JPH11249714A - プログラマブルコントローラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 並列処理により複数の命令実行処理を同時に
行うようにし、また、システムの規模に応じて、並列処
理数を容易に増減できるようにする。 【解決手段】 プログラムメモリ９に格納されているプ
ログラム実行情報から、実行するプログラムの情報を獲
得し、命令実行ユニットのＤＭＡ１１を使用してＦＩＦ
Ｏメモリ１２に実行プログラムを転送する。命令実行処
理部１３は、ＦＩＦＯメモリ内の実行プログラムを逐次
実行する。複数台の命令実行ユニット１０，２０，３
０，４０により複数のプログラムを並列処理することが
できる。

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、予め入力された
プログラムに応じてプラントの制御等を行うプログラマ
ブルコントローラに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】特開昭６０−２０７９１８号公報に示さ
れる従来技術のプログラマブルコントローラがあり、入
出力カードとＣＰＵカードとインターフェースユニット
からなる基本ユニットをシステムの規模に応じて増減可
能とするもので、図７にそのブロック図を示す。

【０００３】図において、１０１は基本ユニットであ
り、プログラムを実行するＣＰＵカード１０２と、拡張
ユニット６，７との間でデータの授受を行うインターフ
ェースユニット１０３、と、プラントのデータの入出力
を行う複数の入出力カード１０４とがマザーボード１０
５により接続されている。基本ユニット１０１に接続さ
れている拡張ユニット１０６、１０７は、基本ユニット
１０１と同様の構成のユニットである。

【０００４】次に動作について説明する。それぞれのユ
ニット１０１，１０６，１０７に接続されているＣＰＵ
カード１０２は、各ユニットに接続されているインター
フェースカード１０３を介して、別のユニットに接続さ
れている入出力カード１０４のデータを参照したり、出
力を行うことができる。また、各ＣＰＵカード１０２
は、各ユニットに接続されているインターフェースカー
ド１０３を介して、別のユニットに接続されているＣＰ
Ｕカード１０２内のメモリにアクセスすることができ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来のプログラマブル
コントローラは以上のように構成されいるので、それぞ
れのＣＰＵカードに予めインストールされたプログラム
を実行するしかなく、プラントの状態によって、１つの
ＣＰＵカードのプログラムで処理に遅延が発生した場
合、残りの他の処理が遅れてしまうという問題がある。

【０００６】また、複数のＣＰＵカードのうち１つが故
障した場合、故障したＣＰＵカードで実行するプログラ
ムの処理が停止してしまうという問題があった。このた
め全てのＣＰＵカードで予め、他のＣＰＵカードが故障
となった場合を想定した処理を記述しなければならない
という問題があった。

【０００７】また、１つのＣＰＵカードが故障した場
合、故障したＣＰＵカードに搭載されているメモリに対
して、他のＣＰＵカードからのアクセスが保証されない
という問題があった。

【０００８】この発明は、上記のような問題を解消する
ためになされたもので、命令実行処理部分をユニット化
して、他の命令実行処理ユニットの処理に影響されない
ようにし、また、必要に応じて命令実行処理ユニットの
数（並列処理数）を増減できるようにすることを目的と
している。

【０００９】また、命令実行処理ユニットが故障した場
合に、自動的に他の命令実行処理ユニットにてプログラ
ムの実行を行うことを目的としている

【００１０】

【課題を解決するための手段】（１）この発明に係わる
プログラマブルコントローラは、プログラムメモリに格
納されたプログラムを実行するプログラマブルコントロ
ーラにおいて、ＤＭＡとＦＩＦＯメモリと命令実行処理
部とを含む命令実行ユニットを設け、上記プログラムメ
モリの実行プログラムを上記ＤＭＡにより一旦ＦＩＦＯ
メモリに貯え、命令実行処理部で上記ＦＩＦＯメモリの
プログラムを読み出して命令を実行するようにしたもの
である。

