控制监视讯号传输系统

技术领域

本发明涉及使设置于控制侧的母站及设置于受控侧的多个子站之间的讯号线省接线化，以共通的传输线连接并以传输频率同步等的传输同步方式而进行数据的传输的控制监视讯号传输系统。

背景技术

在将配置于设施内的多个装置集中控制的系统中，广泛实施减少接线的数量，即所谓的省接线化。然后，作为所述省接线化的一般方法，取代将设置于受控侧的多个机器各自直接连接于设置于控制侧的控制部的并联，而将具有并列讯号及串行讯号的变换功能的母站及多个子站分别连接于控制部及多个装置，在母站与多个子站之间通过共通的传输线而通过串行讯号进行数据收发的方式被广泛采用。

再者，作为通过共通的传输线而通过串行讯号进行数据收发的方式，以传输频率同步等的传输同步方式为人所知。然后，通过传输同步在母站与多个子站之间收发数据用的各式各样的方法被提案出来。

例如，日本特开2002-16621号公报中提出有一种控制监视讯号传输系统，在频率的一个周期的后半为电源电压且前半为与电源电压相异的电位的区域的串行脉冲状电压讯号中，在频率的一个周期的前半区域从母站输出控制讯号，在后半区域，通过频率将高频讯号(以下称为「频率讯号」)作为监视讯号从子站输出。

再者，日本特开2002-152684号公报提出了一种制监视讯号传输系统，在频率的一个周期的后半为电源电压且前半为与电源电压相异的电位的区域的串行脉冲状电压讯号中，以时间分割频率的一个周期的前半区域，在被分割的区域输出来自母站的控制讯号及来自子站的监视讯号。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本特开2002-16621号公报

[专利文献2]日本特开2002-152684号公报

发明内容

[发明所欲解决的问题]

使母站与多个子站之间同步用的串行的脉冲状电压讯号(以下称为「电压频率讯号」)中的频率电压区域，为了发挥作为频率的功能，必须使一定的电压位准维持规定的时间。亦即，电压频率讯号必须具有规定值以上的占空比。

于是，提出了使用频率讯号，作为如同上述现有技术，在将电压频率讯号的占空比维持规定值以上的同时将频率电压区域(上述现有技术中被定为电源电压的频率的一个周期的后半)用于资料的收发的手法。然而，频率讯号一旦成为频率1MHz程度的高频，则会因传输线的阻抗(Inductance)而电流变化的振幅减少，或因过度现象而振幅变得不稳定，而有无法检测出来的情况。亦即，电压频率讯号中的频率电压区域有无法被利用作为收发数据的区域的情况。

另一方面，电压频率讯号中的频率电压区域之间的期间的电位变化对同步的影响小。于是提出有如同上述现有技术般将频率电压区域之间的期间(上述现有技术中与电源电压相异的电压位准的区域)用于母站与子站的数据收发。然后，为了在频率电压区域之间的期间执行母站与子站的数据收发，用于所述情况的电压频率讯号具有规定的周期。

然而，将频率电压区域之间的期间用于母站与子站的数据收发的情况，电压位准的变化之际，起因于电路的阻抗等的电压位准变化会迟缓，发生所谓的过渡现象，因所述过度现象的影响，会有数据收发的精确度降低的问题。

例如，通过P通道MOS型FET与电容器的组合而使电压位准变化的情况，电压频率讯号中从高电位的频率电压区域的电压位准朝相异的电压位准的变化(以下称为「下降」)之际，由于电压位准变化迟缓，将频率电压区域的下降作为同步的基准点的情况，同步的时机会产生偏差，检测出来与本来应检测出来的电压位准相异的电压位准，而会有利用电压位准而撷取的数据值变得错误的情况。

再者，电路构成的特性上，从与高电位的频率电压区域的电压位准相异的电压位准朝频率电压区域的电压位准的变化(以下称为「上升」)之际的电压位准变化的迟缓为小，其过渡期间比下降时的过渡期间更短，利用同步的基准点(下降)至上升为止的时间幅度而撷取数据值的情况，会有所撷取的数据值变得错误的情况。

