JP4068079B2 - データ伝送方式 - Google Patents

Description

この発明は、１台の制御装置に連なる複数の被制御機器を制御するためのデータ伝送方式に関するものである。

従来、１台の制御装置（ホスト装置）に複数の被制御機器（増設装置）を接続してこれら被制御機器を制御する際に、被制御機器の増設に伴って制御信号の本数が増加してしまう不都合を改善するために、装置間をシリアル伝送により接続するという提案がある（例えば特許文献１参照）。この方式では、複数の増設装置は、全て並列に接続され、一定本数の信号線によりホスト装置と接続される構成を持つ。そして、ホスト装置は、増設装置に対して、クロック信号を送出すると共に、そのクロック信号に同期して、増設装置の別を示す選択ビットと伝送データとを一定ビット数単位でシリアル信号にして送出し、増設装置側からの伝送データを読み取ることを行うようにしている。一方、各増設装置は、ホスト装置からの一定ビット数のデータを受信した場合、そのデータ内にある選択ビットと、予め１台ごとに設定されている選択コードのビットデータとを照合し、両者が一致した場合にはその一定数のデータ内にある伝送データ読み取ると共に、その読取動作に並行して、送信すべき伝送データを一定ビット単位でシリアル信号により送出するようにしている。このことにより、ホスト装置と各増設装置は、シリアル信号により伝送データをやり取りするので、両者間の信号線の本数が少なく済み、また、複数の増設装置は信号線に並列接続されるので、台数が増加しても信号線の本数は増やす必要がなくなる。

特開平５−４６５４８号公報

以上のようなシリアル伝送を行うことによる機器接続の場合、選択機器の上限を予め設定して識別コード（ビット数）やデータフレームを決めているため、増設台数に上限がある。したがって、新たな被制機器を追加する際に、その追加台数の制限があるため、予め設定されたデータフレームに必要なデータ長が納まりきらないということが起り、既設の被制御機器にも接続条件で変更が要求されることになるなどの問題が生ずる。

この発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、接続台数やデータフレームのデータ長の制限を取り除いて、制御データをシリアル伝送することにより被制御機器間の信号線の接続本数を増やすことのないデータ伝送方式を得ることを目的とする。

この発明に係るデータ伝送方式は、制御装置から出力された伝送データが複数の被制御機器を一巡して戻る制御ループを形成し、伝送データは、制御装置および複数の被制御機器の動作の基準となるクロック信号と、複数の被制御機器に対応してビット列で表した設定データと状態データの各フレームからなる制御データと、制御データ上の設定データの取り込み個所と状態データの挿入個所を表すストローブと、制御データ上のフレームの区切りを示すフレーム区切り信号を有し、複数の被制御機器のそれぞれは、ストローブが設定データの取り込み個所を示す状態にあるとき自己の位置を示すフレーム区切り信号を検出すると、制御データから対応フレームの設定データを取り込んで所定の設定を行い、その後、ストローブが状態データの挿入個所を示す状態にあるとき自己の位置を示すフレーム区切り信号を検出すると、制御データ上の対応フレームに自己の状態データを挿入し制御ループを介して制御装置へ向けて伝送するものである。

