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エンベデッドシステムスペシャリスト 過去問題

エンベデッドシステムスペシャリスト 2017年 春期 午後II 問題

エンベデッドシステムスペシャリスト 2017年 春期 午後IIの問題文6問です。図・表・別冊資料と正解は掲載していませんので、出典の公表資料またはアプリでご確認ください。

共通の文章

スマートグリッドに関する次の記述を読んで,設問1ごー3に答えよ。 スマートグリッドは,工場,ビル,住宅などがTIoT機器でつながった,電力の安定 供給を実現する次世代型の電力送配電網である。D社は,ABH,風力などの再生可 能エネルギーを組み合わせて発電を行う発電ステーションシステム(以下,発電ス テーションという)を使用したスマートグリッドを開発している。発電ステーショ ンを使用したスマートグリッドの例を,図1に示す。 火力発電などの分散エネルギー グリッドサーバ- fe ESEイイ||1LUI ae商用電力網la / /~>-@-LL.a |TI poo ss LI |See デe800\ンへ、BEMSビル 発電ステーション||mal||EEMS住宅 発電ステーションi一般住宅 図1発電ステーションを使用したスマートグリッドの例 分散エネルギーグリッドサーバ(以下,グリッドサーバという)は,スマートグ リッド全体を制御する。発電ステーションは,商用電力網からの電力の購入費用を 低減する目的で,工場,ビルなどの施設に併設され,施設に電力を供給する。また, 小規模な発電施設などの監視制御を行うエネルギー管理システムを備えたビルを BEMSビル,同様に小規模な発電施設などの監視制御を行うエネルギー管理システム を備えた住宅をHEMS住宅と呼ぶ。発電ステーション,BEMSビル,HEMS住宅を それぞれ発電システムと呼ぶ。 発電システムが余剰電力を商用電力網に供給することを売電といい,逆に商用電 力網の電力を使用したり,それを蓄電したりすることを買電という。 cer iy= 〔グリッドサーバの概要] グリッドサーバは,各発電システムに蓄えられた総電力量及び各発電システムの 発電電力を常時監視している。また,商用電力網の電力の品質を安定させるために, 蓄えられた総電力量及び発電電力のデータを使用して各発電システムに対して,薔 電を要求したり,売電電力を指示したりする。これを遠隔出力制御という。遠隔出 力制御の一部を次に示す。 ・グリッドサーバは,売電の履歴及び気象情報を基に,各発電システムで最大限売 電可能な電力(以下,最大売電電力という)を決定する。 ・グリッドサーバは,各発電システムに対して翌日分の1時間ごとの最大売電電力の 情報(以下,短期売電情報という)を作成する。また,翌々日以降400日分の6時 間ごとの最大売電電力の情報(以下,長期売電情報という)を作成する。短期売 電情報と長期売電情報を併せて供給スケジュールという。ある発電システムに対 してグリッドサーバが作成した短期売電情報の例を,図2に示す。 ・グリッドサーバは,気象情報を基に翌日の風速,日射強度の予測データを作成す る。 ・グリッドサーバと各発電システム間の通信には,インターネットを用いる。 ・各発電システムは,1日1回23時に,供給スケジュールと翌日の風速,日射強度 の予測データをグリッドサーバからダウンロードし,翌日の発電制御に使用する。 供給スケジュールをダウンロードできない場合は,ダウンロード済みの最新の供 給スケジュールに含まれる長期売電情報を使用する。また,翌日の風速,日射強 度の予測データをダウンロードできない場合は,これまでの風速,日射強度の実 測値の平均値を予測データとする。 (kW) QQ Poeonnemeneseーーーーー °0 6 7 m 18 24(時) 時刻 図2短期売電情報の例 = [発電ステーションの構成 発電ステーションは,風力発電機部(以下,WG部という),太陽電池部(以下, PV部という),燃料電池(以下,FCという),蓄電池及び商用電力網からの電力を, 電力コントローラで選択又は合成して,工場,ビルなどの施設に出力(以下,外部 出力という)する。また,電力を水素生成のために水電解装置に送ったり,鞭電池 に蓄えたりすることができる。 発電ステーションの構成を,図3に示す。 アアアメアプ ごイターットつ ノンンノンノ/マフ PV部管理 EA)a,Un が人of CPU” コント伝送路 Lo hl VN| s水電解にae aa WG部ーーーツ電力の流れ水素タンク ーーーーーー>水素の流れ% 冷却器 注記伝送路は,一部省略している。 SE)管理CPUは,図4に示すように,各構成要素を制御している。 図3発電ステーションの構成 —4デー) 発電ステーションの主な構成要素の仕様を表1に示す。 表1発電ステーションの主な構成要素の仕様 構成系 ・出力電力は,風速10mノ秒以下のとき風速に比例する。 'We・風速10 mノ秒のとき最大出力となり,最大出力は20 kWである。AC/DCコンバータ _を使用して,定電圧で出力する。 ・電流センサ,風速計を備える。 ・出力電力は,日射強度1000Wンmz以下のとき日射強度に比例する。 —・日射強度1.000Wンmzのとき最大出力となり,最大出力は20kWWである。DC/DCコン _バータを使用して,定電圧で出力する。 ・電流センサ,温度センサ,日射計を備える。 水電解装置・電力コントローラからの電力で水を分解し,水素を生成する。- ・水素1m?を生成するのに5kWhを消費し,最大4m?/時で水素を生成できる。 ・最大出力は20 kW,蓄電容量は100 kWh CHS,蓄電した電力量を全て放電できるも 4蓄電池のとする。 ・電流センサ,蓄電電力量計を備える。 ・水素の最大の貯蔵量は100m3である。水素の流入量,流出量を積算する貯蔵量センサ を備える。 'ee・貯蔵量に応じて,内部の圧力が高くなるので,水素タンクは圧力センサを備える。 ・水素を外部に逃がすための排出バルプブを備える。 ・排出バルプの制御,圧力の監視及び貯蔵量の監視は管理CPUによって伝送路経由で 行われる。 ‘Lmの水素から4kWhの電力量を発生させ,最大出力は20 kW CHS,起動後,20 kWhの電力量を出力した後は,定格運転温度を超えないように冷却器で冷却する必要 がある。 Fe・起動指示を受けると出力が直線的に上昇し,20kWの出力に達するまでに12 DBD る。 ・電流センサ,温度センサ,出力電力計を備える。 ・管理CPUからの指示で,WG部,PV部,FC,蓄電池及び商用電力綱からの電力を選 225 be択又は合成して,工場,ビル及び商用電力網に出力する。