CN1527542A - 网络系统的通信稳定性的判断方法、主单元、从单元及中继站 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种网络系统的通信稳定性的判断方法、主单元、从单元及中继站，可对场总线等网络求出其通信的安全性(可靠性)。将构成PLC(10)的主单元(12)与从单元(20)连接于场总线(30)上，构成网络系统。主单元向从单元发送以规定的失真等级使基准测试图案失真的失真测试图案。从单元在正常接收失真测试图案的情况下，向主单元返回以相同失真等级进行失真的响应。并且，主单元在正常接收响应的情况下，判断为有对应于失真等级的通信稳定性。

Description

网络系统的通信稳定性的判断方法、主单元、从单元及中继站

技术领域

本发明涉及一种网络系统的通信稳定性的判断方法、主单元、从单元及中继站。

背景技术

FA(factory automation)中使用的PLC(可编程控制器)输入开关或传感器等输入设备的ON/OFF信息，并按照利用ラダ-语言等写入的序列程序(用户程序)，执行逻辑运算。之后，PLC按照得到的运算结果，通过向继电器、阀门、致动器等输出设备输出ON/OFF信息的信号，执行控制。

作为相关的PLC的一形态，准备多个对每个功能生成的部件，由电气、机械连接构成。作为用于构成相关类型的单元，有电源单元、CPU单元、I/O单元、主单元等各种单元。

另外，上述主单元被连接于场总线(field bus)等控制系统网络上，可经控制系统网络与连接于该控制系统网络上的各种从单元通信。作为这种从单元的一例，有遥控IO。即，上述输入设备或输出设备连接于构成PLC的I/O单元，在假设将全部输入输出设备直接连接于I/O单元上的情况下，连结这些输入输出设备与I/O单元的布线仅存在输入输出设备个数根，相关的多条布线以PLC(I/O单元)为起点，在工场中缠绕，是不希望的情况。

因此，在控制对象附近设置用于连接输入输出设备的成为端子台的遥控IO，将各种输入输出设备连接于该遥控IO上。另外，将各遥控IO连接于连接在PLC(主单元)上的网络电缆(通信线)上，在各遥控IO与PLC之间，通过主-从间通信等，收发I/O数据，经相关的遥控IO向实际的输入输出设备传达信息。

并且，即使在使用场总线的网络系统中，根据控制的高速化、PLC循环周期的缩短等请求，进行通信速度的高速化，将终端电阻连接于场总线的终端上，为了抑制通信的反射造成的波形失真，对通信线的电缆种类、布线长度、分支形态等确定各种限制。

但是，用户难以检查是否全部根据上述各种限制来正确进行。因此，由于现实中发生布线故障等引起的异常，所以常通过检查产生原因来了解布线错误等限制违反。

另外，即使实际上未发生不能通信等眼睛看见的故障，根据限制，由于不进行布线等，通信环境差，当一次通信中不能发送数据时，频繁产生重试，通信量变差，可能会不能进行高效率的通信，是不希望的情况。然而，难以检测处于相关状态的情况。

因此，在专利文献1中提议一种总线监视装置，通过监视总线上的信号线的有效时间并与预定的各信号的有效时间的规定时间值相比，从而，判断是否在规定时间值内，当判定处于规定时间值的范围之外时，通知总线主装置发生故障，在设计系统时可早期发现装置的非数字的缺陷，在实际运用时可构筑维持高可靠性的系统。

专利文献1：特开平7-36793号公报，第0007段等

但是，在上述专利文献1所示发明中，尽管是否良好的判断可达到某种程度，但是，还是不能知道场总线处于何种程度的等级(相对不能通信的边界有多大的余裕)。

另外，即使知道有各种限制，但实际上为了满足各限制，用户必需库存各种线材，由于导致成本上升，所以期望判断已保有的线材可否使用，若有代用品，则利用代用品，但在上述专利文献1中，还不能判断可否代用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种网络系统的通信稳定性的判断方法、主单元、从单元及中继站，可对实际构筑的场总线等网络求出其通信的安全性(可靠性)，可判断能否用可代用的线材，或求出耐噪声性。

