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JP7735674B2 - Motor control device - Google Patents
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JP7735674B2 - Motor control device - Google Patents

Motor control device

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JP7735674B2
JP7735674B2 JP2021039586A JP2021039586A JP7735674B2 JP 7735674 B2 JP7735674 B2 JP 7735674B2 JP 2021039586 A JP2021039586 A JP 2021039586A JP 2021039586 A JP2021039586 A JP 2021039586A JP 7735674 B2 JP7735674 B2 JP 7735674B2
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    • H02P29/028Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load the motor continuing operation despite the fault condition, e.g. eliminating, compensating for or remedying the fault

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Description

本発明は、モータを駆動制御するモータ制御装置に関する。 The present invention relates to a motor control device that drives and controls a motor.

近年、製造現場では、サーボシステムが、各種機械における稼動部の位置決め制御などに用いられている。このようなサーボシステムとして、各種の機械装置を稼動するためのサーボモータと、このサーボモータに取り付けられたエンコーダと、サーボモータを駆動するためのサーボドライバと、サーボドライバに対して位置指令情報等を出力するための制御装置とを備えるシステムがある。そして、製造現場では、コスト削減、生産性の向上とともに、作業者に対する安全性確保の取り組みが重要な要件となっている。このため、サーボシステムについても、相応の安全規格に適合させることが要求されつつある。 In recent years, servo systems have come to be used in manufacturing sites to control the positioning of moving parts in various machines. Such servo systems include a servo motor for operating various machinery, an encoder attached to the servo motor, a servo driver for driving the servo motor, and a control device for outputting position command information and other information to the servo driver. In addition to reducing costs and improving productivity, ensuring worker safety has become an important requirement in manufacturing sites. For this reason, servo systems are also being required to comply with appropriate safety standards.

特許文献1には、リニアスケールからの位置検出信号とロータリーエンコーダからの速度検出信号を位置制御ドライバにフィードバックして位置決め制御を行い、位置決め完了後に位置制御ドライバが位置決め完了信号をコントローラに出力するフルクローズドループ位置制御サーボドライバが開示されている。また、特許文献2には、診断処理部が回転軸の位置及び回転速度の少なくとも一方を重故障状態と診断したら、駆動機器を停止させる安全停止信号を出力する制御装置が開示されている。 Patent Document 1 discloses a full-closed loop position control servo driver that performs positioning control by feeding back a position detection signal from a linear scale and a speed detection signal from a rotary encoder to a position control driver, and after positioning is complete, the position control driver outputs a positioning completion signal to a controller. Furthermore, Patent Document 2 discloses a control device that outputs a safety stop signal to stop the driving equipment when a diagnostic processing unit diagnoses a serious fault state in at least one of the position and rotational speed of the rotating shaft.

特開平7-225615号公報Japanese Patent Application Publication No. 7-225615 特開2016-206842号公報JP 2016-206842 A

従来、モータを駆動制御するモータ制御装置について、その安全性能を高めるためには、モータ制御装置への入力情報を生成する当該モータの動きを検出するエンコーダの安全性能を高める必要があると考えられていた。そのため、エンコーダの設計において所定の安全規格の要件を満たす必要がある。例えば、このような安全規格としてIEC61508が規定されている。IEC61508は、電気・電子・プログラマブル電子式安全関連の機能安全に関する国際規格である。IEC61508では、システムの故障確率を、以下の表1に示すようにSIL(Safety Integrity Level:安全度水準)と呼ばれる尺度
で規定している。
In the past, it was thought that improving the safety performance of a motor control device that drives and controls a motor required improving the safety performance of the encoder that detects the movement of the motor and generates input information for the motor control device. Therefore, the encoder design must meet the requirements of certain safety standards. For example, IEC 61508 is one such safety standard. IEC 61508 is an international standard for functional safety related to electrical, electronic, and programmable electronic safety. IEC 61508 defines the system failure probability using a scale called SIL (Safety Integrity Level), as shown in Table 1 below.

そして、IEC61508は、表中のSILごとに満足すべき要求事項を定義しており、構築する安全制御システムが達成すべき取り組みが明確化されている。SILはSIL1からSIL4の4段階に分かれており、SILの数値が大きくなるほど、安全性能が高
いことを意味する。例えば、安全性能の高いモータ制御装置として、SILの値が高い構成としたモータ制御装置が望まれている。
IEC 61508 defines the requirements that must be met for each SIL in the table, clarifying the efforts that the safety control system must achieve. SIL is divided into four levels, from SIL1 to SIL4, with the higher the SIL number, the higher the safety performance. For example, a motor control device with a configuration that achieves a high SIL value is desired as a motor control device with high safety performance.

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、モータ制御装置の安全性能を高める技術を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of these problems, and aims to provide technology that improves the safety performance of motor control devices.

本発明においては、上記課題を解決するために、モータ制御装置が、モータの動作に応じた、互いに独立した2つの第一フィードバック信号と、被駆動部の動作に応じた、互いに独立した2つの第二フィードバック信号に基づいて、前記エンコーダ又は前記被駆動部の動作に関し故障が発生したと判断したときに、前記遮断部を介して前記駆動信号の遮断処理を実行する。このような構成により、当該モータ制御装置は、故障を判定する構成を冗長化し、モータ制御装置の安全性能を高めることができる。 In this invention, to solve the above problem, when the motor control device determines that a fault has occurred in the operation of the encoder or the driven part based on two independent first feedback signals corresponding to the operation of the motor and two independent second feedback signals corresponding to the operation of the driven part, it executes processing to cut off the drive signal via the cutoff unit. This configuration allows the motor control device to have redundant fault detection mechanisms, thereby improving the safety performance of the motor control device.

本発明の一形態として、モータ制御装置は、モータの動作を検出する第一エンコーダから、前記モータの動作に応じて、互いに独立した2つの第一フィードバック信号を受信する第一信号受信部と、前記モータによって駆動される被駆動部の動作を検出する第二エンコーダから、前記被駆動部の動作に応じて、互いに独立した2つの第二フィードバック信号を受信する第二信号受信部と、前記モータを駆動するための動作指令信号と、前記第一フィードバック信号及び第二フィードバック信号のうち少なくとも一方の所定のフィードバック信号とに基づいて、前記モータの動作が前記動作指令信号に追従するように前記モータの動作に関する指令値を生成するモータ制御部と、前記モータ制御部からの前記指令値に応じて、前記モータを駆動するための駆動電流を該モータに供給する駆動部と、前記指令値に応じた、前記モータ制御部から前記駆動部への駆動信号の伝達を遮断する遮断部と、前記第一信号受信部を介して受信した前記2つの第一フィードバック信号、又は前記第二信号受信部を介して受信した前記2つの第二フィードバック信号に基づいて、前記エンコーダ又は前記被駆動部の動作に関し故障が発生したと判断したときに、前記遮断部を介して前記駆動信号の遮断処理を実行する安全制御部と、を備える。 In one embodiment of the present invention, a motor control device includes: a first signal receiving unit that receives two independent first feedback signals from a first encoder that detects the operation of the motor in response to the operation of the motor; a second signal receiving unit that receives two independent second feedback signals from a second encoder that detects the operation of a driven part driven by the motor in response to the operation of the driven part; a motor control unit that generates a command value for the operation of the motor based on an operation command signal for driving the motor and at least one predetermined feedback signal from the first feedback signal and the second feedback signal so that the operation of the motor follows the operation command signal; a drive unit that supplies a drive current to the motor in response to the command value from the motor control unit; a cutoff unit that cuts off transmission of the drive signal from the motor control unit to the drive unit in response to the command value; and a safety control unit that executes a cutoff process for the drive signal via the cutoff unit when it is determined that a fault has occurred in the operation of the encoder or the driven part based on the two first feedback signals received via the first signal receiving unit or the two second feedback signals received via the second signal receiving unit.

このようにモータの動作を検出する第一エンコーダと、被駆動部の動作を検出する第二エンコーダとから、夫々冗長化されたフィードバック信号を受信し、これら第一及び第二フィードバック信号を利用することで、故障の判断を冗長化することが可能となり、これにより、フィードバック値の信頼性を向上させることができる。このことを上記の安全規格IEC61508に基づいて説明すると、第一及び第二フィードバック信号が夫々冗長化されている構成の場合、例えば第二フィードバック信号が冗長化されていない構成と比べて、ハードウェアフォールトトレランス(HFT)の数値が高く、SILの値を高めることが可能となる。 In this way, redundant feedback signals are received from the first encoder that detects the operation of the motor and the second encoder that detects the operation of the driven part, and by using these first and second feedback signals, it is possible to make fault determinations redundant, thereby improving the reliability of the feedback values. Explaining this based on the above-mentioned safety standard IEC 61508, in a configuration in which the first and second feedback signals are each redundant, compared to a configuration in which the second feedback signal is not redundant, for example, the hardware fault tolerance (HFT) value is higher and the SIL value can be increased.

