通信システム
【課題】工場内で製品製造に関わるデータや制御信号を高安全性、高信頼性でＰ２Ｐ通信可能として製品製造工場での製品製造上の自由度、精度、効率等を飛躍的に高めることができる通信システムの提供。
【解決手段】工場内における製品製造のための通信システムにおいて、当該工場を、作業単位階層と、１つないし複数の作業単位により行われる１つの工程ないしは複数の工程の組み合わせを１つの工程単位としこれら工程単位個々からなる工程単位階層と、上記工程単位階層すべてを含めて製品を製造する製造単位階層との３階層で階層化し、任意の単位階層と他の単位階層との間、単位階層内部、および機械等内部、でのデータや制御信号等の送受信にはその少なくとも一部にＰ２Ｐ（ピア・ツウ・ピア）方式の無線通信を構築した通信システム。
【解決手段】工場内における製品製造のための通信システムにおいて、当該工場を、作業単位階層と、１つないし複数の作業単位により行われる１つの工程ないしは複数の工程の組み合わせを１つの工程単位としこれら工程単位個々からなる工程単位階層と、上記工程単位階層すべてを含めて製品を製造する製造単位階層との３階層で階層化し、任意の単位階層と他の単位階層との間、単位階層内部、および機械等内部、でのデータや制御信号等の送受信にはその少なくとも一部にＰ２Ｐ（ピア・ツウ・ピア）方式の無線通信を構築した通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種機械や装置が配置されているストック、移動、加工、組立て、検査、エージング等の各工程の１つもしくは複数の工程を有する製品製造工場に適した通信システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
製品製造工場では、製造目的である製品の製造のため各種機械や装置が配置されている。この機械や装置等にはセンサ等の入力機器や、アクチュエータ等の出力機器、それらをシーケンス制御やフィードバック制御やフィードフォワード制御等の各種制御をするコントローラからなる制御システムが組み込まれている。この制御システムでは入出力機器とコントローラとが有線接続されてデータや制御信号等の送受信が行われる一方で、これら送受信の一部または全部を無線で行うことも本出願人は検討している。無線通信は、もちろん有線配線を必要としないため、配線敷設が無く、有線配線が困難な回転等の移動体上のセンサや入出力機器との接続、また、製造目的に合わせた機械や設備等の配置変更等も容易、安価に行うことができる等の利点がある一方では、空間および液間内を電磁波や電磁誘導の形態でデータを送受信するものであるから、盗聴、混信、ノイズ、等により、通信上の安全性、信頼性等に課題があり、その実現達成は必ずしも容易ではなかった。
【０００３】
一方、インターネットを用いて工場間のデータ通信を行うに際して無線通信と同様の盗聴、混信、ノイズ、等および受信者の成りすまし等の課題を解決すべく、例えば暗号技術を用いたＶＰＮ等での対応が急速に展開されつつある。ＶＰＮは、インターネットを利用し、送信側でデータを暗号化し、受信側でこれを復号し、両者が仮想的に専用線で１対１接続されている構成を実現するバーチャル・プライベート・ネットワークである（特許文献１参照）。
【０００４】
このような現状の通信システム状況において、本出願人は特に製品製造工場において無線通信の有用性に着目しつつ、ＶＰＮの長所を活用して無線通信の課題を克服した通信システムの実現について鋭意研究を重ねていた。
【特許文献１】特開２００６−２１７２７５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、製品製造工場で無線通信の課題を克服し高信頼性と高安全性の無線通信を実現しその有用性を活用することにより製品製造工場における所望の有線では実現が困難であった加工、組立て、検査等の工程実現、製造の自由度、無線センサ設置による加工精度、等を達成できるようにした新規な通信システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による通信システムは、工場内における製品製造のための通信システムにおいて、当該工場を、機械や装置（機械等という）を用いて製品製造のために行われる加工、搬送、組立等の複数種の作業のいずれか１つないしは複数の組み合わせを１つの作業単位としこれら作業単位個々からなる作業単位階層と、１つないし複数の作業単位により行われる１つの工程ないしは複数の工程の組み合わせを１つの工程単位としこれら工程単位個々からなる工程単位階層と、上記工程単位階層すべてを含めて製品を製造する製造単位階層と、の３階層で階層化し、任意の単位階層と他の単位階層との間や、単位階層内部、および機械等内部でのデータや制御信号等の送受信にはその少なくとも一部にＰ２Ｐ（ピア・ツウ・ピア）方式の無線通信を構築したことを特徴とするものである。
【０００７】
上記製品には部品、半完成品、完成品を含む。
【０００８】
上記Ｐ２Ｐ（ピア・ツウ・ピア）とは、１つの無線通信側に複数の無線通信側が１：ｎ無線通信することが可能な状況下で、上記１つの無線通信側が、上記複数の無線通信側の中の１つの無線通信側との間で１：１無線通信することに仮想的に絞りこんでＰ２Ｐ無線通信するものであり、このことから本発明ではこの無線通信方式を説明の都合でバーチャル・プライベート・ワイヤレス（ＶＰＷＬ：Ｖｅｒｔｉａｌ Ｐｒｉｖａｔｅ ＷｉｒｅＬｅｓｓ）通信と称することがある。
【０００９】
この無線通信側には作業単位階層では機械等内部における複数の無線センサと、コントローラ内の１つの無線ブリッジとの間、工程単位階層や製造単位階層では複数の工程単位の中で１つの工程単位と１つの工程単位との間、等がある。これら各単位階層ではＶＰＷＬ通信を行うことができる。以下、必要に応じてＶＰＷＬ通信と言うことがある。なお、ＶＰＷＬ通信には他のアクセスポイントを介さずに無線ノード同士が直接通信するもので自動中継機能を有する通信モードであるインフラストラクチャモードＶＰＷＬ通信や、自動中継機能を有すアドホックモードＶＰＷＬ通信を含む。またこれらは中継機能やハブ機能のあるアクセスポイント経由の通信も含む。
【００１０】
ここでの無線ノードは、無線コントローラ、無線センサ、無線Ｉ／Ｏ機器、無線中継器、等である。例えば無線センサは、センサヘッド、無線通信を行なう通信部と、センサドライブや通信部制御やデータ等の暗号化、等の処理を行なうＣＰＵ等を備える。無線Ｉ／Ｏ機器も入出力部、無線通信を行なう通信部と、入出力ドライバや通信部制御やデータや制御信号等の暗号化、等の処理を行なうＣＰＵ等を備える。
【００１１】
本発明では、任意の単位階層と他の単位階層との間や、単位階層内部、および機械等内部でのデータや制御信号等の送受信にＶＰＷＬ通信する通信システムであるので、有線配線が困難な回転等の移動体上のセンサや入出力機器との接続、配線敷設コストが削減される等の上記述べた利点は勿論のこと、同時に無線通信における課題である漏洩、盗聴、混信、等も防止され必要なところとのみＰ２Ｐ通信でき、通信上の高安全性、高信頼性を確保することができ、製品製造工場での製品製造上の自由度、精度や効率等を飛躍的に高めることができるようになった。特に、有線前提の通信システム構成がＦＡ（ファクトリオートメーション）に耐え得るＶＰＷＬ通信を積極的に構成に加えることにより有線では実現が困難であった加工、組立て、検査等の工程の機能の向上が可能な次世代ＦＡシステムを構築することができるようになる。
【００１２】
