JP4840665B2 - デジタルｉｏユニット - Google Patents

Description

この発明は、ＩＯ機器が接続されるとともに、ネットワークを介して制御装置とＩＯデータの通信を行なうデジタルＩＯユニットに関するものである。

ＦＡ（Ｆａｃｔｏｒｙ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）におけるネットワークシステムは、生産設備の制御を司る１または複数のＰＬＣ（プログラマブルコントローラ）と、そのＰＬＣにより動作が制御される機器とが、制御系のネットワークに接続される。それらＰＬＣと機器は、その制御系のネットワークを介してサイクリックに通信を行なうことで、ＩＯデータの送受を行ない、生産設備を制御する。

ＰＬＣは、制御プログラムに基づいて演算実行するＣＰＵユニット、センサやスイッチなどの入力機器を接続してそれらのオン・オフ信号を入力信号として取り込む入力ユニット、アクチュエータやリレーなどの出力機器を接続してそれらに対して出力信号を送り出す出力ユニット、ネットワークに接続された他の装置とデータの送受を行なう通信ユニット、マスタスレーブ通信をするためのマスタユニット、各ユニットに電源を供給する電源ユニット、などの複数のユニットを組み合わせることにより構成されている。

上記のマスタユニットには、フィールドネットワークが接続され、そのフィールドネットワークに接続されたデジタルＩＯユニット（リモートＩＯユニット）との間で、マスタスレーブ通信を行なう。デジタルＩＯユニットは、入力機器や出力機器などのＩＯ機器が配線接続され、そのＩＯ機器との間でＩＯデータを入出力する。入力については、ＩＯ機器のうち入力機器（ＩＮ機器）の内部接点の開閉あるいは内部トランジスタのオンオフによる電圧変化を配線を経由して取り込む（ネットワーク通信ではない）。出力については、ＩＯ機器のうち出力機器（ＯＵＴ機器）に対して配線を経由して電圧信号を出力する（ネットワーク通信ではない）。また、ネットワーク経由でマスタユニット（ＰＬＣ）との間でＩＯデータをネットワーク通信によって送受する。送信については、ＩＯ機器のうち複数の入力機器（ＩＮ機器）から取込んだオンオフ信号のそれぞれをパラレル−シリアル変換をし、シリアル信号をネットワーク通信によりマスタユニットへ送信する。受信については、ＰＬＣの演算結果によるそれぞれのオンオフ信号を、マスタユニットからネットワーク通信により受信し、デジタルＩＯユニット内にてシリアル−パラレル変換をし、各出力機器へ出力するオンオフ信号を得ることとなる。ここでデジタルＩＯユニットのデジタルはＯＮ／ＯＦＦの２値信号を意味し、ＩＯはＩＮ（入力）とＯＵＴ（出力）とを意味する。

この種のデジタルＩＯユニットは、ケース内に通信コネクタやＩＯコネクタ（端子台）等の外部インタフェースを実装した回路基板を収納して構成される。ケースは、通常、回路基板を収納する上面が開口された筐体基部と、その部筐体基部の上面開口を塞ぐ筐体蓋部とから構成される。ケース内に収納する基板は、１枚、あるいは必要に応じて複数枚（通常は２枚）に分割して構成される。

この種のデジタルＩＯユニットの分野において、通信制御部とＩＯ回路部とを独立した別々のケースに収容すると共に、それらのケース同士を結合する技術については、例えば、特許文献１に開示された発明がある。
特開平１１−１３５９５８号公報

ところで、デジタルＩＯユニットは、配線接続されるＩＯ機器の台数が用途によって、例えば８点、１６点、３２点、６４点等と異なるため複数種類を品揃えすることが望ましい。また、ＩＯ機器との接続方法が用途によって、例えば端子台、ＭＩＬコネクタ等と異なるため複数種類を品揃えすることが望ましい。ＩＯ機器の台数が８種、接続が４種あった場合、デジタルＩＯユニットのケースや基板の開発は、個々の事情、仕様ごとに行なわれる。つまり、上記の８種、４種の全ての組合せである３２種にとって最適な設計をするようにしている。従って、設計すべき個数が非常に多くなり、煩雑である。

