JP6026051B1 - Cpuユニット、ターゲットユニットおよびplcシステム - Google Patents
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Abstract
信号の入出力を行う第1システムバス入出力回路部11と、ターゲットユニット3に備えられている拡張機能回路部22と通信を行う拡張機能制御回路部12と、第1システムバス入出力回路部11または拡張機能制御回路部12がシステムバスBに含まれている第1信号線B1に接続されるように切り替える切替部13と、を備え、拡張機能制御回路部12は、ターゲットユニット3に備えられている拡張機能回路部22との間で通信を行う場合、切替部13に拡張機能制御回路部12と第1信号線B1とを接続させるCPUユニットを提供する。拡張機能部が他の構成要素と同一の信号線を共用する構成において、外部環境の影響により信号が変化しても、拡張機能部および他の構成要素が信号を混同せずに通信することができる。
Description
本発明は、システムバスを介して通信を行うCPUユニット、ターゲットユニットおよびPLCシステムに関する。
ビルディングブロック型PLC(Programmable Logic Controller)とは、被制御機器の制御規模および制御内容に基づいて、CPU(Central Processing Unit)ユニットおよび複数のターゲットユニットを組み合わせて構築されたPLCのことである。当該構成において、CPUユニットは、システムバスを介して接続されている一または複数のターゲットユニットと通信を行う。
また、生産設備および生産装置内で利用されているPLCを用いたシステムにおいて、新たに機能を拡張したい場合がある。なお、以下では、新たに拡張したい機能部を拡張機能部と称する。また、新たに拡張したい機能として、ユニット間で動作するタイミングを合わせるユニット間同期機能および高速シリアル通信機能がある。
ここで、拡張機能部を備えた新たなシステムとして構築し直す方法が考えられる。しかし、当該方法では、現在利用している生産設備および生産装置内のPLCの全ユニットを全て入れ替えなければならず、システムの更新の費用および手間がかかってしまう問題がある。
一方、システムに拡張機能部を新たに追加する、またはシステムの構成要素を拡張機能部に交換する方法もある。当該方法の場合、上述したシステムを構築し直す方法と比較して、システムの更新の費用および手間を抑えられる利点があるが、拡張機能部を利用するために、信号線を確保する必要がある。
ここで、システムバスに空いている信号線がある場合には、空いている信号線を拡張機能部に割り当てることができるが、空いている信号線がない場合には、他の構成要素に割り当てられている信号線を拡張機能部と共用する構成が考えられる。
特許文献1には、拡張機能部をシステムに追加し、他の構成要素に割り当てられている信号線を拡張機能部と共用する構成が開示されている。具体的には、特許文献1には、入出力バスインターフェースを有するCPUモジュールに拡張機能部である高速シリアルバスインターフェースを搭載し、高速シリアルバスインターフェースを入出力バスインターフェースと同じ入出力バスに接続して、入出力バスを共有する構成が開示されている。
また、特許文献1には、入出力バスを利用して高速シリアルバスインターフェースとの入出力モジュールとがシリアル通信し、また、入出力バスを利用して入出力バスインターフェースと通常の入出力モジュールとがパラレル通信を行う構成も開示されている。
ところで、特許文献1では、同一バス上に、CPUユニットと、パラレル通信用のターゲットユニットと、シリアル通信用のターゲットユニットとが接続される構成であっても、パラレル通信とシリアル通信とでは、バスサイクル周波数が異なるので、パラレル通信用の信号がシリアル通信用のターゲットユニットに入力されることはなく、また、シリアル通信用の信号がパラレル通信用のターゲットユニットに入力されることはないと記載されている。
しかし、PLCを用いたシステムは、生産設備および生産装置に組み込まれ、様々な環境で使用されるため、ユニット間で送受信される信号が外部環境の影響によって変化することが考えられる。なお、外部環境の影響とは、システムに加えられる振動および電磁雑音の影響のことである。
