CN1702581A

CN1702581A - 数字控制器和伺服马达系统

Info

Publication number: CN1702581A
Application number: CN200510073482.4A
Authority: CN
Inventors: 鞍挂三津雄; 青山一成; 小槙邦孝; 相泽安晴
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2004-05-28
Filing date: 2005-05-30
Publication date: 2005-11-30
Anticipated expiration: 2025-05-30
Also published as: US20050267625A1; CN100422892C; JP2005339358A; US7164965B2; EP1600834A3; JP4028858B2; EP1600834A2

Abstract

数字控制器和伺服马达控制系统能够进行在由连接多条串行总线的伺服放大器驱动的伺服马达的控制中通信故障情况下要求的轴控制。该数字控制器具有多条串行总线，该数字控制器和多个伺服马达是菊花链连接在串行总线并且控制单独地连接在伺服放大器的伺服马达。该装置包括检测串行总线的各个通信故障的多个通信控制电路和选择是否将通信故障通知其它通信控制电路的选择装置。如果是的话，从而检测任何一个通信控制电路。在由连接到串行总线的伺服放大器驱动的伺服马达的控制中，连接到遭受通信故障的串行总线的放大器的输出被减少为0，从而到连接其余的正常的串行总线的伺服放大器的输出可以保持。

Description

数字控制器和伺服马达系统

技术领域

本发明涉及伺服马达的控制，特别是涉及控制由多个菊花链连接的伺服放大器驱动的伺服马达的控制系统和数字控制器。

背景技术

图5表示用来控制常规伺服马达的系统配置的例子。在图5中，伺服马达41、42、43、61、62和63分别由伺服放大器31、32、33、51、52和53驱动。

伺服放大器31至33和伺服放大器51至53通过光缆与数字控制器11菊花链连接。因此，该数字控制器11装备多个光连接器(在图5中的连接器#1和#2)用来通信。可连接的伺服放大器的数量通过控制多条串行总线(在图5中是两条总线)来增加。这些串行总线构成多条通信线(在图5中的通信线路#1和#2)。

伺服放大器的数据，例如当前的指令和用来驱动马达的类似数据，通过串行总线从数字控制器11发送到第一伺服放大器31(或者51)。在从数字控制器11接收数据时，第一伺服放大器31(或者51)在收到的数据中捕捉它必要的数据，并且将其它伺服放大器32和33(或者52和53)的数据通过另一串行总线传送到在其下行侧的菊花链连结的第二伺服放大器32(或者52)。

同样地，第二伺服放大器32(或者52)捕捉它必须的数据，并将第三放大器33(或者53)的数据通过又另一串行总线传送到其下行侧的伺服放大器33(或者53)。

虽然在图5所示的例子中三个伺服放大器是菊花链连接的，但更多的伺服放大器可以连接。第三和后来的伺服放大器也捕捉他们必要的数据，并且通过另外的串行总线将其他伺服放大器的数据传送到在它们下行侧的附加的放大器。这种数据的传送使数据能够从数字控制器11传送到所有菊花链连接的伺服放大器。

另一方面，例如作为伺服放大器41至43(或者61至63)的反馈信号的数据从菊花链连接的伺服放大器31至33(或者51至53)传送到数字控制器11。伺服放大器32和33(或者52和53)将反馈信号或者其他的数字控制器11的数据传送到连接在串行总线上行侧的伺服放大器31和32(或者51和52)。

上行侧伺服放大器将接收到的数据与在前的它们自己的数据一起传送到在他们上行侧的伺服放大器。由于所有的伺服放大器以同样的方式传送和接收数据，所以从所有伺服放大器来的数据都传送到数字控制器11。

如果在数字控制器11和第一伺服放大器31(或者51)之间的通信线路或者在任何两个邻近伺服放大器之间的线路遭受任何损坏，或者任何伺服放大器遭受故障，菊花链连接的串行总线就不能通信。如果串行总线遭到任何通信故障，从数字控制器来的当前命令就不能到达在通信线路下行侧的伺服放大器或者故障的伺服放大器。如果从数字控制器来的当前命令以这种方式停止到达伺服放大器，马达变得不可控制并且可能会不计后果地运行。

因此，期望伺服放大器连续地监控通信线路，并减少输出到该马达的功率，如果在通信线路上探测到任何异常时防止会不计后果地运行。如果没有施加任何外力，就象在重力轴的情况下，仅仅将给马达的输出减少到0，该马达是不能由外力停止的，从而马达必须同时地刹住。