また、例えば新たに１つの通信プロトコルに対応するデジタルＩＯユニットを設計する場合、その通信プロトコル用にケース，基板をすべて新規で作る必要があった。よって、仮に、ＩＯ機器の台数が８種、接続が４種、通信プロトコルが４種に対応しようとする場合、すべての組合せである１２８種類分のデジタルＩＯユニットを設計する必要があり、その労力が煩雑であるばかりでなく、開発に時間がかかってしまう。このことは、通信プロトコルの追加に限らず、別の機能を追加することにおいても同様のことが言える。

また、設計対象の種類が、ＩＯ機器の点数違い、その点数の入出力の割合違い、接続方式違い、通信プロトコル違い、出力トランジスタのＮＰＮ型、ＰＮＰ型などの組合せによって多くなると、それにともない、生産・保管する種類も増すことになり、在庫管理も煩雑なりコストも増す。

本発明は、設計する総数を削減するとともに、新たな機能の追加等があった場合でも、それに伴い必要となる開発対象を少なくし、短期間で開発を完了することができるデジタルＩＯユニットを提供することになる。

この発明のさらに他の目的ならびに作用効果については、明細書の以下の記述を参照することにより、当業者であれば容易に理解されるであろう。

上記の目的を達成するため、本発明に係るデジタルＩＯユニットは、ＩＯ機器が接続されるとともに、ネットワークを介して制御装置とＩＯデータの通信を行なうデジタルＩＯユニットであって、回路基板と、その回路基板を収納するケースと、を備え、前記回路基板は、通信部基板，ＩＯ回路部基板，ベース部基板の３つのモジュールに分けてそれぞれ設計されたものを組み合わせて接続して構成され、前記通信部基板には、接続するネットワーク用の外部インタフェースと、そのネットワーク用の通信回路と、を備え、前記ベース部基板には、前記ＩＯ機器を接続するためのＩＯ機器用の外部インタフェースを備え、前記ＩＯ回路部基板には、ＩＯ機器との間でＩＯデータを送受する機能を備え、前記回路基板を構成する通信部基板，ＩＯ回路部基板並びにベース部基板には、それぞれすくなくとも１つの他の基板と接続するための接続コネクタが設けられ、その接続コネクタの設置位置は、各基板をケース内に実装した際には、接続対象の接続コネクタ同士が直接接続できる位置に対向するように設定され、前記ケースは、通信部筐体，ＩＯ部筐体の２つのモジュールに分けてそれぞれ設計されたものを連結して構成され、前記ケース内には、回路基板を構成する３つのモジュールが上下に重なるようにして収納され、前記通信部筐体は、前記ネットワーク用の外部インタフェースの寸法形状、並びに、その外部インタフェースの周辺の前記通信部基板の寸法形状に合わせて設定され、前記ＩＯ部筐体は、前記ベース部基板の寸法形状にあわせて設定されるようにした。

回路基板を、３つのモジュールに分けてそれぞれを開発し、必要な使用似合わせて適宜選択したモジュールを組み合わせることで、目的とする回路基板が構成される。外部インタフェースをそれぞれ備える通信部基板と、ベース基板と、を、それぞれ別の基板で構成し、さらに、デジタルＩＯユニットの機能（入力／出力／入出力の別，電源モニタ・断線検知・短絡検知機能などのサービス機能）を実現するための回路をＩＯ回路基板により構成した。よって、通信プロトコル，入出力点数，外部インタフェースの構造の相違等にあわせて、各モジュールをそれぞれ設計すると、“通信部基板の種類”דＩＯ部基板の種類”דベース部基板の種類”分のデジタルＩＯユニットを構成することができる。よって、各モジュールの種類が多くなるほど、全ての組み合わせを個々に設計していた従来のものに比べ、設計数を可及的に抑制できる。また、各モジュールを適宜組み合わせてそれぞれのデジタルＩＯユニットを構成することができるので、各デジタルＩＯユニットから見ると、部品の共通化が図れ、保管管理も容易になる。

また、例えば、異なる通信プロトコルに対応する場合には、その通信プロトコル用の通信部基板を開発するだけで、回路基板についての開発は完了するので、短期間で開発を完了することができる。

なお、従来は、仮に基板を分割することがあったとしても、設置スペースを効率よく利用し、全体の小型化を図ることを目的としており、その思想が異なる。

（２）前記回路基板を構成する通信部基板，ＩＯ回路部基板並びにベース部基板には、それぞれすくなくとも１つの他の基板と接続するための接続コネクタが設けられ、少なくとも一組の接続対象の接続コネクタ同士の接続はフレキシブルケーブルを用いて行なうようにするとよい。このようにすると、接続コネクタの配置レイアウトの自由度が増し、結果として基板の小型化を図ることができる。

