WO2012098676A1 - アナログ入力ユニットおよびプログラマブルコントローラ - Google Patents

アナログ入力ユニットおよびプログラマブルコントローラ Download PDF

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unit
analog
analog input
input unit
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智 浮穴
裕典 亀岡
裕司 槇本
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三菱電機株式会社
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    • G01F15/06—Indicating or recording devices
    • G—PHYSICS
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    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F9/00—Measuring volume flow relative to another variable, e.g. of liquid fuel for an engine
    • G01F9/008—Measuring volume flow relative to another variable, e.g. of liquid fuel for an engine where the other variable is the flight or running time
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    • G01F15/075—Integration to give total flow, e.g. using mechanically-operated integrating mechanism using electrically-operated integrating means
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    • G01F15/075—Integration to give total flow, e.g. using mechanically-operated integrating mechanism using electrically-operated integrating means
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/05—Programmable logic controllers, e.g. simulating logic interconnections of signals according to ladder diagrams or function charts

Definitions

  • the present invention relates to an analog input unit and a programmable controller including the analog input unit.
  • An analog input unit (A / D converter) that converts an analog value input as a measured value of a flow meter into a digital value when flow data measured by a flow meter is taken into a programmable controller (PLC) is used.
  • PLC programmable controller
  • Many flow meters output an instantaneous flow rate (instantaneous value) as a measured value.
  • a user program receives a measurement value at a timing in accordance with a sampling period of a flow meter, converts an instantaneous value into a flow rate per fixed time, and integrates it.
  • the sampling cycle of the flow meter and the processing cycle (scan time) of the CPU unit that controls the entire PLC are asynchronous.
  • a flow meter has been developed that enables measurement with a sampling cycle shorter than the processing cycle of a general CPU unit. Therefore, even if the conversion speed of the analog input unit can correspond to the sampling cycle of the flow meter, the high speed of the analog input unit may not be utilized because the interval for collecting the flow rate data is determined by the processing cycle of the CPU unit. is there.
  • Patent Document 1 a technique that enables data collection at a constant period without depending on the scan time of a sequence program (see, for example, Patent Document 1), and various processing on collected data
  • Patent Document 2 A technique for performing processing (see, for example, Patent Document 2) has been proposed.
  • a device that calculates and stores an integrated value with a measuring instrument for example, see Patent Document 3
  • a system that monitors a signal transmitted from a flow meter according to a constant flow rate for example, calculates an integrated amount
  • the analog input unit has neither a means for converting the instantaneous value into a flow rate per unit time and integrating it, nor a means for holding the integrated value, so that these processes are still performed by the user program. Become. Further, the analog input unit has no means for recording the flow rate every certain time (for example, 1 hour, 1 day, etc.).
  • the present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to obtain an analog input unit and a programmable controller capable of easy flow rate management and abnormality detection by a PLC.
  • the present invention is an analog input unit that is provided in a programmable controller and sequentially converts an analog value input from the outside into a digital value, and is a measured value by a flow meter. Based on the digital value from the analog-to-digital conversion unit that converts the analog value to a digital value, the instantaneous flow rate and the total integrated flow rate that is obtained by integrating the flow rate per preset time set , And a storage unit including a flow rate storage area for storing the instantaneous flow rate calculated by the flow rate calculation unit and the total integrated flow rate.
  • the instantaneous flow rate and the total integrated flow rate are calculated by the flow rate calculation unit, so that the integrated flow rate and instantaneous flow rate can be obtained by taking advantage of the high speed and constant periodicity of the analog input unit. it can. Thereby, easy flow rate management and abnormality detection by PLC are attained.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a PLC system including an analog input unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the data structure of the parameter storage area.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the data structure of the flow rate storage area.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the data structure of the daily report data storage area.
  • FIG. 5 is a flowchart for explaining the operation procedure of the analog input unit.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining an error that may be caused by integrating the flow rate per integration cycle.
  • FIG. 7 is a diagram for describing correction when the flow rate increases within the integration period.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining correction when the flow rate decreases within the integration cycle.
  • FIG. 9 is a flowchart for explaining the procedure from acquisition of the hourly integrated flow rate to storage of the daily report data file.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a CSV file.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a PLC system including an analog input unit according to an embodiment of the present invention.
  • the PLC system is a system including a PLC 1 and peripheral devices connected to the PLC 1.
  • the personal computer 2 and the memory card slot 3 are peripheral devices included in the PLC system.
  • the analog input unit 100 is connected to the CPU unit 200 via the inter-unit bus 300.
  • the analog input unit 100 and the CPU unit 200 constitute a part of the PLC 1.
  • various types of units (not shown) are mounted on the PLC 1 through the inter-unit bus 300 in accordance with the purpose.
  • the various units include, for example, a motion controller unit that performs position control in multiple axes by a servo amplifier or the like, and a temperature controller that outputs a temperature control signal for controlling heating and cooling so as to reach a temperature commanded from the CPU unit 200
  • a unit or the like is mounted on the PLC 1.
  • the analog input unit 100 receives an analog value input from the outside to the PLC 1 and sequentially converts the input analog value into a digital value.
  • Various measured values related to industrial equipment and the like to be controlled by the PLC 1, for example, flow rate, pressure, temperature, and the like are converted into analog values such as current values and voltage values and input to the analog input unit 100 from various sensors.
  • the analog input unit 100 includes an analog data input interface (I / F) 110, an analog / digital (A / D) conversion unit 120, a calculation unit 130, a shared memory (storage unit) 140, a trigger input interface (I / F) 150, and A bus interface (I / F) 160 is included.
  • Analog data input I / F 110 accepts input of analog values.
  • the A / D conversion unit 120 converts an analog value into a digital value (A / D conversion value).
  • the arithmetic unit 130 controls the entire analog input unit 100.
  • the shared memory 140 stores the A / D conversion value from the A / D conversion unit 120 and the calculation result by the calculation unit 130.
  • the shared memory 140 can be read and written by the arithmetic unit 130 and can be read by the CPU unit 200 via the inter-unit bus 300.
