JP2014160377A - プログラマブルコントローラ - Google Patents

Abstract

【課題】データのバックアップを確実に行う。
【解決手段】非専用のＤＣ電源を電源として動作するＤＣ入力型のプログラマブルコントローラＰであって、ＤＣ電源に対して第１電源ラインを通じて接続され、入力された電圧を第１レベルの電圧に定電圧化して出力する第１定電圧回路４１と、前記第１定電圧回路４１から電力供給を受けて制御対象となる機器の制御を行う制御部２０と、前記第１定電圧回路４１から電力供給を受けて動作するバックアップ用の記憶部３３と、前記第１電源ラインと並列接続された第２電源ラインを通じて接続され、前記ＤＣ電源からのＤＣ入力を、前記第１レベルより高い第２レベルの電圧に定電圧化して出力する第２定電圧回路４５と、前記第２定電圧回路４５からの出力により蓄電され、スイッチ４３を介して前記第１定電圧回路４１の入力側に接続されたバックアップ用の蓄電部Ｃ１と、前記ＤＣ電源からの前記ＤＣ入力の電圧レベルに基づいて前記ＤＣ入力の遮断を検出する遮断検出部５３と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、データをバックアップする技術に関する。

プログラマブルコントローラは、ＦＡ（ファクトリ・オートメーション）等、幅広い分野の機械制御、監視などに使用されている。この種のプログラマブルコントローラでは、電源断時にデータをバックアップする構成となっている。下記特許文献１には、メモリバックアップ動作用の電源としてタンタルコンデンサを備えていて、電源断が発生した時に、タンタルコンデンサを電源として、実行エンジン１２１が、高速ＲＡＭ１２３に格納されているデータ１２４をバックアップ用ＲＡＭ１３に転送（退避）させるバックアップ処理を行う構成となっている。

ＷＯ２０１１−０９９１１７公報

ところで、プログラマブルコントローラには、いわゆるＤＣ入力タイプと、ＡＣ入力タイプの２種類がある。ＤＣ入力タイプは、ＤＣ電源から電力の供給を受けて動作する方式であり、ＡＣ入力タイプは、ＡＣ電源から電力の供給を受けて動作する方式（ＡＣ入力をＤＣ出力に変換する電源回路を内蔵した方式）である。

ＤＣ入力タイプで、非専用のＤＣ電源（汎用品）を使用する場合は、使用するＤＣ電源の種類により出力電圧（定格値）や電圧変動幅が異なる。そのため、プログラマブルコントローラ用に設計された専用のＤＣ電源を使用する場合に比べて、ＤＣ入力の範囲が広くなる。したがって、非専用のＤＣ電源を使用する場合は、メモリバックアップ動作用の電源であるコンデンサの電圧にばらつきが発生して、コンデンサの電圧が目標値よりも低くなる場合がある。そのため、バックアップ処理の途中で、実行エンジンの電圧が動作電圧を下回り、必要なデータを確実にバックアップできない恐れがあった。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、データのバックアップを確実に行うことを目的とする。

本明細書により開示されるプログラマブルコントローラは、非専用のＤＣ電源を電源として動作するＤＣ入力型のプログラマブルコントローラであって、前記ＤＣ電源に対して第１電源ラインを通じて接続され、入力された電圧を第１レベルの電圧に定電圧化して出力する第１定電圧回路と、前記第１定電圧回路から電力供給を受けて制御対象となる機器の制御を行う制御部と、前記第１定電圧回路から電力供給を受けて動作するバックアップ用の記憶部と、前記ＤＣ電源に対して前記第１電源ラインと並列接続された第２電源ラインを通じて接続され、前記ＤＣ電源からのＤＣ入力を、前記第１レベルより高い第２レベルの電圧に定電圧化して出力する第２定電圧回路と、前記第２定電圧回路からの出力により蓄電され、スイッチを介して前記第１定電圧回路の入力側に接続されたバックアップ用の蓄電部と、前記ＤＣ電源からの前記ＤＣ入力の電圧レベルに基づいて前記ＤＣ入力の遮断を検出する遮断検出部と、を備え、前記制御部は、前記遮断検出部にて前記ＤＣ入力の遮断が検出された場合、前記第１定電圧回路が前記蓄電部に接続されるように前記スイッチを切り換える処理と、前記蓄電部から前記第１定電圧回路を通じて電力の供給を受けて、制御対象となる前記機器を制御するためのデータを前記バックアップ用の前記記憶部に記憶させるバックアップ処理と、を実行する。尚、非専用のＤＣ電源とは、当該プログラマブルコントローラ用として専用に設計されたＤＣ電源ではないという意味である。

この構成では、蓄電部の電圧が定電圧化されるので、バックアップ処理の実行中、第１定電圧回路の出力電圧を第１レベル以上に保つことが可能となり、必要なデータを確実にバックアップ出来る。加えて、第２定電圧回路に小容量のものが使用できることから、回路を小型化できる。

