JP2017068663A - プログラマブルコントローラ - Google Patents

Abstract

【課題】
シリーズの異なるプログラマブルコントローラにおいて、旧シリーズのモジュールを新シリーズの製品と組み合わせてそのまま使用できるようにする。
【解決手段】
ＣＰＵモジュールまたは基本ユニットと接続した増設制御モジュールと、Ｉ／Ｏモジュールとがベースユニットに接続され、前記ＣＰＵモジュールと前記Ｉ／Ｏモジュールとが信号の伝達を行うプログラマブルコントローラであって、前記Ｉ／Ｏモジュールが接続されるそれぞれのスロットには、一のシリーズ用のコネクタと他のシリーズ用のコネクタを備え、前記スロットに、一のシリーズのＩ／Ｏモジュールまたは他のシリーズのＩ／Ｏモジュールを選択して接続可能としたものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、各種の機械の制御に用いられ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呼ばれる。)に関するものである。

図２に、ビルディングブロックタイプと呼ばれる一般的なプログラマブルロジックコントローラ（以下、ＰＬＣと記載する。）のブロック図を示す。以降、特に断りのない場合、本書でのＰＬＣはビルディングブロックタイプを示すものとする。

ベースユニット（基本）１、ベースユニット（増設）１０、電源モジュール２、ＣＰＵモジュール３、Ｉ／Ｏモジュール４、増設制御モジュール５などにはコネクタが付いており、各モジュールをベースユニットへ装着できるようになっている。ベースユニット（基本）１とベースユニット（増設）１０とは、増設制御モジュール５を介して、増設接続ケーブル６で接続されている。ユーザは、所望の制御システムを実現する機能を持つＩ／Ｏモジュールを使い分けて、かつ、それらのＩ／Ｏモジュールを制御するためのプログラムをＣＰＵモジュール３へプログラミングすることで、制御システムを実現する。

電源モジュール２からは、ベースユニット（基本）１やベースユニット（増設）１０を介して、ＣＰＵモジュール３やＩ／Ｏモジュール４へ電力が供給される。ＣＰＵモジュール３では、ＰＬＣを使用するユーザによってプログラミングされたプログラムが演算処理される。ＣＰＵモジュール３内のプログラムは、Ｉ／Ｏモジュール４からの入力信号を受けて演算処理したり、逆にＣＰＵモジュール３での演算処理結果をＩ／Ｏモジュール４から出力したりすることによって、ユーザが希望する制御動作を実行する。

例えば特許文献１には、「所定のプログラムを実行する中央演算処理ユニットにベースユニットを介して複数の入出力ユニットを接続して構成されるプログラマブルコントローラにおいて、特殊機能を実行するプログラマブルコントローラボードモジュールを設け、該プログラマブルコントローラボードモジュールを上記中央演算処理ユニットに装着可能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。」(請求項１)と記載されている。

特開平６−３２４７２２号公報

前述のように、ビルディングブロックタイプのＰＬＣは、様々な機能を持つモジュールと呼ばれる単位の機器を自由に組み合わせて、使用者が必要とする制御システムを構築するのに適している。

ＰＬＣに限らず、一般的な製品にはシリーズという概念があり、その製品シリーズが市場へ供給される期間が永久に続くことは稀である。特に、ＰＬＣのようにＩＣなどの電子部品にて構成されている製品では、電子部品の技術革新のスピードが速いため、数年で製品のラインナップが一新される傾向にある。また一般に、新旧シリーズ間の製品仕様は異なることが多く、たとえば、処理速度が向上したり、製品の設置面積を少なくする目的で製品の大きさが数分の一になったりすることが数多くある。

