(57)【要約】【課題】ユーザにとって安全システムを柔軟に構築すること。【解決手段】本実施形態のモータ制御装置２０，３０は、モータ駆動指令値から、モータ９０，１００を駆動する電圧指令信号を出力するモータ駆動回路２０７と、モータ電圧指令信号に基づいてスイッチングを行うことでモータ９０，１００を駆動する電力を供給するインバータ部２１１と、通信回路２１３を介して受信する通信データからモータ９０，１００の駆動許可信号を出力する安全制御部と、モータ駆動許可信号及び電圧駆動指令信号が入力され、モータ駆動許可信号が入力されていない状態で、電圧駆動指令信号をインバータ部２１１へ遮断する遮断回路２０９と、冗長化された安全入力信号を受け付ける安全入力部２０５とを備え、遮断回路２０７に対する入力は、安全入力信号と、駆動許可信号との論理積が入力されるように構成されている。【選択図】図３
2017169336.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ネットワークに接続されたモータ制御装置であって、
前記ネットワークを介した信号の送受信を行う通信回路と、
前記通信回路を介して受信する指令値に基づいてモータを駆動するモータ駆動指令値を出力するモータ制御部と、
前記モータ駆動指令値から、前記モータを駆動する電圧指令信号を出力するモータ駆動回路と、
前記モータ電圧指令信号に基づいてスイッチングを行うことで前記モータを駆動する電力を供給するインバータ部と、
前記通信回路を介して受信する通信データからモータの駆動許可信号を出力する安全制御部と、
前記モータ駆動許可信号及び前記電圧駆動指令信号が入力され、前記モータ駆動許可信号が入力されていない状態で、前記電圧駆動指令信号を前記インバータ部へ遮断する遮断回路と、
冗長化された安全入力信号を受け付ける安全入力部と、を備え、
前記遮断回路に対する入力は、前記安全入力信号と、前記駆動許可信号との論理積が入力されるように構成されていることを特徴とする、モータ制御装置。
【請求項２】
前記安全制御部はさらに、前記通信データに含まれる安全関連データを所定のプロトコルに基づいた処理を行う安全通信部と、
前記安全通信部が処理を行った前記安全関連データに前記モータを安全状態にする信号が含まれている場合に前記モータ駆動許可信号を出力しない安全処理部とを備えることを特徴とする、請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記安全制御部はさらに、自己診断部を備え、
前記自己診断部は前記駆動許可信号を入力する入力経路に対して、自己診断信号を入力すると共に、前記自己診断信号が所定することに基づいて前記入力経路における異常の有無を判断することを特徴とする、請求項１または２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記モータ制御部は、前記遮断回路がモータ電圧指令信号を遮断している場合に、前記モータ駆動指令値を出力しないことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ネットワークを介して接続され安全機能を有するモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ネットワークに接続され、ネットワークを介して入力される安全信号に基づいてモータの駆動を制御するモータ制御装置が知られている。特許文献１に記載のモータ制御装置は、ネットワークを介して送受信される安全通信に関する処理についてモータの制御を行う制御部と、安全処理部との協同によって実現することにより、安全に関する処理の遅延を防止する安全制御システムを開示する。
【０００３】
また、モータ制御装置においては安全規格に準拠すべく、安全部分と非安全部分とでモータ制御装置を構成することが知られている。特許文献２には、安全拡張モジュールを備えるモータ制御装置を開示する。当該安全拡張モジュールは、モータの駆動状態を監視すると共に、モータ制御装置からモータへ供給する電力部に接続される。セーフティコントローラ等の安全信号の入力が、当該安全拡張モジュールへ入力されると、安全拡張モジュールは、モータ制御装置からモータへ供給する電力を遮断する信号を出力することにより、安全にモータのトルクを遮断する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−００５５７７号公報
