JP7832328B2 - Numerical control device - Google Patents
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Description
本発明は、数値制御装置に関する。This invention relates to a numerical control device.
数値制御装置は、数値制御部がモータ制御部や周辺機器制御部などと一定の制御周期でデータを入出力している。データの入出力は、所定の制御周期毎に周期的に実行される処理の中で行われる。データの入出力処理を遅延なく実行するためには、一定の制御周期内で周期的に実行される複数の処理（周期処理）を完了する必要がある。Numerical control devices (NCUs) have a numerical control unit that inputs and outputs data to and from motor control units, peripheral device control units, and other components at a fixed control cycle. This data input and output is performed within processes that are executed periodically at predetermined control cycles. To execute data input and output processing without delay, it is necessary to complete multiple processes (periodic processes) that are executed periodically within a fixed control cycle.
しかしながら、以下の要因により数値制御装置が実行する周期処理の数と処理量が増大している。
－機械の多軸化によるそれぞれの周期処理の処理数の増加
－機械の多機能化による周期処理の数の増加
－数値制御装置で実行されるプログラム指令の高負荷化
－高負荷となるパラメータ設定、信号設定の増加
そのため、周期処理が一定周期で完了せず、データを入出力できない場合がある。なお、高速指令を行う軸に対して制御周期を変更することで、周期処理を高速に実行することが従来行われている（例えば、特許文献１，２など）。
However, the number and volume of periodic processes performed by the numerical control unit are increasing due to the following factors.
- Increased number of processes for each periodic process due to the multi-axis design of the machine - Increased number of periodic processes due to the multi-functional design of the machine - High load on program commands executed by the numerical control device - Increased number of parameter and signal settings that result in high loads As a result, periodic processing may not be completed at a fixed interval, and data may not be input or output. It should be noted that conventional methods have been used to execute periodic processing at high speed by changing the control period for axes that perform high-speed commands (for example, Patent Documents 1 and 2).
数値制御装置で実行される周期処理が増大した結果、一定の制御周期でデータを入出力することができず、数値制御装置として安定した機械の制御ができなくなる場合がある。一方で、制御周期内で周期処理を完了させるため制御周期を過大に設定すると、制御自体は安定するものの、制御機器との応答が遅くなるという問題が生じる。
そこで、動作状態に応じて適切な制御周期の長さを設定できる技術が望まれている。
As the periodic processing performed by numerical control devices increases, it may become impossible to input and output data at a constant control cycle, resulting in the numerical control device being unable to stably control the machine. On the other hand, if the control cycle is set too long in order to complete the periodic processing within the control cycle, the control itself becomes stable, but the response with the control equipment becomes slow.
Therefore, there is a need for a technology that can set an appropriate control cycle length according to the operating state.
本開示による数値制御装置は、数値制御装置の動作に係る状態に応じて、周期処理を実行するための制御周期を動的に変更することで、上記課題を解決する。The numerical control device disclosed herein solves the above problem by dynamically changing the control period for executing periodic processing according to the operating state of the numerical control device.
そして、本開示の一態様は、制御対象との間で制御情報を入出力する数値制御装置であって、所定の制御周期で前記制御情報を前記制御対象との間で入出力する数値制御部と、前記数値制御装置の動作の状態に係る情報と予め定めた所定の閾値とを比較し、その比較結果に基づいて前記制御周期の長さを変更する必要性を判定する制御周期判定部と、前記制御周期判定部の判定結果に基づいて、前記制御周期の長さを変更する制御周期変更部と、前記状態に係る情報の時系列データを記憶する状態データ記憶部と、を備え、前記制御周期判定部は、前記状態データ記憶部に記憶された前記状態に係る情報の時系列データに基づいて前記状態に係る情報の変化を推定し、その推定結果に基づいて過去の制御周期を超えた場合の時系列データに基づいて前記制御周期の長さを変更する必要性を判定する、数値制御装置である。 Furthermore, one aspect of the present disclosure is a numerical control device that inputs and outputs control information to and from a controlled object, comprising: a numerical control unit that inputs and outputs the control information to and from the controlled object at a predetermined control cycle; a control cycle determination unit that compares information relating to the operating state of the numerical control device with a predetermined threshold and determines the necessity of changing the length of the control cycle based on the comparison result; a control cycle change unit that changes the length of the control cycle based on the determination result of the control cycle determination unit ; and a state data storage unit that stores time-series data of the information relating to the state, wherein the control cycle determination unit estimates changes in the information relating to the state based on the time-series data of the information relating to the state stored in the state data storage unit, and determines the necessity of changing the length of the control cycle based on the estimation result and time-series data of past control cycles .
本開示の一態様により、数値制御装置の処理の実行において、数値制御装置の状態に応じて動的に制御周期が変更され、周期処理の実行時間が制御周期を超えることによる制御不能な状況が発生しなくなることが期待される。In one aspect of this disclosure, it is expected that in the execution of processing by a numerical control device, the control period is dynamically changed according to the state of the numerical control device, and that an uncontrollable situation will not occur due to the execution time of periodic processing exceeding the control period.
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数値制御装置の要部を示す概略的なハードウェア構成図である。本実施形態による数値制御装置１は、工場などの製造現場に設置された産業機械２を制御する数値制御装置として実装することができる。産業機械２は、例えばマシニングセンタや放電加工機、射出成形機、ロボットなどが例示される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
Figure 1 is a schematic hardware configuration diagram showing the main components of a numerical control device according to one embodiment of the present invention. The numerical control device 1 according to this embodiment can be implemented as a numerical control device for controlling industrial machinery 2 installed in a manufacturing site such as a factory. Examples of industrial machinery 2 include machining centers, electrical discharge machines, injection molding machines, and robots.
