JP4894961B1 - Plcのcpuユニット、plc用システムプログラムおよびplc用システムプログラムを格納した記録媒体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】スケジューラプログラムは、マイクロプロセッサに、第1の制御プログラムの実行が終了した制御サイクルの次の制御サイクルにおいて、通信回路による出力データの送信および入力データの受信の後に、第1の制御プログラムの実行を開始させる命令と、マイクロプロセッサに、第1の制御プログラムの実行が終了しなかった制御サイクルの次の制御サイクルにおいて、第1の制御プログラムの未実行の部分を実行させる命令とを含む。
【選択図】図5
Description
好ましくは、記憶手段は、さらに、制御サイクルの周期の2以上の整数倍の周期の実行サイクルが設定された第2の制御プログラムの格納に用いられる。スケジューラプログラムは、マイクロプロセッサに、制御サイクル内の第1の制御プログラムの終了後の期間において、実行サイクルに従って第2の制御プログラムを実行させる命令を含む。
本実施の形態に係るPLCは、機械や設備などの制御対象を制御する。まず、図1を参照して、本実施の形態に係るPLC1のシステム構成について説明する。
IOユニット14は、一般的な入出力処理に関するユニットであり、オン/オフといった2値化されたデータの入出力を司る。すなわち、IOユニット14は、検出スイッチ6などのセンサが何らかの対象物を検出している状態(オン)および何らの対象物も検出していない状態(オフ)のいずれであるかという情報を収集する。また、IOユニット14は、リレー7やアクチュエータといった出力先に対して、活性化するための指令(オン)および不活性化するための指令(オフ)のいずれかを出力する。
<B.CPUユニットのハードウェア構成>
次に、図2を参照して、CPUユニット13のハードウェア構成について説明する。図2は、本発明の実施の形態に係るCPUユニット13のハードウェア構成を示す模式図である。図2を参照して、CPUユニット13は、マイクロプロセッサ100と、チップセット102と、メインメモリ104と、不揮発性メモリ106と、システムタイマ108と、PLCシステムバスコントローラ120と、フィールドネットワークコントローラ140と、USBコネクタ110とを含む。チップセット102と他のコンポーネントとの間は、各種のバスを介してそれぞれ結合されている。
次に、図3を参照して、本実施の形態に係る各種機能を提供するためのソフトウェア群について説明する。これらのソフトウェアに含まれる命令コードは、適切なタイミングで読み出され、CPUユニット13のマイクロプロセッサ100によって実行される。
ユーザプログラム236は、上述したように、ユーザにおける制御目的(たとえば、対象のラインやプロセス)に応じて作成される。ユーザプログラム236は、典型的には、CPUユニット13のマイクロプロセッサ100で実行可能なオブジェクトプログラム形式になっている。このユーザプログラム236は、PLCサポート装置8などにおいて、ラダー言語などによって記述されたソースプログラムがコンパイルされることで生成される。そして、生成されたオブジェクトプログラム形式のユーザプログラム236は、PLCサポート装置8から接続ケーブル10を介してCPUユニット13へ転送され、不揮発性メモリ106などに格納される。
次に、図4を参照して、CPUユニット13のメインメモリ104に構成される記憶領域について説明する。
(2) PLCシステムバスコントローラ120のDMA制御回路122が行う、メインメモリ104上のPLCシステムバス送信バッファ1043および/またはPLCシステムバス受信バッファ1044とPLCシステムバスコントローラ120内のバッファメモリ126との間のデータ転送のための、メインメモリ104上のPLCシステムバス送信バッファ1043および/またはPLCシステムバス受信バッファ1044へのアクセス
(3) フィールドネットワークコントローラ140のDMA制御回路142が行う、メインメモリ104上のフィールドネットワーク送信バッファ1045および/またはフィールドネットワーク受信バッファ1046とフィールドネットワークコントローラ140内のバッファメモリ146との間のデータ転送のための、メインメモリ104上のフィールドネットワーク送信バッファ1045および/またはフィールドネットワーク受信バッファ1046へのアクセス
<E.全体処理動作(実施の形態1)>
次に、本実施の形態に係る各プログラムの実行順序などについて、以下説明する。なお、本明細書においては、本発明に係る技術思想の具現化例として、実施の形態1〜7を例示する。図5は、本発明の実施の形態1に係る全体処理動作を示すシーケンス図である。