【特許文献２】特開２０１１−２２９３５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、モータ制御装置にて安全機能を実現する場合は安全に関する処理を行う機能部とモータを制御する機能部を分けて構成することが一般的である。特許文献１に開示されるシステムのように、ネットワークを介して接続された上位装置または安全制御装置からのメッセージに基づいてモータへの出力を停止するようなシステムを構築する場合と、ネットワークを介さず、配線によって直接接続される安全入力信号に基づいて、モータへの出力を停止するように構成する場合がある。従来技術におけるシステムでは安全機能とモータへの出力を制御する制御機能とを別体で構成する場合では、いずれか一方の構成しか構成できず、安全システムの設計の自由度を低下させていた。
【０００６】
本発明の目的は、ユーザにとって安全システムを柔軟に構築することができる、モータ制御装置を提供することを目的する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明のモータ制御装置は、ネットワークに接続されたモータ制御装置であって、前記ネットワークを介した信号の送受信を行う通信回路と、前記通信回路を介して受信する指令値に基づいてモータを駆動するモータ駆動指令値を出力するモータ制御部と、前記モータ駆動指令値から、前記モータを駆動する電圧指令信号を出力するモータ駆動回路と、前記モータ電圧指令信号に基づいてスイッチングを行うことで前記モータを駆動する電力を供給するインバータ部と、前記通信回路を介して受信する通信データからモータの駆動許可信号を出力する安全制御部と、前記モータ駆動許可信号及び前記電圧駆動指令信号が入力され、前記モータ駆動許可信号が入力されていない状態で、前記電圧駆動指令信号を前記インバータ部へ遮断する遮断回路と、冗長化された安全入力信号を受け付ける安全入力部と、を備え、前記遮断回路に対する入力は、前記安全入力信号と、前記駆動許可信号との論理積が入力されるように構成されている。
【０００８】
このように構成することにより、フィールドネットワークを介して受信する安全通信に基づいて、モータを安全状態に移行させることができ、かつ安全入力信号に基づいてモータを安全状態に移行させることができる。
【０００９】
また、本発明のモータ制御装置において、前記安全制御部はさらに、前記通信データに含まれる安全関連データを所定のプロトコルに基づいた処理を行う安全通信部と、前記安全通信部が処理を行った前記安全関連データに前記モータを安全状態にする信号が含まれている場合に前記モータ駆動許可信号を出力しない安全処理部とを備える。
【００１０】
また、本発明のモータ制御装置において、前記安全制御部はさらに、自己診断部を備え、前記自己診断部は前記駆動許可信号を入力する入力経路に対して、自己診断信号を入力すると共に、前記自己診断信号が所定することに基づいて前記入力経路における異常の有無を判断する。
【００１１】
また、本発明のモータ制御装置において、モータ制御部は、前記遮断回路がモータ電圧指令信号を遮断している場合に、前記モータ駆動指令値を出力しない。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、ユーザにとって安全システムを柔軟に構築することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態におけるモータ制御装置が含まれる制御システムを示す図である。
【図２】本発明の他の実施形態におけるモータ制御装置が含まれる制御システムを示す図である。
【図３】本発明の実施形態におけるモータ制御装置の構成を示す図である。
【図４】本発明の実施形態におけるモータ制御装置が有する制御部の構成を示す機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
＜制御システムの構成＞
図１を参照して、モータ制御装置が含まれる制御システムについて説明する。
【００１５】
制御システム１は、典型的には、プログラマブルコントローラ１０、モータ制御装置２０，３０、安全コントローラ４０、通信カプラ６０、安全ユニット７０で構成される。
【００１６】
プログラマブルコントローラ１０と、モータ制御装置２０，３０はフィールドネットワーク３を介して接続される。
【００１７】
プログラマブルコントローラ１０は所定の周期で演算を行い、フィールドネットワーク（システムバス）３を介してモータ制御装置２０に対して周期的に指令値を送信することでモータ制御装置２０を介して制御対象を制御する。
【００１８】
