(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信の基準となるマスタクロックを有すると共に、指令を送信する上位コントローラと、
この上位コントローラからの上記指令に基づいて制御されると共に、上記マスタクロックと非同期の演算機能を有する第１のサーボアンプと、
上記上位コントローラからの上記指令に基づいて制御されると共に、上記マスタクロックと同期した演算機能を有する第２のサーボアンプと、
伝送すべて情報を入れる情報部に上記第１又は上記第２のサーボアンプを示す識別データと共に、上記第１及び上記第２のサーボアンプの制御情報を有する上記指令となる一つのフレームを、上記上位コントローラから上記第１及び上記第２のサーボアンプに一括してシリアル伝送するシリアル伝送手段と、
上記第１及び第２のサーボアンプには、自局を認識すると共に、該自局と上記フレームの識別データとに基づいて上記フレームの識別データ以降の情報部の内容を読み込む情報部読み込み手段と、
を備えたことを特徴とするサーボ制御システム。
【請求項２】
上記第１又は上記第２のサーボアンプを複数有しており、
上記第１又は上記第２のサーボアンプは、上記マスタクロックに基づいて生成された基準通信周期で通信する基準サーボアンプと、
上記基準通信周期の逓倍の通信周期で通信をする逓倍サーボアンプと、
上記基準通信周期の逓倍毎に上記逓倍サーボアンプに通信する通信切換え手段と、
を備えたことを特徴とする請求の範囲１に記載のサーボ制御システム。
【発明の詳細な説明】
技術分野
この発明は、上位コントローラと複数のサーボアンプを一つの専用ネットワークでシリアル伝送するサーボ制御システムの改良に関するものである。
背景技術
従来のサーボ制御システムを第６図によって説明する。第６図において、目標位置、移動速度などの指令をサーボアンプ３０，５０に送信する上位コントローラ１は、位置決めデータの生成、運転の起動、停止などを担うシーケンス制御部３と、指令追従型サーボアンプ５０の制御を担うモーション制御部１０によって成っている。
シーケンス制御部３には、シーケンス制御用のＣＰＵ（以下、シーケンスＣＰＵという）５と、シーケンスの内容が記憶されたシーケンス制御用のメモリ７とから成っており、モーション制御部３には、モーション制御用のＣＰＵ（以下、モーションＣＰＵという）１２と、モーションの内容が記憶されたモーション制御用のメモリ１４とから成っており、シーケンスＣＰＵ５とモーションＣＰＵ１２の間には双方からアクセス可能で、データの送受信を成すためのデュアルポートメモリ８が設けられている。
シーケンス制御部３の出力は、制御シリアル用インターフェース（以下、インターフェースをＩ／Ｆという）９を介して通信回線２０を通じて、他軸との補間制御機能を有していないと共に、上位コントローラ１のマスタクロックと非同期の演算により一軸の位置決めを機能を有する位置決め型サーボアンプ３０−１〜３０−ｎに直列接続されており、該サーボアンプ３０−１〜３０−ｎにはサーボモータ（図示せず）が接続されている。
モーション制御部３の出力は、モーションシリアル用Ｉ／Ｆ１６及び通信回線４０を介して他軸との補間制御機能を補うために、指令追従型サーボアンプ５０−１〜５０−ｎに接続されている。
ここで、指令追従型サーボアンプ５０は、上位コントローラ１のマスタクロックと同期して位置、速度、トルク等の指令データを逐次算出し、該指令データを受信して、該指令データに基づいてサーボモータを制御し、制御結果の情報としてフィードバックデータを算出してから、フィードバック位置，速度，トルク等を上位コントローラ１に送信するものである。
上記のように構成されたサーボ制御システムの動作を第６図によって説明する。シーケンスＣＰＵ５は制御シリアル用Ｉ／Ｆ９及び通信回線２０通じて位置決め型サーボアンプ３０−１〜３０−ｎに対し目標位置、移動速度、加減速時定数の設定、位置決め起動指令などの指令を送信する。
一方、モーションＣＰＵ１２は補間演算や加減速演算などのモーション制御演算を成し、制御周期ごとの指令データを算出し、モーションシリアル用Ｉ／Ｆ１６及び通信回線４０を通じて指令追従型サーボアンプ５０−１〜５０−ｎに対して送信する。
