KR19980067076A

KR19980067076A - 랜(lan)을 이용한 실시간 통신방법

Info

Publication number: KR19980067076A
Application number: KR1019970002943A
Authority: KR
Inventors: 이은욱
Original assignee: 이종수; 엘지산전 주식회사
Priority date: 1997-01-31
Filing date: 1997-01-31
Publication date: 1998-10-15

Abstract

컨트롤러와 서보 드라이버간에 LAN(Local Area Network)을 형성함으로써 상호간의 실시간 통신이 가능하도록 한 LAN을 이용한 실시간 통신방법에 관한 것으로 공작기계 또는 로봇의 동작을 제어하는 컨트롤러와 하나 이상의 서보 드라이버간의 통신방법에 있어서, LAN 컨트롤러를 이용하여 컨트롤러와 서보 드라이버간의 통신망을 형성하는 단계, 통신망을 이용하여 컨트롤러와 서보 드라이버가 주기적으로 제 1 제어관련 데이타와 하나 이상의 제 2 제어관련 데이타를 송·수신하는 단계, 통신망을 통하여 송·수신된 제 1 제어관련 데이타와 제 2 제어관련 데이타에 따라 컨트롤러 및 서보 드라이버가 축의 위치, 모터의 속도 및 토크제어동작을 수행하는 단계를 포함하여 이루어지므로 이를 적용한 장치의 동작효율을 향상시킬 수 있고 응용범위를 확장시킬 수 있다.

Description

랜(LAN)을 이용한 실시간 통신방법

본 발명은 CNC(Computer Numerical Control) 컨트롤러(Controller)나 로봇(Robot) 컨트롤러 등과 서보 드라이버(Servo Driver)간의 통신방법에 관한 것으로, 특히 컨트롤러와 서보 드라이버간에 LAN(Local Area Network)을 형성함으로써 상호간의 실시간 통신이 가능하도록 한 LAN을 이용한 실시간 통신방법에 관한 것이다.

일반적으로 CNC 컨트롤러 또는 로봇 컨트롤러 등과 서보 드라이버가 각종 제어관련 데이타를 주고 받고 그 데이타에 따라 컨트롤러 및 각각의 서보 드라이버가 자신에 해당되는 축의 구동에 관련된 모터를 제어함으로써 공작기계나 로봇 등의 동작이 제어된다. 이때 CNC 컨트롤러 또는 로봇 컨트롤러는 주로 위치제어를 담당하고 서보 드라이버는 각 축에 있는 모터의 속도제어를 담당한다. 그리고 최근에는 컴퓨터 기술과 통신 기술이 급속히 발전하여 산업용으로 PC(Programmable Controller)의 사용이 점차적으로 증대되고 있고 컴퓨터 간에 LAN(예를 들어 Ethernet, Arcnet)을 사용하여 네트웍(Net Work)을 구성함으로써 빠른 속도로 서로 정보를 교환하여 공유할 수 있도록 하는 기술도 보편화 되고 있으며, LAN에 의해 연결된 통신망을 제어하기 위해 사용되는 LAN 컨트롤러 IC의 가격도 상당히 저렴해 졌다.

도 1a 내지 도 1c는 종래의 기술에 따른 컨트롤러와 서보 드라이버의 통신망 연결을 나타낸 구성블록도로써, 도 1a는 아날로그 통신방법에 따른 컨트롤러와 서보 드라이버의 연결을 나타낸 구성블록도, 도 1b는 병렬 통신방법에 따른 컨트롤러와 서보 드라이버의 연결을 나타낸 구성블록도이고, 도 1c는 펄스 열 통신방법에 따른 컨트롤러와 서보 드라이버의 연결을 나타낸 구성블록도이다.

종래의 아날로그 통신방법에 대하여 도 1a를 참조하여 설명하면, 컨트롤러(10)와 서보 드라이버(20)는 각 축을 구동하는 모터에 대한 속도명령을 아날로그 또는 디지탈 신호로 송·수신하기 위한 D/A변환기(11) 및 A/D변환기(21), 엔코더(도시 및 도면부호 생략)로 부터 출력된 시간에 따른 각 축의 위치 데이타를 피드백하기 위한 엔코더 카운터(12)(22) 및 입·출력 포트(13)(23)가 서로 연결되어 통신망을 형성한다. 이때 D/A변환기(11) 및 A/D변환기(21)의 비트수에 의해 데이타전송의 정확도가 결정된다.

