JPH1092474A

JPH1092474A - プログラマブルコントローラ

Info

Publication number: JPH1092474A
Application number: JP24471396A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Nitta; 敦新田; Ryoichi Uchiyama; 良一内山
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-09-17
Filing date: 1996-09-17
Publication date: 1998-04-10

Abstract

(57)【要約】【課題】バッテリの最適な交換をなしうるＰＣを提供
する。【課題を解決手段】データテーブル１５に放電関数の
サンプリング時間と関数値の対応データを格納し、制御
回路１２から近似の最適放電関数を検索する。近似放電
関数確定後、データテーブル１５からその近似放電関数
に対応したバッテリ使用残り時間１７を読み出し、残時
間データ１８を表示する構成とした。【効果】バッテリーの使用時間を算出、表示し、最適
なバッテリ交換時期を提供し、エラー発生による設備停
止の防止、バッテリ使用可能な時間を把握する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プログラマブルコ
ントローラ（以下、ＰＣという）に係り、ユーザプログ
ラムやデータのバックアップのために用いられる電源バ
ッテリの使用可能な残時間を自動的に算出し表示する機
能を備えたＰＣに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術におけるＰＣの電源装置を説
明する。一般のＰＣは、入力部、出力部、メモリ部、制
御回路部、周辺機器部およびこれらに電源を供給する電
源部から構成されている。前記入力部は、リミットスイ
ッチ、押ボタンスイッチ、操作スイッチからの外部信号
を、当該ＰＣ内部で取り扱える信号レベルに変換する機
能を備えている。前記出力部は、当該ＰＣ内部の信号を
電磁開閉器、電磁弁等の制御対象を直接、駆動できるレ
ベルに変換する機能を備えている。メモリ部は、入力信
号や出力データおよびプログラムを記憶する。制御回路
部は、メモリ部に記憶されているプログラムにしたが
い、入力データを演算したり、シーケンス演算等を行
い、後述の周辺機器部を制御する。周辺機器部は、ＰＣ
に接続されているプログラムを書き込むプログラムロー
ダや上位計算機等である。電源部は、入力部、出力部、
メモリ部、制御回路部、周辺機器部に電気を供給する。

【０００３】上記電源装置は、対象負荷の実際としてＬ
ＳＩ、ＩＣであり、その供給値はＤＣ５Ｖ、１２Ｖ、１
５Ｖ、−５Ｖ、−９Ｖ、−１５Ｖ等多様である。ＰＣ
は、ロジック回路を用いられて作られ、当該ロジック回
路は一度起きたミスは復旧が困難であるため、前記電源
装置の安定性については考慮が払われていた。特に、電
源切断時に、ＲＡＭに記憶されているユーザプログラム
やデータのバックアップを行うためバッテリ、例えばリ
チウム電池等が無停電のバックアップ電源として使用さ
れている場合が多かった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図９を参照して、従来
のバッテリの放電による端子電圧の低下を説明する。図
９は、従来のバッテリの端子電圧の放電特性線図であ
る。図９において、縦軸はバッテリの端子電圧、横軸は
バッテリの使用時間、太折線１は、現実のバッテリの放
電特性曲線の一例、細折線５は、現実のバッテリの放電
特性曲線の他の一例、点線６は最悪の使用条件下のバッ
テリの放電特性曲線である。

【０００５】図示する如く、前記リチウム電池等のバッ
テリが放電し、その端子電圧が低下し消耗され、バック
アップ機能の保持が不可能な電圧Ｖ2（４）にまで低下
すると、ユーザプログラムやデータが失われてしまう恐
れがある。そのため、バッテリ電圧がバッテリエラー判
定しきい値Ｖ1（２）まで低下したらバッテリエラー信
号を発生させ、ユーザに警告を発し、前記警告を受けた
当該ユーザは、設備停止をしていた。

