(57)【要約】      （修正有）【課題】電池が完全に消耗する前に電池の電圧低下を的確に検出して、ユーザに電池の交換を促し、プログラマブルコントローラ用メモリのバッテリバックアップ動作が電池の消耗によって途切れないようにする。【解決手段】主電源がオンしてから所定の期間、電池によるバックアップを継続するバックアップ継続手段と、この継続期間中に電池の電圧を検出して所定の閾値と比較し、その比較結果を出力する電池電圧検出手段と、を備える。【選択図】図１
2012027640.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主電源がオフのとき記憶手段を電池にてバックアップするバックアップ回路を有するプログラマブルコントローラにおいて、
前記バックアップ回路は、
前記主電源がオンしてから所定の期間、前記電池によるバックアップを継続するバックアップ継続手段と、
前記所定の期間中に前記電池の電圧と所定の閾値とを比較し、該比較結果を出力する電池電圧検出手段と、を備えることを特徴とするプログラマブルコントローラ。
【請求項２】
請求項１に記載のプログラマブルコントローラにおいて、
前記所定の閾値は前記記憶手段がデータを保持するために必要な下限電圧を基に予め設定された電圧値であることを特徴とするプログラマブルコントローラ。
【請求項３】
請求項１に記載のプログラマブルコントローラにおいて、
前記記憶手段には、該プログラマブルコントローラの動作モードを決定する設定データが保持されたことを特徴とするプログラマブルコントローラ。
【請求項４】
請求項１に記載のプログラマブルコントローラにおいて、
前記閾値は該プログラマブルコントローラに着脱可能な支援装置により新たな閾値が転送されると、予め設定された前記閾値を新たな閾値に更新する更新手段を更に備えることを特徴とするプログラマブルコントローラ。
【請求項５】
主電源がオフのとき記憶手段を電池にてバックアップするバックアップ回路を有するプログラマブルコントローラの前記電池電圧の検出方法であって、
前記主電源がオンしたことを起点とし所定の時間経過後に生成される第１のタイミングまで前記電池によるバックアップを継続し、
前記主電源がオンしたことを起点とし前記所定の時間の間に生成される第２のタイミングにて前記電池の電圧を検出することを特徴とする電池電圧の検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プログラマブルコントローラ（以下、ＰＬＣとも略記する）において、メモリデータを保護するバックアップ方法に関する。
なお、以下各図において同一の符号は同一もしくは相当部分を示す。
【背景技術】
【０００２】
図３は従来のメモリバックアップ回路の構成図である。同図において、１はモジュール電圧Ｓ２を生成するモジュール電源である。２はデータを保持する揮発性メモリであり、モジュール電源１がオフ状態の時に後述の電池５により電圧が供給されデータがバックアップされる。２ａはメモリ２に供給される電圧（メモリ電源電圧）である。
【０００３】
５はメモリ２をバックアップするための電池であり、その出力電圧として５ａを出力する。６は電池５の出力電圧（電池電圧５ａ）を監視する電池電圧検出回路である。この電池電圧検出回路６は、メモリ２をバックアップするために必要な下限電圧を、閾値電圧Ｅｔｈとして電池電圧５ａを監視し、電池電圧５ａが閾値電圧Ｅｔｈ未満になると電池電圧検出回路出力６ａを出力して表示回路７に与え、表示回路７は電池電圧検出回路出力６ａを受けて表示回路出力７ａを出力し、警告を発してユーザに電池交換を促す。
【０００４】
８はモジュール電圧Ｓ２の電圧を監視するリセット解除回路であり、モジュール電圧Ｓ２が所定の電圧に達するとリセット解除信号８ａを出力する。
