特許第5763706号(P5763706)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5763706
(24)【登録日】2015年6月19日
(45)【発行日】2015年8月12日
(54)【発明の名称】PLC制御装置及び方法
(51)【国際特許分類】
   G05B 19/05 20060101AFI20150723BHJP
【FI】
   G05B19/05 L
【請求項の数】8
【全頁数】12
(21)【出願番号】特願2013-108816(P2013-108816)
(22)【出願日】2013年5月23日
(65)【公開番号】特開2013-254487(P2013-254487A)
(43)【公開日】2013年12月19日
【審査請求日】2013年5月23日
(31)【優先権主張番号】10-2012-0061126
(32)【優先日】2012年6月7日
(33)【優先権主張国】KR
(73)【特許権者】
【識別番号】593121379
【氏名又は名称】エルエス産電株式会社
【氏名又は名称原語表記】LSIS CO.,LTD.
(74)【代理人】
【識別番号】100099759
【弁理士】
【氏名又は名称】青木 篤
(74)【代理人】
【識別番号】100092624
【弁理士】
【氏名又は名称】鶴田 準一
(74)【代理人】
【識別番号】100114018
【弁理士】
【氏名又は名称】南山 知広
(74)【代理人】
【識別番号】100165191
【弁理士】
【氏名又は名称】河合 章
(74)【代理人】
【識別番号】100151459
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 健一
(72)【発明者】
【氏名】クォン チェ イル
【審査官】 青山 純
(56)【参考文献】
【文献】 特開昭58−008304(JP,A)
【文献】 特開平07−078007(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G05B 19/05−19/05
H03M 1/00−1/10
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
PLCディジタル出力信号を制御する方法であって、
前記PLCディジタル出力信号を受信するステップと、
前記受信されたPLCディジタル出力信号にシグモイド関数を適用して前記PLCディジタル出力信号の傾きを補間するステップと、を含み、
前記シグモイド関数の出力は、目標値には比例し、補間回数には逆比例し、
前記PLCディジタル出力信号の傾きは、前記補間回数の増加に従って緩やかになることを特徴とする、PLC制御方法。
【請求項2】
前記補間ステップは、前記補間回数、前記目標値、及びスキャンタイムのうち、少なくとも1つを設定して前記PLCディジタル出力信号の傾きを補間することを特徴とする、請求項1に記載のPLC制御方法。
【請求項3】
ユーザ入力によって少なくとも1つのチャンネルを選択するステップをさらに含み、
前記補間ステップは、前記選択されたチャンネルでディジタル−アナログ変換及び補間が許容される場合に限って遂行されることを特徴とする、請求項1又は2に記載のPLC制御方法。
【請求項4】
前記シグモイド関数が適用されたPLCディジタル出力信号のオフセットゲインを調整するために線形補正関数を適用して補間するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載のPLC制御方法。
【請求項5】
PLCディジタル出力信号を制御する装置であって、
実際に出力される信号の値を演算する演算部と、
シグモイド関数を適用して信号を補間する補間部と、
ディジタル信号をアナログ信号に変換する変換部と、
前記PLCディジタル出力信号が実際に出力される値で演算されるように前記演算部を制御し、前記演算部で演算された前記PLCディジタル出力信号に前記シグモイド関数が適用されるように前記補間部を制御して、前記変換部をして前記補間部で補間された前記PLCディジタル出力信号をPLCアナログ出力信号に変換するように制御する制御部と、を含み、
前記シグモイド関数の出力は、目標値には比例し、補間回数には逆比例し、
前記PLCディジタル出力信号の傾きは、前記補間回数の増加に従って緩やかになることを特徴とする、PLC制御装置。
【請求項6】
前記補間部は、前記補間回数、前記目標値、及びスキャンタイムのうち、少なくとも1つを設定して前記演算部で演算された前記PLCディジタル出力信号を補間することを特徴とする、請求項に記載のPLC制御装置。
【請求項7】
前記PLCアナログ出力信号を外部機器に転送するチャンネル部と、
複数のチャンネルのうち、少なくとも1つのチャンネルを選択するユーザ入力を受信するユーザ入力部と、をさらに含み、
前記制御部は、前記チャンネル部で前記ユーザ入力に従う少なくとも1つのチャンネルを選択し、前記選択されたチャンネルでディジタル−アナログ変換及び補間が許容されるか否かを判断して、前記選択されたチャンネルで前記ディジタル−アナログ変換及び前記補間が許容される場合に限って、前記演算部、前記補間部、及び前記変換部を制御することを特徴とする、請求項5又は6に記載のPLC制御装置。
