特許 7440485 プログラマブルコントローラ及び通信システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-19

(45)【発行日】2024-02-28

(54)【発明の名称】プログラマブルコントローラ及び通信システム

(51)【国際特許分類】

   G05B 19/05 20060101AFI20240220BHJP

【ＦＩ】

G05B19/05 L

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2021210017

(22)【出願日】2021-12-23

(65)【公開番号】P2023094493

(43)【公開日】2023-07-05

【審査請求日】2023-08-25

(73)【特許権者】

【識別番号】502129933

【氏名又は名称】株式会社日立産機システム

(74)【代理人】

【識別番号】110001689

【氏名又は名称】青稜弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 勝敏

【審査官】田中 友章

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－１５０４８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０１６９３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０３５６６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－３３８５１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国実用新案第２０５３０１４６０（ＣＮ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０５Ｂ １９／０５

Ｇ０５Ｂ ２３／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

通信回線を介して計測制御機器と通信データの送受信を行うことにより前記計測制御機器の制御を行うプログラマブルコントローラであって、
前記プログラマブルコントローラは、
前記通信データを制御するマイクロプロセッサと、
前記マイクロプロセッサと前記計測制御機器との間で、前記通信データを経由させる通信ＩＣと、
前記マイクロプロセッサが制御している前記通信データを外部モニタ用端末に出力するためのミラーポートと、
を有することを特徴とするプログラマブルコントローラ。

【請求項2】

前記マイクロプロセッサは、
前記通信データとして、前記計測制御機器から送信された送信データと、前記送信データに対する前記計測制御機器への回答である受信データを制御することを特徴とする請求項１に記載のプログラマブルコントローラ。

【請求項3】

前記マイクロプロセッサは、
前記送信データと前記受信データの少なくとも一つのデータと同じデータを前記ミラーポートから出力させること特徴とする請求項２に記載のプログラマブルコントローラ。

【請求項4】

前記ミラーポート用に設けられたミラーポート専用通信ＩＣを更に有し、
前記ミラーポート専用通信ＩＣは、
前記通信ＩＣが故障した場合、前記通信データを前記外部モニタ用端末に出力することを特徴とする請求項１に記載のプログラマブルコントローラ。

【請求項5】

前記ミラーポートは、インターフェース回路により構成されることを特徴とする請求項１に記載のプログラマブルコントローラ。

【請求項6】

計測制御機器と、
前記計測制御機器と通信回線を介して接続され、通信データの送受信を行うことにより前記計測制御機器の制御を行うプログラマブルコントローラと、
前記プログラマブルコントローラに接続された外部モニタ用端末と、を有する通信システムであって、
前記プログラマブルコントローラは、
前記通信データを制御するマイクロプロセッサと、
前記マイクロプロセッサと前記計測制御機器との間で、前記通信データを経由させる通信ＩＣと、
前記マイクロプロセッサが制御している前記通信データを外部モニタ用端末に出力するためのミラーポートと、
を有することを特徴とする通信システム。

【請求項7】

前記外部モニタ用端末は、
コンソールウインドを有し、
前記ミラーポートから出力される前記通信データを前記コンソールウインドに表示することを特徴とする請求項６に記載の通信システム。

【請求項8】

前記外部モニタ用端末は、
前記ミラーポートから出力される前記通信データのすべてのデータを前記コンソールウインドにリアルタイムに表示することを特徴とする請求項７に記載の通信システム。

【請求項9】

前記外部モニタ用端末は、
前記コンソールウインドを介して、前記通信データの中の所定のデータを表示するように個別に設定可能であり、
前記マイクロプロセッサは、
個別に設定された前記所定のデータを前記ミラーポートから前記外部モニタ用端末に出力し、
前記外部モニタ用端末は、
前記ミラーポートから出力された前記所定のデータだけを前記コンソールウインドに表示することを特徴とする請求項７に記載の通信システム。

【請求項10】

前記外部モニタ用端末は、
前記コンソールウインドを介して、前記通信データに対してタイムスタンプの表示又は非表示を設定可能であり、
前記マイクロプロセッサは、
前記タイムスタンプの表示又は非表示の設定を登録し、登録された前記設定に基づいて、前記タイムスタンプが表示された前記通信データ又は前記タイムスタンプが表示されていない前記通信データを前記ミラーポートから前記外部モニタ用端末に出力し、
前記外部モニタ用端末は、
前記ミラーポートから出力された前記タイムスタンプが表示された前記通信データ又は前記タイムスタンプが表示されていない前記通信データを前記コンソールウインドに表示することを特徴とする請求項７に記載の通信システム。

