JP4837152B1

JP4837152B1 - プログラマブルコントローラ

Info

Publication number: JP4837152B1
Application number: JP2011529086A
Authority: JP
Inventors: 義信志水
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-02-14
Filing date: 2011-02-14
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2031-02-14
Also published as: KR20120105418A; JPWO2012111069A1; US20120221891A1; DE112011104881T5; TWI442234B; WO2012111069A1; TW201234182A; KR101382988B1; CN102763093A

Abstract

電解コンデンサ２２の劣化により電圧保持時間が短くなってもデバイスデータ３７１を確実に退避させることができるように、ＣＰＵ３６はスキャン処理毎にデバイスメモリ３７内のデバイスデータ３７１のうちの一部を退避メモリ３３に退避させ、停電検出回路２４が主電源停電を検出した時、電解コンデンサ２２により保持される電源４ｄを用いてデバイスメモリ３７内のデバイスデータ３７１のうちの残りのデータを退避させる。ＣＰＵ３６は、コンデンサ容量検出回路２３が検出した電解コンデンサ２２の容量が減るとスキャン処理毎に退避させるデバイスデータ３７１のサイズを増やすように、コンデンサ容量検出回路２３が検出した電解コンデンサ２２の容量に応じてスキャン処理毎の退避処理で退避させるデバイスデータのサイズを変化させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＦＡ機器を制御するプログラマブルコントローラに関する。

ＦＡ機器の制御に用いられるプログラマブルコントローラ（以下、単にＰＬＣ）は、リレー回路を原型とするステートマシンを動作モデルとしており、リレー回路を記号化したプログラミング言語を用いて記述されるユーザプログラムを繰り返し実行することによりデバイスデータと呼ばれる接点データを逐次更新する。デバイスデータは、通常、高速動作可能な揮発性メモリ上に保持されるため、停電時には当該デバイスデータを揮発性メモリから主電源が供給されない状況でも記憶内容を保持できるメモリに退避させる必要がある。

デバイスデータの退避にかかる技術として、次に述べる技術が知られている。すなわち、バックアップ用の揮発性メモリ（退避メモリ）を別途設けておき、主電源停電時には、通常動作時にデバイスデータを保持する揮発性メモリ（デバイスデータ）の電源を主電源から二次電池などの補助電源に切り替え、当該補助電源を用いてデバイスデータをデバイスメモリから退避メモリへ退避させる処理を実行する。そして、退避処理実行後に、退避メモリの電源を主電源から補助電源に切り替えて、退避メモリに退避したデバイスデータを主電源停電後も保持できるようにする。

しかしながら、上記の技術によれば、デバイスデータのデータ量が大きくなると退避処理に時間がかかり、補助電源の容量を大きくする必要が生じるという問題があった。

これに対し、特許文献１に開示されている技術によれば、補助電源の容量の増大を防止するために、主電源停電時に、電源電圧が低下し始めてからもしばらく供給される電力を利用してデバイスデータをデバイスメモリから補助電源により電源バックアップされた揮発性メモリに退避させるようにしている。

また、特許文献２に開示されている技術によれば、主電源停電時に退避させるデータ量を削減するために、更新されたデバイスデータを所定時間毎にデバイスメモリからバックアップ用の不揮発性メモリに退避させる。

特開２００９−１８１１７９号公報特開平１１−１１０３０８号公報国際公開第２００８／０１６０５０号

しかしながら、上記特許文献１に示されているような電源装置は、主電源停電時に電源電圧を保持するため、一般に、電解コンデンサを具備する。電解コンデンサは経年劣化により容量が少なくなる性質があるため、初期段階では、主電源停電時に揮発性メモリのデータを退避させるだけの電圧保持時間を確保出来るが、電解コンデンサの容量が劣化していくに従い、主電源停電時の電圧保持時間が短くなり、揮発性メモリのデータを退避させることが出来なくなるという問題点があった。