上記プログラマブルコントローラの実施態様として次の構成が好ましい。
・前記蓄電部に蓄電された電荷を放電する放電回路を備え、前記制御部は、前記バックアップ処理の終了後、前記放電回路を介して前記蓄電部を放電させる処理を行う。バックアップ処理後、蓄電部に電荷がチャージされたままの状態であると、例えば、ＤＣ入力の遮断後に、ユーザがプログラマブルコントローラから他ユニットを取り外すと、部品同士の結合が通電状態で解かれることになることから、電子部品が損傷する恐れがある。上記構成では、データのバックアップ後には、蓄電部の電荷を放電させるので、ＤＣ入力の遮断後に、ユーザがプログラマブルコントローラから他ユニットを取り外しても、部品同士の結合が通電状態で解かれることがなく、電子部品の損傷を未然に防止できる。

・前記蓄電部の電圧を目標電圧と比較する比較部を備え、前記制御部は、前記比較部にて前記蓄電部の電圧と目標電圧とを比較した結果、前記蓄電部の電圧が目標電圧以上である場合に、制御を開始する。蓄電部が十分に充電されていない状態で機器の制御を開始すると、バックアップ処理の途中で第１定電圧回路の出力電圧が第１レベルを下回り、データの一部を記憶部に転送できない恐れがある。この点、本構成では、蓄電部の電圧が目標電圧以上になった場合に限り、制御を開始するので、バックアップ処理の途中で第１定電圧回路の出力電圧が第１レベルを下回る心配がなく、必要なデータを確実にバックアップできる。

・前記蓄電部の電圧を第１レベルと比較する第１比較部と、前記蓄電部の電圧を前記第１レベルとは異なる第２レベルと比較する第２比較部とを備え、前記制御部は、前記第１比較部と前記第２比較部による比較結果に基づいて、前記蓄電部の電圧が第１レベルから第２レベルに移行するまでの移行時間を検出し、当該移行時間に基づいて、前記蓄電部の劣化を検出する。この構成では、蓄電部の劣化を検出出来る。

本発明によれば、データのバックアップを確実に行うことが出来る。

実施形態１に係るプログラマブルコントローラの電気的構成を示すブロック図 電源切換部の詳細構造を示す回路図 バックアップシーケンスの流れを示すフローチャート図 実施形態２に係るプログラマブルコントローラの電気的構成を示すブロック図 実施形態３に係る電源切換部の詳細構造を示す回路図 コンデンサＣ１の充電特性を示すグラフ 電源切換部の詳細構造を示す回路図（変形例を示す） 電源切換部の回路図（変形例を示す）

＜実施形態１＞
本発明の実施形態１を図１ないし図３によって説明する。
１．プログラマブルコントローラの電気的構成
プログラマブルコントローラＰはＣＰＵユニット１０と、Ｉ／Ｏユニット（図略）とを含み、例えば、産業機械などの制御機器として用いられるものである。Ｉ／Ｏユニットは制御対象の機器に合わせたインターフェースを備えており、制御対象の機器との間でデータや情報の入出力を行う機能を果たす。ＣＰＵユニット１０は、Ｉ／Ｏユニットを通じて入力されるデータや情報に基づいて演算処理を実行し、各Ｉ／Ｏユニットに接続された制御対象の機器を制御するものである。

図１には、ＣＰＵユニット１０の電気的構成図が示されている。ＣＰＵユニット１０は、主回路２０と、電源切換部４０で構成されている。主回路２０は演算プロセッサ２１と、演算プロセッサ２１に対して外部バス２７を通じて接続された外部メモリ３０を備える。尚、演算プロセッサ２１が本発明の「制御部」に相当する。

演算プロセッサ２１は、演算部２３とキャッシュメモリ２５とを備え、Ｉ／Ｏバスを通じて、各Ｉ／Ｏユニットと電気的に接続されている。演算プロセッサ２１は、Ｉ／Ｏユニットを通じて入力されるデータや情報に基づいて演算処理を実行し、各Ｉ／Ｏユニットに接続された制御対象の機器を制御する機能を果たす。外部メモリ３０には、ファームウエアやユーザプログラムを格納するＦＲＯＭ３１、バックアップ用のメモリ（この例では、ｎｖＳＲＡＭやＦＲＡＭ（登録商標）、ＭＲＡＭ等の不揮発性のメモリ）３３、ワークメモリとして使用されるＳＲＡＭ３５、ＤＲＡＭ３７が含まれている。尚、バックアップ用のメモリ３３が、本発明の「記憶部」に相当する。

これら主回路２０を構成する演算プロセッサ２１と外部メモリ３０は、次に説明するＤＣ−ＤＣコンバータ４１に接続されており、ＤＣ−ＤＣコンバータ４１から電源電圧３．３Ｖにて電力供給される構成となっている。尚、ＤＣ−ＤＣコンバータ４１が本発明の「第１定電圧回路」に相当する。