一方ここで、ＰＬＣを使う側の立場になって考える。ユーザが「シリーズＸ」というＰＬＣ製品群で制御システムを構築しているときに、何らかの理由によりＰＬＣ製品群をリニューアルしなければならなくなった場合、「シリーズＸ」がすでに生産中止されていて、後継製品として「シリーズＹ」が市場へ供給されているということがあり得る。「シリーズＸ」と「シリーズＹ」両シリーズ間で、ラダープログラムなどの機能的な互換性が保たれていることは多い一方で、製品寸法が異なっていたり、ＰＬＣの演算機能を実現する内部処理速度が大幅にスピードアップされていたりする。そのため、「シリーズＸ」で構築されたＰＬＣシステムへ「シリーズＹ」のモジュールをそのまま使用できないという問題がある。この問題は、新シリーズへの更新に伴う多額のコスト負担をユーザへ強いることになったり、リニューアル作業期間に生産設備が長期間使用できないことが起こったりする。そのため、ユーザの機会損失を招くなどの恐れがある。

特許文献１では、シリーズの異なるモジュールを組み合わせて使用することは、考慮されていない。

本発明は、上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、シリーズの異なるプログラマブルコントローラにおいて、旧シリーズのモジュールを新シリーズの製品と組み合わせてそのまま使用できるようにすることである。

本発明では、この課題を解決すために、新旧シリーズ間で設置面積が相違しないように、新シリーズのベースユニット寸法を旧シリーズと同一寸法とし、新旧シリーズのＩ／Ｏモジュールをベースユニットへ装着できるようにし、新旧シリーズのＩ／Ｏモジュールが混在してベースユニットへ装着されてもＣＰＵモジュールがそれらのＩ／Ｏモジュールを制御できるようにする。

本願は上記課題を解決するための手段を複数備えているが、本発明のプログラマブルコントローラの一例を挙げるならば、ＣＰＵモジュールまたは基本ユニットと接続した増設制御モジュールと、Ｉ／Ｏモジュールとがベースユニットに接続され、前記ＣＰＵモジュールと前記Ｉ／Ｏモジュールとが信号の伝達を行うプログラマブルコントローラであって、前記Ｉ／Ｏモジュールが接続されるそれぞれのスロットには、一のシリーズ用のコネクタと他のシリーズ用のコネクタを備え、前記スロットに、一のシリーズのＩ／Ｏモジュールまたは他のシリーズのＩ／Ｏモジュールを選択して接続可能としたものである。

また、本発明のプログラマブルコントローラの他の一例を挙げるならば、ＣＰＵモジュールと、Ｉ／Ｏモジュールとが、ベース基板に接続されたプログラマブルコントローラであって、前記ベース基板には、一の端子と他の端子を有しており、前記一の端子または前記他の端子のいずれか一方に前記Ｉ／Ｏモジュールが接続され、前記ＣＰＵモジュールは、前記一の端子に信号を送信し、送信された前記信号に対して応答がある場合には、前記一の端子に接続された前記Ｉ／Ｏモジュールと通信し、送信された前記信号に対し応答がない場合には、前記他の端子に接続された前記Ｉ／Ｏモジュールと通信するものである。

本発明によれば、シリーズの異なるプログラマブルコントローラにおいて、旧シリーズのモジュールを新シリーズの製品と組み合わせてそのまま使用することができる。

本発明の実施形態である、プログラマブルコントローラの説明図である。 一般的なビルディングブロックタイプのＰＬＣの構成を示す説明図である。 新旧シリーズのＩ／Ｏモジュール製品の外観を示す説明図である。 本発明の実施形態である、新旧シリーズのＩ／Ｏモジュールが混在してベースユニットへ装着されたＰＬＣの外観を示す説明図である。 旧シリーズＰＬＣのアクセス仕様を示すタイムチャートである。

本発明を実施するための形態を説明する前に、一般的なＰＬＣの使用手順や製品構成について説明する。

図２は、ビルディングブロックタイプのＰＬＣシステムの構成を示すもので、ＰＬＣシステムは、基本ベースユニット１、電源モジュール２、ＣＰＵモジュール３、Ｉ／Ｏモジュール４と呼ばれる機器で構成される。基本ベースユニット１は、電源モジュール２、ＣＰＵモジュール３、Ｉ／Ｏモジュール４を固定して取り付けることと、電源モジュール２から供給される電力をＣＰＵモジュール３やＩ／Ｏモジュール４へ供給することと、ＣＰＵモジュール３とＩ／Ｏモジュール４との間で制御信号を伝達することが主な役割である。