つまり、拡張機能部が他の構成要素と同一の信号線を共用する構成において、外部環境の影響によって信号が変化して、拡張機能部が他の構成要素の信号を受信したり、他の構成要素が拡張機能部の信号を受信したりして、信号の混同が生じる可能性がある。また、信号が混同し誤動作が生じると、PLCを構成するユニット間において、通信が成り立たず、拡張した機能を実行することができない。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、拡張機能部が他の構成要素と同一の信号線を共用する構成において、外部環境の影響により信号が変化しても、拡張機能部および他の構成要素が信号を混同せずに通信することができるCPUユニットを提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、ターゲットユニットとシステムバスを介して接続されるCPUユニットは、信号の入出力を行う第1システムバス入出力回路部と、ターゲットユニットに備えられている拡張機能回路部と通信を行う拡張機能制御回路部と、第1システムバス入出力回路部または拡張機能制御回路部がシステムバスに含まれている第1信号線に接続されるように切り替える第1切替部と、を備え、拡張機能制御回路部は、ターゲットユニットに備えられている拡張機能回路部との間で通信を行う場合、第1切替部に拡張機能制御回路部と第1信号線とを接続させ、ターゲットユニットに備えられている拡張機能回路部と通信を行わない場合、第1切替部に前記第1システムバス入出力回路部と第1信号線とを接続させることを特徴とする。
本発明にかかるCPUユニットは、拡張機能部が他の構成要素と同一の信号線を共用する構成において、外部環境の影響により信号が変化しても、拡張機能部および他の構成要素が信号を混同せずに通信することができる。
以下に、本発明の実施の形態にかかるCPU(Central Processing Unit)ユニット、ターゲットユニットおよびPLC(Programmable Logic Controller)システムを図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態
図1は、本発明の実施の形態にかかるCPUユニット2と、ターゲットユニット3がシステムバスBを介して接続されるPLCシステム1を示す図である。なお、図1では、3台のターゲットユニットがシステムバスBに接続されているが、3台に限られない。また、詳細は後述するが、ターゲットユニット3には、拡張機能に対応する拡張機能対応ターゲットユニット3aと、拡張機能に対応しない拡張機能非対応ターゲットユニット3bがある。
図1は、本発明の実施の形態にかかるCPUユニット2と、ターゲットユニット3がシステムバスBを介して接続されるPLCシステム1を示す図である。なお、図1では、3台のターゲットユニットがシステムバスBに接続されているが、3台に限られない。また、詳細は後述するが、ターゲットユニット3には、拡張機能に対応する拡張機能対応ターゲットユニット3aと、拡張機能に対応しない拡張機能非対応ターゲットユニット3bがある。
CPUユニット2の構成について説明する。CPUユニット2は、ターゲットユニット3とシステムバスBを介して接続されており、信号の入出力を行う第1システムバス入出力回路部としてのシステムバス入出力回路部11と、拡張機能回路部と通信を行う拡張機能制御回路部12と、システムバス入出力回路部11または拡張機能制御回路部12を切り替える第1切替部としての切替部13とを備える。
システムバスBは、複数の信号線で構成されている。複数の信号線には、信号線B1が含まれている。信号線B1は、CPUユニット2とターゲットユニット3との間で行われる通信に利用され、出力イネーブル信号および入力イネーブル信号のような通信の実行状態を示す信号が伝送される。
拡張機能制御回路部12は、ターゲットユニット3に備えられている拡張機能回路部と通信を行う。
具体的には、拡張機能制御回路部12は、ターゲットユニット3に備えられている拡張機能回路部との間で通信を行う場合、切替部13に拡張機能制御回路部12と信号線B1とを接続させる。
また、拡張機能制御回路部12は、信号線B1に接続される場合、拡張機能回路部を備えないターゲットユニット3に対して信号線B1の入出力を無効にする入出力無効信号を送信する。
