JPWO2014207825A1 - プログラマブルコントローラ - Google Patents

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Abstract

実施の形態のプログラマブルコントローラは、データ送受信用のバスと、同期制御信号を伝達する同期制御信号線と、前記同期制御信号線に接続され、外部からの信号に基づいて前記同期制御信号を生成する同期制御信号生成ユニットと、前記バス及び前記同期制御信号線に接続され、前記同期制御信号に同期して外部機器からの信号を内部メモリにラッチするデータ保持ユニットと、前記バス及び前記同期制御信号線に接続され、前記同期制御信号に同期して前記バスを介して前記内部メモリの値を読み取るCPUユニットと、を備える。

Description

本発明は、同期制御信号に同期したプログラマブルコントローラに関する。
プログラマブルコントローラを構築するカウンタユニットは、エンコーダなどの外部機器と接続し、外部機器より入力されるパルスをカウントし、カウント現在値を内部メモリに格納する。
CPUユニットは,一定周期の同期制御信号をカウンタユニットへ出力し、カウンタユニットは同期制御信号を受けて、エンコーダなどの外部機器より入力されるパルスのカウント現在値を内部メモリにラッチする。
このように、カウンタユニットがカウント現在値を内部メモリにラッチするタイミングと、CPUユニットのプログラムの実行開始タイミングは同期して実行されるため、安定した定周期でのカウント現在値を取得することができる。
特開2005−309627号公報 特開平11−205392号公報 特開2005−243008号公報 特開2009−181443号公報
カウンタユニットは、カウント現在値を取得することにより、ワークの現在位置などの情報を得ることができるため、他のプログラマブルコントローラのユニットと組合せて同期制御することにより、安定したデータを取得することができる。
しかしながら、従来のカウンタユニットは、CPUユニットより出力される一定周期で繰り返し発生する信号しか同期制御信号として選択できないため、任意のタイミングで同期制御をすることができない。従って、例えばワークの移動速度が一定でない場合は、従来の一定周期の信号しか同期制御信号として使用できないシステムにおいては、ワークの等間隔離れた場所における厚みを取得することができないという問題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、一定周期の信号を同期制御信号として使用するシステムでは実現できなかった制御を実現可能なプログラマブルコントローラ、例えば、ワークの移動速度が一定でない場合であっても、等間隔におけるワークの厚みを取得することが可能なプログラマブル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、データ送受信用のバスと、同期制御信号を伝達する同期制御信号線と、前記同期制御信号線に接続され、外部からの信号に基づいて前記同期制御信号を生成する同期制御信号生成ユニットと、前記バス及び前記同期制御信号線に接続され、前記同期制御信号に同期して外部機器からの信号を内部メモリにラッチするデータ保持ユニットと、前記バス及び前記同期制御信号線に接続され、前記同期制御信号に同期して前記バスを介して前記内部メモリの値を読み取るCPUユニットと、を備えることを特徴とする。
本発明にかかるプログラマブルコントローラは、外部動作によるタイミングを含んだシステムに最適なタイミングでの同期制御が可能となる。すなわち、外部入力(可変周期信号)に対して、プログラマブルコントローラの各ユニットが同じタイミングで動作する同期制御が可能になるという効果を奏する。
図1は、実施の形態1にかかるプログラマブルコントローラの構成を示す図である。 図2は、実施の形態1にかかるプログラマブルコントローラの詳細な構成を示すブロック図である。 図3は、実施の形態2にかかるプログラマブルコントローラの構成を示す図である。 図4は、実施の形態2にかかるプログラマブルコントローラの詳細な構成を示すブロック図である。 図5は、実施の形態2にかかるプログラマブルコントローラのタイミング図である。
以下に、本発明の実施の形態にかかるプログラマブルコントローラ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にかかる制御装置としてのプログラマブルコントローラ1の構成を示す図である。図1に示すように、本発明の実施形態にかかるプログラマブルコントローラ1は、CPUユニット11、データ保持ユニットとしてのカウンタユニット12、同期制御信号生成ユニットとしての入力ユニット13、およびベースユニット15の4つのユニットを備える。
