KR20160018796A - 프로그래머블 컨트롤러 - Google Patents

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KR20160018796A
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준지 야마모토
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미쓰비시덴키 가부시키가이샤
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Abstract

실시 형태의 프로그래머블 컨트롤러는 데이터 송수신용의 버스와, 동기 제어 신호를 전달하는 동기 제어 신호선과, 상기 동기 제어 신호선에 접속되어, 외부로부터의 신호에 기초하여 상기 동기 제어 신호를 생성하는 동기 제어 신호 생성 유닛과, 상기 버스 및 상기 동기 제어 신호선에 접속되어, 상기 동기 제어 신호에 동기하여 외부 기기로부터의 신호를 내부 메모리에 래치하는 데이터 유지 유닛과, 상기 버스 및 상기 동기 제어 신호선에 접속되어, 상기 동기 제어 신호에 동기하여 상기 버스를 통해서 상기 내부 메모리의 값을 판독하는 CPU 유닛을 구비한다.

Description

프로그래머블 컨트롤러{PROGRAMMABLE CONTROLLER}
본 발명은 동기 제어 신호에 동기한 프로그래머블 컨트롤러에 관한 것이다.
프로그래머블 컨트롤러를 구축하는 카운터 유닛은, 인코더 등의 외부 기기와 접속하고, 외부 기기로부터 입력되는 펄스를 카운트하여, 카운트 현재치를 내부 메모리에 격납한다.
CPU 유닛은 일정 주기의 동기 제어 신호를 카운터 유닛으로 출력하고, 카운터 유닛은 동기 제어 신호를 받아, 인코더 등의 외부 기기로부터 입력되는 펄스의 카운트 현재치를 내부 메모리에 래치(latch)한다.
이와 같이, 카운터 유닛이 카운트 현재치를 내부 메모리에 래치하는 타이밍과, CPU 유닛의 프로그램의 실행 개시 타이밍은 동기하여 실행되기 때문에, 안정된 정주기(定周期)에서의 카운트 현재치를 취득할 수 있다.
특허 문헌 1: 일본 특개 2005－309627호 공보 특허 문헌 2: 일본 특개평 11－205392호 공보 특허 문헌 3: 일본 특개 2005－243008호 공보 특허 문헌 4: 일본 특개 2009－181443호 공보
카운터 유닛은 카운트 현재치를 취득함으로써, 워크의 현재 위치 등의 정보를 얻을 수 있기 때문에, 다른 프로그래머블 컨트롤러의 유닛과 조합하여 동기 제어함으로써, 안정된 데이터를 취득할 수 있다.
그렇지만, 종래의 카운터 유닛은, CPU 유닛으로부터 출력되는 일정 주기로 반복하여 발생하는 신호밖에 동기 제어 신호로서 선택할 수 없기 때문에, 임의의 타이밍에서 동기 제어를 할 수 없다. 따라서 예를 들면 워크의 이동 속도가 일정하지 않은 경우는, 종래의 일정 주기의 신호밖에 동기 제어 신호로서 사용할 수 없는 시스템에 있어서는, 워크의 등간격 떨어진 장소에 있어서의 두께를 취득할 수 없다고 하는 문제가 있었다.
본 발명은 상기를 감안하여 이루어진 것으로서, 일정 주기의 신호를 동기 제어 신호로서 사용하는 시스템에서는 실현할 수 없었던 제어를 실현 가능한 프로그래머블 컨트롤러, 예를 들면, 워크의 이동 속도가 일정하지 않은 경우에도, 등간격에 있어서의 워크의 두께를 취득하는 것이 가능한 프로그래머블 컨트롤러를 얻는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하여 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 데이터 송수신용의 버스와, 동기 제어 신호를 전달하는 동기 제어 신호선과, 상기 동기 제어 신호선에 접속되어, 외부로부터의 신호에 기초하여 상기 동기 제어 신호를 생성하는 동기 제어 신호 생성 유닛과, 상기 버스 및 상기 동기 제어 신호선에 접속되어, 상기 동기 제어 신호에 동기하여 외부 기기로부터의 신호를 내부 메모리에 래치하는 데이터 유지 유닛과, 상기 버스 및 상기 동기 제어 신호선에 접속되어, 상기 동기 제어 신호에 동기하여 상기 버스를 통해서 상기 내부 메모리의 값을 판독하는 CPU 유닛을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 프로그래머블 컨트롤러는, 외부 동작에 의한 타이밍을 포함한 시스템에 최적인 타이밍에서의 동기 제어가 가능해진다. 즉, 외부 입력(가변 주기 신호)에 대해서, 프로그래머블 컨트롤러의 각 유닛이 같은 타이밍에서 동작하는 동기 제어가 가능하게 된다고 하는 효과를 달성한다.
