专利汇可以提供Programmable controller专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且PROBLEM TO BE SOLVED: To provide the PC which prevents an increase in power consumption due to a high-performance computing element and a memory.
SOLUTION: An input module 5, an output module 10, a user program memory 1, a write count part 11 for the frequency of variation of input and/or output, and a computing element 2 which executes a user program are connected by a system bus 6 and a computing element switch 3, a system timer 8 and a system program memory 4 are connected to the computing element 2. The operation system of the computing element 2 is switched by the computing element switch 3 according to the frequency of variation of the input and/or output of the write count part 11 to suppress the power consumption of the computing element 2.
COPYRIGHT: (C)2000,JPO,下面是Programmable controller专利的具体信息内容。
【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、特に入出力に変化がない場合に演算装置を停止させ、消費電力を低減させる方式に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図7を参照して従来のPCにおけるスキャンニング処理を説明する。 図7は、従来のPCのブロック構成図である。 図7において、1は、処理動作を指示するプログラム等を格納するユーザプログラムメモリ、2は、ユーザプログラムメモリ内のプログラムを所定の順序で取り出し、データの取り込み、演算し、送り出しを行う演算器、4は、PCを操作するためのプログラムを格納するシステムROM、5は、入力信号を処理する入力モジュール、6は、入力モジュール,出力モジュール,ユーザプログラムメモリ,演算器等を接続しデータ交換を行うシステムバス、8は、一定周期ごとに、
PCが必ず処理しなければならないシステム処理(タイマなどの更新や書き込みカウンタの監視など)を起動するタイマであり、このシステム処理を該タイマの出力コイルの変化を検出し、システム処理の状況をしるシステムタイマ、9は、システムタイマと演算器間の一定周期信号、10は、外部機器を駆動する出力信号を保持する出力モジュールである。 そして、演算器2には、ユーザプログラムメモリ1と、入力モジュール5と、出力モジュール5がシステムバス6により接続されており、さらに、システムROM4およびシステムタイマ8が該演算器2に接続されPCが構成されている。
【0003】図8を参照して、上記スキャンニング処理の説明を進める。 図8は、従来のPCにおけるスキャンニング処理のシーケンス図である。 図示するように、リミツトスイッチ,リレー接点等の外部入力X0,X1の変化、例えばON/OFF信号を入力モジュール5を通して演算部2、例えばCPU部に取り込まれる。 外部入力X0,X1が同時にONすれば、出力Y0がONする。 また、外部入力X2あるいはX3がONすれば、出力Y1がONするように構成してある。
【0004】次ぎに、図9の動作を説明する。 図9は、
スキャンニング処理のフロチャート図である。 演算部2
は、入力モジュール5に現在の入力状態、図8のX0〜
X3を読み込む。 読み込まれたX0〜X3に対して、ユーザプログラムメモリ1に格納されているプログラムにしたがって演算する。 その演算結果に対応して1ステップ毎に読み込み、逐次、プログラムが実行されるため、出力モジュール5に書き込まれ、出力される。 この実行動作が、前記ユーザープログラムの最終ステップまで繰り返えされる。 システムタイマ8は、ユーザープログラムの最初から最終ステップまでのスキャンニング周期信号や必要な処理をするためのタイム信号を出力している。
前記ユーザープログラムは、どこの入力を取り込み、どのような演算を実行し、どこに出力するという内容を記述しているものである。
【0005】従来では、上記のように、該ユーザプログラム1を先頭から最後まで走査し、再び先頭に戻り、繰り返すというスキャンニング方式で入力変化を検出し、
制御が実行されていた。 このスキャンニングタイムは、
シーケンスプログラムのステップ数や処理内容によって異なるが、数msecから数十msec程度が一般的である。
