JP2015215669A - 数値制御装置および制御システム - Google Patents
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Abstract
【課題】ネットワークを経由して受信した要求が内部に反映されるまでの応答時間の遅延を抑制可能とする数値制御装置および制御システムを得ること。【解決手段】ネットワークに接続され、ネットワークを経由して送信された操作要求を受信するネットワーク接続インタフェースであるLAN I/F21と、ネットワーク接続インタフェースからの操作要求を解析し、解析結果に応じた処理を実行するプロセッサであるサブCPU22およびメインCPU24と、を有し、プロセッサは、ネットワーク接続インタフェースを介する通信処理に割り当てられる通信タスクを、操作要求の受信から解析結果に応じた処理の実行までの高速応答を用途とする高速用通信タスクと、高速用通信タスク以外の通常用通信タスクとに振り分け、内部制御周期にて、工作機械の制御に割り当てられる制御タスクに対し高速用通信タスクを優先して実行する。【選択図】図1
Description
本発明は、数値制御装置および制御システムに関する。
数値制御(Numerical Control)装置は、工程管理、外部装置との接続、工作機械のメーカー(以下、「機械メーカー」と称する)独自の表示装置との接続等のためのネットワーク接続機能を持つことが一般的となっている。以下の説明では、数値制御装置を「NC装置」と称することがある。機械メーカーは、NC装置のメーカーが定めたプロトコルあるいはAPI(Application Programming Interface)を経由してNC装置の内部データを取得および書き換える機能を提供することができる。このネットワーク接続方式の代表例として、Ethernet(登録商標)接続が知られている。
NC装置のネットワーク接続インタフェースの代表的な用途として、例えば、NC装置の内部データのモニタリングが挙げられる。例えば、機械メーカー独自の表示装置あるいは工程管理サーバ等は、Ethernet通信を経由して、NC装置の内部データを定期的に収集する。この用途では、単にNC装置からデータを読み出すことが主となる。近年、機械メーカーは、他社との差別化のために、さらに高度な機能を製品に搭載する傾向が顕著となっている。機械メーカーが独自に開発する機能は、以前のものと比べて、NC装置の制御に積極的に介入するものとなっている。そのためには、NC装置のネットワーク接続インタフェースからNC装置へデータを取り込む際のパフォーマンスが重要となる。NC装置は、高速応答を可能とするには、ネットワークからの要求を受信してからその要求が内部に反映されるまでの応答時間の遅延をできるだけ少なくできることが望まれている。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ネットワークを経由して受信した要求が内部に反映されるまでの応答時間の遅延を抑制可能とする数値制御装置、およびその数値制御装置を備える制御システムを得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、工作機械の数値制御を実施する数値制御装置であって、ネットワークに接続され、前記ネットワークを経由して送信された操作要求を受信するネットワーク接続インタフェースと、前記ネットワーク接続インタフェースからの前記操作要求を解析し、解析結果に応じた処理を実行するプロセッサと、を有し、前記プロセッサは、前記ネットワーク接続インタフェースを介する通信処理に割り当てられる通信タスクを、前記操作要求の受信から前記解析結果に応じた処理の実行までの高速応答を用途とする高速用通信タスクと、前記高速用通信タスク以外の通常用通信タスクとに振り分け、内部制御周期にて、前記工作機械の制御に割り当てられる制御タスクに対し前記高速用通信タスクを優先して実行することを特徴とする。
本発明によれば、数値制御装置は、高速用通信タスクについて、プロセッサにおける実行の優先度を、制御タスクに対して高く設定する。数値制御装置は、かかるプロセッサの構成に合わせたタスク設計を行うことで、高速応答が必要であって少量のデータを授受する用途と、高速応答は不要であって大量のデータを授受する用途とのそれぞれに適したインタフェースを提供することができる。これにより、ネットワークを経由して受信した要求が内部に反映されるまでの応答時間の遅延を抑制できるという効果を奏する。
以下に、本発明にかかる数値制御装置および制御システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態.
