(57)【要約】【課題】コンフィギュレーションの実行中にＦＰＧＡがハイレベル信号を出力しても、駆動回路にローレベル信号を与えることができる産業用機器の制御システムを提供する。【解決手段】コンフィギュレーションの実行中にハイレベル信号を出力するＦＰＧＡ１の出力端子ＯＵＴにタイマＩＣ２を接続する。そして、タイマＩＣ２の出力端子と駆動回路３０の入力端子との間に、抵抗素子３にダイオード６が並列接続されている積分回路５を配置し、その時定数を、タイマＩＣ２が一定周期毎に出力するローレベルパルスにより駆動回路３０の入力端子がローレベルに維持されるように設定する。【選択図】図１
2018056758.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
産業用機器を制御対象とするもので、コンフィギュレーションの実行中に出力端子がハイレベルになるＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）と、
入力される二値レベル信号に応じて駆動対象を駆動する駆動回路と、
入力端子が前記出力端子に接続され、規定時間内にローレベル信号が入力されると、ハイレベル信号を出力し続け、前記規定時間内にローレベル信号が入力されない状態になるとパルス信号を一定周期毎に出力するタイマと、
このタイマの出力端子と前記駆動回路の入力端子との間に接続される積分回路と、
この積分回路を構成する抵抗素子に、カソードが前記タイマ方向となるように接続されるダイオードとを備え、
前記積分回路の時定数が、前記タイマが一定周期毎に出力するパルス信号によって前記駆動回路の入力端子がローレベルに維持されるように設定されている産業用機器の制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業用機器を制御対象とするもので、コンフィギュレーションの実行中に出力端子がハイレベルになるＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）の信号を処理するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＦＰＧＡが組み込まれている制御システムにおいては、電源投入時にＦＰＧＡの内部ロジックを定義するためのデータを、例えばプログラムＲＯＭから読み込むコンフィギュレーションを行う必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１４３３６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
コンフィギュレーションが完了するまでには一定の時間を要するが、ＦＰＧＡの種類によっては、コンフィギュレーションの実行中に出力端子がハイレベルになり続けるものがある。ここで、ＦＰＧＡの出力信号により、産業用機器を駆動するために使用される駆動回路を制御することを想定する。コンフィギュレーションの実行中に駆動回路にハイレベル信号が入力されると、産業用機器を制御するというシステムの仕様上、不都合が生じる場合がある。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、コンフィギュレーションの実行中にＦＰＧＡがハイレベル信号の出力を継続しても、駆動回路にローレベル信号を与えることができる産業用機器の制御システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の産業用機器の制御システムによれば、コンフィギュレーションの実行中にハイレベル信号を出力するＦＰＧＡの出力端子にタイマを接続する。このタイマは、規定時間内にローレベル信号が入力されるとハイレベル信号を出力し続け、前記規定時間内にローレベル信号が入力されない状態になるとパルス信号を一定周期毎に出力するもので、所謂ウォッチドッグタイマなどがある。つまり、コンフィギュレーション中にハイレベル信号を出力するＦＰＧＡであれば、ハイレベル信号の出力が継続されることで規定時間内にローレベル信号が入力されない条件が成立し、タイマはパルス信号の出力を開始する。
【０００７】
そして、タイマの出力端子と駆動回路の入力端子との間に、抵抗素子に放電用のダイオードが並列接続されている積分回路を配置する。この積分回路の時定数は、タイマが一定周期毎に出力するパルス信号によって駆動回路の入力端子がローレベルに維持されるように設定する。このように構成すれば、ＦＰＧＡのコンフィギュレーションが行われている期間は、駆動回路の入力端子は、タイマが一定周期毎に出力するパルス信号により積分回路のコンデンサがダイオードを介して放電される状態を繰り返すことでローレベルに維持される。
【０００８】
そして、コンフィギュレーションの終了後は通常の制御状態に移行するが、その際に駆動回路の入力端子をハイレベルにするには、ＦＰＧＡが前記規定時間内となる周期で、タイマに対してローレベル信号を与え続けるようにプログラムしておけば良い。ＦＰＧＡは、通常の動作中においては、内部ロジックのプログラミングによって規定時間内にローレベル信号を出力することは容易である。
【０００９】
