(57)【要約】  複数の外部機器２００−１，２００−ｎを接続する入力ユニット１０１を備えたプログラマブルロジックコントローラ１００であって、入力ユニット１０１は、複数の外部機器２００−１，２００−ｎのそれぞれを接続する複数の接続端子２−１，２−ｎと、一端が複数の接続端子２−１，２−ｎの各々に接続される複数の電流制限抵抗３−１，３−ｎと、電源供給部４が接続される電源端子１と、入力側が電源端子１に接続され、電源端子１を介して電源供給部４から印加される電圧を降圧して出力する電圧降圧部５とを備え、電圧降圧部５の出力側は、複数の電流制限抵抗３−１，３−ｎの各々の他の一端に接続されることを特徴とする。
2018020665.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の外部機器を接続する入力ユニットを備えたプログラマブルロジックコントローラであって、
前記入力ユニットは、
前記複数の外部機器のそれぞれを接続する複数の接続端子と、
一端が複数の前記接続端子の各々に接続される複数の電流制限抵抗と、
電源供給部が接続される電源端子と、
入力側が前記電源端子に接続され、前記電源端子を介して前記電源供給部から印加される電圧を降圧して出力する電圧降圧部と
を備え、
前記電圧降圧部の前記出力側は、複数の前記電流制限抵抗の各々の他の一端に接続されることを特徴とするプログラマブルロジックコントローラ。
【請求項２】
前記電圧降圧部は、リニアレギュレータ方式のコンバータであることを特徴とする請求項１に記載のプログラマブルロジックコントローラ。
【請求項３】
前記電圧降圧部は、スイッチング方式のコンバータであり、
目標電圧に応じて当該コンバータから出力される電圧を制御する制御部を備えたことを特徴とする請求項１に記載のプログラマブルロジックコントローラ。
【請求項４】
前記電圧降圧部は、前記入力ユニットの外部に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載のプログラマブルロジックコントローラ。
【請求項５】
プログラマブルロジックコントローラの入力ユニットであって、
複数の外部機器のそれぞれを接続する複数の接続端子と、
一端が複数の前記接続端子の各々に接続される複数の電流制限抵抗と、
電源供給部が接続される電源端子と、
入力側が前記電源端子に接続され、前記電源端子を介して前記電源供給部から印加される電圧を降圧して出力する電圧降圧部と
を備え、
前記電圧降圧部の前記出力側は、複数の前記電流制限抵抗の各々の他の一端に接続されることを特徴とする入力ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力ユニットを有するプログラマブルロジックコントローラ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ：ＰＬＣ）および入力ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＬＣの入力ユニットは、センサまたはスイッチといった外部機器が接続される接続端子を有し、センサまたはスイッチから出力される信号を入力信号としてＰＬＣに取り込む機能を有する。また入力ユニットは電流を制限するための電流制限抵抗を有し、電流制限抵抗の一端は複数の接続端子の各々に接続される。この電流制限抵抗で発生する熱は、入力信号の電圧の２乗に比例して増加する。すなわち電流制限抵抗における電力損失ＰはＰ＝Ｖ２／Ｒにより増加する。Ｒは電流制限抵抗の抵抗値であり、Ｖは電流制限抵抗に印加される入力信号の電圧である。【０００３】
電流制限抵抗で発生した熱は入力ユニットの周辺部品の寿命を縮める要因となり、ＰＬＣの信頼性に影響を与える。特に近年ではＰＬＣの小型化および多機能化のニーズが高まり、ＰＬＣ内部の部品実装密度が増加する傾向にある。従って放熱上の制約が厳しくなるなかでＰＬＣの熱設計の重要度が高まっている。【０００４】
