JP2005141368A - リモートi/oシステム、データ通信方法、データ通信制御プログラム及び記録媒体 - Google Patents

リモートi/oシステム、データ通信方法、データ通信制御プログラム及び記録媒体 Download PDF

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Abstract

【課題】 ネットワーク仕様の異なる1または複数のPLCと1または複数のI/O装置との相互接続を、PLC側に通信のためのプログラムを必要とすることなく実現する。
【解決手段】 汎用のPLC1とCPUユニット2とがイーサネットNを介して接続されており、PLC1とI/O装置3との間のデータの送受信をCPUユニット2により制御する。CPUユニット2は、各種設定を記録した設定ファイル21、PLC1の内部メモリ1aに対してデータの読み出し及び書き込み要求を行うPLC用通信プログラム22、I/O装置3の内部メモリ3aに対してデータの読み出し及び書き込み要求を行うI/O装置用通信プログラム23、PLC用通信プログラム22とI/O装置用通信プログラム23との間でデータの受け渡しを行う内部通信プログラム24、及びこれらプログラムを実行管理する管理プログラム(OS)25を格納している。
【選択図】 図2

Description

本発明は、シーケンサとI/O装置との間のデータの送受信を汎用の通信ネットワークを介してCPUユニットにより制御するリモートI/Oシステム、データ通信方法、データ通信制御プログラム及びこのデータ通信制御プログラムを記録した記録媒体に関する。
一般に、シーケンサとI/O装置との間でデータの送受信を行う各種リモートI/Oシステムは、独自のネットワーク仕様(ケーブル種類、通信プロトコル等)を規定しているものがほとんどであり、シーケンサ(本明細書では「PLC(Programmable Logic Controller :制御プログラミングの国際標準規格であるIEC 61131-1 に準拠)」と略記する。)までを含めたシステムとして考えた場合、汎用ネットワーク上で動作するものは現在のところ提案されていない。因みに、シーケンサのI/Oシステムとしては、例えば特許文献1や特許文献2等がある
一方、上記のように独自のネットワーク仕様で規定されているPLCを汎用プログラムで制御できるようにした産業用制御装置が提案されている(例えば、特許文献3参照)。
この産業用制御装置は、Java(サンマイクロシステムズ社の登録商標)実行環境部と、省配線I/Oを介して設備機器をシーケンス制御するソフトPLCとを備えており、工場内の設備機器をネットワーク化してサーバとの間でクライアントサーバシステムを構築している。すなわち、既存のPLCをそのまま使用した場合でも、Java実行環境部とソフトPLCを有する産業用制御装置により、工場内の設備機器を容易にネットワーク化して、サーバとシームレスに接続可能となっている。
特開平10−97309号公報 特開平10−97484号公報 特開2001−100831号公報
このように、Java実行環境部とソフトPLCを有する産業用制御装置を使用することで、設備機器をネットワーク化する技術は既に提案されている。しかしながら、上記特許文献3においても、既存のシーケンサとI/O装置との間でのデータの送受信は依然として独自のネットワーク仕様によるため、例えば、A社製のPLCで任意の設備機器をシーケンス制御している場合に、別のB社製のPLCを用いて同じ設備機器をシーケンス制御しようとしても、データ転送用のプログラムを書き換える等しなければそのままでは制御できないといった問題が残されていた。
本発明はかかる問題点を解決すべく創案されたもので、その目的は、ネットワーク仕様の異なる1または複数のPLCと1または複数のI/O装置との相互接続を、PLC側に通信のためのプログラム(データ転送用プログラム)を必要とすることなく実現することのできるリモートI/Oシステム、データ通信方法、データ通信制御プログラム及び記録媒体を提供することにある。
上記課題を解決するため、本発明のリモートI/Oシステムは、シーケンサとI/O装置との間のデータの送受信を汎用の通信ネットワークを介してCPUユニットにより制御するリモートI/Oシステムであって、前記CPUユニットは、本システムに必要とされる各種設定を記録した設定ファイルと、この設定ファイルの情報に基づき、前記シーケンサの内部メモリに対してデータの読み出し及び書き込み要求を行うシーケンサ用通信手段と、前記設定ファイルの情報に基づき、前記I/O装置の内部メモリに対してデータの読み出し及び書き込み要求を行うI/O装置用通信手段と、前記設定ファイルの情報に基づき、前記シーケンサ用通信手段と前記I/O装置用通信手段との間でデータの受け渡しを行う内部通信手段とを備えたことを特徴としている。
