KR100317220B1

KR100317220B1 - 통신망 기반 개방형 모터 제어기

Info

Publication number: KR100317220B1
Application number: KR1019990065492A
Authority: KR
Inventors: 유범재; 오상록; 조영조; 황보명; 최익
Original assignee: 박호군; 한국과학기술연구원
Priority date: 1999-12-30
Filing date: 1999-12-30
Publication date: 2001-12-24
Also published as: KR20010065578A

Abstract

본 발명은 모터 제어기 및 모터 제어 시스템에 관한 것으로, 특히 분산 제어 방식의 제어 시스템을 구축할 때 사용할 수 있는 통신망 기반 개방형 모터 제어기에 관한 것이다.

본 발명에 따른 통신망 기반 개방형 모터 제어기는, 중앙 CPU 및 메모리 모듈, 모터 제어를 위한 PWM(Pulse Width Modulation) 발생 모듈, 모터의 위치 피드백을 위한 인코더 인터페이스 모듈 및 아날로그 신호 입력 모듈, 서보 모터 구동을 위한 모터 드라이브 모듈, 리미트(Limit) 스위치 등의 외부 입력 신호 인터페이스를 위한 디지털 입력 모듈, 외부 접점 제어를 위한 디지털 출력 모듈 및 표준화된 멀티 드롭(Multi-drop) 방식의 실시간 통신망 제어 및 인터페이스 모듈 등을 포함한다.

본원 발명에 따르면, 중앙 제어기의 성능을 기존의 시스템에 비해 낮은 시스템을 사용할 수 있어 전체 제어기의 가격을 낮출 수 있고, 제어에 필요한 신호선을 중앙 제어기까지 끌고 갈 필요가 없기 때문에 배선 작업의 부담을 대폭 줄일 수 있으며, 제어기 고장시 국부적인 고장을 유발한 노드만을 교체하면 되므로 시스템 유지 보수가 용이하고, 표준화된 통신망을 사용하는 경우 기존의 분산 제어 시스템과도 연결하여 사용할 수 있어 타 시스템과의 통합 운영이 용이하다.

Description

통신망 기반 개방형 모터 제어기{OPENED MOTOR CONTROLLER BASED ON COMMUNICATION NETWORK}

최근 자동화 시스템, 로봇 시스템, 반도체 장비, 보안 시스템 및 각종 생산 장비 등이 다기능 대형화됨에 따라 제어기의 성능 및 복잡도가 증가하고, 구동부와 제어기 간의 거리가 멀어지고 있음에도 불구하고 기존 장비의 제어기는 제어 대상이 되는 모터 및 입출력과 관련된 모든 신호들을 한 대의 중앙 제어기에 연결하여제어하는 중앙 집중형 방식을 취하고 있다. 도 1에 이와 같은 방식의 중앙 집중형 모터 제어기를 도시하였다. 이 방식은 중앙에서 모든 제어를 총괄할 수 있다는 장점이 있는 반면, 고기능의 중앙 제어기를 필요로 하기 때문에 제조 원가가 증가하고, 장비 제작시 모든 입출력 신호선을 중앙 제어기에 연결해야 하기 때문에 배선 작업에 많은 시간을 투여해야 하는 단점이 있다.

또한, 응용 목적에 특수하게 적용되는 모터 제어기의 하드웨어 및 소프트웨어 구조를 취하게 되면 제품 판매자(vendor)에 의해 좌우되는 가격 구조, 특수한 인터페이스 사용, 높은 시스템 통합 비용, 작동 및 수리를 위한 특별 훈련의 요구 등 많은 문제를 수반하게 된다.

또한, 최근에는 통신망을 사용하여 다수의 모터를 제어하는 통신망 기반 다중 모터 제어기가 개발되어 사용되고 있다. 도 2에서는 이 통신망 기반 다중 모터 제어기를 도시하고 있고, 도 3에서는 이 통신망 기반 다중 모터 제어기를 사용하여 로봇 제어기를 구성한 예를 도시하고 있다. 상기 도면에서와 같이, 상기 통신망 기반 다중 모터 제어기는 하나의 모터 제어기로 여러대의 모터를 제어할 수 있고,모터 제어기 각각은 통신 노드를 통해 중앙 제어기로 연결되도록 이루어져 있다. 그러나, 이러한 시스템은 통신망을 이용하여 각각의 모터를 중앙에서 총괄하여 제어할 수 있다는 장점은 있으나, 하나의 제어기로 여러대의 모터를 제어하기 때문에, 모터 제어기에서 각각의 모터로 연결되는 전선 및 신호선의 수는 줄어들지 않으며, 여러대의 모터 및 모터 구동기 중 하나의 모터 및 모터 구동기에서 결함이 발생하더라도 제어기를 교환하거나 수리해야 하는 단점이 있었다.