ベースユニット15は、ユニット間でデータを送受信するためのバス通信線L1と,同期制御信号を伝達する同期制御信号線L2を備えている。また、ベースユニット15は、各ユニットと接続する板面部の表面側にコネクタK1〜K3を備えており、コネクタK1を介してCPUユニット11と、コネクタK2を介してカウンタユニット12と、コネクタK3を介して入力ユニット13と、それぞれ接続されている。
図1に示すように、プログラマブルコントローラ1においては、入力ユニット13が外部機器21からの任意の信号波形S1を受信し、これに基づいて任意の周期の同期制御信号を同期制御信号線L2に供給する。カウンタユニット12は、ベースユニット15上の同期制御信号線L2を流れるこの同期制御信号に同期して、外部機器22より入力されるパルスS2のパルス積算値であるカウント現在値をラッチして保持する。すなわち、カウント現在値とは、エンコーダなどの外部機器22からカウンタユニット12に入力されたパルスの数の積算値である。CPUユニット11も、同期制御信号線L2を流れるこの同期制御信号に同期して、プログラム処理を実行する。このプログラム処理は、CPUユニット11がカウンタユニット12の内部メモリに格納されているカウント現在値を、プログラム命令を使って読み出す処理である。
図2は、実施の形態1にかかるプログラマブルコントローラ1の詳細な構成を示すブロック図である。上述したようにプログラマブルコントローラ1は、CPUユニット11、カウンタユニット12、入力ユニット13、およびベースユニット15を備えている。
CPUユニット11、カウンタユニット12、および入力ユニット13の各ユニットは、ベースユニット15が備える同期制御信号を流すための同期制御信号線L2とデータを送受信するためのバス通信線L1に接続されている。CPUユニット11、カウンタユニット12、および入力ユニット13の各ユニットは、同期制御信号を同期制御信号線L2を介して受信する機能を有する割込信号制御部W1〜W3と各々のユニット間で必要なデータをバス通信線L1を介して送受信するための機能を有するバス通信処理部B1〜B3を有している。ベースユニット15は、ユニット間で必要なデータを送受信するための機能を有する通信中継制御部2を備える。
同期制御信号線L2は、クロック生成部3などから同期制御を可能とするための定周期の同期制御信号を流すことができるので、プログラマブルコントローラ1は、定周期で同期制御を行うことが可能であるが、任意の周期でも同期制御を行うことが可能である。任意の周期で同期制御を実施する場合は、例えば、図1に示すように外部機器21から入力される任意の信号波形S1を入力ユニット13が受信し、それを同期制御信号としてそのままベースユニット15の同期制御信号線L2に供給する。また、或いは、図2に示すように、入力ユニット13が備えた同期信号生成部4が受信した任意の信号波形S1に基づいて同期制御信号を生成して同期制御信号線L2に供給してもよい。
カウンタユニット12は、同期制御信号線L2上を流れる同期制御信号の立ち下がりエッジのタイミングで、外部機器22より入力されるパルスS2のパルス数の積算値であるカウント現在値をラッチして内部メモリM1に1同期制御周期にわたり保持する。ここで、1同期制御周期とは、同期制御信号の一周期(パルスの立ち上がり〜立ち上がり/立ち下がり〜立ち下がり)のことを言う。なお、任意の信号波形S1を発生する外部機器21とパルスS2を生成する外部機器22は異なっていてもよいし、同一であっても構わない。外部機器21と外部機器22とが異なっている場合とは、例えば2つのワークにおける動作が同期をとらなければならない場合などである。
一方、CPUユニット11は、プロセッサP1を内蔵しており、同期制御信号線L2上を流れる同期制御信号の立ち下がりエッジのタイミングで、プログラムを実行開始し、カウンタユニット12の内部メモリM1にラッチされているカウント現在値を、バス通信線L1を通して取得する。すなわち、CPUユニット11がカウンタユニット12のカウント現在値を読み出す関係にある。より詳細には、CPUユニット11は、内部メモリM1から、バス通信処理部B2、バス通信線L1、通信中継制御部2、バス通信線L1、およびバス通信処理部B1を介してカウント現在値を取得する。
以上より、カウンタユニット12がカウンタ現在値をラッチするタイミングとCPUユニット11がプログラムを実行するタイミングで同期が取れるため、一定周期のカウント値を取得することができる。これにより、プログラム上の命令実行タイミングでのバラツキによるカウント値の誤差を除去できる為、カウント情報を高精度に取得できる。
プログラマブルコントローラ1は、以上説明したように任意の周期での同期制御を行うことが可能であるが、一定の周期で同期制御を実施する場合は、CPUユニット11あるいはクロック生成部3がベースユニット15の同期制御信号線L2に一定周期の同期制御信号を発信し、システム全体がそれに同期して動作する。
実施の形態2.
