JP7014019B2 - 異常検知装置、異常検知方法、および異常検知プログラム - Google Patents

異常検知装置、異常検知方法、および異常検知プログラム Download PDF

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Description

この発明は、セーフティコントローラに接続され、状態に応じた信号を出力するチャンネルを複数有するセーフティデバイスの異常を検知する技術に関する。
従来、物品の製造が行われている製造現場に構築されているＦＡシステム（FactoryAutomation System）では、プレス機、切断機、研磨機、溶接機、産業用ロボット等の様々な種類の産業機械をＰＬＣ（プログラマブルコントローラ）で制御することが行われている（非特許文献１参照）。また、ＦＡシステムでは、産業機械を制御するマシン制御と、製造現場の安全性を確保するための安全制御とを組み合わせている。安全制御は、安全性が確保されている状況でないと、産業機械の動作を制限し、産業機械を安全に停止させる制御である。
安全制御では、安全性が確保されている状況であるかどうかの判断を、非常停止ボタン、セーフティライトカーテン、セーフティマット等のセーフティデバイスを用いて行っている。例えば、非常停止ボタンが押されたときや、セーフティライトカーテンやセーフティマットにより管理区域への進入者を検出したときに、安全性が確保されている状況であると判断しない。セーフティデバイスは、安全制御を行うＰＬＣ（ここでは、このＰＬＣをセーフティコントローラと言う。）に接続される。
また、一般的なＦＡシステムでは、デュアル出力のセーフティデバイスを用いることで、セーフティデバイス（出力チャンネルを２つ備えるセーフティデバイス）の異常による安全性の低下を抑えている。
http://www.fa.omron.co.jp/data_pdf/cat/devicenetsafety_sjlb-001_4_13.pdf?id=1626
しかしながら、デュアル出力のセーフティデバイスは、異常が発生したときに、一方のチャンネルの出力と、他方のチャンネルの出力とが異なることがある。ＦＡシステムでは、上述した安全性の低下を抑える観点から、このような場合、セーフティコントローラによる安全制御をはたらかせ、ラインを停止させている。
ラインの停止時間を抑えるため、異常が発生したセーフティデバイス、および発生した異常の内容を迅速に特定し、解消する必要がある。
この発明の目的は、セーフティコントローラに接続されているセーフティデバイスの中で、異常が発生したセーフティデバイス、および発生した異常の内容を迅速に特定するための技術を提供することにある。
この発明の異常検知装置は、上記目的を達するために、以下のように構成している。
この発明にかかる異常検知装置は、セーフティコントローラに接続され、状態に応じた信号を出力するチャンネルを複数有するセーフティデバイスの異常を検知する。判定部は、セーフティコントローラから、セーフティデバイスの各チャンネルの出力を取得し、各チャンネルの出力が同じであるかどうかによって、このセーフティデバイスに異常が発生しているかどうかを判定する。また、推定部は、判定部によって異常が発生していると判定されたセーフティデバイスについて、出力が異常であるチャンネルを推定する。そして、表示部が、判定部によって異常が発生していると判定されたセーフティデバイスとセーフティコントローラとの配線図を示す画像であって、推定部によって出力が異常であると推定されたチャンネルと、その他のチャンネルとを区別した画像を含む画面を表示器に表示する。
したがって、オペレータ等は、表示器に表示された画面を確認することによって、セーフティコントローラに接続されているセーフティデバイスの中で、異常が発生したセーフティデバイス、および発生した異常の内容を迅速に特定することができる。これにより、ラインの停止時間が抑えられる。
また、異常検知装置は、セーフティデバイスの状態と各チャンネルの出力の関係を示す特性情報を特性情報記憶部に記憶させ、推定部が特性情報を用いて出力が異常であるチャンネルを推定する構成にしてもよい。
