JP6888204B2 - 温度調節計及び通信変換器 - Google Patents

Description

この発明は、外部機器と通信可能な温度調節計、及び通信変換器に関するものである。

複数の温度調節計が存在する制御系等において、温度調節計をＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）にプログラムレス通信により接続することが行われている。
プログラムレス通信とは、ＰＬＣに対して温度調節計が上位機器となり、通信権を渡しながら複数の温度調節計が順に通信を行う方法である。この際に、ＰＬＣ上のメモリに機器のモニタ情報を書き込み、機器の設定をＰＬＣのメモリから読み出すように動作する。また、決まったノードアドレスの機器がマスタとなり、最初の通信を行って、他のノードの通信開始タイミングの管理を行っている。
なお、このような制御系は、通信機能を有する複数の温度調節計とＰＬＣによって構成されている。また、下位に複数の温度調節計が接続可能であり、複数の温度調節計のデータを収集して、まとめてＰＬＣと通信を行う機器である、通信変換器を用いて構成されていてもよい。以下においては、通信機能を有する複数の温度調節計とＰＬＣによって制御系が構成されている場合について説明する。

このように複数の温度調節計（コントローラ）が接続された制御系においてＰＬＣとプログラムレス通信を行うためには、どの温度調節計がマスタ／スレーブであるかを設定した上で、ＰＬＣとの通信を行う必要がある。

複数の温度調節計が必要となる制御系、例えば、複数の製造ラインが存在するような制御系の場合、生産する製品の種類や受注状況により、いくつかのラインは日によって使用しないといった運用がなされる場合がある。
上記のように使用しない製造ラインがある場合等には、製造ラインの稼働開始時に各温度調節計のマスタ／スレーブを都度設定しなおす必要があった。特に、既にマスタとして設定していた温度調節計に対応したラインが稼働しなくなった場合、新たにマスタを設定する必要があり、作業が煩雑となっていた。そのため、ＰＬＣとのプログラムレス通信により複数の温度調節計を制御する場合に、マスタ／スレーブを自動設定する手法が望まれていた。

このような状況において、特許文献１には、ＰＬＣに接続した温度調節計における制御機器の更新時間表示方法が開示されているものの、マスタ／スレーブの自動設定方法等については記載がなされていない。
また、特許文献２においては、複数の温度調節計が接続された制御系において、既にマスタとして設定された機器が故障した場合に、故障していない機器を新たにマスタとして設定する手法が開示されている。しかし、制御系の初期動作時や、マスタとして設定されていた温度調節計（に対応した製品ライン）を使用しないという運用がなされる場合のように、マスタ機器が設定されていない状況においては特許文献２に開示されている手法は使用することができない。

特開２０１３−２１０７６８号公報 特開２００１−１１１５７９号公報

本発明は、上記の点に鑑み、マスタ機器が設定されていない状況においても、マスタ／スレーブの設定を自動的に完了することができる温度調節計及び通信変換器を提供することを目的とする。

（構成１）
温度調節計であって、
通信部と、処理部を備え、
前記通信部は、外部機器及び他の温度調節計と通信を行うように構成され、
前記処理部は、事前に設定された通信待機時間の間、前記外部機器及び他の温度調節計との通信を監視し、
自身がスレーブとして動作するように設定されており、かつ、当該期間に通信が存在しない場合は、自身をマスタとして設定する信号を前記外部機器へと送信し、自身がマスタとして動作するように設定され、
自身がスレーブとして動作するように設定されており、かつ、当該期間に通信が存在する場合は、自身が引き続きスレーブとして動作するように設定され、
自身の前記通信待機時間の値が、前記他の温度調節計と重複しないように構成される、温度調節計。

（構成２）
前記処理部が、前記通信待機時間の間、前記通信を監視し、当該期間に通信が存在しない場合、かつ、自身がスレーブとして動作するように設定されている場合、自身をマスタとして設定する信号を前記外部機器へと送信し、
前記外部機器から正常な応答を得られなかった場合、引き続きスレーブとして動作し、前記他の温度調節計に対して通信権を渡す信号を前記外部機器へと送信する、構成１に記載の温度調節計。

