JPH09284228A - モジュール組み合わせ式制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 モジュールの増設を自由にかつ容易にかつ安
価に実現できると共に、活線挿抜を容易に行うこともで
きるようにする。 【解決手段】 各モジュール１，２，３は、機能に応じ
た演算制御を行うためのマイクロプロセッサを備え、イ
ンテリジェント化されている。また、各モジュール１，
２，３には、光通信信号を送信するための発光素子９１
と、光通信信号を受信するための受光素子９２が、両窓
付きの光通信用セル（空間要素）９ａ内に配設されてい
る。隣接モジュール１，２，３間の光通信用セル９ａ，
９ａ同士が合わせられて、複数のモジュール１，２，３
が並べられ、複数のモジュール１，２，３に跨る光通信
空間が形成されている。該光通信空間内で、任意の発光
素子９１から送信された光通信信号を送信先の受光素子
９２が受信することで、モジュール１，２，３間の光通
信が行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、機能要素たるモ
ジュールを任意の個数着脱自在に並べて組み合わせてな
る制御装置に係り、詳しくは、モジュール相互間で光通
信を行うモジュール組み合わせ式制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】工場で使用される制御装置の中には、一
定の機能を有する各種のモジュールを入出力点数（計測
制御点数）等に応じて増設可能に組み合わせ、各モジュ
ールに役割を分担させた、いわゆるモジュール増設式の
制御装置（ファクトリコンピュータ）が存在する。この
種の制御装置は、設置後でも、計測制御対象の増加や変
更に伴い、機能要素たるモジュールを簡単に増設したり
差し替えできる。ところで、この種の制御装置では、管
理を行うメインモジュールが、多数の入出力モジュール
の中から、任意の一の入出力モジュールを確実に呼び出
すことができ、呼び出したメインモジュールと呼び出さ
れた入出力モジュールとの間で信号の授受が正しく行わ
れることが極めて重要であり、このような選択的な信号
伝達を可能とする技術、すなわちモジュール間相互接続
技術が、従来からいくつか提供されている。

【０００３】従来の代表的なモジュール間相互接続技術
としては、（１）シーケンサやＶＭＥバスコンピュータ
等に一般に採用されているように、電気的なバスライン
を配線したバックプレーンやマザーボードにコネクタを
介してモジュールを装着することにより、入出力点数に
応じたモジュールの選択を可能としたもの、（２）バッ
クプレーンに光バスインタフェースを利用することによ
り、電気的バスと同様の機能を実現したもの（例えば、
特開昭６１−１８７４４７号公報、特開平４−２４９２
０５号公報、特開平４−５０３４４５号公報、特開平５
−７７０８８号公報等参照）、及び（３）光インタフェ
ースを用いることにより、バックプレーンなしでモジュ
ール間のデータ交換を可能としたもの（例えば、特開平
４−３０１９３３号公報等参照）等が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の相互接続技術のうち、（１）電気的バスや（２）光
バスを利用するものにあっては、コネクタ付きのバック
プレーンやマザーボードを必要とする上、バックプレー
ン等のサイズやコネクタの個数等によって実装可能なモ
ジュール点数が制限されてしまう、という欠点がある。
さらに、バスライン上で各モジュールが電気的にあるい
は光学的に接続されているため、活栓挿抜を行うことが
比較的難しい、という不都合もある。

【０００５】これに対して、（３）光インタフェースを
利用するものでは、バックプレーンやマザーボードなし
で、任意の二つのモジュール間で信号の伝達を行うこと
ができるという点で、前二者（１），（２）に優るが、
偏光ビームスプリッタを始めとする高価な光学部品によ
って構成されるため、前二者（１），（２）に較べて、
製作コストが高くなる、という欠点がある。さらに、光
インタフェースが、モジュールの正面側に配置されるた
め、活栓挿抜を行うと、光信号が遮られ、正常動作を保
証できない、という問題もある。

【０００６】この発明は、上述の事情に鑑みてなされた
もので、モジュールの増設を自由にかつ容易にかつ安価
に実現できると共に、活線挿抜を容易に行うこともでき
る制御装置を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、機能要素たるモジュールを
任意の個数着脱自在に並べて組み合わせてなる制御装置
に係り、上記各モジュールが、機能に応じた演算制御を
行うための演算制御手段と、上記モジュール間で光通信
を行うための光通信手段とを備えてなると共に、各モジ
ュールの両側面には、当該光通信手段と、任意の他の上
記モジュールの光通信手段とを光学的に連結するための
光通信用窓が設けられ、かつ、隣接モジュール間の上記
光通信用窓同士を合わせた状態で上記複数のモジュール
が並べられることで、上記複数のモジュールに跨る光通
信空間が形成され、任意の上記光通信手段から送信され
た光通信信号が、上記光通信空間を伝搬して、送信先の
上記光通信手段によって受信されることで、上記モジュ
ール間の光通信が行われる構成となっていることを特徴
としている。

【０００８】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載のモジュール組み合わせ式制御装置に係り、上記光通
信手段が、光通信信号を送信するための発光素子と、光
通信信号を受信するための受光素子とを有し、上記各モ
ジュールには、その両側面に二つの上記光通信用窓が互
いに相対向する状態に設けられていると共に、上記発光
素子及び受光素子が、上記二つの光通信用窓間に配設さ
れていることを特徴としている。

