(57)【要約】【課題】ヒューマンマシンインターフェース（ＨＭＩ）ソフトウェアとオペレータワークステーションとの間の一般的で簡単な通信を行う。【解決手段】装置は、筐体上に取り付けられた信号装置（５４）、シリアル通信ポート（４２）、およびイーサネットポート（３２、４６）を有する。組込み型イーサネット能力を有するマイクロコントローラ（３６）を含む電子回路が筐体内に配置され、マイクロコントローラは、バーコード読取装置、ＲＦＩＤ受信機などからのシリアルデータをシリアル通信ポート（４２）からＴＣＰ／ＩＰによるイーサネットを介して遠隔サーバ上のＨＭＩソフトウェア（３８）に伝え、ビーコン、信号灯、警笛もしくは他の音声装置、または押しボタンスイッチ（５２）でありうる少なくとも１つの信号装置（５４）用の１つまたは複数のドライバ（４０）を制御するように構成されている。【選択図】図３
2010536113.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒューマンマシンインターフェース（ＨＭＩ）システム用のオペレータインターフェース装置であって、
オペレータワークステーションに取り付けるために構成された筐体と、
前記筐体上に配置された少なくとも１つの信号装置と、
前記オペレータワークステーションのシリアル装置に接続するために構成された、前記筐体上に配置されたシリアル通信ポートと、
ネットワークに接続するために構成された、前記筐体上に配置された少なくとも１つのイーサネットポートであって、前記ネットワークはそれに接続されたＨＭＩソフトウェアを実行するサーバを有する、少なくとも１つのイーサネットポートと、
その上に配置された組込み型イーサネットおよび少なくとも１つのシリアル通信インターフェースを有する回路チップを一体化したマイクロコントローラと
を備え、前記少なくとも１つの信号装置、前記シリアル通信ポート、および前記少なくとも１つのイーサネットポートは前記マイクロコントローラに接続され、前記マイクロコントローラは、ＴＣＰ／ＩＰによって前記シリアル装置と前記ＨＭＩソフトウェアとの間のシリアル通信信号を通信し、前記ＨＭＩソフトウェアと前記オペレータワークステーションの人間のオペレータとの間でメッセージを通信するために前記ＨＭＩソフトウェアを前記少なくとも１つの信号装置とインターフェースするように構成されている、オペレータインターフェース装置。
【請求項２】
前記少なくとも１つの信号装置は、発光ダイオードアレイを有する点灯回路を備える、請求項１記載のオペレータインターフェース装置。
【請求項３】
前記マイクロコントローラは、前記ＨＭＩソフトウェアからの制御信号に応答して前記ダイオードアレイを点滅するための回路を備える、請求項２記載のオペレータインターフェース装置。
【請求項４】
前記少なくとも１つの信号装置は前記筐体の上部に配置されたビーコンを備える、請求項１記載のオペレータインターフェース装置。
【請求項５】
前記少なくとも１つの信号装置は、前記筐体の前面上に配置された複数の信号灯をさらに備える、請求項４記載のオペレータインターフェース装置。
【請求項６】
前記少なくとも１つの信号装置は、前記ＨＭＩソフトウェアからの制御信号に応答して音声信号を発するために構成されたスピーカを備える、請求項１記載のオペレータインターフェース装置。
【請求項７】
前記シリアル通信ポートがＲＳ−２３２コネクタを備え、前記ＲＳ−２３２コネクタと前記マイクロコントローラとの間に接続されたＲＳ−２３２トランシーバをさらに備える、請求項１記載のオペレータインターフェース装置。
【請求項８】
前記シリアル通信ポートはユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）コネクタを備える、請求項１記載のオペレータインターフェース装置。
【請求項９】
前記オペレータワークステーションの機械制御装置に接続するために構成されたミニコネクタをさらに備え、前記ミニコネクタは前記マイクロコントローラに電気的に接続されている、請求項１記載のオペレータインターフェース装置。
【請求項１０】
前記ミニコネクタはＭ１２コネクタを備える、請求項９記載のオペレータインターフェース装置。
【請求項１１】
前記組込み型イーサネットは、ＴＣＰ／ＩＰスタックおよびイーサネットトランシーバを確立するために構成された回路を備える、請求項１記載のオペレータインターフェース装置。
【請求項１２】
前記ＨＭＩソフトウェアを実行する前記サーバコンピュータ上にロードするために構成されたソフトウェアドライバをさらに備え、前記ドライバは前記ＨＭＩソフトウェアを前記マイクロコントローラとインターフェースするために構成されている、請求項１記載のオペレータインターフェース装置。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの信号装置は、前記筐体上に配置された押しボタンと、前記人間のオペレータから前記ＨＭＩソフトウェアに信号を伝えるために構成された、前記押しボタンと前記マイクロコントローラとの間に配置された押しボタン回路とを備える、請求項１記載のオペレータインターフェース装置。
【請求項１４】
ヒューマンマシンインターフェース（ＨＭＩ）システム用のオペレータインターフェース装置であって、
オペレータワークステーションに取り付けるために構成された筐体と、
前記筐体の上部に配置されたビーコンと、
前記筐体の前面上に配置された複数の信号灯と、
前記筐体上に配置されたスピーカと、
前記オペレータワークステーションのシリアル装置に接続するために構成された、前記筐体上に配置されたＲＳ−２３２コネクタと、
ネットワークに接続するために構成された、前記筐体上に配置された少なくとも１つのイーサネットポートであって、前記ネットワークはそれに接続されたＨＭＩソフトウェアを実行するサーバを有する、少なくとも１つのイーサネットポートと、
前記筐体上に配置されたミニコネクタと、
