JP2006133924A - Control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、産業設備の制御システムなどに使用される制御装置に関する。 The present invention relates to a control device used in a control system for industrial equipment.
産業設備の制御システム、例えば上下水道システムや電鉄システムで使用される産業用のプログラミング可能な制御装置では、高信頼性と共に様々な入出力への対応や長期に亘っての適用が要求されている。 Industrial programmable control systems, such as industrial programmable control devices used in water and sewage systems and electric railway systems, are required to be compatible with various inputs and outputs and applied over a long period of time. .
例えば、制御装置としてプログラマブルコントローラ(PLC)を例にとれば、これらの入出力への対応は、CPU(Central processing unit)とは別な入出力モジュールを組み合わせて対応する。 For example, when a programmable controller (PLC) is taken as an example of the control device, the correspondence to these inputs / outputs corresponds to a combination of input / output modules different from a CPU (Central processing unit).
図7は従来のプログラマブルコントローラの入出力部分の構成図である。CPUモジュール11のCPU12は、入出力バスインタフェース13を介してパラレル入出力バス14に接続され、入出力バスインタフェース13は、このパラレル入出力バス14を介して複数の入出力モジュール15とパラレル伝送による入出力を行う。
FIG. 7 is a configuration diagram of an input / output portion of a conventional programmable controller. The
これらの制御装置は長期に亘って使用されることが多く、種類の多い入出力モジュール15も同様に適用される。一方システムの拡張や性能向上の要求については、CPU12の性能・機能向上や新規の入出力モジュール15を適用していくことが一般的であるが、既存の入出力モジュール15も使用するのでパラレル入出力バス14としては既存のものが必要となる。既存のパラレル入出バス14を使用する場合は、そのバス性能上の制約を受け、装置全体としての入出力性能が抑えられる。
These control devices are often used over a long period of time, and many types of input /
そこで、既存の入出力モジュール15を利用できる形でバス性能を上げるために、新たな入出力バス16を設けるようにしている。図8に示すように、CPUモジュール11に既存の入出力バスインタフェース13に加えて新入出力バスインタフェース17を設け、既存の入出力モジュール14の構造を維持した上で、新たな入出力バス16を設ける。そして、その新たな入出力バス16に高速の入出力モジュール18を接続する構成としている。これにより、高速に入出力処理が行えるようにしている。
Therefore, a new input /
ここで、高速に入出力処理を行うものとして、計算機とプログラマブルコントローラとの間のデータ信号の送受信はデータ伝送手段で行い、計算機とプログラマブルコントローラとの間の制御信号の送受信は制御信号伝送手段で行い、計算機とプログラマブルコントローラとの間のお互いの割り込み要求を迅速に相手方に伝達し処理を移すようにするようにしたものがある(例えば、特許文献1参照)。
ところが、特許文献1のものでは、計算機とプログラマブルコントローラとの間のお互いの割り込み要求を迅速に相手方に伝達し処理を移すものであるので、既存の入出力モジュールを残したままの処理ができるものではない。すなわち、制御装置のCPUと入出力モジュールとを接続する入出力バス構成に関するものではない。
However, in
本発明の目的は、既存の入出力モジュールと入出力バスの物理構成を殆ど変えないで、高速な入出力モジュールの性能を既存の入出力バス性能の制限を受けないで入出力を行うことができる制御装置を提供することである。 The object of the present invention is to perform input / output without changing the physical configuration of the existing input / output module and the input / output bus, and without restricting the performance of the high-speed input / output module without being limited by the existing input / output bus performance. It is to provide a control device that can.
本発明の制御装置は、CPU及びパラレル入出力を行う入出力バスインタフェースを有したCPUモジュールと、前記入出力バスインタフェースとの間でパラレル入出力バスを介してパラレル伝送による入出力を行う入出力モジュールとを備えたプログラマブルコントローラにおいて、前記パラレル入出力バスに接続され前記パラレル入出力バスの1または複数のアドレスバスまたはデータバスを用いシリアル伝送を行う高速の入出力モジュールと、前記CPUモジュールに設けられ高速の入出力モジュールとの間で前記パラレル入出力バスの1または複数のアドレスバスまたはデータバスを用いてパラレルバスサイクルよりも高速なシリアル伝送による入出力を行う高速シリアルバスインタフェースとを備えたことを特徴とする。 The control device according to the present invention includes a CPU and a CPU module having an input / output bus interface for performing parallel input / output, and an input / output for performing input / output by parallel transmission via the parallel input / output bus between the input / output bus interface. In a programmable controller comprising a module, a high-speed input / output module connected to the parallel input / output bus and performing serial transmission using one or more address buses or data buses of the parallel input / output bus, and provided in the CPU module And a high-speed serial bus interface for performing input / output by serial transmission at a speed higher than that of a parallel bus cycle using one or a plurality of address buses or data buses of the parallel input / output bus. It is characterized by that.
