JP5922835B1 - メイン制御プログラムとサブ制御回路とでハイブリッドされた、自動機械や電気機器のコントロール方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の制御プログラムでは、機械を扱うことでの危険や今までの構築に伴う多くの経験から実績が重んじられており、また、それぞれの装置、それぞれの業種などで長年培われた技術があるため標準化されていない。このことが、制御プログラム技術者の負担を増やし、且つ人的有効活用を阻んできている。ここ数年国際規格および国内規格の採用が活発になってきているが、現在使用しているプログラムの改修コストや、制御プログラム技術者の再教育、改修に伴う技術支援など課題は大きい。【解決手段】本出願では、従来のファクトリーオートメーションなどの制御に使用するＰＬＣのプログラムや「同様の制御プログラム」の作成を単純化し標準化ができるようにするために、自動機械等で使用する空気シリンダやモーターなどの駆動をサブ制御回路というハードウェアで行い、「駆動を維持するロジック」を消し去ったメイン制御プログラムを用いて「メイン制御プログラムとサブ制御回路とでハイブリットされたプログラム」というプログラム作成手法で達成した。メイン制御プログラムでは、「サブ制御回路への駆動開始と停止の信号出力する部分」を新たに具備して、サブ制御回路に接続された空気シリンダやモーターなどを制御する。【選択図】 図５

Description

本発明は、ファクトリーオートメーションなどの制御に使用するプログラマブルロジックコントローラ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ：ＰＬＣ）のプログラムや「同様の制御プログラム」の作成を単純化し標準化ができるようにするために、ハードウェアとソフトウェアのハイブリッド（混成）とした。自動機械で使用する空気シリンダの電磁弁やモーターなどの装置の駆動コントロールをサブ制御回路というハードウェアで行い、メイン制御プログラム（ソフトウェア）は、駆動開始と停止の「パルス信号出力」によりサブ制御回路をコントロールすることで、現行と同じ制御が出来、且つプログラム全体が単純化される自動機械や電気機器のコントロール方法である。

現行の「駆動を維持するロジック」は、様々な手法があり標準化されていないことから、作った人や同じ部署の仲間でなければ解らないとまで言われている。この部分をハードウェアに置き換えることは、数多くあるプログラムロジックがサブ制御回路に収束され、本体のプログラムもサブ制御回路を使用するロジックで作るため、おのずと統一され、「駆動を維持するロジック」はプログラムから消えて、プログラムが単純化される。これがメイン制御プログラムである。

サブ制御回路の具備により、図８のような主制御装置と監視用制御装置と、サブ制御回路とを連携した構成が可能となる。

例えば、自動機械のチャックがワークをつかんでいる時に、主制御装置であるＰＬＣが、熱によるＣＰＵの誤動作で停止したとしても、チャックはサブ制御回路の自己保持により駆動しているため、突然にチャックが開いてワークを落としたりすることは無いだけでなく、対処を監視用制御装置で行うことができる。

このように「駆動を維持するロジック」をサブ制御回路でおこなうことで、ＰＬＣ間の引き継ぎが簡単にできたり、１台でおこなっている制御を複数のＰＬＣに分担させることができたりするので、プログラムがさらに単純になったり、複数台のＰＬＣで連携を密にすることで高度な制御ができたりする。

それは、サブ制御回路への駆動開始と駆動停止は、１つの出力を利用しており、且つパルス信号の出力が１回目であれば駆動開始、２回目であれば駆動停止となる単純さによるところが大きく、理論的な理解もしやすい。

従来のＰＬＣプログラム作成方法では、「センサが検知したら、空気シリンダを動かす」などといった制御のすべてをソフトウェアで行っている。機器構成は、図１の自動機械の電磁弁に対して、図４のようにＰＬＣの出力から電磁弁に直接接続している。したがってＰＬＣが誤動作して電源を切った場合は、シングルソレノイド電磁弁であれば全てリセットされてしまい、チャックがワークをつかんでいれば、チャックが開いてワークを落としてしまう。

この空気シリンダを動かす制御であるが、例えば、空気シリンダにシングルソレノイド電磁弁を接続して使用した場合には、シリンダが目的の位置に到達した後もその位置を維持するには、その電磁弁を作動させ続けておく必要がある。

シングルソレノイド電磁弁については、ＰＬＣの出力を止めると、内蔵したバネにより機械的に戻ってしまうため、「停電時の初期化」や「戻した後の制御」が不要となることはあるものの、逆に、この性質を考慮して目的を達成するまでは動作させ続けるプログラムにする必要があり、そのためＰＬＣの出力を止めるプログラム位置が「他の空気シリンダのセンサ検知がされた場所になる」とか、複数のセンサ検知をまたがるなどといったこともあり、止める場所を間違うプログラムミスも多い。

このようなセンサ検知のロジックと電磁弁駆動維持のロジックが並行して作動していることが、プログラムを複雑にするだけでなく、プログラムの構造化を難しくしてしまう。

図１に示す自動機械のＰＬＣでのメイン制御プログラムの作成例を上げる。

図１の自動機械は、小ベルトコンベアにワークを乗せ、チャックの真下に到達した時に、空気シリンダ１を下降端まで降ろし、空気シリンダ１に付けられているチャック２でワークをつかみ、隣の大ベルトコンベアにワークを移すことができるようにプログラムすることで自動操作できるものである。

