JP2001037080A - 機械群から構成されるシステムにおけるエネルギーのリサイクル方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 運動エネルギーを必要としている機械に制動
中の機械の回生エネルギーを融通し、工場全体の消費エ
ネルギーを低減化すること。 【解決手段】 直流電源から給電されるサーボドライバ
ユニットＳＤ１〜ＳＤｎにより駆動される複数の機械か
ら構成され、上記サーボドライバユニットＳＤ１〜ＳＤ
ｎが所定のタイミングで頻繁に始動・停止を繰り返すこ
とにより各機械が所望の作業を行うシステムにおいて、
上記直流電源を共通接続するＤＣ共通リンク２を設け
る。そして、回生状態にあるユニットと力行状態にある
ユニットのペアリングを行い、回生状態にあるユニット
から力行状態にあるユニットに慣性エネルギーを移行さ
せる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】工場等においては、工作機械
やロボット等の各種の機械群が稼働している。これらの
機械は、本来の仕事に使用されるエネルギーの他に、そ
の機械系に運動エネルギーを蓄積している。この蓄積エ
ネルギーは機械系の制動時に電気的にあるいは機械的に
熱に変換され捨てられており、再利用されていないのが
現状である。本発明は上記した制動時の蓄積エネルギー
を効率的に回生し、他の機械で利用できるようにした各
種生産設備、搬送設備等に適用されるエネルギー・リサ
イクル・システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】工作機械、ロボット等の機械の多くは、
始動、停止の繰り返し動作をしている。このような周期
的動作を行う機械は工場内に多数設置されている。例え
ば、ピックアップ アンド リプレイス（以下ＰＰ動作
という）を行うロボットないしはロケータのような機械
では、図１３に示すような始動・停止動作を繰り返して
いる。図１３の例は、速度が台形状になる例であるが、
この例の場合には、時刻ｔ１〜ｔ２が力行モード、時刻
ｔ３〜ｔ４が回生（制動）モードであり、力行時には電
源側から機械側に電力を供給し、回生時には機械側から
電源側に電力を返される。このような動作は、通常、コ
ントローラで駆動・停止信号が生成され、サーボドライ
バで電力増幅されモータが駆動されることにより行われ
る。従来においては、上記回生電力は、外付けされた抵
抗により消費されるのが一般的であり、有効利用がなさ
れていなかった。

【０００３】これは次のような理由による。 (1) モータに電源を供給するコンバータはダイオードブ
リッジであることが多く、通常回路的に回生機能を備え
ていない。 (2) 回生コンバータを用いた場合であっても、回生電力
が力行電力として再消費されずに、配電ケーブルや変圧
器で、銅損として消費される可能性が高い。 (3) 回生電力を吸収する機器がなく、大きな回生電力が
電源側に戻され配電系統に注入されると遮断器が動作し
てしまう場合がある。 このため、従来においては、機械の慣性体に蓄積された
エネルギーは未利用のまま熱としてして捨てられてい
た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来に
おいては、機械の慣性体に蓄積されたエネルギーは未利
用のまま熱としてして捨てられており有効利用されてい
なかった。この捨てられるエネルギーは始動−停止が頻
繁に行われる機械程多くなる。特に、近年の大量生産ラ
インにおいては、高速化が極度に押し進められており、
始動−停止サイクルは場合によってはｍｓｅｃオーダに
なることすらある。このため、工場全体のエネルギーの
使用量は増加の傾向にあり、省エネルギー化を図る上で
障害となっていた。

【０００５】本発明は上記した事情に鑑みなされたもの
であって、その目的とするところは、各機械の始動・停
止の協調をとることにより、運動エネルギーを必要とし
ている機械に制動中の機械の回生エネルギーを融通し、
工場全体の消費エネルギーを低減化することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】工場内で動作している多
くの機械は周期的に始動−停止を繰り返している。１台
の機械の自由度が２〜６程度のことが多く、１ラインに
数十台の機械が設置されているような場合には、サーボ
ドライバユニット数は、総数で１００乃至１０００程度
になることが珍しくない。これだけ多くのユニットがあ
れば、各サーボドライバユニット（以下、サーボユニッ
トと略記する）の始動−停止を調整することにより、繰
り返し動作によって失われる慣性エネルギーを最小化す
ることが可能である。すなわち、力行状態にあるユニッ
トと回生状態にあるユニットを対応付け（これをペアリ
ングという）、回生状態にあるユニットから力行状態に
あるユニットに慣性エネルギーを移行させればよい。