基于本发明的网络系统的通信稳定性的判断方法是将构成可编程控制器的主单元与从单元连接于网络上构成的网络系统的通信安全性判断方法。所述主单元向所述从单元发送以规定的失真等级使基准测试图案失真的失真测试图案。所述从单元在正常接收所述失真测试图案的情况下，向所述主单元返回响应。并且，所述主单元在正常接收所述响应的情况下，判断为有对应于所述失真等级的通信稳定性。

在使通常通信时使用的波形构成的基准图案失真的状态下从主单元发送到从单元。这样失真的失真测试图案容易变为通信异常。因此，即使在相关状态下也认为可通信，可正常接收响应，通信稳定性高，存在充足的余裕。从而，通过适当设定失真等级并进行检查，可判断实际布线的网络是否满足基准。从而，通过事先确认有规定的通信稳定性，可不产生由于布线错误造成的通信异常。

并且，在场总线的情况下，为了保证通信，决定使用的线材等各种限制。因此，若知道遵守相关限制的情况下的通信稳定性，则通过使用以对应于该通信稳定性的失真等级失真的失真测试图案来进行检查，用户方可判断用户可否使用库存的线材。即，例如使用制造商方未指定的线材来实际构筑网络，使用按对应于通信稳定性的失真等级失真的失真测试图案来进行检查。另外，若保证通信稳定性，则可推断可将该线材用作替代品。

失真等级既可设定一种也可设定多种。另外，所述主单元依次发送针对多个失真等级的失真测试图案，根据有无来自所述从单元的针对各失真等级的失真测试图案的响应，求出不能与所述从单元通信的失真等级的边界，根据该边界来决定所述通信稳定性的等级。由此，不仅可判断是否良好，还可知通信稳定性的等级。由此，可评价耐噪声性。

并且，所述从单元按照接收到的失真测试图案的失真等级，相应地以失真的状态返回所述响应。由此，可检查双向的通信稳定性。

此外，所述网络系统中，中继站插在所述主单元与所述从单元之间，所述中继站对所述失真测试图案执行波形整形，在按照所述失真测试图案的失真等级使波形整形后的信号发生相应的失真后，输出该信号。由此，即使是包含中继站的网络，也可高精度检查通信稳定性。

另外，在上述各发明中，通过变更所述基准测试图案的占空比，生成所述失真测试图案。即，通过改变占空比，可使波形数字失真，可通过ASIC等进行处理。这里，所谓占空比的变更例如实施形态中说明的那样，对应于通过变更脉冲的上升沿和/或下降沿的定时，相对基准测试图案，在数字失真上进行对应。另外，在本发明中，当然也可使波形模拟地失真。这里所说的基准测试图案是在从主单元发送到从单元的信息例如由“发送目的端地址”、“发送元地址”、“命令”、“数据列”、“FCS(帧检测序列)”构成时，“数据列”所具有的规定的图案(例如：01011010)。作为使基准测试图案失真的方法，有使前述消息全部失真的方法和仅使前述“数据列”失真的方法。在仅使前述“数据列”失真的方法时，在前述消息的“命令”和“数据列”之间追加“FCS”。该基准测试图案可以根据通信线的电缆种类、布线长度、分支形态等来适当地决定。

另外，作为适于实施上述判断方法的本发明的主单元，例如是构成可编程控制器的主单元，具备：发送功能，向连接于相同网络上的从单元发送以规定失真等级使基准测试图案失真的失真测试图案；和判断功能，在从所述从单元正常接收到所述失真测试图案的情况下返回的响应被正常接收的情况下，判断为有对应于所述失真等级的通信稳定性。

另外，适于实施上述判断方法的本发明的从单元例如是与构成可编程控制器的主单元一起连接于网络上的从单元，具备：判断功能，判断是否正常接收经所述网络从所述主单元发送来的以规定失真等级失真的失真测试图案；失真功能，按照在正常接收的情况下接收到的失真测试图案的失真等级，使响应失真，和向所述主单元返回失真后的响应的返回功能。

此外，作为适于实施上述判断方法的本发明的中继站例如是用于包含至少一个中继站插在主单元与从单元之间的网络系统中的中继站，具备波形整形功能，波形整形可从所述主单元发送来的规定失真等级的失真测试图案，和输出功能，按照所述失真等级使所述波形整形后的波形失真后，输出该波形。