かかる構成によれば、上位コントローラ１から複数のサーボアンプ３０，５０対して、パラメータの設定・変更・読み出し、内部データのモニタ等を伴なう制御が可能である。
上記のようなサーボ制御システムは、位置決め型サーボアンプ３０，指令追従型サーボアンプ５０に対して二系統の通信回線２０，４０を備えているので、一系統の通信回線に比較してシリアル用Ｉ／Ｆ及びこれに付随するコネクタが増加している。
従って、サーボアンプ３０，５０を直列接続した一系統の通信回線にして、シリアル用Ｉ／Ｆ等を減少することが考えられる。
しかしながら、かかる一系統の通信回線によるサーボ制御システムでは、上位コントローラ１からシリアル通信により各サーボアンプ３０，５０に対応するアドレスを有する各フレームを送信すると、各フレーム間どうしの無駄時間等によりフレームの伝送時間が増加することが考えられるという問題点があった。
この発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、位置決め型サーボアンプと、指令追従型サーボアンプを混在させて制御する簡易なサーボ制御システムを提供することを目的にしている。
発明の開示
第１の局面によるサーボ制御システムは、通信の基準となるマスタクロックを有すると共に、指令を送信する上位コントローラと、この上位コントローラからの上記指令に基づいて制御されると共に、上記マスタクロックと非同期の演算機能を有する第１のサーボアンプと、上記上位コントローラからの上記指令に基づいて制御されると共に、上記マスタクロックと同期した演算機能を有する第２のサーボアンプと、伝送すべき情報を入れる情報部に上記第１又は上記第２のサーボアンプを示す識別データと共に、上記第１及び上記第２のサーボアンプの制御情報を有する上記指令となる一つのフレームを、上記上位コントローラから上記第１及び上記第２のサーボアンプに一括してシリアル伝送するシリアル伝送手段と、上記第１及び第２のサーボアンプには、自局を認識すると共に、該自局と上記フレームの識別データとに基づいて上記フレームの識別データ以降の情報部の内容を読み込む情報部読み込み手段と、を備えたことを特徴とするものである。
そして、上記フレームの書き換え手段としての上記コントローラにより上記フレームの情報部を上記識別データと共に、上記第１から第２のサーボアンプの制御情報に書き換えたり、この逆に、上記第２から第１のサーボアンプの制御情報に書き換えたりできるので、同一の通信回線に第１及び第２のサーボアンプを接続しながら、制御対象に応じて柔軟にサーボアンプを変更できる。
よって、一つのフレームにより一つの通信回線に第１及び第２のサーボアンプが混在しても、制御対象に柔軟に対応できるものである。
第２の局面によるサーボ制御システムは、第１又は第２のサーボアンプを複数有しており、上記第１又は上記第２のサーボアンプは、上記マスタクロックに基づいて生成された基準通信周期で通信する基準サーボアンプと、上記基準通信周期の逓倍の通信周期で通信をする逓倍サーボアンプと、上記基準通信周期の逓倍毎に上記逓倍サーボアンプに通信する通信切換え手段と、を備えたことを特徴とするものである。
発明を実施するための最良の形態
次に、この発明について、以下の通り、実施例を説明する。
実施例１．
この発明の一実施例を第１図から第３図によって説明する。第１図はこの発明の一実施例を示すサーボ制御システムの全体構成図、第２図はデュアルポートメモリのデータ割付を示す構成図、第３図は送信及び回答のフレーム構成図である。第１図中、第６図と同一符号は、同一又は相当部分を示して説明を省略する。
第１図から第３図において、サーボ制御システムはモーション制御部１０にはモーションシリアル用Ｉ／Ｆ１６及び通信回線４０を介して第２のサーボアンプとしての指令追従型サーボアンプ５０−１，５０−２に直列接続されており、指令追従型サーボアンプ５０−２の端に第１のサーボアンプとしての位置決め型サーボアンプ３０−１〜３０−（ｎ−２）が接続されている。