【０００７】上記したエネルギーの移行を行わせるため
の技術としては、主回路の構成方法、機械系の制御
方法、に大別することができる。上記の主回路の構成
方法としては、ＤＣリンク共通型の主回路構成法を採用
する。この構成であれば、回生コンバータが不要とな
り、また構成を極めて簡単化することができる。図１は
本発明のエネルギーリサイクル方法の概念を説明する
図、図２は上記したＤＣ共通リンク共通型の主回路構成
の一例を示す図である。図２に示すように、工場内に配
電されている２００Ｖ交流電圧をコンバータ１により直
流に変換し、このＤＣラインをＤＣ共通リンク２により
共通接続する。ＤＣ共通リンク２により共通接続された
ＤＣラインには、コンバータ３−１〜３−ｋ、インバー
タ４−１〜４−ｍ等が接続され、これらコンバータ、イ
ンバータにより各サーボユニットのＤＣモータＤＭ１〜
ＤＭｋ、ＢＬモータ（ブラシレスモータ）ＢＬ１〜ＢＬ
ｍ等が駆動される。

【０００８】このようなＤＣ共通リンク２を設けること
により、該ＤＣ共通リンク２を介して、図１に示すよう
に回生状態にあるサーボユニットＳＤ１の慣性エネルギ
ーを力行状態にある他のサーボユニットに移行させるこ
とができる。さらに、図２に示すＤＣ共通リンク型の主
回路構成を複数備えた大規模システムにおいては、これ
らＤＣ共通リンク間に回生コンバータを設け、ＤＣ共通
リンク間でエネルギーの移行を行うこともできる。この
ようにすれば、分散して配置されているシステム間での
エネルギーリサイクルを行うことが可能となり、一層省
エネルギー効果を期待することができる。

【０００９】図３は前記したペアリングによるエネルギ
ーリサイクルの様子を示す図である。同図に示すよう
に、モータの回生時（減速時）に始動できるモータを選
定しペアリングをしておく。そして、モータが減速状態
になったとき上記ペアリングされたモータを始動する。
例えば、同図の場合には、ユニットＡの回生モードに
対して、ユニットＢの力行モード’がペアリングさ
れ、ユニットＤの回生モードに対してユニットＥの力
行モード’がペアリングされており、ユニットＡが減
速状態に入ったときユニットＢを始動し、ユニットＤが
減速状態に入ったときユニットＥを始動する。これによ
り、ユニットＡの回生エネルギーは前記ＤＣ共通リンク
２を介してユニットＢに移行し、ユニットＢの力行エネ
ルギーとして利用することができる。同様に、ユニット
Ｄの回生エネルギーをユニットＥの力行エネルギーとし
て利用することができる。その結果、電源側から流入す
る電流の合計は、同図に示すように減少する。なお、回
生電力をがどうしても余ってしまう場合には、図１、図
２に示すように回生抵抗Ｒｂを設けて、回生電力を消費
させるようにしてもよい。

【００１０】この方法であれば、コンバータに回生機能
がなくても慣性エネルギーのリサイクルが可能であり、
また、配電系統に与える擾乱を最小化することが可能で
ある。但し、本方法では、ＤＣ共通リンクに流れ込む
（回生）あるいはＤＣ共通リンクから流れ出る（力行）
電流のバランスをとることでエネルギーのリサイクルを
行うことになるので、個々の電流の制御は、機械系の制
御を通じてしか行えないことになる。すなわち、エネル
ギーリサイクルの性能は機械系の制御方法に依存する。
したがって、回生電流と力行電流のバランスがとれてい
ないとＤＣ共通リンク２の電圧が変動することになる。
しかし、通常は、サーボユニットの制御器は積分動作を
行っているので、ＤＣ共通リンクの電圧が変動しても定
常偏差は発生せず、位置決め等では特別の配慮は必要な
い。

