JP2004259112A

JP2004259112A - Evaluation system, evaluation method, and motion controller

Info

Publication number: JP2004259112A
Application number: JP2003050792A
Authority: JP
Inventors: Kenichiro Mori; 健一郎森
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2003-02-27
Filing date: 2003-02-27
Publication date: 2004-09-16

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an evaluation system for improving verification accuracy of designing a facility control system and effectively conducting tests on software of the control system. <P>SOLUTION: A PLC 20 and a simulator 15 are connected to a control network 50. The PLC is provided with a CPU unit 21 mounted with a user program for an actual machine, and a motion control unit 23 mounted with a motion program for the actual machine. The motion controller is provided with a delay time Δt based on a time difference between an ideal operation and an actual operation, executes the motion program based on a start instruction given along with execution of the user program, outputs positional data according to an ideal value, and also outputs a positioning complete notice estimating an actual operation based on the delay time. The simulator performs simulation based on the positional data. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、評価用システム及び評価方法並びにモーションコントローラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、生産工場に設置するＦＡシステムを構築する場合、生産対象にあわせてどうような装置構成を設計したり、各装置，機器の仕様や動作タイミングを規定するタイムチャートなどを作成した（企画設計フェーズ）後、各装置を動作させるためのプログラムなどの開発を行う。すなわち、ＰＬＣを動作させるためのユーザプログラムをラダー言語で作成したり、モーションコントローラを動作させるためのモーションプログラムを作成したり、ロボットを動作させるためのプログラムをロボット言語で作成したりする（実装フェーズ）。
【０００３】
そして、この実装フェーズにて作成したソフトウェア等の設計が正しく、かつ機器，モータ選定などにより妥当な設計になっているかは、実装フェーズの次の設計検証フェーズで行う。この設計検証フェーズでは、計算値を求めて机上検証を行うものであった。
【０００４】
そして、このようにして作成したプログラムが正常に動作するかの検証を行う。この検証は、通常現場での調整フェーズで行う。すなわち、使用する実機を用意し、実際に各位置に配置するとともに制御ネットワークに接続する。そして、ＰＬＣやモーションコントローラ等に対しては、作成したプログラムをダウンロードする。この状態で実際に各プログラムを動作させて検証を行い、不具合が生じた場合には、適宜調整を行うことになる。
【０００５】
従って、現場での調整フェーズを実行する際には、各種プログラムのソフトウェアと、実機のハードウェアの両方がそろっている必要がある。その結果、フトウェアが完成してもハードウェアが完成・調達できていないと検証はできない。また、実際の設備がない時期に事前にソフトウェアのテストや設計の検証を精度よく行いたいという要求はあるが、上記のように実機でのテストを必須とすると事前検証ができず、結果として設計から実際のシステム立ち上げまでにかかる時間が長期化してしまう。
【０００６】
一方、事前に検証する方法として、一般に各種のシミュレーションを行うことがある。そして、制御システムを対象とした検証用シミュレーションシステムは、シミュレータ上の仮想メカやロボットの動作をシミュレーション言語で記述し、仮想的にＰＬＣのＩ／Ｏ動作を確認するようにしたものがある。なお、従来のこの種の公知文献としては、例えば特許文献１に開示された機器制御プログラムの開発支援システム及び開発支援方法があった。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０−１４３２２１号
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実際のＰＬＣやモーションコントローラで使う制御言語は、ラダー言語であったり、Ｇ言語やモーション用の独自言語なので、シミュレーションの際に使用するプログラム言語とは異なるため、実際に動くプログラムでのタイミングを精度よく検証することや制御プログラムの正常，異常動作テストには使えなかった。そのため、設計用のシミュレーションシステムと実システムが別プログラムとなるため、データ入力やプログラム開発の２度手間が発生したり、課題ごとに部分的に利用するしかなかった。
【０００９】
またシミュレーション言語やタイミングチャートからプログラムを自動生成する方法は、本発明の目的とする制御プログラムに１００％変換できるものではないため、利用は部分的なものにとどまっていた。
【００１０】
さらにまた、分散制御構成では、ネットワークの通信時間がタイミングに影響を与え、ＰＬＣやロボット間のロジックやタクトタイムが影響を受ける。しかし、リアルタイム通信を含めてシミュレーションすることは工数が大きく実用的でなかった。そのため、従来のシミュレーションでは、ＦＡシステムの設計・構築に際しては、実用に供し得ることはできなかった。
【００１１】
この発明は、設備制御システム設計の検証の精度を向上し、制御システムのソフトウェアのテストを効率よく行うことのできる評価用システム及び評価方法並びにモーションコントローラを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明による評価用システムでは、制御ネットワークに接続された実機用のユーザプログラムを実装したプログラマブルコントローラと、実機用のモーションプログラムを実装したモーションコントローラとを備え、前記プログラマブルコントローラは、前記ユーザプログラムの実行に伴い始動命令を発行して前記モーションコントローラに対して出力する手段を有し、前記モーションコントローラは、前記始動命令を前記プログラマブルコントローラから入力してモーションプログラムを実行する手段と、理想動作と実際動作との時間差に基づく遅れ時間情報を推定する手段と、前記推定した遅れ時間情報に基づいて実動作を予測した完了通知を前記プログラマブルコントローラに対して出力する手段とを有するようにした。
【００１３】
ここで、「理想動作と実際動作との時間差」は、モーションコントローラが被制御機器に対して一連の動作をさせる場合の、理想動作の動作開始から動作終了と、実際動作の動作開始から動作終了までの時間の差である。実施の形態では、図４に示すΔｔに対応する。また、一連の動作とは、ある動作開始からある動作終了までのことをいう。例えば、速度が生じてから速度がゼロになるまでの間の動作で、図４でいうと動作開始する台形の左下から動作停止する台形の右下までのことである。もちろん、一連の動作として▲１▼加速段階の動作、▲２▼定速動作、▲３▼減速動作などと細分化してもよい。つまり図４でいうと、それぞれ▲１▼台形の左の直角三角形部分、▲２▼真ん中の長方形部分、▲３▼右の直角三角形部分となる。
【００１４】
「遅れ時間情報を推定する」とは、実際には所定の計算式によって求めることになる。例えば、負荷慣性，慣性モーメントを算出する（３７５／ＧＤ２）（１／Ｓ）により求めることができる。さらに、完了通知は、実際の被制御機器の負荷などを考慮した実動作を想定して、仮想的に計算式で求めた完了タイミングになった時点を知らせるための通知である。具体的には、たとえは理想動作の完了時点から、遅れ時間だけ遅れたときに完了通知を発行することができる。
【００１５】
また、制御ネットワークに接続された実機用のユーザプログラムを実装したプログラマブルコントローラと、実機用のモーションプログラムを実装したモーションコントローラと、シミュレータとを備え、前記プログラマブルコントローラは、前記ユーザプログラムの実行に伴い始動命令を発行して前記モーションコントローラと前記シミュレータとに対して出力する手段と、前記モーションコントローラから完了通知を入力する手段と、入力した完了通知とをシミュレータに出力する手段とを有し、前記モーションコントローラは、前記始動命令を前記プログラマブルコントローラから入力して前記モーションプログラムを実行する手段と、理想動作と実際動作との時間差に基づく遅れ時間情報を推定する手段と、前記推定した遅れ時間情報に基づいて実動作を予測した完了通知を前記プログラマブルコントローラに対して出力する手段とを有し、前記シミュレータは、前記始動命令を前記プログラマブルコントローラから入力したことに基づいてシミュレーションを開始する手段と、前記プログラマブルコントローラから入力した完了通知に基づいてシミュレーションを完了となるようにする手段とを有するようにすることもできる。
【００１６】
シミュレータは、実施の形態で言う３Ｄ離散型シミュレータ部や３Ｄ機構シミュレータ部など各種のシミュレーションを行う装置であり、そのシミュレーションの際に遅れ時間を考慮して動作することにより、実際の動作に即したシミュレーションを行うことができる。シミュレーションの一例として、３Ｄシミュレータがあり、この３Ｄシミュレータにおけるシミュレーションは、設備装置・ロボットなどのメカ動作を視認できるように仮想的にその動作を表示することであり、シミュレーション完了は、メカ動作の終了状態を表示することである。このとき、遅れ時間を考慮し、終了状態になるのも理想動作から所定時間遅れるような動作を行う。
【００１７】
さらにまた、制御ネットワークに接続された実機用のユーザプログラムを実装したプログラマブルコントローラと、実機用のモーションプログラムを実装したモーションコントローラと、シミュレータとを備え、前記プログラマブルコントローラは、前記ユーザプログラムの実行に伴い始動命令を発行して前記モーションコントローラと前記シミュレータとに対して出力する手段と、前記モーションコントローラから実際動作に関するデータを入力する手段と、前記モーションコントローラから完了通知を入力する手段と、入力した実際動作に関するデータと完了通知とをシミュレータに出力する手段とを有し、前記モーションコントローラは、前記始動命令を前記プログラマブルコントローラから入力して前記モーションプログラムを実行する手段と、理想動作と実際動作との時間差に基づく遅れ時間情報を推定する手段と、前記推定した遅れ時間情報に基づいて実動作を予測した完了通知を前記プログラマブルコントローラに対して出力する手段と、実際動作を推定する手段と、推定した実際動作に関するデータを前記プログラマブルコントローラに対して出力する手段とを有し、前記シミュレータは、前記指令値を前記プログラマブルコントローラから入力したことに基づいてシミュレーションを開始する手段と、前記プログラマブルコントローラから入力した実際動作に関するデータに基づいてシミュレーションを続行する手段と、前記プログラマブルコントローラから入力した完了通知に基づいてシミュレーションを完了となるようにする手段とを有するようにするとよい。
【００１８】
ここで、「実際動作を推定する」とは、例えば、設備機器やロボットなどの連続的な動作を計算式によって求めることである。あるタイミング毎の動作状態を連続的につなぐことで、動作全体を表現できる。また、「シミュレーションを続行する」とは、例えば、設備機器やロボットなどの動作を連続的に視認的に表示することである。
【００１９】
また、上記した各発明では、「遅れ時間情報を推定する手段」をモーションコントローラ内に実装したが、本発明はこれに限ることはなく、ツールその他で求めたものを、モーションコントローラに設定し、記憶保持させるようにすることもできる。なお、モーションコントローラに推定する手段を実装しておくと、ユーザは特に別途遅れ時間情報を求め、それを設定する必要が無くなるので、便利となる。
【００２０】
モーションコントローラは、実施の形態ではモーションコントロールユニットに対応する。実施の形態にも示したように、モーションコントローラは、ＰＬＣに組み込まれても良いし、別途形成しても良い。また、ＰＬＣに組み込んだ場合には、モーションコントローラは、例えばＰＬＣのＣＰＵユニットを介して制御ネットワークに接続されることになる。つまり、制御ネットワークに接続されるとは、直接接続されるもののみならず、間接的に接続されるものも含む。
【００２１】
モーション制御においては、設定動作（理想動作）と実際動作とでは時間差が必ず生じる。そこで、本発明では、係る時間差を遅れ時間情報としてモーションコントローラに設定しておき、制御対象の実機を接続しないシミュレーション時に、その遅れ時間情報を考慮することにより、検証精度が高まる。さらに、ユーザプログラム並びにモーションプログラムは、実際に使用する本物であるので、精度のよい検証が行われるばかりでなく、検証が終わったプログラムは、そのまま実機において使用可能となる。
【００２２】
そして、上記した発明を前提とし、前記制御ネットワークに、ネットワークトレースモニタ装置を接続し、そのネットワークトレースモニタ装置が、前記制御ネットワーク上を伝送する情報をモニタリングするようにしてもよい。このようにすると、モニタリング結果をモニタ装置の表示装置に表示することにより、各装置の動作タイミングが一目でわかるので、好ましい。
【００２３】
また、制御ネットワークに接続された実機用のユーザプログラムを実装したプログラマブルコントローラと、実機用のロボット制御用のプログラムを実装したロボットコントローラと、仮想Ｉ／Ｏ情報を出力する仮想Ｉ／Ｏ用プログラマブルコントローラとを備え、制御ネットワークを介して送受した前記仮想Ｉ／Ｏ用プログラマブルコントローラからの仮想Ｉ／Ｏ情報に基づいて前記実機用のユーザプログラム並びにロボット制御用のプログラムを実行させるようにしてもよい。これにより、入出力機器等の実機が無くても、実際に使用するユーザプログラムとロボット制御用のプログラムを用いて、シミュレーションが行え、しかも、制御ネットワークを介して情報の伝送を行うので、実際の動作環境に近いシミュレーションによる評価が行える。
【００２４】
さらに、上記した各発明では、実機と実機用プログラムと制御ネットワークを利用することで、システム全体のタクトタイムやタイミングを精度よく確認できる。また、設計の実機による検証ができる。さらに、今まで並行作業ができなかった設備機械の製作と、プログラムのテストが並行作業できるので生産立上げ期間が短縮できる。
【００２５】
また、本発明に係るモーションコントローラは、モーション制御を行うモーションプログラムを備えたモーションコントローラであって、理想動作と実際動作との時間差に基づく遅れ時間情報を記憶保持し、入力した始動命令に基づいて前記モーションプログラムを実行して被制御機器に指令値を出力し、前記遅れ時間情報に基づいて実動作を予測した完了タイミングの時に完了通知を出力する機能を有するようにした。
【００２６】
また、本発明に係る評価方法は、実機用のユーザプログラムを実装したプログラマブルコントローラと、実機用のモーションプログラムを実装したモーションコントローラと、シミュレータを制御ネットワークに接続して評価用システムを構築する。そして、前記モーションコントローラに、理想動作と実際動作との時間差に基づく遅れ時間情報を記憶保持させる。この状態で、前記モーションコントローラは、前記プログラマブルコントローラにおけるユーザプログラムの実行に伴い発行された始動命令に基づいて前記モーションプログラムを実行し、順次指令値を出力し、前記シミュレータは、前記指令値に基づいてシミュレーションを行う。さらに、前記モーションコントローラは、前記遅れ時間情報に基づいて実動作を予測した完了通知を出力し、その完了通知の出力並びにシミュレータのシミュレーション結果に基づいてモーション制御の評価を行うようにした。ここで、「モーションコントローラの指令値」とは、実際動作を推定した結果のことを言う。
【００２７】
また、本発明に係る評価方法では、実機用のユーザプログラムを実装したプログラマブルコントローラと、実機用のモーションプログラムを実装したモーションコントローラと、シミュレータとを制御ネットワークに接続して評価用システムを構築し、前記プログラマブルコントローラにてユーザプログラムの実行に伴い始動命令が発行されて、モーションコントローラに出力され、前記モーションコントローラに、理想動作と実際動作との時間差に基づく遅れ時間情報を記憶保持させ、前記プログラマブルコントローラからの始動命令に基づいて前記モーションプログラムを実行し、順次指令値を出力するとともに、前記遅れ時間情報に基づいて実動作を予測した完了通知を出力し、前記シミュレータは、モーションコントローラの前記指令値および完了通知を入力して、シミュレーションを行い、そのシミュレーション結果に基づいてモーション制御の評価を行うようにすることもできる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の好適な一実施の形態を実現するシステム全体を示している。図１に示すように、パソコン１０，ＰＬＣ２０，仮想Ｉ／Ｏ用ＰＬＣ３０並びにロボットコントローラ４０が制御ネットワーク５０に接続されている。パソコン１０は、ネットワークインタフェース１１を介して制御ネットワーク５０に接続されるとともに、本実施の形態では、各種のアプリケーションプログラムをインストールすることにより、異なる機能（装置）を構成するようになっている。