而且，如果数字控制器遭受任何故障并停止通信，另一方面，连接在停止的通信线路上的所有伺服放大器必须检测通信故障和减少给该马达的输出功率为0，从而防止马达不计后果地运行。

图6是用来说明数字控制器的系统配置的示意图。数字控制器11安装有CPU 12、DRAM 21、SRAM 22、闪存23、DSP25、通用RAM 24、与伺服放大器进行串行通信的串行通信LSI 13和光模块14A和14B。

CPU 12可以通过串行总线20访问DRAM 21、SRAM 22、闪存23和通用RAM 24。正常情况下，通用RAM 24由SRAM构成，数据通过通用RAM24在CPU 12和DSP 25之间传送。当CPU以每个定期间将移动量写进通用RAM 24中时，DSP 25从RAM 24中读取该移动量，计算单独的马达的当前命令值，并通过串行通信LSI 13、光模块14A与14B以及并行总线传送该值到伺服马达。

另一方面，马达当前值，马达位置信息等通过并行总线、光模块14A与14B和串行通信LSI 13从该服放大器传送到DSP 25。

串行通信LSI 13具有串行信号传输和接收的CH.1和CH.2。从CH.1和CH.2传送来的电信号由光模块14A和14B进行电-光转换、传送到通信线路#1和#2并传送到各个伺服放大器。另外，从服放大器来的反馈信号通过通信线路#1和#2传送到光模块14A和14B，并且进行光-电转换。转换的电信号通过CH.1和CH.2传送到串行通信LSI 13。

图7是表示常规的数字控制器的串行通信LSI的例子的方框图。

串行通信LSI 13包括分别控制通信线路#1和通信线路#2的第一通信控制电路15A和第二通信控制电路15B。通信控制电路15A和15B发送和接收串行数据。

另外，通信控制电路15A和15B监视通信线路的状态。如果通信线路遭受任何故障，控制电路15A和15B检测该故障的发生并通知数字控制器的CPU该故障。在接收这个故障发生的通知时，CPU进入NMI(非屏蔽中断)程序，其中它将系统停止。

如果系统告警在串行通信LSI 13的外部电路中产生，LSI 13通过它的系统告警输入内部地通知告警状态。另外，该告警传送到通信控制电路15A和15B的告警输入。当接收到该告警时，控制电路15A和15B停止和通信线路#1和#2的通信。

当从通信控制电路15A和15B的通信停止时，连接到通信线路#1和#2的所有的伺服放大器检测通信故障，并将到伺服马达的输出归0，如上所述。

如果通信控制电路15A检测在通信线路#1的任何通信故障，而且，它发出通信告警并将该故障通知串行通信LSI 13的外部。同时，LSI 13的内部电路(或门电路18和19)将该告警通知其它通信控制电路15B。

与此相反，通信控制电路15B将在通信线路#2上的检测的通信告警通知串行通信LSI 13的外部，而LSI 13的内部电路(或门电路18和19)将该告警通知另一个通信控制电路15A。

这样做是因为通信告警是系统中断的原因，而该系统中断是通信中断的原因。

在JP No.10-13394A中描述的是数字控制器的例子，伺服放大器和数字控制器由串行总线连接，通过串行总线传送伺服马达控制的数据。

如果在一个通信控制电路中检测到通信故障时发出通信告警，在控制常规的伺服马达的系统中，该告警也立刻传送到其它通信控制电路，于是所有通信控制电路停止通信。

而且如果在数字控制器侧产生系统告警，它立刻传送到所有的通信控制电路，然后停止通信。

如果与通信线路的通信停止了，伺服放大器将到马达的输出降到0，如前所述的。在重力轴的情况下，在该轴通过系统侧控制制动之前，从伺服放大器到马达的输出降到0。因此，在最坏的情况下，该轴可能会落下和损坏工件或者机器。

如果与通信线路的通信停止了，而且，从伺服放大器到马达的输出仅仅降为0，从而为了安全起见不能执行必要的轴控制处理，例如紧急停止或缩回(retraction)。

发明内容

本发明能够在由连接到多条串行总线的伺服放大器驱动的伺服马达的控制中的通信故障情况下要求的轴控制。即使在任何串行总线中发生异常，也可以控制连接到其它串行总线的伺服放大器。因此，可以防止机器被损坏，并可改善操作者的安全。

