KR101295956B1 - 이더캣 통신을 이용한 서보 모터 시스템 - Google Patents

이더캣 통신을 이용한 서보 모터 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따라 이더캣(EtherCAT) 통신을 이용하는 서보 모터 시스템이 개시되며, 상기 서보 모터 시스템은 수신된 토크 동기 명령으로부터 모터의 토크 제어를 위한 데이터를 생성하도록 구성된 모터 제어기; 및 상기 모터 제어기로부터 상기 토크 제어를 위한 데이터를 수신하여 상기 모터의 토크 제어를 수행하는 모터 드라이브를 포함하며, 상기 수신된 토크 동기 명령은 주축 토크비, 종축 토크비, 주축 속도비 및 종축 속도비로 구성된 피연산자(operand)를 포함할 수 있다.

Description

이더캣 통신을 이용한 서보 모터 시스템{SERVO MOTOR SYSTEM USING ETHERCAT COMMUNICATION}
본 발명은 산업용 기기들을 필드 버스 네트워크로 연결하여 사용하는 모터 제어기와 모터 드라이브로 구성된 서보 모터 시스템에 관한 것이다.
모터를 제어하는 산업용 모터 제어기는 모터 드라이브에 펄스나 아날로그 신호 혹은 네트워크를 통한 데이터를 전송함으로써 모터를 제어한다. 근래에 들어 다축의 모터를 제어할 필요성이 커짐에 따라 배선이 용이한 네트워크를 통한 모터제어 솔루션이 확대되고 있다. 네트워크를 통하여 모터를 제어할 경우, 상위 기기인 모터 제어기는 모터 드라이브에 모터 제어에 필요한 정보를 제공하고, 현재 모터의 상태 등을 모터 드라이브로부터 읽을 수 있다. 이 통신은 보통 정주기로 이루어지며, 가능한 짧은 통신 주기로 데이터를 주고 받는 것이 모터 제어의 성능을 높이는데 필요하다.
한편 다축을 제어할 경우, 여러 축에 동시에 정보를 전달하여 여러 축이 같은 데이터를 가지고 동시에 같은 제어가 수행될 수 있도록 하는 경우가 있다. 이 경우, 통신 주기 및 속도, 전달된 데이터가 모터 드라이브에 적용되는 시점이 성능을 좌우한다. 이더캣(EtherCAT)의 경우 오픈 네트워크(open network)이며, 여러 축에 데이터를 동시에 전달하기에 적합한 하드웨어를 제공할 수 있다.
한국 공개특허공보 제10-2012-0003695(2012.01.11)
본 발명은 상기 이더캣 통신을 이용하여 다축 제어를 가능하게 하는 서보 모터 시스템을 제안하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따라 이더캣(EtherCAT) 통신을 이용하는 서보 모터 시스템이 개시되며, 상기 서보 모터 시스템은 수신된 토크 동기 명령으로부터 모터의 토크 제어를 위한 데이터를 생성하도록 구성된 모터 제어기; 및 상기 모터 제어기로부터 상기 토크 제어를 위한 데이터를 수신하여 상기 모터의 토크 제어를 수행하는 모터 드라이브를 포함하며, 상기 수신된 토크 동기 명령은 주축 토크비, 종축 토크비, 주축 속도비 및 종축 속도비로 구성된 피연산자(operand)를 포함할 수 있다.
상기 모터 제어기는 상기 모터 드라이브로 상기 토크 제어를 위한 데이터로서 이더캣 통신 프레임을 전송하도록 구성될 수 있다.
상기 이더캣 통신 프레임은 상기 토크 제어를 위한 데이터를 전달하기 위한 프레임을 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 토크 제어를 위한 데이터의 전달은 이더캣 통신의 ARMW 명령어를 사용하여 수행될 수 있다.
본 발명은 모터 제어기가 토크 데이터의 가공을 가능하도록 하여, 축 별로 다른 운전 환경에도 쉽게 대응하여 토크 동기 운전의 정확도를 높일 수 있다. 또한, 이더캣 통신의 “ARMW”명령을 이용하여 토크 데이터를 전달하는 프레임을 이더캣 정주기 프레임에 추가하여 기존의 이더캣 통신 방식의 모터 드라이브에서 별도로 토크 데이터 전송을 위한 통신 하드웨어 및 프로토콜을 추가하지 않아도 쉽게 토크 동기를 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 서보 모터 시스템의 블록도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 동기 명령의 프레임 구조를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이더캣 통신 프레임 구조를 나타낸다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 포괄하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 서보 모터 시스템의 블록도를 도시한다. 상기 서보 모터 시스템은 이더캣(EtherCAT) 통신을 이용하는 서보 모터 시스템으로서, 수신된 토크 동기 명령으로부터 모터의 토크 제어를 위한 데이터를 생성하도록 구성된 모터 제어기(10); 및 상기 모터 제어기로부터 상기 토크 제어를 위한 데이터를 수신하여 상기 모터의 토크 제어를 수행하는 모터 드라이브(11-1, 11-2, 11-3, ..., 11-N)를 포함할 수 있다.
상기 모터 제어기(10)와 복수 개의 모터 드라이브들(11)은 이더넷(ethernet) 통신 포트(13, 13-1R, 13-1T, 13-2R, 13-2T, 13-3R, 13-3T, ..., 13-NR, 13-NT)를 통해 서로 연결될 수 있다. 또한, 복수 개의 모터 드라이브(11)는 각각 하나의 모터(M, 12-1, 12-2, 12-3,..., 12-N)와 연결되어 있다.
상기 모터 제어기(10)는 상위 시스템(또는 사용자)으로부터 토크 동기 명령을 수신할 수 있다. 상기 수신된 토크 동기 명령은 주축 토크비, 종축 토크비, 주축 속도비 및 종축 속도비로 구성된 피연산자(operand)를 포함할 수 있다.
상기 모터 제어기(10)는 상기 모터 드라이브(11)로 상기 토크 제어를 위한 데이터로서 이더캣 통신 프레임을 전송하도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 이더캣 통신 프레임은 상기 토크 제어를 위한 데이터를 전달하기 위한 프레임을 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 토크 제어를 위한 데이터의 전달은 이더캣 통신의 ARMW 명령을 사용하여 수행될 수 있다.
