JP2011040061A - 制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＰＵの負荷の軽減し、ＣＰＵ動作異常時の安全性向上を実現する制御システムを提供する。
【解決手段】主制御部とそれぞれにセンサが接続された１つ又は複数のユニット制御部とからなる制御システムにおいて、前記ユニット制御部が、所定のクロック信号を発生するクロック発生手段と、前記クロック信号を計数し予め定められたカウント数に到達したタイミングで強制ＯＦＦ信号を発生するカウンタ手段と、前記出力ポートのＯＮ／ＯＦＦ情報を保持するＯＮ／ＯＦＦ情報保持手段と、前記ＯＮ／ＯＦＦ情報保持手段が保持するＯＮ／ＯＦＦ情報が変化したことを検出し、当該変化を検出したタイミングで前記カウンタ手段にカウント許可信号を出力するエッジ検出手段と、前記主制御部で設定された所定の動作モードに応じて前記カウンタ手段による強制ＯＦＦ信号の出力の可否、計数の可否の少なくともいずれか一方を指示する制御手段と、具備する。
【選択図】図１

Description

この発明は、主制御部、およびそれぞれにセンサ、アクチュエータが接続された複数のユニット制御部からなる制御システムに関する。

従来、媒体、たとえば紙葉類を搬送する媒体搬送装置は、媒体の位置や状態等を検知するために多数のセンサ（例えば、光学センサ等）や、媒体の分離、移動等のための多数のアクチュエータが装備されている。従って、上記アクチュエータ類やセンサの信号をＣＰＵにいかに伝達するかが重要な問題となる。

最も簡単な方法として、全てのセンサ、アクチュエータの信号線を単純に主制御部の基板に接続する例がある。また、特公昭６２−３１３９３号公報や特公平４−５３３５９号公報に見られるように、信号集線を行う例がある。

より詳細に説明すると、上記特公昭６２−３１３９３号公報の例では、各センサの信号レベルを閾値いわゆるスレッショルドレベルとの比較により２値化して明／暗を表わす信号を得、それを伝送するようにしている。特公平４−５３３５９号公報の例では、各センサの信号レベルをデジタル値（多値データ）に変換し、それをシリアル伝送するようにしている。

また、上記アクチュエータは、連続してＯＮすると、コイルの焼損や機械の破壊に到る場合が有る。故に、一定時間以上ＯＮし続けないように制御することが必要である。かかる点に鑑みて、ＣＰＵのプログラムによって時間を計測し、所定の時間が経過すると出力をＯＦＦするといった制御が行われている。

また、機構部は、一般的に、停止状態から動作を開始する際には、定常動作中よりも大きな力を要する。そこで、動作開始時のみ大電流を流して力を強め、動作完了後の保持状態では、電流を少なく消費電力及びアクチュエータの発熱を抑制するといった制御も行われている。

しかしながら、全てのセンサの信号線を主制御部の基板に接続する方法では、各センサから基板までの信号線の引き回し距離が長くなり、コストの上昇を招いたり、信号線数によっては実装が困難な場合がある。また、アナログ信号の伝送部分が長くなるため、ノイズの影響を受け易いという問題がある。

特公昭６２−３１３９３号公報のように２値化信号を伝送するものでは、部品の寿命、周囲温度の影響、埃の付着、部品取付け精度のばらつきなどにより、センサの信号レベルが徐々に低下して適正な２値化処理ができなくなるという問題がある。この経時的なレベル低下を補償するために、従来、係員が定期的に各センサの信号レベルを測定してその測定結果に合せてライスレベルを調整することが行われているが、これは係員にとって大きな負担である。

特公平４−５３３５９号公報のように、各センサの信号レベルをデジタル値（多値データ）に変換してシリアル伝送するものでは、センサごとのデータ伝送量が多くなり、ひいてはセンサごとの伝送間隔が長くなって結果的に各センサによる監視精度が低下してしまう。センサ接続数が制限されてしまうこともある。

一方、上記従来技術は、センサの信号線のみを集積した例であり、アクチュエータ類の制御には別の線を必要とする為、シリアル回線が多くなり、不経済であるという問題点が有った。

以下、この問題点について詳述する。

第１に、全ての信号線を主制御部に接続する場合には、信号線の平均長が非常に長くなり、不経済であり、実装も困難となる（ワイヤ量過多）。さらに、センサの信号線はアナログ部分が長いため、ノイズの影響を受け易い。

第２に、センサの信号線のみを集線する場合には、以下の問題が生じる。

即ち、センサレベルをそのまま伝送する場合には、その通信量が多くなってしまう。さらに、２値化（ＯＮ／ＯＦＦ）して伝送する場合、又はセンサ出力が２値である場合には、ＣＰＵはセンサの出力レベルを知ることが出来ないため、明／暗の閾値設定が自動化できず、更には明状態でのセンサ出力低下に対する許容度合いが小さいといった問題が発生する。また、センサ回路の制御用ラインと別にアクチュエータ制御用ラインが必要となり、不経済である。

つまり、上記特公昭６２−３１３９３号公報により開示された技術では、ＯＮ／ＯＦＦ状態のみを検出し、伝送するため、ＯＮ状態でのアナログレベルをＣＰＵが知ることが不可能であり、従って、ＯＮ／ＯＦＦの閾値は変更不可能か、又は変更可能であっても、センサレベルの測定を全く別系の測定器等で行い、結果の処理から導かれた閾値を手動で設定する必要があった。

また、上記特公平４−５３３５９号公報により開示された技術は、アナログレベルのデジタル変換値をそのまま伝送するというもので、データ回線上のデータ量が多くなり、同じデータ伝送速度では接続可能なセンサ数を少なくするか、又は伝送間隔を長くする、つまり監視の時間精度を落とす必要があるといった問題があった。また、集積されているのはセンサ情報の伝送ラインのみであり、制御装置は通常モータやソレノイドの制御も行なうため、アクチュエータ類の動作を指示するためのコマンドをＣＰＵから伝送するライン、及び制御結果や状態をＣＰＵに伝送するラインを別途設ける必要があり、不経済であるといった問題もあった。

