JP2008079438A

JP2008079438A - プログラマブルコントローラおよびプログラマブルコントローラのデータバックアップ方法

Info

Publication number: JP2008079438A
Application number: JP2006256388A
Authority: JP
Inventors: Hideto Tokuma; 英人徳間
Original assignee: Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Priority date: 2006-09-21
Filing date: 2006-09-21
Publication date: 2008-04-03

Abstract

【課題】プログラマブルコントローラのバックアップ電池消耗によるデータ消失を起こりにくくする。
【解決手段】プログラマブルコントローラは、データを保持し得るSRAM３と、SRAM３に電流を供給し得る電源回路１と、電源回路１がSRAM３に電流供給していない時にSRAM３に電流を供給し得るバックアップ電池ユニット７と、バックアップ電池ユニット７からの電池電圧が所定値以下になると警告を発し得る警告発生回路４とを備え、バックアップ電池ユニット７は、電源回路１からSRAM３への電流供給が停止した時にSRAM３に電流を供給し得る主電池２と、警告発生回路４から警告が発せられた後にのみSRAM３への電流供給を開始し得る補助電池８とを有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、プログラマブルコントローラ（PLC: Programmable Logic Controller）、より詳細には、メモリのデータを電池にて保持するプログラマブルコントローラに関し、さらにPLCにおけるデータバックアップ方法に関する。

PLCは、リレー回路の代替装置として開発された制御装置であり、工業機械、一般家庭用機械等、幅広い分野の機械制御に用いられている。PLCのデータ保存には、例えばスタティックRAM（SRAM）などの、バッテリーバックアップされたメモリが広く使われている。

従来のPLCの一例として、SRAMを備えたPLCのバックアップ構成の電源構成を図１に図示する。図１のPLCは、データバックアップを必要とするSRAM１０３と、PLCの動作中にSRAM１０３に電源を供給する電源回路１０１と、電池１０２を含み電源回路１０１の停止中にSRAM１０３中のデータをバックアップするためのバックアップ電池ユニット１０７と、バックアップ電池ユニット１０７の残容量をチェックし容量が少なくなった時点で警告を発生する警告発生回路１０４と、電源回路１０１の動作中にバックアップ電池ユニット１０７に充電電流が流れないようにする充電防止ダイオード１０６と、電源回路１０１の停止中にバックアップ以外の電流が流れないようにするための電源系統分離ダイオード１０５とを備えている。

一般に警告発生回路１０４は、バックアップ電池ユニット１０７の電圧低下を検出することによってバックアップ電池ユニット１０７の電池残容量が少なくなったことを検出する。一般に警告発生回路１０４は、電源回路１０１を動作電源とし、電源回路１０１に電源が入ると、電源回路１０１の電圧から作る基準電圧と電池ユニット１０７の電池電圧とを比較し、電池電圧が基準電圧を下回っている場合に警告を発生するようになっている。PLCのユーザーは、この警告に応じて電池ユニット１０７を交換することによって、電源回路１０１が停止している間でもデータをバックアップできる状態を維持する。

主電池１０２を始めとするバックアップ電池ユニット１０７内の電池としては、放電電流が少ない用途に適しているリチウム電池が一般的に用いられる。リチウム電池の一般的な放電特性カーブの概略を図２に示す。

図２に示すように、リチウム電池の出力電圧は、電池の残容量が十分な間はほぼ一定値であるが、一旦電池の残容量が少なくなり電圧が下がり始めると、短時間でバックアップ可能最低電圧（例えば２V）以下まで低下してしまう。つまり、電圧が警告閾値の基準電圧まで下がり警告が発生されてからバックアップ不可能な電圧にまでさらに下がってしまうまでの時間（図２のｔ１）が短く、警告を感知したユーザーが時間内に電池交換することができない、もしくは警告が発生される前に電圧がバックアップ不可能な電圧にまで下がってしまいデータを消失してしまう、という問題があった。

また近年、SRAMのバックアップに要する電流が増大する傾向にある。そこで、バックアップ電池ユニット１０７に大容量電池を使用する、複数個の電池を並列接続する等の処置がとられている。しかし、図２に示すような電圧降下時点での放電特性カーブは、電池サイズや電池の接続形態を変更してもほぼ変化がないことが一般に知られている。従って、電池容量が大きい電池を使用しても、電池を並列接続しても、上記問題を回避することは困難である。

その他、バックアップ用のバッテリーの交換時期検出器としては、バッテリー使用開始からの使用時間を計数することによりバッテリー交換時期を検出する装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−８９１０１号公報（要約）