その上に配置された組込み型イーサネットおよび少なくとも１つのシリアル通信インターフェースを有する回路チップを一体化したマイクロコントローラであって、前記少なくとも１つのイーサネットポートが接続され、ＴＣＰ／ＩＰによって前記シリアル装置と前記ＨＭＩソフトウェアとの間のシリアル通信信号を通信するように構成されている、マイクロコントローラと、
前記ＲＳ−２３２コネクタと前記マイクロコントローラとの間に配置され、ＲＳ−２３２トランシーバを有するＲＳ−２３２インターフェース回路と、
前記ＨＭＩソフトウェアと前記オペレータワークステーションの人間のオペレータとの間でメッセージを通信するために前記マイクロコントローラと前記ビーコン、前記複数の信号灯、および前記スピーカとの間で電気的に接続された点灯およびスピーカ回路と
を備える、オペレータインターフェース装置。
【請求項１５】
前記筐体上に配置された押しボタンと、前記人間のオペレータから前記ＨＭＩソフトウェアに信号を伝えるために構成された、前記押しボタンと前記マイクロコントローラとの間に配置された押しボタン回路とをさらに備える、請求項１４記載のオペレータインターフェース装置。
【請求項１６】
前記筐体上に配置されたユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）コネクタ
をさらに備え、前記ＵＳＢコネクタは前記マイクロコントローラに電気的に接続されている、請求項１４記載のオペレータインターフェース装置。
【請求項１７】
オペレータワークステーションをヒューマンマシンインターフェース（ＨＭＩ）ソフトウェアとインターフェースするための方法であって、
前記オペレータワークステーションにオペレータインターフェース装置を配置するステップであって、前記装置は、音声信号装置、視覚信号装置、押しボタンスイッチ、シリアル通信ポート、ならびに組込み型イーサネットおよびシリアル通信インターフェースを有するマイクロコントローラを有し、前記マイクロコントローラは、イーサネットによって前記シリアル通信ポートで受信されたシリアル通信信号を前記ＨＭＩソフトウェアに送信するように構成されている、オペレータインターフェース装置を配置するステップと、
前記シリアル通信ポートにシリアル装置を接続するステップと、
ＴＣＰ／ＩＰによって通信するネットワークに前記装置を接続するステップであって、前記ＨＭＩソフトウェアは前記ネットワークに接続されたサーバコンピュータ上で実行する、前記装置を接続するステップと、
シリアル通信信号を生成するための前記シリアル装置を操作するステップであって、前記シリアル通信信号は前記ネットワークを介して前記ＨＭＩソフトウェアに自動的に伝えられ、前記ＨＭＩソフトウェアは、前記視覚信号装置上および適宜、前記音声信号装置上のそれに応答して制御信号を生成するために前記マイクロコントローラと自動的に通信する、前記シリアル装置を操作するステップと、
前記制御信号に応答して前記オペレータワークステーションでの製造工程にある製品に作業を行うステップと、
前記製造工程にある製品への前記作業の完了を前記ＨＭＩソフトウェアに知らせるために前記押しボタンを操作するステップと
を備える、オペレータワークステーションをインターフェースするための方法。
【請求項１８】
シリアル装置を接続する前記ステップは、バーコードスキャナを前記オペレータインターフェース装置に接続することをさらに備え、前記シリアル装置を操作する前記ステップは前記バーコードスキャナを用いてバーコードをスキャンすることを備える、請求項１７記載のオペレータワークステーションをインターフェースするための方法。
【請求項１９】
前記ネットワークを介してＴＣＰ／ＩＰを用いて伝送するための少なくとも１つのパケットに前記シリアル通信の日付を形成するステップをさらに備え、前記形成するステップは前記シリアル通信信号を受信すると前記マイクロコントローラによって自動的に実行される、請求項１７記載のオペレータワークステーションをインターフェースするための方法。
【請求項２０】
前記オペレータワークステーションの機械制御装置と前記オペレータインターフェース上のイーサネットコネクタを接続するステップをさらに備え、前記制御装置は前記マイクロコントローラによって前記ＨＭＩソフトウェアに通信される状態信号を生成し、前記マイクロコントローラは、前記ＨＭＩソフトウェアが前記状態信号に応答して前記オペレータワークステーションでの人間の介入を必要とする条件を知らせるときに前記オペレータインターフェース装置上で警報信号を自動的に生成する、請求項１７記載のオペレータワークステーションをインターフェースするための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、組立ライン用の制御システムなどの自動化された商業および工業環境用の制御システムに関し、具体的にはオペレータワークステーションとサーバ上で実行するＨＭＩソフトウェアとの間の簡単で一般的な通信を行うＨＭＩ（ヒューマンマシンインターフェース）システム用のオペレータインターフェース装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの商業施設、工業施設、倉庫施設、および製造施設は、人件費を低減し、効率を増大するために自動化に頼る。自動化システムはしばしばコンピュータ制御される。典型的にはコンピュータは、中央の位置に配置され、中央位置から遠く離れた施設全体にわたって分散された複数のオペレータワークステーションを制御することになる。
【０００３】
複数の機械類が、ある位置から他の位置に製品および部品を移動し、製品を組み立て、製品をパッケージングし、施設の内容に関する他のサービスを行うために使用される。人間のオペレータがオペレータワークステーションに配置されて、ワークステーションで様々な機械類を操作し、部品を配置し、機械のプロセスを監視し、遠隔地で生じうる問題を解決することができる。
【０００４】