前記ケースは、通信部筐体，ＩＯ部筐体の２つのモジュールに分けてそれぞれ設計されたものを連結して構成され、前記ケース内には、回路基板を構成する３つのモジュールが上下に重なるようにして収納され、前記通信部筐体は、前記ネットワーク用の外部インタフェースの寸法形状、並びに、その外部インタフェースの周辺の前記通信部基板の寸法形状に合わせて設定され、前記ＩＯ部筐体は、前記ベース部基板の寸法形状にあわせて設定されるようにケースもモジュール化することで、ケースの設計労力も可及的に抑制できる。

（３）ＩＯ部筐体は、筐体本体を構成する上面が開口されたＩＯ部筐体基部と、そのＩＯ部筐体基部の上面開口を塞ぐＩＯ部筐体蓋部とから構成され、前記ＩＯ部筐体蓋部は、前記ＩＯ機器用の外部インタフェースの寸法形状に合わせて設定された窓孔を備え、前記ＩＯ機器用の外部インタフェースは、前記窓孔内に挿入され、外部に露出するように構成するとよい。

（４）通信部筐体は、筐体本体を構成する上面が開口された通信部筐体基部と、その通信部筐体基部の上面開口を塞ぐ通信部筐体蓋部とから構成され、前記通信部筐体蓋部は、前記通信機器用の外部インタフェースの寸法形状に合わせて設定された窓孔を備え、前記通信機器用の外部インタフェースは、前記通信部筐体蓋部の窓孔内に挿入され、外部に露出するように構成するとよい。

本発明は、デジタルＩＯユニットをモジュールの組み合わせによって実現することで、少ない種類のモジュールを用いて多機種への対応が可能となる。

図１，図２は、本発明に係るデジタルＩＯユニットを構成する各モジュールの一例を説明するための図であり、図３は、それら各モジュールを組み合わせることにより構成されたデジタルＩＯユニットの一例の分解斜視図を示している。

デジタルＩＯユニット１は、リモートＩＯユニットも称されるものである。このデジタルＩＯユニットは、出力機器や入力機器等のＩＯ機器が配線で電気的に接続されるとともに、ネットワークを介してＰＬＣとネットワーク接続されてＩＯデータ等をネットワーク通信によって送受する。つまり、デジタルＩＯユニット１に接続されたＩＯ機器がセンサ等の入力機器の場合、デジタルＩＯユニットは、その入力機器からＩＮデータを取り込み、そのＩＮデータをパラレル−シリアル変換してネットワーク経由でＰＬＣにシリアル伝送により送信する。また、ＩＯ機器がアクチュエータ等の出力機器の場合、デジタルＩＯユニットは、ネットワーク経由でシリアル伝送によりＰＬＣのマスタユニットから受信し、シリアル−パラレル変換して各出力機器に対応するＯＵＴデータを接続された出力機器に出力する。

デジタルＩＯユニット１は、ケースと、基板と、から構成される。基板は、各種の信号処理をするための電気回路基板であり、ネットワークケーブルを接続するためのコネクタや、ＩＯ機器を接続するための端子台なども実装される。ケースは、上記の基板を収納するもので、プラスチック製の筐体からなる。このように、ケース内に基板が収納されることから、デジタルＩＯユニット１の外観は、略矩形状となる。そして、ケースの一部は開口部が設けられ、その開口部を介して基板に実装されたコネクタや端子台などの外部と接続するインタフェース部分が露出するように構成される。

デジタルＩＯユニット１は、機能に着目すると、大別して通信部とＩＯ部とに分けることができる。通信部は、ネットワークに接続し、そのネットワークを介してＰＬＣとの間でＩＯデータの送受等を行なう。ＩＯ部は、接続されたＩＯ機器との間でＩＯデータの送受等を行なう。

ネットワークは、デバイスネット，コンポネット，プロフィバスなど各種の通信プロトコルがあり、通常、通信プロトコルごとにネットワークケーブルに接続するコネクタの寸法形状・構造が相違するし、通信プロトコルごとに通信インタフェースなどの回路構成も相違する。そこで、通信部は、それらの相違に対応させる必要がある。ＩＯ部は、ＩＯ点数の相違や、ＩＯ機器とのインタフェースの相違等に対応させる必要がある。つまり、点数によって端子台の形状や大きさが異なり、接続方法によって端子台に代えてコネクタを実装する場合もある。基板についても、通信部の仕様が異なれば基板の配線パターンも実装部品も異なり、基板の形状や大きさが異なる。

