JP2005223998A - 非常停止信号生成装置内蔵モータドライブ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】信号線の断線や地絡や電源への短絡やコネクタの脱落などの異常状態発生時にも非常停止信号を生成可能な、また、あるモータドライブ装置内部で発生した非常停止信号を、他のモータドライブ装置に速やかに伝達する事が可能な非常停止信号生成部を備えたモータドライブ装置を提供する。
【解決手段】外部に送信するクロックを生成するクロック生成器と、外部から受信した前記クロックによりトリガされるタイマを含む非常停止信号生成部を備える。さらには、クロック生成器からのクロックまたは外部から受信したクロックを選択する手段と、該選択されたクロックを外部に送信することを遮断する手段と、外部非常停止信号と内部非常停止信号の論理和をとる手段を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータドライブ装置などに適した非常停止信号生成の改良に関する。

従来の、上位コントローラと複数のモータドライブ装置が制御用ネットワークによって接続されているシステムにおいては、前記制御用ネットワークの断線などにより通信データの伝送路が絶たれた場合、モータドライブ装置が、該異常状態を認識するためには、通信データが伝送される時間間隔よりも長い時間を要する。これは、再送信など通信異常復旧を行なうが、この復旧にかかる時間は異常と識別されないためである。
これは、安全性の観点から見ると問題であり、モータ駆動電源を遮断する信号、特に非常停止信号については制御用の通信データを送信する経路とは独立の経路を設け、速やかに伝達される信号とすることが望ましい。
解決策の例として、結線が開放状態の時にアクティブとなる非常停止信号の経路を独自に備えることにより、時間遅れなく非常停止処理を実行でき、かつ、非常停止用信号線の断線やコネクタの脱落により信号経路が絶たれたときにも非常停止処理がアクティブとなるようにすることが、特許文献１に開示されている。
特開２００３−１８９６５４（図４、図５）

この技術では、非常停止信号線の断線やコネクタの脱落などで信号経路が絶たれた時も非常停止処理が可能となるが、非常停止用信号線が電源に短絡した場合に非常停止信号を検出できないという問題がある。
また、上位コントローラのスイッチで発生する非常停止信号を、各モータドライブ装置に分配する構成となっており、各モータドライブ装置自身の内部で発生した非常停止信号を速やかに他のモータドライブ装置に伝達することができない。
従って、複数のモータドライブ装置が複数のモータを駆動して制御される機械において、あるモータドライブ装置が故障した場合に、前記機械の制御に係わる全てのモータドライブ装置に、非常停止信号を速やかに伝達できず、前記機械やその周辺機器が受けるダメージが大きくなるという問題がある。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、非常停止スイッチが押下された時、あるいは、非常停止回路を構成する信号線の断線や地絡や電源への短絡、コネクタの脱落など、非常停止スイッチが押下されたことを検出することが不可能な状態が発生した時にも、非常停止信号を生成する手段を提供することを目的とする。
また、モータドライブ装置外部で発生する非常停止信号、および、モータドライブ装置内部で発生する非常停止信号を、非常停止回路を構成する信号線で接続された複数のモータドライブ装置に速やかに伝達するような、非常停止信号生成手段を提供することを目的とする。

なお、モータドライブ装置外部の非常停止信号は、非常停止スイッチが押下されたことや非常停止スイッチが押下されたことを検出不可能な状態の発生により生成され、
モータドライブ装置の内部で発生する非常停止信号は、モータドライブ装置の構成部品であるＣＰＵのウォッチドッグタイマのタイムアップや上位コントローラとのインタフェースの故障などＣＰＵが検出することのできる原因で発生するものである。
以降、モータドライブ装置外部の非常停止信号を外部非常停止信号、モータドライブ装置の内部で発生する非常停止信号を内部非常停止信号と呼ぶ。また、非常停止信号と称した場合は、両者を指すものとする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。

請求項１に記載の発明は、上位コントローラと制御信号を授受するインタフェース部と、前記制御信号に基き電力制御信号を生成する制御回路部と、前記電力制御信号に基きモータに電力を供給するパワー部と、から構成されるモータドライブ装置において、
前記モータドライブ装置の外部に送信されるクロックを生成するクロック生成器と、外部から受信した前記クロックによりトリガされるタイマと、を含む非常停止信号生成部を備えたことを特徴とするものである。