  • Trigger input I / F 150 accepts a trigger for starting or stopping flow integration.
  • the bus I / F 160 is a communication interface for performing communication with the CPU unit 200 via the inter-unit bus 300.
  • the arithmetic unit 130, the shared memory 140, and the bus I / F 160 are connected to each other via an internal bus 170.
  • the PLC 1 can accept, for example, the following types of requests as triggers for starting or stopping the flow rate integration. ⁇ Request by command issued from CPU unit 200 ⁇ Request by internal signal of PLC1 ⁇ Request by input signal to trigger input I / F 150
  • the CPU unit 200 operates various units included in the PLC 1 to execute a user program, which is a program for controlling industrial equipment, outputs an execution result, and acquires input values such as values used by the user program. Repeat at a predetermined cycle. This repeated operation is called cyclic processing.
  • the CPU unit 200 reads a digital value (A / D conversion value) from the shared memory 140 as part of the input value acquisition operation included in the cyclic processing.
  • the CPU unit 200 includes a memory card interface (I / F) 210, a calculation unit 220, an internal memory 230, a personal computer interface (PCI / F) 240, and a bus interface (I / F) 250.
  • I / F memory card interface
  • PCI / F personal computer interface
  • I / F bus interface
  • the memory card I / F 210 is an interface for accessing a memory card set in the memory card slot 3.
  • the memory card stores a user program, data necessary for executing the user program, and data that is the execution result of the user program.
  • the arithmetic unit 220 executes a user program and controls the CPU unit 200 as a whole.
  • the internal memory 230 stores data necessary for executing the user program and input / output values of the user program.
  • the PCI / F 240 is an interface for connection with the personal computer 2.
  • the personal computer 2 displays user program settings and information stored in the internal memory 230.
  • the personal computer 2 generates a signal waveform using a waveform generation tool.
  • the bus interface (I / F) 250 is a communication interface for performing communication with the analog input unit 100 via the inter-unit bus 300.
  • the memory card I / F 210, the arithmetic unit 220, the internal memory 230, the PCI / F 240, and the bus I / F 250 are connected to each other via the internal bus 260.
  • an A / D conversion value storage area 141 stores the A / D conversion value from the A / D conversion unit 120.
  • the A / D conversion value is read from the A / D conversion value storage area 141 by the cyclic processing of the CPU unit 200.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the data structure of the parameter storage area.
  • the parameter storage area 142 stores parameters for input flow rate setting, integration cycle setting, and flow rate range setting.
  • the input flow rate setting is a type of measurement value output by the flow meter, and is set to be either an instantaneous flow rate (instantaneous value) or an integrated flow rate (integrated value).
  • the instantaneous flow rate represents the amount of the measurement object that has passed through the flow meter at a certain moment.
  • the integrated flow rate represents the amount of the measurement object that has passed through the flow meter during a certain period.
  • the flow meter may be either one that outputs an instantaneous value or one that outputs an integrated value.
  • the integration cycle setting parameter represents a set time set as a cycle for integrating the flow rate in the analog input unit 100.
  • the flow rate range setting parameter represents a range of measurement values output from the flow meter.
  • the parameters stored in the parameter storage area 142 are set by a user input operation, for example.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the data structure of the flow rate storage area.
  • the flow rate storage area 143 includes an instantaneous flow rate calculated based on an A / D conversion value from the A / D conversion unit 120, a total integrated flow rate obtained by integrating a flow rate per integration cycle, and a flow rate per hour (hourly integrated flow rate). Is stored.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the data structure of the daily report data storage area.
  • the daily report data storage area 144 collects the hourly integrated flow rate calculated during the day and stores it as daily report data ("flow rate from 0 o'clock to 1 o'clock" ... "flow rate from 11:00 to 12:00"). To do.
  • the calculation unit 130 includes a flow rate calculation unit 131 and a trigger detection unit 132.
  • the trigger detection unit 132 detects a trigger for starting or stopping the flow rate integration.
  • the flow rate calculation unit 131 converts the A / D conversion value from the A / D conversion unit 120 into a flow rate based on the trigger detected by the trigger detection unit 132 and the parameters stored in the parameter storage area 142, Write to the flow rate storage area 143.
  • the flow rate calculation unit 131 includes an instantaneous flow rate calculation unit 131a, an integrated flow rate calculation unit 131b, and a daily report data calculation unit 131c.
  • the instantaneous flow rate calculation unit 131a calculates an instantaneous flow rate.
  • the integrated flow rate calculation unit 131b calculates the total integrated flow rate.
  • the daily report data calculation unit 131c calculates daily report data.
  • the analog input unit 100 collects measurement data by measuring a flow rate related to an industrial device or the like controlled by the PLC 1 with a flow meter.
  • the interval (sampling cycle) at which the flow meter measures the flow rate is shorter than the cycle of the cyclic processing by the CPU unit 200, it is difficult for the CPU unit 200 to perform integration processing synchronized with the sampling cycle of the flow meter.
  • the flow rate is integrated by the analog input unit 100 that enables high-speed data collection with respect to the sampling period of the flow meter, and the integration result is stored in the shared memory 140.
  • the flow rate data stored in the area of the shared memory 140 is appropriately read out to the peripheral device via the inter-unit bus 300 and the CPU unit 200.
  • FIG. 5 is a flowchart for explaining the operation procedure of the analog input unit.
  • the calculation unit 130 performs initial setting for performing flow rate integration (step S10).
  • step S10 the setting regarding the flow rate integration made by the user is acquired.
  • Setting items include input flow rate setting (instantaneous value or integrated value), integration cycle, and flow meter flow range. The user sets the parameters of these items according to the specifications and settings of the flow meter to be connected.
  • the flow calculation unit 131 starts the flow integration operation (step S11).
  • the flow rate calculation unit 131 uses a timer or a counter to determine whether or not the integration cycle has been reached in order to perform flow rate integration for each integration cycle (step S12).
