JP4605043B2 - 通信処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数のモータを同期させて駆動するモータ駆動システムの通信処理方法に関する。

複数のモータ駆動装置を持つモータ駆動システムでは、それぞれの軸が別々の動作を独立して行う通常動作に対し、ある特定の軸同士が同期して動作する同期動作が要望される場合がある。

例えば、１つの負荷を２軸のモータで駆動させる場合は、２軸を同期させて動作させる。その場合、お互いの位置がずれると、その負荷にねじれが生じるため、その誤差を補正する、あるいは一定以上ずれると異常とするなど、同期誤差に対する補正を行うのが一般的である。

その中で、複数のモータ駆動装置を通信で制御する場合は、一般的には大きく２つの通信方法がある。一つは、一定の周期で上位コントローラから接続されているすべてのモータ駆動装置に対する指令を一つのフレームとして送信し、各モータ駆動装置はその中から自軸のデータを抜き出し、その指令に従いモータを制御すると同時に、返信データも他のモータ駆動装置からの返信データとあわせて一つのフレームとして返信する。

そうすることにより、一定の周期ですべてのモータ駆動装置との通信を効率的に行うことができる。ここではこの方式をトータルフレーム方式と呼ぶ。

通常、このトータルフレーム方式を行うためには高速な通信が必要となり、専用の通信モジュールや通信ＩＣを用いるため、システム全体として高価となり、対応する機器が限られてしまうなど汎用性が低くなる。

もう一つは、上位コントローラからあるモータ駆動装置へ指令を送信し、そのモータ駆動装置からデータが返信されてから、別のモータ駆動装置へ指令を送信するといったように順番に１軸ずつ通信を行うもので、マスター・スレーブ方式と呼ぶ。

このマスター・スレーブ方式は、すべてのモータ駆動装置のデータを読込むまでに時間がかかり効率的ではないが、通信速度が低くてもよく、一般的なコントローラ等に標準装備されている通信装置で実現できるため、システムが安価で、対応する機器が豊富となり汎用性が高くなる。

通信を用いたモータ制御システムにおいて、高速、高精度な同期運転を行うには上述したトータルフレーム方式を用いて行う方法が提案され、通信で送受信されるすべてのモータ駆動装置のデータから、同期運転を行うモータ駆動装置同士のデータをお互いに抜き出し、そのデータの比較と同期誤差に対する補正を上位コントローラを介さずにモータ駆動装置で行うことで、高速、高精度の同期運転を実現している（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−３４５２０号公報

しかしながら、上述した技術では、一定周期内に接続されているすべてのモータ駆動装置のデータを送受信するために高速な通信装置が必要となり、通常のコントローラ等に標準装備されている汎用通信手段を用いて通信を行っているモータ駆動システムには適用できないという課題があった。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、汎用通信手段を用いたモータ駆動システムでも高速、高精度の同期運転を実現する通信処理方法を提供することを目的とする。

通信の送受信装置を有する上位コントローラと、同じく通信の送受信装置を有する複数のモータ駆動装置と、それらを接続する通信線とを備え、上位コントローラからある１軸に対してのみ制御命令を送信し、その軸からの位置に関する検出データを受信してから通信相手のモータ駆動装置を切替えて次の軸へ制御命令を送信するモータ駆動システムの通信処理方法において、同期運転を行う主軸と従軸を前記複数のモータ駆動装置に対して設定するステップ１と、上位コントローラと接続されたモータ駆動装置との通信を行うステップ２と、主軸と従軸間で位置に関する検出データを送受信し同期誤差に対する補正を行うステップ３と、上位コントローラと通信を行うモータ駆動装置を切替えるステップ４とを備え、ステップ２を実行する毎に、ステップ３により主軸と従軸間で位置に関する検出データの共有を行い、同期誤差を補正して位置についての同期運転を行う。

本発明のモータ駆動システムの通信処理方法によれば、上位コントローラがどれか１つのモータ駆動装置と通信を行う毎に、同期運転を行う各モータ駆動装置間でデータの送受信を行うため、汎用通信装置を用いたマスター・スレーブ方式のモータ駆動システムにおいても、高速、高精度な同期運転を行うことができる。

同期運転を行う主軸と従軸を設定するステップ１と、上位コントローラと接続されたモータ駆動装置との通信を行うステップ２と、主軸と従軸間でデータを送受信し同期誤差に対する補正を行うステップ３と、上位コントローラと通信を行うモータ駆動装置を切替えるステップ４とを備え、ステップ２を実行する毎に、主軸と従軸間でデータの共有を行い同期運転し、ステップ２の完了から一定時間経過した後、通信相手を切替える。