도 1은 실시 형태 1에 따른 프로그래머블 컨트롤러의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 실시 형태 1에 따른 프로그래머블 컨트롤러의 상세한 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 실시 형태 2에 따른 프로그래머블 컨트롤러의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 실시 형태 2에 따른 프로그래머블 컨트롤러의 상세한 구성을 나타내는 블록도이다.
도 5는 실시 형태 2에 따른 프로그래머블 컨트롤러의 타이밍도이다.
이하에, 본 발명의 실시 형태에 따른 프로그래머블 컨트롤러를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 또한, 이 실시 형태에 의해 이 발명이 한정되는 것은 아니다.
실시 형태 1.
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 따른 제어 장치로서의 프로그래머블 컨트롤러(1)의 구성을 나타내는 도면이다. 도 1에 도시하는 것처럼, 본 발명의 실시 형태에 따른 프로그래머블 컨트롤러(1)는 CPU 유닛(11), 데이터 유지 유닛으로서의 카운터 유닛(12), 동기 제어 신호 생성 유닛으로서의 입력 유닛(13), 및 베이스 유닛(15)의 4개의 유닛을 구비한다.
베이스 유닛(15)은 유닛 사이에서 데이터를 송수신하기 위한 버스 통신선 L1과, 동기 제어 신호를 전달하는 동기 제어 신호선 L2를 구비하고 있다. 또, 베이스 유닛(15)은 각 유닛과 접속하는 판면부(板面部)의 표면측에 커넥터 K1~K3을 구비하고 있고, 커넥터 K1을 통해서 CPU 유닛(11)과, 커넥터 K2를 통해서 카운터 유닛(12)과, 커넥터 K3을 통해서 입력 유닛(13)과 각각 접속되어 있다.
도 1에 도시하는 것처럼, 프로그래머블 컨트롤러(1)에 있어서는, 입력 유닛(13)이 외부 기기(21)로부터의 임의의 신호 파형 S1을 수신하고, 이것에 기초하여 임의의 주기의 동기 제어 신호를 동기 제어 신호선 L2에 공급한다. 카운터 유닛(12)은 베이스 유닛(15)상의 동기 제어 신호선 L2를 흐르는 이 동기 제어 신호에 동기하여, 외부 기기(22)로부터 입력되는 펄스 S2의 펄스 적산치(積算値)인 카운트 현재치를 래치하여 유지한다. 즉, 카운트 현재치란, 인코더 등의 외부 기기(22)로부터 카운터 유닛(12)에 입력된 펄스 수의 적산치이다. CPU 유닛(11)도, 동기 제어 신호선 L2를 흐르는 이 동기 제어 신호에 동기하여, 프로그램 처리를 실행한다. 이 프로그램 처리는, CPU 유닛(11)이 카운터 유닛(12)의 내부 메모리에 격납되어 있는 카운트 현재치를, 프로그램 명령을 사용하여 판독하는 처리이다.
도 2는 실시 형태 1에 따른 프로그래머블 컨트롤러(1)의 상세한 구성을 나타내는 블록도이다. 상술한 것처럼 프로그래머블 컨트롤러(1)는 CPU 유닛(11), 카운터 유닛(12), 입력 유닛(13), 및 베이스 유닛(15)을 구비하고 있다.
