JP2022139285A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータ制御装置の安全性能を高める。【解決手段】モータ制御装置が、モータの動作を検出する第一エンコーダから互いに独立した２つの第一フィードバック信号を受信し、被駆動部の動作を検出する第二エンコーダから互いに独立した２つの第二フィードバック信号を受信し、モータを駆動するための動作指令信号、第一フィードバック信号、及び第二フィードバック信号に基づいて、モータの動作が動作指令信号に追従するようにモータの動作に関する指令値を生成し、当該指令値に応じた駆動信号に基づいて、駆動部がモータを駆動するための駆動電流を該モータに供給する際、前記第一フィードバック信号、及び第二フィードバック信号に基づいて、エンコーダ又は被駆動部の動作に関し故障が発生したと判断したときに、駆動信号の遮断処理を実行する。【選択図】図３

Description

本発明は、モータを駆動制御するモータ制御装置に関する。

近年、製造現場では、サーボシステムが、各種機械における稼動部の位置決め制御などに用いられている。このようなサーボシステムとして、各種の機械装置を稼動するためのサーボモータと、このサーボモータに取り付けられたエンコーダと、サーボモータを駆動するためのサーボドライバと、サーボドライバに対して位置指令情報等を出力するための制御装置とを備えるシステムがある。そして、製造現場では、コスト削減、生産性の向上とともに、作業者に対する安全性確保の取り組みが重要な要件となっている。このため、サーボシステムについても、相応の安全規格に適合させることが要求されつつある。

特許文献１には、リニアスケールからの位置検出信号とロータリーエンコーダからの速度検出信号を位置制御ドライバにフィードバックして位置決め制御を行い、位置決め完了後に位置制御ドライバが位置決め完了信号をコントローラに出力するフルクローズドループ位置制御サーボドライバが開示されている。また、特許文献２には、診断処理部が回転軸の位置及び回転速度の少なくとも一方を重故障状態と診断したら、駆動機器を停止させる安全停止信号を出力する制御装置が開示されている。

特開平７－２２５６１５号公報 特開２０１６－２０６８４２号公報

従来、モータを駆動制御するモータ制御装置について、その安全性能を高めるためには、モータ制御装置への入力情報を生成する当該モータの動きを検出するエンコーダの安全性能を高める必要があると考えられていた。そのため、エンコーダの設計において所定の安全規格の要件を満たす必要がある。例えば、このような安全規格としてＩＥＣ６１５０８が規定されている。ＩＥＣ６１５０８は、電気・電子・プログラマブル電子式安全関連の機能安全に関する国際規格である。ＩＥＣ６１５０８では、システムの故障確率を、以下の表１に示すようにＳＩＬ（Safety Integrity Level:安全度水準）と呼ばれる尺度
で規定している。

そして、ＩＥＣ６１５０８は、表中のＳＩＬごとに満足すべき要求事項を定義しており、構築する安全制御システムが達成すべき取り組みが明確化されている。ＳＩＬはＳＩＬ１からＳＩＬ４の４段階に分かれており、ＳＩＬの数値が大きくなるほど、安全性能が高
いことを意味する。例えば、安全性能の高いモータ制御装置として、ＳＩＬの値が高い構成としたモータ制御装置が望まれている。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、モータ制御装置の安全性能を高める技術を提供することを目的とする。

本発明においては、上記課題を解決するために、モータ制御装置が、モータの動作に応じた、互いに独立した２つの第一フィードバック信号と、被駆動部の動作に応じた、互いに独立した２つの第二フィードバック信号に基づいて、前記エンコーダ又は前記被駆動部の動作に関し故障が発生したと判断したときに、前記遮断部を介して前記駆動信号の遮断処理を実行する。このような構成により、当該モータ制御装置は、故障を判定する構成を冗長化し、モータ制御装置の安全性能を高めることができる。

本発明の一形態として、モータ制御装置は、モータの動作を検出する第一エンコーダから、前記モータの動作に応じて、互いに独立した２つの第一フィードバック信号を受信する第一信号受信部と、前記モータによって駆動される被駆動部の動作を検出する第二エンコーダから、前記被駆動部の動作に応じて、互いに独立した２つの第二フィードバック信号を受信する第二信号受信部と、前記モータを駆動するための動作指令信号と、前記第一フィードバック信号及び第二フィードバック信号のうち少なくとも一方の所定のフィードバック信号とに基づいて、前記モータの動作が前記動作指令信号に追従するように前記モータの動作に関する指令値を生成するモータ制御部と、前記モータ制御部からの前記指令値に応じて、前記モータを駆動するための駆動電流を該モータに供給する駆動部と、前記指令値に応じた、前記モータ制御部から前記駆動部への駆動信号の伝達を遮断する遮断部と、前記第一信号受信部を介して受信した前記２つの第一フィードバック信号、又は前記第二信号受信部を介して受信した前記２つの第二フィードバック信号に基づいて、前記エンコーダ又は前記被駆動部の動作に関し故障が発生したと判断したときに、前記遮断部を介して前記駆動信号の遮断処理を実行する安全制御部と、を備える。

