JP6939085B2 - 通信装置、および通信システム - Google Patents

Description

本発明は、電気機器から受信するデータ信号を、当該電気機器の動作を制御する動作信号に重畳された重畳信号として受信する通信装置に関する。

従来、検出情報に加えて通信データの送受信を行う３線式の電気機器（センサ等）があった。このような電気機器は、電源の供給および信号の入出力のために、電源線２本と信号線１本とを少なくとも必要とした。３線式の通信方法の１つに、IO-Link（登録商標）がある。非特許文献１はIO-Linkの仕様書である。

"IO-Link Interface and System Specification"、version 1.1.2、July 2013、IO-Link Community、Order No:10.002、4 Overview of SDCI、p32-p37

しかしながら、非特許文献１の技術では、配線数が多くなるという問題がある。また、非特許文献１の技術では、例えば、センサの検出信号をセンサが通信データに変換して外部に送信する。それゆえ、変換処理ならびに通信遅延時間のために、外部機器が検出信号を認識するまでの時間が長くなる、または、センサおよび外部機器の回路構成が複雑になるという問題がある。

本発明の発明者は、前記の問題に対して、センサから受信するデータ信号を、当該センサから出力される動作信号、または当該センサに入力される動作信号に重畳させた重畳信号として受信する通信装置を新たに開発した。しかしながら、このような通信装置およびセンサが用いる通信方法は、従来の通信方法とは異なり、センサに対する入出力電圧の変動が通信に影響を与える。例えばセンサが有するスイッチの切り替えなどによって入出力電圧の変動が生じると、動作信号の値が遷移する。この、動作信号の値の遷移期間中、通信装置は通信エラーを検知する。すなわち、センサが自身の入出力電圧を変動させて状態遷移を行う場合、当該の状態遷移が正常な動作であっても、通信装置は通信エラーを検知することになる。このとき、重畳信号を用いて電気機器と通信する通信装置は、電気機器における遷移期間中に検出した通信エラーを、配線の断線による通信エラーや外乱ノイズの影響による通信エラーなどと区別することが困難である。

本発明の一態様は、前記の問題を解決することを目的とし、重畳信号を用いて電気機器と通信する通信装置において、通信状態の異常による通信エラーを検知することができる、利便性に優れた通信装置を提供することを目的とする。

前記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る通信装置は、電気機器と互いに通信可能な通信装置であって、前記電気機器に関するデータ信号を、当該電気機器から出力される動作信号、または当該電気機器に入力される動作信号に重畳させた重畳信号として受信する重畳信号受信部と、前記重畳信号受信部にて検知した前記データ信号の通信エラーが、前記動作信号の値の遷移期間に生じたとみなせるか否かを判定する期間判定部と、前記期間判定部の判定に応じて、前記電気機器との間の通信状態を判定する状態判定部と、を備えている構成である。

本発明の一態様に係る通信装置において、前記期間判定部が、連続して通信エラーを検知したときの継続時間に応じて、前記通信エラーが前記遷移期間に生じたとみなせるか否かを判定する構成としてもよい。

本発明の一態様に係る通信装置において、前記期間判定部は、前記継続時間が所定の第１閾値以内である場合に、前記通信エラーが前記遷移期間に生じたとみなし、前記状態判定部は、前記期間判定部によって前記通信エラーが前記遷移期間に生じたとみなされた場合に、前記電気機器との間の通信状態に問題が生じていないと判定する構成としてもよい。

本発明の一態様に係る通信装置において、前記期間判定部は、前記継続時間が前記第１閾値より大きい場合に、前記通信エラーが前記遷移期間以外の期間で生じたとみなし、前記状態判定部は、前記期間判定部によって前記通信エラーが前記遷移期間以外に生じたとみなされた場合に、前記電気機器との間の通信状態に問題が生じている可能性があると判定する構成としてもよい。

本発明の一態様に係る通信装置において、前記状態判定部は、前記継続時間が、前記第１閾値よりも大きい第２閾値よりも大きい場合に、前記電気機器との間の通信状態に問題が生じていると判定する構成としてもよい。

本発明の一態様に係る通信装置において、前記遷移期間の開始を検知する遷移期間開始検知部をさらに備えており、前記期間判定部は、前記遷移期間の開始から所定の期間を前記遷移期間とみなし、前記通信エラーが、前記遷移期間に生じたとみなせるか否かを判定し、前記状態判定部は、前記期間判定部によって前記通信エラーが前記遷移期間に生じたとみなされた場合に、前記電気機器との間の通信状態に問題が生じていないと判定する構成としてもよい。

本発明の一態様に係る通信装置において、前記状態判定部は、前記期間判定部によって前記通信エラーが前記遷移期間以外に生じたとみなされた場合に、連続して通信エラーを検知したときの継続時間または検知回数に応じて、前記電気機器との間の通信状態を判定する構成としてもよい。

本発明の一態様に係る通信装置は、前記期間判定部によって前記遷移期間以外の期間であると判定された期間において、通信エラーの発生確率を算出するエラーレート算出部をさらに備えている構成としてもよい。

本発明の一態様に係る通信装置において、前記データ信号のエラーを検出するための誤り制御部をさらに備えており、前記重畳信号受信部は、前記電気機器から同一の前記データ信号を連続して複数回受信し、前記誤り制御部は、連続して複数回受信された前記データ信号が一致した場合は、当該データ信号が正常に受信されたデータ信号であると判定する構成としてもよい。

本発明の一態様に係る通信システムは、電気機器と、前記電気機器と互いに通信可能であり、前記電気機器に関するデータ信号を、当該電気機器から出力される動作信号、または当該電気機器に入力される動作信号に重畳させた重畳信号として受信する通信装置と、を備えており、前記通信装置にて検知した前記データ信号の通信エラーが、前記動作信号の値の遷移期間に生じたとみなせるか否かを判定した結果に応じて、前記電気機器との間の通信状態を判定する構成である。

本発明の一態様によれば、重畳信号を用いて電気機器と通信する通信装置において、通信状態の異常による通信エラーを検知することができる、利便性に優れた通信装置を提供することができるという効果を奏する。

本発明の一態様の通信装置の要部構成の概要を示すブロック図である。 本発明の一態様の通信装置である入力ユニットと電気機器の回路構成を示すブロック図である。 本発明の一態様の制御システムの構成を示すブロック図である。 本発明の一態様の通信装置である出力ユニットと電気機器の回路構成を示すブロック図である。 信号波形の一例を模式的に示す図である。 スイッチの切り替えによる遷移期間の割合を示す模式図である。 本発明の一態様の通信装置が実行する処理の一例を示すフローを示す図である。 本発明の一態様の通信装置の要部構成の概要を示すブロック図である。 本発明の一態様の通信装置が実行する処理の一例を示すフローを示す図である。 本発明の一態様の通信装置の要部構成の概要を示すブロック図である。 本発明の一態様の通信装置が実行する処理の一例を示すフローを示す図である。

〔実施形態１〕
本発明の実施形態１について、図１〜７を用いて以下に説明する。なお、本実施形態では、入力ユニット４および出力ユニット５が通信装置に該当する。また、以下の説明は入力ユニット４と電気機器６および７との間の通信に関するものであるが、出力ユニット５と電気機器８〜１０との間の通信についても同様である。

（入力ユニットの構成）
図１は、本実施形態の通信装置である入力ユニット４の要部構成の一例を示すブロック図である。入力ユニット４は、重畳信号受信部５１、データ信号抽出部５２、期間判定部５３、および状態判定部５４を備えている。