附图说明

图1是表示本发明实施形态1的图。

图2是表示主单元的内部结构的方框图。

图3是表示从单元的内部结构的方框图。

图4是说明测试图案与失真等级的图。

图5是说明通信稳定性的检查功能的流程图。

图6是表示本发明实施形态2的图。

图7是表示中继站的内部结构的框图。

图8是说明测试图案的失真方法的图。

图9是说明测试图案的失真方法的图。

具体实施方式

图1表示本发明的实施形态1。如图1所示，PLC 10与各种从单元20经场总线30连接，构筑网络系统。作为从单元20，有遥控IO等设备。场总线30是串联连接各从单元20的总线类型。因此，在场总线30的终端连接终端电阻31。并且，在PLC 10上连接作为设定工具的个人计算机32，可向PLC10提供后述的测试图案。

PLC 10通过连结对每个功能生成的部件来构成，例如有CPU部件11、主单元12等。主单元12连接至场总线30，与各从单元20进行通信。并且，经PLC 10的内部总线访问CPU部件11的IO存储器，进行IO数据等的读写。

主单元12如图2所示，具备：通信接口12a，连接于场总线，实际上进行数据的收发；主单元用ASIC12b，经通信接口12a进行主-从单元间通信，与从单元20之间进行I/O数据的收发，或进行规定指令的收发以及基于此的响应的接收；进行各种控制的MPU12d；在执行各种控制时被用作工作区等的RAM12c；存储进行上述控制的程序或各种设定数据等的EEPROM12e；用于与其它部件等进行通信的接口12h；表示工作状态(通信状态)或异常/正常等的LED显示部12f和用于进行地址设定等的设定开关12g。另外，基本的硬件结构等与现有的主单元一样，所以省略其详细说明。

作为MPU12d进行的控制，为与CPU部件11等部件等进行通信，或使主单元用ASIC12b动作。尤其是以与本发明的关系来说时，使用经由CPU部件11接收到的可从个人计算机32发送的基准测试图案，与连接于场总线上的从单元进行通信，并具有进行通信稳定性检查的功能。具体而言，在向主单元用ASIC12b提供基准测试图案的同时，该主单元用ASIC12b使基准测试图案失真并发送到规定的从单元20。另外，通过有无来自发送该测试图案的从单元20的响应，判断通信稳定性。具体的处理功能如后所述。

从单元20如图3所示，具备：通信接口20a，连接于场总线上，实际上与主单元12之间进行I/O数据或各种消息等的收发；从单元用ASIC20b，进行经该通信接口20a取得的主-从单元间的通信，进行I/O数据的收发，或进行规定指令的收发以及基于此的响应的发送；进行各种控制的MPU20d；存储进行上述控制的程序或各种设定数据、IO数据等的EEPROM20e；与I/O设备连接并进行I/O数据收发的I/O部20j；表示工作状态(通信状态)或异常/正常等的LED显示部20f和用于进行节点地址设定等的设定开关20g。并且，具备将输入电压(24V)降到5V且向从单元20内的各元件提供电源的电源部20i。另外，从单元20的基本结构和作用效果等与现有的一样，所以省略其详细说明。

该从单元20若以与本发明的关系来说时，具有如下功能，当接收从主单元12发送来的送至从单元20处的测试图案时，在分析测试图案的同时，发出规定的响应，并返回到主单元12。并且，也使响应失真后发送。另外，使主单元方与从单元方的失真等级一致。即，主单元12在发送失真的测试图案时，失真等级的信息也一起发送，或在发送测试图案之前仅发送失真等级的信息，在从单元20一方，识别该失真等级，并使响应以相同的失真等级失真。

因此，主单元12及个人计算机42在向某个节点地址目的地发送测试图案的情况下，根据有无响应，按照有无存在该节点地址的从单元20，也可判断通信稳定性。即，通过向相同的从单元20边缓慢增大测试图案的失真程度边进行通信，可确认在变为不能通信之前的失真程度之前可进行发送，所以可知道通信稳定性。另外，在从测试图案的发送最初没有响应的情况下，可判断为不存在该节点地址的从单元。