この種のシステムに関する典型的なモデルが監視制御およびデータ収集モデル（ＳＣＡＤＡ）モデルである。通例ではＳＣＡＤＡシステムは、機械類に接続された入力および出力信号ハードウェア、ハードウェアに接続された複数の遠方監視制御装置（ＲＴＵ）またはプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）、ＲＴＵまたはＰＬＣに接続されたＨＭＩソフトウェアを実行する中央ステーション、ならびに構成要素間で通信するための通信インフラストラクチャを含む。典型的には信号ハードウェアは、警笛もしくは他の音声装置として、または光信号又はビーコンの形でのいずれかの、あるいは両方のある種の警報リフトを含むことになる。
【０００５】
この手法に関する問題は、ハードウェア信号装置およびＰＬＣまたはＲＴＵが、特定の用途のためにカスタム選択されることである。例えば、本来ならＰＬＣは、自動化システム内のリレーおよびスイッチから成るシステムを交換するために開発され、電気技術者または電子技術者が電気回路図から理解しプログラムすることができる種類の簡単な論理回路および「はしご型論理」に使用された。ＰＬＣは、ブロックプログラミング言語、および場合によっては構造的プログラミング言語を使用するように進歩している。それにもかかわらずＰＬＣは、それらの回路ベースの源を保持し、高価でもあり時間もかかる特定のハードウェア実装形態とインターフェースするために電気技術者によって依然としてカスタマイズされなければならない。ＲＴＵがほぼ同じ問題を被る。
【０００６】
例えば、自動車の組立ラインは複数のオペレータワークステーションを必要とし、それぞれが、ＧＥ  ＦａｎｕｃのＰｒｏｆｉｃｙ（商標）またはＣｉｍｐｌｉｃｔｙ（商標）ＨＭＩソフトウェア、Ａｌｌｅｎ−Ｂｒａｄｌｅｙ／Ｒｏｃｋｗｅｌｌ  Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ  ＨＭＩ、Ｗｏｎｄｅｒｗａｒｅ  ＨＭＩなどのＨＭＩソフトウェアとインターフェースするために入力／出力信号ハードウェアおよびＰＬＣを必要とする。ワークステーションがメンテナンス、修理、交換、またはアップグレードを必要とするときの停止時間と共に、部門あたりまたは工場あたり５０から１００台のワークステーションのインストールに対してワークステーションあたり何万の費用で工場の効率性が苦しむ。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第０３／０５６４４２Ａ号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】ＢＡＲＩＸ  ＡＧ：“ＡＮＮＵＮＣＩＣＯＭ  ＩＣ  Ｎｅｔｗｏｒｋ−ｂａｓｅｄ，ｓｔａｎｄ−ａｌｏｎｅ  ｉｎｔｅｒｃｏｍ  ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  ｃｕｓｔｏｍ  ｈｏｍｅ  ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎｓ  ａｎｄ  ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”，ＵＳＥＲ  ＭＡＮＵＡＬ  ＶＥＲＳＩＯＮ  ０１．２０，［Ｏｎｌｉｎｅ］，１３  Ｍａｒｃｈ  ２００６  （２００６−０３−１３），ｐａｇｅｓ  １−２９，ＸＰ００２４７８３１２，Ｒｅｔｒｉｅｖｅｄ  ｆｒｏｍ  ｔｈｅ  Ｉｎｔｅｒｎｅｔ：ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｂａｒｉｘ．ｃｏｍ／ｄｏｗｎｌｏａｄｓ／１＿２４２＿ａｎｎｕｎｃｉｃｏｍ＿ｉｃ＿ｍａｎｕａｌ＿ｖ０１２０＿２００６０３０９．ｐｄｆ＞，［ｒｅｔｒｉｅｖｅｄ  ｏｎ  ２００８−０４−２４］，ｐａｇｅｓ  ２，３−６，１２，ｐａｇｅｓ  １４，２２−２６
【非特許文献２】ＤＩＧＩ  ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ  ＥＴ  ＡＬ：“Ｄｉｇｉ  Ｃｏｎｎｅｃｔ  ＭＥ；Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｐｒｏｄｕｃｔ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ”，ＩＮＴＥＲＮＥＴ  ＣＩＴＡＴＩＯＮ，［Ｏｎｌｉｎｅ］，２２  Ｊｕｌｙ  ２００３  （２００３−０７−２２），ＸＰ００２４２０４０１，Ｒｅｔｒｉｅｖｅｄ  ｆｒｏｍ  ｔｈｅ  Ｉｎｔｅｒｎｅｔ：ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｎｔｒｉｘ．ｃｏ．ｕｋ／ｃｏｎｎｅｃｔ／ｄａｔａ／ｄｉｇｉＣｏｎｎｅｃｔＭＥ＿ｔｅｃｈｐｒｄｓｐｅｃ．ｐｄｆ＞，［ｒｅｔｒｉｅｖｅｄ  ｏｎ  ２００７−０２−１５］，ｔｈｅ  ｗｈｏｌｅ  ｄｏｃｕｍｅｎｔ
【非特許文献３】ＦＡＹＡＤ  Ｃ  Ａ  ＥＴ  ＡＬ：“ＨＭＩ  ＡＳ  Ａ  ＭＡＩＮＴＥＮＡＮＣＥ  ＴＯＯＬ”，ＩＳＡ  ＴＥＣＨ／ＥＸＰＯ  ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ  ＵＰＤＡＴＥ，ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ  ＳＯＣＩＥＴＹ  ＯＦ  ＡＭＥＲＩＣＡ，ＲＥＳ．  ＴＲＩＡＮＧＬＥ，ＮＣ，ＵＳ，ｖｏｌ．２，ｎｏ．ＰＡＲＴ  １，１９９８，ｐａｇｅｓ  １１９−１３４，ＸＰ０００８７５２０７，ＩＳＳＮ：１０５４−００３２，ｐａｇｅ  １２６，ｌｉｎｅ  ３−ｐａｇｅ  １２７，ｌｉｎｅ  ３１；ｆｉｇｕｒｅｓ  ２，６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
その結果、カスタムインストールを必要とすることなく情報技術（ＩＴ）制御下で直接動作するＨＭＩシステム用の一般的なオペレータワークステーションユニットが必要である。したがって、前述の問題を解決するハードウェアインターフェース装置が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