本発明の好ましい一態様は、各単位階層内部で３以上の無線ノード間の無線通信が存在する場合では、これら無線ノード間ではメッシュ型ネットワークでのＰ２Ｐ（ピア・ツウ・ピア）方式の無線通信を行うことである。
【００１３】
この態様では、無線ノードの配置数が３以上になると、それら無線ノード間でのＶＰＷＬ通信はメッシュ型無線とすることにより、通信の迂回電送や安全確保や搭載無線送受信部の出力、周波数等の能力を超える遠距離無線通信を確保することができるようになる。なお、作業単位階層や工程単位階層の規模が大きい単位階層では有効であり、ＶＰＷＬ通信は例えば指向性アンテナ、各種電磁シールド、周波数チャンネル切り替え等のハードウエアに、暗号ロジック、ＩＰｖ６（インターネット・プロトコル・バージョン・６）準拠のアドレッシング体系などのソフトウエアを組み合わせてＶＰＷＬを構築するのが好ましい。
【００１４】
本発明の好ましい一態様は、上記作業単位階層では、機械等をシーケンス制御やフィードバック制御やフィードフォワード、等をするコントローラと、このコントローラに機械等やワークの状態を入力する入力機器と、コントローラからの制御信号やデータに応答して機械等を制御する出力機器とを含み、少なくとも一部の入力機器は、コントローラに対してＶＰＷＬ通信することである。
【００１５】
本発明の好ましい一態様は、規模が小さい作業単位階層では、例えば電波指向性アンテナ機能を含むアンテナ機能および漏洩防止機能を兼ね備えた漏洩同軸ケーブルや電磁誘導方式の通信、等を用いることである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の通信システムによれば、工場内で製品製造に関わるデータや制御信号、その他の各種信号等をＶＰＷＬ方式により高安全性、高信頼性を確保して通信することができるので、製品製造工場での製品製造の有線では実現が困難であった加工、組立て、検査等の工程実現、製造の自由度、無線センサ設置による加工精度、等をアップすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係る通信システム（以下、本通信システムと略称する）を説明する。図１は、本通信システムの概略構成を示す。
【００１８】
図１で示すように本通信システムでは当該通信システムが適用される工場１を、通信の高安全性、高信頼性のため、作業単位階層２と、工程単位階層４と、製造単位階層６との３階層で階層化する。
【００１９】
作業単位階層２は、加工機械、搬入機械、組立装置、在庫保管庫、搬出機械等の各種機械、装置（以下、機械等８）を用いて製品製造のために行われる加工、搬送、組立等の複数種の作業９のいずれか１つないしは複数の組み合わせを１つの作業単位１０としこれら作業単位１０個々からなる階層である。製品には、製品材料、製品を構成する各種部品、製品に至るまでの半完成品、完成品としての製品を含む。製品の製造には製造工程の段階で各種の作業がある。製品材料、部品製造、ユニット組立、ユニット検査、製品組立、製品検査、等において、それぞれの段階での作業がある。また、工場の規模の大小により、機械等や作業単位も各種各様である。作業単位１０も加工だけで１つの作業単位１０を構成する場合や、加工と搬送との２つの作業で１つの作業単位１０を構成する作業もある。この作業単位階層２は機械や装置のセルレベルである。
【００２０】
工程単位階層４は、１つないし複数の作業単位１０により行われる１つの工程ないしは複数の工程の組み合わせを１つの工程単位１２としこれら工程単位１２個々からなる階層である。１つの製品の製造工程を複数の工程単位１２に分割し、分割した個々の工程単位１２内に１つないし複数の工程が含まれ、各工程に１つないし複数の作業単位１０が属している。
【００２１】
製造単位階層６は、工程単位階層１２すべてを含めて製品を製造する階層であり、工場サーバ３４を有する。
【００２２】
そして、実施の形態の通信システムでは、上記３つの単位階層２，４，６において、任意の単位階層と他の単位階層との間、単位階層内部、および作業単位階層２における機械等８の内部、でのデータや制御信号等の送受信においてその少なくとも一部に高信頼性、高安全性のＶＰＷＬ方式によるＰ２Ｐ無線通信を構築したことにより、製品製造工場での有線では実現が困難であった加工、組立て、検査等の工程実現、製造の自由度、無線センサ設置による加工精度等、をアップ可能としたものである。
【００２３】
図２に作業単位階層２内部の作業単位１０におけるＶＰＷＬ方式によるＰ２Ｐ通信例を示す。図２には作業単位階層２内部の機械等８の図示を略している。作業単位１０では上記したように機械等８、例えば加工機械、搬入機械、組立装置、在庫保管庫、搬出機械等の各種機械、装置を用いて作業９を行うものであり、複数種の作業９のいずれか１つないしは複数の組み合わせを１つの作業単位１０としている。そして作業単位階層２は、これら作業単位１０個々からなる階層である。
【００２４】
図２では作業単位１０内で機械等８で作業９を実施するうえでのＶＰＷＬ通信例であり、例えば加工機械の加工動作をシーケンス制御やフィードバック制御やフィードフォワード、等をするコントローラ（Ｐ２Ｐ）１４と、このコントローラ（Ｐ２Ｐ）１４に機械等８や図示略の加工対象であるワークの状態を検出入力する入力機器である無線センサ１６や有線センサ１８と、ロータリエンコーダ２０等と、コントローラ（Ｐ２Ｐ）１４からの制御信号に応答して機械等８を制御する出力機器であるモータ２２、アクチュエータ２４等を含む。コントローラ（Ｐ２Ｐ）１４と有線センサ１８、ロータリエンコーダ２０、モータ２２、アクチュエータ２４等はドライバ２６によりコントローラ（Ｐ２Ｐ）１４に有線接続されている。ドライバ２６はコントローラ（Ｐ２Ｐ）１４に有線接続されている。コントローラ（Ｐ２Ｐ）１４は無線ブリッジ（中継機およびハブを含む）２８を備える。無線ブリッジ２８は、無線センサ１６からのデータを無線で受信し、コントローラ（Ｐ２Ｐ）１４に所定の処理をさせ、外部の工場サーバや他のコントローラ等へ無線送信することもできる。有線センサ１８からのセンサ信号はドライバ２６からコントローラ（Ｐ２Ｐ）１４に与えられ、無線ブリッジ２８で外部へと無線送信もできる。また、外部からの無線データや無線制御信号等は無線ブリッジ２８で受信され、コントローラ（Ｐ２Ｐ）１４に入力される。コントローラ（Ｐ２Ｐ）１４は無線センサ１６や無線IOに無線ブリッジを経由して指示し、有線でドライバ２６を通じてモータ２２等を駆動制御する。図２では無線通信は点線（…）で、有線通信は実線（―）で示す。作業単位１０内に複数の無線センサ１６が配備されている場合、無線センサ１６から無線ブリッジ２８には１：ｎ無線通信されるが、無線ブリッジ２８は無線センサ１６に対して無線ハブや周波数チャンネル切り替え等でＰ２Ｐ通信を実現するので、この例では無線センサ１６と無線ブリッジ２８とはインフラストラクチャモードによるＶＰＷＬ通信である。もちろん、上記は一例であり、センサ等の入力機器や表示装置等の出力機器は必要に応じて無線、有線を用いるとよく、また、有線が適さないで費用もかかるセンサや入出力機器はインフラストラクチャモード、アドホックモードのいずれのモードによる無線を適宜に用いることができる。また、作業単位１０間は図２では一部に二重点線で示し、図３でも二重点線で示すようにメッシュ型無線（Ｎ：Ｍ通信）を用いることができるが、この場合も、任意の作業単位１０からは他の複数の作業単位１０とは１：ｎの関係であるが、他の複数の作業単位１０の中から１つの作業単位１０とのＰ２Ｐ無線通信を行うＶＰＷＬ通信することができる。
【００２５】
