JPH05501461A - 組合わせ入出力点を有する入出力モジュール - 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】 組合わせ入出力点を有する入出カモジュール説明 技術分野 本発明は、プログラマブル・ロジック・コントローラ（“ＰＬＣ“）のように、 マイクロプロセッサに基づいたコントローラに関し、特にマイクロプロセッサに 基づいた産業用コントローラに用いる組合わせ入出力点を備えた入出力（又は“ Ｉｌｏ“）モジュールに関する。

背景の従来技術 プログラマブル・ロジック・コントローラのように、マイクロプロセッサに基づ くコントローラは、益々広く用いられるようになり、今日の近代的な製造プラン トと共に、比較的に簡単な自動化された機械及び操作を制御している。

ＰＬＣは、典型的には、複数の入力点を存する少なくとも一つの入力モジュール と、複数の出力点を有する少なくとも一つの出力モジュールとを備えている。Ｐ ＬＣは入力点のうちの一つを介して他の装置、例えばスイッチからの情報を受け 取り、またＰＬＯは出力点のうちの一つを介して例えばモータ・スタータに情報 を転送する。

ユーザは前もって入力点をいくつ必要とし、かつ出力点をいくつ必要とするのか を知らなければならないので、別個の入力モジュール及び出力モジュールを必要 とすることは、ＰＬＣの柔軟性を大きく低下させるものである。

更に、各入力点用に別個の入力点、及び各出力信号用に別個の出力点を常時必要 とすることになるので、同時に入力点及び出力点の両方として用いることはでき ない。

更に、ある出力装置（又は負荷）が実際にある出力装置に接続されるか否かを判 断することもしばしば重要となる。その負荷検出は診断並びに種々のＰＬＣ動作 の両方に重要である。しかし、負荷の検出には、典型的に、出力信号が実際に負 荷に印加されるときにのみ動作する付加的な回路が必要であった。出力信号の活 性化の前に、負荷がそれぞれの出力点に接続されているか否かを判断することは 、容易でなかった。

最後に、ＡＣ出力点は、典型的には、ＰＬＯからの出力命令に応答してその出力 装置に選択的に電力を供給するトライアックを備えている。しかし、従来技術の 出力モジュールは、トライアックが出力信号に応答して実際にターン・オンする のか否かを容易に検出することができなかった。トライアックが実際にターン・ オンしたか否かの検出は、出力モジュールに関連したトライアックのため、及び 他の応用におけるトライアックのための両方に重要である。しかし、これは、典 型的に、付加的な外部要素を必要とするものであった。

本発明はこれら及び他の問題を解決するために提供されるものである。

発明の概要 本発明の目的は、プログラマブル・ロジック・コントローラ（又はＰＬＯ）のよ うにマイクロプロセッサに基づく装置用の組合わせ入出カモジュールを提供する ことにある。

本発明によれば、前記組合わせ入出カモジュールは、第１及び第２の線と、前記 第１の線と前記第２の線との間に交流電力を供給する手段とを備えている。

更に、前記組合わせ入出カモジュールは、端子と、前記端子と前記第１の線との 間に入力装置を接続するようにされた手段と、前記端子と前記第２の線との間に 出力装置を接続するようにされた手段とを備えている。

