JP2009080741A - プログラマブルコントローラ用無線接点装置およびプログラマブルコントローラ - Google Patents

Abstract

【課題】入力点、出力点、入出力点等の配線を簡素化可能にする。
【解決手段】入力点、出力点または入出力点のいずれかを備え、装置内部または外部の接点のオンオフに関わる接点情報を無線で受信、送信または送受信する無線通信部を内蔵した構成。
【選択図】図１

Description

本発明は、内部接点をオンオフしたり、あるいは外部接点のオンオフに伴う接点信号を入力したりするプログラマブルコントローラ用無線接点装置およびプログラマブルコントローラに関するものである。

生産工場等に設置されるファクトリーオートメーション（ＦＡ）の制御装置として、プログラマブルコントローラが用いられている。このプログラマブルコントローラには、複数のモジュールからなるビルディングブロックタイプがある。この複数のモジュールとしては、電源モジュール、ＣＰＵモジュール、入力モジュール、出力モジュール、通信モジュール等がある。ＣＰＵモジュールは、内部にＣＰＵ、Ｉ／Ｏメモリ、プログラムメモリ等を有し、このＣＰＵは、入力モジュールで入力した信号をＩ／Ｏメモリに取り込むＩＮリフレッシュ処理を行い、プログラムメモリ内のシーケンスプログラムに基づき演算実行し、その演算実行結果をＩ／Ｏメモリに書き込んで出力モジュールに送り出すＯＵＴリフレッシュ処理を行い、その後、通信モジュールを介して通信ネットワーク上の他のＰＬＣとデータ送受信を行ったり、ＣＰＵモジュールに備えられた通信ポートを介して外部のＰＣ等とデータ送受信などを行ったりする周辺処理を行う一連の処理をサイクリックに繰り返す（例えば特許文献１参照）。入力モジュールにはセンサ等の入力機器が、出力モジュールにはアクチュエータ等の外部機器が接続される。センサ等の入力機器は制御装置の状態をセンシングしその情報を入力モジュールに入力し、アクチュエータ等の外部機器は出力モジュールからの出力に応答して制御装置を駆動する。

以上のプログラマブルコントローラにおいて、入力モジュールでは、スイッチやセンサ等を外部接点としてそのオンオフ信号をＣＰＵモジュールに入力し、出力モジュールではＣＰＵモジュールの制御信号に応答して内部接点をオンオフしてアクチュエータ等の外部機器への電源の供給遮断を行って当該外部機器をオンオフ駆動する。

このような入力モジュールでは複数の入力点（機器側入力点）と電源コモン入力点とを備えて各機器側入力点それぞれにセンサ等の外部機器を接続する一方これら外部機器を個別に電源を介して電源コモン入力点に共通接続し、また、出力モジュールでは複数の出力点（機器側出力点）と電源コモン入力点とを備えて各機器側入力点それぞれにアクチュエータ等の外部機器を接続する一方、内部接点のオンオフで外部機器への電源供給遮断を行っている。

しかしながら、この入力モジュールでも出力モジュールでも機器側入力点や機器側出力点に外部機器と接続するための外部配線を接続する必要があるので、センサ等やアクチュエータ等が配置される位置によっては配線しにくいか配線ができない場合がある。また、配線が長くなったり、配線数が増大してくる。外部機器の配線接続台数が多くなってくると、それらの有線配線も必然的に複雑長大化しまた迂回配線等も必要となるなどの課題がある。
特開２００５−２５９０７９号公報

本発明により解決すべき課題は、入力点、出力点、入出力点等が増加しても、また、外部機器が遠隔であってもそれら入力点、出力点、入出力点等の配線を容易にできるようにすることである。

（１）本発明のプログラマブルコントローラ用無線接点装置は、入力点、出力点または入出力点のいずれかを備え、これらに関わる接点情報をプログラマブルコントローラ本体に内蔵する無線通信部と無線で受信、送信または送受信する無線通信部を内蔵すると共に、プログラマブルコントローラ本体から分離されて単体で任意位置に配置等することが可能になっていることを特徴とするものである。