一方、上記従来技術のように、コイルの焼損や機械の破壊を、ＣＰＵのプログラムで保護する方法では、当該ＣＰＵの処理負荷が大きいばかりでなく、プログラムの不具合等によってＣＰＵが暴走した場合には、保護機能が働かず、その結果、焼損や破壊が起きるといった問題が生じていた。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、以下の通りである。

即ち、第１に、センサの信号線の引き回し距離を長くする必要なく、センサによる監視精度の低下やセンサ接続数の制限を生じることもなく、センサで捕らえた情報を主制御部に的確に伝えることができ、しかもセンサ信号の経時的なレベル低下を自動的に補償することができる信頼性に優れた制御システムを提供することにある。

第２に、ＣＰＵを有する主制御部と、ユニットの機構を直接制御するユニット制御部をシリアル回線で接続したシステムにおいて、センサ監視機能とアクチュエータ制御機能とでシリアル回線を共有することで、シリアル回線を削減する制御システムを提供することにある。

第３に、出力ポートの出力をＯＮした後、一定時間の後に自動的にＯＦＦすることで、ＣＰＵの負荷の軽減し、ＣＰＵ動作異常時の安全性向上を実現する制御システムを提供することにある。

一態様における制御システムは、少なくとも一つの出力ポートを有し、主制御部とそれぞれにセンサが接続された１つ又は複数のユニット制御部とからなる制御システムにおいて、前記ユニット制御部が、所定のクロック信号を発生するクロック発生手段と、前記クロック信号を計数し予め定められたカウント数に到達したタイミングで強制ＯＦＦ信号を発生するカウンタ手段と、前記出力ポートのＯＮ／ＯＦＦ情報を保持するＯＮ／ＯＦＦ情報保持手段と、前記ＯＮ／ＯＦＦ情報保持手段が保持するＯＮ／ＯＦＦ情報が変化したことを検出し、当該変化を検出したタイミングで前記カウンタ手段にカウント許可信号を出力するエッジ検出手段と、前記主制御部で設定された所定の動作モードに応じて前記カウンタ手段による強制ＯＦＦ信号の出力の可否、計数の可否の少なくともいずれか一方を指示する制御手段と、具備する。

以上述べたようにこの発明によれば、以下の効果が奏される。

即ち、第１に、ユニット制御部に接続されているセンサの信号レベルとスレッショルドレベルとを比較し、その比較結果をシリアル信号に変換して主制御部に伝送するとともに、各センサの信号レベルを監視し、その都度、最適なスレッショルドレベルを設定する構成としたので、センサ信号線の引き回し距離が長くなることなく、センサによる監視精度の低下やセンサ接続数の制限を生じることもなく、センサで捕らえた情報を主制御部に的確に伝えることができ、しかもセンサ信号の経時的なレベル低下を自動的に補償することができる信頼性に優れた制御システムを提供することができる。

第２に、ＣＰＵを有する主制御部と、ユニットの機構を直接制御するユニット制御部をシリアル回線で接続したシステムにおいて、センサ監視機能とアクチュエータ制御機能とでシリアル回線を共有することで、シリアル回線を削減する制御システムを提供することができる。

第３に、出力ポートの出力をＯＮした後、一定時間の後に自動的にＯＦＦすることで、ＣＰＵの負荷を軽減し、ＣＰＵ動作異常時の安全性向上を実現した制御システムを提供することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る制御システムの全体的な構成を示すブロック図である。 第１の実施の形態に係る制御システムにおける主制御部と各ユニット制御部とのシリアル回線による接続構成を示す図である。 第１の実施の形態に係る制御システムにおける、主制御部および各ユニット制御部の主要な構成を示すブロック図である。 図３における要部の構成を抜き出して示す図。 第１の実施の形態に係る制御システムの作用を説明するためのタイムチャート。 第１の実施の形態に係る制御システムの作用を説明するためのタイムチャート。 第２及び第３の実施の形態に係る制御システムの主制御部１、ユニット制御部２０の主要構成を示す図である。 （ａ）は出力ポート回路６４の内部構成を示す図であり、（ｂ）は分周器１０７の構成例を示す図である。 強制ＯＦＦ機能を用いる場合の出力ポート制御シーケンスの一例を説明するフローチャートである。

以下、この発明の実施例について図面を参照して説明する。

先ず、本発明の第１の実施の形態について説明する。

図１は、媒体、たとえば紙葉類を搬送する媒体搬送制御システムの構成を示す図である。同図に示されるように、主制御部１に、搬送部、取込部、集積部のそれぞれのユニット制御部２０がシリアル回線を介して接続されている。各ユニット制御部２０には、紙葉類の状態や位置を検知するための１つまたは複数のセンサＳが接続されると共に、搬送系駆動用のモータＭが接続されている。

図２は、主制御部１と各ユニット制御部２０との間のシリアル回線を介しての接続、即ち６本のシリアル回線を介しての並列接続の様子を示している。

図３は、図２の主制御部１及びユニット制御部２０の主要な構成を、より詳細に示す図である。

同図に示されるように、主制御部１はＣＰＵ２を備えている。そのＣＰＵ２には、センサオン／オフメモリ３、レスポンスメモリ５、コマンドメモリ７が接続されている。センサオン／オフメモリ３は、シリアル−パラレル変換器４を介してシリアル回線５２に接続されている。レスポンスメモリ５は、シリアル−パラレル変換器６を介してシリアル回線５３に接続されている。コマンドメモリ７は、パラレル−シリアル変換器８を介してシリアル回線５４に接続されている。

