JP2010079353A - プログラマブルコントローラおよび制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】カウンタモジュール設置数が増大してもプログラマブルコントローラを用いたシステムの構築費用を抑制可能とすると共に、カウンタモジュール設置数が増大して、システム上のケーブル配線の省配線化を可能とする。
【解決手段】シーケンスプログラムを実行するＣＰＵモジュール２５を含むプログラマブルコントローラ本体２２と、ＣＰＵモジュール２５からのシーケンスプログラム実行上与えられた信号に応答して外部パルス信号をカウントすると共に、そのカウントに係る信号をＣＰＵモジュール２５に送るカウンタモジュール２７ａ−２７ｎと、を備えたプログラマブルコントローラ２０において、上記ＣＰＵモジュールとカウンタモジュール双方は上記信号を無線で相互通信可能な無線インタフェース２６，２７ａ−２７ｎを具備し、上記カウンタモジュールはプログラマブルコントローラ本体から離隔した位置で外部パルス信号を出力する制御対象に接続されて用いられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、モジュールタイプ方式のプログラマブルコントローラにおいて、カウンタモジュールを備えたプログラマブルコントローラおよびこのプログラマブルコントローラを用いた制御システムに関するものである。

プログラマブルコントローラはシーケンスプログラムを実行してそれに接続された制御機器をシーケンス制御するようになっている。このようなプログラマブルコントローラのうち、モジュールタイプ方式のプログラマブルコントローラでは、電源モジュール、演算制御を行うＣＰＵモジュール、入出力モジュール、高機能モジュール等により構成される。高機能モジュールは、外部の特殊機器と接続するためのモジュールであり、プログラマブルコントローラに対して高機能が要求される場合に設けられる。このような高機能モジュールにはモータモジュール、タイマーモジュール、カウンタモジュール等がある。

これら高機能モジュールのうち、カウンタモジュールを備えた従来のプログラマブルコントローラを、図３を参照して説明する。カウンタモジュールの基本機能は、制御対象からのパルスをカウントし、プログラマブルコントローラの基本部分を構成するＣＰＵモジュールにカウントデータを渡すことである。図３において、１０は、プログラマブルコントローラ、１１は制御対象である。プログラマブルコントローラ１０は、ＣＰＵモジュール１２、カウンタモジュール１３、入出力モジュール１４、その他のモジュールを含む。制御対象１１は、ベルトコンベア１５、ベルトコンベア１５を駆動するモータ１６、モータ回転数を検出するロータリエンコーダ１７を含む。プログラマブルコントローラ１０においては、カウンタモジュール１３の機能として、ロータリエンコーダ１７からのパルスをカウントし、ＣＰＵモジュール１２からのリクエストに応答してこのカウント値をＣＰＵモジュール１２に渡すことである。ＣＰＵモジュール１２は、このパルスカウント値から、モータの回転状態を演算し、その演算結果に従い、入出力モジュール１４からモータ１６の制御信号を与えて、ベルトコンベア１５を制御することが可能となる。

ところで工場内にこのようなモータ１６を用いた制御対象がベルトコンベア１５以外にも多数ある場合、各エンコーダ１７からカウンタモジュール１３に引き回されるケーブル配線も多く必要となり、しかも、エンコーダ１７からカウンタモジュール１３までのケーブル配線距離にも遠近存在すると、ケーブル配線が工場内に散乱した状態となるなど、多くの課題が派生してくるようになる。

さらに、カウンタモジュールはこれまでプログラマブルコントローラ本体から切り離されていないから、カウンタモジュールが複数必要とすることは、プログラマブルコントローラをカウンタモジュールの必要数分、必要となることとなり、プログラマブルコントローラの購入ないし設置コストが嵩む、という課題がある。
特開２００１−２４９７０８号公報

したがって、本発明においては、カウンタモジュール設置数が増大してもプログラマブルコントローラを用いたシステムの構築費用を抑制可能とすると共に、カウンタモジュール設置数が増大して、システム上のケーブル配線の省配線化を可能として上記した課題を解決するものである。