이러한 문제들을 해결하기 위해서는, 개방형 시스템 개념에 기초하여 제어기의 하드웨어 및 소프트웨어 구조를 설계할 필요가 있다. 여기에서, IEEE의 정의에 따른 개방형 시스템이란 '복수의 매각자로부터 공급되는 다양한 플랫폼에 응용되고, 다른 시스템의 응용 프로그램과 내부적으로 상호 결합 운용되며, 사용자와 일관된 형식으로 상호 작용하는 능력을 갖춘 시스템'을 의미한다. 즉, 사용자의 입장에서 개방형 시스템의 두 가지 대표적인 특징을 살펴보면, (1) 판매자 중립성(vendor-neutrality)과, (2) 구성 요소의 결합 능력(component-integrating-ability)을 들 수 있다. 판매자 중립성이란 시스템이 단일 매각자에 종속되지 않도록 잘 설정된 표준에 따라 설계되어야 함을 의미하고, 구성 요소의 결합 능력이란 시스템이 쉽게 결합되어 제 성능을 발휘할 수 있도록 모듈화되고 첨삭과 확장이 용이하여야 한다는 뜻이다.

개방형 제어기에 관한 최신의 표준화 동향을 살펴보면, 유럽 공동체의 ESPRIT III 프로젝트 OSACA(Open System Architecture for Controls within Automation System)와 미국 GM 파워트레인 그룹(Powertrain Group)을 중심으로 한 OMAC(Open Modular Architecture Controller) 프로젝트를 들 수 있다. OSACA에서는 일반 자동화 시스템에서 요구되는 개방형 제어기의 사양을 정의하고 시스템 플랫폼의 원형(prototype)을 구현하였으며, OMAC에서는 자동차 산업에서 필요로 하는 여러 형태의 제어기에 대하여 경제성, 보수성, 개방성, 모듈성, 확장성 등을 고려하여 제어기 하드웨어 및 소프트웨어의 표준을 정하고 있다. 그러나, 이러한 표준안들은 산업용 제어기 위주로 정의되어 있어 모터 제어기를 대상으로 할 때 좀 더보완되어야 할 면이 있다. 또한, 모터 주변의 좁은 공간에 제어기를 장착할 수 있도록 소형화가 절실히 요구되고 있으며, 제어기의 소형화는 유지 보수의 간편화와 연관된 문제로서 큰 의미를 갖는다고 볼 수 있다. 최근 CNC 및 로봇 분야에서의 산업용 제어기에 있어서 개방화의 경향은 PC(Personal Computer)를 기반으로 하드웨어 및 소프트웨어를 구축하여 표준화된 Windows GUI(Graphic User Interface) 및 ISA/PCI/Compact PCI 등의 표준 인터페이스로 하드웨어 및 그 라이브러리를 구축하는 방향을 취하고 있다. PC를 기반으로 제어기를 구성하는 것은 개방화에 접근하는 한가지 방법이 될 수는 있지만, 그에 인터페이스되는 서보 제어기 하드웨어에 종속적으로 제어기 소프트웨어가 구축된다면 개방형 제어기로 취급될 수 없다.

또한, 종래의 모터 제어기들은 PC의 ISA-BUS/PCI-BUS 혹은 VME-BUS 등과 같은 표준화된 시스템 버스 사양에 장착할 수 있는 보드 형태로 한 보드 당 6개 이상의 모터를 제어할 수 있는 하드웨어를 포함하고 있다. 이 경우 도 1에서와 같이, 하나의 모터 당 20개 이상되는 모터 제어에 관련된 많은 신호선을 멀리 떨어진 중앙 컴퓨터에 모두 연결해야 한다. 이 방식은 중앙에서 모든 제어를 총괄할 수 있다는 장점이 있는 반면 고기능의 중앙 제어기를 필요로 하기 때문에 제조 원가가 증가하고, 장비 제작시 모든 입출력 신호선을 중앙 제어기에 연결해야 하기 때문에 배선 작업에 많은 시간을 투여해야 하는 단점이 있다. 동시에, 시스템 고장시 국부적인 고장을 고치기 위하여 전체 제어기를 교환하거나 수리해야 하는 부담이 따른다.

