JP2016091564A - ヒューマン−マシン対話システム用の制御モジュール - Google Patents

ヒューマン−マシン対話システム用の制御モジュール Download PDF

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Abstract

【課題】制御モジュール(1)と、前記制御モジュール(1)を備えるヒューマンマシン対話システムとを提供する。
【解決手段】ヒューマン−マシン対話システムが、直列に接続された1つまたは複数のヒューマン−マシン対話デバイス(2)を備え、ヒューマン−マシン対話デバイス(2)は、少なくとも1つの電気接点(C1)、インジケータ(L1)、または少なくとも1つの電気接点(C1)とインジケータ(L1)との組合せを備える機能要素(20)を具備する。制御モジュール(1)が、マイクロコントローラ(10)と、各機能要素に接続されるように設計された共通端子(BC)と、各ヒューマン−マシン対話デバイスの機能要素の個々の制御にそれぞれ専用の複数の端子(BGi、BDi)とを備える。
【選択図】図2A

Description

本発明は、ヒューマン−マシン対話システム用の制御モジュールに関し、また、前記制御モジュールを備えるヒューマン−マシン対話システムに関する。
そのヒューマン−マシン対話システムは、特に、直列に接続された1つまたは複数のヒューマン−マシン対話デバイスを備え、ヒューマン−マシン対話デバイスは、少なくとも1つの電気接点、発光インジケータ、または少なくとも1つの電気接点と1つの発光インジケータとから形成される組合せを備える。
欧州特許出願公開第2,479,646A1号公報は、データ処理ユニットと電源ユニットとが設けられた第1の部分、ならびに、ヒューマン−マシン対話インターフェースがそれぞれに設けられた複数のヒューマン−マシン対話デバイスと、電源ユニットおよびデータ処理ユニットを各ヒューマン−マシン対話デバイスに接続する通信バスとを備える第2の部分を具備するヒューマン−マシン対話システムを記載している。
このアーキテクチャの主要な欠点は、そのアーキテクチャが、インテリジェント・ヒューマン−マシン対話デバイスを使用すること、言い換えればマイクロプロセッサ、およびそれらデバイスの状態を記憶するメモリを含むことである。したがって、このアーキテクチャは、より複雑かつより高価になる。
欧州特許出願公開第2,479,646A1号公報
本発明の目的は、ヒューマン−マシン対話デバイスがインテリジェンスを有さず、制御モジュールが、最低限のワイヤを用いたケーブル配線を介して各ヒューマン−マシン対話デバイスがアドレス指定されることを可能にする、ヒューマン−マシン対話システムを提供することである。
この目的は、ヒューマン−マシン対話システム用の制御モジュールであって、前記ヒューマン−マシン対話システムが、直列に接続された1つまたは複数のヒューマン−マシン対話デバイスを備え、ヒューマン−マシン対話デバイスが、少なくとも1つの電気接点、インジケータ、または少なくとも1つの電気接点とインジケータとの組合せを備える機能要素を具備し、制御モジュールが、マイクロコントローラと、各機能要素に接続されるように設計された共通端子と、各ヒューマン−マシン対話デバイスの機能要素の個々の制御にそれぞれ専用の複数の端子とを備える、制御モジュールにおいて、
− 接続されたヒューマン−マシン対話デバイスの各電気接点の状態を読み取るために、制御モジュールの共通端子と各専用端子との間に第1の符号の電圧を、ある読取り期間の間中、加えるように構成された読取り手段と、
− 接続されたヒューマン−マシン対話デバイスの各インジケータの状態を書き込むために、第1の符号とは反対の符号の電圧を、ある書込み期間の間中、加えるように構成された書込み手段と
をさらに備える制御モジュールによって達成される。
特有な一特徴によれば、制御モジュールは、読取り手段と書込み手段とを、経時的に交互に制御するように構成され、読取り期間が書込み期間に対して短い。
また、本発明は、上記で定義されたような制御モジュールと、直列に接続された複数のヒューマン−マシン対話デバイスとを備えるヒューマン−マシン対話システムであって、ヒューマン−マシン対話デバイスが、少なくとも1つの電気接点、インジケータ、または少なくとも1つの電気接点とインジケータとの組合せを備える機能要素を具備し、前記制御モジュールが、全てのヒューマン−マシン対話デバイスに接続された共通端子と、ヒューマン−マシン対話デバイスの各機能要素の個々の制御に専用の端子とを備える、システムに関する。
