(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御用モジュールあるいは外部の入出力機器と通信を行うためのＩ／Ｏモジュールと、前記モジュールを脱着自在に支持するマウントベースとを備えたプロセス制御コントローラにおいて、
前記マウントベースは、長さが同一の電源用接点とグランド用接点とを少なくとも備えた第１の電源コネクタを有し、
前記モジュールは、マウントベースへの装着時に第１の電源コネクタと嵌合する、長さが同一の電源用接点とグランド用接点とを少なくとも備えた第２の電源コネクタを前記マウントベースに対向する背面に有すると共に、通信ケーブルの配線時にケーブル側の第１の通信コネクタと嵌合する、長さが同一の通信用接点とグランド用接点とを少なくとも備えた第２の通信コネクタを前面に有することを特徴とするプロセス制御コントローラ。
【請求項２】
請求項１記載のプロセス制御コントローラにおいて、
前記モジュールを脱着自在に支持し、外部ケーブルをつなぐための接続手段と前記第１の電源コネクタとを備えたターミナルケースを前記マウントベース上に設けたことを特徴とするプロセス制御コントローラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プロセス制御コントローラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、プロセス制御の分野においては、アナログ又はディジタルの各種入出力を通じてプロセス現場との通信を行い、制御対象プロセスに対する調節、シーケンス等の制御演算を実行するプロセス制御コントローラが用いられている。このようなデータ収集及びプロセス制御を行うプロセス制御コントローラは、図７に示すような構成となっている。
【０００３】
図７において、５１−１は制御コントローラ本体である制御用モジュール、５１−２，５１−３はプロセス現場に設置される図示しない入出力機器（センサ、圧力計、流量計、スイッチ、表示器、バルブ又はポンプ等）とのインタフェース処理を行うＩ／Ｏモジュール、５２は制御用モジュール５１−１及びＩ／Ｏモジュール５１−２，５１−３を搭載するマウントベース、５３−１，５３−２，５３−３はマウントベース５２に設けられたコネクタ、５４−１，５４−２，５４−３はモジュール５１−１，５１−２，５１−３のコネクタ、５５−１，５５−２，５５−３は２４Ｖの電源電圧を５Ｖに変換するＤＣ／ＤＣコンバータ、５６−１，５６−２，５６−３，５７−１，５７−２，５７−３はコンデンサ、５８−１，５８−２，５８−３は通信ドライバ、５９−１，５９−２，５９−３は電源ピン、６０−１，６０−２，６０−３は通信ピン、６１−１，６１−２，６１−３はＧＮＤピンである。
【０００４】
図７のプロセス制御コントローラにおいて、コネクタ５４−１，５４−２，５４−３の電源ピン５９−１，５９−２，５９−３、通信ピン６０−１，６０−２，６０−３、ＧＮＤピン６１−１，６１−２，６１−３の長さが全て同一であるとすると、モジュール５１−１，５１−２，５１−３をマウントベース５２に装着する際に、どのピンがマウントベース側のコネクタ５３−１，５３−２，５３−３のソケットと先に嵌合するかが不定となる。
【０００５】
ここで、制御用モジュール５１−１及びＩ／Ｏモジュール５１−２がマウントベース５２に装着されている状態で、Ｉ／Ｏモジュール５１−３をマウントベース５２に装着する場合、最初に電源ピン５９−３がコネクタ５３−３の電源ソケットと嵌合して、マウントベース５２から２４Ｖの電源電圧が供給されると、通信ピン６０−３、ＧＮＤピン６１−３もその瞬間２４Ｖとなる。その理由は、Ｉ／Ｏモジュール５１−３の非通電時、コンデンサ５６−３，５７−３が放電状態で、通信ドライバ５８−３の出力がハイインピーダンス状態であるため、電源ピン５９−３、通信ピン６０−３及びＧＮＤピン６１−３の電位が全て同電位となっているからである。
【０００６】
したがって、通信ピン６０−３がＧＮＤピン６１−３よりも先にコネクタ５３−３の通信ソケットと嵌合すると（すなわち、電源ピン５９−３と通信ピン６０−３が相手方のソケットと嵌合状態のときに、ＧＮＤピン６１−３が相手方のソケットと嵌合していない状態）、マウントベース５２の通信ラインに２４Ｖが印加されることになる。