入力ユニット４は受信機器であり、複数の電気機器と互いに通信可能に接続され、各電気機器から重畳信号を受信することができる。ここで重畳信号は、電気機器に関するデータ信号を、当該電気機器から出力される動作信号に重畳させた信号である。図示の例において、入力ユニット４には、電気機器６および７がそれぞれ接続されている。すなわち、入力ユニット４は、電気機器６および７から重畳信号を受信することができる。本実施形態においては、入力ユニット４は、電気機器６および７から重畳信号に含まれるデータ信号を周期的に受信する。なお、データ信号の受信は周期的である必要はない。入力ユニットと電気機器６および７との間の接続は、例えば１対の信号線によってなされている。また、入力ユニット４は、受信した重畳信号からデータ信号を抽出し、重畳信号の送信元である電気機器と自身との間の通信状態を判定し、その結果をコントローラ３へ出力することができる。入力ユニット４は、電気機器６および７、およびコントローラ３を含む複数の機器とともに、図３に示すような通信システム１を構成することができる。電気機器６および７、コントローラ３、および通信システム１の詳細については後述する。

入力ユニット４は、電気機器６および７との間の通信状態について、電気機器６および７と間の通信が通信エラーを検知したとき、当該通信エラーが、電気機器６および７における動作信号の値の遷移期間に生じたものとみなせるか否かを判定することができる。なお、遷移期間以外の期間に検知する通信エラーには、例えば、スイッチの接点が不安定な状態にあるときに瞬断を繰り返すことによる通信エラー、外乱ノイズによる通信エラー、および配線の断線などがある。

重畳信号受信部５１は、入力ユニット４に接続された電気機器から重畳信号を受信することができる。重畳信号受信部５１は、受信した重畳信号について、データ信号抽出部５２へ送信することができる。重畳信号受信部５１は、電気機器との間でデータ信号に関する通信エラーが発生したことを検知すると、通信エラーが発生したことを示す信号を、期間判定部５３へ送信する。

データ信号抽出部５２は、重畳信号受信部５１から受け付けた重畳信号の中からデータ信号を抽出する。入力ユニット４は、抽出されたデータ信号に応じた処理を実行することができる。

期間判定部５３は、重畳信号受信部５１にて検知した通信エラーが、電気機器６および７における動作信号の値の遷移期間に生じたとみなせるか否かを判定することができる。より具体的には、期間判定部５３は、重畳信号受信部５１にて連続して通信エラーを検知したときの継続時間に応じて、一連の通信エラーが電気機器６および７の遷移期間に生じたとみなせるか否かを判定することができる。期間判定部５３は、判定結果を状態判定部５４へ送信することができる。

期間判定部５３は、例えば重畳信号受信部５１が連続して通信エラーを検知したときの継続時間（通信エラー検知継続時間）に応じて、当該通信エラーが遷移期間に生じたとみなせるか否かを判定してもよい。より具体的には、通信エラーを検知したときの継続時間が、所定の第１閾値以内であるときは、当該通信エラーが遷移期間に生じたとみなしてもよい。逆に、継続時間が所定の第１閾値より大きいときは、通信エラーが遷移期間以外の期間で生じたとみなしてもよい。ここで、所定の第１閾値は、どのような方法で設定されてもよい。例えば、所定の第１閾値は、ユーザが手動で設定してもよいし、遷移期間が十分含まれると推定される大き目の値を予め設定してもよい。また、電気機器６および７を構成する製品のラインナップの中で、遷移期間が最も大きな製品の遷移期間の値を適用してもよい。

状態判定部５４は、期間判定部５３から受信した判定結果に応じて、入力ユニット４と電気機器６および７との間の通信状態を判定することができる。状態判定部５４が入力ユニット４と電気機器６および７との間の通信状態を判定する方法の一例については、以下に詳細に説明する。

（入力ユニットと電気機器の回路構成）
図２は、電気機器６と入力ユニット４の回路構成を示すブロック図である。ここでは、電気機器６（リミットスイッチ）と入力ユニット４とを例に挙げて説明する。電気機器６と入力ユニット４とは、１対の信号線２１、２２によって互いに接続されている。信号線２１は、入力ユニット４の第１入力端子３１と、電気機器６の第１端子１１とに接続される。信号線２２は、入力ユニット４の第２入力端子３２と、電気機器６の第２端子１２とに接続される。信号線２１の経路には、電源２０が設けられている。電源２０は、所定の電圧（ここでは２４Ｖ）を発生させる直流電源である。

電気機器６は、第１端子１１、第２端子１２、動作素子１３、電位差発生回路１４、および送信回路１５を備える。送信回路１５は、降圧回路１６、データ生成回路１７、重畳回路１８、および診断回路１９を備える。動作素子１３は、第１端子１１と第２端子１２との間に接続される。電位差発生回路１４は、第１端子１１と第２端子１２との間の通電路において、動作素子１３に対して直列に接続される。第２端子１２の電位は、動作素子１３の状態に応じて変化する。すなわち、第２端子１２は、動作素子１３の状態に応じた出力信号（動作信号）を外部（信号線２２）に出力する。

送信回路１５は、第１端子１１と第２端子１２との間に接続される。送信回路１５は、第１端子１１と第２端子１２との間の電圧を電源として動作する。降圧回路１６は、第１端子１１と第２端子１２との間の電圧を所定の電圧に降圧して、データ生成回路１７に所定の電圧を出力する。データ生成回路１７は、降圧回路１６から印加された電圧によって動作し、入力ユニット４に送信されるべき送信データを生成する。送信データは、例えば、電気機器６に固有の識別子（ＩＤ情報）を含む。データ生成回路１７は、重畳回路１８に送信データを出力する。重畳回路１８は、受け取った送信データを、データ信号として上記出力信号に重畳させる。これにより、送信回路１５は、データ信号を出力信号に重畳させた重畳信号を、第２端子１２から信号線２２に出力する。

診断回路１９は、降圧回路１６から印加された電圧によって動作し、電気機器６の診断情報を表す診断データを生成する。診断回路１９は、電気機器６の素子（例えば動作素子１３）に関するチェック回路を備え、チェック回路の出力が正常か否かに応じて、電気機器６が正常か否かを示す診断データを生成する。診断回路１９は、診断データ（診断情報）をデータ生成回路１７に出力する。データ生成回路１７は、診断データを送信データに含めてもよい。

入力ユニット４は、第１入力端子３１、第２入力端子３２、入力回路３３、抽出回路３４、誤り検出回路３５、およびユニット制御回路３６を備える。図１ではコントローラ３への送信部分の構成の図示を省略している。第１入力端子３１の電位は一定（例えばＧＮＤ）に維持される。第２入力端子３２には、信号線２２から重畳信号が入力される。

入力回路３３は、図１における重畳信号受信部５１に相当し、重畳信号から出力信号を抽出し、出力信号をユニット制御回路３６に出力する。抽出回路３４は、図１におけるデータ信号抽出部５２に相当し、重畳信号からデータ信号を抽出し、データ信号を誤り検出回路３５に出力する。誤り検出回路３５は、ＣＲＣチェック（巡回冗長検査）またはマンチェスタ符号チェック等の任意のデータチェック方法を用いて、データ信号に対して誤り検出を行う。誤り検出回路３５は、データ信号および誤り検出結果をユニット制御回路３６に出力する。なお、誤り検出回路３５は、データ信号から誤りが検出された場合、誤り検知通知を出力し、ユニット制御回路３６では該データ信号を破棄する。また、誤り検出回路３５は、データ信号から誤りが検出された場合、誤り検知通知を出力し、かつ該データ信号をユニット制御回路３６に出力しないようにしてもよい。ユニット制御回路３６は、図１における期間判定部５３および状態判定部５４に相当し、出力信号およびデータ信号を、コントローラ３に出力する。誤り検出回路３５およびユニット制御回路３６は、例えば、１つの集積回路または複数の集積回路によって構成され得る。

（通信状態の判定）
本発明の一態様において状態判定部５４が実行する、入力ユニット４と電気機器６との間の通信状態の判定の一例について以下に説明する。なお、以下の説明は入力ユニット４と電気機器６との組み合わせに対するものであるが、本発明の一態様に係る通信装置と電気機器との組み合わせであればどのようなものであってもよい。例えば、入力ユニット４と電気機器７との組み合わせであってもよいし、出力ユニット５と電気機器８〜１０のいずれかとの組み合わせであってもよい。

