JP4247664B2 - プログラマブルコントローラ用機器 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、C言語などのコンパイル方式の言語で記述されたプログラムを実行可能なプログラマブルコントローラ用機器に関する。
【0002】
【従来の技術】
ファクトリーオートメーション(FA)の制御装置として、プログラマブルコントローラ(PLC)が用いられている。このPLCは、複数のユニットから構成される。すなわち、電源供給源の電源ユニット,PLC全体の制御を統率するCPUユニット,FAの生産装置や設備装置の適所に取り付けたスイッチやセンサの信号を入力する入力ユニット,アクチュエータなどに制御出力を出す出力ユニット,通信ネットワークに接続するための通信ユニットなどの各種のユニットを適宜組み合わせて構成される。
【0003】
PLCのCPUユニットにおける制御は、入力ユニットで入力した信号をCPUユニットのI/Oメモリに取り込み(INリフレッシュ)、予め登録されたユーザプログラム記述言語(例えばラダー言語)で組まれたユーザプログラムに基づき論理演算をし(演算実行)、その演算実行結果をI/Oメモリに書き込んで出力ユニットに送り出し(OUTリフレッシュ)、その後、いわゆる周辺処理を行うということをサイクリックに繰り返し処理するようになる。そして、上記したユーザプログラムは、CPUユニットのユーザメモリに格納される。
【0004】
ところで、PLCの一般的な使われ方としては、複数のINデータの論理演算をして、その演算結果によってOUTデータを出力して、被制御装置を制御するような使われ方がある。この場合のユーザプログラムは、ラダー言語を用いることが多い。その理由は、ラダーによるプログラミングは、入力機器の接点のON/OFF状態と出力機器へのOUT信号の状態との論理関係を表しやすく、目視でわかりやすいためである。
【0005】
しかし、最近ではPLCの制御内容も単なる論理演算だけでなく、関数演算や数式演算,アナログ情報を扱う処理をすることもある。このような比較的高度な演算や処理をする場合のプログラミング言語としてC言語を使用することがある。そこで、PLCの中に、ラダープログラムを実行するCPUと、C言語を実行するCPUとの両方を持たせたものがある。このようなPLCでは、C言語などのコンパイル方式の言語でプログラムを記述して演算処理可能となっている。そのようなPLCにおいては、プログラムは、外部のプログラミング開発環境(プログラミングツール)で作成したのち、コンパイル→アセンブル→リンクの工程を経てオブジェクトコードに変換し、その変換されたオブジェクトコードをPLCのCPUユニットにダウンロードして、CPUユニット内に記憶される。そのプログラムはCPUユニット内にて実行される。
【0006】
そして、現在実行中のプログラムを変更すべくメモリ内容を書き換えるには、通常、以下のような手順を実行する。すなわち、(1)まずジャンパーピンやディップスイッチ等のモード切替手段によって、PLCをプログラム転送モードに変更する。(2)次いで、オブジェクトコードのダウンロードを実行する。これにより、PLCが持つプログラムを格納するメモリに、オブジェクトコードが格納される。(3)ダウンロードが完了したらならば、PLCをプログラム実行モードに変更した後、立ち上げ直す。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、PLCにおける動作モードの決定は、電源ON時に決定されることが多いため、プログラムのダウンロードを行うに際し、PLCの再起動が必要となる場合があった。
【0008】
従って、C言語で記述された制御プログラムの内容を、コントローラの稼働中に安全に入れ換えることができなかった。つまり、たとえ制御プログラムの実行内容を部分的に入れ替えたり、パラメータ等の設定を変更したい場合でも、一旦電源をOFFにし、PLCの再起動をしなければならず、その作業が煩雑である。
【0009】
この発明は、C言語等のコンパイル方式の言語で記述されたプログラムに対応するプログラマブルコントローラ用機器において、メモリに記録されたプログラム自体を修正・再コンパイルすることなくプログラムによる制御内容,参照メモリエリアの変更などを行うことができるようにしたプログラマブルコントローラ用機器を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
