JP4857210B2 - プログラマブルロジックコントローラ - Google Patents

Description

本発明は、プログラマブルロジックコントローラに関し、特にシーケンスプログラムを演算実行した結果や演算途中のデータを格納するための揮発性メモリの内容を保持するためのプログラマブルロジックコントローラに関するものである。

プログラマブルロジックコントローラ（以下、ＰＬＣという）において高速・高性能化を実現させるための重要なデバイスとして、高速アクセスが可能なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）が欠かせない。

一般に、高速アクセス可能なＲＡＭは揮発性である。そのため、停電などによる不慮の電源供給遮断が発生すると演算結果や演算中のデータが失われる恐れがある。

ここで、図３を参照して一般的なＰＬＣのデバイス構成ついて説明する。図３は、従来のＰＬＣのＣＰＵ部構成図である。図３において、ＭＰＵ１０は中央演算処理ユニットを含むワンチップタイプのマイクロプロセッサであり、ＣＰＵ部１００全体を制御するシステムプログラムメモリ１１の命令に則り動作する。ＣＰＵ部１００の主な機能として、第一にユーザがプログラミングしたシーケンスプログラムおよびデータ転送処理、第二にユーザがプログラミングしたシーケンスプログラムの内容に応じた演算処理結果に起因する出力信号制御などが挙げられる。
シーケンスプログラムの転送とは、ユーザが周辺装置７で入力したシーケンスプログラムを周辺コネクタ８と周辺装置インタフェース９を介してシーケンスプログラムメモリ１２Ｂに格納するものである。
データ転送とは、周辺装置７から周辺コネクタ８と周辺装置インタフェース９を介して、ＣＰＵ部１００内部の演算結果を格納するデータメモリ１２Ａの内容を読み出したり、逆に、データメモリ１２Ａにデータを書き込んだりするものである。

ＣＰＵ部１００は、入力端子２および接点入力インタフェース３を介して入力接点１のＯＮあるいはＯＦＦの状態を取り込み、シーケンスプログラムメモリ１２Ｂに格納されたシーケンスプログラムに従い前述の取り込んだデータをＭＰＵ１０で演算する。演算結果はデータメモリ１２Ａに格納されつつ、コイル出力インタフェース４および出力端子５を介してコイル６に出力される。
電源部２００は、商用電源１０３から直流電圧を生成する変圧部１０２により構成されており、ＣＰＵ部１００へ直流電圧を供給する役割を果たす。
データメモリ１２Ａおよびシーケンスプログラムメモリ１２Ｂは、揮発性メモリであり、電源部２００からの直流電圧供給が停止されると、格納されている情報が失われる。一般的なＰＬＣでは、データメモリ１２Ａおよび、シーケンスプログラムメモリ１２Ｂに格納された情報を保護する目的で、バッテリー２０によって揮発性メモリに格納された情報を保持することができるようになっている。ただし、電源部２００から直流電圧が供給されている状態において、バッテリー２０の電気エネルギーを消費させないための工夫もなされている。例えば図３では、電源電圧ダイオード２１のアノードには電源電圧を接続し、バッテリーダイオード２１のアノードにはバッテリー２０のプラス極を接続し、電源電圧ダイオード２１とバッテリーダイオード２１のカソードを突き合わせた回路構成としている。ここで、ＣＰＵ部１００の電源電圧は５ＶＤＣであり、バッテリー２０の電圧は３．６ＶＤＣであるとすると、電源部１０１から直流電圧が給電されている状態では、電源電圧ダイオード２１を介して揮発性メモリであるデータメモリ１２Ａおよびシーケンスプログラムメモリ１２Ｂに電圧が供給される。電源電圧は、バッテリー２０の電圧よりも高いため、バッテリー２０の電気エネルギーは消費されない。一方、電源部２００からの直流電圧供給が停止されると、バッテリーダイオード２１を介してバッテリー２０から揮発性メモリであるデータメモリ１２Ａおよびシーケンスプログラムメモリ１２Ｂに電圧が供給される。これにより、商用電源の供給が停止された状態でも揮発性メモリの情報を保持することが可能になる。
バックアップメモリ１３は、データメモリ１２Ａおよびシーケンスプログラムメモリ１２Ｂのデータの一部あるいはすべてを格納するために利用される。
特開２００５−３３９１５１号公報 特開平９−１６０８３８号公報

演算データの損失を防ぐための一般的な手段として、バッテリーバックアップシステムを利用しているＰＬＣは多い。しかし、従来のバッテリーバックアップシステムは、停電や誤操作などの不慮の事態による電源供給遮断なのか、ユーザが意図的に電源供給を遮断したのかを判別せずに揮発性メモリのデータを保護しているため、ユーザが意図的に電源供給を遮断した場合においてもバッテリーのエネルギーを消費してしまう。例えば、一日に８：００から１８：００までの１０時間稼動するＰＬＣ装置があった場合、ＰＬＣ装置が停止している時間は１４時間に及ぶ。ユーザが意図的にＰＬＣ装置を停止させているにも関わらず、従来のバッテリーバックアップシステムでは、ＰＬＣ装置を停止させている期間バッテリーのエネルギーを消費していることになる。

