JP7143600B2

JP7143600B2 - 制御装置

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Description

本開示は、制御装置への電力供給が遮断された場合の技術に関するものである。

ＦＡ（Factory Automation）システムでは、生産設備内の入出力機器の制御を司る制御装置は、１または複数の演算ユニットを含み、当該演算ユニットと、演算ユニットにより動作を制御される機器とがネットワークに接続される。このように演算ユニットと入出力機器とは、ネットワークを介してサイクリックに通信を行い、通信データを送受信して生産設備を制御する。

たとえば、特開２００９－２２３４１８号公報（特許文献１）には、二重化された２つのＣＰＵユニットを備えた産業用コントローラにおいて、制御プログラム開発装置（ツール装置）との通信ケーブが接続されたアクティブ側の演算ユニットは、ツール装置から送信されたコマンドフレームの宛先を自己宛か否かを判断する。アクティブ側の演算ユニットは、コマンドフレームが自己宛の場合はツール装置宛てにレスポンスフレームを送信し、自己宛でない場合はツール装置との通信ケーブルが非接続のスタンバイ側の演算ユニットにコマンドフレームを転送する。スタンバイ側の演算ユニットは、送信されたレスポンスフレームに基づく実行結果を含むレスポンスフレームを作成し、アクティブ側の演算ユニットに送信する内容を開示されている。

特開２００９－２２３４１８号公報

ところで、制御装置への外部電源からの電力の供給が遮断されると、演算ユニットに接続された他のユニットにおいても電力の供給が遮断された場合の処理が必要となる。

本発明は、制御装置へ供給される電力が遮断された場合の新規な構成を提供することを目的とする。

本開示の一例では、制御装置は、第１の制御演算を実行する主演算ユニットと、第２の制御演算を実行する副演算ユニットと、外部からの電力を受けて、上記主演算ユニットおよび上記副演算ユニットに電力を供給する電源ユニットとを備える。上記主演算ユニットは、プロセッサを含む演算処理部と、上記演算処理部に接続され、ローカルバス上のデータ伝送を管理するバスマスタ部と、上記電源ユニットからの電力を受けて上記演算処理部および上記バスマスタ部に電力を供給する電源回路とを含む。上記電源ユニットは、上記主演算ユニットおよび上記副演算ユニットに供給する電力の電圧が予め定められたしきい値を下回ると、上記主演算ユニットへ電圧低下を示す検出信号を出力する出力回路を含む。上記主演算ユニットは、上記電源ユニットから上記検出信号を受けると、上記バスマスタ部を介して上記ローカルバス上にシャットダウン指令を送出するとともに、上記副演算ユニットに対しても上記シャットダウン指令を送出する。

この開示によれば、制御装置は、演算ユニットだけではなく、演算ユニットに接続された他のユニットに対しても、電力供給が遮断された場合の処理を確実に実行させることができる。

本開示の一例では、電源ユニットは、上記外部からの電力を受付けるポートと電圧変換部との間に、電力を蓄える回路を含む。

この開示によれば、制御装置は、演算ユニットに供給される電力に対する平滑化の処理が実行できる。

本開示の一例では、電源回路は、上記電源ユニットからの電力を受付ける第１のポートと、上記電源ユニットとは別の電源装置からの電力を受付ける第２のポートと、上記第１のポートおよび上記第２のポートの両方に接続されたバックアップ回路とを含む。

この開示によれば、制御装置は、複数のポートのうちいずれのポートから電力の供給が行われる場合であってもバックアップ電源の電力を容易に確保できる。

本開示の一例では、電源回路は、上記第１のポートと上記第２のポートとの間で電流が流れることを阻止するための阻止回路をさらに含む。

この開示によれば、制御装置は、複数のポートのうちいずれのポートから電力の供給される場合であっても他のポートへの電流の逆流を防止できる。

本開示の一例では、電源回路は、上記第１のポートと上記第２のポートとの接続ノードに現れる電圧よりも低い第１の電圧に変換する第１の電圧変換回路を含む。

この開示によれば、制御装置は、各装置の駆動電圧に応じた異なる値の電圧を生成できる。

本開示の一例では、上記バックアップ回路は、上記第１のポートおよび上記第２のポートと上記第１の電圧変換回路との間に配置される。上記第１の電圧よりも高い第２の電圧に変換する第２の電圧変換回路から供給される電力を上記第２の電圧より低い第３の電圧に変換する第３の電圧変換回路と、上記第２の電圧変換回路と上記第３の電圧変換回路との間に接続され、上記第２の電圧変換回路から出力される電力の少なくとも一部を蓄積可能なキャパシタとをさらに含む。