特許文献１に示す入力ユニットは、信号入力端子とフォトカプラとの間に電流制限抵抗である第１抵抗を直列接続し、フォトカプラに第２抵抗を並列接続し、第１抵抗および第２抵抗の前段に電流制限回路を設けている。電流制限回路は、入力電圧が一定電圧に達するまでは入力電圧に比例して入力電流が増加し、入力電圧が一定電圧を超えた後は入力電圧の増加に対して入力電流が一定の値となるように構成される。この構成により、電流制限抵抗に流れる電流を制限して発熱を低減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２２６００４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら特許文献１に示す入力ユニットでは、１つの入力電流制限抵抗に対して１つの電流制限回路が用いられている。そのため複数の外部機器を入力ユニットに接続するためには、複数の電流制限抵抗のそれぞれに対応する電流制限回路を設ける必要があり、複数の電流制限抵抗および複数の電流制限回路を実装する基板面積が増加し、ＰＬＣの小型化が困難になるおそれがある。【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、発熱を抑制しながら小型化できるプログラマブルロジックコントローラを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のプログラマブルロジックコントローラは、複数の外部機器を接続する入力ユニットを備えたプログラマブルロジックコントローラであって、入力ユニットは、複数の外部機器のそれぞれを接続する複数の接続端子と、一端が複数の接続端子の各々に接続される複数の電流制限抵抗と、電源供給部が接続される電源端子と、入力側が電源端子に接続され、電源端子を介して電源供給部から印加される電圧を降圧して出力する電圧降圧部とを備え、電圧降圧部の出力側は、複数の電流制限抵抗の各々の他の一端に接続されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明にかかるプログラマブルロジックコントローラは、発熱を抑制しながら小型化できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態にかかるプログラマブルロジックコントローラの構成図
【図２】図１に示す入力ユニットの変形例を示す図
【図３】図２に示す制御部によりデューティー制御する前の電圧を示す図
【図４】図２に示す制御部によりデューティー制御した後の電圧を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施の形態に係るプログラマブルロジックコントローラおよび入力ユニットを図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１２】
実施の形態．
図１は本発明の実施の形態にかかるプログラマブルロジックコントローラの構成図である。以下では本発明の実施の形態にかかるプログラマブルロジックコントローラ１００をＰＬＣ１００と称する場合がある。ＰＬＣ１００は入力ユニット１０１を備え、入力ユニット１０１は、複数の外部機器２００ｉ（ｉ＝１，２,・・・,ｎ−１，ｎ）を接続可能に構成され、複数の外部機器２００ｉから出力される信号を入力信号としてＰＬＣ１００に取り込む機能を有する。図１には複数の外部機器２００ｉの内、１台目の外部機器２００−１とｎ台目の外部機器２００ｎとが示され、以下では外部機器２００−１，２００−ｎと称する場合がある。外部機器２００−１，２００−ｎにはそれぞれスイッチまたはセンサを設けられ、スイッチまたはセンサがオン状態であることを示す信号と、スイッチまたはセンサがオフ状態であることを示す信号とが入力信号として入力ユニット１０１に入力される。以下ではこれらの状態を示す信号を入力信号と称する。
【００１３】
