JP7056362B2

JP7056362B2 - モータ制御装置及びプログラミング装置

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Publication number: JP7056362B2
Application number: JP2018091138A
Authority: JP
Inventors: 雅一松上; 隆一神保
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2018-05-10
Filing date: 2018-05-10
Publication date: 2022-04-19
Anticipated expiration: 2038-05-10
Also published as: CN111971893A; WO2019216281A1; EP3793084A1; US11309825B2; JP2019198180A; US20210159839A1; EP3793084A4

Description

本発明は、安全機能を有するモータ制御装置と、当該モータ制御装置用のプログラミング装置とに関する。

モータ制御装置として、所定のパラメータ値を変更することで、入力に対するモータの回転方向を切り換えられるもの（例えば、特許文献１参照）が知られている。また、国際規格ＩＥＣ６１８００－５－２にて規定されている各種機能（以下、安全機能と表記する）を有するモータ制御装置も知られているが、既存のモータ制御装置に実装されている安全機能は、各安全機能のパラメータ値として、モータの回転方向が特定方向（正転方向又は逆転方向）である場合におけるパラメータ値を設定しなければならないものとなっている。そのため、既存のモータ制御装置のプログラミング時には、モータの回転方向が上記特性方向とは逆の方向であるとした方が安全機能やモータの制御内容のプログラミングがし易くても、安全機能のプログラミングは、モータの回転方向が上記特性方向であるとして行わなければならなかった。

特開２０１１－０９１９７０号公報

本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、プログラミングの自由度がより高い、安全機能を有するモータ制御装置と、当該モータ制御装置に適したプログラミング装置とを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一観点に係るモータ制御装置は、入力された指令に従ってモータを制御するモータ制御部であって、設定されているモータ制御用回転方向指定値に応じて前記指令に対する前記モータの回転方向を切り換えるモータ制御部と、前記モータの位置又は速度に基づき、前記モータの状態が、設定されている複数の安全監視用パラメータ値で規定される複数の安全状態条件のいずれかから逸脱するのを監視する安全監視部と、を備える。そして、モータ制御装置の安全監視部は、前記モータの回転方向が第１方向であるか、前記第１方向とは逆方向の第２方向であるかを示す安全監視用回転方向指定値を設定可能に構成されていると共に、前記モータの回転方向が前記第１方向であることを示す前記安全監視用回転方向指定値が設定されている場合には、前記複数の安全監視用パラメータ値を、前記モータの回転方向が前記第１方向である場合の値として取り扱って動作し、前記モータの回転方向が前記第２方向であることを示す前記安全監視用回転方向指定値が設定されている場合には、前記複数の安全監視用パラメータ値を、前記モータの回転方向が前記第２方向である場合の値として取り扱って動作するように構成されている。

すなわち、本発明の上記観点に係るモータ制御装置が備えるモータ制御部及び安全監視部は、いずれも、モータ回転方向を切換可能なものとなっている。従って、モータ制御装置のユーザは、プログラミングし易い方向にモータの回転方向を設定してモータ制御部（又は安全監視部）をプログラミングしてから、モータの回転方向を同一方向に設定して安全監視部（又はモータ制御部）をプログラミングすることが出来る。また、ユーザは、モ
ータ制御部と安全監視部のモータの回転方向を逆方向に設定して安全監視部及びモータ制御部をプログラミングすることも出来る。

モータ制御装置の具体的な構成は特に限定されない。また、誤設定を防止するために、モータ制御装置（モータ制御装置のモータ制御部又は安全監視部）に、前記モータ制御用回転方向指定値が示している回転方向と前記安全監視用回転方向指定値が示している回転方向とが一致していない場合、すなわち、モータ制御部と安全監視部のそれぞれに設定されるモータ回転方向指示値（モータ制御用回転方向指定値、安全監視用回転方向指定値）が一致していない場合に、その旨を示す警告情報を出力する警告情報出力手段を、付加しておいても良い。また、そのような警告情報出力手段を、モータ制御装置の前記モータ制御部及び前記安全監視部をプログラミングするためのプログラミング装置に備えさせておいても良い。