実施例１は、本発明の基本ステップであり、以下図面を参照しながら説明する。

図３は、モータ駆動システムの構成図であり、図３において、通信の送受信部５を備えた上位コントローラ１に対し、通信の送受信部６を備えたモータ駆動装置２、通信の送受信部７を備えたモータ駆動装置３、通信の送受信部８を備えたモータ駆動装置４の３台が、通信線９で接続されている。

従来のモータ駆動システムの通信処理動作は、図４に示すように、軸番号１のモータ駆動装置との通信を行ったあと、軸番号２のモータ駆動装置との通信を行うという通信処理を行っている。

この場合、軸番号１のモータ駆動装置への送信開始から軸番号２のモータ駆動装置への送信開始までの周期を通信周期Ｔと呼び、仮に接続されたモータ駆動装置をＮ台とすると、一つのモータ駆動装置に対する通信周期はＴ×Ｎとなる。従って、複数台のモータ駆動装置を同期させて動かす場合は、Ｔ×Ｎ周期でしかデータのやりとりができずに高速、高精度な同期運転は実現できない。

これに対して本発明では、図４中の上位コントローラが通信相手を切替える無通信時間Ｔｎの間に、同期運転を行う主軸、従軸間で同じ通信線９を用いて通信を行うことで、通信周期Ｔ毎でのデータの共有を行い、高速、高精度な同期運転を実現するものである。

実施例１では、図３のモータ駆動装置３を主軸、モータ駆動装置４を従軸として同期させて動作させる場合について、図１のフローチャートを併用して説明する。

ステップ１では、モータ駆動装置３の主軸設定とモータ駆動装置４の従軸設定を行う。この設定方法は、上位コントローラ１から通信で行う方法、モータ駆動装置側のパラメータ設定等で設定する方法などがある。

ステップ２では、上位コントローラ１から１軸に対して通信を行う。例えば、上位コントローラ１からモータ駆動装置２に対して制御命令を送信し、モータ駆動装置２からの返信が帰ってきたらステップ３へ移行する。

ステップ３では、主軸から従軸に対して同じ通信線９を介して主軸の検出データを送信し、従軸側はそのデータを受信後、主軸に対して従軸側の検出データを送信すると同時に従軸側で主軸側のデータから同期誤差を算出し、それに対する補正処理やそれがある一定以上になると同期異常としてエラーとするなどの保護処理を行う。

また、主軸側は、従軸側からの返信データを受信後、従軸側のデータから同期誤差を算出し、それがある一定以上になると同期異常としてエラーとするなどの保護処理を行う。

ステップ４では、ステップ３における主軸と従軸間との通信データを上位コントローラ１で監視しておき、従軸から主軸に対するデータ送信が完了した段階で、次の通信相手であるモータ駆動装置に切替える。

ステップ２では、上位コントローラ１の通信相手が主軸、従軸に係わらず通信を実行する毎に、ステップ３の処理を実行して、主軸と従軸間でデータの共有を行う。これにより、通信周期Ｔ毎に同期誤差に対する補正処理や保護処理を行うことでき、高速で高性能な同期制御が実現できる。

また、主軸と従軸間のデータ通信を通常の上位コントローラ１との通信と同じ通信線９を用いるため、上位コントローラ１でその通信状況を監視することができ、ステップ４において、主軸と従軸間のデータ通信が完了したらすぐに次の通信へと移行できるので、通信周期Ｔを最短にできる。

なお、実施例１では、ステップ１を電源投入時に少なくとも１回設定することを前提としている。従軸数が増えた場合は、ステップ１ですべての従軸に対し従軸指定を行い、ステップ３で主軸と従軸間の通信をすべての従軸と行うことで同様の処理を実現できる。

以下、本発明の実施例２について図を参照して説明する。

モータ駆動システムの構成、通信方式、フローチャートは実施例１と同じである。実施例１と異なるのは、ステップ３とステップ４における実際の処理内容であり、ここではその内容について説明する。

実施例２のステップ３では、主軸から従軸に対して同じ通信線９を介して主軸の検出データを送信し、従軸側はそのデータを受信後、従軸側で主軸側のデータから同期誤差を算出し、それに対する補正処理やそれがある一定以上になると同期異常としてエラーとするなどの保護処理を行う点までは、実施例１と同じである。実施例２のステップ３は、このあと従軸から主軸に対しての返信は行わない。

このため、ステップ４では、ステップ３における主軸と従軸間との通信データを上位コントローラ１で監視しておき、主軸から従軸に対するデータ送信が完了した段階で、上位コントローラ１は、次の通信相手であるモータ駆動装置に通信を切替える。

実施例２は、従軸からの返信を行わないため、通信時間を実施例１に比べて半減でき、また、すべての従軸に対して１回データを送信するだけでよく、従軸数が増えたときでも通信時間が増えず、効率的な通信が可能になる。