図1は、本発明の実施の形態にかかる制御システムの概略構成を示すブロック図である。制御システムは、操作パネルコンピュータ10およびNC装置20を備える。
図1は、本発明の実施の形態にかかる制御システムの概略構成を示すブロック図である。制御システムは、操作パネルコンピュータ10およびNC装置20を備える。
NC装置20は、工作機械の数値制御を実施する。NC装置20は、LANインタフェース(I/F)21、サブCPU22、共有メモリ23、メインCPU24およびプログラム実行部25を備える。ネットワーク接続インタフェースであるLAN I/F21は、ネットワークに接続されている。LAN I/F21は、操作パネルコンピュータ10からネットワークを経由して送信された操作要求を受信する。
プロセッサであるサブCPU22およびメインCPU24は、LAN I/F21からの操作要求を解析し、解析結果に応じた処理を実行する。共有メモリ23は、サブCPU22およびメインCPU24がアクセス可能なメモリである。プログラム実行部25は、メインCPU24からの指示に応じてPLC(プログラマブルロジックコントローラ)プログラムを実行する。NC装置20は、プログラム実行部25からの信号に応じて工作機械の駆動を制御する。工作機械は、NC装置20による制御に応じて、例えば軸30を移動させる。軸30は、サーボ軸あるいは主軸等とする。
入力装置である操作パネルコンピュータ10は、工作機械に対する操作入力を受け付ける。操作パネルコンピュータ10は、タッチパネル11およびCPU12を備える。タッチパネル11は、操作のためのキー等を画面に表示する。タッチパネル11は、キーへの操作に応じた信号を出力する。CPU12は、タッチパネル11からの信号に応じて、操作要求の信号を生成する。操作パネルコンピュータ10は、ネットワークを介して、NC装置20へ操作要求を送信する。また、操作パネルコンピュータ10は、ネットワークを経由して、NC装置20の内部データのモニタリングを実施する。
ここで、本実施の形態にかかる制御システムの詳細についての説明に先立ち、実施の形態の比較例について説明する。図2は、実施の形態の第1比較例にかかる制御システムの構成を示すブロック図である。第1比較例にかかる制御システムは、機械操作盤41、リモート入出力(I/O)ユニット42およびNC装置43を備える。機械操作盤41、リモートI/Oユニット42およびNC装置43は、配線を介して接続されている。
機械操作盤41は、リモートI/Oユニット42を介して、NC装置43に接続されている。機械操作盤41は、工作機械に対する手動操作の入力を受け付ける各種スイッチ44を備える。NC装置43は、プログラム実行部45を備える。プログラム実行部45は、NC装置43に内蔵されたPLCプログラムを実行する。PLCプログラムは、例えば、工作機械の仕様に合わせて、機械メーカーによって作成される。オペレータによる各種スイッチ44の操作に応じて機械操作盤41から出力された信号は、NC装置43のI/Oポート(図示省略)を経て、プログラム実行部45へ入力される。
例えば、機械操作盤41は、工作機械に対してジョグ送りを要求するための手動操作を受け付ける。通常、ジョグ送りに関して、NC装置43は、特定のPLC信号がONである間にて軸30を移動させる仕様を備える。このPLC信号は、プログラム実行部45でPLCプログラムを実行することによりONとされる。
制御システムは、各種スイッチ44のうちジョグ送りのためのスイッチをオペレータが押下している間、軸30の移動を要求するPLC信号をPLCプログラムによってONとすることで、ジョグ送りの動作を実現する。
図3は、実施の形態の第2比較例にかかる制御システムの構成を示すブロック図である。この第2比較例は、ジョグ送り等の手動操作を行うための機械操作盤41を、入力装置である操作パネルコンピュータ51で代替するためのアプリケーションを適用したものとする。操作パネルコンピュータ51は、例えば機械メーカーにおいて独自に開発されたものとする。
第2比較例にかかる制御システムは、操作パネルコンピュータ51およびNC装置52を備える。操作パネルコンピュータ51は、タッチパネル53およびCPU54を備える。操作パネルコンピュータ51は、ネットワークを介して、NC装置52へ操作要求を送信する。
NC装置52は、LAN I/F55、メインCPU56およびプログラム実行部57を備える。通信インタフェースであるLAN I/F55は、操作パネルコンピュータ51からネットワークを経由して送信された操作要求を受信する。プロセッサであるメインCPU56は、LAN I/F55からの操作要求を解析し、解析結果に応じた処理を実行する。プログラム実行部57は、メインCPU56からの指示に応じてPLCプログラムを実行する。
