CN103608736A

CN103608736A - 电动机控制装置

Info

Publication number: CN103608736A
Application number: CN201180071750.2A
Authority: CN
Inventors: 吉田纯; 田边章; 安藤和秋
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-06-20
Filing date: 2011-06-20
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2031-06-20
Also published as: CN103608736B; WO2012176268A1; JPWO2012176268A1; JP5683699B2; US20140103853A1; TW201300975A; DE112011105361T5; KR101471800B1; KR20140004789A; TWI457734B

Abstract

在根据来自控制器的第1指令信号进行正常运行的过程中，以固定周期的间隔，对电动机驱动信息进行采样、获取，并存储在存储部中，在发生异常时，根据存储在存储部中的电动机驱动信息在内部生成能够驱动电动机的第2指令信号。在发生异常时，将在内部生成的第2指令信号作为指令信号输入至电动机驱动部，从而即使在无法从控制器取得第1指令信号的情况下，也不受影响，能够进行所需的退避动作。

Description

电动机控制装置

技术领域

本发明涉及一种基于来自控制器的指令信号，实施电动机的驱动控制的电动机控制装置。

背景技术

例如，在进行被加工物的加工或成形等的工作机械中使用的电动机控制装置构成为，基于来自控制器的指令信号，实施工作机械内的电动机的驱动控制。

然而，工作机械中使用的电动机控制装置，需要下述功能，即：如果在工作机械的运行中发生包含停电在内的无法正常驱动电动机的异常，则能够强制结束加工，退避至刀具与被加工物不发生干涉的位置。另外，无法正常驱动电动机的异常是指，例如能够举出电动机无法正确追随于来自控制器的指令信号进行驱动的情况等。

例如，在专利文献1中，作为在由于发生刀具损坏等加工中断事由而使电动机控制装置紧急停止的情况下，退避至使刀具与被加工物不发生干涉的位置的技术，公开了下述技术：控制器始终对刀具退避程序进行计算并存储，按照该刀具退避程序，使电动机进行退避动作，该刀具退避程序用于逆向执行在工作机械中使用的数控装置等中运转的程序。

专利文献1：日本特开2007－188170号公报

发明内容

然而，在专利文献1所记载的技术中，如果发生了控制器的电源由于停电等而成为切断状态的情况、或在对来自控制器的指令信号进行传递的通信线路中发生异常的情况等无法从控制器取得指令信号的情况，则无法从控制器输入代表所述退避动作的指令信号，因此存在无法进行刀具或被加工物的退避动作的问题。

另外，在专利文献1所记载的技术中，必须始终通过刀具退避计算式求出刀具退避程序并存储，因此也存在需要大规模的存储装置和运算单元的问题。

本发明就是鉴于上述问题而提出的，其目的在于得到一种电动机控制装置，该电动机控制装置在发生了异常的情况下，即使在无法从控制器取得指令信号的情况下，也能够可靠地使电动机进行退避动作。

为了解决上述课题并实现目的，本发明所涉及的电动机控制装置的特征在于，具有：电动机驱动部，其以追随于所输入的指令信号的方式驱动电动机；异常状态检测部，其对有无发生包含停电在内的无法正常驱动所述电动机的异常进行监视；指令切换部，其在所述异常状态检测部没有检测出异常状态的情况下，将来自控制器的第1指令信号作为所述指令信号，输入至所述电动机驱动部，在所述异常状态检测部检测出异常状态的情况下，将在内部生成的第2指令信号作为所述指令信号，输入至所述电动机驱动部；存储部，其在所述异常状态检测部没有检测出异常状态的情况下，以固定周期的间隔，对所述电动机驱动部中的电动机驱动信息进行采样、获取并保存；以及指令生成部，其在所述异常状态检测部检测出异常状态的情况下，从所述存储部中，从异常发生时开始向回依次读出规定数量的所述电动机驱动信息，由此生成所述第2指令信号，该第2指令信号形成逆向沿着直至异常发生时为止的电动机轨迹的退避路径。

