JP6748054B2

JP6748054B2 - 制御システム

Info

Publication number: JP6748054B2
Application number: JP2017217392A
Authority: JP
Inventors: 政利中嶋
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2017-11-10
Filing date: 2017-11-10
Publication date: 2020-08-26
Anticipated expiration: 2037-11-10
Also published as: JP2019087208A; US10802470B2; CN109765850B; DE102018008635A1; US20190146459A1; CN109765850A

Description

本発明は、制御システムに関する。

一般的な制御システム等においては、管理装置と、製造機械を制御する数値制御装置、ロボットを制御するロボットコントローラ、ＰＬＣ（プログラマブル・ロジック・コントローラ）等の機械や装置の各種機器を制御する制御装置とが、通信インタフェースを介してイーサネット（登録商標）等の通信ネットワークで接続されてシステムが構成されている。

制御システムの管理装置において、数値制御装置から通信ネットワークを介して種々のデータを取得する場合、取得したいデータ毎に関数を呼び出して通信を行っている。例えば、（１）座標値、（２）モーダル情報、（３）速度情報を取得したい場合は、図４に例示するように、３つの関数を実行し、それぞれのデータを取得するために通信を行う必要がある（特許文献１など）。

特開２００２−３６６３５５号公報

従来の方法では、取得したいデータ毎にデータパケットを作成して通信を行う必要があるため、通信のオーバーヘッドが原因で、最終的に必要な情報が取得されるまでに時間がかかるという問題がある。この様な問題を解決するために、複数のデータを１つのデータパケットを用いた１回の通信で取得する関数を作成し、これに合わせて新たな通信フォーマットを作成するという方法も考えられるが、一般に制御装置から取得するべき情報は、座標値や送り速度、主軸回転数、パラメータ情報、オフセット情報、アラーム履歴等のように多数存在し、これらを全て１回の通信で取得する関数を作成することは現実的ではなく、かといって状況に応じて必要とするデータの組み合わせも様々である為、１回の通信で取得するデータの組み合わせ毎に異なる関数と通信フォーマットを作成する必要があり、開発コストが上昇するという別の問題が生じる。

そこで本発明の目的は、簡単且つ柔軟に一度の通信で複数のデータを取得することを可能にする制御システムを提供することである。

本発明では、ネットワークを介したデータ取得依頼において、複数種類のデータをまとめて送受信する機能を制御システムに対して実装することにより上記課題を解決する。本発明のデータまとめ送受信機能では、制御システムを構成する装置に対してデータまとめ送受信モードを設け、該モードにおいてネットワークを介したデータ取得依頼を複数行うと、それぞれのデータ取得依頼を１つにまとめたまとめ依頼を作成し、該まとめ依頼が１回の通信で送信される。また、まとめ依頼を受けた装置は、まとめ依頼に含まれる複数のデータ取得依頼に応じて複数のデータを取得し、取得したデータをまとめたまとめ結果を作成し、該まとめ結果をまとめ依頼に対する応答として送信する。

そして、本発明の一態様は、機械を制御する少なくとも１つの制御装置と、プログラムによる指令に基づいて前記制御装置から前記制御に係るデータを取得して管理する管理装置とが、ネットワークを介して接続された制御システムにおいて、前記管理装置は、前記プログラムの指令を読み出して実行する指令実行部と、データまとめ送受信モードがＯＮである場合に前記指令実行部が前記プログラムから読み出した指令の内の複数のデータ取得依頼指令によるデータ取得依頼をまとめたまとめ依頼を作成して前記制御装置へと送信するまとめ依頼作成部と、結果取得部と、を備え、前記制御装置は、前記管理装置から受けた前記まとめ依頼から複数のデータ取得依頼を取り出す依頼解析部と、前記複数のデータ取得依頼のそれぞれに対応する前記制御に係るデータを取得するデータ取得部と、前記データ取得部が取得した前記制御に係るデータをまとめたまとめ結果を作成して前記管理装置へと送信するまとめ結果作成部と、を備え、前記結果取得部は、前記制御装置から受けた前記まとめ結果からそれぞれの前記データ取得依頼指令に対応した結果データを取り出してメモリへ格納する、制御システムである。

