TW201341997A

TW201341997A - 定位裝置

Info

Publication number: TW201341997A
Application number: TW101136314A
Authority: TW
Inventors: Takahiro Yagi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-04-09
Filing date: 2012-10-02
Publication date: 2013-10-16
Also published as: JPWO2013153607A1; WO2013153607A1

Abstract

為了能夠得到無需大容量的記憶體就可早期檢知機械的異常，而且可檢測出機械的劣化並發出警報之定位裝置，而將定位單元100構成為具備有：記憶體120；定位控制部111，根據累積脈衝量來算出下一個控制週期的定位輸出；以及異常檢測部112，在正常運轉時，計測累積脈衝量的最大值並將得到的累積脈衝量最大值121記錄至記憶體120，在穩定運轉時，根據累積脈衝量最大值121來算出比該累積脈衝量最大值121大之警報用臨限值123及比該警報用臨限值123大之異常檢測用臨限值122，並在累積脈衝量超過警報用臨限值123，且並未超過異常檢測用臨限值122時，發出警報通知，在累積脈衝量超過異常檢測用臨限值122時，使定位輸出之輸出停止。

Description

定位裝置

本發明係關於執行被控制機械的定位之定位裝置。

可程式邏輯控制器(Programmable Logic Controller：PLC)在某些例子中係裝設有對於從被控制機械所具備的伺服馬達(servo motor)輸進來的回授脈衝(feedback pulse)進行回授迴圈控制(feedback loop control)之定位單元(定位裝置)而構成者。在定位單元(unit)方面，則有從伺服馬達的回授脈衝來算出偏差計數器(counter)的累積脈衝量，然後根據累積脈衝量與容許值之比較來檢知利用伺服馬達進行位置控制時之機械的異常者。

此處，與累積脈衝量有關之容許值係根據伺服馬達的最高速度之規格而算出，所以依伺服馬達的控制內容而定，會有累積脈衝量與容許值的差變大，使得異常的檢出變慢之情況。因此，存在有即使定位裝置在檢測出異常後馬上停止位置控制，控制對象機械已經受到損害(damage)之問題。

關於此，有將與正常時的動作有關之物理量記憶起來，然後逐次比較該所記憶的物理量與穩定作業中的物理量，藉此而進行異常檢測之定位控制裝置的技術曾經提出(參照例如專利文獻1、專利文獻2、及專利文獻3)。

[先前技術文獻] (專利文獻)

(專利文獻1)日本特開昭61-061790號公報

(專利文獻2)日本特開昭62-256007號公報

(專利文獻3)日本特開昭60-238905號公報

然而，根據上述專利文獻1之技術，定位控制裝置係以正常時的所有動作的變化作為物理量將之記憶起來，所以必須另外具備用來記憶物理量之大容量的記憶體(memory)。另外，根據專利文獻2之技術，定位控制裝置係使用無用時間(dead time)、上升時間(rise time)、過衝(overshoot)量等在演算上較花時間之量，來作為比較用的物理量，所以有無法迅速地檢測出異常之問題。根據專利文獻3之技術，則因為定位控制裝置係以移動量與回應時間之關係作為比較用的物理量而將之記憶起來，所以與專利文獻1之定位控制裝置一樣，必須具備用來記憶物理量之大容量的記憶體。

本發明係鑑於上述之課題而完成者，其目的在獲得無需大容量的記憶體就可早期檢知機械的異常，而且可檢測出機械的劣化並發出警報之定位裝置。

為了解決上述的課題，達成本發明之目的，本發明提出一種定位裝置，係包括：記憶部；定位控制部，係根據輸出給被控制機械之定位輸出與來自前述被控制機械之編碼器(encoder)輸入的偏差來算出下一個控制週期的定位輸出；以及異常檢測部，係在正常運轉(normal operation)時，計測前述定位控制部在每個控制週期算出的前述偏差的最大值並將得到的最大值記錄至前述記憶部，在穩定運轉(steady-state operation)時，根據記錄至前述記憶部之偏差的最大值來算出比該最大值大之第一臨限值及比該第一臨限值大之第二臨限值，且比較前述定位控制部在每個控制週期算出的前述偏差與前述第一臨限值及前述第二臨限值，並在前述偏差超過前述第一臨限值，且並未超過前述第二臨限值時，並不使前述定位控制部之定位輸出的輸出停止而是發出警報通知，在前述偏差超過前述第二臨限值時，使前述定位控制部之定位輸出的輸出停止。

