I/O单元

技术领域

本发明涉及将主单元(master unit)与设备连接并在主单元与设备之间传输信号的I/O单元。

背景技术

在日本特开2016-110460号公报中公开了可编程逻辑控制器系统。该可编程逻辑控制器系统具有基本单元(主机)和多个扩展单元(从机)。基本单元和多个扩展单元以主单元为开头进行菊花链连接。多个扩展单元各自例如是I/O单元。基本单元经由多个扩展单元向被控制装置收发信号。被控制装置例如是传感器或致动器。

发明内容

主单元和多个I/O单元以主单元为开头沿着预定的设置方向排列。在此，相邻的主单元的端子与I/O单元的端子连接。另外，相邻的I/O单元彼此的端子相互连接。由此，不另外需要线缆等，主单元的主处理电路和多个I/O单元的从处理电路通过菊花链连接。

在此，期望在主单元中设置多个主处理电路。但是，在主单元和I/O单元以上述排列顺序排列的情况下，与主单元相邻的I/O单元仅为一个。因此，即使主单元具备多个主处理电路，与从处理电路连接的主处理电路也仅为一个。该一个主处理电路以外的主处理电路不与从处理电路连接。即，无法将多个从处理电路与多个主处理电路的每一个连接。

本发明的目的在于解决上述课题。

本发明的一个方式所涉及的I/O单元是将主单元与设备连接并在所述主单元与所述设备之间传输信号的I/O单元，所述I/O单元具备：第一前级端子及第二前级端子，其用于与设于前级的所述主单元或其他所述I/O单元连接；第一后级端子及第二后级端子，其用于与设于后级的其他所述I/O单元连接；选择电路，其选择是将所述第一前级端子连接于所述第一后级端子，并将所述第二前级端子连接于第二后级端子，还是将所述第一前级端子连接于所述第二后级端子，并将所述第二前级端子连接于第一后级端子；以及从处理电路，其与所述主单元的主处理电路进行信号的输入输出，所述第一前级端子及所述第二前级端子中的任一方或所述第一后级端子及所述第二后级端子中的任一方与所述选择电路经由所述从处理电路连接。

根据本发明的方式，能够提供一种即使在主单元具有多个主处理电路的情况下，也能够使多个从处理电路连接到多个主处理电路的每一个的I/O单元。

附图说明

图1是表示实施方式的通信系统的结构的图。

图2是表示通信耦合器单元的两个主处理电路与多个I/O单元的从处理电路的连接状态的一例。

图3是表示通信耦合器单元的两个主处理电路与多个I/O单元的从处理电路的连接状态的另一例。

图4是表示以往的通信系统的图。

具体实施方式

针对本发明的I/O单元，举出优选的实施方式并参照附图以下详细说明。

[实施方式]

图1是表示通信系统10的结构的图。通信系统10在控制装置Cont与设备Ins之间传输信号。设备Ins例如包括致动器和传感器。致动器例如包括开关。传感器例如检测按压、电压、电流、气温或湿度。

通信系统10具有通信耦合器单元(主单元)12和多个I/O单元(从单元)14。多个I/O单元14依次连接于通信耦合器单元12的后级。通信耦合器单元12和在其后级连接的多个I/O单元14构成一个站(station)。通信系统10的通信耦合器单元12与控制装置Cont连接。多个I/O单元14与多个设备Ins连接。在图1的例子中，一个I/O单元14与一个设备Ins连接。但是，也可以一个I/O单元14与多个设备Ins连接。另外，图1的通信耦合器单元12与6个I/O单元14连接。但是，与通信耦合器单元12连接的I/O单元14的数量并不限定于6个。

此外，在图1的I/O单元的符号(14)之后，附加与从通信耦合器单元12起的级数相应的后缀(1)、(2)、…、(6)。该后缀在以下的说明中，在记载指特定的I/O单元14的说明的情况下使用。

通信耦合器单元12具备电源20、两个连接器22(22a、22b)、两个主处理电路24(24a、24b)、两个支流端子26(26a、26b)以及壳体28。壳体28容纳电源20、两个连接器22、两个主处理电路24以及两个支流端子26。两个连接器22(22a、22b)和两个支流端子26(26a、26b)的至少一部分从壳体28露出。因此，两个连接器22(22a、22b)和两个支流端子26(26a、26b)能够与通信耦合器单元12的外部的连接部件(线缆或者其他端子)连接。