また、主制御部１は、アドレス同期信号発生部９を備えている。このアドレス同期信号発生部９は、シリアル回線５１に接続されている。

ユニット制御部２０は選択手段としてスイッチ２１を備えており、そのスイッチ２１には複数のセンサＳａ，Ｓｂ，…Ｓｎが接続されている。さらに、このスイッチ２１は、センサ切換タイミング生成部４０から供給されるタイミング信号に基づいて、時分割のスキャンを繰り返し、各センサの信号（以下、センサ信号と称す）を順次に選択して出力する。

上記スイッチ２１で選択される各センサ信号のレベルは、Ａ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ変換手段）２２でデジタルデータに変換される。そして、このデジタルデータは、センサレベルデータとしてセンサレベルメモリ（信号レベル保持手段）２３に保持されると共に、比較器２４にも供給される。

比較器２４は、Ａ／Ｄコンバータ２２からの各センサレベルデータとスライスレベルメモリ２５に予め保持されている複数のスレッショルドレベルとを比較する。そして、この各比較結果は、比較結果メモリ２６に保持される。スレッショルドレベルメモリ２５は、センサ切換タイミング生成部４０から供給されるタイミング信号に基づき、スイッチ２１のスキャンと同じタイミングで、各センサに対応するスレッショルドレベルを順次に出力する。これら比較器２４、スライスレベルメモリ２５、および比較結果メモリ２６により、比較制御手段が構成される。

比較結果メモリ２６内の各比較結果は、センサスキャンとは独立した図示しないタイミング信号に応じて順次に出力され、パラレル−シリアル変換器３１でシリアル信号に変換される。こうして変換されたシリアル信号は、上記シリアル回線５２を介して、主制御部１のシリアル−パラレル変換器４に伝送される。

センサレベルメモリ２３内の各センサレベルデータは、センサスキャンとは独立した図示しないタイミング信号に応じて順次に読出される。尚且つ、後述するコマンド解析部３６からの指示に応動するセレクタ３２により選択された後、パラレル−シリアル変換器３３でシリアル信号に変換される。こうして変換されたシリアル信号は、上記シリアル回線５３を介して、主制御部１のシリアル−パラレル変換器６に伝送されることになる。

シリアル−パラレル変換器３４は、主制御部１のパラレル−シリアル変換器８からシリアル回線５４を介して伝送されるコマンドをパラレル変換する。こうしてパラレル変換されたコマンドは、コマンドメモリ３５に保持され、その保持内容がコマンド解析部３６によって解析される。

また、コマンド解析部３６は、コマンドメモリ３５内の所定のコマンドを解析することにより、センサレベルメモリ２３内のセンサレベルデータを主制御部１に伝送させるべく、セレクタ３２に指示を与える。これら、シリアル−パラレル変換器３４、コマンドメモリ３５、コマンド解析部３６、およびセレクタ３２により、第１コマンド実行手段が構成される。

さらに、コマンド解析部３６は、コマンドメモリ３５内の所定のコマンドから複数のスレッショルドレベルを解析して、解析結果をスライスレベルメモリ２５に保持させる。これらシリアル−パラレル変換器３４、コマンドメモリ３５、およびコマンド解析部３６により、第２コマンド実行手段が構成される。

また、コマンド解析部３６は、主制御部１から伝送されるコマンドを受信したときに、受信したのと同じコマンドをセレクタ３２およびパラレル−シリアル変換器３３を介して主制御部１に即時に返送（即ち、エコーバックチェック用の返送コマンド）する制御手段を備える。

符号３０は同期信号受信部である。この同期信号受信部３０は、シリアル回線５１を介して主制御部１のアドレス同期信号発生部９に接続されており、アドレス同期信号発生部９から供給される同期信号を受信する。

図４はユニット制御部２０の要部を抜き出して示した図である。

同図に示されるように、センサレベルメモリ２３、スライスレベルメモリ２５、比較結果メモリ２６のいずれも、センサＳａ，Ｓｂ，…Ｓｎの数に対応する個数のデータを保持（記憶）する構成となっている。

一方、主制御部１のＣＰＵ２は、スライスレベル変更手段として、次の［１］〜［５］の機能を備える。

［１］各ユニット制御部２０を順次に指定する指定手段。

［２］各ユニット制御部２０から伝送されシリアル−パラレル変換器４でパラレル変換される各比較結果を各センサのそれぞれオン／オフ信号としてセンサオン／オフメモリ３に保持し、各センサの検知結果として認識する認識手段。

［３］上記指定手段による各ユニット制御部２０の指定に伴い、指定先のユニット制御部２０のセンサレベルメモリ２３に保持されている各センサレベルデータの伝送を要求するためのコマンドを定め、それをコマンドメモリ７に一旦保持し、そのコマンドメモリ７内のコマンドをパラレル−シリアル変換器８でシリアル信号に変換して指定先のユニット制御部２０に対し伝送する制御手段。

［４］各ユニット制御部２０から伝送される各センサレベルデータに応じてセンサＳａ，Ｓｂ，…Ｓｎに対する複数のスレッショルドレベルを設定し、その各スレッショルドレベルをユニット制御部２０に保持させるためのコマンドを定め、それをコマンドメモリ７に一旦保持し、そのコマンドメモリ７内のコマンドをパラレル−シリアル変換器８でシリアル信号に変換して対応するユニット制御部２０に伝送する制御手段。

［５］各ユニット制御部２０からのコマンド返送に基づくエコーバックチェックを実行する制御手段。

図５及び図６を参照して、上記構成の作用を説明する。

各ユニット制御部２０（図５において２０ａ，２０ｂ，…２０ｎとしている）において、センサＳａ，Ｓｂ，…Ｓｎの信号が、所定期間、たとえば８０μｓ毎にスキャンされる。センサの個数が１６個であれば、全てのセンサ信号をスキャンするのにかかる時間は１２８０μｓとなる。

