JP2006221308A - 異常検出方法および制御装置と、これらを用いた制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】 モータの運転状況の把握や解析を可能にし、アラーム検出にかかる処理時間を短縮にする。
【解決手段】 各指令値Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３と各許容値との差分の総和より演算して各積算値とし、各積算値２２，２７，３２を履歴データとして各積算値データ履歴２３，２８，３３に記録し、各積算値２２，２７，３２が各アラーム閾値２４，２９，３４を超えると各アラームを検出し、各アラーム処理を実行する各監視部２０，２５，３０を備え、各積算値２２，２７，３２や各積算値データ履歴２３，２８，３３を上位装置１０から読み出せるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、工作機械、ロボット等を制御する制御システムにて使用される制御装置の過負荷検出方法に関する。

従来の制御装置について、図を用いて説明する。図７は、従来の制御装置の構成図である。図において、１は制御装置であり、上位装置１０が出力する位置指令値Ｓ１と位置検出器１９からの位置フィードバック信号Ｓ４との偏差により速度指令値Ｓ２を生成する位置制御部１１と、位置制御部１１からの速度指令値Ｓ２と速度検出器１８からの速度フィードバック信号Ｓ５との偏差により電流指令値Ｓ３を生成する速度制御部１２と、速度制御部１２からの電流指令値Ｓ３と電流フィードバック信号Ｓ６との偏差によりモータ８に通電する電流を生成する電流制御部１３から構成される。１０は上位装置であり、制御装置１に位置指令値Ｓ１を出力する機能を有している。８はモータであり、制御装置１の電流制御部１３により通電された電流に基づいて動作する。１８は速度検出器であり、モータ８の速度を検出する。１９は位置検出器であり、モータ８の位置を検出する。なお、図において、速度制御器１８は位置検出器１９により兼用してもよい。
上記のような従来の制御装置における過負荷検出は、電流指令値、あるいは電流制御部により検出される電流値の許容電流値に対する割合が、ある大きさを超え、それが一定時間経過すると、過負荷アラームとして所定のアラーム処理が行われるようになっている（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−１６２３３号公報（第５−６頁、図４４）

従来の制御装置は、単に過負荷アラームを検出して運転を停止させることしかできなかった。そのため、過負荷アラームが発生するたびに上位装置から与える位置指令値を変えて運転させてみるといった試行錯誤的な試みが必要になり、上位装置において、過負荷アラームが発生しない位置指令値パターンを生成（プログラミング）するのに手間がかかるという問題があった。また、許容電流値に対する割合がある大きさを超え、それが一定時間経過すると、過負荷アラームとするようになっているため、時間経過を計測するソフトウェア処理が必要となり、過負荷アラーム検出のためのソフトウェア処理が複雑になるというような問題もあった。
また、モータのアラームの種類には過負荷だけでなく、過速度や偏差過大等もあり、1種類ではエラー分析は不十分であり、各々の運転状況によりエラー分析する必要があった。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、アラームが発生するまでのモータ運転中の状況を上位装置等から読み出せるようにし、上位装置においてモータの運転状況の把握や解析を可能にし、アラームを発生しやすい位置指令値パターンを修正する、あるいは回避するといった、上位装置における位置指令値パターン生成の手間を抑えるとともに、アラーム検出のためのソフトウェア処理を簡単にし、アラーム検出にかかるＣＰＵの処理時間を短縮できる異常検出方法および制御装置を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、上位装置からの位置指令値と位置フィードバック信号とにより速度指令値を生成する位置制御部と、前記位置制御部からの速度指令値と速度フィードバック信号とにより電流指令値を生成する速度制御部と、前記速度制御部からの電流指令値と電流フィードバック信号とによりモータに通電する電流を生成する電流制御部とを備えた制御装置において、