【０００９】また、請求項３記載の発明は、請求項２記
載のモジュール組み合わせ式制御装置に係り、上記各モ
ジュールには、上記二つの光通信用窓を有し、かつ、こ
れらの光通信用窓を除けば、光学的に閉ざされた空間要
素たる光通信用セルが設けられていると共に、該光通信
用セルには、上記発光素子及び受光素子が配設され、隣
接モジュール間の上記光通信用セル同士を合わせた状態
で上記複数のモジュールが並べられることで、上記複数
のモジュールに跨る光通信空間が形成され、該光通信空
間内で、任意の上記発光素子から送信された光信号を送
信先の上記受光素子が受信することで、上記モジュール
間の光通信が行われる構成となっていることを特徴とし
ている。

【００１０】また、請求項４記載の発明は、請求項３記
載のモジュール組み合わせ式制御装置に係り、上記光通
信用セルが、上記モジュールの背面近傍に設けられてい
ることを特徴としている。

【００１１】また、請求項５記載の発明は、請求項２又
は３記載のモジュール組み合わせ式制御装置に係り、上
記発光素子及び受光素子が、いずれも、指向特性が充分
に広い素子であることを特徴としている。

【００１２】また、請求項６記載の発明は、請求項３又
は４記載のモジュール組み合わせ式制御装置に係り上記
光通信用セルの内壁が、光学的反射面となっていること
を特徴としている。

【００１３】また、請求項７記載の発明は、請求項１，
２又は３記載のモジュール組み合わせ式制御装置に係
り、上記複数のモジュールのうち、最外側に配設される
上記モジュールの上記光通信用窓であって、上記光通信
空間の端面となる光通信用窓が、光遮光部材によって、
光学的に閉ざされていることを特徴としている。

【００１４】また、請求項８記載の発明は、請求項１，
２又は３記載のモジュール組み合わせ式制御装置に係
り、上記制御装置を構成する複数の上記モジュールに
は、所定の計測制御を行うための入出力モジュールと、
入出力モジュールを管理すると共にホストコンピュータ
と接続可能なメインモジュールと、該メインモジュール
及び上記入出力モジュールに電源を供給すると共に電源
の動作状態を監視するための電源モジュールとが、少な
くとも含まれていることを特徴としている。

【００１５】また、請求項９記載の発明は、請求項１，
２又は３記載のモジュール組み合わせ式制御装置に係
り、上記各モジュールを着脱自在に並べて支持固定する
と共に、所定の上記モジュールに電源を供給するための
給電線としても働く固定用レールを備え、かつ、上記各
モジュールの背面には電源供給端子を兼ねた着脱自在な
取付用係止金具が取着され、該取付用係止金具が着脱自
在に上記固定用レールに係着されることで、上記各モジ
ュールは、上記固定用レールに支持固定されると共に、
上記固定用レールを介して、上記所定のモジュールに電
源が供給されることを特徴としている。

【００１６】また、請求項１０記載の発明は、請求項８
記載のモジュール組み合わせ式制御装置に係り、上記各
モジュールを着脱自在に並べて支持固定すると共に、上
記メインモジュール及び入出力モジュールに電源を供給
するための給電線としても働く固定用レールを備え、か
つ、上記各モジュールの背面には電源供給端子を兼ねた
着脱自在な取付用係止金具が取着され、該取付用係止金
具が着脱自在に上記固定用レールに係着されることで、
上記各モジュールは、上記固定用レールに支持固定され
ると共に、上記電源モジュールは、上記固定用レールを
介して、上記メインモジュール及び入出力モジュールに
電源を供給する構成となっていることを特徴としてい
る。

【００１７】

【作用】この発明の構成によれば、各種モジュールには
窓付きの光通信用セル（空間要素）が設けられてあり、
各種モジュールを組み合わせる際には、隣接するモジュ
ール間の光通信用窓（光通信用セル）を合わせた状態
で、複数のモジュールを並べて行くことで、モジュール
の個数に応じた長さの光通信空間が形成される。それゆ
え、高価なバックプレーンやマザーボードを用いずと
も、各種モジュールの増設が可能となる。

【００１８】また、モジュール間のデータの授受は、空
間内の光伝送で行われるため、モジュールの着脱行為
は、他のモジュール間のデータ転送にあまり影響を与え
ないので、請求項９又は１０に記載の取付用係止金具と
固定用レールとを用いるようにすれば、モジュール毎に
独立して電源の供給を行うことができ、活栓挿抜が容易
となる。なお、請求項４記載の構成のように、上記光通
信用セルをモジュールの背面近傍に設けるようにすれ
ば、モジュールの着脱時に、他のモジュール間のデータ
転送を邪魔する時間が極減するので、適当な通信プロト
コルを用意することにより、活栓挿抜が一段と容易にな
る。