根据本发行的一个方面，提供数字控制器，以利用菊花链中的多条串行总线与伺服放大器进行通信的方式，通过分别和伺服马达连接的伺服放大器来控制伺服马达。该数字控制器包括：多个通信控制电路，用来分别控制利用多条串行总线的通信和检测在任何的多条串行总线中的通信故障；和选择装置，用来选择通知和不通知由任何通信控制电路检测的通信故障给其它通信控制电路。

根据在数字控制器中的固定的设置或者根据用户所做的参数设定、基于发出的通信告警选择信号，该选择装置可以选择通知和不通知通信故障。

响应通知和不通知通信故障，通信控制电路停止或者继续利用串行总线进行的通信。此外，响应在数字控制器中的系统故障的告警，通信控制电路可以停止利用串行总线进行的通信。

利用上述安排，通信故障不通知与要求继续控制的伺服放大器通信的通信控制电路，而通信故障通知给与不要求继续控制的伺服放大器通信的通信控制电路。

因此，在通信故障的情况下，要求控制的伺服马达的伺服放大器可以继续控制伺服马达停止或驱动，以便停止在预定的位置，因为在数字控制器和要求控制的伺服马达的伺服放大器之间保持通信。当通信控制电路停止利用串行总线通信时，连接到串行总线的伺服放大器的输出设为0。

串行总线包括控第一串行总线，用于控制经受重力的轴的伺服放大器与它连接，和第二串行总线，用于控制不经受重力的其它轴的伺服放大器与它连接。在这个情况下，通信故障不通知给与控制经受重力的轴的伺服放大器通信的通信控制电路，而通信故障通知给与控制不经受重力的轴的伺服放大器通信的通信控制电路。

根据本发明的另一方面，提供通过分别连接的伺服放大器由数字控制器控制该伺服马达的伺服马达控制系统。该伺服马达控制系统包括：执行在数字控制器和菊花链中的伺服放大器之间通信的多条串行总线；检测装置，用来检测在任何多条串行总线中的通信故障和发出指示通信故障的告警；和选择装置，当通信故障或该数字控制器的系统故障的告警输入时，该选择装置根据数字控制器中预置的参数选择是停止或继续利用多条串行总线中的每条总线的通信，使得与多条串行总线连接的该伺服放大器选择地工作，从而连接于多条串行总线上的伺服放大器可选择地工作。

根据本发明，连接在发生通信故障的串行总线的伺服放大器的输出变为0，而保持连接在不发生通信故障的串行总线的伺服放大器的输出，从而可以控制伺服马达。因此，当产生故障时，可以停止或者驱动可控制的马达移动机器在安全的位置，从而可以防止该机器和工件被损坏，和提高操作者的安全性。

附图说明

图1是说明根据本发明的数字控制器的系统配置的示意图；

图2是表示本发明的串行通信电路配置的例子的方框图；

图3是说明由本发明的串行总线功能执行的选择的处理的流程图；

图4是说明由本发明的串行通信功能执行的系统告警信号处理的流程图；

图5是说明控制常规的伺服马达的系统配置的例子的图；

图6是说明数字控制器的系统配置的示意图；

图7是表示常规的数字控制器的串行通信LSI例子的方框图。

具体实施方式

现在参见图1描述根据本发明的数字控制器，参见图2描述数字控制器的串行通信功能，和参见图3和图4描述串行通信功能的处理。

图1表示本发明的数字控制器的系统配置的轮廓。数字控制器1包括串行通信电路3和与CPU 2及伺服放大器通信的连接器4A至4N。串行通信电路可以由串行通信LSI组成。CPU 2象图6所示的一样，有DRAM、SRAM、闪存、DSP、通用RAM等等(图1中未示出)，并且通过通用RAM和DSP连接到串行通信电路3。

CPU 2可以通过系统总线(未示出)访问DRAM、SRAM、闪存和通用RAM，并且经通用RAM在CPU 2和DSP之间传送数据。当CPU 2以每个给定周期将移动的量写进通用RAM时，DSP从通用RAM中读取该移动量，计算马达的当前的指令值，并通过串行通信电路3、连接器4A至4N和串行总线将它们传送到伺服放大器。连接器，象图6中所示的一样，可以使用对应于并行总线的任选方式以及光模块。

