JPH05204417A - プログラマブルコントローラの入出力回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 入出力を自由に選択して切換え可能にする。 【構成】 入出力回路４０には、入出力端子４１と共通
端子４２とが設けられる。入出力端子４１には、出力ト
ランジスタ４５のコレクタと抵抗４６を介して入力用ホ
トカプラ５０のＬＥＤ５１，５２が接続される。出力用
ホトカプラ６０のＬＥＤ６１のカソードは、ドライバ回
路６３によって駆動される。スイッチ９３を閉じると、
フリップフロップ回路９１はリセットされ、ドライバ回
路６３はＬＥＤ６１が発光するように駆動する。これに
よって、ホトトランジスタ６２は導通状態となり、出力
トランジスタ４５は遮断状態となる。このとき、入出力
端子４１は入力端子として動作する。スイッチ９３を開
くと、フリップフロップ回路９１の出力に応じてドライ
バ回路６３はＬＥＤ６１を駆動し、入出力端子４１は出
力端子として動作して、負荷８１を出力トランジスタ４
５によって制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種シーケンス制御な
どに用いられるプログラマブルコントローラの入出力回
路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来からプログラマブルコントローラ
は、各種機械装置などのシーケンス制御のために広く用
いられている。シーケンス制御のためのプログラムは、
マイクロコンピュータなどによって実行される。シーケ
ンス制御に必要な入力信号は、入力ユニットを介して与
えられる。シーケンス制御の結果を表す出力信号は、出
力回路を介して外部の各種機器を駆動する。これらの入
力回路や出力回路は、プログラマブルコントローラ本体
の信号レベルと、外部機器の信号レベルとのレベル差の
調整や電気的絶縁などを行う。

【０００３】従来からの入力回路を、図３に示す。入力
回路１には、入力端子とＣＯＭ（共通）端子間に入力信
号が与えられる。入力信号は、抵抗２を介してホトカプ
ラ３の発光側に与えられる。直列抵抗２は、入力電流を
制限する。ホトカプラ３の発光側には、抵抗２および抵
抗４によって分圧された入力信号が与えられる。ホトカ
プラ３の発光側は、発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」
と略称する。）５および６を含む。ＬＥＤ５，６は、相
互に逆並列となるように接続される。ＬＥＤ５，６から
の光出力は、受光側のホトトランジスタ７によって受光
される。ホトトランジスタ７のコレクタは、＋５Ｖに接
続される。ホトトランジスタ７のエミッタは、抵抗８を
介して接地される。

【０００４】ホトカプラ３からの出力は、ホトトランジ
スタ７のエミッタと抵抗８との接続点に得られる。この
出力は、抵抗９およびコンデンサ１０によって構成され
る時定数を有する遅延回路を介してシュミット回路１１
に与えられる。遅延回路とシュミット回路１１とは、入
力信号に含まれる雑音を除去するために用いられる。シ
ュミット回路１１からの出力は、トライステートのバッ
ファ回路１２を介してプログラマブルコントローラのデ
ータバス回路に接続される。バッファ回路１２は非選択
状態では高インピーダンス状態であり、選択されたとき
のみデータバスに出力を導出する。

【０００５】従来からの出力回路を、図４に示す。出力
回路２１では、プログラマブルコントローラのデータバ
スからの出力信号を、ラッチパルスに従ってラッチ回路
２２がラッチする。ラッチ回路２２にクリア信号が与え
られると、ラッチされているデータをクリアし、初期状
態にする。ラッチ回路２２からの出力は、ドライバ回路
２３を介してホトカプラ２４の発光側のＬＥＤ２５のカ
ソードを駆動する。ＬＥＤ２５からの光出力は、ホトカ
プラ２４の受光側であるホトトランジスタ２６によって
受光される。ＬＥＤ２５のアノードは、抵抗２７を介し
て＋５Ｖに接続される。