本発明によれば、プログラミングの自由度がより高い、安全機能を有するモータ制御装置と、当該モータ制御装置に適したプログラミング装置とを提供することが出来る。

図１は、本発明の一実施形態に係るモータ制御装置の概略構成及び使用形態の説明図である。図２は、実施形態に係るモータ制御装置が備えるモータ制御部の機能ブロック図である。図３は、実施形態に係るモータ制御装置が備える安全監視部の機能ブロック図である。図４は、安全監視部（監視処理部）が実行する動作モード選択処理の流れ図である。図５は、プログラミング装置が実行する整合性確認処理の流れ図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

図１に、本発明の一実施形態に係るモータ制御装置１０の概略構成及び使用形態を示す。まず、この図を用いて、本実施形態に係るモータ制御装置１０の概要を説明する。

本実施形態に係るモータ制御装置１０は、モータ制御部１１と安全監視部１２とを備えた装置である。また、モータ制御装置１０は、通常、プログラミング装置４０、コントローラ４２及びセーフティコントローラ４４と組み合わせて使用される。

モータ制御部１１は、コントローラ４２から入力される指令に従ってモータ（三相モータ）３０を制御するユニットである。安全監視部１２は、モータ３０を安全に停止させる機能と、モータ３０の位置やモーション（速さ、回転方向）を安全に監視する機能とを有するユニットである。

モータ制御部１１及び安全監視部１２のそれぞれには、モータ３０に取り付けられているエンコーダ３２からの信号が入力されている。本実施形態におけるエンコーダ３２は、モータ３０の位置及び速度（モータ３０の回転軸の回転位置及び回転速度）を示す信号を出力するセーフティエンコーダである。ただし、エンコーダ３２は、モータ３０の位置及び速度をそれから求められる信号を出力するセーフティエンコーダであれば良い。

また、図示は省略してあるが、モータ制御装置１０内には、モータ３０に流れる各相の
電流値を検出するための電流センサが設けられており、モータ制御部１１には、各電流センサの出力も入力されている。

セーフティコントローラ４４は、ライトカーテン、非常停止スイッチ等からの信号に基づき、非常時に、安全監視部１２を介してモータ制御部１１の動作を停止させる装置である。セーフティコントローラ４４は、安全監視部１２が有する各安全機能（詳細は後述）のＯＮ／ＯＦＦ制御も行う。

プログラミング装置４０は、コントローラ４２、セーフティコントローラ４４及び安全監視部１２の動作内容をプログラミングするためにユーザが使用する装置である。このプログラミング装置４０としては、通常、コントローラ４２、安全監視部１２等をプログラミングするためのアプリケーションソフトウェアをインストールしたコンピュータが使用される。

以下、モータ制御装置１０の構成及び動作について具体的に説明する。

〔モータ制御部１１〕
図２に、モータ制御部１１の機能ブロック図を示す。図示してあるように、モータ制御部１１は、電流指令生成部１５と制御信号生成部１６とインバータ回路１７とを備える。インバータ回路１７は、複数の半導体スイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等）等を組み合わせることにより構成された、三相交流を出力可能な回路である。このモータ制御部１１は、その構成要素としてＩＰＭ（Intelligent Power Module）が用いられたものであっても、ＩＰＭとして実現されたものであってもよい。

電流指令生成部１５は、コントローラ４２からの指令とフィードバック信号（ＦＢ信号）とに基づき、コントローラ４２からの指令通りにモータ３０を動作させるための電流指令（Ｕ相、Ｖ相及びＷ相用の電流指令）を生成する機能ブロックである。なお、フィードバック信号とは、モータ３０に流れる各相の電流値の測定結果や、エンコーダ３２によるモータ３０の位置や速度の検出結果を示す信号のことである。

