JP2005182217A - 入出力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 一種類の入出力装置で任意の制御ロジック演算機能を有し、二重化時のラッチ値の等値化に容易に対応可能な入出力装置を実現する。
【解決手段】 上位システムとフィールド機器との間に介在し、これらの通信を中継する入出力装置において、フィールド機器の制御を実行するロジック制御手段を装置内に設けた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、上位システムとフィールド機器との間に介在し、これらの通信を中継する入出力装置の機能拡張に関する。

図５（Ａ）乃至（Ｃ）は、従来の入出力装置を用いた制御システムの一例を示す機能ブロック図である。図５（Ａ）において、１は上位システム、２は制御対象のフィールド機器である。３は入出力装置であり、上位システム１との通信をインターフェースする上位インターフェース３１及び下位装置との通信をインターフェースするＩ／Ｏポート３２を有する。

入出力装置３は、上位システム１からの書き込み値を上位インターフェース３１より入力し、Ｉ／Ｏポート３２を介して下位装置に渡すと共に、Ｉ／Ｏポート３２を介して取得した下位装置からの読み出し値を、上位インターフェース３１を介して上位システム１に渡す中継機能を有する。

４Ａはロジック制御装置であり、入出力装置３に対して下位装置を形成し、Ｉ／Ｏポート３１を介して入出力装置３と通信する。このロジック制御装置４Ａは、入出力装置３を介して取得される上位システム１からの書き込み値及びフィールド機器２よりフィールド入力値を取得して制御のためのロジック演算を実行する。

ロジック制御装置４Ａは、演算結果をフィールド出力値としてフィールド機器２に渡すと共に、上位システム１が必要とする情報を、入出力装置３を介して読み出し値として上位システム１に渡す。

上位システムとフィールド機器との間に介在し、これらの通信を中継する入出力装置に関連する先行技術としては特許文献１に記載されたものがある。特許文献１に記載の技術は、追加する入出力機器の構成に関係なく、アプリケーション・プログラムも修正なしで動作できるようにようにしたものである。

特開平６−２４３０８１号公報

ロジック制御装置４Ａは、ハードウェアのみ、あるいはハードウェア及びファームウェアによって構成されており、ハードウェアのみで実現される場合はもちろんのこと、ファームウェアが介在する場合でもロジックプログラムはＲＯＭに格納されるため、上位システム１側がロジックプログラムを任意に変更することはできない。

従って、ロジック制御の内容を変更したい場合には、図５（Ｂ），図５（Ｃ），…に示すように、変更したいロジックを反映したロジック制御装置４Ｂ，４Ｃ，…を用意する必要があり、システムが煩雑化すると共にコストアップの要因となっている。

更に、入出力装置とロジック制御装置を稼動側及び待機側に備えた二重化システムを構成する場合に、稼動側のラッチ値により待機側のラッチ値をリアルタイムに更新する等値化システムに未対応のため、切り替えに際して稼動側と待機側のラッチ値が大きくずれる、あるいは異なるため、切り替え誤差が大きくなる問題がある。

従って本発明が解決しようとする課題は、一種類の入出力装置で任意の制御ロジック演算機能を有し、二重化時のラッチ値の等値化に容易に対応可能な入出力装置を実現することにある。

このような課題を達成するために、本発明の構成は次の通りである。
（１）上位システムとフィールド機器との間に介在し、これらの通信を中継する入出力装置において、
前記フィールド機器の制御を実行するロジック制御手段を備えたことを特徴とする入出力装置。

（２）前記ロジック制御手段は、アプリケーションプログラムが格納されるアプリケーション手段と、このアプリケーション手段が参照するロジック要素を保持した実行手段とを有することを特徴とする（１）に記載の入出力装置。

（３）前記アプリケーション手段には、外部よりアプリケーションプログラムが選択的にダウンロードされることを特徴とする（２）に記載の入出力装置。

（４）前記実行手段のロジック要素は、内部計器情報及び変数情報を含むことを特徴とする（２）又は（３）に記載の入出力装置。

（５）ダウンロードされる前記プログラムは、プログラム情報及び入出力設定情報を含むことを特徴とする（２）乃至（４）のいずれかに記載の入出力装置。

（６）稼動側入出力装置と待機側入出力装置により二重化システムを形成し、
前記稼動側入出力装置に設けたラッチ手段の保持情報により、前記上位システムを介して前記待機側入出力装置に設けた等値情報保持手段の保持情報を更新し、
前記上位システムからのトリガ指令により操作されるスイッチ手段を介して、前記等値情報保持手段の保持情報により前記待機側入出力装置に設けた待機側ラッチ手段の保持情報を更新する、
ことを特徴とする（１）乃至（５）のいずれかに記載の入出力装置。

