TWI423593B - Ａ／ｄ轉換裝置及可編程控制器系統 - Google Patents

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TWI423593B
TWI423593B TW098119165A TW98119165A TWI423593B TW I423593 B TWI423593 B TW I423593B TW 098119165 A TW098119165 A TW 098119165A TW 98119165 A TW98119165 A TW 98119165A TW I423593 B TWI423593 B TW I423593B
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Atsuko Onishi
Yoshiyuki Kubota
Satoru Ukena
Shigeaki Takase
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Mitsubishi Electric Corp
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Description

A/D轉換裝置及可編程控制器系統
本發明係有關一種安裝於可編程控制器(PLC)之A/D(Analog-to-Digital；類比數位轉換)轉換裝置及PLC系統。
在將類比資料值輸入至PLC的情形，係使用將所輸入的類比資料值轉換成數位值之類比輸入單元(A/D轉換裝置)。一般而言，將所輸入的類比資料值轉換成數位值之類比輸入單元的A/D轉換的取樣週期與控制PLC整體之CPU(中央處理器)單元的控制週期(掃描時間)為非同步，且大多數的情況中取樣週期較高速。因此，在進行類比輸入單元所進行的A/D轉換值的記錄(logging)時，CPU單元要將全部的A/D轉換值毫不遺漏地記錄是困難的。
以不溢取所有的A/D轉換值而進行記錄的方法而言，雖有在類比輸入單元內進行記錄處理之方法，但為了參照所收集的資料，必須在記錄完後將該資料讀出至CPU單元。以往，在該讀出處理中存在有必須執行複數次專用的通訊處理而秏時之問題。
關於該問題，已提案有一種技術，係將A/D轉換值儲存於屬於CPU單元可恆常存取的記憶體區域之共用記憶體，而無須專用的通訊處理(參照例如專利文獻1)。此外，以連續的資料之收集方法而言，已提案有一種使用環緩衝區(ring buffer)形式進行收集之技術(參照例如專利文獻2)。此外，已提案有一種使用環緩衝區形式於共用記憶體進行收集之技術(參照例如專利文獻3)。
專利文獻1：日本特開平8-69355號公報
專利文獻2：日本特開2008-20392號公報
專利文獻3：日本特開2007-233593號公報
然而，依據專利文獻1所記載的技術，每次資料儲存時前筆資料會被寫在前頭，無法進行連續的資料收集及參照。
此外，依據專利文獻2所記載的技術，在環緩衝區構造的記憶體區域中，無法識別最新/最舊的資料，而無法以時間系列方式處理所收集的資料。
此外，專利文獻3所記載的技術係用以實現與CPU單元的控制週期同步的記錄之技術，無法記錄以更高速的A/D轉換的取樣週期所更新之A/D轉換值。
本發明乃有鑒於上述課題而研創者，其目的在獲得一種不會溢取所有的A/D轉換值而進行記錄，且無須進行特別的通訊處理，而在可與時間系列賦予對應的狀態下容易地讀出記錄的資料之A/D轉換裝置及PLC系統。
