JPH04188926A - ループ状データ伝送システムの信号経路切替装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は複数のノードとメインコントローラとをルー
プ接続してデータ伝送を行なうループ状データ伝送シス
テムに関し、特にノードの交換、追加、削除を活線着脱
でなし得る信号経路切替装置に関する。

〔従来の技術 及び発明が解決しようとする課題〕

プレス、工作機械、建設機械、船舶、航空機、無人搬送
装置、無人倉庫等を集中管理する場合、装置各部の状態
を検出する多数のセンサおよび装置各部の状態を制御す
る多数のアクチュエータが必要となる。このセンサおよ
びアクチュエータの数は例えばプレスを考えた場合３０
００以上にも及び、他の装置においては更に多数となる
ものもある。

従来、この種の装置を集中管理する集中管理システムと
しては、機械各部に設置されたセンサおよびアクチュエ
ータを１つのコントローラに直接接続し、上記コントロ
ーラで接続されたセンサおよびアクチュエータを集中制
御するシステムかあるが、この場合にはセンサやアクチ
ュエータの数を考えると、配線数、コストか膨大になり
、メインテナンス性が悪くなる。そこで、この様なシス
テムでは、省配線化のため、複数のノードをメインコン
トローラとともにループ状やバス状に接続するとともに
各ノードに複数のセンサおよびアクチュエータを接続し
、メインコントローラからの信号によって各ノードを制
御するようにしたシステムが一般的である。。

このようなシステムでは、各センサおよび各アクチュエ
ータのリアルタイム性をいかにして確保するかが問題と
なるが、この面ではループ形態のほうが有利である。な
ぜならば、ハス形態では通信路を信号が両方向（メイン
コントローラーノート１　ノート→メインコントローラ
）に伝わるのに対し、ループ形態では信号か一方向に伝
わるため、ループ形態のほうかサンプリング周期（シス
テム内の全ての端末と信号を授受する時間）を短くてき
るためである。

しかしながら、ループ形態では、通信経路の断線などの
障害に非常に弱いという大きな欠点がある。すなわち、
ループ形態において、通信経路に１か所でも断線などの
障害かあると、システム全体かダウンしてしまう。これ
に対し、バス形態では障害の発生した部分のみを通信路
から切り離せば、他の部分に直接影響が及ばなくなり、
システムをダウンさせることなく障害部分の復旧を行な
うことができる。これを活線着脱という。

さらに、通常上記システムを立ち上げる際には、全てを
組み上げてから立ち上げ試験をするのではなく、第９図
に示すように、まずシステムの一部を組み上げ、二の部
分のチエツクが終了してからシステムを拡張していくの
が通常の手法である。

この点でも、バス形態では組み上げの際順次ノードを追
加、結線していけばよいが、ループ形態では、第９図に
示すようにその都度配線組み替えを行なわなくてはなら
ない問題がある。

この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ル
ープ状の信号伝送路によってデータ通信を行なうシステ
ムにおいて、活線着脱をもってシステムの変更、拡張を
なし得るループ状データ伝送システムの信号経路切替装
置を提供しようとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明の信号経路切替装置は、複数のノードとメイン
コントローラとの間でデータフレーム信号のシリアル伝
送を行なうループ状データ伝送システムにおける前記複
数のノードに各別に接続されてかつ前記メインコントロ
ーラとともにループ接続され、前段ノードからの信号経
路および当該ノードからの信号経路を択一選択して後段
ノードへの信号経路に接続するものであって、当該ノー
ドから送出されるデータフレーム信号か所定時間以上の
間受信されていないことを検出する第１の検出手段と、
当該ノートから送出されるデータフレーム信号を検出す
る第２の検出手段と、前記第１および第２の検出手段の
検出出力に応じて前段ノードからの信号および当該ノー
ドからの信号の切替選択を行なう切替選択回路とを具え
て構成される。

このループ状データ伝送システムにおいては、上記複数
の信号経路切替装置かメインコントローラと共にループ
状に接続され、各ノードはこれら複数の信号経路切替装
置に対して各別に接続される。