  • step S12 If the elapsed time from step S11 or the previous flow rate integration has not reached the integration cycle (step S12, No), the flow rate calculation unit 131 sets the integration cycle to the integration cycle as long as there is no request to end the flow integration (step S23, No). The determination of whether or not it has been reached is continued (step S12). When the elapsed time from step S11 or the previous flow rate integration has reached the integration cycle (step S12, Yes), the flow rate calculation unit 131 executes flow rate integration processing.
  • the flow rate integration process varies depending on the type of measurement value output by the flow meter. Therefore, the flow rate calculation unit 131 determines whether the input flow rate setting in the initial setting is an instantaneous value (instantaneous flow rate) or an integrated value (integrated flow rate) (step S13).
  • the flow rate calculation unit 131 calculates the instantaneous flow rate by converting the A / D conversion value, and stores the calculated instantaneous flow rate in the flow rate storage area 143 (step S13). S14).
  • the flow rate calculation unit 131 uses, for example, the following calculation formula to calculate the instantaneous flow rate.
  • Instantaneous flow rate (flow range upper limit value) x (A / D conversion value) / ⁇ (maximum value of A / D conversion value in analog input unit)-(minimum value of A / D conversion value in analog input unit) ⁇
  • the flow rate calculation unit 131 converts the calculated instantaneous flow rate into a flow rate per integration cycle (step S15).
  • the flow rate calculation unit 131 uses, for example, the following calculation formula to calculate the flow rate per integration cycle.
  • Flow rate per integration cycle (instantaneous flow rate calculated in step S14) x (integration cycle) x (unit conversion value)
  • FIG. 6 is a diagram for explaining an error that may be caused by integrating the flow rate per integration cycle.
  • the vertical axis represents instantaneous flow rate
  • the horizontal axis represents time (both are arbitrary units).
  • the flow rate calculation unit 131 executes a flow rate correction process in order to reduce such an error as much as possible (step S16).
  • the flow rate calculation unit 131 assumes that the actual flow rate has changed within the period between them, Execute correction processing.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating correction when the flow rate increases within the integration period.
  • the flow rate calculation unit 131 executes a correction process for adding a flow rate corresponding to the increase in the integration cycle C to the flow rate for each integration cycle C.
  • the flow rate calculation unit 131 calculates an error on the assumption that the actual flow rate changes linearly within the integration period C.
  • the flow rate calculation unit 131 calculates the deficiency error E1 N by the following calculation formula.
  • the flow rate calculation unit 131 adds a correction amount E1 N ′ corresponding to the shortage error E1 N to the flow rate to be integrated next.
  • E1 N (S N -S N-1 ) / 2
  • FIG. 8 is a diagram illustrating correction when the flow rate decreases within the integration cycle.
  • the flow rate calculation unit 131 executes a correction process for subtracting the flow rate corresponding to the decrease in the integration cycle C from the flow rate for each integration cycle C.
  • the flow rate calculation unit 131 calculates the deficiency error E2 N by the following calculation formula.
  • the flow rate calculation unit 131 subtracts the correction amount E2 N ′ corresponding to the shortage error E2 N from the flow rate to be accumulated next.
  • E2 N (S N-1 -S N ) / 2
  • step S17 adds the corrected value to the total integrated flow rate stored in the flow rate storage area 143 (step S17). Further, the flow rate calculation unit 131 adds the corrected value to the hourly integrated flow rate stored in the flow rate storage area 143 (step S18). Note that the order of step S17 and step S18 is arbitrary.
  • the flow rate calculation unit 131 converts the A / D conversion value into a flow rate (step S19), and the flow rate acquired last time from the current flow rate is obtained. Subtraction is performed to calculate the amount of change (step S20). The flow rate calculation unit 131 obtains the change amount of the flow rate obtained by converting the A / D conversion value as the flow rate per integration cycle.
  • the flow rate calculation unit 131 adds the amount of change calculated in step S20 to the total integrated flow rate stored in the flow rate storage area 143 (step S21). Further, the flow rate calculation unit 131 adds the amount of change calculated in step S ⁇ b> 20 to the hourly integrated flow rate stored in the flow rate storage area 143.
  • the flow rate calculation unit 131 divides the amount of change calculated in step S20 by the integration cycle, converts it to an instantaneous flow rate every integration cycle, and stores it in the flow rate storage area 143 (step S22). Thereby, when the measurement value output from the flowmeter is an integrated value, the user can grasp not only the change in the integrated flow rate but also the change in the instantaneous flow rate.
  • the flow rate calculation unit 131 determines whether or not the integration period has been reached as long as there is no request to end the flow rate integration (No in step S23). The procedure from step S12) is repeated. The flow rate calculation unit 131 ends the flow rate integration process when there is a request to end the flow rate integration (step S23, Yes).
  • FIG. 9 is a flowchart for explaining the procedure from the acquisition of the hourly integrated flow rate to the saving of the daily report data file.
  • the daily report data file is created by reading the daily report data stored in the daily report data storage area 144 at a time determined every day, for example, at 0:00.
  • the flow rate calculation unit 131 acquires the clock information of the sequencer CPU (step S40), and determines whether or not the current time is the correct time (0 minute 0 second) (step S41). When the current time is on the hour (step S41, Yes), the flow rate calculation unit 131 reads the hourly integrated flow rate stored in the flow rate storage area 143 of the shared memory 140 and stores it in the daily report data storage area 144 of the shared memory 140. Store (step S42). Moreover, the flow rate calculation unit 131 clears the hourly integrated flow rate in the flow rate storage area 143 to 0 (step S43). If the current time is not the correct time (step S41, No), the procedure from the start is repeated.
  • the flow rate calculation unit 131 determines whether or not the current time is 0:00 (step S44). When the current time is 0 o'clock (step S44, Yes), the flow rate calculation unit 131 saves daily report data for one day read from the daily report data storage area 144 of the shared memory 140 in a CSV file. The flow rate calculation unit 131 creates a daily report data file including daily report data for one day read from the daily report data storage area 144 (step S45). After creating the daily report data file, or when the current time is not 0 o'clock (step S44, No), the procedure from the start is repeated.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a CSV file. For example, the following information is written in the CSV file. -Daily report data date-Hourly integrated flow rate-Daily total flow rate-Total integrated flow rate after starting flow integration
  • the storage location of the created daily report data file is, for example, as follows.
