JPH1055204A

JPH1055204A - プログラマブルコントローラ

Info

Publication number: JPH1055204A
Application number: JP15398797A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Oshiga; 孝幸押賀; Katsuhiro Fujiwara; 克弘藤原; Masaki Naito; 雅規内藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-06-11
Filing date: 1997-06-11
Publication date: 1998-02-24
Anticipated expiration: 2017-06-11
Also published as: JP2963676B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ユーザプログラムの大きさにかかわらずＰＩ
Ｄ定数を設定することを可能にする。【解決手段】１つの中央処理装置１でシーケンス制御
とＰＩＤ制御の両方を交互に行うプログラマブルコント
ローラにおいて、シーケンス制御用にシーケンス演算を
行っている中央処理装置に、周期的に、該シーケンス演
算処理中にＰＩＤ制御用の演算を割込処理する手段を設
ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はプログラマブルコン
トローラに係り、特に、ＰＩＤ制御プログラムを内部に
有するシーケンス制御プログラムを実行するに好適なプ
ログラマブルコントローラに関する。

【０００２】

【従来の技術】図８は、従来のプログラマブルコントロ
ーラの構成図である。従来のプログラマブルコントロー
ラは、ＣＰＵ部１と、入出力部２とを備え、外部に設け
られたプログラミング装置３でユーザが作成した制御プ
ログラムをＣＰＵ部１に読み込ませて該制御プログラム
を実行させ、入出力部２を介してシーケンス制御対象５
を制御するようになっている。

【０００３】ＣＰＵ部１は、ＭＰＵ１１と、システムＲ
ＯＭ／ＲＡＭ１２と、プログラミング装置３等に接続さ
れる周辺装置インタフェース１３と、制御プログラムを
格納するユーザメモリ１５と、これらを相互に接続する
システムバス１４とから成る。入出力部２は、ディジタ
ル信号入力ポート２１と、ディジタル信号出力ポート２
２と、アナログ信号入力ポート２３と、アナログ信号出
力ポート２４とを備え、これらはシステムバス１４に接
続されている。

【０００４】ユーザメモリ１５に格納される制御プログ
ラムは、通常スキャンプログラム部４０と、該通常スキ
ャンプログラム部４０の実行中に一定周期で割込処理さ
れる定周期スキャンプログラム部４１とに分かれてい
る。通常スキャンプログラム部４０は、該プログラム部
４０の先頭からＥＮＤ命令までをサイクリックに演算処
理され、定周期スキャンプログラム部４１は、ＩＮＴ命
令（定周期スキャンプログラムの開始位置を示すラベ
ル）からＲＴＩ命令（定周期スキャンプログラムから通
常スキャンプログラムへ戻るための命令）までを割込処
理される。

【０００５】上記の制御プログラムは、プログラミング
装置３から周辺装置インタフェース１３を介してユーザ
メモリ１５に書き込まれ、ＭＰＵ１１は、この制御プロ
グラムの各命令を順次読み出し、入出力部２からの読み
込みデータを演算処理し、制御対象５の制御を行う。

【０００６】従来のプログラマブルコントローラにおい
て、上述したように、制御プログラムを通常スキャンプ
ログラム部４０と定周期スキャンプログラム部４１に分
けたのは、次の理由による。通常スキャンプログラム部
４０は、ユーザのプログラム量に比例して処理時間が長
くなる。従って、制御対象の中で、短い応答時間を必要
とする制御部分がある場合、前記のプログラム量が大き
いとこの短時間で応答すべき制御部分の制御は不可能に
なってしまう。そこで、制御プログラムに定周期スキャ
ンプログラム部４１を設け、短時間応答の必要な制御を
この定周期スキャンプログラム部４１で行わせること
で、短時間応答制御を定周期で実行させ、合わせて、ユ
ーザが大きなプログラムを組むことができるようにして
いる。