すなわち、前記シーケンサ用通信手段は、前記シーケンサの内部メモリに対してデータの読み出し及び書き込み要求を行う手順を記録したシーケンサ用通信プログラムを実行し、前記I/O装置用通信手段は、前記I/O装置の内部メモリに対してデータの読み出し及び書き込み要求を行う手順を記録したI/O装置用通信プログラムを実行し、前記内部通信手段は、前記シーケンサ用通信プログラムと前記I/O装置用通信プログラムとの間でデータの受け渡しを行う手順を記録した内部通信プログラムを実行する。
この場合、前記CPUユニットは、前記シーケンサ用通信手段または前記I/O装置用通信手段の少なくとも一方の手段を複数備えており、前記シーケンサと前記I/O装置との間で1対N通信またはN対N通信を可能としている。ここで、前記通信ネットワークとしては、LANの代表的な接続方式であるイーサネット(IEEE 802.3で規定されるフレームフォーマットと互換性のあるネットワーク規格)を使用している。
また、本発明のデータ通信方法は、シーケンサとI/O装置との間のデータの送受信を汎用の通信ネットワークを介してCPUユニットにより制御するデータ通信方法であって、前記CPUユニットは、通信に必要とされる各種設定を設定ファイルに記録する手順と、この設定ファイルに記録された情報に基づき、前記シーケンサの内部メモリに対してデータの読み出し及び書き込み要求を行うシーケンサ用通信手順と、前記設定ファイルに記録された情報に基づき、前記I/O装置の内部メモリに対してデータの読み出し及び書き込み要求を行うI/O装置用通信手順と、前記設定ファイルに記録された情報に基づき、前記シーケンサ用通信手順と前記I/O装置用通信手順との間でデータの受け渡しを行う内部通信手順とを実行することを特徴としている。
また、本発明のデータ通信制御プログラムは、シーケンサとI/O装置との間のデータの送受信を汎用の通信ネットワークを介してCPUユニットにより制御するためのコンピュータ読み取り可能なデータ通信制御プログラムであって、通信に必要とされる各種設定を設定ファイルに記録するステップと、この設定ファイルに記録された情報に基づき、前記シーケンサの内部メモリに対してデータの読み出し及び書き込み要求を行うシーケンサ用通信ステップと、前記設定ファイルに記録された情報に基づき、前記I/O装置の内部メモリに対してデータの読み出し及び書き込み要求を行うI/O装置用通信ステップと、前記設定ファイルに記録された情報に基づき、前記シーケンサ用通信ステップと前記I/O装置用通信ステップとの間でデータの受け渡しを行う内部通信ステップとを含むことを特徴としている。なお、このデータ通信制御プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して提供することができる。
すなわち、本発明のリモートI/Oシステムは、次の条件で実現されている。
(1)ネットワークに汎用ネットワーク規格であるイーサネットを採用している。
(2)通信プロトコルに汎用プロトコルであるTCP/IPやUDP/IPを採用している。
(3)PLCとI/O装置とのN対N通信を可能としている。
(4)PLC側に通信プログラム(データの送受信を行うプログラムのことであり、プログラムの機能としては、データ送受信、メモリからのデータ読み出し、メモリへのデータ書き込みなどがある。)を作成する必要がない。
(5)複数のPLCや異なるメーカのPLC(異なるネットワーク仕様のPLC)との通信を可能としている。
一般に既存のリモートI/Oシステムは独自のネットワーク仕様を規定しているが、本発明ではネットワークにイーサネットを採用し、また、通信プロトコルについても汎用の通信プロトコルを採用することで、PLCまで含めたシステムとして、汎用ネットワーク上で動作するシステムを構築している。
また、既存のリモートI/Oシステムでは、データ通信を行うために何らかのプログラムが必要となるものが多いが、本発明では通信に関わる処理を全てCPUユニットで実施するため、PLCをイーサネットに接続するための処理(設定やプログラム)以外にはPLC側に通信プログラムを必要としない。さらに、通信対象となるPLCを設定のみで変更できるため、不特定のメーカのPLCにも対応可能となっている。