特有な一特徴によれば、そのシステムは、たとえば、
− 並列に接続された第1の電気接点と第2の電気接点とを有する機能要素が設けられたヒューマン−マシン対話デバイスと、
− 前記読取り期間の間中、第1の電気接点の状態および第2の電気接点の状態を決定する手段と
を備える。
2つの電気接点を有するヒューマン−マシン対話デバイスでは、決定手段が、
− 各電気接点を流れる電流のレベル、または
− 各電気接点の両端子間の電圧のレベル
によって、あるいは
− 読取り期間を、第1の電気接点の状態を読み取るように設計された第1の部分と、第2の電気接点の状態を読み取るように設計された第2の部分とに分割すること
によって各電気接点の状態を決定するように構成されている。
好ましくは、ヒューマン−マシン対話デバイスは、ツイスト・ケーブル回路網を介する2点間リンク接続(ポイントツーポイントリンク接続)によって制御モジュールに接続される。
好ましくは、インジケータは、発光タイプである。
他の特徴および利点が、添付図面に即して示される以下の詳細な説明において明らかになる。
本発明の制御モジュールの概略図である。 様々な構成での本発明のヒューマン−マシン対話システムの図である。 様々な構成での本発明のヒューマン−マシン対話システムの図である。 様々な構成での本発明のヒューマン−マシン対話システムの図である。 様々な構成でのヒューマン−マシン対話デバイスの概略図である。 様々な構成でのヒューマン−マシン対話デバイスの概略図である。 様々な構成でのヒューマン−マシン対話デバイスの概略図である。 様々な構成でのヒューマン−マシン対話デバイスの概略図である。 並列に接続された発光インジケータと電気接点とを備える機能要素の回路図である。 制御モジュールによって割り当てられる読取り期間および書込み期間の図である。 並列に接続された2つの電気接点を有し、その2つの接点の状態を読み取ることを可能にする機能要素の図である。 直列に接続された2つの電気接点を有し、その2つの接点の状態を読み取ることを可能にする機能要素の図である。 並列に接続された2つの電気接点を有し、その2つの接点の状態を読み取ることを可能にする機能要素の図である。 各電気接点の状態を読み取るために割り振られた読取り期間の図である。
本発明の枠組みは、
− 直列に接続された複数のヒューマン−マシン対話デバイス2と、
− 1つまたは2つの部品で実装された制御モジュール1と
を備えるヒューマン−マシン対話システムである。
制御モジュール1は、各ヒューマン−マシン対話デバイスの状態が読み取られ、書き込まれることを可能にするマイクロコントローラ10と、各ヒューマン−マシン対話デバイスを個々にアドレス指定するように設計された相互接続ブロックとを備える。相互接続ブロックとマイクロコントローラ10とは、同じハウジング内に一体に装着されてもよく、または有線もしくは無線リンクを介して別々に装着されてもよく、マイクロコントローラ10のインテリジェンスは、相互接続ブロックに対して離隔させることができる。
本説明の以下の部分では、表現「制御モジュール」の用法は、それら可能な2つのアーキテクチャを包含するものと考えられるべきである。添付図では、制御モジュールは、相互接続ブロックおよびマイクロコントローラ10を組み込んだ単一のハウジングの形態で表されている。
制御モジュール1は、共通電気接点端子BCと、上流端子BGiとして称される電気接点端子の第1のシリーズと、下流端子BDiと称される電気接点端子の第2のシリーズとを備え、iは1〜nを取る(nは2以上であり、図1ではn=5である)。上流電気接点端子BGiは、ケーブル配線によって、マイクロコントローラ10を経由して電気接点端子BDiに接続されている。
制御モジュール1は、その制御モジュール1が、中央制御システム、たとえばプログラマブル・ロジック・コントローラ(PLC)に接続されることを可能にする端子U1〜U5を備えてもよい。
総括的に言えば、本発明による制御モジュールは、1つまたは複数のヒューマン−マシン対話デバイス2を制御するために使用される。
各ヒューマン−マシン対話デバイス2は、ハウジングの形態を取り、上流端子BGi(iは1〜nの範囲内にあり、nは2以上であり、添付図ではn=5である)と称される複数の端子と、下流端子BDi(iは1〜nの範囲内にあり、nは2以上であり、添付図ではn=5である)と称される複数の端子とを備える。また、各ヒューマン−マシン対話デバイス2は、少なくとも1つの電気接点、インジケータ、または少なくとも1つの電気接点とインジケータとの組合せから構成される機能要素20を備える。インジケータは、発光式、振動式、聴覚式など、いかなるタイプでもよい。本説明の以下の部分および図では、発光インジケータの例が用いられる。
