の無線通信システム。
  15. 　マスター局と、前記マスター局が送信する動作指示に基づいて所定の動作を実施するスレーブ局と、で構成される無線通信システムにおいて、前記マスター局として動作する無線通信装置であって、
    　前記動作指示を無線フレームとして生成する通常フレーム送信処理手段と、
    　所定の応答待機時間の間に全てのスレーブ局から前記動作指示に対する応答があった場合に、動作の実行を指示する実行指示信号を生成して送信する実行指示信号作成手段と、
    　を備えることを特徴とする無線通信装置。
  16. 　マスター局と、前記マスター局が送信する動作指示に基づいて所定の動作を実施するスレーブ局と、で構成される無線通信システムにおいて、前記スレーブ局として動作する無線通信装置であって、
    　前記マスター局から動作の実行を指示する実行指示信号を受信し、所定の受信処理を行う実行指示信号受信処理手段、
    　を備え、
    　前記実行指示信号受信処理手段は、前記実行指示信号を受信した場合に、その実行指示信号に対応する動作指示の内容を実行し、また、動作指示に対応する実行指示信号を受信するまでその動作指示に基づく動作の実行を待機することを特徴とする無線通信装置。
  17. 　マスター局と、前記マスター局が送信する動作指示に基づいて所定の動作を実施するスレーブ局と、で構成される無線通信システムにおける無線通信方法であって、
    　前記マスター局が、前記動作指示を無線フレームとして生成する通常フレーム送信処理ステップと、
    　前記マスター局が、所定の応答待機時間の間に全てのスレーブ局から前記動作指示に対する応答があった場合に、動作の実行を指示する実行指示信号を生成して送信する実行指示信号作成ステップと、
    　前記スレーブ局が、前記実行指示信号を受信した場合に、その実行指示信号に対応する動作指示の内容を実行し、また、動作指示に対応する実行指示信号を受信するまでその動作指示に基づく動作の実行を待機する実行指示信号受信処理ステップと、
    　を含むことを特徴とする無線通信方法。
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