CN110275462B - 控制装置以及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种即使在重新启动处理的执行过程中再次发生断电的情况下，也能够适当地执行结束处理的控制装置以及控制方法。在可编程逻辑控制器中，包括中央处理器模块、断电探测部、保持电源电路及电力探测部。中央处理器模块在断电探测部探测到断电时，利用从保持电源电路供给的电力来执行结束处理，当断电探测部探测到从断电恢复时，以由电力探测部探测到保持电源电路保持着基准量以上的电力量为条件来执行重启处理。根据本技术的控制装置以及控制方法，以电力探测部探测到保持电源部保持着基准量以上的电力量为条件来执行重新启动处理，因此即使在重新启动处理的执行过程中再次发生断电的情况下，也能够适当地执行结束处理。

Description

控制装置以及控制方法
技术领域
本发明涉及一种控制设备或机械的控制装置以及控制方法。
背景技术
作为用于控制设备或机械的工厂自动化(Factory Automation，FA)等中所用的控制装置之一，有可编程逻辑控制器(也称作Programmable Logic Controller(PLC)或者可编程控制器)。PLC一般采用在断电时可备份(backup)数据的结构。
例如，日本专利特开2014-160377号公报(专利文献1)所揭示的PLC的电源切换部具备相对于直流(Direct Current，DC)电源而共同连接的彼此并联的两根电源线。在第1电源线上，经由二极管(diode)而连接有DC/DC转换器(converter)。所述DC/DC转换器将所输入的电压(20V～28V)降压至主电路的动作电压即3.3V，并进行恒电压化而输出。
另一方面，在第2电源线与接地之间，设有电容器(condenser)作为备份动作用的电源。电容器经由开关(switch)而连接于DC/DC转换器的输入级。在DC电源接通的期间，开关断开(OFF)，电容器从DC/DC转换器分离。当探测到断电时，开关导通(ON)，DC/DC转换器将电容器作为电源来源而生成固定时间的恒电压。
[现有技术文献]
[专利文献]
专利文献1：日本专利特开2014-160377号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
但是，在专利文献1中，当在DC/DC转换器将电容器作为电源来源生成固定时间的恒电压来执行备份动作(结束处理)的过程中电源恢复而进行重启(reboot)(重新启动处理)时，是在电容器中所充的电力量已下降的状态下执行重启。因此，若在重启执行过程中再次发生断电，则存在依靠电容器中所充的电力量无法适当执行备份动作的问题。
本发明是考虑到所述问题而完成，其主要目的在于提供一种即使在重新启动处理(重启)的执行过程中再次发生断电的情况下，也能够适当地执行结束处理(备份动作)的控制装置以及控制方法。其他的课题及有益效果将在以下的解决问题的技术手段及实施方式中说明。
[解决问题的技术手段]
根据本揭示的一例，一种控制装置，其包括：控制部，进行成为控制对象的设备的控制；断电探测部，探测从电源向控制部的电力供给被阻断的断电；保持电源部，用于在断电时向控制部供给电力；以及电力探测部，探测由保持电源部所保持的电力量，控制部在断电探测部探测到断电时，利用从保持电源部供给的电力来执行结束处理，当断电探测部探测到从断电恢复时，以由电力探测部探测到保持电源部保持着基准量以上的电力量为条件来执行重新启动处理。因此，在控制装置中，即使在重新启动处理过程中再次发生断电的情况下，也能够适当地执行结束处理。
优选的是，控制部设定是否在从开始结束处理起经过固定时间后执行重新启动处理的判定时机，在所述判定时机判定从断电的恢复及保持电源部的电力量。因此，能够避免控制部在结束处理过程中的不适当的时机执行重新启动处理。
优选的是，判定时机是设为在结束处理中至少执行了备份处理之后的时机。因此，能够避免控制部在备份处理过程中执行重新启动处理而无法保存数据的事态。
优选的是，基准量是根据执行结束处理所需的电力量而设定。因此，控制部即使执行重新启动处理而再次发生断电，也能够在保持电源部中充分地充入结束处理所需的电力量。