最大出力は100 kW CH 7ーラる。ただし,WG部,PV部で発電した電力だけを売電できる。 ・WG部,PV部及び商用電力網からの電力を水電解装置,蓄電池に出力する。 ・故障時には遮断器を開放して商用電力網から切り離す。 ・発電ステーション全体を制御する。GRO(FH CPUの制御〕に示す制御を実行す る。 we eo・各構成要素とは。IMビットノ秒の伝送路で接続されている。 ・クロック周波数は,1GHzである。2クロックで1ステップのプログラムを実行する。 冷却回・FCが定格運転温度を超えるのを防ぐ。 ・運転時には,FCの発電電力の2%を消費する。 ecaniciin af社によって管理されており,発電ステーションとの間で相互に電力を供給で 5会Ne Fa Sy;やx>=給+& —5= 発電ステーションのブロック図を,図4に示す。管理CPUと各構成要素の制御 MCU間は,伝送路で接続されている。また,管理CPUは,各構成要素に接続された 電流センサ,温度センサ,ARE,風速計などの測定値をセンサ専用線経由で直接 読み込む。 eer〒 FS a a nh こイシターネットつ i<P =i 注記破線は,センサ専用線を表す。 図4発電ステーションのブロック図 管理CPUの制御】 管理CPUは,WG部,PV部の発電電力,水素の貯蔵量,蓄電池の蓄電電力量など の情報を使用して,必要な発電電力が得られるように複数の電力の供給源を統合的 に制御する。 (1)管理CPUの内部に保存されている外部出力への電力供給の実績から,翌日の電 力の供給量を予測する。また,風速,日射強度の予測データから,WG部,PV部 の発電電力を予測する。 (2)予測した電力の供給量と発電電力を用いて,余剰電力を全て売電できるものと 仮定して1時間単位で翌日の各構成要素の制御方法を決定する。これを運転スケジ ュールという。運転スケジュールでは,WG部,PV部,蓄電池,FC,商用電力綱 の優先順位で外部出力への電力の供給源を選択する。また,WG部,PV部で発電 した電力を外部出力に使用しても,発電した電力に余剰がある場合は,蓄電池の 充電,水電解装置の運転,商用電力網への売電の優先順位で電力を使用する。 (3)運転スケジュールと最大売電電力から,売電可能な電力を予測する。ある時刻 に売電できない余剰電力が発生すると予測した場合,運転スケジュールを修正し ー6一 て,蓄電池及びFCを優先的に使用する。このように,あらかじめ放電させること によって,売電できない余剰電力を使用して蓄電池を充電する,又は水電解装置 を運転することができる。売電できない余剰電力を貯蔵する余裕がない場合には, 余剰電力が発生しないように電力の供給源を制御する。 (4)買電時には,外部出力,BH,水電解装置の優先順位で電力を受け入れる。 グリッドサーバから蓄電の要求があった場合には,蓄電池,水電解装置の優先順 位で電力を受け入れる。 【グリッドサーバと各発電ステーション間の通信〕 グリッドサーバは,インターネットで各発電ステーションの管理CPUと接続され ている。グリッドサーバから各発電ステーションに送信する伝送フレームを下り伝 送フレーム,それに応答して各発電ステーションから送信する伝送フレームを上り 伝送フレームと呼ぶ、グリッドサーバと各発電ステーション間の伝送フレームを, 図5に示す。グリッドサーバは各発電ステーションに順に下り伝送フレームを送信し Iて,売電を要求する電力の大きさ(以下,売電要求電力という)又は蓄電を要求す る電力の大きさ(以下,蓄電要求電力という)を指示する。グリッドサーバは,上 り伝送フレームを受信した後で,次の発電ステーションに下り伝送フレームを送信 する。各伝送フレームの長さは256バイト(固定)である。 下り伝送フレーム 上り伝送フレーム 図5グリッドサーバと各発電ステーション間の伝送フレーム 管理CPUと各構成要素間の通信〕 管理CPUは,5ミリ秒周期で各構成要素全てに,現時点での出力電流などのステ ータスの送信を要求する。各構成要素は,順次,一定の時間を空けてステータスを 送信することによって応答する。また,FH CPU lk,ステータス送信要求と同時に ーッァー 1周期に1台の任意の構成要素に制御指示を送信できる。送信テキストは,有効デー タタ量16バイト(固定)を200ビット(固定)で送信する。 管理CPUと各構成要素間の伝送の様子を,図6に示す。1周期内での送信テキスト の間隔は,10マイクロ秒(固定)である。 |5ミリ秒|| 管理CPU il|| ||| PV部||fil|| |!|| WG部|Il|内一送信テキスト|Il jtーー10マイクロ秒|| 水電解装置|lll|ll|| emai||[il| | 水素タンクil! 7|l 1. ||| 電力コントローラ!||lll| 図6管理CPUと各構成要素間の伝送の様子 〔管理CPUの実行プログラム〕 管理CPUが実行するプログラムの一覧を表2に示す。メインプログラム以外のプ ログラムは割込み処理プログラムであり,実行優先度の数値が小さいものほど優先 度が高く,イベントドリブンプリエンプティブ方式で実行される。 —8— 表2管理CPUが実行するプログラムの一覧 LTE B ・発電電力を測定するために,WG部,PV部,|、、、、。し 1|タイマ赤稚み1 FC,英電池の電流センサから,電流値を,センーー サ専用線で読み込む。 ・受信データ用FIFOに,16バイト分の有効な受 信データが格納された時点で割込みが発生す 2伝送受信割込みる。実行ステップ数:2k ・1回の割込みで,16バイトの受信データを読み 込む。 ・伝送周期ごとに,また,16バイトの送信データ 用FIFOが空になったときに割込みが発生する。 3伝送送信割込み・送信すべきデータがあるときには,1回の割込み|実行ステップ数:2k で16バイトの送信データを送信データ用FIFO に書き込む。 ・WG部の風速計,PV部の日射計温度センサ,エー 4|タイマ割込み2 FCの温度センサなどの測定値をセンサ専用線で|・ジここに実行する。 光る実行ステップ数:20k 読み込む。 、本・グリッドサーバとの通信,電力コントローラの [PV部のシステム構成 PV部のシステム構成を図7に,PV部の主な構成要素を表3に示す。 太陽電池 |||ll PV遮断器直流 HH OO rt yt toe REF人理CPO 管理CPU 伝送路 図7 PV部のシステム構成 a 9 raed 表3 PV部の主な構成要素 ||5Gpcコシバータ|RARRORRRCRRECARTS,CUによって前和する。| ps[pie|・PiMCDによって,大間導5。|

