JP2011090369A - プログラマブルコントローラ - Google Patents

Abstract

【課題】入出力点と入出力機器との配線等の簡素化を可能にする。
【解決手段】本プログラマブルコントローラ１は、本体ユニット３と、本体ユニット３とは物理的に分離された入出力ユニット５とを具備する。これらユニット３，５それぞれに無線通信装置１５，２５を内蔵させて相互間で信号の無線通信可能とすることで、入出力ユニット５を本体ユニット３から分離して配線無しで制御対象１２近傍に配置可能とする一方、入出力ユニット５の入出力点にセンサやアクチュエータ等の機器を近距離配線で接続できるようにして、入出力ユニット５と入出力機器との配線を簡素化する。
【選択図】図１

Description

本発明は、生産機械をシーケンス制御する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する）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は、内部にＣＰＵ、プログラムメモリ、Ｉ／Ｏ部、等を有する。ＣＰＵは、入力モジュールから入力した信号をＩ／Ｏ部内のメモリに取り込んでＩＮリフレッシュを行い、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部内のメモリに書き込んでＯＵＴリフレッシュ処理を行う（例えば特許文献１、２等参照）。Ｉ／Ｏ部には、複数の入力点、複数の出力点が接続されている。入力点にはセンサ等の入力機器が接続され、出力点にはアクチュエータ等の出力機器が接続されている。センサ等の入力機器は制御装置の状態をセンシングし、そのセンシング状態からＯＮ／ＯＦＦし、そのＯＮ／ＯＦＦにかかる入力信号を入力点を介してＩ／Ｏ部に入力する。Ｉ／Ｏ部からＣＰＵには入力信号が入力される。一方、ＣＰＵは入力信号に基づき、ラダープログラムに従い演算を行い、この演算の結果から制御信号をＩ／Ｏ部に出力する。Ｉ／Ｏ部はこの制御信号から出力点を介してアクチュエータ等の出力機器に出力信号を出力することで出力機器をＯＮ／ＯＦＦ動作させ、これにより、制御装置を駆動制御するようになっている。

そして、以上のプログラマブルコントローラでは、制御盤に設置される一方で、センサ等の入力機器やアクチュエータ等の出力機器は制御機械周辺に配置されるので、信号の入出力のために、入力機器や出力機器を制御盤上の入力点、出力点（入出力点と称する）に有線配線するには、配線長が長くなってくると共に、入出力点数分の配線で制御盤から制御機械周辺までが配線で複雑化し、また、工場設置現場によっては配線が困難かできない場合も生じてくる、などの課題がある。

特開２００５−２５９０７９号公報 特開２００８−２５１０５２号公報

本発明により解決すべき課題は、制御盤と制御機械との間でのプログラマブルコントローラ上の配線を簡素化、容易化すること、また、それに伴う配線コストの削減、ならびに外観見栄えの向上等を可能とすることである。

本発明に従うプログラマブルコントローラは、ラダープログラムを実行制御する本体ユニットと、この本体ユニットにより制御される入出力ユニットとを備え、本体ユニットと入出力ユニットは、共に、内部に相互にラダープログラム実行上の信号を無線で送受信できる無線通信装置を有すると共に、外部に信号を電波の形式で伝搬させる無線アンテナを備え、本体ユニットは、入出力ユニットから送信されてくる入力機器のＯＮ／ＯＦＦに関わる無線信号を無線アンテナで受信し、受信した無線信号を無線通信装置により復調処理し、その信号処理出力に応答し、ラダープログラムに従い演算を実行し、この演算結果から制御対象をシーケンス制御する制御信号を無線通信装置で変調処理したうえで無線信号として無線アンテナから入出力ユニットに向けて送信する一方、入出力ユニットは、入出力機器が有線接続される複数の入力点および複数の出力点を具備すると共に、各入力点に入力する入力機器のＯＮ／ＯＦＦ信号を無線通信装置で変調処理したうえで無線アンテナから本体ユニット側に向けて無線信号として送信し、本体ユニット側から無線送信されてくる制御対象の制御に関わる無線信号を、無線アンテナで受信すると共に無線通信装置で復調処理し、その信号処理出力に応答して制御対象を制御する出力信号を各出力点から出力機器に出力するように構成したことを特徴とするものである。なお、入力点、出力点にはこれらを兼用する入出力点も含む。

