CPU单元、目标单元及PLC系统的制作方法

本发明涉及经由系统总线进行通信的CPU单元、目标单元及PLC系统。

背景技术：

所谓组合型PLC(Programmable Logic Controller)，是指基于被控制仪器的控制规模及控制内容，将CPU(Central Processing Unit)单元及多个目标单元组合而构建的PLC。在该结构中，CPU单元与经由系统总线连接的一个或多个目标单元进行通信。

另外，在使用了被用在生产设备及生产装置内的PLC的系统中，有时希望新扩展出功能。此外，下面，将希望新扩展出的功能部称为扩展功能部。另外，作为希望新扩展出的功能，具有高速串行通信功能及在单元间使动作定时一致的单元间同步功能。

在这里，能够想到重新构建为具备扩展功能部的新的系统的方法。但是，在该方法中，必须将当前利用的生产设备及生产装置内的PLC的所有单元全部替换，存在耗费系统更新的费用及工作量的问题。

另一方面，还具有将扩展功能部新追加至系统、或者将系统的构成要素更换为扩展功能部的方法。在该方法的情况下，与上述的重新构建系统的方法相比较，具有系统更新的费用及工作量得到抑制的优点，但需要为了利用扩展功能部而预留信号线。

在这里，能够想到下述结构，即，在系统总线存在空闲的信号线的情况下，能够将空闲的信号线分配给扩展功能部，但在没有空闲的信号线的情况下，将分配给其他构成要素的信号线与扩展功能部共用。

在专利文献1公开了下述结构，即，将扩展功能部向系统追加，将分配给其他构成要素的信号线与扩展功能部共用。具体地说，在专利文献1公开了下述结构，即，在具有输入输出总线接口的CPU模块搭载作为扩展功能部的高速串行总线接口，将高速串行总线接口连接于与输入输出总线接口相同的输入输出总线，对输入输出总线进行共享。

另外，在专利文献1还公开了下述结构，即，高速串行总线接口与的输入输出模块利用输入输出总线进行串行通信，另外，输入输出总线接口与通常的输入输出模块利用输入输出总线进行并行通信。

专利文献1：日本特开2006－133924号公报

技术实现要素：

此外，在专利文献1中记载了下述内容，即，即使是CPU单元、并行通信用目标单元和串行通信用目标单元连接在同一总线上的结构，在并行通信和串行通信中，由于总线周期频率不同，因此并行通信用信号不会输入至串行通信用目标单元，另外，串行通信用信号不会输入至并行通信用目标单元。

但是，使用了PLC的系统是被装入至生产设备及生产装置，在各种环境下使用的，因此能够想到在单元间发送和接收的信号由于外部环境的影响而变化。此外，外部环境的影响是指施加于系统的振动及电磁噪声的影响。

即，在扩展功能部与其他构成要素共用同一信号线的结构中，信号有可能会由于外部环境的影响信号而变化，由扩展功能部接收其他构成要素的信号，或者由其他构成要素接收扩展功能部的信号，从而产生信号的混淆。另外，如果信号混淆，产生误动作，则在构成PLC的单元间，通信未能得以建立，无法执行所扩展的功能。

本发明就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于提供一种CPU单元，该CPU单元在扩展功能部与其他构成要素共用同一信号线的结构中，即使信号由于外部环境的影响而变化，也能够使扩展功能部及其他构成要素进行通信而不会将信号混淆。

为了解决上述的课题、实现目的，本发明的CPU单元经由系统总线与目标单元连接，该CPU单元的特征在于，CPU单元具备：第1系统总线输入输出电路部，其进行信号的输入输出；扩展功能控制电路部，其与目标单元所具备的扩展功能电路部进行通信；以及第1切换部，其以使第1系统总线输入输出电路部或者扩展功能控制电路部与系统总线所包含的第1信号线连接的方式进行切换，在扩展功能控制电路部与目标单元所具备的扩展功能电路部之间进行通信的情况下，扩展功能控制电路部使第1切换部将扩展功能控制电路部和第1信号线连接。

