JP5969412B2

JP5969412B2 - 変位データ送信装置

Info

Publication number: JP5969412B2
Application number: JP2013041258A
Authority: JP
Inventors: 林　康一; 康一林
Original assignee: Okuma Corp
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2013-03-01
Filing date: 2013-03-01
Publication date: 2016-08-17
Anticipated expiration: 2033-03-01
Also published as: DE102014102233B4; JP2014170328A; DE102014102233A1

Description

本発明は、機械の安全状態を監視するために必要な位置や速度等の変位データを監視装置等へ送信する変位データ送信装置に関する。

近年、制御機器に搭載される回路規模の増大と信号処理の高速化及び集積回路の微細化、さらには、制御機器に組み込むソフトウェアの複雑化により、制御機器が偶発的に誤動作を起こす確率が高まる傾向にある。このため、万一の制御機器誤動作に対して、制御対象となる機械の可動部を安全に停止させる安全機能が制御機器に搭載されるようになってきている。また、制御機器の誤動作を検出する装置としては、可動部に設置した複数のセンサにより検出した位置や速度等の変位データをシリアル通信により送信する変位データ送信装置と、受信した変位データに基づいて、可動部が安全な速度を超過していないかを監視する速度監視装置が、安全機能を有する制御装置に搭載されている。

図３は、３軸のモータを制御するＮＣ制御システムのブロック図である。また、図４は、従来の変位データ送信装置を組み込んだエンコーダの内部を示すブロック図である。また、図５は、図３のエンコーダが出力する変位データの送信フレームの構造を示す図である。

図３を説明する。ＮＣ装置２０は、信号ＳＮ０、ＳＮ１、ＳＮ２、ＳＮ３、ＳＮ４で示されるリング状のシリアル通信ネットワークを通じて、モータ制御装置２１、２２、２３や、速度監視装置３０と、制御用データの送受信を行う。また、モータ制御装置２１、２２、２３は、各モータ回転軸の回転位置をＮＣ装置２０からの位置指令に従い制御する。具体的には、モータ制御装置２１、２２、２３は、エンコーダ２７、２８、２９からシリアル信号ＥＮ１、ＥＮ２、ＥＮ３を通じて送信される位置データに基づき、それぞれモータ２４、２５、２６に流す三相の電流Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を制御する。

また、エンコーダ２７、２８、２９からシリアル信号ＥＮ１、ＥＮ２、ＥＮ３を通じて送信された位置データは、モータ制御装置２１、２２、２３により、シリアル信号ＳＮ１、ＳＮ２、ＳＮ３を通じて中継送信され、速度監視装置３０で受信される。速度監視装置３０では、受信した各モータの位置データから差分処理により回転速度を検出し、予め設定された安全速度と比較する。また、機械ドア等の開閉を示す信号ＧＵＡＲがドア開を示す状態のとき、モータの回転速度がどれか一つでも安全速度を超えた場合、信号ＳＮ４、ＳＮ０、ＳＮ１、ＳＮ２により、モータ制御装置２１、２２、２３に、緊急停止指令を送信するとともに、非常停止信号ＳＴＯＰを出力して、モータ等の制御電源の遮断を行う。

