JP2009213324A - モータ駆動用通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】通常動作時の性能を落とすことなく、通信異常時においても安全に停止させ、異常状態を的確に分析できるモータ駆動用通信システムを低コストで提供する。
【解決手段】上位装置１１と複数のモータ駆動装置１２は、高速シリアル通信手段１５と２チャンネルの低速シリアル通信手段１６およびＣＰＵ１４を有し、上位装置１１とモータ駆動装置１２の同じシリアル通信手段（高速シリアル通信手段１５，低速シリアル通信手段１６）をそれぞれ接続する通信ケーブル１３を備え、上位装置１１のＣＰＵ１４は、高速シリアル通信手段１５を介して通信データを一方向に送信し、一定期間内に通信データを受信できないとき、高速シリアル通信手段１５による通信を停止させ、低速シリアル通信手段１６ａに切替え、モータ駆動装置１２と双方向シリアル通信をする。その後、低速シリアル通信手段１６ｂに切替え、逆周りにモータ駆動装置１２と双方向シリアル通信する。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリアル通信手段を通じて上位装置からモータ駆動装置に動作指令などの通信データを送信し、モータ制御情報などの通信データを上位装置に送信するモータ駆動用通信システムに関する。

従来のモータ駆動用通信システムは、上位装置と複数軸のモータ駆動装置を通信ケーブルで接続し、上位装置は各モータ駆動装置に対してシリアル通信手段を通じて動作指令などをシリアルデータで送信し、動作指令などを受信したモータ駆動装置は、受信したシリアルデータにモータ制御情報などのデータを追加したものを後段のモータ駆動装置に送信し、最終段のモータ駆動装置は上位装置に送信することでモータを制御している。

通信ケーブル内の断線、装置と通信ケーブル間に接続不良などの異常があった場合、仮に、モータ駆動装置の２軸目と３軸目を接続する通信ケーブルに異常が発生したとき、上位装置からの通信データは、２軸目のモータ駆動装置まで正常に送信される。しかしながら、３軸目のモータ駆動装置は、前段のモータ駆動装置からシリアルデータを受信することができず、後段の上位装置に対してシリアルデータを送信することができない。このため、上位装置は必要とするモータ制御情報（シリアルデータ）を受信できず異常状態を的確に分析できなかった。

一方、通信データを送信する経路を２チャンネル設けた運動制御用システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図４において、例えば、通信ケーブル４３ｂが断線した場合、上位装置４１のＣＰＵ４４からモータ駆動装置４２ａに対しての通信データは、シリアル通信手段４５ａを通じて送信され、モータ駆動装置４２ａからの通信データはシリアル通信手段４５ｂを通じて上位装置４１に送信される。

また、上位装置４１からモータ駆動装置４２ｃ、モータ駆動装置４２ｂに対しての通信データは、シリアル通信手段４５ｂを通じて送信され、モータ駆動装置４２ｃ、モータ駆動装置４２ｂからの通信データはシリアル通信手段４５ａを通じて上位装置４１に送信される。よって、上位装置４１と各モータ駆動装置４２は通信ケーブル４３が断線後も継続して通信データを交換することが可能となる。
特開２００２−２４４７０１公報

解決しようとする問題点は、上述した従来の構成では通信経路を２チャンネル設けているため、通信部分のコストが高くなり、コスト面で課題がある。コストアップを抑えようとして通信速度が低速な通信システムを使用すると、モータ制御軸数の制約、または通信データの更新周期を長くしなければならず、モータ制御に関する性能が低下する課題があった。

本発明は上記の課題を解決するものであり、通常動作時の性能を落とすことなく通信異常時においても安全に停止させ、異常状態を的確に分析できるモータ駆動用通信システムを低コストで提供することを目的とする。

上記課題を解決するため請求項１に記載のモータ駆動用通信システムは、上位装置とモータ駆動装置を通信ケーブルで接続し、相互に通信データを送受信するモータ駆動用通信システムにおいて、高速シリアル通信手段と低速シリアル通信手段およびＣＰＵを有する上位装置と、高速シリアル通信手段と低速シリアル通信手段およびＣＰＵを有する複数のモータ駆動装置と、前記上位装置とモータ駆動装置の同じシリアル通信手段をそれぞれ接続する通信ケーブルを備え、前記上位装置のＣＰＵは、前記高速シリアル通信手段を介して通信データを一方向に送信し、一定期間内に通信データを受信できないとき、前記高速シリアル通信手段による通信を停止させて低速シリアル通信手段に切替え、前記モータ駆動装置と双方向シリアル通信する。

