WO2023139764A1 - 制御装置 - Google Patents

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WO2023139764A1
WO2023139764A1 PCT/JP2022/002260 JP2022002260W WO2023139764A1 WO 2023139764 A1 WO2023139764 A1 WO 2023139764A1 JP 2022002260 W JP2022002260 W JP 2022002260W WO 2023139764 A1 WO2023139764 A1 WO 2023139764A1
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buffer motor
command
unit
motor
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PCT/JP2022/002260
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English (en)
French (fr)
Inventor
大亮 小林
敬介 辻川
Original Assignee
ファナック株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/418—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS] or computer integrated manufacturing [CIM]

Definitions

  • the present invention relates to a control device.
  • a mechanism that uses the regenerated power of the motor to reduce power consumption For example, as shown in FIG. 7, a motor different from the driving motor of the industrial machine is previously driven at a predetermined speed (hereinafter referred to as base speed). Then, other motors are decelerated in accordance with the timing at which power is consumed in the industrial machine. Then, regenerative electric power is generated from other motors, and by using this, power consumption can be suppressed.
  • Other motors installed for such purposes are referred to herein as buffer motors.
  • the buffer motor accelerates and decelerates based on the base speed so as to reduce the peak power according to the operation of the drive motor.
  • DBM dynamic brake module
  • the DBM is a mechanism that causes rotational energy to be consumed by heat by short-circuiting terminals of a servomotor via a resistor.
  • the motor can be quickly stopped without coasting during an emergency stop.
  • the emergency stop is applied frequently, the DBM becomes hot and cannot be used. Therefore, in some cases, buffer motors that do not pose a serious danger even if they are not stopped quickly in an emergency are used without incorporating a DBM.
  • the control device solves the above problem by changing the torque limit value based on the actual speed of the buffer motor until it returns to the base speed after the emergency stop is cancelled, so that the power consumption is within the allowable range.
  • One aspect of the present disclosure is a control device that controls a buffer motor supplied with power from a common power source with a drive motor that drives an industrial machine, comprising an emergency stop detection unit that detects an emergency stop state; a buffer motor command generation unit that outputs a command to return to a base speed that is a reference rotation speed when supplying power; a base speed attainment determination unit that determines whether the buffer motor has reached a base speed; until it is determined that the motor has reached the base speed, a torque limit command unit that commands to change the torque limit according to the actual speed of the buffer motor during return to the base speed; It is a control device.
  • FIG. 1 is a schematic hardware configuration diagram of a control device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a block diagram showing schematic functions of a control device according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. FIG. 10 is a diagram illustrating speed detection delay
  • FIG. 4 is a diagram for explaining how the control device according to the first embodiment reduces regenerative power and power consumption of a buffer motor when emergency stop is canceled
  • FIG. 6 is a block diagram showing the schematic functions of a control device according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 10 is a diagram for explaining how the controller according to the second embodiment reduces the regenerative power and power consumption of the buffer motor when the emergency stop is canceled
  • FIG. 5 is a diagram for explaining reduction of power consumption peaks using regenerative power of a buffer motor
  • FIG. 1 is a schematic hardware configuration diagram showing essential parts of a control device according to a first embodiment of the present invention.
  • the control device 1 of the present invention can be implemented, for example, as a control device that controls industrial machines such as machine tools and robots based on control programs.
  • the CPU 11 included in the control device 1 is a processor that controls the control device 1 as a whole.
  • the CPU 11 reads a system program stored in the ROM 12 via the bus 22 and controls the entire control device 1 according to the system program.
  • the RAM 13 temporarily stores calculation data, display data, various data input from the outside, and the like.
  • the non-volatile memory 14 is composed of, for example, a memory backed up by a battery (not shown) or an SSD (Solid State Drive), and retains the stored state even when the control device 1 is powered off.
  • the nonvolatile memory 14 stores data obtained from the industrial machine 2, control programs and data read from the external device 72 via the interface 15, control programs and data input via the input device 71, control programs and data obtained from other devices via the network 5, and the like.
  • the control program and data stored in the nonvolatile memory 14 may be developed in the RAM 13 at the time of execution/use.
  • Various system programs such as a well-known analysis program are pre-written in the ROM 12 .
  • the interface 15 is an interface for connecting the CPU 11 of the control device 1 and an external device 72 such as a USB device. From the external device 72 side, for example, control programs and setting data used for controlling the industrial machine 2 are read. Control programs and setting data edited in the control device 1 can be stored in the external storage means via the external device 72 .
  • a PLC (programmable logic controller) 16 executes a ladder program to output and control signals to the industrial machine 2 and peripheral devices of the industrial machine 2 (for example, a tool changer, an actuator such as a robot, and a plurality of sensors 3 such as a temperature sensor and a humidity sensor attached to the industrial machine 2) via an I/O unit 19. It also receives signals from various switches on an operation panel provided on the main body of the industrial machine 2 and signals from peripheral devices, and passes the signals to the CPU 11 after performing necessary signal processing.
  • the interface 20 is an interface for connecting the CPU of the control device 1 and the wired or wireless network 5 .
  • Other industrial machines 4 such as machine tools and electrical discharge machines, fog computers 6, cloud servers 7, and the like are connected to the network 5 to exchange data with the control device 1 .
  • each data read into the memory, data obtained as a result of executing the program, etc. are output via the interface 17 and displayed.
  • An input device 71 composed of a keyboard, a pointing device, etc., transfers commands, data, etc. based on operations by an operator to the CPU 11 via the interface 18 .
  • the axis control circuit 30 for controlling the axes provided in the industrial machine 2 receives the axis movement command amount from the CPU 11 and outputs the axis command to the servo amplifier 40 .
  • the servo amplifier 40 receives this command and drives the servo motor 50 that moves the axis of the machine tool.
  • the axis servomotor 50 incorporates a position/velocity detector, and feeds back a position/velocity feedback signal from this position/velocity detector to the axis control circuit 30 to perform position/velocity feedback control.
  • Only one axis control circuit 30, one servo amplifier 40, and one servo motor 50 are shown in the hardware configuration diagram of FIG.
  • the axis control circuit 35 for controlling the buffer motor 55 receives a rotation command amount for the buffer motor 55 from the CPU 11 and outputs a command to drive the buffer motor 55 to the servo amplifier 45 .
  • the servo amplifier 45 receives this command and drives the buffer motor 55 .
  • the buffer motor 55 also incorporates a position/velocity detector, and feeds back a position/velocity feedback signal from this position/velocity detector to the axis control circuit 35 to perform position/velocity feedback control.
  • the servo amplifiers 40 and 45 are supplied with power from the common power supply 9 via the power supply path 8 .
  • FIG. 2 is a schematic block diagram showing the functions of the control device 1 according to the first embodiment of the present invention. Each function provided in the control device 1 according to the present embodiment is realized by the CPU 11 provided in the control device 1 shown in FIG.
  • the control device 1 of the present embodiment includes a command generation unit 100, a control unit 110, a power consumption calculation unit 120, a power supply calculation unit 130, a buffer motor command generation unit 140, a buffer motor control unit 150, a motor speed identification unit 155, an emergency stop detection unit 160, a base speed attainment determination unit 180, and a torque limit command unit 190.
  • a control program 200 for controlling the operation of the industrial machine 2 is stored in advance in the RAM 13 to the nonvolatile memory 14 of the control device 1, and a setting storage section 210, which is an area for storing settings related to control of the buffer motor 55, is prepared in advance.