本発明は、無線接点装置をプログラマブルコントローラ本体から分離され単体で任意位置に配置することが可能となっているので、センサやアクチュエータ等の外部機器近傍に配置し、それら入力点、出力点、入出力点に外部機器との配線を接続することができるので、配線が容易になり、外部機器の接続台数が多く、また、外部機器が複数箇所等に離隔して設置されている場合でも、上記配線を簡素化することができるようになる。

好ましくは出力点と、上記出力点に接続された内部接点と、を備え、無線通信部が無線アンテナで受信した接点情報に基づいて内部接点をオンオフする。

好ましくは入力点を備え、無線通信部が入力点に関わる接点情報を無線アンテナを介して無線送信する。

好ましくは入出力点と、上記入出力点に接続された内部接点と、を備え、無線通信部がこれらに関わる接点情報を無線アンテナを介して送受信する。

好ましくは、上記無線通信部は、他の無線通信部を接続相手として探すインクワイアリ機能を備える。

（２）本発明のプログラマブルコントローラは、プログラマブルコントローラ本体と、上記（１）記載の無線接点装置を複数備え、プログラマブルコントローラ本体は、上記無線接点装置の無線通信部と通信する無線通信部を備え、プログラマブルコントローラ本体の無線通信部は、各無線接点装置の無線通信部に対して、シーケンスプログラムに従いインクワイアリすることを特徴とする。

好ましくはプログラマブルコントローラ本体の無線通信部が、目的とする無線接点装置にインクワイアリできないときは他の無線接点装置が中継して上記目的の無線接点装置にインクワイアリすることが可能になっている。この場合、より好ましくは、インクワイアリにより各無線通信部間での通信上のリンクが確立したときに当該シーケンスプログラムの実行を開始する。

この態様ではプログラマブルコントローラ本体は、確実に、無線接点装置と通信することができるようになり、シーケンスプログラムを高信頼性、高安定性で実行することができる。

本発明によれば、入力点、出力点、入出力点と外部機器との配線を簡素化することができるようになる。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係るプログラマブルコントローラ（ＰＬＣと言う）用無線接点装置を説明する。

図１に実施の形態のＰＬＣの全体の概略構成を示し、図２にＰＬＣ本体３の内部概略構成を示し、図３に出力側無線接点装置の内部概略構成を示し、図４に入力側無線接点装置の内部概略構成を示し、図５に入出力側無線接点装置の内部概略構成を示す。

図１を参照して、実施の形態のＰＬＣ１は、ＰＬＣ本体３と、複数の出力、入力、入出力の各無線接点装置５，７，９とを備える。ＰＬＣ本体３は無線アンテナ３ａを有する。ＰＬＣ本体３は内部にシーケンスプログラムを格納していて無線接点装置５，７，９それぞれの無線アンテナ５ａ，７ａ，９ａと通信してシーケンスプログラムを実行するようになっている。

これら無線接点装置５，７，９は、ＰＬＣ本体３から分離されて単体で任意位置に配置等することが可能になっている。

これら無線接点装置５，７，９において、無線接点装置５は出力側の無線接点装置であり、外部に図示略のアクチュエータ等の外部機器が接続され、ＰＬＣ本体３の無線アンテナ３ａから送信されてくるシーケンスプログラム上の制御指令（接点情報）を無線アンテナ５ａで受信し、この受信に応答して内部接点をオンにしてアクチュエータ等の外部機器に電源を供給可能にして当該アクチュエータ等の外部機器を駆動する。

無線接点装置７は、入力側の無線接点装置であり、外部に図示略のセンサ等の外部機器が接続され、センサ等の外部機器の状態を示す接点情報を無線アンテナ７ａからＰＬＣ本体３の無線アンテナ３ａに送信する。ＰＬＣ本体３は無線アンテナ３ａで接点情報を受信すると、この受信に応答してシーケンスプログラムを実行する。

無線接点装置９は無線接点装置５と７それぞれの機能を備え、無線アンテナ９ａとＰＬＣ本体３の無線アンテナ３ａとで接点情報の送受信を行い、シーケンスプログラムを実行する。

