JP5640341B2 - データ通信システム、データ通信方法、およびセンサ制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、データ通信システム、データ通信方法、センサおよびセンサ制御装置に関するものであり、特に、プレス装置の消費電力等を計測するセンサと、センサにより計測された計測値をデータとして管理するセンサ制御装置との間で通信を行なう際のデータ通信システム、データ通信方法、このようなデータ通信システムに用いられるセンサおよびセンサ制御装置に関するものである。

従来において、例えば、工場のプレス装置の消費電力や部屋の温度を管理する際には、まず、センサによりプレス装置の電力データや部屋の温度データを計測し、センサにより計測された計測値を、データ管理装置であるサーバ等にデータとして送信していた。そして、サーバは、センサにより送信された計測値のデータを蓄積して、計測値をデータとして管理することとしていた。

このような従来のデータ通信システムの処理の流れについて、図１８および図１９を参照して、簡単に説明する。図１８は、従来において、センサにより計測した計測値と計測開始から計測終了までの時間の経過を表す経過時間との関係を示すグラフである。図１８に示すグラフにおいて、縦軸は、計測値を示し、横軸は、経過時間を示す。縦軸の計測値は、図１８の紙面上方向に向かってその値が大きくなっていき、横軸の経過時間は、図１８の紙面右方向に向かって時間が経過しているものとする。この場合、時間Ｔ_Ｘから時間Ｔ_Ｙまでを１周期とし、間隔Ｔ_Ｚで計測値のサンプリング、すなわち、間隔Ｔ_Ｚで計測を実施して計測値を得ることとしている。図１８において、左側のグラフは、センサにより計測した計測値を示し、右側のグラフは、サーバによりデータを受信した計測値を示す。図１９は、従来におけるデータ通信システムにおける処理の流れを示すフローチャートである。

図１８および図１９を参照して、サンプリングのタイミングに達すると、センサにより計測を実施する（図１９において、ステップＳ１０１、以下、ステップを省略する）。そして、センサによって、送信する計測値のデータを生成する（Ｓ１０２）。次に、生成した計測値のデータを、サーバ側へ送信する（Ｓ１０３）。サーバは、センサから送信された計測値のデータを受信し（Ｓ１０４）、計測値のデータをサーバ内の記憶部に格納する（Ｓ１０５）。これを、計測が終了するまで、すなわち、時間Ｔ_Ｙまで行う（Ｓ１０６）。

なお、無線電波を用いて通信を行い、データを管理する技術が、特開平３−２０１６３１号公報（特許文献１）および特開２００８−５９３０２号公報（特許文献２）に開示されている。

特開平３−２０１６３１号公報 特開２００８−５９３０２号公報

上記した図１８および図１９に示すような従来の構成によると、センサによるデータの計測毎に計測値のデータをサーバに送信する。そして、サーバ側は送信された全ての計測値のデータを受信し、格納する。このような構成によると、サンプリングの時間間隔が短くなる程、送信回数および受信回数が増大することになり、通信回数が増大することになる。さらに、１台のサーバで、複数のセンサによるデータ管理を行う場合、通信面およびデータ格納面におけるサーバ側の負担が増大し、好ましくない状況となってしまう。

また、上記したような構成のセンサおよびサーバにおけるデータ管理においては、サーバ側において、データ通信を行うセンサの数だけの通信管理、具体的には、例えば、ポート管理を行う必要がある。このような通信制御についても負担が大きいものとなってしまう。

ここで、通信においては、センサ側からサーバ側へデータを送信するアップストリームと、サーバ側からセンサ側へデータを送信するダウンストリームとがある。上記したような従来の構成においては、計測値のデータの生成がセンサ側で行なわれており、アップストリームの数が多くなって、通信データがアップストリームに集中することとなる。一方、ダウンストリームについては、センサを制御する制御信号を送信するのみであるため、アップストリームにおける通信量と比較して通信データが非常に小さいものとなる。このような状況は、通信の非効率を招き、好ましくない。特に、ＡＤＳＬ（Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｌｉｎｅ）回線を用いてデータの通信を行う場合、アップストリーム帯域よりもダウンストリーム帯域の方をより広く確保しているため、帯域が小さいアップストリームにより多くのデータを流してしまうこととなり、通信効率が非効率となってしまう。

ここで、特許文献１においては、前回送信指示信号を出力した時の数値化された入力信号値との変化量が設定値Ｄより小さい場合は、送信指示禁止時間Ｔが経過するまで送信指示信号の出力を出さないようにしている。こうすることにより、データの量および通信量の低減を図ることとしている。

また、特許文献２によると、今回の計測値のデータに所定値を越える変化が認められた場合に、今回の計測値のデータを無線送信すべき計測値のデータとして判断して、メモリに保存することとしている。

すなわち、上記した特許文献１および特許文献２によると、予め定められた所定値と、センサにより計測された計測値とを比較し、その差が所定の閾値より大きいか否かにより計測値のデータを送信するか否かを判断することとしている。しかし、このような方法によると、予め定められた所定値が適切でなかった場合、通信が非効率となり、従来における構成とほとんど変わりないものとなる場合がある。

具体的には、予め定められた所定値が実際の計測値と大きく異なっていれば、計測値のデータを送信すると判断する場合が多くなり、データの送信回数が多くなって、結果として従来のものとほとんど変わりのないものとなってしまう。

