JP7460357B2

JP7460357B2 - 制御装置、及び制御システム

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Publication number: JP7460357B2
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Description

本発明は、産業機械の制御装置、及び制御システムに関する。

機械の動作には、準備時間が必要なものがある。例えば、誘導モータで駆動される工作機械の主軸である。誘導モータのベクトル制御では、磁束とトルク電流とを用いてトルクを制御する。磁束は、励磁電流の一次遅れ要素であり、十分な磁束が立ち上がるまでの準備時間が必要である。

誘導モータの磁束を高めると、主軸の応答性が高まり、トルクの出力も高まる。一方で、磁束を高めると、消費電力が増加し、モータが発熱する。そのため、誘電モータの制御では、必要に応じて、励磁電流を加減し、消費電力を削減と発熱の抑制を行う。

具体的に説明すると、主軸が軽負荷で高いトルクが不要な場合には、主軸の回転速度を制御する速度制御を行う。高いトルクや精密な加工が必要な場合には、主軸の回転位置を制御対象とした位置制御を行う。また、主軸の位置決めの場合にも、位置制御を行う。速度制御から位置制御に制御を切り換える場合には、誘導モータの磁束を高める必要があるが、上述したように、磁束は励磁電流の一次遅れ要素であるため、待ち時間が発生する。

図１５は、速度制御（軽負荷）から位置制御（高応答）に切り換えるときの磁束の変化を示している。時刻Ｔでモータの回転子の励磁電流を立ち上げた場合、磁束は励磁電流の一次遅れ要素であるため、励磁電流の増加に遅れて立ち上がり、時刻Ｔ１で所望の高さに到達する。磁束を立ち上げるための待ち時間は、サイクルタイムの増加につながる。

従来、加工プログラムを先読みし、プログラムを基に、速度制御から位置制御に切り換えるまでの時間を計測し、計測した時間が所定の値以下になったときに励磁電流を強めて、磁束を上げる技術が知られている。例えば、特許文献１参照。

特開２０１９－７５９６１号公報

しかしながら、加工プログラムを基に正確に時間を計測することは容易ではない。また、先読みしたプログラムの中には、ユーザが独自に作成したプログラムが含まれる場合がある。このようなプログラムの実行時間の計測は困難である。

産業機械の制御において、動作の準備時間を短縮する技術が望まれている。

本開示の一態様である制御装置は、産業機械が動作を開始するまでに準備時間が必要な指令を含む一連の指令を、前記産業機械に出力し、前記産業機械の動作を制御する制御装置であって、前記産業機械を実際に動作させ、前記産業機械の指令と、前記指令に従い前記産業機械が実際に動作する時間と、を対応づけて記録する実行時間記憶部と、前記実行時間記憶部に記憶された時間に基づき、前記準備時間が必要な指令の実行開始時間から前記準備時間を引いた先行指令時間を算出する先行指令時間算出部と、前記先行指令時間に基づき前記準備時間が必要な指令を先行して出力する先行指令出力部と、前記産業機械が実際に動作する時間に基づき、前記先行指令時間において前記産業機械を動作させている指令を特定する指令特定部と、前記特定した指令に従い前記産業機械が動作を開始してから、前記先行指令時間に達するまでの時間を算出する待機時間算出部と、を備え、前記先行指令出力部は、前記特定した指令に従い前記産業機械が動作を開始した後、前記待機時間算出部が算出した時間に基づき、前記準備時間が必要な指令を出力する。
本開示の他の態様である制御装置は、産業機械が動作を開始するまでに準備時間が必要な指令を含む一連の指令を、前記産業機械に出力し、前記産業機械の動作を制御する制御装置であって、前記産業機械を実際に動作させ、前記産業機械の指令と、前記指令に従い前記産業機械が実際に動作する時間と、を対応づけて記録する実行時間記録部と、前記実行時間記録部に記録された時間に基づき、前記準備時間が必要な指令の実行開始時間から前記準備時間を引いた先行指令時間を算出する先行指令時間算出部と、前記先行指令時間に基づき前記準備時間が必要な指令を先行して出力する先行指令出力部と、前記産業機械が実際に動作する時間に基づき、前記先行指令時間において前記産業機械を動作させている指令を特定する指令特定部と、前記特定した指令に従い前記産業機械が動作しているとき、前記先行指令時間における前記産業機械の被駆動部の位置を記録する先行指令位置記録部と、を備え、前記先行指令出力部は、前記被駆動部が前記先行指令位置記録部に記録した位置に基づき、前記準備時間が必要な指令を出力する。
本開示の他の態様である制御装置は、産業機械が動作を開始するまでに準備時間が必要な指令を含む一連の指令を、前記産業機械に出力し、前記産業機械の動作を制御する制御装置であって、前記産業機械を実際に動作させ、前記産業機械の指令と、前記指令に従い前記産業機械が実際に動作する時間と、を対応づけて記録する実行時間記録部と、前記実行時間記録部に記録された時間に基づき、前記準備時間が必要な指令の実行開始時間から前記準備時間を引いた先行指令時間を算出する先行指令時間算出部と、前記先行指令時間に基づき前記準備時間が必要な指令を先行して出力する先行指令出力部と、前記産業機械が実際に動作する時間に基づき、前記先行指令時間において前記産業機械を動作させている指令を特定する指令特定部と、前記特定した指令に従い前記産業機械が動作しているとき、前記先行指令時間における前記産業機械の被駆動部の速度を記録する速度記録部と、を備え、前記先行指令出力部は、前記被駆動部が前記速度記録部に記録した前記速度に基づき、前記準備時間が必要な指令を出力する。

