JPS60160406A - プログラマブル・コントロ−ラの制御方式 - 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、ストアードプログラム方式によりＮＣ工作機
械に対するシーケンス制御をプログラム処理するプログ
ラマブル争コントローラ（７）　ｆｆ１ｌ　ｍ　方式に
関し、特にシーケンス制御プログラムの実行をタスクと
して管理し、シーケンスプログラム実行を能率よく行い
、プログラマブル争コントローラのプロセッサ資源を有
効に利用するプログラマブル・コントローラの制御方式
に関する。

（従来技術） 数値制御システムにおいては、数値制御装置（操作盤を
含む）からの指令に基ずいて工作機械における各機械要
素が制御される。ところでかかる数値制御システムにお
いては、従来、数値制御装置（以後ＮＣ装置という）側
と機械側間に多数のリレ一群からなる強電回路が介在し
、ＮＣ指令（Ｍ機能命令、Ｓ＃！能命全命令作盤からの
指令等）により所定のリレーを動作させ、これにより該
ＮＣ指令に応じた動作を機械要素に行わせていた。

しかし、かかる従来のシステムにおいては装置が大型化
すると共に、多数のリレーを必要とすることからコスト
高となり、更にはリレーの誤動作等による信頼性の低下
を来していた。

そこで、かかる強電回路の機能をプログラム処理による
シーケンスコントローラ（プログラマブル・シーケンス
・・コントローラ）で行なう方式が主流を占めるように
なってきた。

このようなプログラマブルコントローラでは、メモリに
シーケンスプログラムが記憶され、シーケンスプログラ
ムをプロセッサが実行することによって機械のシーケン
ス制御を行うものである。

シーケンス制御のためのシーケンス（制＃）プログラム
は、強電回路の機能を命令コードで論理的にプログラム
したもので、例えば第１図に示すリレー接点と　レーコ
イルで示される強電回路の一部であるラ　一部に対応す
るシーケンスプログラムは、第′　１の如くプログラム
されている。このシーケンスプログラムにおけるＲＤ　
、　ＯＲ。

０ＲＮＯ７等はそれぞれ命令コードで、ＲＤは読出し命
令、ＡＮＤは論理積算命令、ＷＲＴは書込み命令、ＯＲ
は論理和演算命令、０ＲＮＯＴは否定値との論理和演算
命令である。また、１０．０．２００．１は該命令コー
ドを実行するデータメモリ上のアドレス（所定番地、所
定ビット）である。このシーケンスプログラムの命令群
の実行により、（ａΦｂ）十μ の論理演算が実行され、その演算結果（パ１”またはＩ
Ｉ　ＯＩＴ　）がデータメモリの２１０番地の第１ビツ
ト目に格納される。

これを強電回路の動作で述べれば、リレー接点ａ、ｂ、
ｃの接点状態に応じてリレーコイルｄが励磁されるとい
うことになる。

（従来技術の問題点） 近年このようなプログラマブル・コントローラにおける
シーケンスプログラムは高級化、複雑化しており、例え
ば、ＮＣ工作機械の制御においては、ＡＴＣ（自動工具
交換）、Ａｒｃ　（自動部品交換）などの制御もシーケ
ンス制御プログラムにより制御される。プログラマブル
拳コントローラにおいては、このようにシーケンスプロ
グラムの内容が高級化、複雑化しているにもかかわらず
、そのプログラムの実行制御はプログラムされた順に行
われる直列処理であり、プログラムが外部動作を起動し
、その動作完了待ち状態に入ると処理装置はアイドル状
態となってしまい、処理装置資源の有効利用がはかれな
いという問題があった。

また、プログラムの実行処理が直列処理であるため、異
常発生に対しては機械を停止させるように制御するしか
対応できないという問題があった。

並行処理が行えれば、異常発生に対しても機械を停止さ
せる前に、回復可能な障害か否かを判定して、回復でき
るように対処してプログラムしておくことも可能である
。

（発明の目的） 本発明の目的は、プログラマブル−コントローラにおけ
るシーケンス制御プログラムの実行制御において、タス
ク管理の概念を導入し、シーケンス制御プログラムの実
行の並行処理、優先処理を可能とするプログラマブル・
コントローラの制御方式を提供することにある。

（発明の概要） 本発明では、ストアードプログラム方式によりＮＣ工作
機械に対するシーケンス制御をプログラム処理するプロ
グラマブル拳コントローラにおいて、シーケンス制御プ
ログラムの実行をタスクとして管理するプログラム実行
管理制御手段を備え、該プログラム実行管理制御手段に
よってシーケンス制御プログラムの実行の並行処理、優
先処理を行うようにしている。

