JP2009259134A

JP2009259134A - 安全ｐｌｃ

Info

Publication number: JP2009259134A
Application number: JP2008109741A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Yokoo; 雅彦横尾
Original assignee: Koyo Electronics Industries Co Ltd
Current assignee: Koyo Electronics Industries Co Ltd
Priority date: 2008-04-21
Filing date: 2008-04-21
Publication date: 2009-11-05

Abstract

【課題】制御対象機器の運転に対する安全性をより高くすること。
【解決手段】同一のラダープログラムで同期実行する少なくとも２つのＣＰＵユニット３，５を有し、各ＣＰＵユニット３，５内のＣＰＵ３ａ，５ａをそれぞれ別々のバス７，９に接続し、そのバス７，９それぞれに共有メモリ１１，１３を接続し、各共有メモリ１１，１３にて上記処理のデータを格納し、格納両データの一致、不一致の判断を行うことで、制御系統の異常判断を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種機械・装置やそれらの周辺機器の動作をＰＬＣ（プログラマブルコントローラ）に入力した信号に基づいてシーケンス制御する場合において、上記機器の制御動作の安全性を確保することができる安全ＰＬＣ、それらを含むシステムに関するものである。

ＰＬＣは、一般に、ファクトリーオートメーション（ＦＡ）等で用いられるものであり、例えば、スイッチ、センサ等の各種入力機器からのＯＮ／ＯＦＦ信号を入力し、その入力信号から、ラダー言語などで書かれラダープログラムに沿って論理演算を実行して、その演算結果により、リレー、モータ等の各種出力機器をＯＮ／ＯＦＦ制御する。このような一般のＰＬＣに対して、安全ＰＬＣは、例えば、非常停止ボタンや信号線断線検出器、等の安全対応入力機器からの入力信号により、制御対象の各種機器を停止させたり安全側に作動させたりする等、各種機器を安全側に制御するフェイルセーフ用のＰＬＣであり、安全に特化したものである。

このような安全ＰＬＣには、例えばＣＰＵやその他の各処理部等を二重化して、正しい出力をするようにして、例えば緊急停止スイッチが押下されたり、ライトカーテンなどのセンサが人の進入を検出した場合等には、フェイルセーフ（安全）が働き、システムが安全側になって、動作が停止するようにしたものがある（特許文献１参照）。

上記特許文献１に示す安全ＰＬＣでは、複数のＣＰＵそれぞれに同一のラダープログラムを実行させ、対応する演算結果の一致、不一致をチェックし、一致していればＩ／Ｏリフレッシュ処理を実行し、不一致であればロックアウト処理をするようにしている。

しかしながら、この従来の安全ＰＬＣでは、複数のＣＰＵそれぞれがラダープログラムを実行して信号を入出力するバスが同一であるために、ラダープログラムの実行の同期を確保することができず、演算結果の一致、不一致に関する信頼性に欠けるという課題がある。
特開２００２−３５８１０６号公報

したがって、本発明により解決すべき課題は、安全ＰＬＣにおいて安全入力機器からの入力信号を処理し、バス二重化を図ることで、その処理したデータの信頼性を確保して、制御対象機器の運転に対する安全性を高くすることを可能にすることである。

本発明の請求項１に記載の安全ＰＬＣは、上記課題を解決するため、外部機器から入力される入力信号の処理をそれぞれ同一のラダープログラムで同期実行する少なくとも２つのＣＰＵユニットを有し、各ＣＰＵユニット内のＣＰＵはそれぞれ別々の外部バスに接続した各共有メモリそれぞれに上記処理データを格納し、一方ＣＰＵユニット内のＣＰＵは上記処理状態を示すデータを自身側の外部バスに接続した共有メモリに格納すると共に、その格納したデータを、他のＣＰＵユニット内のＣＰＵがその外部バスに接続した共有メモリに格納した上記処理状態を示すデータと比較し、その比較の結果、両データが不一致であれば制御系統に異常があるとして制御対象機器への制御出力を停止するようにしたものである。

なお、外部機器は特に限定しない。例えば、非常停止ボタン等の各種ボタンや、安全ドアスイッチ等の各種スイッチ、セーフティセンサ等の各種センサに限らず、制御系で安全運転のために信号を与えることができる機器であればよい。