状態判定部５４は、重畳信号受信部５１が重畳信号に含まれるデータ信号を正常に受信したときは入力ユニット４と電気機器６との間の通信状態に問題が生じていないと判定し、重畳信号受信部５１が通信エラーを検知したときは、期間判定部５３の判定結果から、検知した通信エラーの原因を、配線の異常によるものと、電気機器６の遷移期間における送信によるものに区別することができる。

また、状態判定部５４は、重畳信号受信部５１が重畳信号に含まれるデータ信号を正常に受信したときは、当該データ信号を外部に出力することができる。

状態判定部５４は、期間判定部５３から受信した判定結果が、重畳信号受信部５１が検知した通信エラーが電気機器６の遷移期間以外の期間に生じたとみなしたものであったときは、入力ユニット４と電気機器６との間の通信状態に問題が生じている可能性があると判定する。このとき、状態判定部５４は、例えば入力ユニット４と電気機器６との間の通信状態について、断線の予兆が現れた旨を外部に出力してもよい。

状態判定部５４は、期間判定部５３から受信した判定結果が、重畳信号受信部５１が検知した通信エラーが電気機器６の遷移期間以外の期間に生じたとみなしたものであり、かつ通信エラーの継続時間が、所定の第１閾値よりも大きい第２閾値よりも大きい場合は、入力ユニット４と電気機器６との間の通信状態に問題が生じていると判定する。ここで、第２閾値は、電気機器６における遷移期間よりも十分に長い時間であり、例えば遷移期間の１０倍などであってもよい。また、第２閾値は、初期値を予め設定し、通信システム１の構成などに応じてユーザが適宜更新することが可能な構成であってもよい。このとき、状態判定部５４は、例えば入力ユニット４と電気機器６との間の通信状態について、断線が発生している旨を外部に出力してもよい。

前記の構成によって、状態判定部５４は、期間判定部５３の判定結果に応じて、入力ユニット４と電気機器６との間の通信状態を判定することができる。

（判定結果の内容）
本発明の一態様において状態判定部５４が外部に出力する、入力ユニット４と電気機器６との間の通信状態の判定結果の内容の一例について以下に説明する。

状態判定部５４は、入力ユニット４と電気機器６との間の通信が正常に行われたときは、入力ユニット４と電気機器６との間の通信状態は問題なかったことを、外部に出力してもよい。このとき、重畳信号から抽出されたデータ信号に含まれる識別子（ＩＤ）を、正常な通信が行われている電気機器６を示す識別子として出力してもよい。また、状態判定部５４は、ＣＡＤなどによって予め作成された、通信システム１の全体図の情報を取得しておき、正常な通信が行われている電気機器６の位置を示す位置情報を出力してもよい。

（通信システム１の構成）
本発明の一態様に係る入力ユニット４を用いた通信システムの概要について、図３を用いて以下に説明する。図３は、本実施形態の通信システムの構成を示すブロック図である。通信システム１は、ＰＣ２（パーソナルコンピュータ、情報処理装置）、コントローラ３、入力ユニット４、出力ユニット５、および、電気機器６〜１０を備える。ＰＣ２は、コントローラ３に接続されている。ＰＣ２は、コントローラ３から電気機器６〜１０の関する情報を受信し、かつ、コントローラ３に制御命令を送信する。コントローラ３は、入力ユニット４および出力ユニット５に接続されている。コントローラ３は、制御命令に従って、電気機器６〜１０を動作させるまたは制御するための信号を入力ユニット４および出力ユニット５に送信する。コントローラ３は、入力ユニット４または出力ユニット５を介して受信した電気機器６〜１０からの信号を、ＰＣ２に送信する。

電気機器６、７は、入力ユニット４から供給される電力によって動作し、かつ、電気機器６、７に含まれる動作素子の状態に応じた信号を入力ユニット４に送信する。ここでは、電気機器６は、動作素子としてスイッチを含むリミットスイッチである。電気機器７は、動作素子としてセンシング素子を含むセンサである。

出力ユニット５（受信機器）は、電気機器８〜１０に接続されている。電気機器８〜１０のそれぞれは、１対の信号線によって出力ユニット５に接続されている。出力ユニット５は、ＰＣ２およびコントローラ３からの指示に基づき、電気機器８〜１０を動作させ、かつ、電気機器８〜１０を制御する。また、出力ユニット５は、電気機器８〜１０から受信したデータ信号をコントローラ３に送信する。出力ユニット５は、図１を用いて説明した、入力ユニット４と同様の構成を備えている。すなわち、出力ユニット５は、重畳信号受信部５１、データ信号抽出部５２、期間判定部５３、および状態判定部５４を備えている。出力ユニット５は、電気機器８〜１０から重畳信号を受信し、受信した重畳信号からデータ信号を抽出することができる。さらに、出力ユニット５は、重畳信号受信部５１にて検知した通信エラーが、電気機器８〜１０の動作信号の値の遷移期間に生じたとみなせるか否かを判定した結果に応じて、出力ユニット５と電気機器との間の通信状態を判定することができる。そして、出力ユニット５は、判定結果をコントローラ３へ出力することができる。

電気機器８〜１０は、出力ユニット５から供給される電力によって動作し、かつ、出力ユニット５から受信する制御信号によって制御される。ここでは、電気機器８は、動作素子としてコイルを含むリレー装置である。電気機器９は、動作素子としてコイルを含む電磁バルブである。電気機器１０は、動作素子としてコイルを含む電動アクチュエータである。

（出力ユニットと電気機器の回路構成）
図４は、電気機器８と出力ユニット５の回路構成を示すブロック図である。ここでは、電気機器８（リレー）と出力ユニット５とを例に挙げて説明する。電気機器８と出力ユニット５とは、１対の信号線２１、２２によって互いに接続されている。信号線２１は、出力ユニット５の第１出力端子４１と、電気機器８の第１端子１１とに接続される。信号線２２は、出力ユニット５の第２出力端子４２と、電気機器８の第２端子１２とに接続される。出力ユニット５の第１出力端子４１と第３出力端子４３とは、信号線２３によって互いに接続されている。信号線２３の経路には、電源２０が設けられている。電源２０は、所定の電圧（ここでは２４Ｖ）を発生させる直流電源である。

電気機器８は、第１端子１１、第２端子１２、動作素子１３ａ、電位差発生回路１４ａ、および送信回路１５ａを備える。送信回路１５ａは、降圧回路１６、データ生成回路１７、重畳回路１８ａ、および診断回路１９を備える。動作素子１３ａは、第１端子１１と第２端子１２との間に接続される。電位差発生回路１４ａは、第１端子１１と第２端子１２との間の通電路において、動作素子１３ａに対して直列に接続される。第２端子１２の電位は、動作素子１３ａを制御する制御信号（動作信号）に応じて変化する。制御信号は、外部（出力ユニット５）から第２端子１２に入力される。

送信回路１５ａは、第１端子１１と第２端子１２との間に接続される。送信回路１５ａは、第１端子１１と第２端子１２との間の電圧を電源として動作する。降圧回路１６は、第１端子１１と第２端子１２との間の電圧を所定の電圧に降圧して、データ生成回路１７に所定の電圧を出力する。データ生成回路１７は、降圧回路１６から印加された電圧によって動作し、出力ユニット５に送信されるべき送信データを生成する。送信データは、例えば、電気機器８に固有の識別子を含む。データ生成回路１７は、重畳回路１８ａに送信データを出力する。重畳回路１８ａは、受け取った送信データを、データ信号として上記制御信号に重畳させる。これにより、送信回路１５ａは、データ信号を、制御信号に重畳させて、第２端子１２から信号線２２に出力する。

診断回路１９は、降圧回路１６から印加された電圧によって動作し、電気機器８の診断情報を表す診断データを生成する。

出力ユニット５は、第１出力端子４１、第２出力端子４２、第３出力端子４３、出力回路３７、振幅設定回路３８、抽出回路３４、誤り検出回路３５、およびユニット制御回路３６を備える。図１０ではコントローラ３への送信部分の構成の図示を省略している。第３出力端子４３の電位は一定（例えばＧＮＤ）に維持される。第２出力端子４２から、制御信号が信号線２２に出力される。第１出力端子４１の電位は電源２０によって所定の電位（２４Ｖ）に維持される。