ここで電池の特性について説明する。電池はほぼ一定の起電力を出力する起電力源と内部インピーダンスとの直列接続とみなすことができる。この起電力は、電池の消耗と共に極く僅かづつ低下するもののあまり変化せず、電池寿命の末期に達して、急激に低下する。一方、内部インピーダンスは電池の消耗の程度に追従して漸次増加して行き、電池寿命の末期に達するとさらに急激に増大する性質がある。
【０００５】
図４は図３の回路の動作説明用のタイムチャートである。上から下へ並ぶ配列番号１）、２）・・・、６）の順にそれぞれ、モジュール電圧Ｓ２、電池電圧５ａ，メモリ電源電圧２ａ、リセット解除信号８ａ，電池電圧検出回路出力６ａ、表示回路出力７ａである。
【０００６】
図４を参照しながら図３の回路の動きを説明する。図４において、Ｅ０は、モジュール電圧Ｓ２がオンの状態のときの電池５の出力電圧（無負荷電圧）である。このときメモリ２への電圧はモジュール電圧Ｓ２から供給されているので、電池５から見れば電池５は無負荷状態であり、Ｅ０は上述した電池５の起電力に相当する電圧である。
【０００７】
また、Ｅ１は、電池５がメモリ２をバックアップしているとき（区間ｔ０〜ｔ１）の電池５の出力電圧である。すなわち、Ｅ１はモジュール電圧Ｓ２がオフの状態で電池５に負荷がかかっている状態の電池５の出力電圧（実負荷電圧）である。
【０００８】
時点ｔ０で図外の外部電源が遮断されると、モジュール電圧Ｓ２がオフする。このためダイオード４は順バイアス（オン）、ダイオード３は逆バイアス（オフ）の状態となり、バックアップ用の電池５はメモリ２への通電、つまりメモリバックアップを開始する。このときダイオード３は電池５の電流がモジュール電圧Ｓ２のラインに流れることを防止している。こうしてモジュール電圧Ｓ２のオフと共に電池電圧５ａは無負荷電圧Ｅ０から実負荷電圧Ｅ１に移行する。
【０００９】
時点ｔ１にて外部電源が投入されると、モジュール電圧Ｓ２がオンする。モジュール電圧Ｓ２がオンすると、この電圧Ｓ２は電池５の電圧５ａより高く設定されているため、ダイオード３が順バイアス（オン）、ダイオード４が逆バイアス（オフ）の状態となり、メモリ２にはモジュール電圧Ｓ２ラインから電源が供給される。このため、バックアップ用電池５はモジュール電圧Ｓ２ラインおよびメモリ２の側からは切り離される。こうしてモジュール電圧Ｓ２のオンと共に電池電圧５ａは実負荷電圧Ｅ１から無負荷電圧Ｅ０に移行する。
【００１０】
また時点ｔ１において、リセット解除回路８はモジュール電圧Ｓ２が所定の電圧に達するとリセット解除信号８ａをオンする。このオンされたリセット解除信号８aは電池電圧検出回路６に与えられている。電池電圧検出回路６はリセット解除信号８aの立ち上がりタイミングから所定の時間経過後に電池電圧５ａを検出する。すなわち、ｔ１のタイミングでリセット解除信号８ａが出力され、それから所定の時間経過後のｔｃのタイミングで電池電圧５ａが検出される。
【００１１】
電池電圧検出回路６は、ｔｃのタイミングで電池電圧５aと閾値電圧Ｅｔｈとを比較する。電池電圧５aが閾値電圧Ｅｔｈ未満であれば、破線で示される電池電圧検出回路出力６ａを表示回路７に与えて表示回路出力７ａ（破線）を表示回路７から出力させ、電池電圧５aが閾値電圧Ｅｔｈ以上であれば、実線のように電池電圧検出回路出力６ａおよび表示回路出力７ａは出力されない。なお、閾値電圧Ｅｔｈは、メモリ２をバックアップするための下限電圧を下回らない値として定義される。具体的には、メモリ２をバックアップするための下限電圧が１Ｖであった場合、この１Ｖにダイオード４の順方向電圧を加えた電圧を下回らないようにすることが望ましい。
【００１２】
このような従来例では、モジュール電源１がオンすると共にメモリ２への供給電圧がモジュール電源１側から供給され、それ以降にバックアップ電池５の電圧を検出している。すなわち、上述従来例は、バックアップ用電池がメモリ２をバックアップしているときの電圧（実負荷電圧Ｅ１）を検出してなく、電池５が無負荷状態になったタイミングでその電圧を検出しているので、メモリ２をバックアップしているときの実負荷電圧Ｅ１が正確に検出できない。
