JP2010134589A - 出力変動型プログラマブルコントローラ - Google Patents

Abstract

【課題】負荷電流を増大させるに際し、出力スイッチとしては安価な素子を使用可能とすること。
【解決手段】電源の正または負の一方極が負荷を介して接続される少なくとも１つの出力端子と、電源の正または負の他方極が接続される１つの電源コモン端子と、上記両端子に並列に接続された複数の電流通路と、各電流通路に個別に接続されＯＮ／ＯＦＦすることで上記両端子間の電流通路の導通、不導通を行う複数の出力スイッチと、シーケンスプログラムの実行に応じて上記各出力スイッチのＯＮ／ＯＦＦを個別制御することが可能な制御部とを備え、上記制御部は、上記各出力スイッチのＯＮ／ＯＦＦ数を制御して出力変動に対応可能とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、出力機器等の負荷が接続される出力端子に流れる電流を当該負荷の状況に応じて変動可能としたプログラマブルコントローラ（ＰＬＣという）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、ＰＬＣが用いられている。このＰＬＣ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、入力端子から入力した入力機器からの信号を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出力端子から出力機器に送り出すＯＵＴリフレッシュ処理を行うと共に、通信ネットワーク上の他のＰＬＣとデータ送受信を行ったり、通信ポートを介して外部パーソナルコンピュータ等とデータ送受信などを行ったりする周辺処理を行う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）。

入力端子にはセンサ等の入力機器が、出力端子にはアクチュエータ等の外部機器が接続される。センサ等の入力機器は制御装置の状態をセンシングしそのセンシングに係る信号を入力端子を介して内部回路に入力し、内部回路からの制御に係る信号を、出力端子を介して、アクチュエータ等の外部機器に送り込み、これら外部機器を駆動制御する。

以上のＰＬＣにおける入力端子や出力端子は機器パネル上に備えられ、ユーザ側のセンサやアクチュエータ等の外部機器とこれらの作動のための電源とが接続されるようになっている。この外部機器を負荷とした場合、出力端子１つにつき負荷は１つ接続されるようになっている。そして、上記電源が直流（ＤＣ）とした場合、複数の出力端子１つに１つの負荷が接続されると共に、電源コモン端子には電源が共通に接続されている。この電源コモン端子に電源の負極が接続され、電源の正極が負荷を介して出力端子に接続されるタイプはシンク出力タイプとされ、電源コモン端子に電源の正極が接続され、電源の負極が負荷を介して出力端子に接続されるタイプはソース出力タイプとされる。そして、一般に、シンク出力タイプでは、出力端子と電源コモン端子との間にＮＰＮタイプのトランジスタが出力スイッチとして接続され、ソース出力タイプでは、出力端子と電源コモン端子との間にＰＮＰタイプのトランジスタが出力スイッチとして接続されるようになっている。

この出力スイッチの耐許容電流をトランジスタはバイポーラ型であって、負荷に流す電流値を上げるにはそのトランジスタに代えてＦＥＴ（電界効果トランジスタ）が接続されることがある。しかしながら、このＦＥＴは高価であるという課題がある。
特開２００５−２５９０７９号公報

本発明により解決すべき課題は、負荷電流を増大させるに際し、出力スイッチとしては安価な素子を使用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は、電源の正または負の一方極が負荷を介して接続される少なくとも１つの出力端子と、電源の正または負の他方極が接続される１つの電源コモン端子と、上記両端子に並列に接続された複数の電流通路と、各電流通路に個別に接続されＯＮ／ＯＦＦすることで上記両端子間の電流通路の導通、不導通を行う複数の出力スイッチと、シーケンスプログラムの実行に応じて上記各出力スイッチのＯＮ／ＯＦＦを個別制御することが可能な制御部とを備え、上記制御部は、上記各出力スイッチのＯＮ／ＯＦＦ数を制御して出力変動に対応可能としたことを特徴とするものである。

本発明において、好ましい態様は、上記出力端子に電源の正極が接続されるときは、上記出力スイッチはＮＰＮタイプのトランジスタで構成し、また、上記出力端子に電源の負極が接続されるときは、上記出力スイッチはＰＮＰタイプのトランジスタで構成することである。

本発明において、好ましい態様は、上記出力端子を複数有し、各出力端子それぞれと電源コモン端子との間にそれぞれ複数の電流通路を並列設けると共に、各電流通路内に出力スイッチを設ける、ことである。

本発明においては、負荷への電流を増大させるときは、出力スイッチのＯＮ数を増加させることで対応可能であるので、１つの出力スイッチに流れる電流は少なくて済むので、出力スイッチとして許容電流値が低いタイプのものを用いることができる。例えば、この出力スイッチをトランジスタで構成した場合、安価なバイポーラ型を用いることができる。

