CN102195555B - 伺服系统及其控制方法、伺服电机驱动装置以及安全单元 - Google Patents

Abstract

本发明提供伺服系统及其控制方法、伺服电机驱动装置以及安全单元，无需将伺服系统中使用的编码器更换为具有安全功能的编码器，就实现伺服系统的安全化。伺服驱动器(4)基于来自控制器(5)的指令信号，设定与伺服电机(2)的动作有关的指令值。伺服驱动器(4)将该指令值和根据反馈信号获得的反馈值发送到安全单元(10)。在从伺服驱动器(4)送来的指令值和反馈值中的至少一方的值异常的情况下，生成STO信号，并将该STO信号发送到伺服驱动器(4)。在伺服驱动器(4)中输入STO信号时，伺服驱动器(4)停止对伺服电机(2)提供电力。能够利用从以往开始使用的编码器而构筑符合安全标准的伺服系统。

Description

伺服系统及其控制方法、伺服电机驱动装置以及安全单元

技术领域

本发明涉及伺服系统、伺服电机驱动装置、安全单元以及伺服系统的控制方法。

背景技术

伺服系统用于各种机械中的可动部的定位控制等。作为这样的伺服系统，有如下的系统，即包括用于运行各种机械装置的伺服电机、在该伺服电机上所安装的编码器、用于驱动伺服电机的伺服驱动器、用于对伺服驱动器输出位置指令信息等的控制装置。

近年来，在制造现场，除了削减成本、提高生产率之外，确保对于操作者的安全性的配合成为重要的条件。因此，正在要求使上述那样的系统符合安全标准。作为与包括伺服电机的系统那样的可变速电功率驱动系统(Adjustable speed electrical power drive systems)有关的安全标准，制定了IEC61800。

IEC61800的part5-2(以下称为“IEC61800-5-2”)在2007年的7月发行，制定了在功能面上的安全要求、即与安全动作(safety motion)功能有关的要求事项。

此外，作为这样的安全标准，还规定了IEC61508。IEC61508是与电/电子/可编程电子安全关联的功能安全有关的国际标准。在IEC61508中，以被称为SIL(Safety Integrity Level：安全度水平)的尺度规定了系统的故障概率。并且，对每个SIL定义了应满足的要求事项，明确了要构筑的安全控制系统应达成的配合。SIL分为从SIL1到SIL4的4个阶段，SIL4为最高等级。在IEC61800-5-2中，对于系统的安全构筑度的评价也使用SIL。

为了在包括伺服电机的系统中确保安全性，必须由编码器准确地检测出伺服电机的旋转速度、旋转位置等。为此，要求确保编码器的输出的可靠性。此外，在编码器的检测结果异常的情况下，还要求停止对伺服电机提供电力的对策。

用于确保编码器的输出的可靠性的最简单的实现方法是，通过编码器内部的电路双重化，从而确认编码器的输出数据是否正确的方法。此外，还已知如下的方法，即在产生正弦状(SIN)的信号和余弦状(COS)的信号的SIN/COS类型的编码器的情况下，根据SIN²+COS²＝1的关系，证明SIN和COS的独立的两个系统始终保持一定的关系。

例如，专利文献1公开具有相互独立的两个SIN/COS类型的编码器的测量系统。

此外，例如，非专利文献1公开通过在编码器内部同时进行扫描从而生成两个独立的位置数据的方法。根据该方法，两个位置数据被送到在安全控制侧设置的监视装置。监视装置对两个位置数据进行比较，并将这两个位置数据和独立的错误比特送到安全控制侧。在控制侧，定期监视用于应对安全的位置计算系统的操作是否正确。

[专利文献1](日本)特表平11-514091号公报

[非专利文献1]“安全対応の位置計測システム”，2008年3月，“online”，“2010年2月18日检索”，互联网URL：http://www.heidenhain.jp/fileadmin/pdb/media/img/596632-J1.pdf

在设置独立的两个编码器的情况下，与设置1台编码器的情况相比需要两倍大小的设置场所。此外，随着编码器的数量增加，系统的成本将增大。进而，为了进行高精度的检测，必须严格进行各编码器的初始设定，以便在这两个编码器之间不产生检测值的偏差。但是，用于编码器的初始设定的时间、成本将增大。此外，在两个编码器的电路相同的情况下，还考虑这些编码器中发生公共的故障的可能性。

