JP7364427B2 - プログラマブルコントローラ - Google Patents

Description

本発明は、プログラマブルコントローラに関する。

ＣＮＣ（数値制御装置）などで使用されるプログラマブルコントローラ（プログラマブルロジックコントローラ、ＰＬＣ）では、加工を行う機械の本体部や、加工に用いられる工具を管理する工具管理機構部、ローダなどの周辺機器部などの制御対象に係るシーケンスプログラムを動作させている。

プログラマブルコントローラは、その動作周期毎にシーケンス制御を繰り返し行う。プログラマブルコントローラは、各動作周期の開始タイミングから所定の実行可能時間の間、シーケンスプログラムをスキャン（実行）している。プログラマブルコントローラでは、第１レベル、第２レベルといったように複数のプログラムレベルが用意されているものがある（例えば、特許文献１等）。図９に例示されるように、複数のプログラムレベルを用意しているプログラマブルコントローラは、第１レベル用に用意されたシーケンスプログラムについては必ず１回は実行可能時間内でスキャン（実行）する。また、プログラマブルコントローラは、第２レベル用に用意されたシーケンスプログラムについては、実行可能時間内で第１レベルのシーケンスプログラムのスキャン（実行）が終了した後に、当該実行可能時間の残り時間でスキャン（実行）可能な分だけ分割し、割り込ませてスキャン（実行）する。図９の例では、実行可能時間が１６ｍｓであり、第１レベルでのスキャンは約４ｍｓで終了し、残りの約１２ｍｓで第２レベルでのスキャンを行っている。なお、プログラマブルコントローラは、シーケンスプログラムのスキャンタイムが１回の実行可能時間に対して十分に小さい場合には、シーケンスプログラムのスキャンを複数回行う場合もある。例えば、実行可能時間が１６ｍｓであり、シーケンスプログラムをスキャンするのに掛かるスキャンタイムが８ｍｓの場合、実行可能時間内でシーケンスプログラムのスキャンが２回行われる。

ところで、シーケンスプログラムのスキャンに掛かる時間は、ファンクションブロックの実行条件や、通るラングによって変化する。そのため、図１０の３２ｍｓからの動作周期に見られるように、実行可能時間内でスキャンするシーケンスプログラムのスキャンタイムが中途半端に短い場合、残った時間で２スキャン目のシーケンスプログラムのスキャンをすることができない。このような場合、実行可能時間の残りの「余り時間」はプログラマブルコントローラの動作における無駄な時間となる。

特開昭６３－３１７８３４号公報

プログラマブルコントローラにおいて、複数系統の複数のシーケンスプログラムを並列に実行する場合、実行可能時間をそれぞれの系統のシーケンスプログラムのスキャンタイムとして分割して割り当てる。この時、予め決められた割合で実行可能時間を割り当てて複数のシーケンスプログラムを並行にスキャンした場合、上記したように周辺機器の状況や処理条件によって各シーケンスプログラムのスキャンタイムが変動すると、たびたび余り時間が発生する。そして、結果としてプログラマブルコントローラの動作が非効率となる場合がある。
そこで、複数のシーケンスプログラムに対する実行可能時間の割当を保証しつつ、余り時間を有効活用できる仕組みが望まれている。

本発明では、各動作周期における実行可能時間を予め定められた時間割合で複数のシーケンスプログラムに割当時間として割り当てて順次繰り返して実行するプログラマブルコントローラにおいて、割当時間内でのシーケンスプログラムの実行で余り時間が生じた際に該余り時間を蓄積し、蓄積した余り時間を蓄積した余剰時間において、予め定めた系統のシーケンスプログラムの実行することで、上記課題を解決する。

そして、本発明の一態様は、１つの動作周期における実行可能時間を予め定められた割合で分割した割当時間を複数の系統に割り当て、該割当時間において各系統のシーケンスプログラムを実行するプログラマブルコントローラにおいて、余り時間を蓄積する余り時間蓄積部と、前記割当時間内で前記シーケンスプログラムを実行し、前記割当時間よりも前に前記シーケンスプログラムの実行が終了した場合に、残りの時間を余り時間として前記余り時間蓄積部に蓄積するシーケンス実行部と、前記余り時間蓄積部に蓄積された余り時間に基づいて、余剰時間が発生したかを判定する余剰時間判定部と、前記余剰時間判定部により余剰時間が発生していると判定された場合、前記シーケンス実行部により前記シーケンスプログラムが分割して実行されたか否かを判定し、その判定結果に応じて、分割されたシーケンスプログラムの残りを前記余剰時間で実行するように前記シーケンス実行部へと指令する分割シーケンス判定部と、を備えたプログラマブルコントローラである。