この開示によれば、制御装置は、キャパシタの残留電荷に対応する電圧を電圧変換回路が変換した電圧により、複数のユニットの駆動の時間を一定時間確保できる。

本開示の一例では、主演算ユニットは、上記副演算ユニットおよび上記電源ユニットの存在を検出する検出回路をさらに含む。

この開示によれば、制御装置は、主演算ユニットと副演算ユニットおよび電源ユニットとの接続状態を確実に検出でき、電力の供給状態をより正確に検出できる。

ある局面において、演算ユニットだけではなく、演算ユニットに接続された他のユニットに対しても、電力供給が遮断された場合の処理を確実に実行させることができる。

本実施の形態に従うＦＡシステムの第１の構成例を示す図である。本実施の形態に従うＦＡシステムの第２の構成例を示す図である。本実施の形態に従う主演算ユニット１０と、副演算ユニット２０と、電源ユニット３０とを含む制御装置１００の回路構成を説明する図である。本実施の形態に従う状態管理回路１１０の電力供給の検出処理を説明する図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明に従う各実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品および構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、これらについての詳細な説明は繰り返さない。

＜Ａ．ＦＡシステムの構成＞
図１および図２を参照して、本発明の制御システム（ＦＡシステム）について説明する。図１および図２は、本実施の形態に従うＦＡシステムの２つの構成例（１Ａおよび１Ｂ）を示す図である。

ＦＡシステム１Ａおよび１Ｂは、設備および装置などの制御対象を制御し、生産工程を自動化するための制御システムである。

図１は、本実施の形態に従うＦＡシステムの第１の構成例を説明する図である。ＦＡシステムの第１の構成例であるＦＡシステム１Ａは、主演算ユニット１０と、１または複数の機能ユニット４０と、外部電源５０とを含む。主演算ユニット１０は、ＦＡシステムを構成する一要素であり、ＦＡシステム全体の処理を制御する演算装置に相当する。このようにＦＡシステムの演算ユニットが主演算ユニット１０のみであり、他の演算ユニット等を含まない場合は、主演算ユニット１０が制御装置１００となる。主演算ユニット１０は、ローカルバス６０を介して、機能ユニット４０と設定情報や電力の供給停止に関する信号の遣り取りを行う。設定情報は、例えば、機能ユニット４０に接続される図示しない駆動装置（例えば、画像センサ）がワークに対する処理（例えば、撮影処理）を実行する場合のパラメータ値を含む。

このように、機能ユニット４０は、制御対象である機械や設備などからフィールド情報を収集する機能（データ収集機能）、および／または、制御対象の機械や設備などに対する指令信号を出力する機能（データ出力機能）などを有する。

機能ユニット４０は、具体的にはＩ／Ｏユニットである。Ｉ／Ｏユニット４０は、デジタル入力（ＤＩ）ユニット、デジタル出力（ＤＯ）ユニット、アナログ入力（ＡＩ）ユニット、アナログ出力（ＡＯ）ユニット、パルスキャッチ入力ユニット、および、複数の種類を混合させた複合ユニットなどが挙げられる。

外部電源５０は、主演算ユニット１０の第２ポート１２に接続され、主演算ユニットへの電力の供給をおこなう。第２ポート１２には例えば24Vの電圧が印加される。このように、主演算ユニット１０が電源ユニット等の他の演算ユニットと接続されていない場合、当該主演算ユニット１０は、自ユニットに設けられた第２ポート１２から直接的に電力供給を受け付けることが可能である。

図２は、本実施の形態に従うＦＡシステムの第２の構成例を示す図である。ＦＡシステムの第２の構成例であるＦＡシステム１Ｂは、上述のＦＡシステム１Ａの構成にさらに新たな構成を追加したものである。具体的にはＦＡシステム１Ｂは、主演算ユニット１０と、Ｉ／Ｏユニット４０と、外部電源５０とに加えて、副演算ユニット２０と電源ユニット３０とを含む。

副演算ユニット２０は、主演算ユニット１０と電気的に接続され、主演算ユニット１０と協働して１つの処理を実行したり、主演算ユニット１０が実行する処理とは異なる処理を実行するユニットであり、ＦＡシステム全体の処理量や処理速度を向上されるためのユニットである。このように、副演算ユニット２０は、主演算ユニット１０の処理をサポートする補助ユニットとして機能する。

電源ユニット３０は電力ポート３２を有し、外部電源５０から当該電力ポート３２への電力の供給を受け付けて、主演算ユニット１０および副演算ユニット２０に電力を供給するユニットである。具体的には、外部電源５０からの電力が電源ユニット３０に供給された後に、主演算ユニット１０が後述する図２の第１ポート１１への電力供給を受け付ける。第１ポート１１には例えば12Vの電圧が印加される。このように、主演算ユニット１０が電源ユニット３０のような他の演算ユニットと接続されている場合、主演算ユニット１０は、自ユニットに設けられた第１ポート１１から間接的に電力の供給を受け付けことが可能である。

このようにＦＡシステムの演算ユニットが主演算ユニット１０と、副演算ユニット２０と、それらの演算ユニットに電力を供給する電源ユニット３０を含む場合は、主演算ユニット１０と、副演算ユニット２０と、電源ユニット３０とが制御装置１００となる。そのため、少なくとも主演算ユニット１０を含む制御装置１００が電力の供給を受け付けるパターンとしては、第１ポート１１から間接的に電力の供給を受け付ける場合と、第２ポートから直接的に電力の供給を受け付ける場合との２つの電力の供給パターンがある。