ここでのプログラム実行管理制御手段は、タスク実行管
理テーブルに登録したタスク制御データにより、優先順
位を判定し、事象発生待ち状態を判定して、タスクの実
行制御を行うようにしている。

（実施例） 以下本発明を図面に従って詳細に説明する。

第３図は本発明にい係るプログラマブル・コントローラ
（フログラマプル・シーケンスーコントローラ二以下単
にＰＣという）を含む数値制御システムのハードウェア
ブロック図である。

図中、ｌはＮＣ装置、２はＮＣ装置から別設されている
別置型のＰＣｌ３は工作機械である。数値制御装置ｌに
おいて、１０１ａは加工指令が穿孔された紙テープ、１
０１ａ’はこれら紙テープ等を読み取る紙テープリーグ
、１０１ｂは加工テープに穿孔された加工指令を記憶す
るランダムアクセス・メモリ（ＲＡＭ）、１０１　ｃは
数値制御装置１を制御する制御プログラムが記憶された
リードオンリー・メモリ（ＲＯＭ）、１０１ｄは加工指
令プログラム又は制御プログラムの各命令に応じた処理
を行う処理装置（ＣＰＵ）、１０１ｅはシーケンス・コ
ントローラ２とＮＣ１間でデータの授受を行う送受信部
でたとえばダイレクト・メモリ・アクセス・コントロー
ラ、１０１ｆｊｉＸ軸、Ｙ軸方向移動量Ｘ。、ＹＯ及び
送り速度Ｆが入力されて公知のパルス分配演算を実行し
、分配パルスＸｐ、Ｙｐを図示しないサーボ回路へ出力
するパルス分配演算回路、１０１ｇはアドレスＯデータ
バス線である。１０１ｈはマニュアル０データーインプ
ツト装置（ＭＤＩ）で、ＭＣＩの操作パネルに取付けら
れ、例えば加工指令データの追加、変更等においてｌブ
ロックの加工指令データを入力するために使用される。

１０１ｉはユニバーサル・ディスプレイ装置で、工具等
の現在位置等を表示する。なお、ディスプレイ装置とＭ
ＤＩと一体に構成してもよい。

一方、ＰＣ２では、２０２ａはランダムアクセス・メモ
リ（ＲＡＭ）であり、シーケンスプログラムを格納する
ものである。

２０２ｂはデータメモリで、第１図の強電回路の各リレ
ーを１ビツトに対応させ、そのオン／オフをパｌ′″ま
たは”ｏ”で表現して記憶する。たとえばマニュアル・
データΦインプット装置（ＭＤＩ）１０１ｈから自動モ
ードが指令されれば強電回路では、リレーａ　（ＡＵＴ
）がオンするが、ＰＣ２ではデータメモリ２０２ｂの１
０番地の第０ビツト目に１１１１１を記憶する。

２０２ｃは工作機械３との間でデータの入出力を司どる
データ入出力部、２０２ｄはシーケンスコントローラ本
体２を制御する制御プログラムを記憶するＲＯＭ、２０
２ｅは制御プログラムおよびシルケンスプログラムに応
じて所定のシーケンス処理を行う処理装置、２０２ｆは
送受信部で、ＮＣ装置ｌとの間でデータの授受を行うも
の、２０２ｇはアドレス・データバス線である。

第４図はデータ入出力装置２０２ｃの詳細図で、ＤＩは
データ入出力回路で、機械３側がら送出されて・くる各
種リミットスイッチ、リレー接点ＲＣ１〜ＲＣｎの信号
を受けるレシーバＲ１〜Ｒｎと、アンドゲート回路Ｇ１
〜Ｇｎと、アドレスバスＡＢＵＳ上のアドレス信号をデ
コードして所定のアンドゲートを開き、各アンドゲート
出力をデータバスＤＢＵＳ上に出力するデコーダＤＥＣ
。

とを備えている。

Ｄｏはデータ出力回路で、機械３へ出力される主軸正転
信号、主軸逆転信号等が記憶されるフリップ−フロップ
（ラッチ回路でもよい）　Ｌ、　−Ｌｍと、各フリップ
拳フロップＬ１−Ｌｍに対応して設けられ各フリップ・
フロップ（ＦＦという）の出力信号を機械３へ送出し、
リレーＲ□〜Ｒｍを動作せしめるドライバＤ１〜Ｄｍと
、アドレスバスＡＢＵＳ上のアドレス信号をデコードし
て所定のＦＦをセット／リセット可能にするとともに、
データバスＤＢＵＳ上のデータを所定のＦＦに記憶せし
めるデコーダＤＥＣ２とを備えている。

