JP5445731B2 - 制御装置における実際データの表示と監視用システム - Google Patents

Description

本発明はプログラム可能な論理制御装置（ＰＬＣ）システムのアナログ入出力（ＩＯ）を非侵襲にデータ監視する装置に関する。出力はリアルタイムで最終的に表示インターフェースに表示され、直接ＩＯチャネルから測定される。

ＰＣＬは自動化産業プロセスと連動する場合に重要且つ必要な要素である。産業従って全体として経済での原動力は工業生産高次第である。従って産業の第一線は、自動システムが流れ作業や他の類似システムで多数の製品の大量生産を助ける工場と見なすことができる。産業目的の達成には自動化を適切に制御することが極めて重要である。このことがより重要になるのは、工場がしばしばコンピューターや他のシステムを妨害する埃がひどく、極端な温度条件を特徴とする事実である。

この自動化の核心はＰＬＣである。より効果的な自動化環境を生むために、一般的ＰＬＣは工場内のこのような条件に耐えうるように設計する。ＰＬＣの機能は、基本的に自動工程を制御するハードウエアとソフトウエアの能力を利用することである。中央演算処理装置（ＣＰＵ）は通常入力／出力システム（Ｉ／Ｏモジュール）と連動して、最終的にはセンサー類、スイッチ類や他の装置類を追加使用して制御プロセスに関わる。タイミング、電圧、電流及び他の因子が自動化プロセスを適切に制御するには規格どおりである必要があるので、ＰＬＣ内のこの相互作用の出力は極めて重要である。基本的には出力結果が一定時間量で応答しない場合、その制御は停止しているので、全自動化プロセスの全てが停止し適切な制御ができなくなる。

更にアナログＩ／Ｏモジュールは、ＰＬＣのこれら要素が寸法や運動、圧力や温度のような有意な他要素の測定に依存するので、産業にとって極めて重要である。この点で電圧単位や他の因子を直接容易に監視できる監視システムに対する大きな必要性がある。最も基本的な意味でこの形の監視を用いて全てが適切に作動するのを保証できる。

現在大部分のデザインは、制御装置、必然的に全自動化が適切に作動しているか否かを決めるために、メーター又は追加コンピューターとの接続が必要である。これらのメーター又は追加コンピューターは、センサーやＩ／Ｏモジュールが集めたＰＣＬ出力が電圧のような項目用の出力を読むプロセスを用いる。しかしメーター又は追加のコンピューターのやり方では、全体の監視プロセスを遅らす高価で侵襲的方法が必要である。更にメーター又は追加のコンピューターのやり方では、しばしば部品類を全体構成要素から取り出し外部監視装置に移す必要がある。これによりこの極めて重要な読み取り品質に影響するより多くの問題を生じる。例えばディジタル出力を解読するのに用いるメーターは、回路近くに配置すると実際に読み取りの変化が生ずる。僅かな読み取りの変化でも全体自動化には高価に付く問題を生じる。蓋を取り外したり、ケーブルを動かしたりしても監視に影響するかも知れないことに留意する必要がある。現在の表示法はこのタイプの侵襲性活動が関与し、歪曲データという固有の問題を持ち続ける。これらの因子のため、非侵襲性の表示監視法に対する大きな必要性がある。本発明の場合のように非侵襲性監視法でこの必要性を満足することにより、制御装置と産業自動化は通常制御システムの極めて重要な要素に悪影響すること無しに、使用者がデータを読むだけという事実に関するこの追加保護手段の利益を大いに受ける。

絶え間ない監視の重要性を認識して、より良好な監視装置をアナログＩ／Ｏモジュールに提供する試みが具体化された。例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）を取り付け、電圧出力のような何かが所望範囲を外れた場合警報システムとして発光する。しかしこの警報システムは警報を出すだけで、出力読み取り用のメーター又は追加コンピューターを設置するためにＰＬＣの機能性に介入する典型的な必要性は除かれない。

現在個人がアナログＩ／Ｏモジュールをリアルタイムで物理的に見て、ＰＬＣのＣＰＵに何が送られたかを正確に決める方法はない。従って何が変換されＣＰＵに送られたかを、リアルタイムで積極的に表示するＬＣＤ型要素を含む装置に対する必要性がある。本発明のような装置により個人が任意の所定時間にアナログＩ／Ｏモジュールの正確な状態を見ることができるので、この必要性は重要である。従ってこれにより現在行われている外からの処置の全てが除去される。使用者が本発明を用いてディジタルデータを数と同様に工学単位として見ることができるので、この必要性は本発明により確立される。この必要性を満足することにより、自動化産業はアナログＩ／Ｏモジュール出力を遙かに高費用効率で監視を増強する大きな利益が得られる。

