WO2019003287A1 - 制御・監視信号伝送システム - Google Patents

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WO2019003287A1
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signal
supply voltage
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French (fr)
Inventor
井谷一夫
錦戸憲治
Original Assignee
株式会社エニイワイヤ
株式会社ハーモリンク
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04QSELECTING
    • H04Q9/00Arrangements in telecontrol or telemetry systems for selectively calling a substation from a main station, in which substation desired apparatus is selected for applying a control signal thereto or for obtaining measured values therefrom

Definitions

  • signal lines between a master station provided on the control side and a plurality of slave stations provided on the controlled side are reduced in wiring, connected by a common transmission line, and synchronized by a transmission clock, etc.
  • the present invention relates to a control and supervisory signal transmission system for transmitting data by a transmission synchronization method.
  • a transmission synchronization method such as synchronization with a transmission clock is known, but in the transmission synchronization method, power is superimposed on the transmission signal to There has been proposed a method of simultaneously delivering and receiving power.
  • a series of pulsed voltage signals in which the voltage level of the first half is different from the power supply voltage is used for each cycle of the clock.
  • Control and supervisory signal transmission systems have been proposed in which a signal having a frequency higher than the clock (hereinafter referred to as a frequency signal) is superimposed.
  • the transmission synchronization method there may be a case where 1-bit display by voltage level (display of logical data “1” and “0” by high and low with respect to a predetermined level) is adopted.
  • the region (hereinafter referred to as the power supply voltage area) used as the power supply voltage in the transmission signal becomes the power supply of the slave station, it is necessary to maintain a constant voltage, and 1 bit display by voltage level is performed. I can not Therefore, when transmitting data using the power supply voltage area, 1-bit display is performed depending on the presence or absence of the current signal superimposed thereon.
  • the frequency of the frequency signal becomes a high frequency of about 1 MHz
  • the amplitude of the current change may decrease due to the inductance of the transmission line.
  • the frequency signal may become unstable in amplitude due to a transient phenomenon. Therefore, the presence or absence of a change in the current value due to the frequency signal may not be known, and it may not be possible to detect that the current signal is superimposed.
  • a branch line another transmission line (referred to as a branch line) from the transmission line (referred to as the main line) connected to the master station and the slave station that transmits data.
  • the accumulated charge will be a current source other than the master station for the slave station connected to the main line for a very short time when the current changes. Therefore, when the cycle of the current change is short, the current value detected at the master station decreases, and it may not be able to detect that the current signal is superimposed even though the current signal is superimposed. .
  • An object of the present invention is to provide a control / monitoring signal transmission system that can increase the reliability of data transmission using a power supply voltage area in a series of pulse-shaped transmission signals.
  • the control and supervisory signal transmission system comprises a master station for exchanging data with the control unit, and a plurality of slave stations for exchanging data with the master station by a transmission synchronization method via a common transmission line.
  • a first area and a second area are provided in the power supply voltage area of the power supply voltage level in the transmission signal formed by connecting voltage pulse signals of a plurality of power supply voltage levels in series.
  • the slave station superimposes on the one of the first area and the second area a single current signal for which a predetermined level is maintained for a predetermined period, and the master station is configured to hold the first area and the first area.
  • the data is extracted based on the difference in current value in the second area.
  • a single current signal for which a predetermined level is maintained for a predetermined period means a signal in which current flows continuously, that is, a signal of direct current, and a state in which current is superimposed.
  • a frequency signal in which a state (ON state) and a state in which current is not superimposed (OFF state) is repeated a plurality of times is not included.
  • the current may flow continuously, and may fluctuate within an allowable range with respect to a predetermined level.
  • the period in which the current flows may be a period shorter than the width of the area (first area or second area) in which the current signal is superimposed.
  • the first area and the second area may be provided for each of the pulse signals at the power supply voltage level.
  • Each of the pulse signals at the power supply voltage level is provided with one of the first area and the second area, and a combination of the first area and the second area for obtaining the difference in the current value is previously provided. It may be decided.
  • the extraction of the data it may be determined whether the difference between the current values is within a predetermined range.
  • the current signal is superimposed on one of the first area and the second area provided for the pulse signal at the power supply voltage level, even when the current value changes due to the installation state of the transmission line or the like,
  • the current values of the first area and the second area always have a difference. Therefore, it is possible to recognize that the current signal is superimposed and to extract data intended by the current signal based on the difference between the current values of the first area and the second area.
  • the reference value for determining the logic of the current signal of the data (monitoring data) output from the slave station is when the slave station does not superimpose the current signal. Therefore, even if the current value detected on the master station side changes with the number of connected slave stations and also changes depending on the logic state of the slave stations, the reference value depends on the individual slave stations. It will always be a refreshed value and a positive logic decision will be obtained. Therefore, it is possible to improve the reliability of data transmission using the power supply voltage area in the serial pulse transmission signal.
  • the first area and the second area may be set according to the environment and conditions to be used, but a reference value for judging the logic of the current signal of the monitoring data by providing each of the pulse signals of the power supply voltage level
  • a reference value for judging the logic of the current signal of the monitoring data by providing each of the pulse signals of the power supply voltage level
  • one of the first area and the second area is provided for each of the pulse signals at the power supply voltage level, and the combination of the first area and the second area for obtaining the difference in current value is determined in advance.
  • Each period of the first area and the second area can be extended up to the same length as the power supply voltage area. Therefore, the time required for the process for detecting the current signal can be lengthened, and the reliability can be further enhanced.
  • the control / monitoring signal transmission system is for centrally controlling a large number of devices disposed in a facility such as a factory in a control unit.
  • the master station 2 connected to the control unit 1 and the common data signal lines DP and DN (hereinafter referred to as transmission lines), and the facilities connected to the controlled side are connected to the transmission lines.
  • a plurality of input slave stations 4, output slave stations 5, and input / output slave stations 6 are provided.
  • one slave station is shown, but the type and number of slave stations connected to the transmission line are not limited.
  • the input unit 7 to which the input slave station 4 is connected, the output unit 8 to which the output slave station 5 is connected, and the input / output unit 9 to which the input / output slave station 6 is connected are disposed in the facility to be controlled. It is an apparatus.
