WO2022190541A1 - モータ制御装置 - Google Patents

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WO2022190541A1
WO2022190541A1 PCT/JP2021/047123 JP2021047123W WO2022190541A1 WO 2022190541 A1 WO2022190541 A1 WO 2022190541A1 JP 2021047123 W JP2021047123 W JP 2021047123W WO 2022190541 A1 WO2022190541 A1 WO 2022190541A1
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WO
WIPO (PCT)
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motor
feedback
signal
unit
encoder
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/047123
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English (en)
French (fr)
Inventor
雅一 松上
悌 大野
Original Assignee
オムロン株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Application filed by オムロン株式会社 filed Critical オムロン株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/02—Providing protection against overload without automatic interruption of supply
    • H02P29/024—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load
    • H02P29/028—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load the motor continuing operation despite the fault condition, e.g. eliminating, compensating for or remedying the fault

Definitions

  • the present invention relates to a motor control device that drives and controls a motor.
  • servo systems have been used for positioning control of moving parts in various machines.
  • a servo system includes a servo motor for operating various mechanical devices, an encoder attached to the servo motor, a servo driver for driving the servo motor, position command information, etc. for the servo driver.
  • a system comprising a controller for outputting
  • it is important to reduce costs, improve productivity, and ensure the safety of workers. For this reason, the servo system is also being required to comply with the appropriate safety standards.
  • Patent Document 1 a position detection signal from a linear scale and a speed detection signal from a rotary encoder are fed back to a position control driver to perform positioning control, and after positioning is completed, the position control driver outputs a positioning completion signal to a controller.
  • a closed loop position control servo driver is disclosed.
  • Patent Literature 2 discloses a control device that outputs a safety stop signal for stopping a driving device when a diagnosis processing unit diagnoses at least one of the position and speed of a rotating shaft as being in a serious failure state.
  • IEC61508 is defined as such a safety standard.
  • IEC61508 is an international standard for functional safety related to electrical/electronic/programmable electronic safety.
  • the failure probability of a system is defined by a scale called SIL (Safety Integrity Level) as shown in Table 1 below.
  • IEC61508 defines the requirements to be satisfied for each SIL in the table, and clarifies the efforts to be achieved by the safety control system to be constructed.
  • SIL is divided into four levels from SIL1 to SIL4, and the higher the SIL value, the higher the safety performance. For example, as a motor control device with high safety performance, a motor control device configured to have a high SIL value is desired.
  • the present invention has been made in view of such problems, and aims to provide a technique for improving the safety performance of a motor control device.
  • the motor control device includes two mutually independent first feedback signals according to the operation of the motor and two mutually independent first feedback signals according to the operation of the driven part.
  • the cutoff processing of the drive signal is executed via the cutoff unit.
  • a motor control device includes: a first signal receiving section that receives two mutually independent first feedback signals according to the operation of the motor from a first encoder that detects the operation of the motor; a second signal receiving unit that receives two independent second feedback signals according to the operation of the driven unit from a second encoder that detects the operation of the driven unit that is driven by the motor; and a predetermined feedback signal of at least one of the first feedback signal and the second feedback signal so that the operation of the motor follows the operation command signal a motor control unit for generating a command value relating to the operation of the motor control unit, a drive unit for supplying a drive current for driving the motor to the motor according to the command value from the motor control unit; Further, a blocking section that blocks transmission of a drive signal from the motor control section to the driving section, and the two first feedback signals received via the first signal receiving section or the second signal receiving section.
  • redundant feedback signals are received from the first encoder that detects the operation of the motor and the second encoder that detects the operation of the driven part, and these first and second feedback signals are used.
  • This makes it possible to make redundant determinations of failures, thereby improving the reliability of feedback values.
  • the hardware It has a high fault tolerance (HFT) number, which enables a higher SIL value.
  • the safety control section further provides at least one of a first feedback value calculated from the first feedback signal and a second feedback value calculated from the second feedback signal. occurrence of the failure is determined based on the result of comparison between the value and the operation command value calculated from the operation command signal, and based on the result of the determination, the cutoff unit cuts off the drive signal. good too. This can further improve the reliability of the feedback value.
  • SFF safe side failure ratio
  • a motor control device includes: a first signal receiving section that receives a first feedback signal according to the operation of the motor from a first encoder that detects the operation of the motor; a second signal receiving unit for receiving two mutually independent second feedback signals according to the operation of the driven unit from a second encoder for detecting the operation of the driven unit; and at least one of the first feedback signal and the second feedback signal, a command value for the operation of the motor is set so that the operation of the motor follows the operation command signal.
  • a motor control unit that generates a motor control unit, a drive unit that supplies a drive current for driving the motor to the motor according to the command value from the motor control unit, and the motor control unit according to the command value and the two first feedback signals received via the first signal receiving unit, or the two first feedback signals received via the second signal receiving unit.
  • a safety control section that executes cutoff processing of the drive signal via the cutoff section when it is determined that a failure has occurred in the operation of the encoder based on two second feedback signals;
  • a control unit calculates at least one of a first feedback value calculated from the first feedback signal and a second feedback value calculated from the second feedback signal, and the operation command signal.
  • the motor control device uses the result of comparison between the operation command value and the feedback value to increase the safe side failure ratio (SFF) of the encoder as described above, and as a result, hardware fault tolerance ( By increasing the value of SFF while maintaining the value of HFT, it becomes possible to increase the value of SIL relating to the safety performance of the motor control device.
  • SFF safe side failure ratio
  • a motor control device is a device that drives a motor based on an operation command signal
  • examples of the motor control device include a servo driver and an inverter.
  • the operation command signal may be generated by another control device (such as a PLC) located outside the motor control device and provided to the motor control device, or may be generated inside the motor control device.
  • the motor controller generates a command value for driving the motor from the operation command signal, the feedback signal, and the second feedback signal.
  • the drive unit supplies a drive current corresponding to the command value to the motor, and the motor is driven so as to follow the operation command signal.
  • the command value is generated according to an arbitrary feedback method, for example, a feedback method related to position information, speed information, etc., in order to enable follow-up driving of the motor operation command signal. It can be carried out.
  • the motor control device is provided with a blocking section that blocks transmission of the drive signal from the motor control section to the drive section, and the blocking process of the drive signal by the blocking section is controlled by the safety control section. Then, when it is determined that a failure has occurred in the operation of the encoder, the safety control unit executes the cutoff processing, thereby realizing the safety performance of the motor control device.
  • the blocking process executed by the safety control unit based on the two first feedback signals received via the first signal receiving unit and the two second feedback signals received via the second signal receiving unit, the encoder Alternatively, it is determined whether or not there is a failure in the operation of the driven part, and the shutdown process is executed according to the determination result.
  • the safety control unit may use the feedback value from the encoder as another shut-off process to determine failures related to speed and position limits of the motor, and shut off the drive signal according to the result of the determination. good.
  • the encoder is configured to generate two mutually independent feedback signals corresponding to the operation of the motor, and the safety control section performs the At least one of the two predetermined feedback values calculated from each of the two feedback signals may be compared with the operation command value to execute cutoff processing of the drive signal.
  • the safety performance can be improved more effectively. That is, it is possible to make the SIL value related to the safety performance of the motor control device higher than the SIL value related to the safety performance of the encoder.
  • the safety control unit may determine whether or not to execute the blocking process based on a difference between the predetermined feedback value and the operation command value in the blocking process. Secondly, the safety control unit compares the change rate of the predetermined feedback value and the change rate of the operation command value in the cutoff process, and executes the cutoff process based on the comparison result. You may judge the propriety of Thirdly, in the shut-off process, the safety control unit determines the execution of the shut-off process based on the rate of change of the difference between the rate of change of the predetermined feedback value and the rate of change of the operation command value. You can decide whether to accept or not. Further, as the blocking process by the safety control unit, a process combining some or all of these may be employed, or alternatively, a process other than the above-described processes may be employed.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a servo system in which a servo driver according to the present invention is incorporated;
  • FIG. FIG. 3 is a diagram for schematically explaining safety performance in a subsystem of a servo driver according to the present invention;
  • 3 is a functional block diagram of the servo driver according to the first embodiment;
  • FIG. It is a figure which shows the interruption
  • FIG. 5 is a functional block diagram of a servo driver according to a second embodiment; It is a figure which shows the interruption
  • FIG. 11 is a functional block diagram of a servo driver according to a third embodiment;
  • FIG. 11 is a diagram for schematically explaining safety performance in a subsystem of the turbodriver according to the third embodiment;
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a servo system incorporating a servo driver corresponding to the motor control device of the present invention.
