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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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)
- 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。 - 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。
- 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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