JP5287064B2 - サーボシステム - Google Patents

Description

本発明は、産業機器などに用いられるネットワーク接続されたサーボシステムの、特にアナログ出力の外部センサの接続に関する。

従来、産業用システムにおいて、モータ制御装置やＩ／Ｏユニットなどの各種スレーブと上位マスタとなるコントローラ間の接続方法が、パルス列指令やパラレル信号から、通信指令（ネットワーク）に変化しつつある。

ネットワークの採用によって複数のスレーブとの配線が省配線となり、また、単なる信号だけではなく、さまざまな情報のやり取りにも、この通信が利用されている。

通信の採用により、複数のスレーブを接続した場合でも省配線化が実現可能となり、スレーブ自体の小型化が進んでいる。また、産業用システムの機能向上のためには、各種センサが必要であり、上位マスタとなるコントローラには、さまざまなセンサが接続されている。

フルクローズ用のエンコーダと速度制御に使用するエンコーダを、１つの通信を介したネットワークで組み１つに入力して、トルクより位置を補正して正確な位置を得るため、フルクローズ用のエンコーダと速度制御に使用するエンコーダを、１つのネットワークで組みフルクローズ用の位置とモータの位置を同期してモニタして、トルクより速度、位置を推定して位置を補正するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−３１８４９１号公報

解決しようとする問題点は、上位マスタにスレーブとして接続されたサーボアンプとは別に、アナログ出力の外部センサがサーボシステムに必要な場合に、省配線が困難な点である。

特許文献１の技術を用いると、１つのネットワークにデジタル化された信号である、フルクローズ用のエンコーダと速度制御に使用するエンコーダを省配線化することができるが、アナログ出力のセンサは信号がデジタル化されていないため、このネットワークに接続することができず、問題があった。

サーボモータとサーボアンプ間の配線は、シリアル通信によって省配線を実現しているものの、それ以外のアナログ信号を接続するためには、上位マスタのアナログ入力回路に別途アナログセンサを接続する必要がある。その場合、アナログ信号の配線が、センサ位置から上位マスタまで長距離になり、ノイズなどの影響を受け易く、信頼性の低い情報となるという問題があった。

一方、ネットワークに接続されたサーボアンプにアナログセンサを用いてモータ制御する場合、サーボアンプに専用のアナログ入力回路を用意し、そのアナログ入力回路を用いてサーボモータの制御を行っているが、そのアナログ入力回路はモータ制御専用に用いられているものであり、そのほかの機能としては使用することができなかった。

本発明は、上記課題を解決するものであり、ネットワーク化されたサーボシステムにおいて、アナログ入力信号を多様な用途に扱うことのできる、使い勝手のよいサーボシステムを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため請求項１から４に記載のサーボシステムは、上位マスタと複数のサーボアンプ間をネットワークで接続してモータ制御するサーボシステムにおいて、前記サーボアンプは、外部センサのアナログ信号を入力するアナログ入力回路と、前記アナログ入力回路の出力をサーボアンプ側に接続するか上位マスタ側に接続するかを切り換える切換手段を備え、前記切換手段によってアナログ入力回路の出力をサーボアンプ側に接続したとき、モータ制御に用い、上位マスタ側に接続したとき、アナログ信号をサーボシステム全体の制御に用いる。

また、このサーボシステムは、前記アナログ入力回路の出力をサーボアンプのパラメータによって切り換える。

また、このサーボシステムは、前記サーボアンプは、前記アナログ入力回路の出力をデジタル信号に変換する変換回路を介して上位マスタに返信する。

また、このサーボシステムは、前記外部センサで圧力を検知し、前記切換手段によってアナログ入力回路の出力をサーボアンプ側に接続して圧力制御を実行する。

請求項１から４に記載のサーボシステムによれば、上位マスタに必要な専用のアナログ入力回路をサーボアンプに搭載することにより、サーボシステムの省配線が可能となる。また、ネットワーク化されたサーボアンプにアナログ信号を接続するため、実際の稼動部の近くに設置することができ、アナログ信号の安定化につながり、信頼性の高いサーボシステムとなる。