ヒューマン−マシン対話デバイス2と制御モジュールとの接続は、ツイスト・ケーブルを用いて行われる。様々な構成によれば、下記のものが存在してもよい。
− 共通端子BC、端子BG1、および端子BDn(図3Aおよび3BではBD5)に接続された電気接点C1または発光インジケータL1(図3Aまたは3B)を備える1つの機能要素を有するヒューマン−マシン対話デバイス。他の端子BGi(iは2以上)のそれぞれは、この対話デバイスの端子BDi−1に直接接続されている。
− 共通端子BC、端子BG1、および端子BDn(図3CではBD5)に並列に接続された(図3C)電気接点C1および発光インジケータL1を備える1つの機能要素を有するヒューマン−マシン対話デバイス。他の端子BGi(iは2以上)のそれぞれは、この対話デバイスの端子BDi−1に直接接続されている。
− 共通端子BC、端子BG1、および端子BDn(図3DではBD5)に並列に接続された(図3D)2つの電気接点C、Cおよび発光インジケータL1を備える1つの機能要素を有するヒューマン−マシン対話デバイス。他の端子BGi(iは2以上)のそれぞれは、この対話デバイスの端子BDi−1に直接接続されている。
制御モジュール1に対するヒューマン−マシン対話デバイスの位置に応じて、そのヒューマン−マシン対話デバイスが、制御モジュール1の別々の端子を経由してアドレス指定される。制御モジュール1に対するヒューマン−マシン対話デバイスの位置が、そのヒューマン−マシン対話デバイスのアドレスに対応する。したがって、ヒューマン−マシン対話デバイス2は、アドレス指定構成を全く必要としない。
ツイスト・ケーブル配線を採用することによって、特に、制御モジュール1が、ヒューマン−マシン対話デバイスに対して何処にでも、言い換えれば、先頭(図2A)、少なくとも2つのヒューマン−マシン対話デバイスの間(図2B)、または末尾(図2C)に配置されてもよいことを可能にする。
図示されていない本発明の一変形実施形態では、ヒューマン−マシン対話デバイスの機能要素が接続部分から取り外され、各ヒューマン−マシン対話デバイスが、マルチ−コンダクタ・ケーブルを介して、必ずしもそれに隣接していない別のヒューマン−マシン対話デバイスに物理的に接続されてもよい。
以上の説明から、全てのヒューマン−マシン対話デバイス2は、直接に、または他の隣接する対話デバイスを通してのいずれかによって、一体に、かつ制御モジュール1に物理的に接続され、それによって、これらデバイスのそれぞれの制御信号および状態信号が、制御モジュール1と直接に交換されてもよいことが分かる。上記で説明されたツイスト・ケーブル配線を用いることにより、複数のヒューマン−マシン対話デバイス2が、制御モジュール1と直列に接続されてもよく、制御モジュールに対するそれら対話デバイスそれぞれの位置がどうであろうと、制御モジュールとデータを交換することができる。
本発明によれば、制御モジュール1は、また、その制御モジュールに接続されている諸ヒューマン−マシン対話デバイス2の各機能要素20の状態を読み取り、書き込むように構成されている。
同じ端子間に並列に接続された少なくとも1つの電気接点C1および発光インジケータL1をその機能要素が備えるヒューマン−マシン対話デバイスについては、読取りと書込みとが、同時に実行されることはない。
このために、制御モジュール1は、共通端子BCと、アドレス指定されたヒューマン−マシン対話デバイスの機能要素20に専用の端子BDiとの間に、正または負の電圧を加える。
図4は、共通端子BCと端子BDiとの間に接続され、これら端子間に並列に接続された発光インジケータL1、たとえば発光ダイオード、および電気接点C1を備える機能要素20を概略的に示す。発光インジケータL1に加えて、機能要素20は、発光インジケータL1と直列に接続された抵抗R1およびダイオードD2を備える。発光インジケータL1の状態を書き込むために、制御モジュール1は、2つの端子間に電圧Vを加えて、発光インジケータL1を通して電流を流せるように構成された書込み手段を実装する。電気接点C1と直列に、機能要素20はダイオードD3を備え、ダイオードD3は、発光インジケータと直列のダイオードD2に対して反対方向に配向されている。電気接点C1の状態を読み取るために、制御モジュールは、電圧Vとは符号が反対の電圧Vを2つの端子間に加えて、電気接点C1が閉じている場合にその電気接点を通して電流を流すことができるように構成された読取り手段を実装する。
