CN107918590A - 运算装置以及控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种运算装置以及控制装置，可在通过通信电路连接的一个或多个功能单元中，进行与所发生的事件相应的处理。构成控制装置的运算装置包括：通信电路，用于通过通信线来与一个或多个功能单元交换数据；处理器，用于执行用户程序，所述用户程序是实施利用从一个或多个功能单元获取的数据的运算处理、及向一个或多个功能单元发送的数据的生成处理中的至少一者；以及监测电路，连接于通信电路及处理器。监测电路包含：探测部，探测运算装置中发生的事件；存储部，保存与各事件相关联的消息；以及启动部，根据由探测部探测到的事件，对通信电路给予指令，以从通信电路发送存储部中所保存的、与所述探测到的事件相关联的消息。

Description

运算装置以及控制装置
技术领域
本发明涉及一种运算装置以及其控制装置，所述运算装置构成包含一个 或多个功能单元(unit)的控制装置。
背景技术
作为用于实现各种工厂自动化(Factory Automation，FA)的主要部件(component)，可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)等 控制装置正在普及。此类控制装置集中控制各种机械或设备的动作，因此必 须具备即使在发生了某些故障或异常等的情况下也继续控制动作的耐故障 性、或者使作为控制对象的机械或设备安全停止的失效保护(fail safe)功能 等。
在此类PLC中，搭载有下述功能，即，当发生故障或异常等事件(event) 时，向外部发出通知。例如，日本专利特开2015-090548号公报(专利文献1) 揭示了一种通过CPU执行监测程序来进行事件处理的结构。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开2015-090548号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
PLC等控制装置包含输入/输出单元、计数器单元(counter unit)及温度 调整单元等各种功能单元。这些功能单元既有时与执行用户程序(user program)等的运算装置(也有时称作中央处理器(Central Processing Unit， CPU)单元)直接连接，也有时通过现场网络(field network)等与运算装置 连接。
优选的是，一旦运算装置发生某些故障或异常等事件，也立即对此类功 能单元通知所述事件的发生，使各功能单元执行必要的处理。但是，如上所 述的专利文献1所揭示的结构是设想向外部的服务器(server)装置等通知事 件，并未设想从运算装置向各功能单元通知事件。
本发明的目的在于提供一种新颖的结构，可在通过通信电路连接的一个 或多个功能单元中，进行与所发生的事件相应的处理。
[解决问题的技术手段]
依照本发明一方面的运算装置，其构成控制装置，所述运算装置包括： 通信电路，用于通过通信线来与一个或多个功能单元交换数据；处理器，用 于执行用户程序，所述用户程序是实施利用从一个或多个功能单元获取的数 据的运算处理、及向一个或多个功能单元发送的数据的生成处理中的至少一 者；以及监测电路，连接于通信电路及处理器。监测电路包含：探测部，探 测运算装置中发生的事件；存储部，保存与各事件相关联的消息；以及启动 部，根据由探测部探测到的事件，对通信电路给予指令，以从通信电路发送 存储部中所保存的、与所述探测到的事件相关联的消息。
优选的是，探测部包含对处理器动作的完整性进行监测的看门狗定时器 (watchdog timer)。
优选的是，运算装置还包括处理器可利用的存储器，而探测部探测存储 器中发生的异常。
优选的是，探测部监测通信电路中的通信异常。
优选的是，探测部探测对运算装置的电力供给的中断。
优选的是，消息包含用于向限制各功能单元的动作的动作状态转变的命 令。
优选的是，消息包含表示相关联的事件的内容的信息。
优选的是，处理器通过执行程序，从而在用户程序的执行开始前，将消 息保存至存储部中。
优选的是，监测电路是使用现场可编程门阵列(Field Programmable GateArray，FPGA)或专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC) 而安装。
依照本发明另一方面的控制装置包括运算装置及一个或多个功能单元。 运算装置包括：通信电路，用于通过通信线来与一个或多个功能单元交换数 据；处理器，用于执行用户程序，用户程序是实施利用从一个或多个功能单 元获取的数据的运算处理、及向一个或多个功能单元发送的数据的生成处理 中的至少一者；以及监测电路，连接于通信电路及处理器。监测电路包含： 探测部，探测运算装置中发生的事件；存储部，保存与各事件相关联的消息； 以及启动部，根据由探测部探测到的事件，对通信电路给予指令，以从通信 电路发送存储部中所保存的、与所述探测到的事件相关联的消息。
[发明的效果]