実施の形態2においては、実施の形態1で説明したプログラマブルコントローラ1の具体的なアプリケーション事例としてプログラマブルコントローラ10について説明する。図3は、実施の形態2にかかるプログラマブルコントローラ10の構成を示す図である。
図3に示すように、プログラマブルコントローラ10は、CPUユニット11、データを保持するカウンタユニット12、同期制御信号を生成する入力ユニット13、データを保持するアナログ入力ユニット14、およびベースユニット15(図3では示されていない)を備える。即ち、本実施の形態のプログラマブルコントローラ10は、データ保持ユニットとして、カウンタユニット12に加えてアナログ入力ユニット14を備えている。
入力ユニット13には、ワーク30の位置を計測するエンコーダ31などがワーク30の移動量に応じて出力するパルス信号が入力される。このパルス信号は、例えば、ワーク30の移動量に応じてパルスの発生頻度が増減するような信号である。そして、カウンタユニット12にも、エンコーダ31からのパルス信号が入力される。即ち、本実施の形態は、実施の形態1における外部機器21と外部機器22とが同一である場合になっている。アナログ入力ユニット14には、ワーク30の厚みを計測する変位センサ32からのアナログ信号である電流信号が入力される。この電流信号は、例えば、ワーク30の厚みを反映した電流量などになっている。
図4は、実施の形態2にかかるプログラマブルコントローラ10の詳細な構成を示すブロック図である。上述したようにプログラマブルコントローラ10は、CPUユニット11、カウンタユニット12、入力ユニット13、アナログ入力ユニット14、およびベースユニット15を備えている。
図4のプログラマブルコントローラ10の基本的な構成は図2のプログラマブルコントローラ1と同様であるが、プログラマブルコントローラ10においては、カウンタユニット12および入力ユニット13に外部から入力される信号が共にエンコーダ31からのパルス信号であり、アナログ入力ユニット14が追加されている。アナログ入力ユニット14もカウンタユニット12と同様に、内部メモリM4、割込信号制御部W4、およびバス通信処理部B4を備える。内部メモリM4には、変位センサ32からの電流信号が入力される。割込信号制御部W4は、同期制御信号を同期制御信号線L2を介して受信する機能を有する。バス通信処理部B4は、各々のユニット間で必要なデータをバス通信線L1を介して送受信するための機能を有する。
図5は、図3に示したプログラマブルコントローラにおいて、任意の周期で同期制御を実施する場合のタイミング図である。ワーク30の移動速度が徐々に加速されて一定速度になり、暫く一定速度が保たれ、その後徐々に減速される場合の様子を示している。CPUユニット11がカウンタユニット12のカウント現在値およびアナログ入力ユニット14の厚み現在値を、プログラム命令を使って読み出す。厚み現在値とは、変位センサ32からアナログ入力ユニット14に入力された厚みの値である。図5の各周期において「CPUユニット(実行周期)」に示されている時間方向の幅は、CPUの実行周期を表しており、実行周期は毎スキャンほぼ同じ時間となる為、同じ幅にしてある。エンコーダ31からのパルス信号がワーク30の移動速度に比例した周波数を有している場合などは、入力ユニット13は、エンコーダ31からのパルス信号を同期制御信号として同期制御信号線L2にそのまま供給する。或いは、入力ユニット13の同期信号生成部4が、エンコーダ31からのパルス信号に基づいて、ワーク30の移動速度に比例した周波数の同期制御信号を生成して同期制御信号線L2に供給するようにしてもよい。
同期制御信号は、例えば図5に示すように、時間幅が変動する矩形状のパルス列の信号である。ワーク30の移動速度が徐々に加速されていくにつれ移動速度に比例して同期制御信号の周波数は高くなる。ワーク30の移動速度が一定の状態では同期制御信号の周波数は一定値を保つ。ワーク30の移動速度が徐々に減速されていくにつれ移動速度に比例して同期制御信号の周波数は低くなる。
図5に示すように、カウンタユニット12は、同期制御信号の立ち下がりエッジのタイミングで、カウント現在値(x1〜x7)を内部メモリM1に1同期制御周期の間ラッチする。アナログ入力ユニット14は、同期制御信号の立ち下がりエッジのタイミングで、厚み現在値(アナログ値)(y1〜y7)を内部メモリM4に1同期制御周期の間ラッチする。
