JP2008525870A - 検出器信号をシミュレートするためのモジュール - Google Patents

Abstract

本発明は、検出器信号（ｘ_istE）をシミュレートするためのモジュールに関する。機械を制御するための制御装置（１）はデータ交換用のデータバス（７）を介して駆動装置（４ａ）とモジュール（５，５'）とに接続されている。制御装置（１）により設定された参照値（ｘ_soll）から、モジュール（５，５'）を用いて、シミュレートされた検出器信号（ｘ_istEn）が求められる。モジュール（５，５'）は、該モジュール（５，５'）のプロジェクトが制御装置（１）の視点から駆動装置（４ａ）のプロジェクトと同様の態様で行なわれるようにデータバス（７）を介して制御装置（１）に論理的に接続されている。したがって本発明は、機械の簡単なプロジェクト、始動、ダイナミックス調整を可能にする、検出器信号（ｘ_istE）をシミュレートするためのモジュール（５，５'）を提供する。

Description

本発明は、検出器信号をシミュレートするためのモジュールに関するものである。

たとえばロボット、生産機械（たとえば印刷機／梱包機）のような機械および／または工作機械においては、機械の制御装置において算出された参照値（これはたとえば機械の駆動される機械軸の位置目標値の形態で存在することができる）をシミュレートした検出器信号の形態で同じ機械の他の制御装置または他の機械の他の制御装置へ転送する必要がしばしばある。その際参照値信号は、参照値が増分行程の増分信号の形態で検出器信号として前記他の制御装置へ転送されるように検出器信号に変換される。

通常、このように機械軸を制御するための参照値を、シミュレートされた検出器信号を用いて１つの制御装置から他の制御装置へ転送するのは、たとえば両制御装置が共通のバスシステムを使用していないためである。共通のバスシステムを使用していないのは、たとえば両制御装置が異なる製造業者により製造されたからであり、或いは、他の理由から（たとえば適当なバスプロトコルがない、使用可能な任意の通信インターフェースがない、等時性バスがない等の理由から）参照値を簡単に他の制御装置へ報知できないからである。この場合、検出器信号のシミュレーションを介して出力される値は、実機械軸のための制御装置で得られる値と可能な限り正確に対応していなければならない。

参照値信号から検出器信号をシミュレーションすることは、通常、検出器信号をシミュレートするための外部のモジュールを用いて行なわれる。モジュールは、通常、たとえばデータバスを介して制御装置と接続されている。この場合モジュールは、固有の特殊な機能を介して、シミュレートされた検出器信号のダイナミックスおよび出力精度の点での所望の要求事項が使用者の望む要求事項を満たすよう保証する。その際通常は、モジュールの機能を、たとえば固有のモジュール特有のインターフェースを介して、機械の制御装置および駆動装置とは別個に使用者がプロジェクトしなければならない。したがって従来では、機械の制御装置および駆動装置の機能性のプロジェクトを別個に行なわなければならなかった。よって、技術的観点からいえば、市販のモジュールの場合、制御装置と駆動装置とモジュールとの統合的なプロジェクトが与えられておらず、このことは機械の始動およびパラメータ化が極めて困難であり、かなりの付加コストを意味する。

独国特許出願公開第１０３０８６５４号明細書からは、制御部を駆動部と接続させるためのデータ伝送システムが知られている。

本発明の課題は、機械の簡単な始動が可能になるように、検出器信号をシミュレートするためのモジュールを構成することである。

この課題は、検出器信号をシミュレートするためのモジュールにおいて、機械を制御するための制御装置がデータ交換用のデータバスを介して駆動装置とモジュールとに接続され、制御装置により設定された参照値から、モジュールを用いて、シミュレートされた検出器信号が求められ、モジュールは、該モジュールのプロジェクトが制御装置の視点から駆動装置のプロジェクトと同様の態様で行なわれるようにデータバスを介して制御装置に論理的に接続されるようにした前記モジュールにより解決される。

この場合、モジュールがデータバスを介して直接制御装置に接続されているのが有利であることが明らかになった。

この場合、データバスとモジュールとの間の接続要素として他の駆動装置を使用する必要がなくなる。

さらに、モジュールが他の駆動装置を介して制御装置にデータバスを介して接続されているのが有利であることが明らかになった。他の駆動装置を用いてモジュールをバスと接続させると、モジュールは簡潔なハードウェアを備えていればよい。