本發明之定位裝置，其記憶部無需將動作中之每一控制週期的累積脈衝量全部記錄起來，且無需複雜的演算就可檢測出異常，而且，在檢測出異常而使被控制機械的動作停止之前，輸出警報通知，因此可得到無需大容量的記憶體就可早期檢知機械的異常，而且可檢測出機械的劣化並發出警報之定位裝置。

1‧‧‧PLC

100‧‧‧定位單元

110‧‧‧演算部

111‧‧‧定位控制部

112‧‧‧異常檢測部

113‧‧‧偏差計數器

120‧‧‧記憶體

121‧‧‧累積脈衝量最大值

122‧‧‧異常檢測用臨限值

123‧‧‧警報用臨限值

130‧‧‧編碼器輸入電路

140‧‧‧電源

150‧‧‧定位輸出電路

200‧‧‧CPU單元

300‧‧‧驅動單元

400‧‧‧被控制機械

S1至S4、S11至S17‧‧‧步驟

第1圖係用來說明具備有本發明之實施形態的定位單元之PLC的構成之方塊圖。

第2圖係用來說明正常動作時之定位單元的動作之流程圖。

第3圖係用來說明穩定動作時之定位單元的動作之流程圖。

以下，根據圖式來詳細說明本發明之定位裝置的實施形態。另外，本發明並不受此實施形態所限定。

實施形態.

第1圖係用來說明具備有本發明之實施形態的定位單元之PLC的構成之方塊(block)圖。如圖所示，PLC 1與驅動單元(drive unit)300及被控制機械400連接。PLC 1係在後述的演算部110的每個控制週期使被控制機械400的定位所需的位置指令值(定位輸出)輸入至驅動單元300。驅動單元300根據輸進來的定位輸出而驅動被控制機械400的可動部。被控制機械400係具備有檢測可動部的現在位置之編碼器(encoder)(未圖示)，此編碼器所檢測出的位置檢測值(編碼器輸入)輸入至PLC 1。驅動單元300可為例如伺服放大器(servo amplifier)。再者，被控制機械400所具備的可動部可為由伺服放大器加以驅動之伺服馬達。

PLC 1具備有：將編碼器輸入用作為回授訊號來算出定位輸出之定位單元100、以及按照來自使用者程式(user program)之位置控制開始的要求而使定位單元100開始進行定位控制之CPU單元200。PLC 1除了CPU單元200及定位單元100之外還可裝設其他希望有的功能單元而構成。可裝設至PLC 1之功能單元有例如根據來自CPU單元200之指令而輸出溫度控制訊號之溫度控制器裝置等。

定位單元100具備有演算部110、記憶體(記憶部)120、編碼器輸入電路130、電源140、及定位輸出電路150。

電源140產生用來使定位輸出電路150動作之電力。

編碼器輸入電路130係為接收來自被控制機械400的編碼器輸入之連接介面(interface)，將接收到的編碼器輸入轉送至演算部 110。

定位輸出電路150係為用來將演算部110(正確地說係後述之定位控制部111)所算出的定位輸出供給至驅動單元300之連接介面。定位輸出電路150在有電力從電源140供給過來的期間可將定位輸出供給至驅動單元300，來自電源140之電力供給停止，就停止定位輸出之供給。

演算部110係由例如CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)所構成。演算部110係藉由執行預定的程式(program)來實現作為定位控制部111及異常檢測部112之機能。

定位控制部111接收到來自CPU單元200之位置控制開始之要求，就開始定位輸出之算出。此處，定位控制部111可在以編碼器輸入作為回授訊號之回授控制之下算出定位輸出。具體而言，定位輸出不僅輸入至定位輸出電路150，也輸入至定位控制部111所具備的偏差計數器113。偏差計數器113係算出定位輸出、與編碼器輸入電路130所接收的編碼器輸入之間的偏差(累積脈衝量)。定位控制部111係根據該累積脈衝量來算出將在下一個控制週期輸出之定位輸出。

異常檢測部112，係以正常運轉時的偏差計數器113的累積脈衝量的最大值作為累積脈衝量最大值121而將之記錄至記憶體120，然後使用累積脈衝量最大值121來算出穩定運轉時的異常檢測用臨限值122及警報用臨限值123。