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ＰＬＣを詳細に説明する。図１は本発明の実施の形態に係るＰＬＣの要部回路構成を示す図である。図１に示すＰＬＣでは、出力仕様がシンク出力タイプである。すなわち、図１において、１はＰＬＣ、３は負荷、５は直流電源である。ＰＬＣ１において、１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、出力スイッチ、１２は制御部である。

図１で示すＰＬＣ１は要部回路のみ示してあり、このシーケンスプログラムの実行に必要とするＲＯＭ、ＲＡＭ等の各種メモリ、等は図示を略する。このＰＬＣ１は、直流電源５の正極が負荷３を介して接続される出力端子ＯＵＴと、直流電源５の負極が接続される電源コモン端子ＣＴとを有する。

この出力端子ＯＵＴと電源コモン端子ＣＴとの間には、複数の電流通路Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３が並列に接続されている。そして各電流通路Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３にはＯＮ／ＯＦＦすることで上記両端子間の電流通路の導通、不導通を行う複数の出力スイッチ１１ａ，１１ｂ，１１ｃが個別に接続されている。これら出力スイッチ１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、いずれも、フォトカプラＰＣ１，ＰＣ２，ＰＣ３と、電流通路Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３にコレクタ・エミッタが挿入接続されたＮＰＮ型トランジスタＴＲ１，ＴＲ２，ＴＲ３と、カソードがトランジスタＴＲ１，ＴＲ２，ＴＲ３のコレクタにアノードがトランジスタＴＲ１，ＴＲ２，ＴＲ３のエミッタに接続されたツェナーダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３と、を備えたものである。出力スイッチ１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、そのフォトカプラＰＣ１，ＰＣ２，ＰＣ３が制御部１２で駆動または非駆動されることでトランジスタＴＲ１，ＴＲ２，ＴＲ３をＯＮまたはＯＦＦして電流通路Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を導通、不導通の状態とする。バイポーラトランジスタＴＲ１，ＴＲ２，ＴＲ３がＯＮすると、出力端子ＯＵＴと電源コモン端子ＣＴとが電流通路Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を介して接続され、負荷３に直流電源５からの電流が流れる。制御部１２は、シーケンスプログラムを実行するものであり、シーケンスプログラムの実行上、必要とする出力スイッチ１１ａ，１１ｂ，１１ｃをＯＮないしＯＦＦに個別制御するようになっている。

以上の構成において、例えば負荷３に０．３Ａの電流を流すに際して、実施の形態では電流通路Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の数は３つであるので、各電流通路Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３にはこの０．３Ａの電流を分流させる場合を考える。負荷電流ｉ０（＝０．３Ａ）は、各電流通路でそれぞれ電流ｉ１（＝０．１Ａ）に分流される。そのため、各電流通路Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３内のトランジスタＴＲ１，ＴＲ２，ＴＲ３をすべてＯＮにして電流通路Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を導通状態とする。また、負荷３に０．２Ａの電流を流すには、各電流通路Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３のうち２つの電流通路にはこの０．２Ａの電流を分流させるとよいので、負荷電流ｉ０（＝０．２Ａ）は、各電流通路Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３でそれぞれ電流ｉ１（＝０．１Ａ）に分流される。

以上の実施の形態では、負荷３への電流を増大させるときは、出力スイッチ１１ａ，１１ｂ，１１ｃのＯＮ数を増加させることで対応可能であり、負荷３に接続される出力スイッチ１１ａ，１１ｂ，１１ｃとしては単一ではなく、複数の電流通路Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３それぞれの出力スイッチ１１ａ，１１ｂ，１１ｃが負担するので、各出力スイッチ１１ａ，１１ｂ，１１ｃに流れる電流は少なくて済む。

図２に他の実施の形態にかかるＰＬＣ１の要部回路構成を示す。図２のＰＬＣ１は、出力仕様がソース出力タイプのＰＬＣである。このＰＬＣ１は、直流電源５の負極が負荷３を介して接続される出力端子ＯＵＴと、直流電源５の正極が接続される電源コモン端子ＣＴとを有する。この出力端子ＯＵＴと電源コモン端子ＣＴとの間には、複数の電流通路Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３が並列に接続されている。そして各電流通路Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３にはＯＮ／ＯＦＦすることで上記両端子ＯＵＴ，ＣＴ間の電流通路Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の導通、不導通を行う複数の出力スイッチ１１ａ，１１ｂ，１１ｃが個別に接続されている。これら出力スイッチ１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、いずれも、フォトカプラＰＣ１，ＰＣ２，ＰＣ３と、電流通路Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３にコレクタ・エミッタが挿入接続されたＰＮＰ型トランジスタＴＲ１，ＴＲ２，ＴＲ３と、カソードがトランジスタＴＲ１，ＴＲ２，ＴＲ３のエミッタにアノードがトランジスタＴＲ１，ＴＲ２，ＴＲ３のコレクタに接続されたツェナーダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３と、を備えたものである。

