JP2023093858A

JP2023093858A - コントローラおよびｉｏモジュール

Info

Publication number: JP2023093858A
Application number: JP2021208967A
Authority: JP
Inventors: 雄三藤田; Yuzo Fujita
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2021-12-23
Filing date: 2021-12-23
Publication date: 2023-07-05

Abstract

【課題】現場での設置作業や製造時の検査を容易にする。【解決手段】コントローラ１は、ＩＯモジュール２－１～２－３への給電とＩＯモジュール２－１～２－３との通信をワイヤレスで行うワイヤレス受給電通信部１０を備える。ＩＯモジュール２－１～２－３は、コントローラ１または他のＩＯモジュールからの受電と、コントローラ１または他のＩＯモジュールとの通信を、ワイヤレスで行うワイヤレス受給電通信部２０－１と、ワイヤレス受給電通信部２０－１から電力供給を受けて、他のＩＯモジュールへの給電と他のＩＯモジュールとの通信を、ワイヤレスで行うワイヤレス受給電通信部２０－２とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、コントローラとＩＯモジュールとを組み合わせて構成される制御システムに関するものである。

空調制御用コントローラやＰＬＣ（Programmable Logic Controller）は、電源およびメイン制御部を含む本体と、ＩＯ（Input Output）等を担当するＩＯモジュールとが結合されて空調装置等を制御している（特許文献１参照）。

ＩＯモジュールには、信号の種類によってＡＩＯ（Analog Input Output），ＤＩＯ（Digital Input Output）など数種類が存在し、センサーやリレー等が接続され、センサーやリレー等から入力される情報を基に本体が空調装置等を制御している。これらＩＯモジュールは、本体と電線あるいはコネクタを介して結合され、本体からの電源供給と、本体との間での信号のやりとりが行われている。

従来の構成では、図４に示すように、コントローラ１００とＩＯモジュール１０１との間、およびＩＯモジュール１０１間をそれぞれコネクタ１０２で連結する必要があった。あるいは、図５に示すように、コントローラ１００とＩＯモジュール１０１との間、およびＩＯモジュール１０１間を信号ケーブル１０３で連結する必要があった。さらに、図５に示すように、コントローラ１００とＩＯモジュール１０１との間、およびＩＯモジュール１０１間を電源線１０４で連結するか、コントローラ１００と各ＩＯモジュール１０１にそれぞれ電源線を接続する必要があった。このため、従来の構成では、現場での結線作業や製造時の検査工程に時間がかかるという課題があった。

特開２０１０－１２３０２９号公報

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、現場での設置作業や製造時の検査を容易に行うことができるコントローラおよびＩＯモジュールを提供することを目的とする。

本発明は、制御システムのＩＯモジュールと組み合わせて使用されるコントローラにおいて、前記ＩＯモジュールへの給電と前記ＩＯモジュールとの通信をワイヤレスで行うように構成されたワイヤレス受給電通信部と、前記ＩＯモジュールに接続された機器の制御のための制御部とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明のコントローラの１構成例は、前記ワイヤレス受給電通信部を複数備えることを特徴とするものである。

また、本発明は、制御システムのコントローラと組み合わせて使用されるＩＯモジュールにおいて、前記コントローラまたは他のＩＯモジュールからの受電と、前記コントローラまたは他のＩＯモジュールとの通信を、ワイヤレスで行うように構成された第１のワイヤレス受給電通信部と、前記第１のワイヤレス受給電通信部から電力供給を受けて、他のＩＯモジュールへの給電と他のＩＯモジュールとの通信を、ワイヤレスで行うように構成された第２のワイヤレス受給電通信部と、自装置と接続された機器との通信のための入出力部とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明のＩＯモジュールの１構成例は、２次電池と、自装置内の消費電流が電流閾値以下の場合に、前記第１のワイヤレス受給電通信部から電力供給を受けて前記２次電池を充電するように構成された充電部と、前記第１のワイヤレス受給電通信部から供給される電圧が停電閾値以下の場合に、停電検出信号を出力するように構成された停電検出部と、前記停電検出信号が出力されていないときは、前記第１のワイヤレス受給電通信部が受電した電力を前記入出力部と前記第２のワイヤレス受給電通信部とに供給し、前記停電検出信号が出力されたときは、前記２次電池から供給される電力を前記入出力部と前記第１、第２のワイヤレス受給電通信部とに供給するように構成された電源切替部とをさらに備えることを特徴とするものである。

本発明によれば、コントローラとＩＯモジュールにワイヤレス受給電通信部を実装することで、コントローラとＩＯモジュールとの間、およびＩＯモジュール間でワイヤレスで給電と通信とを行い、自由にＩＯモジュールを増設することができる。本発明では、現場での盤内の設置が容易になるばかりでなく、製造時の検査工程においても電源線、信号線を接続することなく検査を行うことができる。

図１は、本発明の第１の実施例に係る制御システムの構成を示すブロック図である。図２は、本発明の第１の実施例に係る制御システムの他の構成を示すブロック図である。図３は、本発明の第２の実施例に係る制御システムの構成を示すブロック図である。図４は、従来のコントローラとＩＯモジュールの接続形態の１例を示す図である。図５は、従来のコントローラとＩＯモジュールの接続形態の他の例を示す図である。