【００１３】
このように無負荷状態で電池電圧を検出して警報が出力された場合、この電池の消耗は著しく進んでいる筈で、この電池にメモリの負荷がかかっていたときの電池電圧、つまり実負荷電圧Ｅ１は、当然、閾値電圧Ｅｔｈを下回わり、この電池は既にメモリをバックアップできない状態になっていた可能性が高い。従って上述した従来の電池電圧検出方法では、電池切れにも関わらず警報が出力されない、もしくは警報の出力が遅れて電池の交換が間に合わず電池切れとなる可能性が大きい。
【００１４】
このような問題を解決するために、ＣＰＵによって一時的にメモリの電源供給ラインを主電源側から電池側に切り換え、電池の実負荷状態を作り出し、その時の電池電圧を検出するようにしたメモリのバッテリバックアップ回路が開示されている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開平２−１２３１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、電池は連続使用状態を一時中断し、再度使用を開始すると、暫くは中断直前の電圧よりも高い電圧を出力する特性があるため、メモリバックアップ状態にあったバックアップ電池を、無負荷状態にし、再度、バックアップ状態にして負荷をかけると、電池電圧５ａは、無負荷電圧Ｅ０から実負荷電圧Ｅ１に少しは近づくが、安定した真の実負荷電圧Ｅ１に達する（下降する）までには暫らく時間がかかる。
【００１７】
このため、特許文献１に記載された発明では、安定した真の実負荷電圧Ｅ１よりやや高めの電池電圧を測定することとなり、まだ余命があると測定した電池の寿命が、実際はほぼ尽きてしまっているというように電池消耗の検出が遅れて電池切れとなる可能性がある。さらに、特許文献１に記載された発明は、主電源オン時における通常の読書き動作状態から、一時的にバッテリバックアップの状態に切り替えるため、装置全体または一部の機能を中断しなければならない。
【００１８】
本発明は、このような従来の問題点を解決するものであって、その目的は、電池の電圧低下を電池が完全に消耗する前に的確に検出して電池の交換を促し、メモリのバッテリバックアップ動作が電池の消耗によって途切れないようにすることができる、メモリバックアップ電池電圧の検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記のような課題を解決する方法として、本発明は以下のように構成される。
請求項１に係る発明は、主電源がオフのとき記憶手段を電池にてバックアップするバックアップ回路を有するプログラマブルコントローラにおいて、バックアップ回路は、主電源がオンしてから所定の期間、電池によるバックアップを継続するバックアップ継続手段と、所定の期間中に電池の電圧と所定の閾値とを比較し、該比較結果を出力する電池電圧検出手段と、を備えるよう構成する。
【００２０】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のプログラマブルコントローラにおいて、
所定の閾値は記憶手段がデータを保持するために必要な下限電圧を基に予め設定された電圧値とする。
【００２１】
請求項３に係る発明は、請求項１に記載のプログラマブルコントローラにおいて、
記憶手段には、該プログラマブルコントローラの動作モードを決定する設定データが保持されるよう構成する。
【００２２】
請求項４に係る発明は、請求項１に記載のプログラマブルコントローラにおいて、
閾値は該プログラマブルコントローラに着脱可能な支援装置により新たな閾値が転送されると、予め設定された閾値を新たな閾値に更新する更新手段を更に備えるよう構成する。
【００２３】