  • a reed switch As a thing corresponded to the input part 7, although a reed switch, a micro switch, a pushbutton switch, a photoelectric switch, other various sensors can be mentioned, for example, It is not limited to these.
  • an actuator a (stepping) motor, a solenoid, a solenoid valve, a relay, a thyristor, a lamp
  • a (stepping) motor a (stepping) motor
  • a solenoid a solenoid valve
  • a relay a thyristor
  • the input / output unit 9 is a device having functions of both the input unit 7 and the output unit 8.
  • apparatus devices such as a temperature control, a timer, a counter, etc., having both a function of transmitting information to the master station 2 and a function of performing an output operation based on data transmitted from the master station 2 it can.
  • the input unit 7 may be an input unit-integrated slave station 70 integrated with the input slave station 4.
  • the output unit 8 may be an output unit integrated slave station 80 integrated with the output slave station 5.
  • the control unit 1 includes a management determination unit 11 having an arithmetic processing function and an input / output unit 12.
  • the management determination unit 11 receives data from the master station 2 via the input / output unit 12 and performs necessary arithmetic processing based on a program stored therein.
  • the master station 2 includes an output data unit 21, a management data unit 22, a timing generator 23, a master station output unit 24, a master station input unit 25, and an input data unit 26.
  • the monitoring data extracted from the monitoring signal superimposed on the transmission line from the input slave station 4 and the input / output slave station 6 while being superimposed on the transmission line is a control signal which is connected to the transmission line and is a series of pulse signals. Are sent to the input / output unit 12 of the control unit 1.
  • Output data unit 21 delivers the data received from control unit 1 to master station output unit 24 as serial data.
  • the management data unit 22 includes a storage unit 29 having a non-volatile function of storing a slave station information table. Then, based on the data received from the control unit 1 and the slave station information table, data necessary for an instruction to the slave station in the management control data area described later is handed over to the master station output unit 24 as serial data.
  • the slave station information table includes management control address data for specifying the input slave station 4, the output slave station 5 or the input / output slave station 6, which causes the transmission line to output information on the slave station side which can not be obtained as monitoring data. It is.
  • data obtained by adding a type identifier to the head address number which is the address data of the input slave station 4, the output slave station 5, and the input / output slave station 6 is used as the management control address data.
  • the timing generation unit 23 comprises an oscillation circuit (OSC) 31 and timing generation means 32.
  • the timing generation means 32 generates a timing clock of this system based on the oscillation circuit (OSC) 31, and Hand over to the station input unit 25.
  • the master station output unit 24 comprises control data generating means 33 and a line driver 34. Based on the data received from the output data unit 21 and the timing clock received from the timing generation unit 23, the control data generation unit 33 superimposes transmission signals as a series of pulse-shaped signals on the transmission line via the line driver 34.
  • the transmission procedure is, as shown in FIG. 4, a control / monitoring data area between the end signal END of the transmission signal and the next end signal END, and one frame cycle following the management data area, and a plurality of pulse signals are It is composed in series.
  • the pulse signal constituting the transmission signal is constituted by a power supply voltage area of the power supply voltage level Vp higher than the threshold Vst and a low potential area of the electric potential level lower than the threshold Vst.
  • the influence of the transient phenomenon is omitted because it is extremely small.
  • the power supply voltage area corresponds to a transmission clock signal, and in this embodiment, the power supply voltage level Vp is + 24V.
  • the power supply voltage level is not limited, and can be determined appropriately according to the use environment and the use state. It may be a negative power supply.
  • the power supply voltage area is set to the second half of one cycle and the low potential area is set to the first half of one cycle, but the order is not limited, and the order may be reversed.
  • the power supply voltage level is a negative power supply.
  • the low potential area in this embodiment is a high potential area with respect to the power supply voltage area.
  • the potential of the low potential area represents data of the control signal. That is, the low potential area constitutes a control data area, and the control data area corresponds to the upper stage of the control / monitoring data area in FIG.
  • a potential lower than the threshold Vct represents logic data "1"
  • a potential higher than the threshold Vct represents logic data "0”.
  • the threshold value Vct is set to 6 V, but there is no limitation on its size, and the threshold value Vct may be set according to the use situation and the use environment.
  • the power supply voltage area is time-divided into a first area (the first half of the power supply voltage area in this embodiment) and a second area (the second half of the power supply voltage area in this embodiment), and a current signal is superimposed on one of the areas .
  • a pattern in which the current signal is superimposed on the first area and the second area represents data of the monitoring signal, and the data is extracted based on the difference between the current values of the first area and the second area. That is, the power supply voltage area constitutes a monitoring data area, and the monitoring data area corresponds to the lower part of the control / monitoring data area in FIG.
  • the end signal END is longer than the time width of the pulse signal, and is at the potential level of the low potential area.
  • the length of the end signal END can be appropriately determined in consideration of the use conditions and the like.
  • a power supply voltage area hereinafter, referred to as "no address area" not included in the control / monitoring data area is provided.
  • the control / monitoring data area is composed of a control data area (upper part of the control / monitoring data area in FIG. 4) and a monitoring data area (lower part of the control / monitoring data area in FIG. 4) There is.
  • the control data area is composed of output data
  • the monitoring data area is composed of input data.
  • a management data area is provided.
  • the upper part shows an area where data is output from the master station 2 (hereinafter referred to as management control data area), and the lower part shows an area where data is input to the master station 2 (hereinafter called management supervision data area). Yes).
  • a first management control data ISTo instructing the input slave station 4, the output slave station 5 and the input / output slave station 6 to request information etc., and a slave station address are specified
  • Two management control data IDXo are superimposed from the master station 2.
  • second management monitoring data IDXi are superimposed.
  • the parent station input unit 25 is composed of a monitor signal detection unit 35 and a monitor data extraction unit 36.
  • the monitor signal detection means 35 detects a monitor signal superimposed on the transmission line from the input slave station 4, the output slave station 5 or the input / output slave station 6, and digitalizes the current value by the built-in A / D converter. Detect the value.
  • the monitoring signal detection means 35 of this embodiment determines the digital value of the current value of the first area at the timing when the first area of the power supply voltage area ends, and delivers it to the monitoring data extraction means 36. Also, at the end of the second area, the digital value of the current value of the second area is determined, and is delivered to the monitoring data extraction means 36.