本発明の一態様により、無駄になっていた余剰時間をシーケンスプログラムの実行に割り当てることで、効率的なシーケンス制御が可能となる。また、複数のシーケンスプログラムを１実行周期内の予め決められた時間割合で順次繰り返して実行するプログラマブルコントローラの独立性を保ったまま、実実行時間を効率よく使用することが可能となる。

一実施形態によるプログラマブルコントローラの概略的なハードウェア構成図である。 一実施形態によるプログラマブルコントローラの概略的な機能を示すブロック図である。 割当テーブルの例を示す図である。 従来技術により割当テーブルに従って複数の系統のシーケンプログラムを動作させた例を示す図である。 本発明の手法により割当テーブルに従って複数の系統のシーケンプログラムを動作させた例を示す図である。 余剰時間に分割されたシーケンスプログラムを動作させた例を示す図である。 割当テーブルに余剰時間の分配の割合を設定した例を示す図である。 一実施形態によるプログラマブルコントローラの概略的な動作を示すフローチャートである。 従来技術によるプログラマブルコントローラの動作を説明する図である。 従来技術によるプログラマブルコントローラの問題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、本発明の一実施形態によるプログラマブルコントローラの概略的なハードウェア構成図である。プログラマブルコントローラ１はシーケンス制御を実行するＣＰＵ１０を有する。ＣＰＵ１０には、バス１９を介してＲＯＭ１１、ＲＡＭ１２、不揮発性メモリ１３、入出力回路１４、インタフェース１５が接続されている。インタフェース１５にはＣＦメモリ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｆｌａｓｈメモリ）等を読み書きするための外部装置２が接続されている。ＣＰＵ１０は、インタフェース１５を介してＣＦメモリ等が取り付けられた外部装置２から実行形式オブジェクトのシーケンスプログラムを取得し、不揮発性メモリ１３へと記録することができる。また、バス１９はバスインタフェース１８を介して数値制御装置等の制御装置に接続可能になっている。入出力回路１４にはＩ／Ｏユニット２０を介して工作機械や周辺装置等の制御対象となる機械の各種アクチュエータやセンサなどに接続されている。

ＲＯＭ１１には、プログラマブルコントローラ１のＣＰＵ１０が実行するシステム・プログラムが記憶されている。ＣＰＵ１０は、該システム・プログラムを実行することによりプログラマブルコントローラ１の各部の動作を制御する。また、不揮発性メモリ１３には、プログラマブルコントローラ１が実行するシーケンスプログラムが記憶される。シーケンスプログラムの実行時にＣＰＵ１０は、不揮発性メモリ１３から該シーケンスプログラムを読み出し、ＲＡＭ１２の実行用のシーケンスプログラム格納領域へと格納し、このＲＡＭ１２に記憶された実行用のシーケンスプログラムを順次実行する。

ＲＡＭ１２には、プログラマブルコントローラ１がシーケンスプログラムを実行するときの各種信号を記憶する実行用信号メモリ領域が設けられており、該実行用信号メモリ領域には、シーケンスプログラムを実行する際に必要となる入力信号、出力信号、シーケンスプログラムにおける内部リレーの状態等を記憶する領域が設けられている。

タイマ１６は、例えばＲＴＣ（Ｒｅａｌ Ｔｉｍｅ Ｃｌｏｃｋ）等で構成され、処理時間等を計時するために用いられる。

図２は、本発明の一実施形態によるプログラマブルコントローラ１が備える機能を概略的なブロック図として示したものである。本実施形態によるプログラマブルコントローラ１が備える各機能は、図１に示したプログラマブルコントローラ１が備えるＣＰＵ１０がシステム・プログラムを実行し、プログラマブルコントローラ１の各部の動作を制御することにより実現される。

本実施形態のプログラマブルコントローラ１は、シーケンス制御部１１０を備える。また、プログラマブルコントローラ１のＲＡＭ１２乃至不揮発性メモリ１３には、プログラマブルコントローラ１で実行されるシーケンスプログラムを記憶する領域であるプログラム記憶部２１０、シーケンスプログラムに対する実行可能時間の割当情報が設定された割当テーブルを記憶する割当テーブル記憶部２２０、余り時間を蓄積する余り時間蓄積部２３０が設けられている。