〔作用〕

各信号経路切替装置においては、当該信号経路切替装置
に接続されたノードから出力されたデータフレーム信号
が検出されているときは、当該ノードからの信号経路を
選択して後段ノードへの信号経路に接続し、当該ノード
から送出されるべきデータフレーム信号が所定時間以上
の間受信されていないことを検出すると、前段ノードか
らの信号経路を選択して後段ノードへの信号経路に接続
する。

〔実施例〕

以下、添付図面を参照してこの発明の一実施例を詳細に
説明する。

第１図はこの発明の実施例を示すもので、この第１図は
システムが完全に組み上げられた最終状態を示している
。

この第１図において、ホストコントローラ２００はプレ
ス各部を統轄管理するものである。メインコントローラ
１００は信号経路切替回路２〇−１〜２０−Ｎを介して
接続された複数のノード１０−１〜１０−Ｎとのデータ
授受制御を行うものであり、各ノード１０−１〜１０−
Ｎを介してセンサ群５ｌ−ＳＮのデータを収集するとと
もにアクチュエータ群Ａ１〜ＡＮへデータを送出する働
きをする。。センサ群８１〜ＳＮは機械の各部に配設さ
れ、機械の各部の状態を検出するものである。アクチュ
エータ群Ａ１〜ＡＮは機械の各部に配設され、機械の各
部を駆動するものである。ノード１〜Ｎは、メインコン
トローラ１０とセンサ群、アクチュエータ群とのデータ
中継の働きを実行する。このシステムにおいては、メイ
ンコントローラ１００および複数の信号経路切替回路２
０−１〜２０−Ｎがループ状に直列接続されている。

信号経路切替回路２０−１〜２０−Ｎはシステムの通信
状態を監視し、状況に応じて通信経路を、ノードを経由
した経路もしくはノートを経由しない経路に切り替える
制御を行なうものである。すなわち、信号経路切替回路
２０−１を例にとると、この回路２０−１では、第２図
（ａ）に示すように、断線やノード１０−１の故障等の
障害が存在しない場合は通信経路をノード１０−１を経
由することができる接点す側に接続し、断線が発生した
リノード１０−１が故障中であったりノード１０−１が
存在していない場合は第２図（ｂ）に示すように、通信
経路をノード１０−１を経由しない接点ａ側に切り替え
て、ループの切断を回避する。この信号経路切替回路２
０−１の内部構成、及びその詳細については後述する。

かかるループシステムにおいては、第３図に示すように
、メインコントローラ１０がデータフレーム信号を一定
周期Ｔで伝送するサイクリック伝送を行なうことで、セ
ンサ群５ｌ−５Ｎのデータを収集するとともにアクチュ
エータ群Ａ１〜ＡＮへデータを送出する。

第４図は、ノードの数Ｎを５とした場合の当該システム
で用いられるデータフレーム信号の一例を示すもので、
このデータフレーム信号はメインコントローラ１００か
ら送出され、ノード１〇−１，１０−２、・・・・・・
１０−Ｎを経由した後、メインコントローラ１００に戻
される。なお、同第５図（ａ）はメインコントローラ１
００から出力された直後のデータフレーム信号を、同図
（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）はノード１０−１．１
０−２．１０−３．１０−４から出力されるデータフレ
ーム信号を、同図（ｆ）はノード１０−５から出力され
る信号（Ｎ−５の場合はメインコントローラ１００へ帰
還入力される信号）をそれぞれ示している。

第５図のフレーム構成における各信号の内容は以下のと
おりである。

ＳＴ１．入力データ（センサデータ）ＤＩの先頭位置を
示す第１のスタートコード ＤＩ　　、人力データ（センサデータ）Ｄｌｑ；第１番
目のノードに接続されたセンサからの入力データ ＳＴＯ，出力データ（アクチュエータ駆動データ）の先
頭位置を示す第２のスタート コード ＤＯ：出力データ（アクチュエータ駆動データ） ＤＯｑ　、第１番目のノードに接続されたアクチュエー
タへの出力データ ＳＰ　；データ列の終端位置を示すストップコード ＣＲＣ、ＣＲＣチエツクのためのＣＲＣコードＥＲＲ、
エラーの有無、エラー内容およびエラー位置を示すコー
ド、 第１図に示した各ノード１０−１〜１０−Ｎでは、第４
図（ｂ）〜（ｆ）に示すように、スタートコードＳＴＩ
とスタートコードＳＴＯの間に当該ノードに接続された
センサ１の検出データＤＩｑを付加するとともに、スタ
ートコードＳＴＯの後から当該ノードに接続されたアク
チュエータ２への出力データＤＯｑを抜き取るよう動作
する。