이와 같이 형성된 통신망을 이용하여 데이타통신을 수행하는 동작은 다음과 같다.

컨트롤러(10)는 주기적인 인터럽트(Interrupt)에 의한 샘플링 타임마다 일정 축의 위치궤적을 계산한다. 이어서 위치 피드백용 엔코더 카운터(12)를 통해 현재 실제위치를 인식하고 그 차이를 계산하여 그 계산값에 따라 위치제어를 수행한다. 그리고 위치제어에 따른 디지탈 속도명령을 D/A변환기(11)를 통해 아날로그 전압값으로 변환시킨다. 이어서 서보 드라이버(20)는 매 샘플링 시간마다 아날로그 전압값을 A/D변환기(21)를 통해 디지탈 속도값으로 변환한다. 그리고 디지탈 속도값에 따른 속도를 기준속도로 하고 속도 피드백용 엔코더 카운터(22)를 통해 현재 실제속도를 인식하여 속도제어를 수행한다. 이어서 속도제어를 통해 얻은 기준 토크값과 모터에 흐르는 전류값을 인식하여 토크제어를 수행한다. 또한 컨트롤러(10)는 입·출력 포트(13)를 통하여 서보 온 또는 오프신호를 송신하여 서보 드라이버(20)를 온 또는 오프시킨다. 그리고 서보 드라이버(20)는 컨트롤러(10)로 부터 송신된 각종신호를 수신하고 그에 따라 입·출력 포트(23)를 통하여 제어동작수행이 가능함을 컨트롤러(10)에 알리기 위한 서보 레디(Ready) 또는 서보 드라이버(20)의 이상을 알리기 위한 알람신호를 송신한다.

다음으로 종래의 병렬 통신방법에 대하여 설명하면, 컨트롤러(30)와 서보 드라이버(40)는 각각 제어관련 명령을 송·수신하기 위한 명령 송·수신 포트(31)(41), 데이타를 송수신하기 위한 데이타 송·수신 포트(32)(42) 및 엔코더로 부터 출력된 각 축의 위치와 각 축을 구동시키기 위한 모터의 속도데이타를 피드백하기 위한 엔코더 카운터(33)(43)가 상호연결됨으로써 통신망이 형성된다. 그리고 이와 같이 형성된 병렬 통신방법에 따른 통신망은 디지탈 데이타를 병렬 포트를 이용하여 송·수신한다는 점을 제외하고는 아날로그 통신방법에 의한 통신망과 동일하므로 동작설명은 생략한다.

그리고 도 1c에 도시된 펄스 열 통신방법에 대하여 설명하면 컨트롤러(50)와 서보 드라이버(60)는 각각 축의 위치제어에 따라 모터를 구동시키기 위한 디지탈 속도명령을 단위 샘플링시간당의 펄스 열의 수로 변환하여 송신하기 위한 펄스 열 발생기(51), 펄스 열 발생기(51)에서 출력된 펄스에 따른 속도값을 계산하기 위한 펄스 열 카운터(61), 에코더로 부터 출력된 각 축의 위치와 각 축을 구동시키기 위한 모터의 속도데이타를 피드백하기 위한 엔코더 카운터(52)(62) 및 입·출력 포트(53)(63)가 상호 연결되어 통신망을 형성한다.

이와 같이 형성된 펄스 열 통신방법에 따른 통신망 역시 데이타를 펄스의 형태로 변환하여 송·수신한다는 점을 제외하고는 아날로그 통신방법에 따른 통신망과 동일하므로 동작설명은 생략한다.

종래의 기술에 따른 컨트롤러와 서보 드라이버의 통신방법의 문제점은 다음과 같다.첫째, 아날로그 및 펄스 열 통신방법은 정밀도가 낮고 아날로그신호에 노이즈가 발생하여 통신상의 에러를 유발시킨다.