上記のように、SRAMをバックアップする電池としては、リチウム電池など、放電電流が小さく電池容量がなくなる寸前まで高い電圧を維持できる特性を持つものが一般的に利用される。このため、電池の電圧降下によって電池の残量が少なくなったことを検出し警告を発生するプログラマブルコントローラでは、警告発生後、バックアップ不可能なまでに電池電圧が低下するまでの時間、つまりユーザーが警告に対して対応することができる時間ｔ１が短い。さらに近年、SRAMのバックアップ電流が大きくなってきていることから、この時間ｔ１がさらに短くなってきている。このため、例えばユーザーが休業中に電池電圧が低下し、警告が発出されることなく電池電圧がバックアップ不可能な値まで下がり、データが消失されてしまう危険が大きい。

上記特許文献１に開示のバッテリー交換時期検出器は、バッテリー使用開始時からの使用時間を計数し、バッテリー交換時期を報知するものである。この場合、バッテリー交換警告を発するためのバッテリー使用時間閾値を短く設定すれば、ユーザーに早めにバッテリー交換警告を出すことになり、メモリのデータ消失の可能性は減る。しかし、バッテリーを必要以上に早く交換することになりがちであり、エネルギー資源が無駄になってしまう。一方、バッテリー使用時間閾値を長く設定した場合、バッテリーをより有効に使いきることができるが、バッテリー交換警告が発出されてから電池電圧がバックアップ不能なまでに降下するまでの時間ｔ１が短くなってしまう。したがって、バッテリーが切れ、データが消失する可能性が増大してしまう。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、メモリのバックアップ用バッテリー消耗によるデータ消失の頻度を減らすプログラマブルコントローラおよびデータバックアップ方法を提供することにある。

本発明は、上記のような課題を解決することを目的とし、請求項１に記載の発明は、データのバックアップ機能を有するプログラマブルコントローラであって、データを保持し得るメモリと、前記メモリに電流を供給し得る電源回路と、前記電源回路がメモリに電流供給していない時にメモリに電流を供給し得るバックアップ電池ユニットと、前記バックアップ電池ユニットの電池電圧が所定の警告閾値以下である間、警告を発する警告発生回路とを備え、前記バックアップ電池ユニットは、前記電源回路からメモリへの電流供給が停止した時にメモリに電流を供給する主電池と、前記バックアップ電池ユニットの電池電圧が前記警告閾値以下になった後にのみメモリへの電流供給を開始する補助電池とを有することを特徴とするものである。

この構成によれば、主電池からの電池電圧、つまり主電池の電池残容量が警告閾値以下まで少なくなると、補助電池がメモリへの電流供給を開始し、かつ警告発生回路は警告を発生する。ユーザーは、警告発生回路からの警告を受けた後、主電池と補助電池との電池電圧が降下しバックアップが不可能になるまでに電池ユニットを交換すればよい。従って結果的に、ユーザーが警告に対応できる時間ｔ１を延ばすことがきる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のプログラマブルコントローラであって、バックアップ電池ユニットは電圧低減回路をさらに有し、補助電池と電圧低減回路とは互いに直列接続され、かつ共に主電池と並列に接続されていることを特徴とする。

この構成によれば、主電池の電圧が警告閾値電圧以下まで下がった後は、主電池と補助電池とのいずれか電圧の高い方がメモリに電流を供給するようになる。ユーザーは、主電池と補助電池との電池電圧が降下しバックアップが不可能になるまでに、警告発生回路の警告を受け電池ユニットを交換すればよく、結果的にユーザーが警告に対応できる時間を延ばすことがきる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のプログラマブルコントローラであって、電圧低減回路は３端子レギュレータであることを特徴とする。

この構成によれば、電圧低減回路として３端子レギュレータを利用するため、簡単な構造で本発明の目的を達成することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載のプログラマブルコントローラであって、バックアップ電池ユニットは切り替え回路をさらに有し、バックアップ電池ユニットの電池電圧が前記警告閾値以下になると、バックアップ電池ユニットは切り替え回路により主電池からの電流供給を停止し補助電池からの電流供給を開始することを特徴とする。

この構成によれば、主電池の電圧が所定の警告閾値電圧以下まで下がった後は、主電池からの電流供給が停止され補助電池からメモリに電流が供給されるようになる。ユーザーは、補助電池の電池電圧が降下しバックアップが不可能になるまでに、警告発生回路の警告を受けて電池ユニットを交換すればよい。従って結果的に、ユーザーが警告に対応できる時間を延ばすことがきる。