  • -Internal memory 230 of CPU unit 200 A memory card connected to the memory card I / F 210 of the CPU unit 200
  • the created daily report data file can be read into the personal computer 2 connected to the PCI / F 240 of the CPU unit 200, and can be referred to and processed at any time.
  • the daily report data file may be read out by a daily report data reading tool operating on the personal computer 2 and displayed graphically.
  • the analog input unit 100 takes in the flow rate data into the PLC 1 by utilizing the high speed and constant periodicity of the analog input unit 100 by calculating the instantaneous flow rate and the total integrated flow rate in the flow rate calculation unit 131. be able to.
  • the analog input unit 100 can easily create daily report data that can be used for flow rate management and abnormality detection in the PLC 1 by reading the hourly accumulated flow rate stored in the shared memory 140.
  • the PLC 1 can use a daily report data file that is automatically created and stored in the system. As a result, the PLC 1 can easily perform flow rate management and abnormality detection.
  • the analog input unit and the programmable controller according to the present invention are suitable for monitoring the flow rate management and the presence / absence of abnormality related to the industrial equipment to be controlled.

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Abstract

　プログラマブルコントローラに備えられ、外部から入力されるアナログ値を逐次デジタル値に変換するアナログ入力ユニットであって、流量計による計測値であるアナログ値をデジタル値へ変換するアナログデジタル変換部（１２０）と、アナログデジタル変換部からのデジタル値を基に、瞬時流量と、予め設定された設定時間当たりの流量を積算した総積算流量と、を算出する流量演算部（１３１）と、流量演算部で算出された瞬時流量と総積算流量とを格納する流量格納領域（１４３）を備える記憶部（１４０）と、を有する。

Description

アナログ入力ユニットおよびプログラマブルコントローラ
　本発明は、アナログ入力ユニット、およびアナログ入力ユニットを備えるプログラマブルコントローラに関する。
　流量計での計測による流量データをプログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）へ取り込む場合、流量計の計測値として入力されるアナログ値をデジタル値に変換するアナログ入力ユニット（Ａ／Ｄ変換装置）が用いられている。流量計の多くは、計測値として瞬時流量（瞬時値）を出力する。従来、ＰＬＣによる流量管理を行う際には、ユーザプログラムにて、流量計のサンプリング周期に合わせたタイミングで計測値を受け取り、瞬時値を一定時間あたりの流量へ換算して積算している。
　一般に、流量計のサンプリング周期と、ＰＬＣ全体を制御するＣＰＵユニットの処理周期（スキャンタイム）とは非同期である。また、一般的なＣＰＵユニットの処理周期よりも短いサンプリング周期での計測を可能とする流量計が開発されている。そのため、アナログ入力ユニットの変換速度が流量計のサンプリング周期に対応できても、流量データを収集する間隔がＣＰＵユニットの処理周期によって決定されることにより、アナログ入力ユニットの高速性が活かされない場合がある。
　この問題に関連する技術としては、例えば、シーケンスプログラムのスキャンタイムに依存せず一定周期でのデータ収集を可能とする技術（例えば、特許文献１参照）や、収集したデータに対してさまざまな加工処理を行う技術（例えば、特許文献２参照）が提案されている。また、計測器にて積算値を計算し、記憶する装置（例えば、特許文献３参照）や、一定の流量に応じて流量計から送信される信号を監視し、積算量を計算するシステム（例えば、特許文献４参照）が提案されている。
特開平４－２８８６０２号公報 特開２０００－１２２７０６号公報 特開２００８－５８００６号公報 特開平５－１６４５９１号公報
　仮に、特許文献１の技術と特許文献２の技術とを併用した場合、一定周期でのデータ収集と、収集したデータの流量への加工とを実施し得る。この場合、アナログ入力ユニットには、瞬時値を一定時間あたりの流量へ換算して積算する手段、積算値を保持する手段がいずれも無いため、それらの処理は依然としてユーザプログラムにて実施することになる。また、アナログ入力ユニットには、一定時間（例えば１時間、１日など）ごとの流量を記録するための手段も無い。