【００１１】（２）また、上記（１）において、命令実
行ユニットを複数台設け、上記各命令実行ユニットがプ
ログラムメモリからそれぞれ別の実行プログラムを読み
出して命令を実行する並列処理を可能としたものであ
る。

【００１２】（３）また、上記（２）において、各命令
処理部が各種データを保持するデータメモリへアクセス
するためのデータメモリアクセスバスと、上記各命令処
理部が入出力信号を授受するための入出力部へのアクセ
スバスとを別々に設け、上記データメモリへのアクセス
と上記入出力部へのアクセスとが同時に発生しても処理
を可能としたものである。

【００１３】（４）また、上記（３）において、２つの
入出力アクセスバスを設けると共に異常処理機能を設
け、複数の命令実行ユニットの一部を一方の入出力アク
セスバスに接続すると共に残りの命令実行ユニットを他
方の入出力アクセスバスに接続し、上記異常処理機能
は、上記各命令実行ユニットにおける命令実行処理の動
作状態を監視し、異常が発生すると異常となった命令実
行ユニットまたは入出力バスを切り離し、残りの命令実
行ユニットまたは切り離ししない入出力アクセスバスを
用いて、上記命令の実行を継続するようにしたものであ
る。

【００１４】（５）また、上記（１）〜（４）のいずれ
か１項において、命令実行ユニットは着脱自在の構造と
したものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、この発明の
実施の形態１を図について説明する。図１は、実施の形
態１のプログラマブルコントローラの構成を示す構成図
である。

【００１６】図において、１はプログラマブルコントロ
ーラ、２はプログラマブルコントローラ１のプログラム
を作成変更したり、データのモニタや、変更を行なうた
めのプログラム・データメンテナンス装置、３はプログ
ラム・データメンテナンス装置２からの要求により、プ
ログラム変更機能５、命令実行ユニット制御機能６、デ
ータモニタ機能７を起動するスケジューラ機能である。

【００１７】ここでスケジューラ機能３、プログラム変
更機能５、命令実行ユニット制御機能６、データモニタ
機能７はいずれもソフトウエアで実現されている。４は
プラントからのプロセスデータ、プラントへの制御出力
等の信号を授受する入出力カードである。８は実行する
プログラムの情報が格納されているプログラム管理情報
メモリ、９はプログラムの命令コードが格納されている
プログラムメモリである。

【００１８】１０は命令実行ユニットであり、次の３つ
の機能から構成される。１１はＤＭＡ（direct memory
access）で命令実行ユニット制御機能６から指定された
情報により、プログラムメモリから命令コードを読み出
し、ＦＩＦＯメモリ（firstin firstout memory ）１２
へ転送する。１３はＦＩＦＯメモリ１２に格納されてい
る命令コードを実行する命令実行処理部である。

【００１９】１４はデータモニタ機能７や命令実行処理
部１３からのデータメモリアクセス信号のタイミングの
調停を行なうデータメモリアクセス調停機能であり、１
５はデータが格納されるデータメモリ、１６はデータモ
ニタ機能７や命令実行処理部１３からの入出力カードア
クセス信号のタイミングの調停を行なう入出力カードア
クセス調停機能である。

【００２０】次に、このプログラマブルコントローラ１
の動作について説明する。 （１）プログラムの実行タイミングに達したとき、スケ
ジューラ機能３から命令実行ユニット制御機能６が起動
される。 （２）命令実行ユニット制御機能６において、プログラ
ム管理情報８から起動するプログラムの情報を読み出
す。ここでプログラムの管理情報８は、図２に示すよう
なデータ構造となっており、実行周期に達したプログラ
ムを検出するとともに、プログラムが格納されているプ
ログラムメモリ９のアドレスとプログラムサイズを獲得
することが出来る。

