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

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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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