JP2009252072A

JP2009252072A - プログラマブルコントローラの入出力用および表示用基板の実装方式、入出力用共通基板、表示用共通基板、ならびにこれら基板を実装したプログラマブルコントローラ

Info

Publication number: JP2009252072A
Application number: JP2008101169A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Yokoo; 雅彦横尾
Original assignee: Koyo Electronics Industries Co Ltd
Current assignee: Koyo Electronics Industries Co Ltd
Priority date: 2008-04-09
Filing date: 2008-04-09
Publication date: 2009-10-29

Abstract

【課題】プログラマブルコントローラの入力点等の点数が相違しても、入出力やそれら各点の表示用の基板の設計、製造費用を低減する。
【解決手段】複数の実装端子３と、プログラム書換えで実装端子３の機能を入力点、出力点に設定することが可能なＣＰＬＤ４とを実装した入出力用共通基板１と、複数のＬＥＤ７と、上記ＬＥＤ７を入力点、出力点の設定に対応した発光色で駆動する駆動回路８とを実装した表示用共通基板２とを共通基板対として備え、プログラマブルコントローラの使用端子数に応じて上記共通基板対の実装数を設定する方式。
【選択図】図１

Description

本発明は、入力点、出力点、あるいは入出力点を備えるプログラマブルコントローラに関わり、特に、それらを構成する端子を実装する基板やそれら端子の機能を表示するＬＥＤを実装した基板においてそれらの実装方式に関するものである。

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、プログラマブルコントローラが用いられている。このプログラマブルコントローラには、すべての機能を単一のハウジング内に実装したオールインワンタイプとか、これら機能をそれぞれ複数のモジュールに分散することで複数のモジュールからなるビルディングブロックタイプがある（例えば特許文献１参照）。いずれのタイプでも、センサ等の入力機器の状態を示す入力信号を入力する入力点、アクチュエータ等の外部機器を駆動する信号を出力する出力点、これら入力点と出力点との両機能を有する入出力点を備え、いずれも基板上に実装される。

一般に、これらは入力点、出力点、入出力点の数により３２点入出力基板、４８点入出力基板、６４点入出力基板、９６点入出力基板等に分類され、それぞれが個別に設計され、個別に金型等で製造されている。

しかしながら、このように個別に入出力基板を設計製造していたのでは、設計費用、金型費用が嵩むものとなる。また、この入出力基板に個別に対応して表示基板も設計製造する必要がある。この表示基板は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を実装したものであり、３２点入出力基板、４８点入出力基板、６４点入出力基板、９６点入出力基板それぞれに対応した表示基板を設定製造する必要があり、この点からも上記費用がさらに嵩むものとなっている。
特開２００５−２５９０７９号公報

本発明により解決すべき課題は、入力点、出力点、入出力点の数にかかわらず、入出力基板、表示基板を設計、製造する必要をなくすことで、上記費用の削減を可能とすることである。

本発明によるプログラマブルコントローラの基板実装方式は、複数の実装端子と、プログラム書換えで上記複数の実装端子の機能を少なくとも入力点と出力点とに設定することが可能なプログラマブルロジックデバイスと、を実装した入出力用共通基板と、上記複数の実装端子と個別対応する複数の表示素子を実装した表示用共通基板と、を共通基板対とすると共に、少なくとも入力点と出力点の入出力点数に応じて上記共通基板対の実装数を設定したことを特徴とするものである。

本発明では、入力点や出力点の点数（入出力点数）を例えば３２点とした入出力用共通基板と、表示素子も３２個実装した表示用共通基板とを共通基板対とし、入出力点数が３２点の場合は、この共通基板対を１つ実装することで３２点入出力に対応でき、入出力点数が４８点や６４点の場合は、共通基板対を２つ実装することで４８点や６４点入出力に対応でき、入出力点数が９６点の場合は、共通基板対を３つ実装することで９６点入出力に対応することができる。すなわち、本発明では、共通基板対を構成する入出力用共通基板と、表示用共通基板とを設計し、製造するだけで、入出力点数がどの点数であっても、単に共通基板対の実装数を増減するだけで対応でき、入出力点数が相違するごとに、基板設計や金型を用いた製造をする必要がなくなり、それだけ、基板設計や金型費用を低減することができるようになる。

上記では入出力用共通基板に所定の最小公倍数の１倍ないし複数倍となる個数分の実装端子を実装することが好ましい。入出力点数に対応して必要な共通基板対の実装数が減り、共通基板対をプログラマブルコントローラに組み込む場合の組み込みコストを低減することができるようになる。一方、この最小公倍数を小さくすると、入出力点数が少ない場合にプログラマブルコントローラに組み込む共通基板対のサイズを小さくすることができる一方、入出力点数が増大しても、共通基板対を構成する入出力用共通基板や表示用共通基板に未使用の実装端子、表示素子の数を減らすことができるので好ましい。

