JP2018182876A - モータ制御システム、モータ制御装置、及び安全機能設定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】モータ制御システムにおける安全機能の汎用性を向上する。【解決手段】モータ２と、モータ２の駆動状態量に基づいてモータ２の駆動電力を給電制御するモータ制御装置１３と、モータ２を減速又は停止すべき所定の条件を満たした際に安全要求信号をモータ制御装置１３に入力するセーフティコントローラ１２と、を備えるモータ制御システム１であって、モータ制御装置１３は、安全要求信号が入力された際に、複数種類から選択された動作監視パターンと駆動状態量との関係状態を監視する複数の安全機能部を同時に機能可能に備えている。【選択図】図１

Description

開示の実施形態は、モータ制御システム、モータ制御装置、及び安全機能設定方法に関する。

特許文献１には、安全規格で規定された多様な動作監視パターンと、検出したモータの駆動状態量とを比較して、駆動状態量が動作監視パターンを超過した場合にモータへの給電を遮断する手法が記載されている。

特開２０１１−２２９３５９号公報

しかしながら上記従来技術では、動作パターンが固定的に設定されるだけであったため、駆動する産業機械の構成や動作環境に応じて動作パターンを変更できる自由度が要望されていた。

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、モータ制御システムにおける安全機能の汎用性を向上できるモータ制御システム、モータ制御装置、及び安全機能設定方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、モータと、前記モータの駆動状態量に基づいて前記モータの駆動電力を給電制御するモータ制御装置と、を備えるモータ制御システムであって、前記モータ制御装置は、外部からの安全要求信号が入力された際に、複数種類から選択された動作監視パターンと前記駆動状態量との関係状態を監視する複数の安全機能部を同時に機能可能に備えているモータ制御システムが適用される。

また、本発明の別の観点によれば、モータの駆動電力を給電制御するモータ制御装置であって、前記モータを減速又は停止すべきとする安全要求信号が入力された際に、複数種類から選択された動作監視パターンと前記モータの駆動状態量との関係状態を監視する複数の安全機能部を同時に機能可能に備えているモータ制御装置が適用される。

また、本発明の別の観点によれば、モータの駆動電力を給電制御するとともに、前記モータを減速又は停止すべきとする安全要求信号が入力された際に、動作監視パターンと前記モータの駆動状態量との関係状態を監視する複数の安全機能部を同時に機能可能に備えたモータ制御装置の安全機能設定方法であって、各安全機能部の監視対象となる動作監視パターンをそれぞれ複数種類から選択して設定することと、一方の安全機能部の監視結果を、他方の安全機能部の安全要求信号として入力するよう設定することと、を実行する安全機能設定方法が適用される。

本発明によれば、モータ制御システムにおける安全機能の汎用性を向上できる。

実施形態に係るモータ制御システムの概略構成を表す機能ブロック図である。 通常運転時におけるモータ制御システム中の信号の流れを説明する図である。 アクティブ減速モード実行時におけるモータ制御システム中の信号の流れを説明する図である。 ＳＴＯ状態時におけるモータ制御システム中の信号の流れを説明する図である。 ＳＢＢの動作パターンのタイムチャートを表す図である。 ＳＰＭ−Ｄの動作パターンのタイムチャートを表す図である。 ＳＬＳの動作パターンのタイムチャートを表す図である。 安全機能部ごとの選択設定を行うための設定画面の一例を表す図である。 複数の安全機能部を備えた安全制御処理部のソフトウェアブロック構成を表す図である。 ２つの安全機能部を直列に機能させるよう設定した場合の設定画面の表示例を表す図である。 ２つの安全機能部を直列に機能させるよう設定した場合の安全制御処理部のソフトウェアブロック構成を表す図である。 ２つの安全機能部を直列に機能させるよう設定した場合の動作パターンのタイムチャートの一例を表す図である。

以下、実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

＜モータ制御システムの概略構成＞
図１は、本発明の一実施形態であるモータ制御システムの概略構成を表す機能ブロック図である。

図１において、モータ制御システム１は、モータ２と、エンコーダ３と、モータ制御装置１３と、セーフティモジュール１４と、上位制御装置１１と、エンジニアリングツール２２と、セーフティコントローラ１２と、通信制御部１５とを有している。

なお、この図１においては、上記各構成部間の接続および各構成部間で授受する信号の流れを矢印で示しており、それぞれの内部構成については後に詳述する。また以降の各図中において破線で示している信号線は、図示するその状況では信号を送受していないものの、他の状況次第で該当する構成部間での信号の送受が可能であることを示す。以下、上記の各構成部について概略的に説明する。

モータ２は、例えば産業機械やロボット等を構成する駆動機械４に機械的に連結されてそれを駆動する３相交流モータなどである。

エンコーダ３は、例えば上記モータ２に機械的に連結されて当該モータ２の駆動位置などの駆動状態量を検出するよう機能する。

モータ制御装置１３は、基本的に後述の上位制御装置１１から入力される上位制御指令と、上記エンコーダ３が検出したモータ２の駆動状態量とに基づいて、上記モータ２に対する駆動制御を行うよう機能する。

