專利名稱：可編程控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可編程控制器。
技術(shù)背景
傳統(tǒng)上，已經(jīng)提供了可以在其中附接擴(kuò)展I/O單元的可編程控制器(PLC)(例如， 參見專利文獻(xiàn)1)。
圖7A示出了了積木型可編程控制器的例子，其包括安裝在背板5上的電源單元1、 CPU單元2和多個(gè)(圖7A的例子中是六個(gè))1/0單元3。在該可編程控制器中，經(jīng)由背板5 中提供的內(nèi)部總線將從電源單元1生成的系統(tǒng)電源供應(yīng)給CPU單元2和每個(gè)I/O單元3。
此外，圖7B示出了堆棧型可編程控制器的例子，其包括電源單元1、CPU單元2和 多個(gè)(圖7B的例子中是六個(gè))I/O單元3。由于堆棧型可編程控制器不同于積木型可編程 控制器，其不包括背板5，因此通過將一個(gè)單元連接到下一個(gè)單元的方式來固定這些單元。 經(jīng)由堆棧連接器6將從電源單元1生成的系統(tǒng)電源供應(yīng)給CPU單元2和每個(gè)I/O單元3。
[專利文獻(xiàn)1]日本專利申請公開No.2006-79361 (
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段及圖 2)-09P00835
[專利文獻(xiàn)2]日本專利申請公開No.2009-147997 (
-W023]段及圖 D-09P00833
[專利文獻(xiàn)3]日本專利申請公開No. 2000-105521 (
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段及圖10和圖 1D-09P00834
上述傳統(tǒng)可編程控制器中的每一個(gè)都包括備用電源，以在即使由于突然的電源故 障等而關(guān)斷電力供應(yīng)時(shí)執(zhí)行終止過程(例如，數(shù)據(jù)備份等)。但是，備用電源提供的備份時(shí) 間取決于其電容器的電容量，并且例如，當(dāng)系統(tǒng)變得復(fù)雜并且處理大量數(shù)據(jù)時(shí)，可能在完成 終止過程之前關(guān)斷備用電源。
此外，在圖7A和圖7B中所示的可編程控制器中，將從電源單元1生成的系統(tǒng)電源 同時(shí)供應(yīng)給CPU單元2和每個(gè)I/O單元3，并且電源單元1的容量可以根據(jù)所連接的I/O單 元3的數(shù)目及其規(guī)格而足夠大以滿足正常的消耗電力。然而，在啟動過程中，消耗電力可能 超過電源單元1的容量，并且可能無法正常地啟動系統(tǒng)。
為解決上述問題，提出了一種可編程控制器，其中以特定順序連續(xù)地啟動I/O單 元的(例如，參見專利文獻(xiàn)幻。在這種可編程控制器中，在I/O單元中分別提供具有彼此不 同的時(shí)間常數(shù)的啟動電路，并且每個(gè)I/O單元在對應(yīng)于其自身的時(shí)間常數(shù)的啟動定時(shí)處啟 動其自身的電源電路。
專利文獻(xiàn)2中公開的可編程控制器被配置使得I/O單元的各電源電路具有不同的 啟動定時(shí)，以防止啟動過程中的消耗電力超出電源單元的容量。相應(yīng)地，可以正常啟動系 統(tǒng)。然而，每個(gè)I/O單元的啟動時(shí)間取決于負(fù)載、電路配置等，當(dāng)考慮這些因素時(shí)很難設(shè)置 優(yōu)化的啟動時(shí)間。
同時(shí)，當(dāng)將電力供應(yīng)給圖7A和圖7B中所示的可編程控制器并且初始化所有I/O單元3時(shí)，CPU單元2識別每個(gè)I/O單元3并且開始與這些I/O單元3通信以執(zhí)行序列程序。
公開了一種裝置，其中直到初始化了所有擴(kuò)展單元才開始通信(例如，參見專利 文獻(xiàn)幻。在該裝置中，從下游側(cè)的單元到上游側(cè)的單元順序地初始化連接到主單元的擴(kuò)展 單元，并且當(dāng)檢測到來自下游側(cè)的擴(kuò)展單元的初始化完成信號時(shí)才開始初始化上游側(cè)的擴(kuò) 展單元。此外，當(dāng)主單元檢測到來自最上游側(cè)的擴(kuò)展單元的初始化完成信號時(shí)，主單元確定 所有擴(kuò)展單元都已經(jīng)被初始化了，并且開始與每個(gè)擴(kuò)展單元進(jìn)行通信。
在上述裝置中，直到初始化了所有擴(kuò)展單元，才在主單元和擴(kuò)展單元之間執(zhí)行通 信。然而，由于當(dāng)檢測到來自下游側(cè)的附加單元的初始化完成信號時(shí)才開始初始化上游側(cè) 的擴(kuò)展單元，因此擴(kuò)展單元的啟動時(shí)間逐漸地增加。因此，在已經(jīng)初始化了所有擴(kuò)展單元之 后，在啟動系統(tǒng)之前可能需要一些時(shí)間。在這種情況中，啟動系統(tǒng)之前的時(shí)間意味著在已經(jīng) 初始化了所有擴(kuò)展單元之后，在CPU單元識別每個(gè)擴(kuò)展單元并且開始與每個(gè)擴(kuò)展單元進(jìn)行 通信之前的時(shí)間。發(fā)明內(nèi)容