この発明の目的は、効率的な通信を可能とするデータ通信システムを提供することである。

この発明の他の目的は、効率的な通信を可能とするデータ通信方法を提供することである。

この発明のさらに他の目的は、効率的な通信を可能とするセンサを提供することである。

この発明のさらに他の目的は、効率的な通信を可能とするセンサ制御装置を提供することである。

この発明に係るデータ通信システムは、所定の状態を計測するセンサ、およびセンサと通信可能なセンサ制御装置を備える。センサは、所定の状態を所定のタイミングで計測する計測手段、センサ制御装置から送信された所定の状態の予測値を保持する予測値保持手段、計測手段により計測した計測値と予測値保持手段により保持された予測値とに基づいて、センサ制御装置へ送信するデータを算出する算出手段、算出手段により算出されたデータをセンサ制御装置へ送信する第一の送信手段を含む。センサ制御装置は、第一の送信手段により送信されたデータと予測値とを基にセンサにより計測した計測値を生成する計測値生成手段、計測値生成手段により生成された計測値を格納する格納手段、計測値を基に次に計測すべき計測値の予測値を生成する予測値生成手段、予測値生成手段により生成した予測値のデータをセンサへ送信する第二の送信手段を含む。

このような構成によると、センサは、計測値と予測値とに基づいて、センサ制御装置へ送信するデータを算出する。そして、算出したデータをセンサ制御装置に送信する。センサ制御装置は、送信されたデータを基に次に計測すべき計測値の予測値を生成し、センサへ送信する。したがって、次回の予測値は、実測値、すなわち、実際の計測値を反映したものとなるため、予測値はより実測値に近いものに修正されていくことになる。すなわち、本願発明における予測値は特許文献１および特許文献２に示すような静的な値に固定されるのではなく、実測値を加味した動的な値となる。このようなデータ通信システムは、センサ制御装置からセンサへの通信であるダウンストリームを利用して、予測値の精度を上げることができ、通信を効率的に行うことができる。

ここで、「所定の状態」とは、装置や環境におけるセンサにより計測可能なある状態をいい、装置としてプレス装置を用いた場合には、プレス装置のプレス時における消費電力等をいう。

好ましくは、センサ制御装置は、予測値生成手段により生成した新たな予測値と所定の値とを比較し、比較結果に応じてセンサへデータを送信するか否かを決定する制御手段を含む。

さらに好ましくは、算出手段は、計測手段により計測した計測値と予測値保持手段により保持された予測値との差分を算出し、計測値生成手段は、差分のデータから計測値を生成する。

さらに好ましくは、第二の送信手段は、予測値生成手段により生成した予測値と前回の予測値との差分を算出して予測値の差分のデータをセンサに送信し、予測値保持手段は、予測値の差分のデータから次回の予測値を算出して保持する。

さらに好ましい一実施形態として、予測値生成手段は、計測値の重み付けに応じて予測値を生成する。

この発明の他の局面において、データ通信方法は、センサにより計測した計測値のデータをセンサ制御装置に送信するデータ通信方法であって、センサにより所定の状態を所定のタイミングで計測する計測ステップ、センサ制御装置から送信された所定の状態の予測値をセンサに保持する予測値保持ステップ、計測ステップにより計測した計測値と予測値保持ステップにより保持された予測値とに基づいて、センサ制御装置へ送信するデータを算出する算出ステップ、算出ステップにより算出されたデータをセンサ制御装置へ送信する第一の送信ステップ、第一の送信ステップにより送信されたデータと予測値とを基にセンサにより計測した計測値をセンサ制御装置において生成する計測値生成ステップ、計測値生成ステップにより生成された計測値を格納する格納ステップ、計測値を基に次に計測すべき計測値の予測値を生成する予測値生成ステップ、および予測値生成ステップにより生成した予測値のデータをセンサへ送信する第二の送信ステップとを備える。

この発明のさらに他の局面において、センサは、所定の状態を計測するセンサであって、所定の状態を所定のタイミングで計測する計測手段、センサと通信可能なセンサ制御装置から送信された所定の状態の予測値を保持する予測値保持手段、計測手段により計測した計測値と予測値保持手段により保持された予測値とに基づいて、センサ制御装置へ送信するデータを算出する算出手段、算出手段により算出されたデータをセンサ制御装置へ送信する送信手段を含む。

この発明のさらに他の局面において、センサ制御装置は、所定の状態を計測するセンサと通信可能なセンサ制御装置であって、センサから送信されるデータを受信すれば、データと予測値とを基にセンサにより計測した計測値を生成する計測値生成手段、計測値生成手段により生成された計測値を格納する格納手段、計測値を基に次に計測すべき計測値の予測値を生成する予測値生成手段、予測値生成手段により生成した予測値のデータをセンサへ送信する送信手段を含む。

このような構成によると、センサは、計測値と予測値とに基づいて、センサ制御装置へ送信するデータを算出する。そして、算出したデータをセンサ制御装置に送信する。センサ制御装置は、送信されたデータを基に次に計測すべき計測値の予測値を生成し、センサへ送信する。したがって、次回の予測値は、実測値、すなわち、実際の計測値を反映したものとなるため、予測値はより実測値に近いものに修正されていくことになる。すなわち、本願発明における予測値は特許文献１および特許文献２に示すような静的な値に固定されるのではなく、実測値を加味した動的な値となる。このようなデータ通信システムは、センサ制御装置からセンサへの通信であるダウンストリームを利用して、予測値の精度を上げることができ、通信を効率的に行うことができる。

