(57)【要約】【課題】同期信号を用いず、マスタ装置で計測タイミングを把握可能とする。【解決手段】センサ装置２は、計測周期毎に計測値を得る計測部２０１と、周期的にカウンタ値をカウントアップするカウンタ部２０２と、通信周期毎に、計測部２０１により得られた計測値を示すデータ、及び、カウンタ部２０２により得られたカウンタ値のうちの、当該計測値の計測タイミングにおけるカウンタ値である計測時カウンタ値を示すデータを、マスタ装置１に送信する通信部２０４とを備えた。【選択図】図２
2020087156.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
産業用フィールドネットワークに接続されたマスタ装置及びセンサ装置を備え、
前記センサ装置は、
計測周期毎に計測値を得る計測部と、
周期的にカウンタ値をカウントアップするカウンタ部と、
通信周期毎に、前記計測部により得られた計測値を示すデータ、及び、前記カウンタ部により得られたカウンタ値のうちの、当該計測値の計測タイミングにおけるカウンタ値である計測時カウンタ値を示すデータを、前記マスタ装置に送信する送信部とを備えた
ことを特徴とする通信システム。
【請求項２】
前記送信部は、通信周期毎に、計測値を示すデータ及び計測時カウンタ値を示すデータに加え、前記カウンタ部により得られたカウンタ値のうちの、送信タイミングにおけるカウンタ値である通信時カウンタ値を示すデータを、前記マスタ装置に送信する
ことを特徴とする請求項１記載の通信システム。
【請求項３】
前記マスタ装置は、
前記送信部により送信されたデータを受信する受信部と、
前記受信部により受信されたデータが示す計測時カウンタ値と一つ前の計測時カウンタ値との差分値に、前記カウンタ部におけるカウントアップの周期を乗算することで、時間差を算出する時間差算出部と、
前記時間差算出部により算出された時間差に基づいて、前記受信部により受信されたデータが示す計測値の計測タイミングを特定するタイミング特定部とを備えた
ことを特徴とする請求項１記載の通信システム。
【請求項４】
前記マスタ装置は、
前記送信部により送信されたデータを受信する受信部と、
前記受信部により受信されたデータが示す通信時カウンタ値と計測時カウンタ値との差分値に、前記カウンタ部におけるカウントアップの周期を乗算することで、時間差を算出する時間差算出部と、
前記時間差算出部により算出された時間差に基づいて、前記受信部により受信されたデータが示す計測値の計測タイミングを特定するタイミング特定部とを備えた
ことを特徴とする請求項２記載の通信システム。
【請求項５】
前記カウンタ部は、前記送信部による送信が完了する度に、カウンタ値を０に戻す
ことを特徴とする請求項１から請求項４のうちの何れか１項記載の通信システム。
【請求項６】
計測周期毎に計測値を得る計測部と、
周期的にカウンタ値をカウントアップするカウンタ部と、
通信周期毎に、前記計測部により得られた計測値を示すデータ、及び、前記カウンタ部により得られたカウンタ値のうちの、当該計測値の計測タイミングにおけるカウンタ値である計測時カウンタ値を示すデータを、産業用フィールドネットワークに接続されたマスタ装置に送信する送信部と
を備えたセンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、産業用フィールドネットワークに接続されたマスタ装置及びセンサ装置を備えた通信システム、及びセンサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＣＨＡＴＲＯＬＩＮＫ−III等の産業用フィールドネットワークは、一般的にサイクリック通信をサポートしている（例えば特許文献１参照）。例えば図８に示すように、産業用フィールドネットワークでは、センサ装置（スレーブ装置）は周期的にマスタ装置に対して計測値を示すデータ（計測値データ）を送信し、マスタ装置は当該計測値データを受信する。図８では、３台のセンサ装置が通信周期毎に１台のマスタ装置に対して計測値データを送信する場合を示している。図８において、符号８０１はフィールドバス上でのデータの流れを示し、符号８０２〜８０４は３台のセンサ装置から１台のマスタ装置に対して送信された計測値データを示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８−００５８２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方、センサ装置（特にデジタル的なセンサ装置）は、センサ装置毎に設定された計測周期で計測を行っている。この計測周期は、様々な制約により、容易には変更できない場合が多い。例えば図９に示すように、センサ装置が、ある一定の時間露光し、画素データを読出して計測値を演算する場合を考える。この場合、露光時間（シャッターオープン時間）は、受光感度に影響するため、容易には変更できない。