モータ制御装置２０は、典型的にはサーボドライバでありプログラマブルコントローラ１０から送信される指令値を受信し、受信した指令値に基づきモータ９０，１００の駆動を制御する。
【００１９】
プログラマブルコントローラ１０から周期的に送信される指令値は位置指令値であっても良いし速度指令値であっても良い。
【００２０】
フィールドネットワークは、プログラマブルコントローラ１０、安全コントローラ４０、モータ制御装置２０，３０との間で送受信される各種データを伝送する。フィールドネットワークとしては、各種のネットワークを用いることができる。例えばＥｔｈｅｒＣＡＴ（登録商標）、Ｐｒｏｆｉｎｅｔ（登録商標） 、ＭＥＣＨＡＴＲＯＬＩＮＫ（登録商標）、ＤｅｖｉｃｅＮＥＴ（登録商標）等を用いても良い。
【００２１】
安全コントローラ４０は、フィールドネットワークを介してプログラマブルコントローラ１０、図示しない安全ユニット、モータ制御装置２０，３０と通信可能に構成される。安全コントローラ４０は、フィールドネットワークまたはシステムバスを介して接続されている安全ユニット７０を含む安全スレーブから入力を安全プログラムによって演算し、演算結果を安全スレーブに対して送信する。
【００２２】
例えば、安全制御システム１は安全機器８０として非常停止スイッチ等で構成される。安全コントローラ４０は、非常停止スイッチが押されたことを安全ユニットからの入力として受信する。安全コントローラ４０は、安全ユニットからの入力を用いる安全プログラムを実行することにより、フィールドネットワークを介して安全ユニットに対して、停止を指示する信号を送信する。これらのフィールドネットワークを介して送受信される安全に関する信号は、所定のプロトコルに従ったデータテレグラムで構成されており、安全コントローラ４０及び安全ユニットは、当該プロトコルに従ったデータへ変換する機能及び所定のデータテレグラムを解析する機能を備えており、フィールドネットワークを介して安全に関するデータが送受信可能に構成されている。
【００２３】
本実施の形態においてモータ制御装置２０，３０は安全ユニットとして機能する。すなわち、本実施の形態にかかわるモータ制御装置２０，３０は、安全コントローラ４０からフィールドネットワークを介して送信される安全に関する信号を受信すると、モータ９０，１００を安全な状態に移行する。詳細は後述するが典型的には、フィールドネットワークを介して、停止信号を受信すると、モータへの供給電圧を遮断し、モータで発生するトルクをオフすることで安全な状態へ移行する。
【００２４】
図２を参照してモータ制御装置が含まれる制御システムの他の形態について説明する。
【００２５】
制御システム１Ａは、典型的には、プログラマブルコントローラ１０、モータ制御装置２０，３０、安全コントローラ５０、安全機器８０、で構成される。安全コントローラ５０は、配線を介して安全機器８０と接続されている。安全コントローラ５０は、モータ制御装置２０，３０と配線を介して接続されている。安全コントローラ５０は、安全機器８０からの入力を所定の安全プログラムの入力として演算し、安全機器８０への出力を行う。典型的には、安全機器８０として非常停止スイッチが接続され、非常停止スイッチが押下されると、配線を介して安全コントローラ５０に停止信号が入力される。安全コントローラ５０は非常停止スイッチを入力としたプログラムを演算し、配線で接続されたモータ制御装置２０，３０に対して安全入力信号を入力する。詳細は後述するがモータ制御装置２０，３０は配線を介して安全入力信号が入力されると、モータ９０，１００への供給電圧を遮断し、モータ９０，１００で発生するトルクをオフすることで安全な状態へ移行する。
【００２６】
＜モータ制御装置の構成＞
図３を参照して、本発明にかかるモータ制御装置の構成について説明する。
【００２７】
モータ制御装置２０，３０は典型的にはマイクロプロセッサ２０１とメモリ２０３と安全入力部２０５とモータ９０，１００を駆動するモータ駆動信号を演算するモータ駆動回路２０７と、遮断回路２０９とで構成される。
【００２８】
マイクロプロセッサ２０１は、メモリ２０３に格納されたプログラムモジュールを読み出し実行することにより、指令値に基づいてモータ制御を行う制御部２００として動作する。
【００２９】
典型的にはネットワークを介してプログラマブルコントローラ１０から送信される、指令値と図示しないモータ９０，１００の現在位置を計測する位置センサの値との偏差とから、モータ９０，１００を駆動するモータ駆動指令値を演算する。モータ駆動指令値は、典型的にはトルク値であるが、電流値、電圧値であっても良い。
【００３０】