警報用臨限值123係設定為比累積脈衝量最大值121大之值，異常檢測用臨限值122係設定為比警報用臨限值123大之值。異常檢測用臨限值122及警報用臨限值123的算出方法，只要是使用累積脈衝量最大值121來算出異常檢測用臨限值122及警報用臨限值123者即可，可為任何方法。例如，異常檢測部112可採用將累積脈衝量最大值121乘以預定的係數來求出異常檢測用臨限值122及警報用臨限值123之方法。具體而言，異常檢測部112可將累積脈衝量最大值121乘以1.1所得到之值設定作為警報用臨限值123，將累積脈衝量最大值121乘以1.2所得到之值設定作異常檢測用臨限值122。另外，異常檢測部112還可藉由將累積脈衝量最大值121加上預定的值來求出異常檢測用臨限值122及警報用臨限值123。

此外，異常檢測部112在穩定運轉時，將偏差計數器113在每個控制週期算出的累積脈衝量分別與異常檢測用臨限值122及警報用臨限值123相比較。在累積脈衝量超過異常檢測用臨限值122時，異常檢測部112將停止訊號傳送給電源140，使電源140對於定位輸出電路150之電力供給停止。藉此，就可使被控制機械400的動作立刻停止。而且，就算是例如定位輸出電路150故障了，也可安全地使被控制機械400停止。

再者，在累積脈衝量並未超過異常檢測用臨限值122但卻超過警報用臨限值123時，異常檢測部112並不對電源140發出停止訊號而是對CPU單元200發出警報通知。CPU單元200接收到警報通知，可例如將要讓使用者注意到之警報輸出至未圖示的可編程式(programmable)顯示器等。另外，在定位單元100具有LED燈等之用來顯示要讓使用者注意到的警報之輸出手段的情況，亦可使警報輸出至該輸出手段。藉此，就可在並未使被控制機械400運作停止的情況下將異常通知給使用者知道。

異常檢測部112之在正常運轉時的動作與穩定運轉時的動作之間之切換，係藉由例如使用者的操作而進行。進行切換所需的操作，可透過例如上述的可編程式顯示器而執行，亦可使定位單元100具備有硬體開關(hardware switch)，而由使用者操作該硬體開關而執行。CPU單元200為了儲存使用者程式(user program)或設定各種參數(parameter)，而連接有程式編輯工具(programming tool)。亦可設計成能使用該程式編輯工具來執行上述切換操作。亦即，使用者指定第一運轉模式(mode)之情況，異常檢測部112執行正常運轉時的動作，使用者指定第二運轉模式之情況，異常檢測部112執行穩定運轉時的動作。

接著，參照第2及3圖來說明本發明實施形態之定位單元100的動作。第2圖係用來說明正常動作時的定位單元100的動作之流程圖。

如第2圖所示，接收到來自CPU單元200的位置控制開始的要求，定位控制部111就開始進行位置控制(步驟(step)S1)，由偏差計數器113算出累積脈衝量(步驟S2)。步驟S2至步驟S4之迴圈(loop)處理係在每個控制週期中進行。

步驟S2之處理後，異常檢測部112判定偏差計數器113所算出的累積脈衝量是否為位置控制開始後輸出的累積脈衝量之中的最大值(步驟S3)。若在步驟S2的處理中算出的累積脈衝量並非位置控制開始後輸出的累積脈衝量之中的最大值(步驟S3的結果為“否”)，就再進行步驟S2之處理。若在步驟S2的處理中算出的累積脈衝量為位置控制開始後輸出的累積脈衝量之中的最大值(步驟S3的結果為“是”)，則異常檢測部112用步驟S2中算出的累積脈衝量來改寫記憶體120內記錄的累積脈衝量最大值121(步驟S4)。若步驟S2中算出的累積脈衝量為位置控制開始後最初算出的值，則因為是記憶體120中並未記錄有累積脈衝量最大值121之狀態，所以將該最初算出的值記錄作為累積脈衝量最大值121。然後進行步驟S2之處理。

步驟S2至步驟S4之迴圈處理，可利用來自使用者之指令使之停止。用來使該迴圈處理停止之指令，可利用可編程式顯示器、程式編輯工具、其他輸入手段等來輸入至定位單元100。

第3圖係用來說明穩定動作時的定位單元100的動作之流程圖(flow diagram)。如第3圖所示，接收到來自CPU單元200的位置控制開始的要求，就首先由異常檢測部112根據儲存於記憶體120中之累積脈衝量最大值121來分別算出異常檢測用臨限值122及警報用臨限值123(步驟S11)。分別將算出的異常檢測用臨限值122及警報用臨限值123記錄到記憶體120中。

