JPWO2014162534A1 - プログラマブルロジックコントローラ - Google Patents

Abstract

プログラマブルロジックコントローラは、制御ユニット（１２）を有する。プログラマブルロジックコントローラにおいて、制御ユニット（１２）は、互いに隣り合う制御ユニット（１２）の側面（１４）同士が間隔をなすように設置されている。プログラマブルロジックコントローラにおいて、制御ユニット（１２）は、制御ユニット（１２）の側面（１４）同士の間隔が、プログラマブルロジックコントローラの設置環境に応じて設定可能とされている。

Description

本発明は、プログラマブルロジックコントローラに関する。

従来、ファクトリーオートメーションの分野では、複数の制御ユニットから構成されるビルディングブロック型のプログラマブルロジックコントローラが使用されている。複数の制御ユニットがベースユニットに取り付けられるプログラマブルロジックコントローラにおいて、制御ユニットの取り付け位置は、互いに隣り合う制御ユニット同士が隙間無く配置されるように設定されている。

プログラマブルロジックコントローラは、制御プログラムに応じた正常な動作を保証するために、動作時の周辺温度や使用場所の標高に上限が設けられている。かかる上限を超える環境での動作を強いると、プログラマブルロジックコントローラは、制御ユニット内の制御回路等からの放熱が不十分となり、過熱による異常を起こしかねない状態となる。

例えば所定の動作環境を想定して設計された標準品の制御ユニットを備えるプログラマブルロジックコントローラは、放熱性の向上あるいは発熱量の抑制のための構成変更を加えることで、標準品の基本仕様を残しながら、周辺温度の上限および標高の上限を上げることが可能となる。放熱性を向上させるために取り得る措置としては、ベースユニットにおいて制御ユニットを１スロットおきの配置とすること、ファン等の強制冷却のための手段の追加、放熱部材の追加等があげられる。発熱量を抑制させるために取り得る措置としては、制御ユニットの機能に制限を設けること等があげられる。

また、例えば特許文献１には、モジュール型コントローラの筐体について、筐体を構成する左右の側面それぞれの中央部分から前面寄りの部位全体を絞り込ませた外形形状とすることが開示されている。特許文献１には、筐体の側面に形成された貫通孔を介して外気と内部空間とを連通させることで、放熱性が高められることが記載されている。

特開２０００−２２２００７号公報

放熱性を向上させるために制御ユニットの配置を１スロットおきとする場合、所定の面積の設置場所に取り付け可能な制御ユニットの数が半減することとなる。または、制御ユニットの数を半減させない代わりに、倍の面積の設置場所を要することになる。発熱量の抑制のために制御ユニットの機能に制限を設ける場合、プログラマブルロジックコントローラは、標準品による本来の処理性能が得られないこととなる。

ファン等の強制冷却のための手段を追加する場合、何らかの不具合により強制冷却が停止したときに過熱による異常が起きるおそれがあることで、製品の信頼性低下が問題となる。放熱部材を追加する場合、放熱部材の固定のためのスペースが新たに必要となることで制御ユニットを大型化させることになる。また、何らかの不具合により放熱部材が脱落した場合に過熱による異常が起きるおそれがあることで、製品の信頼性低下が問題となる。

特許文献１に開示の構成では、ベースに装着されているモジュール型コントローラ同士は、それぞれの側面を当接させて配置されている。この場合、モジュール型コントローラは、隣接するモジュール型コントローラからの熱伝導を受け易くなることが問題となる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、設置環境に適応した放熱特性を容易に得ることができ、かつ制御ユニット間の熱伝導を抑制可能とするプログラマブルロジックコントローラを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、制御ユニットを有するプログラマブルロジックコントローラであって、前記制御ユニットは、互いに隣り合う前記制御ユニットの側面同士が間隔をなすように設置され、かつ、前記プログラマブルロジックコントローラの設置環境に応じて前記間隔が設定可能とされていることを特徴とする。