  • the timing of determining the digital value of the current value of the first area and the second area can be determined according to the use state and the use environment.
  • the monitor data extraction unit 36 delivers the corresponding data value to the input data unit 26.
  • the digital values of the current value of the first area handed over from the supervisory signal detection means 35 are temporarily stored, and when the digital values of the current value of the second area are handed over from the supervisory signal detection means 35, The difference between the digital values of the current value is compared and calculated. Then, when the digital value of the current value of the first area is larger than the digital value of the current value of the second area, and the difference value is within the judgment width set in advance, the logic data "1" is input. Deliver to data section 26. In addition, when the digital value of the current value of the first area is smaller than the digital value of the current value of the second area, and the difference is within the determination width, the logical data "0" is delivered to the input data unit 26. .
  • the judgment width is the change in the current value assumed when the current signal is superimposed on the power supply voltage area in the state where the signal is normally transmitted, and can be determined according to the use state and the use environment .
  • the digital value of the current value of the first area and the digital value of the current value of the second area It means that there is no substantial difference in the digital value of the current value. That is, it means an abnormal state such that the current signal is not superimposed due to a disconnection or the like, or the current signal is continuously superimposed due to a short circuit. Therefore, when the difference between the digital value of the current value of the first area and the digital value of the current value of the second area is smaller than the lower limit value of the determination width, the monitoring data extraction unit 36 indicates that transmission abnormality occurs. Are handed over to the input data unit 26.
  • the monitoring data extraction means 36 also indicates that the transmission is abnormal even when the difference between the digital value of the current value of the first area and the digital value of the current value of the second area is larger than the upper limit value of this determination width.
  • the indicated data is delivered to the input data unit 26.
  • the input data unit 26 converts serial input data received from the monitoring data extraction means 36 into parallel (parallel) data, and sends it to the input / output unit 12 of the control unit 1 as monitoring data and management monitoring data.
  • the input slave station 4 is a transmission / reception means 41, management control data extraction means 42, address extraction means 43, address setting means 44, management supervisory data transmission means 45, input means 46 and supervisory data transmission means
  • a slave station input unit 40 having 47 is provided.
  • the slave station line receiver 48 and the slave station line driver 49 disposed between the slave station input unit 40 and the transmission line are provided.
  • the input slave station 4 of this embodiment includes an MCU, which is a microcomputer control unit, as an internal circuit, and this MCU functions as the slave station input unit 40.
  • the transmission and reception means 41 receives the transmission signal transmitted to the transmission line through the slave station line receiver 48 and delivers it to the management control data extraction means 42, the address extraction means 43 and the management and supervisory data transmission means 45.
  • the management control data extraction unit 42 transmits data (management control data) of a management control signal for an address matching the management control address obtained by adding an identifier of the own station type to the own station address set by the address setting means 44 Are extracted from the management data area of the pulse signal constituting
  • the extracted management control data is handed over to processing means (not shown) that executes processing based on the data.
  • the address extracting means 43 counts pulse signals constituting the transmission signal starting from the timing (falling in this embodiment) at which the non-address area ends after receiving the end signal END.
  • the timing when the count value matches the own station address data set by the address setting means 44 is the timing when the data area allocated to the own station of the transmission signal starts (hereinafter referred to as "the own station area start timing" It becomes).
  • the address extraction means 43 that has obtained the local station area start timing makes the monitoring data transmission means 47 effective during the power supply voltage area of the local station area.
  • the data area allocated to the own station is configured by a plurality of transmission signal pulses, each time the power supply voltage area appears until the end of the data area allocated to the own station, During a period, the monitoring data transmission means 47 is enabled.
  • the management supervisory data transmission means 45 counts pulse signals constituting the transmission signal starting from the timing (falling in this embodiment) at which the non-address area ends after receiving the end signal END, and the management data area Get the timing of Then, a supervisory signal is output to the transmission line via the slave station line driver 49.
  • the input unit 46 delivers data based on the input from the input unit 7 to the monitoring data transmission unit 47.
  • the monitoring data transmission means 47 outputs the data delivered from the input means 46 as a monitoring signal to the transmission line through the slave station line driver 49 when it is validated by the address extraction means 43.
  • the supervisory signal and supervisory signal in this embodiment have a first set period preset from the timing (start in this embodiment) at which the power supply voltage area starts when the data value corresponds to the logical data "1".
  • the current signal is superimposed on the first area of the present invention, and the current signal is not superimposed on the second setting period from the timing of the end of the first setting period, that is, the second area of the present invention. Further, when the data value corresponds to the logic data "0", the current signal is superimposed on the second area of the power supply voltage area, and the current signal is not superimposed on the first area.
  • both the first setting period and the second setting period are set to half of the power supply voltage area.
  • the lengths of the first setting period and the second setting period that is, the lengths of the first area and the second area, are not limited, so long as they fall within the power supply voltage area. It can be set appropriately.
  • the output slave station 5 is a transmission / reception means 41, a management control data extraction means 42, an address extraction means 43, an address setting means 44, a management monitoring data transmission means 45, a control data extraction means 51 and an output means.
  • a slave station output unit 50 having 52 is provided.
  • the output slave station 5 also includes an MCU, which is a microcomputer control unit, as an internal circuit, and this MCU functions as the slave station output unit 50. Then, as with the MCU of the input slave station 4, operations and storage required in the processing of the output slave station 5 are executed using the CPU, RAM, and ROM included in the MCU.
  • MCU microcomputer control unit
  • the address extraction means 43 of the output slave station 5 counts pulse signals forming the transmission signal starting from the timing (falling in this embodiment) at which the non-address area ends after receiving the end signal END. At the timing when the count value matches the own station address data set by the own station address setting means 44, a timing signal for extracting control data is handed over to the control data extraction means 51.
  • the control data extraction unit 51 transmits the control data value transmitted from the timing signal delivered from the address extraction unit 43 and the transmission signal delivered from the transmission reception unit 41 to the own station address set in the own station address setting means 44. To the output means 52.
  • the output unit 52 outputs information based on the control data received from the address extraction unit 43 to the output unit 8 to operate or stop the output unit 8.