請求項５に記載の発明は、請求項２または３に記載のプログラマブルコントローラであって、警告閾値は、補助電池の初期出力電圧から電圧低減回路による電圧降下を差し引いた電圧よりも高いことを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載のプログラマブルコントローラであって、メモリはスタティックRAMであることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、データのバックアップ機能を有するプログラマブルコントローラであって、データを保持するメモリ手段と、メモリ手段に電流供給する主電源手段と、主電源手段がメモリ手段に電流供給していない時にメモリ手段に電流供給するバックアップ電池手段と、バックアップ電池手段の電池電圧が所定の警告閾値以下である間、警告を発する警告発生手段とを備え、バックアップ電池手段は、主電源手段からメモリ手段への電流供給が停止した時にメモリ手段に電流供給する主電池手段と、前記バックアップ電池手段の電池電圧が前記警告閾値以下になった後にのみメモリ手段への電流供給を開始する補助電池手段とを有することを特徴とする。

この構成によれば、主電池手段の電池残容量が少なくなったことを警告発生手段が検知し警告を発すると、補助電池手段がメモリ手段への電流供給を開始する。ユーザーは、警告発生手段からの警告を受けた後、主電池手段と補助電池手段との電池電圧が降下しバックアップが不可能になるまでに主電池手段と補助電池手段とを交換すればよい。従って結果的に、ユーザーが警告に対応できる時間を延ばすことがきる。

請求項８に記載の発明は、データを保持し得るメモリと、メモリに電流を供給し得る電源回路と、電源回路がメモリに電流供給していない時にメモリに電流を供給し得るバックアップ電池ユニットと、バックアップ電池ユニットの電池電圧が所定の警告閾値以下の間警告を発する警告発生回路とを有するプログラマブルコントローラにおいてデータのバックアップをする方法であって、電源回路がメモリへの電流供給を停止するに従いバックアップ電池ユニットの主電池がメモリに電流供給を始めるステップと、バックアップ電池ユニットの電池残容量が所定値以下になった後にバックアップ電池ユニットの補助電池がメモリに電流供給を始めるステップと、前記電源回路がメモリへの電流供給を再開するステップと、前記電源回路がメモリへ電流供給を再開した後、前記バックアップ電池ユニットの電池残容量が前記警告閾値以下であれば警告発生回路が警告を発するステップとを有することを特徴とする。

この方法によれば、主電池の電池残容量が少なくなったことを警告発生回路が検知し警告を発すると、補助電池がメモリへの電流供給を開始する。ユーザーは、警告発生回路からの警告を受けた後、主電池と補助電池との電池電圧が降下しバックアップが不可能になるまでに電池ユニットを交換すればよい。従って結果的に、ユーザーが警告に対応できる時間を延ばすことがきる。

以上説明したように、本発明に係るプログラマブルコントローラでは、ユーザーがバックアップ電池消耗に対応できる時間を延ばすことができるため、バックアップ電池消耗によるデータ消失の頻度を少なくすることができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。

図３は、本発明の一実施形態に関わるPLCのバックアップ構成の電源構成を示している。PLCは、データバックアップを必要とするSRAM（メモリの一例）３と、PLCの動作中にSRAM３に電源を供給する電源回路（主電源手段の一例）１と、電源回路１の停止中にSRAM３中のデータをバックアップするためのバックアップ電池ユニット(バックアップ電池手段の一例)７と、バックアップ電池ユニット７の電池電圧、つまりバックアップ電池ユニット７の残容量をチェックし、電池電圧が所定の警告閾値以下である間は警告を発する警告発生回路（警告発生手段の一例）４と、電源回路１の動作中にバックアップ電池ユニット７に充電電流が流れないようにする充電防止ダイオード６と、電源回路１の停止中にバックアップ以外の電流が漏れないようにするための電源系統分離ダイオード５とを備えている。バックアップ電池ユニット７は、単独の電池または並列接続の複数の電池からなる主電池２と、電圧低減回路９と補助電池８とを備えている。電圧低減回路９と補助電池８とは互いに直接接続され、かつ共に主電池２に対して並列に接続されている。図４は、本発明に係るバックアップ電池ユニット７の一例の回路構成を示す。バックアップ電池ユニット７は、図４に図示されている電源系統分離ダイオード１１，１２を有している。また、本実施例では警告発生回路４の動作電源は電源回路１であり、警告発生回路４は、電源回路１の電源が入っている間にバックアップ電池ユニット７の電池電圧と警告閾値とを比較し、電池電圧が警告閾値以下である場合は警告を発出する。