この発明によれば、被制御機器の接続数の増減は伝送データ上の段数Ｎの値をソフトウェア上で簡単に変更するだけで済むので、制御装置側においてハードウェアを作り変える必要が無く、配線を個別に追加して引き回す必要が無く、ほぼ無制限に被制御機器を追加できる効果がある。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１乃５によるデータ伝送方式の構成を示すブロック図である。この構成は、伝送データを光信号にして光ファイバを用いて伝送し被制御機器２_１〜２_Ｎの制御を行うデータ伝送方式について例示したものであるが、この発明は電線を用いた場合においても同様に適用できるものである。
制御装置１は、被制御機器２_１〜２_Ｎにおいて、例えば各種スイッチ切替、フィルタ選択、パラメータ切替等の制御を行わせ、かつ被制御機器２_１〜２_Ｎの状態を入手するための伝送データの送受信を行う手段である。被制御機器２_１〜２_Ｎのそれぞれは、例えばアンテナ素子を用いて受信した信号の通過帯域フィルタの切り替えを行うものであるが、この例は発明を特定するものではない。被制御機器２_１〜２_Ｎ内の被制御機器５は、この例では受信器を表す。Ｉ／Ｆ変換部３は、光信号で入力される伝送データを電気信号に変換し、かつ被制御機器５の設定状態や状況を表す伝送データの電気信号を光信号に変換し伝送路に出力する機能と、シリアルデータを被制御機器５に与えるパラレルデータに変換し、被制御機器５からのパラレルデータをシリアルデータに変換する機能を有する手段であり、光Ｉ／Ｆカードのような名称で呼ばれている。

制御装置１からは４種類の信号線が被制御機器２_１〜２_Ｎを一巡するように直列に接続されており、制御データがループして最終的に制御装置１側に戻ってくる構成を持つ。制御装置１からの伝送データ４ａ，４ｂは、シリアルに伝送される複数の信号からなり、所望の段数の被制御機器２_１〜２_Ｎに取り込まれて被制御機器２_１〜２_Ｎを必要な状態に設定し、また被制御機器２_１〜２_Ｎの状態を制御装置１へ伝送する役割を持つ。伝送データ４ａ，４ｂの構成はこの実施の形態１に係る動作を説明する図２のタイムチャートに示される。ここでは、制御装置１から出力される伝送データ４ａと制御ループから戻って来る伝送データ４ｂ、Ｉ／Ｆ変換部３に入力されるデータ５ａ、Ｉ／Ｆ変換部３が伝送路へ出力するデータ５ｂが示されている。

伝送データ４ａ，４ｂは、制御装置１および被制御機器２_１〜２_Ｎの動作の基準となるクロック信号ＣＬＫ、ビット列で表される制御データＤＴ、制御データＤＴ上の設定データの取り込み個所と状態データの挿入個所を示すストローブＳＴＢ、および制御データＤＴ上のフレームの区切りを示すフレーム区切り信号ＦＲＭの４本から少なくとも構成される。ここで、制御データＤＴは、被制御機器２_１〜２_Ｎに対応する設定データ（設定１、設定２、…、設定Ｎ）のフレームと状態データ（状態１、状態２、…、状態Ｎ）のフレームからなる。各設定データのビット数はｋで表され、各状態データのビット数はｍで表されるものとする。ストローブＳＴＢは、“Ｈ”と“Ｌ”の状態を持ち、“Ｈ”状態は、被制御機器２_１〜２_Ｎが制御データＤＴから自己に対応した設定データを取り込める期間を表し、“Ｌ”の状態は、制御データＤＴに状態データを挿入できる期間を表している。

次に、一般的な伝送動作について説明する。
制御装置１から伝送データ４ａが出力されると、被制御機器２_１〜２_Ｎのそれぞれは、ストローブＳＴＢが“Ｈ”の状態になるとフレーム区切り信号ＦＲＭを数え出す。自己の位置を示すフレーム区切り信号ＦＲＭが来ると、制御データＤＴ上の対応フレームの設定データ（設定１、設定２…設定Ｎのうちの該当するデータ）の取り込みを行う。対応フレームに設定データが存在する場合、取り込まれた設定データは、パラレルデータに変換されて受信器（被制御部）５に送られ、その内容に従って被制御部５は所定の設定を行う。その後、ストローブＳＴＢが“Ｌ”の状態になると、被制御機器２_１〜２_Ｎは、フレーム区切り信号ＦＲＭを数え、自己の位置を示すフレーム区切り信号ＦＲＭが来ると、制御データＤＴ上の対応フレーム（状態１、状態２…状態Ｎのうちの該当フレーム）内に自己の状態データを挿入する。これらの動作を被制御機器２_１〜２_Ｎで順次行うことにより出力された伝送データ４ｂは制御装置１へ向けて伝送される。
なお、設定動作を行う時以外はクロック信号ＣＬＫを停止することでノイズ低減を行うようにしてもよい。