次に、エンコーダ２７、２８、２９に組み込まれ、位置の変位データを送信する従来の変位データ送信装置について、図４のブロック図で説明する。図４では、エンコーダの入力軸１には、磁気情報を記録した円板２が固定されており、入力軸が回転すると、それぞれ磁気センサ３、４、５により、記録された情報が読み取られ、信号Ａ、信号Ｂ、信号Ｚの電気信号に変換される。信号Ａ、信号Ｂ、信号Ｚは、それぞれ、独立した２系統の位置変換器６、７に入力され、異なる位置変換方式によって、それぞれ、バイナリの位置データＰＳ１、ＰＳ２に変換される。図４の例では、ＰＳ２の方がＰＳ１よりも分解能が高い精密な位置データとなっており、ＰＳ１が入力軸１の１回転を１６ビットのデータに変換するのに対して、ＰＳ２は、入力軸１の１回転を２０ビットのデータに変換する。また、位置変換器６、７では、信号Ａ、信号Ｂ、信号Ｚの振幅や変化のパターンに異常があると、それぞれ異常を示す信号ＥＲ１と信号ＥＲ２をステータスレジスタ１０へ出力する。ステータスレジスタ１０は、エンコーダの異常状態を８ビットのステータスデータＳＴＳで示し、異常が無い限り、出力値は０に固定される。２つの位置データＰＳ１とＰＳ２は、マイクロコンピュータ１３に入力され、２つの位置データＰＳ１とＰＳ２との上位１６ビットの差の絶対値が予め設定した量を超えると異常を示す信号ＥＲ３をステータスレジスタ１０へ出力する。

フレームアドレスレジスタ８は、８ビットの送信フレームの宛先アドレスと８ビットのエンコーダ固有の送信元アドレスとを、１６ビットのアドレスデータＤＳＡとして記憶している。更新カウンタ回路９は、送信開始信号ＳＤＣが指令されるごとに、８ビットの更新カウントデータＣＴをカウントアップする。巡回符号生成器１１は、データＤＳＡとデータＣＴとデータＳＴＳとデータＰＳ１の４８ビットデータの巡回符号演算を行い３２ビットの巡回符号ＣＲＣを生成する。

シリアル通信回路１２は、モータ制御装置から送信された位置データ要求指令や送信した位置データをシリアル信号ＲＸとして受信し、パラレルデータに変換し、受信データ信号ＲＸＤとしてマイクロコンピュータ１３に出力する。マイクロコンピュータ１３は、受信データ信号ＲＸＤが位置データ要求指令を示している場合、送信開始信号ＳＤＣを出力する。シリアル通信回路１２は、送信開始信号ＳＤＣが入力されると、図５に示すように、フレームの開始を示すコードＳＤを先頭につけ、データＤＳＡ、データＳＴＳ、データＣＴ、データＰＳ１、巡回符号ＣＲＣの順に一つの位置データ通信フレームとして、シリアル信号ＴＸにより送信する。また、マイクロコンピュータ１３は、受信データ信号ＲＸＤより、送信した位置データ通信フレーム内の位置データＰＳ１をチェックし、異常がある場合は、送信開始信号ＳＤＣの出力を停止することにより、位置データ通信フレームが送信されなくなることで、モータ制御装置や速度監視装置へ異常を知らせる。

また、図３のＮＣ制御システムでは、エンコーダ２７、２８、２９が送信した位置データフレームのうちフレームの開始を示すコードＳＤ以外は、そのまま、信号ＳＮ１、ＳＮ２、ＳＮ３により、中継送信され、速度監視装置３０で受信される。速度監視装置３０では、受信した位置データフレームの送信元アドレスからエンコーダを特定し、ステータスデータＳＴＳに異常がないことの確認や、更新カウントデータＣＴが毎回更新されているかを確認する他、受信フレームの巡回符号と受信データ内容のチェックを行う。

以上のようにすることで、従来の変位データ送信装置を組み込んだエンコーダは、内部の回路の何れかの１つが故障したとしても確実に異常を検出し、外部へ故障を知らせることが可能となっている。また、更新カウントデータＣＴと３２ビットの強力な巡回符号により、速度監視装置３０までに、位置データ通信フレームの内容がノイズや中継機器の故障等により、ビット化けした場合でも、その異常を確実に、速度監視装置３０側で検出することが可能である。また、速度監視装置３０では、通常２つのマイクロコンピュータを搭載し、上記の処理を２重に行い相互確認することで、高い信頼性を確保している。

図４に示した従来の変位データ送信装置では、装置の信頼性を確保するために装置内部の異常を診断するためのマイクロコンピュータ１３が必要であり、コストアップの要因となっていた。また、１つのマイクロコンピュータでは、マイクロコンピュータ自身の診断が十分にできないため、信頼性のレベルが若干低くなっていた。