本開示の一態様である制御システムは、産業機械が動作を開始するまでに準備時間が必要な指令を含む一連の指令を、前記産業機械に出力し、前記産業機械の動作を制御する制御システムであって、前記産業機械を実際に動作させ、前記産業機械の指令と、前記指令に従い前記産業機械が実際に動作する時間と、を対応づけて記憶する実行時間記憶部と、前記実行時間記憶部に記憶された時間に基づき、前記準備時間が必要な指令の実行開始時間から前記準備時間を引いた先行指令時間を算出する先行指令時間算出部と、前記先行指令時間に基づき、前記準備時間が必要な指令を先行して出力する先行指令出力部と、前記産業機械が実際に動作する時間に基づき、前記先行指令時間において前記産業機械を動作させている指令を特定する指令特定部と、前記特定した指令に従い前記産業機械が動作を開始してから、前記先行指令時間に達するまでの時間を算出する待機時間算出部と、を備え、前記先行指令出力部は、前記特定した指令に従い前記産業機械が動作を開始した後、前記待機時間算出部が算出した時間に基づき、前記準備時間が必要な指令を出力する。
本開示の他の態様である制御システムは、産業機械が動作を開始するまでに準備時間が必要な指令を含む一連の指令を、前記産業機械に出力し、前記産業機械の動作を制御する制御システムであって、前記産業機械を実際に動作させ、前記産業機械の指令と、前記指令に従い前記産業機械が実際に動作する時間と、を対応づけて記憶する実行時間記憶部と、前記実行時間記憶部に記憶された時間に基づき、前記準備時間が必要な指令の実行開始時間から前記準備時間を引いた先行指令時間を算出する先行指令時間算出部と、前記先行指令時間に基づき、前記準備時間が必要な指令を先行して出力する先行指令出力部と、前記産業機械が実際に動作する時間に基づき、前記先行指令時間において前記産業機械を動作させている指令を特定する指令特定部と、前記特定した指令に従い前記産業機械が動作しているとき、前記先行指令時間における前記産業機械の被駆動部の位置を記録する先行指令位置記録部と、を備え、前記先行指令出力部は、前記被駆動部が前記先行指令位置記録部に記録した位置に基づき、前記準備時間が必要な指令を出力する。
本開示の他の態様である制御システムは、産業機械が動作を開始するまでに準備時間が必要な指令を含む一連の指令を、前記産業機械に出力し、前記産業機械の動作を制御する制御システムであって、前記産業機械を実際に動作させ、前記産業機械の指令と、前記指令に従い前記産業機械が実際に動作する時間と、を対応づけて記憶する実行時間記憶部と、前記実行時間記憶部に記憶された時間に基づき、前記準備時間が必要な指令の実行開始時間から前記準備時間を引いた先行指令時間を算出する先行指令時間算出部と、前記先行指令時間に基づき、前記準備時間が必要な指令を先行して出力する先行指令出力部と、前記産業機械が実際に動作する時間に基づき、前記先行指令時間において前記産業機械を動作させている指令を特定する指令特定部と、前記特定した指令に従い前記産業機械が動作しているとき、前記先行指令時間における前記産業機械の被駆動部の速度を記録する速度記録部と、を備え、前記先行指令出力部は、前記被駆動部が前記速度記録部に記録した前記速度に基づき、前記準備時間が必要な指令を出力する。

本発明の一態様によれば、産業機械の動作の準備時間を短縮することができる。

本実施形態における制御装置のハードウェア構成図である。本実施形態における制御装置のブロック図である。先行指令時間の算出方法を説明する図である。本実施形態における制御装置のブロック図である。本実施形態における制御装置のブロック図である。本実施形態における制御装置のブロック図である。本実施形態における制御装置のブロック図である。指令生成部で作成した先行指令の一例を示す図である。本実施形態における制御装置のブロック図である。本実施形態における数値制御装置のブロック図である。本実施形態におけるモータ制御装置のブロック図である。先行指令を用いて、誘導モータを先行して出力する手順を示すフローチャートである。時定数と磁束の出力との関係を示す図である。本実施形態における制御システムの構成を示す図である。励磁電流の立ち上がりに対する磁束の立ち上がりの遅れを示す図である。

以下、本開示の制御装置を説明する。図１は一実施形態による制御装置のハードウェア構成図である。制御装置１００は、ＣＰＵ１１、ＲＯＭ１２、ＲＡＭ１３、不揮発性メモリ１４、バス１５、産業機械４０の駆動部３０を制御する駆動制御部２０を備える。

ＣＰＵ１１は、制御装置１００を全体的に制御するプロセッサである。ＣＰＵ１１は、バス１５を介してＲＯＭ１２に格納されたシステム・プログラムを読み出し、該システム・プログラムに従って制御装置１００の全体を制御する。ＲＡＭ１３には、一時的な計算データや表示データ、オペレータが入力した各種データ等が一時的に格納される。

不揮発性メモリ１４は、例えば図示しないバッテリでバックアップされるなどして、制御装置１００の電源がオフされても記憶状態が保持されるメモリとして構成される。不揮発性メモリ１４には、図示しない外部機器から読み込まれたプログラムや図示しない入力部を介して入力されたプログラムなどが記憶される。不揮発性メモリ１４に記憶されたプログラムは、ＲＡＭ１３に展開される。また、ＲＯＭ１２には、本開示に係る先行指令出力プログラムや制御装置１００全体を制御するシステム・プログラムが書き込まれている。