【０００６】しかし、前記バッテリは、定格周囲温度に
おいて基準の寿命が定まっており、通風、周囲温度など
の条件により消耗度が異なり、端子電圧の放電特性曲線
が異なるため、バッテリエラー信号が発生する黒丸点３
の時間的位置が異なる。そのため、ユーザは、バッテリ
エラーがいつ発生するか分からず、突然バッテリーエラ
ーが発生して、予定外の設備停止の止むなきにいたって
いた。また、バッテリの推奨交換時期ｔｃ（７）は、最
悪使用条件下のバッテリ端子電圧の放電特性線６に基づ
いて決定しているため、バッテリ使用時間の実際値ｔ１
（８）と大きく介離している場合が多く、バッテリ使用
可能期間の実際値を知りたいという顧客のニーズが大き
いという問題があった。さらに、バッテリ交換時期の管
理が煩雑なので交換時期が分かるようにして欲しいとい
うニーズも多いという問題があった。

【０００７】このように、これまではバッテリエラーが
いつ発生するか分からず、予定外の設備停止の危険があ
った。また、最悪使用条件下の端子電圧の放電特性線に
基づいて決定されたバッテリの推奨交換時期ｔｃ（７）
に従い、顧客自ら交換時期を管理して、バッテリ使用可
能時間の実際値を下回る周期で頻繁に設備を停止させ、
バッテリを交換すると経済的な負担が大であるという問
題があった。

【０００８】本発明の目的は、かかる従来技術の問題点
を解決するためになされたもので、ユーザプログラムや
データ等のバックアップ用に使用されているバッテリの
使用可能残り期間を自動的に算出し表示することによ
り、最適なバッテリ交換時期の算出し、表示を行うこと
ができるＰＣを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係るプログラマ
ブルコントローラの構成は、装着されている電源バッテ
リーの使用可能な残時間の算出手段を具備したことを特
徴とするものである。前項記載のプログラマブルコント
ローラにおいて、前記算出手段は、前記電源バッテリー
の使用条件の相違に基づく各放電特性曲線の所定のサン
プリング時間毎のデータを記憶する記憶手段と、所定の
放電時間の直近のサンプリング時間を選定する選定手段
と、前記記憶させた直近のサンプリング時間の端子電圧
と前記所定の放電時間の端子電圧との差が最小である放
電特性曲線を選定する選定手段とを具備し、前記選定さ
れた放電特性曲線に基づき電源バッテリーの使用可能な
残時間の算出することを特徴とするものである。前記記
載のプログラマブルコントローラにおいて、前記サンプ
リング時間の選定手段は、前記所定の放電時間との差が
最小となるようなサンプリング時間を選定するようにし
たことを特徴とするものりである。前項記載のプログラ
マブルコントローラにおいて、前記算出手段に、季節調
整機能を付加せしめたことを特徴とするものである。前
項記載のプログラマブルコントローラにおいて、前記算
出手段に、学習機能を付加せしめたことを特徴とするも
のである。前項記載のプログラマブルコントローラにお
いて、前記算出手段に、年表示もしくは月表示もしくは
日表示または時間表示のいずれかを当該使用可能な残時
間に応じて切替え表示機能を付加せしめたことを特徴と
するものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１ないし図８を参照して、本発
明に係るＰＣの一実施の形態を説明する。本発明の実施
の形態は、バッテリ使用可能残り時間算出回路を従来の
ＰＣに付設したものである。なお、ＰＣの基本的構成の
内、従来の技術と共通する部分についての再度の説明
は、煩瑣となるので省略し、特徴部分を中心に説明す
る。

【００１１】図１は、本発明の一実施の形態に係るＰＣ
のブロック構成図である。図１において、バックアップ
用バッテリ１０、例えばリチウム電池の端子電圧をＡ／
Ｄ変換器１１でディジタルデータに変換して制御回路１
２に入力する。また、カレンダ時計１３から時間データ
を制御回路１２に入力する。前記制御回路１２は、バッ
クアップ用バッテリ１０の端子電圧のディジタルデータ
と時間データとからバッテリ電圧の放電低下の特性線図
が得られる。図２は、図１のＰＣにおけるバックアップ
用リチウム電池の放電特性線図である。