また、この発明に係るデータ通信方法、センサおよびセンサ制御装置についても、通信を効率的に行うことができる。

この発明の一実施形態に係るデータ通信システムの構成を示すブロック図である。 この発明の一実施形態に係るデータ通信システムにおいてデータを通信する際のフローチャートである。 この発明の一実施形態に係るデータ通信システムにおいてセンサとサーバとの通信のやり取りを示すシーケンス図である。 １回目の計測時においてセンサからサーバへデータを送信した状態を示すグラフである。 サーバが生成した予測値を示すグラフである。 サーバが生成した予測値をセンサ側へ送信した状態を示すグラフである。 ２回目の計測時においてセンサ側からサーバ側へデータを送信した状態を示すグラフである。 データを送信するか否かを判断する場合のグラフである。 サーバが生成した２回目の実績値を示すグラフである。 サーバが生成した２回目の予測値を示すグラフである。 １回目の予測値と２回目の予測値との差分を示すグラフである。 センサが生成した２回目の予測値を示すグラフである。 サーバが生成した３回目の実績値を示すグラフである。 実績値および重み付け方法により算出した予測値を示すグラフである。 製品生産時における消費電力と経過時間との関係を示すグラフである。 パーティクルセンサによるクリーン度と経過時間との関係を示すグラフである。 周期が途中で変化した場合の実績値と経過時間との関係を示すグラフである。 従来におけるセンサとサーバとの通信状態を示すグラフである。 従来におけるセンサとサーバとの通信時における処理の流れを示すフローチャートである。

以下、この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。まず、この発明の一実施形態に係るデータ通信システムの構成について説明する。図１は、この発明の一実施形態に係るデータ通信システムの構成を示すブロック図である。

図１を参照して、データ通信システム１１は、周期性を有する所定の装置１２の状態を計測するセンサ２１と、センサ２１により計測した計測値を管理するセンサ制御装置としてのサーバ３１とを備える。データ通信システム１１は、具体的には、例えば、所定の装置１２をプレス装置とした場合、プレス装置の消費電力を検出する電力モニタである。その他にも、データ通信システム１１は、センサ２１により装置の電流値や電圧値、部屋の温度や湿度、クリーンルームにおけるクリーン度、溶液の粘度等を計測する場合に適用される。

センサ２１とサーバ３１とは、無線により通信可能である。すなわち、図１中の矢印で示すように、無線による双方向通信が可能である。

次に、センサ２１の具体的な構成について説明する。センサ２１は、装置１２の状態を計測する計測手段としての計測部２２と、計測値を生成する計測値生成部２３と、後述する次回の予測値を生成する予測値生成部２４と、計測値と予測値とに基づいてサーバ３１へ送信するデータを算出する算出手段として、計測値と予測値との差分の絶対値を算出する差分算出部２５と、前回の予測値を保持する予測値保持部２６とを含む。また、センサ２１は、データを送信する送信部２７と、データを受信する受信部２８とを含む。

一方、サーバ３１は、計測値を生成する計測値生成部３２と、計測値を格納する計測値格納部３３と、前回の予測値を保持する予測値保持部３４と、次回の予測値を生成する予測値生成部３５と、前回の予測値と次回の予測値との差分の絶対値を算出する差分算出部３６とを含む。また、サーバ３１についても、データを送信する送信部３７と、データを受信する受信部３８とを含む。

次に、上記した構成のデータ通信システム１１において、この発明の一実施形態に係るデータ通信方法について説明する。図２は、この発明の一実施形態に係るデータ通信システム１１においてデータを通信する際の処理の流れを示すフローチャートである。また、図３は、センサ２１とサーバ３１との間のデータの授受、すなわち、データのやり取りの状態を示すシーケンス図である。

図１〜図３を参照して、この発明の一実施形態に係るデータ通信システムにおけるデータ通信方法について説明する。ここでは、１周期分のデータのやり取りを示す。この実施形態では、時間Ｔ_Ｘから時間Ｔ_Ｙの間の１周期において、間隔Ｔ_Ｚで１６個のサンプリングを行なう場合について説明する。すなわち、Ｔ_ＸからＴ_Ｙまでの１周期内において、合計１６個の計測値が計測されることとなる。なお、各サンプリングについては、Ｔ_Ｘからの経過時間の短い順に、Ｄ_１、Ｄ_２、…Ｄ_１６と呼ぶこととする。

まず、センサ２１により装置１２の最初の計測を実施する（図２において、ステップＳ１１、以下、ステップを省略する）。そして、計測により得られた計測結果を基に、１周期分の計測値を生成する（Ｓ１２）。

そして、１周期分の計測値のデータをサーバ３１へ送信する。この場合、センサ２１による最初の計測であり、全ての計測値のデータをサーバ３１へ送信する（Ｓ１３）。すなわち、１周期分に含まれる１６個の計測値のデータ全てが送信される。図４は、この場合におけるデータの送信状態を示す図であり、図１８に相当する。すなわち、図４におけるグラフの構成、具体的には、縦軸および横軸の構成については、図１８と同様である。図４を参照して、Ｄ_１〜Ｄ_１６の計測値のデータ全てをそのままサーバ３１側へ送信する。なお、以下に示す図５〜図１２のグラフについては、その構成が図４と同じである。

