JP2006260386A

JP2006260386A - プログラマブルコントローラ装置

Info

Publication number: JP2006260386A
Application number: JP2005079398A
Authority: JP
Inventors: Katsunori Akiyoshi; 克紀秋吉
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2005-03-18
Filing date: 2005-03-18
Publication date: 2006-09-28

Abstract

【課題】オプションモジュールの実装枚数に制限を加えることなく、コントローラと制御機器間のデータの受け渡しを確実に行うことができ、またＰＬＣモジュールのサンプリング周期とオプションモジュールと制御機器間の通信周期との同期を行うことができ、サンプリング周期と通信周期の設定の制約を意識する必要がないプログラマブルコントローラ装置を提供する。
【解決手段】オプションモジュール２００に第1割込み信号を分周した周期に同期して制御機器との送受信を行う通信周期を発生させる手段２３を備え、ＰＬＣモジュール１００は、オプションモジュール２００からのデータ格納完了信号の入力によりユーザプログラムを実行し、ＰＬＣモジュール１００とオプションモジュール２００の同期をとる。
【選択図】図１

Description

本発明は、制御機器間のデータの受け渡しを定周期の通信で行う機能を有するプログラマブルコントローラ装置に関する。

一般に、モジュール型のプログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）装置は図４のような構成をしている。図において、１はプログラム入力装置であり、アプリケーションプログラムＳ１を作成して出力する。２はＰＬＣモジュールであり、アプリケーションプログラムＳ１の処理手順に従い、オプションモジュール３との間でバスを通して入出力データＳ２を授受する。データの授受を行うタイミング、すなわちサンプリング周期は、一般にＰＬＣモジュール２に搭載された水晶発振子が生成するクロックを基にして作成される。

オプションモジュール３は、動作の異なる複数種の中から任意のモジュールを複数枚実装できる。オプションモジュール３のなかには通信データＳ３を定周期の通信周期で送受信することにより、複数の制御機器４、５を制御する種類も含まれる。この通信周期は、一般にオプションモジュール３に搭載された水晶発振子が生成するクロックを基にして作成される。

このように、ＰＬＣモジュール２とオプションモジュール３とにそれぞれ水晶発振子を持つ構造であると、例え同じ周期を設定しても、水晶発振子の誤差により周期に微少なずれが生じる。このずれが蓄積すると、ＰＬＣモジュー２ルからのデータをオプションモジュール３が受け取れないタイミングが生じ、ＰＬＣモジュール２からの時々刻々のデータをオプションモジュール３を介して制御機器４、５まで確実に受け渡すことができない。
また、オプションモジュール３を複数実装した場合は、オプションモジュール３間でも同様に水晶発振子の誤差による周期のずれが生じ、ＰＬＣモジュール２からのデータが複数のオプションモジュール３に同じタイミングで伝わらない、という問題があった。

こうした問題の対策として、プログラマブルコントローラ装置の構成を変更する方法がある。ＰＬＣモジュール２に搭載された水晶発振子が生成するクロックを基にしてサンプリング周期を作成する場合のプログラマブルコントローラ装置の構成を図５に示す（例えば、特許文献１参照）。
図において、２はＰＬＣモジュールであり、プログラマブルコントローラとしての機能を有している。一般にＰＬＣモジュール２は、外部の信号を取り込むための入力部５０と、外部へ信号を出力するための出力部５１、データメモリ部５２と、アプリケーションプログラムを記憶しているプログラムメモリ部５４と、プログラムメモリ部５４に格納された制御プログラムに従って演算する演算部（ＣＰＵ）５３から構成される。ＣＰＵ５３は水晶発振子５５が生成するクロック信号に基づいて動作する。５６はサンプリング周期発生回路であり、水晶発振子５５のクロック信号を基にユーザが設定したサンプリング周期を作成し、割込み信号Ｓ４を出力する。割込み信号Ｓ４がＣＰＵ５３に入力されたときは、プログラマブルコントローラの入力、出力と演算を実行する。

