JP5710726B2

JP5710726B2 - 機械を制御するための浮動小数点演算命令を含む制御プログラムを実行する制御装置

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Publication number: JP5710726B2
Application number: JP2013211641A
Authority: JP
Inventors: 範武長島
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2013-10-09
Filing date: 2013-10-09
Publication date: 2015-04-30
Anticipated expiration: 2033-10-09
Also published as: US20150100611A1; JP2015075917A; CN104570788A; US9405505B2; CN104570788B; DE102014014700A1

Description

本発明は機械を制御するための制御装置に関し、特に、機械を制御するための浮動小数点演算命令を含む制御プログラムを実行する制御装置に関する。

プログラマブルコントローラをはじめとする機械を制御するための制御装置では、制御プログラム内で取り扱うデータのタイプとして、ビット形式、バイト形式、ワード形式データなどをもち、それぞれのタイプのデータが内部メモリに格納される。また、ＩＥＥＥ７５４で規定されている浮動小数点データを、制御プログラムの演算命令などで取り扱う前記機械を制御するための制御装置もある。

前記機械を制御するための制御装置は、各種データをバックアップするために、所定のフォーマットのパラメータデータとしてパソコンなどの外部機器または外部記憶媒体に出力し、必要に応じて外部機器で編集されたパラメータデータを、前記機械を制御するための制御装置に取り込むことができる。また、前記内部メモリであるところの保持型メモリに格納されるデータなどは、あらかじめ前記外部機器で、初期値パラメータを作成し、制御プログラムと合わせて前記機械を制御するための制御装置に入力する場合もある。
そして、特許文献１には、処理装置のメモリに、浮動小数点データで記憶している実数値を１０進数あるいは他の形式に変換して外部機器に出力する技術が開示されている。

特開昭５９−１２３００９号公報

特許文献１にも示されているとおり、処理装置のメモリに格納される浮動小数点データをバックアップ等の用途で外部記憶媒体に出力する際に、１０進数の数字列の形式に変換して出力すると、その数字列は変換時の丸め誤差を含む。

また、特許文献１には、外部記憶媒体から、１０進数の数字列を処理装置に読み込む際に、浮動小数点データに逆変換する技術が開示されているが、それでは、１０進数への変換の際に生じた誤差を含んだ浮動小数点データに変換されることになり、元の浮動小数点データに復元することはできない。

さらに、特許文献１には、処理装置のメモリに記憶している浮動小数点データと、外部記憶媒体に出力した１０進数の数字列を浮動小数点データに逆変換して、それらを比較する技術も開示されている。しかし、この比較手段は、丸め誤差を含んだ範囲での比較であり、全く同じ値の浮動小数点データかどうかの比較手段としては、用いることはできない。

他の出力形式として、浮動小数点データを１６進数の数字列に変換して外部機器等に出力する方法もある。この方法ならば、入力する際に誤差の混入の恐れは無くなるが、その内容を外部機器で確認しようとすると、当該データは１６進数の数字列で表現されるため、その内容を認識しづらいという問題がある。

さらに別の出力形式として、浮動小数点データをそのまま外部機器等に出力する方法もある。その場合、出力した浮動小数点データを外部機器で、１０進数の数字列で表示したり、変更したりする手段を得るためには、前記浮動小数点データを１０進数の数字列に変換する手段や、逆に１０進数の数字列を浮動小数点データに変換する手段を外部機器で持つ必要がある。

ところが、これらの変換手段は、制御装置に内蔵しているものと、外部機器に内蔵しているものとで、変換アルゴリズムが全く同等でないと、制御装置上の変換動作と外部機器上の変換動作に差異が生じる恐れがある。制御装置と外部機器では、コプロセッサを含むＣＰＵや、ＯＳ環境を完全に一致させることが困難であるから、前記変換アルゴリズムが完全に同等の変換手段を提供するのは、非常に困難である。

そこで本発明の目的は、オペレータが、外部機器上で行う確認または編集作業を容易に行うことができるように、浮動小数点データを、異なる２つの形式の数字列として、外部機器および外部記憶媒体の少なくとも１つに出力する、機械を制御する制御装置を提供することである。