  • the command generation unit 100 analyzes the blocks of the control program 200 and generates commands for controlling each part of the industrial machine 2 based on the analysis results. For example, when a block of the control program 200 commands to drive each axis of the industrial machine 2, the command generated by the command generation unit 100 generates a movement command for commanding movement of the servomotor 50 according to the command of the block. Further, for example, when a block of the control program 200 commands to control a peripheral device of the industrial machine 2, a command to operate the peripheral device is generated. A command generated by the command generation unit 100 is output to the control unit 110 .
  • the command generating unit 100 temporarily stops generating commands related to the control of the industrial machine 2 when receiving notification of detection of an emergency stop from the emergency stop detecting unit 160 . Further, when receiving a notification of the detection of emergency stop cancellation from the emergency stop detection unit 160, it restarts the generation of the command related to the control of the industrial machine 2 that has been temporarily stopped.
  • the control unit 110 is realized by executing a system program read from the ROM 12 by the CPU 11 of the control device 1 shown in FIG.
  • the control unit 110 controls each part of the industrial machine 2 based on commands input from the command generation unit 100 .
  • the control unit 110 when the command input from the command generation unit 100 commands movement of the servomotor 50 of the industrial machine 2, the control unit 110 generates movement command data according to the command and outputs it to the servomotor 50.
  • the command input from the command generation unit 100 is a command to operate a peripheral device attached to the industrial machine 2, the control unit 110 generates a predetermined signal for operating the peripheral device and outputs it to the PLC 16.
  • the control unit 110 acquires position feedback, speed feedback, and torque feedback of the servomotor 50 and data detected by peripheral devices such as a temperature sensor and a humidity sensor, and uses them for controlling the industrial machine 2 .
  • the power consumption calculator 120 calculates the power consumed in driving the servomotor 50 that drives the industrial machine 2 based on the operating state and control details of the servomotor 50 that drives the industrial machine 2 by the controller 110 .
  • the power consumed in driving the servo motor 50 can be calculated, for example, based on the output V d ⁇ T d of the servo motor 50 calculated based on the rotation speed V d and the torque T d of the servo motor 50, the loss L d generated in the servo motor 50, the servo amplifier 40, and the like.
  • the loss Ld generated by the servomotor 50 and the servo amplifier 40 is sufficiently small compared to the output (absolute value) of the servomotor 50, so the power consumption may be calculated based on the output of the servomotor 50.
  • the power consumption calculator 120 may calculate the power consumed in driving the servomotor 50 at the present point in time, for example, using speed feedback and torque feedback fed back from the servomotor 50 .
  • a method for calculating power consumption is already known in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2019-075864 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2019-092239, and therefore detailed description thereof will be omitted in this specification.
  • the power supply calculator 130 calculates the amount of regenerative power to be supplied from the buffer motor 55 based on the amount of power consumed in driving the servo motor 50 calculated by the power consumption calculator 120 .
  • the power supply calculation unit 130 calculates, for example, a value obtained by subtracting the power consumption calculated by the power consumption calculation unit 120 from the preset maximum available power of the common power supply 9 . If the calculated value falls below a predetermined threshold value Th d that has been set in advance, the amount of the lower value is calculated as the amount of regenerative electric power to be supplied from the buffer motor 55 .
  • the threshold Th d may be set as a positive value with a predetermined margin for safety.
  • the buffer motor command generation unit 140 When the buffer motor command generation unit 140 receives notification from the emergency stop detection unit 160 that the emergency stop has been canceled, it generates a command to control the speed of the buffer motor 55 so that it accelerates to the base speed Vb at the acceleration Ab. The command generated by the buffer motor command generator 140 is output to the buffer motor controller 150 .
  • the buffer motor control unit 150 controls the buffer motor 55 .
  • the buffer motor control unit 150 controls the buffer motor 55 so that the speed of the buffer motor 55 becomes the base speed Vb based on the base speed Vb of the buffer motor 55 and the acceleration Ab when accelerating the buffer motor to the base speed Vb, which are stored in advance in the setting storage unit 210.
  • the buffer motor control unit 150 controls the buffer motor 55 to decelerate so that regenerative power corresponding to the amount of regenerative power to be supplied from the buffer motor 55 is generated. Conversely, when the amount of regenerative power to be supplied from the buffer motor 55 input from the supply power calculation unit 130 takes a negative value, the buffer motor control unit 150 controls acceleration of the buffer motor 55 so that power consumption corresponding to the amount of regenerative power to be supplied from the buffer motor 55 is generated.
  • the buffer motor control unit 150 controls the buffer motor 55 based on the command generated by the buffer motor command generation unit 140.
  • the buffer motor control unit 150 limits the speed of the buffer motor 55 so that the torque value of the buffer motor 55 does not exceed the value commanded by the torque limit command.
  • the buffer motor control unit 150 may monitor the torque value of the buffer motor and perform feedback control to reduce the speed when the torque value exceeds the value commanded by the torque limit command.
  • the torque Ta generated during acceleration or deceleration may be calculated using the following formula (1), and the speed may be controlled so that the torque Ta can be suppressed to a value specified by the torque limit command or less.
  • Equation 1 J0 is the moment of inertia of the rotor, JL is the moment of inertia of the full load, i is the speed reduction ratio, and a is the acceleration/deceleration.
  • J0 is the moment of inertia of the rotor
  • JL is the moment of inertia of the full load
  • i is the speed reduction ratio
  • a is the acceleration/deceleration.
  • Each moment and speed reduction ratio may be obtained in advance by experiments or the like.
  • the motor speed identification unit 155 identifies the speed of the buffer motor 55 and outputs the identified speed of the buffer motor 55 to the buffer motor command generation unit 140 .
  • the motor speed identification unit 155 may identify the speed of the buffer motor 55 based on an input from a sensor (not shown) that detects the speed of the buffer motor 55 .
  • the speed of the buffer motor 55 it may be predicted from the past speed of the buffer motor 55 detected by a sensor. Similarly, the history of sensor detection of the speed of the buffer motor 55 may be stored, and the current speed of the buffer motor 55 may be predicted from the stored speed history. A certain amount of delay occurs between the detection of the speed of the motor by the sensor and the acquisition of the detected speed by the motor speed identification unit 155 .
  • FIG. 3 is an example in which the speed of the buffer motor 55 and the speed of the buffer motor 55 detected by the sensor of the motor speed specifying unit 155 are shown on the same graph. In FIG. 3, the solid line represents the buffer motor 55 at that time. Also, the dotted line represents the speed of the buffer motor 55 acquired by the motor speed identification unit 155 at that time.
  • the speed of the buffer motor 55 acquired by the motor speed identification unit 155 is a larger value than the actual speed of the buffer motor 55 at the same time. Therefore, if the speed of the buffer motor 55 acquired by the motor speed specifying unit 155 is used as the current speed of the buffer motor 55 when the emergency stop is canceled, sudden acceleration occurs immediately after the start of control, increasing power consumption. In order to avoid this, the motor speed specifying unit 155 calculates the past speed transition of the buffer motor 55 during the emergency stop of the buffer motor 55 acquired and the trend of change from the speed history, and predicts what value the speed of the buffer motor 55 will be after the delay time measured in advance by experiments or the like. Then, the predicted speed is output as the current speed of the buffer motor 55 .
  • the current speed of the buffer motor 55 may be predicted based on the speed of the buffer motor 55 at the time when the emergency stop was applied and the time taken from the emergency stop to the present.