  • the input / output slave station 6 is connected to both the input unit 7 and the output unit 8 in a corresponding relationship. Similar to the input slave station 4 and the output slave station 5, the input / output slave station 6 also has an MCU which is a microcomputer control unit as an internal circuit, and this MCU functions as a slave station input / output unit. ing. Then, as with the MCU of the input slave station 4 and the MCU of the output slave station 5, operations and storage required in the processing of the input / output slave station 6 are executed using the CPU, RAM, and ROM included in this MCU. It has become.
  • the operations and storage required in the processing are executed using the CPU, RAM and ROM included in this MCU, but the CPU, RAM and ROM in the processing of each of the above-mentioned units constituting the slave station input / output unit
  • the slave station input / output unit has the configurations of both the slave station input unit 40 and the slave station output unit 50, these respective components substantially correspond to the slave station input unit 40 and the slave station output unit 50. Since they are the same, the illustration and the description thereof will be omitted.
  • the data of the control signal is represented by the potential of the low potential area, but the method of displaying the data of the control signal is not limited.
  • the width of the low potential area may represent data of the control signal.
  • FIG. 7 is a time chart of a transmission signal representing data of a control signal by the width of the low potential area.
  • the same reference numerals are given to portions substantially the same as the transmission signal shown in FIG. 1, and the description thereof will be omitted or simplified.
  • the width of the low potential area of the potential level V1 lower than the threshold Vst represents the data of the control signal. Then, assuming that one cycle of the pulse signal constituting the transmission signal is t0, the pulse width (5/8) t0 of the pulse signal constituting the transmission signal represents logic data "0", and the pulse width (3/8) t0 represents logical data "1". However, as long as it corresponds to the value of the control data input from the control unit 1, the length is not limited and may be determined appropriately.
  • the first area (first set period) and the second area (second set period) are set to half of the small power supply voltage area.
  • the lengths of the first area and the second area are not limited as in the case of the transmission signal shown in FIG. 1, and can be appropriately set according to the use situation and the use environment as long as they fall within the power supply voltage area. Can.
  • the period from the end of the first area to the end of the power supply voltage area may be set as the second area.
  • the first area and the second area are provided for each of the pulse signals at the power supply voltage level Vp, that is, for each power supply voltage area.
  • Vp the power supply voltage level
  • the combination of the first area and the second area for obtaining the difference in current value is determined in advance.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Selective Calling Equipment (AREA)