ユニット制御回路３６は、図１における期間判定部５３および状態判定部５４に相当し、ＰＣ２およびコントローラ３からの指示に基づき、電気機器８の制御に関する信号（ＯＮ／ＯＦＦ信号）を出力回路３７に出力する。また、ユニット制御回路３６は、データ信号を、コントローラ３に出力する。出力回路３７は、ユニット制御回路３６から受け取った信号に基づき、電気機器８を制御するための制御信号を生成し、制御信号を振幅設定回路３８に出力する。振幅設定回路３８は、図１における重畳信号受信部５１に相当し、制御信号のＨ／Ｌに応じて第２出力端子４２に出力する電位を変更することにより、制御信号の振幅を設定する。抽出回路３４は、図１におけるデータ信号抽出部５２に相当し、重畳信号からデータ信号を抽出し、データ信号を誤り検出回路３５に出力する。

（重畳信号を用いた通信における電気機器６および入力ユニット４の動作）
本発明の一態様において、重畳信号を用いた通信における電気機器および通信装置の動作について、電気機器６および入力ユニット４の動作の一例を、図５を用いて説明する。なお、図５は、電気機器７および入力ユニット４の組み合わせ、および電気機器８〜１０のいずれかと出力ユニット５の組み合わせであっても同様に説明することができる。図５は、信号波形の一例を模式的に示す図である。図５における（ａ）は、出力信号（動作信号）の周期がデータ信号の周期より長い場合を示し、（ｂ）は、出力信号の周期がデータ信号の周期より短い場合を示す。出力信号とデータ信号とが重畳されたものが重畳信号である。重畳信号の波形は、出力信号の波形と、データ信号の波形とを重畳したものになる。出力信号の振幅は、データ信号の振幅より大きい。そのため、重畳信号から、元の出力信号の値およびデータ信号の値を知ることができる。ここで、電気機器６のスイッチがＯＮの場合、出力信号はＨとなり、電気機器６のスイッチがＯＦＦの場合、出力信号はＬとなる。

重畳信号の値は、低い方からＬ１、Ｌ２、Ｈ１、Ｈ２に分けられる。重畳信号が、Ｌ範囲内であれば、出力信号はＬである。Ｌ範囲は、Ｌ１およびＬ２を含む。重畳信号が、Ｌ範囲より高いＨ範囲内であれば、出力信号はＨである。Ｈ範囲は、Ｈ１およびＨ２を含む。重畳信号がＬ１またはＨ１の場合、データ信号はＬである。重畳信号がＬ２またはＨ２の場合、データ信号はＨである。

入力ユニット４は、重畳信号受信部５１にて電気機器６からの重畳信号を受信すると、当該重畳信号から出力信号がＨであるかＬであるか（電気機器６のスイッチがＯＮであるかＯＦＦであるか）を判定する。データ信号抽出部５２は、重畳信号からデータ信号を抽出し、データ信号を出力する。そして、入力ユニット４は、データ信号に応じた情報を外部へ出力することができる。

このようにして、入力ユニット４は、重畳信号に基づいて、電気機器６のスイッチがＯＮであるかＯＦＦであるかを判定し、さらにデータ信号に応じた処理を実行することができる。

また、入力ユニット４は、電気機器６の識別子および位置情報を、配線の断線を示す情報などとともに外部へ出力することができる。ＰＣ２は、コントローラ３を介して入力ユニット４から受信した情報に応じて、ユーザに対して入力ユニット４と電気機器６との間の通信状態を、例えば正常、警告、および故障の３つの分類にて通知することができる。ユーザは、ＰＣ２を用いて入力ユニット４と電気機器６との間の通信状態に関する情報を取得することで、電気機器６に対するメンテナンス要否を判断することができる。

（スイッチのＯＮ／ＯＦＦ周期に対する遷移期間の割合）
本発明の一態様において、重畳信号を用いて入力ユニット４と通信を行う電気機器６におけるスイッチのＯＮ／ＯＦＦ周期と、当該ＯＮ／ＯＦＦ周期に対する遷移期間の割合の一例について図６に示す。図６は、スイッチの切り替えによる遷移期間の割合を示す模式図である。ここで、ＯＮ／ＯＦＦ周期は、電気機器６が周期的にスイッチをＯＮとＯＦＦとの間で切り替える場合の周期である。図示の例において、ＯＮ／ＯＦＦ周期は１ｓあたり１回である。なお、電気機器ごとの遷移期間の大きさに違いがあることを除けば、電気機器７および入力ユニット４の組み合わせ、および電気機器８〜１０のいずれかと出力ユニット５の組み合わせであっても図６を用いて同様に説明することができる。

図示の例において、電気機器６のＯＮ／ＯＦＦ周期は１ｓ以上であり、遷移期間は４００ｍｓ以下である。なお、遷移期間の長さは、電気機器６におけるスイッチの電気的特性によって異なる。図示の例では、電気機器６がスイッチを切り替える際、最大で４００ｍｓの間、入出力電圧に大きな変動が生じることによる通信エラーが継続的に発生する。そして、スイッチの切り替えによる遷移期間が経過して次のスイッチの切り替えを開始するまでの間、図示の例では６００ｍｓ以下の期間は、従来の通信方法と同様に、データ信号を入力ユニット４が問題なく通信可能であることを意味している。このとき、例えば入力ユニット４と電気機器６との間のデータ信号の通信が、通信速度が１０ｋｂｐｓかつフレームサイズが４８ｂｙｔｅである通信フレームを用いて行うとする。このような通信フレームによる通信周期は、通信可能な時間帯の長さに比べて十分に小さいので、問題なく通信を行うことができる。例えば入力ユニット４と電気機器６との間のデータ信号の通信周期が４２ｍｓであるとすれば、入力ユニット４は、電気機器６と通信可能な時間帯（６００ｍｓ）の間に、６００÷４２≒１４回、データ信号を受信することができる。

（処理の流れ）
本発明の一態様において、入力ユニット４が実行する処理の流れについて、図７を用いて以下に説明する。図７は、本発明の一態様の通信装置が実行する処理の一例を示すフローを示す図である。なお、図７は、電気機器８〜１０と出力ユニット５の組み合わせであっても同様である。

まず、重畳信号受信部５１は、入力ユニット４に接続されている電気機器から重畳信号を受信する（Ｓ１）。そして、重畳信号受信部５１は、Ｓ１において通信エラーが発生したか否かを判定する（Ｓ２）。通信エラーが発生しなかったと判定した場合（Ｓ２でＮＯ）、重畳信号受信部５１は、正常に通信が行われたと判定する。このとき、入力ユニット４は、期間判定部５３を用いて通信エラー検知継続時間をクリアし（Ｓ３）、Ｓ１にて受信した重畳信号からデータ信号抽出部５２を用いて抽出したデータ信号に応じた処理を実行する（Ｓ４）。その後、一連の処理を終了する。

Ｓ２にて、入力ユニット４と電気機器との間で通信エラーが発生したと判定した場合（Ｓ２でＹＥＳ）、期間判定部５３は、通信エラー検知継続時間を更新し（Ｓ５）、さらに更新後の通信エラー検知継続時間が所定の第１閾値を越えたか否かを判定する（Ｓ６）。所定の第１閾値を越えなかったと判定した場合（Ｓ６でＮＯ）、期間判定部５３は、Ｓ２で検知した通信エラーが電気機器の遷移期間に生じたとみなす。そして、状態判定部５４は、入力ユニット４と電気機器との間の通信状態に問題が生じていないと判定する。このとき、入力ユニット４は、当該通信エラーに基づいて特定の処理を行うことはなく、一連の処理を終了する。