本発明では、本体ユニットと入出力ユニットとは互いの無線通信装置により無線通信することで信号の送受信を行うので、入出力ユニットを本体ユニットから分離して配線無しで制御機械近傍に配置することが可能となる一方、入出力ユニットを制御機械近傍に配置できる結果、入出力ユニットの入出力点にセンサやアクチュエータ等の機器を近距離配線で接続できるようになって、その配線が容易になり、入出力機器の台数が多くなっても、上記配線を簡素化することができるようになる。

本発明によれば、制御盤側には本体ユニットを配置し、制御機械側には入出力ユニットを配置した場合に、これら両ユニット間には有線配線が無いので、従来の配線コストを削減できると共に外観見栄えが向上する。そして、本発明では、制御機械周辺に入出力ユニットを配置できるので、入出力ユニットの入力点や出力点等と入出力機器との間の配線も短くて済み、配線が大幅に簡素化し、この点からも配線コストを削減できる。

図１は本発明の実施の形態のプログラマブルコントローラシステム全体の概略構成を示す図である。 図２は本体ユニットの概略構成を示す図である。 図３は入出力ユニットの概略構成を示す図である。 図４は入出力ユニットの他の構成例を示す図である。 図５は入出力ユニットのさらに他の構成例を示す図である。

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に実施の形態のプログラマブルコントローラを含む制御システム全体の概略構成、図２に同プログラマブルコントローラ内の本体ユニットの概略構成、図３に同プログラマブルコントローラ内の入出力ユニットの概略構成を示す。

図１を参照して、実施の形態のプログラマブルコントローラ１は、ラダープログラムを実行制御する本体ユニット３と、この本体ユニット３から物理的に分離し本体ユニット３により制御される入出力ユニット５とを備える。本体ユニット３と入出力ユニット５は、共に、内部に相互にラダープログラム実行上の信号を無線で送受信できる無線通信装置を有すると共に、外部に信号を電波の形式で伝搬させる無線アンテナ７，９を有する。

本体ユニット３は内部にラダープログラムを格納し、その無線アンテナ７により入出力ユニット５の無線アンテナ９と通信してラダープログラムを実行するようになっている。

入出力ユニット５は、本体ユニット３から分離されて単体で任意位置に配置等することが可能になっている。入出力ユニット５は入力点５ａ，出力点５ｂを具備すると共に、これら入・出力点５ａ，５ｂにそれぞれ入出力機器１１（入力機器１１ａ、出力機器１１ｂ）が個別接続されている。入出力機器１１は制御対象１２の状態に対応してＯＮ／ＯＦＦするセンサ等の入力機器１１ａ、制御対象１２を制御するアクチュエータ等の出力機器１１ｂであり、入力機器１１ａは入力点５ａに接続されて制御対象１２の状態に応じてＯＮ／ＯＦＦし、そのＯＮ／ＯＦＦにかかる信号を入力信号として入出力ユニット５に入力する。入出力ユニット５は出力点５ｂから本体ユニット３からの制御信号に応答して出力機器１１ｂをＯＮ／ＯＦＦ駆動する出力信号を出力する。

以上から入出力ユニット５は、各入力点５ａに入力する入力機器１１ａからの入力信号を内部の無線通信装置で無線送信の信号形態に変調処理すると共に、無線アンテナ９で本体ユニット３側に無線送信し、本体ユニット３から無線送信されてくる制御対象の制御信号を無線アンテナ９に受信すると、無線通信装置で復調処理し、この制御信号に対応して制御対象１２を制御する出力信号を各出力点５ｂから出力機器１１ｂに出力する一方、本体ユニット３は、入力信号を無線アンテナ７で無線受信すると、無線通信装置で復調処理すると共に、この入力信号に対応してラダープログラムに従い演算し、その演算に対応して制御信号を無線アンテナ７で入出力ユニット５に無線送信する。

