CN115443437A - 控制装置 - Google Patents

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CN115443437A
CN115443437A CN202180030531.3A CN202180030531A CN115443437A CN 115443437 A CN115443437 A CN 115443437A CN 202180030531 A CN202180030531 A CN 202180030531A CN 115443437 A CN115443437 A CN 115443437A
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Abstract

控制装置通过控制程序来控制1个基准轴的动作，由此使其他轴与该基准轴同步地动作。控制装置生成表示其他轴相对于基准轴的动作定时的移位信息，并根据该生成的移位信息来判定这些多个轴各自涉及的移动量的输出定时。然后，对于判定为是输出移动量的定时的轴，输出该轴的移动量，对于判定为不是输出移动量的定时的轴，缓冲该轴的移动量。

Description

控制装置
技术领域
本发明涉及控制装置，尤其涉及能够指定具备同步关系轴的工业机械的动作定时的控制装置。
背景技术
具备与主动轴同步驱动的从动轴的工业机械正在增加(例如，专利文献1等)。在这样的工业机械的同步控制中，存在将根据主动轴的移动量和同步比计算出的移动量分配给从动轴的方法。
图8是表示进行现有的同步控制的数值控制装置1的结构的框图。程序输入部110从外部读入主动轴的控制用程序200，并存储在未图示的RAM或非易失性存储器中。程序解析部120解析程序输入部110所取得的控制用程序200。移动量计算部130基于程序解析部120解析出的控制用程序200，计算主动轴的移动量。移动量分配部140计算将移动量计算部130计算出的主动轴的移动量分配给主动轴的各控制周期的分配移动量(分配数据)。同步控制部150根据移动量分配部140计算出的分配移动量和同步比，计算从动轴的分配移动量(分配数据)。移动量输出部160对分别设置于主动轴和从动轴的轴控制接口170输出同步控制部150计算出的主动轴的分配移动量和从动轴的分配移动量。
这样，无需另外制作从动轴的控制用程序200，通过使用主动轴的控制用程序，能够使从动轴相对于主动轴同步地动作。在该情况下，从动轴的分配移动量根据主动轴的分配移动量和同步比来计算，因此从动轴和主动轴在相同的定时开始动作。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005-322076号公报
发明内容
发明所要解决的课题
作为工业机械的机械结构或动作要求，存在想要调整处于同步关系轴的主动轴和从动轴的动作开始定时的情况。
例如，图9表示使加工台81以2轴移动的工业机械。
主动轴所控制的滚珠丝杠82m使用比从动轴所控制的滚珠丝杠82s长的滚珠丝杠。主动轴所控制的滚珠丝杠82m的惯量随着长度的不同而比从动轴所控制的滚珠丝杠82s的惯量大。在同时驱动主动轴和从动轴的情况下，主动轴所控制的滚珠丝杠82m相对于从动轴所控制的滚珠丝杠82s延迟地开始旋转。
因此，为了使主动轴所控制的滚珠丝杠82m与从动轴所控制的滚珠丝杠82s同步地移动加工台，需要考虑由于滚珠丝杠的长度的不同而产生的惯量的差，使从动轴的驱动定时相对于主动轴延迟。
此外，在图9中，附图标记83m是主动轴的伺服电动机，附图标记83s是从动轴的伺服电动机。
另外，在图10中，示出了在利用绕线机等将金属线等卷到芯棒的情况或在生产线制造中输送布、氯化膜的情况下所利用的使多个轴(辊)旋转的工业机械的例子。在这样的工业机械中，若同时驱动所有的轴，则会对在轴彼此之间卷起、移送的对象物(在图10中为氯化膜)施加张力，有时产生对象物延展而粗细、长度变得不均匀或者对象物断裂这样的损伤。
为了避免该情况，需要将轴从输送源向输送目的地依次驱动，由此使对象物稍微具有缓和度。在图10的例子中，只要使定时延迟，以使得从输送源侧的主动轴开始按照输送目的地侧的从动轴#1、从动轴#2的顺序开始驱动即可。