以下では、最初に主演算ユニット１０の回路構成と回路動作について図３の参照して説明する。

＜Ｂ．主演算ユニット１０の回路構成と動作＞
図３は、本実施の形態に従う主演算ユニット１０と、副演算ユニット２０と、電源ユニット３０とを含む制御装置１００の回路構成を説明する図である。

図３の主演算ユニット１０は、電源回路１０１と、演算処理部１８０と、バスマスタ部１９０とを含む、制御装置１００の一部を構成するユニットである。

演算処理部１８０は、主演算ユニット１０における各種処理を実行する。演算処理部１８０は、少なくともプロセッサ１８４およびメモリ１８６を有するＳｏＣ（ＳｙｓｔｅｍｏｎａＣｈｉｐ）１８２を含む。ＳｏＣ１８２は、プロセッサ１８４やメモリ１８６等を集積した半導体チップである。

プロセッサ１８４は、メモリ１８６に記録されたプログラムを展開して実行することで、主演算ユニットにおける各種処理を実行する。なお、このＳｏＣ１８２は、電源回路１０１の第１の電圧変換回路１３０が第１電力線２ａの電位と、第１グランド線４ａの電位との電位差に基づく電圧（例えば、12V）を降圧した電圧（例えば、5V）に基づき駆動する。第１の電圧変換回路１３０は、具体的にはＤＣ／ＤＣ変換器である。

第１の電圧変換回路１３０が変換して出力する電圧（例えば、5V）は、第１ポート１１から供給される電圧であり、ノード（接続ノード）Ｎ４の電位とノードＮ６の電位との電位差となる電圧（12V）よりも低い電圧となる。また、第１の電圧変換回路１３０が変換して出力する電圧（例えば、5V）は、第２ポート１２から供給される電圧であり、ノードＮ４の電位とノードＮ６の電位との電位差となる電圧（24V）よりも低い電圧となる。このように電源回路１０１の第１の電圧変換回路１３０は、第１ポート１１と第２ポート１２とのノードＮ４およびＮ６の間に現れる電圧（例えば、12Vまたは24V）よりも低い電圧（例えば、5V）に変換できる。これにより、制御装置１００は、各装置の駆動電圧に応じた異なる値の電圧を生成できる。

バスマスタ部１９０は、機能ユニット４０との間で通信データを遣り取りする内部バス上のデータ伝送を管理する。バスマスタ部１９０は、通信回路１９２を含む。

通信回路１９２は、機能ユニット４０と通信データを遣り取りするフィールドネットワーク上のデータ伝送を管理する。このようなフィールドネットワークとしては、ＥｔｈｅｒＣＡＴ（登録商標）、ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ（登録商標）、ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ（登録商標）、ＣｏｍｐｏＮｅｔ（登録商標）などの定周期ネットワークが用いられる。通信回路１９２はローカルバス６０により機能ユニット４０との通信データの遣り取りを実行する。

電源回路１０１は、電源ユニット３０とは別の電源装置から電力の供給を受け付ける第２ポート１２を有する。第２ポート１２に接続される第２電力線２ｂの電位と第２グランド線４ｂの電位との電位差である電圧（例えば、24V）が第１分圧回路１０４に印加される。

第１分圧回路１０４は、印加された電圧を抵抗分圧した電圧（例えば、12V）を信号線24V＿ＰＳＰＦを介して、状態管理回路１１０に入力する。第１分圧回路１０４の一端は接地されている。

状態管理回路１１０は、主演算ユニット１０への電力供給の状態を管理する回路である。状態管理回路１１０は、第１分圧回路１０４から入力される電圧が予め定められたしきい値を下回ると電力供給がなされていないと判定する。状態管理回路１１０は、判定結果に基づき信号線ＰＳＰＦを介してバスマスタ部１９０にシャットダウン指令を送出する。なお、しきい値は状態管理回路１１０内で保持されていてもよいし、演算処理部１８０のメモリ１８６に保持されていてもよい。

バスマスタ部１９０の通信回路１９２はローカルバス６０を介して、機能ユニット４０と電源供給の遮断に関する情報を含む通信データを遣り取りする。具体的には、機能ユニットは、バスマスタ部１９０から電源供給の遮断に関する情報を受信して、優先度の高い処理を他の処理よりも先に実行することで電源供給の遮断に備える。機能ユニット４０は、電源供給が遮断された後、電源がＯＦＦとなる。

このように、制御装置１００は、電力供給の遮断が発生しているか否かを検出でき、主演算ユニット１０への電力供給の遮断発生の有無に応じた指令を機能ユニット４０に通知できる。また、制御装置１００自体も、電力供給が遮断された際のデータの退避処理等を確実に実行できる。