シーケンス制御部１１０の機能は、図１に示したプログラマブルコントローラ１が備えるＣＰＵ１０がＲＯＭ１１から読み出したシステム・プログラムを実行し、主としてＣＰＵ１０によるＲＡＭ１２、不揮発性メモリ１３を用いた演算処理と、タイマ１６による計時処理、入出力回路１４及びバスインタフェース１８を介した入出力処理が行われることで実現される。シーケンス制御部１１０は、プログラム記憶部２１０に記憶されるシーケンスプログラムに対して各動作周期の実行可能時間を割り当て、割り当てた実行可能時間に従って各シーケンスプログラムを実行する。シーケンス制御部１１０は、シーケンス実行部１１２、余剰時間判定部１１４、分割シーケンス判定部１１６を備える。

シーケンス制御部１１０が参照する割当テーブル記憶部２２０には、シーケンスプログラムに対する実行可能時間の割当情報が設定された割当テーブルが記憶されている。シーケンス制御部１１０は、割当テーブル記憶部２２０に記憶された割当テーブルで設定される実行可能時間の割当情報に従って実行可能時間を分割し、プログラム記憶部２１０から読みだした各シーケンスプログラムの実行に掛ける割当時間として割り当てる。

シーケンス実行部１１２は、シーケンス制御部１１０が割り当てた各割当時間内において、プログラム記憶部２１０に予め記憶されている少なくとも１つのシーケンスプログラムを実行する。シーケンス実行部１１２は、割当時間内にシーケンスプログラムの全体の実行が終了しない場合には、割当時間内に実行可能な範囲でシーケンスプログラムを分割し、分割したシーケンスプログラムを実行する。また、シーケンス実行部１１２は、割当時間内でシーケンスプログラムの実行が終了した場合、該系統に割り当てられた割当時間と、実際にシーケンスプログラムの実行に掛かった時間との差を余り時間として測定し、測定した余り時間を余り時間蓄積部２３０に蓄積（加算）する。そして、シーケンス実行部１１２は、割当時間の終了を待たずに次の系統のシーケンスプログラムの実行に移る。

図３は、割当テーブルの例を示している。割当テーブルは、例えば実行可能時間をシーケンスプログラムの実行に割り当てる割合を系統ごとに設定したテーブルとして定義できる。図３で示す割当テーブルでは、例えば第１系統、第２系統、第３系統の３つの系統を備えた機械のシーケンス制御を行う際、第１系統のシーケンスプログラムの実行に５０％、第２系統のシーケンスプログラムの実行に３０％、第３系統のシーケンスプログラムの実行に２０％の実行可能時間を、それぞれ割当時間として割り当てるように定義されている。

図４は、従来技術によるプログラマブルコントローラが、図３に例示される割当テーブルに従って第１系統、第２系統、第３系統の３つの系統を備えた機械のシーケンス制御を行う例を示している。プログラム記憶部２１０に、第１系統の第１レベル用シーケンスプログラム及び第２レベル用シーケンスプログラム、第２系統の第１レベル用シーケンスプログラム及び第２レベル用シーケンスプログラム、第３系統の第１レベル用シーケンスプログラム及び第２レベル用シーケンスプログラムがそれぞれ記憶されているとする。この時、プログラマブルコントローラは、実行可能時間Ｔ_pの５０％であるＴ_p×０．５を第１系統の第１レベル用シーケンスプログラム及び第２レベル用シーケンスプログラムの実行に割当時間として割り当てる。また、プログラマブルコントローラは、実行可能時間Ｔ_pの３０％であるＴ_p×０．３を第２系統の第１レベル用シーケンスプログラム及び第２レベル用シーケンスプログラムの実行に、実行可能時間Ｔ_pの残り２０％であるＴ_p×０．２を第３系統の第１レベル用シーケンスプログラム及び第２レベル用シーケンスプログラムの実行に割当時間として割り当てる。そして、この割り当てられた割当時間に従って、各シーケンスプログラムが実行される。図４の例では、第１系統に割り当てられた割当時間、及び第３系統に割り当てられた割当時間に、余り時間が生じている。また、図４の例では、第２系統では、第２レベル用シーケンスプログラムは割当時間内に実行が終了しなかったものとする。この時、プログラマブルコントローラは、割当時間内に終了する範囲で第２レベル用シーケンスプログラムは分割し、今回の動作周期では分割された前半の部分を実行する。そして、分割された残りは次回の動作周期において実行する。