  • the servo system comprises a network 1, a motor 2, a first encoder 3, a servo driver 4, a standard PLC (Programmable Logic Controller) 5, a safety PLC 6, a second encoder 7, and a driven part 8. .
  • a servo motor is formed by the motor 2 and the first encoder 3 .
  • the servo system is a system for driving the driven part 8 by the motor 2 .
  • the motor 2 is incorporated in a mechanical device as an actuator of the mechanical device including the driven part 8 .
  • motor 2 is an AC motor.
  • a first encoder 3 is then attached to the motor 2 to detect the operation of the motor 2 .
  • the first encoder 3 generates a first feedback signal indicating the detected motion of the motor 2 and transmits the first feedback signal to the servo driver 4 .
  • the first feedback signal includes, for example, position information about the rotational position (angle) of the rotating shaft of the motor 2, information about the rotating speed of the rotating shaft, and the like.
  • a general incremental encoder or absolute encoder can be applied to the first encoder 3 .
  • the driven part 8 is, for example, a mechanical device such as an arm of an industrial robot or a transport device.
  • the driven part 8 has a moving stage 81 and a transmission mechanism 82 , and the moving stage 81 is connected to the motor 2 via the transmission mechanism 82 .
  • the transmission mechanism 82 is a mechanism that transmits the driving force of the motor 2 to the moving stage 81, such as pulleys, drive belts, gears, and screw rods. When the driving force of the motor 2 is transmitted to the moving stage 81 via the transmission mechanism 82, the moving stage 81 is moved according to this driving force.
  • a second encoder 7 is attached to the driven part 8 to detect the movement of the driven part 8 .
  • the second encoder 7 generates a second feedback signal indicating the operation of the driven part 8 by reading, for example, a scale 71 that moves together with the moving stage 81 of the driven part 8 , and sends the second feedback signal to the servo driver 4 .
  • Send to The second feedback signal includes, for example, position information of the moving stage 81, information on its moving speed, and the like.
  • a general incremental encoder or absolute encoder can be applied to the second encoder 7 .
  • the servo driver 4 receives an operation command signal regarding the operation (motion) of the motor 2 from the standard PLC 5 via the network 1, and the first feedback signal output from the first encoder 3 and the second feedback signal output from the second encoder 7. Based on at least one of the two feedback signals and a predetermined feedback signal, the operation of the motor 2 is controlled so that the operation of the motor follows the operation command signal.
  • the servo driver 4 executes servo control for driving the motor 2 based on the operation command signal from the standard PLC 5, the first feedback signal from the first encoder 3, and the second feedback signal from the second encoder 7.
  • the servo driver 4 is connected to the safety PLC 6 via the network 1 . As a result, the servo driver 4 monitors the motor 2 , the servo driver 4 , and the driven part 8 for failures based on the monitor command signal received from the safety PLC 6 , and returns the result to the safety PLC 6 .
  • the servo driver 4 generates a command value for the operation of the motor 2 based on the operation command signal from the standard PLC 5, the first feedback signal from the first encoder 3, and the second feedback signal from the second encoder 7. Calculate Further, the servo driver 4 supplies drive current to the motor 2 so that the operation of the motor 2 follows the command value. It should be noted that AC power sent from the AC power supply 11 to the servo driver 4 is used as the supplied current. In this embodiment, the servo driver 4 is of the type that receives three-phase alternating current, but it may be of the type that receives single-phase alternating current.
  • FIG. 2 is a block diagram of the safety functions in the three subsystems that make up the servo driver 4 as one system: the input configuration, the calculation configuration, and the output configuration.
  • the input configuration is a subsystem related to inputs to the servo driver 4 and its safety performance largely depends on the safety performance of the first encoder 3 .
  • the first encoder 3 has a duplicated circuit capable of outputting independent pulses by performing simultaneous scanning inside thereof, and the duplicated feedback Signals are input to the servo driver 4 via independent wiring.
  • the second encoder 7 has a duplicated circuit capable of outputting independent pulses by simultaneously scanning inside thereof, and the duplicated feedback signal is transmitted through independent wiring. It is input to the servo driver 4 via.
  • the input configuration thus comprises safety functions InS11, InS12 by the first encoder 3 and safety functions InS21, InS22 by the second encoder 7, in which case the Hardware Fault Tolerance (HFT) is two.
  • HFT Hardware Fault Tolerance
  • SFF safe failure rate
  • the SFF of the encoder 7 is in the range of 60% or more and less than 90%. This results in a safety integrity level (SIL) of 3 for the input configuration.
  • the arithmetic configuration is a subsystem related to arithmetic operations for calculating outputs from inputs in the servo driver 4.
  • an arithmetic circuit using a microprocessor (MPU) is independently duplicated.
  • MPU microprocessor
  • safety functions CtS11, CtS12, CtS21, and CtS22, and HFT is 2 in that case.
  • it is generally easy to make the SFF of the computational configuration relatively high so the SFF of the computational configuration is assumed to be relatively high and belong to the range of 90% or more and less than 99%. Therefore, the SIL of the computational configuration is 4.
  • the output configuration is a subsystem related to the output from the servo driver 4, and depends on the safety performance of the cutoff section 43 that cuts off transmission of drive signals from the motor control section 42 to the drive section 44, as will be described later.
  • the output configuration has safety functions OtS11, OtS12, OtS21, and OtS22 by configuring the electric circuit forming the cutoff unit 43 to be independent and duplicated, and the HFT in that case is two. becomes.
  • FIG. 3 is a functional block diagram of the servo driver 4 according to the first embodiment.
  • the servo driver 4 includes a feedback processing section 41, a motor control section 42, a blocking section 43, a driving section 44, a first signal receiving section 46, a second signal receiving section 45, and a safety control section 50.
  • the first signal receiving unit 46 is an input interface that receives two independent first feedback signals according to the operation of the motor 2 from the first encoder 3 that detects the operation of the motor. It is received and input to the feedback processing unit 41 .
  • the second signal receiving unit 45 receives two independent second feedback signals according to the operation of the driven unit driven by the motor 2 from the second encoder that detects the operation of the driven unit.
  • An interface that receives the second feedback signal and inputs it to the feedback processing unit 41 .
  • the feedback processing section 41 generates a first feedback value based on the first feedback signal from the first encoder 3 and generates a second feedback value based on the second feedback signal from the second encoder 7 . For example, when pulses are output from the first encoder 3 and the second encoder 7, the feedback processing unit 41 counts the pulses to calculate the positions and moving speeds of the motor 2 and the driven unit 8, and Generate a feedback value that includes a value that indicates speed and velocity.
  • the first encoder 3 has a duplicated circuit so that it is possible to output independent pulses by simultaneously scanning inside it, and outputs duplicated feedback signals. Therefore, the feedback processing unit 41 receives duplicated feedback signals from the first encoder 3 and generates duplicated feedback values based on those feedback signals. The feedback processing unit 41 then sends the generated duplicated feedback value to the motor control unit 42 and also to the safety control unit 50 .
  • the second encoder 7 has a duplicated circuit so that independent pulse output is possible by simultaneously scanning inside it, and duplicated feedback signals are output. Therefore, the feedback processing unit 41 receives the duplicated second feedback signals from the second encoder 7 and generates the duplicated second feedback values based on the second feedback signals. The feedback processing unit 41 then sends the generated duplicated second feedback value to the motor control unit 42 and also to the safety control unit 50 .
  • the motor control unit 42 receives the operation command signal from the standard PLC 5 and also receives the first feedback value and the second feedback value from the feedback processing unit 41 .
  • the motor control unit 42 generates command values for executing position feedback control and speed feedback control based on the operation command signal and the first and second feedback values.
  • the motor control unit 42 generates a position command value and a speed command value through feedback control based on the motion command signal, first feedback value and second feedback value.
  • the feedback method adopted in the feedback control is a method in which a servo loop suitable for a predetermined purpose (for example, transportation of goods) of a mechanical device (such as a transportation device) in which the motor 2 is incorporated is formed. can be designed.
  • the motor control section 42 may control the motor 2 using one of the first feedback value and the second feedback value.
  • the cut-off unit 43 electrically prevents the drive signal from the motor control unit 42 from passing through the drive unit 44 (described later). stop. As a result, even if the motor control unit 42 sends out the drive signal, the torque output by the motor 2 is stopped.
  • the shutoff unit 43 passes the driving signal accompanied by the command value output from the motor control unit 42 to the driving unit 44 as it is.
