JP2007300527A - Remote io system, master unit, slave unit, repeater and terminator - Google Patents

Remote io system, master unit, slave unit, repeater and terminator Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a remote IO system which enables transmission at a high communication speed, even if communication cables for field bus to which crosstalk countermeasures have not been taken are used. <P>SOLUTION: In the remote IO system, control data are transferred between a master unit 10 and a slave 20 connected via the field bus, and drive power of the slave is supplied via a communication cable 6 constituting the field bus. The communication cable has a communication power line 6a for supplying power and a communication signal line 6b for transmitting/receiving the control data. Matching circuits 50-53, connected between lines of the positive/negative of the communication power line, are provided inside the master unit, the slave unit, a terminal 30 connected to the end of the communication cable and the repeater 40. The matching circuits are set so as to reduce crosstalk components generated between the communication power line and the communication signal line. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

この発明は、リモートＩＯシステムおよびマスタ並びにスレーブ及び中継器並びに終端器に関するものである。   The present invention relates to a remote IO system, a master, a slave, a repeater, and a terminator.

ＦＡ（Ｆａｃｔｏｒｙ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）におけるネットワークシステムは、生産設備の制御を司る１または複数のＰＬＣ（プログラマブルコントローラ）と、そのＰＬＣにより動作が制御される機器とが、制御系のネットワークに接続される。それらＰＬＣと機器は、その制御系のネットワークを介してサイクリックに通信を行なうことで、ＩＯデータの送受を行ない、生産設備を制御する。   In a network system in FA (Factory Automation), one or a plurality of PLCs (programmable controllers) that control production facilities and devices whose operations are controlled by the PLCs are connected to a control system network. These PLCs and devices communicate with each other cyclically via the network of the control system, thereby transmitting / receiving IO data and controlling production facilities.

ＰＬＣは、制御プログラムに基づいて演算実行するＣＰＵユニット、センサやスイッチなどの入力機器を接続してそれらのオン・オフ信号を入力信号として取り込む入力ユニット、アクチュエータやリレーなどの出力機器を接続してそれらに対して出力信号を送り出す出力ユニット、ネットワークに接続された他の装置とデータの送受を行なう通信ユニット、マスタスレーブ通信をするためのマスタユニット、各ユニットに電源を供給する電源ユニット、などの複数のユニットを組み合わせることにより構成されている。   The PLC connects a CPU unit that executes calculations based on a control program, an input device such as a sensor or a switch and inputs an on / off signal as an input signal, and an output device such as an actuator or a relay. Output units that send output signals to them, communication units that send and receive data to and from other devices connected to the network, master units for master-slave communication, power supply units that supply power to each unit, etc. It is configured by combining a plurality of units.

また、ＦＡシステムでは、ＰＬＣのマスタユニットにフィールドバスを接続するとともに、そのフィールドバスにスレーブを接続し、そのスレーブに入力機器や出力機器を接続する構成を採るリモートＩＯシステムがある。これにより、スレーブに接続された入力機器や出力機器は、マスタスレーブ通信を利用してＰＬＣとＩＯデータの送受が行なえる。スレーブへの電源供給は、フィールドバスを構成する通信ケーブルを介して行なわれる。よって、フィールドバス用の通信ケーブルは、１本の通信ケーブルに通信信号線と通信電源線を備える。   In addition, in the FA system, there is a remote IO system in which a field bus is connected to a PLC master unit, a slave is connected to the field bus, and an input device and an output device are connected to the slave. As a result, the input device and output device connected to the slave can send and receive PLC and IO data using master-slave communication. Power supply to the slave is performed via a communication cable constituting a field bus. Therefore, the fieldbus communication cable includes a communication signal line and a communication power line in one communication cable.

このように１本の通信ケーブルで通信信号線と通信電源線を持つ通信ケーブルでは、金属が隣接した線間で互いの金属同士が結合するため、通信信号線でデータを送信する時の電圧変動により隣接並行に配置されている通信電源線にクロストークが重畳して通信信号線の電圧変動が生じる。そして、フィールドバスを用いたネットワークでは、通信電源線の末端（終端抵抗接続部分や電源を別供給されるノード部分）で信号電源線を開放（オープン）処理していたため、信号電源線に重畳したクロストーク波形が通信電源線の開放端で反射して２倍の電圧になり、その２倍の電圧が再度通信信号線にクロストークで戻ってくることにより通信信号波形が乱れる。   In this way, in a communication cable having a communication signal line and a communication power line with a single communication cable, the metal is coupled between adjacent lines, so that voltage fluctuations occur when data is transmitted through the communication signal line. As a result, the crosstalk is superimposed on the communication power supply lines arranged in parallel and adjacent to each other, resulting in a voltage fluctuation of the communication signal line. And in a network using a fieldbus, the signal power supply line is opened (opened) at the end of the communication power supply line (terminal resistor connection part or node part to which power is separately supplied), so it is superimposed on the signal power supply line. The crosstalk waveform is reflected at the open end of the communication power supply line to become a double voltage, and the double voltage returns to the communication signal line again by crosstalk, thereby disturbing the communication signal waveform.