本発明の他の態様は、ネットワークを介して機械を制御する少なくとも１つの制御装置と接続され、プログラムによる指令に基づいて前記制御装置から前記制御に係るデータを取得して管理する管理装置において、前記プログラムの指令を読み出して実行する指令実行部と、データまとめ送受信モードがＯＮである場合に前記指令実行部が前記プログラムから読み出した指令の内の複数のデータ取得依頼指令によるデータ取得依頼をまとめたまとめ依頼を作成して前記制御装置へと送信するまとめ依頼作成部と、前記制御装置から受けたまとめ結果からそれぞれの前記データ取得依頼指令に対応した結果データを取り出してメモリへ格納する結果取得部と、を備えた管理装置である。

本発明により、１つのデータパケットを用いた通信で複数のデータ取得ができるようになるため、個々のデータ取得毎にデータパケットを作成して通信するのと比較して、通信におけるオーバーヘッドが少なくなり、通信時間が短縮されると共に、ネットワークに掛かる通信負荷を軽減することができる。本発明のまとめ取得機能は、データまとめ送受信モードをＯＮにするだけで利用することができるため、データの利用形態毎に関数と新たな通信フォーマットを作成する必要が無くなり、また、既存のアプリケーションに対してはデータまとめ送受信モードのＯＮ／ＯＦＦの処理を加えるだけで良いため、開発コストを抑えることができる。また、本発明では、制御装置内の膨大な情報から必要なデータを取捨選択して取得可能になるため、あらゆる組合せの情報を一度で取得することが可能になる。

一実施形態による制御システムの要部を示す概略的なハードウェア構成図である。一実施形態による制御システムの概略的な機能ブロック図である。一実施形態による制御システムで実行されるプログラムを例示する図である。従来技術によるネットワークを介した複数のデータの取得の例を示す図である。

以下に本発明を実現するための制御システムの構成例を示す。
図１は一実施形態による制御システムの要部を示す概略的なハードウェア構成図である。本実施形態による制御システム１は、例えば少なくとも１つの制御装置３と、該制御装置３を管理する管理装置２とが、有線／無線のネットワーク２７を介して接続されて構成される。本実施形態による制御システム１において、制御装置３は図示しない製造装置やロボット等を制御しており、その制御に関連する膨大な情報がデータとして生成され、必要に応じて蓄積している。また、制御システム１において、管理装置２は、制御装置３で生成されたデータを必要に応じて取得し、制御システム１全体の管理に利用している。

本実施形態による管理装置２は、例えば制御装置３に併設されるパソコン等として実装することができる。また、本実施形態による管理装置２は、例えばネットワークを介して制御装置３と接続されたセルコンピュータやホストコンピュータ、クラウドサーバ等のコンピュータとして実装することができる。

管理装置２は、ＣＰＵ１０を中心に構成されている。管理装置２が備える各構成要素はバス１７を介して接続されており、該バス１７を介して互いにデータをやり取りする。ＣＰＵ１０はＲＯＭ１１に格納されたシステム・プログラムに従って管理装置２の全体を制御する。このＲＯＭ１１にはＥＰＲＯＭやＥＥＰＲＯＭなどが使用される。

ＲＡＭ１２にはＤＲＡＭ等が使用され、一時的な計算データ、表示データ等が格納される。不揮発性メモリ１３には図示されていないバッテリによってバックアップされたＣＭＯＳやＳＲＡＭ等が使用され、電源切断後も保持すべきパラメータ等が記憶される。

ユーザインタフェース機器１８は、管理装置２の動作に必要とされるデータ及び図形を表示したり、作業者の手動操作入力、データ入力などを受け付け等に使用される。グラフィック制御回路１９は数値データ及び図形データ等のデジタル信号を表示用のラスタ信号に変換し、表示装置２０に送り、表示装置２０はこれらの数値及び図形を表示する。表示装置２０には主に液晶表示装置が使用される。

