JP4019987B2 - シリアル通信のデータフレーム構成方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は主に工作機械や半導体製造装置等の産業機械分野で使用されるサイクリックデータの送受信を行うシリアル通信機能に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、工作機械や半導体製造装置業界等において、遠隔操作や省配線を目的に指令装置と複数のモータ駆動装置および各種センサーなどとの間をシリアル通信で接続するネットワークシステムの構築がトレンドになってきている。
【0003】
例えば、図5において51はマスターである指令装置、52はスレーブであるモータ駆動装置、これらの通信ラインをデイジーチェーン接続し、シリアル通信でサイクリックにデータを転送する。
【0004】
サイクリックに更新され、かつ更新が早くなければならないデータの一例として、コマンドデータには位置指令、速度指令、トルク指令などがあり、レスポンスデータには現在位置、現在速度、トルク(電流値)などがある。また、更新が遅くてもよいもの、またはサイクリックなデータ転送処理自体を必要としないものとして、パラメータ設定やソフトウェアバージョン情報の読み出しなどがある。
【0005】
サイクリックに転送されることを必要とするデータにおいて、各サーボドライブ間のデータ更新の同時性を確保することで、協調制御などの高度な制御を行うことが可能となる。またこれらのデータの更新レートを上げる、つまり通信周期を短くすることで、システム全体の制御性能および監視性能を向上させることができる。
【0006】
更新が遅くてもよいデータ、またはサイクリックな転送処理自体を必要としないデータを付加してサイクリックに転送を行う場合、更新が早くなければならないデータのみを転送する場合と比較すると、当然のことながら1周期あたりのデータサイズが増大し、周期を伸ばすなど対策する必要がある。これにより、システム全体の制御性能および監視性能が低下する。この性能低下を抑えるために従来の技術では、更新が遅くてもよいデータ、またはサイクリックな更新処理自体を必要としないデータについては1周期に全てのデータを転送せず、複数の周期に分けて転送していた(例えば、特許文献1参照)。
【0007】
【特許文献1】
特開平5−244218号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術は、1つのスレーブで使用されるデータの内訳として、更新が早くなければならないデータと更新が遅くてもよい、またはサイクリックな転送処理自体を必要としないデータが混在していた場合に有効であったが、必要とされる更新レートが異なるスレーブが混在する場合、通信周期を更新レートが早くなければならないスレーブA群に合わせる必要があり、これにより更新が遅くてもよいスレーブB群はオーバースペックとなり、結果、伝送効率を低下させる課題があった。
【0009】
逆に、通信周期をスレーブB群に合わせると制御性能を低下させる課題があった。
【0010】
そこで、図6に示すように、スレーブA群とスレーブB群を別々のループにデイジーチェーン接続すると、マスター側が複数の通信ループを持たなければならなくなり、コストアップおよびシステムを複雑化する課題があった。
【0011】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、同一のシリアル通信ループ上に必要とされるデータ更新レートが異なるスレーブが混在して接続される場合の伝送効率を高め、最適なデータ転送を可能とするシリアル通信機能を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため本発明は、必要とされるデータ更新レートが異なるスレーブが混在し、かつこれらを同一のループ上に接続され、データ更新レートが早くなければならないスレーブA群のデータ更新レートに合わせて通信周期を設定し、データ更新レートが遅くてもよいスレーブB群については設定された前記通信周期の整数倍にデータ更新レートを設定するネットワークシステムのデータフレーム構成において、1周期内でマスターからスレーブA群とスレーブB群の一部へ送信されるコマンドデータを結合した1つのデータフィールドを構成するとともに、マスターへ返信されるレスポンスデータについても結合した1つのデータフィールドを構成し、前記データフィールドの先頭に、該当するスレーブのアドレスをビット単位で示すヘッダーフィールドを付加し、このアドレス領域に示されたスレーブのデータをあらかじめ取り決めした順序で結合して、ヘッダーフィールドのビット長のアドレス領域のみの構成で、データフィールドに含まれるスレーブデータの抽出を可能にする。