【０００７】尚、従来のプログラマブルコントローラに
関連するものとして、例えば、「日立評論」１９８９年
７月発行（Ｕ．Ｄ．Ｃ．６５８．５２７．７’１３２）
Ｐ４３〜Ｐ４８に記載のものがある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】プログラマブルコント
ローラの制御対象は、従来はシーケンス制御を行うもの
に限られていたが、近年は、プロセス制御にも応用しよ
うとする傾向が出てきている。しかし、プロセス制御を
行うには、ＰＩＤ（比例，積分，微分）制御を行う必要
がある。しかし、従来のプログラマブルコントローラ
は、ＰＩＤ制御については配慮しておらず、以下のよう
な問題が生じるという不具合がある。

【０００９】（１）ＰＩＤ演算を行う上で、制御対象の
測定データをサンプリングしてコントローラ内に取り込
む必要があるが、このサンプリングは、一定周期毎に行
わなければならない。しかし、ユーザプログラムの大き
さによって処理時間が変わるため、このサンプリング周
期を固定することができず、従って、ＰＩＤ定数を一義
に設定できないという問題がある。

【００１０】（２）上記（１）の問題は、ＰＩＤ演算を
定周期スキャンプログラム部４１にプログラミングする
ことで対処することはできるが、制御しなければならな
いＰＩＤループの数が多くなると、定周期スキャンの実
行時間が長くなり、通常スキャンプログラムが殆ど実行
されなくなってしまうという問題が生じてしまう。

【００１１】（３）シーケンス演算命令には通常四則演
算までしかないが、ＰＩＤ演算は積分，微分演算まで含
まれるので、プログラムの長さはＰＩＤ制御プログラム
の方が長くなり、また、そのプログラミングも多大の労
力を要することになる。

【００１２】本発明の第１の目的は、ユーザプログラム
の大きさにかかわらずＰＩＤ定数を設定することの可能
なプログラマブルコントローラを提供することにある。

【００１３】本発明の第２の目的は、ＰＩＤループ数が
多くなっても確実に通常スキャンプログラムを実行する
ことのできるプログラマブルコントローラを提供するこ
とにある。

【００１４】本発明の第３の目的は、容易にＰＩＤ制御
プログラムを作成することのできるプログラマブルコン
トローラを提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的は、１つ
の中央処理装置でシーケンス制御とＰＩＤ制御の両方を
交互に行うプログラマブルコントローラにおいて、シー
ケンス制御用にシーケンス演算を行っている前記中央処
理装置は、周期的に該シーケンス演算処理中にＰＩＤ制
御用の演算を割込処理することで、達成される。

【００１６】上記第２の目的は、１つの中央処理装置で
シーケンス制御と複数ループのＰＩＤ制御の両方を行う
プログラマブルコントローラにおいて、シーケンス制御
用にシーケンス演算を行っている前記中央処理装置は、
周期的に該シーケンス演算処理中にＰＩＤ制御用の演算
を割込処理し且つ１回の割込処理で１ループのＰＩＤ演
算を行うことで、達成される。

【００１７】上記第３の目的は、ＰＩＤ演算用のサブル
ーチン命令をシーケンス演算命令の１つとして持ちユー
ザはＰＩＤのパラメータをセットするだけでサブルーチ
ン命令をプログラムできるようにすることで、達成され
る。

【００１８】定周期でＰＩＤ制御プログラムを実行する
ことで、ユーザプログラムの大きさにかかわりなく定期
的に制御対象のデータを取り込むことができ、ＰＩＤ定
数を決めることが可能となる。

【００１９】定周期でＰＩＤ制御を行う場合、１回で１
ループのＰＩＤ演算しかしないようにすると、多数のＰ
ＩＤループがあっても、それにより、通常スキャンプロ
グラムの実行が行われなくなるという事態は回避され
る。