【００１２】ここで、ＰＣを稼働させるため、商用電源
の通電時には、バックアップ用バッテリ１０、例えばリ
チウム電池をユーザープログラム等のバックアップで使
用する必要がなく、前記商用電源の通電時のバッテリ電
圧波形１９は、バッテリの消耗がないため、その端子電
圧が一定で、商用電源の未通電時はバックアップで使用
するため、バッテリの消耗があるため、その時の電圧波
形２０のみ電圧が低下する。

【００１２】図３に従い、バッテリの使用可能な時間算
出方法を説明する。図３は、バックアップ用リチウム電
池の使用時間と端子電圧の関係線図である。図示する如
く、使用を開始してから商用電源の通電累積時間２４の
間は、バックアップ用リチウム電池のバッテリ（以下、
単にバッテリという）が消耗されず、使用開始時電圧Ｖ
0（９）のままで、前記バッテリの端子電圧が変化しな
い。バッテリの全使用時間２２から前記商用電源の通電
累積時間２４を差し引いたバッテリの放電時間２５の間
に、バッテリの端子電圧が、現在の端子電圧Ｖx（２
１）まで低下するものとする。

【００１３】前記バッテリの放電時間２５の間は、その
端子電圧の低下波形が、二次関数曲線を示すので、その
関数式を求め、当該関数式を基にして端子電圧がＶ2
（４）となるまでの使用可能残り時間１７を算出するこ
とができる。前記関数式を求めるため、バッテリの端子
電圧低下波形を放電関数（図示では指数関数）に近似さ
せて、下記（１）式で表すことにする。

【数１】上式において、Ｖ0は、バッテリの使用開始時の端子電
圧であり、これは使用するバッテリの仕様に応じて変更
することができる。Ｋは、放電波形の形状を決める係数
である。

【００１４】図１に示すメモリ１４に、バッテリ使用開
始時の端子電圧Ｖ0（９）、商用電源の通電累積時間２
４やバッテリの使用全時間２２を記憶させる。これによ
り、放電時間２５は、バッテリの使用全時間２２と商用
電源の通電累積時間２４の差により求められる。図１の
データテーブル１５には、何種類かの使用条件による各
種のバッテリ放電特性曲線（以下、単に放電関数とい
う）のサンプリング時間と各サンプリング時間での前記
バッテリの端子電圧値（以下、単に関数値という）とを
対応させたデータを格納させ、さらに、前記関数値と共
に、各サンプリング時間における放電関数に基づき、バ
ッテリのその使用条件下の使用可能残時間１７も格納さ
せておくようにしてある。

【００１５】制御回路１２は、バッテリ使用開始時の端
子電圧Ｖ0（９）と商用電源の通電累積時間２４との交
点、すなわち図３のＰ1と、現時点のバッテリ端子電圧
Ｖx（２１）と放電時間２５の交点、すなわち、図３の
Ｐ2とから、この端子電圧低下波形に最も近い指数関数
を検索して近似の放電関数とする。前記近似の放電関数
と、バッテリの放電時間２５に最も近いサンプリング時
間が確定しデータテーブル１５よりバックアップ用バッ
テリとして使用可能残時間１７を読み出すことができ
る。制御回路１２は、前記読み出したバッテリの使用可
能残時間１７を年、月、日、時間など必要に応じた使用
可能な残時間表示データ１８に変換して、液晶表示器、
特殊内部出力他１６へ転送する。これによりユーザは、
液晶表示器でバッテリの使用可能な残り時間を確認した
り、特殊内部出力をモニタする等の方法で最適な交換時
期を知ることができる。

【００１６】図４を参照して、さらに具体的に現在の放
電後のバッテリ端子電圧Ｖx(２１)と前記バッテリの放
電時間２５から使用可能残時間を算出例を説明する。図
４は、図３のバッテリの端子特性線図における放電関数
の近似方法の説明図である。まず、上記バッテリの放電
関数の近似方法の説明のため、前述した式（１）の放電
関数を用いて説明する。式（１）において、説明を簡単
にするため、通風、周囲温度等の使用条件を変化させて
係数Ｋを正の有理数とし、この有理数は一定の通風、周
囲温度等の使用条件では一定とし、前記係数Ｋの各有理
数値毎に各所定のサンプリング時間毎の関数値（電圧
値）をデータとして、データテーブル１５（図１参照）
に格納させる。図４において、前記各サンプリング点の
各関数値（電圧値）を黒丸の点で表示されている。ま
た、前記所定の係数Ｋの放電関数において、その使用条
件に基づくバッテリの使用可能な残時間も予め算出して
格納されている。