為了達成上述目的，本發明提供一種安裝於PLC且將從外部輸入的類比值逐次轉換成數位值之A/D轉換裝置，該A/D轉換裝置係具備有：共用記憶體，可由CPU單元讀出存取以控制前述PLC整體，並具備有用以逐次記錄前述數位值之環緩衝區構成的記錄儲存區域、以及儲存顯示下一個記錄資料的儲存位置之屬於參數的前端指標之參數儲存區域；以及記錄執行部，係將數位值作為記錄資料寫入至前述記錄儲存區域的前述前端指標所顯示的位址，並更新前述前端指標。
依據本發明，由於以於共用記憶體確保環緩衝區構成的記錄儲存區域，並於共用記憶體確保儲存用以顯示記錄儲存區域所儲存之最新記錄資料與最舊記錄資料的交界的位址之前端指標之參數儲存區域的方式而構成，因此能達成下述效果：能將全部的A/D轉換值毫不遺漏地記錄，且無需特別的通訊處理而能以可與時間系列賦予對應的狀態下容易地讀出記錄的資料之A/D轉換裝置。
以下參照附圖，詳細說明本發明的A/D轉換裝置的較佳實施形態。此外，本實施形態並非用以限定本發明者。
(實施形態)
第1圖係用以說明包含有A/D轉換裝置(類比輸入單元)之PLC系統的構成圖。如第1圖所示，類比輸入單元100係經由單元間匯流排300連接至CPU單元200，類比輸入單元100與CPU單元200係構成PLC 1000的一部分。除了於PLC 1000安裝有類比輸入單元100及CPU單元200之外，亦配合目的經由單元間匯流排300安裝有控制伺服放大器等以執行多軸的位置控制之運動控制(motion controller)單元、或以達到CPU單元200所指示的溫度之方式輸出用以進行加熱/冷卻的溫度控制信號之溫度控制單元等，但在此並未針對類比輸入單元100與CPU單元200以外的單元進行說明。
類比輸入單元100係接收來自感測器的類比資料值的輸入，將所接收的類比資料值的輸入轉換成數位值，並將前述數位值(A/D轉換值)寫入至內部所具備的共用記憶體140，其中，該感測器係觀測關於PLC 1000作為控制對象的產業用機器等之各種觀測值(例如流量、壓力、溫度等)並作為電流值或電壓值而輸出。CPU單元200係以預定週期反覆進行用以使PLC 1000所具備的各種單元動作以控制產業用機器之屬於程式的使用者程式的執行、執行結果的輸出、以及使用者程式所使用的值等輸入值的取得。該反覆的動作係稱為循環處理。CPU單元200係從前述共用記憶體140讀出前述觀測值的數位值(A/D轉換值)作為循環處理所包含的輸入值的取得動作的一環。
CPU單元200係具備有：演算部210，係執行使用者程式的執行或CPU單元200整體的控制；屬於記憶體之內部記憶體220，係用以儲存使用者程式的執行所需的資料或使用者程式的輸入/輸出值；屬於通訊介面之匯流排I/F 230，係經由單元間匯流排300而與類比輸入單元100進行通訊；以及屬於介面的個人電腦I/F 240與顯示器I/F 250，係分別連接用以顯示使用者程式的設定或內部記憶體220的資料的狀態之屬於周邊裝置的個人電腦和顯示器。演算部210、內部記憶體220、以及匯流排I/F 230係分別以內部匯流排連接。此外，將包含有PLC 1000以及連接於PLC 1000的周邊裝置(個人電腦及/或顯示器)之系統稱為PLC系統。
在此，說明類比輸入單元100所具備的共用記憶體140。於共用記憶體140確保有屬於區域的A/D轉換值儲存區域141，該A/D轉換值儲存區域141係記憶藉由CPU單元200所進行的循環處理而讀出的A/D轉換值。如上述，由於通常將類比資料值予以取樣並轉換成數位值的間隔(取樣間隔)係比循環處理的週期還高速，因此CPU單元200不溢取寫入至A/D轉換值儲存區域141的A/D轉換值而進行讀出並記錄是很困難的。因此，在本發明的實施形態中，除了前述A/D轉換值儲存區域141之外，於類比輸入單元100能高速地寫入資料且CPU單元200無須執行複雜的通訊處理即能進行讀出存取之共用記憶體140亦確保有用以將A/D轉換值作為記錄資料予以記憶之屬於記憶區域的記錄儲存區域142。此外，記錄儲存區域142所記憶的記錄資料係經由單元間匯流排300與CPU單元200而讀出至周邊裝置。