また、作業単位１０間では、パラレル通信、シリアル通信、デバイスネット、ＣＣ−Ｌｉｎｋ（ISO規格参照）、等を用いることが出来る。
【００２６】
図４に工程単位階層４を構成する複数の工程単位１２の中の任意１つの工程単位１２におけるＶＰＷＬ方式の通信例を示す。１０ａは加工機械により加工を行う作業単位であり、１０ｂは搬入機械により搬入を行う作業単位であり、１０ｃは搬出機械により搬出を行う作業単位であり、１０ｄは在庫装置により入出庫する作業単位である。そしてこの工程単位１２での通信例は、上記作業単位１０ａ−１０ｄそれぞれが備えるコントローラ（Ｐ２Ｐ）１４内の無線ブリッジ２８と工程単位１２内のコントローラ３０が備える無線ブリッジ３２とＰ２Ｐ（ピア・ツウ・ピア）方式のＶＰＷＬ通信を行う。
【００２７】
また、工程単位１２がコントローラ（Ｐ２Ｐ）１４を備えない場合、図５で示すように工程単位１２内の無線センサ１６が工程単位１２内のコントローラ３０が備える無線ブリッジ３２とＰ２Ｐ（ピア・ツウ・ピア）方式のＶＰＷＬ通信を行うようにしてもよい。
【００２８】
工程単位１２間は図６で示すようにそれぞれのコントローラ３０が備える無線ブリッジ３２により、メッシュ型のＰ２Ｐ（ピア・ツウ・ピア）方式のＶＰＷＬ通信を行うようにしてもよい。また、工程単位１２間では、パラレル通信、シリアル通信、デバイスネット、ＣＣ−Ｌｉｎｋ、などを用いることができる。
【００２９】
図７に製造単位階層６において複数の工程単位１２との通信例を示す。工程単位１２はそれぞれ無線ブリッジ３２を備え、これら無線ブリッジ３２間では互いにメッシュ型無線通信を行うと共に、工程単位１２それぞれの無線ブリッジ３２と製造単位階層６の工場サーバ３４との間でメッシュ型無線通信を行う。この製造単位階層６でも各工程単位１２間、工程単位１２と工場サーバ３４との間でＶＰＷＬ方式の通信を行う。そして、製造単位階層６全体では、社内のイントラネット３６と有線または無線通信を行う。この場合もまた、工程単位１２間では、パラレル通信、シリアル通信、デバイスネット、ＣＣ−Ｌｉｎｋ、さらにＰｒｏｆｉＢｕｓ、ＦＬ−ｎｅｔ、工業用イーサネット（登録商標）等を用いることが出来る。このイントラネット３６はイーサネット（登録商標）やファイヤーワイヤ（ＩＳＯ１３９４）等を用いることができる。
【００３０】
図８に作業単位階層２において無線センサ１６と無線ブリッジ２８とを漏洩同軸ケーブル３８を用いたＰ２Ｐ（ピア・ツウ・ピア）方式のＶＰＷＬ通信例を示す。点線（…）で無線センサ１６と無線ブリッジ２８とは、空間４０、漏洩同軸ケーブル３８を通じて無線通信されることを示す。漏洩同軸ケーブル３８内においてもデータや信号等はＴＥＭモード（Transvers Electro Magnetic Mode）で無線通信される。
【００３１】
図９に専用チップ化されアンテナ内蔵の無線センサ１６と、放射電界強度、周波数、環境、等によって定められる特定位置および形状の網線部に開けられたスロットがアンテナとして機能する漏洩同軸ケーブル３８とを示し、これらの周辺筐体、機構、衝立等はシールド塗料等で電磁シールド３７されている。代表的な例として、トンネル内のＦＭ放送や列車無線などのアンテナ兼無線伝送路として利用されている。３８ａは受信アンテナスロット、３８ｂは無線受信アンテナを示す。４３は無線コントローラないし無線センサコントローラであり、送信アンテナ３８ｂとインピーダンスマッチングして接続されデータ等を送受信することができるようになっている。
【００３２】
漏洩同軸ケーブル３８はスロット長を電波の１／４波長の整数倍にするとそのスロットから発射される電波は指向性を持っている。漏洩同軸ケーブル３８は適切なスロットを設けることで、必要最低限の漏洩且つ必要充分な伝送機能４１がえられ、ＶＰＷＬ通信を実現できる。
【００３３】
無線センサ１６と無線ブリッジ２８は漏洩同軸ケーブル３８で直接接続してもよいが、無線センサ１６と漏洩同軸ケーブル３８を直接接続できない場合は空間４０が介在している。この空間４０が近距離の場合では無線センサ１６から漏洩同軸ケーブル３８は電磁誘導によりデータ等を無線通信することができる。この電磁誘導の場合、無線センサ１６からの無線信号は距離の２乗で急減衰するから他への漏洩もなく、使用周波数も異なる。したがって無線センサ１６からの無線信号は空間があっても上記漏洩同軸ケーブル３８から無線ブリッジ２８にＰ２Ｐ（ピア・ツウ・ピア）方式での無線通信となる。また電磁誘導方式は無線での電力供給が容易にできるという特長もある。また、無線ブリッジ２８には同じく図８で示すように複数の無線センサ１６からの無線信号が入力され、無線ブリッジ２８側からはｎ：１無線通信なるが、無線センサ１６側からは１：１無線通信となり、Ｐ２Ｐ（ピア・ツウ・ピア）方式のＶＰＷＬ通信となる。上記空間４０はターゲットの電波伝送路以外は、機構部、衝立などに電磁吸収効果のある塗料やシートで電磁シールドすることが好ましい。あるいは空間４０だけでなく無線センサ１６が備えるアンテナから漏洩同軸ケーブル３８に至る伝送路への電磁シールドは効果がある。無線センサ１６と漏洩同軸ケーブル３８との間、漏洩同軸ケーブル３８と無線ブリッジ２８との間ではインピーダンスマッチングさせることが好ましい。漏洩同軸ケーブル３８を用いると、データや信号等の漏洩や混信が防止され、また、必要最低限の電波出力で伝送できるので、バッテリタイプの無線センサ１６では省電力を図ることができて好ましい。
【００３４】
図１０では発信側（センサ／ＩＯ）４５と受信側（漏洩同軸ケーブルとの接続部など）４７との電磁誘導送受信部４９，５１による漏洩同軸ケーブル接続の構築例を示す。図１０では電波の減衰は距離に反比例であり、電磁誘導の減衰は距離の２乗に反比例であるので、圧倒的に電磁誘導通信（非接触通信という）が減衰する。現実に非接触通信は数ｍｍから数１０ｍｍでの通信である。減衰が激しいので短距離通信になるが漏洩や混信には強く、ＶＰＷＬ通信の高信頼性通信にも適している。電磁誘導はＬ（インダクタンス）によるトランス結合での伝搬の場合、信号だけではなく、相当程度の電力を供給できる。移動体に設置されたセンサ／ＩＯの電力供給もできる。１３．５６ＭＨｚはＳＵＩＣＡなどのマネーカードやＲＦＩＤに、１３５ＫＨｚは給油システムや工場内通信にもちいられている。多くの関連（応用、システム）特許がある。本ＶＰＷＬは、絶対ＩＤ化、暗号化等の最新のソフトウエア技術を取り込んだシステム（例：非接触センサ〜電磁誘導〜漏洩同軸ケーブル〜コントローラ）である。
【００３５】
図１１に作業単位階層２における作業単位１０での通信例を示す。図１１（ａ）の作業単位１０内では機械等８に１つの無線センサ１６とコントローラ（Ｐ２Ｐ）１４内の無線ブリッジ２８との間での通信例、図１１（ｂ）に複数のインフラストラクチャモード無線センサ１６とコントローラ（Ｐ２Ｐ）１４内の無線ブリッジ２８との通信例、図１１（ｃ）にアドホックモードの複数の無線センサ１６とコントローラ（Ｐ２Ｐ）１４内の無線ブリッジ２８との間の通信例を示す。いずれもＶＰＷＬ方式の通信例を示す。
【００３６】
図１２に無線センサ１６の構成例を示す。無線センサ１６は、ＣＰＵバス４０を備える。このＣＰＵバス４０に、ＣＰＵ（ＲＯＭ，ＲＡＭ等を含む）４２、専用送受信専用ＬＳＩ４４、汎用ＩＯドライバ４６、一次バッテリ４８、外部電源供給部５０、各種センサインターフェース５２がＣＰＵバス接続されている。外部電源供給部５０にソーラセル等の外部電源５４、各種センサインターフェース５２に各種センサヘッド５６、汎用ＩＯドライバ４６に各種ＩＯ、スイッチ等５８が接続されている。専用送受信専用ＬＳＩ４４は送受信制御回路６０、送信回路６２、受信回路６４を備える。また、ＳＷとＬＥＤ６６はモード切換等のスイッチや運転状態の表示部を構成し、ＣＰＵ４２により制御されるようになっている。