ＨＭＩシステム用のオペレータインターフェース装置は、ヒューマンマシンインターフェース（ＨＭＩ）ソフトウェアとオペレータワークステーションとの間の一般的で簡単な通信を行う。その装置は、筐体上に取り付けられた少なくとも１つの信号装置、少なくとも１つのシリアル通信ポート、およびイーサネットポート（「イーサネット」は商標）を有する。組込み型イーサネット能力を有するマイクロコントローラを含む電子回路が筐体内に配置される。マイクロコントローラは、バーコード読取装置、ＲＦＩＤ受信機などからのシリアルデータをシリアル通信ポートからＴＣＰ／ＩＰによるイーサネットを介して遠隔サーバ上のＨＭＩソフトウェアに伝え、ビーコン、信号灯、警笛もしくは他の音声装置、または押しボタンスイッチでありうる少なくとも１つの信号装置用の１つまたは複数のドライバを制御するように構成されている。その装置は、トルクコントローラなどの機械制御装置とＨＭＩソフトウェアとの間の信号を伝えるための電源およびミニコネクタポートを含むこともできる。
【００１１】
少なくとも１つのシリアルポートはＲＳ−２３２ポートであってよい。組立ライン、部品倉庫、および他の工業施設は、ＲＳ−２３２規格を用いて自動制御ソフトウェアと通信するバーコード読取装置、ＲＦＩＤ受信機またはトランシーバ、および他の装置をしばしば使用し、したがって、レガシ装置と呼ばれる場合もあるこの種の装置はＲＳ−２３２ケーブルおよびジャックをしばしば装備している。代替として、またはＲＳ−２３２ポートに加えて少なくとも１つのシリアル通信ポートが、そのように装備されたセンサもしくは入力／出力装置との、またはオペレータワークステーションに配置されたプリンタ、タッチスクリーンモニタ、キーボード、マウス、もしくは他の入力装置との接続用のユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）ポートであってよい。他の代替方法では、シリアルポートがＤｅｖｉｃｅＮｅｔ、Ｓｅｒｉｐｌｅｘ、Ｍｏｄｂｕｓ、または他のシリアル通信ポートであってよい。
【００１２】
少なくとも１つの信号装置はビーコンであってよく、筐体の上部に配置されることが好ましい。ビーコンはＬＥＤアレイを備えることができ、その装置は、人間のオペレータによる介入を必要とするワークステーションでのエラーを示すためにＨＭＩソフトウェアからの命令に従ってＬＥＤアレイを点滅するための回路を含むことができる。ビーコンをオンするためのドライバ回路が筐体内に配置され、所望の周波数でアレイをオンおよびオフするための発振器またはタイミング回路が、マイクロコントローラ内に組み込まれることができる、またはＬＥＤドライバにディスクリート回路として供給されることができる。
【００１３】
信号装置は、好ましくは筐体内の前面上に配置され、ドライバ回路が筐体内に配置されたＬＥＤアレイを備えることもできる１つまたは複数の信号灯であってよい。例えば、組立ラインの場合には信号灯は、ワークステーションでの製品に関する作業が満足に進んでいることを示すための緑のランプ、コンベアベルト上の製品がオペレータワークステーションのステーションに届いていることを示す信号灯、非標準またはカスタム部品が現在ワークステーションにある製品のために必要であることを点滅するまたは他の方法で示すことができる信号灯などを含むことができる。
【００１４】
信号装置は、信号がイーサネットを介してＨＭＩソフトウェアからマイクロコントローラによって受信されるとオンされるドライバ回路が筐体内に配置されたスピーカ、警笛、または他の音声装置であってよい。音声装置は、必要に応じて筐体内に配置された音声プロセッサによって駆動されるスピーカであってよい。
【００１５】
信号装置は、ＨＭＩソフトウェアに信号を送信するために人間のオペレータによって操作可能な１つまたは複数の押しボタンを含むことができる。例えば、開始ボタンは、エラー条件が修正され、組立ラインが再開されることができることをＨＭＩソフトウェアに知らせるために提供され、または解除ボタンは、エラーが割り当てられた時間内に修正されることができず、組立ラインが解除されるまたは再開されることができるが、製品は、ベルトから除去されているもしくは組立ライン内の適切な連絡箇所でさらに処理するために迂回される必要があることを知らせるために提供される。
【００１６】
ミニコネクタは、ワークステーションに配置された最大４つまでのコントローラまたはセンサに電源を供給し、最大４つまでのコントローラまたはセンサから入力信号を受信する６ピンコネクタであってよい。ミニコネクタは、マイクロコントローラにおよびマイクロコントローラからディスクリート入力／出力信号を伝え、マイクロコントローラは、サーバにおよびサーバから信号を単に伝えるように配線される。ミニコネクタはＭ１２コネクタであってよい。装置は、筐体内に取り付けられた複数のミニコネクタを有することができる。
【００１７】
装置は、複数のオペレータインターフェースユニットがネットワーク上で縦続接続されることができるように２つ以上のイーサネットポートを含むことができる。あるいは、特別のイーサネットポートが、コンピュータ、プリンタ、サインなど、ネットワークへのイーサネット接続によって動作することができるものを接続するために使用されることができる。オペレータインターフェースユニットをＨＭＩソフトウェアと整合するためのソフトウェアドライバは、プリンタドライバがコンピュータとプリンタとの間の通信を制御するのとほぼ同じようにＨＭＩソフトウェアと１つまたは複数のヒューマンインターフェースユニットとの間の通信の基本的な命令構造の適切な相関を提供する。
【００１８】
したがって、ＨＭＩシステム用のヒューマンインターフェース装置は、カスタム入力／出力ハードウェアを必要とすることなくＩＴ制御によるＨＭＩソフトウェアを有する遠隔ワークステーションの人間のオペレータとワークステーションでのカスタムのＰＬＣ、ＲＴＵ、または他の中間装置との間の一般的な通信を提供する。