【００１１】上記機械系の制御方法としては、次の方法
を採ることができる。 （１）開ループ制御 予めオフラインで、個々機械の動作計画に基づき、停止
動作を行うサーボユニットと、該サーボユニットの停止
動作時に生ずる回生エネルギーを利用できるサーボユニ
ットとをペアリングしておき、このペアリングに基づき
各サーボユニットの始動・停止を行う。これにより、サ
ーボユニット停止時に生ずる回生エネルギーを、上記共
通ラインを介して対応付けたサーボユニットに供給し、
サーボユニットの始動エネルギーとして利用することが
できる。 （２）半閉ループ制御（セミクローズド制御） 各サーボユニットの始動・停止の時間情報を集中管理す
る管理手段を設け、該管理手段から、上記（１）のよう
にして定めた動作計画を各サーボユニット（もしくはＰ
ＬＣ）に伝達するとともに、各サーボユニット（もしく
はＰＬＣ）から負荷情報を収集する。そして、１サイク
ルにおける消費電力量から上記ペアリングを修正する。 （３）閉ループ制御（クローズド制御） 各サーボユニットの始動・停止の時間情報を集中管理す
る管理手段を設け、該管理手段により、オンラインで、
各サーボユニットの始動・停止情報、加減速情報、負荷
情報等を収集し、回生可能なエネルギーと、仕事として
消費されるエネルギーを分別し、回生可能なエネルギー
量をペアリングにより最大とするように始動・停止、加
速時間等を制御する。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、機械系の制御方法として前
記した開ループ制御、半閉ループ制御、閉ループ制御を
用いた場合、および、本発明を大規模システムに適用し
た場合について本発明の実施例を説明する。 （１）開ループ制御 開ループ制御では、前記したように、予めオフラインで
個々機械の動作計画に基づき、停止動作を行うサーボユ
ニットと、該サーボユニットの停止動作時に生ずる回生
エネルギーを利用できるサーボユニットとをペアリング
しておき、このペアリング基づき各サーボユニットの始
動・停止を行う。図４は本発明の第１の実施例のシステ
ムの構成例を示す図である。同図において、工場内主幹
配電ラインから供給される交流電源はコンバータ１に供
給され直流電圧に変換される。

【００１３】コンバータ１の出力側には、ＤＣ共通リン
ク２が設けられており、該ＤＣ共通リンク２にはロボッ
ト、工作機械、ロケータ等の各種機械のサーボユニット
を駆動するためのコンバータ３−１〜３−ｍ、インバー
タ４−１〜４−ｋ等が接続される。上記各種の機械の動
作は、それぞれの機械毎に設けられたＰＬＣ５−１〜５
−ｎ（ＰＬＣ：プログラマブル・ロジック・コントロー
ラ）により制御される。また、オフラインのコンピュー
タ６が設けられており、該コンピュータ６により予め上
記各種サーボユニットのペアリングを決定する。コンピ
ュータにより決定したペアリングに基づく各サーボユニ
ットの動作計画は各ＰＬＣ５−１〜５−ｎに送られ、各
ＰＬＣ５−１〜５−ｎは、上記動作計画に基づき、各サ
ーボユニットの始動・停止の制御を行う。

【００１４】上記ペアリングは、動作計画に、個々のサ
ーボユニットが持つ位置決め時間の最小値と最大値を導
入することにより可能となる。前記した図１３で、Ｌと
Ｖｍａｘを決めると、ｔ１〜ｔ２〜ｔ３〜ｔ４の各時間
間隔は変えられないが、ｔ１を±τ変化させることが可
能であれば、他のサーボユニットと力行もしくは回生の
タイミングを合わせることができる。通常、加工・アッ
センブル等では、位置決めが重要であり、前記図１３に
おけるＬ（距離）の精度は要求されるが、始動時刻ｔ１
は精度が要求されない場合が多い。ピックアンドプレイ
スやテーブルの位置決めでは特にｔ１の裕度τはかなり
フレキシブルである。また、多自由度ロボットでも、実
際はＰＴＰ（ポイント・ツー・ポイント）制御が大部分
である。軌道の精度が要求されるＣＰ（コンティニアス
・パス）制御は溶接や塗装で見られるが、これらの場合
には軸の同期は必要であるが、上記裕度τはやはりフレ
キシブルである場合が多い。したがって、上記ｔ１を変
化させることにより、回生と力行のタイミングを合わせ
ることができる。この場合、サーボユニットの数が多い
程、ペアリングできるユニットが増加し、１サイクルで
回生と力行のタイミングがとりやすくなる。

【００１５】図５は上記オフラインのコンピュータによ
るペアリング決定処理の一例を示す概略フローチャート
であり、同図により本実施例のペアリング処理について
説明する。ステップＳ１において、コンピュータ６に全
ＰＬＣの動作計画と、各サーボユニットの始動開始時刻
の裕度τを読み込む。ステップＳ２において、エネルギ
ーリサイクルを行う期間を決定する。ここで、上記期間
Ｔは同一のＤＣ共通リンク２に接続されている全ての機
械の内、最も遅くスタートした機械が停止するまでの時
間より大きく、通常は上記機械群の１サイクルである。
ステップＳ３において、期間Ｔにおける全ＰＬＣの動作
計画を解析し、最も早く停止動作を開始するサーボユニ
ットＡを選択する。ステップＳ４において、各サーボユ
ニットの始動開始時刻を前記裕度τの範囲内で変動さ
せ、上記サーボユニットＡの停止動作開始時に起動可能
なサーボユニットがあるかを調べる。