また、モジュールのプロジェクトを制御装置の視点から駆動装置のプロジェクトと同様の態様で行い、その際モジュールが論理的にアクチュエータとして接続されているのが有利であることが明らかになった。モジュールが論理的にアクチュエータとして接続されていれば、モジュールの機能をアクチュエータとしての駆動装置と同様にプロジェクトすることができる。

さらに、機械軸の制御挙動および／または調整挙動をシミュレートすることにより、参照値から検出器信号をシミュレートするのが有利であることが明らかになった。これにより、検出器信号の特に正確なシミュレーションが保証される。

さらに、データバスがプロフィバス（Profibus）として構成されているのが有利であることが明らかになった。この場合、たとえばPROFIdriveまたはProfile Drive Technology Version 3.1.1のようなスタンダードバスプロトコルを使用することができる。

また、制御装置の視点からシミュレートした検出器信号の制御およびダイナミックス調整を、制御装置によりコントロールされる機械軸の制御およびダイナミックス調整と同様の態様で行うのが有利であることが明らかになった。これにより、シミュレートした検出器信号の簡単な制御および動的調が可能になる。

工作機械、生産機械および／またはロボットでは、本発明によるモジュールを特に好適に使用できる。

本発明の２つの実施形態が図面に図示されており、以下にこれを詳細に説明する。

図１には、本発明の第１実施形態がブロック図の形態で図示されている。機械を制御するための制御装置１は、本発明を理解するうえで重要でない構成要素、よって図示していない通常の構成要素以外に、参照値設定ユニット２を含んでいる。参照値設定ユニット２は、機械の個々の機械軸を制御するため、各機械軸に対しそれぞれ付属の参照値を決定し、この場合本実施形態においては、参照値は軸Ｗの位置を制御するための位置目標値ｘ_sollの形態で存在している。位置目標値ｘ_sollは入力量として制御装置１内部において位置制御部３ａに送られ、位置制御部３ａは位置を制御し、すなわち軸Ｗの位置（回転角）を制御する。制御装置１はデータバス７を介して駆動装置４ａに接続され、駆動装置４ａはとりわけコンバータ９とモータＭを制御するための制御部８とを有している。位置制御部３ａは、出力信号として、軸Ｗの速度を制御するための速度目標値ｖ_sollを駆動装置４ａの制御部８へ与える。制御部８はコンバータ９を介してモータＭを制御する。

駆動装置４ａは、モータに電気エネルギーを供給するため、適当な導線によりモータＭと接続されている。なお、前記導線は図面をわかりやすくするため図示していない。さらに、駆動装置４ａのモータＭは、データ交換のため、本実施形態ではイーサネット（登録商標）接続部として構成されている接続部を介してモータＭに接続されている。イーサネット接続部を介してたとえばモータデータをモータＭから制御装置１へ送ることができる。したがって、たとえば、モータＭはどのタイプのものか、どの程度のパワーか、および／またはどの程度の最大トルクかをモータＭは制御装置１に知らせることができる。これらのデータに基づき制御装置１は適宜個々の制御器をパラメータ化する。モータＭはアクチュエータとも呼ばれる。駆動装置４ａには種々のアクチュエータを接続してよいが、これらのアクチュエータは必ずしもモータの形態である必要はなく、たとえば流体要素或いは他の電気要素であってもよい。本実施形態においては、モータＭは軸Ｗを駆動する。軸Ｗの位置は検出器Ｇにより検出され、位置実測値ｘ_istEの形態で検出器信号として、たとえば検出器Ｇを駆動装置４ａに接続させている他のイーサネット接続部を介して駆動装置４ａに送られる。その際位置実測値ｘ_istEは典型的な検出器信号の形態で存在し、すなわちたとえば検出器の行程の増分を走査することにより検出器の典型的な出力信号として生じる増分信号として存在する。（増分）位置実測値ｘ_istEは駆動装置４ａの内部において対応する位置実測値ｘ_ist（たとえばデジタル値の形態でじかに軸Ｗの位置を情報として含んでいる）に変換されて、実測量として位置制御部３ａへ転送される。その後、駆動装置４ａは位置実測値を微分することにより速度実測値を演算してモータＭを制御する。

モータＭは、たとえば印刷機において印刷ロールの形態で設けることのできる軸Ｗとともに、いわゆる１つの機械軸を形成している。機械は通常は複数個の機械軸を有しており、それぞれの機械軸には一般に位置制御部３ａと駆動装置４ａとこれに付属のモータＭとが付設されている。すなわち、とりわけ位置制御部３ａと駆動装置４ａとモータＭとは通常複数個設けられている。この場合、参照値設定ユニット２は、各機械軸に対し、対応的に付属の参照値を参照値信号の形態で算出する。本実施形態では、わかりやすくするため、１つの機械軸を備えた機械のみ図示してある。

