JP2005117832A - 電動機制御装置の非常停止方法 - Google Patents

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Abstract


【課題】 同期制御で通信異常時の安全停止、異常解除時の簡単復帰方法を提供する。
【解決手段】 通信異常が発生しない場合の非常停止は同期停止方法で行い、通信異常が発生した場合の非常停止はあらかじめ設定された所定の停止方法に切り替え、通信異常が発生する直前の電動機の位置情報や非常停止情報を記憶し、通信異常が解除された場合は非常停止情報を復帰情報に処理するという手順で処理するので通信異常が発生した場合でも安全に停止できる。
【選択図】 図1

Description

本発明は、機械を複数軸で同期駆動する電動機制御装置の非常停止方法に関する。
第1の従来技術として例えば特許文献1がある。また、第2の従来技術として例えば特許文献2がある。
第1の従来技術を図6により説明する。図6において601、602はサーボ制御装置で、603、604は電動機に結合されたエンコーダであり、複数のサーボ制御装置間を通信回線で接続して、同期する側のサーボ制御装置が、自ら駆動するモータの位置と、同期される側のサーボ制御装置のモータの位置とをモニタし、検出した両モータ間の位置の差に基づく補正量を求めて自らの位置を補正し同期するというものであるが、非常停止に関する記述はない。
第2の従来技術を図7により説明する。図7(a)は複数のロボットを通信で接続したシステムのブロック図で、図7(b)はロボットの主要部を表したブロック図であり、701はロボット制御装置、702はロボット機構部、703は表示部である。第2の従来技術は複数ロボットのロボット制御装置であり、同期、協調制御として複数のロボット間が通信路で接続され、動作を停止させる要因が発生した場合の停止方法としてロボット間であらかじめ設定してある優先順位から停止要因で優先させる停止方法、あるいは同一の停止方法で各ロボットを停止させ、同期、協調動作の相対関係の位置ずれを少なくする手順をとっている。
特開2003―44143号公報 特開2002−73127号公報
しかしながら、従来の同期制御時の停止方法では、電動機制御装置に自己復帰が不可能な致命的な異常発生せず、各軸間の通信異常のみが発生した場合でも、同期駆動を維持することができないため各軸での非常停止処理をおこない、結果的に追従停止方法など各軸の位置ズレを修正するための手法がつかえず場合によっては機械を破損したりするので、非常停止の原因を取り除き通常の運転に復帰するために、機械と電動機制御装置の同期の初期化をして機械原点と合わせる作業を行う必要があるという問題があった。
また、電動機制御装置間の通信異常はノイズや内部通信処理の遅れなど過渡的な状態が原因となることが多く、一度発生しても短時間の間に異常原因がなくなり、再び通常状態に戻る場合が多い。このような場合いままでは通信異常も電動機制御装置内部の制御的な異常も同列に異常処理され、電動機制御装置はダイナミックブレーキなどの非通電による急速停止方で停止することになり、この結果短期間に正常復帰できないというような問題も抱えていた。
本発明はこのような様々な問題点に鑑みてなされたものであり、同期制御をしている状態で通信異常が発生した場合にできるだけ安全に停止し、通信異常が解除され通常運転に復帰した場合は、復帰動作を簡単に行う方法を提供することを目的とする。
請求項1記載の本発明は、同期駆動する電動機の角度を制御する比例積分形の位置制御手段を持つ電動機制御装置と、電動機制御装置間で位置、速度、トルクなどの制御情報を相互交換する通信装置と、通信状態を常時監視し、通信異常を検出する通信異常検出手段と、通信異常が発生した場合に電動機制御装置にあらかじめ設定された非常停止方法で停止し、異常発生直前の電動機位置を不揮発性メモリに記憶する記憶手段手段とを備えた電動機制御装置の非常停止方法において、通信異常が発生しない場合の非常停止は同期停止方法で行い、通信異常が発生した場合の非常停止はあらかじめ設定された所定の停止方法に切り替え、異常が発生する直前の電動機の位置情報や非常停止情報を記憶し、異常が解除された場合は非常停止情報を復帰情報に処理するという手順で処理するので通信異常が発生した場合でも安全に停止できる。
請求項2記載の本発明は、請求項1記載の電動機制御装置の非常停止方法において、複数の電動機制御装置の軸で、減速器、動力伝達機構、連結機構など複数の部位で構成される機械に対しては、通信異常による非常停止方法が、個々の電動機制御装置で固有であるので通信異常が発生した場合でも安全に停止できる。
請求項3記載の本発明は、請求項1記載の電動機制御装置の非常停止方法において、上位装置と電動機制御装置間の通信異常の場合は、電動機制御装置が固有の停止方法で停止するので通信異常が発生した場合でも安全に停止できる。
本発明の電動機制御装置の非常停止方法によれば、同期制御をしている状態で通信異常が発生した場合にできるだけ安全に停止し、通信異常が解除され通常運転に復帰した場合は、復帰動作を簡単に行うことができる。
以下、本発明の実施例を図を用いて説明する。
図1は、本発明の実施形態の概念図であり、一つの軸を二つの電動機を同期駆動するいわゆるツインドライブである。図1において101は第1電動機制御装置、102は第1電動機、103は第2電動機制御装置、104は第2電動機、110は第1位置検出装置、111は第2位置検出装置、107は機械締結部、108はボールネジである。第1電動機制御装置と第2電動機制御装置は電動機制御装置間通信により制御情報を交換することにより、同期制御を実施している。また、第1電動機と第2電動機の2軸同期駆動によりボールネジを駆動し機械締結部を駆動する構成である。
次に動作について説明する。第1位置検出装置および第2位置検出装置はそれぞれ第1電動機と第2電動機の位置を検出している。さらに、上位指令装置から第1電動機制御装置と第2電動機制御装置へ位置または速度、トルク指令がパルス列、アナログ電圧、あるいはネットワーク通信などの方法で与えられ、第1電動機制御装置と第2電動機制御装置から上位装置へ現在位置、速度などのフィードバック信号を返している。
図2は各電動機制御装置の1軸分の内部構成を示したものである。図2において208は電動機制御装置間通信経路、209は電動機制御装置、210は電動機電流、212は位置検出信号である。また201はCPU、202はROM、203はRAM、204は不揮発性メモリ、205は電動機制御装置間通信部、206は非常停止処理部、207はPWMアンプ、211は電動機制御部である。電動機制御装置のCPU、ROM、RAMを持ちそれぞれ処理制御、プログラム記憶部、一時記憶を担当する。さらに、不揮発性メモリは電源が遮断された場合でも記憶装置の内容を記憶している。これら制御部を駆動する電動機制御部は入出力処理や保護処理などの機能を持ち、PWMアンプはパワートランジスタとベースドライブ回路とPWM回路で構成され、電動機電流を制御する。