【００２１】（３）また、命令実行処理部１３の状態を
調べ、命令実行中でない場合、命令実行ユニット１０の
ＤＭＡ１１に実行するプログラムのプログラムメモリ９
のアドレスとプログラムサイズを指定してＤＭＡ１１を
起動することにより、プログラムの命令コードがＦＩＦ
Ｏメモリ１２に転送される。 （４）命令実行処理部１３は、ＦＩＦＯメモリ１２に何
らかの命令コードが転送されると、ＦＩＦＯメモリ１２
が空になるまで、命令コードを読み出し実行する。

【００２２】（５）命令実行処理部１３において、命令
コードを実行する際に、データメモリ１５へのアクセス
が発生した場合、データメモリアクセス調停機能１４を
介してデータメモリ１５へアクセスする。 （６）同様に命令コードを実行する際に、入出力カード
４へのアクセスが発生した場合、入出力カードアクセス
調停機能１６を介して入出力カード４へアクセスする。

【００２３】（７）一方、ＤＭＡ１１を起動した後、命
令実行ユニット制御機能６は処理を終了し、スケジュー
ラ機能３にもどる。 （８）そして、命令実行処理部１３でプログラムが実行
されているか否かに関係無く、プログラム・データメン
テナンス装置２からの要求があれば、スケジューラ機能
３にて、プログラム変更処理機能５や、データモニタ機
能７を実行する。

【００２４】以上のようにこの実施の形態１は、実行す
べきプログラムを検索し、検索した情報から実行すべき
プログラムをプログラムメモリからＤＭＡを介して、Ｆ
ＩＦＯメモリに転送し、命令実行処理部でＦＩＦＯメモ
リからプログラムを読み出して命令を実行する。この
際、ＤＭＡ、ＦＩＦＯメモリ、命令実行処理部を命令実
行ユニットとしたので、命令実行ユニット単位で命令実
行処理が行える。

【００２５】実施の形態２．以下、この発明の実施の形
態２を図について説明する。図３は実施の形態２のプロ
グラマブルコントローラの構成を示す構成図である。図
３において、図１と同一の部分については、同一の符号
を付し説明を省略する。２０、３０、４０は追加された
命令実行ユニットであり、内部の構成は命令実行ユニッ
ト１０と同様である。本実施の形態では、命令実行ユニ
ットを増設して、プログラマブルコントローラの性能を
向上する。

【００２６】次に、このプログラマブルコントローラ１
の動作について説明する。 （１）図３に示すように複数の命令実行ユニット１０、
２０、３０、４０が装着されている場合、命令実行ユニ
ット制御機能６は、プログラム管理情報８から起動する
プログラムの情報を読み出し、実行周期に達したプログ
ラムを検出した場合、プログラムが格納されているプロ
グラムメモリのアドレスとプログラムサイズを獲得す
る。

【００２７】（２）そして、命令実行処理部１３の状態
を調べ、調べた命令実行処理部１３が命令実行中でない
場合は、その命令実行ユニット（例えば、命令実行ユニ
ット１０）のＤＭＡ１１に実行するプログラムのプログ
ラムメモリ９のアドレスとプログラムサイズを指定して
ＤＭＡ１１を起動することにより、プログラムの実行を
開始する。

【００２８】（３）さらに、プログラム管理情報８から
起動するプログラムの情報を読み出し、実行周期に達し
たプログラムを検出した場合、命令実行処理部１３の状
態を調べ、命令実行中でない命令実行処理部がある場合
（例えば、命令実行ユニット２０の命令実行処理部１３
であった場合）、対応する命令実行ユニット２０のＤＭ
Ａ１１に実行するプログラムのプログラムメモリのアド
レスとプログラムサイズを指定してＤＭＡ１１を起動す
ることによりプログラムの実行を開始する。

【００２９】（４）そして、装着されている命令実行ユ
ニット１０，２０，３０，４０に対応する数のプログラ
ムを並行して実行する。従って、図３に示すように複数
の命令実行ユニット１０，２０，３０，４０が装着され
ている場合、それぞれの命令実行ユニット１３にて異な
るプログラムが実行されることになる。