入力装置２１は、キースイッチやロータリースイッチ、数値キー、シンボリックキー、文字キー及び機能キーを備えたキーボードや、マウスなどのポインティングデバイスから構成される。
タッチパネル２２は、作業者によるタッチやドラッグなどの操作を検知する機能を備える。タッチパネル２２は表示装置２０の画面上に重畳して配置され、作業者が表示装置２０の画面上に表示されたソフトウェアキーやソフトウェアボタン、ソフトウェアスイッチに対して行った操作をタッチパネル２２により検知することができる。なお、タッチパネル２２と表示装置２０とを併せて１つの装置として構成しても良い。

通信インタフェース２３は、有線／無線のネットワーク２７を介して、ネットワーク２７に接続された制御装置３等との間でデータ通信を行なう。管理対象となる制御装置３で実行された制御用のプログラムや、該プログラムの実行実績に係る情報、該プログラムの実行中に取得された信号に係る情報等は、例えば通信インタフェース２３を介して取得できる。

一方、制御装置３は、ＣＰＵ３０を中心に構成されている。制御装置３が備える各構成要素はバス３７を介して接続されており、該バス３７を介して互いにデータをやり取りする。ＣＰＵ３０はＲＯＭ３１に格納されたシステム・プログラムに従って制御装置３の全体を制御する。このＲＯＭ３１にはＥＰＲＯＭやＥＥＰＲＯＭ等が使用される。

ＲＡＭ３２にはＤＲＡＭ等が使用され、一時的な計算データ、表示データ等が格納される。不揮発性メモリ３３には図示されていないバッテリによってバックアップされたＣＭＯＳやＳＲＡＭ等が使用され、電源切断後も保持すべきパラメータ等が記憶される。

制御インタフェース３５は、工作機械やロボット等の各種機械と接続されており、制御装置３は制御インタフェース３５を介して各種機械を制御すると共に、該機械の各部の情報を取得すると共に、該機械の動作状況を図示しないセンサ等により検出して取得する。
通信インタフェース４３は、有線／無線のネットワーク２７を介して、ネットワーク２７に接続された管理装置２等との間でデータ通信を行なう。

図２は、データまとめ送受信機能を実現するためのシステム・プログラムを図１で示した管理装置２、制御装置３にそれぞれ実装した場合の、第１の実施形態による制御システムの概略的な機能ブロック図である。図２に示した各機能ブロックは、図１に示した管理装置２が備えるＣＰＵ１０、及び制御装置３が備えるＣＰＵ３０が、それぞれデータまとめ送受信機能のシステム・プログラムを実行し、管理装置２、制御装置３の各部の動作を制御することにより実現される。

本実施形態の制御システム１を構成する管理装置２は、指令実行部１００、まとめ依頼作成部１１０、結果取得部１２０、通信部１３０を備え、また、制御装置３から取得した結果を格納する結果格納部２１０がＲＡＭ１２等のメモリ上に設けられている。本実施形態の管理装置２は、上記した機能手段以外にも、一般的な管理装置が備える機能を実現するための機能手段を備えているが、本明細書における説明は省略する。

指令実行部１００は、不揮発性メモリ１３に記憶された実行対象となるプログラム２００に含まれる指令を順次読み出し、読み出した指令に基づいて管理装置２の各部を制御する。指令実行部１００は、データまとめ送受信モードがＯＦＦである状態とＯＮである状態の２つの動作モードを持つ。指令実行部１００の該動作モードの切り替えは、例えばプログラムからデータまとめ送受信モード切替え指令を読み出した場合に行われる。

指令実行部１００は、データまとめ送受信モードがＯＦＦである状態でプログラムからデータ取得依頼指令を読み出すと、従来技術と同様に該指令を実行してデータ取得依頼先の制御装置３に対して通信部１３０を介してデータ取得依頼を送信する。一方、指令実行部１００は、データまとめ送受信モードがＯＮである状態でプログラムからデータ取得依頼指令を読み出すと、読み出したデータ取得依頼指令に基づいたまとめ依頼を作成するようにまとめ依頼作成部１１０に対して指令する。