次に電源切換部４０について説明を行う。図２に示すように、ＣＰＵユニット１０には、ＤＣ電源に対して共通接続される２本の電源ラインＬ１、Ｌ２が設けられている。第１電源ラインＬ１には、ダイオードＤ１を介してＤＣ−ＤＣコンバータ４１が接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ４１は、入力された電圧（２０Ｖ〜２８Ｖ）を、主回路２０の動作電圧である３．３Ｖ（本発明の「第１レベル」相当）に降圧しつつ、定電圧化して出力する。尚、この例では、ＤＣ−ＤＣコンバータ４１に、半導体スイッチング素子を有するスイッチング方式を使用しており、出力電圧ＶＣＣをフィードバックしてスイッチング素子をオンオフ制御することにより、出力電圧ＶＣＣを定電圧化する。尚、定電圧化とは、入力電圧よりも安定した出力をすること、別の言い方をすれば、入力電圧変動よりも出力電圧ＶＣＣの変動が小さいこと、又は入力電圧変動に対して出力電圧ＶＣＣの変動がないことを指す。

以上のことから、ＤＣ電源が投入されている場合、ＤＣ−ＤＣコンバータ４１は、ＤＣ電源を電源元として３．３Ｖの定電圧を生成し、主回路２０はＤＣ−ＤＣコンバータ４１から電源電圧３．３Ｖで電力供給される。

尚、ダイオードＤ１は、ＤＣ電源側から見て順方向接続、すなわちアノードをＤＣ電源側に接続し、カソードをＤＣ−ＤＣコンバータ４１側に接続している。ダイオードＤ１は、次に説明するコンデンサＣ１の電圧ＶｃがＤＣ電源側の電圧（電源ラインＬ１のライン電圧）より高くなった場合に、コンデンサＣ１側からＤＣ電源側（電源ラインＬ１側）に電流が逆流しないようにする機能を果たす。

また、第１電源ラインＬ１には、Ｉ／Ｏユニットが電気的に接続されていて、ＤＣ電源から第１電源ラインＬ１を通じてＩ／Ｏユニット側に電力が供給される構成となっている。

第２電源ラインＬ２は第１電源ラインＬ１と並列接続されている。そして、第２電源ラインＬ２とグランド間には、バックアップ動作用の電源としてコンデンサＣ１が設けられており、ＤＣ電源から第２電源ラインＬ２を通じて流れる充電電流によりコンデンサＣ１を充電する構成となっている。尚、この例では、図２に示すようにコンデンサＣ１を、並列接続された複数（この例では、３個）のアルミ電解コンデンサＣａから構成している。アルミ電解コンデンサＣａを並列接続しているのは容量を多くするためである。また、コンデンサＣ１が本発明の「蓄電部」に相当する。

そして、コンデンサＣ１は、スイッチ４３を介してＤＣ−ＤＣコンバータ４１の入力段に接続されている。スイッチ４３は、図２に示すように、ソースをコンデンサＣ１側に接続し、ドレインをＤＣ−ＤＣコンバータ４１側に接続したＰチャンネルの絶縁ゲート型電界効果トランジスタＦである。電界効果トランジスタＦのゲートには、ゲート駆動用のトランジスタＱ２が接続されており、演算プロセッサ２１から出力する制御信号Ｓ１によりトランジスタＱ２のオン、オフを切り換えることで、電界効果トランジスタＦをオンオフ制御できる。具体的には、トランジスタＱ２をオンすることで、電界効果トランジスタＦをオンすることが出来、トランジスタＱ２をオフすることで、電界効果トランジスタＦをオフすることが出来る。

また、ＣＰＵユニット１０には、ＤＣ入力の遮断を検出するコンパレータ（本発明の「遮断検出部」に相当）５３が設けられている。コンパレータ５３は、ＤＣ電源から入力されるＤＣ入力の電圧レベルを閾値と比較して、ＤＣ入力の電圧レベルが閾値を下回ると、演算プロセッサ２１に対して電源遮断報知信号Ｓ３を送信する構成となっている。そのため、演算プロセッサ２１は、電源遮断報知信号Ｓ３により、ＤＣ入力の遮断を検出できる構成となっている。尚、コンパレータ５３は、２つの閾値を持つヒステリシスコンパレータであり、電圧が上昇する場合には閾値を「１８」Ｖとして、電圧が１８Ｖ以下である間は電源遮断報知信号Ｓ３を出力し、電圧が１８Ｖよりも高くなると電源遮断報知信号Ｓ３を解除（出力停止）する。一方、電圧が下降する場合は閾値を「１５」Ｖとして、電圧が１５Ｖより下がると電源遮断報知信号Ｓ３を出力する。

そして、本ＣＰＵユニット１０は、コンデンサＣ１の充電後、ＤＣ電源が投入されている間は、電界効果トランジスタＦをオフしてコンデンサＣ１をＤＣ−ＤＣコンバータ４１から切り離し、第１電源ラインＬ１側から主回路２０に電力を供給して、制御対象の機器を制御する。そして、ＤＣ入力の遮断を検出すると、電界効果トランジスタＦをオンしてＤＣ−ＤＣコンバータ４１をコンデンサＣ１に接続する。このようにすることで、ＤＣ電源の遮断後の一定時間（データをバックアップする間）、ＤＣ−ＤＣコンバータ４１はコンデンサＣ１を電源元として３．３Ｖの定電圧を生成し、主回路２０に必要なバックアップ処理（キャッシュメモリ２５や、ＳＲＡＭ３５、ＤＲＡＭ３７に記憶している演算データを、バックアップ用のメモリ３３に転送して記憶させる処理）を実行させる構成となっている。