請求項５に係る発明は、主電源がオフのとき記憶手段を電池にてバックアップするバックアップ回路を有するプログラマブルコントローラの電池電圧の検出方法であって、
主電源がオンしたことを起点とし所定の時間経過後に生成される第１のタイミングまで電池によるバックアップを継続し、主電源がオンしたことを起点とし所定の時間の間に生成される第２のタイミングにて電池の電圧を検出するよう構成する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、プログラマブルコントローラへの外部電源がオンされた後も、暫時、電池によるメモリバックアップ状態を継続させるようにし、この状態での電池電圧を検出するようにしたので、実負荷状態の電池の電圧（実負荷電圧Ｅ１）を正確に検出することが可能となり、メモリバックアップ用電池の電池切れ、すなわち、メモリのデータ消失を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施例としてのメモリバックアップ回路の構成を示す回路図
【図２】図１の動作説明用のタイムチャート
【図３】従来のメモリバックアップ回路の構成例を示す回路図
【図４】図３の動作説明用のタイムチャート
【図５】プログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）の電源の供給方法を説明する図
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の好適な実施形態について図１、図２、および図５の図面を基に説明する。なお、これらの図面は本発明の一実施形態を説明するための図面であって、これらの図面によって本発明が限定されるものではない。また、従来技術を説明するための図３、図４と同じ構成は同符号を付してある。
【実施例】
【００２７】
本発明のメモリバックアップ回路を適用する装置はプログラマブルコントローラ（以下ＰＬＣ）である。ＰＬＣはアプリケーションプログラムを演算実行してＰＬＣに接続される監視制御対象機器を、監視や制御する装置であり、ＦＡ（ファクトリーオートメーション）等に広く使用されている。
【００２８】
図５は、ＰＬＣの基本的な機能部分である各種のモジュールの構成と、各モジュールに対する給電方法の一例を示す図である。２００は、外部から商用電源が供給されることにより、各種モジュールに所定の電圧を供給するシステム電源である。
【００２９】
３０１と３０２は、ＰＬＣ全体を統括制御するＣＰＵモジュール（共通符号を３００とする）である。４０１、４０２、・・・、４０６は、各種の監視制御対象機器の適所に取り付けたスイッチやセンサなどの信号を入力したり、同じく監視制御対象機器のアクチュエータなどに制御出力信号を出力する入出力モジュール（共通符号を４００とする）、また１００は、これらの各種モジュールおよびシステム電源を搭載するベースボードである。
【００３０】
システム電源２００は、ベースボード１００を介して、ＣＰＵモジュール３００や、入出力モジュール４００のそれぞれにベースボード電圧（本例ではＤＣ２４Ｖ）Ｓ１を供給する。この電圧Ｓ１を受けた各モジュール３００、４００は、各モジュール内に設けられたモジュール電源１によって、当該モジュール内の回路を駆動させるためのモジュール電圧Ｓ２を生成している。
【００３１】
図１はＣＰＵモジュール３００内に設けられた本発明のメモリバックアップ回路０１の構成図である。図３の従来の構成例に対し、本発明の図１の構成は、制御部９、遅延回路１０、トランジスタ１１が付加された点が相異する。
【００３２】
同図１において、制御部９は図外のマイクロプロセッサ（ＣＰＵ）、プログラムメモリ、作業用メモリなどを搭載しており、前述したアプリケーションプログラムを実行することにより入出力モジュール４００を介して外部機器を制御する。
【００３３】