各電圧VおよびVの符号は、ダイオードD2、D3の配向に応じて選択される。
図5を参照すると、制御モジュール1に接続された各ヒューマン−マシン対話デバイス2に対して、制御モジュール1は、機能要素の電気接点C1および発光インジケータL1の状態を書き込むための期間Tおよび読み取るための期間Tで、電圧Vおよび電圧Vを交互に加えるように構成されている。読取りフェーズは、書込みフェーズを中断して極めて短時間、実行される。読取りフェーズは、たとえば数ミリ秒だけ継続し、この読取り動作用の中断は、裸眼には視認されずに済む。図5に示されるように、発光インジケータ用の2つの長い書込み期間が、このように、電気接点を読み取るための短期間に毎回分けられる。この方策が、制御モジュール1によって、システムの各ヒューマン−マシン対話デバイス2に対して適用される。読取り期間は、たとえば、読取りおよび書込み動作に必要な合計継続時間の1%に満たない。
並列に接続された2つの電気接点C、Cを備える機能要素20については、制御モジュール1は、各電気接点C、Cのそれぞれの状態を決定することができなければならない。図6から図8は、制御モジュール1が、単一のワイヤのみを用いて、2つの接点C、Cの状態を読み取ることができるいくつかの実施形態を示す。2つ電気接点C、Cは、共通端子BCと制御モジュール1の端子BDiとの間に並列に接続されている。
図6は、2つの接点C、Cの状態が判別されることを可能にする第1の解決策を示す。図6では、電流による判別を可能にするために、2つのインピーダンスZ、Zが、接点C、Cと直列にそれぞれ接続されている。2つのインピーダンスZ、Zは異なる値を有し、その結果、各接点を通って流れる2つの電流IとIとは異なる値を有し、それによって、2つの接点の1つのみが閉状態に制御されているとき、2つの接点のどちらが作動しているかが決定されることが可能になる。2つの接点C、Cが並列に接続されている共通端子BCと端子BDiとの間に電圧Vを加えることによって、制御モジュール1は、以下のようにして、両接点の状態を判別する。
− CおよびCが開状態:制御モジュール1によって検知される電流は零、すなわちI=0である。
− Cが閉状態、かつCが開状態:制御モジュール1によって検知される電流は、値I=I=V/Zを有する。
− Cが開状態、かつCが閉状態:制御モジュール1によって検知される電流は、値I=I=V/Zを有する。
− Cが閉状態、かつCが閉状態:制御モジュール1によって検知される電流は、値I=I+I=V/Z+V/Zを有する。
図7は、2つの接点C、Cの状態が判別されることを可能にする第2の解決策を示す。図7では、電圧による判別を可能にするために、2つのツェナー・ダイオードDZ、DZが、接点C、Cと並列にそれぞれ接続されている。2つのダイオードDZ、DZは異なる値を有し、それによって、2つの接点の1つのみが閉状態に制御されているとき、2つの接点のどちらが作動しているかを決定することができる。2つの接点C、Cが直列に接続されている共通端子BCと端子BDiとの間に電圧Vを加えることによって、制御モジュール1は、以下のようにして、両接点の状態を判別する。
− CおよびCが開状態:その場合、制御モジュールによって検知される電圧は、V=VZA+VZBに等しい。
− Cが閉状態、かつCが開状態:その場合、制御モジュールによって検知される電圧は、V=VZBに等しい。
− Cが開状態、かつCが閉状態:その場合、制御モジュールによって検知される電圧は、V=VZAに等しい。
− Cが閉状態、かつCが閉状態:制御モジュールによって検知される電圧は零、すなわちV=0である。
図8Aおよび8Bでは、判別が時間によって行われる。図8Aでは、監視されている各接点C、Cを保持する分岐回路のどちらか一方を作動させるように、2つのトランジスタTとTとが交互に制御される。単安定要素Mが、2つのトランジスタT、Tが交互に制御されることを可能にする。図8Bを参照すると、読取り期間Tが、それによって、2つの部分に分割される。共通端子BCと端子BDiとの間に電圧Vを加えることによって、読取り期間Tの第1の部分の間中、制御モジュール1が第1の接点Cの状態を読み取り、読取り期間Tの第2の部分の間中、制御モジュール1が第2の接点Cの状態を読み取る。
提供された解決策は、とりわけ、システムの各ヒューマン−マシン対話デバイスをアドレス指定するために、最小限のワイヤが用いられることを可能にし、その一方で、それらデバイスにインテリジェンスを使用すること、または複雑な読取り/書込み方法を使用することのいずれも必要としない。
