JP2009080740A - 無線機能付き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システム - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＰＵモジュールを他のＩ／Ｏモジュールとは有線で通信することができるようにしながら、必要とするＩ／Ｏモジュールとは有線から無線に切り替えて通信できるようにする。
【解決手段】各モジュール１２，１６ａ〜１６ｆに、ブルートゥース無線部１８，１８ａ〜１８ｆを搭載し、ＣＰＵモジュール１２は、ＰＬＣバス１４に接続されているＩ／Ｏモジュール１６ａ，１６ｂ，１６ｄ〜１６ｆに対しては、そのＰＬＣバス１４を介した当該Ｉ／Ｏモジュールとの有線通信でシーケンスプログラムを実行する一方、上記ＰＬＣバスに接続されていないＩ／Ｏモジュール１６ｃに対しては、ブルートゥース無線部１８，１８ｃによるＩ／Ｏモジュール１６ｃとの無線通信でシーケンスプログラムを実行する。
【選択図】図５

Description

本発明は、ビルディングブロックタイプのプログラマブルコントローラ（プログラマブルロジックコントローラとも称し、以下ではＰＬＣと言う）において機械や装置等の制御対象の状態等を示すＩ／Ｏ機器からの入力信号を処理したり、制御対象を動作制御等をするための信号をＩ／Ｏ機器に出力処理したりするＰＬＣに関するものである。このビルディングブロックタイプのＰＬＣは、ＣＰＵモジュールと１ないし複数のＩ／Ｏモジュールとを備える。

従来から、生産工場等に設置されるファクトリーオートメーション（ＦＡ）の制御装置として、ＰＬＣが用いられている。このＰＬＣには、ＣＰＵモジュールと１ないし複数のＩ／Ｏモジュールから構成されるビルディングブロックタイプのものがある。

ＣＰＵモジュールは、内部にＣＰＵ、Ｉ／Ｏメモリ、プログラムメモリ等を有し、このＣＰＵは、Ｉ／Ｏモジュールで入力した信号をＩ／Ｏメモリに取り込むＩＮリフレッシュ処理を行い、プログラムメモリ内のシーケンスプログラムに基づき演算実行し、その演算実行結果をＩ／Ｏメモリに書き込んでＩ／Ｏモジュールに送り出すＯＵＴリフレッシュ処理を行うなどの一連の処理をサイクリックに繰り返す（例えば特許文献１参照）。Ｉ／Ｏモジュールにはセンサ等のＩ／Ｏ機器が接続される入力モジュールや、アクチュエータ等のＩ／Ｏ機器が接続される出力モジュールがある。センサ等は制御対象の状態をセンシングしその情報をＩ／Ｏモジュールに入力し、アクチュエータ等はＩ／Ｏモジュールからの出力に応答して制御対象を駆動する。

シーケンスプログラムには各種あり、例えばラダー図方式、ステージ方式、ＳＦＣ方式等によるシーケンスプログラムがある。そしてこれらシーケンスプログラムのうち、例えば、ラダープログラムは、ラダー図を用いて作成されるプログラムであり、パーソナルコンピュータ等を用いて作成される。パーソナルコンピュータにおいて作成されたラダープログラムは、パーソナルコンピュータ内でニ−モニックコードに変換され、ニ−モニックプログラムが生成される。

そして、パーソナルコンピュータをＰＬＣに接続し、ニ−モニックプログラムをパーソナルコンピュータからＰＬＣに送ると、そのニ−モニックプログラムがＰＬＣ内でマシンコードに変換され、ＰＬＣ内のＣＰＵモジュールのプログラムメモリに記憶される。これにより、ＣＰＵモジュールは、プログラムメモリ内に記憶されているマシンコードに変換されたシーケンスプログラムに基づいてＩ／Ｏモジュール、Ｉ／Ｏ機器を介して制御対象の動作を制御することが可能になる。

以上のＰＬＣにおいては、ＣＰＵモジュールと各Ｉ／ＯモジュールとはＰＬＣバスで有線接続されており、各Ｉ／Ｏモジュールからの信号はプログラマブルコントローラバス（以下、ＰＬＣバスと言う）を介してＣＰＵモジュールに伝送され、また、ＣＰＵモジュールから各Ｉ／Ｏモジュールへの制御指令等もＰＬＣバスを介して行われる。このようなＰＬＣは制御盤等のディンレール等に一括設置されている。そのため、Ｉ／ＯモジュールはＣＰＵモジュールとの信号の入出力のためには制御盤等から取り外すことはできない形態になっている。