このようにモータの動作を検出する第一エンコーダと、被駆動部の動作を検出する第二エンコーダとから、夫々冗長化されたフィードバック信号を受信し、これら第一及び第二フィードバック信号を利用することで、故障の判断を冗長化することが可能となり、これにより、フィードバック値の信頼性を向上させることができる。このことを上記の安全規格ＩＥＣ６１５０８に基づいて説明すると、第一及び第二フィードバック信号が夫々冗長化されている構成の場合、例えば第二フィードバック信号が冗長化されていない構成と比べて、ハードウェアフォールトトレランス（ＨＦＴ）の数値が高く、ＳＩＬの値を高めることが可能となる。

上記モータ制御装置において、安全制御部は、更に、前記第一フィードバック信号により算出される第一のフィードバック値、及び前記第二フィードバック信号により算出される第二のフィードバック値のうち、少なくとも一方のフィードバック値と、前記動作指令信号により算出される動作指令値との比較結果に基づいて、前記故障の発生を判断し、その判断結果に基づいて前記遮断部による前記駆動信号の遮断処理を実行してもよい。これにより、フィードバック値の信頼性を更に向上させることができる。このことを上記の安全規格ＩＥＣ６１５０８に基づいて説明すると、動作指令値とフィードバック値との比較結果を利用して上記遮断処理を行う構成を採用することは、エンコーダの安全側故障割合（ＳＦＦ）を高めることになる。その結果、上記表１から理解できるように、ハードウェアフォールトトレランス（ＨＦＴ）の数値を維持したままＳＦＦの値が上昇することで、モータ制御装置の安全性能に関するＳＩＬの値を高めることが可能となる。

また、本発明の一形態として、モータ制御装置は、モータの動作を検出する第一エンコーダから、前記モータの動作に応じて第一フィードバック信号を受信する第一信号受信部と、前記モータによって駆動される被駆動部の動作を検出する第二エンコーダから、前記被駆動部の動作に応じて、互いに独立した２つの第二フィードバック信号を受信する第二信号受信部と、前記モータを駆動するための動作指令信号と、前記第一フィードバック信号及び第二フィードバック信号のうち少なくとも一方のフィードバック信号とに基づいて、前記モータの動作が前記動作指令信号に追従するように前記モータの動作に関する指令値を生成するモータ制御部と、前記モータ制御部からの前記指令値に応じて、前記モータを駆動するための駆動電流を該モータに供給する駆動部と、前記指令値に応じた、前記モータ制御部から前記駆動部への駆動信号の伝達を遮断する遮断部と、前記第一信号受信部を介して受信した前記２つの第一フィードバック信号、又は前記第二信号受信部を介して受信した前記２つの第二フィードバック信号に基づいて、前記エンコーダの動作に関し故障が発生したと判断されたときに、前記遮断部を介して前記駆動信号の遮断処理を実行する安全制御部と、を備え、前記安全制御部が、前記第一フィードバック信号により算出される第一のフィードバック値、及び前記第二フィードバック信号により算出される第二のフィードバック値のうち、少なくとも一方のフィードバック値と、前記動作指令信号により算出される動作指令値との比較結果に基づいて、前記故障の発生を判断し、その判断結果に基づいて前記遮断部による前記駆動信号の遮断処理を実行する。このように、モータ制御装置は、動作指令値とフィードバック値との比較結果を利用することで、上述のように、エンコーダの安全側故障割合（ＳＦＦ）を高め、その結果、ハードウェアフォールトトレランス（ＨＦＴ）の数値を維持したままＳＦＦの値が上昇させて、モータ制御装置の安全性能に関するＳＩＬの値を高めることが可能となる。

本発明に係るモータ制御装置は、動作指令信号に基づいてモータを駆動する装置であり、当該モータ制御装置としてはサーボドライバやインバータ等が例示できる。なお、動作指令信号は、モータ制御装置の外部に位置する他の制御装置（ＰＬＣ等）で生成されモータ制御装置に提供されてもよく、又は、モータ制御装置の内部で生成されてもよい。具体的には、モータ制御部により、動作指令信号とフィードバック信号と第二フィードバック信号とから、モータを駆動するための指令値が生成される。この指令値を伴った駆動信号がモータ制御部から駆動部に伝えられることで、駆動部が当該指令値に応じた駆動電流をモータに供給し、モータが動作指令信号に追従するように駆動されることになる。なお、指令値の生成においては、上記モータの動作指令信号への追従駆動を可能とするために、任意のフィードバック方式、例えば、位置情報、速度情報等に関するフィードバック方式に従って、当該指令値の生成を行うことができる。

ここで、モータ制御装置には、モータ制御部から駆動部への駆動信号の伝達を遮断する遮断部が備えられ、遮断部による駆動信号の遮断処理は安全制御部によって制御される。そしてエンコーダの動作に関し故障が発生したと判断される場合には、安全制御部によって遮断処理が実行されることで、モータ制御装置の安全性能が実現されることになる。安全制御部により実行される遮断処理として、第一信号受信部を介して受信した２つの第一フィードバック信号、及び第二信号受信部を介して受信した２つの第二フィードバック信号に基づいて、エンコーダ又は被駆動部の動作に関し故障発生の有無が判断され、その判断結果に応じて実行される遮断処理が含まれる。