【００２０】ＰＩＤプログラムを作成する場合、単にパ
ラメータをセットするだけでサブルーチン命令をプログ
ラムできるので、ＰＩＤ制御プログラムの作成が容易と
なる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図１
乃至図７を参照して説明する。図１は、本発明の一実施
形態に係るプログラマブルコントローラの構成図であ
る。本プログラマブルコントローラと、図８に示した従
来のプログラマブルコントローラとは、定周期スキャン
プログラム部４１の内容と、ＰＩＤ制御対象６がアナロ
グ信号入出力ポート２３，２４に接続されている点が異
なるだけで、他の構成は同じである。以下、定周期スキ
ャンプログラム部４１の内容とＭＰＵ１１が該内容に従
って行う動作について説明する。

【００２２】本実施形態における定周期スキャンプログ
ラム部４１は、通常スキャンプログラム部４０の実行処
理中に２０ミリ秒毎に読み出されて実行される。そのプ
ログラム構成は、開始位置を示すラベルであるＩＮＴ命
令で始まり、次に、ループ管理を行う命令ＰＩＤ“Ｃ”
があり、以下、実際のＰＩＤ演算命令であるＰＩＤ
“１”〜ＰＩＤ“ｎ”のｎループの命令群が並び（各命
令では、ＰＩＤ制御対象６の測定値Ｘｎをアナログ信号
入力ポート２３から取り込むと共に対応する目標値Ｗｎ
をシステムＲＯＭ／ＲＡＭ１２から読み出し、両値Ｘ
ｎ，Ｗｎを用いてＰＩＤ演算を行い、その結果を操作量
Ｙｎとしてアナログ信号出力ポート２４からＰＩＤ制御
対象６に出力する。）、最後に、通常スキャンプログラ
ムに戻る命令ＲＴＩがある。

【００２３】ループ管理命令ＰＩＤ“Ｃ”は、ＰＩＤ演
算命令ＰＩＤ“１”〜ＰＩＤ“ｎ”対応にソフト的に設
けられたＰＩＤ演算起動フラグＲ“１”〜Ｒ“ｎ”を、
この定周期スキャンプログラム部４１がＭＰＵ１１に読
み出され割込み処理される毎に順次１つづつオンする働
きをする。つまり、ある周期でこの定周期スキャンプロ
グラム部４１が読み出され割込処理されるときのフラグ
Ｒ“ｉ”がオンになっている場合には、この定周期スキ
ャンプログラム部４１の実行ではＰＩＤ“ｉ”命令のみ
が実行され、次の２０ミリ秒後のこの定周期スキャンプ
ログラム部４１の実行では、フラグＲ“ｉ＋１”がオン
になっているので、ＰＩＤ“ｉ＋１”命令が実行され
る。つまり、１回の定周期スキャンプログラム部４１の
実行では、１ループ分のＰＩＤ演算命令のみ実行され
る。本実施形態で斯かるプログラム構成にしたのは、前
述したように、ＰＩＤ制御を連続して実行すると、ＰＩ
Ｄ制御の処理時間が長くなって各割込処理の間で実行さ
れるべき通常スキャンプログラム部４０の実行時間が無
くなってしまうのを回避するためである。従って、高速
のプロセッサを使用し各割込処理間で必ず通常スキャン
プログラムの実行時間が確保されるのであれば、つまり
割込処理の時間間隔オーダで通常スキャンプログラムと
定周期スキャンプログラムの実行が交互に並行処理され
るのであれば、１回の定周期スキャンプログラム部４１
の実行で連続して２ループ，３ループ等複数ループのＰ
ＩＤ演算命令を連続して実行してもよいことはいうまで
もない。

【００２４】図２は、ＰＩＤ制御プログラムの作成説明
図である。図１のシステムＲＯＭ／ＲＡＭ１２には、図
２の左側に記載されたサブルーチン命令ＦＵＮ（０），
ＦＵＮ（１），…，ＦＵＮ（ｎ）がＰＩＤ演算命令ＰＩ
Ｄ（０），ＰＩＤ（１），…，ＰＩＤ（ｎ）対応に予め
作成されており、ユーザは、各サブルーチン命令ＦＵＮ
（ｉ）全体を作成する必要はなく、各サブルーチン命令
ＦＵＮ（ｉ）で使用されるパラメータＴｚ，Ｋｐ，ＫＩ
等をセットするだけで済むようになっている。これらの
パラメータは、データエリアＷＲ０００，００１，…に
格納されるのであるが、データエリアのアドレスを指定
しながらパラメータをセットするのは、ユーザにとって
は不便であるので、例えば図２の右側の図面をＣＲＴに
描き、ここでＴｚ＝２０ｓ等と指定することで行える
ようにする。