また、請求項２に記載のモータ駆動用通信システムは、前記低速シリアル通信手段は、チャンネル数が２である。

また、請求項３に記載のモータ駆動用通信システムは、前記低速シリアル通信手段のチャンネル数が１のとき、前記上位システムのＣＰＵにより、低速シリアル通信手段と通信ケーブルの接続先を切替えるスイッチをさらに備える。

さらに、請求項４に記載のモータ駆動用通信システムは、前記通信ケーブルは、ケーブル内部に少なくとも２組の通信線を備え、１組の通信線を高速シリアル通信手段に割り当て、残りの通信線を低速シリアル通信手段に割り当てる。

請求項１、２に記載のモータ駆動用通信システムによれば、通常動作時の性能を落とすことなく通信異常に対して、低速シリアル通信手段に切替え安全に停止させることができ、安価に異常箇所を特定できる。

また、請求項３に記載のモータ駆動用通信システムによれば、さらに安価に構成することができる。

さらに、請求項４に記載のモータ駆動用通信システムによれば、通信ケーブルを共用することでコストアップを抑えることができる。

本発明のモータ駆動用通信システムは、上位装置とモータ駆動装置を通信ケーブルで接続し、相互に通信データを送受信するモータ駆動用通信システムにおいて、高速シリアル通信手段と低速シリアル通信手段およびＣＰＵを有する上位装置と、高速シリアル通信手段と低速シリアル通信手段およびＣＰＵを有する複数のモータ駆動装置と、前記上位装置とモータ駆動装置の同じシリアル通信手段をそれぞれ接続する通信ケーブルを備え、前記上位装置のＣＰＵは、前記高速シリアル通信手段を介して通信データを一方向に送信し、一定期間内に通信データを受信できないとき、前記高速シリアル通信手段による通信を停止させて低速シリアル通信手段に切替え、前記モータ駆動装置と双方向シリアル通信する。以下、図面を参照しながら実施の形態について説明する。
（実施の形態１）
実施の形態１は、通信経路内の通信ケーブルが断線した場合におけるモータ停止処理と異常箇所の特定を行う一例について図面を参照しながら説明する。

図１はモータ駆動用通信システムの要部説明図であり、図２は通信ケーブルの説明図である。

図１において、上位装置１１と３軸のモータ駆動装置１２（１２ａ−１２ｃ）は、４つの通信ケーブル１３（１３ａ−１３ｄ）を用いて、リング状に接続されている。上位装置１１とモータ駆動装置１２（１２ａ−１２ｃ）は、内部に高速シリアル通信手段１５と、２チャンネルの低速シリアル通信手段１６（１６ａ、１６ｂ）と、ＣＰＵ１４または１４ａを備えている。

通常時、上位装置１１のＣＰＵ１４は、動作指令をシリアルデータにより高速シリアル通信手段１５を介して各モータ駆動装置１２に送信する。このとき、各モータ駆動装置１２のＣＰＵ１４ａは、上位装置１１から自軸に対する要求を実行し、かつ受信したシリアルデータにモータ制御情報などを追加し、順次後段のモータ駆動装置１２に送信する。最後段のモータ駆動装置１２ｃは上位装置１１に送信する。これにより、モータ駆動装置１２に接続されたモータを制御する。実施の形態１では高速シリアル通信手段１５のトポロジーはリング型とし、１つの通信線に流れる通信データの方向は単一方向に固定している。

実施の形態１の通信ケーブル１３は、図２に示すようにコンピュータ間通信で利用されているＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）通信用と同様の構成であり、差動信号を伝送可能とするため通信線をツイストペア線（２線で１組）としており、４組のツイストペア線が１つの通信ケーブル内に組み込まれている。差動信号を伝送可能なツイストペア線は耐ノイズ性に優れているが、使用環境によっては差動信号とせず単線としても構わない。

次に、通信ケーブル１３ｂが断線（あるいは接続不良）が発生したと仮定して説明する。通信データは上位装置１１からモータ駆動装置１２ａまで送信されるが、それ以降に接続されているモータ駆動装置１２ｂ、モータ駆動装置１２ｃ、上位装置１１には高速シリアル通信手段１５で送信できない。上位装置１１は、モータ駆動装置１２ｃから通信データを一定期間受信することができなかった場合、通信経路に異常があったと判断して、高速シリアル通信手段１５による通信を停止させ、低速シリアル通信手段１６とＣＰＵ１４を使用して各モータ駆動装置１２と通信データの交換を行う。

次に、通信異常時に使用する低速シリアル通信手段１６について説明する。実施の形態１における低速シリアル通信手段１６のチャンネル数は２つとし、低速シリアル通信手段１６ａ、低速シリアル通信手段１６ｂとする。