（構成３）
前記処理部が、前記温度調節計の電源投入時に、自身がスレーブとして動作するように設定する、構成１または２に記載の温度調節計。

（構成４）
前記外部機器がＰＬＣである、構成１から３のいずれかに記載の温度調節計。

（構成５）
複数の温度調節計が接続可能な通信変換器であって、
通信部と、処理部を備え、
前記通信部は、外部機器及び他の通信変換器と通信を行うように構成され、
前記処理部は、事前に設定された通信待機時間の間、前記外部機器及び他の通信変換器との通信を監視し、
自身がスレーブとして動作するように設定されており、かつ、当該期間に通信が存在しない場合は、自身をマスタとして設定する信号を前記外部機器へと送信し、自身がマスタとして動作するように設定され、
自身がスレーブとして動作するように設定されており、かつ、当該期間に通信が存在する場合は、自身が引き続きスレーブとして動作するように設定され、
自身の前記通信待機時間の値が、前記他の通信変換器と重複しないように構成される、通信変換器。

（構成６）
前記処理部が、前記通信待機時間の間、前記通信を監視し、当該期間に通信が存在しない場合、かつ、自身がスレーブとして動作するように設定されている場合、自身をマスタとして設定する信号を前記外部機器へと送信し、
前記外部機器から正常な応答を得られなかった場合、引き続きスレーブとして動作し、前記他の通信変換器に対して通信権を渡す信号を前記外部機器へと送信する、構成５に記載の通信変換器。

（構成７）
前記処理部が、前記通信変換器の電源投入時に、自身がスレーブとして動作するように設定する、構成５または６に記載の通信変換器。

（構成８）
前記外部機器がＰＬＣである、構成５から７のいずれかに記載の通信変換器。

本発明の温度調節計及び通信変換器によれば、マスタ機器が設定されていない状況においてもマスタ／スレーブの設定を自動的に完了する事が可能である。

本発明に係る実施形態の制御系を示す概略構成図である。 本発明に係る実施形態の概略動作を説明したフローチャートである。 従来手法におけるマスタ機器の電源がＯＦＦとなった場合の概要説明図である。 本発明に係る実施形態の温度調節計の初期設定時に全台電源がＯＮである場合の概要説明図である。 本発明に係る実施形態の温度調節計の初期設定時に１台だけ電源がＯＦＦである場合の概要説明図である。 本発明に係る実施形態の温度調節計の１台目および２台目の通信開始タイミングが同時になった場合の動作を示す概略構成図である。 本発明に係る実施形態の通信変換器により通信を行う場合の構成例を示す概略構成図である。

以下、この発明を実施するための形態について、添付の図面にしたがって説明する。

＜実施形態＞
図１はこの発明の実施形態による温度調節計の本発明に関する部分を示す概略構成図である。
温度調節計１００は、ＰＩＤ制御等の種々の制御方法により、ヒータ等（不図示）の温度を制御し制御対象の温度を制御する装置であり、共通の通信ライン等によりＰＬＣ２００と通信を行う通信部１１０と、後述する通信状況等の判断やＰＬＣからの応答の判断により、自身をマスタ／スレーブとして設定する処理等を行う処理部１２０を備える。
また、温度調節計１００〜１０２はそれぞれが重複しないノードアドレスおよび重複しない後述する通信待機時間を備える。本実施形態における通信待機時間は、温度調節計１００〜１０２についてそれぞれ、０．５秒、０．６秒、０．７秒である。
なお、本実施形態においてはＰＬＣ２００と接続されている温度調節計を１００〜１０２の３台とし、温度調節計１０１および１０２の構成は温度調節計１００と同一である。そのため、以降においては温度調節計１００についてのみ説明を行う。