このような無線接点装置５，７，９は、ＰＬＣ本体３とは配線で接続されておらず、無線で接点情報の通信を行うことができるので、無線接点装置５，７，９をそれぞれ外部機器近傍に配置することが可能となり、無線接点装置５，７，９と外部機器との配線を簡素化することができ、制御対象とか制御対象が設備されている工場等ではその使用上の用途が大きく拡大する。

図２を参照して、ＰＬＣ本体３は、システムプログラムやシーケンスプログラムやその他のＩ／Ｏデータ等を格納するメモリ３ｂ、システムプログラムに従いシーケンスプログラムを実行するＣＰＵ３ｃと、ＣＰＵ３ｃからの接点情報を無線接点装置５，９に無線アンテナ３ａを介して送信したり、無線接点装置７，９から送信されてくるセンサ等の外部機器の接点状態その他に関わる接点情報を無線アンテナ３ａを介して受信する無線通信部３ｄとを備える。ＰＬＣ本体３は、メモリ３ｂに無線接点装置７，９からの接点情報を取り込むＩＮリフレッシュ処理を行い、シーケンスプログラムに基づき演算実行し、その演算実行結果をメモリ３ｂに書き込んで、無線接点装置５，９に送り出すＯＵＴリフレッシュ処理を行うなど、一連の処理をシーケンスプログラムに従いサイクリックに繰り返すことができる。このＰＬＣ本体３は、ＰＬＣ１を無線接点装置５，７，９と区別するために、説明の都合上、ＰＬＣ本体と称して単一形態で図示しているが、形態としては単一に限定されず、複数のモジュール形態で構成されてもよい。

無線通信部３ｄは、無線種類の一例として、ブルートゥースにより周辺の無線接点装置５，７，９を探す信号例として近距離無線通信で予め定めたインクワイアリ信号（ｉｎｑｕｉｒｙ：装置探索、検索、接続要求信号）を送信することができるようになっている。ＰＬＣ本体３をマスタ側とすると、無線接点装置５，７，９はスレーブ側として、インクワイアリ信号を待ち受けるためのインクワイアリスキャン、等の動作を行うことができるようになっている。あるいは、無線接点装置５，７，９のいずれかがマスタ側、ＰＬＣ本体３や他の無線接点装置５，７，９のいずれかがスレーブ側となる場合がある。インクワイアリに対してインクワイアリ応答した場合、ＰＬＣ本体３ではインクワイアリ認証を行う。このインクワイアリ認証により目的とする無線接点装置５，７，９に対して接続を確立する。無線通信部３ｄは、インクワイアリ信号送信手段と、他の無線通信部から送信されたインクワイアリ信号に対する応答を受信するインクワイアリ応答受信手段とを有する。そして、無線通信部３ｄは、上記応答に含まれる情報から無線接点装置５，７，９と近距離無線通信を行うことができるようになっている。

図３を参照して、出力側の無線接点装置５は、アクチュエータ等の外部機器１１が接続される機器側出力点５ｂと、電源１３が接続される電源側出力点５ｃと、機器側出力点５ｂに接続された内部接点５ｄと、ＰＬＣ本体３の無線アンテナ３ａから送信されてくる接点オンオフ等の接点情報を無線アンテナ５ａで受信し、この受信に応答して内部接点５ｄをオンオフする無線通信部５ｅとを備える。この無線通信部５ｅも上記無線通信部３ｄと同様の無線通信部構成になっている。

図４を参照して、入力側の無線接点装置７は、センサ等の外部機器が外部接点１５として接続される機器側入力点７ｂと、センサ等の外部機器への電源１７が接続される電源側入力点７ｃと、ＰＬＣ本体３の無線アンテナ３ａに外部接点１５のオンオフ信号ないしはこれに関連する接点情報を無線アンテナ７ａを介して送信する無線通信部７ｄとを備える。この無線通信部７ｄも上記無線通信部３ｄと同様の無線通信部構成になっている。