前記上位装置からの位置指令値と位置フィードバック値との差と、許容偏差値との差分の総和より偏差を偏差演算部で演算して偏差積算値とし、前記偏差積算値を履歴データとして偏差積算値データ履歴に格納し、前記偏差積算値が偏差過大アラーム閾値を超えると偏差過大アラームを検出し、実行する偏差過大アラーム処理する工程と、
前記位置制御部からの速度指令値と許容速度値との差分の総和より過速度を過速度演算部で演算して過速度積算値とし、前記過速度積算値を履歴データとして過速度積算値データ履歴に格納し、前記過速度積算値が過速度アラーム閾値を超えると過速度アラームを検出し、実行する過速度アラーム処理する工程と、
前記速度制御部からの電流指令値と許容電流値との差分の総和より過負荷を過負荷演算部で演算して過負荷積算値とし、前記過負荷積算値を履歴データとして過負荷積算値データ履歴に格納し、前記過負荷積算値が過負荷アラーム閾値を超えると過負荷アラームを検出し、実行する過負荷アラーム処理する工程と、
前記モータの状態を計測する温度、振動や湿度センサなどからなる外部センサからの状態値と許容状態値との差分の総和より異常度を偏差演算部で演算して状態積算値とし、前記状態積算値を履歴データとして状態積算値データ履歴に格納し、前記状態積算値が異常アラーム閾値を超えると異常アラームを検出し、実行する異常アラーム処理の少なくともいずれか１つのアラーム処理を実行する工程からなるものである。
また、請求項２に記載の発明は、前記異常アラームを検出した場合、前記偏差、前記過速度、前記過負荷または前記状態の積算値の前記偏差、前記過速度、前記過負荷または前記状態の積算値データ履歴への格納を停止するものである。
また、請求項３に記載の発明は、上位装置からの位置指令値と位置フィードバック信号とにより速度指令値を生成する位置制御部と、前記位置制御部からの速度指令値と速度フィードバック信号とにより電流指令値を生成する速度制御部と、前記速度制御部からの電流指令値と電流フィードバック信号とによりモータに通電する電流を生成する電流制御部とを備えた制御装置において、
位置指令値と位置フィードバック値との差と、許容偏差値から偏差過大積算値を偏差演算部で演算して、前記偏差積算値を履歴データとして偏差積算値データ履歴に記録するとともに、偏差積算値から偏差過大アラームを検出するとともに偏差過大アラーム処理を実行する偏差過大監視部と、
速度指令値と許容速度値から過速度積算値を過速度演算部で演算して、前記過速度積算値を履歴データとして過速度積算値データ履歴に記録するとともに、過速度積算値から過速度アラームを検出すると過速度アラーム処理を実行する過速度監視部と、
電流指令値と許容電流値から過負荷積算値を過負荷演算部で演算して、前記過負荷積算値を履歴データとして過負荷積算値データ履歴に記録するとともに、過負荷積算値から過負荷アラームを検出するとともに過負荷アラーム処理を実行する過負荷監視部と、
前記モータの状態を計測する外部センサからの信号をもとに運転状況を監視する異常監視部との少なくとも１つを有するものである。
また、請求項４に記載の発明は、上位装置からの位置指令値と位置フィードバック信号とにより速度指令値を生成する位置制御部と、前記位置制御部からの速度指令値と速度フィードバック信号とにより電流指令値を生成する速度制御部と、前記速度制御部からの電流指令値と電流フィードバック信号とによりモータに通電する電流を生成する電流制御部とを備えた制御システムにおいて、前記上位装置等から偏差、過速度、過負荷または状態の積算値および偏差、過速度、過負荷または状態の積算値データ履歴の少なくともいずれか１つについて、読み出し、グラフの表示、モータ運転状況の解析および位置指令値パターン生成の機能が具備されたものである。