このクロストーク対策としては、一般に、通信信号線をシールドし、通信信号線から通信電源線へのクロストークの発生を抑止することが行なわれている。   As a countermeasure against this crosstalk, generally, a communication signal line is shielded to suppress the occurrence of crosstalk from the communication signal line to the communication power supply line.

上述したように、通信信号線をシールドするクロストーク対策を施していない通信ケーブルを用いるとクロストークによる信号波形の乱れは生じるものの、通信速度が低速の場合、図１（ａ）に示すように、クロストークの影響がおさまる時間に比べ通信の１ビット伝達時間が長いため、クロストークの影響がおさまった後の安定した波形でデータを判定することができる。   As described above, when a communication cable that does not take measures against crosstalk that shields communication signal lines is used, signal waveform disturbance due to crosstalk occurs, but when the communication speed is low, as shown in FIG. Since the transmission time of one bit of communication is longer than the time when the influence of the crosstalk is reduced, the data can be determined with a stable waveform after the influence of the crosstalk is reduced.

しかし、通信速度の高速化に伴い、１本の通信ケーブルでの通信信号線と通信電源線間でのクロストーク（信号漏話）とクロストークした波形の反射が問題となる。これは、図１（ｂ）に示すように、クロストークで重畳された波形やその反射が減衰しておさまる前にデータを判定する必要があるためである。   However, as the communication speed increases, crosstalk (signal crosstalk) between the communication signal line and the communication power supply line with one communication cable and reflection of the crosstalk waveform become a problem. This is because, as shown in FIG. 1B, it is necessary to determine data before the waveform superimposed by crosstalk and its reflection are attenuated.

一方、上記の特許文献１に開示された発明のように、通信ケーブルをシールド処理したクロストーク対策のものを用いた場合には、クロストークの発生を抑制できるものの、フィールドバスのネットワークを構成する全ての通信ケーブルに係るクロストーク対策済みの通信ケーブルを用いればよいが、係る通信ケーブルはコスト高であるばかりでなく、既設の通信速度が遅いネットワークを、通信速度を速くするように変更した場合には、既設の通信ケーブルとの交換作業が必須で、資源の無駄な浪費を招き、省資源化に逆行する。   On the other hand, as in the invention disclosed in Patent Document 1 described above, when a crosstalk countermeasure with a communication cable shielded is used, the occurrence of crosstalk can be suppressed, but a fieldbus network is configured. It is only necessary to use communication cables with crosstalk countermeasures for all communication cables, but such communication cables are not only expensive, but when existing networks with low communication speed are changed to increase communication speed In this case, it is essential to replace the existing communication cable, which leads to wasteful waste of resources and goes back to resource saving.

この発明の目的は、クロストーク対策が施されていないフィールドバス用の通信ケーブルを用いても通信速度の速い伝送を可能としたリモートＩＯシステムおよびマスタ並びにスレーブ及び中継器並びに終端器を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a remote IO system, a master, a slave, a repeater, and a terminator that enable high-speed transmission even when using a fieldbus communication cable that does not take measures against crosstalk. It is in.

この発明によるリモートＩＯシステムは、フィールドバスを介して接続されるマスタとスレーブとの間で制御データを送受し、前記スレーブの駆動電源は前記フィールドバスを構成する通信ケーブル経由で供給されるプログラマブルコントローラ用のリモートＩＯシステムであって、前記通信ケーブルは、電力供給するための通信電源線と、前記制御データを送受するための通信信号線とを備え、前記マスタと、前記スレーブと、前記通信ケーブルの終端に接続される終端器との内部に、前記通信電源線の＋／−のライン間に接続される整合回路を設け、その整合回路は、前記通信電源線と前記通信信号線間に発生するクロストーク成分を減らすものとした。   A remote IO system according to the present invention transmits and receives control data between a master and a slave connected via a field bus, and a drive controller for the slave is supplied via a communication cable constituting the field bus Remote IO system, wherein the communication cable comprises a communication power line for supplying power and a communication signal line for transmitting and receiving the control data, the master, the slave, and the communication cable A matching circuit connected between +/- lines of the communication power supply line is provided inside a terminator connected to the terminal of the communication power line, and the matching circuit is generated between the communication power supply line and the communication signal line. The crosstalk component to be reduced was reduced.

本発明のマスタは、リモートＩＯ用のマスタであって、外部の通信電源に接続される通信電源供給線と、フィールドバス用の通信ケーブルの通信電源線にそれぞれ接続される通信電源２線間に整合回路を配置した。   The master of the present invention is a master for remote IO, and is connected between two communication power supply lines connected to a communication power supply line connected to an external communication power supply and a communication power supply line of a fieldbus communication cable. A matching circuit was placed.

本発明のスレーブは、リモートＩＯ用のスレーブであって、フィールドバス用の通信ケーブルの通信電源線と、内部用電源部２９との接続部分の通信電源２線間に整合回路を配置した。   The slave of the present invention is a slave for remote IO, and a matching circuit is arranged between the communication power supply line of the fieldbus communication cable and the communication power supply line 2 at the connection portion of the internal power supply unit 29.