本発明のリモートI/Oシステム、データ通信方法、データ通信制御プログラム及び記録媒体によれば、PLCのリモートI/Oシステムを汎用の通信ネットワークであるイーサネット上で実現することにより、ネットワーク仕様の異なる1または複数のPLCと1または複数のI/O装置との相互接続を、PLC側に通信のための新たなプログラムを必要とすることなく実現することができる。
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図1は、本実施形態のリモートI/Oシステムの基本構成を示している。
このリモートI/Oシステムは、汎用のPLC1と、CPUユニット2及びI/O装置3が一体化されたリモートI/Oノードとが、汎用の通信ネットワークであるイーサネットNを介して接続されており、PLC1とI/O装置3との間のデータの送受信をCPUユニット2により制御する構成となっている。I/O装置3は、電気信号の外部入出力機能を持ち、その情報を内部メモリに蓄えることができる機器である。外部との入出力信号の種類としては、デジタル信号(電気信号のオン/オフ状態)、アナログ信号(ある一定の範囲で変化する電圧値、電流値等)などがある。これらは電気的仕様(交流、直流の別、電圧、電流のレンジなど)により多くのバリエーションがある。
すなわち、PLC1の内部メモリの状態を、イーサネットNを介してCPUユニット2内部のプログラム(これについては後述する)で読み出し、I/O装置3の内部メモリに転送する。そして、I/O装置3の内部メモリから電気信号として図示しない制御機器等に出力する。この信号出力はI/O装置3自体の持つ機能である。一方、I/O装置3に入力された図示しない制御機器等からの電気信号は、内部メモリにデータとして蓄えられる(ここまでの機能はI/O装置3自体の持つ機能である)。そして、この内部メモリに蓄えられたデータを、CPUユニット2内部のプログラムで読み出し、イーサネットNを介してPLC1の内部メモリに転送する。これら一連の動作は連続して行われ、結果としてPLC1の内部メモリの状態と、I/O装置3の信号入出力状態が同期されることになる。
この場合、本実施形態のリモートI/Oシステムでは、PLC1の内部メモリへのデータ書き込みや読み出し動作を行う際に、PLC1自体にはこれらに関わるプログラム(通信プログラム、データ転送プログラム)を一切必要としない。すなわち、これらの処理は、全てCPUユニット2内部のプログラムにより実行する構成としている。
次に、CPUユニット2について詳細に説明する。
図2及び図3は、CPUユニット2内部をより詳細に示したブロック図であり、図2中の矢印はPLC1からI/O装置3へのデータ伝送経路を示しており、図3中の矢印はI/O装置3からPLC1へのデータ伝送経路を示している。
CPUユニット2は、本システムに必要とされる各種設定を記録した設定ファイル21、この設定ファイル21の情報に基づき、PLC1の内部メモリ1aに対してデータの読み出し及び書き込み要求を行う手順を記録したPLC用通信プログラム22、設定ファイル21の情報に基づき、I/O装置3の内部メモリ3aに対してデータの読み出し及び書き込み要求を行う手順を記録したI/O装置用通信プログラム23、設定ファイル21の情報に基づき、PLC用通信プログラム22とI/O装置用通信プログラム23との間でデータの受け渡しを行う手順を記録した内部通信プログラム24、及びこれらプログラムを実行管理する管理プログラム(OS)25を格納している。なお、この例では、I/O装置3はCPUユニット2とバス接続にて接続されている。また、PLC1は、イーサネットNに接続するためのイーサネットユニット11を備えている。
設定ファイル21には、PLC1の内部メモリ1aの読み出し及び書き込みのエリア指定等のシステムの稼働に必要な設定情報が書き込まれている。すなわち、各プログラム22〜24の運転のパラメータが1つのファイルとして書き込まれており、各プログラム22〜24は、設定ファイル21に書き込まれている情報から必要な情報を読み出して自らのプログラムを実行することになる。
すなわち、内部通信プログラム24は、設定ファイル21の情報に基づき、PLC用通信プログラム22との間でデータの受け渡しを行う。同様に、I/O装置用通信プログラム23に対してもデータの受け渡しを行う。その他の機能としては、I/O装置3への接点入力のカウント機能(接点信号の立ち上がり、立ち下がり回数の計測機能)、PLC1への生存通知機能、PLC1への異常通知機能などがある。
