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技術 プログラマブルコントローラ

出願人 株式会社明電舎
発明者 小泉慎一
出願日 2019年3月18日 (1年9ヶ月経過) 出願番号 2019-049261
公開日 2020年9月24日 (3ヶ月経過) 公開番号 2020-154345
状態 未査定
技術分野 プログラマブルコントロ-ラ
主要キーワード 高速モジュール モジュール接続用 ベースボード ビルディングブロック方式 スター型接続 OSI参照モデル マンマシン装置 出荷検査
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この項目の情報は公開日時点(2020年9月24日)のものです。
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図面 (6)

課題

PLCのシステムバス高速化を図り、モジュール間における大容量データ高速伝送を可能にするプログラマブルコントローラを提供する。

解決手段

PLC100は、複数のモジュール200−1〜200−4とベースボード300とを備えている。このベースボード300は、ギガビットイーサネット登録商標)のシステムバスを備え、モジュール200−1〜200−4とコネクタ205,206で接続されている。このモジュール200−1〜200−4間はスター型に接続されている一方、ベースボード300のスロット毎スロット番号211が付与されている。各モジュール200−1〜200−4のファームウェアはスロット番号211を読み出しMACアドレスをMAC203に自動設定する。

概要

背景

図1は、代表的なPLCの構成例を示している。図1中の1はPLCを示し、2はPADT(Programming And Debugging Tool)を示している。

PLC1は、電源ユニット4,CPU5,DI(デジタル入力)6,DOデジタル出力)7などの各モジュールを備えたビルディングブロック方式で構成され、ベースボードバックプレーンとも呼ばれる)8のシステムバス伝送路)により各モジュール間が相互に接続されている。

PADT2は、ラダープログラムなどのアプリケーションプログラムやPLC1の各種動作を設定するためのマンマシン装置に関する。このPADT2で設定されたアプリケーションやPLC1の各種動作設定をCPU5に転送することにより、CPU5でアプリケーションプログラムが動作し、IO(DI6・DO7)に接続する外部装置3との入出力信号送受信が行われている。

なお、PLC1の前記システムバスは、ベースボード8にリング型伝送路を内蔵し、各モジュール間のデータ転送が行われている。特許文献1にはリング型伝送路でトークンを使用したデータ転送方式が記載されている。

概要

PLCのシステムバスの高速化をり、モジュール間における大容量データ高速伝送を可能にするプログラマブルコントローラを提供する。PLC100は、複数のモジュール200−1〜200−4とベースボード300とを備えている。このベースボード300は、ギガビットイーサネット登録商標)のシステムバスを備え、モジュール200−1〜200−4とコネクタ205,206で接続されている。このモジュール200−1〜200−4間はスター型に接続されている一方、ベースボード300のスロット毎スロット番号211が付与されている。各モジュール200−1〜200−4のファームウェアはスロット番号211を読み出しMACアドレスをMAC203に自動設定する。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

複数のモジュールと、前記各モジュールを装着するベースボードと、を備え、前記ベースボードのシステムバスを介して前記モジュール間を接続するプログラマブルコントローラであって、前記ベースボードは、ギガビットイーサネット登録商標)のシステムバスを備え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

前記ベースボードと前記各モジュールとは、互いのコネクタを用いて接続され、前記ベースボードは、イーサネットフレーム転送を実行するスイッチ機能部を備えることを特徴とする請求項1記載のプログラマブルコントローラ。

請求項3

前記各モジュール間をスター型で接続したことを特徴とする請求項1または2記載にプログラマブルコントローラ。

請求項4

前記ベースボード側のコネクタ毎に一意スロット番号が付与されている一方、前記各モジュールのファームウェアは、それぞれの前記スロット番号を読み出し可能なことを特徴とする請求項2記載のプログラマブルコントローラ。

請求項5

前記各モジュールのファームウェアは、前記スロット番号からそれぞれのMACアドレス自動設定することを特徴とする請求項4記載のプログラマブルコントローラ。

技術分野

0001

本発明は、プログラマブルコントローラ(以下、PLCと省略する。)におけるシステムバス伝送路)のデータ伝送の技術に関する。

背景技術

0002

図1は、代表的なPLCの構成例を示している。図1中の1はPLCを示し、2はPADT(Programming And Debugging Tool)を示している。

0003

PLC1は、電源ユニット4,CPU5,DI(デジタル入力)6,DOデジタル出力)7などの各モジュールを備えたビルディングブロック方式で構成され、ベースボードバックプレーンとも呼ばれる)8のシステムバス(伝送路)により各モジュール間が相互に接続されている。

0004

PADT2は、ラダープログラムなどのアプリケーションプログラムやPLC1の各種動作を設定するためのマンマシン装置に関する。このPADT2で設定されたアプリケーションやPLC1の各種動作設定をCPU5に転送することにより、CPU5でアプリケーションプログラムが動作し、IO(DI6・DO7)に接続する外部装置3との入出力信号送受信が行われている。

0005

なお、PLC1の前記システムバスは、ベースボード8にリング型伝送路を内蔵し、各モジュール間のデータ転送が行われている。特許文献1にはリング型伝送路でトークンを使用したデータ転送方式が記載されている。