＜従来手法の問題点＞
図３は、全ての機器がスレーブである場合（以後、「マスタが存在しない場合」とも称する）の特許文献２における従来手法の動作概要を示した概要図である。
従来手法においては、マスタが存在しない場合には、ＰＬＣとの通信が成功せず、制御系が動作しないという問題があった。このように、マスタが存在しない場合、例えば、制御系の動作開始時、即ち、電源投入時等（以後、立ち上げ時とも称する）にマスタとして設定されていた機器が故障している場合や、電源をＯＮにしない設定になっていた場合には、従来手法を用いることができない。

＜マスタが存在しない場合の動作＞
図４は、マスタが存在しない場合の、本実施形態の温度調節計１００の動作概要を示した概要図である。
なお、本実施形態の温度調節計１００は電源投入時にはスレーブとして立ち上がるように構成されている。
温度調節計１００〜１０２は重複しないノードアドレスおよび、事前に設定された通信待機時間が設定されており、前述のとおり、それぞれ、０．５秒、０．６秒、０．７秒である。温度調節計１００の立ち上げ時には、自身がスレーブとして設定されており（マスタは存在していない）、通信待機時間である０．５秒経過するまでの間、通信ラインの通信状況を監視し、マスタが存在していないと判断した場合は、ＰＬＣ２００との通信を開始する。その際に、自身のアドレスをＰＬＣ２００に登録する信号を送信し、その後、ＰＬＣ２００に自身のアドレスの読出要求信号を送信する。そして、自身のアドレスとＰＬＣ２００から送信されたアドレスとが一致した場合（以後、「正常な応答」とも称する）自身がマスタであると判断し、自身がマスタであると設定する信号をＰＬＣ２００へと送信し、次のスレーブに通信権を渡す信号をＰＬＣ２００に送信する（以後、このような動作を「マスタとして動作する」とも称する）。

このようにマスタが決定された場合は残りの温度調節計については、スレーブのままとなり、ＰＬＣ２００からの通信開始信号を待機することとなる（以後、このような動作を「スレーブとして動作する」とも称する）。
なお、「次のスレーブ」とは、事前に設定された各温度調節計の順序に基づき決定されている。本実施形態においては、各温度調節計のノードアドレスの若さにより順序が決定されている。

＜１台電源ＯＦＦの場合＞
図５は、温度調節計１００の電源をＯＦＦとした場合、即ち、温度調節計１００に対応する製造ライン等が稼働していない場合や、温度調節計１００が故障した場合等の温度調節計１００〜１０２の動作を示す概要図である。
温度調節計１００が存在しない場合であっても、図４と同様に動作することにより温度調節計１０１がマスタとして設定されることがわかる。

＜動作＞
次に、図２のフローチャートを参照しつつ、実施形態の温度調節計１００の本発明に関する処理動作について説明する。

まず、Ｓ２００において、電源投入もしくは最後のデータ受信から温度調節計１００に設定された通信待機時間である０．５秒間通信を待機する。
そして、処理部１２０は、待機している間通信ライン上の通信を監視し、そこに流れている電文が、事前に設定された時間以上途切れたかどうかにより、マスタが既に設定されている状態かどうかを判断する。本実施形態では、事前に設定された時間を０．５秒とする。
既にマスタが存在する場合、処理部１２０はＰＬＣ２００から動作信号を通信部１１０を介して受信するまで待機し、スレーブとして動作する（Ｓ２１０：ＹＥＳ→Ｓ２７０）。以後、ＰＬＣ２００と温度調節計１００との通信については通信部１１０により実施されるものとして、記載を省略する。

一方、Ｓ２１０においてマスタが設定されていないと判断された場合、Ｓ２２０へと移行し（Ｓ２１０：ＮＯ→Ｓ２２０）、処理部１２０は通信待機時間経過後ＰＬＣ２００に対して自身のノードアドレスを送信し、さらに自身のノードアドレスをマスタ機器として設定する信号をＳ２３０に移行する。このように自身のノードアドレス及び、自身のノードアドレスをマスタ機器として設定する信号をまとめて、「自身をマスタとして設定するための信号」とも称する。
そして、Ｓ２３０においてＰＬＣ２００から正常な応答が返ってこなかった場合、Ｓ２７０へと移行し、処理部１２０は、動作信号を受信するまで待機し、スレーブとして動作する。（Ｓ２３０：ＮＯ→Ｓ２７０）。