此外，在如SIN/COS类型的编码器那样生成独立的两个位置数据的编码器的情况下，或者，上述那样独立的两台编码器的情况下，使用了两个数据的反馈控制可能会变得复杂。此外，由于电路构成为一台编码器生成两个数据，因此还考虑编码器的成本增加的可能性。

进而，SIN/COS类型的编码器一般输出模拟信号。若模拟信号的传输距离变长，则该信号会衰减或是容易受到噪声的影响，因此检测值的可靠性下降。为了避免这样的问题，期望编码器具有发送数字值的功能。

但是，为了证明用于以数字值进行通信的逻辑符合安全用途，必须按照IEC61508中规定的开发顺序来制作该逻辑。具体地说，为了诊断编码器的故障，需要输出多个信号的装置，以往是使用该专门开发的编码器构筑了安全控制系统。因此，要将现有的系统替换为符合安全标准的系统，需要系统的大幅变更。

发明内容

本发明的目的在于，无需将伺服系统中使用的编码器更换为具有安全功能的编码器，就实现伺服系统的安全化。

本发明的一个方面的伺服系统包括：伺服电机；控制装置，输出用于伺服电机的驱动控制的指令信号；编码器，检测伺服电机的动作，并且输出表示该检测出的动作的反馈信号；伺服驱动器；以及安全单元。伺服驱动器使用来自所述控制装置的指令信号和来自编码器的反馈信号而生成与伺服电机的动作有关的指令值。伺服驱动器驱动所述伺服电机以使伺服电机的动作追随指令值。安全单元通过比较对安全单元预先设定的参数(速度范围、位置范围等)和来自编码器的反馈信号，从而监视伺服电机被正常控制的情况。只有伺服驱动器正常地进行控制，才能够持续通常的动作。在安全单元判断为伺服驱动器的控制不正确时，通过由输出停止电路直接接受从安全单元对伺服驱动器的停止信号，从而停止从伺服电机输出转矩。这时，重要的是安全单元作为判断基准的编码器的反馈信号正常。因此，安全单元从伺服驱动器取得指令值、以及作为伺服电机追随指令值被驱动的结果而根据所述反馈信号获得的反馈值。在所述指令值以及所述反馈值的一方或者双方的值异常的情况下，安全单元生成所述停止信号。

优选的是，安全单元在所述指令值以及所述反馈值的一方或者双方的值满足用于判断为异常的预先决定的条件时，生成所述停止信号。预先决定的条件是以下三个条件中的至少一个：第1条件，指令值和反馈值之差在预先决定的容许范围之外；第2条件，指令值超出预先决定的第1上限值；第3条件，反馈值超出预先决定的第2上限值。

优选的是，指令值是用于指示伺服电机的旋转速度的值。

优选的是，伺服驱动器根据停止信号而停止对伺服电机提供电力。

本发明的另一方面的伺服电机驱动装置是用于驱动伺服电机的伺服电机驱动装置，其包括伺服驱动器和安全单元。伺服驱动器使用从控制装置送来的用于伺服电机的驱动控制的指令信号和用于检测伺服电机的动作的从编码器送来的反馈信号而生成与伺服电机的动作有关的指令值。伺服驱动器驱动伺服电机以使伺服电机的动作追随指令值。安全单元停止从伺服电机输出转矩。或者，伺服驱动器通过从安全驱动器单元接受停止信号，从而控制伺服电机以使伺服电机停止输出转矩。安全单元从伺服驱动器取得指令值、以及作为伺服电机追随指令值被驱动的结果而根据反馈信号获得的反馈值。安全单元在指令值以及反馈值的至少一方的值异常的情况下，生成停止信号。

优选的是，安全单元在所述至少一方的值满足用于判断为异常的预先决定的条件时，生成所述停止信号。预先决定的条件是以下三个条件中的至少一个：第1条件，指令值和反馈值之差在预先决定的容许范围之外；第2条件，指令值超出预先决定的第1上限值；第3条件，反馈值超出预先决定的第2上限值。

优选的是，指令值是用于指示伺服电机的旋转速度的值。

优选的是，伺服驱动器根据停止信号而停止对伺服电机提供电力。

本发明的又一方面的安全单元是用于伺服系统的安全单元。伺服系统包括：伺服电机；控制装置，输出用于伺服电机的驱动控制的指令信号；编码器，检测伺服电机的动作，并且生成表示该检测出的动作的反馈信号；以及伺服驱动器，使用来自控制装置的指令信号和来自编码器的反馈信号而生成与伺服电机的动作有关的指令值，并且驱动伺服电机以使伺服电机的动作追随指令值。伺服驱动器通过从安全单元接受停止信号，从而控制伺服电机以使伺服电机停止输出转矩。安全单元包括：判断部，用于判断指令值和根据反馈信号获得的反馈值的至少一方的值是否满足预先决定的条件；以及信号生成部，用于在通过判断部判断为至少一方的值满足预先决定的条件时，生成停止信号。

