JP5301088B2

JP5301088B2 - モータ制御用シリアル通信装置

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Publication number: JP5301088B2
Application number: JP2006201556A
Authority: JP
Inventors: 純一吉田
Original assignee: Juki Corp
Current assignee: Juki Corp
Priority date: 2006-07-25
Filing date: 2006-07-25
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2026-07-25
Also published as: JP2008029161A

Description

本発明は、モータ制御用シリアル通信装置、更に詳細には、上位制御装置（ホスト制御装置）と、この制御対象となるモータ駆動装置との間を接続するモータ制御用シリアル通信装置に関するものである。

近年、上位制御装置と複数のモータ駆動装置との間をシリアル通信で接続し、このシリアル通信を介してモータに対する動作指令を与えることが省配線化、高機能化などを目的として広く行われるようになった。このようなものの例としてシリアル通信の物理層にイーサネット（登録商標）等を適用したものがある。

図８は、従来のモータ制御用シリアル通信装置の一構成例を示すブロック図である。マスタ装置として機能する上位制御装置１０１は、通信ケーブル１０６および通信コネクタ１０９を介してネットワークの中継装置となるハブ１０２に接続されている。ハブ１０２は、通信ケーブル１０６および通信コネクタ１０９を介してサーボモータの駆動を行うモータ駆動装置１０３〜１０５に接続されている。上位制御装置１０１は、送受信データをフレームフォーマットにエンコード／デコードするアクセス制御部１０７、データの交換を行う通信Ｉ／Ｆ部１０８、及び通信コネクタ１０９を備えている。同様に、モータ駆動装置１０３〜１０５も、同様なアクセス制御部１０７、通信Ｉ／Ｆ部１０８及び通信コネクタ１０９を備えている。

通常これらモータ駆動装置は、多数台配置されることになるが、図８においては、説明を簡略にするために、モータ駆動装置が３台の場合を例として示している。全体としては、ハブ１０２に対して上位制御装置１０１と全てのモータ駆動装置１０３〜１０５が、送信と受信に各々独立した経路を持つ通信ケーブル１０６によって接続された構成になっている。

この構成において、上位制御装置１０１からの指令送信に対し、モータ駆動装置１０３〜１０５が応答返信を行うマスタ・スレーブ方式の通信が一般に行われる。図８においては、上位制御装置１０１がマスタ装置に相当し、モータ駆動装置１０３〜１０５がスレーブ装置に相当する。上位制御装置１０１から送信された指令データはハブ１０２を経由しモータ駆動装置１０３〜１０５に伝送され、また、モータ駆動装置１０３〜１０５からの応答データもハブ１０２を経由して上位制御装置１０１に伝送される。上位制御装置１０１は、１つのモータ駆動装置１０３との送受信が終わると次のモータ駆動装置１０４との送受信を行う、ということを順に実行し、全てのモータ駆動装置１０３〜１０５との送受信が完了した時点で１つの通信サイクルが完了する。この通信サイクルを繰り返し実行することでリアルタイム通信を実現している。

さらに、図９は、特許文献１で示すような、モータ制御用シリアル通信装置の他の構成例を示すブロック図である。図９に示す上位制御装置２０１は、送受信一組の通信制御を行う第１の通信ＩＣ２０２と、送信端子が第１の通信ＩＣ２０２の送信端子に、受信端子が第１の通信ＩＣ２０２の受信端子にそれぞれ接続された第１の通信コネクタ２０３とを備えている。モータ駆動装置２０４は、送受信一組の通信制御を行う第２の通信ＩＣ２０５と、受信端子が第２の通信ＩＣ２０５の受信端子に接続された第２の通信コネクタ２０６と、送信端子が第２の通信ＩＣ２０５の送信端子に、受信端子が第２の通信コネクタ２０６の送信端子にそれぞれ接続された第３の通信コネクタ２０７とを備えている。