上記では入出力用共通基板にプログラマブルロジックデバイスとプログラマブルコントローラ本体との接続のための接続インターフェースを実装することが好ましい。この接続インターフェースを入出力用共通基板に実装しておくことで、入出力用共通基板とプログラマブルコントローラ本体との電気的接続、例えば、入力点となる実装端子から入力される入力信号をプログラマブルロジックデバイス、接続インターフェースを通じてプログラマブルコントローラ本体に送信したり、あるいは、プログラマブルコントローラ本体から入出力用共通基板の実装端子に制御信号を送信したりするときに都合がよい。

上記では、表示用共通基板に、プログラマブルコントローラ本体と通信する通信インターフェースと、通信インターフェースを介して与えられるプログラマブルコントローラ本体からの駆動指令に応答して上記表示素子を上記実装端子の設定に個別対応した発光色で駆動する駆動回路とを実装することが好ましい。この通信インターフェースを表示用共通基板に実装しておくことで、プログラマブルコントローラ本体は表示用共通基板に実装した表示素子の表示を容易に制御することができて都合がよい。

特に、上記通信はＩ２Ｃ（アイスクエアシー）通信であることが好ましい。上記通信方式では、プログラマブルコントローラ本体は表示用共通基板の枚数が多数になっても、容易に表示用共通基板上の表示素子を表示駆動することができて都合がよい。

上記表示素子はＬＥＤであることが好ましい。

以上から本発明では、入出力用と表示用それぞれの共通基板は入出力点数に関係なく、基板設計に関しては１枚の共通基板に対して行うことで済み、また、製造では点数に関係なく１つの金型で対応することができるようになる結果、設計費用、金型費用を大幅に低減することができる。

本発明によれば、プログラマブルコントローラにより入力点、出力点、入出力点の点数が相違しても、入出力やそれら各点の表示のための基板設計、基板製造の費用を格段に安く済ませることができる。

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プログラマブルコントローラにおける入出力用および表示用基板の実装方式を説明する。図１に実施の形態の実装方式に用いる入出力用共通基板１と表示用共通基板２とを示す。これら両共通基板１，２は、プログラマブルコントローラに組み込む最小単位の共通基板対とされ、プログラマブルコントローラの使用端子数（入力点、出力点、等の合計数）に応じて１対ないし複数対用いられる。入出力用共通基板１の基板上下端部それぞれには実装端子３が整列実装されており、例えば一体型プログラマブルコントローラでは、コントローラハウジングに装備された端子台上の端子を構成することができる。また、ビルディングブロックタイプであれば例えば入力モジュール、出力モジュール等であれば、そのモジュールハウジングに装備された端子台上の端子を構成することができる。

入出力用共通基板１には、所定の最小公倍数、例えば８の１倍ないし複数倍、実施の形態では最小公倍数８の４倍である３２個分の実装端子３と、プログラム書換えで上記実装端子３の機能を少なくとも入力点と出力点とに設定することが可能なプログラマブルロジックデバイス４と、各実装端子３とプログラマブルコントローラ本体側との接続のための接続インターフェース５と、ＪＴＡＧポート６とが実装されている。プログラマブルロジックデバイス４は実施の形態ではＣＰＬＤ（コンプレックスプログラマブルロジックデバイス）である。実施の形態はＣＰＬＤに限定されずＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）でもよい。入出力用共通基板１のＪＴＡＧポート６（ＩＥＥＥ標準１１４９．１で規定されているシリアルスキャンインタフェース）はプログラムデータダウンロード用ポートである。入出力用共通基板１では、ＪＴＡＧポート６を用いてプログラム書換えが可能となっている。プログラミングツールであるパーソナルコンピュータのシリアルポートに上記ＪＴＡＧポート６を接続し、入出力用共通基板１の実装端子３を入力点、出力点、のいずれに設定するかのデータがＣＰＬＤ４に書き込まれる。このデータは、プログラミング言語で記述され、コンパイラで書き込み用データに変換されて書き込まれたデータである。このＪＴＡＧポート６を通じてのプログラムデータの書込みに関しては例えば特開２００３−１６７７３８を参照することができる。