本実施形態による数値制御装置１が備えるＣＰＵ１１は、数値制御装置１を全体的に制御するプロセッサである。ＣＰＵ１１は、バス２２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数値制御装置１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、及び外部から入力された各種データ等が一時的に格納される。The CPU 11 in the numerical control device 1 according to this embodiment is a processor that controls the numerical control device 1 as a whole. The CPU 11 reads the system program stored in the ROM 12 via the bus 22 and controls the entire numerical control device 1 according to the system program. The RAM 13 temporarily stores temporary calculation data, display data, and various data input from external sources.
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たメモリやＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等で構成され、数値制御装置１の電源がオフされても記憶状態が保持される。不揮発性メモリ１４には、産業機械２から取得されたデータ、インタフェース１５を介して外部機器７２から読み込まれた制御用プログラムやデータ、入力装置７１を介して入力された制御用プログラムやデータ、ネットワークを介して他の装置から取得された制御用プログラムやデータ等が記憶される。不揮発性メモリ１４に記憶された制御用プログラムやデータは、実行時／利用時にはＲＡＭ１３に展開されても良い。また、ＲＯＭ１２には、公知の解析プログラムなどの各種システム・プログラムがあらかじめ書き込まれている。The non-volatile memory 14 is composed of, for example, a memory backed up by a battery (not shown) or an SSD (Solid State Drive), and its stored state is maintained even when the power to the numerical control device 1 is turned off. The non-volatile memory 14 stores data acquired from the industrial machine 2, control programs and data read from external devices 72 via the interface 15, control programs and data input via the input device 71, and control programs and data acquired from other devices via the network. The control programs and data stored in the non-volatile memory 14 may be expanded into the RAM 13 when executed/used. In addition, various system programs, such as known analysis programs, are pre-written in the ROM 12.
インタフェース１５は、数値制御装置１のＣＰＵ１１とＵＳＢ装置等の外部機器７２と接続するためのインタフェースである。外部機器７２側からは、例えば産業機械２の制御に用いられる制御用プログラムや設定データ等が読み込まれる。また、数値制御装置１内で編集した制御用プログラムや設定データ等は、外部機器７２を介して外部記憶手段に記憶させることができる。ＰＬＣ（プログラマブル・ロジック・コントローラ）１６は、ラダープログラムを実行して産業機械２に取り付けられた設備（例えば、温度センサ、湿度センサ等の複数のセンサ、周辺に配置されるロボット等のアクチュエータなど）にＩ／Ｏユニット１９を介して信号を出力し制御する。また、産業機械２の本体に配備された操作盤の各種スイッチや周辺装置等の信号を受け、必要な信号処理をした後、ＣＰＵ１１に渡す。なお、図１ではＰＬＣ１６は数値制御装置１の内部に内蔵されているが、ＰＬＣ１６は数値制御装置１の外部に接続された形態であってもよい。Interface 15 is an interface for connecting the CPU 11 of the numerical control device 1 to an external device 72 such as a USB device. From the external device 72, for example, control programs and setting data used to control the industrial machine 2 are read. Furthermore, control programs and setting data edited within the numerical control device 1 can be stored in an external storage means via the external device 72. The PLC (Programmable Logic Controller) 16 executes a ladder program and outputs signals via the I/O unit 19 to control equipment attached to the industrial machine 2 (for example, multiple sensors such as temperature sensors and humidity sensors, actuators such as robots placed around it, etc.). It also receives signals from various switches on the control panel of the industrial machine 2 and peripheral devices, performs the necessary signal processing, and then passes them to the CPU 11. Note that in Figure 1, the PLC 16 is built into the numerical control device 1, but the PLC 16 may also be connected externally to the numerical control device 1.
表示装置７０には、メモリ上に読み込まれた各データ、プログラム等が実行された結果として得られたデータ等がインタフェース１７を介して出力されて表示される。また、キーボードやポインティングデバイス等から構成される入力装置７１は、オペレータによる操作に基づく指令、データ等をインタフェース１８を介してＣＰＵ１１に渡す。The display device 70 displays data obtained as a result of the execution of various data, programs, etc., loaded into memory, via the interface 17. The input device 71, consisting of a keyboard and pointing device, transmits commands, data, etc., based on operator operations to the CPU 11 via the interface 18.
産業機械２が備える軸を制御するための軸制御回路３０はＣＰＵ１１から軸を所定の移動量だけ移動させる指令を受けて、軸の指令をサーボアンプ４０に出力する。サーボアンプ４０はこの指令を受けて、工作機械が備える軸を移動させるサーボモータ５０を駆動する。軸のサーボモータ５０は位置・速度検出器を内蔵し、この位置・速度検出器からの位置・速度フィードバック信号を軸制御回路３０にフィードバックし、位置・速度のフィードバック制御を行う。なお、図１のハードウェア構成図では軸制御回路３０、サーボアンプ４０、サーボモータ５０は１つずつしか示されていないが、実際には制御対象となる産業機械２に備えられた軸の数だけ用意される。なお、図１では軸制御回路３０は数値制御装置１の内部に内蔵されているが、軸制御回路３０は数値制御装置１の外部に接続された形態であってもよい。The axis control circuit 30, which controls the axes of the industrial machine 2, receives a command from the CPU 11 to move the axis by a predetermined amount and outputs the axis command to the servo amplifier 40. The servo amplifier 40 receives this command and drives the servo motor 50 that moves the axis of the machine tool. The servo motor 50 of the axis has a built-in position and speed sensor, and the position and speed feedback signal from this position and speed sensor is fed back to the axis control circuit 30 to perform position and speed feedback control. In the hardware configuration diagram of Figure 1, only one axis control circuit 30, servo amplifier 40, and servo motor 50 are shown, but in reality, as many as the number of axes of the industrial machine 2 to be controlled are provided. In Figure 1, the axis control circuit 30 is built inside the numerical control device 1, but the axis control circuit 30 may be connected to the outside of the numerical control device 1.
