JP6052387B2 - 機器制御装置及び機器制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、機器制御装置及び機器制御方法に関する。

特許文献１には、タイムチャートからラダープログラムを自動作成する制御プログラム自動作成装置が記載されている。

また、特許文献２には、パソコンを用いて入力機器及び出力機器のタイムチャートを編集するとともに、タイムチャートデータを機械語にコンパイル処理し、コンパイル処理された機械語を処理装置にインターフェースにより伝送することが記載されている。

特開平７−１９１７１７号公報 特開２００３−２２８４０３号公報

本発明の解決しようとする課題は、タイムチャートに基づいて機器を制御する際に、各機器にタイムチャートに表されたタイミングの実制御への反映度合いを高めた動作をさせるとともに、柔軟なタイムチャートの作成を可能とすることである。

本発明の一側面に係る機器制御装置は、タイムチャートに基づいて少なくとも１つの機器を制御する機器制御装置であって、前記タイムチャートにおいて、所定の時刻における一の機器の状態変化に基づいて他の機器の動作を制御する記述がなされている場合に、前記所定の時刻が到来していること、及び、前記一の機器が状態変化後の状態であることを条件として、前記他の機器の動作を実行する。

また、本発明の別の一側面に係る機器制御装置では、前記他の機器の動作には、モータ軸の起動及び停止の少なくとも一方が含まれる。

また、本発明の別の一側面に係る機器制御装置では、前記一の機器の状態変化には、モータ軸の位置決め完了信号の出力が含まれる。

また、本発明の別の一側面に係る機器制御方法は、タイムチャートに基づいて少なくとも１つの機器を制御する機器制御方法であって、前記タイムチャートにおいて、所定の時刻における一の機器の状態変化に基いて他の機器の動作を制御する記述がなされている場合に、前記所定の時刻が到来していること、及び、前記一の機器が状態変化後の状態であることを条件として、前記他の機器の動作を実行する。

上記発明によれば、タイムチャートに基づいて機器を制御する際に、各機器にタイムチャートに表されたタイミングの実制御への反映度合いを高めた動作をさせるとともに、柔軟なタイムチャートの作成が可能となる。

本発明の実施形態に係る機器制御装置を含む機械制御システムの例を示す概略図である。 機器制御装置の機能ブロック図である。 タイムチャート作成装置により作成され、機器制御装置で実行されるタイムチャートの一例である。 比較例における各機器の動作を示すタイムチャートである。 本実施形態における各機器の動作を示すタイムチャートである。 本実施形態における各機器の動作を示すタイムチャートである。

タイムチャートは時間軸に対して各機器の動作のタイミングを記述するものであるのに対し、ラダープログラムは各機器やコントローラ内部の接点の状態に応じて各機器を動作させるものである。そして、各機器の実動作時間は必ずしもタイムチャートに記述した通りとなるとは限らないため、タイムチャートをラダープログラムに変換すると、各機器の動作のタイミングは必ずしも意図したものとはならない。

しかしながら、本発明の発明者の検知によれば、ラダープログラムによらずにタイムチャートに基づいて各機器の動作のタイミングを制御しようとすると、ある機器の状態変化に応じて他の機器が動作する場合の処理をどのようにするかが問題となる。すなわち、従来ラダープログラムにおいてなされていたように、ある機器の状態変化を検知して他の機器を動作開始させるとした場合には、タイムチャート上で他の機器が動作すべきタイミングの到来後に当該状態変化が生じた場合には問題なく他の機器を動作させることができるものの、他の機器が動作すべきタイミングの到来前に当該状態変化が既に生じていた場合には、状態変化を検知することができず、他の機器を動作させることができない場合があり得る。例えば、センサ出力がＯＮとなった時にサーボ軸を動作開始させる場合を考えると、サーボ軸の動作開始時刻後にセンサ出力がＯＦＦからＯＮに変化した場合にはかかる状態変化が検知され、サーボ軸を動作開始させることができるのに対し、サーボ軸の動作開始時刻前にセンサ出力が既にＯＮとなっていた場合には、状態変化を検知することができないため、サーボ軸をどのタイミングで動作させればよいのか不明となってしまう。