このとき、制御用モジュール５１−１とＩ／Ｏモジュール５１−２が通信していると、この通信を乱すことになり、モジュール５１−１，５１−２の通信ドライバ５８−１，５８−２を破壊する可能性もある。
【０００７】
つまり、コネクタの各ピンの長さを同一にすると、コントローラの電源を入れたままの状態でのモジュールの挿抜、いわゆる活線挿抜を行うことができない。そこで、活線挿抜を可能にする技術として、例えば特開平５−３２４５４９号公報に開示された方法が知られている。特開平５−３２４５４９号公報に開示された方法は、コネクタの各ピンの接続の順番を考慮してピンの長さを変えるようにしたものである。
このような方法を利用して活線挿抜を実現すべく、図７に示したプロセス制御コントローラでは、コネクタ５４−１，５４−２，５４−３のＧＮＤピン６１−１，６１−２，６１−３を長くすることにより、モジュール５１−１，５１−２，５１−３をマウントベース５２に装着する際、最初にＧＮＤピン６１−１，６１−２，６１−３がマウントベース側のコネクタ５３−１，５３−２，５３−３のＧＮＤソケットと嵌合するようにしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように従来のプロセス制御コントローラでは、モジュールの活線挿抜を実現するために、モジュール挿抜の際の電源ピン、ＧＮＤピン、通信ピンの接続の順番を考慮してピンの長さを変えた特殊なコネクタ（シーケンスコネクタ）を使用しているので、特殊なコネクタを使用する分だけコストが上昇するという問題があり、またコネクタの入手性に問題があった。
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、ピンの長さが全て同じ標準的なコネクタを使用してモジュールの活線挿抜を行うことができるプロセス制御コントローラを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のプロセス制御コントローラは、制御用モジュールあるいは外部の入出力機器と通信を行うためのＩ／Ｏモジュール（５−１，５−２）と、モジュールを脱着自在に支持するマウントベース（２−１，２−２）とを備えている。そして、マウントベースは、長さが同一の電源用接点とグランド用接点とを少なくとも備えた第１の電源コネクタ（１３−
１，１３−２）を有し、モジュールは、マウントベースへの装着時に第１の電源コネクタと嵌合する、長さが同一の電源用接点（４１−１，４１−２）とグランド用接点（４２−１，４２−２）とを少なくとも備えた第２の電源コネクタ（２１−１，２１−２）を前記マウントベースに対向する背面に有すると共に、通信ケーブル（３）の配線時にケーブル側の第１の通信コネクタ（３１−１，３１−２，３２−１，３２−２）と嵌合する、長さが同一の通信用接点（４３−１，４３−２，４４−１，４４−２）とグランド用接点（４５−１，４５−２，４６−１，４６−２）とを少なくとも備えた第２の通信コネクタ（２２−１，２２−２，２３−１，２３−２）を前面に有するものである。また、上述のプロセス制御コントローラの１構成例は、モジュールを脱着自在に支持し、外部ケーブル（電源ケーブル及びフィールドケーブル）をつなぐための接続手段（１１−１，１１−２）と第１の電源コネクタとを備えたターミナルケース（１０−１，１０−２）をマウントベース上に設けたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態となるプロセス制御コントローラの構成を示すブロック図である。
図１において、１は制御コントローラ本体である制御用モジュール（不図示）を搭載したメインベースユニット、２−１，２−２は複数のモジュールを搭載すると共に、電源ケーブル及びフィールドケーブルをつなぐための接続手段を搭載したマウントベース、３はメインベースユニット１（制御用モジュール）とＩ／Ｏモジュールとの間を接続する通信ケーブル、４−１，４−２はフィールドケーブル、５−１，５−２はＩ／Ｏモジュール、１１−１，１１−２は上記接続手段となる端子台である。
