CN115335787A - 控制装置、控制装置的数据传送系统及数据传送方法 - Google Patents

Abstract

数值控制装置(100)由解析程序的主控制单元(10)和控制电动机的电动机控制单元(20)构成。在从主控制单元(10)经由串行总线向电动机控制单元(20)传送电动机控制数据的情况下，不是在各轴一个一个全部传送，而是在电动机控制数据重复特定的模式的情况下，传送重复模式和重复次数，在电动机控制单元侧进行重复模式的复制。

Description

控制装置、控制装置的数据传送系统及数据传送方法

技术领域

本发明涉及工业机械的控制装置、控制装置的数据传送系统以及数据传送方法。

背景技术

数值控制装置是控制包含机床的工业机械的装置，按照程序生成控制信号，按照预先设定的步骤使工业机械的多个驱动部运动。

在近年来的工业机械中，所控制的电动机的数量(轴数量)增加，数值控制装置处理的数据量也增加。例如，在机床中，不仅存在X轴、Y轴、Z轴的直线轴，还存在具有A轴、B轴等旋转轴的情况，还存在不仅利用1个工具，还利用多个工具同时加工的机床。另外，工具的更换和夹具的移动也通过电动机进行。这样，工业机械的驱动部越增加则要控制的轴的数量越增加，数值控制装置处理的数据量增加。

数值控制装置通常具备主控制单元和多个电动机控制单元。主控制单元对输入的程序进行解析，生成指令脉冲。电动机控制单元从主控制单元接收包含指令脉冲和转矩指令、电流周期、控制模式(切削模式/定位模式)中的至少1个数据的电动机控制数据，并将所述电动机控制数据输出至伺服电动机的放大器。

另外，转矩指令、电流周期、控制模式(切削模式/定位模式)是与电动机控制相关的参数。该电动机控制相关的参数一般由加工程序或非易失性存储器内设定的参数来指定。

在数值控制装置中，主控制单元生成的电动机控制数据经由电动机控制单元被传送给各伺服放大器。主控制单元和电动机控制单元通过串行总线连接。当电动机控制数据增加时，施加给该串行总线的传送负荷变大。

专利文献1公开了“一种总线控制装置，对与“总线控制装置连接的需要周期性的数据传送的内部单元以及外部I/O单元附加串行总线并削减并行总线的数据流量，从而实现性能提高。

专利文献1：WO98/35296

发明内容

发明所要解决的课题

在专利文献1中，为了降低总线的流量而追加串行总线。但是，新的串行总线的追加不仅需要物理的结构变更，而且总线的流量控制也变得复杂。因此，为了使总线的流量稳定，只要减少数据的传送量即可。

在数值控制装置的领域中，期望减少数据的传送量的技术。

用于解决课题的手段

作为本公开的一个方式的控制装置是生成工业机械的电动机控制数据，并根据所述电动机控制数据来控制所述工业机械的驱动部的控制装置，具备：控制数据保持部，其针对工业机械的每个驱动部，保持驱动部的电动机控制数据；控制量计算部，其求出每个控制周期的驱动部的控制量；控制数据生成部，其将每个控制周期的控制量转换为由指令脉冲和包含转矩指令、电流周期、控制模式(切削模式/定位模式)中的至少1个的数据组成的电动机控制数据；重复模式判定部，其判定所述电动机控制数据中的重复模式的有无；重复模式生成部，其计算重复模式的重复次数；模式数据传送部，其将重复模式传送至驱动部的控制部；模式通知部，其将包含所述重复次数的与重复模式相关的信息传送至驱动部的控制部；以及模式数据生成部，其将所述重复模式复制所述重复次数，并按每个所述控制周期写入控制数据保持部。

