JP2014222378A - 制御装置支援装置及び制御装置支援方法 - Google Patents
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Abstract
Description
また、いわゆる位置決め命令といった、速度や加速度、時間などで軌跡が定義される動作命令があり、これら動作命令を信号入力等で起動する制御が広く知られている(特許文献2参照)。
マスタエンコーダの回転速度を早くするには、サーボモータなど各種機器仕様による速度限界による制約のほかに、時間の関係から生じる制約も考慮する必要があるが、特許文献1や特許文献2で示す制御方法を用いてそのまま制御プログラムを作成するための支援装置では、開始角度を指定してカム動作を起動するものであり、時間による制御指示が行えず、時間の制約情報を考慮したマスタエンコーダの回転速度の算出はできないといった問題があった。
図1は、本発明の実施の形態1における制御装置支援装置の構成図である。
制御装置支援装置1は、装置開発者が開発を行うために画面操作や入力を行う入力部2と、同期制御用プログラム情報を表示する表示部3と、作成した同期制御用プログラム、外部制約情報、マスタエンコーダ情報を制御装置に対して書込みするとともに、制御装置に記憶されている情報を読み出す通信部4と、マスタエンコーダの回転角度や、動作の実行時間などを用いて各スレーブ軸に対するプログラムを作成する手段を提供するための制御プログラム情報設定部5と、作成された制御プログラム情報を管理する制御プログラム情報管理部6と、コントローラにより制御できない条件をマスタエンコーダの回転角度や、時間などを用いて設定する手段を提供する外部制約情報設定部7と、設定された外部制約情報を管理する外部制約情報管理部8と、マスタエンコーダの回転速度などの情報を設定する手段を提供するエンコーダ情報設定部9と、設定されたマスタエンコーダ情報を管理するエンコーダ情報管理部10と、作成された制御プログラム情報、外部制約情報に書かれた制約を満たした上で、マスタエンコーダの最速回転速度を導出する生産性改善部11とを備えている。
図2は、製造ラインの動作事例1を示す図である。
図2に示す同期装置を用いた製造ラインにおいて、同期制御のタイミングを決定するマスタ軸に取り付けたマスタエンコーダの信号は、同期制御装置(CPU1)と同期制御装置(CPU2)に入力され、このマスタエンコーダの信号に基づいてCPU1が軸1、軸2、軸3の制御を行うとともに、CPU2がベルトコンベアの制御を行う。
軸1はマスタ軸の角度で20度の位置にあり、加工物1に対する圧縮処理を行うための軸である。軸2は軸1をベルトコンベアの加工物の動きに合わせて移動させるための軸であり、マスタ軸の角度で20度〜60度まで移動可能である。軸3の処理は軸1での圧縮処理終了後の処理に用いられるもので、マスタ軸の角度で60度に位置するとする。
位相が0度で導入された加工物は、マスタエンコーダの回転速度に関わらず、軸1の開始地点には20度で到達し、軸3の処理の開始地点には60度で到達する。このような装置の場合、マスタエンコーダが3秒以内に40度以上回転してしまうと、軸3の処理が始まる前に、軸1の圧縮処理が終わらなくなるので、正しい加工が行えない。そのため、マスタエンコーダの回転速度は3秒以内に40度以上回転するように設定することはできない。
また、時間の制約は、上記の3秒間の圧着処理のようにサーボモータの制御プログラムに現れる制約もあれば、エアシリンダの空気圧の充填に必要な時間のように、コントローラで制御できないために制御プログラムに現れない制約(外部の制約)も存在する。
そのため、加工物の移動距離といった位置情報と、マスタエンコーダの位相には相関関係が生じるので、同期制御プログラムを作成する際には、マスタエンコーダの位相の値から加工物の位置情報を判断して、プログラミングが行われる。
図3は、実施の形態1における制御プログラム情報設定部5による各軸に対するプログラム設定画面の例を示す。
動作No.列は、動作の順序を数字で示している。