【００２９】
すなわち、３ＤＣＡＤ部１３は、設備機械の形状，寸法を３次元ＣＡＤデータとして設計するためのツールである。機械の設計はＣＡＤによって行われる。そして、この３ＤＣＡＤ部１３にて作成された３次元ＣＡＤデータは、３Ｄ離散系シミュレータ部１４と３Ｄ機構シミュレータ部１５に読み込まれる。なお、この３次元ＣＡＤデータは、例えば制御ネットワーク５０を介して伝送されるようにしても良いし、別途記憶媒体を介して渡すようにしても良い。
【００３０】
３Ｄ離散系シミュレータ部１４では、生産ラインのワークの流れを中心にして、要求された生産性を上げるために加工時間や搬送時間を設計し、バッファの量を設計するものである。また、３Ｄ機構シミュレータ部１５では、割り当てられた加工時間や搬送時間でロボットや治具の機器動作を設計し、干渉やタイミングをチェックする。これらの要素によって、机上で図面やチャートで行われていたものをコンピュータで実行し、ダイナミックな動作を確認できるようになる。なお、これら３ＤＣＡＤ部１３，３Ｄ離散系シミュレータ部１４並びに３Ｄ機構シミュレータ部１５は従来公知のものであるので、その詳細な説明を省略する。
【００３１】
また、従来の設備設計の手順を確認すると、「企画設計フェーズ」→「実装フェーズ」→「設計検証フェーズ」→「現場検証フェーズ」の順番で順次実行する。そして、上記した３ＤＣＡＤ部１３，３Ｄ離散型シミュレータ１４並びに３Ｄ機構シミュレータ部１５を用いて実行するシミュレーション等は、上記した企画設計フェーズを行うことになる。
【００３２】
そして、パソコン１０を用いたシミュレーションでは、問題ごとのモデルをシミュレーション言語によってプログラムすることでシミュレーションしており、実機のプログラムとは異なるアルゴリズムで動作している。したがって、設計通りに実際の制御機器が動作するかどうかは、プログラミングツール部１６を使って実機のプログラムを作成し、ＰＬＣ２０やロボットコントローラ４０にダウンロードし、実際の機械でテストや調整をすることになる。
【００３３】
そこで、このプログラミングツール部１６で行う各装置用のプログラム作成は、上記した「実装フェーズ」を行うことになる。つまり、企画設計フェーズで作成した設計にしたがって、プログラミングツール部１６を用いて、ロボット，ＰＬＣ，モーションコントローラを動作させるための制御プログラム（ユーザプログラム）を、それぞれの言語で作成していく。また、このように各プログラムを作成し、ロボット，ＰＬＣ，モーションコントローラにダウンロードする機能は、従来と同様であるので、その詳細な説明を省略する。そして、本発明との関係で言うと、後述するモーションコントローラにおける「遅れ時間」を計算し、モーションコントロールユニットに設定する機能を有する。
【００３４】
ネットワークトレースモニタ部１２は、制御ネットワーク５０上を伝送されるパケットをモニタリングする機能を持ち、仮想Ｉ／Ｏ，ロボット，モーションコントローラなどの制御システムのイベント動作を時間とともに記録する。そして、記録したデータは、例えば表示画面に表示する。これにより、ユーザは、正しく動作しているか否かを知ることができる。なお、制御ネットワーク上を伝送される情報（パケット）をモニタリングする機能自体は、従来公知のアルゴリズムを用いて実現できる。
【００３５】
なお、図１では各機能部は、個々のパソコン１０にインストールされ別々の装置として記載しているが、複数の機能部を１つのパソコン１０にインストールしてももちろん良い。
【００３６】
また、ＰＬＣ，ロボット，モーションコントローラは実機の本番と同じプログラムを動作させるテスト環境を構成している。すなわち、ＰＬＣ２０は、所望の機能を実現する複数のユニットを連結して構成されるもので、ユーザプログラムを実行し、入出力機器の制御等を行うＣＰＵユニット２１と、制御ネットワーク５０に接続され、その制御ネットワーク５０に接続された他の装置と通信を行うネットワークユニット２２と、モーション制御を実行するモーションコントロールユニット２３を備えている。もちろん、本発明との関係で３つのユニットを図示したが、これら３つのユニット以外にも、電源ユニットや、ＩＯユニットや、マスタユニットなどのユニットが必要に応じて連結される。
【００３７】
ロボットコントローラ４０は、制御ネットワーク５０に接続するためのネットワークインタフェース４１と、実際にロボットを動作させる命令を出力するロボットコントローラ部４２を備えている。上記したＰＬＣ２０を構成するＣＰＵユニット２１，ネットワークユニット２２並びにロボットコントローラ４０も基本的に従来の実機と同様であるので、その機能も従来と同様である。また、モーションコントロールユニット２３は、例えば制御ネットワーク５０を介して取得した入力信号に従い、そのモーションコントロールユニット２３に接続された制御対象の機器（サーボモータ等）に対してモーション制御を行うといった基本機能は、従来と同様であるが、本発明ではプログラミングツール部１６にて設定された「遅れ時間」に基づく処理を実行する機能が付加されている。なお、詳細は後述する。
【００３８】
仮想Ｉ／Ｏ用ＰＬＣ３０は、機械に設置されたセンサをＯＮ／ＯＦＦさせるイベントを仮想的に作り出すプログラムを動作させるものである。つまり、ユーザプログラムを実行し、仮想Ｉ／Ｏ用ＰＬＣ３０入出力機器の制御等を行うＣＰＵユニット３１と、制御ネットワーク５０に接続され、その制御ネットワーク５０に接続された他の装置と通信を行うネットワークユニット３２と、Ｉ／Ｏユニット３３を備えている。実機であれば、このＩ／Ｏユニットにセンサなどの入力機器が接続され、その入力機器から与えられたＩ／Ｏ情報（入力信号）をＰＬＣ２０に与えるが、本実施の形態では、ＣＰＵユニット３１に実装されたユーザプログラムにしたがって、所定のタイミングで入力信号（センサのＯＮ／ＯＦＦ）を仮想的に生成し、送信するようにしている。
【００３９】
これにより、実機がなくても実際に使用する機器のタイミングでイベントが発生し、そのイベントであるＩ／Ｏ情報が実際に制御ネットワーク５０を介してＰＬＣ２０に伝達され、ＰＬＣ２０側では、ネットワークユニット２２が受信するとともに、ＣＰＵユニット２１のサイクリックな処理の所定タイミングでネットワークユニット２２が受信したＩ／Ｏ情報をＣＰＵユニット２１が取り込み、モーションコントロールユニットがその取り込んだＩ／Ｏ情報を取得することができる。そして、その取得したＩ／Ｏ情報に従って、ＣＰＵのユーザプログラムや、モーション制御のプログラムを実行させることができる。
【００４０】
そして、ＰＬＣ２０（ＣＰＵユニット２１，モーションコントロールユニット２３）や、ロボットコントローラ４０にダウンロードしたプログラムは、ラダー言語，ロボット言語などの実際に使用する言語で作成した本物である。よって、実機がなくても、仮想Ｉ／Ｏ用ＰＬＣ３０からの仮想Ｉ／Ｏ情報に従って実際に使用するプログラムの動作チェック・検証を行うことができる。
【００４１】
このように、本発明では、現場調整フェーズを、実機が存在しない状態でも現場調整と同様の精度で効率的に行うことができる。したがって、各フェーズを順次行うのではなく、並行にインクリメンタルに行うことができる。これにより設計精度を高め、結果として開発期間短縮につながる。
【００４２】
次に、モーション制御についての検証について説明する。図２は、モーション制御の一形態を含むクランプ制御を示している。このクランプ制御は、固定ガイド６０にて位置決めされたワーク６１に対しクランプ部６２が前進移動しワーク６１を保持する。この状態で加工ロボット６３のアーム６３ａを移動させてワーク６１に対して所定の処理をするものである。
【００４３】
そして、クランプ部６２を前進移動させるのは、サーボモータ６４の出力軸をウォームギヤ６５に連結し、回転運動を直進運動に変換する。そして、この変換した直線運動は、ウォームギヤ６５に連携させたロッド６６に伝達することにより、ロッド６６の先端に取り付けたクランプ部６２をＸ軸方向に前進移動させるようにしている。また、クランク部６２にはソレノイド６７が取り付けられており、所定のタイミングでソレノイド６７を動作させることによりワーク６１を把持することができるようになる。
【００４４】
サーボモータ６４の出力軸が１回転したときにクランプ部６２がＸ軸方向に移動する距離はウォームギヤのギヤ比その他から既知であるので、サーボモータ６４の回転を制御することにより、クランプ部６２の移動速度や移動距離を制御できるとともに、基準位置からの移動距離にしたがって現在どの位置に存在しているかもわかる。これにより位置制御ができる。一方、クランプ部６２が目的地まで移動して停止するよりも少し前からソレノイド６７を動作させ、目的地に達したときに確実に把持できるように制御される。
【００４５】
このクランプ制御は、モーションコントロールユニット２３によるモーション制御によってサーボモータの動作が制御され、ＣＰＵユニット２１のＩ／Ｏ制御によりソレノイド６７の動作が制御され、ロボットコントローラ４０により加工ロボット６３の動作が制御される。従って、ソレノイド，サーボモータ並びに加工ロボットの動作は、相互にタイミングを取る必要がある。つまり、それぞれ動作させるＣＰＵユニット２１，モーションコントロールユニット２３並びにロボットコントローラ４０を協調動作させる必要があり、各始動タイミングが合っているかなどの検証と調整を行う必要がある。
【００４６】
また、図３に示すような、搬送制御においても、サーボモータとセンサを使ったＰＬＣ制御，加工用ロボット制御を必要としている。つまり、間歇駆動する搬送コンベア７０の上にワーク７１が配置された状態で、ワーク７１を搬送する。そして、ワーク７１が所定位置（ワーク加工位置）に来たならば、搬送コンベア７０を一時停止させる。そして、ワーク加工位置に向かって加工ロボット７２のアームを移動させ、ワーク加工位置にあるワーク７１に対して加工処理をする。加工後は搬送コンベア７０の搬送を再開する。搬送コンベア７０は、サーボモータ７３の回転出力により動作するため、モーション制御が行われ、加工ロボットに対する制御はロボットコントローラ４０が行う。
【００４７】
そして、本実施の形態におけるモーション制御の検証は、ロボットコントローラ４０に替えて、機構部分の動作を３Ｄ機構シミュレータにより行うようにした。
【００４８】
ところで、上記したモーションコントロールユニット２３による実際のモーション制御は、例えば図４中破線で示すような理想速度台形線図に従って、時間の経過に伴って目標速度をパラメータとして制御対象（この場合、サーボモータ）に与える。実際には、サーボモータを駆動させるサーボドライバに与え、サーボドライバは与えられた目標速度になるようにサーボモータを制御する。しかし、現実の速度は、負荷その他の要因から理想速度台形線図通りには動作せず、例えば図４中の実線で示すように少し遅れて動作する。これにより、実際の動作時間は、目標動作時間よりもΔｔだけ長くなり、そのΔｔが誤差となる。
【００４９】
そこで、本実施の形態では、遅れ時間Δｔを考慮して実際の動作時間を推定し、そのΔｔを含んだ動作時間を用いて各種のシミュレーション・検証を行うようにした。すなわち、このシミュレーションを行う場合のシステム構成としては、図５に示すようにＰＬＣ２０（ＣＰＵユニット２１，モーションコントロールユニット２３）と、パソコン１０（３Ｄ機構シミュレータ部１５）を用いる。ＣＰＵユニット２１とモーションコントロールユニット２３の間では、ＰＬＣ２０内部のシステムバスを介して情報の送受を行い、ＣＰＵユニット２１と３Ｄ機構シミュレータ部１５との間では、制御ネットワーク５０を介して情報の送受を行う。
【００５０】
この図５は、図４に示す搬送コンベアの動作に対するモーション制御を検証する評価用システムを示している。すなわち、ＣＰＵユニット２１には、搬送コンベアの動作を制御する搬送ラダーが実装される。また、モーションコントロールユニット２３には、実機で使用するモーション言語によるモーションプログラムと、位置制御のための図４の理想速度台形線図等のパラメータが設定されるとともに、誤差となる遅れ時間Δｔも設定する。さらに、３Ｄ機構シミュレータ部１５には、サーボモータの駆動に伴い動作する搬送コンベアについての仮想メカ部が用意される。このとき、遅れ時間Δｔを含んだ動作時間情報も組み込まれている。
【００５１】
係る評価用システムにおいて、まずＣＰＵユニット２１がユーザプログラムをサイクリックに演算実行する。そして、搬送ラダーのプログラム部分の実行により、例えば、加工ロボットの処理終了等、搬送コンベアの運転開始条件を具備すると、モーションコントロールサイクル（ＭＣサイクル）の開始を、モーションコントロールユニット２３と３Ｄ機構シミュレータ部１５に与える。
【００５２】
これに伴い、モーションコントロールユニット２３側では、設定されたパラメータに従って、所定タイミングで位置データ（図４で言う速度データ）を出力する。この位置データは、ＣＰＵユニット２１さらにはネットワークユニット２２を介して制御ネットワーク５０へ出力され、その制御ネットワーク経由で３Ｄ機構シミュレータ部１５に送られる。
【００５３】
ＭＣサイクルの開始信号を受けた３Ｄ機構シミュレータ部１５では、仮想メカ部での搬送を開始し、順次取得する位置データに基づいて、その搬送状態を図示省略する表示装置に出力表示し、搬送コンベアが回転しワークが搬送される状態を表示する。
【００５４】
ここで本発明では、モーションコントロールユニット２３が、遅れ時間Δｔを保有しているので、１つの理想速度台形線図についての位置データの送信完了後、Δｔ経過したときにＣＰＵユニット２１に向けて位置決め完了信号を出力する。この位置決め完了信号は、ＣＰＵユニット２１に与えられる。また、位置データに基づいて動作した仮想メカ部が搬送完了した場合、その完了情報が制御ネットワーク５０経由でＣＰＵユニット２１に伝えられる。
【００５５】
つまり、実際のシステムでは、モーションコントロールユニット２３に制御対象のサーボモータ（サーボドライバ）が接続されるが、このシミュレーションの場合、モーションコントロールユニット２３内でサーボアンプへの信号を折り返し、遅れ時間Δｔを加えて動作させ、各種の信号をＣＰＵユニット２１等へ出力するようにしているので、サーボアンプから先の機器を接続しなくても、モーションプログラムからみて同じ動作をすることになる。
【００５６】
このように、モーションコントロールユニット２３の内部で仮想的に遅れ時間Δｔを作り出すことによって、実際の機器を接続しなくてもサーボ系を精度よくシミュレーションすることができる。しかも、シミュレーションの際に使用するモーションプログラムは、モーションコントロールユニット２３に実装された本物のモーションプログラム（実機プログラム）を使うので、簡単に精度高い検証ができる。そして、実機プログラムを使うことで、検証した内容の実現性はきわめて高くなる。さらに、シミュレーションさせた仮想メカ部は、ロボット等に対応するものであり、実際の動作に近いシミュレーション動作ができるので信頼性が高い。
【００５７】
さらにまた、デバッグテストやタイミングのテストを行うことができる。図２や図３の仮想メカに対して、モーションコントローラ（モーションコントロールユニット２３）から現在位置情報を送り、仮想メカは、位置情報に合わせて３次元座標空間上にリアルタイムで表示する。このことでＣＡＤ機能による干渉チェックや、現場調整で行っているメカを動かしながらのテストができる。
【００５８】
そして、上記した評価用システムを用いたモーションコントロールの具体的なシミュレーション手順は、図６に示すフローチャートのようになる。すなわち、まず機械系の基本設計，レイアウトを設計し、それに基づいて機構を決定する（ＳＴ１，ＳＴ２）。次いで、制御対象の動作パターンをモータ軸での動作パターンに換算する（ＳＴ３）。これにより、図４中波線で示した理想状態での速度線図（動作パターン）が求められる。
【００５９】
次いで、ステップ１，２で決定した機構の条件等に基づき、サーボモータが回転した際の負荷イナーシャや負荷トルクさらには回転数を算出する（ＳＴ４）。そして、算出したモータの条件（何ワット，何トルク等）にあうモータを仮選定する（ＳＴ５）。
【００６０】
仮選定したモータの仕様に基づき、加減速トルク，瞬間最大トルク，実効トルクを計算する（ＳＴ６）。そして、今まで算出した各データに基づき、仮選択したモータの適否を判断し、不適の場合にはよりよいモータを選定する。これにより、使用するモータが確定する（ＳＴ７）。なお、ここまでの処理は、従来と同様である。
【００６１】
次いで、ステップ７までで決定されたモーション制御を行うシステム構成から、速度線図の遅れ時間Δｔを推定する（ＳＴ８）。つまり、遅れ時間Δｔは、負荷イナーシャや負荷の大きさなどによって決定されるため、各ステップ部で求めた各値を遅れ時間の算出式に代入することにより求めることができる。なお、遅れ時間の算出式自体は従来公知の各種のものを用いることができる。
【００６２】
次いで、このようにして求めた遅れ時間Δｔも考慮した動作時間に基づきモーションコントロールのシミュレーションを実行する（ＳＴ９）。つまり、図５を用いて説明した評価を行う。
【００６３】
そして、評価結果が、サイクルタイム性能とモーション系の実現性が十分か否かを判断する（ＳＴ１０）。つまり、要求されるサイクルタイムでモーション制御が正しく行え、制御対象物が所望の動作を行えるかを判断する。この判断は、例えばパソコン１０の表示画面に表示される３Ｄ機構シミュレータ部１５から出力される仮想メカ部の動作をユーザが確認したり、ネットワークトレースモニタ部１２が検出した制御ネットワーク５０上を流れる情報にしたがって生成され、表示装置に出力されたトレースモニタをユーザが確認することなどによって行われる。そして、満足する場合には、その内容で確定され検証が完了する。また、不十分な場合には、ステップ１に戻り、最初から設計をやり直す。