【００１１】
メインベースユニット１に搭載された制御用モジュールは、プロセス現場に設置された入力機器（センサ、圧力計、流量計等）のデータをＩ／Ｏモジュール（この場合は入力モジュール）５−１，５−２を介して収集し、このデータを基に制御演算を実行する。そして、制御用モジュールは、プロセス現場に設置された出力機器（スイッチ、表示器、バルブ又はポンプ等）へＩ／Ｏモジュール（この場合は出力モジュール）５−１，５−２を介してデータを出力する。こうして、データ収集及びプロセス制御が行われる。
【００１２】
次に、マウントベース２−１，２−２の構造についてより詳細に説明する。図２は、マウントベース２−１，２−２（ターミナルケース）及びＩ／Ｏモジュール５−１，５−２の回路図、図３は、マウントベース２−１及びＩ／Ｏモジュール５−１の外観を示す斜視図である。図２では、モジュール２個分の回路を示し、図３では、モジュール１個分のマウントベースを示している。
【００１３】
図２、図３に示すように、マウントベース２−１，２−２上には、ターミナルケース１０−１，１０−２が搭載され、ターミナルケース１０−１，１０−２には、フィールドケーブル４−１，４−２をつなぐための端子台１１−１，１１−２と、プリント基板１２−１，１２−２とが設けられている。そして、プリント基板１２−１，１２−２上には、Ｉ／Ｏモジュール５−１，５−２と電気的接続を得るためのコネクタ１３−１，１３−２が設けられている。
【００１４】
端子台１１−１，１１−２とコネクタ１３−１，１３−２との間は、プリント基板１２−１，１２−２上に形成されたプリント配線パターンによって接続されている。
各端子台１１−１，１１−２の上端及び下端には、電源端子とＧＮＤ（グランド）端子が少なくとも１つずつ設けられている。この電源端子、ＧＮＤ端子は、プリント基板１２−１，１２−２上に形成されたプリント配線パターンによりコネクタ１３−１，１３−２の電源ソケット、ＧＮＤソケットとそれぞれ接続されている。なお、コネクタ１３−１，１３−２の各ソケットの長さは全て同一である。
【００１５】
図４は、マウントベース２−１，２−２（ターミナルケース１０−１，１０−２）にＩ／Ｏモジュール５−１，５−２を装着したときの外観を示す斜視図である。
Ｉ／Ｏモジュール５−１，５−２の筐体背面にはコネクタ１３−１，１３−２と嵌合するコネクタ２１−１，２１−２が設けられている。コネクタ２１−１，２１−２は、電源ピン４１−１，４１−２と、ＧＮＤピン４２−１，４２−２とを少なくとも備えている。コネクタ２１−１，２１−２の各ピンの長さは全て同一である。
【００１６】
Ｉ／Ｏモジュール５−１，５−２を図４のようにターミナルケース１０−１，１０−２に装着した後、フィールドケーブル４−１，４−２は、端子台１１−１，１１−２の対応する端子にねじ止めされる。
また、複数のモジュールのうち１台のモジュールに対しては（図２の例ではＩ／Ｏモジュール５−１）、端子台の上端に位置する電源端子、ＧＮＤ端子に外部からの電源ケーブル、ＧＮＤケーブルがねじ止めされる。
【００１７】
ターミナルケース１０−１にＩ／Ｏモジュール５−１を装着すると、コネクタ１３−１と２１−１が嵌合するので、フィールドケーブル４−１が端子台１１−１、プリント基板１２−１のプリント配線パターン、コネクタ１３−１，２１−１を介してモジュール５−１と接続されると共に、外部から供給された電源電圧（図２の例では２４Ｖ）が端子台１１−１、プリント基板１２−１のプリント配線パターン、コネクタ１３−１，２１−１を介してモジュール５−１に供給される。
【００１８】
同様に、ターミナルケース１０−２にＩ／Ｏモジュール５−２を装着すると、コネクタ１３−２と２１−２が嵌合するので、フィールドケーブル４−２が端子台１１−２、プリント基板１２−２のプリント配線パターン、コネクタ１３−２，２１−２を介してモジュール５−２と接続される。
一方、Ｉ／Ｏモジュール５−２への電源供給については、図５に示すような電源用ショートピース１８、ＧＮＤ用ショートピース１９によって行われる。
【００１９】