セーフティモジュール１４は、上記モータ制御装置１３に対して付加的に接続する機能拡張器である。このセーフティモジュール１４は、後述のセーフティコントローラ１２や通信制御部１５から安全要求信号が入力された後の所定の条件を満たした場合に、モータ制御装置１３に対して給電遮断信号を出力しモータ２を強制的に減速・停止させるよう機能する。

上位制御装置１１は、モータ２に所望の駆動動作を行わせるための上位制御指令をモータ制御装置１３に出力し、モータ制御装置１３による給電制御を介してモータ２の駆動を制御するよう機能する。なお、上位制御指令は、位置指令、速度指令、又はトルク指令などの形態で出力される。

エンジニアリングツール２２は、操作部２２ａや表示部２２ｂを備えたインターフェース機器である。当該モータ制御システム１の操作者は、必要に応じてこのエンジニアリングツール２２を上記モータ制御装置１３に接続することで、当該モータ制御装置１３や上記セーフティモジュール１４の内部における制御機能や安全機能に関する各種の設定やパラメータ値などの表示、更新を行うことができる。

セーフティコントローラ１２は、駆動機械４自体やその周囲環境に設けた各種のセンサ１６からモータ２を減速・停止させるべき所定状態の発生を検出した際に、対応する安全要求信号をこの例では上記セーフティーモジュール１４へ出力するよう機能する。なおこの例に限られず、センサ１６の検出内容によっては、上位制御装置１１に対しても同じ安全要求信号を併せて出力してもよい（特に図示せず）。

通信制御部１５は、当該モータ制御システム１の外部からネットワークＮＷを介して各種の安全対策上の指令が入力された際に、対応する安全要求信号をこの例では上記セーフティーモジュール１４へ出力するよう機能する。なおこの通信制御部１５の場合でも、安全要求信号の内容によっては上位制御装置１１に対しても同じ安全要求信号を併せて出力してもよい（特に図示せず）。

本実施形態の例では、上記の安全要求信号がいずれも２値信号（ＯＮ／ＯＦＦ）で送受されるものであり、それらの生成元である各種センサ１６の設置場所や検出内容、又はネットワークＮＷから入力された指令の内容によっては安全対策上の重要度が異なる場合がある。つまり安全要求信号の内容（入力元）次第で、通常運転への復帰が容易となるようにモータ２を所定の速度以下に減速するだけでよいといった軽度の場合や、復帰容易性を犠牲にしてまで確実かつ早急にモータ２を減速停止させる必要があるような重度の場合などを区別できる。

これに対応して、本実施形態におけるセーフティモジュール１４とモータ制御装置１３は、このように安全要求信号の入力元に対応して異なる安全制御（つまりモータ２の減速・停止制御）を行う。なお本実施形態の例では、安全要求信号が入力された際の安全制御は、モータ制御装置１３自体が生成した内部減速指令に従ってモータ２の減速・停止制御を行ういわゆるアクティブ減速モードで実行する場合で説明するものとし、他に上位制御装置１１からの上位制御指令に従ってモータ２の減速・停止制御を行ういわゆる上位制御装置減速モードで実行する場合については説明を省略する。なおこのモード選択は、上記図１に示したエンジニアリングツール２２を用いたユーザ操作により予め設定できる。

＜モータ制御システムの詳細構成と安全制御について＞
図２〜図４は、モータ制御システム１中の信号の流れを説明する図であり、図２は通常運転時に対応し、図３はアクティブ減速モード（後述）の実行時に対応し、図４はＳＴＯ状態（後述）時に対応している。なお、図２〜図４中において、モータ制御装置１３が内部に備えるＨＷＢＢ３２とインバータ３３はハードウェア回路で構成されているが、それ以外でモータ制御装置１３とセーフティモジュール１４の内部に示す機能部分は、それぞれに備えられたＣＰＵが実行するソフトウェアブロックとして示している。また、図示する例では、センサ１６が５つ設けられており、セーフティコントローラ１２は各センサ１６それぞれの検出結果に対応する５種類の安全要求信号を個別に出力可能となっている。また、通信制御部１５は、ネットワークＮＷを介して５種類の安全要求信号を個別に入出力可能となっている。

図２〜図４において、上述したように、モータ制御装置１３はその内部にソフトウェアブロックとしてのモータ制御処理部３１と、ハードウェア回路で構成するＨＷＢＢ（Ｈａｒｄ Ｗｉｒｅ Ｂａｓｅ Ｂｒｏｃｋ）３２及びインバータ３３を備えている。また、セーフティモジュール１４は、その内部にソフトウェアブロックとしての安全制御処理部３４を備えている。

モータ制御処理部３１は、上記エンコーダ３で検出されるモータ２の駆動状態量をフィードバック信号として参照しつつ、所定の駆動制御指令（例えば、上位制御装置１１からの上位制御指令）に従ってモータ２への給電制御（ＰＷＭ信号による後述のインバータ３３のスイッチング制御）を行うよう機能する。