而且，电压位准变化的迟缓，与电压频率讯号的周期无关，而是由电路构成所决定，因此周期越快，则对数据收发的精确度造成的影响越大。

因此，本发明的目的在于提供一种控制监视讯号传输系统，能够提高利用具有规定的周期及规定的占空比的电压频率讯号的频率电压区域之间的期间的数据的收发的精确度。

[解决问题的技术手段]

根据本发明的控制监视讯号传输系统包含与控制部进行数据的收发的母站及通过共通的传输线并以传输同步方式与该母站进行数据的收发的多个子站。然后，在具有规定的周期及规定的占空比的电压频率讯号的频率电压区域之间的期间内，在变成被设定为电压位准经变化后的目标的第一电压位准的第一状态下的以该子站的多个内部电路与该传输线构成的电路的阻抗成为比该电压位准变化之前的开始状态更高时，该阻抗经过成为比该第一状态更低的第二状态的第二电压位准而变化至该第一电压位准。

〔对照现有技术的功效〕

根据本发明，在变成被设定为电压位准经变化后的目标的第一电压位准的第一状态下，以子站的多个内部电路与传输线构成的电路的阻抗成为比电压位准变化之前的开始状态更高时，阻抗经过成为比第一状态更低的第二状态的第二电压位准而变化至第一电压位准，因而能够缩短过渡期间。亦即，能够将发生在起因于过渡期间的同步的时机点的误差抑制为小。因此，能够提高利用电压频率讯号的频率电压区域之间的期间的数据的收发的精确度。

附图说明

[图1]为根据本发明的控制监视讯号传输系统的实施例中的传输讯号的时序图。

[图2]为同实施例的系统构成图。

[图3]为母站的功能方块图。

[图4]为表示传输讯号的传输顺序的示意图。

[图5]为输入子站的功能方块图。

[图6]为输出子站的功能方块图。

[图7]为根据本发明的控制监视讯号传输系统的其他实施例中的传输讯号的时序图。

具体实施方式

说明根据本发明的控制监视讯号传输系统的实施例。

此控制监视讯号传输系统是用于将配置在工厂等的设施内的多个装置机器在控制部进行集中控制。如图2所示，是以控制部1、连接于共通数据讯号线DP、DN(以下称为传输线)的母站2、多个配置于作为受控侧的设施内且连接于传输线的输入子站4、输出子站5及输出入子站6所构成。另外，在图2中，图示的方便上，各个子站表示为单个，但是连接于传输线的子站的种类及数量没有限制。

连接有输入子站4的输入部7、连接有输出子站5的输出部8及连接有输出入子站6的输出入部9为配置于作为受控侧的设施内的装置。

作为相当于输入部7，能够列举例如簧片开关、微动开关、按钮开关、光电开关及其他各种传感器，但是不限定于这些。

作为相当于输出部8，能够列举例如致动器、(步进)马达、螺线管、电磁阀、继电器、闸流体及灯，但是不限定于这些。

输出入部9为具有输入部7及输出部8双方的功能的装置机器。能够列举例如温控、定时器、计数器等的装置机器中兼具有对母站2发送信息的功能以及根据从母站2发送的数据而进行输出动作的功能。

另外，输入部7亦可为与输入子站4一体化的输入部一体型子站70。另外，输出部8亦可为与输出子站5一体化的输出部一体型子站80。

控制部1包括具有运算处理功能的管理判断机构11及输出入单元12。管理判断机构11通过输出入单元12从母站2接收数据，根据储存在内部的程序而进行必要的运算处理。

＜母站的构成＞

母站2连接于传输线，如图3所示，具有输出数据部21、管理数据部22、时机产生部23、母站输出部24、母站输入部25及输入数据部26。然后，将具有规定的周期及规定的占空比的电压频率讯号包含控制数据予以输出，同时从输入子站4、输出子站5及输出入子站6，将于电压频率讯号的频率电压区域之间的期间输出的监视数据予以撷取，并输出至控制部1的输出入单元12。

输出数据部21将从控制部1接受的数据作为串行数据而交付至母站输出部24。

管理数据部22根据从控制部1接受的数据，将后述的管理控制数据区域中对子站的指示所必要的数据作为串行数据而交付至母站输出部24。

时机产生部23由振荡器电路(OSC)31及时机产生机构32构成，基于振荡器电路(OSC)31，时机产生机构32产生此系统的时机频率并交付至母站输出部24及母站输入部25。

