JP2019079190A - 出力ユニット、入力ユニット、および入出力システム - Google Patents

Abstract

【課題】設計の自由度が高く、拡張性を持った安全制御ロジックを構築する。【解決手段】出力ユニット（３０）は、入力ユニット（２０）からの入力信号を受信する入力信号受信部（３４）と、入力信号に基づいて出力を行う出力制御部（３５）と、を備え、自ユニットに設定されているグループ毎に、自ユニットに設定されているグループと同じグループに設定されている全ての入力ユニット（２０）からの入力信号を受信すると出力を行う。【選択図】図１

Description

本発明は、出力ユニット、入力ユニット、およびこれらを含む入出力システムに関する。

ＦＡ（Factory Automation）の分野において、産業用ロボットシステム、汎用工作機械、半導体製造装置等の運転を安全に制御するために、セーフティコントローラ（安全ＰＬＣ：Programmable Logic Controller）が用いられている。セーフティコントローラは、スイッチおよびセンサ等からのオン／オフ信号が入力される入力ユニットと、サーボモーター、油圧シリンダ、ソレノイドバルブ等のアクチュエータ、およびリレー等の機器に対して制御信号を出力する出力ユニットと、入力ユニットからの入力に基づき、格納された制御プログラムにしたがって演算処理を行い、出力ユニットを制御するＣＰＵユニットと、を備えている。

このようなセーフティコントローラにおいては、例えば、ライトカーテン等の安全センサが機械や装置の作業領域への人の進入を検出したとき、安全センサからの検出信号が入力ユニットに入力される。ＣＰＵユニットは、この入力信号を受けて、所定の制御プログラムに基づき、運転中のアクチュエータに対して例えば駆動停止信号を出力するように、出力ユニットを制御する。このようにして、運転中の機器が緊急停止して、作業者の安全が確保されるようになっている。

しかし、セーフティコントローラ内に格納される制御プログラムの作成は、専門知識を必要であり、かつ非常に面倒な作業である。このような制御プログラムの作成をユーザが行わなければならないとすると、ユーザの負担が過大になってしまう。

そこで、特許文献１には、複数の安全制御ロジックの中からユーザが所望の安全制御ロジックを設定スイッチにより選択することにより設定できる制御装置が記載されている。

特許５２５４９６８号明細書（２０１３年４月２６日登録）

しかし、上述した従来技術は、予め設定されている安全制御ロジックの中から所望の安全制御ロジックを選択するしかなく、設計の自由度が低い。また、拡張性にも乏しい。よって、ユーザが所望する安全制御ロジックを容易に構築できるとは言い切れない。

本発明の一態様は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ユーザに負担をかけることなく、設計の自由度が高く、拡張性を持った安全制御ロジックを構築することができる出力ユニット等を実現することを目的とする。

前記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る出力ユニットは、複数の入力ユニットと通信可能な出力ユニットであって、自ユニットおよび前記入力ユニットの各々には１つ以上のグループが設定され、前記入力ユニットからの入力信号を受信する入力信号受信部と、前記入力信号に基づいて出力を行う出力制御部と、を備え、前記出力制御部は、自ユニットに設定されているグループ毎に、自ユニットに設定されているグループと同じグループに設定されている全ての前記入力ユニットからの入力信号を受信すると出力を行うことを特徴としている。

前記の構成によれば、出力ユニットは、自ユニットと同じグループに含まれる全ての入力ユニットからの入力信号を受信すると出力を行う。これにより、自ユニットと同じグループが設定されている全ての入力ユニットからの入力があった場合に出力するという論理積（ＡＮＤ）ロジックを構築することができる。

また、自ユニットに複数のグループが設定されている場合は、何れかのグループに設定されている全ての入力ユニットからの入力信号を受信すると出力を行う。これにより、自ユニットに複数のグループが設定されている場合、当該グループの何れかのグループが設定されている入力ユニットの全てから入力があった場合ときに出力するという論理和（ＯＲ）ロジックを構築することができる。

したがって、グループ毎に、入力ユニットと出力ユニットとを組み合わせることにより、出力するための様々なロジックを容易に構築することができる。よって、ユーザに負担をかけることなく、設計の自由度が高く、拡張性を持った安全制御ロジックを構築することができる。