【００１７】図５を参照して、データテーブル１５のデ
ータ構造を説明する。図５は、図１のデータテーブルの
データ構造の説明図である。図示する如く、前記データ
テーブル１５のデータは、どの関数なのかを示す関数検
索番号、図示では０の関数、Ｋ＝ｋ0(２８)と、どの時
点での数値なのかを示すサンプリング時間ｔ＝ｔ0(２
９)に対応して関数値３３として格納される。さらに、
前記各関数検索番号０、Ｋ＝ｋi,i=0、1、2・・(２８)と各
サンプリング時間ｔ＝ｔj、j=0、1、2・・0(２９)に対応した
関数値３３と、各関数検索番号(２８)と各サンプリング
時間（２９）に対応したバッテリの使用可能な残時間３
４がペアになって格納される。

【００１８】次に、図４のバッテリの端子電圧低下特性
に対する放電関数の近似処理を図６を参照して説明す
る。図６は、図１のＰＣにおける放電関数の近似処理の
フロチヤート、図７は、図６の近似処理のサンプリング
時間の検索フロチヤートである。まず、ステップ７１に
おいて、バッテリの放電時間２５に最も近いサンプリン
グ時間ｔ2（30）を検索して決定する。理想的にはバッ
テリの放電時間２５とサンプリング時間ｔ2（30）とが
一致しているのが望ましい。サンプリング時間の選定に
ついては、図８を参照して詳細に後述する。

【００１９】そして、ステップ７２において、多数の放
電関数Ｋiより一つを選定する。まず、i＝0、すなわち
Ｋi=Ｋ0を選定する。ステップ７３において、放電時間
２５におけるバッテリの電圧値Ｖx(21）と前記放電関数
Ｋ0上の電圧値ｆ0(ｔ2)との差を求める。これを数式で
示せば、Ｒ0＝｜ｆ0(ｔ2)−Ｖx(21）｜を求めることに
なる。そして、i＝0、1、2・・すなわちＫ1、Ｋ2、Ｋ3、Ｋ4・・
を選定し、前記放電時間２５における電圧値Ｖx(21）と
放電関数Ｋ1上の電圧値ｆ1(ｔ2)、ｆ2(ｔ2)・・との差
を全放電関数Ｋiについて求める。次ぎに、ステップ７
４においてこれを記憶させる。ステップ７５において、
前記記憶値を検索し、Ｒi＝｜ｆi(ｔ2)−Ｖx(21）｜が
最小となる放電関数Ｋｉ（図示ではＫｉ＝ｋ1)を選定す
る。ステップ７６において、前記放電関数Ｋｉにおける
バッテリの使用可能な残時間をデータテーブル１５から
得られる。ステップ７７において、表示データに変換
後、表示器等に送り、表示させる。

【００２０】図７を参照して、バッテリの放電時間２５
に最も近いサンプリング時間ｔ2（30）を検索について
説明する。ステップ８１において、サンプリング時間ｔ
j、例えばj＝0、すなわちｔ0とする。ステップ８２にお
いて、サンプリング時間ｔ0と放電時間２５との差を演
算する。Ｓ0＝｜ｔ0−放電時間２５｜を演算する。ｔj
＝1、2、3・・・のすべてについて、Ｓj＝｜ｔj−放電時間２
５｜を求める。ステップ８３において、ｔj＝1、2、3・・・
のすべてについて、Ｓj＝｜ｔj−放電時間２５｜を記憶
させる。ステップ８４において、上記記憶させたｔj＝
1、2、3・・・のすべてについてのＳj＝｜ｔj−放電時間２５
｜から最小を求め、サンプリング時間ｔj（図示ではｔj
＝ｔ2)が求められる。