記錄儲存區域142係成為環緩衝區構成。亦即，記錄儲存區域142係從前端位置以時間系列順序逐次寫入記錄資料。接著，在記錄資料的寫入位址到達最後端時，予以環繞(wraparound)而再次從前端位置覆寫寫入記錄資料。在此，將從開始記錄後直至予以環繞的記錄資料寫入表現成第1週期的寫入，將之後的記錄資料寫入表現成第1＋n(n為環繞次述)週期的寫入。共用記憶體140復具備有參數儲存區域143，以儲存用以求出第1週期中的最新記錄資料的寫入位置之屬於參數的儲存資料數、以及顯示第2週期以後的最新記錄資料的寫入位置之屬於指標的前端指標。由於第2週期以後前端指標係顯示最新記錄資料的寫入位置，因此成為顯示最新記錄資料與最舊記憶資料的交界。
第2圖及第3圖係說明記錄儲存區域142及參數儲存區域143的資料構造之圖。第2圖係顯示第1週期時的資料構造，第3圖係顯示第2週期時的資料構造。在此，記錄儲存區域142係具有N字元分的記憶容量，每次經過時間T時寫入1字元的記錄資料(作為記錄資料的A/D轉換值)。如第2圖所示，在開始記錄後經過時刻nT(n＜N)的時間點中，由於為第1週期，因此前端指標的值固定為0，儲存資料數變成n＋1。亦即，可知下一個資料的寫入目的端為記錄儲存區域142的前端位址＋(n＋1)字元的位置。如第3圖所示，由於第2週期係從前端位置寫入最新資料至n-N字元的位置，因此前端指標變成n＋1-N，儲存資料數變成N(固定)。此外，第3週期以後的前端指標值變成mod(n,N)＋1。
回到第1圖，除了前述共用記憶體140之外，類比輸入單元100復具備有：類比輸入介面(I/F)100，係接收類比資料值的輸入；A/D轉換部120，係將所接收的類比資料值轉換成數位值(A/D轉換值)；觸發輸入介面(I/F)150，係接收用以使A/D轉換值的記錄停止之觸發訊號(trigger，trigger signal，以下有簡稱為「觸發」的情形)；演算部130，係執行類比輸入單元100整體的控制；以及屬於通訊介面的匯流排I/F 160，係經由單元間匯流排300而與CPU單元200進行通訊。演算部130、共用記憶體140、匯流排I/F 160之間分別以內部匯流排連接。
演算部130復具備有：觸發檢測部131，係檢測觸發輸入I/F 150所接收的觸發訊號；以及記錄執行部132，係根據觸發檢測部131所檢測到的觸發訊號與參數儲存區域143所儲存的參數，逐次將A/D轉換部120所輸出的A/D轉換值作為記錄資料寫入至記錄儲存區域142。記錄執行部132係從觸發檢測部131檢測到觸發訊號的時間點寫入記錄資料達至預設的資料數(觸發後資料數)分後，停止記錄。此外，除了來自觸發輸入I/F 150的訊號輸入之觸發之外，亦能使用以下種類的觸發作為觸發訊號。
‧PLC 1000的內部信號所進行之觸發。
‧超過或低於A/D轉換值所設定的值時所產生之觸發。
‧使用PLC 1000的內部時鐘資訊每日定時產生的定時觸發。
‧記錄儲存區域142的容量已滿時所產生的緩衝區已滿觸發(buffer full trigger)。
‧與類比輸入單元100所具備的錯誤輸出功能及警報檢測功能連動的錯誤觸發及警報觸發。
‧以上述觸發中的複數個AND條件或OR條件所產生的複合觸發。