問問1 設問1

設問1発電ステーションの仕様について,①)~5)に答えよ。 (1)水素タンクがまだ貯蔵可能な状態かつ蓄電池の充電率が100%の状態で,管 理CPUが水電解装置を運転させる場合が二つある。それぞれ30字以内で述べ よ。ここで,売電はしないものとする。 (2)水素の貯蔵量が100%の場合,FCから電力コントローラに出力できる最大 電力量は何kWhか。答えは小数第1位を四捨五入して,整数で求めよ。ここ で,FCは起動後,連続運転し,水電解装置は新たに運転しないものとする。 (3)六電池の充電率及び水素の貯蔵量がともに100%ではなく,WG部,PV部 の発電電力に余剰がある場合,管理CPUが鞭電池を優先して充電するように 指示する仕様である理由を,30字以内で述べよ。 (4)蓄電池とFCだけで10kWの電力を切れ目なく供給したい。初めは,BAe から10kWを出力し,蓄電池の残量が0%になったときに継続してFCから出 力する。蓄電池の残量が何%になったときにFCを起動すればよいか。答えは 小数第2位を四捨五入して,小数第1位まで求めよ。ここで,WG部,PV部 及び商用電力網からの電力の供給はないものとする。 (5)ある日の風速を図8に,日射強度を図9に示す。(3),⑪)に答えよ。 ー10一 (mノ秒)(W/m?) A aaa A 6 it 束4ーー!00 Se .0 12 24(時)9。6 7 10 14 16 24(時) 時刻時刻 図8風速図9日射強度 (a)10時から11時までの間,WG部とPV部で得られる電力量の合計値は, 何kWhか。答えは小数第1位を四捨五入して,整数で求めよ。 (b)短期売電情報が図2の場合,13時から14時までの間に売電可能な電力量 lk,何kWhか。人答えは小数第1位を四捨五入して,整数で求めよ。ここで, 外部出力への電力の供給は10kW,蓄電池の充電率は100%,水素の貯蔵量 は100%とする。発電ステーションで使用する電力は無視できるものとする。