鑒于上文，本發(fā)明提供一種可編程控制器，當(dāng)關(guān)斷電源時(shí)其能夠通過抑制電力消 耗來為終止過程提供額外時(shí)間。
此外，本發(fā)明提供了一種可編程控制器，其能夠在不進(jìn)行單獨(dú)調(diào)整的情況下確實(shí) 地啟動擴(kuò)展I/O單元，同時(shí)防止啟動時(shí)間被延長。
進(jìn)一步，本發(fā)明提供了一種可編程控制器，其能夠防止啟動時(shí)間被延遲。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種可編程控制器，其包括一個(gè)或多個(gè)擴(kuò)展單元； CPU單元，用于控制擴(kuò)展單元，擴(kuò)展單元順序地連接到CPU單元；充電元件，用于在切斷外部 電力的供應(yīng)時(shí)向擴(kuò)展單元和CPU單元供應(yīng)電力。在該可編程控制器中，CPU單元包括第一 電壓檢測單元，用于檢測充電元件的輸出電壓，并且當(dāng)所檢測的輸出電壓降低到等于或低 于第一參考值的電平時(shí)輸出電壓降低信號；以及信號輸出電路，用于響應(yīng)于從第一電壓檢 測電路輸出的電壓降低信號而輸出第一電力供應(yīng)停止信號。
此外，每個(gè)擴(kuò)展單元包括電源電路，用于供應(yīng)內(nèi)部電力；第二電壓檢測電路，用 于檢測電源電路的輸出電壓，并且當(dāng)所檢測的電源電路的輸出電壓降低到等于或低于第二 參考值的電平時(shí)輸出第二電力供應(yīng)停止信號；以及電力供應(yīng)停止電路，用于在從信號輸出 電路或第二電壓檢測電路輸入電力供應(yīng)停止信號時(shí)停止電源電路。
通過這種配置，在由于切斷了外部電源而由充電元件供應(yīng)電力的情況中，當(dāng)充電 元件的輸出電壓等于或低于預(yù)定參考值時(shí)，停止擴(kuò)展單元的電源電路。因此，由于抑制了電 力消耗，所以相比于傳統(tǒng)情況可以延長CPU單元的操作時(shí)間，并且可以為終止過程(例如 CPU單元中的數(shù)據(jù)備份)提供額外時(shí)間。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種可編程控制器，其包括一個(gè)或多個(gè)擴(kuò)展單元； 以及CPU單元，用于控制擴(kuò)展單元，擴(kuò)展單元順序地連接到CPU單元。在該可編程控制器中， 每個(gè)擴(kuò)展單元包括信號線組件，信號線組件被連接以形成從CPU單元開始延伸的信號線； 以及信號輸出電路，用于向信號線輸出指示擴(kuò)展單元中的該個(gè)擴(kuò)展單元的初始化完成的初 始化完成信號。此外，如果從所有擴(kuò)展單元的信號輸出電路輸出初始化完成信號，則改變信號線的狀態(tài)，并且CPU單元通過檢測信號線的狀態(tài)的改變來確定已經(jīng)初始化了所有的擴(kuò)展單元。
通過這種配置，當(dāng)向每個(gè)擴(kuò)展單元供應(yīng)電力時(shí)，單獨(dú)地初始化每個(gè)擴(kuò)展單元。相應(yīng) 地，由最長的初始化時(shí)間來確定系統(tǒng)的啟動時(shí)間，這與傳統(tǒng)情況中啟動時(shí)間逐漸增加是不 同的。因此，有可能防止系統(tǒng)的啟動時(shí)間被延長。此外，CPU單元可以通過檢測信號線的狀 態(tài)中的變化而被通知所有擴(kuò)展單元的初始化已完成。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種可編程控制器，其包括一個(gè)或多個(gè)擴(kuò)展單元； 以及CPU單元，用于控制擴(kuò)展單元，擴(kuò)展單元順序地連接到CPU單元。在該可編程控制器 中，CPU單元包括信號輸出電路，用于當(dāng)供應(yīng)驅(qū)動電壓時(shí)輸出第一啟動完成信號，并且每個(gè) 擴(kuò)展單元包括電源電路，用于供應(yīng)內(nèi)部電力；電壓檢測電路，用于檢測電源電路的輸出電 壓，并且當(dāng)所檢測的輸出電壓達(dá)到參考值時(shí)輸出第二啟動完成信號；以及啟動觸發(fā)電路，用 于當(dāng)由信號輸出電路或電壓檢測電路輸入啟動完成信號時(shí)啟動電源電路。
通過這種配置，由于通過來自相鄰單元的啟動完成信號來啟動每個(gè)擴(kuò)展單元，所 以與傳統(tǒng)情況中設(shè)置啟動時(shí)間相比，有可能在不經(jīng)調(diào)整的情況下確實(shí)地逐個(gè)地啟動擴(kuò)展單 元，并且防止啟動時(shí)間被延長。此外，當(dāng)多個(gè)擴(kuò)展單元彼此連接時(shí)，從CPU單元側(cè)順序地啟 動擴(kuò)展單元，而不是同時(shí)啟動擴(kuò)展單元。相應(yīng)地，啟動過程中的消耗電力沒有超出外部電源 的容量，使得可以正常啟動系統(tǒng)。此外，有可能通過啟動完成信號來通知每個(gè)擴(kuò)展單元已經(jīng) 啟動了相鄰擴(kuò)展單元。