上位制御装置２０１と最前段に配置されたモータ駆動装置２０４との間の接続においては、送信と受信に各々独立した経路を有する第１の通信ケーブル２０８を用いて第１の通信コネクタ２０３と第２の通信コネクタ２０６とを接続している。また、各モータ駆動装置２０４どうしの接続においては、第１の通信ケーブル２０８を用いて一方のモータ駆動装置２０４が備える第３の通信コネクタ２０７と他方のモータ駆動装置２０４が備える第２の通信コネクタ２０６を接続している。最後段に配置されたモータ駆動装置２０４においては、第３の通信コネクタ２０７にこの送信端子と受信端子を結ぶ第２の通信ケーブル２０９を接続し、これらの構成により上位制御装置２０１と各モータ駆動装置２０４をデイジィチェーン接続するようにしている。
特開２００３−１８９６５４号公報

しかしながら、図８に示した従来例では、伝送経路の中心にハブ１０２を配置したいわゆるスター配線であり、実際の機器の配置として、ハブ１０２を中心にして放射状に上位制御装置１０１とモータ駆動装置１０３〜１０５を設置することは、スペース効率が悪くなるので避けられがちである。したがって、図８の上位制御装置１０１とモータ駆動装置１０３〜１０５を横に並べる配置とするのが通常である。この場合、通信ケーブル１０６が束になる箇所ができるため配線効率が悪く、シリアル通信で接続することの大きな目的である省配線の利点が十分には得られないという問題があった。また、ハブ１０２の存在がシステム全体のコストを上昇させていることも問題である。

また、特許文献１に示す従来例では、上記問題点を解決するため、モータ駆動装置内部に配した通信経路と通信ケーブルの経路を合わせて、全体としてループ状の通信経路を形成しているために、以下の問題がある。
（１）ある区間で通信ケーブルが断線した場合、上位制御装置との通信が全て停止するとともに、通信ケーブルが断線した区間を特定することができないため、障害時のケーブル断線箇所の特定は人間によって区間ごとに確認する必要がある。
（２）モータ駆動装置内部に配置した通信コネクタ及び通信経路を多段中継するために、多重反射が発生し、高速通信には不向きである。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、効率的なシリアル通信を行うことが可能なモータ制御用シリアル通信装置を提供することを課題とする。

本発明は、
複数のモータに対する制御指令信号を発生させる上位制御装置と、該上位制御装置からの制御指令信号に基づいて各モータを駆動するモータ駆動装置から構成され、上位制御装置と各モータ駆動装置がシリアルに接続されて、通信Ｉ／Ｆ部を介してデータを相互にシリアルに送受信するモータ制御用シリアル通信装置であって、
前記各モータ駆動装置は、上位側装置と通信するための第１の通信Ｉ／Ｆ部と、下位側装置と通信するための第２の通信Ｉ／Ｆ部と、データを送受信するためのアクセス制御部と、第１の通信Ｉ／Ｆ部と、第２の通信Ｉ／Ｆ部と、アクセス制御部との間の回線を設定するための回線設定部とを有し、
前記上位制御装置から各モータに制御指令信号を伝達する場合には、前記回線設定部は、第１の通信Ｉ／Ｆ部とアクセス制御部間の回線並びに第１と第２の通信Ｉ／Ｆ部間の回線を接続して、制御指令信号を各モータ駆動装置のアクセス制御部に入力させ、各モータ駆動装置からデータを上位制御装置に伝達する場合には、前記回線設定部が、第１の通信Ｉ／Ｆ部とアクセス制御部間の回線を接続すると共に、上位装置側に位置する各モータ駆動装置の回線設定部が、第１と第２の通信Ｉ／Ｆ部間の回線を接続して、該データを上位制御装置に伝達させると共に、
前記モータ駆動装置は、下位側装置から第２の通信Ｉ／Ｆ部に入力される信号に基づき下位装置側における断線を検出して、上位制御装置から何番目のモータ駆動装置間の断線であるかを認識するための、自局データのアラームステータスを上位制御装置に伝達することを特徴とする。

本発明によれば、モータ駆動装置には、上位側装置と通信するための通信Ｉ／Ｆ部と、下位側装置と通信するための通信Ｉ／Ｆ部が設けられ、回線設定部によりアクセス制御部と両通信Ｉ／Ｆ部間の回線が通信モードに応じた回線に設定されるので、中継用のハブが不要になるとともに、配線効率が向上し、効率的なシリアル通信が可能となる。