この電流指令生成部１５は、モータ回転方向切換設定パラメータの値を設定（変更）可能に構成されている。モータ回転方向切換設定パラメータは、入力に対するモータ３０の回転方向を切り換えるためのパラメータである。より具体的には、モータ回転方向切換設定パラメータは、入力された指令通りの回転方向にモータ３０を回転させることを指定する値、入力された指令通りとは逆方向にモータ３０を回転させることを指定する値とを設定可能なパラメータとなっており、電流指令生成部１５は、モータ回転方向切換設定パラメータの設定値とコントローラ４２からの指令とにより定まる方向にモータ３０を回転させるための電圧指令を生成する。

制御信号生成部１６は、電流指令生成部１５により生成された各電流指令から、インバータ回路１７内の各半導体スイッチ用の制御信号（ＰＷＭ信号）を生成する機能ブロックである。

〔安全監視部１２〕
安全監視部１２（図１）は、モータ３０の位置や速度の監視を行う監視機能（SS2、SOS、SLP、SLS、SDI）、モータ３０の動力を遮断する機能（STO、SS1）、及び、Safetyブレ
ーキを使ってモータを停止させるセーフティ出力機能(SBC）を有するように、且つ、所定の安全度水準（本実施形態では、SIL2）を満たすように構成されたユニットである。

安全監視部１２が有する各安全機能（SS2、STO、SBC等）は、国際規格ＩＥＣ６１８０
０－５－２にて規定されている機能である。上記安全機能中の各監視機能（SS2、SOS、SLP、SLS、SDI）は、具体的な内容は異なるものの、基本的には、モータ３０の位置又は速
度に基づき、モータ３０の状態が、各監視機能用のパラメータ値で規定される安全状態条件から逸脱するのを監視（検出）する機能である。

安全監視部１２が、各監視機能を実現するために行う処理は、各監視機能を実現するために従来より行われている処理と本質的には同内容の処理である。ただし、安全監視部１２は、各監視機能の内容を指定する各種パラメータの設定値の正負と、モータ３０の回転方向との間の対応関係を指定（変更）できるように構成されている。

以下、安全監視部１２の構成及び動作について、さらに具体的に説明する。なお、既に説明したように、安全監視部１２は、所定の安全度水準を満たすように構成されているのであるが、当該安全度水準を満たすために安全監視部１２に採用されている構成は、一般に使用されているものと同じものである。そのため、以下では、安全度水準を満たすために安全監視部１２に採用されている構成についての説明は省略する。

図３に、安全監視部１２の機能ブロック図を示す。
図示してあるように、安全監視部１２は、通信処理部２１と設定値記憶部２２と監視処理部２３とを備える。

通信処理部２１は、他装置（コントローラ４２、セーフティコントローラ４４等）との間で通信を行うための機能ブロックである。設定値記憶部２２は、プログラミング装置４０に対する操作を通じてユーザ（モータ制御装置１０の管理者等）により設定された各種パラメータの値を記憶しておくための揮発性メモリである。この設定値記憶部２２には、各安全機能用のパラメータ値に加えて、モータ回転方向切換設定パラメータ値が記憶される。モータ回転方向切換設定パラメータ値の具体的な用途については後述するが、モータ回転方向切換設定パラメータには、モータ３０の回転方向が正転方向であることを示す値、モータ３０の回転方向が逆転方向であることを示す値のいずれかが設定される。なお、安全監視部１２は、設定値記憶部２２に記憶する各パラメータ値を安全通信確立毎にコントローラ４２から受信し、セーフティコントローラ４４からのＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）値により各パラメータ値の確からしさを確認する。

監視処理部２３は、必要である場合には、エンコーダ３２からのモータ３０の位置や速度を用いて、設定値記憶部２２に記憶されている各種設定値でその内容が指定されている各安全機能を実現する機能ブロックである。

この監視処理部２３は、動作モードとして、第１動作モードと第２動作モードとを有している。第１動作モードは、各安全機能（主として、監視機能）について設定されているパラメータ値が、モータ３０の回転方向が正転方向である場合の値であると解釈して動作する動作モードのことである。第２動作モードとは、各安全機能について設定されているパラメータ値が、モータ３０の回転方向が逆転方向である場合の値であると解釈して動作する動作モードのことである。なお、『パラメータ値が、モータ３０の回転方向が正転方向（逆転方向）であると解釈する』とは、『位置に関するパラメータ値を、モータ３０の正転（逆転）により増加するように設定された値として解釈し、速度に関するパラメータ値を、モータ３０の正転（逆転）速度として設定された値として解釈する』ということである。

