JPH03149604A - プログラマブル・コントローラの負荷監視制御方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はプログラマブル・コントローラの負荷監視制御
方式に関し、特に数値制御装置に結合されて一定の動作
サイクルを繰り返し実行する機械の制御に使用されるプ
ログラマブル・コントローラの負荷監視制御方式に関す
る。

〔従来の技術〕

プログラマブル・コントローラ（以下、ＰＣと記す）は
独立型あるいは数値制御装置に内蔵されて、様々な工作
機械の制御に使用されている。

ところで、数値制御工作機械では例えば第１０図のよう
に、加エブログラムに従って工具１００がワーク１０１
の所定距離手前の点から切削送りで移動されて加工が行
われるので、区間ｌの間は空切削状態となる。特に、多
数の加工を連続して行う場合には空切削時間が積算され
て加工効率の低下が問題となることがある。このような
場合には、オペレータが操作盤上に設けられたオーバー
ライドスイッチを操作して、空切削中の送り速度を上げ
ることができる。

−また、切削中の送り速度が早過ぎると加工面が荒れる
。このような場合には、オーバーライドスイッチによっ
て送り速度を低下させる。なお、軸の駆動用モータに一
定以上の負荷がかかると切削異常とみなしてＰＣを介し
て数値制御装置にアラーム信号を入力し、機械を非常停
止させる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、従来ではア−ラーム信号を発生するしきい値は
一定値であったので、工具の種類あるいはワークの材質
によっては正確な異常検出ができなかった。

また、オーバーライド操作は各加工毎に行わなければな
らないので面倒であった。さらに、オーバーライド操作
はオペレータの経験や勘に頼っているので調整量の設定
が難しく、操作を誤ると工具を破損してしまう危険があ
った。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、正
確な異常検出のできるプログラマブル・コントローラの
負荷監視制御方式を提供することを目的とする。

また、本発明の他の目的は送り速度のオーバーライドを
自動化したプログラマブル・コントローラの負荷監視制
御方式を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明では上記課題を解決するために、数値制御装置に
結合されて一定の動作サイクルを繰り返し実行する機械
の制御に使用されるプログラマブル・コント口ｉうの負
荷監視制御方式において、前記機械の動作中に前記モー
タの負荷状態を測定すると共に、教示の動作サイクルで
得られた測定値を用いて所定のアラーム値を算出し、以
後の動作サイクルにおける測定値を前記アラーム値と比
較することによって前記機械の動作異常を監視すること
を特徴とするプログラマブル・コントローラの負荷監視
制御方式が提供される。

また、 数値制御装置に結合されて一定の動作サイクル−を繰り
返し実行する機械の制御に使用されるプログラマブル・
コントローラの負荷監視制御方式において、前記機械の
動作中に前記モータの負荷状態を測定すると共に、教示
の動作サイクルで得られた測定値を用いて所定の許容値
を算出し、以後の動作サイクルにおける測定値が前記許
容値以内に入るように前記モータの速度をオーバーライ
ド制御することを特徴とするプログラマブル・コントロ
ーラの負荷監視制御方式が提供される。

〔作用〕

教示の動作サイクルでモータ負荷の基準値を求めて、こ
の値に基づいてアラーム値を自動設定する。したがって
、以後の動作サイクルでは加工条件に応じた正確な異常
検出ができる。

また、この基準値を用いて所定の許容値を求め、測定値
が許容値以内に入るように自動的にオーバーライドをか
けるので、空切削時の送り速度が増加して加工時間が短
縮し、過負荷時には自動的に送り速度が低下して安全性
が保たれる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第３図は本発明を実施するためのＰＣ及び周辺装置の構
成を示したブロック図である。図において、ＩＯは数値
制御装置（ＣＮＣ）である。プロセッサ１１はバス２１
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、このシステムプログラムに従って数値制御装
置ｌＯの全体動作を制御する。ＲＡＭ１３には一時的な
計算データ、表示データ等が格納される。不揮発性メモ
り１４はバッテリバックアップされたＣＭＯＳで構成さ
れ、加エブログラム、各種のパラメータ、工具補正量等
が格納される。