【００１９】また、各種モジュールは、機能に応じた演
算制御手段を備え、インテリジェント化されているの
で、モジュール間で転送されるデータ量を削減すること
が可能となる。それゆえ、比較的通信速度の遅い光シリ
アル通信でも、制御装置全体としての処理速度の低下を
回避できる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施の形態について説明する。説明は、実施例を用い
て具体的に行う。 ◇第１実施例 図１は、この発明の第１実施例であるモジュール増設式
の制御装置（ファクトリコンピュータ）の外観構成を概
略的に示す斜視図であると共に、同制御装置を構成する
機能要素たるモジュールの実装状態を示す斜視図、図２
は、同制御装置の構成を示す平面図であると共に、光通
信信号の伝達経路を示す図、図３は、同モジュール（正
確には入出力モジュール）単体の外観正面図、図４は、
同モジュール（正確には入出力モジュール）単体の外観
側面図、また、図５は、同モジュールの実装方法を説明
するための説明図である。この例の制御装置（ファクト
リコンピュータ）は、例えば、シリンダ内で粉状の合成
樹脂原料を加熱・混練して、回転するスクリューによっ
て成形金型に圧送する押出機のコンピュータ制御に用い
られ、図１乃至図３に示すように、シリンダ内の温度制
御（ヒータ制御）やスクリューの回転制御（モータ制
御）等、各種計測制御を行うための複数の入出力モジュ
ール１，１，…と、各種入出力モジュール１，１，…を
管理するメインモジュール２と、このメインモジュール
２及び各種入出力モジュール１，１，…に電源を供給す
ると共に電源の動作状態を常時監視する電源モジュール
３と、これらのモジュール１，１，…，２，３を着脱
（挿抜）自在に並べて支持固定するための１本の線形の
固定用レール４とから構成されている。

【００２１】まず、装置の機械的構成から説明する。各
種モジュール１，２，３は、いずれも略同寸同形のブッ
ク型のケース５の中に、後述するように、マイクロプロ
セッサ（制御演算プロセッサ１２、データ転送プロセッ
サ２１、電源監視プロセッサ３２）及び各種メモリ１２
〜１５、２３〜２５、３４〜３６等が装着されて、演算
処理能力を自ら持つインテリジェント構成とされ、ま
た、通信インタフェース回路１６，２６，３７及び光イ
ンタフェース回路１７，２７，３８等も実装されること
で、データ通信機能を持つ構成とされている（図８乃至
図１０）。ケース５の前面には、図示せぬ電気ケーブル
を接続するためのコネクタ（入出力端子）６ａ，６ｂ，
６ｃが取着されている。ここで、各種入出力モジュール
１は、コネクタ６ａ（図３）に接続される電気ケーブル
を介して、対応する計測制御対象に電気接続され、メイ
ンモジュール２は、コネクタ６ｂに接続される電気ケー
ブルを介して、図示せぬ上位ホストコンピュータに電気
接続される。また、電源モジュール３には、コネクタ６
ｃに接続される電気ケーブルを経由して、商用交流電圧
が供給される。

【００２２】また、ケース５の背面には、図４に示すよ
うに、モジュール１，２，３を固定用レール４に取付固
定するための上下一対の取付金具７ａ，７ｂが取着され
ている。各取付金具７ａ，７ｂは、電源供給端子を兼ね
ている。すなわち、この例では、上方側の取付金具７ａ
が＋端子を兼ね、下方側の取付金具７ｂが−端子（グラ
ンド端子）を兼ねている。なお、図４は、入出力モジュ
ール１を示しているが、メインモジュール２及び電源モ
ジュール３についても全く同様である。一方、固定用レ
ール４は、絶縁性の支持部材４１の図中上端部と下端部
とに、長尺のコ字型金属部材（導電部材）４２，４３が
嵌め込まれることで、それぞれの取付金具７ａ，７ｂを
介して、各種入出力モジュール１及びメインモジュール
３に給電するための一対の給電線４２，４３が形成され
ている。この例では、上端部の給電線４２には正の電圧
（＋５Ｖ）が印加され、下端部の給電線４３は接地され
る構成となっている。なお、これらの給電線４２，４３
への電圧は、取付金具７ａ，７ｂを介して電源モジュー
ル３から与えられる。

【００２３】ここで、話しを取付金具７ａ，７ｂに戻す
と、上方側の取付金具７ａは、同図に示すように、水平
片と垂下片とが屈曲連設されたＬ字型構成のもので、ケ
ース５の背面に不動状態に固定されている。これに対し
て、下方側の取付金具７ｂは、水平片と起立片とが屈曲
連設されてＬ字型に構成され、ケース５の背面に上下動
自在に取り付けられていて、常時は、コイルばね８の復
原力によって、上方側の取付金具７ａ側に引き寄せられ
ることで、これら取付金具７ａ，７ｂは、固定用レール
４の上端部（給電線４２）と下端部（給電線４３）とに
密接状態に嵌合係着される構成となっている。

【００２４】各種モジュール１，２，３を実装するに
は、まず、ケース５を手前に傾け、下方側の取付金具７
ｂを固定用レール４の下方側の給電線４３に掛けて、ケ
ース５を上方側（図５中矢印Ａの方向）に持ち上げる
（図５（ａ））。これに伴い、コイルばね８が、下方
（矢印Ｂの方向）に引っ張られるので、取付金具７ｂも
下方（矢印Ｃの方向）に押し下げられる。この結果、上
下の取付金具７ａ，７ｂ間の間隙が広がるので、固定用
レール４を、これら取付金具７ａ，７ｂの間に押し込む
（同図（ｂ））。この後、手の力を抜くと、ケース５が
自重により矢印ａの方向に下がり、これに伴って、矢印
ｂの方向に働くコイルばね８の復原力により、取付金具
７ｂも上方（矢印ｃの方向）に押し上げられる。この結
果、上記したように、取付金具７ａ，７ｂが、固定用レ
ール４の上端部（給電線４２）と下端部（給電線４３）
とに密接状態に嵌合係着される（同図（ｃ））。なお、
各種モジュール１，２，３を固定用レール４から抜くと
きは、上記の手順を逆に行えば良い。