본 발명은 전술된 문제점을 해결하기 위하여, 하드웨어 종속성이 높은 모터 제어기 부분을 모듈화하고 표준화한 통신망 기반 개방형 모터 제어기를 제공한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 모터 제어기를 주 대상으로 개방화 및 소형화한 통신망 기반 개방형 모터 제어기를 제공함에 있다.

특히, 표준화된 통신망 인터페이스를 탑재한 개방형 소형 모터 제어기의 구조를 설계, 제시하였다. 그에 따라, 중앙 제어기와 각 모터 제어기를 두 가닥의 전원 라인과 두 가닥의 통신 라인만을 사용하여 통합함으로써 여러 개의 모터를 제어할 수 있도록 하였다.

도 1은 종래의 중앙 집중형 모터 제어기를 제어하기 위한 제어 시스템을 도시한 도면.

도 2는 종래의 통신망 기반 다중 모터 제어기의 구성을 도시한 블럭도.

도 3은 종래의 통신망 기반 다중 모터 제어기를 사용한 로봇 제어기의 구성예를 도시한 도면.

도 4은 본 발명에 따른 통신망 기반 개방형 모터 제어기의 구성을 도시한 블럭도.

도 5는 본 발명에 따른 통신망 기반 개방형 모터 제어기를 사용하여 구축한 분산 처리형 모터 제어 시스템을 도시한 도면.

도 6은 본 발명에 따른 통신망 기반 개방형 모터 제어기를 사용한 로봇 제어기의 구성예를 도시한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : CPU & 메모리 모듈

2 : PWM 신호 발생 모듈

3 : 인코더 인터페이스 및 체배 회로용 모듈

4 : 모터 드라이브 모듈

5 : 전류 센싱 모듈

6 : 디지털 입력 모듈

7 : 디지털 출력 모듈

8 : 통신망 구동 모듈

9 : RS-232C 구동 모듈

10 : SIO 제어 모듈

11 : 통신망 제어 모듈

20 : 중앙 제어기

30 : 통신망 기반 모터 제어기

상기 목적을 달성하기 위하여, 본원 발명의 분산 제어 방식 제어 시스템에 이용되는 통신망 기반 개방형 모터 제어기는, 프로그램 또는 데이터를 저장하기 위한 메모리 모듈과, 모터 구동을 위한 PWM 신호 발생 모듈과, 모터에 흐르는 전류를 감지하기 위한 전류 센싱 모듈과, SIO 제어 모듈과, 통신 프로토콜을 하드웨어적으로 제공하는 통신망 제어 모듈을 내장하고 있는 모터 제어용 중앙 처리 수단과; 상기 PWM 신호 발생 모듈로부터 출력되는 PWM 신호, 방향 신호 및 브레이크 온/오프 신호를 입력받아 서보 모터를 구동하는 모터 구동 수단과; 상기 모터 구동 수단으로부터의 노이즈가 상기 중앙 처리 수단으로 전파되지 않도록 상기 모터 구동 수단과 상기 모터 제어용 중앙 처리 수단 사이에 설치된 아이솔레이트 수단과; 모터 위치 피드백을 위한 구성으로서 증분형 인코더 인터페이스와 가변 저항 인터페이스로이루어지며, 모터로부터 감지된 인코더 펄스 및 가변 저항값 등의 입력을 받아 데이타 버스를 통해 상기 모터 제어용 중앙 처리 수단으로 전송하는 모터 위치 피드백 인터페이스 수단과; 리미트 스위치 등의 기구적인 외부 입력 신호를 받아 상기 모터 제어용 중앙 처리 수단으로 전송하는 디지탈 입력 인터페이스 수단과; 상기 모터 제어용 중앙 처리 수단의 명령에 따라 외부 접점 제어를 행하는 디지탈 출력 인터페이스 수단과; 아날로그 외부 입력을 받아 그 값을 상기 모터 제어용 중앙 처리 수단으로 전송하는 아날로그 입력 인터페이스 수단과; 상기 모터 제어용 중앙 처리 수단 내의 상기 통신망 제어 모듈과 연결되며, 중앙 제어기 및 다수의 통신 노드를 접속하기 위한 통신망 구동 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