駆動制御部２０は、産業機械４０の駆動部３０を駆動する制御を行う。ＣＰＵ１１は、不揮発性メモリ１４に記憶するプログラムを読み出し、駆動制御部２０に指令を出力する。駆動制御部２０は、ＣＰＵ１１からの指令に従い産業機械４０の駆動部３０を制御する。駆動制御部２０は、産業機械４０の種類によって異なる。駆動部３０がサーボモータの場合、サーボモータを制御する専用の駆動回路、工作機械やプレス加工機のシーケンスコントローラなどがある。

図２は、本開示の一実施形態である制御装置１００ａのブロック図である。制御装置１００ａは一連の指令からなるプログラムを記憶するプログラム記憶部１０１と、プログラムを解析するプログラム解析部１０２と、プログラムに記載された指令を産業機械４０の駆動制御部２０に出力する指令出力部１０３と、指令出力部１０３が出力した指令と指令に対する産業時間の実行時間とを実行時間記憶部１０５に記録する実行時間記録部１０４と、先行指令を出力する時間を算出する先行指令時間算出部１０６と、先行指令時間を駆動制御部２０に出力する先行指令出力部１０７と、を備える。

プログラム記憶部１０１は、産業機械４０に所定の動作をさせる指令を記憶している。指令には、準備時間が必要な指令が含まれることがある。準備時間が必要な指令には、例えば、誘導モータの磁束の立ち上がり、工作機械の工具交換、プレス加工機におけるアキュレータへのチャージ、コンデンサへのチャージなどである。

実行時間記録部１０４は、プログラムに記載された指令と、産業機械４０が実際に動作したときの実行時間とを関連付けて記録する。実行時間は、主に、産業機械４０のテスト運転時又は初動時に記録される。産業機械４０を含む全ての機械の動作プログラミングでは、プログラムの完成前に、機械が希望通りに動くかテストを行う。テスト又は初動時には、機械を実際に動作させる。実際に動作させたときの実行時間は、シミュレーションよりも正確である。また、ユーザが独自に作成した指令は、プログラムから実行時間を推定することは困難である。しかし、機械を実際に動作させると、正確な実行時間を簡単に取得することができる。実行時間記憶部１０５は、指令と、その指令の正確な実行時間とを関連付けて記憶する。

先行指令時間算出部１０６は、準備時間の必要な指令の先行指令時間を算出する。この先行指令時間に基づき、準備時間の必要な指令が出力される。例えば、図３の例において、産業機械４０は指令１から指令ｎを順次実行するものとする。ここで、指令ｊが準備時間が必要な指令とすると、先行指令時間算出部は、指令ｊの開始時間から準備時間を引いて先行指令時間を算出する。

準備時間は、機械の仕様やエンジニアの経験、一般的な手法などに基づき設定することができる。例えば、誘導モータの磁束の立ち上げに必要な時間は、誘導モータの時定数から設定できる（後述）。アキュムレータの蓄圧やコンデンサへのチャージに必要な時間も各部品の仕様から設定できる。また、実行時間記憶部１０５に記憶された実行時間を基に準備時間を求めることも可能である。

先行指令出力部１０７は、先行指令時間又はそれ以前の所定の時間に達すると、準備時間の必要な指令を駆動制御部２０に出力する。駆動制御部２０は、先行指令出力部１０７が出力した指令に従い、準備期間の必要な指令に従い被駆動部３１を駆動する。被駆動部３１を先行して駆動することにより、準備時間の待機時間が削減される。なお、指令は厳密に先行指令時間に出力する必要はない。先行指令時間に基づき、先行指令時間前後に出力すれば、先行して指令が開始され、準備時間を短縮することができる。

次いで、図４を参照して、他の実施形態を説明する。図４の制御装置１００ｂは、先行指令時間において産業機械４０を動作させている指令を特定する指令特定部１０８と、指令特定部１０８が特定した指令を開始してから先行指令時間に達するまでの時間を算出する待機時間算出部１０９と、を備える。

指令特定部１０８は、プログラムの中に準備時間が必要な指令が存在する場合、先行指令時間に産業機械４０を動作させる指令を特定する。図３に示すように、産業機械４０は指令１から指令ｎを順次実行するが、各指令の実行時間は実行時間記憶部１０５に記憶している。指令特定部１０８は、実行時間記憶部１０５に記憶した実行時間に基づき、先行指令時間において産業機械４０を動作させている指令を特定できる。図３の例において、先行指令時間において産業機械４０を動作させている指令は、指令ｉである。

待機時間算出部１０９は、指令特定部１０８が特定した指令ｉに従い産業機械４０が動作を開始してから、先行指令時間に達するまでの時間である待機時間を算出する。待機時間は、先行指令時間から指令ｉの開始時間を引くことで算出できる。

先行指令出力部１０７は、指令特定部１０８が特定した指令に従い産業機械４０が動作を開始した後、待機時間後、又は待機時間に基づく時間後に、準備時間が必要な指令を先行して出力する。

次いで、図５を参照して、他の実施形態を説明する。図５の制御装置１００ｃは、指令特定部１０８と、先行指令位置記録部１１０とを備え、先行指令出力部１０７は被駆動部３１の位置に基づき先行指令を出力する。

