TW201607203A - 可程式邏輯控制器及被電力供電單元 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種可程式邏輯控制器，係為了提升可靠信而使電力之供應具冗餘性。該可程式邏輯控制器中具備：電源單元101、電源單元201、及接受自前述電源單元101、201的電力供電之被電力供電單元301，前述被電力供電單元301係具備屬於操控手段之雙重化電路305，該雙重化電路305係根據由前述電源單元101、201供電之電力，調整來自前述電源單元101、201的電流。前述雙重化電路305係調整電流並輸出給電源線。

Description

可程式邏輯控制器及被電力供電單元
本發明係關於一種可程式邏輯控制器及被電力供電單元，其係能夠由複數個系統電力供給。
以往，為了使必須具可靠性之電子機器之電力供給具有冗餘性，在具有屬於雙系統之電力供應系統之電源雙重化系統之可程式邏輯控制器(programmable logic controller)中，用以調整在電源雙重化系統所需之雙系統之電力供應系統之電流的雙重化電路，係安裝在電源雙重化系統所使用之各電源單元。安裝有雙重化電路之電源單元係成為專用電源單元其屬於電源雙重化系統專用之電源單元。為了使供應系統之負擔分散，專用電源單元係與連接於電源雙重化系統之另一個的專用電源單元進行通信，並分擔(share)負擔。
雙重化電路係由電流調整部、及控制部所構成，該電流調整部係以對接二極體(diode)、FET(Field Effect Transistor，場效電晶體)所代表之用以調整電流者，而該控制部係用以控制(control)兩個雙重化電源單元之電 流。以可程式邏輯控制器之基底單元(base unit)為代表之被供應電力側的被電力供電單元，並將兩個專用電源單元安裝在屬於可安裝兩個電源之電源雙重化系統專用之基底單元的雙重化基底(base)，準備雙系統之電力供應系統，藉此可使供於可程式邏輯控制器之電源具有冗餘性。前述之技術係揭露在下述專利文獻1中。
(先前技術文獻) (專利文獻)
專利文獻：日本特開2008-148513號公報 第1圖
然而，根據上述習知技術，雙方的專用電源單元係分別互相監視另一方之專用電源單元的負擔狀態，均等地分散負擔且對被電力供電單元供應電力，亦即，負載分擔(load share)。因此，必須在專用電源單元側安裝彼此監視並負載分擔之手段，而在電源雙重化系統之構築上，必須研發專用電源單元、及能夠安裝兩個專用電源單元之被電力供電單元之雙方，而會有研發成本(cost)增加之問題。
本發明為有鑑於前述之問題點所開發者，其目的在於獲得一種可程式邏輯控制器及被電力供電單元，其係相對於習知系統，能夠實現降低研發成本。
為解決上述之課題並達成目的，本發明之特徵在於具備有：第一電源單元、第二電源單元、及接受自前述第一及第二電源的電力供電之被電力供電單元，前述被電力供電單元係具備有操控手段，該操控手段係根據由前述第一及第二電源單元所供電之電力，調整來自前述第一及第二電源單元之電流。
本發明之可程式邏輯控制器及被電力供電單元係達成相對於習知之系統，可實現降低研發成本之效果。
101、101a、201、201a、401、411‧‧‧電源單元
102、202‧‧‧溫度壽命構件
103、203‧‧‧反饋電路
110、210‧‧‧電源
301、301a‧‧‧被電力供電單元
302、302a、303、303a‧‧‧電流調整部
304、304a‧‧‧控制部
305、305a‧‧‧雙重化電路
402、412‧‧‧電源線
421‧‧‧雙重化單元
431、441‧‧‧CPU單元
第1圖係顯示實施形態1之電源雙重化系統之構成例之圖。
第2圖係顯示實施形態1之雙重化電路之構成例之圖。
第3圖係顯示實施形態2之電源多重化系統之構成例之圖。
第4圖係顯示實施形態3之電源多重化系統之構成例之圖。