［発明の原理］
本発明は、コントローラとＩＯモジュールのそれぞれにワイヤレス受給電通信部を実装することで、コントローラとＩＯモジュールとの間、およびＩＯモジュール間でワイヤレスで給電と通信とを行い、自由にＩＯモジュールを増設することができることを特徴とする。

本発明によれば、現場での盤内の設置が容易になるばかりでなく、製造時の検査工程においても電源線、信号線を接続することなく検査を行うことができる。本発明では、ワイヤレス受給電通信部を２セット、ＩＯモジュールに搭載することで、コントローラまたは他のＩＯモジュールから電力と信号をワイヤレスで受け取り、さらに別のＩＯモジュールに電力と信号をワイヤレスで伝達することが可能となる。

［第１の実施例］
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施例に係る制御システムの構成を示すブロック図である。制御システムは、コントローラ１と、入出力機器（センサ、圧力計、流量計、スイッチ、表示器、バルブ又はポンプ等）とのインタフェース処理を行うＩＯモジュール２－１～２－３とを備えている。

コントローラ１は、現場に設置された入力機器（センサ、圧力計、流量計等）からの入力信号をＩＯモジュール２－１～２－３を介して収集し、この入力信号を基に制御演算を実行する。そして、コントローラ１は、現場に設置された出力機器（スイッチ、表示器、バルブ又はポンプ等）へＩＯモジュール２－１～２－３を介して制御信号を出力する。こうして、データ収集及び制御が行われる。
本実施例の制御システムは、例えば建物の空調設備の制御や、熱源設備の制御など、様々な対象の制御に適用が可能である。

コントローラ１は、ワイヤレス受給電通信部１０と、制御部１１とを備えている。各ＩＯモジュール２－１～２－３は、ワイヤレス受給電通信部２０－１，２０－２と、入出力部２１とを備えている。

コントローラ１のワイヤレス受給電通信部１０と制御部１１とは、外部から電源線で供給される電力によって動作する。ワイヤレス受給電通信部１０は、隣接するＩＯモジュール２－１～２－３への給電と隣接するＩＯモジュール２－１～２－３との通信をワイヤレスで行い、制御部１１との通信を有線で行う。

制御部１１は、ワイヤレス受給電通信部１０を介してＩＯモジュール２－１～２－３から受信した入力信号に基づいて制御演算を行い、演算結果の制御信号をワイヤレス受給電通信部１０を介してＩＯモジュール２－１～２－３へ送信する。

各ＩＯモジュール２－１～２－３のワイヤレス受給電通信部２０－１は、隣接するコントローラ１または隣接する他のＩＯモジュールからの受電と、隣接するコントローラ１または隣接する他のＩＯモジュールとの通信をワイヤレスで行う。また、ワイヤレス受給電通信部２０－１は、ワイヤレス受給電通信部２０－２および入出力部２１との通信を有線で行う。

各ＩＯモジュール２－１～２－３のワイヤレス受給電通信部２０－２は、ワイヤレス受給電通信部２０－１から電力供給を受けて、隣接する他のＩＯモジュールへの給電と、隣接する他のＩＯモジュールとの通信をワイヤレスで行う。また、ワイヤレス受給電通信部２０－２は、ワイヤレス受給電通信部２０－１および入出力部２１との通信を有線で行う。

各ＩＯモジュール２－１～２－３の入出力部２１は、ワイヤレス受給電通信部２０－１から供給される電力によって動作する。入出力部２１は、自装置と接続された入力機器（不図示）から受信した信号をワイヤレス受給電通信部２０－１，２０－２を介してコントローラ１へ送信し、ワイヤレス受給電通信部２０－１，２０－２を介してコントローラ１から受信した信号を、自装置と接続された出力機器（不図示）へ送信する。

例えばコントローラ１からＩＯモジュール２－２に信号を送信する場合、コントローラ１の制御部１１→コントローラ１のワイヤレス受給電通信部１０→ＩＯモジュール２－１のワイヤレス受給電通信部２０－１→ＩＯモジュール２－１のワイヤレス受給電通信部２０－２→ＩＯモジュール２－２のワイヤレス受給電通信部２０－１→ＩＯモジュール２－２の入出力部２１という経路で信号が送信される。ＩＯモジュール２－２からコントローラ１に信号を送信する場合には、逆の経路で信号が送信される。

ワイヤレス受給電通信部１０，２０－１，２０－２のワイヤレス受給電機能は、例えばＱｉなどの技術によって実現できる。
また、ワイヤレス受給電通信部１０，２０－１，２０－２のワイヤレス通信機能は、例えばＮＦＣ（Near Field Communication）またはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの技術によって実現できる。