先行指令位置記録部１１０は、被駆動部３１の位置及び移動方向を取得し、先行指令時間における被駆動部３１の位置及び移動方向を記録する。

先行指令出力部１０７は、指令特定部１０８が特定した指令に従い産業機械４０が動作を開始してから、被駆動部３１の位置及び移動方向を監視し、先行指令位置記録部１１０が記録した位置で先行指令位置記録部１１０が記録した移動方向に移動しているとき又はその位置に基づき、準備時間が必要な指令を先行して出力する。産業機械４０の被駆動部３１には、例えば、工作機械の工具、ロボットのアームやハンド、部品供給装置などがある。被駆動部３１は、特定された指令に従い予め決められた軌道を移動する。

次いで、図６を参照して、他の実施形態を説明する。図６の制御装置１００ｄは、指令特定部１０８と、速度記録部１１１とを備える。指令特定部１０８は、プログラムの中に準備時間が必要な指令が存在する場合、先行指令時間に産業機械４０を動作させる指令を特定する。

速度記録部１１１は、被駆動部３１の速度を取得し、先行指令時間における被駆動部３１の速度を記録する。

先行指令出力部１０７は、指令特定部１０８が特定した指令に従い産業機械４０が動作を開始してから、被駆動部３１の速度を監視し、速度記録部１１１が記録した速度に達したとき又はその速度に基づき、準備時間が必要な指令を先行して出力する。産業機械４０の被駆動部３１には、例えば、工作機械の工具がある。工作機械の場合、速度は１つとは限らない。工作機械では、複数の送り軸が補間動作をしているので、例えば、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の場合、３つの軸の速度からなるベクトル｛Ｖｘｄ、Ｖｙｄ、Ｖｚｄ｝となる。

次いで、図７を参照して、先行出力指令の自動生成について説明する。図７の制御装置１００ｅは、指令特定部１０８と、指令生成部１１２とを備える。指令特定部１０８は、プログラムの中に準備時間が必要な指令が存在する場合、先行指令時間に産業機械４０を動作させる指令を特定する。

指令生成部１１２は、先行指令時間又はそれ以前に先行指令を出力する指令を生成し、指令特定部１０８が特定した指令に追加する。図８（ａ）は、指令生成部１１２が作成した指令の例を示す。指令「Ｍ９９９」は、先行指令を出力する指令の一例である。指令「Ｍ９９９」のパラメータ「Ｐ＿」には被駆動部を記載し、「Ｑ＿」には時間を記載する。指令特定部１０８が特定した指令は「Ｇ００」である。指令生成部１１２は、指令特定部１０８が特定した指令「Ｇ００」の後ろに、先行指令を出力する指令「Ｍ９９９」を追加する。「Ｍ９９９」により先行して駆動される被駆動部３１は「Ｐ２１」で指定し、先行指令を出力するまでの待機時間は「Ｑ５００」、すなわち５００ｍｓである。

図８（ｂ）は、指令生成部１１２が作成する指令の他の例である。図８（ｂ）では、既存の指令「Ｍ２９」にパラメータ「Ｑ＿」を追加している。「Ｍ２９」は、準備時間が必要な指令である。「Ｑ５００」は「Ｍ２９」手前の指令である「Ｇ００」の実行開始後５００ｍｓ後に先行指令を出力する。ここで、「Ｑ＿」を省略した場合は、「Ｍ２９」の開始時に先行出力してもよい。Ｑの値を符号反転することで、特定された指令の開始前に先行出力するようにしてもよい。

図８のプログラムでは、先行指令時間を指定する。同様に、図５の制御装置１００ｃでは被駆動部３１の位置により先行指令の出力タイミングを指定する指令を生成することができる。また、図６の制御装置１００ｄでは被駆動部の速度により先行指令の出力タイミングを指定する指令を生成することができる。

次いで、図９を参照して、他の実施形態を説明する。図９の制御装置１００ｆは、産業機械４０の被駆動部３１の速度を、指令で指定された速度の倍速で駆動する速度変更部２１と、速度変更部２１によって変更された動作の時間を、変更されない通常の動作の時間に補正する実行時間補正部１１３とを備える。

速度変更部２１の機能は、一般にオーバライドと呼ばれ、指令で指定した速度の０倍～数倍の速度で被駆動部３１を駆動する。オーバライドは、例えば、プログラムの動作確認で使用する機能である。プログラムの動作確認をするとき、最初は、低速で被駆動部３１を移動させ、プログラムの安全を確認し、安全を確認すると速度を上げて確認作業を短縮するということを行う。このようにオーバライドを行うと、実際の動作と異なる速度で駆動するため、産業機械４０の実行時間が実際とずれる。

実行時間補正部１１３は、速度変更部２１がオーバライドを行った場合、速度の変化量（オーバライド値）を用いて、実行時間の補正を行う。実行時間記録部１０４は、実行時間補正部１１３が補正した時間を実行時間記憶部１０５に記録する。

このように、図９の制御装置１００ｆでは、産業機械４０の動作確認の際に、テスト運転の際に産業機械４０の速度を変化させても、速度の変化量を考慮して実行時間を補正するため、実行時間を取得することができる。

次いで、図１０を参照して一実施形態としての数値制御装置１００ｇについて説明する。図１０の数値制御装置１００ｇは、一連の指令からなるプログラムを記憶するプログラム記憶部１０１と、プログラムを解析するプログラム解析部１０２と、プログラムに記載された指令を工作機械のモータ制御装置２０ａに出力する指令出力部１０３と、指令出力部１０３が出力した指令とその指令の実行時間と関連付けて実行時間記憶部１０５に記録する実行時間記録部１０４と、先行指令を出力する時間を算出する先行指令時間算出部１０６と、準備時間が必要な指令の開始をモータ制御装置２０ａに先行して出力する先行指令出力部１０７と、準備時間を記憶する準備時間記憶部１１４と、を備える。

図１１を参照して誘導モータ３０ａのベクトル制御に本発明の一実施形態を適用した例について説明する。なお、図１１の数値制御装置１００ｇは、誘導モータ３０ａを制御するため、モータ制御装置２０ａを備える。モータ制御装置２０ａは、他の実施形態の駆動制御部２０に相当する。図１０のモータ制御装置２０ａは、誘導モータ３０ａを制御するために速度制御部２００ａと位置制御部２００ｂと備える。

モータ制御装置２０ａは、誘導モータ３０ａのベクトル制御を行う。ベクトル制御では、３相交流モータの制御電流を、磁界成分（ｄ軸）とトルク成分（ｑ軸）の２相に分解して、誘導モータ３０ａの被駆動部３１（例えば主軸）のトルクの大きさを制御する。

２相３相変換部２０１は、２相から３相、及び３相から２相への変換を行う。２相３相変換部２０１は、誘導モータ３０ａの３相電流を、磁束を発生させる励磁電流（ｄ軸）と、磁束に作用してトルクを発生させるトルク電流（ｑ軸）とに分解する。位置フィードバックと速度フィードバックは、数値制御装置１００ｇにフィードバックされる。数値制御装置１００ｇの制御は、位置制御モードと速度制御モードに切り換えることができる。位置制御モードの場合には主軸の回転位置を制御対象とし、速度制御モードの場合には主軸の回転速度を制御対象とする。位置制御モードの場合には位置制御部２００ｂが、速度制御モードの場合には速度制御部２００ａが、モータ制御装置２０ａに対し目標トルクを出力する。モータ制御装置２０ａは、数値制御装置１００ｇからの目標トルクに従いベクトル制御を行う。

磁束指令発生部２０２は、速度制御部２００ａ（又は位置制御部２００ｂ）からの目標トルクに従い目標磁束を出力する。減算部２０３は、磁束指令発生部２０２が発生した目標磁束と磁束推定部２０５が推定した磁束との差分を計算する。磁束制御部２０４は、この差分を元に目標励磁電流を出力する。減算部２０６は、２相３相変換部２０１から出力された誘導モータ３０ａの励磁電流（ｄ軸電流）と磁束制御部２０４から出力された励磁電流指令との差分を計算する。励磁電流制御部２０７は、この差分を基にｄ軸の目標電圧を出力する。

トルク電流発生部２０８は、誘導モータの目標トルクに従い、目標トルク電流を出力する。減算部２０９は、トルク電流発生部２０８が発生した目標トルク電流と、２相３相変換部２０１から出力された誘導モータ３０ａのトルク電流（ｑ軸電流）との差分を計算する。トルク電流制御部２１０は、この差分を元にｑ軸の目標電圧を出力する。

２相３相変換部２０１は、励磁電流制御部２０７から出力されたｄ軸の目標電圧と、トルク電流制御部２１０から出力されたｑ軸の目標電圧と、を３相の交流電流に変換し、誘導モータ３０ａに出力する。このようにして、モータ制御装置２０ａは、誘導モータ３０ａのベクトル制御を行う。

速度制御モードのときは数値制御装置１００ｇの速度サーボとモータ制御装置２０ａのベクトル制御が並行して行われ、位置制御モードのときは数値制御装置１００ｇの位置サーボとモータ制御装置２０ａのベクトル制御が並行して行われる。位置サーボには速度サーボが内包されていてもよい。

図１１ではベクトル制御を説明する上で都合のよいよう、数値制御装置１００ｇが速度サーボ及び位置サーボの機能を備えるものとした。一般には速度サーボ及び位置サーボの機能はモータ制御装置２０ａが備えるものである。具体的には速度制御部２００ａと位置制御部２００ｂはモータ制御装置２０ａに含まれる。速度フィードバックは速度制御部２００ａにフィードバックされる。位置フィードバックは位置制御部２００ｂにフィードバックされる。数値制御装置１００ｇの指令出力部１０３は速度制御部２００ａに対する速度指令と位置制御部２００ｂに対する位置指令とをそれぞれ出力する。制御切換は目標トルクを速度制御部２００ａの出力あるいは位置制御部２００ｂの出力のいずれかに切り換える。切換えは数値制御装置１００ｇのプログラム解析部１０２の指示による。位置サーボには速度サーボが内包されていてもよい。以上のように速度サーボ及び位置サーボの機能をモータ制御装置２０ａが備えた場合であっても本発明の効果はなんら変わらない。

図１２を参照して、速度制御から位置制御に切り替わる際の磁束立ち上げについて説明する。この例では、図８（ａ）に示すプログラムを用いる。図８（ａ）において「Ｇ００」は早送りであり、「Ｇ８４」はタップ処理であるとすると、「Ｇ００（速度制御）」から「Ｇ８４（位置制御）」への切換えが行われる。速度制御から位置制御への切換えでは、磁束の立ち上げという準備時間が必要である。