つまり、図４のようにターミナルケース１０−１，１０−２にＩ／Ｏモジュール５−１，５−２を装着した場合には、ターミナルケース１０−１の端子台１１−１の下端に位置する電源端子とターミナルケース１０−２の端子台１１−２の上端に位置する電源端子とに電源用ショートピン１８（１８−１）をねじ止めすることで、これらを接続する。さらに、ターミナルケース１０−１の端子台１１−１の下端に位置するＧＮＤ端子とターミナルケース１０−２の端子台１１−２の上端に位置するＧＮＤ端子とにＧＮＤ用ショートピン１９（１９−１）をねじ止めすることで、これらを接続する。
【００２０】
こうして、電源用ショートピース１８−１及びＧＮＤ用ショートピース１９−１を介してＩ／Ｏモジュール５−２に電源が供給される。モジュールを３台以上縦続接続する場合も同様にして電源を供給することができる。
【００２１】
次に、各Ｉ／Ｏモジュール５−１，５−２は、プリント基板を内蔵し、このプリント基板上には、図２に示すように、２４Ｖの電源電圧を５Ｖに変換するＤＣ／ＤＣコンバータ２４−１，２４−２と、２４Ｖの電源ラインとＧＮＤライン間に挿入されたコンデンサ２５−１，２５−２と、５Ｖの電源ラインとＧＮＤライン間に挿入されたコンデンサ２６−１，２６−２と、通信ドライバ（出力バッファ）２７−１，２７−２，２８−１，２８−２と、コネクタ２２−１，２２−２，２３−１，２３−２とが少なくとも実装されている。
【００２２】
コネクタ２２−１，２２−２，２３−１，２３−２は、通信ドライバ２７−１，２７−２，２８−１，２８−２の出力と接続された通信ピン４３−１，４３−２，４４−１，４４−２と、上記ＧＮＤラインと接続されたＧＮＤピン４５−１，４５−２，４６−１，４６−２とを少なくとも備えている。コネクタ２２−１，２２−２，２３−１，２３−２の各ピンの長さは全て同一である。
【００２３】
ターミナルケース１０−１，１０−２への装着によってＩ／Ｏモジュール５−１，５−２に供給された２４Ｖの電源電圧は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２４−１，２４−２によって例えば５Ｖに変換され、Ｉ／Ｏモジュール５−１，５−２内の回路に供給される。
【００２４】
次に、メインベースユニット１とＩ／Ｏモジュール５−１，５−２との接続方法について説明する。図６は、通信ケーブル３をＩ／Ｏモジュール５−１に取り付けた様子を示す斜視図である。
Ｉ／Ｏモジュール５−１の前面には、開閉可能なトップカバー２９が設けられており、このトップカバー２９を開くと、Ｉ／Ｏモジュール５−１内に設けられた、通信ケーブル接続手段であるコネクタ２２−１，２３−１が見えるようになっている。
【００２５】
メインベースユニット１とＩ／Ｏモジュール５−１，５−２とを接続する通信バスは、２重化構成となっており、例えばコネクタ２２−１が現用系の通信バスに対応したコネクタで、コネクタ２３−１が待機系の通信バスに対応したコネクタとなっている。
【００２６】
通信ケーブル３には、各モジュールに対応した位置に現用系の通信バスのコネクタと待機系の通信バスのコネクタがそれぞれ設けられている。
そこで、ターミナルケース１０−１にＩ／Ｏモジュール５−１を装着した後、モジュール５−１のトップカバー２９を開き、通信ケーブル３の現用系のコネクタ３１−１をモジュール５−１のコネクタ２２−１に装着し、通信ケーブル３の待機系のコネクタ３２−１をモジュール５−１のコネクタ２３−１に装着する。
【００２７】
コネクタ３１−１，３２−１の装着後、通信ケーブル３は、モジュールを縦に貫通するように形成された配線溝３０内に収納される。
これで、メインベースユニット１とＩ／Ｏモジュール５−１は、通信ケーブル３を介して通信を行うことができる。
【００２８】
同様に、Ｉ／Ｏモジュール５−２は、トップカバー２９内に現用系の通信バスに対応したコネクタ２２−２、待機系の通信バスに対応したコネクタ２３−２を有している。ターミナルケース１０−２にモジュール５−２を装着した後、通信ケーブル３の現用系のコネクタ３１−２をモジュール５−２のコネクタ２２−２に装着し、通信ケーブル３の待機系のコネクタ３２−２をモジュール５−２のコネクタ２３−２に装着する。
モジュールを３台以上縦続接続する場合も同様にして通信ケーブル３の配線を行うことができる。