发明的效果

本发明所涉及的CPU单元在扩展功能部与其他构成要素共用同一信号线的结构中，即使信号由于外部环境的影响而变化，也能够使扩展功能部及其他构成要素进行通信而不会将信号混淆。

附图说明

图1是实施方式所涉及的PLC系统的结构图。

图2是PLC系统的扩展功能的设定有效的情况下的结构图。

图3是PLC系统的扩展功能的设定无效的情况下的结构图。

图4是用于针对切换部的切换顺序进行说明的图。

图5是表示CPU单元和扩展功能的设定为有效的扩展功能适配目标单元进行通信时的系统总线输入输出电路部的信号波形、扩展功能控制电路部及扩展功能电路部的信号波形的图。

图6是用于针对PLC系统的动作进行说明的流程图。

具体实施方式

下面，基于附图对本发明的实施方式所涉及的CPU(Central Processing Unit)单元、目标单元及PLC(Programmable Logic Controller)系统详细地进行说明。此外，本发明并不限定于本实施方式。

实施方式

图1是表示本发明的实施方式所涉及的CPU单元2、目标单元3经由系统总线B连接的PLC系统1的图。此外，在图1中，3台目标单元与系统总线B连接，但并不限定于3台。另外，详细内容将在后面记述，目标单元3具有与扩展功能相适配的扩展功能适配目标单元3a、和不与扩展功能相适配的扩展功能非适配目标单元3b。

对CPU单元2的结构进行说明。CPU单元2经由系统总线B与目标单元3连接，具备：作为第1系统总线输入输出电路部的系统总线输入输出电路部11，其进行信号的输入输出；扩展功能控制电路部12，其与扩展功能电路部进行通信；以及作为第1切换部的切换部13，其对系统总线输入输出电路部11和扩展功能控制电路部12进行切换。

系统总线B由多根信号线构成。多根信号线包含有信号线B1。信号线B1被用于在CPU单元2和目标单元3之间进行的通信，对诸如输出允许信号及输入允许信号这样的表示通信的执行状态的信号进行传送。

扩展功能控制电路部12与目标单元3所具备的扩展功能电路部进行通信。

具体地说，在扩展功能控制电路部12与目标单元3所具备的扩展功能电路部之间进行通信的情况下，扩展功能控制电路部12使切换部13将扩展功能控制电路部12和信号线B1连接。

另外，在扩展功能控制电路部12与信号线B1连接的情况下，扩展功能控制电路部12向不具备扩展功能电路部的目标单元3发送使信号线B1的输入输出无效的输入输出无效信号。

另外，在扩展功能控制电路部12不与目标单元3所具备的扩展功能电路部进行通信的情况下，扩展功能控制电路部12使切换部13将系统总线输入输出电路部11和信号线B1连接。

切换部13以使系统总线输入输出电路部11或者扩展功能控制电路部12与信号线B1连接的方式进行切换。

由此，CPU单元2在扩展功能控制电路部12与系统总线输入输出电路部11共用同一信号线B1的结构中，基于与目标单元3所具备的扩展功能电路部之间是否进行通信，使系统总线输入输出电路部11或者扩展功能控制电路部12中的任意者与信号线B1连接，因此即使信号由于外部环境的影响而变化，系统总线输入输出电路部11及扩展功能控制电路部12也能够进行通信而不会将信号混淆。

另外，CPU单元2在使扩展功能控制电路部12与信号线B1连接，利用扩展功能的情况下，向不具备扩展功能电路部的目标单元3发送输入输出无效信号，因此即使信号由于外部环境的影响而变化，也不会对系统总线输入输出电路部11造成影响。

下面，对目标单元3的结构进行说明。目标单元3具体地说是信号输入单元、信号输出单元及定位单元，如果具备后面记述的系统总线输入输出电路部21、扩展功能电路部22及切换部23，则可以是任意的目标单元。另外，目标单元3具有与扩展功能相适配的扩展功能适配目标单元3a、和不与扩展功能相适配的扩展功能非适配目标单元3b。