电源20向两个主处理电路24(24a、24b)供给电力。此外，电源20也可以向I/O单元14供给电力。在该情况下，电源20也可以向后述的从处理电路34和接口36供给电力。

两个连接器22(22a、22b)是与控制装置Cont或其他通信耦合器单元12连接的连接器。连接器22a与设置于前级的控制装置Cont或者设置于前级的其他通信耦合器单元12连接。另外，连接器22b与设置于后级的其他通信耦合器单元12的连接器22a连接。两个连接器22(22a、22b)与控制装置Cont或其他通信耦合器单元12的连接经由线缆进行。

连接器22a与主处理电路24a连接。连接器22b与主处理电路24b连接。主处理电路24a与主处理电路24b相互连接。因此，主处理电路24a和主处理电路24b依次通过菊花链与控制装置Cont连接。另外，通信耦合器单元12的连接器22b能够与其他通信耦合器单元12的连接器22a连接。由此，也能够通过菊花链将多个通信耦合器单元12的两个主处理电路24(24a、24b)与控制装置Cont连接。此外，将多个主处理电路24(24a、24b)与控制装置Cont进行菊花链连接的信号线的系统称为主流系统。

两个主处理电路24(24a、24b)是用于与I/O单元14(从处理电路34)进行信号的输入输出的通信电路。主处理电路24和后述的从处理电路34也可以包括CPU(中央处理装置)、ASIC(面向特定用途的集成电路)、PLD(可编程逻辑器件)或FPGA(现场可编程逻辑门阵列)等。

两个支流端子26(26a、26b)是与I/O单元14连接的端子，该I/O单元14与通信耦合器单元12相邻地配置于后级。支流端子26a与主处理电路24a连接。支流端子26b与主处理电路24b连接。

I/O单元14具备两个前级端子30(30a、30b)、两个后级端子32(32a、32b)、从处理电路34、接口36、选择电路38以及壳体40。壳体40容纳两个前级端子30、两个后级端子32、从处理电路34、接口36和选择电路38。此外，两个前级端子30、两个后级端子32以及接口36的至少一部分从壳体40露出。因此，两个前级端子30、两个后级端子32、接口36的至少一部分能够与I/O单元14的外部的连接部件(线缆或其他端子等)连接。

两个前级端子30(30a、30b)是和与I/O单元14相邻地设置于前级的通信耦合器单元12或其他I/O单元14连接的端子。两个后级端子32(32a、32b)是和与I/O单元14相邻地设置于后级的其他I/O单元14连接的端子。

在前级设置有通信耦合器单元12的情况下，前级端子30a(第一前级端子)与设置于前级的通信耦合器单元12的支流端子26a连接。另外，在该情况下，前级端子30b(第二前级端子)与设置于前级的通信耦合器单元12的支流端子26b连接。在前级设置有I/O单元14的情况下，前级端子30a与设置于前级的I/O单元14的后级端子(第一后级端子)32a连接。另外，在该情况下，前级端子30b与设置于前级的I/O单元14的后级端子(第二后级端子)32b连接。

从处理电路34是用于与两个主处理电路24(24a、24b)中的一方进行信号的输入输出的通信电路。接口36是用于将从处理电路34与设备Ins连接并在从处理电路34与设备Ins之间传输信号的硬件(电路、电子部件组)。接口36的具体结构根据设备Ins的种类而不同。

选择电路38将两个前级端子30(30a、30b)与两个后级端子32(32a、32b)连接。此外，后级端子32a经由从处理电路34与选择电路38连接。另外，后级端子32b不经由从处理电路34而与选择电路38连接。

选择电路38能够将两个前级端子30(30a、30b)与两个后级端子32(32a、32b)的连接关系切换为第一连接关系与第二连接关系。第一连接关系是如下的连接关系：使前级端子30a与后级端子32a经由从处理电路34连接，使前级端子30b与后级端子32b不经由从处理电路34而连接。第二连接关系是如下的连接关系：使前级端子30b与后级端子32a经由从处理电路34连接，使前级端子30a与后级端子32b不经由从处理电路34而连接。