【００２５】このようにしてユーザが各パラメータをセ
ットし、ＭＰＵ１１が前述したフラグを参照してｉ番目
のサブルーチン命令ＦＵＮ（ｉ）を起動すると、ＭＰＵ
１１は該サブルーチン命令ＦＵＮ（ｉ）の実行に必要な
パラメータをデータエリアを検索することで探し、ＰＩ
Ｄ演算を実行しＰＩＤ制御対象（ｉ）を制御する。

【００２６】図３は、本実施形態におけるプログラマブ
ルコントローラのシステム構成図である。周辺装置イン
タフェース１３を介してユーザメモリＭＥＭ内にプログ
ラミングされたシーケンス制御プログラムとＰＩＤ制御
プログラムはＣＰＵが実行する。ＣＰＵとシーケンス制
御対象たる機械との間ではディジタル入力ＤＩとディジ
タル出力ＤＯとを介して検出信号と制御信号が送受さ
れ、ＣＰＵとアナログ制御対象（本実施形態ではプロセ
ス制御対象）との間ではアナログ入力ＡＩとアナログ出
力ＡＯとを介して検出信号と制御信号とが送受される。
これにより、シーケンス制御対象はシーケンス制御さ
れ、プロセス制御対象はＰＩＤ制御される。

【００２７】図４は、ＰＩＤループが複数ある場合のシ
ステム構成図である。この実施形態では、ＣＰＵを備え
る基本ユニット２０にＣＰＵを持たない増設ユニット３
１，３２，３３が接続され、また、基本ユニット３０に
はリモート回線を介して離れた位置に増設ユニット３
４，３５が接続されている。各ユニットはモジュール化
されており、図示の例では、ＡＩはアナログインプット
モジュール，ＡＯはアナログアウトプットモジュールを
示している。この例では、ＰＩＤ制御対象が３つあり、
１番目は基本ユニット３０に設けられたＡＩ，ＡＯモジ
ュールに接続され、２番目は増設ユニット３３のＡＩ，
ＡＯモジュールに接続され、３番目は増設ユニット３５
のＡＩ，ＡＯモジュールに接続されている。そして、各
ＰＩＤ制御対象は、基本ユニット３０のＣＰＵにより制
御されるが、前述したように、１回目の割込処理では１
番目の制御対象が制御され、２回目の割込処理では２番
目の制御対象が制御され、３回目の割込処理では３番目
の制御対象が制御され、４回目の割込処理では再び１番
目の制御対象が制御されるようになっている。

【００２８】図５は、ＰＩＤ制御ループが２ループの場
合の制御タイミングを示すチャートである。この実施形
態におけるＣＰＵは、動作モードが４種類あり、夫々の
モードにおけるＣＰＵ動作は、次の通りである。

【００２９】システム定周期スキャン処理：ＣＰＵが１
０ミリ秒毎に実行する処理で（図５においては、図を見
やすくするために、２回分の処理をまとめて表現してあ
るため、２０ミリ秒毎の処理のように示してある。実際
には、３ミリ秒の処理の後に４ミリ秒の処理を行
い、次に３ミリ秒の処理を行った後、再び（最初から
１０ミリ秒後）３ミリ秒の処理を行うようになってい
る。図５では、処理の６ミリ秒の中央に線分を記載す
ることで上記の各処理を省略してある。）、シーケンス
プログラム中のタイマの経過値更新・自己診断・周辺サ
ービスを実行する。