【００６４】
また、上記したトレースモニタの表示例としては、例えば図７に示すようになる。この図７は、図２に示したメカ・クランプ制御におけるシミュレーションをネットワークトレースモニタ部１２がトレースし、パソコン１０の表示装置の表示画面１０ａに表示したものである。このように、動作結果をタイミングチャートで確認することができ、ロボット，ＰＬＣ，モーションコントロールの３つのタイミングを事前に検証できる（図示の場合には、正常に動作している例である）。そして、実機のプログラムを使うことでこのタイミングの精度も、シミュレーション言語だけの場合よりも高いものになる。
【００６５】
すなわち、上記した実施の形態によれば、実際の機器のＰＬＣ制御プログラムやモーションプログラムを使うことで、実際の設備がない時期であっても事前にソフトウェアのテストや設計の検証を精度よくおこない、設計の品質とプログラムの品質を効率よく向上させることができる。さらに、モーションコントローラの内部で時間遅れ要素（Δｔ）でシミュレーションすることで、モータやメカの外部機器をつないだときと同じ精度で検証ができる。
【００６６】
【発明の効果】
以上のように、この発明では、ＰＬＣのユーザプログラム等の検証対象のプログラムが実機に使用するものを用いてシミュレーションを実行可能としたため、正確な検証が行える。さらに、モーション制御における設定動作（理想動作）と実際動作とで時間差が生じるため、その時間差に基づく遅れ時間情報を考慮してシミュレーションを実行するようにしたため、検証精度が高まる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な一実施の形態を示すシステム構成図である。
【図２】モーション制御の一例を説明する図である。
【図３】モーション制御の一例を説明する図である。
【図４】モーション制御における遅れ時間を説明する図である。
【図５】評価システムの一例を示す図である。
【図６】モーション制御のシミュレーションの手順を説明するフローチャートである。
【図７】ネットワークトレースモニタ部から出力されるモニタ画面の一例を示す図である。
【符号の説明】
１０パソコン
１０ａ表示画面
１１ネットワークインタフェース
１２ネットワークトレースモニタ部
１３３ＤＣＡＤ部
１４３Ｄ離散系シミュレータ
１５３Ｄ機構シミュレータ部
１６プログラミングツール部
２０ＰＬＣ
２１ＣＰＵユニット
２２ネットワークユニット
２３モーションコントロールユニット
３０仮想Ｉ／Ｏ用ＰＬＣ
３１ＣＰＵユニット
３２ネットワークユニット
３３Ｉ／Ｏユニット
４０ロボットコントローラ
４１ネットワークインタフェース
４２ロボットコントローラ部
５０制御ネットワーク[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an evaluation system, an evaluation method, and a motion controller.
[0002]
[Prior art]
For example, when constructing an FA system to be installed in a production factory, a device configuration was designed in accordance with the production target, and a time chart that specifies the specifications and operation timing of each device and device was created (planning and design). After the phase, development of programs for operating each device is performed. That is, a user program for operating a PLC is created in a ladder language, a motion program for operating a motion controller is created, and a program for operating a robot is created in a robot language (implementation phase). ).
[0003]
Whether or not the design of the software and the like created in this mounting phase is correct and the design is appropriate by selecting devices and motors is performed in a design verification phase next to the mounting phase. In the design verification phase, desk-top verification is performed by obtaining calculated values.
[0004]
Then, it verifies whether the program created in this way operates normally. This verification is usually performed during the on-site adjustment phase. That is, a real machine to be used is prepared, actually arranged at each position, and connected to a control network. Then, the created program is downloaded to the PLC, the motion controller, and the like. In this state, verification is performed by actually operating each program, and if a problem occurs, adjustment is appropriately performed.
[0005]
Therefore, when executing the on-site adjustment phase, it is necessary that both software of various programs and hardware of the actual machine are available. As a result, even if the software is completed, it cannot be verified unless the hardware is completed and procured. In addition, there is a demand for accurate software testing and design verification in advance when there is no actual equipment.However, if testing with actual equipment is required as described above, pre-verification cannot be performed, resulting in design From the start to the actual system startup is lengthened.
[0006]
On the other hand, as a method of performing verification in advance, generally, various simulations are sometimes performed. There is a verification simulation system for a control system in which the operation of a virtual mechanism or a robot on a simulator is described in a simulation language, and the I / O operation of the PLC is virtually confirmed. Conventionally, as this kind of known literature, there is, for example, a development support system and a development support method for a device control program disclosed in Patent Literature 1.
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-10-143221
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the control language used in the actual PLC or motion controller is a ladder language or a proprietary language for G or motion, it is different from the programming language used for simulation. It could not be used to verify the accuracy of the test or to test the normal and abnormal operation of the control program. Therefore, since the simulation system for design and the real system are separate programs, two steps of data input and program development have to be performed, or only partial use is required for each task.
[0009]
Also, the method of automatically generating a program from a simulation language or a timing chart cannot be converted 100% into a control program which is the object of the present invention, so its use has been only partial.
[0010]
Furthermore, in the distributed control configuration, the communication time of the network affects the timing, and the logic and the tact time between the PLC and the robot are affected. However, simulation including real-time communication was not practical because of the large number of steps. Therefore, in the conventional simulation, the design and construction of the FA system cannot be put to practical use.
[0011]
An object of the present invention is to provide an evaluation system, an evaluation method, and a motion controller capable of improving the accuracy of verification of equipment control system design and efficiently testing software of a control system.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
An evaluation system according to the present invention includes a programmable controller mounted with a user program for a real device connected to a control network, and a motion controller mounted with a motion program for a real device, wherein the programmable controller executes the user program. Means for issuing a start command and outputting the start command to the motion controller, wherein the motion controller inputs the start command from the programmable controller to execute a motion program; Means for estimating delay time information based on the time difference between the information and the means for outputting to the programmable controller a completion notification for estimating the actual operation based on the estimated delay time information.
[0013]
Here, the “time difference between the ideal operation and the actual operation” means the operation from the start of the ideal operation to the end of the operation, and the operation from the start of the actual operation to the end of the operation when the motion controller causes the controlled device to perform a series of operations. The difference in time until. In the embodiment, this corresponds to Δt shown in FIG. Also, a series of operations refers to a period from the start of a certain operation to the end of a certain operation. For example, in FIG. 4, the operation from the occurrence of the speed until the speed becomes zero, from the lower left of the trapezoid starting operation to the lower right of the trapezoid stopping operation. Of course, a series of operations may be subdivided into (1) the operation in the acceleration stage, (2) the constant speed operation, and (3) the deceleration operation. In other words, referring to FIG. 4, there are (1) a left-sided right triangle portion of a trapezoid, (2) a middle rectangular portion, and (3) a right-sided right triangle portion.
[0014]
“Estimating delay time information” is actually determined by a predetermined calculation formula. For example, the load inertia and the moment of inertia can be calculated by (375 / GD2) (1 / S). Further, the completion notification is a notification for notifying a point of time when the completion timing virtually obtained by a calculation formula is reached, assuming an actual operation in consideration of an actual load of the controlled device. Specifically, for example, a completion notification can be issued when a delay time has elapsed from the completion of the ideal operation.