ただし、以上の技術では近距離受給電、近距離通信のため、隣接するコントローラ１とＩＯモジュール２－１間、または隣接するＩＯモジュール間でのみ受給電と通信が可能であるが、受給電距離と通信距離が長い技術を採用すれば、図２に示すようなコントローラ１とＩＯモジュール２－１～２－７とからなる制御システムのメッシュネットワーク化が可能となり、製品の拡張が可能となる。

［第２の実施例］
次に、本発明の第２の実施例について説明する。図３は本発明の第２の実施例に係る制御システムの構成を示すブロック図である。本実施例の制御システムは、コントローラ１ａと、ＩＯモジュール２ａ－１～２ａ－ｎ（ｎは１以上の整数）とから構成される。

コントローラ１ａは、ワイヤレス受給電通信部１０－１，１０－２と、制御部１１とを備えている。
各ＩＯモジュール２ａ－１～２ａ－ｎは、ワイヤレス受給電通信部２０－１，２０－２と、入出力部２１と、充電部２２と、２次電池２３と、停電検出部２４と、電源切替部２５とを備えている。

各ＩＯモジュール２ａ－１～２ａ－ｎの充電部２２は、自装置内の消費電流（ワイヤレス受給電通信部２０－２による他のＩＯモジュールへの給電による消費電流を含む）が所定の電流閾値以下の場合に、ワイヤレス受給電通信部２０－１から電力供給を受けて２次電池２３を充電する。

各ＩＯモジュール２ａ－１～２ａ－ｎの停電検出部２４は、ワイヤレス受給電通信部２０－１から供給される電圧が所定の停電閾値以下の場合に、停電検出信号を出力する。

各ＩＯモジュール２ａ－１～２ａ－ｎの電源切替部２５は、停電検出部２４から停電検出信号が出力されていないときは、ワイヤレス受給電通信部２０－１が受電した電力を入出力部２１とワイヤレス受給電通信部２０－２とに供給し、停電検出部２４から停電検出信号が出力されたときは、２次電池２３から供給される電力を入出力部２１とワイヤレス受給電通信部２０－１，２０－２とに供給する。

ただし、２次電池２３から電源切替部２５を介してワイヤレス受給電通信部２０－１，２０－２に電力を供給する場合には、ワイヤレス受給電通信部２０－１，２０－２の通信機能部にのみ電力が供給され、ワイヤレス受給電通信部２０－１，２０－２のワイヤレス受給電機能部には電力が供給されない回路構成となっている。

こうして、本実施例では、各ＩＯモジュール２ａ－１～２ａ－ｎが予め２次電池２３を充電しておくことにより、ワイヤレス受給電の効率が悪化した場合でも、２次電池２３に充電された電力を使用して通信を行うことが可能になる。

また、本実施例では、コントローラ１ａに、２つのワイヤレス受給電通信部１０－１，１０－２を実装することで、コントローラ１ａの１つのワイヤレス受給電通信部に接続されるＩＯモジュールの台数を減らすことができる。

本発明は、制御システムに適用することができる。

１，１ａ…コントローラ、２－１～２－７，２ａ－１～２ａ－ｎ…ＩＯモジュール、１０，１０－１，１０－２，２０－１，２０－２…ワイヤレス受給電通信部、１１…制御部、２１…入出力部、２２…充電部、２３…２次電池、２４…停電検出部、２５…電源切替部。

Claims

制御システムのＩＯモジュールと組み合わせて使用されるコントローラにおいて、
前記ＩＯモジュールへの給電と前記ＩＯモジュールとの通信をワイヤレスで行うように構成されたワイヤレス受給電通信部と、
前記ＩＯモジュールに接続された機器の制御のための制御部とを備えることを特徴とするコントローラ。
請求項１記載のコントローラにおいて、
前記ワイヤレス受給電通信部を複数備えることを特徴とするコントローラ。
制御システムのコントローラと組み合わせて使用されるＩＯモジュールにおいて、
前記コントローラまたは他のＩＯモジュールからの受電と、前記コントローラまたは他のＩＯモジュールとの通信を、ワイヤレスで行うように構成された第１のワイヤレス受給電通信部と、
前記第１のワイヤレス受給電通信部から電力供給を受けて、他のＩＯモジュールへの給電と他のＩＯモジュールとの通信を、ワイヤレスで行うように構成された第２のワイヤレス受給電通信部と、
自装置と接続された機器との通信のための入出力部とを備えることを特徴とするＩＯモジュール。
請求項３記載のＩＯモジュールにおいて、
２次電池と、
自装置内の消費電流が電流閾値以下の場合に、前記第１のワイヤレス受給電通信部から電力供給を受けて前記２次電池を充電するように構成された充電部と、
前記第１のワイヤレス受給電通信部から供給される電圧が停電閾値以下の場合に、停電検出信号を出力するように構成された停電検出部と、
前記停電検出信号が出力されていないときは、前記第１のワイヤレス受給電通信部が受電した電力を前記入出力部と前記第２のワイヤレス受給電通信部とに供給し、前記停電検出信号が出力されたときは、前記２次電池から供給される電力を前記入出力部と前記第１、第２のワイヤレス受給電通信部とに供給するように構成された電源切替部とをさらに備えることを特徴とするＩＯモジュール。