角度条件列は、マスタエンコーダの角度による条件を設定し、命令列はマスタエンコーダの角度条件成立時に実行する命令を設定する。
その他条件列には、マスタエンコーダの角度条件成立以外の条件、例えば、他の(軸の)動作が完了済みであること等を設定している。
命令列は、時間を指定する命令が設定された場合に時間を設定する。
動作時間列の設定が必要なケースとしては、例えば一定時間軸の動作を止めるWAIT命令や、特定の動作を指定された時間繰り返すような命令がある。
マスタエンコーダの角度は、一定の角度で0に戻るので、プログラムは、その周期によって繰り返すものとなる。
図3の上段の軸1の動作プログラムでは、まず、動作No1において、マスタエンコーダが20度になるとCAM11に従った動作(圧縮処理)を行う。
次に、動作No2においてCAM11の動作終了後、3秒間静止する。
次に、動作No3において、CAM12の動作(圧縮解除)を行う。
図3の中段の軸2の動作プログラムでは、まず、動作No1において、マスタエンコーダが20度になるとCAM21に従った動作(ベルトコンベアに沿った軸1の移動)を行う。
次に、動作No2において、マスタエンコーダが60度かつ軸1の動作2(圧縮3秒間停止)終了した場合、CAM22の動作(ベルトコンベアに沿った軸1の初期化)を行う。
図3の下段の軸3の動作プログラムでは、動作1Noにおいて、マスタエンコーダが60度かつ軸1の動作2(圧縮解除)が終了後にCAM31(軸3の処理)を行う。
また、角度条件には等号以外に不等号や範囲指定による条件を書けるようにしてもよく、その他条件には「ある信号が特定の値になった場合」といった条件を設定可能としてもよく、かつそれら条件による複合条件を設定可能としてもよい。
図5において、横軸がマスタエンコーダの回転角度、縦軸が各軸の動きを示すようなタイミングチャート形式で示している。このように表示することにより、図5の例では軸1と軸2が角度20で同時に動き出すことや、軸1がWAIT命令を開始して3秒停止するのと同時に軸2がCAM22の動きをすることを視覚的に把握することが可能となる。
上記で説明された制御プログラム情報設定部5で設定された動作プログラムの情報は、制御プログラム情報管理部6が管理する。
次に、図2、図3における軸3の処理部分がCAM制御ではなく仮に加工機器へ信号によってON−OFF制御で行う場合について図4を用いて説明する。
図4は、実施の形態1における制御プログラム情報設定部5による加工機器への信号に対するプログラム設定画面の例を示す。
図3に対し、図4は、動作列がON−OFFのみとなり、であり、かつ動作時間列が削除されている。
例えば、図4の動作No1におけるON命令(「信号」の処理)がエアシリンダの実行処理と関連づいていて、かつ一度実行すると空気圧の充填に10秒間必要な場合、外部制約情報設定部において「TIME(信号の動作No1終了から信号の動作No2の開始までの時間)>=10秒」のように制約を設定可能とする。
また、各軸仕様における回転速度の限界値を入力可能としてもよい。また、回転速度の限界値を各軸の静的な仕様情報をファイル化したプロファイルデータから取得可能としてもよい。
図1において、外部制約情報設定部7で設定された情報は、外部制約情報管理部8で管理する。
設定された情報は、エンコーダ情報管理部10が管理する。なお、マスタエンコーダの回転速度は、装置開発者が設定するだけでなく、生産性改善部11によって設定されることもある。
図6は、実施の形態1における生産性改善部11の動作を示すフローチャートである。
ステップS11において、生産性改善部11は、生産設備の生産性を決定づけるマスタエンコーダの回転速度の決定処理を行うために、制御プログラム情報管理部6と外部制約情報管理部8のそれぞれから、制御プログラム情報と外部制約情報を取得する。