前記の課題を解決するために本発明の一態様に係る入力ユニットは、前記出力ユニットと通信可能な入力ユニットであって、グループの設定が可能であることを特徴としている。これにより、上述した効果を奏することができる。

前記の課題を解決するために本発明の一態様に係る入出力システムは、前記出力ユニットと前記入力ユニットとを含むことを特徴としている。これにより、上述した効果を奏することができる。

本発明の一態様によれば、ユーザに負担をかけることなく、設計の自由度が高く、拡張性を持った安全制御ロジックを構築することができるという効果を奏する。

本実施形態に係る出力ユニットの要部構成を示すブロック図である。 本実施形態に係る入出力システム適用されるマシニングセンタの一例を示す図である。 本実施形態に係る入出力システムの構成例を示すブロック図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、入力ユニットおよび出力ユニットそれぞれのグループと出力ユニットの出力の可否との関係を示す図である。 本実施形態に用いることができるＤＩＰスイッチの例を示す図である。

§１ 適用例
まず、図２を用いて、本発明が適用される場面の一例について説明する。図２は、本実施形態に係る入出力システム１００が適用されるマシニングセンタ１０１の一例を示す。図２に示すように、本適用例におけるマシニングセンタ１０１では、制御対象を複数のグループ（図２に示す例では、グループＡおよびグループＢ）に分け、グループごとに制御を行う。換言すれば、マシニングセンタ１０１で用いられるセーフティコントローラの出力ユニットおよび入力ユニットがグループ分けされる。そして、本実施形態では、出力ユニットは、同じグループに含まれる全ての入力ユニットを把握し、同じグループに含まれる入力ユニットからの入力の論理積を用いて出力を行う。

これにより、グループ毎に出力ユニットからの出力を行うことができるので、ユーザは、制御対象をグループ分けするのみで、所望の安全制御ロジックを構築することができる。

§２ 構成例
〔構成〕
次に、図１を参照して、本実施形態に係る出力ユニット３０の要部構成について説明する。図１は、本実施形態に係る出力ユニット３０の要部構成を示すブロック図である。

図１に示すように、出力ユニット３０は、記憶部３１、設定グループ受付部３３、入力信号受信部３４、および出力制御部３５を含む。また、記憶部３１にはグループ設定情報３２が記憶されている。

出力ユニット３０は、グループの設定が可能であり、入力ユニット２０からの入力信号に基づき出力を行うものである。出力の詳細については後述する。なお、出力ユニット３０に入力ユニットとしての機能が含まれていてもよい。すなわち、出力ユニット３０は入出力ユニットであってもよい。

上述したように記憶部３１にはグループ設定情報３２が記憶されている。グループ設定情報３２は、自ユニットに設定されたグループの情報、および、自ユニットと同じグループに設定されている入力ユニット２０の情報を含む。同じグループに設定された入力ユニット２０の情報は、例えば、起動時に取得することができる。

設定グループ受付部３３は、例えば、外部のＤＩＰスイッチ４０により設定された自ユニットのグループ設定を受け付け、グループ設定情報３２として記憶部３１に記憶させる。入力ユニット２０および出力ユニット３０の各々に対するグループの設定方法について、詳細は後述する。

入力信号受信部３４は、入力ユニット２０から入力信号を受信し、出力制御部３５に送信する。

出力制御部３５は、入力信号受信部３４が受信した入力信号とグループ設定情報３２とを用いて出力するか否かを決定し、出力すると決定した場合は、出力を行う。より詳細には、出力制御部３５は、グループ毎に、自ユニットと同じグループに設定された入力ユニット２０全てから入力信号を受信した場合、出力を行う。

入力ユニット２０は、グループの設定が可能であるとともに、出力ユニット３０と通信可能である。そして、入力ユニット２０は、後述する入力装置が検知した場合に入力信号を出力ユニット３０に送信する。

〔入出力システム例〕
次に、図３を参照して、本実施形態に係る入出力システム１００の構成例について説明する。図３は、本実施形態に係る入出力システム１００の構成例を示すブロック図である。