【請求項8】
前記補間部は、前記シグモイド関数が適用されたPLCディジタル出力信号のオフセットゲインを調整するために線形補正関数をさらに適用して補間することを特徴とする、請求項に記載のPLC制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、PLC出力信号を制御するための装置及び方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
産業現場の自動化設備はリレーなどを含んだ機械的な装備から構成される。機械的な装備から構成された自動化設備を変更するためには、設備の内部回路の配線を変更しなければならない困難性がある。このような困難性を克服するために汎用制御機器であるPLC(Programmable Logic Controller)を用いる。
【0003】
PLCはユーザが入力したディジタル信号をアナログ信号に変換した後、アナログ信号を外部機器に転送することによって、外部機器を制御することができる。
【0004】
図1は一般的なPLC応答特性に関するグラフである。
【0005】
図1を参照すると、PLCディジタル信号出力101は、特定時点107でその値が急激に変わる。これによって、PLCディジタル信号出力101を変換したPLCアナログ信号出力103は、特定時点107にその値が急激に変わる。
【0006】
一方、PLCアナログ信号出力103が外部機器に伝達されれば、外部機器での負荷応答105はPLCアナログ信号出力103の値が急激に変わる特定時点107に、過度応答109になることができる。外部機器は負荷の過度応答109によって誤動作したり、甚だしい場合、破損する問題点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明は、外部機器の過度な応答を防止するために外部機器に提供されるPLC出力信号を補間することができるPLC制御装置及び方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の実施形態に従うPLC制御方法は、PLCディジタル出力信号を制御する方法において、上記PLCディジタル出力信号を受信するステップ、及び上記受信されたPLCディジタル出力信号に非線形補正関数を適用して上記PLCディジタル出力信号の傾きを補間するステップを含む。
【0009】
本発明の実施形態に従うPLC制御装置は、PLCディジタル出力信号を制御する装置において、実際に出力される信号の値を演算する演算部、非線形補正関数を適用して信号を補間する補間部、ディジタル信号をアナログ信号に変換する変換部、及び上記PLCディジタル出力信号が実際に出力される値で演算されるように上記演算部を制御し、上記演算部で演算された上記PLCディジタル出力信号に上記非線形補正関数が適用されるように上記補間部を制御して、上記変換部をして上記補間部で補間された上記PLCディジタル出力信号をPLCアナログ出力信号に変換するように制御する制御部を含む。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、外部機器に提供されるPLC出力信号を補間して外部機器の過度応答を防止するPLC制御装置及び方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
図1】一般的なPLC応答特性に関するグラフである。
図2】本発明の実施形態に従うPLC制御装置の構成図である。
図3】本発明の実施形態に従うPLC出力制御装置の構成図である。
図4】本発明の実施形態に従うPLC出力制御方法を説明するための順序図である。
図5】本発明の実施形態に従う出力を説明するためのグラフである。
図6】本発明の実施形態に従うPLC応答特性を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【0013】
図2は、本発明の実施形態に従うPLC制御装置の構成図である。
【0014】
図2を参照すると、本発明の実施形態に従うPLC制御装置200は、ユーザ入力部201、制御部203、演算部205、補間部207、変換部209、及びチャンネル部211を含む。
【0015】
ユーザ入力部201は、アナログ出力チャンネルを選択するユーザ入力を受信する。
【0016】
チャンネルは、PLC出力信号を外部機器10に転送する通路を意味する。ユーザはユーザ入力部201を用いて複数のチャンネルのうち、少なくとも1つのチャンネルを転送通路に設定することができる。
【0017】
制御部203は、ユーザが選択したチャンネルを介して外部機器10に出力する信号を制御する。
【0018】
制御部203は、ユーザ入力部201が受信したユーザ入力に従って少なくとも1つのチャンネルを選択することができる。例えば、制御部203は複数のチャンネルのうち、少なくとも1つのチャンネルを選択する信号を後述するチャンネル部211に送信することができる。
【0019】