接著，參照第4圖及第5圖，說明本發明的實施形態的動作。第4圖及第5圖係說明類比輸入單元100的動作之流程圖。
在第4圖中，首先，記錄執行部132係取得有關使用者所設定的記錄之初始設定(步驟S10)。在初始設定中，係設定記錄的週期、觸發類別、以及觸發後資料數。記錄的週期係設定成取樣間隔週期的整數倍。
接著，當A/D轉換部120開始A/D轉換時，記錄執行部132係啟動A/D轉換值的記錄動作(步驟S11)。具體而言，為了於每個記錄週期將記錄資料寫入至記錄儲存區域142，記錄執行部132係使用計時器或計數器判斷是否已到達記錄週期間隔時間(步驟S12)。
在從步驟S11或前次的寫入的經過時間未達記錄週期間隔時間時(步驟S12，No(否))，繼續進行判斷是否已到達記錄週期間隔時間之步驟。在已到達記錄週期間隔時間時(步驟S12，Yes(是))，記錄執行部132係進一步判斷記錄是否為第1週期(步驟S13)。記錄是否為第1週期係能以例如儲存資料數的值所表示的記憶容量是否相等於記錄儲存區域142的記憶區域予以判斷。
當記錄為第1週期時(步驟S13，Yes)，記錄執行部132係從參數儲存區域143取得儲存資料數(步驟S14)，將A/D轉換部120所輸出的A/D轉換值寫入至於記錄儲存區域142的前端位址加算儲存資料數分的容量後的位址(步驟S15)。接著，記錄執行部132係進行用以將儲存資料數加算1之更新(步驟S16)。
在記錄為第2週期以後的情形中(步驟S13，No)，記錄執行部132係從參數儲存區域143取得前端指標(步驟S17)，將A/D轉換部120所輸出的A/D轉換值寫入至記錄儲存區域142的前端指標所顯示的位址(步驟S18)。接著，記錄執行部132係於前端指標加算一個資料分(步驟S19)，並判斷前端指標是否超過記錄儲存區域142的最後端位址(步驟S20)。當超過最後端位址時(步驟S20，Yes)，將前端指標設定至記錄儲存區域142的前端位址(步驟S21)。
在步驟S16、步驟S21、或步驟S20中，當前端指標未超過記錄儲存區域142的最後端位址時(步驟S20，No)，記錄執行部132係將儲存資料數輸出至參數儲存區域143(步驟S22)，並將前端指標輸出至參數儲存區域143(步驟S23)，移往步驟S12。
接著，說明檢測到觸發訊號時的類比輸入單元100的動作。第5圖係說明檢測到觸發訊號時的類比輸入單元100的動作之圖。
首先，記錄執行部132係取得初始設定，並取得觸發後資料數(步驟S30)。接著，記錄執行部132係判斷觸發檢測部131是否檢測到觸發訊號(步驟S31)。當未檢測到觸發訊號時(步驟S31，No)，繼續進行判斷直至檢測到觸發訊號。當檢測到觸發訊號時(步驟S31，Yes)，記錄執行部132係進一步判斷檢測到觸發訊號後是否已將觸發後資料數分的資料寫入至記錄儲存區域142(步驟S32)。當觸發後資料數分的資料未寫入至記錄儲存區域142時(步驟S32，No)，繼續進行判斷直至寫入觸發後資料數分的資料。
當觸發後資料數分的資料已寫入至記錄儲存區域142時(步驟S32)，記錄執行部132係停止記錄資料儲存處理(步驟S33)，並以成為時間系列順序之方式，從記錄儲存區域142的前端排列替換記錄儲存區域142所記憶的記錄資料(步驟S34)。第6圖係說明步驟S34中的排列替換之圖。如上所述，由於記錄儲存區域142成為環緩衝區構成，因此如第6圖的左圖所示，在預定時間中存在最新記錄資料與最舊記錄資料的交界。記錄執行部132係將第6圖的左圖所記憶的資料排列替換成如第6圖的右圖所示，於前端儲存最舊記錄資料，於最後端儲存最新記錄資料。第7圖係說明排列替換後的記錄儲存區域142的狀態之圖。如第7圖所示，變成在檢測到觸發訊號的時間點中的寫入位址以後的位址儲存觸發後資料數的記錄資料之狀態。此處雖以時間系列順序從前端重排，但亦可以時間系列順序從最後端重排。