【０００５】
よって、例えば図１０に示すように、センサ装置による計測値の計測タイミングと、マスタ装置による計測値データの取得タイミングとの間に差（図１０ではΔｔ１，Δｔ２）が生じる場合が多い。この場合、マスタ装置は、センサ装置による計測タイミングを把握できない。
なお、図１０の下段は、あるセンサ装置での計測周期を示している。また、このセンサ装置で得られた計測値のうち、実線のブロックで示された計測値は通信周期のタイミングでマスタ装置に通知される計測値を示している。また、このセンサ装置で得られた計測値のうち、破線のブロックで示された計測値はマスタ装置には通知されない計測値を示している。
【０００６】
また、特許文献１では、上記の課題に対し、同期信号を用い、マスタ装置で計測タイミングを把握可能とする方法が開示されている。この方法では、センサ装置は、マスタ装置から同期信号を逐一受信し、その同期信号の受信に応じて、計測タイミング及び通信タイミングを示す同期監視信号のオンオフ状態をマスタ装置に通知している。そして、マスタ装置は、同期信号及び同期監視信号のオンオフ状態から、センサ装置による計測タイミングを把握可能となる。しかしながら、この方法では、センサ装置がマスタ装置から同期信号を逐一受信する必要がある。
【０００７】
また、産業用フィールドネットワークでは、ネットワーク毎に異なる時刻同期方法が提案されている。しかしながら、これらの時刻同期方法はセンサ装置の計測動作の根幹に影響を与えるものも多く、センサ装置は、複数の異なるネットワークに対応する場合、全く違う実装が必要となる。また、ユーザとしても、同じセンサ装置の計測動作がネットワークによって変わるため、理解が難しくなる。そのため、センサ装置の独立した機能として時刻の同期性を確保可能な手段が必要とされる。
【０００８】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、産業用フィールドネットワークに接続されるセンサ装置において、同期信号を用いず、マスタ装置で計測タイミングを把握可能なセンサ装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る通信システムは、産業用フィールドネットワークに接続されたマスタ装置及びセンサ装置を備え、センサ装置は、計測周期毎に計測値を得る計測部と、周期的にカウンタ値をカウントアップするカウンタ部と、通信周期毎に、計測部により得られた計測値を示すデータ、及び、カウンタ部により得られたカウンタ値のうちの、当該計測値の計測タイミングにおけるカウンタ値である計測時カウンタ値を示すデータを、マスタ装置に送信する送信部とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、上記のように構成したので、同期信号を用いず、マスタ装置で計測タイミングを把握可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１に係る通信システムの構成例を示す図である。
【図２】実施の形態１に係るセンサ装置の構成例を示す図である。
【図３】実施の形態１に係るマスタ装置の構成例を示す図である。
【図４】実施の形態１に係るセンサ装置の動作例を示すフローチャートである。
【図５】実施の形態１に係るセンサ装置の動作例を示す図である。
【図６】実施の形態１に係るセンサ装置の別の動作例を示す図である。
【図７】実施の形態１に係るマスタ装置の動作例を示すフローチャートである。
【図８】従来のセンサ装置の動作例を示す図である。
【図９】従来のセンサ装置の計測例を示す図である。
【図１０】従来の通信システムの課題を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１は実施の形態１に係る通信システムの構成例を示す図である。