上記モータ制御装置において、安全制御部は、更に、前記第一フィードバック信号により算出される第一のフィードバック値、及び前記第二フィードバック信号により算出される第二のフィードバック値のうち、少なくとも一方のフィードバック値と、前記動作指令信号により算出される動作指令値との比較結果に基づいて、前記故障の発生を判断し、その判断結果に基づいて前記遮断部による前記駆動信号の遮断処理を実行してもよい。これにより、フィードバック値の信頼性を更に向上させることができる。このことを上記の安全規格IEC61508に基づいて説明すると、動作指令値とフィードバック値との比較結果を利用して上記遮断処理を行う構成を採用することは、エンコーダの安全側故障割合(SFF)を高めることになる。その結果、上記表1から理解できるように、ハードウェアフォールトトレランス(HFT)の数値を維持したままSFFの値が上昇することで、モータ制御装置の安全性能に関するSILの値を高めることが可能となる。 In the above motor control device, the safety control unit may further determine the occurrence of a fault based on a comparison result between at least one of the first feedback value calculated from the first feedback signal and the second feedback value calculated from the second feedback signal and the operation command value calculated from the operation command signal, and cause the cutoff unit to cut off the drive signal based on the comparison result. This further improves the reliability of the feedback value. Explaining this based on the above safety standard IEC 61508, adopting a configuration that performs the cutoff process using the comparison result between the operation command value and the feedback value increases the safe failure fraction (SFF) of the encoder. As a result, as can be seen from Table 1 above, by increasing the SFF value while maintaining the hardware fault tolerance (HFT) value, it is possible to increase the SIL value, which is related to the safety performance of the motor control device.

また、本発明の一形態として、モータ制御装置は、モータの動作を検出する第一エンコーダから、前記モータの動作に応じて第一フィードバック信号を受信する第一信号受信部と、前記モータによって駆動される被駆動部の動作を検出する第二エンコーダから、前記被駆動部の動作に応じて、互いに独立した2つの第二フィードバック信号を受信する第二信号受信部と、前記モータを駆動するための動作指令信号と、前記第一フィードバック信号及び第二フィードバック信号のうち少なくとも一方のフィードバック信号とに基づいて、前記モータの動作が前記動作指令信号に追従するように前記モータの動作に関する指令値を生成するモータ制御部と、前記モータ制御部からの前記指令値に応じて、前記モータを駆動するための駆動電流を該モータに供給する駆動部と、前記指令値に応じた、前記モータ制御部から前記駆動部への駆動信号の伝達を遮断する遮断部と、前記第一信号受信部を介して受信した前記2つの第一フィードバック信号、又は前記第二信号受信部を介して受信した前記2つの第二フィードバック信号に基づいて、前記エンコーダの動作に関し故障が発生したと判断されたときに、前記遮断部を介して前記駆動信号の遮断処理を実行する安全制御部と、を備え、前記安全制御部が、前記第一フィードバック信号により算出される第一のフィードバック値、及び前記第二フィードバック信号により算出される第二のフィードバック値のうち、少なくとも一方のフィードバック値と、前記動作指令信号により算出される動作指令値との比較結果に基づいて、前記故障の発生を判断し、その判断結果に基づいて前記遮断部による前記駆動信号の遮断処理を実行する。このように、モータ制御装置は、動作指令値とフィードバック値との比較結果を利用することで、上述のように、エンコーダの安全側故障割合(SFF)を高め、その結果、ハードウェアフォールトトレランス(HFT)の数値を維持したままSFFの値が上昇させて、モータ制御装置の安全性能に関するSILの値を高めることが可能となる。 In one embodiment of the present invention, a motor control device includes a first signal receiving unit that receives a first feedback signal from a first encoder that detects the operation of the motor in response to the operation of the motor; a second signal receiving unit that receives two independent second feedback signals from a second encoder that detects the operation of a driven unit driven by the motor in response to the operation of the driven unit; a motor control unit that generates a command value for the operation of the motor based on an operation command signal for driving the motor and at least one of the first feedback signal and the second feedback signal so that the operation of the motor follows the operation command signal; a drive unit that supplies a drive current to the motor in response to the command value from the motor control unit; and a drive circuit that generates a drive current in response to the command value. The motor control device includes a cutoff unit that cuts off transmission of the drive signal from the motor control unit to the drive unit, and a safety control unit that, when it is determined that a fault has occurred in the operation of the encoder based on the two first feedback signals received via the first signal receiving unit or the two second feedback signals received via the second signal receiving unit, executes a process to cut off the drive signal via the cutoff unit. The safety control unit determines the occurrence of the fault based on a comparison result between at least one of a first feedback value calculated from the first feedback signal and a second feedback value calculated from the second feedback signal and an operation command value calculated from the operation command signal, and executes the process to cut off the drive signal via the cutoff unit based on the determination result. In this way, by utilizing the comparison result between the operation command value and the feedback value, the motor control device can increase the safe failure fraction (SFF) of the encoder, as described above. As a result, the SFF value can be increased while maintaining the hardware fault tolerance (HFT) value, and the SIL value, which is related to the safety performance of the motor control device, can be increased.

本発明に係るモータ制御装置は、動作指令信号に基づいてモータを駆動する装置であり、当該モータ制御装置としてはサーボドライバやインバータ等が例示できる。なお、動作指令信号は、モータ制御装置の外部に位置する他の制御装置(PLC等)で生成されモータ制御装置に提供されてもよく、又は、モータ制御装置の内部で生成されてもよい。具体的には、モータ制御部により、動作指令信号とフィードバック信号と第二フィードバック信号とから、モータを駆動するための指令値が生成される。この指令値を伴った駆動信号がモータ制御部から駆動部に伝えられることで、駆動部が当該指令値に応じた駆動電流をモータに供給し、モータが動作指令信号に追従するように駆動されることになる。なお、指令値の生成においては、上記モータの動作指令信号への追従駆動を可能とするために、任意のフィードバック方式、例えば、位置情報、速度情報等に関するフィードバック方式に従って、当該指令値の生成を行うことができる。 The motor control device according to the present invention is a device that drives a motor based on an operation command signal. Examples of such a motor control device include a servo driver and an inverter. The operation command signal may be generated by another control device (such as a PLC) located outside the motor control device and provided to the motor control device, or it may be generated internally within the motor control device. Specifically, a command value for driving the motor is generated by the motor control unit from the operation command signal, a feedback signal, and a second feedback signal. When a drive signal accompanied by this command value is transmitted from the motor control unit to the drive unit, the drive unit supplies a drive current corresponding to the command value to the motor, driving the motor to follow the operation command signal. The command value can be generated according to any feedback method, such as a feedback method related to position information, speed information, etc., to enable the motor to be driven in accordance with the operation command signal.

ここで、モータ制御装置には、モータ制御部から駆動部への駆動信号の伝達を遮断する遮断部が備えられ、遮断部による駆動信号の遮断処理は安全制御部によって制御される。そしてエンコーダの動作に関し故障が発生したと判断される場合には、安全制御部によって遮断処理が実行されることで、モータ制御装置の安全性能が実現されることになる。安全制御部により実行される遮断処理として、第一信号受信部を介して受信した2つの第一フィードバック信号、及び第二信号受信部を介して受信した2つの第二フィードバック信号に基づいて、エンコーダ又は被駆動部の動作に関し故障発生の有無が判断され、その判断結果に応じて実行される遮断処理が含まれる。 The motor control device is equipped with a cutoff unit that cuts off the transmission of the drive signal from the motor control unit to the drive unit, and the cutoff process of the drive signal by the cutoff unit is controlled by the safety control unit. If it is determined that a fault has occurred in the operation of the encoder, the safety control unit executes the cutoff process, thereby achieving the safety performance of the motor control device. The cutoff process executed by the safety control unit includes determining whether or not a fault has occurred in the operation of the encoder or the driven unit based on the two first feedback signals received via the first signal receiving unit and the two second feedback signals received via the second signal receiving unit, and executing the cutoff process based on the determination result.

なお、安全制御部は、更に他の遮断処理として、エンコーダからのフィードバック値を利用し、モータの速度や位置の制限に関する故障判断を行い、その判断結果に応じて駆動信号の遮断を行ってもよい。 In addition, as another cut-off process, the safety control unit may use feedback values from the encoder to determine whether there is a fault regarding the motor's speed or position limits, and cut off the drive signal based on the results of that determination.