また、コンデンサＣ１には、放電回路４７が設けられている。放電回路４７は、図２に示すように、トランジスタＱ１と放電抵抗Ｒとから構成されている。トランジスタＱ１は、エミッタをグランドに接続し、コレクタを、放電抵抗Ｒを介して第２電源ラインＬ２に接続している。そして、トランジスタＱ１のベースには、演算プロセッサ２１から出力する放電信号Ｓ２が入力される構成となっている。そのため、演算プロセッサ２１から放電信号（例えば、ハイレベルの信号）Ｓ２を出力すると、トランジスタＱ１がオンすることから、コンデンサＣ１にチャージした電荷を、放電抵抗Ｒを介して放電できる。

そして、演算プロセッサ２１から出力される放電信号Ｓ２は、ＮＯＴ回路５１を介してＤＣ−ＤＣコンバータ４５に入力される構成となっている。ＮＯＴ回路５１から出力される信号は充電停止信号であり、ＤＣ−ＤＣコンバータ４５はＮＯＴ回路５１からの入力に応答して出力を停止する。このようにすることで、コンデンサＣ１を放電させる際には、ＤＣ−ＤＣコンバータ４５側から充電されないようになっている。

また、図２に示すように、スイッチ４３と放電回路４７との間には、ダイオードＤ２が設けられている。ダイオードＤ２は、コンデンサＣ１から見て順方向接続、すなわちアノードをコンデンサＣ１に接続し、カソードをＤＣ−ＤＣコンバータ４１側に接続している。ダイオードＤ２は、電界効果トランジスタＦの動作不定時に、電源ラインＬ１側からコンデンサＣ１側に電流が逆流しないようにする機能を果たす。

２．非専用のＤＣ電源とメモリの定電圧化
本プログラマブルコントローラＰは、ＤＣ電源から電力の供給を受けて動作するＤＣ入力型の機器であり、非専用のＤＣ電源を使用する。「非専用のＤＣ電源」とは、プログラマブルコントローラ用として専用に設計されたＤＣ電源ではない、汎用のＤＣ電源という意味である。非専用のＤＣ電源を使用する場合、実際に使用するＤＣ電源の種類により出力電圧（定格値）や電圧変動幅が異なる。そのため、出力が保証されている専用のＤＣ電源を使用する場合に比べて、ＤＣ入力の範囲が広くなることが想定されるから、本例のプログラマブルコントローラＰは、ＤＣ入力の使用可能範囲を広使用可能範囲としている。尚、広使用可能範囲の目安は、ＤＣ入力の使用可能範囲が中央値に対して±１０％以上あることであり、この例では、中央値２４Ｖに対して２０Ｖ〜２８Ｖを、ＤＣ入力の使用可能範囲としている。

また、本プログラマブルコントローラＰは、上記したように、ＤＣ入力の遮断を検出すると、バックアップ用のコンデンサＣ１を電源として、演算プロセッサ２１が、演算データを、バックアップ用のメモリ３３に転送して記憶させるバックアップ処理を実行する。

しかしながら、非専用のＤＣ電源を使用する場合、上記したように使用されるＤＣ電源の種類によって出力電圧（定格値）や電圧変動幅が異なることから、ＤＣ入力値に差が出来る。本例では、ＤＣ入力の使用可能範囲を２０Ｖ〜２８Ｖとしているので、ＤＣ入力値に最大で８［Ｖ］の差が出来る。ＤＣ入力値に差が出来ると、メモリバックアップ動作用の電源であるコンデンサＣ１の電圧Ｖｃの値がＤＣ入力値の差に応じて異なる値になるため、ＤＣ入力が低い場合には、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃが目標電圧に満たない場合（コンデンサＣ１にチャージされた電荷が必要量に満たない場合）が起こり得る。そのため、バックアップ処理の途中で、ＤＣ−ＤＣコンバータ４１の出力電圧が、主回路２０の動作電圧である３．３Ｖを下回り、必要なデータを確実にバックアップできない恐れがあった。

そこで、本プログラマブルコントローラＰでは、コンデンサＣ１の前段にＤＣ−ＤＣコンバータ４５を設けている。ＤＣ−ＤＣコンバータ４５は、スイッチング方式であり、第２電源ラインＬ２を通じて入力された電圧（２０Ｖ〜２８Ｖ）を２７Ｖ（本発明の「第２レベル」に相当）に昇圧しつつ定電圧化して出力する。尚、この例では、ＤＣ−ＤＣコンバータ４５に、半導体スイッチング素子を有するスイッチング方式を使用しており、出力電圧をフィードバックしてスイッチング素子をオンオフ制御することにより、出力電圧を定電圧化する。また、定電圧化とは入力電圧よりも安定した出力をすること、別の言い方をすれば、入力電圧変動よりも出力電圧の変動が小さいこと、又は入力電圧変動に対して出力電圧の変動がないことを指す。