【００２５】次に、各ケース５の背面側に近い内部に
は、モジュール１，２，３相互間で光シリアル通信を行
うことを可能とする光送受信部９が設けられている。こ
の光送受信部９は、ケース５内の他の部位とは隔壁で画
成された光通信用セル（空間要素）９ａを有し、この光
通信用セル９ａには、光シリアル通信信号を発生する発
光素子９１と、光シリアル通信信号を受信する受光素子
９２とが、互いに所定の間隔を開けて、天井面から垂下
する状態に設置されている（なお、発光素子９１及び受
光素子９２は、後述する光インタフェース回路（光通信
手段）１７，２７，３８を構成する要素部品である）。
ここで、発光素子９１としては、高出力高効率で、か
つ、図６に示す程度に指向特性が充分に広い、例えば、
ＧａＡｓからなる赤外発光ダイオードや可視光発光ダイ
オードを用いるのが好ましい。また、受光素子９２とし
ては、分光感度が広く、応答速度が速く、かつ、図７に
示す程度に指向特性が充分に広い、例えば、シリコンホ
トトランジスタを用いるのが好適である。ここで、どの
モジュール１，２，３でも、発光素子９１は一方側（図
４中左側）に配され、受光素子９２は他方側（同図中右
側）に配されるようになっている。もちろん、発光素子
９１が右側に配され、受光素子９２が左側に配されても
良い。また、光通信用セル９ａの両端部に相当するケー
ス５の両側面には、矩形又は円形の窓開口が開けられて
いて、各種モジュール１，２，３の窓開口を通じて、発
光素子９１は、任意の他のモジュール１，２，３に光シ
リアル通信信号を送信できると共に、受光素子９２は、
任意の他のモジュール１，２，３から送信されてくる光
シリアル通信信号を受信できるようになっている。

【００２６】すなわち、このようなモジュール１，２，
３の列状集合体である制御装置では、図２に示すよう
に、隣接モジュール１，２，３間の相対向する窓開口同
士が合わせられ、１本の線形の固定用レール４に沿って
個々の光通信用セル９ａ，９ａ，…が隙間なく連なるこ
とで、光通信トンネル空間が形成されることとなる。こ
の光通信トンネル空間の全長は、モジュール１，２，３
の取付個数に応じて長くなる。光通信トンネル空間内で
は、同図に示すように、モジュール１，２，３の個数と
同数個の発光素子９１，９１，…からなる発光素子列
と、モジュール１，２，３の個数と同数個の受光素子９
２，９２，…からなる受光素子列とが、互いに所定の距
離を隔てて、かつ固定用レール４に沿って形成され、し
かも、指向特性が充分に広い発光素子９１と受光素子９
２とが用いられているので、任意の受光素子９２は、ど
の発光素子９１からでも、他の素子９１，９２によって
遮られることなく、光シリアル通信信号を受けることが
できる。つまり、一端ののモジュール１（２，３）に組
み込まれた受光素子９２でも、他端のモジュール３
（１，２）に組み込まれた発光素子９１から光シリアル
通信信号を受けることができる。

【００２７】それゆえ、メインモジュール２がどの位置
にあれ、固定用レール４に並置支持された各種入出力モ
ジュール１及び電源モジュール３は、メインモジュール
２と光学的に相互に連結された状態となる。なお、制御
装置の両端部に配置されたモジュール１，３の光送受信
部９，９の外側の窓開口を遮光板５１，５１で閉じてお
けば、光シリアル通信信号の入出力は、実装されたモジ
ュール１，２，３内に限定され、外乱光の影響を受ける
ことはないので、指向特性の広い受光素子９２を使用し
ても、ノイズ混入等の問題は生じない。

【００２８】次に、装置の電気的構成について説明す
る。図８は、入出力モジュール１の電気的構成を概略示
すブロック図、図９は、電源モジュール３の電気的構成
を概略示すブロック図、図１０は、メインモジュール２
の電気的構成を概略示すブロック図、図１１は、データ
収集時のメインモジュール２−入出力モジュール１間の
データの流れを示す図、また、図１２は、メインモジュ
ール２と入出力モジュール１との間で、データの授受を
行うために定められた通信プロトコル（通信制御手順）
を示す図である。各種入出力モジュール１は、上記した
ように、温度制御（ヒータ制御）や回転制御（モータ制
御）等の計測制御を行う機能を有している。すなわち、
各種入出力モジュール１は、図８に示すように、計測制
御対象と接続可能にするための入出力インタフェース回
路１１と、計測制御対象の制御を始め、当該モジュール
１の構成各部を制御する制御演算プロセッサ１２と、制
御演算プロセッサ１２が実行する演算処理プログラム、
通信プログラム、異常処理プログラム等を格納する書換
可能なＲＯＭ（フラッシュメモリ）１３と、制御演算プ
ロセッサ１２の作業領域が設定されるワークＲＡＭ１４
と、メインモジュール２からの要求に応じてメインモジ
ュール２に転送する制御量（実測値）等の入出力データ
ＤＡＴ（図１１参照）を一時記憶する共有メモリ１５
と、メインモジュール２とのデータ通信を可能にするた
めの通信インタフェース回路１６と、メインモジュール
２と光シリアル通信でつながるための光インタフェース
回路１７とから構成されてインテリジェント化されてい
る。上記制御演算プロセッサ１２は、ＲＯＭ（フラッシ
ュメモリ）１３に記憶された演算処理プログラム、通信
プログラム、異常処理プログラムをワークＲＡＭ１４を
用いて実行することにより計測制御対象やメインモジュ
ール２との通信を制御すると共に、電源異常からデータ
の破損を保護する。