本発明は、従来の問題点を解決するものであり、その特徴は、不慮の事態による電源供給遮断なのか、ユーザが意図的に電源供給を遮断したものかを判別する手段を有し、不慮の事態による電源供給遮断時においてのみ揮発性メモリをバッテリーバックアップすることで、バッテリー寿命を延命させることである。

すなわち、本発明は、高速演算を実現するための高速アクセスが可能な揮発性メモリと、商用電源が遮断し、システムへの商用電源供給が停止されたとき、前記揮発性メモリのデータをバックアップ用不揮発性メモリに退避し、システムへ商用電源供給がされたとき、該バックアップ用不揮発性メモリのデータを前記揮発性メモリへ復旧させるバックアップ制御手段と、前記揮発性メモリのデータを保持するためのバッテリーバックアップ回路と、前記揮発性メモリのデータを前記不揮発性メモリへ退避し終えたことを表示する表示手段を有するプログラマブルロジックコントローラにおいて、前記バックアップ制御手段は、プログラマブルロジックコントローラへの前記商用電源からの電源供給を意図して遮断する際に、使用者が操作するスイッチの操作に連動して開閉するスイッチ素子を含み、前記バッテリーバックアップ回路から前記揮発性メモリへのバッテリー電圧供給及び該バッテリー電圧供給の遮断を行う電源制御手段と、前記スイッチの操作状態を保持する保持手段を備え、前記商用電源が供給されている状態において、前記スイッチが操作されていないとき、前記バックアップ制御手段の電源制御手段は、前記スイッチ操作に連動するスイッチ素子を介して前記揮発性メモリへ前記バッテリーバックアップ回路からのバッテリー電圧を供給させ、前記商用電源が供給されている状態において、前記スイッチを操作し、システムへの前記商用電源を遮断するとき、前記バックアップ制御手段は、前記保持手段の出力を受けて前記揮発性メモリのデータを前記不揮発性メモリへ退避させ、前記電源制御手段は、前記スイッチ操作に連動する前記スイッチ素子の開放状態により、前記揮発性メモリへの前記バッテリーバックアップ回路からのバッテリー電圧供給を停止させ、前記操作スイッチの操作による前記商用電源遮断状態を電源供給状態にする電源立ち上げ時には、前記バックアップ制御手段は、前記不揮発性メモリへ退避させたデータを、前記揮発性メモリへ復旧させることを特徴とするプログラマブルロジックコントローラである。

また、本発明は、さらに、バックアップ制御手段は、前記保持手段の出力信号を受けて前記表示手段を制御する表示制御部を備え、前記揮発性メモリのデータを前記不揮発性メモリへ退避し終えたとき、前記保持手段、前記表示制御部を介して前記表示手段を制御し、該表示手段の表示によりデータ退避が終えたことを知らせることを特徴とするプログラマブルロジックコントローラである。

そして、本発明は、前記揮発性メモリへのバッテリー電圧供給累積時間を計数する手段と、前記揮発性メモリへのバッテリー電圧供給累積時間の計数結果を表示する手段とを備えたプログラマブルロジックコントローラである。

本発明によれば、不慮の事態による電源供給遮断なのか、ユーザが意図的に電源供給を遮断したものかを判別する手段を設けたことにより、バッテリーのエネルギーを消費させるべきタイミングを最適に制御させることが可能になる。すなわち、不慮の事態による電源供給遮断時にのみバッテリーバックアップシステムを有効にしてバッテリーのエネルギーを利用して揮発性メモリのデータを保護する。逆に、ユーザが意図的に電源供給を遮断した場合には、揮発性メモリのデータを不揮発性メモリへ退避させることで揮発性メモリのデータを保護し、さらにバッテリーバックアップシステムを無効にすることでバッテリーのエネルギーを消費させないようにできる。