另一方面，马达的当前值、马达的位置信息等等通过串行总线、连接器4A至4N和通信电路3从菊花链连接在串行总线的伺服放大器传送到CPU 2。

串行通信电路3具有传送和接收串行信号的多个信道。从这些信道传递的电信号通过连接器4A-4N传送到通信线路(#1至#n)，而且发送到伺服放大器。如果连接器4A-4N由光模块组成，该信号进行电-光转换。因此，当这些信号传送到串行总线时它们是光信号。

从伺服放大器来的反馈信号通过通信线路(#1至#n)传送到连接器4并通过信道传送到串行通信电路3。如果连接器4A-4N由光模块组成，从串行总线来的光信号由光模块执行光-电转换。

串行通信电路3通过连接器4A至4N连接到串行总线，并且装备检测串行总线的通信故障的通信控制电路5A至5N。

选择装置6具有选择是否通知通信故障的其它通信控制电路5A至5N的功能，如果有，从而检测任一个通信控制电路5A至5N的通信故障。从CPU2侧传送的通信告警选择信号由选择装置6用于选择。这个通信告警选择信号可以是预设在数字控制器中的固定选择信号或者基于用户选择地设定的参数的可变的选择信号。

固定的选择信号预设在存储在诸如快速ROM的存储装置中的系统软件中。这个设置是在系统软件中描述的半固定的设置，它的改变要求软件的重新加载。另外，可变的选择信号可以由用户可选择地设定的参数进行设定或者改变。选择的内容可以通过改变这个参数任意地改变。

如果产生了系统告警信号，而且，从CPU 2侧设定预定的通信控制电路的通信中断或者通信继续。设定了通信中断或者继续的通信控制电路可以在CPU 2侧利用参数设定。

在控制重力轴的伺服放大器连接的串行总线的情况下，例如，通信中断被设定为选择，从而不通知该通信控制电路任何通信故障。另一方面，在控制任何其它轴而不是重力轴的伺服放大器连接的串行总线的情况下，通信继续被设定为选择，从而通知该通信控制电路有通信故障。如果通信继续被设定，通信控制电路使用正常的控制信号进行紧急停止控制和轴收回的安全控制或者类似的控制。

图2是表示串行通信电路的配置例子的方框图。在图2中所示的配置例子装备两个通信控制电路。

串行通信电路3包括用来分别控制第一和第二通信线路的通信控制电路5和5’，第一OR(或门)电路8，第二OR电路9和AND(与门)电路10。

从通信控制电路5和5’发送的通信告警作为外部通信告警输出通过第一OR电路8传送到CPU侧。另外，外部通信告警输出连同从CPU侧发送的通信告警选择信号一起输入到AND电路10。AND电路10的输出被输入到第二OR电路9。除了AND电路10的输出外，从CPU侧来的系统告警信号输入到第二OR电路9。第二OR电路9将由通信告警选择信号选择的通信告警或者从CPU侧来的系统告警信号传送到通信控制电路5和5’。

从通信控制电路5和5’发出的通信告警输入到AND电路10的一端，而通信告警选择信号输入到另一端。利用这个安排，由CPU 2侧来的通信告警选择信号可以选择是否将通信告警输入到其它通信控制电路。

如果通信告警选择信号是“1”，例如，外部通信告警输出不被AND电路10所屏蔽。如果任一个通信控制电路检测到通信故障和发出通信告警，该通信告警通过AND电路10输入到另一通信控制电路。当接收这个通信告警时，该通信控制电路停止和通信线路的通信，从而到连接在通信线路的所有马达的输出为0。

另一方面，如果通信告警选择型号是“0”，外部通信告警输出被AND电路10屏蔽，即使任一个通信控制电路检测到通信故障和发出通信告警，该通信告警不输入到另一个通信控制电路，并且保持利用通信控制电路通信的可能状态。因此，可在连接到这个通信控制电路的通信线路上控制该马达。从而可以执行预定的操作将马达停止或移动到安全的位置。