この際、制御部203は選択されたチャンネルに既に設定された値が存在する場合、該当既に設定された値を初期化することもできる。例えば、制御部203は選択されたチャンネルの初期化命令信号をチャンネル部211に送信することができる。
【0020】
また、制御部203は選択されたチャンネルのディジタル−アナログ変換を許容するか否かを確認することができる。例えば、制御部203はチャンネル部211に選択されたチャンネルのディジタル−アナログ変換を許容するか否かを問い合わせることができる。
【0021】
選択されたチャンネルでディジタル−アナログ変換が禁止された場合、制御部203はデータを初期化した後、PLC出力信号制御を終了することができる。例えば、制御部203はチャンネル部211から選択されたチャンネルのディジタル−アナログ変換禁止信号を受信した場合、PLC出力信号制御を終了することができる。この際、初期化されるデータはPLC出力信号制御のために入力されるか、既に設定されたデータを意味することができ、これに限定されるものではない。
【0022】
一方、選択されたチャンネルでディジタル−アナログ変換が許容された場合、制御部203はPLC出力信号制御を進行することができる。例えば、制御部203はチャンネル部211から選択されたチャンネルのディジタル−アナログ変換許容の信号を受信した場合、PLC出力信号制御を続けることができる。制御部203はPLC出力信号制御のためにPLCディジタル出力信号を後述する演算部205に伝達することができる。
【0023】
演算部205はPLCディジタル出力信号の値を演算する。PLCディジタル出力信号はPLC制御装置200が外部機器10に実際に伝達するディジタル出力信号を意味することができる。
【0024】
演算部205は、アナログ分解能によってPLCディジタル出力信号の値を演算することができる。
【0025】
例えば、演算部205はアナログ分解能が12ビットの場合、PLCディジタル出力信号の値を0〜4000の範囲で演算し、アナログ分解能が14がビットの場合、PLCディジタル出力信号の値を0〜16000の範囲で演算することができる。
【0026】
この際、PLCディジタル出力信号の範囲はディジタル出力信号とアナログ出力信号との類似度を意味することができる。例えば、PLCディジタル出力信号値の範囲が広いほど、ディジタル出力とアナログ出力との類似度が高まることができる。
【0027】
補間部207は演算部205で演算されたPLCディジタル出力信号を補間(interpolation)する。補間部207の補間結果、グラフの上に表れたPLCディジタル出力信号のエッジがS型の曲線形態に変わることができる。
【0028】
補間部207は選択されたチャンネルの補間を許容するか否かを確認することができる。例えば、補間部207はチャンネル部211に選択されたチャンネルの補間を許容するか否かを問い合わせることができる。
【0029】
選択されたチャンネルで補間が許容された場合、補間部207は演算されたPLCディジタル出力信号は補間することができる。例えば、補間部207はチャンネル部211から選択されたチャンネルの補間許容の信号を受信した場合、PLCディジタル出力信号を補間することができる。
【0030】
補間部207は、シグモイド関数(Sigmoid function)を用いてディジタル出力信号を補間することができる。また、補間部207は線形補正関数を用いてシグモイド関数で補間されたPLCディジタル出力信号のオフセットゲインを別途に調整することもできる。
【0031】
また、補間部207は予め設定された補間回数、目標値、及びスキャンタイムのうち、少なくとも1つによってPLCディジタル出力信号を補間することができる。例えば、補間回数はユーザ入力によって設定されることができ、補間回数が多いほどPLCディジタル出力信号がより緩やかに補間できる。
【0032】
変換部209は、補間されたPLCディジタル出力信号をPLCアナログ出力信号に変換する。
【0033】
変換部209は補間部207で補間されたPLCディジタル出力信号をPLCアナログ出力信号に変換するため、エッジがS型の曲線形態に変化されたPLCアナログ出力信号を出力することができる。変換部209で変換されたPLCアナログ出力信号は増幅されてチャンネル部211に伝達できる。
【0034】
チャンネル部211は、変換部209から転送されたPLCアナログ出力信号を外部機器10に伝達する。
【0035】
したがって、PLC制御装置200は外部機器10にS型補間が完了したPLCアナログ出力信号を転送することができる。
【0036】
図3は、本発明の実施形態に従うPLC出力制御装置の構成図である。
【0037】
図3を参照すると、PLC出力制御装置は、MPU(Micro Processor Unit)301、及びアナログ出力回路303を含むことができる。図3に図示されたPLC出力制御装置は、図2を参照して説明したPLC制御装置の一実施形態でありうる。この際、図3に図示されたPLC出力制御装置はPLCの一部であることもあり、PLCと別個の装置であることもあり、これに限定されるものではない。
【0038】
MPU301は、ディジタル信号を生成してアナログ出力回路303に伝達することができる。
【0039】