また、主制御部１のＳＹＮＣ信号により、各ユニット制御部２０が所定期間ずつ、たとえば８０μｓずつアドレス指定される。この指定期間８０μｓのうち、初めの低レベル期間１６μｓにアドレスデータが割り当てられ、次の高レベル期間６４μｓがセンサ情報伝送タイミングとなる。詳細については、第２の実施の形態にて後述する。

このセンサ情報伝送タイミング６４μｓをセンサの個数１６個で分割した４μｓが、センサ毎に割り当てられた伝送期間となる。

上記スキャンされた各センサ信号は、Ａ／Ｄコンバータ２２でデジタルデータに変換され、センサレベルデータとして比較器２４に供給されると共に、センサレベルメモリ２３に保持される。

比較器２４では、Ａ／Ｄコンバータ２２からの各センサレベルデータとスライスレベルメモリ２５からの各スレッショルドレベルとが比較される。センサレベルデータの内容（信号レベル）がスレッショルドレベル以上であれば、比較器２４から明信号（論理“１”信号）が出力される。センサレベルデータの内容（信号レベル）がスレッショルドレベル未満であれば、比較器２４から暗信号（論理“０”信号）が出力される。これら明信号および暗信号は比較結果メモリ２６に保持される。

ユニット制御部２０では、ＳＹＮＣ信号が低レベル期間においてアドレスデータの判定がなされ、アドレスデータが当該ユニット制御部２０のアドレスと一致した場合に比較結果メモリ２６内の各比較結果がパラレル−シリアル変換され、主制御部１に伝送される。

主制御部１では、ユニット制御部２０から伝送される各比較結果がシリアル−パラレル変換され、それが各センサのそれぞれオン／オフ信号としてセンサオン／オフメモリ３に保持される。このセンサオン／オフメモリ３内の各オン／オフ信号が各センサの検知結果として認識される。

また、主制御部１では、指定先のユニット制御部２０のセンサレベルメモリ２３に保持されている各センサレベルデータの伝送を要求するためのコマンドが定められ、それが指定先のユニット制御部２０に伝送される。

指定先のユニット制御部２０では、主制御部１から供給されるコマンドに基づき、センサレベルメモリ２３に保持されている各センサレベルデータ（センサ状態データ）が読み出されて主制御部１に伝送される。

主制御部１では、ユニット制御部２０から伝送される各センサレベルデータ（センサ状態データ）センサＳａ，Ｓｂ，…Ｓｎに対する複数のスレッショルドレベルが設定され、その各スレッショルドレベルをユニット制御部２０のスライスレベルメモリ２５に保持させるためのコマンドが定められ、そのコマンドが対応するユニット制御部２０に伝送される。

ユニット制御部２０では、主制御部１から供給されるコマンドが解析されることにより、センサＳａ，Ｓｂ，…Ｓｎに対する複数のスレッショルドレベルが求められ、それがスライスレベルメモリ２５に保持される。

なお、主制御部１から伝送された各コマンドはシリアル回線５４により伝送されてユニット制御部２０で受信されるが、その受信がなされたことの証として、同じコマンドがシリアル回線５３により即時に主制御部１に伝送される。

このとき、主制御部１では、コマンド返送に基づくエコーバックチェックが実行される。このエコーバックチェックは、専用の伝送回線を使用することなく、既存のシリアル回線を有効利用するものであり、コストの上昇を押さえることができる。

以上説明したように、第１の実施の形態では、ユニット制御部２０に複数のセンサＳａ，Ｓｂ，…Ｓｎが接続されている場合でも、その各センサの信号レベルとスレッショルドレベルとの比較結果をシリアル信号に変換して主制御部１に伝送する構成としたので、従来のように各センサの信号線の引き回し距離が長くなる不都合がなく、センサで捕らえた情報を主制御部に的確に伝えることができる。

各センサの信号線の引き回し距離が長くならないことにより、コストの上昇やセンサ数による実装上の制限を回避することができ、しかもアナログ信号の伝送部分が長くならないためノイズの影響を受け難いという効果が得られる。

各センサの信号レベルをＡ／Ｄ変換した状態で伝送するのではなく、スレッショルドレベルとの比較結果として伝送する構成であるから、従来のようにデジタル値（多値データ）をそのまま伝送する場合のような、センサによる監視精度が低下したり、センサ接続数が制限されるといった不具合は生じない。

また、各センサの信号レベルを監視し、その都度、最適なスレッショルドレベルを設定するので、センサ信号の経時的なレベル低下を自動的に補償することができ、係員の負担を軽減できるとともに、センサ検知の信頼性が向上する。

なお、上記実施の形態では、紙葉類等の媒体搬送制御システムを例に説明したが、他の制御システムについても同様に実施可能である。

次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。

図７には、第２の実施の形態に係る制御システムの、主制御部１、ユニット制御部２０の主要構成を示し説明する。

尚、以下では、図３と同一構成については、同一符号を付して重複する説明を省略し、第２の実施の形態の特徴点を中心に説明する。

同図に示されるように、ＣＰＵ２には、上述の他に、ポートＯＮ／ＯＦＦメモリ６０が接続されている。このポートＯＮ／ＯＦＦメモリ６０は、パラレル−シリアル変換器６１を介してシリアル回線６２に接続されている。更に、シリアル回線６２は、ユニット制御部２０内のシリアル−パラレル変換器６３を介して、出力ポート回路６４に接続されている。この出力ポート６４には、ソレノイドＰａ、ＤＣモータＰｂ、表示器Ｐｎに接続されている。

アドレス・同期信号発生器９の出力信号はシリアル回線５１に接続されるとともに、パラレル−シリアル変換器６１にも接続されている。そして、図６のタイミングチャートに示されるように同期信号ＳＹＮＣが低レベルのときにパラレル−シリアル変換器６１はアドレス・同期信号発生器９から出力されるアドレス信号（Ａ０〜Ａ３）をシリアル回線６２にＳＤＡ信号として出力する。