通信ケーブル１３内の通信線の１つを、高速シリアル通信手段１５に割り当て、低速シリアル通信手段１６のチャンネル１に低速シリアル通信手段１６ａ、チャンネル２に低速シリアル通信手段１６ｂをそれぞれ割り当てる。残りの１つは低速シリアル通信手段１６が非絶縁とする場合に、電源グランド接続用として使用しても構わない。低速シリアル通信手段１６のトポロジーは、バス型とし１つの通信線に流れる通信データは双方向とする。

通信異常が発生すると、まず上位装置１１は低速シリアル通信手段１６ａを通じて各モータ駆動装置１２に対して接続確認を行う。実施の形態１のように通信ケーブル１３ｂが断線している状態では、モータ駆動装置１２ａからの応答は返ってくるが、モータ駆動装置１２ｂ、モータ駆動装置１２ｃからは低速シリアル通信手段１６ａを通じて応答は返ってこない。この状況から、通信ケーブル１３ｂ以降に問題が発生していると判断できる。

次に、上位装置１１のＣＰＵ１４は、低速シリアル通信手段１６ｂを通じて各モータ駆動装置１２に対して逆周りに接続確認を行う。通信ケーブル１３ｂが断線している状態では、モータ駆動装置１２ｂ、モータ駆動装置１２ｃからの応答は返ってくるが、モータ駆動装置１２ａからは低速シリアル通信手段１６ｂを通じて応答は返ってこない。この状況
から、通信ケーブル１３ｂ以降に問題が発生していると判断できる。

つまり、２つの低速シリアル通信手段１６ａと低速シリアル通信手段１６ｂからの接続確認により、通信ケーブル１３ｂに異常があることを上位装置１１側で推測することが可能となる。

次に、上位装置１１のＣＰＵ１４は、各モータ駆動装置１２に対して所定の位置に停止するように指令データを送信する。モータ駆動装置１２ａに対しては低速シリアル通信手段１６ａを通じて、モータ駆動装置１２ｂおよびモータ駆動装置１２ｃに対しては低速シリアル通信手段１６ｂを通じて通信データの交換を行うことで実現する。

低速シリアル通信手段１６の使用目的を通信異常時におけるモータの安全停止と異常箇所の分析に特化することで、通信速度が遅いものを使用することができる。低速シリアル通信手段１６は、高速シリアル通信手段１５に対して、コスト面で１／２０程度と非常に安いため、安価に構成することができる。また、通常動作時の性能を落とすことなく、通信異常時においても安全に停止させることができ、異常箇所の的確な分析が可能である。

次に、モータ駆動装置１２ｂ内で通信手段１５の故障やモータ駆動装置１２ｂの電源遮断などにより通信異常が発生していると仮定する。この状態では、モータ駆動装置１２ａ、モータ駆動装置１２ｃからの応答は返ってくるが、モータ駆動装置１２ｂからは低速シリアル通信手段１６ａを通じて応答は返ってこない。この状況から、通信経路の問題ではなく、モータ駆動装置１２ｂ自体に問題が発生していると判断できる。
（実施の形態２）
実施の形態１は、低速シリアル通信手段を２チャンネルとしたが、実施の形態２は、低速シリアル通信手段を１チャンネルとし、上位装置にスイッチを設ける。

図３において、上位装置２１と各モータ駆動装置２２は、ＣＰＵ２４、高速シリアル通信手段２５および低速シリアル通信手段２６をそれぞれ１つ備えており、通信ケーブル２３を用いて、リング状に接続されている。通常時、上位装置２１のＣＰＵ２４は、動作指令をシリアルデータにより高速シリアル通信手段２５を介して各モータ駆動装置２２に送信する。通常時の動作は、実施の形態１と同じあり以下の説明を省略する。また、実施の形態１と同様に、低速シリアル通信手段２６のトポロジーは、バス型とし通信線に流れる通信データは双方向とする。

実施の形態２では、実施の形態１における低速シリアル通信手段１６ｂと、通信ケーブル１３における低速シリアル通信手段１６ｂの接続線を削除している。このため、実施の形態２の上位装置２１のＣＰＵ２４は、通常動作時に通信異常が発生すると、低速シリアル通信手段２６に切替える。スイッチ２７は、初期的に一方と接続されており、スイッチ２７ａと接続されているものとする。