この実施の形態でも先に説明したＰＬＣと同様にして、負荷３への電流を増大させるときは、出力スイッチ１１ａ，１１ｂ，１１ｃのＯＮ数を増加させることで対応可能であり、また、負荷３への電流経路Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３内に接続される出力スイッチ１１ａ，１１ｂ，１１ｃとしては単一ではなく、複数の電流通路Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３それぞれの出力スイッチが負担するので、各出力スイッチ１１ａ，１１ｂ，１１ｃに流れる電流は少なくて済む。

図３にさらに他の実施の形態にかかるＰＬＣの要部回路構成を示す。図３のＰＬＣは、出力仕様がシンク出力タイプのＰＬＣである。このＰＬＣは複数の出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２，…，ＯＵＴｎと、１つの電源コモン端子ＣＴとを有する。各出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２，…，ＯＵＴｎと、１つの電源コモン端子ＣＴとの間に、出力スイッチ群１１−１，１１−２，…，１１−ｎが接続されている。

第１出力端子ＯＵＴ１と電源コモン端子ＣＴとの間の出力スイッチ群１１−１においては、複数の電流通路Ｐ１１，Ｐ１２…が設けられている。それぞれの電流通路Ｐ１１，Ｐ１２…内に複数の出力スイッチＳ１１，Ｓ１２…が並列に接続されている。

同様に、第２出力端子ＯＵＴ２と電源コモン端子ＣＴとの間の出力スイッチ群１１−２においては、複数の電流通路Ｐ２１，Ｐ２２，…が設けられ、それぞれの電流通路内に複数の出力スイッチＳ２１，Ｓ２２…が並列に接続されている。

同様に、第ｎ出力端子と電源コモン端子との間の出力スイッチ群１１−ｎにおいては、複数の電流通路Ｐｎ１，Ｐｎ２…が設けられ、それぞれの電流通路内に複数の出力スイッチＳｎ１，Ｓｎ２…が並列に接続されている。

そして、第１、第２、…、第ｎの出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２，…，ＯＵＴｎには、負荷３１，３２…３ｎが接続されている。各負荷３１，３２…３ｎは、直流電源５の正極に共通に接続されている。この直流電源５の負極は電源コモン端子ＣＴに接続されている。

以上の構成を有するＰＬＣにおいては、各出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２，…，ＯＵＴｎそれぞれに接続した負荷３１，３２…３ｎの電流をそれぞれにおける出力スイッチのＯＮ／ＯＦＦ数を制御することで各電流通路に分流させることができる。

図１は本発明の実施の形態に係るＰＬＣの要部の構成を示す図である。 図２は本発明の他の実施の形態に係るＰＬＣの要部の構成を示す図である。 図３は本発明のさらに他の実施の形態に係るＰＬＣの要部の構成を示す図である。

符号の説明

１ ＰＬＣ
１１ａ−１１ｃ 出力スイッチ
１２ 制御部
３ 負荷
５ 直流電源

Claims (3)

1. 電源の正または負の一方極が負荷を介して接続される少なくとも１つの出力端子と、電源の正または負の他方極が接続される１つの電源コモン端子と、上記両端子に並列に接続された複数の電流通路と、各電流通路に個別に接続されＯＮ／ＯＦＦすることで上記両端子間の電流通路の導通、不導通を行う複数の出力スイッチと、シーケンスプログラムの実行に応じて上記各出力スイッチのＯＮ／ＯＦＦを個別制御することが可能な制御部とを備え、上記制御部は、上記各出力スイッチのＯＮ／ＯＦＦ数を制御して出力変動に対応可能とした、ことを特徴とするプログラマブルコントローラ。
2. 上記出力端子に電源の正極が接続されるときは、上記出力スイッチはＮＰＮタイプのトランジスタで構成し、また、上記出力端子に電源の負極が接続されるときは、上記出力スイッチはＰＮＰタイプのトランジスタで構成する、請求項１に記載のプログラマブルコントローラ。
3. 上記出力端子を複数有し、各出力端子それぞれと電源コモン端子との間にそれぞれ複数の電流通路を並列設けると共に、各電流通路内に出力スイッチを設けた、ことを特徴とする請求項１または２に記載のプログラマブルコントローラ。

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