JP2021015342A - 制御装置、診断方法及び診断プログラム - Google Patents

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Abstract

【課題】産業機械における装置間の通信異常の原因を容易に特定できる、産業用機械の制御装置を提供する。【解決手段】ネットワークを介して外部機器と通信する産業用機械の制御装置１は、複数の通信プロトコルのそれぞれに対応した複数の通信部１１と、複数の通信部１１を所定の順番で起動し、起動した各通信部１１に対応する通信プロトコルを用いて通信を試行することにより、通信の状況を段階的に診断する診断部１２と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、通信状況を診断する制御装置、方法及びプログラムに関する。
従来、工作機械と、この工作機械を補助する補助装置とによって加工セルを構築し、これらが協調して加工を行う加工システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
このような加工システムでは、例えば、マシニングセンタの制御装置とロボットの制御装置とが通信可能に接続され、各種の情報を制御装置間で直接通信することで、マシニングセンタとロボットとの協調動作を実現している。
特開２０１０−６４１５８号公報
しかしながら、装置間の通信プロトコルは、複雑化し、通信設定パラメータ及び機器情報が増加する傾向があるため、通信確立に失敗した場合、又は通信エラーが発生した場合に、原因の特定が困難になってきている。
そこで、通信異常の原因を容易に特定できることが望まれている。
本開示の一態様である制御装置は、ネットワークを介して外部機器と通信する産業用機械の制御装置であって、複数の通信プロトコルのそれぞれに対応した複数の通信部と、前記複数の通信部を所定の順番で起動し、起動した各通信部に対応する通信プロトコルを用いて通信を試行することにより、通信の状況を段階的に診断する診断部と、を備える。
本開示の一態様である診断方法は、ネットワークを介して外部機器と通信する産業用機械の制御装置が、複数の通信プロトコルのそれぞれに対応した複数の通信部を所定の順番で起動し、起動した各通信部に対応する通信プロトコルを用いて通信を試行することにより、通信の状況を段階的に診断する。
本開示の一態様である診断プログラムは、前記制御装置としてコンピュータを機能させるためのものである。
本発明によれば、産業機械の制御装置における通信異常の原因を容易に特定できる。
一実施形態における制御装置の機能構成を示す図である。 一実施形態における制御装置が外部機器として加工機の制御装置と通信する場合に用いる複数の通信プロトコルを例示する図である。 一実施形態における通信プロトコル毎の通信状況の診断内容を例示する第１の図である。 一実施形態における通信プロトコル毎の通信状況の診断内容を例示する第２の図である。 一実施形態における通信状況の診断処理の流れを示す第１のフローチャートである。 一実施形態における通信状況の診断処理の流れを示す第２のフローチャートである。
以下、本発明の実施形態の一例について説明する。
本実施形態における制御装置１は、工作機械又はロボット等の産業用機械を制御するための情報処理装置であり、外部機器とネットワークを介して通信接続されて製造システムを構成する。外部機器は、産業用機械又は情報機器等であり、例えば、生産管理システム、ラインコントローラ、ロボットコントローラ、加工機の制御装置、リモートＩ／Ｏ機器等が含まれる。
なお、制御装置１は、産業用機械に組み込まれていてもよいし、別筐体として通信可能に接続されていてもよい。
図１は、本実施形態における制御装置１の機能構成を示す図である。
制御装置１は、ＣＰＵ等のプロセッサで構成される制御部１０と、各種ソフトウェア及びデータが格納される記憶部２０とを備え、さらに、各種の入出力デバイス、及び通信インタフェースを備える。
制御部１０は、複数の通信部１１と、通信部１１による通信の状況を診断する診断部１２と、診断記録部１３と、エラー記録部１４と、通信記録部１５とを備える。
