JP2015090659A

JP2015090659A - プロセス入出力装置

Info

Publication number: JP2015090659A
Application number: JP2013231097A
Authority: JP
Inventors: 省吾藤吉; Shogo Fujiyoshi
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2013-11-07
Filing date: 2013-11-07
Publication date: 2015-05-11

Abstract

【課題】プロセス入出力装置においてＩＯ回路の実装密度を高めるとともに、ＩＯ回路が発する熱を効果的に放熱し、ＩＯ点数の多点化を実現する。【解決手段】プロセス入出力装置のＩＯモジュールの筐体１内に収容されるモジュール２００は、複数のＩＯ基板２０１と、ベース基板２０２により構成されている、複数のＩＯ基板２０１には、監視制御のための処理を行う回路のうち監視制御対象と接続されるＩＯ回路が各々搭載されている。ベース基板２０２には、監視制御のための処理を行う回路であって、ＩＯ回路以外の共通回路が搭載されている。複数のＩＯ基板２０１は、ベース基板２０２に対して傾けた状態でベース基板２０２に各々固定されている。【選択図】図１

Description

この発明は、ＦＡ分野、ＰＡ分野等に好適なプロセス入出力装置に関する。

従来、ＦＡ分野で用いられているＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）やＰＡ分野で用いられているＤＣＳ（分散型監視制御システム）等のプロセス入出力装置は、システムの監視制御対象との入出力部分（以下、ＩＯ）として機能する各種のＩＯモジュールを備えている。

図６はこの種のプロセス入出力装置の概略構成を示す斜視図である。図６に示す例では、プロセス入出力装置は、複数のＩＯモジュールの筐体１を有している。これらのＩＯモジュールの筐体１は盤１Ｆ内に収容されている。各ＩＯモジュールの筐体１の前面には端子台１１等が実装されている。また、各筐体１内には、ＩＯモジュールとしての機能を実現するための回路が搭載されたプリント基板２０が収容される。このプリント基板２０上の回路は、端子台１１等を介して監視制御対象との間で情報の入出力を行う回路を含む。

近年、プロセス入出力装置が大規模化、複雑化するにしたがい、プロセス入出力装置に備えるＩＯの点数を増やす要求がある。このＩＯ点数を増やすためにＩＯモジュールの個数を増やすことが考えられる。しかし、盤１Ｆの設置スペースに制約があるため、盤１Ｆ内のＩＯモジュールの個数増加には限りがある。そこで、プロセス入出力装置のＩＯ点数を増やすために、ＩＯモジュール内にプリント基板を複数枚重ねて実装し、または近年の技術進歩により小型化された部品を用いて高密度実装を行い、１ＩＯモジュールあたりのＩＯ点数を増やす方法が採られていた。

図７はプロセス入出力装置のＩＯモジュールにおけるプリント基板２０の実装例を示す図である。図７に示すように、プリント基板２０には、監視制御のための回路のうち監視制御対象と接続されるＩＯ回路２１と、ＩＯ回路２１以外の共通回路２２が実装される。ＩＯ１点毎に設けられるＩＯ回路２１は、抵抗、コンデンサ、インダクタ、等の受動部品やトランジスタ、オペアンプ、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器、マルチプレクサ、フォトカプラ等のＩＣの組合せで構成されている。基本的にはプリント基板２０にＩＯ回路２１を必要なＩＯ点数分並べることになるが、実際には回路を並べるだけにとどまらず、回路同士を接続するパターンや、絶縁ギャップのための領域をプリント基板２０上に確保する必要がある。このため、プリント基板２０上のＩＯ点数を増やすことは容易ではない。そのため、更なる多点化が必要な場合には、図８に示すように、複数ＩＯ点数分の回路が実装されたプリント基板２０を複数枚重ねて１つのＩＯモジュールの筐体１内に収容することが一般的に行われている。