  • the blocking unit 43 is not limited to a configuration that exists independently of the functional units such as the motor control unit 42.
  • the motor control unit 42 also serves as the blocking unit 43 and receives a blocking signal from the safety control unit 50. In this case, the drive unit 44 may be stopped by stopping the output of the position command value and the speed command value.
  • the drive section 44 receives a drive signal from the motor control section 42 via the cutoff section 43 .
  • the drive unit 44 has a circuit composed of a semiconductor switching element such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), for example. A signal for turning off is generated, and the switching element is turned on/off according to the signal. AC power is thereby supplied to the motor 2, and the motor 2 is driven according to the drive signal.
  • the cutoff portion 43 operates to cut off the transmission of the drive signal to the drive portion 44, the output from the drive portion 44 is fixed to be off. Since the power supply to the motor 2 is thereby stopped, torque output from the motor 2 is stopped.
  • the feedback processing unit 41, the motor control unit 42, the blocking unit 43, and the driving unit 44 are functional units directly related to the drive control of the motor 2, so to speak.
  • the safety control unit 50 determines that a failure has occurred in the operation of the first encoder 3, and if it is determined that a failure has occurred, stops the operation of the motor 2 to ensure safety for the operation. It is a functional part that More specifically, the safety control section 50 has a determination section 51 and a shutdown instruction section 52 in more detail. Control related to ensuring safety including fault determination by the safety control unit 50 is executed based on a monitoring command from the safety PLC 6 .
  • the determination unit 51 determines whether a failure related to the operation of the first encoder 3 has occurred based on the first feedback value, and determines whether a failure related to the operation of the second encoder 7 has occurred based on the second feedback value. to determine whether a failure has occurred.
  • the determination unit 51 determines, for example, whether the first feedback value and the second feedback value are normal values. Specifically, the determination unit 51 receives the duplicated first feedback signal from the first encoder 3, compares these first feedback signals, and if there is a deviation exceeding a threshold, the first encoder 3 It is determined that such a failure has occurred. In addition, the determination unit 51 receives the duplicated second feedback signal from the second encoder 7, compares these second feedback signals, and if there is a deviation exceeding the threshold, the failure related to the second encoder 7 is detected. determined to have occurred.
  • the shutdown instruction unit 52 when the determination unit 51 determines that a failure has occurred, the shutdown instruction unit 52 generates a shutdown signal, and the generated shutdown signal is sent to the shutdown unit 43 .
  • the cut-off section 43 cuts off transmission of the drive signal from the motor control section 42 to the drive section 44 as described above, thereby stopping torque output by the motor 2 .
  • the control state (whether or not there is a failure) by the safety control unit 50 is notified to the safety PLC 6 in the form of a reply to the monitoring command from the safety PLC 6 .
  • the shut-off process shown in FIG. 4 is repeatedly executed, for example, at a control cycle in which a command value is generated by an arithmetic device (such as an MPU) forming the safety control unit 50 .
  • the determination unit 51 acquires the first feedback value and the second feedback value from the feedback processing unit 41 .
  • the judgment unit 51 performs processing for judging the presence or absence of a failure based on the first feedback value and the second feedback value.
  • Step S103 is a branching process according to the determination result of step S102, and when it is determined that a failure has occurred (S103, Yes), the process proceeds to step S104, and a shutoff signal is generated by the shutoff instruction unit 52. The received cutoff signal is sent to the cutoff section 43 . As a result, torque output by the motor 2 is stopped. If it is determined that no failure has occurred (S103, No), the shutdown signal is not generated by the shutdown instruction unit 52, and the processing in FIG. 4 ends.
  • the failure determination of the first encoder 3 and the second encoder 7 is performed by the determination unit 51, and when failure is determined, the torque output by the motor 2 is stopped by the function of the cutoff unit 43. Let me. As a result, the accuracy of failure determination is improved, and the safety performance of the motor control device is enhanced.
  • FIG. 5 is a functional block diagram of the servo driver 4 according to the second embodiment.
  • This embodiment differs from the first embodiment described above in the configuration for determining failure based on the value of the operation command signal, the first feedback value, and the second feedback value.
  • the configuration is the same. For this reason, the same elements as those in the first embodiment described above are assigned the same reference numerals, and repeated explanations are omitted.
  • the safety control section 50 of this embodiment has a comparison/determination section 53 .
  • the comparison/determination unit 53 is a functional unit that determines whether a failure related to the operation of the first encoder 3 and the second encoder 7 has occurred. 2 based on the value of the operation command signal. Specifically, the comparison/determination unit 53 receives the duplicated first feedback value and second feedback value from the feedback processing unit 41, receives an operation command signal from the standard PLC 5, and receives an operation command corresponding to the signal. A value P1 (P1 is not shown in FIG. 3) is generated. Note that the operation command signal is the same as the operation command signal received by the motor control section 42 .
  • the failure rate ⁇ of a product can be broadly divided into a safe failure rate ⁇ s and a dangerous failure rate ⁇ d. It is possible to classify the undetectable dangerous failure rate ⁇ du.
  • the comparison/determination unit 53 compares the operation command value P1 and the feedback value, and determines whether the difference between the two is within the allowable range. Assuming that the motor 2 is driven following the operation command value P1, the difference between the operation command value P1 and the first and second feedback values is the motor 2 to be detected by the first encoder 3. and the detection result of the first encoder 3 . Therefore, by using the difference, it is possible to detect the occurrence of a dangerous failure.
  • the comparison/determination unit 53 uses the difference between the operation command value P1 and the first and second feedback values, so that the servo driver 4 can determine whether a failure has occurred in the operations of the first encoder 3 and the second encoder 7. can be performed in more detail.
  • the SFF of the input configuration of the servo driver 4 is improved and the SIL value can be increased compared to the servo driver of the first embodiment in which the comparison/determination unit 53 does not exist.
  • the first and second feedback values to be compared with the operation command value P1 may be either one or both of the duplicated feedback values.
  • the rate of change of the operation command value P1 and the rate of change of the feedback value may be compared, and the difference between the two may be used to determine the failure of the first encoder 3.
  • the difference between the two rates of change may be used to determine the failure of the first encoder 3, or any combination of these failure determination modes may be employed.
  • the comparison/determination unit 53 uses the feedback value and the operation command value P1 to determine the failure of the first encoder 3 . Then, when the comparing/determining section 53 determines that a failure has occurred, the blocking instruction section 52 generates a blocking signal, and the generated blocking signal is sent to the blocking section 43 . Upon receiving the cut-off signal, the cut-off section 43 cuts off transmission of the drive signal from the motor control section 42 to the drive section 44 as described above, thereby stopping torque output by the motor 2 . The control state (whether or not there is a failure) by the safety control unit 50 is notified to the safety PLC 6 in the form of a reply to the monitoring command from the safety PLC 6 .
  • the shut-off process shown in FIG. 6 is repeatedly executed by an arithmetic unit (such as an MPU) that forms the safety control unit 50, for example, in a control cycle in which a command value is generated.
  • the determination unit 51 acquires the first feedback value and the second feedback value from the feedback processing unit 41 .
  • the determination unit 51 receives an operation command signal from the standard PLC 5 and generates an operation command value P1 corresponding to the signal.
  • the judgment unit 51 performs processing for judging the presence or absence of a failure based on the first feedback value and the second feedback value. Further, at step 203 , failure judgment of the first encoder 3 is performed based on the difference between the generated operation command value P ⁇ b>1 and the feedback value acquired from the feedback processing section 41 . The determination is made by the comparison/determination unit 53 .
  • Step S204 is a branching process according to the determination results of steps S202 and S202, and when it is determined that a failure has occurred (S203, Yes), the process proceeds to step S205, and a shutoff signal is generated by the shutoff instruction unit 52. , the generated cutoff signal is sent to the cutoff unit 43 . As a result, torque output by the motor 2 is stopped. If it is determined that no failure has occurred (S204, No), the shutdown signal is not generated by the shutdown instruction unit 52, and the processing in FIG. 6 ends.
  • the failure determination of the first encoder 3 is performed by the comparison/determination unit 53 using the operation command value. 2 is stopped.
  • the accuracy of failure judgment of the first encoder 3 is improved, and the SFF of the input structure of the servo driver 4 is improved.
  • the hardware fault tolerance of the input configuration was 2
  • the SFF was 60% or more and less than 90%
  • the safety integrity level (SIL) was 3, as shown in FIG. .
