JP2015049815A - 複数系統をグループ化することにより制御を一元管理できる制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マスタ系統の制御で複数のスレーブ系統を制御でき、系統間の連携が容易になり、また、システム構成の変化に対してスレーブ系統のシーケンスプログラムを変更せずに柔軟に対応することが可能な、マスタ系統に連携してスレーブ系統群を動作させることを特徴とする制御装置を提供すること。
【解決手段】スレーブ系統群４２である第２〜４系統の制御２，３，４は自身の系統ではなく、マスタ系統４１である第１系統の各種設定（符号４３ａ）および第１系統のシーケンス（符号４３ｂ）を参照して実行されるようになる。これにより、第１系統のシーケンス４３ｂで系統グループ４０全体を一元的に管理でき、マスタ系統４１であるベルトコンベア１０でのシーケンスプログラムによる速度変化に対し、スレーブ系統群４２である３台の刻印機１１，１２，１３の、同調した速度変化を容易に実現できる。
【選択図】図３

Description

本発明は、複数系統をグループ化することにより制御を一元管理できる制御装置に関する。

図２１は、ベルトコンベアと複数台の刻印機から構成されるシステムを説明する図である。このシステムは、ベルトコンベア１０、第１刻印機１１、第２刻印機１２、および、ベルトコンベア１０、第１刻印機１１、第２刻印機１２を制御する図示しない制御装置から構成されている。そしてこのシステムは、ベルトコンベア１０で移動方向２１に運ばれてきた目標物２０に対し、あらかじめ定められた位置に刻印を行う。システム全体の実行ペースはベルトコンベア１０に依存しており、各刻印機１１，１２が割り当てられたタイミングで動作することで対応している。

システム全体が１つの系統、１つのシーケンスプログラムで制御されていれば、ベルトコンベア１０がシステム全体のペースを５０％にするよう指令すると、各刻印機１１，１２はそれぞれの動作を５０％のペースで行い、ベルトコンベア１０と刻印機１１，１２のタイミングが乱れることはない。

また、特許文献１には、旋削加工・ミリング加工・ローダ制御等、複数の加工あるいは他の作業を行う工作機械を１台で制御する多系統数値制御装置が開示されている。特許文献１に開示されているように、異なる種類の制御を同時に実行する際、システムを複数の系統へと分割し、その各系統を独立して同時並行で実行する手法が用いられてきた。また、通常は系統間で独立的に動作しつつも、必要に応じて系統間での協調動作を行うことにより、より汎用性の高いシステムを構築してきた。

特許第３８９３３３４号公報

図２１に示されるシステムにおいて、システム全体が１つの系統で制御されていることで各機器の独立性が失われ、システム構成や加工内容の変更がたとえ部分的であったとしても、シーケンスプログラム全体の制御を組み直す必要があり、結果として多くの労力を費やさねばならなかった。

システムが複数の系統、複数のシーケンスプログラムで制御されていれば、各機器の独立性が維持されており、システム構成や加工内容の部分的な変更に対しても、必要となる部分の制御のみを組み直すことで柔軟に対応することができる。しかし、複数の系統で制御されているため、ベルトコンベアのペースが５０％に変更される場合、各刻印機もそれに追従して５０％のペースとなるよう、複数のシーケンスプログラムが連携を取るように組む必要があり、構築に多くの労力を費やさねばならなかった。

上述したように、複数系統間での協調動作を実現する場合、各系統を制御するシーケンスプログラムを連携させる必要があるが、連携したシーケンスプログラムを組む作業は難易度が高い。また、システム構成を変更するときは、連携を行っているシーケンスプログラムを組み直す必要があり、システム構成が変更となるたびに、作業に多くの時間を費やさねばならなかった。