図２は、本発明の第１実施形態による数値制御装置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。本実施形態による数値制御装置１が備える各機能は、図１に示した数値制御装置１が備えるＣＰＵ１１がシステム・プログラムを実行し、数値制御装置１の各部の動作を制御することにより実現される。Figure 2 is a schematic block diagram showing the functions of the numerical control device 1 according to the first embodiment of the present invention. Each function of the numerical control device 1 according to this embodiment is realized by the CPU 11 of the numerical control device 1 shown in Figure 1 executing a system program and controlling the operation of each part of the numerical control device 1.
本実施形態の数値制御装置１は、数値制御部１００、モータ制御部１１０、周辺装置制御部１２０、制御周期判定部１３０、制御周期変更部１４０を備える。また、数値制御装置１のＲＡＭ１３又は不揮発性メモリ１４には、産業機械２を制御する指令を含む制御用プログラム２００があらかじめ記憶されている。The numerical control device 1 of this embodiment includes a numerical control unit 100, a motor control unit 110, a peripheral device control unit 120, a control cycle determination unit 130, and a control cycle change unit 140. Furthermore, a control program 200 containing commands for controlling the industrial machine 2 is pre-stored in the RAM 13 or non-volatile memory 14 of the numerical control device 1.
数値制御部１００は、制御用プログラム２００の各ブロックを順次読み出し、該ブロックの指令を解析する。また、産業機械２の周辺装置などからの信号を解析する。次に、数値制御部１００は、その解析結果に基づいて産業機械２が備えるサーボモータ５０や、周辺装置などの制御に係る制御情報を作成する。そして、所定の制御周期でモータ制御部１１０、周辺装置制御部１２０との間で作成した制御情報を入出力する。数値制御部１００が作成する制御情報は、例えば産業機械２が備える各軸を制御するための軸移動に係る情報であってもよい。また、数値制御部１００が作成する制御情報は、例えば産業機械２の周辺装置を制御するための信号に係る情報であってもよい。数値制御装置１が制御用プログラム２００に基づく産業機械２の制御を開始した時点では、数値制御部１００は予め定めた所定の制御周期（例えば、８ｍｓ）でそれぞれの処理を実行する。一方、制御周期変更部１４０により制御周期の変更が指令されると、数値制御部１００は指令された制御周期でそれぞれの処理を行う。The numerical control unit 100 sequentially reads each block of the control program 200 and analyzes the commands in each block. It also analyzes signals from peripheral devices of the industrial machine 2. Next, based on the analysis results, the numerical control unit 100 creates control information related to the control of the servo motors 50 and peripheral devices of the industrial machine 2. Then, it inputs and outputs the created control information to and from the motor control unit 110 and the peripheral device control unit 120 at a predetermined control cycle. The control information created by the numerical control unit 100 may be, for example, information related to axis movement for controlling each axis of the industrial machine 2. Alternatively, the control information created by the numerical control unit 100 may be, for example, information related to signals for controlling peripheral devices of the industrial machine 2. When the numerical control device 1 starts controlling the industrial machine 2 based on the control program 200, the numerical control unit 100 executes each process at a predetermined control cycle (for example, 8 ms). On the other hand, when the control cycle change unit 140 commands a change in the control cycle, the numerical control unit 100 performs each process at the commanded control cycle.
また、数値制御部１００は、数値制御装置１の動作の状態に係る情報を数値制御装置１の各部から取得する。この状態に係る情報は、例えば今回の制御周期内において解析するべき制御用プログラム２００、今回の制御周期内において解析するべき該制御用プログラムのブロック番号、今回の制御周期内において解析するべき該制御用プログラム２００のブロックの量、今回の制御周期内において解析するべき該ブロックの解析に係る処理負荷量、今回の制御周期内において解析するべき処理するべき信号の量、今回の制御周期内において作成される制御情報のデータ量、今回の制御周期内においてモータ制御部１１０及び周辺装置制御部１２０との間で入出力される制御情報のデータ量、ＲＡＭ１３や不揮発性メモリ１４、制御用プログラム２００において設定される産業機械２の制御に係るパラメータなどであってもよい。状態に係る情報は、上記した情報を複数含んでいてもよい。数値制御部１００は、これらの取得した状態に係る情報を、制御周期判定部１３０へと出力する。Furthermore, the numerical control unit 100 acquires information relating to the operating state of the numerical control device 1 from each part of the numerical control device 1. This state-related information may include, for example, the control program 200 to be analyzed within the current control cycle, the block number of the control program to be analyzed within the current control cycle, the amount of blocks in the control program 200 to be analyzed within the current control cycle, the processing load for analyzing the blocks within the current control cycle, the amount of signals to be processed within the current control cycle, the amount of control information data created within the current control cycle, the amount of control information data input and output between the motor control unit 110 and the peripheral device control unit 120 within the current control cycle, the RAM 13 and non-volatile memory 14, and parameters related to the control of the industrial machine 2 set in the control program 200. The state-related information may include multiple pieces of the above-mentioned information. The numerical control unit 100 outputs this acquired state-related information to the control cycle determination unit 130.
