JPH11312007A - プログラマブルコントローラ - Google Patents

プログラマブルコントローラ

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JPH11312007A
JPH11312007A JP11815898A JP11815898A JPH11312007A JP H11312007 A JPH11312007 A JP H11312007A JP 11815898 A JP11815898 A JP 11815898A JP 11815898 A JP11815898 A JP 11815898A JP H11312007 A JPH11312007 A JP H11312007A
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Japan
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bus
data transfer
cpu
processing
timer
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Application number
JP11815898A
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English (en)
Inventor
Hisae Shinoda
寿恵 篠田
Tadashi Okamoto
正 岡本
Kazuhisa Watanabe
和久 渡辺
Kimiharu Yaguchi
公春 矢口
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Hitachi Ltd
Hitachi Process Computer Engineering Inc
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi Process Computer Engineering Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】制御処理と情報処理が統合したプログラマブル
コントローラを実現する。 【解決手段】制御処理用データを定周期で転送する制御
処理用バスと情報処理用データを非定周期で転送する情
報処理用バスを別に設け、制御処理と情報処理を独立し
て実行する。制御処理用データを転送するサイクリック
データ転送回路と制御演算を実行する制御処理専用プロ
セッサ(SPU)は、タイマのカウント終了報告がCP
Uへ報告され、CPUから起動される。サイクリックデ
ータ伝送回路は、PI/OとPI/Oメモリ間でPI/
Oデータを授受する。SPUは制御プログラムを格納し
たシーケンスメモリからプログラムを読み込み、PI/
Oに対し必要な入出力をPI/Oメモリを介し行う。そ
れらの制御処理に必要なデータは制御処理用バスにより
定周期で転送される。

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
ントローラ等の制御用装置に係わり、特に、リアルタイ
ム制御が要求される制御機器としての機能と情報・通信
機器の機能を統合したプログラマブルコントローラのバ
スに関するものである。
【0002】
【従来の技術】プログラマブルコントローラ(以下PL
Cと称する)は制御機器として一般的に機械,設備の制
御に広く使用されているコントローラで、ユーザが機
械,設備の制御内容,条件,手順などを命令語の組合せ
によりプログラムできる。PLCは基本的に制御演算装
置(情報処理用の汎用プロセッサ(CPU:Central Pr
ocessor Unit),制御処理専用プロセッサ(SPU:Se
quence ProcessorUnit))と、制御対象との入出力信号
を授受するプロセス入出力装置(PI/O)、PI/Oの
情報を格納したPI/Oメモリ(PI/Oイメージメモ
リ)、及びプログラミングツール装置,通信回線制御装
置などで構成され、それらが、特開昭61−29906 号公報
に記載のように共通バスで接続されPLCとしての機能
を実現している。
【0003】PLCの基本機能はプログラムによりプロ
セス(機械,設備)の制御をすることであり、「PI/
O入力→制御演算→PI/O出力」の一連の処理が高速
でかつ定周期で処理されることにより実現される。ま
た、最近の生産現場における制御システムでは、通信処
理などの情報処理が欠かせない。従来は、制御はコント
ローラ、情報処理はパソコンやワークステーションで行
っていたが、プロセス制御と情報処理を統合した装置に
対する要求が高まり、現在は制御のみならず通信機能を
装備して、情報系システムと連動して動作する機能がコ
ントローラに要求されている。特に、生産現場の中心的
な役割を担うPLCには、この通信機能などの情報を処
理する機能の要求が高く、PLCの基本機能である制御
とは別に各種生産関連の情報(生産管理,品質,進捗,