一方、CPUユニット11は、同期制御信号の立ち下がりのタイミングでプログラムの実行を開始し、カウンタユニット12の内部メモリM1の値およびアナログ入力ユニット14の内部メモリM4の値をバス通信線L1を通して読出す。これにより、ワーク30の現在位置における厚みを高い精度で取得することが可能となる。即ち、ワーク30の移動速度に比例した周波数を有するパルス信号を同期制御信号として同期制御信号線L2に供給することで、ワークの移動速度が一定でない場合でも、同一タイミングにおける位置情報(カウンタユニット12のカウント現在値)と厚み(アナログ入力ユニット14の厚み現在値)を取得することができる。これにより、ワーク30の移動方向において等間隔での厚みを取得することが可能となる。
以上説明したように、本実施の形態にかかるプログラマブルコントローラにおいては、定周期の同期制御信号に加えて、任意の外部入力信号を使用する。カウンタユニット(データ保持ユニット)が同期制御信号に同期するタイミングで現在のカウント値(カウント現在値)を1同期周期の間ラッチし、CPUユニットが同期制御信号の同期するタイミングをプログラム実行開始のタイミングとすることによりプログラマブルコントローラ全体の制御タイミングを外部から与えられた任意の周期に合わせることを可能とするものである。本実施の形態にかかるプログラマブルコントローラにおいては、任意の外部信号を同期制御信号として使用することができるため、定周期信号のみを同期制御信号として使用するプログラマブルコントローラでは実現できなかったきめ細かな制御を実現することが可能となる。
さらに、本願発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上記実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出されうる。例えば、実施の形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出されうる。更に、異なる実施の形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
以上のように、本発明にかかるプログラマブルコントローラは、ワークの加工などの制御に有用であり、特に、ワークの移動速度が変化する場合などに移動方向に等間隔にワークの厚みを測定することに適している。
1,10 プログラマブルコントローラ、2 通信中継制御部、3 クロック生成部、4 同期信号生成部、11 CPUユニット、12 カウンタユニット、13 入力ユニット、14 アナログ入力ユニット、15 ベースユニット、21,22 外部機器、30 ワーク、31 エンコーダ、32 変位センサ、K1〜K3 コネクタ、W1〜W4 割込信号制御部、S1 信号波形、S2 パルス、L1 バス通信線、L2 同期制御信号線、B1〜B4 バス通信処理部、P1 プロセッサ、M1,M4 内部メモリ。

Claims (4)

  1. データ送受信用のバスと、
    同期制御信号を伝達する同期制御信号線と、
    前記同期制御信号線に接続され、外部からの信号に基づいて前記同期制御信号を生成する同期制御信号生成ユニットと、
    前記バス及び前記同期制御信号線に接続され、前記同期制御信号に同期して外部機器からの信号を内部メモリにラッチするデータ保持ユニットと、
    前記バス及び前記同期制御信号線に接続され、前記同期制御信号に同期して前記バスを介して前記内部メモリの値を読み取るCPUユニットと、
    を備える
    ことを特徴とするプログラマブルコントローラ。
  2. 前記データ保持ユニットとして、ワークの移動量に基づいたパルス信号のパルスをカウントしたカウント値をラッチするカウンタユニットと、前記ワークの厚みに基づいたアナログ信号をラッチするアナログ入力ユニットと、を備え、
    前記同期制御信号は前記パルス信号である
    ことを特徴とする請求項1に記載のプログラマブルコントローラ。
  3. 前記CPUユニットが生成した一定周期の信号を前記同期制御信号として使用する
    ことを特徴とする請求項1または2に記載のプログラマブルコントローラ。
  4. 前記データ保持ユニットは、前記同期制御信号の立ち下がりエッジのタイミングでラッチし、前記同期制御信号の1周期の間同じ値を保持する
    ことを特徴とする請求項1、2または3に記載のプログラマブルコントローラ。
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