スケジューラプログラム212は、出力準備割り込み(P−1)に応答して、優先度に従って、出力処理プログラム214を実行する。
スケジューラプログラム212は、入力処理プログラム216の実行が終了すると、優先度に従って、次に制御プログラム230を実行する。
PLCシステムバスコントローラ120のDMA制御回路122は、送信実行指示(符号A)に応答して、メインメモリ104のPLCシステムバス送信バッファ1043に格納されている出力データをPLCシステムバスコントローラ120のバッファメモリ126へ転送する。
フィールドネットワークコントローラ140のDMA制御回路142は、送信実行指示(符号B)に応答して、メインメモリ104のフィールドネットワーク送信バッファ1045に格納されている出力データをフィールドネットワークコントローラ140のバッファメモリ146へ転送する。
基本的には、制御サイクル2〜4における動作は、制御サイクル1における動作と同様である。以下では、主として、制御サイクル1における動作と相違する点について説明する。
ところで、制御サイクル3の出力処理時においては、制御サイクル2において実行を開始した制御プログラム230の実行が終了していないので、その演算結果である新たな出力データがまだ完全には得られていないことになる。そのため、制御プログラムの作業領域1042には、制御プログラム230の途中までの実行の結果更新された出力データと未更新の出力データとが混在している可能性がある。そこで、制御サイクル3の出力処理プログラム214は、制御プログラムの作業領域1042からPLCシステムバス送信バッファ1043および/またはフィールドネットワーク送信バッファ1045への出力データのコピーを行わずに、PLCシステムバスコントローラ120に対して送信実行を指示する(符号A)。
上述のように、スケジューラプログラム212は、マイクロプロセッサ100に、制御プログラム230の実行が終了した制御サイクルの次の制御サイクルにおいて、通信回路(PLCシステムバスコントローラ120および/またはフィールドネットワークコントローラ140)による出力データの送信および入力データの受信の後に、制御プログラム230の実行を開始させる命令を含む。また、スケジューラプログラム212は、マイクロプロセッサ100に、制御プログラム230の実行が終了しなかった制御サイクルの次の制御サイクルにおいて、制御プログラム230の未実行の部分を実行させる命令とを含む。さらに、スケジューラプログラム212は、制御サイクル内に制御プログラム230の実行が終了しなかった場合は、次の制御サイクルにおいて、通信回路(PLCシステムバスコントローラ120および/またはフィールドネットワークコントローラ140)に、制御プログラム230の未実行の部分に優先して通信を開始させるための処理を実行させ、その後、マイクロプロセッサ100に、制御プログラム230の未実行の部分を実行させる命令を含む。
次に、制御目的に応じて作成される制御プログラムに対して異なる優先度を設定できるようにすることも実用的である。実施の形態2においては、より高い優先度を設定された制御プログラムと、より低い優先度を設定された制御プログラムとが存在する場合の処理動作について説明する。
次に、上述の実施の形態2において説明した、高優先制御プログラムおよび低優先制御プログラムを具体的なプログラムに割り当てた場合の処理について説明する。
次に、上述の実施の形態1において説明したシーケンスにおいて、実行周期の超過を監視および通知/報知するための異常処理プログラムがさらに実装されている場合の処理について説明する。
次に、上述の実施の形態1において説明したシーケンスにおいて、制御プログラムが制御サイクル内で終了しなかった場合に、次の制御サイクルではPLCシステムバスの通信を行わず、フィールドネットワークの通信のみを行うようにした場合の処理について説明する。
フィールドネットワーク2を介して送信される出力データを準備する部分の処理については実行する。すなわち、スケジューラプログラム212は、フィールドネットワーク送信割り込み(X−3)に応答して、出力処理プログラム214を実行する。
次に、スケジューラプログラムによるスケジューリング処理の一部をシステムタイマに分担させることで、制御プログラムを本来の実行サイクル内で終了させる可能性を高めた構成について説明する。
次に、複数の独立した演算主体を有するマイクロプロセッサを用いる場合の処理について説明する。汎用的なコンピュータアーキテクチャとして、複数のコアを有するマイクロプロセッサが実用化されている。各コアは、互いに独立して演算処理を実行できるので、それぞれのプログラムの実行をこれらのコアで分担することで、制御プログラムを本来の実行サイクル内で終了させる可能性を高めた構成について説明する。