別の方法として、２つの位置データを速度監視装置へ送信することにより、診断を速度監視装置が搭載する２つのマイクロコンピュータに行わせる方法がある。しかし、この方法では、異常を診断するためのマイクロコンピュータを不要とすることが可能だが、位置データ通信フレームのデータサイズが追加データ分増加する。また、通信データのビット量が増大すると、ビット化けの異常検出を確実に行うため、さらに巡回符号のビット数も増大させなければならないという問題があった。

このようなことから、低コストで通信データ量が少なく信頼性の高い変位データ送信装置が望まれていた。

本発明は、上述のような事情から成されたものであり、本発明の目的は、低コストで通信データ量が少なく信頼性の高い変位データ送信装置を提供することにある。

本発明に係る変位データ送信装置は、センサ信号から検出した変位データを、シリアル通信により外部へ送信する変位データ送信装置において、センサ信号を変位データに変換する変位データ変換手段であって、異常がない限り複数のセンサ信号を同一の変位データに変換する第１及び第２変位データ変換手段と、前記第１変位データ変換手段が変換した第１変位データを含まず、前記第２変位データ変換手段が変換した第２変位データを含む、前記第２変位データのビット数以上の巡回符号を生成する巡回符号生成手段と、前記第１変位データと前記巡回符号とを出力する出力手段と、を有することを特徴とする。

また、本発明に係る変位データ送信装置において、前記第１変位データ及び前記第２変位データの一方はＮビット（Ｎは１以上の整数）のデータであり、他方はＮよりも多いビット数のデータであり、前記変位データ変換手段は、前記第１変位データ及び前記第２変位データの上位Ｎビット目の値に基づき、前記Ｎよりも多いビット数のデータをＮビットのデータに変換することが望ましい。

また、本発明に係る変位データ送信装置において、前記変位データ変換手段は、前記第１変位データ及び前記第２変位データの上位Ｎビット目の値が同一である場合は、前記Ｎよりも多いビット数のデータを、その上位Ｎビットのデータに変換し、前記第１変位データ及び前記第２変位データの上位Ｎビット目の値が異なる場合であって前記Ｎよりも多いビット数のデータの上位Ｎ＋１ビット目のデータが１である場合は、前記Ｎよりも多いビット数のデータを、その上位Ｎビットのデータに１を加算したデータに変換し、前記第１変位データ及び前記第２変位データの上位Ｎビット目の値が異なる場合であって前記Ｎよりも多いビット数のデータの上位Ｎ＋１ビット目のデータが０である場合は、前記Ｎよりも多いビット数のデータを、その上位Ｎビットのデータから１を減算したデータに変換することが望ましい。

また、本発明に係る変位データ送信装置において、前記巡回符号生成手段は、さらに、前記出力手段が前記第１変位データ及び前記巡回符号を出力するごとにデータが変化する更新チェック用データを含めた巡回符号を生成してもよい。

また、本発明に係る変位データ送信装置において、前記巡回符号生成手段は、さらに、前記変位データ送信装置の異常時にデータが変化するステータスデータを含めた巡回符号を生成してもよい。

本発明では、２つの変位データのうち、他方の変位データを巡回符号に変換して送信している。変位データのビット数以上の巡回符号から他方の変位データに変換することは可能なため、変位データと巡回符号を送信することは、２つの変位データを送信することとほぼ等価となる。これにより、従来技術と比較し、通信量を増大せずに２つの変位データの送信が可能となる。

また、２つの変位データを巡回符号無しで、そのまま送信した場合は、２つの変位データの同じ桁の２つのビットが同時に変化しただけで、異常が検出できなくなる。これに対して、他方の変位データを適切な巡回符号に変換することによって、一方の変位データと巡回符号が同時に３ビット以上ビット化けした場合でも、異常検出が可能となる。