作为本公开的一个方式的数据传送系统是生成工业机械的电动机控制数据，并根据所述电动机控制数据来控制工业机械的驱动部的数据传送系统，具备：控制数据保持部，其针对工业机械的每个驱动部，保持驱动部的所述电动机控制数据；控制量计算部，其求出每个控制周期的驱动部的控制量；控制数据生成部，其将每个控制周期的控制量转换为由指令脉冲、转矩指令以及包含电流周期、控制模式(切削模式/定位模式)中的至少1个的数据组成的电动机控制数据；重复模式判定部，其判定电动机控制数据中的重复模式的有无；模式数据传送部，其将重复模式传送至驱动部的控制部；模式通知部，其将包含重复次数的与重复模式相关的信息传送至驱动部的控制部；以及模式数据生成部，其将重复模式复制重复次数，并按每个控制周期写入电动机控制数据保持部。

作为本公开的一个方式的数据传送方法是将数据从生成工业机械的电动机控制数据的主控制单元传送至基于电动机控制数据来控制工业机械的驱动部的控制单元的数据传送方法，计算每个控制周期的驱动部的控制量，将每个控制周期的控制量转换为由指令脉冲、转矩指令以及包含电流周期、控制模式(切削模式/定位模式)中的至少1个的数据组成的电动机控制数据，判定电动机控制数据中的重复模式的有无，计算所述重复模式的重复次数，将重复模式传送至驱动部的控制部，将重复模式复制重复次数，生成电动机控制数据。

发明效果

根据本发明的一个方式，能够在不使控制装置的内部结构变化的情况下减少数据的传输量。

附图说明

图1是本公开的数值控制装置的硬件结构。

图2A是表示在XZ平面中工具相对于Z轴向斜方向移动的情况的图。

图2B是表示由主控制单元生成的电动机控制数据的模式的一例的图。

图3是第一公开中的数值控制装置的框图。

图4是第二公开中的数值控制装置的框图。

图5是表示第二公开中的数据传送方法的流程图。

图6是表示基于XZ的2轴指令的工具的直线移动的图。

图7是表示每个控制周期的各轴的移动量的图。

图8是第三公开中的数值控制装置的框图。

具体实施方式

以下，对本公开的数值控制装置100进行说明。图1是本公开的数值控制装置100的硬件结构。数值控制装置100具备主控制单元10和电动机控制单元20。主控制单元10对加工程序进行解析，生成电动机控制数据。电动机控制单元20按照主控制单元10生成的电动机控制数据来控制伺服放大器31。

另外，在图1中，针对1个主控制单元10连接有1个电动机控制单元20，但电动机控制单元20也可以是多个。

主控制单元10具备：电动机控制数据保持部11，其存储电动机控制数据；CPU12，其按照保持在主存储器中的程序进行运算和控制；以及DMAC(直接存储器访问控制器)13，其控制数据传输。

电动机控制数据保持部11是用于将各轴的电动机控制数据传送至电动机控制单元20的寄存器。DMAC13从电动机控制数据保持部11读出电动机控制数据，不经由CPU12而传送至电动机控制单元20。

电动机控制单元20具备电动机控制数据保持部21、CPU22和DMAC23。电动机控制数据保持部21是暂时保持从主控制单元10传送来的数据的寄存器。DMAC23将从主控制单元10传送的数据写入电动机控制数据保持部21。电动机控制单元20与n个伺服放大器31₁～31_n连接。电动机控制数据保持部21的存储区域与第1轴至第n轴的伺服放大器31₁～31_n建立对应。电动机控制数据按每个控制周期被传送。数值控制装置100执行对按每个控制周期传送的电动机控制数据不延迟地进行处理的实时处理。

如图2A所示，当使工具在XZ平面中相对于Z轴在倾斜方向移动时，同时驱动X轴和Z轴的电动机。电动机控制数据按每个控制周期从主控制单元10被传送到电动机控制单元20。图2B是由主控制单元10生成的电动机控制数据的一例。为了使工具如图2A所示那样移动，如图2B所示，生成X轴的指令脉冲P_xa→P_xb→P_xa→P_xb→…和Z轴的指令脉冲P_zc→P_zc→P_zc→P_zc→…。对该指令脉冲加入了包含转矩指令、电流周期、控制模式(切削模式/定位模式)中的至少1个的数据而得的数据是电动机控制数据。