以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
（１）上位側から容易にアプリケーションプログラムをダウンロード可能なため、一種類のハードウェアで複数のロジック演算機能への対応が可能である。そのため、ユーザーによるロジック変更にも柔軟に対応できる。

（２）各種のロジック演算機能は、入出力装置内で実現されるので、異なるロジック演算機能を実現するために従来システムで必要とされた複数のロジック制御装置が必要ないことから、使用部品を減らすことができる。又、アプリケーションの設定を変更するだけで異なるロジック演算に対応可能なため、コスト面、環境面でも貢献することができる。

（３）ファームウェア（プログラム）によってロジック演算機能を実現しているが、あらかじめ実行手段にプログラムが参照できる内部計器情報及び変数情報を持つことにより、従来技術（ハードウェア）の演算処理時間と比較しても遜色ないパフォーマンスを実現できる。

（４）上位システムからの等値化トリガ指令に基づいて、稼動側のラッチ値により待機側のラッチ値をリアルタイムに更新する等値化システムを容易に構築できるので、切り替えに際して稼動側と待機側のラッチ値が大きくずれる、あるいは異なるという従来の不都合は発生しない。

以下、本発明を図面により詳細に説明する。図１は、本発明を適用した入出力装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。図５で説明した従来装置と同一要素には同一符号を付し、説明を省略する。以下、本発明の特徴部につき説明する。

図１において、１００は本発明により機能拡張された入出力装置である。上位インタフェース１０１及び下位装置と通信するＩ／Ｏポート１０２は従来装置と同一であるが、Ｉ／Ｏポート１０２が直接フィールド機器２と通信する形態は従来装置と異なる。

１０３はロジック制御手段であり、入出力装置１００内に形成された構成が本発明の特徴である。ロジック制御手段１０３は、アプリケーション手段１０４及びこのアプリケーション手段のプログラムが参照する実行手段１０５よりなる。

このように、本発明の入出力装置１００は、上位システム１と下位装置であるフィールド機器２を中継する単純な入出力機能と、フィールド機器２に対するロジック制御機能とを併せ持つ構成を特徴とするものである。

２００Ａ，２００Ｂ，２００Ｃ，…は、上位側の適当な記憶手段に保持されたアプリケーションプログラムであり、ロジック制御手段１０３で処理される各種のロジック演算を実行する主体となる。これらプログラム群は、上位システム１からの指令若しくはマニュアルで操作される切り替え手段３００により選択され、ロジック制御手段１０３のアプリケーション手段１０４にダウンロードされる。

次に、全体的な動作の概要を説明する。上位システム１からの書き込み値は、上位インターフェース１０１を経由して入出力機能に取り込まれ、ロジック制御手段１０３へと受け渡される。ロジック制御手段１０３は、受け取った読み込み値とあらかじめダウンロードされているアプリケーションに従い、ロジック演算を行なう。その結果を再度入出力機能に渡し、入出力機能部がＩ／Ｏポート１０２を介してフィールド出力値としてフィールド機器２へ出力する。

又、フィールド入力値は、Ｉ／Ｏポート１０２、入出力機能を経由してロジック制御手段１０３へと渡される。ロジック制御手段１０３では、受け取ったフィールド入力値とアプリケーションに従いロジック演算を実行し、その演算結果を入出力機能に渡す。入出力機能はその値を上位インターフェース１０１を経由して上位システム１読み取り値として通知する。

更に、従来装置と同様に、上位システム１から書き込まれた書き込み値とフィールド機器２からのフィールド入力値を組み合わせてロジック演算を行なうようなアプリケーションを組むことも可能である。

図２は、アプリケーション手段１０４と実行手段１０５の連携を説明する機能構成図である。実行手段１０５には、アプリケーション手段１０４にダウンロードされたアプリケーションプログラム２００が参照するロジック要素を保有している。

このロジック要素は、ＡＮＤ器、ＯＲ器、タイマ器、フリップ−フロップ器等の基本的な内部計器情報１０５Ａ及び変数情報１０５Ｂである。アプリケーションプログラム２００は、使用する内部計器とその演算に必要な変数情報をこの実行手段１０５を参照して取得する。尚、複数の内部計器を組み合わせたアプリケーションによりロジック演算機能を実現することも可能である。

ここで、ダウンロードされたアプリケーション２００は、ＥＥＰＲＯＭまたはＲＡＭに格納され、内部計器情報１０５ＡはＲＯＭに格納され、変数情報１０５ＢはＲＡＭに格納される。予めＲＯＭに基本的なロジックである内部計器情報を準備することにより、上位システムから全ての演算情報をＲＡＭ領域に記述してそれを読み出しながら演算を行なうよりも、ロジックの演算速度を格段に向上させることができる。