そこで本発明の目的は、上記従来技術の問題点を鑑み、マスタ系統の制御で複数のスレーブ系統を制御でき、系統間の連携が容易になり、また、システム構成の変化に対してスレーブ系統のシーケンスプログラムを変更せずに柔軟に対応することが可能な、マスタ系統に連携してスレーブ系統群を動作させることを特徴とする制御装置を提供することである。

本発明は、複数系統をまとめて系統グループと定義し、その中の１系統のみをマスタ系統、その他の系統をスレーブ系統と設定する。そして、スレーブ系統は自身の系統ではなく、マスタ系統でのパラメータや信号など制御データを参照して制御を行うようにする。これにより、例えばオーバライドなどの制御をマスタ系統に対して行うと、効果が系統グループ全体に及ぶため、マスタ系統の制御データの変更のみで、他の多くの系統を一元管理的に制御できるようになる。

そして、本願の請求項１に係る発明は、モータによって駆動される複数の軸を有する機械を制御するための複数の指令解析手段および該指令解析手段によって解析した指令を実行する複数の指令実行手段と、前記複数の軸のうち１つのプログラムによって制御される１軸または複数の軸を系統として設定する系統設定手段を有する複数の系統を制御する制御装置において、前記複数の系統の中から２つ以上の系統を選択し、１つの系統グループとして設定する系統グループ設定手段と、前記系統グループの中の１つの系統を動作の基準となるマスタ系統として選択し、前記系統グループのその他の系統をスレーブ系統群として分類するマスタ系統選択手段と、前記マスタ系統の制御に必要な前記プログラムおよび該プログラムの制御に係る信号およびパラメータから成る制御データをマスタ制御情報として記憶する制御情報記憶手段を有し、前記マスタ制御情報を参照して前記スレーブ系統群を制御することにより、前記マスタ系統に連携して前記スレーブ系統群を動作させることを特徴とする制御装置である。

請求項２に係る発明は、前記系統グループ設定手段は、パラメータ、信号、またはプログラムにより任意のタイミングで系統グループの設定および変更を行う手段であることを特徴とする請求項１に記載の制御装置である。

請求項３に係る発明は、前記マスタ系統選択手段は、パラメータ、信号、またはプログラムにより任意のタイミングでマスタ系統の設定および変更を行う手段であることを特徴とする請求項１または２のいずれか１つに記載の制御装置である。

請求項４に係る発明は、前記マスタ系統選択手段は、複数のマスタ系統の中からマスタ系統を選択することにより、マスタ−スレーブの階層化多重構造を構成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の制御装置である。

本発明により、マスタ系統の制御で複数のスレーブ系統が制御できるため、系統間の連携が容易になり、また、システム構成の変化に対してスレーブ系統のシーケンスプログラムを変更せずに柔軟に対応することが可能な制御装置を提供できる。

ベルトコンベアと３台の刻印機から構成されるシステムを説明する図である。 図１に示されるシステムにおいて、同調した速度変化を実現できるがシーケンスプログラムの作成に手間がかかる系統制御の例を説明する図である。 図１に示されるシステムにおいて、マスタ系統であるベルトコンベアでのシーケンスプログラムによる速度変化に対し、スレーブ系統群である３台の刻印機の、同調した速度変化を実現できることを説明する図である。 系統グループ構成を説明する図である。 従来の系統の制御を説明する図である。 本発明に係る系統の制御を説明する図である。 機械構成変更前と機械構成変更後を説明する図である。 系統グループの設定をパラメータによって行うことを説明する図である。 系統グループの設定を信号によって行うことを説明する図である。 系統グループの設定をプログラムによって行うことを説明する図である。 マスタ変更前とマスタ変更後を説明する図である。 マスタ系統の設定をパラメータによって行うことを説明する図である。 マスタ系統の設定を信号によって行うことを説明する図である。 マスタ系統の設定をプログラムによって行うことを説明する図である。 複数の系統グループを１つの系統グループにまとめることを説明する図である。 元の系統グループ１を説明する図である。 元の系統グループ２を説明する図である。 新しい系統グループを説明する図である。 本発明に係る制御装置の機能ブロック図である。 制御のフローを説明する図である。 ベルトコンベアと２台の刻印機から構成されるシステムを説明する図である。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。なお、従来技術の説明と同一または類似する構成は同じ符号を用いて説明する。
＜実施形態１＞
図１に示されるベルトコンベアと３台の刻印機から構成されるシステムを例にして説明する。このシステムは、ベルトコンベア１０、第１刻印機１１、第２刻印機１２、第３刻印機１３、および、ベルトコンベア１０、第１刻印機１１、第２刻印機１２、第３刻印機を制御する制御装置１００から構成されている。