通信部１１は、外部機器との通信経路がサポートしている複数の通信プロトコルのそれぞれに対応して、複数設けられる。制御部１０は、これらの通信部１１のいずれかにより、対応する通信プロトコルを用いて、ネットワークを介して外部機器と通信する。
本実施形態では、例えば、次のような通信プロトコルが想定される。
イーサネット（登録商標）では、例えば、ＴＣＰ／ＩＰ、ＵＤＰ／ＩＰ、ＰＩＮＧ、ＡＲＰ等が用いられる。
シリアル通信では、例えば、ＲＳ−２３２Ｃ、ＲＳ−４８５等が用いられる。
フィールドバスでは、ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ、Ｐｒｏｆｉｂｕｓ、ＣＣ−Ｌｉｎｋ等が用いられる。
産業用イーサネットでは、ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ、ＰｒｏｆｉＮｅｔ、ＣＣ−Ｌｉｎｋ ＩＥ等が用いられる。
オブジェクト通信では、ＣＩＰ、ＯＰＣ／ＵＡ等が用いられる。
加工機専用通信では、加工機メーカ独自仕様の通信プロトコルが用いられる。
診断部１２は、複数の通信部１１を所定の順番で起動し、起動した各通信部１１に対応する通信プロトコルを用いて通信を試行することにより、通信の状況を段階的に診断する。このとき、診断部１２は、通信プロトコルのそれぞれに対応した診断処理を順に実行する。
また、診断部１２は、通信プロトコルにおける各種の通信パラメータを変更可能であり、診断部１２は、複数の通信プロトコルのうち、いずれかを用いた通信に失敗した際に、通信パラメーを変更して再度、通信を試行する。
例えば、診断部１２は、通信プロファイルを変更することで再度、通信を試行する。また、診断部１２は、所定の通信周期で制御信号を送受信する際に、通信部１１が受信信号を得られずタイムアウトにより通信に失敗した場合、このタイムアウトまでの時間を、所定の閾値を上限に延長して再度、通信を試行する。
図２は、本実施形態における制御装置１が外部機器として加工機の制御装置と通信する場合に用いる複数の通信プロトコルを例示する図である。
制御装置１は、例えば、アドレス確認、メッセージ通信、コネクション、Ｉ／Ｏ通信、加工機専用通信の５種類の通信プロトコルをサポートする。
外部機器も、これらの通信プロトコルをサポートし、制御装置１からの要求に応じて通信接続される。
アドレス確認のプロトコル１では、ノードアドレス、ＩＰアドレス、ホスト名等が通信パラメータとして設定される。プロトコル１は、存在確認の応答を要求し、通信タイミングに制限はないが、１〜数十秒程度で応答信号の受信がタイムアウトとなる。
メッセージ通信のプロトコル２では、プロトコル１の場合に加えて、ポート番号、コマンド等が通信パラメータとして設定される。プロトコル２は、データレベルの応答を要求し、通信タイミングに制限はないが、１〜数十秒程度で応答信号の受信がタイムアウトとなる。
コネクションのプロトコル３では、プロトコル２の場合に加えて、所定の通信アクセスポイントへの接続パラメータが設定される。プロトコル３は、予め定義された処理手順を要求し、通信タイミング等は、所定の制約を受ける。
Ｉ／Ｏ通信のプロトコル４では、プロトコル３の場合に加えて、所定の入出力論理モジュールとの接続パラメータ、及び通信周期等のパラメータが設定される。プロトコル４は、リアルタイムでの制御信号の通信処理を要求し、通信タイミング等は、所定の制約を受ける。具体的には、制御サイクルに合致した通信周期でデータの送受信が行われる必要があり、例えばノイズにより、数ミリ秒〜１００ミリ秒程度の短時間でタイムアウトが発生する。
加工機専用通信のプロトコル５では、プロトコル４の場合に加えて、加工機との接続確認等のために、機器情報、機器バージョン等が通信パラメータとして設定される。プロトコル５は、加工機のアプリケーションに必要な機能を通信で実現する。正常動作を保証するために、相互の機器構成の確認、及びサポートしているバージョンの確認が必要となる。