図３に示す例において、入力ユニットＡＢ−１、入力ユニットＡ−１、入力ユニットＡ−２、入力ユニットＢ−１、および入力ユニットＢ−２は入力ユニット２０に相当する。なお、これらの入力ユニットを区別する必要がないときは単に入力ユニットと記載する。また、出力ユニットＡ−３、および出力ユニットＢ−３は出力ユニット３０に相当する。なお、これらの出力ユニットを区別する必要がないときは単に出力ユニットと記載する。

図３に示す例では、入力ユニットＡＢ−１、入力ユニットＡ−１、入力ユニットＡ−２、出力ユニットＡ−３、入力ユニットＢ−１、入力ユニットＢ−２、および出力ユニットＢ−３が直列に接続されている。また、図３に示すように、各ユニットには、入力装置ＡＢ−１１、入力装置Ａ−１１、入力装置Ａ−１２、出力装置Ａ−１３、入力装置Ｂ−１１、入力装置Ｂ−１２、および出力装置Ｂ−１３が接続されている。

入力ユニットおよび出力ユニットはグループを設定することができ、図３に示す例では、入力ユニットＡＢ−１はグループＡおよびグループＢの両方に設定されている。つまり、グループＡおよびグループＢの両方に含まれる。また、入力ユニットＡ−１、入力ユニットＡ−２はグループＡに設定されている。また、入力ユニットＢ−１、入力ユニットＢ−２はグループＢに設定されている。

入力装置は、安全用途で状態を検出するものである。例としては、危険領域での人の存在を検知するレーザスキャナ、セーフティマット、人の侵入を検知するセーフティライトカーテン等が挙げられる。また、非常停止、イネーブル機器といったセーフティスイッチも入力装置の一例として挙げられる。

出力装置は、出力ユニットからの出力信号に基づき各機器の安全を制御するものである。例としては、セーフティコントローラ、サーボドライバ等が挙げられる。

そして、本実施形態に係る出力ユニットは、自ユニット同じグループに含まれる入力ユニットを全て把握している。図３の例で言えば、出力ユニットＡ−３は、入力ユニットＡＢ−１、入力ユニットＡ−１、入力ユニットＡ−２の３個の入力ユニットを把握している。また、出力ユニットＢ−３は、入力ユニットＡＢ−１、入力ユニットＢ−１、入力ユニットＢ−２の３個の入力ユニットを把握している。

上述したように、出力ユニットは自ユニットと同じグループに含まれる入力ユニットから入力があった場合、論理積（ＡＮＤ）に基づいて出力する。すなわち、自ユニットと同じグループに含まれる入力ユニットが、入力ユニットＡＢ−１、入力ユニットＡ−１、入力ユニットＡ−２の３個あった場合、全ての入力ユニットからの入力があって初めて出力する。

また、出力ユニットは、自ユニットが複数のグループに含まれ、異なるグループに含まれる入力ユニットから入力があった場合、論理和（ＯＲ）に基づいて出力する。すなわち、自ユニットがＡとＢとの２つのグループに含まれ、グループＡに含まれる入力ユニットが、入力ユニットＡ−１の１個であり、グループＢに含まれる入力ユニットが、入力ユニットＢ−１の１個であった場合、入力ユニットＡ−１、および入力ユニットＢ−１の何れかからの入力があったときに出力する。

したがって、図３に示す例の場合、出力ユニットＡ−３は、入力ユニットＡＢ−１、入力ユニットＡ−１、入力ユニットＡ−２の３個のユニットからの入力の論理積を用いて出力を行い、出力ユニットＢ−３は、入力ユニットＡＢ−１、入力ユニットＢ−１、入力ユニットＢ−２の３個のユニットからの入力の論理積を用いて出力を行う。

〔出力パターン〕
次に、図４を参照して、出力ユニット３０の出力について説明する。図４は、入力ユニット２０および出力ユニット３０それぞれのグループと出力の可否との関係を示す図である。