なお入力ユニット１０１は、当該機能を有するユニットであればよく、電源ユニット、ＣＰＵユニットおよび出力ユニットといった図示しないユニット群のそれぞれの機能を合わせ持つユニットでもよいし、入力信号をＰＬＣ１００に取り込む機能のみを備えたユニットでもよい。
【００１４】
入力ユニット１０１は、複数の外部機器２００−１，２００−ｎのそれぞれを接続するための複数の接続端子２ｉ（ｉ＝１，２,・・・,ｎ−１，ｎ）と、一端が複数の接続端子２ｉの各々に接続される複数の電流制限抵抗３ｉ（ｉ＝１，２,・・・,ｎ−１，ｎ）と、電源供給部４が接続されるコモン端子である電源端子１とを備える。また入力ユニット１０１は、入力側５ａが電源端子１に接続され、電源端子１を介して電源供給部４から印加される電圧を降圧して出力する電圧降圧部５と、一端が電圧降圧部５の出力側５ｂに接続され、それぞれの他端が複数の電流制限抵抗３ｉの各々の他端に接続される複数のフォトカプラ６ｉ（ｉ＝１，２,・・・,ｎ−１，ｎ）と、内部回路７とを備える。複数の電流制限抵抗３ｉの各々の他端は複数のフォトカプラ６ｉの各々の他端に接続される。図１には複数の接続端子２ｉの内、１台目の接続端子２−１とｎ台目の接続端子２ｎとが示され、以下では接続端子２−１，２−ｎと称する場合がある。また図１には複数のフォトカプラ６ｉの内、１台目のフォトカプラ６−１とｎ台目のフォトカプラ６−ｎとが示され、以下ではフォトカプラ６−１，６−ｎと称する場合がある。また図１には複数の電流制限抵抗３ｉの内、１台目の電流制限抵抗３−１とｎ台目の電流制限抵抗３−ｎとが示され、以下では電流制限抵抗３−１，３−ｎと称する場合がある。
【００１５】
電圧降圧部５としては、抵抗体を利用して入力電力を消費することで所望の出力電圧に変換するリニアレギュレータ方式のＤＣＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｃｕｒｒｅｎｔ−Ｄｉｒｅｃｔ  Ｃｕｒｒｅｎｔ）コンバータと、降圧型スイッチング方式のＤＣＤＣコンバータとを例示できる。出力電圧の値は複数の外部機器２００−１，２００−ｎの動作可能な電圧範囲内の値である。
【００１６】
フォトカプラ６−１は、一次側の発光ダイオードと二次側のフォトトランジスタとを有する。フォトカプラ６−１の一次側の一端は電圧降圧部５の出力側５ｂに接続され、一次側の他端は電流制限抵抗３−１の他端に接続される。フォトカプラ６−１の一次側の一端と他端には抵抗８−１が並列接続される。フォトカプラ６−１の二次側は内部回路７に接続される。
【００１７】
フォトカプラ６−ｎは、一次側の発光ダイオードと二次側のフォトトランジスタとを有する。フォトカプラ６−ｎの一次側の一端は電圧降圧部５の出力側５ｂに接続され、一次側の他端は電流制限抵抗３−ｎの他端に接続される。フォトカプラ６−ｎの一次側の一端と他端には抵抗８−ｎが並列接続される。フォトカプラ６−ｎの二次側は内部回路７に接続される。抵抗８−１，８−ｎは、外部機器２００−１，２００−ｎに接続されるセンサの漏れ電流によりフォトカプラ６−１，６−ｎがオンされることを防止するために設けられている。
【００１８】
フォトカプラ６−１，６−ｎでは、一次側に印加された電圧がしきい値以上になると発光ダイオードが光を発し、二次側に印加された電圧と発光ダイオードが発する光の量とに応じた電流がフォトトランジスタに流れる。
【００１９】
以下にプログラマブルロジックコントローラ１００の動作を説明する。
【００２０】
外部機器２００−１がオンされると、電源供給部４、電圧降圧部５、フォトカプラ６−１、電流制限抵抗３−１および外部機器２００−１による閉回路が形成される。閉回路が形成されると電圧降圧部５の出力電圧は、フォトカプラ６−１の発光ダイオードと電流制限抵抗３−１との直列回路に印加され、これによりフォトカプラ６−１の一次側の発光ダイオードが発光して内部回路７側へオン信号が伝達されると共に、電流制限抵抗３−１に電流ＩＲ１が流れる。