X轴的电动机控制数据是P_xa与P_xb的重复，Z轴的电动机控制数据是P_zc的重复。在本公开的数值控制装置中，在电动机控制数据中存在重复的情况下，通过仅传送电动机控制单元20重复次数和重复模式来削减主控制单元10与电动机控制单元20之间的流量。

主控制单元10与电动机控制单元20之间通过串行总线连接。串行总线是利用1条传输线连续地传送数据的总线。由于传输线为1条，所以当数值控制装置100控制的轴数增加时，电动机控制数据的数据量增加，串行总线的流量增加。工业机械的控制是不延迟地执行不断变化的数据的实时处理，因此必须避免数据的传送所引起的延迟。本公开的数值控制装置100通过削减传送的数据量来防止流量的延迟。

[第一公开]

图3是第一公开中的数值控制装置100的框图。数值控制装置100的主控制单元10具备：解析加工程序的加工程序解析部41；生成电动机控制数据的电动机控制数据生成部42；将电动机控制数据传送到电动机控制单元20的电动机控制数据传送部43；以及传送与重复模式相关的信息的模式通知部44。

加工程序解析部41取得记录在未图示的非易失性存储器等中的加工程序，对加工程序的每1块(1行)的程序进行解析，计算每个控制周期的各轴的移动量。

电动机控制数据生成部42将加工程序解析部41计算出的每个控制周期的移动量从米、英寸等物理的单位系统转换为使用了脉冲的电的电动机指令单位。由于电动机控制数据是最小指令单位的整数倍，因此电动机控制数据生成部42按照一定的周期均匀地分散，以使工业机械的驱动部平滑地移动地进行调整。

电动机控制数据传送部43将由电动机控制数据生成部42生成的电动机控制数据传送至电动机控制单元20的电动机控制数据保持部51。如图1所示，电动机控制数据保持部51能够按照每个轴保持电动机控制数据。各轴的电动机控制数据被复制到各轴的保持区域。电动机控制数据传送部43由DMAC13和CPU12实现。

到此为止，是与以往的数值控制装置100相同的功能。本公开的主控制单元10还具备重复模式判定部45、重复模式生成部46、模式数据传送部47以及模式通知部44。

重复模式判定部45判定在电动机控制数据中是否存在重复模式。重复模式是多个要素的组合。在图2B的情况下，P_xa、P_xb、P_zc这3个要素的组合成为重复模式。

重复模式生成部46将检测出的重复模式的要素从米、英寸等物理长度的单位系统转换为使用了电脉冲的电动机指令单位。

模式数据传送部47从重复模式生成部46取得模式数据，并按照每个控制周期从主控制单元10向电动机控制单元20的存储器传送。模式数据传送部47例如使用重复模式数据的地址等来识别重复模式数据。即，模式数据传送部识别将与哪个轴的哪个模式相关的重复模式数据保持在重复模式保持部52的哪个地址。

模式通知部44将重复模式的识别信息和重复次数的信息传送至电动机控制单元20。电动机控制单元20根据从模式通知部44取得的重复次数和重复模式，在对应的轴的寄存器中复制重复模式，生成电动机控制数据。

接着，对电动机控制单元20的结构进行说明。电动机控制单元20具备：电动机控制数据保持部51，其保持电动机控制数据；重复模式保持部52，其保持重复模式；模式信息保持部53，其保持与重复模式相关的信息；重复模式数据生成部54，其根据重复模式生成电动机控制数据；以及电动机控制部55，其使用电动机控制数据保持部51所保持的电动机控制数据来控制伺服电动机。

电动机控制数据保持部51、重复模式保持部52、模式信息保持部53例如是与主控制单元10的共享存储器。主控制单元10和电动机控制单元20的共享存储器的地址具有对应关系，主控制单元10和电动机控制单元20识别在彼此的存储器的何处保持了什么数据。即，共享存储器的地址作为数据的识别信息发挥功能。