本発明によれば、既存の入出力モジュールと入出力バスの物理構成を殆ど変えないで、新たな高速な入出力モジュールとの入出力が可能になり、新たな入出力バス構成を持ったボードを製作しなくとも制御装置の性能向上を図れる。また一般の高速シリアル伝送を用いることで、拡張性と信号処理による入出力の耐ノイズ性や信頼性を確保することができ保守管理作業も不要になる。 According to the present invention, it is possible to input / output with a new high-speed input / output module without changing the physical configuration of the existing input / output module and input / output bus, and a board having a new input / output bus configuration. It is possible to improve the performance of the control device even without manufacturing. In addition, by using general high-speed serial transmission, it is possible to ensure expandability and noise resistance and reliability of input / output by signal processing, and maintenance work is not required.
以下、本発明の実施の形態を説明する。図1は本発明の第1の実施の形態に係わる制御装置の入出力部分の構成図である。図1に示すように、CPUモジュール11には既存の入出力バスインタフェース13に加え、高速シリアルバスインタフェース19が新たに設けられている。高速シリアルバスインタフェース19は新たなバス20を介して既存の入出力バス14に接続されている。すなわち、高速シリアルバスインタフェース19は、この新たなバス20を介して既存の入出力バス14のアドレスまたはデータバスのラインを共有経由して高速の入出力モジュール18と接続されている。
Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 is a configuration diagram of an input / output portion of the control device according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the
高速シリアル伝送は既存のバスサイクルより速いものを用い、例えばEthernet(登録商標)やUSBなどに準じたものを使用する。高速の入出力モジュール18はシリアル入出力を持ち新たなシリアルバス20経由でCPU12との通信を行う。
The high-speed serial transmission uses a faster one than the existing bus cycle, for example, the one according to Ethernet (registered trademark) or USB. The high-speed input /
既存の入出力動作はCPU12から入出力バスインタフェース13により入出力バス14を制御して行われる。入出力バス14は、一般にアドレスバスとデータバスと制御バスとから構成される。高速の入出力モジュール18は入出力バス14のアドレスバスまたはデータバスに接続されているので、CPU12が入出力モジュール15をアクセスするときに新たなシリアルバス20としての信号は変化するが、このときのバスサイクル周波数とは帯域が違う(低い)ので高速の入出力モジュール18の信号としては取り込まれない。
The existing input / output operation is performed by controlling the input /
一方、CPU12が高速の入出力モジュール18をアクセスするときは、入出力バス14のアドレスまたはデータ上にある新たなシリアルバス20の信号は変化するが、入出力バス14の制御信号によりアドレスまたはデータバスは開放かつ読み書きを禁止することができるので、入出力モジュール15の信号として取り込まれない。
On the other hand, when the
図2は、本発明の第1の実施の形態における制御装置の詳細構成図である。CPUモジュール11の入出力バスインタフェース13は、パラレルバス制御回路21と、アドレスデータバッファ22と、制御信号バッファ23とを有し、既存のパラレル入出力を行う。一方、CPUモジュール11の高速シリアルバスインタフェース19は、シリアル通信用のシリアル通信制御回路24とシリアルトランシーバ25とを有し、シリアルトランシーバ25は入出バス14のアドレスバスまたはデータバスに接続される。CPUモジュール11と既存の入出力モジュール15との接続は、CPU12からパラレルバス制御回路21を介し、アドレスバスとデータバスと制御バスとからなる入出力バス14を介して入出力を行う。
FIG. 2 is a detailed configuration diagram of the control device according to the first embodiment of the present invention. The input /
入出力モジュール15は、入出力回路26、パラレルバス制御回路27、アドレスデータバッファ28、制御信号バッファ29を有し、また、高速の入出力モジュール18は、入出力回路30、シリアル通信制御回路31、シリアルトランシーバ32を有している。新たな高速の入出力モジュール18とCPUモジュール11との入出力はシリアルの通信で行う。CPU12はシリアル通信制御回路(マスター)24からシリアルトランシーバ25を介し、アドレスバスまたはデータバスに接続される。高速の入出力モジュール18はシリアル通信回路(スレーブ)31よりシリアルトランシーバ32を介し同じくアドレスバスまたはデータバス内の特定のバス33に接続され相互に通信を行う。
The input /
制御装置のCPUモジュール11は入出力モジュール15、高速の入出力モジュール18から入力情報を受取り、それを演算処理しその結果を出力する。よって、これらはCPU12の管理下で動作を行う。既存のパラレル入出力において、例えば1MHz程度の制御バスサイクルでアドレスまたはデータを制御した場合、アドレスバスまたはデータバスの変化により、高速の入出力モジュール18のシリアル通信制御回路31入力は変化するが、例えば10MHzのEthernet(登録商標)を用いれば、接続要求に該当する周波数での信号発信は無いので、通信が確立されず処理は行われない。
The
