CN107204608A - 马达控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明的供用户灵活构建安全系统的马达控制装置20、30具备：马达驱动电路(207)，其根据马达驱动指令值，输出用以驱动马达(90、100)的电压指令信号；变换器部(211)，其基于马达电压指令信号来进行切换，从而提供用以驱动马达(90、100)的电力；安全控制部，其根据经由通信电路(213)接收的通信数据，输出马达(90、100)的驱动许可信号；截止电路(209)，其被输入马达驱动许可信号和电压驱动指令信号，且当无马达驱动许可信号的输入时，截止向变换器部(211)输入的电压驱动指令信号；安全输入部(205)，其受理经过了冗余化的安全输入信号，其中，对截止电路(209)的输入包括安全输入信号与驱动许可信号的逻辑与。

Description

马达控制装置

技术领域

本发明涉及与网络相连且具有安全功能的马达控制装置。

背景技术

以往，已知有与网络相连并基于经由网络输入过来的安全信号来控制马达驱动的马达控制装置。专利文献1揭示了一种安全控制系统，该系统中，马达控制装置通过安全处理部与控制马达的控制部之间的协作来实现网络上收发的安全通信的相关处理，由此防止安全相关处理的迟延。

另外，已知马达控制装置中为遵循安全规格而构成有安全部分和非安全部分。专利文献2揭示了一种具备安全扩展模块的马达控制装置。该安全扩展模块监视马达的驱动状态，并与从马达控制装置向马达供电的电力部相连。当来自保险控制器等的安全信号输入至该安全扩展模块时，该安全扩展模块输出使从马达控制装置提供给马达的电力断开的信号，由此安全地截止马达转矩。

专利文献1：日本特开2013-005577号公报

专利文献2：日本特开2011-229359号公报

发明内容

若如上述那样通过马达控制装置来实现安全功能，则马达控制装置中一般会将进行安全相关处理的功能部与控制马达的功能部分开构成。关于这一点，例如有以下方案：如专利文献1揭示的系统那样构建一种基于从网络上连接的上位装置或安全控制装置发来的消息，来停止向马达输出功率的系统；以及，不经由网络，而是基于来自直接连接的配线的安全输入信号，来停止向马达输出功率。但采用以往技术中的系统时，若要将安全功能与控制对马达的供电的控制功能分开设置，就只能设置其中一方的功能，这使得安全系统的设计自由度很低。

本发明的目的在于提供一种能够供用户灵活构建安全系统的马达控制装置。

为解决上述问题，本发明的马达控制装置是与网络相连的马达控制装置，其特征在于，具备：通信电路，其经由所述网络进行信号的收发；马达控制部，其基于经由所述通信电路接收的指令值，输出用以驱动马达的马达驱动指令值；马达驱动电路，其根据所述马达驱动指令值，输出用以驱动所述马达的电压指令信号；变换器部，其基于所述马达的电压指令信号来进行切换，从而提供用以驱动所述马达的电力；安全控制部，其根据经由所述通信电路接收的通信数据，输出马达驱动许可信号；截止电路，其被输入所述马达驱动许可信号和所述电压驱动指令信号，且当无所述马达驱动许可信号的输入时，截止向所述变换器部输入的所述电压驱动指令信号；以及安全输入部，其受理经过了冗余化的安全输入信号，对所述截止电路的输入包括所述安全输入信号与所述驱动许可信号的逻辑与。

通过采用上述方案，能基于经由现场网络接收的安全通信来使马达进入安全状态，且能基于安全输入信号来使马达进入安全状态。

另外，本发明的马达控制装置中，所述安全控制部还具备：安全通信部，其基于规定的协议对所述通信数据中包含的安全关联数据进行处理；以及安全处理部，其在所述安全通信部所处理了的所述安全关联数据包含有使所述马达成为安全状态的信号的情况下，不输出所述马达驱动许可信号。

另外，本发明的马达控制装置中，所述安全控制部具备自我诊断部，所述自我诊断部对所述驱动许可信号的输入路径输入自我诊断信号，并通过监视所述自我诊断信号来判断所述输入路径是否有异常。