また、駆動回路の入力端子をハイレベルにするには、ＦＰＧＡがタイマに対してハイレベル信号を与え続ければ良い。したがって、ＦＰＧＡのコンフィギュレーション中に、産業用機器を駆動するための駆動回路にハイレベル信号が入力されることで生じる不都合を回避できると共に、通常の制御状態に移行した後も、ＦＰＧＡの出力信号により、必要に応じて駆動回路の入力端子を二値レベル制御することが可能になる。
【００１０】
つまり、コンフィギュレーション中にＦＰＧＡが出力する信号を制御することができず、ハイレベル信号を出すことになっても、タイマが出力するパルス信号によって、ＦＰＧＡの出力端子に接続されている回路の動作を停止させることができる。そして、通常動作中はＦＰＧＡが出力する信号を制御できるので、ＦＰＧＡのコンフィギュレーション中に発生する問題を、通常の動作に影響を与えることなく解消できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施形態であり、産業用機器の制御システムの構成を要旨に係る部分について示す図
【図２】ＦＰＧＡのコンフィギュレーショ中と、コンフィギュレーション後における各信号の状態を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、一実施形態について図面を参照して説明する。図１は、ＦＰＧＡを含む産業用機器の制御システムの構成を要旨に係る部分のみ示している。ＦＰＧＡ１については、システムに電源が投入されると、図示しないプログラムＲＯＭに記憶されているコンフィギュレーションデータを読み込んで内部ロジックを定義するコンフィギュレーションが行われる。ＦＰＧＡ１はその仕様上、コンフィギュレーションの実行中に出力端子がハイレベルになる。ＦＰＧＡ１は、例えばロボットなどの産業用機器を制御対象とするものである。
【００１３】
ＦＰＧＡ１の出力端子ＯＵＴ１は、ウォッチドッグタイマＩＣ２の入力端子に接続されている。このタイマＩＣ２は、規定時間内に入力信号がハイレベルからローレベルに変化することで立下りエッジが入力されると、その時点で内部のタイマがリセットされてハイレベル信号を出力し続ける。一方、前記規定時間内に立下りエッジが入力されない状態になるとタイマがオーバーフローする結果、タイマＩＣ２はローレベルパルスを一定周期毎に出力する。
【００１４】
タイマＩＣ２の出力端子は、抵抗素子３及びコンデンサ４からなる積分回路５の入力端子に接続されている。抵抗素子３の両端にはダイオード６が並列に、そのカソードをタイマＩＣ２側とする方向で接続されている。積分回路５の出力端子は、抵抗素子７を介してＮＰＮトランジスタ８のベースに接続されている。そのベースは抵抗素子９を介してエミッタと共にグランドに接続されている。
【００１５】
電源１０は、抵抗素子１１及び１２の直列回路を介してトランジスタ８のコレクタに接続されていると共に、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ１３のソースに接続されている。ＦＥＴ１３のゲートは、抵抗素子１１及び１２の共通接続点に接続されている。ＦＥＴ１３のドレインは、ダイオード１４を介して電力供給対象回路１５の電源端子に接続されている。尚、トランジスタ８を中心とするＦＥＴ１３の前段にある各回路素子は、ＦＥＴ１３の駆動回路３０を構成している。
【００１６】
また、ＦＥＴ１３のドレインは、抵抗素子１６を介してＮＰＮトランジスタ１７のベースに接続されている。そのベースは抵抗素子１８を介してエミッタと共にグランドに接続されている。トランジスタ１７のコレクタは、ＦＰＧＡ１の入力端子ＩＮ１に接続されていると共に、抵抗素子１９を介して電源２０にプルアップされている。
【００１７】
ＦＰＧＡ１の出力端子ＯＵＴ２，入力端子ＩＮ２には、上述した出力端子ＯＵＴ１，入力端子ＩＮ１に接続されている構成と同じものが接続されている。これらには同じ符号を付していると共に、後者の構成には（１）を，前者の構成には（２）を付して区別している。電力供給対象回路１５の電源端子は、抵抗素子２１を介してフォトカプラ２２の入力端子に接続されている。フォトカプラ２２の出力端子は、ＦＰＧＡ１の入力端子ＩＮ３に接続されている。
【００１８】
次に、本実施形態の作用について図２を参照して説明する。図２に示すＡ，Ｂ，Ｃは、図１中にあるように、それぞれタイマＩＣ２の入力端子，同出力端子，駆動回路３０の入力端子の信号波形を示す。上述のようにシステムに電源が投入されると、ＦＰＧＡ１のコンフィギュレーションが実行され、その実行中にＦＰＧＡ１の出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２はハイレベルになる。したがって、タイマＩＣ２は、一定周期でローレベルパルスを出力する。
【００１９】
積分回路５は、タイマＩＣ２の出力端子がハイレベルになる期間にコンデンサ４が充電されるが、一定周期でローレベルパルスが与えられるタイミングで、コンデンサ４はダイオード６を介して放電される。積分回路５の時定数は、この状態が継続される限り、出力端子のレベルが駆動回路３０を構成するトランジスタ８のＯＮ閾値に達しないように設定されている。つまり、この期間における積分回路５の出力信号は、駆動回路３０側からはローレベルと認識される。この時、ＦＥＴ１３のゲートは電源１０の電圧に等しくなるので、ＦＥＴ１３はＯＦＦになり、電力供給対象回路１５の電源端子への電力供給は遮断されている。