「Ｇ００」の後ろには、「Ｍ９９９」という先行出力指令が記載されている。プログラム解析部１０２が「Ｍ９９９」を読み出し（ステップＳ１）、制御対象を示すパラメータ「Ｐ５００」及び待機時間を示すパラメータ「Ｑ２１」を読み出す（ステップＳ２）。数値制御装置１００ｇの先行指令出力部１０７は、「Ｇ００」の実行開始後、「Ｑ５００」で指定された待機時間「５００ｍｓ」待機する（ステップＳ３）。次いで、プログラム解析部１０２は、パラメータ「Ｐ２１」で指定された誘導モータ「２１」の磁束の立ち上げを指示する指令を先行して出力する（ステップＳ４）。

モータ制御装置２０ａは、数値制御装置１００ｇの先行指令に従い、磁束を発生させる励磁電流を増加する（ステップＳ５）。この後、磁束は励磁電流の一次遅れ要素であるため、励磁電流の立ち上がりに遅れて増加し始める（ステップＳ６）。励磁電流の立ち上がりに伴い磁束が増加すると、誘導モータの速度が過剰に増加すると考えられるが、実際にはそうならない。誘導モータは、図１１に示すように、ベクトル制御だけではなく速度サーボと位置サーボの影響を受ける。速度サーボは磁束よりも早く応答する。磁束を強めることによってトルクが増加しても、速度サーボの作用によって目標トルク及びトルク電流が減少するため、主軸の回転数に大きな変化は生じない。そのため、切削の途中で誘導モータの磁束を強めても問題は生じない。励磁電流を増加した後も、主軸の速度を一定に保った状態で磁束が増加する（ステップＳ７）。

ステップＳ５の後、準備時間が経過すると、指令出力部１０３が指令「Ｇ８４」を出力する時間になる。ここで、数値制御装置１００ｇは、速度制御である「Ｇ００」から位置制御である「Ｇ８４」の切り換えを行う（ステップＳ８）。本実施の形態では、「Ｇ８４」の指令に必要な準備、すなわち、磁束の立ち上げ、を先行して実施している。そのため、速度制御から位置制御に切り換えても、誘導モータの準備時間を待つことなく、「Ｇ８４」を開始することができる（ステップＳ９）。

また、図１０の準備時間記憶部１１４には、磁束立ち上げに必要な準備時間が設定されている。この準備時間は誘導モータの時定数に基づく。図１３は、励磁電流を０から１００％に変化させたときの磁束の変化である。ｎを整数、τを時定数とすると、励磁電流を立ち上げてから、時定数τ経過したときの磁束の出力は６３．２％であり、２τ経過したときの磁束の出力は８６．５％である。４τ経過したとき、９８．２％であり、７τのとき９９．９％である。このように、励磁電流を立ち上げてから時定数の４倍から７倍経過すると、出力が１００％に近くなるので、準備時間記憶部１１４には、時定数の４倍～７倍の値を設定することが好ましい。このように、準備時間は、機械の仕様やエンジニアの経験、一般的な手法などに基づき設定することができる。

上述したように、本実施形態では、産業機械４０のテスト運転や初動運転時に、指令と実行時間の情報を記録する。制御装置１００は、プログラムを解析し、準備時間が必要な指令が存在する場合には、既に記録した実行時間を基に、指令の開始時間から準備時間を引いた先行指令時間を算出する。制御装置１００は、先行指令時間に達したときに、準備時間が必要な指令を先行して出力し、準備時間を短縮する。テスト運転は、一般に産業機械４０を含む機械の利用時には必ず行うため、ユーザの負担を増加させることなく、機械を実際に動作させたときの正確な実行時間を取得することができる。また、機械の初動時に実行時間を取得することにより、段階的に精度を上げることもできる。

産業機械４０を実際に動作させて実行時間を取得するため、シミュレータのような複雑なソフトウェアが不要である。また、ユーザが独自に作成した指令をプログラムに基づいて、シミュレータで計測することは困難である。産業機械４０を実際に動作させれば実行時間はすぐに取得することができる。

先行指令を出力する指令を生成して、プログラムに挿入することにより、プログラム実行中に先行出力のタイミングを計る必要がなくなり、制御装置１００の負荷を軽減できる。また、ユーザが指令のパラメータを書き換えて微調整をすることができる。

図１～７、及び図９の実施形態では、制御装置１００、１００ａ～１００ｆに駆動制御部２０を含む構成としたが、図１０の実施形態のように、制御装置（数値制御装置１００ｇ）と駆動制御部（モータ制御装置２０ａ）とを別の装置にしてもよい。また、本実施の形態では、産業機械４０と制御装置１００、１００ａ～１００ｆとを別々の装置としたが、産業機械４０の内部に本実施の形態の制御装置を組み込んでもよい。また、本実施の形態では制御装置にプログラム記憶部を設けたが、可搬記録媒体に記録したプログラムを読み取ったり、ネットワーク上に保管したプログラムを取得してもよい。また、先行指令出力部１０７は、制御装置１００ではなく駆動制御部２０に設けてもよい。

さらに、工作機械の場合、微細加工のように１指令の実行時間が非常に短いことがある。このような場合には、所定の数の指令毎に実行時間を記録してもよい。例えば、１０個の指令毎に記録する場合であれば、指令１～指令１０の実行時間、指令１１～指令２０の実行時間、・・・・のように記録する。