したがって、このシステムでは、メインコントローラ１
００からノード１０−１に対して第４図（ａ）に示すよ
うなアクチュエータ制御データＤＯを含むデータフレー
ム信号を送出すれば、このデータフレーム信号がノード
１０−１→ノード１０−２→ノード１０−３→ノード１
０−４→１０−５へと順次伝播されることにより上記デ
ータフレーム信号中のアクチュエータ制御データＤＯが
該当するノードへ割り振られるとともに、各ノードで得
たセンサ群の検出データが同データフレーム信号中へ取
り込まれる。この結果、上記データフレーム信号がメイ
ンコントローラ１００へ帰還されたときには、第４図（
ｆ）に示すように、アクチュエータ制御データＤｏは全
てなくなり、センサ群の検出データか同フレーム信号中
に含まれることになる。

第５図は、信号経路切替回路２０−１の内部構成を示す
もので、他の信号経路切替回路２０−２〜２０−Ｎもこ
れと同様の構成をとっている。

この信号経路切替回路２０−１には、メインコントロー
ラ１００からの信号線Ｌａが人力接続され、この信号線
Ｌａが同信号経路切替回路２０−１を介してノード１０
−１に入力接続されると共に、ノード１０−１からの信
号線Ｌｂが信号経路切替回路２０−１に人力接続されて
おり、信号経路切替回路２０−１ではこれらの信号線Ｌ
ａ、Ｌｂのうちのいずれかの信号線を選択して後段の信
号経路切替回路２０−２へ出力する。

第１フレームエンド検出回路３０は、メインコントロー
ラ１００（あるいは前段ノード）から送られてきたデー
タフレーム信号（第６図（ａ））の終端を検出し、終端
検出信号Ｅａをアンドゲート３２に出力する（第６図（
ｂ））。第４図のデータフレーム信号の場合、終端はＥ
ＲＲ信号の最終ビットになる。

第２フレームエンド検出回路４０は、当該ノード１０−
１から後段ノードに送出するデータフレーム信号（第６
図（ｄ））の終端を検出し、終端検出信号Ｅｂをカウン
タ６１のリセット端子Ｒおよびインバータ３３に出力す
る（第６図（ｅ））。

クロック発生器５０は、第６図（ｃ）に示すようなシス
テムクロック信号ｃｋを発生し、これをフレーム未到着
検出回路６０のカウンタ６１に人力する。フレーム未到
着検出回路６０はカウンタ６１とデコーダ６２とから構
成され、カウンタ６１はシステムクロック信号ｃｋをカ
ウントすることで計時動作を行ない、その出力をデコー
ダ６２に人力する。なお、このカウンタ６１は第２フレ
ームエンド検出回路の出力Ｅｂが入力される度、すなわ
ちノード１０−１からデータフレーム信号が出力される
度にリセットされる。デコーダ６２は、カウンタ６１の
出力が予め設定した所定の値になったときフレーム未到
着検出信号ＮＨを出力するものである（第６図（ｆ））
。このデコーダ６２の設定値は、カウンタ６１のカウン
ト開始時点からカウント値がこの設定値に達するまでの
時間ｔｄに相当しており、この時間ｔｄとしては例えば
データフレーム信号の送出周期Ｔのｎ倍に対応する時間
ｎＴを設定する。したがって、当該ノードからデータフ
レーム信号が通常状態で送出されているときはフレーム
未到着検出信号ＮＨは出力されず、断線やノード抜けな
ど何等かの原因で当該ノードからデータフレーム信号が
時間ｔｄ以上の間送出されなかったときにフレーム未到
着検出信号ＮＨが出力される。