【0013】
これにより、同一のシリアル通信ループ上にデータ更新レートが異なるスレーブが混在して接続される場合の伝送効率を高め、最適なデータ転送を可能とすることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
上記の課題を解決するために、請求項1に記載のシリアル通信のデータフレーム構成方法は、1つのマスターである指令装置と複数台のスレーブであるモータ駆動装置(以下A群)、オーバートラベルリミットセンサーや温度センサー(以下B群)がデイジーチェーン接続した通信ループを構成し、サイクリックにデータの転送を行い、かつデータ更新を早く行う必要のある複数台のスレーブA群とデータ更新が遅くてもよい複数台のスレーブB群が同一のループ上に接続され、前記スレーブA群の必要とされるデータ更新レートに通信周期を設定し、その整数倍の通信周期で前記スレーブB群のデータ更新を行う。
【0015】
このデータフレーム構成方法は、1周期内でマスターから複数台のスレーブへ転送されるコマンドデータを結合した1つのデータフィールドを構成するとともに、同様に複数台のスレーブからマスターへ返信されるレスポンスデータについても結合した1つのデータフィールドを構成し、さらに上記各データフィールドの先頭に複数台のスレーブのアドレスをビット単位で示すアドレスフィールドを付加し、このアドレス領域に示されたスレーブのデータをあらかじめ取り決めした順序で結合して、ヘッダーフィールドのビット長のアドレス領域のみの構成で、データフィールドに含まれるスレーブデータの抽出を可能にする。1周期毎に転送されてきたデータに各スレーブが自身のアドレスに該当するものがあるのかどうかをデータのヘッダー部のアドレスフィールドを確認することで、1周期内のデータに複数のスレーブ用データが混在した場合においても、該当するデータをスレーブが正確に取り込めるようになる。また、このアドレスをビット単位で示す構成により、データサイズが縮小され、伝送効率が向上する。
【0016】
また、データ更新を早く行う必要のある複数台のモータ駆動装置との間で本発明のデータフレーム構成を用いてシリアル通信すれば、複雑な指令の伝送効率を高めながら、最適なモータ駆動が実現できる。
【0017】
【実施例】
以下、本発明の一実施例としてシリアル通信機能を有する指令装置およびモータ駆動装置について図面を参照して説明する。
【0018】
図1において、矢印方向は通信データの流れを示し、マスター11(例えば指令装置)が1台、スレーブA群12が2台、スレーブB群13が8台の通信ラインを一つのループでデイジーチェーン接続している。
【0019】
ここで、1周期が短くデータ転送を早く行う必要のあるスレーブA群12(例えばモータ駆動装置)に必要とされるデータ更新レートを500μsec、データ転送が遅くてもよいスレーブB群13(オーバートラベルリミットセンサーや温度センサーなど)に必要とされるデータ更新レートをスレーブA群の4倍(整数倍)の2msecとする。
【0020】
このときのデータ更新の一例を図2に示しており、「周期1」から「周期4」で全てのスレーブA群12(2台)とスレーブB群13(8台)のアドレスのスレーブへデータ送信が完了し、「周期5」で最初の「周期1」に戻ることを表わしている。
【0021】
各周期の先頭に、スレーブA群12に相当する2つのアドレス(No.0とNo.1)のデータ(データ21とデータ22)を設けて送信し、毎周期スレーブA群12の2つのアドレスのデータを更新する。
【0022】
また、「周期1」では、スレーブA群12のアドレス(No.0とNo.1)のデータ(データ21とデータ22)に続けて、スレーブB群13の内から2つのアドレス(No.2とNo.3)のデータ(データ23とデータ24)を送信し、データを更新する。次の「周期2」では、スレーブA群12のアドレス(No.0とNo.1)のデータ(データ21とデータ22)に続けて、スレーブB群13の内から別の2つのアドレス(No.4とNo.5)のデータ(データ25とデータ26)を送信し、データを更新する。
【0023】
以後の周期も同様であり、スレーブA群12のアドレスのデータに続けて、スレーブB群13の2つのデータ(データ27とデータ28)あるいは(データ29とデータ2A)を送信し、データを更新する。
【0024】
これにより「周期1」から「周期4」までの間に、マスター11は10台のスレーブ(スレーブA群とスレーブB群)の全てに対してデータが送信完了したことになる。
【0025】
この間にスレーブA群12のデータ更新が4回、スレーブB群13のデータ更新が1回である。したがって、1周期長を500μsecに設定すれば、スレーブA群12のデータ更新レートも500μsecとなり、スレーブB群13のデータ更新レートは4倍(4周期分)の2msecとなる。