また、前述のようにＰＬＣは、ユーザプログラムを繰り返し実行するシーケンス制御を行っている。したがって、特許文献２にかかる技術は、ＰＬＣはシーケンス制御とデータの退避処理とを行うため、ＰＬＣにおける処理量が増え、結果としてＰＬＣのシーケンス制御を実行する処理能力が低下するという問題点があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、経年劣化により電源電圧の保持時間が短くなっても、主電源停電時に退避対象のデータを確実に退避させることが可能となるプログラマブルコントローラを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、商用電源から内部電源を生成して前記生成した内部電源を出力し、前記商用電源の供給停止後にコンデンサによって前記内部電源の出力を保持する電源回路と、デバイスデータが格納される、前記内部電源を用いて記憶内容を保持する揮発性のデバイスメモリと、前記内部電源の供給停止後に記憶内容を保持可能な退避メモリと、ユーザプログラムを実行して前記デバイスメモリ内のデバイスデータを更新するスキャン処理を実行する、前記内部電源を用いて動作する演算部と、前記商用電源の供給停止を検出する停電検出部と、前記コンデンサの容量を検出するコンデンサ容量検出部と、を備え、前記演算部は、前記デバイスメモリ内のデバイスデータのうちの一部を前記退避メモリに退避させる第１の退避処理をスキャン処理毎に実行し、前記停電検出部が前記商用電源の供給停止を検出した時、前記コンデンサにより保持される内部電源を用いて前記デバイスメモリ内のデバイスデータのうちの残りのデータを退避させる第２の退避処理を実行し、前記コンデンサ容量検出部が検出した前記コンデンサの容量が減ると前記第１の退避処理で退避させるデバイスデータのサイズを増やすように、前記コンデンサ容量検出部が検出した前記コンデンサの容量に応じて前記第１の退避処理で退避させるデバイスデータのサイズを変化させる、ことを特徴とする。

本発明にかかるプログラマブルコントローラは、演算部は、デバイスデータのうちの一部を退避させる第１の退避処理をスキャン処理毎に実行し、商用電源の供給停止時にはコンデンサにより保持される内部電源を用いて残りのデータを退避させる第２の退避処理を実行し、コンデンサの容量が減ると第１の退避処理で退避させるデバイスデータのサイズを増やすので、経年劣化により電源電圧の保持時間が短くなっても主電源停電時に退避対象のデータを確実に退避させることが可能となるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態のＰＬＣの構成を示す図である。図２は、主電源停電時の各種出力の状態を示すタイミングチャートである。図３は、本発明の実施の形態のＰＬＣの通常動作時の処理を説明するフローチャートである。図４は、本発明の実施の形態のＰＬＣの主電源停電時の動作を説明するフローチャートである。

以下に、本発明にかかるプログラマブルコントローラの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態のプログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）の構成を示す図である。図示するように、ＰＬＣ１は、商用電源１０からＰＬＣ１全体に供給する主電源を生成する電源装置２と、ＰＬＣ１全体の動作を制御するＣＰＵユニット３とを備える。なお、ＰＬＣ１は、電源装置２とＣＰＵユニット３のほかに、ＣＰＵユニット３による制御の下でＦＡ機器との間で入出力を実行するサブユニット（図示せず）が装着される。ＰＬＣ１に装着可能なサブユニットには、例えば温度制御ユニット、ネットワークユニット、Ｄ／Ａ変換を行うアナログユニットなどがあり、ユーザは用途に応じてＰＬＣ１に装着するサブユニットを選択することができる。

電源装置２は、商用電源１０から供給される電源４ａからＣＰＵユニット３に供給する電源（内部電源）４ｄを生成する電源回路２１を備えている。電源回路２１は、商用電源１０からの電源４ａの供給が途絶えた際でも電源４ｄの電圧をしばらく保持するための電解コンデンサ（コンデンサ）２２を備えている。なお、以降、商用電源１０からの電源４ａが途絶えることを主電源停電と表現することもある。

電源装置２は、上記電解コンデンサ２２の残存容量を検出して、残存容量情報４ｂを出力するコンデンサ容量検出回路（コンデンサ容量検出部）２３と、電源回路２１に供給する商用電源１０からの出力の供給有無を検出して停電検出信号４ｃを出力する停電検出回路（停電検出部）２４とを備えている。

なお、コンデンサ容量検出回路２３による電解コンデンサ２２の残存容量の検出手法は特に限定されるものではない。例えば、特許文献３に開示されているように、電解コンデンサ２２の残存容量をユーザプログラム実行中（ＲＵＮ中）に検出するために、電解コンデンサ２２を二重化しておき、そのうちの一方の電解コンデンサ２２の放電時間を測定して、測定した放電時間から残存容量を検出する技術を採用することができる。

ＣＰＵユニット３は、マイコン３１と、電圧保持時間算出回路３２と、退避メモリ３３と、バックアップ電源回路３４と、補助電源３５とを備えている。

電圧保持時間算出回路（保持時間算出部）３２は、コンデンサ容量検出回路２３が出力した残存容量情報４ｂに基づいて、主電源停電後から電源４ｄがＰＬＣ１の動作可能電圧まで低下するまでの時間である電圧保持時間を算出する。以下に、電圧保持時間算出回路３２が電圧保持時間を算出する計算式の一例を示す。