【００１９】
本発明のこれらの機能および他の機能は、下記の明細書および図面をさらに検討すると容易に明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明によるＨＭＩシステム用のオペレータインターフェース装置の正面斜視図である。
【図２】図１のオペレータインターフェース装置の底面図である。
【図３】図１のオペレータインターフェース装置内に配置された電子回路の構成図である。
【図４Ａ】図１のオペレータインターフェース装置用の例示のマイクロコントローラのピン配列を示す概略図である。
【図４Ｂ】図１のオペレータインターフェース装置用の例示のマイクロコントローラのピン配列を示す概略図である。
【図５】図１のオペレータインターフェース装置用のＲＳ−２３２入力ポート回路の概略図である。
【図６Ａ】図１のオペレータインターフェース装置用のイーサネット分離回路の概略図である。
【図６Ｂ】図１のオペレータインターフェース装置用のイーサネット分離回路の概略図である。
【図７】本発明によるＨＭＩシステム用のオペレータインターフェース装置の代替実施形態の正面斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
同様の参照文字は、添付図面全体にわたって対応する機能を一貫して示す。
【００２２】
ＨＭＩシステム用のオペレータインターフェース装置は、ヒューマンマシンインターフェース（ＨＭＩ）ソフトウェアとオペレータワークステーションとの間の一般的で簡単な通信を行う。その装置に関する典型的な用途は、自動車製造施設での組立ライン内のオペレータワークステーションにありうる。その装置は、カスタムプログラムされる必要もあるであろうプログラマブルロジックコントローラを介してＨＭＩソフトウェアと通信するワークステーションのカスタム装置を必要とすることなく、人間のオペレータとＨＭＩソフトウェアとの間の一般的な通信を行う。
【００２３】
図１および図２は、それぞれ図面内で一般に１０と呼ばれる装置の第１の実施形態の斜視図および底面図を示す。装置１０は筐体１２を含む。筐体１２は任意の所望の構成を有することができる。図１に示される実施形態は、その背面上の壁取付けブラケットまたは上部および底部から伸びる壁取付けタブ（図示せず）を有することができる細長い筐体を有する。
【００２４】
装置１０は、筐体１２上に取り付けられた少なくとも１つの信号装置、少なくとも１つのシリアル通信ポート、およびイーサネットポートを有する。図１および図２に示される装置１２の実施形態は、筐体１２の上面に取り付けられたビーコン１４、ならびに筐体１２の前面上に配置された第１の信号灯１６および第２の信号灯１８を有する。ビーコン１４ならびに信号灯１６および１８は、伝達されるべき様々なメッセージの視覚的表示を行うために様々な色レンズを有する発光ダイオード（ＬＥＤ）または発光ダイオードアレイを備えることができる。例えばビーコン１４は、人間のオペレータによって介入を必要とするワークステーションでのエラー条件または障害を知らせるための赤色のレンズを備えることができる。第１の信号灯１６は、ワークステーションでの作業が満足に進んでいることを示すために筐体１２上に配置された緑色のレンズおよび「ＧＯＯＤ  ＪＯＢ」などの適切な標印２０を有することができる。第２の信号灯１８は、例えば、処理のためにワークステーションに届いている製品が組立ライン上にあることを示すために筐体１２上に配置されたこはく色のレンズおよび「ＩＮ  ＳＴＡＴＩＯＮ」などの適切な標印２２を有することができる。
【００２５】
視覚信号の数、筐体１２上のそれらの位置、それらの構成、および視覚信号の点灯によって伝達されるべき信号は本発明の範囲内で変更することができる。また、下記で説明されるようにビーコン１４ならびに／または信号灯１６および１８は、視覚信号に対する人間のオペレータの注意をひくために、または組立ラインの状態もしくはワークステーションに現在配置されている製品に関する特定のメッセージを伝達するために点滅するまたは脈動することができる。
【００２６】
装置１０は、視覚信号装置に加えて、または視覚信号装置の代わりに筐体１２の前面または前面パネル上に取り付けられたスピーカ２４を有する音声信号装置を含むことができる。音声信号装置は単に警笛もしくはブザーであってよく、または装置１０は短い標準的な音声信号を伝達するための音声合成装置を含むことができる。音声信号装置は視覚信号装置と共に使用されることができ、例えば、信号灯１８は、製品がワークステーションに届いていることを示すために点灯することができ、音声信号装置は、この特定の製品の特別な処理が必要とされることを示すために音を発することができる。
【００２７】
装置１０は、筐体１２の前面または前面パネル上に配置された押しボタン２６を含むことができる。押しボタン２６は、ワークステーションでのエラー条件が消去されている、要求された仕事が達成されている、またはエラー条件が仕事のために割り当てられた時間内に消去できず、その結果、組立ラインは、製品がワークステーションで組立ラインから除去されるか、それとも適切な接合部で組立ラインから迂回されるために印を付けられて、継続動作のために解除されるべきであることをＨＭＩソフトウェアに知らせるために人間のオペレータによって使用されることができる。様々なメッセージが、複数の押しボタンを提供することによって、またはボタンを押す特定のパターン（所与の期間内の押す数、押している期間など）によって伝達されることができる。
【００２８】
装置１０は少なくとも１つのシリアル通信ポートを含む。図１の実施形態ではシリアル通信ポートがＲＳ−２３２ポートを備え、ＤＢ−９コネクタ２８が筐体１２の前面パネル上に取り付けられている。組立ライン上で使用される多くセンサは、バーコードスキャナ、ＲＦＩＤ受信機もしくはトランシーバ、温度センサ、光電セルなどを含んで、ＲＳ−２３２ケーブルを含むレガシ装置である。ＲＳ−２３２コネクタ２８は、装置１０を介してＨＭＩソフトウェアにシリアル通信信号を伝えるための手段を提供する。