請求項１に記載の発明によると、異常アラーム検出のためのソフトウェア処理が簡単となり、異常アラーム検出にかかるＣＰＵの処理時間を短縮でき、その結果、他の処理をＣＰＵが実行可能となり、制御装置の性能を向上させることができる。
また、請求項２、請求項３および請求項４に記載の発明によると、異常アラームが発生するまでのモータの運転状況を上位装置等から読み出せるようになっており、上位装置でグラフ表示をさせる等を行うことにより、モータの運転状況の把握や解析が可能となり、異常アラームを発生しやすい位置指令値パターンを修正する、あるいは回避するといった、上位装置における位置指令値パターン生成の手間を抑えることができる。さらに、また、配線の断線や漏電等の異常を検出することができ、モータに接続されたロボットや工作機械等の損傷を未然に防止することができる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明の制御装置の構成図である。図において、１は制御装置であり、制御装置１は、上位装置１０からの位置指令値Ｓ１と位置検出器１９からの位置フィードバック信号Ｓ４との偏差と、許容偏差値との差分の総和より偏差過大を演算し、偏差積算値３２に格納し、偏差積算値３２を履歴データとして偏差積算値データ履歴３３に格納するとともに、偏差積算値３２が偏差過大アラーム閾値３４を超えると偏差過大アラームを検出し、偏差過大アラーム処理を実行する偏差過大演算部３１を有する偏差過大監視部３０と、位置制御部１１からの速度指令値Ｓ２と許容速度値との差分の総和より過速度を演算し過速度積算値２７に格納し、過速度積算値２７を履歴データとして過速度積算値データ履歴２８に格納するとともに、過速度積算値２７が過速度アラーム閾値２９を超えると過負荷アラームを検出し、過負荷アラーム処理を実行する過速度演算部２６を有する過速度監視部２５と、位置制御部１１からの速度指令値Ｓ２と速度検出器１８からの速度フィードバック信号Ｓ５との偏差により電流指令値Ｓ３を生成する速度制御部１２と、速度制御部１２からの電流指令値Ｓ３と許容電流値との差分の総和より過負荷を演算し過負荷積算値２２に格納し、過負荷積算値を履歴データとして過負荷積算値データ履歴２３に格納するとともに、過負荷積算値２２が過負荷アラーム閾値２４を超えると過負荷アラームを検出し、過負荷アラーム処理を実行する過負荷演算部２１を有する過負荷監視部２０と、速度制御部１２からの電流指令値Ｓ３と電流フィードバック信号Ｓ６との偏差によりモータ８に通電する電流を生成する電流制御部１３から構成される。
偏差積算値３２、過速度積算値２７および過負荷積算値２２や偏差積算値データ履歴３３、過負荷積算値データ履歴２８および過負荷積算値データ履歴２３は、制御装置に接続されている表示装置や上位装置から読み出せるようになっている。なお、表示装置や上位装置からの読出しは制御装置との通信処理の一部であり、公知の手段が多数あるので説明を省略する。
また、各積算値データ履歴２３，２８，３２は、ある大きさのリングメモリとなっており、一番古いデータが最新のデータで更新されるようになっている。
１０は上位装置であり、制御装置１に位置指令値Ｓ１を出力する機能を有している。８はモータであり、制御装置１の電流制御部１３により通電された電流に基づいて動作する。１８は速度検出器であり、モータ８の速度を検出する。１９は位置検出器であり、モータ８の位置を検出する。なお、図において、速度制御器１８は位置検出器１９により兼用してもよい。