このフレーム未到着検出信号ＮＨはＤ型フリップフロッ
プ３４のクロック端子に人力されている。

フリップフロップ３４のＤ端子はＨ状態に固定されてい
る。したがって、フリップフロップ３４のＱ出力Ｆ１は
フレーム未到着検出信号ＮＨの入力時点でＨになり、こ
れ以後第２フレームエンド検出回路４０の出力Ｅｂによ
ってリセットされるまでこの状態を保持する（第６図（
ｇ））。

アンドゲート３２は、第１フレームエンド検出回路３０
の検出出力Ｅａとフリップフロップ３４のＱ出力Ｆｌの
アンドをとってそのアンド出力ＡＤをフリップフロップ
３５のクロック端子ＣＫに゛入力する（第６図（ｈ））
。このフリップフロップ３５もＤ端子がＨ状態に固定さ
れ、リセット端子には第２フレームエンド検出回路４０
の出力Ｅｂが入力されている。したがって、フリップフ
ロップ３５のＱ出力Ｆ２はアンド出力ＡＤの入力時点で
Ｈになり１．これ以後第２フレームエンド検出回路４０
の出力Ｅｂによってリセットされるまでこの状態を保持
する（第６図（ｉ））。フリップフロップ３５の反転出
力Ｆ３はＱ出力Ｆ２の逆の状態となる（第６図（ｊ））
。

切替選択回路７０は、２つのアンドゲートと１つのオア
ゲートで構成され、フリップフロップ３５の出力Ｆ２．
Ｆ３によってメインコントローラ１００（または前段ノ
ード）からの信号経路Ｌａおよび当該ノード１０−１か
らの信号経路Ｌｂのうちのいずれか一方を選択し、選択
信号を後段ノード（またはメインコントローラ）への信
号経路Ｌｃへ出力する（第６図（ｋ））。すなわち、信
号Ｆ２かＨになっているときは信号経路Ｌａを選択し、
信号Ｆ３がＨになっているときは信号経路Ｌｂを選択す
る。

かかる構成において、システムが動作中に、当該ノード
に故障が発生したり、信号経路切替回路と当該ノードと
の信号経路に段線が発生したときの信号経路切替回路の
動作を第６図にしたがって説明する。

上記障害が発生する以前においては、カウンタ６１は当
該ノードから通常周期Ｔて送出されるデータフレーム信
号の終端が検出される度に、信号Ｅｂによってリセット
され、またフリップフロップ３５も前記信号Ｅｂによっ
て前記周期Ｔごとにリセットされているために、フリッ
プフロップ３５の出力Ｆ２はＬになっている。したがっ
て、上記障害が発生する以前においては切替選択回路７
０は当該ノードからの信号Ｌｂを選択している。

時刻ｔ１に上記障害が発生し、これ以降は信号経路切替
回路２０に対して当該ノート１０からのデータフレーム
信号か人力されなくなるとする。

この結果、カウンタ６１は上記通常周期Ｔに対応するカ
ウント値を越えてカウントアツプしていき、このカウン
ト値はやかてデコーダ６２の設定値に到達し、この結果
デコーダ６２からはフレーム未到着検出信号ＮＨが出力
される（第６図（ｆ））。これにより、フリップフロッ
プ３４の出力Ｆ１がＨに立ち上がる（第６図（ｇ））。

その後、第１フレームエンド検出回路３０は前段ノード
からのデータフレーム信号の終端を検出して検出信号Ｅ
ａを出力する（第６図（ｂ）１時刻ｔ２）。

この結果、この時刻ｔ２にアンドゲート３２の出力ＡＤ
がＨになり、これによりフリップフロップ３４の出力Ｆ
２はこの時刻ｔ２にＨに立ち上がる。

したがって、切替選択回路７０が切り替わり、切替選択
回路７０は時刻ｔ２以降は前段ノードからのデータフレ
ーム信号を選択して後段ノードに出力するようになる。

このようにして、信号経路が自動的に切り替えられる。

なお、フレーム未到着検出信号ＮＨが出力された後第１
フレームエンド検出回路３０の検出を待って信号経路を
切り替えるようにしているのは、データフレーム信号の
途中で信号経路が切り替わるのを防止するためである。

次に、第８図に示すように、ループ接続された信号経路
切替回路に対してノードを順次付加していく、システム
組み上げの際の信号経路切替回路の動作を第７図のタイ
ムチャートに従って説明する。