Ｓ６にて、通信エラー検知継続時間が所定の第１閾値を越えたと判定した場合（Ｓ６でＹＥＳ）、状態判定部５４は、さらに通信エラー検知継続時間が第２閾値を越えたか否かを判定する（Ｓ７）。第２閾値を越えなかったと判定した場合（Ｓ７でＮＯ）、状態判定部５４は、入力ユニット４と電気機器との間の通信状態に問題が生じている可能性があると判定する。このとき、入力ユニット４は、当該入力ユニット４と電気機器との間で配線の断線の予兆が現れたことを示す情報をコントローラ３へ出力した後（Ｓ８）、一連の処理を終了する。

Ｓ７にて、第２閾値を越えたと判定した場合（Ｓ７でＹＥＳ）、状態判定部５４は、入力ユニット４と電気機器との間の通信状態に問題が生じていると判定する。このとき、入力ユニット４は、当該入力ユニット４と電気機器との間で配線が断線していることを示す情報を外部へ出力した後（Ｓ９）、一連の処理を終了する。

なお、入力ユニット４は、電気機器６および７から重畳信号の受信を終えると、ただちに次の信号の受信に向けて待機する。本実施形態においては、入力ユニット４は、電気機器６および７から周期的にデータ信号を受信するので、一連の処理については、データ信号の受信周期毎に実行される。

前述の処理によって、本実施形態に係る入力ユニット４は、重畳信号を用いて電気機器と通信を行うとともに、自身と電気機器との間の通信状態について、通信エラーを検知した継続時間に応じて判定することができる。したがって、重畳信号を用いて電気機器と通信する通信装置において、通信の異常による通信エラーを検知することができる、利便性に優れた通信装置を提供することができるという効果を奏する。

なお、入力ユニット４は、自身に接続されている電気機器について、接続に用いているポートを把握することができる。そのため、前述の処理において、配線の断線または配線の断線の予兆を示す情報とともに、これらの情報に対応する電気機器との接続に用いているポートに関する情報をさらに出力してもよい。

〔実施形態２〕
本発明の実施形態２について、図５、８、および９を用いて以下に説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態１にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。なお、前記実施形態１と同様に、入力ユニット４および出力ユニット５が通信装置に該当する。

（入力ユニットの構成）
本実施形態に係る通信装置である入力ユニット４の構成について、図８を用いて説明する。図８は、入力ユニット４の要部構成の一例を示すブロック図である。

入力ユニット４は、基本的な構成は前記実施形態１と同一であるが、一部構成が異なる。本実施形態において、入力ユニット４は、前記実施形態１に係る構成に加え、遷移期間開始検知部５５、およびエラーレート算出部５６をさらに備えている。入力ユニット４は、遷移期間開始検知部５５が検知した遷移期間の開始タイミングに基づいて遷移期間を設定し、通信エラーが当該遷移期間に生じたとみなせるか否かを判定することができる。入力ユニット４は、期間判定部５３が遷移期間以外の期間と判定した期間を対象として、通信エラーの発生確率をエラーレート算出部５６を用いて算出することができる。

期間判定部５３は、遷移期間開始検知部５５が電気機器における重畳信号の遷移の開始を検知すると、当該遷移の開始から所定の期間を遷移期間とみなし、重畳信号受信部５１が検知した通信エラーが、当該遷移期間に生じたとみなせるか否かを判定する。なお、所定の期間はどのように設定してもよい。例えば、ユーザが手動で設定してもよいし、通信によって電気機器または外部より自動的に取得および設定してもよい。

状態判定部５４は、期間判定部５３にて、重畳信号受信部５１が検知した通信エラーが、当該遷移期間に生じたとみなされたときは、入力ユニット４と電気機器との間の通信状態に問題が生じていないと判定することができる。また、状態判定部５４は、期間判定部５３にて、通信エラーが遷移期間以外の期間に生じたとみなされたときは、連続して通信エラーを検知したときの継続時間（通信エラー検知継続時間）または検知回数に応じて、入力ユニット４と電気機器との間の通信状態を判定してもよい。

遷移期間開始検知部５５は、電気機器における遷移期間の開始を検知する。図５を用いて具体的に説明する。遷移期間開始検知部５５は、出力信号（動作信号）の値がＬからＨへ遷移するときの立ち上がりを検知することができる。また、遷移期間開始検知部５５は、出力信号がＨからＬへ遷移するときの立ち下がりについても検知することができる。遷移期間開始検知部５５は、検知した遷移の開始タイミングについて、期間判定部５３へ送信することができる。

エラーレート算出部５６は、遷移期間以外の期間に重畳信号受信部５１が検知した通信エラーについて、当該通信エラーの発生確率を算出することができる。通信エラーの発生確率は、例えば遷移期間以外の期間全体に対する通信エラーの発生時間の割合であってもよいし、遷移期間以外の期間における通信回数に対する通信エラーの発生回数の割合であってもよい。エラーレート算出部５６は、算出した通信エラーの発生確率について、入力ユニット４と電気機器６との間の通信状態の判定結果とは別に、外部に出力してもよい。

（通信状態の判定）
本発明の一態様において状態判定部５４が実行する、入力ユニット４と電気機器６との間の通信状態の判定は、遷移期間が遷移期間開始検知部５５の検知した開始タイミングに応じて設定されること以外、前記実施形態１と同様である。すなわち、本実施形態に係る通信状態の判定は、入力ユニット４と電気機器７との組み合わせに対して適用可能であり、出力ユニット５と電気機器８〜１０のいずれかとの組み合わせに対しても適用可能である。

（判定結果の内容）
本発明の一態様において状態判定部５４が外部に出力する、入力ユニット４と電気機器６との間の通信状態の判定結果の内容は、前記実施形態１と同一である。

（通信システムの構成）
本実施形態に係る通信システム１の構成は、前記実施形態１と同一である。

本実施形態において、出力ユニット５は、入力ユニット４と同様の構成を備えている。すなわち、出力ユニット５は、前記実施形態１の構成に加えて、遷移期間開始検知部５５、およびエラーレート算出部５６をさらに備えている。出力ユニット５は、入力ユニット４と同様に、遷移期間開始検知部５５が動作信号の値の遷移の開始を検知すると遷移期間を設定し、期間判定部５３および状態判定部５４を用いて、自身と電気機器との間の通信状態を判定することができる。また、出力ユニット５は、期間判定部５３が遷移期間以外の期間と判定した期間を対象として、通信エラーの発生確率をエラーレート算出部５６を用いて算出することができる。

（処理の流れ）
本発明の一態様において、入力ユニット４が実行する処理の流れについて、図９を用いて以下に説明する。図９は、本発明の一態様の通信装置が実行する処理の一例を示すフローを示す図である。なお、前記実施形態１と同様に、入力ユニット４および出力ユニット５が通信装置に該当する。図９は、電気機器７および入力ユニット４の組み合わせ、および電気機器８〜１０のいずれかと出力ユニット５の組み合わせであっても同様に適用可能である。

Ｓ１の処理は、前記実施形態１と同一である。Ｓ１の後、遷移期間開始検知部５５は、Ｓ１にて受信した重畳信号に含まれる出力信号（動作信号）に値の変化（ＬからＨ、またはＨからＬ）があるか否かを判定する（Ｓ３１）。出力信号に値の変化があると判定した場合（Ｓ３１でＹＥＳ）、期間判定部５３は、Ｓ１にて出力信号に変化があったタイミングを遷移期間の開始タイミングとみなして、当該開始タイミングから所定の期間を遷移期間に設定し（Ｓ３２）、処理はＳ２へ進む。一方、Ｓ３１にて出力信号に値の変化がないと判定した場合（Ｓ３１でＮＯ）、処理はＳ２へ直接進む。

Ｓ２の処理は、前記実施形態１と同一である。Ｓ２にて通信エラーが発生していないと判定した場合（Ｓ２でＮＯ）、状態判定部５４は、入力ユニット４と電気機器との間の通信状態に問題が生じていないと判定する。このとき、入力ユニット４は、期間判定部５３を用いて通信エラー検知継続時間をクリアした（Ｓ３）後、エラーレート算出部５６を用いて正常に受信した回数を更新する（Ｓ３３）。その後、Ｓ１にて受信した重畳信号からデータ信号抽出部５２を用いて抽出したデータ信号に応じた処理を実行する（Ｓ４）。その後、一連の処理を終了する。