各実装端子３はそれぞれプログラマブルコントローラ本体によりアドレス設定される。プログラマブルコントローラ本体に接続される接続インターフェース５を通じてＣＰＬＤ４には、上記プログラムデータの書込みにより、どの実装端子３を入力点とするか、または出力点とするか等のデータ、また、各実装端子３のアドレスの設定が行われている。ＣＰＬＤ４は、入力点となる実装端子３からの入力信号をプログラマブルコントローラ本体に対して送信することや、出力点となる実装端子３に対してプログラマブルコントローラ本体からの制御信号を送信することができるよう論理回路構成されている。

例えば図１では、複数の実装端子３のうち、ハッチングした実装端子３を入力点、白抜きした実装端子３を出力点に設定することができる。接続インターフェース５はプログラマブルコントローラのＣＰＵと接続され、入出力用共通基板１の実装端子３のうち、入力点となる実装端子３では、図示略の入力機器からの入力信号をその実装端子３、ＣＰＬＤ４、接続インターフェース５を通じて、プログラマブルコントローラのＣＰＵに入力し、出力点となる実装端子３では、プログラマブルコントローラのＣＰＵからの制御信号を、接続インターフェース５、ＣＰＬＤ４、出力点となる実装端子３を通じて出力機器に出力することができるようになっている。

表示用共通基板２には、入出力用共通基板１の実装端子数と同数個の表示素子であるＬＥＤ（発光ダイオード）７と、プログラマブルコントローラ本体側との通信で上記実装端子３の設定に個別対応した発光色で各ＬＥＤ７を表示駆動する駆動回路８と、プログラマブルコントローラ本体側との通信インターフェース９とが実装されている。表示素子はＬＥＤ７には限定されない。通信インターフェース９はＩ２Ｃ（アイスクエアシー）が好ましい。Ｉ２Ｃ通信は、近距離に配置されたデバイス間でデータのやり取りを行うための通信であり、デバイス間はＳＤＡ（ｓｅｒｉａｌｄａｔａ）とＳＣＬ（ｓｅｒｉａｌｃｌｏｃｋ）の２本の信号線をバスとして共有して通信を行い、通信速度は１００Ｋｂｐｓ、４００Ｋｂｐｓ、３．４Ｍｂｐｓ等がある。実施の形態ではプログラマブルコントローラのＣＰＵがマスタとなり、表示用共通基板２の通信インターフェースがスレーブとなって、このＣＰＵを「１」とし、表示用共通基板側を「多」とした１対多の通信を行うことができる。この場合、表示用共通基板２側からプログラマブルコントローラのＣＰＵに通信要求はできず、また、表示用共通基板２間の通信はできない。スレーブになる各表示用共通基板２側ではアドレス情報を持ち、プログラマブルコントローラのＣＰＵ側から送られてきたアドレス情報が自分のアドレスと一致したときだけ、データの送受信ができるようになっている。プログラマブルコントローラのＣＰＵから表示用共通基板２に通信する場合、プログラマブルコントローラ側のＣＰＵから通信開始信号が送信され、表示用共通基板２側では自己のアドレスと一致するとき、プログラマブルコントローラのＣＰＵ側からのデータを受信する。その受信後は、プログラマブルコントローラのＣＰＵ側から表示用共通基板２側に通信の終了を通知する。

また、表示用共通基板２側からプログラマブルコントローラのＣＰＵ側にデータを送信する場合も、プログラマブルコントローラのＣＰＵ側から通信開始信号を送信し、表示用共通基板２側では自己のアドレスと一致するとき、自己のデータをプログラマブルコントローラのＣＰＵに送信し、プログラマブルコントローラのＣＰＵはデータを受信すると、表示用共通基板２側に通信の終了を通知する。

そして、プログラマブルコントローラのＣＰＵ側からは複数のＬＥＤ７のうち、入力点に対応するＬＥＤ７に対しては、例えば赤色（入力点対応の発光表示色で図中ハッチングで示す）、出力点に対応するＬＥＤ７に対しては例えば青色（出力点対応の発光表示色で図中白抜きで示す）、で発光駆動させるデータを送信する。

図２を参照して、入出力用共通基板１と表示用共通基板２それぞれ１枚ずつからなる共通基板対１０ａを１対用いる例を説明する。入出力用共通基板１は、例えば３２個の実装端子３を有する。これら３２個の実装端子３のうち、例えば１６個が入力点（ハッチングで示す）、例えば１６個が出力点（白抜きで示す）とされている。これら入力点、出力点はそれぞれ自己アドレスを設定されている。この自己アドレスはプログラマブルコントローラ本体１１側で設定することができ、入力点からのデータはどのアドレスの入力点からのデータであるかをプログラマブルコントローラ本体１１側は認識することができる。また、プログラマブルコントローラ本体１１から制御データを送信する場合、どのアドレスの出力点に制御データを与えるかをプログラマブルコントローラ本体１１は認識することができる。