母站输出部24由控制数据产生机构33及线路驱动器34构成。控制数据产生机构33基于从输出数据部21接受的数据及从时机产生部23接受的时机频率，通过线路驱动器34而将包含控制数据的电压频率讯号输出至传输线。

如图1所示，电压频率讯号是比阈值Est更高的电压位准Ep维持规定的时间长度的多个频率电压区域以固定周期连接而成。然后，在此实施例中，电压位准Ep定为+24V。

另外，频率电压区域只要作为同步频率而发挥功能则没有限制，能够根据使用环境及使用状态而适当决定。例如，亦可为比接地位准更低的负电压维持规定的时间长度。

在频率电压区域之间的期间，数据值通过比频率电压区域的电压位准Ep更低的电压位准来表示。但是，表示数据值的电压位准，可根据使用环境及使用状态而适当决定，亦可用比频率电压区域的电压位准Ep更高的电压位准。频率电压区域的电压位准Ep为比接地位准更低的负电压亦同。

再者，在此实施例中，全部的输入子站4、输出子站5、输出入子站6的内部电路及传输线所构成的电路的阻抗(以下称为「传输电路阻抗」)，在成为表示数据值的电压位准的状态(第一状态)下，比频率电压区域更大。然后，从频率电压区域的电压位准Ep向表示数据值的电压位准的变化之际会发生过渡现象。

频率电压区域之间的期间，以时间分割有四个区域。另外，在以下的说明中，依电压位准从频率电压区域的电压位准Ep接近下降的过渡期间t的顺序，将频率电压区域之间的期间的四个区域定为I区域、V区域、F区域及P区域。

在此实施例，I区域、V区域、F区域中，比阈值Ect更低的电位为表示逻辑数据值「1」的电压位准，比阈值Ect更高的电位为表示逻辑数据值「0」的电压位准。在此实施例中，阈值Ect设定于10V与接地位准之间(约6V)，但是其大小没有限制，根据使用状况及使用环境而设定即可。另外，表示数据值的电压位准及逻辑数据值的对应关系没有限制，能够根据使用环境及使用状态而适当决定。

此实施例的P区域，仅用于来自母站2的输出，比阈值Ect更低的电位为表示逻辑数据值「1」的电压位准，比阈值Ect更高的电位为表示逻辑数据值「0」的电压位准。然后，通过增加电压位准高的区域的时间长度，亦即，通过使占空比大过设定值，而变得难以受到噪声的影响，同时提高频率功能的稳定性。另外，与I区域、V区域、F区域同样，表示数据值的电压位准与逻辑数据值的对应关系没有限制，能够根据使用环境及使用状态而适当决定。

从频率电压区域的电压位准Ep向表示数据值的电压位准的变化之际，进行了至成为传输电路阻抗变得比成为表示数据值的电压位准的状态(第一状态)更低的状态(第二状态)的低电压位准GND为止的电压下降。然后，经过低电压位准GND，变化至表示数据值的电压位准。另外，传输电路阻抗变得比成为表示数据值的电压位准的状态更低的状态，例如，能够通过使低电压位准GND成为能够清除滞留在电路的电荷或反电动势的位准而制造出。

另外，通过电路构成等，成为表示数据值的电压位准的状态中的传输电路阻抗变得比频率电压区域更小的情况，从表示数据值的电压位准向频率电压区域的电压位准Ep的变化之际，经过传输电路阻抗成为比频率电压区域更低的状态的电压位准，而变化至频率电压区域的电压位准Ep。

传输顺序，如图4所示，电压频率讯号中的开始讯号ST及下一个开始讯号ST之间的管理数据区域、控制监视数据区域、CRC区域及接续的一连串的区域形成一个讯框循环。然后，利用控制监视数据区域，进行母站2与输入子站4、输出子站5及输出入子站6的稳定数据的收发。

再者，没有被分配至控制监视数据区域的非稳定数据则利用管理数据区域而收发。进一步，利用CRC区域，判断是否有传输异常。

在开始讯号ST中，管理数据区域、控制监视数据区域及CRC区域的频率电压区域的电压位准Ep维持了比频率电压区域的时间长度更长。另外，开始讯号ST的时间长度没有限制，能够考虑使用条件等而适当决定。