以下、本発明の実施例３について図を参照して説明する。

モータ駆動システムの構成、通信方式、フローチャートは実施例１，２と同様である。実施例１，２と異なるのは、ステップ４の処理であり、その内容について説明する。

実施例３のステップ４は、ステップ２が完了してから一定時間経過した段階で、上位コントローラ１が次の通信相手であるモータ駆動装置に強制的に切替える。これにより、上位コントローラ１は、主軸と従軸間の通信を監視する必要がなくなり、実施例１，２に比べて、上位コントローラ１の負荷を軽減できる。

ステップ４において強制切替えを可能にするため、例えば、主軸と従軸間の通信速度を通常よりも速くするように変更する。これにより、主軸と従軸間の通信時間を短縮でき、ステップ２の完了からステップ４に移行する時間を短縮できる。したがって、ステップ２の完了からステップ４に移行する一定時間は、主軸と従軸間の通信が完了する時間よりも少し長目に設定すればよく、上位コントローラの監視が不要となる。また、専用の通信線を用いて通信を行うことも可能である。

実施例４では、主軸と従軸の設定（あるいは解除）は、任意のタイミングで実行される。このため、設定（あるいは解除）までの処理が上述の実施例と異なり、ステップ１による主軸と従軸の設定後は、図１のフローチャートが適用される。
実施例４では、ステップ１が実行されるまでをフローチャートを用いて説明する。

図２において、上位コントローラ１は、モータ駆動装置と通信を実行した後、常に主軸と従軸が設定されているかどうか確認する。ここでは、未だ設定していないため、上位コントローラは、次の通信相手であるモータ駆動装置に通信を切替える。ステップ１が実行されるまで、上位コントローラ１は、次のモータ駆動装置と通信を順次繰り返しながら実行する。

次に、同期運転を開始したいタイミングで、上位コントローラ１によって主軸と従軸を設定（ステップ１を実行）する。すなわち、あるモータ駆動装置と通信が完了後に実行する。その後、ステップ３は常に実行される。

このように、最初はそれぞれ独立運転を行い、任意のタイミングで同期運転を開始することができる。また、同期運転から独立運転に戻したい場合も、任意のタイミングで主軸と従軸設定を解除すればよく、設定するときと同様に上位コントローラからの通信やパラメータ設定等によって可能である。

本発明のモータ駆動システムの通信処理方法は、同期運転の時のみならず、複数軸間でデータを共有してモータを制御する場合などにも有用である。

本発明の実施例における基本フローチャート 本発明の実施例４を説明するフローチャート 本発明のモータ駆動システムの構成図 従来の汎用通信手段を用いた通信処理の説明図

１ 上位コントローラ
２，２，３，４ モータ駆動装置
５，６，７，８ 通信の送受信装置
９ 通信線

Claims (7)

1. 通信の送受信装置を有する上位コントローラと、同じく通信の送受信装置を有する複数のモータ駆動装置と、それらを接続する通信線とを備え、前記上位コントローラからある１軸に対してのみ制御命令を送信し、その軸からの位置に関する検出データを受信してから通信相手のモータ駆動装置を切替えて次の軸へ制御命令を送信するモータ駆動システムの通信処理方法において、同期運転を行う主軸と従軸を前記複数のモータ駆動装置に対して設定するステップ１と、前記上位コントローラと接続されたモータ駆動装置との通信を行うステップ２と、主軸と従軸間で位置に関する検出データを送受信し同期誤差に対する補正を行うステップ３と、前記上位コントローラと通信を行うモータ駆動装置を切替えるステップ４とを備え、前記ステップ２を実行する毎に、前記ステップ３により主軸と従軸間で位置に関する検出データの共有を行い、前記同期誤差を補正して位置についての同期運転を行うことを特徴とした通信処理方法。
2. ステップ３において、主軸から従軸に主軸の位置に関する検出データを送信し、従軸はそのデータを受信後、主軸へ従軸の位置に関する検出データを返信し、それを従軸の軸数分繰り返す請求項１に記載の通信処理方法。
3. ステップ３において、主軸からすべての従軸に主軸の位置に関する検出データを送信し、従軸側からの返信を行わない請求項１に記載の通信処理方法。
4. ステップ４において、ステップ３の完了を上位コントローラが確認した後、通信相手を切替える請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の通信処理方法。
5. ステップ４において、ステップ２の完了から一定時間経過した後、通信相手を切替える請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の通信処理方法。
6. ステップ１は電源投入時に１回のみ行う請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の通信処理方法。
7. 同期運転を開始したいタイミングでステップ１を実行し、それ以降にステップ３を実行して同期制御を行う請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の通信処理方法。

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