Abstract

制御部とデータの授受を行う親局と、共通の伝送線を介して伝送同期方式により前記親局とデータの授受を行う子局の複数を備え、複数の電源電圧レベルの電圧パルス信号が連なって構成された伝送信号における前記電源電圧レベルの電源電圧エリアに第一エリアと第二エリアが設けられる。前記子局は、前記第一エリアと前記第二エリアのいずれか一方に、所定期間、所定のレベルが維持される単一の電流信号を重畳し、前記親局は、前記第一エリアと前記第二エリアの電流値の差異に基づき前記データを抽出する。

Description

制御・監視信号伝送システム
 本発明は、制御側に設けられた親局と被制御側に設けられた複数の子局との間の信号線を省配線化し、共通の伝送線で接続し、伝送クロックで同期させるなどの伝送同期方式によりデータの伝送を行う制御・監視信号伝送システムに関する。
 施設内に配置された多数の装置を集中制御するシステムにおいて、配線の数を減らす、所謂省配線化が広く実施されている。そして、その省配線化の一般的な手法として、被制御側に設けられた複数の機器の各々を制御側に設けられた制御部に直接繋ぐパラレル接続に代えて、パラレル信号とシリアル信号の変換機能を備えた親局と複数の子局を、制御部と複数の装置にそれぞれ接続し、親局と複数の子局との間で共通の伝送線を介してシリアル信号によりデータ授受を行う方式が広く採用されている。
 また、共通の伝送線を介してシリアル信号によりデータ授受を行う方式として、伝送クロックで同期させるなどの伝送同期方式が知られているが、その伝送同期方式において、伝送信号に電源を重畳しデータ授受と電力供給を同時に行う手法が提案されている。
 例えば、特開2002-16621号公報には、クロックの1周期の後半が電源電圧とされ前半の電圧レベルが電源電圧と異なるものとされた直列のパルス状電圧信号に、クロックの1周期毎に、クロックより高い周波数の信号(以下、周波数信号という)を重畳する制御・監視信号伝送システムが提案されている。
特開2002-16621号公報
 伝送同期方式では、電圧レベルによる1ビット表示(所定のレベルに対する高低による論理データ“1”および“0”の表示)が採用される場合もある。しかしながら、伝送信号において電源電圧とされる領域(以下、電源電圧エリアとする)は、子局の電源となることから、一定の電圧を維持する必要があり、電圧レベルによる1ビット表示を行うことができない。そのため、電源電圧エリアを利用してデータの伝送を行う場合、そこに重畳される電流信号の有無による1ビット表示が行われている。
 ただし、電流値は、接続される子局の個数変化や子局に接続されている装置の動作により変化するため、電流信号の有無を判断するための基準値の設定が難しい。
 そこで、電流値と所定の判断基準値との比較による判断手法に代えて、電流値の変化の有無により電流信号の重畳の有無を判断する手法が提案されている。すなわち、電流値を周期的に変化させる周波数信号を用いる手法である。
 ところが、周波数信号は、周波数が1MHz程度の高周波になると、伝送線のインダクタンスにより、電流変化の振幅が減少することがあった。更に、周波数信号は、過渡現象により振幅が不安定なものになることがあった。そのため、周波数信号による電流値の変化の有無が不明となり、電流信号が重畳されたことを検出できない場合があった。
 また、親局とデータの伝送を行う子局が接続されている伝送線(本線とする)から別の伝送線(分岐線とする)が分岐している場合、電流変化が無いときに分岐線に溜まった電荷は、電流が変化する極短い時間、本線に接続された子局に対する親局以外の電流源となってしまう。そのため、電流変化の周期が短い場合には、親局で検出される電流値が減少し、電流信号が重畳されているにも関わらず、電流信号が重畳されたことを検出できない場合があった。
 そこで、本発明は、直列のパルス状をなす伝送信号における電源電圧エリアを利用したデータ伝送の信頼性を高めることを可能とする制御・監視信号伝送システムを提供することを目的とする。
 本発明にかかる制御・監視信号伝送システムは、制御部とデータの授受を行う親局と、共通の伝送線を介して伝送同期方式により前記親局とデータの授受を行う子局の複数を備え、複数の電源電圧レベルの電圧パルス信号が連なって構成された伝送信号における前記電源電圧レベルの電源電圧エリアに第一エリアと第二エリアが設けられる。
 前記子局は、前記第一エリアと前記第二エリアのいずれか一方に、所定期間、所定のレベルが維持される単一の電流信号を重畳し、前記親局は、前記第一エリアと前記第二エリアの電流値の差異に基づき前記データを抽出する。
 なお、本発明において、所定期間、所定のレベルが維持される単一の電流信号とは、電流が継続して流れる状態となる信号、すなわち、直流電流の信号を意味し、電流を重畳する状態(ON状態)と電流を重畳しない状態(OFF状態)が複数回繰り返される周波数信号は含まれない。なお、電流は継続して流れればよく、所定のレベルに対し許容範囲内で変動してもよい。また、電流が流れる期間は、電流信号が重畳されるエリア(第一エリア或いは第二エリア)の幅より短い期間であってもよい。
 前記電源電圧レベルのパルス信号の夫々に、前記第一エリアと前記第二エリアが設けられてもよい。
 前記電源電圧レベルのパルス信号の夫々に、前記第一エリアと前記第二エリアの何れか一方が設けられ、前記電流値の差を得るための前記第一エリアと前記第二エリアの組み合わせが予め決められていてもよい。
 前記データの抽出において、前記電流値の差が所定の範囲内にあるかどうかが判定されてもよい。
 本発明では、電源電圧レベルのパルス信号に設けられた第一エリアと第二エリアのいずれか一方のエリアに電流信号を重畳するため、伝送線の分岐など設置状態により電流値が変化する場合でも、第一エリアと第二エリアの電流値には必ず差異が生じることになる。そのため、電流信号が重畳されたことを認識して、第一エリアと第二エリアの電流値の差異に基づき、電流信号が意図するデータを抽出することができる。
 また、子局から出力されたデータ(監視データ)の電流信号の論理を判断するための基準値が、子局が電流信号を重畳しないときとなる。従って、親局側で検出される電流値が、子局が接続される個数により変化するとともに、子局の論理状態によっても変化するものであっても、基準値は個々の子局に応じて常にリフレッシュされた値となり、確実な論理判定が得られることになる。従って、直列のパルス状をなす伝送信号における電源電圧エリアを利用したデータ伝送の信頼性を高めることができる。
 第一エリアおよび第二エリアは、使用する環境や条件に応じて設定すればよいが、電源電圧レベルのパルス信号の夫々に設けることにより、監視データの電流信号の論理を判断するための基準値が、電源電圧エリア毎にリフレッシュされるため、接続される子局の個数変化や子局に接続されている装置の動作変化で生じる電流値の変化による論理判断への影響を極めて小さなものとし、信頼性を更に高めることができる。
 一方、電源電圧レベルのパルス信号の夫々に、第一エリアと第二エリアの何れか一方を設け、電流値の差を得るための第一エリアと第二エリアの組み合わせを予め決めておくことにより、第一エリアおよび第二エリアの夫々の期間を最長で電源電圧エリアと同じ長さまで伸ばすことができる。そのため、電流信号を検出するための処理に要する時間を長くすることができ、信頼性を更に高めることができる。