【００２１】
外部機器２００−ｎがオンされると、電源供給部４、電圧降圧部５、フォトカプラ６−ｎ、電流制限抵抗３−ｎおよび外部機器２００−ｎにより閉回路が形成される。閉回路が形成されると電圧降圧部５の出力電圧は、フォトカプラ６−ｎの発光ダイオードと電流制限抵抗３−ｎとの直列回路に印加され、これによりフォトカプラ６−ｎの一次側の発光ダイオードが発光して内部回路７側へオン信号が伝達されると共に、電流制限抵抗３−ｎに電流ＩＲｎが流れる。
【００２２】
ここで電源供給部４の出力電圧であるコモン電圧がＤＣ２４Ｖであり、電流制限抵抗３−１，３−ｎのそれぞれに５ｍＡの電流を流すことを想定した場合、電圧降圧部５を設けずに電源端子１にフォトカプラ６−１，６−ｎが接続されるときには電流制限抵抗３−１，３−ｎのそれぞれの消費電力は１２０ｍＷである。すなわち電流制限抵抗の数量×１２０ｍＷ分の消費電力が発生する。この電流制限抵抗で発生した熱は入力ユニット１０１の内部回路７および周辺部品の故障率を増加させて、これらの部品の寿命を縮める要因となり、ＰＬＣ１００の信頼性に影響を与えることとなる。
【００２３】
本実施の形態に係るＰＬＣ１００は、電源供給部４の出力電圧であるコモン電圧が電圧降圧部５により降圧される。そのため電圧降圧部５の出力電圧がＤＣ１２Ｖである場合、電流制限抵抗３−１，３−ｎのそれぞれに５ｍＡの電流を流すことを想定したときには、電流制限抵抗３−１，３−ｎのそれぞれの消費電力が６０ｍＷに低減される。
【００２４】
また本実施の形態に係るＰＬＣ１００の入力ユニット１０１は、複数の外部機器２００−１，２００−ｎを接続可能に構成され、さらに複数の電流制限抵抗３−１，３−ｎのそれぞれに印加される電圧を１つの電圧降圧部５により低減させている。従って、本実施の形態の入力ユニット１０１を構成する回路部品を実装する基板は、従来の複数の電流制限抵抗および複数の電流制限回路を実装する基板に比べて、実装面積を小さくすることができ、ＰＬＣ１００の小型化が可能になる。
【００２５】
図２は図１に示す入力ユニットの変形例を示す図である。図２に示す入力ユニット１０１Ａと図１に示す入力ユニット１０１との違いは以下の通りである。
（１）入力ユニット１０１Ａは、図１に示す電圧降圧部５の代わりに電圧降圧部５Ａを備えること。
（２）入力ユニット１０１Ａは、電圧降圧部５Ａを制御する制御部９を備えること。
【００２６】
電圧降圧部５Ａとしては降圧型スイッチング方式のＤＣＤＣコンバータを例示できる。電圧降圧部５Ａ内のチョッパ回路を構成するスイッチング素子が制御部９から出力されるＰＷＭ制御信号でオンオフ制御されることにより、電源供給部４から出力される電圧よりも低い電圧が電圧Ｖｏｕｔとして出力される。
【００２７】
制御部９は、外部機器２００−１，２００−ｎの動作可能な電圧に対応した目標電圧に応じたＰＷＭ制御信号を生成する。制御部９から出力されたＰＷＭ制御信号により電圧降圧部５Ａから出力される電圧Ｖｏｕｔの値は、外部機器２００−１，２００−ｎの動作可能な電圧に調整された値となる。
【００２８】
図３は図２に示す制御部によりデューティー制御する前の電圧を示す図である。図４は図２に示す制御部によりデューティー制御した後の電圧を示す図である。図３，４の縦軸は電圧を表し、横軸は時間を表す。制御部９により制御されるスイッチング周期Ｔに対するオン時間Ｔｏｎの割合をデューティーサイクルと呼ぶ。
【００２９】
電圧降圧部５Ａに入力される電圧のオン時間Ｔｏｎの割合を低下させることにより、デューティーサイクルを制御した後の電圧降圧部５Ａから出力される電圧Ｖｏｕｔは、デューティーサイクルを制御する前に電圧降圧部５Ａから出力される電圧Ｖｏｕｔよりも低い値となる。図４に示すデューティーサイクルは、図３に示すデューティーサイクルの半分であるため、デューティーサイクルを制御した後の電圧降圧部５Ａから出力される電圧Ｖｏｕｔは、デューティーサイクルを制御する前に電圧降圧部５Ａから出力される電圧Ｖｏｕｔの半分の値となる。なお電圧Ｖｏｕｔは電圧降圧部５Ａを構成する回路内の平滑コンデンサで平滑された電圧の平均値である。