歩留りなど)を扱うために、情報伝送・演算処理・情報
管理といった情報処理機能の強化が重要になっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前記の特開昭61−2990
6 号公報にあるような、一つの共通バスを使用した従来
のPLCの構成を図5に示す。従来のPLCでは、PL
Cを構成する各機能が一つの共通バス28でつながって
いたため制御処理と情報処理の両方を処理する場合、制
御系処理と情報系処理が独立して並行に実行できない。
この例を図6の従来のPLCにおける制御系処理と情報
系処理の動作タイミングチャートを用いて示す。
【0005】従来のPLCでは、制御系処理起動Aによ
り制御系処理C−1を実行する。制御系処理起動Aの
後、一定周期後に再度制御系処理起動Bにより制御系処
理C−2を実行し、制御系処理は定周期Tで繰り返し実
行される。一方、情報系処理は、イベント(オペレータ
からの要求など)により通信回線を介し非定周期で起動
される。情報系処理要求Dにより情報系処理I−1が実
行される。情報系処理は、制御系処理のように定周期に
起動されるものではなく、また処理時間は、その時の要
求内容により様々で、制御系処理と情報系処理が重なる
場合が発生する。情報系処理要求Eにより情報系処理I
−2が実行されるが、その処理中に定周期で起動される
制御系処理C−3が起動された場合、処理を(バス使用
権)を制御系処理へ譲り、制御系処理を優先させ、制御
系処理終了後に情報系処理を継続する。
【0006】従って、PLCへ要求される情報系処理の
時間が制御周期Tに占める割合が大きくなると、情報処
理系の処理が停滞し、PLC全体の機能が不安定にな
り、制御処理と情報処理を統合したPLCは実現するこ
とはできない。そのため、制御系と情報系が独立した構
成で、それぞれが安定した処理が実行されることが要求
されるが、単に従来のシステムを小型化し、PLCの内
部構成を制御用と情報処理用に分割しただけでは、制御
と情報を統合した制御システムを構築することができな
い。
【0007】本発明の目的は、制御処理と情報処理を統
合したPLCを実現するためのPLCのバス構成と、これ
を適用したPLCにより、容易に、そしてコンパクトに
構築できる制御システムを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記従来技術
で説明したように、制御系処理と情報系処理を統合した
PLCにあって、制御系処理用のデータを定周期で転送
するための制御系バス(サイクリックバス)と工程進捗
や不良状況,生産管理,情報系処理用のデータを転送す
るための情報系バス(ランダムバス)を独立して備え、
各バスに接続されているCPU,SPU,サイクリック
データ転送手段からのPI/Oメモリに対するアクセス
を調停する競合回路を設けることにより、制御系処理と
情報系処理がPI/Oメモリを共有し互いに並行して実
行されることにより、制御処理と情報処理を統合したP
LCを実現することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施例で、それ
ぞれ独立した制御系処理用バスと情報系処理用バスを適
用したPLCの構成図である。図1において、ランダム
な処理が要求される情報系処理を実行するCPU1,主
記憶2,プログラム装置4等を接続する通信インターフ
ェース装置(以下、通信I/Fと記す)3は、情報系処
理用バス(ランダムバス)5でつなげる。この情報系処
理用バス5では、システムが制御している工程の進捗や
不良状況や生産管理、また通信処理といった情報系処理
用のデータを転送する。一方、サイクリックな処理が要
求される制御系処理用の各機能、PI/O6,7とPI
/Oとやり取りするデータ(以下、PI/Oデータと称
する)を格納するPI/Oメモリ9、このPI/Oデー
タを一定の周期でPI/Oメモリ9とPI/O6,7と
の間で転送させるサイクリックデータ転送回路8,制御
用プログラムを定周期で実行する制御演算のための制御
処理専用プロセッサ(SPU)10を制御系処理用バス
(サイクリックバス)15でつなげる。SPU10には
制御用プログラムを格納するSEQメモリ11をつなげ
る。CPU1には、SPU10とサイクリックデータ転
送回路8を一定周期で起動するためのタイマ1,タイマ
2をつなげ、CPU1の側からサイクリックな処理の周
期を管理する。
【0010】CPU1は、SPU10,サイクリックデ
ータ転送回路8をそれぞれ定周期で起動するためのタイ
マ1(13),タイマ2(14)を、それぞれ起動信号T
M1_START16,TM2_START17により起動する(10
0)。ここでは、サイクリックデータ転送回路8用をタ
イマ1(13),SPU10用をタイマ2(14)と
し、タイマ1はサイクリックな処理の周期Tを管理し、
タイマ2はサイクリックデータ転送回路によるデータ転
送の上限を管理する。
【0011】タイマ1(13)は設定された時間になる
と、タイマ1カウント終了報告信号TM1_END18