空気シリンダ１もチャック２もシングルソレノイド電磁弁を使用している。

図１の空気シリンダ１を下降端まで降ろし、チャック２がワークをつかみ、上昇端に戻るまでの部分を用いて説明する。

図２は、従来の手法でのタイムチャートであり、左から右に時間が動いていく。機械の構成は、図１の自動機械の電磁弁に、図４のようにＰＬＣから直接接続されている。

図２のセンサ検知はａ、ｂ、ｃの順番で処理され、それと同時に出力Ｙ１矢印の間は空気シリンダ１がＯＮしており、出力Ｙ２矢印の間はチャック２がＯＮとなっている。

空気シリンダ１では、「Ｘ３：上昇端リードスイッチ」からスタートして、「Ｘ４：下降端リードスイッチ」までをａの作業手順として記載してある。（実際の機械の動きは、上から下へとなるが、図２では、下から上へ線が上がっている表記となっているので注意）

これは、Ｘ３のリードスイッチがＯＮとなる上昇端から、下降端に向かって空気シリンダ１を動作させ、Ｘ４のリードスイッチがＯＮとなる時、下降端に到着となり、同時にｂの作業に進むことを示している。

次に、ｂの作業では、チャック２が、「Ｘ６：開リードスイッチ」からスタートして、「Ｘ５：閉リードスイッチ」までを、記載してある。

これは、チャック２のＸ６のリードスイッチがＯＮとなる開から、閉まで動作し、Ｘ５がＯＮとなることで閉が確定となりワークをつかんでいることを示し、同時にｃの作業に進むことを示している。

（センサ検知ｂの間、空気シリンダ１は、シングルソレノイド電磁弁を使用していることから下降端に位置させるために、駆動を続けている。）

次に、ｃの作業では空気シリンダ１が、「Ｘ４：下降端リードスイッチ」からスタートして「Ｘ３：上昇端リードスイッチ」までを記載してある。

これは、チャック２がワークをつかみ終えたので、空気シリンダ１の駆動を停止（出力Ｙ１をＯＦＦ）することで、空気シリンダ１は、上昇端に向かって戻り、Ｘ３のリードスイッチがＯＮとなることで上昇端に到着し位置が確定する。

これ以降は、省略する。

このように、プログラムのロジックは、従来の手法ではセンサ検知ａからｂ、ｃと手順が連続した流れと並行して、Ｙ１矢印（センサ検知ａと同時に駆動してセンサ検知ｂが終わるまで）の間、空気シリンダ１の駆動を維持する流れの２つとなっている。

この２つの流れが複雑になっている要因である。

図２と同様のことが、本発明の手法を用いると図３のタイムチャートで実施できる。機械の構成は、図１の自動機械の電磁弁に、図５のようにＰＬＣからサブ制御回路を経て電磁弁に接続されている。このため、電磁弁を作動させているのはサブ制御回路である。

図３では、空気シリンダ１用のサブ制御回路に駆動開始の信号を出力する。（サブ制御回路は、信号を受けると、空気シリンダ１を駆動し、次の信号があるまで駆動を維持し続ける）

同時にａで、「Ｘ４：下降端リードスイッチ」がＯＮになるまでセンサを監視する。

空気シリンダ１のＸ４リードスイッチがＯＮになると、チャック２用のサブ制御回路に駆動開始の信号を出力する。（サブ制御回路は、信号を受けると、チャック２を閉め、次の信号があるまで駆動を維持し続ける）

同時に、ｂでチャック２の「Ｘ５：閉リードスイッチ」がＯＮになるまでセンサを監視する。

チャック２のＸ５がＯＮになると、空気シリンダ１用のサブ制御回路に駆動停止の信号を出力する。（サブ制御回路は、通電を切り空気シリンダ１を戻す）

同時に、ｃで、Ｘ３のリードスイッチがＯＮとなることを監視する。

Ｘ３がＯＮになると、上昇端に到着し位置が確定する。

このように、メイン制御プログラムには、空気シリンダ１とチャック２の駆動維持のロジックが無く（Ｙ１とＹ２点線は、サブ制御回路の動作を示す）、サブ制御回路への駆動開始・停止の信号出力と、センサ検知ａ、ｂ、ｃの手順とで、それぞれの処理単位に完結したロジックのメイン制御プログラムとなり、構造化されている。

特願２０１４−２６６６６３ （特許第５７１９０８２号公報）

従来の制御プログラムは、機械を扱うことでの危険や今までの構築に伴う多くの経験から実績が重んじられており、また、それぞれの装置、それぞれの業種などで長年培われた技術があるため標準化されていない。

Ｃ言語などの一般的なコンピューターソフトウェア言語を使用する場合では、多くの情報が入手でき、その情報の相談窓口も多く、専門の教育を受けることで業種に関係なく即戦力になるのに比べ、制御プログラムについては、同じＬＤ（ラダーダイアグラム）言語などを使用していても、標準化されていないことから事例が少なく制御プログラム技術者の負担を増やし、且つ人的有効活用を阻んできている。