この例において、プロトコル１及び２の通信部１１は、診断時に起動され、制御装置１の通常動作中は停止されてよい。また、通常動作中にプロトコル３により実現されるハートビート機能は、プロトコル４で代用可能なため、同様に停止されてもよい。
一方、プロトコル４及び５は外部機器との協調作業において必要なため、対応する通信部１１は常時動作する。
これらのプロトコル１〜５は、この順番で通信パラメータ及び通信上の制約等が増え、複雑さが増している。したがって、プロトコル１又は２はロバストな通信プロトコルと言えるものの、プロトコル３以降になると、パラメータの設定エラー又は通信エラーが発生しやすくなる。
診断部１２は、制御装置１の起動時に、プロトコル１から５に対応する通信部１１を順に起動し、各プロトコルでの通信に成功すると次のプロトコルへと段階的に進めていく。このとき、いずれかの通信プロトコルでエラーが発生すると、診断部１２は、段階に応じた通信状況の診断ルーチンを実行することで、原因の特定のための各種情報を収集し、出力する。
図３Ａ及び３Ｂは、本実施形態における通信プロトコル毎の通信状況の診断内容を例示する図である。
複数のプロトコル１〜５のそれぞれに対して、個別の診断ルーチンが用意されており、外部機器のソフトウェアは、これらの診断ルーチンに対応する処理シーケンスを含む。
診断部１２は、エラーが発生した通信プロトコルの他、診断済みの前段階の通信プロトコルに対応する診断ルーチンを用いて、通信状況を診断してもよい。
アドレス確認のプロトコル１における診断ルーチンでは、ＰＩＮＧ又はＡＲＰ等を用いた、ネットワークアドレスのサーチにより、ノードの有無が診断される。
このとき、診断部１２は、ネットワークアドレスの一覧を作成する。
メッセージ通信のプロトコル２における診断ルーチンでは、数値、文字列又はファイル等の送信要求に対する、一定時間内での応答データの受信可否が診断される。
このとき、診断部１２は、外部機器で動作しているソフトウェアのバージョン、及び後段のプロトコル３〜５で参照するための設定ファイル等を読み出す。また、診断部は、ネットワークアドレスの一覧に、読みだした外部機器の名称等を追加する。
コネクションのプロトコル３における診断ルーチンでは、通信アクセスポイントとの通信開始の要求に対する、一定時間内での外部機器からの応答に基づいて、通信プロファイルが整合し接続先が正しいか否かが診断される。
このとき、診断部１２は、通信プロトコルで定義されているエラーコードを取得してエラー内容を出力する。また、診断部１２は、エラーコードに予め対応付けられている接続失敗理由及び対処方法等を提示してもよい。
さらに、診断部１２は、通信プロファイルの入力間違いを確認するため、通信プロファイルを変更してコネクションを再試行する。この結果、コネクションに成功した場合、診断部１２は、設定間違いの箇所を提示してもよい。また、診断部１２は、ネットワークアドレスの一覧に、コネクションの確立の有無を追加する。
Ｉ／Ｏ通信のプロトコル４における診断ルーチンでは、通信アクセスポイントに属する送受信データ論理モジュールとの通信開始の要求に対する、一定時間内での外部機器からの応答に基づいて、通信プロファイルが整合し接続先が正しいか否かが診断される。また、制御信号の通信周期、通信遅延、及びこれらのばらつきが評価される。
このとき、診断部１２は、プロトコル３の場合と同様に、通信プロトコルで定義されているエラーコードを取得してエラー内容を出力する。また、診断部１２は、エラーコードに予め対応付けられている接続失敗理由及び対処方法等を提示してもよい。
さらに、診断部１２は、通信プロファイルの入力間違いを確認するため、通信プロファイルを変更して通信を再試行する。この結果、通信に成功した場合、診断部１２は、設定間違いの箇所を提示してもよい。
また、診断部１２は、通信パラメータである通信周期に対する安定性、例えばエラー発生率等を評価し、過去のログ情報と比較することで通信品質の異常、すなわちノイズが存在する可能性を判定する。さらに、診断部１２は、通信周期及びタイムアウト時間の調整を繰り返すことで、エラーの発生率が低下する通信周期及び遅延マージンの推奨値を定めてもよい。
