CN105388844A - 具有安全地控制周边设备的功能的机床 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有安全地控制周边设备的功能的机床，该机床具备监视安全信号的状态的独立的2个序列程序、分别起动这些序列程序的第一、第二CPU。第二CPU在对每个上述序列程序预先设定的执行周期执行监视处理，由此减轻安全信号的状态监视中的CPU负荷。

Description

具有安全地控制周边设备的功能的机床
技术领域
本发明涉及一种机床，尤其涉及如下的机床，即在不仅包括机床本身还包括其周边装置的状态想要确保安全的情况下，不需要新追加安全开关、安全继电器等硬件电路的安全装置和安全序列等，而是通过组装到机床上的具有安全功能的可编程/序列控制(安全序列梯形)，后装与安装在机床上的周边设备相关的程序从而能够容易地进行定制。
背景技术
以往，关于为了从机床安全地保护操作者的最低限度需要部分，例如通过日本特开2005-227873号公报可知：一种可编程/时序控制装置，其具有由用户无法进行变更的序列程序构成的嵌入安全电路、用户能够自由地进行变更的用户安全电路，即使用户安全电路不恰当，也内置保持操作机械的操作者的最低限度的安全的安全功能。
另外，以往，在机床中想要在包括周边装置的状态确保安全的情况下，追加安全开关和安全继电器等，由硬件构成安全电路并控制周边装置，或追加安全序列并通过与本体软件不同的单元来生成/追加安全软件的情况。
并且，为了确保使用了多个CPU的机械的安全，存在进行由各个CPU使用的程序区域的相互检查的技术。例如，如图5所示，在使用了多个CPU的机械中，程序区域被分为由CPU1进行控制的固定程序区域(在机械本体使用的部分)、周边设备制造商和用户能够自由地生成程序的可变程序区域。CPU2进行控制的程序由固定程序区域构成。在该固定程序区域内也包括安全功能的区域。关于CPU2进行控制的安全功能区域和CPU1内的安全区域的程序，进行固定程序区域内的相互检查，确保安全。
不过，在上述的日本特开2005-227873号公报中公开的以往技术是在机械的控制逻辑的初始设计阶段，构筑能够进行安全功能的安全功能内置可编程/序列控制装置的技术，但存在如下的问题，即：在机械完成后周边设备制造商难以自由更换/追加安全功能的控制逻辑。
追加安全开关和安全继电器、安全序列的以往技术在需要在周边设备确保操作者的安全的情况下，追加安全开关和安全继电器、安全序列等来构成安全电路并控制周围装置，不过这会对用于维护安全的部件的追加产生费用，此外，即使通过软件构成有时在结构上也不能确切地确保安全。
在确保使用了多个CPU的机械的安全的情况下，在安全功能中有通过短周期监视动作的功能、监视安全信号状态的功能。CPU2的处理的任何一个都在相同的周期进行相互监视处理，对CPU的负担较大。另外，CPU1是可编程机床控制器(PMC)专用的CPU，处理有富余，不过CPU2在CNC的CPU的空闲时间进行处理，因此处理没有富余，从而难以生成大容量的软件。
另外，即使在可变程序区域追加周边设备的程序，与周边设备相关的输入输出信号成为1重结构，因此作为安全电路不充分。为了补偿它们需要追加的硬件电路，要花费时间和成本。
并且，数值控制装置的控制器软件的处理量通过实现希望的机床的多轴化、多系统多路径化以及高功能化而逐年增加，特别是基于多轴化的轴控制处理的增加显著。另外，为了实现更高速且更高精度的加工，要求更加缩短实时性高的轴控制处理的既定周期，结果会有需要在更短的时间内进行更多的处理的问题。
发明内容
因此，本发明的目的为提供一种能够容易且廉价地实现周边设备的后装，还能够确保安全性的机床。