モータ駆動回路２０７は、モータ駆動指令値と、モータ９０，１００、インバータ部２１１間の電流値との偏差とからモータ９０，１００を駆動するPWM信号を出力する。
【００３１】
インバータ部２１１は直流電源を専用回路が出力した、PWM信号に基づいてスイッチングすることによりモータ９０，１００に交流電圧を印加する。
【００３２】
安全入力部２０５は典型的には安全コネクタで構成され、冗長化された２系統の安全入力信号が入力可能なように構成されている。
【００３３】
遮断回路２０９は、専用回路とインバータ部２１１との間に設けられ、安全入力信号及び出力許可信号に基づいてモータへの駆動電圧の供給を遮断する。遮断回路２０９は、典型的にはスイッチ回路で構成され、PWM信号、安全入力信号、出力許可信号が入力され、安全入力信号及び出力許可信号が“許可状態”である時のみ、PWM信号をインバータ部２１１へ供給する。安全入力信号が“許可状態”ではない状態では、PWM信号をインバータ部２１１へ供給しないことにより、インバータ部２１１からのモータ９０，１００への供給電圧を遮断する。
【００３４】
＜安全制御部の構成＞
モータ制御装置２０，３０において、マイクロプロセッサ２０１はソフトウエアモジュールをメモリ２０３から読み出して実行することにより、モータ９０，１００を制御する機能だけでなく、安全制御部として動作する。以下、図４を参照して、モータ制御装置の制御部に関して説明する。
【００３５】
制御部２００は、モータ制御部２２１、安全制御部２２３を含む。モータ制御部２２１は、プログラマブルコントローラ１０等の上位制御装置からフィールドネットワーク３を介して送信される指令値と、図示しない位置センサから出力されるモータ９０，１００の位置または速度のフィードバック値とから、モータ９０，１００を駆動するモータ駆動指令値をモータ駆動回路２０７へ出力する。
【００３６】
安全制御部２２３は、モータ制御部２２１の動作と独立して構成されると共に、安全通信部２３１と安全処理部２３３と自己診断部２３５とで構成される。安全通信部２３１は、フィールドネットワーク３を介して送受信される安全信号を所定の手順に従って解析、読み込みを行い、安全信号の読み出し・書き込みを制御すると共に、フィールドネットワーク３を介して送受信される通信異常の有無を監視する。安全処理部２３３は、フィールドネットワーク３を介して送信させる安全信号に停止信号が含まれていない場合は、安全通信部２３１から通信異常が通知されていない場合に遮断回路２０９に対して駆動許可信号を出力する。また安全通信部２３１から通信異常が通知された場合、また安全信号に停止信号が含まれていない場合は、駆動許可信号をOFFする。自己診断部２３５は、モータ制御装置２０，３０の内部回路に異常が発生していないかを自己診断信号の出力及び自己診断信号の監視を行うことでモータ制御装置２０，３０の安全に関する機能を実現する。また自己診断部２３５は、遮断回路２０９乃至は安全制御部２２３が動作するための電源回路の異常を検出するように構成されていても良い。
【００３７】
安全制御部２２３は、安全信号に停止信号が含まれている場合またはフィールドネットワーク３に通信異常が発生した場合だけでなく、自己診断部２３５が異常を検出した場合に、駆動許可振動をOFFする構成としても良い。
【００３８】
＜モータ制御装置の動作＞
図３を参照して、安全入力部２０５を介して安全入力信号が入力された時のモータ制御装置２０，３０の動作を説明する。モータ９０，１００への通電信号がONとなると、モータ制御装置２０，３０は、モータ９０，１００への通電を開始する。安全入力部２０５を介して、安全入力信号１、安全入力信号２の何れかがOFFとなった場合には、遮断回路２０９を介してインバータ部２１１から、モータ９０，１００へ供給される駆動電圧を遮断することにより、モータ９０，１００への通電を停止し、モータ９０，１００がトルクを発生しない状態を実現する。略同時に安全モニタ信号をONにする。具体的には、出力許可信号がOFFとなった時、安全入力信号が入力された場合に、安全モニタ信号がONになるように構成し、安全モニタ信号は、安全出力部を介してセーフティコントローラへ入力される。例えばセーフティコントローラは安全モニタ信号を監視することにより、モータ制御装置２０，３０の状態を把握することができる。
【００３９】
図３を参照して、フィールドネットワーク３を介して安全入力信号が入力された時にモータ制御装置２０，３０の動作を説明する。フィールドネットワーク３にて接続されている、セーフティコントローラから停止信号が安全信号としてモータ制御装置２０，３０へ入力される。安全制御部２３１により、安全信号が解析され、停止信号が含まれている場合は駆動許可信号をOFFにする。安全入力信号が入力されると、制御部２００は遮断回路２０９を介してインバータ部２１１からモータ９０，１００へ供給される電圧を遮断することにより、モータ９０，１００がトルクを発生しない状態を実現する。