接著，在步驟S34後，記錄執行部132係將顯示記錄結束之要旨之記錄結束旗標設為ON(步驟S35)，結束動作。此外，係可將共用記憶體140內一部分的位元作為記錄結束旗標用的記憶區域，並將該記憶區域的位元設為1，藉此顯示記錄結束，亦可將其他的記憶區域作為記錄結束旗標。此外，亦可為記錄執行部132係將記錄結束旗標設為ON，並對CPU單元200通知記錄結束之要旨。當在此狀態下從記錄儲存區域142的前端位址逐次將記錄資料讀出至個人電腦或顯示器時，係能以時間系列順序取得記錄資料。
此外，在步驟S34中雖以從前端位址以時間系列順序儲存資料之方式重排資料，但亦可構成為藉由初始設定而可設定成是要執行步驟S34的動作或跳過步驟S34的動作。在跳過步驟S34的動作之情形中，當設定成周邊裝置不僅讀出記錄資料亦讀出前端指標時，可在周邊裝置側以時間系列順序重排記錄資料。此外，不僅在記錄結束旗標變成ON之時，周邊裝置係能隨時對共用記憶體140進行讀出存取，而讀出記錄資料。此時，與上述相同，只要設定成亦讀出前端指標即可。
此外，雖說明以比循環處理的週期還快之取樣處理間隔進行記錄，但亦可為將記錄週期設定成比循環處理的週期還慢，並經由CPU單元200將記錄資料大致即時地讀出至周邊裝置。此外，當周邊裝置以讀出順序排列所讀出的記錄資料時，能作成顯示記錄資料的時間性推移之即時趨勢圖(real time trend graph)。
如上所述，依據本發明的實施形態，由於類比輸入單元100係構成為於共用記憶體140確保環緩衝區構成的記錄儲存區域142，並於共用記憶體140儲存用以顯示記錄儲存區域142所儲存的記錄資料中最新記錄資料與最舊記錄資料的交界的位址之前端指標，因此能將全部的A/D轉換值毫不遺漏地記錄，且無需特別的通訊處理而在可與時間系列賦予對應的狀態下容易地讀出所記錄的資料。此外，由於類比輸入單元100係構成為以時間系列順序排列替換成為環緩衝區構成之記錄儲存區域142所儲存的記錄資料，因此無須執行特別的操作即能讀出時間系列順序的記錄資料。
此外，在以上的說明中，雖已說明將藉由循環處理所讀出的A/D轉換值儲存至A/D轉換值儲存區域141，將A/D轉換值的記錄資料儲存至記錄儲存區域142，但亦可作成刪除A/D轉換值儲存區域141，CPU單元200係在循環處理中讀出作為記錄儲存區域142所儲存的記錄資料之A/D轉換值。此時，CPU 200只要依據前端指標或儲存資料數來參照最新資料的儲存位置即可。亦即，在第1週期的情形中，於前端位址加算儲存資料數分的記憶容量而求出的位址係成為儲存最新的A/D轉換值的位址，而在第2週期以後的情形中，(前端指標-1)所顯示的位址係成為儲存最新的A/D轉換值的位址。此外，在使用者程式使用A/D轉換值的過去值之情形中，亦可作成CPU單元200係將作為記錄資料所儲存的A/D轉換值的過去值讀出至記錄儲存區域142。
此外，亦可在觸發檢測而停止記錄後，藉由解除觸發條件而再次進行記錄處理。藉此，能藉由觸發條件的ON、OFF控制記錄的開始/停止。
此外，雖然作成A/D轉換部開始A/D轉換時再開始記錄，但亦可作成在A/D轉換開始後藉由觸發檢測而開始記錄。
(產業上的可利用性)
如上所述，本發明的A/D轉換裝置及PLC系統係適合應用於安裝在PLC的A/D轉換裝置及PLC系統。
100．．．類比輸入單元
110．．．類比資料輸入I/F
120．．．A/D轉換部
130．．．演算部
131．．．觸發檢測部
132．．．記錄執行部
140．．．共用記憶體