制御装置１はデータバス７に関しバスマスターとして構成され、他方駆動装置４ａはスレーブとして構成されている。駆動装置４ａとモータＭと検出器Ｇとはデータバス７を介して制御装置１に対し論理的に見て統合的に接続されているので、使用者の視点から、これらの構成要素を制御装置１から連続的にプロジェクトすることができる。したがって、特に多軸機械の場合には、個々の駆動装置およびアクチュエータを統合的にプロジェクトすることができる。

本発明は、参照値ｘ_sollから、実検出器信号ｘ_istEに対応するシミュレーとした検出器信号ｘ_istEnを、前記検出器信号ｘ_istEをシミュレートするためのモジュール５を用いてシミュレートし、たとえば他の制御部６へ転送しようとするものである。この場合、制御装置１からのモジュール５のプロジェクトが駆動装置４ａのプロジェクトと同じように行なわれるように、モジュール５はデータバス７を介して制御装置１と論理的に接続される。その際、モジュールは論理的にアクチュエータとして接続されている。実検出器信号ｘ_istEをシミュレートするため、参照値ｘ_sollを他の位置制御部３ｂへ入力量として与える。この場合、位置制御部３ｂは位置制御部３ａと同一に構成されているのが好ましい。位置制御部３ｂはシミュレートされた速度目標値ｖ_sollnを生成させ、この速度目標値ｖ_sollnを他の駆動装置４ｂへ転送させる。駆動装置４ｂは、他の駆動装置４ａと全く同じように、データバス７を介してデータを交換するために制御装置１に接続されている。なお、他の駆動装置４ｂは実質的に検出器信号をシミュレートするためのモジュール５をデータバス７を介して制御装置１に接続させるためにだけ用いられる。他の駆動装置４ｂもデータバスに関しスレーブとして作動する。モジュール５と他の駆動装置４ｂとの接続は本実施形態でもたとえばイーサネット接続部を用いて行なう。本発明によれば、論理的に見て、モジュール５をアクチュエータとして他の駆動装置４ｂに接続させ、よって制御装置１に接続させる。このように、モジュール５はモータＭが駆動装置４ａに接続されているのと同じ論理態様で他の駆動装置４ｂに接続されている。これにより、駆動装置４ａのプロジェクトと同じ態様でモジュール５を制御装置１の視点からプロジェクトすることが可能になる。制御装置の視点から見ると、すなわち使用者の視点から見ると、検出器信号をシミュレートするためのモジュール５はプロジェクトに対しては単に他のアクチュエータとして振舞う。

他の位置制御部３ｂにより生成させた、シミュレートされた速度目標値ｖ_sollnは、他の駆動装置４ｂによって読み込まれ、モジュール５へ転送される。モジュール５では、シミュレートした速度目標値ｖ_sollnから、シミュレートされた検出器信号ｘ_istEnを求め、該検出器信号ｘ_istEnにおいて、モジュール５はたとえばシンメトリーフィルタ、時間遅延素子のような機能手段、制御部８ａの適合、モータＭおよび軸Ｗの挙動のシミュレーションにより、検出器Ｇの実検出器信号ｘ_istEのシミュレーションを実施する。モジュール５は、出力信号として、シミュレートした検出器信号ｘ_istEnをたとえば増分信号の形態で、シミュレートした検出器信号として出力する。理想的なケースでは、シミュレートした検出器信号ｘ_istEnは実検出器信号ｘ_istEと同一である。シミュレートした検出器信号ｘ_istEnも他の駆動装置４ｂにより読み込まれ、これから、シミュレートされた位置実測値ｘ_istnを求める。この位置実測値ｘ_istnはたとえばデジタル値の形態でじかに軸Ｗの位置を情報として含んでいる。シミュレートされた位置実測値ｘ_istnはデータバス７を介して制御装置１へ、特に他の位置制御器３ｂへ転送される。

続いて、シミュレートされた検出器信号ｘ_istEnを外部へ出力させ、本実施形態では他の制御装置６へ転送させる。なお、制御装置６はたとえば他の機械を制御するために用いることができる。

他の駆動装置４ｂは駆動装置４ａと同一に構成されているのが好ましい。しかし重要なことは、コンバータ９は必要でないので、他の駆動装置４ｂに組み込まれていないことである。