　流量計が計測値を積算する特許文献３の技術、流量計からの信号を受けて計測値を積算する特許文献４の技術には、いずれもＰＬＣによる流量管理のための手段が無く、アナログ値から流量への換算および積算を経た流量管理にそのまま適用できるものではない。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ＰＬＣによる容易な流量管理や異常検出を可能とするアナログ入力ユニットおよび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、プログラマブルコントローラに備えられ、外部から入力されるアナログ値を逐次デジタル値に変換するアナログ入力ユニットであって、流量計による計測値であるアナログ値をデジタル値へ変換するアナログデジタル変換部と、前記アナログデジタル変換部からの前記デジタル値を基に、瞬時流量と、予め設定された設定時間当たりの流量を積算した総積算流量と、を算出する流量演算部と、前記流量演算部で算出された前記瞬時流量と前記総積算流量とを格納する流量格納領域を備える記憶部と、を有することを特徴とする。
　本発明にかかるアナログ入力ユニットは、流量演算部にて瞬時流量と総積算流量とを算出することで、アナログ入力ユニットの高速性や定周期性を活かして、積算流量や瞬時流量を得ることができる。これにより、ＰＬＣによる容易な流量管理や異常検出が可能となる。
図１は、本発明の実施の形態にかかるアナログ入力ユニットを備えるＰＬＣシステムの構成を示すブロック図である。 図２は、パラメータ格納領域のデータ構造を説明する図である。 図３は、流量格納領域のデータ構造を説明する図である。 図４は、日報データ格納領域のデータ構造を説明する図である。 図５は、アナログ入力ユニットの動作手順を説明するフローチャートである。 図６は、積算周期当たりの流量を積算することで生じ得る誤差について説明する図である。 図７は、積算周期内に流量が増加した場合の補正について説明する図である。 図８は、積算周期内に流量が減少した場合の補正について説明する図である。 図９は、毎時積算流量の取得から日報データファイルを保存するまでの手順を説明するフローチャートである。 図１０は、ＣＳＶファイルの例を示す図である。
　以下に、本発明にかかるアナログ入力ユニットおよびプログラマブル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．
　図１は、本発明の実施の形態にかかるアナログ入力ユニットを備えるＰＬＣシステムの構成を示すブロック図である。ＰＬＣシステムは、ＰＬＣ１、およびＰＬＣ１に接続された周辺装置を含むシステムである。例えば、パーソナルコンピュータ２およびメモリカードスロット３は、ＰＬＣシステムに含まれる周辺装置である。
　アナログ入力ユニット１００は、ユニット間バス３００を介してＣＰＵユニット２００に接続されている。アナログ入力ユニット１００およびＣＰＵユニット２００は、ＰＬＣ１の一部を構成している。ＰＬＣ１には、アナログ入力ユニット１００、ＣＰＵユニット２００のほかに、目的に合わせて各種のユニット（図示省略）が、ユニット間バス３００を介して装着されている。
　各種のユニットとしては、例えば、サーボアンプなどにより多軸における位置制御を実行するモーションコントローラユニット、ＣＰＵユニット２００から指令された温度に達するように加熱および冷却を制御する温度制御信号を出力する温度コントローラユニットなどが、ＰＬＣ１に装着されている。以下、各種のユニットのうち、アナログ入力ユニット１００およびＣＰＵユニット２００以外のユニットについては、説明を省略する。
　アナログ入力ユニット１００は、外部からＰＬＣ１へのアナログ値の入力を受け付け、入力されたアナログ値を逐次デジタル値に変換する。ＰＬＣ１が制御対象とする産業用機器などに関わる種々の計測値、例えば流量、圧力、温度などは、アナログ値である電流値や電圧値に変換され、各種のセンサからアナログ入力ユニット１００へ入力される。
　アナログ入力ユニット１００は、アナログデータ入力インターフェース（Ｉ／Ｆ）１１０、アナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換部１２０、演算部１３０、共用メモリ（記憶部）１４０、トリガ入力インターフェース（Ｉ／Ｆ）１５０およびバスインターフェース（Ｉ／Ｆ）１６０を有する。
　アナログデータ入力Ｉ／Ｆ１１０は、アナログ値の入力を受け付ける。Ａ／Ｄ変換部１２０は、アナログ値をデジタル値（Ａ／Ｄ変換値）へ変換する。演算部１３０は、アナログ入力ユニット１００全体の制御を実行する。共用メモリ１４０は、Ａ／Ｄ変換部１２０からのＡ／Ｄ変換値や演算部１３０による演算結果を格納する。共用メモリ１４０は、演算部１３０による読み出しおよび書き込みがなされるほか、ＣＰＵユニット２００による、ユニット間バス３００を介した読み出しアクセスも可能とされている。
　トリガ入力Ｉ／Ｆ１５０は、流量積算を開始または停止させるためのトリガを受け付ける。バスＩ／Ｆ１６０は、ユニット間バス３００を介してＣＰＵユニット２００との通信を行うための通信インターフェースである。演算部１３０、共用メモリ１４０およびバスＩ／Ｆ１６０は、内部バス１７０を介してそれぞれ接続されている。
　ＰＬＣ１は、流量積算を開始または停止させるトリガとして、例えば以下の種別の要求を受け付けることができる。
・ＣＰＵユニット２００から発行される命令による要求
・ＰＬＣ１の内部信号による要求
・トリガ入力Ｉ／Ｆ１５０への入力信号による要求
　ＣＰＵユニット２００は、ＰＬＣ１が備える種々のユニットを動作させて産業用機器を制御するためのプログラムであるユーザプログラムの実行、実行結果の出力、ユーザプログラムが使用する値などの入力値の取得を、所定の周期で繰り返す。この繰り返しの動作は、サイクリック処理と呼ばれる。ＣＰＵユニット２００は、サイクリック処理に含まれる入力値取得動作の一環として、共用メモリ１４０からデジタル値（Ａ／Ｄ変換値）を読み出す。