そうすると、サーバ３１は、受信した全ての計測値のデータから、最初の計測における計測値を生成する。この場合、最初の計測であるため、送信された１６個全ての計測値のデータがそのまま最初の計測値となる。その後、生成した１周期分の計測値を格納する。

次に、受信した全ての計測値から次回の予測値（ここでは、第一の予測値という。）を生成する（Ｓ１４）。この場合、最初の計測に基づく次回の予測値であるため、受信した全ての計測値のデータを基に第一の予測値を生成する。ここでは、１６個全ての計測値がそのまま、第一の予測値となる。図５は、この場合における予測値を示す図である。図５中の右側のグラフにおいて、点線４１で示すデータが第一の予測値である。この第一の予測値は、最初の計測値をそのままプロットしたものである。

次に、生成した第一の予測値について、第一の予測値のデータをサーバ３１からセンサ２１に送信する（Ｓ１５）。この場合、最初に算出された第一の予測値であり、比較対象となる前回の予測値は図４に示す通り存在しないため、第一の予測値の全てのデータをセンサ２１へ送信する。

センサ２１は、第一の予測値のデータを受信し、センサ２１内において次回の予測値を生成する（Ｓ１６）。この場合、最初に送信される第一の予測値であるため、そのまま第一の予測値がセンサ２１内に次回の予測値として保持される。図６は、この場合における予測値を示す図である。図６中の点線４２で、第一の予測値を示す。

次に、２回目の計測を行なう（Ｓ１７において、ＹＥＳ）。すなわち、センサ２１による１周期分の計測が再び実施される（Ｓ１８）。そして、計測された値から計測値を生成する（Ｓ１９）。

ここで、生成された計測値について、第一の予測値と生成された２回目の計測値との間の差分の絶対値を算出する（Ｓ２０）。差分の絶対値の算出は、各サンプリングについて行なわれる。すなわち、第一の予測値における各データと、生成された各計測値データとの差分の絶対値を算出する。

そして、差分の絶対値が第一の所定の値よりも大きいか否かを判断する。具体的には、差分の絶対値｜予測値−計測値｜が第一の所定の値である許容誤差Ａ_１よりも大きいか否かを判断する。判断した後、差分の絶対値が許容誤差Ａ_１よりも大きい計測値について、サーバ３１にデータを送信する（Ｓ２１）。一方、差分の絶対値が許容誤差Ａ_１以下の計測値については、サーバ３１にデータを送信しない。図７は、この場合におけるグラフである。図７を参照して、予測値Ｌ_１との関係において、差分の絶対値｜予測値−計測値｜が第一の所定の値となる許容誤差Ａ_１以下である計測値Ｋ_１、Ｋ_３、Ｋ_４については、データを送信しない。一方、差分の絶対値｜予測値−計測値｜が第一の所定の値となる許容誤差Ａ_１よりも大きい計測値Ｋ_２のみについて、データの送信を行なう。図８は、この場合のグラフである。具体的には、Ｄ_１、Ｄ_２、Ｄ_３、Ｄ_４、Ｄ_６、Ｄ_８の各データについては、差分の絶対値が許容誤差Ａ_１以下であるため、Ｄ_１、Ｄ_２、Ｄ_３、Ｄ_４、Ｄ_６、Ｄ_８に該当するデータを送信せず、差分の絶対値が許容誤差Ａ_１よりも大きいＤ_５、Ｄ_７の各データについては、Ｄ_５、Ｄ_７に該当するデータを送信する。

ここで、データの送信については、サーバ３１へ計測値を加味した新たな予測値を生成するよう要求するデータとして、差分および該当するデータの識別情報、すなわち、経過時間と（予測値−計測値）で表される差分を送信する。

そして、送信されたデータを基に、サーバ３１は２回目の計測値を生成する（Ｓ２２）。２回目の計測値の生成については、以下の通りである。すなわち、センサ２１から送信され、サーバ３１によって受信したデータ、具体的には差分および該当するデータの識別情報により、その値と第一の予測値とに基づいて計測値を生成する。センサ２１によって送信されず、サーバ３１によって受信しない計測値については、そのまま第一の予測値の値を用いる。この場合、Ｄ_５、Ｄ_７の各データについては、送信された差分のデータ等を基にサーバ３１側にて計測値を算出し、それ以外の各データについては、第一の予測値をそのまま用いる。このようにして、２回目の計測値を生成する。図９は、この場合におけるグラフである。そして、生成した２回目の計測値を格納部に格納する。

次に、次回の予測値（ここでは、第二の予測値という。）を生成する（Ｓ２３）。ここで、第二の予測値については、第一の予測値および２回目の計測値に基づいて生成を行なう。図１０は、この場合におけるグラフである。図１０中、実線４３は、生成された２回目の計測値を示し、点線４４は、第一の予測値および２回目の計測値に基づいて生成された第二の予測値データを示す。具体的には、実線４３に示すＤ_５およびＤ_７に該当する予測値については、第一の予測値および２回目の計測値に重み付けをつけて、後述する算出方法により算出される。ここでは、具体的には、１回目の計測値と２回目の計測値とのちょうど間に位置するデータが算出される。