また、拡張機能制御回路部12は、ターゲットユニット3に備えられている拡張機能回路部と通信を行わない場合、切替部13にシステムバス入出力回路部11と信号線B1とを接続させる。
切替部13は、システムバス入出力回路部11または拡張機能制御回路部12が信号線B1に接続されるように切り替える。
よって、CPUユニット2は、拡張機能制御回路部12がシステムバス入出力回路部11と同一の信号線B1を共用する構成において、ターゲットユニット3に備えられている拡張機能回路部との間で通信を行うか否かに基づいて、システムバス入出力回路部11または拡張機能制御回路部12のいずれかが信号線B1に接続されるので、外部環境の影響により信号が変化しても、システムバス入出力回路部11および拡張機能制御回路部12が信号を混同せずに通信を行うことができる。
また、CPUユニット2は、拡張機能制御回路部12が信号線B1に接続されて、拡張機能を利用する場合には、拡張機能回路部を備えないターゲットユニット3に入出力無効信号を送信するので、外部環境の影響により信号が変化しても、システムバス入出力回路部11に影響を与えることがない。
つぎに、ターゲットユニット3の構成について説明する。ターゲットユニット3は、具体的には、信号入力ユニット、信号出力ユニットおよび位置決めユニットであり、後述する、システムバス入出力回路部21、拡張機能回路部22および切替部23を備えていればどのようなターゲットユニットでもよい。また、ターゲットユニット3には、拡張機能に対応する拡張機能対応ターゲットユニット3aと、拡張機能に対応しない拡張機能非対応ターゲットユニット3bがある。
拡張機能対応ターゲットユニット3aは、信号の入出力を行う第2システムバス入出力回路部としてのシステムバス入出力回路部21と、拡張された機能を実行する拡張機能回路部22と、システムバス入出力回路部21または拡張機能回路部22を切り替える第2切替部としての切替部23とを備える。
切替部23は、システムバス入出力回路部21または拡張機能回路部22が信号線B1に接続されるように切り替える。
拡張機能非対応ターゲットユニット3bは、信号の入出力を行うシステムバス入出力回路部31を備える。また、拡張機能非対応ターゲットユニット3bは、CPUユニット2と拡張機能対応ターゲットユニット3aとが信号線B1に接続されて通信を行う場合には、CPUユニット2の拡張機能制御回路部12から入出力無効信号を受信する。
ここで、拡張機能制御回路部12の動作について図2および図3を用いて説明する。図2は、拡張機能の設定が有効な場合の構成図である。図3は、拡張機能の設定が無効の場合の構成図である。
拡張機能制御回路部12は、PLCシステム1が起動されたタイミングで、システムバスBに接続されているターゲットユニット3の機種情報の読み込みを開始する。そして、拡張機能制御回路部12は、システムバスBに接続されているすべてのターゲットユニット3を認識し、ターゲットユニット3を拡張機能の設定が有効である拡張機能対応ターゲットユニット3a、拡張機能の設定が無効である拡張機能対応ターゲットユニット3aおよび拡張機能非対応ターゲットユニット3bに分ける。
拡張機能制御回路部12は、拡張機能の設定が有効である拡張機能対応ターゲットユニット3aとの間で通信を行う場合には、図2に示すように、切替部13に拡張機能制御回路部12と信号線B1とを接続させる。また、拡張機能制御回路部12は、切替部23に拡張機能対応ターゲットユニット3aの拡張機能回路部22と信号線B1とを接続させる。また、拡張機能制御回路部12は、拡張機能非対応ターゲットユニット3bに信号線B1の入出力を無効にする入出力無効信号を送信する。
よって、PLCシステム1は、システムバス入出力回路部11、システムバス入出力回路部21およびシステムバス入出力回路部31と、新たに追加した拡張機能制御回路部12および拡張機能回路部22とが同一の信号線B1を共用する構成において、外部環境の影響により信号が変化しても、拡張機能制御回路部12および拡張機能回路部22の間で信号を混同せずに通信をおこなうことができる。PLCシステム1は、機能を拡張した後も機能を拡張する前と同じ信頼性を担保でき、安定した動作を行うことができる。