なお、第２ポート１２から電力が供給されている場合は、第２電力線２ｂに流れる電流は、ダイオード１４を介してノードＮ４に流れた後、ダイオード１２８を介して第１の電圧変換回路１３０に流れ込むともに、バスマスタ部１９０の通信回路１９２にも電流が流れ込む。このように制御装置１００は、演算処理部１８０のＳｏＣ１８２およびバスマスタ部１９０の通信回路１９２は駆動可能となる。

また、上述のように第２ポート１２から電力が供給されている場合は、第２電力線２ｂのダイオード１４の順方向（アノード→カソード）に電流は流れるが、流れた電流がノードＮ４において、ダイオード１６の逆方向（カソード→アノード）へは流れない。また、後述する第１ポート１１から電力が供給される場合は、ダイオード１６の順方向に電流は流れるが、ダイオード１４の逆方向へは流れない。このように、第１ポート１１と第２ポート１２との間で電流が流れることを阻止する阻止回路を設けることで、制御装置１００は、複数のポートのうちいずれのポートから電力の供給される場合であっても他のポートへの電流の逆流を防止できる。

また、後段のダイオード１２８においても順方向に電流が流れるが、流れた電流がノードＮ７において、ダイオード１２６の逆方向に流れることない。

次に、第１ポート１１および第２ポート１２と第１の電圧変換回路１３０との間に配置されるバックアップ回路１２０の回路構成と回路動作について説明する。このバックアップ回路１２０は、具体的にはノードＮ５とノードＮ７の間に設けられ、ノードＮ５からノードＮ７の方向が順方向となるダイオード１２８と、ノードＮ５の電圧（例えば、12V）を昇圧する（例えば、50Vに昇圧する）第２の電圧変換回路１２２とを含む。また、バックアップ回路１２０は、第２の電圧変換回路１２２から出力される電荷をチャージするキャパシタ１２５と、チャージ後の電荷に対応する電圧（例えば、50V）を降圧する（例えば、14Vに降圧する）第３の電圧変換回路１２４と、第３の電圧変換回路１２４とノードＮ７との間に設けられ、第３の電圧変換回路１２４からノードＮ７の方向が順方向となるダイオード１２６とを含む。

キャパシタ１２５に所定の電荷がチャージされている場合は、第１ポート１１および第２ポート１２の両方のポートからの電力の供給が遮断されてもキャパシタ１２５の電荷に対応する所定の電圧により、第１の電圧変換回路１３０に電流を供給できる。このように、主演算ユニット１０への電力供給が遮断されても、制御装置１００は、キャパシタ１２５を含む回路がバックアップの回路として動作することで、キャパシタ１２５中の残留電荷により演算処理部１８０等の短時間の動作が可能となる。

具体的には、制御装置１００は、キャパシタ１２５の残留電荷に対応する電圧（50V）を、第１の電圧変換回路１３０が変換した電圧（5V）や、第３の電圧変換回路１２４が変換した電圧（14V）により、主演算ユニット１０の演算処理部１８０のＳｏＣ１８２と、機能ユニット４０とを含む複数のユニットの駆動の時間を一定時間確保できる。これらのユニットは、当該一定時間の間にデータの退避等を含む電力供給が遮断された場合の処理を確実に実行できる。

なお、第２の電圧変換回路１２２とキャパシタ１２５との間のノードＮ８には第２分圧回路１０６が設けられる。第２分圧回路１０６は、キャパシタ１２５にチャージされた電荷に対応する電圧（例えば、50V）を抵抗分圧した電圧（例えば、25V）を信号線50V＿ＰＳＰＦを介して、状態管理回路１１０に入力する。第２分圧回路１０６の一端は接地されている。

状態管理回路１１０は、第２分圧回路１０６から入力される電圧が予め定められたしきい値を下回るとバックアップ回路１２０のチャージ電圧が不足していると判定する。状態管理回路１１０は、判定結果に基づき信号線ＰＳＰＦを介してバスマスタ部１９０にシャットダウン指令を送出する。なお、しきい値は状態管理回路１１０内で保持されていてもよいし、演算処理部１８０のメモリ１８６に保持されていてもよい。

このように、制御装置１００は、主演算ユニット１０のバックアップ電力が不足しているか否かを検出でき、バックアップ電力の状態に応じた指令を機能ユニット４０に通知できる。

なお、バックアップ回路１２０が設けられるノードＮ５には第２ポート１２で受け付けられる電力と、第１ポート１１で受け付けられる電力のいずれのポートの電力も供給可能な構成となっている。このように、バックアップ回路１２０は第１ポート１１と第２ポート１２の両方に接続された回路である。そのため、制御装置１００は、複数のポートのうちいずれのポートから電力の供給が行われる場合であってもキャパシタ１２５への電荷のチャージが可能となり、バックアップ電源の電力を容易に確保できる。