この発明によるプログラマブルコントローラ用機器は、プログラマブルコントローラを構成する機器であって、変数データを参照し、タスクIDによって特定されるアプリケーションプログラムを順次に実行するCPU部と、複数のアプリケーションプログラムを格納するプログラムエリアと、変数データを格納するエリアとを有したメモリ部とを備え、前記プログラムエリアのアプリケーションプログラムのうち実行対象となるものを指定するためのタスクIDと、その実行対象となるものが格納されている場所を示す先頭アドレス情報と、参照対象となる変数データの格納エリアのアドレス定義情報と、アプリケーションプログラムの実行順の情報とを含むタスク管理ブロックを前記メモリ部に格納し、前記メモリ部のタスク管理ブロックは、当該プログラマブルコントローラとは別体の編集装置によって外部からのアクセスにより書き換え可能であり、その書き換えによってそれ以降で、実行対象となるアプリケーションプログラムまたは参照対象となる変数データの少なくとも一方を換えて前記CPU部が実行するように構成した。
【0012】
ここで、「プログラマブルコントローラ用機器」とは、例えば、プログラマブルコントローラを構成する1つのユニットでも良いし、ボードのように所定のユニットに実装されるものでも良いし、プログラマブルコントローラそのものでも良い。また、「実行順」というのは、各タスクを実行する順番のことで、実際にはアプリケーションプログラムにとっての実行順が相当する。
【0014】
外部プログラムからタスク管理ブロックの情報を書き換えることができる。従って、タスク管理ブロック中の実行するアプリケーションプログラムを指定するアドレス情報を書き換えることより、実行するプログラム自身を変えてしまうことができる。しかも、係る変更は、データエリアにあるタスク管理ブロックに格納されたデータを変更するだけで、再コンパイルなども不要となる。もちろん、プログラムエリアには、予め変更対象のアプリケーションプログラムを格納しておく必要はある。
【0015】
また、本発明に係るプログラマブルコントローラ用機器の他の解決手段としては、上記した発明を前提とし、前記メモリ部は、参照対象となる変数を特定する情報とその変数データの格納アドレス情報との関連付け情報を格納する変数データマッピングブロックのエリアを有し、前記参照対象となる変数データは、タスク管理ブロックのアドレス定義情報によって、前記変数データマッピングブロックの関連付け情報に基づいてアドレス情報が特定され、前記メモリ部の変数データマッピングブロックは、前記編集装置によって外部からのアクセスにより書き換え可能であり、その書き換えによってそれ以降で、参照対象となる変数データを換えて前記CPU部が実行するように構成することである。
【0016】
また、前記アプリケーションプログラムは、前記変数データマッピングブロックに書き込まれたパラメータを利用するものであり、そのパラメータは前記編集装置によって外部からのアクセスにより書き換え可能であり、その書き換えによってそれ以降のアプリケーションプログラムの制御動作内容が変更されるようにしてもよい。
【0019】
上記した各発明では、タスク管理ブロックの情報や、変数データマッピングブロックの情報を書き換えることにより、タスクが管理するアプリケーションプログラムを実行する際に参照・使用されるメモリエリアが変わる。これにより、実質的に動作するプログラムの内容を変更することができる。
【0020】
そして、タスク管理ブロックや変数データマッピングブロックは、外部からアクセス可能なデータエリアに配置したため、システムの動作を稼働状態のまま、再コンパイルすることなく変更することができ、その結果、システムの稼働中にプログラムを大きく変更することができる。
【0022】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の好適な一実施の形態を示している。図1に示すように、PLC1は、CPUユニット10や、拡張CPUユニット20等を備えて構成される。もちろん、図示省略するが、通信ユニット,I/Oユニット,マスタユニット,電源ユニットなど、その他のユニットも存在する。
【0023】