図５は、本実施形態によるプログラマブルコントローラ１で、図３に例示される割当テーブルに従って、シーケンス実行部１１２が第１系統、第２系統、第３系統の３つの系統を備えた機械のシーケンス制御を行うために、それぞれのシーケンスプログラムの実行を行う例を示している。プログラム記憶部２１０に、第１系統の第１レベル用シーケンスプログラム及び第２レベル用シーケンスプログラム、第２系統の第１レベル用シーケンスプログラム及び第２レベル用シーケンスプログラム、第３系統の第１レベル用シーケンスプログラム及び第２レベル用シーケンスプログラムがそれぞれ記憶されているとする。この時、シーケンス実行部１１２は、各系統における第１レベル用シーケンスプログラム及び第２レベル用シーケンスプログラムの実行が終了すると、割当時間の終了を待たずに次の系統のシーケンスプログラムの実行に移る。そのため、各系統のシーケンスプログラムの実行が割当時間よりも早期に終了する場合には、実行可能時間の最後に、従来技術では余り時間とされていた時間を合計した余剰時間が残ることとなる。図５の例では、図４の場合と同様に、第２系統では第２レベル用シーケンスプログラムが分割されて実行されている。

余剰時間判定部１１４は、シーケンス実行部１１２が各系統のシーケンスプログラムの実行を完了した時、余り時間蓄積部２３０を参照して、余り時間の合計である余剰時間が発生しているか否かを判定する。余剰時間判定部１１４は、余剰時間が発生していると判定した場合、その余剰時間を分割シーケンス判定部１１６に通知する。この時、予め所定の閾値を設定しておき、余り時間蓄積部２３０に蓄積された余り時間の合計が設定された閾値以上である場合に余剰時間が発生したと判定するようにしても良い。このようにすることで、シーケンスプログラムを実行できるだけの余り時間が蓄積されなかった場合に、分割シーケンス判定部１１６に無駄な処理をさせることを防ぐことができる。

分割シーケンス判定部１１６は、シーケンス実行部１１２がシーケンスプログラムを分割して実行したか否かを判定する。そして、シーケンス実行部１１２がシーケンスプログラムを分割して実行していた場合であって、余剰時間判定部１１４が余剰時間の発生を判定した場合、その余剰時間で分割されたシーケンスプログラムを実行するようにシーケンス実行部１１２に指令する。シーケンス実行部１１２による余剰時間でのシーケンスプログラムの実行が終了すると、シーケンス制御部１１０は余り時間蓄積部２３０を０に初期化する。

図６は、図５の例において、シーケンス実行部１１２が、第２系統で分割実行されたシーケンスプログラムの残りを余剰時間に実行した例である。このように、本実施形態によるプログラマブルコントローラ１は、各動作周期における各系統のシーケンスプログラムの実行において余り時間が発生した時、その余り時間を動作周期の後ろに集めて余剰時間とし、割当時間内に実行しきれなかったシーケンスプログラムを余剰時間で実行する。従来技術では、余り時間は無駄な時間となり、また、割当時間内に実行しきれなかったシーケンスプログラムは次の動作周期で実行されていた。本実施形態によるプログラマブルコントローラ１では、余り時間を蓄積した余剰時間を有効に活用することで、分割されたシーケンスプログラムをより効率的に実行することが可能となる。

このように、上記構成を備えた本実施形態によるプログラマブルコントローラ１は、無駄になっていた余剰時間をシーケンスプログラムの実行に割り当てることで、効率的なシーケンス制御が可能となる。また、複数のシーケンスプログラムを１回の動作周期内の予め決められた時間の割合で順次繰り返して実行するプログラマブルコントローラの独立性を保ったまま、実実行時間を効率よく使用することが可能となる。

本実施形態によるプログラマブルコントローラ１の一変形例として、各系統に対して余剰時間を分配する割合を割当テーブルに設定できるようにしても良い。図７は、各系統に対して余剰時間を分配する割合を設定した割当テーブルの例を示している。図７の例では、３系統のシーケンス制御を行う際に、第１系統のシーケンスプログラムの実行に５０％、第２系統のシーケンスプログラムの実行に３０％、第３系統のシーケンスプログラムの実行に２０％の実行可能時間を割り当てるとともに、余剰時間については、第１系統、第２系統、第３系統のそれぞれに対して５：４：１の割合で割り当てるように設定している。この時、シーケンスプログラムを実行している際に余剰時間が発生し、また、第２系統及び第３系統においてシーケンスプログラムが分割されて実行されていたとすると、分割シーケンス判定部１１６は、（第１系統には余剰時間を割り当てる必要がないため）４：１の割合で余剰時間を第２系統及び第３系統に対して割り当ててシーケンスプログラムを実行するようにシーケンス実行部１１２に指令する。このような余剰時間の分配する割合を設定できるようにすることで、複数の系統で分割してシーケンスプログラムが実行されていた場合、より優先するべき系統に対して余剰時間を多く割り当てる、等といった柔軟な運用をすることが可能となる。