通信システムは、図１に示すように、産業用フィールドネットワークに接続されたマスタ装置１及びセンサ装置（スレーブ装置）２を備えている。図１では、１台のマスタ装置１に対して３台のセンサ装置２（２ａ〜２ｃ）がフィールドバス３を介して接続された場合を示しているが、マスタ装置１及びセンサ装置２の台数はこれに限らない。
【００１３】
まず、センサ装置２の構成例について、図２を参照しながら説明する。
センサ装置２は、図２に示すように、計測部２０１、カウンタ部２０２、記録部２０３及び通信部（送信部）２０４を備えている。なお、センサ装置２は、システムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）等の処理回路、又はメモリ等に記憶されたプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）等により実現される。
【００１４】
計測部２０１は、計測周期毎に、所定の計測を行い、計測値を得る。
【００１５】
カウンタ部２０２は、周期的にカウンタ値をカウントアップ（更新）するフリーランカウンタである。なお、カウンタ部２０２により得られるカウンタ値のデータ幅は、計測部２０１における計測周期及び通信部２０４における通信周期に対して十分に大きい（すなわち、データ幅は、カウンタ値が途中でオーバーフローしない程度に十分に大きい）。また、カウンタ部２０２は、要求される精度に対して十分な時間分解能を持つ。
【００１６】
記録部２０３は、計測部２０１により得られた計測値を示すデータ（計測値データ）、及び、計測時カウンタ値を示すデータ（計測時カウンタ値データ）を記録する。計測時カウンタ値は、カウンタ部２０２により得られたカウンタ値のうちの、上記計測値の計測タイミングにおけるカウンタ値である。記録部２０３は、計測部２０１により計測値が得られる度に記録処理を行う。
【００１７】
なお、記録部２０３は、メモリ等によって構成される。
また、図１では、記録部２０３がセンサ装置２の内部に設けられた場合を示している。しかしながら、これに限らず、記録部２０３はセンサ装置２の外部に設けられていてもよい。
【００１８】
通信部２０４は、フィールドバス３を介して接続されたマスタ装置１との間でデータの送受信を行う。この通信部２０４は、通信周期毎に、記録部２０３に記録された計測値データ及び計測時カウンタ値データと、通信時カウンタ値を示すデータ（通信時カウンタ値データ）とを、マスタ装置１に送信する。通信時カウンタ値は、カウンタ部２０２により得られたカウンタ値のうちの、通信部２０４の送信タイミングにおけるカウンタ値である。
【００１９】
なお、センサ装置２は、計測部２０１における計測周期と通信部２０４における通信周期との違いによって、１回の通信周期の間に複数回の計測を行うこともあれば、１回の計測周期の間に複数回の送信を行うこともある。しかしながら、通信部２０４は、上記の違いに関わらず、通信周期のタイミングで、常に最新の計測値データ及び計測時カウンタ値データを、通信時カウンタ値データと共に、マスタ装置１に送信する。
【００２０】
次に、マスタ装置１の構成例について、図３を参照しながら説明する。
マスタ装置１は、図３に示すように、通信部（受信部）１０１、時間差算出部１０２、タイミング特定部１０３及び記録部１０４を備えている。なお、マスタ装置１は、システムＬＳＩ等の処理回路、又はメモリ等に記憶されたプログラムを実行するＣＰＵ等により実現される。
【００２１】
通信部１０１は、フィールドバス３を介して接続されたセンサ装置２との間でデータの送受信を行う。この通信部１０１は、センサ装置２から、計測値データ、計測時カウンタ値データ及び通信時カウンタ値データを含むデータを受信する。
【００２２】
時間差算出部１０２は、通信部１０１により受信されたデータが示す通信時カウンタ値と計測時カウンタ値との差分値に、当該データを送信したセンサ装置２が有するカウンタ部２０２におけるカウントアップの周期を乗算することで、時間差を算出する。なお、マスタ装置１は、センサ装置２毎に、カウンタ部２０２におけるカウントアップの周期を事前に取得する。
【００２３】
タイミング特定部１０３は、時間差算出部１０２により算出された時間差に基づいて、計測値の計測タイミングを特定する。この際、タイミング特定部１０３は、マスタ装置１が保持する時刻情報が示す現在の時刻から、上記時間差を差し引くことで、該当するセンサ装置２が計測値を得た時刻を特定する。