前記入力装置は第１の導通状態と第２の導通状態との間で動作可能である。

更に、前記組合わせ入出カモジュールは、前記入力装置の導通状態を判断する手 段とを前記出力装置に前記電力を選択的に供給する手段とを備えている。

従って、前記組合わせ入出カモジュールは、前記入力装置に接続するようにした 人力点、前記出力装置に接続するようにした出力点と、又はその両方として動作 可能である。

前記組合わせ入出カモジュールは前記出力装置の存在又は不存在の連続的な検知 を提供するものであることが理解される。

更に、前記組合わせ入出カモジュールは、トライアックを含み、前記トライアッ クの導通状態の連続的な検知を行なうものであることが理解される。

本発明の他の特徴及び効果は、以下の図面に関連させて行なう以下の詳細な説明 から明らかである。

図面の簡単な説明 第１図は本発明による組合わせ入出カモジュールの一実施例の概要図てあり、 第２図は入力点として接続された第１図の組合わせ入出カモジュールの概要図で あり、 第３図は出力点として接続された第１図の組合わせ入出カモジュールの概要図で あり、 第４図は位相差検出回路を示す概要図及び波形図であり、 第５図はトライアックがターン・オンされているか否かの検出を示すために組合 わせ入出カモジュールのトライアックの電流対電圧曲線であり、 第６ａ図、第６ｂ図及び第６ｃ図は同時的に３人力及びｌ出力点として動作する 本発明の組合わせ入出カモジュールを示すラダー図であり、 第７図は複数の組合わせ入出カモジュールを含む組合わせ入出カモジュールを示 し、 第８図は第１図の組合わせ入出カモジュールの他の実施例を示す概要図である。

詳細な説明 この発明は異った多数の形式により、実施が可能であるが、この開示を本発明の 詳細な説明として考えるべきものであって、本発明の広い範囲を説明した実施例 に制限することを意図するものでないことを理解して、本発明の好ましい実施例 について図面に示し、ここで詳細に説明しよう。

Ｉｆにより概要的に示す組合わせ入出力点を育する入力モジュールの第１の実施 例を第１図に示す。

電源１３（交流２４〜２４０ボルトの公称電圧を有する）は、第１の線Ｌｌと第 ２の線Ｌ２との間に接続されている。使用される特定の電圧は負荷によるが、こ こでの説明のために、１２０ボルトを想定することにする。

更に、電源１３は調整された直流５ボルトを供給し、その使用については以下で 説明する。

組合わせ入出カモジュールとして機能する端子１５が設けられている。組合わせ 入出カモジュール１１を入力点として使用するときは、入力装置１７、例えば標 準的な機械スイッチ１８が端子１５と第１の線Ｌｌとの間に接続される。組合わ せ入出カモジュール１１を出力点として使用するときは、出力装置１１９、例え ばモータ・スタータ（図示なし）用のコイル２０が端子１５と第２の線Ｌ２との 間に接続される。

以下で説明する一定の応用において、組合わせ入出カモジュールｌｌは人力点及 び出力点の両方として動作可能である。従って、入力装置１７は端子１５と第１ の線Ｌｌとの間に接続され、出力装置１９は端子１５と第２の線Ｌ２との間に接 続されることになる。

更に、組合わせ入出カモジュール１１は、それぞれ第１及び第２の電力電極２３ ａ、２３ｂ、及び第２のゲート電極２５を有するトライアック２１．例えば２Ｎ 　６０７３　Ａも備えている。トライアック２１は、導通状懸即ち°オン′状態 と非導通状態即ち°オフ゛状態との間で選択的に切り換え可能である。

更に、組合わせ入出力点１１は、第２の線Ｌ２と端子１５との間に接続されてい る第１の抵抗Ｒ１（３３０Ω）と、第２の抵抗Ｒ２（１００にΩ）と、端子１５ と第１の線Ｌ１との間に直列接続されている積分コンデンサＣＩ　（０，０３３ μＦ）とを備えている。更に、電力電極としてコレクタ２７ａ及びエミッタ２７ ｂを有するトランジスタ２７も備えられており、その制御電極はベース２７ｃを 構成する。第３の抵抗Ｒ３は、トランジスタのベース２７ｃと、第２の抵抗Ｒ２ と共に第１のコンデンサＣＩとの間に接続されている。第４の抵抗Ｒ４は、第１ の線Ｌｌと、第３の抵抗Ｒ３及びトランジスタのベース２７ｃの接続点Ｊとの間 に接続されている。第５の抵抗Ｒ５は、電源１３の直流５ボルト出力と、トラン ジスタ２７のコレクタ２７ａとの間に接続されている。