【０００６】ホトトランジスタ２６のコレクタは、外部
からの２４Ｖの電源によって電力供給される定電圧電源
２８の出力端子に接続される。ホトトランジスタ２６の
出力は、抵抗２９および抵抗３０によって分圧され、出
力トランジスタ３１のベースを駆動する。出力トランジ
スタ３１のコレクタは、出力端子に接続される。出力ト
ランジスタ３１のエミッタは、ＣＯＭ端子に接続され
る。出力トランジスタ３１のコレクタとエミッタとの間
には、ツエナダイオード３２が接続され、外部にリレー
コイルなどの誘導性負荷を接続したときに発生する過大
な電圧を吸収する。ＣＯＭ端子と出力トランジスタ３１
のエミッタとの間には、ヒューズ３３が直列に挿入さ
れ、過大な出力電流が流れて出力トランジスタ３１が破
損することを防止する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来からのプログラマ
ブルコントローラの入力回路および出力回路は、それぞ
れ別々の電気回路によって構成される。したがって、プ
ログラマブルコントローラの入力端子と出力端子との数
は、内蔵する入力回路および出力回路の数によって決定
される。プログラマブルコントローラを実際に使用する
ときには、その必要に応じて入力および出力の数を調整
する必要がある。このため、プログラマブルコントロー
ラを供給するメーカ側では、各種の割合で入力と出力を
組合せた入出力ユニットを生産する必要がある。また、
ユーザ側でも各種割合の入出力ユニットを準備し、また
不具合時対応の予備を持っておく必要もある。このた
め、メーカ側もユーザ側も非常に管理が困難であり、保
管場所や費用も無駄が多くなる。

【０００８】本発明の目的は、プログラマブルコントロ
ーラの入出力を自由に選択し、切換え可能な入出力回路
を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、発光側と受光
側とが電気的に絶縁される入力用ホトカプラおよび出力
用ホトカプラをそれぞれ用いて入出力を行うプログラマ
ブルコントローラの入出力回路において、入力用ホトカ
プラの発光側が接続される外部端子と、外部端子間に前
記入力用ホトカプラの発光側に対して並列に接続され、
出力用ホトカプラの受光側からの出力によって駆動され
るスイッチング素子と、外部端子の機能を入力または出
力に切換えるための信号を入力する切換入力手段と、切
換入力手段からの出力に応答し、外部端子の機能を入力
に切換えるときには、スイッチング素子が遮断するよう
に、外部端子の機能を出力に切換えるときには、出力す
べき信号に従ってスイッチング素子を制御するように、
出力用ホトカプラの発光側をそれぞれ駆動する駆動手段
とを含むことを特徴とするプログラマブルコントローラ
の入出力回路である。

【００１０】

【作用】本発明に従えば、プログラマブルコントローラ
の入出力回路には、入力用ホトカプラおよび出力用ホト
カプラがそれぞれ用いられる。各ホトカプラは発光側と
受光側とが電気的に絶縁される。入出力回路には、外部
端子と、スイッチング素子と、切換入力手段と、駆動手
段とが含まれる。外部端子は、入力用ホトカプラの発光
側に接続される。これに対して並列に、外部端子間には
スイッチング素子が接続される。スイッチング素子は、
出力用ホトカプラの受光側からの出力によって駆動され
る。切換入力手段には、外部端子の機能を入力または出
力に切換えるための信号を入力する。駆動手段は、切換
入力手段からの出力に応答して、外部端子の機能を切換
えるように出力用ホトカプラの発光側を駆動する。外部
端子の機能を入力に切換えるときには、スイッチング素
子が遮断するように発光側を駆動する。これによって、
外部端子に与えられる入力信号に応答して入力用ホトカ
プラの発光側が駆動される。外部端子の機能を出力に切
換えるときには、出力すべき信号に従って出力用ホトカ
プラの発光側を駆動する。これによって、スイッチング
素子が制御され、このスイッチング状態の変化に基づく
出力を外部端子から取出すことができる。