选择电路38根据操作员的操作，将两个前级端子30(30a、30b)与两个后级端子32(32a、32b)的连接关系切换为第一连接关系与第二连接关系。例如，选择电路38也可以包括未图示的开关。该开关也可以根据操作员操作切换操作件来切换第一连接关系和第二连接关系。

图1的I/O单元14起到以下的效果。

即，I/O单元14具有两个前级端子30(30a、30b)和两个后级端子32(32a、32b)。两个前级端子30(30a、30b)中的一方与两个后级端子32(32a、32b)中的一方经由从处理电路34连接。剩余的前级端子30与剩余的后级端子32不经由从处理电路34而连接。因此，I/O单元14能够将多个从处理电路34与两个主处理电路24(24a、24b)的每一个连接。此外，将多个从处理电路34与主处理电路24a进行菊花链连接的信号线的系统在以下的说明中被称为第一支流系统。另外，将多个从处理电路34相对于主处理电路24b进行菊花链连接的信号线的系统在以下的说明中被称为第二支流系统。

另外，I/O单元14具备选择电路38。由此，从处理电路34的连接目的地成为主处理电路24a的I/O单元和从处理电路34的连接目的地成为主处理电路24b的I/O单元作为一个I/O单元14被共用化。因此，操作员也可以不单独准备从处理电路34的连接目的地成为主处理电路24a的专用的I/O单元和从处理电路34的连接目的地成为主处理电路24b的专用的I/O单元。

图2是表示通信耦合器单元12的两个主处理电路24(24a、24b)和多个I/O单元14的从处理电路34的连接状态的一例。在图2的例子中，关于I/O单元14(1)、I/O单元14(2)、I/O单元14(3)、I/O单元14(5)、I/O单元14(6)的每一个，两个前级端子30与两个后级端子32基于第一连接关系连接。另外，在图2的例子中，关于I/O单元14(4)，两个前级端子30和两个后级端子32基于第二连接关系连接。此外，图2的选择电路38包含实线和虚线。用实线连接的前级端子30和后级端子32连接。用虚线连接的前级端子30和后级端子32未连接。

在图2的例子中，I/O单元14(1)、I/O单元14(2)、I/O单元14(3)各自的从处理电路34包含于第一支流系统。I/O单元14(1)、I/O单元14(2)、I/O单元14(3)依次通过菊花链与主处理电路24a连接。另外，I/O单元14(4)、I/O单元14(5)、I/O单元14(6)各自的从处理电路34包含于第二支流系统。I/O单元14(4)、I/O单元14(5)、I/O单元14(6)依次通过菊花链与主处理电路24b连接。图1的I/O单元14容易在一个站内增设。

在此，为了与本实施方式进行比较，对现有技术进行说明。图4表示以往的通信系统的结构例。以往的通信系统具有通信耦合器单元100和多个I/O单元104(参照图4)。通信耦合器单元100具有一个主处理电路102。I/O单元104具有一个从处理电路106。多个从处理电路106以菊花链方式连接到一个主处理电路102。通信耦合器单元100与控制装置Cont连接。一个通信耦合器单元100和与该通信耦合器单元100连接的多个I/O单元104构成一个站。此外，在图4中省略了将从处理电路106与设备Ins连接的接口的图示。

由于主处理电路102的性能等理由，能够与一个通信耦合器单元100连接的I/O单元104的台数存在上限。因此，在以往的通信系统中包含的I/O单元104的台数超过上述上限的情况下，操作员必须增设站。在该情况下，操作员必须准备多个通信耦合器单元100。另外，操作员必须通过菊花链将多个通信耦合器单元100与控制装置Cont连接。包括这些作业在内的站的增设作业对于操作员来说是较大的负担。由于以上的理由，以往的通信系统对于操作员来说不方便。相对于该以往的通信系统，本实施方式的通信系统10包括I/O单元14。I/O单元14能够不需要操作员增设站。此外，在后述的图3的连接状态下也可得到该效果。

图3是表示通信耦合器单元12的两个主处理电路24(24a、24b)与多个I/O单元14的从处理电路34的连接状态的另一例。在图3的例子中，关于I/O单元14(1)，两个前级端子30和两个后级端子32基于第一连接关系连接。另外，在图3的例子中，关于I/O单元14(2)、I/O单元14(3)、I/O单元14(4)、I/O单元14(5)、I/O单元14(6)的每一个，两个前级端子30和两个后级端子32基于第二连接关系连接。