[0015]
Also, a programmable controller mounted with a user program for a real machine connected to a control network, a motion controller mounted with a motion program for a real machine, and a simulator, wherein the programmable controller starts upon execution of the user program Means for issuing an instruction to output to the motion controller and the simulator, means for inputting a completion notification from the motion controller, and means for outputting the input completion notification to the simulator; A controller configured to input the start command from the programmable controller to execute the motion program; a unit configured to estimate delay time information based on a time difference between an ideal operation and an actual operation; Means for outputting to the programmable controller a completion notification that predicted the actual operation based on the, the simulator is a means for starting a simulation based on the start command input from the programmable controller, Means for completing the simulation based on the completion notification input from the programmable controller.
[0016]
The simulator is a device that performs various simulations such as a 3D discrete type simulator unit and a 3D mechanism simulator unit described in the embodiment, and operates in consideration of a delay time in the simulation, thereby realizing an actual operation. A simulation can be performed. As an example of the simulation, there is a 3D simulator. The simulation in the 3D simulator is to virtually display the mechanical operation of the facility device, the robot, or the like so that the operation can be visually recognized. It is to display the status. At this time, taking into account the delay time, an operation is performed such that the end state is delayed by a predetermined time from the ideal operation.
[0017]
Furthermore, a programmable controller mounted with a user program for a real machine connected to a control network, a motion controller mounted with a motion program for a real machine, and a simulator, wherein the programmable controller accompanies execution of the user program. Means for issuing a start command to output to the motion controller and the simulator, means for inputting data relating to an actual operation from the motion controller, means for inputting a completion notification from the motion controller, Means for outputting operation-related data and a completion notification to a simulator, wherein the motion controller executes the motion program by inputting the start command from the programmable controller. Means for estimating delay time information based on the time difference between the ideal operation and the actual operation, and means for outputting to the programmable controller a completion notification predicting the actual operation based on the estimated delay time information. Means for estimating an actual operation, and means for outputting data on the estimated actual operation to the programmable controller, wherein the simulator performs a simulation based on the instruction value input from the programmable controller. Means for starting, means for continuing the simulation based on data on the actual operation input from the programmable controller, and means for completing the simulation based on the completion notification input from the programmable controller. Then .
[0018]
Here, “estimating an actual operation” means, for example, obtaining a continuous operation of a facility device or a robot by a calculation formula. By continuously connecting the operation states at certain timings, the entire operation can be expressed. “Continue with simulation” means, for example, continuously and visually displaying operations of equipment and robots.
[0019]
Further, in each of the above-described inventions, the “means for estimating delay time information” is implemented in the motion controller. However, the present invention is not limited to this. It is also possible to store the information. If a means for estimating is installed in the motion controller, the user does not need to separately obtain the delay time information and set it, which is convenient.
[0020]
The motion controller corresponds to a motion control unit in the embodiment. As described in the embodiment, the motion controller may be incorporated in the PLC or may be formed separately. When incorporated in a PLC, the motion controller is connected to a control network via, for example, a CPU unit of the PLC. That is, being connected to the control network includes not only those directly connected but also those indirectly connected.
[0021]
In motion control, a time difference always occurs between a setting operation (ideal operation) and an actual operation. Thus, in the present invention, such a time difference is set in the motion controller as delay time information, and the simulation accuracy is increased by considering the delay time information during a simulation in which the actual machine to be controlled is not connected. Further, since the user program and the motion program are genuine products to be actually used, not only accurate verification is performed, but also the verified program can be used as it is in an actual machine.
[0022]
Then, on the premise of the invention described above, a network trace monitor device may be connected to the control network, and the network trace monitor device may monitor information transmitted on the control network. This is preferable because the operation result of each device can be seen at a glance by displaying the monitoring result on the display device of the monitor device.
[0023]
Also, a programmable controller mounted with a user program for a real machine connected to a control network, a robot controller mounted with a program for controlling a robot for a real machine, and a programmable controller for a virtual I / O for outputting virtual I / O information And executing the user program for the real machine and the robot control program based on the virtual I / O information from the virtual I / O programmable controller transmitted and received via the control network. As a result, even without an actual device such as an input / output device, simulation can be performed using a user program and a robot control program that are actually used, and information is transmitted via a control network. Evaluation by simulation close to the operating environment can be performed.
[0024]
Further, in each of the above-described inventions, the tact time and timing of the entire system can be accurately confirmed by using the actual machine, the actual machine program, and the control network. In addition, the design can be verified using an actual device. Further, since the production of the equipment machine which could not be performed in parallel and the test of the program can be performed in parallel, the production start-up period can be shortened.
[0025]
Further, the motion controller according to the present invention is a motion controller having a motion program for performing motion control, and stores and holds delay time information based on a time difference between an ideal operation and an actual operation, based on an input start command. A function is provided for outputting a command value to a controlled device by executing the motion program and outputting a completion notification at a completion timing at which an actual operation is predicted based on the delay time information.
[0026]
