(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＡＮシステム通信プロトコルを用いて、デジタル直列通信回線（１０７Ａ）を介して相互通信する固定された機械または移動可能な機械に割り当てられた多数のモジュール（１０２Ａ、１０３Ａ、１０４Ａ）と、
前記固定された機械または前記移動可能な機械に割り当てられた前記モジュールを管理する制御手段（１０８Ａ）とを備え、前記制御手段は、前記ＣＡＮシステム通信プロトコルを用いて前記モジュールと通信するようになっており、さらに、
無線通信によって情報を伝送する複数の通信手段を備え、前記無線通信は少なくとも２つの前記通信手段の間においてなされ、
少なくとも１つの前記通信手段は、前記ＣＡＮシステム通信プロトコルを用いて前記制御手段と直接に通信すべく相互接続され、少なくとも１つの前記通信手段は、前記ＣＡＮシステム通信プロトコルを用いて前記デジタル直列通信回線と直接に通信すべく相互接続され、前記制御手段は、前記固定された機械または前記移動可能な機械に割り当てられた前記モジュールと単一の制御周波数で通信することにより、他の機械が互いの割当周波数によって混乱することを防止するようになっており、
前記複数の通信手段は、無線信号プロトコルを用いて相互通信を行い、前記無線信号プロトコルは、前記ＣＡＮシステム通信プロトコルによって利用される調停または確定機能を考慮しないが、前記相互接続された制御手段または前記デジタル直列通信回線によって与えられた情報内容を伝送するようになっており、
前記複数の通信手段は、それぞれ、受信機および送信機を備え、前記受信機はそれぞれ、前記無線信号プロトコルから前記ＣＡＮシステム通信プロトコルへの交換を実行しまたは支援するようになっていることを特徴とするＣＡＮシステムにおける装置。
【請求項２】
前記モジュールは、複数の前記通信手段が相互通信を行うときは、単一体システム（２０１Ａ）を形成するが、前記複数の通信手段が相互通信を行わないときには、互いに独立に動作する２つのＣＡＮシステム（２０２Ａ、２０５Ａ）を形成するようになっていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記通信手段のうちの特定の対が、ＣＡＮプロトコルとは区別される他のプロトコルを用いて相互通信を行うようになっていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記制御手段は、１つのモジュールまたは固定された機械に対して生じるエラーに関する情報を提供するようになっていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記周波数は、２．４ＧＨｚまたはそれ以上の広帯域レンジから選択されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、ＩＳＯ（国際標準化機構）１１８９８標準に従ったＣＡＮプロトコルにより動作する機械制御システム、及び／又は工程管理システムにおける装置に関するものである。このタイプのＣＡＮシステムは、デジタル直列通信方式により相互通信を行うモジュールを備え、制御及び／又は管理機能は、ＣＡＮシステムと通信可能な第１モジュール又はユニットから提供される。このＣＡＮシステムは、１又は２以上の第２モジュールに属するものである。本発明は、「制御及び／又は管理システムにおける装置」と題するスウェーデン国特許出願と同日付けであって、同一の発明者及び出願人名をもってなされた関連発明の出願に係るものである。
本発明は、機械制御システム又は工程制御システムにおける装置に関するものである。ＣＡＮシステムとして紹介される本発明中のシステムは、ＣＡＮ（Controller Area Network:ＩＳＯ１１８９８標準に対応する域内制御ネットワーク）による信号プロトコルを用いることが要求される。本発明は、デジタル直列受信機に接続可能な複数のモジュールを含み、第１のモジュールの機能がそのモジュールでの設置又は据え付け位置において監視され、励起され、又は調整されることができるように意図された形式のＣＡＮシステムに関するものである。本明細書においては、同一出願人及び同一発明者によって同日付けでなされた「ＣＡＮプロトコルにより動作するシステム中の装置」と題する別のスウェーデン国特許出願をも参照するものである。
技術的様相
固定接続又はワイヤレス接続を介して接続された制御卓において、機械及び設備を制御することは従来より知られている。これらの提案は、一般的な制御及び管理原則の使用に帰するものである。ＣＡＮプロトコルにより提供される制御卓の構成に注目すると、それらの構成は基本的にワイヤ接続によるものであり、それについては、米国特許第５，３９２，４５４号が参照される。
この範疇に属する機械制御及び工程制御システムによれば、例えば、故障点探索、システム設計、等々において特定モジュールにより制御される設備が期待どおりに動作するか否かを確認することができるように、それらのモジュールに奉仕される構成単位を監視する必要があり、そのことは従来より認識されている。この文脈において定義されることとして、例えば、バルブ、温度計、等の機能を監視することにより、ある種の機能状態において対象要素がそれらの所期の機能を遂行しているか否かを観察又は記録する必要がある。また、利用する機械制御システム及び工程管理システムにおいて、設備部分が比較的長いデジタル直列通信回路を介して接続されることも従来より知られている。この接続は、アクセス可能な限度内における位置においてしか確立できないものである。
発明の対象とする技術問題
ＣＡＮプロトコルにより動作する機械の無線制御においては、そのプロトコルが極短時間における調停及び確認機能を要求するという問題がある。モジュールが特定のメッセージを誤訳しないようにするため、ある場合には、接続回線を経た“１”の受信が、例えば、システム内で生じる混乱を回避するために直ちに出現するゼロ信号にならなければならない。これは１個の等しいモジュールによって同時に送信及び受信されること、したがって、システム内の各モジユールにおいて、及び所定の最大伝播時間において送信及び受信チャネル間の完全二重接続及び同期化が確立されることを要求する。これは無線リンクによって接続されるシステム内のモジュール間距離を容易に変化させるように、そのシステムが選択される場合の無線システムにおいて実現することは困難である。
ある種の文脈において、ＣＡＮプロトコルによって動作する機械又は機械ストック（設置機械群）に連結された、中継（repetition）機能を使用できるようにすることが不可欠である。観察又は接近することが困難な現場においては、存在するＣＡＮシステムを改造して困難な拡張範囲に及ぶ中継機能を導入するとともに、一時的又は長期的な観点において、１個ではなく２個の分離したワーキングＣＡＮシステムを生成することが必要である。本発明の目的は、これらの問題をも解決しようとするものである。
機械ストック、例えば、複数の織機がこれまでは個々の制御卓のようなマン・マシン・インタフェースにより個々に制御されてきたような織物工場における織機などにおいては、それらの効果的な機械制御の調整を行うことが必要である。そのような場合には、上述の諸問題にわずらわされてきたこの範疇の機械部分の制御にＣＡＮプロトコルを導入することが望まれる。本発明の目的は、機械ストック制御においてこれらの問題を解決するため、制御ユニット又は制御卓のような共通マン・マシン・インタフェースから、及びそのインタフェースへの無線通信を介して効果的な制御を行おうとするものである。これにより制御設備は単純化され、調整された効果的な制御が機械ストックによる動作及び生産活動において確立される。
無線通信はオペレータの制御ユニットと彼が制御する機械の制御システムとの間においてしばしば利用される。このようなシステムの例としては、無線制御航空機、無線制御圧縮機、無線制御巻き上げ式クレーン、等々種々の機械に適用される。この場合問題となるのは、制御ユニットと機械との間における専有の、すなわちその間の接続が他のオペレータ／マシン接続によって混乱されないようにする無線チャネルを確立することである。本発明の目的は、この問題をも解決しようとするものである。
本発明はさらに、システムそれ自体の高度な安全性を保証するとともに、盗難等の危険性を少なくしようとするものである。
互いに隔たった位置に設けられた複数のモジュールであって、第１のモジュールに及ぼされた機能的効果が第２のモジュールにおいても追従されること、あるいはその逆の態様が望まれるようなものに対する欠点探索及び試験の実行は大いに必要なことである。例えば、ある種の状況においては、１又は２以上の従属モジュールを特定するために、ＣＡＮシステム中のマスタの制御を開始することが要求される。ここでは、当該モジュールによって制御される要素又は構成単位によってその機能が正確に遂行されているか否かを監視する必要がある。