141．．．A/D轉換值儲存區域
142．．．記錄儲存區域
143．．．參數儲存區域
150．．．觸發輸入I/F
160、230．．．匯流排I/F
200．．．CPU單元
210．．．演算部
220．．．內部記憶體
240．．．個人電腦I/F
250．．．顯示器I/F
300．．．單元間匯流排
1000．．．PLC
第1圖係顯示本發明實施形態的PLC系統的構成圖。
第2圖係說明記錄儲存區域及參數儲存區域所儲存的資料的資料構造之圖。
第3圖係說明記錄儲存區域及參數儲存區域所儲存的資料的資料構造之圖。
第4圖係說明本發明實施形態的類比輸入單元的動作之流程圖。
第5圖係說明本發明實施形態的類比輸入單元的動作之流程圖。
第6圖係說明記錄資料重排情形之圖。
第7圖係說明重排後的記錄儲存區域的狀態之圖。
100．．．類比輸入單元
110．．．類比資料輸入I/F
120．．．A/D轉換部
130．．．演算部
131．．．觸發檢測部
132．．．記錄執行部
140．．．共用記憶體
141．．．A/D轉換值儲存區域
142．．．記錄儲存區域
143．．．參數儲存區域
150．．．觸發輸入I/F
160、230．．．匯流排I/F
200．．．CPU單元
210．．．演算部
220．．．內部記憶體
240．．．個人電腦I/F
250．．．顯示器I/F
300．．．單元間匯流排
1000．．．PLC

Claims (5)

  1. 一種A/D轉換裝置，係安裝於可編程控制器(PLC)且將從外部輸入的類比值逐次轉換成數位值，該A/D轉換裝置係具備有：共用記憶體，可由CPU單元讀出存取以控制前述PLC整體，並具備有用以逐次記錄前述數位值之環緩衝區構成的記錄儲存區域、以及儲存顯示下一個記錄資料的儲存位置之屬於參數的前端指標之參數儲存區域；以及記錄執行部，係將數位值作為記錄資料寫入至前述記錄儲存區域的前述前端指標所顯示的位址，並更新前述前端指標。
  2. 如申請專利範圍第1項之A/D轉換裝置，其中，前述記錄執行部係於停止記錄後，依據前述前端指標變更儲存於前述記錄儲存區域的各個記錄資料的儲存位置，而以時間系列順序排列。
  3. 如申請專利範圍第2項之A/D轉換裝置，其中，前述記錄執行部係在檢測到預定的觸發訊號之情形中，在檢測到前述觸發訊號的時間點以後所記錄的記錄資料的數目到達預設的預定數目時，停止記錄。
  4. 如申請專利範圍第3項之A/D轉換裝置，其中，前述預定的觸發訊號係在全部接收或單獨接收由下述訊號所構成的群組中的一個訊號或複數個訊號時所產生的訊號，該群組是由前述PLC的內部訊號、從外部輸入 的輸入訊號、A/D轉換值低於預定值或超過預定值時所產生的訊號、使用前述PLC的內部時鐘資訊之定時訊號、用以在前述記錄儲存區域的空置容量已滿的時間點停止記錄之緩衝區已滿訊號、自身所發出的警報或自身檢測到錯誤時所發出的訊號所構成。
  5. 一種可編程控制器系統，係具備有PLC及周邊裝置，該PLC係具備有申請專利範圍第1至4項中任一項的A/D轉換裝置、CPU單元、以及連接前述A/D轉換裝置與前述CPU單元之匯流排，該周邊裝置係經由前述CPU單元及前述匯流排從前述A/D轉換裝置所具備的共用記憶體的記錄儲存區域讀出記錄資料；前述周邊裝置係大致以即時方式讀出前述記錄資料，並顯示以時間系列順序排列前述讀出的記錄資料的數位值之趨勢圖。
TW098119165A 2009-03-23 2009-06-09 Ａ／ｄ轉換裝置及可編程控制器系統 TWI423593B (zh)

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