回転速度の候補の抽出は、使用する全てのサーボモータの仕様で動作可能な全値で行っても良い。その際、遅い値から少しずつ速くした値に対して1つずつ抽出しても良いし、まずは最速値の範囲をおおまかに特定してから、徐々に探索範囲を狭めていくようにしてもよい。また、制約に違反しない回転速度を抽出できた時に、その回転速度における実行と、制約との間の余裕度を解析し、次回の回転速度候補の抽出に利用してもよい。なお、同期制御システムの性質上、ある回転速度で制約を満たさない場合は、それ以上速くしても制約を満たすようになることはほとんどない。そのため、制約を満たさない回転速度が見つかった場合、それ以上速い回転速度は候補から除外するようにしてもよい。
回転速度の候補の一つについて制御プログラムが、制御プログラム上の制約や外部制約に違反せずに動作可能かチェックする。制約のチェックでは、例えば同じ軸上で実行されている動作が終わる前に別の動作の実行を開始する角度にならないこと、「その他条件」で指定している別の動作が終了する前に動作の実行を開始する角度にならないこと、及び外部制約で設定されている時間が経過する前に実行を開始する角度にならないこと等をチェックする。チェックの流れは、各軸や信号毎に動作の開始角度のチェックを順に行ってもよいが、動作の開始角度を求めるために他の軸の動作の完了角度が必要な場合は、一度そちらの軸の動作の開始角度をチェックしてから、元の軸のチェックを再開する必要がある。そのため、全ての軸と信号の動作を0度から順にチェックし、各軸の動作の開始角度、完了角度を決定しながら全体のチェックを行うようにしてもよい。
終了となる場合、生産性改善部11は、制約を満たす回転速度と満たさない回転速度の境界を確定することで、最速の回転速度が見つかれば、その値を装置開発者に示すか、もしくはエンコーダ情報管理部10の回転速度設定に反映し、処理を終了する。
図7は、製造ラインの動作事例2を示す図である。
図7は、図2に対し信号の位置に相当するマスタエンコーダの角度を60度から80度に変更し、軸2の可動範囲もマスタエンコーダの角度60度から80度まで拡張している。すると、軸1の3秒の圧縮処理を考慮した場合、マスタエンコーダの回転速度を約毎秒20度まで高めることができ、ライン上のほかのボトルネックがない限り、生産ラインのスピードを速め、生産性を高めることができる。
以下は装置の変更を伴うメカニカルな位置関係を含めたプログラムの変更が可能となる生産性改善部11の動作について説明する。
ステップS21において、生産性改善部11は、制御プログラム情報管理部6から、制御プログラム情報を取得する。
ステップS22において、生産性改善部11は、制御プログラムの動作をマスタエンコーダの角度0から順に確認するために、角度に初期値である0を設定する。
ステップS24において、生産性改善部11は、ステップS23の動作で制約に反さずに実行可能であればステップS27に進み、そうでなければステップS25に進む。
ステップS25において、生産性改善部11は、マスタエンコーダの角度Xで実行を開始する動作の開始角度を大きくすることで、制約に反さず実行可能となる最小角度Yを計算する。
ステップS26において、生産性改善部11は、制御プログラムにおいて、角度X以上が設定されている全ての角度条件に対し、角度Yと角度Xとの差を加算する。つまり、X以降の処理を全て角度Yと角度Xとの差分だけ遅らせて最小開始角度で実行するように制御プログラムを変更する。これにより、角度Xで始まるようにプログラミングされていた動作は制約に反することなく実行可能となり、かつ角度X以降で始まるようにプログラミングされていた動作との関係も維持することができる。
全動作のチェックが完了した場合、ステップS29において、生産性改善部11は、ステップS26の処理よって制御プログラムの変更処理が発生した場合は、変更後の制御プログラムをユーザに提示する。その際、制御プログラム情報管理部6の制御プログラムを書き換えても良いし、変更前のプログラムとは別に管理するようにしても良い。
尚、機能面において追加変更されている箇所のみ以下説明する。
