JP6040040B2 - 制御装置およびこれを備えた産業機械 - Google Patents
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Description
しかしながら、特許文献1は、予め記憶されているモータに係わる情報に基づき、ユーザの入力に従ってモータの駆動条件を読み取りサーボモータを制御するものである。そのため、モータ等の仕様を予め記憶させておかなければ、定格出力の異なるサーボモータを単一のサーボアンプによって制御することは不可能である。
さらに、ユーザ側で性能の異なるモータの使用を希望する場合や、コスト削減のために異種モータを使用したい場合がある。
INpls = PM×(ST/SM)
Prev=INpls/ST
の関係により演算し、求めた前記Prevの値に前記モータの減速比を乗算し、該乗算値に応じたパルス信号を前記アンプに対して出力することにより、前記モータを駆動させ、前記パラメータは、前記投入ゲートの全開時の前記モータの回転数または前記モータへの出力パルス数が入力または設定されている。
請求項1の制御装置によれば、アンプ、モータ、産業機械のパラメータが入力または設定されることで、任意のアンプ、モータ、産業機械を選択して使用することが可能になる。
また、パラメータとして、充填装置の主ホッパの投入ゲートの全開時のモータの回転数またはモータへの出力パルス数が入力または設定されるので、モータの稼動範囲を取得できる。
請求項2の制御装置によれば、演算部で減速比を含めたモータの制御信号を作成し、該制御信号により、入出力インターフェースはパラメータに応じたパルス信号を生成することができる。
請求項3の制御装置によれば、モータは、サーボモータであるので、精密な回転のサーボ制御を行うことができる。
請求項4の制御装置によれば、異常発生検知部と異常発生報知部とを備えるので、モータの運転が正常でないことを、ユーザが認識できる。
請求項5の産業機械によれば、請求項1から請求項4の何れか一項に記載の制御装置の効果を奏する。
図1は、実施形態の充填装置1を示す正面図であり、充填装置1の投入ゲート2gが“閉”状態、排出ゲート3gが“閉”状態を示す。
図2は、充填装置1の投入ゲート2gが“開”状態、排出ゲート3gが“閉”状態を示す。図3は、充填装置1の投入ゲート2gが“閉”状態、排出ゲート3gが“開”状態を示す。
本発明は、充填装置1において、主ホッパ2から計量ホッパ3へ被計量物hを供給する際に開く投入ゲート2gの開閉制御に係る。
図2に示すように、サーボモータ5を駆動させることで、スライダレバー5aを矢印α1方向に移動させて投入ゲート2gが開放され、主ホッパ2内の被計量物hが計量ホッパ3内に投入される。なお、図2では、投入ゲート2gを全開状態に開いた場合を示している。
排出ゲート3gを駆動するための駆動手段として、シリンダ6が設けられている。排出ゲート3gは、空気圧シリンダなどのシリンダ6の伸縮によって駆動され、全閉または全開される。
図1のシリンダ6の矢印α3に示すように、シリンダ6を伸張することにより、排出ゲート3gが閉塞される。一方、図3の矢印α4に示すように、シリンダ6を収縮することにより、排出ゲート3gが開放され、計量ホッパ3内の被計量物hが袋fなどに排出される。
次に、充填装置1の投入ゲート2gの開閉を制御する投入ゲート開閉制御システムSについて説明する。
図4は、充填装置1の投入ゲート2gの開閉を制御する投入ゲート開閉制御システムSのブロック図である。
図5は、投入ゲート開閉制御システムSの信号や動力などの入出力を示す投入ゲート開閉制御システムSの機能ブロック図である。
制御装置7には、タッチパネルや押し釦などの入力装置9と、7セグメントなどの表示装置10とが接続されている。
なお、減速機1Gの減速比は、投入ゲート2gが支軸1b0廻りの回転に対して、サーボモータ5をどの位回転させる必要があるかで決定される。換言すれば、投入ゲート2gの回転に対するサーボモータ5の回転の比率である。
図1〜図3に示すように、サーボモータ5は、減速機1Gを介して、投入ゲート2gを機体1bの支軸1b0廻りに回動させ、前記した投入ゲート2gの閉塞、開放を遂行する。
サーボモータ5は、その回転位置を検出するエンコーダ5eを有しており、エンコーダ5eは、サーボモータ5の回転位置を示す位置検出信号を入出力インターフェース7bに出力する。
制御装置7は、不図示のマイクロコンピュータのCPU7aと、入出力インターフェース7bとを備えている。CPU7aとサーボアンプ8は入出力インターフェース7bを介して接続される。