通過下面結(jié)合附圖給出的實(shí)施例的描述，本發(fā)明的目的和特征將變得顯而易見， 在附圖中
圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的可編程控制器的示意性系統(tǒng)圖2A是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的I/O單元的框圖，并且圖2B-圖2D是形成I/O單元 的電路的電路圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的CPU單元的框圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的I/O單元的信號輸出電路的連接實(shí)例；
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的初始化I/O單元的時(shí)序圖6示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的操作的時(shí)序圖；以及
圖7A-圖7B示出傳統(tǒng)可編程控制器的分解透視圖。
具體實(shí)施方式
在下文中，將參考形成本發(fā)明一部分的附圖來詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的可 編程控制器。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的可編程控制器可以用作工業(yè)機(jī)械的控制器。此外，以下描 述中將堆棧型可編程控制器作為例子進(jìn)行描述，并且由于其外觀與圖7B所示的外觀相同， 因此將會參考圖7B。
圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的可編程控制器的示意性系統(tǒng)圖，該可編程控制 器包括電源單元1，用于向整個(gè)系統(tǒng)供應(yīng)電力；多個(gè)(圖1中是四個(gè))1/0單元(擴(kuò)展單 元)3，具有符合要被控制的設(shè)備的接口 ；CPU單元2，用于單獨(dú)地控制每個(gè)I/O單元3 ；以及終端單元4，連接到可編程控制器的一端處的I/O單元3。此外，如圖7B所示，電源單元1、 CPU單元2、1/0單元3和終端單元4(圖7B中未示出)從左側(cè)的單元到右側(cè)的單元順序地 連接起來。
此外，如果有必要區(qū)分每個(gè)I/O單元3，則將參考標(biāo)記3A、3B、3C和3D從CPU單元 2側(cè)開始順序地分配給各個(gè)I/O單元3。也就是說，在該實(shí)施例中，I/O單元3D是終端擴(kuò)展 單元。此外，如圖1所示，通過堆棧連接器6將這些單元彼此電連接。
電源單元1將由外部電源供應(yīng)的電力轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)所需要的電壓V+。然后，電源單 元1經(jīng)由電力線10將系統(tǒng)電源V+供應(yīng)給CPU單元2和I/O單元3中的每一個(gè)。此外，電 源單元1包括電容器(充電元件)Cl (參見圖3)，其作為當(dāng)由于例如電源故障等而切斷外部 電源時(shí)使用的備用電源。在電源故障期間，電容器Cl放電以向CPU單元2和I/O單元3供 應(yīng)電力。以下將給出詳細(xì)描述。
如圖1和圖3所示，CPU單元2包括電源電路23，用于從經(jīng)由電力線10供應(yīng)的系 統(tǒng)電源V+生成驅(qū)動電源(內(nèi)部電力)VCC ；以及電壓檢測電路24和25，用于通過檢測系統(tǒng) 電源V+的源電壓而輸出各自的特定檢測信號。CPU單元2進(jìn)一步包括重置組合電路(信 號輸出電路)22，用于在由電源電路23供應(yīng)驅(qū)動電源VCC時(shí)輸出啟動完成信號PSO ；以及控 制電路21，用于執(zhí)行可編程控制器的程序。
此外，當(dāng)啟動系統(tǒng)時(shí)，需要首先啟動重置組合電路22。在該實(shí)施例中，例如，將能夠 忽略啟動時(shí)間的CMOS邏輯電路或可編程邏輯器件(PLD)用作重置組合電路22。
電壓檢測電路(第一電壓檢測電路)24檢測系統(tǒng)電源V+的源電壓，并且如果所檢 測的電壓達(dá)到參考電壓Vl則向重置組合電路22輸出H電平的啟動信號PFl (參見圖6)。 如果輸入了 H電平的啟動信號PF1，則重置組合電路22向控制電路21輸出重置信號CPU_ RESET(CPU_重置)以啟動控制電路21。
此夕卜，例如，在電源故障的情況中，電壓檢測電路M檢測由電容器Cl供應(yīng)的系統(tǒng) 電壓V+，并且如果所檢測的電壓不高于參考電壓Vl則向重置組合電路22輸出L電平的啟 動信號(電壓降低信號)PF1。如果輸入了 L電平的啟動信號PF1，則重置組合電路22向控 制電路21輸出重置信號CPU_RESET以停止控制電路21。在這種情況中，將重置信號CPU_ RESET設(shè)置為H電平以啟動控制電路21，而將重置信號CPU_RESET設(shè)置為L電平以重置控 制電路21。
