JP7621087B2 - 自動システムの制御盤及びロボットシステム - Google Patents

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Description

ここに開示された技術は、自動システムの制御盤及びロボットシステムに関する。
例えば、特許文献１に、自動システムの制御盤が開示されている。この制御盤には、ロボット、ロボットの周辺装置、非常停止スイッチ及び安全柵スイッチ等が接続されている。
特開２０１４－１４４４９５号公報
ところで、前述のような制御盤において、各種の機器はそれぞれ、配線を介して制御盤に接続されている。そのため、多くの機器が接続される制御盤は、配線の数も多くなる。
そのため、制御盤を現場に設置する際には多くの配線を接続する必要があり、多くの工数を要する。また、制御盤は、各種の機器の配線に対応した端子を予め備えておく必要があり、制御盤が大型化してしまう。
ここに開示された技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、制御盤に配線を接続する工数を低減すると共に、制御盤の小型化を図ることにある。
ここに開示された自動システムの制御盤は、フィールドネットワークを介して第１機器とイーサネット規格に則った通信を行う第１制御部と、安全信号を扱う第２機器との間でイーサネット規格に則った通信によって安全通信を行う第２制御部と、前記第１機器又は前記第２機器へＰｏＥ給電を行う電力供給部と、前記第１制御部、前記第２制御部及び前記電力供給部が接続されると共に、ＬＡＮケーブルが接続されるＬＡＮ端子とを備える。
ここに開示されたロボットシステムは、前記自動システムの制御盤と、前記第１機器と、前記第２機器とを備える。
前記自動システムの制御盤によれば、制御盤に配線を接続する工数を低減すると共に、制御盤の小型化を図ることができる。
前記ロボットシステムによれば、制御盤に配線を接続する工数を低減すると共に、制御盤の小型化を図ることができる。
図１は、自動システムの構成を示す概略図である。 図２は、制御盤の構成を示すブロック図である。 図３は、第１制御部の構成を示すブロック図である。
以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、自動システム１００の構成を示す概略図である。自動システム１００は、制御盤１と、複数の機器９０～９８とを備えている。制御盤１は、複数の機器９０～９８を制御する。制御盤１は、自動システム１００を統括して制御する。自動システム１００は、ロボットシステムの一例である。
機器９０は、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）である。機器９１は、スイッチングハブである。機器９２は、安全ＩＯボックスである。機器９３は、ＩＯボックスである。機器９４は、ロボットコントローラである。機器９５は、無線ルータである。機器９６は、安全スイッチである。機器９７は、自走式ロボットである。
尚、以下の説明では、必要に応じて、「機器」に代えて機器の具体的な名称を用いる場合がある。例えば、「機器９０」の代わりに、「ＰＣ９０」と称する場合がある。
制御盤１には、ＬＡＮケーブル８１を介してスイッチングハブ９１及び安全ＩＯボックス９２が直接的に接続されている。スイッチングハブ９１には、ＩＯボックス９３、ロボットコントローラ９４及び無線ルータ９５がＬＡＮケーブル８１を介して直接的に接続されている。安全ＩＯボックス９２には、安全スイッチ９６がケーブル８２を介して直接的に接続されている。無線ルータ９５には、自走ロボット９７に内蔵のロボットコントローラ９７ａが無線ＬＡＮを介して接続されている。
制御盤１は、標準通信（汎用通信）と安全通信とを同じフィールドネットワーク上で行う。つまり、制御盤１は、安全信号を扱う機器と安全通信を行って安全制御を実行すると共に、フィールド機器等の標準的な機器と汎用信号の通信を行って標準制御を実行する。例えば、制御盤１は、安全制御によって自動システム１００の安全を確認する。また、制御盤１は、フィールド機器に作動の準備をさせる指令信号や、フィールド機器に作動を許可する指令信号等を出力する。