优选的是，预先决定的条件是以下三个条件中的至少一个：第1条件，指令值和反馈值之差在预先决定的容许范围之外；第2条件，指令值超出预先决定的第1上限值；第3条件，反馈值超出预先决定的第2上限值。

优选的是，指令值是用于指示伺服电机的旋转速度的值。

优选的是，伺服驱动器根据停止信号而停止对伺服电机提供电力。

本发明的又一方面中，是伺服系统的控制方法，伺服系统包括：伺服电机；控制装置，输出用于伺服电机的驱动控制的指令信号；编码器，检测伺服电机的动作，并且生成表示该检测出的动作的反馈信号；伺服驱动器和安全单元。伺服驱动器使用来自控制装置的指令信号和来自编码器的反馈信号而生成与伺服电机的动作有关的指令值。伺服驱动器驱动伺服电机以使伺服电机的动作追随指令值。安全单元连接到用于伺服电机停止输出转矩的电路。伺服驱动器构成为，通过从安全单元接受停止信号，从而使得无法对伺服电机输出转矩。控制方法包括：判断指令值和根据反馈信号获得的反馈值的至少一方的值是否满足预先决定的条件的步骤；以及在判断的步骤中，在判断为至少一方的值满足预先决定的条件时，生成停止信号的步骤。

优选的是，预先决定的条件是以下三个条件中的至少一个：第1条件，指令值和反馈值之差在预先决定的容许范围之外；第2条件，指令值超出第1上限值；第3条件，反馈值超出第2上限值。

优选的是，指令值是用于指示伺服电机的旋转速度的值。

优选的是，伺服驱动器根据停止信号而停止对伺服电机提供电力。

根据本发明，无需将伺服系统中使用的编码器更换为具有安全功能的编码器，就能够实现伺服系统的安全化。

附图说明

图1是本发明的实施方式的伺服系统的概略结构图。

图2是表示了图1所示的伺服驱动器以及安全单元的一个方式的图。

图3是用于说明图1所示的伺服驱动器以及安全单元的结构的功能方框图。

图4是用于说明由图1所示的安全单元产生停止信号的流程图。

图5是表示了本发明的实施方式的比较例的结构的图。

图6是说明了伺服系统的反馈控制中的速度指令值和反馈值的一般的变化的图。

图7(a)～(b)是表示了反馈值以及指令值的举动异常的情况的概念图。

标号说明

1网络

2伺服电机

3、3A编码器

4伺服驱动器

5控制器

10、10A安全单元

11交流电源

12、13接触器

14输入装置

21反馈处理部

22、22A控制部

23停止部

24PWM驱动部

31固定值存储部

32比较部

33信号产生部

34监视有效部

35信号输入部

41光帘

42紧急停止开关

43门传感器

44钥匙

50安全控制器

100伺服系统

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。另外，对于图中相同或者相应部分赋予同一标号，不重复其说明。

图1是本发明的实施方式的伺服系统的概略结构图。参照图1，伺服系统100作为用于控制未图示的各种机械装置(例如，工业用机器人的臂)的系统而使用。伺服系统100包括网络1、伺服电机2、编码器3、伺服驱动器4、控制器5、安全单元10。

伺服电机2例如是AC伺服电机。编码器3为了检测出伺服电机2的动作而被安装到伺服电机2。编码器3生成表示检测出的伺服电机2的动作的反馈信号，并且将该反馈信号发送到伺服驱动器4。反馈信号例如包括对于伺服电机2的旋转轴的旋转位置(角度)的位置信息、该旋转轴的旋转速度的信息等。编码器3中可适用一般的增量(incremental)型编码器、绝对(absolute)型编码器。

伺服驱动器4经由网络1从控制器5接受指令信号，并且接受从编码器3输出的反馈信号。伺服驱动器4基于来自控制器5的指令信号和来自编码器3的反馈信号，驱动伺服电机2。此外，伺服驱动器4将表示内部的异常的异常信息通过网络1发送到控制器5。

伺服驱动器4经由接触器(contactor)12、13接受来自交流电源11的交流电力。在该实施方式中，伺服驱动器4是接受三相交流的类型，但也可以是接受单相交流的类型。接触器12、13根据从门开关(door switch)、安全光帘(safety light curtain)等的输入装置14送来的信号而开通(on)和关闭(off)。