１９９７年６月１７日に発効の真田（Ｓａｎａｄａ）の米国特許５６４００９９は、装置の配線点間での短絡点検出に関する方法と器具である。本発明と異なり、真田（Ｓａｎａｄａ）は単に欠陥検出ためにレーザー光のような高価な要素を使用し、電圧や温度のような状態をディジタルデータに変換していない。

１９９１年１０月２５日に発効のセクストン（Ｓｅｘｔｏｎ）の米国特許５０５８０５２は、関心のある可能な欠陥の予定リストに基づいてＰＣＬのエラーをチェックする方法である。欠陥が発見されるとエラー警報が始まり、制御に問題があり得ることを使用者に知らせる。本発明と異なり、セクストン（Ｓｅｘｔｏｎ）の発明は、使用者に欠陥を知らす警報機構を一体化するに過ぎない比較的高価な試みである。従って使用者は、本発明の場合のように素早くリアルタイムの表示を読み、正確な欠陥を決める機会がある代わりに、ＰＬＣの正確な問題を決めるのに追加の侵襲性手段をとる必要がある。

厳格なタイミングとしばしば自動化産業要素の制御に関わる過酷条件によるＰＣＬ出力の欠陥を、迅速且つ正確に検出する明確な必要性がある。警報法は確かに使用者に問題を知らせる能力があるが、その問題が既に起こったのか、或いは何が本当に問題なのかを決めるのに時間が必要になると言う事実は残る。これらの警報法が関連する問題は、潜在的欠陥の調査を吟味するので追加の材料と時間両者で高価につくことである。従って電圧又は電流信号をディジタルデータ数又は工学単位に変換し、ＣＰＵに送りリアルタイムでの表示を常に利用できる非侵襲性装置に対する必要性がある。

本発明はこの必要性を満足し、アナログＩ／Ｏモジュールに関する制御器出力の進行を迅速に監視する費用効率の高い実用的方法を提供する点で有意義である。同時に本発明は又表示が非侵襲性法であるために、使用者がほんの僅かでも結果と妥協する必要なしに、データを監視できる点でユニークである。

更に本発明により、内部部品やケーブルをいじる侵襲的な必要性無しに、いつでもリアルタイムでシステムの適正な確認が可能である。同時に大部分の他のＰＬＣ表示は、システム全体にわたる中間要素に依存し、監視の侵襲的方法関連の機能を補足する。典型的な侵襲性の問題を越えて、これらの中間システムはある時にはそのデータの正常な流れと処理を妨害する。この問題はある時にはデータの破損をもたらす。しかし本発明はＩ／Ｏカードを表示インターフェースに直接接続することによりこの問題を解決する。これによりこれら中間要素のマイナスの効果を実質的に除外するが、又データ歪曲の可能性がある侵襲的手段の監視システムを省く。これらの理由により本発明に対する大きな必要性がある。
米国特許５６４００９９ 米国特許５０５８０５２

本発明は、使用者が表示インターフェースを見てＰＬＣに関する極めて重要な情報を監視できる非侵襲性法である。表示インターフェースはＩ／Ｏカードと直接接続する。他の監視用の発明はそれらが接続するシステムに実際に影響し、そのシステムを修正したりシステムデータを変えたりするのに対し、本発明は何であれそれが接続する任意のシステムを変えないため、他の関連発明とのこの差異は極めて重要である。他の発明では分析／監視装置はそれ自身のエラーがあり、システムの問題の分析をせいぜい困難にする。本発明では接続するシステムの各区分との直接インターフェースがあり、そのようなもとして使用者は本発明の任意のエラーにより損なわれないシステムの真のデータだけに注目する。

この極めて重要な情報としては、電圧入力／出力、電流入力／出力、圧力及び温度が挙げられる。自動化プロセスのこれら要素は、全体のシステムに組み込んだセンサーにより検出する。一方ではＰＬＣのアナログＩ／Ｏモジュールが情報をＣＰＵに送ると、これらセンサーが集めた出力をディジタル値に変換する。本発明は非侵襲性なので、ＰＬＣシステムを深く探求する必要無しに容易に使用できる。代わりにこのデータをリアルタイムでコンパイルし、Ｉ／Ｏカード経由で表示インターフェースに送る。次いで使用者は種々のメニューオプションをスクロールして所望データを決め、最終的に見ることができる。

本発明は、限定はしないが好ましくはＬＣＤを表示インターフェースに用い、何がＩ／Ｏカードから変換されＣＰＵに送られたかについて正確な情報を積極的にリアルタイムで表示する方法である。このようにして使用者は任意の所定時間にアナログＩ／Ｏモジュールが何を行っているかを直ちに知ることができる。これにより潜在的欠陥を正す必要がある場合に使用者は直ちに反応できる。

本発明のＬＣＤは任意の所定時間に用いる特定単位の測定値を表示する。これにより使用者はディジタルデータ数と同様にボルト、ミリアンペア及び温度のような工学単位を見ることができる。

本発明の一実施形態では、関連データを見るのに一つのボタンだけが必要である。更に本発明のＬＣＤにより、使用者は複数チャネルを同時に見ることができる。本発明のこれらの要素により、アナログＩ／Ｏ出力に関する即時の知識について費用対効果大きい方法がもたらされる。

図１にパネルディスプレイケーシング（１０）上に位置する表示インターフェース（２０）の図を示す。図１に見られる表示インターフェース（２０）は、テキストをリアルタイムで表示する働きをする。このテキストは電源を入れての最初のセルフテストから故障メッセージの範囲の全てを表示する。これらの機能を越えて、表示インターフェース（２０）はリアルタイムの数とテキストを提供するので、使用者はＰＬＣの種々な状態を直ちに知ることができる。例えば表示インターフェース（２０）を監視する使用者は、表示インターフェース（２０）上に工学項目及び／又は関連データ数で現れるので、ＣＰＵに移動するデータを見、即時に理解することができる。これは使用者がＰＬＣの発する出力を単に読むだけで、彼又は彼女が出力について、従って全自動化操作について何が起こっているかを正確に迅速に推定できることを意味する。

更に図１に表示インターフェース（２０）がパネルディスプレイケーシング（１０）で保護包囲されていることを示す。全てのデータが多分リアルタイムで表示インターフェース（２０）上に自動的に表示されるので、パネルディスプレイケーシング（１０）内に侵襲的な動きをする必要がない。更に本発明に関する費用と複雑さを最も小さくする一様態は、パネルボタン（３０）である。何が表示インターフェース（２０）上で読めるかについて種々分野の関連する興味を使用者が旨く操作するには、ただ一個のパネルボタン（３０）が必要なだけである。装置全体の電源を入れた後、パネルボタン（３０）は表示インターフェース（２０）用の唯一の操作道具として機能できる。

例えば使用者がデータを電圧単位で見たい場合には、表示インターフェース（２０）が設定や表示のような種々の主メニュー項目をスクロールするように、使用者はパネルボタン（３０）をクリックし、押し下げる。一旦使用者が彼又は彼女が先に進みたいメニュー項目に達すると、使用者は単にパネルボタン（３０）放すだけである。一旦パネルボタン（３０）を使用者が放すと、表示インターフェース（２０）はパネルボタン（３０）を放して選んだ主メニュー項目に対しサブディスプレーとして働く二次画面を示す。使用者がデータを電圧単位で見たい場合には、次いで彼又は彼女は主メニュースクロールから“表示”−“単位”−“＋／−Ｖ”−“ｍＡ、Ｖ”上のパネルボタン（３０）を放しても良い。この時点でパネルボタン（３０）を放すことで、表示インターフェース（２０）により使用者は二次表示スクリーンを見ることができ、彼又は彼女が新しい二次表示項目にスクロールしようとするたびに、使用者はパネルボタン（３０）を押す。上記の例では、使用者は最終的には関連電圧単位がリアルタイムで表示されるまでパネルボタン（３０）を押して放す。パネルボタン（３０）の能力によりスペースを節約しより効果的になるＬＤＣパネルディスプレイ（２０）の種々のメニューとテキストオプションを通して効果的に操作する。

図２にＰＬＣケーシング（５０）に関するパネルディスプレイケーシング（１０）の配置に関する本発明の平面図を示す。表示インターフェース（２０）は在来手段によりＩ／Ｏカード（６０）に直接接続する。表示インターフェース（２０）がＩ／Ｏカード（６０）と直接通信する理由は、データを破損する可能性のある中間要素の必要性を除くことである。代わりにデータはＩ／Ｏカード（６０）から表示インターフェース（２０）に直接流れる。

図２に見られるように、結線部（４０）はＰＬＣの表示インターフェース（２０）とＩ／Ｏカード（６０）間の適切なデータルートを提供する。これらの結線部（４０）は図２に示すように在来の接続点（７０）で接続する。結線部（４０）を通して表示インターフェース（２０）に在来回路基板（７０）により送るデータは、協力して本発明の各ユニットにリアルタイムデータを提供する。

図３に使用者が如何に表示インターフェース（２０）の実施形態を通してスクロールし、種々の要素を見るかに関する実施例についての本発明の実施形態を説明するフローチャートを示す。使用者が最終的に工学単位のデータ又は他のディジタル値が見られる他の表示が、又表示インターフェース（２０）に表示でき、図３のフローチャートはこの要素の実施形態の例にしか過ぎないことに留意することは重要である。

本発明で電源を入れた後に、最初に使用者が見る項目は、“セルフテスト合格”（１００）というテキストを提示する画面である。セルフテストは最初の電源を入れた後の自動的機能で、本発明のＰＬＣと表示インターフェース（２０）の全システムが予期通りに機能していることを確認する。“セルフテスト合格”（１００）を確認後、使用者は図１に説明のごとくパネルボタン（３０）を押し下げることができる。使用者がパネルボタン（３０）を押し下げると、彼又は彼女は本発明の主画面を繰り返すことができる。使用者が始めから終わりまでスクロールした場合、本発明の実施形態の順に、彼又は彼女は、“表示設定情報”（１１０）、“表示ステータス情報”（１２０）、“表示単位が１０進数”（１３０）、“表示単位が１６進数”（１４０）、及び“表示単位が＋／−Ｖ、ｍＡ、Ｖ”が見られる。

“表示ステータス情報”（１２０）の画面により、使用者は“ステータスメニューリスト終了”（１９０）を宣言する情報画面に導かれる。使用者を二次ディスプレイに導くプロセスは、スクロールが所望点に達するまで、パネルボタン（３０）を押し下げることに関する図１の説明のようになる。これが起こると、使用者はパネルボタン（３０）を放しこの特定画面を選ぶことにより、使用者は二次ディスプレイに導かれる。例えば図３に見られる“表示単位が１０進数”（１３０）は、使用者を１０進数単位が特徴となる二次ディスプレイに導く（２００）。“表示単位が１６進数”（１４０）は、使用者を、１６進数単位を示す二次ディスプレイに導く（２１０）。“表示単位が＋／−Ｖ、ｍＡ、Ｖ”（１５０）は、使用者を電圧とミリアンペア単位が特徴となる二次ディスプレイに導く（２２０）。

“表示設定情報”（１１０）は、使用者を一組の自動繰り返し画面に導き、使用者が本発明の設定と伝搬に関する情報を表示する種々な画面を見ることができる。図３では、“表示設定情報”（１１０）が使用者をフォワードリバース画面（１６０）、電圧とミリアンペア画面（１７０）、及びチャネル権限授与者画面（１８０）に導く。一旦自動走査プロセスがこれら画面で完了すると、使用者はこのプロセスを最初から見ることが再度可能である。

図３に示す本発明の追加実施形態は、エラーメッセージ表示を中心に展開する。本発明の実施形態は、ＰＬＣ又は全体のデータ変換と表示プロセスで欠陥がある場合には、エラーメッセージイングが表示インターフェース（２０）で見えるように挿入される。本発明の一実施形態では、２４Ｖ直流外部要素の欠損（２３０）、セルフテストの不合格、素子取り替え（２４０）、又はコンフィグレーションデータの欠損（２５０）があるか否かの図が、表示インターフェース（２０）上に知らされる。複数のエラーがあり得るので、エラー画面のスクロールの結果“ステータスメニューリストの終了”（２６０）を提示するメッセージを表示する。そこから使用者はエラースレッドの開始にスクロールして戻る。更に誤りメッセージ画面（２７０）がデータの代わりに問題のある状態の事象として現れる。例えば本発明の実施形態は、入力信号が、モジュールが検出可能な最大値を“越える”か、又は電圧又は電流入力信号がゼロを意味する“未満である”を宣言できる。“オープン”というメッセージは、入力信号が指定電流レベルより低いことを表す。“スペア”というメッセージは、入力が使用されていないことを表す。この概念を実施するための他の代替え法としては、限定はしないが、（ａ）携帯型ディスプレイへの赤外線（ＩｒＤＡ）使用による装置自身を物理的に分離した読み取り装置が可能、（ｂ）一つ又は複数の装置の表示にブルートゥース又は他の無線の使用により、情報のより広範囲な移動が可能、（ｃ）代替え表示法として半透明画面又は一人又は複数の網膜視聴者への光学的投影、及び（ｄ）装置の重さ又は大きさを最小化したい場合には、スキャナーのようなバーコードを読み表示する小型ＬＣＤ又は他の超小型ディスプレイが挙げられる。

本発明は好ましい実施形態では、表示インターフェースとＩ／Ｏカードを含む制御装置で、該表示インターフェースと通信して実際データを表示監視するシステムと理解する必要がある。更に該表示インターフェースは非侵襲的方法でデータ出力を監視するように配置する。又該表示インターフェースはアナログ入力データを監視するように配置する。更に該表示インターフェースは出力データを監視するように配置する。更に又該表示インターフェースはプログラム可能な論理制御装置を監視するように配置する。又該表示インターフェースと該Ｉ／Ｏカードは互いに直接通信する。更に該Ｉ／Ｏカードは複数のセンサーに接続する。更に該表示インターフェースはリアルタイムでデータを受信するように配置する。更に該表示インターフェースは該データをコンパイルし保存するように配置する。更に該表示インターフェースは前側バスと通信するように配置する。又該表示インターフェースはフラッシュメモリーと共に配置する。更に、該表示インターフェースはスタティックメモリーと共に配置する。更には、該データはディジタルデータ数と同様に工学単位で見ることが可能である。加えて、該表示インターフェースは複数チャネルで同時に見ることが可能なように配置する。又該表示インターフェースは、データチャネルが見るときに単一ボタンを押して変化できるように配置する。更に該単一ボタンは、適切な間隔で該単一ボタンを押し下げるか又は該単一ボタンを放すかことで該表示インターフェースを操作し、使用者が必要データを見ることが可能なように配置する。又該表示インターフェースと該Ｉ／Ｏカードは互いに非侵襲的に直接通信する。

本発明の他の実施形態では、本発明は監視装置、該監視装置と通信するプログラム可能な論理制御装置、該プログラム可能な論理制御装置の複数のセンサーからのデータチャネルのリードインとリードアウト間のリアルタイムによる直接インターフェースであり、該監視装置は該プログラム可能な論理制御装置と直接に通信し、該監視装置はディスプレイ、中央演算処理装置、前面バスとデータ保存手段を有し、データを該データチャネルのディジタルデータ数と工学単位で同時に使用者が見、且つ単一ボタンを押すことを用いて操作できる。
本発明は又特定のプリセットパラメーターを満足すると、人に自動的に警告する解析プログラミングを有する遠隔インターフェース（電話又はインスタントメッセージ顧客との接続により）を有することができる。

接続とインターフェースに関する全ての方法は、当業者には常套なことに留意する必要がある。具体的に記述しない場合には、任意の全ての接続とインターフェースが、当業者には適切な任意の全ての在来手段により行われる。

本発明は単に上述の実施形態に限定されるのでなく、以下の特許の請求項の範囲内の任意の全実施形態であることを理解する必要がある。

図１は本発明の表示インターフェース（２０）の正面図である。 図２は本発明の表示インターフェース（２０）の平面図である。 図３は本発明の表示インターフェース（２０）に関する操作のフローチャートである。

Claims (5)

1. 制御装置における実際データの表示と監視用システムで、
   第１表示インターフェースと、
   該第１表示インターフェース、アナログデータの入力及び出力を駆動するＩ／Ｏカードと、
   該制御装置と通信する手段と、
   を含み、
   該Ｉ／Ｏカードは、介在要素を排除して、該第１表示インターフェースと直接通信し、
   且つ、プログラム論理制御装置と通信するように配置され、
   該プログラム論理制御装置は、第２表示装置と任意に通信することにより情報を発生させるシステムであって、
   該第１表示インターフェースは、該制御装置の内部回路を変更せずにデータ出力を監視するように配置されるシステム。
2. 該第１表示インターフェースはアナログ入力データを監視するように配置する請求項１に記載のシステム。
3. 該第１表示インターフェースは出力データを監視するように配置する請求項１に記載のシステム。
4. 該Ｉ／Ｏカードが複数のセンサーと接続する請求項１に記載のシステム。
5. 該第１表示インターフェースはデータをリアルタイムで受信するように配置する請求項１に記載のシステム。

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