JPH01109404A - シーケンス制御装置における故障診断支援システム - 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】 し産業上の利用分野］ 本発明はシーケンスプログラムによって工作機械等の制
御対象を制御するシーケンス制御装置における故障診断
支援システムに関し、−層詳細には、例えば、工作機械
等の制御対象に対してシーケンスプログラムに従って逐
次動作指令を行った際、当該工作機械等に動作異常や故
障が発生した場合の診断を所定の動作ルールを遡行する
ことで容易に行うことが出来るようにした故障診断支援
システムに関する。

［発明の背景］ 一般に、工作機械あるいは作業ロボット等の装置では人
員の削減、作動効率の向上環のため、その動作手順をシ
ーケンスプログラムによって設定し、所望の加工機能を
遂行するようにしたシーケンス制御装置が広く利用され
ている。このようなシーケンス制御装置を用いたシステ
ムにおいて、前記シーケンスプログラムはシーケンス制
御装置によって順次解読処理され、制御信号として工作
機械等の制御対象に供給される。

そして、当該制御対象は前記制御信号に基づいて対応す
る各部が動作し、所定の動作が終了するとリミットスイ
ッチ、センサ等の検出手段から検知信号を発生し、制御
対象の各部の動作遷移状態信号として前記シーケンスに
出力する。

一方、シーケンスは前記検知信号に基づいて制御対象の
各部が前記制御信号に対応して所定の動作を完了したこ
とを検出し、次のシーケンスプログラムステップの処理
を行い、これを順次繰り返して実行することにより当該
制御対象に対して所望の加工機能を遂行するようにして
いる。この場合、このようなシーケンス制御装置を用い
た工作機械等において、工作機械に故障や異常が発生し
停止した場合にはその原因を発見し保持、修理する必要
がある。

ところで、当該工作機械に動作制御するためのシーケン
スプログラムは専門知識を有する設計者やプログラマ−
によって作成される。この場合、制御をフローチャート
等でシーケンシャルに記載可能なシーケンス制御装置等
においては、装置が実行しているプログラムの各ステッ
プを順次追跡していくことによってプログラムの停止個
所を発見し、故障原因を解析することは比較的容易であ
る。然しなから、ランダムロジック型のシーケンス制御
装置では前記の方法を採用することが出来ない、従って
、一般には、設計者やプログラマ−と同等の知識を有す
る作業者にとって制ｍ論理を１つずつ追跡していくこと
により故障原因の解析を行っている。このため、故障や
異常発生時の原因解析は経験を積んだエキスパートでな
ければ対応出来ないという不都合が指摘されている。

［発明の目的］ 本発明は前記の不都合を克服するためになされたもので
あって、工作機械等の制御対象の故障、異常発生時にお
いて専門知識を有するエキスパートによることなく、一
般の作業者による原因解析を容易に行うことの出来るシ
ーケンス制御装置における故障診断支援システムを提供
することを目的とする。

［目的を達成するための手段］ 前記の目的を達成するために、本発明はシーケンスプロ
グラムに従って制御対象を動作制御するシーケンス制御
装置における故障診断支援システムであって、前記制御
対象を構成する複数の操作単位に対して出力される複数
の動作制御信号と前記動作制御信号に基づき該当する操
作単位から送出される状態応答信号とを対応付ける第１
のルール群と、前記動作制御信号と該動作制御信号に応
じて所定時間後に変化すべき操作単位からの状態応答信
号とを対応付ける第２のルール群と、前記動作制御信号
または状態応答信号の指定により前記・第１および第２
ルール群゛から当該動作制御信号または状態応答信号を
含むルールを抽出する抽出手段とを備え、前記抽出され
るルールを順次遡行することで故障原因の推論を支援し
得るようにしたことを特徴とする。

［実施態様］ 次に、本発明に係るシーケンス制御装置における故障診
断支援システムについて好適な実施態様を挙げ、添付の
図面を参照しながら以下詳細に説明する。

近年、知識工学の発達によりある因果関係をｒ　ｉｆ　
Ａ　ｔｈｅｎ　ＢＪ　　（若し、Ａが真ならばＢもまた
真である）とルール化してデータベースに蓄積し、各種
の推論に用いるエキスパートシステムや人工知能の開発
が進められている。一方、最近のシーケンス制御装置の
進歩により、ある時点での入出力の状態、すなわち、シ
ーケンス制御装置から制御対象を構成する各操作単位へ
の動作制御信号や各操作単位の動作状態を示す状態応答
信号等の状態をモニタすることが可能となっている。

本発明に係る故障診断支援システムは、前述したエキス
パートシステムにおけるルール化の手法を用いたもので
あって前記の動作制御信号と状態応答信号とを対応付け
てルール化し、推論の支援をするようにしたものである
。