  • the comparator 53 compares the first and second feedback values with the operation command value to determine whether the first encoder 3 and the second encoder 7, and the SFF of the input configuration of the servo driver 4 is improved, reaching a range of 90% or more and less than 99%. Become. That is, according to the present embodiment, the safety performance of the servo driver 4 can be improved as compared with the first embodiment.
  • FIG. 7 is a functional block diagram of the servo driver 4 according to the third embodiment.
  • This embodiment differs from the above-described second embodiment in that the pulse output circuit in the first encoder is not duplicated, and the configuration for outputting the non-duplicated feedback signal is different. Since the rest of the configuration is the same, the same elements as those of the above-described first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the repetitive description thereof is omitted.
  • FIG. 8 is a block diagram of safety functions in three subsystems, ie, an input configuration, a calculation configuration, and an output configuration, when the servo driver 4 according to the third embodiment is regarded as one system. be.
  • the input configuration according to the third embodiment has a control function InS01 by the first encoder 3 and safety functions InS21 and InS22 by the second encoder 7, and the hardware fault tolerance (HFT) in that case is becomes 1.
  • HFT hardware fault tolerance
  • SFF safe failure rate
  • the SFF of the encoder 7 is in the range of 60% or more and less than 90%.
  • the safety integrity level (SIL) of the input configuration is 2. Failure judgment of the first encoder 3 is performed using the operation command value, the accuracy of failure judgment is improved, and the SFF of the input configuration of the servo driver 4 is improved, so the safety integrity level (SIL) of the input configuration can be 3. As a result, even when a relatively inexpensive non-safety encoder is adopted as the first encoder 3, the safety level (SIL) can be set to 3.

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Abstract

モータ制御装置が、モータの動作を検出する第一エンコーダから互いに独立した２つの第一フィードバック信号を受信し、被駆動部の動作を検出する第二エンコーダから互いに独立した２つの第二フィードバック信号を受信し、モータを駆動するための動作指令信号、第一フィードバック信号、及び第二フィードバック信号に基づいて、モータの動作が動作指令信号に追従するようにモータの動作に関する指令値を生成し、当該指令値に応じた駆動信号に基づいて、駆動部がモータを駆動するための駆動電流を該モータに供給する際、前記第一フィードバック信号、及び第二フィードバック信号に基づいて、エンコーダ又は被駆動部の動作に関し故障が発生したと判断したときに、駆動信号の遮断処理を実行する。

Description

モータ制御装置
　本発明は、モータを駆動制御するモータ制御装置に関する。
　近年、製造現場では、サーボシステムが、各種機械における稼動部の位置決め制御などに用いられている。このようなサーボシステムとして、各種の機械装置を稼動するためのサーボモータと、このサーボモータに取り付けられたエンコーダと、サーボモータを駆動するためのサーボドライバと、サーボドライバに対して位置指令情報等を出力するための制御装置とを備えるシステムがある。そして、製造現場では、コスト削減、生産性の向上とともに、作業者に対する安全性確保の取り組みが重要な要件となっている。このため、サーボシステムについても、相応の安全規格に適合させることが要求されつつある。
　特許文献１には、リニアスケールからの位置検出信号とロータリーエンコーダからの速度検出信号を位置制御ドライバにフィードバックして位置決め制御を行い、位置決め完了後に位置制御ドライバが位置決め完了信号をコントローラに出力するフルクローズドループ位置制御サーボドライバが開示されている。また、特許文献２には、診断処理部が回転軸の位置及び回転速度の少なくとも一方を重故障状態と診断したら、駆動機器を停止させる安全停止信号を出力する制御装置が開示されている。
特開平７－２２５６１５号公報 特開２０１６－２０６８４２号公報
　従来、モータを駆動制御するモータ制御装置について、その安全性能を高めるためには、モータ制御装置への入力情報を生成する当該モータの動きを検出するエンコーダの安全性能を高める必要があると考えられていた。そのため、エンコーダの設計において所定の安全規格の要件を満たす必要がある。例えば、このような安全規格としてＩＥＣ６１５０８が規定されている。ＩＥＣ６１５０８は、電気・電子・プログラマブル電子式安全関連の機能安全に関する国際規格である。ＩＥＣ６１５０８では、システムの故障確率を、以下の表１に示すようにＳＩＬ（Safety  Integrity  Level:安全度水準）と呼ばれる尺度で規定している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　そして、ＩＥＣ６１５０８は、表中のＳＩＬごとに満足すべき要求事項を定義しており、構築する安全制御システムが達成すべき取り組みが明確化されている。ＳＩＬはＳＩＬ１からＳＩＬ４の４段階に分かれており、ＳＩＬの数値が大きくなるほど、安全性能が高いことを意味する。例えば、安全性能の高いモータ制御装置として、ＳＩＬの値が高い構成としたモータ制御装置が望まれている。
　本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、モータ制御装置の安全性能を高める技術を提供することを目的とする。
　本発明においては、上記課題を解決するために、モータ制御装置が、モータの動作に応じた、互いに独立した２つの第一フィードバック信号と、被駆動部の動作に応じた、互いに独立した２つの第二フィードバック信号に基づいて、前記エンコーダ又は前記被駆動部の動作に関し故障が発生したと判断したときに、前記遮断部を介して前記駆動信号の遮断処理を実行する。このような構成により、当該モータ制御装置は、故障を判定する構成を冗長化し、モータ制御装置の安全性能を高めることができる。
