豊中計装株式会社

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ユニバーサルライン 技術資料

ユニバーサルラインは多重伝送を利用したシステムで、概念的には2芯のケーブルが256芯のケーブルのかわりをするものです。総延長10Km以上に渡り、どのような配線種別、配線方法、分岐でも使用できる伝送方法です。

ノイズや温度等、過酷な環境の試験をクリアしたユニバーサルラインのイメージ画像
ユニバーサルライン伝送仕様
伝送方式 正負時分割多重伝送 双方向ブロードキャスト
処理速度 256IO処理/0.5秒
伝送遅延 32点/0.07秒 64点/0.13秒 128点/0.25秒 256点/0.5秒
伝送ビット 標準 256BIT/1スキャン 4回線増設時1024BIT/0.5秒
伝送距離 線径,構成により異なり直線で1Km~12Km 分岐自由なので総延長では更に長距離が可能
伝送内容 接点信号、パルス、アナログ

▼詳細は下記をクリックしてご覧ください▼

伝送システム・ユニバーサルラインの信頼性

LANとユニバーサルラインの相性試験

電線の太さと伝送距離

電線の種類と分岐方法

高ノイズ環境の施工例

ノイズ試験1

ノイズ試験2

温度試験

▲温度、ノイズ、電線種別、サージ等各種の過酷な使用状況での試験をクリアしています。▲

時分割多重伝送について

時分割多重伝送のイメージ画像

ユニバーサルラインは1対の電線を使用して時分割で複数の接点信号を双方向でやり取りするシンプルな伝送です。

左図の中央の2本の電線を利用して時間ごとに切り換えて複数の接点信号の伝送を行います。信号は切替SW1とSW2を同じ時間で同期して切替えて複数の信号を2本の線で送ります。実際には256点の個別の接点信号を2mS間隔で切り換えて伝送しています。

これは電気のスピードで言うと非常に遅いスピードです。現在よく使用するLANの約1/2万ですが、そのかわり2万倍も信号幅が広い伝送です。このため若干の伝送遅延がありますがノイズに強くて安定した信号の伝送が可能になります。

伝送点数 遅延時間
32点 0.07秒
64点 0.13秒
128点 0.25秒
256点 0.5秒

このような伝送方式のため従来の通信とは異なり、電線の種別や配線の分岐方法に制限の無い長距離伝送が可能となります。若干の遅延が問題にならない用途であれば監視、管理、計測系の用途で使用できます。増設、追加工事を考えると大幅なコストダウンが可能です。

信号幅が広いので確実に長距離の多重伝送が可能です。複雑な通信プロトコルは何もありません。オシロで信号を見ると右図のような波形を見ることができます。

伝送システムの信頼性についてはこちら

上の図はイメージ図です。実際の伝送には信号ON/OFFの途切れはありません。シーケンサのCC-Link等とほぼ同じ時分割のの多重伝送方式です。

異なる点
■CC-Link等よりもややスピードが遅くノイズに強い
■どのようなケーブルや電線でも伝送として使用できる
■長距離の伝送が可能で分岐箇所や分岐方法が無制限

高ノイズ環境の施工例はこちら

時分割多重伝送のイメージ
伝送クロック波形のアニメーション

ユニバーサルライン・特許

  • 特許第2117602号 信号送出回路
  • 特許第5120579号 直流電力供給を伴う信号伝送回路
  • 特許第5939698号 アナログデジタル信号混合伝送装置
  • 特許第6427700号 信号伝送アシスト装置
  • アメリカ特許US 10,027,406,B2 A/D SIGMAL MIXING TRANSMISSION DEVICE
  • 中国特許 申告番号 201680030831.0 多路高精度模拟量の収集回路

リセット期間を基準に伝送ライン上の各ユニットが同期します。各ユニットのアドレスはリセット期間からの時間的位置でその瞬間のデータ内容をマイナス電位でライン上の他のユニットに伝送します。このためN:Nの通信が可能になります。アナログ伝送も同様ではA/D変換した2進数の1、0の状態をその時間位置に複数並べて伝送します。

ユニバーサルラインのシステム構築方法

使用する電線と配線方法

アドレスについて

システムチェックについて

どのような配線でも接続方法でも使用でき、総延長5~10㎞の長距離伝送が2芯で可能です。

電線の太さと伝送距離はこちら

電線の種類と分岐方法はこちら

伝送+と電力供給機能について

省配線を目的とするユニバーサルラインは端末側サブユニットに電力を送ることができます。伝送のクロックはパワフルなDC24Vの電源をON/OFFしたようなもので、伝送端末は整流平滑して自身の電源として使用できる2線式の伝送システムになります。このパワフルさ(低インピーダンス)がノイズに強い要因のひとつです。

50%DutyでのON/OFFをすることにより、端末機器側での整流、平滑後の電圧は約12Vとなります。この電圧で端末機器を駆動しています。

2線式伝送は現場側の電源が不要で便利ですが、若干消費電流が多いので多用する場合は外部電源供給タイプをご使用になるか太目の電線をお使い下さい。
例)2sqでの伝送距離 1点入力AD1を50台で7.5Km