そして、指令実行部１００は、データまとめ送受信モードがＯＮである状態でプログラムからまとめ依頼送信指令を読み出すと、作成したまとめ依頼をデータ取得依頼先の制御装置３に対して通信部１３０を介して送信するようにまとめ依頼作成部１１０に対して指令する。

まとめ依頼作成部１１０は、指令実行部１００からの指令に基づいて、複数のデータ取得依頼をまとめたまとめ依頼を作成する。まとめ依頼作成部１１０は、例えばデータ取得依頼指令に基づいて作成されるデータ取得依頼を複数まとめた１つのまとめ依頼（複数のデータ取得依頼を含む１つのデータパケット）を作成する。まとめ依頼作成部１１０は、受け付けたデータ取得依頼をＲＡＭ１２等のメモリ上に記憶しておき、まとめ依頼をデータ取得依頼先へ送信する指令を受けた際に、記憶した複数のデータ取得依頼に基づいて１つのまとめ依頼を作成するようにしても良い。まとめ依頼作成部１１０は、作成したまとめ依頼をデータ取得依頼先へ送信した後、メモリ上に記憶したデータ取得依頼を削除し、それ以降に受けたデータ取得依頼を次のまとめ依頼を作成するために記憶するようにする。このようにすることで、プログラム２００を作成するユーザは、任意のタイミングでまとめ依頼をデータ取得依頼先へと送信させるように管理装置２を制御することができる。

結果取得部１２０は、データ取得依頼先からのデータ取得依頼乃至まとめ依頼に対する応答としての結果乃至まとめ結果を通信部１３０を介して受け取り、結果格納部２１０に対して格納する機能手段である。結果取得部１２０は、データ取得依頼先からまとめ結果を受けた時は、まとめ結果からそれぞれの結果データを取り出し、取り出したそれぞれの結果データを結果格納部２１０の所定の領域へと格納する。結果格納部２１０に格納されたそれぞれの結果データは、プログラム２００の指令により、例えば表示装置２０へと表示したり、図示しない外部記憶装置等に記録したりすることで利用される。

一方、本実施形態の制御システム１を構成する制御装置３は、制御部３００、依頼解析部３１０、データ取得部３２０、まとめ結果作成部３３０、通信部３４０を備える。本実施形態の制御装置３は、上記した機能手段以外にも、一般的な制御装置が備える機能を実現するための機能手段を備えているが、本明細書における説明は省略する。

制御部３００は、図示しない機械制御用のプログラム等にしたがって機械を制御する機能手段である。制御部３００は、機械に対して動作を指令する一方で、機械の各部の情報や該機械の動作状況を取得する。

依頼解析部３１０は、通信部３４０を介して受けたデータ取得依頼乃至まとめ依頼を解析し、解析した結果に基づいて必要なデータを取得するようにデータ取得部３２０へと指令する。依頼解析部３１０は、従来技術による通常のデータ取得依頼を受けた場合には、従来技術と同様に依頼されているデータをデータ取得部３２０へと指令して制御部３００から取得し、取得したデータをデータ取得依頼に対する応答として通信部３４０を介してデータ取得依頼の依頼元へと送信する。一方で、依頼解析部３１０は、まとめ依頼を受けた場合には、該まとめ依頼からそれぞれのデータ取得依頼を取り出し、それぞれのデータ取得依頼により依頼されている各データをデータ取得部３２０へと指令して制御部３００から取得させる。

まとめ結果作成部３３０は、データ取得部３２０が取得した、まとめ依頼に含まれるそれぞれのデータ取得依頼により依頼されているデータをまとめたまとめ結果を作成し、作成したまとめ結果をデータ取得依頼元へと通信部３４０を介して送信する機能手段である。まとめ結果作成部３３０は、まとめ結果に含まれるそれぞれのデータ取得依頼により依頼されたデータを複数まとめた１つのまとめ結果（複数のデータを含む１つのデータパケット）を作成する。