次に、被制御機器が増減される場合について説明する。
被制御機器が、例えば１段増えてＮ＋１段となった場合、制御データＤＴを構成する設定データと状態データの各フレームをＮ＋１個に増やす。ストローブＳＴＢの長さもその分伸び、フレーム区切り信号ＦＲＭの数も増えるように設定される。逆に、被制御機器が減らされＮ−１段となった場合、制御データＤＴの設定データと状態データの各フレームはＮ−１個に減じ、ストローブＳＴＢの長さもその分短くなり、フレーム区切り信号ＦＲＭの数も減じる。

以上のように、この実施の形態１によれば、被制御機器の接続数の増減は伝送データを構成する制御データＤＴのフレームの段数Ｎ、対応したストローブＳＴＢの長さおよびフレーム区切り信号ＦＲＭの数を変更することで対応が可能となるので、制御装置側はソフトウェア上の簡単な変更を行うだけで済み、ハードウェアを作り変える必要も無く、また配線を個別に追加して引き回す必要も無いという効果が得られる。既設の被制御機器に識別ビットの追加などの変更を加えることなく、ほぼ無制限に被制御機器を追加できる効果が得られる。
なお、上記動作例では、制御ループ上にある被制御機器の接続順が設定データの送付順序と一致させるようにして説明してきたが、この被制御機器の接続順は必ずしも設定データの送付順序と一致させなくてもこの発明は適用できる。すなわち、各被制御機器でフレーム区切り信号ＦＲＭの識別位置を予め決めておけば、送付順序は制限されない。したがって、物理的な配置に制約を持たずに被制御機器を増減させることができる効果が得られる。

実施の形態２．
図３は実施の形態２に係る伝送データを説明するタイムチャートである。
図３（Ａ）は上記実施の形態１の場合について示したもので、伝送データを構成している制御データのフレーム長（設定１、設定２…設定Ｎのビット数ｋおよび状態１、状態２…状態Ｎのビット数ｍに相当する。）を固定している。図３（Ｂ）はこの実施の形態２の例を示している。データフレーム長は固定長にせず、必要に応じた値（全てが異なる場合もあり、一部が同じ値となる場合もある。）に設定する。例えば設定データのフレームをビット数ｋ１，ｋ２，…ｋｎ、状態データのフレームをｍ１，ｍ２，…，ｍｎなどユニークな値に設定にする。
被制御機器２_１〜２_Ｎが同一のタイプでない場合、設定や状態を表すデータ量が異なる場合がある。したがって、このような場合、実施の形態２のように設定データおよび状態データの少なくとも一方のフレーム長を選択設定できるようにすることで、制御装置側はハードウェアを作り変えることなく対応可能となる。

実施の形態３．
図４は実施の形態３に係る伝送データのタイムチャートである。
この図は、制御データＤＴにおいて、設定データ「設定２」（および「状態２」）には有効／無効のフラグが「有効」に設定され、その他の設定データには有効／無効のフラグが「無効」に設定された場合を示している。この場合、例えば「設定１」には有効／無効のフラグが「無効」であるため、対応する被制御機器２_１の設定は実行（上書き）されないが、有効／無効のフラグが「有効」である「設定２」は対応する被制御機器２_２の設定が実行（上書き）される。制御データＤＴ内に有効／無効のフラグを設けない場合は、変更が無くともすべての設定を毎回逐一送信しないと、それまでの設定がクリアされてしまうことになり、伝送制御上の無駄が多くなる。なお、設定された状態は、状態２として制御装置１に伝送される。
したがって、制御データＤＴ内に有効／無効のフラグを設けることにより、被制御機器２_２のみ設定を更新したい場合に、被制御機器２_２〜被制御機器２_Ｎのすべてのデータを伝送することなく、更新すべき個所だけフラグを「有効」とし設定データを伝送すれば、所定の被制御機器のみを制御することが可能となる。