ＨＷＢＢ３２（給電遮断部）は、上記モータ制御処理部３１からインバータ３３へ出力されるＰＷＭ信号の導通と遮断を切り換える半導体スイッチング素子を備えており、ＨＷＢＢ起動信号（給電遮断信号）が入力された際にはＰＷＭ信号の出力を遮断することでインバータ３３におけるモータ２への給電を遮断するよう機能する。なお、このＨＷＢＢ３２が、各請求項記載の給電遮断部に相当し、ＨＷＢＢ起動信号が給電遮断信号に相当する。

インバータ３３は、特に図示しない商用電源からの供給電力を、上記モータ制御処理部３１から入力されたＰＷＭ信号に基づいてモータ２への駆動電力に電力変換するよう機能する。

安全制御処理部３４は、上記エンコーダ３で検出されるモータ２の駆動状態量が後述する動作監視パターンを越えた場合に、ＨＷＢＢ起動信号を出力して上記ＨＷＢＢ３２を起動（ＰＷＭ信号を遮断）させるよう機能する。動作監視パターンは安全規格で規定された複数種類の時系列変化パターン（後述の図９〜図１１参照）であり、後述する設定操作によって任意に選択されたものが安全制御処理部３４に適用される（詳細については後述する）。

まず駆動機械４の通常運転時には、図２に示すように、上位制御装置１１がモータ２に対して所定の駆動を行わせるよう生成した上位制御指令をモータ制御装置１３に出力し、当該モータ制御装置１３は入力された上位制御指令をそのまま内部のモータ制御処理部３１に入力する。そして、モータ制御処理部３１が、エンコーダ３で検出された駆動状態量をフィードバック信号として参照しつつ上位制御指令に従ったＰＷＭ信号を出力する。そしてこの通常運転時には安全制御処理部３４からＨＷＢＢ起動信号が出力されておらず、モータ制御処理部３１から出力されたＰＷＭ信号はＨＷＢＢ３２を介してそのままインバータ３３に入力され、対応する駆動電力がモータ２に給電される。これにより、モータ制御システム１全体は、上位制御装置１１の上位制御指令に従ったモータ２の駆動を安定的に行うことができる。なおこの通常運転時には、５つのセンサ１６のいずれからも検出信号は出力されず、それらに対応する５つの安全要求信号のいずれもセーフティコントローラ１２から出力されない。また同様に、通信制御部１５にはネットワークＮＷから何ら安全対策上の指令が入力されず、５つの安全要求信号のいずれも出力されない。

そしてこのような駆動機械４の通常運転中において、例えばいずれか１つのセンサ１６から異常を示す検出信号が出力された場合には、図３に示すように、セーフティコントローラ１２がそのセンサ１６に対応する安全要求信号をセーフティモジュール１４に出力する。そしてこのように安全要求信号が入力されたセーフティモジュール１４を介して、モータ制御装置１３は、この例では上述したアクティブ減速モードの実行によりモータ２を減速・停止させる。

この図３に示すアクティブ減速モードでは、安全規格の基準を満たせる動作制御パターンに従った内部減速指令をモータ制御装置１３の内部で生成し、これをモータ制御処理部３１に減速制御指令として入力する。つまり、上位制御装置１１に代えて、モータ制御装置１３自体が自律的にモータ２の減速制御又は停止制御を行う。このアクティブ減速モードを実行する場合には、上位制御装置１１へ安全要求信号を入力するシステム構成が必要なく、またモータ制御処理部３１が上位制御装置１１に対してアクティブ状態信号を出力することでそれを受けた上位制御装置１１は上位制御指令の出力を停止する。

一方、セーフティモジュール１４が備える安全制御処理部３４は、上述したようにセーフティコントローラ１２から安全要求信号が入力された後、モータ２の駆動状態量が後述する動作監視パターンを越えた場合に、ＨＷＢＢ起動信号を出力して上記ＨＷＢＢ３２を起動（ＰＷＭ信号を遮断）させる。また後に詳述するように、適用する動作監視パターンの種類によっては、セーフティコントローラ１２から安全要求信号が入力された後の所定のタイミングで、当該動作監視パターンが独自にＨＷＢＢ起動信号を出力して上記ＨＷＢＢ３２を起動させる場合もある。

以上のようにしてＨＷＢＢ３２が起動した場合には、図４に示すように、モータ制御装置１３内においてモータ制御処理部３１からのＰＷＭ信号がＨＷＢＢ３２によって遮断され、インバータ３３がモータ２への駆動電力の給電を停止するＳＴＯ（Ｓａｆｅｔｙ Ｔｏｒｑｕｅ Ｏｆｆ）状態となる。このＳＴＯ状態では、駆動機械４の運転を再開させるための復帰容易性が低いものの、確実かつ早急にモータ２を減速停止させることができるため最も安全かつ確実な安全制御となる。

＜本実施形態の特徴＞
以上のように、駆動機械４を駆動するモータ制御システム１においては、安全規格で規定された多様な動作パターン（対応する組み合わせの動作制御パターンと動作監視パターンを併せた総称、以下同様）に準拠するようモータ２の減速動作や停止動作を制御する必要がある。そのためにこれまでは、上述した多様な動作パターンのうち適用したものに対応する動作監視パターンと、検出したモータ２の駆動状態量とを比較して、駆動状態量が動作監視パターンを超過した場合にはモータ２への給電を遮断する安全制御処理部３４が設けられていた。