特開平１１−９５８０９号公報

ところで、ＩＯ回路２１は、一般的に発熱する電子部品により構成されている。従って、プリント基板２０上に実装するＩＯを多点化すると、発熱量の増加が顕著になる。この発熱を逃がすために、従来技術においては、発熱をプリント基板２０上の配線パターンを伝導させて電源やグランド等のべたパターンや端子台１１に放熱する方法が採られていた。例えば特許文献１に開示の技術では、プリント基板に発生する熱を端子台に逃がしている。しかしながら、プリント基板に実装するＩＯ点数を増やすとなると、端子台に熱を逃がすだけでは放熱効果が十分でない。このように、ＩＯの多点化のためにプリント基板に高密度で回路を実装しようとすると、発熱量が増えるが、従来、この熱を効果的に逃がす技術的手段が提供されていなかったため、ＩＯの多点化が困難であった。

この発明は以上のような事情に鑑みてなされたものであり、プロセス入出力装置においてＩＯ回路の実装密度を高めるとともに、ＩＯ回路が発する熱を効果的に放熱し、ＩＯ点数の多点化を実現する技術的手段を提供することを目的としている。

この発明は、監視制御のための処理を行う回路のうち監視制御対象と接続される入出力回路が各々搭載された複数の入出力基板と、前記監視制御のための処理を行う回路であって、前記入出力回路以外の共通回路が搭載されたベース基板とを有し、前記複数の入出力基板を前記ベース基板に対して傾けた状態で前記ベース基板に各々固定してなることを特徴とするプロセス入出力装置を提供する。

このプロセス入出力装置では、入出力回路を共通回路が設けられたベース基板とは別の複数の入出力基板に搭載し、この複数の入出力基板をベース基板に対して傾けた状態で固定している。このため、ベース基板に対する入出力回路の実装密度を高めることができ、多点化を実現することができる。また、発熱量の大きい入出力回路をベース基板とは別の複数の入出力基板に搭載しているので、各入出力回路が発生する熱を各入出力基板から放熱させることができる。従って、１枚のプリント基板に複数の入出力回路と共通回路とを搭載する場合に比べて格段と放熱効果を高めることができる。

上記のように構成した本発明によれば、ＩＯ回路が発する熱を効率よく放熱することができるので、１つのＩＯモジュールにおけるＩＯ点数の多点化を実現できる。よって、プロセス入出力装置をはじめ、機器（システム）の小型化が可能になる。

この発明の第１実施形態であるプロセス入出力装置のＩＯモジュールの筐体内の構成を示す斜視図である。この発明の第２実施形態であるプロセス入出力装置のＩＯモジュールの筐体内の構成を示す斜視図である。この発明の第３実施形態であるプロセス入出力装置のＩＯモジュールの筐体内の構成を上記第１実施形態との対比において示す図である。この発明の第４実施形態であるプロセス入出力装置のＩＯモジュールの筐体内の構成を示す図である。この発明の第５実施形態であるプロセス入出力装置のＩＯモジュールの筐体内の構成を示す図である。一般的なプロセス入出力装置の概略構成を示す斜視図である。同プロセス入出力装置の筐体内に収容されるプリント基板の実装例を示す平面図である。同プロセス入出力装置の筐体内に複数枚のプリント基板を収容した構成を例示する斜視図である。

以下、図面を参照し、この発明の実施形態について説明する。

＜第１実施形態＞
図１はこの発明の第１実施形態であるプロセス入出力装置のＩＯモジュールの筐体１内の構成を示す斜視図である。図１に示すように、ＩＯモジュールの筐体１内のモジュール２００は、複数のＩＯ基板２０１とベース基板２０２とにより構成されている。ここで、ＩＯ基板２０１は、前掲図７のＩＯ１点分のＩＯ回路２１を切り出して１枚のプリント基板上に実装したものである。また、ベース基板２０２は、前掲図７の共通回路２２を切り出して１枚のプリント基板上に実装したものである。