伺服驱动器4基于来自控制器5的指令信号，设定与伺服电机3的动作有关的指令值。进而，伺服驱动器4驱动伺服电机2使得伺服电机2的动作追随指令值。具体地说，伺服驱动器4根据该指令值控制伺服电机2的驱动电流。

进而，伺服驱动器4将该指令值和根据反馈信号而获得的反馈值发送到安全单元10。上述指令值例如是速度指令值，反馈值是伺服电机2的旋转速度。

进而，当作为停止信号的STO信号输入到伺服驱动器4的情况下，伺服驱动器4使伺服电机2停止输出转矩。具体地说，在伺服驱动器4中输入了STO信号的情况下，伺服驱动器4停止对伺服电机2提供转矩。

控制器5构成为例如包含可编程控制器(PLC)、位置控制单元等，发送用于伺服电机2的驱动控制(例如定位控制等)的指令信号。

安全单元10在从伺服驱动器4送来的指令值以及反馈值的至少一方的值异常的情况下，产生STO信号，并且将该STO信号发送到伺服驱动器4。

图2是表示了图1所示的伺服驱动器和安全单元的一个方式的图。伺服驱动器和安全单元构成用于驱动伺服电机的伺服电机驱动装置。

参照图2，在本实施方式中，伺服驱动器4和安全单元10作为个别的装置而实现。虽然未图示，但安全单元10通过经由连接器(connector)、电缆等连接部件而连接到伺服驱动器4，从而不仅从伺服驱动器4接受指令值和反馈值，还对伺服驱动器4发送STO信号。

安全单元也可以与伺服驱动器一体化。例如也可以在一个壳体中容纳伺服驱动器4和安全单元10。

图3是用于说明图1所示的伺服驱动器和安全单元的结构的功能方框图图。参照图3，伺服驱动器4包括反馈处理部21、控制部22、PWM(脉宽调制)驱动部24、逆变器(inverter)电路部25、停止部23。

反馈处理部21基于来自编码器3的反馈信号而生成反馈值。例如在从编码器3输出脉冲的情况下，反馈处理部21通过对该脉冲进行计数从而算出伺服电机2的旋转速度，并且生成包含表示该速度的值的反馈值。反馈值不仅可以包含伺服电机2的旋转速度，还可以包含有关伺服电机2的旋转轴的旋转位置(角度)的值。

反馈处理部21在将该反馈值送到控制部22的同时，还将其输出到伺服驱动器4的外部。从伺服驱动器4输出的反馈值被送到安全单元10。

控制部22从控制器5接受指令信号，并且从反馈处理部21接受反馈值。控制部22通过基于指令信号和反馈值的反馈控制，生成用于执行位置控制、速度控制以及转矩控制的指令值。另外，以下说明速度控制。控制部22通过基于指令信号和反馈值(旋转速度)的反馈控制，生成速度指令值。速度指令值被送到停止部23，并且从伺服驱动器4输出到外部。从伺服驱动器4输出的速度指令值作为监视信号被送到安全单元10。

停止部23在从安全单元10接受了STO信号的情况下，以电气方式使PWM信号不通过，从而停止逆变器电路部25。由此，伺服电机2的转矩输出停止。另一方面，在停止部23中没有输入STO信号的情况下，停止部23使从控制部22输出的速度指令值通过。

逆变器电路部25经由停止部23，接受来自PWM驱动部24的信号。虽然未图示，但逆变器电路部25例如由IGBT(绝缘栅型双极性晶体管)等的半导体开关元件构成。PWM驱动部24基于该速度指令值，生成用于按照PWM方式使开关元件开通/关闭的信号，并且逆变器电路部25根据该信号使开关元件开通/关闭。由此，对伺服电机2提供电力，并且伺服电机2根据速度指令值而被驱动。另一方面，在停止部23动作的情况下，来自PWM驱动部24的信号被固定为关闭。由此，对伺服电机2的电力供应停止，因此伺服电机2停止。通过伺服电机2停止，来自伺服电机2的转矩的输出将停止。

