NO317026B1 - Servomotorstyresystem og bremsekrets for bruk ved bremsing av en servomotor - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår et servomotorstyresystem og en bremsekrets for bruk ved bremsing av en servomotor, og mer spesielt angår oppfinnelsen et servomtorsystem som angitt i innledningen til patentkrav 1 og en bremsekrets som angitt i innledningen til patentkrav 5.

Servostyresystemer er kjent og benyttet i et antall industrier hvor det kreves nøyaktig, motorstyrt bevegelse. Et slikt servostyresystem er illustrert på fig. 1.

Som illustrert omfatter servostyresystemet slik det generelt er vist ved 10, et programmerbart styresystem 20 med en utgang på en eller flere linjer 30 for styring av en servoforsterker 40. Servoforsterkeren 40 er på sin side koblet for styring av en servomotor 50 gjennom en eller flere linjer 60. Utførelsen av et forutbestemt bevegelsesprofil eller - mønster som er lagret i det programmerbare styresystem 20, kan igangsettes ved hjelp av en startbryter 70. Etter deteksjon av inntrykking av startbryteren 70 sender det programmerbare styresystemet 20 de nødvendige styresignaler langs linjene 30 til servoforsterkeren 40 som driver servomotoren 50 i overensstemmelse med de mottatte styresignaler, for å realisere bevegelsesprofilet.

Når bevegelsesprofilet utføres, kan det være nødvendig å stoppe bevegelsen av servomotoren 50, f.eks. i en nødssituasjon, for å hindre skader. Følgelig kan en nødstopp bry-ter 80 brukes til å indikere for det programmerbare styresystem 20 at det er behov for å stoppe bevegelsen av servomotoren 50. Etter deteksjon av aktiveringen av nødstopp-bryteren 80 i det programmerbare styresystem 10, sender dette tilsvarende kommandoer til servoforsterkeren 80 for å stanse fortsatt bevegelse av servomotoren 50.

Et potensielt problem i det foran omtalte system, er at det ikke er i stand til å erkjenne muligheten av en svikt i det programmerbare styresystem 20 eller i servoforsterkeren 40. Mer spesielt er det mulig at det programmerbare styre system 20 kan svikte i å detektere aktiveringen av nødstoppbryteren 80 og/eller i å sende riktige bremsesignaler til servoforsterkeren 40. Likeledes kan servoforsterkeren 40 svikte i å motta og/eller reage-re riktig på de bremsesignaler som leveres av det programmerbare styresystem 20 når dette detekterer aktiveringen av nødstoppbryteren 80.1 begge tilfeller kan servomotoren 50 fortsette å arbeide i en situasjon hvor operasjon med nødvendighet må opphøre.

Den Europeiske patentspesifikasjonen No: 491 303 beskriver en dreie- eller fresemaskin hvor en hastighetsdetektor er koplet til en forinnstillingsanordning for å bestemme ma-tehastigheten til en verktøysleide. Disse mekanismene samvirker slik at clutchen som kopler en drivmotor til verktøysleiden blir utkoplet i en retardasjonsdistanse, før verk-tøysleiden har nådd den fulle utstrekning av dens ønskede forflytning.

I henhold til den foreliggende oppfinnelsen er det tilveiebrakt et servomotorstyresystem som bidrar til å overvinne problemet med servomotorutkobling under en svikt i det pro-grammere styresystem og/eller servoforsterkeren.

Dette oppnås med et servomotorstyresystem og en bremsekrets som angitt innlednings-vis, som er kjennetegnet ved trekkene angitt i karakteristikken til de respektive patentkravene 1 og 5.

Fordelaktige utførelser av oppfinnelsen er angitt i de uselvstendige patentkravene.

Det beskrevne servomotorstyresystemet omfatter et programmerbart styresystem som avgir et eller flere utgangssignaler for styring av en servoforsterker. Systemet omfatter videre en servomotor som er koblet for styring ved hjelp av servoforsterkeren. En sikkerhetsbryter er innsatt for deteksjon av det programmerbare styresystem, og dette system styrer servoforsterkeren til å bremse servomotoren etter deteksjon av aktiveringen av sikkerhetsbryteren. Et forsinket bremseapparat er anbrakt mellom servoforsterkeren og servomotoren. Den forsinkede bremsemekanisme er også koblet for å detektere aktiveringen av sikkerhetsbryteren, og tjener til å bremse servomotoren etter en forutbestemt tidsperiode fra deteksjonen av at slik aktivering har bortfalt.