このような事態を避けるためには、タイムチャート作成者は、他の機器が動作するタイミングが当該状態変化の前となるようあらかじめ設定しておかなければならないが、このような設定をすることはタイムチャート作成者に過度の負担を強いるだけでなく、各機器を自由なタイミングで動作させることを妨げ、柔軟なタイムチャートの作成を困難にしてしまう。

そこで本発明の発明者は、各機器を自由なタイミングで動作させ、かつタイムチャートを柔軟に作成することについて鋭意研究開発を行った結果、新規かつ独創的な機器制御装置及び機器制御方法に想到した。以下、かかる機器制御装置及び機器制御方法をその実施形態を通じ詳細に説明する。

＜本実施形態に係る機器制御システム＞
図１は本発明の実施形態に係る機器制御装置２を含む機械制御システム１の例を示す概略図である。図１には、機器制御装置２、サーボコントローラ３、Ｉ／Ｏユニット４と、リニアスライダ５、スイッチ６及びランプ７からなる機械制御システム１が一例として示されている。

機器制御装置２は、コントローラとも呼ばれ、機械制御システム１全体を制御する機器であって、本実施形態では、タイムチャートに基いて少なくとも１以上の機器を制御するものである。また、サーボコントローラ３を通じて駆動されるリニアスライダ５等のモータ軸、スイッチ６、ランプ７等の入出力機器は、いずれも機器制御装置２による制御の対象となる機器の一例である。機器制御装置２で実行されるタイムチャートは、図１に表れないタイムチャート作成装置により作成され、電子データの形で機器制御装置２に入力され、記憶される。機器制御装置２には情報通信コネクタ２ａが設けられている。

サーボコントローラ３は、サーボモータを制御するためのサーボアンプ及びその制御回路が一体となったものであり、機器制御装置２をはじめとする他の機器と接続するための情報通信コネクタ３ａと、リニアスライダ５等のサーボ機構と接続するためのサーボコネクタ３ｂが設けられている。本実施形態では、サーボコネクタ３ｂにはサーボ軸の一例として、リニアスライダ５が接続されている。

リニアスライダ５は、サーボモータ、エンコーダ、サーボモータの出力軸に連結されたボールねじと、リニアガイドにより案内され、ボールねじにより駆動されるスライドテーブルを一体とした機構であり、サーボコントローラ３からの出力に応じてスライドテーブルが駆動される。なお、ここでサーボ軸とは、サーボモータを動力源として駆動される機構をそのサーボモータを主眼としてとらえた呼び方である。

Ｉ／Ｏユニット４は、機器制御装置２をはじめとする他の機器と接続するための情報通信コネクタ４ａと、入出力機器を接続するための多数の入出力接点を備えた機器である。Ｉ／Ｏユニット４には入出力接点として、入力コネクタ４ｂと出力コネクタ４ｃが備えられており、入力コネクタ４ｂ及び出力コネクタ４ｃにはそれぞれ多数の入力用又は出力用の接点（それぞれ、入力接点及び出力接点と呼ぶ）が含まれている。Ｉ／Ｏユニット４は、入力コネクタ４ｂに含まれる入力接点の入力状態を情報通信コネクタ４ａを介して機器制御装置２に伝達する一方、同じく情報通信コネクタ４ａを介して機器制御装置２から伝達された指令に応じて出力コネクタ４ｃに含まれる出力接点の状態を制御するものであり、機能的には、機器制御装置２に外付けの入出力接点を増設する働きをする。本実施形態では、入出力機器の例として、Ｉ／Ｏユニット４の入力コネクタ４ｂにはノーマルオープン型（すなわち、Ａ接点）の機械式スイッチであるスイッチ６が、また出力コネクタ４ｃにはランプ７が接続されている。なお、ここで入出力接点とは、ハイインピーダンス及びローインピーダンスの別により情報の入力又は出力をする接点を指しており、また、入出力機器とは、入出力接点により機器制御装置２に接続される機器を指す。