さらに、異常検知装置は、表示部は、判定部によって異常が発生していると判定されたセーフティデバイスのチャンネル毎に、そのチャンネルの出力を示す画像を含む画面を表示器に表示する構成にしてもよい。
この発明によれば、セーフティコントローラに接続されているセーフティデバイスの中で、異常が発生したセーフティデバイス、および発生した異常の内容を迅速に特定できる。
ＦＡシステム（Factory Automation System）を示す概略図である。 セーフティコントローラの主要部の構成を示すブロック図である。 情報処理装置の主要部の構成を示すブロック図である。 特性情報記憶部が記憶する特性情報を示す図である。 情報処理装置の動作を示すフローチャートである。 図６（Ａ）、（Ｂ）は、表示器に表示される確認画面を示すである。 別の例にかかるＦＡシステム（Factory AutomationSystem）を示す概略図である。
以下、この発明の実施形態である配線チェック装置について詳細に説明する。
図１は、この発明にかかる異常検知装置を用いたＦＡシステム（FactoryAutomation System）を示す概略図である。このＦＡシステムは、物品の製造が行われている製造現場等に構築される。このＦＡシステムは、セーフティコントローラ１と、マシンコントローラ２と、セーフティデバイス群３と、ライン機器群４と、情報処理装置５とを備えている。セーフティコントローラ１、およびマシンコントローラ２が、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）を構成する。セーフティコントローラ１は、主にラインにおける作業者の安全を確保するためのプログラムを実行する。マシンコントローラ２は、主にラインにおける物品の製造にかかるプログラムを実行する。
図１に示すセーフティデバイス群３は、複数のセーフティデバイスをまとめて図示したものである。非常停止ボタン、セーフティライトカーテン、セーフティマット等のセーフティデバイスがセーフティデバイス群３に属する。また、図１に示すライン機器群４は、物品の製造にかかる搬送や加工を行う複数のライン機器をまとめて図示したものである。プレス機、切断機、研磨機、溶接機、産業用ロボット等のライン機器がライン機器群４に属する。
情報処理装置５は、セーフティコントローラ１に接続されているセーフティデバイス群３に属する個々のセーフティデバイスについて、異常の発生の有無を検知（判定）する。また、情報処理装置５は、異常の発生を検知したセーフティデバイスについて、異常の内容を示す画面を表示する。情報処理装置５は、公知のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）で実現でき、この発明の異常検知装置に相当する。また、情報処理装置５が備えるコンピュータが、この発明にかかる異常検知方法を実行する。さらに、この発明にかかる異常検知プログラムは、情報処理装置５が備えるコンピュータにインストールされる。
図１では、情報処理装置５は、ネットワークを介してセーフティコントローラ１、およびマシンコントローラ２に接続しているが、ＵＳＢやＲＳ－２３２Ｃ等のシリアルインタフェースで接続する構成であってもよい。また、情報処理装置５は、セーフティコントローラ１、およびマシンコントローラ２のそれぞれに個別に接続される構成であってもよい（すなわち、この例のＦＡシステムは、セーフティコントローラ１に接続される情報処理装置５、およびマシンコントローラ２に接続される情報処理装置５の２つの情報処理装置５を備える構成であってもよい。）。この場合、セーフティコントローラ１に接続される情報処理装置５が、この発明にかかる異常検知装置に相当する。
図２は、セーフティコントローラの主要部の構成を示すブロック図である。セーフティコントローラ１は、制御部１１と、セーフティデバイス接続インタフェース１２（以下、セーフティデバイス接続Ｉ／Ｆ１２と言う。）と、ライン機器接続インタフェース１３（以下、ライン機器接続Ｉ／Ｆ１３と言う。）と、ネットワーク接続インタフェース１４（以下、ネットワーク接続Ｉ／Ｆ１４と言う。）と、を備えている。
制御部１１は、主にラインにおける作業者の安全を確保するためのプログラムを実行する。
