Raspberry Pi + CODESYS(SoftMotion CNC/ROBOTICS) でどこまで汎用の(FANUCやSIEMENS等の）CNCに近いものが作れるでしょうか。
現時点では、EtherCATを想定しています。 サーボドライブが無くても実行・検証できるよう、仮想EtherCATドライブで実行できるようにしています。
機材が手に入れば、RPi+EtherCATサーボドライブでテストしてみようと思います。
（ EtherCATデバイス（ACサーボドライブの機材など）で、もし不要なものがありましたら、譲渡・貸与頂けると、とても助かります。 ）
現在、テスト実装です。仮想サーボで利用してください。不具合があればお知らせください。
CODESYSのCNCは、DIN66025のGコードをサポートします。ただ、マシニングセンタなどに搭載されている、一般的な汎用のCNCに比べると必要な（あってほしい）機能が無かったりします。
DIN66025についてはこちら https://help.codesys.com/webapp/_sm_cnc_din66025_basics;product=codesys_softmotion;version=4.6.0.0
CODESYSの「CNC機能」を使って機械システムを作ろうとしたときに、DIN66025にはない、汎用の機械のGコード（FANUCやSIEMENSのCNCのGコード）をどのように実装していいのか、そもそも出来るのか、出来ないのか、ヘルプやマニュアル等ではよくわからないのが実情です。 Gコードの長さなどは、使用するPLCのメモリによって制限され、同時制御できるサーボ軸数の最大数はPLCのCPU速度などで変わったりします。
良い点としては、CODESYSのCNCやソフトモーションを使うことで
- 6万以上のMコードをユーザーが自由に使用して拡張ができ、２つの浮動小数のパラメータを渡すことができます。
- Gコード内にキーワードを置いて、実行中のCODESYS内の変数で置換して使用することができます。
- Raspberry PiやPCシミュレーターで開発をすすめ、最後にPLCに置き換えることができます。
CODESYSだけを使い、CNCのGコードの動作、ラダー等のプログラムの連携のシミュレーションができます。 CODESYSをマスターするだけで、付加軸や追加のPLCで簡易的なロボットも動作させ、連携することが簡単です。
DIN66025にない普通のCNCマシニングセンタで使っているのGコードは、PC側で単純なMコードへの置換をすることで、CODESYSのCNCで動作させることができます。
例えば、主軸回転数指令は、DIN66025にはありませんが、MコードにKパラメータを指定して、CODESYSのPOUの変数で受け取る事が出来ます。ここまで出来ていれば(このプロジェクトでは出来ています）、ユーザーの機械側のラダーで、主軸の制御にあわせてD/AやEhterCATのインバーターに回転数になるように値を書き込めばいいだけです。
一般的なCAD/CAMでS指令を主軸回転数の指定に利用していれば、送信前にS12345 を M60001 K12345に（テキストエディタなどで）単純に置換するだけです。拡張機能はM60000以上をCODESYSで利用する計画です。
主軸の回転指定後は、ものすごく加速性能の高い主軸なら、指令後にすぐに次にいってもいいかもしれないし、主軸の回転数が上がるまでタイムラグが大きいものは、指定回転数を確認して次に行く、など、機械に応じてCODESYS側で制御できます。 CNCで加工する対象が、回転主軸とは限らないかもですし、センサーや測長デバイス、A/Dで、計測をしたい場合もあります。（計測の場合はファイルを作る、書き込むことになります。）
一般的にFAの制御装置でコントロール等可能なものはMコードにすることで、Gコードの任意の場所で、CODESYSによる制御と同期を取ることができます。
・4000行の3D-CAD出力のXYZのG-Code（NURBS曲線を微小線分に分割）したものを、滑らかに補間しながら動作させる ・Mコードデバッグの機能（エラー時、終了時） ・DCSオフセット座標（ワーク座標）のリアルタイム表示 ・主軸回転数の機能 （GコードのMコード化＋オーバーライド動作） ・ワーク座標系DCSテーブル(PLC変数)指定動作 ・工具径補正・工具長補正のテーブル(PLC変数)による指定動作
・一般的によくあるMコードをとりあえず入れる予定 ・Mコードをサーボ制御タスクではなくて、ユーザーのタスク(10ms-20ms等）で制御できる工夫。👆現時点では、ユーザータスクでMコードを直接処理すると、Mコードが連続するときにMFINの同期の問題が出ます。
・Gコードの容量（長さ）は GVL:CNC_Parameterに宣言、PLCにあわせて変更可能。 ・スムース補間機能、テーブル機能はメモリを消費するため、必要なければユニットを削ることが可能、その方法。
CODESYSのCNC系のFBには、様々なものがあり、それぞれの機能がありますが、マニュアルやＷＥＢのヘルプを見ても、なかなか意味が分かりません。
また、必要なFBを理解できても、複数のFBをどのように組み合わせれば必要な機能が実現できるのか、UIとFBとGコードの組み合わせ、実験、作りこみにも間と手間がかかります。
CNCの内部ブロック的な理解をした上で、プログラムを作って、調整をしていく必要があります。それから、正しく動くことだけでなく、性能や容量の限界などを実機のメモリやCPU等の限界とあわせて調整していくことになります。
本プロジェクトを使えば、これらの負担が大幅に削減できると思います。
本プロジェクトでは、汎用のCNCに近いものをRPiとCODESYSで実装し、どこまで実現できるのか、どこまで性能が発揮できるのか、仮想機能や実機でテストできるもののベースとなって、ユーザーの作りこみ、性能や安定性の実用のベースになるものになるプロジェクトを目指しています。
RPiを使った本プロジェクトでは、無料で2時間機械は稼働できますので、機械の試作、立ち上げ、教育などで気軽に使えます。
（ 本格的なPLCやモーションコントローラを使った連続稼働には、CODESYSの必要なライセンス購入が必要です。 ）
本プロジェクトをCAD/CAM/CNCやCODESYSの学習、中小企業のAIやDXの活用、人手不足に役立てて頂けたら幸いです。
本プロジェクトと同様のCODESYSを使っていれば、本プロジェクトから不必要な画面や機能、使用しないサーボ軸等を削除し、FA制御機器各社の高度なPLCやモーションコントローラに対応し、各機械にあわせたものにするのは簡単ではないかと思います。
個人的にCODESYS対応のPLCに移植を始めていますが、プロジェクトでデバイスを変更すると、PLCのCODESYSのバージョンが古いものを使う必要があるので、エラーが出る所がほんの少しありますが、修正は簡単です。
これだけの機能が、PCとIoTをベースとしてRPiでプロトタイプや検証をおこなったあと、信頼・実績があり、保守やサポートのしっかりしたPLCに簡単に変換し調整でき、加えて各社のサーボモータ・ステッピングモータを、容量、構造などを問わず、自由に適切に組み合わせて使えるのは驚きです。