【請求項11】

前記外部モニタ用端末は、
前記タイムスタンプが表示された前記通信データとして、通信の開始時刻と前記通信データ間の待ち時間を時間軸で表示することを特徴とする請求項１０に記載の通信システム。

【請求項12】

前記外部モニタ用端末は、
前記コンソールウインドを介して、前記通信データにタイムスタンプの表示又は非表示を設定可能であり、
前記外部モニタ用端末は、
前記タイムスタンプの表示又は非表示の設定に基づいて、前記タイムスタンプが表示された前記通信データ又は前記タイムスタンプが表示されていない前記通信データを前記コンソールウインドに表示することを特徴とする請求項７に記載の通信システム。

【請求項13】

前記外部モニタ用端末は、
前記タイムスタンプが表示された前記通信データとして、通信の開始時刻と前記通信データ間の待ち時間を時間軸で表示することを特徴とする請求項１２に記載の通信システム。

【請求項14】

前記プログラマブルコントローラは、
前記ミラーポート用に設けられたミラーポート専用通信ＩＣを更に有し、
前記ミラーポート専用通信ＩＣは、
前記通信ＩＣが故障した場合、前記通信データを前記外部モニタ用端末に出力することを特徴とする請求項６に記載の通信システム。

【請求項15】

前記通信回線上の前記通信データを計測するプロトコルアナライザを更に有することを特徴とする請求項６に記載の通信システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プログラマブルコントローラ及び通信システムに関する。

【背景技術】

【0002】

プログラマブルコントローラは、通信回線（ＲＳ－２３２Ｃ／ＲＳ－４８５／イーサネット（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ：登録商標）を用いて計測・制御機器と接続しデータの送受信を行うことにより計測・制御機器の制御を行う。

【0003】

その通信回線に伝送するデータは、プログラマブルコントローラ若しくは計測・制御機器にて通信データのプログラム若しくは通信設定を行う必要がある。

【0004】

伝送するデータのプロトコル（伝送フォーマット）は、プログラマブルコントローラ、計測・制御機器共に同一にする必要がある。そのため、その様にプログラマブルコントローラ、計測・制御機器で通信プログラム若しくは通信設定を行う。

【0005】

プログラマブルコントローラと計測・制御機器を通信回線で接続したシステムを構成し立ち上げた場合、プログラマブルコントローラと計測・制御機器とのデータ送受信が正しく行うことが出来ないケースがある。

【0006】

その理由は、多くが通信ケーブルの接続ミス、通信データのプログラムミス、通信設定のミスである。

【0007】

ユーザは、プログラマブルコントローラと計測・制御機器を接続している通信回線（ケーブル）上にプロトコルアナライザを接続し通信回線上に正しくデータが流れているか確認し何が問題なのかを検証する（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】特開平９－２８９５１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

特許文献１では、プログラマブルコントローラと計測・制御機器を接続している通信回線（ケーブル）上にプロトコルアナライザを接続し通信回線上に流れているデータを解析し送信データが流れていないのか、送信データに対する回答となる受信データが流れていないのかを確認し問題（データを流していない）となっている機器を探し出す。

【0010】

送信データが流れていない場合は、通信ケーブルの接続ミス、送信データを出す機器の通信回路若しくは送信データを出すべき機器の通信プログラム若しくは通信設定にミスがあると想定される。このため、配線のやり直し、送信側の通信プログラムの修正を行う。

【0011】

送信データが流れていて、それに対する回答となる受信データが流れていない場合は受信データを出す機器の通信回路若しくは受信データを出すべき機器の通信プログラム若しくは通信設定にミスがあると想定される。このため、受信側の通信プログラムの修正を行う。

【0012】

特許文献１の手法では、あくまでの通信回線（ケーブル）上のデータで確認を行うため、送信側機器／受信側機器の計測・制御機器内部での問題（通信ＩＣの故障など）による場合は解析が困難となる。

【0013】

本発明の目的は、プログラマブルコントローラにおいて、計測・制御機器が正しく通信できず制御が出来ない場合でも検証を容易に行うことにある。

【課題を解決するための手段】

【0014】

本発明の一態様のプログラマブルコントローラは、通信回線を介して計測制御機器と通信データの送受信を行うことにより前記計測制御機器の制御を行うプログラマブルコントローラであって、前記プログラマブルコントローラは、前記通信データを制御するマイクロプロセッサと、前記マイクロプロセッサと前記計測制御機器との間で、前記通信データを経由させる通信ＩＣと、前記マイクロプロセッサが制御している前記通信データを外部モニタ用端末に出力するためのミラーポートとを有する。