より具体的には、本発明の目的は、かかる問題点を解決するためになされたもので、浮動小数点データをパラメータとして、外部機器および外部記憶媒体の少なくとも一方に出力する際は、オペレータが視認しやすい第１の形式の数字列に変換して出力する、機械を制御する制御装置を提供することである。

さらに本発明の他の目的は、さらに、入力の際は、もとの浮動小数点データに完全に復元できる手段を備えた制御装置を提供することである。

さらに、本発明の他の目的は、さらに、前記外部機器上で変更した第１の形式の数字列を入力した場合、変更されたことを自動認識して、第１の形式の数字列を浮動小数点データに変換して、機械を制御するための制御装置のメモリに格納する前記機械を制御するための制御装置を提供することである。

本願の請求項１に係る発明は、機械を制御するための浮動小数点演算命令を含む制御プログラムを実行する制御装置において、前記制御プログラムを格納する制御プログラム格納用メモリと、前記浮動小数点演算命令で使用する浮動小数点データ及び、前記浮動小数点演算命令の演算により生成された浮動小数点データを保持する浮動小数点データ保持用メモリと、前記浮動小数点データをオペレータが認識しやすい形式の第１の形式の数字列に変換する第１変換手段と、前記浮動小数点データを前記第１の形式と異なる前記浮動小数点データと丸め誤差のない第２の形式の数字列に変換する第２変換手段と、前記第１の形式の数字列と前記第２の形式の数字列を含む文字列データを生成する文字列データ生成手段と、前記生成された文字列データを外部機器および外部記憶媒体の少なくとも一方に出力する出力手段と、を有す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、前記第１の形式の数字列と前記第２の形式の数字列を含む前記文字列データを、前記外部機器および前記外部記憶媒体の少なくとも一方から入力する入力手段と、前記入力手段により入力した第１の形式の数字列を浮動小数点データに変換する第３変換手段と、前記第３変換手段により変換して得られた前記浮動小数点データを前記浮動小数点データ保持用メモリに格納する手段と、を有す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、前記入力手段により入力した前記第２の形式の数字列を浮動小数点データに変換する第４変換手段と、前記第４変換手段により変換して得られた前記浮動小数点データを第１の形式の数字列に変換する第５変換手段と、前記第５変換手段により変換して得られた前記第１の形式の数字列と前記入力手段により入力した前記文字列データに含まれている前記第１の形式の数字列と比較をする比較手段と、前記比較手段による比較の結果、同じ値であれば、前記第４変換手段により変換して得られた前記浮動小数点データを前記浮動小数点データ保持用メモリに格納する手段と、前記比較手段による比較の結果、値に差異があれば、前記第３変換手段により変換して得られた前記浮動小数点データを前記浮動小数点データ保持用メモリに格納する手段と、を有することを特徴とする請求項２に記載の制御装置である。

請求項４に係る発明は、前記浮動小数点データの前記第１の形式の数字列の変換は、所定の桁数で丸め演算であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１つに記載の制御装置である。
請求項５に係る発明は、前記第２の形式の数字列は、前記浮動小数点データを２進数、８進数、１６進数のいずれかに変換した数字列であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１つに記載の制御装置である。
請求項６に係る発明は、前記丸め演算は、所定の桁数より下位桁を四捨五入する丸め演算であることを特徴とする請求項４に記載の制御装置である。

請求項７に係る発明は、前記出力手段は、前記生成された文字列データを含んで形成されたパラメータファイルを出力する手段であることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１つに記載の制御装置である。
請求項８に係る発明は、前記入力手段は、前記出力手段から出力された、前記生成された文字列データを含んで形成されたパラメータファイルを入力する手段であることを特徴とする請求項２または３に記載の制御装置である。