入出力インターフェース7bは、モータ制御パルス発生回路、モータ回転数検知回路などを有している。
モータ回転数検知回路は、エンコーダ5eから位置検出信号が入力され、サーボモータ5の回転情報を、CPU7aを含むマイクロコンピュータに送る。
さらに、制御装置7は、計量ホッパ3内の被計量物hの重量を計測したロードセル4からの計測信号を入力し、計量ホッパ3内の被計量物hの重量の推移を取得する。
次に、制御装置7のアルゴリズムについて説明する。
本実施形態(本発明)の特徴は、任意のサーボアンプ8、サーボモータ5を使用可能である点に特徴がある。そこで、以下のアルゴリズムを採用している。
そのため、任意のサーボアンプ8、サーボモータ5を使用可能とするためには、それらの組み合わせに極力依存しない出力パルスを演算する仕組みが必要である。
ユーザが、サーボモータ5とサーボアンプ8を選定した時点で、サーボモータ5の最大回転速度、定格回転速度、エンコーダ5eの出力、サーボアンプ8の最大出力パルス周波数が決定する。なお、サーボモータ5の定格回転速度とは常用できる最大の回転速度である。
条件(1):
サーボモータ5の場合、
最大回転速度Sm:6,000rev/min
定格回転速度St:3,000rev/min
エンコーダ最大出力Em:4,194,304(22bit)
サーボアンプ8の場合、
最大出力パルス周波数Pm:4MHz
サーボモータ5の定格出力パルス周波数INpls=4MHz×50%=2MHz (1)
とする。
電子ギア比Dg=サーボモータ5のエンコーダ5e最大出力Em/サーボアンプ8の定格出力パルス周波数Pt
=A/B
電子ギア比Dg=4,194,304/2,000,000=2.09715 (2)
となる。
この電子ギアは、サーボアンプ8の仕様により以下の範囲で設定可能となる。
電子ギア比Dg=A/B倍
A=1〜16,777,216、B=1〜16,777,216(24bitに相当)
1/10 < A/B < 4,000 (3)
なお、Aの値、Bの値、つまりA/Bの値およびA/Bの範囲はサーボアンプ8の仕様により定まっている。
よって、式(2)で算出した電子ギア比Dgは、2.09715であり、この仕様範囲内であることが分かる。
Aの内容はエンコーダ(5e)最大出力Emが、4,194,304(22bit)であり、2進数では、22bit相当である。
また、サーボアンプ8のパルス数の範囲(B=1〜16,777,216)であり、
サーボアンプ8のパルス数の上限は24bit相当、つまり16,777,216は24bitである。
そこで、電子ギア比Dgには減速比を反映させずに、入出力インターフェース7bからの出力に対して、CPU7aからの出力の最後段で減速比を乗じた値を出力することにする。
サーボモータ5の1回転当たりのサーボアンプ8からの出力パルス数(pulses/rev)Prevは、
定格モータ回転速度OUTspd(rev/min)=定格モータ回転速度St/60(rev/sec) (……登録(1)) (4)
と定格出力パルス周波数(pulses/sec)INpls (……登録(2))
の関係から、下式(5)により算出できる。
Prev=INpls/OUTspd (5)
Prev=2,000,000/(3,000/60)=40,000(pulses/rev)
となる。
これにより、サーボモータ5の1回転に必要とする出力パルス数Prevを定数に持つことができ、座標算出時の指標とする。
減速比は減速機1Gの選定時点で確定するが、上記仕組みを成立させるためにユーザが制御装置7のメモリにCPU7aを介して登録する必要がある。
また、登録(1)、登録(2)をユーザが設定可能とすれば、サーボアンプ8、サーボモータ5の選定範囲も広がる。
次に、制御装置7の制御フローについて説明する。
図6は、制御装置7の制御フロー図である。
ユーザが充填装置1の使用を開始する際や、サーボモータ5および/またはサーボアンプ8を交換した場合には、以下の制御装置7の制御が遂行される。
サーボアンプ8の仕様である最大入力パルス数(最大出力パルス周波数)Pm(Hz)、
サーボモータ5の仕様である定格回転速度St(rev/min)、最大回転速度Sm(rev/min)、
充填装置1の仕様である減速機1Gの減速比、投入ゲート2g全開時(図2参照)のサーボモータ5の回転数(rev)、または、その時のサーボモータ5への出力パルス数を入力する。これら入力装置9に入力されたデータは、制御装置7のCPU7aに送られる(図6のS11)。