扩展功能适配目标单元3a具备：作为第2系统总线输入输出电路部的系统总线输入输出电路部21，其进行信号的输入输出；扩展功能电路部22，其执行所扩展的功能；以及作为第2切换部的切换部23，其对系统总线输入输出电路部21和扩展功能电路部22进行切换。

切换部23以使系统总线输入输出电路部21或者扩展功能电路部22与信号线B1连接的方式进行切换。

扩展功能非适配目标单元3b具备进行信号的输入输出的系统总线输入输出电路部31。另外，扩展功能非适配目标单元3b在CPU单元2、扩展功能适配目标单元3a与信号线B1连接而进行通信的情况下，从CPU单元2的扩展功能控制电路部12接收输入输出无效信号。

在这里，使用图2及图3对扩展功能控制电路部12的动作进行说明。图2是扩展功能的设定有效的情况下的结构图。图3是扩展功能的设定无效的情况下的结构图。

扩展功能控制电路部12在PLC系统1启动的定时，开始读取与系统总线B连接的目标单元3的机种信息。然后，扩展功能控制电路部12对与系统总线B连接的全部的目标单元3进行识别，将目标单元3区分为扩展功能的设定为有效的扩展功能适配目标单元3a、扩展功能的设定为无效的扩展功能适配目标单元3a及扩展功能非适配目标单元3b。

在扩展功能控制电路部12与扩展功能的设定为有效的扩展功能适配目标单元3a之间进行通信的情况下，扩展功能控制电路部12如图2所示，使切换部13将扩展功能控制电路部12和信号线B1连接。另外，扩展功能控制电路部12使切换部23将扩展功能适配目标单元3a的扩展功能电路部22和信号线B1连接。另外，扩展功能控制电路部12向扩展功能非适配目标单元3b发送使信号线B1的输入输出无效的输入输出无效信号。

由此，PLC系统1在系统总线输入输出电路部11、系统总线输入输出电路部21及系统总线输入输出电路部31，与新追加的扩展功能控制电路部12及扩展功能电路部22共用同一信号线B1的结构中，即使信号由于外部环境的影响而变化，也能够在扩展功能控制电路部12及扩展功能电路部22之间进行通信而不会将信号混淆。PLC系统1在对功能进行扩展之后也能够确保与对功能进行扩展之前相同的可靠性，能够进行稳定的动作。

另外，在与扩展功能的设定为无效的扩展功能适配目标单元3a及扩展功能非适配目标单元3b之间进行通信的情况下，扩展功能控制电路部12如图3所示，使切换部13将系统总线输入输出电路部11和信号线B1连接。另外，扩展功能控制电路部12使切换部23将扩展功能适配目标单元3a的系统总线输入输出电路部21和信号线B1连接。另外，扩展功能控制电路部12向扩展功能非适配目标单元3b发送将信号线B1的输入输出的无效解除的解除信号。此外，在通过切换部13将系统总线输入输出电路部11和信号线B1连接的情况下，扩展功能控制电路部12利用与系统总线输入输出电路部11之间的总线，经由系统总线输入输出电路部11对信号线B1进行监视。另外，在利用扩展功能的情况下，扩展功能控制电路部12控制切换部13以使得自身与信号线B1连接，且控制切换部23以使得扩展功能电路部22与信号线B1连接。

由此，PLC系统1在系统总线输入输出电路部11、系统总线输入输出电路部21及系统总线输入输出电路部31，与新追加的扩展功能控制电路部12及扩展功能电路部22共用同一信号线B1的结构中，即使信号由于外部环境的影响而变化，也能够在系统总线输入输出电路部11、系统总线输入输出电路部21及系统总线输入输出电路部31之间进行通信而不会将信号混淆。PLC系统1在对功能进行扩展之后也能够确保与对功能进行扩展之前相同的可靠性，能够进行稳定的动作。