電壓檢測電路25檢測系統(tǒng)電源V+的源電壓，并且如果所檢測的電壓等于或低于 預(yù)定參考電壓V2 (V2 < Vl，參見圖6)，則向重置組合電路22輸出停止信號PF2。此外，如果 輸入了停止信號PF2，則重置組合電路22向控制電路21輸出L電平的重置信號CPU_RESET 以停止控制電路21。
重置組合電路22不僅如上所述的啟動/停止控制電路21，還在驅(qū)動電壓VCC被 供應(yīng)時(shí)向相鄰I/O單元3A輸出啟動完成信號PS0。此外，如果經(jīng)由信號線7將經(jīng)由終端單 元4的來自I/O單元3D的啟動完成信號PSO(整個(gè)單元啟動完成信號PSR)輸入到重置組 合電路22，則重置組合電路22確定所有I/O單元3已經(jīng)啟動，并且經(jīng)由信號線8向每個(gè)I/ 0單元3輸出重置信號ERESET，來取消每個(gè)I/O單元3的重置狀態(tài)。
在這種情況中，將重置信號ERESET設(shè)置為H電平以啟動每個(gè)I/O單元3，而將重 置信號ERESET設(shè)置為L電平以重置每個(gè)I/O單元3。此外，將啟動完成信號PSO設(shè)置為H電平以啟動稍后所述的電源電路33，而將啟動完成信號PSO設(shè)置為L電平以停止電源電路 33。也就是說，在該實(shí)施例中，L電平的啟動完成信號PSO變成電力供應(yīng)停止信號。
如圖1和圖2A所示，I/O單元3包括電源電路33，用于從經(jīng)由電源線10供應(yīng)的 系統(tǒng)電源V+生成驅(qū)動電源(內(nèi)部電力)VCC ；以及電壓檢測電路(第二電壓檢測電路)34， 用于檢測電源電路33的輸出電壓，并且當(dāng)所輸出的電壓達(dá)到預(yù)定參考電壓V3時(shí)，輸出啟動 完成信號PS0(參見圖6)。此外，I/O單元3包括啟動觸發(fā)電路32 (電力供應(yīng)停止電路)， 用于當(dāng)由重置組合電路22或電壓檢測電路34輸入啟動完成信號PSO時(shí)啟動電源電路33 ； 控制電路31，用于執(zhí)行I/O單元的程序；以及信號輸出電路35，用于輸出指示控制電路31 的初始化完成的初始化完成信號。
圖2B示出了啟動觸發(fā)電路32的電路圖。啟動觸發(fā)電路32包括兩個(gè)晶體管Trl和 Tr2。晶體管Trl的基極通過電阻Rl連接到相鄰I/O單元3的電壓檢測電路34或CPU單 元2的重置組合電路22的輸出端。當(dāng)將H電平的啟動完成信號PSO輸入到晶體管Trl的 基極時(shí)，晶體管Trl被開啟以使得其集電極和發(fā)射極之間導(dǎo)通。
此外，晶體管Trl的集電極連接到晶體管Tr2的基極，并且還通過電阻R6連接到 系統(tǒng)電源V+。當(dāng)晶體管Trl被開啟時(shí)，也就是說，如果晶體管Trl的集電極和發(fā)射極之間導(dǎo) 通，則晶體管Tr2被關(guān)斷。相應(yīng)地，啟動電源電路(電源IC) 33以向內(nèi)部電路供應(yīng)驅(qū)動電源 VCC。
圖2C是電壓檢測電路34的電路圖，其包括比較器CP1。經(jīng)由電阻R2將從電源電 路33輸出的驅(qū)動電源VCC輸入到比較器CPl的輸入端Vin。比較器CPl將驅(qū)動電源VCC的 源電壓與預(yù)定參考電壓V3進(jìn)行比較，如果驅(qū)動電源VCC高于預(yù)定參考電壓V3，則經(jīng)由輸出 端輸出啟動完成信號PS0。
圖2D是信號輸出電路35的電路圖，其包括晶體管Tr3和Tr4。晶體管Tr3的基極 經(jīng)由電阻R3連接到控制電路31的輸出端。因此，當(dāng)從控制電路31向晶體管Tr3的基極輸 入H電平的BOOT(引導(dǎo))信號(指示初始化完成的信號)時(shí)，晶體管Tr3開啟以使得其集 電極和發(fā)射極之間導(dǎo)通。此外，晶體管Tr3的集電極連接到晶體管Tr4的基極，并且還經(jīng)由 電阻R4連接到電力線組件10a，其中電力線組件IOa被連接以形成電源線10。
同時(shí)，晶體管Tr4的集電極連接到信號線組件9a，其中信號線組件9a被連接以 形成信號線9，以用于發(fā)送指示所有I/O單元3的初始化完成的整個(gè)單元初始化完成信號 DONE(完成)。在信號輸出電路35中，如果供應(yīng)了系統(tǒng)電源V+，則晶體管Tr4開啟。同時(shí)， 如果從控制電路31向信號輸出電路35輸入H電平的BOOT信號，則晶體管Tr3開啟，并且 相應(yīng)地，晶體管Tr4關(guān)斷。在該實(shí)施例中，晶體管Tr4是開關(guān)元件，并且BOOT信號是特定控 制信號。
圖4示出了連接到CPU單元2和1/0單元3A到3D的信號線9的例子。信號輸出 電路35的多個(gè)晶體管Tr4的各集電極并聯(lián)地連接到信號線9，并且信號線9經(jīng)由電阻R5被 上拉到驅(qū)動電源VCC。相應(yīng)地，由于當(dāng)晶體管Tr4中的一個(gè)或多個(gè)開啟時(shí)將整個(gè)單元初始 化完成信號DONE設(shè)置為L電平，所以CPU單元2確定1/0單元3中的至少一個(gè)還未被初始 化。相反地，由于當(dāng)所有晶體管Tr4關(guān)斷時(shí)整個(gè)單元初始化完成信號DONE變成H電平，所 以CPU單元2確定已經(jīng)完成了所有1/0單元3的初始化。