モータ制御部１１０は、数値制御部１００から入力された制御情報に基づいて、産業機械２が備えるサーボモータ５０を制御する。また、サーボモータ５０の動作に係る制御情報を数値制御部１００に対して出力する。モータ制御部１１０は、数値制御装置１が制御用プログラム２００に基づく産業機械２の制御を開始した時点では、予め定められた所定の制御周期（例えば、８ｍｓ）で動作する。一方、制御周期変更部１４０により制御周期の変更が指令されると、モータ制御部１１０は指令された制御周期で処理を行う。なお、図２ではモータ制御部１１０は数値制御装置１の内部に内蔵されているが、モータ制御部１１０は数値制御装置１の外部に接続された形態であってもよい。The motor control unit 110 controls the servo motor 50 of the industrial machine 2 based on control information input from the numerical control unit 100. It also outputs control information related to the operation of the servo motor 50 to the numerical control unit 100. When the numerical control device 1 starts controlling the industrial machine 2 based on the control program 200, the motor control unit 110 operates at a predetermined control cycle (for example, 8 ms). However, when the control cycle change unit 140 commands a change in the control cycle, the motor control unit 110 processes at the commanded control cycle. Note that in Figure 2, the motor control unit 110 is built into the numerical control device 1, but the motor control unit 110 may also be connected externally to the numerical control device 1.
周辺装置制御部１２０は、数値制御部１００から入力された制御情報に基づいて、産業機械２の周辺装置に対して所定の信号を出力する。また、周辺装置から入力された信号に係る制御情報を数値制御部１００に対して出力する。周辺装置制御部１２０は、数値制御装置１が制御用プログラム２００に基づく産業機械２の制御を開始した時点では、予め定められた所定の制御周期（例えば、８ｍｓ）で動作する。一方、制御周期変更部１４０により制御周期の変更が指令されると、周辺装置制御部１２０は指令された制御周期で処理を行う。なお、図２では周辺装置制御部１２０は数値制御装置１の内部に内蔵されているが、周辺装置制御部１２０は数値制御装置１の外部に接続された形態であってもよい。The peripheral device control unit 120 outputs predetermined signals to the peripheral devices of the industrial machine 2 based on control information input from the numerical control unit 100. It also outputs control information related to signals input from the peripheral devices to the numerical control unit 100. When the numerical control device 1 starts controlling the industrial machine 2 based on the control program 200, the peripheral device control unit 120 operates at a predetermined control cycle (for example, 8 ms). However, when the control cycle change unit 140 commands a change in the control cycle, the peripheral device control unit 120 processes at the commanded control cycle. Note that in Figure 2, the peripheral device control unit 120 is built into the numerical control device 1, but the peripheral device control unit 120 may also be connected externally to the numerical control device 1.
制御周期判定部１３０は、数値制御部１００から入力された状態に係る情報に基づいて、各制御部の処理に係る制御周期の長さの変更の必要性を判定する。制御周期判定部１３０は、状態に係る情報と、該状態に係る情報に対して予め設定されている所定の閾値とを比較する。そして、状態に係る情報が所定の閾値を超えている場合に、制御周期を変更する必要があると判定する。例えば、状態に係る情報としてのモータ制御部１１０及び周辺装置制御部１２０との間で入出力される制御情報のデータ量に対して、予め閾値Ｔｈdsが設定されているとする。この時、制御周期判定部１３０は、数値制御部１００から入力された今回の制御周期内において各制御部とやり取りするべき制御情報のデータ量と閾値Ｔｈdsとを比較する。そして、やり取りするべき制御情報のデータ量が閾値Ｔｈds以下である場合、制御周期判定部１３０は、制御周期の変更は必要ないと判定する。一方で、閾値Ｔｈdsが超えている場合、今回の制御周期の長さを変更する必要があると判定する。この判定処理は、例えば今回の制御周期内において解析するべき制御用プログラム２００のブロックの量、該ブロックの解析に係る処理負荷量、処理するべき信号の量、作成される制御情報のデータ量などに基づいて行ってもよい。また、産業機械２の制御に係るパラメータを考慮した判定としてもよい。制御周期判定部１３０は、その判定結果を制御周期変更部１４０へと出力する。 The control cycle determination unit 130 determines whether it is necessary to change the length of the control cycle for the processing of each control unit, based on the state information input from the numerical control unit 100. The control cycle determination unit 130 compares the state information with a predetermined threshold value set in advance for the state information. If the state information exceeds the predetermined threshold value, it determines that it is necessary to change the control cycle. For example, suppose a threshold value Th ds is set in advance for the amount of control information data that is input and output between the motor control unit 110 and the peripheral device control unit 120 as state information. In this case, the control cycle determination unit 130 compares the amount of control information data to be exchanged with each control unit within the current control cycle, as input from the numerical control unit 100, with the threshold value Th ds . If the amount of control information data to be exchanged is less than or equal to the threshold value Th ds , the control cycle determination unit 130 determines that it is not necessary to change the control cycle. On the other hand, if the threshold value Th ds is exceeded, it determines that it is necessary to change the length of the current control cycle. This determination process may be based, for example, on the amount of blocks in the control program 200 to be analyzed within the current control cycle, the processing load related to the analysis of the blocks, the amount of signals to be processed, and the amount of control information data to be created. Alternatively, the determination may take into account the parameters related to the control of the industrial machine 2. The control cycle determination unit 130 outputs the determination result to the control cycle change unit 140.