因此，在图3的例子中，I/O单元14(1)、I/O单元14(3)、I/O单元14(5)各自的从处理电路34包含于第一支流系统。I/O单元14(1)、I/O单元14(3)、I/O单元14(5)依次通过菊花链与主处理电路24a连接。另外，在图3的例子中，I/O单元14(2)、I/O单元14(4)、I/O单元14(6)各自的从处理电路34包含于第二支流系统。I/O单元14(2)、I/O单元14(4)、I/O单元14(6)依次通过菊花链与主处理电路24b连接。此外，图3的选择电路38包含实线和虚线。用实线连接的前级端子30和后级端子32连接。用虚线连接的前级端子30和后级端子32未连接。

在此，与安全性有关的设备Ins大多被冗余化。作为设置于机床或机器人等机械的设备Ins且与机械的动作相关的设备Ins由于安全性而被冗余化。例如，检测用于使机械停止的紧急停止按钮的操作的设备(检测器等)Ins被冗余化。即，准备两个与安全性有关的设备Ins。

在该情况下，基于现有技术的操作员设置两个站(参照图4)。操作员将冗余化的同一种类的两个设备Ins中的一个设备Ins与一个站的I/O单元104连接。另外，操作员将冗余化的另一个设备Ins与另一个站的I/O单元104连接。在该情况下，冗余化的同一种类的两个设备Ins分别从成为自身的主单元的通信耦合器单元100连接到同一级的I/O单元104。该I/O单元104与设备Ins的连接一般经由线缆等布线进行。与冗余化的同一种类的两个设备Ins分别连接的I/O单元104属于不同的站。因此，与冗余化的同一种类的两个设备Ins分别连接的I/O单元104具有设置于相互比较远离的位置的倾向。在此，操作员有可能将冗余化的设备Ins误连接到与冗余化的同一种类的两个设备Ins各自应连接的I/O单元104不同的其他I/O单元104。另外，冗余化的设备Ins存在多个，因此发生上述的误连接的概率进一步提高。

相对于上述的现有技术，在本实施方式中，与冗余化的同一种类的两个设备Ins分别连接的I/O单元14相邻地设置(参照图3)。因此，防止误连接的发生。即，操作员能够可靠地连接冗余化的同一种类的两个设备Ins和应与这两个设备Ins连接的I/O单元14。

在图3中图示了多个设备Ins。多个设备Ins包括设备Ins1、设备Ins2以及设备Ins3。设备Ins1、设备Ins2以及设备Ins3各自被冗余化。因此，设备Ins1、设备Ins2以及设备Ins3各准备两个(参照图3)。两个设备Ins1中的一方与I/O单元14(1)连接。两个设备Ins1中的另一方与I/O单元14(2)连接。两个设备Ins2中的一方与I/O单元14(3)连接。两个设备Ins2中的另一方与I/O单元14(4)连接。两个设备Ins3中的一方与I/O单元14(5)连接。两个设备Ins3中的另一方与I/O单元14(6)连接。这样，冗余化的同一种类的两个设备Ins与相邻的两个I/O单元14连接。因此，防止冗余化的同一种类的两个设备Ins和与这两个设备Ins的连接对象不同的其他I/O单元14连接。

此外，冗余化的同一种类的两个设备Ins例如是指检测对象相同的传感器、使同一对象物动作的致动器、或者用于发挥相同作用的致动器等。

如以下简单说明的那样，控制装置Cont和设备Ins经由通信系统10传输信号。

在控制装置Cont向设备Ins发送控制信号的情况下，控制装置Cont向与初级(第一个)连接的通信耦合器单元12的主处理电路24(24a)输出控制信号。该控制信号包含连接有作为发送对象的设备Ins的I/O单元14的地址信息等。主处理电路24判断输入的控制信号中包含的地址信息是否表示自身所属的站内的I/O单元14。在此，在地址信息未表示自身所属的站内的I/O单元14的情况下，主处理电路24向自身的后级的主处理电路24输出控制信号。另一方面，在地址信息表示自身所属的站内的I/O单元14的情况下，主处理电路24向该站的I/O单元14(1)的从处理电路34输出控制信号。从处理电路34判断输入的控制信号中包含的地址信息是否指自身。在此，在地址信息表示自身的情况下，从处理电路34向与自身连接的设备Ins输出控制信号。由此，设备Ins进行动作。另一方面，在地址信息不表示自身的情况下，从处理电路34向与自身的后级连接的I/O单元14的从处理电路34输出控制信号。此外，在控制信号所包含的地址信息表示自身的情况下，如果需要，则从处理电路34也可以向后级的从处理电路34(I/O单元14)输出控制信号。另外，在控制信号所包含的地址信息表示自身的站内的I/O单元14的情况下，如果需要，主处理电路24也可以向后级的主处理电路24输出控制信号。