先行技術

0006

特開2010−161626

発明が解決しようとする課題

0007

前述したリング型伝送路のデータ転送速度は、「50Mbps」程度であって、特許文献1の出願当時としては十分であった。

0008

しかしながら、データの大容量化およびデータ転送の高速化が要求される現在のシステムバスとして十分なデータ転送速度とはいえず、トークンの待ち時間が発生するばかりか、同時に複数のモジュールにデータ転送できず、内部遅延が生じるおそれがあった。

0009

本発明は、このような従来の問題を解決するためになされ、PLCのシステムバスの高速化を図り、モジュール間における大容量データ高速伝送を可能にすることを解決課題としている。

課題を解決するための手段

0010

(1)本発明は、
複数のモジュールと、
前記各モジュールを装着するベースボードと、を備え、
前記ベースボードのシステムバスを介して前記モジュール間を接続するプログラマブルコントローラであって、
前記ベースボードは、ギガビットイーサネット登録商標)のシステムバスを備えたことを特徴としている。

0011

(2)本発明の一態様は、記ベースボードと前記各モジュールとが互いのコネクタを用いて接続され、
前記ベースボードは、イーサネットフレーム転送を実行するスイッチ機能部を備えることを特徴としている。

0012

(3)本発明の他の態様は、前記各モジュール間をスター型で接続したことを特徴としている。

0013

(4)本発明のさらに他の態様は、前記ベースボード側のコネクタ毎に一意スロット番号が付与されている一方、
前記各モジュールのファームウェアは、それぞれの前記スロット番号を読み出し可能なことを特徴としている。

0014

(5)本発明のさらに他の態様は、前記各モジュールのファームウェアが前記スロット番号からそれぞれのMACアドレス自動設定することを特徴としている。

発明の効果

0015

本発明によれば、PLCのシステムバスが高速化されるため、モジュール間における大容量データの高速伝送が可能となる。

図面の簡単な説明

0016

PLCの概略図。
本発明の実施形態に係るPLCのシステムバスを示す構成図。
同MACアドレス設定手順を示すフローチャート
同 MACアドレスの構成例。
外付けスイッチングハブを用いてイーサネット接続したPLC構成図。

実施例

0017

以下、本発明の実施形態に係るPLCを説明する。このPLCは、従来と同様に複数のモジュールを備えたビルディングブロック方式で構成され、ベースボードのシステムバス(伝送路)により各モジュール間が相互に接続されている。

0018

ただし、各モジュールを装着するベースボードのシステムバスに「1ギガビット/秒」仕様のイーサネット(登録商標)、即ちギガビット・イーサネット(GbE)を採用した点で従来と異なる。これにより前記PLCは、モジュール間における大容量データの高速伝送を図っている。以下、前記PLCをベースボードのシステムバスを中心に説明する。

0019

≪構成例≫
図2に基づき前記PLCを説明する。図2中の100は前記PLCを示し、200−1〜200−4は前記PLC100のモジュール200を示し、300はシステムバスにギガビット・イーサネット(伝送速度 1Gbps)を採用した前記PLC100のベースボードを示している。

0020

ここでは各モジュール200−1〜200−4とベースボード300とは、コネクタ205,206を用いたイーサネットで接続されている。この接続形態としては、端末パソコンなど)とスイッチングハブとの間をLANケーブルスター型接続するのと同じく、モジュール200−1〜201−4とベースボード300との間をスター型で接続する。このときベースボード300のシステムバスとして、プリント基板配線によりギガビット・イーサネットの伝送路を構築する。

0021

(1)各モジュール200−1〜200−4は、FPGA(Field Programmable Gate Array)201と、PHY(Physical layer)204と、コネクタ(ベース接続用)205とを備えている。

0022

このFPGA201は、CPU202およびMAC(Media Access Control/OSI参照モデルの第2層の副層)203を内蔵する。

0023

また、コネクタ205は、各モジュール201−1〜201−4のCPU202がMAC203,PHY204経由で1000BASE−T信号を送受信する際のインタフェースであり、ベースボード300側のコネクタ206と接続されている。

0024

(2)一方、ベースボード300は、各モジュール200−1〜200−4毎コネクタ(モジュール接続用)206と、PHY207と、各モジュール200−1〜200−4にフレーム転送を実行する制御部330とを備えている。

0025

制御部330は、FPGA/スイッチLSIなどにより構成され、モジュール200−1〜200−4毎のMAC209と、各MAC209を統括するスイッチ機能部320とを備えている。

0026

各コネクタ206は、1000BASE−T信号を送受信するインタフェースであり、それぞれにモジュール200−1〜200−4のコネクタ205が接続されている。これにより両コネクタ205,206の端子同士が接合され、モジュール200−1〜200−4側とスイッチ機能部320とが各PHY207および各MAC209経由で接続されている。

0027

このスイッチ機能部320は、一般のスイッチングハブ/ルータのようにイーサネットフレームの転送機能を実行する。これにより各モジュール200−1〜200−4間でギガビット・イーサネットのシステムバスが構築される。