根据本揭示的另一例，一种控制方法，是控制装置的控制方法，所述控制装置包括：控制部，进行成为控制对象的设备的控制；断电探测部，探测从电源向控制部的电力供给被阻断的断电；保持电源部，用于在断电时向控制部供给电力；以及电力探测部，探测由保持电源部所保持的电力量，所述控制方法包括下述步骤：当断电探测部探测到断电时，利用从保持电源部供给的电力来执行结束处理；以及当断电探测部探测到从断电恢复时，以由电力探测部探测到保持电源部保持着基准量以上的电力量为条件来执行重新启动处理。因此，在控制装置中，即使在重新启动处理过程中再次发生断电的情况下，也能够适当地执行结束处理。
[发明的效果]
根据本技术的控制装置以及控制方法，以电力探测部探测到保持电源部保持着基准量以上的电力量为条件来执行重新启动处理，因此即使在重新启动处理的执行过程中再次发生断电的情况下，也能够适当地执行结束处理。
附图说明
图1是表示PLC的整体结构的一例的框图。
图2是表示图1的电源电路的结构的框图。
图3是用于说明从断电恢复时不进行重启的情况下的PLC及电源电路的状态的时间图。
图4是用于说明从断电恢复时进行重启的情况下的PLC及电源电路的状态的时间图。
图5是用于说明作为比较对象的PLC及电源电路的状态的时间图。
图6是用于说明断电处理的流程图。
[符号的说明]
10：PLC
11：PLC本体
12：电源单元
13：电源电路
14：CPU模块
15：输入模块
16：输出模块
17：断电探测部
18：电力探测部
31：电压输入节点
32：电压输出节点
33：DC/DC转换器
34：电容器
35：DC/DC转换器
36、37、38：二极管
40：配线
41：保持电源电路
具体实施方式
以下，参照附图来详细说明本实施方式。另外，图中相同的符号表示相同或相当的部分。
(适用例)
[PLC的整体结构]
本实施方式中，作为用于控制设备或机械的控制装置之一，对PLC进行说明。图1是表示PLC的整体结构的一例的框图。参照图1，PLC10包括PLC本体11与电源单元12。电源单元12将从外部输入的交流(Alternating Current，AC)电压转换成直流(DC)电压，并将所述直流(DC)电压根据需要进一步转换为规定电压电平(level)的直流(DC)电压而输出。作为电源单元12，能够利用通用电源。PLC10也可为进一步增设有未图示的一个以上的输入/输出单元的结构。
PLC本体11包括电源电路13、中央处理器(Central Processing Unit，CPU)模块14、输入模块15、输出模块16、断电探测部17、电力探测部18及电源端子20、21、22。
对于电源端子20，从电源单元12供给直流电压。所述直流电压经由电源电路13被供给至CPU模块14、断电探测部17、电力探测部18以及输入模块15的一部分及输出模块16的一部分。电源电路13能够在电源阻断后的固定时间的期间对所述的模块群供给驱动电压，以便在断电时进行包含备份数据等处理的结束处理。电源电路13的详细将利用图2进行详细说明。
输入模块15导入来自作为控制对象的一个以上的设备的、表示各种数据等的输入数据23。输出模块16根据CPU模块14的指令，输出用于对作为控制对象的设备进行控制的输出数据24。对于构成输入模块15及输出模块16的电路中的、在断电时需要数据备份或各种周边元件(device)的保护的部分，从电源电路13供给驱动电压。输入模块15及输出模块16的其他电路部分是通过分别经由电源端子21、22而供给的直流电压来动作。
CPU模块14基于经由输入模块15而接收的输入数据23来进行运算，将基于运算结果的输出数据24经由输出模块16予以输出。因此，CPU模块14是进行成为控制对象的一个以上设备的控制的控制部。
CPU模块14包含普通的微计算机(也称作微控制器(micro controller)等)，所述微计算机包含CPU、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、只读存储器(Read OnlyMemory，ROM)及非易失性存储器等。CPU是执行各种程序的算术逻辑运算装置，对从系统控制器依照内部时钟(clock)依序供给的命令代码(code)进行解释并执行。CPU既可安装有多个，或者也可在单个CPU内安装有多个运算核心(core)。即，既可为所谓的多处理器(multiprocessor)，也可为多核心。CPU模块14也有时还包括含有专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuit，ASIC)或现场可编程门阵列(Field Programmable GateArray，FPGA)等的电路。