安全单元10包括固定值存储单元31、比较部32、信号产生部33、监视有效部34。固定值存储部31预先存储速度指令值和反馈值之差的容许范围的上限值和下限值。

比较部32从伺服驱动器4接受速度指令值和反馈值。比较部32将速度指令值和反馈值之差与容许范围的上限值进行比较，输出其比较结果。进而，比较部32将速度指令值和反馈值之差与容许范围的下限值进行比较，输出其比较结果。固定值存储部31中预先存储了容许范围的上限值和下限值，因此比较部32使用固定值存储部31中存储的上限值以及下限值。根据比较部32的输出，能够判断出速度指令值和反馈值之差是否在容许范围内。

进而，固定值存储部31预先存储速度指令值的上限值以及反馈值的上限值。另外，为了区分，以下将速度指令值的上限值称为“第1上限值”，将反馈值的上限值称为“第2上限值”。比较部32对从伺服驱动器4取得的速度指令值和固定值存储部31中存储的第1上限值进行比较。同样地，比较部32对从伺服驱动器4取得的反馈值和固定值存储部31中存储的第2上限值进行比较。从而，根据比较部32的输出，能够判断出速度指令值是否超出第1上限值。同样地，根据比较部32的输出，能够判断出反馈值是否超出第2上限值。

信号产生部33基于比较部32的输出，判断超出任一个上限值的状态是否为异常。根据输入到信号输入部35的信号，监视有效部34的动作状态被设定为监视中的状态的情况下，信号产生部33判断为速度指令值以及反馈值超出了上限的状态是异常，在产生STO信号的同时还将该STO信号输出到伺服驱动器4。

具体地说，信号产生部33判断速度指令值和反馈值之差是否在容许范围内。在判断为该差在容许范围外时，信号产生部33生成STO信号。

进而，信号产生部33判断速度指令值是否超出第1上限值。在判断为速度指令值超出第1上限值的情况下，信号产生部33生成STO信号。

进而，基于从外部输入到信号输入部35的信号，存在用于将监视有效部34的监视功能设为有效的要求时，信号产生部33判断反馈值是否超出第2上限值。在判断为反馈值超出第2上限值的情况下，信号产生部33生成STO信号。

在监视有效部34的监视功能无效的情况下，信号产生部33即使发生速度指令值和反馈值的任一个超出其上限值的状况，也不执行该状态为异常的判断。监视有效部34将表示监视功能有效或者无效的标志输出到信号产生部33。监视有效部34正在监视的情况下(即，监视功能有效的情况下)标志成为0，在监视有效部34的监视功能无效的情况下(没有在监视的情况下)标志成为1。

从光帘41、紧急停止开关42、门传感器43(包括在门传感器43主体上可装卸的钥匙44)等对安全控制器50输入信号，并且从安全控制器50对信号输入部35输入信号。从安全控制器50对信号输入部35的输入信号是紧急停止(E-STOP)、安全停止1(SS1)、安全停止2(SS2)、安全停止3(SOS)、速度限制(SLS)等。

比较部32对每个监视功能，进行第2上限值和反馈值的比较。例如，第2上限值，在速度限制功能动作时为速度限制值，在安全停止2时为从停止确认位置开始的容许移动量(位置)。作为从比较部32输出的信号的种类，有表示位置异常的信号、表示速度异常的信号、表示加速异常的信号、表示指令异常的信号、表示反馈异常的信号等。

另一方面，安全单元10对控制器5和安全控制器50输出信号。来自安全单元10的输出信号是减速指令、表示STO执行中的信号、表示SS1执行中的信号、表示SS2执行中的信号、表示SOS执行中的信号、表示SLS执行中的信号等。将这些信号送到控制器5和安全控制器50的哪一个，可以根据应用而适当地进行选择。

图4是用于说明由图1所示的安全单元产生停止信号的流程图。该处理例如以生成指令值的控制周期(不特别限定，例如为2msec)重复执行。

参照图4和图1，在步骤S1中，安全单元10判断从伺服驱动器4送来的速度指令值(在图4中仅表示为“指令值”)和反馈值之差是否在容许范围外。当比较部32的输出表示速度指令值和反馈值之差大于容许范围的上限值时，或者比较部32的输出表示该差小于容许范围的下限值时，信号产生部33判断为指令值和反馈值之差在容许范围外。这时(步骤S1中为“是”)，由于产生了反馈异常，因此处理进至步骤S4。另一方面，在信号产生部33判断为指令值和反馈值之差在容许范围内时(步骤S1中为“否”)，处理进至步骤S2。

在步骤S2中，安全单元10判断速度指令值是否超出第1上限值。当比较部32的输出表示速度指令值大于第1上限值时，信号产生部33判断为速度指令值超出第1上限值。这时(步骤S2中为“是”)，由于产生了指令异常，因此处理进至步骤S4。另一方面，当信号产生部33判断为速度指令值是第1上限值以下时(步骤S2中为“否”)，处理进至步骤S3。