本発明にかかるプログラマブルロジックコントローラは、隣り合う制御ユニット同士を側面で当接させず、制御ユニット同士の間に間隙を設ける。隣り合う制御ユニット同士が間隙を介して配置されることで、制御ユニット間の熱伝導を抑制させることができる。制御ユニットの設置間隔は、設置環境として想定される周辺温度や標高において自然空冷による十分な放熱性が得られるように適宜設定される。プログラマブルロジックコントローラは、制御ユニットの数を半減させる措置や、高耐熱用の特殊仕様品の開発をしなくても、動作時の周辺温度の上限や使用場所の標高の上限を高めることができる。プログラマブルロジックコントローラは、標準品である制御ユニットを備える構成として、設置環境に適応した放熱特性を容易に得ることができる。これにより、設置環境に適応した放熱特性を容易に得ることができ、かつ制御ユニット間の熱伝導を抑制できるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１にかかるプログラマブルロジックコントローラの概略構成を示す図である。 図２は、制御ユニットの間隔と、制御ユニット内部の部品の温度上昇との関係の例を示す図である。 図３は、制御ユニットを固定する固定装置を備える例を示す図である。 図４は、本発明の実施の形態２にかかるプログラマブルロジックコントローラの概略構成を示す図である。 図５は、本発明の実施の形態３にかかるプログラマブルロジックコントローラの概略構成を示す図である。

以下に、本発明にかかるプログラマブルロジックコントローラの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかるプログラマブルロジックコントローラの概略構成を示す図である。プログラマブルロジックコントローラは、制御ユニット１２およびベースユニット１１を有する。ベースユニット１１には、複数の制御ユニット１２が取り付けられている。

制御ユニット１２は、シーケンスプログラムに応じて被制御機器を制御する。制御ユニット１２は、例えば標準品とする。標準品とは、設計、開発、量産体制が既にあるような一般的な製品を指すものとする。制御ユニット１２は、直方体形状の外形をなしている。

ベースユニット１１には、コネクタ１３が実装されている。コネクタ１３は、制御ユニット１２の背面にある端子とベースユニット１１のプリント基板とを接続する。コネクタ１３は、ベースユニット１１に取り付けられる制御ユニット１２ごとに設けられている。

ベースユニット１１は、互いに隣り合って取り付けられた制御ユニット１２の側面１４同士が間隔をなすように、制御ユニット１２の取り付け位置が設定されている。隣り合う制御ユニット１２の側面１４同士の間の間隔を、Ｄとする。制御ユニット１２を並列させる左右方向における制御ユニット１２の幅をＷとすると、Ｄ＜Ｗが成り立つものとする。

制御ユニット１２は、駆動に伴う各種部品の発熱によって、筐体内部の温度が上昇する。隣り合う制御ユニット１２同士を、間隔を設けて配置することで、制御ユニット１２は、制御ユニット１２同士の間での空気対流によって、側面１４からの放熱が促進される。プログラマブルロジックコントローラは、自然空冷による制御ユニット１２の十分な放熱が可能となる。また、プログラマブルロジックコントローラは、隣り合う制御ユニット１２同士を側面１４で当接させないことで、制御ユニット１２間の熱伝導を抑制させることができる。

間隔Ｄは、プログラマブルロジックコントローラの設置環境に応じて設定可能であるものとする。プログラマブルロジックコントローラは、間隔Ｄを大きく確保するほど放熱性が高められる一方、所定のベースユニット１１に取り付け可能な制御ユニット１２の数が少なくなる。

仮に、側面１４同士の間に間隔を設けずに制御ユニット１２を配置する場合を当初状態として、当初状態から制御ユニット１２を１スロットおきの配置にしたとする。このとき、制御ユニット１２の間隔Ｄは、制御ユニット１２の幅Ｗに一致する（Ｄ＝Ｗ）。この場合、当初状態と比べると、所定面積のベースユニット１１に取り付け可能な制御ユニット１２の数が半減することとなる。または、制御ユニットの数を半減させない代わりに、当初状態に比べて倍以上の面積のベースユニット１１が必要となる。

これに対し、本実施形態にかかるプログラマブルロジックコントローラは、制御ユニット１２を上述の１スロットおきの配置とするよりも、制御ユニット１２を小さい間隔としている（Ｄ＜Ｗ）。これにより、ベースユニット１１に取り付け可能な制御ユニット１２の数の減少、あるいはベースユニット１１の面積の増大が抑えられる。

標準品である制御ユニット１２は、隣り合う制御ユニット１２同士の隙間が無いように配置しても、所定環境下では正常な動作が保証されているものとする。この所定環境に対して高い温度の環境や、高い標高の場所にて、制御ユニット１２が隙間無く配置されたプログラマブルロジックコントローラを使用することとした場合、制御ユニット１２の放熱が不十分となり得る。プログラマブルロジックコントローラは、過熱による異常を起こしかねない状態となる。

本発明によると、プログラマブルロジックコントローラの設置環境が、標準品について動作が保証されている所定環境よりも高温となることが想定される場合に、所定環境に対して想定される温度上昇分に応じた間隔Ｄを設定する。所定環境下の設置の場合より高い放熱性が求められる環境下においても、制御ユニット１２を配置する間隔Ｄを適宜調整することで、プログラマブルロジックコントローラは、十分な温度低減効果によって正常な動作が可能となる。