【0026】
これにより、スレーブB群13を不必要に早い周期でデータ更新しなくてもよくなり、かつ1周期内でのデータフィールドの長さが一定となるので、伝送効率を高めることが可能となる。
【0027】
図3は、1周期のデータフレームの構成例を示しており、データフレームの先頭にヘッダーフィールド31を設け、このヘッダーフィールド31はアドレス領域を含む。続いてデータフィールド32、フッタフィールド33に分けている。
【0028】
ヘッダーフィールド31に含まれるアドレス領域は図3のアドレス部(16ビットの場合)に示すように、最下位ビットを「アドレスNo.0」とし、最上位ビットを「アドレスNo.15」としている。このアドレス領域のあるビットが1の場合、該当するアドレスを持つスレーブのデータがこの周期で転送されるデータフィールド内に存在することを示す(図3でアドレス部のビットが1を示すものは、アドレスNo.0、No.3、No.6、No.9の4つである)。
【0029】
また、データフィールド32の構成は、例えば、あらかじめ各スレーブ用のデータサイズを2バイトとしておき、フィールドの先頭からアドレスナンバーの小さい順に各2バイトデータが続く構成とする。こうすることで、各スレーブが自らのアドレスに該当するデータを正確に読み出すことが可能となる。
【0030】
図2におけるデータフィールドにヘッダーフィールドのアドレス部(16ビットの場合)を追加したものが図4であり、「周期1」では、アドレスNo.0、No.1、No.2、No.3のビットが1を示し、該当するアドレスを持つスレーブのデータがこの周期で転送されるデータフィールド内に存在することを意味している。
【0031】
つまり、各スレーブ用のデータそれぞれに該当するアドレスを付加するのではなく、ヘッダーフィールド31のビット長のアドレス領域のみの構成で、データフィールド32に含まれるデータの抽出を可能としたことで、1周期のデータフレーム長を短くすることが可能となり、伝送効率を高めることできる。
【0032】
なお、本実施例では、スレーブA群としてモータ駆動装置を用いて説明したが、これに限定するものではなくデータ更新を早く行う必要のある制御対象であればよい。
【0033】
【発明の効果】
上記の実施例から明らかなように、請求項1に記載の発明によれば、同一のループ上に必要とされるデータ更新レートが異なるスレーブが混在して接続された場合であっても、伝送効率を高め、最適なデータ転送を可能とすることができる。
【0034】
また、請求項2に記載の発明によれば、モータ駆動装置に適用することで、複雑な指令の伝送効率を高めながら、最適なモータ駆動が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例におけるシリアル通信のデイジーチェーン接続図
【図2】 本発明の一実施例におけるマスターからスレーブへ送信されるデータの構成図
【図3】 本発明の一実施例における1周期のデータフレーム構成図
【図4】 本発明の一実施例におけるデータフレームのデータ構成図(アドレス領域付加)
【図5】 従来のシリアル通信におけるデイジーチェーン接続図
【図6】 従来のシリアル通信における他のデイジーチェーン接続図
【符号の説明】
11 マスター
12 スレーブA群
13 スレーブB群
21、22 スレーブA群アドレス
23〜29、2A スレーブB群アドレス
31 ヘッダーフィールド
32 データフィールド
33 フッタフィールド
Claims (2)
- 1つのマスターとデータ更新を早く行う必要のある複数台のスレーブA群およびデータ更新が遅くてもよい複数台のスレーブB群とが同一の通信ループ上に接続され、かつサイクリックにデータの転送を行い、前記スレーブA群の必要とされるデータ更新レートにシリアル通信の周期を設定し、その整数倍の周期で前記スレーブB群のデータ更新を行うネットワークシステムのデータフレーム構成において、1周期内でマスターからスレーブA群とスレーブB群の一部へ送信されるコマンドデータを結合した1つのデータフィールドを構成するとともに、マスターへ返信されるレスポンスデータについても結合した1つのデータフィールドを構成し、前記データフィールドの先頭に、該当するスレーブのアドレスをビット単位で示すヘッダーフィールドを付加し、このアドレス領域に示されたスレーブのデータをあらかじめ取り決めした順序で結合して、ヘッダーフィールドのビット長のアドレス領域のみの構成で、データフィールドに含まれるスレーブデータの抽出を可能したことを特徴としたシリアル通信のデータフレーム構成方法。
- スレーブA群がモータ駆動装置である請求項1に記載のシリアル通信のデータフレーム構成方法。
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