【００２９】
装置１０は、機械制御装置またはセンサをＨＭＩソフトウェアに接続するためのミニコネクタ３０をさらに含むことができる。ミニコネクタ３０は、ワークステーションに配置された最大４つまでのコントローラまたはセンサに電源を供給し、最大４つまでのコントローラまたはセンサから入力信号を受信する６ピンコネクタであることが好ましい。ミニコネクタは、マイクロコントローラにおよびマイクロコントローラからディスクリート入力／出力信号を伝え、マイクロコントローラはサーバにおよびサーバから信号を単に伝えるように配線される。ミニコネクタ３０はＭ１２コネクタであってよい。装置は筐体内に取り付けられた複数のミニコネクタ３０を有することができる。
【００３０】
装置１０は、ＨＭＩソフトウェアと通信を行うために施設のローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）または広域ネットワーク（ＷＡＮ）と装置１０を接続するためにＲＪ−４５ジャックを受け入れるためのイーサネットコネクタ３２を含む。イーサネットコネクタ３２は、筐体１２の底面上に配置されることができる。装置１０は、装置１０を交流電源に接続するために埋込み型の雄形プラグ３４などの電源入力コネクタも含む。電源入力コネクタ３４は筐体１２の底面上に配置されることもできる。埋込み型の雄形プラグ３４ではなく装置１０は、交流電源に接続するために筐体１２から伸びる電源コードを有することができる。
【００３１】
装置１０にその機能を提供するための電気回路が、筐体１２内のプリント回路基板または他の支持体上に配置されている。図３を参照すると回路は、組込み型イーサネット能力および少なくとも１つのシリアル通信インターフェースを有するマイクロコントローラ３６の周りに構築される。基本的にマイクロコントローラは、同一チップ上に配置された個別部品（ＲＯＭ、ＲＡＭ、シリアル通信ポート、アナログデジタル変換器など）によって本来なら提供されるであろうサポート回路を有する専門のマイクロプロセッサであり、したがって基本的にはモニタ、キーボードまたはマウスなしのミニコンピュータであるものを提供することが理解されるであろう。「組込み型イーサネット」によって、出願人はイーサネットネットワーク規格の単一チップの実装形態を意味し、したがってマイクロコントローラはコンピュータを使用することなくイーサネットによって通信する能力を有する。したがってマイクロコントローラは、ＴＣＰ／ＩＰスタックを確立し、ＩＰアドレスを割り当て、ポートを開き、パケットを形成し、ＴＣＰ／ＩＰプロトコルによって通信するなどを可能にすべきである。
【００３２】
装置１０内での使用に適したマイクロコントローラは、少なくとも１つのシリアル通信ポートインターフェースを有すべきであり、ユーザデータプロトコル（ＵＤＰ）、またはより好ましくは伝送制御プロトコル（ＴＣＰ）のいずれかによってＴＣＰ／ＩＰを用いて伝送するためにシリアル通信信号（具体的にはＲＳ−２３２規格を使用するもの）をパケットに変換するようにプログラム可能であるべきであり、その結果、ＨＭＩソフトウェアは、例えば、バーコードスキャナがＨＭＩソフトウェアを実行するサーバコンピュータに直接接続されているかのようにバーコードスキャナからの信号をトランスペアレントに受信することができる。マイクロコントローラ３６は、イーサネットを介してパケット内のデータビットだけを送信して開始ビット、停止ビット、およびパリティビットを捨てるようにプログラムされることができ、またはＲＳ−２３２信号内のビットのすべてをパケット化するようにプログラムされることができ、その結果、製造施設または商業施設によって使用される特定のＨＭＩソフトウェアの能力に応じて、ＴＣＰ／ＩＰ信号がパケット化を解除され、ＲＳ−２３２全体がシリアル通信バスを介してＨＭＩソフトウェアに伝送するためにサーバコンピュータでリストアされることができる。
【００３３】
これに関連してＨＭＩソフトウェア３８は、任意のＨＭＩソフトウェアの市販されているブランドであってよい。概してＨＭＩソフトウェアは、工場内の遠隔地に警報または制御信号を送信することを含んで、工場の機械および操作に関する重要な製品データの収集、監視、監視制御、および共用を行う。装置１０がインターフェースすることができる例示のＨＭＩソフトウェア３８は、ＧＥ  ＦａｎｕｃのＰｒｏｆｉｃｙ（商標）またはＣｉｍｐｌｉｃｔｙ（商標）ＨＭＩソフトウェア、Ａｌｌｅｎ−Ｂｒａｄｌｅｙ／Ｒｏｃｋｗｅｌｌ  Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ  ＨＭＩ、Ｗｏｎｄｅｒｗａｒｅ  ＨＭＩなどを含む。装置１０は、ＨＭＩソフトウェアが常駐するサーバコンピュータ上にロードされることができるソフトウェアドライバ４０を備え付けられることができる。ソフトウェアドライバ４０は、例えばビーコン１４または音声警報スピーカ２４をオンにするためにＨＭＩソフトウェア３８からのソフトウェアコマンドをマイクロコンピュータ３６内の言語での適切な入力コマンドに変換し、逆に機械の状態に関するマイクロコンピュータ３６からのまたは押しボタン２６からの出力信号をＨＭＩソフトウェアによって必要とされる形で（ほとんどソフトウェアプリンタドライバの形で）適切なＨＭＩ入力にルーティングする。
【００３４】
マイクロコントローラは、人間の観点からほぼリアルタイム（１００ミリ秒＜応答時間＜５００ミリ秒）であるが、それほど速くはないので１００ミリ秒未満を必要とする機械制御の用途の要求を満足しない性能を可能にすべきである。マイクロコントローラは、機械センサおよびコントローラからのディスクリート入力／出力信号がハードウェアＩＲＱを引き起こすようにプログラム可能であるべきであり、その結果、入力状態の変化がすぐに処理されることができる。またマイクロコントローラは、ＨＭＩソフトウェアコマンドに対するほぼリアルタイム応答を維持するためにＨＭＩソフトウェアのイーサネット受信ポートからＴＣＰ／ＩＰスタックをしばしば（典型的には１０ミリ秒〜５００ミリ秒）ポーリングするようにプログラム可能であるべきである。マイクロコントローラが、マイクロコントローラに接続されたシリアル入力装置ごとに個々のＴＣＰ／ＩＰポートおよびＴＣＰ／ＩＰスタック、ならびにミニコネクタ３０を介して接続されるディスクリート入力／出力装置用の単一ポートを開くことができることが好ましい。