在步骤S3中，安全单元10判断反馈值是否超出第2上限值。当比较部32的输出表示反馈值大于第2上限值时，信号产生部33判断为反馈值超出第2上限值。这时(步骤S3中为“是”)，由于产生了位置异常或者速度异常或者加速异常，因此处理进至步骤S4。另一方面，当信号产生部33判断为反馈值是第2上限值以下时(步骤S3中为“否”)，整体的处理返回到主程序。

在步骤S4中，信号产生部33生成STO信号。在步骤S5中，信号产生部33输出该STO信号。若步骤S5的处理结束，则整体的处理返回到主程序。

另外，步骤S1～S3的处理不限于按照图4所示的顺序执行，也可以适当交换其顺序。此外，步骤S1～S3的处理也可以并行地执行。

这样，在本发明的实施方式中，(1)速度指令值和反馈值之差在预先决定的容许范围(设定范围)外的情况，(2)速度指令值超出预先决定的第1上限值的情况，(3)反馈值超出预先决定的第2上限值的情况的任一个情况下，生成用于停止伺服电机的转矩的输出的停止信号。根据本发明的实施方式，能够迅速地检测出伺服电机的控制中的各种异常。因此，能够在伺服电机的控制异常时，迅速使伺服电机停止。另外，在本发明的实施方式中，用于生成停止信号的条件是上述(1)～(3)中的任一个条件，但也可以对上述(1)～(3)中的任意数目的条件进行组合。

图5是表示了本发明的实施方式的比较例的结构的图。参照图5，该伺服系统代替编码器3而具备编码器3A。编码器3A例如具有被双重化的电路，输出双重化后的反馈信号。

反馈处理部21从编码器3A接受双重化后的反馈信号，并且基于该反馈信号而生成反馈值。因此，反馈处理部21生成双重化后的反馈值。该反馈值被送到控制部22A，并且被送到安全单元10A的比较部32。比较部32比较两个反馈值，并且比较各反馈值和其上限值(相当于上述的第2上限值)。当两个反馈值之差在容许范围外的情况下，或者，两个反馈值中的任一个超出上限值的情况下，信号产生部33产生STO信号。

这样，根据图5所示的结构，安全单元10A只基于反馈值的举动而判断是否要产生STO信号。但是，若考虑反馈值对于指令值的变化的响应性，则检测出编码器3A的输出异常的定时可能会推迟。

图6是说明了伺服系统的反馈控制中的速度指令值和反馈值的一般的变化的图。参照图6，作为伺服电机的驱动模式，采用等加速驱动(梯形驱动)。速度指令值按照梯形的加减速模式而变化。反馈值为了与该速度指令值一致地变化，因而相比速度指令值推迟而变化。

在反馈控制正常的情况下，认为速度指令值和反馈值会如图6所示那样变化。但是，当编码器的输出发生了异常的情况下，反馈值有与通常不同的变化。此外，在指令值发生了异常的情况下，也是指令值有与通常不同的变化。

图7是表示了反馈值和指令值的举动异常的情况的概念图。图7(a)表示反馈值的举动异常的情况。例如在编码器中发生了异常的情况下，反馈值不追随指令值而变化。如图7(a)所示那样，反馈值例如因编码器的异常而急剧增高。认为若没有对伺服电机施加外力，则伺服电机的旋转速度不会上升得比指令值还要高。因此，这时认为是发生了编码器的异常。

通过反馈值上升，反馈值和指令值之差Δa成为容许范围外。此外，在反馈值的急剧的上升持续的情况下，反馈值会超出上限值b。

根据图5所示的伺服系统的结构，反馈值被双重化。因此，在两个反馈值之差成为设定范围外时还能够检测出反馈值的异常。此外，在两个反馈值中的任一个超出了上限值b的情况下都能够检测出反馈值的异常。但是，反馈值比指令值还要推迟变化。因此，认为异常的检测可能会推迟。

另一方面，根据本发明的实施方式的结构，在反馈值和指令值之差Δa在容许范围外的情况，以及反馈值超出上限值b的情况的任一个情况下，能够检测出反馈值的异常。通过比较指令值和对于该指令值的反馈值，从而能够迅速地检测出反馈值的异常。