例えば、ベルトコンベア１０の速度が任意のタイミングで変化する場合、３台の刻印機１１，１２，１３もベルトコンベア１０に同調して速度を変化させる必要があり、それが実現できなければ誤った位置への刻印を行ってしまう。

図２に示されるように、第１系統の制御１をベルトコンベア１０の制御、第２〜４系統の制御２，３，４を３台の刻印機１１，１２，１３それぞれとの制御と設定した場合、各種設定ならびに系統間連携を行うシーケンスプログラムの作成によって同調した速度変化を実現することができるが、処理の作成に手間がかかる。
そこで、本発明に係る方法を用い、第１〜４系統を系統グループとし、その中から第１系統をマスタ系統と設定する。図３は、図１に示されるシステムにおいて、マスタ系統４１であるベルトコンベア１０でのシーケンスプログラムによる速度変化に対し、スレーブ系統群４２である３台の刻印機１１，１２，１３の、同調した速度変化を実現できることを説明する図である。

これにより、スレーブ系統群４２である第２〜４系統の制御２，３，４は自身の系統ではなく、マスタ系統４１である第１系統の各種設定（符号４３ａ）および第１系統のシーケンス（符号４３ｂ）を参照して実行されるようになる。つまり、第１系統のシーケンス４３ｂで系統グループ４０全体を一元的に管理でき、マスタ系統４１であるベルトコンベア１０でのシーケンスプログラムによる速度変化に対し、スレーブ系統群４２である３台の刻印機１１，１２，１３の、同調した速度変化を容易に実現できる。

図４は、系統グループの構成を説明する図である。マスタ系統である第１系統の速度変化をスレーブ系統が参照するため、統一的に動作する。系統グループ４０において、マスタ系統４１は第１系統のベルトコンベア１０、スレーブ系統群４２を構成するスレーブ系統（１）は第２系統の第１刻印機１１、スレーブ系統（２）は第３系統の第２刻印機１２、スレーブ系統（３）は第４系統の第３刻印機１３である。

図５は系統の従来の制御を説明する図である。従来は、各系統でプログラム指令（プログラム：テキスト形式プログラム文もしくはシーケンスプログラム）３０を起点として、制御信号３１および制御パラメータ３２によって最終的なモータ３３の回転を制御していた。そのため、前述したように、各系統の制御が同調して行われなければ、システム全体として誤った動作を行ってしまう。
（例）
軸を分速１０００ミリで動かすというプログラム指令について、速度を２５０％に変換して実行させるオーバライド制御信号の設定と、最大速度を分速２０００ミリに制限するパラメータの設定があった場合、これらを解析することにより結果として分速２０００ミリで軸が移動するといった動作となる。

図５に示す例の場合、以下の入力／変換／制限／出力が行われる。
プログラム指令解析：分速１０００ミリの速度指令を入力
→制御信号解析：分速２５００ミリへと速度指令を変化
→制御パラメータ解析：分速２０００ミリへと速度指令を制限
→最終出力：分速２０００ミリでモータが回転

