JPH03144706A - プログラマブルコントローラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はプログラマブルコントローラに係り、特に、Ｐ
ＩＤ制御プログラムを内部に有するシーケンス制御プロ
グラムを実行するに好適なプログラマブルコントローラ
に関する。

［従来の技術］ 第８図は、従来のプログラマブルコントローラの構成図
である。従来のプログラマブルコントローラは、ＣＰＵ
部１と、入出力部２とを備え、外部に設けられたプログ
ラミング装置３でユーザが作成した制御プログラムをＣ
ＰＵ部ｌに読み込ませて該制御プログラムを実行させ、
入出力部２を介してシーケンス制御対象５を制御するよ
うになっている。ＣＰＵ部ｌは、ＭＰＵＩＩと、システ
ムＲＯＭ／ＲＡＭ１２と、プログラミング装置３等に接
続される周辺装置インタフェース１３と。

制御プログラムを格納するユーザメモリ↓５と、これら
を相互に接続するシステムバス１４とから成る。入出力
部２は、ディジタル信号入力ポート２１と、ディジタル
信号出力ポート２２と、アナログ信号入力ポート２３と
、アナログ信号出力ポート２４とを備え、これらはシス
テムバス１４に接続されている。

ユーザメモリ１５に格納される制御プログラムは、通常
スキャンプログラム部４０と、該通常スキャンプログラ
ム部４０の実行中に一定周期で割込処理される定周期ス
キャンプログラム部４１とに分かれている。通常スキャ
ンプログラム部４０は、該プログラム部４０の先頭から
ＥＮＤ命令までをサイクリックに演算処理され、定周期
スキャンプログラム部４１は、ＩＮＴ命令（定周期スキ
ャンプログラムの開始位置を示すラベル）からＲＴＩ命
令（定周期スキャンプログラムから通常スキャンプログ
ラムへ戻るための命令）までを割込処理される。

上記の制御プログラムは、プログラミング装置３から周
辺装置インタフェース■３を介してユーザメモリ１５に
書き込まれ、ＭＰＵ１１は、この制御プログラムの各命
令をＪｌｌｊ次読み出し、入出力部２からの読み込みデ
ータを演算処理し、制御対象５の制御を行う。

従来のプログラマブルコントローラにおいて、上述した
ように、制御プログラムを通常スキャンプログラム部４
０と定周期スキャンプログラム部４１に分けたのは、次
の理由による５通常スキャンプログラム部４０は、ユー
ザのプログラム量に比例して処理時間が長くなる。従っ
て、制御対象の中で、短い応答時間を必要とする制御部
分がある場合、前記のプログラム量が大きいとこの短時
間で応答すべき制御部分の制御は不可能になってしまう
。そこで、制御プログラムに定周期スキャンプログラム
部４↓を設け、短時間応答の必要な制御をこの定周期ス
キャンプログラム部４１で行わせることで、短時間応答
制御を定周期で実行させ、合わせて、ユーザが大きなプ
ログラムを組むことができるようにしている。

尚、従来のプログラマブルコントローラに関連するもの
として１例えば、「日立評論Ｊ　１９８９年７月発行（
Ｕ、Ｄ、Ｃ，６５８，５２７，７’１３２）Ｐ４３〜Ｐ
４８に記載のものがある。

［発明が解決しようとする課題］ プログラマブルコントローラの制御対象は、従来はシー
ケンス制御を行うものに限られていたが、近年は、プロ
セス制御にも応用しようとする傾向が出てきている。し
かし、プロセス制御を行うには、ＰＩＤ　（比例、積分
、微分）制御を行う必要がある。しかし、従来のプログ
ラマブルコントローラは、ＰＩＤ制御については配慮し
ておらず、以下のような問題が生しるという不具合があ
る。

（１）ＰＩＤ演算を行う上で、制御対象の測定データを
サンプリングしてコントローラ内に取り込む必要がある
が、このサンプリングは、一定周期毎に行わなければな
らない。しかし、ユーザプログラムの大きさによって処
理時間が変わるため。