本発明を実施するための最良の形態を説明する。
本発明のプログラマブルロジックコントローラの実施例について、図面を用いて説明する。

以下本発明の第一の実施例について図を参照しながら説明する。図１は実施例１に関わるＰＬＣのＣＰＵ部構成図と電源部構成図である。図２は実施例１に関わるバックアップ制御部の構成図である。
このＰＬＣのＣＰＵ部１０１は論理演算、算術演算、その各部の制御を行うＭＰＵ１０と、前記ＭＰＵ１０の制御する内容・手順を記憶したシステムプログラムメモリ１１と、前記ＭＰＵ１０の演算結果などを記憶する書き換え可能なデータメモリ１２Ａと、ユーザが作成したシーケンスプログラムを格納するための書き換え可能なシーケンスプログラムメモリ１２Ｂと、周辺装置７を接続するための周辺コネクタ８および周辺装置インタフェース９と、データメモリ１２Ａとシーケンスプログラムメモリ１２Ｂのデータの一部あるいはすべてを格納するために利用されるバックアップメモリ１３と、入力接点１の状態を取り込むための入力端子２と接点入力インタフェース３と、演算結果に基づいてコイル６に制御結果を伝達するコイル出力インタフェース４と出力端子５と、データメモリ１２Ａとシーケンスプログラムメモリ１２Ｂのデータを保持するためのバッテリー２０と、データメモリ１２Ａとシーケンスプログラムメモリ１２Ｂのデータを保護するためのバッテリーバックアップ切り替え制御および、データメモリ１２Ａとシーケンスプログラムメモリ１２Ｂのデータをバックアップメモリ１３へ複写指示するためのバックアップ制御部３０と、バックアップ制御部３０を介してユーザが意図的に商用電源を遮断することをＣＰＵ部１０１へ伝達するための電源遮断指示スイッチ３１とを備える。
本実施例のＰＬＣの電源部２０１は、商用電源から直流電源を生成する変圧部１０２と、表示灯２０２とを備える。

次に、本実施例におけるデータメモリ１２Ａとシーケンスプログラムメモリ１２Ｂのデータがバックアップされる動作について、図１と図２を用いて説明する。
このＰＬＣでは、バックアップ制御部３０において電源遮断指示スイッチ３１の開放または短絡状態に連動するスイッチ３２があり、このスイッチ３２はバッテリー２０とバッテリーダイオード３３の間に配置される。スイッチ３２は、定常時には短絡状態となっている。

ここで、商用電源１０３が突然遮断され、ＣＰＵ部１０１の電源電圧供給が停止された場合の揮発性メモリ情報保持方法について説明する。商用電源１０３が突然遮断された場合、電源遮断指示スイッチ３１が操作されないため、電源遮断指示スイッチ３１に連動するスイッチ３２は短絡状態を維持している。これにより、バッテリー２０からの電圧がデータメモリ１２Ａとシーケンスプログラムメモリ１２Ｂへ給電されるため、データメモリ１２Ａとシーケンスプログラムメモリ１２Ｂの情報は保持される。

次に、実施例における、ＰＬＣユーザが意図的に商用電源１０３の供給を停止する場合の揮発性メモリ情報保持方法について説明する。ＰＬＣユーザが意図的に商用電源１０３の供給を停止する場合、ユーザは電源遮断指示スイッチ３１を押下げる。電源遮断指示スイッチ３１を押下げられると、電源遮断指示スイッチ３１に連動してスイッチ３２が開放状態になり、バッテリー２０とバッテリーダイオード３３の給電ラインが電気的にも開放される。電源遮断指示スイッチ３１は、セット・リセットラッチ３５に接続されており、電源遮断指示スイッチ３１が押下げられた状態であることセット・リセットラッチ３５が保持する。セット・リセットラッチ３５の出力信号は、ＭＰＵ１０と表示灯制御部３６へ接続されており、ＭＰＵ１０では電源遮断指示スイッチ３１が押下げられたことを検出して、データメモリ１２Ａとシーケンスプログラムメモリ１２Ｂの情報をすべてバックアップメモリ１３へ転写する処理を開始する。同時に、表示灯制御部３６では、データメモリ１２Ａとシーケンスプログラムメモリ１２Ｂの情報が転写開始されたことをユーザへ通達するために、表示灯２０２を点滅させる。ＭＰＵ１０は、データメモリ１２Ａとシーケンスプログラムメモリ１２Ｂの情報をバックアップメモリ１３へ転写し終えると、転写処理が完了したことを示す信号をセット・リセットラッチ３５に伝達する。転写処理が完了したことは、セット・リセットラッチ３５の出力信号を介して表示灯制御部３６にも伝達されるため、表示灯制御部３６は、データメモリ１２Ａとシーケンスプログラムメモリ１２Ｂの情報がバックアップメモリ１３へ転写完了したことユーザへ通達するために、表示灯２０２を点灯させる。ユーザは、表示灯２０２の点灯を確認したのち、商用電源１０３の給電を停止させるタイミングを知ることができる。

以上のように、商用電源が供給されている状態において、ユーザにより電源遮断指示スイッチ３１が押下げられた場合、バックアップ制御部３０はユーザが意図的にＰＬＣの稼動を停止させようとしていると判断できる。