本発明により、オペレータが、外部機器上で行う確認または編集作業を容易に行うことができるように、浮動小数点データを、異なる２つの形式の数字列として、外部機器および外部記憶媒体の少なくとも１つに出力する機械を制御する制御装置を提供できる。なお、制御装置の入出力は、文字列データを逐次出力する形式、あるいは、文字列データを含んで形成されるファイル形式で行ってもよい。
より具体的には、本発明により、かかる問題点を解決するためになされたもので、浮動小数点データをパラメータとして、外部機器および外部記憶媒体の少なくとも一方に出力する際は、オペレータが視認しやすい第１の形式の数字列に変換して出力する制御装置を提供できる。
さらに本発明により、さらに、入力の際は、もとの浮動小数点データに完全に復元できる手段を備えた制御装置を提供できる。
さらに、本発明により、前記外部機器上で変更した第１の形式の数字列を入力した場合、変更されたことを自動認識して、第１の形式の数字列を浮動小数点データに変換して、機械を制御するための制御装置のメモリに格納する前記機械を制御するための制御装置を提供できる。

機械を制御する制御装置の概略ブロック図である。制御装置に接続された表示ユニットの表示画面に表示される画面例である。制御装置から出力されるファイル例である。制御装置から外部機器または外部記憶媒体に出力されるファイルの形式を説明する図である。外部機器の表示装置の表示画面に表示された編集後のファイル例である。制御装置が外部機器から入力したファイル例である。制御装置が外部から読み込んだファイルを制御装置のメモリに格納する際の各処理を説明する図である。編集後のファイルを読み込んだ後の表示ユニットの画面例である。制御装置から外部機器または外部記憶媒体へのファイル出力の処理のフローを説明する図である。外部機器または外部記憶媒体から制御装置へのファイル入力の処理のフロー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。
図１は機械を制御する制御装置の概略ブロック図である。ＣＰＵ１０は制御装置１の全体の制御の中心となるプロセッサである。制御装置１の電源投入時に、ＣＰＵ１０はバス１１を介して、書き換え可能なフラッシュＲＯＭ１２に格納されたシステム・プログラムと、機械を制御するための制御プログラムを読み出し、フラッシュＲＯＭ１２からＲＡＭ１３にコピーする。このシステム・プログラムに従って制御装置１の全体の制御を実行する。図９，図１０に示される処理のプログラムもシステム・プログラムの一部として、フラッシュＲＯＭ１２に格納される。浮動小数点演算命令を含む制御プログラムは、機械を制御するために実行される。ＲＡＭ１３には浮動小数点演算命令で使用される一時的な計算データや一時的な表示用データなどが格納される。不揮発性メモリ１４は、工具補正量やパラメータなどが格納される。後述する浮動小数点データも不揮発性メモリ１４に格納される。

外部記憶媒体インタフェース１５は、外部記憶媒体２０との間でデータの送受を行うためのインタフェースである。外部記憶媒体インタフェース１５の具体例としては、ＵＳＢメモリインタフェース、メモリカードインタフェースがある。外部記憶媒体２０は制御装置１から出力されたデータを格納する記憶装置であって、具体例としては、ＵＳＢメモリやメモリカードがある。

外部インタフェース１６は、外部機器２１との間でデータの送受を行うためのインタフェースである。外部インタフェース１６の具体例としては、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）インタフェースやＲＳ２３２−Ｃインタフェースがある。外部機器２１の具体例としては、パーソナルコンピュータがある。

表示コントローラ１７は、液晶表示装置などから構成される表示ユニット２２に、図示しない機械の各軸の現在位置、アラーム、パラメータ、画像データなどのデジタルデータを画像信号に変換して出力する。前記画像信号は、表示ユニット２２の表示画面に表示される。ＭＤＩコントローラ１８は、ＭＤＩユニット２３から入力されたデータを受信して、ＣＰＵ１０へ渡す。外部信号インタフェース１９は、Ｉ／Ｏ機器２４とのＩ／Ｏ信号通信のためのインタフェースである。ＣＰＵ１０は、Ｉ／Ｏ機器２４、外部信号インタフェース１９を経由して、図示しない機械の操作盤の操作スイッチの信号などの入力信号を受信する。また、逆に、制御装置１からの出力信号が、外部信号インタフェース１９、Ｉ／Ｏ機器２４を経由して図示しない機械に出力される。

なお、図１では、サーボモータなどを制御する軸制御回路、サーボアンプ、スピンドル制御回路、スピンドルアンプ、手動パルス発生器用インタフェースなどは図示を省略している。

