WO2021234819A1

WO2021234819A1 - 増設ベースユニット、制御装置、制御システム及び制御方法

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Publication number: WO2021234819A1
Application number: PCT/JP2020/019793
Authority: WO
Inventors: 孝一新開
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2020-05-19
Filing date: 2020-05-19
Publication date: 2021-11-25
Also published as: US20230122878A1; US11782857B2; TW202144940A; JP6833137B1; DE112020006931T5; JPWO2021234819A1; TWI769717B; CN115605814A

Abstract

増設ベースユニット（１０）は、前段のベースユニットのコネクタにケーブル（Ｃ１１，Ｃ１２）を介して通信可能に接続されることで前段のベースユニットから信号を受信可能な入力コネクタ（１０１，１０２）と、後段の増設ベースユニットの複数のコネクタにそれぞれケーブル（Ｃ２１，Ｃ２２）を介して通信可能に接続されることで入力コネクタ（１０１，１０２）が受信した信号を後段の増設ベースユニットに送信可能な複数の出力コネクタ（１１１，１１２）と、を備える。

Description

増設ベースユニット、制御装置、制御システム及び制御方法

　本開示は、増設ベースユニット、制御装置、制御システム及び制御方法に関する。

　ＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）の信頼性向上のため、ＣＰＵ（Central Processing Unit）ユニットを多重化する技術が知られている。例えば特許文献１には、トラッキングケーブルを相互に接続することにより互いの状態を確認可能な２つのＣＰＵユニットと、それぞれのＣＰＵユニットが接続された２つの基本ベースユニットを接続可能なＣＰＵ二重化用増設ベースユニットとを利用してＣＰＵユニットを二重化する技術が開示されている。

特開２００７－１６４７２２号公報

　ところで、増設ベースユニットにはさらなる増設ベースユニットが接続されることがある。例えば特許文献１には、ＣＰＵ二重化用増設ベースユニットの後段にさらなる増設ベースユニットが設けられ、ＣＰＵ二重化用増設ベースユニットとさらなる増設ベースユニットとが１本のケーブルにより接続されている例が示されている。例えば、ＣＰＵ二重化用増設ベースユニットのみではＩ／Ｏ（Input/Output）ユニットを十分に搭載できないとき、さらなる増設ベースユニットが必要とされる。

　なお、「前段」、「後段」の表現は、基本ベースユニットを基準とした表現である。特許文献１の例においては、ＣＰＵ二重化用増設ベースユニットは、基本ベースユニットの「後段」かつ、さらなる増設ベースユニットの「前段」である。

　特許文献１においては、ＣＰＵ二重化用増設ベースユニットとさらなる増設ベースユニットとを接続するケーブルが１本である。そのため、当該ケーブルに断線、変質等の異常が生じると、さらなる増設ベースユニットに接続されたユニットとＣＰＵユニットとの通信に異常が生じる。したがって、特許文献１に記載の技術では、ＰＬＣの信頼性に不足がある。

　本開示の目的は、上記の事情に鑑み、増設ベースユニット同士を接続するケーブルを多重化できる増設ベースユニット等を提供することにある。

　上記の目的を達成するため、本開示に係るベースユニットは、
　前段のベースユニットのコネクタにケーブルを介して通信可能に接続されることで前記前段のベースユニットから信号を受信可能な入力コネクタと、
　後段の増設ベースユニットの複数のコネクタにそれぞれケーブルを介して通信可能に接続されることで前記入力コネクタが受信した信号を前記後段の増設ベースユニットに送信可能な複数の出力コネクタと、
　を備える。

　本開示によれば、増設ベースユニット同士を接続するケーブルを多重化できる。

本開示の実施の形態１に係る制御システムの構成を示す図本開示の実施の形態１に係る増設ベースユニットの構成を示す図本開示の実施の形態１に係る基本ベースユニットの構成を示す図本開示の実施の形態１に係るＣＰＵユニットの構成を示す図本開示の実施の形態１に係る増設ベースユニットのハードウェア構成の一例を示す図本開示の実施の形態１に係る増設ベースユニットによる入力切り替えの動作の一例を示すフローチャート本開示の実施の形態１に係る増設ベースユニットによる出力切り替えの動作の一例を示すフローチャート本開示の実施の形態１に係るＣＰＵユニットによる切り替え制御の動作の一例を示すフローチャート本開示の実施の形態１の変形例に係る増設ベースユニットの構成を示す図本開示の実施の形態２に係る増設ベースユニットの構成を示す図本開示の実施の形態３に係る増設ベースユニットの構成を示す図本開示の実施の形態３に係る増設ベースユニットの記憶部に保存される転送先テーブルの一例を示す図

　以下、図面を参照しながら、本開示の実施の形態に係る制御システムを説明する。各図面においては、同一又は同等の部分に同一の符号を付す。

（実施の形態１）
　図１を参照しながら、実施の形態１に係る制御システム１０００を説明する。制御システム１０００は、例えばセンサからセンサ値を取得してセンサ値に基づいて工作機械を制御する制御システムである。制御システム１０００は、制御装置１ａと制御装置１ｂと制御装置２ａと制御装置２ｂとを備える。制御装置２ａと制御装置２ｂとはトラッキングケーブルＴＣにより通信可能に接続されている。制御装置２ａと制御装置１ａとはバス接続ケーブルＣ１１により通信可能に接続されている。同様に、制御装置２ｂと制御装置１ａとはバス接続ケーブルＣ１２により通信可能に接続されている。制御装置１ａと制御装置１ｂとはバス接続ケーブルＣ２１及びバス接続ケーブルＣ２２により通信可能に接続されている。同様に、制御装置１ｂと図示しない他の制御装置とは、バス接続ケーブルＣ３１及びバス接続ケーブルＣ３２により通信可能に接続されている。当該図示しない他の制御装置は、バス接続ケーブルによりさらなる他の制御装置と通信可能に接続されていてもよい。制御システム１０００は、本開示に係る制御システムの一例である。バス接続ケーブルＣは、本開示に係るケーブルの一例である。