둘째, 병렬 통신방법은 통신의 정밀성을 높이기 위하여 비트 수를 높일경우 신호선이 많이 필요하게 되어 복잡해지고 정확하게 통신할 수 있는 거리가 한정된다.

셋째, 상술한 세가지 통신방법을 이용하여 제어할 수 있는 축의 수를 증가시키기 위해서는 별도의 하드웨어를 추가해야한다.

따라서 본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서 컨트롤러와 서보 드라이버간에 LAN을 이용한 통신망을 형성하여 실시간(Real Time)으로 정확한 통신을 수행할 수 있도록 한 LAN을 이용한 실시간 통신방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1a 내지 도 1c는 종래의 기술에 따른 컨트롤러와 서보 드라이버의 통신망 연결을 나타낸 구성블록도,

도 2는 본 발명에 따른 컨트롤러와 서보 드라이버의 통신망 연결을 나타낸 구성블록도,

도 3은 본 발명에 따른 컨트롤러와 서보 드라이버의 통신망의 통신 주기를 나타낸 도면,

도 4a 및 도 4b는 도 3의 마스터 데이타 및 슬레이브 데이타의 구성을 나타낸 도면,

도 5는 본 발명에 따른 컨트롤러의 통신방법을 나타낸 플로우챠트이고,

도 6은 본 발명에 따른 서보 드라이버의 통신방법을 나타낸 플로우챠트이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

70: 컨트롤러 80: 서보 드라이버

90: LAN 컨트롤러

본 발명은 공작기계 또는 로봇의 동작을 제어하는 컨트롤러와 하나 이상의 서보 드라이버간의 통신방법에 있어서, LAN 컨트롤러를 이용하여 컨트롤러와 서보 드라이버간의 통신망을 형성하는 단계, 통신망을 이용하여 컨트롤러와 서보 드라이버가 주기적으로 제 1 제어관련 데이타와 하나 이상의 제 2 제어관련 데이타를 송·수신하는 단계, 통신망을 통하여 송·수신된 제 1 제어관련 데이타와 제 2 제어관련 데이타에 따라 컨트롤러 및 서보 드라이버가 축의 위치, 모터의 속도 및 토크제어동작을 수행하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 LAN을 이용한 실시간 통신방법을 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 컨트롤러와 서보 드라이버의 통신망 연결을 나타낸 구성블록도, 도 3은 본 발명에 따른 컨트롤러와 서보 드라이버의 통신망의 통신 주기를 나타낸 도면, 도 4a 및 도 4b는 도 3의 마스터 데이타 및 슬레이브 데이타의 구성을 나타낸 도면, 도 5는 본 발명에 따른 컨트롤러의 통신방법을 나타낸 플로우챠트이고, 도 6은 본 발명에 따른 서보 드라이버의 통신방법을 나타낸 플로우챠트이다.

본 발명에 따른 컨트롤러(70)와 서보 드라이버(80)의 통신망은 도 2에 도시된 바와 같이 컨트롤러(70) 및 서보 드라이버(80)가 각각 통신망을 제어하기 위한 LAN 컨트롤러(90)를 구비하고 신호선을 이용하여 이를 연결함으로써 근거리 통신망(LAN)을 형성하고 각종 데이타를 송·수신한다. 이때 LAN 컨트롤러(90)는 Ethernet용 컨트롤러 또는 Arcnet용 컨트롤러를 사용할 수 있다. 또한 신호선으로 광 케이블(Optic Fiber Cable)을 사용할 경우에는 광 송·수신기를 LAN 컨트롤러(90)와 연결하여 통신을 수행하고, 동축 케이블이나 트위스트 페어(Twist Pair) 케이블을 사용할 경우에는 차동(Differential)드라이버 또는 하이 임피던스 트랜시버(High Impedance Transceiver)를 LAN 컨트롤러(90)와 연결하여 사용한다.