I henhold til en utførelsesform av systemet, er den forutbestemte tidsperiode en periode som er større enn den tidsperiode som kreves av det programmerbare styresystem og servoforsterkeren for å bremse servomotoren under normale bremsebetingelser. En slik forutbestemt tidsperiode kan implementeres når det programmerbare styresystem og servoforsterkeren har evnen til å stoppe servomotoren på en tidsperiode som er kortere enn den tid som kreves for at den forsinkede bremsemekanisme skal stoppe servomotoren, og videre hvor de kan bremse alle de forskjellige servomotorene i systemet på synkronisert måte.

Andre formål og fordeler ved denne oppfinnelsen vil fremgå under henvisning til den ledsagende detaljerte beskrivelse sett i sammenheng med de følgende tegninger, der;

Fig. 1 er et skjematisk blokkdiagram for et kjent servomotorstyresystem,

Fig. 2 er et blokkskjema for et servomotorstyresystem som omfatter en forsinket brem sekrets, Fig. 3 er et tidsdiagram som illustrerer virkemåten av servomotorstyresystemet på fig. 2, hvor det forutbestemte tidsperiode overskrider den tid som kreves av det programmerbare styresystem og servoforsterkeren for å bremse servomotoren under normale bremsebetingelser, Fig. 4 er et skjematisk diagram over en utførelsesform av servomotorstyresystemet som illustrert på fig. 2, under utførelse av et bevegelsesprofil ved hjelp av servomotoren, Fig. 5 er et skjematisk diagram for en utførelsesform av servomotorstyresystemet slik som illustrert på fig. 2, hvor den forsinkede bremsekrets har innledet en bremsesekvens for å stoppe bevegelsen av servomotoren, Fig. 6 er et skjematisk diagram for en utførelse av servotidsforsinkelseskretsen på figu- rene 3 og 4, Fig. 7 er et blokkskjema for en ytterligere utførelsesform av et servomotorstyresystem

hvor det anvendes et flertall servomotorer.

Et servomotorstyresystem som generelt er vist ved 100, er illustrert på fig. 2. Som det fremgår av figuren omfatter servomotorstyresystemet 100 et programmerbart styresystem 110. Systemet 110 er koblet for å motta et startinngangssignal på en eller flere linjer 120. Startsignalet kan f.eks. tilsvare aktiveringen av en startbryter 130 som har en første terminal forbundet med det programmerbare styresystem 110 og en annen terminal som f.eks. er forbundet med chassis-jord. Styresystemet 110 er også forbundet til å motta et nødstoppsignal som f.eks. tilsvarer aktiveringen av en nødstoppbryter 140 som har en første terminal 150 forbundet med det programmerbare styresystem 110 og en annen terminal 160 som f.eks. er forbundet med chassis-jord.

Som det er illustrert er styresystemet 110 forbundet med en servoforsterker 170 gjennom en eller flere linjer 180, for å styre denne. Servoforsterkeren 170 reagerer på sin side på kommandosignåler som leveres av det programmerbare styresystem 110 gjennom linjer 180 og leverer den nødvendige effekt for å drive en servomotor 190 i overensstemmelse med de mottatte kommandoer.

En forsinket bremsekrets 200 er innsatt mellom servoforsterkeren 170 og servomotoren 190. Den forsinkede bremsekrets 200 er videre forbundet for å motta nødstoppsignalet gjennom en eller flere linjer 210, f.eks. fra nødstoppbryteren 140. En eller flere linjer 220 forbinder servoforsterkeren med den forsinkede bremsekrets 200, mens en eller flere linjer 230 forbinder bremsekretsen 200 med servomotoren 190.

