JP2016207088A - 拡張ユニット、プログラマブル・ロジック・コントローラおよびその制御方法 - Google Patents
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Description
ユーザプログラムを周期的に実行して外部機器を制御するプログラマブル・ロジック・コントローラであって、
基本ユニットと、
前記基本ユニットと通信バスを介して通信し、前記外部機器に接続された拡張ユニットと
を有し、
前記基本ユニットは、
前記外部機器を制御するための指令値を記憶する第1デバイスメモリと、
前記ユーザプログラムを実行するプログラム実行部と
を有し、
前記拡張ユニットは、
前記第1デバイスメモリに記憶されている指令値と同期した指令値が記憶される第2デバイスメモリと、
前記第2デバイスメモリに記憶された前回の指令値と前記第2デバイスメモリに記憶されている今回の指令値とに基づき前記外部機器の相対的な制御量を演算する指令演算部と、
前記制御量を示す指令信号を生成して前記外部機器に出力する出力部と
を有し、
前記外部機器の位置は前記指令信号にしたがって追従制御され、当該追従制御が開始されたときの前記外部機器の現在位置が前記追従制御の初期位置とされることを特徴とするプログラマブル・ロジック・コントローラが提供される。
図6を用いて位置決めユニットを含むPLCの構成例について説明する。図6が示すように基本ユニット3と、拡張ユニット4である位置決めユニット4aおよびカウンタユニット4bは通信バスであるユニット外部バス90を介して接続されている。位置決めユニット4aには外部機器としてモータ45と、モータ45を駆動するドライバ44とが接続されている。モータ45が回転することで、ステージなどワークを搬送する搬送ユニットやワークを保持する保持ユニット、あるいはワーク自体などが位置決めされる。基本ユニット3は、入力データを格納するデバイス31と、出力データを格納するデバイス32と、ユーザプログラムであるラダープログラムを実行するプログラム実行部33とを有している。デバイス31、32はいわゆるデバイスメモリであり、記憶装置12に確保される。デバイス31、32はバッファメモリであってもよいが、ここではデバイスメモリと仮定する。プログラム実行部33はCPU10によって実現される。プログラム実行部33は、たとえば、ラダープログラムにしたがってデバイス31に入力された入力デバイス値に対して演算を実行し、位置決めユニット4aに対する指令値(出力デバイス値)を求め、デバイス32に記憶させる。
図7(A)、図7(B)は外部機器の追従制御の問題点を説明するための図である。図7(A)は手動パルサなどの操作量をカウンタユニットによりカウントした値(カウンタ座標)を示している。図7(B)は位置決めユニットの制御量(位置決め座標)を示している。図7(A)、図7(B)が示すように、カウンタユニットの初期位置(例:110)と位置決めユニットの初期位置(例:10)は、通常、異なっている。よって、カウンタユニットによりカウントされた操作量をそのまま絶対的な制御量として位置決めユニットに反映させると、最初の制御周期における制御量が極端に大きくなってしまうことがある。これは外部機器を安定して制御する観点からは不都合なことが多い。そこで、本実施例では、追従制御が開始されたときの外部機器の現在位置が追従制御の初期位置とされる場合であっても、最初の制御量が極端に大きくならないように工夫する。
図8を用いて基本ユニット3の機能について説明する。CPU10は不図示の制御プログラムを実行することで、プログラム実行部33、デバイス制御部71および同期部72(オプション)として機能する。プログラム実行部33は、記憶装置12に記憶されているラダープログラム60を実行する機能である。プログラム実行部33は、演算の高速化のために、他の制御担当するCPUコアとは別のCPUコアにより実現されてもよいし、ASIC(特定用途集積回路)やFPGA(フィールドプログラマブルロジックアレイ)などにより専用の演算ユニットとして実現されてもよい。デバイス制御部71は、拡張ユニット4が保持しているデバイスの記憶内容と基本ユニット3が有しているデバイスの記憶内容とを一致させる機能(いわゆるリフレッシュ)などを含む。デバイス制御部71は、通常、図5に示したリフレッシュのタイミングでデバイスの記憶内容を更新する。同期部72は拡張ユニット4の制御周期と基本ユニット3の制御周期とを同期させる機能である。デバイス制御部71は、ラダープログラム60にしたがって、この制御周期ごとにデバイスを更新してもよい。