本発明の中継器は、リモートＩＯ用の中継器であって、上位側のフィールドバス用の通信ケーブルの通信電源線と内部用電源部との接続部分の通信電源２線間に上位側整合回を配置し、外部の通信電源に接続される通信電源供給線と下位側のフィールドバス用の通信ケーブルの通信電源線との接続部分の通信電源２線間に整合回路を配置した。   The repeater of the present invention is a repeater for a remote IO, and the upper matching circuit is connected between two communication power lines of the connection portion between the communication power line of the upper field bus communication cable and the internal power supply unit. And a matching circuit is arranged between the two communication power supply lines at the connection portion between the communication power supply line connected to the external communication power supply and the communication power supply line of the lower-level fieldbus communication cable.

本発明の終端器は、フィールドバスを介して接続されるマスタとスレーブとの間で制御データを送受し、前記スレーブの駆動電源は前記フィールドバスを構成する通信ケーブル経由で供給されるプログラマブルコントローラ用のリモートＩＯシステムにおける前記通信ケーブルの終端に接続される終端器であって、前記通信電源線間に整合回路を配置した。   The terminator of the present invention transmits and receives control data between a master and a slave connected via a field bus, and the drive power of the slave is for a programmable controller supplied via a communication cable constituting the field bus. In the remote IO system, the terminator is connected to the end of the communication cable, and a matching circuit is arranged between the communication power lines.

本発明では、リモートＩＯシステムにおいて、クロストーク対策が施されていないフィールドバス用の通信ケーブルを用いても通信速度の速い伝送が可能となる。   According to the present invention, in a remote IO system, transmission at a high communication speed is possible even when a fieldbus communication cable that does not take measures against crosstalk is used.

図２は、本発明が適用されるフィールドバスを用いたネットワークシステムの一例を示している。ＰＬＣ１は、電源ユニット２，ＣＰＵユニット３，ＩＯユニット４，マスタユニット１０などの各種のユニットから構成される。マスタユニット１０には、フィールドバスを構成する通信ケーブル６の一端が連結されている。この通信ケーブル６は、図３に示すように、２本の通信電源線６ａと、２本の通信信号線６ｂとを有する複数本撚り構造となっている。これら通信電源線６ａ、通信信号線６ｂの周囲は外皮６ｃで被覆されている。なお、図では外皮６ｃの内周面側にシールド層６ｄを設け、通信電源線６ａ、通信信号線６ｂを一括してシールドするようにしたが、このシールド層６ｄは設けなくても良い。また、本実施形態では、撚り線構造の通信ケーブルを用いたが、フラットケーブルとしても良い。通信信号線の本数も任意である。   FIG. 2 shows an example of a network system using a fieldbus to which the present invention is applied. The PLC 1 includes various units such as a power supply unit 2, a CPU unit 3, an IO unit 4, and a master unit 10. One end of a communication cable 6 constituting a field bus is connected to the master unit 10. As shown in FIG. 3, the communication cable 6 has a multi-strand structure having two communication power supply lines 6a and two communication signal lines 6b. The periphery of the communication power line 6a and the communication signal line 6b is covered with an outer skin 6c. In the figure, the shield layer 6d is provided on the inner peripheral surface side of the outer skin 6c, and the communication power line 6a and the communication signal line 6b are collectively shielded. However, the shield layer 6d may not be provided. Moreover, in this embodiment, although the communication cable of the strand wire structure was used, it is good also as a flat cable. The number of communication signal lines is also arbitrary.

通信ケーブル６には、ブランチ８を介して或いはディジチェーン接続によりスレーブ２０が接続される。また、通信ケーブル６の開放端には、終端器３０が接続される。マスタユニット１０には、通信電源供給線７ａを介して外部の通信電源７が接続される。この通信電源７は、マスタユニット１０内で通信電源線６ａに導通する。これにより、スレーブ２０に対しては、通信電源７から通信ケーブル６（通信電源線６ａ）を介して電源供給される。   A slave 20 is connected to the communication cable 6 via the branch 8 or by daisy chain connection. A terminator 30 is connected to the open end of the communication cable 6. An external communication power supply 7 is connected to the master unit 10 via a communication power supply line 7a. This communication power supply 7 is electrically connected to the communication power supply line 6 a in the master unit 10. As a result, power is supplied to the slave 20 from the communication power supply 7 via the communication cable 6 (communication power supply line 6a).

通信ケーブル６の配線距離が長くなると、信号レベルが低下すると共に、波形も劣化する。そこで、通信ケーブル６の所定位置にリピータ４０を設置し、波形整形を行ない、信号の伝達距離を延ばすようにすることもある。このリピータ４０の駆動電源も、上位側（マスタユニット１０に近い方）の通信ケーブルを介して供給される。   As the wiring distance of the communication cable 6 increases, the signal level decreases and the waveform also deteriorates. Therefore, a repeater 40 may be installed at a predetermined position of the communication cable 6 to perform waveform shaping and extend the signal transmission distance. The drive power for the repeater 40 is also supplied via a communication cable on the upper side (the one closer to the master unit 10).