本发明的机床具备监视安全信号的状态的独立的两个安全功能用序列程序、分别保存上述安全功能用序列程序的两个存储部、分别启动上述安全功能用序列程序的第一、第二CPU。
在本发明的机床的第一个方式中，每个上述存储部包括不能变更程序的固定程序区域、能够进行程序的追加/变更的可变程序区域。在上述可变程序区域中还包括分割为多个区域的周边设备程序区域。并且，上述第一、第二CPU执行存储在各个周边设备程序区域中的周边设备程序并监视所输入输出的输入输出信号是否一致，另外，上述第二CPU在对每个上述安全功能用序列程序预先设定的执行周期执行安全功能用序列程序。
在本发明的机床的第二个方式中，每个上述存储部包括不能变更程序的固定程序区域、能够进行程序的追加/变更的可变程序区域。在上述可变程序区域中还包括分割为多个区域的周边设备程序区域。并且，上述第一、第二CPU执行存储在各个周边设备程序区域中的周边设备程序并监视所输入输出的输入输出信号是否一致，另外，上述第二CPU控制执行周期不同的多个系统的序列控制部。
在本发明中，将可变程序区域分为多个区域，在该区域包括周边设备用的程序区域，通过变更多个安全功能用序列程序的执行周期的结构和将CPU设为能够处理多个系统的结构，在机床上对每个系统设置能够变更执行周期的结构。通过设置这样的结构，能够容易并且廉价地实现周边设备的后装，能够提供确保安全性的机床。
附图说明
参照附图说明以下的实施例，从而使本发明的上述以及其他目的和特征变得更加明确。
图1是本发明的机床的一实施方式的主要部分的框图。
图2是用于说明图1机床中的、固定程序区域和可变程序区域之间的关系的图。
图3A是表示在没有对机床追加周边设备用的安全功能用序列程序的状态下的、基于CPU的输入输出监视处理的流程的流程图。
图3B是表示在对机床追加了周边设备用的安全功能用序列程序的状态下的、基于CPU的输入输出监视处理的流程的流程图。
图4A是使CPU作为1个系统的PMC进行动作并进行安全控制的情况下的概念图。
图4B是说明在本发明的机床中，构成为能够对每个系统设定处理时间(监视周期等)的情况的图。
图5是基于以往技术的具有安全控制功能的机床的主要部件框图。
具体实施方式
参照图1说明本发明的具有安全地控制周边设备的功能的机床的一实施方式。
机床100具备2个处理器CPU1、CPU2、存储由这些CPU1、CPU2执行的安全相关软件程序的程序区域10、20。将各个程序区域10、20分为固定程序区域11、21和可变程序区域12、22。
在各个固定程序区域11、21中存储有用于机械本体的控制的安全功能用序列程序。CPU1、CPU2通过执行存储在固定程序区域11、21中的安全功能用序列程序，能够处理从机床输入的机械信号，即使在任意一方的CPU中发生了问题，也能够通过另一方的CPU执行安全控制。
另外，在各个可变程序区域12、22中设有用于存储由周边设备制造商和用户生成的多个周边设备用的安全功能用序列程序的周边设备程序区域。设置在一方的可变程序区域12中的1个或多个周边设备程序区域和设置在另一方的可变程序区域22中的1个或多个周边设备程序区域相互对应，在一方的可变程序区域12和另一方的可变程序区域22中双重地存储相同的周边设备用的安全功能用序列程序。因此，即使在某一方的CPU中发生了问题，也可以通过另一方的CPU执行与周边设备有关的安全控制。
当CPU1、CPU2从机床(未图示)接收到机械信号时，执行存储在固定程序区域11、21中的安全功能用序列程序，分析所输入的机械信号，生成针对液压电动机、空压电路、动力等机械各部的输出信号，进行液压电动机等的动力切断、空压电路的源电源切断、机械的安全停止、机械的安全紧急停止等控制。