(실시예)

본 발명의 내용을 첨부된 도면을 이용하여 구체적으로 설명한다. 도 1은 종래의 중앙 집중형 모터 제어기를 제어하기 위한 제어 시스템을 도시한 도면, 도 2는 종래의 통신망 기반 다중 모터 제어기의 구성을 도시한 블럭도, 도 3은 종래의 통신망 기반 다중 모터 제어기를 사용한 로봇 제어기의 구성예를 도시한 도면, 도 4는 본 발명에 따른 통신망 기반 개방형 모터 제어기의 구성을 도시한 블럭도, 도 5는 본 발명에 따른 통신망 기반 개방형 모터 제어기를 사용하여 구축한 분산 처리형 모터 제어 시스템을 도시한 도면이며, 도 6은 본 발명에 따른 통신망 기반 개방형 모터 제어기를 사용한 로봇 제어기의 구성예를 도시한 도면이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 모터 제어기는 중앙 프로세서 모듈 및 메모리 모듈(1), 모터 구동을 위한 PWM(Pulse Width Modulation) 신호 발생모듈(2), 모터의 위치 피드백을 위한 증분형 인코더(Encoder) 혹은 가변 저항 등의 인터페이스를 위한 인코더 인터페이스 및 체배 회로(3), 서보 모터 구동을 위한 모터 드라이브 모듈(4), 모터에 흐르는 전류를 감지하기 위한 전류 센싱 모듈(5), 기구적인 리미트 스위치 인터페이스를 위한 디지털 입력 모듈(6), 외부 접점 제어를 위한 디지털 출력 모듈(7) 및 본원 발명의 특징적 구성인 Multi-drop 방식의 실시간 통신망 제어 모듈(11) 및 인터페이스 모듈 등으로 구성된다.

여기서, 중앙 프로세서 모듈(1)과 모터 드라이버(4) 사이에 장착된 아이솔레이터 모듈(12)은 두 모듈간의 접지를 분리시킴으로써 모터 구동시 드라이버 모듈에서 발생하는 고주파 스위칭 잡음이 CPU 및 관련 회로에 영향을 미치는 것을 막아주고, 인코더 인터페이스 및 체배 회로(3) 앞단의 아이솔레이터 모듈(14)는 직류 서보 모터의 브러시에서 발생하는 잡음이 중앙 프로세스 모듈(1)의 회로로 침투하는 것을 막아준다. 특히, CAN 통신을 위한 통신망 드라이버 모듈(8)은 여러개의 모드가 두 가닥의 통신선에 연결되는 부분으로, 각각 서로 다른 전위를 지니고 있는 여러 대의 장비들을 서로 연결할 때 발생하는 순간적인 고전압 방전 현상으로부터 제어기를 보호할 수 있고 날씨 변화로 인한 고전압 잡음과 작업 현장에서 발생하는 다양한 잡음으로부터도 제어기를 보호할 수 있다.

아울러, 도 4에 도시되어 있는 A, B, Z 신호는 위상 신호이며, 이중 Z상 신호는 모터의 1회전마다 1 펄스씩 출력되는 신호이고, A상과 B상 신호는 모터의 회전 방향에 따라 위상차가 변화하는 출력 신호이다. 또한, 아이솔레이터(14) 앞단의 A+와 A-, B+와 B-, Z+와 Z- 신호들은 다양한 종류의 인코더 신호를 아이솔레이터 입력에 인터페이스하기 위해 설계된 부분이다. 즉, 대표적인 증분형 인코더의 출력 방식은 TTL 방식, 오픈 콜렉터(Open Collector) 방식 및 라인 드라이브(line drive) 방식 등으로 구분되는데 이들 사양의 신호를 모두 연결할 수 있다. 구체적으로, TTL 방식과 오픈 콜렉터 방식의 인코더 출력의 경우, + 신호선들(A+, B+, Z+)을 전원(Vcc, +5V)에 연결하고 인코더의 출력 신호를 - 신호선(A-, B-, C-)에 각각 연결하면 인터페이스가 가능하고, 라인 드라이브 방식의 인코더 출력은 출력 자체의 + 신호와 - 신호를 각각 해당 신호에 연결하면 바로 사용 가능하다.