しかしながら、これまでの安全制御処理部３４には動作パターンが固定的に設定されるだけであったため、駆動する駆動機械４の構成や動作環境に応じてユーザが任意の動作パターンに変更できる自由度が要望されていた。

これに対し本実施形態では、セーフティモジュール１４（モータ制御装置１３の一部）内の安全制御処理部３４が、外部からの安全要求信号が入力された際に、複数種類から選択された動作監視パターンと駆動状態量との関係状態を監視する複数の安全機能部を同時に機能可能に備えている。これにより、安全機能部は適用する動作監視パターンを任意に選択する自由度が得られることになり、その結果、モータ制御システム１における安全機能の汎用性が向上する。また複数の安全機能部が同時に機能可能であることで、任意に選択した複数の動作監視パターンを組み合わせた多様な動作パターンでモータ２および駆動機械４の動作制御を監視することが可能となり、さらにモータ制御システム１における安全機能の汎用性が向上する。以下、この構成について順次説明する。

＜動作パターンについて＞
まず、本実施形態の各構成部が適用可能な動作パターンについて、いくつか例示しつつ説明する。なお。国際規格ＩＥＣ６１８００−５−２では多数の動作パターンが提示されているが、以下においては安全ベースブロック機能（以下ＳＳＢ（ＳＴＯ）という）、安全制限速度監視機能（以下ＳＬＳという）、及び遅延付き安全位置監視機能（以下ＳＰＭ−Ｄ（ＳＳ２）という）の３つの種類の動作パターン（各名称は本実施形態における通称）について説明する。また、以下の説明では、モータ２の駆動状態量が動作監視パターンを超過した際には無条件でＨＷＢＢ起動信号を出力するものとして説明する。

まず、図５は上位制御装置１１による制御中に実行するＳＢＢの動作パターンのタイムチャートを表示している。この図５において、負論理の安全要求信号が低レベルの“ＯＦＦ”状態に切り替わった際には、安全制御処理部３４が直ちにＨＷＢＢ起動信号を出力してＨＷＢＢ３２がＰＷＭ信号を遮断し、インバータ３３がモータ２への駆動電力の給電を停止する。この結果、モータ速度が急速に低下して、完全停止する。

図６は、アクティブ減速モードで実行するＳＰＭ−Ｄの動作パターンのタイムチャートを示している。この図６において、負論理の安全要求信号が低レベルの“ＯＦＦ”状態に切り替わった際には、モータ制御装置１３が直ちにアクティブ減速モードに切り替わり、対応する動作制御パターンに従ってモータ制御処理部３１に対しモータ２を所定の減速率で減速、停止させる。

そして、このアクティブ減速モードにおいて、上述したようにモータ制御装置１３が動作制御パターンに従って減速制御指令を出力しても、モータ速度がこの減速制御指令に対して追従しない場合がある。この要因は、例えばモータ２またはエンコーダ３の異常や故障、もしくは減速制御指令とは関係なくモータ２が駆動機械４側から受ける反力や外乱などの作用が考えられる。これに対して、本実施形態では、セーフティモジュール１４に安全要求信号が入力された際に、安全制御処理部３４が予めユーザによりパラメータ設定された動作監視パターンと、エンコーダ３が検出した駆動状態量に基づく実際のモータ速度とを比較して監視する。そして、特に図示していないが、モータ速度が動作監視パターンの監視速度を超過した関係状態となった際には、モータ制御処理部３１による減速制御中であっても、安全を優先して安全制御処理部３４が直ちにＨＷＢＢ起動信号を出力し、モータ２への電力供給を遮断して強制的に停止させる（つまりＳＴＯ状態となる）。

そして、安全要求信号が“ＯＦＦ”状態に切り替わってから減速終了タイミングｔ２に到達して監視速度が０になった後には、安全制御処理部３４は動作監視パターンに従って実際のモータ停止位置（エンコーダ３が検出した駆動状態量）が相対的に所定の監視移動量ｐ１を超過したか否かを監視する。そして図示するように、実際のモータ位置が動作監視パターンにおける監視移動量ｐ１を超過した関係状態となった際には、安全制御処理部３４が直ちにＨＷＢＢ起動信号を出力し、モータ２への電力供給を遮断して強制的に停止させる（ＳＴＯ状態）。

図７は、アクティブ減速モードで実行するＳＬＳの動作パターンのタイムチャートを示している。この図７において、負論理の安全要求信号が低レベルの“ＯＦＦ”状態に切り替わった際には、動作制御パターンが規定時間ｔ３までにモータ２を制限速度ｓ３まで減速させるよう減速制御指令を出力する。

また、セーフティモジュール１４の安全制御処理部３４は、動作監視パターンに従って初期段階で最大速度ｓ１に設定された監視速度で実際のモータ速度を監視し、その後に減速開始タイミングｔ１で減速を開始した監視速度で実際のモータ速度を監視し、監視速度は減速終了タイミングｔ２で減速を終了する。その後に、安全制御処理部３４は実際のモータ速度が比較的低い監視速度ｓ２を超過したか否かを監視する。