【００２９】なお、入出力モジュール１は、通常、電気
ケーブルによって計測制御対象と接続されるが、例え
ば、フィードバック制御系において、一次調節器の出力
信号によって、二次調節器の設定値を動かして行うカス
ケード制御等のように、入出力モジュール１，１間にわ
たって制御を行う必要がある場合は、これらのモジュー
ル１，１同士をコネクタ６ａ，６ａを介して直接電気ケ
ーブル等で結合することもできる。また、各種入出力モ
ジュール１の制御演算プログラムは、必要に応じて、メ
インモジュール２を経由して、上位ホストコンピュータ
からダウンロードされ、ＲＯＭ（フラッシュメモリ）１
３に格納される。

【００３０】電源モジュール３は、各種入出力モジュー
ル１及びメインモジュール２に固定用レール４（給電線
４２，４３）を介して電源を供給する機能に加えて、電
源の動作状態を監視し、停電や電圧降下等の電源異常が
発生すると、その旨を各種モジュール１，２に報知する
インテリジェント機能を有している。すなわち、電源モ
ジュール３は、図９に示すように、各種モジュール１，
２に電源を供給するための電源回路３１と、電源の動作
状態を監視する共に、電源モジュール３の構成各部を制
御する電源監視プロセッサ３２と、電源監視プロセッサ
３２と電源回路３１とを接続するための電源監視インタ
フェース回路３３と、電源監視プロセッサ３２が実行す
る電源監視処理プログラムや通信プログラム等を格納す
るＲＯＭ（フラッシュメモリ）３４と、電源監視プロセ
ッサの作業領域が設定されるワークＲＡＭ３５と、各種
モジュール１，２に転送する電源異常検出信号を一時記
憶する共有メモリ３６と、各種モジュール１，２とのデ
ータ通信を可能にするための通信インタフェース回路３
７と、メインモジュール２と光シリアル通信でつながる
ための光インタフェース回路３８とから概略構成されて
いる。なお、電源モジュール３の電源監視処理プログラ
ムも、必要に応じて、メインモジュール２を経由して、
上位ホストコンピュータからダウンロードされ、ＲＯＭ
（フラッシュメモリ）３４に格納される。

【００３１】また、メインモジュール２は、各種入出力
モジュール１から制御量（実測値）等の入出力データＤ
ＡＴを収集する機能、制御定数等の設定値の管理を行う
機能及び上位ホストコンピュータにこれらのデータを転
送する機能を有している。すなわち、メインモジュール
２は、図１０に示すように、当該モジュール２の構成各
部及びデータの転送を制御すると共に、各種入出力モジ
ュール１から収集された入出力データＤＡＴに基づい
て、関係する制御演算を実行するデータ転送プロセッサ
２１と、データ転送プロセッサ２１を図示せぬ上位ホス
トコンピュータと接続可能にする上位ホスト間通信イン
タフェース回路２２と、データ転送プロセッサ２１が実
行する制御量収集処理プログラム、設定値管理プログラ
ム、データ転送処理プログラム及び通信プログラム等を
格納するＲＯＭ（フラッシュメモリ）２３と、データ転
送プロセッサ２１の作業領域が設定されるワークＲＡＭ
２４と、データ転送プロセッサ２１の要求に応じて各種
入出力モジュール１，１，…から転送されてくる制御量
（実測値）等の入出力データＤＡＴ（図１１参照）を一
時記憶する共有メモリ２５と、各種モジュール１，３と
のデータ通信を可能にするための通信インタフェース回
路２６と、各種モジュール１，３と光シリアル通信でつ
ながるための光インタフェース回路２７とから構成され
ている。

【００３２】次に、図１２を参照して、この例の通信動
作について説明する。この例の制御装置では、光通信ト
ンネル空間（図２）によって、メインモジュール２と多
数の入出力モジュール１，１，…とがマルチドロップ接
続されるのであるから、ある入出力モジュール１が通信
をしている間、他の入出力モジュール１，１，…は通信
できないようになっている。つまり、光通信トンネル空
間において、複数の発光素子９１，９１，…から同時に
送出された光信号は、論理和をとって受光素子９２に入
り、意図した信号が伝達できないので、送信を行う発光
素子９１は、同時には、１個しか存在しないように、こ
の例の通信プロトコルで定めている。

【００３３】上記構成において、図１２に示すように、
メインモジュール２が、多数の入出力モジュール１，
１，…に対し、モジュール番号ｎを指定して、入出力デ
ータＤＡＴの転送要求を行うと、各種入出力モジュール
１，１，…は、指定されたモジュール番号ｎと自己に付
されたモジュール番号との照合を行い、両番号が一致し
なければ無視し、一致すれば、自己が呼び出されている
と認識して、アクティブとなって通信を開始し、入出力
データＤＡＴを転送する。つまり、モジュール番号ｎの
モジュール１のみがアクティブとなって通信を開始し、
入出力データＤＡＴを転送する。メインモジュール２
は、モジュール番号ｎのモジュール１からの入出力デー
タＤＡＴの受け取りを完了した後、今度は、モジュール
番号ｎ＋１の入出力モジュール１から入出力データＤＡ
Ｔの転送を希望するときは、モジュール番号ｎ＋１を指
定して、入出力データＤＡＴの転送要求を行う。なお、
この例で使用する通信プロトコルには通信タイムアウト
処理等の機能が付加されている。