また、モータ温度を計測するセンサ３５からの信号をもとに運転状況を監視する異常監視部３６を具備している。センサ３５は、モータ８の通電状況や動作状況に応じた内部温度を測定するように配置されており、熱伝対や抵抗等が用いられ、上位装置１０に接続されている。
本発明が特許文献１と異なる部分は、過負荷監視部２０、過速度監視部２５および偏差過大監視部３０を備え、モータ温度を計測するセンサ３５からの信号をもとに運転状況を監視する異常監視部３６を具備した部分である。
ある一定のサンプリング周期で実行される各監視部のソフトウェア処理について、フローチャートを図２から図５を用いて説明する。
はじめに偏差過大のフローチャートについて図２を用いて説明する。
ステップ１では、上位装置１０からの位置指令値ａ、許容偏差値ｂ、偏差積算値前回値Ｐｓｕｍｏから偏差積算値Ｐｓｕｍを計算する。
Ｐｓｕｍ＝（ａ−ｂ）＋Ｐｓｕｍｏ
また、次回演算のために、上記演算結果を偏差積算値前回値Ｐｓｕｍｏに格納する。
Ｐｓｕｍｏ＝Ｐｓｕｍ
なお、偏差積算値前回値Ｐｓｕｍｏの初期値は０である。
次に、ステップ２では、偏差積算値Ｐｓｕｍと偏差過大アラーム閾値Ｐｏｖｒを比較し、偏差積算値Ｐｓｕｍが偏差過大アラーム閾値Ｐｏｖｒより小さければ、ステップ３を実行し、そうでなければ偏差過大アラームと判断し、ステップ４を実行する。
ステップ３では、偏差積算値Ｐｓｕｍを履歴データとして偏差積算値データ履歴に格納する。
ステップ４では、偏差過大アラームと判断し、所定の偏差過大アラーム処理を実行する。偏差過大アラームと判断した場合は、偏差過大アラームとなる以前の偏差積算値データの履歴を残しておくため、偏差積算値データ履歴の更新は行わないようにしている。
次に、過速度のフローチャートについて図３を用いて説明する。
ステップ１では、位置制御部１１からの速度指令値ａ、許容速度値ｂ、過速度積算値前回値Ｖｓｕｍｏから過速度積算値Ｖｓｕｍを計算する。
Ｖｓｕｍ＝（ａ−ｂ）＋Ｖｓｕｍｏ
また、次回演算のために、上記演算結果を過速度積算値前回値Ｌｓｕｍｏに格納する。
Ｖｓｕｍｏ＝Ｖｓｕｍ
なお、過速度積算値前回値Ｖｓｕｍｏの初期値は０である。
次に、ステップ２では、過速度積算値Ｖｓｕｍと過速度アラーム閾値Ｖｏｖｒを比較し、過速度積算値Ｖｓｕｍが過速度アラーム閾値Ｖｏｖｒより小さければ、ステップ３を実行し、そうでなければ過速度アラームと判断し、ステップ４を実行する。
ステップ３では、過速度積算値Ｖｓｕｍを履歴データとして過速度積算値データ履歴に格納する。
ステップ４では、過速度アラームと判断し、所定の過速度アラーム処理を実行する。過速度アラームと判断した場合は、過速度アラームとなる以前の過速度積算値データの履歴を残しておくため、過速度積算値データ履歴の更新は行わないようにしている。
次に過負荷処理のフローチャートについて図４を用いて説明する。
ステップ１では、速度制御部１２からの電流指令値ａ、許容電流値ｂ、過負荷積算値前回値Ｌｓｕｍｏから過負荷積算値Ｌｓｕｍを計算する。
Ｌｓｕｍ＝（ａ−ｂ）＋Ｌｓｕｍｏ
また、次回演算のために、上記演算結果を過負荷積算値前回値Ｌｓｕｍｏに格納する。
Ｌｓｕｍｏ＝Ｌｓｕｍ
なお、過負荷積算値前回値Ｌｓｕｍｏの初期値は０である。
次に、ステップ２では、過負荷積算値Ｌｓｕｍと過負荷アラーム閾値Ｌｏｖｒを比較し、過負荷積算値Ｌｓｕｍが過負荷アラーム閾値Ｌｏｖｒより小さければ、ステップ３を実行し、そうでなければ過負荷アラームと判断し、ステップ４を実行する。
ステップ３では、過負荷積算値Ｌｓｕｍを履歴データとして過負荷積算値データ履歴に格納する。
ステップ４では、過負荷アラームと判断し、所定の過負荷アラーム処理を実行する。過負荷アラームと判断した場合は、過負荷アラームとなる以前の過負荷積算値のデータの履歴を残しておくため、過負荷積算値データ履歴の更新は行わないようにしている。
次に、モータ内部温度のソフトウェア処理を示すフローチャートについて図５を用いて説明する。
ステップ１では、モータ定常運転時の内部温度ａ、許容温度ｂ、温度上昇積算値前回値Ｔｓｕｍｏから温度上昇積算値Ｔｓｕｍを計算する。
