CN103576613A - 与io单元进行通信的数值控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种与IO单元进行通信的数值控制装置，其与多个IO单元进行链式连接，通过主机-从机方式的通信与这些IO单元进行DI/DO信号的收发。该数值控制装置计数通过计时器电路生成的信号直到预定的数目为止，针对每个该计数值从所述多个IO单元中设定要转送DI/DO信号的IO单元。另外，与计数值对应地转送上述设定的IO单元的DI/DO信号。

Description

与IO单元进行通信的数值控制装置
技术领域
本发明涉及一种为了在数值控制装置（CNC）和机床之间进行DI/DO信号（输入信号/输出信号）的输入输出而与连接了多台的外部信号输入输出用单元（IO单元）进行通信的数值控制装置。
背景技术
为了在数值控制装置（CNC）和机床之间进行DI/DO信号（输入信号/输出信号）的输入输出，而采用了对上述数值控制装置连接多台作为从机的外部信号输入输出用单元（IO单元）的结构（参照图1）。在该情况下，数值控制装置为主机，IO单元为从机。通常在数值控制装置和IO单元之间进行DI/DO信号的转送。在数值控制装置中必须在一定时间内进行预定的处理，因此理想的是该DI/DO信号的转送周期是恒定的，采用通过固定周期的时间分割来向全部IO单元转送的方法的情况很多（参照图2）。
在日本特开2005-25545号公报中揭示了用一个以上的通信线路将主机和多个IO单元连接起来的技术。
另外，在日本特开2004-289754号公报中如图3所示，揭示了以下的串行通信的数据帧构成方法，即将一个主机11、需要尽快地进行数据更新的多台从机A群12、数据更新慢也可以的多台从机B群13连接在同一通信环路上，并且周期性地进行数据的转送。另外，将串行通信的周期设定为在上述从机A群12中所需的数据更新速率，并且以其整数倍的周期进行上述从机B群13的数据更新。进而如图4和图5所示，构成结合了在一个周期内从主机11向从机A群12和从机B群13的一部分发送的指令数据所得的一个数据字段32，进而构成结合了向主机11回信的应答数据的一个数据字段32。另外，在上述数据字段32的开头，附加以比特单位表示相应从机的地址的头字段31，按照预先规定的顺序对该地址区域所示的从机的数据21～24进行结合。这样，只根据头字段31的比特长度的地址区域的结构，就能够提取出包含在数据字段32中的从机数据。
在利用基于链式接线的主机和从机的一对一的通信（基于主/从机方式的通信）进行固定周期的时间分割方式的转送的情况下，转送周期和信号数具有折中的关系。即，为了超过转送能力地增加信号数，必须延长转送周期，因此其结果是信号的响应性降低。另一方面，在使信号的响应性优先地缩短转送周期时，存在信号数减少的问题（参照图2）（参照日本特开2005-25545号公报）。
在日本特开2004-289754号公报中揭示了解决日本特开2005-25545号公报的上述问题的技术。但是，该日本特开2004-289754号公报所揭示的技术用于解决在基于环式接线方法的广播通信（一齐发送）中产生的问题，因此无法直接将上述专利文献的技术应用到基于链式接线的主机和从机的一对一通信（基于主机-从机方式的通信）。特别在基于链式接线的主机和从机的一对一通信（基于主机-从机方式的通信）中，一般具有越是离主机远的从机在回信时越费时的性质（参照图6），存在以下的问题，即越多地与离主机远的从机进行通信，则回信等待的时间越是增大，会白白地消耗带宽。另外，在特开2004-289754号公报所揭示的技术中无法解决该问题（参照图7）。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种与IO单元进行通信的数值控制装置，其能够解决以下的问题，即越是离主机远的从机在回信时越费时，越多地与远的从机进行通信，则回信等待的时间越是增大，会白白地消耗带宽。
本发明的与IO单元进行通信的数值控制装置与多个IO单元进行链式连接，以主机-从机方式与这些IO单元进行DI/DO信号的收发，具备：计时器电路，其在每个预定周期生成信号；计数器部，其计数通过上述计时器电路生成的信号直到预定的数目为止；IO单元转送顺序设定部，其针对上述计数部的每个计数值从上述多个IO单元中设定要转送DI/DO信号的IO单元。另外，与上述计数部的计数值对应地转送在上述IO单元转送顺序设定部中设定的IO单元的DI/DO信号。