さらに、モジュールにおける要素又は構成単位を刺激してこれがどのような間接的影響を有するものであるかを発見することが必要である。
さらに、ある期間内の欠点探索及びテストにおいて、登録オペレーション（registration operations）を実行すること、及びモジュールがテストまたは欠点探索される現場において直接的な可視情報及び信号情報を獲得することが要求される。
上記のことはモジュールが互いに遠隔地にあり、相手から隠された状態であったとしても、実行できなければならない。好ましくは、上記のことは既存のスイッチング機能を介して実行されるべきである。すなわち、接続及び切離を各別に行う必要がないということである。
本発明は、上述の諸問題のすべてまたは一部を解決するものである。
解決手段
本発明の装置の特徴として、基本的に考えられることは、それがＣＡＮシステムの各一部を形成するともに、それぞれＣＡＮシステムと、冒頭において説明したユニットとの間に存在し、１又は２以上の無線接続を介して通信可能な２以上の通信部分を含むことである。すなわち、第１の通信部分から第２の通信部分に送信伝達されたとき、これらの部分はＣＡＮシステムにおいて確立された調整及び／又は確認機能とは無関係な信号プロトコルによって動作する。特定の受信用通信部は前記信号プロトコルをＣＡＮシステムの信号プロトコルに変換する作業を実行又は補助するものである。
一実施例において、通信部分はＣＡＮシステムに結合され、それら通信部分の非接続又は非活性化状態において単一システムを形成するが、それら通信部分の接続又は活性化状態においては、互いに分離動作する二つのＣＡＮシステムを形成する。
この場合において、特定の一対の通信部分はＣＡＮプロトコルとは異なったプロトコルで動作する。このプロトコルは無線通信に極めて適した、例えば、英国のＧＥＣプレッシィ社からから提供されるアロハ、エサーネット、“ＧＰＳＰ”ウエーブライダ・プロトコルなどである。一実施例において、本発明は、機械ストックに関して利用される。機械ストックの一例としては、１又は２以上の織物工場に設置された織機、及びそれらに分配された１又は２以上のモジュールからなるものである。この場合、ユニットは多数の織機、好ましくは、織機総数の大部分又はすべてに対して共通のサービスユニットを含むことができる。このサービスユニットはパーソナルコンピュータ（ＰＣ）を含むことができる。
織物工場における織機の場合、一つの織機に割り当てられた１又は２以上のモジュールは織物工場におけるサービス機能に接続される。このサービス機能は、ビーム交換、ボビン交換、等々である。サービス業務を行うスタッフは特定の織機に対し妥当に接続されたサービス機械と並行して情報を受信する。したがって、機能情報はユニットとサービス機械に属する制御装置の双方に出現し、当該機能の測定又は指令は同時に、又はサービス機械とスタッフとの完全な調整を経て提供される。効果的な生産を維持するため、織機に必要とされる生産動作及びサービスの測定に対しては、効果的な合成が行われる。機械群は制御ネットワーク中において一括結合され、特定の機械がそれ自身の独自行動を有するとともに、機械間での混乱を回避するための制御システムを有するようにされる。周波数はなるべくなら、１ＧＨｚ以上の広帯域、好ましくは、開放ＩＳＭ帯域内において選択されるが、さらに、ＩＲ周波数及び超音波周波数をも用いることができる。特に後者の場合、水中環境における音響通信に用いられる。
本発明による装置は、無線通信手段により互いに通信可能な複数の分離したユニットを含むシステムに関するものである。このシステムにおける無線通信手段とは、メッセージチャネルが２以上の前記ユニット間において確立するように構成されている。無線通信はキー（又は“見出し”）割当が実行され、特定の接続形成時において選択されたユニット間でのみメッセージが伝達されるようにした認識システムとともに動作するものである。特定のユニットはさらに、ＣＡＮシステムによって設計され、モジュールにおける付勢、制御動作、機能動作、刺激、読み取りなどはデジタル直列接続を介して相互に通信可能である。後者の装置は、原理的には、各接続時においてユニット間のキー割当が識別子に基づいて行われ、当該接続のための接続処理は、関連するＣＡＮシステムにおけるモジュールから及び／又はマスターシステム、若しくはマスター制御センタからの制御によりもたらされる。さらに、当該装置の特徴は、本書に続く請求の範囲から導き出すことができる。
本発明による装置の特徴として、基本的に考察すべきことは、冒頭において記載したモジュールを含むことであり、それは無線通信装置が第１モジュールの設置点と第２モジュールの設置点との間に無線通信チャネルを確立するため、システム中の前記第２モジュールに属する部分との接続を行うための無線通信装置が構成されるということである。第１モジュールの設置点において、無線通信設備は前記第２モジュールにおける信号付勢により無線通信設備の前記部分と、無線チャネルを介して開始のために付勢される。この信号付勢は、第１モジュールをその特定の制御及び／又は管理機能について実行させるものであり、その機能はさらに、第１モジュールに代わって監視又は記録されるようになる。
一実施例において、ＣＡＮシステムはＣＡＮプロトコルによる第１の信号交換がシステム内において意図されたモジュール間で達成され、その制御動作及びプロセス動作を行わせるようにした機械制御システム及び／又は工程制御システムの一部をなすものである。ここに、第１位置における無線通信設備の第１の付勢は第２の付勢をもたらす。この第２の付勢は第２モジュールにおける前述信号付勢を誘導する。
さらなる実施例において、前記第２付勢によって生じた信号付勢は、第２モジュールにおけるメッセージ開始をもたらし、第１モジュールへの接続を越えてモジュールの通信回路を解するメッセージの発信を与えるものである。ここに、第２モジュールはこのようにして発生したメッセージを所定の優先順位に従って伝達する。これはモジュール間の通常のメッセージ又は信号交換において行われる。
一実施例において、第２のモジュールはＣＡＮシステムにおける通常のメッセージ又は信号交換に対して割り込みを生ずることができる。第２のモジュールにおけるそのような信号付勢は、第２付勢によって開始されるものであり、それは第１モジュールへの接続及び通信回路を解する１又は２以上のテストメッセージの発生及び送出を行うものである。
その信号が第２モジュールにおける第２の付勢に基づいて付勢されたものであるとき、第２モジュールは機械及び／又は工程制御システムにおいて通常的に見出される制御機能又は管理機能を開始させることができる。選択的又は補足的に、制御及び／又は管理機能はテスト機能を発生させるために特に割愛される。
なるべくなら、無線通信設備は双方向性（半二重又は完全二重）で動作する。これは第１モジュールにおける制御又は管理要素、若しくは設備を刺激して、第２モジュールへの接続を介してその第２モジュールへの帰還を発生することができる。後者のモジュールは刺激応答性の情報信号を発生し、この情報信号は第１モジュール中に配置された無線設備に帰還される。これにより無線通信設備を介して伝達される情報は、第１モジュールにおける前記無線通信設備において表示され、若しくは出現することができる。
一実施例において、第１モジュールにおける無線通信設備は制御及び／又は管埋設備に接続され、これらの設備は第１モジュールによって奉仕され、及び／又は第１モジュールに対して奉仕する制御及び／又は管理設備に接続される。
一実施例において、第２モジュールはそれが単に第１ユニット及びＣＡＮシステムの無線通信におけるいわゆるゲートウエイとなるように配列される。すなわち、第１モジュールからのメッセージは無線通信を介して第２モジュールに伝達され、そこで、ＣＡＮメッセージに変換されてから、バス上に送信される。また、この逆の通信も行われる。
さらなる特徴は、請求の範囲及び以下の説明から導出されるであろう。すなわち、装置は第１モジュールにおける設備が、例えば、手操作により刺激される場合において、動作するものであり、その刺激は設備及び／又は通信手段中に欠点が存在するか否かを確認するため、制御又は情報供給ユニットにおいて監視されることができる。
発明の利点
制御ユニットと機械ストック中の機械との無線通信は、機械がＣＡＮプロトコルによって動作する場合において、経済的に確立することができる。通信機能はＣＡＮシステム又は機械及び／又は工程制御システム中に挿入される。それらの接続はアクセス可能性の少ない位置においても確立することができる。立証された方法は、制御卓、周波数利用、安全装置、コーディング、キーなどに関する無線通信制御動作との関連において使用することができる。