【００２９】
以上のように、本発明では、電源コネクタ（コネクタ２１−１，２１−１）と通信コネクタ（コネクタ２２−１，２２−２，２３−１，２３−２）を分離することにより、モジュールの電源ピンと通信ピンが相手方のコネクタと嵌合しているときにグランドピンが嵌合していないという状態をなくすことができるので、特殊なシーケンスコネクタを用いる必要がなくなる。
各モジュール５−１，５−２のコネクタは２種類必要となるが、汎用の安価なコネクタを使用できるので、コストを低減することができる。
【００３０】
なお、本実施の形態では、接続手段として、電源ケーブル及びフィールドケーブル４−１，４−２をねじ止めする端子台１１−１，１１−２を用いているが、コネクタを用いてもよいことは言うまでもない。
また、本実施の形態では、モジュールの例としてＩ／Ｏモジュールを例にとって説明しているが、メインベースユニット１に搭載する制御用モジュール（プロセスマネージャモジュール）もＩ／Ｏモジュールと同じ構造にすることができる。すなわち、メインベースユニット１を上述したマウントベース２−１，２−２と同じ構造にすることにより、このメインベースユニット１に制御用モジュールを搭載することができる。また、制御用モジュールと一緒にＩ／Ｏモジュールをメインベースユニット１に搭載し、各モジュール間を通信ケーブル３で接続してもよい。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、電源コネクタと通信コネクタを分離することにより、電源ピンと通信ピンが相手方のコネクタと嵌合しているときにグランドピンが嵌合していないという状態をなくすことができるので、活線挿抜時の回路の破損をなくすことができる。また、第１、第２の電源コネクタ及び第１、第２の通信コネクタに接点の長さが異なる特殊なコネクタを使用する必要がなく、各接点の長さが同一の標準的なコネクタを使用することができるので、従来よりもコストを低減することができ、コネクタの入手も容易となる。また、通信ケーブルを用いて各モジュール間の通信を実現しているので、同一マウントベース上に搭載されたモジュールだけでなく、他のマウントベース上に搭載されたモジュールに対しても通信が可能となる。
【００３２】
また、外部ケーブルをつなぐための接続手段と第１の電源コネクタとを備えたターミナルケースをマウントベース上に設けたので、モジュールにケーブルを直接接続する必要がなく、モジュールの挿抜が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態となるプロセス制御コントローラの構成を示すブロック図である。
【図２】  マウントベース及びＩ／Ｏモジュールの回路図である。
【図３】  マウントベース及びＩ／Ｏモジュールの外観を示す斜視図である。
【図４】  マウントベースにＩ／Ｏモジュールを装着したときの外観を示す斜視図である。
【図５】  電源用ショートピース及びＧＮＤ用ショートピースの外観を示す斜視図である。
【図６】  通信ケーブルをＩ／Ｏモジュールに取り付けた様子を示す斜視図である。
【図７】  従来のプロセス制御コントローラの構成を示す回路図である。
【符号の説明】
１…メインベースユニット、２−１，２−２…マウントベース、３…通信ケーブル、４−１、４−２…フィールドケーブル、５−１、５−２…Ｉ／Ｏモジュール、１０−１、１０−２…ターミナルケース、１１−１、１１−２…端子台、１２−１、１２−２…プリント基板、１３−１、１３−２、２１−１、２１−２、２２−１、２２−２、２３−１、２３−２、３１−１、３１−２、３２−１、３２−２…コネクタ、１８、１８−１、１８−２…電源用ショートピース、１９、１９−１、１９−２…ＧＮＤ用ショートピース、２９…トップカバー、３０…配線溝、４１−１、４１−２…電源ピン、４２−１、４２−２、４５−１、４５−２、４６−１、４６−２…ＧＮＤピン、４３−１、４３−２、４４−１、４４−２…通信ピン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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