断电探测部17对从电源端子20输入的直流电压的电压电平进行监控，若输入直流电压的电压电平小于基准值，则向CPU模块14输出用于通知断电的信号(断电探测信号)。CPU模块14在从断电探测部17收到断电通知时，执行包含下述等处理的结束处理，即，将从断电恢复时所需的表示断电之前的装置状态的数据保存到内置的非易失性存储器(未图示)中。在执行所述结束处理的期间，作为用于使CPU模块14等动作的电源，在电源电路13中设有电容器。
电力探测部18对充入电源电路13的电容器中的电力量进行监控，若所充入的电力量为基准量以上，则将充电完成探测标记(flag)为高(High)状态的信息输出至CPU模块14。CPU模块14在收到高(High)状态的充电完成探测标记之前，不执行从断电恢复的重启处理。即，CPU模块14在电源电路13的电容器的电力量小于基准量的情况下，即使电源恢复也不执行重启处理。此处，基准量被设定为结束处理所需的电力量。
[电源电路的结构]
图2是表示图1的电源电路的结构的框图。参照图2，电源电路13包含作为第1节点(node：节点)的电压输入节点31、作为第2节点的电压输出节点32、配线40、DC/DC转换器33、DC/DC转换器35、作为充电部的电容器34a、电容器34b以及作为整流元件的二极管36、37、38。
电压输入节点31连接于图1的电源端子20，由此，从电源单元12输入电压电平V1的直流电压。从电压输出节点32输出用于驱动CPU模块14等的直流电压。
DC/DC转换器33基于输入至电压输入节点31的电压电平V1的直流电压，将所述输入电压升压至电压电平V3的直流电压并予以输出。DC/DC转换器33的种类并无特别限定。例如，既可使用升压斩波器(chopper)等非绝缘型的转换器，也可使用正向转换器(forwardconverter)等绝缘型的转换器。
电容器34a、34b并联连接在配线与接地GND之间，所述配线连接DC/DC转换器33与DC/DC转换器35之间。电容器34a、34b被用作可充入DC/DC转换器33的输出电压并且可放出所充电压的充电部。电容器34a、34b的放电电压被输入至DC/DC转换器35。另外，使用电容器来作为备份电源的理由是：在要求紧凑且低成本的PLC中，电容器适合。而且，将两个电容器34a、34b并联连接以确保所需的电力量，但只要能够确保所需的电力量，则也可包含一个电容器，若要确保更多的电力量，则也可将更多的电容器并联连接。
电容器34a、34b的种类并无特别限定，但必须选择能够蓄积可确保断电时的数据备份或各种周边元件的保护所需时间的电源供给的电量的电容器。在图2的电源电路13的结构的情况下，通过将DC/DC转换器33的升压电压供给至电容器34a、34b，从而能够将更多的电能蓄积到电容器34a、34b中。因此，能够使电容器34a、34b的容量更小。
DC/DC转换器35将电容器34a、34b的放电电压转换成比电压电平V1小的电压电平V2的直流电压并输出。DC/DC转换器35的种类并无特别限定。例如，既可使用降压斩波器等非绝缘型的转换器，也可使用反激转换器(flyback converter)等绝缘型的转换器。
DC/DC转换器33、电容器34a、34b及DC/DC转换器35构成保持电源电路41。所述保持电源电路41在断电时将用于执行结束处理的电力供给至CPU模块14等。电力探测部18对保持电源电路41的保持电源电压进行测定，并对所测定的电压与基准电压进行比较，由此来探测充入电容器34a、34b中的电力量是否为基准量以上。
二极管36连接于DC/DC转换器35的输出节点46与电压输出节点32之间。从DC/DC转换器35朝向电压输出节点32的方向为二极管36的顺向。