＜Ｃ．副演算ユニット２０の回路構成と動作＞
副演算ユニット２０は、電源ユニット３０の電圧変換部３８から出力される電圧が印加される。具体的には、ＤＣ／ＤＣ変換器である電圧変換部３８からの出力電圧であって、ノードＮ１の電位とノードＮ２の電位との電位差である電圧（例えば、12Ｖ）が副演算ユニット２０のＳｏＣ２２に印加され、ＳｏＣ２２は当該電圧に基づき駆動する。ＳｏＣ２２は、上述の演算処理部１８０のＳｏＣ１８２と同様にプロセッサやメモリ等を集積した半導体チップである。ＳｏＣ２２は、電源ユニット３０から供給られる電力である第１電力線２ａの電位と、第１グランド線４ａの電位との電位差に基づく電圧（例えば、12V）に基づき駆動する。

副演算ユニットは２０は、主演算ユニット１０と協働して処理を実行したり、主演算ユニット１０とは別々に処理を実行することで、ＦＡシステム全体の処理量や処理速度を向上されるためのユニットである。このように副演算ユニット２０は主演算ユニット１０のサポートユニットとして機能する制御装置１００の一部を構成するユニットである。

＜Ｄ．電源ユニット３０の回路構成と動作＞
電源ユニット３０は、主演算ユニット１０および副演算ユニット２０との電力を供給するユニットであり、制御装置１００の一部を構成するユニットである。

電源ユニット３０は、電力ポート３２と、第３分圧回路３４と、キャパシタ３５と、出力回路３６と、電圧変換部３８とを含む。電力ポート３２は、外部電源５０からの電力の供給を受け付けるポートであり、外部電源５０からの電圧が印加される。具体的には、電力ポート３２に接続される第１電力線２ａの電位と、第１グランド線４ａの電位との電位差である電圧が第３分圧回路３４に印加されるとともに、第３分圧回路３４の後段に設けられたキャパシタ３５と、電圧変換部３８とに印加される。

キャパシタ３５は、電荷を蓄える回路であるとともに、リップルを抑えてより直流に近くなるように電流を平滑化する。このようなキャパシタ３５の機能により、制御装置１００は、主演算ユニット１０および副演算ユニット２０含む演算ユニットに供給される電力に対する平滑化の処理が実行できる。

電圧変換部３８は、ＤＣ／ＤＣ変換器であり、入力された電圧（例えば、24V）を所定の電圧（例えば、12V）に降圧して副演算ユニット２０に出力する。そのため、第１電力線２ａ上のノードＮ１の電位と、第２グランド線４ｂのノードＮ２の電位との電位差は12Vとなり、この電圧が副演算ユニット２０のＳｏＣ２２や、主演算ユニット１０の第１ポート１１に印加される。

第３分圧回路３４は、外部電源５０からの電力ポート３２に入力された電圧（例えば24V）を検出する電圧検出部として用いられる。第３分圧回路３４の出力電圧は出力回路３６の比較器３６２に入力される。

このように電源ユニット３０は、副演算ユニット２０および主演算ユニット１０の複数の演算ユニットに安定した電力を供給できる。

次に、出力回路３６について説明する。出力回路３６は、比較器３６２と、トランジスタ３６４と、基準生成回路３６６とを備える。出力回路３６は比較器３６２の一方の入力端子に入力される電圧を他方の入力端子に入力される基準値と比較する。基準生成回路３６６には制御電圧（例えば、5V）が入力され、当該制御電圧を抵抗分圧した電圧（例えば、2.5V）が基準電圧として比較器３６２の他方の入力端子に入力される。基準生成回路３６６の一端は接地されている。

第３分圧回路３４からの入力電圧が基準電圧以上となる場合は、比較器３６２の出力端子からＬｏｗ信号が出力される。出力端子から出力された信号は、トランジスタ３６４のベースに出力される。このように、入力電圧が基準電圧以上となるのは、電力ポート３２に外部電源５０からの電圧（例えば、24V）が印加されていることを意味する。

トランジスタ３６４は、一例としてＮＰＮ型のトランジスタとして説明を行うが、本実施の形態の実現が可能であれば、ＰＮＰ型のトランジスタやＭＯＳ型ＦＥＴ等であってもよい。

トランジスタ３６４のコレクタには、上述の第４分圧回路１０２で分圧された電圧が印加される。比較器３６２からＬｏｗ信号が出力される場合は、トランジスタ３６４は導通されずコレクタと、接地されたエミッタとの間に電流は流れない。

このように、ノードＮ３に例えば、12Vの電圧が印加されて、第４分圧回路１０２で分圧した電圧が例えば、5Vとなる場合は、出力回路３６はこのような電圧を検出信号として信号線ＸＰ＿ＰＳＰＦを介して状態管理回路１１０に送出する。状態管理回路１１０は、受信した検出信号に基づいて電力の供給が行われていると判定する。

これに対して、第３分圧回路３４から比較器３６２への入力電圧が基準電圧未満となる場合は、比較器３６２からＨｉｇｈ信号がトランジスタ３６４のベースに送出され、トランジスタ３６４が導通する。このように、入力電圧が基準電圧未満となるのは、電力ポート３２に外部電源５０からの電圧（例えば、24V）が印加されていないことを意味する。すなわち、外部電源５０からの電力の供給が遮断したことを意味する。