本実施形態では、ＩＯ基板２０１を必要なＩＯ点数分だけベース基板２０２に実装している。さらに詳述すると、ＩＯ基板２０１は、ベース基板２０２へ挿入実装するためのピンを備えており、ＩＯ基板２０１上の回路の入出力端子のベース基板２０２への接続は、ピンをベース基板２０２へ挿入してはんだ付けすることにより完了する。また、本実施形態では、ＩＯ基板２０１がベース基板２０２に対して垂直をなすように立体的に実装される。このようにすることで、ベース基板２０２上のＩＯ回路２０１による占有面積を従来よりも大幅に削減し、１ＩＯモジュールあたりのＩＯ点数を増やすことができる。また、同じＩＯ基板２０１をベース基板２０２に複数実装するため、ＩＯ基板２０１の回路設計、レイアウト設計の工数削減が可能となる。

なお、本実施形態では、ＩＯ１点分のＩＯ回路２１をＩＯ基板２０１上に実装しているが、ＩＯ基板２０１に実装する回路数はこれに限定されるものではなく、複数点分のＩＯ回路２１（たとえば２回路）を１枚のＩＯ基板２０１に実装してもよい。また、ＩＯ回路２１の外部端子部分は、各ＩＯ２０１基板に設けてもよく、ベース基板２０２にまとめて設けてもよい。

従来技術の下では、複数のＩＯ回路２１が発生した熱を１枚のプリント基板上のパターンを経由して放熱していたが、本実施形態では複数のＩＯ回路２１が発生した熱を複数のＩＯ基板２０１から空気中に放熱している。そして、この複数のＩＯ基板２０１は、放射面積が大きく、放熱フィンとしての役割を果たす。従って、本実施形態によれば、この放熱フィンたる複数のＩＯ基板２０１により複数のＩＯ回路２１が発生した熱を空気中へ効果的に放熱することが可能となる。従って、本実施形態によれば、プロセス入出力装置におけるＩＯの多点化を実現することができる。

＜第２実施形態＞
図２はこの発明の第２実施形態であるプロセス入出力装置のＩＯモジュールの筐体１内の構成を示す斜視図である。本実施形態において当該筐体１内のモジュール２００Ａは、上記第１実施形態におけるモジュール２００を複数組横に並べてモジュール化したものである。本実施形態によれば、より一層の多点化を行うことが可能となる。

＜第３実施形態＞
図３はこの発明の第３実施形態であるプロセス入出力装置のＩＯモジュールの筐体１内のモジュール２００Ｂを上記第１実施形態との対比において示す側面図である。さらに詳述すると、図３（ａ）は上記第１実施形態のモジュール２００の構成を示す側面図、図３（ｂ）は本実施形態によるモジュール２００Ｂの構成を示す側面図である。

図３（ａ）に示すように、上記第１実施形態におけるモジュール２００では、ベース基板２０２に対して垂直をなすように複数のＩＯ基板２０１をベース基板２０２に固定した。これに対し、本実施形態におけるモジュール２００Ｂでは、各ＩＯ基板２０１において、ベース基板２０２に固定された端部よりもその反対側の端部の方が上方となるように、各ＩＯ基板２０１が傾斜した姿勢でベース基板２０２に固定されている。

本実施形態によれば、上下に隣接する２枚のＩＯ基板２０１間の傾斜した空間を介して、各ＩＯ基板２０１の発生した熱が上方に向けて移動する。従って、ＩＯ基板２０１の周囲に熱溜まりを生じさせず、より一層効果的に放熱を行うことができる。

＜第４実施形態＞
図４（ａ）はこの発明の第４実施形態であるプロセス入出力装置のＩＯモジュールの筐体内のモジュール２００Ｃの構成を示す側面図である。また、図４（ｂ）は図４（ａ）におけるモジュール２００Ｃを矢印Ｙ方向から見た正面図である。

本実施形態によるモジュール２００Ｃでは、複数のＩＯ基板２０１が、ベース基板２０２に対して垂直をなし、かつ、水平面に対して傾斜した姿勢でベース基板２０２に固定されている。