　簡単のため、以下、制御装置１ａと制御装置１ｂとを、総括して制御装置１と呼称することがある。制御装置２ａ及び制御装置２ｂについても同様に、総括して制御装置２と呼称することがある。また、後述するその他の構成についても同様である。

　制御システム１０００においては、制御装置２ａと制御装置２ｂとにより制御装置２が二重化されている。また、制御システム１０００においては、バス接続ケーブルＣ２１及びバス接続ケーブルＣ２２により、制御装置１ａと制御装置１ｂとを接続するバス接続ケーブルが二重化されている。また、制御システム１０００においては、各制御装置１は、制御装置２に数珠つなぎに接続されている。

　制御装置１は、増設ベースユニット１０とＩ／Ｏユニット１１と電源ユニット１２とを備える。Ｉ／Ｏユニット１１及び電源ユニット１２は、増設ベースユニット１０が備える図示しないスロットに接続されている。Ｉ／Ｏユニット１１は、図示しないセンサ及び工作機械に通信可能に接続されている。電源ユニット１２は、増設ベースユニット１０及びＩ／Ｏユニット１１に電力を供給する。増設ベースユニット１０は、図示しないスロットに接続されたユニットと通信し、バス接続ケーブルにて接続された他のベースユニットと通信する。制御装置１がこれらのユニットを備えることにより、制御装置２は、制御装置１と通信し、Ｉ／Ｏユニット１１に接続されたセンサ及び工作機械を制御することができる。制御装置１は、Ｉ／Ｏユニット１１を複数備えてもよいし、電源ユニット１２を複数備えてもよい。制御装置１は、本開示に係る制御装置の一例である。Ｉ／Ｏユニット１１は、本開示に係る入出力ユニットの一例である。センサ及び工作機械は、本開示に係る外部機器の一例である。

　増設ベースユニット１０は、入力コネクタ１０１と入力コネクタ１０２と出力コネクタ１１１と出力コネクタ１１２とを備える。図１では、入力コネクタ１０１ａにバス接続ケーブルＣ１１が接続され、入力コネクタ１０２ａにバス接続ケーブルＣ１２が接続され、出力コネクタ１１１ａにバス接続ケーブルＣ２１が接続され、出力コネクタ１１２ａにバス接続ケーブルＣ２２が接続されている。同様に、入力コネクタ１０１ｂにバス接続ケーブルＣ２１が接続され、入力コネクタ１０２ｂにバス接続ケーブルＣ２２が接続され、出力コネクタ１１１ｂにバス接続ケーブルＣ３１が接続され、出力コネクタ１１２ｂにバス接続ケーブルＣ３２が接続されている。つまり、各増設ベースユニット１０は直列に接続されている。また、増設ベースユニット１０ａは、後述する基本ベースユニット２０ａ及び基本ベースユニット２０ｂに接続されているので、各増設ベースユニット１０は、基本ベースユニット２０に数珠つなぎに接続されている。

　増設ベースユニット１０が入力コネクタと出力コネクタとを２つずつ備えることにより、増設ベースユニット１０同士を接続するバス接続ケーブルを二重化できる。また、増設ベースユニット１０が入力コネクタを２つ備えることにより、二重化された２つの制御装置２、つまり制御装置２ａと制御装置２ｂとを増設ベースユニット１０ａに接続できる。増設ベースユニット１０の構成の詳細は後述する。増設ベースユニット１０は、本開示に係る増設ベースユニットの一例である。

　なお、ここでいう「入力」及び「出力」の表現は、前段のベースユニットから後段の増設ベースユニットへの信号の流れを基準としている。そのため、前段のベースユニットとの通信に使用されるコネクタは「入力コネクタ」であり、後段の増設ベースユニットとの通信に使用されるコネクタは「出力コネクタ」である。なお、「前段のベースユニット」は、基本ベースユニット、増設ベースユニットのいずれの場合もありえる。

　制御装置２は、基本ベースユニット２０とＣＰＵユニット２１と電源ユニット２２とを備える。制御システム１０００が制御装置２ａと制御装置２ｂとを備え、制御装置２ａのＣＰＵユニット２１ａと制御装置２ｂのＣＰＵユニット２１ｂとがトラッキングケーブルＴＣにより接続されていることにより、制御装置２が二重化されている。

　ＣＰＵユニット２１及び電源ユニット２２は、基本ベースユニット２０が備える図示しないスロットに接続されている。ＣＰＵユニット２１は、制御装置１のＩ／Ｏユニット１１に接続されたセンサ及び工作機械を制御する。ＣＰＵユニット２１は、トラッキングケーブルＴＣにて接続された他のＣＰＵユニット２１と通信する。また、詳細は後述するが、ＣＰＵユニット２１は、増設ベースユニット１０に切り替え制御信号を送信することにより、当該増設ベースユニット１０にて使用される出力コネクタを切り替える。電源ユニット２２は、基本ベースユニット２０及びＣＰＵユニット２１に電力を供給する。制御装置２は、電源ユニット２２を複数備えてもよい。また、Ｉ／Ｏユニットが基本ベースユニット２０のスロットに接続されていてもよい。ＣＰＵユニット２１の構成の詳細は後述する。

　基本ベースユニット２０は、図示しないスロットに接続されたユニットと通信し、バス接続ケーブルにて接続された増設ベースユニット１０と通信する。基本ベースユニット２０は、出力コネクタ２０１を備える。図１では、基本ベースユニット２０ａの出力コネクタ２０１ａにバス接続ケーブルＣ１１が接続され、基本ベースユニット２０ｂの出力コネクタ２０１ｂにバス接続ケーブルＣ１２が接続されている。基本ベースユニット２０の構成の詳細は後述する。基本ベースユニット２０は、本開示に係る基本ベースユニットの一例である。

　制御装置２がこれらのユニットを備えることにより、制御装置２は、制御装置１のＩ／Ｏユニット１１に接続されたセンサ及び工作機械を制御できる。

　次に、図２を参照しながら、増設ベースユニット１０の構成を詳細に説明する。なお、図２では、代表して増設ベースユニット１０ａの構成を示すが、増設ベースユニット１０ｂ及び増設ベースユニット１０ｂに接続された図示しない他のベースユニットの構成も同様のものとなる。

