JP6348163B2

JP6348163B2 - 制御装置及び制御システム

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Publication number: JP6348163B2
Application number: JP2016243599A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　和宏; 和宏佐藤
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2016-12-15
Filing date: 2016-12-15
Publication date: 2018-06-27
Anticipated expiration: 2036-12-15
Also published as: US10423189B2; DE102017222485B4; DE102017222485A1; US20180173272A1; CN112650083A; CN108227526A; JP2018097740A

Description

本発明は、センサデータの時刻同期機能を有する制御装置及び制御システムに関する。

製造現場へのＩｏＴ（ＩｎｔｅｒｎｅｔＯｆＴｈｉｎｇｓ）の普及に伴い、センサから収集された大量のセンサデータを解析する必要性が高まっている。収集されたセンサデータを適切に解析するためには、センサデータ間の時刻同期や、センサデータの、機器の動作モード等の他の情報への関連付けが必要となる。しかし、従来のＰＬＣ（ＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＬｏｇｉｃＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）や、ＡＤコンバータ等、センサが接続される従来の機器（以下では、これを、「センサインタフェース装置」とも呼ぶ）の多くは、例えばＩＥＥＥ１５８８規格で規定されるような、一般的な時刻同期機能に対応していない。

この点、特許文献１は、センサインタフェース装置が、外部からの同期信号に同期してセンサ値をサンプリングする技術を開示している。また、特許文献２は、一定時間間隔で動作状態と休止状態とを繰り返す間欠動作を行う複数のセンサノード間の時刻を同期させる技術を開示している。

特開２０１５−０７６８０５号公報特開２０１０−０１６５７６号公報

しかし、特許文献１及び特許文献２に開示の技術においては、センサインタフェース装置自体に同期機能を組み込む必要がある。このため、センサインタフェース装置自体を特別な仕様に従って製造する必要があり、センサインタフェース装置の汎用性が損なわれることとなりかねない。また、とりわけセンサの数の増加に比例して、特別な仕様に従ったセンサインタフェース装置の数や規模が大きくなると、それだけコストが余計にかかってしまう。

そこで本発明は、一般的なセンサインタフェース装置を用いた場合であっても、センサデータの時刻同期を実施することが可能な、制御装置及び制御システムを提供することを目的とする。

本発明に係る第１の制御装置は、センサインタフェース装置（例えば、後述のセンサインタフェース装置５００）からセンサデータに関する情報を受信する制御装置（例えば、後述の制御装置１００，２００）であって、タイミング信号を生成するタイミング信号生成部（例えば、後述のタイミング信号生成部１３０）と、前記タイミング信号に同期した付加情報を生成する付加情報生成部（例えば、後述の付加情報生成部１４０）と、前記タイミング信号及び前記付加情報を前記センサインタフェース装置に対して出力する出力部（例えば、後述のシリアル信号出力部１５０）とを備える。

前記出力部は、前記タイミング信号及び前記付加情報をシリアル信号に変換し出力してもよい。

前記出力部は、前記タイミング信号を出力するタイミング信号出力部（例えば、後述のタイミング信号出力部１６０）と、前記付加情報を出力する付加情報出力部（例えば、後述の付加情報出力部１７０）とを備えてもよい。

本発明に係る制御システム（例えば、後述の制御システム１０）は、上記の制御装置（例えば、後述の制御装置１００，２００）と、センサインタフェース装置（例えば、後述のセンサインタフェース装置５００）と、付加情報復号装置（例えば、後述の付加情報復号装置７００）とを備える制御システムであって、前記制御装置は、前記センサインタフェース装置に対し、前記タイミング信号及び前記付加情報を送信し、前記センサインタフェース装置は、センサデータと前記タイミング信号及び前記付加情報とをサンプリングして、前記付加情報復号装置に送信し、前記付加情報復号装置は、前記センサインタフェース装置から、前記センサデータと前記タイミング信号及び前記付加情報とを受信し、前記付加情報を復号してもよい。

前記制御装置（例えば、後述の制御装置１００，２００）と前記付加情報復号装置（例えば、後述の付加情報復号装置７００）とは一体となっていてもよい。

本発明に係る第２の制御装置（例えば、後述の制御装置１００，２００）は、センサインタフェース装置（例えば、後述のセンサインタフェース装置５００）からセンサデータに関する情報を受信する制御装置であって、タイミング信号を生成するタイミング信号生成部（例えば、後述のタイミング信号生成部１３０）と、前記タイミング信号に同期した付加情報を生成する付加情報生成部（例えば、後述の付加情報生成部１４０）と、前記タイミング信号及び前記付加情報を前記センサインタフェース装置に対して出力する出力部（例えば、後述のシリアル信号出力部１５０）と、前記センサインタフェース装置から受信した前記付加情報を復号する付加情報復号部（例えば、後述の付加情報復号部１８０）とを備える。