基本ベースユニット１には、電源モジュール２とＣＰＵモジュール３が少なくとも１台ずつ装着される一方で、Ｉ／Ｏモジュール４は制御される設備の規模に応じて１台から複数台が装着される。このＣＰＵモジュール３が装着された基本ベースユニット１を基本ユニットと呼ぶ。

基本ベースユニット１に装着できるＩ／Ｏモジュール４の台数は１０台程度が一般的である。基本ベースユニット１へ装着するＩ／Ｏモジュール４の数が、基本ベースユニット１へ装着できる台数を超える場合、増設ベースユニット１０を追加し、ＣＰＵモジュール３の代わりに増設制御モジュール５を装着し、基本ユニットの基本ベースユニット１と増設制御モジュール５を増設接続ケーブル６で接続することで、増設ベースユニット１０上にＩ／Ｏモジュール４の装着数を拡張できるようになっているのが一般的である。増設された増設ベースユニット１０を増設ユニットと呼ぶ。

制御規模に応じて構成されたＰＬＣシステムは、ＣＰＵモジュール３に登録されたプログラムによって動作する。ＰＬＣ使用者は、Ｉ／Ｏモジュール４の入力端子から取り込まれる入力情報に基づいて制御対象の次の動作を決定するための演算をしたり、逆にそれらの演算結果をＩ／Ｏモジュール４の出力端子から制御信号として伝達したりすることで制御対象の設備を制御する。これらの入出力制御信号は、ＣＰＵモジュール３内に設けられたＩ／Ｏメモリを介してＩ／Ｏモジュール４と授受される。基本ベースユニット１上に装着されているＩ／Ｏモジュールの装着位置や、Ｉ／Ｏモジュールが扱える入出力信号点数の情報によってＩ／Ｏメモリ内の配置を割り当てる必要があり、これを一般にＩ／Ｏ割付と呼び、ＰＬＣ使用者がプログラミングする前に登録する。

図３は、本発明が解決しようとする課題で述べた、ＰＬＣ製品群の新旧シリーズにおいて同等の機能を有するＩ／Ｏモジュールの寸法比較について示した図である。左側の図は旧シリーズＩ／Ｏモジュール７を、右側の図は新シリーズＩ／Ｏモジュール８を示している。電子部品の小型化や高密度実装技術の向上などにより、ＰＬＣ製品は年々ダウンサイジングが図られ、新旧シリーズ間の容積比では５０％以下を実現しているものも少なくない。

以下、本発明の実施例を、図面を用いて説明する。

図４は、新旧シリーズいずれかのＩ／Ｏモジュールを合計３つ装着できるタイプの基本ベースユニット１へ、電源モジュール２、ＣＰＵモジュール３、旧シリーズＩ／Ｏモジュール７、新シリーズＩ／Ｏモジュール８が装着された様子を示す図である。この図に示されるように、Ｉ／Ｏモジュールが装着されるスロットには、旧シリーズＩ／Ｏモジュール７か新シリーズＩ／Ｏモジュール８のいずれかが装着されるスロットと、いずれのシリーズのＩ／Ｏモジュールも装着されないスロットが存在する。

図１は、本実施例の基本ベースユニット１を構成するコネクタや信号線などを図示したブロック図であり、破線部は新旧いずれかのＩ／Ｏモジュールが装着されるスロットを示している。