上記のことは第１モジュールから隔たった位置にある第２モジュールに導入される模擬制御動作及び刺激を用いることにより、ＣＡＮモジュール上で容易に実施できるようにテスト及び機能チェックを行うことを可能にする。これらのチェックは接続ラインが例えば、８００ｍに及ぶ長さであっても、又はモジュールが互いに相手側から隠れたものであっても実行されることができる。刺激は可視的に監視されたモジュール又はその設備要素において実施され、そのような刺激に対する反応はＣＡＮシステム内で第２の方向において獲得されるとともに、第１モジュールの位置において記録される。
図面の説明
本発明の特徴を表した装置の最新の実施例は、添付の図面を参照しつつ以下に説明される。
図１はユニットとＣＡＮシステムとの間の無線通信を示す図である。
図２は中継機能を有するＣＡＮシステムが、どのようにして二つのＣＡＮシステムに分割されるかを示す図である。
図３はＣＡＮバスに連結され、このシステムから電力を供給されるようになっているか、又は無線チャネルに接続され、充電可能なバッテリから電源供給されるようにした制御ユニットともとにＣＡＮシステムがどのように配列構成されるかを示す線図である。
図４は無線通信システムにおける無線チャネルを介した送信ユニット及び受信ユニットであって、送信がＣＡＮプロトコルとは異なったプロトコルにおいて実施されるとともに、そのプロトコルが受信機側においてＣＡＮプロトコルに変換されるようにしたものを示す図である。
図５はＣＡＮバスに作用するオペレータ制御モジュールが、配線システムから無線制御システムに容易に変換されるようにした単純なシステムを示す図である。
図６はＣＡＮメッセージが無線メッセージに変換されること、及びその逆の変換を可能にする装置を示す図である。
図７はＣＡＮプロトコルと無線プロトコルとの間でどのようにしてプロトコル変換が行われるかを示す線図である。
図８は機械ストック、例えば、織物工場における織機に対して構成された無線通信制御システムを示す図である。
図９は織物工場における織機のための構成であって、情報が制御パネルと並列にサービスカーに送られるようにした構成を示す図である。
図１０は制御部材と機械との間の安全な無線通信を設定する簡単な方法を示す図である。
図１１は無線制御クレーンを設置した建設現場であって、これらと特定のオペレータとの間の無線通信の確立を示す図である。
図１２は無線通信設備部がシステム中において第１モジュールと第２モジュールに配列され、さらに、無線通信設備が刺激を模擬するため、第２モジュールに接続され、その結果、システムが第１のモジュールにおいて監視されるようにした構成を示す基本ブロック線図である。
図１３は図１に従った設備における長距離伝送のためのアンテナシステムを基本的に表した図である。
図１４は図１によるモジュール４Ａの構造を示すブロック線図である。
図１５はデジタル信号が用いられる基本構造を示すブロック線図である。
実施例の詳細な説明
図１はＣＡＮシステム１０１Ａの基本構成を示すものであり、これは機械制御及び／又は機械管理システムを意味し、選択的に工程管理又はプロセス制御システムに適用することもできる。ＣＡＮシステムは多数のモジュール、１０２Ａ、１０３Ａ、１０４Ａ等を含み、これらは当該システムの各一部をなすものである。システムにはさらに、制御ユニット１０５Ａを備えているとともに、モジュール１１７Ａに接続されるか又は接続可能とした、あるいは、その一部として構成された無線モジュールユニット１０６Ａを含んでいる。前記すべてのモジュールはデジタル直列通信接続回線１０７Ａを介して相互に通信可能である。図１はさらに、操作レバー１０９Ａ及び１１０Ａと、ディスプレイユニット１１２Ａを有するパーソナルコンピュータ１１１Ａを含む制御卓機能ユニット１０８Ａを示している。ユニット１０８Ａはさらに、部分１１４Ａ及び調整ユニット１１８Ａを含む無線通信システムを介してバス上のモジュールと合成されるモジュール１１３Ａを含んでいる。無線モジュール１０６Ａ及び部分１１４Ａは送信機及び受信機を構成し、したがって、両者間には２方向通信１１５Ａ、１１６Ａが確立される。通信は無線通信設備において確立された無線チャネルを介して行われ、後者の設備は好ましくは、前述した広帯域において動作する。ユニット１０６Ａ及び１１４Ａはそれぞれアンテナ１０６ａＡ及び１１４ａＡを通信のために備えている。モジュール１０２Ａ、１０３Ａ、１０４Ａはこの場合、機械ストック（設置機械群）中の一部の機械を構成するモジュールとして表現されている。機械ストック中では、特定の機械が多数のモジュールとともに動作するものである。したがって、対象となるモジュールの、ユニット１０８Ａからの制御はＣＡＮシステムを介して行われる。前記機械ストック中の機械は以下に詳述する織物工場内の織機類であり、又は建設現場に配置された巻き上げ式クレーンであることができる。
図２は中継機能を有するＣＡＮシステム２０１Ａが、それぞれ図１に示された設備１０６Ａ、１１７Ａによって送信機及び受信機を構成することができる無線モジュールを装備した２個の異なったＣＡＮシステム２０２Ａ及び２０３Ａをどのようにして形成するかを示している。無線モジュールはそれそれ２０４Ａ及び２０５Ａで示されている。第１のＣＡＮシステムはモジュール２０６Ａ、２０７Ａ、２０８Ａ、２０９Ａを有し、第２のＣＡＮシステムはモジュール２１０Ａ、２１１Ａ、２１２Ａを有するものである。制御機能はパイロットピン２１３Ａ、２１４Ａ、及びパーソナルコンピュータ２１５Ａを介してモジュール２１０Ａ、２１１Ａ、及び２１２Ａにより遂行される。無線モジュール２０４Ａ、２０５Ａが結合されていない場合、サブシステムのＣＡＮバス２１６Ａ及び２１７Ａは一括接続され、接続点Ａを有する共通ＣＡＮバス２１８Ａを形成する。群別結合及びジャンパ結合の場合、これらＣＡＮバスの終端は正確に終端接続されるとともに、電源が適当に配置される。メッセージに対して生ずるある種の遅延を除いては、この分割システムは、あたかもシステムソフトウエアにおける如何なる変化もなしに結合されたものとして機能するであろう。
図３はモジュール３０２Ａ、３０３Ａ、３０４Ａ、及び３０５Ａを有するＣＡＮシステムのさらなる変形体３０１Ａを示すものである。このシステムにはさらに、無線モジュール３０６Ａ及び３０７Ａが用いられる。無線モジュール３０６ＡはＣＡＮシステム３０１Ａに結合され、無線モジュール３０７ＡはさらなるＣＡＮシステム３０８Ａに割り当てられる。このＣＡＮシステム３０８Ａは二つの選択的な方法において、ＣＡＮシステム３０１に接続可能である。一つの方法は、機械的／配線的に分離した、すなわち、ワイヤレスの接続３０９Ａを介して実行されるか、又は無線モジュール３０６Ａ及び３０７Ａを介して実行される。これらの無線モジュールは図１及び図２に示した無線モジュールに対応する方法において動作するものである。ＣＡＮシステム３０８Ａはシステム内の制御及び／又は管理機能と接続する上で、システムに適した情報をインプット及び受信するために３個のモジュール３１０Ａ、３１１Ａ、及び３１２Ａを有する。この場合において、バッテリ系統３１３ＡがＣＡＮシステム３０８Ａに電力供給すべく用いられる。システム３０８Ａがシステム３０１Ａからある距離を隔てているために、無線接続を用いる場合、電力はバッテリ系統３１３Ａから供給される。一方、これらのシステムが一括接続されると、バッテリ系統３１３Ａは誘導接続３１４Ａを介してＣＡＮシステム３０１Ａの電源ユニット３１５Ａに直結接続される。また、このバッテリ系統はそのインテグラルアキュムレータを充電することが可能である。ＣＡＮシステム３０１Ａは誘導結合３１６Ａを介する接続により、システム３０８Ａと結合される。システムはこれにより摩耗及び欠損、腐食などの物理的損傷に晒されやすいピン及びソケットなどを有する機械的接続を用いることなく、結合されるか、又は二つのサブシステムを形成するように見掛け上分離的に結合される。多くの場合、同一の制御ユニットがＣＡＮネットワークに常套的、かつ固定的に取り付け接続されるか、又は遠隔制御ユニットとして動作することができ、固定位置にバッテリが装備される。ユニットが遠隔制御ユニットとしての使用を期待される限り、それはシステムから単純に切り離される。固定結合位置においては、無線ユニットはワイヤレス通信のために必要とされるすべてのパラメータと矛盾しないものとする。動作ユニットは、被制御ユニットから切り離されることができ、制御ユニットなしに機械を盗用できないようにすることが望ましい。
