JP2017079059A

JP2017079059A - Ｐｌｃシステム

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Publication number: JP2017079059A
Application number: JP2016202341A
Authority: JP
Inventors: ホ‐キー・リー; Ho-Kee Lee
Original assignee: LSIS Co Ltd
Current assignee: LS Electric Co Ltd
Priority date: 2015-10-20
Filing date: 2016-10-14
Publication date: 2017-04-27
Anticipated expiration: 2036-10-14
Also published as: JP6490648B2; KR101778375B1; US20170111048A1; ES2869937T3; EP3159755A1; US9819346B2; CN106873504B; EP3159755B1; CN106873504A; KR20170046258A

Abstract

【課題】電源モジュールの異常発生時に電力を非常供給するための補助電源の充電時間を短縮しつつ、より多くの電力を供給できるＰＬＣシステムを提供する。【解決手段】ＰＬＣシステムは、電源モジュール３０４からの電力供給が中断されると、ＭＣＵ３１０に保存されたユーザデータをバックアップするメモリ部３１８と、電源モジュール３０４により充電され、電源モジュール３０４からＭＣＵ３１０に対する電力供給が中断されると、貯蔵された電力をメモリ部３１８に供給するキャパシタ３０８と、電源モジュール３０４とキャパシタ３０８との間に連結される可変抵抗部３１４と、電源モジュール３０４の電力供給状態に応じて電源モジュール３０４またはキャパシタ３０８をメモリ部３１８と選択的に連結するスイッチング部３１６と、を含む。【選択図】図３

Description

本発明は、ＰＬＣシステムに関し、より詳細には、電源モジュールによる電力供給が中断された時に補助電源によりユーザデータのバックアップを行うＰＬＣシステムに関する。

従来は、機械や装置を単独で制御して工場のシステムを運営していた。しかし、近年では産業が益々複雑且つ多様化するに伴い、システムの変化が求められている。すなわち、システムが複雑化し、重要設備の安全な動作を行うためには、これを補完するための装置が必要となる。そのため、現場ラインを直接制御するＰＬＣ（ＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＬｏｇｉｃＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）システムが開発されるに至った。

ＰＬＣは、デジタルまたはアナログ入出力モジュールを介して、ロジック、シーケンシング、タイミング、カウンティング、演算等の特殊な機能を行うためにプログラム可能なメモリを使用し、様々な種類の機械やプロセッサを制御する電子装置である。

一般的に、ＰＬＣは、産業の自動化とともに、最も基本的なコントローラ（制御器）として、工場やビルなどの設備自動化に多く使用されているシステムであり、初期の単純な基本演算から近年では複雑な応用演算を行うことや産業ネットワークを形成して、様々な現場の要求に応えている。

図１に示されているように、従来のＰＬＣシステム１０は、ベース１０２、電源モジュール１０４、ＣＰＵモジュール１０６、通信モジュール１０８、Ｉ／Ｏモジュール１１０、その他のモジュール１１２からなる。ベース１０２には、一般的に、一つの電源モジュール１０４およびＣＰＵモジュール１０６と、ベース１０２の空間が許容する範囲内に通信モジュール１０８、Ｉ／Ｏモジュール１１０、その他のモジュール１１２が取り付けられる。また、一つのベース１０２には、一つの電源モジュール１０４が取り付けられる。これは、電源モジュール１０４が供給可能な電力によって、ベース１０２に取り付けられるモジュールの数が制限され得ることを意味する。

図２は従来のＰＬＣシステムに含まれるＣＰＵモジュールの構成を示す。

従来のＰＬＣシステム１０に含まれたＣＰＵモジュール１０６は、電源モジュール１０４から電力の供給を受けて動作を行う。ＣＰＵモジュール１０６に含まれたＭＣＵ（ＭｉｃｒｏＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＵｎｉｔ）２０８は、各種の演算機能および他のモジュールに対する制御機能を行い、ユーザデータを管理する機能を行う。かかる機能は、電源モジュール１０４から供給される電力により行われ得るが、電源モジュール１０４に異常が発生すると、電源モジュール１０４からの電力供給が中断され得る。

電源モジュール１０４からの電力供給が中断されると、ＭＣＵ２０８は、スイッチング部２０４を制御し、電力供給源として補助電源２０２を代わりに使用する。これにより、ＭＣＵ２０８およびＳＲＡＭ２０６には、補助電源２０２に貯蔵された電力が供給され、ＭＣＵ２０８は、ＭＣＵ２０８に保存されたユーザデータをＳＲＡＭ２０６にバックアップする動作を行う。