【００３０】（５）ここで、装着されている命令実行ユ
ニット１０、２０、３０、４０、．．．．の数以上に同
時に実行するプログラムがプログラム管理情報８に登録
されている場合（命令実行ユニット数より同時に実行す
るプログラム数が多い場合）、命令実行ユニット制御機
能６は、実装されている命令実行ユニットの状態を監視
する。

【００３１】（６）そして、ＦＩＦＯメモリ１２に転送
されている命令コードを全て実行して、処理が終了した
命令実行ユニットが発生した時、処理が終了した命令実
行ユニットのＤＭＡ１１に次に実行するプログラムのプ
ログラムメモリのアドレスとプログラムサイズを指定し
てＤＭＡ１１を起動することにより、実行が待たされて
いたプログラムを実行する。

【００３２】以上のようにこの実施の形態は、命令実行
処理に対して、順次、実行すべきプログラムを検索し、
実行すべきプログラムが複数個ある場合は、複数の命令
実行ユニットで実行する並列処理を行う。命令実行ユニ
ットより同時に実行するプログラムが多い場合は、命令
実行ユニットの数だけ並列処理すると共に、実行が終了
した命令実行処理ユニットを検出して、次に実行すべき
プログラムを実行する。このようにして複数のプログラ
ムを実行可能とする。

【００３３】また、実行すべきプログラムの量に応じて
命令実行ユニットを増減することにより処理性能の最適
化を図ることができる。なお、命令実行ユニットを本体
から着脱自在の構造とすることにより、修理・点検など
のメンテナンスが容易になり、また、命令実行ユニット
の増減が簡単にできる。

【００３４】実施の形態３．以下、この発明の実施の形
態１を図について説明する。図４は、実施の形態３のプ
ログラマブルコントローラの構成を示す構成図である。
図４において、図１、図３と同一の部分については、同
一の符号を付し説明を省略する。本実施の形態では、命
令実行ユニットを増設した場合に、データメモリのアク
セスバス５１と入出力データのアクセスバス６１とを分
離することにより、プログラマブルコントローラの性能
を向上する。

【００３５】次に、このプログラマブルコントローラ１
の動作について説明する。 （１）図４に示すように複数の命令実行ユニット１０，
２０，３０，４０が装着されている場合、それぞれの命
令実行ユニット１０，２０，３０，４０にて異なるプロ
グラムが実行される。

【００３６】（２）ここで、それぞれの命令実行ユニッ
ト１０，２０，３０，４０にてデータメモリのアクセス
が発生した場合、データメモリアクセス調停機能１４に
よって、最も先に要求を行なった命令実行ユニットから
の要求が受理され、他の命令実行ユニットからの要求が
待たされる。そして先に許可された命令実行ユニットか
らデータメモリ１５へのアクセスが行われる。

【００３７】（３）アクセスが終了した時点で、待たさ
れている要求について、アクセスが許可される。 （４）入出力カードアクセス調停機能１６についても同
様にそれぞれの命令実行ユニットにてデータメモリのア
クセスが発生した場合、入出力カードアクセス調停機能
１６によって、最も先に要求を行なった命令実行ユニッ
トからの要求が受理され、他の命令実行ユニットからの
要求が待たされる。

【００３８】（５）そして先に許可された命令実行ユニ
ットから入出力カード４へのアクセスが行われる。 （６）アクセスが終了した時点で、待たされている要求
について、アクセスが許可される。

【００３９】（７）ここで、データメモリ１５へのアク
セスと入出力カード４へのアクセスが同時に発生した場
合、それぞれデータメモリアクセス調停機能１４と入出
力カードアクセス調停機能１６によりコントロールさ
れ、並行してアクセスがおこなえる。

【００４０】以上のようにこの実施の形態によれば、複
数の命令実行ユニットにおいて独立して行われるプログ
ラムの実行に対応して、入出力カードのアクセスとデー
タメモリのアクセスについて、それぞれ独立してアクセ
スの調停を行なうことができる。