請求項２に記載の発明は、非常停止信号生成部は、クロック生成器で生成したクロックまたは外部から受信したクロックを選択する手段と、該選択されたクロックを外部に送信することを遮断する手段と、を備えたことを特徴とするものである。

請求項３に記載の発明は、非常停止信号生成部は、クロック生成器で生成したクロックまたは外部から受信したクロックを選択する手段として、切替スイッチを備えたことを特徴とするものである。

請求項４に記載の発明は、非常停止信号生成部は、外部非常停止信号と内部非常停止信号との何れか、または、両方を表示する手段を備えたことを特徴とするものである。

請求項１の発明によると、モータドライブ装置自身から、クロック信号を、モータドライブ装置の外部に設けられた非常停止スイッチと信号線からなる非常停止回路に送信し、再び受信した該クロック信号を監視し、該クロックが遮断されたことを検出することによって、非常停止信号を生成する。
該クロックが遮断されるのは、非常停止スイッチが押下されたときのみならず、信号線の断線や地絡や電源への短絡、コネクタの脱落などの非常停止回路の異常が発生したことにより、該クロックの伝送路が絶たれたときである。
従って、該クロックを監視すれば、非常停止スイッチが押下された状態、または、非常停止回路の異常が発生して非常停止スイッチからの非常停止信号を受信できない状態を検出して外部非常停止信号を生成することが可能である。
つまり、信号線の断線や地絡や電源への短絡やコネクタの脱落などにより、非常停止スイッチが押下されても外部非常停止信号が生成されないという状態を回避することが可能である。

請求項２の発明によると、非常停止スイッチと複数のモータドライブ装置を信号線でカスケード接続する構成が可能になる。
非常停止スイッチが押下されるか、信号線の断線や地絡や電源への短絡やコネクタの脱落などの非常停止回路の異常が発生すれば、各モータドライブ装置のいずれにおいても、タイマがタイムアップし非常停止信号が生成される。
また、カスケード接続された複数のモータドライブ装置において、あるモータドライブ装置に内部非常停止信号が発生した時、該モータドライブ装置はクロックの送信を遮断するので、他の全てのモータドライブ装置はクロックを受信できなくなり、タイマがタイムアップし非常停止信号が生成される。
従って、カスケード接続された複数のモータドライブ装置は、外部非常停止信号および内部非常停止信号を速やかに共有することが可能になり、安全性の向上が図られることになる。
なお、モータドライブ装置の内部非常停止信号を発生させる要因は、ウォッチドッグタイマのタイムアップや上位コントローラとの通信インタフェースの故障などがあるが、その説明は省略する。

請求項３に記載の発明によると、モータドライブ装置をカスケード接続する場合、クロックの送信元となるモータドライブ装置、クロックを中継するモータドライブ装置の設定を容易に行うことが可能である。

請求項４に記載の発明によると、外部非常停止信号または内部非常停止信号、あるいは、外部非常停止信号と内部非常停止信号の両方が発生したモータドライブ装置を容易に確認することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明の請求項１に記載の発明の実施例を示す図である。モータドライブ装置１は、上位コントローラインタフェース部１０、制御回路部２０、パワー部３０、非常停止信号生成部４０、継電器５０、継電器駆動回路５１から構成されている。
請求項1の発明に係わる非常停止信号生成部４０はクロック生成器４１１と、外部から受信したクロックを監視する再トリガ可能なタイマ４２１、および、外部非常停止信号２４と内部非常停止信号２２との論理和をとるＯＲ回路４１４を備えている。
クロック生成器４１１は、図示しないトランスミッタを介して非常停止回路の信号線４ａに接続されており、タイマ４２１は、図示しないレシーバを介して、信号線４ｂに接続されている。
また、外部非常停止信号２４と内部非常停止信号２２は、表示のために、それぞれ、例えば、図示しないＬＥＤのドライバに接続されている。