図２は制御装置１の表示ユニット２２の表示画面に表示される画面例である。制御装置１で取り扱う浮動小数点データは、メモリ（例えば、不揮発性メモリ１４）に格納される。前記浮動小数点データを制御装置１の表示ユニット２２の表示画面上に表示する際は、前記浮動小数点データを１０進数の数字列に変換し、図２に示されるように所定の桁数に丸めて表示される。

図２に示される画面には、ＰＭＣ（プログラマブルコントローラ）の保守作業において表示されるＰＭＣパラメータ（データ）の一覧が表示されている。番号０〜番号２２に対応する各アドレス（アドレスＤ００００）〜（アドレスＤ００８８）に、各ＰＭＣパラメータデータが表示されている。表示されている例は、３２ビット浮動小数点データ（単精度実数）を所定の桁数で丸めた１０進数の数字で表示されている。１０進数の数字列は、有効数字桁数内で表現できない場合は、指数部付きで記述する。３２ビット浮動小数点データの場合の１０進数の数字列の有効桁数は７桁であるから、８桁目を丸められる（四捨五入）。なお、６４ビット浮動小数点データの場合の１０進数の数字列の有効桁数は１５桁なので、１６桁目を丸める（四捨五入）。

前記浮動小数点データを、バックアップ用パラメータの一部または全部として外部機器２１および外部記憶媒体２０の少なくとも一方に出力する際は、制御装置１は、図３に示されるように、前記浮動小数点データを所定の桁数に丸めた１０進数の数字列に変換し、さらに、前記浮動小数点データの全情報を保持した１６進数の数字列に変換する。次に、その両方を含む文字列データを生成し、前記文字列データを外部機器２１および外部記憶媒体２０の少なくとも一方に出力する。図３では、ファイル形式で、制御装置１から外部機器２１や外部記憶媒体２０に出力されている。

なお、「１０進数の数字列」は特許請求の範囲に記載される第１の形式の数字列、「１６進数の数字列」は第２の形式の数字列に対応する。図４は制御装置１から外部機器または外部記憶媒体に出力されるファイルの形式を説明する図である。第２の形式の数字列は、前記浮動小数点データを２進数または８進数に変換した数字列としてもよい。

オペレータが、前記バックアップ用パラメータの一部または全部として受信した前記１０進数の数字列を、パーソナルコンピュータなどの外部機器２１上で確認や編集する際は、汎用のテキストエディタで、外部機器２１のメモリに格納されたパラメータファイル（図３参照）を開いて確認や変数を行う。オペレータは、パラメータ（データ）に変更点がある場合は、１０進数の数字列の部分のみを変更する。

図５は、外部機器２１の表示装置の表示画面に表示された編集後のファイル例である。オペレータは、図３に示されるファイル例において、アドレスＤ０００４のデータに「−」を付与し、アドレスＤ００２４のデータの指数を変更し、アドレスＤ００４８のデータの小数点桁を追加（最下位桁に「３」）を追加）し、アドレスＤ００８４のデータを、端数を切り上げて整数を入力し、アドレスＤ００９２に、データの追加を行う編集を行ったことが図５に示されている。

図６は、外部機器２１で編集されたファイル（図５参照）を読み込んだファイル例である。この場合、図６は、図５と同じ内容である。制御装置１が、外部機器２１あるいは外部記憶媒体２０から制御装置１に読み込んだファイルから、バックアップ用パラメータをメモリ（不揮発性メモリ１４）に格納する際、前記読み込んだファイルの文字列データに、浮動小数点データを検知したなら、併記されている１６進数の数字列を一旦浮動小数点データに変換し、さらに、出力時に用いた同じ変換手段で１０進数の数字列に変換する。次に、前記読み込んだファイルの文字列に記述されている１０進数の数字列と比較する。比較の結果、二つの数字列が同じであれば、データの変更はないとみなし、１６進数の数字列を入力値として受け入れ、その浮動小数点データデータをメモリ（例：不揮発性メモリ１４）に格納する。二つの数字列に差異があれば、データは更新されたとみなして、記述されている１０進数の数字列を入力値として受け入れ、浮動小数点データに変換して、メモリに格納する。