時刻１１に当該ノードが接続されたとする。この時刻ｔ
１より以前は、当該ノードからデータフレーム信号が入
力されないので、フリップフロップ３４の出力Ｆ１はＨ
状態にあり、これにより切替選択回路７０は前段ノード
からの信号経路Ｌａを選択している。

時刻ｔｌに当該ノードが接続され、その後当該ノードの
データフレーム信号が当該信号経路切替回路で受信され
る。第２フレームエンド検出回路４０はその信号の終端
を検出し、時刻ｔ２に検出信号Ｅｂをフリップフロップ
３５のリセット端子へ出力する。この結果、フリップフ
ロップ３５がリセットされ、フリップフロップ３５の出
力Ｆ２はＬに立ち下がる。したかって、切替選択回路７
０が切り替わり、切替選択回路７０は時刻ｔ２以降は当
該ノードからのデータフレーム信号を選択して後段ノー
ドに出力するようになる。

この様に、本システムにおいては、予め必要な信号経路
切替回路をメインコントローラ１００にループ接続して
おけば、その後はノードを各信号経路切替回路に一つず
つ接続していくだけでシステムの組み上げ、拡張、ノー
ドの削除を簡単になし得、従来のように配線を組み替え
る必要がなくなる。

なお、本発明は上記実施例を適宜変更し得るものであり
、例えばフレーム信号の形態は第４図に示したものに限
るわけではなく、他の適当なフレーム信号を採用するよ
うにしてもよい。また、第５図に示した各構成要素も同
等の機能を達成できるものであれば、他の回路に変更す
るようにしてもよい。とくに、データフレーム信号の存
在を確認するためには、フレームエンドを検出するニ限
らず、データフレーム信号中の任意の部分を確認するよ
うにしてもよい。

［発明の効果コ 以上説明したようにこの発明によれば、ループ状データ
伝送システムにおいて、システムの拡張、縮小、組み上
げを活線着脱でなし得るようにしたので、これらの作業
を効率良くなし得るようになる。また、システム稼動中
に断線やノード故障などの障害が発生したときにもシス
テム全体をダウンさせる事なく対処できるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例の全体システムを示すブロッ
ク図、第２図は信号経路切替回路の概念的構成を示す図
、第３図および第４図はこの発明に用いるデータフレー
ム信号の一例を示す図、第５図は信号経路切替回路の内
部構成例を示す図、第６図及び第７図は実施例の作用を
示すタイムチャート、第８図は本発明よるシステム組み
上げ時の様子を示す図、第９図は従来の不具合を説明す
る図である。 Ｓ１〜Ｓｎ・・・センサ群　ＡＩ−Ａｎ・・・アクチュ
エータ群　１０・・・ノード　２０・・・信号経路切替
回路　３０・・・第１フレームエンド検出回路４０・・
・第２フレームエンド検出回路６１・・・カウンタ　　
６２・〜・デコーダ７０・・・切替選択回路　　１００
・・・メインコント第２図 （０）Ｌａ　　　　　［＝［三］［ヱエゴ＝＝ｆｌ［コ
ヨ■］［コワニニｆｌ（ｂ）　　ＥＯ 第８ 第９

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数のノードとメインコントローラとの間でデー
   タフレーム信号のシリアル伝送を行なうループ状データ
   伝送システムにおける前記複数のノードに各別に接続さ
   れてかつ前記メインコントローラとともにループ接続さ
   れ、前段ノードからの信号経路および当該ノードからの
   信号経路を択一選択して後段ノードへの信号経路に接続
   する信号経路切替装置であって、 当該ノードから送出されるデータフレーム信号が所定時
   間以上の間受信されていないことを検出する第１の検出
   手段と、 当該ノードから送出されるデータフレーム信号を検出す
   る第２の検出手段と、 前記第１および第２の検出手段の検出出力に応じて前段
   ノードからの信号および当該ノードからの信号の切替選
   択を行なう切替選択回路と、を具えるループ状データ伝
   送システムの信号経路切替装置。
2. （２）前記第２の検出手段はデータフレーム信号の終端
   を検出することを特徴とする請求項（１）記載のループ
   状データ伝送システムの信号経路切替装置。