JP2003114705A - プログラマブルコントローラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 １出力回路の最大負荷電流を超える大きな負
荷を直接駆動したい場合、１つランク上の機種、あるい
は特殊出力モジュールを選ばなければならず、大形化、
コストアップしてしまう問題があった。 【解決手段】 各出力回路に負荷電流の制限回路を設け
ることにより、大きな負荷が必要とする分、出力回路を
並列接続することにより、大きな負荷を直接ＯＮ／ＯＦ
Ｆ制御が実現できる。また、各出力回路において、負荷
電流の制限電流値を可変、切り替える回路を設けること
により、最大コモン電流を超えないように、復旧できる
内容で保護が可能にできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特に小出力電流の
性能でありながら、大きな負荷を直接駆動、制御を要求
される、プログラマブルコントローラに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のプログラマブルコントローラにつ
いて、図４を用いて説明する。図４は従来のモジュール
タイプのプログラマブルコントローラの構成図である。
図のプログラマブルコントローラは、ＣＰＵモジュール
１、出力モジュール２より構成され、ＣＰＵモジュール
１で演算された結果である出力データ７は出力モジュー
ル２に渡される。この出力データ７は複数の出力回路に
渡され、それぞれ負荷３に出力される。各出力回路にお
いて、ＣＰＵモジュール１からのデータ７はバッファＩ
Ｃ６に入力され、ＩＣ６の出力で絶縁素子（フォトカプ
ラ）５が駆動される。この信号を絶縁した形で最終負荷
駆動用トランジスタ４を駆動し、負荷電流をＯＮ／ＯＦ
Ｆする。なお、図において、８は最大コモン電流であ
り、９は負荷駆動用電源である。

【０００３】この各出力の負荷電流の値は、トランジス
タの性能上の限界があり、この製品仕様で例えば、最大
１Ａに制限されている。大きな負荷電流を得ようとし
て、任意の出力どうしを並列に接続すると、接続された
各出力の抵抗分の差、ばらつきにより、それぞれの負荷
電流の分流の度合いがばらつくことになる。即ち、各ト
ランジスタ４のエミッタ・コレクタ間抵抗には差が有
り、エミッタ・コレクタ間抵抗が少ないトランジスタに
は多くの電流が流れる。この結果、１出力回路あたりの
最大負荷電流を超えることがあるため、例えば、エミッ
タ・コレクタ間抵抗が少ないトランジスタが破壊される
ことがあるため、この接続は不可能である。したがっ
て、ユーザは、この制限している最大出力電流以下の負
荷しか接続できないため、より大きな負荷を接続しよう
とした場合には、より最大出力電流性能のある高価な出
力モジュールや、より上位のプログラマブルコントロー
ラを選定、あるいは、一旦、大きな最大負荷電流を駆動
できるリレーかトランジスタを介して接続しなければな
らず、ユーザはスペースとコストのアップを強いられる
問題があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来技術では、同一ハードの出力モジュールで、より大き
な負荷を直接駆動しようとしても接続できず、より最大
出力電流性能のある高価な出力モジュールや、より上位
のプログラマブルコントローラを選定、あるいは、一
旦、大きな最大負荷電流を駆動できるリレーかトランジ
スタを介して接続しなければならず、ユーザはスペース
とコストのアップを強いられるという問題があった。

【０００５】本発明の目的は、同一出力モジュールであ
りながら、従来方式で限界であった、１出力回路の最大
電流より大きな負荷を接続可能なプログラマブルコント
ローラを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、下記内容で実現する。各出力回路において、出力に
流れている負荷電流を検知し、出力回路の最大負荷電流
を超えないように働く回路を追加することにより、大き
な負荷を接続しても、最大電流を超えない最大電流レベ
ルの負荷電流に制御され、出力回路の保護が可能とな
る。この負荷電流制限回路を追加することにより、任意
の出力回路の出力どうしの接続が可能となるため、（出
力回路の最大負荷電流）Ｘ（出力並列接続数）倍の負荷
電流を取り出すことができ、この大きな負荷電流の大き
な負荷を直接接続し、ＯＮ／ＯＦＦ制御が実現できる。