通信異常が発生すると、上位装置２１のＣＰＵ２４は、低速シリアル通信手段２６とスイッチ２７ａを通じて各モータ駆動装置２２に対して接続確認を行う。通信ケーブル２３ｂが断線している場合、上位装置２１のＣＰＵ２４には、モータ駆動装置２２ａからの応答は返ってくるが、モータ駆動装置２２ｂ、モータ駆動装置２２ｃから低速シリアル通信手段２６を通じて応答は返ってこない。この状況から、通信ケーブル２３ｂ以降に問題が発生していると判断できる。

次に、上位装置２１のＣＰＵ２４は、スイッチ２７ａからスイッチ２７ｂに接続を切替えて、低速シリアル通信手段２６から逆周りに各モータ駆動装置２２に対して接続確認を行う。通信ケーブル２３ｂが断線している状態では、モータ駆動装置２２ｂ、モータ駆動
装置２２ｃからの応答は返ってくるが、モータ駆動装置２２ａから低速シリアル通信手段２６を通じて応答は返ってこない。これらの状況から、通信ケーブル２３ｂ以降に問題が発生していると判断できる。

つまり、通信異常時にＣＰＵ２４は、スイッチ２７ａとスイッチ２７ｂにより通信の接続先を切替え、低速シリアル通信手段２６により両方向の接続状況を確認することで、通信ケーブル２３ｂに異常があることを上位装置２１側で推測することが可能となる。

上位装置２１のＣＰＵ２４は、各モータ駆動装置２２に対して所定の位置に停止するように指令データを送信する。モータ駆動装置２２ａに対してはスイッチ２７ａを通じて、モータ駆動装置２２ｂおよびモータ駆動装置２２ｃに対してはスイッチ２７ｂを通じて、それぞれ指令データを送信する。

実施の形態２の通信ケーブ２３は、差動信号を伝送可能とするため通信線をツイストペア線（２線で１組）とし、少なくとも２組のツイストペア線が１つの通信ケーブル内に組み込まれておればよい。また、３組あれば、低速シリアル通信手段２６が非絶縁の場合でも、電源グラウンド接続用として１組のツイストペア線を割り当てることができる。使用環境によっては差動信号とせず単線としてもよいのは言うまでもない。

本発明のモータ駆動用通信システムは、モータ駆動装置を上位装置から離れた箇所に取り付けているため容易に異常箇所を特定できない大型の装置、異常時の衝撃を抑えかつオーバーランを防止し安全に減速停止させる必要がある装置（例えば、液晶搬送装置）などに有用である。

本発明の実施の形態１におけるモータ駆動用通信システムの要部説明図 本発明の実施の形態１で使用する通信ケーブルの説明図 本発明の実施の形態２におけるモータ駆動用通信システムの要部説明図 従来のモータ駆動用通信システムの説明図

符号の説明

１１、２１ 上位装置
１２（ａ、ｂ、ｃ）、２２（ａ、ｂ、ｃ） モータ駆動装置
１３（ａ、ｂ、ｃ、ｄ）、２３（ａ、ｂ、ｃ、ｄ） 通信ケーブル
１４、２４ ＣＰＵ（上位装置）
１４ａ、２４ａ ＣＰＵ（モータ駆動装置）
１５、２５ 高速シリアル通信手段
１６（ａ、ｂ）、２６ 低速シリアル通信手段
２７ スイッチ

Claims (4)

1. 上位装置とモータ駆動装置を通信ケーブルで接続し、相互に通信データを送受信するモータ駆動用通信システムにおいて、
   高速シリアル通信手段と低速シリアル通信手段およびＣＰＵを有する上位装置と、
   高速シリアル通信手段と低速シリアル通信手段およびＣＰＵを有する複数のモータ駆動装置と、
   前記上位装置とモータ駆動装置の同じシリアル通信手段をそれぞれ接続する通信ケーブルを備え、
   前記上位装置のＣＰＵは、前記高速シリアル通信手段を介して通信データを一方向に送信し、一定期間内に通信データを受信できないとき、前記高速シリアル通信手段による通信を停止させて低速シリアル通信手段に切替え、前記モータ駆動装置と双方向シリアル通信するモータ駆動用通信システム。
2. 前記低速シリアル通信手段は、チャンネル数が２である請求項１に記載のモータ駆動用通信システム。
3. 前記低速シリアル通信手段のチャンネル数が１のとき、前記上位システムのＣＰＵにより、低速シリアル通信手段と通信ケーブルの接続先を切替えるスイッチをさらに備えた請求項１に記載のモータ駆動用通信システム。
4. 前記通信ケーブルは、ケーブル内部に少なくとも２組の通信線を備え、１組の通信線を高速シリアル通信手段に割り当て、残りの通信線を低速シリアル通信手段に割り当てる請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のモータ駆動用通信システム。
   

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