发明的效果

根据本发明，在通过来自控制器的第1指令信号进行正常运行的过程中，将电动机驱动信息存储至存储部中，在发生异常时，根据存储在存储部中的电动机驱动信息在内部生成能够驱动电动机的第2指令信号，因此，实现即使在无法从控制器取得第1指令信号的情况下，也不受影响，能够进行所需的退避动作的效果。

附图说明

图1是表示本发明的实施例1所涉及的电动机控制装置的结构的框图。

图2是说明图1所示的电动机控制装置在检测到包含停电在内的无法正常驱动电动机的异常状态的情况下实施的退避动作的顺序的流程图。

图3是说明图1所示的指令生成部中的内部指令信号的生成动作（其1）的图。

图4是说明图1所示的指令生成部中的内部指令信号的生成动作（其2）的图。

图5是表示本发明的实施例2所涉及的电动机控制装置的结构的框图。

图6是说明图5所示的电动机控制装置在检测到包含停电在内的无法正常驱动电动机的异常状态的情况下实施的退避动作的顺序的流程图。

图7是说明图5所示的指令生成部中的内部指令信号的生成动作的图。

具体实施方式

下面，基于附图，详细地对本发明所涉及的电动机控制装置的实施例进行说明。另外，本发明并不由本实施例限定。

实施例1

图1是表示本发明的实施例1所涉及的电动机控制装置的结构的框图。在图1中，实施例1所涉及的电动机控制装置1a中，作为基于从控制器3a向通信端口2输入的指令信号R（与第1指令信号相对应），实施电动机4的驱动控制的基本结构（与电动机驱动部相对应）而具有：误差成分提取部5、7；位置控制部6；微分部8；速度控制部9；和电流控制部10。

在这里，从控制器3a输入的指令信号R为位置指令信号或者速度指令信号。在图1中，为了便于说明，将指令信号R设为位置指令信号。另外，安装在电动机4上的检测器11对电动机位置k进行检测。检测出的电动机位置k作为反馈信号输入至误差成分提取部5及微分部8。

实施例1所涉及的电动机控制装置1a中，相对于该基本结构，作为在发生异常时使电动机4进行退避动作的结构而追加有作为指令切换部的开关12、异常状态检测部13、存储部14a、指令生成部15a、状态显示输出部16和状态显示部17。

首先，简单地对基于来自控制器3a的指令信号R，实施电动机4的驱动控制的基本结构进行说明。

在进行电动机4的驱动控制的基本结构中，来自控制器3a的指令信号R，从通信端口2直接输入至误差成分提取部5的加法输入端（＋）。由安装在电动机4上的检测器11检测出的电动机位置k，输入至误差成分提取部5的减法输入端（－）和微分部8。

误差成分提取部5对来自控制器3a的指令信号R和由检测器11检测出的电动机位置k之间的偏差进行运算。位置控制部6针对由误差成分提取部5求出的位置偏差，进行包含比例运算的处理，将使位置偏差减小的速度指令S输出至误差成分提取部7的加法输入端（＋）。向误差成分提取部7的减法输入端（－）输入由微分部8对电动机位置k进行微分而求出的电动机速度m。

误差成分提取部7对位置控制部6输出的速度指令S和微分部8输出的电动机速度m之间的速度偏差进行运算。速度控制部9针对由误差成分提取部7求出的速度偏差，进行包含比例运算、积分运算的处理，将使速度偏差减小的电流指令T输出至电流控制部10。电流控制部10基于由速度控制部9求出的电流指令T，输出用于驱动电动机4的驱动电流。

如上所述，在进行电动机4的驱动控制的基本结构即“误差成分提取部5、7、位置控制部6、微分部8、速度控制部9以及电流控制部10”中，追随于来自控制器3a的指令信号R进行驱动电动机4的动作。

下面，针对在发生异常时使电动机4进行退避动作的结构，以工作机械的情况为例进行说明。

异常状态检测部13在工作机械的运行中对停电的发生和电动机4的驱动状态（是否能够追随于来自控制器3a的指令信号R驱动电动机4等）进行监视，将有无发生异常的监视结果a通知给开关12、存储部14a和指令生成部15a。另外，对停电的发生进行检测的原因在于，为了在发生了停电的情况下，利用残留在电容成分中的电力进行退避动作。停电时残留的电量是预先知晓的。