図9を用いて位置決めユニット4aの機能について説明する。位置決めユニット4aは、制御プログラム80を実行するCPU46と、制御プログラム80などを記憶する記憶装置47と、ユニット外部バス90を介して基本ユニット3と通信する通信部50を有している。なお、CPU46の機能はASICやFPGAなどにより実現されてもよい。記憶装置47は、RAM、ROMなどを含む。記憶装置47には、入力系のデバイス41、バッファメモリ48およびワークメモリ49などが確保されている。入力系のデバイス41には、指令値用のデバイス81、基本ユニット3からの追従制御の開始を要求するための開始要求リレー82と、その他の情報を記憶するその他のデバイス83とが含まれている。なお、出力系のデバイスについては図示を省略しているが、これには位置制御ユニット4aが追従制御の開始に成功したことを示すリレーや追従制御を実行中であることを示すリレーが含まれる。バッファメモリ48は、ラダープログラムの実行中に基本ユニット3により読み書きされる記憶領域であり、上限速度を記憶する上限速度バッファ85と、減速レートを記憶する減速レートバッファ86とを含んでいる。ワークメモリ49は、CPU46が各種の演算をするうえで一時的にデータなどを格納する記憶領域である。この例では、前回の指令値88が記憶されているとともに、前回の指令値88と指令値用のデバイス81に保持されている今回の指令値とから求められた差分89が記憶されている。
図10を用いてカウンタユニット4bの機能について説明する。カウンタユニット4bは他の拡張ユニット4と同様でCPU56と記憶装置57を有している。なお、CPU56の機能はASICやFPGAなどにより実現されてもよい。記憶装置57は、RAM、ROMなどを含む。記憶装置57は出力系のデバイス51を有している。出力系のデバイス51には、カウント部52のカウント値であるカウンタ座標を保持するカウンタ座標デバイス78が含まれている。CPU56は制御プログラム100を実行することで、デバイス制御部101とカウント部52として機能する。デバイス制御部101は、上述したリフレッシュのタイミングまたは基本ユニット3の制御周期と同期したタイミングで、基本ユニット3のデバイス制御部71と連携し、カウンタ座標デバイス78のカウンタ座標を基本ユニット3のカウンタ座標デバイス78にコピーする。カウント部52は、エンコーダ53などの入力機器から入力されるパルスの数をカウントすることで、カウンタ座標(現在座標)を求め、カウンタ座標デバイス78に書き込む。通信部58はユニット外部バス90を介して基本ユニット3と通信する。カウンタ座標などのデバイス値はユニット外部バス90を介して送受信される。
図11を用いて基本ユニット3の処理について説明する。この処理は、基本ユニット3においてユーザプログラムであるラダープログラム60の開始が指示されると、CPU10によって実行される。S1でCPU10(デバイス制御部71)は、入力系のデバイスのリフレッシュ(入力リフレッシュ)と出力系のデバイスのリフレッシュ(出力リフレッシュ)を実行する。カウンタユニット4bのカウンタ座標と位置決めユニット4aへの指令値は、一括リフレッシュと同期リフレッシュとのいずれにより更新されてもよいが、ここでは同期リフレッシュにより更新されるものとする。このようにスキャンタイムにおいて一回実行される入出力リフレッシュを一括リフレッシュと呼ぶ。なお、スキャンタイム内で拡張ユニット4などの制御周期に同期して複数回実行されるリフレッシュを同期リフレッシュと呼ぶことにする。カウンタ座標や指令値のリフレッシュとしてはこのどちらのタイプのリフレッシュが採用されてもよい。同期リフレッシュは、デバイスメモリだけでなく、バッファメモリに対して適用されてもよいため、カウンタ座標や指令値はバッファメモリに格納されてもよい。
図12を用いて位置決めユニット4aの処理について説明する。S11でCPU46は基本ユニット3によって追従制御を開始するよう要求されているかどうかを判定する。たとえば、CPU46は開始要求リレー82のデバイス値を取得し、その値が1になっているかどうかを判定する。デバイス値が0から1に変化すると、基本ユニット3によって追従制御を開始するよう要求されたと判定し、CPU46はS12に進む。S12でCPU46は追従制御の開始時に指令値用のデバイス81に記憶されているデバイス値(指令値)を読み出し、ワークメモリ49に前回の指令値88として保存する。
図13を用いて制御量の決定方法について説明する。ここでは停止イベントが発生したときの減速制御と、移動速度を上限速度に制限する制御(クリップ)とを含めて説明するが、これらはオプションである。
図14は追従制御のタイミングチャートの一例を示す図である。この例では、時刻t1に開始要求リレー82が1(オン)になり、追従制御が開始されている。また、この例では開始要求リレー82に加え、追従制御が実行中であることを示す実行中リレーと、追従制御を開始したことを報告するための開始報告リレーが用いられている。時刻tnから時刻tn+1までの期間が制御周期を表している。
スキャンタイムは一般に数ミリ秒であるが、位置決めユニット4aではより短い周期で外部機器の位置を制御したいという要請がある。しかし、1つのスキャンタイムで入出力デバイスのリフレッシュ(一括リフレッシュ)は1回だけである。そこで、本実施例では上述した同期リフレッシュを採用している。