根据本发明，可在通过通信电路连接的一个或多个功能单元中，进行与 所发生的事件相应的处理。
附图说明
图1是表示依照本实施方式的PLC的主要部分结构的示意图。
图2(A)及图2(B)是对依照本实施方式的PLC中的消息发送处理的概要进 行说明的示意图。
图3是表示依照本实施方式的PLC的监测电路的结构的示意图。
图4是表示依照本实施方式的PLC的监测电路中所含的事件探测部的结 构例的示意图。
图5是表示依照本实施方式的PLC中所安装的对存储器错误(error)进 行探测的结构例的示意图。
图6是表示依照本实施方式的PLC中所安装的对通信异常进行探测的结 构例的示意图。
图7是表示依照本实施方式的PLC中所安装的对电力供给的中断进行探 测的结构例的示意图。
图8(A)及图8(B)是用于对依照本实施方式的PLC中所用的状态转变帧及 其处理内容进行说明的示意图。
图9是表示依照本实施方式的PLC中所用的单独指定的消息的一例的 图。
图10是表示依照本实施方式的PLC中所用的包含表示事件内容的信息 的消息的一例的图。
图11(A)及图11(B)是用于对依照本实施方式的PLC中的与消息的事先登 记相关的处理进行说明的示意图。
图12是表示依照本实施方式的PLC所提供的事件发生的探测及消息发 送的处理流程的序列图。
图13是表示依照本实施方式的PLC的其他主要部分结构的示意图。
[符号的说明]
1：PLC
100：CPU单元
101：运算处理部
102：处理器
104：监测电路
106：存储器
108：系统程序
110：用户程序
120：通信主电路
122、166：收发控制器
123、168：状态寄存器
124、162、164：收发端口
126：局域网
128：现场网络
130：电源单元
132：外部电源
133：整流部
134：开关部
135：二极管
136：电感器
137：电容器
138：分压电阻
139：比较器
150：功能单元
156：功能模块
158：I/O接口
160：通信从电路
170：通信耦合器单元
180：状态转变帧
181：数据种类部
182：目标指定部
183：偏移部
184：大小部
185：数据值部
1042：事件探测部
1044：寄存器
1046：消息
1048：启动部
1051：看门狗定时器
1052：判定部
SQ2～SQ16：序列
Vref：基准电位
具体实施方式
参照附图来详细说明本发明的实施方式。另外，对于图中的相同或相当 的部分，标注相同的符号并不再重复其说明。
以下的说明中，作为“控制装置”的典型例，以PLC(可编程控制器) 作为具体例来进行说明，但并不限定于PLC这一名称，本说明书中揭示的技 术思想可对任意控制装置适用。
<A.装置结构>
首先对依照本实施方式的PLC的装置结构进行说明。图1是表示依照本 实施方式的PLC的主要部分结构的示意图。
参照图1，依照本实施方式的PLC1典型的是包含电源单元130、CPU单 元100及一个或多个功能单元150。CPU单元100与一个或多个功能单元150 之间通过作为通信线的一例的局域网(local network)126而连接。
电源单元130是对CPU单元100等供给电力的电源部，接受来自商用电 源等外部电源132的电力供给，并转换成规定电压后，将所述电力供给至CPU 单元100等。典型的是，对电源单元130输入100V～240V的交流电力，对 CPU单元100等供给5V的直流电力。
功能单元150提供用于实现PLC1对各种机械或设备的控制的各种功能， 典型的是，可包含输入/输出(Input/Output，I/O)单元、通信单元、温度调 整单元、识别符(Identifier，ID)传感器单元等。
作为I/O单元，例如可列举数字输入(Digital Input，DI)单元、数字输 出(Digital Output，DO)单元、模拟输入(Analog Input，AI)单元、模拟输 出(AnalogOutput，AO)单元、脉冲捕获(pulse catch)输入单元、及使多 个种类混合而成的复合单元等。
通信单元是对与其他PLC、遥控(remote)I/O装置、功能单元等的数据 交换进行中转，例如可包含遵循EtherCAT(注册商标)、EtherNet/IP(注册商 标)、DeviceNet(注册商标)、CompoNet(注册商标)等协议(protocol)的 通信装置等。
温度调整单元是包含获取温度计测值等的模拟输入功能、输出控制指令 等的模拟输出功能及比例积分微分(Proportional Integral Differential，PID) 控制功能的控制装置。ID传感器单元是从射频识别符(Radio Frequency IDentifier，RFID)等非接触地读出数据的装置。
CPU单元100是构成PLC1的一个要素，相当于对PLC1整体的处理进 行控制的运算装置。CPU单元100包含运算处理部101、存储器106及通信 主(master)电路120。