【００３７】
ＣＰＵ４２内のＲＯＭは、送受信専用ＬＳＩ４４の送受信制御回路６０の動作およびコントローラ（Ｐ２Ｐ）１４の無線ブリッジ２８との接続および無線モード、周波数等の切り替えおよびＳＷとＬＥＤ６６制御などのプログラムを記憶しており、このプログラムに従い、ＣＰＵ４２は、送受信専用ＬＳＩ４４の送受信動作およびセンサドライブ、入出力ドライブなどを制御する。
【００３８】
センサインターフェース５２は、１つまたは複数のセンサヘッド５６を制御し、の検出信号をＣＰＵ４２で認識し、入力させるインタ−フェースである。
【００３９】
実施の形態のＶＰＷＬ通信の電波は、特定小電力無線、Ｚｉｇｂｅｅ無線、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ無線、ＵＷＢ（ウルトラワイドバンド）、無線ＬＡＮ（ＩＥＥＥ８０２．１１）等の広範囲をカバーする無線通信である。
【００４０】
なお、メッシュ型無線通信ではＰ２Ｐ無線通信を確立するために送信データ等の送受信に認証機能や否認防止機能のある暗号ロジックを合わせて用いることが好ましく、例えば図１３で示すように、ワンタイムパスワード方式の暗号認証子を用いることができる。図１３では、無線センサ１６等の入出力機器や工場サーバ３４等の通信源７０から無線ブリッジ２８や他の工場サーバ２４等の通信先７２にデータや制御信号を平文でＶＰＷＬ通信を行うと共に、その平文をハッシュ処理や乱数処理部７４で処理すると共に暗号化部７６で暗号化し、ワンタイムパスワード方式の暗号認証子（タグ）としてメッセージを復号化部７８で復号すると共に、タグ一致判定回路部８０で一致であればＧＯとしてメッセージを受理し、一致しなければＮＧとしてメッセージを不受理する。この場合、タグ一致判定回路部８０では上記判定のためハッシュ処理や乱数処理部８２で平文の処理出力を入力する。
【００４１】
また、さらに高信頼度のＰ２Ｐ伝送やＶＰＷＬシステムの無線ノード数が増大する場合、ＩＰｖ６規格準拠によるアドレス体系やＴＤＤ（時分割複信）等のソフトウエアを合わせて用いることにより高信頼度のＶＰＷＬ通信を構築することができる。さらに、各単位階層間を無線ブリッジ２８でＶＰＷＬ通信を構築したが、ゲートウエイやハブなどでＶＰＷＬ通信を構築することもできる。実施の形態では工場を３階層化したが、１階層、あるいは２階層でも実施することができる。さらに、作業単位１０では漏洩同軸ケーブル３８を用いたが、その他の各種の指向性アンテナ、ＰＬＣ（電力線搬送通信）等を用いることができる。
【００４２】
以上説明した実施の形態の通信システムでは、工場内のデータや制御信号等の送受信にＶＰＷＬ方式により通信するシステムであるので、有線配線を必要としないため、配線敷設がコストが削減され、有線配線が困難な回転等の移動体上のセンサや入出力機器との接続、また、製造目的に合わせた機械や設備等の配置変更等も容易、安価に行うことができる等の利点は勿論のこと、盗聴、混信、等もなく、通信上の高安全性、高信頼性のＰ２Ｐ通信を確保することができ、製品製造工場での製品製造上の自由度、精度や効率等を飛躍的に高めることができる。特に、有線前提の通信システム構成がＦＡ（ファクトリオートメーション）に耐え得るＶＰＷＬ通信を積極的に構成に加わることにより有線では実現が困難であった加工、組立て、検査等の工程の機能向上可能な次世代ＦＡシステムを構築することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１は本発明の実施の形態に係る通信システムが適用される工場の階層構成を示す図である。
【図２】図２は作業単位階層における作業単位内のＶＰＷＬ通信システム例を示す図である。
【図３】図３は作業単位間のメッシュ型無線通信例を示す図である。
【図４】図４は工程単位階層における工程単位内のＶＰＷＬ通信システム例を示す図である。
【図５】図５は工程単位階層における工程単位内の他のＶＰＷＬ通信システム例を示す図である。
【図６】図６は工程単位間のメッシュ型無線通信例を示す図である。
【図７】図７は製造単位階層におけるＶＰＷＬ通信システム例を示す図である。
【図８】図８は作業単位内の無線センサと無線ブリッジとの通信システム例を示す図である。
【図９】図９は無線センサと漏洩同軸ケーブルと無線コントローラとの接続を示す図である。
【図１０】図１０は発信側と受信側との電磁誘導送受信部によるＶＰＷＬ構築を示す図である。
【図１１】図１１は作業単位における無線センサと無線ブリッジとの各種通信システム例を示す図である。
【図１２】図１２は、無線センサの構成例を示す図である。
【図１３】図１３は、ＶＰＷＬ通信のデータ（メッセージ）をワンタイムパスワード方式の認証子とともに伝送するシステム例を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１ 工場
２ 作業単位階層
４ 工程単位階層
６ 製造単位階層
８ 機械等
１０ 作業単位
１２ 工程単位
１４ コントローラ（Ｐ２Ｐ）
１６ 無線センサ
１８ 有線センサ
２０ エンコーダ
２２ モータ
２８ 無線ブリッジ
３０ コントローラ
３２ 無線ブリッジ
３４ 工場サーバ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種機械や装置が配置されているストック、移動、加工、組立て、検査、エージング等の各工程の１つもしくは複数の工程を有する製品製造工場に適した通信システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
製品製造工場では、製造目的である製品の製造のため各種機械や装置が配置されている。この機械や装置等にはセンサ等の入力機器や、アクチュエータ等の出力機器、それらをシーケンス制御やフィードバック制御やフィードフォワード制御等の各種制御をするコントローラからなる制御システムが組み込まれている。この制御システムでは入出力機器とコントローラとが有線接続されてデータや制御信号等の送受信が行われる一方で、これら送受信の一部または全部を無線で行うことも本出願人は検討している。無線通信は、もちろん有線配線を必要としないため、配線敷設が無く、有線配線が困難な回転等の移動体上のセンサや入出力機器との接続、また、製造目的に合わせた機械や設備等の配置変更等も容易、安価に行うことができる等の利点がある一方では、空間および液間内を電磁波や電磁誘導の形態でデータを送受信するものであるから、盗聴、混信、ノイズ、等により、通信上の安全性、信頼性等に課題があり、その実現達成は必ずしも容易ではなかった。
【０００３】
一方、インターネットを用いて工場間のデータ通信を行うに際して無線通信と同様の盗聴、混信、ノイズ、等および受信者の成りすまし等の課題を解決すべく、例えば暗号技術を用いたＶＰＮ等での対応が急速に展開されつつある。ＶＰＮは、インターネットを利用し、送信側でデータを暗号化し、受信側でこれを復号し、両者が仮想的に専用線で１対１接続されている構成を実現するバーチャル・プライベート・ネットワークである（特許文献１参照）。
【０００４】
このような現状の通信システム状況において、本出願人は特に製品製造工場において無線通信の有用性に着目しつつ、ＶＰＮの長所を活用して無線通信の課題を克服した通信システムの実現について鋭意研究を重ねていた。