その後、生成した第二の予測値を次回の予測値としてサーバ３１側に保持する。そして、第二の予測値の各データと第一の予測値の各データとの差分を算出する（Ｓ２４）。すなわち、図１１において、両方向矢印Ｂ_１、Ｂ_２で示す差分の絶対値を算出する。ここでは、Ｄ_５およびＤ_７に該当する予測値における差分となる。そして、差分の絶対値が第二の所定の値Ａ_２（図示せず）よりも大きければ、差分をセンサ２１へ送信する（Ｓ２５）。一方、差分の絶対値が第二の所定の値以下であるデータについては、センサ２１に送信しない。すなわち、サーバ３１は、生成した新たな予測値と第二の所定の値とを比較して、比較結果に応じてセンサ２１にデータを送信するか否かを決定する。

センサ２１は、送信された差分を基に、センサ２１内において次回の予測値、すなわち、第二の予測値の生成を行なう（Ｓ２６）。具体的には、差分が送信されれば、送信された差分データを用いて第一の予測値により第二の予測値を生成する。差分が送信されなければ第一の予測値における値を基に、第二の予測値を生成する。すなわち、第一の予測値に第一の計測値を反映させて、第二の予測値に更新する構成である。この場合におけるグラフを、図１２に示す。そして、センサ２１側において、第二の予測値の保持を行なう（Ｓ２７）。

その後、センサ２１による３回目の計測を実施し、再び計測値を生成する。そして、第二の予測値との差分を算出して、差分が所定の値よりも大きければ、そのデータのみをサーバ３１に送信する。このようにして、３回目の計測値を生成し、サーバ３１に格納する。この場合を図１３に示す。

以降、計測が終了するまで、上記Ｓ１７〜Ｓ２６のステップを繰り返す（Ｓ１７）。そして、計測を終了する。

このように構成することにより、センサは、測値と予測値とに基づいて、センサ制御装置へ送信するデータを算出する。そして、算出したデータをセンサ制御装置に送信する。センサ制御装置は、送信されたデータを基に次に計測すべき計測値の予測値を生成し、センサへ送信する。したがって、次回の予測値は、実測値、すなわち、実際の計測値を反映したものとなるため、予測値はより実測値に近いものに修正されていくことになる。すなわち、本願発明における予測値は特許文献１および特許文献２に示すような静的な値に固定されるのではなく、実測値を加味した動的な値となる。このようなデータ通信システムは、センサ制御装置からセンサへの通信であるダウンストリームを利用して、予測値の精度を上げることができ、通信を効率的に行うことができる。

また、この発明に係るデータ通信方法は、センサにより計測した計測値のデータをセンサ制御装置に送信するデータ通信方法であって、センサにより所定の状態を所定のタイミングで計測する計測ステップ、センサ制御装置から送信された所定の状態の予測値をセンサに保持する予測値保持ステップ、計測ステップにより計測した計測値と予測値保持ステップにより保持された予測値とに基づいて、センサ制御装置へ送信するデータを算出する算出ステップ、算出ステップにより算出されたデータをセンサ制御装置へ送信する第一の送信ステップ、第一の送信ステップにより送信されたデータと予測値とを基にセンサにより計測した計測値をセンサ制御装置において生成する計測値生成ステップ、計測値生成ステップにより生成された計測値を格納する格納ステップ、計測値を基に次に計測すべき計測値の予測値を生成する予測値生成ステップ、および予測値生成ステップにより生成した予測値のデータをセンサへ送信する第二の送信ステップとを備える。

また、この発明に係るセンサは、所定の状態を計測するセンサであって、所定の状態を所定のタイミングで計測する計測手段、センサと通信可能なセンサ制御装置から送信された所定の状態の予測値を保持する予測値保持手段、計測手段により計測した計測値と予測値保持手段により保持された予測値とに基づいて、センサ制御装置へ送信するデータを算出する算出手段、算出手段により算出されたデータをセンサ制御装置へ送信する送信手段を含む。

また、この発明に係るセンサ制御装置としてのサーバは、所定の状態を計測するセンサと通信可能なサーバであって、センサから送信されるデータを受信すれば、データと予測値とを基にセンサにより計測した計測値を生成する計測値生成手段、計測値生成手段により生成された計測値を格納する格納手段、計測値を基に次に計測すべき計測値の予測値を生成する予測値生成手段、予測値生成手段により生成した予測値のデータをセンサへ送信する送信手段を含む。

この発明に係るデータ通信方法、センサおよびサーバについても、通信を効率的に行うことができる。

次に、上記した図２のＳ２０において、差分の絶対値が第一の所定の値よりも大きいか否かを判断する基準となる第一の所定の値の決め方の具体例について説明する。

まず、予測値を算出するにあたり、計測して得られた計測値のデータから計測値のデータの１周期を算出するには、例えば、以下の方法を用いる。計測して得られたデータに対して、高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を行い、周波数を検出する。そして、周期＝１／周波数の関係式を用いて周期を算出する。

次回の予測値データの算出方法は、例えば、（１）重み付け法による次回予測値の算出方法、（２）直前値法による次回予測値の算出方法、（３）平均法による次回予測値の算出方法、（４）固定値による次回予測値の定義方法、がある。以下に各方法を示す。