PLC用通信プログラム22は、設定ファイル21の情報に基づき、PLC1の内部メモリ1aに対してデータの読み出し及び書き込み要求を行う。本実施形態では、ネットワーク仕様の異なる各メーカのPLCとの通信を可能とするため、各社PLC向けのPLC用通信プログラムを内蔵している。これらプログラムの選択、すなわち通信を行うPLCの選択は、設定ファイル21に記述することで行う。この場合、異なるメーカ製のPLCと同時に通信を行うことも可能である。すなわち、各社向けのPLC用通信プログラム22を同時に起動することで、複数のPLCとの通信が可能となる。また、同一プログラムの複数実行も可能であり、設定ファイル21により接続したいPLC向けのPLC用通信プログラムを実行することで、メーカを問わず複数のPLCとの通信が可能となる。
I/O装置用通信プログラム23は、設定ファイル21の情報に基づき、I/O装置3の内部メモリ3aに対してデータの読み出し及び書き込み要求を行う。この場合、CPUユニット2とI/O装置3との接続形態については、この例ではバス接続となっているが、イーサネットやシリアル通信等による接続も可能である。
図4は、複数のPLC1と複数のリモートI/Oノード(CPUユニット2及びI/O装置3)とをイーサネットNを介して相互接続した例を示しており、それぞれ1対N通信またはN対N通信が可能となっている。図4中の矢印はデータの送受信方向を示している。
また、図5は、CPUユニット2とI/O装置3とを分離し、イーサネットNを介して接続した構成としている。すなわち、CPUユニット2とI/O装置3とのデータの送受信もイーサネットNを介して行う構成としたものである。図5中の矢印はデータの送受信方向を示している。このように、PLC1、CPUユニット2、及びI/O装置3のそれぞれをイーサネットN上に接続することで、ユーザにとっては本発明のリモートI/Oシステムを構築する上でそれぞれを設置する場所等の自由度が増し、使い勝手のよいものとなる。
次に、上記構成のリモートI/OシステムにおけるCPUユニット2のプログラムの動作について説明する。ただし、ここではI/O装置3からPLC1の方向でデータ通信を行う場合(図3に示すデータ伝送経路の場合)を先に説明し、次にPLC1からI/O装置3の方向でデータ通信を行う場合(図2に示すデータ伝送経路の場合)について説明する。
CPUユニット2の図示しない電源を投入すると、管理プログラム(OS)25が起動し、PLC用通信プログラム22、I/O装置用通信プログラム23、及び内部通信プログラム24のそれぞれを実行管理する。
すなわち、I/O装置3の内部メモリ3aの情報(I/O装置3に入力されている電気信号の状態)をI/O装置用通信プログラム23が読み出し(図3中の(1))、内部通信プログラム24がこのデータを受け取って(図3中の(2))、必要な内部処理を行った後、PLC用通信プログラム22へデータを伝送する(図3中の(3))。PLC用通信プログラム22は、イーサネットNを介してPLC1にデータを転送し(図3中の(4))、PLC1が受け取ったデータを内部メモリ1aに書き込む。因みに、PLC1が受け取ったデータを内部メモリ1aに書き込む処理は、PLC1とイーサネットユニット11による内部処理となる。
一方、PLC1の内部メモリ1aの情報をイーサネットN経由でCPUユニット2のPLC用通信プログラム22が読み出し(図2中の(1))、内部通信プログラム24がこのデータを受け取って(図2中の(2))、必要な内部処理を行った後、I/O装置用通信プログラム23へデータを伝送する(図2中の(3))。I/O装置用通信プログラム23は、受け取ったデータを内部メモリ3aに書き込み(図2中の(4))、I/O装置3はこの書き込まれたデータを電気信号として図示しない制御機器等に出力する。
以上説明したリモートI/Oシステムは、シーケンサとI/O装置との間のデータの送受信を汎用の通信ネットワークを介してCPUユニットにより制御するためのデータ通信制御プログラムで実現されている。発明の対象とするのは、このプログラムそのものであってもよいし、このプログラムがコンピュータで読み取り可能な記録媒体に格納されているものであってもよい。
この記録媒体としては、メモリ、例えばROMのように、そのもの自体がプログラムメディアであってもよいし、また、外部記憶装置としてプログラム読み取り装置が設けられ、そこに記録媒体、例えばCD−ROMやDVD−ROMなどを挿入することで読み取り可能なプログラムメディアであってもよい。
上記プログラムメディアは、本体と分離可能に構成される記録媒体であり、FD(フレキシブルディスク)やHD(ハードディスク)等の磁気ディスク系、CD−ROM、MO、MD、DVD等の光ディスク系、ICカード(メモリカードを含む)や光カード等のカード系、あるいはマスクROM、EPROM、EEPROM、フラッシュメモリ等の半導体メモリ系などが含まれる。