【特許文献１】特開２００６−２１７２７５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、製品製造工場で無線通信の課題を克服し高信頼性と高安全性の無線通信を実現しその有用性を活用することにより製品製造工場における所望の有線では実現が困難であった加工、組立て、検査等の工程実現、製造の自由度、無線センサ設置による加工精度、等を達成できるようにした新規な通信システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による通信システムは、工場内における製品製造のための通信システムにおいて、当該工場を、機械や装置（機械等という）を用いて製品製造のために行われる加工、搬送、組立等の複数種の作業のいずれか１つないしは複数の組み合わせを１つの作業単位としこれら作業単位個々からなる作業単位階層と、１つないし複数の作業単位により行われる１つの工程ないしは複数の工程の組み合わせを１つの工程単位としこれら工程単位個々からなる工程単位階層と、上記工程単位階層すべてを含めて製品を製造する製造単位階層と、の３階層で階層化し、任意の単位階層と他の単位階層との間や、単位階層内部、および機械等内部でのデータや制御信号等の送受信にはその少なくとも一部にＰ２Ｐ（ピア・ツウ・ピア）方式の無線通信を構築したことを特徴とするものである。
【０００７】
上記製品には部品、半完成品、完成品を含む。
【０００８】
上記Ｐ２Ｐ（ピア・ツウ・ピア）とは、１つの無線通信側に複数の無線通信側が１：ｎ無線通信することが可能な状況下で、上記１つの無線通信側が、上記複数の無線通信側の中の１つの無線通信側との間で１：１無線通信することに仮想的に絞りこんでＰ２Ｐ無線通信するものであり、このことから本発明ではこの無線通信方式を説明の都合でバーチャル・プライベート・ワイヤレス（ＶＰＷＬ：Ｖｅｒｔｉａｌ Ｐｒｉｖａｔｅ ＷｉｒｅＬｅｓｓ）通信と称することがある。
【０００９】
この無線通信側には作業単位階層では機械等内部における複数の無線センサと、コントローラ内の１つの無線ブリッジとの間、工程単位階層や製造単位階層では複数の工程単位の中で１つの工程単位と１つの工程単位との間、等がある。これら各単位階層ではＶＰＷＬ通信を行うことができる。以下、必要に応じてＶＰＷＬ通信と言うことがある。なお、ＶＰＷＬ通信には他のアクセスポイントを介さずに無線ノード同士が直接通信するもので自動中継機能を有する通信モードであるインフラストラクチャモードＶＰＷＬ通信や、自動中継機能を有すアドホックモードＶＰＷＬ通信を含む。またこれらは中継機能やハブ機能のあるアクセスポイント経由の通信も含む。
【００１０】
ここでの無線ノードは、無線コントローラ、無線センサ、無線Ｉ／Ｏ機器、無線中継器、等である。例えば無線センサは、センサヘッド、無線通信を行なう通信部と、センサドライブや通信部制御やデータ等の暗号化、等の処理を行なうＣＰＵ等を備える。無線Ｉ／Ｏ機器も入出力部、無線通信を行なう通信部と、入出力ドライバや通信部制御やデータや制御信号等の暗号化、等の処理を行なうＣＰＵ等を備える。
【００１１】
本発明では、任意の単位階層と他の単位階層との間や、単位階層内部、および機械等内部でのデータや制御信号等の送受信にＶＰＷＬ通信する通信システムであるので、有線配線が困難な回転等の移動体上のセンサや入出力機器との接続、配線敷設コストが削減される等の上記述べた利点は勿論のこと、同時に無線通信における課題である漏洩、盗聴、混信、等も防止され必要なところとのみＰ２Ｐ通信でき、通信上の高安全性、高信頼性を確保することができ、製品製造工場での製品製造上の自由度、精度や効率等を飛躍的に高めることができるようになった。特に、有線前提の通信システム構成がＦＡ（ファクトリオートメーション）に耐え得るＶＰＷＬ通信を積極的に構成に加えることにより有線では実現が困難であった加工、組立て、検査等の工程の機能の向上が可能な次世代ＦＡシステムを構築することができるようになる。
【００１２】
本発明の好ましい一態様は、各単位階層内部で３以上の無線ノード間の無線通信が存在する場合では、これら無線ノード間ではメッシュ型ネットワークでのＰ２Ｐ（ピア・ツウ・ピア）方式の無線通信を行うことである。
【００１３】
この態様では、無線ノードの配置数が３以上になると、それら無線ノード間でのＶＰＷＬ通信はメッシュ型無線とすることにより、通信の迂回電送や安全確保や搭載無線送受信部の出力、周波数等の能力を超える遠距離無線通信を確保することができるようになる。なお、作業単位階層や工程単位階層の規模が大きい単位階層では有効であり、ＶＰＷＬ通信は例えば指向性アンテナ、各種電磁シールド、周波数チャンネル切り替え等のハードウエアに、暗号ロジック、ＩＰｖ６（インターネット・プロトコル・バージョン・６）準拠のアドレッシング体系などのソフトウエアを組み合わせてＶＰＷＬを構築するのが好ましい。
【００１４】
本発明の好ましい一態様は、上記作業単位階層では、機械等をシーケンス制御やフィードバック制御やフィードフォワード、等をするコントローラと、このコントローラに機械等やワークの状態を入力する入力機器と、コントローラからの制御信号やデータに応答して機械等を制御する出力機器とを含み、少なくとも一部の入力機器は、コントローラに対してＶＰＷＬ通信することである。
【００１５】
本発明の好ましい一態様は、規模が小さい作業単位階層では、例えば電波指向性アンテナ機能を含むアンテナ機能および漏洩防止機能を兼ね備えた漏洩同軸ケーブルや電磁誘導方式の通信、等を用いることである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の通信システムによれば、工場内で製品製造に関わるデータや制御信号、その他の各種信号等をＶＰＷＬ方式により高安全性、高信頼性を確保して通信することができるので、製品製造工場での製品製造の有線では実現が困難であった加工、組立て、検査等の工程実現、製造の自由度、無線センサ設置による加工精度、等をアップすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係る通信システム（以下、本通信システムと略称する）を説明する。図１は、本通信システムの概略構成を示す。
【００１８】
図１で示すように本通信システムでは当該通信システムが適用される工場１を、通信の高安全性、高信頼性のため、作業単位階層２と、工程単位階層４と、製造単位階層６との３階層で階層化する。
【００１９】
作業単位階層２は、加工機械、搬入機械、組立装置、在庫保管庫、搬出機械等の各種機械、装置（以下、機械等８）を用いて製品製造のために行われる加工、搬送、組立等の複数種の作業９のいずれか１つないしは複数の組み合わせを１つの作業単位１０としこれら作業単位１０個々からなる階層である。製品には、製品材料、製品を構成する各種部品、製品に至るまでの半完成品、完成品としての製品を含む。製品の製造には製造工程の段階で各種の作業がある。製品材料、部品製造、ユニット組立、ユニット検査、製品組立、製品検査、等において、それぞれの段階での作業がある。また、工場の規模の大小により、機械等や作業単位も各種各様である。作業単位１０も加工だけで１つの作業単位１０を構成する場合や、加工と搬送との２つの作業で１つの作業単位１０を構成する作業もある。この作業単位階層２は機械や装置のセルレベルである。
【００２０】
工程単位階層４は、１つないし複数の作業単位１０により行われる１つの工程ないしは複数の工程の組み合わせを１つの工程単位１２としこれら工程単位１２個々からなる階層である。１つの製品の製造工程を複数の工程単位１２に分割し、分割した個々の工程単位１２内に１つないし複数の工程が含まれ、各工程に１つないし複数の作業単位１０が属している。