【００３０】２０ミリ秒毎の定周期スキャン処理：ＣＰ
Ｕが２０ミリ秒毎に必ず実行する処理で、処理ａ，ｂ，
ｃ，ｄからなる。処理ａでは、ＰＩＤループ１の定周期
スキャン開始命令ＩＮＴが実行され、処理ｂでは、ルー
プ管理命令ＰＩＤ“C"が実行され、次に処理ｃでＰＩＤ
演算命令が実行され、最後に処理ｄで定周期スキャン終
了処理（処理に戻る。）を行う。

【００３１】スキャンエンド処理：通常スキャン処理
の最後に実行される処理であり、通常スキャンプログラ
ムの「ＥＮＤ」命令で起動され、実行命令のアドレスを
示すプログラムカウンタの値を通常スキャンプログラム
の先頭へ戻す処理や、ＭＰＵ内の演算器の診断処理を実
行する。

【００３２】通常スキャン処理：ユーザメモリに書き込
まれた通常スキャンプログラムを先頭から「ＥＮＤ」命
令までサイクリックに実行する。

【００３３】図５に示す定周期スキャン処理では、処理
の処理ｃでＰＩＤ演算を実行しているが、最初の定周
期スキャン処理ではＰＩＤループ１の演算を実行し、
２回目の定周期スキャン処理ではＰＩＤループ２の演
算を実行し、３回目ではＰＩＤループ１を、４回目では
ＰＩＤループ２を実行するという具合に、ＰＩＤループ
１とＰＩＤループ２の処理を２０ミリ秒毎に交互に実行
する。従って、１つのＰＩＤループの処理は４０ミリ秒
に１回の一定周期で実行されることになり、各ＰＩＤル
ープは確実に一定のサンプリング周期で実行されること
になる。

【００３４】図６は、ＰＩＤ制御ループが３ループの場
合のタイミングチャートである。定周期スキャン処理
で各ループは１ループづつ重複することなく実行され
る。この例では、ループ１が６０ミリ秒毎（３ループを
実行するときの最小サンプリング時間）に処理され、ル
ープ２が１２０ミリ秒毎に処理され、ループ３が２４０
ミリ秒毎に処理される。従って、各ループは必ず一定周
期で実行されるが、２０ミリ秒毎の定周期スキャン処理
で毎回ＰＩＤループが実行されることは無くなり、図６
に↓印で示すタイミングでは通常スキャンプログラムを
実行する余裕ができ、通常スキャンプログラムの処理を
多くとることができる。図７に、ＰＩＤ演算機能の仕様
の一例を示す。

【００３５】尚、ＰＩＤ制御は、例えば温度を一定温度
に制御するような場合に行うものであり、温度変化が急
な場合にはサンプリング間隔を短くした方が精度の高い
制御が可能になる。しかし、温度が一定温度近辺の定常
状態になった後は、サンプリング間隔を長くしても、制
御精度はそれほど落ちない。そこで、制御対象が目標値
近辺に制御され制御量が安定した後は、サンプリング周
期を延ばし、その分を通常スキャンプログラムの実行に
割くことで、より円滑な制御を実行できるようになる。

【００３６】本実施形態によれば、ユーザプログラム
（シーケンス制御プログラム部分）の大きさに関係な
く、所定周期でＰＩＤ演算を実行できるので、シーケン
ス制御とＰＩＤ制御を１つのＣＰＵで実行しても、ＰＩ
Ｄ制御のサンプリング間隔が変化することなく実行で
き、ＰＩＤ定数をサンプリング時間に対応して調節する
ような複雑な処理が不用になる。また、ＣＰＵが１つで
済むので、シーケンス演算とＰＩＤ演算の組合せを調整
することで、システムの制御装置のコスト低減を図るこ
ともできる。更に、ＰＩＤ制御とシーケンス制御の演算
負荷の割合を、各ＰＩＤループの実行周期を指定するこ
とで調整でき、シーケンス制御の応答時間の調整が可能
になる。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、１つのＣＰＵでシーケ
ンス制御対象とＰＩＤ制御対象を並行して制御でき、ま
た、ＰＩＤ制御対象が複数あっても、各ＰＩＤ制御対象
の制御の他にシーケンス制御も確実に実行できるという
効果がある。更に、ユーザがＰＩＤ制御プログラムを容
易に作成することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るプログラマブルコン
トローラの構成図である。