インタフェース１５は外部機器用のインタフェースであ
り、紙テープリーダ、紙テープパンチャー、紙テープリ
ーダ・パンチャ一等の外部機器９１が接続される。紙テ
ープリーグからは加エブログラムが読み込まれ、また、
数値制御装置１０内で編集された加エブログラムを紙テ
ープパンチャーに出力することができる。

ＰＣ１６は数値制御装置ｌＯに内蔵され、ラダー形式で
作成されたシーケンスプログラムで機械を制御する。そ
の詳細は後述する。

グラフィック制御回話１８は各軸の現在位置、、負荷状
態、アラーム、パラメータ等のディジタルデータを画像
信号に変換して出力する。この画像信号はＣＲＴ／ＭＤ
Ｉユニット２５の表示装置２６に送られ、表示される。

インタフェース１９はＣＲＴ／ＭＤＩユニツト２５内の
キーボード２７からのデータを受けて、プロセッサ１１
に渡す。

インタフェース２０は手動パルス発生器９２に接続され
、手動パルス発生器９２からのパルスを受ける。手動パ
ルス発生器９２は機械操作盤に実装され、手動で機械稼
働部を精密に位置決めするのに使用される。

軸制御回路４１〜４３はプロセッサ１１からの各軸の移
動指令を受け、速度信号に変換してサーボアンプ５１〜
５３に指令する。サーボアンプ５１〜５３はこれを増幅
して、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸のサーボモータ６１〜６３を
駆動する。サーボモータ６１〜６３には位置検出用のパ
ルスコーダが内蔵されており、このパルスコーダから位
置信号がパルス列としてフィードバックされる。また、
このパルス列をＦ／Ｖ　（周波数／速度）変換すること
により、速度信号を生成することができる。

図ではこれら位置信号のフィードバックライン及び速度
フィードバックラインは省略しである。

スピンドル制御回路７１はスピンドル回転指令及びスピ
ンドルのオリエンテーション等の指令を受けて、スピン
ドルアンプ７２にスピンドル速度信号を出力する。スピ
ンドルアンプ７２はこのスピンドル速度信号を受けて、
スピンドルモータ７３を指令された回転速度で回転させ
る。また、オリエンテーション指令によって、スピンド
ルを所定の回転角度の位置に位置決めする。

スピンドルモータ７３には歯車あるいはベルトでポジシ
ョンコーダ８２が結合されている。従って、ポジション
コーダ８２はスピンドル７３に同期して回転し、帰還パ
ルスを出力し、その帰還パルスはインタフェース８１を
経由して、プロセッサ１１によって、読み取られる。こ
の帰還パルスは他の軸をスピンドルモータ７３に同期し
て移動させてネジ切り等の加工を行うために使用される
。

第４図はＰＣＩ６の内部の構成を示したブロック図であ
る。プロセッサ１６１はＰＣ１６を制御　するプロセッ
サであり、インタフェース１６２を介して数値制御装置
１０のバス２１に結合されている。ＲＯＭ１６３にはＰ
Ｃ１６を制御するための管理プログラムと、ラダー言語
で作成されたシーケンス・プログラムが格納されている
。ＲＡＭ１６４には入出力信号が格納され、シーケンス
・プログラムの実行に従って、その内容は書き換えられ
ていく。ＲＡＭ１６４に格納された出力信号はＩｌｏ制
御回路１６５によってシリアル信号に変換されて、Ｉｌ
ｏユニット１７に送られる。また、Ｉｌｏユニット１７
からのシリアルな入力信号をパラレル信号に変換してＲ
ＡＭ１６４に格納する。

プロセッサ１６１は数値制御装置１０からインタフェー
ス１６２を経由してＭａｔ指令、Ｔ機能指令等の指令信
号を受け、一旦ＲＡＭ１６４に格納し、その指令をＲＯ
Ｍ１６３に記憶されているシーケンスプログラムに従っ
て処理し、夏７０制御回路１６５を経由してＩｌｏユニ
ット１７に出　　力する。この出力信号によって、機械
側の油圧機器、空圧機器、電磁機器が制御される。