図２は、制御盤１の構成を示すブロック図である。制御盤１は、第１制御部２と、第２制御部３と、機器へＰｏＥ（Power over Ethernet）給電を行うＰｏＥハブ４とを備えている。制御盤１は、タッチパネル５と、ＡＣ／ＤＣコンバータ６とを備えていてもよい。
第１制御部２は、フィールドネットワークを介して第１機器とイーサネット規格に則った通信、即ち、イーサネットベースの通信を行う。第１制御部２のイーサネット規格に則った通信は、例えば、ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ規格の通信である。つまり、第１制御部２は、ＬＡＮケーブル８１を介して第１機器と通信を行う。例えば、第１制御部２は、汎用ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）である。第１機器は、自動システムにおいて汎用信号（即ち、安全信号ではない信号）のやりとりを行う機器である。この例では、第１機器は、スイッチングハブ９１、安全ＩＯボックス９２、ＩＯボックス９３、ロボットコントローラ９４、無線ルータ９５、自走式ロボット９７である。第１制御部２は、これらの機器と汎用ＩＯ通信を行う。
図３は、第１制御部２の構成を示すブロック図である。
第１制御部２は、制御装置２１と、記憶装置２２と、入力部２３と、出力部２４とを有している。
制御装置２１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及びＭＰＵ（Micro Processing Unit）等のプロセッサで形成されている。制御装置２１は、制御、演算及び信号の転送等の動作を実行する。制御装置２１は、記憶装置２２に記憶されたプログラムを実行することによって様々な機能を実現する。例えば、制御装置２１は、プログラムに従って、入力スイッチ等からの信号を入力部２３を経由して読み込み、演算し、演算結果を出力部２４を介して出力する。
記憶装置２２は、ＲＯＭ（Read-only Memory）、ＲＡＭ（Random-access Memory）及び補助記憶装置を含み得る。記憶装置２２は、制御装置２１によって実行されるプロブラムを記憶している。また、記憶装置２２は、入出力状態、演算状態及び制御の途中経過等の様々な状態及びデータを記憶する。
入力部２３は、入力された信号を記憶装置２２の入力エリアに書き込む。尚、入力される信号がアナログ信号の場合には、入力部２３は、入力された信号をＡ／Ｄ変換し、変換後の信号を記憶装置２２の入力エリアに書き込む。
出力部２４は、記憶装置２２の出力エリアからの信号を出力する。尚、出力部２４は、記憶装置２２の出力エリアからの信号をＤ／Ａ変換し、変換後の信号を出力する場合もある。
第２制御部３は、安全信号を扱う第２機器との間でイーサネット規格に則った通信によって安全通信を行う。第２制御部２のイーサネット規格に則った通信は、例えば、ＣＩＰ Ｓａｆｅｔｙ規格（ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ Ｓａｆｅｔｙ規格）の通信である。つまり、第２制御部３は、ＬＡＮケーブル８１を介して第２機器と通信、即ち、安全信号の送受信を行う。例えば、第２制御部３は、安全ＰＬＣである。第２機器は、自動システムにおいて安全信号のやりとりを行う機器である。この例では、第２機器は、安全ＩＯボックス９２及びロボットコントローラ９４である。安全通信は、例えば、国際規格等で規格化された通信であり、ＩＥＣ（International Electrotechnical Commission）６１７８４－３に基づく安全通信等である。
第２制御部３は、図３で示す第１制御部２の構成と同様の構成を有する。
ＰｏＥハブ４は、ＰｏＥ給電機能を有するハブである。この例では、ＰｏＥハブ４は、３つのＬＡＮ端子４１を有している。つまり、ＰｏＥハブ４は、ＬＡＮ端子４１を介してイーサネット規格の信号の入出力が可能となっている。ＬＡＮ端子４１、即ち、ＰｏＥハブ４は、第１制御部２、第２制御部３及びタッチパネル５と信号の授受が可能に接続されている。また、ＰｏＥハブ４は、ＬＡＮ端子４１にＬＡＮケーブル８１を介して接続された機器へＬＡＮケーブル８１を介して給電を行う。ＰｏＥハブ４は、電力供給部の一例である。