一方、Ｓ２３０においてＰＬＣ２００から正常な応答があった場合、Ｓ２４０に移行する（Ｓ２３０：ＹＥＳ→Ｓ２４０）。
Ｓ２４０において、処理部１２０は、ＰＬＣに書き込まれたマスタアドレスの温度調節計１００への送信を要求する信号をＰＬＣ２００に送信し、Ｓ２５０に移行する。
Ｓ２５０において、処理部１２０は、ＰＬＣ２００から送信されたマスタアドレスが自身のノードアドレスと一致するか判断し、一致しない場合は動作信号を受信するまで待機し、スレーブとして動作する。（Ｓ２５０：ＮＯ→Ｓ２７０）。

一方、Ｓ２５０においてＰＬＣ２００から送信されたマスタアドレスが自身のノードアドレスと一致する場合、温度調節計１００がマスタとして動作する旨の信号をＰＬＣ２００に送信し、次のスレーブに通信権を渡す信号をＰＬＣ２００に送信し、マスタとして動作する（Ｓ２５０：ＹＥＳ→ＥＮＤ）。

なおＳ２７０に移行し、温度調節計１００がスレーブとして動作することとなった場合は、Ｓ２００へと移行する。すなわち、温度調節計１００が動作している間は、常に上記Ｓ２００から２５０の判断ロジックが走査していることとなる。
このように動作することで、本実施形態の温度調節計１００は、マスタが存在しない場合であっても、マスタ／スレーブの設定を自動的に完了する事が可能である。

＜通信権を渡す電文について＞
本実施形態においては、マスタからスレーブに通信権を渡す信号（電文）は、マスタのアドレス及び通信権を渡す先のスレーブのアドレスが記載されるように構成されている。
また、スレーブからマスタに通信権を返すための電文は、スレーブ用の識別コマンド（ノードアドレスの値と重複し得ない値）及びスレーブ自身のアドレスが記載されるように構成されている。なお、通信権を渡すための電文は、特別な電文長など、通常の電文と区別できるように構成されている。
また、上述の通信待機時間経過後に最初にマスタとして通信する場合の電文は、例えば、「自身のアドレス」「自身のアドレス」のように構成される。
そして処理部１２０は、当該内容をＰＬＣ２００に書き込み、ＰＬＣ２００へのアドレス読出要求に対して「自身のアドレス」「自身のアドレス」と応答があった場合に、自身がマスタであるものとして動作する。もし、読出要求に対して、「自身以外のノードアドレス」「自身のアドレス」と応答があった場合は、上述の通り、既に存在するマスタからの通信権を渡す電文となる。

＜２台の温度調節計が同時に通信開始した場合＞
図６は、図２におけるＳ２３０におけるＰＬＣから正常な応答がなかった場合の概略動作を示している。ここでは、温度調節計１００および１０１が同時にＰＬＣ２００に通信を開始した場合を例としている。
例えば、温度調節計１００の電源ＯＮが、通電の関係等から０．１秒ずれてしまった場合、温度調節計１０１の通信待機時間である０．６秒とぶつかってしまう。このような状況になった場合は、温度調節計１００および１０１ともにＰＬＣ２００に同時に通信をしようとするため、ＰＬＣ２００から通信に失敗した旨の信号が送信される（図２におけるＳ２３０：ＮＯ）。そのため、温度調節計１００および温度調節計１０１はスレーブとして動作することになり、ＰＬＣ２００と通信が成功した温度調節計１０２がマスタとして動作することとなる。