本発明によれば、一般的なセンサインタフェース装置を用いた場合であっても、センサデータの時刻同期を実施することが可能となる。

本発明の動作の概要を示す図である。本発明の第１の実施形態に係る制御装置の構成例を示す図である。本発明の第１の実施形態に係るシリアル信号出力部の構成例を示す図である。本発明の第１の実施形態に係る制御システムの構成例を示す図である。本発明の第２の実施形態に係る制御装置の構成例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図１〜図５を参照しながら詳述する。
〔動作の概要〕
図１は、本発明の実施形態の動作の概要を示す。
図１において、制御システム５０は、制御装置１００と、センサインタフェース装置５００と、センサ５５０Ａ〜５５０Ｃとを備える。また、制御装置１００は、出力ポート１１０及び入力ポート１２０を備える。センサインタフェース装置５００は、出力ポート５１０及び入力ポート５２０Ａ〜５２０Ｄを備える。センサインタフェース装置５００の入力ポート５２０Ａにはセンサ５５０Ａが接続され、入力ポート５２０Ｂにはセンサ５５０Ｂが接続され、入力ポート５２０Ｃにはセンサ５５０Ｃが接続される。また、制御装置１００の出力ポート１１０は、センサインタフェース装置５００の入力ポート５２０Ｄに接続される。センサインタフェース装置５００の出力ポート５１０は、制御装置１００の入力ポート１２０に接続される。なお、図１においてセンサの個数は３個となっているが、本発明の実施形態はこれには限定されない。

制御システム５０において、まず(１)に示すように、制御装置１００は、タイミング信号ＴＳと、タイミング信号ＴＳの立ち上がりに同期した付加情報ＡＩとを、シリアル信号としてセンサインタフェース装置５００に出力する。この結果、センサインタフェース装置５００が備える複数の入力ポート５２０Ａ〜５２０Ｄのいずれかに（図１の例では入力ポート５２０Ｄに）、制御装置１００からタイミング信号ＴＳ及び付加情報ＡＩが入力される。

（２）において、センサインタフェース装置５００は、一定間隔周期（１ミリ秒等）で常にサンプリングをしてもよく、また、制御装置１００から受信したタイミング信号ＴＳをトリガとしてサンプリングを開始してもよい。後者の場合には、一定間隔周期で一定数をサンプリングしてもよい。

（３）において、制御装置１００は、センサインタフェース装置５００から、センサデータＳＤとタイミング信号ＴＳ及び付加情報ＡＩとを受信する。

上記の付加情報ＡＩは、例えば、時刻情報や、機器の動作モード（主軸の加速時、一定速時、及び減速時、切削時、等）に係る情報を有することができる。また、上記の制御装置１００は、例えば、数値制御装置やロボットコントローラであってもよい。更に、図１とは異なり、制御装置１００とは別体の装置、例えばＰＣ等でセンサデータＳＤ及び付加情報ＡＩを受信し、ＰＣでセンサデータ及び付加情報を利用してもよい。

〔第１の実施形態〕
図２に、第１の実施形態に係る制御装置１００の構成例を示す。図２に示すように、制御装置１００は、タイミング信号生成部１３０と、付加情報生成部１４０と、シリアル信号出力部１５０とを備える。

タイミング信号生成部１３０は、一定の時間間隔でパルス信号を生成する回路又はソフトウェアであり、生成したパルス信号を、タイミング信号として付加情報生成部１４０とシリアル信号出力部１５０とに送信する。

付加情報生成部１４０は、タイミング信号を受信したことをトリガとして、時刻情報等の付加情報を生成し、シリアル信号出力部１５０に送信する。

シリアル信号出力部１５０は、タイミング信号生成部１３０から受信したタイミング信号と、付加情報生成部１４０から受信した付加情報とを、シリアル信号に変換し、センサインタフェース装置５００に送信する。このシリアル信号出力部１５０の構成例を図３に示す。

図３に示すように、シリアル信号出力部１５０は、パラレル・シリアル変換部１５１と、符号化部１５２と、ディジタル信号出力部１５３とを備える。

パラレル・シリアル変換部１５１は、タイミング信号生成部１３０から受信したタイミング信号と、付加情報生成部１４０から受信した付加情報とを、パラレル信号からシリアル信号に変換し、符号化部１５２に送信する。

符号化部１５２は、パラレル・シリアル変換部１５１から受信したシリアル信号を符号化する。符号化の目的は、例えば、データ受信側にクロック情報を伝えたり、データに対して誤り検出や訂正能力を付加することである。

具体的には、例えば、符号化部１５２は、データ受信側にクロック情報を伝えるために、各データの前後にスタートビット及びストップビットを付加し、誤り検出のためにパリティビットを付加する。