リピータ４０には、通信電源供給線７ａ′を介して外部の通信電源７′が接続される。この通信電源７′は、リピータ４０内でリピータ４０の下位側（マスタユニット１０から遠い方）に接続される通信ケーブル６の通信電源線６ａに導通する。これにより、リピータ４０の下位側に接続されるスレーブ２０に対しては、通信電源７′から通信ケーブル６（通信電源線６ａ）を介して電源供給される。   An external communication power supply 7 'is connected to the repeater 40 via a communication power supply line 7a'. This communication power supply 7 'is electrically connected to the communication power supply line 6a of the communication cable 6 connected to the lower side of the repeater 40 (the one far from the master unit 10) in the repeater 40. As a result, the slave 20 connected to the lower side of the repeater 40 is supplied with power from the communication power supply 7 'via the communication cable 6 (communication power supply line 6a).

マスタユニット１０とスレーブ２０とは、マスタスレーブ通信を行ないデータ交換がされる。上記のフィールドバスを用いたネットワークシステムは、一般的に用いられるものであるので、詳細な説明を省略する。   The master unit 10 and the slave 20 perform master-slave communication and exchange data. Since the network system using the above fieldbus is generally used, detailed description thereof is omitted.

ここで本発明では、図４に示すように、通信電源線の開放端となる部分、つまり、マスタユニット１０，スレーブ２０，終端機３０並びにリピータ４０に整合回路５０〜５３を設けた。つまり、従来オープンとしていた終端器、各ノード物理層の通信電源線間、通信電源供給線と通信ケーブルの通信電源線接続部に整合回路（コンデンサーのような反射係数が０以下になる回路を含む）を挿入することにより、通信電源線開放端やインピーダンス不整合部分での電圧変動（電圧が増加する方向のもの）を抑制し信号線へのクロストークの影響を低減するようにした。   Here, in the present invention, as shown in FIG. 4, matching circuits 50 to 53 are provided in the part that becomes the open end of the communication power supply line, that is, the master unit 10, the slave 20, the terminator 30, and the repeater 40. That is, a matching circuit (including a circuit having a reflection coefficient of 0 or less, such as a capacitor, is included in the terminator that has been open in the past, between the communication power supply lines of each node physical layer, the communication power supply line and the communication power line connection part of the communication cable ) To suppress voltage fluctuations (in the direction in which the voltage increases) at the open end of the communication power supply line and the impedance mismatched portion, thereby reducing the influence of crosstalk on the signal line.

具体的には、図５から図８に示すような内部構成とする。図５は、マスタユニット１０の内部構造を示している。マスタユニット１０は、図５に示すように、フィールドバスである通信ケーブル６に接続され、実際にデータの送受を行う通信インタフェース１１と、その通信インタフェース１１を介してマスタスレーブ間通信をし、スレーブ２０，リピータ４０との間でＩ／Ｏデータの送受を行なったり、所定のコマンドの送信並びにそれに基づくレスポンスの受信を行うマスタ用ＡＳＩＣ１２と、各種の制御を行うＭＰＵ１５と、各種の制御実行時にワークエリア等として使用されるＲＡＭ１３と、上記制御を行なうプログラムや、各種の設定データ等が格納されたＥＥＰＲＯＭ１６と、他のユニット（例えば、ＣＰＵユニット）と内部バス１ａを介して通信を行うための内部バスインタフェース１４と、動作状態（通信状態）や異常／正常などを示すＬＥＤ表示部１７並びにアドレスの設定などを行なうための設定スイッチ１８と、を備えている。なお、基本的なハードウェア構成等は、従来のマスタユニットと同様であるので、その詳細な説明を省略する。   Specifically, the internal configuration is as shown in FIGS. FIG. 5 shows the internal structure of the master unit 10. As shown in FIG. 5, the master unit 10 is connected to a communication cable 6 that is a field bus, and performs communication between the master and the slave via the communication interface 11 that actually transmits and receives data. 20, the master ASIC 12 that transmits / receives I / O data to / from the repeater 40, transmits a predetermined command and receives a response based on the command, the MPU 15 that performs various controls, and works when various controls are executed. RAM 13 used as an area, an EEPROM 16 in which a program for performing the above control, various setting data, and the like are stored, and an internal unit for communicating with other units (for example, a CPU unit) via the internal bus 1a Indicates the bus interface 14 and the operation status (communication status), abnormality / normality, etc. A setting switch 18 for performing such ED display unit 17 and setting of address, and a. The basic hardware configuration and the like are the same as those of the conventional master unit, and thus detailed description thereof is omitted.

ここで本発明では、通信電源供給線７ａと通信ケーブル６の通信電源線接続部分の通信電源２線間に整合回路５０を配置した。この整合回路５０は、例えば図９に示すようなＬＣＲ回路等により実現できる。   Here, in the present invention, the matching circuit 50 is arranged between the communication power supply line 7 a and the communication power supply 2 line at the communication power line connection portion of the communication cable 6. This matching circuit 50 can be realized by, for example, an LCR circuit as shown in FIG.