  • the rate at which the motor slows down while it is coasting depends on parameters such as inertia and friction. Therefore, an experiment is performed in advance using the buffer motor 55, and the change in speed with respect to time after the emergency stop is plotted. Then, by performing regression analysis on the plotted data to create a regression equation, and using the created regression equation, the current speed of the buffer motor 55 may be predicted from the speed of the buffer motor 55 at the time when the emergency stop is applied and the time taken from the emergency stop to the present.
  • the explanatory variables of the regression equation should be the speed of the buffer motor 55 at the start of the emergency stop and the time taken from the start of the emergency stop to the present time, and the current time should be used as the objective variable.
  • machine learning using a neural network or the like as a model may be performed based on the plotted data, and the current speed of the buffer motor 55 may be predicted using the created model.
  • the speed of the buffer motor 55 at the start of the emergency stop and the time taken from the start of the emergency stop to the present time should be used as the input data of the machine learning device, and the current time should be used as the objective variable for the output data (label data).
  • Parameters such as inertia and friction of the buffer motor 55 may be used as explanatory variables of the regression equation and input data of the machine learning device.
  • data such as temperature and humidity may be added. This is because temperature and humidity affect parameters such as friction.
  • the emergency stop detection unit 160 detects an emergency stop and cancellation of the emergency stop of the industrial machine 2, and outputs the detection results to the command generation unit 100, the buffer motor command generation unit 140, the command speed maintenance unit 170, and the torque limit command unit 190.
  • the emergency stop detection unit 160 may detect an emergency stop and cancellation of the emergency stop by detecting ON/OFF of the excitation state of the servo amplifiers 40 and 45, for example. Further, emergency stop and cancellation of emergency stop may be detected by detecting, for example, a change in the state of an emergency stop signal input from the outside or an operation state of an emergency stop button or an emergency stop release button by an operator.
  • the base speed attainment determination unit 180 determines whether the buffer motor has reached the base speed Vb. Then, when it is determined that the base speed Vb has been reached, the torque limit command section 190 is notified to that effect.
  • the torque limit command unit 190 commands the buffer motor control unit 150 to limit the torque of the buffer motor 55 based on the torque limit information stored in the setting storage unit 210 .
  • the setting storage unit 210 stores in advance, for example, a torque limit value corresponding to the actual speed of the buffer motor 55 while the buffer motor 55 is returning to the base speed.
  • the torque limit value corresponding to the actual speed of the buffer motor stored in the setting storage unit 210 becomes larger as the actual speed of the buffer motor becomes slower, and becomes smaller as the actual speed becomes faster.
  • the torque limit command unit 190 commands the buffer motor control unit 150 to limit the torque of the buffer motor 55 to the torque limit value during the period after the emergency stop detection unit 160 notifies that the emergency stop has been canceled until the base speed attainment determination unit 180 notifies that the buffer motor 55 has reached the base speed Vb.
  • the torque limit value Tb during the return to the base speed can be calculated by the following equation (2) if the influence of iron loss and the like is ignored.
  • Vr is the actual speed of the buffer motor 55
  • Wb is the allowable power consumption of the buffer motor 55.
  • This allowable power consumption Wb may be, for example, a value obtained by subtracting the allowable power value of the servomotor 50 from the allowable power value allowed in the industrial machine 2, or may be a value obtained by subtracting the instantaneous value of the power generated by the servomotor 50 from the allowable power value allowed in the industrial machine 2.
  • FIG. 4 is a graph illustrating changes in speed, power consumption, command speed, and torque limit value of the buffer motor 55 when the controller 1 according to the present embodiment controls the buffer motor 55 when the emergency stop is cancelled.
  • an emergency stop occurs at time t1, the cause of the emergency stop is resolved, the emergency stop is canceled at time t2, and the buffer motor 55 returns to the base speed Vb at time t3.
  • the buffer motor is driven to maintain a predetermined base speed Vb.
  • the buffer motor 55 is in a coasting state from the time t1 when the emergency stop is applied to the time t2 when the emergency stop is released.
  • the control device 1 starts controlling the buffer motor 55 .
  • a large torque limit value is commanded while the speed of the buffer motor 55 is slow, and a small torque limit value is commanded as it becomes faster (symbol A).
  • the buffer motor accelerates toward the base speed Vb with a large acceleration while the speed is low and a small acceleration as the speed increases (symbol B).
  • symbol C neither large regenerative power nor large peak power is generated in the buffer motor 55 (symbol C).
  • the control device 1 having the above configuration can return to the base speed without exceeding the allowable power amount even when the buffer motor is coasting when canceling the emergency stop. Compared to the case where the torque limit is fixed, the vehicle is accelerated as much as possible while considering the allowable electric power, so it is possible to efficiently return to the base speed. As a result, the emergency stop can be canceled without waiting for the buffer motor to stop, and the drive motor can be restarted in a short period of time.
  • the torque limit command unit 190 may limit the torque of the buffer motor 55 by commanding the buffer motor control unit 150 to limit the acceleration of the buffer motor 55 instead of the torque limit value.
  • the acceleration limit value ⁇ b may be calculated from the actual speed Vb and allowable power consumption Wb of the buffer motor 55 using the following formula (3). It should be noted that J in Equation 3 is the moment of inertia.
  • FIG. 5 is a schematic block diagram of the functions of the control device 1 according to the second embodiment of the present invention. Each function provided in the control device 1 according to the present embodiment is realized by the CPU 11 provided in the control device 1 shown in FIG.
  • the control device 1 of the present embodiment includes a command generation unit 100, a control unit 110, a power consumption calculation unit 120, a power supply calculation unit 130, a buffer motor command generation unit 140, a buffer motor control unit 150, a motor speed identification unit 155, an emergency stop detection unit 160, a base speed attainment determination unit 180, a torque limit command unit 190, and a command speed maintenance unit 170.
  • a control program 200 for controlling the operation of the industrial machine 2 is stored in advance in the RAM 13 to the nonvolatile memory 14 of the control device 1, and a setting storage section 210, which is an area for storing settings related to control of the buffer motor 55, is prepared in advance.
  • the command generation unit 100, the control unit 110, the power consumption calculation unit 120, the power supply calculation unit 130, the buffer motor command generation unit 140, the buffer motor control unit 150, the motor speed identification unit 155, the emergency stop detection unit 160, the base speed attainment determination unit 180, and the torque limit command unit 190 have the same functions as the control device 1 according to the first embodiment.
  • the buffer motor control unit 150 corrects the command speed from the buffer motor command generation unit 140 in accordance with the maintenance command when commanded to maintain the command speed from the command speed maintenance unit 170 .
  • the command speed maintaining unit 170 acquires the speed of the buffer motor 55 at that time from the motor speed specifying unit 155 at the timing of the emergency stop. Then, during the period from when the emergency stop detection notification is input from the emergency stop detection part 160 until the speed of the buffer motor 55 returns to the base speed, the buffer motor control part 150 is commanded to maintain the command speed for the buffer motor 55 within the range from the emergency stop speed to the base speed.
  • the command speed maintaining unit 170 may simply command to maintain the command speed at the base speed Vb.
  • FIG. 6 is a graph illustrating changes in speed, power consumption, command speed, and torque limit value of the buffer motor 55 when the controller 1 according to the present embodiment controls the buffer motor 55 when the emergency stop is cancelled.
  • an emergency stop occurs at time t1, the cause of the emergency stop is resolved, the emergency stop is canceled at time t2, and the buffer motor 55 returns to the base speed Vb at time t3.