式(1)の関係から、
サーボモータ5への定格出力パルス周波数INpls=Pm×(St/Sm) (6)
を用いて、サーボモータ5の定格出力パルス周波数INplsを演算する。
式(4)より、
OUTspd = 定格モータ回転速度St/60 (4a)
を用いて、OUTspd(rev/sec)を演算する。
そして、CPU7aが異常発生情報を発生させ、表示装置10で“異常”を表示したり、CPU7aを介して異常発生部で異常発生の警報を鳴らしたり、電子メールやFAXなどで“異常発生”の電子連絡を行い、サーボモータ5の運転異常を報知する(S16)。
(1)選定したアンプ(8)、モータ(5)、充填装置1に応じて、それらの仕様値をユーザが制御装置7に登録するだけで、選定した機器を仕様通りに制御することが可能となる。
(2)制御装置7に入出力インターフェース7bを実装することにより、パルス信号の入出力が可能になるため、異なる機種のモータであっても同一の制御装置7に各種仕様値を入力するだけで、殆どのモータの制御が可能となる。
(5)まとめると、アンプ(8)やモータ(5)、産業機械(1)の仕様を設定するだけで、同一の制御装置7でアンプ(8)やモータ(5)、産業機械(1)の組み替えが可能であり、かつ、これらの種類を問わず、ユーザが希望する通りに産業機械(1)を駆動させることができる制御装置7を実現できる。
(1)本実施形態では、モータをサーボモータ5として説明したが、これに限定されない。パルス信号により回転駆動するモータであれば、ステッピングモータであってもよい。
(2)産業機械として、主ホッパ2が開閉する充填装置1を例示して説明したが、モータによる回転駆動により作動し、本発明を適用できる産業機械であれば限定されない。例えば、引張圧縮試験機であってもよい。
(4)なお、前記実施形態では、ユーザが入力装置9を用いて各種情報を入力する場合を例示したが、これらの情報はユーザなどが入力することなく、他システムからシステム的に自動設定する構成としてもよい。
2 主ホッパ
2g 投入ゲート
5 サーボモータ(モータ)
5e エンコーダ(異常発生検知部)
7 制御装置
7a CPU(演算部、異常発生検知部、異常発生報知部)
7b 入出力インターフェース(異常発生検知部、異常発生報知部)
8 アンプ(サーボアンプ)
f 袋(容器)
h 被計量物
PM、Pm 最大出力パルス周波数
Prev モータの1回転当たりの出力パルス数
SM、Sm 最大回転速度
ST、St 定格回転速度
Claims (5)
- アンプにモータを駆動させる制御信号を送る制御装置であって、
前記モータは、当該モータを駆動させることで被計量物が投入される主ホッパの投入ゲートの開度を制御して、所望の重量を容器に充填する充填装置に用いられ、
前記アンプの最大入力パルス数PM、前記モータの定格回転速度STおよび最大回転速度SM、前記モータの減速比のパラメータが入力または設定され、
前記モータの1回転当たりの出力パルス数Prevを、
INpls = PM×(ST/SM)
Prev=INpls/ST
の関係により演算し、
求めた前記Prevの値に前記モータの減速比を乗算し、
該乗算値に応じたパルス信号を前記アンプに対して出力することにより、前記モータを駆動させ、
前記パラメータは、前記投入ゲートの全開時の前記モータの回転数または前記モータへの出力パルス数が入力または設定される
ことを特徴とする制御装置。 - 演算部と入出力インターフェースとを有し、
前記演算部により、前記パラメータに応じた前記モータの1回転当たりの出力パルス数Prevを演算し、求めた前記Prevの値に前記モータの減速比を乗算し、この演算結果を受けて前記入出力インターフェースは、当該パラメータに応じた前記パルス信号を生成する
ことを特徴とする請求項1に記載の制御装置。 - 前記モータは、サーボモータである
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の制御装置。 - 前記モータの運転の異常を検知する異常発生検知部と、
前記モータの運転の異常が発生した場合に報知する異常発生報知部とを
備えることを特徴とする請求項1から請求項3の何れか一項に記載の制御装置。 - 請求項1から請求項4の何れか一項に記載の制御装置を具備する
ことを特徴とする産業機械。
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