【発明の効果】

【0015】

本発明の一態様によれば、プログラマブルコントローラにおいて、計測・制御機器が正しく通信できず制御が出来ない場合でも検証を容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】プログラマブルコントローラ及び計測・制御機器を通信回線で接続したネットワークの構成図である。

【図2】実施例１のプログラマブルコントローラの構成図である。

【図3】通信不具合の事例を示す図である。

【図4】他の通信不具合事例を示す図である。

【図5】他の通信不具合事例を示す図である。

【図6】実施例２のプログラマブルコントローラの構成図である。

【図7】ミラーポートの出力設定画面を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、実施例を図面を用いて説明する。

【実施例1】

【0018】

図１は、プログラマブルコントローラ及び計測・制御機器を通信回線で接続したネットワーク構成図となる。

【0019】

上位レベル（情報レベル）にホストＰＣ２１、表示器（ＨＭＩ）２２を構成し通信回線を用いてプログラマブルコントローラ１４と接続される。尚、図１ではイーサネット（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ：登録商標）１２となっているが、ＲＳ－４８５（１１）で構成することもある。

【0020】

プログラマブルコントローラ１４以下の下位レベル（デバイスレベル）には、計測・制御機器１５、表示器（ＨＭＩ）２２を構成とし通信回線を用いて接続される。尚、図１では、ＲＳ－２３２Ｃ（１０）／ＲＳ－４８５（１１）となっているが、イーサネット（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ：登録商標）１２で構成することもある。

【0021】

プログラマブルコントローラ１４は、通信回線を用いて計測・制御機器１５の制御を行い、ホストＰＣ２１、表示器２２は、通信回線を用いて下位レベルのプログラマブルコントローラ１４、計測・制御機器１５のデータのモニタ及び制御が可能である。

【0022】

ここでの計測・制御機器１５とは、一般的なプログラマブルコントローラ、インバータ、位置決めモーションコントローラ、センサ等を表し、以下計測・制御機器１５と称する。

【0023】

通信回線には、複数種類（ＲＳ－２３２Ｃ（１０）／ＲＳ－４８５（１１）／イーサネット（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ：登録商標）（１２）等）があるが、本実施例ではＲＳ－４８５（１１）（２線式、半２重回線）を用いて説明する。

【0024】

通信回線上のデータをプロトコルアナライザ１３で見る場合、プログラマブルコントローラ１４及び計測・制御機器１５の内部のマイクロプロセッサが制御している回線データではなく外部配線とのインターフェースに当たる通信ＩＣを介したデータとなる。

【0025】

そこで、本発明では、マイクロプロセッサが制御している通信データを直接、リアルタイムに計測することを可能にする。

【0026】

図２は、本発明の実施例１のプログラマブルコントローラの構成図である。
図２のように、プログラマブルコントローラ１４のマイクロプロセッサ１６と通信ＩＣ１７の回路の他に外部モニタ用ＰＣ１８に通信データを出力するために別系統の通信ポート（以下、ミラーポート１９）を設けるハード構成とする。このハード構成により、マイクロプロセッサ１６が制御している回線データを直接、リアルタイムに計測することが可能となる。

【0027】

プログラマブルコントローラ１４は、通信回線を介して計測・制御機器１５と通信データの送受信を行うことにより計測・制御機器１５の制御を行う。プログラマブルコントローラ１４は、通信データを制御するマイクロプロセッサ１６と、マイクロプロセッサ１６と計測・制御機器１５との間で通信データを経由させる通信ＩＣ１７と、マイクロプロセッサ１６が制御している通信データを外部モニタ用ＰＣ１８に出力するためのミラーポート１９を有する。

【0028】

マイクロプロセッサ１６は、通信データとして、計測・制御機器１５から送信された送信データと、送信データに対する計測・制御機器１５への回答である受信データを制御する。

【0029】

外部モニタ用ＰＣ１８に通信データを出力するミラーポート１９には、ＲＳ－２３２Ｃ、ＵＳＢ、イーサネット（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ：登録商標）のいずれかにて接続となる。そのため、いずれかの通信ＩＣ（インターフェース回路）にて構成する必要がある。