一方、各Ｉ／Ｏモジュールと各Ｉ／Ｏ機器とは有線で接続されている。そのため、Ｉ／ＯモジュールやＩ／Ｏ機器の台数が多くなり、また、Ｉ／ＯモジュールとＩ／Ｏ機器との配置間隔が長くなるほど、それらを有線接続する配線ケーブルも必然的に複雑化しまた長大化してくるようになる。

そして、上記生産工場等の中には制御対象である機械や装置の関係が障害物となって配線ケーブルが迂回配線しにくくＩ／Ｏモジュールと接続することが非常に困難なＩ／Ｏ機器が存在する場合もある。

そこで、ＣＰＵモジュールとＩ／Ｏモジュールとを無線通信する形態も考えられるが、全台数を単に無線通信化したのでは、無線が複雑化してくると共に、ＣＰＵモジュールに内蔵のＣＰＵに過大な負荷処理能力が要求されてくるようになり、ＣＰＵモジュールのＣＰＵの性能が不足する場合、ＰＬＣの処理速度が低下し、制御能率が低下してくる。
特開２００５−２５９０７９号公報

したがって、本発明は、ＣＰＵモジュールを他のＩ／Ｏモジュールとは有線で通信することができるようにしながら、必要とするＩ／Ｏモジュールとは有線から無線に切り替えて通信できるようにして、上記した課題を解決したＰＬＣおよびそれを備えたＰＬＣシステムを提供するものである。

本発明によるＰＬＣは、ＣＰＵモジュールと、制御対象に接続される１ないし複数台のＩ／Ｏモジュールと、を備え、これらモジュールはＰＬＣバスで接続され、ＣＰＵモジュールはＩ／Ｏモジュールから入出力する信号に従いシーケンスプログラムを実行するプログラマブルコントローラにおいて、上記各モジュールに、自機識別情報とデータの通信機能を有する無線部を搭載し、ＣＰＵモジュールは、上記ＰＬＣバスに接続されているＩ／Ｏモジュールに対しては、そのＰＬＣバスを介した当該Ｉ／Ｏモジュールとの有線通信でシーケンスプログラムを実行する一方、上記ＰＬＣバスに接続されていないＩ／Ｏモジュールに対しては、上記無線部による当該Ｉ／Ｏモジュールとの無線通信でシーケンスプログラムを実行することを特徴とするものである。

上記無線部として、近距離無線通信規格であるブルートゥース（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ；商標）に基づく通信機能を有する無線部を用いることが好ましい。

また、上記無線部として、ＺｉｇＢｅｅ（ジグビー）無線、ＵＷＢ（ＵｌｔｒａＷｉｄｅＢａｎｄ）無線等による無線部を使用することもできる。これら近距離無線では通信距離が１０ｍないし数十ｍ程度である。２．４ＧＨｚ帯を用いるＺｉｇＢｅｅ無線は低消費電力を図る場合に好ましく、ＵＷＢは高速化を図る場合に好ましい。ＵＷＢは１Ｇ〜数ＧＨｚと広い周波数帯であり、他の通信との相互影響を抑制することができる。

上記無線部としてまた、ワイヤレスＵＳＢ（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＳｅｒｉａｌＢａｎｄ）も使用することができる。

上記無線部としてまた、Ｗｉｂｒｅｅ（ワイブリー）と称する１０ｍ程度の範囲内で１Ｍｂｐｓのデータ転送速度を実現する近距離無線通信技術をもちいることもできる。これはＷｉｂｒｅｅスタンドアロンチップを各モジュールに搭載することで無線部を構成することができる。

上記無線部としてさらには特定小電力無線を用いてもよい。

上記無線部としてさらには無線ＬＡＮを用いてもよい。

本発明では、Ｉ／ＯモジュールとＩ／Ｏ機器との配線ケーブルを容易に敷設できる場合では、ＣＰＵモジュールとＩ／Ｏモジュールとを例えば制御盤に設置しＰＬＣバスで有線接続した状態で、シーケンスプログラムを実行してＰＬＣシステムを運転することができる一方、その制御盤の位置からでは特定のＩ／ＯモジュールがＩ／Ｏ機器に対して配線ケーブルで接続しにくい場合、当該特定のＩ／Ｏモジュールを制御盤から取り外すと共に、ＣＰＵモジュールは他のＩ／ＯモジュールとはＰＬＣバスでシーケンスプログラムを実行する一方、特定のＩ／ＯモジュールをＩ／Ｏ機器に配線ケーブルで接続できる位置あるいは接続しやすい位置等に設置し、そして、ＣＰＵモジュールとはその特定のＩ／Ｏモジュールとは無線部での無線通信でシーケンスプログラムを実行することができる。

