KR20000015385A - 다축 동기운전 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다축 동기운전 제어장치에 관한 것으로, 종래의 기술에 있어서는 다축 동기제어를 함에 있어서 이를 소프트웨어로 처리함으로 고속의 마이크로 프로세서가 필요하고, 많은 데이터 처리 및 복잡한 알고리즘에 따른 연산이 필요하여 그에 따른 큰 메모리가 필요하며, 또한 연산의 시간 지연에 의한 동작 오차를 발생시키는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 운전에 관련된 데이터(위치와 속도 및 가/감속 기울기 등)를 전송하는 마이크로 프로세서와; 상기 전송된 데이터를 입력받아 해당 제어축의 구동장치에 위치와 속도지령을 출력하는 복수개의 동기운전 축 제어부로 구성한 장치를 제공함으로써, 종래에 발생했던 오차의 범위를 최소화하여 양질의 제품 가공이 가능하고, 주축의 운전 상태에 따라 종축의 운전을 결정하여 불필요한 작업을 없앰으로써, 작업의 효율을 극대화시키며, 작업시간의 단축에 따른 인건비 및 제품 원가가 절감되고, 또한 고속의 마이크로 프로세서나 대용량의 메모리가 필요하지 않아 소형화 및 고집적화가 가능하며, 복잡한 연산이나 알고리즘이 필요하지 않으므로 데이터의 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.

Description

다축 동기운전 제어장치

본 발명은 다축 동기운전 제어장치에 관한 것으로, 특히 다축 모터의 동기제어를 위하여 소프트웨어로 처리되던 방식을 하드웨어로 구성하여 처리하게 함으로써, 고속으로 위치 결정을 하여 시간 지연과 동작 오차를 최소화하고, 실시간 제어를 통하여 정확하고 정밀한 제어를 수행하도록 하는 다축 동기운전 제어장치에 관한 것이다.

산업이 발전하고 기술이 발달하면서 모터의 제어와 응용의 범위가 다각화되고, 동시에 많은 모터를 정확하고 정밀하게 제어하도록 하는 요구가 증대되고 있으며, 또한 운전시간의 절감 등으로 인한 효율적인 운전은 생산성을 향상시키는 중요한 요소로 작용하고 있다.

상기와 같은 요구를 해소하기 위하여 여러 개의 축을 제어하는데, 도 1에 도시된 바와 같이 n개의 마이크로 프로세서(100a∼100n)가 모터(130a∼130n)의 운전 데이터(속도, 위치 가감속 등 프로파일을 결정하는 데이터)를 가지고 있으면서 이 정보를 일정 주기마다 연산하여 각각의 축 제어부(110a∼110n)에 그 정보를 전달하면 이 정보에 따라 구동장치(120a∼120n)에 의해 상기 모터(130a∼130n)가 구동되며, 각각의 축에 연결된 상기 모터(130a∼130n)가 동기운전을 수행하기 위하여 상기 마이크로 프로세서(100a∼100n)간의 데이터 통신을 하도록 되어 있다.

도 2는 또 다른 동기운전 제어장치의 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시된 바와 같이 여러 개의 모터를 구동시키기 위한 연산 및 처리를 위하여 하나의 고속 마이크로 프로세서(200)를 사용하여 다축 제어를 수행하며, 축 수가 많아져 발생하는 복잡한 연산의 증가로 인하여 처리가 불가능하게 되는 경우를 방지하기 위하여 보조연산 프로세서(210)를 사용하거나, 동기처리 프로세서(220)를 사용하여 연산의 처리를 분산시켜 처리하도록 한다.

상기에서와 같이 종래의 기술에 있어서는 다축 동기제어를 함에 있어서 이를 소프트웨어로 처리함으로 고속의 마이크로 프로세서가 필요하고, 많은 데이터 처리 및 복잡한 알고리즘에 따른 연산이 필요하여 그에 따른 큰 메모리가 필요하며, 또한 연산의 시간 지연에 의한 동작 오차를 발생시키는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 고속으로 위치 결정을 하여 시간 지연과 동작 오차를 최소화하고, 실시간 제어를 통하여 정확하고 정밀한 제어를 수행하도록 하는 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래 동기운전 제어장치의 구성을 보인 블록도.

도 2는 종래 또 다른 동기운전 제어장치의 구성을 보인 블록도.

도 3은 본 발명 다축 동기운전 제어장치의 일실시예의 구성을 보인 블록도.

도 4는 도 3에서 동기운전 축제어부의 일실시예의 구성을 보인 블록도.

도 5는 주축 및 종축 동기운전 축 제어부간의 신호변화를 보인 블록도.