【０００７】また、オン、オフ制御され、互いに並列に
接続された複数の負荷と、該複数の負荷を駆動する複数
の出力回路と、該出力回路毎に設けられ、該出力回路の
設定電流を選択することができる設定電流選択回路と、
該設定電流選択回路を制御する制御システムとを備え、
オンした各負荷の負荷電流の合計であるコモン電流が、
最大定格電流を超えないように、制御プログラムの同時
ＯＮ情報を検知し、制御システムによって自動的に各出
力回路の設定電流をコントロールする。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を幾つ
かの実施例を用い、図を参照しながら説明する。図１は
本発明によるプログラマブルコントローラの第１の実施
例を示す構成図である。図１において、１はＣＰＵモジ
ュール、２は出力モジュール、１５ａ〜１５ｄは出力回
路ブロックであり、各々同様に構成されている。出力回
路ブロック１５ａ〜１５ｄはそれぞれ出力データ伝達用
フォトカプラ１２、負荷電流制御用トランジスタ１７か
ら構成され、トランジスタ１７のベースは出力トランジ
スタ４ａのエミッタに接続されている。また、出力トラ
ンジスタ４ａのエミッタには負荷電流検出用抵抗１０ａ
が接続されている。１４は大容量負荷（例えば、２．５
Ａ）であり、１６は小容量負荷（例えば、０．５Ａ）で
ある。

【０００９】図１の実施例では、各出力回路ブロック、
各出力トランジスタ４ａ〜４ｄの最大負荷電流１Ａで、
最大コモン電流８が３Ａとしたもので、負荷電流２．５
Ａ必要な負荷１４が３個の出力回路ブロック１５ａ〜１
５ｃ、出力トランジスタ４ａ〜４ｃが並列に接続された
配線で接続されている。これとは別に０．５Ａ負荷１６
が出力回路ブロック１５ｄ、出力トランジスタ４ｄに接
続されている。各出力用トランジスタ４ａ〜４ｄのそれ
ぞれには、従来の回路に比べて負荷電流検出用抵抗１０
ａ〜１０ｄが追加されている。負荷電流が大きくなる
と、されに比例して抵抗１０ａ〜１０ｄの両端の電圧が
大きくなる。

【００１０】今、トランジスタ４ａに着目して説明する
と、負荷電流１Ａを超えようとすると、抵抗１０ａの両
端電圧が一定以上の電圧を超え、トランジスタ１７にベ
ース電流が流れはじめる。このため、出力データ伝送用
フォトカプラ１２の出力電流がトランジスタ１７を流れ
始めるため、この分、フォトカプラ１２の出力から出力
用トランジスタ４ａをＯＮさせるためのベース電流を減
らす。この結果、出力用トランジスタ４ａの出力側（コ
レクタ・エミッタ間）の抵抗分が大きくなり、負荷電流
を１Ａ以下となるように、あるいは１Ａとなるように、
制御される。このように出力用トランジスタ４ａ〜４ｃ
を流れる電流は１Ａになるように制御される。したがっ
て、３つの出力回路を並列に接続しても、それぞれの出
力側抵抗分のばらつきで、１出力回路だけ負荷電流が集
中し、最大負荷電流１Ａを超え、部品を破損することは
ない。

【００１１】本実施例では２．５Ａの負荷で３出力回路
並列接続した例であるが、例えば１．５Ａ負荷だったら
２出力回路を並列接続する。また、最大コモン電流が４
Ａで、３．５Ａ負荷たっだら、４出力回路を並列接続
し、大きな負荷の負荷電流に合わせて、並列接続する出
力回路数の配線切り替えることでこの大きな負荷を駆動
できる。