出典:平成29年度 春期 エンベデッドシステムスペシャリスト試験 午後Ⅱ 問1 設問1

問問1 設問2

設問2発電ステーションの制御について,Q①)~④⑭④に答えよ。 (1)ある日の風速予測を図10に,日射強度予測を図11に,外部出力への電力の 供給予測を図12に示す。0時の時点で,蓄電池の充電率は64%,水素の貯蔵 量は100%とする。(ぉ),⑪)に答えよ。 (mノ秒)(W/m?) 0 ne mem 日 風射600[-----ーーーーーー- 9.j 14 24(時)%7 10 15 18 24(時) 時刻時刻 図19風速予測図11日射強度予測 (kW) 10;Pots カ4 1 I 1 0 6 19 24(時) 時刻 図12外部出力への電力の供給予測 ー11一 (a)短期売電情報が終日40kWの場合,0時から6時まで,管理CPUが,電 力コントローラに指示すべきことを,35字以内で述べよ。 (b)短期売電情報が図2の場合,1日に売電できる電力量を最大にするために., 0時から6時まで,管理CPUが,電力コントローラに指示すべきことを,35 字以内で述べよ。 (2)管理CPUがタイマ割込み1の周期の間に,メインプログラムの演算を実行 できる時間は,最小で何マイクロ秒か。答えは小数第2位を四捨五入して,小 数第1位まで求めよ。ここで,タイマ割込み1の周期の間に伝送受信割込みと 伝送送信割込みが,合計で5回発生するものとする。 (3)WG部,PV部の出力が急に変化した場合に,工場,ビルへの出力に影響が 出ないように,10ミリ秒以内に電力コントローラへの指示を送信完了する必 |要がある。管理CPUが表2のプログラムを実行している場合に,メインプロ グラムは何ミリ秒以内に処理を完了する必要があるか。答えは小数第2位を切 り捨てて,小数第1位まで求めよ。ここで,処理の切替時間は無視できるもの とする。 (4)発電ステーションNo.1~3の発電電力及び買電電力の例を,表4に示す。 このとき,グリッドサーバが,商用電力網の20kWの余剰電力を発電ステーシ ョンに受け入れさせることを計画している。表4中のどの発電ステーションに 電力を受け入れさせるのが最適か。そのときに,グリッドサーバが送信する 図5の下り伝送フレーム内の①て③の値を整数で求めよ。ここで,発電電力, 外部出力電力,売電電力を十表示とし,蓄電電力,買電電力を一表示とする。 — 表4発電ステーションNo.1-3の発電電力及び買電電力の例 単位kW wee|ぁ|sw|1 s le 1 6|ss|5 Ca -0|se|5 ammo[CPSC| s。|

出典:平成29年度 春期 エンベデッドシステムスペシャリスト試験 午後Ⅱ 問1 設問2

問問1 設問3

設問3スマートグリッドでの電力の品質の安定性確保について,(1)~(④に答えよ。 スマートグリッドの電圧,周波数精度を確保して電力の品質を安定させるた めには,スマートグリッド内の施設の消費電力,発電ステーションの余剰電力 の管理及び不具合事象を想定した対策が重要になる。 (1)インターネットの不具合によって,グリッドサーバから供給スケジュール をダウンロードできなかった。この場合,翌日の最大売電電力の決定方法を, 30字以内で述べよ。 (2)管理CPUが各構成要素の出力電力を測定したとき,PV部の出力が日射強度 予測から推測される値よりも大きく下回っていた。この場合,PV部の故障か, 日射強度予測の誤りかを判断したい。その判断方法を,40字以内で述べよ。 (3)水素タンクからの水素漏れがないにもかかわらず,貯蔵量センサによる水 素の貯蔵量の測定値と比較して圧力センサによる水素の貯蔵量の測定値が一 時的に低く表示された。この場合,管理CPUが,安全性を考慮して行うべき 制御を,45字以内で述べよ。 (4)図6に示す伝送が停止すると,管理CPUが各構成要素を制御できなくなる。 この場合,発電ステーションの安全確保のために,電力コントローラと水電 解装置が行うべき操作を,それぞれ15字以内で述べよ。 ー13一