図２に示される従来技術では、補助電源２０２としては、主に、リチウムイオン電池等の二次電池が使用される。しかしながら、かかる二次電池は、充電時間が長く、寿命が短いという問題がある。

また、図２に示される従来技術では、ＳＲＡＭのような低速メモリが使用されている。ＳＲＡＭに代えてフラッシュメモリのような高速メモリを使用する場合には、メモリの動作のために、より高い電力が求められる。しかしながら、リチウムイオン電池等の二次電池では、容量の限界のため、高速メモリに対して動作用の電力を十分に提供することが難しいという問題がある。

また、リチウムイオン電池等の二次電池では、充電および放電を繰り返す過程で、二次電池が破裂する可能性もある。

本発明は、電源モジュールの異常発生時に電力を非常供給するための補助電源の充電時間を短縮しつつ、より多くの電力を供給できるＰＬＣシステムを提供することを目的とする。

また、本発明は、より長い寿命を有し、且つ破裂による事故可能性を低減できる補助電源を有するＰＬＣシステムを提供することを他の目的とする。

また、本発明は、電源モジュールの異常発生によるデータバックアップを行う時に、より迅速且つ安全にデータをバックアップできるＰＬＣシステムを提供することをさらに他の目的とする。

本発明の目的は、以上で言及した目的に制限されず、言及されていない本発明の他の目的および利点は、下記の説明によって理解され、本発明の実施形態によってより明らかに理解される。また、本発明の目的および利点は、特許請求の範囲に示された手段およびその組み合わせにより実現可能であることは容易に理解することができる。

かかる目的を達成するための本発明は、電源モジュールから電力の供給を受けて動作を行うＰＬＣシステムであって、前記電源モジュールからの電力供給が中断されると、ＭＣＵに保存されたユーザデータをバックアップするメモリ部と、前記電源モジュールにより充電され、前記電源モジュールから前記ＭＣＵに対する電力供給が中断されると、貯蔵された電力を前記メモリ部に供給するキャパシタと、前記電源モジュールと前記キャパシタとの間に連結される可変抵抗部と、前記電源モジュールの電力供給状態に応じて前記電源モジュールまたは前記キャパシタを前記メモリ部と選択的に連結するスイッチング部と、を含むことを特徴とする。

本発明の一実施形態によれば、前記可変抵抗部の抵抗の大きさは、前記電源モジュールの容量に応じて可変的に決定され得る。

また、本発明の一実施形態によれば、前記キャパシタの充電が完了しないと、前記キャパシタの充電以外の前記ＰＬＣシステムの他の動作が制限され得る。

また、本発明の一実施形態に係るＰＬＣシステムは、前記キャパシタと前記スイッチング部との間に連結され、前記キャパシタから供給される電圧の大きさを前記メモリ部の要求電圧に対応するように変換する電圧変換部をさらに含み得る。

また、本発明の一実施形態によれば、前記スイッチング部は、前記キャパシタと前記メモリ部を連結した後、前記電源モジュールの電力供給が再開されると、前記ユーザデータのバックアップが完了した後、前記電源モジュールと前記メモリ部を連結することができる。

上述の本発明によれば、ＰＬＣシステムの電源モジュールの異常発生時に電力を非常供給するための補助電源の充電時間を短縮しつつ、より多い電力を供給できるという利点がある。

また、本発明に係るＰＬＣシステムの補助電源は、より長い寿命を有し、且つ爆発による事故可能性を低減できるという利点がある。

また、本発明によれば、ＰＬＣシステムの電源モジュールの異常発生によるデータバックアップを行う時に、より迅速且つ安全にデータをバックアップできるという利点がある。

従来のＰＬＣシステムの構成を示す。従来のＰＬＣシステムに含まれるＣＰＵモジュールの構成を示す。本発明の実施形態に係るＰＬＣシステムに含まれるＣＰＵモジュールの構成を示す。

上述の目的、特徴および利点は、添付の図面を参照して詳細に後述しており、これにより、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が本発明の技術的思想を容易に実施することができる。本発明を説明するにあたり、本発明に係る公知技術に関する具体的な説明が本発明の要旨を不明瞭にし得ると判断した場合には、詳細な説明を省略する。以下、添付の図面を参照して本発明に係る好ましい実施形態を詳細に説明する。図面において同一の参照符号は、同一または類似の構成要素を指すものとして使用される。