　本発明の一形態として、モータ制御装置は、モータの動作を検出する第一エンコーダから、前記モータの動作に応じて、互いに独立した２つの第一フィードバック信号を受信する第一信号受信部と、前記モータによって駆動される被駆動部の動作を検出する第二エンコーダから、前記被駆動部の動作に応じて、互いに独立した２つの第二フィードバック信号を受信する第二信号受信部と、前記モータを駆動するための動作指令信号と、前記第一フィードバック信号及び第二フィードバック信号のうち少なくとも一方の所定のフィードバック信号とに基づいて、前記モータの動作が前記動作指令信号に追従するように前記モータの動作に関する指令値を生成するモータ制御部と、前記モータ制御部からの前記指令値に応じて、前記モータを駆動するための駆動電流を該モータに供給する駆動部と、前記指令値に応じた、前記モータ制御部から前記駆動部への駆動信号の伝達を遮断する遮断部と、前記第一信号受信部を介して受信した前記２つの第一フィードバック信号、又は前記第二信号受信部を介して受信した前記２つの第二フィードバック信号に基づいて、前記エンコーダ又は前記被駆動部の動作に関し故障が発生したと判断したときに、前記遮断部を介して前記駆動信号の遮断処理を実行する安全制御部と、を備える。
　このようにモータの動作を検出する第一エンコーダと、被駆動部の動作を検出する第二エンコーダとから、夫々冗長化されたフィードバック信号を受信し、これら第一及び第二フィードバック信号を利用することで、故障の判断を冗長化することが可能となり、これにより、フィードバック値の信頼性を向上させることができる。このことを上記の安全規格ＩＥＣ６１５０８に基づいて説明すると、第一及び第二フィードバック信号が夫々冗長化されている構成の場合、例えば第二フィードバック信号が冗長化されていない構成と比べて、ハードウェアフォールトトレランス（ＨＦＴ）の数値が高く、ＳＩＬの値を高めることが可能となる。
　上記モータ制御装置において、安全制御部は、更に、前記第一フィードバック信号により算出される第一のフィードバック値、及び前記第二フィードバック信号により算出される第二のフィードバック値のうち、少なくとも一方のフィードバック値と、前記動作指令信号により算出される動作指令値との比較結果に基づいて、前記故障の発生を判断し、その判断結果に基づいて前記遮断部による前記駆動信号の遮断処理を実行してもよい。これにより、フィードバック値の信頼性を更に向上させることができる。このことを上記の安全規格ＩＥＣ６１５０８に基づいて説明すると、動作指令値とフィードバック値との比較結果を利用して上記遮断処理を行う構成を採用することは、エンコーダの安全側故障割合（ＳＦＦ）を高めることになる。その結果、上記表１から理解できるように、ハードウェアフォールトトレランス（ＨＦＴ）の数値を維持したままＳＦＦの値が上昇することで、モータ制御装置の安全性能に関するＳＩＬの値を高めることが可能となる。
　また、本発明の一形態として、モータ制御装置は、モータの動作を検出する第一エンコーダから、前記モータの動作に応じて第一フィードバック信号を受信する第一信号受信部と、前記モータによって駆動される被駆動部の動作を検出する第二エンコーダから、前記被駆動部の動作に応じて、互いに独立した２つの第二フィードバック信号を受信する第二信号受信部と、前記モータを駆動するための動作指令信号と、前記第一フィードバック信号及び第二フィードバック信号のうち少なくとも一方のフィードバック信号とに基づいて、前記モータの動作が前記動作指令信号に追従するように前記モータの動作に関する指令値を生成するモータ制御部と、前記モータ制御部からの前記指令値に応じて、前記モータを駆動するための駆動電流を該モータに供給する駆動部と、前記指令値に応じた、前記モータ制御部から前記駆動部への駆動信号の伝達を遮断する遮断部と、前記第一信号受信部を介して受信した前記２つの第一フィードバック信号、又は前記第二信号受信部を介して受信した前記２つの第二フィードバック信号に基づいて、前記エンコーダの動作に関し故障が発生したと判断されたときに、前記遮断部を介して前記駆動信号の遮断処理を実行する安全制御部と、を備え、前記安全制御部が、前記第一フィードバック信号により算出される第一のフィードバック値、及び前記第二フィードバック信号により算出される第二のフィードバック値のうち、少なくとも一方のフィードバック値と、前記動作指令信号により算出される動作指令値との比較結果に基づいて、前記故障の発生を判断し、その判断結果に基づいて前記遮断部による前記駆動信号の遮断処理を実行する。このように、モータ制御装置は、動作指令値とフィードバック値との比較結果を利用することで、上述のように、エンコーダの安全側故障割合（ＳＦＦ）を高め、その結果、ハードウェアフォールトトレランス（ＨＦＴ）の数値を維持したままＳＦＦの値が上昇させて、モータ制御装置の安全性能に関するＳＩＬの値を高めることが可能となる。
　本発明に係るモータ制御装置は、動作指令信号に基づいてモータを駆動する装置であり、当該モータ制御装置としてはサーボドライバやインバータ等が例示できる。なお、動作指令信号は、モータ制御装置の外部に位置する他の制御装置（ＰＬＣ等）で生成されモータ制御装置に提供されてもよく、又は、モータ制御装置の内部で生成されてもよい。具体的には、モータ制御部により、動作指令信号とフィードバック信号と第二フィードバック信号とから、モータを駆動するための指令値が生成される。この指令値を伴った駆動信号がモータ制御部から駆動部に伝えられることで、駆動部が当該指令値に応じた駆動電流をモータに供給し、モータが動作指令信号に追従するように駆動されることになる。なお、指令値の生成においては、上記モータの動作指令信号への追従駆動を可能とするために、任意のフィードバック方式、例えば、位置情報、速度情報等に関するフィードバック方式に従って、当該指令値の生成を行うことができる。
　ここで、モータ制御装置には、モータ制御部から駆動部への駆動信号の伝達を遮断する遮断部が備えられ、遮断部による駆動信号の遮断処理は安全制御部によって制御される。そしてエンコーダの動作に関し故障が発生したと判断される場合には、安全制御部によって遮断処理が実行されることで、モータ制御装置の安全性能が実現されることになる。安全制御部により実行される遮断処理として、第一信号受信部を介して受信した２つの第一フィードバック信号、及び第二信号受信部を介して受信した２つの第二フィードバック信号に基づいて、エンコーダ又は被駆動部の動作に関し故障発生の有無が判断され、その判断結果に応じて実行される遮断処理が含まれる。
　なお、安全制御部は、更に他の遮断処理として、エンコーダからのフィードバック値を利用し、モータの速度や位置の制限に関する故障判断を行い、その判断結果に応じて駆動信号の遮断を行ってもよい。
　ここで、上記のモータ制御装置において、前記エンコーダは、前記モータの動作に対応して、互いに独立した２つのフィードバック信号を生成するように構成され、前記安全制御部は、前記遮断処理において、前記２つのフィードバック信号のそれぞれより算出される２つの前記所定のフィードバック値の少なくとも一方と、前記動作指令値とを比較して、前記駆動信号の遮断処理を実行してもよい。このようにフィードバック信号が二重化されているエンコーダからのフィードバック信号を利用するモータ制御装置であっても、その安全性能をより効果的に上昇させることができる。すなわち、モータ制御装置の安全性能に関するＳＩＬの値を、エンコーダの安全性能に関するＳＩＬの値よりも高めることが可能となる。
　ここで、上述までのモータ制御装置における、安全制御部による遮断処理の具体例について開示する。第１には、前記安全制御部は、前記遮断処理において、前記所定のフィードバック値と前記動作指令値との差分に基づいて、該遮断処理の実行の可否を判断してもよい。また、第２には、前記安全制御部は、前記遮断処理において、前記所定のフィードバック値の変化率と前記動作指令値の変化率とを比較し、その比較結果に基づいて該遮断処理の実行の可否を判断してもよい。また、第３には、前記安全制御部は、前記遮断処理において、前記所定のフィードバック値の変化率と前記動作指令値の変化率との差分の変化率に基づいて、該遮断処理の実行の可否を判断してもよい。また、安全制御部による遮断処理として、これらの一部又は全部を組合わせた処理を採用してもよく、別法として、上述の処理以外の処理を採用しても構わない。
　エンコーダの安全性能に縛られることなくモータ制御装置の安全性能を高めることが可能となる。
本発明に係るサーボドライバが組み込まれるサーボシステムの概略構成を示す図である。 本発明に係るサーボドライバのサブシステムにおける安全性能を概略的に説明するための図である。 第一実施例に係るサーボドライバの機能ブロック図である。 安全制御部による遮断処理を示す図である。 第二実施例に係るサーボドライバの機能ブロック図である。 第二実施例に係る安全制御部による遮断処理を示す図である。 第三実施例に係るサーボドライバの機能ブロック図である。 第三実施例に係るーボドライバのサブシステムにおける安全性能を概略的に説明するための図である。
＜第一実施例＞