【００１６】サーボユニットＡの停止動作時に始動開始
可能なサーボユニットが存在しない場合にはステップＳ
５からステップＳ７に行く。また、存在する場合には、
ステップ５からステップ６に行き、サーボユニットＡが
停止動作するときに始動開始可能な候補の中から、動作
計画に与える影響が最も小さい（例えば、全体の動作計
画を遅延させる程度が最も小さい等）候補Ｂを選択し、
前記した停止動作を開始するサーボユニットとペアリン
グを行う。そして、必要に応じてサーボユニットＢの始
動開始時刻を修正する。ステップＳ７において、全ての
動作計画についての処理が終了したかを調べ、終了して
いない場合には、ステップＳ９に行き、上記解析済の部
分を動作計画から除いて、ステップＳ３に戻り上記処理
を繰り返す。全ての動作計画についてペアリング処理が
終了したら、ステップＳ８においてペアリング処理によ
り変更された動作計画を全ＰＬＣに出力し、終了する。

【００１７】上記のようにして決定されたペアリングに
基づく動作計画は各ＰＬＣで記憶され、各ＰＬＣは、シ
ステム稼働中、上記動作計画に基づき各サーボユニット
を制御する。上記各ＰＬＣに伝達される動作計画として
は、例えば、全ＰＬＣ共通に設定されたタイムスロット
において、どのタイムスロットにどのサーボユニットを
始動するかというような情報であり、このような情報を
伝達すれば、各ＰＬＣは他のＰＬＣの動作状態を知るこ
となく、各サーボユニットの動作を制御することができ
る。なお、回生電力がどうしても余ってしまう場合に
は、前記した回生抵抗Ｒｂにより回生電力を消費する。

【００１８】本実施例は、オフラインでペアリングを決
定しているため、システム稼働中、ＰＬＣはエネルギー
リサイクルのための指令を受け取らない。このため、各
サーボユニットの始動・停止のタイミングの制御を必ず
しも充分に行えないが、ある程度の省エネルギーの効果
を得ることができる。また、本実施例では、ＰＬＣをオ
ンラインで集中管理する手段を設ける必要はない。特に
シーケンスが比較的単純なシステムの場合には、必ずし
も上記のようにコンピュータを用いてペアリングを行う
必要もなく、各ＰＬＣのシーケンスを設定するとき人手
等でペアリングを決定してもよい。したがって、設備の
増設等を伴うことなく比較的容易に実施することができ
る。この方法は、各サーボユニットの動作シーケンスが
固定されているような比較的単純なシーケンス動作を行
うシステムに適している。しかし、回生電力量と力行電
力量がかならずしも等しくならないと考えられるので、
全体の省エネルギー効果を高める余地は残している。

【００１９】（２）半閉ループ制御 半閉ループ制御では、前記したように、各サーボユニッ
トの始動・停止の時間情報を集中管理する管理手段を設
け、該管理手段から、上記（１）で説明したようにして
定めた動作計画を各ＰＬＣに伝達するとともに、各ＰＬ
Ｃから負荷情報を収集し、１サイクルにおける消費電力
から上記ペアリングを修正する。すなわち、上記（１）
で説明した手順で定めたペアリング情報を管理手段から
各ＰＬＣに伝達し、１サイクルの運転を行い、そのとき
の各サーボユニットの消費電力と回生電力を計測する。
そして、計測した消費電力と回生電力に基づきシステム
全体の消費電力が小さくなるように上記次のサイクルに
おけるペアリングを修正し、各ＰＬＣに伝達する。この
方法は、前回のサイクルの情報をフィードバックしてい
るという意味でいわゆる半閉ループ（セミクローズドル
ープ）制御である。

【００２０】図６は本発明の第２の実施例のシステムの
構成例を示す図である。同図は、前記図４において、１
サイクル毎にＰＬＣの動作計画を生成するコントローラ
７を設けたものであり、その他の構成は前記図４と同じ
である。同図において、工場内主幹配電ラインから供給
される交流電源はコンバータ１に供給され直流電圧に変
換される。コンバータ１の出力側には、前記したように
ＤＣ共通リンク２が設けられており、該ＤＣ共通リンク
２には各種機械のサーボユニットを駆動するためのコン
バータ３−１〜３−ｋ、インバータ４−１〜４−ｍが接
続される。上記各種の機械の動作は、それぞれに設けら
れたＰＬＣ５−１〜５−ｎにより制御される。コントロ
ーラ７は、前記したようにペアリングに基づく動作計画
を各ＰＬＣに伝達するとともに、各ＰＬＣ５−１〜５−
ｎから負荷情報を収集し、１サイクルにおける消費電力
から上記ペアリングを修正し、修正した動作計画をＰＬ
Ｃ５−１〜５−ｎに伝達する。