このサンプリング周期を固定することができず、従って
、ＰＩＤ定数を一義に設定できないという問題がある。

（２）上記（１）の問題は、ＰＩＤ′／ｆＩ算を定周期
スキャンプログラム部４１にプログラミングすることで
対処することはできるが、制御しなければならないＰＩ
Ｄループの数が多くなると、定周期スキャンの実行時間
が長くなり、通常スキャンプログラムが殆ど実行されな
くなってしまうという問題が生じてしまう。

（３）シーケンス演算命令には通常四則演算までしかな
いが、ＰＩＤ演算は積分、微分演算まで含まれるので、
プログラムの長さはＰＩＤ制御プログラムの方が長くな
り、また、そのプログラミングも多大の労力を要するこ
とになる。

本発明の第１の目的は、ユーザプログラムの大きさにか
かわらずＰＩＤ定数を設定することの可能なプログラマ
ブルコントローラを提供することにある。

本発明の第２の目的は、ＰＩＤループ数が多くなっても
確実に通常スキャンプログラムを実行することのできる
プログラマブルコントローラを提供することにある。

本発明の第３の目的は、容易にＰＩＤ制御プログラムを
作成することのできるプログラマブルコントローラを提
供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記第１の目的は、１つの中央処理装置でシーケンス制
御とＰＩＤ制御の両方を交互に行うプログラマブルコン
トローラにおいて、シーケンス制御用にシーケンス演算
を行っている前記中央処理装置は、周期的に該シーケン
ス演算処理中にＰ■Ｄ制御用の演算を割込処理すること
で、達成される。

上記第２の目的は、１つの中央処理装置でシーケンス制
御と複数ループのＰＩＤ制御の両方を行うプログラマブ
ルコントローラにおいて、シーケンス制御用にシーケン
ス演算を行っている前記中央処理装置は１周期的に該シ
ーケンス演算処理中にＰＩＤ制御用の演算を割込処理し
且つ１回の割込処理で１ループのＰＩＤ演算を行うこと
で、達成される。

上記第３の目的は、ＰＩＤ演算用のサブルーチン命令を
シーケンス演算命令の１つとして持ちユーザはＰＩＤの
パラメータをセットするだけでサブルーチン命令をプロ
グラムできるようにすることで、達成される。

［作用］ 定周期でＰＩＤ制御プログラムを実行することで、ユー
ザプログラムの大きさにかかわりなく定期的に制御対象
のデータを取り込むことができ、ＰＩＤ定数を決めるこ
とが可能となる。

定周期でＰＩＤ制御を行う場合、１回で１ループのＰＩ
Ｄ演算しかしないようにすると、多数のＰＩＤループが
あっても、それにより、通常スキャンプログラムの実行
゛が行われなくなるという事態は回避される。

ＰＩＤプログラムを作成する場合、単にパラメータをセ
ットするだけでサブルーチン命令をプログラムできるの
で、ＰＩＤ制御プログラムの作成が容易となる。

［実施例］ 以下１本発明の一実施例を第１図乃至第７図を参照して
説明する。

第１図は１本発明の一実施例に係るプログラマブルコン
トローラの構成図である１本プログラマブルコントロー
ラと、第８図に示した従来のプログラマブルコントロー
ラとは、定周期スキャンプログラム部４１の内容と、Ｐ
ＩＤ制御対象６がアナログ信号入出力ポート２３．２４
に接続されている点が異なるだけで、他の構成は同じで
ある。

以下、定周期スキャンプログラム部４１の内容とＭＰＵ
ＩＩが該内容に従って行う動作について説明する。

本実施例における定周期スキャンプログラム部４１は１
通常スキャンプログラム部４０の実行処理中に２０ミリ
秒毎に読み出されて実行される。

そのプログラム構成は、開始位置を示すラベルであるＩ
ＮＴ命令で始まり１次に、ループ管理を行う命令ＰＩＤ
”Ｃ”があり、以下、実際のＰＩＤ演算命令であるＰＩ
Ｄ“ｌ”〜ｐ　Ｉ　ＤａｎＩＩのｎループの命令群が並
び（各命令では、ＰＩＤ制御対象６の測定値Ｘｎをアナ
ログ信号入力ポート２３から取り込むと共に対応する目
標値ＷｎをシステムＲＯＭ／ＲＡＭ１２から読み出し９
両値Ｘｎ。