＜安全機能部について＞
以上に例示したような動作制御パターンと動作監視パターンの組み合わせからなる動作パターンが安全規格で多数規定されており、そのうちの動作監視パターンに対しては対応する駆動状態量が超過しているかどうかをセーフティモジュール１４の安全制御処理部３４が監視している。そして本実施形態においては、上述したように、安全制御処理部３４は内部に複数の安全機能部を備えており、それらの安全機能部ごとに比較監視する対象の動作監視パターンを選択して個別に駆動状態量との比較監視が可能となっている。

図８は、安全機能部ごとの選択設定を行うための設定画面の一例を示している。図９の設定画面は、例えば上記エンジニアリングツール２２を用いて設定する場合の表示部２２ｂにおける表示例を示している。この図９において、安全機能部Ａから安全機能部Ｊまでの１０個の安全機能部の設定ウィンドウが表示されており（図中では安全機能部Ｃ〜Ｉの図示が省略されている）、操作部２２ａを介した操作入力によって任意に選択した安全機能部を個別に設定可能となっている。

いずれの安全機能部Ａ〜Ｊも用意されている設定項目が全く同じであり、それぞれ大別して安全要求信号入力元選択、動作監視パターン選択、及び監視結果信号出力先選択の３つの設定項目が用意されている。安全要求信号入力元選択の設定項目では、当該安全機能部の実行開始基準となる安全要求信号の入力元が選択可能となっている。図示する例では、何ら安全要求信号を入力させない場合の「０（：Ｎｏｎｅ）」と、セーフティコントローラ１２からの５つの安全要求信号のいずれかを選択する場合の「１〜５（：Ｓａｆｅ Ｉｎｐｕｔ １〜５）」と、通信制御部１５からの５つの安全要求信号のいずれかを選択する場合の「６〜１０（：Ｖｉｒｔｕａｌ Ｉｎｐｕｔ １〜５）」と、いずれかの安全機能部Ａ〜Ｊで駆動状態量が監視動作パターンを超過した際の超過状態発生時トリガ（以下の記載及び図中において適宜”Ｆａｕｌｔ”もしくは”Ｆａｕｌｔ Ｏｕｔ”という）を安全要求信号として選択する場合の「１１〜２０（：Ｓａｆｅｔｙ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ Ａ〜Ｊ ｆａｕｌｔ）」のいずれか１つが選択可能となっている。

動作監視パターン選択の設定項目では、当該安全機能部が参照する動作監視パターンの種類が選択可能となっている。図示する例では、何ら動作監視パターンを参照しない場合の「０（：Ｎｏｎｅ）」と、安全ベースブロック機能ＳＢＢの動作監視パターン（安全要求信号の入力時にすぐにＳＴＯとなるパターン）を選択する場合の「１（：ＳＴＯ）」と、安全制限速度監視機能ＳＬＳの動作監視パターンを選択する場合の「２（：ＳＬＳ）」と、遅延付き安全位置監視機能ＳＰＭ−Ｄの動作監視パターンを選択する場合の「３（：ＳＳ２）」等（他図示省略）のいずれか１つが選択可能となっている。また動作監視パターン選択の設定項目では、上記選択した動作監視パターンの経時変化形状を定義するためのパターンパラメータ（図中の「ｔ１」、「ｔ２」など）も併せて設定可能となっている。なお、モータ駆動装置においては、この設定項目で選択された動作監視パターンに対応する種類の動作制御パターンが当該安全機能部の機能時に同期して適用され機能するようになる。これにより、同じ種類の動作制御パターンと動作監視パターンが同時に実行される。

監視結果信号出力先選択の設定項目では、その時点での当該安全機能部の比較監視結果（Ｆａｕｌｔしたか否か）を示す監視結果信号の出力先が選択可能となっている。図示する例では、何ら監視結果信号を出力しない場合の「０（：Ｎｏｎｅ）」と、監視結果信号をそのままＨＷＢＢ起動信号として出力するよう選択する場合の「１（：ＨＷＢＢ）」と、セーフティコントローラ１２の５つの出力先のいずれかを選択する場合の「２〜６（：Ｓａｆｅ Ｏｕｔｐｕｔ １〜５）」と、通信制御部１５の５つの出力先のいずれかを選択する場合の「７〜１１（：Ｖｉｒｔｕａｌ Ｏｕｔｐｕｔ １〜５）」のいずれか１つが選択可能となっている。なお、監視結果信号の内容が超過状態、つまり超過状態発生時トリガ”Ｆａｕｌ Ｏｕｔ”である場合の出力については、上記出力先の選択設定に関係なく別途標準で用意されている（後述の図９参照）。