また、プロセッサ１６１はＩｌｏユニット１７からの機
械側のリミットスイッチ信号、機械操作盤の操作スイッ
チの信号等の人力信号を受けて、これを一旦ＲＡＭ１６
４に格納する。そして、ＰＣ１６で処理する必要のない
入力信号はインタフェース１６２を経由してプロセッサ
１１に送られる。その他の信号はシーケンスプログラム
で処理し、一部の信号は数値制御装Ｗ１０側へ、他の信
号は出力信号としてＩｌｏ制御回路１−６５を経由して
１１０ユニット１７から機械側へ出力される。

また、ＲＡＭ１６４にはインタフェース１６２経由でサ
ーボモータ６１．６２．６３、及びスピンドルモータ７
３の電流値が逐次入力される。これらの信号はプロセッ
サ１６１によって読み出され、後述する方法でアラーム
値、及び各許容値が算出された後、インタフェース１６
２を経由してプロセッサ１１に送られ、制御回路４１等
に人力されて、各軸の送り速度がオーバーライド制御さ
れる。

また、ＲＡＭ１６４に格納された各モータの電流値のデ
ータがＣＲＴ／ＭＤＩユニット２５の表示装置２６に送
られ、負荷状態の経時的変化としてグラフィック表示さ
れる。

さて、起動時には、まず表示装置２６の表示画面に第５
図に示すパラメータ設定画面が表示される。図において
、表示画面３０の設問４１３１には監視、オーバーライ
ド制御を行うための上限許容値係数、下限許容値係数、
アラーム値係数、許容時間、アラーム判定時間、オーバ
ーライド変化率、及び測定禁止時間の各設問項目が表示
される。これらの内容については後述する。図示されて
いないカーソルキーを押すことによりカーソル３３が設
定欄３２上を上下に移動し、数値キーを押すことにより
設問項目毎にパラメータが設定される。

次に、−アラーム値及び許容値の見出方法について説明
する。第６図（ａ）は初回の切削時（教示切削）におけ
るＺ軸サーボモータの電流値、第６図（ｂ）はＺ軸の送
り速度を示したグラフである。

教示切削時には時刻ｔｌｌよりｔ１９まで、加エブログ
ラムで設定された送り速度ＦｌでＺ軸を移動させる。空
切削中のモータ電流は比較的小さいが、ワークへの切り
込みを開始すると急激に増大する。

ここで、モータ電流は′ｆＪ７図に示すように、例えば
８ｍ秒毎にサンプリングされている。そして、このサン
プリングデータの例えば３点のデータの平均値Ａ、Ｂ、
Ｃ，−−−−−−−−−−−−−−を求め、電流変化率
をＢ／Ａ、Ｃ／Ｂ、−一一−−−−−−・−−−−−−
一−−として、この値が一定のしきい値を越えた場合１
切り込み開始点とみなす。

第６図（ａ）に戻って説明すると、切り込み開始点を検
出したならば、その点から逆算して空切削中の移動距離
を求めて記憶しておく。さらに、切り込み開始点を検出
した時刻ｔ１３から、前述したパラメータ設定画面で設
定した測定禁止時間Ｔ１までの切り込み区間はサンプリ
ングを中断し、その後時刻ｔｌＢから切削終了時点のを
１９までの区間で再びサンプリングを行う。そして、こ
の区間のデータの平均値を求めて、これを基準値Ｉｒと
する。

次に、パラメータ設定画面で設定した下限許容値係数を
Ｋｌ仕限許容値係数をＫｕとして、下限許容値１１及び
上限許容値１ｕを次式、１１　＝　Ｉ　ｒ　（１−Ｋ　
１　）　　　−−−−−□−−−−−−（１）Ｉ　ｕ　
＝　ｌ　ｒ　（１＋　Ｋ　ｕ　）　　　−・−−−−−
−−−−（２）で求める。