以上のことから、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃを、目標電圧である２７Ｖに、定電圧化出来る。そのため、バックアップ処理の実行中、ＤＣ−ＤＣコンバータ４５の出力電圧を主回路２０の動作電圧である３．３Ｖ以上に維持できることから、必要なデータを確実にバックアップ出来る。尚、ＤＣ−ＤＣコンバータ４５が本発明の「第２定電圧回路」に相当する。

また、本プロマブルコントローラＰは、ＤＣ電源投入時に主回路２０側へ電力を供給する電源ラインＬ１とは別に、コンデンサＣ１への電源ラインＬ２を専用に設けている。そのため、ＤＣ−ＤＣコンバータ４５は、バックアップ動作用のコンデンサＣ１に対して充電電流を流せるだけの小容量のものが使用できることから、回路を小型化できる。一方、ＤＣ−ＤＣコンバータ４５が小容量であると、コンデンサＣ１を充電するのに時間がかかるという問題がある。この場合、コンデンサＣ１が十分に充電されていない状態で機器の制御を開始すると、バックアップ処理の途中で、ＤＣ−ＤＣコンバータ４１の出力電圧が、主回路２０の動作電圧である３．３Ｖを下回り、必要なデータを確実にバックアップできない恐れがある。

そこで、本プロマブルコントローラＰでは、演算プロセッサ２１にてコンデンサＣ１の電圧（両端電圧）Ｖｃを監視して、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃが目標電圧以上になることを条件に、制御対象となる機器の制御を開始（運転開始）する。具体的には、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃを目標電圧（この例では、２７Ｖ）と比較して、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃが目標電圧を上回った時に、演算プロセッサ２１に充電完了信号Ｓ４を出力するコンパレータ５５を設けている。尚、コンパレータ５５が本発明の「比較部」の一例である。

そして、演算プロセッサ２１は充電完了信号Ｓ４の入力があることを条件に、電界効果トランジスタＦをオフしてコンデンサＣ１をＤＣ−ＤＣコンバータ４１から切り離した後、制御対象の機器の制御を開始する。このようにすることで、バックアップ処理の実行中、ＤＣ−ＤＣコンバータ４５の出力電圧を３．３Ｖ以上に維持できることから、必要なデータを確実にバックアップ出来る。

３．演算データのバックアップシーケンス
以下、演算プロセッサにより実行されるバックアップシーケンスを、図３を参照して説明する。
ＤＣ電源の投入後、第１電源ラインＬ１のライン電圧ＶＤＤは徐々に上昇する。そして、第１電源ラインＬ１のライン電圧ＶＤＤが１８［Ｖ］よりも大きくなると、ＤＣ−ＤＣコンバータ４１の出力電圧ＶＣＣが３．３［Ｖ］となり、電源電圧３．３Ｖで電力が供給され始める。これにて、主回路２０が起動する（Ｓ１０）。尚、第１電源ラインＬ１のライン電圧ＶＤＤが１８Ｖより低い間は、コンパレータ５３から演算プロセッサ２１に対して電源遮断報知信号Ｓ３が出力され、第１電源ラインＬ１のライン電圧ＶＤＤが１８Ｖより高くなると、電源遮断報知信号Ｓ３は解除（出力停止）される。

起動後、主回路２０の演算プロセッサ２１は、電界効果トランジスタＦに制御信号（オフ信号）Ｓ１を出力して電界効果トランジスタＦをオフすることで、コンデンサＣ１をＤＣ−ＤＣコンバータ４１から切り離した状態に制御する。そして、電界効果トランジスタＦのオフ状態は、ＤＣ入力の遮断が検出されるまでは継続される。

また、主回路２０は、起動後、充電完了信号Ｓ４の入力の有無を判定する処理を行う（Ｓ２０）。ＤＣ電源の投入後、コンデンサＣ１は、ＤＣ電源からＤＣ−ＤＣコンバータ４５を経由して充電電流が供給され、充電されてゆく。そして、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃが目標電圧に達すると、コンパレータ５５から充電完了信号Ｓ４が出力され、演算プロセッサ２１に入力される（Ｓ２０：ＹＥＳ）。

演算プロセッサ２１は充電完了信号Ｓ４を受信すると、その後、Ｉ／Ｏバスを通じてＩ／Ｏユニットとデータをやりとりし、制御対象となる機器の制御を開始する（Ｓ３０）。そして、演算プロセッサ２１は、制御対象となる機器の制御と並行して、ＤＣ入力の遮断を検出する処理を実行する（Ｓ４０）。具体的には、コンパレータ５３から電源遮断報知信号Ｓ３の出力があるかを監視する状態となる。

ここで、ＤＣ電源の遮断が発生すると、電源ラインＬ１のライン電圧ＶＤＤは徐々に低下してゆく。そして、ライン電圧ＶＤＤが１５Ｖを下回ると、コンパレータ５３から電源遮断報知信号Ｓ３が出力され、演算プロセッサ２１は、ＤＣ入力の遮断を検出する（Ｓ４０：ＹＥＳ）。

