CN107918346A - 运算装置以及控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种运算装置以及控制装置，用于在对运算装置供给的电力被中断时，在功能单元中执行与此相应的处理。构成控制装置的运算装置包括：通信电路，用于经由通信线来与一个或多个功能单元交换数据；处理器，用于执行用户程序，所述用户程序是实施利用从一个或多个功能单元获取的数据的运算处理及向一个或多个功能单元发送的数据的生成处理中的至少其中一个；以及监测电路，连接于通信电路及处理器。监测电路基于对运算装置供给的电力中断的探测及对运算装置供给的电力中断之前的预告通知的接收中的至少其中一个，从通信电路对一个或多个功能单元进行通知，所述通知用于使功能单元执行与对运算装置的电力供给中断相应的处理。

Description

运算装置以及控制装置

技术领域

本发明涉及一种运算装置以及其控制装置，所述运算装置构成包含一个或多个功能单元(unit)的控制装置。

背景技术

作为用于实现各种工厂自动化(Factory Automation，FA)的主要部件(component)，可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)(可编程控制器)等控制装置正在普及。此类控制装置是集中控制各种机械或设备的动作，因此必须具备即使在发生了某些故障或异常等的情况下也继续控制动作的耐故障性、或者使作为控制对象的机械或设备安全停止的失效保护(fail safe)功能等。

例如，日本专利特开2009-146168号公报(专利文献1)揭示了一种PLC用的零件安装基板，能够低成本地支持带有用于在断电时提高可靠性的备份(backup)功能的输入/输出(Input/Output，IO)存储器(memory)规格、和带有错误检查和纠正(Error Check andCorrect，ECC)功能的IO存储器规格。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利特开2009-146168号公报

发明内容

[发明所要解决的问题]

PLC等控制装置包含输入/输出单元、计数器单元(counter unit)及温度调整单元等各种功能单元。这些功能单元既有时与执行用户程序(user program)等的运算装置(也有时称作中央处理器(Central Processing Unit，CPU)单元)直接连接，也有时经由现场网络(field network)等而与运算装置连接。

当对运算装置供给的电力被中断时，将无法再正常执行用户程序，因此对于连接于所述运算装置的功能单元，需要将输出信号设为安全值等与对运算装置的电力供给中断相应的处理。

本发明的目的在于提供一种新颖的结构，用于在对运算装置供给的电力被中断时，在功能单元中执行与此相应的处理。

[解决问题的技术手段]

依照本发明一方面的运算装置构成控制装置，其包括：通信电路，用于经由通信线来与一个或多个功能单元交换数据；处理器，用于执行用户程序，所述用户程序是实施利用从一个或多个功能单元获取的数据的运算处理及向一个或多个功能单元发送的数据的生成处理中的至少其中一个；以及监测电路，连接于通信电路及处理器。监测电路接收对运算装置供给的电力的中断及中断对运算装置供给的电力的预告通知中的至少其中一个，从通信电路对一个或多个功能单元进行通知，所述通知用于使功能单元执行与对运算装置的电力供给中断相应的处理。

与对运算装置的电力供给中断相应的处理也可包含向限制各功能单元的动作的动作状态进行转变。

也可从通信电路经由通信线来发送特定帧，所述特定帧包含和与对运算装置的电力供给中断相应的处理相关联的命令，且特定帧在一个或多个功能单元中依序转送。

也可在收到特定帧时，一个或多个功能单元的每一个对表示动作状态的标记的值进行变更。

处理器也可通过执行程序，从而在用户程序的执行开始前，事先登记从通信电路发送的特定帧。

也可在特定帧的发送后，监测电路中断通信电路的电力消耗。

运算装置也可还包括对运算装置供给电力的电源部，监测电路基于外部电源向电源部的供给状态，来探测电力的中断。

运算装置也可还包括对运算装置供给电力的电源部，监测电路从向电源部供给外部电力的不间断电源装置接收预告通知。

监测电路也可使用现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)或专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)而安装。

依照本发明另一方面的控制装置包括运算装置以及一个或多个功能单元。运算装置包括：通信电路，用于经由通信线来与一个或多个功能单元交换数据；处理器，用于执行用户程序，所述用户程序是实施利用从一个或多个功能单元获取的数据的运算处理及向一个或多个功能单元发送的数据的生成处理中的至少其中一个；以及监测电路，连接于通信电路及处理器。监测电路接收对运算装置供给的电力的中断及中断对运算装置供给的电力的预告通知中的至少其中一个，从通信电路对一个或多个功能单元进行通知，所述通知用于使功能单元执行与对运算装置的电力供给中断相应的处理。

[发明的效果]