出典:平成29年度 春期 エンベデッドシステムスペシャリスト試験 午後Ⅱ 問1 設問3

共通の文章

複数の駐輪場を管理するシステムに関する次の記述を読んで,RA 1~3に答えよ。 E社は,レンタル自転車の貸出し・返却と,それ以外の自転車(以下,一般自転車 という)の駐輪の,両方に対応した駐輪場を管理するシステム(以下,駐輪場管理 システムという)を開発している。一つの駐輪場には,精算機が1台設置され,精 算機と管理サーバとの間を携帯電話回線経由で通信させることによって,複数の駐 輸場を集中管理することができる。駐輪場管理システムの構成を図1に示す。 図1駐輪場管理システムの構成 [駐輪場の構成] 駐輪場は,MARC,自転車を止める同じ仕様の複数のラックで構成される。精 算機とラックは,双方向通信可能なシリアルIIFとシリアルケーブルによって数珠つ なぎに接続される。精算機の外観とラック接続を図2に,精算機の主な構成要素を 表1に,ラックの外観を図3に,ラックの主な構成要素を表2に,それぞれ示す。 aン a現金出納ユニット = 操作部=|しシリアルシリアル om)“U3 vrs ICカードgos FIーーー、)} 制御部ーージリアル:シリアルシリアルar 精算機ーーpp 図2精算機の外観とラック接続 表1精算機の主な構成要素 | ™rye |RFIDリーダ 電磁ロック |駐輪器 ラック制和郭ARK /Gra\\ シリアルIF3 Bes|/4 自転車検出センサ 注記シリアルIF3の反対の側面にシリアルIF4が備わっているが, 省略している。 図3ラックの外観 表2ラックの主な構成要素 滅の三つの点灯パターンをもつ。 のID(以下,自転車Dという)を読み出す。 ー{es (駐輪場の概要〕 ・精算機1台に,最大254台のラックを接続することができる。 ・ラックの番号表示器に表示されるラック番号は,1999の間で自由に設定できる。 ・ラックには,一般自転車の駐輪用(以下,一般用ラックという)と,レンタル自 転車の駐輪用(以下,レンタル用ラックという)の,二つの使用方法(以下,種 別という)がある。全てのラックは同じ機能をもち,一般用ラック又はレンタル 用ラックとして使用できる。 ・一般用ラックには,一般自転車,レンタル自転車の,いずれも駐輪できる。 ・ラックを,一般用ラックとして使用するか,レンタル用ラックとして使用するか は,精算機動的に決定し,表示灯の色によって利用者に区別を示す。表示灯の 表示仕様を,表3に示す。 表3表示灯の表示仕様 pany[mT す。ることを示す。 ・一般自転車,レンタル自転車の,いず|・空きレンタル用ラックであることを示 ることを示す。 回iM ・駐輸中の一般自転車の,駐輪料金の精|・レンタル自転車が駐輪中のときは,その 算が済んで,一般自転車が取出可能で|レンタル自転車が取出可能であることを 駐輪しようとしたときは,BREACH ることを示す。 [駐輪場管理システムの利用形態と動作概要] 駐輪場管理システムの利用形態と動作概要を表4に示す。ここで,利用者がレン タル自転車を借りるには,個人情報とレンタル料金の支払方法を登録して会員とな り,会員番号が記録された貸出ICカード(以下,貸出カードという)をあらかじめ 入手しておく必要がある。また,レンタル自転車は,一つの駐輸場管理システム内 の,どの駐輪場でも返却することができる。 ー16一 表4駐輪場管理システムの利用形態と動作概要 利用形態動作概要 ©利用者が,表示灯が赤点滅している空き一般用ラックの駐輪器に,一般自転車の前 一般自転車の騎輸|WERES- *②駐輸された自転車がレンタル自転車ではないことが識別されると,駐輪器の電磁ロ ックが施錠され,表示灯が赤点灯になる。 ①利用者が精算機の数字ボタンでラック番号を指定してから精算ボタンを押す。 ②精算機は,駐輸料金を表示器に表示する。 ⑬利用者が精算機に現金を投入する,又はプリペイド方式のICカード(以下,精算 カードという)を精算機のICカードリーダにかざすことによって双輪料金を精算す 一般自転車の取出し|る。精算が完了するまでは,精算機の取消ボタンで精算を取り消すことができる。 ④精算が完了すると,指定されたラックの表示灯が赤高速点滅になり,駐輪器の電磁 ロックが解錠される。 ©利用者が一般自転車を取り出すと,表示灯が赤点滅になる。ここで,5分以内に取 り出さなかった場合,駐輪器の電磁ロックは再び施錠され,表示灯が赤点灯になる。 ①利用者が精算機の貸出ボタンを押した後で,ICカードリーダに貸出カードをかざ i ⑨精算機は管理サーバに会員番号を送信して,SAREORMERULY 2A の貸出状況を確認する。会員は,レンタル自転車を同時に1台だけ借りることができ る。 ©貸出可能な会員番号の利用者であって,かつ,貸出可能なレンタル自転車があれ レンタル自転車の貸|ば,精算機は,貸し出すレンタル自転車が止められているラック番号を表示器に表示 出しする。 ④表示されたラック番号のラックの表示灯が青高速点滅になり,駐輪器の電磁ロック が解錠される。 ©利用者がレンタル自転車を取り出すと,表示灯が青点滅になり,レンタル自転車の 貸出情報が管理サーバに送信される。ここで,5分以内に取り出さなかった場合,駐 輪器の電磁ロックは再び施錠され,表示灯が青点灯になる。 ©管理サーバは,貸出情報を受け取った時刻を記憶する。 ①利用者が,駐輪可能な空きラックの駐輪器に,借りたレンタル自転車の前輪を載せ る。 @駐輸された自転車がレンタル自転車であることが識別されると,駐輪器の電磁ロッ レンタル自転車の返|クが施錠され,表示灯が青点灯になる。一般用ラックに駐輪した場合は,表示灯が青 #l点灯になり,そのラックはレンタル用ラックとして管理される。 @レンタル自転車の返却情報が管理サーバに送信される。 ④管理サーバは,貸出情報を受け取った時刻と,返却情報を受け取った時刻からレン タル料金を計算し,そのレンタル料金の精算処理を行う。 [ラック数の管理〕 ・精算機は,1分ごとに一般用ラック数,レンタル用ラック数,及びそれらの空きラ ック数(以下,ラックの使用状況という)を確認して管理サーバに送信する。 ・管理サーバは,各駐輪場の精算機から送信されるラックの使用状況と,貸出中の レンタル自転車の台数から,各駐輸場のレンタル用ラック及び一般用ラックの割 当数を計算し,レンタル用ラックとして使用するラック数を各精算機に送信する。 ・精算機は,管理サーバからレンタル用ラック数の指示を受信すると,次のとおり レンタル用ラック数を変更する。 ーレンタル用ラック数を増やす場合は,空き一般用ラックを空きレンタル用ラ ックに変更する。 ーレンタル用ラック数を減らす場合は,空きレンタル用ラックを空き一般用ラ ックに変更する。 ーいずれの場合も,空きラック数が増減する数に満たない場合は,変更可能な 数だけ種別を変更する。 自転車の識別 ・精算機は,自転車がラックに駐輪されるたびに自転車IDの読出しを試みる。自転 HIDを読み出せた場合は,その自転車がレンタル自転車かどうかを確認するため に,管理サーバに問合せを行う。 ・自転車IDを読み出せなかった場合,及び管理サーバに問い合わせた結果,レンタ ル自転車ではなかった場合は,その自転車を一般自転車と判断する。 ・利用者が一般自転車をレンタル用ラックに駐輪しようとした場合は,RROD 磁ロックを施錠せずに表示灯を青高速点滅させる。このとき,利用者がラックか ら自転車を取り出すと,表示灯を青点滅に戻す。 [精算機とラックとの間の通信〕 ・各ラックには,精算機のシリアルIF1から接続された順に,1から始まり最大254 までのアドレス(以下,ラックアドレスという)が割り当てられる。ラックアド レスは,ラックの番号表示器に表示されるラック番号とは必ずしも一致しない。 ・精算機とラックとの間の主な通信メッセージを表5に示す。通信メッセージは,1 バイトの識別番号と,1バイトの送信先又は送信元ラックアドレスで始まり,3バ イト目以降は必要に応じて情報が付加される。送信先又は送信元ラツクアドレス には1^254が入るが,接続確認要求だけ,255が入る。 =ig= RS精算機とラックとの間の主な通信メッセージ ・ラックのRFIDリーダが読み出した自転車IDを返す。3バイト目以降に を返す。 ・精算機が.全てのラックが正常に接続・稼働していることを確認するた 目の数値に1を加算して次のラック又は精算機に送信する。 ・精算機は,各ラックへの通信メッセージを,シリアルIF1又はシリアルITF2のう ち,①精算機と送信先ラックとの間のラックの人台数が少ない方のシリアルYEから 送信する。どちらのシリアルIFから送信しても送信先テラックとの間のラックの人台 数が同じ場合,及び接続確認要求の場合は,シリアルIF1から送信する。 ・各ラックは,受信した通信メッセージの送信先ラックアドレスを確認し,次のと おり動作する。 ー割り当てられたラックアドレスと一致した場合は,指示された動作を行う。 ー接続確認要求の場合は,作成した通信メッセージをシリアルIF4 DOMES る。 ー割り当てられたラックアドレスと一致しなかった場合は,受信した通信メッ セージをそのまま| a|から送信する。 [精算機と管理サーバとの間の通信メッセージ)〕 精算機と管理サーバとの間の主な通信メッセージを表6に示す。通信メッセージ lk,送信先又は送信元の精算機の識別番号と,各通信メッセージの処理に必要な情 報などで構成される。 ー19一 表6精算機と管理サーバとの間の主な通信メッセージ 会員番号確認要求・会員番号の確認を要求する。 、.ラックからレンタルル自転車が取り出され,貸し出されたことを 自転車D確認要求・レンタル自転車かどうかの確認を要求する。 VHのiR返却されたことを通知す ラック使用状況通知・ラックの使用状況を通知する。 精算カード支払通知・精算カードで支払が行われたことを通知する。 ・会員番号確認要求に含まれた会員番号が有効かどうか,RUT 会員番号確認応答管理サーバ|の会員番号でのレンタル自転車の貸出しがあるかどうかを応答 する。 _|.SEH ID確認要求に含まれた自転車Dが,レンタル自転車の ae自転車Dかどうかを応答する。 認応答- ラック数調整指示・レンタル用ラックとして使用するラック数を指示する。 [精算機の制御部のソフトウェア構造] 精算機の制御部では,リアルタイムOSを使用する。精算機の制御部のタスク構造 eM 4に,精算機の制御部のタスク処理概要を表7に,ラック制御タスクの状態遷 移図を図5に,それぞれ示す。 カードリーダ管理サーバ通信 |\ 現金出納=_f 注記1矢印は,メールボックスを使用した,タスク間のメッセージ通信の方向を示す。 注記2ラック制御タスクは,1台のラックに対して一つのタスクを割り当てる。 図4精算機の制御部のタスク構造 表7精算機の制御部のタスク処理概要 ・ラック番号と精算ボタンが入力されると,ラック管理タスクに精算要求を通知する。 ・ラック管理タスクから精算応答を受けると,精算カード又は現金で精算を行い,結果 UIを精算通知としてラック管理タスクに通知する。 ・貸出ボタンが入力されると,貸出カードの情報を読み,。ラック管理タスクにレンタル 要求を通知し,レンタル応答で受けた情報を表示器に表示する。 ・図5の状態を内部に保持し,状態の変化があればラック状態通知としてラック管理タ スクに通知する。 a・ラック管理タスクから種別変更要求を受けると,状態が“空き1”又は“空き2”の 場合だけ種別を変更し,結果を種別変更応答として通知する。 ・ラック管理タスクから精算要求を受けると,駐輪料金を計算し,精算応答としてラッ ク管理タスクに通知する。その後,ラック管理タスクから精算通知を受ける。 ・初期化時に,ラックに接続確認要求メッセージを送信し,その戻りのメッセージで検 出したラック台数分のラック制御タスクを生成する。タスク生成時に,ラックアドレ ス,ラック番号及び種別を引数として渡す。 ・ラック番号,ラック制御タスクの状態及び種別から成るラック状態テーブルを管理す る。 ・ラック制御タスクからラック状態通知を受けると,該当するラックのラック制御タス クの状態と種別をラック状態テーブルに記憶する。 ・1分ごとにラック状態テーブルを参照してラックの使用状況をカウントし,変化があ ればラック使用状況通知メツセージを管理サーバに送信する。 ・管理サーバからラック数調整指示メッセージを受信すると,ラック制御タスクとの間 で種別変更要求及び種別変更応答を送受信し,レンタル用ラック数を変更する。 。・UIタスクから精算要求を受けると,メッセージに含まれるラック番号を確認し,精 77788算機に接続されているラックであり,WO,対応するラック制御タスクの状態が“A 算待ち"OBS,以降,精算要求,精算応答及び精算通知をUIタスクとラック制御 タスク間で中継する。それ以外の場合,精算応答でエラーを通知する。 ・UIタスクからレンタル要求を受けると,メッセージに含まれる会員番号を確認した 後,②貸出可能なレンタル自転車の有無を確認し,Ulタスクにレンタル応答として 通知する。貸出可能なレンタル自転車がある場合,該当するラック制御タスクにレン タル通知を通知する。その後,レンタル通知を受けたラック制御タスクが,状態“ze き2"又は|beetsまでは,[<|に対するレンタル要求はレン タル応答で不可を通知する。 ・ラック制御タスクから自転車D確認要求を受けると,管理サーバに自転車D確認要 求メッセージを送信し,自転車ID確認応答メッセージを受信した後,ラック制御タ スクに結果を通知する。 答を通知する。 ・ラックとの間でメッセージの送受信を行う。 ラック通信・ラックから接続確認要求メッセージの戻りのメッセージを受信すると,結果をラック 管理タスクに通知する。 Cen)種別変更要求(レンタル用) レーez) 種別変更要求(一般用) 自転車検出通知自転車検出通知 (ON)(ON) ea自転車DありCoーー自転車Dあり aoe wakmaー( ae 確認待ち1確認待ち2 自転車ID自転車ID NG自転車D 自転車ID OK (キャンセル) 精算通知Cm a 5分経過 精算通知5分経過レンタル通知 待ち gE(完了) 自転車検出通知自転車検出通知I (OFF)(OFF) 状態"空き1”へ状態"空き2”へ 注記一部の状態からの状態“空き1"又は状態“空き2”への層移は省略している。 図5ラック制御タスクの状態須移図