によりタイマ1がカウントアップしたことをCPU1へ
報告する。この信号TM1_END18を受けたCPU
1は、サイクリックデータ転送回路起動信号CYC_S
TART26によりサイクリックデータ転送回路8を起
動する。起動されたサイクリックデータ転送回路8はP
I/O6,7の入出力データをPI/Oメモリ9との間
で転送する。その際、サイクリックデータ転送回路から
のPI/Oメモリのリード/ライト要求信号CYC−P
I/O_R/W23を競合回路12に入力し、競合回路
12は設定された優先順によりPI/Oメモリの使用権
を決め、PI/Oメモリに対してPI/Oメモリリード
/ライト信号PI/OMEM_R/W25を出力してP
I/Oメモリのリード/ライトをコントロールする。サ
イクリックデータ転送回路8は設定されたPI/Oのデ
ータ転送を終了すると、サイクリックデータ転送終了報
告信号CYC_END27により、PI/O6,7とP
I/Oメモリ9との間のデータ転送が終了したことをC
PU1へ報告する。
【0012】一方、タイマ2(14)は設定された時間
になると、タイマ2カウント終了報告信号TM2_EN
D19によりタイマ2がカウントアップしたことをCP
U1へ報告する。この信号TM2_END19によりC
PU1は、SPU起動信号SPU_START20 を出力して
SPU10を起動する。起動されたSPU10は、SE
Qメモリ11に格納されている制御プログラムを読み込
み、所定の制御演算を実行する。この時、制御演算に必
要なPI/OデータをPI/Oメモリ9から制御系バス
15を介し授受するため、まずSPUからのPI/Oメ
モリリード/ライト信号SPU−PI/OMEM_R/
W22を競合回路12に入力する。そして競合回路12
がSPU10からPI/Oメモリ9へのアクセスを決定
すると、SPU10はPI/Oメモリ9からPI/Oデ
ータを読み出す。SPU10は制御演算処理が終了する
とSPU演算終了報告信号SPU_END21により、
CPU1へ報告する。
【0013】この後、TM1_END18によりタイマ
1のカウントアップ報告を受けたCPU1は、上記サイ
クリックデータ転送回路8の起動処理と同時にタイマ1
(13),タイマ2(14)を再度起動する。
【0014】以上により、SPU10とサイクリックデ
ータ転送回路8が定周期で起動され制御が実現される。
【0015】図2に上記の動作タイミングチャートを示
す。タイマ1(13)はカウント終了を信号TM1_E
ND18により報告する。CPU1は、信号TM1_E
ND18を受けるとタイマ1終了処理100を実行し、
このタイマ1終了処理100の際にタイマ1(13),
タイマ2(14)をそれぞれ信号TM1_START,
TM2_STARTにより起動する。同時に信号CYC
−START20 によりサイクリックデータ転送回路8を起動
する。サイクリックデータ転送回路8はデータ転送処理
105の終了を、信号CYC_END27によりCPU
1へ報告する。タイマ2(14)はカウント終了を信号
TM2_END19によりCPU1へ報告する。CPU
1はタイマ2終了処理101において、信号SPU_ST
ART20によりSPU10を起動する。SPU10は制御
演算処理106の終了を、信号SPU_END21によ
りCPU1に対して報告する。以下同様にして、SPU10,
サイクリックデータ転送回路8が定周期Tで繰り返し起
動され、サイクリックな処理が行われることになる。こ
こで、PI/Oデータ転送処理(CYCデータ転送処
理)105及び制御演算処理106では制御系バスを使
用し、CPU1におけるランダムな情報系の処理では情
報系バスを使用しているため、情報系処理と制御系処理
とを独立に並行して実施することができる。
【0016】情報系処理でPI/Oデータが必要な場合
には、CPU1からのPI/Oメモリリード/ライト信
号CPU−PI/O_R/W24を競合回路12に入力
し、競合回路12により優先順位がつけられてPI/O
メモリをリード/ライトすることができる。競合回路1
2における処理は、制御系の処理と情報系の処理が並行
して行われるため、情報系からPI/Oメモリにアクセ
スしようとした際に、制御系の処理において、同時にP
I/Oメモリにアクセスしている場合がありうる。この
場合、競合回路12は、制御系のSPU10もしくはサ
イクリックデータ転送回路8からのPI/Oメモリリー
ド/ライト信号SPU−PI/OMEM_R/W22,
信号CYC−PI/O_R/W23と、CPU1からの
PI/Oメモリリード/ライト信号CPU−PI/O_
R/W24を入力して、これらの信号の優先度に応じ
て、いずれかの信号送信元を選択する。選択に際しては
制御系の時間的制約を重視して、信号CYC−PI/O
_R/W23を最優先し、信号CPU−PI/O_R/
W24と信号SPU−PI/OMEM_R/Wとは、処
理が偏らないように平均してPI/Oメモリ9へのアク
セスを許可するという処理も可能であるし、信号CYC
−PI/O_R/W23と信号SPU−PI/OMEM
_R/Wの優先度を信号CPU−PI/O_R/W24
