JP5355737B2

JP5355737B2 - プログラマブルコントローラ

Info

Publication number: JP5355737B2
Application number: JP2012070928A
Authority: JP
Inventors: 裕輝久保; 英之小黒; 章宏坂越
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-03-27
Filing date: 2012-03-27
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2032-03-27
Also published as: DE102012218359A1; DE102012218359B4; JP2013205878A

Description

この発明は、プログラマブルコントローラに関し、特に、入力回路、出力回路の使用上の制約事項である入力及び出力ディレーティングに関するものである。

プログラマブルコントローラは、マイクロプロセッサを内蔵し、操作スイッチや各種センサなどの入力信号の動作状態とプログラムメモリに格納されているシーケンスプログラムに応動して各種アクチュエータや表示機器等の電気負荷の駆動制御を行うことができる。
このようなプログラマブルコントローラは、多数の電気部品や電子部品で構成されており、それぞれの部品は、使用される温度によって寿命が変化する。このため、これらの部品により構成されているプログラマブルコントローラも同様に筐体の内部温度によって寿命が変化する。

また、プログラマブルコントローラは、入力信号が印加され、入力回路の接点がオン状態となっているとき、あるいは外部の負荷を駆動させるために出力回路がオン状態となっているとき、入力回路や出力回路が発熱し、プログラマブルコントローラの筐体の内部温度が上昇する。すなわち、入力回路及び出力回路が同時にオンしている部品点数が多い場合に発熱が顕著となる。
従って、プログラマブルコントローラを運転する際に、全ての入力及び出力点数に対してオン状態となっている入力及び出力点数の比率、つまり、同時オン率を算出し、この同時オン率がプログラマブルコントローラの期待寿命に影響を与えない程度の内部温度上昇となるように、シーケンスプログラムにて入出力のオンまたはオフをコントロールすることが重要となる。

このような点に鑑み、例えば、特許文献１に示すようにプログラマブルコントローラの出力回路の瞬間的な同時オン率を求め、その値に応じてプログラマブルコントローラの冷却装置の出力を自動的に変化させるものが提案されている。

特開平１−２３４９１１号公報

この特許文献１に示すものにおいては、プログラマブルコントローラの冷却装置の出力を変化させることが目的であるため、その瞬間の同時オン率を求めるだけで十分であった。
しかしながら、同時オン率を用いてプログラマブルコントローラ内部の温度上昇を推定しようとする場合、プログラマブルコントローラの内部温度は緩やかに変化するため、瞬間的な同時オン率が高くても内部温度はほとんど変化していないという状況が発生し、ディレーティングに影響を与えるという問題点があった。

この発明は、以上のような問題点を解決するためになされたもので、内部の温度上昇を考慮して同時オン率を評価することができるプログラマブルコントローラを提供するものである。

この発明に係るプログラマブルコントローラは、入力機器からの入力信号を取り込むための入力回路と、出力機器を駆動させるための出力信号を出力する出力回路と、プログラムを実行するためのシーケンスプログラムを格納したメモリと、上記入力回路に入力された入力信号に基づき、上記メモリに格納されたシーケンスプログラムに応動して出力信号の制御を行うマイクロプロセッサとを有するプログラマブルコントローラであって、オン状態となっている各回路の部品点数の全部品点数に対する比率を一定周期毎に求めるとともに、これらの同時オン状態の比率の所定期間における平均値を求めるように構成したものである。

この発明によれば、一定周期毎にオン状態となっている入力回路および出力回路の同時オン率を求め、一定期間の同時オン率を蓄積してその平均値を算出するように構成することによって、プログラマブルコントローラ内部の温度上昇を考慮して同時オン率を評価することができ、プログラマブルコントローラにおける信頼性向上に寄与させることが可能となる。

本発明の実施の形態１に係るプログラマブルコントローラの構成を示すブロック図である実施の形態１における同時オン率を求める処理手順を示すワークフロー図である実施の形態１における平均同時オン率を求める処理手順を示すワークフロー図である。実施の形態１における重み付け係数を説明する特性図である。実施の形態２におけるプログラマブルコントローラの処理手順を示すワークフロー図である。実施の形態２におけるプログラマブルコントローラの最大同時オン率を求める処理手順を示すワークフロー図である。実施の形態２におけるディレーティングカーブを説明する特性図である。図７におけるディレーティングカーブを数値化したものを示す図である。実施の形態２における同時オン率異常を通知する処理手順を示すワークフロー図である。