【００２１】図７は本実施例における処理の一例を示す
概略フローチャートであり、同図により本実施例の処理
を説明する。まず、コントローラ７はステップＳ１にお
いて全ＰＬＣの動作計画と、各サーボユニットの始動開
始時刻の裕度τを読み込む。ステップＳ２において、エ
ネルギーリサイクルを行う期間を決定する。ここで、上
記期間Ｔは前記したように同一のＤＣ共通リンク２に接
続されている全ての機械の内、最も遅くスタートした機
械が停止するまでの時間より大きく、通常は上記機械群
の１サイクルである。次いで、ステップＳ３において、
例えば図５に示した手順により各サーボユニットのペア
リングを決定し、ペアリングに基づく動作計画を得る。
ステップＳ４において、動作計画を各ＰＬＣに出力す
る。各ＰＬＣは上記動作計画に基づき、各サーボユニッ
トの始動、停止を制御する。その間、コントローラ７は
各サーボユニットの回生電力、力行電力等の負荷情報を
収集する。

【００２２】上記シーケンスが１サイクル終了し、前記
期間Ｔが終了すると、コントローラ７は、ステップＳ７
において上記ＰＬＣから伝達された負荷情報に基づき全
体の消費電力が小さくなるようにペアリングを修正す
る。例えば、回生電力と力行電力が近いもの同士がペア
リングされるようにペアリングの組み合わせを変更す
る。また、電源側から流れ込む電流のピーク値が平均化
されるようにサーボユニットの始動タイミングをずらす
ようにしてもよい。そして、上記修正されたペアリング
に基づき動作計画を変更する。そして、ステップＳ４に
戻り、上記修正されたペアリングに基づく動作情報を各
ＰＬＣに伝達する。これにより次のサイクルにおいて、
各ＰＬＣは修正されたペアリングによる動作情報に基づ
き各サーボユニットを制御する。この方法は、１サイク
ルの繰り返しの動作計画と、前回までの回生・力行の電
力情報を用いて、次の動作計画において電力消費量まで
考慮したペアリングを行うものであり、その結果前記
（１）より省エネルギー効果を高めることができる。こ
の方法も、各サーボユニットの動作シーケンスが固定さ
れているような比較的単純なシーケンス動作を行うシス
テムに適している。

【００２３】（３）閉ループ制御 閉ループ制御は、前記したように、各サーボユニットの
始動・停止の時間情報を集中管理するコントローラを設
け、該コントローラにより、オンラインで、各サーボユ
ニットから各種情報を収集し、回生可能なエネルギー量
をペアリングにより最大とするように始動・停止、加速
時間等を制御する。すなわち、システムの動作中に、各
サーボユニットの始動・停止情報、加減速情報、負荷情
報等を収集し、各サーボユニットの力行時の消費電力と
回生電力等を推定する。そして、各サーボユニットの動
作条件に基づき、システム全体の消費電力を最小化する
ペアリングおよび始動・停止、加速時間等を決定し、こ
れらの情報を各サーボユニット（もしくはＰＬＣ）に伝
達し、各サーボユニットを制御する。この方法は、オン
ライン処理（ハードリアルタイム処理）でペアリングお
よび各サーボユニットの始動・停止、加速時間等を決定
しているという意味で、いわゆる閉ループ（クローズド
ループ）制御である。

【００２４】図８は本発明の第３の実施例のシステムの
構成例を示す図である。本実施例のシステムの構成は、
基本的には前記図６に示したものと同様であり、コント
ローラ８が設けられており、このコントローラ８によ
り、オンラインで各ＰＬＣから各種情報を収集し、シス
テム全体の消費電力を最小化するペアリングおよび始動
・停止、加速時間等を決定する。図９は上記コントロー
ラの機能ブロック図、図１０は上記コントローラにおけ
る処理を示すフローチャートである。図９、図１０によ
り本実施例におけるコントローラによる処理を説明する
が、その前に、本実施例における各種パラメータを図１
１により説明する。