Ｓ２にて通信エラーが発生したと判定した場合（Ｓ２でＹＥＳ）、期間判定部５３は、現在の時刻が遷移期間に該当するか否かを判定する（Ｓ３４）。遷移期間に該当しないと判定した場合（Ｓ３４でＮＯ）、入力ユニット４は、期間判定部５３を用いて通信エラー検知継続時間を更新した（Ｓ５）後、エラーレート算出部５６を用いて通信エラーを検知した回数を更新する（Ｓ３５）。その後、状態判定部５４は、Ｓ５で更新した後の通信エラー検知継続時間が所定の第１閾値を越えたか否かを判定する（Ｓ６）。Ｓ６〜Ｓ９の処理については、前記実施形態１と同一である。

Ｓ３４にて、遷移期間に該当すると判定した場合（Ｓ３４でＹＥＳ）、状態判定部５４は、当該通信は通信エラーの発生確率を算出する対象ではないと判定する。このとき、入力ユニット４は、特定の処理を行うことはなく、一連の処理を終了する。

なお、入力ユニット４は、電気機器６および７から重畳信号の受信を終えると、ただちに次の信号の受信に向けて待機する。本実施形態においては、入力ユニット４は、電気機器６および７から周期的にデータ信号を受信するので、一連の処理については、データ信号の受信周期毎に実行される。

また、入力ユニット４は、例えば所定の算出期間の間に計上した、データ信号を正常に受信した回数、およびデータ信号の通信エラーを検知した回数に基づいて、通信時のエラーレートを算出してもよい。エラーレートは、例えば「計上された通信エラー検知回数／（正常に受信した回数＋通信エラーを検知した回数）」として定義することができる。なお、所定の算出期間の経過後に、データ信号を正常に受信した回数、およびデータ信号の通信エラーを検知した回数のそれぞれをクリアすることが好適である。算出期間は、エラーレートの評価に好適な構成であれば、どのように設定されてもよい。例えば、時間帯ごとに設定してもよいし、入力ユニット４の起動から一定の経過時間ごとに設定してもよい。

本発明の一態様に係る入力ユニット４は、動作信号の値の遷移を実際に検知したタイミングに応じて遷移期間とみなす期間を設定できる。これにより、通信エラーが遷移期間に生じたとみなせるか否かをより正確に区別することができる。また、入力ユニット４は、遷移期間以外の期間に生じた通信エラーの継続時間または検知回数に応じて、電気機器との間の通信状態を判定することができる。

〔実施形態３〕
本発明の実施形態３について、図１０および１１を用いて以下に説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。前記各実施形態と同様に、入力ユニット４および出力ユニット５が通信装置に該当する。

（入力ユニットの構成）
本実施形態に係る通信装置である入力ユニット４の構成について、図１０を用いて説明する。図１０は、入力ユニット４の要部構成の一例を示すブロック図である。

入力ユニット４は、基本的な構成は前記実施形態１と同一であるが、一部構成が異なる。本実施形態において、入力ユニット４は、前記実施形態１に係る構成に加え、誤り制御部５７をさらに備えている。入力ユニット４は、電気機器６および７との間で、同一のデータ信号を連続して受信できた場合のみ、当該データ信号に応じた処理を行うことができる。例えば、入力ユニット４は、同一のデータ信号を２回連続で受信できた場合のみ、当該データ信号に応じた処理を行う。

誤り制御部５７は、連続して複数回受信されたデータ信号が一致した場合は、データ信号が正常に受信されたデータ信号であると判定することができる。より具体的には、誤り制御部５７は、重畳信号受信部５１が受信した重畳信号からデータ信号抽出部５２が抽出したデータ信号が、直前に受信した比較元データ信号と同一であるか否かを判定し、判定結果を状態判定部５４へ送信することができる。

ここで、２回連続で同一のデータ信号を受信したか否かを判定するのは、以下の理由による。そもそも、電気機器６および７が遷移期間中であるときの通信は、当該電気機器６および７における入出力電圧の変動の影響によってフレームが壊れやすい。しかしながら、前述の状況であっても２回連続で同一のデータ信号を受信できたときは、データ信号を正常に受信したものと考えられる。よって、２回連続で同一のデータ信号を受信したときは、電気機器６および７が遷移期間中であっても当該データ信号に応じた処理を実行しても問題ない。これは、ＣＲＣ（cyclic redundancy check：巡回冗長検査）等の、一般的なフィールドバスを用いた通信にて行われる誤り制御に加え、連続して同一のデータ信号を正常受信することにより、誤り見逃し率を低減することができるためである。

なお、誤り制御部５７は、２つのデータ信号の同一性をチェックできる構成であれば、どのような構成であってもよい。例えば、データ信号に対して符号チェックおよび誤り制御コードによるフレームのチェックを行い、当該データ信号のエラーを訂正した後、訂正後のデータ信号を用いて２つのデータ信号の同一性をチェックしてもよい。

（通信状態の判定）
本発明の一態様において状態判定部５４が実行する、入力ユニット４と電気機器６との間の通信状態の判定について、前記実施形態１との違いを説明する。なお、本実施形態に係る通信状態の判定は、入力ユニット４と電気機器７との組み合わせに対して適用可能であり、出力ユニット５と電気機器８〜１０のいずれかとの組み合わせに対しても適用可能である。

状態判定部５４は、期間判定部５３から受信した判定結果が、重畳信号受信部５１が検知した通信エラーが電気機器６の遷移期間に生じたとみなしたものであったときは、入力ユニット４と電気機器６との間の通信状態に問題が生じていないと判定する。さらに、状態判定部５４は、データ信号抽出部５２が重畳信号から抽出したデータ信号の内容が、２回連続で同一であったときは、該内容が適切であり、当該データ信号を用いて処理を実行してもよいと判定する。

一方、状態判定部５４は、データ信号抽出部５２が重畳信号から抽出したデータ信号の内容が、２回連続で同一ではなかったときは、当該データ信号は偶発的に正常に受信されたものであり、適切な内容ではないと判定する。このとき、入力ユニット４は、抽出したデータ信号に対して処理を行うことはない。

前記の構成によって、状態判定部５４は、同一のデータ信号を連続して受信したか否かに基づいて、遷移期間中に適切な内容で受信したデータ信号に応じた処理を行い、かつ電気機器６の状態を判定することができる。

（判定結果の内容）
本発明の一態様において状態判定部５４がコントローラ３に対して出力する、電気機器６の状態の判定結果の内容は、前記実施形態１および２と同一である。

（通信システムの構成）
本実施形態に係る通信システム１の構成は、前記実施形態１と同一である。

本実施形態において、出力ユニット５は、入力ユニット４と同様の構成を備えている。すなわち、出力ユニット５は、前記各実施形態の構成に加えて、誤り制御部５７をさらに備えている。出力ユニット５は、入力ユニット４と同様に、電気機器８〜１０との間で、同一のデータ信号を連続して複数回受信したときに、それぞれのデータ信号が一致したか否かを判定することができる。

（処理の流れ）
本発明の一態様において、入力ユニット４が実行する処理の流れについて、図１１を用いて以下に説明する。図１１は、本発明の一態様の通信装置が実行する処理の一例を示すフローを示す図である。

Ｓ１およびＳ２の処理は、前記実施形態１と同一である。Ｓ２にて通信エラーが発生していないと判定した場合（Ｓ２でＮＯ）、期間判定部５３は、通信エラー検知継続時間をクリアする（Ｓ３）。そして、状態判定部５４は、データ信号抽出部５２を用いて重畳信号からデータ信号を抽出し、さらに誤り制御部５７を用いて、同一のデータ信号を連続して受信したか否かを判定する（Ｓ５１）。同一のデータ信号を連続して受信しなかったと判定した場合（Ｓ５１でＮＯ）、状態判定部５４は、当該通信は偶発的に正常に受信できたものと判定する。このとき、状態判定部５４は誤り制御部５７を用いて比較元データ信号の内容をＳ１で受信した内容に更新する（Ｓ５２）。その後、入力ユニット４は、特定の処理を行うことはなく、一連の処理を終了する。