Ｔｓｕｍ＝（ａ−ｂ）＋Ｔｓｕｍｏ
また、次回演算のために、上記演算結果を温度上昇積算値前回値Ｔｓｕｍｏに格納する。
Ｔｓｕｍｏ＝Ｔｓｕｍ
なお、過速度積算値前回値Ｔｓｕｍｏの初期値は定常値である。
次に、ステップ２では、温度上昇積算値Ｌｓｕｍと温度上昇アラーム閾値Ｔｏｖｒを比較し、温度上昇積算値Ｔｓｕｍが温度上昇アラーム閾値Ｔｏｖｒより小さければ、ステップ３を実行し、そうでなければ温度上昇アラームと判断し、ステップ４を実行する。
ステップ３では、温度上昇積算値Ｔｓｕｍを履歴データとして温度上昇積算値データ履歴に格納する。
ステップ４では、温度上昇アラームと判断し、所定の温度上昇アラーム処理を実行する。温度上昇アラームと判断した場合は、温度上昇アラームとなる以前の温度上昇積算値データの履歴を残しておくため、温度上昇積算値データ履歴の更新は行わないようにしている。
次に、モータの運転状況の監視方法について説明する。過負荷監視部２０、過速度監視部２５、偏差過大監視部３０および異常監視部３６の全てが、上位装置１０により常に監視されていても良いが、例えば、図６に示す速度台形の位置指令に対して、加減速時には過負荷監視を行い、一定速度時には過速度監視を行い、位置決め時には偏差課題監視を行うように、積算値を監視することもできる。さらに、各監視部２０，２５，３０，３６の各々を組み合わせて、モータの運転状況に合わせて、発生頻度の高い項目を監視することもできる。
このように、各アラームが発生するまでのモータの運転状況を上位装置等から読み出せるようになっており、上位装置でグラフ表示をさせる等を行うことにより、モータの運転状況の把握や解析が可能となり、各アラームを発生しやすい位置指令値パターンを修正する、あるいは回避するといった、上位装置における位置指令値パターンの生成を容易にできる。また、配線の断線や漏電を検出することができ、モータに接続されたロボットや工作機械等の損傷を未然に防止することができる。
ここで、実施例では温度を測定するセンサをモータ内部に配置し、計測するようにしていたが、モータが接続されたロボットや工作機械等の機器内部でも良く、温度が上昇すると予想される部位であれば良く、１つだけでなく複数個を配置しても良い。
また、ここでは外部センサに温度センサを用いて説明したが、振動、湿度や光度等の物理的または電磁気的なセンサなどでも良く、機器に応じて用いることができる。

本発明の実施例を示す制御装置の構成図 本発明の制御装置における偏差過大監視部のソフトウェア処理を示すフローチャート 本発明の制御装置における過速度監視部のソフトウェア処理を示すフローチャート 本発明の制御装置における過負荷監視部のソフトウェア処理を示すフローチャート 本発明の制御装置における異常監視部のソフトウェア処理を示すフローチャート 本発明の過負荷，過速度，偏差過大の監視領域を示す速度台形図 従来の制御装置の構成図

符号の説明

１ 制御装置
１０ 上位装置
１１ 位置制御部
１２ 速度制御部
１３ 電流制御部
１８ 速度検出器
１９ 位置検出器
２０ 過負荷監視部
２１ 過負荷演算部
２２ 過負荷積算値
２３ 過負荷積算値データ履歴
２４ 過負荷アラーム閾値
２５ 過速度監視部
２６ 過速度演算部
２７ 過速度積算値
２８ 過速度アラーム閾値
２９ 過速度積算値データ履歴
３０ 偏差過大監視部
３１ 偏差演算部
３２ 偏差積算値
３３ 偏差過大アラーム閾値
３４ 偏差積算値データ履歴
３５ 温度センサ
３６ 異常監視部
８ モータ

Claims (4)

1. 上位装置からの位置指令値と位置フィードバック信号とにより速度指令値を生成する位置制御部と、前記位置制御部からの速度指令値と速度フィードバック信号とにより電流指令値を生成する速度制御部と、前記速度制御部からの電流指令値と電流フィードバック信号とによりモータに通電する電流を生成する電流制御部とを備えた制御装置において、