以上のように設定可能な複数の安全機能部を備えた安全制御処理部３４のソフトウェアブロック構成を図９で模式的に示す。この図９において、安全制御処理部３４は、１０個の安全機能部Ａ〜Ｊを並列に備えており、それぞれが個別に駆動状態量を参照可能となっている。また、各安全機能部は、上記安全要求信号入力元選択の設定項目で選択されたいずれか１つの入力元（図中では「Ｎｏｎｅ」、「ＳＩ」、「ＶＩ」、「ＳＦ Ａ〜Ｊ ＦＯ」と略記）から安全要求信号が入力可能に接続される（「０：Ｎｏｎｅ」を選択した場合には非接続）。また、各安全機能部は、上記監視結果信号出力先選択の設定項目で選択されたいずれか１つの出力先（図中では「Ｎｏｎｅ」、「ＨＷＢＢ」、「ＳＯ」、「ＶＯ」と略記）に監視結果信号が出力可能に接続される（「０：Ｎｏｎｅ」を選択した場合には非接続、「１：ＨＷＢＢ」を選択した場合にはＨＷＢＢに接続）。なお、上述したように、監視結果信号の内容が超過状態、つまり超過状態発生時トリガ”Ｆａｕｌｔ Ｏｕｔ”である場合の出力（図中の「ＦＯ」）については、出力先の選択設定に関係なく別途標準で用意されている。

そして各安全機能部は、その内部に選択された動作監視パターンと、比較監視部４１を備えている。ここで、安全機能部が処理する動作監視パターンは、その内部にＨＷＢＢ起動タイミングとモータ速度・位置変化チャートの２つの工程要素の少なくともいずれか一方が含まれている。ＨＷＢＢ起動タイミングの工程要素は、外部から安全要求信号が入力された後の所定のタイミングで、ＨＷＢＢ起動信号を上記ＨＷＢＢ３２へ直接出力するよう機能する。また、モータ速度・位置変化チャートの工程要素は、外部から安全要求信号が入力された際に、所定の工程で変化又は一定に維持するモータ２の速度の変化値、もしくは所定のタイミングから一定に維持されるモータ２の相対位置の変化値等を、比較監視部４１へ出力するよう機能する。上記比較監視部４１がモータ２の駆動状態量と比較するのは、このモータ速度・位置変化チャートが出力する変化値である。

動作監視パターンが適用するパターンの種類によって、上記２つの工程要素のうちのいずれか一方または両方が当該動作監視パターンに含まれる。図示するように２つの工程要素の両方が含まれる場合には、それぞれ外部からの安全要求信号が同時に入力され、それぞれの工程を並行させつつ個別に処理可能となっている。なお、特に図示しないが、モータ制御装置１３が処理する動作制御パターンには、上記モータ速度・位置変化チャートの工程要素のみが含まれており、ＨＷＢＢ起動タイミングの工程要素が含まれることはない。つまり、上記アクティブ減速モードでは、動作制御パターン中のモータ速度・位置変化チャートが出力する変化値が、そのまま減速制御指令として生成される。

これにより、実際のモータ２の駆動状態量が動作監視パターン（詳しくはモータ速度・位置変化チャートが出力する変化値）を超過して安全規格から外れるような動作状態が発生した際には、比較監視部４１が監視結果信号として超過状態発生時トリガ”Ｆａｕｌｔ Ｏｕｔ”を出力する。そしてこの出力先としてＨＷＢＢ３２が選択されている場合には、ＨＷＢＢ起動信号が出力されてモータ２への給電を遮断し、確実かつ早急にモータ２を減速・停止させることができる。なお本実施形態の例では、これら複数の安全機能部Ａ〜Ｊが全てセーフティモジュール１４に備えられた１つのＣＰＵで処理されるソフトウェア処理部であり、複数の安全機能部が同時に機能する場合にはＣＰＵによる時分割処理（例えば１スキャンタイム内で全ての有効な安全機能部の処理を所定順に実行する）などによって実現されることになる。

＜安全機能部の設定例＞
上記構成の安全制御処理部３４における安全機能部の設定例とその実行例を以下に説明する。図１０は、上記図８に対応して安全機能部Ａと安全機能部Ｂを直列に機能させるよう設定した場合の設定画面の表示例を示している。なお、図中では、図示の煩雑を避けるために適宜箇所の図示を省略している。

この図１０において、安全機能部Ａにおいては、安全要求信号入力元選択でセーフティコントローラ１２の１つ目のセンサ１６を入力元として選択し、動作監視パターン選択で安全制限速度監視機能ＳＬＳの動作監視パターンを選択し、監視結果信号出力先選択でセーフティコントローラ１２の５つ目の出力先を選択している。また安全機能部Ｂにおいては、安全要求信号入力元選択で安全機能部Ａの“Ｆａｕｌｔ”（超過状態発生時トリガ”Ｆａｕｌｔ Ｏｕｔ”）を入力元として選択し、動作監視パターン選択で遅延付き安全位置監視機能ＳＳ２の動作監視パターンを選択し、監視結果信号出力先選択でＨＷＢＢ３２を出力先として選択している。このような設定例の場合には、上記図９に対応する図１１に示すように各安全機能部のソフトウェアブロックが接続される。なおこの場合、安全機能部Ａ，Ｂで選択された動作監視パターンはＳＬＳ，ＳＳ２であるため、それぞれのＨＷＢＢ起動タイミングの工程要素は機能しない（図中の破線部参照）。また、他の安全機能部においては、安全要求信号の入力元も監視結果信号の出力先も何ら接続されず、全く機能しないものとなる。