此外，在图10中，附图标记84m是主动轴的辊，附图标记84s1是从动轴#1的辊，附图标记84s2是从动轴#2的辊，另外，附图标记85m是主动轴的伺服电动机，附图标记85s1是从动轴#1的伺服电动机，附图标记85s2是从动轴#2的伺服电动机，附图标记86是氯化膜。
另外，在图11中示出了工件装载机、带式输送机等以时间差使驱动部上下移动来进行对象物的移动的工业机械的例子。
在进行这样的线控制的工业机械中，需要与主动轴的驱动联动且从动轴#1～从动轴#4依次错开相位地驱动，因此需要使从动轴的驱动定时相对于主动轴延迟。
此外，在图11中，附图标记87m是主动轴的驱动部，附图标记87s1～附图标记87s4是从动轴#1～从动轴#4的驱动部，另外，附图标记88m是主动轴的伺服电动机，附图标记88s1～88s4是从动轴#1～从动轴#4的伺服电动机。
这样，在进行图9～图11所示那样的工业机械所要求的动作的情况下，如图12所示，需要进行多系统控制，执行每个轴的控制用程序，在系统间进行等待、开始定时调整来取得轴彼此的动作同步。因此，除了主动轴的控制用程序200以外，还必须制作每个从动轴的控制用程序202、204，因此存在对用户的负担较大的问题。
因此，期望能够通过1个控制用程序进行主动轴、从动轴的动作，并且能够调整各轴的动作开始的定时的技术。
用于解决课题的手段
本公开的一个方式中的控制装置是基于用于控制多个轴中的1个移位基准轴的动作的控制用程序来控制所述多个轴的控制装置，所述控制装置具备：同步控制部，其基于所述移位基准轴的分配移动量，计算与所述移位基准轴同步的其他轴的分配移动量；移位信息生成部，其生成包含移位要素的移位信息，所述移位要素表示其他轴相对于所述移位基准轴的动作定时；移动量输出判定部，其根据所述移位信息，判定与所述多个轴分别相关的移动量的输出定时；以及移动量存储部，其输出由所述移动量输出判定部判定为是输出移动量的定时的轴的移动量，并对判定为不是输出的定时的轴的移动量进行缓冲。
发明效果
根据本发明的一个方式，不需要针对每个轴制作控制用程序，因此能够减轻操作员的负担。另外，不需要在控制装置中保持以及处理多个控制用程序，因此能够实现抑制了资源的高效控制。
附图说明
图1是表示第一实施方式的控制装置的主要部分的概略性硬件结构图。
图2是表示第一实施方式的控制装置所具备的功能的概略性框图。
图3是表示移位信息生成部生成的移位信息的例子的图。
图4是说明移动量输出判定部的动作的图。
图5是说明移动量存储部的动作的图(1)。
图6是说明移动量存储部的动作的图(2)。
图7是表示通过1个控制用程序使多个轴错开定时进行动作的例子的图。
图8是表示进行现有技术的同步控制的控制装置的结构的概略性框图。
图9是例示使加工台以2轴移动的工业机械的图。
图10是例示使多个轴(辊)旋转的工业机械的图。
图11是例示通过以时间差使驱动部上下移动来进行对象物的移动的工业机械的图。
图12是说明现有技术的错开各系统的动作定时来进行同步控制的情况的图。
具体实施方式
以下，结合附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是表示本发明的第一实施方式的控制装置的主要部分的概略性硬件结构图。本发明的控制装置1所具备的CPU11是对控制装置1进行整体控制的处理器。CPU11经由总线22读出存储在ROM12中的系统程序，并按照该系统程序控制控制装置1整体。在RAM13中临时存储临时的计算数据、显示数据以及从外部输入的各种数据等。
非易失性存储器14例如由利用未图示的电池进行备份的存储器、SSD(SolidState Drive：固态驱动器)等构成，即使控制装置1的电源断开也保持存储状态。在非易失性存储器14中存储经由接口15从外部设备72读入的数据、控制用程序、经由输入装置71输入的数据、控制用程序、从工业机械取得的数据等。存储于非易失性存储器14的数据、控制用程序也可以在执行时/利用时在RAM13中展开。另外，在ROM12中预先写入有公知的解析程序等各种系统程序。