スレーブ２０は、図６に示すように、フィールドバス用の通信ケーブル６（通信信号線６ｂ）に接続され、実際にマスタユニット１０との間でＩ／Ｏデータや各種メッセージ等の送受を行う通信インタフェース２１と、その通信インタフェース２１を介して取得したマスタスレーブ間通信をし、Ｉ／Ｏデータの送受を行なったり、所定のコマンドの受信並びにそれに基づくレスポンスの送信を行うスレーブ用ＡＳＩＣ２２と、各種の制御を行うＭＰＵ２５と、上記制御を行うプログラムや、各種の設定データ，ＩＯデータ等が格納されたＥＥＰＲＯＭ２６と、入力機器や出力機器等の外部ＩＯ機器と接続しＩ／Ｏデータの送受を行うＩ／Ｏインタフェース２４と、動作状態（通信状態）や異常／正常などを示すＬＥＤ表示部２７並びにノードアドレスの設定などを行うための設定スイッチ２８と、を備えている。さらに、フィールドバス用の通信ケーブル６（通信電源線６ａ）を介して与えられる入力電圧（２４Ｖ）を５Ｖに降圧し、スレーブ２０内の各素子に電源供給する内部用電源部２９を備えている。なお、スレーブ２０の構成並びに作用効果は、従来のものと同様であるので、その詳細な説明を省略する。   As shown in FIG. 6, the slave 20 is connected to the fieldbus communication cable 6 (communication signal line 6 b), and actually communicates with the master unit 10 to send and receive I / O data and various messages. A slave ASIC 22 that performs communication between the master and slave acquired via the interface 21 and the communication interface 21 to transmit / receive I / O data, receive predetermined commands, and transmit responses based on the commands, An MPU 25 that performs control, an EEPROM 26 that stores the above-described control program, various setting data, IO data, and the like, and an external IO device such as an input device or an output device to send and receive I / O data / O interface 24, LED display 27 and node indicating operation state (communication state), abnormality / normality, etc. Is provided with a setting switch 28 for carrying out such as setting of the dress, the. Furthermore, an internal power supply unit 29 is provided that steps down the input voltage (24 V) applied via the fieldbus communication cable 6 (communication power supply line 6 a) to 5 V and supplies power to each element in the slave 20. . Note that the configuration and operational effects of the slave 20 are the same as those of the conventional one, and a detailed description thereof will be omitted.

ここで本発明では、通信ケーブル６の通信電源線６ａと内部用電源部２９との接続部分の通信電源２線間に整合回路５１を配置した。この整合回路５１は、例えば図１０（ａ），（ｂ）に示すようなＬＣＲ回路等により実現できる。   Here, in the present invention, the matching circuit 51 is arranged between the two communication power supply lines at the connection portion between the communication power supply line 6 a of the communication cable 6 and the internal power supply unit 29. The matching circuit 51 can be realized by an LCR circuit as shown in FIGS. 10 (a) and 10 (b), for example.

リピータ４０は、図７に示すように上位側のフィールドバス用の通信ケーブル６に接続される上位側通信インタフェース４１と、下位側のフィールドバス用の通信ケーブル６に接続される下位側通信インタフェース４３と、両通信インタフェース４１，４３間に実装され、伝送されるデータ（信号）に対して所定の処理を行なうリピータ用ＡＳＩＣ４２と、各種の制御を行うＭＰＵ４５と、上記制御を行うプログラムや、各種の設定データ等が格納されたＥＥＰＲＯＭ４６と、動作状態（通信状態）や異常／正常などを示すＬＥＤ表示部４７並びにノードアドレスの設定などを行うための設定スイッチ４８と、を備えている。さらに、上位側のフィールドバス用の通信ケーブル６（通信電源線６ａ）を介して与えられる入力電圧（２４Ｖ）を５Ｖに降圧し、リピータ４０内の各素子に電源供給する内部用電源部４９を備えている。このリピータ用ＡＳＩＣ４２は、基本的には伝送される信号（乱れている）の波形を整え、綺麗な１／０のデジタル信号に復元し、出力する機能を備えている。これらの構成・機能は、従来からあるリピータの基本機能であるので、具体的な構成・処理手順については説明を省略する。   As shown in FIG. 7, the repeater 40 includes an upper communication interface 41 connected to the upper fieldbus communication cable 6 and a lower communication interface 43 connected to the lower fieldbus communication cable 6. And an ASIC 42 for repeater that is mounted between the communication interfaces 41 and 43 and performs predetermined processing on transmitted data (signal), an MPU 45 that performs various controls, a program that performs the above control, An EEPROM 46 in which setting data and the like are stored, an LED display unit 47 indicating an operation state (communication state) and abnormality / normality, and a setting switch 48 for setting a node address and the like are provided. Further, an internal power supply unit 49 for reducing the input voltage (24V) given via the host-side fieldbus communication cable 6 (communication power supply line 6a) to 5V and supplying power to each element in the repeater 40 is provided. I have. The repeater ASIC 42 basically has a function of adjusting the waveform of a transmitted signal (disturbed), restoring it to a clean 1/0 digital signal, and outputting it. Since these configurations and functions are basic functions of a conventional repeater, description of specific configurations and processing procedures is omitted.