図２を参照して本体ユニット３は、システム制御プログラム、ラダープログラム、通信制御プログラム等の各種プログラムが格納されているメモリ１１、ラダープログラムを実行すると共に通信制御を行うＣＰＵ１３、無線通信装置１５、および無線アンテナ７を備えている。無線通信装置１５は、アナログ無線部１５ａと、受信時に信号におけるＡ／Ｄ変換と、送信時に信号におけるＤ／Ａ変換とを行う変換部１５ｂと、デジタル信号処理部１５ｃとを含む。

アナログ無線部１５ａは、アナログ高周波信号を扱う部分であり、受信時は無線アンテナ７で受信した信号を周波数変換によりデジタル信号処理が可能なベースバンド受信信号に変換し、送信時はベースバンド送信信号を周波数変換して無線アンテナ７から送信することができるようになっている。変換部１５ｂは、受信時ではアナログのベースバンド受信信号をＡ／Ｄ変換によりデジタルのベースバンド信号に変換し、送信時ではデジタルのベースバンド信号をＤ／Ａ変換してアナログのベースバンド送信信号に変換する。デジタル信号処理部１５ｃは、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）などからなり、デジタルのベースバンド信号を扱う部分であり、デジタル変調、復調、符号化、復号化、通信プロトコル制御等を行うものであり、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等により構成される。デジタル信号処理部１５ｃは、電子回路に変更を加えることなく、制御プログラムを変更することによって、無線通信方式を切り替えることが可能となっている。

本体ユニット３においては、入出力ユニット５側からの入力信号を無線通信装置１５で受信すると、その入力信号を無線通信装置１５で処理すると共にデジタル化してＣＰＵ１３に入力する。ＣＰＵ１３は、その入力信号に対してラダープログラムに従い演算を実行し、その演算結果から制御対象１２を制御するための制御信号を出力する。この制御信号は、無線通信装置１５から無線アンテナ７を介して入出力ユニット５側に送信される。

本体ユニット３においては、メモリ１１にはシステムプログラムやシーケンスプログラムやその他のＩ／Ｏデータ等を格納し、ＣＰＵ１３は、システムプログラムに従いシーケンスプログラムを実行する。また、ＣＰＵ１３は、入出力ユニット５側からの接点情報をメモリ１１に記憶させるＩＮリフレッシュ処理を行い、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メモリ１１に書き込んで、無線通信装置１５に送り出すＯＵＴリフレッシュ処理を行うなど、一連の処理をシーケンスプログラムに従いサイクリックに繰り返す。

図３を参照して入出力ユニット５は、ＣＰＵ１７、入力側内部回路１９、出力側内部回路２１、メモリ２３、無線通信装置２５、無線アンテナ９を有すると共に複数の入力点５ａと、複数の出力点５ｂとを有する。

複数の入力点５ａには、複数の機器側入力点５ａ（ａ１）と、１つの電源側入力点５ａ（ａ２）とがある。機器側入力点５ａ（ａ１）にはセンサ等の外部機器が外部接点２７として接続され、電源側入力点５ａ（ａ２）には外部機器２７への電源２９が接続される。

複数の出力点５ｂには、複数の機器側出力点５ｂ（ｂ１）と、１つの電源側出力点５ｂ（ｂ２）とがある。機器側出力点５ｂ（ｂ１）には、アクチュエータ等の外部機器３１が接続され、電源側出力点５ｂ（ｂ２）には、電源３３が接続される。

ＣＰＵ１７は、入出力ユニット５の動作を制御する。

入力側内部回路１９は、外部接点２７のＯＮ／ＯＦＦに応じた信号をＣＰＵ１７に出力する。出力側内部回路２１は、ＣＰＵ１７からの制御指令に応じて各外部接点３１に個別対応する内部接点２１ａが閉じて当該外部接点３１に電源３３を供給することでこれら外部接点３１を駆動することができるようになっている。