制御周期変更部１４０は、制御周期判定部１３０による判定の結果に基づいて、今回の制御周期の長さを変更するように数値制御部１００、モータ制御部１１０、周辺装置制御部１２０へ指令する。制御周期変更部１４０が変更する制御周期の長さは、判定に用いる閾値毎に予め設定されていてもよい。この制御周期の長さは、状態に係る情報に関する処理が終了するために十分な長さに設定されていることが望ましい。即ち、例えば状態に係る情報が制御情報の入出力量である場合、その値が閾値よりも大きい場合に長く、その値が閾値よりも小さい場合に短く設定する。制御周期内における数値制御部１００の処理が多くなることが状態に係る情報から把握できるのであれば制御周期の長さを長くする。また、処理が少なくなることが把握できるのであれば制御周期の長さを短くする。また、制御周期変更部１４０は、制御周期判定部１３０が制御周期の変更は必要ないと判定した場合、各制御部に対して予め定められた所定の制御周期に戻すように指令する。The control cycle change unit 140 instructs the numerical control unit 100, motor control unit 110, and peripheral device control unit 120 to change the length of the current control cycle based on the result of the determination by the control cycle determination unit 130. The length of the control cycle to be changed by the control cycle change unit 140 may be predetermined for each threshold used in the determination. It is desirable that the length of this control cycle be set to be long enough for processing related to state information to be completed. That is, for example, if the state information is the input/output amount of control information, the length should be set to be long when the value is greater than the threshold, and short when the value is less than the threshold. If it can be determined from the state information that the processing of the numerical control unit 100 within the control cycle will increase, the length of the control cycle should be increased. Conversely, if it can be determined that the processing will decrease, the length of the control cycle should be shortened. Furthermore, if the control cycle determination unit 130 determines that a change in the control cycle is not necessary, the control cycle change unit 140 instructs each control unit to return to a predetermined control cycle.
図３は、通常の状態において制御周期毎に実行される処理の例を示している。説明を簡単にするために、図３の例では、数値制御部１００は制御周期毎に実行する処理として、プログラム解析処理及び信号解析処理を実行しているものとしている。数値制御部１００は、それぞれの制御周期においてプログラム解析処理と信号解析処理を実行する。それぞれの処理では、制御情報の入力と、解析処理と、その結果として作成した制御情報の出力が行われる。通常の状態においては、制御周期の長さは予め設定された長さ（図では８ｍｓ）に固定されている。数値制御部１００は、この定められた制御周期内に各処理を実行して、作成した制御情報をモータ制御部１１０、周辺装置制御部１２０へと出力している。モータ制御部１１０、周辺装置制御部１２０は、同じ制御周期で制御情報が入力されることを前提として動作する。Figure 3 shows an example of processing performed in each control cycle under normal conditions. For simplicity of explanation, in the example in Figure 3, the numerical control unit 100 is assumed to perform program analysis processing and signal analysis processing as processes performed in each control cycle. The numerical control unit 100 performs program analysis processing and signal analysis processing in each control cycle. Each process involves input of control information, analysis processing, and output of control information created as a result. Under normal conditions, the length of the control cycle is fixed to a predetermined length (8 ms in the figure). The numerical control unit 100 performs each process within this predetermined control cycle and outputs the created control information to the motor control unit 110 and the peripheral device control unit 120. The motor control unit 110 and the peripheral device control unit 120 operate on the premise that control information is input in the same control cycle.
図４は、処理するべき制御情報の量が想定以上に増加した場合の従来技術による数値制御装置の動作例を示している。図４の例では、２番目の制御周期において処理するべき制御用プログラムのブロックが増加し、制御周期内で数値制御部がやるべき処理が完了していない。このような場合であっても、従来技術における数値制御装置では、モータ制御部及び周辺装置制御部は、同じ制御周期で制御情報が入力されることを前提として動作するため、数値制御部からの制御情報が受け取れなくなり、動作が不安定になる。Figure 4 shows an example of operation of a conventional numerical control device when the amount of control information to be processed increases beyond expectations. In the example in Figure 4, the number of control program blocks to be processed in the second control cycle increases, and the processing that the numerical control unit should perform within the control cycle is not completed. Even in such a case, in conventional numerical control devices, the motor control unit and peripheral device control unit operate on the premise that control information is input in the same control cycle, so they become unable to receive control information from the numerical control unit, and the operation becomes unstable.
図５は、処理するべき制御情報の量が増加した場合の本実施形態による数値制御装置１の動作例を示している。図５の例では、図４の例と同様に、２番目の制御周期において処理するべき制御用プログラムのブロックが増加している。本実施形態による数値制御部１００は、制御周期において処理するべき制御情報の量を、予め先読みなどしておいた制御用プログラム２００のブロックの数や種類などに基づいて推定する。そして、その推定した処理すべき制御情報の量に応じて、制御周期判定部１３０、制御周期変更部１４０が制御周期の長さを変更する。図５の例では、２番目の制御周期の長さが１２ｍｓに変更されている。この変更は、数値制御部１００だけでなく、モータ制御部１１０、周辺装置制御部１２０にも指令される。そのため、それぞれの制御部は制御情報のデータ量（即ち、当該制御周期における処理量）が増加した場合であっても、制御周期内でタイミングを合わせて制御情報の入出力を行うことができるようになる。Figure 5 shows an example of the operation of the numerical control device 1 according to this embodiment when the amount of control information to be processed increases. In the example in Figure 5, similar to the example in Figure 4, the number of blocks of the control program to be processed in the second control cycle has increased. The numerical control unit 100 according to this embodiment estimates the amount of control information to be processed in the control cycle based on the number and type of blocks of the control program 200 that have been pre-read or otherwise looked up. Then, according to the estimated amount of control information to be processed, the control cycle determination unit 130 and the control cycle change unit 140 change the length of the control cycle. In the example in Figure 5, the length of the second control cycle has been changed to 12 ms. This change is commanded not only to the numerical control unit 100, but also to the motor control unit 110 and the peripheral device control unit 120. Therefore, even if the amount of control information data (i.e., the amount of processing in the control cycle) increases, each control unit can perform input and output of control information in a timely manner within the control cycle.