セーフティデバイス接続Ｉ／Ｆ１２には、セーフティデバイス群３に属する非常停止ボタン３１、セーフティライトカーテン３２、セーフティマット３３等のセーフティデバイスが接続されている。セーフティデバイス接続Ｉ／Ｆ１２に接続されている非常停止ボタン３１、セーフティライトカーテン３２、セーフティマット３３等のセーフティデバイスの入力は、制御部１１が実行するプログラムの変数として使用される。図２では、セーフティデバイス群３に属するセーフティデバイスとして、非常停止ボタン３１、セーフティライトカーテン３２、およびセーフティマット３３の３つを例示しているだけであって、他の種類のセーフティデバイスがセーフティデバイス接続Ｉ／Ｆ１２に接続されていないという意味ではない。また、図示している非常停止ボタン３１、セーフティライトカーテン３２、およびセーフティマット３３のいずれか１つ以上がセーフティデバイス接続Ｉ／Ｆ１２に接続されていない構成であってもよい。セーフティデバイス群３に属するセーフティデバイスは、デュアル出力である（出力チャンネルを２つ備える。）。
なお、セーフティデバイス群３に属するセーフティデバイスの中に、出力チャンネルが１つであるものが含まれていてもよいが、この出力チャンネルが１つであるセーフティデバイスは、情報処理装置５が異常の発生の有無を検知するセーフティデバイスの対象外である。また、セーフティデバイス群３に属するセーフティデバイスの中に、出力チャンネルが３つ以上であるものが含まれていてもよく、この出力チャンネルが３つ以上であるセーフティデバイスは、情報処理装置５が異常の発生の有無を検知するセーフティデバイスの対象である。
ライン機器接続Ｉ／Ｆ１３には、ライン機器群４に属するプレス機４１、切断機４２、産業用ロボット４３等のライン機器が接続されている。この例では、セーフティコントローラ１は、ライン機器接続Ｉ／Ｆ１３に接続されているライン機器群４に属するライン機器毎に、そのライン機器に対して主電源の接続／切断にかかる制御を行う。すなわち、セーフティコントローラ１は、ラインにおける作業者の安全が確保されている状態であると判断しなかったとき、ライン機器群４に属するライン機器に対して主電源を切断する等の制御を行い、このライン機器を安全に停止させる。セーフティコントローラ１は、ラインにおける作業者の安全が確保されている状態であるかどうかの判断を、制御部１１で実行しているプログラムで行う。
なお、セーフティコントローラ１は、ラインにおける作業者の安全が確保されている状態であると判断しなかったとき、その旨をマシンコントローラ２に通知し、マシンコントローラ２がライン機器群４に属するライン機器を安全な状態に移行させた後に、ライン機器を停止させる構成であってもよい。
セーフティコントローラ１は、ラインにおける作業者の安全が確保されている状態であると判断しているときに、ライン機器の動作を許容し、反対に、ラインにおける作業者の安全が確保されている状態であると判断していないときに、ライン機器の動作を停止させることができれば、ライン機器に対する制御をどのような手法で行ってもよい。
図２では、ライン機器群４に属するライン機器として、プレス機４１、切断機４２、および産業用ロボット４３の３つを例示しているだけであって、他の種類のライン機器がライン機器接続Ｉ／Ｆ１３に接続されていないという意味ではない。また、図示しているプレス機４１、切断機４２、および産業用ロボット４３のいずれか１つ以上がライン機器接続Ｉ／Ｆ１３に接続されていない構成であってもよい。
ネットワーク接続Ｉ／Ｆ１４には、情報処理装置５が接続される。セーフティコントローラ１は、ネットワーク接続Ｉ／Ｆ１４に接続されている情報処理装置５から、制御部１１で実行するプログラム等が入力される。また、セーフティコントローラ１は、制御部１１で実行しているプログラムの状態や、セーフティデバイス接続Ｉ／Ｆ１２に接続されているセーフティデバイス群３に属するセーフティデバイス毎に、そのセーフティデバイスの出力を情報処理装置５に入力する。
なお、図２では特に図示していないが、セーフティコントローラ１は、ネットワーク接続Ｉ／Ｆ１４において、マシンコントローラ２と接続される。
図３は、情報処理装置の主要部の構成を示すブロック図である。情報処理装置５、上述したように公知のＰＣである。情報処理装置５は、制御部５１と、特性情報記憶部５２と、表示部５３と、操作部５４と、ネットワーク接続部５５と、を備えている。