【００２４】
記録部１０４は、通信部１０１により受信されたデータに含まれる計測値データ、及び、タイミング特定部１０３により特定された計測値の計測タイミングを示すデータ（計測タイミングデータ）を記録する。
【００２５】
なお、記録部１０４は、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）又はメモリ等によって構成される。
また、図１では、記録部１０４がマスタ装置１の内部に設けられた場合を示している。しかしながら、これに限らず、記録部１０４はマスタ装置１の外部に設けられていてもよい。
【００２６】
次に、図１，２に示すセンサ装置２の動作例について、図４，５を参照しながら説明する。図５において、符号５０１はフィールドバス３上でのデータの流れを示し、符号５０２〜５０４はセンサ装置２ａ〜２ｃからマスタ装置１に対して送信されたデータを示している。なお図５では、符号５０２に示すデータについてのみ内部データを図示しているが、その他のデータ（符号５０３，５０４に示すデータ）についても同様である。また、図５の下段はセンサ装置２ａの動作例を示し、以下ではセンサ装置２ａの動作例について説明するが、他のセンサ装置２（２ｂ，２ｃ）についても同様である。図５の下段において、符号５０５はセンサ装置２ａの計測周期を示し、符号５０６はセンサ装置２ａによる計測時カウンタ値の取得タイミングを示し、符号５０７はセンサ装置２ａによる通信時カウンタ値の取得タイミングを示している。また、図５の下段における符号５０８に示すように、センサ装置２ａが有するカウンタ部２０２は、周期的にカウンタ値をカウントアップしている。
【００２７】
センサ装置２ａの動作例では、図４に示すように、まず、計測部２０１は、所定の計測を行い、計測値を得る（ステップＳＴ４０１）。図５に示すように、計測部２０１は、計測周期（例えば５００μｓ）毎に上記処理を行う。
【００２８】
次いで、記録部２０３は、計測部２０１により得られた計測値を示すデータ（計測値データ）及び計測時カウンタ値を示すデータ（計測時カウンタ値データ）を記録する（ステップＳＴ４０２）。
【００２９】
次いで、通信部２０４は、記録部２０３に記録された計測値データ及び計測時カウンタ値データと、通信時カウンタ値を示すデータ（通信時カウンタ値データ）とを、マスタ装置１に送信する（ステップＳＴ４０３）。図５に示すように、通信部２０４は、通信周期（例えば１０ｍｓ）毎に上記処理を行う。図５では、センサ装置２ａが計測値を計測したタイミングとデータをマスタ装置１に送信したタイミングとの時間差がΔｔとなっている。
【００３０】
図５において、センサ装置２ａで得られた計測値及び計測時カウンタ値のうち、実線のブロックで示された計測値及び計測時カウンタ値は通信周期のタイミングでマスタ装置１に通知される計測値及び計測時カウンタ値を示している。また、図５において、センサ装置２ａで得られた計測値及び計測時カウンタ値のうち、破線のブロックで示された計測値及び計測時カウンタ値はマスタ装置１には通知されない計測値及び計測時カウンタ値を示している。すなわち、センサ装置２ａは、通信周期のタイミングで、常に最新の計測値を示すデータ及び計測時カウンタ値を示すデータを、通信時カウンタ値を示すデータと共に、マスタ装置１に送信する。
【００３１】
なお図５では、カウンタ部２０２が、カウンタ値のカウントアップを継続する場合を示している。しかしながら、これに限らず、図６に示すように、カウンタ部２０２は、通信部２０４による送信が完了した後、カウンタ値をクリアして０に戻してもよい。これにより、カウンタ部２０２は、カウントアップしているカウンタ値がオーバーフローしてしまうことを回避できる。
【００３２】
次に、図１，３に示すマスタ装置１の動作例について、図７を参照しながら説明する。
図１，３に示すマスタ装置１の動作例では、図７に示すように、まず、通信部１０１は、通信部２０４により送信されたデータを受信する（ステップＳＴ７０１）。この際、通信部１０１は、計測値データ、計測時カウンタ値データ及び通信時カウンタ値データを含むデータを受信する。
【００３３】