CPU 유닛(11), 카운터 유닛(12) 및 입력 유닛(13)의 각 유닛은, 베이스 유닛(15)이 구비하는 동기 제어 신호를 흘리기 위한 동기 제어 신호선 L2와 데이터를 송수신하기 위한 버스 통신선 L1에 접속되어 있다. CPU 유닛(11), 카운터 유닛(12) 및 입력 유닛(13)의 각 유닛은, 동기 제어 신호를 동기 제어 신호선 L2를 통해서 수신하는 기능을 가지는 인터럽트 신호 제어부 W1~W3과 각각의 유닛 사이에서 필요한 데이터를 버스 통신선 L1을 통해서 송수신하기 위한 기능을 가지는 버스 통신 처리부 B1~B3을 가지고 있다. 베이스 유닛(15)은 유닛간에 필요한 데이터를 송수신하기 위한 기능을 가지는 통신 중계 제어부(2)를 구비한다.
동기 제어 신호선 L2는 클록 생성부(3) 등으로부터 동기 제어를 가능하게 하기 위한 정주기의 동기 제어 신호를 흘릴 수 있으므로, 프로그래머블 컨트롤러(1)는 정주기로 동기 제어를 행하는 것이 가능하지만, 임의의 주기라도 동기 제어를 행하는 것이 가능하다. 임의의 주기로 동기 제어를 행하는 경우는, 예를 들면, 도 1에 도시하는 것처럼 외부 기기(21)로부터 입력되는 임의의 신호 파형 S1을 입력 유닛(13)이 수신하고, 그것을 동기 제어 신호로 하여 그대로 베이스 유닛(15)의 동기 제어 신호선 L2에 공급한다. 또, 혹은, 도 2에 도시하는 것처럼, 입력 유닛(13)이 구비한 동기 신호 생성부(4)가 수신한 임의의 신호 파형 S1에 기초하여 동기 제어 신호를 생성해서 동기 제어 신호선 L2에 공급해도 좋다.
카운터 유닛(12)은 동기 제어 신호선 L2상을 흐르는 동기 제어 신호의 하강 에지(falling edge)의 타이밍에서, 외부 기기(22)로부터 입력되는 펄스 S2의 펄스수의 적산치인 카운트 현재치를 래치하여 내부 메모리 M1에 1 동기 제어 주기에 걸쳐 유지한다. 여기서, 1 동기 제어 주기란, 동기 제어 신호의 일주기(펄스의 상승(rising edge)~상승/하강~하강)를 말한다. 또한, 임의의 신호 파형 S1을 발생하는 외부 기기(21)와 펄스 S2를 생성하는 외부 기기(22)는 달라도 되고, 동일해도 상관없다. 외부 기기(21)와 외부 기기(22)가 다른 경우란, 예를 들면 2개의 워크에 있어서의 동작이 동기를 취하지 않으면 안 되는 경우 등이다.
한편, CPU 유닛(11)은 프로세서 P1를 내장하고 있고, 동기 제어 신호선 L2상을 흐르는 동기 제어 신호의 하강 에지의 타이밍에서, 프로그램을 실행 개시하여, 카운터 유닛(12)의 내부 메모리 M1에 래치되어 있는 카운트 현재치를, 버스 통신선 L1을 통해 취득한다. 즉, CPU 유닛(11)이 카운터 유닛(12)의 카운트 현재치를 판독하는 관계에 있다. 보다 상세하게는, CPU 유닛(11)은 내부 메모리 M1로부터, 버스 통신 처리부 B2, 버스 통신선 L1, 통신 중계 제어부(2), 버스 통신선 L1, 및 버스 통신 처리부 B1을 통해서 카운트 현재치를 취득한다.
이상으로부터, 카운터 유닛(12)이 카운터 현재치를 래치하는 타이밍과 CPU 유닛(11)이 프로그램을 실행하는 타이밍에서 동기가 취해지기 때문에, 일정 주기의 카운트치를 취득할 수 있다. 이것에 의해, 프로그램상의 명령 실행 타이밍에서의 변화(variation)에 의한 카운트치의 오차를 제거할 수 있기 때문에, 카운트 정보를 고정밀도로 취득할 수 있다.
