JPH0728541B2 - 電動機制御装置の故障検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電動機の電流指令値をパルス幅変調して送信す
る電動機制御装置に係り、特に素子破壊などによる電動
機の暴走を防ぎ、安全性を向上するのに好適な電動機制
御装置の故障検出装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の電動機制御装置の異常検出方法としては、産業用
ロボツトに用いられている特開昭62−24305に記載され
ているように、電動機に対する位置指令値と現在位置と
の偏差の基準値を設けるとともに時間基準値を設け、位
置偏差が偏差基準値と時間基準値の双方を超えた時に異
常を判断するようにしていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、産業用ロボツトが移動した場合に位置
指令値と現在位置との偏差が基準値以上となり、かつこ
の偏差が基準時間以上継続された場合に異常に判断する
ため、例えば回路内の素子破壊などによる暴走が起きた
場合、ロボツトある程度移動しない限り異常を検出でき
ず、安全面に対する問題があつた。

本発明の目的は、ある制御手段間の信号送信回路素子の
破壊、あるいは誤動作が生じた場合でも、電動機あるい
はロボツトなどの対象物が暴走する以前に異常を検出し
て安全な保護を行わせることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は伝送すべき信号をパルス幅変調し、そのパル
ス幅変調信号にリミツタをかけること（前段でかけても
よい）により、正常時には常に一定範囲内の周期を持つ
パルス幅信号を送信させ、受信側で、上記パルス幅変調
信号の周期よりも大なる監視時間を持ち、該監視期間内
の受信パルス幅変調信号のパルス幅またはパルスのエッ
ヂの有無の監視をパルス幅変調信号の周期毎に行ない、
上記監視期間内にパルス幅変調信号のパルスのエッヂが
無いか、または上記監視期間以上にパルス幅変調信号の
パルス幅が長くなったことを判定した場合に電動機制御
装置の故障と判別する手段を設けることにより早期の故
障検出が達成される。

〔作用〕

上記パルス判別手段は電動指令値をパルス幅変調し、こ
のパルス幅信号の一周期毎の波形を判別する。つまりパ
ルス幅変調信号を発生する回路、あるいはその送受信回
路に素子破壊、又は誤動作などによる異常が生じた場
合、正常時におけるパルス幅変調信号の一周期毎に発生
するレベル変化が無くなることにより異常を検出する。
一般に制御回路に入力する指令値をパルス幅変調信号に
変換して伝送する場合には、その制御系の応答周波数よ
り数倍以上高い周波数のパルス変調信号を必要とする。
従つて上記パルス判別手段は、パルス幅変調信号の一周
期毎に異常を検出できるため、制御対象である電動機あ
るいはロボツトが暴走する以前にこれらを保護すること
ができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。この
図は直流電動機の速度制御装置における電流指令信号の
伝送に本発明を適用した例である。マイクロコンピユー
タ１はタイマ９が出力する一定周期毎に、速度指令値Nr
と電動機10からの速度フイードバツク信号Peを用いて速
度制御演算を行い、電流指令値Irを出力する。パルス幅
変調回路２はデイジタル量の電流指令値Irをパルス幅変
調信号PSに変換し、この信号を送信回路が送信する。送
信されたパルス幅変調信号は受信回路４によつて受信さ
れ、アナログ方式の電流制御回路５に与えられる。電流
制御回路５はこのパルス幅変調信号をフイルタ効果によ
り直流分の信号に変換した電流指令信号と、電流検出器
12によつて得られる電流フイードバツク信号Ifを用いて
電流制御演算を行い、電力変換回路６に対する制御信号
を出力する。電力変換回路６はパワートランジスタのス
イツチング動作により直流電動機10に電力を供給して回
転速度を変化させる。インクリメンタルエンコーダ11は
直流電動機10と機械的に直結されており、直流電動機10
の回転速度に比例した周波数のパルスPeを出力する。こ
のパルスPeをカウンタ８が計数し、マイクロコンピユー
タ１はカウンタ８の計数値に基づいて電動機10の回転速
度を演算し、これをフイードバツク信号とすることで電
動機10の速度を指令値通りに制御する。パルス判別回路
７は受信回路４が受信したパルス幅変調信号のパルスを
判定し、電流制御回路５に与えられるパルス幅変調信号
が正常か、あるいは異常かを判別し、もし異常であるな
らば電流制御回路５を停止させる信号を出力するととも
に、マイクロコンピユータ１に対しても異常を知らせて
パルス幅変調信号の伝送回路の故障を検出する。