なお、通信周期及びタイムアウト時間は、加工時間及び生産量等に影響するため、小さく設定されることが好ましい。また、通信周期及びタイムアウト時間は、後段の加工機専用通信のプロトコル５のための上限が存在するため、この上限までの範囲で段階的に大きな値が設定される。
また、診断部１２は、ネットワークアドレスの一覧に、評価した通信状態の指標を追加し、色別で又はアイコン等により表示してもよい。
加工機専用通信のプロトコル５における診断ルーチンでは、外部機器である加工機の機種が設定と実際とで合致しているか否かが確認される。また、アプリケーションのバージョンによってインタフェース又はデータ構造等が異なるため、制御装置１と加工機とでアプリケーションのバージョンが一致しているか否かが確認される。
このとき、診断部１２は、加工機からエラーコードを取得してエラー内容を出力する。
なお、これらの診断ルーチンは、制御装置１が起動された直後の他、制御装置１の通常運転時にも定期的に、及びエラーが発生した際に、順に実行される。
診断記録部１３は、診断部１２による診断結果を、時刻情報と共に記憶部２０に記録する。
エラー記録部１４は、外部機器との通信に失敗した際に用いていた通信プロトコルの情報を、時刻情報と共に記憶部２０に記録する。
通信記録部１５は、外部機器との通信に成功した際に、複数の通信プロトコルにおいて設定されたパラメータを、時刻情報と共に記憶部２０に記録する。
図４Ａ及び４Ｂは、本実施形態における制御装置１の診断部１２により実行される通信状況の診断処理の流れを示すフローチャートである。
ステップＳ１において、診断部１２は、プロトコル１に対応する通信部１１を起動し、外部機器との間でアドレス確認の通信を試行する。
ステップＳ２において、診断部１２は、プロトコル１による通信が成功したか否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合、処理はステップＳ４に移り、判定がＮＯの場合、処理はステップＳ３に移る。
ステップＳ３において、診断部１２は、プロトコル１の診断ルーチンを実行し、処理を終了する。
ステップＳ４において、診断部１２は、プロトコル２に対応する通信部１１を起動し、外部機器との間でメッセージ通信を試行する。
ステップＳ５において、診断部１２は、プロトコル２による通信が成功したか否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合、処理はステップＳ７に移り、判定がＮＯの場合、処理はステップＳ６に移る。
ステップＳ６において、診断部１２は、プロトコル２の診断ルーチンを実行し、処理を終了する。
ステップＳ７において、診断部１２は、プロトコル３に対応する通信部１１を起動し、外部機器との間でコネクションの通信を試行する。
ステップＳ８において、診断部１２は、プロトコル３による通信が成功したか否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合、処理はステップＳ１０に移り、判定がＮＯの場合、処理はステップＳ９に移る。
ステップＳ９において、診断部１２は、プロトコル３の診断ルーチンを実行し、処理を終了する。
ステップＳ１０において、診断部１２は、プロトコル４に対応する通信部１１を起動し、外部機器との間でＩ／Ｏ通信を試行する。
ステップＳ１１において、診断部１２は、プロトコル４による通信が成功したか否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合、処理はステップＳ１３に移り、判定がＮＯの場合、処理はステップＳ１２に移る。
ステップＳ１２において、診断部１２は、プロトコル４の診断ルーチンを実行し、処理を終了する。
ステップＳ１３において、診断部１２は、プロトコル５に対応する通信部１１を起動し、外部機器との間で加工機専用通信を試行する。
ステップＳ１４において、診断部１２は、プロトコル５による通信が成功したか否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合、処理はステップＳ１６に移り、判定がＮＯの場合、処理はステップＳ１５に移る。