另外，扩展功能控制电路部12对CPU单元2和扩展功能适配目标单元3a之间的通信进行监视。扩展功能控制电路部12在开始CPU单元2和扩展功能的设定为有效的扩展功能适配目标单元3a之间的通信的情况下，在确认到通信开始、信号线B1变化为有效的状态后，使切换部13将CPU单元2的扩展功能控制电路部12和信号线B1连接，且使切换部23将扩展功能适配目标单元3a的扩展功能电路部22和信号线B1连接。

下面，使用图4对切换部13的具体的切换顺序进行说明。切换部13具备：接地端子13a，其一端与接地端连接而接地，另一端与系统总线输入输出电路部11连接或者不与系统总线输入输出电路部11连接；以及切换端子13b，其一端与信号线B1连接，另一端与系统总线输入输出电路部11或者扩展功能控制电路部12连接。

切换部13在从如图4(a)所示，通过切换端子13b将系统总线输入输出电路部11和信号线B1连接，接地端子13a不与系统总线输入输出电路部11连接的状态起，将扩展功能控制电路部12和信号线B1连接的情况下，如图4(b)所示，在维持系统总线输入输出电路部11和信号线B1的连接状态的状态下，将接地端子13a切换为系统总线输入输出电路部11与接地端连接。接下来，切换部13如图4(c)所示，将切换端子13b切换为扩展功能控制电路部12和信号线B1连接。

由此，切换部13在将扩展功能控制电路部12和信号线B 1连接的情况下，是以不将系统总线输入输出电路部11设为开路状态的方式进行切换的。此外，切换部23的切换顺序也与上述的切换部13相同。

另外，扩展功能控制电路部12在CPU单元2和扩展功能的设定为有效的扩展功能适配目标单元3a之间的通信结束的情况下，在确认到通信结束之后，使切换部13将CPU单元2的系统总线输入输出电路部11和信号线B1连接。

具体地说，切换部13在从如图4(c)所示，通过切换端子13b将扩展功能控制电路部12和信号线B1连接，接地端子13a与系统总线输入输出电路部11连接的状态起，将系统总线输入输出电路部11和信号线B1连接的情况下，如图4(b)所示，在维持接地端和系统总线输入输出电路部11的连接状态的状态下，将切换端子13b切换为系统总线输入输出电路部11和信号线B1连接。接下来，切换部13如图4(a)所示，将接地端子13a和系统总线输入输出电路部11切换为非连接状态。

由此，切换部13在将系统总线输入输出电路部11和信号线B1连接的情况下，以能够维持系统总线输入输出电路部11的信号状态的方式进行切换。此外，切换部23的切换顺序也与上述的切换部13相同。

图5(a)是表示CPU单元2和扩展功能的设定为有效的扩展功能适配目标单元3a进行通信时的系统总线输入输出电路部11及系统总线输入输出电路部21的信号波形的图。图5(a)中的T1表示CPU单元2及扩展功能的设定为有效的扩展功能适配目标单元3a的通信期间。图5(a)中的T2表示将从系统总线输入输出电路部11切换为扩展功能控制电路部12的切换部13的动作期间、和从系统总线输入输出电路部21切换为扩展功能电路部22的切换部23的动作期间合计后的期间。图5(a)中的T3表示将从扩展功能控制电路部12切换为系统总线输入输出电路部11的切换部13的动作期间、和从扩展功能电路部22切换为系统总线输入输出电路部21的切换部23的动作期间合计后的期间。

图5(b)是表示扩展功能控制电路部12及扩展功能电路部22的信号波形的图。图5(b)中的T4表示扩展功能的有效期间。扩展功能的有效期间是从经过T2后至开始T3之前的期间。

由此，在共用同一信号线B1的结构中，PLC系统1能够兼顾系统总线输入输出电路部11、系统总线输入输出电路部21及系统总线输入输出电路部31之间的通信、和新追加的扩展功能控制电路部12及扩展功能电路部22之间的通信，而不会将信号混淆。

下面，使用图6所示的流程图对PLC系统1的具体的动作进行说明。

在步骤S1中，将PLC系统1启动。

在步骤S2中，扩展功能控制电路部12通过总线访问，开始读取与系统总线B连接的全部的目标单元3的机种信息。

在步骤S3中，扩展功能控制电路部12基于通过步骤S2的工序而读取的机种信息，进行各目标单元3是与扩展功能相适配、还是不相适配的判别。即，扩展功能控制电路部12进行目标单元3是扩展功能适配目标单元3a、还是扩展功能非适配目标单元3b的判别。