Fig. 3 er et tidsdiagram som illustrerer en virkemåte av servomotorstyresystemet på fig. 2.1 det viste diagram illustrerer linjen 240 tilstanden av nødstoppsignalet, linjen 250 illustrerer aktiveringen av en bremsesekvens ved hjelp av det programmerbare styresystem 110, linjen 260 illustrerer aktiveringen av en bremsesekvens ved hjelp av den forsinkede bremsekrets 200, og en linje 270 illustrerer status for servomotoren 190.

Under standard operasjon av servomotorstyresystemet 100 som illustrert her mellom tiden to og ti, utfører servomotoren 190 aktivt et bevegelsesprofil eller -mønster i overensstemmelse med kommandoer mottatt av servoforsterkeren 170 fra det programmerbare styresystem 110. Det gjøres ikke noe forsøk verken av styresystemet 110 eller bremsekretsen 200 på å innlede en bremsesekvens som ville stoppe bevegelsen av servomotoren 190.

Ved tiden ti er nødstoppsignalet blitt aktivert for å signalisere behovet for stans av fortsatt bevegelse av servomotoren 190. Nødstoppsignalet kan f.eks. være et signal som blir utløst eller stilt i en aktiv tilstand etter inntrykking av nødstoppbryteren 140. Eventuelt eller i tillegg til dette kan nødstoppsignalet bli generert når f.eks. en dør i en emballe-ringsmaskin som anvender servomotorstyresystemet 100, blir åpnet og derved ekspone-rer personer i nærheten for en skaderisiko som følge av fortsatt operasjon av servomotoren 190. Hvilket som helst antall konfigurasjoner av brytere og/eller signaler kan utnyttes til å generere nødstoppsignalet, idet de forannevnte konfigurasjoner bare er eksempler på slike.

Både det programmerbare styresystem 110 og den forsinkede bremsekrets 200 er koblet for å motta nødstoppsignalet 240, idet mottakning av signalet skjer ved tiden ti. Under

normal operasjon av servomotorstyresystemet 100 begynner det programmerbare styresystem 110 å utføre en bremsesekvens ved en tid t2 i et forsøk på å stoppe servomotoren 190. Denne bremsesekvens er effektiv fra tiden t3, og servomotoren 190 er blitt stoppet på den tiden.

Under unormale betingelser i servomotorstyresystemet 100, vil styresystemet 110 og/eller servoforsterkeren 170 svikte i utførelsen av en normal bremsesekvens. En bremsesekvens blir således igangsatt av den forsinkede bremsekrets 200 ved tiden U-Den bremsesekvens som innledes ved hjelp av den forsinkede bremsekrets 200 er effektiv fra og med tiden 5$, i hvilket tidspunkt servomotoren 190 er blitt stoppet.

I det viste tidsdiagram er tidsperioden mellom t2 og t3 lengre enn tidsperioden mellom t4 og ts. Disse tidsforhold tar i betraktning det faktum av i mange tilfeller er bremsing ved hjelp av det programmerbare styresystem 110 og servoforsterkeren 170 mer tidseffektivt enn det som ellers kunne blir oppnådd ved bremsing av servomotoren 190 med den forsinkede bremsekrets 200, og videre tillater dette bremsing av mange servomotorer på synkron måte. Som sådan innleder den forsinkede bremsekrets 200 sin bremsesekvens med en forutbestemt tidsperiode, her illustrert mellom t| og ti, etter deteksjon av et aktivt nødstoppsignal. Denne forsinkelsesperiode hindrer at den forsinkede bremsekrets 200 igangsetter sin bremsesekvens til etter at styresystemet 110 og servoforsterkeren 170 har hatt tilstrekkelig tid til å bremse servomotoren 190.

Fig. 4 illustrerer en utførelse av servomotorens styremekanisme 100 som er vist på flg. 2.1 denne utførelse er startbryteren 130 forbundet med inngangen på en selvlåsende relékrets 290 som på sin side er koblet for å aktivere en spole 300 på et relé 305, og er videre forbundet med inngangen på det programmerbare styresystem 110. Nødstopp-bryteren 140 har en første terminal som er forbundet med en strømkilde (her vist ved +24 VDC) og en annen terminal som er forbundet med inngangen på releet 305. Nødstoppbryteren 140 er vist i sin inaktive tilstand, mens reléet 305 er vist i sin aktive tilstand etter å ha blitt påvirket av startbryteren 130 og den selvlåsende relékrets 290. Som sådan er strømtilførselen (+24 VDC) ved en første terminal på nødstoppbryteren 130 forbundet gjennom nødstoppbryteren 140 og releet 305 med inngangen på en servo-tidsforsinkelseskrets 110. Utgangen av forsinkelseskretsen 310 tjener til aktivering av spolen på et servomotorrelé 320 langs en linje 330.