この設定例による動作パターンのタイムチャートの一例を図１２に示す。この図１２において、通常運転時に安全要求信号が入力された場合には先に安全機能部Ａだけが機能し、安全制限速度監視機能ＳＬＳの動作制御パターン及び動作監視パターンでモータ速度の制御と監視が行われる。そして図示する例では、安全要求信号の入力から規定時間ｔ３経過後の監視速度ｓ２をモータ速度が超過することで安全機能部Ａが「Ｆａｕｌｔ Ｏｕｔ」する。つまり安全機能部Ａが、監視結果信号が超過状態発生時トリガを出力してその機能が停止する。この際、上記設定例ではこの超過状態発生時トリガをセーフティコントローラ１２の５つ目の出力先（ＳＯ ５）に出力するが、それとはまた別途用意されたＦＯから出力される超過状態発生時トリガが安全要求信号として安全機能部Ｂに入力される。

これにより、安全機能部Ａから切り替わって安全機能部Ｂだけが機能し、安全位置監視機能ＳＳ２の動作制御パターン及び動作監視パターンでモータ２の速度と位置に対する制御と監視が行われる。そして図示する例では、モータ停止後の監視移動量ｐ１をモータ相対位置が超過することで安全機能部Ｂが「Ｆａｕｌｔ Ｏｕｔ」し、その監視結果信号がＨＷＢＢ３２への起動信号として出力されることでモータ２への給電が遮断されたＳＴＯ状態（モータ停止）となる。以上の設定例で説明したように本実施形態では、所定の安全機能部Ｂの安全要求信号の入力元として他の安全機能部Ａの監視結果を選択することで、安全機能部Ａ→安全機能部Ｂの順で切り換えるシーケンス制御が可能となる。また図示しないが、さらに他の安全機能部Ｃ〜Ｊの安全要求信号の入力元に安全機能部Ｂの監視結果を選択することで、３連以上のシーケンス制御も可能となる。

＜本実施形態による効果＞
以上説明したように、本実施形態のモータ制御システム１は、モータ制御装置１３が、安全要求信号が入力された際に、複数種類から選択された動作監視パターンと駆動状態量との関係状態を監視する複数の安全機能部を同時に機能可能に備えている。これにより、安全機能部は適用する動作監視パターンを任意に選択する自由度が得られることになり、その結果、モータ制御システム１における安全機能の汎用性が向上する。また複数の安全機能部が同時に機能可能であることで、任意に選択した複数の動作監視パターンを組み合わせた多様な動作パターンでモータ２および駆動機械４の動作制御を監視することが可能となり、さらにモータ制御システム１における安全機能の汎用性が向上する。

また、本実施形態では特に、安全機能部は、安全要求信号の入力元を選択可能である。これにより、安全要求信号の入力元の種類（セーフティコントローラ１２か、通信制御部１５か、他の安全機能部か）やその個体（１〜５等）を任意に選択可能となり、多様な安全検知対象に対応できることでさらにモータ制御システム１における安全機能の汎用性が向上する。

また、本実施形態では特に、安全機能部（上記設定例の安全機能部Ｂ）が、他の安全機能部（上記設定例の安全機能部Ａ）を入力元として選択し、他の安全機能部（上記設定例の安全機能部Ａ）の監視結果を安全要求信号として入力可能である。これにより、他の安全機能部で駆動状態量が動作監視パターンを超過した場合（つまり“Ｆａｕｌｔ”となった場合）に、次に本安全機能部で異なる動作監視パターンでの比較監視を行うといった複数の動作監視パターンでのシーケンス監視が可能となり、さらにモータ制御システム１における安全機能の汎用性が向上する。

また、本実施形態では特に、安全機能部は、当該安全機能部の監視結果の出力先を選択可能である。これにより、モータ２への給電遮断以外にも監視結果の出力先の種類（ＨＷＢＢ３２か、セーフティコントローラ１２か、通信制御部１５か）やその個体（１〜５等）を任意に選択可能となり、多様な報知態様に対応できることでさらにモータ制御システム１における安全機能の汎用性が向上する。

また、本実施形態では特に、モータ制御装置１３は、安全機能部からＨＷＢＢ起動信号が入力された際にモータ２への給電を遮断するＨＷＢＢ３２を備えている。これにより、安全機能部で駆動状態量が動作監視パターンを超過した場合（つまり“Ｆａｕｌｔ”となった場合）などに対して、最も安全かつ確実なモータ２の減速・停止動作が可能となる。

また、本実施形態では特に、安全機能部は、安全要求信号の入力直後にＨＷＢＢ３２にＨＷＢＢ起動信号を出力する動作監視パターン（ＳＳＢ，ＳＴＯの動作監視パターン）を選択可能である。これにより、安全要求信号が入力されただけで最も安全かつ確実にモータ２を減速・停止させることができる。なお、この場合にはモータ２の駆動状態量の入力は不要である。また、本実施形態で例示した以外で安全規格が規定した動作パターン（例えばＳＳ１、ＳＯＳ、ＳＬＡ等）の動作監視パターンが同様に適用可能であることはもちろんである。