なお、クロック生成器４１１は、モータドライブ装置１の制御回路部２０などで使用されるクロックをそのまま、あるいは分周して使用することも可能である。
また、モータドライブ装置の外部に設けられる非常停止回路は、非常停止スイッチ５と信号線４ａ、４ｂで構成される。非常停止スイッチには、例えば、１回路の常閉型の押し切り型スイッチを、信号線４ａ、４ｂには、例えば、ツイストペア線を利用することが可能である。
また、信号線４ａにクロックを送信するトランスミッタは、例えば、パルストランスと該ドライバで、信号線４ｂからクロックを受信するレシーバは、例えば、パルストランスと該レシーバで構成することが可能である。

次に、非常停止信号生成部４０の動作について説明する。
モータドライブ装置１はクロック生成器４１１で生成されたクロックを信号線４ａに送信する。
非常停止スイッチ５が押下されなければ、非常停止信号生成部４０は前記クロックを信号線４ｂから再度受信し、クロックを監視するためのタイマ４２１をトリガするので、タイマ４２１はタイムアップすることはなく、外部非常停止信号２４は生成されない。
一方、非常停止スイッチ５が押下されると、非常停止信号生成部４０でのクロックの受信が途絶え、タイマ４２１がタイムアップし、非常停止信号２４が生成される。
また、信号線４ａ、４ｂの断線や地絡や電源への短絡やコネクタの脱落が発生した時も、クロックは非常停止信号生成部４０で受信されないので、非常停止スイッチ５が押下されたときと同様に、外部非常停止信号２４が生成される。外部非常停止信号２４は制御回路部２０で生成される内部非常停止信号２２と、ＯＲ回路４１４にて論理和がとられ、非常停止信号２５が生成される。非常停止信号２５は、継電器駆動回路５１に入力されているので、非常停止信号２５が発生すれば継電器５０を遮断し、モータドライブ装置１への駆動電源の供給が絶たれる。
なお、継電器５０は、モータドライブ装置の外部に設置されても構わない。
また、非常停止信号２５の出力が有効となったときに、パワー部３０のパワートランジスタを駆動する電力制御信号を遮断し、モータへの駆動電力を遮断する例を図２に示す。

請求項２に記載の発明は、複数のモータドライブ装置に外部非常停止信号を速やかに伝達すること、および、複数のモータドライブ装置の少なくとも一つのモータドライブ装置に発生した内部非常停止信号を他のモータドライブ装置に速やかに伝達することを目的としたものである。

まず、実施例１で説明した図１に示す非常停止信号生成部４０に対して、機能を拡張した非常停止信号生成部４０Ａについて、図３を用いて説明する。非常停止信号生成部４０Ａは、クロック生成器４１１、クロック選択回路４１２、クロック送信を遮断するためのクロック遮断回路４１３、クロックを監視するためのタイマ４２１、外部非常停止信号２４と内部非常停止信号２２の論理和をとるＯＲ回路４１４から構成されている。
モータドライブ装置をカスケード接続可能なように、クロック選択回路４１２と、クロックの外部への送出を停止するクロック遮断回路４１３が、実施例１で説明した図１の非常停止信号生成部４０に追加された構成になっている。
なお、クロック選択回路４１２は切替スイッチで実現しても、制御回路部２０などから制御される論理回路で実現しても構わない。

複数のモータドライブ装置を非常停止回路の信号線でカスケード接続するためには、クロックが信号線上で衝突しないように、クロックの送信元となるモータドライブ装置は１台とし、他のモータドライブ装置は、受信クロックを中継するように設定する必要がある。
クロックの送信元となるモータドライブ装置においては、クロック選択回路４１２で、クロック生成器４１１にて生成される内部クロック４１を選択する。
受信クロックを中継するモータドライブ装置においては、クロック選択回路４１２で、信号線経由で受信した受信クロック４２を選択する。
また、モータドライブ装置内部において、内部非常停止信号２２が発生していれば、該内部非常停止信号を該モータドライブ装置の外部に伝達するために、クロック遮断回路４１３にて、外部へのクロックの送信を遮断する。