디지털 입력 모듈(6)은 기구에 장착된 각 모터의 운동 영역 제한을 위한 스위치(Limit Switch) 신호들을 입력하기 위한 인터페이스 회로로 저역 필터를 내장하고 있다. 디저털 출력 모듈(7)은 대용량 모터 드라이버가 외부에 장착되는 경우 드라이버의 인에이블/디세이블을 제어하기 위한 인터페이스 회로이다. 외부의 릴레이 등을 구동하기 위한 목적으로도 사용할 수 있다. 아날로그 입력 인터페이스(13)은 모터의 회전속도계(Tachometer) 혹은 가변 저항 등에서 출력되는 아날로그 신호를 중앙 프로세서 모듈(1)에 전달하기 위한 인터페이스로 디지털 입력 모듈(6)과 같이 저역 필터 회로를 내장하고 있다.

전술된 중앙 프로세서 모듈(1)은 16-비트 마이크로프로세서인 인텔사의 87C196CA와 16-비트 신호처리소자인 텍사스 인스트루먼트사의 TMS320C241/242/243 등을 사용할 수 있다. 이들 소자는 표준화된 Multi-drop 방식의 통신망인 CAN(Controller Area Network)을 위한 제어기를 내장하고 있어 주변 인터페이스를 줄일 수 있는 장점이 있다.

또한, 모터 제어 기능을 포함하는 범용의 마이크로프로세서(Motorola MC68332, Texas Instrument TMS320C240, Analog Device ADMC330 등)를 사용하고, 표준화된 통신 규약을 제공하는 통신 전용 소자를 도입하여 사용할 수도 있다. 표준화된 실시간 통신망으로는 CAN(Controller Area Network) 이외에 다양한 필드 버스(Field Bus)가 도입될 수 있으나 통신 오버헤드(Overhead)에 대한 부담이 크므로 개발시 유의해야 한다.

메모리 모듈은 프로그램 혹은 데이터의 저장을 위하여 사용하기 위한 SRAM과 ROM으로 구성된다. ROM 혹은 플래시 메모리를 내장한 마이크로프로세서 혹은 디지털 신호 처리 소자를 사용하면 외부 ROM은 필요없으나 정전시 예상치 못한 데이터의 분실을 방지하기 위한 불휘발성 메모리(불휘발성 SRAM 혹은 EEPROM)를 둔다.

모터 구동을 위한 PWM 신호 발생 모듈(2)은 모터가 움직이고자 하는 목적 지점과 현재 위치 사이의 오차를 줄이기 위하여 소프트웨어에 의하여 계산되는 값을 펄스의 듀티비(Duty Ratio)로 변환하여 출력하는 모듈이다. 오차가 크면 듀티비가 큰 펄스가 출력되고 오차가 작아질수록 듀티비가 작은 펄스가 출력된다. 이 신호가 모터를 직접 구동하는 소자들의 스위칭 입력 신호로서 인가되어 모터를 회전시킨다. 설계시 모터 구동부의 잡음이 CPU부로 전파되지 않도록 포터 커플러(photo coupler)를 사용한 그라운드 절연(ground isolation)은 필수적이다.

서보 모터 구동을 위한 서보 모터 드라이브 모듈(4)은 출력된 PWM 신호, 방향 신호 및 브레이크 ON/OFF 신호를 입력 받아 직접 모터를 회전시키는 모듈이다. 스텝 모터, 직류 서보 모터, 교류 서보 모터 및 브러시리스 서보 모터 등이 사용되는 모터의 종류에 따라 전용의 드라이버 소자들이 사용되며, 용량이 150 Watt 이상이 되는 경우에는 외부에 별도의 드라이버 모듈을 장착하여 사용한다. 여기에서, 드라이버 모듈은 20KHz 이상의 속도로 스위칭하면서 모터를 구동하므로 효율적인 방열 대책을 세워야 하고 스위칭 잡음에 의한 과열이 발생하지 않도록 회로를 구성해야 한다.