なお、安全制御部は、更に他の遮断処理として、エンコーダからのフィードバック値を利用し、モータの速度や位置の制限に関する故障判断を行い、その判断結果に応じて駆動信号の遮断を行ってもよい。

ここで、上記のモータ制御装置において、前記エンコーダは、前記モータの動作に対応して、互いに独立した２つのフィードバック信号を生成するように構成され、前記安全制
御部は、前記遮断処理において、前記２つのフィードバック信号のそれぞれより算出される２つの前記所定のフィードバック値の少なくとも一方と、前記動作指令値とを比較して、前記駆動信号の遮断処理を実行してもよい。このようにフィードバック信号が二重化されているエンコーダからのフィードバック信号を利用するモータ制御装置であっても、その安全性能をより効果的に上昇させることができる。すなわち、モータ制御装置の安全性能に関するＳＩＬの値を、エンコーダの安全性能に関するＳＩＬの値よりも高めることが可能となる。

ここで、上述までのモータ制御装置における、安全制御部による遮断処理の具体例について開示する。第１には、前記安全制御部は、前記遮断処理において、前記所定のフィードバック値と前記動作指令値との差分に基づいて、該遮断処理の実行の可否を判断してもよい。また、第２には、前記安全制御部は、前記遮断処理において、前記所定のフィードバック値の変化率と前記動作指令値の変化率とを比較し、その比較結果に基づいて該遮断処理の実行の可否を判断してもよい。また、第３には、前記安全制御部は、前記遮断処理において、前記所定のフィードバック値の変化率と前記動作指令値の変化率との差分の変化率に基づいて、該遮断処理の実行の可否を判断してもよい。また、安全制御部による遮断処理として、これらの一部又は全部を組合わせた処理を採用してもよく、別法として、上述の処理以外の処理を採用しても構わない。

エンコーダの安全性能に縛られることなくモータ制御装置の安全性能を高めることが可能となる。

本発明に係るサーボドライバが組み込まれるサーボシステムの概略構成を示す図である。 本発明に係るサーボドライバのサブシステムにおける安全性能を概略的に説明するための図である。 第一実施例に係るサーボドライバの機能ブロック図である。 安全制御部による遮断処理を示す図である。 第二実施例に係るサーボドライバの機能ブロック図である。 第二実施例に係る安全制御部による遮断処理を示す図である。 第三実施例に係るサーボドライバの機能ブロック図である。 第三実施例に係るーボドライバのサブシステムにおける安全性能を概略的に説明するための図である。

＜第一実施例＞
図１は、本発明のモータ制御装置に相当するサーボドライバが組み込まれるサーボシステムの概略構成図である。サーボシステムは、ネットワーク１と、モータ２と、第一エンコーダ３と、サーボドライバ４と、標準ＰＬＣ(Programmable Logic Controller)５と
、安全ＰＬＣ６と、第二エンコーダ７と、被駆動部８とを備える。モータ２と第一エンコーダ３によりサーボモータが形成される。当該サーボシステムは、モータ２によって被駆動部８を駆動させるためのシステムである。モータ２は、被駆動部８を含む機械装置のアクチュエータとして当該機械装置内に組み込まれている。例えば、モータ２は、ＡＣモータである。そして、第一エンコーダ３は、モータ２の動作を検出するためにモータ２に取り付けられる。第一エンコーダ３は、検出されたモータ２の動作を示す第一フィードバック信号を生成するとともに、その第一フィードバック信号をサーボドライバ４に送信する。第一フィードバック信号は、たとえばモータ２の回転軸の回転位置（角度）についての位置情報、その回転軸の回転速度の情報等を含む。第一エンコーダ３には一般的なインク
リメンタル型エンコーダ、アブソリュート型エンコーダを適用することができる。

被駆動部８は、例えば、産業用ロボットのアームや搬送装置といった機械装置である。図１の例において、被駆動部８は、移動ステージ８１と、伝達機構８２とを有し、移動ステージ８１が伝達機構８２を介してモータ２に接続されている。伝達機構８２は、プーリーと駆動ベルトや、ギヤ、ネジ棒など、モータ２の駆動力を移動ステージ８１に伝達する機構である。伝達機構８２を介して、モータ２の駆動力が移動ステージ８１に伝達されると、移動ステージ８１が、この駆動力に応じて移動される。なお、モータ２による機械装置の移動は、特定の軸を中心に回転して、その向きを変えることや、伸縮により一部分が変位することなどであってもよい。そして、第二エンコーダ７は、被駆動部８の動作を検出するために被駆動部８に取り付けられる。第二エンコーダ７は、例えば被駆動部８の移動ステージ８１等と共に移動するスケール７１を読み取ることで被駆動部８の動作を示す第二フィードバック信号を生成し、その第二フィードバック信号をサーボドライバ４に送信する。第二フィードバック信号は、たとえば移動ステージ８１の位置情報や、その移動速度の情報等を含む。第二エンコーダ７には一般的なインクリメンタル型エンコーダ、アブソリュート型エンコーダを適用することができる。