残存容量情報４ｂにより通知される残存容量をＣ、電源装置２の入力電圧をＶ_１とすると、主電源停電直後に電解コンデンサ２２に蓄えられている電荷量Ｑ_１は次の式で求められる。
Ｑ_１＝（１／２）・Ｃ・Ｖ_１ ^２（１）

電圧保持時間Ｔ_１は、ＰＬＣ１の動作停止時に電解コンデンサ２２に残存する電荷量をＱ_２、商用電源１０の電源効率をη、電源装置２の出力電力をＰとすると、
Ｔ_１＝（Ｑ_１−Ｑ_２）／Ｐη （２）
により求められる。

なお、コンデンサ容量検出回路２３により残存容量の検出は、所定の頻度（例えば１日に１回など）で実行され、結果として電圧保持時間算出回路３２が出力する電圧保持時間は前記所定の頻度で変化する。一般に、電解コンデンサ２２は、経年劣化により容量が小さくなっていくので、電圧保持時間は時間の経過とともに減少してゆく傾向がある。

退避メモリ３３は、主電源停電時におけるデバイスデータの退避先となる揮発性のメモリである。補助電源３５は、二次電池などで構成される。バックアップ電源回路３４は、電源回路２１から電源４ｄが供給されている際には、供給されている電源４ｄを用いて補助電源３５を充電するとともに退避メモリ３３に電源４ｅを供給する。そして、主電源停電時には、補助電源３５から放電される電力を用いて退避メモリ３３に電源４ｅを供給する。退避メモリ３３は、自メモリ３３に退避されてきたデバイスデータを電源４ｅを利用して保持する。

マイコン３１は、ユーザプログラム３６１およびシステムプログラム３６２を実行するＣＰＵ（演算部）３６と、デバイスデータ３７１を保持する揮発性のメモリであるデバイスメモリ３７を備えている。ＣＰＵ３６は、システムプログラム３６２を実行することによりＣＰＵユニット３を制御するための基本的なソフトウェア環境を実現する。ＣＰＵ３６は、システムプログラム３６２により実現されたソフトウェア環境上でユーザプログラム３６１の実行とデバイスメモリ３７内のデバイスデータ３７１の更新とを含むスキャン処理を繰り返し実行する。

ここで、電解コンデンサ２２の劣化により電圧保持時間が出荷時の状態から短くなっていたとしてもデバイスデータ３７１を取りこぼすことなく退避させることができるように、ＣＰＵ３６はスキャン処理毎にデバイスメモリ３７内のデバイスデータ３７１のうちの一部を退避メモリ３３に退避させ（第１の退避処理）、停電検出回路２４が主電源停電を検出した時、電解コンデンサ２２により保持される電源４ｄを用いてデバイスメモリ３７内のデバイスデータ３７１のうちの残りのデータを退避させる（第２の退避処理）。ＣＰＵ３６は、コンデンサ容量検出回路２３が検出した電解コンデンサ２２の容量が減るとスキャン処理毎に退避させるデバイスデータ３７１のサイズを増やすように、コンデンサ容量検出回路２３が検出した電解コンデンサ２２の容量に応じてスキャン処理毎の退避処理で退避させるデバイスデータのサイズを変化させる。

より具体的には、ＣＰＵ３６は、電圧保持時間算出回路３２が算出した電圧保持時間Ｔ_１の間にデバイスデータ３７１のうちの一度に退避可能なサイズ（退避可能サイズ）を算出する。退避可能サイズがデバイスデータ３７１の合計サイズよりも小さい場合、デバイスデータ３７１のうちの電圧保持時間Ｔ_１の間に退避できないサイズの部分を予め退避させる。ＣＰＵ３６は、上記の退避可能サイズの算出から一部のデバイスデータ３７１の退避までの処理をスキャン処理毎に実行する。そして、停電検出回路２４が出力する停電検出信号４ｃにより主電源停電を感知すると、デバイスデータ３７１のうちのスキャン処理毎の退避により退避されていない残りの部分を退避メモリ３３に退避させる。