CPUユニット10は、図示省略するシステムROMに格納されたシステムプログラムにしたがって、CPU11が所定の処理をサイクリックに実行するものである。ここで所定の処理とは、共通処理,演算処理,サイクルタイム算出処理,I/Oリフレッシュ処理,周辺サービス処理がある。演算処理は、プログラムメモリ12に格納されたユーザプログラムを順次実行するもので、その演算実行時に、適宜IOメモリ13にアクセスし、IOデータを読み書きしたり、パラメータを取得する。そして、I/Oリフレッシュ処理では、IOメモリ13に対して、IOデータの更新処理を行う。CPU11は、バスコントローラ14を介してIOメモリ13にアクセスしたり、拡張CPUユニット20にアクセスしたりできるようになっている。なお、このCPU11で実行されるユーザプログラムは、従来と同様にラダー言語で作成されている。
【0024】
一方、拡張CPUユニット20は、高級言語(例えばC言語)で作成されたプログラムを実行可能なユニットであって、係るC言語のプログラムを保持するフラッシュメモリ21と、プログラム稼働用のワークメモリ22を備えている。この拡張CPUユニット20の形態は、CPUユニット10とは別体のユニットで、CPUユニット10とPLCバス(内部バス)を介して、他のユニット(通信ユニット,I/Oユニットなど)と同様にユニット接続されている。なお、拡張CPUユニット20の別の形態として、CPUユニット10内に挿入して内蔵できるような増設基板タイプであってもよい。また別の形態として、CPUユニット10に対する増設ユニットタイプでもよい。増設基板タイプや増設ユニットタイプの場合の接続バスは、他のユニットがつながるPLCバスとは別のバスで、CPUユニット10自体の内部バスでもよい(この場合もバスも回線は別でもPLCバスには経由接続できるようになっている)。要するに、CPU11とバスを介してつながれ、拡張CPUとしてCPU11とは別途に独自に動作するもので、CPUユニット10のIOメモリ13に対してアクセスする機能を持っていれば形態はなんでもよい。
【0025】
フラッシュメモリ21は、不揮発性のフラッシュメモリから構成され、ワークメモリ22は高速に実行させる必要から、揮発性のRAMから構成される。そして、プログラムを実行するための初めの準備として、電源投入時または手動によるリセット操作時など起動するときに、フラッシュメモリ21に格納されたプログラムを、ワークメモリ22にコピーをする。そしてそのワークメモリ22に記憶保持されたプログラムを読み出し、そのプログラムに基づいてCPU23が所定のアルゴリズムを実行するようになる。
【0026】
また、拡張CPUユニット20は、専用バスを介してメインのCPUユニット10と連携されている。具体的には、バスコントローラ14とアドレスデコーダ25の間でデータの送受を行うことにより、CPUユニット10がアドレスデコーダ25経由で各種のメモリにアクセスしたり、CPU23に所定の命令を与えたりする。また、拡張CPUユニット20からのイベント等も、アドレスデコーダ25からバスコントローラ14経由でCPUユニット10(CPU11)に伝えられる。イベントというのは、例えばメインCPUユニット10の処理中の周辺処理において、拡張CPUユニット20に対して行われるメッセージ通信である。イベントメッセージ通信によって、拡張CPUユニット20は、メインCPUユニット10との間で読み出し要求コマンドを受けてそのレスポンスを渡したり、書き込みコマンド(書き込みデータ)を受け取ってワークメモリ22に格納したりする。
【0027】
ところで、ワークメモリ22に格納されるプログラムのコンテキスト(C言語のプログラムをコンパイルした後のコード配置)は、図2に示すようになっている。すなわち、プログラムコードエリアPと、定数エリアCと、データエリアDとBBSエリアBと、スタックエリアStackを備えている。プログラムコードエリアPには、プログラムのロジックが格納される。また、定数エリアCには、const宣言されたデータが格納される。このデータはプログラムの実行に伴って変化しない定数である。データエリアDには、const宣言されていないデータ、つまり変数が格納される。この変数データは、プログラムの実行時にとりこむINデータや、プログラム実行途中に生じるデータ、プログラムの実行結果によるOUTデータを含んでいる。