上述数值控制装置还可以具备：IO单元转送周期组设定部，其将上述多个IO单元设定为DI/DO信号的每个转送周期的组；自动设定部，其根据通过上述IO单元转送周期组设定部设定的内容，自动地进行上述IO单元转送顺序设定部的设定。
在上述IO单元转送周期组设定部中设定的信息可以包含与离上述数值控制装置的距离对应的上述IO单元的顺序信息，另外，上述自动设定部可以根据上述顺序信息在上述IO单元转送顺序设定部中设定要转送DI/DO信号的IO单元。
根据本发明，能够提供一种与IO单元进行通信的数值控制装置，其能够解决以下的问题，即越是离主机远的从机在回信时越费时，越多地与远的从机进行通信，则回信等待的时间越是增大，会白白地消耗带宽。
附图说明
本发明的上述以及其他目的和特征，根据参照附图进行的以下的实施例的说明而变得明确。附图中，
图1是说明对数值控制装置和17台IO单元进行链式结合的结构的图。
图2是说明在图1所示的数值控制装置和各IO单元之间进行的基于链式结合主机-从机方式的通信的图。
图3是说明现有技术的串行通信的菊花链连接的图。
图4是现有技术的1个周期的数据帧结构图。
图5是现有技术的附加了地址区域的数据帧的数据结构图。
图6是说明在链式接线的主机-从机方式的通信中具有越是离主机远的从机在回信时越是费时的性质的图。
图7是说明在与离主机近的从机的通信多时在转送周期中所占的空闲时间大，而在与离主机远的从机的通信多时在转送周期中所占的空闲时间小的图。
图8是说明在对数值控制装置和多个IO单元进行链式接线并通过主机-从机方式的通信进行信号的转送的情况下，对每个转送周期组合地设定离数值控制装置近的IO单元和远的IO单元的图。
图9是说明本发明的与IO单元进行通信的数值控制装置的一个实施方式的图。
图10是说明在图9所示的数值控制装置和各IO单元之间进行的链式结合的主机-从机方式的通信的图。
图11是说明图9的数值控制装置进行的处理的流程图。
具体实施方式
图8是说明在对数值控制装置和多个IO单元进行链式接线并通过主机-从机方式的通信进行信号的转送的情况下，对每个转送周期组合地设定离数值控制装置近的IO单元和远的IO单元的图。图9是说明本发明的实施方式的图。图10是说明在图9所示的数值控制装置和各IO单元之间进行的链式结合主机-从机方式的通信的图。图11是说明本发明的处理的流程图。
首先，用户针对与控制未图示的机床的数值控制装置（CNC）20连接的IO单元（1～17），分为具有所要求的响应性高的DI/DO信号的从机、具有所要求的响应性低的DI/DO信号的从机，将其设定在数值控制装置20的表电路21中。
数值控制装置20具备：计时器电路23，其生成周期T的信号；计数器电路22，其以周期T计数进行了几次DI/DO信号的转送直到n次为止；表电路21，其能够针对计数器电路22的计数值设定与哪个IO单元进行信号的转送。数值控制装置20将从计时器电路23输出的周期T的信号作为触发，对计数器电路22的计数值进行计数增加，并且对该计数值和表电路进行对照，由此能够决定进行信号的转送的IO单元，在与数值控制装置20之间进行信号的转送。
存储在数值控制装置20的存储装置（未图示）中的程序，针对用户的设定，如下这样设定该表电路21。
作为该表电路21的设定方法，首先，针对短转送周期T的IO单元，向表电路21进行设定使得按照计数器电路22的值为1～n的全部计数值进行转送。接着，在剩余的长转送周期nT的IO单元中，组合离数值控制装置20最近的IO单元和最远的IO单元，分配进行信号的转送的计数器电路22的计数值。
以下，参照图7进行说明。例如对于被赋予1～17的序号的17个IO单元，在只对IO单元1以短转送周期T（T=0.5ms）进行转送，对剩余的2～17以长转送周期nT（nT=2ms）进行转送的情况下，进行设定使得IO单元1按照计数器电路22的计数值1～4的全部进行转送。
另一方面，对剩余的IO单元2～17进行设定，使得离数值控制装置20最近的IO单元即IO单元2、离数值控制装置20最远的单元即IO单元17都在计数器电路22的计数值为1时转送信号（即通信）。在此，各IO单元1～17相对于数值控制装置20“近”或“远”是指在链式接线上与数值控制装置20连接的顺序。