图7(b)表示指令值的举动异常的情况。例如在控制器、网络、伺服驱动器等中发生了异常的情况下，指令值可能会有与通常不同的变化。如图7(b)所示那样，例如指令值急剧增高的情况下，指令值和反馈值之差Δc成为容许范围外。此外，在指令值的急剧的上升持续的情况下，指令值将超出上限值d。

根据图5所示的伺服系统的结构，由于只监视反馈值，因此难以检测出指令值的异常。另一方面，根据本发明的实施方式的结构，当指令值和反馈值之差Δc在容许范围外的情况，以及指令值超出上限值d的情况中的任一个情况下，都能够检测出指令值的异常。

这样，根据本发明的实施方式，能够迅速地检测出反馈值的异常和指令值的异常。即，能够迅速地检测出伺服系统的各种异常。另一方面，根据图5所示的结构，由于只监视反馈值，因此虽然能够检测出编码器的异常，但难以检测出伺服系统的其他异常。

此外，根据本发明的实施方式，由于能够迅速地检测出伺服系统的各种异常，因此能够迅速使伺服电机停止。由此，能够实现安全功能。例如，当某一时刻生成的速度指令值和对于该指令值的反馈值之差在容许范围外的情况下，在生成下一个速度指令值之前，能够通过停止部将速度指令值设为0。因此，能够在异常发生时迅速使伺服电机停止。

根据本发明的实施方式，即使预先在编码器中内置的逻辑电路不具备基于IEC61508等的异常检测用的专用构造，也能够检测出该编码器的检测值(反馈值)的异常。因此，能够利用从以往开始使用的编码器而构筑符合安全标准(例如，IEC61800-5-2)的伺服系统。结果，无需将伺服系统中使用的编码器更换为具有安全功能的编码器，就能够实现伺服系统的安全化。

应认为本次公开的实施方式在所有方面都属于例示，并非用于限制。本发明的范围由权利要求书表示而非由上述的说明表示，意欲包含与权利要求书等同的含义以及范围内的所有的变更。

Claims (14)

1.一种伺服系统，其包括：

伺服电机；

控制装置，输出用于所述伺服电机的驱动控制的指令信号；

编码器，检测所述伺服电机的动作，并且输出表示该检测出的动作的反馈信号；

伺服驱动器，使用来自所述控制装置的所述指令信号和来自所述编码器的所述反馈信号而生成与所述伺服电机的动作有关的指令值，并且驱动所述伺服电机以使所述伺服电机的动作追随所述指令值；以及

安全单元，在伺服电机的动作处于异常条件的情况下，输出对伺服驱动器的停止信号，以便停止所述伺服电机输出转矩，通过比较预先设定的参数和来自所述编码器的反馈，从而监视所述伺服电机被正常控制的情况，

其中，所述伺服驱动器通过接受来自所述安全单元的停止信号，从而停止所述伺服电机输出转矩，

所述安全单元从所述伺服驱动器取得所述指令值、以及作为所述伺服电机追随所述指令值被驱动的结果而根据所述反馈信号获得的反馈值，并且在利用所述指令值和所述反馈值计算出的判断值处于第1异常条件、或者在所述判断值没有处于第1异常条件时所述指令值和所述反馈值的至少一个处于第2异常条件的情况下，生成所述停止信号。

2.如权利要求1所述的伺服系统，其中，

所述判断值是所述指令值和所述反馈值之差，

所述第1异常条件对应于，所述判断值在预先决定的容许范围之外的第1条件，

所述第2异常条件对应于，所述指令值超出预先决定的第1上限值的第2条件和所述反馈值超出预先决定的第2上限值的第3条件的至少一个。

3.如权利要求1或2所述的伺服系统，其中，

所述指令值是用于指示所述伺服电机的旋转速度的值。

4.如权利要求1所述的伺服系统，其中，

所述伺服驱动器根据所述停止信号而停止对所述伺服电机提供电力。

5.一种伺服电机驱动装置，用于驱动伺服电机，该伺服电机驱动装置包括：

伺服驱动器，使用从控制装置送来的用于所述伺服电机的驱动控制的指令信号和用于检测所述伺服电机的动作的从编码器送来的反馈信号而生成与所述伺服电机的动作有关的指令值，并且驱动所述伺服电机以使所述伺服电机的动作追随所述指令值；以及