第１図は本実施態様に係る故障診断支援システムが適用
されるシーケンス制御装置を用いたシステムの全体構成
図である。この場合、当該システムはワークに対して所
定の作業を行う工作機械１０と、設計者、プログラマ−
等によって作成されたシーケンスプログラムに基づいて
前記工作機械１０の動作制御を行うシーケンサ１２と、
シーケンサ１２を介して工作機械ＩＯを動作させること
によりシーケンスプログラムを作成する操作制御部１４
とから基本的に構成される。なお、工作機械１０とシー
ケンサ１２との間およびシーケンサ１２と操作制御部１
４との間はインタフェース１６および１８によって接続
される。

シーケンサ１２はシーケンスプログラムの格納されるメ
モリ２０と、前記シーケンスプログラムを順次処理する
ＣＰＵ２２と、シーケンスプログラムに基づく動作制御
信号をインタフェース１６を介して工作機械１０に転送
すると共に前記動作制御信号による工作機械１０の遷移
状態、すなわち、状態応答信号をＣＰＵ２２に転送する
Ｉ１０ボート２４とを含む。

操作制御部１４はシーケンサ１２を介して工作機械１０
に所定の動作指令を行うと共に前記動作指令に対応した
工作機械１０の遷移状態を読み込み、後述する故障診断
支援処理を行うＣＰＵ２６と、該支援処理において使用
される後述のルール群を格納するメモリ２８と、工作機
械１０への動作制御信号および工作機械１０の遷移状態
を示す状態応答信号を授受するＩ１０ポート３０とを含
む。

この場合、メモリ２８には、後述するように、動作制御
信号によって駆動される工作機械１０の各種アクチュエ
ータ等の操作単位と、前記アクチュエータが所定の動作
を行ったことを検知するリミットスイッチ等の状態検知
手段からの状態応答信号とを関係付けたルール群が格納
される。

Ｉ１０ポート３０にはインタフェース３２を介してデイ
スプレィ３４およびキーボード３６が接続されており、
このキーボード３６を介して故障診断支援システムある
いは工作機械１０に対する動作指令が行われ、デイスプ
レィ３４を介して工作機械１０の状態をモニタすること
が出来る。

一方、工作機械１０は、例えば、第２図に示すように構
成される。すなわち、この工作機械１０はワークＷに対
してドリル３８を用いて孔明は加工を行うものであり、
加工部４０および被加工部４２から基本的に構成される
。加工部４０ではベース４４上にドリル３８をワークＷ
に指向して変位する送り用モータ４６が固定される。こ
の場合、送り用モータ４６の駆動軸４８には被加工部４
２に指向して延在するボール螺子５０が一体的に取着さ
れ、このボール螺子５０に移動テーブル５２が螺着する
。

前記移動テーブル５２にはドリル３８の回転軸５４を支
持するスピンドルユニット５６が取着され、このスピン
ドルユニット５６には前記回転軸５４を駆動する駆動用
モータ５８が装着される。なお、駆動用モータ５８の駆
動軸６０とスピンドルユニット５６に支持される回転軸
５４とはプーリ６２および６４を介してベルト６６によ
り連結される。ここで、移動テーブル５２の位置はボー
ル螺子５０に沿って配設される３つのリミットスイッチ
ＬＳＩ、ＬＳ２およびＬＳ３によって検出される。すな
わち、リミットスイッチＬＳＩは移動テーブル５２がド
リル３８の切削開始点にあることを検出する。

また、リミットスイッチＬＳ３は移動テーブル５２が前
進端にあることを検出する。

被加工部４２ではベース６８上にワーク取付台７０が固
着され、このワーク取付台７０にはクランプ治具７２に
よってワークＷが位置決め固定される。

すなわち、クランプ治具７２はワーク取付台７０に固着
されるクランプ用シリンダ７４と、クランプ用シリンダ
７４のシリンダロッド７６に一端部が軸着し中間部がワ
ーク取付台７０に固定された支持部材７８により軸支さ
れるクランプ部材８０とからなり、前記クランプ部材８
０の他端部によってワークＷが位置決め固定される。こ
の場合、クランプ治具７２によるワークＷのクランプ状
態およびアンクランプ状態は２つのリミットスイッチＬ
Ｓ４およびＬＳ５によって夫々検出される。

なお、ベース６８には切削油８２を貯留するタンク８４
が載置されており、前記切削油８２は切削油供給用モー
タ８６によって駆動されるポンプ８８により管路９０を
介してワークＷに供給される。

本実施態様に係る故障診断支援システムが適用されるシ
ーケンス制御装置を用いたシステムは基本的には以上の
ように構成されるものであり、その作用並びに効果につ
いて説明する。