本実施形態では、図１に示されているように、機器制御装置２、サーボコントローラ３及びＩ／Ｏユニット４は、情報通信コネクタ２ａ，３ａ及び４ａをケーブルでカスケード接続することにより互いに通信可能とされている。

なお、以上の説明及び図１では、本実施形態の説明に不要な他の詳細な構成や配線、例えば、電源線や接地線の接続については説明及び図示を簡略化するため省略している。また、接続態様やコネクタの種類、制御対象の機器の種類や個数等は、特に限定されるものではなく、様々なバリエーションが考えられる。

＜本実施形態に係る機器制御装置の構成＞
図２は、機器制御装置２の機能ブロック図である。

機器制御装置２は、タイムチャート作成装置側に接続されるインタフェース２０、制御対象となる各機器側に接続されるインタフェース２１を備えている。タイムチャート作成装置により作成されたタイムチャートは、インタフェース２０を通してデータ取得部２２により取得され、タイムチャート記憶部２３に電子データの形で記憶される。なお、ここでタイムチャートとは、機器制御装置２に接続される機器の動作を、時間軸に対して記述した情報を意味しており、その表現形式は問わない。また、機器制御装置２が動作するにあたって、インタフェース２０を通じてタイムチャート作成装置に接続された状態であることは必要でない。

内部時刻生成部２４は、機器制御装置２がタイムチャートに記述された各機器の動作を実行するタイミングを規定する時刻である内部時刻を生成する。すなわち、ここで言う内部時刻は、タイムチャートの時間軸に示される時刻として使用される。

内部時刻は、内部時刻生成部２４に含まれる適宜のクロック回路等からなる実時刻生成部２４ａにより生成される。また、内部時刻は、現実の時刻に対応して進む実時刻に対し、オーバーライド部２４ｂにより適宜のオーバーライド係数によりその進行速度が調整されたものとして生成される。

ここで、オーバーライド係数は、実時刻の進行速度に対する内部時刻の進行速度の割合を示している。例えば、オーバーライド係数が０．８であれば、内部時刻は実時刻に対し８０％の速度でゆっくり進行し、オーバーライド係数が１．２であれば内部時刻は実時刻に対し１２０％の速度で早く進行することになる。オーバーライド係数が１の場合には、内部時刻の進行速度と実時刻の進行速度は一致する。なお、オーバーライド係数は、インタフェース２０を通じてタイムチャート作成装置により、或いは適宜のティーチングペンダント等任意の機器を用いてユーザにより設定される。また、生成された内部時刻は、各機器の動作をモニタするために、インタフェース２０を通じてタイムチャート作成装置に出力されてもよい。

タイムチャート実行部２５は、内部時刻生成部２４が生成した内部時刻に基いて、タイムチャート記憶部２３に記憶されたタイムチャートに記述された各機器の動作を解釈し、その動作を実行するためにインタフェース２１を通じて各機器に制御信号を出力する。タイムチャート実行部２５の基本的な動作は、タイムチャートに動作が記述された時点に内部時刻が到来したならば、かかる記述を実現する制御信号を出力する、というものである。

これに対し、動作可否判断部２６は、特定の条件に基いて、タイムチャート実行部２５が実行しようとする機器の動作の可否を判断し、動作不可と判断された場合には、タイムチャート実行部２５による当該機器への制御信号の出力が禁止するものである。当該機器への制御信号の出力は、動作可否判断部２６が動作可と判断した後に改めてなされることになる。