一方、ユニット制御部２０のシリアル−パラレル変換器６３は、シリアル回線６２からＲＤＡ信号を受信し、アドレス解析部９９と出力ポート回路６４とに出力する。アドレス解析部９９は同期信号受信部３０からのＳＹＮＣ信号に同期してＳＹＮＣ信号が低レベルのとき、ＲＤＡ信号のアドレス（Ａ０〜Ａ３）が自己のユニット制御部に対するアドレス信号であるか否かを解析する。

また、出力ポート回路６４はアドレス解析部９９が自己のアドレスであると解析したとき、同期信号ＳＹＮＣの高レベルに同期して、ＲＤＡ信号を出力ポートデータとして取り込むようになっている。

ユニット制御部２０内には、モータ制御回路６５も配設されており、該モータ制御回路６５には、ステッピングモータＭａ乃至Ｍｎが接続されている。

尚、上記シリアル回線５２は、請求項記載の第１のシリアル回線に相当し、上記シリアル回線５３は、請求項記載の第４のシリアル回線に相当し、上記シリアル回線５４は、請求項記載の第３のシリアル回線に相当し、上記シリアル回線６２は、請求項記載の第２のシリアル回線に相当する。また、コマンドメモリ７及びパラレル−シリアル変換器８は、請求項記載のコマンド送信手段に相当し、ポートＯＮ／ＯＦＦメモリ６０とパラレル−シリアル変換器６１は、請求項記載のポート情報伝送手段に相当するものである。

以下、モータ制御回路６５の動作について更に詳細に説明する。

このモータ制御回路６５は、主制御部１側から、シリアル回線５４を介して、モータの初期速度、最高速度、加速レート、減速レート、動作量等のパラメータを与え、動作開始、動作停止等のコマンドを与えることで制御される。

そこで、ＣＰＵ２は、先ずモータ制御回路６５に送信したいパラメータやコマンドをコマンドメモリ７に書き込む。パラレル−シリアル変換器８は、このコマンドメモリ７に書き込まれた各種パラメータやコマンドを含む情報を読み出し、シリアル信号に変換して、シリアル回線５４を介して、シリアル−パラレル変換器３４に伝送する。このシリアル信号は、このシリアル−パラレル変換器３４でパラレル信号に変換された後、コマンドメモリ３５に書き込まれる。その内容はコマンド解析部３６がセンサ回路制御コマンド（センサレベルリード、スライスレベル設定コマンド）と同様に解析される。そして、パラメータ及びコマンドがモータ制御回路６５に送られるべきものである場合には、当該パラメータ及びコマンドがモータ制御回路６５へと送信される。モータ制御回路６５では、こうして送られてきたパラメータ及びコマンドに従った動作が行われる。

また、上記パラメータ及びコマンドが動作結果の返信を必要とするものである場合には、モータ制御回路６５により、その動作結果がセレクタ３２へと送信される。上記コマンド解析部３６は、同時にセレクタ３２を制御して、モータ制御回路６５からの動作結果をパラレル−シリアル変換器３３に送り、当該パラレル−シリアル変換器３３にてシリアル信号に変換する。このシリアル信号はシリアル回線５３を介して主制御部１側のシリアル−パラレル変換器６に送られ、パラレル信号に変換された後、レスポンスメモリ５に保存される。これにより、ＣＰＵ２は、モータ制御回路６５のレスポンスの読み取りが可能となる。

次に、出力ポート回路６４の動作について詳細に説明する。

ＣＰＵ２は、ポートＯＮ／ＯＦＦメモリ６０のＯＮ、又はＯＦＦしたい出力ポートに対応するアドレスに、ＯＮする場合は「１」、ＯＦＦする場合は「０」を書き込む。パラレル−シリアル変換器６１は、ポートＯＮ／ＯＦＦメモリ６０の内容をシリアル化し、シリアル回線６２を介してシリアル−パラレル変換器６３に伝送する。こうして、当該シリアル−パラレル変換器６３でパラレル化された出力ポートＯＮ／ＯＦＦ情報は、出力ポート回路６４によって読取られる。そして、当該出力ポート回路６４は、この出力ポートＯＮ／ＯＦＦ情報に従って、所定のポートの出力を設定することになる。

そして、上述したモータ制御回路６５の場合と同様に、動作結果の返信が必要な場合は、出力ポート回路６４により、その動作結果がセレクタ３２へと送信される。上記コマンド解析部３６は、同時にセレクタ３２を制御して、上記動作結果をパラレル−シリアル変換器３３に送り、当該パラレル−シリアル変換器３３にてシリアル信号に変換する。このシリアル信号は、シリアル回線５３を介して主制御部１側のシリアル−パラレル変換器６に送られ、パラレル信号に変換された後、レスポンスメモリ５に保存される。これにより、ＣＰＵ２は、出力ポート回路８４のレスポンスの読み取りが可能となる。

ここで、第２の実施の形態を総括すると、本制御システムでは、センサＳａ〜Ｓｎに対するコマンド、出力ポート回路６４対するコマンド、モータ制御回路６５に対するコマンドのいずれもが、主制御部１から、同一のシリアル回線５４を介して、ユニット制御部２０側に送信される。

即ち、いずれも主制御部１のＣＰＵ２の制御の下、各コマンドは、コマンドメモリ７に記憶され、パラレル−シリアル変換器８でシリアル信号に変換された後、シリアル回線５４を介して、ユニット制御部２０側のシリアル−パラレル変換器３４に送信される。そして、当該シリアル−パラレル変換器３４にてパラレル信号に変換され、コマンドメモリ３５に記憶される。さらに、後段のコマンド解析部３６にて、当該制御コマンドが何れの目的に関するものかが判別され、該当する各部に送られることになる。そして、コマンドを受けた各部では、当該コマンドに基づいた所定の動作が行われることになる。