ここで、工作機械１０を動作制御するためのシーケンス
プログラムは設計者によって、第３図に示すタイムチャ
ートとして設定され、このタイムチャートに基づいてプ
ログラマ−がリレシンボル等を用いたラダーダイヤグラ
ムを作成した後、シーケンサの翻訳プログラムにより該
ラダーダイヤグラムから論理条件式を求めて作成される
。

第３図のタイムチャートの場合、工作機械１０はシーケ
ンスプログラムが起動されると、先ず、クランプ治具７
２がワークＷをクランプし、加工部４０における移動テ
ーブル５２が後退端から切削開始点まで前進する０次に
、駆動用モータ５８が駆動されてドリル３８が回転する
と共に切削油８２がワークＷに供給され、切削作業が開
始される。

移動テーブル５２が前進端まで移動するとドリル３８の
回転および切削油８２の供給が停止し、その後、移動テ
ーブル５２が後退端まで移動する。最後に、クランプ治
具７２がアンクランプ状態となって一連の動作が終了す
る。

上記の動作において、工作機械を構成するクランプ用シ
リンダ７４、移動テーブル５２の送り用モータ４６、ド
リル３Ｂの駆動用モータ５８、切削油供給用モータ等の
各操作単位に対してシーケンサ１２からシーケンスプロ
グラムに基づいて送出される動作制御信号と、これらの
動作制御信号によって各操作単位が所定の動作を行い予
定の遷移状態となったことをシーケンサ１２に応答する
状態応答信号との対応関係は第４図に示す如くになる。

次に、第３図のタイムチャートにおいて説明した工作機
械ｌＯの動作をシーケンサ１２から工作機械ｌＯの各操
作単位に対する動作制御信号と各操作単位が動作した際
の状態応答信号との関係で説明する。すなわち、第４図
に示すように、シーケンスプログラムが起動され、クラ
ンプ用シリンダ７４に対して動作制御信号Ｙ２がシーケ
ンサ１２から送出されると、クランプ用シリンダ７４が
ワークＷをクランプし、リミットスイッチＬＳ４により
状態応答信号Ｘ８が発生されシーケンサ１２に転送され
る。シーケンサ１２はこの状態応答信号Ｘ−を確認した
後、次に動作されるべき移動テーブル５２の送り用モー
タ４６に対する動作制御信号Ｙｓ（非切削の前進）を出
力する。

移動テーブル５２が切削開始位置に達するとリミットス
イッチＬＳ２より状態応答信号Ｘｓがシーケンサ１２に
転送される。以下同様に第３図のタイムチャートに示さ
れる順序で動作制御が行われる。

ここで、動作制御信号Ｙｔ（ｉ＝１．２、・・・）と状
態応答信号Ｘ五との関係は操作単位からの状態応答信号
ＸＬに対してその原因となる動作制御信号Ｙ＋　という
関係にあり、この因果関係はｒ　ｉｆ　Ｘムｔｈｅｎ　
　Ｙ五」というルールで表現することが出来る。この関
係を全ての制御論理についてルール化し第１のルール群
として操作制御部１４のメモリ２８に格納しておく。

一方、動作制御信号Ｙｔに対して工作機械１０がどのよ
うな状態でどの程度の時間で変化するか、すなわち、ど
の操作単位からどのような状態応答信号Ｘ　ｉ　＊　１
が得られるかを示す因果関係は’　ｉｆ　Ｙ＝　ｔｈｅ
ｎ　　Ｘｔ＋１　Ｊというルールで表現することが出来
る。この関係を全ての制御論理についてルール化し、第
２のルール群として第１のルール群と同様にメモリ２８
に格納しておく。

そこで、ある状態で工作機械ｌＯが故障し停止した場合
、操作制御部１４はシーケンサ１２からの動作制御信号
Ｙ１と工作機械１０からの状態応答信号Ｘｉをモニタす
ることが出来る。この場合、例えば、デイスプレィ３４
、キーボード３６からある動作制御信号Ｙ、が何故送出
されないかの問い合わせをする。

ＣＰ　Ｕ２６はこの問い合わせに基づいてメモリ２８を
検索し、第１のルール群からＹムを含むルールを抽出す
る０次いで抽出された各ルール群の状態応答信号Ｘｉに
ついてモニタしているＸｉと比較し、状態応答信号Ｘｉ
が不成立のものを抽出する。そして、ＣＰＵ２６は前記
抽出されたＸ直に対してメモリ２８を検索し、第２のル
ール群にＸｌを含むルールを抽出する。さらに、抽出さ
れた前記各ルールに含まれている新たな動作制御信号Ｙ
、、をモニタにより確認する。上記の各ステップを繰り
返し第１および第２ルール群を順次遡行して故障原因を
推論していく。

