CN102362232A - A/d变换装置以及可编程控制器系统 - Google Patents

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Abstract

一种A/D变换装置，其安装在可编程控制器(PLC)上，将从外部输入的模拟值依次变换为数字值，其特征在于，具有：共用存储器，其可以由对PLC整体进行控制的CPU单元进行读出访问，并具有用于依次记录数字值的环形缓冲区结构的日志存储区域、和对表示下一个日志数据的存储位置的参数即起始指针进行存储的参数存储区域；以及记录执行部，其向日志存储区域的起始指针所表示的地址中，作为日志数据而写入数字值，并且对起始指针进行更新。

Description

A/D变换装置以及可编程控制器系统
技术领域
本发明涉及一种安装在可编程控制器(PLC)上的A/D变换装置以及PLC系统。
背景技术
在向PLC中输入模拟数据值的情况下，使用将所输入的模拟数据值变换为数字值的模拟输入单元(A/D变换装置)。通常，将所输入的模拟数据值变换为数字值的模拟输入单元的A/D变换的采样周期、和控制PLC整体的CPU单元的控制周期(扫描时间)为异步，且大多数情况下采样周期更快。因此，在利用模拟输入单元进行A/D变换值的记录(log)的情况下，难以利用CPU单元对全部的A/D变换值进行记录而不遗漏。
作为对全部的A/D变换值无遗漏地进行记录的方法，存在一种在模拟输入单元内进行记录处理的方法，但为了参照已收集的数据，必须在记录完成后向CPU单元读出该数据。当前，在该读出处理中，必须执行多次专用的通信处理，存在耗费时间的问题。
针对该问题，提出了下述技术，即，向不需要专用的通信处理、始终可从CPU单元访问的存储区域即共用存储器中，存储A/D变换值(例如，参照专利文献1)。另外，作为连续的数据的收集方法，提出了一种以环形缓冲区形式进行收集的技术(例如，参照专利文献2)。并且，提出了一种在共用存储器中以环形缓冲区形式进行收集的技术(例如，参照专利文献3)。
专利文献1：日本特开平8-69355号公报
专利文献2：日本特开2008-20392号公报
专利文献3：日本特开2007-233593号公报
发明内容
但是，根据专利文献1中记载的技术，在每次数据存储时覆盖此前的数据，无法进行连续的数据收集及参照。
另外，根据专利文献2中记载的技术，在环形缓冲区构造的存储区域中，无法识别最新·最旧数据，无法对收集到的数据以时间顺序进行处理。
另外，专利文献3中记载的技术是用于实现与CPU单元的控制周期同步的记录的技术，无法对以更高速的A/D变换的采样周期更新的A/D变换值进行记录。
本发明就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于，得到一种A/D变换装置以及PLC系统，其对全部的A/D变换值进行记录而不遗漏，并且在可以将所记录的数据与时间顺序相关联的状态下，不需要特别的通信处理，就可以容易地读出该数据。
为了实现上述目的，本发明提供一种A/D变换装置，其安装在PLC上，将从外部输入的模拟值依次变换为数字值，其特征在于，具有：共用存储器，其可以由对所述PLC整体进行控制的CPU单元进行读出访问，并具有用于依次记录所述数字值的环形缓冲区结构的日志存储区域、和对表示下一个日志数据的存储位置的参数即起始指针进行存储的参数存储区域；以及记录执行部，其向所述日志存储区域的所述起始指针所表示的地址中，作为日志数据而写入数字值，并且对所述起始指针进行更新。
发明的效果
根据本发明，由于构成为在共用存储器中确保环形缓冲区结构的日志存储区域，并且在共用存储器中确保对起始指针进行存储的参数存储区域，其中，该起始指针表示在日志存储区域中存储的最新日志数据和最旧日志数据的边界的地址，因此具有下述效果：可以对全部的A/D变换值进行记录而不遗漏，并且在可以将所记录的数据与时间顺序相关联的状态下，不需要特别的通信处理，就可以容易地读出该数据。
附图说明
图1是表示本发明所涉及的实施方式的PLC系统的结构的图。