本発明では、ＣＰＵモジュールを他のＩ／Ｏモジュールとは有線で通信することができるようにしながら、必要とするＩ／Ｏモジュールとは有線から無線に切り替えて通信できる。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係るＰＬＣおよびＰＬＣシステムを説明する。図１は、実施の形態のＰＬＣを示し、図２は１台のＩ／Ｏモジュールを取り外した状態でのＰＬＣを示す。

ＰＬＣ１０は、ビルディングブロックタイプとして、ＣＰＵモジュール１２と、このＣＰＵモジュール１２にＰＬＣバス１４で接続された複数のＩ／Ｏモジュール１６ａ〜１６ｆと、から構成されている。

ＣＰＵモジュール１２とＩ／Ｏモジュール１６ａ〜１６ｆは無線部の好ましい一例としていずれもブルートゥース無線部１８，１８ａ〜１８ｆを搭載している。これらＩ／Ｏモジュール１６ａ〜１６ｆのうち、特定のＩ／Ｏモジュール１６ｃをＰＬＣバス１４との接続を外すと、ＣＰＵモジュール１２はこのＩ／Ｏモジュール１６ｃとは互いのブルートゥース無線部１８、１８ｃで無線通信することができるようになっている。

ＣＰＵモジュール１２は図１の状態では、ＰＬＣバス１４に接続されている全台数のＩ／Ｏモジュール１６ａ〜１６ｆに対してＰＬＣバス１４を介した有線通信でシーケンスプログラムを実行する。そして、図２の状態では、ＰＬＣバス１４に接続されているＩ／Ｏモジュール１６ａ，１６ｂ，１６ｄ〜１６ｆに対してＰＬＣバス１４を介した有線通信でシーケンスプログラムを実行する一方、ＰＬＣバス１４に接続されていないＩ／Ｏモジュール１６ｃに対しては、ブルートゥース無線部１８，１８ｃによりＩ／Ｏモジュール１６ｃとの無線通信でシーケンスプログラムを実行するようになっている。

図３を参照して、ＣＰＵモジュール１２は、内部にＣＰＵ１２ａ、プログラムメモリ１２ｂ、Ｉ／Ｏメモリ１２ｃ、通信操作部１２ｄ、バスインターフェース１２ｅ、通信表示部１２ｆ、ブルートゥース無線部１８を有する。ＣＰＵ１２ａは、Ｉ／Ｏモジュール１６ａ〜１６ｆで入力した信号をＰＬＣバス１４を通じてバスインターフェース１２ｅを経てＩ／Ｏメモリ１２ｃに取り込むＩＮリフレッシュ処理を行い、プログラムメモリ１２ｂ内のシーケンスプログラムに基づき演算実行し、その演算実行結果をＩ／Ｏメモリ１２ｃに書き込んでバスインターフェース１２ｅを経てＰＬＣバス１４を通じてＩ／Ｏモジュール１６ａ〜１６ｆに送り出すＯＵＴリフレッシュ処理を行うなどの一連の処理をサイクリックに繰り返す。そして、ＣＰＵモジュール１２は、通信操作部１２ｄに対するユーザ操作でブルートゥース無線部１８が起動され、このブルートゥース無線部１８が、Ｉ／Ｏモジュール１６ａ〜１６ｆ内のブルートゥース無線部１８ａ〜１８ｆと無線通信し、その通信状態を通信表示部１２ｆに表示することができるようになっている。