一方、例えば、８点用のデバイスネット対応のデジタルＩＯユニットと、１６点用のデバイスネット対応のデジタルＩＯユニットのようにＩＯ点数が相違しても通信プロトコルが同じ場合、ＩＯ部の構成はそのＩＯ点数に対応させてそれぞれ異なる構成となるが、通信部の構成は同じもので共通できる。

逆に、同じ８点用のデジタルＩＯユニットであっても、接続するネットワークの通信プロトコルが相違する場合、ＩＯ部の構成は共通化できるが、通信部の構成はそれぞれの通信プロトコルに対応させる必要がある。

そこで、本実施形態では、ケース１０を、ＩＯ部と通信部とで２分割し、それぞれをモジュール化した。基本的な構成は、ＩＯ部となるプラスチック製のＩＯ部筐体１１は、筐体本体を構成する上面が開口されたＩＯ部筐体基部１３と、ＩＯ部筐体基部１３の上面開口を塞ぐＩＯ部筐体蓋部１４とから構成される。同様にして、通信部となるプラスチック製の通信部筐体１２は、上面が開口された筐体本体を構成する通信部筐体基部１５と、通信部筐体基部１５の上面開口を塞ぐ通信部筐体蓋部１６とから構成される。

図１に示すように、ＩＯ部筐体基部１３は、その長手方向における左側部分が開口されており、通信部筐体基部１５については右側部分が開口されている。そして、それらの開口部同士を突き合わせた状態において、両基部１３，１５は互いを接近させる１アクションで結合するスナップフィット結合構造を利用して互いに結合一体化される。

スナップフィット結合構造は、ＩＯ部筐体基部１３の底面に設けたＩＯ部側第１係止部１３ａと、通信部筐体基部１５の底面に設けた通信部側第１係止部１５ａと、を連結し、ＩＯ部筐体基部１３の側壁面に設けたＩＯ部側第２係止部１３ｂと、通信部筐体基部１５の側壁面に設けた通信部側第２係止部１５ｂと、を連結することで構成される。

また、ＩＯ部筐体基部１３とＩＯ部筐体蓋部１４との結合、並びに、通信部筐体基部１５と通信部筐体蓋部１６との結合も、それぞれスナップフィット結合構造を利用して行われる。なお、両基部同士の結合、並びに各基部とそれぞれ対応する蓋部の結合は、本実施形態では、スナップフィット結合構造を用いるようにしたが、本発明は、これに限ることはなく、各種の結合構造を用いることができる。

ＩＯ部筐体基部１３の底面所定位置には、基板の位置決め用の軸部１３ｃが設けられる。ＩＯ部筐体基部１３の側壁上端所定位置には、基板の位置決め用凹部１３ｄが設けられる。また、ＩＯ部筐体蓋部１４の天面には、窓孔１４ａが形成される。この窓孔１４に、基板に実装されたＩＯ機器用の端子台などの外部とのインタフェース部分が入り込み、当該インタフェース部分が外部に露出する。

通信部筐体基部１５の側壁面上方所定位置には、基板固定用の係止孔１５ｃが設けられる。また、通信部筐体蓋部１６の天面には、窓孔１６ａが形成される。この窓孔１６ａに、基板に実装されたネットワークケーブル接続用のコネクタなどの外部とのインタフェース部分が入り込み、当該インタフェース部分が外部に露出する。

ＩＯ部筐体１１と通信部筐体１２とを結合してなる１個の筐体の中には、基板が実装される。実装する基板は、通信制御部基板２１、ＩＯ回路部基板２２，ベース部基板２３の３枚を有する。

