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公開番号2022160844
公報種別公開特許公報(A)
公開日2022-10-20
出願番号2021065312
出願日2021-04-07
発明の名称モジュールシステム
出願人株式会社チノー
代理人個人
主分類H04L 12/46 20060101AFI20221013BHJP(電気通信技術)
要約【課題】上位制御機器からモジュールシステムへの通信に、イーサネット通信とシリアル通信の変換のための通信モジュールを介さないようにする、マスターモジュールと複数のスレーブモジュールからなるモジュールシステムを提供する。
【解決手段】モジュールシステムは、マスターモジュール0150に通信の変換機能を統合し、上位制御機器0100とマスターモジュール0150への通信はイーサネット通信信号により行い、上位制御機器0100とスレーブモジュール0170との通信は、マスターモジュール0150でシリアル通信信号に変換して行うことにより、ほぼ並列に行える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
上位制御機器(AA)と、これとイーサネット通信経路にて接続され前記上位制御機器(AA)から命令を取得し、前記上位制御機器(AA)に応答を出力する1台のマスターモジュール(BA)と、マスターモジュール(BA)とバス伝送路であるシリアル通信経路で接続されマスターモジュール(BA)が直接的に管理するモジュールであって機能部品制御機能を有し、相互にバス伝送路でシリアルに接続された一以上のスレーブモジュール(CA)と、からなるモジュールシステムであって、
上位制御機器(AA)は、
マスターモジュール(BA)に対して命令を出力する対マスターモジュール命令出力部(AB)と、
マスターモジュール(BA)から応答を取得する対マスターモジュール応答取得部(AC)と、
スレーブモジュール(CA)に対して命令をマスターモジュール(BA)を介して間接的に出力する対スレーブモジュール命令出力部(AD)と、
スレーブモジュール(CA)から応答をマスターモジュール(BA)を介して間接的に取得する対スレーブモジュール応答取得部(AE)と、
マスターモジュール(BA)とイーサネット通信をするための上位制御機器イーサネット通信部(AF)と、を有し、
マスターモジュール(BA)は、
上位制御機器(AA)とイーサネット通信信号を送受信するためのマスターモジュールイーサネット送受信部(BB)と、
マスターモジュールイーサネット送受信部(BB)が受信したイーサネット通信信号が自身宛か、スレーブモジュール(CA)宛かを判別する判別部(BC)と
前記判別部(BC)での判別結果がスレーブ宛であった場合には、前記受信したイーサネット通信信号をスレーブモジュールとのシリアル通信信号へ変換し、必要に応じてスレーブモジュール(CA)から受信するシリアル通信信号をイーサネット通信信号に変換するプロトコル変換部(BD)と、
変換したシリアル通信信号をスレーブモジュール(CA)へバス伝送路を介して送信し、スレーブモジュール(CA)から送信に応じた結果を同じくバス伝送路を介して受信するバス送受信部(BE)と
前記判別部(BC)での判別結果がマスター宛であった場合には、
受信したイーサネット通信信号に基づいてそのまま処理を行う処理部(BF)と、を有する
モジュールシステム。
続きを表示(約 2,300 文字)【請求項2】
上位制御機器(AA)と、これとイーサネット通信経路にて接続され前記上位制御機器(AA)から命令を取得し、前記上位制御機器(AA)に応答を出力する1台のマスターモジュール(BA)と、マスターモジュール(BA)とバス伝送路であるシリアル通信経路で接続されマスターモジュール(BA)が直接的に管理するモジュールであって機能部品制御機能を有し、他のスレーブモジュール(CA)とバス伝送路でシリアルに接続された一以上のスレーブモジュール(CA)と、からなる計算機であるモジュールシステムの動作方法であって、
計算機である上位制御機器(AA)の動作方法は、
マスターモジュール(BA)に対して命令を出力する対マスターモジュール命令出力ステップ(ab)と、
マスターモジュール(BA)から応答を取得する対マスターモジュール応答取得ステップ(ac)と、
スレーブモジュール(CA)に対して命令をマスターモジュール(BA)を介して間接的に出力する対スレーブモジュール命令出力ステップ(ad)と、
スレーブモジュール(CA)から応答をマスターモジュール(BA)を介して間接的に取得する対スレーブモジュール応答取得ステップ(ae)と、
マスターモジュール(BA)とイーサネット通信をするための上位制御機器イーサネット通信ステップ(af)と、を有し、
計算機であるマスターモジュール(BA)の動作方法は、
上位制御機器とイーサネット通信信号を送受信するためのマスターモジュールイーサネット受信ステップ(bb)と、
マスターモジュールイーサネット受信ステップ(bb)が受信したイーサネット通信信号が自身宛か、スレーブモジュール(CA)宛かを判別する判別ステップ(bc)と