３はオプションモジュールであり、ＰＬＣモジュール２がセットしたデータを自モジュール内に格納するためのメモリ６５と、ＰＬＣモジュール２のデータＳ２と、ＰＬＣモジュール２のデータＳ２をメモリ６５に格納した時にＰＬＣモジュール２にデータＳ２の取り込みが完了したことを知らせるデータ格納完了Ｓ７を格納するための共有メモリ６０、水晶発振子６４で動作するＣＰＵ６１と、制御機器４、５とデータＳ３を授受するデータ送受信回路６２、サンプリング周期発生回路５６の割込み信号Ｓ４に同期してオプションモジュール３と制御機器４、５間の通信周期を生成する通信周期発生回路６３から構成される。また、通信周期発生回路６３の出力が割込み信号Ｓ５としてオプションモジュール３のＣＰＵ６１に入力される。また、サンプリング周期発生回路５６の割込み信号Ｓ４がＣＰＵ６１に入力される。
特開２００２−３３３９０５号公報（第６頁、図１）

このようなモジュール型のプログラマブルコントローラ装置においては、ＰＬＣモジュールとオプションモジュールは、それぞれＣＰＵを搭載し、そのＣＰＵは一般に別々の発振器のクロックで動作する。図５に示したようなプログラマブルコントローラ装置では、サンプリング周期を基準にして通信周期を生成するため、サンプリング周期と通信周期を同期させるには、サンプリング周期が通信周期のｎ倍または１／ｎ倍（ｎは正の整数）でなければならないという制約がある。
また、複数のオプションモジュールを使用し、それぞれ異なる通信周期を設定する場合、サンプリング周期は各通信周期の公倍数としなければならない。サンプリング周期は、ＰＬＣモジュールのアプリケーションプログラム実行周期であるため、可能な限り短く設定することが求められるが、公倍数の制約があると設定の融通が利かず、実用上問題があった。

そこで本発明は、オプションモジュールの実装枚数に制限を加えることなく、コントローラと制御機器間のデータの受け渡しを確実に行うことができ、またＰＬＣモジュールのサンプリング周期とオプションモジュールと制御機器間の通信周期との同期をとることができ、サンプリング周期と通信周期の設定の制約を意識する必要がないプログラマブルコントローラ装置を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明のプログラマブルコントローラ装置は、プログラマブルコントローラとしての機能を有するＰＬＣモジュールと、制御機器にデータを通信で渡す機能を有するオプションモジュールを備え、前記オプションモジュールと前記制御機器間は前記オプションモジュールからのデータを確実に前記制御機器まで渡すことができるように定周期で通信を行う機能を有するプログラマブルコントローラ装置において、前記ＰＬＣモジュールに該ＰＬＣモジュールの基準となる基準周期と呼ぶ定周期に第1割込み信号を発生させる手段と、前記第1割込み信号を基に第２割込み信号を発生させる手段と、前記第２割込み信号をサンプリング周期とする手段と、前記第1割込み信号を前記オプションモジュールに出力する第１出力手段と、前記第２割込み信号を前記オプションモジュールに出力する第２出力手段とを備え、前記オプションモジュールに前記第１割込み信号を分周する手段と、前記第２割込み信号が入力されたときに分周カウンタをリセットする手段と、前記第1割込み信号を分周した周期に同期して前記オプションモジュールと前記制御機器の送受信を行う通信周期を発生させる手段と、前記ＰＬＣモジュールと前記オプションモジュールでデータの受け渡しを行う手段と、前記オプションモジュールが前記ＰＬＣモジュールのデータを格納したことを前記ＰＬＣモジュールに知らせる手段とを備え、前記オプションモジュールは、前記第２割込み信号が入力された時に前記ＰＬＣモジュールのデータを格納し、前記制御機器に送信するデータを算出し、通信周期ごとにデータを前記制御機器に送信する手段を備え、前記ＰＬＣモジュールは、該ＰＬＣモジュールのデータを前記オプションモジュールが格納するまではユーザプログラムを実行せず待機状態を保持し、前記オプションモジュールからのデータ格納完了信号の入力によりユーザプログラムを実行し、前記ＰＬＣモジュールと前記オプションモジュールの同期をとる手段と、からなることを特徴としている。