ここ数年国際規格および国内規格の採用が活発になってきているが、旧来から使用している制御プログラムの改修コストや、制御プログラム技術者の再教育、改修に伴う技術的支援など課題は大きい。

本発明では、複雑さの要因がソフトウェアのロジックの中にある「自動機械の装置や電気機器の駆動維持」であると考え、単純化し、標準化できる「自動機械や電気機器のコントロール方法」を確立する。

自動機械や電気機器の制御を行う制御装置で、この制御装置に使用されるメイン制御プログラムと、メイン制御プログラムの駆動制御部分をハードウェアで処理するサブ制御回路とで、ハイブリッドされたコントロール方法であって：
メイン制御プログラムとは、自動機械や電気機器の駆動および駆動の維持にハードウェアのサブ制御回路を使用することで、制御装置のプログラムを単純化させたもので、サブ制御回路を制御するための駆動開始と駆動停止のパルス信号を出力するプログラム部分を新たに具備したものをいい：
サブ制御回路とは、コントロールしようとする自動機械や電気機器を自身に接続し、制御装置のメイン制御プログラムからの駆動開始と駆動停止の制御によって、自動機械や電気機器の駆動および駆動の維持のコントロールができるものをいい：
制御装置のメイン制御プログラムから駆動開始を示す１回目のパルス信号が出力されると、サブ制御回路は、接続された自動機械や電気機器を駆動させ、その駆動を維持し、同じ出力に駆動停止を示す２回目のパルス信号が出力されると、サブ制御回路は、駆動を停止させる機能を具備し：
基本となる接続は、制御装置の１つの出力に、サブ制御回路の入力側を接続し、サブ制御回路の出力側には自動機械や電気機器を接続し：
サブ制御回路は、フォトリレーを使用したオルタネイト動作を行うスイッチであって、
自己保持を行うフォトリレー０１ａと
自己保持を開始と解除させるスイッチＳＷ３と
自己保持を解除するフォトリレー０３ａと
主スイッチ動作を行うフォトリレー０２ａと
フォトリレーを駆動させる電源部５０と
を具備し、
フォトリレーを動作させるための電気経路は、前記電源部５０の端子１より、前記主スイッチ動作を行うフォトリレー０２ａの入力側端子１へ、その入力側端子２から、前記自己保持を行うフォトリレー０１ａの入力側端子１へ、その入力側端子２から、２つに分かれ、一方は前記自己保持を開始と解除させるスイッチＳＷ３へ、そしてフレーム接続へと、もう一方は前記自己保持を行うフォトリレー０１ａの入力側端子２から出力側端子４へと、その出力側端子３から、前記自己保持を解除するフォトリレー０３ａの入力側端子１へ、その入力側端子２からフレーム接続へ、前記電源部５０の端子２はフレーム接続へとなり、
自己保持を解除させるための電気経路として、前記自己保持を解除するフォトリレー０３ａの出力側端子４は、前記主スイッチ動作を行うフォトリレー０２ａの入力側端子１に接続され、前記自己保持を解除するフォトリレー０３ａの出力側端子３は、前記自己保持を開始と解除させるスイッチＳＷ３に接続され、
一回目に前記自己保持を開始と解除させるスイッチＳＷ３をＯＮとすると、前記主スイッチ動作を行うフォトリレー０２ａと前記自己保持を行うフォトリレー０１ａの両方が駆動し、どちらとも出力側のスイッチがＯＮとなり、前記自己保持を開始と解除させるスイッチＳＷ３がＯＦＦとなっても、前記自己保持を行うフォトリレー０１ａの出力側のスイッチがＯＮとなっていることで、前記自己保持を解除するフォトリレー０３ａの入力側から前記電源部５０の端子２へ電気経路が通じていることより、自己保持が維持され、前記主スイッチ動作を行うフォトリレー０２ａも駆動し続け、その出力側スイッチがＯＮとなり、接続された電子機器が駆動し続け、
二回目に前記自己保持を開始と解除させるスイッチＳＷ３をＯＮとすると、自己保持を解除するフォトリレー０３ａも駆動が続いており出力側がＯＮとなっているため、前記主スイッチ動作を行うフォトリレー０２ａの入力側端子１がバイパスされ、前記自己保持を行うフォトリレー０１ａの自己保持も解除され、すべてのフォトリレーが停止し、接続された電子機器も停止することを特徴とするオルタネイトスイッチユニットであり：
メイン制御プログラムとサブ制御回路とでハイブリッドされた、自動機械や電気機器をコントロールする方法。

制御装置の異常を検知するセンサと、「接続を切断するためのサブ制御回路」とを接続した監視用制御装置を設け、監視用制御装置がセンサから制御装置の異常を検知すると、監視用制御装置は、監視用制御装置に接続された「接続を切断するためのサブ制御回路」を用いて、制御装置と「制御装置に接続されたサブ制御回路」とを切断する連携処理の機能を具備し：
このような制御装置と監視用制御装置と、複数のサブ制御回路とで、連携を組むことができる請求項１に記載の自動機械や電気機器をコントロールする方法。