また、拡張機能制御回路部12は、拡張機能の設定が無効である拡張機能対応ターゲットユニット3aおよび拡張機能非対応ターゲットユニット3bとの間で通信を行う場合には、図3に示すように、切替部13にシステムバス入出力回路部11と信号線B1とを接続させる。また、拡張機能制御回路部12は、切替部23に拡張機能対応ターゲットユニット3aのシステムバス入出力回路部21と信号線B1とを接続させる。また、拡張機能制御回路部12は、拡張機能非対応ターゲットユニット3bに信号線B1の入出力の無効を解除する解除信号を送信する。なお、切替部13によりシステムバス入出力回路部11と信号線B1とが接続されている場合には、拡張機能制御回路部12は、システムバス入出力回路部11との間のバスを利用して、システムバス入出力回路部11を介して信号線B1を監視する。また、拡張機能を利用する場合には、拡張機能制御回路部12は、自身が信号線B1に接続されるように切替部13を制御し、かつ、拡張機能回路部22が信号線B1に接続されるように切替部23を制御する。
よって、PLCシステム1は、システムバス入出力回路部11、システムバス入出力回路部21およびシステムバス入出力回路部31と、新たに追加した拡張機能制御回路部12および拡張機能回路部22とが同一の信号線B1を共用する構成において、外部環境の影響により信号が変化しても、システムバス入出力回路部11、システムバス入出力回路部21およびシステムバス入出力回路部31間で信号を混同せずに通信することができる。PLCシステム1は、機能を拡張した後も機能を拡張する前と同じ信頼性を担保でき、安定した動作を行うことができる。
また、拡張機能制御回路部12は、CPUユニット2と拡張機能対応ターゲットユニット3aとの間の通信を監視している。拡張機能制御回路部12は、CPUユニット2と拡張機能の設定が有効である拡張機能対応ターゲットユニット3aとの間の通信を開始する場合、通信が開始されて、信号線B1が有意の状態に変化したことを確認してから、切替部13にCPUユニット2の拡張機能制御回路部12と信号線B1とを接続させ、かつ、切替部23に拡張機能対応ターゲットユニット3aの拡張機能回路部22と信号線B1とを接続させる。
以下に、切替部13の具体的な切り替え手順について図4を用いて説明する。切替部13は、一方がグランドに接地されており、他方がシステムバス入出力回路部11と接続または非接続となる接地端子13aと、一方が信号線B1に接続されており、他方がシステムバス入出力回路部11または拡張機能制御回路部12に接続される切替端子13bとを備えている。
切替部13は、図4(a)に示すように、切替端子13bによりシステムバス入出力回路部11と信号線B1とが接続され、接地端子13aがシステムバス入出力回路部11に接続されていない状態から、拡張機能制御回路部12と信号線B1とを接続する場合、図4(b)に示すように、システムバス入出力回路部11と信号線B1との接続状態を維持したまま、システムバス入出力回路部11がグランドに接続されるように接地端子13aを切り替える。つぎに、切替部13は、図4(c)に示すように、拡張機能制御回路部12と信号線B1とが接続されるように切替端子13bを切り替える。
よって、切替部13は、拡張機能制御回路部12と信号線B1とを接続する場合、システムバス入出力回路部11を解放状態にしないで切り替える。なお、切替部23の切り替え手順も上述した切替部13と同様である。
また、拡張機能制御回路部12は、CPUユニット2と拡張機能の設定が有効である拡張機能対応ターゲットユニット3aとの間の通信が終了する場合には、通信が終了したことを確認してから、切替部13にCPUユニット2のシステムバス入出力回路部11と信号線B1とを接続させる。
具体的には、切替部13は、図4(c)に示すように、切替端子13bにより拡張機能制御回路部12と信号線B1とが接続され、接地端子13aがシステムバス入出力回路部11に接続されている状態から、システムバス入出力回路部11と信号線B1とを接続する場合、図4(b)に示すように、グランドとシステムバス入出力回路部11との接続状態を維持したまま、システムバス入出力回路部11と信号線B1とが接続されるように切替端子13bを切り替える。つぎに、切替部13は、図4(a)に示すように、接地端子13aとシステムバス入出力回路部11とを非接続状態に切り替える。
よって、切替部13は、システムバス入出力回路部11と信号線B1とを接続する場合、システムバス入出力回路部11の信号状態が維持できるように切り替える。なお、切替部23の切り替え手順も上述した切替部13と同様である。