また、表示用共通基板２は、３２個のＬＥＤ７を有し、そのうち、１６個のＬＥＤ７が入力点用として赤色発光し、残り１６個のＬＥＤ７が出力点用として青色発光するようになっている。これらＬＥＤ７はそれぞれ自己アドレスを設定されている。この自己アドレスはプログラマブルコントローラ本体１１側で設定することができ、プログラマブルコントローラ本体１１は入力点に対応するＬＥＤ７のアドレスを指定し、Ｉ２Ｃ通信で、入力点に対応するＬＥＤ７を発光駆動制御し、また、プログラマブルコントローラ本体１１から制御データを送信する出力点に対応してその出力点に対応するＬＥＤ７のアドレスを指定し、Ｉ２Ｃ通信で、その出力点に対応するＬＥＤ７を発光駆動制御することができる。

以上、図２では、３２点入出力では、１枚の入出力用共通基板１と１枚の表示用共通基板２とで入出力を制御することができる。

図３を参照して上記共通基板対を２対用いる例を説明する。この例では、プログラマブルコントローラ本体に入出力用共通基板１と、表示用共通基板２それぞれを２枚ずつとした共通基板対１０ａ，１０ｂを２対用いた例である。この例では、４８点入出力あるいは６４点入出力の場合である。共通基板対１０ａ，１０ｂそれぞれの入出力用共通基板１は、３２個の実装端子３を有し、これら３２個の実装端子３のうち、例えば１６個が入力点、例えば１６個が出力点とされている。これら入力点、出力点はそれぞれ自己アドレスを設定されている。この自己アドレスはプログラマブルコントローラ本体１１側に設定されていて、入力点からのデータはどのアドレスの入力点からのデータであるかをプログラマブルコントローラ本体１１側は認識することができる。また、プログラマブルコントローラ本体１１から制御データを送信する場合、どの出力点に制御データを与えるかをプログラマブルコントローラ本体１１は認識することができる。

また、共通基板対１０ａ，１０ｂそれぞれの表示用共通基板２は、３２個のＬＥＤ７を有し、そのうち、１６個のＬＥＤ７が入力点用として赤色発光し、残り１６個のＬＥＤ７が出力点用として青色発光するようになっている。これらＬＥＤ７はそれぞれ自己アドレスを設定されている。この自己アドレスはプログラマブルコントローラ本体１１側に設定されていて、プログラマブルコントローラ本体１１は入力点に対応するＬＥＤ７のアドレスを指定し、Ｉ２Ｃ通信で、入力点に対応するＬＥＤ７を発光駆動制御し、また、プログラマブルコントローラ本体１１から制御データを送信する出力点に対応してその出力点に対応するＬＥＤ７のアドレスを指定し、Ｉ２Ｃ通信で、その出力点に対応するＬＥＤ７を発光駆動制御することができる。

以上、図３では、上記共通基板対１０ａ，１０ｂを２対用いることで、４８点入出力あるいは６４点入出力をプログラマブルコントローラ本体１１側で制御することができる。

図４を参照して上記共通基板対を３対用いる例を説明する。この例では、プログラマブルコントローラ本体に入出力用共通基板１と、表示用共通基板２それぞれを３枚ずつとした共通基板対１０ａ，１０ｂ，１０ｃを３対用いた例である。この例では、９６点入出力の場合である。共通基板対１０ａ，１０ｂ，１０ｃそれぞれの入出力用共通基板１は、３２個の実装端子３を有し、これら３２個の実装端子３のうち、例えば１６個が入力点、例えば１６個が出力点とされている。これら入力点、出力点はそれぞれ自己アドレスを設定されている。この自己アドレスはプログラマブルコントローラ本体１１側に設定されていて、入力点からのデータはどのアドレスの入力点からのデータであるかをプログラマブルコントローラ本体１１側は認識することができる。また、プログラマブルコントローラ本体１１から制御データを送信する場合、どの出力点に制御データを与えるかをプログラマブルコントローラ本体１１は認識することができる。

また、共通基板対１０ａ，１０ｂ，１０ｃそれぞれの表示用共通基板２は、３２個のＬＥＤ７を有し、そのうち、１６個のＬＥＤ７が入力点用として赤色発光し、残り１６個のＬＥＤ７が出力点用として青色発光するようになっている。これらＬＥＤ７はそれぞれ自己アドレスを設定されている。この自己アドレスはプログラマブルコントローラ本体１１側に設定されていて、プログラマブルコントローラ本体１１は入力点に対応するＬＥＤ７のアドレスを指定し、Ｉ２Ｃ通信で、入力点に対応するＬＥＤ７を発光駆動制御し、また、プログラマブルコントローラ本体１１から制御データを送信する出力点に対応してその出力点に対応するＬＥＤ７のアドレスを指定し、Ｉ２Ｃ通信で、その出力点に対応するＬＥＤ７を発光駆動制御することができる。