自動機械の装置は、空気シリンダ、それを動かす電磁弁、モーター、コンベア、回転台、加熱器、真空・加圧器など様々あり、それらは「駆動の維持」により一定の時間動かす、又は、ある条件が成立するまで動かすことで製品を加工したり搬送したりして目的を達する。本発明では、これらの「駆動の維持」を外部装置のハードウェアで行い、メイン制御プログラムでは処理しない。例えば「駆動の維持」と「センサ検知」が混在した旧来の制御プログラム処理から、「サブ制御回路に駆動開始のパルス信号を出力」した後は「センサ検知」だけを処理するメイン制御プログラムに変わり、処理も２つに分かれるため、プログラム全体が単純になる。

又、メンテナンスの面では、例えば自動機械の装置が動かなくなった場合に、旧来の制御プログラムでは、装置が正常だとすればプログラムについての確認をすることになるが、「駆動の維持」のプログラムの書き方は様々あり、作成者や機械の種類によっても異なっていて、且つセンサ検知などのプログラムソースが混在しているので、まずはどのようなプログラム手法でソースが書かれているかを確認し、その後にロジックを切り分けて検証する手順となるが、本発明では、外部装置のサブ制御回路が使われているので、まずはメイン制御プログラムからパルス信号が出力されているか、制御装置とサブ制御回路の結線が正常か、サブ制御回路が正常に動作しているか、の物理的な検証となり、さらにプログラムへ検証がおよんでも、プログラムソースの混在がないので、だれが見ても、どの機械でもメンテナンスが容易になる。

制御プログラムの構成要素から見ると、「装置の駆動」と「センサ検知」は２大要素であり、その１つが「外部装置であるサブ制御回路」に変わることは、今まで１台の制御装置の制御プログラムが集中制御していた構成から、１台の制御装置と、それぞれの「自動機械の装置や電気機器を動かすサブ制御回路」に分散された構成に変わることになり、且つ単純なパルス信号の出力でサブ制御回路は動作することから、制御装置が１台であっても複数台であっても、動作させたいサブ制御回路と結線さえしていれば作動できることになり、今まで考えられなかった使い方が可能になる。

制御装置が長い歴史の中で改良されて安定しているとはいえ、ＣＰＵ装置が組み込まれた機器と単純な回路とでは、理論的に不安定要素が多くあるのはＣＰＵ装置が組み込まれた機器であり、単純な回路である外部装置のサブ制御回路で「駆動の維持」をすることは、安定性が高まることにつながり、必要があれば多重化も台数を増やして接続するだけで容易にできる。

不安定さも一例をあげれば、熱によるものはよく知られていて、本発明の場合には、制御装置とサブ制御回路の施設場所を分散設置できるため対策がしやすい。

非常時には、制御装置とサブ制御回路の線路を物理的に切断することで対処でき、サブ制御回路側は、サブ制御回路の電源を遮断しないかぎり現在の状態を保っているし、異常をきたしている制御装置の状態も保持できるので、故障対処後の調査も制御装置を停止させた場合に比べてしやすい。これが従来の方式だと、制御装置を停止させることになり、すべてが止まるので、シングルソレノイドのエアチャックにワークをつかんでいた場合には、落としてしまうことになるし、直前のログなどの制御装置の異常の状態を知ることができない場合もある。

複数台の制御装置と各サブ制御回路の構成とすることができることから、大規模なシステムを、小型・中型の制御装置複数台を利用して、それぞれに分散して開発することが可能となり、開発後のメンテナンスも、部署毎に担当者を置かずにメンテナンス部署に集約して、交代勤務で対応することも可能となる。

このように、メイン制御プログラムとサブ制御回路とでハイブリッドされたプログラムによる自動機械や電気機器のコントロール方法は、サブ制御回路の特性に担うところが大きいが、現在、制御プログラムを分散して処理をする考え方自体が存在しておらず、制御装置を複数台組み合わせた結果このような動作となることは想定されるが、これはサブ制御回路にもＣＰＵを持ち込んだことになり、結果、メイン制御プログラムとサブ制御回路の両方にプログラムが存在し、いたるところにプログラムがあり、且つ「装置の駆動」と「他のロジック」とが混在し、本発明の目指すプログラム、構成、連動、メンテナンスについての単純化からは、より遠い状態になる。

説明に使用している自動機械の図 従来のプログラム手法で作成したタイムチャート 本発明のプログラム手法で作成したタイムチャート 従来のプログラム手法で使うためのＰＬＣと電磁弁の接続概要図 本発明のプログラム手法で使うためのＰＬＣと電磁弁の接続概要図 本発明のサブ制御回路部分の接続概要図 サブ制御回路部分で使用するオルタネイトスイッチユニットの回路図 図５のＰＬＣを制御用と監視用の２台に分けた接続概要図 従来のプログラム手法でのＰＬＣプログラム処理 本発明のプログラム手法でのＰＬＣプログラム処理 実施例１の監視用ＰＬＣプログラム処理