また、本実施形態では特に、安全機能部は、当該安全機能部の監視結果の出力先を選択可能であって、当該安全機能部の監視結果をＨＷＢＢ起動信号とし、その出力先をＨＷＢＢ３２に選択可能である。これにより、安全機能部で駆動状態量が動作監視パターンを超過した場合（つまり“Ｆａｕｌｔ”となった場合）に対して、最も安全かつ確実にモータ２を減速・停止させることができる。

また、本実施形態では特に、動作監視パターンは、安全要求信号の入力を開始契機とした時系列変化パターンである。これにより、各安全要求信号の入力タイミングにそれぞれ対応して各動作監視パターンを経時変化させることができ、特に複数の安全機能部で複数の動作監視パターンを組み合わせた場合に駆動状態量との機能的な比較監視が可能となる。

なお、特に図示しないが、複数の安全機能部のそれぞれで同じ安全要求信号の入力元を選択することで、それら安全機能部を並列かつ同時に機能させることも可能である。この場合には、それぞれ対応する動作制御パターンと動作監視パターンを並行させつつ個別に処理し、最後にそれらを合成した結果で減速制御指令の生成や比較監視の対象とすればよい。特に安全性を優先する場合には、その時点で最も低い動作制御パターンと動作監視パターンの変化値を減速制御指令や比較監視対象とすればよい。

なお、以上の説明において、「垂直」「平行」「平面」等の記載がある場合には、当該記載は厳密な意味ではない。すなわち、それら「垂直」「平行」「平面」とは、設計上、製造上の公差、誤差が許容され、「実質的に垂直」「実質的に平行」「実質的に平面」という意味である。

また、以上の説明において、外観上の寸法や大きさ、形状、位置等が「同時」「同一」「同じ」「等しい」「異なる」等の記載がある場合は、当該記載は厳密な意味ではない。すなわち、それら「同一」「等しい」「異なる」とは、設計上、製造上の公差、誤差が許容され、「実質的に同時」「実質的に同一」「実質的に同じ」「実質的に等しい」「実質的に異なる」という意味である。

また、以上既に述べた以外にも、上記実施形態や各変形例による手法を適宜組み合わせて利用しても良い。その他、一々例示はしないが、上記実施形態や各変形例は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。

１ モータ制御システム
２ モータ
３ エンコーダ
４ 駆動機械
１１ 上位制御装置
１２ セーフティコントローラ
１３ モータ制御装置
１４ セーフティモジュール
１５ 通信制御部
１６ センサ
２２ エンジニアリングツール
３１ モータ制御処理部
３２ ＨＷＢＢ（給電遮断部）
３３ インバータ
３４ 安全制御処理部
４１ 比較監視部
ＮＷ ネットワーク

Claims (10)

1. モータと、
   前記モータの駆動状態量に基づいて前記モータの駆動電力を給電制御するモータ制御装置と、
   を備えるモータ制御システムであって、
   前記モータ制御装置は、
   外部からの安全要求信号が入力された際に、複数種類から選択された動作監視パターンと前記駆動状態量との関係状態を監視する複数の安全機能部を同時に機能可能に備えていることを特徴とするモータ制御システム。
2. 前記安全機能部は、
   前記安全要求信号の入力元を選択可能であることを特徴とする請求項１記載のモータ制御システム。
3. 前記安全機能部は、
   他の安全機能部を前記入力元として選択し、前記他の安全機能部の監視結果を前記安全要求信号として入力可能であることを特徴とする請求項２記載のモータ制御システム。
4. 前記安全機能部は、
   当該安全機能部の監視結果の出力先を選択可能であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のモータ制御システム。
5. 前記モータ制御装置は、
   前記安全機能部から給電遮断信号が入力された際に前記モータへの給電を遮断する給電遮断部を備えていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のモータ制御システム。
6. 前記安全機能部は、
   前記安全要求信号の入力直後に前記給電遮断部に給電遮断信号を出力する動作監視パターンを選択可能であることを特徴とする請求項５記載のモータ制御システム。
7. 前記安全機能部は、
   当該安全機能部の監視結果の出力先を選択可能であって、
   当該安全機能部の監視結果を前記給電遮断信号とし、その出力先を前記給電遮断部に選択可能であることを特徴とする請求項５記載のモータ制御システム。
8. 前記動作監視パターンは、
   前記安全要求信号の入力を開始契機とした時系列変化パターンであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のモータ制御システム。
9. モータの駆動電力を給電制御するモータ制御装置であって、
   前記モータを減速又は停止すべきとする安全要求信号が入力された際に、複数種類から選択された動作監視パターンと前記モータの駆動状態量との関係状態を監視する複数の安全機能部を同時に機能可能に備えていることを特徴とするモータ制御装置。
10. モータの駆動電力を給電制御するとともに、前記モータを減速又は停止すべきとする安全要求信号が入力された際に、動作監視パターンと前記モータの駆動状態量との関係状態を監視する複数の安全機能部を同時に機能可能に備えたモータ制御装置の安全機能設定方法であって、
    各安全機能部の監視対象となる動作監視パターンをそれぞれ複数種類から選択して設定することと、
    一方の安全機能部の監視結果を、他方の安全機能部の安全要求信号として入力するよう設定することと、
    を実行することを特徴とする安全機能設定方法。
    
    

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