上記構成を備えた本実施形態による数値制御装置１は、処理の実行において、数値制御装置１の状態に応じて動的に制御周期が変更され、周期処理の実行時間が制御周期を超えることによる制御不能な状況が発生しなくなることが期待される。数値制御装置１の状態に応じた制御周期で実行されることにより制御機器との応答が可能な限り高速になることが期待される。The numerical control device 1 according to this embodiment, having the above configuration, is expected to dynamically change the control cycle according to the state of the numerical control device 1 during processing, thereby preventing situations where control becomes impossible due to the execution time of periodic processing exceeding the control cycle. It is also expected that the response with the control device will be as fast as possible by executing with a control cycle that corresponds to the state of the numerical control device 1.
本実施形態による数値制御装置１の一変形例として、制御周期判定部１３０は、判定処理において複数の閾値を用いて段階的な制御周期の長さの変更の判定をするようにしてもよい。例えば、状態に係る情報としてのモータ制御部１１０及び周辺装置制御部１２０との間で入出力される制御情報のデータ量に対して、予め閾値Ｔｈds1、Ｔｈds2、Ｔｈds3、Ｔｈds4（但し、Ｔｈds1＜Ｔｈds2＜Ｔｈds3＜Ｔｈds4）が設定されているとする。この時、制御周期判定部１３０は、数値制御部１００から入力された制御周期内において各制御部とやり取りするべき制御情報のデータ量Ｄcとそれぞれの閾値と比較する。そして、Ｄc≦Ｔｈds1である場合、制御周期判定部１３０は、制御周期の変更は必要ないと判定する。また、Ｔｈds1＜Ｄc≦Ｔｈds2である場合、制御周期を１段階変更する必要があると判定する。また、Ｔｈds2＜Ｄc≦Ｔｈds3である場合、制御周期を２段階変更する必要があると判定する。また、Ｔｈds3＜Ｄc≦Ｔｈds4である場合、制御周期を３段階変更する必要があると判定する。また、Ｔｈds4＜Ｄcである場合、制御周期を４段階変更する必要があると判定する。そして、この判定結果を受けた制御周期変更部１４０は、それぞれの段階に応じて設定された制御周期の長さへと変更するように数値制御部１００、モータ制御部１１０、周辺装置制御部１２０へ指令する。本変形例による数値制御装置１は、数値制御装置１の状態に応じた柔軟な制御周期の変更が可能となる。 As one modification of the numerical control device 1 according to this embodiment, the control period determination unit 130 may use a plurality of thresholds in the determination process to determine whether to change the length of the control period in steps. For example, suppose that thresholds Th ds1 , Th ds2 , Th ds3, Th ds4 (where Th ds1 < Th ds2 < Th ds3 < Th ds4 ) are set in advance for the amount of control information data that is input and output between the motor control unit 110 and the peripheral device control unit 120 as information related to the state. In this case, the control period determination unit 130 compares the amount of control information data D c to be exchanged with each control unit within the control period input from the numerical control unit 100 with the respective thresholds. If D c ≤ Th ds1 , the control period determination unit 130 determines that it is not necessary to change the control period. If Th ds1 < D c ≤ Th ds2 , it determines that it is necessary to change the control period by one step. Furthermore, if Th ds2 < D c ≤ Th ds3 , it is determined that the control cycle needs to be changed in two steps. Furthermore, if Th ds3 < D c ≤ Th ds4 , it is determined that the control cycle needs to be changed in three steps. Furthermore, if Th ds4 < D c , it is determined that the control cycle needs to be changed in four steps. Upon receiving these determination results, the control cycle changing unit 140 commands the numerical control unit 100, the motor control unit 110, and the peripheral device control unit 120 to change the control cycle to the length set according to each step. The numerical control device 1 according to this modified example allows for flexible changes to the control cycle according to the state of the numerical control device 1.
図６は、本発明の第２実施形態による数値制御装置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。本実施形態による数値制御装置１が備える各機能は、図１に示した数値制御装置１が備えるＣＰＵ１１がシステム・プログラムを実行し、数値制御装置１の各部の動作を制御することにより実現される。Figure 6 is a schematic block diagram showing the functions of the numerical control device 1 according to the second embodiment of the present invention. Each function of the numerical control device 1 according to this embodiment is realized by the CPU 11 of the numerical control device 1 shown in Figure 1 executing a system program and controlling the operation of each part of the numerical control device 1.
本実施形態の数値制御装置１は、数値制御部１００、モータ制御部１１０、周辺装置制御部１２０、制御周期判定部１３０、制御周期変更部１４０を備える。また、数値制御装置１のＲＡＭ１３又は不揮発性メモリ１４には、産業機械２を制御する指令を含む制御用プログラム２００があらかじめ記憶されている。更に、数値制御装置１のＲＡＭ１３又は不揮発性メモリ１４には、数値制御装置１及び産業機械２の状態に係るデータを記憶するための領域である状態データ記憶部２１０があらかじめ用意されている。The numerical control device 1 of this embodiment includes a numerical control unit 100, a motor control unit 110, a peripheral device control unit 120, a control cycle determination unit 130, and a control cycle change unit 140. Furthermore, a control program 200, including commands for controlling the industrial machine 2, is pre-stored in the RAM 13 or non-volatile memory 14 of the numerical control device 1. In addition, a state data storage unit 210, which is an area for storing data related to the state of the numerical control device 1 and the industrial machine 2, is pre-provided in the RAM 13 or non-volatile memory 14 of the numerical control device 1.
本実施形態によるモータ制御部１１０、周辺装置制御部１２０、制御周期変更部１４０は、第１実施形態による各機能と同様の動作をする。
本実施形態による数値制御部１００は、数値制御装置１の各部から取得した動作の状態に係る情報を、時系列データとして状態データ記憶部２１０に記憶する。数値制御部１００のその他の動作は、第１実施形態による数値制御部１００と同様である。
The motor control unit 110, peripheral device control unit 120, and control cycle changing unit 140 in this embodiment operate in the same manner as the functions in the first embodiment.