この特定の条件とは、タイムチャートに記述された動作が所定の時刻におけるある機器の状態変化に基づいて制御するものである場合に、内部時刻がかかる所定の時刻に到達しており、且つ、当該ある機器が状態変化後の状態にある、というものである。かかる条件が満たされる場合には動作可と判断され、そうでなければ動作不可と判断される。また、タイムチャートに記述された動作がそもそも所定の時刻におけるある機器の状態変化に基づいて制御するものでなければ、常に動作可と判断され、動作不可と判断されることはない。

この判断のため、動作可否判断部２６には、内部時刻生成部２４からの内部時刻と、機器状態検知部２７からの各機器の状態が入力される。なお、図２に示した例では、タイムチャート実行部２５が実行しようとする動作の可否を動作可否判断部２６に問い合わせ（すなわち実行しようとしている動作の内容を伝達し）、動作可否判断部２６が判断結果を返すという形式でその動作が表現されているが、動作可否判断部２６がタイムチャート実行部２５と独立にタイムチャートをタイムチャート記憶部２３から読み出し解釈してもよいし、あるいはタイムチャート実行部２５が動作可否判断部２６を含むものとしてもよい。いずれにせよ、機器制御装置２は、タイムチャート実行部２５及び動作可否判断部２６を有することにより、全体として、タイムチャート上の所定の時刻における一の機器の状態変化に基づいて当該一の機器又は他の機器の動作を制御する記述がなされている場合に、かかる所定の時刻が到来していること、及び、かかる一の機器が状態変化後の状態であることを条件として、当該一の機器又は他の機器の動作を実行するものであることになる。なお、この他の機器の動作可否が一の機器の状態変化にリンクしている関係を、例えば「関連付け」ともいう。

機器状態検知部２７は、インタフェース２１を通して各機器の状態を検知し、動作可否判断部２６へと伝える。また、本実施形態では、各機器の動作をモニタするために、インタフェース２０を通じてタイムチャート作成装置にも出力される。

＜本実施形態に係る機器制御装置による動作＞
続いて、本実施形態に係る機器制御装置２の動作、特に動作可否判断部２６の動作を具体的なタイムチャートを例示しつつ説明する。

図３はタイムチャート作成装置により作成され、機器制御装置２で実行されるタイムチャートの一例である。同タイムチャートにおいて、横軸が時間軸となっており、縦軸には制御対象となる各機器が順に示されている。各機器に対応して示される曲線は、それぞれの機器の状態を示すものであり、「ＵＮＩＴ＃０１」として示されるスイッチ６及び、「ＵＮＩＴ＃０３」として示されるランプ７は入出力機器であるから、曲線が上の位置にある場合はローインピーダンス（接続）を、曲線が下の位置にある時はハイインピーダンス（切断）を意味している。また、「ＵＮＩＴ＃０２」として示されるサーボ軸、この場合はリニアスライダ５について示されている曲線は、スライダの速度を示している。

このタイムチャートで意図されている動作は、開始より１０００ｍｓ経過した時点でスイッチ６がオンとなり（図中Ａ点）、かかるスイッチ６の状態変化に連動してサーボ軸（リニアスライダ５）が移動開始し（図中Ｂ点）、サーボ軸が所定の距離だけ移動（図中区間Ｃ）した後に、サーボ軸の動作の終了（図中Ｄ点）に連動してランプ７が点灯する（図中Ｅ点）、というものである。

タイムチャート中示した破線矢印は、一の機器の動作、すなわち状態変化に連動して他の機器が動作することを示している。もちろん、矢印による表記は一例であり、一の機器の状態変化に他の機器の動作が連動することをどのように表現するかは自由である。かかる動作の連動は、一の機器のある動作と他の機器のある動作とが何らかの形で関連付けられていればよいのであって、タイムチャートを図３のように目に見える形で示した際に、かかる関連付けが必ずしも明に示されていなくともよい。また、図３に示したタイムチャートの例では、サーボ軸の動作の開始及び終了が、それぞれスイッチ６の状態変化及びランプ７の状態変化に関連付けられている場合を例示しているが、この関連付けは、サーボ軸同士やサーボ軸以外の機器同士で行われても良い。さらに、一の機器の状態変化に対し、同じ一の機器自体のさらなる動作が連動するようにしてもよい。例えば、サーボ軸が正転方向に一定量移動した後、移動終了のタイミングで直ちに逆転方向に移動開始するような場合には、一の機器の状態変化に対し、同じ一の機器自体のさらなる動作が連動することとなる。