また、監視処理部２３は、安全機能に関する各種パラメータ値が設定／変更されると、図４に示した手順の動作モード選択処理を行うように構成されている。

すなわち、安全機能に関する各種パラメータ値の設定／変更によりこの動作モード選択処理を開始した監視処理部２３は、まず、設定値記憶部２２から、モータ回転方向切換設定パラメータを含む各種パラメータの設定値を読み出す（ステップＳ１０１）。次いで、監視処理部２３は、モータ回転方向切換設定パラメータの設定値が、モータ３０の回転方向が正転方向であることを示す値であるか、モータ３０の回転方向が逆転方向であることを示す値であるかを判断する（ステップＳ１０２）。

そして、監視処理部２３は、モータ回転方向切換設定パラメータの設定値が、モータ３０の回転方向が正転方向であることを示す値であった場合（ステップＳ１０２；正転方向）には、上記した第１動作モードでの動作を開始する（ステップＳ１０３）。また、監視処理部２３は、モータ回転方向切換設定パラメータの設定値が、モータ３０の回転方向が逆転方向であることを示す値であった場合（ステップＳ１０２；逆転方向）には、上記した第２動作モードでの動作を開始する（ステップＳ１０４）。

以上、説明したように、本実施形態に係るモータ制御装置１０が備えるモータ制御部１１及び安全監視部１２は、いずれも、モータ回転方向を切換可能なものとなっている。従って、モータ制御装置１０のユーザは、プログラミングし易い方向にモータ３０の回転方向を設定してモータ制御部１１（又は安全監視部１２）をプログラミングしてから、モータ３０の回転方向を同一方向に設定して安全監視部１２（又はモータ制御部１１）をプログラミングすることが出来る。また、ユーザは、モータ制御部１１と安全監視部１２のモータ３０の回転方向を逆方向に設定して安全監視部１２及びモータ制御部１１をプログラミングすることも出来る。

なお、モータ制御部１１及び安全監視部１２のプログラミング時のモータ３０の回転方向は、同一方向であった方が良い場合が多い。そのため、プログラミング装置４０（プログラミング装置４０用のアプリケーションソフト）は、モータ制御部１１又は安全監視部１２のモータ回転方向切換設定パラメータに値を設定する操作がなされた場合、図５に示した手順の整合性確認処理を行うように構成（作成）されている。

すなわち、モータ制御部１１又は安全監視部１２のモータ回転方向切換設定パラメータに、値（以下、新設定値と表記する）を設定する操作がなされた場合、プログラミング装置４０は、まず、非設定対象ユニットに設定されているモータ回転方向切換設定パラメータの値を取得する（ステップＳ２０１）。ここで、非設定対象ユニットとは、モータ制御装置１０内の、モータ回転方向切換設定パラメータ値の設定対象ではない方のユニット（モータ制御部１１又は安全監視部１２）のことである。

次いで、プログラミング装置４０は、取得した値と新設定値とが示しているモータ３０の回転方向が一致しているか否かを判断する（ステップＳ２０２）。そして、プログラミング装置４０は、取得した値と設定要求値とが示しているモータ３０の回転方向が一致していなかった場合（ステップＳ２０２；ＮＯ）には、プログラミング装置４０のディスプレイ上に所定の情報を表示することでモータ３０の回転方向が一致していない旨（設定が誤っている可能性がある旨）をユーザに通知する（ステップＳ２０３）。そして、プログラミング装置４０は、この整合性確認処理を終了する。

また、プログラミング装置４０は、取得した値と設定要求値とが示しているモータ３０の回転方向が一致していた場合（ステップＳ２０２；ＹＥＳ）には、特に処理を行うことなく、この整合性確認処理を終了する。