まず、（１）重み付け法による次回予測値の算出方法について説明する。

サーバにて蓄積した計測値データの実績値から次回の予測値データを算出する算出方法は、以下の数１の式を用いる。

ここで、式中において、実績値は、ｆ（ｎ，ｔ）で表現される。なお、ｎ、ｔについては、以下の通りである。

ｔ：１回の計測期間（１周期）内におけるｔ回目の計測
ｎ：何回前に計測したかを示す値
ｆ（ｎ，ｔ）は、具体的には、以下の通りとなる。

今回（０回目）の実績値：ｆ（１，ｔ）
１回前の実績値：ｆ（２，ｔ）
２回前の実績値：ｆ（３，ｔ）
そして、次回の予測値をＦ（０，ｔ）で表現し、使用する過去実績値の回数をｐで表現すると、次回に使用する予測値の算出方法の例は、表１に示す通りとなる。なお、今回〜３回前の実績値を使用する場合、４回分のデータを使用するので、式中のｐの値は、４となる。また、表１においては、過去実績４回分を使用した場合を示している。

ここで、算出した予測値については、実際にセンサで計測可能な最小単位の倍数値とする近似補正を行ない、妥当な数値を算出する。すなわち、センサで計測可能な最小単位が１であるとしたとき、次回の予測値の具体的な値が１７．７５０であれば、次回の予測値は、１８と補正する。

具体例について説明すると、ｐ＝４、ｔ＝１のときのＦ（０，１）の算出方法は、以下の通りとなる。

Ｆ（０，１）＝{（１／２）^１×ｆ（１，１）}＋{(１／２）^２×ｆ（２，１）}＋{(１／２)^３×ｆ（３，１）}＋{（１／２）^４×ｆ（４，１）}＋（１／２）^４×ｆ（１，１）
＝（１／２×１８）＋（１／４×１７）＋（１／１６×１８）＋（１／１６×１８）
＝９＋４．２５＋２．２５＋１．１２５＋１．１２５
＝１７．７５
なお、図１４に、過去４回の実績から得られた予測値の例を示す。図１４において、Ｃ_１が３回前周期の実測値、Ｃ_２が２回前周期の実測値、Ｃ_３が１回前周期の実測値、Ｃ_４が今回周期の実測値、Ｃ_５が予測値となる。

次に、（２）直前値法による次回予測値の算出方法について説明する。

サーバにて収集した実績値から次回使用する予測値の算出方法は、以下の式から導き出される。

Ｆ（０，ｔ）＝ｆ（１，ｔ）
ここで、式中において、実績値は、ｆ（ｎ，ｔ）で表現される。なお、ｎ、ｔについては、以下の通りである。

ｔ：１回の計測期間内でのｔ回目の計測
ｎ：何回前に計測したかを示す値
今回（０回前）の実績値は、ｆ（１，ｔ）となる。そして、次回の予測値は、Ｆ（０，ｔ）で表現される。次回使用する予測値の算出方法の例は、以下の表２に示される。

次に、（３）平均法による次回予測値の算出方法について説明する。

サーバにて収集した実績値から次回使用する予測値の算出方法は、以下の数２に示す式により導き出される。

ここで、式中において、実績値は、ｆ（ｎ，ｔ）で表現される。なお、ｎ、ｔについては、以下の通りである。

ｔ：１回の計測期間内でのｔ回目の計測
ｎ：何回前に計測したかを示す値
今回（０回前）の実績値：ｆ（１，ｔ）
１回前の実績値：ｆ（２，ｔ）
２回前の実績値は：ｆ（３，ｔ）
次回の予測値は、Ｆ（０，ｔ）で表現される。また、使用する過去実績値の回数は、ｐで表現される。ここで、今回〜３回前の実績値を使用する場合、４回分のデータを使用するので、ｐは、４となる。次回使用する予測値の算出方法の例は、以下の表３に示される。なお、過去実績は、４回分を使用した場合を示している。

なお、算出にあたっては、算出した予測値が、実際にセンサで計測可能な最小単位の倍数値となる近似補正を行なう。センサで計測可能な最小単位が１であるとしたとき、次回の予測値が「１７．７５０」であるものは、上記した（１）の場合と同様に、「１８」と補正する。

具体的な算出方法を、以下に示す。

ｐ＝４、ｔ＝１のときのＦ（０，１）の算出方法については、以下の通りである。

Ｆ（０，１）＝（１／４）×{ｆ（１，１）＋ｆ（２，１）＋ｆ（３，１）＋ｆ（４，１）}
＝（１／４）×（１８＋１７＋１８＋１８）
＝１７．７５
次に、（４）固定値による次回予測値の定義方法について説明する。

予測値については、サーバにて収集した実績値を使用せず、予測値を固定値で設定する。

すなわち、Ｆ（０，ｔ）は、固定値となる。

ここで、式中において、実績値は、ｆ（ｎ，ｔ）で表現される。なお、ｎ、ｔについては、以下の通りである。

ｔ：１回の計測期間内でのｔ回目の計測
ｎ：何回前に計測したかを示す値
今回（０回前）の実績値は、ｆ（１，ｔ）となる。そして、次回の予測値は、Ｆ（０，ｔ）で表現される。次回使用する予測値の算出方法の例は、表４に示される。