また、トランジスタ１１は、モジュール電圧Ｓ２からダイオード３のアノードに至るラインに直列に挿入され、モジュール電圧Ｓ２のメモリ２への給電路を開閉するスイッチの役割を持つ。なお、メモリ２には、ＰＬＣの動作モードを決定するためのパラメータ（設定データ）などが保持されている。
【００３４】
遅延回路１０はモジュール電圧Ｓ２のラインに接続され、モジュール電圧Ｓ２がオンした後の所定の遅延期間δの間トランジスタ１１をオフに保つ役割を持つ。なお、１０ａは遅延回路１０がトランジスタ１１のベースに与える、オン、オフの駆動信号としての遅延回路出力信号である。このように遅延回路１０とトランジスタ１１により、メモリバックアップ回路０１はモジュール電圧Ｓ２がオンした後の所定の期間、電池によるバックアップを継続する（バックアップ継続手段）。
【００３５】
また、リセット解除回路８および電池電圧検出回路６は図３に示した構成と略同じであるが、その相違点はリセット解除信号８ａが電池電圧検出回路６以外に制御部９に与えられている点、そして、出力信号電池電圧検出回路出力６ａが表示回路７以外に制御部９に与えられている点である。
【００３６】
なお、１はモジュール電圧Ｓ２を生成する点で図３に示したモジュール電源１と同じであり、メモリ２、電池５、表示回路７は、図３の構成と同一なので、その説明は省略する。
【００３７】
図２は図１の動作説明用のタイムチャートである。この図２では図４に示した各種信号の他に、遅延回路１０の出力信号が付加されており、上から下へ並ぶ配列番号１）、２）、・・・、７）の順に、それぞれ、モジュール電圧Ｓ２、電池電圧５ａ，メモリ電源電圧２ａ、リセット解除信号８ａ，遅延回路出力信号１０ａ，電池電圧検出回路出力６ａ、表示回路出力７ａが示されている。なお、図２では図４より時間軸（水平軸）が拡大されている。
【００３８】
次に図２を参照し、図1のメモリバックアップ回路０１の具体的な動作を説明する。
時点ｔ１以前においてはＰＬＣへの外部電源は遮断されており、モジュール電圧Ｓ２はオフ状態である。このとき、メモリ２は電池５によってバックアップされている。このため、時点ｔ１における電池電圧５ａは、安定した実負荷電圧Ｅ１になっている。
【００３９】
時点ｔ１でＰＬＣへの外部電源が投入されると、モジュール電圧Ｓ２が立上がってオンし、この立上がりの始めにおいては、図３，４で述べた従来技術と同様に、リセット解除回路８はモジュール電圧Ｓ２が所定の電圧に達したことを検知し、リセット解除信号８ａをオンする。リセット解除信号８ａがオンされると制御部９のリセットが解除され、その動作を開始する。また、リセット解除信号８ａは電池電圧検出回路６にも与えられており、電池電圧検出回路６はリセット解除信号８aの立上がりタイミングから所定の時間経過後に電池電圧５ａを検出する。
【００４０】
遅延回路１０は、モジュール電圧Ｓ２が所定の電圧に達してから所定の時間トランジスタ１１のオンを防止する。従って、モジュール電圧Ｓ２がオンした後も、その立上がり開始時点ｔ１から遅延期間δが経過する時点ｔ２まで、トランジスタ１１のベースに与える遅延回路出力信号１０ａをロウレベルに保って、トランジスタ１１をオフ状態に保つ。このため、電池５は、時点ｔ２までそのまま、メモリ２のバックアップを継続し、電池電圧５ａは実負荷電圧Ｅ１を維持する。
【００４１】
続いて、時点ｔ２において遅延回路１０は、遅延回路出力信号１０ａをハイレベルにし、トランジスタ１１をオンさせる。これによりメモリ２は電池５に代わり、モジュール電圧Ｓ２側から電圧が給電されることとなり、電池５はメモリ２から切り離され、電池電圧５ａは今までの実負荷電圧Ｅ１から無負荷電圧Ｅ０に移行する。
【００４２】
ところで、時点ｔ１から遅延期間δが経過する以前の時点ｔｃ（電池電圧検出点）において、電池電圧検出回路６は電池電圧５ａを検出して閾値電圧Ｅｔｈと比較する。これはモジュール電圧Ｓ２が所定の電圧に達するとリセット解除回路８によりリセット解除信号８ａがオンされ、この立ち上がりタイミングから所定の時間経過後に電池電圧５ａを検出するようにすることで達成される。すなわち、ｔ１のタイミングでリセット解除信号８ａが出力され、そこから計数して所定の時間経過後のｔｃのタイミングで電池電圧５ａと閾値電圧Ｅｔｈが比較される。