如圖2A所示，1/0單元3包括被連接以形成電源線10的電力線組件IOa以及被連接以形成各信號線7到9的信號線組件7a到9a，并且相鄰CPU單元2和其它I/O單元3 也是如此。此外，經(jīng)由電力線組件IOa將系統(tǒng)電源V+供應(yīng)給I/O單元3，并且經(jīng)由信號線組 件8a將重置信號ERESET從CPU單元2發(fā)送到I/O單元3。此外，經(jīng)由信號線組件9a將整 個(gè)單元初始化完成信號DONE輸入到CPU單元2，并且還經(jīng)由信號線組件7a將整個(gè)單元啟動 完成信號PSR輸入到CPU單元2。
圖5示出了 I/O單元3初始化過程中的時(shí)序圖。在時(shí)間點(diǎn)tl，由于當(dāng)電源開關(guān) (未示出)開啟時(shí)還未供應(yīng)系統(tǒng)電壓V+，所以整個(gè)單元初始化完成信號DONE具有L電平， 重置信號ERESET和BOOT信號中的每一個(gè)具有H電平。在時(shí)間點(diǎn)t2，當(dāng)系統(tǒng)電源V+達(dá)到 IOV時(shí)，重置信號ERESET變成L電平，使得控制電路31被重置，并且使BOOT信號被設(shè)置為 L電平。相應(yīng)地，由于信號輸出電路35的晶體管Tr3關(guān)斷并且信號輸出電路35的晶體管 Tr4變成開啟狀態(tài)，所以整個(gè)單元初始化完成信號DONE仍然具有L電平。
在下文中，在時(shí)間點(diǎn)t3，當(dāng)系統(tǒng)電源V+達(dá)到24V時(shí)，重置信號ERESET變成H電平， 使得將控制電路31從重置狀態(tài)中釋放并且控制電路31使BOOT信號設(shè)置為H電平。在具 有一個(gè)1/0單元3的情況中，由于整個(gè)單元初始化完成信號DONE變成H電平，所以CPU單 元2確定已經(jīng)完成所有1/0單元3 (這該情況中，僅有一個(gè)1/0單元)的初始化。
同時(shí)，在具有兩個(gè)或更多1/0單元3的情況中，在時(shí)間點(diǎn)t3處整個(gè)單元初始化完 成信號DONE仍然具有L電平。在時(shí)間點(diǎn)t4，如果由每個(gè)1/0單元3輸出了 H電平的初始化 完成信號，并且整個(gè)單元初始化完成信號DONE變成H電平，則CPU單元2確定已經(jīng)完成了 所有1/0單元3的初始化。
如圖1所示，終端單元4是用于在一端處的1/0單元3D的電壓檢測電路34的信 號輸出端與信號線組件7a之間短路的單元。相應(yīng)地，從一端處的1/0單元3D輸出的啟動 完成信號PSO (整個(gè)單元啟動完成信號PSR)經(jīng)由信號線7輸入到CPU單元2。此外，當(dāng)啟動 完成信號PSO輸入到CPU單元2時(shí)，CPU單元2確定向所有1/0單元3都提供了電力。
在該實(shí)施例中，如上所述，可編程控制器包括電容器Cl (參見圖3)。因此，當(dāng)由于 例如電源故障中斷電力供應(yīng)時(shí)，通過從電容器Cl供應(yīng)的電力執(zhí)行CPU單元2的終止過程 (例如，數(shù)據(jù)備份等)。然而，由于電容器Cl的電容量有限，所以如果有許多1/0單元3，則 來自電容器Cl的電力可能不足以完成終止過程。
在該實(shí)施例中，為了向CPU單元2提供更多電力以完成終止過程，當(dāng)來自電容器Cl 的輸出電壓等于或低于預(yù)定參考電壓Vl (參見圖6)時(shí)，將啟動完成信號PSO設(shè)置為L電平 以停止每個(gè)1/0單元3的電源電路33。
接下來，將參考圖6示出的時(shí)序圖來描述可編程控制器的操作。在時(shí)間點(diǎn)tl，當(dāng)由 電源單元1供應(yīng)的系統(tǒng)電源V+達(dá)到參考電壓Vl時(shí)，在CPU單元2中，從電壓檢測電路M 向重置組合電路22輸出啟動信號PFl (參見圖幻，并且重置組合電路22向控制電路21輸 出H電平的重置信號CPU_RESET。
此外，在時(shí)間點(diǎn)t2，重置組合電路22通過使用其中內(nèi)嵌的延時(shí)定時(shí)器向相鄰1/0 單元3A輸出H電平的啟動完成信號CPU_PS0。在1/0單元3A中，如果啟動完成信號CPU_ PSO輸入到啟動觸發(fā)電路32，則啟動電源電路33。此外，在時(shí)間點(diǎn)t3，如果電源電路33的 輸出電壓UNIT1_VCC(單元1_VCC)達(dá)到參考電壓V3，則從電壓檢測電路34向相鄰1/0單元 3B輸出H電平的啟動完成信號UNIT1_PS0(單元1_PS0)。
類似地，順序地將H電平的啟動完成信號UNIT2_PS0 (單元2_PS0)和UNIT3_ PSO(單元3_PS0)發(fā)送到I/O單元3C和3D。在時(shí)間點(diǎn)t6，如果來自一端處的I/O單元3D 的電源電路33的輸出電壓UNIT4_VCC (單元4_VCC)達(dá)到參考電壓V3，則從電壓檢測電路 34輸出H電平的啟動完成信號UNIT4_PS0(單元4_PS0)。此外，經(jīng)由終端單元4通過信號 線7將啟動完成信號UNIT4_PS0輸入到CPU單元2的重置組合電路22。相應(yīng)地，在該時(shí)間 點(diǎn)CPU單元2確定向所有I/O單元3都提供了電力。