図４の（Ａ）に、出力ユニット３０がグループＡに含まれ（図４では出力ユニットＡと記載）、グループＡに含まれる入力ユニット２０が入力ユニットＡ−１、入力ユニットＡ−２の２個の場合を示す。この場合、入力ユニットＡ−１、および入力ユニットＡ−２の２個の入力ユニットそれぞれから入力があった場合、グループＡに含まれる出力ユニットＡは出力を行う。すなわち、出力ユニットＡは、入力ユニットＡ−１、および入力ユニットＡ−２の２個の入力ユニットの入力の論理積を用いて出力を行う。

図４の（Ｂ）に、図４の（Ａ）に示した例にリセット信号を用いる構成を加えた場合を示す。この場合、図４の（Ｂ）に示すように、入力ユニットＡ−１、および入力ユニットＡ−２の２個の入力ユニットそれぞれから入力があり、かつグループがＡに設定されたリセット信号の入力があった場合、グループＡに含まれる出力ユニットＡは出力を行う。すなわち、出力ユニットＡは、入力ユニットＡ−１、および入力ユニットＡ−２の２個の入力ユニットの入力の論理積と、リセット信号との論理積を用いて出力を行う。

図４の（Ｃ）に、グループＡに含まれる出力ユニットＡと、グループＢに含まれる出力ユニットＢとがあり、グループＡに含まれる入力ユニットが入力ユニットＡＢ−１、入力ユニットＡ−１の２個、グループＢに含まれる入力ユニットが入力ユニットＡＢ−１、入力ユニットＢ−１の２個の場合を示す。この場合、入力ユニットＡＢ−１、および入力ユニットＡ−１の２個の入力ユニットそれぞれから入力があった場合、グループＡに含まれる出力ユニットＡは出力を行う。また、入力ユニットＡＢ−１、および入力ユニットＢ−１の２個の入力ユニットそれぞれから入力があった場合、グループＢに含まれる出力ユニットＢは出力を行う。すなわち、グループＡに含まれる出力ユニットＡは、入力ユニットＡＢ−１、および入力ユニットＡ−１の２個の入力ユニットの入力の論理積を用いて出力を行い、グループＢに含まれる出力ユニットＢは、入力ユニットＡＢ−１、および入力ユニットＢ−１の２個の入力ユニットの入力の論理積を用いて出力を行う。

図４の（Ｄ）に、グループＡおよびＢに両方に含まれる出力ユニットＡＢがあり、グループＡに含まれる入力ユニットが入力ユニットＡＢ−１、入力ユニットＡ−１の２個、グループＢに含まれる入力ユニットが入力ユニットＡＢ−１、入力ユニットＢ−１の２個の場合を示す。この場合、入力ユニットＡ−１または入力ユニットＢ−１の少なくとも何れかからの入力があり、かつ、入力ユニットＡＢ−１から入力があった場合、グループＡおよびＢの両方に含まれる出力ユニットＡＢは出力を行う。すなわち、グループＡおよびＢの両方に含まれる出力ユニットＡＢは、入力ユニットＡ−１、および入力ユニットＢ−１の２個の入力ユニットの入力の論理和と、入力ユニットＡＢ−１の入力との論理積を用いて出力を行う。

以上のように、本実施形態では、入力ユニット２０と出力ユニット３０とをグループ分けすることにより、どのようなロジックも構築することができる。したがって、ユーザは、必要な入出力ユニットを用意し、グループを設定して接続するのみで、直感的に安全制御ロジックを構築することができる。これにより、ユーザは、安全制御ロジックを、ツール等を用いることなく容易に構築できる。また、入出力ユニットを順不同で接続するのみなので、配線も現場最適で実現できる。さらに、ツール等を必要としないので、システム構築にかかるコストを抑制することができる。

§３ 他の構成例
〔他の構成例１〕
入力ユニット、および出力ユニットのグループの設定は、工場等からの出荷時に予め設定されているものであってもよいし、入力ユニット、および出力ユニットのグループの設定を、ＤＩＰスイッチ４０を用いてカスタマイズできる構成であってもよい。図５にＤＩＰスイッチ４０の例を示す。図５に示すようなＤＩＰスイッチ４０から各ユニットに設定情報を送信することにより各ユニットのグループを設定することができる。例えば、スイッチ１、２、３をオンにした場合、当該ユニットはスイッチ１、２、３に対応するグループに含まれるとすることができる。