▼伝送ラインの電力を利用する2線式伝送サブユニット▼

1点入力ユニット AD1
4点入力ユニット AD1-4
1点出力ユニット AD-2
1点パルス積算ユニット AD-3
1点時間積算ユニット AD-4
1点伝送高速入力ユニット AD-6A/6B
水道メータ検針積算ユニット AD-9
伝送ラインチェックユニット AD-12
1点アナログ入力ユニット AD1AD
2点アナログ入力ユニット AD2AD

データの伝送について

伝送主基板について

伝送主基板を内臓した伝送親局ユニットを基本としてシステムを構成します。伝送主基板は伝送クロック生成の他に伝送ラインの送受信インターフェース、シリアル⇔パラレル変換等の機能を兼ね備えています。

伝送主基板ULP03(伝送用電源)を2本の電線に接続するだけで多重伝送が可能になります。電池に相当するものがULP03です。伝送ユニットに電源を送る機能と切替の動機を取る機能と双方向に接点信号を送る機能を矩形派で電力を供給することで可能にしています。ノイズに強いのでどのような電線でも多重伝送が可能になります。

基板ULP03を内蔵した伝送親局と呼ばれるユニットはパラレルI/OやシリアルI/Oの組み合わせで各種あります。また、これに接続する接点用、アナログ用、パルス用のユニットや基板が各種あります。

伝送の基本は接点信号です。アナログやパルスのデータは2進法の重み(1,2,4,8,16・・・)を付けて接点のアドレス位置に並べてデータを伝送します。
簡単な接点ユニットでアナログ信号のデータのアドレスに合せると警報設定器として出力することもできます。

また、アナログデータが接点信号でパラレルに取り出せるのでシーケンサの汎用入力で取込み温度、圧力等のデータを測定することも可能です。

伝送主基板はこの他にRS232CやLANのインターフェースを内臓したタイプもあります。

信号の伝送方法について

伝送基盤(伝送用基板)に12Vを供給することで2本の線が時分割伝送の多重伝送として使用できます。同一アドレスであれば信号のやりとりができます。通信方法は不特定多数の相手に向かってデータを送信するブロードキャストのような方法なので同一アドレスのデータを複数箇所から入力(PR動作)したり、複数箇所に出力することが自由にできます。あたかも256本の電線を必要な場所で分岐しているようなイメージです。

伝送ラインの増設について

伝送システムで256点以上のI/Oを使用する場合は通信基盤(CIF03)から増設用コネクターで伝送主基板(ULP03)を増設します。RS232C側の処理速度にもよりますがライン1と同期をとった増設なので1024点のサンプリングも0.5秒です。伝送らいんの増設はCIF03からのコネクター(増設時標準装備)を増設のULP03の差し込み、ジャンパーピンを設定することで可能になります。ソフトの変更などは特に必要ありません。アドレスが257~1024まで増えます。

多点データの伝送について

アナログ信号をA/D変換して伝送したり積算データをバイナリで伝送すると、1つの信号で多くのビットデータを必要とします。多点の計測の場合すぐに256BITをオーバーします。そのためこれらの信号伝送はパソコンに主導権を持たせた会話方式(ポーリング)を行うことで、多数(最大250ユニット×8=2,000点) のデータ収集を可能にしています。

アナログユニットのデータの取り出しの手順

アナログ信号の伝送方法

アナログ信号の取込みは伝送ラインに接続されているアナログ入力ユニットの番号をパソコンやデジタルスイッチでBit指定することにより指定されたユニットが応答します。各ユニットが選択されている期間中は8CHのアナログデータをそれぞれ12bitのデジタルデータに変換して伝送ライン上に送出します。このアナログデータは伝送ライン上のどこからでも何か所からでも同時に読み取ることができます。スキャン(0.5秒)で8点のアナログ測定、1分間に960か所のサンプリングが可能です。(伝送クロックを128に制限して約2倍のスピードでサンプリングする方法もあります。)

パルス信号の伝送方法

パルス信号の取込みはアナログ信号とほぼ同じ方法でサンプリングをしています。伝送ラインに接続されている伝送カウンター(AD3)のスキャン順の番号をパソコンより8Bitで指定することにより指定されたカウンターが応答します。各カウンターが選択されている期間中は24bitの積算データをそのまま伝送ライン上に送出します。

この積算データを伝送ライン上のパソコンが読み取り、順次切替えながら収集します。この伝送カウンター内にある積算データはパソコンからクリアしたり任意のデータを個別にプリセットできますので、既設のメータ指示値に合わせて運用集計することができます。伝送カウンタの積算値は不揮発メモリに書かれるので停電でも記憶しています。

伝送カウンタは50,000パルス/KWHの電力パルスにも対応させているため、伝送ラインほどノイズに強くないので通常の弱電線の感覚で配線して下さい。

パルス信号の伝送方法の配線イメージ図

ユニバーサルライン・特許

  • 特許第2117602号 信号送出回路
  • 特許第5120579号 直流電力供給を伴う信号伝送回路
  • 特許第5939698号 アナログデジタル信号混合伝送装置
  • 特許第6427700号 信号伝送アシスト装置
  • アメリカ特許US 10,027,406,B2 A/D SIGMAL MIXING TRANSMISSION DEVICE

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