《変形形態》
上記したモータ制御装置１０は、各種の変形が可能なものである。例えば、モータ制御
装置１０の安全監視部１２を、上記した安全機能以外の安全機能を有するユニットに変形しても良い。また、モータ制御装置１０に、一方のユニット（モータ制御部１１又は安全監視部１２）に、他方のユニットに設定されているモータ回転方向切換設定パラメータ値と異なるモータ回転方向切換設定パラメータ値が設定された場合に、その旨を示す情報を他装置（プログラミング装置４０等）に送信する機能を追加しても良い。

整合性確認処理（図５）を、ユーザの指示により開始される処理に変形しておいても良い。なお、整合性確認処理を、ユーザの指示により開始される処理に変形する場合には、回転方向が一致していた場合（ステップＳ２０２；ＹＥＳ）に、その旨をユーザに通知するための処理が行われるようにしておくことが好ましい。

《付記》
１．入力された指令に従ってモータ（３０）を制御するモータ制御装置（１０）であって、
設定されているモータ制御用回転方向指定値に応じて前記指令に対する前記モータ（３０）の回転方向を切り換えるモータ制御部（１１）と、
前記モータ（３０）の位置又は速度に基づき、前記モータ（３０）の状態が、設定されている複数の安全監視用パラメータ値で規定される複数の安全状態条件のいずれかから逸脱するのを監視する安全監視部（１２）と、
を備え、
前記安全監視部は、前記モータ（３０）の回転方向が第１方向であるか、前記第１方向とは逆方向の第２方向であるかを示す安全監視用回転方向指定値を設定可能に構成されていると共に、前記モータ（３０）の回転方向が前記第１方向であることを示す前記安全監視用回転方向指定値が設定されている場合には、前記複数の安全監視用パラメータ値を、前記モータ（３０）の回転方向が前記第１方向である場合の値として取り扱って動作し、前記モータ（３０）の回転方向が前記第２方向であることを示す前記安全監視用回転方向指定値が設定されている場合には、前記複数の安全監視用パラメータを、前記モータ（３０）の回転方向が前記第２方向である場合の値として取り扱って動作するように構成されている、
ことを特徴とするモータ制御装置（１０）。

１０モータ制御装置
１１モータ制御部
１２安全監視部
１５電流指令生成部
１６制御信号生成部
１７インバータ回路
２１通信処理部
２２設定値記憶部
２３監視処理部
３０モータ
３２エンコーダ
４０プログラミング装置
４２コントローラ
４４セーフティコントローラ

Claims

入力された指令に従ってモータを制御するモータ制御装置であって、
設定されているモータ制御用回転方向指定値に応じて前記指令に対する前記モータの回転方向を切り換えるモータ制御部と、
前記モータの位置又は速度に基づき、前記モータの状態が、設定されている複数の安全監視用パラメータ値で規定される複数の安全状態条件のいずれかから逸脱するのを監視する安全監視部と、
を備え、
前記安全監視部は、前記モータの回転方向が第１方向であるか、前記第１方向とは逆方向の第２方向であるかを示す安全監視用回転方向指定値を設定可能に構成されていると共に、前記モータの回転方向が前記第１方向であることを示す前記安全監視用回転方向指定値が設定されている場合には、前記複数の安全監視用パラメータ値を、前記モータの回転方向が前記第１方向である場合の値として取り扱って動作し、前記モータの回転方向が前記第２方向であることを示す前記安全監視用回転方向指定値が設定されている場合には、前記複数の安全監視用パラメータ値を、前記モータの回転方向が前記第２方向である場合の値として取り扱って動作するように構成されている、
ことを特徴とするモータ制御装置。
前記モータ制御用回転方向指定値が示している回転方向と前記安全監視用回転方向指定値が示している回転方向とが一致していない場合に、その旨を示す警告情報を出力する警告情報出力手段を、さらに備える、
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
請求項１記載のモータ制御装置の前記モータ制御部及び前記安全監視部をプログラミングするためのプログラミング装置であって、
前記モータ制御用回転方向指定値が示している回転方向と前記安全監視用回転方向指定値が示している回転方向とが一致していない場合に、その旨を示す警告情報を出力する警告情報出力手段
を備えることを特徴とするプログラミング装置。