电动机控制数据保持部51保持电动机控制部55为了控制伺服放大器31而使用的电动机控制数据。如图1所示，电动机控制数据按照工业机械的每个轴被保持。电动机控制部55基于电动机控制数据保持部51所保持的电动机控制数据，向伺服放大器31输出控制信号。

重复模式保持部52保持重复模式生成部46所生成的重复模式。

模式信息保持部53保持从模式通知部44传送的、重复模式的识别信息、重复的次数、进行重复的轴的识别信息等与重复相关的数据。

重复模式生成部46基于在模式信息保持部53中保持的信息，从重复模式保持部52取得重复模式，将重复模式写入到电动机控制数据保持部51的对应的轴的存储区域。

电动机控制部55根据控制周期而读出电动机控制数据，并输出至各电动机的伺服放大器31。伺服放大器31根据电动机控制数据来控制电动机的转速、转矩。

如上所述，在本公开的数值控制装置100中，不是将各轴的电动机控制数据一个一个全部传送，而是在电动机控制数据重复特定的模式的情况下，传送重复模式和重复次数的信息，削减向电动机控制单元传送的数据量。

如果传送数据的量变少，则串行总线的传送负荷变小，能够防止传送延迟。另外，也能够使CPU、DMAC等硬件资源的使用率下降而使发热量减少。

[第二公开]

接着，对第二公开进行说明。

图4是第二公开中的数值控制装置100的框图。具有作为图3所示的重复模式判定部45发挥功能的移动指令判定部48。

移动指令判定部48基于程序的指令来检测是否存在重复模式。例如，在直线移动中产生重复模式，因此移动指令判定部48在程序中记述有G01(切削进给指令)、G00(快进指令)、G53(机械坐标指令)等指令的情况下，判定为生成重复模式。

数值控制装置100基于移动指令判定部48的判定结果开始重复处理。另外，使用了程序的重复模式的检测是一个例子。重复模式的有无也可以通过其他方法进行检测。

参照图5，对第二公开中的数据传送方法进行说明。第二公开根据程序中记载的指令来判定重复模式的有无。当判定为存在重复模式时，开始本公开的数据传送方法。关于数据的传送方法，第一公开和第二公开进行同样的处理。

首先，加工程序解析部41从未图示的非易失性存储器取得加工程序(步骤S1)。接着，加工程序解析部41针对每个块(1行)解析加工程序(步骤S2)。加工程序解析部41计算每个块的各轴的移动量(步骤S3)。

移动指令判定部48判定程序中记载的G代码是否是重复模式的G代码。在此，如果G代码不是重复模式的G代码(步骤S4；否)，则计算每个控制周期的各轴的移动量(步骤S5)，将米、英寸单位转换为电动机指令单位(步骤S6)，除此之外，生成包含转矩指令、电流周期、控制模式(切削模式/定位模式)中的至少1个的电动机控制数据(步骤S7)。

电动机控制数据传送部43将每个控制周期的电动机控制数据传送至电动机控制数据保持部51，电动机控制部55从电动机控制数据保持部51取得电动机控制数据，控制伺服放大器31(步骤S8)。

在步骤S4中，如果G代码是重复模式的G代码(步骤S4；是)，则重复模式生成部46计算构成重复模式的要素的每个控制周期的移动量、包含转矩指令、电流周期、控制模式(切削模式/定位模式)中的至少1个的数据以及重复次数(步骤S9)，将移动量的米、英寸单位转换为电动机指令单位(步骤S10)，生成重复模式数据(步骤S11)。

模式数据传送部47向重复模式保持部52传送重复模式(步骤S12)。模式通知部44将使用的重复模式、重复次数、轴等与重复相关的信息传送至模式信息保持部53(步骤S13)。

模式数据生成部54从模式信息保持部53取得与重复相关的信息，向对应的轴的电动机控制数据保持部51写入预定次数的重复模式(步骤S14)。电动机控制部55从电动机控制数据保持部51取得电动机控制数据，控制伺服放大器31(步骤S8)。

