DE3650173T2

DE3650173T2 - Schnittstellensystem für servoregelung.

Info

Publication number: DE3650173T2
Application number: DE3650173T
Authority: DE
Inventors: Mitsuo Kurakake; Keiji Sakamoto; Yukio Toyosawa
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1985-01-12
Filing date: 1986-01-11
Publication date: 1995-05-04
Anticipated expiration: 2006-01-12
Also published as: EP0209604B1; EP0209604A1; DE3650173D1; WO1986004159A1; US4859920A; JPS61163404A; EP0209604A4

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Schnittstellensystem für eine Servosteuereinrichtung, die zwischen einem Servosystem für den Antrieb einer Last, wie einer Werkzeugmaschine mit einer Vielzahl von Servomotoren und einer numerischen Steuervorrichtung betrieben ist.
Durch Befehlssignale von einer numerischen Steuervorrichtung (nachstehend als NC-Vorrichtung bezeichnet) her gesteuerte Servomotoren zur genauen Steuerung einer Mehrachsen-Werkzeugmaschine oder dergleichen sind in konventioneller Weise durch ein analoges Servosystem gesteuert worden. Mit dem neuerlichen Fortschritt der mit Computern arbeitenden Steuerungs- bzw. Regelungstechnologie sind verschiedene Fortschritte effizient erzielt worden, um eine Vielzahl von Servomotoren mittels einer einzigen Steuervorrichtung zu steuern.
In der GB-A-2 014 333 ist eine derartige Anlage bzw. ein derartiges System angegeben, und Fig. 2 der beigefügten Zeichnungen zeigt ein Blockdiagramm eines weiteren derartigen Systems mit einer vorgeschlagenen Servomotor-Steuerschaltung und Treiberschaltung. Eine Steuerschaltung 1 auf der Seite einer NC-Vorrichtung ist mit einer System- Busleitung eines Servosteuerungs-Mikroprozessors (Servo- CPU) derart verbunden, daß der Servosystem-Betrieb festgelegt werden kann. Die Steuerschaltung 1 umfaßt einen Speicher 2 zum Einlesen eines Stellungs-Befehls, eine Recheneinheit 3 für die Verarbeitung des Stellungs-Befehls und eines die vorliegende Position angebenden Rückkopplungssignals sowie eine Einstellungs-Steuereinrichtung 4 für die Abgabe eines Drehzahl-(Geschwindigkeits)-Befehls VCMD auf der Grundlage des Ergebnisses der Rechenoperation. Eine Drehzahl-Steuerschaltung 5 auf der Servomotorseite umfaßt eine Recheneinheit 6 für die Verarbeitung des Drehzahl-Befehls VCMD und eines Drehzahl-Rückkopplungssignals, eine Drehzahl-Steuereinrichtung 7, einen Stromschleifen-Prozessor 8, eine Strom-Steuereinrichtung 9 und eine Alarmverarbeitungsschaltung 10. Pulsbreitenmodulierte Signale von der Strom-Steuereinrichtung 9 her werden über einen Trennverstärker 11 einem Inverter bzw. Wechselrichter 12 zugeführt, der aus einer Transistor-Brücke für die Steuerung eines Servomotors 13 mit einem bestimmten Treiberstrom besteht.
Mit 14 ist ein Detektor, wie ein Drehcodierer für die Ermittlung der Drehzahl bzw. Geschwindigkeit und der augenblicklichen Stellung des Servomotors bezeichnet.
Die Steuerschaltung 1 erhält Daten, wie einen Stellungs- Befehl, von der Servo-CPU her, die über einen gemeinsamen RAM-Speicher mit einem Haupt-Prozessor bzw. einer Haupt-CPU in Form eines Mikroprozessors verbunden ist, der eine sequentielle Verarbeitung bewirkt. Außerdem werden der Steuerschaltung die Drehzahl-Daten zugeführt und die die augenblickliche Stellung angebenden Daten von dem Servomotor her über eine Schnittstellenschaltung zurückgekoppelt, die an einer Datenbusleitung der Servo-CPU angeschlossen ist.
Die Drehzahl-Steuerschaltung 5, die den mit dem Servomotor 13 verbundenen Inverter bzw. Wechselrichter 12 steuert, bewirkt eine vorgeschriebene Rückkopplungssteuerung für den Strom und die Drehzahl des Servomotors 13. Dabei sind so viele Servomotoren 13 vorhanden wie durch die Anzahl der Achsen der zu steuernden Werkzeugmaschine gegeben ist. In dem Fall, daß Gleichstrom-Servomotoren verwendet sind, werden vier Transistoren der in Fig. 3 dargestellten Treiberschaltung durch die pulsbreitenmodulierten Signale A bis D von der Drehzahl-Steuerschaltung 5 her gesteuert.
Bei einem Servosteuereinrichtungs-Schnittstellensystem dieses Typs sind so viele Drehzahl-Steuerschaltungen 5 erforderlich, wie durch die Anzahl der Achsen der der Servosteuerung zu unter ziehenden Werkzeugmaschine gegeben sind. Für eine hochgenaue Servosteuerung müssen Daten mit einer hohen Geschwindigkeit zwischen der NC-Vorrichtung und der Drehzahl-Steuerschaltung 5 für den Servomotor übertragen werden. Deshalb ist die Schnittstellenschaltung notwendigerweise komplex, und die Wartung der mit dem Servomotor verbundenen Hardware ist unter anderem schwierig durchzuführen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Schnittstellensystem für eine Servosteuereinrichtung zu schaffen, welches bei der digitalen Steuerung von Servomotoren eine Verarbeitung auf Zeitteilbasis effektiv nutzt, um eine Mehrachsen-Steuerung auf Zeitteilbasis mit einer geringe Kosten verursachenden Servosteuereinrichtung von einfachem Schaltungsaufbau zu erzielen, ohne die Genauigkeit der Servosteuerung in Form eines Mikroprozessors herabzusetzen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Schnittstellensystem geschaffen für die Kopplung einer numerischen Steuervorrichtung mit einer Vielzahl von Servomotoren, wobei das System ein Stellungs-Befehlssignal von einer numerischen Steuervorrichtung und vom jeweiligen Servomotor zurückgekoppelte Daten derart zu verarbeiten imstande ist, daß die Servomotoren