此外，有时设备Ins向与自身连接的从处理电路34输出信号。在该情况下，从处理电路34对从设备Ins输入的信号附加地址信息。该地址信息表示主处理电路24或控制装置Cont。从处理电路34将附有地址信息的信号输出至与前级连接的从处理电路34或与前级连接的主处理电路24。通信耦合器单元12和I/O单元14进行的信号的输入输出是公知技术，因此省略进一步的说明。

[变形例1]

上述实施方式的后级端子32a经由从处理电路34与选择电路38连接。另一方面，后级端子32b不经由从处理电路34而与选择电路38连接。但是，后级端子32a也可以不经由从处理电路34而与选择电路38连接。在该情况下，后级端子32b也可以经由从处理电路34与选择电路38连接。即使在该情况下，也起到与上述实施方式相同的效果。总之，只要后级端子32a和后级端子32b中的任一方与选择电路38经由从处理电路34连接即可。

[变形例2]

在上述实施方式和变形例1中，从处理电路34配置在选择电路38与后级端子32之间。但是，从处理电路34也可以配置在选择电路38与前级端子30之间。即，前级端子30a和选择电路38可以经由从处理电路34连接，前级端子30b和选择电路38也可以不经由从处理电路34连接。另外，前级端子30a与选择电路38也可以不经由从处理电路34而连接，前级端子30b与选择电路38也可以经由从处理电路34而连接。即使在该情况下，也起到与上述实施方式相同的效果。总之，只要前级端子30a和前级端子30b中的任一方与选择电路38经由从处理电路34连接即可。

[变形例3]

上述实施方式、变形例1、变形例2的通信耦合器单元12具有两个主处理电路24。但是，通信耦合器单元12也可以具有3个以上的主处理电路24。在该情况下，前级端子30和后级端子32各自的数量是与主处理电路24相同的数量。在该情况下，选择电路38也可以从多个前级端子30和多个后级端子32中分别选择经由从处理电路34连接的前级端子30和后级端子32。

[变形实施方式]

对本发明的实施方式以及变形例进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式以及变形例，在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行各种改变。

[从实施方式得到的发明]

以下记载能够从上述各实施方式和变形例掌握的发明。

将主单元12与设备Ins连接且在主单元12与设备Ins之间传输信号的I/O单元14具备：第一前级端子30a及第二前级端子30b，其用于与设于前级的主单元12或其他I/O单元14连接；第一后级端子32a及第二后级端子32b，其用于与设于后级的其他I/O单元14连接；选择电路38，其选择是将第一前级端子30a连接于第一后级端子32a，并将第二前级端子30b连接于第二后级端子32b，还是将第一前级端子30a连接于第二后级端子32b，并将第二前级端子30b连接于第一后级端子32a；以及从处理电路34，其与主单元12的主处理电路24进行信号的输入输出。第一前级端子30a和第二前级端子30b中的任一方或第一后级端子32a和第二后级端子32b中的任一方经由从处理电路34与选择电路38连接。

由此，在使I/O单元14的从处理电路34为一个的状态下，使通信耦合器单元12的主处理电路24为两个，即使在不经由线缆等而使通信耦合器单元12与多个I/O单元14相邻并将端子彼此连接的情况下，也能够将多个从处理电路34分别与两个主处理电路24a、24b连接。

另外，通过设置选择电路38，也可以不分别准备从处理电路34的连接目的地成为主处理电路24a的专用I/O单元和从处理电路34的连接目的地成为主处理电路24b的专用I/O单元。即，能够使从处理电路34的连接目的地成为主处理电路24a的I/O单元和从处理电路34的连接目的地成为主处理电路24b的I/O单元共用化而成为一个I/O单元14。

主单元12具有两个上述主处理电路24a、24b，从处理电路34与两个上述主处理电路中的一个进行信号的输入输出。