프로그래머블 컨트롤러(1)는, 이상 설명한 것처럼 임의의 주기로의 동기 제어를 행하는 것이 가능하지만, 일정한 주기로 동기 제어를 실시하는 경우는, CPU 유닛(11) 혹은 클록 생성부(3)가 베이스 유닛(15)의 동기 제어 신호선 L2에 일정 주기의 동기 제어 신호를 발신하고, 시스템 전체가 그것에 동기하여 동작한다.
실시 형태 2.
실시 형태 2에 있어서는, 실시 형태 1에서 설명한 프로그래머블 컨트롤러(1)의 구체적인 애플리케이션 사례로서 프로그래머블 컨트롤러(10)에 대해서 설명한다. 도 3은 실시 형태 2에 따른 프로그래머블 컨트롤러(10)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3에 도시하는 것처럼, 프로그래머블 컨트롤러(10)는, CPU 유닛(11), 데이터를 유지하는 카운터 유닛(12), 동기 제어 신호를 생성하는 입력 유닛(13), 데이터를 유지하는 아날로그 입력 유닛(14) 및 베이스 유닛(15)(도 3에서는 도시되어 있지 않음)을 구비한다. 즉, 본 실시 형태의 프로그래머블 컨트롤러(10)는, 데이터 유지 유닛으로서, 카운터 유닛(12)에 더하여 아날로그 입력 유닛(14)을 구비하고 있다.
입력 유닛(13)에는, 워크(30)의 위치를 계측하는 인코더(31) 등이 워크(30)의 이동량에 따라 출력하는 펄스 신호가 입력된다. 이 펄스 신호는, 예를 들면, 워크(30)의 이동량에 따라 펄스의 발생 빈도가 증감하는 신호이다. 그리고 카운터 유닛(12)에도, 인코더(31)로부터의 펄스 신호가 입력된다. 즉, 본 실시 형태는, 실시 형태 1에 있어서의 외부 기기(21)와 외부 기기(22)가 동일한 경우로 되어 있다. 아날로그 입력 유닛(14)에는, 워크(30)의 두께를 계측하는 변위 센서(32)로부터의 아날로그 신호인 전류 신호가 입력된다. 이 전류 신호는, 예를 들면, 워크(30)의 두께를 반영한 전류량 등으로 되어 있다.
도 4는 실시 형태 2에 따른 프로그래머블 컨트롤러(10)의 상세한 구성을 나타내는 블록도이다. 상술한 것처럼 프로그래머블 컨트롤러(10)는, CPU 유닛(11), 카운터 유닛(12), 입력 유닛(13), 아날로그 입력 유닛(14) 및 베이스 유닛(15)을 구비하고 있다.
도 4의 프로그래머블 컨트롤러(10)의 기본적인 구성은 도 2의 프로그래머블 컨트롤러(1)과 같지만, 프로그래머블 컨트롤러(10)에 있어서는, 카운터 유닛(12) 및 입력 유닛(13)에 외부로부터 입력되는 신호가 모두 인코더(31)로부터의 펄스 신호이고, 아날로그 입력 유닛(14)이 추가되어 있다. 아날로그 입력 유닛(14)도 카운터 유닛(12)과 마찬가지로, 내부 메모리 M4, 인터럽트 신호 제어부 W4 및 버스 통신 처리부 B4를 구비한다. 내부 메모리 M4에는, 변위 센서(32)로부터의 전류 신호가 입력된다. 인터럽트 신호 제어부 W4는 동기 제어 신호를 동기 제어 신호선 L2를 통해서 수신하는 기능을 가진다. 버스 통신 처리부 B4는 각각의 유닛 사이에서 필요한 데이터를 버스 통신선 L1을 통해서 송수신하기 위한 기능을 가진다.