【００２１】
製造単位階層６は、工程単位階層１２すべてを含めて製品を製造する階層であり、工場サーバ３４を有する。
【００２２】
そして、実施の形態の通信システムでは、上記３つの単位階層２，４，６において、任意の単位階層と他の単位階層との間、単位階層内部、および作業単位階層２における機械等８の内部、でのデータや制御信号等の送受信においてその少なくとも一部に高信頼性、高安全性のＶＰＷＬ方式によるＰ２Ｐ無線通信を構築したことにより、製品製造工場での有線では実現が困難であった加工、組立て、検査等の工程実現、製造の自由度、無線センサ設置による加工精度等、をアップ可能としたものである。
【００２３】
図２に作業単位階層２内部の作業単位１０におけるＶＰＷＬ方式によるＰ２Ｐ通信例を示す。図２には作業単位階層２内部の機械等８の図示を略している。作業単位１０では上記したように機械等８、例えば加工機械、搬入機械、組立装置、在庫保管庫、搬出機械等の各種機械、装置を用いて作業９を行うものであり、複数種の作業９のいずれか１つないしは複数の組み合わせを１つの作業単位１０としている。そして作業単位階層２は、これら作業単位１０個々からなる階層である。
【００２４】
図２では作業単位１０内で機械等８で作業９を実施するうえでのＶＰＷＬ通信例であり、例えば加工機械の加工動作をシーケンス制御やフィードバック制御やフィードフォワード、等をするコントローラ（Ｐ２Ｐ）１４と、このコントローラ（Ｐ２Ｐ）１４に機械等８や図示略の加工対象であるワークの状態を検出入力する入力機器である無線センサ１６や有線センサ１８と、ロータリエンコーダ２０等と、コントローラ（Ｐ２Ｐ）１４からの制御信号に応答して機械等８を制御する出力機器であるモータ２２、アクチュエータ２４等を含む。コントローラ（Ｐ２Ｐ）１４と有線センサ１８、ロータリエンコーダ２０、モータ２２、アクチュエータ２４等はドライバ２６によりコントローラ（Ｐ２Ｐ）１４に有線接続されている。ドライバ２６はコントローラ（Ｐ２Ｐ）１４に有線接続されている。コントローラ（Ｐ２Ｐ）１４は無線ブリッジ（中継機およびハブを含む）２８を備える。無線ブリッジ２８は、無線センサ１６からのデータを無線で受信し、コントローラ（Ｐ２Ｐ）１４に所定の処理をさせ、外部の工場サーバや他のコントローラ等へ無線送信することもできる。有線センサ１８からのセンサ信号はドライバ２６からコントローラ（Ｐ２Ｐ）１４に与えられ、無線ブリッジ２８で外部へと無線送信もできる。また、外部からの無線データや無線制御信号等は無線ブリッジ２８で受信され、コントローラ（Ｐ２Ｐ）１４に入力される。コントローラ（Ｐ２Ｐ）１４は無線センサ１６や無線IOに無線ブリッジを経由して指示し、有線でドライバ２６を通じてモータ２２等を駆動制御する。図２では無線通信は点線（…）で、有線通信は実線（―）で示す。作業単位１０内に複数の無線センサ１６が配備されている場合、無線センサ１６から無線ブリッジ２８には１：ｎ無線通信されるが、無線ブリッジ２８は無線センサ１６に対して無線ハブや周波数チャンネル切り替え等でＰ２Ｐ通信を実現するので、この例では無線センサ１６と無線ブリッジ２８とはインフラストラクチャモードによるＶＰＷＬ通信である。もちろん、上記は一例であり、センサ等の入力機器や表示装置等の出力機器は必要に応じて無線、有線を用いるとよく、また、有線が適さないで費用もかかるセンサや入出力機器はインフラストラクチャモード、アドホックモードのいずれのモードによる無線を適宜に用いることができる。また、作業単位１０間は図２では一部に二重点線で示し、図３でも二重点線で示すようにメッシュ型無線（Ｎ：Ｍ通信）を用いることができるが、この場合も、任意の作業単位１０からは他の複数の作業単位１０とは１：ｎの関係であるが、他の複数の作業単位１０の中から１つの作業単位１０とのＰ２Ｐ無線通信を行うＶＰＷＬ通信することができる。
【００２５】
また、作業単位１０間では、パラレル通信、シリアル通信、デバイスネット、ＣＣ−Ｌｉｎｋ（ISO規格参照）、等を用いることが出来る。
【００２６】
図４に工程単位階層４を構成する複数の工程単位１２の中の任意１つの工程単位１２におけるＶＰＷＬ方式の通信例を示す。１０ａは加工機械により加工を行う作業単位であり、１０ｂは搬入機械により搬入を行う作業単位であり、１０ｃは搬出機械により搬出を行う作業単位であり、１０ｄは在庫装置により入出庫する作業単位である。そしてこの工程単位１２での通信例は、上記作業単位１０ａ−１０ｄそれぞれが備えるコントローラ（Ｐ２Ｐ）１４内の無線ブリッジ２８と工程単位１２内のコントローラ３０が備える無線ブリッジ３２とＰ２Ｐ（ピア・ツウ・ピア）方式のＶＰＷＬ通信を行う。
【００２７】
また、工程単位１２がコントローラ（Ｐ２Ｐ）１４を備えない場合、図５で示すように工程単位１２内の無線センサ１６が工程単位１２内のコントローラ３０が備える無線ブリッジ３２とＰ２Ｐ（ピア・ツウ・ピア）方式のＶＰＷＬ通信を行うようにしてもよい。
【００２８】
工程単位１２間は図６で示すようにそれぞれのコントローラ３０が備える無線ブリッジ３２により、メッシュ型のＰ２Ｐ（ピア・ツウ・ピア）方式のＶＰＷＬ通信を行うようにしてもよい。また、工程単位１２間では、パラレル通信、シリアル通信、デバイスネット、ＣＣ−Ｌｉｎｋ、などを用いることができる。
【００２９】
図７に製造単位階層６において複数の工程単位１２との通信例を示す。工程単位１２はそれぞれ無線ブリッジ３２を備え、これら無線ブリッジ３２間では互いにメッシュ型無線通信を行うと共に、工程単位１２それぞれの無線ブリッジ３２と製造単位階層６の工場サーバ３４との間でメッシュ型無線通信を行う。この製造単位階層６でも各工程単位１２間、工程単位１２と工場サーバ３４との間でＶＰＷＬ方式の通信を行う。そして、製造単位階層６全体では、社内のイントラネット３６と有線または無線通信を行う。この場合もまた、工程単位１２間では、パラレル通信、シリアル通信、デバイスネット、ＣＣ−Ｌｉｎｋ、さらにＰｒｏｆｉＢｕｓ、ＦＬ−ｎｅｔ、工業用イーサネット（登録商標）等を用いることが出来る。このイントラネット３６はイーサネット（登録商標）やファイヤーワイヤ（ＩＳＯ１３９４）等を用いることができる。
【００３０】
図８に作業単位階層２において無線センサ１６と無線ブリッジ２８とを漏洩同軸ケーブル３８を用いたＰ２Ｐ（ピア・ツウ・ピア）方式のＶＰＷＬ通信例を示す。点線（…）で無線センサ１６と無線ブリッジ２８とは、空間４０、漏洩同軸ケーブル３８を通じて無線通信されることを示す。漏洩同軸ケーブル３８内においてもデータや信号等はＴＥＭモード（Transvers Electro Magnetic Mode）で無線通信される。
【００３１】
図９に専用チップ化されアンテナ内蔵の無線センサ１６と、放射電界強度、周波数、環境、等によって定められる特定位置および形状の網線部に開けられたスロットがアンテナとして機能する漏洩同軸ケーブル３８とを示し、これらの周辺筐体、機構、衝立等はシールド塗料等で電磁シールド３７されている。代表的な例として、トンネル内のＦＭ放送や列車無線などのアンテナ兼無線伝送路として利用されている。３８ａは受信アンテナスロット、３８ｂは無線受信アンテナを示す。４３は無線コントローラないし無線センサコントローラであり、送信アンテナ３８ｂとインピーダンスマッチングして接続されデータ等を送受信することができるようになっている。
【００３２】