図４は１又は２以上のＣＰＵ４０２Ａ、メモリ１０３Ａ、ＣＰＵ搭載又は自立型ＣＡＮコトローラ４０４Ａ（例えば、インテル５２７Ａ）、ＣＡＮドライバ４０５Ａ（例えば、フィリップス２５１Ａ）、通信調整回路４０６Ａ、等々のブロック線図で示した素子を用いたモニタ／制御ユニット４０１Ａを示している。これらの素子を用いたユニット４０１Ａは、無線ユニット４０８Ａに接続されるとともに、ＣＡＮ接続回線４０７Ａにも接続可能なＣＡＮプロトコルを構成する。無線ユニット４０８Ａは二つの通信部として、まず異なった無線ユニット間において設定されるべきワイヤレス通信を可能とするハードウエア及びソフトウエアを有する無線通信部４０９Ａと、ユニット４０１Ａとの通信を許容するブロックとし示された１又は２以上のＣＰＵ４１０Ａ、メモリ４１１Ａ、通信調整回路４１２Ａ、等々を編入するハードウエア及びソフトウエアを有する部分とからなっている。このような無線ユニットの例としては、ＧＥＣ（英国）からのウエーブライダ（ＷａｖｅＲｉｄｅｒ）があり、ＣＡＮシステムとの例としては、ＫＶＡＳＥＲ  ＡＢ（スウェーデン）から売り出されているキャノンボール（ＣＡＮｎｏｎＢａｌｌ）やミニＣＢがある。無線部４０８Ａ及びＣＡＮ部４０１Ａは各々少なくとも１個のＣＰＵを有し、直列又は並列インタフェース４１３Ａを介して相互通信可能となっている。部分４０１Ａ及び４０８Ａは共通ケーシング４１４Ａにおいて一括的に組み立てられるか、又は破線４１５Ａによって区分された個々のケース内において組み立てられ、コネクタ４１６Ａにより接続することができる。各自のケーシングに取り付けられた無線ユニット４０８ＡとＣＡＮユニット４０１Ａを用いる利点は、無線ユニットが故障した場合において容易に交換できること、国別又は地域的無線通信規制を満足するために類似の無線ユニットと交換すること、又は例えば、赤外線又は可視光線、若しくは超音波などに基づく他のワイヤレス通信手段によって選択的に動作させ得るという点である。この場合において、ＣＡＮユニット部は無線ユニット４０８Ａと等価なユニットに接続できる並列又は直列出力を有する標準ユニットであることができる。各無線部は独自の識別子、この場合、ウエーブライダ又はエサーネットなどのアドレスを有し、さらに、各ＣＡＮユニツトも独自の識別子、例えば、連続番号を含むＥＡＮ数を有することができる。制御可能な各ユニットはまた、独自の識別子、例えば、連続番号を含むＥＡＮ数を有することができる。
無線ユニットは無線通信に関しては独立的に動作するものであり、このためにネットワークプロトコルを有する。すべての無線ユニットは共通チャネル上の無線周波数レンジ内で通信可能である。２以上の無線ユニットはそれらに対する専用チャネルを、割り当てられるか又はそれら自身において設定することができる。無線トラフィックのさらなる分化が要求される場合には、２以上の無線ユニットがそれら自身の共通キーをもってエンコードされたメッセージにより１チャネル内で排他的メッセージチャネルを確立することができる。各ステーションは例えば、二進コード又はアスキー（ＡＳＣＩＩ）ファイルによって構成されたステーション名を割り当てられる。一方が無線通信であり、他方がＣＡＮ通信であるような二つの分離した識別方式を有することにより、極めて安全でかつ柔軟な通信システムを確立することができる。すなわち、このシステムは通信システムとは無関係な事項として機械を操作するオペレータの資格チェック及び分与のために用いることができる。
米国特許第５，３９２，４５４号は２個の無線ユニットが互いに異なった形式の通信チャネルを介して接触を求める方法により、及び互いに他の独自の識別子に関する情報を交換することにより、共通の専有通信チャネルをどのようにして設定することができるかを記載している。通常の通信時においてその識別子でメッセージをマークすることにより、特定のユニットは当該ユニットのために意図されたメッセージを選出（filter out）することができる。メッセージの識別子が無線ユニットの認識に基づくという事実は、幾つかの欠点を有するものであり、その第１は無線ユニットの交換に関するものであり、２番目は多分配コネクタが設定されるか否かである。前記米国特許第５，３９２，４５４号において提案された解法は、無線接続を送信無線ユニット及び受信無線ユニット間では実行するが、オペレータユニットと機械との間、又は機械サブシステムと機械サブシステムとの間では実行しないということである。無線通信システムはマスタ機械制御システムとみなされることができ、また、無線通信ユニットはシステム内の特別ユニットとしても注目される。
ＣＡＮシステムにおいては、例えば、ＣＡＮＨＬＰ（Higher Layer Protocol）、“ＣＡＮキングダム（Kingsom）”によって動作するものが、それ自身の独自の識別子を有するためにシステム中の各ノード又はモジュールに対して用いられる。この独自の識別子とは、例えば、ＥＡＮ数及び連続番号に基づくものである。次に、それは機械システムにおけるシステムノードを構成するモジュール又はノードにおいて適用される。このノードの識別子は機械の識別子として用いることができる。本発明において、無線通信ユニットは例えば、バルブユニット又は操縦桿ユニットに対して等式化された形式のＣＡＮノードとして注目される。無線通信システムはかくして副縦座標系として注目される。システムが開始するか、又は無線ユニットがシステムに接続されると同時に、システムノードはこれを例えば、ＣＡＮキングダムにおいて記述された方法により検出することができる。状況に従って、システムノードは無線ユニットに一般公共ネットワークキー又は独自のキーを割り当てることができる。独自のキーを構成する単純な方法は、それらのすべてがそれ自身のシステムノードを含む独自の識別子を有する限りにおいて、システムに編入されたある種のノードの識別子に基づくことである。ある種の理由のため、システムノードの識別子以外のノードが専用ネットワークキーのための基本として選択された場合、これは少なくともＣＡＮキングダムに基づくシステムにおいて、システム安全性を維持することが全体的に可能となる。これはシステムノードがすべての一体化ノードを認識し、システムノードの同意なしに如何なるノードもシステム内において交換され、かつ作動することはできない。安全性の観点からは、全システム内の安全性にとって臨界的なサブシステムのシステムノードであることが重要である。全システムはネットワークキーを決定し、さらに、ジャンプ周波数又は拡大スペクトル技術が選択されたか否かに応じてジャンププラン又は選択的に分散コードを提供する。後者の技術を採用した適当な無線方式の例としては、英国のＣＲＬ  インスツルメンテーション社から売り出されている“２．４５スプレッドスペクトルトランシーバー”がある。例えば、巻き上げ式クレーン及び遠隔制御ユニットを含むシステムにおいては、巻き上げ式クレーンにおいて特定の無線ユニットであって、遠隔制御ユニットにおける無線ユニット又はシステムノードでないものに対して共通ネットワークキーを割り当てるべきシステムノードが用いられる。選択的にネットワークキーは、システム中でなお高水準において分配されることができる。例えば、建設現場に共通するユニットは共通チャネルを介して遠隔制御ユニット及びクレーンにネットワークキーを分配することができる。領域共通ユニットはここですべてのクレーンの完全な情報とその領域内の遠隔制御ユニットの識別子を有する。無線通信ユニットは機械システム内において低水準の系統性を有すべきことが重要であり、したがって、安全性のリスクを負うことなく、完全に交換可能であることが望ましい。例えば、ジャンププラン、ジャンンプ周波数、分散コード、無線送信機及び受信機の識別子、ステーション識別子の分散、等々のような無線伝送に関する諸問題は、この無線システムレンジ内において完全に解決可能であり、機械システムの構成者は適当なネットワークキー分配を保証することのみが必要である。階層構造化された機械システムは、ネットワークキーを発生及び分配するための組織及び個々のモジュール及びモジュール群を識別する組織的方法を含んでいる。無線システムは通信チャネルの発生及び分配のための組織と、個々の無線ステーション及び無線ステーショングループに関する組織的認識を含んでいる。機械システムがネットワークキーを分配し、かつ無線システムの一部をなすステーションの識別子に関する情報を取得し、及び採用するための展望を有するということは、ＣＡＮシステムにおける無線通信が安全に使用され得るとう事実を意味する。無線ネットワークにおけるステーションの識別子はシステムノードによってシステムノードの識別子と交換されることができ、この場合においてシステムは、初期の無線ネットワークの一部を形成することを中止する。