　ＣＰＵユニット２００は、メモリカードインターフェース（Ｉ／Ｆ）２１０、演算部２２０、内部メモリ２３０、パーソナルコンピュータインターフェース（ＰＣＩ／Ｆ）２４０およびバスインターフェース（Ｉ／Ｆ）２５０を有する。
　メモリカードＩ／Ｆ２１０は、メモリカードスロット３にセットされたメモリカードにアクセスするためのインターフェースである。メモリカードは、ユーザプログラム、ユーザプログラムの実行に必要となるデータ、ユーザプログラムの実行結果であるデータを格納する。演算部２２０は、ユーザプログラムの実行や、ＣＰＵユニット２００全体の制御を実行する。
　内部メモリ２３０は、ユーザプログラムの実行に必要となるデータや、ユーザプログラムの入出力値を格納する。ＰＣＩ／Ｆ２４０は、パーソナルコンピュータ２との接続のためのインターフェースである。パーソナルコンピュータ２は、ユーザプログラムの設定や内部メモリ２３０に格納された情報を表示する。また、パーソナルコンピュータ２は、波形生成ツールにより信号波形を生成する。
　バスインターフェース（Ｉ／Ｆ）２５０は、ユニット間バス３００を介してアナログ入力ユニット１００との通信を行うための通信インターフェースである。メモリカードＩ／Ｆ２１０、演算部２２０、内部メモリ２３０、ＰＣＩ／Ｆ２４０およびバスＩ／Ｆ２５０は、内部バス２６０を介してそれぞれ接続されている。
　共用メモリ１４０には、Ａ／Ｄ変換値格納領域１４１、パラメータ格納領域１４２、流量格納領域１４３および日報データ格納領域１４４が確保されている。Ａ／Ｄ変換値格納領域１４１は、Ａ／Ｄ変換部１２０からのＡ／Ｄ変換値を格納する。Ａ／Ｄ変換値は、ＣＰＵユニット２００のサイクリック処理により、Ａ／Ｄ変換値格納領域１４１から読み出される。
　図２は、パラメータ格納領域のデータ構造を説明する図である。パラメータ格納領域１４２は、入力流量設定、積算周期設定、流量レンジ設定の各パラメータを格納する。入力流量設定とは、流量計が出力する計測値の種類であって、瞬時流量（瞬時値）、積算流量（積算値）のいずれであるかの設定とする。瞬時流量とは、ある瞬間に流量計を通過した計測対象物の量を表す。積算流量とは、ある期間に流量計を通過した計測対象物の量を表す。流量計としては、瞬時値を出力するものの他に、積算値を出力するものも開発されている。本実施の形態では、流量計は、瞬時値を出力するもの、積算値を出力するもののいずれであっても良いものとする。
　積算周期設定のパラメータは、アナログ入力ユニット１００にて流量を積算する周期として設定された設定時間を表す。流量レンジ設定のパラメータは、流量計が出力する計測値のレンジを表す。パラメータ格納領域１４２に格納されるパラメータは、例えば、ユーザの入力操作によって設定される。
　図３は、流量格納領域のデータ構造を説明する図である。流量格納領域１４３は、Ａ／Ｄ変換部１２０からのＡ／Ｄ変換値を基に算出された瞬時流量、積算周期当たりの流量を積算した総積算流量、１時間当たりの流量（毎時積算流量）を格納する。
　図４は、日報データ格納領域のデータ構造を説明する図である。日報データ格納領域１４４は、１日の間に算出された毎時積算流量を収集し、日報データ（「０時～１時の流量」・・・、「１１時～１２時の流量」）として格納する。
　図１に戻って、演算部１３０は、流量演算部１３１およびトリガ検出部１３２を有する。トリガ検出部１３２は、流量積算を開始または停止させるトリガを検出する。流量演算部１３１は、トリガ検出部１３２が検出したトリガと、パラメータ格納領域１４２に格納されているパラメータとに基づいて、Ａ／Ｄ変換部１２０からのＡ／Ｄ変換値を流量に換算し、流量格納領域１４３に書き込む。
　流量演算部１３１は、瞬時流量演算部１３１ａ、積算流量演算部１３１ｂおよび日報データ演算部１３１ｃを有する。瞬時流量演算部１３１ａは、瞬時流量を算出する。積算流量演算部１３１ｂは、総積算流量を算出する。日報データ演算部１３１ｃは、日報データを算出する。
　アナログ入力ユニット１００は、ＰＬＣ１が制御対象とする産業用機器などに関わる流量を流量計によって計測し、計測データを収集する。流量計が流量を計測する間隔（サンプリング周期）が、ＣＰＵユニット２００によるサイクリック処理の周期より短い場合、流量計のサンプリング周期に同期した積算処理をＣＰＵユニット２００で行うことは困難となる。
　そこで、本実施の形態では、流量計のサンプリング周期に対して高速なデータ収集を可能とするアナログ入力ユニット１００にて流量の積算を行い、積算結果を共用メモリ１４０に記憶することとした。なお、共用メモリ１４０の領域に格納されている流量のデータは、ユニット間バス３００およびＣＰＵユニット２００を介して、周辺装置に適宜読み出される。
　図５は、アナログ入力ユニットの動作手順を説明するフローチャートである。演算部１３０は、流量積算を行う上での初期設定を行う（ステップＳ１０）。この工程では、ユーザによりなされた、流量積算に関する設定を取得する。設定項目としては、入力流量設定（瞬時値または積算値）、積算周期、流量計の流量レンジがある。ユーザは、接続対象となる流量計の仕様や設定に合わせて、これらの項目のパラメータを設定する。
　Ａ／Ｄ変換部１２０によるＡ／Ｄ変換が開始され、かつトリガ検出部１３２から流量積算開始の要求を受け付けると、流量演算部１３１は、流量積算の動作を開始する（ステップＳ１１）。流量演算部１３１は、積算周期ごとの流量積算を行うために、タイマやカウンタを使用して、積算周期に達したか否かを判定する（ステップＳ１２）。
　ステップＳ１１または前回の流量積算からの経過時間が積算周期に達していない場合（ステップＳ１２、Ｎｏ）、流量積算終了の要求が無い（ステップＳ２３、Ｎｏ）限り、流量演算部１３１は、積算周期に達したか否かの判定を続行する（ステップＳ１２）。ステップＳ１１または前回の流量積算からの経過時間が積算周期に達した（ステップＳ１２、Ｙｅｓ）時点で、流量演算部１３１は、流量の積算処理を実行する。
　流量の積算処理は、流量計が出力する計測値の種類によって変わる。このため、流量演算部１３１は、初期設定における入力流量設定が瞬時値（瞬時流量）であるか積算値（積算流量）であるかを判別する（ステップＳ１３）。