The numerical control unit 100 in this embodiment stores information related to the operating state acquired from each part of the numerical control device 1 as time-series data in the state data storage unit 210. Other operations of the numerical control unit 100 are the same as those of the numerical control unit 100 in the first embodiment.
本実施形態による制御周期判定部１３０は、状態データ記憶部２１０に記憶されている状態に係る情報の時系列データに基づいて、今回の制御周期における数値制御装置１の動作の状態に係る情報を推定する。そして、その推定結果に基づいて、各制御部の処理に係る制御周期の長さの変更の必要性を判定する。制御周期判定部１３０は、例えば状態に係る情報の変化傾向に基づいて、今回の制御周期における状態に係る情報を推定してもよい。例えば、数値制御部１００とモータ制御部１１０及び周辺装置制御部１２０との間で入出力される制御情報のデータ量が増加する傾向にある場合、今回の制御周期における制御情報のデータ量も増加すると推定することができる。また、減少する傾向にある場合は、今回の制御周期における制御情報のデータ量も増加すると推定することができる。別の例では、直近の所定の期間における状態に係る情報のグラフ形状と類似する形状をしている過去の期間を特定し、類似する過去の期間と同様の変化が起きるものとして状態に係る情報の値を推定するようにしてもよい。更に、状態に係る情報として制御用プログラム２００の実行ブロック番号を記憶するようにしておき、同じ実行ブロックを実行している場合には他の状態に係る情報も似たような変化をするものとして制御周期における状態に係る情報を推定するようにしてもよい。そして、制御周期判定部１３０は、推定した状態に係る情報に基づいて制御周期の長さの変更の必要性を判定する。制御周期判定部１３０のその他の動作は、第１実施形態による数値制御部１００と同様である。The control cycle determination unit 130 in this embodiment estimates information relating to the operating state of the numerical control device 1 during the current control cycle based on time-series data of state-related information stored in the state data storage unit 210. Based on the estimation result, it determines the necessity of changing the length of the control cycle related to the processing of each control unit. The control cycle determination unit 130 may also estimate the state-related information during the current control cycle based on, for example, the trend of change in state-related information. For example, if the amount of control information data input and output between the numerical control unit 100, the motor control unit 110, and the peripheral device control unit 120 tends to increase, it can be estimated that the amount of control information data during the current control cycle will also increase. Conversely, if the trend is decreasing, it can be estimated that the amount of control information data during the current control cycle will also increase. In another example, a past period with a graph shape similar to that of the state-related information during the most recent predetermined period may be identified, and the value of the state-related information may be estimated assuming that similar changes will occur during similar past periods. Furthermore, the execution block number of the control program 200 may be stored as state-related information, and if the same execution block is being executed, the state-related information during the control cycle may be estimated assuming that other state-related information will also undergo similar changes. The control cycle determination unit 130 then determines the necessity of changing the length of the control cycle based on the information relating to the estimated state. The other operations of the control cycle determination unit 130 are the same as those of the numerical control unit 100 in the first embodiment.
上記構成を備えた本実施形態による数値制御装置１は、過去に記憶した状態に係る情報に基づいて、制御周期における状態に係る情報の値を推定する。推定の精度が向上すれば、制御周期における周期の長さを適切に設定することが可能となる。The numerical control device 1 according to this embodiment, having the above configuration, estimates the value of state-related information in the control cycle based on state-related information stored in the past. Improving the accuracy of the estimation makes it possible to appropriately set the length of the period in the control cycle.
図７は、本発明の第３実施形態による数値制御装置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。本実施形態による数値制御装置１が備える各機能は、図１に示した数値制御装置１が備えるＣＰＵ１１がシステム・プログラムを実行し、数値制御装置１の各部の動作を制御することにより実現される。Figure 7 shows a schematic block diagram illustrating the functions of the numerical control device 1 according to the third embodiment of the present invention. Each function of the numerical control device 1 according to this embodiment is realized by the CPU 11 of the numerical control device 1 shown in Figure 1 executing a system program and controlling the operation of each part of the numerical control device 1.
本実施形態による数値制御装置１は、数値制御部１００、モータ制御部１１０、周辺装置制御部１２０、制御周期判定部１３０、制御周期変更部１４０、表示部１５０を備える。また、数値制御装置１のＲＡＭ１３又は不揮発性メモリ１４には、産業機械２を制御する指令を含む制御用プログラム２００があらかじめ記憶されている。The numerical control device 1 according to this embodiment comprises a numerical control unit 100, a motor control unit 110, a peripheral device control unit 120, a control cycle determination unit 130, a control cycle change unit 140, and a display unit 150. Furthermore, a control program 200, including commands for controlling the industrial machine 2, is pre-stored in the RAM 13 or non-volatile memory 14 of the numerical control device 1.
本実施形態による数値制御部１００、モータ制御部１１０、周辺装置制御部１２０、制御周期判定部１３０、制御周期変更部１４０は、第１実施形態による各機能と同様の動作をする。
本実施形態による表示部１５０は、数値制御部１００が取得した数値制御装置１の動作の状態に係る状態及び制御周期変更部１４０が変更した制御周期の長さを表示装置７０に表示する。表示部１５０は、例えば図８に例示するように、所定の状態に係る情報及び変更された制御周期の長さを、予め定めた所定の周期（例えば、１秒周期）で、瞬時値や平均値、ピーク値を表示するようにしてもよい。また、図９に例示するように、所定の状態に係る情報及び変更された制御周期の長さを時系列のグラフで表示するようにしてもよい。更に、図１０に例示するように、数値制御装置１全体の状態に係る情報だけではなく、各機械グループ、各系統での状態に係る情報を表示するようにしてもよい。
The numerical control unit 100, motor control unit 110, peripheral device control unit 120, control cycle determination unit 130, and control cycle change unit 140 in this embodiment operate in the same manner as the functions in the first embodiment.