次いで、時間差算出部１０２は、通信部１０１により受信されたデータが示す通信時カウンタ値と計測時カウンタ値との差分値に、当該データを送信したセンサ装置２が有するカウンタ部２０２におけるカウントアップの周期を乗算することで、時間差を算出する（ステップＳＴ７０２）。すなわち、時間差算出部１０２は、下式（１）に従って、時間差を算出する。式（１）において、Δｔは時間差を示し、Ｃｔは通信時カウンタ値を示し、Ｃｍは計測時カウンタ値を示し、Ｔｃはカウンタ部２０２におけるカウントアップの周期を示している。
Δｔ＝（Ｃｔ−Ｃｍ）×Ｔｃ（１）
【００３４】
次いで、タイミング特定部１０３は、時間差算出部１０２により算出された時間差に基づいて、通信部１０１により受信されたデータが示す計測値の計測タイミングを特定する（ステップＳＴ７０３）。この際、タイミング特定部１０３は、マスタ装置１が保持する時刻情報が示す現在の時刻から、上記時間差を差し引くことで、該当するセンサ装置２が計測値を得た時刻を特定する。
【００３５】
次いで、記録部１０４は、通信部１０１により受信されたデータに含まれる計測値データ、及び、タイミング特定部１０３により特定された計測値の計測タイミングを示すデータ（計測タイミングデータ）を記録する（ステップＳＴ７０４）。
【００３６】
なお上記では、センサ装置２が、計測値データ、計測時カウンタ値データ及び通信時カウンタ値データを送信する場合を示した。しかしながら、これに限らず、センサ装置２は、通信時カウンタ値データは送信せず、計測値データ及び計測時カウンタ値データのみを送信してもよい。この場合、時間差算出部１０２は、通信部１０１により受信されたデータが示す計測時カウンタ値と一つ前の計測時カウンタ値との差分値に、当該データを送信したセンサ装置２が有するカウンタ部２０２におけるカウントアップの周期を乗算することで、時間差を算出する。なお、時間差算出部１０２は、上記のように一つ前の計測時カウンタ値を示すデータを保持する必要があるため、初回では時間差を算出できない。
またこの場合、タイミング特定部１０３は、事前に十分な回数の試行を行うことで、時間差算出部１０２により算出された時間差に基づいて、センサ装置２が通信間隔のどこで計測しているかを把握可能である。
【００３７】
以上のように、この実施の形態１によれば、通信システムは、産業用フィールドネットワークに接続されたマスタ装置１及びセンサ装置２を備え、センサ装置２は、計測周期毎に計測値を得る計測部２０１と、周期的にカウンタ値をカウントアップするカウンタ部２０２と、通信周期毎に、計測部２０１により得られた計測値を示すデータ、及び、カウンタ部２０２により得られたカウンタ値のうちの、当該計測値の計測タイミングにおけるカウンタ値である計測時カウンタ値を示すデータを、マスタ装置１に送信する通信部２０４とを備えた。これにより、実施の形態１に係る通信システムは、マスタ装置１で計測タイミングを把握可能となる。
【００３８】
また、実施の形態１に係る通信システムは、センサ装置２がマスタ装置１と非同期であっても、マスタ装置１で計測タイミングを把握可能となる。よって、実施の形態１に係る通信システムは、特許文献１のようにセンサ装置２がマスタ装置１から同期信号を逐一受信する必要はなく、より簡易にマスタ装置１での計測タイミングの把握が可能となる。
【００３９】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、若しくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１  マスタ装置
２  センサ装置（スレーブ装置）
３  フィールドバス
１０１  通信部（受信部）
１０２  時間差算出部
１０３  タイミング特定部
１０４  記録部
２０１  計測部
２０２  カウンタ部
２０３  記録部
２０４  通信部（送信部）
【図１】
2020087156.tif 000003
【図２】
2020087156.tif 000004
【図３】
2020087156.tif 000005
【図４】
2020087156.tif 000006
【図５】
2020087156.tif 000007
【図６】
2020087156.tif 000008
【図７】
2020087156.tif 000009
【図８】
2020087156.tif 000010
【図９】
2020087156.tif 000011
【図１０】
2020087156.tif 000012