ベース基板２０には、電源モジュール２が装着されるコネクタ２１、ＣＰＵモジュール３が装着されるコネクタ２２、旧シリーズのＩ／Ｏモジュールが装着されるコネクタ２３、新シリーズのＩ／Ｏモジュールが装着されるコネクタ２４が設けられている。また、旧シリーズＩ／ＯモジュールとＣＰＵモジュール３間で情報を授受するための旧シリーズＩ／Ｏデータバス２５、新シリーズＩ／ＯモジュールとＣＰＵモジュール３間で情報を授受するための新シリーズＩ／Ｏデータバス２６、ＣＰＵモジュール３の制御に基づいて、旧シリーズデータバス２５と新シリーズデータバス２６の入出力方向を切り替えるデータバス方向制御回路２７、ＣＰＵモジュール３と新旧シリーズＩ／Ｏモジュール間で情報を授受するためのアドレスデータ混合データバス２８、ＣＰＵモジュール３がＩ／Ｏモジュールと情報をやり取りする際に指定するアドレス信号をデコードし、各スロットに対するアクセスなのかを示すモジュールセレクト要求信号（ＭＳ信号）３０〜３２を生成するデコーダ２９が設けられている。３３は旧シリーズＩ／ＯモジュールとＣＰＵモジュール３間で使用されるモジュールセレクト応答信号（ＭＳＡＣＫ信号）である。

図５は、旧シリーズＰＬＣにおけるＣＰＵモジュールとＩ／Ｏモジュール間でのアクセス仕様を示すタイムチャートである。ＣＰＵモジュールがＩ／Ｏモジュールの情報を受け取る場合はリードアクセス、逆に、ＣＰＵモジュールがＩ／Ｏモジュールへ情報を渡す場合をライトアクセスである。図において、左側がリードアクセスを、右側がライトアクセスを示している。

旧シリーズのＣＰＵモジュールは、Ｉ／Ｏモジュールへリード／ライトアクセスする場合、アクセスしたいスロットに該当する要求信号ＭＳ＿Ｎ信号をＬｏｗアクティブにしつつ、Ｉ／Ｏメモリ内の所定のアドレスをアドレスバスへ出力する。該当するＭＳ＿Ｎ信号に装着されたＩ／Ｏモジュールは、自身へのアクセスであると判断すると、応答信号ＭＳＡＣＫ＿Ｎ信号をＣＰＵモジュールへ出力する。このような手順によってＣＰＵモジュールとＩ／Ｏモジュールはお互いの状態を確認しつつ情報をやり取りしている。

一方、新シリーズのＣＰＵモジュールとＩ／Ｏモジュール間では、旧シリーズで使用されている応答信号ＭＳＡＣＫ＿Ｎ信号に該当する制御信号は実装されておらず、一般的な非同期アクセスの手段を用いて情報をやり取りしている。

本実施例では、この新旧シリーズ間におけるハンドシェイク手段の違いを吸収して、新シリーズのＣＰＵモジュールが、新旧シリーズのＩ／Ｏモジュールが混在した状態で情報をやり取りできるようにするための方法について図１および図４を用いて説明する。

Ｉ／Ｏモジュールが装着される、左から１番目のスロットに旧シリーズＩ／Ｏモジュール７、２番目のスロットに新シリーズのＩ／Ｏモジュール８、３番目のスロットにはＩ／Ｏモジュールが装着されていない状況で、基本ベースユニット１上の動作を説明する。

ＣＰＵモジュール３が１番目のスロット(スロット０)に装着されたＩ／Ｏモジュールから情報を受け取る場合、ＣＰＵモジュール３はアドレスバスにＩ／Ｏアドレスを出力し、さらにスロット０のＭＳ信号３０をアクティブにする。スロット０には旧シリーズＩ／Ｏモジュール７が実装されているため、ある時間経過すると、旧シリーズＩ／Ｏモジュール７からＭＳＡＣＫ信号３３がアクティブになる。データバス方向制御回路２７は、ＭＳＡＣＫ信号３３がアクティブになったことを検知すると、スロット０に旧シリーズＩ／Ｏモジュールが装着されていると判断して、旧シリーズＩ／Ｏデータバス２５に出力されるデータがアドレスデータ混合データバス２８へ接続されるように制御されて、旧シリーズＩ／Ｏモジュール７のデータがＣＰＵモジュール３へ伝達される。