なお、各サーボアンプ３０，５０にはサーボモータ（図示せず）がそれぞれ接続されており、指令追従型サーボアンプ５０と位置決め型サーボアンプ３０との差異は、上位コントローラ１から送信されるフレーム内容（ソフトウェア）のみが異なっている。
ここで、指令追従型サーボアンプ５０および位置決め型サーボアンプ３０には、通信回線４０と接続するためのシリアルＩ／Ｆ６０を備え、シリアルＩ／Ｆ６０には、受信したデータを格納せしめる受信バッファメモリ６２と送信するデータを格納せしめる送信バッファメモリ６４と、後述するフレーム１００の識別データとしての制御方式指令２０１，３０１に基づいてフレーム１００の識別データ以降の情報部の内容を読み込む情報部読み込み手段（図示せず）を有している。
よって、サーボ制御システムは上位コントローラ１のマスタクロックに同期して、定められた通信周期で上位コントローラ１からサーボアンプ３０，５０に対してシリアル通信により指令フレーム１００を送信すると共に、サーボアンプ３０，５０から上位コントローラ１に対してシリアル通信により回答フレーム４００を送信するシリアル伝送手段を有するように構成されている。
デュアルポートメモリ８のメモリ領域７０は、各サーボアンプ３０，５０のための個別領域７１−１〜７１−ｎと、全サーボアンプ３０，５０に共通な共通領域７３とが設けられており、個別領域７１−１〜７１−ｎには、制御信号としてのサーボオン指令信号、トルク制限指令信号等を格納する制御指令信号データ領域７１ａと、状態信号としてのサーボ動作状態等を格納する状態信号データ領域７１ｂと、サーボアンプ３０，５０のパラメータなどを設定するパラメータ領域７１ｃと、軸（局）の位置決めのための開始ポイント番号、終了ポイント番号、指令位置、指令速度などのデータを格納する運転データ領域７１ｄとが割り付けられている。
共通データ領域７３は、複数軸を組み合わせて運転する直線補間、円弧補間運転等の補間運転のデータを格納する領域で、局別の領域に対応して局別のデータ領域と同様な制御指令信号データ領域７３ａ、状態信号データ領域７３ｂ、パラメータ領域７３ｃ、運転データ領域７３ｄが割り付けられている。
第３図において、上位コントローラ１からサーボアンプ３０，５０の全軸（局）に対する指令のデータがまとめて送信されるフレームを示している。
フレームは上位コントローラ１からサーボアンプ３０，５０へのフレーム（以下、指令フレームという）１００と、サーボアンプ３０，５０から上位コントローラ１へのフレーム（以下、回答フレームという）４００とから成っている。
指令フレーム１００の先頭には、全局共通という状態が設定された相手局ＩＤ（ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎの略）１０１と、上位コントローラ１を示す自局ＩＤ１０３と、全局のサーボアンプ３０，５０の情報部としてのデータ領域１２１−１〜１２１−ｎとから成っており、該データ領域１２１−１〜１２１−ｎにはサーボアンプの種類により、指令追従型サーボアンプ５０への情報部としてのデータ領域（以下、指令追従型データ領域という）２００と、位置決め型アンプ２０への情報部としてのデータ領域（以下、位置決め型データ領域という）３００の２種類から成っている。
なお、各サーボアンプ３０，５０は、相手局ＩＤ１０１に全局共通という状態が設定されているので、すべての受信バッファメモリ６２に指令フレーム１００が読み込まれ、内部メモリ（図示せず）には、指令フレーム１００のデータ領域１２１−１〜１２１−ｎのうち、局番（１〜ｎ）に対応する一つのデータ領域を設定することにより該データ領域のみを受信バッファメモリ６２から読み込むように構成されている。
また、各サーボアンプ３０，５０は自局を認識するために、各サーボアンプ３０，５０に設けられた１からｎを設定可能なロータリスイッチ（図示せず）が局番に対応した値に設定されている。データ領域２００，３００には、先頭に該領域が指令追従型データ領域２００と、位置決め型データ領域３００のいずれであるかを区別する識別データとしての制御方式指令２０１，３０１が割り付けられている。