サーボドライバ４は、ネットワーク１を介して標準ＰＬＣ５からモータ２の動作（モーション）に関する動作指令信号を受けるとともに、第一エンコーダ３から出力された第一フィードバック信号及び第二エンコーダ７から出力された第二フィードバック信号のうち少なくとも一方の所定のフィードバック信号とに基づいて、前記モータの動作が前記動作指令信号に追従するようにモータ２の動作を制御する。サーボドライバ４は、標準ＰＬＣ５からの動作指令信号、第一エンコーダ３からの第一フィードバック信号、及び第二エンコーダ７からの第二フィードバック信号に基づいて、モータ２の駆動に関するサーボ制御を実行する。また、サーボドライバ４はネットワーク１を介して安全ＰＬＣ６と接続されている。これにより、サーボドライバ４は、安全ＰＬＣ６から受ける監視指令信号に基づいて、モータ２やサーボドライバ４、被駆動部８に関する故障発生の監視を行い、その結果を安全ＰＬＣ６に返す。

また、サーボドライバ４は、標準ＰＬＣ５からの動作指令信号と、第一エンコーダ３からの第一フィードバック信号と、第二エンコーダ７からの第二フィードバック信号とに基づいて、モータ２の動作に関する指令値を算出する。さらにサーボドライバ４は、モータ２の動作がその指令値に追従するように、モータ２に駆動電流を供給する。なお、この供給電流は、交流電源１１からサーボドライバ４に対して送られる交流電力が利用される。本実施例では、サーボドライバ４は三相交流を受けるタイプのものであるが、単相交流を受けるタイプのものでもよい。

ここで、図２は、サーボドライバ４を１つのシステムとしたときに、それを構成する３つのサブシステムである入力構成、演算構成、出力構成における安全機能をブロック図化したものである。入力構成は、サーボドライバ４への入力に関するサブシステムであり、その安全性能は第一エンコーダ３の安全性能に大きく依拠する。具体的には、第一エンコーダ３は、後述するようにその内部で同時にスキャニングを行なうことにより独立したパルスの出力が可能となるように二重化された回路を有しており、その二重化されたフィードバック信号が、独立した配線を経てサーボドライバ４へ入力される。同様に第二エンコーダ７は、その内部で同時にスキャニングを行なうことにより独立したパルスの出力が可能となるように二重化された回路を有しており、その二重化されたフィードバック信号が、独立した配線を経てサーボドライバ４へ入力される。したがって、入力構成は、第一エンコーダ３による安全機能ＩｎＳ１１、ＩｎＳ1２、及び第二エンコーダ７による安全機
能ＩｎＳ２１、ＩｎＳ２２を有し、その場合のハードウェアフォールトトレランス（ＨＦＴ）は２となる。なお、一般的に、エンコーダの安全側故障割合（ＳＦＦ）は、エンコー
ダの容積（大きさ）や価格の観点から高くすることは容易ではなく、このため本実施形態における第一エンコーダ３及び第二エンコーダ７のＳＦＦは６０％以上９０％未満の範囲に属するものを採用している。このため、入力構成の安全度水準（ＳＩＬ）は３となる。

また、演算構成は、サーボドライバ４内での入力から出力を算出するための演算に関するサブシステムであり、例えば、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）を用いた演算回路が独立して二重化された構成とされることで、安全機能ＣｔＳ１１、ＣｔＳ１２, ＣｔＳ２１
、ＣｔＳ２２を有し、その場合のＨＦＴは２となる。また、演算構成のＳＦＦは一般に比較的高くすることが容易であり、そのため演算構成のＳＦＦは比較的高く９０％以上９９％未満の範囲に属するものとする。したがって、演算構成のＳＩＬは４となる。更に、出力構成は、サーボドライバ４からの出力に関するサブシステムであり、後述するようにモータ制御部４２から駆動部４４への駆動信号の伝達を遮断する遮断部４３の安全性能に依拠する。具体的には、出力構成は、遮断部４３を形成する電気回路が独立して二重化された構成とされることで、安全機能ＯｔＳ１１、ＯｔＳ１２、ＯｔＳ２１、ＯｔＳ２２を有し、その場合のＨＦＴは２となる。また、出力構成のＳＦＦは一般に比較的高くすることが容易であり、そのため演算構成のＳＦＦは比較的高く９０％以上９９％未満の範囲に属するものとする。したがって、出力構成のＳＩＬも４となる。

以下、サーボドライバ４のより具体的な構成について説明する。図３は、第一実施例に係るサーボドライバ４の機能ブロック図である。図３に示すように、サーボドライバ４は、フィードバック処理部４１、モータ制御部４２、遮断部４３、駆動部４４、第一信号受信部４６、第二信号受信部４５、及び安全制御部５０を有している。第一信号受信部４６は、モータの動作を検出する第一エンコーダ３から、モータ２の動作に応じて、互いに独立した２つの第一フィードバック信号を受信する入力インタフェースであり、第一フィードバック信号を受信してフィードバック処理部４１に入力する。第二信号受信部４５は、モータ２によって駆動される被駆動部の動作を検出する第二エンコーダから、前記被駆動部の動作に応じて、互いに独立した２つの第二フィードバック信号を受信する入力インタフェースであり、第二フィードバック信号を受信してフィードバック処理部４１に入力する。フィードバック処理部４１は、第一エンコーダ３からの第一フィードバック信号に基づいて第一のフィードバック値を生成し、第二エンコーダ７からの第二フィードバック信号に基づいて第二のフィードバック値を生成する。たとえば第一エンコーダ３及び第二エンコーダ７からパルスが出力される場合、フィードバック処理部４１は、そのパルスをカウントすることによりモータ２及び被駆動部８の位置や移動速度を算出するとともに、その位置や速度を示す値を含むフィードバック値を生成する。