その役目が専らワイヤレス通信、以後、ＷＣＡＮＭと略称する通信のためのユニットを構成することに外ならない。ＣＡＮモジュールを有することは、ＣＡＮシステムにおける主たる利点である。一例としては、我々は２個のワイヤレスユニット、ＷＣＡＮＭ１及びＷＣＡＮＭ２を有する。第１ステージにおいて、我々はそれらをＣＡＮ接続を介して一体的に結合し、それらよって始動プロセスを遂行させるとともに、安全な方法において相互通信を行わせることができる。慣習的に構成されたシステムにおいては、ユニット、例えば、制御レバー及び監視ユニットを分離してこれをＷＣＡＮＭ１と交換することが可能である。分離されたモジュールはここで、ＷＣＡＮＭ２と結合され、我々はこれによってモニタ／制御ユニットとシステムの他の部分との間におけるワイヤレス接続を有することになる。その最も単純な形態において、ＷＣＡＮＭ１はここで、ＣＡＮバスにおいてすべてのメッセージを受信することができる。メッセージが正確に受信されると、それはＷＣＡＮＭメッセージ（ｓｉｃ）にリパッケージ（再構成）されるとともに、ＷＣＡＮＭ２に送られる。ＷＣＡＮＭ２はこのメッセージをアンパック（分解）してＣＡＮメッセージに変換し、それをモニタ／制御モジュールに送る。このモジュールはＣＡＮ識別子が同じである場合には、これらの変換を経験したメッセージとＣＡＮバス上に直接到着したメッセージとの間の差異を識別することはできない。モニタ／制御モジュールがメッセージを送出するときは、その逆の操作が行われる。ＷＣＡＮＭ２はこのメッセージを受信してそれをリパックし、ＷＣＡＮＭ１に送信する。ここで、ＷＣＡＮＭ１はそのメッセージをリパッケージして、ＣＡＮバス上に送り出す。
図５は上記に基づくプロセスを示すものである。ＣＡＮシステムはモジュール５０１Ａ、５０２Ａ、５０３Ａ、５０４Ａ及び５０５Ａが接続されたＣＡＮバス５００Ａからなっている。モジュール５０５Ａはそれに制御レバー５０８Ａ及び５０９Ａが接続され、それによって制御命令を５０１Ａ及び５０２Ａ又は５０３Ａ及び５０４Ａにそれぞれ与えることができる制御モジュールである。モジュール５０５ＡをＣＡＮバス５００Ａから切り離して、無線モジュール５１１Ａを接続すると、モジュール５０５Ａの周りに無線モジュール５１０ＡをＣＡＮバスに接続すると、制御モジユールとＣＡＮバスとの間にワイヤレス接続が形成される。
図６及び以下の記載において、ＣＡＮメッセージがどのようにして無線メッセージに変換され、又はその逆の変換がどのようにして行われるかが、詳細に説明される。メッセージはモジュール６０１ＡにおけるＣＰＵ６０２によって発生し、そのＣＡＮコントローラ６０３Ａに伝送され、発信に供される。ＣＰＵはデータとは異なり、ＣＡＮ識別子に関する情報を送出する。データはこの認識表が標準型であるか、又は拡張型であるかに応じて結合されるべきである。これはメッセージがデータメッセージであって、いわゆる“遠隔要求”ではなく、データがデータフィールド内において占めるバイト数に応じたものである。ＣＡＮコントローラはこの情報をＣＡＮプロトコルに従ったビットパターンに変換し、特にメッセージ用ＣＲＣチェックコードを作用させることにより、ＣＡＮドライバ６０４Ａを介してＣＡＮバス６００ＡにＣＡＮプロトコルに従ったビットパターン７０１Ａを送出する。ＷＣＡＮＭ-モジュール６０６ＡのＣＡＮコントローラ６０７Ａが一度メッセージを正確に受信すると、モジュール６０１ＡのＣＰＵに対応する情報がそのＣＡＮコントローラにダウンロードされ、ＷＣＡＮＭモジュールのＣＰＵに対するアクセスが許容されるようになっている。これによって受信情報が読まれ、それはＷＣＡＮＭモジュールのデータフォーマットにパッケージされる。すなわち、
バイト０〜３          ＣＡＮ識別子
バイト４              データ長コード
バイト５〜１２        データフィルード２０
ここに、ＣＡＮ識別子は単なるビットパターンであつて、ＣＡＮプロトコルに基づくメッセージのこの部分に関連する調整特性は、無線送信に対して重要でなく、ＣＲＣコードおよび認識ビットは伝達されないということに留意すべきである。図７におけるデータストリング７０２Ａは送信用のローカル直列バス又は並列バス６１１Ａを介して無線ユニット６０９ＡのＣＰＵ６１０Ａに伝達される。（直列バス又は並列バスからなるインタフェース６１１Ａはデータ用の８本のリード線とハンドシェイキング用の６本のリード線、及びシステムの始動時において無線通信を開始させるために各方向において３本のリード線と、１本の帰還信号リード線を含むことができる。）次に、ＣＰＵ６１０Ａは無線ユニット７０３Ａによって用いられるプロトコルに従ったデータとしてのデータストリングを生成する。ここに、データはどのようなデータでも、ＣＰＵ６１０ＡがＣＡＮプロトコルにおける何らの情報を有することも要求されない場合において処理される。無線メッセージが送信されると、受信用ＷＣＡＮＭモジュールの無線ユニットにおけるＣＰＵであって、無線プロトコルによる受信に追従するＣＰＵは、受信されたデータストリング７０４ＡをそのモジュールのＣＡＮ部におけるＣＰＵに送信するため、ローカルバスを利用する。次に、ＣＡＮ部のＣＰＵはデータストリングのフォーマットに従ってＣＡＮメッセージ７０５Ａを発生し、これをＣＡＮコントローラに出現させて、ＣＡＮバス上に発信し、このプロセスは習慣的なＣＡＮ方式において継続される。ＣＡＮコントローラはそれがシステムのこの部分に対する新たなメッセージの送信機である限り、新たなＣＲＣチェックコードを計算するとともに、認識スロットにおいてその一つを出現させる。
ＣＡＮ上層プロトコル“ＣＡＮキングダム”によって構成されたＣＡＮシステムにおいて、モジュールにおけるアプリケーションは互いに結合される異なったモジュールにおけるアプリケーション間でのデータ交換を許容するため、いわゆる“ホルダ”（Folder）を介してＣＡＮ識別子と一体化される。ＣＡＮシステムがＣＡＮキングダムに従って構成されている場合、ホルダ番号はデータストリング７０２ＡのフォーマットにおけるＣＡＮ識別子に代えて用いるため、データ長さコードは省略される。
バイト  ０            ホルダ番号
バイト  １〜ｎ        データ    ｎ＝０…８
他の必要な情報は、ＣＡＮキングダムプロトコルに従って特定の“ホルダラベル”から導出される。エサーボーン（ether-borne）メッセージの長さはこれによって短縮される。さらに、種々のサブシステムにおいて同一のメッセージに対し、異なったＣＡＮ識別子を用いることができる。これはメッセージの優先性が特定サブシステムにおける条件に対して調整される限り、有利である。無線通信のために開発されたシステムにおいては、特定受信機に対して必要なメッセージのみが無線によって送信され、各システムはそのノード間においてメッセージの内部フローを有することになる。
ＣＡＮシステムにおいては、モジュールをある種のメッセージの受信用にのみセットすることがしばしば行われている。これは概して、ＣＡＮプロトコルの調整フィールドにおいてある種のビットパターンを選出（フィルタアウト）することにより行われる。ＩＳＯ１１８９８標準仕様においては、ＣＡＮ的検見地からＷＣＡＮＭモジュールが通常のＣＡＮモジュールであり、これらがバス上のメッセージを選出（フィルタアウト）するための範囲を有する限りにおいて、識別子フィールドとして知られたものである。どのメッセージがワイヤレス通信の両側において通信されるか、が分かっている場合には、ＷＣＡＮＭ１及びＷＣＡＮＭ２はそれぞれ各他方の側において受信されるべきメッセージを選出し、これによってワイヤレス接続の負荷を減少させる。高速で発生するビット、典型的には、１２５ｋｂ／ｓ〜１Ｍｂ／ｓの高速ビットであって、典型的に数ｍから５００ｍまでの比較的長い距離にわたるワイヤレス接続を介して、ＣＡＮプロトコルの認識ビットに課される時間要求を満足する方法は知られていないため、ワイヤレス通信はライン結合通信とのビット同期は行わない。ＣＡＮプロトコルは何れかの送信において追従しないため、これはしばしば早くなり、メッセージ送信の異なったスケジュールを提供することになる。ＣＡＮ用標準回路が用いられると、標準通信バッファ中に出現したメッセージを取り出し、これをワイヤレス通信に適したプロトコルに従って送信すると有利である。この場合、標準通信バッファはＣＰＵによりスタートビット、スタッフビット、ＣＲＣビット等を含まないＣＡＮ認識フィールド、制御フィールド、及びデータフィールドを読み取られるものである。別の選択はＣＡＮバスから全ビットストリームを受信して、これらが認識ビットである限り緩衝記憶することである。これがＣＡＮバス上でゼロまで読まれると、パケットがエサーネット及び次の受信を介して送信され、受信側のＣＡＮバス上にビットストリームが送信される。認識ビットから先は受信用ＷＣＡＮＭモジュールそれ自身がＣＡＮプロトコルに従った残りビットを発生する。もし、この期間中において、第１のＷＣＡＮＭモジュールがＣＡＮメッセージの残り部分中の認識ビット以後におけるエラーフレームを読み取ると、直ちにエラーコードが受信用ＷＣＡＮモジュールに送信され、このモジュールはそのＣＡＮバス上にエラーフレームを送出する。これはＣＡＮのエラー制御が用いられ（したがって、エサーネットプロトコルにおいては、エラー制御が要求されないで）、送信されるべき数ビットが存在する限りにおいて、ＣＡＮメッセージを送出する効果的な方法である。しかしながら、何らかのビットがエサーネットから不正確に受信されるか、又はなお悪いことにＣＡＮエラーが受信側に属するＣＡＮバス上に出現する場合には問題が残る。それは受信用ＷＣＡＮＭモジュールがエサーネット上にエラーメッセージを送るためには遅すぎるということである。初期メッセージはすでに送信側に受け入れられているはずである。この問題はＣＡＮ高水準プロトコルにおいて解決することができる。