0028

(3)このときコネクタ206のコネクタ信号線には、バイナリ形式のスロット番号が電圧レベルのH/Lで出力されている。ここではコネクタ206毎に一意のスロット番号211が印加され、CPU202で自モジュール200の接続されたスロット番号211を読み取りリード)可能となっている。言い換えれば各モジュール200−1〜200−4のCPU202は、スロット番号211を読み取ることで、どのコネクタ206をスロットとして接続されたかを認識する。

0029

≪MACアドレスの設定≫
各モジュール200−1〜200−4とベースボード300との間をイーサネット接続する際には、各モジュール200−1〜200−4のMAC203に固有のMACアドレスを設定する必要がある。

0030

この点につき通常は、出荷検査時にMACアドレスをモジュール200内の不揮発性メモリに書き込んでおき、モジュール200のファームウェア(F/W)が電源投入時にその値を読み取ってMAC203に設定する。

0031

これに対して前記PLC100は、ファームウェア(F/W)の起動時にCPU202がスロット番号211をリードできるため、MACアドレスをMAC203に設定する際、スロット番号211を一部に含んだ値をMACアドレスとして採用する。

0032

S01:処理の開始時にモジュール200の電源投入し、ファームウェア(F/W)を起動させる。

0033

S02:S01で起動したファームウェア上でCPU202が、自モジュール200の接続されたスロット番号211を読み取る。

0034

S03:S02で読み取った自モジュール200のスロット番号211をMACアドレスの一部に埋め込む。図4に基づき一例を説明する。

0035

図4中のMACアドレス「00:00:5e:00:53:01」の前半部「00:00:5e」はベンダーID(製造業者固有のID)を示し、後半部「00:53:01」は製造業者内で管理するIDを示している。

0036

ここでは自モジュール200のスロット番号は「1」とする。このとき製造業業者内で管理するID中、最下位の1バイトにスロット番号211に応じた値「01」を埋め込む。ただし、必ずしも最下位の1バイトに埋め込む必要は無く、製造者内で管理するID内であれば任意の場所・任意のビット幅でよいものとする。

0037

S04:S03でスロット番号211を埋め込まれたMACアドレスをMAC203に設定し、処理を終了する。その結果、MAC203にはモジュール200の固有のMACアドレスではなく、コネクタ306のスロット番号211に応じたMACアドレスが設定される。

0038

なお、接続先のコネクタ306を変更した場合には、ファームウェアを再起動すればMAC203に変更後のコネクタ205に応じたMACアドレスが設定される。

0039

≪作用・効果≫
(1)前述のように前記PLC100によれば、各モジュール200−1〜200−4間でギガビット・イーサネットのシステムバスが構築される。

0040

したがって、各モジュール200−1〜200−4間のデータ転送にギガビット・イーサネットが使用され、モジュール200同士の「1:1」のユニキャストフレームの転送や、複数のモジュール200に同時にデータ転送する「1:N(N≧2)」のブロードキャストマルチキャストの転送が可能となる。

0041

その結果、リング型伝送路のようにトークン待ちや「1:N」のブロードキャスト・ユニキャストの転送時の遅延が発生することがなく、大容量データを高速に伝送することができる。

0042

(2)また、モジュール200の実装されたスロットのスロット番号211をリードすることにより、MACアドレスをファームウェアで自動的にMAC203に設定することができる。

0043

これにより不揮発性メモリの実装が不要となってコストが抑制でき、またMACアドレスの設定が容易なため、出荷検査時間を短縮することも可能となる。さらにMACアドレスの個数有限であるが、前記PLC100内の閉じた範囲のネットワークなため、固有のMACアドレスを設定する必要が無く、MACアドレスの使用個数の節約にも貢献できる。

0044

(3)大容量データの高速モジュール間通信方式として、図5に示すように、ギガビット・イーサネットをベースボード300側ではなく、モジュール200の外部側に用意し、外付けのスイッチングハブ405を「1000BASE−T」のLANケーブル420で接続するPLC400も提案されている。

0045

これに対して前記PLC100は、外付けではなくベースボード300にスイッチ機能部320が内蔵されている点でPLC400と相違する。この構成によれば、スイッチングハブ405の設置コストやLANケーブル420の配線などを削減でき、コスト抑制に有利となる。

0046

また、PLC400は、外付けのスイッチングハブ405を介してモジュール200−1〜200−4間を接続した構成なため、モジュール200−1〜200−4に固有のMACアドレスをMAC203に設定しなければならない。これに対して前記PLC100は、前述のように内部の閉じた範囲のネットワークなため、固有のMACアドレスを設定する必要が無く、この点でも相違する。

0047

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載された範囲内で変形して実施することができる。例えば図3および図4では、スロット番号211をMACアドレスの一部に利用しているが、スロット番号211の利用はMACアドレスに限らない。すなわち、各モジュール200−1〜200−4でユニークな設定値が必要な設定項目であればよい。

0048

100…PLC(プログラマブルコントローラ)
200−1〜200−4…モジュール
205…コネクタ(ベース接続用)
206…コネクタ(モジュール接続用)
211…スロット番号
300…ベースボード
320…スイッチ機能部

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