【００４３】
ｔｃのタイミングで電池電圧５ａ（実負荷電圧Ｅ１）が閾値電圧Ｅｔｈ未満であれば、電池電圧検出回路出力６ａが出力され、この出力を受けた表示回路７は表示回路出力６ａを出力して警報を発し、ユーザに電池交換を促す。なお、閾値電圧Ｅｔｈは、前述の如くメモリ２のバックアップに必要な下限電圧から定まる電圧である。具体的には、メモリ２をバックアップするための下限電圧が１Ｖであった場合、この１Ｖにダイオード４の順方向電圧を加えた電圧以上にすることが望ましい。
【００４４】
また閾値電圧Ｅｔｈは、制御部９により更新できる。制御部９にはＣＰＵモジュール３００に着脱可能なプログラミング装置（支援装置）から閾値電圧Ｅｔｈの更新の要求を受けると、この更新の要求と同時に受信した新たな閾値に更新する機能が備えられている（更新手段）。電池電圧検出回路６は制御部９によって設定されたデジタル値を所定の電圧値に変換するＤ／Ａ変換機能を備えられており、このＤ／Ａ変換された出力電圧を閾値電圧Ｅｔｈとしている。
【００４５】
ここで時点ｔ１、ｔｃ、ｔ２を定義するとともにそれぞれの時点の相関関係を説明する。ｔ１は前述の如くモジュール電源Ｓ２がオンした時点、すなわち、モジュール電源Ｓ２が所定の電圧（制御部９が動作可能な電圧）に達した時点である。また、ｔｃはｔ１を基準に、所定の時間経過後に電池電圧５ａを検出するタイミングである。そして、ｔ２はｔ１を基準に所定の時間経過後メモリ２に対する電圧供給を切り替えるタイミングである。すなわちｔ２は電池５によってバックアップ状態にあったメモリの電圧供給をモジュール電圧Ｓ２の供給に切り替えるタイミングである。
【００４６】
また、ｔｃとｔ２との関係としては、基準をｔ１とし、ｔｃ＜ｔ２とする関係が本発明のポイントである。すなわち、本発明のポイントはｔ１からｔ２までの期間内にｔｃのタイミングを作り出し、電池電圧５ａを検出することである。
【００４７】
また、電池電圧検出回路６と表示回路７の機能、すなわち、主電源がオンしてから電池によるメモリ２のバックアップを継続している間に、電池５の電圧と閾値Ｅｔｈとを比較し、その比較結果を出力する機能が電池電圧検出手段に対応している。
【００４８】
以上説明したように、本発明は、主電源投入後、電池によるメモリへの電圧供給から主電源よる電圧供給に切り替えるまでの時間を延長してメモリ２のバックアップ状態を維持し、このバックアップ状態の電池電圧（実負荷電圧）を検出するよう構成した。このようにすることで電池の実負荷電圧が正確に検出されるため、電池５のメモリバックアップ能力が尽きる前に確実に電池の交換を促すことができるバックアップ回路および高信頼なプログラマブルコントローラを提供することができる。
【符号の説明】
【００４９】
０１    メモリバックアップ回路
１      モジュール電源
２      メモリ
２ａ    メモリ電源電圧
３，４  ダイオード
５      電池
５ａ    電池電圧
６      電池電圧検出回路
６ａ    電池電圧検出回路出力
７      表示回路
７ａ    表示回路出力
８      リセット解除回路
８ａ    リセット解除信号
９      制御部
１０    遅延回路
１０ａ  遅延回路出力信号
１１    トランジスタ
Ｓ１    ベースボード電圧
Ｓ２    モジュール電圧
Ｅｔｈ  閾値電圧
【図１】
2012027640.tif 000003
【図２】
2012027640.tif 000004
【図３】
2012027640.tif 000005
【図４】
2012027640.tif 000006
【図５】
2012027640.tif 000007