図３は本発明の実施形態に係るＰＬＣシステム３０に含まれるＣＰＵモジュール３０６の構成を示す。

図３を参照すると、本実施形態に係るＰＬＣシステム３０は、ベース３０２およびベース３０２に取り付けられる電源モジュール３０４と、ＣＰＵモジュール３０６と、を含む。参考までに、ベース３０２には、電源モジュール３０４、ＣＰＵモジュール３０６以外に、通信モジュールやＩ／Ｏモジュール等の他のモジュールがさらに取り付けられてもよい。

電源モジュール３０４は、電力を生成し、生成された電力をＣＰＵモジュール３０６に供給する。電源モジュール３０４は、種類に応じて互いに異なる容量を有し得る。

ＣＰＵモジュール３０６は、電源モジュール３０４から電力の供給を受けて動作を行う。ＣＰＵモジュール３０６は、ＭＣＵ３１０と、メモリ部３１８と、を含む。ＭＣＵ３１０は、ＰＬＣシステム３０の動作のために必要な各種の演算機能および他のモジュールに対する制御機能を行い、ユーザデータを管理する機能を行う。

メモリ部３１８は、ＰＬＣシステム３０の動作に必要な各種のデータを保存する役割をする。特に、電源モジュール３０４に異常が発生し、電源モジュール３０４からの電力供給が中断された場合、ＭＣＵ３１０の制御にしたがってユーザデータがメモリ部３１８にバックアップされ得る。

図３には、メモリ部３１８としてフラッシュ（Ｆｌａｓｈ）メモリが例示されているが、メモリ部３１８の種類が必ずしもこれに限定されるものではない。本実施形態では、フラッシュメモリのような高速メモリを使用することにより、従来のＳＲＡＭのような低速メモリに比べてより迅速にバックアップ機能を行うことができる。しかしながら、高速メモリを使用する場合、低速メモリに比べて消費電力が増加する。そのため、後述のように、本実施形態では、補助電源として、既存の二次電池より多い電力を提供できるキャパシタ、例えば、ウルトラキャパシタ３０８を使用する。

また、図３を参照すると、ＣＰＵモジュール３０６は、ウルトラキャパシタ３０８を含む。ウルトラキャパシタ３０８は、電源モジュール３０４と連結され、充電動作により電源モジュール３０４から供給される電力を貯蔵する。電源モジュール３０４に異常が発生し、電源モジュール３０４からの電力供給が中断された場合、ウルトラキャパシタ３０８は、貯蔵された電力をＭＣＵ３１０およびメモリ部３１８に供給することができる。

一方、ウルトラキャパシタ３０８と電源モジュール３０４との間には、可変抵抗部３１４が連結され得る。ウルトラキャパシタ３０８を充電する時には、電源モジュール３０４から瞬間的に多量の電流がウルトラキャパシタ３０８に供給される。したがって、ウルトラキャパシタ３０８と電源モジュール３０４との間に連結される可変抵抗部３１４を介して、ウルトラキャパシタ３０８に流入される電流の大きさを適切に調節することができる。

しかしながら、上述のように、電源モジュール３０４は、種類に応じて容量が互いに異なるため、可変抵抗部３１４の抵抗の大きさは、電源モジュール３０４の容量に応じて可変的に決定される。そのため、電源モジュール３０４の容量が大きい場合、可変抵抗部３１４の抵抗を小さく変更することで、より多い電流を、電源モジュール３０４からウルトラキャパシタ３０８に流入させることができる。また、電源モジュール３０４の容量が小さい場合には、可変抵抗部３１４の抵抗を大きく変更することで、相対的に少ない電流を、電源モジュール３０４からウルトラキャパシタ３０８に流入させることができる。かかる可変抵抗部３１４の抵抗の大きさの変更により、ウルトラキャパシタ３０８の充電を最も短い時間内に行うことができ、電源モジュール３０４の容量を超える過剰な電流が流れることを防止することができる。

例えば、図３に示されるように、可変抵抗部３１４には、二つの抵抗が含まれてもよく、その場合には電源モジュール３０４の容量に応じて二つの抵抗のいずれか一つを選択的に連結することで、抵抗の大きさを変更することができる。一方、図３には、可変抵抗部３１４が二つの抵抗を含む例が示されているが、実施形態に応じて可変抵抗部３１４に含まれる抵抗の個数は異なり得る。