Reléet 320 er vist i sin aktiverte tilstand. I denne aktiverte tilstand forbinder servomotorreleet 320 utgangene fra servoforsterkeren 170 med servomotoren 190. Denne sammenkobling tillater at servomotoren 190 gjennomfører et bevegelsesprofil under styring fra servoforsterkeren 170, som på sin side styrer bevegelsesprofilet i overensstemmelse med kommandoer mottatt fra det programmerbare styresystem 110.

Fig. 5 illustrerer servomotorens styresystem 100 etter aktivering av nødstoppbryteren 140. Som det fremgår vil aktivering av nødstoppbryteren 140 frakoble strømtilførselen ved den første terminal på nødstoppbryteren fra inngangen på reléet 305. Servotidsforsinkelseskretsen 310 detekterer denne aktiveringen, og vil etter en forutbestemt tidsperiode drive servomotorreleet 320 til en ikke-aktivert tilstand. I sin ikke-aktiverte tilstand frakobler servomotorreleet 320 servoforsterkeren 170 fra servomotoren 190. En plutselig frakobling av servomotoren 190 kan resultere i at denne blir skadet og/eller tillater at den fortsetter sin operasjon i en tidsperiode etter frakoblingen. Følgelig er inn-gangene på servomotoren 190 gjennom servomotorreleet 320 forbundet med et flertall bremsemotstander 360. Som det lett vil innses ved analyse av den forannevnte krets, vil servotidsforsinkelseskretsen 310 også frakoble servoforsterkeren 170 fra servomotoren 190 dersom startbryteren 130 ikke er blitt aktivert for å tilføre strøm til spolen på releet 300.

Fig. 6 illustrerer en utførelse av servotidsforsinkelseskretsen 310. Som vist har kretsen 310 en inngang forbundet for å motta utgangen fra reléet 305 på en ledning 390. Inn-gangssignalet tilføres gjennom en seriekoblet diode 400 og en motstand 410 til inngangen på en spole 420 på reléet 430. En motstand 440, en kondensator 450 og en diode 460 er koblet i parallell med spolen 420 på reléet 430 og virker som en RC-tidsstyring. En første side 470 av parallellkoblingen er forbundet med motstanden 410 mens en annen side 480 av parallellkoblingen er forbundet f.eks. med chassis-jord. En første terminal på releet 430 er forbundet for å motta en spenning, f.eks. +24 volt likespenning,

mens en annen terminal på reléet 430 er forbundet med spolen på servomotorreléet 320.

Når nødstoppbryteren 140 er i en ikke-aktivert tilstand og releet 305 er blitt aktivert, blir strømtilførsel mottatt ved inngangen på dioden 400. Slik strømtilførsel aktiverer spolen 420 på reléet 430, hvilket bevirker at releet 430 avgir en aktiveringsspenning langs led-ningen 330 til servomotorreleet 320. Når nødstoppbryteren 140 blir aktivert, tillates inngangen ved dioden 400 å flyte. På dette punkt vil kondensatoren 450 i parallellkoblingen holde spolen 420 i aktivert tilstand i en forutbestemt periode etter at den forutbestemte tidsperiode er utløpt. Imidlertid vil kondensatoren 450 til slutt utlades til et nivå hvor den ikke lenger er i stand til å aktivere spolen 420. Når releet 430 går over til ikke-aktivert tilstand, tillates utgangen 330 fra reléet 430 til servomotorreléet 320 å flyte. Dette bevirker at servomotorreleet 320 går til sin ikke-aktiverte tilstand, hvor servoforsterkeren 170 frakobles fra servomotoren 190 og denne blir forbundet med bremse-motstandene 360.