請求項１に記載の発明によると、オプションモジュールはＰＬＣモジュールに基準周期と呼ぶ定周期に入る第１割込み信号を基にサンプリング周期を発生し、基準周期で発生する第1割り込み信号を分周した通信周期で制御機器との送受信を行い、ＰＬＣモジュールはＰＬＣモジュールのデータをオプションモジュールが格納するまでは、ユーザプログラムを実行せず待機状態を保持し、オプションモジュールからのデータ格納完了信号によりユーザプログラムを実行し、ＰＬＣモジュールとオプションモジュールの同期をとるため、オプションモジュールの実装枚数に制限を加えることなく、コントローラと制御機器間のデータの受け渡しを確実に行うことができ、またＰＬＣモジュールのサンプリング周期とオプションモジュールと制御機器間の通信周期との同期をとることができ、サンプリング周期と通信周期の設定の制約を意識する必要がなくなる。

以下、本発明の方法の具体的実施例について、図に基づいて説明する。

図１は、本発明のプログラマブルコントローラ装置の構成を示すブロック図である。図において、１００はＰＬＣモジュールであり、プログラマブルコントローラとしての機能を有している。一般にプログラマブルコントローラは、外部の信号を取り込むための入力部１０と、外部へ信号を出力するための出力部１１、データメモリ部１２、ユーザプログラムを記憶しているプログラムメモリ部１４、プログラムメモリ部１４に格納された制御プログラムに従って演算する演算部（ＣＰＵ）１３から構成される。ＣＰＵ１３は水晶発振子１５が生成するクロック信号に基づいて動作する。１６は基準周期発生回路であり、ＰＬＣモジュール１００の処理の基準となる周期に従って第１割込み信号Ｓ１４を出力する。１７はサンプリング周期発生回路であり、基準周期を計数し定周期ごとに第２割込み信号Ｓ１５を出力する。第１割込み信号Ｓ１４、第２割込み信号Ｓ１５は共にオプションモジュール２００に出力される。第２割込み信号Ｓ１５がＣＰＵ１３に入力されると、プログラマブルコントローラの入力、出力と演算を実行する。

２００はオプションモジュールであり、ＰＬＣモジュール１００がセットしたデータを自モジュール内に格納するためのメモリ２５と、共有メモリ２０、水晶発振子２４のクロックに基づいて動作するＣＰＵ２１、制御機器４、５にデータＳ１１を送信するデータ送受信回路２２、基準周期発生回路１６の第1割込み信号Ｓ１４を計数し、設定された分周回数に達すると外部同期信号を通信周期発生回路２３に出力する分周回路２６と、外部同期信号に同期してオプションモジュール２００と制御機器４、５間の通信周期を生成する通信周期発生回路２３から構成される。分周回路２６は第２割込み信号Ｓ１５で計数値をリセットする事が可能である。共有メモリ２０は、ＰＬＣモジュール１００のデータＳ１１をメモリ２５に格納した時にＰＬＣモジュール１００にデータＳ１１の取り込みが完了したことを知らせるデータ格納完了Ｓ１２を格納している。また、通信周期発生回路２３の出力が第３割込み信号Ｓ１３としてオプションモジュール２００のＣＰＵ２１に入力される。

図２は、本発明によるオプションモジュール２００の分周回路２６と通信周期発生回路２３の動作説明図である。サンプリング周期が通信周期より遅い場合を図２（ａ）に、速い場合を図２（ｂ）に、サンプリング周期が通信周期の整数倍でない場合を図２（ｃ）に示す。基準周期は０．５ｍｓである。

