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ISaGRAF 事例


ISaGRAFで電車をコントロール

システム概要


電車車両のドア、ヒータ、電源制御の複数台のコントローラにISaGRAFを使用している。
コントローラ開発時には、実際の電車車両は使わない。
車両のI/O、モータなどの動作をシュミレートするWindows NTマシンからなるシュミレート装置を用い、そのプログラムにもISaGRAFを適用している。したがって開発時には、コントローラ - シュミレート装置の組み合わせが複数存在し、それぞれにISaGRAFワークベンチが人間と制御プログラムのインタフェースとして使用されている。
ここで各アプリケーションは、C言語によるドライバや関数とインタフェースをとり30~50msの比較的緩やかな制御の記述にIEC1131言語を適材適所で適用している。

導入のポイント


従来はコントローラ、シュミレート装置とも、全てC言語でプログラムされていて、プログラム修正が容易ではなかった。
今回、開発工数のかかっていたシュミレート装置をISaGRAFを用いて構成した。これにより、実機がなくてもコントローラのアプリケーション開発およびデバックを行うことができるようになり、

  • 電車にコントローラを取り付けた後モータを破損させるようなトラブルを避けられる
  • 立ち上げ時間の短縮を図ることができる

ようになった。
また、複数のコントローラからなるシステム全体を1つのISaGRAFのプロジェクトとしてプログラム開発を進めておき、ハードウエアができたときに個々のプログラムをダウンロードしてハードウエアの動作の確認を行える、といったことが可能になった。

ISaGRAFで搬送用ロボットを制御

導入前の問題点


  • メンテナンス性が悪い
  • C言語のプログラマにしかアプリケーションが開発できない

ロボット動作の全てをC言語で記述していたため、ロボット動作プログラムの変更には 、C言語によるコーディング、コンパイル、リンクの作業が必要だった。また、動作の確認をする為のツールの作成も必要であり、ロボットの動作 アプリケーションの開発には非常に多くの工数を要していた。

導入のポイント

ISaGRAF導入後は、各ロボットAPI(モーターを制御カードに添付されているデバイスドライバ)をISaGRAFのC言語ファンクションからコールするようにした。こうすることで、アプリケーション開発とC言語ファンクション開発を分離することができるようになった。これにより、ロボット動作のアプリケーションをSFCを用いて記述することが可能となり、

  • 開発工数の低減
  • C言語プログラマ以外でもアプリケーション開発が行えるようになった

というメリットがでた。 さらにISaGRAFワークベンチをロボット動作確認用のツールとして活用でき、オンライン修正、変数モニタリング、ステップ実行、ブレークポイントなどの豊富なデバック機能を利用することでメンテナンス性も向上した。また、ISaGRAFは通信にMODBUSプロトコルをサポートしているので、プログラマブル表示器との接続も簡単にでき、容易にティーチングボックスを構成することができた。

システム構成

CPU Pentium 133MHz
OS リアルタイムOS
I/O DI/O 入力16点、出力16点
サポートカード 4軸独立制御速度指令式
通信 RS422 2チャンネル使用

コントローラ+MMIをISaGRAFとKDW5で実現

導入前の問題点




従来のシステム構成図

従来のシステムでは、ヒューマンマシンインタフェース(HMI)には表示器、制御部には専用ボードマイコンが用いられていた。また、I/Oボードも専用のものを独自に設計していた。この構成では、制御以外に表示器のコントロールもしなければならず、アプリケーションの開発にCプログラマーの存在が不可欠であった。また、デバッグのために専用のモニタリングソフトを作る必要があるなど、多くの工数がかかっていた。
また、ユーザー対応で画面に変更を加える場合においても、プログラムの全モジュールをリンクしなおす必要があり多くの工数がかかるという問題もあった。


導入のポイント->1台のKDW5でHMI,コントローラを実現


今回、ISaGRAF Windows95-RTターゲットとKDW5を導入し、HMIの作成にはVisualBasicを、制御部分にはISaGRAFを使用した。HMI部と制御部のソフト開発を分離することで、

  • MMI作成時にVisualBasicの汎用のモジュール(コントロール類)が利用できる
  • MMIと制御部のデータ交換にISaGRAF付属のDLL(ライブラリ)機能を利用できる