制御対象機器は特に限定しない。例えばモータ、アクチュエータ、リレー等に限定するものではなく、例えば、他のＰＬＣも含むことができる。

本発明によると、２つのＣＰＵユニットそれぞれを別々のバスに接続してバス二重化構造としたので、ラダープログラムの実行の同期性を確保することができるようになり、入力機器からの信号の処理により得たデータの信頼性は高くなり、結果として、制御系統の異常時に際しての制御対象機器への制御出力を停止して、制御系統の運転を確実に停止させることができるようになる。

本発明の請求項２に記載の安全ＰＬＣは、さらに、両ＣＰＵユニットをシリアルバスで接続して、一方のＣＰＵユニットから他方のＣＰＵユニットにシリアルバスを介してラダープログラムを転送し、上記他方のＣＰＵは転送されたラダープログラムを内部メモリにダウンロードすることを可能として、一方のＣＰＵユニットから他方のＣＰＵユニットに簡単に同一のラダープログラムを転送することができるようにしている。

本発明の請求項３に記載の安全ＰＬＣは、さらに、上記両外部バスに外部インターフェースを接続し、この外部インターフェースに安全入力機器からの信号を上記両外部バスにそれぞれ入力し、各ＣＰＵユニットのＣＰＵはそれぞれ個別に上記信号を処理し、その処理したデータを対応する共有メモリに記憶処理するようにしている。

本発明によれば、安全入力機器からの入力信号を処理し、その処理したデータの信頼性を確保して、制御対象機器の運転に対する安全性を高くすることができる。

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安全ＰＬＣを説明する。図１は、実施の形態の安全ＰＬＣにおいて本発明に関わる要部を部分的に簡潔に例示するものであり、同図を参照して、１は安全ＰＬＣ全体を示す。この安全ＰＬＣ１は、ほぼ同一構成である２つの第１、第２ＣＰＵユニット３，５と、外部インターフェース６と、共有メモリ１１，１３と、を内蔵する。なお、実施の形態ではＣＰＵユニットの構成数は２つであるが、それ以上の構成数でもよいことはもちろんである。

第１ＣＰＵユニット３は、ＣＰＵ３ａ、メモリ３ｂ、ツールインターフェース３ｃを備える。第２ＣＰＵユニット５は、ＣＰＵ５ａ、メモリ５ｂを備える。両ＣＰＵユニット３，５それぞれのＣＰＵ３ａ，５ａはシリアルバス８で接続されている。両第１、第２ＣＰＵユニット３，５間にはマスターやスレーブの関係はない。

第１ＣＰＵユニット３の内部バス３ｄは、外部バス７に接続され、また、第２ＣＰＵユニット５の内部バス５ｃは、外部バス９に接続されている。外部バス７，９には、それぞれ、共有メモリ１１，１３が接続されている。

これら外部バス７，９は、外部インターフェース６を介して、安全入力機器１５、制御対象機器１７に接続されている。安全入力機器１５は例えば非常停止ボタンや、安全ドアスイッチ、セーフティセンサ、等である。安全入力機器１５からは接点のＯＮ／ＯＦＦデータが外部インターフェース６に入力される。制御対象機器１７は、工作機械、工作ロボット、その他の装置やシステム等に含まれるバルブ、アクチュエータ、モータ等である。外部インターフェース６と、安全入力機器１５や制御対象機器１７との接続形態は限定しない。この接続形態は、直結する場合もあれば、ネットワークを介して接続する形態も含む。例えば、安全入力機器１５として例えばセンサをネットワークシステム内に配置し、そのセンサからネットワークシステムが危険状態になった場合には、フェイルセーフにより、制御対象機器１７として例えばドア駆動リレー等が働き、システムを安全側に動作させるものである。

第１ＣＰＵユニット３のメモリ３ｂにはツールインターフェース３ｃを介してラダープログラムがダウンロードされ、第１ＣＰＵユニット３のＣＰＵ３ａは、シリアルバス８を介して、第２ＣＰＵユニット５のＣＰＵ５ａに上記ラダープログラムと同一のラダープログラムを転送する。第２ＣＰＵユニット５のＣＰＵ５ａは、転送されてきたラダープログラムをメモリ５ｂにダウンロードする。こうして第１、第２ＣＰＵユニット３，５それぞれのメモリ３ｂ，５ｂには同一のラダープログラムが格納される。