前記判別ステップ(bc)での判別結果がスレーブ宛であった場合には、前記受信したイーサネット通信信号をスレーブモジュールとのシリアル通信信号へ変換し、必要に応じてスレーブモジュール(CA)から受信するシリアル通信信号をイーサネット通信信号に変換するプロトコル変換ステップ(bd)と、
変換したシリアル通信信号をスレーブモジュール(CA)へバス伝送路を介して送信し、スレーブモジュール(CA)から送信に応じた結果を同じくバス伝送路を介して受信するバス送受信ステップ(be)と
前記判別ステップ(bc)での判別結果がマスター宛であった場合には、
受信したイーサネット通信信号に基づいてそのまま処理を行う処理ステップ(bf)と、を有する
計算機であるモジュールシステムの動作方法。
【請求項3】
上位制御機器(AA)と、これとイーサネット通信経路にて接続され前記上位制御機器(AA)から命令を取得し、前記上位制御機器(AA)に応答を出力する1台のマスターモジュール(BA)と、マスターモジュール(BA)とバス伝送路であるシリアル通信経路で接続されマスターモジュール(BA)が直接的に管理するモジュールであって機能部品制御機能を有し、他のスレーブモジュール(CA)とバス伝送路でシリアルに接続された一以上のスレーブモジュール(CA)と、からなる計算機であるモジュールシステムに読み込み可能な動作プログラムであって、
計算機である上位制御機器(AA)に読み込み可能な動作プログラムは、
マスターモジュール(BA)に対して命令を出力する対マスターモジュール命令出力ステップ(ab)と、
マスターモジュール(BA)から応答を取得する対マスターモジュール応答取得ステップ(ac)と、
スレーブモジュール(CA)に対して命令をマスターモジュール(BA)を介して間接的に出力する対スレーブモジュール命令出力ステップ(ad)と、
スレーブモジュール(CA)から応答をマスターモジュール(BA)を介して間接的に取得する対スレーブモジュール応答取得ステップ(ae)と、
マスターモジュール(BA)とイーサネット通信をするための上位制御機器イーサネット通信ステップ(af)と、を有し、
計算機であるマスターモジュール(BA) に読み込み可能な動作プログラムは、
上位制御機器とイーサネット通信信号を送受信するためのマスターモジュールイーサネット受信ステップ(bb)と、
マスターモジュールイーサネット受信ステップ(bb)が受信したイーサネット通信信号が自身宛か、スレーブモジュール(CA)宛かを判別する判別ステップ(bc)と
前記判別ステップ(bc)での判別結果がスレーブ宛であった場合には、前記受信したイーサネット通信信号をスレーブモジュールとのシリアル通信信号へ変換し、必要に応じてスレーブモジュール(CA)から受信するシリアル通信信号をイーサネット通信信号に変換するプロトコル変換ステップ(bd)と、
変換したシリアル通信信号をスレーブモジュール(CA)へバス伝送路を介して送信し、スレーブモジュール(CA)から送信に応じた結果を同じくバス伝送路を介して受信するバス送受信ステップ(be)と
前記判別ステップ(bc)での判別結果がマスター宛であった場合には、
受信したイーサネット通信信号に基づいてそのまま処理を行う処理ステップ(bf)と、を有する
計算機であるモジュールシステムに読み込み可能な動作プログラム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、上位制御機器と、一のマスターモジュールと、一以上のスレーブモジュールと、からなるモジュールシステムに関するものであり、上位制御機器からの命令をマスターモジュールまたはスレーブモジュールへ伝送する技術に関する。
続きを表示(約 2,800 文字)【背景技術】
【0002】
例えば、航空機の機体外壁に使われる炭素繊維強化プラスチックの成型ホットプレスなどの温度制御では、一のマスターモジュールと複数のスレーブモジュールとを連結し多数の対象の熱源制御を行っている。マスターモジュールは、制御対象となる多数の加熱箇所の温度を制御するための制御条件などをPCやPLC(programmable logic controller)などの上位制御装置から受信し、受信した制御条件などに基づき自身に接続された複数のスレーブモジュールに対して制御のための信号(目標温度や操作量など)を送信する。そして、これらの信号を受信したスレーブモジュールのそれぞれは受信した信号に基づいて制御対象の制御を行う(特許文献1)。
【0003】
上記の温度制御などのために多数のヒータの制御と、温度計による監視を行う場合、素早く確実に命令やデータをやり取りすることが必要となる。
【0004】