【００２５】Ｎ ：サーボユニットの加減速開始時間に
対応したタイムスロット番号〔図１１（ａ），
（ｅ）〕。 ΔＮ：加減速開始時間Ｎを遅らせることが可能な最大の
遅延タイムスロット数〔図１１（ａ）〕。 Ｐ ：加（減）速時間に対応したタイムスロット数〔図
１１（ａ）〕 Ａ ：最大加速度〔図１１（ａ）〕 Ｖ ：最大速度〔図１１（ｂ）〕 Ｄ ：サーボユニットにより駆動される制御対象の進行
距離〔図１１（ｃ）〕 Ｆ ：ＰＬＣのステータスを示す各種フラグ〔図１１
（ｄ）〕 τ ：１タイムスロット実時間〔図１１（ｅ）〕 Ｍ ：サーボユニットが始動してから停止するまでの時
間に対応したタイムスロット数〔図１１（ｆ）〕 Ｔ ：エネルギーリサイクル制御を行う１期間に対応し
たタイムスロット数〔図１１（ｆ）〕 Ｌ ：負荷トルク（もしくは負荷電流）〔図１１
（ｇ）〕 Ｓ ：他のサーボユニットとの同期情報

【００２６】以下、図９、図１０により本実施例の処理
を説明する。まず、図１０のステップＳ１において、コ
ントローラ８は各ＰＬＣから各タイムスロットにおける
各ＰＬＣの動作に示すパラメータを読み込む。すなわ
ち、時間ｔ及び加減速開始時間に対応したタイムスロッ
ト番号Ｎ、加減速開始時間に対応したタイムスロット番
号Ｎを遅らせることが可能な最大の遅延タイムスロット
数ΔＮ、サーボユニットが始動してから停止するまでの
タイムスロット数Ｍ、最大加速度Ａ、加（減）速時間に
対応したタイムスロット数Ｐ、各種フラグＦ、他のサー
ボユニットとの同期情報Ｓ、負荷トルク（もしくは負荷
電流）Ｌを読み込む。これらＰＬＣの動作は、コントロ
ーラ８のメモリ部８ａに格納される。

【００２７】次いで、ステップＳ２において、コントロ
ーラ８の演算部８ｂは、エネルギーリサイクルを行う期
間Ｔをタイムスロット数で決定する。ここで、上記期間
Ｔは、前記したように同一のＤＣ共通リンク２に接続さ
れている全ての機械の内、最も遅くスタートした機械の
Ｎ＋ΔＮ＋Ｍ（＝最も遅くスタートした機械が停止する
までのスロット数）の最大値より大きい。通常は、上記
機械群の１サイクルを表すスロット数となる。ステップ
Ｓ３において、上記演算部８ｂは、加減速開始時間に対
応したタイムスロット番号ＮをΔＮの範囲内で変化さ
せ、可能なペアリングの組が最大となる組み合わせ、あ
るいは、前記最大加速度Ａ、もしくは負荷トルク（負荷
電流）Ｌを用いて加減速のための電源電流が最小となる
ペアリングの組み合わせを線形計画法を用いて求める。

【００２８】ステップＳ４において、上記演算部８ｂ
は、上記のようにして求めたペアリングの組み合わせに
基づき各タイムスロットにおける機械動作を決定する。
なお、上記ペアリングを行っても、回生電力を力行電力
で吸収できないタイムスロットが生じた場合には、各サ
ーボユニットに設けられた回生抵抗をオンにする指令を
生成する。上記機械動作情報は、コントローラ８のＰＣ
Ｌ動作格納部８ｃに格納される。ステップＳ５におい
て、各タイムスロット毎に、前記Ｔの期間中の機械動作
情報を、コントローラ８のＰＬＣ動作読出し／タイマ管
理部８ｄから各ＰＬＣに出力する。ＰＬＣはこの機械動
作情報に基づき各サーボユニットを制御する。

【００２９】そして、ステップＳ６において、タイムス
ロット番号が上記Ｔに達したかを調べる。タイムスロッ
ト番号が上記Ｔに達するとステップＳ２に戻り、エネル
ギーリサイクルを行う期間Ｔを決定し、新たにペアリン
グの組み合わせを求める前記した処理を行う。また、タ
イムスロット番号が上記Ｔに達するまでは、コントロー
ラ８は各タイムスロットにおいて、ＰＬＣのフラグが立
っているか否かを調べる（ステップＳ７）。ＰＬＣのフ
ラグが立っている場合には、ステップＳ８でフラグ処理
を行い、ステップＳ１に戻る。そして、前記したように
ＰＬＣから各種データを読み込み、機械動作のペアリン
グの組み合わせを新たに決定し上記処理を繰り返す。上
記のように、ＰＬＣから各種フラグ情報を取り込み、フ
ラグが立っているとき、それに対応したフラグ処理をお
こなって機械動作のペアリングの組み合わせを新たに決
定することにより、サーボユニットやＰＬＣの動作状況
に応じた適切な処理を行うことができ、サイクルの途中
での動作シーケンスの変更等にも対応が可能となる。