例えば、図２のタイミングチャートに示すように、主電源停電が起こってから停電検出回路２４が主電源停電を検出して停電検出信号４ｃにその旨を出力するまでの時間をＴ_２とすると、実際にデバイスデータ３７１の退避に使用できる時間（退避可能時間）Ｔ_３は、電圧保持時間Ｔ_１からＴ_２を減算した値となる。したがって、ＰＬＣ１の動作停止時に電解コンデンサ２２に残存する電荷量をＱ_２、商用電源１０の電源効率をηとすると、
Ｔ_３＝［｛（１／２）・Ｃ・Ｖ_１ ^２−Ｑ_２｝／Ｐη］−Ｔ_２（３）
となる。なお、Ｐ、Ｑ_２、η、Ｔ_２は測定などにより予め求めておくとよい。

退避可能サイズは、例えば、式（３）により求めた退避可能時間Ｔ_３を、デバイスメモリ３７から退避メモリ３３にデータ転送する際の転送速度で除算することで得られる。

図３は、本発明の実施の形態のＰＬＣ１の通常動作時の処理を説明するフローチャートである。図示するように、ＣＰＵ３６は、ユーザプログラム３６１のチェックを実行する（ステップＳ１）。チェックの後、ＣＰＵ３６は、ユーザプログラム３６１の実行とデバイスデータ３７１の更新とを実行する（ステップＳ２）。

続いて、ＣＰＵ３６は、電圧保持時間算出回路３２が出力した電圧保持時間を取得し（ステップＳ３）、取得した電圧保持時間から退避可能サイズを求める（ステップＳ４）。そして、ＣＰＵ３６は、前記求めた退避可能サイズがデバイスデータ３７１の合計サイズよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ５）。

退避可能サイズがデバイスデータ３７１の合計サイズよりも小さい場合（ステップＳ５、Ｎｏ）、ＣＰＵ３６は、デバイスデータ３７１の合計サイズから退避可能サイズを減算して、電圧保持時間内に退避させることができない合計サイズ（退避不可能サイズ）を算出する（ステップＳ６）。そして、ＣＰＵ３６は、デバイスデータ３７１のうちの退避不可能サイズのサイズ分を退避メモリ３３へ退避させる（ステップＳ７）。なお、デバイスデータ３７１の退避対象の部分の決め方は特に限定されない。例えばステップＳ２の処理で更新された部分を優先的に退避させるようにしてよい。

前記求めた退避可能サイズがデバイスデータ３７１の合計サイズよりも大きい場合（ステップＳ５、Ｙｅｓ）、またはステップＳ７の処理の後、ＣＰＵ３６は、動作を継続するか否かを判定する（ステップＳ８）。特に停止指示が内部発行されていないなどの場合、ＣＰＵ３６は、動作を継続すると判定し（ステップＳ８、Ｙｅｓ）、ステップＳ２の処理に移行する。動作を継続しない場合（ステップＳ８、Ｎｏ）、ＣＰＵ３６は動作を停止し（ステップＳ９）、通常動作が終了となる。

図４は、本発明の実施の形態のＰＬＣ１の主電源停電時の動作を説明するフローチャートである。主電源の停電が発生すると、まず、停電検出回路２４は主電源停電を検出する（ステップＳ１１）。主電源停電を検出した停電検出回路２４は停電検出信号４ｃを用いて主電源停電が発生した旨をＣＰＵ３６に通知する（ステップＳ１２）。すると、ＣＰＵ３６は、通知を受信した時点でステップＳ７の処理を経ていた場合にはデバイスデータ３７１のうちのステップＳ７の処理により退避されていない残りの部分を、ステップＳ７の処理を経ていない場合にはデバイスデータ３７１の全部を、デバイスメモリ３７から退避メモリ３３に退避させる（ステップＳ１３）。そして、ＣＰＵ３６は、動作を停止し（ステップＳ１４）、主電源停電時の動作が終了となる。

なお、図３および図４に示した動作のうちのＣＰＵ３６の動作は、システムプログラム３６２により実現される。

なお、以上の説明において、電圧保持時間算出回路３２が電圧保持時間を算出し、ＣＰＵ３６が当該電圧保持時間に基づいて退避可能時間を算出するようにしたが、ＣＰＵ３６が電解コンデンサ２２の検出値に基づいて電圧保持時間を算出し、算出した電圧保持時間から退避可能時間を算出するようにしてもよい。また、電圧保持時間算出回路３２が退避可能時間を算出してＣＰＵ３６に入力するようにしてもよい。