図１４の制御システム５００では、プログラムと実行時間とを外部記憶装置５０に記憶させる。一実施形態としての制御システム５００では、複数の数値制御装置１００_１～１００_ｎと、各数値制御装置が制御する産業機械４０_１～４０_ｎを含む。数値制御装置１００_１～１００_ｎは、外部記憶装置５０に接続されている。この外部記憶装置５０は、可搬性記憶媒体でもよく、広域または狭域のネットワークを介して通信可能な外部記憶装置５０でもよい。
外部記憶装置５０は、プログラム記憶部１０１と、実行時間記憶部１０５とを有す。外部記憶装置５０は、高容量のデータを記憶することができる。産業機械４０の動作が複雑である場合、プログラムや指令のデータ量が増加し、指令と対応する実行時間のデータ量も増加する。工作機械の場合、微少線分で近似した曲面形状を有する加工を行う際、指令数が巨大化する。高容量の外部記憶装置を用いれば、プログラムと、実行時間のデータ量の大幅な増加に対応することができる。
また、同型の産業機械４０で同じプログラムを実行する場合、実行時間は同じになると考えられる。したがって、１つの産業機械４０で先行指令時間を設定すれば、他の産業機械４０のテスト運転や初動時での先行指令時間の設定は不要になる。

以上、ここまで本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記した実施の形態の例にのみ限定されるものでなく、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。

１００，１００ａ～１００ｆ制御装置
１００ｇ数値制御装置
２０駆動制御部
２１速度変更部
３０駆動部
３０ａ誘導モータ
３１被駆動部
４０産業機械
１０１プログラム記憶部
１０２プログラム解析部
１０３指令出力部
１０４実行時間記録部
１０５実行時間記憶部
１０６先行指令時間算出部
１０７先行指令出力部
１０８指令特定部
１０９待機時間算出部
１１０先行指令位置記録部
１１１速度記録部
１１２指令生成部
１１３実行時間補正部
１１４準備時間記憶部
２００ａ速度制御部
２００ｂ位置制御部
５００制御システム
５０外部記憶装置