問問2 設問1

設問1駐輪場管理システムの仕様について,(1)^(3)に答えよ。 (1)駐輸場管理システムの動作について,(3)~(c)に答えよ。 (a)管理サーバが精算に関する処理を開始する場合が二つある。精算機から どの通信メッセージを受信したときか。通信メッセージ名を表6中の字旬 でそれぞれ答えよ。 (b)表6中の貸出通知の内容として,精算機の識別番号以外に必要な情報を TOBA, (c)精算機がラックに対して,表示灯を赤点滅から青点滅に変えるように指 示するのは,どのような場合か。60字以内で述べよ。 (2)駐輪場管理システムの,ある利用形態における動作シーケンスを図6に示 to.(a),(b)に答えよ。 表示灯制御指示 ーー 図6駐輪場管理システムの,ある利用形態における動作シーケンス @図6中の|f|,i|に入れる適切な通信メッセージ名を, 表6中の字句で答えよ。 ⑯)図6中の|g|,|h|に入れる適切な通信メッセージ名を, 表5中の字旬で答えよ。 (3)精算機とラックとの通信について,3⑬),⑪)に答えよ。 ⑭精算機が,〔精算機とラックとの間の通信]にある下線①の判断を行うた めに,送信先ラックアドレス以外に必要な情報を25字以内で,その情報の 取得方法を30字以内で述べよ。 6)本文中の| 』|に入れる適切な内容を30字以内で具体的に述べよ。