実施の形態４．
図５は実施の形態４に係る伝送データのタイムチャートである。
実施の形態１乃至３ではストローブＳＴＢが“Ｌ”時に制御データＤＴが被制御機器２_１〜２_Ｎの出力の状態データを伝送していたが、この実施の形態４ではこの状態データの伝送を行わないようにしている。すなわち、ここでは制御データＤＴは状態データのフレームを有せず、被制御機器２_１〜２_Ｎを制御する設定データのみの片方通信を行う。被制御機器の設定だけを対象とした場合に対応するものである。
また、被制御機器２_１〜２_Ｎのうち所定の複数台、例えば２段目から４段目の機器２_２〜２_４に同一設定「設定２」を行う場合、被制御機器２_２〜２_４はいずれも同一段数のフレーム区切り信号ＦＲＭ、すなわち２番目の信号を検出するように予めセットしておく。すると、所定の複数台の被制御機器はいずれも設定データ「設定２」を取り込むので、同一設定を行うことが可能になる。片方通信による制御であって同一設定を対象とする被制御機器が多い場合、このように制御データＤＴに対して被制御機器を並列動作させることができるので、制御装置側での伝送データの構成設定の簡略化が図れる。
さらに、この場合に加え、設定データのフレーム内に同一段数内での被制御機器を識別するための識別ビットを設けておくようにする。例えば設定データ「設定２」のフレーム内にある識別ビットの設定が「０」であった場合は、これら３台の被制御機器がすべて設定データ「設定２」を取り込むが、識別ビットの設定が「４」であった場合は、これら３台のうちの被制御機器２_４だけが設定データ「設定２」を取り込むといった制御が可能となる。したがって、同一段数のフレーム設定機器を、必要に応じてまとめて、もしくは個別に設定することが可能となる。

実施の形態５．
図６は実施の形態５に係る伝送データのタイムチャートである。
上記実施の形態１ではフレーム区切り信号ＦＲＭを計数することにより設定データのフレームの取り込み動作と状態データのフレームの挿入動作を行っていたが、この実施の形態５ではフレーム区切り信号ＦＲＭを用いない信号構成としている。ここでは、フレーム区切り信号ＦＲＭの代わりにタイムスロット（信号の時間の区切り）を用いて設定データと状態データのフレームを認識するようにしたものである。そのための条件として、設定データと状態データの長さはそれぞれ一定もしくは整数倍の関係に設定される。タイムスロットの検出は、被制御機器２_１〜２_Ｎにおいて、ストローブＳＴＢの立ち上がりからクロック信号ＣＬＫを計数することにより行われる。
この実施の形態５によれば、実施の形態１の場合からフレーム区切り信号ＦＲＭの信号線を削減できることになる。

実施の形態６．
図７は実施の形態６によるデータ伝送方式の構成を示すブロック図である。
ここでは、図１の構成と比べると、方路切替部７を備え、被制御機器が方路切替部７を介して制御ループ構成を変更できるように構成されている。
この場合、制御データＤＴにおいて最初の設定データのフレームを方路切替動作に割り当てる。方路切替部７は、被制御機器のＩ／Ｆ変換部３と同様な動作を行うもので、自己の設定データを受信すると、その内容に従って被制御機器２０_１〜２０_Ｎのグループを制御ループに加えるか、除くかの設定を行う。制御ループに加えた場合、他の被制御機器２１_１〜２１_Ｍのグループと制御ループを構成し、伝送データが送られ実施の形態１で述べたと同様の動作を行う。一方、方路切替部７で、被制御機器２０_１〜２０_Ｎのグループを除く設定が行われた場合、伝送データは方路切替部７から直接被制御機器２１_１〜２１_Ｍのグループだけの制御ループに送られ、これらの被制御機器２１_１〜２１_Ｍに対する設定を順次行うことになる。
したがって、この実施の形態６のような構成にすることで、常時制御する被制御機器と必要に応じて制御する被制御機器とに分けて編成することができる。このことにより全数制御する時間がない場合などに対応可能となる。