また、上記各部に送られたパラメータ及びコマンドが、動作結果の返信を必要とする内容を含むものである場合には、セレクタ３２、パラレル−シリアル変換器３３、シリアル回線５３、シリアル−パラレル変換器６を介して、レスポンスメモリ５に各部のレスポンスが保存される。これにより、ＣＰＵ２は、各部のレスポンスの読み取りが可能となる。

このように、同一のシリアル回線５４を介して、センサＳａ〜Ｓｎの動作状態を制御するためのコマンド、出力ポート回路６４の動作状態を制御するためのコマンド、モータ制御回路６５に対するモータの回転開始、停止等を制御するためのコマンドを送信することが可能となっている。また、レスポンスについても、同一のシリアル回線５３を介して、センサＳａ〜Ｓｎからのレスポンス、出力ポート回路６４からのレスポンス、モータ制御回路６５からのレスポンスを送信することが可能となっている。

また、本制御システムでは、センサＳａ〜Ｓｎからの出力信号を、スイッチ２１を介して順次選択出力し、これを受けたＡ／Ｄコンバータ２２にて当該出力信号をディジタル信号に変換する。そして、比較器２４にて、当該ディジタル信号とセンサレベルメモリ２３に予め記憶されたスレッショルドレベルとを比較する。そして、この比較結果を比較結果メモり２６に記憶した後、パラレル−シリアル変換器３１にてシリアル信号に変換し、シリアル回線５２を介して、主制御部１側のシリアル−パラレル変換器４に送信する。そして、当該シリアル−パラレル変換器４にて、パラレル信号に変換し、センサオン／オフメモリ３に記憶する。かかる構成、作用により、伝送効率を高めている点も特徴的である。

以上説明したように、第２の実施の形態に係る制御システムでは、主制御部１とユニット制御部２０との間は、信号をシリアル・多重化し、更にアナログレベルをそのまま伝送するのではなく、スレッショルドレベルとの比較結果のみを伝送することで、ワイヤ及び伝送容量を削減し、ひいてはコスト削減を実現している。

さらに、センサ信号をアナログレベルで（０／１の結果のみではなく）取り込み、それをＡ／Ｄ変換した結果を保存し、主制御部からのコマンドによって主制御部にセンサ信号のレベル値を伝送できる様にすることで、必要時にはＣＰＵがセンサ信号のレベル値を認識可能としている。

更に、スレッショルドレベルを主制御部側から設定することを可能とすることで、センサ素子のばらつき、経時変化等に対応したスレッショルドレベルの調整を自動化することを可能としている。また、センサレベルが規定値を下回ったことをＣＰＵが検知し、操作者や保守員に通知することが可能である。

そして、ＣＰＵ側とアクチュエータ側に制御装置を分割し、ＣＰＵ側とアクチュエータ側との間は多重化して動作制御情報を伝送することを可能とし、ワイヤーを削減することとしている。

また、センサ情報及びセンサ回路制御情報の伝送とアクチュエータ制御情報の伝送でシリアル回線を共有することで、シリアル回線を削減している。

次に本発明の第３の実施の形態について説明する。

この第３の実施の形態に係る制御システムの基本構成は、図７と同様であるが、以下、同一構成について同一符号を付して説明を省略し、本実施の形態の特徴となる部分を中心に説明する。

図８には出力ポート回路６４の内部構成を示し説明する。

図８（ａ）に示される構成は、１個の出力ポートに対応する構成である。先に示した図３の構成では、ｎ個の出力ポートを有しているので、本発明の制御システムでは、同種の出力ポート回路６４がｎ個実装されることになる。

シリアル−パラレル変換器６３から送られたポートＯＮ／ＯＦＦ情報は、ＯＮ／ＯＦＦ情報メモリ１０１に保存される。そして、このＯＮ／ＯＦＦ情報メモリ１０１の内容に応じた出力が、ＯＮ／ＯＦＦ情報メモリ１０１よりスイッチ１０３を介して出力ポートに出力される。

コマンド解析部３６から出力ポート制御コマンドが送られてきた場合、設定情報記憶部１０４に当該コマンドの設定情報が書き込まれる。

そして、この設定情報記憶部１０４の内容に応じて、クロックセレクタ１０６へのセレクト信号、カウンタ１０５へのカウンタセレクト信号、強制ＯＦＦ機能イネーブル（ＥＮ）、ディセーブル（ＤＩＳ）信号が順次出力され、各部において当該信号の状態に応じた動作が行われることになる。

即ち、クロックセレクタ１０６は、上記セレクト信号の状態に応じて、例えば、１０ｍｓｅｃ，１００mｓｅｃ，１ｓｅｃの中から１つのクロックを選択する。カウンタ１０５は、上記カウンタセレクト信号に応じて、クロックカウント回数を例えば、１，４，８のいずれかに設定する。

強制ＯＦＦ機能イネーブル（ＥＮ）がＯＮの時に、立ち上がりエッジ検出回路１０２からのスタート信号を受けると、カウンタ１０５はクロックのカウントを開始し、設定したカウント回数に到ると、強制ＯＦＦ信号をＯＮし、スイッチ１０３を接地側に倒してポート出力をＯＦＦする。尚、タイムアウト前にポート出力がＯＦＦされると、カウンタ１０５は０にクリアされる。

強制ＯＦＦ機能ディセーブル（ＤＩＳ）がＯＮの時は、強制ＯＦＦ信号はＯＦＦとなる。カウンタ１０５は、一旦強制ＯＦＦ信号をＯＮすると、ＤＩＳがＯＮするまで強制ＯＦＦ状態を保持することになる。

コマンド解析部３６に、ユニット制御部ステータス取得コマンドが送られてくると、セレクタ３２はカウンタ１０５が出力している強制ＯＦＦ信号の状態をシリアル回線を介してＣＰＵ２に送信する。