また、速度監視装置側で、２つのマイクロコンピュータにより、それぞれ受信フレームの巡回符号による異常チェックを行えば、２つの変位データの異常チェックを二重に行ったことと等価になる。このため、変位データ送信装置側の異常を診断するためのマイクロコンピュータを不要とできる上、異常診断の信頼性レベルも二重化により向上できる。以上より、低コストで通信データ量が小さくかつ信頼性の高い変位データ送信装置を実現できる。

本発明の変位データ送信装置を組み込んだエンコーダのブロック図である。本発明の変位データ送信装置が出力する変位データの別の送信フレーム構造を示す図である。３軸のモータを制御するＮＣ制御システムのブロック図である。従来の変位データ送信装置を組み込んだエンコーダの内部を示すブロック図である。図３のエンコーダが出力する変位データの送信フレームの構造を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、図１において図４と同じ機能のものは同じ符号とし、その説明を省略する。また、異常が無い限り、図１のエンコーダの位置データＰＳ１と位置データＰＳ２との差は、位置データＰＳ１の単位系で±０．２５ビット未満であることを前提として本発明を説明する。

図１で、変位量変換器１４は、２０ビットの位置データＰＳ２の下位５ビット目（上位から１６ビット目）と１６ビット位置データＰＳ１の上位から１６ビット目に相当する最下位ビット（ＬＳＢ）を比較し、同じ値の場合は、位置データＰＳ２の上位１６ビットをＰＳ１‘として出力する。また、ＰＳ２の下位５ビット目とＰＳ１の最下位ビットが異なり、ＰＳ２の下位４ビット目が１の場合、位置データＰＳ２の上位１６ビットに１を加算した値をＰＳ１’として出力する。また、ＰＳ１の５ビット目とＰＳ２の最下位ビットが異なり、ＰＳ１の下位４ビット目が０の場合、位置データＰＳ２の上位１６ビットに１を減算した値をＰＳ１’として出力する。これらの変位量変換器１４の処理により、位置データＰＳ１と位置データＰＳ２の差がＰＳ１の単位系で±０．５ビットを超えない限り、位置データＰＳ１’を位置データＰＳ１の値に揃えることが可能である。また、ＰＳ２の下位５ビット目とＰＳ１の最下位ビットが異なり、ＰＳ２の下位４ビット目と下位３ビット目が１と１又は、０と０以外は、２つの位置データにＰＳ１の単位系で±０．２５ビットを超える差が発生したと判断して、異常を示す信号ＥＲ３をステータスレジスタ１０へ出力する。

巡回符号生成器１１は、データＤＳＡとデータＣＴとデータＳＴＳとデータＰＳ１’の４８ビットデータの巡回符号演算を行い３２ビットの巡回符号ＣＲＣを生成する。送信指令回路１５は、受信データ信号ＲＸＤが位置データ要求の場合、送信開始信号ＳＤＣを出力する。シリアル通信回路１２は、送信開始信号ＳＤＣが入力されると、図４の従来と同様に、フレームの開始を示すコードＳＤを先頭につけ、データＤＳＡ、データＳＴＳ、データＣＴ、データＰＳ１、巡回符号ＣＲＣの順に一つの位置データ通信フレームとして、シリアル信号ＴＸにより送信する。以上から、位置データＰＳ１と位置データＰＳ２のどちらかに異常が発生し、両者にＰＳ１の単位系で±０．５ビット以上の差が生じた場合は、送信された位置データと巡回符号ＣＲＣが一致しないため、速度監視装置側で位置データの異常を検出することが可能である。