また、アラーム値係数をＫａとして、アラーム値１ａを
次式 ％式％（３） 第８図（ａ）、（ｂ）は次回の切削時（実切削）におけ
るＺ軸サーボモータのモータ電流、送り速度を示したグ
ラフである。時刻ｔ２１より、加エブログラムで設定さ
れた送り速度Ｆ１で切削送りを開始して教示切削と同様
の加工を丘う。

このとき、モータ電流が下限許容値■１よりも許容時間
Ｔ２　（パラメータ設定画面での設定値）以上低下した
状態が続くと、この時刻ｔ２２より、同じく設定値のオ
ーバーライド変化率だけ送り速度を増加する。そして、
教示切削時に記憶した空切削移動量に近づいた時刻ｔ２
２より再び送り速度をＦｌに戻す。

また、切り込みを開始して、モータ電流が上限許容値を
許容時間Ｔ２以上越えたときには、この時刻ｔ２４より
オーバーライド変化率だけ送り速度を減速する。

なお、図には示していないが、この実切削時にモータ電
流がアラーム値１ａをアラーム判定時間以上越えた場合
には、切削異常とみなして軸の送りを停止すると共に、
表示画面に所定のアラームメツセージを表示する。

第１図（Ｆｉ＞、（ｂ）は教示切削時におけるＰＣ１６
の処理のフローチャートである。図において、Ｓに続く
数値はステップ番号を示す。

〔３１〕所定のサンプリング時間でモータ電流のサンプ
リングを開始する。

〔８２〕数点のサンプリングデータを単位として、変化
率を算出する。

〔３３〕変化率がしきい値を越えたかどうかを判断し、
越えた場合はＳ４へ、越えていない場合はサンプリング
を継続する。

〔８４〕その点を切削開始点として認識する。

〔３５〕サンプリングを一時停止する。

〔８６〕切削開始点を認識後、設定時間ＴＩが経過した
らＳ７へいく。

〔１３７〕サンプリングを再開する。

〔８８〕加エブログラムで指令された切削送りの終点か
どうかを判断し、終点ならばＳ９へ、終点でなければＳ
７へ戻ってサンプリングを継続する。

〔８９〕切削開始点より逆算して、空切削した移動距離
を求める。

［Ｓ１０］サンプリング再開後のデータの平均値を演算
して基準値１ａを求める。

［Ｓ１１］基準値１ａと、パラメータ設定された上限許
容値係数、下限許容値係数及びアラーム値係数に基づい
て、下限許容値、上限許容値及びアラーム値を求める。

第２図は実切削時におけるＰＣ１６の処理のフローチャ
ートである。

［５２１］モータ電流のサンプリングを開始する。

［Ｓ２２］モータ電流がアラーム値Ｉａを越えたかどう
かを判断し、越えた場合はＳ２５へ、越えていない場合
はＳ２３へいく。

［３２３）教示時に記憶した空切削移動距離と現在まで
の移動距離を比較することにより、切削開始点に近づい
たかどうかを判断する。切削開始点の直前に到達したら
３２６へいく。

［Ｓ２４］モータ電流が下限許容値１１よりも許容時間
Ｔ２以上低下した状態が続いたかどうかを判断し、低下
した場合は５２７へ、低下していない場合は３２４へい
く。

［５２５］モータ電流が上限許容値Ｉｕを許容時間Ｔ２
以上越えたかどうかを判断し、越えた場合は３２８へ、
越えていない場合はＳ２９へいく。

［５２６］送り速度を加エブログラムで指令された速度
にする。

〔８２７〕加エブログラムで指定された切削送りの終点
かどうかを判断し、終点でなければ５２１へ戻ってサン
プリングを継続する。

［３２ｇ］軸の送りを停止する。

［Ｓ２９］表示画面に所定のアラームメツセージを表示
する。

［３３０１設定したオーバーライド変化率だけ、送り速
度を増加する。

（Ｓ３１］設定したオーバーライド変化率だけ、送り速
度を減ずる。

第８図は実切削時に表示装置２６に表示される画面であ
る。図において、表示画面３ｏにはサンプリングデータ
に基づ−いてＺ軸サーボモータの負荷状態の経時的変化
を示すロードメータ３４が表示されると共に、アラーム
値を示す直線３５が表示される。また、アラーム検出時
にはアラームメツセージ３６が表示される。この他に、
各軸の現在位置、指令速度、オーバーライド値、自動運
転中の時間、切削時間等も表示される。ロードメータ３
４は軸の名称を指定することによって、各軸毎に表示さ
れる。