図５を参照して、入出力側の無線接点装置９は、アクチュエータ等の外部機器１１が接続されるときは出力点として、センサ等の外部機器１５が接続されるときは入力点とされる機器側入出力点９ｂと、電源１３，１７が接続される電源側入出力点９ｃと、出力側として用いるときの内部接点９ｄと、入力側として用いるときに閉じる接点９ｅと、入力側として用いるときはＰＬＣ本体３の無線通信部３ｃから無線アンテナ３ａを介して送信されてくる接点オンオフ信号等の接点情報を無線アンテナ９ａで受信し、この受信に応答して内部接点９ｄをオンオフし、出力側として用いるときはＰＬＣ本体３の無線アンテナ３ａに外部接点のオンオフ信号等の接点情報を無線アンテナ９ａを介して無線送信する無線通信部９ｆとを備える。この無線通信部９ｆも上記無線通信部３ｄと同様の無線通信部構成になっている。

実施の形態のＰＬＣ１は、入力側、出力側、入出力側で３種類の無線接点装置５，７，９を備えるが、いずれか１種類のみ、あるいはいずれか２種類の組み合わせでもよい。

実施の形態では交流仕様であったが、直流仕様としてもよく、あるいは交直両仕様でもよい。また、電源はバッテリ等の各種電池でもよい。

また、内部接点５ｄ，９ｄ等は機械式、電気式、光学式等その接点タイプは限定しない。光学式では例えばフォトカプラがある。

また、ＰＬＣ本体３には操作部や表示部等を設けることができる。

図６を参照して実施の形態のＰＬＣ１の応用展開例を説明する。

ＰＬＣ本体３のメモリ３ｂには、シーケンスプログラムが格納されており、ＣＰＵ３ｃは無線障害物１９の周囲に配置された複数の無線接点装置５，７，９からの接点情報に基づいてシーケンスプログラムを実行する。図６では無線接点装置５，７，９を図解の都合で、それらの配置位置に応じて、ＵＷＣ（ユーザ・ワイヤレス・コンタクト）１，ＵＷＣ２，…，ＵＷＣ６と称することとする。ＵＷＣ１，ＵＷＣ２，…，ＵＷＣ６は相互にピアツウピア無線を行う通信機能を備える。例えば、ＵＷＣ１，ＵＷＣ２，…，ＵＷＣ６はメッシュ型無線通信機能を持ち、相互にメッシュ型通信を中継するに際して指示ルートおよび受信強度等の最適中継ルートを設定する機能を有する。また、ＵＷＣ１，ＵＷＣ２，…，ＵＷＣ６は中継ルートでの通信が不安定または遮断時に他のアクセスポイントに切り替えて自律的に新たな中継ルートを設定する機能を有する。

ＵＷＣ１，ＵＷＣ２，…，ＵＷＣ６にはそれぞれ図示略のセンサやアクチュエータ等が配線されていて、ＰＬＣ本体３とこれらＵＷＣ１，ＵＷＣ２，…，ＵＷＣ６との接点情報の送受信を通じて機械、設備等をシーケンス制御することができるようになっている。ＰＬＣ本体３の無線通信部３ｄはブルートゥース通信でインクワイアリ機能を有する。まず、ＰＬＣ本体３のＣＰＵ３ｃはシーケンスプログラムの実行において無線通信部３ｄからＵＷＣ１〜ＵＷＣ６それぞれをインクワイアリして接点情報を送受信してシーケンスプログラムを実行する。

上記シーケンスプログラムの実行において、例えばＵＷＣ３が工場内に配置された鉄板等の無線障害物１９の背後に位置している場合、ＰＬＣ本体３の無線アンテナ３ａからの送信電波がＵＷＣ３に届かない場合がある。このような場合、ＵＷＣ１→ＵＷＣ４→ＵＷＣ３というように矢印で示す経路、あるいはＵＷＣ５→ＵＷＣ６→ＵＷＣ３というように矢印で示す経路で順次互いにピアツウピア無線を行うことで、ＵＷＣ３にＰＬＣ本体３側からのプログラム命令等やその他の接点情報を送信したり、ＵＷＣ３からは逆の経路で自己の接点情報をＰＬＣ本体３側に送信することができるようになる。