また、このサーボシステムによれば、モータ制御またはシステム全体の制御に必要なアナログ信号をアナログ入力回路に入力し、入力されたアナログ信号の使途をサーボアンプに搭載されたパラメータで設定することができるため、使いやすいサーボシステムとなる。

また、このサーボシステムによれば、サーボアンプに接続されたアナログ信号をデジタル化する変換回路を有しているため、取り込んだデータを容易にネットワークで上位マスタに返信することのできる、使いやすいサーボシステムとなる。

また、このサーボシステムによれば、サーボアンプに接続された圧力センサ信号を用いて、モータに接続された負荷の圧力制御を実行することができる、使い勝手のよいサーボシステムとなる。

１つのモータに接続され、このモータをモータ制御するサーボアンプがスレーブとなり複数存在し、上位マスタと前記複数のサーボアンプがシリアル通信によりネットワークで接続して前記複数のモータに対しサーボシステムの全体の制御をするサーボシステムにおいて、前記サーボアンプは、外部センサのアナログ信号を入力するアナログ入力回路と、前記アナログ入力回路の出力をデジタル信号に変換する変換回路と、前記変換回路から出力されるデジタル信号を処理するマイクロプロセッサと、前記マイクロプロセッサと前記
ネットワークからの前記シリアル通信の入出力を処理するシリアル通信回路と、前記アナログ入力回路の出力を前記サーボアンプ側に接続するか前記上位マスタ側に接続するかを切り換える切換手段を備え、前記切換手段によって前記アナログ入力回路の出力を前記サーボアンプ側に接続したとき、前記サーボアンプに接続されたモータのモータ制御に用い、前記上位マスタ側に接続したとき前記アナログ入力回路の出力を前記上位マスタに返信し、前記アナログ信号を前記サーボシステム全体の制御に用いることで、システムの省配線化、高信頼性化を実現することができる。以下、具体的な実施の形態について説明する。
（実施の形態１）
図１において、上位マスタ１には、スレーブとなるサーボアンプ２，３，４が通信によるリング接続され、前段の通信出力が後段の通信入力に順次接続され、通信の終端は、上位マスタ１の通信入力部に接続されている。

サーボアンプ２，３，４には、それぞれ駆動するサーボモータ５，６，７が接続され、サーボモータ５，６，７には、それぞれモータ位置を検出するためのロータリーエンコーダが搭載されている。ロータリーエンコーダの位置情報は、マイクロプロセッサ２ｅ，３ｅ，４ｅにて読み取られ、通信によって、上位マスタ１に返信されている。

なお、図１において、テーブル（図示せず）上のワーク１０をサーボモータ７のみでＸ軸方向に駆動するように図示しているが、サーボモータ５はワーク１０をＹ軸方向に、サーボモータ６は他の負荷をＺ軸方向に、それぞれ駆動するように連結されている。

そして、アナログ出力の外部センサとして、温度センサ８がサーボアンプ２に接続され、圧力センサとしてのロードセル９がサーボアンプ３に接続されている。

サーボアンプ２，３，４の内部構成は同じであり、サーボアンプ２について説明する。サーボアンプ２の内部には、アナログセンサの出力信号を入力するアナログ入力回路２ａと、アナログ信号をデジタル信号へ変換する変換回路２ｂと、アナログ信号の使途を設定する切換手段２ｃと、デジタル信号をネットワーク化するシリアル通信回路２ｄと、ソフトウェアを処理するマイクロプロセッサ２ｅが搭載されている。

ここで、実施の形態１のサーボシステムについて説明する。サーボアンプ２には、サーボシステム全体の温度管理をするため、温度センサ８が接続されており、周囲の温度情報をサーボアンプ２に読み込んでいる。サーボアンプ３には、圧力センサであるロードセル９が接続され、圧力情報を用いてサーボモータ６を駆動して圧力制御を実行する。サーボアンプ４には、外部センサは接続されていないが、ワーク１０をＸ軸方向に駆動する。

サーボアンプ２とサーボアンプ３では、入力されたアナログ信号の使途が異なる。このため、アナログ入力回路２ａに入力されたアナログ信号をサーボアンプ２側に接続するか、上位マスタ１側に接続するかをサーボアンプ２の切換手段２ｃである切換信号で設定する。同様に、サーボアンプ３も切換手段３ｃである切換信号で設定する。