特に、エサーネット通信が高いビット速度で動作している場合において、使用可能なメッセージを圧縮するさらに別の方法は、受信側のＣＡＮメッセージのビットを、ＣＲＣコード及びスタッフビットが取り除かれる点まで受信することである。なんとなれば、これらはＣＡＮエラープロトコルによるＣＲＣコードの処理には含まれないからである。
ＷＯＡＮＭモジュール（ｓｉｃ）間の通信は完全二重又は半二重型で行うことができる。完全二重型の場合には、受信機がエラーを検出する場合、それが直ちに送信機に対してエラーメッセージを送り返すため、極めて早い伝達を可能とする。半二重型の場合には、受信機は回答が与えられる以前にすべてのメッセージが送られるまで待機しなければならない。無線ネットワークは半二重型が最も一般的である。典型的なシーケンスは次の通りである。
0003754456.tif 000002
最も効果的な手順は送信機間において短いメッセージを一定の度合いで交互に送信することである。ＣＡＮメッセージは２．４ＧＨｚ帯（ＩＳＭバンド）用の無線ネットワークプロトコルにおける必要な情報との比較においては、常に短いものであり、その大きさは情報を無線プロトコルにおいてパックする方法に応じて１１〜１５４ビット程度となる。したがって、それは“接続確立”メッセージ及び認識メッセージにおいてＣＡＮ情報を含ませる上で有利であり、これによってチャネルの効果的な使用を提供することができる。このようにしてショートメッセージがやりとりされる（ping-ponged）という事実はＣＡＮシステムにおけるシステム管理ノードが「無線接続は完全であり、機能している」という連続情報を得る機会を有することを意味する。広帯域通信はさらに、特定のトランシーバモジュールにおけるクロックが現実の又は仮想的なシステムクロックと何らかの方法で同期すべきことを要求する。システム中のステーション間におけるショートメッセージの安定的な交換は、システムクロックにおいて維持されるべき良好な制度を許容し、これによって周波数ジャンプ又はビットパターン合成の上に効果的な広帯域プロトコルを構築すること、及び無線システムのクロックをもＣＡＮシステム内のシステムクロックとして使用できることを可能にする。
近年において、ＣＡＮシステムに基づいて構成された織機群が増加しつつある。各織機はディスプレイ、キーセット、及び大部分の場合、記憶カードリーダを備えている。これらの部品は工場の要員がそれらを作動させるときのみ利用される。他の大部分の時間においてそれらは設備の総合的な冗長アイテムとなる。通常一人の要員は２０台程度の織機を取り扱っている。ほとんどの場合、すべての織機が監視機能を有するネットワークに接続され、要員は機械が何らかのサービスを実行されるべきことを意味する情報を、そのネットワークから得ることができる。複数のＷＣＡＮＭモジュールを各織機に接続するとともに、１個のＷＣＡＮＭモジュールをその要員が情報を収集するに適したポータブルユニットに接続することにより、いわゆるマン・マシンインタフェース（ＭＭＩ）が例えば、携帯用パーソナルコンピュータにより構成され、多大な利益を得ることができる。すべてのディプレイ、キーセット、及び記憶カードリーダは省略することが可能である。要員が機械の側にいるとき、彼は彼のＭＭＩを前述したような方法でＣＡＮネットワークに接続する。一人の要員に対しては、１個のＭＭＩしか必要としないため、これは各機械に１つ用意する場合よりもかなり有利な設計となる。すでに転送されたメモリカードを利用するデータファイルは、ここでＭＭＩから送信される。欠点分析問題、グラフィック表現、チューニングツール問題などは、ＭＭＩに編入され、キーボード、マウスなどは利用し易い形態にされ、機械よりも基本的に格上げされることができる。要員との通信は、しばしば機械制御機能よりもより大きくコンピュータ資質に頼ることになるため、機械制御機能は廉価となり、これらの機能がＭＭＩにより実行される場合において、より安全かつ効果的なものとなる。
オペレータが直接機械に接続されないとき、彼はワイヤレスネットワークに接続される。機械がオペレータ側の動作を要求するとき、機械はワイヤレスネットワーク上にメッセージを送出する。オペレータは彼のディスプレイ上において必要な補助、及びその理由を有するすべての織機のリストを見出すことができる。１以上の機械が補助を求めているとき、オペレータは彼が介入する機械の順序を選択し、適当な工具を準備してなすべき操作に備えることができる。
図８は上記のような装置を示すものである。各織機８０８Ａ、８０２Ａ、８０３Ａ、８０４Ａ、８０５Ａ、８０６Ａ及び８０７Ａは、無線モジュール８０１ａＡ、８０２ａＡ等々を装備し、かつ各ケース内において無線モジュールと通信することができる内部ＣＡＮ制御システムを備えている。オペレータは無線ユニット８０８ａＡが接続されたＰＣ（パーソナルコンピュータ）８０８Ａを有する。オペレータがプラントを監視するとき、すべての無線ユニットは同一チャネルにおいて動作し、ＰＣとすべての織機間において情報を交換することができる。オペレータが１台の織機に対して作業しているとき、ＰＣとその織機は専用チャネルを利用し、織機８０１Ａとの直接通信が図に示す通り確立される。この方式のさらなる利益は、ワイヤレスネットワークが機械に対して授受されるべきデータを生成し、かつその監視を行うために現有のワイヤ接続ネットワークと置換されるということである。
工場の自動化はしばしば種々の形態の無人トラックや類似の設備を必要とし、これらはまた、内部ＣＡＮ制御システムを有するものである。これらはワイヤレスシステムとして接続される。図９は織機９０２Ａ、交換用ビーム９０４Ａを運搬する無人トラック及びオペレータユニット９０３Ａを備えたシステムの小部分を示している。例えば、たて糸ビームが交換されるべきであれば、これを告知するメッセージ９０１Ａが織機９０２Ａからオペレータ９０３Ａ、及び交換用ビームを運搬するユニット９０４Ａの双方に伝達される。これはまた、オペレータに対しその状態についてのメッセージ９０５Ａを送ることと併用されてもよい。オペレータがその機械のところに到着すると、交換用ビームを搬送する無人トラックはすでに到着している。さらなる自動化の場合、固定された機械は移動機械と自動的に相互作用し、オペレータは何らかの理由でそれらの自動関連動作に故障を生じた場合にのみ呼び出される。
図１０ａ及び図１０ｂは上述した工程の一例を示すものである。無線ユニット１００１Ｒを装備したモニタ／制御ユニット１００１Ａは無線ユニット１００３Ｒを装備した機械１００３Ａに、ＣＡＮバス１００２Ａを介して接続される。機械のシステム監視ノード１００４Ａはモニタ／制御ユニット１００１Ａが機械に接続され、ＥＡＮ用のユニット１００１Ａにおけるシステムノード１００５Ａと、そのモニタ／制御ユニットの連続番号を尋ね、さらに、これらをユニット１００１Ａが正確な型であるかどうか、及びその個人が機械１００３Ａを制御する資格を有するか否かをチェックするためにこれらを用いる。このようなチェックを実行するための方法は、ＣＡＮ高水準プロトコル“ＣＡＮキングダム”において記述されている。別のモニタ／制御ユニット１００６Ａがすでに機械を制御した場合、接続されたユニット１００１Ａは機械１００３Ａにおけるシステムとのさらなる通信を否定する。すでに機械を制御したモニタ／制御ユニットがない場合、そのタイプ及び新たな人員がその機械を制御する資格を与えられ、ここで機械は独自のステーション名例えば、ＥＡＮ数などユニット１００１Ａの連続番号を含む番号１００７Ａを送出する、このステーション名は、機械及びモニタ／制御ユニットによってそれらの通信チャネルの識別子として一括的に用いられる。ＣＡＮ接続１００２Ａは切り離され、通信は図１０Ｂに示すように、無線を介して行われる。図１０ｂは無線ユニット１００１Ｒ及び１００３Ｒが通信の確立後において互換性ユニット１０１１Ｒ及び１０１０Ｒと交換されたことを示している。これは特定のシステムノード１００５Ａ及び１００４Ａが各新たな無線ユニットに適合したチャネルコードを供給するという事実により全的に実施可能である。これらのユニットはそれぞれＣＡＮネットワークに接続されていなければならない。