NC装置52は、LAN I/F55経由で要求を受け取り、第1比較例におけるI/Oポートの電気信号に相当する情報をプログラム実行部57へ渡す。この構成にて、オペレータがジョグ送りのキー操作を行ってから実際に軸30が動き出すまでの時間遅れを第1比較例の場合と同程度にまで抑えるには、オペレータの操作がネットワーク経由でPLCプログラムに渡るまでの時間を一定時間以下に収めるようにする必要がある。
本発明は、このようなアプリケーションに対し、NC装置20のネットワーク接続インタフェースが適切なパフォーマンスを発揮できるようにしたものである。本発明にかかるNC装置20は、ネットワーク接続インタフェースとして、時間応答性が保証される高速用通信インタフェースと、時間応答性が保証されない通常用通信インタフェースとを備える。なお、インタフェースとは通信の物理的または仮想的な受け口を意味する。NC装置20は、ネットワーク接続インタフェースに高速用通信インタフェースと通常用通信インタフェースとを設けることで、高速応答の要否に応じて通信の流れを分けることとしている。
NC装置20は、ネットワーク接続インタフェースを介する通信処理に割り当てられる通信タスクとして、高速用通信タスクと通常用通信タスクとを用意している。高速用通信タスクは、操作要求の受信から解析結果に応じた処理の実行までの高速応答を用途とする通信タスクとする。通常用通信タスクは、高速用通信タスク以外の通信タスクとする。
図4は、本実施の形態にかかる制御システムに備えられたNC装置の構成の詳細を示す図である。LAN I/F21は、高速用通信インタフェース(I/F)21−1、通常用通信インタフェース(I/F)21−2およびLANポート21−3を備える。
図5から図7は、LAN I/Fの形態の例を示す図である。LAN I/F21は、図5から図7に示すいずれの形態であっても良く、それ以外の形態であっても良い。図5に示す第1の例では、LAN I/F21は、高速用通信と通常用通信とで通信コネクタを分けている。高速用の通信コネクタである「LAN1」には、「IPアドレス1」が割り振られている。通常用の通信コネクタである「LAN2」には、「IPアドレス2」が割り振られている。
図6に示す第2の例では、LAN I/F21は、高速用通信と通常用通信とで通信コネクタ「LAN1」を共用する。「LAN1」には、複数のIPアドレス、例えば、高速用の「IPアドレス1」と通常用の「IPアドレス2」とが割り振られている。
図7に示す第3の例では、LAN I/F21は、高速用通信と通常用通信とで通信コネクタ「LAN1」を共用する。「LAN1」には、高速用通信と通常用通信とで共用される「IPアドレス1」が割り振られている。LAN I/F21は、さらに識別処理部21−4を備える。
NC装置20へ入力される各パケットには、高速応答の要否を表すフラグが付与されている。識別処理部21−4は、LANポート21−3にて受信したパケットのフラグを識別する。識別処理部21−4は、高速応答を要するものとされているパケットを高速用通信I/F21−1へ出力し、高速応答を要しないものとされているパケットを通常用通信I/F21−2へ出力する。
サブCPU22およびメインCPU24は、LAN I/F21を介する通信処理に割り当てられる通信タスクを、高速用通信タスクと通常用通信タスクとに振り分けて、通信処理を実行する。サブCPU22およびメインCPU24は、高速用通信I/F21−1を経由する通信についての通信処理には、高速用通信タスクを割り当てる。サブCPU22およびメインCPU24は、通常用通信I/F21−2を経由する通信についての通信処理には、通常用通信タスクを割り当てる。
高速用通信I/F21−1からのデータは、サブCPU22のうちの高速用サブCPU22−1、共有メモリ23のうちの高速用共有メモリ23−1、メインCPU24のうちの高速用メインCPU24−1を経て、プログラム実行部25へ入力される。通常用通信I/F21−2からのデータは、サブCPU22のうちの通常用サブCPU22−2、共有メモリ23のうちの通常用共有メモリ23−2、メインCPU24のうちの通常用メインCPU24−2を経て、プログラム実行部25へ入力される。
高速用サブCPU22−1は、高速用通信タスクの実行を専門に担う。高速用サブCPU22−1を備えることで、NC装置20は、高速用通信I/F21−1を経由する通信についての通信処理を優先的に実施する。高速用サブCPU22−1は、高速用通信I/F21−1から入力された要求の受信および解析を行う。高速用サブCPU22−1は、解析済みのデータを、高速用共有メモリ23−1にて展開する。
高速用サブCPU22−1において実施される処理には、例えば、TCP/IP等のプロトコルスタック処理、操作パネルコンピュータ10のアプリケーションに固有のデータ形式を解釈および展開する処理等が含まれる。これらの処理に要する時間をメインCPU24では削減できるため、メインCPU24は、通信タスクの処理に要する時間を短縮できる。