出典:平成29年度 春期 エンベデッドシステムスペシャリスト試験 午後Ⅱ 問2 設問1

問問2 設問2

設問2制御部のタスク設計について,Q)~(3)に答えよ。 (1)タスクの処理について,3)~(<)に答えよ。 (a2)ラック管理タスクが送信するレンタル応答に含まれるべき情報を,35字 以内で述べよ。 (⑪)表7中の下線④の処理では,ラック状態テーブルを参照して,貸出可能 なレンタル自転車の有無を確認する。貸出可能なレンタル自転車がなかっ た場合,ラック状態テーブル中に,“自転車ID待ち1",“自転車D待ち2", “自転車TD確認待ち1",“自転車TD確認待ち2”又は“取出待ち2”の状 態のラックが存在するときに,一定時間後,再度ラック状態テーブルを確 認する。そのような処理を行う理由を45字以内で述べよ。 ©表7中の|b|],|c|]に入れる適切な字名を答えよ。 ー93— 2)ラック制御タスクの状態遷移について,@,⑪)に答えよ。 (a)図5中の,状態Sはどのような状態か。25字以内で述べよ。 ⑯)図5中の[| qd|,|ec|に入れる適切な状態遷移条件を答え a (3)一般用ラックにレンタル自転車を返却した場合,種別が変化したことをラ ック管理タスクが認識する方法を,60字以内で述べよ。

出典:平成29年度 春期 エンベデッドシステムスペシャリスト試験 午後Ⅱ 問2 設問2

問問2 設問3

設問3駐輪場管理システムの機能拡張について,(1)~(3③)に答えよ。 大規模駐輪場でラックを255台以上設置できるよう,254台まで管理できる精 算機を,2台まで導入できるようにする。 ・精算機問はLANで接続する。 ・管理サーバに接続する精算機は1台だけとし,精算機のスイッチ設定で管理 サーバに接続する精算機を決める。管理サーバに接続する精算機を精算機1, 接続しない精算機を精算機2という。 ・貸出手続及び任意のラックの駐輸精算手続は,全ての精算機で行えるように する。 ・精算機の制御部は精算機1,2ともに同じソフトウェアを使用し,初期化時に スイッチ設定の内容を読み出し,精算機1又は精算機2の動作を実行する。 精算機の制御部のタスク変更概要を,表8に示す。 ー24一 表8精算機の制御部のタスク変更概要 Sxiaraie・新規に作成し,精算機問でメッセージを送受信する。 wees・他精算機からメッセージを受信すると,対応するタスクに通知する。 ・UIタスクから精算要求を受けると,メッセージに含まれるラック番号を確認し,自精算 機に接続されているラック以外であれば,他精算機のラック管理タスクとの間でメッセ ージを送受信しながら精算処理を行う。 ・UIタスクからレンタル要求を受け,自精算機に貸出可能なレンタル自転車がない場合, 他精算機のラック管理タスクとの間でメッセージを送受信しながら貸出処理を行う。 ・精算機1のラック管理タスクは1分ごとにラック状態テーブルを読み出すとともに,精 oeセージを管理サーバに送信するかどうかの判断を行う。 ラック管理算機2のラック管理タスクからラックの使用状況を読み出し,ラック使用状況通知メッ ・精算機1のラック管理タスクは,管理サーバから会員番号確認応答メッセージを受信す Se,Cj om,精算機2のラック管理タスクに送信する。自転車ID確認応 答メッセージを受信した場合も同様の処理を行う。 ・精算機1のラック管理タスクは,管理サーバからラック数調整指示メッセージを受信す ると,自精算機に接続されているラックのレンタル用ラック数の変更を行い,必要に応 UT,精算和機2?のラック管理タスクにもレンタル用ラック数の変更を要求する。 ・⑧精算通知待ちで精算要求を受けると,精算応答でエラーを通知する。 管理サーバ通信|村算機2の管理サーバ通信タスクは,他タスクから受けたメッセージを,精算機間通信 タスクを経由して,精算機1の管理サーバ通信タスクに送信する。 Q①)表8中の|j|]に入れる適切な条件を,20字以内で述べよ。 (2)駐輪場管理システムの機能拡張の開発中,管理サーバに精算機1が管理す るレンタル自転車の貸出通知メッセージが送信され,続いて精算機2が管理 するレンタル自転車の貸出通知メッセージが同一会員番号で送信される不具 合が発生した。このときの利用者の操作内容を60字以内で述べよ。また,不 具合に対処するためにラック管理タスクを変更する場合,その変更点を60字 以内で述べよ。 3)ラック管理タスクは,精算要求に対して,該当するラック制御タスクの状 態が“精算待ち”の場合だけラック制御タスクに精算要求を通知する。しか し,ラック管理タスクがラック制御タスクに精算要求を通知した後,他精人算 機から精算要求を受信した場合などに,表8中の下線③が発生する可能性が ある。発生する場合のラック管理タスクのメッセージ受信シーケンスを,40 字以内で述べよ。 [メモ用紙〕 | [メモ用紙)

出典:平成29年度 春期 エンベデッドシステムスペシャリスト試験 午後Ⅱ 問2 設問3

出典

各問題の下に出典を記載しています。

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