演算プロセッサ２１は、ＤＣ入力の遮断を検出すると、まず、制御対象となる機器の制御を停止する処理を実行する（Ｓ５０）。その後、演算プロセッサ２１は、主回路２０の電源を切り換える処理を行う（Ｓ６０）。すなわち、演算プロセッサ２１は、制御信号（オン信号）Ｓ１を出力して、電界効果トランジスタＦをオフ状態からオン状態に切り換える。これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ４１がコンデンサＣ１に接続されることから、主回路２０の電源電圧を生成するＤＣ−ＤＣコンバータＤＣ４１の電源元がＤＣ電源側からコンデンサＣ１に切り換わる。

電源の切り換えが行われると、演算データのバックアップ処理が実行される。具体的には、ＤＣ−ＤＣコンバータ４１はコンデンサＣ１を電源元として、３．３Ｖの電源電圧を生成する。そして、演算プロセッサ２１と外部メモリ３０はＤＣ−ＤＣコンバータ４１から電源電圧３．３Ｖで、電力の供給を受けて起動状態を維持し、演算プロセッサ２１の指令により、キャッシュメモリ２５やＳＲＡＭ３５、ＤＲＡＭ３７に記憶している演算データ（制御対象となる機器を制御するためのデータ）を、バックアップ用のメモリ３３に転送・記憶させる処理（バックアップ処理）を行う。

そして、バックアップ処理が終了すると、演算プロセッサ２１は放電信号Ｓ２を出力して、放電回路４７のトランジスタＱ１をオフからオンに切り換える。これにより、コンデンサＣ１にチャージした電荷は放電抵抗Ｒを介して放電される（Ｓ８０）。これにて、一連のバックアップシーケンスは終了する。

４．効果説明
本プログラマブルコントローラＰでは、コンデンサＣ１の前段に設けたＤＣ−ＤＣコンバータ４５が、ＤＣ電源からの入力電圧をコンデンサＣ１の目標電圧（この例では２７Ｖ）に定電圧化して出力する。そのため、ＤＣ入力に幅（この例では２０Ｖ〜２８Ｖ）があっても、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃを目標電圧に定電圧化出来る。従って、バックアップ処理の実行中、ＤＣ−ＤＣコンバータ４５の出力電圧ＶＣＣを主回路２０の動作電圧である３．３Ｖ以上に維持できることから、必要なデータを確実にバックアップ出来る。

また、ＤＣ−ＤＣコンバータ４５は入力された電圧を昇圧する。具体的には、ＤＣ電源からのＤＣ入力の中央値が２４Ｖであるのに対して、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧は２７Ｖであり、平均で３Ｖ昇圧する。そのため、昇圧しない場合に比べて、同じ容量であれば、より多くの電荷をコンデンサＣ１にチャージ出来ることから、ＤＣ−ＤＣコンバータ４５の出力電圧ＶＣＣを長時間維持することが可能となるので、より多くのデータをバックアップすることが出来る。

また、本プロマブルコントローラ１０では、放電回路４７を設けて、バックアップ処理の終了後、コンデンサＣ１を放電させている。バックアップ処理後、コンデンサＣ１に電荷がチャージされたままの状態であると、例えば、ＤＣ入力の遮断後に、ユーザがプログラマブルコントローラＰからＩ／Ｏユニット等の他ユニットを取り外す場合、部品同士の結合が通電状態で解かれることになることから、電子部品が損傷する恐れがある。本構成では、バックアップ処理後、コンデンサＣ１を放電させるので、ＤＣ入力の遮断後に、ユーザがプログラマブルコントローラＰから他ユニットを取り外しても、部品同士の結合が通電状態で解かれることがなく、電子部品の損傷を未然に防止できる。

＜実施形態２＞
次に、本発明の実施形態２を図４によって説明する。
実施形態１では、バックアップ用のメモリ３３に不揮発性のメモリを例示した。実施形態２は、実施形態１のプログラマブルコントローラＰに対して、バックアップ用のメモリの構成を変更しており、ＳＲＡＭ等の揮発性メモリ３９を使用する。そして、揮発性メモリ３９には、電源として機能するバッテリＢが、順方向ダイオードＤ３を介して接続されていて、揮発性メモリ３９にバックアップしたデータを保持する構成となっている。また、揮発性メモリ３９は、順方向ダイオードＤ４を介してＤＣ−ＤＣコンバータ４１の出力ラインに接続されていて、ＤＣ電源が投入されている場合は、ＤＣ−ＤＣコンバータ４１側から電力供給される構成となっている。

＜実施形態３＞
次に、本発明の実施形態３を図５、図６によって説明する。実施形態３は、実施形態１のプログラマブルコントローラＰに対して、コンデンサＣ１の劣化判定機能を付加したものである。