次に、図４を用いて、３台のモータドライブ装置がカスケード接続された例における動作を説明する。
本例ではモータドライブ装置１ａをクロックの送信元とする。
モータドライブ装置１ａにおいては、クロック選択回路４１２ａは、クロック生成器４１１ａにて生成された内部クロック４１ａ選択し、送信元としてクロックを信号線４ｃへ送信する。
その他のモータドライブ装置１ｃ、１ｂにおいては、クロック選択回路４１２ｃ、４１２ｂは、信号線４ｄ、４ｅ経由で受信した受信クロック４２ｃ、４２ｂを選択し、該受信クロック４２ｃ、４２ｂを再び信号線４ｅ、４ｆへ送信する。

非常停止スイッチ５ａが押下されなければ、各モータドライブ装置の非常停止信号生成部４０Ａｃ、４０Ａｂ、４０Ａａは前記クロックを受信し、該クロックを監視するためのタイマ４２１ｃ、４２１ｂ、４２１ａをトリガするので、タイマ４２１ｃ、４２１ｂ、４２１ａはタイムアップすることはなく、外部非常停止信号２４ｃ、２４ｂ、２４ａは生成されない。
一方、非常停止スイッチ５ａが押下されると、モータドライブ装置１ａが送信元として信号線４ｃに送信するクロックが遮断され、１ｃ、１ｂ、１ａの各モータドライブ装置はいずれもクロックを受信できず、外部非常停止信号２４ｃ、２４ｂ、２４ａが生成されることになる。

また、例えば、モータドライブ装置１ｃに内部非常停止信号２２ｃが発生すれば、クロックはクロック遮断回路４１３ｃで遮断され、モータドライブ装置１ｂ、１ａはクロックを受信できなくなり、外部非常停止信号２４ｂ、２４ａが生成される。さらには、モータドライブ装置１ａでは、ＯＲ回路４１４ａに外部非常停止信号２４ａが入力されるのでＯＲ回路４１４ａの出力により、クロック遮断回路４１３ａは信号線４ｃへのクロックの送信を遮断する。
従って、モータドライブ装置１ｃもクロックを受信できなくなり、外部非常停止信号２４ｃが生成される。
なお、内部非常停止信号は、モータドライブ装置１ａ、１ｂ、１ｃの少なくとも一つのモータドライブ装置で発生すれば、そのもたらす効果は同じで、カスケード接続されている全てのモータドライブ装置１ａ、１ｂ、１ｃにおいて外部非常停止信号２４ａ、２４ｂ、２４ｃが生成される。

次に、信号線の断線や地絡や電源への短絡、コネクタの脱落が発生した時の動作について説明する。
例えば、モータドライブ装置１ｃと１ｂを接続する信号線４ｅが断線したとすると、モータドライブ装置１ｂ、１ａはクロックを受信できなくなり、タイマ４２１ｂ、４２１ａは外部非常停止信号２４ｂ、２４ａを生成する。
外部非常停止信号２４ａはＯＲ回路４１４ａで論理和がとられ、クロック遮断回路４１３ａに入力され、内部クロック４１ａが信号線４ｃに送信されるのを遮断する。
従って、モータドライブ装置１ｃもクロックを受信できなくなり、タイマ４２１ｃがタイムアップし、外部非常停止信号２４ｃが生成される。

このように、請求項２に記載の発明により、非常停止スイッチが押下されたことに起因する外部非常停止信号、または、モータドライブ装置の何れか若しくは複数に発生した内部非常停止信号、さらには、信号線の断線や地絡や電源への短絡やコネクタの脱落に起因した、外部非常停止信号の検出や内部非常停止信号の伝達が不可能な状態の発生を、複数のモータドライブ装置において速やかに共有することが可能になる。

なお、説明では簡単のため、非常停止スイッチは1個、モータドライブ装置は３台の構成としたが、これらの数は任意である。

上位コントローラ２と複数のモータドライブ装置１をネットワークで接続し、モータドライブ装置１をいくつかのグループに分けて、そのグループにおいて非常停止信号を共有する実施例について図５を用いて説明する。
図５では、簡単のため、モータドライブ装置１は全部で５台あり、モータドライブ装置１ｉ、１ｊ、１ｋの３台とモータドライブ装置１ｐ、１ｑの２台のグループに分けられ、それらのグループ毎に、非常停止回路が構成されている。