接口15是用于将控制装置1的CPU11与USB装置等外部设备72连接的接口。能够从外部设备72侧读入例如在工业机械的控制中使用的控制用程序、各参数等。另外，在控制装置1内编辑的控制用程序、各参数等能够经由外部设备72存储于外部存储单元。可编程逻辑控制器(PLC)16通过内置于控制装置1的序列程序经由I/O单元17向工业机械以及该工业机械的周边装置(例如，工具更换装置、机器人等的致动器、安装于工业机械的传感器等)输出信号并进行控制。另外，接收配备于工业机械的主体的操作盘的各种开关、周边装置等的信号，对该信号进行必要的信号处理后传递给CPU11。
在显示装置70中，经由接口18输出读入到存储器上的各数据、作为执行控制用程序、系统程序等的结果而得到的数据等并进行显示。另外，由键盘、指示设备等构成的输入装置71经由接口19将基于作业者的操作的指令、数据等传递给CPU11。
用于控制工业机械所具备的轴的轴控制电路30接收来自CPU11的轴的移动指令量，并将该轴所涉及的指令输出到伺服放大器40。伺服放大器40接收该指令，为了使移动物沿着工业机械的预定的轴移动而驱动伺服电动机50。轴的伺服电动机50内置有位置/速度检测器，将来自该位置/速度检测器的位置/速度反馈信号反馈给轴控制电路30，进行位置/速度的反馈控制。此外，在图1的硬件结构图中，轴控制电路30、伺服放大器40、伺服电动机50各仅示出1个，但实际上准备与成为控制对象的工业机械所具备的轴的数量对应的数量。例如，在控制图11所例示的5轴工业机械的情况下，准备分别驱动主动轴和从动轴#1～#4的5组轴控制电路30、伺服放大器40、伺服电动机50。
图2是将本发明的第一实施方式的控制装置所具备的功能作为概略性框图而示出的图。本实施方式的控制装置1所具备的各功能通过图1所示的控制装置所具备的CPU11执行系统程序并控制控制装置1的各部的动作来实现。
本实施方式的控制装置1具备程序输入部110、程序解析部120、移动量计算部130、移动量分配部140、同步控制部150、移位信息生成部152、移动量输出判定部154、移动量存储部156、移动量输出部160、轴控制接口170。另外，在控制装置1的RAM13或非易失性存储器14中，准备用于存储控制用程序200的区域，该控制用程序200用于控制工业机械的动作。并且，在设置于控制装置1的RAM13或非易失性存储器14上的设定区域中，设定并存储有预先设定了各轴的同步关系的同步关系轴信息210和设定了各轴之间的移位量的移位要素设定信息220。
程序输入部110通过执行图1所示的控制装置1所具备的CPU11从ROM12读出的系统程序，主要由CPU11进行使用RAM13、非易失性存储器14的运算处理和使用接口15、19等的输入处理来实现。程序输入部110从输入装置71、外部设备72、或者未图示的网络输入控制用程序200，并存储于RAM13或非易失性存储器14。控制用程序200主要用于工业用机械的主动轴的控制。程序输入部110输入的控制用程序200只要是例如数值控制程序、表格形式数据、示教程序等用于控制工业机械的动作的程序，则可以是任意的程序。
程序解析部120通过执行图1所示的控制装置1所具备的CPU11从ROM12读出的系统程序，主要由CPU11进行使用RAM13、非易失性存储器14的运算处理来实现。程序解析部120依次读出程序输入部110输入的控制用程序200的程序块并进行解析，生成用于控制工业机械的各部的指令数据。例如，在控制用程序200的指令是指示轴的移动的进给指令的情况下，程序解析部120基于该进给指令和工业机械的动作所涉及的参数等，生成与轴的移动路径相关的数据，另一方面，在控制用程序200的指令是与工业机械的周边装置相关的控制指令的情况下，生成基于该控制指令的周边装置的控制数据。程序解析部120的指令数据的制作所涉及的处理属于公知技术，因此省略此处的详细说明。程序解析部120将制作出的移动路径所涉及的数据输出至移动量计算部130。另外，将其他控制所涉及的数据输出至使用该控制数据的未图示的各功能部。