运算处理部101包含处理器102及监测电路104。为了便于说明，图1 中仅绘制了处理器102，但也可安装多个处理器。另外，各处理器也可具有 多个核心(core)。监测电路104至少对于主要部分具有硬连线(hard-wired) 的结构，由此，实现比处理器102更高速的处理。即，监测电路104是使用 硬件逻辑来实现。例如，监测电路104也可使用作为可编程逻辑器件 (Programmable Logic Device，PLD)的一例的现场可编程门阵列 (Field-Programmable Gate Array，FPGA)、或者作为集成电路(Integrated Circuit，IC)的一例的专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)等而安装。
在图1所示的结构中，运算处理部101包含将处理器102及监测电路104 安装于同一芯片(chip)上的芯片级系统(System on Chip，SoC)。但是，并 不限于此，也可将处理器102及监测电路104作为各不相同的芯片而安装， 或者，也可将存储器106及通信主电路120的至少一部分进一步安装于同一 芯片上。
存储器106包含：提供处理器102中的程序执行所需的工作区域(work area)的部位(典型的是易失性存储器)；以及保存由处理器102所执行的程 序自身的部位(典型的是非易失性存储器)。作为易失性存储器，可使用动态 随机存取存储器(Dynamic RandomAccess Memory，DRAM)或静态随机存 取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)等，作为非易失性存储器， 可使用快闪存储器(flash memory)或硬盘(hard disk)等。
存储器106保存系统程序108及用户程序110等。系统程序108包含用 于在处理器102中执行用户程序110的操作系统(Operating System，OS)及 库(library)等。典型的是，用户程序110是一命令群，且根据作为控制对象 的机械或设备而任意制作，所述命令群用于实施利用从一个或多个功能单元 150获取的数据(输入数据)的运算处理(例如逻辑运算或数值运算)、及向 一个或多个功能单元150发送的数据(输出数据)的生成处理中的至少一者。 通过处理器102执行用户程序110，从而实现PLC1对设备或装置等的控制。
监测电路104连接于处理器102及通信主电路120，探测规定事件的发 生，并且一旦探测到某些事件的发生，便从通信主电路120发送与所述所发 生的事件相关联的消息。监测电路104的结构及处理的详细将后述。
在依照本实施方式的PLC1中，局域网126是一种固定周期网络，在CPU 单元100的通信主电路120的控制下，一个或多个功能单元150分别每隔规 定周期地反复向CPU单元100发送输入数据、及从CPU单元100接收输出 数据。
通信主电路120通过作为通信线的局域网126来接收由一个或多个功能 单元150所收集或生成的数据(输入数据)，并将由CPU单元100所获取或 生成的数据(输出数据)向一个或多个功能单元150发送。输出数据相当于 从各功能单元150对作为控制对象的机械或设备等给予的指令值。
作为此种固定周期网络，也可采用遵循EtherCAT(注册商标)、EtherNet/IP (注册商标)、DeviceNet(注册商标)、CompoNet(注册商标)等公知协议的 网络。
在依照本实施方式的PLC1中，在局域网126上，以规定周期来依序转 送具有预定的数据结构的通信帧，CPU单元100及各功能单元150针对依序 转送的通信帧，将所指定的数据写入至指定区域、及从对应的区域读出所需 的数据。
通信主电路120包含收发控制器122与收发端口(port)124。收发端口 124是与局域网126物理连接的部位，依照来自收发控制器122的指令而生 成电信号，并送出至局域网126上，并且将在局域网126上产生的电信号转 换成数字信号，并输出至收发控制器122。收发控制器122除了通过局域网 126来交换数据以外，还进行用于保证在局域网126上转送的数据的抵达时 间的时间管理及收发时序(timing)管理等。
功能单元150分别包含功能模块(module)156、I/O接口(interface)158 及通信从(slave)电路160。
功能模块156是执行各功能单元150的主要处理的部分，负责从作为控 制对象的机械或设备等收集现场信息、或向作为控制对象的机械或设备等输 出指令信号。
I/O接口158是对作为控制对象的机械或设备等之间的信号交换进行中转 的电路。
通信从电路160对在局域网126上依序转送的通信帧进行处理。即，通 信从电路160在通过局域网126收到某些通信帧时，针对所述接收的通信帧 进行数据写入和/或数据读出之后，将所述通信帧发送至在局域网126上位于 下一处的功能单元150。通信从电路160提供此种帧中继(frame relay)的功 能。
更具体而言，通信从电路160包含收发控制器166、收发端口162、164 及状态寄存器(register)168。
收发端口162、164是与局域网126物理连接的部位，依照来自收发控制 器166的指令而生成电信号，并送出至局域网126上，并且将在局域网126 上产生的电信号转换成数字信号并输出至收发控制器166。