第5圖係顯示實施形態5之電源多重化系統之構成例之圖。
第6圖係顯示實施形態9之雙重化電路之構成例之圖。
以下根據圖式詳細說明本發明之可程式邏 輯控制器及被電力供電單元之實施形態。另外，本發明不受該實施形態所限定。
實施形態1
第1圖係顯示本實施形態之電源雙重化系統之構成例之圖。電源雙重化系統係具備有：電源單元101、201、及被電力供電單元301。在此，針對將電源雙重化之電源雙重化系統，以電源多重化系統為例而加以說明。
電源單元101係使用於電源雙重化系統之電源單元，藉由屬於供電線(line)之電源線及GND而連接於電源110。此外，電源單元201係使用於電源雙重化系統之電源單元，藉由屬於供電線之電源線及GND而連接於電源210。電源單元101、201係一般性之構成，且具有下列各功能部：輸入功能部、一次側整流平滑功能部、切換(switching)功能部、二次側整流平滑功能部、及輸出功能部。該輸入功能部係接受由外部供電之作為一次電源的交流及直流的輸入。該一次側整流平滑功能部係用以整流、平滑一次電源。該切換功能部係將整流後之電流轉換成高頻波。該二次側整流平滑功能部係用以整流、平滑二次電源。該輸出功能部係將二次電源輸出至被電力供電單元301。一次測整流平滑功能部及二次側整流平滑功能部係例如由包含電解電容(capacitor)之溫度壽命構件所構成。第1圖中，電源單源101、201係分別在內部安裝有溫度壽命構件102、202。溫度壽命構件102、202係指依據溫度大幅地 決定壽命，亦即影響受命之構件，具體而言，可舉例如前述之電解電容。
被電力供電單元301係在電源雙重化系統中必須接收確保了冗餘性之電力之供應的單元，可程式邏輯控制器之情形時，成為基底單元。被電力供電單元301安裝有兩個電源單元101、201，且安裝用以調整由電源單元101、201供應給被電力供電單元301之電源線之電流的電流調整部302、303。此外，被電力供電單元301安裝有用以控制電流調整部302、303之控制部304。以電流調整部302、303及控制部304來構成屬於操控手段之雙重化電路305。
電源雙重化系統中，在正常運轉狀態下，根據控制部304之控制，對電源單元101、201以均等地分散負擔之方式使雙系統同時地運轉。當因電源單元101或201故障、或者一方之供電線之停止等，使得單一系統之電力供應停止之情形，控制部304係檢測前述情形，瞬間地進行由另一方之電力供應系統將電力供電給整體被電力供電單元301之控制。藉此，在電源雙重化系統中，可延續系統整體之運轉，使可靠性提升。具體而言，控制部304係監視電源單元101、201之輸出電壓，且比較電源單元101、201之輸出電壓。當輸出電壓差超過負載分擔(load sharing)之有效範圍時，控制部304係以令輸出正常電壓之電源單元側的電流調整部設為恆常ON、而輸出異常電壓之電源單元測的電流調部設為恆常OFF之方式，藉此將負載分擔 無效化，僅以正常之電源單源對被電力供電單元301供給電力。此時，因異常之電源單元以電流調整部自電源雙重化系統分離，故例如能夠對應更換。
第2圖係顯示本實施形態之雙重化電路之構成例之圖。第1圖所示之電源單元101之輸出端子係連接於第2圖所示之雙重化電路305之IN1端子，同樣地，電源單元201之輸出端子係連接於雙重化電路305之IN2端子。第2圖所示之電源線係第1圖所示之被電力供電單元301內之電源線。雙重化電路305之IN1、IN2端子係分別連接於控制部304之VIN1、VIN2端子。控制部304係量測施加於VIN1、VIN2端子之電源單元101、201之輸出電壓。當所量測之VIN1、VIN2端子間產生電壓差之情形，控制部304係操作GATE1、GATE2之電壓，調整電流調整部302、303內之FET(TR1、TR2)之順向壓降量，直至OUT1、OUT2端子之電壓成為相同為止，藉此謀求兩個電源系統之輸出電流之均衡化。