制御部５１は、情報処理装置５本体各部の動作を制御する。制御部５１は、判定部５１ａ、および推定部５１ｂを有する。判定部５１ａは、セーフティデバイス群３に属するセーフティデバイス毎に、そのセーフティデバイスに異常が発生しているかどうかを判定する。また、推定部５１ｂは、判定部５１ａにおいて異常が発生していると判定されたセーフティデバイスについて、出力が異常である出力チャンネルを推定する。
特性情報記憶部５２は、セーフティデバイス群３に属するセーフティデバイス毎に、特性情報を記憶する。図４は、特性情報記憶部が記憶する特性情報を示す図である。図４に示すように、特性情報は、セーフティデバイスを識別するデバイスコード、デバイス名、デバイスの状態と出力（ノーマルクローズ、ノーマルオープン、ＯＳＳＤ等）の関係、ノーマル状態時におけるセーフティデバイスの画像、非ノーマル状態時におけるセーフティデバイスの画像、およびセーフティデバイスの出力回路を含む配線図を対応付けたものである。図４では、非常停止ボタン３１、セーフティライトカーテン３２、およびセーフティマット３３の３つについて特性情報を例示している。また、特性情報には、図４に示すノーマル状態における出力回路だけでなく、非ノーマル状態における出力回路も含まれている。
なお、特性情報記憶部５２は、デバイスコード、デバイス名、デバイスの状態と出力の関係、ノーマル状態時の画像、非ノーマル状態時の画像、およびセーフティデバイスの出力回路を含む配線図を対応付けることができれば、どのような形式で特性情報を記憶してもよい。また、セーフティライトカーテン３２、およびセーフティマット３３は、出力信号開閉デバイス(Output signal switching device(OSSD))である。
表示部５３は、接続されている表示器５３ａにおける画面表示を行う。操作部５４は、マウス、キーボード、タッチパネル等の入力デバイスを有し、オペレータによる入力デバイスの操作を情報処理装置５本体に対する入力として検知する。ネットワーク接続部５５は、ネットワークを介して接続されているセーフティコントローラ１やマシンコントローラ２との間でデータ通信を行う。
この例にかかるＦＡシステムは、公知のシステムと同様に、主にセーフティコントローラ１が実行しているプログラムにより、作業者の安全が確保されている状態であるかどうかを判断し、マシンコントローラ２が実行しているプログラムにより、ライン機器を制御して物品の製造を行うシステムである。セーフティコントローラ１は、セーフティデバイス群３に属するセーフティデバイス（非常停止ボタン３１、セーフティライトカーテン３２、セーフティマット３３等）の入力によって、ラインにおける作業者の安全が確保されている状態であるかどうかを判断し、その判断結果に応じてこのＦＡシステムを制御する。
以下、情報処理装置５が、セーフティデバイス群３に属する個々のセーフティデバイスについて、異常の発生を検知する処理について説明する。この処理では、セーフティデバイス群３に属するセーフティデバイスであって、出力チャンネルを複数有するセーフティデバイスが異常を検知する対象のセーフティデバイスである。すなわち、セーフティデバイス群３に属するセーフティデバイスであっても、出力チャンネルが１つであるセーフティデバイスは、この処理の対象外である。図５は、情報処理装置の動作を示すフローチャートである。
情報処理装置５は、セーフティデバイス群３に属するセーフティデバイスのいずれかに異常が発生しているかどうかを判定している（ｓ１）。情報処理装置５には、ネットワーク接続部５５において接続されているセーフティコントローラ１から、セーフティデバイス群３に属するセーフティデバイス毎に、そのセーフティデバイスの各出力チャンネルの出力が入力されている。情報処理装置５は、出力が全ての出力チャンネルで同じであるセーフティデバイスについては異常が発生していないと判定する。反対に、情報処理装置５は、出力が全ての出力チャンネルで同じでないセーフティデバイスについては異常が発生していると判定する。判定部５１ａが、ｓ１にかかる判定を行う。
情報処理装置５は、ｓ１で異常が発生しているセーフティデバイスがあると判定すると、セーフティデバイスの特性情報を特性情報記憶部５２から読み出す（ｓ２）。情報処理装置５は、ｓ２で読み出した特性情報を用いて、出力が異常である出力チャンネルを推定する（ｓ３）。推定部５１ｂが、ｓ２にかかる推定を行う。