なお、第一エンコーダ３は、その内部で同時にスキャニングを行なうことにより独立したパルスの出力が可能となるように二重化された回路を有しており、二重化されたフィードバック信号を出力する。そのため、フィードバック処理部４１は、第一エンコーダ３から二重化されたフィードバック信号を受けるとともに、それらのフィードバック信号に基づいて二重化されたフィードバック値を生成する。そして、フィードバック処理部４１は、その生成された二重化されたフィードバック値をモータ制御部４２に送るとともに、安全制御部５０にも送る。

また、第二エンコーダ７は、その内部で同時にスキャニングを行なうことにより独立したパルスの出力が可能となるように二重化された回路を有しており、二重化されたフィードバック信号を出力する。そのため、フィードバック処理部４１は、第二エンコーダ７から二重化された第二フィードバック信号を受けるとともに、それらの第二フィードバック信号に基づいて二重化された第二のフィードバック値を生成する。そして、フィードバック処理部４１は、その生成された二重化された第二のフィードバック値をモータ制御部４２に送るとともに、安全制御部５０にも送る。

次に、モータ制御部４２は、標準ＰＬＣ５から動作指令信号を受けるとともに、フィードバック処理部４１から第一のフィードバック値及び第二のフィードバック値を受ける。モータ制御部４２は、動作指令信号と、第一及び第二のフィードバック値とに基づいて、位置フィードバック制御、速度フィードバック制御を実行するための指令値を生成する。例えば、モータ制御部４２は、動作指令信号、第一のフィードバック値及び第二のフィードバック値に基づくフィードバック制御により、位置指令値及び速度指令値を生成する。なお、当該フィードバック制御で採用されるフィードバック方式は、モータ２が組み込まれる機械装置（搬送装置等）の所定の目的（例えば、荷物の搬送）に好適なサーボループが形成される方式であり、適宜設計することができる。例えば、モータ制御部４２は、第一のフィードバック値と第二のフィードバック値とのうち、一方を用いてモータ２の制御を行ってもよい。そして、モータ制御部４２で生成されたこれらの指令値は、駆動信号として遮断部４３に送られる。

次に、遮断部４３は、後述する安全制御部５０から遮断信号を受けた場合において、後述する駆動部４４にモータ制御部４２からの駆動信号を電気的に通過させないことで、駆動部４４を停止させる。これによりモータ制御部４２が駆動信号を送出したとしても、モータ２によるトルクの出力が停止することになる。一方、遮断部４３に遮断信号が入力されない場合には、遮断部４３はモータ制御部４２から出力された指令値を伴う駆動信号をそのまま駆動部４４に通過させる。なお、遮断部４３は、モータ制御部４２等の機能部から独立して存在する構成に限定されるものではなく、モータ制御部４２が遮断部４３を兼ね、安全制御部５０から遮断信号を受けた場合に、位置指令値及び速度指令値の出力を停止することで、駆動部４４を停止させてもよい。

ここで駆動部４４は、遮断部４３を介して、モータ制御部４２からの駆動信号を受ける。駆動部４４は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の半導体スイッチング素子で構成される回路を有しており、モータ制御部４２からの駆動信号に基づいて、スイッチング素子をＰＷＭ方式に従ってオン・オフさせるための信号を生成するとともに、その信号に従ってスイッチング素子をオン・オフさせる。これによりモータ２に交流電力が供給されるとともに、駆動信号に従ってモータ２が駆動される。一方、遮断部４３が作動し駆動信号の駆動部４４への伝達が遮断されると、駆動部４４からの出力がオフに固定される。これによりモータ２への電力供給が停止されるので、モータ２からのトルクの出力が停止することになる。

このようにフィードバック処理部４１、モータ制御部４２、遮断部４３、駆動部４４は、いわばモータ２の駆動制御に直接関連する機能部である。一方で、安全制御部５０は、第一エンコーダ３の動作の故障の発生を判断し、故障が発生していると判断される場合には、モータ２の動作を停止させ当該動作に対する安全を確保する機能部である。具体的には、安全制御部５０は、更に詳しくは判断部５１と遮断指示部５２を有している。安全制御部５０による故障判断を含む安全確保に関する制御は、安全ＰＬＣ６からの監視指令に基づいて実行される。