以上で説明したように、本実施例は、基本ユニット3と拡張ユニット4とを備え、ユーザプログラムを周期的に実行して外部機器を制御するPLC2に関するものである。基本ユニット3と拡張ユニット4は、通信バス(拡張バス)であるユニット外部バス90を介して通信し、外部機器(被制御装置16)を制御する。
上述した実施例では基本ユニット3と拡張ユニット4とがそれぞれ別の筐体に収容され、バスを介して接続されるものとして説明した。しかし、拡張ユニット4の機能は基本ユニット3に搭載されてもよい。たとえば、被制御装置16、ドライバ44、モータ45などの外部機器を直接的に基本ユニット3へ接続することが可能となる。この場合に、カウンタユニット4bは基本ユニット3の外部に設けられてもよいが、カウンタユニット4bの機能が基本ユニット3に内蔵されてもよい。
Claims (17)
- ユーザプログラムを周期的に実行して外部機器を制御するプログラマブル・ロジック・コントローラであって、
基本ユニットと、
前記基本ユニットと通信バスを介して通信し、前記外部機器に接続された拡張ユニットと
を有し、
前記基本ユニットは、
前記外部機器を制御するための指令値を記憶する第1デバイスメモリと、
前記ユーザプログラムを実行するプログラム実行部と
を有し、
前記拡張ユニットは、
前記第1デバイスメモリに記憶されている指令値と同期した指令値が記憶される第2デバイスメモリと、
前記第2デバイスメモリに記憶された前回の指令値と前記第2デバイスメモリに記憶されている今回の指令値とに基づき前記外部機器の相対的な制御量を演算する指令演算部と、
前記制御量を示す指令信号を生成して前記外部機器に出力する出力部と
を有し、
前記外部機器の位置は前記指令信号にしたがって追従制御され、当該追従制御が開始されたときの前記外部機器の現在位置が前記追従制御の初期位置とされることを特徴とするプログラマブル・ロジック・コントローラ。 - 前記外部機器は前記拡張ユニットによって位置決めされる機器であり、
前記指令信号により伝達される制御量は前記外部機器の現在位置に対する相対的な移動量であることを特徴とする請求項1に記載のプログラマブル・ロジック・コントローラ。 - 前記指令値は前記外部機器の絶対的な位置を示していることを特徴とする請求項1または2に記載のプログラマブル・ロジック・コントローラ。
- 前記基本ユニットと通信バスを介して通信し、前記絶対的な位置を指定する指定ユニットをさらに有し、
前記プログラム実行部は前記ユーザプログラムにしたがって前記指定ユニットから取得した前記絶対的な位置を前記指令値として前記第1デバイスメモリに記憶させることを特徴とする請求項3に記載のプログラマブル・ロジック・コントローラ。 - 前記指定ユニットは、エンコーダから入力される信号をカウントするカウンタユニットであることを特徴とする請求項4に記載のプログラマブル・ロジック・コントローラ。
- 前記基本ユニットの制御周期と前記指定ユニットの制御周期とを同期させる同期部をさらに有し、
前記プログラム実行部は、前記基本ユニットの制御周期または前記指定ユニットの制御周期に同期して前記第1デバイスメモリに記憶されている前記指令値を前記第2デバイスメモリにコピーすることを特徴とする請求項4または5に記載のプログラマブル・ロジック・コントローラ。 - 前記プログラム実行部は、前記ユーザプログラムにしたがって実行する内部演算によって前記指令値を決定することを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載のプログラマブル・ロジック・コントローラ。
- 前記プログラム実行部は、前記ユーザプログラムを実行する周期であるスキャンタイムにしたがって前記第1デバイスメモリに記憶されている前記指令値を前記第2デバイスメモリにコピーすることを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1項に記載のプログラマブル・ロジック・コントローラ。
- 前記基本ユニットは、
前記追従制御の開始を示す第1リレーデバイスをさらに有し、
前記拡張ユニットは、
前記第1リレーデバイスの記憶内容と一致した記憶内容を記憶する第2リレーデバイスをさらに有し、
前記指令演算部は、前記第2リレーデバイスの記憶内容に基づき前記追従制御の開始を認識することを特徴とする請求項1ないし8のいずれか1項に記載のプログラマブル・ロジック・コントローラ。 - 前記出力部は、前記拡張ユニットの制御周期内で前記制御量のすべてを前記外部機器の位置に反映させるよう前記指令信号を生成し、前記拡張ユニットの制御周期と前記制御量とから求められる前記外部機器の移動速度が、前記外部機器について予め定められている上限速度を超える場合は、前記外部機器の移動速度が前記上限速度に一致するように前記制御量を削減することを特徴とする請求項1ないし9のいずれか1項に記載のプログラマブル・ロジック・コントローラ。
- 前記外部機器の移動を停止させるイベントを検知する検知部をさらに有し、