【００３５】
装置内での使用に適したマイクロコントローラ３６は、Ａｕｓｔｉｎ，ＴｅｘａｓのＦｒｅｅｓｃａｌｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ，Ｉｎｃ．によって作製されたＭＳ９Ｓ１２ＮＥ６４である。とりわけこのマイクロコントローラは、１５ビットＣＰＵ、６４ＫバイトのフラッシュＥＥＰＲＯＭ、６ＫのＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器、統合イーサネット１０／１００Ｍｂｐｓトランシーバを有するイーサネットメディアアクセスコントローラ（ＥＭＡＣ）、２つの非同期シリアル通信インターフェースモジュール（ＳＣＩ）、１つの同期シリアル周辺インターフェース（図１〜２の実施形態では未使用）、および１６ビットタイマモジュールを特徴とする。フラッシュＥＥＰＲＯＭは開発キットを用いてプログラム可能である。図１〜２の実施形態で使用されるためのマイクロコントローラ３６の例示の概略的ピン配列が図４Ａ〜４Ｂに示されている。この用途では１６ビットタイマが、ビーコン１４用の点滅回路を提供するように構成され、必要に応じて点滅灯１６および１８に対して構成されることもできることに留意されたい。
【００３６】
図３に戻って参照すると、装置１０用の回路は、図１および図２に示される装置１０の実施形態と同様にＲＳ−２３２ポート用の回路だけを含むことができる、または図７に示される一般に１００と呼ばれる装置の代替実施形態で提供されるようにＲＳ−２３２ポートの代わりにもしくはＲＳ−２３２ポートに加えてユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）ポート４４用の回路を含むことができるシリアル通信ポート回路４２を含む。図１および図２の装置１０用の例示のシリアル通信ポート回路４２が図５に示されている。シリアル通信ポート回路４２は、ＤＢ−９コネクタ２８にリボンケーブルによって接続され、ＲＳ−２３２トランシーバ（例えば、ＳＰ３２３２集積回路）を介してマイクロコントローラ３６とインターフェースする。同様の回路が、電子技術分野でよく知られているようにＵＳＢポート４４をマイクロコントローラ３６とインターフェースするために使用されることができる。
【００３７】
装置１０用の回路は、マイクロコントローラ３６とＲＪ−４５イーサネットジャック３２との間に配置されたイーサネット分離回路４６も含む。イーサネット分離回路４６は、イーサネットケーブルを介して運ばれる雑音がイーサネットトランシーバピンを介してマイクロコントローラ３６に影響を及ぼすことを防止し、サーバコンピュータ上で実行するＨＭＩソフトウェア３８にイーサネットネットワークケーブルを介して送信される信号から雑音を除去するために提供される。例示のイーサネット分離回路４６が図６Ａ〜６Ｂに示されている。イーサネット分離回路は、必要な分離を行うためにＨ１１０２  １０／１００ベースＴの単一ポート表面実装変圧器４８を使用する。適宜、イーサネット分離回路は、マイクロコントローラ３６用のＭＡＣアドレスを維持するために２４ＷＣ３２シリアルＥＥＰＲＯＭ５０を含むことができる。
【００３８】
装置１０用の回路は、スイッチの跳動を吸収し、押しボタン２６をマイクロコントローラ３６とインターフェースするためにＰＳ２７０１集積回路などの１つまたは複数の光アイソレータ、および他の部品を含むことができる押しボタン回路５２を含む。押しボタンスイッチをマイクロコントローラまたはマイクロプロセッサとインターフェースするためのこの種の回路は、当技術分野ではよく知られており、さらに説明されない。
【００３９】
装置１０用の回路は、ビーコン１４、信号灯１６および１８、ならびにスピーカ２８を介して警報を発する音声警報装置を駆動するための点灯およびスピーカ回路５４を含む。ビーコン１４ならびに信号灯１６および１８用の光源はＬＥＤアレイによって供給されることが好ましく、回路は、ＬＥＤを通る電流を制限し、熱を放散するための電流制限抵抗、および光ダーリントントランジスタアレイを含むＵＬＮ２８０３ＬＷ集積回路などのトランジスタ増幅器／スイッチによって提供されるドライバを含む。この種のＬＥＤ点灯回路は従来型であり、当技術分野ではよく知られている。ドライバトランジスタビーコン１４ならびに信号灯１６および１８は、マイクロコントローラ３６内に組み込まれたオンチップタイマによって、またはディスクリートＬＥＤ点滅回路によって点滅されるまたはオンおよびオフされることができることに留意されたい。スピーカ２４は、ＵＬＮ２８０３ＬＷのトランジスタ増幅器／スイッチのうちの１つによって駆動される警笛、ブザー、もしくは他の音声警報装置を組み込むことができる、または代替として個々の分離した音声プロセッサ回路が言葉による警報もしくは命令を供給するために提供されることができる。
【００４０】
ミニコネクタ３０は、マイクロコントローラ３６に直接接続されることができる。装置１０用の回路は、ミニコネクタポート３０に接続された機械制御装置およびセンサにイーサネットを介して電源供給するための安定化２４ボルト電源、ならびに筐体１２内に配置されたマイクロコントローラ３６および他の回路用の安定化電源（例えば、ＬＭ２５９６電圧調整器を使用する３．３ボルト電源）を供給する安定化電源回路５６を含むこともできる。この種の安定化電源回路は当技術分野ではよく知られている。
【００４１】