【0006】近時、PCは、種々の機能が要請され、多機能化してプログラム容量が益々大になってきた。 上記スキャンニング方式では、プログラム容量が大きくなると、そのスキャンニング時間も比例してさらに長くなり、このため、入力変化の間隔より前記スキャンニングの検出間隔が長くなり、該入力変化、例えば10mse
c程度の変化を取り込めない場合が発生することがある。
【0007】これに対する手段として、従来ではスキャンニング時間を短縮するという方法で、上記問題に対応していたことが多かった。 すなわち、演算器の演算速度をより早くし、スキャンニング速度を早め、スキャンニング時間を短縮するという方法である。 このスキャンニング時間を短縮することは、高速な演算器や多量のメモリなどを必要とされる。 該高速な演算器は、その消費電力が使用周波数に比例して大きくなるので、高速にすればするほど、該演算器の消費電力が多くなっていた。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従来技術のプログラマブルコントローラでは、入出力の変化の検出を全てユーザプログラムのスキャンニングの実行で行うため、制御動作の実行時間がスキャンタイムにより規定されており、基本的にはそれ以上の速い処理や応答に追従することができなかった。
【0009】そのため、システム全体の応答性を高めるには、演算速度を速くし、スキャンタイムを小にしなければならない。 通常、演算速度を速くするためには、高速な演算器や高速メモリなどを用いられるが、一般的にいえば、処理速度が速いものは、消費電力も処理速度に比例して大きくなる。 PCの消費電力の大部分は、演算器が占めるので、演算速度の速い演算器を用いて、スキャンニング方式を採用すると、結果として消費電力が増大するという欠点があった。
【0010】この欠点に対して、入力モジュールを有するPCにおいて、制御対象からの受信情報を前回と今回とを比較して変化がないときには、該入力モジュールからの情報の読みだしを中止するPCがある。 これに関連するものとしては、特開平3−296104号公報記載の技術がある。 また、シ−ケンス制御装置において、常時はプログラム処理装置の作動を抑止し、情報変化があったときにプログラム処理装置がプログラムを一度実行する間、該プログラム処理装置を作動させるようにしたシ−ケンス制御装置がある。 これに関連するものとしては、特開昭54−62474号公報記載の技術がある。
【0011】上記前者については、入出力信号の転送処理回数が減少するので入出力信号処理に割り当てた時間領域に空き時間が生じ、システム処理が有効的に実行できるが、消費電力については配慮が不十分であった。 上記後者については、プログラム処理装置の消費電力および発熱については、考慮されているが、常時、プログラム処理装置の作動を抑止しているため、変化が多かったり、少なかったたりする制御対象との適応性については配慮が不十分であった。
【0012】本発明は、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、ユーザプログラムの実行をスキャンニング方式のみでは行わずに、入力及び出力変化を検出し、該入力及び出力変化の状態で、ユーザプログラムの実行を、いわゆるイベントドリブンで行うことにより、高速演算が必要な期間以外は、演算器を停止あるいは演算の実行速度を遅くすることにより、変化が多様な制御対象にも適宜対応すると共に、該演算器の消費電力を低減させるPCを提供することをその目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明に係るプログラマブルコントローラの構成は、入力モジュールと、出力モジュールと、ユーザプログラムメモリと、入力および/もしくは出力の変化回数の書き込み計数部と、ユーザプログラムを実行する演算器をシステムバスで接続すると共に、該演算器に演算器切換器とシステムタイマとシステムプログラムメモリを接続して構成し、該書き込み計数部の入力および/もしくは出力の変化回数に基づき、該演算器切換器で該演算器の動作システムを切り換え、該演算器の電力消費を抑制するように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、前記演算器内に、システムタイマおよび書き込みカウンタを配設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、前記入力モジュール内のそれぞれの制御対象機器からの入力信号取り込み部に微分回路を配設したことを特徴とするものである。
【0014】上記構成のプログラマブルコントローラを機能的に説明する。 入力の変化を検出し、検出した入力変化を演算器に伝達する伝達手段を持つ入力装置(入力モジュール)と、低消費電力モード(スタンバイモード)を持つ演算器と、ユーザプログラムを記憶させるユーザプログラムメモリと、定周期なシステム処理を行わせるためのタイマーと、当該該演算器からの入力変化信号の書き込みデータを比較し、書き込みデータの相違回数を数える書き込みカウンタとから構成される演算器を設けたものである。
【0015】さらに、該入力モジュールのそれぞれの入力には微分回路を設け、入力の変化を検出し、前記演算器に通知する手段を設けるものである。 該手段を設けることにより、該演算器は、入力に変化のあったときのみを検出することができ、その入力の変化により、ユーザプログラムの演算を実行することが可能となる。