図２は、制御ユニットの間隔と、制御ユニット内部の部品の温度上昇との関係の例を示す図である。図２には、制御ユニット１２内部の８個の部品について、間隔Ｄ（ｍｍ）と、温度上昇ΔＴ（℃）との関係を示している。ここでは、制御ユニット１２内部の部品に関する説明を省略する。

いずれの部品についても、間隔Ｄが大きくなるほど、温度上昇ΔＴが減少する。図２に示す例によると、間隔Ｄに対する温度上昇ΔＴの変化の特性は、いずれの部品についてもほぼ同様といえる。間隔Ｄが１ｍｍ大きくなるごとに、温度上昇ΔＴは約２℃の割合で減少する。

この関係によると、ある構成について動作が保証されている所定環境よりも動作温度が５℃高くなる場合は、当初の構成に対し間隔Ｄを３ｍｍ程度拡大させることで、制御ユニット１２の十分な放熱を見込むことができる。

コネクタ１３は、設置環境に応じて設定された制御ユニット１２の間隔に合わせて配置されている。制御ユニット１２を並列させる左右方向における各コネクタ１３の中心位置同士の間の距離Ｃは、制御ユニット１２の幅Ｗに間隔Ｄを足し合わせた長さとなる（Ｃ＝Ｄ＋Ｗ）。

仮に、制御ユニット１２を上述の当初状態から１スロットおきの配置とした場合、距離Ｃは、幅Ｗの２倍に一致する（Ｃ＝２×Ｗ）。このとき、制御ユニット１２の間隔Ｄは、制御ユニット１２の幅Ｗに一致する（Ｄ＝Ｗ）。

これに対し、本実施形態にかかるプログラマブルロジックコントローラは、制御ユニット１２を上述の１スロットおきの配置とするよりも、制御ユニット１２の間隔を小さくさせている。間隔Ｄは、制御ユニット１２の幅Ｗより小さい（Ｄ＜Ｗ）。距離Ｃは、１つの制御ユニット１２の幅Ｗより大きく、かつ幅Ｗの２倍より小さくなる（Ｗ＜Ｃ＜２×Ｗ）。これにより、ベースユニット１１に取り付け可能な制御ユニット１２の数の減少、あるいはベースユニット１１の面積の増大が抑えられる。

図３は、制御ユニットを固定する固定装置を備える例を示す図である。固定装置１５は、ベースユニット１１に取り付けられる制御ユニット１２ごとに設けられている。制御ユニット１２の各設置位置に、ベースユニット１１を介して上下一対の固定装置１５が取り付けられている。上下の固定装置１５は、それぞれ、制御ユニット１２の上面と下面とをベースユニット１１に固定する。コネクタ１３と同様、固定装置１５は、設置環境に応じて設定された制御ユニット１２の間隔に合わせて配置されている。

以上のように、プログラマブルロジックコントローラは、ベースユニット１１に取り付けられる制御ユニット１２の間隔を調整する簡易な措置によって、設置環境に適応した放熱特性を容易に得ることができる。プログラマブルロジックコントローラは、制御ユニット１２の数を半減させる措置や、高耐熱用の特殊仕様品の開発をしなくても、動作時の周辺温度の上限や使用場所の標高の上限を高めることができる。プログラマブルロジックコントローラは、標準品の制御ユニット１２を備える構成として、設置環境に適応した放熱特性を容易に得ることができるとともに、制御ユニット１２間の熱伝導を抑制できるという効果を奏する。

実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２にかかるプログラマブルロジックコントローラの概略構成を示す図である。実施の形態２にかかるプログラマブルロジックコントローラは、実施の形態１のベースユニット１１に代えて、制御ユニット１２同士を接続するコネクタを有する。実施の形態１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。

第１コネクタ１６は、制御ユニット１２に固定されたコネクタである。第１コネクタ１６は、制御ユニット１２の左右の側面１４に取り付けられている。第１コネクタ１６は、従来の構成にて複数の制御ユニット１２を連結する際に使用されているコネクタと同様の構成を備える。

第２コネクタ１７は、互いに隣り合う制御ユニット１２に固定された第１コネクタ１６同士を接続するコネクタである。第２コネクタ１７は、第１コネクタ１６とともに、制御ユニット１２を配置する間隔を定めている。なお、図４では、第１コネクタ１６が取り付けられた制御ユニット１２と第２コネクタ１７とを離して示している。