本实施形态中使用的测试图案如图4所示，全部脉冲的上升沿由规定时间幅度(例如将按规定数分割Low脉冲幅度的时间幅度设为自然数倍)的脉冲波形构成，通过改变脉冲的上升沿，生成(失真)测试图案。利用图8进行更具体的说明。图8例示了使脉冲的Low的部分在上升沿每次增加或减少单位时间间隔(将Low的脉冲宽度以规定数分割后的时间宽度的1份)的情况。波形81是表现通常的没有失真的传送波形(失真等级0)。波形82是表现在波形的前进方向上减少1单位时间宽度的波形(失真等级1)。波形83是表现在波形的前进方向上减少2单位时间宽度的波形(失真等级2)。波形84是表现在波形的与前进方向相反的方向上增加1单位时间宽度的波形(失真等级2)。波形85是表现在波形的与前进方向相反的方向上增加2单位时间宽度的波形(失真等级2)。另外，图9例示了使脉冲的Low的部分在下降沿每次增加或减少单位时间间隔的情况。波形91是表现通常的没有失真的传送波形(失真等级0)。波形92是表现在波形的前进方向上减少1单位时间宽度的波形(失真等级1)。波形93是表现在波形的前进方向上减少2单位时间宽度的波形(失真等级2)。波形94是表现在波形的与前进方向相反的方向上增加1单位时间宽度的波形(失真等级2)。波形95是表现在波形的与前进方向相反的方向上增加2单位时间宽度的波形(失真等级2)。通过如此失真，可进行数字ASIC等逻辑电路中的安装。从而，可将本功能廉价、小型地安装在连接于场总线30上的各设备中。

并且，在本实施形态中，将脉冲的Low部分进行8分割，通过每次减少分割Low部分的1个大小，变更得使从Low到High的上升沿提早。另外，失真等级在每减少分割的1个大小时上升1级。因此，将没有失真的状态设为失真等级0，以下顺序按失真等级1→2...增加，失真等级8最大。另外，因为在失真等级8下全部变为High状态，所以不能接收。另外，在本实施形态中，虽提早从脉冲的Low到High的上升沿的时间幅度设为脉冲Low部分8分割的每个大小，但分割数可适当设定。并且，在本实施形态中，虽提早从脉冲的Low到High的上升沿，但即使延迟从High到Low的下降沿也可实现。

另外，本实施形态中的通信稳定性的检查通过具备如下两个条件，即(1)从主单元12发送以规定失真等级失真后的测试图案，从单元20可分别接收该测试图案，(2)从单元20用经相同失真等级失真的波形来发送响应，主单元12可接收该响应，开始保证最初该失真等级的通信稳定性。另外，通过一边对相同的从单元20缓慢增大失真等级一边进行上述处理，在不能具备上述(1)、(2)的条件之前、即具备条件的最大失真等级成为与从单元之间的通信稳定性。

并且，通过对全部从单元进行上述处理，可求出每个从单元的通信稳定性。结果，场总线系统整体的通信稳定性变为最低的失真等级。并且，通过比较每个从单元的通信稳定性，特定通信稳定性低的部位，可早期且容易地发现不满足场总线的各种限制(通信线的电缆种类、布线长度等)的有危险的部位。

并且，因为线路的状态有可能由于噪声等的影响而变得不稳定，所以对各从单元20的通信稳定性的检查通过反复多次执行上述处理，取得平均或余裕等级的最大值与最小值等数据，进行更正确的评价。

具体按照图5所示流程图来进行处理。即，首先将处理对象移动到下一节点(从单元)(ST1)。例如，在按节点地址顺序进行检查的情况下，最初节点地址#0的从单元20成为处理对象，在执行步骤2以后的规定处理后再次返回步骤11时，节点地址#1的从单元20成为处理对象。按照下面顺序执行处理，按顺序变为节点地址#2→#3→...，直到最大的节点地址为止，之后，结束。另外，作为决定处理对象的节点的其它方法，当然也可以在把握连接哪个节点地址的从单元后，仅将连接的从单元设为处理对象。

一旦决定处理对象的节点，则通知从单元20主单元12使用消息对当前的失真等级+1(ST2)。接收后，在从单元侧将失真等级加1。另外，因为在标准状态下将失真等级设为0，所以伴随第1次通知，失真等级为1，以后依次按2→3→...增加。另外，也可不是这样+1的通知，而是如失真等级＝3、失真等级＝5等具体通知失真等级。