另外，当CPU1、CPU2接收来自安全栅开关3、夹具关系的液压/空压电路4、传送带、装载机(loder)电路等周边设备(未图示)的输入信号时，执行存储在可变程序区域12、22(与各个周边设备对应的周边设备程序区域)中的周边设备用的安全功能用序列程序，分析通过所执行的安全功能用序列程序输入的各种信号，生成用于控制机械各部的输出信号，进行液压电动机等的动力切断、空压电路的源电源切断、机械的安全停止、机械的安全紧急停止等控制。
并且，CPU1和CPU2分别监视对方的输入信号和输出信号是否与针对自己的输入信号和输出信号一致，由此实现安全控制的双重化。对固定程序区域11、21和可变程序区域12、22内的每个周边设备程序区域执行这样的2个CPU的相互监视，因此不仅对基于机械信号的安全控制，而且对基于各周边设备的安全控制也能够实现完全的双重化。
图2是用于说明图1的机床中的、固定程序区域11、20和可变程序区域12、22之间的关系的图。
如在图1中说明的那样，在本发明的机床中，周边设备的制造商和用户能够自由地追加用于进行基于周边设备的安全控制的周边设备用的安全功能用序列程序。因此，需要设置用于将从存储在可变程序区域22中的周边设备用的安全功能用序列程序输出的输出信号输出给机床所具备的机械各部的机构。
因此，在本发明的机床的一实施方式中，预先根据机床的规格，在固定程序区域21中设置用于接收从可变程序区域22输出的信号的安全信号接口230，由此解决该问题。
如图2所示，从机械主要部件输出的信号被输入到固定程序区域21的输入信号接收部211中，通过逻辑(Logic)部211进行解析。并且，根据该解析结果生成向输出信号发送部(液压用)213、输出信号发送部(空压用)214、输出信号发送部(动力停止用)215、输出信号发送部(动力切断用)216的信号，从各发送部213、214、215、216向液压部110、空压部120、动力停止部130、动力切断部140的机械各部分别输出控制用的信号。
与此相对，从周边设备输出的信号被输入到可变程序区域22的输入信号接收部221中，通过逻辑(Logic)部222进行解析。另外，输入信号接收部221、逻辑(Logic)部222是通过存储在各周围设备程序区域中的周围设备用的安全功能用序列程序来实现的功能单元。
之后，根据逻辑(Logic)部222的解析结果，生成经由安全信号接口230向输出信号发送部(液压用)213、输出信号发送部(空压用)214、输出信号发送部(动力停止用)215、输出信号发送部(动力切断用)216的信号，分别输出从各发送部213、214、215、216向液压部110、空压部120、动力停止部130、动力切断部140的机械各部的控制用信号。
这样，生成周边设备用的安全功能用序列程序的周边设备制造商和用户生成经由安全信号接口输出信号的程序，由此能够进行针对机械各部的控制，因此不需要设置新的追加的硬件电路而能够自由地生成与基于各周边设备的安全控制相关的处理。
如到此为止的说明那样，通过采用本发明所提出的结构，该周边设备的制造商和用户能够对机床自由地追加周边设备用的安全功能用序列程序，能够使基于所追加的周边设备的机床的安全控制双重化。但是，在与监视存储在固定程序区域11、21中的安全功能用序列程序的输入输出的周期相同的周期监视了针对所有的周边设备用的安全功能用序列程序的输入输出的情况下，存在对CPU施加负荷的问题。
因此，本发明中，构成以下的机床，即根据追加的周边设备用的安全功能用序列程序的种类和重要度，在预先设定的周期，监视与固定程序区域11、21的监视情况不同的周边设备用的安全功能用序列程序的输入输出。
图3A是表示在没有对机床追加周边设备用的安全功能用序列程序的状态下的、基于CPU2的输入输出监视处理的流程的流程图。