移动量计算部130通过执行图1所示的控制装置1所具备的CPU11从ROM12读出的系统程序，主要由CPU11进行使用RAM13、非易失性存储器14的运算处理来实现。移动量计算部130基于程序解析部120制作出的与移动路径相关的数据，计算基于该移动路径的预定的轴的移动量。例如在与该移动路径相关的数据是主动轴的数据的情况下，移动量计算部130计算为了使主动轴沿着该移动路径移动而需要的移动量。将移动量计算部130计算出的移动量输出至移动量分配部140。
移动量分配部140通过执行图1所示的控制装置1所具备的CPU11从ROM12读出的系统程序，主要由CPU11进行使用RAM13、非易失性存储器14的运算处理来实现。移动量分配部140制作将移动量计算部130计算出的移动量作为每个分配周期的轴的移动量而分配的分配移动量(分配数据)。移动量分配部140以在不超过对轴设定的最大移动速度的范围内进行移动的方式，在各分配周期分配移动量。另外，此时以进行不超过对轴设定的最大加速度的范围的加减速的方式，在各分配周期分配移动量。移动量分配部140将所生成的分配移动量输出至同步控制部。
同步控制部150通过执行图1所示的控制装置1所具备的CPU11从ROM12读出的系统程序，主要由CPU11进行使用RAM13、非易失性存储器14的运算处理来实现。同步控制部150基于移动量分配部140所制作的分配移动量，制作与主动轴同步的从动轴的分配移动量。在设置于控制装置1的RAM13或非易失性存储器14的设定区域中，设定有预先确定了各个轴之间的同步关系的同步关系轴信息210。同步控制部150参照同步关系轴信息210，针对与主动轴同步的从动轴，基于移动量分配部140所制作的主动轴的分配移动量来制作(复制)该从动轴的分配移动量。例如，如图11所例示，在4个轴(从动轴#1～#4)被设定为与一个主动轴同步的情况下，同步控制部150为了从动轴#1～#4制作与主动轴的分配移动量相同量的分配移动量。也可以在同步关系轴信息210中进一步确定主动轴与从动轴的同步比。在这样的情况下，同步控制部150针对与主动轴同步的从动轴，制作考虑了同步比的分配移动量。例如，在从动轴以同步比2(从动)：1(主动)与主动轴同步的情况下，同步控制部150将主动轴的分配移动量按每个分配周期设为2倍来制作从动轴的分配移动量。同步控制部150将与主动轴和从动轴的同步关系相关的信息输出到移位信息生成部152。此外，同步控制部150将主动轴的分配移动量和从动轴的分配移动量输出到移动量输出判定部154。
移位信息生成部152通过执行图1所示的控制装置1所具备的CPU11从ROM12读出的系统程序，主要由CPU11进行使用RAM13、非易失性存储器14的运算处理来实现。移位信息生成部152根据从同步控制部150输入的与轴的同步关系相关的信息、以及在控制装置1的RAM13或非易失性存储器14中设定的移位要素设定信息220，来生成表示各轴的动作的移位量的移位信息。本实施方式的移位要素设定信息220针对各轴设定相对于移位基准轴的移位要素。对于从动轴，主动轴成为移位基准轴。另外，对于主动轴，自身成为移位基准轴。也可以以时间为单位来设定表示成为移位的基准的基准量的移位要素。另外，也可以以预定的轴的移动量、其他基准来设定移位要素。移位信息生成部152中的处理只要在同步关系轴的动作开始时生成移位信息即可，因此只要按照产生移动量的控制用程序200的每个执行单位进行1次即可。移位信息生成部152将所生成的移位信息输出到移动量输出判定部154。
图3示出了由移位信息生成部152生成的移位信息的例子。
在图3的例子中，在同步关系轴信息210中，第一轴(X1轴)是主动轴，相对于此，将第二轴(X2轴)、第三轴(X3轴)、第四轴(X4轴)、第五轴(X5轴)设定为同步的从动轴。另外，在移位要素设定信息220中，移位要素为时间，将第一轴的移位基准轴设定为自身(移位量0msec)，将第二轴、第三轴、第四轴、第五轴的移位量分别设定为相对于作为移位基准轴的主动轴(第一轴)的2msec、4msec、6msec、8msec。在这样设定了各信息时，移位信息生成部152生成设定如下移位量的移位信息，即，该移位量将第一轴相对于自身为0msec、第二轴相对于第一轴为2msec、第三轴相对于第一轴为4msec、第四轴相对于第一轴为6msec、第五轴相对于第一轴为8msec的时间作为移位要素。