たとえば、機械軸の制御挙動および／または調整挙動をシミュレートするための参照値ｘ_sollから検出器信号ｘ_istEのシミュレーションを行なうことにより、シミュレートした検出器信号ｘ_istEnと実検出器信号ｘ_istEとの高程度の一致（たとえばダイナミックス、時間的遅延、測定値精度に関する一致）が達成される。基本的には、モジュール５は他の機械軸と同様に制御装置１に接続されている。したがって、使用者の視点から見ると、実機械軸のプロジェクトとモジュール５を用いたいわばバーチャルな機械軸のプロジェクトとに関し相違はない。

図２に図示した本発明の他の実施形態は、基本構成の点で前記図１で説明した実施形態に実質的に対応している。それ故、図２では同じ構成要素に図１と同じ符号が付してある。唯一本質的に相違するのは、図２の実施形態の場合、図１の他の駆動装置４ｂとモジュール５とが検出器信号をシミュレートするための共通のモジュール５'として構成されている点である。

したがって、図１の実施形態では、モジュール５は他の駆動装置４ｂとデータバス７とを介して制御装置１に接続されているのに対し、図２の実施形態によれば、モジュール５'はデータバス７を介して直接制御装置１に接続されている。

本発明は機械の連続的な高速プロジェクトを可能にし、その際使用者にとってはプロジェクト時の一貫した技術的視点が可能になる。

この場合、プロジェクトは、たとえば位置制御部、駆動装置、各機械軸のためのモータおよび検出器に対し異なるコンフィギュレーションが１つのプロジェクトツールで設定されるように行なう。次に、実施したプロジェクトに基づいて、制御装置および駆動装置のためのソフトウェアのコンパイルを行なう。

なお、参照値は必ずしも参照値設定ユニット２により予め設定されている必要はなく、他の構成要素によって生成してもよい。

本発明は、機械の簡単なプロジェクトと始動とダイナミックス調整とを可能にする、検出器信号をシミュレートするためのモジュールを提供する。

モジュールが間接的に、すなわち他の駆動装置を介して制御装置とデータバスを介し接続されている本発明の第１実施形態を示す図である。 モジュールが直接制御装置とデータバスを介し接続されている本発明の第２実施形態を示す図である。

符号の説明

１ 制御装置
４ａ 駆動装置
４ｂ 他の駆動装置
５ モジュール
５' モジュール
７ データバス
Ｍ モータ
Ｗ 軸
ｘ_istEn 検出器信号
ｘ_soll 位置目標値

Claims (7)

1. 検出器信号（ｘ_istE）をシミュレートするためのモジュールにおいて、機械を制御するための制御装置（１）がデータ交換用のデータバス（７）を介して駆動装置（４ａ）とモジュール（５，５'）とに接続され、制御装置（１）により設定された参照値（ｘ_soll）から、モジュール（５，５'）を用いて、シミュレートされた検出器信号（ｘ_istEn）が求められ、モジュール（５，５'）は、該モジュール（５，５'）のプロジェクトが制御装置（１）の視点から駆動装置（４ａ）のプロジェクトと同様の態様で行なわれるようにデータバス（７）を介して制御装置（１）に論理的に接続され、機械軸（Ｍ，Ｗ）の制御挙動および／または調整挙動をシミュレートすることにより参照値（ｘ_soll）から検出器信号（ｘ_istE）のシミュレーションを行なうようにした前記モジュール。
2. モジュール（５'）がデータバス（７）を介して直接制御装置に接続されていることを特徴とする、請求項１に記載のモジュール。
3. モジュール（５）が他の駆動装置（４ｂ）を介して制御装置にデータバス（７）を介し接続されていることを特徴とする、請求項１に記載のモジュール。
4. モジュール（５，５'）のプロジェクトを制御装置（１）の視点から駆動装置（４ａ）のプロジェクトと同様の態様で行い、その際モジュール（１）は論理的にアクチュエータ（Ｍ）として接続されていることを特徴とする、上記請求項のいずれか一つに記載のモジュール。
5. データバス（７）がプロフィバス（Profibus）として構成されていることを特徴とする、上記請求項のいずれか一つに記載のモジュール。
6. 制御装置（１）の視点から、シミュレートした検出器信号（ｘ_istEn）の制御およびダイナミックス調整を、制御装置によりコントロールされる機械軸（Ｍ，Ｗ）の制御およびダイナミックス調整と同様の態様で行うことを特徴とする、上記請求項のいずれか一つに記載のモジュール。
7. 上記請求項のいずれか一つに記載のモジュール（５，５'）を備えた工作機械、生産機械および／またはロボット。

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