【００３０】
図２の入力ユニット１０１Ａによれば、電圧降圧部５Ａの出力電圧を外部機器２００−１，２００−ｎの仕様に合う電圧値に変更できるため、入力ユニット１０１Ａに様々な機器を接続可能になる。また図２の入力ユニット１０１Ａによれば、スイッチング方式の電圧降圧部５Ａを用いることにより、図１に示すリニアレギュレータ方式の電圧降圧部５に比べて回路損失が低減され、入力ユニット１０１Ａで発生する熱を低減できる。
【００３１】
また図１に示す入力ユニット１０１によればリニアレギュレータ方式の電圧降圧部５が使用されるため、図２の電圧降圧部５Ａに比べて回路構成が簡素化され、信頼性を向上できると共に製造コストを低減できる。
【００３２】
なお本実施の形態では電圧降圧部５，５Ａが入力ユニット１０１，１０１Ａの内部に配置された構成例を説明したが、電圧降圧部５，５Ａは入力ユニット１０１，１０１Ａの外部に設けてもよい。電圧降圧部５，５Ａを入力ユニット１０１，１０１Ａの外部に設けることにより、入力ユニット１０１，１０１Ａを構成する回路部品を実装する基板に電圧降圧部５，５Ａ分の空きスペースを確保でき、基板上に他の回路部品を実装して入力ユニット１０１，１０１Ａの機能を向上させることができる。
【００３３】
以上に説明したように本実施の形態に係るＰＬＣ１００の入力ユニット１０１、１０１Ａは、複数の外部機器２００−１，２００−ｎのそれぞれを接続する複数の接続端子２−１，２−ｎと、電源供給部４が接続される電源端子１と、電源端子１を介して電源供給部４から印加される電圧を降圧して出力する電圧降圧部５，５Ａの出力側５ｂと複数の接続端子２−１，２−ｎの各々との間にそれぞれ配置される複数の電流制限抵抗３−１，３−ｎとを備える。電圧降圧部５，５Ａの出力側５ｂは、複数の電流制限抵抗３−１，３−ｎの各々の他の一端に接続される。この構成により、電流制限抵抗３−１，３−ｎのそれぞれに印加される電圧を、複数の外部機器２００−１，２００−ｎが駆動可能な範囲の電圧まで低減できる。従って、複数の電流制限抵抗３−１，３−ｎのそれぞれに対応する電流制限回路を複数個設けることなく電流制限抵抗３−１，３−ｎのそれぞれで発生する熱の上昇を抑えることができる。その結果、入力ユニット１０１，１０１Ａを構成する回路部品への熱の影響が軽減され、ＰＬＣ１００の信頼性が向上する。また基板の回路実装面積を小さくできるためＰＬＣ１００の小型化ができる。
【００３４】
なお従来では、複数の電流制限抵抗の前段に電流制限回路を設け、電流のディレーティングにより電流制限抵抗の発熱対策を行う技術が存在する。しかしディレーティングを行う場合、防水型のＰＬＣに用いられる密閉度の高い入力ユニットまたは入力点数が多い入力ユニットではより高いディレーティングを施す必要があり、製品の仕様が制限されてしまう。本実施の形態に係るＰＬＣ１００では、電流のディレーティングによらずに複数の電流制限抵抗３−１，３−ｎに印加される電圧を低下させる構成であるため製品の仕様が制限されることがない。
【００３５】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１  電源端子、２−１，２−ｎ  接続端子、３−１，３−ｎ  電流制限抵抗、４  電源供給部、５，５Ａ  電圧降圧部、５ａ  入力側、５ｂ  出力側、６−１，６−ｎ  フォトカプラ、７  内部回路、８−１，８−ｎ  抵抗、９  制御部、１００  プログラマブルロジックコントローラ、１０１，１０１Ａ  入力ユニット、２００−１，２００−ｎ  外部機器。
【図１】
2018020665.tif 000003
【図２】
2018020665.tif 000004
【図３】
2018020665.tif 000005
【図４】