通信告警选择信号可以在CPU 2侧设定。更具体地说，它可以由存储在快速ROM中的系统软件以半固定的方式进行选择，或根据用户设定的数字控制器的参数进行选择。

如果通信线路遭受故障，可以选择另一个通信告警选择信号和使得在另一通信线路的轴可控制。如果输入系统告警信号，而且，可以选择和控制由通信线路控制的轴。

由通信告警选择信号关于是否将通信告警输出传送到另一通信控制电路的选择可以在快速ROM存储的系统软件中设定或者由参数设定。这个通信告警选择信号通过第二OR电路9将通信告警输出从AND电路10传送到通信控制电路5或者5’。输入通信告警输出的通信控制电路停止通信。因此，到连接这个通信控制电路的串行总线上的伺服马达的输出是0。另一方面，不输入通信告警输出的通信控制电路继续通信。因此，输出传送到连接这个通信控制电路的串行总线上的伺服马达，于是执行预定的操作。这个预定的操作例如可以是紧急操作或者缩回操作。通信控制电路通过正常的控制线路由CPU 2传送的控制信号控制。

在重力轴的情况下，例如，执行控制来突然停止该轴而没有将到伺服放大器的输出降为0。而且，在穿过(threading)中，安全的更希望的伺服马达控制，诸如和心轴同步的停止重力轴可以由参数选择。

图3是说明选择的处理的流程图。通信控制电路监视通信线路是否遭受通信故障(步骤S1)，如果检测到通信故障，就产生和输出通信告警给CPU侧。

当产生这个通信告警时，识别出通信告警选择信号的设定状态。如果设定告警选择信号从而通知另一通信控制电路该通信告警(“1”)(步骤S2)，那么AND电路10和第二OR电路9就将这个通信告警传送到另一通信控制电路(步骤S3)。该通信控制电路停止与该通信线路的通信(步骤S4)并且使马达的输出为0(步骤S5)。

如果决定设定该通信告警选择信号，从而不通知另一通信控制电路该通信告警(“0”)(步骤S2)，AND电路10就决不将通信告警传送到另一通信控制电路(步骤S6)。由于不传送该通信告警，另一通信控制电路保持与通信线路的通信(步骤S7)，并使马达控制能够停止或者将马达移动到安全的位置(步骤S8)。

图4是说明系统告警信号的处理的流程图。监测输入的系统告警信号(步骤S11)。如果输入系统告警信号，第二OR电路9将它传送到通信控制电路(步骤S12)。当接收到系统告警信号时，通信控制电路停止利用通信线路的通信(步骤S13)，从而伺服放大器使马达的输出为0。

通常，在通信线路上的通信差错的发生概率正比于连接到该线路的节点的数量。因此，诸如重力轴的轴连接到连接很少节点线路，由通信故障引起的不可控制性是非常不宜的，并且通信告警选择信号被设为“0”。通过这么做，可以执行停止该轴等的控制来提高系统的安全性，即使在任何其它通信线路上产生通信告警。

Claims

1.一种数字控制器，以利用菊花链中的多条串行总线与伺服放大器进行通信的方式，通过分别和伺服马达连接的伺服放大器来控制伺服马达，所述数字控制器包括：

多个通信控制电路，用于分别控制利用多条串行总线的通信和检测多条串行总线的任何一条总线的通信故障；和

选择装置，用于选择由任何通信控制电路检测的通信故障通知或不通知另外的通信控制电路。

2.根据原理要求1的数字控制器，其特征在于：所述选择装置在根据数字控制器中的固定设置或者根据由用户设定的参数发送的通信告警选择信号的基础上选择通知或不通知通信故障。

3.根据权利要求1的数字控制器，其特征在于：响应于该通知或不通知通信故障，所述通信控制电路停止或者继续利用串行总线进行的通信。

4.根据权利要求1的数字控制器，其特征在于：响应于在数字控制器中的系统故障的告警，所述通信控制电路停止利用串行总线进行的通信。

5.根据权利要求1的数字控制器，其特征在于所述串行总线包括：第一串行总线，它与控制经受重力的轴的伺服放大器相连接，和第二串行总线，它与控制经受重力的轴之外的轴的伺服放大器相连接。

6.一种伺服马达控制系统，利用数字控制器通过分别和伺服马达连接的伺服放大器来控制伺服马达，所述系统包括：

多条串行总线，用于在菊花链的中的数字控制器和伺服放大器之间执行通信。

检测装置，用于检测在任何所述的多条串行总线中的通信故障，和发出指示通信故障的告警；以及

选择装置，当通信故障或该数字控制器的系统故障的告警输入时，该选择装置根据数字控制器中预置的参数选择是停止或继续利用多条串行总线中的每条总线的通信，使得与多条串行总线连接的该伺服放大器选择地工作。