【００３４】また、各種モジュール１，２，３のＲＯＭ
（フラッシュメモリ）には、図１３に示すように、モジ
ュール固有のシリアル番号と、モジュールの種類と、必
要な場合には、オプション情報が、モジュール判定用Ｉ
Ｄ情報として、モジュール製造時に予め登録されてい
る。これにより、この例の制御装置の運転開始時に、制
御装置の中にどのような入出力モジュール１，１，…が
装着されているかをメインモジュール２が予め認識する
ことができ、メインモジュール２と入出力モジュール
１，１，…間で正常な通信が可能となる。

【００３５】メインモジュール１が、各種入出力モジュ
ール１のモジュール構成を知りたい場合には、図１４に
示すように、まず、ＩＤ獲得コマンドを発行する。この
例の制御装置に実装されている全ての入出力モジュール
１，１，…は、ＩＤ獲得コマンドを受信すると、自身の
動作モードをＩＤ提出モードに設定する。この後、メイ
ンモジュール１は、０から順番にシリアル番号を送出
し、その番号と一致する入出力モジュール１が装着され
ていた場合には、該当する入出力モジュール１がＩＤ情
報を送出する。メインモジュール２は、このＩＤ情報を
受け取る。一定時間内にＩＤが送出されない場合には、
そのシリアル番号に該当するモジュールが存在しないも
のとしてシリアル番号をインクリメントし、再びその番
号と一致する入出力モジュール１があるかどうかチェッ
クする。シリアル番号が規定の上限値に達した時点で、
どのような入出力モジュール１，１，…が装着されてい
るかがメインモジュール１によって認識される。

【００３６】また、電源モジュール３は、この例の制御
装置の動作時に、停電や電圧降下等の電源異常を検出す
ると、例えば、図１５に示すように、通常のデータ通信
信号よりも長いパルス幅の電源異常検出信号を送出する
ことで、電源モジュール３から各種モジュール１，２に
直ちに報知される。各種モジュール１，２は、通常のデ
ータ通信信号よりも長いパルス幅が受信されたことで、
電源異常を認識し、停電処理モードに入る。そして、デ
ータ保持等の処理を行う。

【００３７】このように、この第１実施例の構成によれ
ば、各種モジュール１，２，３には窓開口付きの光通信
用セル（空間要素）９ａが設けられてあり、各種モジュ
ール１，２，３を組み合わせる際には、隣接するモジュ
ール１，２，３間の光通信用セル９ａを合わせた状態
で、複数のモジュールを並べて行くことで、モジュール
１，２，３の個数に応じた長さの光通信空間が形成され
る。それゆえ、高価なバックプレーンやマザーボードを
用いずとも、各種モジュール１，２，３の増設が可能と
なる。

【００３８】また、（１）モジュール１，２，３間のデ
ータの授受は、空間内の光伝送で行われるため、入出力
モジュール１の着脱行為は、他のモジュール１，２，３
間のデータ転送にあまり影響を与えない。また、（２）
取付金具７ａ，７ｂと固定用レール４とを用いているの
で、モジュール１，２毎に独立して電源の供給を行うこ
とができる。また、（３）光通信用セル９がケース５の
背面近傍に設けられているので、モジュール１の着脱時
に、他のモジュール１，２，３間のデータ転送を邪魔す
る時間が極減する。さらに、（４）使用する通信プロト
コルには、通信タイムアウト処理等の機能が付加されて
いる。それゆえ、（１）〜（４）の理由から、活栓挿抜
が極めて容易である。

【００３９】また、各種モジュール１，２，３は、制御
演算プロセッサ１２、データ転送プロセッサ２１、電源
監視プロセッサ３２を備え、インテリジェント化されて
いるので、モジュール１，２，３間で転送されるデータ
量を削減できる。それゆえ、比較的通信速度の遅い光シ
リアル通信でも、制御装置全体としての処理速度の低下
を回避できる。

【００４０】また、発光素子９１及び受光素子９２が、
光通信用セルの天井面に垂下状態で取着されているの
で、埃が付着しにくい。それゆえ、発光素子９１の光シ
リアル通信信号の送信強度の経年変化を緩和できる。同
様に、受光素子９２の受信感度の経年変化も緩和でき
る。したがって、保守が楽であり、耐久性の向上を図る
こともできる。また、固定用レール４は、必要に応じ
て、現場で必要な長さに切断できるので、制御装置の設
置スペースを必要限度に抑えることが容易である。

【００４１】◇第２実施例 図１６は、この発明の第２実施例であるモジュール増設
式の制御装置（ファクトリコンピュータ）を構成する光
送受信部の構成を示す概念図である。この第２実施例の
構成が、上述の第１実施例のそれ（図２参照）と大きく
異なるところは、この第２実施例では、光通信用セル
（空間要素）９ａ内に、それぞれ複数個（図示例では３
個）の発光素子９１ａ，９１ｂ，９１ｃ及び受光素子９
２ａ，９２ｂ，９２ｃを、互いに異なる方位（図示例で
は３方）に向けた状態で配設した点である。