【００１１】

【実施例】図１は、本発明の一実施例によるプログラマ
ブルコントローラの入出力回路を示す。入出力回路４０
には、外部端子である入出力端子４１および共通端子４
２が設けられる。入出力端子４１と共通端子４２との間
には、ツエナダイオード４３，４４が接続される。ツエ
ナダイオード４３とツエナダイオード４４とは逆方向に
直列に接続され、入出力端子４１と共通端子４２との間
に、外部から過大なサージ電圧などが印加されて入出力
回路４０が破壊されることを防止する。ツエナダイオー
ド４３，４４に並列にスイッチング素子であるＮＰＮ形
の出力トランジスタ４５のコレクタとエミッタとが接続
される。入出力端子４１は、さらに抵抗４６を介して、
抵抗４７およびコンデンサ４８の並列回路とダイオード
４９との直列回路に接続される。抵抗４７とコンデンサ
４８との並列回路は、ダイオード４９のカソード側に接
続され、この接続点には出力トランジスタ４５のベース
が接続される。ダイオード４９のアノードは、出力トラ
ンジスタ４５のエミッタに接続される。抵抗４７とコン
デンサ４８の並列回路には、さらに並列にホトカプラ５
０の発光側のＬＥＤ５１，５２が接続される。ＬＥＤ５
１，５２は、相互に逆方向となるように並列に接続され
る。ホトカプラ５０の受光側のホトトランジスタ５３の
コレクタは、発光側と電気的に絶縁されて＋５Ｖに接続
される。ホトトランジスタ５３のエミッタは、抵抗５４
を介して接地される。ホトトランジスタ５３のエミッタ
と抵抗５４との接続点には、ＬＥＤ５１，５２からの光
出力に対応する出力電圧が発生する。出力電圧は、抵抗
５５およびコンデンサ５６による時定数を有する遅延回
路を経て、シュミット回路５７に与えられる。共通端子
４２と出力トランジスタ４５のエミッタとの間には、ヒ
ューズ５８が挿入される。ヒューズ５８は、入出力端子
４１と共通端子４２との間に外部から過大な入力電流が
流込んだり、外部へ過大な出力電流が流れるようなとき
に、出力トランジスタ４５などを保護するために設けら
れる。

【００１２】ダイオード４９の両端には、出力用ホトカ
プラ６０の発光側のＬＥＤ６１からの光出力を受光する
ホトトランジスタ６２が並列に接続される。ホトカプラ
６０の発光側のＬＥＤ６１のカソード側は、駆動手段で
あるドライバ回路６３によって駆動される。ＬＥＤ６１
のアノード側は、電流制限用の抵抗６４を介して＋５Ｖ
に接続される。ＬＥＤ６１が駆動されて、光出力によっ
てホトトランジスタ６２が導通状態となると、出力トラ
ンジスタ４５のベース、エミッタ間の電位差が小さくな
り、出力トランジスタ４５は遮断状態となる。ＬＥＤ６
１からの光出力が小さくなり、ホトトランジスタ６２が
遮断状態となると、出力トランジスタ４５のベースに
は、抵抗４６，４７、ＬＥＤ５２を介して順方向の電流
が流れ、出力トランジスタ４５は導通状態となる。出力
トランジスタ４５が遮断状態のときに、入出力端子４１
側に共通端子４２よりも正の信号を与えると、抵抗４
６、ＬＥＤ５２、ホトトランジスタ６２およびヒューズ
５８を介して電流が流れ、ＬＥＤ５２は発光する。入出
力端子４１に共通端子４２よりも負の電圧を与えると、
ヒューズ５８、ダイオード４９、ＬＥＤ５１および抵抗
４６を介して電流が流れ、ＬＥＤ５１が発光する。この
ようにして、入出力端子４１は入力端子として動作す
る。ホトトランジスタ６２が遮断状態となって出力トラ
ンジスタ４５が導通状態となるときには、入出力端子４
１には出力トランジスタ４５の出力電流を流すことがで
きる。すなわち入出力端子４１は、出力端子として機能
する。

【００１３】図１図示の実施例においては、入出力回路
４０と同様な複数の入出力回路７０が設けられる。各入
出力回路７０には、入出力端子４１および共通端子４２
と同様の機能を有する入出力端子７１および共通端子７
２が設けられる。

【００１４】入出力端子４１，７１には、外部電源８０
によって駆動されるソレノイドやリレーなどの負荷８１
や、各種センサやリミットスイッチなどのスイッチ８２
が接続される。入出力端子４１，７１に負荷８１を接続
するときには、入出力回路４０，７０を出力回路に設定
する。入出力端子４１，７１にスイッチ８２を接続する
ときには、入出力回路４０，７０を入力回路に設定す
る。