图2是说明在日志存储区域以及参数存储区域中存储的数据的数据结构的图。
图3是说明在日志存储区域以及参数存储区域中存储的数据的数据结构的图。
图4是说明本发明所涉及的实施方式的模拟输入单元的动作的流程图。
图5是说明本发明所涉及的实施方式的模拟输入单元的动作的流程图。
图6是说明日志数据的重新排序的图。
图7是说明重新排序后的日志存储区域的状态的图。
符号的说明
100模拟输入单元
110模拟数据输入I/F
120A/D变换部
130运算部
131触发检测部
132记录执行部
140共用存储器
141A/D变换值存储区域
142日志存储区域
143参数存储区域
150触发输入I/F
160总线I/F
210运算部
220内部存储器
230总线I/F
240个人计算机I/F
250显示器I/F
300单元间总线
1000PLC
具体实施方式
下面，参照附图，详细说明本发明所涉及的A/D变换装置的优选实施方式。另外，本发明并不受本实施方式限定。
实施方式
图1是说明包含A/D变换装置(模拟输入单元)的PLC系统的结构框图。如图所示，模拟输入单元100经由单元间总线300与CPU单元200连接，模拟输入单元100以及CPU单元200构成PLC 1000的一部分。在PLC 1000中，除了模拟输入单元100、CPU单元200以外，与目的相对应，经由单元间总线300安装有控制伺服放大器等并执行多轴的位置控制的动作控制器单元、和输出用于进行加热·冷却的温度控制信号以达到由CPU单元200指示的温度的温度控制器单元等，但在这里，不对除了模拟输入单元100、CPU单元200以外的单元进行说明。
模拟输入单元100输入来自传感器的模拟数据值，将该接收到的所输入的模拟数据值变换为数字值，并向其内部所具有的共用存储器140中写入所述数字值(A/D变换值)，其中，该传感器对与由PLC 1000作为控制对象的工业用设备等相关的各种观测值，例如流量、压力、温度等进行观测，并作为电流值或电压值而输出。CPU单元200以规定的周期反复进行下述动作，即，执行用于使PLC 1000所具有的各种单元动作而对工业用设备进行控制的程序即用户程序、输出执行结果、取得用户程序所使用的值等输入值。该反复进行的动作被称为循环处理。作为包含在循环处理中的输入值的取得动作的一个环节，CPU单元200从所述共用存储器140中读出所述观测值的数字值(A/D变换值)。
CPU单元200具有：运算部210，其进行用户程序的执行和CPU单元200整体的控制；内部存储器220，其是用于对用户程序的执行所需的数据和用户程序的输入输出值进行存储的存储器；总线I/F230，其是用于经由单元间总线300与模拟输入单元100进行通信的通信接口；个人计算机I/F 240以及显示器I/F 250，它们是分别用于连接对用户程序的设定和内部存储器220的数据状态进行显示的外围装置即个人计算机、显示器的接口。运算部210、内部存储器220、以及总线I/F 230分别利用内部总线连接。另外，将包含PLC 1000以及与PLC 1000连接的外围装置(个人计算机及/或显示器)的系统称为PLC系统。
在这里，说明模拟输入单元100所具有的共用存储器140。在共用存储器140中确保A/D变换值存储区域141，其是对通过CPU单元200的循环处理而读出的A/D变换值进行存储的区域。如上所述，通常，对模拟数据值进行采样并变换为数字值的间隔(采样间隔)，与循环处理的周期相比为高速，因此，CPU单元200难以不遗漏地读出并记录向A/D变换值存储区域141中写入的A/D变换值。因此，在本发明的实施方式中，在模拟输入单元100可以高速地写入数据且CPU单元200不必执行复杂的通信处理就可以进行读出访问的共用存储器140中，除了所述的A/D变换值存储区域141以外，还确保日志存储区域142，其是用于将A/D变换值作为日志数据而进行存储的存储区域。另外，存储在日志存储区域142中的日志数据，经由单元间总线300、CPU单元200而向外围装置读出。