以上、図４では、上記共通基板対１０ａ，１０ｂ，１０ｃを３対用いることで、９６点入出力をプログラマブルコントローラ本体１１側で制御することができる。

以上説明したように本実施の形態では、複数の実装端子と、プログラム書換えで上記複数の実装端子の機能を少なくとも入力点と出力点とに設定することが可能なプログラマブルロジックデバイスと、を実装した入出力用共通基板と、上記複数の実装端子と個別対応する複数の表示素子を実装した表示用共通基板と、を共通基板対とし、少なくとも入力点と出力点との点数に応じて上記共通基板対を１ないし複数用いることを特徴とするものである。

本発明では、実装端子３を所定の最小公倍数とした入出力用共通基板１と、その最小公倍数に合わせた数のＬＥＤ７を実装した表示用共通基板２とを共通基板対とし、入出力点数に対応した共通基板対をプログラマブルコントローラに組み込むようにしたので、入出力点数がどの点数であっても、共通基板対の実装数を増減するだけで対応でき、従来のように入出力点数が相違するごとに、基板設計や金型を用いた製造をする必要がなくなり、それだけ、基板設計や金型費用を低減することができるようになる。

図１は本発明の実施の形態に係る入出力用および表示用基板の構成を示す図である。図２は本発明の実施の形態の方式において共通基板対を１対用いる場合の構成例を示す図である。図３は本発明の実施の形態の方式において共通基板対を２対用いる場合の構成例を示す図である。図４は本発明の実施の形態の方式において共通基板対を３対用いる場合の構成例を示す図である。

符号の説明

１入出力用共通基板
２表示用共通基板
３実装端子
４ＣＰＬＤ
５接続インターフェース
６ＪＴＡＧポート
７ＬＥＤ
８駆動回路
９通信インターフェース
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ共通基板対

Claims

複数の実装端子と、プログラム書換えで上記複数の実装端子の機能を少なくとも入力点と出力点とに設定することが可能なプログラマブルロジックデバイスと、を実装した入出力用共通基板と、上記複数の実装端子と個別対応する複数の表示素子を実装した表示用共通基板と、を共通基板対とすると共に、少なくとも入力点と出力点の入出力点数に応じて上記共通基板対の実装数を設定した、ことを特徴とするプログラマブルコントローラへの入出力用および表示用の基板実装方式。
上記入出力用共通基板に、所定の最小公倍数の１倍ないし複数倍となる個数分の実装端子を実装した、請求項１に記載の方式。
上記入出力用共通基板に、プログラマブルロジックデバイスとプログラマブルコントローラ本体側との接続のための接続インターフェースを実装した、請求項１または２に記載の方式。
上記表示用共通基板に、プログラマブルコントローラ本体と通信する通信インターフェースと、通信インターフェースを介して与えられるプログラマブルコントローラ本体からの駆動指令に応答して上記表示素子を上記実装端子の設定に個別対応した発光色で駆動する駆動回路とを実装した、請求項１ないし３のいずれかに記載の方式。
上記通信がＩ２Ｃ（アイスクエアシー）通信である、請求項４に記載の方式。
上記表示素子がＬＥＤである、請求項１ないし５のいずれかに記載の方式。
複数の実装端子と、プログラム書換えで上記複数の実装端子の機能をプログラマブルコントローラの少なくとも入力点と出力点とに設定することが可能なプログラマブルロジックデバイスと、プログラマブルロジックデバイスとプログラマブルコントローラ本体側との接続のための接続インターフェースと、を実装したプログラマブルコントローラ用入出力用共通基板。
請求項７に記載のプログラマブルコントローラ用入出力用共通基板に実装されている実装端子数と少なくとも同数個実装された表示素子と、プログラマブルコントローラ本体側との通信で表示素子の表示色を設定する通信インターフェースと、上記通信インターフェースを介したプログラマブルコントローラ本体側からの表示指令に応答して各表示素子を表示駆動する駆動回路と、を実装したプログラマブルコントローラ用表示用共通基板。
上記通信インターフェースは、Ｉ２Ｃ（アイスクエアシー）通信で通信するインターフェースである、請求項８に記載の基板。
請求項７に記載の入出力用共通基板と、請求項８または９に記載の表示用共通基板と、からなる共通基板対を１ないし複数実装した、プログラマブルコントローラ。