母站输入部25由线路接收器35及监视数据撷取机构36构成。线路接收器35从传输线接受电压频率讯号，进行波形整形而交付至监视数据撷取机构36。

监视数据撷取机构36，利用从时机产生部23所交付的时机频率而得到撷取资料值的时机，根据从线路接收器35所交付的电压频率讯号的电压位准的数字值，撷取数据。然后，作为控制监视数据区域的稳定数据DIO及管理数据区域的管理数据DEX而交付至输入数据部26。

输入数据部26将从监视数据撷取机构36接收的串行的输入数据变换成并列(parallel)数据，并作为监视数据及管理监视数据而输出至控制部1的输出入单元12。

＜输入子站的构成＞

输入子站4，如图5所示，包括执行主要的运算处理的子站输入部40、配置于子站输入部40与传输线之间的子站线路接收器48及子站线路驱动器49，通过子站线路接收器48而从传输线接受电压频率讯号，通过子站线路驱动器49而将监视讯号输出至传输线。

子站输入部40具有传输接收机构41、管理控制数据撷取机构42、地址撷取机构43、地址设定机构44、管理监视数据发送机构45、输入机构46及监视数据发送机构47。

另外，此实施例的输入子站4具有作为内部电路的微电脑控制单元(MCU)，此MCU作为子站输入部40而发挥功能。

子站线路接收器48从传输线接受电压频率讯号，进行波形整形而交付至传输接收机构41。

传输接收机构41对电压位准的阈值Est及阈值Ect进行判别，将从子站线路接收器48所交付的电压频率讯号的电压位准的数字值予以交付至管理控制数据撷取机构42、地址撷取机构43及管理监视数据发送机构45。

管理控制数据撷取机构42根据电压频率讯号的电压位准的数字值而判别开始讯号ST。然后，以开始讯号ST结束的时机(在此实施例为下降)作为起点，根据相当于管理数据区域的脉冲间区域的电压位准的数字值而撷取管理数据。所撷取的管理数据被交付至执行根据其数据的处理的未图标的处理机构。

地址撷取机构43根据电压频率讯号的电压位准的数字值而判别开始讯号ST，进行以开始讯号ST结束的时机(在此实施例为下降)作为起点的频率电压区域的计数。然后，得到此计数值与地址设定机构44所设定的自站地址数据一致的时机。另外，此时机成为电压频率讯号中被分配至自站的数据区域(以下称为「自站区域」)开始的时机(以下称为「自站区域开始时机」)。

地址撷取机构43又根据以频率电压区域的下降为起点的经过时间而得到I区域、V区域及F区域的时机。

然后，得到自站区域开始时机的地址撷取机构43在被分配至自站的I区域、V区域及F区域的期间启用监视资料发送机构47。另外，自站区域以多个频率电压区域之间的期间构成的情况，则至自站区域结束为止，每次被分配至自站的I区域、V区域及F区域出现时，在其电源电压区域的期间启用监视资料发送机构47。

管理监视数据发送机构45根据电压频率讯号的电压位准的数字值而判别开始讯号ST。然后，以开始讯号ST结束的时机作为起点，在相当于管理数据区域的频率电压区域之间的期间中的I区域、V区域及F区域，进行在被设定为监视讯号的输出用的区域的讯号输出。

另外，从管理监视数据发送机构45输出的监视讯号仅在从未图标的处理机构交付有应发送至母站2的数据的情况才会被发送。

输入机构46将根据来自输入部7的输入的数据交付至监视数据发送机构47。

监视数据发送机构47在通过地址撷取机构43而被启用的情况，将从输入机构46交付的数据作为监视讯号，通过子站线路驱动器49输出至传输线。

＜输出子站的构成＞

输出子站5，如图6所示，包括执行主要的运算处理的子站输出部50、配置于子站输出部50与传输线之间的子站线路接收器48及子站线路驱动器49，通过子站线路接收器48而从传输线接受电压频率讯号，通过子站线路驱动器49而将监视讯号输出至传输线。另外，图6中，对与输入子站4实质相同的部分赋予相同的符号，并简略或省略其说明。