상기 모터 드라이브(11-1, 11-2, 11-3, ..., 11-N)는 상기 모터 제어기(10)로부터 상기 토크 제어를 위한 데이터를 수신할 수 있다. 이러한 토크 제어를 위한 데이터는 후술할 이더캣 통신 프레임일 수 있으며, 좀더 상세하게는 각각의 모터 드라이브 측에 필요한 모터(M)의 토크에 관한 정보를 포함할 수 있다.
도 1에서 도시된 것처럼, 모터 제어기(10)는 그에 연결된 모든 모터 드라이브(11)들을 제어할 수 있다. 종래 기술에서는 모터 제어기에 연결된 모든 모터 드라이브들에 대한 토크 명령 또는 토크 제어를 상기 모터 드라이브들 사이에서 순차적으로 전달되어, 토크 동기화를 달성하기 어려웠고 이러한 토크 동기화를 달성하기 위해 새로운 인터페이스를 구비해야 하는 문제점이 있었다.
다시 말하면, 종래 기술에서는 모터 제어기는 모터 드라이브들로의 토크 제어를 위한 데이터의 전송 또는 전달에 전혀 관여하지 않았다.
그러나 본 발명에서는 모터 제어기(10)가 모터 드라이브들(11-1, 11-2, ..., 11-N)로 토크 제어를 위한 데이터를 전달 또는 전송하여, 각 모터 드라이브들 간의 토크 동기화가 신속하고 정확하며, 그리고 간단하게 이루어지도록 구현할 수 있다.
모터 드라이브(11-1)를 주축, 모터 드라이브(11-2) 내지 모터 드라이브(11-N)을 종축이라고 하였을 때, 상기 모터 제어기(10)는 주축의 토크 데이터를 종축에 전달하여 모든 종축이 주축의 현재 토크를 가지고 토크 제어를 하도록 한다. 주축의 토크를 종축에 전달하여 종축이 주축에 동기되어 운전되도록 하기 위해서는 빠른 토크 데이터 전송과 전송 받은 토크 데이터를 모터에 전달하는 것이 필요하다.
이를 위해, 이더캣(EtherCAT) 통신의 “ARMW”명령을 사용하여 토크 제어를 위한 데이터를 전달하기 위한 프레임을 도 3과 같이 이더캣(EtherCAT) 정주기 프렘임에 추가할 수 있다. 이더캣(EtherCAT) 통신의 “ARMW”는 주축 모터 드라이브(11-1)의 특정 정보를 종축 모터 드라이브(11-2, 11-3, ..., 11-N)에 전송하는 명령어로 지연시간 없이 주축의 현재 토크 값을 종축에 전송할 수 있다.
그리고, 주축 모터 드라이브(11-1)의 토크 값을 종축 모터 드라이브들(11-2, 11-3, ..., 11-N)에 전송하여 동기 운전을 하기 위해서는 상기 모터 제어기(10)는 종축들의 현재 상태 등을 확인하여 토크 데이터를 가공하여 전송할 필요가 있다. 이를 위해 도 2에 도시된 것과 같이, 상기 모터 제어기(10)가 생성하고 상기 모터 드라이브(11)들로 전송할 토크 동기 명령에 피연산자(Operand)로 주축 토크비(130), 종축 토크비(140), 주축 속도비(150), 종축 속도비(160)를 추가할 수 있다.
이에 따라, 종축에 전달되는 토크 데이터는 주축의 토크 데이터에 종축 토크비/주축 토크비의 비율을 곱하여 적용하고, 종축의 속도제한치는 주축의 속도에 종축 속도비/주축 속도비의 비율을 곱하여 적용한다.
상기 모터 드라이브(11)들은 모터 운전 중에 토크 동기 명령을 내려받아서 각 모터가 구동할 토크 값을 변경할 수 있으며, 서로 다른 종축들의 상태에 따라 다르게 적용하여 토크 동기 운전의 정확도를 높일 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 동기 명령의 프레임 구조를 나타낸다. 상기 토크 동기 명령은 상위 시스템 또는 사용자(조작자 또는 감시자)로부터 상기 모터 제어기(10)로 전달되는 것으로서, 토크 동기 명령어(110), 명령축(120), 주축 토크비(130), 종축 토크비(140), 주축 속도비(150), 종축 속도비(160)로 구성될 수 있다.
토크 동기 명령어(110)는 상위 시스템 또는 사용자(조작자 또는 감시자)에 의한 토크 동기 명령을 지시하기 위한 프레임에 해당한다. 명령축(120)은 어떤 축에 대하여 상기 토크 동기 명령을 지시할 것인지를 표시하기 위한 프레임에 해당한다.
주축 토크비(130) 및 종축 토크비(140)는 각각 주축과 종축의 토크비를 나타내며, 종축에 전달되는 토크 데이터(또는 값)는 (주축의 토크 데이터(또는 값)) * (종축 토크비) / (주축 토크비)로 결정될 수 있다.
주축 속도비(150) 및 종축 속도비(160)는 각각 주축과 종축의 속도비를 나타내며, 종축에 전달되는 속도 데이터(또는 값)는 (주축의 속도 데이터(또는 값)) * (종축 속도비) / (주축 속도비)로 결정될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이더캣 통신 프레임 구조를 나타낸다. 상기 이더캣 통신 프레임은 DC Clock(170), PDO(180, Process Data Object), 및 토크전달(190)로 구성될 수 있다.
DC Clock(170)은 정주기 통신 프레임의 동기화를 위한 클럭 정보를 나타낸다. PDO(180, Process Data Object)는 마스터와 슬레이브 간에 주기적 또는 비주기적으로 서로 약속된 오브젝트를 전송하기 위한 프로토콜에 정의된 프레임에 해당한다. 상기 PDO를 통해 서로 간의 별도의 요청없이 약속된 오브젝트를 전송함으로써, 토크 제어기(10)와 토크 드라이브(11)간의 전송 효율을 높일 수 있다.
또한, 토크전달(190)은 토크 제어를 위한 데이터의 전달을 위한 것이다. 상기 토크전달(190)은 이더캣 통신의 "ARMW" 명령어를 사용하여 주축 모터 드라이브(11-1)로부터 종축 모터 드라이브(11-2, 11-3, ..., 11-N)로 전송할 수 있다.
본 발명은 이렇게 토크전달(190)을 이더캣 통신 프레임에 포함시킴으로써, 각 모터의 토크 제어를 위한 데이터의 전달을 실시간으로 수행할 수 있으며 이에 따라 토크 동기가 가능해진다.
위에서 본 발명의 실시예들이 설명되었으며, 당해 기술 분야에 속한 통상의 지식을 가진 자는 이러한 실시예들은 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 단지 예시적인 것임을 인식할 수 있고, 본 발명의 범위 또는 사상을 벗어나지 않고 변형, 수정 등이 가능함을 인식할 것이다.
10: 모터 제어기 11: 모터 드라이브
12: 모터 13: 이더캣 통신 포트