开关12设置在针对控制器3a的通信端口2、误差成分提取部5的加法输入端（＋）和指令生成部15a的输出端之间。开关12在异常状态检测部13没有检测出异常的情况下，使从控制器3a输入至通信端口2的指令信号R，输入至误差成分提取部5的加法输入端（＋）。另外，开关12在异常状态检测部13检测出异常的情况下，使由指令生成部15a输出的内部指令信号（与第2指令信号相对应）ra输入至误差成分提取部5的加法输入端（＋）。

存储部14a具有RAM和控制电路。控制电路在异常状态检测部13没有检测出异常的情况下，以任意确定的固定周期的间隔，对电动机驱动信息进行采样并存储在RAM中。在这里，电动机驱动信息是向误差成分提取部5的加法输入端（＋）输入的指令信号R所表示的位置指令或速度指令、检测器11检测出的电动机位置k、微分部8根据电动机位置k求出的电动机速度m中的某一种信息或它们的组合信息。另外，按照规定个数以覆盖的方式反复在RAM中存储电动机驱动信息。

指令生成部15a在异常状态检测部13检测出异常的情况下，对以固定周期的间隔存储在存储部14a中的电动机驱动信息，从检测出异常时开始向回按顺序以规定数量读入，生成内部指令信号ra，经由开关12将该内部指令信号ra向误差成分提取部5的加法输入端（＋）输出，其中，该内部指令信号ra用于形成从检测出异常时开始向回逆向追溯发生异常前的电动机驱动轨迹的退避轨迹。由此，代替指令信号R，以基于内部指令信号ra进行退避动作的方式驱动电动机4。因此，能够在发生异常时进行退避动作，而不依赖于是否能够从控制器3a取得指令信号R。

此时，指令生成部15a在异常状态检测部13检测出的异常为停电的情况下，生成为了在残余电量的范围内使电动机4进行退避动作所需个数的内部指令信号ra。另外，指令生成部15a在异常状态检测部13检测出的异常为停电以外的异常的情况下，生成为了在所设定的动作时间、动作距离中的某一个范围内使电动机4进行退避动作所需个数的内部指令信号ra。

状态显示输出部16将通过由指令生成部15a生成的内部指令信号ra驱动电动机4这一情况以及该驱动结束这一情况，显示在状态显示部17中，另外，作为状态信号A向控制器3a输出。由此，用户能够识别出电动机4通过内部指令信号ra进行了驱动，即电动机4进行了退避动作。

下面，参照图2～图4，对本实施例1所涉及的退避动作进行说明。图2是说明图1所示的电动机控制装置在检测到包含停电在内的无法正常驱动电动机的异常状态的情况下实施的退避动作的顺序的流程图。在图2中，将表示处理顺序的步骤简记为“ST”。图3和图4是说明图1所示的指令生成部中的内部指令信号的生成动作的图。

在图2中，在ST1中，开关12将通信端口2和误差成分提取部5的加法输入端（＋）连接。由此，向通信端口2输入的来自控制器3a的指令信号R被输入至误差成分提取部5的加法输入端（＋）（ST2），通过指令信号R实施电动机驱动（ST3）。与此并行地，以固定周期的间隔对电动机驱动信息进行采样并保存在存储部14a中（ST4）。反复进行该ST1～ST4的处理，直至异常状态检测部13检测出发生异常为止（ST5为否）。

如果异常状态检测部13检测出发生异常（ST5为是），则开关12将输入至误差成分提取部5的加法输入端（＋）的指令信号，从由控制器3a输出的指令信号R，切换至由指令生成部15a生成并输出的内部指令信号ra（ST6）。

如果异常状态检测部13检测出发生异常（ST5为是），则指令生成部15a从存储部14a中读出一个电动机驱动信息（ST7），生成一个内部指令信号ra（ST8）。由此，将一个内部指令信号ra输入至误差成分提取部5的加法输入端（＋），通过内部指令信号ra实施电动机驱动（ST9）。反复进行ST7～ST9的处理/动作，直至退避动作完成为止（ST10为否），即直到在ST8中生成进行退避动作所需个数的内部指令信号ra为止反复进行。