図１１はより複雑な工程を示している。システムを運用する会社は、現場において多数のクレーン１１０１Ａ、１１０２Ａ、１１０３Ａを有する。すべてのクレーンは独自の識別子１ｉ、２ｉ、３ｉを有するとともに、それぞれ無線ユニット１ｒ、２ｒ、３ｒを備えている。各クレーンのオペレータ１１０４Ａ、１１０５Ａ、１１０６Ａは彼自身の無線手段付モニタ／制御ユニットを有する。このような各モニタ／制御ユニットはそれ独自の識別子４ｉ、５ｉ及び６ｉを有する。クレーンが制御ユニットと動作的に連結されていない限り、そのクレーンは現場に共通するチャネル１１０７Ａにおいて情報を聴取する。この場合、クレーン１１０２Ａはオペレータ１１０６Ａに対して割り当てられ、中央無線ユニット１１０８Ａは２ｉで指示されるように、この割り当てられたクレーン１１０２Ａとの接続を模索し、クレーンオペレータ１１０６Ａにモニタ／制御ユニット６ｉ、もしくは選択的にそのユニット６ｉに搭載されたネットワークキーの識別子を告知する。クレーンオペレータがその現場に入ると、彼は自身のモニタ／制御ユニットを始動させる。クレーンユニットは一般チャネルにおいて識別子６ｉを有する選択されたモニタ／制御ユニット１００６Ａとの接触を模索し、それらが互いに接触できたとき、そのクレーンはその識別子２ｉとそれが接続のマスタであるという事実を報告する。ここで、専用チャネル１１０９Ａ上での接続が確立され、その結果、クレーンはどのような周波数ジャンプがなされるべきであるかということを通信する。略述すれば、それは選択された制御ユニットと接触していないクレーンが、無線通信において中央ユニットからの周波数ジャンプに従うということである。選択されたモニタ／制御ユニットに対する接触が確立されると、クレーンはこれとの接触を確立して中央ユニットを離れ、周波数ジャンプの発生を通じて制御を受けることになる。そして、モニタ／制御ユニットはこの事実に従う。無線接続か広スペクトル型である場合、ジャンププランに代えて、分散コードが与えられる。
同一のクレーンに対しては複数の制御ユニットを割り当てることができる。それらは同一のネットワークに属するものである。クレーンの動作レンジにおいて、特定のモニタ／制御ユニットが部分領域に対して割り当てられる。これらの部分領域は部分的に重なり合うことができるため、クレーンは部分領域間において所定の通過（prederermined path）を辿ることができる。これによってクレーンは多数の現場で信頼性よく制御される。負荷が部分領域中に入ると、制御ユニットがその領域に対して信頼性を有する限り、その負荷は通常の作業処理を施される。所定の事態において、機械を制御するという要求を解決する方法は多数存在する。さらに、例えば、２秒程度見込まれた無制御命令の時間が経過した後、機械は最初に制御命令を発することが認められた特定の送信機からの命令を待機する。ここで、機械はそれが２秒間において何らかの制御命令を与えることに失敗するまで、この送信機に従うものである。
システムにおいては、特にＣＡＮキングダムに納められた原理に従って構成される。この場合、複数の遠隔制御ユニットは同一のユニットを制御することが可能であり、特定の遠隔制御手段から発せられた制御命令は制御されるユニットのシステムノードによってＣＡＮ識別子に割り当てられる。制御命令はこの場合、まずシステムノードによって受信され、このノードから機械のＣＡＮバス上に制御メッセージが送信される。システムノードはネットワークキー上において機械と共通的に通信するすべての遠隔制御ユニットから発せられた制御命令を受信するとともに、遠隔制御ユニットの制御命令が規則セットに従って実行されるべきであるか、選択することができる。規則セットとは例えば、ユニットが配置されるワークエリアであったり、あるいは単純に、まずシフト命令を与え、次いで、それが制御の放棄を表すコードを発行するまで制御を維持することであり、制御の放棄とは所定期間において遮断、又は不活性状態を維持するものである。しかる後、機械のシステムノードは、何らかの有資格の遠隔制御ユニットから第１のベスト命令を待機し、次いで、特定の遠隔制御ユニットが上記に従った制御を行うようになるまでその有資格制御ユニットのみから発せられた制御命令を実行する。
多数の機械例えば、プロセス機械において多数の測定点及び調整器具が用いられることはよく知られている。これらは地理的に分散し、かつアクセス可能性の乏しい多くの事態に備えられる。オペレータは彼がＢＤＶ（ビデオディスプレイユニット）を介して全システムを監視及び制御するための制御室に入室している。一点監視が求められるような何事かが検出されると、それは通信問題の発生につながる。例えば、開放すべきバルブが閉位置にあることを指示された場合などである。オペレータは一点監視検査を実行し、このとき、バルブが開いていることを観察するものとする。この状態は、彼がそのバルブに達するまでの間は、バルブの開状態が続き、あるいはそれが開いているという事実にもかかわらず、バルブが閉位置を指示（信号告知）するような事態が発生したのであろうか？ここで、ＷＣＡＮＭモジュール（ｓｉｃ）が接続されるとともに、オペレータが前述の通り、ＭＭＩを有するものとすれば、これによって彼はそのスポット上でバルブがＣＡＮバス上に送信しているメッセージを読み、バルブに故障が発生したか否かを判定することができる。ＣＡＮバスに接続されたＷＣＡＮＭモジュールはＣＡＮ信号の見地からして完全に受身モードであること、すなわち一ビットの送信をも、従って認識ビットの場合ですらビットの送信を行わない。ＣＡＮ動作モードにおいては、オペレータのＭＭＩより彼はバルブを開又は閉とする命令を発し、スポット上でその機能を監視することができる。当然ながら、プロセスプラントのための制御システムは、オペレータの動作がプロセスの安全性に悪影響を与えないように構成されるべきである。
図１２はモジュール１Ａ、２Ａ、３Ａ及び４Ａを有する機械制御及び／又はプロセス制御システムを示している。モジュール１Ａ、２Ａ、３Ａ及び４Ａは、直列デジタル接続５Ａを介して周知の方法において相互通信可能である。説明を単純化するため、このシステムには“ＣＡＮシステム”なる指示を用いる。本発明によれば、モジュールは前記機械制御システム及び／又はプロセス制御システムの一部をなす結合体を提供するものである。図１２において結合体中のバルブは６Ａで指示され、温度計は７Ａで指示されている。接続５Ａの長さは比較的長く、例えは、２００ｍ以上に展開することもできる。システム中のモジュール及び結合体は互いに目視可能な配置を適用されることができる。
この範疇のシステムにおいては、第１モジュール１Ａにおいて欠点探索、テスト、制御動作等を開始することが要求される。このような欠点探索又は等価の作業は、その作業のある種の段階において、システム中の第２のモジュールが信号送信又は信号受信を確立すべきであることを要求する。人員を節約するためには、無線通信装置が用いられる。この無線通信装置は２個の無線通信設備部８Ａ及び９Ａで示されている。第１部分８ＡはＣＡＮシステムから独立させることができるが、第２の通信部分９Ａは第２モジュール接続するか、その一部をなすものである。部分９Ａ及びモジュール４Ａ間の接続は、ここに分離的接続、非通電接続、又はワイヤレス接続などからなる接続１０Ａを介して行われる。モジュール４Ａは一時的又は永久的にＣＡＮバスに接続される。無線通信設備８Ａ、９Ａが作動すると、２方向接続１１Ａ、１２Ａが好ましくは成立する。通信設備８Ａ、９Ａはこの場合、１または２以上のチャネルであって、なるべくなら、広帯域の無線チャネル例えば、ＩＳＭバンドの場合、１ＧＨｚ以上の周波数レンジを用いることができる。無線通信設備部８Ａは周知形式における制御パネル１３Ａを有する。このパネルはこの部分９Ａと、同一形式とすることができる部分８Ａの送信及び受信ユニット１４Ａに接続される。捕捉的事項として、パネルは第１モジュール１Ａによって提供される結合体又は要素に対して直接接続されることができる。この接続は第２調整ユニット１６Ａを介して実行されるが、その接続自体は１７Ａで指示されている。
パネル１３Ａにおける開始指示ｉ１は送信部１４Ａの動作を付勢し、この送信部はチャネル１１Ａを介して無線通信部９Ａにその付勢状態を伝達する。この受信により、信号発生指示ｉ２が生じ、調整ユニット２３Ａを介してモジュール４Ａに供給される。このモジュールはマイクロプロセッサ１８Ａを含み、これによって信号メッセージ１９Ａを発生せしめ、モジュール４Ａの通信回路２０Ａ（図１参照）を介して接続母線５Ａに送信される。この送信はＣＡＮプロトコルによって決定された優先順位に従って行われる。またこの場合、モジュールは接続母線５Ａに受信された後、このメッセージを第１モジュールに送信する。メッセージ１９Ａが第１モジュールに一度受信されると、要素６Ａ、７Ａ、すなわち当該設備の機能的刺激が実行される。この機能的刺激は制御パネルにおける開始指示ｉ１により鼓舞されたものである。この場合、制御オペレーションはバルブ６Ａの反転、温度計７Ａに指示された温度の上昇又は低下などを含むものである。前記バルブ反転又は温度変化は、第１モジュールにおいて目視観察可能とすることができる。観察者は彼の制御ユニット１３Ａの刺激を通じて、当該制御システムがその意図するところを達成しているか否かの可視表示を得ることができる。制御ユニット１３Ａにおいて、情報はモジュール１Ａにより提供される結合体又は要素から得られる。接続された無線通信設備を維持することにより記録及び観察は、比較的短い時間周期又は比較的長い時間周期の間に実行可能となる。