依照本发明，能够实现一种更简易的结构，所述结构是用于在向运算装置供给的电力被中断时，使功能单元执行与此相应的处理。

附图说明

图1是表示依照本发明的相关技术的PLC的主要部分结构的示意图。

图2是表示依照本实施方式的PLC的主要部分结构的示意图。

图3(A)及图3(B)是对依照本实施方式的PLC中的电力中断处理的概要进行说明的示意图。

图4是表示依照本实施方式的PLC所提供的电力中断处理的处理流程的序列图。

图5(A)及图5(B)是表示依照本实施方式的PLC的CPU单元中的电力中断的探测方法的一例的示意图。

图6(A)及图6(B)是用于对在依照本实施方式的PLC中所用的电力中断通知帧及其处理内容进行说明的示意图。

图7(A)及图7(B)是用于对依照本实施方式的PLC中的与电力中断通知帧的事先登记相关的处理进行说明的示意图。

图8是表示依照本实施方式的PLC的其他主要部分结构的示意图。

[符号的说明]

1、2：PLC

100、200：CPU单元

101、202：运算处理部

102、204：处理器

104：监测电路

106、206：存储器

108、208：系统程序

110、210：用户程序

120：通信主电路

122、166：收发控制器

124、162、164：收发端口

126：局域网

128：现场网络

130、230：电源单元

131：不间断电源装置

132、232：外部电源

133：整流部

134：开关部

135：二极管

136：电感器

137：电容器

138：分压电阻

139：比较器

150、250：功能单元

156、256：功能模块

158、258：I/O接口

160：通信从电路

168：状态寄存器

170：通信耦合器单元

180：电力中断通知帧

181：数据种类部

182：目标指定部

183：偏移部

184：大小部

185：数据值部

212：总线主电路

214：事件通知电路

216：现场网络电路

222：内部总线

224：专用线

252：总线通信电路

254：事件探测电路

1041：寄存器

具体实施方式

一面参照附图一面详细说明本发明的实施方式。另外，对于图中的相同或相当的部分，标注相同的符号并不再重复其说明。

以下的说明中，作为“控制装置”的典型例，以PLC(可编程控制器)作为具体例来进行说明，但并不限定于PLC这一名称，本说明书中揭示的技术思想可对任意控制装置适用。

<A.相关技术>

首先，对与依照本实施方式的控制装置相关的技术进行说明。

图1是表示依照本发明的相关技术的PLC的主要部分结构的示意图。参照图1，依照本发明的相关技术的PLC2典型的是包含电源单元230、CPU单元200及一个或多个功能单元250。

电源单元230接受来自商用电源等外部电源232的电力供给，并转换成规定电压后，将所述电力供给至CPU单元200等。典型的是，对电源单元230输入100V～240V的交流电力，对CPU单元200等供给5V的直流电力。

功能单元250提供用于实现PLC2对各种机械或设备的控制的各种功能。

CPU单元200是构成PLC2的一要素，相当于对PLC2整体的处理进行控制的运算装置。CPU单元200包含运算处理部202、总线主(bus master)电路212、事件通知电路214及现场网络(field network)电路216。

运算处理部202包含用于执行用户程序的处理器204以及保存系统程序208及用户程序210等的存储器206。处理器204执行包含系统程序208及用户程序210的各种程序。

总线主电路212是用于经由内部总线222来与一个或多个功能单元250交换数据的通信电路。现场网络电路216是经由现场网络来对与其他PLC、遥控输入/输出(InputOutput，I/O)装置、功能单元等的数据交换进行中转的通信电路。事件通知电路214是如下所述的通信电路，即，用于在发生某些事件(event)时，经由专用线224来向一个或多个功能单元250通知所述事件。

每一个功能单元250包含总线通信电路252、事件探测电路254、功能模块(module)256及I/O接口258。

总线通信电路252是在与CPU单元200的总线主电路212之间经由内部总线222来交换数据。更具体而言，总线通信电路252在由CPU单元200的总线主电路212所指定的时序(timing)，将由功能单元250所收集或生成的数据(以下也称作“输入数据”)发送至CPU单元200，并从CPU单元200接收由CPU单元200所获取或生成的数据(以下也称作“输出数据”)。输出数据相当于对作为控制对象的机械或设备等给予的指令值。

功能模块256是执行各功能单元250的主要处理的部分，负责从作为控制对象的机械或设备等收集现场信息、或向作为控制对象的机械或设备等输出指令信号等。I/O接口258是对与作为控制对象的机械或设备等之间的信号交换进行中转的电路。

事件探测电路254是对来自CPU单元200的事件通知电路214的事件通知进行监测的电路，当收到事件通知时，将所述事件通知输出至功能模块256。

CPU单元200的事件通知电路214、功能单元250的事件探测电路254及专用线224是用于将由CPU单元200所探测到的任意事件通知给功能单元250的结构，例如，当向CPU单元200供给的电力中断时，对功能单元250通知表示所述电力中断的事件。每一个功能单元250接收所述事件通知，执行与对CPU单元200的电力供给中断相应的处理。

如此，在图1所示的PLC2中，当向CPU单元200的电力供给中断时，在维持残留电力的电力供给的期间，对连接于CPU单元200的一个或多个功能单元250通知所述电力中断。通过进行此种电力中断的通知，各功能单元250能够立即执行必要的处理。

此种来自CPU单元200的事件通知在运转上及维护上有效，但在图1所示的PLC2中，为了发送此种事件通知，需要专用线224，从而在成本上不利。因此，优选采用以下说明的、依照本实施方式的控制装置。