　増設ベースユニット１０は、入力コネクタ１０１と入力コネクタ１０２と出力コネクタ１１１と出力コネクタ１１２と入力制御部１２１と入力切替部１２２と出力制御部１３１と出力切替部１３２と１以上のスロット１９０とバスＢとを備える。スロット１９０は、バスＢに通信可能に接続されている。詳細は後述するが、入力切替部１２２は、入力制御部１２１の制御に基づき、入力コネクタ１０１と入力コネクタ１０２とのいずれか一方とバスＢとを通信可能に接続する。同様に、出力切替部１３２は、出力制御部１３１の制御に基づき、出力コネクタ１１１と出力コネクタ１１２とのいずれか一方とバスＢとを通信可能に接続する。バスＢは、増設ベースユニット１０の内部で入力切替部１２２と出力切替部１３２とスロット１９０とを接続する内部バスである。バスＢは、本開示に係る内部バスの一例である。

　入力コネクタ１０１及び入力コネクタ１０２は、バス接続ケーブルを介して前段のベースユニットの出力コネクタに通信可能に接続されている。増設ベースユニット１０ａにおいては、入力コネクタ１０１ａがバス接続ケーブルＣ１１を介して前段の基本ベースユニット２０ａの出力コネクタ２０１ａに通信可能に接続され、入力コネクタ１０２ａがバス接続ケーブルＣ１２を介して前段の基本ベースユニット２０ｂの出力コネクタ２０１ｂに通信可能に接続されている。入力コネクタ１０１及び入力コネクタ１０２は、本開示に係る入力コネクタの一例である。

　出力コネクタ１１１及び出力コネクタ１１２は、バス接続ケーブルを介して後段の増設ベースユニットの入力コネクタに通信可能に接続されている。増設ベースユニット１０ａにおいては、出力コネクタ１１１ａがバス接続ケーブルＣ２１を介して後段の増設ベースユニット１０ｂの入力コネクタ１０１ｂに通信可能に接続され、出力コネクタ１１２ａがバス接続ケーブルＣ２２を介して後段の増設ベースユニット１０ｂの入力コネクタ１０２ｂに通信可能に接続されている。出力コネクタ１１１及び出力コネクタ１１２は、本開示に係る出力コネクタの一例である。

　入力制御部１２１は、入力コネクタ１０１及び入力コネクタ１０２が受信した信号を監視し、前段のベースユニットとバスＢとの通信に使用されている入力コネクタを特定し、後述の入力切替部１２２を制御して特定した入力コネクタとバスＢとを接続する。当該通信に使用される入力コネクタと当該通信に使用されない入力コネクタとでは、入力コネクタが受信する信号が異なるので、入力制御部１２１は、入力コネクタ１０１及び入力コネクタ１０２が受信した信号を監視することにより、前段のベースユニットとバスＢとの通信に使用されている入力コネクタを特定できる。例えば、入力制御部１２１は、入力コネクタが受信するクロック信号が、周期的に変化するものであるか全く変化しないものであるかを判別することによって、当該通信に使用される入力コネクタを特定できる。

　なお、詳細は後述するが、前段のベースユニットが１つの増設ベースユニット１０である場合、２つの基本ベースユニット２０のいずれであっても、入力コネクタ１０１と入力コネクタ１０２とのうちいずれか一方のみが当該前段のベースユニットとバスＢとの通信に使用される。

　入力切替部１２２は、入力制御部１２１の制御に基づいて、前段のベースユニットとバスＢとの通信に使用されている入力コネクタとバスＢとを通信可能に接続する。図２では入力切替部１２２をスイッチとして記載しているが、入力切替部１２２は、例えばトランジスタ、リレーなどのスイッチング素子を含む切り替え回路である。入力制御部１２１及び入力切替部１２２は、本開示に係る第１接続手段の一例である。

　出力制御部１３１は、バスＢを介して前段のベースユニットから切り替え制御信号を受信したとき、出力切替部１３２を制御して、バスＢに接続されている出力コネクタを切り替える。詳細は後述するが、ＣＰＵユニット２１は、２つの増設ベースユニット１０の通信に異常があると検出したとき、当該２つの増設ベースユニット１０のうち前段の増設ベースユニット１０に、切り替え制御信号を送信する。そのため、出力制御部１３１は、バスＢを介して前段のベースユニットから切り替え制御信号を受信することができる。その結果、増設ベースユニット１０ｂにおいては、入力コネクタ１０１ｂと入力コネクタ１０２ｂとのうちいずれか一方のみが増設ベースユニット１０ａと増設ベースユニット１０ｂとの通信に使用される。

　例えば、増設ベースユニット１０ａの出力コネクタ１１１ａと増設ベースユニット１０ｂの入力コネクタ１０１ｂとを接続するバス接続ケーブルＣ２１に異常が生じて出力コネクタ１１１ａと入力コネクタ１０１ｂとの通信が不可能となった場合を考える。なお、出力切替部１３２は、出力コネクタ１１１ａとバスＢとを接続しているものとする。このとき、ＣＰＵユニット２１は、出力コネクタ１１１ａと入力コネクタ１０１ｂとの間が異常箇所であることを検出し、前段の増設ベースユニット１０である増設ベースユニット１０ａに切り替え制御信号を送信する。バスＢを介してＣＰＵユニット２１から切り替え制御信号を受信した出力制御部１３１は、出力切替部１３２を制御して、バスＢに接続される出力コネクタを出力コネクタ１１１ａから出力コネクタ１１２ａに切り替える。

　出力切替部１３２は、出力制御部１３１の制御に基づいて、バスＢに接続される出力コネクタを切り替える。つまり、出力切替部１３２は、前段のベースユニットから受信した切り替え制御信号に基づいて、出力コネクタ１１１及び出力コネクタ１１２のうち１の出力コネクタとバスＢとを通信可能に接続する。図２では出力切替部１３２をスイッチとして記載しているが、出力切替部１３２は、例えばトランジスタ、リレーなどのスイッチング素子を含む切り替え回路である。出力制御部１３１及び出力切替部１３２は、本開示に係る第２接続手段の一例である。