　図１は、本発明のモータ制御装置に相当するサーボドライバが組み込まれるサーボシステムの概略構成図である。サーボシステムは、ネットワーク１と、モータ２と、第一エンコーダ３と、サーボドライバ４と、標準ＰＬＣ(Programmable  Logic  Controller)５と、安全ＰＬＣ６と、第二エンコーダ７と、被駆動部８とを備える。モータ２と第一エンコーダ３によりサーボモータが形成される。当該サーボシステムは、モータ２によって被駆動部８を駆動させるためのシステムである。モータ２は、被駆動部８を含む機械装置のアクチュエータとして当該機械装置内に組み込まれている。例えば、モータ２は、ＡＣモータである。そして、第一エンコーダ３は、モータ２の動作を検出するためにモータ２に取り付けられる。第一エンコーダ３は、検出されたモータ２の動作を示す第一フィードバック信号を生成するとともに、その第一フィードバック信号をサーボドライバ４に送信する。第一フィードバック信号は、たとえばモータ２の回転軸の回転位置（角度）についての位置情報、その回転軸の回転速度の情報等を含む。第一エンコーダ３には一般的なインクリメンタル型エンコーダ、アブソリュート型エンコーダを適用することができる。
　被駆動部８は、例えば、産業用ロボットのアームや搬送装置といった機械装置である。図１の例において、被駆動部８は、移動ステージ８１と、伝達機構８２とを有し、移動ステージ８１が伝達機構８２を介してモータ２に接続されている。伝達機構８２は、プーリーと駆動ベルトや、ギヤ、ネジ棒など、モータ２の駆動力を移動ステージ８１に伝達する機構である。伝達機構８２を介して、モータ２の駆動力が移動ステージ８１に伝達されると、移動ステージ８１が、この駆動力に応じて移動される。なお、モータ２による機械装置の移動は、特定の軸を中心に回転して、その向きを変えることや、伸縮により一部分が変位することなどであってもよい。そして、第二エンコーダ７は、被駆動部８の動作を検出するために被駆動部８に取り付けられる。第二エンコーダ７は、例えば被駆動部８の移動ステージ８１等と共に移動するスケール７１を読み取ることで被駆動部８の動作を示す第二フィードバック信号を生成し、その第二フィードバック信号をサーボドライバ４に送信する。第二フィードバック信号は、たとえば移動ステージ８１の位置情報や、その移動速度の情報等を含む。第二エンコーダ７には一般的なインクリメンタル型エンコーダ、アブソリュート型エンコーダを適用することができる。
　サーボドライバ４は、ネットワーク１を介して標準ＰＬＣ５からモータ２の動作（モーション）に関する動作指令信号を受けるとともに、第一エンコーダ３から出力された第一フィードバック信号及び第二エンコーダ７から出力された第二フィードバック信号のうち少なくとも一方の所定のフィードバック信号とに基づいて、前記モータの動作が前記動作指令信号に追従するようにモータ２の動作を制御する。サーボドライバ４は、標準ＰＬＣ５からの動作指令信号、第一エンコーダ３からの第一フィードバック信号、及び第二エンコーダ７からの第二フィードバック信号に基づいて、モータ２の駆動に関するサーボ制御を実行する。また、サーボドライバ４はネットワーク１を介して安全ＰＬＣ６と接続されている。これにより、サーボドライバ４は、安全ＰＬＣ６から受ける監視指令信号に基づいて、モータ２やサーボドライバ４、被駆動部８に関する故障発生の監視を行い、その結果を安全ＰＬＣ６に返す。
　また、サーボドライバ４は、標準ＰＬＣ５からの動作指令信号と、第一エンコーダ３からの第一フィードバック信号と、第二エンコーダ７からの第二フィードバック信号とに基づいて、モータ２の動作に関する指令値を算出する。さらにサーボドライバ４は、モータ２の動作がその指令値に追従するように、モータ２に駆動電流を供給する。なお、この供給電流は、交流電源１１からサーボドライバ４に対して送られる交流電力が利用される。本実施例では、サーボドライバ４は三相交流を受けるタイプのものであるが、単相交流を受けるタイプのものでもよい。
　ここで、図２は、サーボドライバ４を１つのシステムとしたときに、それを構成する３つのサブシステムである入力構成、演算構成、出力構成における安全機能をブロック図化したものである。入力構成は、サーボドライバ４への入力に関するサブシステムであり、その安全性能は第一エンコーダ３の安全性能に大きく依拠する。具体的には、第一エンコーダ３は、後述するようにその内部で同時にスキャニングを行なうことにより独立したパルスの出力が可能となるように二重化された回路を有しており、その二重化されたフィードバック信号が、独立した配線を経てサーボドライバ４へ入力される。同様に第二エンコーダ７は、その内部で同時にスキャニングを行なうことにより独立したパルスの出力が可能となるように二重化された回路を有しており、その二重化されたフィードバック信号が、独立した配線を経てサーボドライバ４へ入力される。したがって、入力構成は、第一エンコーダ３による安全機能ＩｎＳ１１、ＩｎＳ1２、及び第二エンコーダ７による安全機能ＩｎＳ２１、ＩｎＳ２２を有し、その場合のハードウェアフォールトトレランス（ＨＦＴ）は２となる。なお、一般的に、エンコーダの安全側故障割合（ＳＦＦ）は、エンコーダの容積（大きさ）や価格の観点から高くすることは容易ではなく、このため本実施形態における第一エンコーダ３及び第二エンコーダ７のＳＦＦは６０％以上９０％未満の範囲に属するものを採用している。このため、入力構成の安全度水準（ＳＩＬ）は３となる。
　また、演算構成は、サーボドライバ４内での入力から出力を算出するための演算に関するサブシステムであり、例えば、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）を用いた演算回路が独立して二重化された構成とされることで、安全機能ＣｔＳ１１、ＣｔＳ１２,  ＣｔＳ２１、ＣｔＳ２２を有し、その場合のＨＦＴは２となる。また、演算構成のＳＦＦは一般に比較的高くすることが容易であり、そのため演算構成のＳＦＦは比較的高く９０％以上９９％未満の範囲に属するものとする。したがって、演算構成のＳＩＬは４となる。更に、出力構成は、サーボドライバ４からの出力に関するサブシステムであり、後述するようにモータ制御部４２から駆動部４４への駆動信号の伝達を遮断する遮断部４３の安全性能に依拠する。具体的には、出力構成は、遮断部４３を形成する電気回路が独立して二重化された構成とされることで、安全機能ＯｔＳ１１、ＯｔＳ１２、ＯｔＳ２１、ＯｔＳ２２を有し、その場合のＨＦＴは２となる。また、出力構成のＳＦＦは一般に比較的高くすることが容易であり、そのため演算構成のＳＦＦは比較的高く９０％以上９９％未満の範囲に属するものとする。したがって、出力構成のＳＩＬも４となる。
　以下、サーボドライバ４のより具体的な構成について説明する。図３は、第一実施例に係るサーボドライバ４の機能ブロック図である。図３に示すように、サーボドライバ４は、フィードバック処理部４１、モータ制御部４２、遮断部４３、駆動部４４、第一信号受信部４６、第二信号受信部４５、及び安全制御部５０を有している。第一信号受信部４６は、モータの動作を検出する第一エンコーダ３から、モータ２の動作に応じて、互いに独立した２つの第一フィードバック信号を受信する入力インタフェースであり、第一フィードバック信号を受信してフィードバック処理部４１に入力する。第二信号受信部４５は、モータ２によって駆動される被駆動部の動作を検出する第二エンコーダから、前記被駆動部の動作に応じて、互いに独立した２つの第二フィードバック信号を受信する入力インタフェースであり、第二フィードバック信号を受信してフィードバック処理部４１に入力する。フィードバック処理部４１は、第一エンコーダ３からの第一フィードバック信号に基づいて第一のフィードバック値を生成し、第二エンコーダ７からの第二フィードバック信号に基づいて第二のフィードバック値を生成する。たとえば第一エンコーダ３及び第二エンコーダ７からパルスが出力される場合、フィードバック処理部４１は、そのパルスをカウントすることによりモータ２及び被駆動部８の位置や移動速度を算出するとともに、その位置や速度を示す値を含むフィードバック値を生成する。
　なお、第一エンコーダ３は、その内部で同時にスキャニングを行なうことにより独立したパルスの出力が可能となるように二重化された回路を有しており、二重化されたフィードバック信号を出力する。そのため、フィードバック処理部４１は、第一エンコーダ３から二重化されたフィードバック信号を受けるとともに、それらのフィードバック信号に基づいて二重化されたフィードバック値を生成する。そして、フィードバック処理部４１は、その生成された二重化されたフィードバック値をモータ制御部４２に送るとともに、安全制御部５０にも送る。
　また、第二エンコーダ７は、その内部で同時にスキャニングを行なうことにより独立したパルスの出力が可能となるように二重化された回路を有しており、二重化されたフィードバック信号を出力する。そのため、フィードバック処理部４１は、第二エンコーダ７から二重化された第二フィードバック信号を受けるとともに、それらの第二フィードバック信号に基づいて二重化された第二のフィードバック値を生成する。そして、フィードバック処理部４１は、その生成された二重化された第二のフィードバック値をモータ制御部４２に送るとともに、安全制御部５０にも送る。