<B.装置结构>

接下来，对依照本实施方式的PLC的装置结构进行说明。

图2是表示依照本实施方式的PLC的主要部分结构的示意图。参照图2，依照本实施方式的PLCl典型的是包含电源单元130、CPU单元100及一个或多个功能单元150。CPU单元100与一个或多个功能单元150之间经由作为通信线的一例的局域网(local network)126而连接。

电源单元130是对CPU单元100等供给电力的电源部，接受来自商用电源等外部电源132的电力供给，并转换成规定电压后，将所述电力供给至CPU单元100等。典型的是，对电源单元130输入100V～240V的交流电力，对CPU单元100等供给5V的直流电力。

功能单元150提供用于实现PLC1对各种机械或设备的控制的各种功能，典型的是，可包含I/O单元、通信单元、温度调整单元、识别符(Identifier，ID)传感器单元等。

作为I/O单元，例如可列举数字输入(Digital Input，DI)单元、数字输出(DigitalOutput，DO)单元、模拟输入(Analog Input，AI)单元、模拟输出(Analog Output，AO)单元、脉冲捕获(pulse catch)输入单元及使多个种类混合而成的复合单元等。

通信单元是对与其他PLC、遥控I/O装置、功能单元等的数据交换进行中转，例如可包含遵循EtherCAT(注册商标)、EtherNet/IP(注册商标)、DeviceNet(注册商标)、CompoNet(注册商标)等协议(protocol)的通信装置等。

温度调整单元是包含获取温度计测值等的模拟输入功能、输出控制指令等的模拟输出功能及比例积分微分(Proportional Integral Differential，PID)控制功能的控制装置。ID传感器单元是从射频识别符(Radio Frequency IDentifier，RFID)等非接触地读出数据的装置。

CPU单元100是构成PLCl的一个要素，相当于对PLCl整体的处理进行控制的运算装置。CPU单元100包含运算处理部101、存储器106及通信主电路120。

运算处理部101包含处理器102及监测电路104。为了便于说明，图2中仅绘制了处理器102，但也可安装多个处理器。另外，各处理器也可具有多个核心(core)。监测电路104至少对于主要部分具有硬连线(hard-wired)的结构，由此，实现比处理器102更高速的处理。即，监测电路104是使用硬件逻辑来实现。例如，监测电路104也可使用作为可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，PLD)的一例的现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)、或者作为集成电路(Integrated Circuit，IC)的一例的专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)等而安装。

在图2所示的结构中，运算处理部101包含将处理器102及监测电路104安装于同一芯片(chip)上的系统芯片(System on Chip，SoC)。但是，并不限于此，也可将处理器102及监测电路104作为各不相同的芯片而安装，或者，也可将存储器106及通信主电路120的至少一部分进一步安装于同一芯片上。

存储器106包含：提供处理器102中的程序执行所需的工作区域(work area)的部位(典型的是易失性存储器)；以及保存由处理器102所执行的程序自身的部位(典型的是非易失性存储器)。作为易失性存储器，可使用动态随机存取存储器(Dynamic Random AccessMemory，DRAM)或静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)等，作为非易失性存储器，可使用快闪存储器(flash memory)或硬盘(hard disk)等。

存储器106保存系统程序108及用户程序110等。系统程序108包含用于在处理器102中执行用户程序110的操作系统(Operating System，OS)及库(library)等。典型的是，用户程序110是一命令群，且根据作为控制对象的机械或设备而任意制作，所述命令群用于实施利用从一个或多个功能单元150获取的数据(输入数据)的运算处理(例如逻辑运算或数值运算)及向一个或多个功能单元150发送的数据(输出数据)的生成处理中的至少其中一个。通过处理器102执行用户程序110，从而实现PLCl对设备或装置等的控制。

监测电路104连接于处理器102及通信主电路120，在如后所述的、对CPU单元100的电力供给中断时，对一个或多个功能单元150分别通知电力供给的中断。所述监测电路104中的处理的详细将后述。

在依照本实施方式的PLC1中，局域网126是一种固定周期网络，在CPU单元100的通信主电路120的控制下，一个或多个功能单元150分别每隔规定周期地反复向CPU单元100发送输入数据及从CPU单元100接收输出数据。如此，通信主电路120经由作为通信线的局域网126来与一个或多个功能单元150交换数据(输入数据及输出数据)。

作为此种固定周期网络，也可采用遵循EtherCAT(注册商标)、EtherNet/IP(注册商标)、DeviceNet(注册商标)、CompoNet(注册商标)等公知协议的网络。

在依照本实施方式的PLC1中，在局域网126上，以规定周期来依序转送具有预定的数据结构的帧，CPU单元100及各功能单元150针对依序转送的帧，将所指定的数据写入至指定区域及从对应的区域读出所需的数据。

通信主电路120包含收发控制器122与收发端口(port)124。收发端口124是与局域网126物理连接的部位，依照来自收发控制器122的指令而生成电信号，并送出至局域网126上，并且将在局域网126上产生的电信号转换成数字信号，并输出至收发控制器122。收发控制器122除了经由局域网126来交换数据以外，还进行用于保证在局域网126上转送的数据的抵达时间的时间管理及收发时序管理等。