1 制御モジュール
2 ヒューマン−マシン対話デバイス
10 マイクロコントローラ
20 機能要素
BC 共通電気接点端子
BGi 上流端子
BDi 下流端子
C1 電気接点
電気接点
電気接点
D2 ダイオード
D3 ダイオード
DZ ツェナー・ダイオード
DZ ツェナー・ダイオード
I 電流
電流
電流
L1 発光インジケータ
M 単安定要素
R1 抵抗
U1〜U5 端子
トランジスタ
トランジスタ
読取り期間
R_CA 接点C読取り期間
R_CB 接点C読取り期間
Tw 書込み期間
電圧
電圧
ZA DZの電圧降下
ZB DZの電圧降下
インピーダンス
インピーダンス

Claims (9)

  1. ヒューマン−マシン対話システム用の制御モジュール(1)であって、前記ヒューマン−マシン対話システムが、直列に接続された1つまたは複数のヒューマン−マシン対話デバイス(2)を備え、前記ヒューマン−マシン対話デバイス(2)の各々が、少なくとも1つの電気接点(C1)、インジケータ(L1)、または少なくとも1つの電気接点(C1)とインジケータ(L1)との組合せを備える機能要素(20)を具備し、制御モジュール(1)が、マイクロコントローラ(10)と、各機能要素に接続されるように設計された共通端子(BC)と、各ヒューマン−マシン対話デバイスの前記機能要素の個々の制御にそれぞれ専用の複数の端子(BGi、BDi)とを備える、前記制御モジュール(1)において、
    前記接続されたヒューマン−マシン対話デバイスの各電気接点(C1)の状態を読み取るために、前記制御モジュールの共通端子(BC)と各専用端子との間に第1の符号の電圧(V)を、ある読取り期間の間中、加えるように構成された読取り手段と、
    前記接続されたヒューマン−マシン対話デバイスの各インジケータ(L1)の状態を書き込むために、前記第1の符号とは反対の符号の電圧(V)を、ある書込み期間の間中、加えるように構成された書込み手段と
    を備えることを特徴とする制御モジュール。
  2. 前記読取り手段と前記書込み手段とを、経時的に交互に制御するように構成され、前記読取り期間が前記書込み期間に対して短いことを特徴とする、請求項1に記載の制御モジュール。
  3. 制御モジュール(1)と、直列に接続された複数のヒューマン−マシン対話デバイス(2)とを備えるヒューマン−マシン対話システムであって、ヒューマン−マシン対話デバイスが、少なくとも1つの電気接点(C1)、インジケータ(L1)、または少なくとも1つの電気接点とインジケータとの組合せを備える機能要素(20)を具備し、前記制御モジュール(1)が、全ての前記ヒューマン−マシン対話デバイスに接続された共通端子(BC)と、前記個々のヒューマン−マシン対話デバイスの前記各々の機能要素(20)の個々の制御に専用の端子とを備える、システムにおいて、前記制御モジュール(1)が、請求項1又は2に記載されたようになっていることを特徴とするシステム。
  4. 並列に接続された第1の電気接点(C)と第2の電気接点(C)とを有する機能要素が設けられたヒューマン−マシン対話デバイスと、
    前記読取り期間の間中、前記第1の電気接点(C)の状態および前記第2の電気接点(C)の状態を決定する手段と
    を備えることを特徴とする、請求項3に記載のシステム。
  5. 前記決定手段が、各電気接点を流れる電流のレベルによって各電気接点の状態を決定するように構成されることを特徴とする、請求項4に記載のシステム。
  6. 前記決定手段が、各電気接点の両端子間の電圧のレベルによって各電気接点の状態を決定するように構成されることを特徴とする、請求項4に記載のシステム。
  7. 前記決定手段が、前記読取り期間(T)を、前記第1の電気接点(C)の状態を読み取るように設計された第1の部分と、前記第2の電気接点(C)の状態を読み取るように設計された第2の部分とに分割するように構成されることを特徴とする、請求項4に記載のシステム。
  8. 前記ヒューマン−マシン対話デバイス(2)が、ツイスト・ケーブル回路網を介する2点間接続リンク(ポイントツーポイント接続リンク)によって前記制御モジュールに接続されることを特徴とする、請求項3乃至7のいずれか一項に記載のシステム。
  9. 前記インジケータが、発光タイプであることを特徴とする、請求項3乃至5のいずれか一項に記載のシステム。
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