Ｓ５１にて、同一のデータ信号を連続して受信したと判定した場合（Ｓ５１でＹＥＳ）、状態判定部５４は、正常に通信が行われたと判定する。このとき、入力ユニット４は、データ信号に応じた処理を実行する（Ｓ４）。その後、一連の処理を終了する。

Ｓ２にて通信エラーが発生したと判定した場合（Ｓ２でＹＥＳ）、状態判定部５４は誤り制御部５７を用いて比較元データ信号の内容をクリアする（Ｓ５３）。その後、前記実施形態１と同様に、Ｓ５〜Ｓ９の処理を実行する。

なお、入力ユニット４は、電気機器６および７から重畳信号の受信を終えると、ただちに次の信号の受信に向けて待機する。本実施形態においては、入力ユニット４は、電気機器６および７から周期的にデータ信号を受信するので、一連の処理については、データ信号の受信周期毎に実行される。

前記の処理によれば、入力ユニット４は、連続して受信したデータ信号が同一である場合のみ、正常に受信されたデータ信号として処理することができる。これにより、電気機器の偶発的に正常に受信できた重畳信号に含まれるデータ信号を用いることなく、当該電気機器との間の通信状態を判定することができる。また、遷移期間中を含め、同一のデータ信号を連続して複数回受信したとき、該データ信号を正常に受信されたデータ信号として処理することができる。

〔変形例〕
前記各実施形態において、遷移期間は、ユーザが手動で設定する、状態遷移の時間が十分含まれると推定される大き目の値を予め設定する、および電気機器６および７を構成する製品のラインナップの中で、状態遷移の時間が最も大きな製品の状態遷移の時間を設定するものとした。しかしながら、前記の設定において、ユーザに負担を強いる、および推定値に含まれるマージンによって正確な状態遷移の時間よりも大きな値が設定されてしまい、配線の断線および断線予兆を正確に判断できなくなるおそれがある。そのため、入力ユニット４は、例えば通信システム１を起動するときに電気機器６および７の識別子を取得し、当該識別子に紐付けられた正確な状態遷移の時間について、外部のサーバから取得し、遷移期間として設定してもよい。このとき、入力ユニット４が外部のサーバと直接通信する必要はなく、例えばＰＣ２を介して取得すればよい。また、識別子に紐付けられた正確な状態遷移の時間は、通信システム１が備えるＰＣ２などが予め保持しているのであれば、外部のサーバとの通信を行う必要はない。なお、通信システム１の起動時には、電気機器６および７におけるスイッチの切り替えに基づく状態遷移が発生しないため、識別子の取得は正常に行える。さらに、電気機器６および７が識別子と共に自身に関する遷移期間に関する情報を保持し、それらを通信システム１の起動時に入力ユニット４が取得する構成であってもよい。

電気機器６および７における遷移期間について、実測値に基づいて設定してもよい。例えば、通信システム１の起動直後に電気機器６および７のスイッチの切り替えを行い、状態判定部５４にて通信エラー検知継続時間の実測値を得る。そして、取得した通信エラー検知継続時間の実測値に基づいて、電気機器６および７における遷移期間を設定してもよい。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係る通信装置（入力ユニット４、出力ユニット５）は、電気機器（６〜１０）と互いに通信可能な通信装置であって、前記電気機器に関するデータ信号を、当該電気機器から出力される動作信号、または当該電気機器に入力される動作信号に重畳させた重畳信号として受信する重畳信号受信部（５１）と、前記重畳信号受信部にて検知した前記データ信号の通信エラーが、前記動作信号の値の遷移期間に生じたとみなせるか否かを判定する期間判定部（５３）と、前記期間判定部の判定に応じて、前記電気機器との間の通信状態を判定する状態判定部（５４）と、を備えている構成である。

前記の構成によれば、重畳信号を用いる通信装置は、電気機器との間の通信状態を判定することができる。これにより、ユーザは、配線の異常とそれ以外の理由による通信エラーとを区別し、通信状態に応じた適切な対応を行うことができる。したがって、通信状態の異常による通信エラーを検知することができる、利便性に優れた通信装置を提供することができるという効果を奏する。

本発明の態様２に係る通信装置（入力ユニット４、出力ユニット５）は、前記態様１において、前記期間判定部（５３）が、連続して通信エラーを検知したときの継続時間に応じて、前記通信エラーが前記遷移期間に生じたとみなせるか否かを判定する構成としてもよい。

前記の構成によれば、通信装置は、例えば通信エラーの継続時間を用いて、電気機器の遷移期間に由来する通信エラーを、永続的な断線と区別することができる。

本発明の態様３に係る通信装置（入力ユニット４、出力ユニット５）は、前記態様２において、前記期間判定部（５３）は、前記継続時間が所定の第１閾値以内である場合に、前記通信エラーが前記遷移期間に生じたとみなし、前記状態判定部（５４）は、前記期間判定部によって前記通信エラーが前記遷移期間に生じたとみなされた場合に、前記電気機器（６〜１０）との間の通信状態に問題が生じていないと判定する構成としてもよい。

前記の構成によれば、通信装置は、通信エラーの継続時間に応じて、電気機器の遷移期間に生じた通信エラーを、他の原因による通信エラーと区別することができる。

本発明の態様４に係る通信装置（入力ユニット４、出力ユニット５）は、前記態様３において、前記期間判定部（５３）は、前記継続時間が前記第１閾値より大きい場合に、前記通信エラーが前記遷移期間以外の期間で生じたとみなし、前記状態判定部（５４）は、前記期間判定部によって前記通信エラーが前記遷移期間以外に生じたとみなされた場合に、前記電気機器（６〜１０）との間の通信状態に問題が生じている可能性があると判定する構成としてもよい。

前記の構成によれば、通信装置は、通信エラーの継続時間が第１閾値より大きいときは、当該通信エラーが永続的なものである可能性があると判定する。このとき、通信装置は、例えば電気機器との間の通信状態に問題が生じている可能性を外部へ出力できる。

本発明の態様５に係る通信装置（入力ユニット４、出力ユニット５）は、前記態様４において、前記状態判定部（５４）は、前記継続時間が、前記第１閾値よりも大きい第２閾値よりも大きい場合に、前記電気機器（６〜１０）との間の通信状態に問題が生じていると判定する構成としてもよい。

前記の構成によれば、通信装置は、通信エラーの継続時間が第１閾値および第２閾値よりも大きいときは、当該通信エラーが永続的なものであると判定する。このとき、通信装置は、例えば電気機器との間の通信状態に問題が生じていることを外部へ出力できる。また、通信エラーの継続時間が第１閾値を越えた時点で配線の断線の可能性を予測できるので、例えば第１閾値を越えた時点で配線の断線に対する準備を開始し、第２閾値を越えた直後から配線の断線に対する復旧作業を開始することができる。

本発明の態様６に係る通信装置（入力ユニット４、出力ユニット５）は、前記態様１において、前記遷移期間の開始を検知する遷移期間開始検知部（５５）をさらに備えており、前記期間判定部（５３）は、前記遷移期間の開始から所定の期間を前記遷移期間とみなし、前記通信エラーが、前記遷移期間に生じたとみなせるか否かを判定し、前記状態判定部（５４）は、前記期間判定部によって前記通信エラーが前記遷移期間に生じたとみなされた場合に、前記電気機器（６〜１０）との間の通信状態に問題が生じていないと判定する構成としてもよい。

前記の構成によれば、通信装置は、動作信号の値の遷移を実際に検知したタイミングに応じて遷移期間とみなす期間を設定できる。これにより、通信エラーが遷移期間に生じたとみなせるか否かをより正確に区別することができる。

本発明の態様７に係る通信装置（入力ユニット４、出力ユニット５）は、前記態様６において、前記状態判定部（５４）は、前記期間判定部（５３）によって前記通信エラーが前記遷移期間以外に生じたとみなされた場合に、連続して通信エラーを検知したときの継続時間または検知回数に応じて、前記電気機器（６〜１０）との間の通信状態を判定する構成としてもよい。