通信制御部基板２１は、通信部としての機能を実現するための回路が形成される基板であり、通信コネクタ２１ａ等の外部とのインタフェースもこの通信制御部基板２１上に実装される。さらに、通信制御部基板２１には、電源端子２１ｂ、通信物理層２１ｃ、電源回路２１ｄ、クロック発振器２１ｅ、リセット回路２１ｆ、ＥＥＰＲＯＭ２１ｇ、アドレス設定スイッチ２１ｈ、通信用ＬＥＤ２１ｉ、及びＡＳＩＣおよびＣＰＵなどの主要部品２１ｊなどが含まれる。通信コネクタ２１ａと、物理層２１ｃにより通信インタフェースが構成される。通信用ＬＥＤ２１ｉは、動作ＬＥＤとも称され、通信実行時に点滅あるいは所定の色が点灯などする。電源端子２１ｂは、例えば、外部電源を接続するための端子であり、この外部電源から供給される電圧が、電源回路２１ｄにて所望の電圧に変換され、ＩＯ機器に供給される。

ＩＯ部は、多様なケースに対応できるように、ケースの寸法形状に関わる部分と、ケースに関わらない部分に分割した。ケースに関わる部分を「ベース部」（ベース部基板２３）、ケースに関わらない部分（ＩＯ機器との間のＩＯデータの送受機能や、電源モニタ・断線検知・短絡検知機能などのサービス機能などの各種の機能を実現する部分）を「ＩＯ回路部」（ＩＯ回路部基板２２）とする。

ベース部基板２３には、ＩＯ機器を接続するためのＩＯコネクタ（端子台）２３ａ及びＩＯ機器の動作状態を示すＩＯ用ＬＥＤ２３ｂなどが含まれている。ＩＯ用ＬＥＤ２３ｂは、機能の点から見るとＩＯ回路部基板２２側に設置しても良いが、ＩＯコネクタ２３ａの近くに配置することで、そのＩＯコネクタ２３ａに接続された個々のＩＯ機器の動作状況をすぐに理解できるようになるという利点があるため、本実施形態では、ベース部基板２３側に設置した。

ＩＯ回路部基板２２には、ＩＯデータをＩＯコネクタとの間で送受する入出力部２２ａ，入出力電源モニタなどのステータス２２ｂ及び通信制御部基板２１側の回路と、ＩＯ機器とを電気的に絶縁するフォトカプラ２２ｃなどが含まれている。

上記の各基板を構成する部品は、各基板により実現する機能等に対応してその形状等が変更され、また、適宜増減されることもある。図３，図４に示されるように、通信制御部基板２１とＩＯ回路部基板２２とベース部基板２３とは、３段重ねの状態で収容される。なお、通信制御部基板２１の側縁部には、係止片（突起）２１ｋが外側に向けて突出するように形成され、この係止片２１ｋが、通信部筐体基部１５に設けた基板固定用の係止孔１５ｃに嵌ることで、通信制御部基板２１が通信部筐体基部１５に対して位置決め固定される。ベース部基板２３には、所定位置に位置決め用孔部２３ｄが形成されており、その位置決め用孔部２３ｄ内に、ＩＯ部筐体基部１３の底面に形成した軸部１３ｃを挿入することで、ベース部基板２３は、ＩＯ部筐体基部１３に対して水平方向（ベース部基板２３の基板と平行な方向）の位置決めがなされる。また、ベース部基板２３の周縁所定板には、係止片２３ｅが設けられており、この係止片２３ｅがＩＯ部筐体基部１３の側壁上端に形成した位置決め用凹部１３ｅと符合することで、ベース部基板２３がそれ以上下方に移動することが抑止され、ベース部基板２３のＩＯ部筐体基部１３に対する上下方向の位置決めがなされる。

図４は、各回路基板とそれを収容する筐体との位置関係を示している。同図に示すように、筐体全体を小型に構成するために、３枚の基板２１，２２，２３は互いに一部を重ね合わせた３段重ね構成とされている。通信制御部基板２１の表裏両面の所定位置には、接続コネクタ２１ｍを設ける。また、ＩＯ回路部基板２２の上面所定位置と、ベース部基板２３の下面所定位置には、それぞれ接続コネクタ２２ｅ，２３ｆを設ける。各回路基板同士の電気的な導通は、上記接続コネクタ同士を適宜連結することで行なう。

連結した筐体基部１３，１５内に各基板２１，２２，２３を配置した状態で、その筐体基部１３，１５の上方から、それぞれ対応する筐体蓋部１４，１６を接合することで、デジタルＩＯユニット１０が構成される。もちろん、各基板同士は、接続コネクタを連結して一体化しておく。