アナログ出力回路303は、補間部305、フォトカプラ(photo coupler)307、DAコンバータ309、増幅部311、313、及びチャンネル319を含む。アナログ出力回路303はMPU301から伝達を受けたディジタル信号をアナログ信号に変換し、各々電圧及び電流に増幅した後、チャンネル319を介してアナログ電圧及びアナログ電流を出力する。PLCは外部機器にアナログ電圧及びアナログ電流を転送することによって、外部機器の動作を制御することができる。
【0040】
補間部305は伝えられたディジタル信号を補間することができる。ディジタル信号は急激な傾きを有するステップ関数(step function)形態に出力される。即ち、特定時点でその値が0から目標値に、または目標値から0に急変する形態が一般的なディジタル信号の波形である。補間部305は予め定まった時間範囲内でディジタル出力が0から目標値に、または目標値から0に徐々に変わることができるように補間して、ディジタル信号の傾きを緩やかにすることができる。
【0041】
フォトカプラ307は、MPU301とアナログ出力回路303とを電気的に絶縁することができる。したがって、MPU301から生成されたディジタル信号はフォトカプラ307を通じて絶縁された状態でDAコンバータ309に伝達できる。
【0042】
DAコンバータ309は傾きが緩やかに補間されたディジタル信号をアナログ信号に変換することができる。
【0043】
増幅部311、313は、DAコンバータ309から出力されたアナログ信号のサイズを外部機器を駆動できる程度のサイズに増幅する。増幅部311、313は、電圧増幅器及び電流増幅器を含むことができる。電圧増幅部311はアナログ電圧信号を増幅するOP−AMPを含むことができる。電流増幅部313はアナログ電流信号を増幅するOP−AMPを含むことができる。
【0044】
1つのチャンネル319を介して外部機器駆動用アナログ電圧信号315及び外部機器駆動用アナログ電流信号317が出力される。ユーザは外部機器によってアナログ出力チャンネル319を設定することができる。ユーザが第1チャンネルCH1を設定すれば、第1チャンネルCH1がアナログ信号変換を許容した場合に限って、アナログ出力回路303がディジタル信号をアナログ信号に変換することができる。
【0045】
図4は、本発明の実施形態に従うPLC出力制御方法を説明するための順序図である。
【0046】
図4を参照すると、ユーザ選択によってPLCディジタル出力を外部機器駆動のためのPLCアナログ出力に変換するためのチャンネル319が設定できる。MPU301は、ユーザが設定したチャンネル319を含むアナログ出力回路303を選択する(S401)。MPU301は、選択されたアナログ出力回路303に新しい値を入力するために既設定された値を初期化することができる。
【0047】
MPU301は、選択されたチャンネル319が含まれたアナログ出力回路303でディジタル−アナログ変換が許容されるか否かを判断することができる(S403)。アナログ出力回路303でディジタル−アナログ変換が許容されない場合、MPU301はアナログ出力回路303の既設定されたデータを初期化し、ディジタル−アナログ変換過程を終了することができる(S405)。
【0048】
アナログ出力回路303で、ディジタル−アナログ変換が許容される場合、アナログ出力回路303はDAコンバータ309がディジタル−アナログ変換を遂行する時に必要とするレジスタ設定値を算出することができる(S407)。
【0049】
次に、アナログ出力回路303は実際に出力するディジタル出力値を演算することができる(S409)。アナログ出力回路303は、アナログ分解能が12ビットの場合にはディジタル出力値を0〜4000の範囲で演算し、アナログ分解能が14ビットの場合にはディジタル出力値を0〜16000の範囲で演算する。
【0050】
次に、アナログ出力回路303は選択されたチャンネル319がディジタル出力補間を許容するか否かを判断することができる(S411)。チャンネル319が補間を許容しない場合、ディジタル出力はフォトカプラ307を通じてDAコンバータ309に伝えられる(S415)。
【0051】
チャンネル319が補間を許容する場合、ディジタル出力は補間部305に伝えられて、補間部305はディジタル出力を補間演算する(S413)。補間部305は非線形補間演算及び線形補間演算を実行することによって、PLCディジタル出力をS形態に補間することができる。S型補間はステップ関数形態の急激な傾きを有する出力をS形態の緩やかな傾きを有する出力に補間することを意味する。非線形補間演算を遂行するためにシグモイド関数(Sigmoid function)が用いられ、線形補間演算を遂行するために線形補正関数が用いられる。線形補正関数はシグモイド関数で具現できないオフセットゲイン調整のために用いられる。
【0052】
例えば、シグモイド応用関数は数式1の通りである。
【0053】
【数1】
【0054】
数式1はシグモイド関数の係数を変形したシグモイド応用関数である。
【0055】