功能单元150分别包含通信从电路160、功能模块156及I/O接口158。

通信从电路160对在局域网126中依序转送的帧进行处理。即，通信从电路160在经由局域网126而收到某些帧时，针对所述接收的帧进行数据写入和/或数据读出之后，将所述帧发送至在局域网126上位于下一处的功能单元150。通信从电路160提供此种帧中继(frame relay)的功能。

更具体而言，通信从电路160包含收发控制器166、收发端口162、164及状态寄存器(register)168。

收发端口162、164是与局域网126物理连接的部位，依照来自收发控制器166的指令而生成电信号，并送出至局域网126上，并且将在局域网126上产生的电信号转换成数字信号并输出至收发控制器166。

收发控制器166针对在局域网126上转送的帧进行数据写入和/或数据读出。收发控制器166具有与通信主电路120的收发控制器122同步的计数器，通过所述同步的计数器，对局域网126上的帧转送的时序等进行管理。

状态寄存器168是保存表示各功能单元150中的各种状态的标记(flag)的寄存器，例如保存表示功能单元150自身的动作模式的标记、表示在功能单元150中所发生的异常的种类的标记、表示功能单元150中的通信状态的标记等。

收发控制器166在进一步收到包含特殊命令等的帧时，执行以所述接收的帧中所含的特殊命令所指定的处理。作为此种特殊命令之一，可包含对保存于状态寄存器168中的状态值进行更新的命令。如以下说明般的、依照本实施方式的处理是利用此种特殊命令来实现。

功能模块156及I/O接口158分别与图1所示的功能模块256及I/O接口258实质上相同，因此不再重复详细说明。

<C.电力中断处理的概要>

接下来，对依照本实施方式的PLC1中的处理的概要进行说明。依照本实施方式的PLCl的CPU单元100在发生了对CPU单元100(尤其是处理器102)的电力供给中断这一事件时，对各功能单元150通知对CPU单元100的电力供给中断。收到所述通知的各功能单元150执行与对CPU单元100的电力供给中断相应的处理。以下，将此种探测对CPU单元100的电力供给中断，并根据所述探测结果来对各功能单元150进行必要的通知的一连串处理，也总称作“电力中断处理”。

图3(A)及图3(B)是对依照本实施方式的PLC1中的电力中断处理的概要进行说明的示意图。图3(A)示意性地表示CPU单元100与各功能单元150之间的数据交换。如图3(A)所示，在CPU单元100与各功能单元150之间，以规定周期来交换输入数据及输出数据。

图3(B)示意性地表示对CPU单元100的电力供给中断时的处理。CPU单元100的监测电路104基于对CPU单元100供给的电力中断的探测(电力中断探测)，或者基于对CPU单元100供给的电力中断的预告通知的接收(预告通知接收)，来对一个或多个功能单元150进行通知，所述通知用于使功能单元执行与对CPU单元100的电力供给中断相应的处理。所述通知是由通信主电路120(图2)经由局域网126来进行。

只要是使用通常的对输入数据及输出数据进行交换的局域网126的通知，则采用任何安装形态皆可，在本实施方式中，是从通信主电路120经由局域网126来发送特定帧(图3(B)中记载为“电力中断通知帧”)，所述特定帧包含和与对CPU单元100的电力供给中断相应的处理相关联的命令。所述特定帧是在一个或多个功能单元150中依序转送。

作为在每一个功能单元150中执行的、与对CPU单元100的电力供给中断相应的处理，可规定任意处理，但在本实施方式中，包含向限制功能单元150的动作的动作状态转变的处理。以下的说明中，将图3(A)所示的、功能单元150的动作状态称作“通常操作状态”，将如图3(B)所示那样收到电力中断通知帧后的功能单元150的动作状态称作“安全操作状态”。这些各状态的名称是为了方便说明，并不限定于此种名称。

安全操作状态下受到限制的动作可根据功能单元150的种类来预先设计，或者，由用户预先设定。作为一例，安全操作状态下受到限制的动作可包含：各功能单元150输出预先指定的固定值、或者不输出任何值的状态。即，当因对CPU单元100的电力供给中断而成为无法适当地控制CPU单元100的状态时，为了确保安全和/或为了防止损伤作为控制对象的机械或设备，功能单元150在预定的状态下推进处理。此种状态为安全操作状态，各功能单元150根据来自CPU单元100的事件通知而转变为安全操作状态。

而且，各功能单元150具有各种异常探测逻辑，作为其一部分，包含下述逻辑：监测作为连接目标的CPU单元100是否完整及局域网126中的通信是否正常。此种异常探测逻辑在CPU单元100中的电力供给中断时，产生异常日志(log)。当每一个功能单元150产生异常日志时，异常日志将“溢出”，从而可能在运转上或维护上产生问题。因此，作为在安全操作状态下受到限制的动作的另一例，可包括：禁用此类异常探测逻辑，以屏蔽不必要的异常日志的处理。即，安全操作状态下受到限制的动作包括禁用异常探测逻辑的一部分或全部。