Fig. 7 illustrerer bruk av den forsinkede bremsekrets 200 i et servostyresystem 500 som anvender et flertall servoforsterkere 170 og servomotorer 190.1 den viste utførelse omfatter det programmerbare styresystem 110 en programmerbar logisk styring (PLC) 510, et inn/ut-grensesnitt 520 for samvirke med PLC-styringen 510 og en programmerbar aksestyreenhet (PAM) 530. PLC-styringen 510, inn/ut-grensesnittet 520 og PAM-enheten 530 kan være koblet for kommunikasjon over en VME-buss.

Det programmerbare styresystem 110 kan være realisert i overensstemmelse med det som er beskrevet i US-patentsøknad nr. 08/315.414 (Attomey Docket No. 10623US01; Corporate Docket No. TRX-0126), med tittel "Control System For A Packaging Machi-ne,", som ved denne henvisning inkorporeres i foreliggende beskrivelse. PLC-enheten 510 kan være av typen 9070 Programmable Logic Controller som leveres av GE Fanuc, mens PAM-enheten 530 kan være en programmerbar aksestyring som leveres av Socapel.

PAM-enheten 530 er koblet for å styre servoforsterkerne 170 gjennom en eller flere linjer 540 som f.eks. kan utgjøre et optisk ringnettverk. En forsinket bremsekrets 200 er innsatt mellom hver servoforsterker og dennes tilhørende servomotor 190. Hver av bremsekretsene 200 er koblet for å motta utgangen fra den selvlåsende relékrets 290 og nødstoppbryteren 140. Servoforsterkerne 190 kan f.eks. være av typen ST-1 som leveres av Socapel.

I operasjon blir aktivering av nødstoppbryteren 140 detektert av PLC-enheten 510 gjennom inn/ut-grensesnittet 520. PLC-enheten 510 instruerer så PAM-enheten 530 til å bremse servomotorene 190 gjennom servoforsterkerne 170. PAM-enheten 530 sender de nødvendige bremsesignaler til servoforsterkerne gjennom det optiske ringnettverk, som på sin side bremser servomotorene 190. Som et alternativ kan nødstoppbryteren være koblet for deteksjon av et inn/ut grensesnitt i en av servoforsterkerne 170. Operasjon av den forsinkede bremsekrets 200 foregår i overensstemmelse med den tidligere beskrevne bremsesekvens.

Claims (14)

1. Servomotorstyresystem (100) omfattende: et programerbart styresystem (110); og en servomotor (190), karakterisert ved at servomotorstyresystemet innbefatter en servoforsterker (170) tilkoplet for styring ved hjelp av det programerbare styresystemet (110), idet servomotoren er tilkoplet for styring ved hjelp av servoforsterkeren (170); en sikkerhetsbryter (140) tilkoplet for detektering ved hjelp av det programerbare styresystemet (110), hvor det programerbare styresystemet styrer servoforsterkeren (170) til å bremse servomotoren (190) ved detektering av aktivering av sikkerhetsbryteren (140); og en forsinket bremsekrets (200) anordnet mellom servoforsterkeren (170) og servomotoren (190), hvor den forsinkede bremsekretsen er tilkoplet for å detektere aktivering av sikkerhetsbryteren (140) og tilpasset til å bremse servomotoren etter en forutbestemt tidsperiode fra detektering av aktiveringen av sikkerhetsbryteren.

2. Servostyresystem ifølge krav 1, karakterisert ved at den forsinkede bremsekretsen (200) tilpasset til å bremse servomotoren (190) ved feil i det programerbare styresystemet (110) og servoforsterkeren (170) til å bremse servomotoren innenfor en forutbestemt tidsperiode etter aktivering av sikkerhetsbryteren (140).

3. Servomotorstyresystem ifølge krav 1 eller 2, karakterisert v e d at den forutbestemte tidsperioden er en tidsperiode som overskrider tidsperioden som er nødvendig for det programerbare styresystemet (110) og servoforsterkeren (170) til å bremse servomotoren (190) under normale bremseforhold.

4. Servomotorstyresystem ifølge et hvilket som helst av de forutgående kravene, karakterisert ved at det programerbare styresystemet (110) omfatter: en programerbar aksestyreenhet (530) tilkoplet for å styre servomotoren (190); og en programerbar logisk styreenhet (510) i forbindelse med den programerbare aksestyreenheten (530) og tilkoplet for å detektere aktivering av sikkerhetsbryteren (140).