Ｗｎを用いてＰＩＤ演算を行い、その結果を操作量Ｙｎ
としてアナログ信号出力ポート２４からＰＩＤ制御対象
６に出力する。）、最後に、通常スキャンプログラムに
戻る命令ＲＴＩがある。

ループ管理命令ＰＩＤ”Ｃ″′は、ＰＩＤ演算命令ＰＩ
Ｄ’ｌ”　〜ＰＩＤ″ｎＩＩ対応にソフト的に設けられ
たＰＩＤ演算起動フラグＲ′″Ｉ　ＩＩ〜Ｒ１１ｎＩＩ
を、この定周期スキャンプログラム部４１がＭＰＵ１１
に読み出され割込み処理される毎に順次１つづつオンす
る働きをする。つまり、ある周期でこの定周期スキャン
プロゲラ１１部４１が読み出され割込処理されるときの
フラグＲ″ｉ”がオンになっている場合には、この定周
期スキャンプログラム部４１の実行ではｐ　Ｉ　Ｄ　ｔ
ｔ　ｉ　ｒｔ命令のみが実行され、次の２０ミリ秒後の
この定周期スキャンプログラム部４１の実行では、フラ
グＲ“ｉ＋１”がオンになっているので、ＰＩＤ“ｉ十
工″′命令が実行される。つまり、１回の定周期スキャ
ンプログラム部４１の実行では５１ル一プ分のＰＩＤ演
算命令のみ実行される。本実施例で斯かるプログラム構
成にしたのは、前述したように、ＰＩＤ制御を連続して
実行すると、ＰＩＤ制御の処理時間が長くなって各割込
処理の間で実行されるべき通常スキャンプログラム部４
０の実行時間が無くなってしまうのを回避するためであ
る。

従って、高速のプロセッサを使用し各割込処理間で必ず
通常スキャンプログラムの実行時間が確保されるのであ
れば、つまり割込処理の時間間隔オーダで通常スキャン
プログラムと定周期スキャンプログラムの実行が交互に
並行処理されるのであれば、１回の定周期スキャンプロ
グラム部４１の実行で連続して２ループ、３ル一プ等複
数ループのＰＩＤ演算命令を連続して実行してもよいこ
とはいうまでもない。

第２図は、ＰＩＤ制御プログラムの作成説明図である。

第１図のシステムＲＯＭ／ＲＡＭ１２には、第２図の左
側に記載されたサブルーチン命令ＦＵＮ　（０）、ＦＵ
Ｎ　（１）、−、ＦＵＮ　（ｎ）がＰＩＤ演算命令命令
Ｄ　（０）、ＰＩＤ　（１）。

・・・、ＰＩＤ　（ｎ）対応に予め作成されており、ユ
ーザは、各サブルーチン命令ＦＵＮ　（ｉ）全体を作成
する必要はなく、各サブルーチン命令ＦｔＪＮ（ｉ）で
使用されるパラメータＴｚ、Ｋｐ、ＫＩ等をセットする
だけで済むようになっている。これらのパラメータは、
データエリアＷＲＯＯ０゜００１、・・・に格納される
のであるが、データエリアのアドレスを指定しながらパ
ラメータをセットするのは、ユーザにとっては不便であ
るので、例えば第２図の右側の図面をＣＲＴに描き、こ
こでＴ　ｚ　＝　２０　ａｎ　ｓ等と指定することで行
えるようにする。

このようにしてユーザが各パラメータをセットし、ＭＰ
ＵＩ　１が前述したフラグを参照してｉ番目のサブルー
チン命令ＦＵＮ　（ｉ）を起動すると、ＭＰＵＩＩは該
サブルーチン命令ＦＵＮ　（ｉ）の実行に必要なパラメ
ータをデータエリアを検索することで探し、ＰＩＤ演算
を実行しＰＩＤ制御対象（ｉ）を制御する。