もちろんデータエリアDに格納するデータには、メインCPUユニット10が入力機器から取り込んだINデータや、メインCPUユニット10にてプログラム実行された結果のOUTデータ、つまりはメインCPUユニット10のIOメモリ13のデータを含んでいても良い。なお、データエリアDの初期値はブートローダにより任意のデータ値に設定される。BBSエリアBは、初期化されていない変数が格納される領域であり、起動時にはゼロクリアされる。このBBSエリアBの変数データは、拡張CPUユニット20におけるプログラムの実行時にとりこむINデータや、プログラム実行途中に生じるデータ、プログラムの実行結果によるOUTデータを含んでいてもよい。もちろんメインCPUユニット10IOメモリ13のデータが含まれていても良い。
【0028】
なお、変数データには、アプリケーションプログラムで利用されるいわゆるパラメータも含まれている。パラメータの例を挙げると、プログラム実行のループ数や、温度に関する制御における気温や湿度など、PID制御をする際のP,I,Dそれぞれのパラメータがある。
【0029】
さらに、スタックエリアStackには、スタックが格納されて、プログラム同士のリンクするときに使われる。具体的にはサブルーチン処理をするときのプログラム呼び出し先情報や、サブルーチン処理後の戻り情報などが格納される。そして、プログラムコードおよび変数は、プログラムのリンク時に図2に示す各エリアに配置される。
【0030】
さらに具体的には、図3に示すように、プログラムコードエリアPに格納されるプログラムは、データエリアDに格納されたタスク管理ブロックTCBを参照し、登録されているタスクを呼び出すタスクマネージャ部TMと、特定の機能を実施するためのユーザアプリ部UAとを備えている。ユーザアプリ部UAには、複数のユーザアプリケーションプログラム(図の例では、ユーザアプリAとB)が格納される。ユーザアプリ部UAは、開始アドレスから所定領域ぶんのアドレスまでにわたって、連続的にプログラムコードエリアPに格納されている。
【0031】
タスク管理ブロックTCBは、データエリアに格納され、実行するタスクを特定するとともに、その実行順も決定するものである。タスクマネージャ部TMは、タスク管理ブロックTCBに記録された順番に従って、順次タスクを実行する。
【0032】
ここで、タスク管理ブロックTCBは、図4に示すようなデータ構造を採っている。すなわち、先頭から順に、そのタスクを特定するためのユニークな番号となるタスクIDを格納する「Task_id」と、次に実行するタスクIDを格納してリンクを張るための「forward」と、前に実行されたタスクIDを格納する「backward」と、このタスクが活性状態なのか非活性状態なのかを特定するタスクステータスフラグを格納する「state」と、タスクレベル(実行頻度)を格納する「level」と、プログラムコードの先頭アドレスを格納する「pProgram」と、変数エリアアドレス定義の先頭アドレスを格納する「pData」などを関連付けたテーブル構造となっている。
【0033】
ここで、「pProgram」に格納される先頭アドレスは、プログラムコードエリアPのユーザアプリ部UAに記録された所望のユーザアプリケーションプログラムの先頭アドレスである。つまり、タスクマネージャ部TMは、このタスク管理ブロックTCBにアクセスし、決められたタスクの順番に従って、順次ユーザアプリケーションを呼び出して実行することになる。図4のタスク管理ブロックTCBのテーブルの例では、Task_id=0(タスク0)をまず実行する。そして、Task_id=0のテーブル行にあるfoward数値は「1」なので、その次に実行されるタスクは、Task_id=1(タスク1)である。Task_id=1のテーブル行にはfoward数値が「2」と設定されているので、タスク1の実行の次にはタスク2が実行される。
【0034】
また、「pData」に格納される変数アドレスは、データエリアDに格納された変数データマッピングブロックVMBのアクセス先を登録する。この変数データマッピングブロックVMBは、図4に示すように、変数名を格納する「dname」と、その変数の実体を示すアドレス「pAddr」を関連付けたテーブルからなる。このアドレスは、変数名に対応する具体的なデータが格納されたBSSエリアB中の所望のアドレスが格納される。
【0035】