なお、ＣＢＵＳはコントロール信号授受用のコントロー
ル信号ハス、ＡＢＵＳはアドレスバス、ＤＢＵＳはデー
タバス、１１１〜ｌｌｎ、　ｆＬ２１〜文２ｍはデータ
入出力部２０２ｃと機械３側を接続しデータ授受を行う
ケーブルである。

次にＰＣ２の動作について説明する。

ＲＡＭ２０２ａには、既に作成されたシーケンスプログ
ラムが格納されているので、ＲＯＭ２０２ｄの制御プロ
グラムの制御によりＣＰＵ２０２ｅはＲＡＭ２０２ａか
らシーケンスプログラムの各命令を１つずつ順次読み出
し、最初の命令から最後のシーケンスプログラム命令ま
でシーケンス処理を実行し、最後の命令処理を終了すれ
ば最初のシーケンスプログラム命令に戻り、以後サイク
リックにシーケンスプログラム命令の処理を繰り返す。

この状態で、ＮＣ装置ｌからたとえば主軸正転指令ＭＯ
３が指示されればＭ機能ＭＦおよびＭコード信号Ｍｌｌ
、Ｍ１２を記憶すべきデータメモリ２０２ｂのアドレス
の対応ビットに１１１１１が記憶される。

この記憶内容によってＣＰＵ２０２ｅはバス２０２ｇを
介して送受信部２０２ｃに指令を与え、例えば、１１１
１１がデータ出力回路Ｄｏ（第４図）のフリップ・フロ
ップＬ１に記憶されドライバＤＩ、縁立２１を介して、
工作機械３へ出力される。これにより、工作機械３のリ
レーＲ１がオンし、主軸正転制御が実行される。そして
、主軸が正転すれば、たとえば、リレー接点ＲＣ□がオ
ンとなり、線ｉｔｔ、レシーバＲ１、アンドゲートＧ□
、データバスＤＢＵＳを介して主軸正転完了信号がバス
２０２ｇを介してデータメモリ２０２ｂ（第３図）の所
定ビットに記憶される。しかる後、シーケンスプログラ
ム処理が継続され主軸正転完了がＮＧ装置ｌに通知され
主軸正転のためのシーケンス処理が終了する。

このようにシーケンス制御プログラムはＲＯＭ２０２ｄ
の制御プログラムの制御により、処理装置ＣＰＵ２０２
ｅのプロセッサ資源を用いて順次実行されてゆく。

本発明では、このＰＣ２の本体を制御してシーケンス制
御プログラムの実行制御を行う制御プログラム（ＲＯＭ
２０２ｄに記憶されている：管理プログラムともいう）
において、シーケンスプログラムの実行制御にタスク管
理の概念を導入し、シーケンスプログラムの実行の並行
処理、優先処理を行い、プロセッサ資源の有効利用をは
かるようにしたものである。

このシーケンス制御プログラムの実行制御を行う制御プ
ログラム（以後、管理プログラムという）は、ＰＣのハ
ードウェアを含み込むように位置しているので、ＰＣの
ソフトウェアであるシーケンスプログラムは、この管理
プログラムを通してハードウェア資源を利用することに
なる。この管理プログラムは、システム初期化プログラ
ム、プロセッサの例外に対する処理、各種ハードウェア
割込、ソフトウェア割込に対する処理を行う例外処理プ
ログラム、シーケンス制御プログラムをタスクとして処
理し、各タスクのプロセッサ利用状況を管理し、競合し
ているタスク間の調停を行うタスク管理プログラム、各
種入出力ボートおよび入出力装置の管理、およびタスク
によって発行された入出力要求に対する処理を行う入出
力制御プログラム等から構成されている。

ここでのタスク管理プログラムは、プログラムを機能的
にまとまったいくつかの処理単位に分けてタスクとし、
タスク間の優先処理を判別し、優先度が低いタスクの実
行中に優先度が高いタスク実行の事象が発生した場合に
優先度の高いタスクの実行に制御を移すとともに、タス
クが外部動作を起動しその動作完了待ち状態となった場
合には他のタスクの実行に制御を移すようにして、シー
ケンスプログラムの実行制御を行うものである。