第５図は、第３図のタイムチャートに示された工作機械
１０の動作シーケンスと、第１ルール群および第２ルー
ル群とを第４図に示す動作制御信号Ｙｉ、状態応答信号
ＸＩによって示した図である。第５図において、シーケ
ンス１２は状態応答信号Ｘ、があると動作制御信号Ｙ２
が発生され、次いで、その応答として状態応答信号Ｘ２
が発生されるというように順次進行する。

なお、第１ルール群および第２ルール群は夫々ｒｉｆ　
Ｘ１ｔｈｅｎ　　Ｙ１＋　ｉｆ　　Ｙ、ｔｈｅｎ　　Ｘ
１＊１　Ｊなる前述の因果関係を表したものである。

例えば、リミットスイッチＬＳ４が故障して状態応答信
号Ｘ２が発生していないと仮定した場合、操作者は操作
制御部１４に対して動作制御信号Ｙ４がない理由の問い
合わせを行う。そこで、ＣＰＵ２６は第１ルール群より
Ｙ４を含むルールを抽出する。この場合、Ｘ、かないた
めであることが判る。次に、第２ルール群よりこのＸ４
を含むルールを抽出し、Ｘ４がないのはＹ。

かないためであることが判る。さらに、第１ルール群よ
りＹ３を含むルールを抽出し、Ｙ、がないのはＸ、かな
いためであることが判る。次に、第２ルール群よりＸ、
を含むルールを抽出し、Ｘ３がないのはＹ８がないため
であることが判り、さらに、第１ルール群よりＹ２を含
むルールを抽出すると、ＹｚがないのはＸ２がないため
であることが判る。このように第１および第２ルール群
を順次繰り返して遡行していくことによってリミットス
イッチＬＳ４が故障して状態応答信号Ｘ２が発生してい
ないために工作機械１０が停止したことを推論すること
が出来る。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明に係る故障診断支援システ
ムは、被制御対象の操作単位に与えられる複数の動作制
御信号と操作単位から送出される状態応答信号とを対応
付ける第１ルール群と、前記動作制御信号と該動作制御
信号に応じて所定時間後に変化すべき操作単位からの状
態応答信号とを対応付ける第２のルール群とに基づいて
故障個所に係る動作制御信号まはた状態応答信号を自動
的に抽出するように構成している。そのため、制御対象
である工作機械が故障あるいは異常状態となって停止し
た場合、前記第１および第２ルール群を順次遡行するこ
とにより特別に経験を積んだ専門知識を有するエキスパ
ートによることな（容易に故障原因を解析することが可
能となる。

以上、本発明について好適な実施態様を挙げて説明した
が、本発明はこの実施態様に限定されるものではなく、
本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良並び
に設計の変更が可能なことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る故障診断支援システムが適用され
るシーケンス制御装置を用いたシステムの全体構成図、 第２図は本発明に係る故障診断支援システムが適用され
る工作機械の構成図、 第３図は第２図に示す工作機械の動作手順を示すタイム
チャート、 第４図はシーケンサと工作機械の各操作単位との間の各
信号の関係説明図、 第５図は第３図のタイムチャートで示すシーケンスと第
１および第２ルール群との関係説明図である。 １０・・・工作機械　　　　１２・・・シーケンサ１４
・・・操作制御部　　　１６、・□・１８・・・インタ
フェース２０・・・メモリ　　　　　　２２・・・ＣＰ
Ｕ２４・・司１０ボート２６・・・ｃｐｕ２８・・・メ
、モリ　　　　　　３０・・・Ｉ１０ポート３４・・・
デイスプレィ　　３６・・・キーボード３８・・・ドリ
ル　　　　　４０・・・加工部４２・・・被加工部　　
　　Ｗ・・・ワークＬＳＩ〜ＬＳ５・・・リミットスイ
ッチＦＩＧ、５

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）シーケンスプログラムに従って制御対象を動作制
   御するシーケンス制御装置における故障診断支援システ
   ムであって、前記制御対象を構成する複数の操作単位に
   対して出力される複数の動作制御信号と前記動作制御信
   号に基づき該当する操作単位から送出される状態応答信
   号とを対応付ける第１のルール群と、前記動作制御信号
   と該動作制御信号に応じて所定時間後に変化すべき操作
   単位からの状態応答信号とを対応付ける第２のルール群
   と、前記動作制御信号または状態応答信号の指定により
   前記第１および第２ルール群から当該動作制御信号また
   は状態応答信号を含むルールを抽出する抽出手段とを備
   え、前記抽出されるルールを順次遡行することで故障原
   因の推論を支援し得るようにしたことを特徴とするシー
   ケンス制御装置における故障診断支援システム。