判断部５１は、第一のフィードバック値に基づいて第一エンコーダ３の動作に関連する故障が発生していないかを判断すると共に、第二のフィードバック値に基づいて第二エンコーダ７の動作に関連する故障が発生していないかを判断する。判断部５１は、例えば、第一のフィードバック値、及び第二のフィードバック値が正常な値か否かを判定する。具体的には、判断部５１が、第一エンコーダ３から二重化した第一フィードバック信号を受信し、これら第一フィードバック信号同士を比較して、閾値を超えるズレがある場合には第一エンコーダ３に係る故障が発生したと判定する。また、判断部５１は、第二エンコーダ７から二重化した第二フィードバック信号を受信し、これら第二フィードバック信号同
士を比較して、閾値を超えるズレがある場合には第二エンコーダ７に係る故障が発生したと判定する。

そして、判断部５１によって故障が発生していると判断された場合には、遮断指示部５２により遮断信号が生成され、生成された遮断信号は遮断部４３に対して送られる。当該遮断信号を受け取った遮断部４３は、上記の通りモータ制御部４２からの駆動信号の駆動部４４への伝達を遮断することで、モータ２によるトルク出力を停止させる。なお、このような安全制御部５０による制御状態（故障の有無）は、安全ＰＬＣ６からの監視指令に対する回答の形で安全ＰＬＣ６に通知される。

ここで、上記判断部５１及び遮断指示部５２を有する安全制御部５０による遮断処理について、図４に基づいて説明する。図４に示す遮断処理は、安全制御部５０を形成する演算装置（ＭＰＵ等）により、例えば、指令値が生成される制御周期で繰り返して実行される。ステップＳ１０１では、判断部５１が、第一のフィードバック値及び第二のフィードバック値をフィードバック処理部４１から取得する。その後、ステップＳ１０２で、判断部５１が、第一のフィードバック値及び第二のフィードバック値に基づいて故障の有無を判断する処理を行う。ステップS１０３は、ステップS１０２の判断結果に応じた分岐処理であり、故障が発生したと判断された場合（Ｓ１０３，Ｙｅｓ）、ステップＳ１０４へ移行し、遮断指示部５２により遮断信号が生成され、生成された遮断信号は遮断部４３に対して送られる。これにより、モータ２によるトルク出力を停止させる。また、故障が発生していないと判断された場合（Ｓ１０３，Ｎｏ）、遮断指示部５２による遮断信号の生成は行われず、図４の処理を終了する。

このようにサーボドライバ４では、判断部５１により第一エンコーダ３及び第二エンコーダ７の故障判断が行われ、故障と判断された場合には、遮断部４３の働きによりモータ２によるトルク出力が停止させられる。これにより、故障判断の精度向上が図られ、モータ制御装置の安全性能が高められる。

＜第二実施例＞
図５は、第二実施例に係るサーボドライバ４の機能ブロック図である。本実施例は、前述の第一実施例と比べ、動作指令信号の値と、第一のフィードバック値と、第二のフィードバック値とに基づいて故障の判定を行う構成が異なっており、その他の構成は同じである。このため、前述の第一実施形態と同じ要素には同符号を付すなどして、再度の説明を省略する。

図５に示すように、本実施例の安全制御部５０は、比較判断部５３を有している。比較判断部５３は、第一エンコーダ３及び第二エンコーダ７の動作に関連する故障が発生していないかを判断する機能部であり、当該判断は、モータ２の動作に連動するフィードバック値やモータ２への動作指令信号の値に基づいて行われる。具体的には、比較判断部５３は、フィードバック処理部４１から二重化された第一のフィードバック値及び第二のフィードバック値を受け取るとともに、標準ＰＬＣ５から動作指令信号を受け、その信号に対応する動作指令値Ｐ１（図３ではＰ１は不図示）を生成する。なお、当該動作指令信号は、モータ制御部４２が受け取る動作指令信号と同一である。

ここで、一般に、製品（例えば、エンコーダ）の故障率λは、安全側故障率λｓと危険側故障率λｄに大別でき、更に危険側故障率λｄは、検出可能な危険側故障率λｄｄと検出不可能な危険側故障率λｄｕに区分することができる。そして、上記ＳＦＦは、下記の式１で定義される。
ＳＦＦ ＝ （λｓ＋λｄｄ）／（λｓ＋λｄ） ・・・（式１）
そして、ＳＦＦを大きくするためには、危険側故障のうち検出可能となる故障の割合を
大きくすることが肝要である。

そこで、比較判断部５３は、動作指令値Ｐ１とフィードバック値とを比較し、両者の差分が許容範囲内であるか否かを判断する。モータ２が動作指令値Ｐ１に追従して駆動されていることを前提とすると、動作指令値Ｐ１と第一及び第二のフィードバック値との差分は、第一エンコーダ３による検出対象であるモータ２の動きと、第一エンコーダ３の検出結果とのずれを意味する。したがって、その差分を利用することで危険側故障の発生を検出することが可能となる。