在步骤S4中，扩展功能控制电路部12基于通过步骤S2的工序而读取的机种信息，对由用户设定的扩展功能设定参数进行检查。假设在由用户将PLC系统1启动之前，扩展功能适配目标单元3a已进行了基于扩展功能的有效或者无效而实施的扩展功能设定参数的设定。

在步骤S5中，扩展功能控制电路部12根据通过步骤S4的工序进行检查的结果，判断扩展功能的设定是否有效。在扩展功能的设定有效的情况下(Yes)，进入步骤S6，在扩展功能的设定并非是有效的情况下(No)、即扩展功能的设定无效的情况下，进入步骤S11。

在步骤S6中，扩展功能控制电路部12根据通过步骤S3的工序进行判别的结果，判断目标单元3是否为扩展功能适配目标单元3a。在是扩展功能适配目标单元3a的情况下(Yes)，进入步骤S7，在不是扩展功能适配目标单元3a的情况下(No)、即是扩展功能非适配目标单元3b的情况下，进入步骤S10。

在步骤S7中，扩展功能控制电路部12向扩展功能的设定为有效的扩展功能适配目标单元3a发送参数的有效信息。

在步骤S8中，扩展功能控制电路部12使切换部13将扩展功能控制电路部12和信号线B1连接。

在步骤S9中，扩展功能控制电路部12经由信号线B1发送信号。

在步骤S10中，扩展功能控制电路部12向扩展功能非适配目标单元3b，发送使信号线B1的输入输出无效的输入输出无效信号。

在步骤S11中，扩展功能控制电路部12使切换部13将系统总线输入输出电路部11和信号线B1连接，使切换部23将扩展功能的设定为无效的扩展功能适配目标单元3a的系统总线输入输出电路部21和信号线B1连接，使扩展功能的设定无效。

由此，在系统总线输入输出电路部11、扩展功能控制电路部12、系统总线输入输出电路部21、扩展功能电路部22及系统总线输入输出电路部31共用同一信号线B1的结构中，PLC系统1在扩展功能的设定有效的情况下，能够利用信号线B1在扩展功能控制电路部12和扩展功能电路部22之间进行利用扩展功能而实施的通信。

另外，在系统总线输入输出电路部11、扩展功能控制电路部12、系统总线输入输出电路部21、扩展功能电路部22及系统总线输入输出电路部31共用同一信号线B1的结构中，PLC系统1在扩展功能的设定有效的情况下，向扩展功能非适配目标单元3b发送使信号线B1的输入输出无效的输入输出无效信号，因此即使信号由于外部环境的影响而变化，也不会对系统总线输入输出电路部31造成影响。

另外，在系统总线输入输出电路部11、扩展功能控制电路部12、系统总线输入输出电路部21、扩展功能电路部22及系统总线输入输出电路部31共用同一信号线B1的结构中，PLC系统1在扩展功能的设定无效的情况下，能够利用信号线B1在系统总线输入输出电路部11、系统总线输入输出电路部21及系统总线输入输出电路部31之间进行通信。

并且，PLC系统1在功能的扩展时，即使在构成系统总线的信号线没有空闲的情况下，也能够仅追加对功能的扩展产生影响的那部分单元，而并非是将用在生产设备及生产装置内的各单元全部替换而重新构建系统，能够实现用于更新系统的费用及工时的削减。

以上的实施方式所示的结构表示本发明的内容的一个例子，也能够与其他公知技术进行组合，在不脱离本发明的主旨的范围内，也能够将一部分结构省略、变更。

标号的说明

1 PLC系统，2 CPU单元，3目标单元，3a扩展功能适配目标单元，3b扩展功能非适配目标单元，11、21、31系统总线输入输出电路部，12扩展功能控制电路部，13、23切换部，22扩展功能电路部。