上記の比較の方式は、１０進数の数字列を所定の桁数内に丸めた数字列にして比較する。出力時と入力時の１０進数の数字列への変換手段は、同じアルゴリズムのため、浮動小数点データは、同じ１０進数の数字列として変換される。１０進数の数字列のみ記述しているパラメータは、その数字列を入力値としてそのまま採用し、
浮動小数点データに変換して、メモリに格納する。図７は、制御装置が外部から読み込んだファイルを制御装置のメモリに格納する際の各処理を説明する図である。図８に示されるように、変更または追加したアドレスのデータが、制御装置１の表示ユニット２２の表示画面に、マーカあるいは色表示によって、オペレータが認識しやすいように表示されている。

制御装置１で実行される上述の一連の処理について、図９，図１０に示されるフローチャートを用いて説明する。
図９は、制御装置から外部機器または外部記憶媒体へのファイル出力の処理のフローを説明する図である。以下、各ステップに従って説明する。
●［ステップＳＡ０１］メモリから浮動小数点データを読み出す。
●［ステップＳＡ０２］浮動小数点データを所定の桁数で丸めて１０進数数字列に変換する。
●［ステップＳＡ０３］浮動小数点データを１６進数数字列に変換する。
●［ステップＳＡ０４］１０進数数字列と１６進数数字列を併記した文字列を所定のパラメータフォーマットで記述して、文字列データを生成する。
●［ステップＳＡ０５］所定のパラメータフォーマットで記述して生成した文字列データを、パラメータファイルに書き込む。
●［ステップＳＡ０６］メモリ内に次の浮動小数点データがあるか否か判断し、ある場合（ＹＥＳ）ステップＳＡ０１へ戻り、ない場合（ＮＯ）ステップＳＡ０７へ移行する。
●［ステップＳＡ０７］外部機器および外部記憶媒体の少なくとも一方にパラメータファイルを出力し、処理を終了する。

図１０は、外部機器または外部記憶媒体から制御装置へのファイル入力の処理のフローを説明する図である。以下、各ステップに従って説明する。
●［ステップＳＢ０１］外部機器または外部記憶媒体からパラメータファイルを入力する。
●［ステップＳＢ０２］パラメータファイルから実数形式パラメータの文字列を一行読み出す。
●［ステップＳＢ０３］一行読み出した実数形式パラメータの文字列に１６進数数字列があるか否か判断し、ある場合（ＹＥＳ）にはステップＳＢ０４へ移行し、ない場合（ＮＯ）ステップＳＢ０９へ移行する。
●［ステップＳＢ０４］１６進数数字列を浮動小数点データに変換する。得られたデータを１６進数変換浮動小数点データという。
●［ステップＳＢ０５］１６進数変換浮動小数点データを所定の桁数で丸めて１０進数数字列に変換する。変換によって得られた１０進数数字列を変換１０進数数字列という。
●［ステップＳＢ０６］変換１０進数数字列と記述１０進数数字列とを比較する。記述１０進数数字列は、ステップＳＢ０２で読み出した、一行の実数形式パラメータの文字列に含まれていた１０進数数字列である。
●［ステップＳＢ０７］変換１０進数数字列と記述１０進数数字列とか同値であるか否か判断し、同値の場合（ＹＥＳ）にはステップＳＢ０８へ移行し、同値ではない場合（ＮＯ）にはステップＳＢ０９へ移行する。
●［ステップＳＢ０８］ステップＳＢ０４で得られた１６進数変換浮動小数点データを、メモリの所定のアドレスに格納し、ステップＳＢ１１へ移行する。
●［ステップＳＢ０９］ステップＳＢ０２で読み出した、一行の実数形式パラメータの文字列に含まれていた１０進数数字列（記述１０進数数字列）を浮動小数点データに変換する。変換して得られたデータを１０進数変換浮動小数点データという。
●［ステップＳＢ１０］ステップＳＢ０９で変換して得られた１０進数変換浮動小数点データをメモリの所定のアドレスに格納し、ステップＳＢ１１へ移行する。
●［ステップＳＢ１１］パラメータファイルの最終行であるか否か確認し、最終行の場合（ＹＥＳ）には処理を終了し、最終行ではない場合（ＮＯ）にはステップＳＢ０２へ戻り処理を終了する。