現在制御機器用に広く使われている通信形式としてRS-485などがある。RS-485はマルチドロップに対応したバス形式の、マルチポイントシリアル接続であり、物理層の電気的仕様を規定する。より古く、広く使われてきたRS-232Cの欠点(1対1接続、短距離)を解消すべく改良されてきたもので、RS-232Cの改良版のRS-422を経て(1対10接続可、長距離対応)、RS-485が開発された。RS-485は、最大32対32の多対多接続が可能で、RS-422と同様1200mまでの最大通信距離と10Mbpsの最大伝送速度を持つ(差動信号方式の為、距離が延びると伝送速度が低下する、最大距離における伝送速度は100kbps程度)。またRS-422と同様にツイストペアのワイヤ上でシングルパルスの差動信号を用い、ツイストペアのワイヤの平均電圧であるコモンモード電圧の範囲が-7V~+12Vと広く許容されているため、ノイズに強い特徴を持つ。そのため、製造装置などノイズ源近傍に配置する制御装置などの通信に古くから広く使われてきた。
【0005】
一方インターネット回線などに用いられているイーサネット通信は、データにヘッダをつけてパケット化し送信する方式で、大容量のデータを送るのに適している。しかし、標準的なイーサネット通信では仕様上、通信速度や遅延時間を保証されていない。インターネットでの動画閲覧時などに、時々遅くなったり画質が下がったりするのは、回線を使用するユーザ数が多かったり、大容量の通信を行っているユーザがいるためである。ノイズがのったために通信が失敗した場合も通信をやり直す場合があり遅延する。製造装置などの制御に用いるマスターモジュールとスレーブモジュール同士をイーサネット通信経路で接続した場合、マスターモジュールに対して複数のスレーブモジュールが同時に通信を行うとパケットの伝達が干渉しキャンセルされたり、ノイズにより通信が失敗して再通信し直すことで遅延したり、イーサネット通信経路に大容量データの送受信を行う別ユーザが接続しているとデータの通信速度が遅くなったりして、リアルタイム性に劣る結果となる。そのためマスターモジュールとスレーブモジュール間は、ノイズに強くリアルタイム性に優れたRS-485等のシリアル通信が採用されてきた。
【0006】
物理層(電気仕様)としてRS-485を使用する通信プロトコルとして、産業用にはModbusが広く使われている。Modbusプロトコルは、Modbus RTU、Modbus ASCIIの2種があり、のちに物理層としてイーサネットを用いるModbus/TCPが追加された。
【0007】
上述した成型ホットプレスなどの温度制御などの製造工程では、一のマスターモジュールと複数のスレーブモジュールとを連結し多数の対象の熱源制御を行っている。図6を用いて従来例を示す。PCやPLC等である上位制御機器(0601)と通信モジュール(0610)とイーサネットを介して接続されている。通信モジュール(0610)は、イーサネット通信信号と汎用シリアル通信信号(Modbus RTU)の間の変換を行う。通信モジュール(0610)とマスターモジュール(0602)はシリアル通信経路で接続され、汎用シリアル通信信号で通信を行う。マスターモジュール(0602)とスレーブモジュール1(0603)~スレーブモジュールn(0605)は、シリアル通信経路(シリアル通信I/F1:RS-485)を用いてカスケード接続される。図6ではシリアル通信経路を点線で、イーサネット通信経路を太実線で記載している。スレーブモジュールとマスターモジュール(0602)は同型機であるが、スイッチ設定でマスター/スレーブを切り替え設定できる。1台をマスター設定し他をスレーブ設定して用いる。
【0008】
加熱炉(0609)内の加工部材(0608)に対し、複数のヒーター(0606)と温度計(0607)を取り付けられている。一部のヒータと温度計はマスターモジュール(0602)自身が制御/監視する。その他のヒータと温度計はスレーブモジュール1(0603)からスレーブモジュールn(0605)が制御しており、前記スレーブモジュールをマスターモジュール(0602)が管理する。マスターモジュール(0602)に対して通信モジュール(0610)を介して上位制御機器(0601)が命令を送信し、マスターモジュールからの応答を受信する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
特開昭62-176295号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
上述したように図6に示す加熱工程を制御するモジュールシステムでは、上位制御機器(0601)からの命令は、通信モジュール(0610)内で信号の内容を確認せずに汎用シリアル通信信号へ変換され、マスターモジュール(0602)及びマスターモジュールにカスケード接続されたスレーブモジュールへ送信する。マスターモジュール又はスレーブモジュールは自機宛の信号を受信し、応答を通信モジュールへ返す。シリアル通信経路での通信ではRS-485仕様では多数台の接続が可能だが、通信時に送信側と受信側で信号送信している間は信号ラインを占有するため、その間の通信は1対1で行っている。従って通信モジュールがスレーブモジュールと通信している間は、通信モジュールとマスターモジュール間は通信できず、また、同じように、通信モジュールがマスターモジュールと通信している間は、通信モジュールとスレーブモジュール間は通信できないという課題があった。
(【0011】以降は省略されています)

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