図３は、本実施形態による管理装置２で実行されるプログラム２００の例を示している。図３の例では、データまとめ送受信モード切替え指令としては、データまとめ送受信モードをＯＮにするための指令「ＭＯＤＥ＿ＯＮ」と、データまとめ送受信モードをＯＦＦにするための指令「ＭＯＤＥ＿ＯＦＦ」を用いている。また、図３の例では、データ取得依頼指令としては、座標値データ取得指令「ＧＥＴ＿ＣＯＯＲＤＩＮＡＴＥ」、モーダル情報取得指令「ＧＥＴ＿ＭＯＤＡＬ」、速度情報取得指令「ＧＥＴ＿ＦＥＥＤ」を用いている。なお、図３の例では、指令「ＭＯＤＥ＿ＯＦＦ」は、まとめ依頼送信指令を兼ねているものとする。また、図３の例では、各データ取得依頼指令の引数としてポインタ変数（＊付きの変数）が指定されているが、これは、各データ取得依頼指令に対する応答として返されたデータを、引数に指定されているポインタ変数が指し示すメモリ上の位置（結果格納部２１０の所定の位置）に格納することを指示する為のものである。

図３に例示されるプログラムが実行されると、指令実行部１００はプログラムから指令「ＭＯＤＥ＿ＯＮ」を読み出した時点でデータまとめ送受信モードがＯＮの状態となる。次に、指令実行部１００は、データまとめ送受信モードがＯＮの状態で指令「ＧＥＴ＿ＣＯＯＲＤＩＮＡＴＥ」を読み込むと、座標値データを取得するためのデータ取得依頼１を作成するようにまとめ依頼作成部１１０に指令する。その後、指令実行部１００は、指令「ＧＥＴ＿ＭＯＤＡＬ」が読み込むと、モーダル情報を取得するためのデータ取得依頼２を、指令「ＧＥＴ＿ＦＥＥＤ」を読み込むと、速度情報を取得するためのデータ取得依頼３を、それぞれ作成するようにまとめ依頼作成部１１０に指令する。そして、指令実行部１００は、指令「ＭＯＤＥ＿ＯＦＦ」を読み込むと、これまでに作成した各データ取得依頼をまとめたまとめ依頼を作成して送信するようにまとめ依頼作成部１１０に指令する。そして、結果取得部１２０によるまとめ結果が取得されると、指令実行部１００は、データまとめ送受信モードをＯＦＦにする。

図３の例では、座標値データ、モーダル情報、速度情報という３つのデータを取得する場合の例を示したが、取得するデータの種類は一般的な制御装置３から取得可能などのようなデータを対象としても良い。例えば、制御軸／主軸関係のデータ（座標値、送り速度、主軸回転数等）、制御用プログラム関係のデータ（登録済みプログラム一覧、実行中プログラム情報等）、数値制御関連データ（パラメータ情報、オフセット情報等）、履歴関連データ（アラーム履歴、操作履歴等）、ＰＭＣ関連データ（ＰＭＣ信号、タイマ情報等）、その他データ（システム情報、モーダル情報等）等、様々なデータを取得対象とすることができる。また、取得するデータの数についても３つに限定されるものではなく、必要に応じて所望の個数のデータをまとめて取得依頼をして結果を受け取るようにできる。

本実施形態の制御システムでは、データまとめ送受信モードがＯＮの状態で依頼されたデータ取得依頼を１つのまとめ依頼としてまとめて送るように構成したため、プログラム２００に記載する指令については、データまとめ送受信モード切替え指令と、まとめ依頼送信指令（図３の例では、データまとめ送受信モード切替え指令が兼任）とを追加すれば、データ取得依頼指令については従来から記載されている指令をそのまま利用することができる。その為、従来からあるプログラムについても、最小限の修正をすることでデータまとめ送受信機能に対応することができる。