ここで、指令追従型データ領域２００には、今回の指令データとして指令位置、指令速度、指令トルク等を設定する今回指令データ領域２０３と、サーボオン及びオフ指令信号、トルク制限指令信号、位置指令、速度指令、トルク指令の切替を行う制御モード信号などを設定する今回制御入力信号指令領域２０５と、パラメータデータの書き換え等に用いる多目的要求領域２０７とから成っている。
一方、位置決め型データ領域３００の対応する領域には、制御方式指令３０１と、位置決めに必要なデータとして位置決め指令位置、移動速度、加速及び減速時定数、位置決め方式等を設定する位置決め指令データ領域３０３と、運転のモードとして原点復帰運転、自動運転などを指定する運転モード信号、位置決め運転を開始させる運転起動指令信号などを設定する今回制御入力信号指令領域３０５と、パラメータデータの書き換え等に用いる多目的要求領域３０７とから成っている。
回答フレーム４００は、上位コントローラ１である相手局ＩＤ４０２と、サーボアンプを特定せしめる自局ＩＤ４０４と、指令フレーム１００の制御方式指令２０１，３０１に対応する領域として制御方式回答４０６と、サーボアンプ３０，５０からのフィードバック情報として位置、速度、トルク等を通信周期毎に更新して設定されるフィードバックデータ領域４０８と、サーボアンプの状態を示す今回制御状態出力信号領域４１０と、多目的要求領域２０７，３０７の要求に対する回答である多目的回答領域４１２とが割り付けられている。
今回制御状態出力信号領域４１０には、サーボオン中信号、インポジション停止中信号等の両サーボアンプ３０，５０に共通の状態信号を有しており、指令追従型サーボアンプ５０の固有の信号には、位置，速度、トルクを制御している状態を示す被選択制御モード信号などを有し、位置決め型サーボアンプ３０の固有の信号には、現在選択されている運転モードを示す被選択運転モード中信号、位置決め運転中か否かを示す信号等がある。
上記のように構成されたサーボ制御システムの動作を第１図から第４図によって説明する。第４図はサーボ制御システムの通信タイミングチャートで、該タイミングチャートはネットワークが全２重通信であり、上位コントローラ１から全局サーボアンプ３０，５０に対してのデータ送信５５６，５５６ａ〜５５６ｃ（以下、指令データ送信という）と、各サーボアンプ３０，５０から上位コントローラ１に対してのデータ送信５５７，５５７ａ〜５５７ｃ（以下、回答データ送信という）とは、マスタクロック５５２に同期して一周期に１回送信される。
まず、サーボアンプ３０，５０に指令フレーム１００を送信する前に、上位コントローラ１のシーケンスＣＰＵ４はデュアルポートメモリ８上の共通データ領域７３又は軸（局）別データ領域７１における軸別運転領域７１ｄ，共通運転データ領域７３ｄに対してポイントテーブルデータと開始ポイント番号、終了ポイント番号を設定した後、制御指令信号データ領域７１ａ又は７３ａに対してポイント運転をするモード選択信号をオンした後、起動信号をオンする。
ここで、運転起動の指令を時間ＴＳとすると、モーションＣＰＵ７はモーション制御処理５５４として、時間Ｔ２で起動信号を受け付け、デュアルポートメモリ８の軸別，共通運転領域７１ｄ，７３ｄにおけるポイントテーブルを解析し、指令追従型サーボアンプ５０の場合、今回の位置指令を算出する。
時間Ｔ１１で、モーションＣＰＵ７は上位コントローラ送受信処理５５５ａとして、指令フレーム１００の制御方式指令２０１に指令追従型であることを示すデータを設定すると共に、今回指令データ領域２０３に指令位置を書き込む。
一方、位置決め型サーボアンプ３０の場合、モーションＣＰＵ７は上位コントローラ送受信処理５５５ａとして、指令フレーム１００の制御方式指令２０１に位置決め型を示すデータを設定すると共に、位置決めデータを位置決め指令データ領域３０３に書き込み、運転モード選択信号、起動指令信号を今回制御入力信号指令領域３０５に設定する。
次に、時間Ｔ１１から送信開始遅延時間Ｔａを経過した時間Ｔ２１で、上位コントローラ１は全局一括（指令データ送信）処理５５６ａとして上記のように設定された指令フレーム１００を、モーションシリアル用Ｉ／Ｆ１６及び通信回線４０を通じてサーボアンプ３０，５０のシリアルＩ／Ｆ６０の受信バッファメモリ６２に送信する。サーボアンプ３０，５０は指令フレーム１００の相手局ＩＤ１０１が全局共通であるので、指令フレーム１００を全ての受信バッファメモリ６２に格納し、局番に対応する指令フレーム１００のサーボアンプ第１局から第ｎの対応するデータ領域１２１−１〜ｎの一つを読み込む。