安全单元，在伺服电机的动作处于异常条件的情况下，生成对伺服驱动器的停止信号，以停止所述伺服电机输出转矩，

所述伺服驱动器通过从所述安全单元接受停止信号，从而控制所述伺服电机以使所述伺服电机停止输出转矩，

所述安全单元从所述伺服驱动器取得所述指令值、以及作为所述伺服电机追随所述指令值被驱动的结果而根据所述反馈信号获得的反馈值，并且在利用所述指令值和所述反馈值计算出的判断值处于第1异常条件、或者在所述判断值没有处于第1异常条件时所述指令值和所述反馈值的至少一个处于第2异常条件的情况下，生成所述停止信号。

6.如权利要求5所述的伺服电机驱动装置，其中，

所述判断值是所述指令值和所述反馈值之差，

所述第1异常条件对应于，所述判断值在预先决定的控制范围之外的第1条件，

所述第2异常条件对应于，所述指令值超出预先决定的第1上限值的第2条件和所述反馈值超出预先决定的第2上限值的第3条件的至少一个。

7.如权利要求5或6所述的伺服电机驱动装置，其中，

所述指令值是用于指示所述伺服电机的旋转速度的值。

8.如权利要求5所述的伺服电机驱动装置，其中，

所述伺服驱动器根据所述停止信号而停止对所述伺服电机提供电力。

9.一种安全单元，用于伺服系统，

所述伺服系统包括：

伺服电机；

控制装置，输出用于所述伺服电机的驱动控制的指令信号；

编码器，检测所述伺服电机的动作，并且生成表示该检测出的动作的反馈信号；以及

伺服驱动器，使用来自所述控制装置的所述指令信号和来自所述编码器的所述反馈信号而生成与所述伺服电机有关的指令值，并且驱动所述伺服电机以使所述伺服电机的动作追随所述指令值，

所述伺服驱动器通过从所述安全单元接受停止信号，从而控制所述伺服电机以使所述伺服电机停止输出转矩，

所述安全单元包括：

判断部，用于判断利用所述指令值和所述反馈值计算出的判断值是否处于第1异常条件、或者在所述判断值没有处于第1异常条件时所述指令值和所述反馈值的至少一个是否处于第2异常条件；以及

信号生成部，用于在通过所述判断部判断为利用所述指令值和所述反馈值计算出的判断值处于第1异常条件、或者在所述判断值没有处于第1异常条件时所述指令值和所述反馈值的至少一个处于第2异常条件的情况下，生成所述停止信号。

10.如权利要求9所述的安全单元，其中，

所述判断值是所述指令值和所述反馈值之差，

所述第1异常条件对应于，所述判断值在预先决定的控制范围之外的第1条件，

所述第2异常条件对应于，所述指令值超出预先决定的第1上限值的第2条件和所述反馈值超出预先决定的第2上限值的第3条件的至少一个。

11.如权利要求9或10所述的安全单元，其中，

所述指令值是用于指示所述伺服电机的旋转速度的值。

12.一种伺服系统的控制方法，其中，

所述伺服系统包括：

伺服电机；

控制装置，输出用于所述伺服电机的驱动控制的指令信号；

编码器，检测所述伺服电机的动作，并且生成表示该检测出的动作的反馈信号；

伺服驱动器，使用来自所述控制装置的所述指令信号和来自所述编码器的所述反馈信号而生成与所述伺服电机的动作有关的指令值，并且驱动所述伺服电机以使所述伺服电机的动作追随所述指令值；以及

安全单元，用于在伺服电机的动作处于异常条件的情况下，控制所述伺服驱动器以使所述伺服电机停止输出转矩，

所述伺服驱动器构成为，通过从所述安全单元接受停止信号，从而使得无法从所述伺服电机输出转矩，

所述控制方法包括：

判断利用所述指令值和所述反馈值计算出的判断值是否处于第1异常条件、或者在所述判断值没有处于第1异常条件时所述指令值和所述反馈值的至少一个是否处于第2异常条件的步骤；以及

在所述判断的步骤中，在判断为利用所述指令值和所述反馈值计算出的判断值处于第1异常条件、或者在所述判断值没有处于第1异常条件时所述指令值和所述反馈值的至少一个处于第2异常条件的情况下，生成所述停止信号的步骤。

13.如权利要求12所述的伺服系统的控制方法，其中，

所述判断值是所述指令值和所述反馈值之差，

所述第1异常条件对应于，所述判断值在预先决定的控制范围之外的第1条件，

所述第2异常条件对应于，所述指令值超出预先决定的第1上限值的第2条件和所述反馈值超出预先决定的第2上限值的第3条件的至少一个。

14.如权利要求12或13所述的伺服系统的控制方法，其中，

所述指令值是用于指示所述伺服电机的旋转速度的值。

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