도 6은 주축 및 종축 동기제어 프로파일을 나타낸 그래프.

도 7은 본 발명의 다른 일실시예를 보인 블록도.

도 8은 본 발명의 또 다른 일실시예의 구성을 보인 블록도.

도 9는 본 발명을 적용한 러닝커터(Running Cutter) 장치의 구성을 보인 예시도.

도 10은 러닝커터 장치의 운전 프로파일을 나타낸 그래프.

***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***

300 : 마이크로프로세서 310a∼310n : 동기운전 축 제어부

311 : 클럭제어부 312 : 동기비율설정부

313 : 속도결정부 314 : 분주기

315 : 위치검출부 500 : 멀티플렉서

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 다축 동기운전 제어장치의 구성은, 운전에 관련된 데이터(위치와 속도 및 가/감속 기울기 등)를 전송하는 마이크로 프로세서와; 상기 전송된 데이터를 입력받아 해당 제어축의 구동장치에 위치와 속도지령을 출력하는 복수개의 동기운전 축 제어부로 구성함을 특징으로 한다.

상기 동기운전 축 제어부는 외부에서 인가되는 클럭신호를 입력되는 클럭제어신호에 의해 차단 또는 공급하여 운전가동시점을 제어하는 클럭제어부와; 입력되는 동기축 속도값을 설정된 동기 비율값으로 변환하여 출력하는 동기비율 설정부와; 입력되는 현재 위치값과 상기 동기 비율값에 의해 속도값(분주값)을 결정하는 속도결정부와; 상기 클럭제어부의 클럭신호와 상기 속도결정부에서 결정된 분주값을 입력받아 그에 해당하는 출력신호를 발생하는 분주기와; 상기 분주기의 출력을 입력받아 현재 위치를 검출하여 외부 및 상기 속도결정부로 출력하는 위치검출부로 구성함을 특징으로 한다.

상기 동기운전 축 제어부는 동기위치검출신호, 속도검출신호 및 현재위치검출신호를 동기운전을 위한 제어신호로 출력하는 하나의 주축 동기운전 축 제어부와; 상기 주축 동기운전 축 제어부의 출력을 입력받아 각각 클럭제어신호, 동기축속도 및 동기축위치신호로 인식하여 동기운전을 위한 제어신호 입력으로 처리하는 복수개의 종축 동기운전 축 제어부로 구성함을 특징으로 한다.

상기 동기운전 축 제어부는 복수개의 동기운전 축 제어부의 출력신호 중 하나를 선택하여 다른 나머지의 동기운전 축 제어부의 입력으로 사용하도록 하는 멀티플렉서를 더 포함하여 구성함을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 일실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명 다축 동기운전 제어장치의 일실시예의 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시한 바와 같이 운전에 관련된 데이터(위치와 속도 및 가/감속 기울기 등)를 전송하는 마이크로 프로세서(300)와; 상기 전송된 데이터를 입력받아 각각 제어축의 구동장치(320a∼320n)에 위치와 속도지령을 출력하는 n개의 동기운전 축 제어부(310a∼310n)로 구성한다.

도 4는 도 3에서 동기운전 축 제어부의 일실시예의 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시한 바와 같이 외부에서 인가되는 클럭신호를 입력되는 클럭제어신호에 의해 차단 또는 공급하여 운전가동시점을 제어하는 클럭제어부(311)와; 입력되는 동기축 속도값을 설정된 동기 비율값(K)으로 변환하여 출력하는 동기비율 설정부(312)와; 입력되는 현재 위치값과 상기 동기 비율값에 의해 속도값(분주값)을 결정하는 속도결정부(313)와; 상기 클럭제어부(311)의 클럭신호와 상기 속도결정부(313)에서 결정된 분주값을 입력받아 그에 해당하는 출력신호를 발생하는 분주기(314)와; 상기 분주기(314)의 출력을 입력받아 현재 위치를 검출하여 외부 및 상기 속도결정부(313)로 출력하는 위치검출부(315)로 구성한다.

이와 같이 구성한 본 발명에 따른 일실시예의 동작 과정 및 작용 효과를 설명하면 다음과 같다.