あるモータドライブ装置の上位コントローラとのインタフェース部に故障が発生した場合、該故障を要因として内部非常停止信号を生成させれば、該内部非常停止信号を非常停止回路で一つのグループにまとめられた複数のモータドライブ装置で速やかに共有することが可能になる。
例えば、３台のモータドライブ装置１ｉ、１ｊ、１ｋが非常停止回路の信号線４ｈ、４ｉ、４ｊ、４ｋでカスケードに接続されており、モータドライブ装置１ｉがクロックの送信元に設定されているとする。
この状態で、モータドライブ装置１ｋの上位コントローラインタフェース部に故障が発生した場合、該故障でモータドライブ装置１ｋの内部非常停止信号を発生させれば、実施例２で説明したようにモータドライブ装置１ｊ、１ｉはクロックを受信できなくなり、さらには、モータドライブ装置１ｉは送信元としてのクロックの送信を遮断されてモータドライブ装置１ｋもクロックを受信できなくなる。
結果、モータドライブ装置１ｉ、１ｊ、１ｋにおいてそれぞれ外部非常停止信号が生成されることになる。
なお、上位コントローラとのインタフェースの故障の検出方法については、同期信号の欠落の検出などが使えるが、説明を省略する。
また、検出された上位コントローラとのインタフェースの故障の信号を利用して内部非常停止信号を発生させる手段についても説明を省略する。

信号線の断線や地絡や電源への短絡やコネクタの脱落などの異常状態発生時にも非常停止信号を生成可能であり、また、あるモータドライブ装置内部で発生した内部非常停止信号を、他のモータドライブ装置に速やかに伝達する事が可能なので、さまざまな産業用機械のモータドライブ装置に適用可能である。

本発明の第１実施例を示すモータドライブ装置のブロック図 本発明の第１実施例を示すモータドライブ装置のブロック図 本発明の第２実施例に示すモータドライブ装置の非常停止信号生成部 本発明の第２実施例を示すシステム構成図 本発明の第２実施例を制御用ネットワークと組合せた例を示すシステム構成図

符号の説明

１ モータドライブ装置
２ 上位コントローラ
３ モータ
４ 信号線
５ 非常停止スイッチ
６ 駆動電源
７ 制御用ネットワーク
１０ 上位コントローラインタフェース部
２０ 制御回路部
２２ 内部非常停止信号
２４ 外部非常停止信号
２５ 非常停止信号
２６ 電力制御信号
３０ パワー部
３０１ トランジスタ駆動回路
４０ 非常停止信号生成部
４１ 内部クロック
４１１ クロック生成器
４１２ クロック選択回路
４１３ クロック遮断回路
４１４ ＯＲ回路
４２ 受信クロック
４２１ タイマ
５０ 継電器
５１ 継電器駆動回路

Claims (4)

1. 上位コントローラと制御信号を授受するインタフェース部と、前記制御信号に基き電力制御信号を生成する制御回路部と、前記電力制御信号に基きモータに電力を供給するパワー部と、から構成されるモータドライブ装置において、
   前記モータドライブ装置の外部に送信されるクロックを生成するクロック生成器と、外部から受信した前記クロックを監視し該クロックが受信されないことを検出して外部非常停止信号を生成する監視器と、を含む非常停止信号生成部を備えたことを特徴とするモータドライブ装置。
2. 前記非常停止信号生成部は、クロック生成器で生成したクロックと外部から受信したクロックとの何れかを選択する手段と、該選択されたクロックを外部に送信することを遮断する手段と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載のモータドライブ装置。
3. 前記非常停止信号生成部は、クロック生成器で生成したクロックと外部から受信したクロックとの何れかを選択する手段として、切替スイッチを備えたことを特徴とする請求項２に記載のモータドライブ装置。
4. 前記非常停止信号生成部は、外部非常停止信号と内部非常停止信号との何れか、または、両方を表示する手段を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のモータドライブ装置。

Images