次に、PLC1で実行されるプログラムの作成およびPLC1のメンテナンスなどを行うためのPLCサポート装置8について説明する。
Claims (14)
- 制御対象を制御するPLCのCPUユニットであって、
マイクロプロセッサと、
記憶手段と、
出力データの送信および入力データの受信を行う通信回路と、
制御サイクルの周期を設定する手段とを備え、
前記PLCのCPUユニットは、前記出力データの送信と、前記入力データの受信と、前記入力データを使用して前記出力データを生成する第1の制御プログラムの実行とを繰り返すことによって前記制御対象を制御するように構成されており、
前記記憶手段は、前記第1の制御プログラムと、前記第1の制御プログラムの実行を制御するスケジューラプログラムとの格納に用いられ、
前記マイクロプロセッサは、前記記憶手段に格納された前記スケジューラプログラムおよび前記第1の制御プログラムを実行し、
前記通信回路は、一定の制御サイクルの周期で、前記出力データの送信および入力データの受信を行い、
前記スケジューラプログラムは、
前記マイクロプロセッサに、前記第1の制御プログラムの実行が終了した制御サイクルの次の制御サイクルにおいて、前記通信回路による出力データの送信および入力データの受信の後に、前記第1の制御プログラムの実行を開始させる命令と、
前記マイクロプロセッサに、前記第1の制御プログラムの実行が終了しなかった制御サイクルの次の制御サイクルにおいて、前記第1の制御プログラムの未実行の部分を実行させる命令とを含む、PLCのCPUユニット。 - 前記第1の制御プログラムは、実行されるごとにモータドライバに対して出力される指令値を算出するモーション演算プログラムを含み、
前記モーション演算プログラムは、ユーザにおける制御目的に応じて作成されたユーザプログラムにより起動された初回の実行において、指令値の算出を開始するために必要な初期処理を実行することにより後続の実行に要する時間よりも長い実行時間を必要とする、請求項1に記載のPLCのCPUユニット。 - 前記第1の制御プログラムは、さらに、前記ユーザプログラムを含む、請求項2に記載のPLCのCPUユニット。
- 前記記憶手段は、さらに、前記制御サイクルの周期の2以上の整数倍の周期の実行サイクルが設定された第2の制御プログラムの格納に用いられ、
前記スケジューラプログラムは、前記マイクロプロセッサに、前記制御サイクル内の前記第1の制御プログラムの終了後の期間において、前記実行サイクルに従って前記第2の制御プログラムを実行させる命令を含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載のPLCのCPUユニット。 - 前記記憶手段は、さらに、前記制御サイクルの周期の2以上の整数倍の周期の実行サイクルが設定された第2の制御プログラムの格納に用いられ、
前記スケジューラプログラムは、前記マイクロプロセッサに、前記制御サイクル内の前記第1の制御プログラムの終了後の期間において、前記実行サイクルに従って前記第2の制御プログラムを実行させる命令を含み、
前記第1の制御プログラムは、前記モーション演算プログラムを含み、
前記第2の制御プログラムは、前記ユーザプログラムを含む、請求項2に記載のPLCのCPUユニット。 - 前記記憶手段は、さらに、前記第1の制御プログラムの1回の実行が継続する制御サイクル数の限度数を特定する設定内容と、前記第1の制御プログラムの1回の実行が前記限度数の制御サイクル内に終了しない場合に実行されるべき異常処理プログラムとの格納に用いられ、
前記スケジューラプログラムは、前記第1の制御プログラムが1回の実行を継続している制御サイクルの数が前記限度数に達し、かつ、当該制御サイクル内で第1の制御プログラムの実行が終了しなかった場合に、次の制御サイクルにおいて、前記マイクロプロセッサに、第1の制御プログラムの未実行部分を実行させることなく前記異常処理プログラムを実行させる命令を含む、請求項1に記載のPLCのCPUユニット。 - 前記通信回路は、前記マイクロプロセッサによる制御を受けて前記出力データの送信および入力データの受信を開始するように構成されており、
前記スケジューラプログラムは、さらに、前記通信回路に、一定の制御サイクルの周期で前記通信を開始させる命令を含む、請求項1に記載のPLCのCPUユニット。 - 前記スケジューラプログラムは、さらに、制御サイクル内に前記第1の制御プログラムの実行が終了しなかった場合は、次の制御サイクルにおいて、前記通信回路に、前記第1の制御プログラムの未実行の部分に優先して前記通信を開始させるための処理を実行させ、その後、前記マイクロプロセッサに、第1の制御プログラムの未実行の部分を実行させる命令を含む、請求項7に記載のPLCのCPUユニット。