指令生成部15a将退避动作是否完成通知给状态显示输出部16。如果状态显示输出部16接收到退避动作未完成的通知，则在状态显示部17中显示为退避动作中，另外，设为状态信号A＝退避动作中，向控制器3a输出（ST11）。另一方面，如果状态显示输出部16接收到退避动作完成的通知，则在状态显示部17中显示为退避动作完成，另外，设为状态信号A＝退避动作完成，向控制器3a输出（ST12）。

下面，参照图3和图4，针对内部指令信号ra的生成动作进行说明。在图3和图4中，横轴为时间，纵轴为电动机位置。在图3中示出沿着梯度与异常发生前的电动机轨迹20相同且倾向相反的退避轨迹21的例子。在图4中示出沿着梯度与异常发生前的电动机轨迹20相比更加平缓且倾向相反的退避轨迹22的例子。

在图3中，在电动机轨迹20上，以固定周期的间隔T1示出的值N1、值N1－1、值N1－2、值N1－3是以固定周期的间隔保存在存储部14a中的电动机驱动信息，与电动机位置相对应。如果指令生成部15a接收到发生异常的通知，则将电动机驱动信息N1作为位置信息Sa1，将电动机驱动信息N1－1作为位置信息Sa1＋1，将电动机驱动信息N1－2作为位置信息Sa1＋2，将电动机驱动信息N1－3作为位置信息Sa1＋3，分别从存储部14a中读入。并且，通过对读入的位置信息Sa1、Sa1＋1、Sa1＋2、Sa1＋3，以与电动机轨迹20相同的间隔时间T1进行插补，从而生成沿着梯度与异常发生前的电动机轨迹20相同且倾向相反的退避轨迹21的内部指令信号ra。

在图4中，如果指令生成部15a接收到发生异常的通知，则将电动机驱动信息N1作为位置信息Sb1，将电动机驱动信息N1－1作为位置信息Sb1＋1，将电动机驱动信息N1－2作为位置信息Sb1＋2，将电动机驱动信息N1－3作为位置信息Sb1＋3，分别从存储部14a中读入。并且，通过对读入的位置信息Sb1、Sb1＋1、Sb1＋2、Sb1＋3，以比电动机轨迹20的间隔时间T1大的间隔时间T2进行插补，从而生成沿着梯度与发生异常前的电动机轨迹20相比更加平缓且倾向相反的退避轨迹22的内部指令信号ra。

图3和图4例如具有如下所述的关系。由于发生了电动机驱动无法正常进行的异常，因此，如图3所示，以与异常发生前的电动机速度相同的电动机速度向回追溯的方式驱动电动机，移动至位置Sa1＋3后停止。由于在之后的运行中，再次发生了电动机驱动无法正常进行的异常，因此，变更退避处理，这次如图4所示，以与发生异常前的电动机速度相比较慢的电动机速度向回追溯的方式驱动电动机，移动至位置Sb1＋3后停止。

如上所述，根据本实施例1，在进行正常的运行的过程中，以任意的固定周期的间隔将电动机驱动信息存储在存储部中，在发生异常时，根据存储在存储部中的电动机驱动信息，生成能够驱动电动机的内部指令信号，因此即使在无法从控制器取得指令信号R的情况下，也不受影响，能够进行所需的退避动作。另外，控制器无需为了使电动机控制装置进行退避动作而始终进行退避程序的计算、移动量的存储，因此，还能实现能够避免控制器的装置规模的增大化这样的效果。

实施例2

图5是表示本发明的实施例2所涉及的电动机控制装置的结构的框图。另外，在图5中，针对与在图1（实施方式1）中示出的结构要素相同或等同的结构要素，标注相同标号。在这里，以与本实施例2相关的部分为中心进行说明。