本発明にかかるプログラマブルコントローラは、プログラマブルコントローラ機能を有するプログラマブルコントローラ本体と、外部パルス信号をカウントするカウンタモジュールと、を備えたプログラマブルコントローラにおいて、上記プログラマブルコントローラ本体とカウンタモジュール双方は無線アンテナおよびこの無線アンテナを介して相互通信することが可能な無線インタフェースを具備し、上記カウンタモジュールは、その使用に際してはプログラマブルコントローラ本体から分離し、外部パルス信号を出力する制御対象に接続して用いることが可能となっていることを特徴とするものである。

本発明では、ＣＰＵモジュールとカウンタモジュールとの双方に無線インタフェースを具備したから、ＣＰＵモジュール等のプログラマブルコントローラ本体側と、カウンタモジュールとを切り離すと共に、カウンタモジュールをロータリエンコーダ等の制御対象に接続可能とすることで、制御対象が多数となり、それに応じてカウンタモジュールも多数となっても、カウンタモジュールとプログラマブルコントローラ本体との間のケーブル配線を不要化することで、上記した課題を解決するものである。

カウンタモジュールはプログラマブルコントローラ本体から離隔した位置で制御対象近くで用いることができるようになる。そのため、本発明では、工場内の設備環境によってはカウンタモジュールが複数必要となっても、カウンタモジュールはプログラマブルコントローラ本体から切り離され、かつ、プログラマブルコントローラ本体内のＣＰＵモジュールとは無線で通信することができるので、カウンタモジュールが複数必要としたからといっても、ＣＰＵモジュール内で複数のカウンタモジュールとの間の送受信信号の処理で済む結果、プログラマブルコントローラが複数必要となることはない。また、プログラマブルコントローラ本体とカウンタモジュールとの間ではケーブル配線が不要化すると共に、カウンタモジュールはエンコーダ等の制御対象近くに設置することで、ケーブル配線が従来のように工場内を引き回されることがなくなる。

本発明による制御システムは、上記カウンタモジュールを複数備え、各カウンタモジュールは、それぞれ自己固有に割り当てられた通信ＩＤを持ち、プログラマブルコントローラ本体とカウンタモジュールは、その通信ＩＤによりデータ通信回線の接続を確立するようになっていることを特徴とするものである。

この制御システムでは、プログラマブルコントローラ本体とカウンタモジュールは、その通信ＩＤによりデータの無線通信を確立するので、カウンタモジュールはプログラマブルコントローラ本体から分離し、制御対象に接続して用いることができるので、制御対象が増大してもカウンタモジュール組み込みタイプのプログラマブルコントローラとは異なり、制御対象の増大にあわせてカウンタモジュールの設置数を増大させるだけで済み、制御対象増大に伴う制御システムの構築費用増大を抑制することができる。

本発明によれば、制御対象が数的に増えて多数となり、それに応じてカウンタモジュールが多数となっても、カウンタモジュールはプログラマブルコントローラ本体から分離し、プログラマブルコントローラ本体と無線通信でデータ送受ができる一方、カウンタモジュールは制御対象近くあるいは直接接続することで、従来のようにプログラマブルコントローラと制御対象との間を多数のケーブル配線を工場内に引き回す必要がなくなる。特に、カウンタモジュールが多数となっても、プログラマブルコントローラ本体自体は１台で済むので、従来のようにプログラマブルコントローラをカウンタモジュールの必要数分、必要としなくなり、カウンタモジュールの購入ないし設置で済む結果、従来よりも大幅なコストダウンが可能となる。

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を説明する。図１は、実施の形態のプログラマブルコントローラを用いた制御システムの構成、図２（ａ）（ｂ）はカウンタモジュールとＣＰＵモジュールの内部ブロック構成を示す。

まず、図１を参照して、２０は、プログラマブルコントローラ、２１は制御対象である。プログラマブルコントローラ２０と、制御対象２１とで制御システムが構成される。プログラマブルコントローラ２０は、プログラマブルコントローラ機能を有するプログラマブルコントローラ本体２２と、プログラマブルコントローラ本体２２から分離された複数のカウンタモジュール２３ａ−２３ｎとから構成される。プログラマブルコントローラ本体２２は、電源モジュール２４、ＣＰＵモジュール２５、等を含む。

ＣＰＵモジュール２５はダイバーシティアンテナ等の無線アンテナ２６、また、各カウンタモジュール２３ａ−２３ｎはこの無線アンテナ２６と相互通信可能な無線アンテナ２７ａ−２７ｎをそれぞれ具備している。

