エンベデッドシステムスペシャリスト 2012年 午後1 問01

解答の導き方

1. まず、加工テーブルと加工ヘッドを、切断を始める位置まで移動させます。問題文では、切断線を引く前に両方を移動させるとしているため、ここで入るのは切断開始位置です。切断開始位置に着くまでは、金属板を切断する動作ではありません。
2. 図2では、加工ヘッドがX方向に、加工テーブルがX方向と直交するY方向に動きます。X方向に対して45度の直線を切断するには、直交する2方向の移動を同時に行い、両方の速度を同じにします。
3. 切断中は、加工テーブル及び加工ヘッドの移動に合わせてレーザ光を照射します。問題文にも、レーザユニットが移動に「同期して」レーザ光の照射を制御するとあります。したがって、bには同期が入ります。
4. 所定の長さだけ移動したら、まずレーザ光の照射を停止し、その後に加工テーブル及び加工ヘッドを停止させます。問題文の加工終了時の動作も、レーザ光の照射停止後に両者の移動を停止させる順序です。そのため、cはレーザ光の照射です。

誤りやすいポイント

• 切断を始める前の移動と、切断中の移動を混同しないようにします。切断開始位置までの移動は、切断線に沿った加工動作とは別です。
• 45度の直線にするには、直交するX方向とY方向の移動を同時に行う必要があります。片方だけを動かすと、45度の切断にはなりません。
• 移動速度を同じにすることと、レーザ光の照射を移動に同期させることは別の条件です。前者は切断方向に、後者は切断位置に合わせた照射制御に関係します。
• 切断の終点では、加工テーブル及び加工ヘッドより先にレーザ光の照射を停止させます。

FAQ

解答の導き方

1. この設問では、WDTから信号を受けたときに、非常停止制御部が加工部へ直接非常停止信号を送る理由を考えます。本文には「加工制御部のWDTは、一定時間内にクリアされないと、非常停止制御部に信号を送信する」とあります。WDTがクリアされない場合、加工制御部のプログラムが正常に動作していない可能性があります。
2. 非常停止制御部は、WDTからの信号を受けると非常停止信号を出力し、「加工制御部及び加工部を停止させる」とされています。図3では、非常停止信号線が加工制御部のMPUだけでなく、加工部の各ユニットにも接続されています。つまり、加工制御部のプログラムによる停止指示を経由せずに、加工部へ停止信号を届ける構成です。
3. 加工制御部のプログラムが正常に動作していないと、加工制御部から各ユニットへ停止指示を出せないおそれがあります。その場合でも、加工部に直接非常停止信号を送れば、加工テーブルや加工ヘッドの移動、レーザ光の照射が続くことを防げます。したがって、加工制御部のプログラムの動作に頼らず、加工部を直ちに停止させることが目的です。

誤りやすいポイント

• 非常停止信号を加工制御部にだけ送ると考えないようにします。設問のポイントは、加工部にも直接信号を送ることです。
• WDTから信号が出ることは、加工部がすでに停止したことを意味しません。非常停止制御部が信号を受け、加工部を停止させる必要があります。
• 「安全のため」だけでは、直接送信する理由が明確ではありません。加工制御部のプログラムが正常に動作しない場合にも停止できることまで述べます。

FAQ

• Q: WDTから信号が出るのはどのような場合ですか？
  A: 所定の時間内にWDTがクリアされない場合です。加工制御部のプログラムが正常に動作していない可能性を検出する仕組みです。
• Q: 加工制御部にも非常停止信号を送るのに、加工部へも直接送るのはなぜですか？
  A: 加工制御部のプログラムが停止指示を出せない状態でも、加工部の各ユニットを停止できるようにするためです。

解答の導き方

誤りやすいポイント

• $x$は、停止要求の送信を開始するまでの時間です。停止要求の通信にかかる時間は含みません。
• $y$には、各ユニットの停止時間のうち最も長い時間を使います。平均時間や最短時間ではありません。
• 「50ミリ秒以内」は、50ミリ秒ちょうどの場合も条件を満たすため、「＜」ではなく「≦」です。

FAQ

解答の導き方

1. 各ユニットが停止するまでの時間のうち、最も長いものを使います。問題文では「加工テーブルの移動停止　38.5ミリ秒」「加工ヘッドの移動停止　35.5ミリ秒」「レーザ光の照射停止　32.3ミリ秒」とあるため、最大時間は38.5ミリ秒です。
2. 終了指示の受信完了後、停止要求の送信を開始するまでに最大11.4ミリ秒かかります。したがって、停止要求を送信する時間に使えるのは、
   $50-11.4-38.5=0.1$ ミリ秒
   です。
3. 停止要求の電文長は200ビットです。通信速度を $R$ ビット／秒とすると、送信時間は $200/R$ 秒です。0.1ミリ秒は0.0001秒なので、送信時間がこれ以内となる条件は、
   $\frac{200}{R}\le 0.0001$
   です。これを解くと、$R\ge 2,000,000$ ビット／秒となります。
4. 1Mビットは$10^6$ビットなので、必要な通信速度は2Mビット／秒です。小数第2位を切り上げて小数第1位まで表すと、答えは2.0Mビット／秒です。

誤りやすいポイント

• 停止までの時間として、3つのユニットの時間を足してしまうことです。必要なのは、全ての停止が完了するまでの時間なので、最大の38.5ミリ秒を使います。
• 送信開始までの最大11.4ミリ秒を、停止要求の送信時間に含めないことです。どちらも終了指示の受信完了から停止完了までの経過時間に含まれます。
• 電文長200ビットをそのまま通信速度と比較することです。通信速度を求めるには、送信時間を秒に直して、ビット数を時間で割ります。
• 3ユニットへの停止要求の電文長を単純に合計することです。各ユニットへの通信は専用シリアル回線を用いるため、各回線の送信時間を基に考えます。

FAQ