第３図は、本実施例におけるプログラマブルコントロー
ラのシステム構成図である６周辺装置インタフェース１
３を介してユーザメモリＭＥＭ内にプログラミングされ
たシーケンス制御プログラムとＰＩＤ制御プログラムは
ＣＰＵが実行する。

ＣＰＵとシーケンス制御対象たる機械との間ではディジ
タル入力ＤＩとディジタル出力Ｄｏとを介して検出信号
と制御信号が送受され、ＣＰＵとアナログ制御対象（本
実施例ではプロセス制御対象）との間ではアナログ入力
ＡＩとアナログ出力ＡＯとを介して検出信号と制御信号
とが送受される。

これにより、シーケンス制御対象はシーケンス制御され
、プロセス制御対象はＰＩＤ制御される。

第４図は、ＰＩＤループが複数ある場合のシステム構成
図である。この実施例では、ＣＰＵを備える基本ユニッ
ト２０にＣＰＵを持たない増設ユニット３１，３２．３
３が接続され、また、基本ユニット３０にはリモート回
線を介して離れた位置に増設ユニツｈ３４，３５が接続
されている。

各ユニットはモジュール化されており、図示の例では、
ＡＩはアナログインプットモジュール、ＡＯはアナログ
アウトプットモジュールを示している。この例では、Ｐ
ＩＤ制御対象が３つあり、１番目は基本ユニット３０に
設けられたＡＩ、Ａ○モジュールに接続され、２番目は
増設ユニット３３のＡＩ、ＡＯモジュールに接続され、
３番目は増設ユニット３５のＡＩ、ＡＯモジュールに接
続されている。そして、各ＰｒＤ制御対象は、基本ユニ
ット３０のＣＰＵにより制御されるが、前述したように
、１回目の割込処理では１番目の制御対象が制御され、
２回目の割込処理では２番目の制御対象が制御され、３
回目の割込処理では３番目の制御対象が制御され、４回
目の割込処理では再び１番目の制御対象が制御されるよ
うになっている。

第５図は、ＰＩＤ制御ループが２ループの場合の制御タ
イミングを示すチャートである。この実施例におけるＣ
ＰＵは、動作モードが４種類あり、夫々のモードにおけ
るＣＰＵ動作は、次の通りである。

（Ｄシステム定周期スキャン処理： ＣＰＵが１０ミリ秒毎に実行する処理で（第５図におい
ては１図を見やすくするために、２回分の処理をまとめ
て表現しであるため、２０ミリ秒毎の処理のように示し
である。実際には、３ミリ秒の処理■の後に４ミリ秒の
処理■を行い、次に３ミリ秒の処理■を行った後、再び
（最初から１０ミリ秒後）３ミリ秒の処理■を行うよう
になっている。第５図では、処理■の６ミリ秒の中央に
線分を記載することで上記の各処理を省略しである。）
、シーケンスプログラム中のタイマの経過値更新・自己
診断・周辺サービスを実行する。

■２０ミリ秒毎の定周期スキャン処理：ＣＰｔＪが２０
ミリ秒毎に必ず実行する処理で、処理ａ、ｂ、ｃ、ｄか
らなる。処理ａでは、ＰＩＤループ１の定周期スキャン
開始命令ＩＮＴが実行され、処理すでは、ループ管理命
令Ｐ　Ｉ　Ｄ”Ｃ”が実行され、次に処理ＣでＰＩＤ演
算命令が実行され、最後に処理ｄで定周期スキャン終了
処理（処理■に戻る。）を行う。

■スキャンエンド処理： 通常スキャン処理■の最後に実行される処理であり、通
常スキャンプログラムのｒＥＮＤＪ命令で起動され、実
行命令のアドレスを示すプログラムカウンタの値を通常
スキャンプログラムの先頭へ戻す処理や、ＭＰＵ内の演
算器の診断処理を実行する。