ｓ３では、例えば、推定部５１ｂは、セーフティデバイスの出力がオン、オフである場合、出力がオフである出力チャンネルを断線による異常が発生したと推定し、出力がオンである出力チャンネルを異常が発生していないと推定する。また、セーフティデバイス毎に、異常が発生したときの出力チャンネルの出力がオンであるか、オフであるかを予め登録しておき、この登録に基づいて異常が発生した出力チャンネルを推定してもよい。この場合、セーフティデバイス毎に、異常が発生した出力チャンネルの出力がオンになる可能性と、異常が発生した出力チャンネルの出力がオフになる可能性と、を比較し、その可能性がより大きいほうを異常が発生したときの出力として登録すればよい。
情報処理装置５では、ｓ３の推定結果に基づく確認画面の生成が行われ、表示部５３が生成された確認画面を表示器５３ａに表示し（ｓ４）、ｓ１に戻る。図６は、ｓ５で表示器に表示される確認画面を示す図である。図６（Ａ）は、デバイスコード０００１である非常停止ボタン３１で異常が発生した場合の確認画面であり、図６（Ｂ）は、デバイスコード０００２であるセーフティライトカーテン３２で異常が発生した場合の確認画面である。
図６に示すように、この確認画面には、異常が発生したセーフティデバイスの状態を示す画像と、セーフティデバイスの回路を含む配線図が含まれている。この確認画面におけるセーフティデバイス（非常停止ボタン３１（図６（Ａ））、セーフティライトカーテン３２（図６（Ｂ）））の状態は、ｓ３の推定結果に基づいて判断した状態である。すなわち、ｓ３における、出力が異常である出力チャンネルの推定が正しければ、確認画面に表示されているセーフティデバイスの状態と、その時点における実際のセーフティデバイスの状態とが一致する。反対に、ｓ３における、出力が異常である出力チャンネルの推定が誤っていると、確認画面に表示されているセーフティデバイスの状態と、その時点における実際のセーフティデバイスの状態とが一致しない。また、この確認画面においては、ｓ３で異常が発生していると推定した出力チャンネルに「×」印を付した配線図を示している。
このため、オペレータ等は、確認画面に表示されているセーフティデバイスの状態と、実際のセーフティデバイスの状態とが一致しているかどうかを確認し、一致していれば、確認画面の配線図において「×」印が付されている出力チャンネルにおいて異常が発生していると判断できる。また、確認画面に表示されているセーフティデバイスの状態と、実際のセーフティデバイスの状態とが一致していなければ、確認画面の配線図において「×」印が付されていない出力チャンネルにおいて異常が発生していると判断できる。
したがって、この確認画面によって、セーフティコントローラ１に接続されているセーフティデバイス群３に属するセーフティデバイスの中で、異常が発生したセーフティデバイス、および発生した異常の内容をオペレータに迅速に特定させることができる。これにより、ラインの停止時間が抑えられる。
また、上記の例では、セーフティデバイス群３は、セーフティコントローラ１のセーフティデバイス接続Ｉ／Ｆ１２に接続されている構成であるとしたが、図７に示すように、ネットワークに接続されている構成であってもよい。この場合、情報処理装置５は、セーフティデバイスの出力を、上記の例と同様にセーフティコントローラ１から取得してもよいし、当該セーフティデバイスからネットワークを介して直接取得してもよい。
なお、図７に示す構成であっても、セーフティコントローラ１は、セーフティデバイス群３に属するセーフティデバイスのそれぞれの出力を取得し、ラインにおける作業者の安全が確保されている状態であるかどうかを判断する。セーフティコントローラ１は、この断結果に応じてこのＦＡシステムを制御する。
１…セーフティコントローラ
２…マシンコントローラ
３…セーフティデバイス群
４…ライン機器群
５…情報処理装置
１１…制御部
１２…セーフティデバイス接続インタフェース
１３…ライン機器接続インタフェース
１４…ネットワーク接続インタフェース
３１…非常停止ボタン
３２…セーフティライトカーテン
３３…セーフティマット
４１…プレス機
４２…切断機
４３…産業用ロボット
５１…制御部
５１ａ…判定部
５１ｂ…推定部