도 3에서 마이크로 프로세서(300)에서 각각의 동기운전 축 제어부(310a∼310n)에 위치와 속도 및 가/감속 기울기 등 운전에 관련된 데이터를 전송하고, 이를 입력받는 동기운전 축 제어부(310a∼310n)는 다른 동기운전 축 제어부 상호간에 위치와 속도의 정보를 주고 받으면서 해당 제어 축의 구동장치(320a∼320n)에 위치와 속도지령을 줌으로써, 모터(330a∼330n)를 운전하게 된다. 이때 상기 마이크로 프로세서(300)는 운전을 위한 프로파일을 구성하는 각종 정보를 운전하기 전에 미리 연산하여 상기 동기운전 축 제어부(310a∼310n)에 전달하며, 일단 운전이 시작되면 상기 동기운전 축 제어부(310a∼310n)에서 위치를 검출하여 가/감속 속도를 결정함으로, 운전 중에는 상기 마이크로 프로세서(300)는 운전에 필요한 별도의 연산이 필요 없게된다.

상기 동기운전 축 제어부(310a)는 도 4에 도시한 바와 같이 외부에서 인가된 클럭신호(CLK)는 클럭제어부(311)에서 마이크로 프로세서(300)에서 입력되는 클럭제어신호에 의해 단속이 가능한데, 이는 동기운전 축 제어부가 운전 가능한 정보를 가지고 있더라도 상기 클럭제어신호에 의해 운전가동시점을 제어할 수 있다는 것을 의미한다. 상기 클럭제어부(311)에서 인가된 클럭신호(CLK)는 분주기(314)를 거쳐 구동장치(320a)에 전달되어 모터(330a)를 구동하게 되며, 이때 출력되는 펄스의 주파수는 속도를 의미하고, 펄스 수는 위치를 의미한다. 또한 상기 분주기(314)의 출력은 위치검출부(315)로도 입력되며, 여기에서 상기 펄스의 수를 모니터링(Monitoring)하여 현재 모터의 위치를 검출하여 출력하는데, 상기 동기운전 축 제어부(310a)를 주축으로 사용하는 경우(이하 "종축"이라 함) 도 5에 도시한 바와 같이 상기 출력은 다른 축의 동기운전 축 제어부(130b∼130n)의 입력으로 사용된다. 즉, 다른 축과 동기된 경우 동기 위치를 상기 위치검출부(315)에 설정하였으면 현재위치검출이 동기 축 위치에 도달 시에 동기위치검출신호를 출력하게 되는데, 이 신호는 다른 축의 동기기동시점을 결정하게 된다. 또한 상기 위치검출부(315)의 출력은 속도결정부(313)로 입력되어 위치에 따른 속도를 결정하도록 하는데, 이는 검출한 위치로부터 속도를 결정하여 상기 분주기(314)에 분주값의 형태로 출력하게 되며, 이때 종축 동기운전 축 제어부(이하 "종축"이라 함)로 사용되는 경우 동기축속도값에 동기비율설정부(312)의 동기비율값(K)을 곱한 값을 목표 속도값으로 하여 속도를 결정하게 된다. 또한 동기 축의 위치 정보를 이용하여 목표속도에 도달하는 위치를 결정하도록 상기 속도결정부(313)에서 이를 이용한다. 상기 속도결정부(313)에서 상기 분주기(314)로의 출력 데이터는 속도검출신호로 출력되어 이와 연결된 다른 축의 속도동기에 사용된다.

상기 동기비율값(K)은 도 6에 도시한 바와 같이 주축의 프로파일은 속도 V1로 운전 중에 있으며, 종축의 프로파일은 속도 V2로 운전하도록 되어 있을 때 주축의 속도와 종축의 속도는 V2 = K × V1의 관계가 성립하며, 이때 K값은 동기운전의 주축에 대한 비율값을 의미한다. 또한, 주축의 이동 위치를 검출하여 종축이 기동되는 시점(A)은 도 5에 도시한 주축에서 출력되는 동기위치검출신호를 종축이 입력받아 클럭제어신호로 인식하여 결정하는 시점인데, 이는 하드웨어로 검출됨으로 오차가 없는 실시간 처리가 가능하며, 주축의 속도에 대하여 비례상수 K값으로 종축 속도가 동기되는 시점(B)은 주축에서 출력되는 현재위치검출신호를 종축이 입력받아 동기축위치로 인식하여 원하는 위치에서 속도 동기가 이루어지는 시점이다.

도 9는 본 발명을 적용한 러닝커터(Running Cutter) 장치의 구성을 보인 예시도이고, 도 10은 도 9의 운전 프로파일을 시간에 대한 속도로 나타낸 그래프로서, 이에 도시한 바와 같이 모터1(600)로 컨베이어 벨트(610)를 이송시키고, 모터2(620)로 상기 컨베이어 벨트(610)와 같은 속도로 칼날(630)을 X축 방향(칼날이송축)으로 이송시키며, 모터3(640)에 의하여 절단축(Y축)을 운전하도록 되어 있다. 칼날(630)이 절단축의 방향으로 이송되면서 컨베이어 벨트(610)에서 이송되는 자재를 절단하도록 되어 있으며, 절단하는 동안에도 상기 컨베이어 벨트(610)는 계속 운전을 하게 되므로, 상기 모터2(620)가 컨베이어 벨트의 이송속도와 같은 속도로 운전하도록 동기운전을 하게 된다. 또한 칼날(630)의 절단축은 X축이 모터1(600)에 대한 동기 속도에 도달한 위치에 동기되어 기동된다.