より詳細には、符号化部１５２は、ビット同期をとるため、各データ（例えば、８ビットのデータ）の前後に、スタートビット（例えば“０”）とストップビット（例えば“１”）を付加して送出する一方で、送出する文字データが存在しないときには、ストップビットを連続で送出する。
各データの伝送が始まる前では、ストップビットの“１”が連続で送出されるが、各データ（パリティビットを含むことがある）の伝送が始まると、スタートビットの“０”が送出される。この“１”→“０”の変化をデータ受信側では常時監視しており、この変化を識別すると、データ受信側は、各データが送られてきたと認識する。そして、データ受信側は、スタートビットの次のビットから順に情報を読み取り、各データ分の８ビットの情報を読み取った後、次のビットがストップビットであることを確認して各データ分の読み取りを終了する。
この際、データ送信側とデータ受信側とは、１秒間に何ビットずつ通信するかを最初に取り決め、互いに自ら発生したクロックに同期して各データの送受信を行うことにより、同じ周期でデータ送信側とデータ受信側とが「調歩」する。

本発明においては、このような調歩同期方式を用いることにより、同期用の信号線を設ける必要がなく、シリアル信号出力部が出力したデータを付加情報復号装置で復号することが可能となる。なお、高速のビットデータを受信可能な調歩同期方式としては、例えば特開２００７−１２３９８８号公報に開示される技術が挙げられる。

ディジタル信号出力部１５３は、符号化部１５２から受信した、符号化されたシリアル信号をディジタル信号として、センサインタフェース装置５００に出力（送信）する。

制御装置１００は、上記の図２及び図３に示される構成を有することにより、タイミング信号と、タイミング信号の立ち上がりに同期した付加情報とを、シリアル信号としてセンサインタフェース装置５００に出力する。

図４は、上記の制御装置１００を備える制御システム１０の構成例を示す。制御システム１０は、制御装置１００、センサインタフェース装置５００に加えて、付加情報復号装置７００を備える。

上記のように、制御装置１００は、タイミング信号と、タイミング信号の立ち上がりに同期した付加情報とを、シリアル信号としてセンサインタフェース装置５００に出力する。

センサインタフェース装置５００は、センサデータと、上記のシリアル信号とをサンプリングし、付加情報復号装置７００に送信する。なお、センサインタフェース装置５００のサンプリングのタイミングとしては、例えば、常時サンプリングする場合や、タイミング信号を用いてタイミングを決める方法が考えられる。

付加情報復号装置７００は、センサインタフェース装置５００から受信したシリアル信号から、タイミング信号の変化点の検出と付加情報の復号とを行い、復号した付加情報と、タイミング信号の変化点のタイミングのセンサデータとを関連付ける。ここで、タイミング信号の変化点とは、例えば、Ａ）タイミング信号がＨｉｇｈからＬｏｗに変化した点、Ｂ）タイミング信号がＬｏｗからＨｉｇｈに変化した点、Ｃ）タイミング信号の系列がＩｄｌｅコードからＳｙｎｃコードに変化した点等、いくつかの場合が考えられる。

〔第１の実施形態による効果〕
第１の実施形態に係る制御装置１００を用いることにより、タイミング信号と同期した付加情報を出力することで、一般的なセンサインタフェース装置のセンサデータに対して、同期性の高い付加情報を付加したり、時刻同期を実施したりすることができる。具体的には、例えば、特定の動作モード時のセンサデータを取得することにより、主軸の故障予知等を実現することができる。

〔第２の実施形態〕
図５は、第２の実施形態に係る制御装置２００の構成例を示す。なお、第１の実施形態に係る制御装置１００と同一の構成要素については同一の符号を用いて示し、その説明を省略する。

制御装置２００は、タイミング信号生成部１３０と、付加情報生成部１４０と、タイミング信号出力部１６０と、付加情報出力部１７０とを備える。

第１の実施形態においては、タイミング信号生成部１３０が生成するタイミング信号と、付加情報生成部１４０が生成する付加情報とを、一つのシリアル信号出力部１５０が受信していた。一方、第２の実施形態においては、タイミング信号生成部１３０が生成するタイミング信号を、タイミング信号出力部１６０が受信し、センサインタフェース装置５００に対して送信する。一方、付加情報生成部１４０が生成する付加情報を、付加情報出力部１７０が受信し、センサインタフェース装置５００に対して送信する。すなわち、第２の実施形態に係る制御装置２００においては、タイミング信号と付加情報とが、個別にセンサインタフェース装置５００に対して送信される。

なお、図示は省略するが、付加情報出力部１７０は、第１の実施形態に係る制御装置１００が備えるシリアル信号出力部１５０と同様に、パラレル・シリアル変換部１５１、符号化部１５２、及びディジタル信号出力部１５３を備えることができる。