図5は図1の構成を内ロック線図にしたもので、533は第1電動機制御装置、534は第2電動機制御装置、520は位置補償機でマスタースレーブ型で構成される。上位装置からの指令は第1電動機制御装置と位置補償器に入力され、通常の同期制御では第1の位置検出装置から速度計算をして得た速度フィードバックを位置補償器で指令のゲインを調整し、フィルタ処理などの補正を行い第2電動機制御装置の位置指令とし、上位装置の位置指令は使用しない。
通信異常を検出し、非常停止を実行する場合は。位置補償器に入力される上位装置の位置指令に切り替え、同期制御から通常追従制御に切り替える。ここで第2電動機制御装置は位置制御器の出力である内部速度指令に位置指令の場合と同様第1電動機制御装置の速度フィードバック信号を速度補償器のゲインを調整し、必要ならフィルタ処理で補正を行い第2電動機制御装置の速度指令に加える。
第2電動機制御装置の速度制御器の出力信号であるトルク指令に位置指令の場合と同様に第1電動機駆動装置の速度フィードバック信号をトルク補償器でゲイン調整をし、必要ならフィルタ処理で補正を行い第2電動機制御装置のトルク指令に加える。
これらの位置補正装置、速度補正装置、トルク補正装置は第1電動機制御装置、第2電動機制御装置のどちらで処理をおこなっても機能上に差はないので図5ではどちらかとは明示していない。
このようにして最終的なトルク指令で第1電動機、第2電動機を駆動し、機械締結部を駆動する。
このような構成で電動機装置間通信の処理、伝送路などに何らか原因による異常が発生した場合の処理シーケンスを図3に示す。図3において、ステップST1で異常処理を開始し、ステップST2で第1電動機制御装置と第2電動機制御装置の位置POSe1、POSe2をRAMに記憶、ステップST3で通信異常が発生しているかどうかを判別し、異常が発生していればステップST4にうつり、異常が発生していなければステップST9で通常非常停止処理を実行し、終了すれば異常処理終了に移る。ステップST4で同期運転を中止し、ステップST5で非同期運転指令処理を実行、ステップST6で電動機補正位置を不揮発性メモリに記憶し、ステップST7で仮想同期運転指令処理を実行し、ST8で仮想同期停止処理を実行して異常処理終了となる。ステップST3では電動機制御装置間通信の異常によるものかを判定し通信異常ではない異常の場合は、電動機制御装置への致命的異常の場合があり得るので、保護のため非通電等の緊急停止処理を行う。通信が確保できる場合は、異常が発生した軸に合わせて正常な軸が追従停止することにより機械の破損を最小限に抑えることができる。
通信異常が発生した場合、各軸が正常であっても同期運転はできない確率が高いので、同期運転中止処理で同期運転用指令から同期時の第1電動機制御装置と第2電動機制御装置へのそれぞれの上位位置指令POSr1とPOSr2を取り込み、各軸の異常発生直前の同期運転時位置との差で計算される電動機位置補正値POSd1、POSd2を式(1)、式(2)により求める。
POSd1=POSr1−POSe1 ・・・(1)
POSd2=POSr2−POSe2 ・・・(2)
これにより同期運転のための補正した状態で、異常検出する直前に各軸が持つ位置偏差量を保持し、
これらの電動機位置補正値POSd1、POSd2、および上位位置指令POSr1とPOSr2を電源遮断後の復帰で使用するのでEEPROM等の不揮発性メモリに記憶する。
これらの処理後に同期運転指令から通信異常が発生した後の各軸の同期時の第1電動機制御装置と第2電動機制御装置へのそれぞれの上位位置指令POSr1xとPOSr2xとすると仮想同期指令POSv1、POSv2を式(3)、式(4)から決める。
POSv1=POSr1x+POSd1 ・・・(3)
POSv2=POSr2x+POSd2 ・・・(4)
これにより仮想指令POSv1、POSv2を使うことによって同期運転のための補正した各軸が持つ位置偏差量を保持し、機械の同期精度をできるだけ保持しながら上位装置からの指令を維持しながら非常停止処理に従って仮想的に同期しながら安全に停止させる。
通信異常で停止した場合、ほとんどが電源遮断をしなくても異常の原因となるノイズなどの外的要因や内部通信同期処理が改善された場合、電動機制御装置間通信同期が確立し復帰することが多い。
図4に通信異常からの復帰処理を示す。図4においてステップST11で非常停止復帰処理を開始し、ステップST12で電動機制御装置間通信機能をチェックし正常ならステップST13に進み、通信異常ならステップST12にもどる。ステップST13では前回電源投入かどうかを判断し電源投入ならステップST14に進み、電源投入でなければステップST15に進む。ステップST14では電動機補正位置POSd1とPOSd2を不揮発性メモリから読み出しステップST16に進む。ステップST14ではRAMの電動機補正位置POSd1、POSd2を設定してステップST16に進む。ステップST16では、電動機補正位置を復帰位置を比較し、その差が所定値より小さければステップST17に進み、大きければステップST18に進む。ステップST17では、位置補正処理をして復帰処理を終了し上位装置からの位置指令による同期運転にもとる。ステップST18では、電動機を非通電状態にして、電動機端子を抵抗で短絡するダイナミックブレーキをかけて停止させて復帰処理を終了する。
本発明は、機械を複数軸で同期駆動する電動機制御装置の非常停止方法に関するもので、近年、省配線化やインテリジェント化のためにコントローラと電動機制御装置を通信で接続する例が増えているなか、ある確率で発生する通信エラーに対する処理について機械にストレスを与えず安全に停止させるためになされたものであり、通信を用いる機械システム全般に適用できる。
本発明の方法を適用する2軸同期駆動装置の構成図 本発明の方法を適用する電動機制御装置の内部構成図 本発明の異常処理手順を示すフローチャート 本発明の異常からの復帰手順を示すフローチャート 本発明の方法を適用するブロック図 第1従来技術例 第2従来技術例
符号の説明
101 第1電動機制御装置
102 第1電動機M
103 第2電動機制御装置S
104 第2電動機
105 上位装置
106 電動機制御装置間通信路
107 機械締結部
108 ボールネジ
109 上位位置指令
110 第1位置検出装置
111 第2位置検出装置
201 CPU
202 ROM
203 RAM
204 不揮発記憶装置
205 電動機制御装置間通信部
206 非常停止処理部
207 PWMアンプ
208 電動機制御装置間通信経路
209 電動機制御装置
210 電動機電流
211 電動機制御部
212 位置検出信号
501 第1位置制御装器
502 第1速度制御装器
503 第1トルク制御器
504 第1電動機
505 第1位置検出器
506 第1速度計算器
511 第2位置制御装器
512 第2速度制御装器
513 第2トルク制御器
514 第2電動機
515 第2電動機位置検出器
516 第2速度計算器
520 位置補償装置
521 速度補償器
522 トルク補償器
531 上位指令装置
532 機械締結部
533 第1電動機制御装置
534 第2電動機制御装置