【００３０】本実施例によれば、動作計画とオンライン
推定した負荷情報を用い最適な、始動、停止あるいは加
速時間まで含めた制御が可能である。また、瞬時制御と
なるので、状況の変更等に容易に対応することができ
る。なお、本実施例は、オンライン制御であるので、動
作シーケンスが条件分岐するようなシステムに対しても
適用可能である。

【００３１】（４）大規模システムへの適用例 図１２は、本発明を複数のＤＣ共通リンクを有する大規
模システムに適用した場合の実施例を示す図である。同
図において、１０−１，１０−２，…，１０−ｎは、そ
れぞれ複数の機械群とこれらを制御する複数のＰＬＣか
ら構成される前述したエネルギーリサイクル機能を備え
たシステムであり、各システムにおいて、ＤＣラインが
ＤＣ共通リンク２−１，２−２，…，２−ｎで共通接続
され、図示しないコントローラ等により前記したエネル
ギーリサイクル制御が行われる。上記ＤＣ共通リンク２
−１，２−２，２−ｎ間には回生コンバータ１１が設け
られており、回生コンバータ１１は、上記ＤＣ共通リン
ク２−１，２−２，…，２−ｎ間のエネルギーの移行を
行う。

【００３２】上記回生コンバータの制御方法は種々考え
られるが、例えば、ＤＣ共通リンク２−１，２−２，
…，２−ｎの電圧を監視し、電圧が上昇したＤＣ共通リ
ンクから他のＤＣ共通リンクにエネルギーを移行するよ
うにしたり、あるいは、コントローラ８−１，８−２，
…，８−ｎにおいて前記したようにペアリングの組み合
わせを決定する際、回生電力を力行電力で吸収できない
タイムスロットが生じたとき、上記回生コンバータ１１
により他のシステムにエネルギーを移行させるようにし
てもよい。本実施例によれば、ＤＣ共通リンク間でエネ
ルギーの移行を行うようにしているので、例えば、工場
内で分散して配置されているシステム間でのエネルギー
リサイクルを行うことも可能となり、一層省エネルギー
効果を期待することができる。

【００３３】

【発明の効果】我が国のエネルギー消費を石油換算する
と、約半分が産業用に、残りが運搬用と民生用でほぼ等
分して使用されている。このように産業用に用いられる
エネルギー量は非常に大きく、今後更に徹底した省エネ
ルギー化が望まれている。また、一方で、将来の二酸化
炭素排出量に関する規制が数値目標として掲げられ、地
球環境問題からもエネルギーの効率的使用が強く要請さ
れている。本発明は、各機械のサーボユニットの駆動電
源であるＤＣラインをＤＣ共通リンクにより共通接続
し、ＤＣ共通リンクを介してサーボユニットの回生エネ
ルギーを、他のサーボユニットに移行するようにしたの
で、比較的簡単な構成で、効率的なエネルギー消費の低
減化を図ることができる。このため、従来工場等で使用
されている電気エネルギーを効率的にリサイクルするこ
とができ、場合によっては、電気エネルギーの削減率を
６割から７割程にすることも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のエネルギーリサイクル方法の概念を説
明する図である。