選択的に第１モジュール１Ａにより提供される結合体又は要素の手動的、電気的、又は他の手段による刺激は、第１モジュールにおいてメッセージ２１Ａが発生することを指示し、そのメッセージは第１モジュールにおける通信回路２２Ａ及び接続母線５Ａを介して第２モジュール４Ａに送信される。前記信号メッセージ２１Ａは第２モジュール中の付勢信号ｉ４及び無線通信設備部９Ａにおける送信機部の活性化をもたらす。当該情報はチャネル１２Ａを介して無線通信部１４Ａにおける受信部に伝達され、そこで、調整ユニット１５Ａに対する情報信号ｉ５の発生をもたらす。この信号の流れは制御ユニット１３Ａ、又は情報を表示もしくは記録するための情報供給ユニットに向かうものである。第１モジュール１Ａの位置はＡで示され、モジュール４Ａの対応する位置はＢで示される。オペレータがモジュール１Ａにおいてチェック又は探索を実行した後、彼はモジュール３Ａに進み、ここで例えば、等価の作業を実行することができる。ただし、モジュール４Ａは接続を維持されているものとする。オペレータはこの場合、ＣＡＮバスに対して何らの設備を接続することも要求されないが、無線通信設備９Ａを使用し続けて適当なメッセージを送信するとともに、ＣＡＮバス上において選択されたメッセージを受信することができる。これらの送受信はなお接続を維持されるユニット４Ａ及び９Ａを介して実行される。数キロメートルまでの比較的長距離にわたる通信の場合には、最大送信電力に関する標準を満足するために指向性受信アンテナを用いることが必要である。図１３は前述した形式のそのような無線通信ユニット２４Ａ及び２５Ａの構成を示している。これらの無線ユニットの各々は、それぞれ一方向性送信アンテナ２４ａＡ及び２５ａＡと指向性アンテナ２４ｂＡ及び２５ｂＡをそれぞれ装備している。図１の他の設備は４Ａ’及び８Ａ’として指示される。
図１４はモニタ／制御ユニット２０１Ａ（図１における４）を線図的に示すものである。このユニット２０１Ａは１又は２以上のＣＰＵ２０２Ａ、メモリ２０３Ａ、ＣＰＵ搭載又は自立型ＣＡＮコントローラ２０４Ａ、ＣＡＮドライバ２０５Ａ、通信調整回路２０６Ａ、等々を有するものである。ユニット２０１ＡはＣＡＮプロトコル用として構成され、まず無線ユニット２０８Ａに対して、次に、ＣＡＮ接続２０７Ａに対して接続可能となっている。無線ユニット２０８Ａは二つのダイヤグラムで示された二部分、すなわち、第１のハードウエア及びソフトウエアを有する無線通信部２０９Ａと、１又は２以上のＣＰＵ２１０Ａ、メモリ２１１Ａ、通信調整回路２１２Ａ、等々を編入したハードウエア及びソフトウエアを有する第２部分とからなっている。第１部分２０９Ａは異なった無線ユニット間のワイヤレス通信を確立するものであり、第２部分はユニット２０１Ａとの通信を許容するものである。このような無線ユニットの例としては、ＧＥＣプレッシィ（英国）から製造販売されたウエーブライダがあり、ＣＡＮユニットの例としてはＫＶＡＳＥＲ  ＡＢ（スウェーデン）より製造販売されたキャノンボール及びミニＣＢがある。本発明は、これらの標準ユニットを用いて装置化されることができる。無線部２０８Ａ及びＣＡＮ部２０１Ａは各々少なくとも１個のＣＰＵを有するとともに、直列または並列インタフェース２１３Ａを介して相互通信可能である。部分２０１Ａ及び２０８Ａは共通ケーシング中に一括構成されるか、又は図５に示すように、各自のケーシング２１４Ａ及び２１５Ａを有し、それらをコネクタ２１６Ａによって相互接続してもよい。各自のケースを有する無線ユニット２０８Ａ及びＣＡＮユニット２０１Ａを用いる利点は、無線ユニットが故障等の場合に、容易に交換されるとともに、国別又は地域的な無線通信規制を満足するために類似の無線ユニットと容易に交換し得るということである。ＣＡＮ部はこの場合、２０８Ａと等価なユニットに接続可能な並列又は直列出力を有する標準ユニットとして形成することができる。無線部としてウエーブライダが選択されると、インタフェース２１３Ａは８本のデータ回線、すなわち、いわゆるデータバスとハンドシェーキング用の６回線（各方向において３本）、及びシステムが始動したとき、無線通信を開始するための１本の帰還信号ラインからなるものが採用される。各無線部はウエーブライダの場合、新規の識別子とエサーネットアドレスを有し、各ＣＡＮユニットは独自の識別子、例えば、連続番号を含むＥＡＮ数等を有する。制御されるべき各ユニツトは独自の識別子、例えば、連続番号を含むＥＡＮ数を有することができる。
ＣＰＵ２０２ＡからＣＰＵ２１０Ａへの８ビットバイトのデータ伝送は、ＣＰＵ２０２ＡがＣＰＵ２１０Ａへの割り込み信号を発生するようにして実行される。ＣＰＵは割り込み信号に応答してデータ受信待機状態であることを指示する認識信号を発生する（さもなければ、信号は“再試行”を意味する信号に付勢される。）。ＣＰＵ２０２Ａはデータバス上にバイトを供給して“データがアクセス可能である”という信号を付勢する。次に、ＣＰＵ２１０Ａはこのバイトを読み取ってその転送を認識するとともに、メモリ２１１Ａ中にそれをストアする。ＣＰＵ２１０Ａから２０２Ａへの転送は逆の態様で実行することができる。
図１５は図１に従ったパネル１３Ａに対応するモジュールからの信号付勢と、メッセージの発生及びそのメッセージの整形、並びにそのバスへの挿入と、受信（lacuna）、及び１Ａに対応するモジュールの実施例を詳細に示すものである。図１５はＣＡＮインタフェース３０３Ａを介して通信ユニット３０２Ａに接続されたただ一つのオペレータユニット３０１Ａ、及び通信ユニット３０４Ａ、並びにＣＡＮバス３０６Ａに接続された制御電子回路３０５Ａを有するバルブを示している。３０６Ａに接続された他のモジュールは図示されていないが、全システムは図１に示したものに対応する。ユニット３０２Ａ及び３０４Ａの双方は、図２における装置の全体に対応する完全な無線ユニットをそれぞれ構成するものである。すなわち、無線ユニットはＣＡＮバス及びエサーネットを介してメッセージを送受信することができる。バルブ３０５Ａへの変調命令（図１における６）は、オペレータユニット３０１Ａから発生し、ＣＡＮメッセージ３０７Ａとして通信ユニットＣＡＮコトンローラに伝達される。通信ユニットはデータ３０８ＡをＣＡＮ部におけるＣＰＵに送信する。これは無線部のためにフォーマット化されたメッセージ３０９Ａを発生する。３０９Ａは３１０Ａによって詳細に記述される。これは次のようなバイトシーケンスを有する。：二部分３２１Ａ及び３２２Ａを有するオーバーヘッドブロックであって、部分３２１Ａがメッセージを形成するバイト数を指示する２バイト３１１Ａ、２バイト連続番号３１２Ａ（その結果、多重的に伝達された無線メッセージを抑制するもの）、及び６バイト長のデスティメーションアドレス３１３Ａ、６バイト長の比較的長いアドレス３１４Ａ、ユーザデータ３１６Ａのバイト数を指示する２バイト３１５Ａからなり、部分３２２Ａがストリングを終結する２又は３バイト３１７Ａからなっている。ユーザデータ３１６Ａは３０８Ａと同じである。無線部におけるＣＰＵは到着したストリングの蓄積を行うとともに、それを必要なオーバーヘッド３１９Ａによって無線メッセージ３１８Ａに変換する。これは無線伝送を確立し、かつ同期化する。シーケンスは３２０Ａで終結し、それはＣＰＵチェックトータル等において保証される。無線オーバーヘッドは情報３２１Ａ及び３２２Ａを統合するものである。通信ユニット３０４Ａにおける無線モジュールはストリング３１８Ａを受信するとともに、ストリング３１０Ａを再発生する。このストリングはＣＡＮユニットのＣＰＵに転送される。このＣＰＵは３２３Ａを抽出して、ＣＡＮコントローラの情報を発生し、ここで、ＣＡＮコントローはＣＡＮ接続３０６Ａ上のＣＡＮメッセージ３２４Ａを出現させる。ここで、バルブユニット３０５ＡはＣＡＮ接続を介して命令を受信し、それを実行し、その実行状態はオペレータにより検証されることができる。
本発明は、以上に図示及び説明した実施例に限定されるものではなく、添付の請求の範囲及び本発明の概念に属する限り種々の変形を施すことが可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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