尚、ＬＡＮ端子４１は、制御盤１に設けられ、ＰｏＥハブ４と電気的に接続される構成であってもよい。
タッチパネル５は、制御盤１のケーシングに設けられている。タッチパネル５は、ユーザが各種入力操作を行うことができる。例えば、ユーザは、タッチパネル５を介して、第１制御部２及び第２制御部３の設定を行うことができる。さらに、ユーザは、タッチパネル５を介して、第１機器及び第２機器の設定を行うこともできる。
ＡＣ／ＤＣコンバータ６は、交流電力を直流電力に変換する。制御盤１は、電源コネクタ６０を備えている。電源コネクタ６０には、電源ケーブル６１が接続される。電源ケーブル６１は、商用電源６２に接続される。ＡＣ／ＤＣコンバータ６は、所定の電圧範囲の交流電力の入力が可能となっている。例えば、電圧範囲は、少なくとも１００Ｖ～２００Ｖを含む。すなわち、ＡＣ／ＤＣコンバータ６は、電源コネクタ６０からの１００Ｖ～２００Ｖの交流電力を直流電力に変換する。ＡＣ／ＤＣコンバータ６は、第１制御部２、第２制御部３、ＰｏＥハブ４及びタッチパネル５に直流電力を供給する。
さらに、制御盤１は、直流電力を出力する直流出力端子６３を備えている。制御盤１は、ケーブルを介して直流出力端子６３に接続された機器へ所定電圧（例えば、２４Ｖ）の直流電力を供給する。
スイッチングハブ９１、ＩＯボックス９３、ロボットコントローラ９４及び無線ルータ９５、自走ロボット９７のロボットコントローラ９７ａは、第１制御部２とイーサネット規格に則った通信、例えば、ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ規格の通信が可能に構成されている。スイッチングハブ９１、ＩＯボックス９３、ロボットコントローラ９４及び無線ルータ９５、自走ロボット９７のロボットコントローラ９７ａは、第１機器である。
安全ＩＯボックス９２には、安全スイッチ９６の他、ライトカーテン等の安全機器が接続され得る。安全ＩＯボックス９２は、安全信号の入出力を行うことができる。安全ＩＯボックス９２には、安全機器からの安全信号が入力される。また、安全ＩＯボックス９２は、第２制御部３とイーサネット規格に則った通信、例えば、ＣＩＰ Ｓａｆｅｔｙ規格の通信が可能に構成されている。
ロボットコントローラ９４は、ロボット（図示省略）の運転を制御する。ロボットコントローラ９４は、ロボットの動作を監視する安全ユニット９４ａを有している。安全ユニット９４ａは、安全信号の入出力が可能である。また、安全ユニット９４ａは、第２制御部３とイーサネット規格に則った通信、例えば、ＣＩＰ Ｓａｆｅｔｙ規格の通信が可能に構成されている。
これら安全ＩＯボックス９２及び安全ユニット９４ａは、第２機器である。すなわち、ロボットコントローラ９４は、第１機器でもあり、第２機器でもある。
また、スイッチングハブ９１及び安全ＩＯボックス９４は、ＰｏＥ受電機器である。すなわち、スイッチングハブ９１及び安全ＩＯボックス９４は、ＬＡＮケーブル８１を介してＰｏＥによる給電を受けることができるように構成されている。
さらに、制御盤１は、第１制御部２のイーサネット規格に則った通信及び第２制御部３のイーサネット規格に則った通信以外にもイーサネット通信（即ち、ＴＣＰ（ＵＤＰ）／ＩＰ通信）が可能に構成されている。例えば、ＰＣ９０は、ＬＡＮケーブル８１を介して制御盤１のＬＡＮ端子４１に接続されている。制御盤１は、ＰｏＥハブ４を介してイーサネット通信を実現する。ＰＣ９０は、第１制御部２又は第２制御部３とイーサネット通信を行う。例えば、ユーザは、ＰＣ９０を介して第１制御部２又は第２制御部３の編集を行うことができる。また、ＰＣ９０は、ロボットコントローラ９４等とイーサネット通信を行うことによって、ロボットコントローラ９４の状態を確認したり、ロボットコントローラ９４の設定を変更したりすることができる。