図４を参照して、上記Ｉ／Ｏモジュール１６ａ〜１６ｆのうち、Ｉ／Ｏモジュール１６ｃの構成を説明する。他のＩ／Ｏモジュール１６ａ，１６ｂ，１６ｄ〜１６ｆはＩ／Ｏモジュール１６ｃと同様の構成を有する。このＩ／Ｏモジュール１６ｃは、ＣＰＵ２０、メモリ２１、通信操作部２２、通信表示部２３、バスインターフェース２４、機器インターフェース２５、およびブルートゥース無線部１８ｃを備える。バスインターフェース２４はＰＬＣバス１４にパラレル接続され、ＣＰＵモジュール１２や他のＩ／Ｏモジュール１６ａ，１６ｂ，１６ｄ〜１６ｆからのコマンドやデータを入出力し、機器インターフェース２５にはセンサやアクチュエータ等のＩ／Ｏ機器３０が接続される。センサ等のＩ／Ｏ機器３０は制御対象の状態をセンシングし、その情報をＩ／Ｏモジュール１６ａ〜１６ｆに入力し、アクチュエータ等のＩ／Ｏ機器３０はＩ／Ｏモジュール１６ａ〜１６ｆからの出力に応答して制御対象を駆動する。メモリ２１は、バスインターフェース２４や機器インターフェース２５からのデータや、シーケンスプログラムが格納されている。メモリ２１はフラッシュＲＯＭで構成することが好ましい。

ブルートゥース無線部１８ｃは、近距離無線通信規格であるＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（規格名）に基づく通信機能を備えたものであり、動作許可されたブルートゥース対応機器であるＣＰＵモジュール１２のブルートゥース無線部１８を接続相手として探すサーチ（インクワイアリ）機能を有する。

図５を参照して、実施の形態のＰＬＣシステムを説明すると、制御盤３１には図示略のディンレールにＰＬＣ１０が設置されている。このＰＬＣ１０は、図２で示すように、Ｉ／Ｏモジュール１６ｃが取り外されて、他の制御盤３２の図示略のディンレール等に設置されている。制御盤３１上のＰＬＣ１０においては、ＣＰＵモジュール１２と他のＩ／Ｏモジュール１６ａ，１６ｂ，１６ｄ〜１６ｆはＰＬＣバス１４に共通に接続されていると共に、他のＩ／Ｏモジュール１６ａ，１６ｂ，１６ｄ〜１６ｆは配線ケーブル３３でＩ／Ｏ機器３０に接続されている。このＩ／Ｏ機器３０は制御対象３４に接続されている。

一方、他の制御盤３２上のＩ／Ｏモジュール１６ｃは、配線ケーブル３５でＩ／Ｏ機器３６に接続されている。このＩ／Ｏ機器３６は制御対象３７に接続されている。

以上のＰＬＣシステムの構成においては、Ｉ／Ｏモジュール１６ｃは、ＣＰＵモジュール１２からＰＬＣバス１４から切り離されている。そのため、ＣＰＵモジュール１２はＩ／Ｏモジュール１６ｃに対して互いのブルートゥース無線部１８，１８ｃで無線で通信することにより、Ｉ／Ｏ機器３６が入出力する信号に基づいて制御対象３７を制御するためのシーケンスプログラムを実行する。

なお、上記の場合では、Ｉ／Ｏモジュール１６ｃはＰＬＣバス１４に接続されていたものであるが、そうではなく、そのＩ／Ｏモジュール１６ｃが新規追加のＩ／Ｏモジュールである場合、ＣＰＵモジュール１２は通信操作部１２ｄの操作により、Ｉ／Ｏモジュール１６ｃに対して所定のプログラムをダウンロードさせる操作を行ったり、その他の操作を行うようにしてもよい。

また、ＣＰＵモジュール１２の通信表示部１２ｆはユーザが上記操作を行うために必要な情報やその他の情報を画面表示したり、あるいは、Ｉ／Ｏモジュール１６ｃとの通信状態を表示したりすることができる。

ＣＰＵモジュール１２とＩ／Ｏモジュール１６ｃそれぞれのブルートゥース無線部１８，１８ｃは、互いにブルートゥースで通信することができるものであり、動作許可されて自機と通信することができる相手機をサーチする信号を無線送信する。各ＣＰＵモジュール１２、Ｉ／Ｏモジュール１６ａ〜１６ｆそれぞれのブルートゥース無線部１８，１８ａ〜８ｆは、自己のアドレス（ＢｌｕｅｔｏｏｔｈＤｅｖｉｃｅアドレス）や自機識別情報や識別名、その他のデータ等を有しており、相手機からのサーチに応答して自己のアドレス等を返信する。

ＣＰＵモジュール１２では通信操作部１２ｄを操作して通信表示部１２ｆで必要な情報を表示し、ブルートゥース無線部１８を動作させて自機と通信するＩ／Ｏモジュール１６ｃのブルートゥース無線部１８ｃをサーチする信号をワイヤレス送信する。