第１の抵抗Ｒ１の値が低いと、電力損失を増加させると共に、負荷検出感度を低 下させることになる。第１の抵抗Ｒｉの値が高いと、トランジスタ２７のベース ・エミッタ電流１．を減少させ、雑音感度を増加させる。第１のコンデンサＣ１ ，に関する０、０３３μＦの値は交流１２０ボルトで電源１３による試験に基づ ている。高い電圧には大容量のコンデンサか必要となる。

第５の抵抗Ｒ５とトランジスタ２７のコレクタ２７ａとの接続点は、周知のよう に、ＰＬＣにより用いられる論理出力２９を供給する。以下で説明するように、 論理出力２９の値は入力装置Ｉ７の状態を示す。

第２図を参照すると、入力点として組合わせ入出カモジュール１１の動作が示さ れている。参照番号は第１図に関連して前述した素子に関連する。

入力装置１７、例えばスイッチ１８が開放されているときは、端子１５における 電圧は分圧器Ｒ１、Ｒ２、ＣＩにより決定される（トライアック２１はオフと仮 定する）。第３の抵抗Ｒ３及び抵抗Ｒ４を有する分流器の回路網は、正のライン ・サイクル中にトランジスタ２７をバイアスする。トランジスタ２７がターン・ オンすると、論理出力２９における電圧は正の半サイクル中に論理ローとなる。

従って、入力装置１７が開放されると、正の半サイクル中は論理出力２９におけ る状態出力が論理０となる。

入力装置１７が閉成されると、端子１５における電圧がアースへ短絡され、従っ て正負のサイクルでトランジスタ２７をオフにバイアスする。トランジスタ２７ のオフにより、論理出力２９における電圧は５ポルトの直流電源電圧に保持され る。従って、入力装置１７が閉成されると、正負の両サイクルで論理出力２９に おける状態出力が５ボルト即ち論理１となる。

組合わせ入出カモジュール１１は、第３図に示すように出力点として用いられる 。第２図のように、共通の参照番号は第３図においても保持される。

出力点として組合わせ入出カモジュール１１を動作させるために、出力装置１９ が端子１５と第２の線Ｌ２との間に接続される。出力装置１９を活性化させると きは、トライアック２１はそのゲート電極２５にＰＬＣ’（図示なし）からの正 の論理オン信号を受け取る。この論理オン信号はトランジスタ２７をオンにし、 従って第１の線Ｌ１と第２の線Ｌ２との間に出力装置１９を接続する。

同様に、出力装置１９をターン・オフさせるときは、トライアック２１がＰＬＣ から正の論理オフ信号を受け取り、次のゼロ交差でトライアック２１がターン・ オフし、これによって第１の線Ｌ１から出力装置１９を切り離す。

トライアック２１はスイッチ１８と同じように動作するので、トライアック２１ がその論理信号に従うのであれば、トライアック２１の状態をトランジスタ回路 により監視することができる。

更に、組合わせ入出カモジュール１１は、第２の線Ｌ２と端子１５との間に接続 された出力装置１９の存在（又は不存在）を検出するための負荷検出回路と、Ｐ ＬＯからの論理オン信号に応答して実際にターン・オンされたか否かを判断する ための回路とを備えている。

以下の説明は、トライアック２１及び入力装置１１７の両者の°オフ′により負 荷１９を検出する方法について説明する。

出力装置１９のインピーダンスは、典型的には、第１の抵抗Ｒ１の３３０にΩよ りかなり低い。第３図を引き続き参照すると共に、出力装置１９が端子１５と第 ２の線Ｌ２との間に接続されていない時点を想定すると、第１の線Ｌｌに対する 点Ｐの電圧（ｖｐ）の位相は、積分コンデンサＣ１の容量のために、第１の線Ｌ ｌに対する第２の線Ｌ２の電圧（ＶＬりの位相より遅れることになる。出力装置 １９のインピーダンスは第１の抵抗Ｒ１のインピーダンスより低いので、出力装 置１９が第２の線Ｌ２と端子１５との間に接続されると、第１の抵抗Ｒ１の抵抗 値が実質的に低くされる（Ｒ１は、実際には、無視されるのが典型である）。