実施の形態１．
以下、本発明を実施の形態１であるプログラマブルコントローラについて図面を参照して説明する。
図１は実施の形態１に係るプログラマブルコントローラの概要構成を示すブロック図である。図において、プログラマブルコントローラ１は、外部からの入力信号を取り込むための入力回路２と、外部負荷を駆動させるための出力信号を発生させる出力回路３と、ユーザーが作成したシーケンスプログラムや各種設定値を格納するためのメモリ４と、入力回路２からの入力信号およびシーケンスプログラムの演算結果より出力信号を制御するマイクロプロセッサ（以下、ＣＰＵと称す）５と、周囲温度を取得するための温度センサ６と、増設の入出力ユニットや温度センサを接続するための外部拡張用バス７とを備えて構成されている。

この外部拡張用バス７には、増設入出力ユニット８および増設温度センサユニット９などの外部ユニットが接続されることになる。
増設入出力ユニット８は、入力回路８ａ、制御用ＩＣ８ｂ、出力回路８ｃなどを有し、外部拡張用バス７を経由してプログラマブルコントローラ１に入力情報を送信するとともに、プログラマブルコントローラ１からの制御信号を受けて出力回路８ｃより出力信号を発生させるものである。
また、増設温度センサユニット９は、制御用ＩＣ９ａおよび温度センサ９ｂを有し、外部拡張用バス７を経由してプログラマブルコントローラ１より現在の温度の取得要求を受け取り、その要求のタイミングで温度センサ９ｂから温度情報を読み出すとともに、読み出した温度情報を外部拡張用バス７を経由してプログラマブルコントローラ１へ送信するものである。

一方、プログラマブルコントローラ１においては、入力回路２の入力接点の情報の取得や出力回路３への出力指示を行っているＣＰＵ５が、現在オン状態となっている入力回路及び出力回路の部品点数を把握することが可能であり、また、ＣＰＵ５は汎用的なプロセッサであるため、シーケンスプログラムの演算や出力信号の制御だけでなく、同時オン率の演算も行なわせることが可能である。

図２は、このようなＣＰＵ５における同時オン率の演算処理を示すものである。
図において、まず、ステップＳ１で、増設入出力ユニット８、増設温度センサユニット９も含めた全ての入力回路および出力回路の部品点数を取得する。
次に、ステップＳ２で現在オン状態となっている入力回路および出力回路の部品点数を取得する。
その後、ステップＳ３、ステップＳ４にてオン状態の入力回路および出力回路の部品点数をそれぞれ入力回路の全部品点数、出力回路の全部品点数で割ることによって、瞬間の入力回路の同時オン率と、出力回路の同時オン率を取得することができる。

ところで、プログラマブルコントローラ１には、所定時間（例えば１秒）毎に割込み処理があり、図２における瞬間の同時オン率を所定時間毎に求めることができ、この瞬間の同時オン率を所定期間の間集積し、平均化することによって平均の同時オン率を求めることが可能となる。この平均同時オン率を求めるフローチャートを図３に示している。

図３において、ステップＳ１１で入力回路および出力回路の瞬間の同時オン率を求め（図２のステップＳ３・ステップＳ４に相当する）、ステップＳ１２で過去１８００回分（３０分間）の瞬間的な同時オン率を更新する。
この処理は、ステップＳ１１で求めた最新の同時オン率を最も古い同時オン率と入れ替え、最新の１８００回分の瞬間の同時オン率を求める。
次に、ステップＳ１３で、更新した過去１８００回分の同時オン率より平均同時オン率を求める。平均同時オン率は、過去１８００回分の同時オン率にそれぞれの同時オン率に対応する重み付け係数を乗算し、その総和に対して１８００で除算して算出する。