 更に、データの抽出において、電流値の差が所定の範囲内にあるかどうかを判定することにより、伝送異常の有無を判断することが可能となり、信頼性を更に高めることができる。
本発明に係る制御・監視信号伝送システムの実施形態における伝送信号のタイムチャート図である。 同実施形態のシステム構成図である。 親局の機能ブロック図である。 伝送信号の伝送手順を示す模式図である。 入力子局の機能ブロック図である。 出力子局の機能ブロック図である。 本発明に係る制御・監視信号伝送システムの他の実施形態における伝送信号のタイムチャート図である。
 本発明に係る制御・監視信号伝送システムの実施形態を説明する。
 この制御・監視信号伝送システムは、工場などの施設内に配置された多数の装置機器を制御部において集中制御するためのものである。図2に示すように、制御部1および共通データ信号線DP、DN(以下、伝送線とする)に接続された親局2と、被制御側となる施設内に配置され伝送線に接続された入力子局4、出力子局5および入出力子局6の複数で構成される。なお、図2においては、図示の便宜上、各々の子局が一つずつ示されているが、伝送線に接続される子局の種類や数に制限は無い。
 入力子局4が接続される入力部7、出力子局5が接続される出力部8および入出力子局6が接続される入出力部9は、被制御側となる施設内に配置された装置である。
 入力部7に相当するものとして、例えば、リードスイッチ、マイクロスイッチ、押釦スイッチ、光電スイッチ、その他各種センサを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
 出力部8に相当するものとして、例えば、アクチュエータ、(ステッピング)モータ、ソレノイド、電磁弁、リレー、サイリスタ、ランプを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
 入出力部9は、入力部7と出力部8の双方の機能を備える装置機器である。例えば、温調、タイマ、カウンタ等の装置機器で、親局2に対し情報を送信する機能と、親局2から送信されたデータに基づき出力動作を行う機能の双方を備えるものを挙げることができる。
 なお、入力部7は、入力子局4と一体化された入力部一体型子局70であってもよい。また、出力部8は、出力子局5と一体化された出力部一体型子局80であってもよい。
 制御部1は、演算処理機能を持つ管理判断手段11と入出力ユニット12を備える。管理判断手段11は、入出力ユニット12を介して親局2からデータを受け取り、内部に記憶されたプログラムに基づいて必要な演算処理を行う。
<親局の構成>
 親局2は、図3に示すように、出力データ部21、管理データ部22、タイミング発生部23、親局出力部24、親局入力部25、入力データ部26を備える。そして、伝送線に接続され、一連のパルス状信号である制御信号を伝送線に重畳するとともに、入力子局4および入出力子局6から伝送線に重畳された監視信号から抽出された監視データを制御部1の入出力ユニット12へ送出する。
 出力データ部21は、制御部1から受けたデータをシリアルデータとして親局出力部24へ引き渡す。
 管理データ部22は、子局情報テーブルを記憶する不揮発性機能を持つ記憶手段29を備える。そして、制御部1から受けたデータと子局情報テーブルに基づき、後述の管理制御データ領域において子局への指示に必要となるデータをシリアルデータとして親局出力部24へ引き渡す。
 子局情報テーブルは、監視データとして得られない子局側の情報を伝送線に出力させる、入力子局4、出力子局5または入出力子局6を指定するための管理制御アドレスデータを含んでいる。なお、この実施形態では、管理制御アドレスデータとして入力子局4、出力子局5および入出力子局6のアドレスデータである先頭アドレス番号に、種別の識別子を加えたデータが用いられている。
 タイミング発生部23は、発振回路(OSC)31とタイミング発生手段32からなり、発振回路(OSC)31を基にタイミング発生手段32が、このシステムのタイミングクロックを生成し親局出力部24、親局入力部25に引き渡す。
 親局出力部24は、制御データ発生手段33とラインドライバ34からなる。制御データ発生手段33が、出力データ部21から受けたデータと、タイミング発生部23から受けたタイミングクロックに基づき、ラインドライバ34を介して伝送線に一連のパルス状信号として伝送信号を重畳する。
 伝送手順は、図4に示すように、伝送信号のエンド信号ENDと次のエンド信号ENDの間の、制御・監視データ領域、そして管理データ領域と続く1フレームサイクルであり、複数のパルス信号が連なって構成される。
 伝送信号を構成するパルス信号は、図1に示すように、閾値Vstより高い電源電圧レベルVpの電源電圧エリアと、閾値Vstよりも低い電位レベルの低電位エリアで構成される。なお、図1において、過渡現象による影響は極めて小さいため省略されている。
 電源電圧エリアは伝送クロック信号に相当し、この実施形態では電源電圧レベルVpが+24Vとされている。なお、電源電圧レベルに制限はなく、使用環境や使用状態に応じて適宜決めることができる。負電源であってもよい。
 また、この実施形態では、電源電圧エリアが1周期の後半と、低電位エリアが1周期の前半とされているが、その順番に制限はなく、これらの順番を逆にしてもよい。電源電圧レベルを負電源とする場合も同様である。なお、この実施形態での低電位エリアは、負電源の場合、電源電圧エリアに対し高電位のエリアとなる。
 低電位エリアの電位は、制御信号のデータを表すものとなっている。すなわち、低電位エリアは制御データ領域を構成し、その制御データ領域が、図4における制御・監視データ領域の上段に相当するものとなっている。
 この実施形態では、閾値Vctより低い電位が論理データ“1”を表し、閾値Vctより高い電位が論理データ“0”を表している。この実施形態において閾値Vctは6Vに設定されているが、その大きさに制限はなく、使用状況や使用環境に応じて設定すればよい。
 電源電圧エリアは第一エリア(この実施形態では電源電圧エリアの前半)と第二エリア(この実施形態では電源電圧エリアの後半)に時分割され、いずれか一方のエリアに電流信号が重畳される。そして、第一エリアと第二エリアに電流信号を重畳するパターンは監視信号のデータを表し、そのデータは第一エリアと第二エリアの電流値の差に基づき抽出されるものとなっている。すなわち、電源電圧エリアは監視データ領域を構成し、その監視データ領域が、図4における制御・監視データ領域の下段に相当するものとなっている。
 エンド信号ENDは、パルス信号の時間幅より長く、低電位エリアの電位レベルとなっている。なお、エンド信号ENDの長さは使用条件等を考慮し適宜決めることができる。また、エンド信号ENDの後には、制御・監視データ領域に含まれない電源電圧エリア(以下、「無アドレス領域」と称する)が設けられている。
 図4に示すように、制御・監視データ領域は、制御データ領域(図4における制御・監視データ領域の上段)と、監視データ領域(図4における制御・監視データ領域の下段)で構成されている。そして、制御データ領域は出力データで構成され、監視データ領域は入力データで構成されている。
 制御・監視データ領域の後には、図4に示すように、管理データ領域が設けられている。なお、図4において、上段は親局2からデータが出力される領域(以下、管理制御データ領域とする)を、下段は親局2へデータが入力される領域(以下、管理監視データ領域とする)を示すものとなっている。