　スロット１９０は、バスＢに接続され、Ｉ／Ｏユニット１１、電源ユニット１２などのユニットを接続可能なスロットである。スロット１９０は、接続されたユニットとバスＢとを通信可能に接続する。

　次に、図３を参照しながら、基本ベースユニット２０の構成を詳細に説明する。なお、図３では、代表して基本ベースユニット２０ａの構成を示すが、基本ベースユニット２０ｂの構成も同様のものとなる。

　基本ベースユニット２０は、出力コネクタ２０１と１以上のスロット２０２とバスＢＢとを備える。出力コネクタ２０１及びスロット２０２は、バスＢＢに通信可能に接続されている。

　出力コネクタ２０１は、バス接続ケーブルを介して後段の増設ベースユニット１０ａの入力コネクタに通信可能に接続されている。基本ベースユニット２０ａにおいては、出力コネクタ２０１ａがバス接続ケーブルＣ１１を介して後段の増設ベースユニット１０ａの入力コネクタ１０１ａに通信可能に接続されている。

　スロット２０２は、バスＢＢに接続され、ＣＰＵユニット２１、電源ユニット２２などのユニットを接続可能なスロットである。スロット２０２は、接続されたユニットとバスＢＢとを通信可能に接続する。

　スロット２０２に接続されたＣＰＵユニット２１が、バスＢＢ、出力コネクタ２０１及びバス接続ケーブルを介して増設ベースユニット１０ａと通信する。また、ＣＰＵユニット２１は、増設ベースユニット１０ａよりも後段の増設ベースユニット１０とも、当該増設ベースユニット１０よりも前段にある各増設ベースユニット１０を介して通信する。

　次に、図４を参照しながら、ＣＰＵユニット２１の構成を詳細に説明する。ＣＰＵユニット２１は、制御部２１０と第１通信部２１４と第２通信部２１５と記憶部２１６とを備える。

　第１通信部２１４は、例えばスロット２０２に挿入可能な通信インタフェースである。第２通信部２１５は、例えばトラッキングケーブルＴＣを挿入可能な通信インタフェースである。

　記憶部２１６は、制御部２１０が実行する制御プログラムを保存する。また、制御部２１０は、制御部２１０が制御プログラムを実行するときのワークメモリとして機能する。記憶部２１６は、例えば制御プログラムを保存するＲＯＭ（Read Only Memory）と、ワークメモリとして機能するＲＡＭ（Random Access Memory）とを備える。

　制御部２１０は、記憶部２１６に保存された制御プログラムを読み出して実行する。制御部２１０は、例えばＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサを備える。制御部２１０は、制御プログラムを実行することにより、基本ベースユニット２０及び増設ベースユニット１０に接続された各ユニットと第１通信部２１４を介して通信する。制御部２１０は、特に、増設ベースユニット１０に接続されたＩ／Ｏユニット１１と通信し、当該Ｉ／Ｏユニット１１に接続されたセンサ及び工作機械を制御する。

　また、制御部２１０は、第２通信部２１５を介して他のＣＰＵユニット２１の状態を監視し、自身及び他のＣＰＵユニット２１のいずれも正常な状態のときには、他のＣＰＵユニット２１と通信し、自身と他のＣＰＵユニット２１とのいずれか一方のみが第１通信部２１４を介して各ユニットと通信するように調整する。

　また、制御部２１０は、制御プログラムを実行することにより、異常判定部２１１、異常箇所検出部２１２及び切替制御部２１３として機能する。

　異常判定部２１１は、ＣＰＵユニット２１と他のユニットとの通信に異常があるか否かを判定する。ここで、他のユニットとは、基本ベースユニット２０に接続されたユニットのみではなく、基本ベースユニット２０よりも後段の各増設ベースユニット１０に接続されたユニットも含む。通信に異常があるか否かの判定は、例えばＣＰＵユニット２１がいずれかのＩ／Ｏユニット１１へアクセスする信号を送信した時に、送信対象のＩ／Ｏユニット１１から応答が返ってくるか否かにより判定する。

　異常箇所検出部２１２は、異常判定部２１１がＣＰＵユニット２１と他のユニットとの通信に異常があると判定したとき、通信経路のうちどの箇所に異常があるかを検出する。どのようにして異常箇所を検出するかについては切り替え制御の動作の説明にて後述する。

　切替制御部２１３は、異常箇所検出部２１２が、後段の各増設ベースユニット１０同士を接続するバス接続ケーブルのいずれかに異常があると判定したとき、当該異常があるバス接続ケーブルにて接続された２つの増設ベースユニット１０のうち前段の増設ベースユニット１０に切り替え制御信号を送信する。その結果、増設ベースユニット１０同士の通信において、当該増設ベースユニット１０にて使用される出力コネクタが切り替わるので、二重化されたバス接続ケーブルのうち異常が生じていないバス接続ケーブルを経由した通信をすることができる。

　また、切替制御部２１３は、異常箇所検出部２１２が、基本ベースユニット２０の内部通信に異常があると判定したとき、又は基本ベースユニット２０と増設ベースユニット１０とを接続するバス接続ケーブルに異常があると判定したとき、他のＣＰＵユニット２１と通信し、制御系の切り替えを指令する信号を当該他のＣＰＵユニット２１に送信する。このとき、制御部２１０は、第１通信部２１４を介した各ユニットとの通信を停止する。さらに、切替制御部２１３は、他のＣＰＵユニット２１から制御系の切り替えを指令する信号を受信したとき、第１通信部２１４を介した各ユニットとの通信を開始する。これらの機能により、基本ベースユニット２０ａと基本ベースユニット２０ｂとのうちいずれか一方のみが増設ベースユニット１０ａとの通信を行う。つまり、これらの機能により、センサ及び工作機械を制御する制御系が切り替わる。同時に２つの制御系が有効となることはないので、増設ベースユニット１０ａにおいては、入力コネクタ１０１ａと入力コネクタ１０２ａとのうちいずれか一方のみが基本ベースユニット２０と増設ベースユニット１０ａとの通信に使用される。