ここで、重み付け係数は、過去３０分（１８００秒）間の平均同時オン率を求める場合、例えば、１５分前を基準として最新の同時オン率は１．５、３０分前の同時オン率は０．５とする図４に示すような特性とし、この場合、平均同時オン率は式１により求めることができる。

このように重み付け係数を乗算することによって、新しく取得した同時オン率の方が過去の同時オン率よりもこれからの内部温度に与える影響が大きくなることを考慮することができる。
上記にて算出された平均同時オン率は、プログラマブルコントローラ１内にあるメモリ４に保存され、プログラミングツールを使用してメモリ４から読み出すことにより、あるいはプログラマブルコントローラ１に設けられたディスプレイ（図示せず）を介して表示させることにより参照させることができる。
ユーザは、この平均同時オン率を参照しながら評価を行い、プログラマブルコントローラ１の内部温度が上昇しないように、入力及び出力のオン又はオフを適宜コントロールすることになる。

以上のように、この実施の形態１によれば、蓄積した過去複数回分の同時オン率から所定期間の同時オン率の平均値を算出するので、ユーザがプログラマブルコントローラ１内部の温度上昇を考慮して同時にオン状態とする比率を評価することができ、信頼性を確保した設計が可能となる。

実施の形態２．
ところで、プログラマブルコントローラ１が使用される場所での周囲温度が高温の場合、同時オン率が低くても、プログラマブルコントローラ１の構成部品に悪影響を与える温度まで内部温度が上昇していることがある。その一方で、周囲温度が低い場合、同時オン率が高くても、内部温度はそれほど上昇していないことがある。この場合、単に同時オン率を算出するだけではなく、周囲温度に応じた最大同時オン率を算出することが必要となる。

このため、図５に示すように、プログラマブルコントローラ１は、１秒周期割り込みで平均同時オン率を求める計算（ステップＳ１０）とともに、ステップＳ２０で最大同時オン率の計算も行なわせている。
次に、ステップＳ３０では、平均同時オン率と最大同時オン率の比較を行い、求めた平均同時オン率が求めた最大同時オン率を上回った場合は、ステップＳ４０において同時オン率異常通知処理を実行する（後述する）。

最大同時オン率の計算処理は、図６に示すように、最初にステップＳ２１で、現在の周囲温度の情報を取得する。なお、この周囲温度の情報は、使用環境を考慮してプログラマブルコントローラ１に予め設定された値や、ユーザーがプログラミングツールなどから入力した値を用いることができる。また、プログラマブルコントローラ１に温度センサ６が内蔵されている場合や、外部拡張バス７に増設温度センサユニット９が接続されている場合は、温度センサ６または温度センサ９ｂの測定値を周囲温度の情報として利用することができる。

次に、ステップＳ２２でディレーティングカーブの読み出しを行う。ディレーティン
グカーブとは、周囲温度とその周囲温度での最大同時オン率の関係を表すもので、例えば、図７に示すように１次直線で表された図の場合、このディレーティングカーブを図８のように傾きが変化する点を数値化し、データテーブルとして内部メモリ４に保持させている。ステップＳ２２で、このデータテーブルの値を読み出す。
次に、ステップＳ２３において、取得した周囲温度と読み出したデータテーブルの値から、その周囲温度における同時オン率の最大値を求める。周囲温度に対応する温度がデータテーブルにない場合は、その周囲温度近辺のディレーティングデータ２点を結んだ直線上の値を最大同時オン率とすることができる。

なお、ディレーティングカーブは、入力回路に適用されるディレーティングカーブと、出力回路に適用されるディレーティングカーブを有しており、また、プログラマブルコントローラ１は、予め設定されたディレーティングカーブの値や、ユーザーがプログラミングツールなどを用いて設定したディレーティングカーブの値を用いることも可能である。
これらのユーザーが指定した周囲温度やディレーティングカーブの値を使用可能とするために、プログラマブルコントローラ１は、ユーザーが書込み可能なメモリ４を備えており、プログラミングツールなどからそのメモリ４に対して設定値を書込んだり、周囲温度やディレーティングカーブの値を自由に変更することが可能である。