接着，将主单元12侧的失真等级也+1(ST3)。由此，从单元20侧与主单元12侧持有的失真等级相等。另外，主单元12向处理对象的从单元20发送作为读取指令以当前的失真等级失真的测试图案(ST4)。

之后，判断从单元20可否正常接收(ST5)。该判断通过时间监视对步骤4中发送的作为测试图案的读取指令的响应是否来自从单元来进行。即，在没有来自该从单元的响应的情况下，步骤5的分支判断为否。

之后，若步骤5的分支判断为否，则主单元12识别为通信异常，根据当前的失真等级，确定对该从单元的余裕等级(通信稳定性)(ST8)。即，从当前的失真等级中减1的值成为可通信的失真等级。并将该值设为余裕等级(通信稳定性)。

另外，在从单元20正常接收的情况下，该从单元20向主单元12发送响应，但用当前的失真等级使响应失真(ST6)。

另一方面，主单元12侧等待从发送读取指令的从单元20发送失真了的响应，判断可否正常接收(ST7)。并且，在正常接收的情况下，返回步骤2，在使失真等级上升一级的状态下进行上述处理。另外，主单元12侧的判断在从发出读取指令开始一定期间内未接收到响应而超时的情况下，可判断为未正常接收。另外，在未正常接收的情况下，前进到步骤8，根据当前的失真等级，确定对该从单元20的余裕等级(通信稳定性)(ST8)。

另外，即使是正常的场总线系统，不用说，失真等级最大为8，但即使是在7或6左右也不能通信。因此，在与各从单元的检查行程中，最后在从单元侧或主单元侧未必能正常接收，取至步骤8的路径。另外，若结束对全部节点的检查，则结束处理(ST9)。

图6表示本发明的实施形态2。本实施形态适用于采取在场总线30中包含中继站40的结构的网络结构。即，如图6所示，PLC 10与各种从单元20和中继站40经场总线30连接，构筑网络系统。从单元20若直接连接于连接在PLC 10上的场总线30上，则连接于连接到中继站40上的场总线30a上，经中继站40与PLC 10通信。另外，在场总线30、30a的终端连接终端电阻31。主单元12或从单元20等的内部结构及作用效果基本上与实施形态1一样。

另外，在图6所示实例中，采用在中继站40的下游侧仅连接从单元20的结构，但不用说，也可如在中继站40的下游侧还配置其它从单元那样，多个中继站40存在于从单元20与PLC 10之间。

中继站40转发由场总线30等传输的数据，并进行波形整形。即，具有波形整形从一方输入的信号并输出到另一方的功能，故对从主单元12发送到从单元20的信号与从单元20发送到主单元12的信号之一也进行波形整形处理。

若构成网络的通信线变长，则信号水平降低，同时，噪声容易侵入，所以波形被干扰。因此，存在不能传输正确信息的问题。为了解决该问题，将称为中继站40的进行波形整形的中继器设置在适当位置上，将被干扰的波形修正为1/0的整齐的脉冲波形，延长传输距离。另外，不仅如此延迟传输距离，例如，在将进行同一装置的控制的多个从单元作为一个组进行管理的情况下，也可将相关的多个从单元连接到中继站的下面。

中继站40如图7所示，具备分别连接于主单元方与从单元方的通信接口41、42；和中继站用ASIC43，安装在两个通信接口41、42之间，对传输的数据(信号)进行规定的处理。还具备电源部44，将输入电压(24V)降到5V且向中继站40内的各元件提供电源。此外还具备表示动作状态(通信状态)或异常/正常等的LED显示部45及进行节点地址的设定等的设定开关46。

并且，该中继站用ASIC43基本上具备整形传输的信号(被干扰)的波形、恢复成整齐的1/0数字信号并输出的功能。该功能是以前中继站的基本功能，所以省略说明具体的结构、处理步骤。

另外，在本发明中，作为中继站用ASIC43的功能，在对从一方接收到的信号进行上述波形整形后，从另一方输出对应于失真等级失真的波形。另外，在接收来自上述规定节点地址的响应的情况下，也在波形整形后，向主单元12输出按照存储保持的失真等级进行失真的信号。从而，对连接于中继站40端部的从单元20与中继站40之间的传输路径的通信品质也可进行同样的评价。