【００４０】
略同時に安全状態信号をActiveとして、フィールドネットワーク３を介して上位装置へ送信する。安全コントローラ４０は、安全状態信号を監視することによりモータ制御装置２０、３０の状態を把握することができる。
【００４１】
モータ制御装置２０、３０の駆動状態と安全入力信号、駆動許可信号との関係について説明する。安全入力信号ON、駆動許可信号ONの時には、遮断回路２０９はモータ駆動信号をインバータ部２１１に供給し、モータ９０，１００が駆動される。安全入力信号OFF、駆動許可信号ONの時には、遮断回路２０９は、モータ駆動信号を遮断することにより、モータ９０，１００がトルクを発生しない状態を実現する。安全入力信号ON、駆動許可信号OFFの時には、遮断回路２０９はモータ駆動信号を遮断することにより、モータ９０，１００がトルクを発生しない状態を実現する。安全入力信号OFF、駆動許可信号がOFFの時には、遮断回路２０９は、モータ駆動信号を遮断することによりモータがトルクを発生しない状態を実現する。
【００４２】
このように配線から入力される安全入力信号と、ネットワークを介して送信される安全信号に含まれる停止信号から安全制御部２２３によって出力される出力許可信号とを、論理積を遮断回路２０９へ入力するように構成する。このように構成することにより、配線及びネットワークの何れかから入力される安全信号に基づいて、モータ９０，１００にトルクが発生しない状態を実現することが可能となる。
＜モータ制御装置の自己診断機能＞
図４を参照して、安全信号の経路の自己診断機能について説明する。
【００４３】
図２を参照して、安全入力信号が入力されるモニタ信号の取得位置について説明をする。
【００４４】
マイクロプロセッサ２０１は、遮断回路２０９に対する入力として自己診断信号を出力する。自己診断信号は、所定の時間幅で立下がり、立上りをするパルス入力で構成される。図示しない安全入力回路は、自己診断用信号を除去するフィルタを備えている。当該フィルタは、所定時間以上の間隔での信号の立下りを検出時のみ、安全入力信号が入力されたと判断する。
【００４５】
マイクロプロセッサ２０１は、自己診断信号を出力し、当該フィルタに入力される前でパルスの立下りを監視することにより、マイクロプロセッサ２０１と遮断回路２０９間の経路に異常がないかを判断する。経路に異常が発生した場合には、遮断回路０９を動作させることにより、モータ９０，１００への電圧印加を停止すると共に、モータ駆動回路２０７に対するモータ駆動指令値の出力を停止する。
【００４６】
＜発明の効果＞
本発明に関わるモータ制御装置２０，３０は、安全制御部２２３が出力する信号または、安全入力部２０５を介して入力される信号の何れかの入力に安全入力信号が含まれている場合にインバータ部２１１を駆動し、モータ９０，１００への電圧を供給を遮断する遮断回路２０９を備え、安全入力部２０５または安全制御部２２３からの何れかの安全入力信号が入力されると、インバータ部２１１からのモータ９０，１００への通電を遮断する。
【００４７】
このように構成することにより、ネットワークを介して安全入力信号が入力させる場合であっても、安全入力部２０５から安全入力信号が入力された場合であっても、モータ９０，１００への通電を停止することが可能となる。そのため、モータ制御装置２０，３０を含む安全制御システム１を自由に構成することが可能となる。
【００４８】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４９】
１  安全制御システム
４０，５０  安全コントローラ
３  システムバス
１０  プログラマブルコントローラ
２０，３０  モータ制御装置
８０  安全機器
９０，１００  モータ
２００  制御部
２０１  マイクロプロセッサ
２０３  メモリ
２０５  安全入力部
２０７  モータ駆動回路
２０９  遮断回路
２１１  インバータ部
２１３  通信回路
２２１  モータ制御部
２２３  安全制御部
２３１  安全通信部
２３３  安全処理部
２３５  自己診断部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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