  • the buffer motor is driven to maintain a predetermined base speed Vb.
  • the buffer motor 55 is in a coasting state from the time t1 when the emergency stop is applied to the time t2 when the emergency stop is released.
  • the command speed maintaining unit 170 maintains the command speed for the buffer motor 55 (symbol A).
  • the control device 1 starts controlling the buffer motor 55 .
  • the command speed is maintained at the base speed Vb.
  • a large torque limit value is commanded while the speed of the buffer motor 55 is slow, and a small torque limit value is commanded as the speed increases (symbol B). Therefore, sudden deceleration does not occur (symbol C), and the buffer motor 55 accelerates toward the base speed Vb with a large acceleration when the speed is low and a small acceleration as the speed increases (symbol C).
  • the buffer motor 55 accelerates toward the base speed Vb with a large acceleration when the speed is low and a small acceleration as the speed increases (symbol C).
  • the control device 1 having the above configuration can return to the base speed without exceeding the allowable power amount even when the buffer motor is coasting when canceling the emergency stop.
  • the vehicle is accelerated as much as possible while considering the allowable electric power, so the return to the base speed can be efficiently achieved.
  • the commanded speed of the buffer motor 55 during the emergency stop can be maintained at a predetermined value, it is possible to suppress the speed reduction of the buffer motor 55 when the emergency stop is cancelled. As a result, the emergency stop can be canceled without waiting for the buffer motor to stop, and the drive motor can be restarted in a short period of time.
  • Control Device 2 4 Industrial Machine 5 Network 6 Fog Computer 7 Cloud Server 8 Power Supply Path 9 Common Power Source 11

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Abstract

本開示による制御装置は、非常停止の状態を検出する非常停止検出部と、電力を供給する際の基準となる回転速度であるベース速度に復帰する指令を出力するバッファ用モータ指令生成部と、バッファ用モータがベース速度に到達したかを判定するベース速度到達判定部と、非常停止検出部により前記非常停止が検出されてから、ベース速度到達判定部によりバッファ用モータがベース速度に到達したと判定されるまでの間、ベース速度への復帰中におけるバッファ用モータの実速度に応じてトルクリミットを変化させる指令をするトルクリミット指令部と、バッファ用モータ指令生成部が生成した指令及びトルクリミット指令部による指令に基づいてバッファ用モータを制御するバッファ用モータ制御部と、を備える。

Description

制御装置
　本発明は、制御装置に関する。
　工場等の製造現場に設置された工作機械、射出成形機、ロボット等の複数の産業機械は、該産業機械を制御する制御装置からの指令に基づいて稼働している。これら複数の産業機械は、所定の電源設備に接続されている。そして、電源設備から供給される電力を消費して稼働する（例えば、特許文献１）。この時、電力を多く消費するような指令、例えば産業機械の可動部を駆動する駆動用モータを急加速する指令が実行されると、産業機械で大きな電力が消費される。
　このような場合に消費電力量を低減させる仕組みとして、モータの回生電力を利用するものがある。例えば図７に示されるように、産業機械の駆動用モータとは異なる他のモータを予め所定の速度（以下、ベース速度とする）で駆動しておく。そして、産業機械で電力が消費されるタイミングに合わせて他のモータを減速させる。すると、他のモータから回生電力が発生し、これを利用することで電力の消費を抑える事ができる。このような目的で設置される他のモータを、本明細書ではバッファ用モータと呼ぶ。バッファ用モータは、駆動用モータの動作に応じて、ピーク電力を低減できるようにベース速度を基準とした加速・減速を行っている。
　ところで、緊急時に産業機械を停止するために非常停止ボタンを操作すると、商用電源からの電力供給路が遮断される。ここで、図７に例示するように、駆動用モータとバッファ用モータとで共通の電源を使用している場合、産業機械を駆動する駆動用モータに非常停止をかけると、バッファ用モータにも非常停止がかかる。
　非常停止時にモータの回転を減速させる仕組みとしてダイナミックブレーキモジュール（以下、ＤＢＭとする）がある。ＤＢＭは、抵抗器を介してサーボモータの端子間を短絡することで、回転エネルギーを熱消費させる仕組みである。ＤＢＭを組み込むことで、非常停止時にモータを惰走させずに速やかに停止させることができる。しかしながら、高い頻度で非常停止をかけるとＤＢＭが高温になり使用できなくなるという問題がある。そのため、非常時に回転を速やかに停止させなくても大きな危険が無いバッファ用モータは、ＤＢＭを組み込まずに使用する場合がある。
特開２０１７－１６２３００号公報
　ＤＢＭが組み込まれていない場合に非常停止をかけると、速度制御が行われなくなり、バッファ用モータは長時間惰走することになる。例えば、あるモータを毎分３０００回転している状態から惰走させると、回転が停止するまで約６分掛かる。そのため、ＤＢＭを組み込んでいないバッファ用モータを非常停止させた場合に、その回転が停止するのを待って運転を再開するようにした場合、非常停止が起きるたびに待ち時間が発生するため産業機械の運転効率が大幅に低下するという問題がある。