以下本発明を、図１〜図１１の図面を用いて順次、詳細に説明する。

本発明の実施例として、「メイン制御プログラムとサブ制御回路とでハイブリットされたプログラム」の機械的構成を説明し、その後にメイン制御プログラムについて説明する。

図５は、本発明を実施するためのＰＬＣとサブ制御回路の接続概要図であり、記載された電磁弁（シングルソレノイド）は、図１の自動機械のものである。

これは、図６のようにＰＬＣの出力をサブ制御回路の入力側に接続し、サブ制御回路の出力側をシングルソレノイドの電磁弁に接続している。

従来の手法の場合には、図４のようにＰＬＣの出力を電磁弁（シングルソレノイド）に直接接続している。

図４と図５とも、出力Ｙ１で空気シリンダ１を、出力Ｙ２でチャック２を制御しており、プログラム作成手法は異なっても動作は同じである。

ここで、図１の自動機械は、小ベルトコンベアにワークを乗せ、チャックの真下に到達した時に、空気シリンダ１を下降端まで降ろし、空気シリンダ１に付けられているチャック２でワークをつかみ、隣の大ベルトコンベアにワークを移すことができるようにプログラムできるものである。

図４と図５のＣＯＭの接続は記載していないが、それぞれ適正な接続がされているとする。

図５のサブ制御回路には、自己保持回路のある特許文献１のオルタネイトスイッチユニットを使用した。

これは、図７で示した回路を持ち、機械式オルタネイトスイッチと同様の動作をするもので、図7の「ａ：１回目スイッチＯＮ」あるいは「ｃ：２回目スイッチＯＮ自己保持終了」と記載の場所のフォトリレーがサブ制御回路の自己保持を開始または停止させるものである。

１回目のスイッチＯＮで自己保持が開始して「ｂ：スイッチＯＮし電磁弁を駆動」と記載のスイッチがＯＮとなり、それを維持する。

２回目のスイッチＯＮで自己保持が停止してＯＦＦとなる。

一般的にはＯＮ用の出力、ＯＦＦ用の出力の２個を使用するのに対して、これだとＰＬＣの出力が１つで済み、経済面やプログラムの単純化にメリットがある。

図７で、具体的には、メイン制御プログラムによりＰＬＣからＹ１出力が出されると、図７左下のフォトリレーが起動し「ａ：１回目スイッチＯＮ」となることで、「ｂ：自己保持が開始」され、同時に「ｂ：スイッチＯＮし電磁弁を駆動」がなされ、サブ制御回路に接続されている電磁弁が動作し空気シリンダ１が動き始め、２回目のＹ１出力まで駆動が維持される。

２回目のＹ１出力がされると、「ｃ：２回目スイッチＯＮ自己保持終了」となり、接続された電磁弁は停止される。

ＰＬＣのメイン制御プログラムからのＹ１出力時間は、オルタネイトスイッチユニットの自己保持が開始されるまで、もしくは２回目の自己保持解除までの短時間で良い。

このことを「請求項１」では、「パルス信号が出力」と表現している。

図６では、サブ制御回路の具体的な配線例について空気シリンダ１用電磁弁を例にして接続例を示した。

ここでは、サブ制御回路自体の電源は、「ユニットの電源」より、電磁弁の電源も「電源24Ｖ」より供給しており、ＰＬＣの出力Ｙ１が出力されると、サブ制御回路のスイッチが入ることでサブ制御回路の自己保持が開始され、電磁弁へのスイッチが入ることで電磁弁は「電源24Ｖ」からの供給を受け作動し、空気シリンダ１を作動させる。

では図５を用いて、本発明での空気シリンダ１の例で動作をあらためて説明する。

メイン制御プログラムから駆動開始の信号が出されると、ＰＬＣのＹ１から出力があり、これによりサブ制御回路に接続された電磁弁が動作し空気シリンダ１が動き始め、駆動が維持される。

これは、メイン制御プログラムから駆動停止の信号が出されるまでサブ制御回路により駆動が維持される。

駆動開始の信号とは、ＰＬＣの出力Ｙ1から１回目に出力されたパルス信号の出力であり、駆動停止の信号とは、出力Ｙ１から２回目に出力されたパルス信号の出力である。

サブ制御回路の出力側には、電磁弁１つとは限らず、２つ付けたり、ＬＥＤなど他の装置を合わせて付けたりすることもできる。

そして、図８にあるように、ＰＬＣを制御用と監視用に分けて構成することや、Ｙ２出力に複数台のサブ制御回路を接続して利用することができる。

これは、本発明がメイン制御プログラムとサブ制御回路で構成されているから達成できるものである。

図８でいえば、図５のＰＬＣ１台で制御していたものを、制御用ＰＬＣと、安全性を確保するための監視用ＰＬＣに分割し、制御用ＰＬＣには図１の自動機械の制御を処理させて、監視用ＰＬＣには人身立ち入りの監視や異常時の監視をさせて、必要時に非常停止させるような構成にすることもできる。

ここで、メイン制御プログラムについて説明する。

従来の手法による図２のタイムチャートをフロー図にしたものが図９である。

まずは、従来のプログラムの複雑さについて述べる。

図９では、初めに空気シリンダ１を作動させ、同時に空気シリンダ１が下降端に達したかをセンサ検知する。（検知ａ）

下降端に達すると、チャック２を作動させると同時にチャック２が閉じたかを検知する。（検知ｂ）

チャック２が閉じた時点で、空気シリンダ１の電磁弁の作動を止めて上端に復帰させると同時に空気シリンダ１が上端に戻ったかを検知する。（検知ｃ）

図９を見ると解るとおり、検知ａ〜検知ｃは、それぞれ自己完結したフローとなっているが、空気シリンダ１の駆動は、検知ａと検知ｂに並列にまたがっており、検知ｂのセンサＸ５がＯＮなった時に駆動を停止する。