　次に、増設ベースユニット１０のハードウェア構成の一例について、図５を参照しながら説明する。図５に示す増設ベースユニット１０は、例えばマイクロコントローラにより実現される。なお、基本ベースユニット２０についても、同様のハードウェア構成を採用しうる。

　増設ベースユニット１０は、バス２０００を介して互いに接続された、プロセッサ２００１と、メモリ２００２と、インタフェース２００３とを備える。

　プロセッサ２００１は、例えばＭＰＵ、ＣＰＵなどのプロセッサである。プロセッサ２００１が、メモリ２００２上に保存された制御プログラムを実行することにより、増設ベースユニット１０の入力制御部１２１及び出力制御部１３１の機能が実現される。

　メモリ２００２は、例えば、ＲＯＭとＲＡＭとを含む主記憶装置である。メモリ２００２は、プロセッサ２００１が実行する制御プログラムを保存する。また、メモリ２００２は、プロセッサ２００１が制御プログラムを実行する際のワークメモリとして機能する。

　インタフェース２００３は、増設ベースユニット１０と他のユニットとを通信可能に接続するための入出力インタフェースである。インタフェース２００３により、入力コネクタ１０１、入力コネクタ１０２、出力コネクタ１１１、出力コネクタ１１２及びスロット１９０の機能が実現される。

　次に、図６を参照しながら、増設ベースユニット１０による入力切り替えの動作の一例を説明する。図６に示す動作は、例えば増設ベースユニット１０に電力が供給された時点で開始される。

　増設ベースユニット１０の入力制御部１２１は、各入力コネクタが受信する信号を監視する（ステップＳ１０１）。

　入力制御部１２１は、ステップＳ１０１にて監視した信号に基づいて、前段のベースユニットとの通信に使用されている入力コネクタを特定する（ステップＳ１０２）。

　入力制御部１２１は、増設ベースユニット１０の入力切替部１２２を制御して、ステップＳ１０２にて特定した入力コネクタとバスＢとを通信可能に接続する。なお、入力切替部１２２は、特定した入力コネクタがすでにバスＢと接続されている場合には、なにもしなくてよい。そして入力制御部１２１は、ステップＳ１０１からの動作を繰り返す。

　次に、図７を参照しながら、増設ベースユニット１０による出力切り替えの動作の一例を説明する。図７に示す動作は、例えば増設ベースユニット１０に電力が供給された時点で開始される。

　増設ベースユニット１０の出力制御部１３１は、バスＢを介して前段のベースユニットから送信される切り替え制御信号を待ち受ける（ステップＳ２０１）。

　出力制御部１３１がステップＳ２０１にて切り替え制御信号を受信したとき、出力制御部１３１は、出力切替部１３２を制御して、バスＢに接続される出力コネクタを切り替える（ステップＳ２０２）。そして出力制御部１３１は、ステップＳ２０１からの動作を繰り返す。

　次に、図８を参照しながら、ＣＰＵユニット２１による切り替え制御の動作の一例を説明する。図８に示す動作は、ＣＰＵユニット２１の制御部２１０の異常判定部２１１が、ＣＰＵユニット２１と他のユニットとの通信に異常があると判定したときに開始される。また、図８に示す動作は、基本ベースユニット２０ａ上のＣＰＵユニット２１ａによる動作である。

　ＣＰＵユニット２１ａの制御部２１０の異常箇所検出部２１２は、ＣＰＵユニット２１ａ自身が接続された基本ベースユニット２０ａ上のユニットにアクセス可能か否かを判定する（ステップＳ３０１）。

　基本ベースユニット２０ａ上のユニットにアクセス可能でないとき（ステップＳ３０１：Ｎｏ）、異常箇所検出部２１２は、基本ベースユニット２０ａを異常箇所として検出する（ステップＳ３０２）。

　制御部２１０の切替制御部２１３は、ＣＰＵユニット２１ｂと通信し、制御系をＣＰＵユニット２１ａから基本ベースユニット２０ｂ上のＣＰＵユニット２１ｂへと切り替える（ステップＳ３０３）。そして制御部２１０は、切り替え制御の動作を終了する。

　基本ベースユニット２０ａ上のユニットにアクセス可能であるとき（ステップＳ３０１：Ｙｅｓ）、異常箇所検出部２１２は、基本ベースユニット２０ａに接続された増設ベースユニット１０ａ上のユニットにアクセス可能か否かを判定する（ステップＳ３０４）。

　増設ベースユニット１０ａ上のユニットにアクセス可能でないとき（ステップＳ３０４：Ｎｏ）、異常箇所検出部２１２は、基本ベースユニット２０ａと増設ベースユニット１０ａとを接続するバス接続ケーブルＣ１１を異常箇所として検出する（ステップＳ３０５）。

　上記の場合と同様に、切替制御部２１３は、ＣＰＵユニット２１ｂと通信し、制御系をＣＰＵユニット２１ａから基本ベースユニット２０ｂ上のＣＰＵユニット２１ｂへと切り替える（ステップＳ３０３）。そして制御部２１０は、切り替え制御の動作を終了する。

　増設ベースユニット１０ａ上のユニットにアクセス可能であるとき（ステップＳ３０４：Ｙｅｓ）、異常箇所検出部２１２は、増設ベースユニット１０ａに接続された増設ベースユニット１０ｂ上のユニットにアクセス可能か否かを判定する（ステップＳ３０６）。

　増設ベースユニット１０ｂ上のユニットにアクセス可能でないとき（ステップＳ３０６：Ｎｏ）、異常箇所検出部２１２は、増設ベースユニット１０ａと増設ベースユニット１０ｂとを接続するバス接続ケーブルＣ２１又はバス接続ケーブルＣ２２を異常箇所として検出する（ステップＳ３０７）。

　切替制御部２１３は、増設ベースユニット１０ａと増設ベースユニット１０ｂとのうち前段の増設ベースユニット１０ａに切り替え制御信号を送信し、増設ベースユニット１０ａと増設ベースユニット１０ｂとの通信に使用される出力コネクタを切り替える（ステップＳ３０８）。そして制御部２１０は、切り替え制御の動作を終了する。