【００４２】上述の第１実施例の構成によれば、実装さ
れたモジュール１，２，３が多いため、両端の距離が長
くなった制御装置では、両端近くのモジュールで、光シ
リアル通信信号の入射角が小さくなる場合が発生する
が、この第２実施例の構成によれば、同図に示すよう
に、複数個の発光素子９１ａ，９１ｂ，９１ｃ及び受光
素子９２ａ，９２ｂ，９２ｃが、互いに異なる方位を向
いた状態で配設されているので、いずれかの発光素子
（図示例では９１ａ）及び受光素子（図示例では９２
ｃ）がカバーして、充分な光信号強度を維持できる。

【００４３】以上、この発明の実施例を図面により詳述
してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるもの
ではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変
更等があってもこの発明に含まれる。例えば、受光素子
９２ａ〜９２ｃ及び発光素子９１ａ〜９１ｃの個数は、
適宜増減できる。固定用レール４、取付間具７ａ，７ｂ
は、実施例の形状に限定されない。ケース５も、ブック
型のものに限定されず、板状のものでも良い。また、光
シリアル通信信号の伝達効率の向上を図るために、光通
信用セル９ａの隔壁（内壁）を鏡面を含む反射面として
も良い。なお、モジュールの実装個数が少ない場合に
は、隔壁を必要とする光通信用セル９ａを省略して、単
に、光通信用窓のみを設けても良い。この光通信用窓に
は、ガラス板やプラスチック板等の透明体を被せても良
い。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の構成に
よれば、各種モジュールには窓付きの光通信用セル（空
間要素）が設けられてあり、各種モジュールを組み合わ
せる際には、隣接するモジュール間の光通信用窓（光通
信用セル）を合わせた状態で、複数のモジュールを並べ
て行くことで、モジュールの個数に応じた長さの光通信
空間が形成される。それゆえ、高価なバックプレーンや
マザーボードを用いずとも、各種モジュールの増設が可
能となる。

【００４５】また、モジュール間のデータの授受は、空
間内の光伝送で行われるため、モジュールの着脱行為
は、他のモジュール間のデータ転送にあまり影響を与え
ないので、請求項９又は１０に記載の取付用係止金具と
固定用レールとを用いるようにすれば、モジュール毎に
独立して電源の供給を行うことができ、活栓挿抜が容易
となる。なお、請求項４記載の構成のように、上記光通
信用セルをモジュールの背面近傍に設けるようにすれ
ば、モジュールの着脱時に、他のモジュール間のデータ
転送を邪魔する時間が極減するので、適当な通信プロト
コルを用意することにより、活栓挿抜が一段と容易にな
る。

【００４６】また、各種モジュールは、機能に応じた演
算制御手段を備え、インテリジェント化されているの
で、モジュール間で転送されるデータ量を削減すること
が可能となる。それゆえ、比較的通信速度の遅い光シリ
アル通信でも、制御装置全体としての処理速度の低下を
回避できる。また、固定用レールは、必要に応じて、現
場で必要な長さに切断できるので、制御装置の設置スペ
ースを必要限度に抑えることが容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例であるモジュール増設式
の制御装置（ファクトリコンピュータ）の外観構成を概
略的に示す斜視図であると共に、同制御装置を構成する
機能要素たるモジュールの実装状態を示す斜視図であ
る。

【図２】同制御装置の構成を示す平面図であると共に、
光通信信号の伝達経路を示す図である。

【図３】同モジュール（正確には入出力モジュール）単
体の外観正面図である。

【図４】同モジュール（正確には入出力モジュール）単
体の外観側面図である。

【図５】同モジュールの実装方法を説明するための説明
図である。

【図６】同モジュールに組み込まれる発光素子の指向特
性を示す特性図である。

【図７】同モジュールに組み込まれる受光素子の指向特
性を示す特性図である。

【図８】同制御装置を構成する入出力モジュールの電気
的構成を概略示すブロック図である。

【図９】同制御装置を構成する電源モジュールの電気的
構成を概略示すブロック図である。

【図１０】同制御装置を構成するメインモジュールの電
気的構成を概略示すブロック図である。

【図１１】同実施例において、データ収集時のメインモ
ジュール−入出力モジュール間のデータの流れを示す図
である。

【図１２】同実施例において、メインモジュールと入出
力モジュールとの間でデータの授受を行うための通信プ
ロトコル（通信制御手順）を示す図である。

【図１３】同実施例において、メインモジュールが、実
装された各種入出力モジュールのモジュール構成を認識
するためのモジュール判定用ＩＤ情報の概要を示す図で
ある。

【図１４】同実施例において、メインモジュールが、実
装された各種入出力モジュールのモジュール構成を認識
するためのプロトコルの概要を示す図である。

【図１５】同実施例において、停電等の電源異常が発生
した時のプロトコルの概要を示す図である。

【図１６】この発明の第２実施例であるモジュール増設
式の制御装置（ファクトリコンピュータ）を構成する光
送受信部の構成を示す概念図である。

【符号の説明】

１ 入出力モジュール（モジュール） １１ 入出力インタフェース回路 １２ 制御演算プロセッサ（演算制御手段） １５ 共有メモリ １７ 光インタフェース回路（光通信手段） ２ メインモジュール（モジュール） ２１ データ転送プロセッサ（演算制御手段） ２２ 上位ホスト間通信インタフェース回路 ２５ 共有メモリ ２７ 光インタフェース回路（光通信手段） ３ 電源モジュール（モジュール） ３１ 電源回路 ３２ 電源監視プロセッサ（演算制御手段） ３３ 電源監視インタフェース ３６ 共有メモリ ３８ 光インタフェース回路（光通信手段） ４ 固定用レール ４２，４３ 給電線 ５ ケース（モジュールのケース） ５１ 遮光板（光遮光部材） ７ａ，７ｂ 取付金具（取付用係止金具） ９ａ 光通信用セル（光通信空間の要素空間） ９１，９１ａ，９１ｂ，９１ｃ 発光素子 ９２，９２ａ，９２ｂ，９２ｃ 受光素子 ＤＡＴ 入出力データ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｂ 10/10 10/22