　このような問題を解決するために、非常停止の原因を解決し次第、バッファ用モータが惰走している間であっても非常停止を解除して産業機械の運転を再開するという方法が考えられる。しかしながら、バッファ用モータが惰走している最中に非常停止を解除すると、バッファ用モータが惰走している速度から初速度０で速度制御が開始されるためバッファ用モータが急減速し、そこから急加速する。このような制御は、大きな回生電力と、大きなピーク消費電力が発生するという問題がある。
　このような問題に対応するために、非常停止が解除された後、バッファ用モータの回転を回復させるまでの間、バッファ用モータにトルクリミットを掛けて、急減速、急加速が起きないようするということが考えられる。しかしながら、一律にトルクリミットを掛けるとバッファ用モータの速度回復の効率が悪い。例えば、モータで消費される電力は速度とトルクの積により決まる。そのため、バッファ用モータの速度が低いうちは多少大きなトルクが掛けても消費電力上は問題が無い。これを考慮せずに一律にトルクリミットを掛けると、余裕があるところで十分な加速を掛けることができない。結果として、ベース速度への到達に時間がかかることになる。
　そのため、バッファ用モータで大きな回生電力やピーク消費電力を発生させることなく効率よく産業機械の運転を再開できる仕組みが求められている。
　本開示による制御装置は、非常停止解除時からベース速度に復帰するまで、バッファ用モータの実速度を元に、許容される消費電力に収まるようにトルクリミット値を変化させることで、上記課題を解決する。
　そして、本開示の一態様は、産業機械を駆動する駆動用のモータと共通の電源から電力が供給されているバッファ用モータを制御する制御装置であって、非常停止の状態を検出する非常停止検出部と、電力を供給する際の基準となる回転速度であるベース速度に復帰する指令を出力するバッファ用モータ指令生成部と、前記バッファ用モータがベース速度に到達したかを判定するベース速度到達判定部と、前記非常停止検出部により前記非常停止が検出されてから、前記ベース速度到達判定部により前記バッファ用モータがベース速度に到達したと判定されるまでの間、前記ベース速度への復帰中における前記バッファ用モータの実速度に応じてトルクリミットを変化させる指令をするトルクリミット指令部と、前記バッファ用モータ指令生成部が生成した指令及び前記トルクリミット指令部による指令に基づいて前記バッファ用モータを制御するバッファ用モータ制御部と、を備え、非常停止解除後にベース速度へ復帰する際、前記バッファ用モータでのトルクを制限する、
制御装置である。
　本開示の一態様により、バッファ用モータで大きな回生電力やピーク消費電力を発生させることなく効率よく産業機械の運転を再開できるようになる。
本発明の一実施形態による制御装置の概略的なハードウェア構成図である。 本発明の第１実施形態による制御装置の概略的な機能を示すブロック図である。 速度の検出の遅れについて説明する図である。 第１実施形態による制御装置により非常停止解除時におけるバッファ用モータの回生電力及び消費電力が緩和されることを説明する図である。 本発明の第２実施形態による制御装置の概略的な機能を示すブロック図である。 第２実施形態による制御装置により非常停止解除時におけるバッファ用モータの回生電力及び消費電力が緩和されることを説明する図である。 バッファ用モータの回生電力を用いた消費電力ピークの緩和について説明する図である。
　以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
　図１は本発明の第１実施形態による制御装置の要部を示す概略的なハードウェア構成図である。本発明の制御装置１は、例えば制御用プログラムに基づいて工作機械やロボットなどの産業機械を制御する制御装置として実装することができる。
　本実施形態による制御装置１が備えるＣＰＵ１１は、制御装置１を全体的に制御するプロセッサである。ＣＰＵ１１は、バス２２を介してＲＯＭ１２に格納されたシステム・プログラムを読み出し、該システム・プログラムに従って制御装置１全体を制御する。ＲＡＭ１３には一時的な計算データや表示データ、及び外部から入力された各種データ等が一時的に格納される。
　不揮発性メモリ１４は、例えば図示しないバッテリでバックアップされたメモリやＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ　Ｓｔａｔｅ　Ｄｒｉｖｅ）等で構成され、制御装置１の電源がオフされても記憶状態が保持される。不揮発性メモリ１４には、産業機械２から取得されたデータ、インタフェース１５を介して外部機器７２から読み込まれた制御用プログラムやデータ、入力装置７１を介して入力された制御用プログラムやデータ、ネットワーク５を介して他の装置から取得された制御用プログラムやデータ等が記憶される。不揮発性メモリ１４に記憶された制御用プログラムやデータは、実行時／利用時にはＲＡＭ１３に展開されても良い。また、ＲＯＭ１２には、公知の解析プログラムなどの各種システム・プログラムがあらかじめ書き込まれている。
　インタフェース１５は、制御装置１のＣＰＵ１１とＵＳＢ装置等の外部機器７２と接続するためのインタフェースである。外部機器７２側からは、例えば産業機械２の制御に用いられる制御用プログラムや設定データ等が読み込まれる。また、制御装置１内で編集した制御用プログラムや設定データ等は、外部機器７２を介して外部記憶手段に記憶させることができる。ＰＬＣ（プログラマブル・ロジック・コントローラ）１６は、ラダープログラムを実行して産業機械２及び産業機械２の周辺装置（例えば、工具交換装置や、ロボット等のアクチュエータ、産業機械２に取付けられている温度センサや湿度センサ等の複数のセンサ３）にＩ／Ｏユニット１９を介して信号を出力し制御する。また、産業機械２の本体に配備された操作盤の各種スイッチや周辺装置等の信号を受け、必要な信号処理をした後、ＣＰＵ１１に渡す。
　インタフェース２０は、制御装置１のＣＰＵと有線乃至無線のネットワーク５とを接続するためのインタフェースである。ネットワーク５には、工作機械や放電加工機などの他の産業機械４やフォグコンピュータ６、クラウドサーバ７等が接続され、制御装置１との間で相互にデータのやり取りを行っている。
　表示装置７０には、メモリ上に読み込まれた各データ、プログラム等が実行された結果として得られたデータ等がインタフェース１７を介して出力されて表示される。また、キーボードやポインティングデバイス等から構成される入力装置７１は、オペレータによる操作に基づく指令，データ等をインタフェース１８を介してＣＰＵ１１に渡す。
　産業機械２が備える軸を制御するための軸制御回路３０はＣＰＵ１１からの軸の移動指令量を受けて、軸の指令をサーボアンプ４０に出力する。サーボアンプ４０はこの指令を受けて、工作機械が備える軸を移動させるサーボモータ５０を駆動する。軸のサーボモータ５０は位置・速度検出器を内蔵し、この位置・速度検出器からの位置・速度フィードバック信号を軸制御回路３０にフィードバックし、位置・速度のフィードバック制御を行う。なお、図１のハードウェア構成図では軸制御回路３０、サーボアンプ４０、サーボモータ５０は１つずつしか示されていないが、実際には制御対象となる産業機械２に備えられた軸の数だけ用意される。
　また、バッファ用モータ５５を制御するための軸制御回路３５はＣＰＵ１１からのバッファ用モータ５５の回転指令量を受けて、バッファ用モータ５５を駆動する指令をサーボアンプ４５に出力する。サーボアンプ４５はこの指令を受けて、バッファ用モータ５５を駆動する。バッファ用モータ５５もまた位置・速度検出器を内蔵し、この位置・速度検出器からの位置・速度フィードバック信号を軸制御回路３５にフィードバックし、位置・速度のフィードバック制御を行う。なお、サーボアンプ４０及びサーボアンプ４５は、電力供給路８を介して共通電源９から電力の供給を受けている。
　図２は、本発明の第１実施形態による制御装置１が備える機能を概略的なブロック図として示したものである。本実施形態による制御装置１が備える各機能は、図１に示した制御装置１が備えるＣＰＵ１１がシステム・プログラムを実行し、制御装置１の各部の動作を制御することにより実現される。