然后，在時(shí)間點(diǎn)t7，CPU單元2的重置組合電路22通過使用延時(shí)定時(shí)器向信號線 8輸出H電平的重置信號ERESET。當(dāng)輸入H電平的重置信號ERESET時(shí)，每個(gè)I/O單元3取 消控制電路31的重置狀態(tài)。相應(yīng)地，在I/O單元3A到3D(在其每個(gè)單元中都已經(jīng)取了消 重置狀態(tài))中，執(zhí)行控制電路31的初始化。
在時(shí)間點(diǎn)t8，如果已經(jīng)完成所有I/O單元3A到3D的控制電路31的初始化，則向 CPU單元2輸入H電平的整個(gè)單元初始化完成信號DONE，并且由此CPU單元2確定已經(jīng)初 始化了所有I/O單元3。此外，CPU單元2識別I/O單元3A到3D中的每一個(gè)，并且開始與 I/O單元3A到3D中的每一個(gè)進(jìn)行通信，以執(zhí)行序列程序。
接下來，將參考圖6中示出的時(shí)序圖來描述由于例如電源故障等而停止來自外部 電源的電力供應(yīng)的情況中的操作。如上所述，在電源故障中，通過對電源單元1的電容器Cl 進(jìn)行放電來向CPU單元2和I/O單元3供應(yīng)系統(tǒng)電源V+。
然而，在時(shí)間點(diǎn)t9，如果系統(tǒng)電源V+的輸出電壓等于或低于參考電壓VI，則電壓 檢測電路M向CPU單元2中的重置組合電路22輸出L電平的啟動信號PFl (電壓降低信 號)。然后，重置組合電路22向每個(gè)I/O單元3輸出L電平的重置信號ERESET，由此重置 每個(gè)I/O單元3的控制電路31。
如上所述，在該實(shí)施例中，可以由L電平的重置信號ERESET預(yù)先將電源的關(guān)斷通 知給每個(gè)I/O單元3。相應(yīng)地，可以在實(shí)際切斷電源之前執(zhí)行終止過程(例如，數(shù)據(jù)備份)。 也就是說，L電平的重置信號ERESET作為電源故障警報(bào)信號。
此外，在時(shí)間點(diǎn)tlO，重置組合電路22通過使用延時(shí)定時(shí)器向相鄰I/O單元3A輸 出L電平的啟動完成信號PS0(電力供應(yīng)停止信號)。響應(yīng)于L電平的啟動完成信號CPU_ PS0, I/O單元3A的電源電路33停止。此外，在時(shí)間點(diǎn)tll，如果電源電路33的輸出電壓變 成0V，則從電壓檢測電路34輸出的啟動完成信號UNIT1_PS0變成L電平，并且作為L電平 的啟動完成信號UNIT1_PS0(電力供應(yīng)停止信號)被輸出到相鄰I/O單元;3B。
類似地，順序地將L電平的啟動完成信號UNIT2_PS0和UNIT3_PS0發(fā)送到I/O單 元3C和3D，并且響應(yīng)于此，I/O單元3C和3D中的各電源電路33停止。在時(shí)間點(diǎn)tl4，I/ 0單元3D的電源電路33的輸出電壓變成0V，并且從I/O單元3D的電壓檢測電路34輸出 L電平的啟動完成信號UNIT4_PS0。然后，經(jīng)由信號線7將L電平的整個(gè)單元啟動完成信號 PSR輸入到CPU單元2，由此CPU單元2確定已經(jīng)關(guān)閉了所有I/O單元3。
在時(shí)間點(diǎn)tl5，當(dāng)電容器Cl的輸出電壓變得等于或低于參考電壓V2時(shí)，電壓檢測 電路25向重置組合電路22輸出停止信號PF2，并且重置組合電路22向控制電路21輸出L 電平的重置信號CPU_RESET。因此，通過重置信號CPU_RESET重置控制電路21，并且然后， 系統(tǒng)電源V+和驅(qū)動電源VCC變成0V。
此外，圖6中的虛線A表示當(dāng)未關(guān)閉I/O單元3時(shí)系統(tǒng)電源V+中的變化。根據(jù)本實(shí)施例，可以將CPU單元2的終止時(shí)間延長tl5-tl4時(shí)間段。因此，CPU單元2可以為終止 過程(例如數(shù)據(jù)備份)獲得延長時(shí)間。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，單獨(dú)地對每個(gè)I/O單元3進(jìn)行供電以初始化。相應(yīng)地，系統(tǒng) 的啟動時(shí)間由最長的初始化時(shí)間確定，這不同于啟動時(shí)間逐漸增加的傳統(tǒng)情況。因此，有可 能防止系統(tǒng)的啟動時(shí)間被延長。此外，CPU單元2可以通過檢測信號線9的狀態(tài)的改變來 認(rèn)識到所有I/O單元3的初始化完成。此外，由于可以通過使用諸如晶體管Tr4的簡單和 低成本的元件來實(shí)現(xiàn)信號輸出電路35，所以有可能防止可編程控制器的成本增加。