그리고 본 발명에 따른 LAN을 이용한 통신망은 도 3에 도시된 바와 같이 일정 샘플링 주기동안 컨트롤러(70) 및 서보 드라이버(80)가 각각의 마스터(Master) 데이타와 슬레이브(Slave) 데이타를 송·수신하고 그에 따라 제어동작을 수행하도록 구성되어 있다. 이때 마스터 데이타는 도 4a에 도시된 바와 같이 서보 드라이버의 수와 동일한 수로 이루어져 서보 드라이버를 구분 및 지정하기 위한 ID영역, 서보 온·오프 명령 인지 아니면 제어명령인지를 구별하기 위한 명령구별영역 및 명령구별영역의 명령내용을 나타내기 위한 데이타영역과, 데이타 송신상태를 점검하기 위한 에러점검영역으로 구성된다. 이때 ID영역, 명령구별영역은 1 바이트로 이루어지고 데이타 영역은 4 바이트로 이루어지며 에러점검 영역은 2 바이트로 이루어진다.

또한 슬레이브 데이타는 도 4b에 도시된 바와 같이 하나 이상의 서보 드라이버중 슬레이브 데이타를 전송한 서보 드라이버를 구분하기 위한 ID영역, 서보의 상태를 나타내는 데이타인지 아니면 제어명령에 대한 피드백 데이타인지를 구별하기 위한 명령구별영역, 명령구별영역의 명령내용을 나타내기 위한 데이타 영역 및 데이타 송신상태를 점검하기 위한 에러점검영역으로 구성된다. 이때 ID영역, 명령구별영역은 1 바이트로 이루어지고 데이타 영역은 4 바이트로 이루어지며 에러점검 영역은 2 바이트로 이루어진다.

이와 같이 구성된 통신망을 이용하여 데이타 통신을 수행하는 과정을 살펴본다.

먼저 도 5에 나타낸 바와 같이, 컨트롤러(70)는 서보 드라이버(80)의 수 및 각 서보 드라이버(80)에 해당하는 ID번호를 파악한다(S11). 그리고 컨트롤러(70)는 각 서보 드라이버(80)가 그 구동을 제어해야할 축을 할당한다(S12). 이어서 컨트롤러(70)는 축의 위치, 축을 구동시키는 모터의 속도 및 토크(Toque)중 자신이 제어할 부분과 서보 드라이버(80)가 제어할 부분을 결정한다(S13).

이때 상술한 바와 같이 컨트롤러는 주로 위치를 제어하고 서보 드라이버는 속도 및 토크를 제어한다. 그러나 본 발명에서는 컨트롤러 및 서보 드라이버의 제어 역할분담을 가변시킬 수 있다. 예를 들어 컨트롤러(70)는 축의 위치 및 그에 상응하는 모터의 속도를 제어하고 서보 드라이버(80)는 토크만을 제어하도록 하거나, 컨트롤러는 위치 제어에 필요한 위치 궤적만을 발생시키고 서보 드라이버는 축의 위치, 모터의 속도 및 토크제어를 전부 담당하게할 수 있다.

그리고 통신 주기를 설정함으로써(S14) 초기화 과정을 완료하고 설정된 통신주기에 따라 인터럽트(Interrupt)를 발생시킨다(S15). 이어서 상술한 마스터 데이타를 모든 서보 드라이버(80)로 동시에 송신한다(S16). 그리고 컨트롤러(70)는 서보 드라이버(80)로 부터 도 4b를 참조하여 상술한 슬레이브 데이타를 수신한다(S17). 이때 컨트롤러(70)는 슬레이브 데이타로 부터 피드백 데이타 즉 현제 구동축의 실제위치, 모터의 실제속도를 파악한다. 이어서 현제 통신주기동안 수신된 슬레이브 데이타의 에러점검영역을 통해 에러가 발생하였는지를 판단하여(S18), 수신된 슬레이브 데이타에 이상이 없을 경우 초기화 과정에서 설정된 제어동작을 수행한다(S19).

한편 현제 통신주기동안 수신된 데이타에서 에러가 발생했을 때는 바로 이전 통신주기의 피드백 데이타를 사용하여 제어동작을 수행하고 에러가 2번 이상 발생하면(S20), 경보를 발생시켜(S21) 각 서보 드라이버(80)로 서보 오프 명령을 송신함과 동시에 각 축에 대한 제어동작을 정지시킨다.