모터의 위치 피드백을 위한 인터페이스 모듈(3)은 증분형 인코더를 위한 부분과 가변 저항을 위한 부분으로 대별된다. 증분형 인코더 인터페이스의 경우 입력되는 인코더 펄스에서 방향 신호를 추출하고 펄스 수를 세기 위한 24-비트 카운터, 입력되는 인코더 펄스의 수를 2배 혹은 4배로 체배하기 위한 체배 회로, 모터로부터 인코더 신호에 유기되는 잡음을 제거하기 위한 그라운드 절연 모듈 및 저역 필터 등으로 구성된다. 가변 저항 인터페이스의 경우, 모터의 절대 위치를 가변 저항의 저항값을 이용하여 인식하기 위한 것으로 가변 저항, 저역 필터 및 아날로그 입력 모듈 등으로 구성된다.

Multi-drop 방식의 실시간 통신망 제어 및 인터페이스 모듈(11)은, 앞서 소개된 모터 제어를 위한 여러 모듈을 중앙 제어기와 통신망으로 연결하는 부분으로, 본 발명의 핵심적 구성이다. 이 모듈은 통신 프로토콜을 하드웨어적으로 제공하는 제어 모듈과 다수의 통신 노드를 접속하기 위한 통신망 드라이브 모듈(8)로 구성된다. 필드 버스를 비롯하여 다수의 실시간 통신망들이 소개되어 있으나 통신 데이터의 오버헤드 등을 고려하면, 반도체 장비와 자동차 등에서 널리 사용되고 있는 최대 1 Mbps 속도의 CAN이 매우 효율적이다. 특히, 통신 노드 간의아비트레이션(arbitration)이 하드웨어적으로 이루어져 통신 핸드쉐이크(Handshake)를 위한 오버헤드가 거의 없고, 수백개 이상의 통신 노드를 접속할 수 있어, 분산 제어 시스템을 구축하기에 아주 적합하다. 이 때문에, CAN 제어기를 내장한 모터 제어용 마이크로프로세서 및 디지털 신호 처리 소자들(인텔사 87C196CA, Texas Instrument사 TMS320C241/242/243 등)이 속속 출시되었고, 별도의 전용 CAN 제어 소자(필립스사 SJA1000)도 소개되었다. 통신망 드라이브 모듈(8)은 다수의 통신 노드(모터 제어기)를 함께 연결할 경우 각 통신 노드의 그라운드 레벨이 달라서 파손되는 오류가 흔히 발생하기 때문에, 이를 방지하기 위하여 통신 제어 모듈의 전원 및 그라운드와 통신망 드라이브 모듈의 전원 및 그라운드를 포토 커플러를 사용하여 분리한다. 또한, 통신선의 길이가 길어지는 경우 통신 데이터의 반사(reflection)를 방지하기 위한 120 오옴의 터미네이션(termination) 저항이 포함된다. 또한, 독립된 전원을 공급하기 위하여 소형 소용량의 DC-DC 변환기를 사용한다.

도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 본원의 통신망 기반 개방형 모터 제어기를 사용하여 구축된 모터 제어를 위한 분산 제어 시스템에서는, 모터 제어기를 모터와 가까운 위치에 설치하여 신호선의 길이를 줄임으로써 신호 잡음으로 인한 오류를 최소화하여 전체 시스템의 신뢰도를 높였고, 중앙 제어기(20)와 각 모터 제어기(30)는 CAN에 의하여 통합되도록 구성하였다. 즉, 중앙 제어기(20)와 모터 제어기(30) 각각을 전원선과 통신선만을 사용하여 다수의 통신 노드를 통해 연결함으로써, 간결하게 전체 제어 시스템을 구축하였다.

이로써, 도 1에서와 같은 종래의 중앙 집중형 모터 제어기에서 나타난 문제점, 즉 모터 하나 당 20가닥의 신호선을 수 미터씩 중앙 제어기에 연결하는 비효율성으로부터 탈피하였고, 또한 도 2에서와 같은 통신망 기반 다중 모터 제어기에 있어서 필수적이었던, 모터 제어기에서 각각의 모터로 연결되는 전선 및 신호선을 필요없게 하였으며, 여러대의 모터 및 모터 구동기 중 하나의 모터 및 모터 구동기에서 결함이 발생하더라도 제어기를 교환하거나 수리해야 하는 문제점을 해결하였다.