よりも高く設定することも可能である。
【0017】上記のCPU1へのサイクリックデータ転
送処理105の終了報告信号CYC_END27、及び
制御演算処理106の終了報告信号SPU_END21
をそれぞれCPU1で監視することにより、サイクリッ
クデータ転送回路8、及びSPU10が正常に動作して
いるか確認することができる。
【0018】以上により、制御処理と情報処理を統合し
たPLCを実現することができる。なお、図1に示す実
施例では、タイマ1,タイマ2のカウントアップを一旦
CPU1に報告し、CPU1からSPU10とサイクリ
ックデータ転送回路8を起動する構成になっているが、
タイマ1,タイマ2をSPU10,サイクリックデータ
転送回路8にそれぞれにつなぎ、CPU1を介さずに直
接起動する方法も考えられる。この場合、CPU1とS
PU10,サイクリックデータ転送回路8とは、互いに
独立に動作することになるため、情報系の処理と制御系
の処理を並行して行うことは容易になるが、サイクリッ
クデータ転送回路8、及びSPU10が正常に動作してい
るか簡単に監視することができず、また情報系の処理と
制御系の処理が互いに協調し、同期を取って処理を行う
ことは前述のタイマ1,タイマ2のカウントアップをC
PU1に報告する場合に比べると困難になる。
【0019】以上図3に示す様に本発明によれば、制御
系処理起動Aにより制御系処理C−1を実行の後、一定
周期後に再度制御系処理起動Bにより制御系処理C−2
を実行し、制御系処理は一定の周期Tで繰り返し実行さ
れる。一方、情報系処理は、非周期的なイベントにより
通信回線を介して起動され、その処理要求の内容により
処理時間が異なるため、制御系処理と情報系処理が重な
る場合が発生する。情報系処理要求Dにより情報系処理
I−1が実行され、また情報系処理要求Eにより情報系
処理I−2が実行されると、情報系処理要求Eによる情
報系処理I−2が次の制御系実行処理開始までに終了し
ない場合でも、図3に示したように制御系バスと情報系
バスを独立させたことにより、情報系処理側では、CP
Uが制御系の処理周期を管理するための割込処理と、P
I/Oメモリへアクセスする際に行われる競合処理によ
る僅かな中断を除き、情報系処理が継続するため、情報
系処理を停滞させることない。この様にそれぞれの処理
時間が安定して確保されて処理停滞が発生することがな
く、制御系処理と情報系処理が並行しかつ協調して実行
されるため、制御系処理と情報系処理を統合したPLC
が実現できる。
【0020】本発明によるPLCを構成する各機能をモ
ジュール化し本発明のPLCを構成した例が図4であ
る。
【0021】バックプレーン30と、CPUモジュール
31,PI/Oモジュール32,通信モジュール33,
拡張メモリモジュール34等の各モジュールは、制御系
バス用モジュールコネクタ35もしくは情報系バス用モ
ジュールコネクタ36で、制御系バス又は情報系バスの
いずれかに接続される。バックプレーン30の各実装ス
ロットへは制御系バス用(PI/O用)と情報系バス用
(オプション用)のコネクタ両方を取り付けておき、P
I/Oとその他オプションがバックプレーン30のどの
スロットにも実装することができる。そして、どちらの
バスに接続するかは、モジュールのコネクタの位置によ
り決定される構成となっている。またPI/O用とオプ
ション用でコネクタを一つにして共用した場合でも実装
位置を制限することなしに、どのスロットにもPI/
O、オプションどちらの実装も可能になる。これにより
制御対象の機械,設備に合わせユーザが、モジュールを
自由に組合せ制御システムを構成することが可能であ
る。
【0022】
【発明の効果】上記により、制御情報を定周期で転送す
る制御系処理用バスと情報系処理号用バスを独立しても
つことにより双方の処理時間が独立に確保されるので、
それぞれの処理が安定して実行され、処理停滞によりシ
ステムが不安な動作をすることがなくなり制御系処理と
情報系処理を統合したPLCを実現することができる。
そして、本発明を適用したPLCにより、コンパクトに
そして容易に制御システムを構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例によるPLCの構成図である。
【図2】本発明の実施例によるPLCの制御系処理と情
報系処理の動作タイミングチャート図である。
【図3】本発明の実施例におけるPLCの制御系処理と
情報系処理の動作タイミングチャート図である。
【図4】本発明のPLCを各機能毎にモジュール化して
構成した図である。
【図5】従来のPLCの構成図である。
【図6】従来のPLCの制御系処理と情報系処理の動作
タイミングチャート図である。
【符号の説明】
1…中央処理装置(CPU)、2…主記憶、3…通信I
/F、4…プログラム装置、5…情報系処理用バス(ラ
ンダムバス)、6,7…プロセス入出力装置(PI/
O)、8…サイクリックデータ転送回路、9…PI/O
メモリ、10…制御処理専用プロセッサ(SPU)、1