図６は、本発明に係る系統の制御を説明する図である。この系統制御は、工作機械や産業用機械を制御する制御装置によって行われる。系統グループにおいて、スレーブ系統群がマスタ系統に従って動作する方式の具体的な実現方法として、系統グループのマスタ系統５０は制御情報をマスタ制御情報記憶領域７０に格納し、系統グループのスレーブ系統群のスレーブ系統６０は、マスタ制御情報記憶領域７０に格納されたマスタ系統５０の制御情報を参照して制御を行うようにする。

詳細に説明すると、マスタ系統５０は、プログラム指令解析５１、制御信号解析５２、制御パラメータ解析５３を実行し、プログラム指令、制御信号、制御パラメータに基づいてアンプ５４を介してモータ５５を駆動制御する。この際、マスタ系統５０は、プログラム指令、制御信号、および制御パラメータを、マスタ制御情報記憶領域７０に格納する（プログラム指令７１、制御信号７２、制御パラメータ７３）。

スレーブ系統６０は、プログラム指令解析６１を実行する一方、
マスタ制御情報記憶領域７０にプログラム指令７１が格納されているか参照し、格納されていればそのプログラム指令７１を取得する（符号６２）。
マスタ制御情報記憶領域７０に制御信号７２が格納されているか参照し、格納されていればその制御信号７２を取得する（符号６３）。取得した制御信号７２を制御信号解析６４により解析する。
マスタ制御情報記憶領域７０に制御パラメータ７３が格納されているか参照し、格納されていればその制御パラメータ７３を取得する（符号６５）。取得した制御パラメータを制御パラメータ解析６６により解析する。解析結果に基づいてアンプ６７を介してモータ６８を駆動する。
スレーブ系統６０は、マスタ制御情報記憶領域の場所データ６９に基づいて、マスタ制御情報記憶領域７０から、プログラム指令７１、制御信号７２、制御パラメータ７３を取得することができる。

＜実施形態２＞
ところで、機械の使用状況に応じて機械構成が変更となる場合がある。例えば、上述の実施形態１で示した機械構成では３台の刻印機であったが、目標物の変更などの理由により、必要となる刻印機の台数が増減することもある。

図７は機械構成変更前と機械構成変更後を説明する図である。図７（ａ）に示されるように、機械構成変更前は１台のベルトコンベア１０と３台の刻印機１１，１２，１３からなる構成であった。図７（ｂ）に示されるように、機械構成変更後は１台のベルトコンベア１０と４台の刻印機１１，１２，１３，１４からなる構成に変更された。そのような場合、系統グループの設定を変更し、スレーブ系統を追加することにより、機械構成の変化に容易に対応できる。

［変更前］
系統グループ ：第１〜４系統
マスタ系統 ：第１系統（ベルトコンベア）
スレーブ系統 ：第２〜４系統（刻印機３台）
［変更後］
系統グループ ：第１〜５系統
マスタ系統 ：第１系統（ベルトコンベア）
スレーブ系統 ：第２〜５系統（刻印機４台）
系統グループ設定やその設定の変更は、図８，図９，図１０に示すようにパラメータ、信号、プログラムによって行うことができる。
［パラメータ］系統グループ番号を設定する（図８参照）。
［信号］系統グループに設定する系統の系統番号に対応するビットを１にする（図９参照）。
［プログラム］系統グループ設定指令を実行する（図１０参照）。
マスタ系統に設定する系統番号にはＭ指令、スレーブ系統群に設定する系統番号にはＳ指令を行う（図１０参照）。

＜実施形態３＞
状況に応じてマスタ系統を変更する場合がある。例えば、上述の実施形態１で示した機械構成は、ベルトコンベア１０と３台の刻印機１１，１２，１３で目標物２０に対して３回の刻印を順番に実施する機械構成であった。必要な刻印のみを任意の順番で行いたい場合、マスタ系統にベルトコンベア１０ではなくローダシステム１５を使用することもある。そのような場合、系統グループ設定を変更し、マスタ系統を変更することにより、機械構成の変化に容易に対応できる。