このように、制御盤１は、第１機器、即ち、ロボットコントローラ９４等の標準的なフィールド機器とのイーサネット規格に則った通信と、第２機器とのイーサネット規格に則った安全通信と、イーサネット通信と、ＰｏＥ給電とを行うことができる。これらは全てＬＡＮケーブル８１を介して行うことができる。そのため、制御盤１は、複数のＬＡＮ端子４１を有している。見方を変えると、制御盤１は、ＬＡＮ端子４１を備えていればよく、それ以外の端子を備えておく必要がない。尚、この例では、制御盤１は、ＬＡＮ端子４１以外に電力用端子、即ち、電源コネクタ６０及び直流出力端子６３を備えている。つまり、制御盤４１は、必要な端子の種類及び個数を低減することができる。その結果、制御盤４１の小型化を図ることができる。
以上のように、制御盤１は、フィールドネットワークを介して第１機器とイーサネット規格に則った通信を行う第１制御部２と、安全信号を扱う第２機器との間でイーサネット規格に則った通信によって安全通信を行う第２制御部３と、第１機器又は第２機器へＰｏＥ給電を行うＰｏＥハブ４（電力供給部）と、第１制御部２、第２制御部３及びＰｏＥハブ４が接続されると共に、ＬＡＮケーブル８１が接続されるＬＡＮ端子４１とを備えている。
自動システム１００は、制御盤１と、第１機器と、第２機器とを備えている。
これらの構成によれば、フィールドネットワークを介した第１機器との通信と、第２機器との安全通信と、第１機器又は第２機器への給電とをＬＡＮケーブル８１によって実現することができる。そのため、制御盤１は、ＬＡＮ端子４１を備えていればよく、必要な端子を低減することができる。その結果、制御盤１の小型化を図ることができる。さらには、制御盤１に必要な配線はＬＡＮケーブル８１の接続なので、複雑な配線の必要が無い。つまり、制御盤１に配線を接続する工数を低減することができる。また、ＬＡＮケーブル８１は、汎用的なケーブルであり、広く普及しているケーブルである。つまり、制御盤１の配線に必要なケーブルの入手が容易となる。
具体的には、第１制御部２は、ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ規格の通信を行う。
また、第２制御部３は、ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ Ｓａｆｅｔｙ規格の通信を行う。
これらの構成によれば、両方の規格とも、オープンな産業用イーサネット規格であり且つ標準イーサネットを利用しているので、今後の技術の進歩が期待される。さらに、制御盤１は、その進歩に追従することもできる。また、両方の規格とも、イーサネット規格に則っているので、汎用のイーサネット機器を利用することができる。
制御盤１は、第１制御部２及び第２制御部３の設定を行うためのタッチパネル５をさらに備えている。
この構成によれば、制御盤１に単なるボタンが設けられている構成に比べて、タッチパネル５によって柔軟な設定を行うことができる。つまり、前述の如く、制御盤１は、ＬＡＮケーブル８１を介した機器の接続が可能なので、様々な機器が制御盤１に接続され得る。制御盤１にタッチパネル５を設けておくことによって、制御盤１に接続された機器に対応した設定を柔軟に実現することができる。
また、制御盤１は、電力の入力又は／及び出力のための電力用端子、即ち、電源コネクタ６０及び直流出力端子６３をさらに備え、外部から制御盤１にケーブルが接続される端子は、ＬＡＮ端子４１及び電力用端子のみである。
この構成によれば、制御盤１に必要な配線は、ＬＡＮケーブル８１及び電力用のケーブル（例えば、電源ケーブル６１）の配線だけになるので、制御盤１に配線を接続する工数を低減することができる。
《その他の実施形態》
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、前記実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、前記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。また、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、前記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。