一方、ＣＰＵモジュール３が２番目のスロット(スロット１)に装着されたＩ／Ｏモジュールから情報を受け取る場合、ＣＰＵモジュール３はアドレスバスにＩ／Ｏアドレスを出力し、さらにスロット１のＭＳ信号３１をアクティブにする。ある時間が経過しても、ＭＳＡＣＫ信号３１がアクティブにならないため、データバス方向制御回路２７は、スロット１には新シリーズＩ／Ｏモジュールが装着されていると判断して、新シリーズＩ／Ｏデータバス２６に出力されるデータがアドレスデータ混合データバス２８へ接続されるように制御されて、新シリーズＩ／Ｏモジュール８のデータがＣＰＵモジュール３へ伝達される。

図１においては、ＣＰＵモジュールを備える基本ベースユニットについて説明したが、増設制御モジュールを備える増設ベースユニットについても、同様に適用できる。

本実施例では、ＣＰＵモジュールと、Ｉ／Ｏモジュールとがベースユニットに接続され、前記ＣＰＵモジュールと前記Ｉ／Ｏモジュールとが信号の伝達を行うプログラマブルコントローラであって、前記Ｉ／Ｏモジュールが接続されるそれぞれのスロットには、一のシリーズ用のコネクタと他のシリーズ用のコネクタを備え、前記スロットに、一のシリーズのＩ／Ｏモジュールまたは他のシリーズのＩ／Ｏモジュールを選択して接続可能とした。そのため、シリーズの異なるプログラマブルコントローラにおいて、旧シリーズのモジュールを新シリーズの製品と組み合わせてそのまま使用することができる。

また、モジュールセレクト応答信号の有無に応じて、データバス方向制御回路により、一のシリーズ用のデータバスと他のシリーズ用のデータバスとを切り替え、スロットに接続された一のシリーズのＩ／Ｏモジュールまたは他のシリーズのＩ／Ｏモジュールを選択してＣＰＵモジュールと信号のやり取りを行うようにしたので、何れのシリーズのＩ／Ｏモジュールが接続されたかの検出が容易である。

実施例１は、応答信号ＭＳＡＣＫ信号の有無によって、新シリーズのＩ／Ｏモジュールが接続されたか旧シリーズのＩ／Ｏモジュールが接続されたかを検出するものであるが、実施例２は、スロットに設けたコネクタにＩ／Ｏモジュールの接続を検出する接続検出手段を設けるものである。

新シリーズ用のコネクタ２４と旧シリーズ用のコネクタ２３の一方または両方に、Ｉ／Ｏモジュールが接続されたか否かを検出する接続検出手段を設ける。接続検出手段としては、電気的なスイッチ手段、光学的な検出手段などの何れの手段でも良い。

データバス方向制御回路は、接続検出手段からの検出信号により、新シリーズのＩ／Ｏモジュールと旧シリーズのＩ／Ｏモジュールの何れが接続されているかを判断し、実施例１と同様に、新シリーズ用のデータバス２６と旧シリーズ用のデータバス２５とを切り替えてアドレスデータ混合データバス２８へ接続する。

本実施例によれば、スロットに設けたコネクタにＩ／Ｏモジュールの接続を検出する接続検出手段を設けたので、何れも応答信号ＭＳＡＣＫ信号を有しない、２つのシリーズを組み合わせて使用することができる。

１ 基本ベースユニット
２ 電源モジュール
３ ＣＰＵモジュール
４ Ｉ／Ｏモジュール
５ 増設制御モジュール
６ 増設接続ケーブル
７ 旧シリーズＩ／Ｏモジュール
８ 新シリーズＩ／Ｏモジュール
１０ 増設ベースユニット
２０ ベース基板
２１ 電源モジュールコネクタ
２２ ＣＰＵモジュールコネクタ
２３ 旧シリーズＩ／Ｏモジュールコネクタ
２４ 新シリーズＩ／Ｏモジュールコネクタ
２５ 旧シリーズＩ／Ｏデータバス
２６ 新シリーズＩ／Ｏデータバス
２７ データバス方向制御回路
２８ アドレス／データ混合バス
２９ デコーダ
３０，３１，３２ モジュールセレクト要求信号（ＭＳ信号）
３３ モジュールセレクト応答信号（ＭＳＡＣＫ信号）