도 5는 도 3에 도시한 프로그래머블 컨트롤러에 있어서, 임의의 주기로 동기 제어를 실시하는 경우의 타이밍도이다. 워크(30)의 이동 속도가 서서히 가속되어 일정 속도가 되어, 잠시 일정 속도가 유지되고, 그 후 서서히 감속되는 경우의 모습을 나타내고 있다. CPU 유닛(11)이 카운터 유닛(12)의 카운트 현재치 및 아날로그 입력 유닛(14)의 두께 현재치를, 프로그램 명령을 사용하여 판독한다. 두께 현재치란, 변위 센서(32)로부터 아날로그 입력 유닛(14)에 입력된 두께의 값이다. 도 5의 각 주기에 있어서 「CPU 유닛(실행 주기)」에 도시되어 있는 시간 방향의 폭은, CPU의 실행 주기를 나타내고 있고, 실행 주기는 매 스캔(scan) 거의 같은 시간으로 되기 때문에, 같은 폭으로 하고 있다. 인코더(31)로부터의 펄스 신호가 워크(30)의 이동 속도에 비례한 주파수를 가지고 있는 경우 등은, 입력 유닛(13)은 인코더(31)로부터의 펄스 신호를 동기 제어 신호로서 동기 제어 신호선 L2에 그대로 공급한다. 혹은, 입력 유닛(13)의 동기 신호 생성부(4)가, 인코더(31)로부터의 펄스 신호에 기초하여, 워크(30)의 이동 속도에 비례한 주파수의 동기 제어 신호를 생성하여 동기 제어 신호선 L2에 공급하도록 해도 좋다.
동기 제어 신호는, 예를 들면 도 5에 도시하는 것처럼, 시간폭이 변동하는 사각형(矩形) 모양의 펄스열의 신호이다. 워크(30)의 이동 속도가 서서히 가속되어 감에 따라 이동 속도에 비례해서 동기 제어 신호의 주파수는 높아진다. 워크(30)의 이동 속도가 일정한 상태에서는 동기 제어 신호의 주파수는 일정치를 유지한다. 워크(30)의 이동 속도가 서서히 감속되어 감에 따라 이동 속도에 비례해서 동기 제어 신호의 주파수는 낮아진다.
도 5에 도시하는 것처럼, 카운터 유닛(12)은, 동기 제어 신호의 하강 에지의 타이밍에서, 카운트 현재치(x1~x7)를 내부 메모리 M1에 1 동기 제어 주기의 동안 래치한다. 아날로그 입력 유닛(14)은 동기 제어 신호의 하강 에지의 타이밍에서, 두께 현재치(아날로그값)(y1~y7)를 내부 메모리 M4에 1 동기 제어 주기의 동안 래치한다.
한편, CPU 유닛(11)은 동기 제어 신호의 하강의 타이밍에서 프로그램의 실행을 개시하여, 카운터 유닛(12)의 내부 메모리 M1의 값 및 아날로그 입력 유닛(14)의 내부 메모리 M4의 값을 버스 통신선 L1을 통해 판독한다. 이것에 의해, 워크(30)의 현재 위치에 있어서의 두께를 높은 정밀도로 취득하는 것이 가능해진다. 즉, 워크(30)의 이동 속도에 비례한 주파수를 가지는 펄스 신호를 동기 제어 신호로서 동기 제어 신호선 L2에 공급함으로써, 워크의 이동 속도가 일정하지 않은 경우에도, 동일 타이밍에 있어서의 위치 정보(카운터 유닛(12)의 카운트 현재치)와 두께(아날로그 입력 유닛(14)의 두께 현재치)를 취득할 수 있다. 이것에 의해, 워크(30)의 이동 방향에 있어서 등간격에서의 두께를 취득하는 것이 가능해진다.
이상 설명한 것처럼, 본 실시 형태에 따른 프로그래머블 컨트롤러에 있어서는, 정주기의 동기 제어 신호에 더하여, 임의의 외부 입력 신호를 사용한다. 카운터 유닛(데이터 유지 유닛)이 동기 제어 신호에 동기하는 타이밍에서 현재의 카운트치(카운트 현재치)를 1 동기 주기의 동안 래치하고, CPU 유닛이 동기 제어 신호의 동기하는 타이밍을 프로그램 실행 개시의 타이밍으로 함으로써 프로그래머블 컨트롤러 전체의 제어 타이밍을 외부로부터 주어진 임의의 주기에 맞추는 것을 가능하게 하는 것이다. 본 실시 형태에 따른 프로그래머블 컨트롤러에 있어서는, 임의의 외부 신호를 동기 제어 신호로서 사용할 수 있기 때문에, 정주기 신호만을 동기 제어 신호로서 사용하는 프로그래머블 컨트롤러에서는 실현할 수 없었던 세밀한 제어를 실현하는 것이 가능해진다.