【図２】ＤＣ共通リンク共通型の主回路構成の一例を示
す図である。

【図３】ペアリングによるエネルギーリサイクルの様子
を示す図である。

【図４】本発明の第１の実施例のシステムの構成を示す
図である。

【図５】第１の実施例におけるペアリング決定処理のフ
ローチャートである。

【図６】本発明の第２の実施例のシステムの構成を示す
図である。

【図７】第２の実施例における処理を示すフローチャー
トである。

【図８】本発明の第３の実施例のシステムの構成を示す
図である。

【図９】本発明の第３の実施例のコントローラの機能ブ
ロック図である。

【図１０】本発明の第３の実施例のコントローラにおけ
る処理を示すフローチャートである。

【図１１】本発明の第３の実施例における各種パラメー
タを説明する図である。

【図１２】本発明を複数のＤＣ共通リンクを有する大規
模システムに適用した場合の構成を示す図である。

【図１３】工作機械、ロボット等における始動・停止動
作を説明する図である。

【符号の説明】

１ コンバータ ２ ＤＣ共通リンク ３−１〜３−ｋ コンバータ ４−１〜４−ｍ インバータ ５−１〜５−ｎ ＰＬＣ ６ コンピュータ ７，８ コントローラ

フロントページの続き Ｆターム(参考） 5G065 AA00 AA01 DA06 DA07 EA06 FA01 GA01 HA09 JA07 KA03 KA06 5H001 AB08 AC02 5H530 AA06 BB33 CC18 CE16 DD03 DD28 EE08 5H572 AA14 BB02 CC01 CC05 DD09 EE03 FF01 FF03 HB07 HC01 9A001 GZ07 JJ46 KK29 KK31 LL09

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流電源から給電される複数のサーボド
   ライバユニットにより駆動される複数の機械から構成さ
   れ、上記サーボドライバユニットが所定のタイミングで
   頻繁に始動・停止を繰り返すことにより各機械が所望の
   作業を行うシステムにおけるエネルギーのリサイクル方
   法であって、 上記各機械のサーボドライバユニットの直流電源を共通
   接続するＤＣ共通リンクを設け、上記各サーボドライバ
   ユニットの始動・停止タイミングの協調を取ることによ
   り、サーボドライバユニットの停止時に生ずる回生エネ
   ルギーを、上記ＤＣ共通リンクを介して他のサーボドラ
   イバユニットに移行して始動エネルギーとして利用する
   ことを特徴とする機械群から構成されるシステムにおけ
   るエネルギーのリサイクル方法。
2. 【請求項２】 直流電源から給電されるサーボドライバ
   ユニットにより駆動される複数の機械から構成され、上
   記サーボドライバユニットが所定のタイミングで頻繁に
   始動・停止を繰り返すことにより各機械が所望の作業を
   行うシステムにおけるエネルギーのリサイクル方法であ
   って、 上記各機械のサーボドライバユニットの直流電源を共通
   接続するＤＣ共通リンクを設け、各機械の動作条件に基
   づき、停止動作を行うサーボドライバユニットと、該サ
   ーボドライバユニットの停止動作時に生ずる回生エネル
   ギーを始動エネルギーとして利用できるサーボドライバ
   ユニットとの対応付けを行い、 上記対応付けに基づき、各サーボドライバユニットの停
   止動作時に、対応付けされたサーボドライバユニットを
   始動させることより、停止動作時に生ずる回生エネルギ
   ーを、上記共通ラインを介して対応付けたサーボドライ
   バユニットに移行し、始動エネルギーとして利用するこ
   とを特徴とする機械群から構成されるシステムにおける
   エネルギーのリサイクル方法。
3. 【請求項３】 各サーボドライバユニットの始動・停止
   時の負荷情報を収集し、該負荷情報に基づきシステム全
   体の消費電力が小さくなるように上記対応付けを修正す
   ることを特徴とする請求項２の機械群から構成されるシ
   ステムにおけるエネルギーのリサイクル方法。
4. 【請求項４】 直流電源から給電されるサーボドライバ
   ユニットにより駆動される複数の機械から構成され、上
   記サーボドライバユニットが所定のタイミングで頻繁に
   始動・停止を繰り返すことにより各機械が所望の作業を
   行うシステムにおけるエネルギーのリサイクル方法であ
   って、 上記各機械のサーボドライバユニットの直流電源を共通
   接続するＤＣ共通リンクを設け、 オンラインで、上記各サーボドライバユニットの始動・
   停止情報、加減速情報、負荷情報を収集し、収集した情
   報に基づき各モータの始動時の消費電力と停止動作時の
   回生電力を推定し、 システム全体の消費電力を最小化するように、停止動作
   を行うサーボドライバユニットと、該サーボドライバユ
   ニットの回生エネルギーを利用できるサーボドライバユ
   ニットを対応づけ、上記対応付けに基づき各サーボドラ
   イバユニットの始動・停止制御を行うことより、サーボ
   ドライバユニットの停止動作時に生ずる回生エネルギー
   を、上記共通ラインを介して対応付けたサーボドライバ
   ユニットに移行し始動エネルギーとして利用することを
   特徴とする機械群から構成されるシステムにおけるエネ
   ルギーのリサイクル方法。
5. 【請求項５】 複数のＤＣ共通リンク同士を回生コンバ
   ータで接続し、各ＤＣ共通リンク間でエネルギーの移行
   を行うようにしたことを特徴とする請求項１，２，３ま
   たは請求項４のエネルギーのリサイクル方法。