図８は、上記したプログラマブルコントローラ１の１回の動作周期における動作を概略的なフローチャートで示したものである。
プログラマブルコントローラ１が備えるシーケンス制御部１１０は、動作周期毎に割当テーブル記憶部２２０に記憶される割当テーブルの設定を読み込み（ステップＳＡ０１）、各系統に対して実行可能時間を割り当てる。そして、系統毎にステップＳＡ０３～ＳＡ０８を繰り返し実行する（ステップＳＡ０２）。各系統では、タイマ１６で処理時間を計測しながら（ステップＳＡ０３，ステップＳＡ０５）、シーケンス実行部１１２がシーケンスプログラムを実行してシーケンス制御処理を行う（ステップＳＡ０４）。この時、シーケンスプログラムの実行時間が割当時間よりも短かった場合、余り時間が発生したと判定（ステップＳＡ０６）して、余り時間を余り時間蓄積部２３０に蓄積し（ステップＳＡ０７）、次の系統の動作に移る。また、余り時間が発生せずに、シーケンスプログラムが分割された場合には、分割位置を記録しておく（ステップＳＡ０８）。

そして、すべての系統におけるシーケンスプログラムの実行が一巡したら、余剰時間判定部１１４は余剰時間が発生しているかを判定する（ステップＳＡ０９）。余剰時間が発生している場合、更に分割シーケンス判定部１１６は、分割して実行されたシーケンスプログラムが有るかを判定する（ステップＳＡ１０）。余剰時間が発生していて、分割して実行されたシーケンスプログラムがある場合には、余剰時間において分割して実行されたシーケンスの残りを実行する（ステップＳＡ１１）。最後に、余剰時間を初期化して（ステップＳＡ１２）、今回の動作周期での処理を終了する。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述した実施の形態の例のみに限定されることなく、適宜の変更を加えることにより様々な態様で実施することができる。

１ プログラマブルコントローラ
２ 外部装置
１０ ＣＰＵ
１１ ＲＯＭ
１２ ＲＡＭ
１３ 不揮発性メモリ
１４ 入出力回路
１５ インタフェース
１６ タイマ
１８ バスインタフェース
１９ バス
２０ Ｉ／Ｏユニット
１１０ シーケンス制御部
１１２ シーケンス実行部
１１４ 余剰時間判定部
１１６ 分割シーケンス判定部
２１０ プログラム記憶部
２２０ 割当テーブル記憶部
２３０ 余り時間蓄積部

Claims (2)

1. １つの動作周期における実行可能時間を予め定められた割合で分割した割当時間を複数の系統に割り当て、該割当時間において各系統のシーケンスプログラムを実行するプログラマブルコントローラにおいて、
   余り時間を蓄積する余り時間蓄積部と、
   前記割当時間内で前記シーケンスプログラムを実行し、前記割当時間よりも前に前記シーケンスプログラムの実行が終了した場合に、残りの時間を余り時間として前記余り時間蓄積部に蓄積するシーケンス実行部と、
   前記余り時間蓄積部に蓄積された余り時間に基づいて、余剰時間が発生したかを判定する余剰時間判定部と、
   前記余剰時間判定部により余剰時間が発生していると判定された場合、前記シーケンス実行部により前記シーケンスプログラムが分割して実行されたか否かを判定し、その判定結果に応じて、分割されたシーケンスプログラムの残りを前記余剰時間で実行するように前記シーケンス実行部へと指令する分割シーケンス判定部と、
   を備えたプログラマブルコントローラ。
2. 前記実行可能時間の前記複数の系統へ割り当てる割合を定義した割当テーブルを備え、
   前記割当テーブルには、前記余剰時間を前記複数の系統へ分配する割合を設定可能であり、
   前記分割シーケンス判定部は、複数の系統において前記シーケンスプログラムが分割して実行されている場合に、前記割当テーブルに設定された前記余剰時間の前記複数の系統へ分配する割合に従って、前記余剰時間を分配して分割されたシーケンスプログラムを実行するように前記シーケンス実行部へと指令する、
   請求項１に記載のプログラマブルコントローラ。

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