ここで、上記のモータ制御装置において、前記エンコーダは、前記モータの動作に対応して、互いに独立した2つのフィードバック信号を生成するように構成され、前記安全制
御部は、前記遮断処理において、前記2つのフィードバック信号のそれぞれより算出される2つの前記所定のフィードバック値の少なくとも一方と、前記動作指令値とを比較して、前記駆動信号の遮断処理を実行してもよい。このようにフィードバック信号が二重化されているエンコーダからのフィードバック信号を利用するモータ制御装置であっても、その安全性能をより効果的に上昇させることができる。すなわち、モータ制御装置の安全性能に関するSILの値を、エンコーダの安全性能に関するSILの値よりも高めることが可能となる。
In the motor control device described above, the encoder may be configured to generate two independent feedback signals corresponding to the operation of the motor, and the safety control unit may, in the cut-off process, compare the operation command value with at least one of the two predetermined feedback values calculated from the two feedback signals. Even in a motor control device that uses feedback signals from an encoder with duplicated feedback signals, the safety performance can be more effectively improved. That is, the SIL value related to the safety performance of the motor control device can be made higher than the SIL value related to the safety performance of the encoder.

ここで、上述までのモータ制御装置における、安全制御部による遮断処理の具体例について開示する。第1には、前記安全制御部は、前記遮断処理において、前記所定のフィードバック値と前記動作指令値との差分に基づいて、該遮断処理の実行の可否を判断してもよい。また、第2には、前記安全制御部は、前記遮断処理において、前記所定のフィードバック値の変化率と前記動作指令値の変化率とを比較し、その比較結果に基づいて該遮断処理の実行の可否を判断してもよい。また、第3には、前記安全制御部は、前記遮断処理において、前記所定のフィードバック値の変化率と前記動作指令値の変化率との差分の変化率に基づいて、該遮断処理の実行の可否を判断してもよい。また、安全制御部による遮断処理として、これらの一部又は全部を組合わせた処理を採用してもよく、別法として、上述の処理以外の処理を採用しても構わない。 Here, specific examples of shutoff processing by the safety control unit in the motor control device described above are disclosed. First, the safety control unit may determine whether to execute the shutoff processing based on the difference between the predetermined feedback value and the operation command value during the shutoff processing. Second, the safety control unit may compare the rate of change of the predetermined feedback value with the rate of change of the operation command value during the shutoff processing, and determine whether to execute the shutoff processing based on the comparison result. Third, the safety control unit may determine whether to execute the shutoff processing based on the rate of change of the difference between the rate of change of the predetermined feedback value and the rate of change of the operation command value during the shutoff processing. Furthermore, the shutoff processing by the safety control unit may employ a combination of some or all of these processes, or alternatively, processes other than those described above may be employed.

エンコーダの安全性能に縛られることなくモータ制御装置の安全性能を高めることが可能となる。 It is now possible to improve the safety performance of the motor control device without being restricted by the safety performance of the encoder.

本発明に係るサーボドライバが組み込まれるサーボシステムの概略構成を示す図である。1 is a diagram showing a schematic configuration of a servo system in which a servo driver according to the present invention is incorporated; 本発明に係るサーボドライバのサブシステムにおける安全性能を概略的に説明するための図である。FIG. 1 is a diagram for explaining the safety performance of a subsystem of a servo driver according to the present invention. 第一実施例に係るサーボドライバの機能ブロック図である。FIG. 2 is a functional block diagram of a servo driver according to the first embodiment. 安全制御部による遮断処理を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a cutoff process performed by a safety control unit. 第二実施例に係るサーボドライバの機能ブロック図である。FIG. 10 is a functional block diagram of a servo driver according to a second embodiment. 第二実施例に係る安全制御部による遮断処理を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a cutoff process performed by a safety control unit according to a second embodiment. 第三実施例に係るサーボドライバの機能ブロック図である。FIG. 10 is a functional block diagram of a servo driver according to a third embodiment. 第三実施例に係るーボドライバのサブシステムにおける安全性能を概略的に説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for schematically explaining the safety performance in a subsystem of a servo driver according to a third embodiment.

<第一実施例>
図1は、本発明のモータ制御装置に相当するサーボドライバが組み込まれるサーボシステムの概略構成図である。サーボシステムは、ネットワーク1と、モータ2と、第一エンコーダ3と、サーボドライバ4と、標準PLC(Programmable Logic Controller)5と
、安全PLC6と、第二エンコーダ7と、被駆動部8とを備える。モータ2と第一エンコーダ3によりサーボモータが形成される。当該サーボシステムは、モータ2によって被駆動部8を駆動させるためのシステムである。モータ2は、被駆動部8を含む機械装置のアクチュエータとして当該機械装置内に組み込まれている。例えば、モータ2は、ACモータである。そして、第一エンコーダ3は、モータ2の動作を検出するためにモータ2に取り付けられる。第一エンコーダ3は、検出されたモータ2の動作を示す第一フィードバック信号を生成するとともに、その第一フィードバック信号をサーボドライバ4に送信する。第一フィードバック信号は、たとえばモータ2の回転軸の回転位置(角度)についての位置情報、その回転軸の回転速度の情報等を含む。第一エンコーダ3には一般的なインク
リメンタル型エンコーダ、アブソリュート型エンコーダを適用することができる。
<First Example>
FIG. 1 is a schematic diagram of a servo system incorporating a servo driver corresponding to the motor control device of the present invention. The servo system includes a network 1, a motor 2, a first encoder 3, a servo driver 4, a standard PLC (Programmable Logic Controller) 5, a safety PLC 6, a second encoder 7, and a driven part 8. The motor 2 and the first encoder 3 form a servo motor. The servo system is a system for driving the driven part 8 using the motor 2. The motor 2 is incorporated into a mechanical device including the driven part 8 as an actuator of the mechanical device. For example, the motor 2 is an AC motor. The first encoder 3 is attached to the motor 2 to detect the operation of the motor 2. The first encoder 3 generates a first feedback signal indicative of the detected operation of the motor 2 and transmits the first feedback signal to the servo driver 4. The first feedback signal includes, for example, position information regarding the rotational position (angle) of the rotary shaft of the motor 2 and information regarding the rotational speed of the rotary shaft. A general incremental encoder or absolute encoder can be used as the first encoder 3.

被駆動部8は、例えば、産業用ロボットのアームや搬送装置といった機械装置である。図1の例において、被駆動部8は、移動ステージ81と、伝達機構82とを有し、移動ステージ81が伝達機構82を介してモータ2に接続されている。伝達機構82は、プーリーと駆動ベルトや、ギヤ、ネジ棒など、モータ2の駆動力を移動ステージ81に伝達する機構である。伝達機構82を介して、モータ2の駆動力が移動ステージ81に伝達されると、移動ステージ81が、この駆動力に応じて移動される。なお、モータ2による機械装置の移動は、特定の軸を中心に回転して、その向きを変えることや、伸縮により一部分が変位することなどであってもよい。そして、第二エンコーダ7は、被駆動部8の動作を検出するために被駆動部8に取り付けられる。第二エンコーダ7は、例えば被駆動部8の移動ステージ81等と共に移動するスケール71を読み取ることで被駆動部8の動作を示す第二フィードバック信号を生成し、その第二フィードバック信号をサーボドライバ4に送信する。第二フィードバック信号は、たとえば移動ステージ81の位置情報や、その移動速度の情報等を含む。第二エンコーダ7には一般的なインクリメンタル型エンコーダ、アブソリュート型エンコーダを適用することができる。 The driven unit 8 is a mechanical device such as an industrial robot arm or a conveying device. In the example of FIG. 1, the driven unit 8 has a moving stage 81 and a transmission mechanism 82, with the moving stage 81 connected to the motor 2 via the transmission mechanism 82. The transmission mechanism 82 is a mechanism that transmits the driving force of the motor 2 to the moving stage 81, such as a pulley and drive belt, gear, or threaded rod. When the driving force of the motor 2 is transmitted to the moving stage 81 via the transmission mechanism 82, the moving stage 81 moves in accordance with this driving force. Note that the movement of the mechanical device by the motor 2 may involve rotation around a specific axis to change its orientation, or partial displacement due to expansion and contraction. A second encoder 7 is attached to the driven unit 8 to detect the movement of the driven unit 8. The second encoder 7 generates a second feedback signal indicating the movement of the driven unit 8 by, for example, reading a scale 71 that moves together with the moving stage 81 of the driven unit 8, and transmits the second feedback signal to the servo driver 4. The second feedback signal includes, for example, position information of the moving stage 81 and information about its moving speed. A general incremental encoder or absolute encoder can be used as the second encoder 7.