　増設ベースユニット１０ｂ上のユニットにアクセス可能であるとき（ステップＳ３０６：Ｙｅｓ）、制御部２１０は、さらに後段の各増設ベースユニット１０について、ステップＳ３０６－Ｓ３０８と同様の動作を実行する。この動作を繰り返すことにより、切替制御部２１３は、いずれかの増設ベースユニット１０に切り替え制御信号を送信し、制御部２１０は、切り替え制御の動作を終了する。

　以上、実施の形態１に係る制御システム１０００を説明した。実施の形態１に係る制御システム１０００によれば、各増設ベースユニット１０が２つの入力コネクタと、２つの出力コネクタとを備え、入力制御部１２１と入力切替部１２２とによりいずれか１つの入力コネクタをバスＢに接続し、出力制御部１３１と出力切替部１３２とによりいずれか１つの出力コネクタをバスＢに接続する。そのため、実施の形態１に係る制御システム１０００によれば、増設ベースユニット１０同士を接続するケーブルを多重化できる。

　また、実施の形態１に係る制御システム１０００においては、Ｉ／Ｏユニット１１、電源ユニット１２、基本ベースユニット２０及び電源ユニット２２について、既存のハードウェア構成をそのまま採用できる。また、ＣＰＵユニット２１についても、既存のＣＰＵユニットと同一のハードウェア構成を採用し、記憶部２１６に保存され制御部２１０にて実行される制御プログラムのみを変更すればよい。そのため、実施の形態１に係る制御システム１０００においては、増設ベースユニット１０以外のユニットについては、新たなハードウェアを調達する必要がない。そのため、実施の形態１に係る制御システム１０００によれば、低コストで増設ベースユニット１０同士を接続するケーブルを多重化できる。

　また、実施の形態１に係る制御システム１０００によれば、増設ベースユニット１０が入力コネクタ及び出力コネクタを複数備えることで、ケーブルの多重化が可能な増設ベースユニットを共通化できるため、コストを低減できる。

（実施の形態１の変形例）
　実施の形態１において、入力制御部１２１は、入力コネクタ１０１及び入力コネクタ１０２が受信した信号を監視して前段のベースユニットとバスＢとの通信に使用されている入力コネクタを特定し、入力切替部１２２を制御して特定した入力コネクタとバスＢとを接続する。これに代えて、入力制御部１２１は、図９に示すように、バスＢに送信される信号を監視し、現在バスＢに接続されている入力コネクタからバスＢに送信される信号に異常があることを検出したとき、入力切替部１２２を制御してバスＢに接続する入力コネクタを切り替えてもよい。例えば、一定期間以上バスＢに送信される信号に変化がなかったとき、バスＢに送信される信号に異常があることを検出し、バスＢに接続する入力コネクタを切り替える。この変形例により、異常を検出することが必要になるものの、監視対象が１つになるというメリットがある。

　実施の形態１においては、増設ベースユニット１０が２つの入力コネクタと２つの出力コネクタとを備えることによりバス接続ケーブルの二重化を図ったが、増設ベースユニット１０は、３以上の入力コネクタと３以上の出力コネクタとを備えることによりバス接続ケーブルの多重化を図ってもよい。また、増設ベースユニット１０のうち、基本ベースユニット２０に直接接続される増設ベースユニット１０ａについては、入力コネクタの数と出力コネクタの数とが異なってもよい。これは、ＣＰＵユニット２１の多重化の程度と、増設ベースユニット１０同士を接続するバス接続ケーブルの多重化の程度とを同一とする必要はないからである。つまり、増設ベースユニット１０同士を接続するバス接続ケーブルの数と、増設ベースユニット１０に接続される基本ベースユニット２０の数とを同一とする必要はない。

　また、実施の形態１においては、全ての増設ベースユニット１０の間でケーブルを多重化したが、一部の増設ベースユニット１０の間でのみケーブルを多重化すれば十分である場合も考えられる。このような場合、ケーブルを多重化する多重化区間に含まれる増設ベースユニット１０が複数の入力コネクタと複数の出力コネクタを備えていればよく、ケーブルの多重化しない非多重化区間に含まれる増設ベースユニット１０は、入力コネクタと出力コネクタを少なくとも１つずつ備えていればよい。また、非多重化区間と多重化区間の間に位置する増設ベースユニット１０は、少なくとも１つの入力コネクタと複数の出力コネクタとを、又は複数の入力コネクタと少なくとも１つの出力コネクタとを備えていればよい。

（実施の形態２）
　以下、実施の形態２に係る制御システム１０００を説明する。ただし、実施の形態２において、制御システム１０００の全体構成は図１に示す実施の形態１の場合と同様である。詳細は後述するが、実施の形態２に係る制御システム１０００においては、増設ベースユニット１０の出力コネクタ１１１及び出力コネクタ１１２は常にバスＢに接続され、出力コネクタ１１１と出力コネクタ１１２との少なくとも一方の出力コネクタに、どの出力コネクタが選択されているかを示す選択信号が出力される。

　図１０を参照しながら、実施の形態２に係る増設ベースユニット１０の構成のうち実施の形態１と異なる点を説明する。実施の形態２に係る増設ベースユニット１０は、まず、出力切替部１３２を備えず、出力コネクタ１１１及び出力コネクタ１１２が常にバスＢに通信可能に接続されている点が実施の形態１と異なる。また、出力制御部１３１が、後述の選択信号を出力コネクタ１１１と出力コネクタ１１２とのうち一方の出力コネクタに出力する点が実施の形態１と異なる。また、入力制御部１２１が、入力コネクタ１０１と入力コネクタ１０２とのうち選択信号を受信した入力コネクタとバスＢとを接続する点が実施の形態１と異なる。図１０に示す破線矢印が、選択信号の入出力を示す。なお、実施の形態２において、バス接続ケーブルは、選択信号を伝送するための信号線を必要とする。

　実施の形態２に係る出力制御部１３１は、概ね実施の形態１と同様であるが、バスＢを介して前段のベースユニットから切り替え制御信号を受信したときに、出力切替部１３２を制御するのではなく、現在選択されている出力コネクタとは異なる出力コネクタを選択し、当該異なる出力コネクタに選択信号を出力する点が実施の形態１と異なる。また、出力制御部１３１は、初期化時の処理として、増設ベースユニット１０に電力が供給された直後に、出力コネクタ１１１と出力コネクタ１１２とのうちいずれか一方を選択し、選択した出力コネクタに選択信号を出力する。実施の形態２において、出力制御部１３１は、本開示に係る選択信号出力手段の一例である。