図２（ａ）に示すサンプリング周期が通信周期より遅い場合の例ではサンプリング周期を４ｍｓ、通信周期を２ｍｓとし、サンプリング周期を通信周期の２倍としている。この場合、基準周期８周期でサンプリング周期となり、基準周期４周期が通信周期となる。基準周期で発生する第1割り込み信号を分周回路２６で計数し、設定された分周比に達したとき外部同期信号を通信周期発生回路２３に出力する事で、基準周期に同期した通信周期が発生する。サンプリング周期毎に分周回路２６にリセット信号Ｓ１５が入力され、計数値がリセットされる。サンプリング周期に同期して分周回路２６がリセットされることにより、サンプリング周期と通信周期が同期することになる。なお、リセット信号Ｓ１５による分周回路２６のリセットは、分周回路が外部同期信号を通信周期発生回路２３に出力した後に行なわれるようにハードウェアにて設定されている。

一方、図２（ｂ）に示すサンプリング周期が通信周期より速い場合の例ではサンプリング周期を１ｍｓ、通信周期を２ｍｓとし、サンプリング周期が通信周期の１／２倍としている。この場合、基準周期２周期でサンプリング周期となり、基準周期４周期が通信周期となる。基準周期で発生する第1割り込み信号を分周回路２６で計数し、設定された分周比に達したとき外部同期信号を通信周期発生回路２３に出力する事で、基準周期に同期した通信周期が発生する。サンプリング周期２回に１回、分周回路２６にリセット信号Ｓ１５が入力され、計数値がリセットされる。サンプリング周期に同期して分周回路２６がリセットされることにより、サンプリング周期と通信周期が同期することになる。分周回路２６へのリセット信号Ｓ１５の入力は、サンプリング周期と通信周期の設定に応じ、ソフトウエアにて制御する。

また一方、図２（ｃ）に示すサンプリング周期が通信周期の整数倍でない場合の例ではサンプリング周期を３ｍｓ、通信周期を２ｍｓとし、サンプリング周期が通信周期の３／２倍としている。この場合、サンプリング周期と通信周期の最小公倍数となる周期で分周回路２６にリセット信号Ｓ１５が入力されるよう、ソフトウエア、あるいはハードウェアにて制御する。基準周期６周期でサンプリング周期となり、基準周期４周期が通信周期となる。基準周期で発生する第1割り込み信号を分周回路で計数し、設定された分周比に達したとき外部同期信号を通信周期発生回路２３に出力する事で、基準周期に同期した通信周期が発生する。サンプリング周期と通信周期の最小公倍数は６ｍｓであるため、サンプリング周期２回に１回、分周回路２６にリセット信号Ｓ１５が入力され、計数値がリセットされる。サンプリング周期に同期して分周回路２６がリセットされることにより、サンプリング周期と通信周期が同期することになる。

図３は本発明のＰＬＣモジュールとオプションモジュールのソフトウエアの動作説明図である。
図３では、ＰＬＣモジュール１００の基準周期発生回路１６から割込み信号Ｓ１４が入力され、サンプリング周期が発生し割込み信号Ｓ１５がオプションモジュール２００に出力された時の、オプションモジュール２００とＰＬＣモジュール１００のソフトウエアの動作、およびモーションモジュール２００の通信周期発生回路２３から割込み信号Ｓ１３が入力された時のオプションモジュール２００のソフトウエアの動作を説明する。
図において、割込み信号Ｓ１４がＰＬＣモジュール１００に入力されると、ＰＬＣモジュール１００はサンプリング周期を発生させ、割込み信号Ｓ１５をオプションモジュールに出力し、外部へ信号の出力を行い（ステート１０）、オプションモジュール２００のデータ格納完了待ちとなる（ステート１１）。オプションモジュール２００からデータ格納完了Ｓ１２が共有メモリ２０にセットされると、外部から信号の入力を行い（ステート１２）、プログラムメモリ部１４に格納されたユーザプログラムが実行され、そのユーザプログラムの中で時々刻々のデータが共有メモリ２０にセットされる（ステート１３）。一方、オプションモジュール２００は、割込み信号Ｓ１５が入力されると、まず制御機器４、５からの入力データを共有メモリ２０に出力し（ステート２０）、ＰＬＣモジュール１００が共有メモリ２０にセットしたデータを自モジュール内のメモリ２５に格納する。このデータを積算して、送信開始時点からの総データ量とする（ステート２１）。格納が完了すると、データ格納完了Ｓ１２を共有メモリ２０にセットして、データの格納が完了したことをＰＬＣモジュール１００に知らせる（ステート２２）。
また、オプションモジュールは、割込み信号Ｓ１３が入力されると、総データ量から今回送信するデータを作成して（ステート３０）、送受信回路２２にセットし制御機器４、５に送信する（ステート３１）。