また、図示は省略するが、第１の実施形態に係る制御システム１０と同様に、制御装置２００に加え、センサインタフェース装置５００及び付加情報復号装置７００を用いて、第２の実施形態に係る制御システム２０を構成することができる。

〔第２の実施形態の効果〕
上記のように、第２の実施形態に係る制御装置２００においては、タイミング信号と付加情報とが、個別にセンサインタフェース装置５００に対して送信される。これにより、例えば、タイミング信号をセンサインタフェース装置５００のトリガ信号として用い、付加情報をセンサインタフェース装置５００の入力ポートに入力する構成とすることができる。
また、第１の実施形態に係る制御装置１００又は制御システム１０と同様に、一般的なセンサインタフェース装置のセンサ値に対して、同期性の高い付加情報を付加したり、時刻同期を実施したりすることが可能となる。

〔変形例〕
上記の第１の実施形態においては、シリアル信号出力部１５０は、タイミング信号生成部１３０から受信したタイミング信号と、付加情報生成部１４０から受信した付加情報とを、シリアル信号に変換し、センサインタフェース装置５００に送信する構成を有するが、これには限定されない。例えば、シリアル信号出力部１５０の代わりに、タイミング信号と付加情報とをシリアル信号に変換せず、例えばパラレル信号としてセンサインタフェース装置５００に送信する出力部を用いてもよい。

また、上記の第１及び第２の実施形態においては、シリアル信号出力部１５０、タイミング信号出力部１６０、及び付加情報出力部１７０は、制御装置１００又は２００と一体となっていたが、これには限定されない。例えば、これら出力部が、制御装置１００とは別のユニットとなっており、制御装置１００又は２００と通信路を介して接続する構成としてもよい。また、符号化までは制御装置１００又は２００内で処理を実行し、ディジタル信号出力を別ユニットで実行する構成としてもよい。

また、上記の第１及び第２の実施形態に係る制御システム１０及び２０において、制御装置１００又は２００と、付加情報復号装置７００とは別体となっていたが、これには限定されない。例えば、これらの装置が一体となっており、同一装置内で、これらの装置の機能が実現されてもよい。すなわち、制御装置１００又は２００は、付加情報復号装置７００と同一の機能を実現する付加情報復号部１８０を更に備えてもよい。

また、第１及び第２の実施形態において、付加情報復号装置７００は、復号した付加情報を、解析に用いたり、図示しない表示部に表示したり、制御装置１００又は数値制御装置やロボットコントローラ等の他の装置に転送したりする等の機能を実施してもよい。

以上、本発明の第１及び第２の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限るものではない。また、これらの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、これらの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１００又は２００による制御方法は、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（制御装置１００又は２００）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。更に、これらのプログラムは、ダウンロードされることなくネットワークを介したＷｅｂサービスとしてユーザのコンピュータ（制御装置１００又は２００）に提供されてもよい。

１０２０５０制御システム
１００２００制御装置
１３０タイミング信号生成部
１４０付加情報生成部
１５０シリアル信号出力部
１６０タイミング信号出力部
１７０付加情報出力部
１８０付加情報復号部
５００センサインタフェース装置
７００付加情報復号装置

Claims

センサインタフェース装置からセンサデータに関する情報を受信する制御装置であって、
タイミング信号を生成するタイミング信号生成部と、
前記タイミング信号に同期した付加情報を生成する付加情報生成部と、
前記タイミング信号及び前記付加情報を前記センサインタフェース装置に対して出力する出力部とを備える制御装置。
前記出力部は、前記タイミング信号及び前記付加情報をシリアル信号に変換して出力する、請求項１に記載の制御装置。
前記出力部は、前記タイミング信号を出力するタイミング信号出力部と、前記付加情報を出力する付加情報出力部とを備える、請求項２に記載の制御装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の制御装置と、センサインタフェース装置と、付加情報復号装置とを備える制御システムであって、
前記制御装置は、前記センサインタフェース装置に対して、前記タイミング信号及び前記付加情報を送信し、
前記センサインタフェース装置は、センサデータと前記タイミング信号及び前記付加情報とをサンプリングして、前記付加情報復号装置に送信し、
前記付加情報復号装置は、前記センサインタフェース装置から、前記センサデータと前記タイミング信号及び前記付加情報とを受信し、前記付加情報を復号する制御システム。
前記制御装置と前記付加情報復号装置とは一体となっている、請求項４に記載の制御システム。
センサインタフェース装置からセンサデータに関する情報を受信する制御装置であって、
タイミング信号を生成するタイミング信号生成部と、
前記タイミング信号に同期した付加情報を生成する付加情報生成部と、
前記タイミング信号及び前記付加情報を前記センサインタフェース装置に対して出力する出力部と、
前記センサインタフェース装置から受信した前記付加情報を復号する付加情報復号部とを備える制御装置。