Claims (3)

  1. 同期駆動する電動機の角度を制御する比例積分形の位置制御手段を持つ電動機制御装置と、前記電動機制御装置間で位置、速度、トルクなどの制御情報を相互交換する通信装置と、通信状態を常時監視し、通信異常を検出する通信異常検出手段と、通信異常が発生した場合に前記電動機制御装置にあらかじめ設定された非常停止方法で停止し、異常発生直前の電動機位置を不揮発性メモリに記憶する記憶手段手段とを備えた電動機制御装置の非常停止方法において、
    通信異常が発生しない場合の非常停止は同期停止方法で行い、
    前記通信異常が発生した場合の非常停止はあらかじめ設定された所定の停止方法に切り替え、
    前記通信異常が発生する直前の電動機の位置情報や非常停止情報を記憶し、
    前記通信異常が解除された場合は前記非常停止情報を復帰情報として処理する
    という手順で処理することを特徴とする電動機制御装置の非常停止方法。
  2. 複数の前記電動機制御装置の軸で、減速器、動力伝達機構、連結機構など複数の部位で構成される機械に対しては、前記通信異常による非常停止方法が、個々の電動機制御装置で固有であることを特徴とする請求項1記載の電動機制御装置の非常停止方法。
  3. 上位装置と前記電動機制御装置間の通信異常の場合は、前記電動機制御装置が固有の停止方法で停止することを特徴とする請求項1記載の電動機制御装置の非常停止方法。
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