另外，在控制部304中，因未量測施加於VIN1、VIN2端子之電源單元101、201之輸出電壓，而以操作GATE1、GATE2之電壓來控制來自電流調整部302、303的輸出，使OUT1、OUT2端子之電壓為相等，藉此亦能夠謀求兩個電源系統之輸出電流之均衡化。
此外，當電源單元101或電源單元201故障或短路時，控制部304係檢測故障或短路，高速地切斷GATE1或GATE2，藉此可防止故障或者短路之電流流入電 源系統，而可保護系統。
在如前述所構成之電源雙重化系統中，無須在電源單元101、201中為進行負載分擔而進行所需之通信，而將實現電源雙重化系統所需之雙重化電路305全部安裝至被電力供電單元301，藉此可刪除以往安裝於電源單元測之雙重化電路。因此，電源單元101、201中不需使用專用電源單元，而可使用標準電源單元。藉此，在電源雙重化系統之建構上，相對於以往必需研發專用電源單元、及能夠安裝兩台專用電源單元之被電力供電單元，在本實施形態中，因僅研發被電力供電單元301即可實現，故能夠抑制研發成本。此外，對電源雙重化系統之利用者而言，因可利用標準電源單元而使得便利性提升。
此外，因可將以往分別安裝在各電源單元之電流調整部、控制部、及隨附於電流調整部、控制部之例如電阻、電容，整合為雙重化電路305而安裝在被電力供電單元301，故能削減控制部304、及隨附之例如電阻、電容之構件數量，而削減產品成本。
此外，由於可削減構件數量，故根據屬於電源雙重化系統之平均故障工作時間之MTBF(mean time between failure(s))之值，因可減去經削減之構件的故障率，故能夠謀求系統整體的可靠性提升。
再者，電源單元101、201中安裝有以電解電容為代表之溫度壽命構件102、202，電解電容之壽命一般而言，根據以下所示之表示電解電容壽命與溫度之關係 之數式(阿瑞尼斯(arrhenius)定律)，當周圍溫度上升10℃時電解電容之壽命變為1/2。
L=Lo×2(Tmax-Ta)/10
其中，L：實際使用時之壽命(Hr)、Lo：額定溫度之壽命(Hr)、Tmax：額定溫度(℃)、Ta：周圍溫度(℃)。
另一方面，雙重化電路305係安裝電流調整部302、303。在習知之系統中，因將電流調整部安裝於電源單元側，溫度壽命構件102、202與電流調整部302、303存在於同一單元內，故會有溫度壽命構件102、202受到電流調整部302、303之發熱的影響而降低壽命之問題。在本實施形態中，將溫度壽命構件102、202與電流調整部302、303配置在各別的單元，藉此使諸該構件分隔地配置，而可謀求溫度壽命構件102、202之長壽命化、進而可謀求電源雙重化系統之長壽命化。
再者，藉由雙重化電路305之構件數量之削減、及用於溫度壽命構件102、202之散熱對策的不要化，從而可謀求電源雙重化系統之小型化。
另外，在以上之說明中，雖以雙系統說明被供應至被電力供電單元301之電源系統，惟並不侷限於此，亦可進一步增加電源單元及對於電源單元之供電源，不言而喻地，亦可適用於電源多重化系統。
再者，在以上之說明中，雖以電力係由個 別的供電源之電源，供電至將電源供應至被電力供電單元301之電源單元101、201而加以說明，惟並不侷限於此，亦可將用以供電至各個電源單元101、201之供電源設為相同，不言而喻地，亦可適用於以具有電源單元之冗餘性為目的的電源多重化系統。
實施形態2
第3圖係顯示本實施形態之電源多重化系統之構成例之圖。電源雙重化系統係具備有：電源單元401、411、雙重化單元421、以及CPU(Central Processing Unit)單元431。電源單元401係具備有溫度壽命構件102、及電源線402。電源單元411係具備有溫度壽命構件202、及電源線412。電源單元401、411係與電源單元101、201同樣地，具有下例各功能部：輸入功能部、一次側整流平滑功能部、切換功能部、二次側整流平滑功能部、及輸出功能部。雙重化單元421係具備由電流調整部302、303、及控制部304所構成之雙重化電路305。另外，與實施形態1相同之構成，係標示相同之符號並省略其說明。