また、図３を参照すると、ＣＰＵモジュール３０６は、スイッチング部３１６を含む。スイッチング部３１６は、電源モジュール３０４の電力供給状態に応じて、電源モジュール３０４またはウルトラキャパシタ３０８をＭＣＵ３１０およびメモリ部３１８と選択的に連結する。例えば、電源モジュール３０４が正常に動作を行う場合、スイッチング部３１６は、ＭＣＵ３１０およびメモリ部３１８をＡ端子と連結することで、電源モジュール３０４が電力を供給するようにする。しかしながら、電源モジュール３０４に異常が発生すると、スイッチング部３１６は、ＭＣＵ３１０およびメモリ部３１８をＢ端子と連結することで、ウルトラキャパシタ３０８がＭＣＵ３１０およびメモリ部３１８に電力を供給するようにする。

また、図３を参照すると、ＣＰＵモジュール３０６は、電圧変換部３１２をさらに含み得る。電圧変換部３１２は、ウルトラキャパシタ３０８とスイッチング部３１６との間に連結される。電圧変換部３１２は、ウルトラキャパシタ３０８から供給される電圧の大きさを、ＭＣＵ３１０またはメモリ部３１８の要求電圧に対応するように変換する役割をする。例えば、メモリ部３１８の動作に必要な要求電圧が５Ｖであり、ウルトラキャパシタ３０８の出力電圧が３Ｖである場合、電圧変換部３１２は、ウルトラキャパシタ３０８から出力される電圧を５Ｖに昇圧し、メモリ部３１８に提供することができる。

以下、図３を参照して、本実施形態に係るＰＬＣシステム３０の動作過程について説明する。

本実施形態では、停電時に電力を供給するために、先ず、ウルトラキャパシタ３０８の充電過程が行われる。ＭＣＵ３１０は、ウルトラキャパシタ３０８から現在のウルトラキャパシタ３０８の充電率に関する情報を受信する。仮にウルトラキャパシタ３０８の充電率が予め設定された基準充電率未満である場合には、ＭＣＵ３１０は、ＰＬＣシステム３０に含まれた他のすべてのモジュールの動作を制限し、ウルトラキャパシタ３０８の充電を優先して行う。この際、必要に応じて電力をあまり消費せず、ＰＬＣシステム３０で基本的に必要な基本動作（例えば、ＬＥＤ点灯または初期化動作）は、例外的にウルトラキャパシタ３０８の充電動作とともに行われ得る。

ウルトラキャパシタ３０８の充電のために、ＭＣＵ３１０は、スイッチング部３１６に接続解除のためのスイッチング信号を伝送する。スイッチング信号を受信したスイッチング部３１６は、Ａ端子およびＢ端子のいずれかの端子とも接続しない。そのため、電源モジュール３０４は、ウルトラキャパシタ３０８にのみ電力を供給する。

このように、本実施形態では、ウルトラキャパシタ３０８の充電が完了するまで他のモジュールの正常な動作が制限される。したがって、ウルトラキャパシタ３０８に対する電源モジュール３０４の電力供給、すなわち、充電は、できる限り短い時間内に行われる必要がある。本実施形態では、できる限り短い時間内にウルトラキャパシタ３０８を充電するために、図３のように、電源モジュール３０４とウルトラキャパシタ３０８との間に可変抵抗部３１４が連結され得る。

本実施形態において、電源モジュール３０４は、自己の電源容量に関する情報をＭＣＵ３１０に提供することができ、ＭＣＵ３１０は、電源モジュール３０４の電源容量に応じて可変抵抗部３１４の抵抗の大きさを決定することができる。仮に電源モジュール３０４の容量が大きい場合には、ＭＣＵ３１０は、可変抵抗部３１４の抵抗を小さく変更することで、より多い電流を、電源モジュール３０４からウルトラキャパシタ３０８に流入させることができる。また、電源モジュール３０４の容量が小さい場合には、ＭＣＵ３１０は、可変抵抗部３１４の抵抗を大きく変更することで、相対的に少ない電流を、電源モジュール３０４からウルトラキャパシタ３０８に流入させることができる。かかる可変抵抗部３１４の抵抗の大きさの変更により、ウルトラキャパシタ３０８の充電を最も短い時間内に行うことができ、電源モジュール３０４の容量を超える過剰な電流が流れることを防止することができる。

充電が完了すると、ウルトラキャパシタ３０８は、ＭＣＵ３１０に充電完了信号を伝送する。充電完了信号を受信したＭＣＵ３１０は、スイッチング部３１６に接続開始のためのスイッチング信号を伝送する。これにより、スイッチング部３１６は、接続端子をＡ端子に変更して、ウルトラキャパシタ３０８の充電のための電力供給を中断させ、電源モジュール３０４は、ＣＰＵモジュール３０６に電力を供給する。