５２…特性情報記憶部
５３…表示部
５３ａ…表示器
５４…操作部
５５…ネットワーク接続部

Claims (5)

  1. セーフティコントローラに接続され、状態に応じた信号を出力するチャンネルを複数有するセーフティデバイスの異常を検知する異常検知装置であって、
    前記セーフティコントローラから、前記セーフティデバイスの各チャンネルの出力を取得し、各チャンネルの出力が同じであるかどうかによって、このセーフティデバイスに異常が発生しているかどうかを判定する判定部と、
    前記判定部によって異常が発生していると判定された前記セーフティデバイスについて、出力が異常であるチャンネルを推定する推定部と、
    前記判定部によって異常が発生していると判定された前記セーフティデバイスと前記セーフティコントローラとの配線図を示す画像であって、前記推定部によって出力が異常であると推定されたチャンネルと、その他のチャンネルとを区別した画像を含む確認画面を表示器に表示する表示部と、を備え、
    前記確認画面は、前記推定部の推定結果に基づいて判断した前記セーフティデバイスの状態に応じた、このセーフティデバイスのノーマル状態時の画像、または非ノーマル状態時の画像を含む、異常検知装置。
  2. 前記セーフティデバイスの状態と各チャンネルの出力の関係を示す特性情報を記憶する特性情報記憶部を備え、
    前記推定部は、前記判定部によって異常が発生していると判定された前記セーフティデバイスについて、前記特性情報を用いて出力が異常であるチャンネルを推定する、請求項１に記載の異常検知装置。
  3. 前記確認画面は、前記判定部によって異常が発生していると判定された前記セーフティデバイスのチャンネル毎に、そのチャンネルの出力を示す画像を含む、請求項１、または２に記載の異常検知装置。
  4. セーフティコントローラに接続され、状態に応じた信号を出力するチャンネルを複数有するセーフティデバイスの異常を検知する異常検知方法であって、
    前記セーフティコントローラから、前記セーフティデバイスの各チャンネルの出力を取得し、各チャンネルの出力が同じであるかどうかによって、このセーフティデバイスに異常が発生しているかどうかを判定する判定ステップと、
    前記判定ステップで異常が発生していると判定した前記セーフティデバイスについて、出力が異常であるチャンネルを推定する推定ステップと、
    前記判定ステップで異常が発生していると判定した前記セーフティデバイスと前記セーフティコントローラとの配線図を示す画像であって、前記推定ステップで出力が異常であると推定したチャンネルと、その他のチャンネルとを区別した画像を含む確認画面を表示器に表示させる表示ステップと、をコンピュータが実行し、
    前記確認画面は、前記推定ステップの推定結果に基づいて判断した前記セーフティデバイスの状態に応じた、このセーフティデバイスのノーマル状態時の画像、または非ノーマル状態時の画像を含む、異常検知方法。
  5. セーフティコントローラに接続され、状態に応じた信号を出力するチャンネルを複数有するセーフティデバイスの異常を検知するための異常検知プログラムであって、
    前記セーフティコントローラから、前記セーフティデバイスの各チャンネルの出力を取得し、各チャンネルの出力が同じであるかどうかによって、このセーフティデバイスに異常が発生しているかどうかを判定する判定ステップと、
    前記判定ステップで異常が発生していると判定した前記セーフティデバイスについて、出力が異常であるチャンネルを推定する推定ステップと、
    前記判定ステップで異常が発生していると判定した前記セーフティデバイスと前記セーフティコントローラとの配線図を示す画像であって、前記推定ステップで出力が異常であると推定したチャンネルと、その他のチャンネルとを区別した画像を含む確認画面を表示器に表示させる表示ステップと、をコンピュータに実行させ、
    前記確認画面は、前記推定ステップの推定結果に基づいて判断した前記セーフティデバイスの状態に応じた、このセーフティデバイスのノーマル状態時の画像、または非ノーマル状態時の画像を含む、異常検知プログラム。
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