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機能要素たるモジュールを任意の個数着
   脱自在に並べて組み合わせてなる制御装置であって、 前記各モジュールは、機能に応じた演算制御を行うため
   の演算制御手段と、前記モジュール間で光通信を行うた
   めの光通信手段とを備えてなると共に、 各モジュールの両側面には、当該光通信手段と、任意の
   他の前記モジュールの光通信手段とを光学的に連結する
   ための光通信用窓が設けられ、 かつ、隣接モジュール間の前記光通信用窓同士を合わせ
   た状態で前記複数のモジュールが並べられることで、前
   記複数のモジュールに跨る光通信空間が形成され、任意
   の前記光通信手段から送信された光通信信号が、前記光
   通信空間を伝搬して、送信先の前記光通信手段によって
   受信されることで、前記モジュール間の光通信が行われ
   る構成となっていることを特徴とするモジュール組み合
   わせ式制御装置。
2. 【請求項２】 前記光通信手段は、光通信信号を送信す
   るための発光素子と、光通信信号を受信するための受光
   素子とを有し、 前記各モジュールには、その両側面に二つの前記光通信
   用窓が互いに相対向する状態に設けられていると共に、
   前記発光素子及び受光素子が、前記二つの光通信用窓間
   に配設されていることを特徴とする請求項１記載のモジ
   ュール組み合わせ式制御装置。
3. 【請求項３】 前記各モジュールには、前記二つの光通
   信用窓を有し、かつ、これらの光通信用窓を除けば、光
   学的に閉ざされた空間要素たる光通信用セルが設けられ
   ていると共に、該光通信用セルには、前記発光素子及び
   受光素子が配設され、 隣接モジュール間の前記光通信用セル同士を合わせた状
   態で前記複数のモジュールが並べられることで、前記複
   数のモジュールに跨る光通信空間が形成され、該光通信
   空間内で、任意の前記発光素子から送信された光信号を
   送信先の前記受光素子が受信することで、前記モジュー
   ル間の光通信が行われる構成となっていることを特徴と
   する請求項２記載のモジュール組み合わせ式制御装置。
4. 【請求項４】 前記光通信用セルは、前記モジュールの
   背面近傍に設けられていることを特徴とする請求項３記
   載のモジュール組み合わせ式制御装置。
5. 【請求項５】 前記発光素子及び受光素子は、いずれ
   も、指向特性が充分に広い素子であることを特徴として
   請求項２又は３記載のモジュール組み合わせ式制御装
   置。
6. 【請求項６】 前記光通信用セルの内壁が、光学的反射
   面となっていることを特徴とする請求項３又は４記載の
   モジュール組み合わせ式制御装置。
7. 【請求項７】 前記複数のモジュールのうち、最外側に
   配設される前記モジュールの前記光通信用窓であって、
   前記光通信空間の端面となる光通信用窓が、光遮光部材
   によって、光学的に閉ざされていることを特徴とする請
   求項１，２又は３記載のモジュール組み合わせ式制御装
   置。
8. 【請求項８】 前記制御装置を構成する複数の前記モジ
   ュールには、所定の計測制御を行うための入出力モジュ
   ールと、入出力モジュールを管理すると共にホストコン
   ピュータと接続可能なメインモジュールと、該メインモ
   ジュール及び前記入出力モジュールに電源を供給すると
   共に電源の動作状態を監視するための電源モジュールと
   が、少なくとも含まれていることを特徴とする請求項
   １，２又は３記載のモジュール組み合わせ式制御装置。
9. 【請求項９】 前記各モジュールを着脱自在に並べて支
   持固定すると共に、所定の前記モジュールに電源を供給
   するための給電線としても働く固定用レールを備え、か
   つ、前記各モジュールの背面には電源供給端子を兼ねた
   着脱自在な取付用係止金具が取着され、 該取付用係止金具が着脱自在に前記固定用レールに係着
   されることで、前記各モジュールは、前記固定用レール
   に支持固定されると共に、前記固定用レールを介して、
   前記所定のモジュールに電源が供給されることを特徴と
   する請求項１，２，又は３記載のモジュール組み合わせ
   式制御装置。
10. 【請求項１０】 前記各モジュールを着脱自在に並べて
    支持固定すると共に、前記メインモジュール及び入出力
    モジュールに電源を供給するための給電線としても働く
    固定用レールを備え、かつ、前記各モジュールの背面に
    は電源供給端子を兼ねた着脱自在な取付用係止金具が取
    着され、 該取付用係止金具が着脱自在に前記固定用レールに係着
    されることで、前記各モジュールは、前記固定用レール
    に支持固定されると共に、 前記電源モジュールは、前記固定用レールを介して、前
    記メインモジュール及び入出力モジュールに電源を供給
    する構成となっていることを特徴とする請求項８記載の
    モジュール組み合わせ式制御装置。