收发控制器166针对在局域网126上转送的通信帧进行数据写入和/或数 据读出。收发控制器166具有与通信主电路120的收发控制器122同步的计 数器，通过所述同步的计数器，对局域网126上的帧转送的时序等进行管理。
状态寄存器168是保存表示各功能单元150中的各种状态的标记(flag) 的寄存器，例如保存表示功能单元150自身的动作模式的标记、表示在功能 单元150中所发生的异常的种类的标记、表示功能单元150中的通信状态的 标记等。
收发控制器166在进一步收到包含特殊命令等的通信帧时，执行以所述 接收的通信帧中所含的特殊命令所指定的处理。作为此种特殊命令之一，可 包含对保存于状态寄存器168中的状态值进行更新的命令。如以下说明那样 的、依照本实施方式的处理是利用此种特殊命令来实现。
＜B.消息发送处理的概要>
接下来，对依照本实施方式的PLC1中的消息发送处理的概要进行说明。 依照本实施方式的PLC1的CPU单元100具有监测电路104，所述监测电路 104在探测到CPU单元100发生了某些事件时，对各功能单元150发送与所 述发生的事件相关联的消息。对发送来自所述监测电路104的消息的处理的 详细进行说明。另外，本说明书中，“消息”这一术语包含数据实体，且对于 其传输形态等并无特别限定，所述数据实体包含事件的发生、根据所发生的 事件而应执行的处理内容、所发生的事件内容自身等。典型的是，也可保存 在如上所述的通信帧中予以发送。
图2(A)及图2(B)是对依照本实施方式的PLC1中的消息发送处理的概要 进行说明的示意图。图2(A)示意性地表示CPU单元100与各功能单元150之 间的数据交换。如图2(A)所示，在CPU单元100与各功能单元150之间，以 规定周期来交换输入数据及输出数据。
图2(B)示意性地表示对CPU单元100的电力供给被中断时的处理。CPU 单元100的监测电路104在探测到CPU单元100所发生的事件时，对一个或 多个功能单元150发送与所探测到的事件相关联的消息。所述消息的发送是 通过监测电路104对通信主电路120(图1)给予指令而实现。各功能单元 150执行与所收到的消息相应的处理。
作为监测电路104所探测的事件，设想处理器102中的异常发生、存储 器106(图1)中的异常发生、局域网126中的通信异常(通信超时(time out) 等)、对CPU单元100的电力供给的中断等。
作为与各功能单元150所执行的消息相应的处理，可规定任意的处理， 但例如包含对功能单元150的动作进行限制的动作状态转变的处理。以下的 说明中，将图2(A)所示的、功能单元150的通常的动作状态称作“通常操作 (operation)状态”，将功能单元150的动作受到限制的动作状态也称作“安 全操作(safe operation)状态”。这些各状态的名称是为了方便说明，并不限 定于名称自身。
<C.监测电路的结构>
接下来，对依照本实施方式的PLC1中所安装的监测电路的结构进行说 明。
图3是表示依照本实施方式的PLC1的监测电路104的结构的示意图。 参照图3，监测电路104包含事件探测部1042、寄存器1044及启动部1048。
事件探测部1042探测CPU单元100中发生的事件，并将所述探测到的 事件输出至启动部1048。
寄存器1044保存与各事件相关联的消息1046。在寄存器1044中，与对 应的事件的识别信息相关联地保存有一个或多个消息1046。典型的是，所述 消息1046是通过如后所述的处理而预先登记。另外，针对不同事件的识别信 息，也有时会关联有同一内容的消息1046。即，当发生不同的事件时，在任 一情况下也可发送同一内容的消息1046。
启动部1048根据由事件探测部1042所探测出的事件，对通信主电路120 给予指令，从通信主电路120发送寄存器1044中所保存的、与所述探测到的 事件相关联的消息。作为一例，启动部1048从寄存器1044读出与来自事件 探测部1042的探测到的事件的识别信息对应的消息1046，并将用于使通信 主电路120启动的触发(trigger)信号与所述读出的消息1046一同给予至通 信主电路120。
通信主电路120响应来自启动部1048的触发信号，而制作包含所指定的 消息的通信帧，并通过局域网126而发送至各功能单元150。
通信主电路120对处理器102与各功能单元150之间的输入数据及输出 数据的交换进行中转。
<D.事件探测>
接下来，对由事件探测部1042所探测的事件的一例以及用于探测各事件 的结构例进行说明。
(d1：看门狗定时器)
作为事件探测部1042的一例，也可使用对处理器102的动作的完整性进 行监测的看门狗定时器。所谓处理器102的动作完整，是指依序解释/执行预 先给予的命令的处理正常进行的状态。并且，例如，可基于伴随处理器102 对命令的依序解释/执行而产生的某些变化的有无等，来监测处理器102的动 作的完整性。