gesteuert werden, umfassend eine Steuerschaltung auf der Seite der numerischen Steuervorrichtung zur Erzeugung von Steuersignalen für die Drehzahl und Stellung der Servomotoren, wobei die Steuerschaltung der Erzeugung von Steuersignalen für den Strom der Servomotoren dient, und durch die Steuersignale von der Steuerschaltung her steuerbare Treiberschaltungen, von denen jeweils eine für jeden Servomotor auf der Seite der Servomotoren vorgesehen ist. Dieses Schnittstellensystem ist dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung ferner so ausgelegt ist, daß sie mit dem jeweiligen Servomotor-Stromwert und mit Drehzahl-Daten für den jeweiligen Servomotor gespeist wird und daraus die genannten Steuersignale auf einer Zeitteilbasis für den Strom des jeweiligen Servomotors erzeugt, daß jede Treiberschaltung aus einer Vielzahl von Schaltelementen besteht und daß das Schnittstellensystem ferner für jeden Servomotor auf der Servomotor-Seite eine Servoverstärkerschaltung aufweist, welche die Strom-Steuersignale aufnimmt und welche einen Trennverstärker und eine Alarmverarbeitungsschaltung umfaßt.
Mit dem Schnittstellensystem für eine Servosteuereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Servosteuereinrichtung ohne weiteres durch Software implementiert werden, und zwar unabhängig von der Anzahl der einer Servosteuerung zu unterziehenden Achsen des Servosystems, und eine Mehrzahl von Achsen kann auf einer Zeitteilbasis durch einen Mikroprozessor gesteuert werden, was zur Verringerung an Hardware führt.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend im einzelnen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigen
Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 ein Blockdiagramm eines konventionellen Schnittstellensystems für eine Servosteuereinrichtung und
Fig. 3 ein Diagramm einer Treiberschaltung für einen Gleichstrom-Servomotor.
Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine Steuerschaltung 15 umfaßt einen Speicher 2 zum Einlesen eines Stellungs-Befehls, eine Recheneinheit 3 für die Verarbeitung des Stellungs- Befehls und eines die augenblickliche Stellung angebenden Rückkopplungssignals, eine Einstellungs-Steuereinrichtung 4 für die Abgabe eines Drehzahl-Befehls VCMD auf der Grundlage des Ergebnisses der Signalverarbeitung, eine Recheneinheit 6 für die Verarbeitung des Drehzahl-Befehls VCMD und eines Drehzahl-Signals, welches zurückgekoppelt ist, eine Drehzahl-Steuereinrichtung 7, einen Stromschleifen- Prozessor 8 und eine Strom-Steuereinrichtung 9.
Eine Servoverstärkerschaltung 16 auf der Seite eines Servomotors weist einen Trennverstärker 11 und eine Alarmverarbeitungsschaltung 10 auf und ist über eine vorgeschriebene Anzahl von Datenleitungen 17 mit der Steuerschaltung 15 verbunden. Pulsbreitenmodulierte Signale A bis D werden über die Datenleitungen 17 und den Trennverstärker 11 an einen Inverter bzw. Wechselrichter 12 abgegeben, der als Treiberschaltung für einen Servomotor 13 dient.
Die Steuerschaltung 15 für die Steuerung des Stromes, der Drehzahl und der Stellung des Servomotors 13 ist zusammen mit einer Servo-Zentraleinheit bzw. -CPU, einer Haupt-CPU und einem gemeinsamen RAM-Speicher auf der Seite einer NC-Vorrichtung angeordnet. Deshalb kann eine lokale Busleitung auf der Seite des Servomotors direkt mit einer System- Busleitung der Haupt-CPU gekoppelt werden. Der Inverter 12 braucht lediglich aus Endstufen-Treiberelementen, wie Leistungstransistoren, zu bestehen. Die meisten der komplexen Steuerschaltungselemente können zusammen an der NC-Vorrichtung angeordnet werden, während lediglich eine minimale Anzahl an Schaltungselementen, wie die Servoverstärkerschaltung 16 und der Leistungstransistor auf der Seite des Servomotors angeordnet sind.
Mit dem so aufgebauten Servosteuereinrichtungs-Schnittstellensystem ist ein Steuermechanismus, der bisher auf der Seite des Servomotors für die Strom- und Drehzahl-Steuerung angeordnet worden ist, auf der Seite der NC-Vorrichtung angeordnet. Deshalb können sogar in dem Fall, daß die Anzahl der Achsen des Servosystems erhöht ist, die von diesem System zurückzukopplenden Daten in dem mit der Systembusleitung der Servo-CPU verbundenen gemeinsamen RAM-Speicher gespeichert werden. Infolgedessen ist die Schnittstelle zwischen dem Servosystem und der NC-Vorrichtung nicht kompliziert. Eine Vielzahl von Achsen kann auf einer Zeitteilbasis gesteuert werden, ohne daß die Genauigkeit einer Servosteuereinrichtung in Form eines Mikroprozessors beeinträchtig ist.
Die vorliegende Erfindung ist auf das einen Gleichstrommotor, wie bei der zuvor betrachteten Ausführungsform beschrieben, verwendende Servosystem nicht beschränkt, sondern sie ist ebenso bei einem einen Wechselstrommotor verwendenden Servosystem anwendbar.
Wie oben beschrieben, gestattet das Schnittstellensystem für eine Servosteuereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Servosteuereinrichtung unabhängig von der Anzahl der einer Servosteuerung zu unterziehenden Achsen des Servosystems ohne weiteres softwaremäßig zu implementieren, und es gestattet ferner, eine Vielzahl von Achsen auf einer Zeitteilbasis durch einen Mikroprozessor zu steuern, womit die Hardware verringert werden kann. Deshalb wird das Schnittstellensystem vorzugsweise bei Robotern und Werkzeugmaschinen angewandt, die mit einem hohen Genauigkeitsgrad zu steuern sind.