前記指令演算部は、前記イベントが検知されると、前記外部機器が減速するよう前記制御量を調整することを特徴とする請求項1ないし10のいずれか1項に記載のプログラマブル・ロジック・コントローラ。 - 基本ユニットと拡張ユニットとを有し、ユーザプログラムを周期的に実行して外部機器を制御するプログラマブル・ロジック・コントローラであって、
前記基本ユニットは、
前記外部機器を制御するための指令値を記憶するデバイスまたはバッファであるメモリと、
前記ユーザプログラムを実行し、当該ユーザプログラムにしたがって前記指令値を更新するプログラム実行部と、
を有し、
前記拡張ユニットは、
前記ユーザプログラムにしたがって前記外部機器についての追従制御が開始されると、前記追従制御が開始されたときの前記外部機器の位置を当該追従制御の初期位置とするとともに、前記ユーザプログラムにしたがって更新される時系列の指令値の変化量に基づき、前記外部機器の位置の制御量を演算する指令演算部と、
前記制御量を示す指令信号を生成して前記外部機器に出力する出力部と
を有することを特徴とするプログラマブル・ロジック・コントローラ。 - 前記指令演算部は、n番目に更新された指令値とn+1番目に更新された指令値との差分に基づき前記制御量を演算することを特徴とする請求項10に記載のプログラマブル・ロジック・コントローラ。
- 基本ユニットと拡張ユニットとを有し、ユーザプログラムを周期的に実行して外部機器を制御するプログラマブル・ロジック・コントローラであって、
前記基本ユニットは、
前記外部機器を制御するための入力座標系における位置を示す指令値を記憶するデバイスまたはバッファであるメモリと、
前記ユーザプログラムを実行するプログラム実行部と、
を有し、
前記拡張ユニットは、
前記入力座標系において前記ユーザプログラムにしたがって更新される時系列の指令値の変化量が、前記外部機器の位置を示す出力座標系における当該外部機器の位置の変化量となるように、前記外部機器の位置の制御量を演算する指令演算部と、
前記制御量を示す指令信号を生成して前記外部機器に出力する出力部と
を有することを特徴とするプログラマブル・ロジック・コントローラ。 - 基本ユニットと、前記基本ユニットと通信バスを介して通信し、外部機器に接続された拡張ユニットとを有し、ユーザプログラムを周期的に実行して外部機器を制御するプログラマブル・ロジック・コントローラの制御方法であって、
前記基本ユニットは、外部機器を制御するための指令値を第1デバイスメモリに記憶し、
前記拡張ユニットは、前記第1デバイスメモリに記憶されている指令値と同期した指令値が記憶される第2デバイスメモリに記憶された前回の指令値と前記第2デバイスメモリに記憶されている今回の指令値とに基づき前記外部機器の相対的な制御量を演算し、前記制御量を示す指令信号を生成して前記外部機器に出力し、
前記外部機器の位置は前記指令信号にしたがって追従制御され、当該追従制御が開始されたときの前記外部機器の現在位置が前記追従制御の初期位置とされることを特徴とするプログラマブル・ロジック・コントローラの制御方法。 - ユーザプログラムを周期的に実行して外部機器を制御するプログラマブル・ロジック・コントローラの基本ユニットと通信バスを介して通信し、外部機器に接続された拡張ユニットであって、
前記外部機器を制御するための指令値を記憶する前記基本ユニットの第1デバイスメモリに記憶されている指令値と同期した指令値が記憶される第2デバイスメモリと、
前記第2デバイスメモリに記憶された前回の指令値と前記第2デバイスメモリに記憶されている今回の指令値とに基づき前記外部機器の相対的な制御量を演算する指令演算部と、
前記制御量を示す指令信号を生成して前記外部機器に出力する出力部と
を有し、
前記外部機器の位置は前記指令信号にしたがって追従制御され、当該追従制御が開始されたときの前記外部機器の現在位置が前記追従制御の初期位置とされることを特徴とする拡張ユニット。 - ユーザプログラムを周期的に実行して外部機器を制御するプログラマブル・ロジック・コントローラであって、
前記ユーザプログラムを実行するプログラム実行部と、
前記ユーザプログラムの実行結果に基づいて、前記外部機器を制御するための指令値を記憶する第1デバイスメモリと、
前記第1デバイスメモリに記憶されている指令値と同期した指令値が記憶される第2デバイスメモリと、
前記第2デバイスメモリに記憶された前回の指令値と前記第2デバイスメモリに記憶されている今回の指令値とに基づき前記外部機器の相対的な制御量を演算する指令演算部と、
前記制御量を示す指令信号を生成して前記外部機器に出力する出力部と、
を有し、
前記外部機器の位置は前記指令信号にしたがって追従制御され、当該追従制御が開始されたときの前記外部機器の現在位置が前記追従制御の初期位置とされることを特徴とするプログラマブル・ロジック・コントローラ。
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