【図２】本発明の一実施形態に係るＰＩＤ制御プログラ
ム作成方法の説明図である。

【図３】図１のプログラマブルコントローラで１ループ
のＰＩＤ制御を行う場合の一システム構成図である。

【図４】図１に示すプログラマブルコントローラで３ル
ープのＰＩＤ制御を行う場合の一システム構成図であ
る。

【図５】２ループのＰＩＤ制御を行う場合の一例に係る
タイミングチャートである。

【図６】３ループのＰＩＤ制御を行う場合の一例に係る
タイミングチャートである。

【図７】ＰＩＤ演算機能の一仕様説明図である。

【図８】従来のプログラマブルコントローラの構成図で
ある。

【符号の説明】

１…ＣＰＵ部、２…入出力部、３…プログラミング装
置、５…シーケンス制御対象、６…ＰＩＤ制御対象、１
１…ＭＰＵ、１２…システムＲＯＭ／ＲＡＭ、１３…周
辺装置インタフェース、１４…システムバス、１５…ユ
ーザメモリ、４０…通常スキャンプログラム部、４１…
定周期スキャンプログラム部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１つの中央処理装置でシーケンス制御と
ＰＩＤ制御の両方を交互に行うプログラマブルコントロ
ーラにおいて、シーケンス制御用にシーケンス演算を行
っている前記中央処理装置は、周期的に該シーケンス演
算処理中にＰＩＤ制御用の演算を割込処理するものであ
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２】１つの中央処理装置でシーケンス制御と
複数ループのＰＩＤ制御の両方を行うプログラマブルコ
ントローラにおいて、シーケンス制御用にシーケンス演
算を行っている前記中央処理装置は、周期的に該シーケ
ンス演算処理中にＰＩＤ制御用の演算を割込処理し且つ
１回の割込処理で１ループのＰＩＤ演算を行うものであ
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】シーケンス制御プログラムとＰＩＤ制御
プログラムとを格納したユーザメモリと、シーケンス制
御対象との間でデータの送受を行うディジタル信号入出
力ポートと、ＰＩＤ制御対象との間でデータの送受を行
うアナログ信号入出力ポートと、前記シーケンス制御プ
ログラムを実行して前記ディジタル信号入出力ポートを
介して前記シーケンス制御対象を制御している最中に定
期的に前記ＰＩＤ制御プログラムを割込処理し前記アナ
ログ信号入出力ポートを介して前記ＰＩＤ制御対象を制
御するプロセッサ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４】シーケンス制御プログラムと複数ループ
のＰＩＤ制御プログラムを格納したユーザメモリと、シ
ーケンス制御対象との間でデータの送受を行うディジタ
ル信号入出力ポートと、ＰＩＤ制御対象との間でデータ
の送受を行うアナログ信号入出力ポートと、ＰＩＤ制御
対象との間でデータの送受を行うアナログ信号入出力ポ
ートと、前記シーケンス制御プログラムを実行して前記
ディジタル信号入出力ポートを介して前記シーケンス制
御対象を制御している最中に定期的に前記ＰＩＤ制御プ
ログラムを１ループづつ割込処理し前記アナログ信号入
出力ポートを介して前記ＰＩＤ制御対象を制御するプロ
セッサ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５】シーケンス演算処理プログラム中に存在
する定周期演算処理プログラムの中に複数ループのＰＩ
Ｄ制御プログラムを有しこれらのプログラムを実行処理
するプロセッサを備えるプログラマブルコントローラに
おいて、前記プロセッサは、前記定周期演算処理プログ
ラムの実行時に１ループのＰＩＤ制御プログラムのみを
実行し次の定周期演算処理プログラムの実行時には別の
１ループのＰＩＤ制御プログラムを実行するものである
ことを特徴とするプログラマブルコントローラ。