トランジスタ３６４が導通することで、第４分圧回路１０２の電圧（例えば、5V）は低下してエミッタと接続されているグランドと同電位（0V）となる。出力回路３６はこのような電圧値を検出信号として信号線ＸＰ＿ＰＳＰＦを介して状態管理回路１１０に出力する。状態管理回路１１０は、受信した検出信号に基づいて外部電源５０からの電力の供給が遮断されたと判定する。

状態管理回路１１０は、信号線ＸＰ＿ＰＳＰＦからの電圧低下を示す検出信号を受信すると、副演算ユニット２０と主演算ユニット１０のバスマスタ部１９０とに信号線ＰＳＰＦを介して、シャットダウン指令を送出する。具体的には、状態管理回路１１０は、信号線ＸＰ＿ＰＳＰＦを介して0Vの検出信号を受信すると、バスマスタ部１９０と、副演算ユニット２０とに信号線ＰＳＰＦを介して伝送される信号をＨｉｇｈからＬｏｗ切替える。この信号は、状態管理回路１１０に信号線ＸＰ＿ＰＳＰＦを介して第４分圧回路１０２により分圧された電圧が、予め定められた電圧（例えば、5V）以上の場合、Ｈｉｇｈの状態となる。また、第４分圧回路１０２により分圧された電圧が、予め定められた電圧未満を検出した場合、この信号はＨｉｇｈからＬｏｗの状態に切替わる。このようなＨｉｇｈからＬｏｗへの信号の切替わりによるＬｏｗ信号を検出した、バスマスタ部１９０と副演算ユニット２０は、シャットダウンの準備を実行する。

これにより、制御装置１００は、演算ユニットだけではなく、演算ユニットに接続された他のユニットに対しても、電力供給が遮断された場合の処理を確実に実行させることができる。具体的には、制御装置１００は、主演算ユニット１０が検出した電力遮断に関する情報をバスマスタ部１９０からローカルバス上の機能ユニット４０と、副演算ユニット２０に通知できる。また機能ユニット４０および副演算ユニット２０は、電力供給が遮断された場合のメモリ上へのデータ退避やＳＤカードへのアクセス無効化等を含む処理を確実に実行できる。また、演算処理部１８０もデータの退避等を含む処理を確実に実行できる。

なお、電源ユニット３０からノードＮ１に印加され、ＳｏＣ２２を駆動する電圧（例えば、12V）は、主演算ユニット１０の第１ポート１１に印加される。このため、外部電源５０から電力ポート３２に電力が供給されている場合は、第１ポート１１の後段のノードＮ３の電圧は12Vとなる。第４分圧回路１０２は、この電圧（12V）を抵抗分圧した電圧（例えば、5V）を信号線ＸＰ＿ＰＳＰＦを介して、状態管理回路１１０に入力することとなる。第４分圧回路１０２の一端は接地されている。

状態管理回路１１０は、これまで説明した電力の供給の状態に関する信号とは別に主演算ユニット１０と他のユニットとの接続状態に関する信号を検出する。状態管理回路１１０は、主演算ユニット１０と他のユニットとの接続状態に関する信号を検出する。具体的には、状態管理回路１１０は主演算ユニット１０と電源ユニット３０および副演算ユニット２０との接続状態を検出する回路である検出抵抗１０８を有する。状態管理回路１１０は、検出抵抗１０８に制御電圧Ｖｃｃ（例えば、5V）が印加された信号を信号線ＰＲＳＮを介して受信する。主演算ユニット１０に電源ユニット３０および副演算ユニット２０が接続されていない場合、検出抵抗１０８の電圧は、制御電圧Ｖｃｃの電圧（5V）を保持する。そのため、状態管理回路１１０は制御電圧（例えば、5V）の信号を受信する。

これに対して、他のユニットが接続されている（例えば、電源ユニット３０が存在している）場合は、検出抵抗１０８に印加される電圧は、接続ライン６を介してグランドと同電位となり、状態管理回路１１０はグランドと同電位（0V）の信号を受信する。そのため、状態管理回路１１０は、信号線ＰＲＳＮを介して受信した信号が制御電圧（例えば、5V）を示す場合は、他のユニットが接続されていない（例えば、電源ユニット３０および副演算ユニット２０が存在しない）ことを検出する。また、状態管理回路１１０は、信号線ＰＲＳＮを介して受信した信号がグランドと同電位の電圧（0V）を示す場合は、他のユニットが接続されている（電源ユニット３０および副演算ユニット２０の少なくともいずれかが存在している）ことを検出する。

これにより、制御装置１００は、主演算ユニット１０と副演算ユニット２０および電源ユニット３０との接続状態（存在の有無）を確実に検出でき、電力の供給状態をより正確に検出できる。