특히, 본원에서는 Multi-drop 방식의 통신을 이용하기 때문에 두 가닥의 통신선만을 사용하여 다수의 통신 노드들을 연결할 수 있다.

본 발명에 따른 통신망 기반 개방형 모터 제어기를 이용하면 중앙 제어기를 기존의 시스템에 비해 간단하게 설계할 수 있어 전체 제어기의 가격을 낮출 수 있고, 제어에 필요한 신호선을 중앙 제어기까지 끌고 갈 필요가 없어지기 때문에 배선 작업의 부담을 대폭 줄일 수 있으며, 그에 따라 시스템의 신뢰도를 향상시킬 수 있다. 또한, 제어기 고장시 국부적인 고장을 유발한 노드만을 교체하면 되기 때문에 고장 발생시 시스템 유지 보수가 용이하고, 표준화된 통신망을 사용하므로 기존의 분산 제어 시스템과도 연결하여 사용할 수 있어, 타 시스템과의 통합 운용이 용이하다. 이러한 모터 제어기는 모터의 수가 많은 각종 자동화 및 생산 장비 등에서 사용 가능하고, 기구를 소형으로 제작하기 위하여 제어기를 기구의 주요 부분들에 내장시켜야 하는 응용 분야에서 적극 사용될 수 있다. 또한, 보안 및 감시 시스템과 같이 카메라를 장착한 구동부가 주제어기로부터 원거리에 있는 경우, 통신망만을 연결하여 관련된 공사를 최소화하면서 설치하고 운영할 수 있는 경우에도 적용 가능하다.

Claims

분산 제어 방식의 제어 시스템에 이용되는 통신망 기반 개방형 모터 제어기에 있어서,

프로그램 또는 데이터를 저장하기 위한 메모리 모듈과, 모터 구동을 위한 PWM 신호 발생 모듈과, 모터에 흐르는 전류를 감지하기 위한 전류 센싱 모듈과, SIO 제어 모듈과, 통신 프로토콜을 1하드웨어적으로 제공하는 통신망 제어 모듈을 내장하고 있는 모터 제어용 중앙 처리 수단과;

상기 PWM 신호 발생 모듈로부터 출력되는 PWM 신호, 방향 신호 및 브레이크 온/오프 신호를 입력받아 서보 모터를 구동하는 모터 구동 수단과;

상기 모터 구동 수단으로부터의 노이즈가 상기 중앙 처리 수단으로 전파되지 않도록 상기 모터 구동 수단과 상기 모터 제어용 중앙 처리 수단 사이에 설치된 아이솔레이트 수단과;

모터 위치 피드백을 위한 구성으로서 증분형 인코더 인터페이스와 가변 저항 인터페이스로 이루어지며, 모터로부터 감지된 신호 입력을 받아 데이타 버스를 통해 상기 모터 제어용 중앙 처리 수단으로 전송하는 모터 위치 피드백 인터페이스 수단과;

리미트 스위치 등의 기구적인 외부 입력 신호를 받아 상기 모터 제어용 중앙 처리 수단으로 전송하는 디지탈 입력 인터페이스 수단과;

상기 모터 제어용 중앙 처리 수단의 명령에 따라 외부 접점 제어를 행하는디지탈 출력 인터페이스 수단과;

아날로그 외부 입력을 받아 그 값을 상기 모터 제어용 중앙 처리 수단으로 전송하는 아날로그 입력 인터페이스 수단과;

상기 모터 제어용 중앙 처리 수단 내의 상기 통신망 제어 모듈과 연결되며, 중앙 제어기 및 다수의 통신 노드를 접속하기 위한 통신망 구동 수단

을 포함하는 것을 특징으로 하는 통신망 기반 개방형 모터 제어기.
분산 제어 방식의 제어 시스템에 이용되는 통신망 기반 개방형 모터 제어기에 있어서,

프로그램 또는 데이터를 저장하기 위한 메모리 모듈과, 모터 구동을 위한 PWM 신호 발생 모듈과, 모터에 흐르는 전류를 감지하기 위한 전류 센싱 모듈과, SIO 제어 모듈을 포함하는 모터 제어용 중앙 처리 수단과;