　実施の形態２に係る入力制御部１２１は、入力コネクタ１０１と入力コネクタ１０２とのうち選択信号を受信した入力コネクタとバスＢとを通信可能に接続するように入力切替部１２２を制御する点が実施の形態１と異なる。ただし、前段のベースユニットが基本ベースユニット２０である場合、基本ベースユニット２０は選択信号を出力しないので、入力コネクタ１０１及び入力コネクタ１０２のいずれも選択信号を受信しない。この場合、入力制御部１２１は、実施の形態１と同様に入力切替部１２２を制御する。

　以上、実施の形態２に係る制御システム１０００を説明した。実施の形態２によれば、出力切替部１３２を省略しつつ、実施の形態１と同様の効果を奏することができる。

（実施の形態３）
　以下、実施の形態３に係る制御システム１０００を説明する。ただし、実施の形態３において、制御システム１０００の全体構成は図１に示す実施の形態１の場合と同様である。実施の形態３では、増設ベースユニット１０の構成が実施の形態１と異なる。ただし、詳細は後述するが、増設ベースユニット１０の構成は実施の形態１と異なるものの、入力コネクタ及び出力コネクタに入出力される信号は実施の形態１と全く同様であり、使用されるバス接続ケーブルも実施の形態１と全く同様である。

　図１１を参照しながら、実施の形態３に係る増設ベースユニット１０の構成のうち実施の形態１と異なる点を説明する。実施の形態３に係る増設ベースユニット１０は、まず、入力制御部１２１、入力切替部１２２、出力制御部１３１及び出力切替部１３２を備えない点が実施の形態１と異なる。また、増設ベースユニット１０は転送部１５０を備え、転送部１５０がポートＰ１－Ｐ６を含む複数のポートと、転送制御部１５１と、記憶部１５２とを備える点が実施の形態１と異なる。また、入力コネクタ１０１、入力コネクタ１０２、出力コネクタ１１１、出力コネクタ１１２がそれぞれポートＰ１－Ｐ４に接続され、複数のスロット１９０がポートＰ５，Ｐ６を含む複数のポートのそれぞれに接続されている点が実施の形態１と異なる。転送部１５０は、後述する転送制御部１５１の機能により、入力コネクタ１０１、入力コネクタ１０２、出力コネクタ１１１、出力コネクタ１１２及び各スロット１９０を適切に通信可能に接続するので、転送部１５０は本開示に係る内部バスの一例である。

　転送部１５０は、例えばマイクロコントローラにより実現される。この場合、転送制御部１５１は、例えば当該マイクロコントローラが備えるＭＰＵであり、記憶部１５２は、例えば当該マイクロコントローラが備えるＲＯＭ及びＲＡＭであり、各ポートは、例えば当該マイクロコントローラが備えるＩ／Ｏインタフェースである。後述する転送制御部１５１の機能は、例えば当該ＲＯＭに保存された制御プログラムを当該ＭＰＵが読み出して実行することにより実現される。

　記憶部１５２は、後述する転送制御部１５１の転送処理にて使用される転送先テーブルを保存する。転送先テーブルは、例えば図１２に示すものとなる。転送先テーブルの詳細は後述する。

　転送制御部１５１は、ポートＰ１が入力コネクタ１０１から受信した信号と、ポートＰ２が入力コネクタ１０２から受信した信号とを監視し、前段のベースユニットと、バスとしての転送部１５０との通信に使用されているポートを特定する。転送制御部１５１は、特定したポートが受信した信号を、後述の転送処理により出力コネクタ１１１、出力コネクタ１１２又は各スロット１９０に転送する。転送制御部１５１により、特定された１つのポートに接続された１つの入力コネクタと、バスとしての転送部１５０とが通信可能に接続される。この機能において、転送制御部１５１は、本開示に係る第１接続手段の一例である。

　転送制御部１５１は、記憶部１５２に保存された転送先テーブルを参照し、上記の特定したポートが受信した信号の宛先に対応するポートに、当該信号を転送する転送処理を行う。転送先テーブルが例えば図１２に示すものであるとき、転送制御部１５１は、Ｉ／Ｏユニット１１ａを宛先とする信号をポートＰ６に転送し、Ｉ／Ｏユニット１１ｂ、電源ユニット１２ｂなど増設ベースユニット１０ｂ上のユニットを宛先とする信号をポートＰ３に転送する。転送制御部１５１による転送処理により、バスとしての転送部１５０と、転送先ポートとして設定された１つのポートに接続された１つの出力コネクタとが通信可能に接続される。この機能において、転送制御部１５１は、本開示に係る第２接続手段の一例である。

　また、転送制御部１５１は、上記の特定したポートを介して前段のベースユニットから切り替え制御信号を受信したとき、記憶部１５２に保存された転送先テーブルを書き換えて、増設ベースユニット１０ｂ上のユニットを宛先とする信号の転送先ポートを、出力コネクタ１１１に接続されたポートＰ３から出力コネクタ１１２に接続されたポートＰ４に変更する。この機能により、転送制御部１５１は、切り替え制御信号を受信したとき、バスとしての転送部１５０に接続される出力コネクタを切り替えることができる。

　以上より、転送部１５０により、実施の形態１における入力制御部１２１、入力切替部１２２、出力制御部１３１、出力切替部１３２及びバスＢと同様の機能が実現される。したがって、実施の形態３に係る制御システム１０００によれば、増設ベースユニット１０の構成に転送部１５０を採用しつつ、実施の形態１と同様の効果を奏する。また、上記のとおり、転送部１５０は、例えばマイクロコントローラにより実現できるため、実施の形態３によれば、低コストかつ自由度の高い設計により増設ベースユニット１０を構成できる。例えば、実施の形態３において、増設ベースユニット１０の入力コネクタ及び出力コネクタを増やす場合にも、転送部１５０については、マイクロコントローラが備えるポートの数が十分であれば、転送制御部１５１により実行される制御プログラムを書き換えることにより対応可能となる。