二极管38连接于电压输入节点31与DC/DC转换器33的输入节点42之间。从电压输入节点31朝向DC/DC转换器33的方向为二极管38的顺向。二极管38是用于在误将反极性的电源单元连接于电源端子20时，防止DC/DC转换器33、35等发生破损。因此，二极管38并非必须设置。
配线40是与经由所述的二极管38、DC/DC转换器33、DC/DC转换器35及二极管36的电流路径并联地，连接电压输入节点31与电压输出节点32之间的另一电流路径。在配线40的中途设有二极管37。从电压输入节点31朝向电压输出节点32的方向为二极管37的顺向。
在所述电源电路13的结构中，从电源单元12供给的直流电压的电压电平V1例如为24[V]。DC/DC转换器33的输出电压的电压电平V3例如为50[V]。DC/DC转换器35的输出电压的电压电平V2例如为14[V]。此时，若忽略二极管36、37及配线等中的压降，则如后所述，对于CPU模块14等，在通常时输入电压电平V1(例如24V)的直流电压，而在断电时，输入电压电平V2(例如14V)的直流电压。因此，CPU模块14等必须能够在包含电压电平V1及V2的电源电压的范围下动作。
另外，若PLC本体11是经由遵循外围设备互联(Peripheral ComponentInterconnect，PCI)高速(Express)(PCIe)的接口而连接，则从外部供给的直流电压的电压电平V1例如为12[V]，必须利用DC/DC转换器33来将12V的电压电平V1转换为50V的电压电平V3。
[断电时的动作]
接下来，对断电时的PLC10的动作进行说明。图3是用于说明从断电恢复时不进行重启的情况下的PLC及电源电路的状态的时间图。图4是用于说明从断电恢复时进行重启的情况下的PLC及电源电路的状态的时间图。首先，因断电的发生，从电源单元12供给的直流电压的电压电平由24V变化为0V。断电探测部17通过从电源端子20输入的直流电压的电压电平变得小于基准值来探测断电的发生，将从高(High)状态变化为低(Low)状态的断电探测信号输出至CPU模块14以通知断电。
因断电的发生，在电源电路13中，从保持电源电路41对CPU模块14等开始电力的供给。因此，因将充入电容器34a、34b中的电力供给至CPU模块14等，保持电源电路41的保持电源电压V开始下降，且下降至电源恢复时为止。电力探测部18在保持电源电压V变得小于与结束处理所需的电力量(基准量)对应的基准电压Vs的时刻，探测到充入电容器34a、34b中的电力量变得小于基准量。电力探测部18在探测到充入电容器34a、34b中的电力量变得小于基准量的情况下，使充电完成探测标记由高(High)状态变化为低(Low)状态并通知给CPU模块14。
CPU模块14在从收到低(Low)状态的断电探测信号后计起的A期间后，开始结束处理。进而，CPU模块14从结束处理的开始，执行保护各种周边元件的处理等，在B期间后开始备份断电时的数据的备份处理。
若在结束处理的执行过程中电源恢复，而从电源单元12供给的直流电压的电压电平由0V变化为24V，则断电探测部17通过直流电压的电压电平变为基准值以上来探测(断电非探测)电源恢复，并将由低(Low)状态变化为高(High)状态的断电探测信号输出至CPU模块14以通知电源恢复。
由于PLC10是用于控制设备或机械的控制装置，因此必须尽可能持续运转状态，当在结束处理过程中电源恢复时，执行重启(重新启动)处理。图3中，当在结束处理的执行过程中电源恢复时，进行是否在执行备份处理之后的时机进行重启处理的重启判定。在重启判定中，基于断电探测信号是否为高(High)状态且充电完成探测标记是否为高(High)状态来进行判定。
在对本实施方式的PLC10的重启判定进行说明之前，对不考虑电容器的电力量而进行重启判定的作为比较对象的PLC进行说明。图5是用于说明作为比较对象的PLC及电源电路的状态的时间图。作为比较对象的PLC不具有电力探测部，不考虑在保持电源电路的电容器中充入的电力量，若在重启判定的时机，断电探测信号为高(High)状态，则开始重启处理。
但是，如图5所示，在重启判定的时机，保持电源电压V小于与结束处理所需的电力量(基准量)对应的基准电压Vs，因此若在重启处理过程中再次发生断电，则在电容器中充入不了结束处理所需的电力量(电力不足)。因此，在电力不足的状态下，即使在重启处理过程中再次发生断电而执行结束处理，也无法进行适当的结束处理，有可能产生无法保存断电时的数据、各种周边元件受到破坏等问题。