【0016】また、制御系では、立ち上がり直後では変化が多いので、単に、通常の入力変化を検出し、処理する方法だけでは処理が追いつかなくなる可能性が高くなるので、そのため立ち上がり直後は、通常にユーザプログラムに対して高速スキャンニング方式が行われることになる。
【0017】また、通常、演算器は、ワード単位で演算が行われるが、出力モジュールのコイルの演算はビットの変化である。 PCは、通常ワード単位で出力モジュールのコイルを読み込み、ビットの変化を書き込むため、
演算器ではいわゆるリードモデファイライトを行うことになる。 この特性を利用し、読み出しデータと書き込みデータの比較を行い、前述の書き込みカウンターを構成するものである。
【0018】演算器は、単位時間あたりの書き込みカウンタの変化量を測定し、これにより制御系の変動を検出する。 演算器は、制御系の変動が少なくなったことを検出することにより、制御系の変動が多い必要なシステム処理以外では演算器を低消費電力モード(スタンバイモード)または停止させることができるものである。 上記発明の目的が達成される。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るPCの一実施形態を図1ないし図6を参照して説明する。 図1は、本発明に係るPCの一実施形態の構成図、図2は、図1のイベントドリブン方式処理のフローチャート説明図、図3は、図1のPCのイベントドリブン方式とスキャン方式の説明図、図4は、図1のPCのイベントドリブン方式処理説明図、図5は、図1のPCの他の一実施形態の入力モジュールの構成図、図6は、本発明に係るPCのさらに他の一実施形態の構成図である。
【0020】図1において、本発明に係る一実施形態の基本的なPCの構成は、図7の従来におけるPCと同一仕様の部分が多いので、説明を省略する。 また、図1において、図7と同一符号は、同一機能であるので説明を省略し、特徴的な構成部分を説明する。 図1において、
2は、高速処理モードにおいては、ユーザプログラムメモリ内のプログラムを所定の順序で取り出し、データの取り込み、演算し、送り出しを行い、低電力消費モードに切り換えられた場合においては、停止もしくは低速処理を行い、イベントドリブンの場合のみ高速処理を行う演算器、3は、入力モジュール6,出力モジュール10
の状態に応じて、演算器と該PCの動作モードを変更させる演算停止器、6は、入力モジュール,出力モジュール,ユーザプログラムメモリ,演算器,書き込みカウンタ等を接続しデータ交換を行うシステムバス、7は、入力変化割込み信号、11は、異なった出力信号の回数を数える書き込みカウンタ、12は、書き込みカウンタ1
1のクリア信号である。
【0021】上記各機器を接続した図1のPCの構成も図7とほぼ同様であるが、相違点を説明する。 図1のP
Cは、書き込みカウンタ11をシステムバス6に接続すると共に、該システムバス6を介して演算器2からの演算器2からの出力モジュール10への異なったデータの書き込み回数をカウントしたり、演算器2で該カウント数を読み出したりする。 演算停止器3は、演算器2と接続され、該カウント数の大小により、該演算器2を低消費モードもしくは停止させたりする。 また、システムタイマ8と接続され、該システムタイマ8から必要な信号、例えば書き込みカウンタ11のクリア信号を単位時間毎に出力させるようになっている。
【0022】図1、2を参照して、上記構成のPCを説明する。 いま、PCは、スキャンニング方式で動作させているとする。 演算器2等は、通常の電力を消費している(ステップS 1 )。 次ぎに、本実施形態では、出力への異なったデータの書き込み回数を数える書き込みカウンタ11を設け、該書き込みカウンタ11で演算器2からの出力モジュール10に対する異なったデータの書き込み回数をカウントする(ステップS 2 )。
【0023】該出力モジュール10への異なったデータが書き込まれるときは、入力が変化しているので、入力変化の検出を出力への異なったデータの書き込み回数で検出することになる。 単位時間毎の前記データの書き込み回数nをカウンタ11からシステムバスを介して演算器2へ送信するか、演算器2がシステムバスを介してカウンタ11から読みだすことになる。 (ステップS 3 )。 演算器2には、予め単位時間の基準書き込みカウンタ数Nを設定しておき、Nとnとを比較する。 これにより、演算器2は、前記書き込み回数を監視し、単位時間の書き込み回数が少なくなるということで、制御対象系の変化が少なくなったと判定することができる。
(ステップS 4 )。
【0024】その結果、N≧nであれば、出力への異なったデータ数が小、制御対象の変化が少ないと判断し、
イベントドリブン方式に切り換え、演算停止器3は、演算器2を停止もしくは省エネルギーモードに切り換える。 停止もしくは省エネルギーモードの切り換えは、供給電圧の低減回路もしくはシーケンスタイマの周波数低減回路で容易にすることができる(ステップS 5 )。 N
<nであれば、スキャンニング方式を持続する(ステップS 6 )。 次ぎに、システムタイマ8からの信号12により、単位時間で書き込みカウンタ11をクリアさせ、
ステップS 2へ戻り、ステップS 6までを繰り返す。