以下、本発明の効果について説明する。上記本発明の実施形態によれば、浮動小数点データは１０進数の数字列と１６進数の数字列が併記されて出力されるため、オペレータは、外部機器上の汎用のテキストエディタを使って、１０進数で値を容易に確認できる。また、従来のビット、バイト、ワード形式データに混在して出力しても親和性がある。

オペレータが、浮動小数点データを変更する際、または新規に浮動小数点データを追加する際は、分かりやすい１０進数の数字列で入力できる。また、１６進数の数字列が併記されている為、変更の無いデータの入力時、誤差の心配がなく浮動小数点データが復元できる。

データ更新の判定は、併記されている１６進数の数字列から１０進数の数字列を作り出し、１０進数の数字列同士の比較を行なう。その際、浮動小数点データから１０進数の数字列への変換手段が出力時と、比較時とで、同じアルゴリズムの変換手段を使用するため、変換誤差に対する考慮が一切不要である。

１制御装置
１０ＣＰＵ
１１バス
１２フラッシュＲＯＭ
１３ＲＡＭ
１４不揮発性メモリ
１５外部記憶媒体インタフェース
１６外部インタフェース
１７表示コントローラ
１８ＭＤＩコントローラ
１９外部信号インタフェース
２０外部記憶媒体
２１外部機器
２２表示ユニット
２３ＭＤＩユニット
２４Ｉ／Ｏ機器

Claims

機械を制御するための浮動小数点演算命令を含む制御プログラムを実行する制御装置において、
前記制御プログラムを格納する制御プログラム格納用メモリと、
前記浮動小数点演算命令で使用する浮動小数点データ及び、前記浮動小数点演算命令の演算により生成された浮動小数点データを保持する浮動小数点データ保持用メモリと、
前記浮動小数点データをオペレータが認識しやすい形式の第１の形式の数字列に変換する第１変換手段と、
前記浮動小数点データを前記第１の形式と異なる前記浮動小数点データと丸め誤差のない第２の形式の数字列に変換する第２変換手段と、
前記第１の形式の数字列と前記第２の形式の数字列を含む文字列データを生成する文字列データ生成手段と、
前記生成された文字列データを外部機器および外部記憶媒体の少なくとも一方に出力する出力手段と、
を有することを特徴とする制御装置。
前記第１の形式の数字列と前記第２の形式の数字列を含む前記文字列データを、前記外部機器および前記外部記憶媒体の少なくとも一方から入力する入力手段と、
前記入力手段により入力した第１の形式の数字列を浮動小数点データに変換する第３変換手段と、
前記第３変換手段により変換して得られた前記浮動小数点データを前記浮動小数点データ保持用メモリに格納する手段と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
前記入力手段により入力した前記第２の形式の数字列を浮動小数点データに変換する第４変換手段と、
前記第４変換手段により変換して得られた前記浮動小数点データを第１の形式の数字列に変換する第５変換手段と、
前記第５変換手段により変換して得られた前記第１の形式の数字列と前記入力手段により入力した前記文字列データに含まれている前記第１の形式の数字列と比較をする比較手段と、
前記比較手段による比較の結果、同じ値であれば、前記第４変換手段により変換して得られた前記浮動小数点データを前記浮動小数点データ保持用メモリに格納する手段と、
前記比較手段による比較の結果、値に差異があれば、前記第３変換手段により変換して得られた前記浮動小数点データを前記浮動小数点データ保持用メモリに格納する手段と、
を有することを特徴とする請求項２に記載の制御装置。
前記浮動小数点データの前記第１の形式の数字列の変換は、所定の桁数で丸め演算であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１つに記載の制御装置。
前記第２の形式の数字列は、前記浮動小数点データを２進数、８進数、１６進数のいずれかに変換した数字列であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１つに記載の制御装置。
前記丸め演算は、所定の桁数より下位桁を四捨五入する丸め演算であることを特徴とする請求項４に記載の制御装置。
前記出力手段は、前記生成された文字列データを含んで形成されたパラメータファイルを出力する手段であることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１つに記載の制御装置。
前記入力手段は、前記出力手段から出力された、前記生成された文字列データを含んで形成されたパラメータファイルを入力する手段であ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。