　本実施形態の制御装置１は、指令生成部１００、制御部１１０、消費電力計算部１２０、供給電力計算部１３０、バッファ用モータ指令生成部１４０、バッファ用モータ制御部１５０、モータ速度特定部１５５、非常停止検出部１６０、ベース速度到達判定部１８０、トルクリミット指令部１９０を備える。また、制御装置１のＲＡＭ１３乃至不揮発性メモリ１４には、予め産業機械２の運転を制御するための制御用プログラム２００が記憶されており、更に、バッファ用モータ５５の制御に係る設定を記憶するための領域である設定記憶部２１０が予め用意されている。
　指令生成部１００は、制御用プログラム２００のブロックを解析し、その解析結果に基づいて産業機械２の各部を制御する指令を生成する。指令生成部１００が生成する指令は、例えば制御用プログラム２００のブロックが産業機械２の各軸を駆動させるように指令している場合には、そのブロックによる指令に従ってサーボモータ５０の移動を指令する移動指令を生成する。また、例えば制御用プログラム２００のブロックが産業機械２の周辺装置を制御するように指令している場合には、該周辺装置を動作させる指令を生成する。指令生成部１００が生成する指令は、制御部１１０に出力される。指令生成部１００は、非常停止検出部１６０からの非常停止の検出の通知を受けた場合、産業機械２の制御に係る指令の生成を一時停止する。また、非常停止検出部１６０からの非常停止解除の検出の通知を受けた場合、一時停止していた産業機械２の制御に係る指令の生成を再開する。
　制御部１１０は、図１に示した制御装置１が備えるＣＰＵ１１がＲＯＭ１２から読み出したシステム・プログラムを実行し、主としてＣＰＵ１１によるＲＡＭ１３、不揮発性メモリ１４を用いた演算処理と、軸制御回路３０、ＰＬＣ１６を用いた産業機械２の各部の制御処理、インタフェース１８を介した入出力処理が行われることで実現される。制御部１１０は、指令生成部１００から入力された指令に基づいて、産業機械２の各部を制御する。制御部１１０は、例えば指令生成部１００から入力された指令が産業機械２のサーボモータ５０の移動を指令している場合には、該指令に従って移動指令データを生成してサーボモータ５０に対して出力する。また、制御部１１０は、例えば指令生成部１００から入力された指令が産業機械２に取り付けられた周辺装置を動作させるように指令である場合には、該周辺装置を動作させる所定の信号を生成してＰＬＣ１６に出力する。一方で、制御部１１０は、サーボモータ５０の位置フィードバック、速度フィードバック、トルクフィードバックや、温度センサや湿度センサ等の周辺装置が検出したデータを取得し、産業機械２の制御に用いる。
　消費電力計算部１２０は、制御部１１０による産業機械２を駆動するサーボモータ５０の動作状態や制御内容に基づいて、産業機械２を駆動するサーボモータ５０の駆動において消費される電力を計算する。サーボモータ５０の駆動において消費される電力は、例えばてサーボモータ５０の回転速度ＶdとトルクＴdに基づいて算出されるサーボモータ５０の出力Ｖd×Ｔd、サーボモータ５０やサーボアンプ４０などで発生する損失Ｌdなどに基づいて算出することができる。通常、サーボモータ５０やサーボアンプ４０などで発生する損失Ｌdはサーボモータ５０の出力（の絶対値）と比較して十分に小さいので、サーボモータ５０の出力に基づいて消費電力として計算するようにしてよい。消費電力計算部１２０は、例えばサーボモータ５０からフィードバックされる速度フィードバック、トルクフィードバックを用いて現時点におけるサーボモータ５０の駆動において消費される電力を計算するようにしてよい。消費電力の計算方法については、例えば特開２０１９－０７５８６４号公報、特開２０１９－０９２２３９号公報などで既に公知となっているため、本明細書における詳細な説明は省略する。
　供給電力計算部１３０は、消費電力計算部１２０が計算したサーボモータ５０の駆動において消費される電力量に基づいて、バッファ用モータ５５から供給するべき回生電力の量を計算する。供給電力計算部１３０は、例えば予め設定されている共通電源９による最大有能電力から、消費電力計算部１２０が計算した消費電力量を減算した値を計算する。そして、計算した値が予め設定されている所定の閾値Ｔｈdを下回る場合、その下回った分の値をバッファ用モータ５５から供給するべき回生電力の量として計算する。閾値Ｔｈdを０に設定した場合、共通電源９の最大有能電力からサーボモータ５０の消費電力を減算した値が閾値Ｔｈd（＝０）を下回った値は、サーボモータ５０の駆動に足りない電力を示す。そのため、この下回った値をバッファ用モータ５５から供給するべき回生電力の量とすることができる。閾値Ｔｈdは、安全のために所定のマージンを取った正の値として設定してもよい。
　バッファ用モータ指令生成部１４０は、非常停止検出部１６０からの非常停止解除の検出の通知を受けた場合、ベース速度Ｖｂまで加速度Ａｂで加速するようにバッファ用モータ５５の速度を制御する指令を生成する。バッファ用モータ指令生成部１４０が生成した指令は、バッファ用モータ制御部１５０に出力される。
　バッファ用モータ制御部１５０は、バッファ用モータ５５を制御する。産業機械２が通常運転されている時であって、供給電力計算部１３０から入力されたバッファ用モータ５５から供給するべき回生電力量が０である場合、バッファ用モータ制御部１５０は、設定記憶部２１０に予め記憶されているバッファ用モータ５５のベース速度Ｖｂ及び該ベース速度Ｖｂまでバッファ用モータを加速する際の加速度Ａｂに基づいて、バッファ用モータ５５の速度がベース速度Ｖｂとなるようにバッファ用モータ５５を制御する。また、産業機械２が通常運転されている時であって、供給電力計算部１３０から入力されたバッファ用モータ５５から供給するべき回生電力量が正の値を取る場合、バッファ用モータ制御部１５０は、該バッファ用モータ５５から供給するべき回生電力量に相当する回生電力が発生するようにバッファ用モータ５５を減速する制御をする。反対に、供給電力計算部１３０から入力されたバッファ用モータ５５から供給するべき回生電力量が負の値を取る場合、バッファ用モータ制御部１５０は、該バッファ用モータ５５から供給するべき回生電力量に相当する消費電力が発生するようにバッファ用モータ５５を加速する制御をする。
　一方、バッファ用モータ制御部１５０は、バッファ用モータ指令生成部１４０から指令が入力される際には、バッファ用モータ指令生成部１４０が生成した指令に基づいてバッファ用モータ５５を制御する。
　また、バッファ用モータ制御部１５０は、トルクリミット指令部１９０からのトルクリミット指令がされている場合、バッファ用モータ５５のトルク値がトルクリミット指令で指令される値を超えないようにバッファ用モータ５５の速度を制限する。バッファ用モータ制御部１５０は、バッファ用モータのトルク値を監視して、トルク値がトルクリミット指令で指令される値を超える場合に速度を落とすフィードバック制御を行うようにしてもよい。また、例えば以下の数１式などを用いて加減速時に発生するトルクＴａを計算し、トルクＴａをトルクリミット指令で指令される値以下に抑えることができるように速度を制御するようにしてもよい。なお、数１式において、Ｊ０はロータ慣性モーメント、ＪＬは全負荷慣性モーメント、ｉは減速比、ａは加減速度である。各モーメント及び減速比は予め実験などにより求めておけばよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　モータ速度特定部１５５は、バッファ用モータ５５の速度を特定し、特定したバッファ用モータ５５の速度をバッファ用モータ指令生成部１４０に出力する。モータ速度特定部１５５は、最もシンプルに構成するのであれば、バッファ用モータ５５の速度を検出する図示しないセンサからの入力に基づいてバッファ用モータ５５の速度を特定してもよい。