1…制御プログラム格納用メモリ(SEQメモリ)、1
2…競合回路、13…タイマ1、14…タイマ2、15
…制御系処理用バス(サイクリックバス)。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡本 正 茨城県日立市大みか町五丁目2番1号 株 式会社日立製作所大みか工場内 (72)発明者 渡辺 和久 茨城県日立市大みか町五丁目2番1号 株 式会社日立製作所大みか工場内 (72)発明者 矢口 公春 茨城県日立市大みか町五丁目2番1号 日 立プロセスコンピュータエンジニアリング 株式会社内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】通信処理を行うCPUと制御演算を行う演
    算手段を備えたプログラマブルコントローラにおいて、 定周期でデータ転送を行う第1のバス(サイクリックバ
    ス)と不定期にデータアクセスが発生する第2のバス
    (ランダムバス)を備え、 前記第1のバスと前記第2のバスの両方に接続されたユ
    ニットにアクセスする場合、双方のバスのいずれかに接
    続されたアクセス要求元から出力されるアクセス要求の
    中から1つのアクセス要求を選択する回路を備えたこと
    を特徴とするプログラマブルコントローラ。
  2. 【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、 前記第1のバスと前記第2のバスの両方に接続されたユ
    ニットは、制御プロセスとやり取りをするデータを格納
    するPI/Oメモリであって、 前記要求元は、前記CPUと前記演算手段と前記PI/
    Oメモリと前記制御プロセスとの一定周期でのデータ転
    送を制御するサイクリックデータ転送回路であることを
    特徴とするプログラマブルコントローラ。
  3. 【請求項3】通信処理を行うCPUと制御演算を行う演
    算手段を備えたプログラマブルコントローラにおいて、 定周期でデータ転送を行う第1のバス(サイクリックバ
    ス)と不定期にデータアクセスが発生する第2のバス
    (ランダムバス)を備え、 前記第1のバスには前記演算手段と当該第1のバスにお
    ける定周期のデータ転送を制御するサイクリックデータ
    転送回路が接続され、前記第2のバスには前記CPUが
    接続され、 前記演算手段及び前記サイクリックデータ転送手段は、
    前記CPUからの信号によって一定周期で起動され、当
    該演算手段及びサイクリックデータ転送手段は処理の終
    了を前記CPUに通知する信号を出力することを特徴と
    するプログラマブルコントローラ。
  4. 【請求項4】請求項3に記載のプログラマブルコントロ
    ーラにおいて、 前記サイクリックデータ転送周期を制御する第1のタイ
    マと、 前記演算手段の起動タイミングを制御する第2のタイマ
    を備え、 前記第1のタイマと第2のタイマは、前記CPUに接続
    され、 第1のタイマからの信号に基づき、前記CPUは前記第
    1及び第2のタイマと前記サイクリックデータ転送手段
    を起動させ、 第2のタイマからの信号に基づき、前記CPUは前記演
    算手段を起動することを特徴とするプログラマブルコン
    トローラ。
  5. 【請求項5】請求項4に記載のプログラマブルコントロ
    ーラにおいて、 前記サイクリックデータ転送周期を制御する第1のタイ
    マと、 前記演算手段の起動タイミングを制御する第2のタイマ
    を備え、 前記第1のタイマは前記サイクリックデータ転送手段
    に、前記第2のタイマは前記演算手段に接続されたこと
    を特徴とするプログラマブルコントローラ。
  6. 【請求項6】通信処理を行うCPUと制御演算を行う演
    算手段を備えたプログラマブルコントローラにおいて、 定周期でデータ転送を行う第1のバス(サイクリックバ
    ス)と不定期にデータアクセスが発生する第2のバス
    (ランダムバス)を備え、 前記第1のバスには前記演算手段と当該第1のバスにお
    ける定周期のデータ転送を制御するサイクリックデータ
    転送回路が接続され、前記第2のバスには前記CPUが
    接続され、 前記演算手段及び前記サイクリックデータ転送手段は、
    前記CPUによって定周期で起動され、当該演算手段及
    びサイクリックデータ転送手段は処理の終了を前記CP
    Uに通知し、 前記演算手段又は前記サイクリックデータ転送回路もし
    くは前記CPUのいずれかがアクセス要求元となり、前
    記第1のバスと前記第2のバスの両方に接続されたユニ
    ットにアクセスする場合、アクセス要求元から出力され
    るアクセス要求の中から1つのアクセス要求を選択する
    競合回路を備えたことを特徴とするプログラマブルコン
    トローラ。
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