【００１５】入出力回路４０のシュミット回路５７から
の出力は、７４ＨＣ２４０形ＣＭＯＳ論理ＩＣであるト
ライステート反転バッファ回路９０の１つの入力Ａ０に
与えられる。このバッファ回路９０は、Ａ０〜Ａ７の８
つの入力端子を有し、各入力端子にはそれぞれ入出力回
路４０と同様な入出力回路を接続することが可能であ
る。

【００１６】入出力回路４０のドライバ回路６３には、
７４ＨＣ２７３形ＣＭＯＳ論理ＩＣによるフリップフロ
ップ回路９１の１つの出力Ｑ０が与えられる。フリップ
フロップ回路９１は、出力Ｑ０〜Ｑ７を導出する８つの
出力端子を有し、各出力端子には入出力回路４０と同様
な入出力回路を接続することができる。

【００１７】フリップフロップ回路９１の各出力Ｑ０〜
Ｑ７は、プログラマブルコントローラのデータバスのＤ
０〜Ｄ７上の信号をクロック信号ＣＫの立上りに同期し
てラッチさせたものである。プログラマブルコントロー
ラのデータバスＤ０〜Ｄ７には、バッファ回路９０から
の出力Ｙ０〜Ｙ７もそれぞれ接続される。バッファ回路
９０の出力許可入力ＯＥは、フリップフロップ回路９１
のリセット入力Ｒと共通に、抵抗９２によって＋５Ｖに
プルアップされたスイッチ９３の一方端子に接続され
る。スイッチ９３の他方端子は、接地される。スイッチ
９３を開いた状態では、バッファ回路９０の出力許可入
力ＯＥとフリップフロップ回路９１のリセット入力Ｒに
はハイレベルの信号が加わり、バッファ回路９０の出力
は高インピーダンス状態となり、フリップフロップ回路
９１の出力Ｑ０〜Ｑ７からはクロック信号ＣＫによって
ラッチされた出力が導出される。スイッチ９３を閉じた
状態では、バッファ回路９０の出力許可入力ＯＥおよび
フリップフロップ回路９１のリセット入力Ｒはローレベ
ルとなり、バッファ回路９０からは入力端子Ａ０〜Ａ７
に与えられる信号の論理を反転した出力Ｙ０〜Ｙ７が導
出され、フリップフロップ回路９１の出力Ｑ０〜Ｑ７か
らはローレベルの出力が導出される。バッファ回路９０
からの出力Ｙ０〜Ｙ７は、プログラマブルコントローラ
のデータバスＤ０〜Ｄ７上に導出され、フリップフロッ
プ回路９１からのローレベルの出力Ｑ０〜Ｑ７は、ドラ
イバ回路９３を介してＬＥＤ６１を駆動して発光させ
る。ＬＥＤ６１が発光するので、ホトトランジスタ６２
は導通状態となり、入力側のホトカプラ５０の発光側Ｌ
ＥＤ５２は、外部の入出力端子４１から流入する入力電
流によって駆動されて発光する。この光信号はトランジ
スタ５３によって受光され、抵抗５５およびコンデンサ
５６の遅延回路によってノイズが除去され、さらにシュ
ミット回路５７を介して整形されてバッファ回路９０の
入力Ａ０〜Ａ７に与えられる。なお、入力信号として入
出力端子４１側が正であるような一定の極性の信号のみ
が与えられるときは、ツエナダイオード４４、ダイオー
ド４９およびＬＥＤ５１などを省略することも可能であ
る。

【００１８】本実施例によれば、入力用ホトカプラと発
光側と出力用ホトカプラの受光側とが直列に接続されて
いるので、出力用ホトカプラの受光側の動作状態を制御
することによって、外部端子の機能を入力または出力に
切換えて、必要な動作を行わせることができる。