[本公开的具体例]

使用以XZ的2轴指令使工具直线移动时的例子，对数值控制装置100的动作进行说明。在加工程序中记述有“G01 UΔx WΔz Ef”的程序块的情况下，如图6所示，使工具从点A向点B以速度f移动。工具的X轴方向的移动量为Δx，Z轴方向的移动量为Δz。

此时，加工程序解析部41根据从点A向点B的移动矢量AB(各轴的移动量)、进给速度f、控制周期(传送周期)T，通过以下的数式，计算数据的传送次数K(次)。

[数式1]

接着，加工程序解析部41根据以下的公式计算电动机控制数据的每个控制周期的各轴的移动量。

[数式2]

X轴的每个控制周期的移动量：

Z轴的每个控制周期的移动量：

加工程序解析部41以最小移动指令的单位将各轴的每个控制周期的移动量进行整数化，以使每个传送周期的移动指令成为平均地进行调整。由此，各轴平滑地移动。若具体地进行说明，则在将X轴方向的移动量Δx除以传送次数K的情况下，并不是必须除尽，而是产生余数。将该余数调整为相对于传送次数K均等地分配。通过分解余数，成为以一定的周期调整余数的重复模式。

重复的次数可以用“K/重复模式的元素数”来算出。例如，在每个控制周期的各轴的移动量如图7那样变化的情况下，X轴的每个控制周期的移动量重复K/2次“ΔXta→ΔXtb”，Z轴的每个控制周期的移动量重复K/4次“ΔZta→ΔZta→ΔZta→ΔZtb”。

接着，在电动机控制数据生成部42中，对由加工程序解析部41生成的各轴的移动量乘以系数(指令系数、反馈系数)，从英寸、米的单位转换为电动机指令单位。对其加上转矩指令、电流周期、控制模式(切削模式/定位模式)中的至少1个而得到的数据是电动机控制数据。单位转换的公式如下。在此，C是指令系数，1/D是反馈系数。

[数式3]

X轴的电动机控制数据：

Z轴的电动机控制数据：

此外，在生成通常的电动机控制数据的情况下，需要对所有的数据进行单位转换的运算，但在使用重复模式的情况下，如果进行1次重复模式的转换，则不需要对其他数据进行单位转换的运算。重复模式生成部46针对重复多次的重复模式，仅实施1次单位转换的运算。

在以下的公式中，表示进行X轴的重复模式所包含的要素(Xa、Xb)的单位转换和Z轴的重复模式所包含的要素(Za、Zb)的单位转换，并计算重复的次数的例子。

[数式4]

X轴的电动机控制数据：

X轴的重复模式：K/2次

Z轴的电动机控制数据：

X轴的重复模式：K/4次

电动机控制数据传送部43将电动机控制数据从主控制单元10按每个控制周期T传送至电动机控制单元20。在传送的电动机控制数据为通常的电动机控制数据的情况下，电动机控制数据生成部42所生成的电动机控制数据按每个控制周期被全部传送至电动机控制数据保持部51。另外，在传送的电动机控制数据为重复模式的情况下，电动机控制数据生成部42生成的电动机控制数据至少向电动机控制数据保持部51传送1次，但之后复制重复模式。

成为复制基础的重复模式由模式数据传送部47传送到重复模式保持部52。

电动机控制单元20的模式数据生成部54读出存储于重复模式保持部52的重复模式，将读出的重复模式以预定的次数复制于电动机控制数据保持部51。

另外，所述的例子是以恒速移动的工具的重复模式，但也能够生成进行加减速的情况下的重复模式。在该情况下，生成与加速度或减速度对应的增量模式或减量模式，进行作为基准的重复模式加法运算。

[第三公开]

图8是第三公开中的数值控制装置100的框图。图8的数值控制装置100在主控制单元10中设置有已传送模式存储部49。模式数据传送部47确认传送的重复模式是否已传送，若重复模式已传送，则仅传送重复次数等其他数据。在第三公开中，通过减少重复模式的传输次数，可以进一步减少数据传送量。