ステップＳ１５において、診断部１２は、プロトコル５の診断ルーチンを実行し、処理を終了する。
ステップＳ１６において、診断部１２は、通信状態監視ルーチンを所定のタイミングで定期的に実行する。
ステップＳ１７において、診断部１２は、通信状態が正常か否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合、処理はステップＳ１６に戻り、通信状態監視ルーチンが継続する。一方、判定がＮＯの場合、処理はステップＳ１に戻り、プロトコル１から通信の再開が試みられる。
なお、ステップＳ１７で通信状態が正常でないと判定された場合、処理の遷移先はステップＳ１に固定されなくてもよい。例えば、診断部１２は、発生したエラーに応じて戻り位置、すなわち、いずれの通信プロトコルから開始するかを判断してもよい。
また、この診断処理は、いずれかの通信プロトコルにおいて通信に失敗した場合、診断ルーチンを実行した後、直ちに終了することとしたが、これには限られない。例えば、パラメータを変更しつつ所定回の試行によっても通信に失敗した場合に、処理が終了してもよい。
ここまで、制御装置１が通信する外部機器として加工機の制御装置を例示したが、前述した通り、本実施形態は、様々な機器と通信接続されたシステムに適用でき、接続先の外部機器に応じた診断プログラムが設けられる。
例えば、外部機器に応じて、前述のプロトコル１〜５は、次のように変更される。
外部機器が生産管理システムの場合、コネクションのプロトコル３及びＩ／Ｏ通信のプロトコル４は不要となり、生産管理システム専用通信のプロトコル５が設けられる。
外部機器がラインコントローラの場合、ラインコントローラ専用通信のプロトコル５が設けられる。なお、通信対象が制御信号のＩ／Ｏのみの場合には、プロトコル５は不要である。
外部機器がロボットコントローラの場合、ロボットコントローラ専用通信のプロトコル５が設けられる。
外部機器がリモートＩ／Ｏ機器の場合、リモートＩ／Ｏ機器専用通信のプロトコル５が設けられる。なお、通信対象が制御信号のＩ／Ｏのみの場合には、プロトコル５は不要である。
本実施形態によれば、例えば、以下の作用効果が得られる。
（１） ネットワークを介して外部機器と通信する産業用機械の制御装置１は、複数の通信プロトコルのそれぞれに対応した複数の通信部１１と、複数の通信部１１を所定の順番で起動し、起動した各通信部１１に対応する通信プロトコルを用いて通信を試行することにより、通信の状況を段階的に診断する診断部１２と、を備える。
これにより、制御装置１は、複数の通信プロトコルが共存可能な場合に、技術的に簡単で長いタイムアウト時間を有する等、簡単でロバストな通信プロトコルから、複雑で通信エラーに敏感な通信プロトコルへ段階的に移行し、各段階において通信の状況を診断する。したがって、制御装置１は、段階的に通信異常の原因を容易に特定できる。この結果、人手による調査及び復旧作業の負担及び時間が軽減される。
また、正常動作する通信プロトコルを用いた情報収集が可能となるため、制御装置１は、例えば、データ通信に成功したが次の段階で失敗した場合、外部機器のパラメータをデータ通信で取得することにより、効率的な原因調査を可能にする。
（２） （１）に記載の制御装置１において、診断部１２は、複数の通信プロトコルのうち、いずれかを用いた通信に失敗した際に、通信パラメーを変更して再度、通信を試行してもよい。
これにより、制御装置１は、通信パラメータを変更して通信を再試行することにより、適切な通信パラメータを推定できる。また、制御装置１は、通信パラメータの間違いを訂正して、自動的に通信異常から復旧できる。
（３） （２）に記載の制御装置１において、診断部１２は、受信信号を得られずタイムアウトにより通信に失敗した場合、当該タイムアウトまでの時間を、所定の閾値を上限に延長して再度、通信を試行してもよい。
これにより、制御装置１は、タイムアウトまでの時間を徐々に延長することで、正常に通信可能で、かつ、通信効率の良い適切な時間を設定できる。また、制御装置１は、設定できる時間に上限を設けることで、現実的な加工時間等の条件で通信の可否を診断できる。