以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。

図１は、本発明のモータ制御用シリアル通信装置の一実施例のブロック図で、上位制御装置４０１からモータ駆動装置４０２〜４０４への下りデータ伝送時の信号の流れを示している。説明を簡略にするために、モータ駆動装置が３台の場合を例として示しているが、それ以上のモータ駆動装置を接続することもできる。また各モータ駆動装置４０２〜４０４には、それぞれモータ（不図示）が接続されていて、各モータ駆動装置は、上位制御装置４０１から送信される指令データ（制御指令信号）をアクセス制御部４１２で受信してモータに出力するとともに、モータの位置、速度、電流値などのデータをアクセス制御部４１２に取り込んで、上位制御装置４０１あるいは他のモータ駆動装置に送信する。

上位制御装置４０１は、送受信データをフレームフォーマットにエンコード／デコードするアクセス制御部４０６と、モータ駆動装置４０２〜４０４と通信しデータの交換を行う通信Ｉ／Ｆ部４０７と、通信コネクタ４０８を備えている。

各モータ駆動装置４０２〜４０４は、上位側装置と通信しデータの交換を行う上位側通信Ｉ／Ｆ部４０９と、下位側装置と通信しデータの交換を行う通信Ｉ／Ｆ部４１０と、送受信データをフレームフォーマットにエンコード／デコードするアクセス制御部４１２と、上位側通信Ｉ／Ｆ部４０９と下位側通信Ｉ／Ｆ部４１０の端末側インタフェースの回線設定並びに両通信Ｉ／Ｆ部４０９、４１０とアクセス制御部４１２間の回線設定を行う回線設定部４１１と、２つの通信ポート４０８を備えている。

各モータ駆動装置４０２〜４０４の回線設定部４１１は、回線設定用のスイッチ４１４〜４１６を有する。スイッチ４１４〜４１６は、Ａ点またはＢ点のどちらかに接続する２点スイッチで説明するが、Ａ点およびＢ点にも接続しない中間点を有するスイッチであってもよい。また、モータ駆動装置４０２〜４０４は、下位側通信Ｉ／Ｆ部４１０で検出されたケーブル断線検出信号４１３をそれぞれアクセス制御部４１２に送信する。

モータ駆動装置４０２の上位側通信ポート４０８は、通信ケーブル４０５を介して上位制御装置４０１の通信ポート４０８と接続され、その下位側通信ポート４０８は、通信ケーブル４０５を介してモータ駆動装置４０３の上位側通信ポート４０８と接続される。モータ駆動装置４０３の下位側通信ポート４０８は、通信ケーブル４０５を介してモータ駆動装置４０４の上位側通信ポート４０８と接続される。モータ駆動装置４０４の下位側には、モータ駆動装置は設けられていないので、その下位側通信ポート４０８は空き状態となっている。

図２は、モータ制御用シリアル通信装置の伝送路上のデータの時間的配置を示した図であり、伝送タイミングデータＳＹＮは、上位制御装置４０１からモータ駆動装置４０２〜４０４へ伝送タイミングを与える同期用のデータである。ＲＳＰ１〜ＲＳＰ３は、モータ駆動装置４０２〜４０４から上位制御装置４０１へ送信されるデータである。ＣＭＤは、上位制御装置４０１からモータ駆動装置４０２〜４０４への送信データである。また、ＤＤはモータ駆動装置間で通信を行う時の下りデータで、ＵＤはモータ駆動装置間で通信を行う時の上りデータである。ある伝送タイミングデータＳＹＮが発生してから次の伝送タイミングデータＳＹＮが発生するまでが、１通信サイクルの周期となる。

以上の構成において、上位制御装置４０１からモータ駆動装置４０２〜４０４にデータを伝送するときは、図１に示すように、モータ駆動装置４０２〜４０４の内部に設けられた回線設定部４１１のスイッチ４１４、スイッチ４１５及びスイッチ４１６は全てＡ側に設定され、図１で太く示されている伝送路が形成される。この状態で、上位制御装置４０１は全てのモータ駆動装置４０２〜４０４に対して図２に示す伝送タイミングデータＳＹＮを送信する。