というメリットが生まれ、アプリケーションや表示内容の変更の工数の低減が実現できた。
また、ISaGRAFのデバッグ機能を使うことで、

  • 変数モニタ・書き換えソフトを作る必要がなくなった
  • ステップ実行が可能になりデバッグ期間を短縮できた

また、プラットフォームにPC/AT互換のコンピュータを採用したことで、

  • 市販のボードを利用でき、開発コストの削減ができた
  • 市販のパソコンで動作確認テストができた

というメリットもでた。1台のKDW5でMMI、コントローラを構築でき装置の小型化と共にコストダウンを実現した。


新しいシステム構成図
KDW5

システム構成
プラットフォーム コマツ
PC/AT互換パネルコンピュータKDW5
OS Windows95+リアルタイムOS
DIO ISAバス,入力32点、出力32点
D/A,D/A ISAバス
12bitバス絶縁型D/A
12bit差動電圧/電流入力完全独立A/D
モータコントローラ ISAバス
インテリジェントタイプ 4軸サーボ/ステップコントローラ

ICハンドラ制御をISaGRAFで実現

システム構成

  

ICハンドラー用コントローラ装置として、コマツ製パネルコンピュータにWindows95をリアルタイム拡張したWindows95-RTターゲットを用いている。サーボ位置決め制御にはARCNETを、またI/Oには高速リモートI/OであるSAVENETを用いてシステムを構成している。ARCNET用I/Fボードに対する制御には、ISaGRAFの標準機能であるCファンクション/ファンクションブロックを利用し、IEC61131-3言語からC言語関数を呼び出し、それぞれの言語の利点をうまく引き出している。まさしくC言語のCASEツールとしてもISaGRAFが利用されている。


また、I/O開発ツールでSAVENETのI/Fボード用ドライバーを開発し、高速リモートアクセスを実現している。Windows側では、ICの分類品の総数などをVCで作成したWindowsアプリケーションで表示させている。WindowsのアプリケーションとISaGRAF間のデータ交換は、共有メモリを経由しWindows側のデータリフレッシュを高速に行っている。

プログラムの構成

SFC言語を利用した構造化プログラミングにより効率の良いプログラム開発を実施している。
プログラムの見易さが、開発効率、メンテナンスの効率を向上させている。

システム構成
PC コマツ製パネルコンピュータKDW5
ターゲット ISaGRAF 95-RTターゲット
I/O 入力点数 約300点
>内部変数 約1,700点
モータ制御軸数 25軸
その他 SAVENETとARCNETを利用

ISaGRAFでNCコントローラを制御

導入前の問題点

NCコントローラは、マンマシンインタフェース・サーボ制御・PLC制御が基本構成要素となる。従来は、これらの機能をそれぞれ別々のハードウェアで構成し、パフォーマンスやリアルタイム性を実現してきた。このため、それぞれの機器の組み合わせる為に、それぞれ別々のインタフェースに合わせてつなぎ込む作業を繰り返してきた。
また、メンテナンス時も、各機器毎の専用ツールを用意しなければならないなどの非効率な作業がたくさんあった。
昨今のCPUのパフォーマンスの向上、PCベースコントローラの普及に伴いこれらを一つのPC上で実現し、WindowsのGUIインタフェースを使用し、かつこれまでの制御の性能を落とすことなく実現した事例を紹介する。

導入のポイント

メインとなるマン・マシン・インタフェースをWindows95で構成し、制御のリアルタイム性確保する為にISAバス上に拡張したPLCエンジンカードにISaGRAFの実行エンジンを移植した事例。
リアルタイムOSを使用し、CPUにはSHマイコンを使用している。
I/OはISAバスからは拡張できないので、カード上にPC104のインタフェースを用意し、ここからフィールドバスのI/Oを拡張している。
PLC上には、ホストマシンとの通信を行なうためのデュアルポートRAMがあり、これを介してISaGRAFのワークベンチとの通信を行うことができる。また、シリアルポートも持っており、外部のパソコンからデバッグ可能。この開発には、ターゲット開発キットとワークベンチ開発キットを使用する必要があったが、比較的容易に開発できた。
サーボ制御も同様に、ISAバスに拡張したサーボカードが行う。サーボ制御とPLC制御の間の同期は、Windowsのアプリケーションでとっている。(サーボの制御に必要なクリティカルなI/Oに関しては、ダイレクトにServoCardで行っている。)ISaGRAFの変数にアクセスするWindowsアプリケーションは、ISaGRAFのワークベンチと全く同じ方法でアクセスする。従って、この通信のための特別な改造は、ISaGRAF実行エンジンに必要としない。

システム構成
CPU Hitachi SH
OS リアルタイムOS
I/O DI/O 入力32点、出力32点
D/A 16Bit、±10V
Field Bus Arc Net