子站输出部50具有传输接收机构41、管理控制数据撷取机构42、地址撷取机构43、地址设定机构44、管理监视数据发送机构45、控制数据撷取机构51及输出机构52。

此实施例的输出子站5也与输入子站4同样，具有作为内部电路的微电脑控制单元(MCU)，此MCU作为子站输出部50而发挥功能。

输出子站5的传输接收机构41将从子站线路接收器48交付的电压频率讯号的电压位准的数字值予以交付至管理控制数据撷取机构42、地址撷取机构43、管理监视数据发送机构45及控制数据撷取机构51。

输出子站5的地址撷取机构43通过以开始讯号ST结束的时机作为起点的高电位区域的计数而得到自站区域开始时机，根据以频率电压区域的下降为起点的经过时间而得到自站区域中的P区域的时机。另外，I区域、V区域及F区域为了从母站2至自站的输出而被分配的情况，则也得到其时机。

然后，得到自站区域开始时机的地址撷取机构43在被分配至自站的P区域的期间以及I区域、V区域及F区域有被分配的场合的该区域的期间启用监视资料发送机构47。再者，自站区域以多个频率电压区域之间的期间构成的情况，则至自站区域结束为止，每次分配至自站的I区域、V区域、F区域及P区域出现时，在该电源电压区域的期间启用监视资料发送机构47。

控制数据撷取机构51在通过地址撷取机构43而被启用的情况，根据从传输接收机构41交付的电压频率讯号的电压位准的数字值而撷取控制数据，并交付至输出机构52。

输出机构52将根据从控制数据撷取机构51交付的控制数据的信息输出至输出部8，使输出部8运作或停止。

＜输出入子站的构成＞

输出入子站6包括输入子站4及输出子站5双方的功能，具有兼具子站输入部40及子站输出部50双方的构成的子站输出入部，其构成与子站输入部40及子站输出部50实质相同，因此省略图示及其说明。

在此实施例中，I区域、V区域、F区域及P区域中的数据值是根据以区域内的规定的时机所检测的电压位准而撷取。亦即，通过使电压频率讯号的电压位准对应于数据值而进行数据的收发，但是亦可通过使电压频率讯号的占空比对应于数据值而进行数据的收发。

图7为通过使电压频率讯号的占空比对应于数据值而进行数据的收发的实施例的传输讯号的时序图。另外，在图7所示的实施例的说明中，对与图1至图6所示的实施例为实质相同的部分赋予相同的符号，并简略或省略其说明。

图7所示的实施例中，频率电压区域的时间长度，亦即电压频率讯号的占空比对应于数据值。另外，频率电压区域的时间长度，能够通过测量频率电压区域的从下降至上升为止的经过时间而得到。

在图7所示的实施例中，由于成为同步时机的基准点的频率电压区域的下降为固定周期，因此，频率电压区域的时间长度为长时，频率电压区域的从下降至上升为止的经过时间短，频率电压区域的时间长度为短时，频率电压区域的从下降至上升为止的经过时间长。因此，通过经过时间的长短，能够判别频率电压区域的时间长度的长短。

在图7中，比规定的阈值更长的经过时间TL是表示对应于短时间长度的数据值「1」，比规定的阈值更短的经过时间TS是表示对应于长时间长度的数据值「0」。频率电压区域的时间长度与数据值的对应没有限制，根据使用状况而适当设定即可。但是，频率电压区域的时间长度为了作为频率而发挥功能而为必要的一定长度以上，亦即，必须使占空比更大于电压频率讯号的设定值。

【符号说明】

1 控制部

2 母站

4 输入子站

5 输出子站

6 输出入子站

7 输入部

8 输出部

9 输出入部

11管理判断机构

12输出入单元

21输出数据部

22管理数据部

23时机产生部

24母站输出部

25母站输入部

26输入数据部

31振荡器电路(OSC)

32时机产生机构

33控制数据产生机构

34线路驱动器

35线路接收器

36监视资料撷取机构

40子站输入部

41传输接收机构

42管理控制数据撷取机构

43地址撷取机构

44地址设定机构

45管理监视数据发送机构

46输入机构

47监视资料发送机构

48子站线路接收器

49子站线路驱动器

50子站输出部

51控制数据撷取机构

52输出机构

70输入部一体型子站

80输出部一体型子站