サーボドライバ4は、ネットワーク1を介して標準PLC5からモータ2の動作(モーション)に関する動作指令信号を受けるとともに、第一エンコーダ3から出力された第一フィードバック信号及び第二エンコーダ7から出力された第二フィードバック信号のうち少なくとも一方の所定のフィードバック信号とに基づいて、前記モータの動作が前記動作指令信号に追従するようにモータ2の動作を制御する。サーボドライバ4は、標準PLC5からの動作指令信号、第一エンコーダ3からの第一フィードバック信号、及び第二エンコーダ7からの第二フィードバック信号に基づいて、モータ2の駆動に関するサーボ制御を実行する。また、サーボドライバ4はネットワーク1を介して安全PLC6と接続されている。これにより、サーボドライバ4は、安全PLC6から受ける監視指令信号に基づいて、モータ2やサーボドライバ4、被駆動部8に関する故障発生の監視を行い、その結果を安全PLC6に返す。 The servo driver 4 receives an operation command signal related to the operation (motion) of the motor 2 from the standard PLC 5 via the network 1, and controls the operation of the motor 2 so that the operation of the motor follows the operation command signal based on at least one predetermined feedback signal, namely the first feedback signal output from the first encoder 3 and the second feedback signal output from the second encoder 7. The servo driver 4 performs servo control related to the drive of the motor 2 based on the operation command signal from the standard PLC 5, the first feedback signal from the first encoder 3, and the second feedback signal from the second encoder 7. The servo driver 4 is also connected to the safety PLC 6 via the network 1. As a result, the servo driver 4 monitors for the occurrence of failures in the motor 2, servo driver 4, and driven part 8 based on the monitoring command signal received from the safety PLC 6, and returns the results to the safety PLC 6.

また、サーボドライバ4は、標準PLC5からの動作指令信号と、第一エンコーダ3からの第一フィードバック信号と、第二エンコーダ7からの第二フィードバック信号とに基づいて、モータ2の動作に関する指令値を算出する。さらにサーボドライバ4は、モータ2の動作がその指令値に追従するように、モータ2に駆動電流を供給する。なお、この供給電流は、交流電源11からサーボドライバ4に対して送られる交流電力が利用される。本実施例では、サーボドライバ4は三相交流を受けるタイプのものであるが、単相交流を受けるタイプのものでもよい。 The servo driver 4 also calculates a command value for the operation of the motor 2 based on the operation command signal from the standard PLC 5, the first feedback signal from the first encoder 3, and the second feedback signal from the second encoder 7. The servo driver 4 then supplies a drive current to the motor 2 so that the operation of the motor 2 follows the command value. This supply current utilizes AC power sent from the AC power supply 11 to the servo driver 4. In this embodiment, the servo driver 4 is of a type that receives three-phase AC, but it may also be of a type that receives single-phase AC.

ここで、図2は、サーボドライバ4を1つのシステムとしたときに、それを構成する3つのサブシステムである入力構成、演算構成、出力構成における安全機能をブロック図化したものである。入力構成は、サーボドライバ4への入力に関するサブシステムであり、その安全性能は第一エンコーダ3の安全性能に大きく依拠する。具体的には、第一エンコーダ3は、後述するようにその内部で同時にスキャニングを行なうことにより独立したパルスの出力が可能となるように二重化された回路を有しており、その二重化されたフィードバック信号が、独立した配線を経てサーボドライバ4へ入力される。同様に第二エンコーダ7は、その内部で同時にスキャニングを行なうことにより独立したパルスの出力が可能となるように二重化された回路を有しており、その二重化されたフィードバック信号が、独立した配線を経てサーボドライバ4へ入力される。したがって、入力構成は、第一エンコーダ3による安全機能InS11、InS12、及び第二エンコーダ7による安全機
能InS21、InS22を有し、その場合のハードウェアフォールトトレランス(HFT)は2となる。なお、一般的に、エンコーダの安全側故障割合(SFF)は、エンコー
ダの容積(大きさ)や価格の観点から高くすることは容易ではなく、このため本実施形態における第一エンコーダ3及び第二エンコーダ7のSFFは60%以上90%未満の範囲に属するものを採用している。このため、入力構成の安全度水準(SIL)は3となる。
2 is a block diagram of safety functions in the three subsystems that make up the servo driver 4 as a single system: the input configuration, the calculation configuration, and the output configuration. The input configuration is a subsystem related to input to the servo driver 4, and its safety performance is largely dependent on the safety performance of the first encoder 3. Specifically, the first encoder 3 has a duplicated circuit that enables independent pulse output by simultaneous scanning within it, as described below, and the duplicated feedback signal is input to the servo driver 4 via independent wiring. Similarly, the second encoder 7 has a duplicated circuit that enables independent pulse output by simultaneous scanning within it, and the duplicated feedback signal is input to the servo driver 4 via independent wiring. Therefore, the input configuration has safety functions InS11 and InS12 by the first encoder 3 and safety functions InS21 and InS22 by the second encoder 7, and the hardware fault tolerance (HFT) in this case is 2. Generally, it is not easy to increase the safe failure fraction (SFF) of an encoder from the viewpoint of the volume (size) and price of the encoder, and for this reason, the SFF of the first encoder 3 and the second encoder 7 in this embodiment is in the range of 60% or more and less than 90%. Therefore, the safety integrity level (SIL) of the input configuration is 3.

また、演算構成は、サーボドライバ4内での入力から出力を算出するための演算に関するサブシステムであり、例えば、マイクロプロセッサ(MPU)を用いた演算回路が独立して二重化された構成とされることで、安全機能CtS11、CtS12, CtS21
、CtS22を有し、その場合のHFTは2となる。また、演算構成のSFFは一般に比較的高くすることが容易であり、そのため演算構成のSFFは比較的高く90%以上99%未満の範囲に属するものとする。したがって、演算構成のSILは4となる。更に、出力構成は、サーボドライバ4からの出力に関するサブシステムであり、後述するようにモータ制御部42から駆動部44への駆動信号の伝達を遮断する遮断部43の安全性能に依拠する。具体的には、出力構成は、遮断部43を形成する電気回路が独立して二重化された構成とされることで、安全機能OtS11、OtS12、OtS21、OtS22を有し、その場合のHFTは2となる。また、出力構成のSFFは一般に比較的高くすることが容易であり、そのため演算構成のSFFは比較的高く90%以上99%未満の範囲に属するものとする。したがって、出力構成のSILも4となる。
The calculation configuration is a subsystem related to calculations for calculating outputs from inputs in the servo driver 4, and for example, a calculation circuit using a microprocessor (MPU) is configured to be independent and duplicated, thereby enabling the safety functions CtS11, CtS12, and CtS21 to be implemented.
, CtS22, and the HFT in this case is 2. Furthermore, it is generally easy to increase the SFF of the calculation configuration relatively high, and therefore the SFF of the calculation configuration is relatively high, falling within the range of 90% or more and less than 99%. Therefore, the SIL of the calculation configuration is 4. Furthermore, the output configuration is a subsystem related to the output from the servo driver 4, and as will be described later, depends on the safety performance of the interrupter unit 43, which interrupts the transmission of a drive signal from the motor control unit 42 to the drive unit 44. Specifically, the output configuration has safety functions OtS11, OtS12, OtS21, and OtS22, with the electrical circuits forming the interrupter unit 43 being independently duplicated, and the HFT in this case is 2. Furthermore, it is generally easy to increase the SFF of the output configuration relatively high, and therefore the SFF of the calculation configuration is relatively high, falling within the range of 90% or more and less than 99%. Therefore, the SIL of the output configuration is also 4.