图4是表示依照本实施方式的PLC1的监测电路104中所含的事件探测 部1042的结构例的示意图。参照图4，事件探测部1042包含看门狗定时器 (Watch Dog Timer，WDT)1051与判定部1052。看门狗定时器1051是以规 定周期来进行增计数(count up)的计数器，通过从处理器102周期性地重置 (reset)，从而将其计数值重置。若处理器102未适当地动作，则看门狗定时 器1051不被重置而继续增计数。判定部1052在看门狗定时器1051的计数值 达到预定的值时，输出WDT异常。即，事件探测部1042判断为处理器102 的动作不完整，发生表示所述情况的事件。
另外，看门狗定时器1051及判定部1052的安装形态为任意，例如也可 将看门狗定时器1051配置于监测电路104的外部，在监测电路104中仅配置 判定部1052，由此来监测处理器102的动作的完整性。
(d2：存储器错误)
作为事件探测部1042的另一例，例示对处理器102可利用的存储器106 中发生的异常进行探测的结构。
图5是表示依照本实施方式的PLC1中所安装的对存储器错误进行探测 的结构例的示意图。参照图5，当处理器102对存储器106进行存取时，执 行存储器自诊断。存储器自诊断功能是如下所述的功能，即，针对向存储部 的存储器空间写入的数据或者从存储器空间读出的数据诊断有无错误。
例如，处理器102对存储器106进行存取，将某数据写入存储器106后， 并再次读出所述写入的数据，判断与所写入的数据的一致/不一致。例如，将 数据“0101”写入存储器106后，再从存储器106读出所述写入的数据时， 若数据为“0101”，则可判断为能够准确写入及读出。另一方面，尽管向存储 器106写入的是数据“0101”，但读出的却是数据“0100”，则可判断为数据 的写入或读出未能适当进行。此时，输出存储器错误异常。即，事件探测部1042判断为存储器106发生了存储器错误，发生表示所述情况的事件。
另外，对于存储器错误的探测方法，不仅可采用如上所述的软件方式的 错误探测，也可使用错误检查和纠正(Error Check and Correct，ECC)存储 器等，而采用硬件方式的错误探测。而且，这些错误探测的安装形态也为任 意。
(d3：通信异常)
作为事件探测部1042的又一例，例示对作为通信电路的通信主电路120 中的通信异常进行探测的结构。
图6是表示依照本实施方式的PLC1中所安装的对通信异常进行探测的 结构例的示意图。参照图6，通信主电路120包含连接于收发控制器122的 状态寄存器123。状态寄存器123是对表示通信主电路120中的通信状态的 标记值等进行保存的寄存器，例如保存：表示通信主电路120自身的动作模 式的标记、表示局域网126中发生的异常种类的标记、表示连接于局域网126 的各从机的状态的标记等。
监测电路104定期地参照通信主电路120的状态寄存器123，判断是否 未设定表示某些异常的标记值。即，在状态寄存器123中，若设定有表示局 域网126异常的标记，则监测电路104判断为通信异常，并输出通信异常。
另外，对于通信异常的探测方法，可采用任意方法，例如，也可采用对 直至通信主电路120所发送的帧返回通信主电路120为止的时间进行监测的 方法。而且，这些通信异常探测的安装形态也为任意。
(d4：电力供给的中断)
作为事件探测部1042的又一例，例示对向CPU单元100的电力供给的 中断进行探测的结构。
图7是表示依照本实施方式的PLC1中所安装的对电力供给的中断进行 探测的结构例的示意图。参照图7，电源单元130(图1)包含交直转换电路， 所述交直转换电路从商用电源等外部电源接收交流电力，并输出直流电力。 具体而言，电源单元130包含整流部133、开关部134、二极管(diode)135、 电感器(inductor)136及电容器(capacitor)137。开关部134、二极管135、 电感器136及电容器137构成一种开关调节器(switching regulator)。即，通 过包含场效应晶体管等的开关部134的开关动作，输出具备规定电压的直流 电力。
例如，通过在电源单元130的整流部133的输出侧设置分压电阻138， 并且利用比较器(comparator)139来比较分压电阻138所产生的电位与基准 电位Vref，由此，能够对来自外部电源的电力供给的中断进行探测。即，通 过适当地设定基准电位Vref，从而当因某些原因导致来自外部电源的电力供 给被中断时，分压电阻138所产生的电位将下降而低于基准电位Vref。在此 状态下，比较器139输出电力中断探测信号。即，若分压电阻138所产生的 电位下降，则探测为电力供给被中断。
另外，也可使监测电路104中包含图7所示的比较器139。图7中，例 示了下述方法，即，通过对根据电源单元130的结构例而实际产生的电压或 电位进行计测，从而探测电力供给的中断，但并不限于此，可采用任意的电 路结构及探测电路。
<E.消息的内容>
接下来，对发生某些事件时所发送的消息内容的一例进行说明。
(e1：状态转变通知)
作为与事件相关联的消息，也可包含用于对限制各功能单元150的动作 的动作状态(安全操作状态)进行转变的命令。例如，在根据CPU单元100 中的看门狗定时器的发动而知晓的处理器102的异常、或对CPU单元100的 电力供给中断等的情况下，也可使各功能单元150的动作状态由“通常操作 状态”转变为“安全操作状态”。