【００１２】以下、図２を用いて、第２の実施例につい
て説明する。図２は本発明によるプログラマブルコント
ローラの第２の実施例を示す構成図である。図におい
て、図１と同じ構成要素に対しては同一の符号を付し、
その説明を省略する。図において、１１は増幅回路、１
３ａ〜１３ｃは負荷電流制限電流値切り換えスイッチ、
１８は電流制限回路用フォトカプラ、２５ａ〜２５ｃは
電流制限抵抗、２７はバッファアンプである。図１の実
施例では各出力回路の負荷電流の制限電流は１Ａと固定
であったが、図２に示す実施例ではバッファアンプ２７
の出力によってスイッチ１３を切り換え、それによって
電流制限抵抗２５ａ〜２５ｃを切り換えることによっ
て、出力トランジスタ４を流れる負荷電流値を可変にす
ることができる。

【００１３】図２の実施例では、負荷電流値を抵抗１０
で検出した後、この電圧を一旦増幅回路１１で増幅し、
電流制限回路用フォトカプラ１８を介して制御回路側に
この信号を伝える。出力データ伝達用フォトカプラ１２
の１次側発光ダイオードと電流制限回路用フォトカプラ
１８のトランジスタが並列に接続されている。制御回路
側に伝えられた信号はスイッチ１３ａ〜１３ｃ及び抵抗
２５ａ〜２５ｃのいずれかに流れる。スイッチ１３ａ〜
１３ｃのうちオンされているスイッチを通りそれに接続
されている抵抗を流れる。今、出力トランジスタ４ａを
流れる電流がスイッチ１３ａ〜１３ｃのいずれかによっ
て、負荷電流が１Ａに制限されているとする。

【００１４】負荷電流が１Ａを超えようとすると検出用
抵抗１０ａの両端電圧が一定以上の電圧を超え、この大
きさのレベルが増幅回路１１とフォトカプラ１２を介し
て制御回路に伝えられる。この電流制限回路用フォトカ
プラ１８の出力側の抵抗分は検出電圧が大きくなるほど
低くなるため、回路構成上、出力データ伝達用フォトカ
プラ１２の発光ダイオードの電流を分流するため、フォ
トカプラ１２の発光ダイオードを流れる電流が減少す
る。この結果、出力データ伝達用フォトカプラ１２の出
力側の抵抗分が大きくなり出力用トランジスタ４ａのベ
ース電流が抑えられる。そして出力用トランジスタ４ａ
の出力側の抵抗分が上昇で、負荷電流を抑え、１Ａ以
下、あるいは１Ａとなるように働く。

【００１５】上記に述べた回路において、スイッチ１３
ａ〜１３ｃとこれに直列に接続されている電流制限用抵
抗２５ａ〜２５ｃは出力データ伝達用フォトカプラ１２
の発光ダイオードと並列に接続されるているので、スイ
ッチ１３ａ〜１３ｃでより低い抵抗が接続されている側
に切り換えるようににする。より低い抵抗に切り換えれ
ば切り換えるほど、負荷電流を１Ａより低い制限値に設
定することができる。

【００１６】一方、コモン電流はハード上、プリント基
板上のパターン幅の制約等により、各出力回路の（最大
負荷電流）Ｘ（同一コモンの出力回路数）倍というわけ
に行かないことが実状である。したがって、ユーザは、
最大限に負荷電流を取り出すよう、同時ＯＮを考えなが
ら、制御プログラムを作成するが、これを誤った場合、
ハードの破損、焼損につながることになる。

【００１７】この問題をさけるべく、図３に示す制御で
ハードを保護することも可能であり、従来この目的で使
用されていたヒューズが必要なくなる。また、ヒューズ
では大負荷電流が流れることが避けらず、トランジスタ
等の部品を破損するが、本発明では、素子自体を保護で
きるため、復帰することが可能である。