上記の場合、図７で示すように、複数のプログラム要素Ｐ１，Ｐ２，…からなるシーケンスプログラムの実行開始前に、インクワイアリにより各ＵＷＣ１〜ＵＷＣ６間での通信上のリンクが確立したときにシーケンスプログラムの実行を開始する通信リンク確立確認用のプログラム要素Ｐ０を備えるようにしてもよい。

なお、無線通信部として、実施の形態では、近距離無線通信規格であるブルートゥース（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）に基づく通信機能を有するが、これに限定されない。例えば、ＺｉｇＢｅｅ（ジグビー）無線、ＵＷＢ（ＵｌｔｒａＷｉｄｅＢａｎｄ）無線等を使用することもできる。これら近距離無線では通信距離が１０ｍないし数十ｍ程度である。２．４ＧＨｚ帯を用いるＺｉｇＢｅｅ無線は低消費電力を図る場合に好ましく、ＵＷＢは高速化を図る場合に好ましい。ＵＷＢは１Ｇ〜数ＧＨｚと広い周波数帯であり、他の通信との相互影響を抑制することができる。また、ワイヤレスＵＳＢ（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＳｅｒｉａｌＢａｎｄ）も使用することができる。さらに、Ｗｉｂｒｅｅ（ワイブリー）と称する１０ｍ程度の範囲内で１Ｍｂｐｓのデータ転送速度を実現する近距離無線通信技術をもちいることもできる。さらには特定小電力無線を用いてもよいし、無線ＬＡＮを用いてもよい。

図１は本発明の実施の形態のＰＬＣの全体の概略構成を示す図である。 図２はＰＬＣ本体３の内部概略構成を示す図である。 図３は出力側無線接点装置の内部概略構成を示す図である。 図４は入力側無線接点装置の内部概略構成を示す図である。 図５は入出力側無線接点装置の内部概略構成を示す図である。 図６は実施の形態のＰＬＣの応用展開例を示す図である。 図７は実施の形態のＰＬＣの他の応用展開例を示す図である。

符号の説明

１ プログラマブルコントローラ
３ ＰＬＣ本体
５，７，９ 無線接点装置

Claims (8)

1. 入力点、出力点または入出力点のいずれかを備え、これらに関わる接点情報をプログラマブルコントローラ本体に内蔵する無線通信部と無線で受信、送信または送受信する無線通信部を内蔵すると共に、プログラマブルコントローラ本体から分離されて単体で任意位置に配置等することが可能になっている、ことを特徴とするプログラマブルコントローラ用無線接点装置。
2. 出力点と、上記出力点に接続された内部接点と、を備え、無線通信部が無線アンテナで受信した接点情報に基づいて内部接点をオンオフする、ことを特徴とする請求項１に記載の無線接点装置。
3. 入力点を備え、無線通信部が入力点に関わる接点情報を無線アンテナを介して無線送信する、ことを特徴とする請求項１に記載の無線接点装置。
4. 入出力点と、上記入出力点に接続された内部接点と、を備え、無線通信部がこれらに関わる接点情報を無線アンテナを介して送受信する、ことを特徴とする請求項１に記載の無線接点装置。
5. 上記無線通信部は、他の無線通信部を接続相手として探すインクワイアリ機能を備えた請求項１ないし４のいずれかに記載の無線接点装置。
6. プログラマブルコントローラ本体と、請求項５に記載の無線接点装置を複数備え、プログラマブルコントローラ本体は、上記無線接点装置の無線通信部と通信する無線通信部を備え、プログラマブルコントローラ本体の無線通信部は、各無線接点装置の無線通信部に対して、シーケンスプログラムに従いインクワイアリする、ことを特徴とするプログラマブルコントローラ。
7. プログラマブルコントローラ本体の無線通信部が、目的とする無線接点装置にインクワイアリできないときは他の無線接点装置が中継して上記目的の無線接点装置にインクワイアリすることが可能になっている、ことを特徴とする請求項６に記載のプログラマブルコントローラ。
8. 上記インクワイアリにより各無線通信部間での通信上のリンクが確立したときに当該シーケンスプログラムの実行を開始する、請求項７に記載のプログラマブルコントローラ。

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