なお、上記の説明では電流によってモータの負荷状態を
測定したが、モータの端子電圧によって測定しても良い
。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明では、教示の動作サイクルで
モータ負荷の基準値を求め、これに基づいてアラーム値
を自動設定するので、以後の動作サイクルではそれぞれ
の加工条件に応じた正値な異常検出ができる。

また、この基準値を用いて所定の許容値を求め、測定値
が許容値以内に入るように自動的にオーバーライドをか
けるので、空切削時には送り速度が増加して加工時間が
短縮する。さらに、過負荷時には自動的に送り速度が低
下することにより、加工精度が向上すると共に、工具の
破損が防止される。したがって、オペレータの負担が著
しく削減され、無人化自動切削の実現が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）は本発明の一実施例の教示切削時
におけるＰＣの処理のフローチャート、第２図は本発明
の一実施例の実切削時におけるＰＣの処理のフローチャ
ート、 第３図は本発明を実施するためのＰＣ及び周辺装置の構
成を示したブロック図、 第４図は本発明を実施するためのＰＣの内部構−成を示
したブロック図、 第５図は本発明の一実施例におけるパラメータ設定画面
、 第６図（ａ）は本発明の一実施例の教示切削時における
モータ電流の変化を示したグラフ、第６図（ｂ）は本発
明の一実施例の教示切削時における軸の送り速度を示し
たグラフ、第７図は本発明の一実施例の変化率算出方法
を説明するためのグラフ、 第８図（ａ）は本発明の一実施例の実切削時におけるモ
ータ電流の変化を示したグラフ、第８図（ｂ）は本発明
の一実施例の実切削時における軸の送り速度を示したグ
ラフ、 第９図は本発明の一実施例の実切削時に表示される画面
、 第１０図は従来の数値制御工作機械による加工の一例を
示した図である。 １０−・−・−・−−−−−−−一数値制御装置１６−
−−−−−−・−−−−−−−−−Ｐ　Ｃ２６−−−−
−−−−−−−−−−一表示装置３０−・−・−・−−
−−−−−一表示画面３４−−−−−−−−−−−−−
・−ロードメータ６１〜６３・−・・−・−−−−一−
−一−−一一−サーボモータ７３−・−−一一−−−−
・・−・−スピンドルモータ１６１・−・−一一−−一
一−−一−−−−一−−プロセッサＩｒ−・・−・−−
−−一一−−一一一基準値Ｉｆ　　−一−−−一−−・
−・・・下限許容値Ｉ　ｕ−−−−−一−−−−−・・
−・−上限許容値Ｉ　ａ−−−−−一一一一一−−・・
アラーム値ＴＩ−・・・−−−一−−−一−−一一−−
−測定禁止時間Ｔ　２−−−−−−−・−・−許容時間
特許出願人　ファナック株式会社 代理人　　　弁理士　　服部毅巖