Claims

産業機械が動作を開始するまでに準備時間が必要な指令を含む一連の指令を、前記産業機械に出力し、前記産業機械の動作を制御する制御装置であって、
前記産業機械を実際に動作させ、前記産業機械の指令と、前記指令に従い前記産業機械が実際に動作する時間と、を対応づけて記録する実行時間記録部と、
前記実行時間記録部に記録された時間に基づき、前記準備時間が必要な指令の実行開始時間から前記準備時間を引いた先行指令時間を算出する先行指令時間算出部と、
前記先行指令時間に基づき前記準備時間が必要な指令を先行して出力する先行指令出力部と、
前記産業機械が実際に動作する時間に基づき、前記先行指令時間において前記産業機械を動作させている指令を特定する指令特定部と、
前記特定した指令に従い前記産業機械が動作を開始してから、前記先行指令時間に達するまでの時間を算出する待機時間算出部と、を備え、
前記先行指令出力部は、前記特定した指令に従い前記産業機械が動作を開始した後、前記待機時間算出部が算出した時間に基づき、前記準備時間が必要な指令を出力する、
制御装置。
産業機械が動作を開始するまでに準備時間が必要な指令を含む一連の指令を、前記産業機械に出力し、前記産業機械の動作を制御する制御装置であって、
前記産業機械を実際に動作させ、前記産業機械の指令と、前記指令に従い前記産業機械が実際に動作する時間と、を対応づけて記録する実行時間記録部と、
前記実行時間記録部に記録された時間に基づき、前記準備時間が必要な指令の実行開始時間から前記準備時間を引いた先行指令時間を算出する先行指令時間算出部と、
前記先行指令時間に基づき前記準備時間が必要な指令を先行して出力する先行指令出力部と、
前記産業機械が実際に動作する時間に基づき、前記先行指令時間において前記産業機械を動作させている指令を特定する指令特定部と、
前記特定した指令に従い前記産業機械が動作しているとき、前記先行指令時間における前記産業機械の被駆動部の位置を記録する先行指令位置記録部と、を備え、
前記先行指令出力部は、前記被駆動部が前記先行指令位置記録部に記録した位置に基づき、前記準備時間が必要な指令を出力する、制御装置。
産業機械が動作を開始するまでに準備時間が必要な指令を含む一連の指令を、前記産業機械に出力し、前記産業機械の動作を制御する制御装置であって、
前記産業機械を実際に動作させ、前記産業機械の指令と、前記指令に従い前記産業機械が実際に動作する時間と、を対応づけて記録する実行時間記録部と、
前記実行時間記録部に記録された時間に基づき、前記準備時間が必要な指令の実行開始時間から前記準備時間を引いた先行指令時間を算出する先行指令時間算出部と、
前記先行指令時間に基づき前記準備時間が必要な指令を先行して出力する先行指令出力部と、
前記産業機械が実際に動作する時間に基づき、前記先行指令時間において前記産業機械を動作させている指令を特定する指令特定部と、
前記特定した指令に従い前記産業機械が動作しているとき、前記先行指令時間における前記産業機械の被駆動部の速度を記録する速度記録部と、を備え、
前記先行指令出力部は、前記被駆動部が前記速度記録部に記録した前記速度に基づき、前記準備時間が必要な指令を出力する、制御装置。
前記先行指令時間に基づき先行指令を出力する指令を生成し、前記指令特定部が特定した指令に追加する指令生成部、を備える請求項１～３のいずれか１つ記載の制御装置。
前記産業機械の動作が前記指令で指定された速度の倍速で動作するよう制御する速度変更部と、
前記速度変更部によって制御された動作の時間を、制御されない通常の動作の時間に補正する実行時間補正部と、を備え、
前記実行時間記録部は、前記実行時間補正部が補正した時間を、前記産業機械が実際に動作する時間として記録する、請求項１～３のいずれか１つ記載の制御装置。
前記産業機械は誘導モータを含み、
前記誘導モータの時定数の倍数を、前記準備時間として設定する準備時間設定部を、備える請求項１～３のいずれか１つ記載の制御装置。
前記誘導モータを速度制御から位置制御に切り換える指令が存在した場合、
当該指令の先行指令時間に基づき、前記誘導モータの励磁電流を増加し、当該指令に従う動作の開始前には、速度制御を継続し、当該指令の動作を開始する際に速度制御から位置制御に変換する制御を行う、請求項６記載の制御装置。
前記産業機械が実際に動作する際に要した準備時間に基づき、前記指令の準備時間を設定する準備時間設定部、を備える請求項１～３のいずれか１つ記載の制御装置。
産業機械が動作を開始するまでに準備時間が必要な指令を含む一連の指令を、前記産業機械に出力し、前記産業機械の動作を制御する制御システムであって、
前記産業機械を実際に動作させ、前記産業機械の指令と、前記指令に従い前記産業機械が実際に動作する時間と、を対応づけて記憶する実行時間記憶部と、
前記実行時間記憶部に記憶された時間に基づき、前記準備時間が必要な指令の実行開始時間から前記準備時間を引いた先行指令時間を算出する先行指令時間算出部と、
前記先行指令時間に基づき、前記準備時間が必要な指令を先行して出力する先行指令出力部と、
前記産業機械が実際に動作する時間に基づき、前記先行指令時間において前記産業機械を動作させている指令を特定する指令特定部と、
前記特定した指令に従い前記産業機械が動作を開始してから、前記先行指令時間に達するまでの時間を算出する待機時間算出部と、を備え、
前記先行指令出力部は、前記特定した指令に従い前記産業機械が動作を開始した後、前記待機時間算出部が算出した時間に基づき、前記準備時間が必要な指令を出力する、
制御システム。
産業機械が動作を開始するまでに準備時間が必要な指令を含む一連の指令を、前記産業機械に出力し、前記産業機械の動作を制御する制御システムであって、
前記産業機械を実際に動作させ、前記産業機械の指令と、前記指令に従い前記産業機械が実際に動作する時間と、を対応づけて記憶する実行時間記憶部と、
前記実行時間記憶部に記憶された時間に基づき、前記準備時間が必要な指令の実行開始時間から前記準備時間を引いた先行指令時間を算出する先行指令時間算出部と、
前記先行指令時間に基づき、前記準備時間が必要な指令を先行して出力する先行指令出力部と、
前記産業機械が実際に動作する時間に基づき、前記先行指令時間において前記産業機械を動作させている指令を特定する指令特定部と、
前記特定した指令に従い前記産業機械が動作しているとき、前記先行指令時間における前記産業機械の被駆動部の位置を記録する先行指令位置記録部と、を備え、
前記先行指令出力部は、前記被駆動部が前記先行指令位置記録部に記録した位置に基づき、前記準備時間が必要な指令を出力する、
制御システム。
産業機械が動作を開始するまでに準備時間が必要な指令を含む一連の指令を、前記産業機械に出力し、前記産業機械の動作を制御する制御システムであって、
前記産業機械を実際に動作させ、前記産業機械の指令と、前記指令に従い前記産業機械が実際に動作する時間と、を対応づけて記憶する実行時間記憶部と、
前記実行時間記憶部に記憶された時間に基づき、前記準備時間が必要な指令の実行開始時間から前記準備時間を引いた先行指令時間を算出する先行指令時間算出部と、
前記先行指令時間に基づき、前記準備時間が必要な指令を先行して出力する先行指令出力部と、
前記産業機械が実際に動作する時間に基づき、前記先行指令時間において前記産業機械を動作させている指令を特定する指令特定部と、
前記特定した指令に従い前記産業機械が動作しているとき、前記先行指令時間における前記産業機械の被駆動部の速度を記録する速度記録部と、を備え、
前記先行指令出力部は、前記被駆動部が前記速度記録部に記録した前記速度に基づき、前記準備時間が必要な指令を出力する、
制御システム。
複数の産業機械を制御する制御システムであって、
前記実行時間記憶部は、前記複数の産業機械のうち、少なくとも１つの産業機械を実際に動作させ、前記産業機械の指令と、前記指令に従い前記産業機械が実際に動作する時間と、を対応づけて記憶し、
前記先行指令時間算出部は、前記少なくとも１つの産業機械を実際に動作させた結果、前記実行時間記憶部に記憶された時間に基づき、前記準備時間が必要な指令の実行開始時間から前記準備時間を引いた先行指令時間を算出し、
前記少なくとも１つの産業機械を除く他の産業機械の出力先行指令出力部は、前記先行指令時間に基づき、前記準備時間が必要な指令を先行して出力する、
請求項９～１１のいずれか１つに記載の制御システム。