接着，将剩余的IO单元3～16中的离数值控制装置20最近的IO单元和最远的IO单元的IO单元3、IO单元16设定为都在计数器电路22的计数值为2时进行通信。这样，在剩余的IO单元中组合近的和远的IO单元设定为计数器电路22的各计数值（1～4），对计数器电路22的计数值进行计数增加（计数器电路22的计数值成为4后，对于下一个计数值，计数器电路22的计数值恢复为1），同时直到能够设定全部的IO单元为止重复进行设定。通过这样进行设定，将离数值控制装置20最远的IO单元和最近的IO单元组合地设定在同一转送周期（同一转送区间）中。
根据上述的各IO单元和数值控制装置20之间的信号转送的定时的设定方法，如图8所示那样，
在计数器电路22的计数值为1的转送区间（短转送周期）中进行信号的转送的IO单元是IO单元1、IO单元2、IO单元6、IO单元13、IO单元17，
在计数器电路22的计数值为2的转送区间（短转送周期）中进行信号的转送的IO单元是IO单元1、IO单元3、IO单元7、IO单元12、IO单元16，
在计数器电路22的计数值为3的转送区间（短转送周期）中进行信号的转送的IO单元是IO单元1、IO单元4、IO单元8、IO单元11、IO单元15，
在计数器电路22的计数值为4的转送区间（短转送周期）中进行信号的转送的IO单元是IO单元1、IO单元5、IO单元9、IO单元10、IO单元14。
如上述那样，在只将IO单元1设为短转送周期T（0.5ms），将其他设为长转送周期nT（2ms）时，分别按顺序地将IO单元2和IO单元17、IO单元3和IO单元16、IO单元4和IO单元15这样的最近的IO单元和最远的IO单元组合，分配到各转送周期中，设定17个IO单元的转送周期（转送区间），由此，向数值控制装置20的回信的等待时间长的IO单元和短的IO单元被组合起来，其结果是各转送周期中的空闲时间被平均化。通过对空闲时间进行平均化，能够没有浪费地追加短转送周期的IO单元的信号数、事件驱动型的通信（参照图10）。
使用图11一般化地说明使用图8、图9、图10说明的对数值控制装置和多个IO单元进行链式接线兵通过主机-从机方式的通信收发信号的例子。在此，将数值控制装置20作为主机、IO单元作为从机进行说明。
将短转送周期设为T，将长转送周期设为nT。长转送周期nT由n个短转送周期T即转送区间T1、T2、……、Tn（转送区间T1～Tn的时间长度等于短转送周期T）构成，nT=T1+T2+……+Tn。将从机数设为m个，按照离主机从近到远的顺序将各从机设为S1、S2、……、Sm。从机全体的集合为｛S1、S2、……、Sm｝。
（步骤ST1）
用户针对从机S1、S2、……、Sm的各个，对数值控制装置（主机）20设定以短转送周期T和长转送周期nT的哪个进行转送。在此，将由用户设定为以短转送周期T进行信号的转送的（m-x）个从机设为｛Sα1、Sα2、……、Sαm-x｝，另一方面，将设定为以长转送周期nT进行信号的转送的x个从机设为｛Sξ1、Sξ2、……、Sξx｝。在此，｛S1、S2、……、Sm｝=｛Sα1、Sα2、……、Sαm-x｝+｛Sξ1、Sξ2、……、Sξx｝。另外，按照离主机从近到远的顺序设为Sξ1、Sξ2、……、Sξx。
该将多个从机设定成被设定为以短转送周期进行信号的转送的从机的组、被设定为以长转送周期进行信号的转送的从机的组（即将多个IO单元设定为DI/DO信号的每个转送周期的组）的步骤ST1的动作，由本发明的数值控制装置所具备的“IO单元转送周期组设定部”执行。另外，“IO单元转送周期组设定部”包含针对被设定为以长转送周期进行信号的转送的x个从机｛Sξ1、Sξ2、……、Sξx｝按照离主机从近到远的顺序设为Sξ1、Sξ2、……、Sξx的信息（即与离数值控制装置的距离对应的IO单元的顺序信息）。
（步骤ST2）
数值控制装置20的程序对数值控制装置20的内部的表电路21进行设定，使得短转送周期T的从机｛Sα1、Sα2、……、Sαm-x｝在转送区间｛T1、T2、……、Tn｝的全部中进行转送。
（步骤ST3）
数值控制装置20的程序针对长转送周期nT的从机中还没有在表电路21中设定的从机的集合｛Sξ1、Sξ2、……、Sξx｝的个数x，判定是以下的哪个。
（a）x>2n
（b）x=2n
（c）n<x<2n
（d）x=n
（e）x<n
在此，依照判定结果，前进到以下的步骤ST4a～步骤ST4e的任意一个。
（步骤ST4a）
（a）在x>2n的情况下，数值控制装置20的程序首先对数值控制装置20的内部的表电路21进行设定，使得从机Sξ1、Sξx在转送区间T1中进行转送。接着，对数值控制装置内部的表电路21进行设定，使得从机Sξ2、Sξx-1在转送区间T2中进行转送。再接着，对数值控制装置内部的表电路21进行设定，使得Sξ3、Sξx-2在转送区间T2中进行转送。如果直到转送区间Tn为止按顺序地重复进行这些设定动作，则还没有在表电路21中设定的从机剩余（x-2n）个。将该剩余的从机的集合｛Sξn+1、Sξn+2、……、Sξx-n｝新设为｛Sξ1、Sξ2、……、Sξx｝，返回到步骤ST3。