これは、ＬＤ（ラダーダイアグラム）で組んだ時には、検知ａと検知ｂの２つのＬＤ自己保持と、空気シリンダ１を駆動し続けるＬＤ自己保持が混在したプログラムになる。

（ここで、自己保持回路とは、サブ制御回路で使用しているハードウェアの回路であり、ＬＤ自己保持とは、ＬＤ（ラダーダイアグラム）のプログラムで使用する自己保持のことである、と表して区別する。）

検知ａ、検知ｂ、検知ｃは、プログラム構造化はしやすいが、ここに空気シリンダ１とエアチャック２のＬＤ自己保持を混在させた時に、ＬＤでプログラム作成した場合、色々な命令や使い方があり、また、その人特有の組み方が存在していることも構造化しづらいものとなっている。

図９のフローでも、検知ａと検知ｂ、そして空気シリンダ１とチャック２のＬＤ自己保持が交互に交錯して、構造化しづらいフローである。

では、本発明の図３のタイムチャートをフロー図にした図１０を見ると、図９で標準化しづらかった空気シリンダ１やチャック２の駆動のＬＤ自己保持が無くなり、サブ制御回路へ駆動開始と駆動停止の信号を出力する部分と、検知ａ〜ｃの部分となり、並列のロジックは解消された。

図１０のフローでは、空気シリンダ１の駆動開始から始まり、検知ａ、チャック２の駆動開始、検知ｂ、空気シリンダ１の駆動停止、検知ｃと順番に表記ができていて構造化しやすくなっている。

このようなメイン制御プログラムとすることにより、単純化され、構造化がしやすくなる。

本発明において、特に指定しない限り用語の定義および技術的意味は次による。

＜ワークについて＞
ワークは、自動機械が扱う製品を示しており、本例では、チャック２がつかむ製品を示している

＜チャックについて＞
ワークを搬送するためにつかむ部品で、今回の例では、空気により閉じてワークをつかむエアチャックをいう。

＜シングルソレノイド電磁弁について＞
内部に１つのコイルを持っており，通電した状態で弁を開き圧縮空気を流し、それにより接続された空気シリンダやチャックを動かし、通電をやめることで内部コイルにより戻り、空気シリンダやチャックも元に戻る。

停電時などでは、通電が止まれば機械的に初期状態に戻るメリットはあるが、今回の例のように下降端の状態を続けたい時には、下降端に到達していても、チャック２がワークをつかみ終えるまで駆動を維持し続けていなければならないので、プログラムが複雑になる。

今回の例では、通電停止の時、空気シリンダ１は上端、チャックは開が戻り値である。

＜オルタネイト動作について＞
押しボタンを押して押す力を取り除いても動作状態を保ち続け、さらにもう一度押すと元の自由状態に復帰するものをいい、電気回路で同様の動作ができるものも含む。

＜オルタネイトスイッチユニットについて＞
「特許文献１」の自己保持開始と終了を行う１つのスイッチを有し、１回目のスイッチＯＮで自己保持を開始し、自己保持を行っている間、接続されている機器を駆動し続け、２回目のスイッチがＯＮとなることで自己保持を終了して、接続された機器を停止する。

機械式オルタネイトスイッチを回路で置き換えることができるスイッチユニット。

＜自動機械の装置について＞
自動機械で使用している、空気シリンダ、それを動かす電磁弁、モーター、コンベア、回転台、加熱器、真空・加圧器などの装置全般を示している。空気圧で動作するものには、スライドテーブルやクランプ装置、真空エジェクタ、揺動シリンダなど様々な装置が存在する。

＜制御プログラムについて＞
ファクトリーオートメーションなどの制御装置で使用する制御するための一般的なプログラム全般をいう。

＜フォトリレーについて＞
フォトリレー、Ｐｈｏｔｏ ＭＯＳリレー、光ＭＯＳＦＥＴリレー、光ＭＯＳスイッチ、Ｐｈｏｔｏ ＤＭＯＳ-ＦＥＴリレー、Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｒｅｌａｙ、ＭＯＳ ＦＥＴリレーやフォトカプラ含む同等品、フォトリレーと同様な機能を持つ回路がすべて含まれる。

以上用語の定義および技術的意味を終わる。

図８のように制御用ＰＬＣと監視用ＰＬＣ、空気シリンダ１用サブ制御回路とチャック２用サブ制御回路を用いた構成で「メイン制御プログラムとサブ制御回路とでハイブリットされたプログラム」での「単純化」と「連動性の良さ」を主題にして実施例１をあげる。

制御用ＰＬＣは、図１の自動機械を動かす制御をおこない、もう１台の監視用ＰＬＣには監視処理をおこなう。

実施例１としては、監視用ＰＬＣは、進入禁止の場所に人が入いった時に、制御用ＰＬＣの出力を切断し、監視用ＰＬＣが図1の自動機械を手順に従って停止をさせる。

図１の自動機械は、小ベルトコンベアにワークを乗せ、チャックの真下に到達した時に、空気シリンダ１を下降端まで降ろし、空気シリンダ１に付けられているチャック２でワークをつかみ、隣の大ベルトコンベアにワークを移すことができるようにプログラムできるものである。