ここで本発明では、上位側の通信ケーブル６の通信電源線６ａと内部用電源部４９との接続部分の通信電源２線間に整合回路５１を配置した。この整合回路５１は、例えば図１０（ａ），（ｂ）に示すようなＬＣＲ回路等により実現できる。さらに、通信電源供給線７ａ′と下位側の通信ケーブル６の通信電源線６ａと接続部分の通信電源２線間に整合回路５２を配置した。この整合回路５２は、例えば図９に示すようなＬＣＲ回路等により実現できる。   Here, in the present invention, the matching circuit 51 is arranged between the two communication power supply lines of the connection portion between the communication power supply line 6 a of the upper communication cable 6 and the internal power supply unit 49. The matching circuit 51 can be realized by an LCR circuit as shown in FIGS. 10 (a) and 10 (b), for example. Further, a matching circuit 52 is disposed between the communication power supply line 7a ′, the communication power supply line 6a of the communication cable 6 on the lower side, and the communication power supply 2 line at the connection portion. The matching circuit 52 can be realized by an LCR circuit as shown in FIG.

終端器３０は、図８に示すように２本の通信信号線６ｂ間を終端抵抗３１で接続し、終端させる。ここで本発明では、従来開放端としていた２本の通信電源線６ａ間に整合回路５３を配置した。この整合回路５３は、例えばＲＣ回路等により実現できる。   As shown in FIG. 8, the terminator 30 connects the two communication signal lines 6 b with a termination resistor 31 and terminates them. Here, in the present invention, the matching circuit 53 is arranged between the two communication power supply lines 6a which have been conventionally open ends. The matching circuit 53 can be realized by, for example, an RC circuit.

各整合回路５０〜５３を構成する各素子の定数設定は、通信ケーブル６のインピーダンスとクロストーク波形の周波数を基準に実施する。ノードや終端器のインピーダンスが高い場合には、終端器３０に対する実装例として記述したＣやＲによる並列接続をして調整し、インピーダンスが低ければ直列にＬやＲを接続しインピーダンスを高くしさらに並列にＣやＲを入れて調整することになる。   The constants of the elements constituting the matching circuits 50 to 53 are set based on the impedance of the communication cable 6 and the frequency of the crosstalk waveform. If the impedance of the node or terminator is high, adjust by connecting in parallel with C or R described as an implementation example for the terminator 30, and if the impedance is low, connect L or R in series to increase the impedance. Adjustment is performed by inserting C and R in parallel.

図１１は、本発明の対策を行なわない従来の構成における波形を示している。図１１（ａ）に示すように、通信信号線６ｂを伝送される本来の送信波形は、矩形波である。本実施形態では、“１”の時にＨの通信信号線に電圧をかけ、“０”の時にＬの通信信号線に電圧をかける差動伝送方式を採る。   FIG. 11 shows waveforms in a conventional configuration in which the measures of the present invention are not taken. As shown in FIG. 11A, the original transmission waveform transmitted through the communication signal line 6b is a rectangular wave. In the present embodiment, a differential transmission method is employed in which a voltage is applied to the H communication signal line when “1” and a voltage is applied to the L communication signal line when “0”.

すると、通信信号線６ｂでデータを送信する時の電圧変動により隣接並行に配置されている通信電源線にクロストークした波形（図１１（ｃ）参照）が重畳し、その重畳したクロストーク波形が通信電源線の開放端（オープン配線）で反射する。図１１（ｄ）は、係る通信電源線にクロストークした波形が開放端で１次反射した波形を示している。   Then, a crosstalk waveform (see FIG. 11C) is superimposed on the communication power supply lines arranged adjacent to each other due to voltage fluctuation when data is transmitted through the communication signal line 6b, and the superimposed crosstalk waveform is Reflected at the open end (open wiring) of the communication power line. FIG. 11D shows a waveform in which the waveform cross-talked to the communication power line is primarily reflected at the open end.

よって、クロストークした波形（進行波）と、それが反射した波形（反射波）を足し合わせたもの（図１１（ｂ）参照）が、信号電源線６ａに現れるクロストーク波形となる。この信号電源線６ａに生じたクロストークの電圧が再度通信信号線にクロストークで戻ってくることにより、通信信号波形が劣化する（図１１（ｅ）参照）。   Therefore, the crosstalk waveform (traveling wave) and the waveform reflected by the crosstalk (reflected wave) (see FIG. 11B) are the crosstalk waveform that appears on the signal power supply line 6a. The crosstalk voltage generated in the signal power supply line 6a returns to the communication signal line again by crosstalk, so that the communication signal waveform is deteriorated (see FIG. 11E).

なお、信号電源線にクロストークした波形は、１次，２次，……と反射するが、２次反射以降は振幅も小さく与える影響も少ないため、波形が減衰しておらず影響が最も大きい１次反射のみを示した。また、遠端のクロストークの影響のみを考慮した。   The waveform crosstalked to the signal power line is reflected as primary, secondary,..., But after the secondary reflection, there is little influence on the amplitude, so the waveform is not attenuated and has the greatest influence. Only the primary reflection was shown. In addition, only the influence of far-end crosstalk was considered.

これに対し、本発明では、図１２（ａ）に示すように、矩形波からなる送信波形を通信信号線に伝送した場合、通信信号線６ｂでデータを送信する時の電圧変動により隣接並行に配置されている通信電源線にクロストークした波形（図１２（ｃ）参照）が重畳するが、そのクロストーク波形が通信電源線６ａの終端により反射しないため一時反射が無くなる（図１２（ｄ）参照）。   On the other hand, in the present invention, as shown in FIG. 12A, when a transmission waveform made up of a rectangular wave is transmitted to the communication signal line, it is adjacent in parallel due to voltage fluctuation when data is transmitted through the communication signal line 6b. Although the crosstalk waveform (see FIG. 12C) is superimposed on the arranged communication power supply line, the crosstalk waveform is not reflected by the end of the communication power supply line 6a, so that there is no temporary reflection (FIG. 12D). reference).