電源單元401之溫度壽命構件102之電源線，係經由電源單元411之電源線412、雙重化單元421之電流調整部302，而與CPU單元431之電源線連接。電源單元411之溫度壽命構件202之電源線係經由雙重化單元421之電流調整部303，而與CPU單元431之電源線連接。此外，電源單元401之溫度壽命構件102之GND係經 由電源單元411之電源線412、雙重化單元421，而與CPU單元431之GND連接。電源單元411之溫度壽命構件202之GND係經由雙重化單元421，而與CPU單元431之GND連接。
在實施形態1中，雖將雙重化電路305之構件安裝在假想為可程式邏輯控制器之基底單元的被電力供電單元301，惟對其以外之構成安裝雙重化電路305之構件，亦可獲同等之效果。
例如，在可程式邏輯控制器中，如第3圖所示，為未具有基底單元之構造的情形，藉由研發安裝雙重化電路305之雙重化單元421、及安裝有在單元內將來自其他電源單元之電力傳遞給雙重化單元421側之電源線402、412之專用的電源單元401、412，來取代研發雙重化基底單元，與實施形態1同樣地，就電源雙重化系統而言，可謀求因構件之數量的削減而達成之產品成本的削減、可靠性提升、長壽命化、小型化。
實施形態3
第4圖係顯示本實施形態之電源多重化系統之構成例之圖。電源雙重化系統係具備有電源單元401、411、及CPU單元441。CPU單元441係由電流調整部302、303、及控制部304所構成之雙重化電路305。
CPU單元441係將實施形態2中之雙重化單元421及CPU單元431合為一者之構成。惟，各單元內之 各構成之連接關係與實施形態2相同。即使將實施形態2所說明之雙重化電路305安裝至CPU單元441之情形下，亦與實施形態1同樣地，就電源雙重化系統而言，可謀求因構件之數量的削減而達成之產品成本的削減、可靠性提升、長壽命化、小型化。
實施形態4
再者，針對電源雙重化系統，就可程式邏輯控制器以外之用途而言，例如假想在伺服系統(server system)之主機板(motherboard)上之使用之情形，將雙重化電路305之構件安裝至主機板，從而可獲得與實施形態1同樣之效果。
實施形態5
第5圖係顯示本實施形態之電源多重化系統之構成例之圖。電源雙重化系統係具備有：電源單元101a、201a、及被電力供電單元301a。電源單元101a、201a係各自具備有：溫度壽命構件102、202、及反饋(feedback)電路103、203。此外，被電力供電單元301a係具備有由電流調整部302a、303a、及控制部304a所構成之雙重化電路305a。與實施形態1相較，相異點在於電源單元101a、201a具備有反饋電路103、203，而控制部304a與反饋電路103、203連接。電源110、210至溫度壽命構件102、202、電流調整部302a、303a之各連接關係係與實施形態1相同。電源單元101a、201a係與電源單元101、201相同地，具有下列 之各功能部：輸入功能部、一次側整流平滑功能部、切換功能部、二次側整流平滑功能部、及輸出功能部。
在本實施形態中，控制部304a係監視電源單元101a、201a之輸出電壓，且比較電源單元101a、201a之輸出電壓。當輸出電壓差超過負載分擔之有效範圍之情形，控制部304a係將用以控制負載之信號傳遞給電源單元101a、201a之反饋電路103、203。在電源單元101a、201a中，藉由反餽電路103、203之控制，從而控制來自溫度壽命構件102、202的輸出。在實施形態1中，於電流調整部302、303中採用FET，惟在本實施形態中，如第5圖所示，可採用習知之對接二極體來作為電流調整部302a、303a。