図１はこの発明の実施の形態１乃至５によるデータ伝送方式の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る動作を説明する伝送データのタイムチャートである。 この発明の実施の形態２に係る伝送データのタイムチャートである。 この発明の実施の形態３に係る伝送データのタイムチャートである。 この発明の実施の形態４に係る伝送データのタイムチャートである。 この発明の実施の形態５に係る伝送データのタイムチャートである。 この発明の実施の形態６によるデータ伝送方式の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ 制御装置、２_１〜２_Ｎ，２０_１〜２０_Ｎ，２１_１〜２１_Ｍ 被制御機器、３ Ｉ／Ｆ変換部、４ａ，４ｂ 伝送データ、５ 受信器（被制御部）、７ 方路切替部、ＤＴ 制御データ、ＣＬＫ クロック信号、ＦＲＭ フレーム区切り信号、ＳＴＢ ストローブ。

Claims (8)

1. 制御装置から出力された伝送データが複数の被制御機器を一巡して戻る制御ループを形成し、
   前記伝送データは、
   前記制御装置および前記複数の被制御機器の動作の基準となるクロック信号と、
   前記複数の被制御機器に対応してビット列で表した設定データと状態データの各フレームからなる制御データと、
   制御データ上の設定データの取り込み個所と状態データの挿入個所を表すストローブと、
   制御データ上のフレームの区切りを示すフレーム区切り信号を有し、
   前記複数の被制御機器のそれぞれは、ストローブが設定データの取り込み個所を示す状態にあるとき自己の位置を示すフレーム区切り信号を検出すると、制御データから対応フレームの設定データを取り込んで所定の設定を行い、その後、ストローブが状態データの挿入個所を示す状態にあるとき自己の位置を示すフレーム区切り信号を検出すると、制御データ上の対応フレームに自己の状態データを挿入し前記制御ループを介して前記制御装置へ向けて伝送することを特徴とするデータ伝送方式。
2. 設定データおよび状態データの少なくとも一方のフレーム長は、各被制御機器に対応して決められたビット数で設定されていることを特徴とする請求項１記載のデータ伝送方式。
3. 制御データ内に有効／無効のフラグが設けられ、当該有効／無効のフラグの指定に応じて対応する被制御機器が設定データを取り込み要求された設定を行うようにしたことを特徴とする請求項１記載のデータ伝送方式。
4. 制御データは、状態データのフレームを有しないようにしたことを特徴とする請求項１記載のデータ伝送方式。
5. 被制御機器のうち所定の複数台は、同一段数のフレーム区切り信号を検出するように予めセットされていることにより、前記所定の複数台が同一設定データを取り込むようにしたことを特徴とする請求項４記載のデータ伝送方式。
6. 設定データは、そのフレーム内に同一段数内の被制御機器を識別するための識別ビットを設けており、識別ビットによる指定に応じて同一段数内の被制御機器が設定データを取り込んで要求された設定を行うようにしたことを特徴とする請求項５記載のデータ伝送方式。
7. 設定データと状態データの長さをそれぞれ一定もしくは整数倍の関係に設定し、フレーム区切り信号の代わりに、クロック信号を計数することによりタイムスロットを検出し設定データと状態データのフレームを認識するようにしたことを特徴とする請求項１記載のデータ伝送方式。
8. 複数の被制御機器を少なくとも２つのグループに分け、一方のグループを含んだ制御ループ内に他方のグループを加えるか除くかの方路切り替えを行う方路切替部を備え、当該方路切替部の方路切替動作の設定は設定データのフレームに割り当てられていることを特徴とする請求項１記載のデータ伝送方式。

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