以下、サーボドライバ4のより具体的な構成について説明する。図3は、第一実施例に係るサーボドライバ4の機能ブロック図である。図3に示すように、サーボドライバ4は、フィードバック処理部41、モータ制御部42、遮断部43、駆動部44、第一信号受信部46、第二信号受信部45、及び安全制御部50を有している。第一信号受信部46は、モータの動作を検出する第一エンコーダ3から、モータ2の動作に応じて、互いに独立した2つの第一フィードバック信号を受信する入力インタフェースであり、第一フィードバック信号を受信してフィードバック処理部41に入力する。第二信号受信部45は、モータ2によって駆動される被駆動部の動作を検出する第二エンコーダから、前記被駆動部の動作に応じて、互いに独立した2つの第二フィードバック信号を受信する入力インタフェースであり、第二フィードバック信号を受信してフィードバック処理部41に入力する。フィードバック処理部41は、第一エンコーダ3からの第一フィードバック信号に基づいて第一のフィードバック値を生成し、第二エンコーダ7からの第二フィードバック信号に基づいて第二のフィードバック値を生成する。たとえば第一エンコーダ3及び第二エンコーダ7からパルスが出力される場合、フィードバック処理部41は、そのパルスをカウントすることによりモータ2及び被駆動部8の位置や移動速度を算出するとともに、その位置や速度を示す値を含むフィードバック値を生成する。 The following describes the specific configuration of the servo driver 4. FIG. 3 is a functional block diagram of the servo driver 4 according to the first embodiment. As shown in FIG. 3, the servo driver 4 includes a feedback processing unit 41, a motor control unit 42, a shutoff unit 43, a drive unit 44, a first signal receiving unit 46, a second signal receiving unit 45, and a safety control unit 50. The first signal receiving unit 46 is an input interface that receives two independent first feedback signals in response to the operation of the motor 2 from the first encoder 3 that detects the operation of the motor. The first signal receiving unit 46 receives the first feedback signals and inputs them to the feedback processing unit 41. The second signal receiving unit 45 is an input interface that receives two independent second feedback signals in response to the operation of the driven part driven by the motor 2 from the second encoder that detects the operation of the driven part. The second feedback signal receiving unit 45 receives the second feedback signals and inputs them to the feedback processing unit 41. The feedback processing unit 41 generates a first feedback value based on the first feedback signal from the first encoder 3 and generates a second feedback value based on the second feedback signal from the second encoder 7. For example, when pulses are output from the first encoder 3 and the second encoder 7, the feedback processing unit 41 counts the pulses to calculate the position and movement speed of the motor 2 and the driven part 8, and generates feedback values that include values indicating the position and speed.

なお、第一エンコーダ3は、その内部で同時にスキャニングを行なうことにより独立したパルスの出力が可能となるように二重化された回路を有しており、二重化されたフィードバック信号を出力する。そのため、フィードバック処理部41は、第一エンコーダ3から二重化されたフィードバック信号を受けるとともに、それらのフィードバック信号に基づいて二重化されたフィードバック値を生成する。そして、フィードバック処理部41は、その生成された二重化されたフィードバック値をモータ制御部42に送るとともに、安全制御部50にも送る。 The first encoder 3 has a duplicated circuit that enables simultaneous scanning within it to output independent pulses, and outputs a duplicated feedback signal. Therefore, the feedback processing unit 41 receives the duplicated feedback signal from the first encoder 3 and generates a duplicated feedback value based on the feedback signal. The feedback processing unit 41 then sends the generated duplicated feedback value to the motor control unit 42 and also to the safety control unit 50.

また、第二エンコーダ7は、その内部で同時にスキャニングを行なうことにより独立したパルスの出力が可能となるように二重化された回路を有しており、二重化されたフィードバック信号を出力する。そのため、フィードバック処理部41は、第二エンコーダ7から二重化された第二フィードバック信号を受けるとともに、それらの第二フィードバック信号に基づいて二重化された第二のフィードバック値を生成する。そして、フィードバック処理部41は、その生成された二重化された第二のフィードバック値をモータ制御部42に送るとともに、安全制御部50にも送る。 The second encoder 7 also has a duplicated circuit that enables simultaneous scanning within it to output independent pulses, and outputs a duplicated feedback signal. Therefore, the feedback processing unit 41 receives a duplicated second feedback signal from the second encoder 7 and generates a duplicated second feedback value based on the second feedback signal. The feedback processing unit 41 then sends the generated duplicated second feedback value to the motor control unit 42 and also to the safety control unit 50.

次に、モータ制御部42は、標準PLC5から動作指令信号を受けるとともに、フィードバック処理部41から第一のフィードバック値及び第二のフィードバック値を受ける。モータ制御部42は、動作指令信号と、第一及び第二のフィードバック値とに基づいて、位置フィードバック制御、速度フィードバック制御を実行するための指令値を生成する。例えば、モータ制御部42は、動作指令信号、第一のフィードバック値及び第二のフィードバック値に基づくフィードバック制御により、位置指令値及び速度指令値を生成する。なお、当該フィードバック制御で採用されるフィードバック方式は、モータ2が組み込まれる機械装置(搬送装置等)の所定の目的(例えば、荷物の搬送)に好適なサーボループが形成される方式であり、適宜設計することができる。例えば、モータ制御部42は、第一のフィードバック値と第二のフィードバック値とのうち、一方を用いてモータ2の制御を行ってもよい。そして、モータ制御部42で生成されたこれらの指令値は、駆動信号として遮断部43に送られる。 Next, the motor control unit 42 receives an operation command signal from the standard PLC 5 and a first feedback value and a second feedback value from the feedback processing unit 41. The motor control unit 42 generates command values for performing position feedback control and speed feedback control based on the operation command signal and the first and second feedback values. For example, the motor control unit 42 generates a position command value and a speed command value through feedback control based on the operation command signal, the first feedback value, and the second feedback value. The feedback method used in this feedback control is a method that forms a servo loop suitable for the specified purpose (e.g., transporting cargo) of the mechanical device (conveyor device, etc.) in which the motor 2 is incorporated, and can be designed as appropriate. For example, the motor control unit 42 may control the motor 2 using either the first feedback value or the second feedback value. These command values generated by the motor control unit 42 are then sent to the cutoff unit 43 as drive signals.

次に、遮断部43は、後述する安全制御部50から遮断信号を受けた場合において、後述する駆動部44にモータ制御部42からの駆動信号を電気的に通過させないことで、駆動部44を停止させる。これによりモータ制御部42が駆動信号を送出したとしても、モータ2によるトルクの出力が停止することになる。一方、遮断部43に遮断信号が入力されない場合には、遮断部43はモータ制御部42から出力された指令値を伴う駆動信号をそのまま駆動部44に通過させる。なお、遮断部43は、モータ制御部42等の機能部から独立して存在する構成に限定されるものではなく、モータ制御部42が遮断部43を兼ね、安全制御部50から遮断信号を受けた場合に、位置指令値及び速度指令値の出力を停止することで、駆動部44を停止させてもよい。 Next, when the cutoff unit 43 receives a cutoff signal from the safety control unit 50 (described later), it stops the drive unit 44 by electrically blocking the passage of the drive signal from the motor control unit 42 to the drive unit 44 (described later). This stops the output of torque by the motor 2 even if the motor control unit 42 sends a drive signal. On the other hand, when a cutoff signal is not input to the cutoff unit 43, the cutoff unit 43 passes the drive signal including the command value output from the motor control unit 42 to the drive unit 44 as is. Note that the cutoff unit 43 is not limited to a configuration that exists independently from functional units such as the motor control unit 42. The motor control unit 42 may also function as the cutoff unit 43, and when it receives a cutoff signal from the safety control unit 50, it may stop the output of the position command value and speed command value, thereby stopping the drive unit 44.

ここで駆動部44は、遮断部43を介して、モータ制御部42からの駆動信号を受ける。駆動部44は、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等の半導体スイッチング素子で構成される回路を有しており、モータ制御部42からの駆動信号に基づいて、スイッチング素子をPWM方式に従ってオン・オフさせるための信号を生成するとともに、その信号に従ってスイッチング素子をオン・オフさせる。これによりモータ2に交流電力が供給されるとともに、駆動信号に従ってモータ2が駆動される。一方、遮断部43が作動し駆動信号の駆動部44への伝達が遮断されると、駆動部44からの出力がオフに固定される。これによりモータ2への電力供給が停止されるので、モータ2からのトルクの出力が停止することになる。 The drive unit 44 receives a drive signal from the motor control unit 42 via the cutoff unit 43. The drive unit 44 has a circuit composed of semiconductor switching elements, such as IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), and generates a signal for turning the switching elements on and off in accordance with the PWM method based on the drive signal from the motor control unit 42, and turns the switching elements on and off in accordance with the signal. This supplies AC power to the motor 2, and the motor 2 is driven in accordance with the drive signal. On the other hand, when the cutoff unit 43 operates and cuts off the transmission of the drive signal to the drive unit 44, the output from the drive unit 44 is fixed to OFF. This stops the power supply to the motor 2, and therefore stops the output of torque from the motor 2.