高速用メインCPU24−1は、高速用共有メモリ23−1にて展開されたデータを読み出し、要求を実行する。高速用メインCPU24−1は、高速用通信タスクと、工作機械の制御に割り当てられる制御タスクとを実行する。高速用サブCPU22−1によって高速用共有メモリ23−1にて展開されたデータは、高速用メインCPU24−1側にてタスクが実行可能となってからはいつでも参照可能となる。
通常用サブCPU22−2は、通常用通信I/F21−2から入力されたデータの、通常用共有メモリ23−2への単純転送を行う。通常用共有メモリ23−2は、通常用サブCPU22−2から転送されたデータである生パケットを格納する。通常用メインCPU24−2は、通常用共有メモリ23−2からデータを読み出し、通信タスクおよび制御タスクを実行する。メインCPU24は、通信タスクおよび制御タスクの実行を担う。
図8および図9は、第2比較例の場合における各タスクの処理時間と優先度との関係について説明する図である。NC装置52(図3参照)の内部では、複数のタスクを処理する必要がある。NC装置52は、軸30の制御のための処理に割り当てられる制御タスクを、LAN I/F55でのデータの授受のための処理に割り当てられる通信タスクよりも優先させる。
図8に示す例では、メインCPU56は、NC装置52の内部制御周期tの初めに、優先度が高い制御タスクS1を開始させる。その内部制御周期tにおける制御タスクS1の処理の完了後、メインCPU56は、次の内部制御周期tの開始までの空き時間にて、優先度が低い制御タスクS2と、通信タスクTとを順次実行する。
タスクには、内部制御周期tごとにおける処理時間に差がほとんど生じないものと、状況次第で処理時間が大きく変動するものとがある。例えば通信タスクは、処理時間がデータ量に依存することとなるため、内部制御周期tごとに処理時間が変動する可能性がある。NC装置52は、通信タスクに比べて、工作機械での加工に直接関与する制御タスクを優先させることで、通信タスクの処理時間が増大した場合に加工へ影響が及ぶことを回避する。制御タスクにも、処理時間に差がほとんど生じないものと、加工プログラム等による状況に応じて処理時間が変動するものとがある。
例えば、図9に示す例では、図8に示す場合に比べて、制御タスクS2の処理時間が長くなっている。制御タスクS2の処理時間の増大は、制御タスクS2の負荷が高いことを意味する。この例では、制御タスクS2が完了した時点から次の内部制御周期tの開始までの、通信タスクTに充当可能な時間が圧迫されている。
この場合、NC装置52は、内部制御周期tにおける通信タスクTの十分な処理時間が確保できないために、一定時間内に通信タスクTの処理が完了できなくなる可能性がある。NC装置52は、ネットワークを介する通信による要求の反映が遅延することとなる。NC装置52は、ネットワークを介して要求を受信してから、その要求が内部へ反映されるまでの時間を一定時間以下とするためには、全ての通信について、最大通信データ量の上限を大きく制限しなければならなくなる。
図10および図11は、本実施の形態の場合における各タスクの処理時間と優先度との関係について説明する図である。図10および図11に示す例では、制御タスクS1は優先度が高い制御タスクであって、制御タスクS2は優先度が低い制御タスクとする。通信タスクT1は、高速応答を要し、かつ少ない通信データ量を授受するための高速用通信タスクとする。通信タスクT2は、高速応答は不要であって、多くの通信データ量を授受するための通常用通信タスクとする。
サブCPU22は、NC装置20の内部制御周期tの初めに、高速用サブCPU22−1において通信タスクT1を開始させる。メインCPU24は、内部制御周期tの初めに、高速用メインCPU24−1において制御タスクS1を開始させる。内部制御周期tの開始から制御タスクS1が完了すると、メインCPU24は、次に、高速用メインCPU24−1において通信タスクT1を開始させる。通信タスクT1が完了とすると、メインCPU24は、制御タスクS2と通信タスクT2を順次実行する。
サブCPU22およびメインCPU24は、サブCPU22にて高速用通信タスクの実行を専門に担うとともに、メインCPU24では制御タスクS2より通信タスクT1を優先させる。これにより、サブCPU22およびメインCPU24は、内部制御周期tにて、制御タスクに対し高速用通信タスクを優先して実行する。
例えば、図11に示す例では、図10に示す場合に比べて、制御タスクS2の処理時間が長くなっている。この他、例えば通常用通信I/F21−2において大量の通信データの授受があった場合、通信タスクT2の処理時間が長くなる場合がある。このように、制御タスクS2あるいは通信タスクT2の処理時間が増大した場合であっても、NC装置20は、高速用通信I/F21−1上での通信についての処理を内部制御周期tごとにて完了させることができる。