并且，中继站40也被赋予节点地址，广义上也认为是从单元的一种。因此，通过装入与上述从单元20一样的功能，可检查主单元12与中继站40之间的传输路径的通信品质(通信稳定性)。

即，将图5所示步骤1中主单元12指定的下一节点的节点地址设定到中继站40。另外，中继站40将对自己地址的检查中的当前失真等级设定到规定的寄存器(位于中继站用ASIC43内)，在可正常接收的情况下，返回基于该失真等级的响应，在不能正常接收的情况下，通知不能正常接收。从而，通过执行图5所示流程图，主单元12侧可确定与处理对象的中继站40之间的通信稳定性(余裕等级)。另外，其它结构及作用效果与上述实施形态1一样，所以向对应的部件附加相同符号，并省略详细说明。

另外，在上述各实施形态中，都通过具备如下两个条件，即(1)从主单元12发送以规定失真等级失真后的测试图案，从单元20(中继站40)可接收该测试图案，(2)从单元20(中继站40)用经相同失真等级失真的波形发送响应，主单元12可接收该响应，设具有该失真等级下的通信稳定性，即使在图5的流程图中，也分别在步骤5中判断条件(1)，在步骤7中判断条件(2)，但本发明不限于此。进一步，在所说实施形态中，表示了将基准测试图案从计算机发送到主单元的例子。作为设定基准测试图案的方法，不限于此，预先在主单元的内部存储器中存储多个基准测试图案，通过计算机的操作来指定任意一个也可以。

发明效果

如上所述，本发明可对实际构筑的场总线求出其通信的安全性(可靠性)，可判断是否是可代用的线材，和求出耐噪声性。

Claims (8)

1.一种网络系统的通信稳定性的判断方法，将构成可编程控制器的主单元与从单元连接于网络上构成网络系统，其特征在于：

所述主单元向所述从单元发送以规定的失真等级使基准测试图案失真的失真测试图案，

所述从单元在正常接收所述失真测试图案的情况下，向所述主单元返回响应，

所述主单元在正常接收所述响应的情况下，判断为有对应于所述失真等级的通信稳定性。

2.根据权利要求1所述的网络系统的通信稳定性的判断方法，其特征在于：

所述主单元依次发送针对多个失真等级的失真测试图案，

根据有无来自所述从单元的针对各失真等级的失真测试图案的响应，求出不能与所述从单元通信的失真等级的边界，

根据该边界来决定所述通信稳定性的等级。

3.根据权利要求1或2所述的网络系统的通信稳定性的判断方法，其特征在于：

所述从单元按照接收到的失真测试图案的失真等级，以失真的状态返回所述响应。

4.根据权利要求1至3的任意一项所述的网络系统的通信稳定性的判断方法，其特征在于：

所述网络系统中，中继站插在所述主单元与所述从单元之间；

所述中继站对所述失真测试图案进行波形整形；

在按照所述失真测试图案的失真等级使波形整形后的信号失真后，输出该信号。

5.根据权利要求1至4的任意一项所述的网络系统的通信稳定性的判断方法，其特征在于：

通过变更所述基准测试图案的占空比，生成所述失真测试图案。

6.一种构成可编程控制器的主单元，其特征在于：具备

发送功能，向连接于相同网络上的从单元发送以规定失真等级使基准测试图案失真的失真测试图案，和

判断功能，在从所述从单元正常接收到所述失真测试图案的情况下返回的响应被正常接收的情况下，判断为有对应于所述失真等级的通信稳定性。

7.一种从单元，与构成可编程控制器的主单元一起连接于网络上，其特征在于：具备

判断功能，判断是否正常接收经所述网络从所述主单元发送来的以规定失真等级失真的失真测试图案，

失真功能，按照在正常接收的情况下接收到的失真测试图案的失真等级，使响应失真，和

返回功能，向所述主单元返回该失真后的响应。

8.一种中继站，用于包含在主单元与从单元之间至少插入一个中继站的网络系统，其特征在于：具备

波形整形功能，对可从所述主单元发送来的规定失真等级的失真测试图案进行波形整形；以及

输出功能，按照所述失真等级使所述波形整形后的波形失真后，输出该波形。

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