例えば、図2と図7の例で示したように、軸3の処理の位置に相当するマスタエンコーダの実行開始角度を60度から80度へと遅らせる(大きくする)と、その分ベルトコンベアや装置のサイズは大きくなるが、ベルトコンベアや装置が大きくなりすぎるのを防ぐための制約として、外部制約情報に角度条件に使用可能な角度の最大値を設定することができる。また、物理的に離れることが出来ない軸間に対し、例えば「軸2の動作No2の終了から軸1の動作No1の開始角度」が60度未満、といった制約情報を設定する。
また、実行上の問題有無の判定は、該当する回転速度や変更後の制御プログラムが、外部制約情報管理部8に格納された外部制約情報に問題とならないことも確認する。
図9は、実施の形態1における生産性改善部11の動作を示すフローチャートである。
ステップS31は、図6におけるステップS11と同じである。
ステップS32は、図6におけるステップS12と同じである。
ステップS33において、生産性改善部11は、ステップS32で回転速度候補を決定後、図8におけるステップS22〜ステップS28までの処理を行うとともに、候補となっている回転速度で実行するために、必要に応じて制御プログラムを変更する。
なお、処理を高速化するために、ステップS34における処理の変わりに、図8におけるステップS22〜ステップS28の処理の中で外部制約のチェックを行うようにしてもよい。
ステップS35は、図6におけるステップS14と同じである。
また、コントローラが制御するプログラム上の制約のみでなく、コントローラに依存しない外部の制約もふまえ、かつ制御プログラムを変更した上で高速なマスタエンコーダの回転速度を計算することができる。そのため、現在の装置構成を変更して装置を開発する際に、より生産量の多い装置の開発が可能となる。
2 入力部
3 表示部
4 通信部
5 制御プログラム情報設定部
6 制御プログラム情報管理部
7 外部制約情報設定部
8 外部制約情報管理部
9 エンコーダ情報設定部
10 エンコーダ情報管理部
11 生産性改善部
12 制御部
Claims (8)
- マスタエンコーダの角度を基準とした、各軸を制御対象とする各々の制御プログラムについて、前記マスタエンコーダの回転速度候補に基づいて各々の前記制御プログラムの時間的要因を含む制約に反せずに実行可能かを判断する生産性改善部
を備えることを特徴とする制御装置支援装置。 - 前記生産性改善部は、前記制御プログラムについて、前記回転速度候補に基づいて各々の前記制御プログラムの時間的要因を含む制約に反せずに実行できない場合に、動作の開始角度を大きくすることで制約を満たす動作の最小開始角度を算出することを特徴とする請求項1に記載の制御装置支援装置。
- 前記生産性改善部は、前記制御プログラムについて、外部制約情報も用いて前記回転速度候補に基づいて実行可能かを判断することを特徴とする請求項1または2に記載の制御装置支援装置。
- 前記生産性改善部は、実行可能と判断された前記回転速度候補及び前記最小開始角度に基づいて前記制御プログラムを変更することを特徴とする請求項2または3に記載の制御装置支援装置。
- マスタエンコーダの角度を基準とした、各軸を制御対象とする各々の制御プログラムについて、前記マスタエンコーダの回転速度候補に基づいて各々の前記制御プログラムの時間的要因を含む制約に反せずに実行可能かを判断する判断ステップ、
を有する制御装置支援方法。 - 前記制御プログラムについて、前記回転速度候補に基づいて各々の前記制御プログラムの時間的要因を含む制約に反せずに実行できない場合に、動作の開始角度を大きくすることで制約を満たす動作の最小開始角度を算出する算出ステップ
を有する請求項5に記載の制御装置支援方法。 - 前記判断ステップにおいて、前記制御プログラムについて、外部制約情報も用いて前記回転速度候補に基づいて実行可能かを判断することを特徴とする請求項5または6に記載の制御装置支援方法。
- 前記算出ステップにおいて、実行可能と判断された前記回転速度候補及び前記最小開始角度に基づいて前記制御プログラムを変更する変更ステップ
を有する請求項6または7に記載の制御装置支援方法。
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