Claims (4)

  1. 이더캣(EtherCAT) 통신을 이용하는 서보 모터 시스템으로서,
    수신된 토크 동기 명령으로부터 모터의 토크 제어를 위한 데이터를 생성하도록 구성된 모터 제어기; 및
    상기 모터 제어기로부터 상기 토크 제어를 위한 데이터를 수신하여 상기 모터의 토크 제어를 수행하는 모터 드라이브를 포함하며,
    상기 수신된 토크 동기 명령은 주축 토크비, 종축 토크비, 주축 속도비 및 종축 속도비로 구성된 피연산자(operand)를 포함하며, 종축에 전달되는 토크 데이터는 상기 종축 토크비/주축 토크비의 비율을 곱하고, 종축의 속도 제한치는 주축의 속도에 대한 상기 종축 속도비/주축 속도비를 곱하여 적용하는 이더캣 통신을 이용한 서보 모터 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 모터 제어기는:
    상기 모터 드라이브로 상기 토크 제어를 위한 데이터로서 이더캣 통신 프레임을 전송하도록 구성된, 서보 모터 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 이더캣 통신 프레임은:
    상기 토크 제어를 위한 데이터를 전달하기 위한 프레임을 포함하도록 구성된, 서보 모터 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 토크 제어를 위한 데이터의 전달은 이더캣 통신의 ARMW 명령어를 사용하여 수행되는, 서보 모터 시스템.

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