図３は、ダウンロードされるアプリケーションプログラムのデータ内容を示すマップ図である。ダウンロード時のアプリケーションプログラム２００のデータは、入出力の設定情報２００Ａとプログラム情報２００Ｂよりなる。

プログラム情報２００Ｂは、入出力の設定情報２００Ａの一部として扱うことができるため、従来の入出力設定情報の変更と同様の手法で容易に上位システムから設定と変更が可能である。従って、新たなアプリケーションのダウンロード用ツール等を開発する必要はなく、従来のエンジニアリング環境をそのまま利用することができる。

図４は、稼動側入出力装置１００と待機側入出力装置４００により二重化システムを形成した場合の機能ブロック図である。１０６は、稼動側入出力装置１００側に設けた稼動側ラッチ手段である。４０１は、待機側入出力装置４００に設けた待機側ラッチ手段である。４０２は、同じく待機側入出力装置に設けた等値情報保持手段である。

上位システム１は、稼動側入出力装置の稼動側ラッチ手段１０６の保持情報（ラッチ値）を定周期で取得して、待機側入出力装置に設けた等値情報保持手段４０２に書き込み、その保持情報（ラッチ値）を更新している。

４０３は等値化トリガ手段であり、待機側入出力装置４００に設けられ、上位システム１からの等値化指令を受ける。４０４はこの等値化トリガ手段の出力で操作されるスイッチ手段である。

等値化トリガ手段４０３は、上位システム１からトリガ指令を受けると、スイッチ手段４０４をオンに操作し、等値情報保持手段４０２のラッチ値を機側入出力装置に設けた待機側ラッチ手段４０１に書き込み、そのラッチ値を更新する。

このような二重化システムを構成するためには、予め、稼動側及び待機側となる入出力装置に等値化用のアプリケーションをダウンロードしておく。等値化用のアプリケーションは両方の入出力力装置にダウンロードしてもよいが、実際に等値化アプリケーションが実行されるのは待機側入出力力装置のみである。

このように、本発明の機能構成を利用すれば、上位システムとアプリケーションによって稼動側のラッチ値を待機側のラッチ値と一致させる等値化作業を容易に実現することができる。この場合の二重化誤差は、上位システムによるラッチ値の読み出しから等値化値への書き込みまでの時間のみであり、従来と比較すると極めて小さく、許容範囲である。

尚、等値化を実現する機能は、アプリケーションのダウンロード方式に限定されるものではなく、同様の機能を持つ他のモジュールを予め稼動側及び待機側の入出力装置に実装させておくことでも実現可能である。

本発明を適用した入出力装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。 アプリケーション手段と実行手段の連携を説明する機能構成図である。 ダウンロードされるアプリケーションプログラムのデータ内容を示すマップ図である。 稼動側入出力装置と待機側入出力装置により二重化システムを形成し場合の機能ブロック図である。 従来の入出力装置を用いた制御システムの一例を示す機能ブロック図である。

符号の説明

１ 上位システム
２ フィールド機器
１００ 入出力装置
１０１ 上位インターフェース
１０２ Ｉ／Ｏポート
１０３ ロジック制御手段
１０４ アプリケーション手段
１０５ 実行手段
２００Ａ，２００Ｂ，２００Ｃ… アプリケーションプログラム
３００ 切り替え手段

Claims (6)

1. 上位システムとフィールド機器との間に介在し、これらの通信を中継する入出力装置において、
   前記フィールド機器の制御を実行するロジック制御手段を備えたことを特徴とする入出力装置。
2. 前記ロジック制御手段は、アプリケーションプログラムが格納されるアプリケーション手段と、このアプリケーション手段が参照するロジック要素を保持した実行手段とを有することを特徴とする請求項１に記載の入出力装置。
3. 前記アプリケーション手段には、外部よりアプリケーションプログラムが選択的にダウンロードされることを特徴とする請求項２に記載の入出力装置。
4. 前記実行手段のロジック要素は、内部計器情報及び変数情報を含むことを特徴とする請求項２又は３に記載の入出力装置。
5. ダウンロードされる前記プログラムは、プログラム情報及び入出力設定情報を含むことを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の入出力装置。
6. 稼動側入出力装置と待機側入出力装置により二重化システムを形成し、
   前記稼動側入出力装置に設けたラッチ手段の保持情報により、前記上位システムを介して前記待機側入出力装置に設けた等値情報保持手段の保持情報を更新し、
   前記上位システムからのトリガ指令により操作されるスイッチ手段を介して、前記等値情報保持手段の保持情報により前記待機側入出力装置に設けた待機側ラッチ手段の保持情報を更新する、
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の入出力装置。
   
   

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