在图5中，改变了标号的控制器3b，除了指令信号R以外，还输出退避位置P。并且，本实施例2所涉及的电动机控制装置1b是，在图1（实施方式1）所示的结构中，代替在实施例1中示出的电动机驱动信息，将控制器3b输出的退避位置P经由通信端口19输入至改变了标号的存储部14b中并保存。

另外，改变了标号的指令生成部15b基于保存在存储部14b中的退避位置P，生成内部指令信号rb。内部指令信号rb以在设定动作时间、设定动作距离、残留电量中的某一个的范围内完成退避动作的方式生成。其它的结构与图1相同。

下面，参照图6及图7，针对与本实施例2相关部分的动作进行说明。图6是说明图5所示的电动机控制装置在检测出包含停电在内的电动机无法正常驱动的异常状态的情况下实施的退避动作的顺序的流程图。图7是说明图5所示的指令生成部中的内部指令信号的生成动作的图。

在图6中，在ST21中，开关12将通信端口2和误差成分提取部5的加法输入端（＋）连接。由此，向通信端口2输入的来自控制器3b的指令信号R被输入至误差成分提取部5的加法输入端（＋）（ST22），通过指令信号R实施电动机驱动（ST23）。与此并行地，将控制器3b输出的退避位置P保存在存储部14b中（ST24）。反复进行该ST21～ST24的处理，直至异常状态检测部13检测出发生异常为止（ST25为否）。在存储部14b中覆盖保存每一次变更的退避位置P（ST24）。

如果异常状态检测部13检测出发生异常（ST25为是），则开关12将输入至误差成分提取部5的加法输入端（＋）的指令信号，从由控制器3b输出的指令信号R，切换为由指令生成部15b生成并输出的内部指令信号rb（ST26）。

如果异常状态检测部13检测出发生异常（ST25为是），则指令生成部15b从存储部14b中读入退避位置P（ST27），进行形成将退避位置P设为目标位置的退避路径的插补而生成内部指令信号rb（ST28）。由此，内部指令信号rb输入至误差成分提取部5的加法输入端（＋），通过内部指令信号rb实施电动机驱动（ST29）。反复进行ST27～ST29的处理/动作，直至退避动作完成（ST30为否），即，直至在ST28中生成在设定动作时间、设定动作距离、残留电量中的某一个的范围内完成退避动作的内部指令信号rb为止。

指令生成部15b将退避动作是否完成通知给状态显示输出部16。如果状态显示输出部16接收到退避动作未完成的通知，则在状态显示部17中显示为退避动作中，另外，设为状态信号A＝退避动作中而向控制器3b输出（ST31）。另一方面，如果状态显示输出部16接收到退避动作完成的通知，则在状态显示部17中显示为退避动作完成，另外，设为状态信号A＝退避动作完成而向控制器3b输出（ST32）。

下面，参照图7，对内部指令信号rb的生成动作进行说明。在图7中，横轴为时间，纵轴为电动机位置。在纵轴中示出控制器3b输出的多个退避位置中的两个退避位置P1、P2（P1＜P2）。另外，保存在存储部14b中的退避位置只有最新的退避位置。退避位置P1是在从退避更新点30至退避更新点31为止的期间（向退避位置P1的退避区间）32内输出的。退避位置P2是在从退避更新点31至退避更新点33为止的期间（向退避位置P2的退避区间）34内输出的。因此，控制器3b输出的退避位置的轨迹35阶梯状地变化。

向右上方倾斜的直线36是基于由控制器3b输出的指令信号R的电动机轨迹。在电动机轨迹36上示出的点N2和点N2＋1分别是发生了无法正常进行电动机驱动的异常的定时（timing）。点N2位于期间32内，点N2＋1位于期间34内。

指令生成部15b在位于期间32内的点N2处发生了异常的情况下，生成如箭头37所示，以将退避位置P1作为目标位置形成退避路径的方式进行插补的内部指令信号rb。由此，以退避位置P1为目标位置而执行针对在点N2处发生的异常的退避动作。

另外，指令生成部15b在位于期间34内的点N2＋1处发生了异常的情况下，生成如箭头38所示，以将退避位置P2作为目标位置而形成退避路径的方式进行插补的内部指令信号rb。由此，以退避位置P2为目标位置而执行针对在点N2＋1处发生的异常的退避动作。