　本開示は、本開示の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、本開示を説明するためのものであり、本開示の範囲を限定するものではない。つまり、本開示の範囲は、実施の形態ではなく、請求の範囲によって示される。そして、請求の範囲内及びそれと同等の開示の意義の範囲内で施される様々な変形が、本開示の範囲内とみなされる。

　１，１ａ，１ｂ，２，２ａ，２ｂ　制御装置、１０，１０ａ，１０ｂ　増設ベースユニット、１１，１１ａ，１１ｂ　Ｉ／Ｏユニット、１２，１２ａ，１２ｂ　電源ユニット、２０，２０ａ，２０ｂ　基本ベースユニット、２１，２１ａ，２１ｂ　ＣＰＵユニット、２２，２２ａ，２２ｂ　電源ユニット、１０１，１０１ａ，１０１ｂ、１０２，１０２ａ，１０２ｂ　入力コネクタ、１１１，１１１ａ，１１１ｂ，１１２，１１２ａ，１１２ｂ　出力コネクタ、１２１　入力制御部、１２２　入力切替部、１３１　出力制御部、１３２　出力切替部、１５０　転送部、１５１　転送制御部、１５２　記憶部、１９０　スロット、２０１，２０１ａ，２０１ｂ　出力コネクタ、２０２　スロット、２１０　制御部、２１１　異常判定部、２１２　異常箇所検出部、２１３　切替制御部、２１４　第１通信部、２１５　第２通信部、２１６　記憶部、１０００　制御システム、２０００　バス、２００１　プロセッサ、２００２　メモリ、２００３　インタフェース、Ｂ，ＢＢ　バス、Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ２１，Ｃ２２，Ｃ３１，Ｃ３２　バス接続ケーブル、Ｐ１－Ｐ６　ポート、ＴＣ　トラッキングケーブル。

Claims

　前段のベースユニットのコネクタにケーブルを介して通信可能に接続されることで前記前段のベースユニットから信号を受信可能な入力コネクタと、
　後段の増設ベースユニットの複数のコネクタにそれぞれケーブルを介して通信可能に接続されることで前記入力コネクタが受信した信号を前記後段の増設ベースユニットに送信可能な複数の出力コネクタと、
　を備える増設ベースユニット。
　内部バスと、
　前記入力コネクタと前記内部バスとを通信可能に接続する第１接続手段と、
　前記複数の出力コネクタのうち１の出力コネクタと前記内部バスとを通信可能に接続し、他の出力コネクタを通信可能に接続しない第２接続手段と、
　をさらに備える請求項１に記載の増設ベースユニット。
　前記第２接続手段は、前記第１接続手段により接続された前記入力コネクタと前記内部バスとを介して前記前段のベースユニットから切り替え制御信号を受信したとき、前記内部バスに接続される出力コネクタを切り替える、
　請求項２に記載の増設ベースユニット。
　前記入力コネクタを複数備え、
　前記第１接続手段は、複数の前記入力コネクタのそれぞれの入力コネクタが受信した信号を監視して前記前段のベースユニットと前記内部バスとの通信に使用されている前記入力コネクタを特定し、特定した前記入力コネクタと前記内部バスとを通信可能に接続する、
　請求項２又は３に記載の増設ベースユニット。
　前記入力コネクタを複数備え、
　前記第１接続手段は、複数の前記入力コネクタのうち１の入力コネクタと前記内部バスとを通信可能に接続し、
　前記第１接続手段は、前記第１接続手段により接続された前記入力コネクタから前記内部バスに送信される信号を監視し、該信号の異常を検出したとき、前記内部バスに接続される入力コネクタを切り替える、
　請求項２又は３に記載の増設ベースユニット。
　前記複数の出力コネクタのうち１の出力コネクタを選択し、選択した前記出力コネクタに選択信号を出力する選択信号出力手段をさらに備える、
　請求項１に記載の増設ベースユニット。
　前記選択信号出力手段は、前記入力コネクタが前記前段のベースユニットから切り替え制御信号を受信したとき、現在選択されている前記出力コネクタと異なる出力コネクタを選択し、選択した前記異なる出力コネクタに前記選択信号を出力する、
　請求項６に記載の増設ベースユニット。
　前記入力コネクタを複数備え、
　複数の前記入力コネクタは、前段の増設ベースユニットの複数のコネクタにそれぞれケーブルを介して通信可能に接続されることで前記前段の増設ベースユニットから信号を受信可能であり、
　内部バスと、
　前記複数の前記入力コネクタのうち前記前段の増設ベースユニットから出力された選択信号を受信した入力コネクタと前記内部バスとを通信可能に接続する第１接続手段と、
　をさらに備える請求項６又は７に記載の増設ベースユニット。
　請求項１から８のいずれか１項に記載の増設ベースユニットと、前記増設ベースユニットに通信可能に接続され外部機器を制御する入出力ユニットと、
　を備える制御装置。
　複数の請求項１から８のいずれか１項に記載の増設ベースユニットと、外部機器を制御する入出力ユニットと、基本ベースユニットと、前記基本ベースユニットに通信可能に接続されるＣＰＵユニットとを備え、
　前記入出力ユニットは、前記複数の増設ベースユニットのうち１の増設ベースユニットに通信可能に接続され、
　各前記増設ベースユニットは、前記基本ベースユニットに数珠つなぎに接続され、
　前記ＣＰＵユニットは、前記基本ベースユニット及び前記増設ベースユニットを介して前記入出力ユニットと通信し、前記外部機器を制御する、
　制御システム。
　前段のベースユニットのコネクタにケーブルを介して通信可能に接続される入力コネクタと、
　後段の増設ベースユニットの複数のコネクタにそれぞれケーブルを介して通信可能に接続される複数の出力コネクタと、
　を備える増設ベースユニットを制御する制御方法であって、
　前記入力コネクタが前記前段のベースユニットから受信した信号を、前記複数の出力コネクタを介して前記後段の増設ベースユニットに送信する、
　制御方法。