制御対象２１は、図示略のベルトコンベア等の機械、装置を駆動するモータ２８ａ−２８ｎ、モータ２８ａ−２８ｎの回転軸に取り付けられてそのモータ回転数や回転位置等を検出処理しそれに対応するパルス信号を出力するロータリエンコーダ２９ａ−２９ｎを含む。そして、ロータリエンコーダ２９ａ−２９ｎは、上記パルス信号をカウント処理するカウンタモジュール２３ａ−２３ｎに有線接続されている。

次に図２（ａ）を参照して、カウンタモジュール２３ａ−２３ｎはいずれも同様の構成を有するので、代表してカウンタモジュール２３ａの構成を説明すると、カウンタモジュール２３ａは、ＣＰＵ３０、ＲＡＭ３１、ＲＯＭ３２、Ｉ／Ｏ３３、無線インタフェース３４、および上記無線アンテナ２７ａを備える。ＲＡＭ３１は、ＣＰＵ３０の実行作業に用いる。ＲＯＭ３２にはＣＰＵ３０がカウンタモジュール機能実行のためのプログラムや、ＣＰＵモジュール２５との通信のためのプログラム等を含む。Ｉ／Ｏ３３は制御対象であるロータリエンコーダ２９ａに接続され、ロータリエンコーダ２９ａからパルス信号を入力する。無線インタフェース３４は、無線で送受信できるデバイスであり、ＣＰＵモジュール２５側の無線インタフェースと無線ＬＡＮを構築している。これには、例えば国際無線通信規格ＩＥＥＥ８０２．１１に準拠の「Ｗｉ−Ｆｉ（ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｆｉｄｅｌｉｔｙ）」等の無線ＬＡＮを適用することができる。Ｗｉ−Ｆｉ等の送受信方式は転送レートが比較的高いため、単にパルス信号やデータ送信要求信号を送信するだけでなく他の各種データも同時に送受信できるなど、より高度な通信制御が可能である。 「Ｗｉ−Ｆｉ」等では壁などに遮られて死角となる地点間でも安定した接続（コネクション）を確立できる点で好ましい。このような無線ＬＡＮ接続は、上記「Ｗｉ−Ｆｉ」以外にも、ＩＲ（ＩｒＤＡ）、ＲＦ、ＬＡＮ、ＷＡＮ、ＩＥＥＥ１３９４ネットワーク、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＺＩＧＢＥＥネットワーク等を含み、さらには、ＣＡＮネットワーク、他のネットワークにより実現することもできる。ＣＰＵ３０は、Ｉ／Ｏ３３から入力するロータリエンコーダ２９ａのパルス信号をカウントすると共に、そのカウントした値をＲＡＭ３１に記憶させ、ＣＰＵモジュール２５からのデータ要求信号に応答して、ＲＡＭ３１に記憶したカウントデータを無線インタフェース３４を介してＣＰＵモジュール２５側に送信するようになっている。

図２（ｂ）を参照してＣＰＵモジュール２５は、ＣＰＵ３５、ＲＡＭ３６、ＲＯＭ３７、無線インタフェース３８、および上記無線アンテナ２６を備える。ＣＰＵ３５はシーケンスプログラムを実行する。ＲＡＭ３６は、ＣＰＵ３５の実行作業に用いる。ＲＯＭ３７にはＣＰＵ３５により実行されるシーケンスプログラムが格納されている。このＲＯＭ３７にはシーケンスプログラム以外にもシステムプログラムや他のプログラムなどのプログラマブルコントローラ機能に必要なプログラムが格納されている。特に、ＲＯＭ３７には、カウンタモジュール２３ａ−２３ｎと無線通信するためのプログラムが格納されている。無線インタフェース３８はカウンタモジュール２３ａのそれと同様のものである。

ＣＰＵモジュール２５側が複数のカウンタモジュール２３ａ−２３ｎのいずれかとの間でデータ送受信の通信を確立（コネクション確立）する手法は、アドホックモードで1対1（ピアツーピア）通信などででき、その通信確立のプロトコルの詳細は略するが、簡単には例えば、以下のように通信確立してもよい。