この表４に示す場合においては、次回の予測値が今回の実績値に影響されないものとなる。

次に、使用想定例について説明する。

（１）消費電力の計測での使用例（周期性を持ったデータの計測）
プレス機等により連続生産を行なっている場合、図１５に示すように、消費電力を示す電力データの波形が周期的に現れる。図１５中、縦軸は消費電力を示し、横軸は経過時間を示す。また、製品Ａの生産の場合と製品Ｂの生産の場合とを示し、周期は異なるがそれぞれ６サイクルの周期分を示している。このような場合、予測値と測定値（実績値）とが近くなり、予測値と測定値との差の絶対値が許容誤差以下になる可能性が非常に高くなる。その結果、センサからサーバに対して送信される通信回数が少なくなり、効率的な通信が行われる。具体的には、図１５中の矢印Ｅ_１、Ｅ_２、Ｅ_３で示すサンプリングタイミングにおける製品Ａ生産時におけるピークの計測値が、前の周期、およびさらに前の周期における計測値と同程度の値となり、差分の絶対値が許容誤差以下となって、通信を行わなくとも、計測値が生成されることとなる。

（２）空気中でのクリーン度計測での使用（一定性を持ったデータの計測）
クリーンルーム内のクリーン度をパーティクルセンサで測定している場合、図１６で示すように、クリーン度を示す波形が一定性を持って現れる。図１６中、縦軸は計測されるクリーン度を示し、横軸は、経過時間を示す。このような場合、時間経過による値の変化が少なく、予測値と測定値（実績値）とが近くなり、予測値と測定値の差の絶対値が許容誤差以下になる可能性が非常に高くなる。その結果、センサからサーバに対して送信される通信回数が少なくなる。具体的には、図１６中の矢印Ｆ_１で示すサンプリング時における計測値が、前の周期における矢印Ｆ_２で示す計測値と同程度の値となり、差分の絶対値が許容誤差以下となって、通信を行わなくとも、計測値が生成されることとなる。

次に実施例について説明する。前提条件は、以下の通りである。また、計測により得られた実績値を示すデータは、図１７に示す通りである。計測対象の機器では、正弦波が５周期発生した後、周期が変わり、周期が１／２となった正弦波が１０周期発生する値が発生した。センサでは、一定時間毎に計測が行なわれた。すなわち、前半の正弦波では、１周期に２０回、後半の正弦波では、１周期に１０回の計測が行われ、合計２００回の計測が行われた。前半、後半の正弦波上から外れたデータが合計１０％（２０個）発生した。なお、図１７中の矢印で示す点が、正弦波上から外れたデータである。

表５に、従来の手法および本願発明の手法における通信状態を示す。

図１７および表５を参照して、従来の方法では、センサからサーバへの通信回数は、２００回必要となるが、本願発明においては、８０回でよいため、６０％の通信量の削減が可能となる。すなわち、図１７中の矢印で示す予測から外れたデータ通信は２０回、図１７中の矢印Ｇ_１で示す前半の周期認識のためのデータ通信は４０回、図１７中の矢印Ｇ_２で示す後半の周期認識のためのデータ通信は２０回であり、センサからサーバへの通信は、合計８０回となる。ここで、従来においては、２００回となるため、（２００−８０）／２００×１００＝６０％となる。さらに、サーバからセンサへの通信については、従来においては、０である。一方、本願発明について、前半の１周期分の予測値のデータ通信は２０回、後半の１周期分の予測値のデータ通信は１０回となる。そうすると、合計の通信回数は８０＋３０＝１１０回となるが、２００回よりも少なく、（２００−１１０）／２００×１００＝４５％となる。すなわち、本願発明においては、サーバからセンサへの通信量が増加することとなるが、この増加量を加味しても、４５％の通信量の削減が可能となる。また、同じ周期の動作が長く続くほど、通信量の削減効果が大きくなる。

以上より、このような構成のデータ通信システム、データ通信方法、センサおよびセンサ制御装置によると、効率的な通信を可能とする。

なお、上記の実施の形態においては、差分のデータを送信することとしたが、これに限らず、送信するデータは、差分でなくともよく、たとえば、差分の絶対値が第一の所定の値よりも大きいと判断した計測値のデータをそのままサーバへ送信することとしてもよい。また、差分の絶対値が第一の所定の値よりも大きいと判断した計測値について、新たな予測値を生成するよう要求するデータを送信することにしてもよい。

また、計測値と予測値とに基づいてサーバへ送信するデータを算出する算出手段として、差分を算出することとしたが、これに限らず、例えば、計測値を予測値で除した値を算出し、算出結果が計測値や予測値の数％以上であれば、データを送信等するように構成してもよい。

なお、上記の実施の形態において、サーバは、生成した新たな予測値と所定の値とを比較して、比較結果に応じてセンサにデータを送信するか否かを決定するよう構成したが、これに限らず、サーバは、新たな予測値を生成すれば、生成した新たな予測値を全てセンサ側に送信するよう構成してもよい。

なお、上記した第一および第二の所定の値については、可変であってもよい。例えば、計測の初期においては、第一の所定の値がほぼ０に近い値となり、計測値のばらつき等に応じて、平均や分散などから数値化してもよい。

また、上記の実施の形態において、計測の最初から所定回数の周期分については、データを全て送信して、予測値の確実性を重視する構成としてもよい。

また、上記の実施の形態においては、無線回線で送信されることとしたが、これに限らず、サーバとセンサとを有線回線で結び、通信を行うこととしてもよい。

なお、上記の実施の形態において、センサは、所定の機器に関する計測値を計測することとし、予測値を生成する上において、所定の機器の経時変化を加味して予測値を生成することとしてもよい。