【００４１】実施の形態４．以下、この発明の実施の形
態１を図について説明する。図５は、実施の形態４のプ
ログラマブルコントローラの構成を示す構成図である。
図５において、図１、図３と同一の部分については、同
一の符号を付し説明を省略する。

【００４２】図において、１７は入出力カード４−１，
４−２への入出力データアクセスバス６１，６２を切替
えるバス切替え機能である。本実施の形態では、入出力
カード４−１，４−２、または入出力カードアクセス調
停機能１６−１，１６−２、あるいは命令実行ユニット
１０，２０，３０，４０の一つに異常が発生した場合
に、プログラムの実行を切替えて実行することによりプ
ログラマブルコントローラの信頼性を向上する。

【００４３】次に、このプログラマブルコントローラ１
の動作について説明する。 （１）図５に示すように複数の命令実行ユニット１０，
２０，３０，４０が装着されている場合、それぞれの命
令実行ユニット１０，２０，３０，４０にて異なるプロ
グラムが実行される。

【００４４】（２）ここで、装着されている命令実行ユ
ニットは、命令実行ユニット１０から２０、命令実行ユ
ニット３０から４０というように２つのグループに別れ
て、それぞれ別の入出力データバス６１，６２と、入出
力カードアクセス調停機能１６−１，１６−２に接続さ
れている。 （３）この場合、命令実行ユニット制御機能６は、２つ
のグループのうち一方についてのみ、プログラムの実行
を行なう。

【００４５】（４）ここで、使用しているグループの命
令実行ユニットのうち、何れかに異常が発生した場合、
異常が発生した命令実行ユニットの命令実行処理部１３
から命令実行ユニット制御機能６に対して異常信号が出
力される。 （５）異常信号を検出した命令実行ユニット制御機能６
は、図６に示す異常が発生した命令実行ユニットの命令
実行処理部１３の状態を読み出し、チェックする。

【００４６】（６）そして、読み出した異常要因から命
令実行ユニットの異常か、または入出カード等の異常で
ある場合は、実行中のプログラムアドレスから残りの命
令コードの先頭アドレスと、残りのプログラムサイズを
計算する。そして使用中のグループの命令実行処理に対
して、プログラムの実行を停止させる。

【００４７】（７）そして、バス切替え機能１７に対し
て使用する入出力カードの入出力アクセスバスを切替え
た後、使用していなかったグループの命令実行ユニット
のＤＭＡ１１に対して、残りの命令コードの先頭アドレ
スと残りのプログラムサイズを指定してＤＭＡ１１を起
動することにより、実行が中断していたプログラムを実
行する。

【００４８】以上のようにこの実施の形態は、命令実行
処理の動作状態を監視し、異常を検出すると、他の命令
実行ユニットに、プログラムの実行を継続させることに
より、プログラマブルコントローラの信頼性を向上す
る。

【００４９】実施の形態５．この発明は予め入力された
プログラムに応じて、センサからのデータを読み込み、
処理してモータ等のアクチュエータを起動・停止した
り、接点信号の入り切りを行って、プラントの制御を行
うプログラマブルコントローラに適用したが、予め作成
されたプログラムに基づいて処理を行う制御装置や監視
装置、または計算機等もこのプログラマブルコントロー
ラに含める。

【００５０】

【発明の効果】（１）以上のようにこの発明によれば、
命令実行機能をユニット化したので、命令実行ユニット
単位で命令実行処理が行える効果がある。

【００５１】（２）また、複数の命令実行ユニットとし
たので、複数のプログラムを並列処理することができ、
また、命令実行ユニット数を増減することにより、シス
テムの規模や、処理量に応じて命令実行性能を変更でき
る効果がある。

【００５２】（３）また、データメモリアクセスバスと
入出力部アクセスバスとを別々に設けたので、データメ
モリへのアクセスと入出力部へのアクセスが同時に発生
しても処理する効果がある。

【００５３】（４）また、入出力部へのアクセスバスを
２個設けると共に、異常処理機能を設けたので、異常が
発生した場合、異常でない命令実行ユニットにプログラ
ムの実行を引き継がせる効果がある。