電磁弁は、シングルソレノイドとする。

図８の空気シリンダ１用サブ制御回路は、制御用ＰＬＣの出力Ｙ１および監視用ＰＬＣ出力Ｙ１と接続されていて、チャック２用サブ制御回路は、制御用ＰＬＣの出力Ｙ２および監視用ＰＬＣ出力Ｙ２と接続されている。

これにより、どちらのＰＬＣからもサブ制御回路を駆動開始・停止ができることになる。

例えば、制御用ＰＬＣのＹ1から２回目の出力があり、空気シリンダ１が上昇端に戻り始めていた時に、監視用ＰＬＣからＹ１の出力を出すことで、空気シリンダ１を下降端に向かって降ろすように制御できる。

他に、図８に記載していないが、監視用ＰＬＣには、「警報を鳴らすため用サブ制御回路」と、「制御用ＰＬＣからの制御用信号を止めるための装置用サブ制御回路」とが接続されているとする。

自動機械の周囲は仕切られていて、出入り用ドアが開いた場合のセンサと、中に人が立ち入ったことが分かるセンサがあり、監視用ＰＬＣに接続されている。

制御用ＰＬＣの制御するフローは、図１０のとおりであり、タイムチャートは図３となる。

今回の実施例１に必要な主たる装置等は以上であり、他にもベルトコンベアを止める等、必要と思われるものはあるが実施例１の説明には不要なため省略する。

停止の手順は、ワークがガラス製のため必ず空気シリンダ１で下降端まで下してからチャック２を開いて小ベルトコンベア上にもどしてから、停止をおこなう。

では、本題に入る。

「ドアを開けて人が中に入った。」として監視用ＰＬＣを主に実施例１の制御について説明する。

図１１に記載の必要な手順を実施する。

検知―０１で、ドアが開くと、警報をならす。

検知―０２で、人の立ち入りが検知されたため、停止させる手順に入る。

まずは制御用ＰＬＣからの制御用信号を止めるために、「監視用ＰＬＣから、制御装置・サブ制御回路間の切断用サブ制御回路」へ指示する（出力）。

（これで、制御用ＰＬＣから次々と信号が飛んでくることはなくなる。）

検知―０３は、実際には自動機械の状況をみて対処を決めるが、今回は、ワークをつかんで上昇端に戻っているとのことなので、監視用メイン制御プログラムから、空気シリンダ１用のサブ制御回路に下降端に向かうように指示する。

（監視用ＰＬＣからのＹ１出力により、上昇端に向かっている空気シリンダ１は、下降端に降ろす動作に変わる。）

検知―０４で、監視用ＰＬＣが下降端の到達を検知したら、チャック２用サブ制御回路に駆動停止の信号を出す。

（チャック２が開きワークを小ベルトコンベアに下す。）

そして、すべての装置を停止させる。

このように、「メイン制御プログラムとサブ制御回路とでハイブリットされたプログラム」では、駆動の維持をサブ制御回路で行っていることから、複数のＰＬＣで連携しやすい仕組みとなっている。

また、監視用ＰＬＣでも、ワークを戻す処理があるが、制御用ＰＬＣのロジックを用いることで、信頼性の確保や作業量を減らすことができる。

それぞれの装置、それぞれの業種などで長年培われた技術が標準化されることにより、開発や維持管理のコストが削減される。

標準化が進むことで、さまざまな情報が増え、制御プログラム技術者の負担が削減されるだけでなく、得た情報からさらなる新技術が生まれる可能性が広がる。

標準化が進むことで、技術者の交流や職場替えが可能となり、人材の有効活用が図れる。

標準化が進むことで、旧来から使用しているプログラムの改修や、制御プログラム技術者の再教育、改修への技術的支援などがしやすくなる。

Ｘ３ ：空気シリンダ１の上昇端センサ ＯＮの時、上昇端の位置にあり
Ｘ４ ：空気シリンダ１の下降端センサ ＯＮの時、下降端の位置にあり
Ｘ５：チャック２の閉センサ ＯＮの時、閉となっている
Ｘ６：チャック２の開センサ ＯＮの時、開となっている
Ｙ１ ：空気シリンダ１の電磁弁への出力（ＯＮのとき、駆動、自己保持で継続）
Ｙ２ ：チャック２の電磁弁への出力（ＯＮの時、駆動、自己保持で継続）
ａ ：開始時、「Ｘ３がＯＮ」から「Ｘ４がＯＮ」になったかを検知する
ｂ ：ａで「Ｘ４がＯＮ」に到達した時、同時に「Ｘ６がＯＮ」から動作し「Ｘ５がＯＮ」になったのかを検知する
ｃ ：ｂで「Ｘ５がＯＮ」に到達した時、同時に「Ｘ４がＯＮ」から戻り「Ｘ３がＯＮ」になったのかを検知する
０１ａ ：自己保持を行うａ接点フォトリレー
０２ａ ：主スイッチ動作を行うａ接点フォトリレー
０３ａ ：自己保持を解除するａ接点フォトリレー
ＳＷ３ ：自己保持を開始と解除させるスイッチ
５０ ：フォトリレーを動作させる電源部
３１ ：入力制限抵抗
３２ ：逆流防止用ダイオード
３３ ：自己保持を解除するａ接点フォトリレーを駆動するためのコンデンサ
０４ａ ：ＳＷ３の代替えとして外部の電気回路が利用する自己保持を開始と解除させるａ接点フォトリレー