【0025】このようにして、演算停止器3は、演算器2を低消費電力モードまたは停止させると共に、PCの動作モードを通常のスキャンニング方式から、入力変化割り込み信号7の検出による演算方式、イベントドリブン方式に変更することができる。
【0026】さらに、図3ないし図6を参照し、スキャンニング方式と本発明に係るイベントドリブン方式の差を説明し、イベントドリブン方式によるPCの動作を説明する図3分図(a)に示す如く、スキャンニング方式では、演算部2は、システムタイマ8からの指示信号により、ユーザプログラム全体について、(イ),
(ロ),(ハ)で逐次検出するものである。
【0027】図3分図(b),(c)に示す如く、イベントドリブン方式ではユーザプログラムにおいて、入力変化が表われたときのみ、演算器2は割込み処理をし、
他の場合は、演算器2を低消費電力モードまたは停止させておくものである。 図3分図(b)は、立上りエッジでイベントドリブンになる場合であり、図3分図(c)
は、立下りエッジでイベントドリブンになる場合である。 いずれでも差し支えないが、本説明においては、立上りエッジでイベントドリブンになる場合を例にとり、
説明することにする。
【0028】図4において、まず、PCの制御対象の起動直後では変化が多いため、演算器2は、電力消費の多い高速処理によるスキャンニング方式を実行しているが、制御対象の変化が少なくなるにしたがい、上記の如く、書き込みカウンタ11の出力モジュール10への異なるデータ入力のカウント数の大小により、演算停止器3が演算器2を低電力消費モードもしくは停止させる。
【0029】上記状態で、書き込みカウンタ11のカウント数が小となり、演算器2がイベントドリブン方式となり、割込みプログラムの実行で、そのときのみ高速処理モードとなり、必要な処理を割込み処理で行い完了すれば、再び演算停止器3が演算器2を低電力消費モードもしくは停止させるモードとなる。
【0030】本発明に係るPCは、上記実施形態に限定されるものではなく、入力モジュールや書き込みカウンターに多くの変形例が考えられる。 図5は、図1のPC
の入力モジュールの他の構成例である。 図2は、1モジュール16点の場合を例示しているが、微分回路13をそれぞれの制御対象機器からの入力信号16の取り込み回路に設け、微分回路13の出力の論理演算器14により和信号15を検出し、入力変化割り込みとして演算器2に出力する。 この和信号15により入力の変化があったことを演算器2にしらせ、イベントドリブン処理を演算器2が行うようにする。
【0031】また、図6に図示するような予め本発明に係るPCに適するように最適化した演算器2Aを用いた場合の実施形態である。 この演算器2内に、システムタイマ8、書き込みカウンタ11、割り込み制御回路18
を該演算器2のハードウェア内に配設して構成し、システムソフトに対する負担を少なくした例である。 図6に示すPCは、図1と同様であるので、詳細な説明を省略する。
【0032】
【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、起動開始直後の制御処理系が不安定な場合は、通常のPCと同様に高速度スキャンニングによりユーザプログラムの演算を行い、これにより割り込みを用いて処理を行った場合のオーバヘッド等による応答速度の低下を防ぐことができる。 また、制御処理系が安定して入力の変化が少なくなってきた場合、該入力変化の大小を書き込みカウンタにて判断し、入力変化検出によるイベントドリブン処理方法に切り替えると共に、演算器を低消費電力モードや停止に切り替えることにより、該PCの機能を損なわずに、演算装置の消費電力を低減することができる。
【図1】本発明に係るPCの一実施形態の構成図である。
【図2】図1のイベントドリブン方式処理のフローチャート説明図である。
【図3】図1のPCのイベントドリブン方式とスキャン方式の説明図である。
【図4】図1のPCのイベントドリブン方式処理説明図である。
【図5】図1のPCの他の一実施形態の入力モジュールの構成図である。
【図6】本発明に係るPCのさらに他の一実施形態の構成図である。
【図7】従来のPCのブロック構成図である。
【図8】従来のPCにおけるスキャンニング処理のシーケンス図である。
【図9】スキャンニング処理のフロチャート図である。
1…ユーザプログラムメモリ、2…演算器、2A…最適化演算器、3…演算停止器、4…システムROM、5…
入力モジュール、6…データバス、7…入力変化割り込み、8…システムタイマ、9…タイマ割り込み、10…
出力モジュール、11…書き込みカウンタ、12…カウンタクリア信号、13…微分回路、14…論理演算器(和)15…割り込み信号、16…機器からの入力信号、17…入力データ、18…割り込み制御回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松下 鶴正 新潟県北蒲原郡中条町大字富岡46番地1 株式会社日立製作所産業機器事業部内 (72)発明者 木村 裕之 新潟県北蒲原郡中条町大字富岡46番地1 株式会社日立製作所産業機器事業部内 (72)発明者 勝部 泰典 千葉県習志野市東習志野七丁目1番1号 日立京葉エンジニアリング株式会社内 Fターム(参考) 5H220 BB01 CC05 CX03 CX05 EE12 JJ16 JJ17 JJ26 JJ34 KK03 LL02
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