【００２１】バッテリの使用可能残時間１７の算出処理
では、通風、周囲温度等の使用条件を変化させて係数Ｋ
を整数とし、前記係数Ｋの各整数値毎に各所定のサンプ
リング時間毎の関数値（電圧値）をデータとしてデータ
テーブル１５（図１参照）に格納したが前記係数Ｋが使
用期間中変化しないことが前提である。使用期間中、係
数Ｋが変化した場合についての処理を説明する。

【００２２】（１）季節調整機能バッテリの放電度は、周囲温度により特に影響を受ける
ため、特に使用可能な残時間１７が、数カ月程度となっ
た場合、季節により残時間の長さが異なる。そのため、
図３に示す様に、電圧低下予測の放電関数２６に、季節
調整の係数をかけて、季節調整放電関数２７を求め、使
用可能残時間１７を季節調整して表示することも可能で
ある。すなわち、放電関数は、Ｐ2を変異点として曲率
半径を変えて変位するものである。季節調整具体的な例
としては、季節調整したのちの係数をＫ′とすれば、上
記式（１）において、Ｋ′＝Ｋ×Ｔ／Ｔ1とすることが
できる。Ｔは周囲温度、Ｔ1は年平均温度である。

【００２３】（２）学習機能図８を参照して、学習機能によるバッテリの使用可能な
残時間の算出方法を説明する。図８は、学習機能による
バッテリの使用可能残時間の算出方法の説明図である。
バッテリの使用可能の残時間は、今後ＰＣの商用電源
が、常に未通電のままであるという最悪の場合を想定し
て算出しているが、実際には電源の通電３５及び未通電
３６の状態が混在していることが多く、この場合、バッ
テリの使用可能な残時間は延びる。図８に示す如く、過
去の商用電源の通電区間３５と未通電区間３６の時間比
率を基づいて、通電予測時間ｔｏｎ（３７）と、未通電
予測時間ｔｏｆｆ（３８）を求め、両者を加えてこれま
での通電／未通電比率を反映したバッテリ残り時間４０
を算出する。すなわち、放電関数をＶx(21)から下部を
シフト（図示では右方）させるものである。通電区間３
５／未通電比率３６と通電予測時間ｔｏｎ（３７）／未
通電予測時間ｔｏｆｆ（３８）を同じにすれば、係数Ｋ
が変化しない場合、バッテリの使用可能残時間３９と同
じである。

【００２４】（３）バッテリの使用可能残り時間の表示
に関して説明する。（イ）表示器による表示液晶表示器等の消費電力の少ない表示器を使用すること
によりＰＣの電源が未通電時でもバッテリ使用可能残り
時間を表示できる。また、通常は別の情報を表示してバ
ッテリ使用可能残り時間が少なくなった時のみ表示する
設定も可能とする。（ロ）特殊内部出力への書き込みエラー情報や現在の時間など様々な情報を格納している
特殊内部出力にバッテリ使用可能残り時間格納用のＩ／
Ｏ番号を設けて年、月、日、時間などの各単位で書き込
む。これにより、ユーザプログラム上でバッテリ使用可
能残り時間を格納している特殊内部出力を使用して、バ
ッテリ残り時間が任意の時間になれば、警告等を出力す
るシーケンスを組むことができる。（ハ）自動表示切り替えバッテリ使用可能残り時間がまだ多い時には年表示だ
が、時間が少なくなるにつれて月表示，日表示，時間表
示へと自動的に切り替わる。また、『バッテリの交換時
期です』などの文章の表示や音声による警告も行われ
る。

【００２５】

【発明の効果】以上、詳細に説明した如く、本発明の構
成によれば、ユーザプログラムやデータのバックアップ
などに使用されているバッテリーの使用可能な残り時間
を自動的に算出、表示しユーザに最適なバッテリ交換時
期の情報を提供することができので、突然のバッテリー
エラー発生による予定外の設備停止の防止、バッテリ使
用可能時間実力値の把握やバッテリ交換時期管理の負担
低減できるプログラマブルコントローラを提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係るＰＣのブロック構
成図である。