표준화된 통신 규약을 제공하는 통신망 제어 수단과;

상기 PWM 신호 발생 모듈로부터 출력되는 PWM 신호, 방향 신호 및 브레이크 온/오프 신호를 입력받아 서보 모터를 구동하는 모터 구동 수단과;

상기 모터 구동 수단으로부터의 노이즈가 상기 모터 제어용 중앙 처리 수단으로 전파되지 않도록 상기 모터 구동 수단과 상기 모터 제어용 중앙 처리 수단 사이에 설치된 아이솔레이트 수단과;

모터 위치 피드백을 위한 구성으로서 증분형 인코더 인터페이스와 가변 저항 인터페이스로 이루어지며, 모터로부터 감지된 신호 입력을 받아 데이타 버스를 통해 상기 모터 제어용 중앙 처리 수단으로 전송하는 모터 위치 피드백 인터페이스 수단과;

리미트 스위치 등의 기구적인 외부 입력 신호를 받아 상기 모터 제어용 중앙 처리 수단으로 전송하는 디지탈 입력 인터페이스 수단과;

상기 모터 제어용 중앙 처리 수단의 명령에 따라 외부 접점 제어를 행하는 디지탈 출력 인터페이스 수단과;

아날로그 외부 입력을 받아 그 값을 상기 모터 제어용 중앙 처리 수단으로 전송하는 아날로그 입력 인터페이스 수단과;

상기 통신망 제어 수단과 연결되며, 중앙 제어기 및 다수의 통신 노드를 접속하기 위한 통신망 구동 수단

을 포함하는 것을 특징으로 하는 통신망 기반 개방형 모터 제어기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 메모리 모듈은 정전시의 데이타 손실을 방지하기 위해 비휘발성 SRAM 또는 EEPROM을 사용한 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 통신망 기반 개방형 모터 제어기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 PWM 신호 발생 모듈은 모터를 작동하여 도달하고자 하는 목표 지점과 현재 위치 사이의 오차가 크면 듀티비가 큰 펄스를 출력하고, 상기 오차가 작으면 듀티비가 작은 펄스를 출력하는 것을 특징으로 하는 통신망 기반 개방형 모터 제어기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 아이솔레이트 수단은 포토 커플러를 사용한 것을 특징으로 하는 통신망 기반 개방형 모터 제어기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 모터 위치 피드백 인터페이스 수단에 있어서의,

상기 증분형 인코더 인터페이스는 입력되는 인코더 펄스로부터 방향 신호를 추출하고 펄스 수를 계수하기 위한 24비트 카운터와, 상기 입력되는 인코더 펄스의 수를 2배 또는 4배로 체배하기 위한 체배 회로와, 모터로부터 인코더 신호에 유기되는 노이즈를 제거하기 위한 그라운드 아이솔레이션 모듈 및 저역 필터로 이루어지며,

상기 가변 저항 인터페이스는 가변 저항, 저역 필터, 아날로그 입력 모듈로 이루어지는 것을 특징으로 하는 통신망 기반 개방형 모터 제어기.
제1항에 있어서, 상기 통신 제어 모듈의 전원 및 접지와 상기 통신망 구동기의 전원 및 접지가 포토 커플러를 사용하여 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 통신망 기반 개방형 모터 제어기.
제2항에 있어서, 상기 통신망 제어 수단의 전원 및 접지와 상기 통신망 구동 수단의 전원 및 접지가 포토 커플러를 사용하여 분리되어 있는 것을 특징으로 하는통신망 기반 개방형 모터 제어기.
제1항의 통신망 기반 개방형 모터 제어기를 사용하여 구축된 분산 처리형 모터 제어 시스템에 있어서,

중앙 제어기와 상기 통신망 기반 개방형 모터 제어기의 각각은 전원선 2라인과 통신선 2라인만을 사용하여 다수의 통신 노드를 통해 서로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 분산 처리형 모터 제어 시스템.
제2항의 통신망 기반 개방형 모터 제어기를 사용하여 구축된 분산 처리형 모터 제어 시스템에 있어서,

중앙 제어기와 상기 통신망 기반 개방형 모터 제어기의 각각은 전원선 2라인과 통신선 2라인만을 사용하여 다수의 통신 노드를 통해 서로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 분산 처리형 모터 제어 시스템.