以上，对一个实施方式进行了说明，但本发明并不仅限定于所述的公开，通过施加适当的变更，能够以各种方式实施。

附图标记的说明

100 数值控制装置

10 主控制单元

11 电动机控制数据保持部

12 CPU

13 DMAC

20 电动机控制单元

21 电动机控制数据保持部

22 CPU

23 DMAC

31 伺服放大器

41 加工程序解析部

42 电动机控制数据生成部

43 电动机控制数据传送部

44 模式通知部

45 重复模式判定部

46 重复模式生成部

47 模式数据传送部

48 移动指令判定部

49 已传送模式存储部

51 电动机控制数据保持部

52 重复模式保持部

53 模式信息保持部

54 模式数据生成部

55 电动机控制部。

Claims (7)

1.一种控制装置，生成工业机械的电动机控制数据，并根据所述电动机控制数据来控制所述工业机械的驱动部，其特征在于，

该控制装置具备：

控制数据保持部，其针对所述工业机械的每个驱动部，保持所述驱动部的电动机控制数据；

控制量计算部，其求出每个控制周期的所述驱动部的控制量；

控制数据生成部，其将每个所述控制周期的控制量转换为由指令脉冲和包含转矩指令、电流周期控制模式中的至少1个的数据组成的电动机控制数据；

重复模式判定部，其判定所述电动机控制数据中的重复模式的有无；

重复模式生成部，其计算所述重复模式的重复次数；

模式数据传送部，其将所述重复模式传送至所述驱动部的控制部；

模式通知部，其将包含所述重复次数的与所述重复模式相关的信息传送至所述驱动部的控制部；以及

模式数据生成部，其将所述重复模式复制所述重复次数，并按每个所述控制周期写入所述控制数据保持部。

2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，

该控制装置具备：

程序解析部，其解析程序；以及

移动指令判定部，其基于所述程序记载的指令来检测重复模式的有无。

3.根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于，

当所述移动指令判定部检测到重复模式的存在时，开始所述重复模式生成部、所述模式数据传送部、所述模式通知部以及模式数据生成部的动作。

4.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，

该控制装置具备存储已传送的重复模式的已传送模式数据存储部，

所述模式数据传送部仅传送过去未传送的重复模式。

5.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，

所述模式数据传送部使用串行总线来传送所述重复模式。

6.一种数据传送系统，生成工业机械的电动机控制数据，并根据所述电动机控制数据来控制所述工业机械的驱动部，其特征在于，

该数据传送系统具备：

控制数据保持部，其针对所述工业机械的每个驱动部，保持所述驱动部的电动机控制数据；

控制量计算部，其求出每个控制周期的所述驱动部的控制量；

电动机控制数据生成部，其将每个所述控制周期的控制量转换为由指令脉冲和包含转矩指令、电流周期、控制模式中的至少1个的数据组成的电动机控制数据；

重复模式判定部，其判定所述电动机控制数据中的重复模式的有无；

模式数据传送部，其将所述重复模式传送至所述驱动部的控制部；

模式通知部，其将包含所述重复次数的与所述重复模式相关的信息传送至所述驱动部的控制部；以及

模式数据生成部，其将所述重复模式复制所述重复次数，并按每个所述控制周期写入所述控制数据保持部。

7.一种数据传送方法，将数据从生成工业机械的电动机控制数据的主控制单元传送至基于所述电动机控制数据控制所述工业机械的驱动部的控制单元，其特征在于，

计算每个控制周期的所述驱动部的控制量，

将每个所述控制周期的控制量转换为由指令脉冲和包含转矩指令、电流周期、控制模式中的至少1个的数据组成的电动机控制数据，

判定所述电动机控制数据中的重复模式的有无，

计算所述重复模式的重复次数，

将所述重复模式传送至所述驱动部的控制部，

将所述重复模式复制所述重复次数，生成所述电动机控制数据。

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