つまり、タスク管理ブロックTCB中の各タスクの「pData」には、この変数データマッピングブロックVMBの参照先アドレスが登録され、タスク実行時に実際に使用・参照するデータは、変数データマッピングブロックVMBの「pAddr」に格納されたアドレスで規定されるBBSエリア内のデータとなる。
【0036】
そして、本実施の形態では、タスク管理ブロックTCB並びに変数データマッピングブロックVMBを、外部からアクセス可能なデータエリアDの固定アドレスに配置することによって、外部のプログラミングツールからのテーブル操作が容易に行える。その結果、ツール等を用いてCPUユニット経由でデータエリアのタスク管理ブロックTCBと変数データマッピングブロックVMBを編集するだけで、動作するプログラムや参照するメモリを変更することができる。より具体的には、タスク管理ブロックTCB中の「pProgram」,「pData」や、変数データマッピングブロックVMBの「pAddr」のアドレスを変更することになる。
【0037】
例えば、図4のタスク管理ブロックTCBのテーブル中のあるタスク(Task_id=2)の「pProgram」にユーザアプリAの先頭アドレスの数値が設定されているとした場合は、図3の実線で示されるように、タスク管理ブロックTCBで記述された同じタスク(Task_id=2)はユーザアプリAに対応している。そこで、図4のタスク管理ブロックTCBのテーブル中の同じタスク(Task_id=2)の「pProgram」の先頭アドレスをユーザアプリBの先頭アドレスに書き換えたとする。そうすると、以降でその同じタスクを実行する際には、図3の点線に示されるようにユーザアプリBを実行するようになる。
【0038】
また、例えば、図4のタスク管理ブロックTCBのテーブル中のあるタスク(Task_id=2)の「pData」に、変数a,bを参照する変数データマッピングブロックVMBのアドレスの数値を格納しているとした場合は、図3中の実線で示すように、タスク管理ブロックTCBで記述された同じタスク(Task_id=2)は変数a,bを参照するようになっている。そこで、図4のタスク管理ブロックTCBのテーブル中の同じタスク(Task_id=2)の「pData」を変数c,dを参照するようにアドレスを書き換えることにより、以降のそのタスクを実行する際に使用される変数は、図3の点線に示されるようにc,dと変わる。つまり、参照する変数データのアドレスがBBSエリアのアドレスa,bからc、dに切り変わる。
【0039】
さらに、参照する変数の変更は、上記したようにタスク管理ブロックTCBの「pData」を変更する方法に限ることはなく、変数データマッピングブロックVMBの「pAdder」を書き換える(現在の変数a,bを変数c,dのアドレスに変更)ことによっても対応することができる。
【0040】
なお、変数データには、前述したようにアプリケーションプログラムで利用されるいわゆるパラメータが含まれている。例えばプログラム実行のループ数をパラメータだとすると、ループ数を変えることでループ回数が変わるので、プログラム自体を変えなくても制御内容を変えることができる。他に例えば、温度に関する制御であれば、気温や湿度がパラメータとなり、具体的な例では晴れの日と雨の日とでパラメータを変えたり、季節やその日の温度・湿度でパラメータを変えることが実際に行われている。このパラメータ変更だけをすることで、プログラム変更せずに、最適な温度制御ができることもある。他にもPID制御をする際のパラメータP,I,Dそれぞれを変えることで、プログラムのロジックは変更せずに、制御内容もしくは動作内容が変わる。
【0041】
また、タスク管理ブロックTCBと変数データマッピングブロックVMBとは、それぞれ独立して、別々にその参照先アドレスを書き換えることができる。
【0042】
従って、本実施の形態では、プログラムを稼動中に、変数データマッピングブロックVMBの参照先アドレスはそのまま変更せずに、タスク管理ブロックTCBの参照先アドレスを書き換えることで、PLCを停止・再起動することなくアプリケーションプログラムを入れ替えることにより、システム全体として制御内容を大きく変更することができる。
【0043】
また、プログラムを稼動中に、タスク管理ブロックTCBは変更せずに、変数データマッピングブロックVMBの参照先アドレスを書き換えることで、PLCを停止・再起動することなく、プログラム実行に使用するパラメータ変数を変更できる。よって、アプリケーションプログラムのロジックはそのまま変更しないけれども、システム全体としての異なる制御動作をすることができる。これはパラメータが変われば自ずと制御動作も変わるからである。