しかしながら、各機器は物理的な制約により、必ずしも図３に示したタイムチャート通りの動作をするとは限らず、その状態変化のタイミングは若干前後する。そのため、機器の状態変化のタイミングがタイムチャートに記述されたものと異なる場合に、機器間の連動した動作をどのように処理するかが問題である。

この処理方法には、例えば、状態変化そのものを検知する方法と、変化後の状態を検知する方法がある。本実施形態に係る機器制御装置２は、後者の変化後の状態を検知する方法を採っている。ここで、かかる方法の利点をより良く理解するために、状態変化そのものを検知する方法によりタイムチャートに記述された動作を実行しようとした場合の機器制御装置２の動作を図４を参照して説明する。

＜比較例に係る動作例＞
図４は、比較例における各機器の動作を示すタイムチャートである。図４では、タイムチャート上に示された曲線は各機器の実際の動作を示している。この例では、スイッチ６がオンとなるタイミングが本来のタイミングであるＡ点より進んだＡ’点になった場合を示している。このとき、機器制御装置２はサーボ軸に関し、内部時刻が１０００ｍｓ、すなわちＢ点に達した時点でスイッチ６の状態を参照する。ところが、スイッチ６は既にオンの状態となっているため、スイッチ６の状態のオフからオンへの変化が検出されない。そのため、機器制御装置２はスイッチ６の監視を続けるが、サーボ軸は起動されない。同様に、内部時刻がＥ点に到達した時点でのサーボ軸の位置決め完了信号に変化はないため、ランプ７が点灯されることもない。

図４にこのように示すように、状態変化そのものを検知する方法によりタイムチャートに記述された動作を実行しようとすると、動作が実行できない場合がある等、タイムチャートに表された各機器の動作やタイミングが実制御へ十分に反映されているとは言い難い。

＜本実施形態に係る動作例＞
これに対し、本実施形態に係る機器制御装置２が採用する、変化後の状態を検知する方法によりタイムチャートに記述された動作を実行しようとした場合の動作を図５及び６を参照して説明する。

図５は、本実施形態における各機器の動作を示すタイムチャートである。図５に示す例は、先の図４と同じく、スイッチ６がオンとなるタイミングが本来のタイミングであるＡ点より進んだＡ’点になった場合を示している。このとき、機器制御装置２の動作可否判断部２６はサーボ軸に関し、内部時刻がＢ点に達した時点でスイッチ６の状態を参照する。このとき、スイッチ６は既にオンの状態となっていることから、動作可否判断部２６は、動作可と判断し、サーボ軸は起動される。すなわち、動作可否判断部２６は、スイッチ６の状態が変化したか否かは一切問題とすることなく、内部時刻がＢ点に達した時点において、スイッチ６の状態が状態変化後の状態であるオンの状態であるか否かのみを判断することにより、サーボ軸の動作の可否を判断しているのである。この結果、サーボ軸はＢ点で起動され、区間Ｃに示すようにスライダの移動が行われる。

ランプ７についても同様であり、動作可否判断部２６は、内部時刻がＥ点に到達した時点でサーボ軸が位置決め完了信号を出力しているか否かを判断することにより動作の可否を判断する。ここでは、Ｅ点とほぼ同時にＤ点において位置決め完了信号が出力されるから、図５に示したようにＥ点でランプが点灯される。Ｅ点より早い時点で位置決め完了信号が出力された場合にもやはり図５に示した通りＥ点でランプが点灯されることとなる。サーボ軸の位置決めに時間がかかり、位置決め完了信号の出力がＥ点より遅れた場合には、位置決め完了信号の出力がなされ次第、ランプが点灯される。