此时，CPU单元100的监测电路104对各功能单元150，给予包含用于 从“通常操作状态”转变为“安全操作状态”的命令的消息，各功能单元150 收到所述消息后，使动作状态转变。
而且，各功能单元150具有各种异常探测逻辑，此类异常探测逻辑在CPU 单元100发生异常时，产生异常日志(log)。当功能单元150各自产生异常 日志时，异常日志将“溢出”，从而可能在运转上或维护上产生问题。作为安 全操作状态下受到限制的动作的一例，可包括：禁用此类异常探测逻辑，以 屏蔽不必要的异常日志的处理。即，安全操作状态下受到限制的动作包括禁 用异常探测逻辑的一部分或全部。
通过各功能单元150转变为安全操作状态，从而各功能单元150禁用异 常探测逻辑的全部或一部分。而且，在安全操作状态下，也可将来自功能单 元150的输出信号设定为预定的值。例如，也可将分别来自连接于局域网126 的功能单元150的输出信号全部设定为FALSE(关闭或“0”)，即，也可设 定为负载中断输出。
图8(A)及图8(B)是用于说明在依照本实施方式的PLC1中所用的状态转 变帧及其处理内容的示意图。作为与所述事件相关联的消息的一例，状态转 变帧相当于包含用于使各功能单元150转变为安全操作状态的命令者。
图8(A)表示状态转变帧180的数据结构的一例。状态转变帧180包含作 为报头(header)部的数据种类部181及目标指定部182，且包含作为数据主 体部的偏移(offset)部183、大小部184及数据值部185。
数据种类部181是保存表示帧种类的值的区域，图8(A)所示的示例中， 保存有所收到的、表示是应在功能单元150中执行指定命令的帧的值。目标 指定部182是保存表示帧的发送目标的值的区域，在单播(unicast)的情况 下，指定网络上的地址(address)，在多播(multicast)的情况下，指定表示 多个转送目标的信息，在广播(broadcast)的情况下，指定特定的值。
在图8(A)所示的帧的数据主体部中，保存有用于写入数据的命令。具体 而言，在偏移部183中，保存有表示写入数据的区域的先头位置的偏移值， 在大小部184中，保存有写入数据的区域的大小，在数据值部185中，保存 有实际写入的数据的值。
图8(B)表示各功能单元150的通信从电路160中所含的状态寄存器168 的一例。在依照本实施方式的PLC1中，各功能单元150根据对状态寄存器 168设定的标记的值，来设定动作状态，或者判断异常的有无等。在图8(B) 所示的示例中，状态寄存器168的下位起第2位(bit)(从右侧起第2个)的 位表示各功能单元150的动作状态。
各功能单元150在收到图8(A)所示的状态转变帧180时，依照其中所含 的命令来更新状态寄存器168的内容。图8(B)所示的示例中，在各功能单元 150中，状态寄存器168的下位起第2位被更新。由此，各功能单元150使 动作状态从“通常操作状态”转变为“安全操作状态”。各功能单元150通过 转变为“安全操作状态”，从而进行异常探测逻辑的禁用和/或向负载中断输 出的设定。
如图8(A)及图8(B)所示，使用状态转变帧来作为消息，所述状态转变帧 对表示各功能单元150的动作状态的标记的值进行更新，由此，能够简化从 CPU单元100的监测电路104送出的通信帧的结构或处理，并且无须在CPU 单元100侧管理各功能单元150中的处理。即，对于发生针对CPU单元100 的某些重大事件时的处理，无须在CPU单元100侧进行管理，因此系统的设 计及维护能够容易化。
(e2：单独指定)
作为与事件相关联的消息，也可对应于每个事件而包含仅将特定的功能 单元150设为对象的命令、和/或执行特定处理的命令。
图9是表示依照本实施方式的PLC1中所用的单独指定的消息的一例的 图。如图9所示，例如：与ID1的事件相关联地设定“所有单元：安全操作 状态”，所述“所有单元：安全操作状态”表示使所有功能单元150转变为安 全操作状态；与ID2的事件相关联地设定“通信单元：安全操作状态”，所述 “通信单元：安全操作状态”表示使连接于局域网126的功能单元150中的 通信单元转变为安全操作状态；与ID3的事件相关联地设定“安全(safety)单元：负载中断输出”，所述“安全单元：负载中断输出”表示将从连接于局 域网126的功能单元150中的安全单元而来的输出信号，全部设定为已设定 为FALSE(关闭或“0”)的负载中断输出。
如此，可针对所发生的每个事件，设定不同的消息内容和/或成为对象的 功能单元150。通过利用此种功能，例如能够仅命令连接于局域网126的多 个功能单元150中的特定种类的功能单元150屏蔽不必要的异常日志。在通 信单元等中，由于始终监测上位网络及下位网络的通信状态，因此若无法与 CPU单元100通信，则有可能产生大量的异常日志。因此，也可仅对此种特 定种类的功能单元150给予禁用异常探测逻辑的指令。
通过使通信帧中包含针对每个功能单元150而各不相同的指令，从而能 够安全地执行与作为控制对象的机械或设备相应的处理。