また、基板を収納した状態でＩＯ部筐体蓋部１４をＩＯ部筐体基部１３に接合した状態では、ＩＯコネクタ（端子台）２３ａ等のインタフェースは窓孔１４ａ内に位置し、外部に露出する。同様に、基板を収納した状態で通信部筐体蓋部１６を通信部筐体基部１５に接合した状態では、通信コネクタ２１ａ等のインタフェースは窓孔１６ａ内に位置し、外部に露出する。このように各インタフェースが窓孔１４ａ，１６ａを介して露出（突出）するため、ネットワークケーブルやＩＯ機器を簡単に接続できる。

上述したように、ケース１０については通信部筐体１１とＩＯ部筐体１２とに２分割し、基板（回路基板）は通信制御部基板２１とＩＯ回路部基板２２とベース部基板２３とに３分割し、計５つのモジュールを組み合わせてデジタルＩＯユニット１を構成するようにした。なお、通信部筐体１１とＩＯ部筐体１２は、図示の例ではそれぞれ基部と蓋部とに更に２つのパーツから構成するようにしたが、図６（ｃ）に示すように、蓋部がない構成のものもある。

そして、各モジュールは、要求されるそれぞれの機能・仕様に合わせて設計されるとともに、各モジュールを任意の組み合わせで選択し、それらを接続して組み立てるようにすることから、各モジュール間の接続部の構造は同一、或いは対応可能な構成としている。つまり、筐体にあっては、ＩＯ部筐体基部１３のＩＯ部側第１係止部１３ａ並びにＩＯ部側第２係止部１３ｂと、通信部筐体基部１５の通信部側第１係止部１５ａ並びに通信部側第２係止部１５ｂの形状並びに形成位置をそれぞれ同じに設定する（図５，図６参照）。なお、対応する係止部同士がスナップフィット結合できればよいので、多少外観形状等が相違していてももちろん良い。また、ＩＯ部筐体基部１３と通信部筐体基部１５の接合面の端面形状も等しくする。これにより、両筐体基部１３，１５同士を結合して一体化した場合、両筐体基部１３，１５間のつなぎ目に隙間・段差などが生じず、１つのケースとして外観上もキレイであると共に、強度も増す。

また、両筐体基部１３，１５の接合する端面の形状が一致させることから、両筐体基部１３，１５ひいてはそれに接続する両筐体蓋部１４，１６の幅も等しくなる。これに伴い、収納する各基板２１，２２，２３の寸法形状も、最大幅は筐体基部１３，１５の幅によって制限される。よって、ＩＯ点数等が多く、収納する基板の面積を大きくする場合には、基板並びに筐体の長さを長くすることより対応する。筐体については、例えば図６（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、ＩＯ点数により長さが異なる。

また、基板同士を導通させるための接続コネクタ２１ｍ，２２ｅ，２３ｆの設置位置並びに形状・構造も、各基板ごとに統一を図り、どのような組み合わせでも対応する接続コネクタ同士が対向する位置に位置し、接続できるようにする。

各筐体蓋部１４，１６に形成する窓孔１４ａ，１６ａは、それぞれベース部基板２３に実装するＩＯコネクタ２３ａ等の外部インタフェースや、通信制御部基板２１に設けた通信コネクタ２１ａ等の外部インタフェースの形状に符合する形状にし、必要以上に大きく開口して内部が露出しないようにする（図３，図５，図６中の窓孔１４ａ，１６ａの形状は、それぞれ異なる）。

上述した例では、各モジュールの外形寸法をそれぞれ適切に設計することについての一例を説明したが、各基板の回路構成（配線パターン＋実装する部品）も、それぞれの仕様に対応して設計される。