Further, the evaluation method according to the present invention constructs an evaluation system by connecting a programmable controller mounted with a user program for a real device, a motion controller mounted with a motion program for a real device, and a simulator to a control network. Then, the motion controller stores and holds delay time information based on a time difference between the ideal operation and the actual operation. In this state, the motion controller executes the motion program based on a start command issued in accordance with the execution of the user program in the programmable controller, and sequentially outputs a command value, and the simulator outputs a command value based on the command value. Simulation. Further, the motion controller outputs a completion notification in which an actual operation is predicted based on the delay time information, and evaluates the motion control based on the output of the completion notification and a simulation result of a simulator. Here, the “command value of the motion controller” refers to the result of estimating the actual operation.
[0027]
In the evaluation method according to the present invention, a programmable controller mounted with a user program for a real machine, a motion controller mounted with a motion program for a real machine, and a simulator are connected to a control network to construct an evaluation system, A start command is issued in accordance with execution of a user program by the programmable controller, and is output to the motion controller.The motion controller causes the motion controller to store and hold delay time information based on a time difference between an ideal operation and an actual operation. Executing the motion program based on a start command from the controller, sequentially outputting a command value, and outputting a completion notification for predicting an actual operation based on the delay time information, wherein the simulator includes the finger of a motion controller. Enter the values and completion notification, a simulation can also be performed to evaluate the motion control based on the simulation result.
[0028]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 shows an entire system for realizing a preferred embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a personal computer 10, a PLC 20, a virtual I / O PLC 30, and a robot controller 40 are connected to a control network 50. The personal computer 10 is connected to the control network 50 via the network interface 11, and in the present embodiment, various functions (devices) are configured by installing various application programs.
[0029]
That is, the 3D CAD unit 13 is a tool for designing the shape and dimensions of the equipment machine as three-dimensional CAD data. The design of the machine is done by CAD. Then, the three-dimensional CAD data created by the 3D CAD unit 13 is read into the 3D discrete system simulator unit 14 and the 3D mechanism simulator unit 15. The three-dimensional CAD data may be transmitted, for example, via the control network 50, or may be passed separately via a storage medium.
[0030]
The 3D discrete system simulator unit 14 designs a processing time and a transport time to increase a required productivity, and designs a buffer amount, mainly on a flow of a work on a production line. Further, the 3D mechanism simulator unit 15 designs the operation of the robot or the jig based on the allocated processing time and transfer time, and checks interference and timing. These elements allow a computer to execute what was done on a drawing or chart on a desk and check the dynamic operation. Since the 3D CAD unit 13, the 3D discrete system simulator unit 14, and the 3D mechanism simulator unit 15 are conventionally known, detailed description thereof will be omitted.
[0031]
Also, when the conventional equipment design procedure is confirmed, the steps are sequentially executed in the order of “planning design phase” → “implementation phase” → “design verification phase” → “site verification phase”. The simulation and the like executed using the 3D CAD unit 13, the 3D discrete simulator 14, and the 3D mechanism simulator unit 15 perform the planning and design phase described above.
[0032]
In the simulation using the personal computer 10, the simulation is performed by programming a model for each problem in a simulation language, and the simulation is performed using an algorithm different from the program of the actual machine. Therefore, whether or not the actual control device operates as designed is determined by creating a program of the actual device using the programming tool unit 16, downloading the program to the PLC 20 or the robot controller 40, and performing tests and adjustments on the actual machine. Become.
[0033]
Therefore, the creation of a program for each device performed by the programming tool unit 16 is performed in the above-described “mounting phase”. In other words, control programs (user programs) for operating the robot, the PLC, and the motion controller are created in the respective languages using the programming tool unit 16 in accordance with the design created in the planning and design phase. The function of creating each program and downloading it to the robot, the PLC, and the motion controller is the same as that of the related art, and a detailed description thereof will be omitted. Then, in relation to the present invention, it has a function of calculating a “delay time” in a motion controller described later and setting the calculated delay time in the motion control unit.
[0034]
The network trace monitor unit 12 has a function of monitoring packets transmitted on the control network 50, and records an event operation of a control system such as a virtual I / O, a robot, and a motion controller with time. Then, the recorded data is displayed on a display screen, for example. Thereby, the user can know whether or not the operation is correct. The function of monitoring information (packets) transmitted on the control network can be realized by using a conventionally known algorithm.
[0035]
In FIG. 1, each functional unit is installed in each personal computer 10 and described as a separate device. However, a plurality of functional units may be installed in one personal computer 10.
[0036]
The PLC, the robot, and the motion controller constitute a test environment in which the same program as that of the actual machine is operated. That is, the PLC 20 is configured by connecting a plurality of units that realize desired functions, and is connected to the CPU unit 21 that executes a user program and controls input / output devices and the like, and is connected to the control network 50, A network unit 22 that communicates with other devices connected to the control network 50 and a motion control unit 23 that executes motion control are provided. Of course, three units are shown in relation to the present invention, but units other than these three units, such as a power supply unit, an IO unit, and a master unit, are connected as necessary.
[0037]
The robot controller 40 includes a network interface 41 for connecting to a control network 50, and a robot controller unit 42 for outputting a command for actually operating the robot. The CPU unit 21, the network unit 22, and the robot controller 40 constituting the PLC 20 are basically the same as those of the conventional actual machine, so that their functions are also the same as those of the conventional machine. In addition, the motion control unit 23 has, for example, a basic function of performing motion control on a device to be controlled (such as a servomotor) connected to the motion control unit 23 in accordance with an input signal acquired via the control network 50. In the present invention, a function of executing a process based on the “delay time” set by the programming tool unit 16 is added. The details will be described later.
[0038]
The virtual I / O PLC 30 operates a program that virtually creates an event for turning on / off a sensor installed in a machine. That is, a CPU unit 31 that executes a user program and controls the input / output device of the virtual I / O PLC 30, and a network that is connected to the control network 50 and communicates with other devices connected to the control network 50. A unit 32 and an I / O unit 33 are provided. In the case of an actual device, an input device such as a sensor is connected to this I / O unit, and I / O information (input signal) given from the input device is given to the PLC 20. In the present embodiment, the CPU unit 31 According to a user program implemented in the above, an input signal (ON / OFF of the sensor) is virtually generated and transmitted at a predetermined timing.