図5(a)は、CPUユニット2と拡張機能の設定が有効である拡張機能対応ターゲットユニット3aとが通信を行うときのシステムバス入出力回路部11およびシステムバス入出力回路部21の信号波形を示す図である。図5(a)中のT1は、CPUユニット2および拡張機能の設定が有効である拡張機能対応ターゲットユニット3aの通信期間を示している。図5(a)中のT2は、システムバス入出力回路部11から拡張機能制御回路部12に切り替える切替部13の動作期間と、システムバス入出力回路部21から拡張機能回路部22に切り替える切替部23の動作期間とを合計した期間を示している。図5(a)中のT3は、拡張機能制御回路部12からシステムバス入出力回路部11に切り替える切替部13の動作期間と、拡張機能回路部22からシステムバス入出力回路部21に切り替える切替部23の動作期間とを合計した期間を示している。
図5(b)は、拡張機能制御回路部12および拡張機能回路部22の信号波形を示す図である。図5(b)中のT4は、拡張機能の有効期間を示している。拡張機能の有効期間は、T2の経過後からT3の開始前までの期間である。
よって、PLCシステム1は、同一の信号線B1を共用する構成において、システムバス入出力回路部11、システムバス入出力回路部21およびシステムバス入出力回路部31の間と、新たに追加した拡張機能制御回路部12および拡張機能回路部22の間とで、信号を混同せずに通信を両立することができる。
つぎに、PLCシステム1の具体的な動作について図6に示すフローチャートを用いて説明する。
ステップS1において、PLCシステム1が起動される。
ステップS2において、拡張機能制御回路部12は、バスアクセスによって、システムバスBに接続されているすべてのターゲットユニット3の機種情報の読み込みを開始する。
ステップS3において、拡張機能制御回路部12は、ステップS2の工程により読み込んだ機種情報に基づいて、各ターゲットユニット3の拡張機能に対応しているか、または非対応であるかの判別を行う。つまり、拡張機能制御回路部12は、ターゲットユニット3が拡張機能対応ターゲットユニット3aであるか、または拡張機能非対応ターゲットユニット3bであるかの判別を行う。
ステップS4において、拡張機能制御回路部12は、ステップS2の工程により読み込んだ機種情報に基づいて、ユーザにより設定されている拡張機能設定パラメータをチェックする。拡張機能対応ターゲットユニット3aは、ユーザによって、PLCシステム1が起動される前に、拡張機能の有効または無効に基づいた拡張機能設定パラメータの設定が行われているものとする。
ステップS5において、拡張機能制御回路部12は、ステップS4の工程によるチェックの結果、拡張機能の設定が有効かどうかを判断する。拡張機能の設定が有効の場合(Yes)、ステップS6に進み、拡張機能の設定が有効でない場合(No)、つまり拡張機能の設定が無効の場合には、ステップS11に進む。
ステップS6において、拡張機能制御回路部12は、ステップS3の工程による判別の結果、ターゲットユニット3が拡張機能対応ターゲットユニット3aであるかどうかを判断する。拡張機能対応ターゲットユニット3aである場合(Yes)、ステップS7に進み、拡張機能対応ターゲットユニット3aではない場合(No)、つまり、拡張機能非対応ターゲットユニット3bである場合には、ステップS10に進む。
ステップS7において、拡張機能制御回路部12は、拡張機能の設定が有効である拡張機能対応ターゲットユニット3aにパラメータの有効情報を送信する。
ステップS8において、拡張機能制御回路部12は、切替部13に拡張機能制御回路部12と信号線B1とを接続させる。
ステップS9において、拡張機能制御回路部12は、信号線B1を介して信号を送信する。
ステップS10において、拡張機能制御回路部12は、拡張機能非対応ターゲットユニット3bに対して、信号線B1の入出力を無効にする入出力無効信号を送信する。
ステップS11において、拡張機能制御回路部12は、切替部13にシステムバス入出力回路部11と信号線B1とを接続させ、切替部23に拡張機能の設定が無効である拡張機能対応ターゲットユニット3aのシステムバス入出力回路部21と信号線B1とを接続させて、拡張機能の設定を無効にする。