　入力流量設定が瞬時値である場合（ステップＳ１３、Ｙｅｓ）、流量演算部１３１は、Ａ／Ｄ変換値の換算により瞬時流量を算出し、算出した瞬時流量を流量格納領域１４３に格納する（ステップＳ１４）。流量演算部１３１は、瞬時流量の算出に、例えば以下の計算式を使用する。
瞬時流量＝（流量レンジ上限値）×（Ａ／Ｄ変換値）／｛（アナログ入力ユニットにおけるＡ／Ｄ変換値の最大値）－（アナログ入力ユニットにおけるＡ／Ｄ変換値の最小値）｝
　続いて、流量演算部１３１は、算出した瞬時流量を、積算周期当たりの流量に換算する（ステップＳ１５）。流量演算部１３１は、積算周期当たりの流量の算出に、例えば以下の計算式を使用する。
積算周期当たりの流量＝（ステップＳ１４で算出した瞬時流量）×（積算周期）×（単位換算値）
　なお、単位換算値は、時間の単位を換算するためのパラメータとする。例えば、流量計の流量レンジが［／ｈ］、積算周期の単位が［ｍｓ］であるとすると、単位［／ｈ］の流量を単位［ｍｓ］の流量に換算するための単位換算値は、以下に表す計算式となる。
単位換算値＝１／６０［ｍｉｎ／ｈ］×６０［ｓ／ｍｉｎ］×１０００［ｍｓ／ｓ］
　図６は、積算周期当たりの流量を積算することで生じ得る誤差について説明する図である。図中縦軸は瞬時流量、横軸は時間（いずれも任意単位）を表している。流量計における実際の流量が積算周期Ｃの間に変化した場合、ステップＳ１５で得た積算周期当たりの流量を積算した総積算流量には、実際の流量に対する誤差が生じることになる。
　例えば、積算周期Ｃ内に流量が増加した場合、ステップＳ１５で得た積算周期当たりの流量をそのまま積算すると、積算周期Ｃ内における流量の増加分が加算されないことによる不足誤差Ｅ１が生じることになる。また、積算周期Ｃ内に流量が減少した場合、ステップＳ１５で得た積算周期当たりの流量をそのまま積算すると、積算周期Ｃ内における流量の減少分が加算されることによる過剰誤差Ｅ２が生じることになる。
　そこで、流量演算部１３１は、このような誤差をできるだけ少なくするために、流量の補正処理を実行する（ステップＳ１６）。流量演算部１３１は、前回の流量積算の際の瞬時流量と今回の流量積算の際の瞬時流量とに差があった場合に、その間の期間内に実際の流量が変化しているものとして、補正処理を実行する。
　図７は、積算周期内に流量が増加した場合の補正について説明する図である。この場合、流量演算部１３１は、積算周期Ｃ内における増加分に相当する流量を、積算周期Ｃごとの流量に加える補正処理を実行する。流量演算部１３１は、積算周期Ｃ内において実際の流量が線形変化したものとして、誤差を算出する。
　例えば、ある積算タイミングＴＮ－１における瞬時流量ＳＮ－１に対して、次の積算タイミングＴＮにおける瞬時流量ＳＮが増加していた場合（ＳＮ－１＜ＳＮ）、流量演算部１３１は、以下の計算式により、不足誤差Ｅ１Ｎを算出する。流量演算部１３１は、不足誤差Ｅ１Ｎに相当する補正量Ｅ１Ｎ’を、次に積算する流量に加算する。
Ｅ１Ｎ＝（ＳＮ－ＳＮ－１）／２
　図８は、積算周期内に流量が減少した場合の補正について説明する図である。この場合、流量演算部１３１は、積算周期Ｃ内における減少分に相当する流量を、積算周期Ｃごとの流量から差し引く補正処理を実行する。
　例えば、ある積算タイミングＴＮ－１における瞬時流量ＳＮ－１に対して、次の積算タイミングＴＮにおける瞬時流量ＳＮが減少していた場合（ＳＮ－１＞ＳＮ）、流量演算部１３１は、以下の計算式により、不足誤差Ｅ２Ｎを算出する。流量演算部１３１は、不足誤差Ｅ２Ｎに相当する補正量Ｅ２Ｎ’を、次に積算する流量から差し引く。
Ｅ２Ｎ＝（ＳＮ－１－ＳＮ）／２
　次に、流量演算部１３１は、補正処理後の値を、流量格納領域１４３に格納されている総積算流量に加算する（ステップＳ１７）。また、流量演算部１３１は、補正処理後の値を、流量格納領域１４３に格納されている毎時積算流量に加算する（ステップＳ１８）。なお、ステップＳ１７およびステップＳ１８の順序は任意であるものとする。
　初期設定における入力流量設定が積算値である場合（ステップＳ１３、Ｎｏ）、流量演算部１３１は、Ａ／Ｄ変換値を流量に換算し（ステップＳ１９）、今回取得した流量から前回取得した流量を減算して、変化量を算出する（ステップＳ２０）。流量演算部１３１は、Ａ／Ｄ変換値を換算して得た流量の変化量を、積算周期当たりの流量として求める。
　次に、流量演算部１３１は、ステップＳ２０にて算出した変化量を、流量格納領域１４３に格納されている総積算流量に加算する（ステップＳ２１）。また、流量演算部１３１は、ステップＳ２０にて算出した変化量を、流量格納領域１４３に格納されている毎時積算流量に加算する。
　流量演算部１３１は、ステップＳ２０にて算出した変化量を積算周期で除算して、積算周期おきの瞬時流量に換算し、流量格納領域１４３に格納する（ステップＳ２２）。これにより、ユーザは、流量計が出力する計測値が積算値である場合に、積算流量の変化のみならず、瞬時流量の変化も把握することが可能となる。
　ステップＳ１４からステップＳ１８、あるいはステップＳ１９からステップＳ２２による積算処理の後、流量積算終了の要求が無い（ステップＳ２３、Ｎｏ）限り、流量演算部１３１は、積算周期に達したか否かの判定（ステップＳ１２）からの手順を繰り返す。流量演算部１３１は、流量積算終了の要求があった場合に（ステップＳ２３、Ｙｅｓ）、流量の積算処理を終了する。
　図９は、毎時積算流量の取得から日報データファイルを保存するまでの手順を説明するフローチャートである。日報データファイルは、毎日決められた時刻、例えば０時に、日報データ格納領域１４４に格納されている日報データを読み出すことにより作成される。
　流量演算部１３１は、シーケンサＣＰＵの時計情報を取得し（ステップＳ４０）、現在時刻が正時（０分０秒）であるか否かを判定する（ステップＳ４１）。現在時刻が正時である場合（ステップＳ４１、Ｙｅｓ）、流量演算部１３１は、共用メモリ１４０の流量格納領域１４３に格納されている毎時積算流量を読み出し、共用メモリ１４０の日報データ格納領域１４４に格納する（ステップＳ４２）。また、流量演算部１３１は、流量格納領域１４３の毎時積算流量を０クリアする（ステップＳ４３）。なお、現在時刻が正時ではない場合（ステップＳ４１、Ｎｏ）、スタートからの手順を繰り返す。