또한, 도 7은 본 발명의 다른 일실시예를 보인 블록도로서, 이에 도시한 바와 같이 동기위치검출신호, 속도검출신호 및 현재위치검출신호를 동기운전을 위한 제어신호로 출력하는 하나의 주축 동기운전 축 제어부(400)와; 상기 주축 동기운전 축 제어부(400)의 출력을 입력받아 각각 클럭제어신호, 동기축속도 및 동기축위치신호로 동기운전을 위한 제어신호 입력으로 처리하는 n개의 종축 동기운전 축 제어부(400a∼400n)로 구성하여 N+1개의 모터를 구동하도록 하며, 외부로부터 입력되는 클럭신호(CLK)는 모든 동기운전 축 제어부에 동일하게 인가되도록 한다.

그러나, 상기 도 7은 주축이 특정한 축으로 결정된 경우 다른 축을 주축으로 임의 변경하는 것이 불가능하지만 도 8에 도시한 또 다른 다축 동기운전 축 제어장치는 멀티플렉서(500)를 사용하여 동기운전 축 제어부의 출력신호 중 하나를 선택하여 다른 나머지 축의 동기운전 축 제어부의 입력으로 사용하도록 함으로써, 임의의 동기운전 축 제어부를 주축으로 하고, 나머지를 종축으로 변경이 가능하다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명 다축 동기운전 제어장치는 종래에 발생했던 오차의 범위를 최소화하여 양질의 제품 가공이 가능하고, 주축의 운전 상태에 따라 종축의 운전을 결정하여 불필요한 작업을 없앰으로써, 작업의 효율을 극대화시키며, 작업시간의 단축에 따른 인건비 및 제품 원가가 절감되고, 또한 고속의 마이크로 프로세서나 대용량의 메모리가 필요하지 않아 소형화 및 고집적화가 가능하며, 복잡한 연산이나 알고리즘이 필요하지 않으므로 데이터의 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 운전에 관련된 데이터(위치와 속도 및 가/감속 기울기 등)를 전송하는 마이크로 프로세서와; 상기 전송된 데이터를 입력받아 해당 제어축의 구동장치에 위치와 속도지령을 출력하는 복수개의 동기운전 축 제어부로 구성함을 특징으로 하는 다축 동기운전 제어장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 동기운전 축 제어부는 외부에서 인가되는 클럭신호를 입력되는 클럭제어신호에 의해 차단 또는 공급하여 운전가동시점을 제어하는 클럭제어부와; 입력되는 동기축 속도값을 설정된 동기 비율값으로 변환하여 출력하는 동기비율 설정부와; 입력되는 현재 위치값과 상기 동기 비율값에 의해 속도값(분주값)을 결정하는 속도결정부와; 상기 클럭제어부의 클럭신호와 상기 속도결정부에서 결정된 분주값을 입력받아 그에 해당하는 출력신호를 발생하는 분주기와; 상기 분주기의 출력을 입력받아 현재 위치를 검출하여 외부 및 상기 속도결정부로 출력하는 위치검출부로 구성함을 특징으로 하는 다축 동기운전 제어장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 동기운전 축 제어부는 복수개의 동기운전 축 제어부의 출력신호 중 하나를 선택하여 다른 나머지의 동기운전 축 제어부의 입력으로 사용하도록 하는 멀티플렉서를 더 포함하여 구성함을 특징으로 하는 다축 동기운전 제어장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 동기운전 축 제어부는 동기위치검출신호, 속도검출신호 및 현재위치검출신호를 동기운전을 위한 제어신호로 출력하는 하나의 주축 동기운전 축 제어부와; 상기 주축 동기운전 축 제어부의 출력을 입력받아 각각 클럭제어신호, 동기축속도 및 동기축위치신호로 인식하여 동기운전을 위한 제어신호 입력으로 처리하는 복수개의 종축 동기운전 축 제어부로 구성함을 특징으로 하는 다축 동기운전 제어장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 주축 및 종축 동기운전 축 제어부는 외부에서 입력되는 클럭신호를 공통으로 인가받고, 상호간에 데이터를 교환하도록 하는 것을 특징으로 하는 다축 동기운전 제어장치.