次に、第２図を用いてパルス幅変調信号PSがアナログ電
流制御回路５へ指令を与える方法を説明する。マイクロ
コンピユータ１が出力するデイジタル量の電流指令値Ir
は、パルス幅変調信号PSのデユーテイ（Ts/Tp）に相当
する値を持ち、パルス幅変調回路３がこの電流指令値Ir
に対応するパルス幅変調信号PSを出力する。このパルス
幅変調信号PSは、電流制御回路５の入力に設けられた一
次遅れの特性を持つフイルタの効果により、第２図に示
すような脈動を持つ直流分の指令値Irdcに変換されて電
動機10に流れる電流を制御する。

次に、信号伝送と故障検出方法の詳細を説明する。第３
図はパルス幅変調信号の伝送回路とその故障検出回路の
一構成例を示し、第４図は第３図の動作を説明するタイ
ムチヤートを示す。なお第４図には送信回路３、あるい
は受信回路４が故障した場合の動作も含まれている。パ
ルス幅変調回路２はマイクロコンピユータ１内に設けら
れたリミツタ20でリミツトされたデイジタル量の電流指
令値Irをラツチ回路21で保持し、パルス幅変調信号の周
期を決定するタイマ23の出力信号LD毎にカウンタ22に取
込まれる。カウンタ22はクロツクCLKの入力毎にダウン
カウントし、計数値が零になつた時点で出力PSをローレ
ベルにする。この出力はカウンタ22のイネーブル信号EN
となり、ローレベルの期間はカウンタ22の計数値を零の
ままとして出力PSをローレベルにホールドする。その
後、タイマ23の出力信号LDによりカウンタ22の計数値が
設定されて出力PSがハイレベルとなり、以後は前述の動
作を繰返してパルス幅変調された信号PSを発生する。パ
ルス幅変調信号PSの伝送方法は、例えば送信手段として
ラインドライバ24を、受信手段としてはフオトカプラ25
によつて伝送する。フオトカプラ25で受信されたパルス
幅変調信号RSは、レベル変換回路27により正の電圧PVと
負の電圧NVに変換された信号LSとなり、電流制御回路５
に電流指令値として入力され、フイルタの効果により直
流分の信号Irdcとなるとともに、パルス判別回路７のワ
ンシヨツト回路26に入力される。ワンシヨツト回路はパ
ルス変調信号RSの立上りエツヂを検出し、外部に接続さ
れている抵抗R1,コンデンサC1により定められる一定時
間Toだけ出力をハイレベルに保持する機能を有する。こ
の一定時間Toをパルス幅変調信号RSの周期Tpに対して、
To＞Tpなる関係を持たせることにより、ワンシヨツト回
路26が周期Tp毎にリセツトされて出力信号EMGは常にハ
イレベルとなる。このことはマイクロコンピユータ１が
出力する電流指令値Irはリミツトされた信号であるた
め、正常時には０％あるいは100％のデユーテイを持つ
信号が出力されることはなく、周期Tp毎に立上りのエツ
ヂを有するパルス幅変調信号であることを利用してい
る。逆に信号の伝送経路において断線，素子破壊などの
異常が生じた場合には、第４図に示すような一定レベル
を持つ信号RSとなるため、ワンシヨツト回路26はリトリ
ガされなくなり、一定時間To後に異常を検出して出力信
号EMGをローレベルにすることで、電流制御回路５を停
止させて電動機10への電力供給を上め、電動機10が暴走
するのを阻止することができる。なお、異常検出信号EM
Gをワンシユツト回路26のクリア端子に入力してこの信
号を保持するようにしている。本実施例によれば、マイ
クロコンピユータ１が出力する電流指令値Irは、マイク
ロコンピユータのソフトウエア処理によつてリミツトさ
れた信号となることから、パルス幅変調信号の伝送経路
におけるハードウエア的な異常の検出のほか、マイクロ
コンピユータのソフトウエアの暴走などの異常も検出で
きる効果がある。