上位制御装置４０１からの伝送タイミングデータＳＹＮを受信することにより、モータ駆動装置４０２〜４０４は自局の内部タイマーを上位制御装置４０１に同期させる。モータ駆動装置４０２〜４０４は、内部タイマーが予め自局に設定されている値になったら、自局のサーボアンプ、主軸アンプ等のモータ位置データ、モータ速度データ、モータ電流データ、アラームステータス等を含むモータのデータを上位制御装置４０１に伝送する。

たとえば、図３には、モータ駆動装置４０３が、このモータ駆動装置によって駆動されるモータのデータを上位制御装置４０１に伝送する状態が図示されている。データ伝送のために、このモータ駆動装置４０３の回線設定部４１１のスイッチ４１５はＢ側に設定され、上位側通信Ｉ／Ｆ部４０９とアクセス制御部４１２間が接続され、また上位側のモータ駆動装置４０２の通信Ｉ／Ｆ部４０９と４１０間がスイッチ４１５を介して接続される。これにより、図３で太く図示されている伝送路が形成され、モータ駆動装置４０３のアクセス制御部４１２から、このモータ駆動装置によって駆動されるモータのデータを上位制御装置４０１に伝送することができる。

上記では、モータ駆動装置４０３がそのモータデータを上位制御装置４０１に伝送する例を示したが、モータ駆動装置４０２あるいは４０４がモータデータを伝送する場合には、上記説明したのと同様に、関連するモータ駆動装置の回線設定部４１１のスイッチ４１５をＢ側に、他のスイッチをＡ側に設定する。モータ駆動装置４０２〜４０４から送信されるデータは、図２のタイミングでは、ＲＳＰ１〜ＲＳＰ３に相当するので、そのタイミングでスイッチ４１５をＢ側に設定するようにすればよい。

各モータ駆動装置４０２〜４０４が、上位制御装置４０１へのデータ送信を終了すると、各回線設定部のスイッチ４１４〜４１６は、図１の状態に戻される。

上位制御装置４０１は、モータ駆動装置４０２〜４０４からそれぞれのモータに関するデータを受信したら、その後サーボアンプ、主軸アンプに対する動作指令データ（図２に示すデータＣＭＤ）を、図１に示す太線の伝送路にそって各モータ駆動装置４０２〜４０４に送信する。各モータ駆動装置は、自局に対する指令データのみを、アクセス制御部４１２に取り込み、自局のモータを指令データに従って駆動する。このように１通信サイクルの周期で上位制御装置４０１とモータ駆動装置４０２〜４０４の間で同様の交信を行うことにより、モータ制御を実現している。

図４には、通信ケーブルの断線が発生した場合、たとえば、モータ駆動装置４０３とモータ駆動装置４０４との間の通信ケーブル４０５に断線が発生した場合の例が図示されている。

この断線のため、モータ駆動装置４０４の上位制御装置とデータ交換を行う上位側通信Ｉ／Ｆ部４０９から常に送出しているアイドル信号がモータ駆動装置４０３へ到達しなくなる。そのため、モータ駆動装置４０３の下位側装置とデータの交換を行う下位側通信Ｉ／Ｆ部４１０で、モータ駆動装置４０４とモータ駆動装置４０３間の通信ケーブル４０５が断線したこと（図４で×印で図示）を検出し、太線で図示したように、その情報をケーブル断線検出信号４１３としてアクセス制御部４１２に送出する。

モータ駆動装置４０３のアクセス制御部４１２は、そのケーブル断線検出信号４１３を自局データ（図２に示す状態送信データＲＳＰ２）のアラームステータスとして、上位制御装置４０１に送信する。そのために、回線設定部４１１は、スイッチ４１５をＢ側に設定する。これにより、上位制御装置４０１は、モータ駆動装置４０３からの断線発生ステータスを受信することで、モータ駆動装置４０３の下位側装置に接続される通信ケーブル４０５で断線が発生したこと、並びにその断線が上位制御装置から何番目のモータ駆動装置間の断線であるかを認識することができる。

図５、図６には、モータ駆動装置４０２〜４０４間で通信を行うときの信号の流れが、また、モータ駆動装置間の通信データ（図２の下りデータＤＤ及び上りデータＵＤ）のフレームフォーマットの一例が図７に図示されている。