これにより、ＣＰＵ２は、各出力ポートの強制ＯＦＦ機能が動作したかどうかを知ることができる。

尚、図８（ｂ）は、分周器１０７の構成例を示している。

同図に示されるように、１０ｍｓの基本クロックを分周して、１０ｍ，１００ｍ，１ｓのクロックを生成し、クロックセレクタ１０６に供給する。

以下、図９のフローチャートを参照して、強制ＯＦＦ機能を用いる場合の出力ポート制御シーケンスの一例を説明する。本シーケンスに入ると、先ず、基本クロック及びカウント数の選択によって、強制ＯＦＦ機能の動作時間を設定する（ステップＳ１）。

続いて、強制ＯＦＦ機能をイネーブル−シにした上で（ステップＳ２）、出力ポートをＯＮする（ステップＳ３）。さらに、出力ポートをＯＮを継続すべき時間待機した後や、他の処理を実行する時間の経過後に（ステップＳ４）、出力ポートをＯＦＦする（ステップＳ５）。そして、強制ＯＦＦ機能が動作したか否か（保護機能が働いてしまったかどうか等）を知る必要が有る場合には、ユニット制御部ステータス取得コマンドを発行し（ステップＳ６）、その結果、強制ＯＦＦ動作が実行された場合には異常処理等の強制ＯＦＦ動作が実行された場合に必要となる処理を行う（ステップＳ７，Ｓ８）。こうして、強制ＯＦＦ機能をディセーブルにした後に処理を完了する（ステップＳ９）。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、請求項記載のクロック発生手段は、分周器１０７，クロックセレクタ１０６に相当する。カウンタ手段は、カウンタ１０５に相当する。ＯＮ／ＯＦＦ情報保持手段は、ＯＮ／ＯＦＦ情報メモリ１０１に相当する。エッジ検出手段は、立上りエッジ検出回路１０２に相当する。制御手段は、設定情報記憶部１０４に相当する。

さらに、指定手段は、ＣＰＵ２に相当する。伝送制御手段は、ポートＯＮ／ＯＦＦメモリ６０，パラレル−シリアル変換器６１に相当する。コマンド保持送信手段は、コマンドメモリ７，パラレル−シリアル変換器８に相当する。

以上説明したように、第３の実施の形態によれば以下の効果が奏される。

即ち、ハードウェア処理により、ＣＰＵ処理の負荷を軽減できる。

さらに、主制御部のＣＰＵの暴走時においても確実に保護機能を動作させ、安全性を向上させている。また、保護回路が集積回路に内蔵されているため、基板面積を取らず、コストも削減することができる。さらに、同一の回路で、焼損保護の強制ＯＦＦと、起動時のみ大電流を流す機能の双方を実現できる。

さらに、ＣＰＵ側とセンサ側に監視装置を分割し、ＣＰＵ側とセンサ側間は多重化してセンサ情報を伝送することで、ワイヤーを削減できる。

そして、センサ側ではセンサのアナログレベルを入力することで、ＣＰＵはセンサのアナログレベルを必要時に認識することが可能となる。また、アナログレベルを知ることで、センサ素子のばらつき、経時変化等に対応することが可能となる。さらに、センサ側でアナログレベルをスレッショルドレベルと比較して、ＯＮ／ＯＦＦ結果のみ伝送することで、伝送量を削減することができる。

また、センサ情報及びセンサ回路制御情報の伝送とアクチュエータ制御情報の伝送で、シリアル回線を共有することでシリアル回線を削減できる。さらに、ユニット制御部側のハードウェアでポートの強制ＯＦＦを行うことを実現する。また、強制ＯＦＦ機能の設定、動作指示をシリアル回線経由で行うことを可能とする。さらに、強制ＯＦＦ機能が動作したかどうかを、シリアル回線経由でＣＰＵからユニット制御部に問い合わせることが可能となる。

その他、この発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、要旨を変えない範囲で種々変形実施可能である。

１…主制御部、２…ＣＰＵ、２０…ユニット制御部、２２…Ａ／Ｄコンバータ、２３…センサレベルメモリ、２４…比較手段、２５…スライスレベルメモリ、２６…比較結果メモリ、３６…コマンド解析部、６０…ポートＯＮ／ＯＦＦメモリ、６１…パラレル−シリアル変換器、６２…シリアル回線、６３…シリアル−パラレル変換器、６４…出力ポート回路、６５…モータ制御回路、１０１…ＯＮ／ＯＦＦ情報メモリ、１０２…立上りエッジ検出回路、１０３…スイッチ、１０４…設定情報記憶部、１０５…カウンタ、１０６…クロックセレクタ、１０７…分周器、Ｓａ，Ｓｂ，…Ｓｎ…センサ、Ｐａ…ソレノイド、Ｐｂ…ＤＣモータ、Ｐｃ…表示器。

Claims (8)