NC装置20は、通信タスクT1の処理時間の増大があった場合に、制御タスクS2の処理時間が圧迫されることで、加工へ影響を及ぼすことがある。このため、NC装置20は、高速用通信I/F21−1における通信データ量に制限を設ける。これにより、NC装置20は、一定のデータ量の通信については高速応答を保証するとともに、工作機械での加工へ影響が及ぶことを回避できる。
また、NC装置20は、通常用通信I/F21−2上での通信については、制御タスクより低い優先度とする。例えば制御タスクS2の処理時間が増大した場合、内部制御周期tにおいて通信タスクT2を実行可能な時間が少なくなる。内部制御周期t内に処理し切れない分は次以降の内部制御周期tにて処理されることで、NC装置20は、通信による要求が内部に反映されるまでの応答時間が長くなる。
NC装置20は、サブCPU22を設けることで、メインCPU24におけるタスクの処理時間を極力短縮可能とする。また、NC装置20は、メインCPU24では、制御タスクの優先度に応じて、制御タスクに対して高速用通信タスクの優先度を高く設定する。NC装置20は、かかるプロセッサの構成に合わせたタスク設計を行うことで、高速応答が必要であって少量のデータを授受する用途と、高速応答は不要であって大量のデータを授受する用途とのそれぞれに適したインタフェースを提供することができる。
NC装置20は、ネットワークからの要求を受信してからその要求が内部に反映されるまでの応答時間を一定時間以下に保証することが可能となる。以上により、NC装置20は、ネットワークを経由して受信した要求が内部に反映されるまでの応答時間の遅延を抑制できるという効果を奏する。
高速応答を要しない通常のデータ授受を用途とする場合に関しては、高速応答のためのインタフェースとは別に設けられた通常用のインタフェースを用いることで、NC装置20は、高速応答のための通信データ量の制限を受けずに、最大通信データ量を保つことができる。
NC装置20を備える制御システムは、従来の機械操作盤を操作パネルコンピュータ10で代替するためのアプリケーションを適用できる。制御システムは、ネットワークを経由してNC装置20の内部データを定期的に読み書きする際のリアルタイム性を確保することができる。
10 操作パネルコンピュータ、11 タッチパネル、12 CPU、20 NC装置、21 LAN I/F、21−1 高速用通信I/F、21−2 通常用通信I/F、21−3 LANポート、21−4 識別処理部、22 サブCPU、23 共有メモリ、24 メインCPU、25 プログラム実行部、30 軸。
Claims (4)
- 工作機械の数値制御を実施する数値制御装置であって、
ネットワークに接続され、前記ネットワークを経由して送信された操作要求を受信するネットワーク接続インタフェースと、
前記ネットワーク接続インタフェースからの前記操作要求を解析し、解析結果に応じた処理を実行するプロセッサと、を有し、
前記プロセッサは、前記ネットワーク接続インタフェースを介する通信処理に割り当てられる通信タスクを、前記操作要求の受信から前記解析結果に応じた処理の実行までの高速応答を用途とする高速用通信タスクと、前記高速用通信タスク以外の通常用通信タスクとに振り分け、内部制御周期にて、前記工作機械の制御に割り当てられる制御タスクに対し前記高速用通信タスクを優先して実行することを特徴とする数値制御装置。 - 前記ネットワーク接続インタフェースは、高速用通信インタフェースと、通常用通信インタフェースと、を備え、
前記プロセッサは、前記高速用通信インタフェースを経由する通信処理に前記高速用通信タスクを割り当て、前記通常用通信インタフェースを経由する通信処理に前記通常用通信タスクを割り当てることを特徴とする請求項1に記載の数値制御装置。 - 前記プロセッサは、前記通信タスクおよび前記制御タスクの実行を担うメインプロセッサと、前記高速用通信タスクの実行を専門に担うサブプロセッサとを備えることを特徴とする請求項1または2に記載の数値制御装置。
- 工作機械の数値制御を実施する数値制御装置と、前記工作機械に対する操作入力を受け付ける入力装置と、を備える制御システムであって、
前記入力装置は、ネットワークを介して、前記数値制御装置へ操作要求を送信し、
前記数値制御装置は、
前記ネットワークに接続され、前記ネットワークを経由して送信された前記操作要求を受信するネットワーク接続インタフェースと、
前記ネットワーク接続インタフェースからの前記操作要求を解析し、解析結果に応じた処理を実行するプロセッサと、を有し、
前記プロセッサは、前記ネットワーク接続インタフェースを介する通信処理に割り当てられる通信タスクを、前記操作要求の受信から前記解析結果に応じた処理の実行までの高速応答を用途とする高速用通信タスクと、前記高速用通信タスク以外の通常用通信タスクとに振り分け、内部制御周期にて、前記工作機械の制御に割り当てられる制御タスクに対し前記高速用通信タスクを優先して実行することを特徴とする制御システム。
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