2018020665.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成30年6月4日(2018.6.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の外部機器を接続する入力ユニットを備えたプログラマブルロジックコントローラであって、
前記入力ユニットは、
前記複数の外部機器のそれぞれを接続する複数の接続端子と、
一端が複数の前記接続端子の各々に接続される複数の電流制限抵抗と、
電源供給部が接続される電源端子と、
入力側が前記電源端子に接続され、前記電源端子を介して前記電源供給部から印加される電圧を降圧して出力する電圧降圧部と、
複数の前記電流制限抵抗の各々に対応して設けられ、前記電圧降圧部と直列に接続される複数のフォトカプラと、
複数の前記電流制限抵抗の各々に対応して複数のフォトカプラの各々に並列に接続され、一端が複数の前記電流制限抵抗の各々に接続され、他端が前記電圧降圧部の前記出力側に接続される複数の抵抗と、
を備え、
前記電圧降圧部の前記出力側は、複数の前記フォトカプラの各々と複数の前記抵抗の各々とを介して、複数の前記電流制限抵抗の各々の他の一端に接続されることを特徴とするプログラマブルロジックコントローラ。
【請求項２】
前記電圧降圧部は、リニアレギュレータ方式のコンバータであることを特徴とする請求項１に記載のプログラマブルロジックコントローラ。
【請求項３】
前記電圧降圧部は、スイッチング方式のコンバータであり、
目標電圧に応じて当該コンバータから出力される電圧を制御する制御部を備えたことを特徴とする請求項１に記載のプログラマブルロジックコントローラ。
【請求項４】
前記電圧降圧部は、前記入力ユニットの外部に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載のプログラマブルロジックコントローラ。
【請求項５】
プログラマブルロジックコントローラの入力ユニットであって、
複数の外部機器のそれぞれを接続する複数の接続端子と、
一端が複数の前記接続端子の各々に接続される複数の電流制限抵抗と、
電源供給部が接続される電源端子と、
入力側が前記電源端子に接続され、前記電源端子を介して前記電源供給部から印加される電圧を降圧して出力する電圧降圧部と、
複数の前記電流制限抵抗の各々に対応して設けられ、前記電圧降圧部と直列に接続される複数のフォトカプラと、
複数の前記電流制限抵抗の各々に対応して複数のフォトカプラの各々に並列に接続され、一端が複数の前記電流制限抵抗の各々に接続され、他端が前記電圧降圧部の前記出力側に接続される複数の抵抗と、
を備え、
前記電圧降圧部の前記出力側は、複数の前記フォトカプラの各々と複数の前記抵抗の各々とを介して、複数の前記電流制限抵抗の各々の他の一端に接続されることを特徴とする入力ユニット。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のプログラマブルロジックコントローラは、複数の外部機器を接続する入力ユニットを備えたプログラマブルロジックコントローラであって、入力ユニットは、複数の外部機器のそれぞれを接続する複数の接続端子と、一端が複数の接続端子の各々に接続される複数の電流制限抵抗と、電源供給部が接続される電源端子と、入力側が電源端子に接続され、電源端子を介して電源供給部から印加される電圧を降圧して出力する電圧降圧部と、複数の電流制限抵抗の各々に対応して設けられ、電圧降圧部と直列に接続される複数のフォトカプラと、複数の電流制限抵抗の各々に対応して複数のフォトカプラの各々に並列に接続され、一端が複数の電流制限抵抗の各々に接続され、他端が電圧降圧部の出力側に接続される複数の抵抗と、を備え、電圧降圧部の出力側は、複数のフォトカプラの各々と複数の抵抗の各々とを介して、複数の電流制限抵抗の各々の他の一端に接続されることを特徴とする。
【国際調査報告】
2018020665.tif 000007
2018020665.tif 000008