例えば、制御盤１に直接又は間接的に接続される機器は、機器９０～９８に限定されない。制御盤１には、フィールドネットワークを介してイーサネット規格に則った通信を行う第１機器に相当する任意の機器を接続し得る。また、制御盤１には、安全信号を扱い、イーサネット規格に則った通信によって安全通信を行う第２機器に相当する任意の機器を接続し得る。
第１制御部２による通信は、ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ規格の通信に限定されない。第１制御部２による通信は、イーサネット規格に則った通信であればよく、例えば、ＰＲＯＦＩＮＥＴ規格、ＥｔｈｅｒＣＡＴ（登録商標）規格又はＣＣ－Ｌｉｎｋ ＩＥ（登録商標）規格の通信であってもよい。
第２制御部３による通信は、ＣＩＰ Ｓａｆｅｔｙ規格の通信に限定されない。第２制御部３による通信は、安全信号を扱う機器との間でのイーサネット規格に則った安全通信であればよく、例えば、ＰＲＯＦＩｓａｆｅ規格、Ｓａｆｅｔｙ ｏｖｅｒ ＥｔｈｅｒＣＡＴ規格、ＣＣ－Ｌｉｎｋ ＩＥ Ｓａｆｅｔｙ規格の通信であってもよい。
また、制御盤１は、ＬＡＮ端子４１以外の端子を備えていてもよい。ここに開示された技術は、制御盤が最低限必要な端子を低減することを目的としており、制御盤がＬＡＮ端子以外に追加の端子を備えることを排除するものではない。
制御盤１は、電力用端子として電源コネクタ６０及び直流出力端子６３を備えている。しかし、電力用端子は、電源コネクタ６０だけであってもよい。
１００ 自動システム（ロボットシステム）
１ 制御盤
２ 第１制御部
３ 第２制御部
４ ＰｏＥハブ（電力供給部）
４１ ＬＡＮ端子
６０ 電源コネクタ（電力用端子）
６１ 電源ケーブル
６３ 直流出力端子（電力用端子）
８１ ＬＡＮケーブル
９１ スイッチングハブ（第１機器）
９２ 安全ＩＯボックス（第２機器）
９３ ＩＯボックス（第１機器）
９４ ロボットコントローラ（第１機器）
９４ａ 安全ユニット（第２機器）
９５ 無線ルータ（第１機器）
９７ａ ロボットコントローラ（第１機器）

Claims (6)

  1. フィールドネットワークを介して第１機器とイーサネット規格に則った通信を行う第１制御部と、
    安全信号を扱う第２機器との間でイーサネット規格に則った通信によって安全通信を行う第２制御部と、
    前記第１機器又は前記第２機器へＰｏＥ給電を行う電力供給部と、
    前記第１制御部、前記第２制御部及び前記電力供給部が接続されると共に、ＬＡＮケーブルが接続されるＬＡＮ端子とを備える自動システムの制御盤。
  2. 請求項１に記載の自動システムの制御盤において、
    前記第１制御部は、ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ規格の通信を行う、自動システムの制御盤。
  3. 請求項１又は２に記載の自動システムの制御盤において、
    前記第２制御部は、ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ Ｓａｆｅｔｙ規格の通信を行う、自動システムの制御盤。
  4. 請求項１乃至３の何れか１つに記載の自動システムの制御盤において、
    前記第１制御部及び前記第２制御部の設定を行うためのタッチパネルをさらに備えている、自動システムの制御盤。
  5. 請求項１乃至４の何れか１つに記載の自動システムの制御盤において、
    電力の入力又は／及び出力のための電力用端子をさらに備え、
    外部から前記制御盤にケーブルが接続される端子は、前記ＬＡＮ端子及び前記電力用端子のみである、自動システムの制御盤。
  6. 請求項１乃至５の何れか１つに記載の自動システムの制御盤と、
    前記第１機器と、
    前記第２機器とを備えたロボットシステム。
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