因此，本实施方式的PLC10中，设置电力探测部18，考虑电容器34a、34b的电力量来进行重启判定。具体而言，CPU模块14在重启判定的时机(判定时机)，判定断电探测信号是否为高(High)状态且充电完成探测标记是否为高(High)状态。对于重启判定的时机，例如图3所示，在从开始结束处理起经过C期间后进行。即，重启判定的时机是在结束处理过程中至少执行了备份处理之后的时机。因此，能够防止在备份处理过程中等不适当的时机，突然开始重启处理而无法保存数据地执行重启处理。
图3中，在重启判定的时机，断电探测信号为高(High)状态，但充电完成探测标记为低(Low)状态，因此CPU模块14不执行重启处理。即，若在重启判定的时机执行重启处理而再次发生断电，则在电容器34a、34b中充入不了结束处理所需的电力量而变得电力不足，因此CPU模块14不执行重启处理。另外，CPU模块14也可待充电完成探测标记变成高(High)状态，而再次进行重启判定。
另一方面，图4中，在重启判定的时机，断电探测信号为高(High)状态且充电完成探测标记为高(High)状态，因此CPU模块14执行重启处理。即，即使在重启判定的时机执行重启处理而再次发生断电，在电容器34a、34b中仍充入有结束处理所需的电力量而电力充分，因此CPU模块14能够执行重启处理。
[关于断电处理]
接下来，对于包含图3、图4中说明的重启判定的断电处理，使用流程图来进行说明。图6是用于说明断电处理的流程图。首先，CPU模块14判定从断电探测部17通知的断电探测信号是否为低(Low)状态(步骤S101)。若断电探测信号并非低(Low)状态(步骤S101中为否(NO))，则CPU模块14视为未发生断电而将处理返回步骤S101。
若断电探测信号为低(Low)状态(步骤S101中为是(YES))，则CPU模块14判定为发生了断电，通过来自保持电源电路41的电力供给来开始结束处理的执行(步骤S102)。
接下来，CPU模块14判定处理时机是否为执行了结束处理中所含的备份处理之后的重启判定时机(步骤S103)。若并非重启判定时机(步骤S103中为否)，则CPU模块14视为备份处理中而使处理返回步骤S103。
若为重启判定时机(步骤S103中为是)，则CPU模块14判定从断电探测部17通知的断电探测信号是否为高(High)状态以作为重启判定的其中一个条件(步骤S104)。若断电探测信号为高(High)状态(步骤S104中为是)，则电源已恢复，因此CPU模块14判定充电完成探测标记是否为高(High)状态，以作为重启判定的另一个条件(步骤S105)。
若充电完成探测标记为高(High)状态(步骤S105中为是)，则CPU模块14视为即使在重启处理过程中再次发生断电，在电容器34a、34b中也充入有结束处理所需的电力量，而执行重启处理(步骤S107)。若充电完成探测标记并非高(High)状态(步骤S105中为否)，则CPU模块14视为在重启处理过程中再次发生断电时电容器34a、34b中充入不了结束处理所需的电力量，不执行重启处理而结束处理。
返回步骤S104，若断电探测信号并非高(High)状态(步骤S104中为否)，则由于电源尚未恢复，因而CPU模块14判定结束处理是否已结束(步骤S108)。若结束处理尚未结束(步骤S108中为否)，则CPU模块14使处理返回步骤S104，以监控在结束处理过程中电源是否恢复。若结束处理已结束(步骤S108中为是)，则CPU模块14结束处理。
如上所述，本实施方式的PLC10包括：CPU模块14，进行成为控制对象的设备的控制；断电探测部17，探测从电源单元12向CPU模块14的电力供给被阻断的断电；保持电源电路41，用于在断电时向CPU模块14供给电力；以及电力探测部18，探测由保持电源电路41所保持的电力量。CPU模块14在断电探测部17探测到断电时，利用从保持电源电路41供给的电力来执行结束处理，当断电探测部17探测到从断电恢复时，以由电力探测部18探测到保持电源电路41保持着基准量以上的电力量为条件来执行重启处理。因此，在PLC10中，即使在重启处理过程中再次发生断电，也能够适当地执行结束处理。