此外，在图3的例子中，示出了将第一轴作为主动轴并将其他轴全部设定为相对于第一轴的从动轴的简单例子。但是，需要注意的是，也能够在1个工业机械中设定多个相互没有关系的主动轴和从动轴的组合。另外，需要注意的是，相对于某个主动轴的从动轴也能够成为相对于其他从动轴的主动轴。
移动量输出判定部154通过执行图1所示的控制装置1所具备的CPU11从ROM12读出的系统程序，主要由CPU11进行使用RAM13、非易失性存储器14的运算处理来实现。移动量输出判定部154判定各个轴的移动量的输出定时。移动量输出判定部154在从移位信息生成部152接收到移位信息时，监视从轴的控制动作开始起的基准量的经过或推移。然后，移动量输出判定部154对移动量存储部156进行指令，使得按照每个分配周期存储未到达应输出的时间点的轴的分配移动量。另外，移动量输出判定部154在基准量经过了针对各轴指定的移位量的时间点，判定为应该输出该轴的移动量，并对移动量存储部156进行指令，使得按每个分配周期依次输出该轴的分配移动量。
图4是说明移动量输出判定部154的动作的图。
在图4的例子中，假设移动量输出判定部154根据图3所例示的移位信息进行第一轴～第五轴的移动量的输出判定。表示移位的基准的基准量(移位量)以时间为基准进行设定，另外，将控制装置1的移动量的分配周期设为2msec。此时，在控制装置1中开始轴的控制动作的最初的周期(经过的基准量为0msec)中，移动量输出判定部154以针对移位量被设定为0msec的第一轴按每个分配周期依次输出分配移动量的方式对移动量存储部156进行指令，以针对移动量被设定为0msec以上的第二轴～第五轴按每个分配周期存储分配移动量的方式对移动量存储部156进行指令。
接着，在分配周期的最初，移动量输出判定部154为了记录基准量的经过，将移位信息所包含的各轴的移位量减去分配周期的量(其中，移位量≥0)。然后，移动量输出判定部154针对移位量被设定为0msec的第一轴以及减去移位量而成为0msec的第二轴，以按每个分配周期依次输出分配移动量的方式对移动量存储部156进行指令，针对移位量被设定为0msec以上的第三轴～第五轴，以按每个分配周期存储分配移动量的方式对移动量存储部156进行指令。
通过反复进行这样的动作，移动量输出判定部154针对各个轴，监视基准量是否经过或推移了移位量的量，基于该监视结果来判定各轴的分配移动量的输出并对移动量存储部156进行指令。此外，在上述的例子中，通过减去移位信息所包含的移位量来监视基准量的经过或推移，但移动量输出判定部154也可以另行存储基准量的经过或推移，通过将经过或推移的基准量与移位量进行比较来监视基准量是否经过或推移了移位量的量。
移动量存储部156通过执行图1所示的控制装置1所具备的CPU11从ROM12读出的系统程序，主要由CPU11进行使用RAM13、非易失性存储器14的运算处理来实现。移动量存储部156将从移动量输出判定部154通知的轴的分配移动量存储在缓冲器中。另外，移动量存储部156在从移动量输出判定部154指示输出轴的分配移动量时，将所存储的分配移动量依次输出到移动量输出部160。移动量存储部156在分配移动量的存储以及输出中作为FIFO(First In First Out：先进先出)缓冲器发挥功能。
图5和图6是说明移动量存储部156的动作的图。
在图5以及图6的例子中，基于图3所例示的移位信息，移动量输出判定部154进行第一轴～第五轴的移动量的输出判定。此时，在控制装置1中开始轴的控制动作的最初的分配周期(经过的基准量为0msec)，如图5所示，通过移动量分配部140以及同步控制部150，分别对第一轴～第五轴生成分配移动量(10)。另外，在最初的分配周期中，移动量输出判定部154输出第一轴的分配移动量，对移动量存储部156发出指令，以存储第二轴～第五轴的分配移动量。作为其结果，移动量存储部156不存储第一轴的分配移动量而输出(缓冲器数＝﹣1)，将第二轴～第五轴的分配移动量存储于缓冲器(缓冲器数＝各1)。作为结果，在最初的分配周期中，移动量存储部156将第一轴的分配移动量(10)输出至移动量输出部160。