【0030】

プログラマブルコントローラ１４のマイクロプロセッサ１６は、計測・制御機器１５と通信している送信データ及び受信データと同じデータをミラーポート１９より出力する。

【0031】

プログラマブルコントローラ１４と計測・制御機器１５とのデータ送受信が正しく行うことが出来ない場合、このミラーポート１９より出力されるデータと、通信回線（ケーブル）上の通信データを比較する。

【0032】

これにより、通信ケーブルの接続ミス、送信データを出す機器の通信回路不具合、送信データを出すべき機器の通信プログラム若しくは通信設定にミス、受信データを出す機器の通信回路不具合、受信データを出すべき機器の通信プログラム若しくは通信設定にミスかどうか不具合要因を判定できる。

【0033】

ミラーポート１９より出力されたデータは、外部モニタ用ＰＣ上１８のコンソールウインド（図７参照）で確認できる。

【0034】

正常に動作する場合には、プロトコルアナライザ１３によって計測した通信回線（ケーブル）上の通信データとミラーポート１９からの通信データが一致することとになる。

【0035】

ミラーポート１９の通信データは、リアルタイムに計測が可能のため即時、通信データの送信、通信データの受信が行われているか容易に判定できる。

【0036】

不具合要因を判定する一例を下記に示す。プロトコルアナライザ１３による通信回線（ケーブル）上の通信データとミラーポート１９からの通信データが全く無い場合（反応無し）、通信ケーブルの接続ミスが想定される。

【0037】

図３のように、プロトコルアナライザ１３による通信回線（ケーブル）上の通信データに送信データが計測されるが、ミラーポート１９からの通信データが全く無い場合（反応無し）、受信データを出すべき機器（プログラムコントローラ１４）の通信回路不具合が想定される。

【0038】

図４のように、プロトコルアナライザ１３による通信回線（ケーブル）上の通信データに送信データが計測され、ミラーポート１９からも送信データが計測されているが応答データが無い場合は受信データを出すべき機器（プログラムコントローラ１４）の通信プログラム若しくは通信設定にミス想定される。

【0039】

図５のように、プロトコルアナライザ１３による通信回線（ケーブル）上の通信データに送信データが計測され、ミラーポート１９からも送信データ及び受信データが計測されるが通信回線（ケーブル）上に受信データが計測できない場合は、受信データを出すべき機器（プログラムコントローラ１４）の通信回路不具合が想定される。

【0040】

図２のように、プロトコルアナライザ１３による通信回線（ケーブル）上の通信データに送信データ及び受信データが計測され、ミラーポート１９からも送信データ及び受信データが計測されるが、計測・制御機器１５が正しく受信出来ていない場合は受信データを出すべき機器（プログラムコントローラ１４）の通信プログラム若しくは受信データを受け取る機器の通信プログラムのミスが想定される。

【0041】

上記のように、ミラーポート１９から通信データをリアルタイムで見えることにより、プログラムコントローラ１４と計測・制御機器１５の通信が確立できず制御が行えない場合に問題の検証が容易となり早期不具合からの立上げに貢献できる。

【実施例2】

【0042】

実施例１では、プログラマブルコントローラ１４の通信ＩＣ１７が故障した場合、ミラーポート１９からはプログラマブルコントローラ１４側の通信データを見ることが不可能となる。

【0043】

そこで、実施例２では、プログラマブルコントローラ１４の通信ＩＣ１７が故障した場合でも、ミラーポート１９からプログラマブルコントローラ１４側の通信データを見ることを可能にする。

【0044】

図６は実施例２のプログラマブルコントローラ１４のハードウェア構成を示す。
実施例２のプログラマブルコントローラ１４が図２に示す実施例１のプログラマブルコントローラ１４と異なる点は、ミラーポート１９に専用のミラーポート用通信ＩＣ２０を新たに設けた点である。その他の構成は、図２に示す実施例１のプログラマブルコントローラ１４と同じなのでその説明は省略する。

【0045】

このように、実施例２では、ミラーポート１９専用にミラーポート用通信ＩＣ２０を別系統に設けた構成とする。これにより、プログラマブルコントローラ１４の通信ＩＣ１７が故障した場合も、別系統で設けたミラーポート用通信ＩＣ２０経由で通信回線（ケーブル）上の通信データを見ることが可能となる。

【0046】

また、他局の計測・制御機器が行っている回線データも別系統のミラーポート用通信ＩＣ２０を経由しリアルタイムに計測することが可能となる。

【実施例3】

【0047】

実施例１、２では、通信データの全てをリアルタイムにミラーポート１９より出力するため自局／他局に頻繁な通信データが行われている場合、膨大な通信データが表示されるため必要な通信データを探し出す必要が発生する。