このように比較判断部５３が動作指令値Ｐ１と第一及び第二のフィードバック値との差分を利用することで、サーボドライバ４において第一エンコーダ３及び第二エンコーダ７の動作に関する故障発生の判断をより詳細に行うことが可能となる。この結果、上記比較判断部５３が存在しない第一実施例のサーボドライバと比べると、サーボドライバ４の入力構成のＳＦＦは向上し、そのＳＩＬの値を高めることが可能となる。なお、動作指令値Ｐ１と比較される第一及び第二のフィードバック値は、上記二重化されたフィードバック値のうち何れか一方の値でもよく、両方の値でもよい。また、合理的な故障判断の別法としては、動作指令値Ｐ１の変化率とフィードバック値の変化率とを比較し、両者の差分を利用して第一エンコーダ３の故障判断を行ってもよく、また、両変化率の差分を利用して第一エンコーダ３の故障判断を行ってもよく、これらの故障判断の態様の任意の組合せを採用してもよい。

このように比較判断部５３は、フィードバック値と動作指令値Ｐ１を利用して第一エンコーダ３の故障判断を行う。そして、比較判断部５３によって故障が発生していると判断された場合には、遮断指示部５２により遮断信号が生成され、生成された遮断信号は遮断部４３に対して送られる。当該遮断信号を受け取った遮断部４３は、上記の通りモータ制御部４２からの駆動信号の駆動部４４への伝達を遮断することで、モータ２によるトルク出力を停止させる。なお、このような安全制御部５０による制御状態（故障の有無）は、安全ＰＬＣ６からの監視指令に対する回答の形で安全ＰＬＣ６に通知される。

ここで、上記比較判断部５３及び遮断指示部５２を有する安全制御部５０による遮断処理について、図６に基づいて説明する。図６に示す遮断処理は、安全制御部５０を形成する演算装置（ＭＰＵ等）により、例えば、指令値が生成される制御周期で繰り返して実行される。ステップＳ２００では、判断部５１が、第一のフィードバック値及び第二のフィードバック値をフィードバック処理部４１から取得する。また、Ｓ２０１では、判断部５１が、標準ＰＬＣ５から動作指令信号を受け、その信号に対応する動作指令値Ｐ１を生成する。

ステップＳ２０２にて、判断部５１は、第一のフィードバック値及び第二のフィードバック値に基づいて故障の有無を判断する処理を行う。また、ステップ２０３にて、生成された動作指令値Ｐ１とフィードバック処理部４１から取得されたフィードバック値との差分に基づいて、第一エンコーダ３の故障判断が行われる。当該判断は、比較判断部５３によって行われる。

ステップS２０４は、ステップS２０２及びＳ２０２の判断結果に応じた分岐処理であり、故障が発生したと判断された場合（Ｓ２０３，Ｙｅｓ）、ステップＳ２０５へ移行し、遮断指示部５２により遮断信号が生成され、生成された遮断信号は遮断部４３に対して送られる。これにより、モータ２によるトルク出力を停止させる。また、故障が発生していないと判断された場合（Ｓ２０４，Ｎｏ）、遮断指示部５２による遮断信号の生成は行われず、図６の処理を終了する。

このように本実施例のサーボドライバ４では、比較判断部５３により動作指令値を利用した第一エンコーダ３の故障判断が行われ、故障と判断された場合には、遮断部４３の働きによりモータ２によるトルク出力が停止させられる。これにより、第一エンコーダ３の故障判断の精度向上が図られ、サーボドライバ４の入力構成のＳＦＦが向上する。例えば、前述の第一実施例では、図２に示すように、入力構成のハードウェアフォールトトレランスが２で、ＳＦＦが６０％以上９０％未満であり、安全度水準（ＳＩＬ）が３であった。これに対し、本実施例のサーボドライバ４は、比較判断部５３により、第一及び第二のフィードバック値と動作指令値とを比較して故障判断が行われ、第一エンコーダ３及び第二エンコーダ７の故障判断の精度向上が図られ、サーボドライバ４の入力構成のＳＦＦが向上して、９０％以上９９％未満の範囲となるので、入力構成のＳＩＬも３から４へと上昇することになる。即ち、本実施例によれば、サーボドライバ４の安全性能を第一実施例より高めることができる。

＜第三実施例＞
図７は、第三実施例に係るサーボドライバ４の機能ブロック図である。本実施例は、前述の第二実施例と比べ、第一エンコーダにおけるパルスの出力回路が二重化されておらず、二重化されていないフィードバック信号を出力する構成が異なっている。なお、その他の構成は同じであるため、前述の第一実施形態と同じ要素には同符号を付すなどして、再度の説明を省略する。

図８は、第三実施例に係るサーボドライバ４を１つのシステムとしたときに、それを構成する３つのサブシステムである入力構成、演算構成、出力構成における安全機能をブロック図化したものである。図８に示すように、第三実施例に係る入力構成は、第一エンコーダ３による制御機能ＩｎＳ０１及び第二エンコーダ７による安全機能ＩｎＳ２１、ＩｎＳ２２を有し、その場合のハードウェアフォールトトレランス（ＨＦＴ）は１となる。なお、一般的に、エンコーダの安全側故障割合（ＳＦＦ）は、エンコーダの容積（大きさ）や価格の観点から高くすることは容易ではなく、このため本実施形態における第一エンコーダ３及び第二エンコーダ７のＳＦＦは６０％以上９０％未満の範囲に属するものを採用している。このため、仮に、入力構成において、その安全性能が第一エンコーダ３のみに依拠する場合には、入力構成の安全度水準（ＳＩＬ）は２となるが、本実施例では、比較判断部５３により動作指令値を利用した第一エンコーダ３の故障判断が行われ、故障判断の精度向上が図られ、サーボドライバ４の入力構成のＳＦＦが向上させているため、入力構成の安全度水準（ＳＩＬ）を３とすることができる。これにより、第一エンコーダ３として、比較的安価なセイフティエンコーダではないものを採用した場合でも、安全度水準（ＳＩＬ）を３とすることができる。