＜Ｅ．電力供給が遮断の判定処理＞
図４は、本実施の形態に従う状態管理回路１１０の電力供給の検出処理を説明する図である。

ステップＳ１１０の処理において、状態管理回路１１０は、第４分圧回路１０２の電圧が予め定められた電圧（例えば、5V）以下の検出信号を受信したか否かを判定する。状態管理回路１１０は、検出信号を受信した場合（ステップＳ１１０においてＹＥＳ)は、制御をステップＳ１１５に切り替える。

ステップＳ１１５の処理において、状態管理回路１１０は、副演算ユニット２０とバスマスタ部１９０とに信号線ＰＳＰＦを介して、シャットダウン指令を送出する。そうでない場合には（ステップＳ１１０においてＮＯ）、この処理を終了する。

これにより制御装置１００は、主演算ユニット１０内の演算処理部１８０だけではなく、主演算ユニット１０内のバスマスタ部１９０およびローカルバス６０上の機能ユニット４０のデバイス、ならびに、副演算ユニット２０に対しても、電力供給が遮断された場合のデータ退避等を含む処理を確実に実行させることができる。

＜Ｆ．変形例＞
本実施の形態では、主演算ユニット１０が、副演算ユニット２０と機能ユニット４０との２種類のユニットに対して、シャットダウン指令を送出することを説明した。これに対して、主演算ユニット１０がシャットダウン指令を送出する対象は、上述の２種類のユニットに限定するものではなく、それ以外のユニットに対して送出するようにしてもよい。

本実施の形態では、状態管理回路１１０は、信号線ＸＰ＿ＰＳＰＦからの電圧低下を示す検出信号を受信すると、副演算ユニット２０と主演算ユニット１０のバスマスタ部１９０とに信号線ＰＳＰＦを介して、シャットダウン指令を送出することについて説明した。具体的には、状態管理回路１１０は、予め定められた電圧未満の場合に、ＨｉｇｈからＬｏｗの状態に切替わることで、Ｌｏｗ信号を送出することについて説明した。これに対して、状態管理回路１１０は、主演算ユニット１０を含む制御装置１００内部のコマンドを送受信する信号線を用いた電圧のＨｉｇｈおよびＬｏｗにより、シャットダウンに関する情報を送出するようにしてもよい。

状態管理回路１１０が出力するシャットダウン指令は、演算処理部１８０からバスマスタ部へ送出するようにしてもよい。すなわち、状態管理回路１１０から演算処理部１８０がシャットダウン指令を受信し、演算処理部１８０がバスマスタ部１９０にシャットダウン指令を送出するようにしてもよい。

＜Ｇ．付記＞
［構成１］
制御対象を制御するための制御装置（１００）であって、
第１の制御演算を実行する主演算ユニット（１０）と、
第２の制御演算を実行する副演算ユニット（２０）と、
外部からの電力を受けて、前記主演算ユニット（１０）および前記副演算ユニット（２０）に電力を供給する電源ユニット（３０）とを備え、
前記主演算ユニット（１０）は、
プロセッサ（１８４）を含む演算処理部（１８０）と、
前記演算処理部（１８０）に接続され、ローカルバス（６０）上のデータ伝送を管理するバスマスタ部（１９０）と、
前記電源ユニット（３０）からの電力を受けて前記演算処理部（１８０）および前記バスマスタ部（１９０）に電力を供給する電源回路（１０１）とを含み、
前記電源ユニット（３０）は、前記主演算ユニット（１０）および前記副演算ユニット（２０）に供給する電力の電圧が予め定められたしきい値を下回ると、前記主演算ユニット（１０）へ電圧低下を示す検出信号を出力する出力回路（３６）を含み、
前記主演算ユニット（１０）は、前記電源ユニット（３０）から前記検出信号を受けると、前記バスマスタ部（１９０）を介して前記ローカルバス（６０）上にシャットダウン指令を送出するとともに、前記副演算ユニット（２０）に対しても前記シャットダウン指令を送出するように構成される、制御装置。

［構成２］
前記電源ユニット（３０）は、前記外部からの電力を受付けるポート（３２）と電圧変換部（３８）との間に、電力を蓄える回路（３５）を含む、構成１に記載の制御装置。

［構成３］
前記電源回路（１０１）は、
前記電源ユニット（３０）からの電力を受付ける第１のポート（１１）と、
前記電源ユニット（３０）とは別の電源装置からの電力を受付ける第２のポート（１２）と、
前記第１のポート（１１）および前記第２のポート（１２）の両方に接続されたバックアップ回路（１２０）とを含む、構成１または２に記載の制御装置。

［構成４］
前記電源回路（１０１）は、前記第１のポート（１１）と前記第２のポート（１２）との間で電流が流れることを阻止するための阻止回路をさらに含む、構成３に記載の制御装置。

［構成５］
前記電源回路（１０１）は、前記第１のポート（１１）と前記第２のポート（１２）との接続ノードに現れる電圧よりも低い第１の電圧に変換する第１の電圧変換回路を含む、構成３または４に記載の制御装置。