サーボアンプ２は、アナログ入力回路２ａに入力された温度情報をシステム全体の温度管理に用いる。このため、切換信号であるパラメータによって上位マスタ１に出力できるように変換回路２ｂに接続する。変換回路２ｂでは、アナログ信号をデジタル信号に変換し、デジタル化された信号をマイクロプロセッサ２ｅが取り込んで、シリアル通信回路２ｄから通信を介して上位マスタ１に応答する。

上位マスタ１は、デジタル化された温度情報を用いて温度が一定以上になると、サーボアンプ２でサーボモータ５を駆動してワーク１０を移動させる。

サーボアンプ３は、ロードセル９のアナログ信号をモータ制御に使用するため、パラメータを用いてサーボアンプ３側に出力する。このため、変換回路３ｂは使用しない。ロードセル９のアナログ信号を用いることで、サーボモータ６による圧力制御が実現できる。

なお、実施の形態１では、リング形式による接続例を示したが、バス形式の接続であっても、通信を用いて上位マスタとサーボアンプを接続すれば、同様の効果を得ることができる。また、切換手段としてパラメータの例を示したが、ネットワークによる通信命令による切換信号や、サーボアンプの接続されたデジタル入力信号による切換信号に置き換えてもよく、同様の効果を得ることができる。

さらに、温度センサによる温度管理とロードセルによる圧力制御の一例を示したが、アナログ出力のギャップセンサを用いてモータと対象物間の隙間を制御するようにしてもよく、実施の形態１で説明した構成に限定するものではない。

本発明のサーボシステムは、アナログ出力の外部センサを用いるシステムの省配線に有用である。

本発明の実施の形態１におけるサーボシステムの要部ブロック構成図

１ 上位マスタ
２，３，４ サーボアンプ
２ａ，３ａ，４ａ アナログ入力回路
２ｂ，３ｂ，４ｂ 変換回路
２ｃ，３ｃ，４ｃ 切換手段（切換信号）
２ｄ，３ｄ，４ｄ シリアル通信回路
２ｅ，３ｅ，４ｅ マイクロプロセッサ
５，６，７ サーボモータ
８ 温度センサ
９ ロードセル
１０ ワーク

Claims (4)

1. １つのモータに接続され、このモータをモータ制御するサーボアンプがスレーブとなり複数存在し、上位マスタと前記複数のサーボアンプがシリアル通信によりネットワークで接続して前記複数のモータに対しサーボシステムの全体の制御をするサーボシステムにおいて、
   前記サーボアンプは、外部センサのアナログ信号を入力するアナログ入力回路と、
   前記アナログ入力回路の出力をデジタル信号に変換する変換回路と、
   前記変換回路から出力されるデジタル信号を処理するマイクロプロセッサと、
   前記マイクロプロセッサと前記ネットワークからの前記シリアル通信の入出力を処理するシリアル通信回路と、
   前記アナログ入力回路の出力を前記サーボアンプ側に接続するか前記上位マスタ側に接続するかを切り換える切換手段を備え、
   前記切換手段によって前記アナログ入力回路の出力を前記サーボアンプ側に接続したとき、前記サーボアンプに接続されたモータのモータ制御に用い、前記上位マスタ側に接続したとき前記アナログ入力回路の出力を前記上位マスタに返信し、前記アナログ信号を前記サーボシステム全体の制御に用いることを特徴とするサーボシステム。
2. 前記アナログ入力回路の出力を前記サーボアンプのパラメータによって切り換える請求項１に記載のサーボシステム。
3. 前記外部センサで圧力を検知し、前記切換手段によって前記アナログ入力回路の出力を前記サーボアンプ側に接続することで、前記外部センサに接続され前記圧力を検知したサーボアンプがこのサーボアンプに接続されたモータをモータ制御し圧力制御を実行する請求項１に記載のサーボシステム。
4. 前記ネットワークはリング形式またはバス形式である請求項１に記載のサーボシステム。
   

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