具体的に説明すると、コンデンサＣ１は劣化により容量が小さくなって時定数が変わるので、コンデンサＣ１の両端電圧が第１レベルから第２レベルに移行するまでの移行時間Ｔを計測すれば、計測した移行時間Ｔを、ＦＲＯＭ３１等に予め記憶した判定値（劣化品と健全品を区分する移行時間Ｔの境界値）と比較することにより、コンデンサＣ１の劣化を検出することが出来る。

そのため、実施形態３では、コンデンサＣ１の電圧検出用にコンパレータを２組設けている。一方のコンパレータ（本発明の「第１比較部に相当」）５６は閾値電圧を第１レベル（この例では１２Ｖ）に設定していて、コンデンサＣ１の電圧が１２Ｖになると、出力信号のレベルが切り換わる構成となっている。また、他方のコンパレータ（本発明の「第２比較部に相当」）５５は閾値電圧を、第１レベルとは異なる第２レベル（この例では、２７Ｖ）に設定していて、コンデンサＣ１の電圧が２７Ｖになると、出力信号のレベルが切り換わる。

従って、演算プロセッサ２１は、コンパレータ５５の出力信号が切り換わるタイミングｔ１と、コンパレータ５６の出力信号の切り換わりタイミングｔ２を検出することで、コンデンサＣ１の電圧が第１レベル（この例では１２Ｖ）から第２レベル（この例では２７Ｖ）まで移行する移行時間Ｔを計測することが出来る。尚、図６の例は、コンデンサＣ１の充電曲線であり、コンデンサＣ１を充電しながら、コンデンサＣ１の両端電圧が１２Ｖから２７Ｖまで移行するのに要した移行時間Ｔを計測した例を示している。

尚、判定値は、健全品のコンデンサＣ１と劣化品のコンデンサＣ１に対して、移行時間Ｔを計測する試験をそれぞれ行い、得られた試験データから決定するとよい。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

（１）実施形態１では、ＤＣ−ＤＣコンバータ４５の出力電圧を２７Ｖとした。ＤＣ−ＤＣコンバータ４５の出力電圧は、ＤＣ−ＤＣコンバータ４１の出力電圧ＶＣＣよりも少なくとも高い電圧であればよく、２７Ｖ以外であってもよい。また、必ずしも昇圧する必要はなく、例えば、入力電圧を定電圧化して出力してもよい（この場合、２４Ｖ出力）。

（２）実施形態１では、コンデンサＣ１にアルミ電界コンデンサＣａを使用した例を示したが、例えば、電気二重層コンデンサＣｂを使用ことも可能である。電気二重層コンデンサＣｂは、一般に耐圧がそれほど高くないので、電気二重層コンデンサＣｂを使用する場合は、図７に示すように、複数の電気二重層コンデンサを直列に接続して使用するとよい。

尚、電気二重層コンデンサＣｂを直列接続して使用する場合は、各電気二重層コンデンサＣｂの充電電圧が均等になるように、抵抗Ｒ１〜Ｒ３（抵抗値は同じ）による分圧回路６１を設けると共に、抵抗同士の接続点とコンデンサ同士の接続点をバッファ６３で接続する必要がある。また、コンデンサ以外にも、蓄電可能な素子であれば、適時使用することが出来る。

（３）実施形態１では、ＤＣ−ＤＣコンバータ４１に対する電源元の切り換え構造として、ＤＣ−ＤＣコンバータ４１に対してダイオードＤ１を介して電源ラインＬ１を接続すると共に、スイッチ４３を介してコンデンサＣ１を接続する例を示したが、例えば、図８に示すように、ＤＣ−ＤＣコンバータ４１の入力段にスイッチ７０を設けて、ＤＣ−ＤＣコンバータ４１の接続先を電源ラインＬ１側とコンデンサＣ１側とに択一的に切り換える構成としてもよい。

（４）実施形態１では、ＤＣ−ＤＣコンバータ４１の一例に、スイッチング方式のものを例示したが、出力電圧ＶＣＣを３．３Ｖに定電圧化して出力できるものであれば、シリーズ方式であってもよい。

（５）実施形態１では、第１定電圧回路の一例にＤＣ−ＤＣコンバータ４１を例示したが、ＤＣ−ＤＣコンバータ（スイッチングレギュレータ）４１の他に、リニアレギュレータや定電圧ダイオードが使用可能である。また、第２定電圧回路の一例にＤＣ−ＤＣコンバータ４５を例示したが、ＤＣ−ＤＣコンバータ（スイッチングレギュレータ）４５の他に、リニアレギュレータや定電圧ダイオード等の定電圧回路を組み合わせて使用することが可能である。尚、第２定電圧回路を、リニアレギュレータや定電圧ダイオードで構成する場合には、リニアレギュレータや定電圧ダイオードと、コンデンサＣ１との間にダイオードを設けて、コンデンサＣ１側からＤＣ入力側に電流が逆流することを防止する必要がある。また、リニアレギュレータや定電圧ダイオードは、入力を降圧することしか出来ないので、昇圧回路を組み合わせて使用するとよい。