［構成６］
前記バックアップ回路（１２０）は、
前記第１のポート（１１）および前記第２のポート（１２）と前記第１の電圧変換回路（１３０）との間に配置され、前記第１の電圧よりも高い第２の電圧に変換する第２の電圧変換回路（１２２）から供給される電力を前記第２の電圧より低い第３の電圧に変換する第３の電圧変換回路（１２４）と、
前記第２の電圧変換回路（１２２）と前記第３の電圧変換回路（１２４）との間に接続され、前記第２の電圧変換回路（１２２）から出力される電力の少なくとも一部を蓄積可能なキャパシタ（１２５）とをさらに含む、構成５に記載の制御装置。

［構成７］
前記主演算ユニット（１０）は、前記副演算ユニット（２０）および前記電源ユニット（３０）の存在を検出する検出回路をさらに含む、構成１～６のいずれか１項に記載の制御装置。

今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

２ａ第１電力線、２ｂ第２電力線、４ａ第１グランド線、４ｂ第２グランド線、１０主演算ユニット、１１第１ポート、１２第２ポート、１４，１６，１２６，１２８ダイオード、２０副演算ユニット、３０電源ユニット、３２電力ポート、３４第３分圧回路、３５，１２５キャパシタ、３６出力回路、３８電圧変換部、４０機能ユニット、５０外部電源、６０ローカルバス、１００制御装置、１０１電源回路、１０２第４分圧回路、１０４第１分圧回路、１０６第２分圧回路、１０８検出抵抗、１１０状態管理回路、１２０バックアップ回路、１２２第２の電圧変換回路、１２４第３の電圧変換回路、１３０第１の電圧変換回路、１８０演算処理部、１８４プロセッサ、１８６メモリ、１９０バスマスタ部、１９２通信回路、３６２比較器、３６４トランジスタ、３６６基準生成回路。

Claims

制御対象を制御するための制御装置であって、
第１の制御演算を実行する主演算ユニットと、
第２の制御演算を実行する副演算ユニットと、
外部からの電力を受けて、前記主演算ユニットおよび前記副演算ユニットに電力を供給する電源ユニットとを備え、
前記主演算ユニットは、
プロセッサを含む演算処理部と、
前記演算処理部に接続され、ローカルバス上のデータ伝送を管理するバスマスタ部と、
前記電源ユニットからの電力を受けて前記演算処理部および前記バスマスタ部に電力を供給する電源回路と、
前記電源ユニットとは別の電源装置から、前記電源回路に電力を直接供給するためのポートと、
前記ポートの電圧を監視するための電圧監視回路とを含み、
前記ローカルバスを介して、１または複数の制御対象の機械を制御する機能ユニットに接続され、
前記電源ユニットは、
前記副演算ユニットを介して前記主演算ユニットに電力を供給し、
前記主演算ユニットおよび前記副演算ユニットに供給する電力の電圧が予め定められたしきい値を下回ると、前記主演算ユニットへ電圧低下を示す検出信号を出力する出力回路と、
バックアップ回路と含み、
前記バックアップ回路は、前記電源ユニットからの電力供給が途絶えたことに基づいて、前記主演算ユニットに電力を供給し、
前記主演算ユニットは、前記電源ユニットから前記検出信号を受けると、前記機能ユニットおよび前記１または複数の制御対象の機械を停止させるために前記バスマスタ部を介して前記ローカルバス上にシャットダウン指令を送出するとともに、前記副演算ユニットに対しても前記シャットダウン指令を送出するように構成され、
前記シャットダウン指令は、前記バックアップ回路から電力を供給されている間に送出され、
前記主演算ユニットは、
前記電源ユニットからの電力供給が途絶え、かつ、前記バックアップ回路から電力を供給されていることに基づいて、前記副演算ユニットおよび前記機能ユニットに、前記バックアップ回路のバックアップ電力に応じた指令を送出し、
前記ポートからの電力供給が途絶え、かつ、前記バックアップ回路から電力を供給されていることに基づいて、前記機能ユニットに、前記バックアップ回路のバックアップ電力に応じた指令を送出する、制御装置。
前記電源ユニットは、前記外部からの電力を受付けるポートと電圧変換部との間に、電力を蓄える回路を含む、請求項１に記載の制御装置。
前記電源回路は、
前記電源ユニットからの電力を受付ける第１のポートと、
前記電源ユニットとは別の電源装置からの電力を受付ける第２のポートとを含み、
前記バックアップ回路は、前記第１のポートおよび前記第２のポートの両方に接続されている、請求項１または２に記載の制御装置。
前記電源回路は、前記第１のポートと前記第２のポートとの間で電流が流れることを阻止するための阻止回路をさらに含む、請求項３に記載の制御装置。
前記電源回路は、前記第１のポートと前記第２のポートとの接続ノードに現れる電圧よりも低い第１の電圧に変換する第１の電圧変換回路を含む、請求項３または４に記載の制御装置。
前記主演算ユニットは、前記副演算ユニットおよび前記電源ユニットの存在を検出する検出回路をさらに含む、請求項１～５のいずれか１項に記載の制御装置。