メモリ２３は、入出力ユニット５においてＣＰＵ１７が動作するための信号処理や通信制御などのためのプログラム等が格納されている他、外部接点２７のＯＮ／ＯＦＦ情報の記憶、無線通信装置２５で受信した情報の記憶を行う。ＣＰＵ１７は、外部接点２７のＯＮ／ＯＦＦ情報を入力信号として無線通信装置２５で送信する場合に、メモリ２３にその入力信号を記憶させておく一方、無線通信装置２５で本体ユニット３からの制御指令や外部接点３１をＯＮ／ＯＦＦ駆動するための信号等の記憶を行う。

無線通信装置２５は、図２の無線通信装置１５と同様の回路構成を有する。

入出力ユニット５においては、入力点５ａに入力する外部接点２７のＯＮ／ＯＦＦ状態に対応して入力側内部回路１９からＣＰＵ１７に接点ＯＮ／ＯＦＦ信号が入力される。ＣＰＵ１７は、その接点ＯＮ／ＯＦＦ信号を無線通信装置２５および無線アンテナ９を介して本体ユニット３側に接点情報を含む入力信号として無線送信する。

一方、入出力ユニット５においては、無線アンテナ９で受信した本体ユニット３側からの制御信号を無線通信装置２５でデジタル化してＣＰＵ１７に入力する。

ＣＰＵ１７は、この制御信号に応答して出力信号を出力側内部回路２１に出力する。出力側内部回路２１はこの出力信号に応答して内部接点２１ａをＯＮ／ＯＦＦして外部機器３１をＯＮ／ＯＦＦ駆動する。

以上のプログラマブルコントローラ１においては、本体ユニット３と入出力ユニット５との間は配線で接続されておらず、無線で接点情報の通信を行うことができるので、入出力ユニット５を制御対象１２近傍に配置することが可能となり、入出力ユニット５と入出力機器１１との間の接続配線を簡素化することができる。

なお、図３で示す入出力ユニット５は、入力点５ａと出力点５ｂとを備えたが、図４で示すように入力点５ａのみ備えた入力ユニット５１でも、図５で示すように出力点５ｂのみを備えた出力ユニット５２でもよい。図４、図５において図３と対応する部分には同一の符号を付している。

以上説明したように本実施の形態では、本体ユニット３と入出力ユニット５は互いの無線アンテナ７，９および無線通信装置１５，２５により無線通信することで信号の送受信を行うので、入出力ユニット５を本体ユニット３から分離して配線無しで制御対象１２の近傍に配置することが可能となる一方、入出力ユニット５を制御対象１２近傍に配置できる結果、入出力ユニット５の入出力点にセンサやアクチュエータ等の機器を近距離配線で接続できるようになって、その配線が容易になり、入出力機器の台数が多くなっても、上記配線を簡素化することができるようになる。

１ プログラマブルコントローラ
３ 本体ユニット
５ 入出力ユニット

Claims (1)

1. ラダープログラムを実行制御する本体ユニットと、この本体ユニットにより制御される入出力ユニットとを備え、本体ユニットと入出力ユニットは、共に、内部で相互にラダープログラム実行上の信号を無線で送受信できる無線通信装置を有すると共に、外部で信号を電波の形式で伝搬させる無線アンテナを備え、
   本体ユニットは、入出力ユニットから送信されてくる入力機器のＯＮ／ＯＦＦに関わる無線信号を無線アンテナで受信し、受信した無線信号を無線通信装置により復調処理し、その信号処理出力に応答し、ラダープログラムに従い演算を実行し、この演算結果から制御対象をシーケンス制御する制御信号を無線通信装置で変調処理したうえで無線信号として無線アンテナから入出力ユニットに向けて送信する一方、
   入出力ユニットは、入出力機器が有線接続される複数の入力点および複数の出力点を具備すると共に、各入力点に入力する入力機器のＯＮ／ＯＦＦ信号を無線通信装置で変調処理したうえで無線アンテナから本体ユニット側に向けて無線信号として送信し、本体ユニット側から無線送信されてくる制御対象の制御に関わる無線信号を、無線アンテナで受信すると共に無線通信装置で復調処理し、その信号処理出力に応答して制御対象を制御する出力信号を各出力点から出力機器に出力するように構成した、ことを特徴とするプログラマブルコントローラ。

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