【0048】

実施例３では、外部モニタ用ＰＣ１３上のコンソールウインド等からマイクロプロセッサ１６にミラーポート１９から出力する通信データの個別設定を可能とする。

【0049】

設定パターンの例としては、自局宛に送信されたデータの受信、自局が送信した通信データ、特定他局に送受信された通信データ、通信データ内容に特定（トリガー）の送受信データといった設定パターンを想定する。

【0050】

設定画面例を図７に示す。ここで、設定された情報をマイクロプロセッサ１６に登録することで、マイクロプロセッサ１６は頻繁な通信データから設定された条件に合った通信データのみミラーポート１９から外部モニタ用ＰＣ上に出力する。これにより、必要な通信データのみをリアルタイムに見ることが容易となる。

【実施例4】

【0051】

上記実施例で説明してきたミラーポート１９から出力される通信データは、外部モニタ用ＰＣ上１８のコンソールウインド等にリアルタイムに表示されるだけである。

【0052】

実施例４では、外部モニタ用ＰＣ上１８のコンソールウインド等からマイクロプロセッサ１６にミラーポート１９から出力する通信データにタイムスタンプの表示／非表示設定を可能とする。

【0053】

設定画面を図７に示す。ここで設定されたタイムスタンプの表示／非表示設定をマイクロプロセッサ１６に登録することで、マイクロプロセッサ１６はミラーポート１９から出力する通信データにタイプスタンプ付加する。

【0054】

これにより、タイムスタンプ付きの通信データの表示となるため、通信の開始時刻、通信データ間のアイドル時間（待ち時間）など時間軸での通信データ表示が可能となる。

【0055】

また、マイクロプロセッサ１６が通信データにタイムスタンプを付加させる方法を説明したが、マイクロプロセッサ側にタイムスタンプを付加させず外部モニタ用ＰＣ１８がミラーポート１９から通信データを受け取った際にタイムスタンプを付加する方法もある。これにより、マイクロプロセッサ１６の負荷を低減させることが出来る。

【0056】

上記実施例では、プログラマブルコントローラ１４のマイクロプロセッサ１６と通信ＩＣ１７の回路の他に、外部モニタ用ＰＣ１８に通信データを出力するために別系統の通信ポートであるミラーポート１９を設けたハード構成とする。これにより、マイクロプロセッサ１６が制御している回線データ（計測・制御機器１５と通信している送信データ、受信データ）を別系統に設けたミラーポート１９より出力し、リアルタイムに外部モニタ用ＰＣ１８上のコンソールウインド等で確認を行える。

【0057】

また、プログラマブルコントローラ１４のマイクロプロセッサ１６と通信ＩＣ１７の回路とは別系統のミラーポート用通信ＩＣ２０を設けた構成とし、マイクロプロセッサ１６が制御している回線データ及び他局の計測・制御機器が行っている回線データを別系統のミラーポート用通信ＩＣ２０を経由しリアルタイムに計測することを可能とする。

【0058】

また、外部モニタ用ＰＣ１３上のコンソールウインド等からマイクロプロセッサ１６にミラーポート１９から出力する通信データの個別設定を可能とする。

【0059】

また、外部モニタ用ＰＣ上１８のコンソールウインド等からマイクロプロセッサ１６にミラーポート１９から出力する通信データにタイムスタンプの表示／非表示設定を可能とする。

【0060】

上記実施例により、マイクロプロセッサが制御している送受信データを直接確認できるため、各計測・制御機器が正しく通信できず制御が出来ない場合でも、計測・制御機器内部での問題（通信ＩＣの故障、通信プログラムミス）か、通信回線のケーブル配線ミスによるものなのかの検証が容易となる。

【0061】

尚、プログラマブルコントローラと計測・制御機器とのデータ送受信が正しく行うことが出来ない場合において、ミラーポートより出力されるデータと通信回線上の通信データの比較は、目視で行っても良いし、自動的に行っても良い。

【符号の説明】

【0062】

１３ プロトコルアナライザ
１４ プログラマブルコントローラ
１５ 計測・制御機器
１６ マイクロプロセッサ
１７ 通信ＩＣ
１８ 外部モニタ用ＰＣ
１９ ミラーポート
２０ ミラーポート用通信ＩＣ
２１ ホストＰＣ
２２ 表示器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】