図６もまた、本実施形態における各機器の動作を示すタイムチャートである。図６に示した例では、スイッチ６がオンとなるタイミングが本来のタイミングであるＡ点より遅れたＡ’’点になった場合を示している。このとき、機器制御装置２はサーボ軸に関し、内部時刻がＢ点に到達した時点でスイッチ６の状態を参照する。この時点では、スイッチ６はサーボ軸起動の条件となる状態変化、すなわち、オフからオンへの変化を起こしていないため、サーボ軸は起動されず、機器制御装置２はスイッチ６の状態の監視を継続する。

そして、Ａ’’点でスイッチ６の状態が変化した、すなわち、スイッチ６の状態がオフからオンになったことを検出して、Ａ’’点と同時刻となるＢ’’点においてサーボ軸を起動する。

ランプ７についても同様であり、機器制御装置２は内部時刻がＥ点に到達した時点でサーボ軸の状態を参照する。ランプ７の点灯の条件はサーボ軸が停止することであるから、機器制御装置２はＥ点以降のサーボ軸の状態を監視し続け、停止信号、この場合は位置決め完了信号がＤ’’点にて出力され始めたことを検出し、同時刻となるＥ’’点よりランプを点灯する。

このように、変化後の状態を検知する方法によりタイムチャートに記述された動作を実行しようとした場合には、各機器の実動作のタイミングが本来のタイミングより進んだ場合、遅れた場合のいずれであっても各機器の動作が実行されるため、タイムチャートに表された各機器の動作やタイミングの実制御への反映度合いは高い。また、このことは、タイムチャートを作成する際に各機器の実動作のタイミングのずれをさほど考慮する必要が無く、タイムチャート作成を柔軟に行うことができることを意味している。

なお、ここで例示したように、一の機器の状態変化に他の機器の動作が連動する際の一の機器の状態変化には、任意の入力接点の状態の変化や、サーボ軸の位置決め完了信号の出力等が含まれる。また、他の機器の動作には、ここであげた出力接点の状態の変化やサーボ軸の起動のほかに、サーボ軸の停止が含まれる。これにより、サーボ軸、入出力機器の種々の状態変化に連動して各機器の動作がなされるようタイムチャートに記述することができ、タイムチャート作成の自由度が高まる。

以上説明した各実施形態の構成は具体例として示したものであり、本明細書にて開示される発明をこれら具体例の構成そのものに限定するものではない。当業者はこれら開示された実施形態に種々の変形、例えば、各部材あるいはその部分の形状や数、配置等を適宜変更してもよく、本明細書にて開示される発明の技術的範囲は、そのようになされた変形をも含むものと理解すべきである。

Claims (4)

1. タイムチャートに基づいて少なくとも１つの機器を制御する機器制御装置であって、
   前記タイムチャートにおいて、所定の時刻における一の機器の状態変化に基づいて他の機器の動作を制御する記述がなされている場合に、
   前記所定の時刻が到来していること、及び、前記一の機器が状態変化後の状態であることを条件として、前記他の機器の動作を実行する機器制御装置。
2. 前記他の機器の動作には、モータ軸の起動及び停止の少なくとも一方が含まれる請求項１記載の機器制御装置。
3. 前記一の機器の状態変化には、モータ軸の位置決め完了信号の出力が含まれる請求項１又は２記載の機器制御装置。
4. タイムチャートに基づいて少なくとも１つの機器を制御する機器制御方法であって、
   前記タイムチャートにおいて、所定の時刻における一の機器の状態変化に基いて他の機器の動作を制御する記述がなされている場合に、
   前記所定の時刻が到来していること、及び、前記一の機器が状態変化後の状態であることを条件として、前記他の機器の動作を実行する機器制御方法。

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