如上所述，根据本实施例2，能够向由控制器指定的任意的退避位置进行驱动，因此，即使在由于加工状态或机械姿势等条件而限定退避方向的情况下也能够进行退避。

在本实施例2中，针对使用一个退避位置的退避动作进行了说明，但使用赋予顺序而进行管理的多个退避位置，以沿着该轨迹的方式使电动机进行退避动作的结构也同样能够实现。

另外，在实施例1、2中，针对在检测出异常状态的情况下进行退避动作的方法进行了说明，但不限于异常状态，例如，也可以构成为，通过来自控制器的其它信号，开始退避动作。根据该结构，能够利用控制器模拟电动机控制装置的退避动作。

本发明不限于上述实施例，在实施阶段中，在不脱离其主旨的范围内能够进行各种变形。另外，在上述实施例中包含有各个阶段的发明，通过将公开的多个结构要件适当组合，能够提取出多种发明。例如，即使从实施例中示出的全部结构要件中删除几个结构要件，也能够解决在发明内容栏中记载的课题，能够实现在发明的效果栏中记载的效果的情况下，可以将删除该结构要件后的结构作为发明而提取出。并且，也可以将不同的实施例中的结构要素适当地组合。

工业实用性

如上所述，本发明所涉及的电动机控制装置，作为在发生了异常的情况下，即使无法从控制器中取得指令信号的情况下，也能够可靠地使电动机进行退避动作的电动机控制装置是有效的，特别适用于基于来自控制器的指令信号，对工业用机械装置中的电动机进行驱动的电动机控制装置。

标号的说明

1a、1b电动机控制装置

2、19通信端口

3a、3b控制器

4电动机

5、7误差成分提取部

6位置控制部

8微分部

9速度控制部

10电流控制部

11检测器

12开关

13异常状态检测部

14a、14b存储部

15a、15b指令生成部

16状态显示输出部

17状态显示部

Claims

1.一种电动机控制装置，其特征在于，具有：

电动机驱动部，其以追随于所输入的指令信号的方式驱动电动机；

异常状态检测部，其对有无发生包含停电在内的无法正常驱动所述电动机的异常进行监视；

指令切换部，其在所述异常状态检测部没有检测出异常状态的情况下，将来自控制器的第1指令信号作为所述指令信号，输入至所述电动机驱动部，在所述异常状态检测部检测出异常状态的情况下，将在内部生成的第2指令信号作为所述指令信号，输入至所述电动机驱动部；

存储部，其在所述异常状态检测部没有检测出异常状态的情况下，以固定周期的间隔，对所述电动机驱动部中的电动机驱动信息进行采样、获取并保存；以及

指令生成部，其在所述异常状态检测部检测出异常状态的情况下，从所述存储部中，从异常发生时开始向回依次读出规定数量的所述电动机驱动信息，由此生成所述第2指令信号，该第2指令信号形成逆向沿着直至异常发生时为止的电动机轨迹的退避路径。

2.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，

由所述存储部保存的电动机驱动信息，是以下两种信息中的某一种信息或它们的组合信息，即：来自所述控制器的第1指令信号所表示的指令位置或指令速度；以及向所述电动机驱动部的反馈信号即电动机位置或者电动机速度。

3.一种电动机控制装置，其特征在于，具有：

存储部，其在所述异常状态检测部没有检测出异常状态的情况下，对所述控制器输出的退避位置进行保存；以及

指令生成部，其在所述异常状态检测部检测出异常状态的情况下，从所述存储部中读出退避位置，生成所述第2指令信号，该第2指令信号形成将该读出的退避位置作为目标位置的退避路径。

4.根据权利要求1或3所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述指令生成部以在预先设定的退避动作时间、退避移动距离、残留电量中的某一个的范围内完成退避动作的方式，生成所述第2指令信号。

5.根据权利要求1或3所述的电动机控制装置，其特征在于，

还具有状态显示输出部，该状态显示输出部输出表示利用由所述指令生成部生成的第2指令信号进行驱动的电动机的动作状态的信号。