時間Ｔ１２で、各サーボアンプ３０，５０は送受信処理５５８ｂとして情報部読み込み手段（図示せず）により受信バッファメモリ６２から指令フレーム１００のデータを読み出し、時間Ｔ２２で、サーボアンプ３０，５０はサーボアンプ制御処理５６１ｂとして、データ領域２００，３００の制御方式指令２０１，３０１を読み込むことにより、今回受信したデータが位置追従型サーボアンプ５０又は位置決め型サーボアンプ３０に対する指令であるか否かを判断し、位置追従型サーボアンプ５０と判断された場合、指令フレーム１００の指令追従型データ領域２００に基づいてサーボモータ（図示せず）の制御処理する。一方、位置決め型サーボアンプ３０と判断された場合、指令フレーム１００の位置決め型データ領域３００に基づいてサーボモータ（図示せず）の制御処理する。
時間Ｔ１３で、各サーボアンプ３０，５０は送受信処理５５８ｃとして、現在の状態信号を回答フレーム４００の今回制御状態出力信号領域４１０に設定すると共に、フィードバックデータをフィードバックデータ領域４０８に設定し、該回答フレーム４００を送信バッファメモリ６４に書込む。
時間Ｔ２３で、各サーボアンプ３０，５０は回答データ送信５５７ｃとして、第１局（軸）の回答フレームを送信後に子局遅延時間Ｔｂを経過して第２局（軸）・・・第ｎ局（軸）の順に通信回線４０及びモーションシリアル用Ｉ／Ｆ１６を介して上位コントローラ１に対して送信する。
ここで、子局遅延時間Ｔｂは１局（軸）分の回答フレーム４００を送信するのにかかる時間より長く設定されている。
上位コントローラ１は受信した複数の回答フレーム４００に含まれている自局ＩＤ４０４に基づいてサーボアンプ３０，５０が特定でき、指令方式回答４０６の領域を読み出すことにより、現在参照しているデータが正しい方式のサーボアンプ３０，５０からの回答であることを確認できる。
よって、以上のように同一系統の通信回線４０上に、上位コントローラ１により生成された一つの送信フレーム１００により指令追従型サーボアンプ５０と位置決め型サーボアンプ３０とを混在させて速応性良く制御することができる。
なお、前記実施例の動作では、運転起動の指令が時間Ｔｓで与えられとして上位コントローラ１とサーボアンプ３０，５０との送受信動作について説明したが、運転起動の指令が与えられなくても、サーボアンプ３０，５０は現在の位置に維持したり、運転起動の指令を受け付たり等の処理をするために、上位コントローラ１との送受信処理等を実行している。
よって、モーション制御処理５５４ａ〜５５４ｃ、上位コントローラ送受信処理５５５，５５５ｂ，５５５ｃ、全局一括処理５５６，５５６ｂ，５５６ｃ，送受信処理５５８，５５８ａ、回答データ送信５５７，５５７ａ，５５７ｂ、サーボアンプ制御処理５６１，５６１ａ，５６１ｃを実行している。
また、上記実施例において、サーボアンプ３０，５０の制御対象であるサーボモータの要求から、上位コントローラ１のマスタクロックと非同期のモーション演算機能を有する位置決め型サーボアンプ３０を、上位コントローラ１のマスタクロックと同期して演算すると共に、他軸との補間演算が可能な指令追従型サーボアンプ５０に変更したり、この逆に変更したいことがある。これは、両サーボアンプ３０，５０の特有の機能を考慮することがあるからである。
いま、位置決め型サーボアンプ３０を指令追従型サーボアンプ５０に変更する場合について説明する。指令フレーム１００の情報部書き換え手段としての上位コントローラ１は、サーボアンプ３０−１を位置決め型サーボアンプ５０−３に変更する切換え指令を受けて、指令フレーム１００のサーボアンプ第３局へのデータ領域１２１−３における制御方式指令３０１を制御方式指令２０１に変更すると共に、今回指令データ領域２０３、今回制御入力信号指令領域２０５、多目的要求領域２０７を指令追従型に応じたように設定する。