（４） （１）から（３）のいずれかに記載の制御装置１は、診断部１２による診断結果を、時刻情報と共に記録する診断記録部１３を備えてもよい。
これにより、制御装置１は、通信異常の診断結果をログとして記録しておくことで、ユーザに調査のための情報を提供でき、原因特定及び復旧の負担及び時間を低減できる。
（５） （１）から（４）のいずれかに記載の制御装置１は、外部機器との通信に失敗した際に用いていた通信プロトコルの情報を、時刻情報と共に記録するエラー記録部１４を備えてもよい。
これにより、制御装置１は、通信に失敗した際の通信プロトコルの情報をログとして記録することで、通信プロトコル毎のエラーの発生率等を提供でき、将来のエラー発生時における診断に役立てることができる。
（６） （１）から（５）のいずれかに記載の制御装置１は、外部機器との通信に成功した際に、複数の通信プロトコルにおいて設定されたパラメータを、時刻情報と共に記録する通信記録部１５を備えてもよい。
これにより、制御装置１は、通信に成功した際の通信パラメータをログとして記録することで、正常に通信可能なパラメータと、その変更履歴を提供でき、将来のエラー発生時における診断に役立てることができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限るものではない。また、本実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本実施形態に記載されたものに限定されるものではない。
制御装置１による診断方法は、ソフトウェアにより実現される。ソフトウェアによって実現される場合には、このソフトウェアを構成するプログラムが、コンピュータにインストールされる。また、これらのプログラムは、リムーバブルメディアに記録されてユーザに配布されてもよいし、ネットワークを介してユーザのコンピュータにダウンロードされることにより配布されてもよい。
１ 制御装置
１０ 制御部
１１ 通信部
１２ 診断部
１３ 診断記録部
１４ エラー記録部
１５ 通信記録部
２０ 記憶部

Claims (8)

  1. ネットワークを介して外部機器と通信する産業用機械の制御装置であって、
    複数の通信プロトコルのそれぞれに対応した複数の通信部と、
    前記複数の通信部を所定の順番で起動し、起動した各通信部に対応する通信プロトコルを用いて通信を試行することにより、通信の状況を段階的に診断する診断部と、を備える制御装置。
  2. 前記診断部は、前記複数の通信プロトコルのうち、いずれかを用いた通信に失敗した際に、通信パラメーを変更して再度、通信を試行する請求項１に記載の制御装置。
  3. 前記診断部は、受信信号を得られずタイムアウトにより通信に失敗した場合、当該タイムアウトまでの時間を、所定の閾値を上限に延長して再度、通信を試行する請求項２に記載の制御装置。
  4. 前記診断部による診断結果を、時刻情報と共に記録する診断記録部を備える請求項１から請求項３のいずれかに記載の制御装置。
  5. 前記外部機器との通信に失敗した際に用いていた通信プロトコルの情報を、時刻情報と共に記録するエラー記録部を備える請求項１から請求項４のいずれかに記載の制御装置。
  6. 前記外部機器との通信に成功した際に、前記複数の通信プロトコルにおいて設定されたパラメータを、時刻情報と共に記録する通信記録部を備える請求項１から請求項５のいずれかに記載の制御装置。
  7. ネットワークを介して外部機器と通信する産業用機械の制御装置が、
    複数の通信プロトコルのそれぞれに対応した複数の通信部を所定の順番で起動し、起動した各通信部に対応する通信プロトコルを用いて通信を試行することにより、通信の状況を段階的に診断する診断方法。
  8. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の制御装置としてコンピュータを機能させるための診断プログラム。
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