補間回数(α)はシグモイド応用関数をグラフの上で表す時、直線を用いて曲線に近いグラフを描くために、直線を描く回数を意味する。補間回数(α)が大きいほど、曲線により近いディジタル出力を算出することができる。
【0056】
目標値(β)は最終ディジタル出力値を意味する。補間回数(α)及び目標値(β)はユーザが使用目的によって設定することができる。
【0057】
スキャンタイム(t)は0から目標値まで至ることにかかる時間を意味する。
【0058】
P1(t)は非線形補間演算が実行されたディジタル出力を意味する。数式1を見ると、P1(t)はスキャンタイム(t)が無限帯に増加しても目標値(β)を出力できなくて収束する特性を有する。したがって、補間部305は目標値(β)を出力するために線形補正関数を利用しなければならない。
【0059】
例えば、線形補正関数は数式2の通りである。
【0060】
【数2】
【0061】
P2(t)は非線形補間演算が実行されたディジタル出力P1(t)を線形補間演算したディジタル出力を意味する。数式2はオフセットゲイン調整のための式であるので1次方程式形態に表現され、ユーザが予めしきい値を設定することができる。P1(t)を数式2に代入して計算した結果、しきい値以下では初期値であるオフセット値を、しきい値以上では目標値(β)を出力することができる。線形補間演算の結果、P2(t)はスキャンタイム(t)が経過すれば、目標値(β)を出力することができる。
【0062】
次に、補間演算が実行された最終ディジタル出力または補間演算が実行されないディジタル出力がフォトカプラ307を通じてDAコンバータ309に伝えられる(S415)。
【0063】
DAコンバータ309は伝達を受けたディジタル出力信号をアナログ出力信号に変換する(S417)。
【0064】
電圧増幅部311は変換されたアナログ出力電圧を外部機器を駆動することに適合したサイズの電圧に増幅し、電流増幅部313は変換されたアナログ出力電流を外部機器を駆動することに適合したサイズの電流に増幅する(S419)。
【0065】
次に、アナログ出力回路303がチャンネル319を介してアナログ出力電圧または電流を出力した結果、PLCはチャンネルに連結された外部機器を制御することができる(S421)。
【0066】
図5は、本発明の実施形態に従う出力を説明するためのグラフである。
【0067】
図5を参照すると、アナログ出力P(t)は補間演算が実行されたディジタル出力信号をアナログ信号に変換したものである。図5の直線グラフは補間演算が実行されたディジタル出力信号を意味し、曲線グラフはアナログ出力信号を意味する。アナログ出力信号の最終値はβであり、tはアナログ出力信号の出力値が0から目的値まで至ることにかかるスキャンタイムである。例えば、補間回数(α)が4の場合、アナログ出力P(t)はt/4地点でβ/8であり、t/2地点でβ/2、3t/4地点で7β/8、t地点でβである。即ち、スキャンタイムを4等分すれば、アナログ出力P(t)のグラフ形態はスキャンタイムの1番目、4番目の区間ではより緩やかな傾きを有して変化し、スキャンタイムの2番目、3番目の区間ではより急激な傾きを有して変化するS形態である。このように、S型補間が完了したアナログ出力信号を外部機器に印加した時、以後の図6のような効果が表れる。
【0068】
図6は、本発明の実施形態に従うPLC応答特性を説明するための図である。
【0069】
図6を参照すると、MPU301から伝えられたディジタル出力601はステップ関数形態であって、出力変化時点609でその値が0から16000になるが、補間部305を通じて補間されたディジタル出力603はS形態であって、出力変化時点609から傾きが変わりながらその値が初期値である0または目標値である16000に至る。また、補間されたディジタル出力603を変換したアナログ電流出力605やはりS形態であって、出力変化時点609から傾きが変わりながらその値が徐々に初期値0または目標値20mAに変化する。
【0070】
結果的に、アナログ出力605の伝達を受ける負荷はS形態の応答を出力することができる。本発明に従うアナログ出力回路303は外部機器が図面符号611のような過度応答でない、緩やかな形態の応答を出力できるように制御できるため、より安定性のある制御機器を提供することができる。また、本発明に従うアナログ出力回路303は外部機器に入力される電圧や電流のサイズを徐々に変化させて、外部機器の誤動作または破損を予防することができる。
【0071】
以上の説明は、本発明の技術思想を例示的に説明したものに過ぎないものであって、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲で多様な修正及び変形が可能である。
【0072】
したがって、本発明に開示された実施形態は、本発明の技術思想を限定するためのものでなく、説明するためのものであり、このような実施形態によって本発明の技術思想の範囲が限定されるものではない。
【符号の説明】
【0073】
301 MPU
303 アナログ出力回路
305 補間部
307 フォトカプラ
309 DAコンバータ
311 電圧増幅部
313 電流増幅部
315 アナログ電圧信号
317 アナログ電流信号
319 チャンネル
図1
図2
図3
図4
図5
図6