下りデータ送信のために、図５に示すように、モータ駆動装置４０２〜４０４内部にある回線設定部４１１は、スイッチ４１４はＡ側に、スイッチ４１５はＡ側に、スイッチ４１６はＢ側に設定され、太線で示した伝送路が形成される。この状態で、上位制御装置４０１はモータ駆動装置４０２に対して下りデータＤＤを送信する。モータ駆動装置４０２では下りデータＤＤをそのアクセス制御部４１２で取り込む。モータ駆動装置４０２が他のモータ駆動装置４０３、４０４と通信を行う場合は、アクセス制御部４１２が、図７に示すフレームフォーマット９０１の自局データ領域９０２に、モータ駆動装置４０３宛またはモータ駆動装置４０４宛のデータを書き込み、フレーム信号を再生成する。そして、モータ駆動装置４０２は、モータ駆動装置４０３へフレーム信号を送信するとともに、図６に示したように、モータ駆動装置４０２の回線設定部４１１のスイッチ４１４をＢ側に、スイッチ４１５をＡ側に、スイッチ４１６をＢ側に設定する。

モータ駆動装置４０３も、モータ駆動装置４０２と同様な動作を行い、上記再生成されたフレーム信号（ＤＤ）を受信して、モータ駆動装置４０２から自局宛のデータがある場合には、そのデータの読み込みを行う。それと同時に、自局のデータ領域９０３に、通信したい他のモータ駆動装置宛てのデータを書き込み、フレーム信号を再生成する。そして、モータ駆動装置４０３は、モータ駆動装置４０４へフレーム信号を送信するとともに、図６に示したように、モータ駆動装置４０３の回線設定部４１１のスイッチ４１４をＢ側に、スイッチ４１５をＡ側に、スイッチ４１６をＢ側に設定する。

最後段のモータ駆動装置４０４についても、モータ駆動装置４０２、４０３と同様な動作を行い、他のモータ駆動装置４０２、４０３から自局宛のデータがある場合には、そのデータを読み込むとともに、自局のデータ領域９０４に、通信したい他のモータ駆動装置宛てのデータを書き込み、フレーム信号を再生成する。そして、図６に示したように、モータ駆動装置４０４の回線設定部４１１のスイッチ４１４をＡ側に、スイッチ４１５をＢ側に、スイッチ４１６をＡ側に設定する。

上述したように、モータ駆動装置４０２〜４０４内部にある回線設定部４１１の各スイッチが切り替わると、図６で示した、太く示されている伝送路が形成される。

モータ駆動装置４０４は、自局の処理が終わったら、上述したように、再生成された下りデータＤＤを上りデータＵＤとして出力する。モータ駆動装置４０４からの出力された上りデータＵＤは、図６に示すように、モータ駆動装置４０３、モータ駆動装置４０２、上位制御装置４０１とバス状に伝送される。このとき、モータ駆動装置４０３とモータ駆動装置４０２は、この上りデータから自局宛てのデータがある場合には、それを各モータ駆動装置のアクセス制御部４１２を介して取り込むことができる。

以上のようにして、モータ駆動装置４０２、モータ駆動装置４０３およびモータ駆動装置４０４の三者間における通信を確保することができるとともに、上位制御装置４０１では、モータ駆動装置４０２〜４０４間での通信内容を上りデータＵＤより全て把握することができる。

なお、以上の実施例では、回線設定部４１１の内部構成をスイッチ４１４〜４１６で記述したが、スイッチの代わりにデジタル回路で実現しても良い。また、通信インタフェースをイーサネット（登録商標）で説明しているが、通信インタフェースを光通信としても実現は可能である。

本発明では、
（１）各モータ駆動装置４０２〜４０４に、上位装置側と下位装置側のそれぞれに通信Ｉ／Ｆ部４０９と通信Ｉ／Ｆ部４１０とを設け、その通信Ｉ／Ｆ部４０９と通信Ｉ／Ｆ部４１０の端末側インタフェースを回線設定制御する回線設定部４１１が設けらるので、ハブが不要となり、配線効率を高めることができる。