このようにフィードバック処理部41、モータ制御部42、遮断部43、駆動部44は、いわばモータ2の駆動制御に直接関連する機能部である。一方で、安全制御部50は、第一エンコーダ3の動作の故障の発生を判断し、故障が発生していると判断される場合には、モータ2の動作を停止させ当該動作に対する安全を確保する機能部である。具体的には、安全制御部50は、更に詳しくは判断部51と遮断指示部52を有している。安全制御部50による故障判断を含む安全確保に関する制御は、安全PLC6からの監視指令に基づいて実行される。 In this way, the feedback processing unit 41, motor control unit 42, cut-off unit 43, and drive unit 44 are functional units directly related to the drive control of the motor 2. On the other hand, the safety control unit 50 is a functional unit that determines whether a malfunction has occurred in the operation of the first encoder 3, and if a malfunction is determined to have occurred, stops the operation of the motor 2 to ensure safety for that operation. Specifically, the safety control unit 50 further includes a determination unit 51 and a cut-off instruction unit 52. Control related to ensuring safety, including malfunction determination by the safety control unit 50, is executed based on monitoring commands from the safety PLC 6.

判断部51は、第一のフィードバック値に基づいて第一エンコーダ3の動作に関連する故障が発生していないかを判断すると共に、第二のフィードバック値に基づいて第二エンコーダ7の動作に関連する故障が発生していないかを判断する。判断部51は、例えば、第一のフィードバック値、及び第二のフィードバック値が正常な値か否かを判定する。具体的には、判断部51が、第一エンコーダ3から二重化した第一フィードバック信号を受信し、これら第一フィードバック信号同士を比較して、閾値を超えるズレがある場合には第一エンコーダ3に係る故障が発生したと判定する。また、判断部51は、第二エンコーダ7から二重化した第二フィードバック信号を受信し、これら第二フィードバック信号同
士を比較して、閾値を超えるズレがある場合には第二エンコーダ7に係る故障が発生したと判定する。
The determination unit 51 determines whether a fault related to the operation of the first encoder 3 has occurred based on the first feedback value, and determines whether a fault related to the operation of the second encoder 7 has occurred based on the second feedback value. The determination unit 51 determines, for example, whether the first feedback value and the second feedback value are normal. Specifically, the determination unit 51 receives duplicated first feedback signals from the first encoder 3, compares these first feedback signals, and determines that a fault related to the first encoder 3 has occurred if there is a deviation exceeding a threshold. The determination unit 51 also receives duplicated second feedback signals from the second encoder 7, compares these second feedback signals, and determines that a fault related to the second encoder 7 has occurred if there is a deviation exceeding a threshold.

そして、判断部51によって故障が発生していると判断された場合には、遮断指示部52により遮断信号が生成され、生成された遮断信号は遮断部43に対して送られる。当該遮断信号を受け取った遮断部43は、上記の通りモータ制御部42からの駆動信号の駆動部44への伝達を遮断することで、モータ2によるトルク出力を停止させる。なお、このような安全制御部50による制御状態(故障の有無)は、安全PLC6からの監視指令に対する回答の形で安全PLC6に通知される。 If the judgment unit 51 determines that a fault has occurred, the cutoff instruction unit 52 generates a cutoff signal, which is sent to the cutoff unit 43. Upon receiving the cutoff signal, the cutoff unit 43 cuts off the transmission of the drive signal from the motor control unit 42 to the drive unit 44, as described above, thereby stopping the torque output by the motor 2. The control status (presence or absence of a fault) by the safety control unit 50 is notified to the safety PLC 6 in the form of a response to a monitoring command from the safety PLC 6.

ここで、上記判断部51及び遮断指示部52を有する安全制御部50による遮断処理について、図4に基づいて説明する。図4に示す遮断処理は、安全制御部50を形成する演算装置(MPU等)により、例えば、指令値が生成される制御周期で繰り返して実行される。ステップS101では、判断部51が、第一のフィードバック値及び第二のフィードバック値をフィードバック処理部41から取得する。その後、ステップS102で、判断部51が、第一のフィードバック値及び第二のフィードバック値に基づいて故障の有無を判断する処理を行う。ステップS103は、ステップS102の判断結果に応じた分岐処理であり、故障が発生したと判断された場合(S103,Yes)、ステップS104へ移行し、遮断指示部52により遮断信号が生成され、生成された遮断信号は遮断部43に対して送られる。これにより、モータ2によるトルク出力を停止させる。また、故障が発生していないと判断された場合(S103,No)、遮断指示部52による遮断信号の生成は行われず、図4の処理を終了する。 The shutdown process performed by the safety control unit 50, which has the determination unit 51 and shutdown instruction unit 52, will now be described with reference to FIG. 4. The shutdown process shown in FIG. 4 is repeatedly executed by the calculation device (e.g., MPU) that forms the safety control unit 50, for example, at the control cycle in which command values are generated. In step S101, the determination unit 51 acquires a first feedback value and a second feedback value from the feedback processing unit 41. Then, in step S102, the determination unit 51 performs processing to determine the presence or absence of a fault based on the first feedback value and the second feedback value. Step S103 is a branching process based on the determination result of step S102. If it is determined that a fault has occurred (S103, Yes), the process proceeds to step S104, where the shutdown instruction unit 52 generates a shutdown signal and sends the generated shutdown signal to the shutdown unit 43. This stops torque output by the motor 2. If it is determined that no fault has occurred (S103, No), the shutdown instruction unit 52 does not generate a shutdown signal, and the process of FIG. 4 ends.

このようにサーボドライバ4では、判断部51により第一エンコーダ3及び第二エンコーダ7の故障判断が行われ、故障と判断された場合には、遮断部43の働きによりモータ2によるトルク出力が停止させられる。これにより、故障判断の精度向上が図られ、モータ制御装置の安全性能が高められる。 In this way, in the servo driver 4, the judgment unit 51 judges whether the first encoder 3 and second encoder 7 have failed, and if a failure is detected, the cut-off unit 43 stops torque output by the motor 2. This improves the accuracy of failure judgment and enhances the safety performance of the motor control device.

<第二実施例>
図5は、第二実施例に係るサーボドライバ4の機能ブロック図である。本実施例は、前述の第一実施例と比べ、動作指令信号の値と、第一のフィードバック値と、第二のフィードバック値とに基づいて故障の判定を行う構成が異なっており、その他の構成は同じである。このため、前述の第一実施形態と同じ要素には同符号を付すなどして、再度の説明を省略する。
<Second Example>
5 is a functional block diagram of a servo driver 4 according to a second embodiment. This embodiment differs from the first embodiment in the configuration for determining a failure based on the value of the operation command signal, the first feedback value, and the second feedback value, but the other configurations are the same. Therefore, the same elements as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and a repeated description will be omitted.

図5に示すように、本実施例の安全制御部50は、比較判断部53を有している。比較判断部53は、第一エンコーダ3及び第二エンコーダ7の動作に関連する故障が発生していないかを判断する機能部であり、当該判断は、モータ2の動作に連動するフィードバック値やモータ2への動作指令信号の値に基づいて行われる。具体的には、比較判断部53は、フィードバック処理部41から二重化された第一のフィードバック値及び第二のフィードバック値を受け取るとともに、標準PLC5から動作指令信号を受け、その信号に対応する動作指令値P1(図3ではP1は不図示)を生成する。なお、当該動作指令信号は、モータ制御部42が受け取る動作指令信号と同一である。 As shown in FIG. 5, the safety control unit 50 of this embodiment has a comparison/determination unit 53. The comparison/determination unit 53 is a functional unit that determines whether a fault has occurred related to the operation of the first encoder 3 and the second encoder 7, and makes this determination based on the feedback value linked to the operation of the motor 2 and the value of the operation command signal to the motor 2. Specifically, the comparison/determination unit 53 receives duplicated first and second feedback values from the feedback processing unit 41, and also receives an operation command signal from the standard PLC 5, and generates an operation command value P1 (P1 is not shown in FIG. 3) corresponding to that signal. Note that this operation command signal is the same as the operation command signal received by the motor control unit 42.

ここで、一般に、製品(例えば、エンコーダ)の故障率λは、安全側故障率λsと危険側故障率λdに大別でき、更に危険側故障率λdは、検出可能な危険側故障率λddと検出不可能な危険側故障率λduに区分することができる。そして、上記SFFは、下記の式1で定義される。
SFF = (λs+λdd)/(λs+λd) ・・・(式1)
そして、SFFを大きくするためには、危険側故障のうち検出可能となる故障の割合を
大きくすることが肝要である。
Generally, the failure rate λ of a product (for example, an encoder) can be roughly divided into a safe failure rate λs and a dangerous failure rate λd, and the dangerous failure rate λd can be further divided into a detectable dangerous failure rate λdd and an undetectable dangerous failure rate λdu. The SFF is defined by the following equation 1.
SFF = (λs+λdd)/(λs+λd) (Formula 1)
In order to increase the SFF, it is essential to increase the proportion of detectable failures among dangerous failures.