よって、クロストークした波形（進行波）と、それが反射した波形（反射波）を足し合わせたものが、信号電源線６ａに現れるクロストーク波形となるが、反射波が無くなったため最終的に信号電源線に現れるクロストーク波形は小さくなる（図１２（ｂ）参照）。この信号電源線６ａに生じたクロストークの電圧が再度通信信号線にクロストークで戻ってくるが、信号電源線に現れるクロストーク波形が小さくなったため、通信信号線６ｂに伝送されるクロストークの影響を受けた送信波形の乱れが小さくなる（図１２（ｅ）参照）。   Therefore, the sum of the crosstalk waveform (traveling wave) and the reflected waveform (reflected wave) is the crosstalk waveform that appears on the signal power supply line 6a. The crosstalk waveform appearing on the power supply line becomes small (see FIG. 12B). The crosstalk voltage generated in the signal power supply line 6a returns to the communication signal line again by crosstalk. However, since the crosstalk waveform appearing in the signal power supply line is reduced, the crosstalk voltage transmitted to the communication signal line 6b is reduced. The affected transmission waveform is less disturbed (see FIG. 12E).

図１２は、整合回路の各回路定数を整合終端させ反射波が発生しない理想状態の例を示したが、完全に反射波が無くならなくても最終的に通信信号線に重畳するクロストーク波形は小さくすることができる。   FIG. 12 shows an example of an ideal state in which each circuit constant of the matching circuit is terminated by matching and no reflected wave is generated. However, even if the reflected wave does not disappear completely, the crosstalk waveform finally superimposed on the communication signal line is Can be small.

また、反射係数を−１にすると、図１３（ｃ），（ｄ）に示すようにクロストークした波形（進行波）と、それが反射した波形（反射波）とが反転した波形になり、それらを足し合わせた波形は図１３（ｂ）に示すようにほぼゼロにすることができる。よって、図１３（ｅ）に示すように、通信信号線を伝送される送信波形はクロストークの影響をほとんど受けないようにすることができる。   When the reflection coefficient is set to −1, the crosstalk waveform (traveling wave) and the reflected waveform (reflected wave) are inverted as shown in FIGS. 13 (c) and 13 (d). The waveform obtained by adding them can be made substantially zero as shown in FIG. Therefore, as shown in FIG. 13E, the transmission waveform transmitted through the communication signal line can be hardly affected by the crosstalk.

ところで、クロストークには、大きく静電容量結合、電磁結合とあるが、差動伝送では出力信号が2線間で逆相となるため電磁結合は打ち消しあい影響が小さくなる。   By the way, there are two types of crosstalk, namely, capacitive coupling and electromagnetic coupling. In differential transmission, the output signal is out of phase between the two wires, so that the influence of electromagnetic coupling cancels out.

その分、静電結合が大きな比率となる。静電容量結合でのクロストーク波形は周波数が高いため、開放端反射後に減衰しやすい（下記（式１）参照）。よって、開放端付近での電圧変化を押さえられれば影響は小さくなる。

Figure 2007300527
ω＝２πｆから、ｆ(周波数)が高くなると、減衰が大きくなる。
Accordingly, the electrostatic coupling becomes a large ratio. Since the crosstalk waveform in capacitive coupling has a high frequency, it tends to be attenuated after reflection at the open end (see (Equation 1) below). Therefore, if the voltage change near the open end can be suppressed, the influence is reduced.
Figure 2007300527
 From ω = 2πf, the attenuation increases as f (frequency) increases.

各ノードと終端部分で通信電源線が終端されているため、どのノードからの送信に対しても遠端クロストークを低減する効果を持つ。これにより通信配線工数を低減できる通信信号線と通信電源線を1本にまとめた通信ケーブルで、通信信号線に対してシールドがないケーブルを使用しても、高速な伝送速度で伝送品質が確保できるようになった。   Since the communication power supply line is terminated at each node and the termination portion, the far-end crosstalk is reduced with respect to transmission from any node. This is a communication cable that combines communication signal lines and communication power lines that can reduce the number of man-hours for communication wiring. Even if a cable that does not shield the communication signal lines is used, transmission quality is ensured at a high transmission speed. I can do it now.

本発明の効果を実証するため、図１４に示すリモートＩＯシステムを構築し、矢印部分における波形を測定した。ノードや終端器に本発明の対策を施さない場合、図１５に示すように波形が乱れるが、すべてのノードと終端器に整合回路を挿入すると、図１６に示すように、波形の形状が滑らかになり乱れが少なくなることが確認できた。   In order to demonstrate the effect of the present invention, the remote IO system shown in FIG. 14 was constructed, and the waveform at the arrow portion was measured. When the measures of the present invention are not applied to nodes and terminators, the waveform is disturbed as shown in FIG. 15, but when matching circuits are inserted into all nodes and terminators, the waveform shape is smooth as shown in FIG. It was confirmed that the disturbance was reduced.