また、ＤＩＰスイッチ４０のついたグループ設定用デバイスを設け、当該ＤＩＰスイッチ４０の状態を各入出力ユニットにコピーすることで、各入出力ユニットのグループを設定してもよい。これにより、各入出力ユニットにＤＩＰスイッチ４０を搭載することを不要にできる。

換言すれば、本構成によれば、ユーザが簡単に安全制御ロジックの構築、グループの変更を行うことができる。また、ＤＩＰスイッチ４０が予め設定されているものであれば、ユーザはグループの設定をせず、グループが設定された入出力ユニットを選択するだけでよい。さらに、この場合、安全設計を知らないユーザが不用意に設定を変更できないため、安静制御システムの管理が容易となる。

〔他の構成例２〕
各入出力ユニットのグループの設定をユーザが認識できる構成であってもよい。例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）、表示灯などの表示手段で設定されているグループをユーザに通知する構成であってもよい。また、工場等の出荷時にすでにグループの設定がされている場合、入出力ユニットに設定されているグループを印字する構成であってもよいし、設定されているグループ毎に、入出力ユニットの色や形状を異ならせる構成であってもよい。これにより、入出力ユニットのグループ設定を容易に認識することができる。

〔他の構成例３〕
出力ユニットのグループの設定を出力基準で設定してもよい。例えば、２つの出力ユニットそれぞれをグループＡおよびグループＢと設定し、入力ユニットはグループＡのものが１つ、グループＡとＢの両方のものが１つある場合、グループＡの出力ユニットは、２つの入力ユニットから入力が無いと出力しない。これにより、２つの入力ユニットからの入力が無いと出力しないという論理積（ＡＮＤ）のロジックを実現できる。

また、１つの出力ユニットをグループＡとＢの両方と設定し、入力ユニットは、グループＡのものが１つ、グループＢのものが１つある場合、何れかの入力ユニットからの入力があれば、出力ユニットは出力する。これにより、２つの入力ユニットの何れかからの入力があれば出力するという論理和（ＯＲ）のロジックを実現できる。

したがって、論理積（ＡＮＤ）、および論理和（ＯＲ）のロジックを容易に実現することができる。

〔他の構成例４〕
それぞれの入出力ユニットの接続認識の過程で、通信が届かない部分について表示器などで通知する構成であってもよい。これにより、ユーザは断線箇所を特定することができる。

〔他の構成例５〕
直列に接続される入出力ユニットの接続順序に意味を持たせる構成であってもよい。例えば、或るユニットの前後でグループを分ける構成であってもよい、また、ロジックゲートそのままの接続順で入出力ユニットを接続する構成であってもよい。これにより、入出力ユニットのグループを個別に設定する必要が無くなる。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

２０ 入力ユニット
３０ 出力ユニット
３１ 記憶部
３２ グループ設定情報
３３ 設定グループ受付部
３４ 入力信号受信部
３５ 出力制御部
４０ ＤＩＰスイッチ
１００ 入出力システム
Ａ−１、Ａ−２、ＡＢ−１、Ｂ−１、Ｂ−２ 入力ユニット
Ａ−３、Ｂ−３ 出力ユニット

Claims (3)

1. 複数の入力ユニットと通信可能な出力ユニットであって、
   自ユニットおよび前記入力ユニットの各々には１つ以上のグループが設定され、
   前記入力ユニットからの入力信号を受信する入力信号受信部と、
   前記入力信号に基づいて出力を行う出力制御部と、を備え、
   前記出力制御部は、自ユニットに設定されているグループ毎に、自ユニットに設定されているグループと同じグループに設定されている全ての前記入力ユニットからの入力信号を受信すると出力を行うことを特徴とする出力ユニット。
2. 請求項１に記載の出力ユニットと通信可能な入力ユニットであって、
   グループの設定が可能であることを特徴とする入力ユニット。
3. 請求項１に記載の出力ユニットと請求項２に記載の入力ユニットとを含むことを特徴とする入出力システム。

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