結局、例えば出力装置１９の抵抗値が０Ωのときは、電圧Ｖ、は電圧ＶＬ２と同 相となる。実際には、出力装置１９はあるインピーダンスを有するので、電圧Ｖ 、及び。

ＶＬ４は完全には同相ではない。しかし、これらの位相は出力装置Ｉ９がないと きよりもずっと近い。従って、電圧Ｖ　Ｌ　！に対する電圧Ｖ、の位相関係を監 視することにより、出力装置！９の存在又は不存在を常時監視することができる 。

電圧Ｖ、と電圧Ｖ　Ｌ２どの間の位相差、従って出力装置１９が存在又は不存在 を判断する回路は、第４ａ図及び第４ｂ図に示す。

基準回路３３は負荷を接続することなく入出力点の電圧を表わす矩形波出力Ｖ　 ｒ　ｅ　ｌを供給する。基準回路３３は組合わせ入出カモジュール１１と同一で あるが、端子１５を備えていない。第１の波形３６は、第１の線Ｌ１の電圧に対 する第２の線Ｌ２の電圧の位相を表わすものであり、単なる参照用である。

第２の波形３７は、第１の線Ｌｌ上の電圧に関連した電圧Ｖ　ｖ　＊　ｒの位相 を表わすものであり、基準回路３３のトランジスタ２７のコレクタで発生される 。

第３の波形４０は、負荷接続あり及びなしのときの組合わせ入出カモジュール１ １の論理出力２９における電圧位相を表わすものであり、電圧位相に対する負荷 の影響を表わしている。

図示のように、負荷の波形は量　ｔによりシフトされている。

この位相遅延を検出する１方法は、第２の波形３７及び第３の波形４０をそれぞ れサンプリングし、サンプリングしたデータを波形３７．４０のソフトウェア・ オシロスコープとして、ＰＬＣのそれぞれのレジスタを通過させることによるも のである。これら２つのレジスタを比較することにより、ＰＬＣは位相差、従っ て出力装置１９の存在又は不存在を決定することができる。このような相対値は 、負荷と非負荷条件との間の総合位相差を決定するので、必要とする特定のサン プリング速度は、素子のインピーダンス並びに出力装置１９のインピーダンスに 依存する。更に、トライアック２１がオフのときに、与えられた負荷についての 位相シフトを記憶することにより、モータ・スタータ・コイルの初期故障のよう な負荷特性における変化を検出することもできる。

前記説明は、トライアック２１がオフのときに、組合わせ入出カモジュール１１ が負荷の存在又は不存在を検出できるようにする。第５図にトライアック２１が オンのときに、負荷の存在又は不存在についての検出を示す。

第５図はトライアック２１を通る負荷電流ＩＬ＋とトライアック２１用のゲート 電圧ｖｃとの間の関連を示す。

「理想」曲線を点線により示し、一方実際の曲線を実線により示す。

理想曲線によると、ゲート電流■。より大きな全負荷電流についての第１のゲー ト電圧ＶＯＩ、及びゲート電流１１より小さな全負荷電流についての第２のゲー ト電圧ＶＧ２が存在する。しかし、実際の曲線に示されているように、負極性の 負荷電流の増大と共にゲート電圧が漸進的に傾き、ゲート電流値付近で曲線に丸 みが存在する。

与えられたトライアックにおける実際の曲線は、実際の負荷のインピーダンスか ら独立している。トライアック２１が実際に負荷電流を流しているか否かを検出 するために、正電流と負電流との間のｖｃのレベルにおけるシフトを検出するこ とができる。ゲート電圧Ｖ。が変化しない場合は、トライアック２１は導通して いないことが第１図を再び参照すると、組合わせ入出カモジュール１１の１応用 として、これを用いてスイッチ１８のような機械的な入力によって直接出力、及 びソフトウェア人力を共に動作させることができる方法を示している。入力装置 １７は第１の線Ｌｌと端子１５との間に接続され、スイッチ１８が閉成されたと きに直接出力により例えば表示ランプをターン・オンさせたいとする出力装置１ ９が端子１５と第２の線Ｌ２との間に接続されて、表示ランプが直接、ＬｌとＬ ２との間に接続されて、トライアック２１をバイパスさせる。更に、論理出力２ ９は正の半サイクルで論理状態０から１に移行する。従って、スイッチ１８の状 態の正表示及びそのソフトウェア表示を得ることができる。