各モジュールを設計するに際し考慮する仕様の一例としては、以下のものがある。例えば、デジタルＩＯユニット１０が接続されるフィールドネットワークの通信プロトコルの種類は、デバイスネット（ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ：商標）、コンポネット（ＣｏｍｐｏＮｅｔ／ＩＰ：商標）、プロフィバス（ｐｒｏｆｉｂｕｓ：商標）などの他、多種存在する。従って、各通信プロトコルに合わせて通信制御部基板２１を設計したり、通信部筐体１２を設計したりする。ＩＯ機器を接続するためのＩＯコネクタの端子形状に着目すると、ネジ端子、コネクタ、スクリューレスクランプ端子など、やはり多数の種類が存在する。従って、その端子形状・大きさ）に応じてＩＯコネクタ２３ａを実装するベース部基板２３の大きさ（長さ）を設計したり、ＩＯ部筐体蓋部１５の大きさ（長さ）や窓孔１５ａの形状を設計したりする。入出力種別としては、入力，出力，入力出力混在の３種類が存在する。従って、その入出力種別に応じてＩＯ回路部基板の回路構成を設計する。ＩＯ点数は、４点，８点，１６点，３２点と、多岐にわたる。点数が多くなるほど、主にＩＯコネクタ２３ａを実装するベース部基板２３やＩＯ部筐体１１の寸法形状が大きく（長く）なる。更に、入出力の機能が単純なＯＮ／ＯＦＦだけでなく、電源モニタ・断線検知・短絡検知機能などのサービス機能が付加されることがある。従って、それら付加機能に応じてＩＯ回路部基板２２の回路構成を設計したり、ユーザに検知結果を知らせるための警報手段をベース部基板２３に実装するようにしたりする。このような種別に対応するには、デジタルＩＯユニット１０の機能ごとに着目し、基板に関する設計事情については、通信制御部基板とＩＯ回路部基板とベース部基板とに３分割するのが最も適すると言える。従来の設計だと、例えば“通信プロトコルの種類”דＩＯ接続の種類”ד入出力の種類”の数、つまり全ての組合せである種類数の積の数だけの設計が少なくとも必要であったところ、この実施形態であれば、“通信プロトコルの種類”＋“ＩＯ接続の種類”＋“入出力の種類”の数、つまり分割部品の種類数である和の数の部品を予め設計して揃えておき、それを組合せることで対応できる。

なお、仮に基板に関する設計事情について４分割とした場合を考えると、かえって部品点数が増えてしまう。また、通信制御およびＩＯ回路とを合わせた基板Ａとベース部基板Ｂとの２分割とした場合を考えると、基板Ａは通信種類数×ＩＯ種類数（または入出力種類数）の部品数となり、基板ＢはＩＯ種類の部品数となり、部品合計数としては３分割よりも減る場合もあるが、通信種類を新規に増やそうとする場合には基板Ａ全体の設計を改めて行なう必要がある。この実施形態のように通信制御部基板とＩＯ回路部基板とを分割しておく３分割設計だと、ＩＯ回路部基板は共有して利用できるから基板Ａ全体について改めて設計を行なう必要は無く、通信制御部基板の範囲だけを新規設計するのみですむので、設計行為全体の効率をあげることができる。また、通信制御部基板ＣとＩＯ回路およびベースを合わせた基板Ｄとの２分割とした場合を考えると、３分割よりも部品点数は減る場合もあるが、ＩＯ端子台の種類を新規に増やそうとする場合には基板Ｄ全体について改めて設計を行なう必要がある。この実施形態のようにＩＯ回路部基板とベース部基板とを分割しておく３分割設計だと、ＩＯ回路部基板は共有して利用できるから基板Ｄ全体の設計を改めて行なう必要は無く、端子台を実装するベース部基板の範囲だけを新規設計するのみですむので、設計行為全体の効率をあげることができる。

このように、デジタルＩＯユニット１０を、モジュールの組み合わせによって実現することで、設計するモジュールの種類を少なくしつつ、多機種への対応が可能となる。更に、例えば、新たな通信プロトコルが１種類追加された場合、従来のものでは、その通信プロトコルに対応したそれぞれの種類のデジタルＩＯユニット用の基板や筐体を設計する必要があるが、本実施形態では、新たに追加した通信プロトコルに対応した通信制御部基板２１と、通信部筐体１２を設計するだけで対応できる。同様のことは、入力点数の増加や、新たなＩＯコネクタの増加など、他の部分についても言える。よって、新しい通信／ＩＯ接続について技術開発してから実際の商品リリースまでの期間が短くできるとともに、商品の開発工数も下げることができる。

また、上述した実施形態では、基板間の接続を接続コネクタ同士を直接接続する異で行なっていたが、本発明はこれにかぎこるとはなく、例えば、図７に示すように、フレキシブルケーブル２５を利用するとよい。このフレキシブルケーブル２５の両端を各基板に設けた接続コネクタに接続することで、接続コネクタの設置位置がずれていても良くなり、設計の幅が広がる。例えば、ベース部基板はＩＯコネクタ（端子台）が乗っており、ＩＯコネクタの形状は様々であり、ＩＯコネクタに影響されてしまう。従って、コネクタ位置を一定にするためには、実装する部品等の影響を受けないように接続コネクタの設置エリアを余裕を持って設定する必要があり、基板形状が大きくなってしまう。これに対し、フレキシブルケーブル２５による接合であれば、接続コネクタの位置を決めなくても接合できるので、基板の寸法形状ひいては筐体の寸法形状を小さくすることが可能となる。