そこで、比較判断部53は、動作指令値P1とフィードバック値とを比較し、両者の差分が許容範囲内であるか否かを判断する。モータ2が動作指令値P1に追従して駆動されていることを前提とすると、動作指令値P1と第一及び第二のフィードバック値との差分は、第一エンコーダ3による検出対象であるモータ2の動きと、第一エンコーダ3の検出結果とのずれを意味する。したがって、その差分を利用することで危険側故障の発生を検出することが可能となる。 The comparison/determination unit 53 therefore compares the operation command value P1 with the feedback value and determines whether the difference between the two is within an acceptable range. Assuming that the motor 2 is driven in accordance with the operation command value P1, the difference between the operation command value P1 and the first and second feedback values represents the discrepancy between the movement of the motor 2, which is the object of detection by the first encoder 3, and the detection results of the first encoder 3. Therefore, by utilizing this difference, it is possible to detect the occurrence of a dangerous failure.

このように比較判断部53が動作指令値P1と第一及び第二のフィードバック値との差分を利用することで、サーボドライバ4において第一エンコーダ3及び第二エンコーダ7の動作に関する故障発生の判断をより詳細に行うことが可能となる。この結果、上記比較判断部53が存在しない第一実施例のサーボドライバと比べると、サーボドライバ4の入力構成のSFFは向上し、そのSILの値を高めることが可能となる。なお、動作指令値P1と比較される第一及び第二のフィードバック値は、上記二重化されたフィードバック値のうち何れか一方の値でもよく、両方の値でもよい。また、合理的な故障判断の別法としては、動作指令値P1の変化率とフィードバック値の変化率とを比較し、両者の差分を利用して第一エンコーダ3の故障判断を行ってもよく、また、両変化率の差分を利用して第一エンコーダ3の故障判断を行ってもよく、これらの故障判断の態様の任意の組合せを採用してもよい。 In this way, the comparison/determination unit 53 utilizes the difference between the operation command value P1 and the first and second feedback values, allowing the servo driver 4 to more precisely determine whether a malfunction has occurred in the operation of the first encoder 3 and the second encoder 7. As a result, compared to the servo driver of the first embodiment, which does not have the comparison/determination unit 53, the SFF of the input configuration of the servo driver 4 is improved, making it possible to increase its SIL value. The first and second feedback values compared with the operation command value P1 may be either one or both of the duplicated feedback values. Another reasonable method of malfunction determination is to compare the rate of change of the operation command value P1 with the rate of change of the feedback value and determine whether the first encoder 3 has malfunctioned using the difference between the two. Alternatively, the difference between the two change rates may be used to determine whether the first encoder 3 has malfunctioned. Any combination of these malfunction determination methods may also be employed.

このように比較判断部53は、フィードバック値と動作指令値P1を利用して第一エンコーダ3の故障判断を行う。そして、比較判断部53によって故障が発生していると判断された場合には、遮断指示部52により遮断信号が生成され、生成された遮断信号は遮断部43に対して送られる。当該遮断信号を受け取った遮断部43は、上記の通りモータ制御部42からの駆動信号の駆動部44への伝達を遮断することで、モータ2によるトルク出力を停止させる。なお、このような安全制御部50による制御状態(故障の有無)は、安全PLC6からの監視指令に対する回答の形で安全PLC6に通知される。 In this way, the comparison and judgment unit 53 uses the feedback value and the operation command value P1 to determine whether or not a fault has occurred in the first encoder 3. If the comparison and judgment unit 53 determines that a fault has occurred, the cut-off instruction unit 52 generates a cut-off signal, which is sent to the cut-off unit 43. Upon receiving the cut-off signal, the cut-off unit 43 cuts off the transmission of the drive signal from the motor control unit 42 to the drive unit 44, as described above, thereby stopping the torque output by the motor 2. The control status (presence or absence of a fault) by the safety control unit 50 is notified to the safety PLC 6 in the form of a response to a monitoring command from the safety PLC 6.

ここで、上記比較判断部53及び遮断指示部52を有する安全制御部50による遮断処理について、図6に基づいて説明する。図6に示す遮断処理は、安全制御部50を形成する演算装置(MPU等)により、例えば、指令値が生成される制御周期で繰り返して実行される。ステップS200では、判断部51が、第一のフィードバック値及び第二のフィードバック値をフィードバック処理部41から取得する。また、S201では、判断部51が、標準PLC5から動作指令信号を受け、その信号に対応する動作指令値P1を生成する。 The shutdown process performed by the safety control unit 50, which has the comparison/determination unit 53 and shutdown instruction unit 52, will now be described with reference to Figure 6. The shutdown process shown in Figure 6 is repeatedly executed by the calculation device (such as an MPU) that forms the safety control unit 50, for example, at the control cycle in which command values are generated. In step S200, the determination unit 51 acquires the first feedback value and the second feedback value from the feedback processing unit 41. In addition, in S201, the determination unit 51 receives an operation command signal from the standard PLC 5 and generates an operation command value P1 corresponding to that signal.

ステップS202にて、判断部51は、第一のフィードバック値及び第二のフィードバック値に基づいて故障の有無を判断する処理を行う。また、ステップ203にて、生成された動作指令値P1とフィードバック処理部41から取得されたフィードバック値との差分に基づいて、第一エンコーダ3の故障判断が行われる。当該判断は、比較判断部53によって行われる。 In step S202, the judgment unit 51 performs processing to determine whether or not a malfunction has occurred based on the first feedback value and the second feedback value. In step 203, a malfunction determination is made for the first encoder 3 based on the difference between the generated operation command value P1 and the feedback value acquired from the feedback processing unit 41. This determination is made by the comparison/judgment unit 53.

ステップS204は、ステップS202及びS202の判断結果に応じた分岐処理であり、故障が発生したと判断された場合(S203,Yes)、ステップS205へ移行し、遮断指示部52により遮断信号が生成され、生成された遮断信号は遮断部43に対して送られる。これにより、モータ2によるトルク出力を停止させる。また、故障が発生していないと判断された場合(S204,No)、遮断指示部52による遮断信号の生成は行われず、図6の処理を終了する。 Step S204 is a branching process depending on the determination results of steps S202 and S203. If it is determined that a fault has occurred (S203, Yes), the process proceeds to step S205, where the cutoff instruction unit 52 generates a cutoff signal, which is then sent to the cutoff unit 43. This stops torque output by the motor 2. If it is determined that no fault has occurred (S204, No), the cutoff instruction unit 52 does not generate a cutoff signal, and the process in Figure 6 ends.

このように本実施例のサーボドライバ4では、比較判断部53により動作指令値を利用した第一エンコーダ3の故障判断が行われ、故障と判断された場合には、遮断部43の働きによりモータ2によるトルク出力が停止させられる。これにより、第一エンコーダ3の故障判断の精度向上が図られ、サーボドライバ4の入力構成のSFFが向上する。例えば、前述の第一実施例では、図2に示すように、入力構成のハードウェアフォールトトレランスが2で、SFFが60%以上90%未満であり、安全度水準(SIL)が3であった。これに対し、本実施例のサーボドライバ4は、比較判断部53により、第一及び第二のフィードバック値と動作指令値とを比較して故障判断が行われ、第一エンコーダ3及び第二エンコーダ7の故障判断の精度向上が図られ、サーボドライバ4の入力構成のSFFが向上して、90%以上99%未満の範囲となるので、入力構成のSILも3から4へと上昇することになる。即ち、本実施例によれば、サーボドライバ4の安全性能を第一実施例より高めることができる。 As described above, in the servo driver 4 of this embodiment, the comparison/determination unit 53 uses the operation command value to determine whether the first encoder 3 has failed. If a failure is determined, the shutoff unit 43 operates to stop torque output by the motor 2. This improves the accuracy of the failure determination for the first encoder 3 and the SFF of the input configuration of the servo driver 4. For example, in the first embodiment described above, as shown in FIG. 2, the hardware fault tolerance of the input configuration was 2, the SFF was between 60% and 90%, and the safety integrity level (SIL) was 3. In contrast, in the servo driver 4 of this embodiment, the comparison/determination unit 53 compares the first and second feedback values with the operation command value to determine whether the first encoder 3 and the second encoder 7 have failed. This improves the accuracy of the SFF of the input configuration of the servo driver 4, bringing it to the range between 90% and 99%, and therefore the SIL of the input configuration also increases from 3 to 4. In other words, this embodiment improves the safety performance of the servo driver 4 compared to the first embodiment.