漏洩同軸ケーブル３８はスロット長を電波の１／４波長の整数倍にするとそのスロットから発射される電波は指向性を持っている。漏洩同軸ケーブル３８は適切なスロットを設けることで、必要最低限の漏洩且つ必要充分な伝送機能４１がえられ、ＶＰＷＬ通信を実現できる。
【００３３】
無線センサ１６と無線ブリッジ２８は漏洩同軸ケーブル３８で直接接続してもよいが、無線センサ１６と漏洩同軸ケーブル３８を直接接続できない場合は空間４０が介在している。この空間４０が近距離の場合では無線センサ１６から漏洩同軸ケーブル３８は電磁誘導によりデータ等を無線通信することができる。この電磁誘導の場合、無線センサ１６からの無線信号は距離の２乗で急減衰するから他への漏洩もなく、使用周波数も異なる。したがって無線センサ１６からの無線信号は空間があっても上記漏洩同軸ケーブル３８から無線ブリッジ２８にＰ２Ｐ（ピア・ツウ・ピア）方式での無線通信となる。また電磁誘導方式は無線での電力供給が容易にできるという特長もある。また、無線ブリッジ２８には同じく図８で示すように複数の無線センサ１６からの無線信号が入力され、無線ブリッジ２８側からはｎ：１無線通信なるが、無線センサ１６側からは１：１無線通信となり、Ｐ２Ｐ（ピア・ツウ・ピア）方式のＶＰＷＬ通信となる。上記空間４０はターゲットの電波伝送路以外は、機構部、衝立などに電磁吸収効果のある塗料やシートで電磁シールドすることが好ましい。あるいは空間４０だけでなく無線センサ１６が備えるアンテナから漏洩同軸ケーブル３８に至る伝送路への電磁シールドは効果がある。無線センサ１６と漏洩同軸ケーブル３８との間、漏洩同軸ケーブル３８と無線ブリッジ２８との間ではインピーダンスマッチングさせることが好ましい。漏洩同軸ケーブル３８を用いると、データや信号等の漏洩や混信が防止され、また、必要最低限の電波出力で伝送できるので、バッテリタイプの無線センサ１６では省電力を図ることができて好ましい。
【００３４】
図１０では発信側（センサ／ＩＯ）４５と受信側（漏洩同軸ケーブルとの接続部など）４７との電磁誘導送受信部４９，５１による漏洩同軸ケーブル接続の構築例を示す。図１０では電波の減衰は距離に反比例であり、電磁誘導の減衰は距離の２乗に反比例であるので、圧倒的に電磁誘導通信（非接触通信という）が減衰する。現実に非接触通信は数ｍｍから数１０ｍｍでの通信である。減衰が激しいので短距離通信になるが漏洩や混信には強く、ＶＰＷＬ通信の高信頼性通信にも適している。電磁誘導はＬ（インダクタンス）によるトランス結合での伝搬の場合、信号だけではなく、相当程度の電力を供給できる。移動体に設置されたセンサ／ＩＯの電力供給もできる。１３．５６ＭＨｚはＳＵＩＣＡなどのマネーカードやＲＦＩＤに、１３５ＫＨｚは給油システムや工場内通信にもちいられている。多くの関連（応用、システム）特許がある。本ＶＰＷＬは、絶対ＩＤ化、暗号化等の最新のソフトウエア技術を取り込んだシステム（例：非接触センサ〜電磁誘導〜漏洩同軸ケーブル〜コントローラ）である。
【００３５】
図１１に作業単位階層２における作業単位１０での通信例を示す。図１１（ａ）の作業単位１０内では機械等８に１つの無線センサ１６とコントローラ（Ｐ２Ｐ）１４内の無線ブリッジ２８との間での通信例、図１１（ｂ）に複数のインフラストラクチャモード無線センサ１６とコントローラ（Ｐ２Ｐ）１４内の無線ブリッジ２８との通信例、図１１（ｃ）にアドホックモードの複数の無線センサ１６とコントローラ（Ｐ２Ｐ）１４内の無線ブリッジ２８との間の通信例を示す。いずれもＶＰＷＬ方式の通信例を示す。
【００３６】
図１２に無線センサ１６の構成例を示す。無線センサ１６は、ＣＰＵバス４０を備える。このＣＰＵバス４０に、ＣＰＵ（ＲＯＭ，ＲＡＭ等を含む）４２、専用送受信専用ＬＳＩ４４、汎用ＩＯドライバ４６、一次バッテリ４８、外部電源供給部５０、各種センサインターフェース５２がＣＰＵバス接続されている。外部電源供給部５０にソーラセル等の外部電源５４、各種センサインターフェース５２に各種センサヘッド５６、汎用ＩＯドライバ４６に各種ＩＯ、スイッチ等５８が接続されている。専用送受信専用ＬＳＩ４４は送受信制御回路６０、送信回路６２、受信回路６４を備える。また、ＳＷとＬＥＤ６６はモード切換等のスイッチや運転状態の表示部を構成し、ＣＰＵ４２により制御されるようになっている。
【００３７】
ＣＰＵ４２内のＲＯＭは、送受信専用ＬＳＩ４４の送受信制御回路６０の動作およびコントローラ（Ｐ２Ｐ）１４の無線ブリッジ２８との接続および無線モード、周波数等の切り替えおよびＳＷとＬＥＤ６６制御などのプログラムを記憶しており、このプログラムに従い、ＣＰＵ４２は、送受信専用ＬＳＩ４４の送受信動作およびセンサドライブ、入出力ドライブなどを制御する。
【００３８】
センサインターフェース５２は、１つまたは複数のセンサヘッド５６を制御し、の検出信号をＣＰＵ４２で認識し、入力させるインタ−フェースである。
【００３９】
実施の形態のＶＰＷＬ通信の電波は、特定小電力無線、Ｚｉｇｂｅｅ無線、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ無線、ＵＷＢ（ウルトラワイドバンド）、無線ＬＡＮ（ＩＥＥＥ８０２．１１）等の広範囲をカバーする無線通信である。
【００４０】
なお、メッシュ型無線通信ではＰ２Ｐ無線通信を確立するために送信データ等の送受信に認証機能や否認防止機能のある暗号ロジックを合わせて用いることが好ましく、例えば図１３で示すように、ワンタイムパスワード方式の暗号認証子を用いることができる。図１３では、無線センサ１６等の入出力機器や工場サーバ３４等の通信源７０から無線ブリッジ２８や他の工場サーバ２４等の通信先７２にデータや制御信号を平文でＶＰＷＬ通信を行うと共に、その平文をハッシュ処理や乱数処理部７４で処理すると共に暗号化部７６で暗号化し、ワンタイムパスワード方式の暗号認証子（タグ）としてメッセージを復号化部７８で復号すると共に、タグ一致判定回路部８０で一致であればＧＯとしてメッセージを受理し、一致しなければＮＧとしてメッセージを不受理する。この場合、タグ一致判定回路部８０では上記判定のためハッシュ処理や乱数処理部８２で平文の処理出力を入力する。
【００４１】
また、さらに高信頼度のＰ２Ｐ伝送やＶＰＷＬシステムの無線ノード数が増大する場合、ＩＰｖ６規格準拠によるアドレス体系やＴＤＤ（時分割複信）等のソフトウエアを合わせて用いることにより高信頼度のＶＰＷＬ通信を構築することができる。さらに、各単位階層間を無線ブリッジ２８でＶＰＷＬ通信を構築したが、ゲートウエイやハブなどでＶＰＷＬ通信を構築することもできる。実施の形態では工場を３階層化したが、１階層、あるいは２階層でも実施することができる。さらに、作業単位１０では漏洩同軸ケーブル３８を用いたが、その他の各種の指向性アンテナ、ＰＬＣ（電力線搬送通信）等を用いることができる。
【００４２】
以上説明した実施の形態の通信システムでは、工場内のデータや制御信号等の送受信にＶＰＷＬ方式により通信するシステムであるので、有線配線を必要としないため、配線敷設がコストが削減され、有線配線が困難な回転等の移動体上のセンサや入出力機器との接続、また、製造目的に合わせた機械や設備等の配置変更等も容易、安価に行うことができる等の利点は勿論のこと、盗聴、混信、等もなく、通信上の高安全性、高信頼性のＰ２Ｐ通信を確保することができ、製品製造工場での製品製造上の自由度、精度や効率等を飛躍的に高めることができる。特に、有線前提の通信システム構成がＦＡ（ファクトリオートメーション）に耐え得るＶＰＷＬ通信を積極的に構成に加わることにより有線では実現が困難であった加工、組立て、検査等の工程の機能向上可能な次世代ＦＡシステムを構築することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１は本発明の実施の形態に係る通信システムが適用される工場の階層構成を示す図である。