在没有追加周边设备用的安全功能用序列程序的状态下，对于CPU2，仅有固定程序区域11、21的安全功能用序列程序成为监视对象。因此，CPU2在数μsec周期监视CPU1的固定程序区域11的输入输出信号和CPU2的固定程序区域21的安全功能用序列程序的输入输出信号的一致(步骤SA01)。
图3B是表示在对机床追加了周边设备用的安全功能用序列程序的状态下的、基于CPU2的输入输出监视处理的流程的流程图。以下，说明该流程图的各个步骤。
[步骤SB01]在追加周边设备用的安全功能用序列程序的情况下，取得该追加的周边设备用的安全功能用序列程序的个数n。个数n可以通过操作者的输入取得，也可以计数在机床起动时的初始化时所读入的周边设备用的安全功能用序列程序的个数来取得。
[步骤SB02]根据在步骤SB01取得的n，确保n个周边设备程序区域。
[步骤SB03]CPU2在数μsec周期，监视CPU1的固定程序区域11的安全功能用序列程序的输入输出信号和CPU2的固定程序区域21的安全功能用序列程序的输入输出信号的一致。
[步骤SB04]CPU2对每个存储在周边设备程序区域中的周边设备用的安全功能用序列程序，在根据对各个周边设备用的安全功能用序列程序设定的重要度和种类预先设定的周期，监视存储在CPU1的可变程序区域12中的各周边设备用的安全功能用序列程序的输入输出信号和存储在CPU2的可变程序区域22中的对应的各周边设备用的安全功能用序列程序的输入输出信号的一致。
图3B的流程图中，在预先设定的周期(数十个msec周期)进行各周边设备用的安全功能用序列程序的输入输出信号的监视，不过该周期可以根据施加到CPU的负荷、基于在周边设备用的安全功能用序列程序设定的重要度和种类的优先级动态地进行调整。
这样，通过将存储在固定程序区域中的机床的安全功能用序列程序的输入输出的监视周期和各周边设备用的安全功能用序列程序的输入输出的监视周期设为不同的周期，能够减轻CPU的监视处理的负荷。
以上，通过在机床设置进行了说明的结构，能够不增加CPU的负荷地实现基于所追加的周边设备的机床的安全控制的双重化，不过通过应用该结构，能够不增加施加到CPU的安全控制的负荷而同时进行多系统的安全控制。
图4A是按照以往使CPU作为1个系统的PMC进行动作并进行安全控制的情况的概念图。
与此相对，本发明中，如图4所示，能够对每个系统设定处理时间(监视周期等)。通过这样的结构，能够在对每个系统预先设定的周期监视安全控制的状态，因此能够不增加CPU的负荷而实现多个系统的监视。

Claims (2)

1.一种机床，其具备监视安全信号的状态的独立的两个安全功能用序列程序、分别保存上述安全功能用序列程序的两个存储部、分别启动上述安全功能用序列程序的第一、第二CPU，该机床的基本特征在于，
每个上述存储部包括不能变更程序的固定程序区域、能够进行程序的追加/变更的可变程序区域，
在上述可变程序区域中还包括分割为多个区域的周边设备程序区域，
上述第一、第二CPU执行存储在各个周边设备程序区域中的周边设备程序并监视所输入输出的输入输出信号是否一致，另外，
上述第二CPU在对每个上述安全功能用序列程序预先设定的执行周期执行安全功能用序列程序。
2.一种机床，其具备监视安全信号的状态的独立的两个安全功能用序列程序、分别保存上述安全功能用序列程序的两个存储部、分别启动上述安全功能用序列程序的第一、第二CPU，该机床的基本特征在于，
每个上述存储部包括不能变更程序的固定程序区域、能够进行程序的追加/变更的可变程序区域，
在上述可变程序区域中还包括分割为多个区域的周边设备程序区域，
上述第一、第二CPU执行存储在各个周边设备程序区域中的周边设备程序并监视所输入输出的输入输出信号是否一致，另外，
上述第二CPU控制执行周期不同的多个系统的序列控制部。
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