【００５４】（５）また、命令実行ユニットを着脱自在
の構造としたので、容易にユニット数の増減ができ、ま
た容易に取り替えが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１によるプログラマブ
ルコントローラの構成を示すブロック図である。

【図２】この発明の実施の形態１によるプログラマブル
コントローラの実行プログラムを検出するためのデータ
の説明図である。

【図３】この発明の実施の形態２によるプログラマブル
コントローラの構成を示すブロック図である。

【図４】この発明の実施の形態３によるプログラマブル
コントローラの構成を示すブロック図である。

【図５】この発明の実施の形態４によるプログラマブル
コントローラの構成を示すブロック図である。

【図６】この発明の実施の形態４によるプログラマブル
コントローラの命令実行処理部の異常情報を検出するた
めの情報の説明図である。

【図７】従来のプログラマブルコントローラの構成を示
すブロック図である。

【符号の説明】

１ プログラマブルコントローラ ２ プログラムデー
タメンテナンス装置 ３ スケジューラ機能 ４，４−１，４−２
入出力カード ５ プログラム変更機能 ６ 命令実行ユニット
制御機能 ７ データモニタ機能 ８ プログラム管理情
報 ９ プログラムメモリ １０，２０，３０，４０
命令実行ユニット １１ ＤＭＡ １２ ＦＩＦＯメモリ １３ 命令実行処理部 １４ データメモリア
クセス調停機能 １５ データメモリ １６−１，１６−２ 入出力カードアクセス調停機能 １７ バス切替え機能 ５１ データメモリア
クセスバス ６１，６２ 入出力データアクセスバス

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プログラムメモリに格納されたプログラ
   ムを実行するプログラマブルコントローラにおいて、Ｄ
   ＭＡとＦＩＦＯメモリと命令実行処理部とを含む命令実
   行ユニットを設け、上記プログラムメモリの実行プログ
   ラムを上記ＤＭＡにより一旦ＦＩＦＯメモリに貯え、命
   令実行処理部で上記ＦＩＦＯメモリのプログラムを読み
   出して命令を実行するようにしたことを特徴とするプロ
   グラマブルコントローラ。
2. 【請求項２】 請求項１記載のプログラマブルコントロ
   ーラにおいて、命令実行ユニットを複数台設け、上記各
   命令実行ユニットがプログラムメモリからそれぞれ別の
   実行プログラムを読み出して命令を実行する並列処理を
   可能としたことを特徴とするプログラマブルコントロー
   ラ。
3. 【請求項３】 請求項２記載のプログラマブルコントロ
   ーラにおいて、各命令処理部が各種データを保持するデ
   ータメモリへアクセスするためのデータメモリアクセス
   バスと、上記各命令処理部が入出力信号を授受するため
   の入出力部へのアクセスバスとを別々に設け、上記デー
   タメモリへのアクセスと上記入出力部へのアクセスとが
   同時に発生しても処理を可能としたことを特徴とするプ
   ログラマブルコントローラ。
4. 【請求項４】 請求項３記載のプログラマブルコントロ
   ーラにおいて、２つの入出力アクセスバスを設けると共
   に異常処理機能を設け、複数の命令実行ユニットの一部
   を一方の入出力アクセスバスに接続すると共に残りの命
   令実行ユニットを他方の入出力アクセスバスに接続し、
   上記異常処理機能は、上記各命令実行ユニットにおける
   命令実行処理の動作状態を監視し、異常が発生すると異
   常となった命令実行ユニットまたは入出力バスを切り離
   し、残りの命令実行ユニットまたは切り離ししない入出
   力アクセスバスを用いて、上記命令の実行を継続するよ
   うにした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５】 請求項１〜４のいずれか１項に記載のプ
   ログラマブルコントローラにおいて、命令実行ユニット
   は着脱自在の構造としたことを特徴とするプログラマブ
   ルコントローラ。