たとえば、Ｎ’Ｃ装置１からの指令により、ＰＣ２が工
作機械３を動作させ、工作物の切削加工を行うシーケン
ス制御を行う場合、（１）主軸を正転して、（２）工具
を切削位置まで移動し、（３）工具の素材切込み開始−
・参等・・φとプログラム制御するのであるが、この場
合、（３）の工具を素材に切込ませる工程の前には、（
１）の主軸の回転動作完了、（２）の工具の切削位置ま
での移動が完了している条件が必要となる。ところで、
並行処理が行えず、直列処理で行うＰＣの場合、ＰＣ２
の制御ステップは、主軸正転の外部動作を起動した後、
外部動作完了の応答が返ってくるまで、外部動作の完了
待ちのアイドル状態となり、そして主軸正転完了の応答
が返ってから、次の工具を切削位置まで移動させるプロ
グラムの実行に入る。並行処理が行える場合、主軸正転
のブログラム実行に対応するタスクが外部動作を起動し
、タスクが動作完了待ち状態に入ると、管理プロクーｙ
　ムにこの状ｑを１ｒＷＡ　Ｉ　Ｔｊコマンドノ発行に
より知らせ、これにより優先度の低いタスク（次の制御
ステップである工具を切削位置まで移動させるステップ
）の処理に制御を移し、前の制御ステップの動作完了を
待つことなく、実行可能となっているタスクである次の
工具を切削位置まで移動させる制御シーケンスの実行を
開始する。

第５図に本発明のプログラム実行管理制御手段の一実施
例であるタスク管理プログラムの構成を示す。ここでは
タスクの数を固定した制御方式をとる。これは記憶装置
の記憶領域を区画に分け、それぞれに１つのタスクを割
り当て使用する。タスクはプログラムにおいてタスク制
御命令により管理プログラムに登録される必要がある。

タスクは最大８４Ｎまで登録することができる。ここで
のタスクの登録とは、たとえば８バイトからなるタスク
制御データを８０００番地から図のように設定すること
である。このようにして登録されたタスクはその制御デ
ータをもとに実行制御される。

このように、管理プログラムの並行処理機能を使用する
ことにより、プロセッサ資源の無駄な遊びを可能なかぎ
り無くし、処理能力の向上をはかることができる。管理
プログラムがプログラムの実行制御を行う際の優先順位
、事象発生待ち状態フラグ等は、第５図に示すようなタ
スク実行管理テーブルに登録されており、このタスク夾
行管理テーブルのタスク制御データにより実行制御が行
われる。

また管理プログラムは、タスクの実行制御を行う際に、
タスクの優先順位に従って優先処理を行う。この管理プ
ログラムの持つ優先処理機能を使用するこ六により、同
時に発生した事象に対してあたかも同時に処理したかの
如く見せかけることができる。第６図により優先処理機
能の一例を説明する。ここで事象Ａの応答時間の遅くて
もよい事象であり、事象Ｂは高速処理が必要であるが。

短時間で処理の終了する事象である。事象Ａが発生して
タスクＡを実行中に事象Ｂが発生したらり一スクＡの実
行を中断し、タスクＢを優先的に実行し、タスクＢの終
了後にタスクＡを続行するようにしてプログラムの実行
を制御する。タスクＡはタスクＢのために待たされるが
、タスクＡ、Ｂ共に期待される時間内に処理を嬰了する
ことができる。これはタスクＢの優先順位をタスクＡよ
りも高く設定しておくことにより、このような優先処理
を行うことができる。優先処理機能がなければ事象は発
生順に処理されるので、事象ＢはタスクＡのために待た
されて、期待される時間内に処理を終了することができ
ない。