然后，在下一个分配周期中，通过移动量分配部140以及同步控制部150，分别对第一轴～第五轴生成分配移动量(15)。另外，在该分配周期中，移动量输出判定部154输出第一轴以及第二轴的分配移动量，对移动量存储部156发出指令，以存储第三轴～第五轴的分配移动量。作为其结果，移动量存储部156不存储第一轴的分配移动量而输出(缓冲器数＝﹣1)，关于第二轴的分配移动量，输出存储于缓冲器的1分配周期量的分配移动量，并且存储下一个分配移动量(缓冲器数＝1)。然后，将第三轴～第五轴的分配移动量追加存储到缓冲器中(缓冲器数＝各2)。作为结果，在下一个分配周期中，移动量存储部156将第一轴的分配移动量(15)和第二轴的分配移动量(10)输出到移动量输出部160。
通过反复进行这样的动作，移动量存储部156针对各个轴，在移动量输出判定部154判定出的定时、即相对于移位基准轴移位了所设定的移位量的定时，将分配移动量输出到移动量输出部160。
移动量输出部160通过执行图1所示的控制装置1所具备的CPU11从ROM12读出的系统程序，主要由CPU11进行使用RAM13、非易失性存储器14的运算处理以及使用轴控制电路30的控制处理来实现。移动量输出部160将从移动量存储部156输出的轴的分配移动量输出到轴控制接口170。
轴控制接口170通过执行图1所示的控制装置1所具备的CPU11从ROM12读出的系统程序，主要由CPU11进行使用RAM13、非易失性存储器14的运算处理、以及使用轴控制电路30、伺服放大器40的控制处理来实现。轴控制接口170对驱动各轴的伺服电动机50输出从移动量输出部160输出的分配移动量。
如图7所例示，具备上述结构的本实施方式的控制装置1能够通过1个简单的控制用程序200和移位要素设定信息220来指定同步关系轴的动作开始定时。其结果是，不需要针对每个轴制作控制用程序，因此能够减轻操作员的负担。另外，不需要在控制装置1中保持以及处理多个动作程序，因此能够实现抑制了资源的高效控制。此外，在图7中，附图标记M1～M5是第一轴～第五轴的伺服电动机。
以上，至此对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不仅限定于上述的实施方式的例子，能够通过施加适当的变更而以各种方式实施。
在上述的实施方式中，示出了将表示成为移位的基准的基准量的移位要素设为时间单位的例子，但在以预定的轴的移动量为单位来设定移位要素的情况下，移动量输出判定部154监视针对成为监视对象的轴输出的分配移动量，在成为监视对象的轴以对从动轴设定的移位量的量而移动了的情况下，开始从动轴的分配移动量的输出即可。
附图标记说明
1控制装置
11CPU
12ROM
13RAM
14非易失性存储器
15、18、19接口
16PLC
17I/O单元
22总线
30轴控制电路
40伺服放大器
50伺服电动机
70显示装置
71输入装置
72外部设备
110程序输入部
120程序解析部
130移动量计算部
140移动量分配部
150同步控制部
152移位信息生成部
154移动量输出判定部
156移动量存储部
160移动量输出部
170轴控制接口
200、202、204控制用程序
210同步关系轴信息
220移位要素设定信息。

Claims (3)

1.一种控制装置，其基于用于控制同步关系轴中的1个移位基准轴的动作的控制用程序来控制所述同步关系轴，其特征在于，
所述控制装置具备：
移位信息生成部，其生成包含移位要素的移位信息，所述移位要素表示其他轴相对于所述移位基准轴的动作定时；
移动量输出判定部，其根据所述移位信息，判定与所述多个轴分别相关的移动量的输出的定时；以及
移动量存储部，其输出由所述移动量输出判定部判定为是输出移动量的定时的轴的移动量，并对判定为不是输出的定时的轴的移动量进行缓冲。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，
所述移位要素以时间为基准来设定。
3.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，
所述移位要素以多个轴中的1个轴的移动量为基准来设定。
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