クロストークの問題点を説明する図である。It is a figure explaining the problem of crosstalk. 本発明が適用されるリモートＩＯを含むネットワークシステムの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the network system containing the remote IO with which this invention is applied. 本実施形態で使用する通信ケーブルの断面図である。It is sectional drawing of the communication cable used by this embodiment. 本実施形態の要部を説明する図である。It is a figure explaining the principal part of this embodiment. マスタユニットの内部構造を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the internal structure of a master unit. スレーブの内部構造を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the internal structure of a slave. リピータの内部構造を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the internal structure of a repeater. 終端器の内部構造を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the internal structure of a termination | terminus device. マスタユニット並びにリピータの下位側に実装する整合回路の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the matching circuit mounted in the low-order side of a master unit and a repeater. スレーブ並びにリピータの上位側に実装する整合回路の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the matching circuit mounted in the high-order side of a slave and a repeater. 従来構成の問題点を説明する図であれる。It is a figure explaining the problem of a conventional structure. 本発明の作用効果（動作原理）を説明する図である。It is a figure explaining the effect (operation principle) of this invention. 本発明の作用効果（動作原理）を説明する図である。It is a figure explaining the effect (operation principle) of this invention. 本発明の効果を実証するための実験を行なったネットワーク構成を示す図である。It is a figure which shows the network structure which conducted the experiment for demonstrating the effect of this invention. 実験結果を示す図である。It is a figure which shows an experimental result. 実験結果を示す図である。It is a figure which shows an experimental result.

符号の説明Explanation of symbols

６ 通信ケーブル
６ａ 通信電源線
６ｂ 通信信号線
１０ マスタユニット
２０ スレーブ
３０ 終端器
４０ リピータ
５０，５１，５２，５３ 整合器
6 Communication cable 6a Communication power line 6b Communication signal line 10 Master unit 20 Slave 30 Terminator 40 Repeater 50, 51, 52, 53 Matching device

Claims (5)

フィールドバスを介して接続されるマスタとスレーブとの間で制御データを送受し、前記スレーブの駆動電源は前記フィールドバスを構成する通信ケーブル経由で供給されるプログラマブルコントローラ用のリモートＩＯシステムであって、
前記通信ケーブルは、電力供給するための通信電源線と、前記制御データを送受するための通信信号線とを備え、
前記マスタと、前記スレーブと、前記通信ケーブルの終端に接続される終端器との内部に、前記通信電源線の＋／−のライン間に接続される整合回路を設け、
その整合回路は、前記通信電源線と前記通信信号線間に発生するクロストーク成分を減らすものであることを特徴とするリモートＩＯシステム。 A remote IO system for a programmable controller that transmits and receives control data between a master and a slave connected via a field bus, and the drive power of the slave is supplied via a communication cable that constitutes the field bus. ,
The communication cable includes a communication power line for supplying power and a communication signal line for transmitting and receiving the control data.
In the master, the slave, and a terminator connected to the end of the communication cable, a matching circuit connected between +/- lines of the communication power line is provided,
The matching circuit reduces a crosstalk component generated between the communication power supply line and the communication signal line. リモートＩＯ用のマスタであって、
外部の通信電源に接続される通信電源供給線と、フィールドバス用の通信ケーブルの通信電源線にそれぞれ接続される通信電源２線間に整合回路を配置したことを特徴とするマスタ。 A master for remote IO,
A master comprising a matching circuit disposed between a communication power supply line connected to an external communication power supply and two communication power supply lines respectively connected to a communication power supply line of a fieldbus communication cable. リモートＩＯ用のスレーブであって、
フィールドバス用の通信ケーブルの通信電源線と、内部用電源部２９との接続部分の通信電源２線間に整合回路を配置したことを特徴とするスレーブ。 A slave for remote IO,
A slave characterized in that a matching circuit is arranged between two communication power lines of a connection portion between a communication power line of a fieldbus communication cable and an internal power supply unit 29. リモートＩＯ用の中継器であって、
上位側のフィールドバス用の通信ケーブルの通信電源線と内部用電源部との接続部分の通信電源２線間に上位側整合回を配置し、
外部の通信電源に接続される通信電源供給線と下位側のフィールドバス用の通信ケーブルの通信電源線との接続部分の通信電源２線間に整合回路を配置したことを特徴とする中継器。 A relay for remote IO,
Arrange the upper matching line between the two communication power lines of the connection between the communication power line of the upper fieldbus communication cable and the internal power supply part,
A repeater characterized in that a matching circuit is arranged between two communication power supply lines at a connection portion between a communication power supply line connected to an external communication power supply and a communication power supply line of a communication cable for a lower field bus. フィールドバスを介して接続されるマスタとスレーブとの間で制御データを送受し、前記スレーブの駆動電源は前記フィールドバスを構成する通信ケーブル経由で供給されるプログラマブルコントローラ用のリモートＩＯシステムにおける前記通信ケーブルの終端に接続される終端器であって、
前記通信電源線間に整合回路を配置したことを特徴とする終端器。
Control data is transmitted and received between a master and a slave connected via a field bus, and the slave drive power is supplied via a communication cable constituting the field bus. A terminator connected to the end of the cable,
A terminator comprising a matching circuit disposed between the communication power lines.
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