<第三実施例>
図7は、第三実施例に係るサーボドライバ4の機能ブロック図である。本実施例は、前述の第二実施例と比べ、第一エンコーダにおけるパルスの出力回路が二重化されておらず、二重化されていないフィードバック信号を出力する構成が異なっている。なお、その他の構成は同じであるため、前述の第一実施形態と同じ要素には同符号を付すなどして、再度の説明を省略する。
<Third Example>
7 is a functional block diagram of a servo driver 4 according to a third embodiment. This embodiment differs from the second embodiment in that the pulse output circuit in the first encoder is not duplicated, and a non-duplicated feedback signal is output. Since the other configurations are the same, the same elements as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and a repeated description will be omitted.

図8は、第三実施例に係るサーボドライバ4を1つのシステムとしたときに、それを構成する3つのサブシステムである入力構成、演算構成、出力構成における安全機能をブロック図化したものである。図8に示すように、第三実施例に係る入力構成は、第一エンコーダ3による制御機能InS01及び第二エンコーダ7による安全機能InS21、InS22を有し、その場合のハードウェアフォールトトレランス(HFT)は1となる。なお、一般的に、エンコーダの安全側故障割合(SFF)は、エンコーダの容積(大きさ)や価格の観点から高くすることは容易ではなく、このため本実施形態における第一エンコーダ3及び第二エンコーダ7のSFFは60%以上90%未満の範囲に属するものを採用している。このため、仮に、入力構成において、その安全性能が第一エンコーダ3のみに依拠する場合には、入力構成の安全度水準(SIL)は2となるが、本実施例では、比較判断部53により動作指令値を利用した第一エンコーダ3の故障判断が行われ、故障判断の精度向上が図られ、サーボドライバ4の入力構成のSFFが向上させているため、入力構成の安全度水準(SIL)を3とすることができる。これにより、第一エンコーダ3として、比較的安価なセイフティエンコーダではないものを採用した場合でも、安全度水準(SIL)を3とすることができる。 Figure 8 is a block diagram of the safety functions in the three subsystems that make up the servo driver 4 of the third embodiment, namely the input configuration, calculation configuration, and output configuration, when it is considered as a single system. As shown in Figure 8, the input configuration of the third embodiment has a control function InS01 by the first encoder 3 and safety functions InS21 and InS22 by the second encoder 7, in which case the hardware fault tolerance (HFT) is 1. Generally, it is not easy to increase the safe failure fraction (SFF) of an encoder due to the volume (size) and price of the encoder. For this reason, the SFF of the first encoder 3 and second encoder 7 in this embodiment is in the range of 60% to 90%. For this reason, if the safety performance of the input configuration relies solely on the first encoder 3, the safety integrity level (SIL) of the input configuration would be 2. However, in this embodiment, the comparison and judgment unit 53 judges whether the first encoder 3 has failed using the operation command value, improving the accuracy of the failure judgment and improving the SFF of the input configuration of the servo driver 4, so the safety integrity level (SIL) of the input configuration can be 3. As a result, even if a relatively inexpensive non-safety encoder is used as the first encoder 3, the safety integrity level (SIL) can be 3.

1・・・・ネットワーク
2・・・・モータ
3・・・・第一エンコーダ
4・・・・サーボドライバ
5・・・・標準PLC
6・・・・安全PLC
7・・・・第二エンコーダ
41・・・・フィードバック処理部
42・・・・モータ制御部
43・・・・遮断部
44・・・・駆動部
50・・・・安全制御部
51・・・・判断部
52・・・・遮断指示部
53・・・・比較判断部
1. Network 2. Motor 3. First encoder 4. Servo driver 5. Standard PLC
6...Safety PLC
7. Second encoder 41. Feedback processing unit 42. Motor control unit 43. Cut-off unit 44. Driving unit 50. Safety control unit 51. Determination unit 52. Cut-off instruction unit 53. Comparison and determination unit

Claims (5)

モータの動作を検出する第一エンコーダから、前記モータの動作に応じて、互いに独立した2つの第一フィードバック信号を受信する第一信号受信部と、
前記モータによって駆動される被駆動部の動作を検出する第二エンコーダから、前記被駆動部の動作に応じて、互いに独立した2つの第二フィードバック信号を受信する第二信号受信部と、
前記モータを駆動するための動作指令信号と、前記第一フィードバック信号及び第二フィードバック信号のうち少なくとも一方の所定のフィードバック信号とに基づいて、前記モータの動作が前記動作指令信号に追従するように前記モータの動作に関する指令値を生成するモータ制御部と、
前記モータ制御部からの前記指令値に応じて、前記モータを駆動するための駆動電流を該モータに供給する駆動部と、
前記指令値に応じた、前記モータ制御部から前記駆動部への駆動信号の伝達を遮断する遮断部と、
前記2つの第一フィードバック信号同士を比較して、閾値を超える差分がある場合には前記第一エンコーダの動作に関する故障が発生したと判断し、
前記2つの第二フィードバック信号同士を比較して、閾値を超える差分がある場合には前記第二エンコーダの動作に関する故障が発生したと判断し、
前記第一エンコーダ又は前記第二エンコーダの動作のうち少なくとも一方に関し故障が発生したと判断したときに、前記遮断部を介して前記駆動信号の遮断処理を実行する安全制御部と、
を備えるモータ制御装置。
a first signal receiving unit that receives two first feedback signals independent of each other in response to an operation of the motor from a first encoder that detects an operation of the motor;
a second signal receiving unit that receives, from a second encoder that detects the operation of a driven part driven by the motor, two second feedback signals that are independent of each other in accordance with the operation of the driven part;
a motor control unit that generates a command value for the operation of the motor based on an operation command signal for driving the motor and at least one predetermined feedback signal of the first feedback signal and the second feedback signal so that the operation of the motor follows the operation command signal;
a drive unit that supplies a drive current to the motor in response to the command value from the motor control unit; and
a cutoff unit that cuts off transmission of a drive signal from the motor control unit to the drive unit in accordance with the command value;
comparing the two first feedback signals to determine that a fault has occurred in the operation of the first encoder when there is a difference between the two first feedback signals that exceeds a threshold value;
comparing the two second feedback signals with each other, and determining that a malfunction has occurred in the operation of the second encoder if there is a difference between the two second feedback signals that exceeds a threshold;
a safety control unit that executes a process of cutting off the drive signal via the cutoff unit when it is determined that a failure has occurred in at least one of the operations of the first encoder and the second encoder;
A motor control device comprising:
前記安全制御部が、更に、前記第一フィードバック信号により算出される第一のフィードバック値、及び前記第二フィードバック信号により算出される第二のフィードバック値のうち、少なくとも一方のフィードバック値と、前記動作指令信号により算出される動作指令値との比較結果に基づいて、前記故障の発生を判断し、その判断結果に基づいて前記遮断部による前記駆動信号の遮断処理を実行する、
請求項1に記載のモータ制御装置。
The safety control unit further determines the occurrence of the failure based on a comparison result between at least one of a first feedback value calculated from the first feedback signal and a second feedback value calculated from the second feedback signal and an operation command value calculated from the operation command signal, and executes a process of cutting off the drive signal by the cutoff unit based on the determination result.
The motor control device according to claim 1 .
前記安全制御部は、前記遮断処理において、前記第一フィードバック値及び前記第二フィードバック値のうち少なくとも一方のフィードバック値と前記動作指令値との差分に基づいて、該遮断処理の実行の可否を判断する、
請求項2に記載のモータ制御装置。
The safety control unit determines whether or not to execute the shutoff process based on a difference between at least one of the first feedback value and the second feedback value and the operation command value, in the shutoff process.
The motor control device according to claim 2 .
前記安全制御部は、前記遮断処理において、前記第一フィードバック値及び前記第二フィードバック値のうち少なくとも一方のフィードバック値の変化率と前記動作指令値の変化率とを比較し、その比較結果に基づいて該遮断処理の実行の可否を判断する、
請求項2に記載のモータ制御装置。
In the shutoff process, the safety control unit compares a rate of change of at least one of the first feedback value and the second feedback value with a rate of change of the operation command value, and determines whether or not to execute the shutoff process based on the comparison result.
The motor control device according to claim 2 .
前記安全制御部は、前記遮断処理において、前記第一フィードバック値及び前記第二フィードバック値のうち少なくとも一方のフィードバック値の変化率と前記動作指令値の変化率との差分の変化率に基づいて、該遮断処理の実行の可否を判断する、
請求項2に記載のモータ制御装置。
The safety control unit determines whether to execute the shutoff process based on a rate of change of a difference between a rate of change of at least one of the first feedback value and the second feedback value and a rate of change of the operation command value, in the shutoff process.
The motor control device according to claim 2 .
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