日志存储区域142为环形缓冲区结构。即，日志存储区域142将日志数据从起始地址开始依次以时间顺序写入。并且，在日志数据的写入地址到达最末尾时，进行绕回式处理(wrap-around)，再次从起始地址开始覆盖写入日志数据。在这里，将从记录开始至绕回式处理为止的日志数据写入表示为第一轮的写入，将此后的写入表示为第1+n(n为绕回式处理的次数)轮的写入。共用存储器140还具有参数存储区域143，其对存储数据数量和起始指针进行存储，该存储数据数量是用于求出第1轮的最新日志数据的写入位置的参数，该起始指针是表示第2轮之后的最新日志数据的写入位置的指针。在第2轮以后，由于起始指针表示最新日志数据的写入位置，因此示出最新日志数据和最旧日志数据的边界。
图2及图3是说明日志存储区域142以及参数存储区域143的数据结构的图。图2表示第1轮的情况下的数据结构，图3表示第2轮的情况下的数据结构。另外，在这里，日志存储区域142具有N个字的存储容量，每经过时间T写入一个字的日志数据(作为日志数据的A/D变换值)。如图2所示，在记录开始后经过时刻nT(n＜N)的时刻，由于为第1轮，因此将起始指针的值固定为0，存储数据数量为n+1。即，可知下一个数据的写入目标为日志存储区域142的起始地址+(n+1)个字的位置。如图3所示，由于在第2轮中，将最新数据写入与起始地址相距n-N个字的位置，因此起始指针成为n+1-N，存储数据数量成为N(固定)。另外，第3轮之后的起始指针的值为mod(n，N)+1。
返回至图1，模拟输入单元100除了所述的共用存储器140以外，还具有：模拟数据输入接口(I/F)110，其接受模拟数据值的输入；A/D变换部120，其将接收到的模拟数据值变换为数字值(A/D变换值)；触发输入接口(I/F)150，其接受用于使A/D变换值的记录停止的触发；运算部130，其执行模拟输入单元100整体的控制；以及总线I/F 160，其是用于经由单元间总线300与CPU单元200进行通信的通信接口。在运算部130、共用存储器140、总线I/F 160之间利用内部总线分别连接。
运算部130还具有：触发检测部131，其对触发输入I/F 150所接收到的触发进行检测；以及记录执行部132，其基于触发检测部131所检测出的触发和参数存储区域143所存储的参数，将A/D变换部120所输出的A/D变换值依次作为日志数据向日志存储区域142中写入。记录执行部132在从触发检测部131检测出触发的时刻开始以预先设定的数据数量(触发后数据数量)写入日志数据后，停止记录。另外，作为触发，除了由来自触发输入I/F 150的信号输入引起的触发以外，例如可以使用以下种类的触发。
·由PLC 1000的内部信号引起的触发。
·在A/D变换值超过或者低于设定值时产生的触发。
·使用PLC 1000的内部时钟信息，每天定时产生的定时触发。
·日志存储区域142的容量成为满载时产生的缓冲满载触发
·与模拟输入单元100所具有的错误输出功能、警报检测功能联动的错误触发、警报触发。
·上述触发中的多个触发在AND条件、OR条件下产生的复合触发。
下面，参照图4及图5，说明本发明的实施方式的动作。图4及图5是说明模拟输入单元100的动作的流程图。
在图4中，首先，记录执行部132取得由用户设定的与记录相关的初始设定(步骤S10)。在初始设定中，设定了记录的周期、触发种类、触发后数据数量。将记录的周期设定为采样间隔周期的整数倍。
然后，如果A/D变换部120的A/D变换开始，则记录执行部132开始A/D变换值的记录动作(步骤S11)。具体地说，记录执行部132为了每隔记录周期而将日志数据向日志存储区域142中写入，而使用计时器或计数器，对是否达到记录周期间隔时间进行判定(步骤S12)。
在从步骤S11或者上一次写入后经过的时间没有达到记录周期间隔时间的情况下(步骤S12，否)，继续执行对是否达到记录周期间隔时间进行判定的步骤。在达到记录周期间隔时间的情况下(步骤S12，是)，记录执行部132进一步对记录是否为第1轮进行判定(步骤S13)。对于记录是否为第1轮，例如可以通过由存储数据数量的值表示的存储容量是否与日志存储区域142的存储区域相等而进行判定。