- 前記制御サイクルの周期で信号を発生するタイマ回路をさらに備え、
前記通信回路は、前記タイマ回路が発生する前記信号をトリガとして前記出力データの送信および入力データの受信を開始するように構成されている、請求項1に記載のPLCのCPUユニット。 - 前記マイクロプロセッサは、第1および第2のコアを含み、
前記第1のコアは前記スケジューラプログラムを実行し、前記第2のコアは前記第1の制御プログラムを実行し、
前記スケジューラプログラムは、前記第1の制御プログラムの実行が終了しなかった制御サイクルの次の制御サイクルにおいて、前記第1の制御プログラムの実行を中断しないことにより前記第1の制御プログラムの未実行の部分を前記マイクロプロセッサに実行させる命令を含む、請求項1、7、9のいずれか1項に記載のPLCのCPUユニット。 - マイクロプロセッサと、記憶手段と、出力データの送信および入力データの受信を行う通信回路とを備え、前記通信回路による前記出力データの送信および前記入力データの受信を一定の制御サイクルの周期で繰り返すとともに、前記入力データを使用して前記出力データを生成する、前記記憶手段に格納される第1の制御プログラムの実行を繰り返すことによって制御対象を制御するPLCのCPUユニットにおいて、前記記憶手段に格納されて前記マイクロプロセッサによって実行されるためのPLC用システムプログラムであって、
前記第1の制御プログラムの実行を制御するスケジューラプログラムと、前記制御サイクルの周期を設定するプログラムとを含み、
前記スケジューラプログラムは、
前記マイクロプロセッサに、前記第1の制御プログラムの実行が終了した制御サイクルの次の制御サイクルにおいて、前記通信回路による出力データの送信および入力データの受信の後に、前記第1の制御プログラムの実行を開始させる命令と、
前記マイクロプロセッサに、前記第1の制御プログラムの実行が終了しなかった制御サイクルの次の制御サイクルにおいて、前記第1の制御プログラムの未実行の部分を実行させる命令とを含む、PLC用システムプログラム。 - さらに、前記第1の制御プログラムの一部または全部であり、実行されるごとにモータドライバに対して出力される指令値を算出するモーション演算プログラムを含み、
前記モーション演算プログラムは、ユーザにおける制御目的に応じて作成されたユーザプログラムにより起動された初回の実行において、指令値の算出を開始するために必要な初期処理を実行することにより後続の実行に要する時間よりも長い実行時間を必要とする、請求項11に記載のPLC用システムプログラム。 - マイクロプロセッサと、記憶手段と、出力データの送信および入力データの受信を行う通信回路とを備え、前記通信回路による前記出力データの送信および前記入力データの受信を一定の制御サイクルの周期で繰り返すとともに、前記入力データを使用して前記出力データを生成する、前記記憶手段に格納される第1の制御プログラムの実行を繰り返すことによって制御対象を制御するPLCのCPUユニットにおいて、前記記憶手段に格納されて前記マイクロプロセッサによって実行されるためのPLC用システムプログラムを格納した記録媒体であって、
前記第1の制御プログラムの実行を制御するスケジューラプログラムと、前記制御サイクルの周期を設定するプログラムとを含み、
前記スケジューラプログラムは、
前記マイクロプロセッサに、前記第1の制御プログラムの実行が終了した制御サイクルの次の制御サイクルにおいて、前記通信回路による出力データの送信および入力データの受信の後に、前記第1の制御プログラムの実行を開始させる命令と、
前記マイクロプロセッサに、前記第1の制御プログラムの実行が終了しなかった制御サイクルの次の制御サイクルにおいて、前記第1の制御プログラムの未実行の部分を実行させる命令とを含む、PLC用システムプログラムを格納した記録媒体。 - 前記PLC用システムプログラムは、さらに、前記第1の制御プログラムの一部または全部であり、モータドライバに対して出力される指令値を算出するモーション演算プログラムを含み、
前記モーション演算プログラムは、ユーザにおける制御目的に応じて作成されたユーザプログラムにより起動された初回の実行において、モーション指令値データの算出を開始するために必要な初期処理を実行することにより後続の実行に要する時間よりも長い実行時間を必要とする、請求項13に記載のPLC用システムプログラムを格納した記録媒体。
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