5. Bremsekrets for bruk ved bremsing av en servomotor (190) som er tilkoplet for styring ved hjelp av en servoforsterker (170), karakterisert v e d at bremsekretsen omfatter: en stoppinnretning (140) for å generere et stopp-signal som har en aktiv og en ikke aktiv tilstand; en primærbremsekrets (110,170) for å bremse servomotoren (190) når stoppsignalet går til den aktive tilstanden; et mangfold bremsemotstander (360); et relé (320) anordnet mellom servoforsterkeren (170) og servomotoren (190) for viderekopling av signaler fra servoforsterkeren til servomotoren når reléet er i en første tilstand og for fråkopling av signalene fra servoforsterkeren fra servomotoren når reléet er i en andre tilstand, hvor reléet (320) som forbinder servomotoren (190) med mangfoldet av bremsemotstander (360) er i den andre tilstanden; og aktiveringsinnretning (310) for aktivering av reléet (320) som respons på stoppsignalet til stoppinnretningen (140) til å forbli i dens første tilstand når stoppsignalet er i dets ikke aktive tilstand og for aktivering av reléet til å gå til dets andre tilstand en forutbestemt tidsperiode etter at stoppsignalet går til den aktive tilstanden.

6. Bremsekrets ifølge krav 5, karakterisert ved at den forutbestemte tidsperioden er en tidsperiode som overskrider tidsperioden som er nød-vendig for primærbremsekretsen (110,170) til å bremse servomotoren (190) under normale bremseforhold.

7. Bremsekrets ifølge krav 5 eller 6, karakterisert ved at stoppinnretningen (140) omfatter en nødstoppbryter.

8. Bremsekrets ifølge krav S eller 6, karakterisert ved at stoppinnretningen (140) omfatter en døråpnebryter.

9. Bremsekrets ifølge et hvilket som helst av kravene 5 til 8, karakterisert ved at primærbremsekretsen (110,170) omfatter et programerbart styresystem (110) tilkoplet for å styre servoforsterkeren (170).

10. Bremsekrets ifølge krav 9, karakterisert ved at det programerbare styresystemet omfatter: en programerbar aksestyreenhet (530) tilkoplet for å styre servomotoren (190); og en programerbar logisk styreenhet (510) i forbindelse med den programerbare aksestyreenheten (530) og tilkoplet for detektere aktivering av stoppinnretningen (140), hvor den programerbare logiske styreenheten kommuniserer en bremsekommando til den programerbare aksestyreenheten ved detektering av aktiveringen av stoppinnretningen.

11. Bremsekrets ifølge et hvilket som helst av kravene 5 til 10, karakterisert ved at stoppinnretningen omfatter en sikkerhetsbryter (140) som har en første terminal tilkoplet en effektkilde og en andre terminal.

12. Bremsekrets ifølge krav 11, karakterisert ved atakti-veringsinnretningen omfatter en timerforsinkelseskrets (310) som har en inngang tilkoplet for å motta et signal fra den andre terminalen til sikkerhetsbryteren (140) og en utgang tilkoplet for å aktivere reléet til å gå til den andre tilstanden når sikkerhetsbryteren er i en åpen tilstand.

13. Bremsekrets ifølge et hvilket som helst av kravene 5 til 12, karakterisert ved at reléet innbefatter en aktiveringsspole.

14. Bremsekrets ifølge krav 13, i avhengighet av krav 12, karakterisert ved at timerforsinkelseskretsen (310) omfatter: et ytterligere relé (430) som har en inngang tilkoplet en effektkilde og en utgang tilkoplet aktiveringsspolen til det førstnevnte reléet (320), hvor det ytterligere reléet (430) har en aktiveringsspole (420) som har en første terminal tilkoplet til å motta signalet på den andre terminalen av sikkerhetsbryteren (140) og en andre terminal tilkoplet til jordpotensial; og en RC timerkrets (440,450) koplet i parallell med aktiveringsspolen (420) til det ytterligere reléet (430).