한편 도 6에 나타낸 바와 같이 서보 드라이버(80)는 컨트롤러(70)로 부터 축의 위치, 모터의 속도 및 토크중 제어할당된 부분과 통신 주기를 수신받음으로써(S31, S32) 초기화 과정을 완료한다. 이어서 마스터 데이타를 수신받아(S33) 자신의 ID에 해당하는 제어명령을 파악한다. 그리고 마스터 데이타를 받은 즉시 피드백 데이타를 읽어(S34) 마스터 데이타와 비교하고 그 결과에 따른 슬레이브 데이타를 컨트롤러(80)로 송신한다(S35). 그리고 수신된 마스터 데이타의 에러점검영역을 통해 에러가 발생하였는지를 판단하여(S36) 수신된 마스터 데이타에 이상이 없을 경우 초기화 과정에서 설정된 제어동작을 수행한다(S37).

한편 현제 통신주기동안 수신된 데이타에서 에러가 발생했을 때는 바로 이전 통신주기의 제어명령을 사용하여 제어동작을 수행하고 에러가 2번 이상 발생하면(S38), 경보를 발생시켜(S39) 제어동작을 정지시킨다.

본 발명에 따른 LAN을 이용한 실시간 통신방법은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 두개의 신호선만을 필요로하는 LAN 컨트롤러를 사용하여 통신망을 구성하고 데이타 통신을 수행하므로 많은양의 데이타를 실시간에 정확하게 송수신할 수 있어 이를 적용한 장치의 동작효율을 향상시킬 수 있다.

둘째, 컨트롤러와 서보 드라이버의 제어 역할분담을 다변화할 수 있으므로 변화되어가는 산업용 PC(Programmable Controller)의 추세에 대응하여 그 응용범위를 확장시킬 수 있다.

Claims

공작기계 또는 로봇의 동작을 제어하는 컨트롤러와 하나 이상의 서보 드라이버의 통신방법에 있어서,

LAN 컨트롤러를 이용하여 상기 컨트롤러와 상기 서보 드라이버간의 통신망을 형성하는 단계;

상기 통신망을 이용하여 상기 컨트롤러와 상기 서보 드라이버가 주기적으로 제 1 제어관련 데이타와 하나 이상의 제 2 제어관련 데이타를 송·수신하는 단계;

상기 통신망을 통하여 송·수신된 제 1 제어관련 데이타와 제 2 제어관련 데이타에 따라 상기 컨트롤러 및 서보 드라이버가 축의 위치, 모터의 속도 및 토크제어동작을 수행하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 랜(LAN)을 이용한 실시간 통신방법.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 제어관련 데이타는

상기 서보 드라이버의 수와 동일한 수로 이루어져 서보 드라이버를 구분 및 지정하기 위한 ID영역, 서보 구동명령과 제어명령을 구별하기 위한 명령구별영역 및 명령구별영역의 명령내용을 나타내기 위한 데이타영역과,

데이타 송신상태를 점검하기 위한 에러점검영역으로 구성됨을 특징으로 하는 랜(LAN)을 이용한 실시간 통신방법.
제 1 항에 있어서,

상기 제 2 제어관련 데이타는

상기 하나 이상의 서보 드라이버중 상기 제 2 제어관련 데이타를 전송한 서보 드라이버를 구분하기 위한 ID영역과,

서보 드라이버의 상태를 나타내는 데이타와 제어명령에 대한 피드백 데이타를 구별하기 위한 명령구별영역과,

명령구별영역의 명령내용을 나타내기 위한 데이타 영역 및 데이타 송신상태를 점검하기 위한 에러점검영역으로 구성됨을 특징으로 하는 랜(LAN)을 이용한 실시간 통신방법.
제 1 항에 있어서,

상기 컨트롤러와 서보 드라이버는 축의 위치, 모터의 속도 및 토크를 선택적으로 분담하고 그에 따라 형성된 제 1 및 제 2 제어관련 데이타에 따라 축의 위치, 모터의 속도 및 토크를 제어함을 특징으로 하는 랜(LAN)을 이용한 실시간 통신방법.