次に、両第１、第２ＣＰＵユニット３，５のＣＰＵ３ａ，５ａは、それぞれのメモリ３ｂ，５ｂに格納しているラダープログラムを順次、演算実行するようになっている。両第１、第２ＣＰＵユニット３，５のＣＰＵ３ａ，５ａは、外部インターフェース６を介して、安全入力機器１５から入力する信号を処理すると共に、その処理により得たデータをそれぞれの共有メモリ１１，１３に記憶させる。この場合、両第１、第２ＣＰＵユニット３，５のＣＰＵ３ａ，５ａは、外部バス７，９それぞれでバス二重化されていることにより、外部インターフェース６を介して、安全入力機器１５から入力する信号を処理し、その処理したデータを共有メモリ１１，１３に記憶させるタイミングの同期をとることができる。

こうして、両第１、第２ＣＰＵユニット３，５のＣＰＵ３ａ，５ａは、それぞれ、互いの共有メモリ１１，１３に記憶されている処理データの比較を行う場合、安全入力機器１５の状態に関しての判断を正確に行うことができるので、上記両ＣＰＵ３ａ，５ａのうち、比較両データが不一致であると判断したＣＰＵ３ａまたは５ａは、制御対象機器１７を含む制御系統に異常があるとして制御系等の運転を安全確実に停止させることができる。

以上説明したように本実施の形態では、安全入力機器１５から入力される入力信号の処理をそれぞれ同一のラダープログラムで同期実行する、少なくとも２つのＣＰＵユニット３，５を有し、各ＣＰＵユニット３，５内のＣＰＵ３ａ，５ａをそれぞれ別々のバス７，９に接続し、そのバス７，９それぞれに共有メモリ１１，１３を接続することで、それぞれの共有メモリ１１，１３に上記処理のデータを格納すると共にその格納両データの一致、不一致の判断を行うので、制御系統の異常判断を適確に行うことができるようになり、安全性が高まった安全ＰＬＣを提供することができるようになる。

また、上記実施の形態では単一の安全ＰＬＣであったが、それぞれのＣＰＵユニット３，５を個別のＰＬＣとなし、これら両ＰＬＣを含む安全システムないし安全ネットワークとすることもできる。

図１は本発明の実施形態に係る安全ＰＬＣの概略構成を示す図である。

符号の説明

１安全ＰＬＣ
３第１ＣＰＵユニット
３ａＣＰＵ
３ｂメモリ
３ｃツールインターフェース
５第２ＣＰＵユニット
５ａＣＰＵ
５ｂメモリ
６外部インターフェース
７，９外部バス
１１，１３共有メモリ
１５安全入力機器
１７制御対象機器

Claims

外部機器から入力される入力信号の処理をそれぞれ同一のラダープログラムで同期実行する少なくとも２つのＣＰＵユニットを有し、各ＣＰＵユニット内のＣＰＵはそれぞれ別々の外部バスに接続した各共有メモリそれぞれに上記処理データを格納し、一方のＣＰＵユニット内のＣＰＵは上記処理状態を示すデータを自身側の外部バスに接続した共有メモリに格納すると共に、その格納したデータを、他のＣＰＵユニット内のＣＰＵがその外部バスに接続した共有メモリに格納した上記処理状態を示すデータと比較し、その比較の結果、両データが不一致であれば制御系統に異常があるとして制御対象機器への制御出力を停止するようにした、安全ＰＬＣ。
両ＣＰＵユニットをシリアルバスで接続して、一方のＣＰＵユニットから他方のＣＰＵユニットにシリアルバスを介してラダープログラムを転送し、上記他方のＣＰＵは転送されたラダープログラムを内部メモリにダウンロードすることを可能とした、請求項１に記載の安全ＰＬＣ。
上記両外部バスに外部インターフェースを接続し、この外部インターフェースに安全入力機器からの信号を上記両外部バスにそれぞれ入力し、各ＣＰＵユニットのＣＰＵはそれぞれ個別に安全入力機器からの信号を処理し、その処理して得たデータを対応する共有メモリに記憶処理するようにした、請求項１または２に記載の安全ＰＬＣ。
上記請求項１ないし３のいずれか１項に記載の２つのＣＰＵユニットそれぞれを個別に含む少なくとも２つのＰＬＣを備えた、システム。