図１１はマスタ変更前とマスタ変更後を説明する図である。第１系統をベルトコンベアの制御、第２〜４系統を３台の刻印機それぞれの制御、第５系統をローダシステムと設定した場合を例に説明する。

［変更前］
系統グループ ：第１〜４系統
マスタ系統 ：第１系統（ベルトコンベア）
スレーブ系統 ：第２〜４系統（刻印機３台）
［変更後］
系統グループ ：第２〜５系統
マスタ系統 ：第５系統（ローダシステム）
スレーブ系統 ：第２〜４系統（刻印機３台）
マスタ系統設定の変更はパラメータ、信号、プログラムによって行うことができる。
［パラメータ］マスタ系統設定を変更する（図１２参照）。
［信号］マスタ系統の系統番号に対応するビットを１にする（図１３参照）。
［プログラム］系統グループ設定指令を実行する（図１４参照）。
マスタ系統に設定する系統番号にはＭ指令、スレーブ系統群に設定する系統番号にはＳ指令を行う（図１４参照）。

＜実施形態４＞
状況に応じて複数の系統グループを１つの系統グループにまとめる場合がある。例えば、上述の実施形態１で示した機械構成ではベルトコンベアと刻印機３台で系統グループを構成していたが、図１５に示すような、奥側の系統グループ１（マスタ系統：第１系統、スレーブ系統：第２〜４系統）と手前側の系統グループ２（マスタ系統：第５系統、スレーブ系統：第６，７系統）で協調して長い形状の目標物両端に対して刻印を行うシステムを例にして説明する。

この場合、系統グループ１と系統グループ２でタイミングを合わせなければ目標物２０が落下する危険性があり、系統グループ１と系統グループ２で連携しなければならない。そこで、系統グループ１，２の２つのマスタ系統の中からさらにマスタ系統を選択し、２つの系統グループを１つの系統グループに統合することで、階層構造的に最上位のマスタ系統による一元管理が可能となり、系統グループ全体が最上位マスタ系統のタイミングに従い制御されることで、タイミングの連携を容易に実現することができる。

以下、系統グループ構成を図を用いて説明する。
マスタ系統の中からマスタ系統を設定することにより、マスタ−スレーブの階層化多重構造が実現できる。
・元の系統グループ１（マスタ系統：第１系統、スレーブ系統：第２〜４系統）（図１６参照）
・元の系統グループ２（マスタ系統：第５系統、スレーブ系統：第６，７系統）（図１７参照）
・新しい系統グループ（階層化多重構造の系統グループ）（図１８参照）

図１９は本発明に係る制御装置の機能ブロック図である。制御装置１００は、上述したように、プログラムを解析する複数の指令解析手段１０１、複数の指令解析手段１０１の解析結果に基づいて指令を実行する複数の指令実行手段１０２、系統を設定する系統設定手段１０３、系統グループを設定する系統グループ設定手段１０４、マスタ系統を選択するマスタ系統選択手段１０５、およびマスタ制御情報を記憶する制御情報記憶手段１０６を備えている。

図２０は、制御のフローを説明する図である。通常の制御を開始する際、系統グループに属する場合は、マスタ系統であるかスレーブ系統であるかの属性を取得する。系統がマスタ系統であれば、系統グループ番号に対応した記憶領域へと制御情報を格納する。系統がスレーブ系統であれば、系統グループ番号に対応した記憶領域に格納されているマスタ系統の制御情報を参照して制御する。