（步骤ST4b）
（b）在x=2n的情况下，数值控制装置20的程序首先对数值控制装置20的内部的表电路21进行设定，使得从机Sξ1、Sξx在转送区间T1中进行转送。接着，对数值控制装置20的内部的表电路21进行设定，使得从机Sξ2、Sξx-1在转送周期T2进行转送。再接着，对数值控制装置内部的表电路21进行设定，使得从机Sξ3、Sξx-2在转送周期T2进行转送。如果直到转送周期Tn为止重复进行这些设定动作，则将｛S1、S2、……、Sm｝的全部从机设定到表电路21中。
（步骤ST4c）
（c）在n<x<2n的情况下，数值控制装置20的程序首先对数值控制装置20的内部的表电路21进行设定，使得从机Sξ1、Sξx在转送区间T1中进行转送。接着，对数值控制装置20的内部的表电路21进行设定，使得从机Sξ2、Sξx-1在转送区间T2中进行转送。再接着，对数值控制装置内部的表电路21进行设定，使得Sξ3、Sξx-2在转送区间T2中进行转送。如果直到转送周期Tx-n为止按顺序地重复进行这些设定动作，则还没有在表电路21中设定的从机剩余（x-n）个。因此，如果针对该剩余的从机的集合｛Sξx-n+1、Sξx-n+2、……、Sξx｝，由程序按顺序在表电路21中设定为分别在转送区间｛Tx-n+1、Tx-n+2、……、Tn｝中进行转送，则将｛S1、S2、……、Sm｝的全部从机设定到表电路21中。
（步骤ST4d）
（d）在x=n的情况下，数值控制装置20的程序首先对数值控制装置20的内部的表电路21进行设定，使得从机Sξ1在转送区间T1中进行转送。接着，对数值控制装置20的内部的表电路21进行设定，使得从机Sξ2在转送周期T2进行转送。再接着，对数值控制装置20内部的表电路21进行设定，使得从机Sξ3在转送周期T2进行转送。如果直到转送周期Tn为止按顺序地重复进行这些设定动作，则将全部从机设定到表电路21中。
（步骤ST4e）
（e）在x<n的情况下，数值控制装置20的程序首先对数值控制装置20的内部的表电路21进行设定，使得从机Sξ1在转送区间T1中进行转送。接着，对数值控制装置20的内部的表电路21进行设定，使得从机Sξ2在转送区间T2中进行转送。再接着，对数值控制装置20内部的表电路21进行设定，使得从机Sξ3在转送区间T2中进行转送。如果直到转送周期Tx为止按顺序地重复进行这些设定动作，则将全部从机设定到表电路21中。
上述步骤ST2～步骤ST4a～步骤ST4e是根据由“IO单元转送周期组设定部”设定的内容，由数值控制装置所具备的“自动设定部”自动地进行“IO单元转送顺序设定部”的设定的处理，该“自动设定部”根据与离数值控制装置的距离对应的IO单元的顺序信息，将要转送DI/DO信号的IO单元设定到“IO单元转送顺序设定部”中。

Claims (3)

1.一种与IO单元进行通信的数值控制装置，其与多个IO单元进行通信，该数值控制装置与上述多个IO单元进行链式连接，通过主机-从机方式的通信与这些IO单元进行DI/DO信号的收发，其特征在于，具备：
计时器电路，其在每个预定周期生成信号；
计数器部，其计数通过上述计时器电路生成的信号直到预定的数目为止；以及
IO单元转送顺序设定部，其针对上述计数部的每个计数值从上述多个IO单元中设定要转送DI/DO信号的IO单元，其中，
与上述计数部的计数值对应地转送在上述IO单元转送顺序设定部中设定的IO单元的DI/DO信号。
2.根据权利要求1所述的与IO单元进行通信的数值控制装置，其特征在于，还具备：
IO单元转送周期组设定部，其将上述多个IO单元设定为DI/DO信号的每个转送周期的组；以及
自动设定部，其根据通过上述IO单元转送周期组设定部设定的内容，自动地进行上述IO单元转送顺序设定部的设定。
3.根据权利要求2所述的与IO单元进行通信的数值控制装置，其特征在于，
在上述IO单元转送周期组设定部中设定的信息包含与离上述数值控制装置的距离对应的上述IO单元的顺序信息，
另外，上述自动设定部根据上述顺序信息在上述IO单元转送顺序设定部中设定要转送DI/DO信号的IO单元。
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