本実施形態においても、上下に隣接する２枚のＩＯ基板２０１間の傾斜した空間を介して、各ＩＯ基板２０１の発生した熱が上方に向けて移動する。従って、本実施形態においても上記第３実施形態と同様な効果が得られる。

＜第５実施形態＞
図５（ａ）はこの発明の第５実施形態であるプロセス入出力装置のＩＯモジュールの筐体内のモジュール２００Ｄの構成を示す側面図である。また、図５（ｂ）は図５（ａ）におけるモジュール２００Ｄを矢印Ｙ方向から見た正面図である。

本実施形態によるモジュール２００Ｄでは、複数のＩＯ基板２０１が、ベース基板２０２に対して垂直をなし、かつ、鉛直方向に対して平行な姿勢でベース基板２０２に固定されている。

本実施形態によれば、水平方向に隣接する２枚のＩＯ基板２０１間の空間を介して、各ＩＯ基板２０１の発生した熱が上方に向けて移動する。従って、本実施形態においても、ＩＯ基板２０１の周囲に熱溜まりを生じさせず、より一層効果的に放熱を行うことができる。

＜各実施形態の効果＞
以上述べた通り、この発明の各実施形態においては、ベース基板２０２にＩＯ基板２０１を立体的に実装することで、ベース基板２０２上の実装面積を確保することができ、従来より多くのＩＯ点数を効率的に実装することができる。また、ＩＯ基板２０１を立体的に実装することで、空気中に触れるＩＯ基板２０１の放熱面積が大きくなり、放熱効率が良くなる。従って、放熱フィン等を外付けすることなくＩＯ回路の発熱を従来よりも効果的に放熱することができる。従って、各実施形態によれば、多点のＩＯ回路を実装することが従来よりも容易になり、所望の点数を実現しやすくなる。さらに、この発明の各実施形態によれば、モジュールあたりのＩＯ点数が増え、システムとしてのコストも下げることができる、という効果が得られる。さらに、この発明の各実施形態によれば、プロセス入出力装置の信頼性を高めることも可能になる。その理由は次の通りである。まず、従来技術のように１枚のプリント基板に多点のＩＯ回路を実装しようとすると、それらのＩＯ回路の発生する熱がプリント基板にこもり、この熱によりプリント基板に反りが生じて、ハンダ剥離等の不具合が発生する可能性がある。しかし、この発明の各実施形態によれば、ＩＯ回路をベース基板２０２とは別の複数のバラバラのＩＯ基板２０１に実装するので、各ＩＯ基板２０１に熱がこもらず、ベース基板２０２の反りを防止し、ハンダ剥離等の不具合の発生を防止することができる。従って、プロセス入出力装置の信頼性を高めることができる。

１……筐体、２００，２００Ａ，２００Ｂ，２００Ｃ，２００Ｄ……モジュール、２０１……ＩＯ基板、２０２……ベース基板、２１……ＩＯ回路、２２……共通回路。

Claims

監視制御のための処理を行う回路のうち監視制御対象と接続される入出力回路が各々搭載された複数の入出力基板と、
前記監視制御のための処理を行う回路であって、前記入出力回路以外の共通回路が搭載されたベース基板とを有し、
前記複数の入出力基板を前記ベース基板に対して傾けた状態で前記ベース基板に各々固定してなることを特徴とするプロセス入出力装置。
前記複数の入出力基板の一端を前記ベース基板に固定してなることを特徴とする請求項１に記載のプロセス入出力装置。
前記複数の入出力基板において前記ベース基板に固定された端部よりも当該端部の反対側の端部が上方を向くように、前記複数の入出力基板を傾斜させて、前記複数の入出力基板の一端を前記ベース基板に固定してなることを特徴とする請求項１または２に記載のプロセス入出力装置。
前記複数の入出力基板を、前記ベース基板に対して垂直をなし、かつ、水平面に対して傾斜した姿勢で前記ベース基板に固定してなることを特徴とする請求項１または２に記載のプロセス入出力装置。