【図２】図１のＰＣにおけるバックアップ用リチウム電
池の放電低下の特性線図である。

【図３】バックアップ用リチウム電池の使用時間と端子
電圧の関係線図である。

【図４】図３のバッテリの端子特性線図における放電関
数の近似方法の説明図である。

【図５】図１のデータテーブルのデータ構造の説明図で
ある。

【図６】図１のＰＣにおける放電関数の近似処理のフロ
チヤートである。

【図７】図６の近似処理のサンプリング時間の検索フロ
チヤートである。

【図８】学習機能によるバッテリの使用可能残時間の算
出方法の説明図である。

【図９】従来のバッテリの端子電圧の放電特性線図であ
る。

【符号の説明】

１…バッテリの電圧低下波形、２…バッテリエラーの判
定しきい値、３…バッテリエラー発生点、４…バックア
ップ不可能電圧、５…使用条件が曲線１より悪い場合の
バッテリ電圧低下波形、６…最悪条件下の電圧低下波
形、７…推奨交換時期、８…バッテリ使用期間の実際
値、９…バッテリの使用開始時電圧、１０…バッテリ、
１１…Ａ／Ｄ変換器、１２…制御回路、１３…カレンダ
時計、１４…メモリ、１５…データテーブル、１６…表
示器、１７…バッテリ使用可能な残時間、１８…残時間
表示データ、１９…通電時のバッテリ電圧波形、２０…
未通電時のバッテリ電圧波形、２１…現時点のバッテリ
電圧、２２…バッテリ使用時間、２３…関数値、２４…
通電累積時間、２５…放電時間、２６…電圧低下予測波
形、２７…季節調整予測波形、２８…関数検索番号、２
９…サンプリング時間、３０…放電時間に最も近いサン
プリング時間、３１…近似の放電関数、３２…現在のバ
ッテリ電圧に最も近い関数値、３３…各関数検索番号と
各サンプリング時間に対応した関数値、３４…各関数検
索番号と各サンプリング時間に対応したバッテリ使用可
能残時間、３５…通電区間、３６…未通電区間、３７…
通電予測時間、３８…未通電予測時間、３９…放電関数
により求めたバッテリ残時間、４０…既通電／未通電比
率を考慮したバッテリ残時間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０４Ｌ 29/00 Ｈ０４Ｌ 13/00 Ｔ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】装着されている電源バッテリーの使用可
能な残時間の算出手段を具備したことを特徴とするプロ
グラマブルコントローラ。
【請求項２】請求項１記載のプログラマブルコントロ
ーラにおいて、前記算出手段は、前記電源バッテリーの使用条件の相違
に基づく各放電特性曲線について所定のサンプリング時
間毎のデータを記憶する記憶手段と、所定の放電時間の
直近のサンプリング時間を選定する選定手段と、前記記
憶させたデータの前記直近のサンプリング時間の端子電
圧と前記所定の放電時間の端子電圧との差が最小である
放電特性曲線を選定する選定手段とを具備し、前記選定
された放電特性曲線に基づき電源バッテリーの使用可能
な残時間の算出することを特徴とするプログラマブルコ
ントローラ。
【請求項３】請求項２記載のプログラマブルコントロ
ーラにおいて、前記サンプリング時間の選定手段は、前記所定の放電時
間との差が最小となるようなサンプリング時間を選定す
るようにしたことを特徴とするプログラマブルコントロ
ーラ。
【請求項４】請求項１記載のプログラマブルコントロ
ーラにおいて、前記算出手段に、季節調整機能を付加せしめたことを特
徴とするプログラマブルコントローラ。
【請求項５】請求項１記載のプログラマブルコントロ
ーラにおいて、前記算出手段に、学習機能を付加せしめたことを特徴と
するプログラマブルコントローラ。
【請求項６】請求項１記載のプログラマブルコントロ
ーラにおいて、前記算出手段に、年表示または月表示もしくは日表示も
しくは時間表示のいずれかを当該使用可能な残時間に応
じて切替え表示機能を付加せしめたことを特徴とするプ
ログラマブルコントローラ。