추가로, 본원 발명은 상기 실시 형태로 한정되는 것이 아니고, 실시 단계에서는 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변형하는 것이 가능하다. 또, 상기 실시 형태에는 다양한 단계의 발명이 포함되어 있고, 개시되는 복수의 구성 요건에 있어서의 적당한 조합에 의해 다양한 발명이 추출될 수 있다. 예를 들면, 실시 형태에 제시되는 전(全)구성 요건으로부터 몇 개의 구성 요건이 삭제되어도, 발명이 해결하려고 하는 과제의 란에서 기술한 과제를 해결할 수 있어, 발명의 효과의 란에서 기술되어 있는 효과가 얻어지는 경우에는, 이 구성 요건이 삭제된 구성이 발명으로서 추출될 수 있다. 추가로, 다른 실시 형태에 걸치는 구성요소를 적당히 조합해도 된다.
[산업상의 이용 가능성]
이상과 같이, 본 발명에 따른 프로그래머블 컨트롤러는, 워크의 가공 등의 제어에 유용하고, 특히, 워크의 이동 속도가 변화하는 경우 등에 이동 방향으로 등간격으로 워크의 두께를 측정하는 것에 적합하다.
1, 10: 프로그래머블 컨트롤러, 2: 통신 중계 제어부,
3: 클록 생성부, 4: 동기 신호 생성부,
11: CPU 유닛, 12: 카운터 유닛,
13: 입력 유닛, 14: 아날로그 입력 유닛,
15: 베이스 유닛, 21, 22: 외부 기기,
30: 워크, 31: 인코더,
32: 변위 센서, K1~K3: 커넥터,
W1~W4: 인터럽트 신호 제어부, S1: 신호 파형,
S2: 펄스, L1: 버스 통신선,
L2: 동기 제어 신호선, B1~B4: 버스 통신 처리부,
P1: 프로세서, M1, M4: 내부 메모리.

Claims (4)

  1. 데이터 송수신용의 버스와,
    동기 제어 신호를 전달하는 동기 제어 신호선과,
    상기 동기 제어 신호선에 접속되어, 외부로부터의 신호에 기초하여 상기 동기 제어 신호를 생성하는 동기 제어 신호 생성 유닛과,
    상기 버스 및 상기 동기 제어 신호선에 접속되어, 상기 동기 제어 신호에 동기하여 외부 기기로부터의 신호를 내부 메모리에 래치하는 데이터 유지 유닛과,
    상기 버스 및 상기 동기 제어 신호선에 접속되어, 상기 동기 제어 신호에 동기하여 상기 버스를 통해서 상기 내부 메모리의 값을 판독하는 CPU 유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는 프로그래머블 컨트롤러.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 데이터 유지 유닛으로서, 워크의 이동량에 기초한 펄스 신호의 펄스를 카운트한 카운트치를 래치하는 카운터 유닛과, 상기 워크의 두께에 기초한 아날로그 신호를 래치하는 아날로그 입력 유닛을 구비하고,
    상기 동기 제어 신호는 상기 펄스 신호인 것을 특징으로 하는 프로그래머블 컨트롤러.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 CPU 유닛이 생성한 일정 주기의 신호를 상기 동기 제어 신호로서 사용하는 것을 특징으로 하는 프로그래머블 컨트롤러.
  4. 청구항 1, 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 데이터 유지 유닛은, 상기 동기 제어 신호의 하강 에지의 타이밍에서 래치하고, 상기 동기 제어 신호의 1 주기의 동안 같은 값을 유지하는 것을 특징으로 하는 프로그래머블 컨트롤러.
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