＜マスタが途中から存在しなくなった場合＞
上述のとおり、温度調節計１００〜１０２において、図２におけるＳ２７０のように、判断処理が常に実行されている。そのため、マスタの故障等により、マスタが途中から存在しなくなってしまった場合、図２のＳ２１０においてＳ２２０に移行するため、次のスレーブが新たにマスタとして動作することが可能である。

＜通信変換器＞
なお、本実施形態においては、温度調節計１００が処理部１２０を備え、マスタ及びスレーブを決定する処理を実施するように構成されていたが、上述のように、通信変換器を用いて制御系が構成されていてもよい。
図７は、通信変換器１５０を用いる場合の制御系の構成例である。図７に示すように、通信変換器１５０から１５２は図２における処理と同等の処理を実行可能な処理部１２０から１２２、通信部１１０から１１２及を備えている。ここでは、１つの通信変換器に対してそれぞれ３台の温度調節計が接続されている例について記載している。
通信変換器１５０から１５２は、それぞれに接続された温度調節計のデータを収集して、まとめてＰＬＣと通信を行う点以外は、これまでに説明した温度調節計１００とＰＬＣ２００が直接通信する場合と同等である。通信変換器を用いることにより、温度調節計１台ずつが直接ＰＬＣと通信する場合よりも、多くのデータを一度に通信する事が可能となる。なお、この場合の通信変換器１５０（１５１、１５２）と温度調節計１００〜１０２（１０３〜１０５、１０６〜１０８）との間の通信は、通信変換器がそれぞれの温度調節計と事前に設定された順番に通信を行う。

＜効果＞
以上のように、本実施形態の温度調節計１００及び通信変換器１５０によれば、処理部１２０が、自身の通信待機時間の値及び、ノードアドレスが、接続されている他の温度調節計と重複しないように構成され、通信待機時間中に通信が存在しない場合は、前記外部機器へと自身のノードアドレス及び自身をマスタとして設定する信号を送信し、マスタとして動作するように構成されているため、マスタ機器が設定されていない状況においてもマスタ／スレーブの設定を自動的に完了する事が可能である。

また、処理部１２０が常に上記の判断処理を行うように構成されているため、マスタが故障してしまった場合や、新たに新しい温度調節計を追加した場合などにも、マスタ／スレーブの設定を自動的に完了する事が可能である。

また、処理部１２０が、自身がスレーブとして動作し、通信待機時間中に通信が存在しない場合は、ＰＬＣ２００へと自身のノードアドレス及び自身をマスタとして設定する信号を送信し、同時に複数台の通信開始が重なってしまったため、ＰＬＣ２００から正常な応答を得られなかった場合、引き続きスレーブとして動作するように構成されているため、複数台の温度調節計の通信開始がぶつかってしまった場合にも、マスタ／スレーブの設定を自動的に完了する事が可能である。

また、処理部１２０が、温度調節計１００の電源立ち上げ時にはスレーブとして動作するように構成されているため、温度調節計１００が故障した場合等でも、他の温度調節計の通信の邪魔をしないため、容易に機器の追加等が可能である。

本実施形態における各温度調節計の通信待機時間は、０．５秒、０．６秒、０．７秒として設定されていたが、重複しない任意の時間を設定してもよい。ただし、最も短い時間と最も長い時間の差が長くなると、マスタが確定するまでの時間が延びてしまうため、本実施形態のように確実に通信の途切れを検出出来る最小の時間であることが好適である。また、最小の通信待機時間の値については、通常通信時のタイムアウト時間（例えば０．１秒）に対して確実に異常（マスタなし）と判断できる余裕を持たせた値が好適である。また、各通信待機時間の間隔は、通信１回のＰＬＣ２００への送受信が完了するのに十分な時間であることが好適である。これらの値は、通信部１１０の通信速度や処理部１２０の処理速度等により変動する。

マスタとして動作している温度調節計１００は、各スレーブに対し通信権を与える通信を行うが、スレーブが無応答の場合は、そのノードへの通信探査周期を伸ばすように構成されていてもよい。その場合、各ノードの通信周期が延びることを抑制することができる。