また、上記の実施の形態においては、センサにより計測したデータを管理する制御装置としてサーバを用いることとしたが、これに限らず、センサにより計測したデータを格納可能であり、双方向のデータ通信を行うことが可能な他の制御機器を用いても構わない。

なお、上記の実施の形態においては、センサにより計測される所定の状態は、周期性を有することとしたが、これに限らず、例えば、その計測値が増加、あるいは減少していくものについても適用される。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

この発明に係るデータ通信システム、データ通信方法、センサおよびセンサ制御装置は、効率的な通信が要求される場合に、有効に利用される。

１１ データ通信システム、１２ 装置、２１ センサ、２２ 計測部、２３，３２ 計測値生成部、２４，３５ 予測値生成部、２５，３６ 差分算出部、２６，３４ 予測値保持部、２７，３７ 送信部、２８，３８ 受信部、３１ サーバ、３３ 計測値格納部、４１，４２，４４ 点線、４３ 実線。

Claims (8)

1. 所定の状態を計測するセンサ、および前記センサと通信可能なセンサ制御装置を備えるデータ通信システムであって、
   前記センサは、所定の状態を所定のタイミングで計測する計測手段、
   前記センサ制御装置から送信された所定の状態の予測値を保持する予測値保持手段、
   前記計測手段により計測した計測値と前記予測値保持手段により保持された前記予測値とに基づいて、前記センサ制御装置へ送信するデータを算出する算出手段、
   前記算出手段により算出されたデータを前記センサ制御装置へ送信する第一の送信手段を含み、
   前記センサ制御装置は、前記第一の送信手段により送信されたデータと前記予測値とを基に前記センサにより計測した計測値を生成する計測値生成手段、
   前記計測値生成手段により生成された計測値を格納する格納手段、
   前記計測値を基に次に計測すべき計測値の予測値を生成する予測値生成手段、
   予測値生成手段により生成した予測値のデータを前記センサへ送信する第二の送信手段、
   前記予測値生成手段により生成した新たな予測値と所定の値とを比較し、比較結果に応じて前記センサへデータを送信するか否かを決定する制御手段を含む、データ通信システム。
2. 前記算出手段は、前記計測手段により計測した計測値と前記予測値保持手段により保持された前記予測値との差分を算出し、
   前記計測値生成手段は、前記差分のデータから計測値を生成する、請求項１に記載のデータ通信システム。
3. 前記第二の送信手段は、前記予測値生成手段により生成した予測値と前回の予測値との差分を算出して予測値の差分のデータを前記センサに送信し、
   前記予測値保持手段は、前記予測値の差分のデータから次回の予測値を算出して保持する、請求項１または２に記載のデータ通信システム。
4. 前記予測値生成手段は、計測値の重み付けに応じて予測値を生成する、請求項１〜３のいずれかに記載のデータ通信システム。
5. 前記第一の送信手段により送信される前記算出手段によって算出されたデータと、前記第二の送信手段により送信される前記予測値生成手段により生成した前記予測値のデータとは、異なっている、請求項１〜４のいずれかに記載のデータ通信システム。
6. 前記予測値保持手段により保持される前記予測値と、前記格納手段により格納される計測値とは、異なっている、請求項１〜５のいずれかに記載のデータ通信システム。
7. センサにより計測した計測値のデータをセンサ制御装置に送信するデータ通信方法であって、
   前記センサにより所定の状態を所定のタイミングで計測する計測ステップ、
   前記センサ制御装置から送信された所定の状態の予測値を前記センサに保持する予測値保持ステップ、
   前記計測ステップにより計測した計測値と前記予測値保持ステップにより保持された予測値とに基づいて、前記センサ制御装置へ送信するデータを算出する算出ステップ、
   前記算出ステップにより算出されたデータを前記センサ制御装置へ送信する第一の送信ステップ、
   前記第一の送信ステップにより送信されたデータと前記予測値とを基に前記センサにより計測した計測値を前記センサ制御装置において生成する計測値生成ステップ、
   前記計測値生成ステップにより生成された計測値を格納する格納ステップ、
   前記計測値を基に次に計測すべき計測値の予測値を生成する予測値生成ステップ、
   前記予測値生成ステップにより生成した予測値のデータを前記センサへ送信する第二の送信ステップ、
   および前記予測値生成ステップにより生成した新たな予測値と所定の値とを比較し、比較結果に応じて前記センサへデータを送信するか否かを決定する制御ステップとを備える、データ通信方法。
8. 所定の状態を計測するセンサと通信可能なセンサ制御装置であって、
   前記センサから送信されるデータを受信すれば、前記データと予測値とを基に前記センサにより計測した計測値を生成する計測値生成手段、
   前記計測値生成手段により生成された計測値を格納する格納手段、
   前記計測値を基に次に計測すべき計測値の予測値を生成する予測値生成手段、
   予測値生成手段により生成した予測値のデータを前記センサへ送信する送信手段、
   前記予測値生成手段により生成した新たな予測値と所定の値とを比較し、比較結果に応じて前記センサへデータを送信するか否かを決定する制御手段を含む、センサ制御装置。

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