　バッファ用モータ５５の速度を特定する他の例としては、センサで検出した過去のバッファ用モータ５５の速度から予測するようにしてもよい。同様に、バッファ用モータ５５の速度をセンサで検出した履歴を記憶しておき、記憶した速度の履歴からバッファ用モータ５５の現在の速度を予測するようにしてもよい。センサでモータの速度を検出してから、検出した速度をモータ速度特定部１５５が取得するまでには、ある程度の遅れが生じる。図３は、バッファ用モータ５５の速度と、モータ速度特定部１５５がセンサで検出したバッファ用モータ５５の速度とを、同一のグラフ上に示した例である。図３において、実線はその時刻におけるバッファ用モータ５５を表している。また、点線はその時刻においてモータ速度特定部１５５が取得したバッファ用モータ５５の速度を表している。図３に示すように、非常停止中に惰走している区間では、モータ速度特定部１５５が取得したバッファ用モータ５５の速度は、同時刻における実際のバッファ用モータ５５の速度よりも大きな値となっている。そのため、モータ速度特定部１５５が取得したバッファ用モータ５５の速度をそのまま非常停止解除時のバッファ用モータ５５の現在の速度とした場合、制御開始直後に急な加速が発生し消費電力が増加する。これを避けるため、モータ速度特定部１５５は、取得していたバッファ用モータ５５の非常停止中におけるバッファ用モータ５５の過去の速度推移や、速度の履歴からその変化傾向を計算し、予め実験などで測定していた遅れ時間後にバッファ用モータ５５の速度がどのような値になっているかを予測する。そして、その予測した速度を現在のバッファ用モータ５５の速度として出力する。
　バッファ用モータ５５の速度を特定する他の例としては、非常停止を掛けた時刻におけるバッファ用モータ５５の速度と、非常停止から現在までに掛かった時間とに基づいてバッファ用モータ５５の現在の速度を予測するようにしてもよい。一般に、モータが惰走している間に該モータの速度が減速していく割合はイナーシャや摩擦などのパラメータに依存する。そこで、予めバッファ用モータ５５を用いた実験を行い、非常停止をしてからの時間に対する速度の変化をプロットしておく。そして、そのプロットしたデータに対する回帰分析を行うことで回帰式を作成し、作成した回帰式を用いることで、非常停止を掛けた時刻におけるバッファ用モータ５５の速度と、非常停止から現在までに掛かった時間とから、バッファ用モータ５５の現在の速度を予測してもよい。この時、回帰式の説明変数には、非常停止開始時のバッファ用モータ５５の速度及び非常停止開始から現在までに掛かった時間を用い、目的変数に現在の時間を用いるとよい。同様に、プロットしたデータに基づいて、ニューラルネットワークなどをモデルとした機械学習を行い、作成したモデルを用いてバッファ用モータ５５の現在の速度を予測してもよい。この時、機械学習器の入力データには非常停止開始時のバッファ用モータ５５の速度及び非常停止開始から現在までに掛かった時間を用い、出力データ（ラベルデータ）には目的変数に現在の時間を用いるとよい。回帰式の説明変数や機械学習器の入力データには、バッファ用モータ５５のイナーシャや摩擦などのパラメータを用いるようにしてもよい。また、温度や湿度などのデータを追加してもよい。これは、温度や湿度が摩擦などのパラメータに影響を与えるためである。
　非常停止検出部１６０は、産業機械２の非常停止及び非常停止解除を検出し、その検出結果を指令生成部１００、バッファ用モータ指令生成部１４０、指令速度維持部１７０、及びトルクリミット指令部１９０に出力する。非常停止検出部１６０は、例えばサーボアンプ４０、サーボアンプ４５の励磁状態のオン／オフを検出することで、非常停止及び非常停止解除を検出するようにしてもよい。また、例えば外部から入力される非常停止信号の状態の変化や、オペレータによる非常停止ボタンや非常停止解除ボタンなどの操作状態を検出することで、非常停止及び非常停止解除を検出するようにしてもよい。
　ベース速度到達判定部１８０は、バッファ用モータがベース速度Ｖｂに到達したかを判定する。そして、ベース速度Ｖｂに到達したと判定した場合、その旨をトルクリミット指令部１９０に通知する。
　トルクリミット指令部１９０は、設定記憶部２１０に記憶されるトルクリミットに係る情報に基づいて、バッファ用モータ５５のトルクを制限するようにバッファ用モータ制御部１５０に指令する。設定記憶部２１０には、例えば予めバッファ用モータ５５のベース速度復帰中におけるバッファ用モータの実速度に応じたトルクリミット値が記憶されている。設定記憶部２１０に記憶されるバッファ用モータの実速度に応じたトルクリミット値は、バッファ用モータの実速度が遅いほど大きく、実速度が速いほど小さな値となる。トルクリミット指令部１９０は、非常停止検出部１６０から非常停止解除の検出が通知されてから、ベース速度到達判定部１８０からバッファ用モータ５５がベース速度Ｖｂに到達した旨が通知されるまでのあいだ、このトルクリミット値にバッファ用モータ５５のトルクを制限するようにバッファ用モータ制御部１５０に指令する。ベース速度復帰中におけるトルクリミット値Ｔｂは、例えば鉄損等の影響を無視すれば以下の数２式で計算することができる。なお、数２式において、Ｖｒはバッファ用モータ５５の実速度、Ｗｂはバッファ用モータ５５で許容される消費電力である。この許容される消費電力Ｗｂは、例えば産業機械２で許容される許容電力値から、サーボモータ５０の許容電力値を引いた値としてもよいし、産業機械２で許容される許容電力値から、サーボモータ５０で発生する電力の瞬時値を引いた値としてもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　図４は、非常停止を解除時に本実施形態による制御装置１でバッファ用モータ５５を制御した場合におけるバッファ用モータ５５の速度、消費電力、指令速度及びトルクリミット値の推移を例示するグラフである。図４の例では、時刻ｔ１の時点で非常停止がかかり、その後、非常停止の原因が解決されて時刻ｔ２の時点で非常停止が解除され、時刻ｔ３の時点でバッファ用モータ５５がベース速度Ｖｂに復帰している。産業機械の運転時、バッファ用モータは所定のベース速度Ｖｂを維持するように駆動している。そして、非常停止が掛かった時刻ｔ１から非常停止が解除される時刻ｔ２までの間はバッファ用モータ５５は惰走状態になる。その後、時刻ｔ２において非常停止が解除されると、制御装置１がバッファ用モータ５５の制御を開始する。ベース速度への復帰中は、バッファ用モータ５５の速度が遅いうちは大きく、速くなっていくにつれて小さいトルクリミット値が指令される（符号Ａ）。その間、バッファ用モータは低速の内は大きい加速で、高速になるにつれて小さな加速で、ベース速度Ｖｂに向かって加速する（符号Ｂ）。これにより、バッファ用モータ５５で大きな回生電力も、大きなピーク電力も発生することはない（符号Ｃ）。
　上記構成を備えた制御装置１は、非常停止を解除する際、バッファ用モータが惰走中でも、許容電力量を超えることなくベース速度に復帰させることができる。トルクリミットを固定とする場合と比較して、許容電力を考慮しながら低速の内は可能な限り加速するようになるため、効率よくベース速度への復帰を果たすことができる。これにより、バッファ用モータが停止するのを待つことなく非常停止を解除することができ、駆動用モータを短時間で運転再開させることができる。
　本実施形態による制御装置１の一変形例として、トルクリミット指令部１９０は、トルクリミット値に代えて、バッファ用モータ５５の加速度の制限値をバッファ用モータ制御部１５０に指令することで、バッファ用モータ５５のトルクを制限するようにしてもよい。この場合、以下の数３式などを用いて、バッファ用モータ５５の実速度Ｖｂおよび許容消費電力Ｗｂから加速度リミット値αｂを計算してもよい。なお、数３式において、Ｊは慣性モーメントである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　図５は、本発明の第２実施形態による制御装置１が備える機能を概略的なブロック図として示したものである。本実施形態による制御装置１が備える各機能は、図１に示した制御装置１が備えるＣＰＵ１１がシステム・プログラムを実行し、制御装置１の各部の動作を制御することにより実現される。
　本実施形態の制御装置１は、指令生成部１００、制御部１１０、消費電力計算部１２０、供給電力計算部１３０、バッファ用モータ指令生成部１４０、バッファ用モータ制御部１５０、モータ速度特定部１５５、非常停止検出部１６０、ベース速度到達判定部１８０、トルクリミット指令部１９０、に加えて更に指令速度維持部１７０を備える。また、制御装置１のＲＡＭ１３乃至不揮発性メモリ１４には、予め産業機械２の運転を制御するための制御用プログラム２００が記憶されており、更に、バッファ用モータ５５の制御に係る設定を記憶するための領域である設定記憶部２１０が予め用意されている。