本発明に係るデジタルＩＯユニットを構成する各モジュールの一例を説明するための図である。 本発明に係るデジタルＩＯユニットを構成する各モジュールの一例を説明するための図である。 各モジュールを組み合わせることにより構成されたデジタルＩＯユニットの一例の分解斜視図である。 デジタルＩＯユニットの断面図である。 通信部筐体の一例を示す図である。 ＩＯ部筐体の一例を示す図である。 基板同士を接続するための接続コネクタの別の形態を示すである。

符号の説明

１ デジタルＩＯユニット
１１ ＩＯ部筐体
１２ 通信部筐体
１３ ＩＯ部筐体基部
１４ ＩＯ部筐体蓋部
１４ａ 窓孔
１５ 通信部筐体基部
１６ 通信部筐体蓋部
１６ａ 窓孔
２０ 回路基板
２１ 通信部基板
２１ａ 通信コネクタ（外部インタフェース）
２２ ＩＯ回路部基板
２３ ベース部基板
２３ａ ＩＯコネクタ（外部インタフェース）

Claims (4)

1. ＩＯ機器が接続されるとともに、ネットワークを介して制御装置とＩＯデータの通信を行なうデジタルＩＯユニットであって、
   回路基板と、その回路基板を収納するケースと、を備え、
   前記回路基板は、通信部基板，ＩＯ回路部基板，ベース部基板の３つのモジュールに分けてそれぞれ設計されたものを組み合わせて接続して構成され、
   前記通信部基板には、接続するネットワーク用の外部インタフェースと、そのネットワーク用の通信回路と、を備え、
   前記ベース部基板には、前記ＩＯ機器を接続するためのＩＯ機器用の外部インタフェースを備え、
   前記ＩＯ回路部基板には、ＩＯ機器との間でＩＯデータを送受する機能を備え、
   前記回路基板を構成する通信部基板，ＩＯ回路部基板並びにベース部基板には、それぞれすくなくとも１つの他の基板と接続するための接続コネクタが設けられ、
   その接続コネクタの設置位置は、各基板をケース内に実装した際には、接続対象の接続コネクタ同士が直接接続できる位置に対向するように設定され、
   前記ケースは、通信部筐体，ＩＯ部筐体の２つのモジュールに分けてそれぞれ設計されたものを連結して構成され、
   前記ケース内には、回路基板を構成する３つのモジュールが上下に重なるようにして収納され、
   前記通信部筐体は、前記ネットワーク用の外部インタフェースの寸法形状、並びに、その外部インタフェースの周辺の前記通信部基板の寸法形状に合わせて設定され、
   前記ＩＯ部筐体は、前記ベース部基板の寸法形状にあわせて設定されたことを特徴とするデジタルＩＯユニット。
2. 前記接続コネクタのうちの少なくとも一組の接続対象の接続コネクタ同士の接続はフレキシブルケーブルを用いて行なうことを特徴とする請求項１に記載のデジタルＩＯユニット。
3. ＩＯ部筐体は、筐体本体を構成する上面が開口されたＩＯ部筐体基部と、そのＩＯ部筐体基部の上面開口を塞ぐＩＯ部筐体蓋部とから構成され、
   前記ＩＯ部筐体蓋部は、前記ＩＯ機器用の外部インタフェースの寸法形状に合わせて設定された窓孔を備え、
   前記ＩＯ機器用の外部インタフェースは、前記窓孔内に挿入され、外部に露出するように構成したことを特徴とする請求項１または２に記載のデジタルＩＯユニット。
4. 通信部筐体は、筐体本体を構成する上面が開口された通信部筐体基部と、その通信部筐体基部の上面開口を塞ぐ通信部筐体蓋部とから構成され、
   前記通信部筐体蓋部は、前記通信機器用の外部インタフェースの寸法形状に合わせて設定された窓孔を備え、
   前記通信機器用の外部インタフェースは、前記通信部筐体蓋部の窓孔内に挿入され、外部に露出するように構成したことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のデジタルＩＯユニット。

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