另外，当各功能单元150转变为安全操作状态后，也可禁用局域网126。即，通过中断使局域网126运转所需的电力供给，能够延长向CPU单元100供给残留电力的期间。

<D.电力中断处理的处理流程>

接下来，对依照本实施方式的PLC1所提供的电力中断处理的处理流程进行说明。图4是表示依照本实施方式的PLC1所提供的电力中断处理的处理流程的序列图。图4中，表示包含图2所示的CPU单元100及多个功能单元150(图4所示的示例中，为了便于说明，为两个功能单元)的PLC1中的电力中断处理的处理流程。

当产生对CPU单元100供给的电力的中断(序列SQ2)时，CPU单元100的监测电路104探测所述电力中断(序列SQ4)。于是，监测电路104指示通信主电路120启动通信，并且指示发送预先登记于监测电路104的帧(电力中断通知帧)(序列SQ6)。

通过所述指示，通信主电路120针对一个或多个功能单元150，经由局域网126来发送电力中断通知帧(序列SQ8)。

在局域网126中配置于最靠近通信主电路120的位置处的功能单元150(图4的“功能单元1”)在从上游侧收到电力中断通知帧时，将所述收到的电力中断通知帧转送至下游侧(序列SQ10)，并且执行与对CPU单元100的电力供给中断相应的处理(例如向如上所述的安全操作状态的转变)(序列SQ12)。

对于收到经转送的电力中断通知帧的下个功能单元150(图4的“功能单元2”)，也同样将所述收到的电力中断通知帧进一步转送至下游侧(序列SQ14)，并且执行与对CPU单元100的电力供给中断相应的处理(序列SQ16)。

以下，在各功能单元150中分别执行：从上游侧接收电力中断通知帧；将收到的电力中断通知帧转送至下游侧；以及执行与对CPU单元100的电力供给中断相应的处理。

并且，监测电路104在从指示通信主电路120启动通信开始经过规定时间(电源供给继续时间)后，停止对通信主电路120的电力供给(序列SQ18)。对通信主电路120的电力供给的停止可利用下述方法来实现：将位于针对通信主电路120的电力供给路径上的开关设为断开；或者对通信主电路120自身给予关停(shut down)指令。如此，监测电路104在特定帧(电力中断通知帧)的发送后，中断通信主电路120的电力消耗。

优选的是，直至中断通信主电路120的电力消耗为止的时间(电源供给继续时间)，是设定为电力中断通知帧被转送至连接于局域网126的所有功能单元150所需的时间以上。例如，既可根据可连接于局域网126的功能单元150的最大数量来预先设定，也可根据连接于局域网126的功能单元150的数量来动态地设定。

进而，通信主电路120也可将已收到关于从连接于局域网126末端的功能单元150而来的电力中断通知帧的接收响应作为条件，来中断通信主电路120的电力消耗。

另一方面，处理器102在通过从监测电路104收到电力中断探测的触发(trigger)而探测到电力中断时，执行对非易失性存储器上的数据或表示当前状态的数据进行退避的、关停处理(序列SQ20)。所述关停处理是在维持来自电源单元130的残留电力的电力供给的期间执行。并且，当来自电源单元130的电力供给中断时，或者，当供给电力成为规定的电压值以下时，处理器102停止动作(序列SQ30)。

通过执行此种一连串的电力中断处理，各功能单元150转变为安全操作状态，因此能够避免在对CPU单元100的电力供给恢复后，一个或多个功能单元150产生大量异常日志的事态。

<E.电力中断的探测方法>

接下来，对CPU单元100的监测电路104对电力中断的探测方法的一例进行说明。图5(A)及图5(B)是表示依照本实施方式的PLC1的CPU单元100中的电力中断的探测方法的一例的示意图。

图5(A)表示下述情况的结构例：作为对向CPU单元100供给的电力中断进行探测的方法的一例，基于外部电源向电源单元130的供给状态，来探测电力的中断。图5(A)所示的电源单元130包含交直转换电路，所述交直转换电路从商用电源等外部电源接收交流电力，并输出直流电力。具体而言，电源单元130包含整流部133、开关部134、二极管(diode)135、电感器(inductor)136及电容器(capacitor)137。开关部134、二极管135、电感器136及电容器137构成一种开关调节器(switching regulator)。即，通过包含场效应晶体管等的开关部134的开关动作，输出具备规定电压的直流电力。

例如，通过在电源单元130的整流部133的输出侧设置分压电阻138，并且利用比较器(comparator)139来比较分压电阻138所产生的电位与基准电位Vref，由此，能够对来自外部电源的电力供给的中断进行探测。即，通过适当地设定基准电位Vref，从而当因某些原因导致来自外部电源的电力供给被中断时，分压电阻138所产生的电位将下降而低于基准电位Vref。在此状态下，比较器139输出电力中断探测信号。运算处理部101的监测电路104通过输出电力中断探测信号，从而能够对向CPU单元100供给的电力的中断进行探测。

另外，也可使运算处理部101的监测电路104中包含图5(A)所示的比较器139。

图5(A)中例示了下述方法：通过对根据电源单元130的结构例而实际产生的电压或电位进行计测，从而探测所供给的电力的中断，但并不限于此，可采用任意的电路结构及探测电路。