然後，定位控制部111開始進行定位控制(步驟S12)，由偏差計數器113算出累積脈衝量(步驟S13)。步驟S13→步驟S14→步驟S14為“否”→步驟S16→步驟S16為“否”之迴圈處理係在每個控制週期中進行。

步驟S13之處理後，異常檢測部112判定在步驟S13的處理中算出的累積脈衝量是否超過異常檢測用臨限值122(步驟S14)。若累積脈衝量超過異常檢測用臨限值122(步驟S14的結果為“是”)，異常檢測部112就發出停止訊號給電源140(步驟S15)，使動作結束。接收到停止訊號之電源140會停止供給電力至定位輸出電路150，所以會使得定位輸出電路150之定位輸出的輸出停止。

若累積脈衝量並未超過異常檢測用臨限值122(步驟S14的結果為“否”)，異常檢測部112就判定累積脈衝量是否超過警報用臨限值123(步驟S16)。若累積脈衝量超過警報用臨限值123(步驟S16的結果為“是”)，異常檢測部112就輸出警報通知給CPU單元200(步驟S17)。然後，進行步驟S13之處理。若累積脈衝量並未超過警報用臨限值123(步驟S16的結果為“否”)，就跳過(skip)步驟S17之處理。

如上所述，根據本發明的實施形態，定位單元100係構成為具備有：記憶體120；定位控制部111，因應輸出給被控制機械400之定位輸出與來自被控制機械400之編碼器輸入的偏差(累積脈衝量)來算出下一個控制週期的定位輸出；以及異常檢測部112，在正常運轉時，計測定位控制部111在每個控制週期算出的累積脈衝量的最大值並將得到的最大值(累積脈衝量最大值121)記錄至記憶體120，在穩定運轉時，根據記錄至記憶體120之累積脈衝量最大值121來算出比該累積脈衝量最大值121大之第一臨限值(警報用臨限值123)及比該警報用臨限值大之第二臨限值(異常檢測用臨限值122)，且比較定位控制部111在每個控制週期算出的累積脈衝量與警報用臨限值123及異常檢測用臨限值122，並在累積脈衝量超過警報用臨限值123，且並未超過異常檢測用臨限值122時，並不使定位控制部111之定位輸出的輸出停止而是發出警報通知，在累積脈衝量超過異常檢測用臨限值122時，使定位控制部111之定位輸出的輸出停止，因此記憶體120無需將動作中之每一控制週期的累積脈衝量全部記錄起來，所以可減少記憶體120 的容量。又，定位單元100係根據累積脈衝量與異常檢測用臨限值122之間的單純比較來檢測出異常，無需複雜的演算，所以可早期地檢測出異常。又，定位單元100在檢測出異常而使被控制機械400的動作停止之前，輸出警報通知，因此使用者可在被控制機械400被判定為異常而停止之前就知道該被控制機械400之劣化。亦即，根據本發明之實施形態，就能夠得到無需大容量的記憶體就可早期檢知機械的異常，而且可檢測出機械的劣化並發出警報之定位裝置。

再者，定位單元100係構成為具備有：定位輸出電路150，連接至被控制機械400，且在每個控制週期將定位控制部111所算出之定位輸出予以輸出至被控制機械400；以及電源140，將用來驅動定位輸出電路150之電力供給至該定位輸出電路150，且異常檢測部112在累積脈衝量超過異常檢測用臨限值122時，使電源140供給至定位輸出電路150之電力停止，因此定位單元100可在異常檢測部112檢測出異常時，就算是在定位輸出電路150故障了的情況也使被控制機械400的動作停止。

又，如前述，異常檢測部112亦可構成為將記憶體120中記錄的累積脈衝量最大值121乘以預定的第一常數來算出警報用臨限值123，將累積脈衝量最大值121乘以預定的第二常數來算出異常檢測用臨限值122。或者，異常檢測部112可構成為將記憶體120中記錄的累積脈衝量最大值121加上預定的第一常數來算出警報用臨限值123，將累積脈衝量最大值121加上預定的第二常數來算出異常檢測用臨限值122。藉此，即使在被控制機械400的運轉模式(pattern)變更了之情況，使用者也可藉由進行試運轉而自動設定異常檢測用臨限值122及警報用臨限值123。

另外，在以上的說明中，雖以定位輸出係為位置指令值，編碼器輸入係為現在位置的位置檢測值之情況進行說明，但亦可將速度指令值設為定位輸出，將速度檢測值設為編碼器輸入。

(產業上的可利用性)

如上所述，本發明之定位裝置很適用於執行被控制機械的定位之定位裝置。