The display unit 150 in this embodiment displays the status related to the operation of the numerical control device 1 acquired by the numerical control unit 100 and the length of the control cycle changed by the control cycle change unit 140 on the display device 70. The display unit 150 may display instantaneous values, average values, and peak values of the information related to a predetermined state and the length of the changed control cycle at a predetermined period (for example, a 1-second period), as illustrated in Figure 8. Alternatively, as illustrated in Figure 9, the information related to a predetermined state and the length of the changed control cycle may be displayed as a time-series graph. Furthermore, as illustrated in Figure 10, not only information related to the overall status of the numerical control device 1 may be displayed, but also information related to the status of each machine group and each system.
上記構成を備えた本実施形態による数値制御装置１は、状態に係る情報と、制御周期の値との変化が一目で把握できるため、現在の数値制御装置１の動作状況を容易に認識することが可能となる。The numerical control device 1 according to this embodiment, having the above configuration, allows for easy recognition of the current operating status of the numerical control device 1 because the changes in state-related information and the control cycle value can be grasped at a glance.
以上、本発明の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。Although embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the examples of embodiments described above, and can be implemented in various forms by making appropriate modifications.
１ 数値制御装置
２ 産業機械
１１ ＣＰＵ
１２ ＲＯＭ
１３ ＲＡＭ
１４ 不揮発性メモリ
１５，１７，１８ インタフェース
１６ ＰＬＣ
１９ Ｉ／Ｏユニット
２２ バス
３０ 軸制御回路
４０ サーボアンプ
５０ サーボモータ
７０ 表示装置
７１ 入力装置
７２ 外部機器
１００ 数値制御部
１１０ モータ制御部
１２０ 周辺装置制御部
１３０ 制御周期判定部
１４０ 制御周期変更部
１５０ 表示部
２００ 制御用プログラム
２１０ 状態データ記憶部
1. Numerical control device 2. Industrial machinery 11. CPU
12 ROM
13 RAM
14 Non-volatile memory 15, 17, 18 Interface 16 PLC
19 I/O unit 22 Bus 30 Axis control circuit 40 Servo amplifier 50 Servo motor 70 Display device 71 Input device 72 External device 100 Numerical control unit 110 Motor control unit 120 Peripheral device control unit 130 Control cycle determination unit 140 Control cycle change unit 150 Display unit 200 Control program 210 Status data storage unit
Claims (7)
所定の制御周期で前記制御情報を前記制御対象との間で入出力する数値制御部と、
前記数値制御装置の動作の状態に係る情報と予め定めた所定の閾値とを比較し、その比較結果に基づいて前記制御周期の長さを変更する必要性を判定する制御周期判定部と、
前記制御周期判定部の判定結果に基づいて、前記制御周期の長さを変更する制御周期変更部と、
前記状態に係る情報の時系列データを記憶する状態データ記憶部と、
を備え、
前記制御周期判定部は、前記状態データ記憶部に記憶された前記状態に係る情報の時系列データに基づいて前記状態に係る情報の変化を推定し、その推定結果に基づいて過去の制御周期を超えた場合の時系列データに基づいて前記制御周期の長さを変更する必要性を判定する、
数値制御装置。 A numerical control device that inputs and outputs control information to and from a controlled object,
A numerical control unit that inputs and outputs the control information to and from the controlled object at a predetermined control cycle,
A control cycle determination unit compares information relating to the operating state of the numerical control device with a predetermined threshold and determines the necessity of changing the length of the control cycle based on the comparison result.
A control cycle changing unit that changes the length of the control cycle based on the determination result of the control cycle determination unit,
A state data storage unit that stores time-series data of information relating to the aforementioned state,
Equipped with,
The control cycle determination unit estimates changes in the state-related information based on the time-series data of the state-related information stored in the state data storage unit, and determines the necessity of changing the length of the control cycle based on the time-series data of past control cycles based on the estimation result.
Numerical control device.
請求項１に記載の数値制御装置。 The control cycle changing unit shortens the length of the control cycle when the information relating to the state is smaller than the threshold, and lengthens the length of the control cycle when the information relating to the state is larger than the threshold.
The numerical control device according to claim 1.
請求項１に記載の数値制御装置。 The length of the control cycle changed by the control cycle changing unit is long enough to allow the processing of the information relating to the state to be completed.
The numerical control device according to claim 1.
請求項１に記載の数値制御装置。 The information relating to the aforementioned state is the amount of control information data that is input and output to and from the controlled object.
The numerical control device according to claim 1.
請求項１に記載の数値制御装置。 The system further includes a display unit that displays information relating to the aforementioned state and the length of the control cycle changed by the control cycle changing unit.
The numerical control device according to claim 1.
請求項５に記載の数値制御装置。 The display unit displays the information relating to the state, divided into the entire numerical control device, the system, and the machine group.
The numerical control device according to claim 5.
請求項１に記載の数値制御装置。 The information relating to the aforementioned state includes at least one of the following: a control program to be analyzed within the control cycle, the block number of the control program to be analyzed within the control cycle, the amount of blocks in the control program to be analyzed within the control cycle, the processing load for the analysis of the blocks to be analyzed within the control cycle, the amount of signals to be processed within the control cycle, the amount of data of control information created within the control cycle, the amount of data of control information input and output to and from the controlled object within the control cycle, and the parameters related to the set control.
The numerical control device according to claim 1.
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