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，當(dāng)來自外部電源的電力供應(yīng)停止時(shí)，由電容器(充電元件) Cl供應(yīng)電力，并且當(dāng)電容器Cl的輸出電壓降低到等于或低于預(yù)定參考電壓Vl的電平時(shí)，停 止I/O單元3的電源電路33。因此，由于抑制了電力消耗，所以相比于傳統(tǒng)情況而言可以延 長CPU單元2的操作時(shí)間，并且可以為CPU單元2中的諸如數(shù)據(jù)備份的終止過程提供額外 時(shí)間。此外，由L電平的重置信號ERESET(電源故障警報(bào)信號)預(yù)先將電力供應(yīng)的停止通 知給每個(gè)I/O單元3。相應(yīng)地，可以在電源實(shí)際停止之前執(zhí)行所需要的終止過程(例如，數(shù) 據(jù)備份)。
此外，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，由于通過來自相鄰單元(CPU單元2或I/O單元3)的 啟動完成信號PSO來啟動每個(gè)I/O單元3，所以與傳統(tǒng)設(shè)置啟動時(shí)間的情況相比，有可能在 不作調(diào)整的情況下確實(shí)地逐個(gè)啟動I/O單元3，并且可以防止啟動時(shí)間被延長。
此外，當(dāng)多個(gè)I/O單元3彼此連接時(shí)，并不是同時(shí)啟動多個(gè)I/O單元3，而是從CPU 單元2側(cè)的I/O單元開始順序地啟動。相應(yīng)地，啟動過程中消耗的電流量沒有超出外部電 源的容量，使得可以正常啟動系統(tǒng)。此外，可以由啟動完成信號PSO通知每個(gè)I/O單元3已 經(jīng)啟動了相鄰I/O單元3。
此外，從一端的I/O單元3D向CPU單元2輸入啟動完成信號PSO (整個(gè)單元啟動 完成信號PSR)。相應(yīng)地，CPU單元2可以確定已經(jīng)啟動了所有I/O單元3。此外，如在本實(shí) 施例中，在從CPU單元2中提供的電源電路33生成驅(qū)動電源VCC的情況中，系統(tǒng)電源V+可 以公共地供應(yīng)給所有I/O單元3。因此，例如，即使當(dāng)由于規(guī)格改變等更換I/O單元3或額 外地安裝另一個(gè)I/O單元3時(shí)，也有利地不必更換外部電源。
雖然在上述的實(shí)施例中將堆棧型可編程控制器作為例子進(jìn)行描述，但是本發(fā)明還 可以應(yīng)用于圖7A所示的積木型可編程控制器。此外，雖然在上述實(shí)施例中額外地安裝了 I/ 0單元3，但是例如，還可以添加用于通信的網(wǎng)絡(luò)單元或用于串行數(shù)據(jù)的控制單元。此外，雖 然在上述實(shí)施例中I/O單元3的數(shù)目是四個(gè)，但是I/O單元3的數(shù)目可以是一個(gè)、兩個(gè)、三 個(gè)、五個(gè)或更多，而并不限于此。雖然該實(shí)施例中單獨(dú)地提供了電源單元1，但是例如，CPU 單元2可以具有電力供應(yīng)功能。
此外，雖然在上述實(shí)施例中，如果電源電路33的輸出電壓變成OV并且從電壓檢測 電路34向下一 I/O單元3輸出L電平的啟動完成信號PS0，則關(guān)閉下一 I/O單元3，但是電 源電路33的輸出電壓并不限于0V。例如，電源電路33的輸出電壓可以等于或低于預(yù)定參考值。
雖然針對實(shí)施例示出并描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解可以在不脫 離本發(fā)明范圍的情況下做出各種改變和修改，其中在隨附權(quán)利要求中限定了本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種可編程控制器，包括 一個(gè)或多個(gè)擴(kuò)展單元；CPU單元，用于控制所述擴(kuò)展單元，所述擴(kuò)展單元順序地連接到所述CPU單元；以及 充電元件，用于在外部電力的供應(yīng)被切斷時(shí)，向所述擴(kuò)展單元和所述CPU單元供應(yīng)電力，其中，所述CPU單元包括第一電壓檢測電路，用于檢測所述充電元件的輸出電壓，并且當(dāng)該所檢測的輸出電壓 降低到等于或低于第一參考值的電平時(shí)輸出電壓降低信號；以及信號輸出電路，用于響應(yīng)于從所述第一電壓檢測電路輸出的所述電壓降低信號而輸出 第一電力供應(yīng)停止信號，以及其中，所述擴(kuò)展單元中的每一個(gè)包括 電源電路，用于供應(yīng)內(nèi)部電力；第二電壓檢測電路，用于檢測所述電源電路的輸出電壓，并且當(dāng)所述電源電路的該所 檢測的輸出電壓降低到等于或低于第二參考值的電平時(shí)輸出第二電力供應(yīng)停止信號；以及 電力供應(yīng)停止電路，用于在從所述CPU單元的所述信號輸出電路或另一個(gè)擴(kuò)展單元的 所述第二電壓檢測電路輸入所述第一或第二電力供應(yīng)停止信號時(shí)停止所述電源電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可編程控制器，其中，所述擴(kuò)展單元中的每一個(gè)進(jìn)一步包括 信號線組件，其被連接以形成從所述CPU單元開始延伸的信號線；并且，當(dāng)從所述第一電壓 檢測電路輸入所述電壓降低信號時(shí)，在所述第一電力供應(yīng)停止信號被輸出之前，所述信號 輸出電路經(jīng)由所述信號線中的一個(gè)信號線輸出電源故障警報(bào)信號，所述電源故障警報(bào)信號 將電力供應(yīng)停止通知給所述擴(kuò)展單元中的每一個(gè)。