[0039]
As a result, an event occurs at the timing of a device actually used even if there is no actual device, and the I / O information as the event is actually transmitted to the PLC 20 via the control network 50. And the CPU unit 21 captures the I / O information received by the network unit 22 at a predetermined timing of the cyclic processing of the CPU unit 21, and the motion control unit acquires the captured I / O information. it can. Then, according to the obtained I / O information, a user program of the CPU or a program for motion control can be executed.
[0040]
The programs downloaded to the PLC 20 (CPU unit 21 and motion control unit 23) and the robot controller 40 are genuine programs created in a language to be actually used such as a ladder language and a robot language. Therefore, even if there is no actual machine, the operation check / verification of the program actually used can be performed according to the virtual I / O information from the virtual I / O PLC 30.
[0041]
Thus, according to the present invention, the on-site adjustment phase can be efficiently performed with the same accuracy as on-site adjustment even in the absence of an actual machine. Therefore, each phase can be performed incrementally in parallel instead of sequentially. This increases design accuracy and, as a result, shortens development time.
[0042]
Next, verification of motion control will be described. FIG. 2 shows clamp control including one form of motion control. In this clamp control, the clamp portion 62 moves forward with respect to the work 61 positioned by the fixed guide 60 and holds the work 61. In this state, a predetermined process is performed on the workpiece 61 by moving the arm 63a of the processing robot 63.
[0043]
In order to move the clamp portion 62 forward, the output shaft of the servomotor 64 is connected to the worm gear 65, and the rotational motion is converted into a linear motion. The converted linear motion is transmitted to the rod 66 linked to the worm gear 65, so that the clamp portion 62 attached to the tip of the rod 66 is moved forward in the X-axis direction. Further, a solenoid 67 is attached to the crank portion 62, and the workpiece 61 can be gripped by operating the solenoid 67 at a predetermined timing.
[0044]
The distance the clamp 62 moves in the X-axis direction when the output shaft of the servo motor 64 makes one rotation is known from the gear ratio of the worm gear and other factors. It is possible to control the moving speed and the moving distance, and it is also possible to know which position is currently present according to the moving distance from the reference position. Thereby, position control can be performed. On the other hand, the solenoid 67 is operated shortly before the clamp portion 62 moves to the destination and stops, so that the solenoid 67 is controlled so as to be surely gripped when reaching the destination.
[0045]
In this clamp control, the operation of the servomotor is controlled by the motion control by the motion control unit 23, the operation of the solenoid 67 is controlled by the I / O control of the CPU unit 21, and the operation of the machining robot 63 is controlled by the robot controller 40. You. Therefore, the operations of the solenoid, the servomotor, and the processing robot need to be synchronized with each other. In other words, the CPU unit 21, the motion control unit 23, and the robot controller 40 to be operated need to cooperate with each other, and it is necessary to verify and adjust whether the respective start timings are correct.
[0046]
Further, in the transfer control as shown in FIG. 3, PLC control using a servomotor and a sensor and control of a processing robot are required. That is, the workpiece 71 is transported in a state where the workpiece 71 is arranged on the transport conveyor 70 that is intermittently driven. Then, when the work 71 reaches a predetermined position (work processing position), the transport conveyor 70 is temporarily stopped. Then, the arm of the processing robot 72 is moved toward the work processing position, and processing is performed on the work 71 at the work processing position. After the processing, the transport of the transport conveyor 70 is restarted. Since the conveyor 70 is operated by the rotation output of the servomotor 73, motion control is performed, and the robot controller 40 controls the processing robot.
[0047]
In the verification of the motion control in the present embodiment, the operation of the mechanism is performed by a 3D mechanism simulator instead of the robot controller 40.
[0048]
Meanwhile, the actual motion control by the motion control unit 23 is performed according to an ideal speed trapezoidal diagram as shown by a broken line in FIG. Give to). Actually, the servo motor is provided to a servo driver that drives the servo motor, and the servo driver controls the servo motor so that the given target speed is obtained. However, the actual speed does not operate according to the ideal speed trapezoidal diagram due to the load and other factors, but operates with a slight delay as shown by a solid line in FIG. 4, for example. As a result, the actual operation time becomes longer than the target operation time by Δt, and the Δt becomes an error.
[0049]
Thus, in the present embodiment, the actual operation time is estimated in consideration of the delay time Δt, and various simulations / verifications are performed using the operation time including the Δt. That is, as a system configuration for performing this simulation, the PLC 20 (CPU unit 21, motion control unit 23) and the personal computer 10 (3D mechanism simulator unit 15) are used as shown in FIG. Information is transmitted and received between the CPU unit 21 and the motion control unit 23 via a system bus inside the PLC 20, and information is transmitted and received between the CPU unit 21 and the 3D mechanism simulator unit 15 via the control network 50. Do.
[0050]
FIG. 5 shows an evaluation system for verifying motion control for the operation of the conveyor shown in FIG. That is, a transport ladder for controlling the operation of the transport conveyor is mounted on the CPU unit 21. In the motion control unit 23, a motion program in a motion language used in an actual machine and parameters such as an ideal speed trapezoidal diagram in FIG. I do. Further, the 3D mechanism simulator section 15 is provided with a virtual mechanism section for the transport conveyor that operates in accordance with the driving of the servo motor. At this time, operation time information including the delay time Δt is also incorporated.
[0051]
In such an evaluation system, first, the CPU unit 21 cyclically executes and executes a user program. By executing the program part of the transfer ladder, for example, if the operation start conditions of the transfer conveyor, such as the end of the processing robot, are satisfied, the start of the motion control cycle (MC cycle) is started by the motion control unit 23 and the 3D mechanism simulator unit. Give 15
[0052]
Accordingly, the motion control unit 23 outputs position data (speed data in FIG. 4) at a predetermined timing according to the set parameters. The position data is output to the control network 50 via the CPU unit 21 and the network unit 22, and sent to the 3D mechanism simulator unit 15 via the control network.
[0053]
Upon receiving the MC cycle start signal, the 3D mechanism simulator unit 15 starts transporting in the virtual mechanical unit, and outputs and displays the transport state on a display device (not shown) based on the sequentially acquired position data. Indicates that the work is being conveyed and the work is being conveyed.