另外，本发明的马达控制装置中，马达控制部在所述马达的电压指令信号被所述截止电路截止了的情况下，不输出所述马达驱动指令值。

本发明的效果在于用户能灵活构建安全系统。

附图说明

图1是包含本发明实施方式的马达控制装置的控制系统的示意图。

图2是包含本发明其他实施方式的马达控制装置的控制系统的示意图。

图3是本发明实施方式的马达控制装置的结构示意图。

图4是本发明实施方式的马达控制装置所具有的控制部的功能块图。

其中，附图标记说明如下：

1 安全控制系统

40、50 安全控制器

3 系统总线

10 可编程控制器

20、30 马达控制装置

80 安全设备

90、100 马达

200 控制部

201 微处理器

203 存储器

205 安全输入部

207 马达驱动电路

209 截止电路

211 变换器部

213 通信电路

221 马达控制部

223 安全控制部

231 安全通信部

233 安全处理部

235 自我诊断部

具体实施方式

＜控制系统的结构＞

以下参照图1，对包含马达控制装置的控制系统进行说明。

作为一个典型例，控制系统1可包含可编程控制器10、马达控制装置20、30、安全控制器40、通信耦合器60、安全单元70。

可编程控制器10经由现场网络3与马达控制装置20、30相连。

可编程控制器10按照规定的周期进行运算，并经由现场网络(系统总线)3向马达控制装置20周期地发送指令值，由此介由马达控制装置20来对控制对象进行控制。

作为一个典型例，马达控制装置20可以是伺服驱动器，其接收从可编程控制器10发送过来的指令值，并基于接收的指令值来控制马达90、100的驱动。

可编程控制器10周期地发送的指令值可以是位置指令值，也可以是速度指令值。

现场网络用以传输在可编程控制器10、安全控制器40、马达控制装置20、30之间收发的各种数据。作为现场网络，能采用各种网络。例如可以采用EtherCAT(注册商标)、Profinet(注册商标)、MECHATROLINK(注册商标)、DeviceNET(注册商标)等。

安全控制器40能够经由现场网络来与可编程控制器10、未图示的安全单元、马达控制装置20、30进行通信。安全控制器40通过安全计算机程序，对来自安全从动部的输入进行运算，并将运算结果发送给安全从动部。其中，安全从动部包括经由现场网络或系统总线与安全控制器40相连的安全单元70。

安全控制系统1中，安全设备80例如可由紧急停机开关等构成。紧急停机开关的按压信号作为来自安全单元的输入而被安全控制器40接收。安全控制器40对来自安全单元的输入执行安全计算机程序，并经由现场网络向安全单元发送停机指示信号。现场网络上所收发的该安全相关信号由遵循规定的协议的数据电报构成。安全控制器40及安全单元具备将输入转换成遵循该协议的数据的功能、和对规定的数据电报进行分析的功能，并能经由现场网络来收发安全相关数据。

本实施方式中，马达控制装置20、30作为安全单元发挥功能。即，本实施方式的马达控制装置20、30在收到从安全控制器40经由现场网络发送过来的安全相关信号时，使马达90、100进入安全状态。其详细方案将后述，但作为一个典型例，可以在经由现场网络收到停机信号时，截止对马达提供的电压来使马达的转矩消失，由此进入安全状态。

以下参照图2，对包含马达控制装置的控制系统的其他方式进行说明。

作为一个典型例，控制系统1A可包含可编程控制器10、马达控制装置20、30、安全控制器50、安全设备80。安全控制器50经由配线与安全设备80相连。安全控制器50还经由配线与马达控制装置20、30相连接。安全控制器50根据规定的安全程序对来自安全设备80的输入进行运算，且向安全设备80进行输出。作为一个典型例，紧急停机开关可以作为安全设备80与安全控制器50相连，当紧急停机开关被按下时，停机信号经由配线输入到安全控制器50。于是安全控制器50根据程序对来自紧急停机开关的输入进行运算，然后将安全输入信号输入给经由配线与安全控制器50相连的马达控制装置20、30。马达控制装置20、30经由配线收到了安全输入信号时，截止对马达90、100供给的电压来使马达90、100的转矩消失，由此进入安全状态。此详细内容将后述。

＜马达控制装置的结构＞

以下参照图3，对本发明的马达控制装置的结构进行说明。

作为一个典型例，马达控制装置20、30可包含微处理器201、存储器203、安全输入部205、截止电路209、以及运算用以驱动马达90、100的马达驱动信号的马达驱动电路207。

微处理器201作为控制部200来工作，其读取并执行存储在存储器203内的计算机程序模块，由此基于指令值进行马达控制。

作为一个典型例，可根据位置传感器对马达90、100(未图示)当前位置所测得的值与从可编程控制器10经由网络发送过来的指令值之间的偏差，来运算用以驱动马达90、100的马达驱动指令值。作为典型例，马达驱动指令值可以是转矩值，也可以是电流值、电压值。