图5(B)表示下述情况的结构例：作为接收中断对CPU单元100供给的电力之前的预告通知的方法的一例，从对电源单元130供给外部电力的不间断电源装置(Uninterruptible Power Supply，UPS)接收预告通知。参照图5(B)，在将来自外部电源132的电力经由不间断电源装置131而供给至电源单元130的结构中，即使来自外部电源132的电力供给中断，对电源单元130的电力供给也不会立即中断。但是，通过不间断电源装置131中内置的电池(battery)而确保的电力量有限，因此，通常在不间断电源装置131探测到来自外部电源132的电力供给中断时，会输出预告通知，所述预告通知表示对电源单元130的电力供给会在规定时间内被中断。运算处理部101的监测电路104收到所述预告通知后，开始如上所述的电力中断处理的执行。

另外，图5(B)中，作为典型例，表示了从不间断电源装置接收预告通知的示例，但并不限于此，也可利用任意方法来接受中断对CPU单元100供给的电力之前的预告通知。

<F.与对CPU单元的电力供给中断相应的处理>

接下来，对由各功能单元150所执行的、与对CPU单元100的电力供给中断相应的处理进行说明。

(f1：动作状态的转变)

作为与对CPU单元100的电力供给中断相应的处理之一，设想将各功能单元150的动作状态由“通常操作状态”转变为“安全操作状态”的处理。即，CPU单元100的监测电路104对各功能单元150给予用于使其由“通常操作状态”转变为“安全操作状态”的指令，各功能单元150收到所述指令后，使动作状态转变。通过所述动作状态的转变，各功能单元150对作为控制对象的机械或设备输出预定的输出值，和/或禁用异常探测逻辑的全部或一部分。

即，一个或多个功能单元150在收到电力中断通知帧时，执行使动作状态由“通常操作状态”转变为“安全操作状态”的处理，其结果，各功能单元150将执行与CPU单元100的动作停止相应的处理。

图6(A)及图6(B)是用于对在依照本实施方式的PLC1中所用的电力中断通知帧及其处理内容进行说明的示意图。

图6(A)中表示电力中断通知帧180的数据结构的一例。电力中断通知帧180包含数据种类部181及目标指定部182以作为表头(header)部，且包含偏移(offset)部183、大小部184及数据值部185，以作为数据主体部。

数据种类部181是保存表示帧种类的值的区域，图6(A)所示的示例中，保存有所收到的、表示是应在功能单元150中执行指定命令的帧的值。目标指定部182是保存表示帧的发送目标的值的区域，在单播(unicast)的情况下，指定网络上的地址，在多播(multicast)的情况下，指定表示多个转送目标的信息，在广播(broadcast)的情况下，指定特定的值。

在图6(A)所示的帧的数据主体部中，保存有用于写入数据的命令。具体而言，在偏移部183中，保存有表示写入数据的区域的先头位置的偏移值，在大小部184中，保存有写入数据的区域的大小，在数据值部185中，保存有实际写入的数据的值。

图6(B)表示各功能单元150的通信从电路160中所含的状态寄存器168的一例。在依照本实施方式的PLC1中，各功能单元150根据对状态寄存器168设定的标记的值，来设定动作状态，或者判断异常的有无等。在图6(B)所示的示例中，状态寄存器168的下位起第2位(bit)(从右侧起第2个)的位表示各功能单元150的动作状态。

各功能单元150在收到图6(A)所示的电力中断通知帧180时，依照其中所含的命令来更新状态寄存器168的内容。图6(B)所示的示例中，在各功能单元150中，状态寄存器168的下位起第2位被更新。由此，各功能单元150使动作状态从“通常操作状态”转变为“安全操作状态”。

如此，作为特定帧的电力中断通知帧是使各功能单元150转变为“安全操作状态”的帧，各功能单元150在收到电力中断通知帧时，对表示动作状态的标记的值进行变更。各功能单元150通过转变为“安全操作状态”，从而执行与对CPU单元100的电力供给中断相应的处理。

如图6(A)及图6(B)所示，使用对表示各功能单元150的动作状态的标记的值进行更新的电力中断通知帧，由此，能够简化从CPU单元100的监测电路104送出的电力中断通知帧的结构或处理，并且各功能单元150执行被定义为安全操作状态的处理，因此无须在CPU单元100侧管理各功能单元150中的处理。即，对于针对CPU单元100的电力供给被中断时的处理，无须在CPU单元100侧进行管理，因此系统的设计及维护能够容易化。

(f2：单独指定)

图6(A)及图6(B)中，对使用用于对状态寄存器168的标记值进行变更的电力中断通知帧的示例进行了说明，但作为电力中断通知帧，也可包含仅将特定的功能单元150设为对象的命令、和/或执行特定处理的命令。

例如能够仅命令连接于局域网126的多个功能单元150中的特定种类的功能单元150屏蔽不必要的异常日志。例如，在通信单元等中，由于始终监测上位网络及下位网络的通信状态，因此有可能会因针对CPU单元100的电力供给被中断而产生大量的异常日志。因此，也可仅对此种特定种类的功能单元150，给予禁用异常探测逻辑的指令。