   前記上位装置からの位置指令値と位置フィードバック値との差と、許容偏差値との差分の総和より偏差を偏差演算部で演算して偏差積算値とし、前記偏差積算値を履歴データとして偏差積算値データ履歴に格納し、前記偏差積算値が偏差過大アラーム閾値を超えると偏差過大アラームを検出し、実行する偏差過大アラーム処理する工程と、
   前記位置制御部からの速度指令値と許容速度値との差分の総和より過速度を過速度演算部で演算して過速度積算値とし、前記過速度積算値を履歴データとして過速度積算値データ履歴に格納し、前記過速度積算値が過速度アラーム閾値を超えると過速度アラームを検出し、実行する過速度アラーム処理する工程と、
   前記速度制御部からの電流指令値と許容電流値との差分の総和より過負荷を過負荷演算部で演算して過負荷積算値とし、前記過負荷積算値を履歴データとして過負荷積算値データ履歴に格納し、前記過負荷積算値が過負荷アラーム閾値を超えると過負荷アラームを検出し、実行する過負荷アラーム処理する工程と、
   前記モータの状態を計測する温度、振動や湿度センサなどからなる外部センサからの状態値と許容状態値との差分の総和より異常度を偏差演算部で演算して状態積算値とし、前記状態積算値を履歴データとして状態積算値データ履歴に格納し、前記状態積算値が異常アラーム閾値を超えると異常アラームを検出し、実行する異常アラーム処理との少なくとも１つのアラーム処理を実行する工程からなることを特徴とする異常検出方法。
2. 前記アラームを検出した場合は、前記偏差、前記過速度、前記過負荷または前記状態の積算値の前記偏差、前記過速度、前記過負荷または前記状態の積算値データ履歴への格納を停止することを特徴とする請求項１記載の異常検出方法。
3. 上位装置からの位置指令値と位置フィードバック信号とにより速度指令値を生成する位置制御部と、前記位置制御部からの速度指令値と速度フィードバック信号とにより電流指令値を生成する速度制御部と、前記速度制御部からの電流指令値と電流フィードバック信号とによりモータに通電する電流を生成する電流制御部とを備えた制御装置において、
   位置指令値と位置フィードバック値との差と、許容偏差値から偏差過大積算値を偏差演算部で演算して、前記偏差積算値を履歴データとして偏差積算値データ履歴に記録するとともに、偏差積算値から偏差過大アラームを検出するとともに偏差過大アラーム処理を実行する偏差過大監視部と、
   速度指令値と許容速度値から過速度積算値を過速度演算部で演算して、前記過速度積算値を履歴データとして過速度積算値データ履歴に記録するとともに、過速度積算値から過速度アラームを検出すると過速度アラーム処理を実行する過速度監視部と、
   電流指令値と許容電流値から過負荷積算値を過負荷演算部で演算して、前記過負荷積算値を履歴データとして過負荷積算値データ履歴に記録するとともに、過負荷積算値から過負荷アラームを検出するとともに過負荷アラーム処理を実行する過負荷監視部と、
   前記モータの状態を計測する外部センサからの信号をもとに運転状況を監視する異常監視部との少なくとも１つを有することを特徴とする制御装置。
4. 上位装置からの位置指令値と位置フィードバック信号とにより速度指令値を生成する位置制御部と、前記位置制御部からの速度指令値と速度フィードバック信号とにより電流指令値を生成する速度制御部と、前記速度制御部からの電流指令値と電流フィードバック信号とによりモータに通電する電流を生成する電流制御部とを備えた制御システムにおいて、
   前記上位装置等から偏差、過速度、過負荷または状態の積算値および偏差、過速度、過負荷または状態の積算値データ履歴の少なくとも１つについて、読み出し、グラフ表示、モータ運転状況の解析および位置指令値パターン生成の機能が具備されたことを特徴とする制御システム。

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