　次に、モータ制御部４２は、標準ＰＬＣ５から動作指令信号を受けるとともに、フィードバック処理部４１から第一のフィードバック値及び第二のフィードバック値を受ける。モータ制御部４２は、動作指令信号と、第一及び第二のフィードバック値とに基づいて、位置フィードバック制御、速度フィードバック制御を実行するための指令値を生成する。例えば、モータ制御部４２は、動作指令信号、第一のフィードバック値及び第二のフィードバック値に基づくフィードバック制御により、位置指令値及び速度指令値を生成する。なお、当該フィードバック制御で採用されるフィードバック方式は、モータ２が組み込まれる機械装置（搬送装置等）の所定の目的（例えば、荷物の搬送）に好適なサーボループが形成される方式であり、適宜設計することができる。例えば、モータ制御部４２は、第一のフィードバック値と第二のフィードバック値とのうち、一方を用いてモータ２の制御を行ってもよい。そして、モータ制御部４２で生成されたこれらの指令値は、駆動信号として遮断部４３に送られる。
　次に、遮断部４３は、後述する安全制御部５０から遮断信号を受けた場合において、後述する駆動部４４にモータ制御部４２からの駆動信号を電気的に通過させないことで、駆動部４４を停止させる。これによりモータ制御部４２が駆動信号を送出したとしても、モータ２によるトルクの出力が停止することになる。一方、遮断部４３に遮断信号が入力されない場合には、遮断部４３はモータ制御部４２から出力された指令値を伴う駆動信号をそのまま駆動部４４に通過させる。なお、遮断部４３は、モータ制御部４２等の機能部から独立して存在する構成に限定されるものではなく、モータ制御部４２が遮断部４３を兼ね、安全制御部５０から遮断信号を受けた場合に、位置指令値及び速度指令値の出力を停止することで、駆動部４４を停止させてもよい。
　ここで駆動部４４は、遮断部４３を介して、モータ制御部４２からの駆動信号を受ける。駆動部４４は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）等の半導体スイッチング素子で構成される回路を有しており、モータ制御部４２からの駆動信号に基づいて、スイッチング素子をＰＷＭ方式に従ってオン・オフさせるための信号を生成するとともに、その信号に従ってスイッチング素子をオン・オフさせる。これによりモータ２に交流電力が供給されるとともに、駆動信号に従ってモータ２が駆動される。一方、遮断部４３が作動し駆動信号の駆動部４４への伝達が遮断されると、駆動部４４からの出力がオフに固定される。これによりモータ２への電力供給が停止されるので、モータ２からのトルクの出力が停止することになる。
　このようにフィードバック処理部４１、モータ制御部４２、遮断部４３、駆動部４４は、いわばモータ２の駆動制御に直接関連する機能部である。一方で、安全制御部５０は、第一エンコーダ３の動作の故障の発生を判断し、故障が発生していると判断される場合には、モータ２の動作を停止させ当該動作に対する安全を確保する機能部である。具体的には、安全制御部５０は、更に詳しくは判断部５１と遮断指示部５２を有している。安全制御部５０による故障判断を含む安全確保に関する制御は、安全ＰＬＣ６からの監視指令に基づいて実行される。
　判断部５１は、第一のフィードバック値に基づいて第一エンコーダ３の動作に関連する故障が発生していないかを判断すると共に、第二のフィードバック値に基づいて第二エンコーダ７の動作に関連する故障が発生していないかを判断する。判断部５１は、例えば、第一のフィードバック値、及び第二のフィードバック値が正常な値か否かを判定する。具体的には、判断部５１が、第一エンコーダ３から二重化した第一フィードバック信号を受信し、これら第一フィードバック信号同士を比較して、閾値を超えるズレがある場合には第一エンコーダ３に係る故障が発生したと判定する。また、判断部５１は、第二エンコーダ７から二重化した第二フィードバック信号を受信し、これら第二フィードバック信号同士を比較して、閾値を超えるズレがある場合には第二エンコーダ７に係る故障が発生したと判定する。
　そして、判断部５１によって故障が発生していると判断された場合には、遮断指示部５２により遮断信号が生成され、生成された遮断信号は遮断部４３に対して送られる。当該遮断信号を受け取った遮断部４３は、上記の通りモータ制御部４２からの駆動信号の駆動部４４への伝達を遮断することで、モータ２によるトルク出力を停止させる。なお、このような安全制御部５０による制御状態（故障の有無）は、安全ＰＬＣ６からの監視指令に対する回答の形で安全ＰＬＣ６に通知される。
　ここで、上記判断部５１及び遮断指示部５２を有する安全制御部５０による遮断処理について、図４に基づいて説明する。図４に示す遮断処理は、安全制御部５０を形成する演算装置（ＭＰＵ等）により、例えば、指令値が生成される制御周期で繰り返して実行される。ステップＳ１０１では、判断部５１が、第一のフィードバック値及び第二のフィードバック値をフィードバック処理部４１から取得する。その後、ステップＳ１０２で、判断部５１が、第一のフィードバック値及び第二のフィードバック値に基づいて故障の有無を判断する処理を行う。ステップS１０３は、ステップS１０２の判断結果に応じた分岐処理であり、故障が発生したと判断された場合（Ｓ１０３，Ｙｅｓ）、ステップＳ１０４へ移行し、遮断指示部５２により遮断信号が生成され、生成された遮断信号は遮断部４３に対して送られる。これにより、モータ２によるトルク出力を停止させる。また、故障が発生していないと判断された場合（Ｓ１０３，Ｎｏ）、遮断指示部５２による遮断信号の生成は行われず、図４の処理を終了する。
　このようにサーボドライバ４では、判断部５１により第一エンコーダ３及び第二エンコーダ７の故障判断が行われ、故障と判断された場合には、遮断部４３の働きによりモータ２によるトルク出力が停止させられる。これにより、故障判断の精度向上が図られ、モータ制御装置の安全性能が高められる。
　＜第二実施例＞
　図５は、第二実施例に係るサーボドライバ４の機能ブロック図である。本実施例は、前述の第一実施例と比べ、動作指令信号の値と、第一のフィードバック値と、第二のフィードバック値とに基づいて故障の判定を行う構成が異なっており、その他の構成は同じである。このため、前述の第一実施形態と同じ要素には同符号を付すなどして、再度の説明を省略する。
　図５に示すように、本実施例の安全制御部５０は、比較判断部５３を有している。比較判断部５３は、第一エンコーダ３及び第二エンコーダ７の動作に関連する故障が発生していないかを判断する機能部であり、当該判断は、モータ２の動作に連動するフィードバック値やモータ２への動作指令信号の値に基づいて行われる。具体的には、比較判断部５３は、フィードバック処理部４１から二重化された第一のフィードバック値及び第二のフィードバック値を受け取るとともに、標準ＰＬＣ５から動作指令信号を受け、その信号に対応する動作指令値Ｐ１（図３ではＰ１は不図示）を生成する。なお、当該動作指令信号は、モータ制御部４２が受け取る動作指令信号と同一である。
　ここで、一般に、製品（例えば、エンコーダ）の故障率λは、安全側故障率λｓと危険側故障率λｄに大別でき、更に危険側故障率λｄは、検出可能な危険側故障率λｄｄと検出不可能な危険側故障率λｄｕに区分することができる。そして、上記ＳＦＦは、下記の式１で定義される。
　ＳＦＦ　＝　（λｓ＋λｄｄ）／（λｓ＋λｄ）　・・・（式１）
　そして、ＳＦＦを大きくするためには、危険側故障のうち検出可能となる故障の割合を大きくすることが肝要である。
　そこで、比較判断部５３は、動作指令値Ｐ１とフィードバック値とを比較し、両者の差分が許容範囲内であるか否かを判断する。モータ２が動作指令値Ｐ１に追従して駆動されていることを前提とすると、動作指令値Ｐ１と第一及び第二のフィードバック値との差分は、第一エンコーダ３による検出対象であるモータ２の動きと、第一エンコーダ３の検出結果とのずれを意味する。したがって、その差分を利用することで危険側故障の発生を検出することが可能となる。
　このように比較判断部５３が動作指令値Ｐ１と第一及び第二のフィードバック値との差分を利用することで、サーボドライバ４において第一エンコーダ３及び第二エンコーダ７の動作に関する故障発生の判断をより詳細に行うことが可能となる。この結果、上記比較判断部５３が存在しない第一実施例のサーボドライバと比べると、サーボドライバ４の入力構成のＳＦＦは向上し、そのＳＩＬの値を高めることが可能となる。なお、動作指令値Ｐ１と比較される第一及び第二のフィードバック値は、上記二重化されたフィードバック値のうち何れか一方の値でもよく、両方の値でもよい。また、合理的な故障判断の別法としては、動作指令値Ｐ１の変化率とフィードバック値の変化率とを比較し、両者の差分を利用して第一エンコーダ３の故障判断を行ってもよく、また、両変化率の差分を利用して第一エンコーダ３の故障判断を行ってもよく、これらの故障判断の態様の任意の組合せを採用してもよい。
　このように比較判断部５３は、フィードバック値と動作指令値Ｐ１を利用して第一エンコーダ３の故障判断を行う。そして、比較判断部５３によって故障が発生していると判断された場合には、遮断指示部５２により遮断信号が生成され、生成された遮断信号は遮断部４３に対して送られる。当該遮断信号を受け取った遮断部４３は、上記の通りモータ制御部４２からの駆動信号の駆動部４４への伝達を遮断することで、モータ２によるトルク出力を停止させる。なお、このような安全制御部５０による制御状態（故障の有無）は、安全ＰＬＣ６からの監視指令に対する回答の形で安全ＰＬＣ６に通知される。