藉由如前述之構成，因可將電源單元101a、201a之溫度壽命構件102、202、及成為發熱構件之電流調整部302a、303a配置在個別的單元，故可獲得系統壽命之提升、因不需散熱對策而達成小型化之效果。
實施形態6
此外，在實施形態1中，雖以準備雙系統之電源單元、及用於電源單元之供電源，惟藉由準備更多的電源系統，就電源多重化系統而言，可獲得更高的可靠性之效果。
實施形態7
此外，在實施形態1中，在電源雙重化系統中，雖將雙重化電路305之構件全部安裝在屬於基底單元之被電力 供電單元301，惟亦可將雙重化電路302之構成構件的一部分安裝至電源單元101、201。
例如，當將控制部304安裝至各電源單元101、201之情形，雖無法期待因控制部304本身之構件數量削減所造成之產品成本削減、可靠性提升、因使用標準電源所造成之研發費削減，惟可獲得因將電源單元101、201之溫度壽命構件102、202、及成為發熱構件之電流調整部302、303配置在個別的單元所造成之系統壽命之提升、因不需散熱對策所造成之小型化的效果。
實施形態8
此外，以與實施形態7相反之方式，當將電流調整部302、303安裝至電源單元101、201，將控制部304安裝至屬於基底單元之被電力供電單元301之情形時，在電源雙重化系統中，雖無法期待因使用標準電源所造成之研發費削減、因溫度壽命構件與散熱構件之分隔地配置所造成之長壽命化、系統小型化，惟可獲得產品成本之削減、可靠性提升、因安裝面積削減之小型化的效果。
實施形態9
此外，電源雙重化系統之中，亦能夠在被電力供電單元301中，使雙重化電路本身具有冗餘性。
第6圖係顯示本實施形態之雙重化電路之構成例之圖。第6圖所示之IN1、IN2之連接目的地、及電 源線，係與第2圖(實施形態1)相同。在此，被電力供電單元301係具有兩個雙重化電路305，藉由將各電源系統之電流調整部302、303及控制部304雙重化，即使單一系統之雙重化電路305本身故障時，亦可藉由另一個單一系統之雙重化電路305使電力供給持續，而可獲得系統整體之可靠性提升之效果。
實施形態10
在以上之實施形態1至9中，具體而言地，針對具備兩個電源單元之電源系統為雙系統之電源雙重化系統加以說明，惟，就一例而言，電源系統並不限定為雙系統。例如，亦能夠適用於將電源系統設為三系統之電源三重化系統，亦能夠適用於進一步增加電源系統之電源多重化系統。
(產業上之可利用性)
如以上所述，本發明之電源多重化系統有益於必須為高可靠性之電子機器之電源供應系統，特別是適合於可程式邏輯控制器之電源雙重化系統、伺服系統。
101、201‧‧‧電源單元
102、202‧‧‧溫度壽命構件
110、210‧‧‧電源
301‧‧‧被電力供電單元
302、303‧‧‧電流調整部
304‧‧‧控制部
305‧‧‧雙重化電路

Claims (18)

  1. 一種可程式邏輯控制器，係具備有：第一電源單元；第二電源單元；以及被電力供電單元，接受自前述第一及第二電源單元的電力供電；前述被電力供電單元具備有操控手段，該操控手段係根據由前述第一及第二電源單元所供電之電力，調整來自前述第一及第二電源單元之電流。
  2. 一種可程式邏輯控制器，係具備有：複數個電源單元；以及被電力供電單元，接受自前述複數個電源單元的電力供電；前述被電力供電單元具備有操控手段，該操控手段係根據由前述複數個電源單元所供電之電力，調整來自前述複數個電源單元之電流。
  3. 一種可程式邏輯控制器，係具備有：被電力供電單元，接受自電源單元的電力供電；前述被電力供電單元具備有操控手段，該操控手段係根據由前述電源單元所供電之電力，調整來自前述電源單元之電流。
  4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之可程式邏輯控制器，其中前述操控手段係具備有： 控制手段，用以量測自前述電源單元所供電之電力；及電流調整手段，根據前述控制手段之控制，調整來自前述電源單元之電流；前述控制手段配置在前述電源單元，而前述電流調整手段配置在前述被電力供電單元。