Claims (2)

1. 自動機械や電気機器の制御を行う制御装置で、この制御装置に使用されるメイン制御プログラムと、メイン制御プログラムの駆動制御部分をハードウェアで処理するサブ制御回路とで、ハイブリッドされたコントロール方法であって：
   メイン制御プログラムとは、自動機械や電気機器の駆動および駆動の維持にハードウェアのサブ制御回路を使用することで、制御装置のプログラムを単純化させたもので、サブ制御回路を制御するための駆動開始と駆動停止のパルス信号を出力するプログラム部分を新たに具備したものをいい：
   サブ制御回路とは、コントロールしようとする自動機械や電気機器を自身に接続し、制御装置のメイン制御プログラムからの駆動開始と駆動停止の制御によって、自動機械や電気機器の駆動および駆動の維持のコントロールができるものをいい：
   制御装置のメイン制御プログラムから駆動開始を示す１回目のパルス信号が出力されると、サブ制御回路は、接続された自動機械や電気機器を駆動させ、その駆動を維持し、同じ出力に駆動停止を示す２回目のパルス信号が出力されると、サブ制御回路は、駆動を停止させる機能を具備し：
   基本となる接続は、制御装置の１つの出力に、サブ制御回路の入力側を接続し、サブ制御回路の出力側には自動機械や電気機器を接続し：
   サブ制御回路は、フォトリレーを使用したオルタネイト動作を行うスイッチであって、
   自己保持を行うフォトリレー０１ａと
   自己保持を開始と解除させるスイッチＳＷ３と
   自己保持を解除するフォトリレー０３ａと
   主スイッチ動作を行うフォトリレー０２ａと
   フォトリレーを駆動させる電源部５０と
   を具備し、
   フォトリレーを動作させるための電気経路は、前記電源部５０の端子１より、前記主スイッチ動作を行うフォトリレー０２ａの入力側端子１へ、その入力側端子２から、前記自己保持を行うフォトリレー０１ａの入力側端子１へ、その入力側端子２から、２つに分かれ、一方は前記自己保持を開始と解除させるスイッチＳＷ３へ、そしてフレーム接続へと、もう一方は前記自己保持を行うフォトリレー０１ａの入力側端子２から出力側端子４へと、その出力側端子３から、前記自己保持を解除するフォトリレー０３ａの入力側端子１へ、その入力側端子２からフレーム接続へ、前記電源部５０の端子２はフレーム接続へとなり、
   自己保持を解除させるための電気経路として、前記自己保持を解除するフォトリレー０３ａの出力側端子４は、前記主スイッチ動作を行うフォトリレー０２ａの入力側端子１に接続され、前記自己保持を解除するフォトリレー０３ａの出力側端子３は、前記自己保持を開始と解除させるスイッチＳＷ３に接続され、
   一回目に前記自己保持を開始と解除させるスイッチＳＷ３をＯＮとすると、前記主スイッチ動作を行うフォトリレー０２ａと前記自己保持を行うフォトリレー０１ａの両方が駆動し、どちらとも出力側のスイッチがＯＮとなり、前記自己保持を開始と解除させるスイッチＳＷ３がＯＦＦとなっても、前記自己保持を行うフォトリレー０１ａの出力側のスイッチがＯＮとなっていることで、前記自己保持を解除するフォトリレー０３ａの入力側から前記電源部５０の端子２へ電気経路が通じていることより、自己保持が維持され、前記主スイッチ動作を行うフォトリレー０２ａも駆動し続け、その出力側スイッチがＯＮとなり、接続された電子機器が駆動し続け、
   二回目に前記自己保持を開始と解除させるスイッチＳＷ３をＯＮとすると、自己保持を解除するフォトリレー０３ａも駆動が続いており出力側がＯＮとなっているため、前記主スイッチ動作を行うフォトリレー０２ａの入力側端子１がバイパスされ、前記自己保持を行うフォトリレー０１ａの自己保持も解除され、すべてのフォトリレーが停止し、接続された電子機器も停止することを特徴とするオルタネイトスイッチユニットであり：
   メイン制御プログラムとサブ制御回路とでハイブリッドされた、自動機械や電気機器をコントロールする方法。
   
2. 制御装置の異常を検知するセンサと、「接続を切断するためのサブ制御回路」とを接続した監視用制御装置を設け、監視用制御装置がセンサから制御装置の異常を検知すると、監視用制御装置は、監視用制御装置に接続された「接続を切断するためのサブ制御回路」を用いて、制御装置と「制御装置に接続されたサブ制御回路」とを切断する連携処理の機能を具備し：
   このような制御装置と監視用制御装置と、複数のサブ制御回路とで、連携を組むことができる請求項１に記載の自動機械や電気機器をコントロールする方法。
   

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