以下、各ステップに従って説明する。
●［ステップＳＡ０１］制御を開始する際、まずは系統グループに属する系統であるかを確認し、系統グループに属さない場合（ＮＯ）は、ステップＳＡ０７へ移行し、系統グループに属する場合（ＹＥＳ）は、ステップＳＡ０２へ移行する。
●［ステップＳＡ０２］各系統がマスタ系統であるかまたはスレーブ系統であるかを規定する属性データを取得する。
●［ステップＳＡ０３］系統はマスタ系統であるか否か判断し、マスタ系統の場合（ＹＥＳ）ステップＳＡ０４へ移行し、マスタ系統ではない場合（ＮＯ）ステップＳＡ０５へ移行する。
●［ステップＳＡ０４］制御情報を記憶領域に格納し、ステップＳＡ０５へ移行する。 ●［ステップＳＡ０５］スレーブ系統か否か判断し、スレーブ系統の場合（ＹＥＳ）は、ステップＳＡ０６へ移行し、スレーブ系統ではない場合（ＮＯ）は、ステップＳＡ０７へ移行する。
●［ステップＳＡ０６］記憶領域の制御情報を参照する。
●［ステップＳＡ０７］制御を実行し、終了する。

上述したように、本発明の制御装置により、システムが複数の系統、複数のシーケンスプログラムで制御されていても、シーケンスプログラム間の連携処理を用いずに連携動作ができる。

１ 第１系統の制御
２ 第２系統の制御
３ 第３系統の制御
４ 第４系統の制御

１０ ベルトコンベア
１１ 第１刻印機
１２ 第２刻印機
１３ 第３刻印機
１４ 第４刻印機
１５ ローダシステム
２０ 目標物
２１ 移動方向

３０ プログラム指令
３１ 制御信号
３２ 制御パラメータ
３３ モータ

４０ 系統グループ
４１ マスタ系統
４２ スレーブ系統群
４３ａ 第１系統の各種設定
４３ｂ 第１系統のシーケンス

５０ マスタ系統
５１ プログラム指令解析
５２ 制御信号解析
５３ 制御パラメータ解析
５４ アンプ
５５ モータ

６０ スレーブ系統
６１ プログラム指令解析
６２ プログラム指令参照／取得
６３ 制御信号参照／取得
６４ 制御信号解析
６５ 制御パラメータ参照／取得
６６ 制御パラメータ解析
６７ アンプ
６８ モータ
６９ マスタ制御情報記憶領域の場所データ
７０ マスタ制御情報記憶領域
７１ プログラム指令
７２ 制御信号
７３ 制御パラメータ
１００ 制御装置
１０１ 複数の指令解析手段
１０２ 複数の指令実行手段
１０３ 系統設定手段
１０４ 系統グループ設定手段
１０５ マスタ系統選択手段
１０６ 制御情報記憶手段

Claims (4)

1. モータによって駆動される複数の軸を有する機械を制御するための複数の指令解析手段および該指令解析手段によって解析した指令を実行する複数の指令実行手段と、前記複数の軸のうち１つのプログラムによって制御される１軸または複数の軸を系統として設定する系統設定手段を有する複数の系統を制御する制御装置において、
   前記複数の系統の中から２つ以上の系統を選択し、１つの系統グループとして設定する系統グループ設定手段と、
   前記系統グループの中の１つの系統を動作の基準となるマスタ系統として選択し、前記系統グループのその他の系統をスレーブ系統群として分類するマスタ系統選択手段と、
   前記マスタ系統の制御に必要な前記プログラムおよび該プログラムの制御に係る信号およびパラメータから成る制御データをマスタ制御情報として記憶する制御情報記憶手段を有し、
   前記マスタ制御情報を参照して前記スレーブ系統群を制御することにより、前記マスタ系統に連携して前記スレーブ系統群を動作させることを特徴とする制御装置。
2. 前記系統グループ設定手段は、パラメータ、信号、またはプログラムにより任意のタイミングで系統グループの設定および変更を行う手段であることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 前記マスタ系統選択手段は、パラメータ、信号、またはプログラムにより任意のタイミングでマスタ系統の設定および変更を行う手段であることを特徴とする請求項１または２のいずれか１つに記載の制御装置。
4. 前記マスタ系統選択手段は、複数のマスタ系統の中からマスタ系統を選択することにより、マスタ−スレーブの階層化多重構造を構成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の制御装置。

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