【００１９】図２は、本発明の他の実施例による入出力
回路１００を示す。本実施例においては、交流の入力信
号を入力し、交流または直流の負荷を駆動することが可
能である。入出力回路１００には、入出力端子１０１と
共通端子１０２が設けられる。入出力端子１０１は、入
力用のホトカプラ１０３の発光側に、コンデンサ１０４
および抵抗１０５の並列回路を介して接続される。ホト
カプラ１０３の発光側には、抵抗１０６およびコンデン
サ１０７の並列回路も並列に接続される。ホトカプラ１
０３には、ＬＥＤ１０８，１０９およびホトトランジス
タ１１０が含まれる。ＬＥＤ１０８，１０９は、相互に
逆方向となるように並列に接続される。ホトカプラ１０
３の受光側のホトトランジスタ１１０のエミッタは、た
とえば図１図示のバッファ回路９０の入力端子Ａ０〜Ａ
７に接続される。ホトトランジスタ１１０のコレクタは
＋５Ｖに接続される。ＬＥＤ１２１のカソードは、ＬＥ
Ｄ１２２のアノードに接続される。ＬＥＤ１２１のアノ
ードは、図１図示のフリップフロップ回路９１の出力Ｑ
０に接続される。ＬＥＤ１２２のカソードは接地され
る。ホトカプラ１２０の受光側は、ホトＭＯＳＦＥＴ１
２３，１２４を含む。これらのホトＭＯＳＦＥＴ１２
３，１２４は直列に接続され、この直列回路に並列にダ
イオード１２５，１２６の直列回路が並列に接続され
る。ダイオード１２５，１２６は、互いに逆方向となる
ように直列に接続される。ホトＭＯＳＦＥＴ１２３，１
２４の直列回路は、サージアブソーバ１２７の両端に接
続される。サージアブソーバ１２７は、入出力端子１０
１および共通端子１２０間に誘導性の負荷などを接続し
たときに発生するサージ電圧を吸収する。

【００２０】本実施例によれば、ホトカプラ１２０はホ
トＭＯＳリレーによって構成され、その受光側がスイッ
チング素子を兼ねる。スイッチング素子として、ＦＥＴ
やサイリスタなど、他の半導体素子を使用してもよいこ
とは勿論である。

【００２１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、プログラ
マブルコントローラの入出力回路の外部端子の機能を、
入力または出力に自由に選択して切換えることができ
る。この機能の切換えのためには、切換入力手段に１つ
の信号を入力するだけでよいので、切換回路を簡単に構
成することができる。

【００２２】また、入出力回路を別々に構成する必要が
ないので、メーカ側の生産部門での生産管理が容易にな
り、また同一機種の生産数量が増加することになって生
産性も向上し、作業の段取り等も少なくなる。同一部品
をまとめて購入することによって、製造単価も引下げら
れる。また、プログラマブルコントローラを使用するユ
ーザでも、多くの予備部品を管理する手間が減少し、入
出力どちらでも使用可能であるので、不具合時の対応処
置が簡単になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の概略的な電気的構成を示す
ブロック図である。

【図２】本発明の他の実施例による入出力回路１００の
電気回路図である。

【図３】従来からの入力回路１の電気回路図である。

【図４】従来からの出力回路２１の電気的構成を示すブ
ロック図である。

【符号の説明】

４０，７０，１００ 入出力回路 ４１，７１，１０１ 入出力端子 ４２，７２，１０２ 共通端子 ５０，６０，１０３，１２０ ホトカプラ ５１，５２，６１，１０８，１０９，１２１，１２２
ＬＥＤ ５３，６２，１０３，ホトトランジスタ ５７ シュミット回路 ６３ ドライバ回路 ８１ 負荷 ８２，９３ スイッチ １２３，１２４ ホトＭＯＳＦＥＴ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光側と受光側とが電気的に絶縁される
   入力用ホトカプラおよび出力用ホトカプラをそれぞれ用
   いて入出力を行うプログラマブルコントローラの入出力
   回路において、 入力用ホトカプラの発光側が接続される外部端子と、 外部端子間に前記入力用ホトカプラの発光側に対して並
   列に接続され、出力用ホトカプラの受光側からの出力に
   よって駆動されるスイッチング素子と、 外部端子の機能を入力または出力に切換えるための信号
   を入力する切換入力手段と、 切換入力手段からの出力に応答し、外部端子の機能を入
   力に切換えるときには、スイッチング素子が遮断するよ
   うに、外部端子の機能を出力に切換えるときには、出力
   すべき信号に従ってスイッチング素子を制御するよう
   に、出力用ホトカプラの発光側をそれぞれ駆動する駆動
   手段とを含むことを特徴とするプログラマブルコントロ
   ーラの入出力回路。