Ｉ／Ｏモジュール１６ｃのブルートゥース無線部１８ｃは上記サーチ信号に含まれるブルートゥースデバイスアドレスが自機と一致する場合、そのことをＣＰＵモジュール１２のブルートゥース無線部１８に返信する。この返信を受けたＣＰＵモジュール１２のブルートゥース無線部１８は、ＣＰＵ１２ａに伝えることにより、ＣＰＵ１２ａはシーケンスプログラムメモリ１２ｂに書き込まれているシーケンスプログラムを実行し、その実行結果をブルートゥース無線部１８を介してＩ／Ｏモジュール１６ｃのブルートゥース無線部１８ｃに送信する。Ｉ／Ｏモジュール１６ｃのブルートゥース無線部１８ｃはそのことをＣＰＵ２０に伝えることにより、ＣＰＵ２０はＩ／Ｏメモリ１２ｃに書き込まれているデータ等をブルートゥース無線部１８ｃからＣＰＵモジュール１２のブルートゥース無線部１８に通信する。

以上説明したように実施の形態では、Ｉ／Ｏモジュール１６ａ〜１６ｆとＩ／Ｏ機器３０との配線ケーブルを容易に敷設できる場合では、ＣＰＵモジュール１２とＩ／Ｏモジュール１６ａ〜１６ｆとを制御盤３１に設置しＰＬＣバス１４で有線接続した状態で、シーケンスプログラムを実行してＰＬＣシステムを運転することができる。

一方、その制御盤３１の位置からでは特定のＩ／Ｏモジュール１６ｃがＩ／Ｏ機器３６に対して配線ケーブルで接続しにくい場合、Ｉ／Ｏモジュール１６ｃを制御盤３１から取り外すと共に、ＣＰＵモジュール１２は他のＩ／Ｏモジュール１６ａ，１６ｂ，１６ｄ〜１６ｆとはＰＬＣバス１４でシーケンスプログラムを実行する一方、Ｉ／Ｏモジュール１６ｃをＩ／Ｏ機器３６に配線ケーブル３５で接続できる位置あるいは接続しやすい位置等の制御盤３２に設置し、そして、これによりＣＰＵモジュール１２はＩ／Ｏモジュール１６ｃに対して互いのブルートゥース無線部１８，１８ｃでの無線通信でシーケンスプログラムを実行することができる。

図１は本発明の実施の形態に係るＰＬＣを示す図である。 図２は特定のＩ／Ｏモジュールが外された状態のＰＬＣを示す図である。 図３はＣＰＵモジュールの概略構成を示すブロック図である。 図４はＩ／Ｏモジュールの概略構成を示すブロック図である。 図５は実施の形態のＰＬＣシステムの概略構成を示す図である。

符号の説明

１０ ＰＬＣ
１２ ＣＰＵモジュール
１４ ＰＬＣバス
１６ａ〜１６ｆ Ｉ／Ｏモジュール
１８，１８ａ〜１８ｆ ブルートゥース無線部

Claims (3)

1. ＣＰＵモジュールと、制御対象に接続される１ないし複数台のＩ／Ｏモジュールと、を備え、これらモジュールはＰＬＣバスで接続され、ＣＰＵモジュールはＩ／Ｏモジュールから入出力する信号に従いシーケンスプログラムを実行するプログラマブルコントローラにおいて、
   上記各モジュールに、自機識別情報とデータの通信機能を有する無線部を搭載し、ＣＰＵモジュールは、上記ＰＬＣバスに接続されているＩ／Ｏモジュールに対しては、そのＰＬＣバスを介した当該Ｉ／Ｏモジュールとの有線通信でシーケンスプログラムを実行する一方、上記ＰＬＣバスに接続されていないＩ／Ｏモジュールに対しては、上記無線部による当該Ｉ／Ｏモジュールとの無線通信でシーケンスプログラムを実行する、ことを特徴とするプログラマブルコントローラ。
2. 上記無線部が、近距離無線通信規格であるブルートゥース（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ；商標）に基づく通信機能を有するブルートゥース無線部である、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。
3. 請求項１または２に記載のプログラマブルコントローラと、このプログラマブルコントローラ内のＩ／Ｏモジュールと有線で信号を入出力するＩ／Ｏ機器と、を備え、ＣＰＵモジュールはＰＬＣバスで接続されていないＩ／Ｏモジュールとは無線部を用いた通信でシーケンスプログラムの実行を行うことが可能になっている、ことを特徴とするプログラマブルコントローラシステム。

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