■通常スキャン処理： ユーザメモリに書き込まれた通常スキャンプログラムを
先頭からｒＥＮＤＪ命令までサイクリックに実行する。

第５図に示す定周期スキャン処理では、処理■の処理Ｃ
でＰＩＤ演算を実行しているが、最初の定周期スキャン
処理■ではＰＩＤループ１の演算を実行し、２回目の定
周期スキャン処理■ではＰＩＤループ２の演算を実行し
、３回目ではＰＩＤループｌを、４回目ではＰＩＤルー
プ２を実行するという具合に、ＰＩＤループ１とＰＩＤ
ループ２の処理を２０ミリ秒毎に交互↓こ実行する。従
って、１つのＰＩＤループの処理は４０ミリ秒に１回の
一定周期で実行されることになり、各ＰＩＤループは確
実に一定のサンプリング周期で実行されることになる。

第６図は、ＰＩＤ制御ループが３ループの場合のタイミ
ングチャートである。定周期スキャン処理■で各ループ
は１ループづつ重複することなく実行される。この例で
は、ループ１が６０ミリ秒毎（３ループを実行するとき
の最小サンプリング時間）に処理され、ループ２が１２
０ミリ秒毎に処理され、ループ３が２４０ミリ秒毎に処
理される。従って、各ループは必ず一定周期で実行され
るが、２０ミリ秒毎の定周期スキャン処理で毎回ＰＩＤ
ループが実行されることは無くなり、第６図に↓印で示
すタイミングでは通常スキャンプログラムを実行する余
裕ができ１通常スキャンプログラムの処理を多くとるこ
とができる。第７図に、ＰＩＤ演算機能の仕様の一例を
示す。

尚、ＰＩＤ制御は、例えば温度を一定温度に制御するよ
うな場合に行うものであり、温度変化が急な場合にはサ
ンプリング間隔を短くした方が精度の高い制御−が可能
になる。しかし、温度が一定温度近辺の定常状態になっ
た後は、サンプリング間隔を長くしても、制御精度はそ
れほど落ちない。

そこで、制御対象が目標値近辺に制御され制御量が安定
した後は、サンプリング周期を延ばし、その分を通常ス
キャンプログラムの実行に割くことで、より円滑な制御
を実行できるようになる。

本実施例によれば、ユーザプログラム（シーケンス＃御
プログラム部分）の大きさに関係なく。

所定周期でＰＩＤ演算を実行できるので、シーケンス制
御とＰＩＤ制御を１つのＣＰＵで実行しても、ＰＩＤ制
御のサンプリング間隔が変化することなく実行でき、Ｐ
ＩＤ定数をサンプリング時間に対応して′ｔＡｆｆｉ５
するような複雑な処理が不用になる。また、ＣＰＵが１
つで済むので、シーケンス演算とｐＩＤ？ｊｌ算の組合
せを調整することで、システムの制御装置のコスト低減
を図ることもできる。更に、ＰＩＤ制御とシーケンス制
御の演算負荷の割合を、各ＰＩＤループの実行周期を指
定することで調整でき、シーケンス制御の応答時間の調
整が可能になる。