例えば、ＣＰＵモジュール２５のＣＰＵ３０は、無線インタフェース３４から、カウンタモジュール探索／データ送信要求信号を送信する。ＣＰＵモジュール３０の無線インタフェース３４とカウンタモジュール２３ａ−２３ｎの無線インタフェースとの間で授受される信号は、ヘッダ部とデータ部とから構成され、ヘッダ部には各カウンタモジュール固有の通信ＩＤ、等が含まれ、データ部にはデータが含まれる。カウンタモジュール探索／データ送信要求信号は、無線通信方式によって適宜設定される。カウンタモジュール２３ａ−２３ｎそれぞれには通信ＩＤが割り当てられている。カウンタモジュール２３ａ−２３ｎは、ＣＰＵモジュール２５からのカウンタモジュール探索／データ送信要求信号に含む通信ＩＤが自己に該当すると、ＣＰＵモジュール２５に自己の通信ＩＤと共にカウントデータを含む返答信号を送信する。これにより、ＣＰＵモジュール２５は該当するカウンタモジュール２３ａ−２３ｎからのカウントデータを受信し、所要の制御を実行するための双方向通信回線の接続が確立される。

以上の構成を備えたプログラマブルコントローラ２０においては、プログラマブルコントローラ本体２２のＣＰＵモジュール２５によりモータ２８ａを駆動制御することで、ベルトコンベア等の機械、装置等を駆動する。そして、モータ２８ａの回転に伴い、ロータリエンコーダ２９ａからパルス信号がカウンタモジュール２７ａに入力される。カウンタモジュール２７ａはこのパルス信号をカウントし、そのカウント結果をそれぞれのＲＡＭ３１に記憶する。ＣＰＵモジュール２５のＣＰＵ３５は、シーケンスプログラムの実行上、カウンタモジュール２７ａに記憶されているカウントデータに従い、ベルトコンベアを制御する必要があると、無線インタフェース３８からカウンタモジュール２７ａの無線インタフェース３４にデータ送信要求を送信する。カウンタモジュールの２７ａのＣＰＵ３０は、無線インタフェース３４で受信したデータ送信要求に応答して、ＲＡＭ３１に記憶しているカウントデータを無線インタフェース３４を介してＣＰＵモジュール２５側に送信する。これによりＣＰＵモジュール２５では、ベルトコンベアを駆動するモータ２８ａの回転を制御してベルトコンベアを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、カウンタモジュールの設置数が増大してもプログラマブルコントローラ本体は１セットのみでプログラマブルコントローラ全体としてはカウンタモジュールの増設のみで済み、プログラマブルコントローラを用いたシステムの構築費用を抑制可能とすると共に、カウンタモジュール設置数が増大しても、プログラマブルコントローラ本体とは無線で通信するからシステム上のケーブル配線の省配線化が可能となる。

図１は本発明の実施の形態にかかるプログラマブルコントローラと制御対象とを示す図である。 図２（ａ）はカウンタモジュールの内部回路ブロック、図２（ｂ）はＣＰＵモジュールの内部回路ブロックを示す図である。 図３は従来のプログラマブルコントローラの構成を示す図である。

符号の説明

２０ プログラマブルコントローラ
２２ プログラマブルコントローラ本体
２３ａ−２３ｂ カウンタモジュール
２５ ＣＰＵモジュール
２６ 無線アンテナ
２７ａ−２７ｎ 無線アンテナ
２１ 制御対象

Claims (2)

1. プログラマブルコントローラ機能を有するプログラマブルコントローラ本体と、外部パルス信号をカウントするカウンタモジュールと、を備えたプログラマブルコントローラにおいて、上記プログラマブルコントローラ本体とカウンタモジュール双方は無線アンテナおよびこの無線アンテナを介して相互通信することが可能な無線インタフェースを具備し、上記カウンタモジュールは、その使用に際してはプログラマブルコントローラ本体から分離し、外部パルス信号を出力する制御対象に接続して用いることが可能となっている、ことを特徴とするプログラマブルコントローラ。
2. 請求項１に記載のカウンタモジュールを複数備え、各カウンタモジュールは、それぞれ自己固有に割り当てられた通信ＩＤを持ち、プログラマブルコントローラ本体とカウンタモジュールは、その通信ＩＤによりデータ通信回線の接続を確立するようになっている、ことを特徴とする制御システム。

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