 管理制御データ領域には、入力子局4、出力子局5、入出力子局6に対して情報を要求する等の指示をなす第一管理制御データISTo、および、子局アドレスを指定する第二管理制御データIDXoが、親局2から重畳される。また、管理監視データ領域には、第二管理制御データIDXoで指定された入力子局4、出力子局5、入出力子局6から第一管理制御データISToに対応する第一管理監視データSTi及び第二管理監視データIDXiが重畳される。
 親局入力部25は監視信号検出手段35と監視データ抽出手段36で構成される。監視信号検出手段35は、入力子局4、出力子局5または入出力子局6から伝送線に重畳された監視信号を検出し、内蔵しているA/D変換器にて電流値のデジタル値を検出する。
 この実施形態の監視信号検出手段35では、電源電圧エリアの第一エリアが終了するタイミングで第一エリアの電流値のデジタル値を確定し、監視データ抽出手段36に引き渡す。また、第二エリアの終了時に第二エリアの電流値のデジタル値を確定し、監視データ抽出手段36に引き渡す。ただし、第一エリアおよび第二エリアの電流値のデジタル値を確定するタイミングに制限はなく、使用状態や使用環境に応じて決めることができる。
 監視データ抽出手段36は、監視信号検出手段35における監視信号の検出結果に基づき、対応するデータ値を入力データ部26に引き渡す。この実施形態では、監視信号検出手段35から引き渡された第一エリアの電流値のデジタル値を一時記憶し、監視信号検出手段35から第二エリアの電流値のデジタル値が引き渡されたとき、それら電流値のデジタル値の差を比較演算する。そして、第一エリアの電流値のデジタル値が第二エリアの電流値のデジタル値より大きく、その差分値が、予め設定された判定幅の中にある場合には論理データ“1”を、入力データ部26に引き渡す。また、第一エリアの電流値のデジタル値が第二エリアの電流値のデジタル値より小さく、その差分が前記判定幅の中にある場合には論理データ“0”を、入力データ部26に引き渡す。
 判定幅とは、信号が正常に伝送されている状態において、電源電圧エリアに電流信号を重畳したときに想定される電流値の変化分であり、使用状態や使用環境に応じて決めることができる。
 なお、第一エリアの電流値のデジタル値と第二エリアの電流値のデジタル値の差分がこの判定幅の下限値より小さくなる場合は、第一エリアの電流値のデジタル値と第二エリアの電流値のデジタル値に実質的な差異の無いことを意味する。すなわち、断線などにより電流信号が重畳されない、或いは短絡により常に電流信号が重畳され続ける等の異常状態を意味する。そこで、監視データ抽出手段36は、第一エリアの電流値のデジタル値と第二エリアの電流値のデジタル値の差分がこの判定幅の下限値より小さくなるとき、伝送異常であることを示すデータを、入力データ部26に引き渡す。
 また、第一エリアの電流値のデジタル値と第二エリアの電流値のデジタル値の差分がこの判定幅の上限値より大きくなる場合は、意図しない電流信号であることを意味する。すなわち、ノイズの発生や設定誤り等の意図しない状態である可能性を意味する。そこで、監視データ抽出手段36は、第一エリアの電流値のデジタル値と第二エリアの電流値のデジタル値の差分がこの判定幅の上限値より大きくなるときにも、伝送異常であることを示すデータを、入力データ部26に引き渡す。
 入力データ部26は、監視データ抽出手段36から受け取った直列の入力データを並列(パラレル)データに変換し、監視データおよび管理監視データとして制御部1の入出力ユニット12へ送出する。
<入力子局の構成>
 入力子局4は、図5に示すように、伝送受信手段41、管理制御データ抽出手段42、アドレス抽出手段43、アドレス設定手段44、管理監視データ送信手段45、入力手段46および監視データ送信手段47を有する子局入力部40を備える。また、子局入力部40と伝送線の間に配置される子局ラインレシーバ48および子局ラインドライバ49を備える。
 なお、この実施形態の入力子局4は、内部回路としてマイクロコンピュータ・コントロール・ユニットであるMCUを備えており、このMCUが子局入力部40として機能するものとなっている。
 処理において必要となる演算や記憶は、このMCUの備えるCPU、RAMおよびROMを使用して実行されるが、子局入力部40を構成する上記各手段のそれぞれの処理におけるCPU、RAMおよびROMとの関係は、説明の便宜上、図示を省略するものとする。
 伝送受信手段41は、伝送線に伝送される伝送信号を、子局ラインレシーバ48を介して受け、これを管理制御データ抽出手段42、アドレス抽出手段43および管理監視データ送信手段45に引き渡す。
 管理制御データ抽出手段42は、アドレス設定手段44で設定された自局アドレスに自局種別の識別子を付加した管理制御アドレスと一致するアドレスに対する管理制御信号のデータ(管理制御データ)を、伝送信号を構成するパルス信号の管理データ領域から抽出する。抽出された管理制御データは、そのデータに基づいた処理を実行する、図示しない処理手段に引き渡される。
 アドレス抽出手段43では、エンド信号ENDを受けた後、無アドレス領域が終了となるタイミング(この実施形態では立ち下がり)を起点として、伝送信号を構成するパルス信号のカウントが行われる。なお、このカウント値がアドレス設定手段44で設定された自局アドレスデータと一致するタイミングは、伝送信号の自局に割り当てられたデータ領域が開始するタイミング(以下、「自局領域開始タイミング」とする)となる。
 自局領域開始タイミングを得たアドレス抽出手段43は、自局領域の電源電圧エリアの期間、監視データ送信手段47を有効にする。なお、自局に割り当てられたデータ領域が、複数の伝送信号パルスで構成される場合は、自局に割り当てられたデータ領域が終了するまで、電源電圧エリアが出現する都度、その電源電圧エリアの期間、監視データ送信手段47を有効にする。
 管理監視データ送信手段45は、エンド信号ENDを受けた後、無アドレス領域が終了となるタイミング(この実施形態では立ち下がり)を起点として、伝送信号を構成するパルス信号をカウントし、管理データ領域のタイミングを得る。そして、子局ラインドライバ49を介して伝送線に管理監視信号を出力する。
 入力手段46は、入力部7からの入力に基づくデータを監視データ送信手段47に引き渡す。
 監視データ送信手段47は、アドレス抽出手段43により有効とされた場合に、入力手段46から引き渡されたデータを、子局ラインドライバ49を介して伝送線に監視信号として出力する。
 この実施形態における管理監視信号および監視信号は、データ値が論理データ“1”に相当するとき、電源電圧エリアの開始するタイミング(この実施形態では立ち上がり)から予め設定された第一設定期間、すなわち本発明の第一エリアに電流信号が重畳され、第一設定期間終了のタイミングから第二設定期間、すなわち本発明の第二エリアには電流信号が重畳されない。また、データ値が論理データ“0”に相当するとき、電源電圧エリアの第二エリアに電流信号が重畳され、第一エリアには電流信号が重畳されない。
 この実施形態において、第一設定期間と第二設定期間はいずれも、電源電圧エリアの半分に設定されている。ただし、第一設定期間および第二設定期間の長さ、すなわち第一エリアおよび第二エリアの長さに制限はなく、電源電圧エリア内に収まる範囲であれば、使用状況や使用環境に応じて適宜設定することができる。