【００２０】
コンフィギュレーションが完了すると通常の制御状態に移行する。ＦＰＧＡ１は定義された内部ロジックにより、出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２に周期的にローレベルパルスを出力する。この出力周期は、タイマＩＣ２の規定時間未満となるように設定される。したがって、タイマＩＣ２は、ＦＰＧＡ１が周期的に出力する立下りエッジで継続的にリセットされ、ハイレベル信号を出力し続ける。すると、積分回路５のコンデンサ４が充電され続け、トランジスタ８のＯＮ閾値を超えて駆動回路３０の入力信号がハイレベルになる。トランジスタ８がＯＮすると、ＦＥＴ１３はゲート電位が低下してターンＯＮするので、電力供給対象回路１５の電源端子に電力が供給される。このとき、ＦＰＧＡ１は、入力端子ＩＮ３を参照することで、フォトカプラ２２の出力信号により電力供給対象回路１５に電力が供給されていることを確認できる。
【００２１】
すなわち、電力供給対象回路１５に対しては、コンフィギュレーションの実行中は電力が供給されず、コンフィギュレーションが完了した後に電力供給が開始されるようになる。したがって、コンフィギュレーションの実行中において、電力供給対象回路１５に電力が供給されると、システムの仕様上不都合がある場合に、その不都合を回避できる。
【００２２】
例えば、産業用機器であるロボットを構成しているモータをインバータ回路により駆動する構成において、電力供給対象回路１５が、インバータ回路をスイッチングするためのＰＷＭ信号を出力する経路中に配置される信号バッファであるとする。この場合、コンフィギュレーションの実行中はＰＷＭ信号が信号バッファにより阻止されるので、インバータ回路に入力されることがなく、ロボットの動作は確実に停止される。これにより、安全性を確保するという点で、本実施形態は有効である。
【００２３】
また、図２に示す「コンフィギュレーション後」の状態では、ＦＥＴ１３（１），１３（２）が何れもＯＮしているので、２つのダイオード１４のＯＲ接続により、電力供給対象回路１５には電力が２系統で供給されることになる。ＦＥＴ１３（１），１３（２）がＯＮすればトランジスタ１７もＯＮになるので、ＦＰＧＡ１の入力端子ＩＮ１，ＩＮ２はローレベルになる。これにより、ＦＰＧＡ１は、ＦＥＴ１３（１），１３（２）がＯＮしていることを確認できる。加えて、このように、ＦＰＧＡ１が出力信号を周期的にローレベルにする状態が継続していることで、通常動作中におけるＦＰＧＡ１自体の機能が正常であることも確認できる。
【００２４】
そして、電力供給対象回路１５には電力が２系統で供給されているので、ＦＥＴ１３（１），１３（２）の何れか一方をＯＦＦしても、電力供給対象回路１５には電力が供給され続ける。そのためＦＰＧＡ１は、通常の制御状態においても、出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２の一方をハイレベルにし続けてＦＥＴ１３（１），１３（２）の何れか一方をＯＦＦにすることで、電力供給対象回路１５への電力供給を断つことなく、ＦＥＴ１３のスイッチング動作が正常に行われているか否かを確認できる。
【００２５】
以上のように本実施形態によれば、コンフィギュレーションの実行中にハイレベル信号を出力するＦＰＧＡ１の出力端子ＯＵＴにタイマＩＣ２を接続する。そして、タイマＩＣ２の出力端子と駆動回路３０の入力端子との間に、抵抗素子３にダイオード６が並列接続されている積分回路５を配置し、その時定数を、タイマＩＣ２が一定周期毎に出力するローレベルパルス信号により、駆動回路３０の入力端子がローレベルに維持されるように設定した。
【００２６】
このように構成すれば、ＦＰＧＡ１のコンフィギュレーションが行われている期間に、駆動回路３０の入力端子はローレベルに維持されるので、コンフィギュレーション中に、駆動回路３０にハイレベル信号が入力されることで生じる不都合を回避できる。そして、通常の制御状態に移行した後も、ＦＰＧＡ１の出力信号により、必要に応じて駆動回路３０の入力端子を二値レベル制御することが可能になる。
【００２７】
本発明は上記した、又は図面に記載した実施形態にのみ限定されるものではなく、以下のような変形又は拡張が可能である。
タイマＩＣ２は、ローレベルでリセットされるものでも良い。
スイッチはＰチャネルＭＯＳＦＥＴに限ることなく、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴやバイポーラトランジスタ，アナログスイッチ等の半導体スイッチや機械的なリレーでも良い。
産業用機器はロボットに限ることなく、工作機械や製造設備等であっても良い。
【符号の説明】
【００２８】
図面中、１はＦＰＧＡ、２はウォッチドッグタイマＩＣ、５は積分回路、６はダイオード、１３はＰチャネルＭＯＳＦＥＴ、１５は電力供給対象回路、３０は駆動回路を示す。
【図１】
2018056758.tif 000003
【図２】
2018056758.tif 000004