図７は装置１００の代替実施形態を示す。装置１００は、筐体１１２内に封入され、ほぼ装置１０と同様であるが、複数の押しボタン２６ａおよび２６ｂ、ＵＳＢポート４４、ならびに複数のミニコネクタ３０を含む。装置１００は、イーサネットケーブルによって各装置１００を隣の装置に接続して複数の装置１００を直列に縦続接続するために図２のジャック３２と同様である複数のイーサネットジャックをその底面上に含むこともできる。あるいは、特別のイーサネットポートが、コンピュータ、プリンタ、サインなど、ネットワークへのイーサネット接続によって動作することができるものを接続するために使用されることができる。
【００４２】
複数の押しボタン２６ａおよび２６ｂは、ＨＭＩソフトウェアと通信するためにオペレータにさらなるオプションを提供する。ＵＳＢポートによって、従来の回路を介してマイクロコントローラ３６へのタッチスクリーンモニタおよび制御ステーションなどの他の装置、プリンタ、キーボード、マウス、または他のＵＳＢ装置がＨＭＩソフトウェアと通信するためのオペレータの能力を拡張することができる。複数のミニコネクタ３０によって、さらなるピックアップ光、ボタン、センサなどがＨＭＩソフトウェアにさらなるデータ入力を供給するためにマイクロコントローラに接続されることができる。
【００４３】
複数の装置１０または装置１００が、イーサネットハブ、ルータ、スイッチなどを介するＬＡＮによって、またはゲートウェイもしくは他のネットワークスイッチング装置を介するＷＡＮによってＨＭＩソフトウェアを実行するサーバコンピュータに接続されることが理解されるであろう。あるいは、装置１０はイーサネットを介してワークステーションに配置された単一のコンピュータと通信することができる。ＨＭＩシステム用のオペレータインターフェース装置は、カスタマイズされた介在装置またはカスタマイズされたワークステーション警報および信号装置を必要とすることなくコンピュータネットワークを介してＨＭＩソフトウェアからのＩＴ制御下に機械類およびオペレータワークステーションを直接配置して、ヒューマンマシンインターフェース（ＨＭＩ）ソフトウェアとオペレータワークステーションとの間の一般的で簡単な通信を行うことが理解されるであろう。ＨＭＩソフトウェアではなく装置が、必要に応じて適切なドライバによってサーバコンピュータ上で実行する他のソフトウェアアプリケーションと通信するように構成されることができることに留意されたい。
【００４４】
いくつかの例が本発明の使用を例示する。自動車施設の組立ライン内の作業者が、車両のトランクに標章を付ける。車両の大部分は、車両の製造元を単に列挙する一般的な標章を受け取る。車両をＬＳモデルとして指定する異なる標章を必要とする車両がワークステーションに届く。バーコードスキャナは、コンベアベルト上のまたはトランク上のバーコードを読み取り、コードをＨＭＩソフトウェアに伝達する。ＨＭＩソフトウェアは、装置上のこはく色の「ＩＮ  Ｓｔａｔｉｏｎ」信号灯を点灯させる。ＨＭＩソフトウェアは、車両が特別な標章を必要とし、作業者に警告するために警笛を鳴らすことをバーコードから理解する。作業者は、特別な標章を貼付した後に特別な標章が貼付されていることをＨＭＩソフトウェアへの信号として解除押しボタンを押し、ＨＭＩソフトウェアは、組立ラインを確認し進めるために緑色のｇｏｏｄ  ｊｏｂ信号灯に知らせる。押しボタンが標章を貼付するための割り当てられた時間内に押されない場合、ビーコンが点滅し、警笛が連続的に鳴り、組立ラインは、エラーが修正され、押しボタンが押し下げられるまで停止する。
【００４５】
他の例では、食器洗い機の組立工場の作業者が、ワークステーションを通過する各食器洗い機上の同一の６つのボルトを締めるためにトルクコントローラと呼ばれる特別な工具を使用する。トルクコントローラは、各ボルトが締められた後に装置を介してＨＭＩソフトウェアにイーサネットを用いて「ＯＫ」信号を送信する。ＨＭＩソフトウェアは、ＯＫ信号の数を数え続ける。６つのＯＫ信号が受信される場合、緑色の信号灯が点灯し、コンベアベルトが進む。５つのＯＫ信号だけが、割り当てられた時間内に受信される場合、ビーコンが点滅し、ＨＭＩソフトウェアは、エラーが修正され、解除ボタンが押されるまでコンベアベルトを停止させる。
【００４６】
ＨＭＩシステム用のオペレータインターフェース装置が商業施設、工業施設、倉庫施設、および製造施設内で使用されることができることが企図される。ＨＭＩソフトウェアを使用する自動化システム内で使用されるために具体的に説明されるが、本発明の範囲は、サーバコンピュータとオペレータワークステーションとの間のシステムインターフェースの制御または監視を行う他の任意のＩＴ用途と共に使用するように拡張するものである。
【００４７】
本発明は上述の実施形態に限定されるのはでなく、下記の「特許請求の範囲」の範囲内のいかなるすべての実施形態を包含することが理解されるべきである。
【符号の説明】
【００４８】
１０  装置
１２  筐体
１４  ビーコン
１６  第１の信号灯
１８  第２の信号灯
２０  標印
２２  標印
２４  スピーカ
２６  押しボタン
２６ａ  押しボタン
２６ｂ  押しボタン
２８  ＤＢ−９コネクタ
３０  ミニコネクタ
３２  イーサネットコネクタ
３４  埋込み型の雄形プラグ／電源入力コネクタ
３６  マイクロコントローラ
３８  ＨＭＩソフトウェア
４０  ソフトウェアドライバ
４２  シリアル通信ポート回路
４４  ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）ポート
４６  イーサネット分離回路
４８  Ｈ１１０２  １０／１００ベースＴの単一ポート表面実装変圧器
５０  ２４ＷＣ３２シリアルＥＥＰＲＯＭ
５２  押しボタン回路
５４  点灯およびスピーカ回路
５６  安定化電源回路
１００  装置
１１２  筐体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【国際調査報告】
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