　流量演算部１３１は、現在時刻が０時であるか否かを判定する（ステップＳ４４）。現在時刻が０時である場合（ステップＳ４４、Ｙｅｓ）、流量演算部１３１は、共用メモリ１４０の日報データ格納領域１４４から読み出した１日分の日報データを、ＣＳＶファイルに保存する。流量演算部１３１は、日報データ格納領域１４４から読み出した１日分の日報データを含む日報データファイルを作成する（ステップＳ４５）。日報データファイルを作成した後、あるいは現在時刻が０時ではない場合（ステップＳ４４、Ｎｏ）、スタートからの手順を繰り返す。
　図１０は、ＣＳＶファイルの例を示す図である。ＣＳＶファイルには、例えば以下の情報が書き込まれる。
・日報データの日付
・毎時積算流量
・１日の合計流量
・流量積算を開始してからの総積算流量
　作成された日報データファイルの保存先は、例えば以下の箇所とされる。
・ＣＰＵユニット２００の内部メモリ２３０
・ＣＰＵユニット２００のメモリカードＩ／Ｆ２１０に接続されているメモリカード
　作成された日報データファイルは、ＣＰＵユニット２００のＰＣＩ／Ｆ２４０に接続されているパーソナルコンピュータ２内に読み出し、随時参照および加工することが可能である。あるいは、日報データファイルは、パーソナルコンピュータ２上で動作する日報データ読み出しツールにより読み出し、グラフィック表示することとしても良い。
　本発明にかかるアナログ入力ユニット１００は、流量演算部１３１にて瞬時流量と総積算流量とを算出することで、アナログ入力ユニット１００の高速性や定周期性を活かして、ＰＬＣ１へ流量データを取り込むことができる。また、アナログ入力ユニット１００は、共用メモリ１４０に格納している毎時積算流量を読み出すことで、ＰＬＣ１での流量管理や異常検出に利用可能な日報データを容易に作成することができる。ＰＬＣ１は、システム内に自動で作成、保存される日報データファイルを利用することができる。これにより、ＰＬＣ１は、容易な流量管理や異常検出が可能となる。
　以上のように、本発明にかかるアナログ入力ユニットおよびプログラマブルコントローラは、制御対象とする産業用機器に関わる流量管理や異常の有無を監視する場合に適している。
　１　ＰＬＣ
　２　パーソナルコンピュータ
　３　メモリカードスロット
　１００　アナログ入力ユニット
　１１０　アナログデータ入力Ｉ／Ｆ
　１２０　Ａ／Ｄ変換部
　１３０　演算部
　１３１　流量演算部
　１３１ａ　瞬時流量演算部
　１３１ｂ　積算流量演算部
　１３１ｃ　日報データ演算部
　１３２　トリガ検出部
　１４０　共用メモリ
　１４１　Ａ／Ｄ変換値格納領域
　１４２　パラメータ格納領域
　１４３　流量格納領域
　１４４　日報データ格納領域
　１５０　トリガ入力Ｉ／Ｆ
　１６０　バスＩ／Ｆ
　１７０　内部バス
　２００　ＣＰＵユニット
　２１０　メモリカードＩ／Ｆ
　２２０　演算部
　２３０　内部メモリ
　２４０　ＰＣＩ／Ｆ
　２５０　バスＩ／Ｆ
　２６０　内部バス
　３００　ユニット間バス

Claims (7)

  1. 　プログラマブルコントローラに備えられ、外部から入力されるアナログ値を逐次デジタル値に変換するアナログ入力ユニットであって、
    　流量計による計測値であるアナログ値をデジタル値へ変換するアナログデジタル変換部と、
    　前記アナログデジタル変換部からの前記デジタル値を基に、瞬時流量と、予め設定された設定時間当たりの流量を積算した総積算流量と、を算出する流量演算部と、
    　前記流量演算部で算出された前記瞬時流量と前記総積算流量とを格納する流量格納領域を備える記憶部と、
    　を有することを特徴とするアナログ入力ユニット。
  2. 　前記流量計が前記計測値として瞬時値を出力する場合において、前記流量演算部は、前記アナログデジタル変換部からの前記デジタル値の換算により前記瞬時流量を算出し、かつ算出した前記瞬時流量を、前記設定時間当たりの流量に換算することを特徴とする請求項１に記載のアナログ入力ユニット。
  3. 　前記流量計が前記計測値として積算値を出力する場合において、前記流量演算部は、前記アナログデジタル変換部からの前記デジタル値を換算して得た流量の変化量を、前記設定時間当たりの流量として求め、かつ前記変化量を、前記設定時間おきの前記瞬時流量に換算することを特徴とする請求項１に記載のアナログ入力ユニット。
  4. 　前記流量演算部は、前記流量計における流量が前記設定時間内にて増加した場合に、前記設定時間内における増加分に相当する流量を前記設定時間ごとの流量に加える補正をし、前記流量計における流量が前記設定時間内にて減少した場合に、前記設定時間内における減少分に相当する流量を前記設定時間ごとの流量から差し引く補正をすることを特徴とする請求項１または２に記載のアナログ入力ユニット。
  5. 　前記記憶部は、１時間当たりの流量を日単位で収集する日報データ格納領域を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のアナログ入力ユニット。
  6. 　前記流量演算部は、前記日報データ格納領域から読み出した１日分のデータを含む日報データファイルを作成することを特徴とする請求項５に記載のアナログ入力ユニット。
  7. 　外部から入力されるアナログ値を逐次デジタル値に変換するアナログ入力ユニットと、
    　ユニット間バスを介して前記アナログ入力ユニットに接続されたＣＰＵユニットと、
    　を有し、
    　前記アナログ入力ユニットは、
    　流量計による計測値であるアナログ値をデジタル値へ変換するアナログデジタル変換部と、
    　前記アナログデジタル変換部からの前記デジタル値を基に、瞬時流量と、予め設定された設定時間当たりの流量を積算した総積算流量と、を算出する流量演算部と、
    　前記流量演算部で算出された前記瞬時流量と前記総積算流量とを格納する流量格納領域を備え、前記ＣＰＵユニットによる読み出しアクセスが可能な共用メモリと、
    　を有することを特徴とするプログラマブルコントローラ。
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