而且，作为与对CPU单元100的电力供给中断相应的处理，可列举：(1)将来自功能单元150的输出信号设定为预定的值；以及(2)禁用异常探测逻辑的全部或一部分等，但也可具体指定这些处理。例如，在只需要将分别来自连接于局域网126的功能单元150的输出信号全部设定为FALSE(关闭或“0”)，即仅设定为负载中断输出所需要的系统结构中，也可对所有功能单元150发送电力中断通知帧，所述电力中断通知帧包含用于将输出信号设定为FALSE的指令。

通过使电力中断通知帧包含功能单元150其他的指令，从而能够安全地执行与作为控制对象的机械或设备相应的处理。

<G.电力中断通知帧的事先登记>

如上所述，可构成为，发送任意的电力中断通知帧。为了提高此种所发送的电力中断通知帧的自由度，也可在系统启动等时，由处理器102执行系统程序108(一种固件(firmware))，从而能够设定监测电路104应发送的电力中断通知帧。

图7(A)及图7(B)是用于对依照本实施方式的PLC1中的与电力中断通知帧的事先登记相关的处理进行说明的示意图。参照图7(A)，在CPU单元100的启动时，处理器102执行系统程序108。通过系统程序108的执行，形成用于执行用户程序110的环境。作为系统程序108的一部分，包含在监测电路104的寄存器1041中登记电力中断通知帧180的处理。

如图7(B)所示，在监测电路104的寄存器1041中事先登记有电力中断通知帧180的状态下，处理器102执行用户程序110，并且，监测电路104对针对CPU单元100的电力供给中断进行监测。如此，处理器102执行系统程序108(或者固件)，由此，在用户程序110的执行开始前，事先登记从通信主电路120发送的特定帧(电力中断通知帧)。

如上所述，监测电路104在探测到对CPU单元100的电力供给中断时，从通信主电路120发送预先登记的电力中断通知帧180。

如此，作为硬件逻辑的监测电路104除了探测电力供给中断的功能以外，还具有发送特定帧(电力中断通知帧)的功能。所述特定帧是通过由处理器102所执行的系统程序108而事前登记。

本实施方式中，通过由处理器102所执行的系统程序108，能够在监测电路104的寄存器1041中登记任意的通信帧。因此，也可根据PLC1的结构或用途等，来登记任意的通信帧。

例如，也可根据连接于局域网126的功能单元150的数量来使电力中断通知帧的内容不同。或者，如上所述，也可仅对特定的功能单元150进行处理，还可仅使功能单元150进行特定的处理。

在依照本实施方式的CPU单元100中，对于电力供给的中断探测的功能及电力中断通知帧的发送功能，通过使用硬件逻辑，从而实现高速化，并且对于电力中断通知帧的内容自身，采用能够由系统程序108任意设定的结构，由此，能够实现提高了自由度的系统。

<H.其他应用例>

在所述中，主要对下述结构进行了说明，即，针对经由局域网126而与CPU单元100连接的一个或多个功能单元150，发送特定帧(电力中断通知帧)。但是，对于经由现场网络而连接的一个或多个功能单元150，也可适用同样的方案。

图8是表示依照本实施方式的PLC的其他主要部分结构的示意图。参照图8，PLC1的CPU单元100经由局域网126而连接于一个或多个功能单元150，并且也经由现场网络128而连接于遥控I/O装置(通信耦合器单元(coupler unit)170及一个或多个功能单元150)。

此种结构中，CPU单元100的监测电路104在探测到对CPU单元100供给的电力的中断时，经由局域网126来发送电力中断通知帧，并且经由现场网络128来发送电力中断通知帧。连接于局域网126的一个或多个功能单元150的每一个以及连接于现场网络128的一个或多个功能单元150的每一个响应这些电力中断通知帧，执行与对CPU单元100的电力供给中断相应的处理。

如此，依照本实施方式的电力中断处理不仅对于经由局域网126而与CPU单元100连接的功能单元150，对于经由现场网络128而连接的功能单元150也可适用。

为了便于说明，在图8中，例示了具备局域网126及现场网络128这两者的CPU单元100，但对于仅具备现场网络128的CPU单元100也同样可适用。

<I.优点>

根据依照本实施方式的CPU单元100，当对CPU单元100供给的电力中断时，能够经由交换输入数据及输出数据的通信线来对一个或多个功能单元150发送特定帧(电力中断通知帧)。通过所述电力中断通知帧，各功能单元150执行与对CPU单元100的电力供给中断相应的处理。通过采用此种结构，不需要图1所示的用于通知事件的专用线，能够实现低成本化。而且，由于不需要专用线，因此即使在采用利用通用通信协议的固定周期网络等的情况下，也能够使各功能单元150执行与对CPU单元100的电力供给中断相应的处理。

根据依照本实施方式的CPU单元100，使用硬件逻辑来实现电力供给的中断探测的功能及发送电力中断通知帧的功能，因此能够缩短从所供给的电源的中断发生，直至在各功能单元150中执行必要的处理或转变至必要的动作状态为止所需的时间。与一并使用处理器等来探测电力供给中断的情况相比，能够降低探测处理所需的时间的波动。伴随此种短时间化及时间波动的降低，能够降低电源单元130应确保的电源容量，也能够有助于对电源单元130的低成本化。