　ここで、上記比較判断部５３及び遮断指示部５２を有する安全制御部５０による遮断処理について、図６に基づいて説明する。図６に示す遮断処理は、安全制御部５０を形成する演算装置（ＭＰＵ等）により、例えば、指令値が生成される制御周期で繰り返して実行される。ステップＳ２００では、判断部５１が、第一のフィードバック値及び第二のフィードバック値をフィードバック処理部４１から取得する。また、Ｓ２０１では、判断部５１が、標準ＰＬＣ５から動作指令信号を受け、その信号に対応する動作指令値Ｐ１を生成する。
　ステップＳ２０２にて、判断部５１は、第一のフィードバック値及び第二のフィードバック値に基づいて故障の有無を判断する処理を行う。また、ステップ２０３にて、生成された動作指令値Ｐ１とフィードバック処理部４１から取得されたフィードバック値との差分に基づいて、第一エンコーダ３の故障判断が行われる。当該判断は、比較判断部５３によって行われる。
　ステップS２０４は、ステップS２０２及びＳ２０２の判断結果に応じた分岐処理であり、故障が発生したと判断された場合（Ｓ２０３，Ｙｅｓ）、ステップＳ２０５へ移行し、遮断指示部５２により遮断信号が生成され、生成された遮断信号は遮断部４３に対して送られる。これにより、モータ２によるトルク出力を停止させる。また、故障が発生していないと判断された場合（Ｓ２０４，Ｎｏ）、遮断指示部５２による遮断信号の生成は行われず、図６の処理を終了する。
　このように本実施例のサーボドライバ４では、比較判断部５３により動作指令値を利用した第一エンコーダ３の故障判断が行われ、故障と判断された場合には、遮断部４３の働きによりモータ２によるトルク出力が停止させられる。これにより、第一エンコーダ３の故障判断の精度向上が図られ、サーボドライバ４の入力構成のＳＦＦが向上する。例えば、前述の第一実施例では、図２に示すように、入力構成のハードウェアフォールトトレランスが２で、ＳＦＦが６０％以上９０％未満であり、安全度水準（ＳＩＬ）が３であった。これに対し、本実施例のサーボドライバ４は、比較判断部５３により、第一及び第二のフィードバック値と動作指令値とを比較して故障判断が行われ、第一エンコーダ３及び第二エンコーダ７の故障判断の精度向上が図られ、サーボドライバ４の入力構成のＳＦＦが向上して、９０％以上９９％未満の範囲となるので、入力構成のＳＩＬも３から４へと上昇することになる。即ち、本実施例によれば、サーボドライバ４の安全性能を第一実施例より高めることができる。
　＜第三実施例＞
　図７は、第三実施例に係るサーボドライバ４の機能ブロック図である。本実施例は、前述の第二実施例と比べ、第一エンコーダにおけるパルスの出力回路が二重化されておらず、二重化されていないフィードバック信号を出力する構成が異なっている。なお、その他の構成は同じであるため、前述の第一実施形態と同じ要素には同符号を付すなどして、再度の説明を省略する。
　図８は、第三実施例に係るサーボドライバ４を１つのシステムとしたときに、それを構成する３つのサブシステムである入力構成、演算構成、出力構成における安全機能をブロック図化したものである。図８に示すように、第三実施例に係る入力構成は、第一エンコーダ３による制御機能ＩｎＳ０１及び第二エンコーダ７による安全機能ＩｎＳ２１、ＩｎＳ２２を有し、その場合のハードウェアフォールトトレランス（ＨＦＴ）は１となる。なお、一般的に、エンコーダの安全側故障割合（ＳＦＦ）は、エンコーダの容積（大きさ）や価格の観点から高くすることは容易ではなく、このため本実施形態における第一エンコーダ３及び第二エンコーダ７のＳＦＦは６０％以上９０％未満の範囲に属するものを採用している。このため、仮に、入力構成において、その安全性能が第一エンコーダ３のみに依拠する場合には、入力構成の安全度水準（ＳＩＬ）は２となるが、本実施例では、比較判断部５３により動作指令値を利用した第一エンコーダ３の故障判断が行われ、故障判断の精度向上が図られ、サーボドライバ４の入力構成のＳＦＦが向上させているため、入力構成の安全度水準（ＳＩＬ）を３とすることができる。これにより、第一エンコーダ３として、比較的安価なセイフティエンコーダではないものを採用した場合でも、安全度水準（ＳＩＬ）を３とすることができる。
　１・・・・ネットワーク
　２・・・・モータ
　３・・・・第一エンコーダ
　４・・・・サーボドライバ
　５・・・・標準ＰＬＣ
　６・・・・安全ＰＬＣ
　７・・・・第二エンコーダ
　４１・・・・フィードバック処理部
　４２・・・・モータ制御部
　４３・・・・遮断部
　４４・・・・駆動部
　５０・・・・安全制御部
　５１・・・・判断部
　５２・・・・遮断指示部
　５３・・・・比較判断部

Claims (6)

  1. 　モータの動作を検出する第一エンコーダから、前記モータの動作に応じて、互いに独立した２つの第一フィードバック信号を受信する第一信号受信部と、
    　前記モータによって駆動される被駆動部の動作を検出する第二エンコーダから、前記被駆動部の動作に応じて、互いに独立した２つの第二フィードバック信号を受信する第二信号受信部と、
    　前記モータを駆動するための動作指令信号と、前記第一フィードバック信号及び第二フィードバック信号のうち少なくとも一方の所定のフィードバック信号とに基づいて、前記モータの動作が前記動作指令信号に追従するように前記モータの動作に関する指令値を生成するモータ制御部と、
    　前記モータ制御部からの前記指令値に応じて、前記モータを駆動するための駆動電流を該モータに供給する駆動部と、
    　前記指令値に応じた、前記モータ制御部から前記駆動部への駆動信号の伝達を遮断する遮断部と、
    　前記第一信号受信部を介して受信した前記２つの第一フィードバック信号、又は前記第二信号受信部を介して受信した前記２つの第二フィードバック信号に基づいて、前記第一エンコーダ又は前記第二エンコーダの動作に関し故障が発生したと判断したときに、前記遮断部を介して前記駆動信号の遮断処理を実行する安全制御部と、
    　を備えるモータ制御装置。
  2. 　前記安全制御部が、更に、前記第一フィードバック信号により算出される第一のフィードバック値、及び前記第二フィードバック信号により算出される第二のフィードバック値のうち、少なくとも一方のフィードバック値と、前記動作指令信号により算出される動作指令値との比較結果に基づいて、前記故障の発生を判断し、その判断結果に基づいて前記遮断部による前記駆動信号の遮断処理を実行する、
    　請求項１に記載のモータ制御装置。
  3. 　モータの動作を検出する第一エンコーダから、前記モータの動作に応じて第一フィードバック信号を受信する第一信号受信部と、
    　前記モータによって駆動される被駆動部の動作を検出する第二エンコーダから、前記被駆動部の動作に応じて、互いに独立した２つの第二フィードバック信号を受信する第二信号受信部と、
    　前記モータを駆動するための動作指令信号と、前記第一フィードバック信号及び第二フィードバック信号のうち少なくとも一方のフィードバック信号とに基づいて、前記モータの動作が前記動作指令信号に追従するように前記モータの動作に関する指令値を生成するモータ制御部と、
    　前記モータ制御部からの前記指令値に応じて、前記モータを駆動するための駆動電流を該モータに供給する駆動部と、
    　前記指令値に応じた、前記モータ制御部から前記駆動部への駆動信号の伝達を遮断する遮断部と、
    　前記第一信号受信部を介して受信した前記２つの第一フィードバック信号、又は前記第二信号受信部を介して受信した前記２つの第二フィードバック信号に基づいて、前記第一エンコーダ又は第二エンコーダの動作に関し故障が発生したと判断されたときに、前記遮断部を介して前記駆動信号の遮断処理を実行する安全制御部と、
    　を備え、
    　前記安全制御部が、
    　前記第一フィードバック信号により算出される第一のフィードバック値、及び前記第二フィードバック信号により算出される第二のフィードバック値のうち、少なくとも一方のフィードバック値と、前記動作指令信号により算出される動作指令値との比較結果に基づいて、前記故障の発生を判断し、その判断結果に基づいて前記遮断部による前記駆動信号の遮断処理を実行する、
    　モータ制御装置。
  4. 　前記安全制御部は、前記遮断処理において、前記フィードバック値と前記動作指令値との差分に基づいて、該遮断処理の実行の可否を判断する、
    　請求項２又は請求項３に記載のモータ制御装置。
  5. 　前記安全制御部は、前記遮断処理において、前記フィードバック値の変化率と前記動作指令値の変化率とを比較し、その比較結果に基づいて該遮断処理の実行の可否を判断する、
    　請求項２又は請求項３に記載のモータ制御装置。
  6. 　前記安全制御部は、前記遮断処理において、前記フィードバック値の変化率と前記動作指令値の変化率との差分の変化率に基づいて、該遮断処理の実行の可否を判断する、
    　請求項２又は請求項３に記載のモータ制御装置。
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