第１コネクタ１６および第２コネクタ１７は、互いに隣り合う制御ユニット１２の側面１４同士の間に配置されている。第２コネクタ１７は、第１コネクタ１６とともに、制御ユニット１２を配置する間隔を、設置環境に応じて設定可能とする。

制御ユニット１２は、第１コネクタ１６および第２コネクタ１７が設けられることで、側面１４同士が間隔をなすように設置されている。プログラマブルロジックコントローラは、実施の形態１と同様に、隣り合う制御ユニット１２同士を側面１４で当接させないことで、制御ユニット１２間の熱伝導を抑制可能とする。

実施の形態１と同様に、プログラマブルロジックコントローラは、制御ユニット１２を配置する間隔を適宜調整することで、十分な温度低減効果によって正常な動作が可能となる。プログラマブルロジックコントローラは、第１コネクタ１６および第２コネクタ１７によって制御ユニット１２の間隔を調整する簡易な措置によって、設置環境に適応した放熱特性を容易に得ることができる。プログラマブルロジックコントローラは、標準品の制御ユニット１２を備える構成において、設置環境に適応した放熱特性を容易に得ることができるとともに、制御ユニット１２間の熱伝導を抑制できる。

実施の形態３．
図５は、本発明の実施の形態３にかかるプログラマブルロジックコントローラの概略構成を示す図である。実施の形態３にかかるプログラマブルロジックコントローラは、実施の形態２の構成に固定装置１８が追加されたものである。実施の形態２と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。

固定装置１８は、互いに隣り合う制御ユニット１２の側面１４同士を固定する。固定装置１８は、第２コネクタ１７と一対で用いられている。プログラマブルロジックコントローラは、固定装置１８を設けることで、振動等による制御ユニット１２の脱落を抑制させる。

実施の形態１および２と同様に、プログラマブルロジックコントローラは、標準品の制御ユニット１２を備える構成において、設置環境に適応した放熱特性を容易に得ることができるとともに、制御ユニット１２間の熱伝導を抑制できる。

１１ ベースユニット、１２ 制御ユニット、１３ コネクタ、１４ 側面、１５ 固定装置、１６ 第１コネクタ、１７ 第２コネクタ、１８ 固定装置。

Claims (7)

1. 制御ユニットを有するプログラマブルロジックコントローラであって、
   前記制御ユニットは、互いに隣り合う前記制御ユニットの側面同士が間隔をなすように設置され、かつ、前記プログラマブルロジックコントローラの設置環境に応じて前記間隔が設定可能とされていることを特徴とするプログラマブルロジックコントローラ。
2. 前記制御ユニットが取り付けられるベースユニットを有し、
   前記ベースユニットは、互いに隣り合って取り付けられた前記制御ユニットの前記側面同士が前記間隔をなすように前記制御ユニットの取り付け位置が設定され、かつ、前記設置環境に応じて前記間隔を設定可能とすることを特徴とする請求項１に記載のプログラマブルロジックコントローラ。
3. 前記ベースユニットには、前記制御ユニットを前記ベースユニットに接続するコネクタが実装され、
   前記制御ユニットを並列させる方向における、前記コネクタの位置同士の間の距離は、前記方向における前記制御ユニットの幅より大きく、かつ前記幅の２倍より小さいことを特徴とする請求項２に記載のプログラマブルロジックコントローラ。
4. 前記ベースユニットに前記制御ユニットを固定する固定装置をさらに有し、
   前記固定装置は、前記制御ユニットごとに設けられ、かつ前記設置環境に応じて設定された前記間隔に合わせて配置されていることを特徴とする請求項２または３に記載のプログラマブルロジックコントローラ。
5. 前記制御ユニット同士を接続するコネクタを有し、
   前記コネクタは、互いに隣り合う前記制御ユニットの前記側面同士の間に配置され、かつ、前記側面同士がなす前記間隔を、前記設置環境に応じて設定可能とすることを特徴とする請求項１に記載のプログラマブルロジックコントローラ。
6. 前記コネクタは、
   前記制御ユニットに固定された第１コネクタと、
   互いに隣り合う前記制御ユニットに固定されている前記第１コネクタ同士を接続する第２コネクタと、を備えることを特徴とする請求項５に記載のプログラマブルロジックコントローラ。
7. 互いに隣り合う前記制御ユニット同士を固定する固定装置をさらに有することを特徴とする請求項５または６に記載のプログラマブルロジックコントローラ。

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