本実施例の回路動作は以下の通りである。

補助電池８の初期出力電圧をV1、警告検出基準電圧（警告閾値）をV2とし、電圧低減回路９によって初期電圧V1から降下する電圧の幅をV3としたとき、V2>V1-V3が満たされるようにV3を設定する。つまり、電圧低減回路９の設定出力電圧はV1-V3と表現され、警告検出基準電圧V2よりも低く設定されている。

また、図４に図示されている電源系統分離ダイオード１２により、主電池２からのバックアップ電流供給中、補助電池８への逆電圧負荷が保護される。警告発生後、主電池２からの供給電圧が（V1−V3）以下にまで降下すると、電流供給源が主電池２から補助電池８へと変わるため、補助電池８の容量分だけ、ユーザーが主電池を取り替えることのできる期間が確保される。

本発明のより具体的な実施例を図４に示す。

本実施例では、電圧低減回路９として３端子レギュレータ１０を使用している。この実施例では、３端子レギュレータ１０の出力電圧を警告検出基準電圧V2よりも小さく設定しており、これにより、警告発生前に補助電池８から電流が供給されることがなくなる。このように設定することにより、主電池２と補助電池８との間の切り替え信号を必要としないため、電池接続ピンを＋極、−極だけしか持っていない従来のPLCへの使用が可能となる。

さらに本実施例では、図４に示すように主電池２の出力と３端子レギュレータ１０の出力とのそれぞれに電源系統分離ダイオード１１、１２を挿入し、各素子を保護している。より具体的には、電源系統分離ダイオード１１は補助電池８による電流供給中に主電池２への充電を防止し、電源系統分離ダイオード１２は主電池２からの電流供給中３端子レギュレータ１０への逆電圧負荷を保護することを目的としている。

図５は、電池ユニット７の出力電圧の変遷を示すグラフである。

電源回路１による電流供給が停止されると、バックアップ電池ユニット７がバックアップ電流をSRAM３に提供し始める。このときのバックアップ電池ユニット７の初期電圧はV0である。バックアップ電池ユニット７は、まずは電位の高い主電池２から電流を供給する（図５の期間A）。主電池２は次第に消耗され、電圧が降下する。さらに主電池２の電圧が警告検出基準電圧（V2）以下まで降下する。もしこの時点で電源回路１がオンになれば、警告発生回路４は警告を発出する。ここでは電源回路１をオンにせず、電池ユニット７による電流供給を続けたとする。その後、電池ユニット電圧はさらに降下し、ついには電圧低減回路９の出力電圧V1-V3と同じになる。この段階で、主電池２と補助電池８との双方から電流が供給され始めるが、主電池２の電流供給能力は下がっているため、実質的にはほとんどの電流が補助電池８から供給される（期間B）。（マクロ的には定常的に主電池２の供給電位が低い状態になっている。）さらに、補助電池８が消耗し供給電圧が次第に下がると、主電池２と補助電池８との電流供給能力が同程度となる。したがって、主電池２との補助電池８との両方から電流が供給されるようになる（期間C）。

図５から明らかなように、警告が発生されてからSRAM３に供給される電圧がバックアップ可能最低電圧に達するまでの時間ｔ１は、補助電池８を使用しない場合（図２）と使用する場合（図５）とで大きく異なる。補助電池８を使用する場合、主電池２が消耗した後も補助電池８によりデータの電流供給のバックアップが行われ、補助電池８の容量分だけ、ユーザーがバックアップ電池の消耗に対応できる期間が延びる。従って、バックアップ電池の消耗によるデータ消失が起こりにくくなる。

以上のように、電池残量が警告発生閾値以下にまで下がった後でも長時間データのバックアップをすることができるプログラマブルコントローラが提供される。なお、電池残量が警告閾値以下になった後のバックアップ期間は、補助電池８の電池容量を変更することにより、容易に変更することができる。

なお、上記実施例では、バックアップ電池ユニット７に電圧低減回路９を使用しているが、バックアップ電池ユニット７は図６に示すように電圧低減回路の代わりに主電池と補助電池との電流供給を切り替える切り替え回路９’を設けていてもよい。その場合、主電池２の電圧が警告閾値以下になると、切り替え回路９’は主電池２からの電流供給を停止し補助電池８からの電流供給を開始する。このような切り替え回路９’は、配線が複雑になりがちである。