CPU模块14也可设定是否在从开始结束处理起经过固定时间后执行重新启动处理的重启判定时机，在所述重启判定时机判定从断电的恢复及保持电源电路41的电力量。由此，能够避免在结束处理过程中的不适当时机执行重启处理。
重启判定时机也可设为在结束处理中至少执行了备份处理之后的时机。由此，能够避免在备份处理过程中执行重启处理而无法保存数据的事态。
基准量也可为根据执行结束处理所需的电力量而设定。由此，即使执行重启处理而再次发生断电，也能够在电容器34a、34b中充分地充入结束处理所需的电力量。
本实施方式的PLC10的控制方法包括下述步骤：当断电探测部17探测到断电时，利用从保持电源电路41供给的电力来执行结束处理；以及当断电探测部17探测到从断电恢复时，以由电力探测部18探测到保持电源电路41保持着基准量以上的电力量为条件来执行重新启动处理。
(变形例)
对保持电源电路41为包含DC/DC转换器33、电容器34a、电容器34b及DC/DC转换器35的结构进行了说明。但是，并不限定于此，保持电源电路41只要是能够保持执行结束处理所需的电力量的结构，则也可采用电容器以外的蓄电结构。
对基准量是根据执行结束处理所需的电力量而设定进行了说明，但也可考虑余裕(margin)等来设定更大的电力量。
对重启判定时机是在开始结束处理起经过固定时间后的时机、且在结束处理中至少执行了备份处理之后的时机进行了说明，但只要是不会因重启处理的执行而对结束处理造成影响的时机，则为任何时机皆可。而且，在结束处理后执行重启处理时，也可进行重启判定。
应认为，此次揭示的实施方式在所有方面仅为例示，而非限制者。本发明的范围是由权利要求而非所述说明所示，且意图包含与权利要求均等的含义及范围内的所有变更。

Claims (4)

1.一种控制装置，其特征在于包括：
控制部，进行成为控制对象的设备的控制；
断电探测部，探测从电源向所述控制部的电力供给被阻断的断电；
保持电源部，用于在所述断电时向所述控制部供给电力；以及
电力探测部，探测由所述保持电源部所保持的电力量，
所述控制部在所述断电探测部探测到所述断电时，利用从所述保持电源部供给的电力来执行结束处理，
当所述断电探测部探测到从所述断电恢复时，以由所述电力探测部探测到所述保持电源部保持着基准量以上的电力量为条件来执行重新启动处理，
所述控制部设定是否在从开始所述结束处理起经过固定时间后执行所述重新启动处理的判定时机，在所述判定时机判定从所述断电的恢复及所述保持电源部的电力量，
其中在所述判定时机，当断电探测信号与充电完成探测标记为不同状态时，所述控制部不执行所述重新启动处理，以及
在所述判定时机，当所述断电探测信号与所述充电完成探测标记为相同状态时，所述控制部执行所述重新启动处理。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，
所述判定时机是设为在所述结束处理过程中至少执行了备份处理之后的时机。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的控制装置，其特征在于，
所述基准量是根据执行所述结束处理所需的电力量而设定。
4.一种控制方法，是控制装置的控制方法，所述控制装置包括：
控制部，进行成为控制对象的设备的控制；
断电探测部，探测从电源向所述控制部的电力供给被阻断的断电；
保持电源部，用于在所述断电时向所述控制部供给电力；以及
电力探测部，探测由所述保持电源部所保持的电力量，
所述控制方法的特征在于包括下述步骤：
当所述断电探测部探测到所述断电时，利用从所述保持电源部供给的电力来执行结束处理；
当所述断电探测部探测到从所述断电恢复时，以由所述电力探测部探测到所述保持电源部保持着基准量以上的电力量为条件来执行重新启动处理；以及
设定是否在从开始所述结束处理起经过固定时间后执行所述重新启动处理的判定时机，在所述判定时机判定从所述断电的恢复及所述保持电源部的电力量，
其中在所述判定时机，当断电探测信号与充电完成探测标记为不同状态时，不执行所述重新启动处理，以及
在所述判定时机，当所述断电探测信号与所述充电完成探测标记为相同状态时，执行所述重新启动处理。
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