このように、本発明の実施の形態によれば、ＣＰＵ３６はスキャン処理毎にデバイスメモリ３７内のデバイスデータ３７１のうちの一部を退避メモリ３３に退避させ、停電検出回路２４が主電源停電を検出した時、電解コンデンサ２２により保持される電源４ｄを用いてデバイスメモリ３７内のデバイスデータ３７１のうちの残りのデータを退避させ、コンデンサ容量検出回路２３が検出した電解コンデンサ２２の容量が減るとスキャン処理毎に退避させるデバイスデータ３７１のサイズを増やすように、コンデンサ容量検出回路２３が検出した電解コンデンサ２２の容量に応じてスキャン処理毎の退避処理で退避させるデバイスデータのサイズを変化させる、ように構成したので、電解コンデンサ２２の経年劣化により内部電源の保持時間が短くなっても、主電源停電時に退避対象のデータを確実に退避させることが可能となる。また、電解コンデンサ２２の容量に応じてスキャン処理毎の退避処理による退避対象のデータサイズを変化させるので、単に更新されたデバイスデータをスキャン毎の退避処理の対象とする場合に比べてスキャン処理毎の退避処理にかかる時間を低減することができるので、スキャン毎の退避処理に起因するシーケンス制御の処理能力の低下を抑えることができる。

また、コンデンサ容量検出回路２３が検出した電解コンデンサ２２の容量から主電源停電後の電源４ｄの出力の保持時間を算出する電圧保持時間算出回路３２をさらに備え、ＣＰＵ３６は、デバイスメモリ３７内のデバイスデータ３７１の合計サイズから電圧保持時間算出回路３２が算出した保持時間内に退避可能なサイズを減算してスキャン処理毎の退避処理で退避させるデバイスデータ３７１のサイズを算出する、ように構成したので、電解コンデンサ２２の経年劣化により内部電源の保持時間が短くなっても、主電源停電時に退避対象のデータを確実に退避させることが可能となるとともに、退避処理に起因するシーケンス制御の処理能力の低下を抑えることができる。

以上のように、本発明にかかるプログラマブルコントローラは、ＦＡシステムを制御するプログラマブルコントローラに適用して好適である。

１ＰＬＣ
２電源装置
３ＣＰＵユニット
１０商用電源
２１電源回路
２２電解コンデンサ
２３コンデンサ容量検出回路
２４停電検出回路
３１マイコン
３２電圧保持時間算出回路
３３退避メモリ
３４バックアップ電源回路
３５補助電源
３６ＣＰＵ
３７デバイスメモリ
３６１ユーザプログラム
３６２システムプログラム
３７１デバイスデータ

Claims

商用電源から内部電源を生成して前記生成した内部電源を出力し、前記商用電源の供給停止後にコンデンサによって前記内部電源の出力を保持する電源回路と、
前記内部電源を用いてデータを保持する揮発性の第１のメモリと、
前記内部電源の供給停止後にデータを保持可能な第２のメモリと、
前記商用電源の供給停止を検出する停電検出部と、
前記コンデンサの容量を検出するコンデンサ容量検出部と、
前記商用電源の供給中に、前記第１のメモリ内のデータのうちの一部を前記第２のメモリに退避させる第１の退避処理を実行するとともに、前記停電検出部が前記商用電源の供給停止を検出すると、前記コンデンサにより保持される内部電源を用いて前記第１のメモリ内のデータのうちの残りのデータを前記第２のメモリに退避させる第２の退避処理を実行し、かつ、前記コンデンサ容量検出部が検出した前記コンデンサの容量に応じて前記第１の退避処理で退避させるデータのサイズを変化させる演算部と、
を備えたプログラマブルコントローラ。
前記演算部は、ユーザプログラムを実行して前記第１のメモリ内のデータを更新するスキャン処理を実行するとともに、当該スキャン処理を実行する毎に前記第１の退避処理を実行することを特徴とする請求項１に記載のプログラマブルコントローラ。
前記演算部は、前記コンデンサ容量検出部が検出した前記コンデンサの容量が減ると前記第１の退避処理で退避させるデータのサイズを増やすことを特徴とする請求項１又は２に記載のプログラマブルコントローラ。
前記コンデンサ容量検出部が検出した前記コンデンサの容量から前記商用電源の供給停止後の前記内部電源の出力の保持時間を算出する保持時間算出部をさらに備え、
前記演算部は、前記第１のメモリ内のデータの合計サイズから前記保持時間算出部が算出した保持時間内に退避可能なデータのサイズを減算して前記第１の退避処理で退避させるデータのサイズを算出する、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプログラマブルコントローラ。