JP5537354B2 - プログラマブル・ロジック・コントローラ - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、プログラマブル・ロジック・コントローラに関する。

従来、上下水道、焼却設備等の産業設備現場において、設備内の機器を監視および制御する監視制御システムに、プログラマブル・ロジック・コントローラ（以下、「ＰＬＣ」と称する。）が用いられている。

このＰＬＣは、設備内のセンサや機器から出力される測定信号をとりこんで中央監視制御装置や他の設備のＰＬＣに送信したり、中央監視制御装置や他の設備のＰＬＣから送信された制御信号に基づいて各機器の動作を制御したりしている。

このような監視制御処理を行うため、各ＰＬＣには、監視対象の機器、中央監視制御装置、または他の設備のＰＬＣ等にＬＡＮを介して接続するためのイーサネットモジュールが実装されている。

この従来の監視制御システムの一例を、図５に示す。この監視制御システム１００は、水処理場ａ内に設置されたＰＬＣ１１０と、このＰＬＣ１１０本体内の第１イーサネットモジュール（ＥＮ）１１３に接続されたルータ１３０−１と、第２イーサネットモジュール（ＥＮ）１１４に接続されたルータ１３０−２と、ＰＬＣ１１０内のＣＰＵ１１２に接続されたＩ／Ｏアダプタ１２０−１および１２０−２と、Ｉ／Ｏアダプタ１２０−１内に取り付けられた第３イーサネットモジュール１２１−１に接続されたルータ１３０−３と、Ｉ／Ｏアダプタ１２０−２内に取り付けられた第４イーサネットモジュール１２１−２に接続されたルータ１３０−４とを有し、これらのルータ１３０−１〜１３０−４は、イーサネット１４０を介して例えば監視制御対象の機器、他の設備のＰＬＣ１７０、中央監視装置（図示せず）等に接続可能な状態に構成されている。

このように構成された監視制御システム１００では、ＰＬＣ１１０におけるイーサネットモジュールの実装枚数が、第１〜第４イーサネットモジュールの４枚までであり、また１枚のイーサネットモジュールに対してソケット（ＩＰアドレスとポート番号の組み合わせで決まるデータの入出力端子）数が８本であるのが、従来のシステムの主流である。

そして、ＰＬＣ１１０内のＣＰＵ１１２では、８本のソケットを有するイーサネットモジュール４枚分、つまり３２本のソケット分のバッファエリアが、イーサネットモジュールごとに予め固定されて設定されている。

一方、イーサネットモジュール１２１−１、１２１−２、１１３、および１１４はＮＩＣ（Network Interface Card）であり、それぞれ１つのデフォルトゲートウェイ（ルータ１３０〜１〜１３０−４）に対応している。

これにより、ＰＬＣ１１０とルータとはイーサネットモジュールごとに接続されることになり、ルータの最大接続台数は４台となる。

特開２００３−９２５７３号公報

ところで、産業設備内の設備内の機器、ＰＬＣ、中央監視制御装置間で送受信されるデータの中には情報量の少ないものもあり、このようなデータの送受信のみに利用される場合には１つのイーサネットモジュールあたりソケットを２本しか使用しない場合がある。

しかし、上述したようにＰＬＣ１１０のＣＰＵ１１２内バッファエリアはイーサネットモジュールごとに固定されて設定されているため、使用していないソケットのバッファエリアがあっても接続先を増やすことはできないという問題があった。

例えば図６に示すように、ＣＰＵ１１２には、第１イーサネットモジュール１１３〜第４イーサネットモジュール１２１−２ごとにそれぞれ８本のソケットに対するエリアが確保されているが、実際に使用されるソケットが各イーサネットモジュールで２本ずつ（それぞれソケットNo.[1]および[2]）である場合、各イーサネットモジュールの使用していないソケット分（ソケットNo.[3]〜[8]）のバッファエリアがあるにもかかわらずこれを使用して他のルータに接続することができず、接続可能なルータ数はやはり４台までに限定されてしまっていた。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、装置内のＣＰＵのバッファエリアと、管理するイーサネットモジュールとの対応関係を可変にすることで、多様な構成の監視制御システムに適用することが可能なプログラマブル・ロジック・コントローラを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための実施形態によれば、複数のイーサネットモジュールに接続されたプログラマブル・ロジック・コントローラは、ソケット管理用バッファと、管理情報ＤＢ生成部と、管理情報ＤＢ記憶部と、アクセス制御部とを有する。ソケット管理用バッファは、設定されたソケットごとの処理プログラムを格納したバッファエリアを有する。管理情報ＤＢ生成部は、接続されたイーサネットモジュールの情報を検知することにより、ソケット管理用バッファ内のバッファエリアの識別情報と、イーサネットモジュールおよびソケットの識別情報との対応関係情報が格納された管理情報データベースを生成する。管理情報ＤＢ記憶部は、生成された前記管理情報データベースを記憶する。アクセス制御部は、通信先のイーサネットモジュールおよびソケットの識別情報に対応するバッファエリアを管理情報データベースを参照して特定し、特定したバッファエリアに格納された処理プログラムを実行して通信先のイーサネットモジュールと通信を行う。

一実施形態によるプログラマブル・ロジック・コントローラを利用した監視制御システムの構成を示す全体図である。 一実施形態によるプログラマブル・ロジック・コントローラのＣＰＵの構成を示すブロック図である。 一実施形態によるプログラマブル・ロジック・コントローラのＣＰＵのバッファエリア管理情報ＤＢ記憶部１２ｂに記憶された管理情報データベースの一例を示す説明図である。 一実施形態によるプログラマブル・ロジック・コントローラのＣＰＵのバッファエリアと、対応するソケットおよびルータとの対応関係を示す説明図である。 従来のプログラマブル・ロジック・コントローラを利用した監視制御システムの構成を示す全体図である。 従来のプログラマブル・ロジック・コントローラのＣＰＵのバッファエリアと、対応するソケットおよびルータとの対応関係を示す説明図である。

〈一実施形態による監視制御システム〉
本発明の一実施形態によるＰＬＣを利用した監視制御システム１の構成について、図１を参照して説明する。

本実施形態による監視制御システム１の監視制御対象の水処理場Ａ内には、この設備内の機器に接続されたＰＬＣ１０が設置されている。

ＰＬＣ１０は、このＰＬＣ１０内に電力を供給する電源１１と、監視制御情報の管理を行うＣＰＵ１２と、このＣＰＵ１２に直結バスで接続されたスロットに取り付けられた第１イーサネットモジュール１３および第２イーサネットモジュール１４とを有する。

また監視制御システム１はさらに、このＰＬＣ１０本体内のスロットに取り付けられた第１イーサネットモジュール１３に接続されたルータ３０−１と、第２イーサネットモジュール１４に接続されたルータ３０−２と、ＰＬＣ１０内のＣＰＵ１２に接続された複数のＩ／Ｏアダプタ２０−１〜２０−１４と、これらのＩ／Ｏアダプタ２０−１〜２０−１４内のスロットに取り付けられた第３イーサネットモジュール２１−１〜第１６イーサネットモジュール２１−１４にそれぞれ接続されたルータ３０−３〜３０−１６とを有し、これらのルータ３０−１〜３０−１６は、イーサネット４０を介して監視対象の機器や、他の設備のＰＬＣ、例えば水処理場ＢのＰＬＣ７０、または中央監視装置（図示せず）等にルータを介して接続されて構成されている。また、Ｉ／Ｏアダプタ２０−１〜２０−１４内の他のスロットは、アナログ入力（ＡＩ）２２やデジタル入力（ＤＩ）２３などに使用される。

ＰＬＣ１０内のＣＰＵ１２の詳細な構成を、図２に示す。ＣＰＵ１２は、ソケット管理用バッファ１２ａと、バッファエリア管理情報ＤＢ記憶部１２ｂと、アクセス制御部１２ｃとを有する。

ソケット管理用バッファ１２ａは、接続されたイーサネットモジュール１３、１４、２１−１〜２１−１４の中の、設定されたソケットごとの処理プログラムを格納するバッファエリアを有する。本実施形態においては、ソケット管理用バッファ１２ａには、３２本のソケット分のバッファエリアNo.[1]〜No.[32]を有するものとする。

バッファエリア管理情報ＤＢ記憶部１２ｂは、ソケット管理用バッファ１２ａ内のバッファエリアNo.を特定するための情報と、イーサネットモジュールおよびソケットNo.を特定するための情報との対応関係情報が格納された管理情報データベースを記憶する。

アクセス制御部１２ｃは、通信先のイーサネットモジュールのソケットの識別情報が取得されると、このイーサネットモジュールのソケットの識別情報に対応するバッファエリアを、バッファエリア管理情報ＤＢ記憶部１２ｂに記憶された管理情報データベースを参照して特定し、特定したバッファエリアに格納された処理プログラムを実行して該通信先のイーサネットモジュールと通信を行う。

バッファエリア管理情報ＤＢ記憶部１２ｂに記憶された管理情報データベースの一例を、図３に示す。図３は、各イーサネットモジュールにおいて、ソケットが情報の送信、受信ごとにそれぞれ１本、計２本のみが使用される場合に設定された管理情報データベースである。

図３の管理情報データベースには、バッファエリアNo.1〜No.32ごとの、情報の送受信に利用されるバスの種別情報（ＰＬＣ１０内においてＣＰＵ１２に直結して接続された直結バスであるかまたは、外部のＩ／Ｏアダプタに接続されたＩ／Ｏバスであるかを示す種別情報）と、このバス種別情報がＩ／Ｏバスである場合の、Ｉ／Ｏバスを識別するためのＩ／ＯバスNo.情報（No.[1]〜[14]）と、バス種別がＩ／Ｏバスである場合の、接続されたＩ／Ｏアダプタを識別するためのＩ／Ｏアダプタ識別情報（２０−１〜２０−１４）と、対応するイーサネットモジュールを識別するためのイーサネットモジュール識別情報（第１〜第１６）と、これらの第１〜第１６イーサネットモジュールがＰＬＣ１０または各Ｉ／Ｏアダプタ２０−１〜２０−１４内で取り付けられているスロットを識別するためのスロットNo.と、各第１〜第１６イーサネットモジュール内の対応するソケットを識別するソケットNo.とを有する。

本実施形態においては、図３の管理情報データベースにおいて、送信用、受信用の２本のソケットが使用される複数（１６個）のイーサネットモジュールが対応する場合を示しており、例えばバッファエリアNo.1に対しては、直結バスにより接続されたＰＬＣ１０のスロットNo.2に取り付けられた第１イーサネットモジュールの受信用のソケットNo.1が対応し、バッファエリアNo.2に対しては、直結バスにより接続されたＰＬＣ１０のスロットNo.2に取り付けられた第１イーサネットモジュールの送信用のソケットNo.2が対応していることが示されている。また、バッファエリアNo.5に対しては、Ｉ／ＯバスNo.1により接続されたＩ／Ｏアダプタ２０−１のスロットNo.1に取り付けられた第３イーサネットモジュールの受信用のソケットNo.1が対応し、バッファエリアNo.6に対しては、Ｉ／ＯバスNo.1により接続されたＩ／Ｏアダプタ２０−１のスロットNo.1に取り付けられた第３イーサネットモジュールの送信用のソケットNo.2が対応していることを示している。

この管理情報データベース内に格納された、対応するバス種別、Ｉ／ＯバスNo.、Ｉ／Ｏアダプタの識別情報、スロットNo.、ソケットNO.の情報は、監視制御システム１の構成の変更により、適宜変更することが可能である。この変更により、イーサネットモジュールごとの使用するソケットの数も２本に限らず、４本、８本等それぞれ可変にしてもよい。

この管理情報データベースは、接続されたＩ／Ｏアダプタ２０の情報を検知することによりＣＰＵ１２においてラダープログラムで自動生成されるようにしてもよいし、予め監視員により手動で設定されるようにしてもよい。管理情報データベースがラダープログラムで自動生成される場合には、ＣＰＵ１２は管理可能なソケット数の最大値（図３においては３２本）およびイーサネットモジュール１枚あたりの最大ソケット数（一般的には８本）のみを管理していればよく、管理可能なソケット数（図３においては３２本）を超えてデータベースのテーブルを作成しようとしたときには、ラダープログラムの命令後のアンサーとして「エラー」を返すことにより設定不可能であることを示すことができる。

このように構成された監視制御システム１において、アクセス制御部１２ｃにおいて、いずれかのイーサネットモジュール２１のソケットを経由してイーサネット４０上の他の機器や中央監視制御装置等から情報が受信されると、このイーサネットモジュール２１のソケットに対応するバッファエリアNo.がバッファエリア管理情報ＤＢ記憶部１２ｂに記憶された管理情報データベースが参照されて特定され、ソケット管理用バッファ１２ａ内の、特定されたNo.のバッファエリアに記憶されたラダープログラムにより受信処理が行われる。またアクセス制御部ｃにより、いずれかのイーサネットモジュール２１のソケットを経由してイーサネット上の他の機器や中央監視制御装置等に情報が送信されるときには、この送信先のイーサネットモジュール２１のソケットに対応するバッファエリアNo.がバッファエリア管理ＤＢ記憶部１２ｂに記憶された管理情報データベースが参照されて特定され、ソケット管理用バッファ１２ａ内の、特定されたNo.のバッファエリアに記憶されたラダープログラムにより送信処理が行われる。

以上の本実施形態によれば、ＰＬＣのＣＰＵ内のバッファエリアごとの、対応するイーサネットモジュールおよびその中のソケットを特定する情報を管理情報データベースで管理し、システム構成が変更になったときにはこの管理情報データベース内の情報を変更することで、多様な構成の監視制御システムに適用することができる。

これにより、データ量が少なく１つのイーサネットモジュールにおいて送信用・受信用の２本のソケットしか使用しない場合にも、図６に示す従来のように使用しないソケットに対するＰＬＣのＣＰＵ内のバッファエリアが無駄になることなく、図４に示すように使用するソケットに対してのみＣＰＵのバッファエリアを割り当てるようにすることができ、効率良くＣＰＵのバッファエリアを使用することができる。

また、これにより対応可能なイーサネットモジュールの数を増やすことができ、これに対応して接続可能なルータの数を増やすことができ、多くの機器、装置と通信を行うことが可能になる。これは、多数の機器の監視制御を行う産業施設においては有効である。

また、各イーサネットモジュールはＩ／Ｏアダプタごとに取り付けられているため他のイーサネットモジュールから独立して動作しており、いずれかのイーサネットモジュールで異常が発生した場合にも他のイーサネットモジュールの動作に影響を及ぼすことがなく、冗長化を図ることができる。

また上記実施形態においては、ＰＬＣ本体内に、ＣＰＵや第１、第２イーサネットモジュールがそれぞれ１つずつ取り付けられた場合について説明したが、信頼性を向上させるため、これらを２重化してＰＬＣ１０内に設けてもよい。この場合、それぞれ対応するＣＰＵ間、イーサネットモジュール間では、記憶、設定されている情報を所定時間間隔で等値化する処理が行われ、異常が発生した際には他方のＣＰＵ、イーサネットモジュールに切り替えられて動作が実行される。

本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…監視制御システム
１０…ＰＬＣ
１１…電源
１２…ＣＰＵ
１２ａ…ソケット管理用バッファ
１２ｂ…バッファエリア管理情報ＤＢ記憶部
１２ｃ…アクセス制御部
１３…第１イーサネットモジュール
１４…第２イーサネットモジュール
２０−１〜２０−１４、６０−１〜６０−１４…Ｉ／Ｏアダプタ
２１−１〜２１−１４…第３〜第１６イーサネットモジュール
３０−１〜３０−１６、５０−１〜５０−１６…ルータ
４０…イーサネット
７０…ＰＬＣ

Claims (3)

1. 複数のイーサネットモジュールに接続されたプログラマブル・ロジック・コントローラにおいて、
   接続されたイーサネットモジュールの中の、設定されたソケットごとの処理プログラムを格納したバッファエリアを有するソケット管理用バッファと、
   接続されたイーサネットモジュールの情報を検知することにより、前記ソケット管理用バッファ内のバッファエリアの識別情報と、イーサネットモジュールおよびソケットの識別情報との対応関係情報が格納された管理情報データベースを生成するバッファエリア管理情報ＤＢ生成部と、
   生成された前記管理情報データベースを記憶するバッファエリア管理情報ＤＢ記憶部と、
   通信先のイーサネットモジュールおよびソケットの識別情報が取得されると、このイーサネットモジュールのソケットの識別情報に対応するバッファエリアを、前記バッファエリア管理情報ＤＢ記憶部に記憶された管理情報データベースを参照して特定し、特定したバッファエリアに格納された処理プログラムを実行して前記通信先のイーサネットモジュールと通信を行うアクセス制御部と
   を備え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. 前記バッファエリア管理情報ＤＢ生成部は、予め設定された、管理可能なソケット数の最大値を用いて前記管理情報データベースを生成する
   ことを特徴とする請求項１に記載のプログラマブル・ロジック・コントローラ。
3. 前記バッファエリア管理情報ＤＢ生成部は、接続されたイーサネットモジュールごとのソケット数により、前記管理情報データベースを生成する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のプログラマブル・ロジック・コントローラ。

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