1. 少なくとも一つの出力ポートを有し、主制御部とそれぞれにセンサが接続された１つ又は複数のユニット制御部とからなる制御システムにおいて、
   前記ユニット制御部が、所定のクロック信号を発生するクロック発生手段と、
   前記クロック信号を計数し予め定められたカウント数に到達したタイミングで強制ＯＦＦ信号を発生するカウンタ手段と、
   前記出力ポートのＯＮ／ＯＦＦ情報を保持するＯＮ／ＯＦＦ情報保持手段と、
   前記ＯＮ／ＯＦＦ情報保持手段が保持するＯＮ／ＯＦＦ情報が変化したことを検出し、当該変化を検出したタイミングで前記カウンタ手段にカウント許可信号を出力するエッジ検出手段と、
   前記主制御部で設定された所定の動作モードに応じて前記カウンタ手段による強制ＯＦＦ信号の出力の可否、計数の可否の少なくともいずれか一方を指示する制御手段と、
   を具備することを特徴とする制御システム。
2. 前記主制御部で設定された動作モードに応じて複数のクロック信号のうちの１つを選択する選択手段を更に有し、前記主制御部側で前記カウンタ手段のカウント数を設定できることを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
3. 前記主制御部は、
   前記各ユニット制御部を順次に指定する指定手段と、前記出力ポートのＯＮ／ＯＦＦ制御情報を保持し、当該ＯＮ／ＯＦＦ情報のうち、前記指定手段により指定されているユニット制御部に対応する情報をシリアル信号に変換して当該ユニット制御部に伝送する伝送制御手段と、を更に有することを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
4. 前記主制御部は、
   前記各ユニット制御部を順次に指定する指定手段と、
   前記出力ポートのＯＮ／ＯＦＦ制御情報を保持し、当該ＯＮ／ＯＦＦ情報のうち、前記指定手段により指定されているユニット制御部に対応する情報をシリアル信号に変換して当該ユニット制御部に伝送する伝送制御手段と、を更に有し、
   前記各ユニット制御部は、
   複数のクロック信号を生成するクロック生成手段と、
   前記主制御部で設定された動作モードに応じて複数のクロック信号のうちの１つを選択する選択手段と、を更に有し、前記主制御部側で前記カウンタ手段のカウント数を設定できることを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
5. 前記主制御部は、
   前記各ユニット制御部を順次に指定する指定手段と、
   前記出力ポートのＯＮ／ＯＦＦ制御情報を保持する情報保持手段と、
   前記情報保持手段に保持されているＯＮ／ＯＦＦ情報のうち、前記指定手段により指定されているユニット制御部に対応する情報をシリアル信号に変換して当該ユニット制御部に伝送する伝送制御手段と、
   前記ユニット制御部の動作を制御するための所定のコマンドを保持し、当該コマンドをユニット制御部に送信するコマンド保持送信手段と、を更に有する、ことを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
6. 前記主制御部は、
   前記各ユニット制御部を順次に指定する指定手段と、
   前記出力ポートのＯＮ／ＯＦＦ制御情報を保持する情報保持手段と、
   前記情報保持手段に保持されているＯＮ／ＯＦＦ情報のうち、前記指定手段により指定されているユニット制御部に対応する情報をシリアル信号に変換して当該ユニット制御部に伝送する伝送制御手段と、
   前記ユニット制御部の動作を制御するための所定のコマンドを保持し、当該コマンドをユニット制御部に送信するコマンド保持送信手段と、を更に有し、
   前記各ユニット制御部は、
   前記主制御部で設定された動作モードに応じて複数のクロック信号のうちの１つを選択する選択手段と、を更に有し、前記主制御部側で前記カウンタ手段のカウント数を設定できることを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
7. 前記主制御部は、
   前記各ユニット制御部を順次に指定する指定手段と、
   前記出力ポートのＯＮ／ＯＦＦ制御情報を保持する情報保持手段と、
   前記情報保持手段に保持されているＯＮ／ＯＦＦ情報のうち、前記指定手段により指定されているユニット制御部に対応する情報をシリアル信号に変換して当該ユニット制御部に伝送する伝送制御手段と、
   前記ユニット制御部の動作を制御するための所定のコマンドを保持し、当該コマンドをユニット制御部に送信するコマンド保持送信手段と、を更に有し、
   前記各ユニット制御部は、
   所定のクロック信号を発生するクロック発生手段と、前記クロック信号を計数し予め定められたカウント数に到達したタイミングで強制ＯＦＦ信号を発生するカウンタ手段と、前記出力ポートのＯＮ／ＯＦＦ情報を保持するＯＮ／ＯＦＦ情報保持手段と、前記ＯＮ／ＯＦＦ情報保持手段が保持するＯＮ／ＯＦＦ情報が変化したことを検出し、当該変化を検出したタイミングで前記カウンタ手段にカウント許可信号を出力するエッジ検出手段と、前記主制御部のコマンド保持送信手段より伝送される所定のコマンドに応じて、前記カウンタ手段による強制ＯＦＦ信号の出力の可否、計数の可否の少なくともいずれか一方を指示する制御手段と、からなる出力ポート手段と、
   前記出力ポート手段より送信された動作結果を保持し、前記主制御部に送信する動作結果送信手段と、
   を更に有することを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
8. 前記主制御部は、
   前記各ユニット制御部を順次に指定する指定手段と、
   前記出力ポートのＯＮ／ＯＦＦ制御情報を保持する情報保持手段と、
   前記情報保持手段に保持されているＯＮ／ＯＦＦ情報のうち、前記指定手段により指定されているユニット制御部に対応する情報をシリアル信号に変換して当該ユニット制御部に伝送する伝送制御手段と、
   前記ユニット制御部の動作を制御するための所定のコマンドを保持し、当該コマンドをユニット制御部に送信するコマンド保持送信手段と、を更に有し、
   前記各ユニット制御部は、
   複数種類のクロック信号を発生するクロック発生手段と、前記クロック信号を計数し予め定められたカウント数に到達したタイミングで強制ＯＦＦ信号を発生するカウンタ手段と、前記出力ポートのＯＮ／ＯＦＦ情報を保持するＯＮ／ＯＦＦ情報保持手段と、前記ＯＮ／ＯＦＦ情報保持手段が保持するＯＮ／ＯＦＦ情報が変化したことを検出し、当該変化を検出したタイミングで前記カウンタ手段にカウント許可信号を出力するエッジ検出手段と、前記主制御部のコマンド保持送信手段より伝送される所定のコマンドに応じて、前記カウンタ手段による強制ＯＦＦ信号の出力の可否、計数の可否の少なくともいずれか一方を指示する制御手段と、前記主制御部で設定された動作モードに応じて複数のクロック信号のうちの１つを選択する選択手段と、からなる出力ポート手段と、
   前記出力ポート手段より送信された動作結果を保持し、前記主制御部に送信する動作結果送信手段と、を更に有し、
   前記主制御部側で前記カウンタ手段のカウント数を設定できることを特徴とする請求項１に記載の制御システム。

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