バックアップ電池ユニットの残容量が警告閾値以下にまで下がった後、バックアップ電池ユニットがデータバックアップを継続し得る期間を長くすることにより、バックアップ電池の消耗によるデータ消失を起こりにくくすることができる。

プログラマブルコントローラのバッテリーバックアップ回路の従来例を示す回路構成図である。バックアップ電池の電圧特性を示す説明図である。本発明の第１実施形態にかかるプログラマブルコントローラのバッテリーバックアップ回路を示す回路構成図である。本発明の第１実施形態にかかるプログラマブルコントローラのバックアップ電池ユニットの一例を示す回路構成図である。バックアップバックアップ電池ユニット７の電圧の変遷を示す概念図である。本発明の別の実施形態にかかるプログラマブルコントローラのバッテリーバックアップ回路を示す回路構成図である。

符号の説明

１、１０１電源回路
２、１０２主電池
３、１０３ SRAM
４、１０４警告発生回路
５、１１、１２、１０５電源系統分離ダイオード
６、１０６充電防止ダイオード
７、１０７バックアップ電池ユニット
８補助電池
９電圧低減回路
９’ 切り替え回路
１０３端子レギュレータ

Claims

データのバックアップ機能を有するプログラマブルコントローラであって、
データを保持し得るメモリと、
前記メモリに電流を供給する電源回路と、
前記電源回路がメモリに電流供給していない時にメモリに電流を供給するバックアップ電池ユニットと、
前記バックアップ電池ユニットの電池電圧が所定の警告閾値以下である間、警告を発する警告発生回路と、
を備え、
前記バックアップ電池ユニットは、前記電源回路からメモリへの電流供給が停止した時にメモリに電流を供給する主電池と、前記バックアップ電池ユニットの電池電圧が前記警告閾値以下になった後にのみメモリへの電流供給を開始する補助電池とを有することを特徴とする、プログラマブルコントローラ。
前記バックアップ電池ユニットは電圧低減回路をさらに有し、前記補助電池と電圧低減回路とは互いに直列接続され、かつ共に前記主電池と並列に接続されていることを特徴とする、請求項１に記載のプログラマブルコントローラ。
前記電圧低減回路は３端子レギュレータであることを特徴とする、請求項２に記載のプログラマブルコントローラ。
前記バックアップ電池ユニットは切り替え回路をさらに有し、
前記バックアップ電池ユニットの電池電圧が前記警告閾値以下になると、前記バックアップ電池ユニットは切り替え回路により前記主電池からの電流供給を停止し前記補助電池からの電流供給を開始することを特徴とする、請求項１に記載のプログラマブルコントローラ。
前記警告閾値は、前記補助電池の初期出力電圧から前記電圧低減回路による電圧降下を差し引いた電圧よりも高いことを特徴とする、請求項２または３に記載のプログラマブルコントローラ。
前記メモリはスタティックRAMであ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プログラマブルコントローラ。
データのバックアップ機能を有するプログラマブルコントローラであって、
データを保持するメモリ手段と、
メモリ手段に電流供給する主電源手段と、
主電源手段がメモリ手段に電流供給していない時にメモリ手段に電流供給するバックアップ電池手段と、
前記バックアップ電池手段の電池電圧が所定の警告閾値以下である間、警告を発する警告発生手段と、
を備え、
前記バックアップ電池手段は、主電源手段からメモリ手段への電流供給が停止した時にメモリ手段に電流供給する主電池手段と、前記バックアップ電池手段の電池電圧が前記警告閾値以下になった後にのみメモリ手段への電流供給を開始する補助電池手段とを有することを特徴とする、プログラマブルコントローラ。
データを保持するメモリと、メモリに電流を供給する電源回路と、電源回路がメモリに電流供給していない時にメモリに電流を供給するバックアップ電池ユニットと、バックアップ電池ユニットの電池電圧が所定の警告閾値以下の間警告を発する警告発生回路とを有するプログラマブルコントローラにおいてデータのバックアップをする方法であって、
電源回路がメモリへの電流供給を停止するに従いバックアップ電池ユニットの主電池がメモリに電流供給を始めるステップと、
バックアップ電池ユニットの電池残容量が所定の警告閾値以下になった後にバックアップ電池ユニットの補助電池がメモリに電流供給を始めるステップと、
前記電源回路がメモリへの電流供給を再開するステップと、
前記電源回路がメモリへ電流供給を再開した後、前記バックアップ電池ユニットの電池残容量が前記警告閾値以下であれば警告発生回路が警告を発するステップと、
を有することを特徴とする、プログラマブルコントローラのデータバックアップ方法。