马达驱动电路207根据马达90、100与变换器部211之间的电流值相对于马达驱动指令值的偏差，来输出用以驱动马达90、100的PWM信号。

变换器部211基于从专用电路输出的PWM信号来将直流电源切换，从而向马达90、100施加交流电压。

作为典型例，安全输入部205可以由安全连接器构成，其能够接收经过了冗余化的2系列的安全输入信号。

截止电路209设置在专用电路与变换器部211之间，基于安全输入信号和输出许可信号来截止对马达提供的驱动电压。作为典型例，截止电路209可由开关电路构成，其被输入PWM信号、安全输入信号、输出许可信号，且仅当安全输入信号和输出许可信号为“许可状态”时才将PWM信号提供给变换器部211。当安全输入信号不为“许可状态”时，则不向变换器部211提供PWM信号，从而截止从变换器部211向马达90、100提供的电压。

＜安全控制部的结构＞

马达控制装置20、30中，微处理器201不仅具备通过从存储器203读取并执行计算机软件模块来控制马达90、100的这一功能，还作为安全控制部来工作。以下参照图4，对马达控制装置的控制部进行说明。

控制部200包含马达控制部221、安全控制部223。马达控制部221根据从可编程控制器10等上位控制装置经由现场网络3发送过来指令值、以及从位置传感器(未图示)输过来的马达90、100的位置反馈值或速度反馈值，向马达驱动电路207输出用以驱动马达90、100的马达驱动指令值。

安全控制部223与马达控制部221的工作分开而独立构成，安全控制部223可由安全通信部231、安全处理部233、自我诊断部235构成。安全通信部231按照规定的处理次序对经由现场网络3所收发的安全信号进行分析、加载，并控制安全信号的读取/记录，还监视现场网络3上的收发通信有否异常。安全处理部233在经现场网络3发送过来的安全信号中不含停机信号且未收到来自安全通信部231的通信异常通知的情况下，向截止电路209输出驱动许可信号。另一方面，在收到了来自安全通信部231的通信异常通知的情况下，或在安全信号含停机信号的情况下，使驱动许可信号为“OFF”。自我诊断部235通过输出自我诊断信号和监视自我诊断信号，来检测马达控制装置20、30的内部电路是否发生异常，由此实现马达控制装置20、30的安全监视功能。另外，自我诊断部235也可以检测供截止电路209、乃至安全控制部223工作的电源电路有否异常。

安全控制部223不仅可在安全信号含有停机信号的情况下、或现场网络3上发生了通信异常的情况下使驱动许可信号为“OFF”，还可在自我诊断部235检测到异常的情况下使驱动许可信号为“OFF”。

＜马达控制装置的动作＞

以下参照图3，对马达控制装置20、30在经由安全输入部205收到安全输入信号时所进行的动作加以说明。马达控制装置20、30在输入马达90、100的通电信号为“ON”时，开始对马达90、100通电。当经由安全输入部205收到的安全输入信号1、安全输入信号2的任意方为“OFF”时，则通过截止电路209来截止从变换器部211向马达90、100提供的驱动电压，由此停止对马达90、100的通电，从而实现马达90、100中无转矩的状态。并与此约同时地使安全监视信号为“ON”，具体是，若在输出许可信号为“OFF”的情况下收到安全输入信号，则使安全监视信号为“ON”。安全监视器信号可经由安全输出部而输入保险控制器。保险控制器例如能通过监视安全监视信号来掌握马达控制装置20、30的状态。

参照图3，对马达控制装置20、30在经由现场网络3收到安全输入信号时所进行的动作加以说明。作为安全信号的停机信号从与现场网络3相连的保险控制器输入给马达控制装置20、30。安全信号在安全控制部231被分析，若其含有停机信号，则驱动许可信号成为“OFF”。控制部200收到安全输入信号后，通过截止电路209来截止从变换器部211向马达90、100提供的电压，由此实现马达90、100中无转矩的状态。

与此约同时地，安全状态信号成为“激活(Active)状态”并经由现场网络3被发送给上位装置。安全控制器40能通过监视安全状态信号来掌握马达控制装置20、30的状态。