【００１８】図３は本発明によるプログラマブルコント
ローラの第３の実施例を示す構成図である。図におい
て、２３は制御プログラムであり、制御プログラム上の
入力接点記号２９、制御プログラム上の出力コイル２０
を有する制御プログラム上の出力回路ブロック１９を備
えている。制御プログラム２３はユーザ作成の１部であ
り、出力モジュール２の各出力と関連している。制御プ
ログラム上の出力回路ブロック１９の出力からプログラ
ムチェック２１を行い、負荷１４と１６の負荷電流が同
時オンの場合には、その合計が最大コモン電流８を超え
ないようにする。また、最大コモン電流を超える場合は
当然、同時ＯＮにならないようにプログラムを作成す
る。しかし、プログラムミス等、期待通りにいかない状
況に陥った場合、同時ＯＮのケースがあり、これからハ
ードを保護しなければならない。出力モジュール２の各
出力を含んだプログラム１９の部分がプログラムチェッ
ク２１で同時ＯＮになったことが判明した場合、スイッ
チ制御プログラム２２によって、図２のスイッチ１３ａ
〜１３ｃを予め決めていた出力点順に従って切り換えて
負荷電流の制限電流を切り換えて、負荷電流制限値を下
げ、最大コモン電流レベルに制限することができる。す
なわち、以上の実施例では、１出力回路の最大負荷電流
を超えた大きな負荷を駆動でき、また、最大コモン電流
を超えないように制御により、ハードを復旧できる内容
で保護が実現できる。

【００１９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、大
形、特殊の出力モジュールではなく、標準、汎用の出力
モジュールで、大きな負荷を直接駆動でき、また、最大
コモン電流を超えないように復旧できるレベルで保護可
能となり、より小形、低コストの制御が実現可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるプログラマブルコントローラの第
１の実施例を示す構成図である。

【図２】本発明によるプログラマブルコントローラの第
２の実施例を示す構成図である。

【図３】本発明によるプログラマブルコントローラの第
３の実施例を示す構成図である。

【図４】従来のモジュールタイプのプログラマブルコン
トローラの構成図である。

【符号の説明】

１…ＣＰＵモジュール、２…出力モジュール、３…負
荷、４ａ〜４ｄ…出力用トランジスタ、５…出力データ
伝達用フォトカプラ、６…バッファＩＣ、７…出力デー
タ、８…最大コモン電流、９…負荷駆動用電源、１０ａ
〜１０ｄ…負荷電流検出用抵抗、１１…増幅回路、１２
…出力データ伝送用フォトカプラ、１３ａ〜１３ｃ…負
荷電流制限電流値切り替えスイッチ、１４…大容量負荷
（２．５Ａ）、１５ａ〜１５ｄ…出力回路ブロック、１
６…小容量負荷（０．５Ａ）、１７…負荷電流制御用ト
ランジスタ、１８…電流制限回路用フォトカプラ、１９
…制御プログラム上の出力回路ブロック、２０…制御プ
ログラム上の出力コイル、２１…プログラムチェック部
（同時オン）、２２…スイッチ制御部、２３…制御プロ
グラム、２９…制御プログラム上の入力接点記号。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】オン、オフが制御され、互いに並列に接続
   された複数の負荷と、該複数の負荷を駆動する複数の出
   力回路と、該出力回路に設けられ、該負荷を流れる電流
   を予め定められた電流値に制限する電流制限回路とを備
   え、一つの出力回路あたりの最大電流を超えた負荷電流
   が必要な負荷を、複数の出力回路の出力を並列接続する
   ことにより、直接駆動することを特徴とするプログラマ
   ブルコントローラ。
2. 【請求項２】請求項１記載のプログラマブルコントロー
   ラにおいて、該出力回路の設定電流を選択してすること
   ができる設定電流選択回路を設けることを特徴とするプ
   ログラマブルコントローラ。
3. 【請求項３】オン、オフ制御され、互いに並列に接続さ
   れた複数の負荷と、該複数の負荷を駆動する複数の出力
   回路と、該出力回路毎に設けられ、該出力回路の設定電
   流を選択することができる設定電流選択回路と、該設定
   電流選択回路を制御する制御システムとを備え、オンし
   た各負荷の負荷電流の合計であるコモン電流が、最大定
   格電流を超えないように、制御プログラムの同時ＯＮ情
   報を検知し、制御システムによって自動的に各出力回路
   の設定電流をコントロールすることを特徴とするプログ
   ラマブルコントローラ。