3.一種可編程控制器，包括 一個(gè)或多個(gè)擴(kuò)展單元；以及CPU單元，用于控制所述擴(kuò)展單元，所述擴(kuò)展單元順序地連接到所述CPU單元， 其中，所述擴(kuò)展單元中的每一個(gè)包括信號線組件，其被連接以形成從所述CPU單元開 始延伸的信號線；以及信號輸出電路，用于向所述信號線輸出指示所述擴(kuò)展單元中的該個(gè) 擴(kuò)展單元的初始化完成的初始化完成信號，以及其中，如果從所有所述擴(kuò)展單元的所述信號輸出電路都輸出所述初始化完成信號，則 所述信號線的狀態(tài)被改變，并且所述CPU單元通過檢測所述信號線的狀態(tài)的改變來確定所 有所述擴(kuò)展單元都已經(jīng)被初始化。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的可編程控制器，其中，所述擴(kuò)展單元中的每一個(gè)包括電力線 組件，其被連接以形成從所述CPU單元開始延伸的電力線，所述信號線被上拉到控制電壓，其中，所述信號輸出電路具有置于所述信號線和接地之間的開關(guān)元件，并且如果經(jīng)由 所述電力線供應(yīng)的電力達(dá)到參考值，則所述開關(guān)元件被開啟，并且在所述初始化完成之后 所述開關(guān)元件由特定控制信號關(guān)斷，以及其中，當(dāng)所有所述擴(kuò)展單元的所述開關(guān)元件都被關(guān)斷并且所述信號線的所述狀態(tài)被改 變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，所述CPU單元確定所有所述擴(kuò)展單元都已經(jīng)被初始化。
5.一種可編程控制器，包括 一個(gè)或多個(gè)擴(kuò)展單元；以及CPU單元，用于控制所述擴(kuò)展單元，所述擴(kuò)展單元順序地連接到所述CPU單元， 其中，所述CPU單元包括信號輸出電路，所述信號輸出電路用于當(dāng)驅(qū)動電壓被供應(yīng)時(shí) 輸出第一啟動完成信號，以及其中，所述擴(kuò)展單元中的每一個(gè)包括 電源電路，用于供應(yīng)內(nèi)部電力；電壓檢測電路，用于檢測所述電源電路的輸出電壓，并且當(dāng)該所檢測的輸出電壓達(dá)到 參考值時(shí)輸出第二啟動完成信號；以及啟動觸發(fā)電路，用于當(dāng)從所述CPU單元的所述信號輸出電路或另一個(gè)擴(kuò)展單元的所述 電壓檢測電路輸入所述第一或第二啟動完成信號時(shí)，啟動所述電源電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的可編程控制器，其中，所述擴(kuò)展單元中的每一個(gè)包括信號線 組件，所述信號線組件被連接以形成延伸到所述CPU單元的信號線，所述可編程控制器進(jìn)一步包括終端單元，在所述信號線組件與所提供的離所述CPU 單元最遠(yuǎn)的擴(kuò)展單元的所述電壓檢測電路的信號輸出端之間短路，以及當(dāng)從所述所提供的離所述CPU單元最遠(yuǎn)的擴(kuò)展單元輸出的所述啟動完成信號經(jīng)由所 述信號線被輸入時(shí)，所述CPU單元確定所有所述擴(kuò)展單元都已經(jīng)被啟動。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的可編程控制器，其中，所述擴(kuò)展單元中的每一個(gè)包括電 力線組件，其被連接以形成延伸到所述CPU單元的電力線，并且所述電源電路從經(jīng)由所述 電力線供應(yīng)的電源生成符合內(nèi)部電路的所述內(nèi)部電力。
全文摘要
一種可編程控制器包括一個(gè)或多個(gè)擴(kuò)展單元；CPU單元，其用于控制擴(kuò)展單元；以及充電元件。CPU單元包括電壓檢測電路，用于檢測充電元件的輸出電壓，并且當(dāng)所檢測的輸出電壓降低到等于或低于參考值的電平時(shí)輸出電壓降低信號；以及信號輸出電路，用于響應(yīng)于電壓降低信號而輸出電力供應(yīng)停止信號。每個(gè)擴(kuò)展單元包括電壓檢測電路，用于檢測電源電路的輸出電壓，并且當(dāng)所檢測的輸出電壓降低到等于或低于參考值的電平時(shí)輸出電力供應(yīng)停止信號；以及電力供應(yīng)停止電路，用于響應(yīng)于電力供應(yīng)停止信號而停止電源電路。
文檔編號G05B19/05GK102033502SQ201010294258
公開日2011年4月27日 申請日期2010年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月25日
發(fā)明者野田英毅 申請人:松下電工株式會社