以下说明马达控制装置20、30的驱动状态与安全输入信号、驱动许可信号之间的关系。当安全输入信号、驱动许可信号均为“ON”时，截止电路209将马达驱动信号提供给变换器部211，于是马达90、100得以驱动。当安全输入信号为“OFF”，驱动许可信号“ON”时，截止电路209截止马达驱动信号，由此实现马达90、100中无转矩的状态。当安全输入信号为“ON”，驱动许可信号为“OFF”时，截止电路209截止马达驱动信号，从而实现马达90、100中无转矩的状态。当安全输入信号、驱动许可信号均为“OFF”时，截止电路209截止马达驱动信号，从而实现马达中无转矩的状态。

如此，将以下(i)与(ii)的逻辑与(AND)输入截止电路209：(i)从配线输入过来的安全输入信号、(ii)安全控制部223根据经网络发送过来的安全信号所含的停机信号而输出的输出许可信号。通过采用该方案，能够根据从配线和网络的任意方输入过来的安全信号来实现马达90、100中无转矩的状态。

＜马达控制装置的自我诊断功能＞

以下参照图4，对安全信号路径的自我诊断功能进行说明。

首先参照图2，对接收安全输入信号的监视信号取得位置进行说明。

微处理器201输出自我诊断信号，且自我诊断信号向截止电路209输入。自我诊断信号由以规定的时间长度上升、下降的输入脉冲所构成。未图示的安全输入电路具备将自我诊断用信号除去的滤波器。该滤波器仅当检测到信号的上升点与下降点之间的时间间隔为规定时间以上时，判断为出现了安全输入信号的输入。

通过对从微处理器201输出且未进入该滤波器前的自我诊断信号的脉冲下降情况进行监视，判断微处理器201与截止电路209之间的路径有否异常。若路径中发生了异常，则使截止电路209工作来停止对马达90、100施加电压，并且停止向马达驱动电路207输出马达驱动指令值。

＜发明效果＞

本发明的马达控制装置20、30在安全控制部223所输出的信号和经由安全输入部205输入过来的信号的任意方包含有安全输入信号时，驱动变换器部211。并且，马达控制装置20、30具备用以截止向马达90、100提供电压的截止电路209，当从安全输入部205及安全控制部223的任意方有安全输入信号输入过来时，从变换器部211向马达90、100的通电被截止。

通过采用上述的方案，无论是安全输入信号经由网络输入过来，还是安全输入信号从安全输入部205输入过来，均能停止向马达90、100通电。因此能自由地构建含马达控制装置20、30的安全控制系统1。

本发明并不限于上述各实施方式，可以在权利要求所示的范围内进行各种变更，适当地组合不同实施方式中各自记述的技术方案而得到的实施方式也包含在本发明的技术范围内。

Claims (5)

1.一种马达控制装置，其与网络相连，该马达控制装置的特征在于，

具备：

通信电路，其经由所述网络进行信号的收发；

马达控制部，其基于经由所述通信电路接收的指令值，输出用以驱动马达的马达驱动指令值；

马达驱动电路，其根据所述马达驱动指令值，输出用以驱动所述马达的电压指令信号；

变换器部，其基于所述马达的电压指令信号来进行切换，从而提供用以驱动所述马达的电力；

安全控制部，其根据经由所述通信电路接收的通信数据，输出马达驱动许可信号；

截止电路，其被输入所述马达驱动许可信号和所述电压驱动指令信号，且当无所述马达驱动许可信号的输入时，截止向所述变换器部输入的所述电压驱动指令信号；以及

安全输入部，其受理经过了冗余化的安全输入信号，

向所述截止电路的输入包括所述安全输入信号与所述驱动许可信号的逻辑与。

2.根据权利要求1所述的马达控制装置，其特征在于，

所述安全控制部具备：

安全通信部，其基于规定的协议对所述通信数据中包含的安全关联数据进行处理；以及

安全处理部，其在所述安全通信部所处理了的所述安全关联数据包含有使所述马达成为安全状态的信号的情况下，不输出所述马达驱动许可信号。

3.根据权利要求1所述的马达控制装置，其特征在于：

所述安全控制部具备自我诊断部，

所述自我诊断部对所述驱动许可信号的输入路径输入自我诊断信号，并通过监视所述自我诊断信号来判断所述输入路径是否有异常。

4.根据权利要求2所述的马达控制装置，其特征在于：

所述安全控制部还具备自我诊断部，

所述自我诊断部对所述驱动许可信号的输入路径输入自我诊断信号，并通过监视所述自我诊断信号来判断所述输入路径是否有异常。

5.权利要求1～4中任一项所述的马达控制装置，其特征在于：

所述马达控制部在所述马达的电压指令信号被所述截止电路截止了的情况下，不输出所述马达驱动指令值。