次に、本発明の他の実施例を第５図に示し、その動作を
説明するタイムチヤートを第６図に示す。第３図と異な
る点はレベル交換器を用いずに二つのフオトカプラ30,3
1によつて、正の電圧PVとなる信号RUと負の電圧NVとな
る信号RLを直接加え、電流制御回路５に対する電流指令
値としている。従つて異常を検出するパルス判別回路は
２系列が必要となる。まずフオトカプラ30が受信した信
号RUは比較器32によつて基準電圧＋Vsと比較され、パル
ス幅変調信号RSと同じパルス幅を持つ信号UCを出力す
る。この信号UCを入力として、前述の一実施例と同じ方
法によるワンシヨツト回路34によつてフオトカプラ30の
故障を検出する。同様にフオトカプラ31の故障の検出
は、負電圧NVを出力する信号RLと基準電圧−Vsとの比較
器33及びワンシヨツト回路35によつて行うことができ
る。各々のフオトカプラ30,31に対する故障検出信号EM
U,EMLはアンド回路36により、どちらか一方のフオトカ
プラが故障した場合でも異常信号EMGが発生し、電流制
御回路５を停止されることができる。第６図はフオトカ
プラ31が故障した状態を示しており、故障する直前のエ
ツヂから一定時間To後に故障を検出している。なおパル
ス幅変調信号発生回路2,信号PSを送信するドライバ24の
故障、あるいは断線などが生じたときには、フオトカプ
ラ30,31の各々の出力信号RU,RLが共に一定レベルになる
ので異常を検出することができる。本実施例は受信手段
にフオトカプラを２ケ用いているため、パルス幅変調手
段，伝送手段などの共通部分の故障の検出を向上させる
ことができ、電動機装置の安全性を向上できる効果が得
られる。

なお本実施例においてはパルス判別手段としてワンシヨ
ツト回路を用いたが、ある一定時間を計測する機能、例
えばカウンタ等を用いても同様の機能が得られる。また
パルス幅変調回路も変調信号の周期を決めるタイマの時
間を、電流指令値を計数するカウンタの最大時間より長
くするなどの方法を用いることで、ハードウエア的にリ
ミツトされたパルス幅変調信号を生成でき、マイクロコ
ンピユータのソフトウエアの負荷を軽減することも可能
である。

デユテイの取り方としては、正転と逆点との両者の指令
を発するような制御系にあつては、デユテイ50％を無信
号状態とし、０〜50％を正転、50〜100％を逆転指令の
如くすればよい。正転，逆転の指令は逆のデユテイ関係
であつてもよい。

また、本実施例では速度制御回路と電流制御回路間の電
流指令信号の伝送に本発明を適用しているが、位置制御
回路と速度制御回路間の速度指令信号の伝送、あるいは
位置制御回路に与える位置指令信号の伝送に本発明を適
用して同様の効果を得ることも可能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、電動機制御装置内の電流指令値をパル
ス幅変調して伝送するので、この伝送信号の正常、ある
いは異常の判定をパルス幅変調信号の一周期毎に行える
ため、パルス幅変調信号の発生回路、あるいは伝送経路
の誤動作，素子の破壊などの異常が起きた場合、制御対
象物である電動機が暴走する以前に異常が検出でき、装
置の安全な保護を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す電動機制御装置の全体
構成図、第２図は第１図の動作を説明するタイムチヤー
ト、第３図は第１図の要部を示す詳細構成図、第４図は
第３図の動作を説明するタイムチヤート、第５図は第１
図の要部を示す他の実施例の詳細構成図、第６図は第５
図の動作を説明するタイムチヤートである。 １……マイクロコンピユータ、２……パルス幅変調回
路、３……送信回路、４……受信回路、５……電流制御
回路、６……電力変換回路、７……パルス判別回路、８
……カウンタ、９……タイマ、10……直流電動機、11…
…エンコーダ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電動機速度指令信号と電動機のフィードバ
   ック速度信号との差分相当のデュティを持つ一定周期の
   パルス幅変調信号を発生する手段と、伝送線を介して送
   られてくる上記パルス幅変調信号を受信し、該パルス幅
   変調信号のデュティに従って電流制御しモータの速度制
   御を行う手段と、を備えた電動機制御装置において、上
   記パルス幅変調信号の周期よりも大なる監視時間を持
   ち、上記伝送線を介して送られてくるパルス幅変調信号
   を取込み、上記監視期間内のパルス幅変調信号のパルス
   幅またはパルスのエッヂの有無の監視をパルス幅変調信
   号の周期毎に行い、上記監視期間内にパルス幅変調信号
   のパルスのエッヂが無いか、または上記監視期間以上に
   パルス幅変調信号のパルス幅が長くなったことを判定し
   た場合に電動機制御装置の故障と判定する手段を有して
   なる電動機制御装置の故障検出装置。
2. 【請求項２】上記速度指令信号とフィードバック信号と
   の差分は上限値をリミットさせてなる特許請求の範囲第
   １項記載の電動機制御装置の故障検出装置。
3. 【請求項３】上記監視期間は任意に設定可能な値とする
   特許請求の範囲第１項記載の電動機制御装置の故障検出
   装置。