【0044】
もちろん、プログラムを稼動中に、タスク管理ブロックTCB及び変数データマッピングブロックVMBの両方の参照先アドレスを書き換えることで、PLCを停止・再起動することなく、プログラム及びパラメータ変数の両方を入れ替えることができ、システム全体としての動作を大きく変更することができる。
【0045】
また、上記した実施の形態では、データエリアDに変数データマッピングブロックVMBを設け、変数へのアクセスはこの変数データマッピングブロックVBMを介して行うようにしたが、本発明はこれに限ることはなく、タスク管理ブロックTCBが直接BBSエリアの変数のアドレスを管理し、そのアドレスを変更することにより、再コンパイルすることなしに参照する変数を切り替えるようにすることもできる。
【0046】
【発明の効果】
以上のように、この発明では、C言語で記述されたプログラムソースを修正しなくても、タスク管理テーブル及びまたは変数データマッピングブロックを変更するだけで、実行するプログラムシステムの動作条件やシステムそのものを組替えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るPLCの一実施の形態を示すブロック図である。
【図2】ワークメモリ22に格納(コピー・展開)されるプログラムのコンテキストの一例を示す図である。
【図3】本発明の機能を説明する図である。
【図4】タスク管理ブロックの一例を示す図である。
【図5】変数データマッピングブロックVMBを示す図である。
【符号の説明】
1 PLC
10 CPUユニット
11 CPU
12 プログラムメモリ
13 IOメモリ
14 バスコントローラ
20 拡張CPUユニット
21 フラッシュメモリ
22 ワークメモリ
23 CPU
25 アドレスデコーダ

Claims (3)

  1. プログラマブルコントローラを構成する機器であって、
    変数データを参照し、タスクIDによって特定されるアプリケーションプログラムを順次に実行するCPU部と、
    複数のアプリケーションプログラムを格納するプログラムエリアと、変数データを格納するエリアとを有したメモリ部とを備え、
    前記プログラムエリアのアプリケーションプログラムのうち実行対象となるものを指定するためのタスクIDと、その実行対象となるものが格納されている場所を示す先頭アドレス情報と、参照対象となる変数データの格納エリアのアドレス定義情報と、アプリケーションプログラムの実行順の情報とを含むタスク管理ブロックを前記メモリ部に格納し、 前記メモリ部のタスク管理ブロックは、当該プログラマブルコントローラとは別体の編集装置によって外部からのアクセスにより書き換え可能であり、その書き換えによってそれ以降で、実行対象となるアプリケーションプログラムまたは参照対象となる変数データの少なくとも一方を換えて前記CPU部が実行する
    ことを特徴とするプログラマブルコントローラ用機器。
  2. 前記メモリ部は、参照対象となる変数を特定する情報とその変数データの格納アドレス情報との関連付け情報を格納する変数データマッピングブロックのエリアを有し、
    前記参照対象となる変数データは、タスク管理ブロックのアドレス定義情報によって、前記変数データマッピングブロックの関連付け情報に基づいてアドレス情報が特定され、
    前記メモリ部の変数データマッピングブロックは、前記編集装置によって外部からのアクセスにより書き換え可能であり、その書き換えによってそれ以降で、参照対象となる変数データを換えて前記CPU部が実行する
    ことを特徴とする請求項1記載のプログラマブルコントローラ用機器。
  3. 前記アプリケーションプログラムは、前記変数データマッピングブロックに書き込まれたパラメータを利用するものであり、
    そのパラメータは前記編集装置によって外部からのアクセスにより書き換え可能であり、その書き換えによってそれ以降のアプリケーションプログラムの制御動作内容が変更される
    ことを特徴とする請求項1または2に記載のプログラマブルコントローラ用機器。
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