Claims (6)

1. ＣＰＵモジュールまたは基本ユニットと接続した増設制御モジュールと、Ｉ／Ｏモジュールとがベースユニットに接続され、前記ＣＰＵモジュールと前記Ｉ／Ｏモジュールとが信号の伝達を行うプログラマブルコントローラであって、
   前記Ｉ／Ｏモジュールが接続されるそれぞれのスロットには、一のシリーズ用のコネクタと他のシリーズ用のコネクタを備え、
   前記スロットに、一のシリーズのＩ／Ｏモジュールまたは他のシリーズのＩ／Ｏモジュールを選択して接続可能としたプログラマブルコントローラ。
2. 請求項１に記載のプログラマブルコントローラにおいて、
   前記一のシリーズ用のコネクタと接続された一のシリーズ用のデータバスと、
   前記他のシリーズ用のコネクタと接続された他のシリーズ用のデータバスと、
   データバス方向制御回路を備え、
   前記データバス方向制御回路の制御により、前記一のシリーズ用のデータバスと前記他のシリーズ用のデータバスとを切り替え、前記スロットに接続された一のシリーズのＩ／Ｏモジュールまたは他のシリーズのＩ／Ｏモジュールを選択して前記ＣＰＵモジュールと信号のやり取りを行うことを特徴とするプログラマブルコントローラ。
3. 請求項２に記載のプログラマブルコントローラにおいて、
   前記一のシリーズのＩ／Ｏモジュールおよび他のシリーズのＩ／Ｏモジュールの一方は、モジュールセレクト要求信号に応答してモジュールセレクト応答信号を出力するものであり、
   前記データバス方向制御回路は、前記モジュールセレクト応答信号の有無に応じて、前記一のシリーズ用のデータバスと前記他のシリーズ用のデータバスとを切り替えることを特徴とするプログラマブルコントローラ。
4. 請求項２に記載のプログラマブルコントローラにおいて、
   前記一のシリーズ用のコネクタと前記他のシリーズ用のコネクタの一方または両方は、前記Ｉ／Ｏモジュールが接続されたか否かを検出する接続検出手段を備え、
   前記データバス方向制御回路は、前記一のシリーズのＩ／Ｏモジュールと前記他のシリーズのＩ／Ｏモジュールの何れが接続されたかに応じて、前記一のシリーズ用のデータバスと前記他のシリーズ用のデータバスとを切り替えることを特徴とするプログラマブルコントローラ。
5. 請求項１に記載のプログラマブルコントローラにおいて、
   前記一のシリーズのＩ／Ｏモジュールは新シリーズのＩ／Ｏモジュールであり、前記他のシリーズのＩ／Ｏモジュールは旧シリーズのＩ／Ｏモジュールであることを特徴とするプログラマブルコントローラ。
6. ＣＰＵモジュールと、Ｉ／Ｏモジュールとが、ベース基板に接続されたプログラマブルコントローラであって、
   前記ベース基板には、一の端子と他の端子を有しており、
   前記一の端子または前記他の端子のいずれか一方に前記Ｉ／Ｏモジュールが接続され、
   前記ＣＰＵモジュールは、前記一の端子に信号を送信し、
   送信された前記信号に対して応答がある場合には、前記一の端子に接続された前記Ｉ／Ｏモジュールと通信し、
   送信された前記信号に対し応答がない場合には、前記他の端子に接続された前記Ｉ／Ｏモジュールと通信すること
   を特徴とするプログラマブルコントローラ。

Images