「リモートI/Oの無線化 〜RS-485通信編〜」

通信距離は、見通し最長800mですが、同ユニット(WS-Z6000A)を中継器として使用することで、1km以上の通信も可能です（※2）。

neoMOTEは無線端末同士で経路を自動検出して中継するマルチホップ・メッシュネットワークを採用しています。そのため、親機と子機の間に障害物があり通信出来ない場合でも、中継器を設置することで通信を行うことが可能になります。また、neoMOTEのメンテナンスツール(EasyManager)を利用することで、動作状況やネットワーク状態を簡易的に監視することができるため、中継器含め初期設置が比較的容易にできます。

図1. 無線ネットワーク監視画面(EasyManager)

neoMOTEはModbusプロトコルに対応しています。Modbusプロトコルは近年ではFA用電子機器を接続する最も一般的な手段となっており、PLCでも簡単に実装できるようになりつつあります。Modbusプロトコルについては、ソフテックだより第133号「PLCでModbus通信 〜横河電機社製での実装例〜」でもご紹介していますので、こちらをご参照願います。

シリアルポートを使用したModbus通信にはModbus RTUとModbus ASCIIがありますが、neoMOTEはどちらも対応しており、付属の設定ツールで簡単にユニットに設定を書き込むことが可能です。そのため、Modbusプロトコルに対応した機器であれば、neoMOTEを使用することで、基本的に接続を無線化することが可能です。

また、子機側にもWS-Z6000Aを設置して通信する”RS-485無線化型”の場合は、RS-485で受信したメッセージを無線化して転送する透過通信が可能となっており、Modbusプロトコルに限らず、使用する機器の通信プロトコルに合わせて自由に通信することが可能です。

1台の親機に対して、最大100ノードの子機を接続できます。つまり、同一ネットワーク内に100ノードまで接続することが可能です。また、使用する周波数帯を本体のロータリースイッチで計28チャンネルから選択する事ができます。200kHz毎に連続した周波数帯が割り振られているため、同じ建物内で実際に28チャンネル全て使用することは難しいですが、1系統100台のネットワークを複数持つことが可能です。

本機器は無線通信の欠点である通信速度の遅さをカバーするため、同シリーズのセンサノードであれば、無線化ユニット親機側でノード毎に最新データをバッファリングする仕様となっています。

具体的には、1分周期で専用ノードから無線化ユニット親機に対して最新データを送信し、親機側はそのデータをバッファリングします。そのため、マスタが要求を出してから応答が返ってくるまでの時間は、マスタとユニット親機間のRS-485通信にかかる分だけとなります。

図3. 応答速度イメージ(センサノード型)

ただし、応答速度が速いという反面、データ更新周期が1分間のため、データにリアルタイム性が求められる場合は注意が必要です。

スレーブからのデータを親機が最後に受信してから経過した時間[分単位]を取得できるため、親機とノードの間で通信異常が発生した場合にも問題無く検知することが可能です。
なお、センサノードを使用する場合の通信プロトコルはModbus RTUとなります。

RS-485無線化ユニット(WS-Z6000A)に電力量計などを接続したRS-485無線化型の場合は、センサノード型とは異なり、親機側でバッファリングはせず、マスタから要求電文を出してから、機器のデータを読み出すという流れになるため、センサノード型よりも応答速度は遅くなります。逆に、要求電文を出してから読み出すため、データのリアルタイム性はセンサノード型よりも高くなります。

図4. 応答速度イメージ(RS-485無線化型)

センサノード型は、親機がデータをバッファリングするため、マスタからスレーブへの要求に対して応答が返ってきますが、4.1 の通り、親機側でスレーブからのデータを親機が最後に受信してから経過した時間を取得できるため、問題無く無線通信異常を検知することが可能です。

RS-485無線化型の場合は、センサノード型とは異なり、マスタからスレーブへの要求に対して応答が返ってこないため、マスタ側は受信待ちタイムアウトにより通信異常を検知することが可能です。

今回はリモートI/Oの無線化ということで、”入力”だけでなく”出力”も無線化することができます。
”入力”を取得できないことがシステムに直接影響を及ぼすことは比較的少ないと思いますが、通信異常により”出力”ができないと直接影響を及ぼす場合が多く、より安全面を考慮して対処する必要があります。

しかし、より安全サイドに寄せるとしても最低限の制御はしたいという場合もあり、今回は、スレーブ側リモートI/O機器をPLCとすることで、万が一通信異常が発生した場合でも、単純に出力OFFとするだけでなく、通信異常後は前回状態を保持してn分経過後に出力OFFなど、スレーブ側PLCでいくつか処理を組むことで実現しました。
なお、スレーブ側PLCが通信異常を検知する方法は、マスタからスレーブへカウンタ値を送信し、スレーブ側はそのカウンタ値が一定時間変化しなければ通信異常と判定する仕組みとしています。

また、5.2 RS-485無線化型(入力)と同様に、マスタ側はスレーブからの無応答により通信異常を検知することが可能です。