 また、電流信号が重畳されるタイミングと論理データの関係に制限はない。電源電圧エリアの第一エリアに電流信号が重畳される場合を論理データ“0”に相当するものとし、電源電圧エリアの第二エリアに電流信号が重畳される場合を論理データ“1”に相当するものとしてもよい。
 出力子局5は、図6に示すように、伝送受信手段41、管理制御データ抽出手段42、アドレス抽出手段43、アドレス設定手段44、管理監視データ送信手段45、制御データ抽出手段51および出力手段52を有する子局出力部50を備える。
 出力子局5も、また、前記入力子局4と同様、内部回路としてマイクロコンピュータ・コントロール・ユニットであるMCUを備えており、このMCUが子局出力部50として機能するものとなっている。そして、入力子局4のMCUと同様に、出力子局5の処理において必要となる演算や記憶は、このMCUの備えるCPU、RAMおよびROMを使用して実行されるものとなっている。
 処理において必要となる演算や記憶は、このMCUの備えるCPU、RAMおよびROMを使用して実行されるが、子局出力部50を構成する上記各手段のそれぞれの処理におけるCPU、RAMおよびROMとの関係は、説明の便宜上、図示を省略するものとする。また、図6において、入力子局4と実質的に同じ部分には同符号を付し、その説明を簡略化または省略する。
 出力子局5のアドレス抽出手段43は、エンド信号ENDを受けた後、無アドレス領域が終了となるタイミング(この実施形態では立ち下がり)を起点として、伝送信号を構成するパルス信号をカウントし、そのカウント値が自局アドレス設定手段44で設定された自局アドレスデータと一致するタイミングで、制御データを抽出するタイミング信号を制御データ抽出手段51に引き渡す。
 制御データ抽出手段51は、アドレス抽出手段43から引き渡されたタイミング信号と伝送受信手段41から引き渡された伝送信号から、自局アドレス設定手段44に設定された自局アドレスに送信された制御データ値を抽出し、これを出力手段52に引き渡す。
 出力手段52は、アドレス抽出手段43から引き渡された制御データに基づいた情報を出力部8に出力し、出力部8を動作させ、或いは停止させる。
<入出力子局の構成>
 入出力子局6には、対応関係にある入力部7と出力部8の双方が接続されている。入出力子局6も、入力子局4および出力子局5と同様、内部回路としてマイクロコンピュータ・コントロール・ユニットであるMCUを備えており、このMCUが子局入出力部として機能するものとなっている。そして、入力子局4のMCUおよび出力子局5のMCUと同様に、入出力子局6の処理において必要となる演算や記憶は、このMCUの備えるCPU、RAMおよびROMを使用して実行されるものとなっている。
 処理において必要となる演算や記憶は、このMCUの備えるCPU、RAMおよびROMを使用して実行されるが、子局入出力部を構成する上記各手段のそれぞれの処理におけるCPU、RAMおよびROMとの関係は、説明の便宜上、図示を省略するものとする。また、子局入出力部は、子局入力部40および子局出力部50の双方の構成を備えるものであるが、これら各構成は子局入力部40および子局出力部50と実質的に同じものであるため、図示およびその説明は省略する。
 図1~6に示す実施形態において、制御信号のデータは低電位エリアの電位によって表されるものとなっているが、制御信号のデータを表示する方法に制限はない。例えば、低電位エリアの幅により、制御信号のデータを表すものであってもよい。
 図7は、低電位エリアの幅により制御信号のデータを表す伝送信号のタイムチャート図である。なお、図7において、図1に示す伝送信号と実質的に同じ部分には同符号を付し、その説明を省略または簡略化する。
 図7に示す伝送信号において、閾値Vstよりも低い電位レベルVlの低電位エリアの幅は、制御信号のデータを表すものとなっている。そして、伝送信号を構成するパルス信号の1周期をt0とした場合、伝送信号を構成するパルス信号のパルス幅(5/8)t0が論理データ“0”を表し、パルス幅(3/8)t0が論理データ“1”を表すものとなっている。ただし、制御部1から入力される制御データの値に応じたものであれば、その長さに制限はなく適宜に決めればよい。
 また、図7に示す伝送信号において、第一エリア(第一設定期間)および第二エリア(第二設定期間)は、幅の小さい電源電圧エリアの半分に設定されている。ただし、第一エリアおよび第二エリアの長さは、図1に示す伝送信号と同様に制限はなく、電源電圧エリア内に収まる範囲であれば、使用状況や使用環境に応じて適宜設定することができる。例えば、第一エリア終了のタイミングから電源電圧エリアの終了までの期間を第二エリアに設定してもよい。
 図1および図7に示す伝送信号の何れにおいても、第一エリアおよび第二エリアは、電源電圧レベルVpのパルス信号の夫々に、すなわち、電源電圧エリア毎に設けられているが、各電源電圧エリアには、第一エリアまたは第二エリアの何れか一方のみを設けることにしてもよい。ただし、その場合は、電流値の差を得るための第一エリアと第二エリアの組み合わせを予め決めておく。
1  制御部
2  親局
4  入力子局
5  出力子局
6  入出力子局
7  入力部
8  出力部
9  入出力部
11 管理判断手段
12 入出力ユニット
21 出力データ部
22 管理データ部
23 タイミング発生部
24 親局出力部
25 親局入力部
26 入力データ部
29 記憶手段
31 発振回路(OSC)
32 タイミング発生手段
33 制御データ発生手段
34 ラインドライバ
35 監視信号検出手段
36 監視データ抽出手段
40 子局入力部
41 伝送受信手段
42 管理制御データ抽出手段
43 アドレス抽出手段
44 アドレス設定手段
45 管理監視データ送信手段
46 入力手段
47 監視データ送信手段
48 子局ラインレシーバ
49 子局ラインドライバ
50 子局出力部
51 制御データ抽出手段
52 出力手段
70 入力部一体型子局
80 出力部一体型子局

Claims (4)

  1.  制御部とデータの授受を行う親局と、共通の伝送線を介して伝送同期方式により前記親局とデータの授受を行う子局の複数を備え、
     複数の電源電圧レベルのパルス信号が連なって構成された伝送信号における前記電源電圧レベルの電源電圧エリアに第一エリアと第二エリアが設けられ、
     前記子局は、前記第一エリアと前記第二エリアのいずれか一方に、所定期間、所定のレベルが維持される単一の電流信号を重畳し、
     前記親局は、前記第一エリアと前記第二エリアの電流値の差に基づき前記データを抽出することを特徴とする制御・監視信号伝送システム。
  2.  前記電源電圧レベルのパルス信号の夫々に、前記第一エリアと前記第二エリアが設けられる請求項1に記載の制御・監視信号伝送システム。
  3.  前記電源電圧レベルのパルス信号の夫々に、前記第一エリアと前記第二エリアの何れか一方が設けられ、前記電流値の差を得るための前記第一エリアと前記第二エリアの組み合わせが予め決められている請求項1に記載の制御・監視信号伝送システム。
  4.  前記データの抽出において、前記電流値の差が所定の範囲内にあるかどうかが判定される請求項1、2または3に記載の制御・監視信号伝送システム。
     
     
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