［発明の効果］ 本発明によれば、１つのＣＰＵでシーケンス制御対象と
ＰＩＤ制御対象を並行して制御でき、また、ＰＩＤ制御
対象が複数あっても、各ＰＩＤ制御対象の制御の他にシ
ーケンス制御も確実に実行できるという効果がある。更
に、ユーザがＰＩＤ制御プログラムを容易に作成するこ
とが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るプログラマブルコント
ローラの構成図、第２図は本発明の一実施例に係るＰＩ
Ｄ制御プログラム作成方法の説明図、第３図は第１図の
プログラマブルコントローラで１ループのＰＩＤ制御を
行う場合の一システム構成図、第４図は第１図に示すプ
ログラマブルコントローラで３ループのＰＩＤ制御を行
う場合の一システム構成図、第５図は２ループのＰＩＤ
制御を行う場合の一例に係るタイミングチャート。 第６図は３ループのＰＩＤ制御を行う場合の一例に係る
タイミングチャート、第７図はＰＩＤ演算機能の一仕様
説明図、第８図は従来のプログラマブルコントローラの
構成図である。 １・・・ＣＰＵ部、２・・・入出力部、３・・・プログ
ラミング装置、５・・・シーケンス制御対象、６・・・
ＰＩＤ制御対象、１１・・・ＭＰＵ、１２・・・システ
ムＲＯＭ／ＲＡＭ、１３・・・周辺装置インタフェース
、１４・・・システムバス、１５・・・ユーザメモリ、
４０・・・通常スキャンプログラム部、 ４１・・・定周期スキャン プログラム部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、１つの中央処理装置でシーケンス制御とＰＩＤ制御
   の両方を交互に行うプログラマブルコントローラにおい
   て、シーケンス制御用にシーケンス演算を行っている前
   記中央処理装置は、周期的に該シーケンス演算処理中に
   ＰＩＤ制御用の演算を割込処理するものであることを特
   徴とするプログラマブルコントローラ。 ２、１つの中央処理装置でシーケンス制御と複数ループ
   のＰＩＤ制御の両方を行うプログラマブルコントローラ
   において、シーケンス制御用にシーケンス演算を行って
   いる前記中央処理装置は、周期的に該シーケンス演算処
   理中にＰＩＤ制御用の演算を割込処理し且つ１回の割込
   処理で１ループのＰＩＤ演算を行うものであることを特
   徴とするプログラマブルコントローラ。 ３、シーケンス制御プログラムとＰＩＤ制御プログラム
   とを格納したユーザメモリと、シーケンス制御対象との
   間でデータの送受を行うディジタル信号入出力ポートと
   、ＰＩＤ制御対象との間でデータの送受を行うアナログ
   信号入出力ポートと、前記シーケンス制御プログラムを
   実行して前記ディジタル信号入出力ポートを介して前記
   シーケンス制御対象を制御している最中に定期的に前記
   ＰＩＤ制御プログラムを割込処理し前記アナログ信号入
   出力ポートを介して前記ＰＩＤ制御対象を制御するプロ
   セッサとを備えることを特徴とするプログラマブルコン
   トローラ。 ４、シーケンス制御プログラムと複数ループのＰＩＤ制
   御プログラムを格納したユーザメモリと、シーケンス制
   御対象との間でデータの送受を行うディジタル信号入出
   力ポートと、ＰＩＤ制御対象との間でデータの送受を行
   うアナログ信号入出力ポートと、ＰＩＤ制御対象との間
   でデータの送受を行うアナログ信号入出力ポートと、前
   記シーケンス制御プログラムを実行して前記ディジタル
   信号入出力ポートを介して前記シーケンス制御対象を制
   御している最中に定期的に前記ＰＩＤ制御プログラムを
   １ループづつ割込処理し前記アナログ信号入出力ポート
   を介して前記ＰＩＤ制御対象を制御するプロセッサとを
   備えることを特徴とするプログラマブルコントローラ。 ５、請求項４において、前記プロセッサは、あるＰＩＤ
   制御による制御量が安定したとき当該ＰＩＤ制御の周期
   的処理の周期を延ばして実行するものであることを特徴
   とするプログラマブルコントローラ。 ６、シーケンス演算処理プログラム中に存在する定周期
   演算処理プログラムの中に複数ループのＰＩＤ制御プロ
   グラムを有しこれらのプログラムを実行処理するプロセ
   ッサを備えるプログラマブルコントローラにおいて、前
   記プロセッサは、前記定周期演算処理プログラムの実行
   時に１ループのＰＩＤ制御プログラムのみを実行し次の
   定周期演算処理プログラムの実行時には別の１ループの
   ＰＩＤ制御プログラムを実行するものであることを特徴
   とするプログラマブルコントローラ。 ７、請求項６において、複数ループのＰＩＤ制御プログ
   ラムの中で任意のループの実行間隔をループ数の任意の
   倍数で設定する手段を備えることを特徴とするプログラ
   マブルコントローラ。 ８、請求項１乃至請求項７のいずれかにおいて、ＰＩＤ
   演算用のサブルーチン命令をシーケンス演算命令の１つ
   として持ちユーザはＰＩＤのパラメータを前記サブルー
   チン命令にセットすることで該サブルーチン命令をプロ
   グラムする手段を備えることを特徴とするプログラマブ
   ルコントローラ。