(e3：表示事件内容的信息)
作为与事件相关联的消息，也可包含表示相关联的事件内容的信息。
图10是表示在依照本实施方式的PLC1中所用的、包含表示事件内容的 信息的消息的一例的图。如图10所示，例如，当作为ID1的事件而关联有门 狗定时器对处理器异常的探测时，作为消息，包含“看门狗定时器”及表示 其的代码(code)“F0001”。例如，当作为ID2的事件而关联有存储器错误的 探测时，作为消息，包含“存储器错误”及表示其的代码“F0002”。例如， 当作为ID3的事件而关联有通信异常时，作为消息，包含“通信异常”及表示其的代码“F0003”。
如此，当使消息中包含表示所发生的事件内容的信息时，在各功能单元 150中预定有根据所发生的事件而应执行的处理。各功能单元150在收到某 些消息时，可基于所述收到的消息内容而知晓所发生的事件，并对所述发生 的事件执行预定的处理。
如此，通过使消息中包含表示所发生的事件内容的信息，从而能够知晓 在各功能单元150中所发生的事件内容，并能够根据所述发生的事件，而在 各功能单元150中执行最佳的处理。
<F.消息的事先登记>
在依照本实施方式的PLC1中，发送包含与所发生的事件预先关联的消 息的通信帧。为了提高此种发送消息的自由度，也可在系统启动等时，由处 理器102执行系统程序108(一种固件(firmware))，从而能够自由地设定监 测电路104应发送的消息。
图11(A)及图11(B)是用于对依照本实施方式的PLC1中的与消息的事先 登记相关的处理进行说明的示意图。参照图11(A)，在CPU单元100的启动 时，处理器102执行系统程序108。通过系统程序108的执行，形成用于执 行用户程序110的环境。作为系统程序108的一部分，包含在监测电路104 的寄存器1044中登记一个或多个消息1046的处理。
如图11(B)所示，在监测电路104的寄存器1044中事先登记有消息1046 的状态下，处理器102执行用户程序110，并且，监测电路104对所预定的 事件的发生进行监测。如此，处理器102执行系统程序108(或者固件)，由 此，在用户程序110的执行开始前，事先登记从通信主电路120发送的消息。
如上所述，监测电路104在探测到某些事件的发生时，从通信主电路120 发送与所述发生的事件预先关联的消息(或者包含所述消息的通信帧)。如此， 作为硬件逻辑的监测电路104除了监测事件发生的功能以外，还具有发送通 信帧的功能。
本实施方式中，通过处理器102所执行的系统程序108，能够在监测电 路104的寄存器1044中登记任意消息。因此，通过登记与PLC1的结构或用 途等相应的消息，从而能够设定对PLC1的继续运转造成影响的事件发生时 的最佳处理等。
在依照本实施方式的CPU单元100中，对于事件发生的探测功能及通信 帧的发送功能，通过使用硬件逻辑，从而实现高速化，并且对于消息自身， 采用能够由系统程序108任意设定的结构，由此，能够实现提高了自由度的 系统。
<G.事件发生探测及消息发送的处理流程>
接下来，对依照本实施方式的PLC1所提供的事件发生的探测及消息发 送的处理流程进行说明。图12是表示依照本实施方式的PLC1所提供的事件 发生的探测及消息发送的处理流程的序列(sequence)图。在图12中，表示 包含图1所示的CPU单元100及多个功能单元150(图12所示的示例中，为 了便于说明，为两个功能单元)的PLC1中的处理流程。
当发生某些事件(序列SQ2)时，CPU单元100的监测电路104探测所 述发生的事件(序列SQ4)。于是，监测电路104指示通信主电路120启动通 信，并且指示监测电路104发送预先登记的消息(或者包含所述消息的通信 帧)(序列SQ6)。
通过所述指示，通信主电路120针对一个或多个功能单元150，通过局 域网126来发送消息(或者包含所述消息的通信帧)(序列SQ8)。
在局域网126中配置于最靠近通信主电路120的位置处的功能单元150 (图12的“功能单元1”)在从上游侧收到消息时，将所述收到的消息转送 至下游侧(序列SQ10)，并且执行与所收到的消息相应的处理(例如向如上 所述的安全操作状态的转变)(序列SQ12)。
对于收到经转送的消息的下个功能单元150(图12的“功能单元2”)， 也同样将所述收到的消息进一步转送至下游侧(序列SQ14)，并且执行与所 收到的消息相应的处理(序列SQ16)。
以下，在各功能单元150中分别执行：从上游侧接收消息；将收到的消 息转送至下游侧；以及执行与收到的消息相应的处理。
另外，根据所发生的事件，监测电路104也可在从指示通信主电路120 启动通信开始经过规定时间后，停止对通信主电路120的电力供给。
通过采用此种一连串的处理流程，从而当在CPU单元100等中发生了某 些事件时，能够根据所述发生的事件来迅速开始必要的处理等。
<H.其他应用例>
在所述中，主要对下述结构进行了说明，即，针对通过局域网126而与 CPU单元100连接的一个或多个功能单元150，发送与所发生的事件相关联 的消息。但是，对于通过现场网络而连接的一个或多个功能单元150，也可 适用同样的方案(scheme)。