（６）実施形態１では、ＤＣ入力の遮断を検出する遮断検出部の一例に、コンパレータ５３を例示したが、遮断検出部はコンパレータ５３以外で構成してもよい。例えば、コンパレータ５３の機能を、演算プロセッサ２１が実行することにより、ＤＣ入力の遮断を検出する構成としてもよい。すなわち、演算プロセッサ２１にて、ＤＣ入力の電圧レベルを閾値と比較することで、ＤＣ入力の遮断を検出する構成としてもよい。

（７）実施形態１では、蓄電部であるコンデンサＣ１の電圧を目標電圧と比較する比較部の一例に、コンパレータ５５を例示したが、比較部はコンパレータ５５以外であってもよい。例えば、コンパレータ５５の機能を、演算プロセッサ２１が実行することにより、コンデンサＣ１の電圧を目標電圧と比較する構成としてもよい。すなわち、演算プロセッサ２１にて、コンデンサＣ１の電圧を目標電圧と比較して、コンデンサＣ１の電圧が目標電圧以上かどうか判断する構成としてもよい。

（８）実施形態１では、蓄電部であるコンデンサＣ１の電圧を、第１レベル、第２レベルと比較する第１比較部、第２比較部の一例に、コンパレータ５５、５６を例示したが、第１比較部、第２比較部は、コンパレータ５５、５６以外であってもよい。例えば、コンパレータ５５、５６の機能を、演算プロセッサ２１が実行することにより、コンデンサＣ１の電圧を、第１レベル、第２レベルと比較する構成としてもよい。すなわち、演算プロセッサ２１にて、コンデンサＣ１の電圧を第１レベル、第２レベルと比較して、コンデンサＣ１の電圧が第１レベルから第２レベルに移行するまでの移行時間Ｔを計測するようにしてもよい。

１０...ＣＰＵユニット
２０...主回路
２１...演算プロセッサ（本発明の「制御部」に相当）
２３...演算部
２５...キャッシュ
３０...外部メモリ
３３...バックアップ用のメモリ（本発明の「記憶部」に相当）
４１...ＤＣ−ＤＣコンバータ（本発明の「第１定電圧回路」に相当）
４３...スイッチ
４５...ＤＣ−ＤＣコンバータ（本発明の「第２定電圧回路」に相当）
４７...放電回路
５３...コンパレータ（本発明の「遮断検出部」に相当）
５５...コンパレータ（本発明の「比較部」に相当）
Ｃ１...コンデンサ（本発明の「蓄電部」に相当）
Ｐ...プログラマブルコントローラ

Claims (4)

1. 非専用のＤＣ電源を電源として動作するＤＣ入力型のプログラマブルコントローラであって、
   前記ＤＣ電源に対して第１電源ラインを通じて接続され、入力された電圧を第１レベルの電圧に定電圧化して出力する第１定電圧回路と、
   前記第１定電圧回路から電力供給を受けて制御対象となる機器の制御を行う制御部と、
   前記第１定電圧回路から電力供給を受けて動作するバックアップ用の記憶部と、
   前記ＤＣ電源に対して前記第１電源ラインと並列接続された第２電源ラインを通じて接続され、前記ＤＣ電源からのＤＣ入力を、前記第１レベルより高い第２レベルの電圧に定電圧化して出力する第２定電圧回路と、
   前記第２定電圧回路からの出力により蓄電され、スイッチを介して前記第１定電圧回路の入力側に接続されたバックアップ用の蓄電部と、
   前記ＤＣ電源からの前記ＤＣ入力の電圧レベルに基づいて前記ＤＣ入力の遮断を検出する遮断検出部と、を備え、
   前記制御部は、前記遮断検出部にて前記ＤＣ入力の遮断が検出された場合、前記第１定電圧回路が前記蓄電部に接続されるように前記スイッチを切り換える処理と、
   前記蓄電部から前記第１定電圧回路を通じて電力の供給を受けて、制御対象となる前記機器を制御するためのデータを前記バックアップ用の前記記憶部に記憶させるバックアップ処理と、を実行するプログラマブルコントローラ。
2. 前記蓄電部に蓄電された電荷を放電する放電回路を備え、
   前記制御部は、前記バックアップ処理の終了後、前記放電回路を介して前記蓄電部を放電させる処理を行う請求項１に記載のプログラマブルコントローラ。
3. 前記蓄電部の電圧を目標電圧と比較する比較部を備え、
   前記制御部は、前記比較部にて前記蓄電部の電圧と目標電圧とを比較した結果、前記蓄電部の電圧が目標電圧以上である場合に、制御を開始する請求項１又は請求項２に記載のプログラマブルコントローラ。
4. 前記蓄電部の電圧を第１レベルと比較する第１比較部と、
   前記蓄電部の電圧を、前記第１レベルとは異なる第２レベルと比較する第２比較部とを備え、
   前記制御部は、前記第１比較部と前記第２比較部による比較結果に基づいて、前記蓄電部の電圧が第１レベルから第２レベルに移行するまでの移行時間を検出し、当該移行時間に基づいて、前記蓄電部の劣化を検出する請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のプログラマブルコントローラ。

Images