以降、電源モジュール３０４に異常が発生して電力供給が不可能な状態になると、電源モジュール３０４は、電力供給に異常があることを知らせるアラーム信号をＭＣＵ３１０に伝送する。アラーム信号を受信したＭＣＵ３１０は、スイッチング部３１６に接続端子の変更のためのスイッチング信号を伝送する。スイッチング信号を受信したスイッチング部３１６は、接続端子をＡ端子からＢ端子に変更する。これにより、ＭＣＵ３１０およびメモリ部３１８は、ウルトラキャパシタ３０８から電力の供給を受けることができる。この際、ＭＣＵ３１０およびメモリ部３１８の要求電圧とウルトラキャパシタ３０８により供給される電圧の大きさが互いに異なり得る。そのため、電圧変換部３１２は、ウルトラキャパシタ３０８から供給される電圧の大きさをＭＣＵ３１０およびメモリ部３１８の要求電圧に対応するように変換することができる。

電源モジュール３０４からアラーム信号を受信したＭＣＵ３１０は、ＭＣＵ３１０に保存されていたユーザデータをメモリ部３１８にバックアップする動作を行う。かかるバックアップ動作は、ウルトラキャパシタ３０８により供給される電力を用いて行われ得る。

一方、かかるバックアップ動作を行う途中に電源モジュール３０４が復元され電力供給が再開され得る。かかる場合、ＭＣＵ３１０は、ユーザデータのバックアップが完了した後にのみ、スイッチング部３１６にスイッチング信号を伝送して電源モジュール３０４とＭＣＵ３１０およびメモリ部３１８を連結する。換言すると、本実施形態では、停電によって、電力供給源がウルトラキャパシタ３０８に転換された状況でバックアップが行われる途中に電源モジュール３０４が正常に復元されても、バックアップ動作の安定性のために、バックアップが終了するまで、電力供給源を電源モジュール３０４に変更することなく、そのまま電力供給源をウルトラキャパシタ３０８に維持する。かかる動作により、バックアップ動作の途中に電源の切り替えによるデータ消失の可能性を防止することができる。

また、本発明の他の実施形態に係るＰＬＣシステムは、電源モジュールから供給された電力で駆動するＣＰＵモジュールを含み、ＣＰＵモジュールは、演算および制御機能を行うＭＣＵと、動作に関する各種のデータを保存するメモリ部と、電源モジュールに連結されるキャパシタと、を含む。キャパシタは、電源モジュールにより充電され、電源モジュールの電力供給が中断された場合、メモリ部に電力を供給する。これにより、電源モジュールの電力供給が急に中断されても、メモリ部は、キャパシタから供給される電力により駆動され得ることから、データ損失を防止することができる。

上述の本発明は、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想から逸脱しない範囲内で様々な置換、変形および変更が可能であるため、上述の実施形態および添付の図面により限定されるものではない。

３０：ＰＬＣシステム
３０２：ベース
３０４：電源モジュール
３０６：ＣＰＵモジュール
３０８：ウルトラキャパシタ（キャパシタ）
３１２：電圧変換部
３１４：可変抵抗部
３１６：スイッチング部
３１８：メモリ部

Claims

電源モジュールから電力の供給を受けて動作を行うＰＬＣシステムであって、
前記電源モジュールからの電力供給が中断されると、ＭＣＵに保存されたユーザデータをバックアップするメモリ部と、
前記電源モジュールにより充電され、前記電源モジュールから前記ＭＣＵに対する電力供給が中断されると、貯蔵された電力を前記メモリ部に供給するキャパシタと、
前記電源モジュールと前記キャパシタとの間に連結される可変抵抗部と、
前記電源モジュールの電力供給状態に応じて前記電源モジュールまたは前記キャパシタを前記メモリ部と選択的に連結するスイッチング部と、を含む、ＰＬＣシステム。
前記可変抵抗部の抵抗の大きさは、前記電源モジュールの容量に応じて可変的に決定される、請求項１に記載のＰＬＣシステム。
前記キャパシタの充電が完了しないと、前記キャパシタの充電以外の他の動作が制限される、請求項１または２に記載のＰＬＣシステム。
前記キャパシタと前記スイッチング部との間に連結され、前記キャパシタから供給される電圧の大きさを前記メモリ部の要求電圧に対応するように変換する電圧変換部をさらに含む、請求項１から３のいずれか１項に記載のＰＬＣシステム。
前記スイッチング部は、
前記キャパシタと前記メモリ部を連結した後、前記電源モジュールの電力供給が再開されると、前記ユーザデータのバックアップが完了した後、前記電源モジュールと前記メモリ部を連結する、請求項１から４のいずれか１項に記載のＰＬＣシステム。