本発明のリモートI/Oシステムの基本構成を示す模式図である。 本発明のリモートI/OシステムのCPUユニット部分をより具体的に示したブロック図である。 本発明のリモートI/OシステムのCPUユニット部分をより具体的に示したブロック図である。 複数のPLCと複数のリモートI/Oノード(CPUユニット及びI/O装置)とをイーサネットを介して相互接続した例を示す模式図である。 CPUユニットとI/O装置とを分離し、イーサネットを介して接続した構成例を示す模式図である。
符号の説明
1 PLC(シーケンサ)
1a 内部メモリ
2 CPUユニット
3 I/O装置
3a 内部メモリ
21 設定ファイル
22 PLC用通信プログラム
23 I/O装置用通信プログラム
24 内部通信プログラム
N 汎用の通信ネットワーク(イーサネット)

Claims (7)

  1. シーケンサとI/O装置との間のデータの送受信を汎用の通信ネットワークを介してCPUユニットにより制御するリモートI/Oシステムであって、
    前記CPUユニットは、
    本システムに必要とされる各種設定を記録した設定ファイルと、
    この設定ファイルの情報に基づき、前記シーケンサの内部メモリに対してデータの読み出し及び書き込み要求を行うシーケンサ用通信手段と、
    前記設定ファイルの情報に基づき、前記I/O装置の内部メモリに対してデータの読み出し及び書き込み要求を行うI/O装置用通信手段と、
    前記設定ファイルの情報に基づき、前記シーケンサ用通信手段と前記I/O装置用通信手段との間でデータの受け渡しを行う内部通信手段とを備えたことを特徴とするリモートI/Oシステム。
  2. 前記CPUユニットは、前記シーケンサ用通信手段または前記I/O装置用通信手段の少なくとも一方の手段を複数備えており、前記シーケンサと前記I/O装置との間で1対N通信またはN対N通信を可能としたことを特徴とする請求項1に記載のリモートI/Oシステム。
  3. 前記通信ネットワークがイーサネットであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のリモートI/Oシステム。
  4. 前記シーケンサ用通信手段は、前記シーケンサの内部メモリに対してデータの読み出し及び書き込み要求を行う手順を記録したシーケンサ用通信プログラムを実行し、前記I/O装置用通信手段は、前記I/O装置の内部メモリに対してデータの読み出し及び書き込み要求を行う手順を記録したI/O装置用通信プログラムを実行し、前記内部通信手段は、前記シーケンサ用通信プログラムと前記I/O装置用通信プログラムとの間でデータの受け渡しを行う手順を記録した内部通信プログラムを実行することを特徴とする請求項1に記載のリモートI/Oシステム。
  5. シーケンサとI/O装置との間のデータの送受信を汎用の通信ネットワークを介してCPUユニットにより制御するデータ通信方法であって、
    前記CPUユニットは、通信に必要とされる各種設定を設定ファイルに記録する手順と、この設定ファイルに記録された情報に基づき、前記シーケンサの内部メモリに対してデータの読み出し及び書き込み要求を行うシーケンサ用通信手順と、前記設定ファイルに記録された情報に基づき、前記I/O装置の内部メモリに対してデータの読み出し及び書き込み要求を行うI/O装置用通信手順と、前記設定ファイルに記録された情報に基づき、前記シーケンサ用通信手順と前記I/O装置用通信手順との間でデータの受け渡しを行う内部通信手順とを実行することを特徴とするデータ通信方法。
  6. シーケンサとI/O装置との間のデータの送受信を汎用の通信ネットワークを介してCPUユニットにより制御するためのコンピュータ読み取り可能なデータ通信制御プログラムであって、
    通信に必要とされる各種設定を設定ファイルに記録するステップと、この設定ファイルに記録された情報に基づき、前記シーケンサの内部メモリに対してデータの読み出し及び書き込み要求を行うシーケンサ用通信ステップと、前記設定ファイルに記録された情報に基づき、前記I/O装置の内部メモリに対してデータの読み出し及び書き込み要求を行うI/O装置用通信ステップと、前記設定ファイルに記録された情報に基づき、前記シーケンサ用通信ステップと前記I/O装置用通信ステップとの間でデータの受け渡しを行う内部通信ステップとを含むことを特徴とするデータ通信制御プログラム。
  7. 前記請求項6に記載のデータ通信制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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