なお、図１の実施例では、ＰＳ１’を巡回符号生成器１１に入力し、ＰＳ１を送信用データとしたが、ＰＳ１を巡回符号生成器１１に入力し、ＰＳ１’を送信用データとしてもよい。また、巡回符号生成器１１により生成される巡回符号のサイズを３２ビットとしたが、例えば、シリアル通信回路１２側に通信フレームの末尾に送信データの１６ビット巡回符号ＦＣを自動付加する専用の１６ビット巡回符号生成回路を内蔵している場合、巡回符号生成器１１を３２ビットから１６ビットの巡回符号生成器に換えて、図２に示すような位置データ通信フレームとしても良い。この場合、巡回符号ＣＲＣと巡回符号ＦＣの異常検出パターンによって、異常原因が通信によるものかそれ以外かの特定が容易となるメリットがある。その他、複数のセンサ信号を出力するセンサとして、磁気センサを例に示したが、光センサや巻線などの電磁センサや、その他のセンサでも実現が可能である。また、実施例では、位置データを送信する変位データ送信装置について述べたが、速度、加速度、温度、圧力、放射線量等の他の変位データを送信する変位データ送信装置でも実現可能である。

なお、上記では、速度監視専用の位置データ通信フレームについてのみ説明したが、実際のエンコーダは、速度監視専用の位置データ通信フレーム以外に、モータ制御装置からの指令により、高分解能な位置データＰＳ２を含んだモータ制御専用の位置データ通信フレームも送信する。

１入力軸、２円板、３，４，５磁気センサ、６，７位置変換器、８フレームアドレスレジスタ、９更新カウンタ回路、１０ステータスレジスタ、１１巡回符号生成器、１２シリアル通信回路、１３マイクロコンピュータ、１４変位量変換器、１５送信指令回路、２０ＮＣ制御装置、２１，２２，２３モータ制御装置、２４，２５，２６モータ、２７，２８，２９エンコーダ、３０速度監視装置。

Claims

複数のセンサ信号から検出した変位データを、シリアル通信により外部へ送信する変位データ送信装置において、
複数のセンサ信号を変位データに変換する変位データ変換手段であって、異常がない限り複数のセンサ信号を同一の変位データに変換する第１及び第２変位データ変換手段と、
前記第１変位データ変換手段が変換した第１変位データを含まず、前記第２変位データ変換手段が変換した第２変位データを含む、前記第２変位データのビット数以上の巡回符号を生成する巡回符号生成手段と、
前記第１変位データと前記巡回符号とを出力する出力手段と、
を有することを特徴とする変位データ送信装置。
前記第１変位データ及び前記第２変位データの一方はＮビット（Ｎは１以上の整数）のデータであり、他方はＮよりも多いビット数のデータであり、
前記変位データ変換手段は、前記第１変位データ及び前記第２変位データの上位Ｎビット目の値に基づき、前記Ｎよりも多いビット数のデータをＮビットのデータに変換する、
ことを特徴とする請求項１記載の変位データ送信装置。
前記変位データ変換手段は、
前記第１変位データ及び前記第２変位データの上位Ｎビット目の値が同一である場合は、前記Ｎよりも多いビット数のデータを、その上位Ｎビットのデータに変換し、
前記第１変位データ及び前記第２変位データの上位Ｎビット目の値が異なる場合であって前記Ｎよりも多いビット数のデータの上位Ｎ＋１ビット目のデータが１である場合は、前記Ｎよりも多いビット数のデータを、その上位Ｎビットのデータに１を加算したデータに変換し、
前記第１変位データ及び前記第２変位データの上位Ｎビット目の値が異なる場合であって前記Ｎよりも多いビット数のデータの上位Ｎ＋１ビット目のデータが０である場合は、前記Ｎよりも多いビット数のデータを、その上位Ｎビットのデータから１を減算したデータに変換する、
ことを特徴とする請求項２に記載の変位データ送信装置。
前記巡回符号生成手段は、さらに、前記出力手段が前記第１変位データ及び前記巡回符号を出力するごとにデータが変化する更新チェック用データを含めた巡回符号を生成する、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の変位データ送信装置。
前記巡回符号生成手段は、さらに、前記変位データ送信装置の異常時にデータが変化するステータスデータを含めた巡回符号を生成する、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の変位データ送信装置。