以上、本発明の実施の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制御システム
２管理装置
３制御装置
１０ＣＰＵ
１１ＲＯＭ
１２ＲＡＭ
１３不揮発性メモリ
１７バス
１８ユーザインタフェース機器
１９グラフィック制御回路
２０表示装置
２１入力装置
２２タッチパネル
２３通信インタフェース
２７ネットワーク
３０ＣＰＵ
３１ＲＯＭ
３２ＲＡＭ
３３不揮発性メモリ
３５制御インタフェース
３７バス
４３通信インタフェース
１００指令実行部
１１０依頼作成部
１２０結果取得部
１３０通信部
２００プログラム
２１０結果格納部
３００制御部
３１０依頼解析部
３２０データ取得部
３３０結果作成部
３４０通信部

Claims

機械を制御する少なくとも１つの制御装置と、プログラムによる指令に基づいて前記制御装置から前記制御に係るデータを取得して管理する管理装置とが、ネットワークを介して接続された制御システムにおいて、
前記管理装置は、
前記プログラムの指令を読み出して実行する指令実行部と、
前記指令実行部が前記プログラムから読み出した指令の内の複数のデータ取得依頼指令によるデータ取得依頼をまとめたまとめ依頼を作成して前記制御装置へと送信するまとめ依頼作成部と、
結果取得部と、
を備え、
前記指令実行部は、データまとめ送受信モードがＯＦＦの場合にデータ取得依頼指令を読み出すと、該指令を実行してデータ取得依頼を前記制御装置へと送信し、データまとめ送受信モードがＯＮの場合にデータ取得依頼指令を読み出すと、該指令に基づいたまとめ依頼を作成するように前記まとめ依頼作成部へと指令し、データまとめ送受信モードがＯＮの場合にまとめ依頼送信指令を読み出すと、作成したまとめ依頼を前記制御装置に対して送信するように前記まとめ依頼作成部へと指令し、
前記制御装置は、
前記管理装置から受けた前記まとめ依頼から複数のデータ取得依頼を取り出す依頼解析部と、
前記複数のデータ取得依頼のそれぞれに対応する前記制御に係るデータを取得するデータ取得部と、
前記データ取得部が取得した前記制御に係るデータをまとめたまとめ結果を作成して前記管理装置へと送信するまとめ結果作成部と、
を備え、
前記結果取得部は、前記制御装置から受けた前記まとめ結果からそれぞれの前記データ取得依頼指令に対応した結果データを取り出してメモリへ格納する、
制御システム。
前記まとめ依頼作成部は、前記まとめ依頼を１つのデータパケットとして作成する、
請求項１に記載の制御システム。
前記まとめ結果作成部は、前記まとめ結果を１つのデータパケットとして作成する、
請求項１または２に記載の制御システム。
ネットワークを介して機械を制御する少なくとも１つの制御装置と接続され、プログラムによる指令に基づいて前記制御装置から前記制御に係るデータを取得して管理する管理装置において、
前記プログラムの指令を読み出して実行する指令実行部と、
前記指令実行部が前記プログラムから読み出した指令の内の複数のデータ取得依頼指令によるデータ取得依頼をまとめたまとめ依頼を作成して前記制御装置へと送信するまとめ依頼作成部と、
前記制御装置から受けたまとめ結果からそれぞれの前記データ取得依頼指令に対応した結果データを取り出してメモリへ格納する結果取得部と、
を備え、
前記指令実行部は、データまとめ送受信モードがＯＦＦの場合にデータ取得依頼指令を読み出すと、該指令を実行してデータ取得依頼を前記制御装置へと送信し、データまとめ送受信モードがＯＮの場合にデータ取得依頼指令を読み出すと、該指令に基づいたまとめ依頼を作成するように前記まとめ依頼作成部へと指令し、データまとめ送受信モードがＯＮの場合にまとめ依頼送信指令を読み出すと、作成したまとめ依頼を前記制御装置に対して送信するように前記まとめ依頼作成部へと指令する、
管理装置。