  5. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之可程式邏輯控制器，其中，前述操控手段係具備有：控制手段，用以量測自前述電源單元所供電之電力；及電流調整手段，根據前述控制手段之控制，調整來自前述電源單元之電流；前述控制手段配置在前述被電力供電單元，而前述電流調整手段配置在前述電源單元。
  6. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之可程式邏輯控制器，其中，前述被電力供電單元係具備有兩個以上之前述操控手段。
  7. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之可程式邏輯控制器，其中，將因電流之調整而發熱之構件，安裝於前述被電力供電單元，而不安裝於具備受周圍溫度而影響構件壽命之溫度壽命構件的前述電源單元。
  8. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之可程式邏輯控制器，其中，前述操控手段係使用FET來調整來自前述電源單元之電流。
  9. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之可程式邏輯控制器，其中，前述電源單元係不具有在將電力供應至前述被電力供電單元時用以調整電流之電路。
  10. 一種被電力供電單元，係與第一電源單元及第二電源單元一起構成可程式邏輯控制器，且接受自前述第一及第二電源單元的電力供電，該被電力供電單元具備有：操控手段，係根據由前述第一及第二電源單元供電之電力，調整來自前述第一及第二電源單元之電流。
  11. 一種被電力供電單元，係與複數個電源單元一起構成可程式邏輯控制器，且接受自前述複數個電源單元的電力供電，該被電力供電單元具備有：操控手段，係根據由前述複數個電源單元供電之電力，調整來自前述複數個電源單元之電流。
  12. 一種被電力供電單元，係與電源單元一起構成可程式邏輯控制器，且接受自前述電源單元的電力供電，該被電力供電單元具備有：操控手段，係根據由前述操控手段所供電之電力，調整來自前述電源單元之電流。
  13. 如申請專利範圍第10項至第12項中任一項所述之被電 力供電單元，其中，前述操控手段係具有：控制手段，用以量測自前述電源單元所供電之電力；及電流調整手段，根據前述控制手段之控制，調整來自前述電源單元之電流；前述控制手段配置在前述電源單元，而前述電流調整手段配置在前述被電力供電單元。
  14. 如申請專利範圍第10項至第12項中任一項所述之被電力供電單元，其中，前述操控手段係具備有：控制手段，用以量測自前述電源單元所供電之電力；及電流調整手段，根據前述控制手段之控制，調整來自前述電源單元之電流；前述控制手段配置在前述被電力供電單元，而前述電流調整手段配置在前述電源單元。
  15. 如申請專利範圍第10項至第12項中任一項所述之被電力供電單元，其中，前述被電力供電單元係具備有兩個以上之前述操控手段。
  16. 如申請專利範圍第10項至第12項中任一項所述之被電力供電單元，其中，將因電流之調整而發熱之構件，安裝於前述被電力 供電單元，而不安裝於具備受周圍溫度而影響構件壽命之溫度壽命構件的前述電源單元。
  17. 如申請專利範圍第10項至第12項中任一項所述之被電力供電單元，其中，前述操控手段係使用FET來調整來自前述電源單元之電流。
  18. 如申請專利範圍第10項至第12項中任一項所述之被電力供電單元，其中，該被電力供電單元係與前述電源單元連接，該電源單元係不具有在將電力供應至前述被電力供電單元時用以調整電流之電路。
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