ここで求めた最大同時オン率を平均同時オン率と比較し、平均同時オン率が最大同時オン率を上回った場合、図５のステップＳ４０で同時オン率異常通知処理が実行されることになり、この処理の例を図９に示している。
図９において、まず、ステップＳ４１でメモリ４に同時オン率異常通知を書込み、次に、ステップＳ４２で、ＬＥＤの点灯によるエラー通知要求の有無を確認し、要求があるならばステップＳ４３を実行してＬＥＤを点灯させる。同様に、ステップＳ４４にて警告音でのエラー通知要求の有無を確認し、要求があるならばステップＳ４５を実行して警告音を発生させる。また、ステップＳ４６ではメールによるエラー通知要求の有無を確認し、要求がある場合は、ステップＳ４７を実行する。

このように平均同時オン率が高いことをユーザーに通知する警報手段は、複数あり、ユーザーはそれらのエラー通知手段のうち、１つまたは複数をプログラミングツールなどから選択して設定することができる。
したがって、この実施の形態２によれば、ユーザーはプログラマブルコントローラ１の入力回路、出力回路の平均同時オン率がディレーティングカーブにより指定された範囲内で使用できているか否かを容易に判断することが可能となる。
また、平均同時オン率が最大同時オン率を上回った場合に警報を発生させるため、プログラマブルコントローラ１の構成部品に悪影響を与える温度まで内部温度が上昇している状況を容易に把握することができる。

なお、以上の実施の形態においては、同時オン率を求める所定周期を１秒とし、平均化する所定期間を３０分としたが、０．５秒周期で同時オン率を求め、１５分間の平均同時オン率を求めるなど適宜選択して構成してもよい。
また、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１：プログラマブルコントローラ２:入力回路３:出力回路
４:メモリ５:マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）６:温度センサ
８:増設入出力ユニット９:増設温度センサユニット

Claims

入力機器からの入力信号を取り込むための入力回路と、出力機器を駆動させるための出力信号を出力する出力回路と、プログラムを実行するためのシーケンスプログラムを格納したメモリと、上記入力回路に入力された入力信号に基づき、上記メモリに格納されたシーケンスプログラムに応動して出力信号の制御を行うマイクロプロセッサとを有するプログラマブルコントローラであって、前記マイクロプロセッサは、オン状態となっている各回路の部品点数の全部品点数に対する比率を一定周期毎に求めるとともに、これらの同時オン状態の比率の所定期間における平均値を求め、この平均値に基づいて同時オン率の評価を行なわせるように構成したことを特徴とするプログラマブルコントローラ。
一定期間蓄積した同時オン状態の比率に重み付けを行い、新しく取得した同時オン状態の比率の方を大きくするように構成した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。
周囲温度を検出する温度センサをさらに備え、この周囲温度で許容可能な同時オン状態の比率との関係から、所定の周囲温度における同時オン状態の最大比率を求めるように構成した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。
同時オン状態の比率と最大同時オン状態の比率と比較し、同時オン状態の比率が最大同時オン状態の比率を上回ったとき、警告を発する警報手段を備えたことを特徴とする請求項３記載のプログラマブルコントローラ。
算出された平均同時オン率をメモリに格納し、このメモリを参照することによって平均同時オン率を把握させるように構成した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。
周囲温度の情報として、予め設定された固定値または可変値を用い、その周囲温度情報に応じて最大同時オン状態の比率を求めるように構成したことを特徴とする請求項３記載のプログラマブルコントローラ。
書き込み可能なメモリを備え、このメモリに周囲温度の情報を書込むことにより、その値を最大同時オン状態の比率を求めるための周囲温度の情報として用いるように構成したことを特徴とする請求項６記載のプログラマブルコントローラ。
周囲温度とこの周囲温度で許容可能な同時オン状態の比率との関係を、予め設定された値、または読み書き可能なメモリに対して書き込み、それを用いて所定の周囲温度における同時オン状態の最大比率を求めるように構成したことを特徴とする請求項３記載のプログラマブルコントローラ。
平均同時オン状態の比率が最大同時オン率を超えたことを通知する警報手段として、複数の警報手段を有し、これらの警報手段から選択して動作させるように構成したことを特徴とする請求項４記載のプログラマブルコントローラ。