一方、電源遮断指示スイッチ３１が押下げられないまま商用電源の給電が遮断されると、バッテリー２０によって揮発性メモリの情報を保持させることができる。

次に、電源供給が再開された際のデータ復旧動作について説明する。バックアップ制御部３０では、スイッチ３２の解放／短絡状態によって、ユーザが意図的にＰＬＣの稼動を停止させようとしたのか、不慮の電源供給遮断が発生したのかを判断できる。ユーザが意図的にＰＬＣ装置の稼動を停止させた場合、このＰＬＣはバックアップメモリ１３に退避されたデータをデータメモリ１２Ａとシーケンスプログラムメモリ１２Ｂに書き戻す。一方、不慮の電源供給遮断が発生した場合、データメモリ１２Ａとシーケンスプログラムメモリ１２Ｂのデータは、バッテリー２０によってそのデータが保持されているため、データの復旧動作は必要ない。

実施例１におけるバッテリー寿命を延命化させる停電記憶方式を備えたＰＬＣの構成図。 実施例１におけるバックアップ制御部の構成図。 一般的なＰＬＣのデバイス構成図。

符号の説明

１…入力接点、２…入力端子、３…接点入力インタフェース、４…コイル出力インタフェース、５…出力端子、６…コイル、７…周辺装置、８…周辺コネクタ、９…周辺装置インタフェース、１０…ＭＰＵ、１１…システムプログラムメモリ、１２Ａ…データメモリ、１２Ｂ…シーケンスプログラムメモリ、１３…バックアップメモリ、２０…バッテリー、２１…電源電圧ダイオード、２２…バッテリーダイオード、３０…バックアップ制御部、３１…電源遮断指示スイッチ、３２…スイッチ、３３…バッテリーダイオード、３４…電源電圧ダイオード、３５…セット・リセットラッチ、３６…表示灯制御部、１００…従来のＣＰＵ部、１０１…本発明の一実施例であるＣＰＵ部、１０２…変圧部、１０３…商用電源、２００…従来の電源部、２０１…本発明の一実施例である電源部、２０２…表示灯

Claims (3)

1. 高速演算を実現するための高速アクセスが可能な揮発性メモリと、商用電源が遮断し、システムへの商用電源供給が停止されたとき、前記揮発性メモリのデータをバックアップ用不揮発性メモリに退避し、システムへ商用電源供給がされたとき、該バックアップ用不揮発性メモリのデータを前記揮発性メモリへ復旧させるバックアップ制御手段と、前記揮発性メモリのデータを保持するためのバッテリーバックアップ回路と、前記揮発性メモリのデータを前記不揮発性メモリへ退避し終えたことを表示する表示手段を有するプログラマブルロジックコントローラにおいて、
   前記バックアップ制御手段は、
   プログラマブルロジックコントローラへの前記商用電源からの電源供給を意図して遮断する際に、使用者が操作するスイッチの操作に連動して開閉するスイッチ素子を含み、前記バッテリーバックアップ回路から前記揮発性メモリへのバッテリー電圧供給及び該バッテリー電圧供給の遮断を行う電源制御手段と、前記スイッチの操作状態を保持する保持手段を備え、
   前記商用電源が供給されている状態において、前記スイッチが操作されていないとき、
   前記バックアップ制御手段の電源制御手段は、
   前記スイッチ操作に連動するスイッチ素子を介して前記揮発性メモリへ前記バッテリーバックアップ回路からのバッテリー電圧を供給させ、
   前記商用電源が供給されている状態において、前記スイッチを操作し、システムへの前記商用電源を遮断したとき、
   前記バックアップ制御手段は、
   前記保持手段の出力を受けて前記揮発性メモリのデータを前記不揮発性メモリへ退避させ、
   前記電源制御手段は、
   前記スイッチ操作に連動する前記スイッチ素子の開放状態により、前記揮発性メモリへの前記バッテリーバックアップ回路からのバッテリー電圧供給を停止させ、
   前記操作スイッチの操作による前記商用電源遮断状態を電源供給状態にする電源立ち上げ時には、
   前記バックアップ制御手段は、前記不揮発性メモリへ退避させたデータを、前記揮発性メモリへ復旧させる
   ことを特徴とするプログラマブルロジックコントローラ。
2. 請求項１記載のプログラマブルロジックコントローラにおいて、
   さらに、バックアップ制御手段は、前記保持手段の出力信号を受けて前記表示手段を制御する表示制御部を備え、前記揮発性メモリのデータを前記不揮発性メモリへ退避し終えたとき、前記保持手段、前記表示制御部を介して前記表示手段を制御し、該表示手段の表示によりデータ退避が終えたことを知らせることを特徴とするプログラマブルロジックコントローラ。
3. 請求項１に記載したプログラマブルロジックコントローラにおいて、
   前記揮発性メモリへのバッテリー電圧供給累積時間を計数する手段と、前記揮発性メモリへのバッテリー電圧供給累積時間の計数結果を表示する手段とを備えたことを特徴とするプログラムブルロジックコントローラ。

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