图13是表示依照本实施方式的PLC的其他主要部分结构的示意图。参 照图13，PLC1的CPU单元100通过局域网126而连接于一个或多个功能单 元150，并且也通过现场网络128而连接于遥控I/O装置(通信耦合器单元 (coupler unit)170及一个或多个功能单元150)。
此种结构中，CPU单元100的监测电路104在探测到某些事件的发生时， 也通过局域网126来发送与所述发生的事件相关联的消息。连接于局域网126 的一个或多个功能单元150各自、以及连接于现场网络128的一个或多个功 能单元150各自响应这些消息，执行与所通知的消息相应的处理。
如此，依照本实施方式的消息发送处理不仅对于通过局域网126而与 CPU单元100连接的功能单元150，对于通过现场网络128而连接的功能单 元150也可适用。
为了便于说明，在图13中，例示了具备局域网126及现场网络128这两 者的CPU单元100，但对于仅具备现场网络128的CPU单元100也同样可适 用。
<I.优点>
根据依照本实施方式的CPU单元100，在CPU单元100中，当探测到某 些事件的发生时，能够通过交换输入数据及输出数据的通信线，来对一个或 多个功能单元150发送包含与所述发生的事件相关联的消息的发送帧。通过 包含所述消息的发送帧，各功能单元150执行与所述消息相应的处理。通过 采用此种结构，不需要用于发送消息的专用线等，能够实现低成本化，并且， 即使在采用利用通用通信协议的固定周期网络等的情况下，也能够使各功能 单元150执行与所发生的事件相应的处理。
根据依照本实施方式的CPU单元100，使用硬件逻辑来实现所发生的事 件的探测及发送通信帧的功能，所述通信帧包含与所探测出的事件相关联的 消息，因此能够缩短从发生某些事件直至发送消息为止所需的时间。
根据依照本实施方式的CPU单元100，能够设定多个事件来作为探测对 象，且能够任意设定与每个事件分别关联的消息，因此能够实现提高了自由 度的系统。
在依照本实施方式的PLC1中，也能够发送状态转变帧，在使用所述状 态转变帧的情况下，能够使各功能单元150转变至安全操作状态。通过转变 至安全操作状态，能够禁用各功能单元150的异常探测逻辑的一部分或全部， 从而能够避免在CPU单元100复原等时，因异常日志而溢出的事态。
应认为，本次揭示的实施方式在所有方面仅为例示，并非限制者。本发 明的范围是由权利要求而非所述说明所示，意图包含与权利要求均等的含义 及范围内的所有变更。

Claims (10)

1.一种运算装置，其构成控制装置，所述运算装置的特征在于包括：
通信电路，通过通信线与一个或多个功能单元交换数据；
处理器，执行用户程序，所述用户程序是实施利用从所述一个或多个功能单元获取的数据的运算处理、及向所述一个或多个功能单元发送的数据的生成处理中的至少一者；以及
监测电路，连接于所述通信电路及所述处理器，
所述监测电路包含：
探测部，探测所述运算装置中发生的事件；
存储部，保存与各事件相关联的消息；以及
启动部，根据由所述探测部探测到的事件，对所述通信电路给予指令，以从所述通信电路发送所述存储部中所保存的、与所述探测到的事件相关联的消息。
2.根据权利要求1所述的运算装置，其特征在于，
所述探测部包含对所述处理器动作的完整性进行监测的看门狗定时器。
3.根据权利要求1所述的运算装置，其特征在于，
所述运算装置还包括所述处理器可利用的存储器，
所述探测部探测所述存储器中发生的异常。
4.根据权利要求1所述的运算装置，其特征在于，
所述探测部探测所述通信电路中的通信异常。
5.根据权利要求1所述的运算装置，其特征在于，
所述探测部探测对所述运算装置的电力供给的中断。
6.根据权利要求1所述的运算装置，其特征在于，
所述消息包含用于向限制各功能单元的动作的动作状态转变的命令。
7.根据权利要求1所述的运算装置，其特征在于，
所述消息包含表示相关联的事件内容的信息。
8.根据权利要求1所述的运算装置，其特征在于，
所述处理器通过执行程序，从而在所述用户程序的执行开始前，将所述消息保存至所述存储部中。
9.根据权利要求1所述的运算装置，其特征在于，
所述监测电路是使用现场可编程门阵列或专用集成电路而安装。
10.一种控制装置，其特征在于包括：
运算装置；以及
一个或多个功能单元，
所述运算装置包括：
通信电路，通过通信线来与一个或多个功能单元交换数据；
处理器，执行用户程序，所述用户程序是实施利用从所述一个或多个功能单元获取的数据的运算处理、及向所述一个或多个功能单元发送的数据的生成处理中的至少一者；以及
监测电路，连接于所述通信电路及所述处理器，
所述监测电路包含：
探测部，探测所述运算装置中发生的事件；
存储部，保存与各事件相关联的消息；以及
启动部，根据由所述探测部探测到的事件，对所述通信电路给予指令，以从所述通信电路发送所述存储部中所保存的、与所述探测到的事件相关联的消息。
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