建機コントローラをISaGRAFで制御

導入前の問題点


建設機械用のコントローラは、組込み用マイコンを使用している。従来は専用のアセンブラやC言語によるソフト開発を行ってきた。
しかし、

  • 設計レビュー不足
  • ドキュメント不備
  • 仕様の変更

などから、どうしても実機・ICE中心のテストとなり、 ソフトにバグを発見するたびに煩わしいコンパイル、リンク、ROM化の作業が必要であった。

導入のポイント


ソフト開発効率を大幅に改善

ISaGRAFを使用することによって次のメリットができた。

  • プログラムのデバッグは、グラフィカルなツールで効率よく行える
  • プログラムの修正後は、プログラムをダウンロードするだけ
  • 実機のデバッグは、パソコンを持ち込むだけ

また、プログラムの修正履歴や、ドキュメントが自動的に生成されるといったCASEツールとしての利用効果にも期待している。

アプリケーション開発者の専門知識は不要

従来は、アプリケーション開発にはC言語の知識、専用の開発装置類の使用方法の取得が必要であったが、ISaGRAFのようなグラフィカルなツールによってアプリケーション開発が、専門知識を持たなくとも可能になった。このことで、よりユーザニーズや実車を知っている開発者がアプリケーション開発を行えるようになり、アプリケーション開発が効率よく行えるようになった。

ソフトウェアの再利用性の向上

これまでも多くのソフトウェア部品はライブラリと言う形で再利用を実施してたが、そのインタフェースは統一化が難しく理想と現実のギャップが大きいものであった。これは、IEC1131-3言語ファンクションブロックを用いることで大幅に改善される。

技術の進歩に追従

新しいハードウェア、OSが登場しても再度ISaGRAFの実行エンジンさえ移植してしまえば、その上で動作するISaGRAFのアプリケーションの変更は一切不要なので、アプリケーションの再利用が可能になった。

システム構成
OS μITRON
CPU 32bit RISC
メモリ フラッシュ500kB RAM 1MB
入力 DI 32ch, A/D 20ch
パルス 4ch, エンコーダ 2ch
出力 DO 16ch, D/A 10ch
通信 RS-232C 4ch, RS-422 1ch, RS-485 1ch, CAN 2ch
S-NET 1ch

リアルタイム制御とMMIを一台で実現

特長

グラフィック性に優れたマン・マシン・インタフェース(MMI)と産業分野で必須である高速なリアルタイム制御機能をもつ。また、ネットワーク化への対応やプログラム開発の容易さなどから、低コストでかつ信頼性の高い各種産業機器、システムを構築することができ、FAのみならずさまざまな産業分野での利用が可能。

導入のポイント

MMI系アプリケーションソフトウエア(画面、ネットワーク)はJavaによるブラウザ表示ができ、リアルタイム系とMMI系アプリケーションを同時に実行することが可能。アプリケーションソフトウエアは、リアルタイムOS上で、相互にデータの交換を行いながら同時動作するため、高速性と優れたMMIを有したシステムを容易に構築することができる。
また、パソコンPLCソフトウエア、Java、C言語の各種プログラムは、パソコンのWindows上でも開発が可能で、システムの特長や開発容易性を考慮した組み合わせによるプログラム開発が行える。
リアルタイム制御系アプリケーションソフトウエアはC言語とパソコンPLCソフトウエア「FC-PLC ISaGRAF」をサポート。IEC1131-3準拠の5言語に対応した「FC-PLC ISaGRAF」でJavaやC言語では、記述しにくい高度な制御プログラムを容易に記述可能となる。

ポータブルなWindowsCEでも

ISaGRAFのターゲットはWindowsCE3.0上でも動作する。ターゲット・インディペンデントなISaGRAFは、Microsoftが提案するWindowsのスケーラビリティーにも柔軟に対応する。
また、WindowsCEリアルタイム拡張版にも対応予定。

システム構成
OS WindowsCE 2.12/3.0
ハードウェア コマツ パネルコンピュータ
CPU:VR4122 150MHz
SDRAM:32MB
Flashメモリ:32MB
表示器:TFTカラー液晶 10.4インチ VGA
タッチパネル:アナログ式
開発環境 Microsoft eMbedded Visual C++ 3.0、ISaGRAF開発ツールキット KDS-IDK

DeviceNet機器と組み合わせて

VisualBasicを使用してHMIと、データベースアクセスを行っている。
ISaGRAFに対してはDDEなどの標準インタフェースを経由して、生産実績情報の収集、生産指示を行っている。

リアルタイム制御をISaGRAFで実現

VisualBasicのアプリケーションは、操作用の画面と生産条件ファイルの管理を行い、情報をISaGRAFにパラメータとして渡している。
ISaGRAFのアプリケーションでは、外部I/Oとのインターロックとリアルタイムの制御を行っている。

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