【開始】

１１　　サンプリング　　　ＩＩ Ｓ　２　、ｌ　　　　　　　　　　　　　１１２１　　
変イ喝蜀算出　　　Ｉ　　　　　　量１　切削開始点と
する　　Ｉ ゝ１サンプリング−時停止　ＩＩ １　サンプリング再開　　ＩＩ 第１図（―） （Ｐ） ＼　　　ｌａの算出　　　ｌ Ｎ目、ｌｕ、Ｉａの算出１ 第１図（ｂ） １開始】 １　　　　　　　　　　　　　　　　１　　　サンプリ
ング　　　Ｆ′ｌ　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　１　　　　　　　／−Ｓ２２（１６ＰＣ ｌ　　　　　　　、１６１　　　１ １−−］−一−１。 コ　　　　　　　（１６４ト１６６バス　　　　　１　
　　　　■□ ・・一寸′ 第４図 　　　　八　　　ｌＩ ２・・１　　　）　又−〜肝−へ 　　　　　　　　　　　　ＴＩ 第６図（＆）） １　　　Ａ、Ｂ、Ｃ 第７図 ”：、−１人−ミヒ〉 電 、Ｉ 第８図（ｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）数値制御装置に結合されて一定の動作サイクルを
   繰り返し実行する機械の制御に使用されるプログラマブ
   ル・コントローラの負荷監視制御方式において、 前記機械の動作中に前記モータの負荷状態を測定すると
   共に、教示の動作サイクルで得られた測定値を用いて所
   定のアラーム値を算出し、 以後の動作サイクルにおける測定値を前記アラーム値と
   比較することによって前記機械の動作異常を監視するこ
   とを特徴とするプログラマブル・コントローラの負荷監
   視制御方式。 （２）数値制御装置に結合されて一定の動作サイクルを
   繰り返し実行する機械の制御に使用されるプログラマブ
   ル・コントローラの負荷監視制御方式において、 前記機械の動作中に前記モータの負荷状態を測定すると
   共に、教示の動作サイクルで得られた測定値を用いて所
   定の許容値を算出し、 以後の動作サイクルにおける測定値が前記許容値以内に
   入るように前記モータの速度をオーバーライド制御する
   ことを特徴とするプログラマブル・コントローラの負荷
   監視制御方式。 （３）前記許容値として上限値と下限値を設けたことを
   特徴とする特許請求の範囲第２項記載のプログラマブル
   ・コントローラの負荷監視制御方式。 （４）前記教示の動作サイクルにおいて前記測定値の変
   化率を逐次算出し、 前記変化率を所定のしきい値と比較することにより、前
   記動作サイクル中における前記モータの負荷区間と無負
   荷区間を判別し、 前記負荷区間における測定値を用いて所定の基準値を求
   め、 前記基準値に基づいて前記アラーム値及び前記許容値を
   算出することを特徴とする特許請求の範囲第１項及び第
   ２項記載のプログラマブル・コントローラの負荷監視制
   御方式。 （５）前記教示の動作サイクルにおいて負荷区間の開始
   点に到達して所定の測定禁止時間を経過した後の区間の
   測定値を平均することによって、前記基準値を求めるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第４項記載のプログラマ
   ブル・コントローラの負荷監視制御方式。 （６）前記測定値が前記アラーム値を所定のアラーム判
   定時間以上越えた場合に前記動作異常と判定することを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載のプログラマブル
   ・コントローラの負荷監視制御方式。 （７）前記動作異常を検知した場合に表示画面に所定の
   メッセージを表示することを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載のプログラマブル・コントローラの負荷監視
   制御方式。（８）前記測定値に基づいて前記モータの負
   荷状態の経時的変化を表示画面にグラフィック表示する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のプログラ
   マブル・コントローラの負荷監視制御方式。 （９）前記測定値が前記許容値を所定の許容時間以上越
   えた場合に前記オーバーライド制御を行うことを特徴と
   する特許請求の範囲第２項記載のプログラマブル・コン
   トローラの負荷監視制御方式。 （１０）前記測定値は前記モータへの供給電流であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項及び第２項記載の
   プログラマブル・コントローラの負荷監視制御方式。 （１１）前記測定値は前記モータの端子電圧であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項及び第２項記載のプ
   ログラマブル・コントローラの負荷監視制御方式。 （１２）少なくとも前記測定禁止時間、前記アラーム判
   定時間、及び前記許容時間を対話形式で設定するように
   したことを特徴とする特許請求の範囲第５項、第６項及
   び第９項記載のプログラマブル・コントローラの負荷監
   視制御方式。