Claims

1. Schnittstellensystem für die Kopplung einer numerischen Steuervorrichtung mit einer Vielzahl von Servomotoren, wobei das System ein Stellungs-Befehlssignal von einer numerischen Steuervorrichtung und vom jeweiligen Servomotor (13) zurückgekoppelte Daten derart zu verarbeiten imstande ist, daß die Servomotoren gesteuert werden, umfassend eine Steuerschaltung (15) auf der Seite der numerischen Steuervorrichtung zur Erzeugung von Steuersignalen für die Drehzahl und Stellung der Servomotoren, wobei die Steuerschaltung der Erzeugung von Steuersignalen für den Strom der Servomotoren dient,

und durch die Steuersignale von der Steuerschaltung her steuerbare Treiberschaltungen (12), von denen jeweils eine für jeden Servomotor auf der Seite der Servomotoren vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (15) ferner so ausgelegt ist, daß sie mit dem jeweiligen Servomotor-Stromwert und mit Drehzahl-Daten für den jeweiligen Servomotor gespeist wird und daraus die genannten Steuersignale auf einer Zeitteilbasis für den Strom des jeweiligen Servomotors erzeugt, daß jede Treiberschaltung (12) aus einer Vielzahl von Schaltelementen besteht

und daß das Schnittstellensystem ferner für jeden Servomotor auf der Servomotor-Seite eine Servoverstärkerschaltung (16) aufweist, welche die Strom-Steuersignale aufnimmt und welche einen Trennverstärker (11) und eine Alarmverarbeitungsschaltung (10) umfaßt.

2. Schnittstellensystem nach Anspruch 1, wobei die Steuerschaltung einen Speicher (2) für die Speicherung eines von der numerischen Steuervorrichtung abgegebenen Stellungs-Befehls, einen Prozessor (3) für die Berechnung der Differenz zwischen dem Stellungs-Befehl und den vom jeweiligen Servomotor (13) zurückgekoppelten Stellungs-Daten, eine Einstell-Steuereinrichtung (4) für die Abgabe eines Drehzahl-Befehls auf der Grundlage dieser Differenz, eine Drehzahl-Steuereinrichtung (7), der der Drehzahl-Befehl zugeführt wird, und eine Strom-Steuereinrichtung (9) umfaßt, der das Strom-Steuersignal zugeführt wird.

3. Schnittstellensystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die der jeweiligen Treiberschaltung (12) zuzuführenden Steuersignale pulsbreitenmodulierte Signale sind, die über den entsprechenden Trennverstärker (11) zugeführt sind.