以上述べたように本発明によれば、オプションモジュールはＰＬＣモジュールに基準周期と呼ぶ定周期に入る第１割込み信号を基にサンプリング周期を発生し、第1割込み信号を分周した通信周期で制御機器との送受信を行い、ＰＬＣモジュールはＰＬＣモジュールのデータをオプションモジュールが格納するまでは、ユーザプログラムを実行せず待機状態を保持し、オプションモジュールからのデータ格納完了信号によりユーザプログラムを実行し、ＰＬＣモジュールとオプションモジュールの同期をとるため、オプションモジュールの実装枚数に制限を加えることなく、コントローラと制御機器間のデータの受け渡しを確実に行うことができ、またＰＬＣモジュールのサンプリング周期とオプションモジュールと制御機器間の通信周期との同期をとることができ、サンプリング周期と通信周期の設定の制約を意識する必要がなくなるのである。

本発明のプログラマブルコントローラ装置の構成を示すブロック図本発明によるオプションモジュールの分周回路と通信周期発生回路の動作説明図本発明のＰＬＣモジュールとオプションモジュールのソフトウエアの動作説明図一般的なモジュール型プログラマブルコントローラ装置の概略構成図従来のプログラマブルコントローラのブロック図

符号の説明

１プログラム入力装置
２、１００ＰＬＣモジュール
３、２００オプションモジュール
４、５制御機器
１０、５０入力部
１１、５１出力部
１２、５２データメモリ部
１３、２１、５３、６１ＣＰＵ
１４、５４プログラムメモリ部
１５、２４、５５、６４水晶発振子
１６基準周期発生回路
１７、５６サンプリング周期発生回路
２０、６０共有メモリ
２２、６２データ送受信回路
２３、６３通信周期発生回路
２５、６５メモリ
２６分周回路

Claims

プログラマブルコントローラとしての機能を有するＰＬＣモジュールと、制御機器にデータを通信で渡す機能を有するオプションモジュールを備え、前記オプションモジュールと前記制御機器間は前記オプションモジュールからのデータを確実に前記制御機器まで渡すことができるように定周期で通信を行う機能を有するプログラマブルコントローラ装置において、
前記ＰＬＣモジュールに該ＰＬＣモジュールの基準となる基準周期と呼ぶ定周期に第1割込み信号を発生させる手段と、
前記第1割込み信号を基に第２割込み信号を発生させる手段と、
前記第２割込み信号をサンプリング周期とする手段と、
前記第1割込み信号を前記オプションモジュールに出力する第１出力手段と、
前記第２割込み信号を前記オプションモジュールに出力する第２出力手段とを備え、
前記オプションモジュールに前記第1割込み信号を分周する手段と、
前記第２割込み信号が入力されたときに分周カウンタをリセットする手段と、
前記第１割込み信号を分周した周期に同期して前記オプションモジュールと前記制御機器の送受信を行う通信周期を発生させる手段と、
前記ＰＬＣモジュールと前記オプションモジュールでデータの受け渡しを行う手段と、
前記オプションモジュールが前記ＰＬＣモジュールのデータを格納したことを前記ＰＬＣモジュールに知らせる手段とを備え、
前記オプションモジュールは、前記第２割込み信号が入力された時に前記ＰＬＣモジュールのデータを格納し、前記制御機器に送信するデータを算出し、通信周期ごとにデータを前記制御機器に送信する手段を備え、
前記ＰＬＣモジュールは、該ＰＬＣモジュールのデータを前記オプションモジュールが格納するまではユーザプログラムを実行せず待機状態を保持し、前記オプションモジュールからのデータ格納完了信号の入力によりユーザプログラムを実行し、前記ＰＬＣモジュールと前記オプションモジュールの同期をとる手段と、からなることを特徴とするプログラマブルコントローラ装置。