前記の構成によれば、通信装置は、遷移期間以外に生じた通信エラーについて、その継続時間または検知回数に応じて電気機器との間の通信状態が正常であるか否かを判定することができる。

本発明の態様８に係る通信装置（入力ユニット４、出力ユニット５）は、前記態様６または７において、前記期間判定部（５３）によって前記遷移期間以外の期間であると判定された期間において、通信エラーの発生確率を算出するエラーレート算出部（５６）をさらに備えている構成としてもよい。

前記の構成によれば、通信装置は、電気機器の遷移期間に由来する通信エラーを、エラーレートの算出対象から除外することができる。これにより、電気機器との間の通信状態を正確に反映したエラーレートを算出することができる。

本発明の態様９に係る通信装置（入力ユニット４、出力ユニット５）は、前記態様１から５のいずれかにおいて、前記データ信号のエラーを検出するための誤り制御部（５７）をさらに備えており、前記重畳信号受信部（５１）は、前記電気機器（６〜１０）から同一の前記データ信号を連続して複数回受信し、前記誤り制御部は、連続して複数回受信された前記データ信号が一致した場合は、当該データ信号が正常に受信されたデータ信号であると判定する構成としてもよい。

重畳信号を用いて電気機器と通信する通信装置は、電気機器における入出力電圧の変動の影響によってフレームが壊れやすいため、一般的なフィールドバスを用いて通信する通信装置に対して誤り見逃し率が高くなる。これに対して、前記の構成によれば、連続して受信したデータ信号が同一である場合のみ、正常に受信されたデータ信号として処理される。これにより、一般的なフィールドバスを用いた通信において行われる誤り制御に加え、同一のデータ信号を連続して複数回受信できたか否かに基づいて誤りを検知するので、誤り見逃し率を低減することができる。

本発明の態様１０に係る通信システム（１）は、電気機器（６〜１０）と、前記電気機器と互いに通信可能であり、前記電気機器に関するデータ信号を、当該電気機器から出力される動作信号、または当該電気機器に入力される動作信号に重畳させた重畳信号として受信する通信装置（入力ユニット４、出力ユニット５）と、を備えており、前記通信装置にて検知した前記データ信号の通信エラーが、前記動作信号の値の遷移期間に生じたとみなせるか否かを判定した結果に応じて、前記電気機器との間の通信状態を判定する構成である。

重畳信号を用いて電気機器と通信する通信装置は、実際の故障の有無に関わらず、電気機器の遷移期間に応じて通信エラーを検知する。そのため、一般的なフィールドバスを用いる通信装置と比較すると、エラーの検知率が高くなるという問題があった。そのため、前記のような通信装置を備える通信システムでは、電気機器の遷移期間に対応する通信エラーを配線の断線による通信エラーや外乱ノイズの影響による通信エラーなどと区別し、かつ電気機器の遷移期間以外の正常に通信できる期間中に発生した通信エラーから実際の故障の有無を判断する必要がある。

これに対して、前記の構成によれば、前記態様１と同様に、ユーザは、配線の異常とそれ以外の理由による通信エラーとを区別し、通信状態に応じた適切な対応を行うことができる。よって、検知した通信エラーの状況から、外乱ノイズなどの状況を推定し、ユーザが通信装置を含む設備および機器のメンテナンスを適切に行うことが可能となる。

〔ソフトウェアによる実現例〕
入力ユニット４および出力ユニット５の制御ブロック（特に期間判定部５３および状態判定部５４）は、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現してもよいし、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いてソフトウェアによって実現してもよい。

後者の場合、入力ユニット４および出力ユニット５は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するＣＰＵ、上記プログラムおよび各種データがコンピュータ（またはＣＰＵ）で読み取り可能に記録されたＲＯＭ（Read Only Memory）または記憶装置（これらを「記録媒体」と称する）、上記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）などを備えている。そして、コンピュータ（またはＣＰＵ）が上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークや放送波等）を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明の一態様は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１ 通信システム
２ ＰＣ
３ コントローラ
４ 入力ユニット（通信装置）
５ 出力ユニット（通信装置）
６、７、８、９、１０ 電気機器
５１ 重畳信号受信部
５２ データ信号抽出部
５３ 期間判定部
５４ 状態判定部
５５ 遷移期間開始検知部
５６ エラーレート算出部
５７ 誤り制御部

Claims (8)

1. 電気機器と互いに通信可能な通信装置であって、
   前記電気機器に関するデータ信号を、当該電気機器から出力される動作信号、または当該電気機器に入力される動作信号に重畳させた重畳信号として受信する重畳信号受信部と、
   前記重畳信号受信部にて検知した前記データ信号の通信エラーが、前記動作信号の値の遷移期間に生じたとみなせるか否かを判定する期間判定部と、
   前記期間判定部の判定に応じて、前記電気機器との間の通信状態を判定する状態判定部と、を備え、
   前記期間判定部が、連続して通信エラーを検知したときの継続時間に応じて、前記通信エラーが前記遷移期間に生じたとみなせるか否かを判定し、
   前記期間判定部は、前記継続時間が所定の第１閾値以内である場合に、前記通信エラーが前記遷移期間に生じたとみなし、
   前記状態判定部は、前記期間判定部によって前記通信エラーが前記遷移期間に生じたとみなされた場合に、前記電気機器との間の通信状態に問題が生じていないと判定する
   ことを特徴とする通信装置。
2. 前記期間判定部は、前記継続時間が前記第１閾値より大きい場合に、前記通信エラーが前記遷移期間以外の期間で生じたとみなし、
   前記状態判定部は、前記期間判定部によって前記通信エラーが前記遷移期間以外に生じたとみなされた場合に、前記電気機器との間の通信状態に問題が生じている可能性があると判定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
3. 前記状態判定部は、前記継続時間が、前記第１閾値よりも大きい第２閾値よりも大きい場合に、前記電気機器との間の通信状態に問題が生じていると判定する
   ことを特徴とする請求項２に記載の通信装置。
4. 電気機器と互いに通信可能な通信装置であって、
   前記電気機器に関するデータ信号を、当該電気機器から出力される動作信号、または当該電気機器に入力される動作信号に重畳させた重畳信号として受信する重畳信号受信部と、
   前記重畳信号受信部にて検知した前記データ信号の通信エラーが、前記動作信号の値の遷移期間に生じたとみなせるか否かを判定する期間判定部と、
   前記期間判定部の判定に応じて、前記電気機器との間の通信状態を判定する状態判定部と、を備え、
   前記遷移期間の開始を検知する遷移期間開始検知部をさらに備えており、
   前記期間判定部は、前記遷移期間の開始から所定の期間を前記遷移期間とみなし、前記通信エラーが、前記遷移期間に生じたとみなせるか否かを判定し、
   前記状態判定部は、前記期間判定部によって前記通信エラーが前記遷移期間に生じたとみなされた場合に、前記電気機器との間の通信状態に問題が生じていないと判定する
   ことを特徴とする通信装置。
5. 前記状態判定部は、前記期間判定部によって前記通信エラーが前記遷移期間以外に生じたとみなされた場合に、連続して通信エラーを検知したときの継続時間または検知回数に応じて、前記電気機器との間の通信状態を判定する
   ことを特徴とする請求項４に記載の通信装置。
6. 前記期間判定部によって前記遷移期間以外の期間であると判定された期間において、通信エラーの発生確率を算出するエラーレート算出部をさらに備えている
   ことを特徴とする請求項４または５に記載の通信装置。
7. 前記データ信号のエラーを検出するための誤り制御部をさらに備えており、
   前記重畳信号受信部は、前記電気機器から同一の前記データ信号を連続して複数回受信し、
   前記誤り制御部は、連続して複数回受信された前記データ信号が一致した場合は、当該データ信号が正常に受信されたデータ信号であると判定する
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の通信装置。
8. 電気機器と、
   前記電気機器と互いに通信可能な請求項１〜７のいずれか一項に記載の通信装置と、を備える
   ことを特徴とする通信システム。

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