在记录为第1轮的情况下(步骤S13，是)，记录执行部132从参数存储区域143中取得存储数据数量(步骤S14)，将A/D变换部120所输出的A/D变换值，写入至日志存储区域142的向起始地址加上与存储数据数量对应的容量而得到的地址中(步骤S15)。并且，记录执行部132将存储数据数量加1而进行更新(步骤S16)。
在记录为第2轮以后的情况下(步骤S13，否)，记录执行部132从参数存储区域143中取得起始指针(步骤S17)，将A/D变换部120所输出的A/D变换值向日志存储区域142的起始指针所表示的地址中写入(步骤S18)。然后，记录执行部132向起始指针中加上与一个数据对应的量(步骤S19)，并对起始指针是否超过日志存储区域142的最末尾地址进行判定(步骤S20)。在超过最末尾地址的情况下(步骤S20，是)，将起始指针设置为日志存储区域142的起始地址(步骤S21)。
在步骤S16、步骤S21或者步骤S20中起始指针没有超过日志存储区域142的最末尾地址的情况下(步骤S20，否)，记录执行部132将存储数据数量向参数存储区域143输出(步骤S22)，将起始指针向参数存储区域143输出(步骤S23)，并跳转至步骤S12。
下面，说明检测出触发时的模拟输入单元100的动作。图5是说明检测出触发时的模拟输入单元100的动作的图。
首先，记录执行部132取得初始设定而取得触发后数据数量(步骤S30)。然后，记录执行部132对触发检测部131是否检测出触发进行判定(步骤S31)。在没有检测出触发的情况下(步骤S31，否)，继续进行判定，直到检测出触发为止。在检测出触发的情况下(步骤S31，是)，记录执行部132进一步对在检测出触发后是否已将与触发后数据数量相应量的数据写入日志存储区域142中进行判定(步骤S32)。在没有将与触发后数据数量相应量的数据写入日志存储区域142中的情况下(步骤S32，否)，继续进行判定，直到写入了与触发后数据数量相应量的数据为止。
在已将与触发后数据数量相应量的数据写入日志存储区域142中的情况下(步骤S32，是)，记录执行部132停止日志数据存储处理(步骤S33)，以从日志存储区域142的起始开始按时间顺序排列的方式，将存储在日志存储区域142中的日志数据重新排序(步骤S34)。图6是说明步骤S34中的重新排序的图。如上所述，由于日志存储区域142为环形缓冲区结构，因此在规定的时刻，如图6左图所示，存在最新日志数据和最旧日志数据的边界。记录执行部132将如图6左图所示存储的数据，如图6右图所示进行重新排序，在起始处存储最旧日志数据，在最末尾处存储最新日志数据。图7是说明重新排序后的日志存储区域142的状态的图。如图7所示成为下述状态，即，在检测出触发时的时刻的写入地址之后的地址中，存储与触发后数据数量相应量的日志数据。另外，在这里，从起始开始以时间顺序重新排序，但也可以从最末尾开始以时间顺序重新排序。
然后，在步骤S34后，记录执行部132将表示记录完成的记录完成标记设为有效(步骤S35)，结束动作。另外，可以将共用存储器140内的一部分二进制位作为记录完成标记用的存储区域，通过将该存储区域的二进制位设为1，从而表示记录完成，也可以将其他的存储区域作为记录完成标记。另外，记录执行部132也可以将记录完成标记设为有效，并且向CPU单元200通知记录已完成这一情况。在该状态下，如果由个人计算机或者显示器从日志存储区域142的起始地址依次读出日志数据，则可以以时间顺序取得日志数据。
另外，在步骤S34中，以从起始地址开始以时间顺序存储数据的方式将数据重新排序，但也可以构成为，可以通过初始设定而设定是执行步骤S34的动作还是跳过。在跳过的情况下，如果外围装置不仅读出日志数据而且也读出起始指针，则可以在外围装置侧将日志数据以时间顺序重新排序。另外，外围装置不是仅在记录完成标记变为有效时，而是可以在任意时刻向共用存储器140进行读出访问并读出日志数据。此时，与上述相同地，也读出起始指针即可。
另外，说明了以比循环处理的周期快的采样处理间隔进行记录，但也可以将记录周期设定得比循环处理的周期慢，经由CPU单元200将日志数据大致实时地向外围装置读出。另外，如果外围装置将读出的日志数据以读出顺序排列，则可以生成表示日志数据的时间性推移的实时趋势图。