根据依照本实施方式的CPU单元100，采用下述结构：在探测到电力供给中断后，对于对各功能单元150发送的电力中断通知帧的内容自身，能够由系统程序108任意设定，由此，能够实现提高了自由度的系统。

根据依照本实施方式的CPU单元100，当探测到电力供给中断时，监测电路104只要发送用于使各功能单元150的动作状态转变的电力中断通知帧即可，对于在对CPU单元100的电力供给中断后，各功能单元150执行何种处理，可对每个功能单元150预先设定。即，不需要预先准备用于指示各功能单元150的动作的特别的通信帧，能够简化系统。

在依照本实施方式的PLCl中，各功能单元150始终监测与在和CPU单元100之间交换的通信帧的收发相关的超时(time out)，通过所述超时的发生，能够探测CPU单元100的停机(down)。此情况下，各功能单元150也使动作状态转变，并且执行与对CPU单元100的电力供给中断相应的处理。但是，根据基于所述超时监测的方法，无法使探测时间短于通信帧的发送周期，其结果，在CPU单元100的动作停止之前，无法完成必要的处理。而且，探测到电力供给中断的时序也可能产生波动。

与此相对，通过发送如上所述的特定帧(电力中断通知帧)，各功能单元150能够立即知晓对CPU单元100的电力供给中断，因此能够立即开始与对CPU单元100的电力供给中断相应的处理。尤其，在连接于同一网络的功能单元150的总数多的情况等时，帧周期变长，直至探测到CPU单元100停机为止将需要相对较长的时间，但不会产生此种问题。

在依照本实施方式的PLCl中，通过发送特定帧(电力中断通知帧)，从而各功能单元150禁用异常探测逻辑的一部分或全部，因此能够避免在CPU单元100复原等时，因异常日志而溢出的事态。

应认为，本次揭示的实施方式在所有方面仅为例示，并非限制者。本发明的范围是由权利要求而非所述说明所示，意图包含与权利要求均等的含义及范围内的所有变更。

Claims (10)

1.一种运算装置，其构成控制装置，所述运算装置的特征在于包括：

通信电路，用于经由通信线来与一个或多个功能单元交换数据；

处理器，用于执行用户程序，所述用户程序是实施利用从所述一个或多个功能单元获取的数据的运算处理及向所述一个或多个功能单元发送的数据的生成处理中的至少其中一个；以及

监测电路，连接于所述通信电路及所述处理器，

所述监测电路基于对所述运算装置供给的电力中断的探测及对所述运算装置供给的电力中断之前的预告通知的接收中的至少其中一个，从所述通信电路对所述一个或多个功能单元进行通知，所述通知用于使所述功能单元执行与对所述运算装置的电力供给中断相应的处理。

2.根据权利要求1所述的运算装置，其特征在于，

与对所述运算装置的电力供给中断相应的处理包含向限制各所述功能单元的动作的动作状态进行转变。

3.根据权利要求1或2所述的运算装置，其特征在于，

从所述通信电路经由所述通信线来发送特定帧，所述特定帧包含和与对所述运算装置的电力供给中断相应的处理相关联的命令，所述特定帧在所述一个或多个功能单元中依序转送。

4.根据权利要求3所述的运算装置，其特征在于，

在收到所述特定帧时，所述一个或多个功能单元的每一个对表示动作状态的标记的值进行变更。

5.根据权利要求3所述的运算装置，其特征在于，

所述处理器通过执行程序，从而在所述用户程序的执行开始前，事先登记从所述通信电路发送的所述特定帧。

6.根据权利要求3所述的运算装置，其特征在于，

在所述特定帧的发送后，所述监测电路中断所述通信电路的电力消耗。

7.根据权利要求1或2所述的运算装置，其特征在于，

还包括对所述运算装置供给电力的电源部，

所述监测电路基于外部电源向所述电源部的供给状态，来探测电力的中断。

8.根据权利要求1或2所述的运算装置，其特征在于，

还包括对所述运算装置供给电力的电源部，

所述监测电路从向所述电源部供给外部电力的不间断电源装置接收所述预告通知。

9.根据权利要求1或2所述的运算装置，其特征在于，

所述监测电路是使用现场可编程门阵列或专用集成电路而安装。

10.一种控制装置，其特征在于包括：

运算装置；以及

一个或多个功能单元，

所述运算装置包括：

通信电路，用于经由通信线来与所述一个或多个功能单元交换数据；

处理器，用于执行用户程序，所述用户程序是实施利用从所述一个或多个功能单元获取的数据的运算处理及向所述一个或多个功能单元发送的数据的生成处理中的至少其中一个；以及

监测电路，连接于所述通信电路及所述处理器，

所述监测电路基于对所述运算装置供给的电力中断的探测及对所述运算装置供给的电力中断之前的预告通知的接收中的至少其中一个，从所述通信电路对所述一个或多个功能单元进行通知，所述通知用于使所述功能单元执行与对所述运算装置的电力供给中断相应的处理。