[0054]
Here, in the present invention, since the motion control unit 23 has the delay time Δt, after the transmission of the position data for one ideal speed trapezoidal diagram is completed, the positioning toward the CPU unit 21 is performed when Δt has elapsed. Outputs a completion signal. This positioning completion signal is given to the CPU unit 21. Further, when the transport of the virtual mechanical unit operated based on the position data is completed, the completion information is transmitted to the CPU unit 21 via the control network 50.
[0055]
That is, in an actual system, a servo motor (servo driver) to be controlled is connected to the motion control unit 23. In this simulation, the signal to the servo amplifier is turned back in the motion control unit 23 to reduce the delay time Δt. In addition, since the operation is performed and various signals are output to the CPU unit 21 and the like, the same operation is performed from the viewpoint of the motion program without connecting the preceding device from the servo amplifier.
[0056]
As described above, by virtually creating the delay time Δt inside the motion control unit 23, it is possible to accurately simulate the servo system without connecting an actual device. In addition, since a real motion program (actual machine program) mounted on the motion control unit 23 is used as a motion program used in the simulation, accurate and accurate verification can be performed. Then, by using the actual machine program, the feasibility of the verified contents becomes extremely high. Further, the simulated virtual mechanical unit corresponds to a robot or the like, and can perform a simulation operation close to an actual operation, so that the reliability is high.
[0057]
Furthermore, a debugging test and a timing test can be performed. The current position information is sent from the motion controller (motion control unit 23) to the virtual mechanism shown in FIGS. 2 and 3, and the virtual mechanism displays in real time on a three-dimensional coordinate space in accordance with the position information. This makes it possible to perform an interference check using a CAD function and a test while moving a mechanism that is being adjusted in the field.
[0058]
A specific simulation procedure of the motion control using the evaluation system described above is as shown in a flowchart of FIG. That is, first, the basic design and layout of the mechanical system are designed, and the mechanism is determined based on the basic design and layout (ST1, ST2). Next, the operation pattern to be controlled is converted into an operation pattern on the motor shaft (ST3). As a result, a velocity diagram (operation pattern) in an ideal state indicated by a dashed line in FIG. 4 is obtained.
[0059]
Next, based on the conditions of the mechanism and the like determined in Steps 1 and 2, the load inertia and the load torque when the servo motor rotates, and the rotation speed are calculated (ST4). Then, a motor that satisfies the calculated motor conditions (how many watts, how much torque, etc.) is provisionally selected (ST5).
[0060]
The acceleration / deceleration torque, instantaneous maximum torque, and effective torque are calculated based on the specifications of the temporarily selected motor (ST6). Then, based on the data calculated so far, the suitability of the temporarily selected motor is determined, and if not, a better motor is selected. Thus, the motor to be used is determined (ST7). Note that the processing up to this point is the same as in the related art.
[0061]
Next, the delay time Δt of the velocity diagram is estimated from the system configuration for performing the motion control determined up to step 7 (ST8). That is, since the delay time Δt is determined by the load inertia, the magnitude of the load, and the like, the delay time Δt can be obtained by substituting each value obtained in each step unit into the calculation formula of the delay time. Note that various conventionally known formulas for calculating the delay time can be used.
[0062]
Next, a simulation of the motion control is executed based on the operation time in consideration of the delay time Δt thus obtained (ST9). That is, the evaluation described with reference to FIG. 5 is performed.
[0063]
Then, it is determined whether the evaluation result indicates that the cycle time performance and the feasibility of the motion system are sufficient (ST10). That is, it is determined whether the motion control can be performed correctly in the required cycle time and the control target can perform a desired operation. This determination is performed by, for example, the user confirming the operation of the virtual mechanical unit output from the 3D mechanism simulator unit 15 displayed on the display screen of the personal computer 10 or the information flowing on the control network 50 detected by the network trace monitor unit 12. Is performed by the user confirming the trace monitor generated according to the above and output to the display device. If satisfied, the content is determined and the verification is completed. If it is not sufficient, the process returns to step 1 and the design is started again from the beginning.
[0064]
FIG. 7 shows a display example of the trace monitor. In FIG. 7, the simulation in the mechanical clamp control shown in FIG. 2 is traced by the network trace monitor unit 12 and displayed on the display screen 10a of the display device of the personal computer 10. As described above, the operation result can be confirmed by the timing chart, and the three timings of the robot, the PLC, and the motion control can be verified in advance (in the illustrated example, the operation is normal). Then, by using the program of the actual machine, the accuracy of the timing is higher than that of the simulation language alone.
[0065]
In other words, according to the above-described embodiment, by using the PLC control program or the motion program of the actual device, the software test and the design verification are accurately performed in advance even when there is no actual equipment. The quality of the design and the quality of the program can be improved efficiently. Furthermore, by performing a simulation using a time delay element (Δt) inside the motion controller, verification can be performed with the same accuracy as when an external device such as a motor or a mechanism is connected.
[0066]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, a simulation can be executed using a program to be verified, such as a user program of a PLC, which is used for a real machine, so that accurate verification can be performed. Further, since a time difference occurs between the setting operation (ideal operation) and the actual operation in the motion control, the simulation is performed in consideration of the delay time information based on the time difference, so that the verification accuracy is improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system configuration diagram showing a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of motion control.
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of motion control.
FIG. 4 is a diagram illustrating a delay time in motion control.
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of an evaluation system.
FIG. 6 is a flowchart illustrating a procedure of a simulation of motion control.
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a monitor screen output from a network trace monitor unit.
[Explanation of symbols]
10 PC
10a Display screen
11 Network interface
12 Network trace monitor
13 3D CAD unit
14 3D discrete system simulator
15 3D mechanism simulator
16 Programming Tool Department
20 PLC
21 CPU unit
22 Network Unit
23 Motion control unit
30 PLC for virtual I / O
31 CPU unit
32 Network Unit
33 I / O unit
40 Robot controller
41 Network Interface
42 Robot controller
50 Control Network