以上のように上位コントローラ１が指令フレーム１００の情報部及び回答フレーム４００の制御方式回答４０６を変更することにより、サーボアンプ３０（５０）を位置決め型から指令追従型に変更して制御対象の要求に柔軟に対応することができる。
実施例２．
この発明の他の実施例を第５図によって説明する。第５図は通信周期の異なるサーボアンプを同一のネットワークに接続したサーボ制御システムにおける送信フレームおよび回答フレームの送信タイミングチャートを示したものである。
第５図おいて、指令フレーム１００の送信を６７０、回答フレーム４００の送信を６７１、上位コントローラ１のマスタクロックに関連付けされた基準通信周期を６７２とする。基準通信周期６７２の一周期内に送信可能なフレームは４局分としている。
ここで、サーボアンプ３０，５０の１局目と２局目の通信周期が基準通信周期と等しく、３局目，４局目の通信周期が基準通信周期の２倍、５局目，６局目，７局目の通信周期が基準通信周期の３倍とする。
かかる場合、１局目及び２局目の指令フレーム１００及び回答フレーム４００は、基準通信周期６７２ごとにデータを更新し、３局目及び４局目の該フレーム１００，４００は基準通信周期６７２ごとに交互に更新する基準通信周期６７２の２倍の周期となり、５局目から７局目の該フレーム１００，４００は、基準通信周期６７２の３周期ごとに更新しする送信側の通信切換え手段を上位コントローラ１に備え、返信側の通信切換え手段をサーボアンプ３０，５０に備えている。
以上により、同一系統のネットワーク上に基準通信周期６７２の自然数倍である異なる通信周期を持つサーボアンプ３０，５０を混在させて接続することができる。
よって、１つの上位コントローラ１に同一の通信周期により複数の軸を制御するネットワークにおいて、一部の軸のみに高速応答が要求されても、複数のモーションネット用Ｉ／Ｆ１６が不要となり簡易なサーボ制御システムを得ることができる。
以上のように第１の発明によれば、伝送すべき情報を入れる情報部に第１又は第２のサーボアンプを示す識別データと共に、第１及び第２のサーボアンプの制御情報を有する指令となるフレームを、上位コントローラから第１及び第２のサーボアンプにシリアル伝送するシリアル伝送手段と、第１及び第２のサーボアンプには、フレームの識別データに基づいてフレームの識別データ以降の情報部の内容を読み込む情報部読み込み手段とを備えたので、１つの系統のネットワーク上に第１及び第２のサーボアンプを混在させて速応性を向上しなが制御することができるという効果がある。
第２の発明によれば、第１の発明の効果に加え、第１又は第２のサーボアンプを複数有しており、第１又は第２のサーボアンプは、マスタクロックに基づいて生成された基準通信周期で通信する基準サーボアンプと、上記基準通信周期の逓倍の通信周期で通信をする逓倍サーボアンプと、上記基準通信周期の逓倍毎に上記逓倍サーボアンプに通信する通信切換え手段とを備えたので、同一系統のネットワーク上に基準通信周期の自然数倍の異なる通信周期を有する逓倍サーボアンプを混在させてフレームを送受信することができるという効果がある。
産業上の利用可能性
以上のように、本発明に係るサーボ制御システムは、複数の種類のサーボアンプを一つのネットワークで送受信するのに適している。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の一実施例であるサーボ制御システムの全体構成図である。
第２図は第１図のサーボ制御システムにおける上位コントローラとサーボアンプの間での送受信におけるフレームのデータ構成図である。
第３図は第１図のサーボ制御システムにおけるデュアルポートメモリのデータ割付を示す構成図である。
第４図は第１図に示すサーボ制御システムの通信タイミングチャートである。
第５図はこの発明の他の実施例による異なる通信周期のサーボアンプを混在させたサーボ制御システムにおける通信タイミングチャートである。
第６図は従来のサーボ制御システムの全体構成図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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