よって、PLCシステム1は、システムバス入出力回路部11、拡張機能制御回路部12、システムバス入出力回路部21、拡張機能回路部22および、システムバス入出力回路部31が同一の信号線B1を共用する構成において、拡張機能の設定が有効の場合には、信号線B1を利用して拡張機能制御回路部12と拡張機能回路部22との間で拡張機能を利用した通信を行うことができる。
また、PLCシステム1は、システムバス入出力回路部11、拡張機能制御回路部12、システムバス入出力回路部21、拡張機能回路部22および、システムバス入出力回路部31が同一の信号線B1を共用する構成において、拡張機能の設定が有効の場合には、拡張機能非対応ターゲットユニット3bに対して、信号線B1の入出力を無効にする入出力無効信号を送信するので、外部環境の影響により信号が変化しても、システムバス入出力回路部31に影響を与えることがない。
また、PLCシステム1は、システムバス入出力回路部11、拡張機能制御回路部12、システムバス入出力回路部21、拡張機能回路部22および、システムバス入出力回路部31が同一の信号線B1を共用する構成において、拡張機能の設定が無効の場合には、信号線B1を利用してシステムバス入出力回路部11、システムバス入出力回路部21および、システムバス入出力回路部31の間で通信を行うことができる。
さらに、PLCシステム1は、機能の拡張において、システムバスを構成する信号線に空きがない場合であっても、生産設備および生産装置内で利用される各ユニットを全て入れ替えてシステムを再構築せずに、機能の拡張に影響する部分のユニットのみを追加することができ、システムを更新するための費用および工数の削減を図ることができる。
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
1 PLCシステム、2 CPUユニット、3 ターゲットユニット、3a 拡張機能対応ターゲットユニット、3b 拡張機能非対応ターゲットユニット、11,21,31 システムバス入出力回路部、12 拡張機能制御回路部、13,23 切替部、22 拡張機能回路部。
Claims (4)
- ターゲットユニットとシステムバスを介して接続されるCPUユニットにおいて、
前記CPUユニットは、
信号の入出力を行う第1システムバス入出力回路部と、
前記ターゲットユニットに備えられている拡張機能回路部と通信を行う拡張機能制御回路部と、
前記第1システムバス入出力回路部または前記拡張機能制御回路部が前記システムバスに含まれている第1信号線に接続されるように切り替える第1切替部と、を備え、
前記拡張機能制御回路部は、前記ターゲットユニットに備えられている前記拡張機能回路部との間で通信を行う場合、前記第1切替部に前記拡張機能制御回路部と前記第1信号線とを接続させ、前記ターゲットユニットに備えられている前記拡張機能回路部と通信を行わない場合、前記第1切替部に前記第1システムバス入出力回路部と前記第1信号線とを接続させることを特徴とするCPUユニット。 - 前記拡張機能制御回路部は、前記第1信号線に接続される場合、前記拡張機能回路部を備えないターゲットユニットに対して前記第1信号線の入出力無効信号を送信する請求項1に記載のCPUユニット。
- 請求項1に記載のCPUユニットとシステムバスを介して接続されるターゲットユニットにおいて、
前記ターゲットユニットには、拡張機能に対応する拡張機能対応ターゲットユニットと、拡張機能に対応しない拡張機能非対応ターゲットユニットがあり、
前記拡張機能対応ターゲットユニットは、
信号の入出力を行う第2システムバス入出力回路部と、
拡張機能回路部と、
前記第2システムバス入出力回路部または前記拡張機能回路部と第1信号線とを接続する第2切替部と、を備え、
前記拡張機能制御回路部は、前記拡張機能制御回路部と前記拡張機能回路部との間で通信を行う場合、前記第2切替部に前記拡張機能回路部と前記第1信号線とを接続させ、前記拡張機能制御回路部と前記拡張機能回路部との間で通信を行わない場合、前記第2切替部に前記第2システムバス入出力回路部と前記第1信号線とを接続させることを特徴とするターゲットユニット。 - 請求項1に記載のCPUユニットと、請求項3に記載のターゲットユニットがシステムバスを介して接続されることを特徴とするPLCシステム。
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