更に、組合わせ入出カモジュール１１は、第６ａ図、第６ｂ図及び第６Ｃ図に示 すように、これを用いて以前は３人力及びｌ出力を必要としたモータ・スタータ 回路の置換することがてきる。従来のモータ・スタータ回路を第６ａ図に示す。

このモータ・スタータ回路は、スタータ・スイッチ５１．ストップ・スイッチ５ ３．５５により概要的に示す種々のリミット・スイッチ及び緊急停止スイッチ、 スタータ・コイルＣ３、及びスタータ・リレーＲ８を備えている。周知のように 、スタータ・スイッチ５１が閉成されるときに、スイッチ５３及び５５も閉路さ れているものと仮定すると、線Ｌｌから線Ｌ２への電流はスタータ・コイルＣ１ を　付勢し、スタータ・リレーＲ３を閉成し、スタータ・スイッチ５１をバイパ スする。ストップ・スイッチ５３及び緊急停止スイッチ５５が閉成されたままで ある限り、スタータ・コイルＣ８は付勢されたままの状態、スタータ・リレーＲ ８は閉成されたままの状態となり、従ってモータに連続的に電力を供給する。こ の機能を自動化するためには、典型的に、最小４点即ち３人力及びｌ出力を必要 とする。３人力はスタータ・スイッチ５１、ストップ・スイッチ５３及び緊急停 止スイッチ５５からのものであり、出力はモータ（図示なし）に対するものとな る。

第６ｂ図に示すように、一つの点を用いて本発明の組合わせ入出カモジュール１ １を利用したモータ・スタータ回路を実現することができる。従って、スタータ ・スイッチ５１は第１の線Ｌｌと端子１５との間に結線され、ストップ・スイッ チ５３、緊急／リミット・スイッチ５５及びモータは端子１５と第２の線Ｌ２と の間に直列に結線される。トライアック２１は、’　Ｌ　ｌと１５との間に接続 されるので、点線により示されている（第１図〜第３図を参照すべきである）。

以上を実行するためにＰＬＣに存在することになるソフトウェアは、ラダー図形 式により第６Ｃ図に示されている。ラング（ｒｕｎｇ）６１は、Ｌｌと端子１５ との間の連続性を確立するまで、通常開放の第１のリレー６３を含む。更に、ラ ング（ｒｕｎｇ）６１は、端子１５と第２の線Ｌ２との間の連続性が検出される まて、開放状態の第２のリレー６５を含む。コイル６６はトライアック２１の導 通状態を表わしている。

コイル６６の付勢により閉成される第３のリレー６７は第１のリレー６３に対し て並列である。

従って、スタータ・スイッチ５１が閉成されると、組合わせ入出カモジュール１ １は第１の線Ｌ１と端子１５との間の連続性を検出する。次いで、負荷の存在の 判断に関連して前述した端子１５と第２の線Ｌ２との間の連続性を測定する。端 子１５と第２の線Ｌ２との間の連続性が検出されると、これが連続性コイル６６ を付勢し、従ってリレー６６を閉成する。ストップ・スイッチ５３又は緊急／リ ミット・スイッチ５５の付勢のように、端子１５と第２の線Ｌ２との間の連続性 が終結するまで、リレー６７は閉成されたままとなる。

入出カモジュールは、典型的には、１以上の点を有する。従って、好ましい実施 例において、組合わせ入出カモジュール１１は、実際には１６点を有し、その各 点が第７図に示すように、入力点、出力点、又はその両方として動作可能である 。最初の８人出力点の論理出力は、第１のマルチプレクサ７１　（ＬＳ２４４） を介してデータ・バス７３に接続されている。同様に、第９〜第１６人出力点は 、第２のマルチプレクサ７７　（ＬＳ−２４４）を介してデータ・バス７３に接 続されている。基準回路３３の出力はＰＬＣに割込ピンに接続されて、他の入出 力点の位相検出を可能にする。