一方、CPU12は高速の入出力モジュール18のシリアル通信制御回路31とアドレスバスまたはデータバスの一部の特定のバス33を使って通信を行うが、制御バス34にて動作を禁止できるので誤った処理は行われない。これら作用にて既存の入出力バス14上で高速なシリアル通信を行うことができる。
On the other hand, the
第1の実施の形態によれば、高速の入出力モジュール18はアドレスバスまたはデータバスの一部の特定のバス33を使ってCPUモジュール11と通信を行うので、既存の入出力モジュールと入出力バスの物理構成を殆ど変ることなく、新たな高速な入出力モジュールとの入出力が可能になる。
According to the first embodiment, the high-speed input /
次に、本発明の第2の実施の形態を説明する。図3は本発明の第2の実施の形態に係わる制御装置の入出力部分の構成図である。図3では、入出力バスインタフェース13、入出力モジュール15、制御バス34の記載を省略している。この第2の実施の形態は、第1の実施の形態に対し、高速シリアルバスインタフェース19は複数のシリアル伝送チャンネルを有し、それらを各々のパラレル入出力バス14に配置し、1または複数個の高速の入出力モジュール18とパラレルバスサイクルよりも高速なシリアル伝送による入出力を行うようにしたものである。すなわち、第1の実施の形態では、シリアルバスは1本ないしは1組で行ったが、図3の第2の実施の形態では複数のシリアルバスとして2チャンネルを設けたものである。図2と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a block diagram of the input / output portion of the control apparatus according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 3, the description of the input /
図3において、高速シリアルバスインタフェース19のシリアル通信制御回路24は、2個のシリアル伝送チャンネルCH1、CH2を有し、各々シリアルトランシーバ25a、25bは、入出力バス14のアドレスバス及びデータバスの2組のCH1、CH2ラインに接続される。高速の入力モジュール18a、18bは、各々スイッチまたはモジュール位置などから定まる入出力切替回路35の選択により、それぞれCH1、CH2に接続され、CPUモジュール11とは1対1で通信する構成をとることができる。
In FIG. 3, the serial
図3では、高速の入力モジュール18aはシリアル伝送チャンネルCH1を選択しており、高速の入力モジュール18bはシリアル伝送チャンネルCH2を選択している場合を示している。入出力切替回路35により、シリアル伝送チャンネルCH1、CH2の接続を切り替えることになる。
FIG. 3 shows a case where the high-
以上の説明では、シリアル通信制御回路24が2個のシリアル伝送チャンネルCH1、CH2を有した場合について説明したが、図4に示すように、シリアル伝送チャンネルCH1、CH2に代えて、シリアル通信制御回路24に2ポートのハブ36を設けるようにしてもよい。この場合にも、図3の場合と同様に各々の高速入出力モジュール18a、18bとシリアル通信ができる。
In the above description, the case where the serial
また、シリアル通信制御回路24に2ポートのハブ36を設けることに代えて、図5に示すように、高速の入出力モジュール18にハブ機能を設けるようにしてもよい。すなわち、各々の高速の入出力モジュール18a、18bにハブ37を設け、ハブ37の一部のポートを自己の入出力用に用い、残りのポートを他の高速の入出力モジュールとの通信用に用いる。
Instead of providing the 2-
図5において、CPUモジュール11からのシリアルバスはCH1のみで、各高速の入出力モジュール18a、18bに2ポートのハブ37を設けている。ハブ37の1ポートをその高速の入出力モジュール18a、18bの入出力用に割り当て、残りのポートを他の高速の入出力モジュール18a、18bやCPUモジュール11との通信用に割り当てる。図5では、CPUモジュール11は高速の入出力モジュール18aとの通信はCH1で、また高速の入出力モジュール18bとの通信はCH2とCH1とを経由して行われている。
In FIG. 5, the serial bus from the
一方、パラレル入出力バス14のシリアル伝送に用いる近接するアドレスバスまたはデータバスに近接するバスをシリアル通信時にグランドまたは電源ラインに保つようにする。図6に示すように、CPUモジュール11にガードドライブ38を設け、入出力バス14のシリアル信号が伝送されるバス39の回りのバス40にガードドライブ38を接続し、シリアル通信中はガードドライブ38によりラインレベルをグランドや電源ラインなど一定に保った構成にして耐ノイズ性の向上を図っている。
On the other hand, a bus close to the address bus or data bus used for serial transmission of the parallel input /
第2の実施の形態によれば、第1の実施の形態の効果に加え、一般の高速シリアル伝送を用いることができ、拡張性と信号処理による入出力の耐ノイズ性や信頼性を確保することができ保守管理作業も不要になる。 According to the second embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, general high-speed serial transmission can be used, and expandability and input / output noise resistance and reliability are ensured by signal processing. And maintenance work becomes unnecessary.
11…CPUモジュール、12…CPU、13…入出力バスインタフェース、14…パラレル入出力バス、15…入出力モジュール、16…新たな入出力バス、17…新入出力バスインタフェース、18…高速の入出力モジュール、19…高速シリアルバスインタフェース、20…シリアルバス、21…パラレルバス制御回路、22…アドレスデータバッファ、23…制御信号バッファ、24…シリアル通信制御回路、25…シリアルトランシーバ、26…入出力回路、27…パラレルバス制御回路、28…アドレスデータバッファ、29…制御信号バッファ、30…入出力回路、31…シリアル通信制御回路、32…シリアルトランシーバ、33…特定のバス、34…制御バス、35…入出力切替回路、36…ハブ、37…ハブ、38…ガードドライブ、39…バス、40…バス
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