本実施形態の温度調節計１００は、電源立ち上げ時にはスレーブとして動作するように構成されていたが、マスタ／スレーブの設定を記憶する動作と、スイッチ等により切換えられるように構成されていてもよい。
また、本実施形態おいては、温度調節計１００の通信先をＰＬＣであるものとして記載したが、専用のソフトを組み込んだＰＣや、通信機能付の表示器等、通信機能により機器内部のメモリの書き込み、読み出し可能な機器で有ればよい。

なお、上記各実施形態における各構成は、それぞれ専用回路等でハード的に構成されるものであってもよいし、マイコン等の汎用的な回路上でソフトウェア的に実現されるものであってもよい。

以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。本発明の構成及び動作については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、当業者が理解しうる様々な変更を行うことができる。

１００〜１０８…温度調節計
１１０〜１１２…通信部
１２０〜１２２…処理部
１５０〜１５２…通信変換器
２００…ＰＬＣ

Claims (6)

1. 温度調節計であって、
   通信部と、処理部を備え、
   前記通信部は、外部機器及び他の温度調節計と通信を行うように構成され、
   前記処理部は、事前に設定された通信待機時間の間、前記外部機器及び他の温度調節計との通信を監視し、
   自身がスレーブとして動作するように設定されており、かつ、当該期間に通信が存在しない場合は、自身をマスタとして設定する信号を前記外部機器へと送信し、自身がマスタとして動作するように設定され、
   自身がスレーブとして動作するように設定されており、かつ、当該期間に通信が存在する場合は、自身が引き続きスレーブとして動作するように設定され、
   自身の前記通信待機時間の値が、前記他の温度調節計と重複しないように構成され、
   前記処理部が、前記通信待機時間の間、前記通信を監視し、当該期間に通信が存在しない場合、かつ、自身がスレーブとして動作するように設定されている場合、自身をマスタとして設定する信号を前記外部機器へと送信し、
   前記外部機器に対して同時に通信が発生したことにより、前記外部機器から正常な応答を得られなかった場合、引き続きスレーブとして動作し、前記他の温度調節計に対して通信権を渡す信号を前記外部機器へと送信する、温度調節計。
2. 前記処理部が、前記温度調節計の電源投入時に、自身がスレーブとして動作するように設定する、請求項１に記載の温度調節計。
3. 前記外部機器がＰＬＣである、請求項１または２に記載の温度調節計。
4. 複数の温度調節計が接続可能な通信変換器であって、
   通信部と、処理部を備え、
   前記通信部は、外部機器及び他の通信変換器と通信を行うように構成され、
   前記処理部は、事前に設定された通信待機時間の間、前記外部機器及び他の通信変換器との通信を監視し、
   自身がスレーブとして動作するように設定されており、かつ、当該期間に通信が存在しない場合は、自身をマスタとして設定する信号を前記外部機器へと送信し、自身がマスタとして動作するように設定され、
   自身がスレーブとして動作するように設定されており、かつ、当該期間に通信が存在する場合は、自身が引き続きスレーブとして動作するように設定され、
   自身の前記通信待機時間の値が、前記他の通信変換器と重複しないように構成され、
   前記処理部が、前記通信待機時間の間、前記通信を監視し、当該期間に通信が存在しない場合、かつ、自身がスレーブとして動作するように設定されている場合、自身をマスタとして設定する信号を前記外部機器へと送信し、
   前記外部機器に対して同時に通信が発生したことにより、前記外部機器から正常な応答を得られなかった場合、引き続きスレーブとして動作し、前記他の通信変換器に対して通信権を渡す信号を前記外部機器へと送信する、通信変換器。
5. 前記処理部が、前記通信変換器の電源投入時に、自身がスレーブとして動作するように設定する、請求項４に記載の通信変換器。
6. 前記外部機器がＰＬＣである、請求項４または５に記載の通信変換器。

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