管理プログラムは、シーケンスプログラムをタスクとし
て実行制御を行うために管理上、各タスクの状態を第７
図に示すいずれかの状態に分けて制御する。ここでの停
止状態７０４とは、起動要求が発生していない状態をい
い、他のタスクが停止状態７０４のタスクに対して発行
したｒＳ　ＴＡＲＴｊ　コマンドにより、実行可能状態
７０５に移行する。実行状態７０２のタスクは処理を終
了してｌｌ’５ＴＯＰＪコマンドを発行すると停止状態
７０４に移行する。また実行可能状態７０５とは、起動
要求は発生しているが他に優先順位のタスクがあるため
に実行を待たされている状態をいい、停止状態７０４の
タスクに対してｆｓＴＡＲＴｊコマンドが発行された場
合および待ち状態７０３のタスクに対してＩ’ＷＡＫＥ
ＵＰＪコマンドが発行された場合にそのタスクは実行可
能状態７０５に移行する。実行可能状態７０５にあるタ
スクの中で一番優先度が高いタスクが実行状態７０２に
あるタスクよりも優先度が高い場合、そのタスクは実行
状態７０２に移行され、それにより実行状態７０２にあ
ったタスクは実行可能状態７０５に戻される。実行状態
７０２とは、タスクが実際に実行されている状態すなわ
ちタスクがプロセッサを使用している状態をいい、実行
状態７０２にあるタスクは自己タスクから発行するｆｓ
ＴＯＰｊコマンドにより停止状態７０４へ、ｒＷＡ　Ｉ
　Ｔｊコマンドにより待ち状態７０３へ、ＦＬＯＣＫｊ
コマンドによりロック状態７０１に移行する。ここで、
ロック状態とは、実行状８７０２と同様にタスクが実際
に実行されている状態をいい、実行状態７０２ではその
タスクより優先度の高いタスクが実行可能状態７０５に
なると、そのタスクは中断されて実行可能状態７０５に
戻されるが、ロック状態７０１ではそのタスクは中断さ
れず実行を続ける。すなわち他のタスクによって妨害さ
れない処理を行う場合はｌ’ＬＯｃＫｊコマンドにより
ロック状態７０１に移行して処理を行い、処理終了後た
だちにｆＵ　Ｎ　Ｌ　ＯＣＫｊコマンドを発行して実行
状態７０２に戻すようにする。待ち状態７０３とは、タ
スクが処理を中断して待っている状態をいい、実行中の
タスクに外部起動完了などの待ちが発生した場合、その
タスクはｌ’ＷＡＩＴＪコマンドを発行し、待ち状態７
０３に移行することにより、より優先度の低い他のタス
クの実行を可能とすることができる。他のタスクからの
「ＷＡ　Ｋ　Ｅ　Ｕ　Ｐｊコマンドにより再び実行可能
状態７０５に戻る。ひとつのｆＷＡＩ　Ｔｊコマンドに
対しひとつのｆＷＡＫＥ、ＵＰＪコマンドが発行される
ようにしておく必要がある。

このようにタスクの状態の移行を制御することにより、
管理プログラムは、各タスク（シーケンスプログラム）
間の並行処理、優先処理の実行制御を行い、プログラマ
ブル・コントローラのプロセッサ資源の有効利用をはか
り、処理効率をあげるのである。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明によれば、ストアー
ドプログラム方式によりＮＣ工作機械に対するシーケン
ス制御をプログラム処理するプログラマブル・コントロ
ーラにおいて、シーケンス制御プログラムの実行をタス
クとして管理するプログラム実行管理制御手段を備え、
このプログラム実行管理制御によって、シーケンス制御
プログラムの実行の並行処理、優先処理を行うようにし
ているので、プログラマブル・コントローラのプロセッ
サ資源の有効利用がはかれ、処理効率を上げることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は強電回路のラダー図の一説明図、第２図はｔｉ
ｒ、１図のラダー図に対応するシーケンスプログラム構
成図、第３図は本発明の詳細な説明するための数値制御
システムのハードウェアブロック図、第４図は第３図構
成の要部構成図、第５図は本発明の一実施例の説明図、
第６図は本発明による優先処理の説明図、第７図は本発
明によるタスク管理におけるタスク状態の説明図である
。 ｌ・・ＮＣ１２・・プログラマブルコントローラ３・・
工作機械、１０１ｂと２０２ａ・・ＲＡＭ２０２ｄ−−
ＲＯＭ、２０２ｅ＊＊プロセツサ１０１ｉｓ・ディスプ
レイ。 特許出願人　ファナック株式会社 代理人　弁理士　辻　實 （外　１　名） 第１図　第２図 ：　： 第６図 導電Ａ発生］（事象Ｂ奢０ 第４図 第５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ストアードプログラム方式によりＮＣ工作機械に
   対するシーケンス制御をプログラム処理するプログラマ
   ブル・コントローラにおいて、シーケンス制御プログラ
   ムの実行をタスクとして管理するプログラム実行管理制
   御手段を備え、゛該プログラム実行管理制御手段によっ
   てシーケンス制御プログラムの各プログラム制御要素の
   各タスクとしての優先度を判別し、優先度が低いタスク
   の実行中に優先度が高いタスク実行の事象が発生した場
   合には優先度の高いタスクの実行に制御を移すと共に、
   タスクが外部動作を起動しその動作完了待ち状態となっ
   た場合には他のタスクの実行に制御を移すようにして、
   シーケンス制御プログラムの各プログラム制御要素の優
   先処理および並行処理を行いうるように制御することを
   特徴とするプログラマブル争コントローラの制御方式。
2. （２）前記プログラム実行管理制御手段は、タスク実行
   管理テーブルに登録したタスク制御データにより実行制
   御を行う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争コントローラの制御方式。