　指令生成部１００、制御部１１０、消費電力計算部１２０、供給電力計算部１３０、バッファ用モータ指令生成部１４０、バッファ用モータ制御部１５０、モータ速度特定部１５５、非常停止検出部１６０、ベース速度到達判定部１８０、トルクリミット指令部１９０については、第１の実施形態による制御装置１が備えるそれぞれの機能と同様である。
　本実施形態によるバッファ用モータ制御部１５０は、指令速度維持部１７０から指令速度を維持するように指令されている場合、バッファ用モータ指令生成部１４０からの指令速度を維持指令に合わせて修正する。
　本実施形態による指令速度維持部１７０は、非常停止が為されたタイミングで、その時点におけるバッファ用モータ５５の速度をモータ速度特定部１５５から取得する。そして、非常停止検出部１６０にから非常停止の検出の通知が入力されてからバッファ用モータ５５の速度がベース速度に復帰するまでの間、バッファ用モータ５５に対する指令速度を、非常停止時の速度からベース速度までの範囲内に維持するようにバッファ用モータ制御部１５０に指令する。指令速度維持部１７０は、単純に指令速度をベース速度Ｖｂに維持するように指令してもよい。
　図６は、非常停止を解除時に本実施形態による制御装置１でバッファ用モータ５５を制御した場合におけるバッファ用モータ５５の速度、消費電力、指令速度及びトルクリミット値の推移を例示するグラフである。図６の例では、時刻ｔ１の時点で非常停止がかかり、その後、非常停止の原因が解決されて時刻ｔ２の時点で非常停止が解除され、時刻ｔ３の時点でバッファ用モータ５５がベース速度Ｖｂに復帰している。産業機械の運転時、バッファ用モータは所定のベース速度Ｖｂを維持するように駆動している。そして、非常停止が掛かった時刻ｔ１から非常停止が解除される時刻ｔ２までの間はバッファ用モータ５５は惰走状態になる。しかしながら、指令速度維持部１７０により、バッファ用モータ５５に対する指令速度は維持される（符号Ａ）。時刻ｔ２において非常停止が解除されると、制御装置１がバッファ用モータ５５の制御を開始する。指令速度はそのままベース速度Ｖｂが維持される。また、ベース速度への復帰中は、バッファ用モータ５５の速度が遅いうちは大きく、速くなっていくにつれて小さいトルクリミット値が指令される（符号Ｂ）。そのため、急な減速は発生せず（符号Ｃ）、また、バッファ用モータ５５は低速の内は大きい加速で、高速になるにつれて小さな加速で、ベース速度Ｖｂに向かって加速する（符号Ｃ）。これにより、バッファ用モータ５５で大きな回生電力も、大きなピーク電力も発生することはない（符号Ｄ）。
　上記構成を備えた制御装置１は、非常停止を解除する際、バッファ用モータが惰走中でも、許容電力量を超えることなくベース速度に復帰させることができる。また、指令がトルクリミットを固定とする場合と比較して、許容電力を考慮しながら低速の内は可能な限り加速するようになるため、効率よくベース速度への復帰を果たすことができる。更に、非常停止中のバッファ用モータの指令速度を所定の値に維持することができるため、非常停止解除時のバッファ用モータ５５の速度の低下も抑制することができる。これにより、バッファ用モータが停止するのを待つことなく非常停止を解除することができ、駆動用モータを短時間で運転再開させることができる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施の形態の例のみに限定されることなく、適宜の変更を加えることにより様々な態様で実施することができる。
　　　１　制御装置
　　　２，４　産業機械
　　　５　ネットワーク
　　　６　フォグコンピュータ
　　　７　クラウドサーバ
　　　８　電力供給路
　　　９　共通電源
　　１１　ＣＰＵ
　　１２　ＲＯＭ
　　１３　ＲＡＭ
　　１４　不揮発性メモリ
　　１５，１７，１８，２０，２１　インタフェース
　　１６　ＰＬＣ
　　１９　Ｉ／Ｏユニット
　　２２　バス
　　３０，３５　軸制御回路
　　４０，４５　サーボアンプ
　　５０　サーボモータ
　　５５　バッファ用モータ
　　７０　表示装置
　　７１　入力装置
　　７２　外部機器
　１００　指令生成部
　１１０　制御部
　１２０　消費電力計算部
　１３０　供給電力計算部
　１４０　バッファ用モータ指令生成部
　１５０　バッファ用モータ制御部
　１５５　モータ速度特定部
　１６０　非常停止検出部
　１７０　指令速度維持部
　１８０　ベース速度到達判定部
　１９０　トルクリミット指令部
　２００　制御用プログラム
　２１０　設定記憶部

Claims (8)

  1. 　産業機械を駆動する駆動用のモータと共通の電源から電力が供給されているバッファ用モータを制御する制御装置であって、
    　非常停止の状態を検出する非常停止検出部と、
    　電力を供給する際の基準となる回転速度であるベース速度に復帰する指令を出力するバッファ用モータ指令生成部と、
    　前記バッファ用モータがベース速度に到達したかを判定するベース速度到達判定部と、
    　前記非常停止検出部により前記非常停止が検出されてから、前記ベース速度到達判定部により前記バッファ用モータがベース速度に到達したと判定されるまでの間、前記ベース速度への復帰中における前記バッファ用モータの実速度に応じてトルクリミットを変化させる指令をするトルクリミット指令部と、
    　前記バッファ用モータ指令生成部が生成した指令及び前記トルクリミット指令部による指令に基づいて前記バッファ用モータを制御するバッファ用モータ制御部と、
    を備え、
    　非常停止解除後にベース速度へ復帰する際、前記バッファ用モータでのトルクを制限する、
    制御装置。
  2. 　前記トルクリミット指令部は、前記バッファ用モータの実速度に応じて定められる所定のトルクリミット値以下となるように前記バッファ用モータ制御部に指令する、
    請求項１に記載の制御装置。
  3. 　前記トルクリミット値は、前記バッファ用モータの許容電力値に基づいて定められたものである、
    請求項２に記載の制御装置。
  4. 　前記許容電力値は、前記産業機械の許容電力値から前記駆動用のモータの許容電力値を引いた値である、
    請求項３に記載の制御装置。
  5. 　前記許容電力値は、前記産業機械の許容電力値から前記駆動用のモータの電力の瞬時値を引いた値である、
    請求項３に記載の制御装置。
  6. 　前記トルクリミット指令部は、前記バッファ用モータの実速度に応じて定められる所定の角加速度以下となるように前記バッファ用モータ制御部に指令する、
    請求項１に記載の制御装置。
  7. 　非常停止から前記バッファ用モータの速度がベース速度に復帰するまでの間、前記バッファ用モータに対する指令速度を非常停止時の速度からベース速度までの範囲内に収めるように前記バッファ用モータ指令生成部に指令する指令速度維持部をさらに備える、
    請求項１～６のいずれかに記載の制御装置。
  8. 　前記指令速度維持部は、前記バッファ用モータに対する指令速度をベース速度に維持する、
    請求項７に記載の制御装置。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009525877A (ja) * 2006-02-06 2009-07-16 エー ビー ビー リサーチ リミテッド 機械プレス機駆動システム及び方法
JP2017005913A (ja) * 2015-06-12 2017-01-05 ファナック株式会社 非常停止時にサーボモータを制御して停止させるサーボモータ停止制御装置
JP2019075864A (ja) * 2017-10-13 2019-05-16 ファナック株式会社 蓄電装置を有するモータ駆動システム

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