（２）モータ駆動装置４０２〜４０４の下位側通信Ｉ／Ｆ部４１０で入力信号を監視し、その情報をアラームステータスとして上位制御装置４０１に通知できるようにしたので、ネットワーク上の通信ケーブル４０５で断線が発生した場合でも自動的に断線の発生区間も特定することができ、障害時に通信ケーブル４０５の断線箇所を人間によって確認する必要がなくなる。

（３）下りデータ伝送時は回線設定部４１１でデイジィチェーン状に回線を設定し、アクセス制御部４１２がモータ駆動装置間通信専用フレームをデータの書き込み動作をできるようにし、また、上りデータ伝送時は回線設定部４１１でバス状に回線設定し、アクセス制御部４１２がデータの読み出し動作をできるようにしているので、複数のモータ駆動装置間でデータ交換することができる。

（４）伝送路毎に通信Ｉ／Ｆ部４０９および４１０を設け再生中継するようにしたので、多段中継した場合でも、通信品質は安定している。

等の効果が得られる。

上位制御装置４０１からモータ駆動装置４０２〜４０４への下りデータ伝送時の構成例を示すブロック図である。伝送路上のデータの時間的配置を示した信号図である。モータ駆動装置から上位制御装置４０１への上りデータ伝送時の例を示すブロック図である。通信ケーブルに断線が発生した状態の例を示すブロック図である。モータ駆動装置４０２〜４０４間通信を行う時の下りデータ伝送時の例を示すブロック図である。モータ駆動装置４０２〜４０４間通信を行う時の上りデータ伝送時の例を示すブロック図である。図２の下りデータＤＤ及び上りデータＵＤのフレームフォーマットの一例を示す説明図である。従来のモータ制御用シリアル通信装置の第一構成例を示すブロック図である。従来のモータ制御用シリアル通信装置の第二構成例を示すブロック図である。

符号の説明

４０１上位制御装置
４０６アクセス制御部
４０７通信Ｉ／Ｆ部
４０２，４０３，４０４モータ駆動装置
４０９通信Ｉ／Ｆ部
４１０通信Ｉ／Ｆ部
４１１回線設定部
４１２アクセス制御部
４１４，４１５，４１６スイッチ

Claims

複数のモータに対する制御指令信号を発生させる上位制御装置と、該上位制御装置からの制御指令信号に基づいて各モータを駆動するモータ駆動装置から構成され、上位制御装置と各モータ駆動装置がシリアルに接続されて、通信Ｉ／Ｆ部を介してデータを相互にシリアルに送受信するモータ制御用シリアル通信装置であって、
前記各モータ駆動装置は、上位側装置と通信するための第１の通信Ｉ／Ｆ部と、下位側装置と通信するための第２の通信Ｉ／Ｆ部と、データを送受信するためのアクセス制御部と、第１の通信Ｉ／Ｆ部と、第２の通信Ｉ／Ｆ部と、アクセス制御部との間の回線を設定するための回線設定部とを有し、
前記上位制御装置から各モータに制御指令信号を伝達する場合には、前記回線設定部は、第１の通信Ｉ／Ｆ部とアクセス制御部間の回線並びに第１と第２の通信Ｉ／Ｆ部間の回線を接続して、制御指令信号を各モータ駆動装置のアクセス制御部に入力させ、各モータ駆動装置からデータを上位制御装置に伝達する場合には、前記回線設定部が、第１の通信Ｉ／Ｆ部とアクセス制御部間の回線を接続すると共に、上位装置側に位置する各モータ駆動装置の回線設定部が、第１と第２の通信Ｉ／Ｆ部間の回線を接続して、該データを上位制御装置に伝達させると共に、
前記モータ駆動装置は、下位側装置から第２の通信Ｉ／Ｆ部に入力される信号に基づき下位装置側における断線を検出して、上位制御装置から何番目のモータ駆動装置間の断線であるかを認識するための、自局データのアラームステータスを上位制御装置に伝達することを特徴とするモータ制御用シリアル通信装置。
送受信するデータに各モータ駆動装置用のデータ領域を設け、データ送受信時に、各モータ駆動装置は前記データ領域に他のモータ駆動装置用のデータを書き込むとともに、該データ領域に書き込まれた自局用のデータを読み出し、各モータ駆動装置間でデータ交換が行われることを特徴とする請求項１に記載のモータ制御用シリアル通信装置。