本発明の他の実施例を第８図に示す。共通の参照番号は保持されている。第１の 実施例のように、入力装置１７は端子１５と第１の線Ｌｌとの間に接続されてい る。

第１の実施例のように、入力装置１７は端子１５と第１の線Ｌｌとの間に接続さ れており、出力装置１９は端子１５と第１の線Ｌ２との間に接続さ゛れている。

ＰＬＣからの信号における論理は、トライアック２１をターン・オンさせて電力 を出力装置１９に供給する。更に、入力装ｆｌ１７が開放のときは、論理出力２ ９における電圧はゼロであり、また入力装置１７は閉成のときは、論理出力２９ における電圧は５．１ボルトであり、論理ｌである。また、第１の実施例のよう に、第２の実施例では、トライアック２１がオフのときに負荷１９の存在又は不 存在は、第１の線Ｌｌに対する第２の線Ｌ２の電圧の位相と、第１の線Ｌｌに対 する点Ｐにおける電圧の位相との間の位相差を監視することにより、検出される 。

更に、トライアック電流の動作の検出は、ゲート電圧Ｖｏにおいて変化を監視す ることにより実行される。

入力モジュールに関連させて説明したが、トライアックが電流を流しているか否 かを、そのゲート電圧を監視することにより検出するための技術は、トライアッ クを利用して装置に対しても等しく適用可能なことを理解すべきであり、従って 本発明のこの特徴を解釈すべきである。

本発明は、その精神及び中心的な特徴から逸脱することなく、他の特殊な形式に より実施され得ることが理解されるであろう。従って、本例及び実施例は、あら ゆる観点において例示的かつ非限定的なものとして理解されるべきであり、ここ に開示した詳細に限定されるものではない。

き− ぶＮＬ　ムを闇　Δ↑１　ΔｔＬ 補正書の翻訳文提出書　（特許注記８４条の８）平成４年３月１９８ 匡

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．マイクロプロセッサに基づく装置用の組合わせ入出力モジュールにおいて、 第１及び第２の線と、 前記第１の線と前記第２の線との間に交流電力を供給する手段と、 端子と、 前記端子と前記第１の線との間に入力装置を接続するようにされるものであって 、前記入力装置が第１の導通状態と第２の導通状態との間で動作可能になってい る手段と、 前記入力装置の導通状態を判断する手段と、前記端子と前記第２の線との間に出 力装置を接続するようにされた手段と、 前記出力装置に前記電力を選択的に供給する手段とを備えていることを特徴とす る組合わせ入出力モジュール。
2. ２．マイクロプロセッサに基づく装置用の組合わせ入出力モジュールにおいて、 第１の線と、 第２の線と、 前記第１の線と前記第２の線との間に交流電力を供給する手段と、 端子と、 前記端子と前記第１の線との間に接続され、かつ導通状態と非導通状態との間で 選択的に動作可能なトライアックと、 前記端子と前記第１の線との間に入力装置を接続するようにされ、前記入力装置 が第１の導通状態と第２の導通状態との間で動作可能な手段と、 前記入力装置の導通状態を判断する手段と、前記端子と前記第２の線との間に出 力装置を接続するようにされた手段と、 前記導通状態と前記非導通状態との間で前記トライアックを選択的にスイッチン グして、前記交流電力を前記出力装置に選択的に供給する手段と を備えていることを特徴とする組合わせ入出力モジュール。
3. ３．前記トライアックの導通状態に無関係に、前記出力装置の存在又は不存在を 判断する手段を含むことを特徴とする請求項２記載の組合わせ入出力モジュール 。
4. ４．前記トライアックの導通状態を判断する手段を含むことを特徴とする請求項 ２記載の組合わせ入出力モジュール。