【図２】図２は作業単位階層における作業単位内のＶＰＷＬ通信システム例を示す図である。
【図３】図３は作業単位間のメッシュ型無線通信例を示す図である。
【図４】図４は工程単位階層における工程単位内のＶＰＷＬ通信システム例を示す図である。
【図５】図５は工程単位階層における工程単位内の他のＶＰＷＬ通信システム例を示す図である。
【図６】図６は工程単位間のメッシュ型無線通信例を示す図である。
【図７】図７は製造単位階層におけるＶＰＷＬ通信システム例を示す図である。
【図８】図８は作業単位内の無線センサと無線ブリッジとの通信システム例を示す図である。
【図９】図９は無線センサと漏洩同軸ケーブルと無線コントローラとの接続を示す図である。
【図１０】図１０は発信側と受信側との電磁誘導送受信部によるＶＰＷＬ構築を示す図である。
【図１１】図１１は作業単位における無線センサと無線ブリッジとの各種通信システム例を示す図である。
【図１２】図１２は、無線センサの構成例を示す図である。
【図１３】図１３は、ＶＰＷＬ通信のデータ（メッセージ）をワンタイムパスワード方式の認証子とともに伝送するシステム例を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１ 工場
２ 作業単位階層
４ 工程単位階層
６ 製造単位階層
８ 機械等
１０ 作業単位
１２ 工程単位
１４ コントローラ（Ｐ２Ｐ）
１６ 無線センサ
１８ 有線センサ
２０ エンコーダ
２２ モータ
２８ 無線ブリッジ
３０ コントローラ
３２ 無線ブリッジ
３４ 工場サーバ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工場内における製品製造のための通信システムにおいて、
当該工場を、機械や装置（機械等という）を用いて製品製造のために行われる加工、搬送、組立等の複数種の作業のいずれか１つないしは複数の組み合わせを１つの作業単位としこれら作業単位個々からなる作業単位階層と、１つないし複数の作業単位により行われる１つの工程ないしは複数の工程の組み合わせを１つの工程単位としこれら工程単位個々からなる工程単位階層と、上記工程単位階層すべてを含めて製品を製造する製造単位階層と、の３階層で階層化し、任意の単位階層と他の単位階層との間、単位階層内部、および機械等内部でのデータや制御信号等の送受信にはその少なくとも一部にＰ２Ｐ（ピア・ツウ・ピア）方式の無線通信を構築した、ことを特徴とする通信システム。
【請求項２】
各単位階層内部で３以上の無線ノード間の無線通信が存在する場合では、これらの無線ノード間では、メッシュ型無線でＰ２Ｐ（ピア・ツウ・ピア）方式の無線通信を行う、ことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
【請求項３】
上記作業単位階層では、機械等をシーケンス制御するシーケンサ等のコントローラと、このコントローラに機械等やワークの状態を入力する入力機器と、コントローラからの制御信号やデータに応答して機械等を制御する出力機器とを含み、少なくとも一部の入出力機器とコントローラとの間では、無線ノードとして、Ｐ２Ｐ（ピア・ツウ・ピア）方式で無線通信する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の通信システム。
【請求項４】
上記少なくとも一部の入出力機器が無線センサおよび無線入出力である、ことを特徴とする請求項３に記載の通信システム。
【請求項５】
上記Ｐ２Ｐ（ピア・ツウ・ピア）方式の無線通信のために電波指向性アンテナ機能を含むアンテナ機能および漏洩防止機能を兼ね備えた漏洩同軸ケーブルを用いたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の通信システム。
【請求項１】
工場内における製品製造のための通信システムにおいて、
当該工場を、機械や装置（機械等という）を用いて製品製造のために行われる加工、搬送、組立等の複数種の作業のいずれか１つないしは複数の組み合わせを１つの作業単位としこれら作業単位個々からなる作業単位階層と、１つないし複数の作業単位により行われる１つの工程ないしは複数の工程の組み合わせを１つの工程単位としこれら工程単位個々からなる工程単位階層と、上記工程単位階層すべてを含めて製品を製造する製造単位階層と、の３階層で階層化し、任意の単位階層と他の単位階層との間、単位階層内部、および機械等内部でのデータや制御信号等の送受信にはその少なくとも一部にＰ２Ｐ（ピア・ツウ・ピア）方式の無線通信を構築した、ことを特徴とする通信システム。
【請求項２】
各単位階層内部で３以上の無線ノード間の無線通信が存在する場合では、これらの無線ノード間では、メッシュ型無線でＰ２Ｐ（ピア・ツウ・ピア）方式の無線通信を行う、ことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
【請求項３】
上記作業単位階層では、機械等をシーケンス制御するシーケンサ等のコントローラと、このコントローラに機械等やワークの状態を入力する入力機器と、コントローラからの制御信号やデータに応答して機械等を制御する出力機器とを含み、少なくとも一部の入出力機器とコントローラとの間では、無線ノードとして、Ｐ２Ｐ（ピア・ツウ・ピア）方式で無線通信する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の通信システム。
【請求項４】
上記少なくとも一部の入出力機器が無線センサおよび無線入出力である、ことを特徴とする請求項３に記載の通信システム。
【請求項５】
上記Ｐ２Ｐ（ピア・ツウ・ピア）方式の無線通信のために電波指向性アンテナ機能を含むアンテナ機能および漏洩防止機能を兼ね備えた漏洩同軸ケーブルを用いたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の通信システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００８−２８２１８８（Ｐ２００８−２８２１８８Ａ）
【公開日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１２５２２５（Ｐ２００７−１２５２２５）
【出願日】平成１９年５月１０日（２００７．５．１０）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＺＩＧＢＥＥ
２．Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ
【出願人】（０００１６７２８８）光洋電子工業株式会社 (354)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月１０日（２００７．５．１０）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＺＩＧＢＥＥ
２．Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ
【出願人】（０００１６７２８８）光洋電子工業株式会社 (354)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]