１・・・・ネットワーク
２・・・・モータ
３・・・・第一エンコーダ
４・・・・サーボドライバ
５・・・・標準ＰＬＣ
６・・・・安全ＰＬＣ
７・・・・第二エンコーダ
４１・・・・フィードバック処理部
４２・・・・モータ制御部
４３・・・・遮断部
４４・・・・駆動部
５０・・・・安全制御部
５１・・・・判断部
５２・・・・遮断指示部
５３・・・・比較判断部

Claims (6)

1. モータの動作を検出する第一エンコーダから、前記モータの動作に応じて、互いに独立した２つの第一フィードバック信号を受信する第一信号受信部と、
   前記モータによって駆動される被駆動部の動作を検出する第二エンコーダから、前記被駆動部の動作に応じて、互いに独立した２つの第二フィードバック信号を受信する第二信号受信部と、
   前記モータを駆動するための動作指令信号と、前記第一フィードバック信号及び第二フィードバック信号のうち少なくとも一方の所定のフィードバック信号とに基づいて、前記モータの動作が前記動作指令信号に追従するように前記モータの動作に関する指令値を生成するモータ制御部と、
   前記モータ制御部からの前記指令値に応じて、前記モータを駆動するための駆動電流を該モータに供給する駆動部と、
   前記指令値に応じた、前記モータ制御部から前記駆動部への駆動信号の伝達を遮断する遮断部と、
   前記第一信号受信部を介して受信した前記２つの第一フィードバック信号、又は前記第二信号受信部を介して受信した前記２つの第二フィードバック信号に基づいて、前記第一エンコーダ又は前記第二エンコーダの動作に関し故障が発生したと判断したときに、前記遮断部を介して前記駆動信号の遮断処理を実行する安全制御部と、
   を備えるモータ制御装置。
2. 前記安全制御部が、更に、前記第一フィードバック信号により算出される第一のフィードバック値、及び前記第二フィードバック信号により算出される第二のフィードバック値のうち、少なくとも一方のフィードバック値と、前記動作指令信号により算出される動作指令値との比較結果に基づいて、前記故障の発生を判断し、その判断結果に基づいて前記遮断部による前記駆動信号の遮断処理を実行する、
   請求項１に記載のモータ制御装置。
3. モータの動作を検出する第一エンコーダから、前記モータの動作に応じて第一フィードバック信号を受信する第一信号受信部と、
   前記モータによって駆動される被駆動部の動作を検出する第二エンコーダから、前記被駆動部の動作に応じて、互いに独立した２つの第二フィードバック信号を受信する第二信号受信部と、
   前記モータを駆動するための動作指令信号と、前記第一フィードバック信号及び第二フィードバック信号のうち少なくとも一方のフィードバック信号とに基づいて、前記モータの動作が前記動作指令信号に追従するように前記モータの動作に関する指令値を生成するモータ制御部と、
   前記モータ制御部からの前記指令値に応じて、前記モータを駆動するための駆動電流を該モータに供給する駆動部と、
   前記指令値に応じた、前記モータ制御部から前記駆動部への駆動信号の伝達を遮断する遮断部と、
   前記第一信号受信部を介して受信した前記２つの第一フィードバック信号、又は前記第二信号受信部を介して受信した前記２つの第二フィードバック信号に基づいて、前記第一エンコーダ又は第二エンコーダの動作に関し故障が発生したと判断されたときに、前記遮断部を介して前記駆動信号の遮断処理を実行する安全制御部と、
   を備え、
   前記安全制御部が、
   前記第一フィードバック信号により算出される第一のフィードバック値、及び前記第二フィードバック信号により算出される第二のフィードバック値のうち、少なくとも一方のフィードバック値と、前記動作指令信号により算出される動作指令値との比較結果に基づ
   いて、前記故障の発生を判断し、その判断結果に基づいて前記遮断部による前記駆動信号の遮断処理を実行する、
   モータ制御装置。
4. 前記安全制御部は、前記遮断処理において、前記フィードバック値と前記動作指令値との差分に基づいて、該遮断処理の実行の可否を判断する、
   請求項２又は請求項３に記載のモータ制御装置。
5. 前記安全制御部は、前記遮断処理において、前記フィードバック値の変化率と前記動作指令値の変化率とを比較し、その比較結果に基づいて該遮断処理の実行の可否を判断する、
   請求項２又は請求項３に記載のモータ制御装置。
6. 前記安全制御部は、前記遮断処理において、前記フィードバック値の変化率と前記動作指令値の変化率との差分の変化率に基づいて、該遮断処理の実行の可否を判断する、
   請求項２又は請求項３に記載のモータ制御装置。

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