Claims

A programmable controller mounted with a user program for a real device connected to a control network, and a motion controller mounted with a motion program for a real device,
The programmable controller has means for issuing a start command in accordance with the execution of the user program and outputting the start command to the motion controller,
The motion controller is configured to execute the motion program by inputting the start command from the programmable controller, to estimate delay time information based on a time difference between an ideal operation and an actual operation, and to estimate the delay time information. Means for outputting, to the programmable controller, a completion notification for predicting the actual operation based on the evaluation system.

A programmable controller mounted with a user program for a real machine connected to a control network, a motion controller mounted with a motion program for a real machine, and a simulator,
The programmable controller issues a start instruction in accordance with the execution of the user program, outputs the start instruction to the motion controller and the simulator, and inputs a completion notification from the motion controller. Means for outputting to a simulator,
Means for executing the motion program by inputting the start command from the programmable controller; means for estimating delay time information based on a time difference between an ideal operation and an actual operation; and the estimated delay time information. Means for outputting a completion notification that predicts the actual operation based on the programmable controller to the programmable controller,
The simulator has means for starting a simulation based on the start command input from the programmable controller, and means for completing the simulation based on a completion notification input from the programmable controller. Characteristic evaluation system.

A programmable controller mounted with a user program for a real machine connected to a control network, a motion controller mounted with a motion program for a real machine, and a simulator,
A means for issuing a start command in accordance with the execution of the user program and outputting the start instruction to the motion controller and the simulator; a means for inputting data relating to an actual operation from the motion controller; Means for inputting a notification of completion from, and means for outputting data and a notification of completion of the input actual operation to the simulator,
Means for executing the motion program by inputting the start command from the programmable controller; means for estimating delay time information based on a time difference between an ideal operation and an actual operation; and the estimated delay time information. Means for outputting, to the programmable controller, a completion notification for estimating the actual operation based on the program, means for estimating the actual operation, and means for outputting data on the estimated actual operation to the programmable controller. And
A means for starting a simulation based on the command value input from the programmable controller; a means for continuing the simulation based on actual operation data input from the programmable controller; and an input from the programmable controller. Means for completing the simulation based on the completion notification given.

A programmable controller mounted with a user program for a real device connected to a control network, and a motion controller mounted with a motion program for a real device,
The programmable controller has means for issuing a start command in accordance with the execution of the user program and outputting the start command to the motion controller,
The motion controller executes the motion program by inputting the start command from the programmable controller, storing and holding delay time information based on a time difference between an ideal operation and an actual operation, and based on the delay time information. Means for outputting, to the programmable controller, a completion notification for predicting the actual operation of the system.

A programmable controller mounted with a user program for a real machine connected to a control network, a motion controller mounted with a motion program for a real machine, and a simulator,
The programmable controller issues a start instruction in accordance with the execution of the user program, outputs the start instruction to the motion controller and the simulator, and inputs a completion notification from the motion controller. Means for outputting to a simulator,
Means for executing the motion program by inputting the start command from the programmable controller, means for storing and holding delay time information based on a time difference between an ideal operation and an actual operation, and Means for outputting to the programmable controller a completion notification that predicted the actual operation based on the
The simulator has means for starting a simulation based on the start command input from the programmable controller, and means for completing the simulation based on a completion notification input from the programmable controller. Characteristic evaluation system.

A programmable controller mounted with a user program for a real machine connected to a control network, a motion controller mounted with a motion program for a real machine, and a simulator,
A means for issuing a start command in accordance with the execution of the user program and outputting the start instruction to the motion controller and the simulator; a means for inputting data relating to an actual operation from the motion controller; Means for inputting a notification of completion from, and means for outputting data and a notification of completion of the input actual operation to the simulator,
Means for executing the motion program by inputting the start command from the programmable controller, means for storing and holding delay time information based on a time difference between an ideal operation and an actual operation, and Means for outputting to the programmable controller a completion notification that predicts the actual operation based on, and means for estimating the actual operation, and means for outputting data on the estimated actual operation to the programmable controller,
A means for starting a simulation based on the command value input from the programmable controller; a means for continuing the simulation based on actual operation data input from the programmable controller; and an input from the programmable controller. Means for completing the simulation based on the completion notification given.

A network trace monitor device is connected to the control network,
The evaluation system according to any one of claims 1 to 6, wherein the network trace monitoring device monitors information transmitted on the control network.

A programmable controller mounted with a user program for a real machine connected to a control network, a robot controller mounted with a program for controlling a robot for a real machine, and a programmable controller for a virtual I / O for outputting virtual I / O information. Prepare,
An evaluation characterized in that it is configured to execute a user program for the real machine and a program for robot control based on virtual I / O information from the virtual I / O programmable controller transmitted and received via a control network. System.

A motion controller having a motion program for performing motion control,
The delay time information based on the time difference between the ideal operation and the actual operation is stored and held,
Output the command value to the controlled device by executing the motion program based on the input start command,
A motion controller that outputs a completion notification at a completion timing at which an actual operation is predicted based on the delay time information.

Build an evaluation system by connecting a programmable controller with a real machine user program, a motion controller with a real machine motion program, and a simulator to a control network.
The motion controller stores and holds delay time information based on a time difference between an ideal operation and an actual operation, executes the motion program based on a start command issued in accordance with execution of a user program in the programmable controller, and sequentially issues a command. Outputs the value,
The simulator performs a simulation based on the command value,
And the motion controller outputs a completion notification that predicts an actual operation based on the delay time information,
An evaluation method characterized by evaluating motion control based on the output of the completion notification and the simulation result of the simulator.

Build an evaluation system by connecting a programmable controller with a real machine user program, a motion controller with a real machine motion program, and a simulator to a control network.
A start command is issued in accordance with the execution of the user program in the programmable controller, output to the motion controller,
The motion controller stores and holds delay time information based on a time difference between an ideal operation and an actual operation, executes the motion program based on a start command from the programmable controller, sequentially outputs a command value, and sequentially outputs the command value. Outputs a completion notification that predicts actual operation based on time information,
The evaluation method, wherein the simulator inputs the command value of the motion controller and the completion notification, performs simulation, and evaluates motion control based on the simulation result.