如上所述，根据本发明的实施方式，模拟输入单元100构成为，在共用存储器140中确保环形缓冲区结构的日志存储区域142，将表示存储于日志存储区域142中的日志数据中的最新日志数据和最旧日志数据之间边界的地址的起始指针，存储在共用存储器140中，因此，可以不遗漏地记录全部的A/D变换值，并且，在记录的数据与时间顺序对应的状态下，不必执行特别的通信处理，就可以容易地读出。另外，模拟输入单元100构成为，将存储在环形缓冲区结构的日志存储区域142中的日志数据，以时间顺序重新排序，因此，不必执行特别的操作，就可以读出以时间顺序排序的日志数据。
另外，在以上的说明中，说明了将通过循环处理读出的A/D变换值向A/D变换值存储区域141中存储，将A/D变换值的日志数据向日志存储区域142中存储，但也可以将A/D变换值存储区域141删除，由CPU单元200在循环处理中读出存储在日志存储区域142中的作为日志数据的A/D变换值。此时，CPU 200基于起始指针或者存储数据数量，参照最新数据的存储位置即可。即，在第1轮的情况下，向起始地址加上与存储数据数量相应的存储容量而求出的地址，成为存储有最新A/D变换值的地址，在第2轮之后的情况下，(起始指针-1)所表示的地址成为存储有最新A/D变换值的地址。另外，在用户程序使用A/D变换值的过去值的情况下，CPU单元200也可以读出作为日志数据而存储在日志存储区域142中的A/D变换值的过去值。
另外，在由于检测出触发而停止记录后，通过将触发条件解除，从而可以再次开始记录处理。由此，可以根据触发条件的起动、解除，而控制记录的开始·停止。
另外，如果A/D变换部120开始A/D变换，则开始记录，但也可以在A/D变换开始后，通过检测出触发而开始记录。
工业实用性
如上所述，本发明所涉及的A/D变换装置以及PLC系统，优选应用于安装在PLC中的A/D变换装置以及PLC系统中。

Claims (5)

1.一种A/D变换装置，其安装在可编程控制器即PLC上，将从外部输入的模拟值依次变换为数字值，
其特征在于，具有：
共用存储器，其可以由对所述PLC整体进行控制的CPU单元进行读出访问，并具有用于依次记录所述数字值的环形缓冲区结构的日志存储区域、和对表示下一个日志数据的存储位置的参数即起始指针进行存储的参数存储区域；以及
记录执行部，其向所述日志存储区域的所述起始指针所表示的地址中，作为日志数据而写入数字值，并且对所述起始指针进行更新。
2.根据权利要求1所述的A/D变换装置，其特征在于，
所述记录执行部在停止记录后，基于所述起始指针，对在所述日志存储区域中存储的各个日志数据的存储位置进行变更，而以时间顺序排序。
3.根据权利要求2所述的A/D变换装置，其特征在于，
所述记录执行部在检测出规定的触发的情况下，在检测出所述触发的时刻之后记录的日志数据的数量达到预先设定的规定数量时，停止记录。
4.根据权利要求3所述的A/D变换装置，其特征在于，
所述规定的触发为在接收到由下述信号构成的群中的一个信号或者多个信号中的全部或一个时产生的信号，构成上述群的信号有：所述PLC的内部信号、从外部输入的输入信号、A/D变换值低于或者超过规定值时产生的信号、使用所述PLC的内部时钟信息而形成的定时信号、用于在所述日志存储区域没有空闲容量的时刻停止记录的缓冲满载信号、自身所发出的警报或者自身在检测出错误时所产生的信号。
5.一种可编程控制器系统即PLC系统，其具有：PLC，该PLC具有所述权利要求1～4中任一项所记载的A/D变换装置、CPU单元、及将所述A/D变换装置和所述CPU单元连接的总线；以及外围装置，其经由所述CPU单元及所述总线，从所述A/D变换装置所具有的共用存储器的日志存储区域中读出日志数据，
其特征在于，
所述外围装置大致实时地读出所述日志数据，并显示将所述读出的日志数据的数字值以时间顺序排列而得到的趋势图。
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