JP6620380B1 - モータ制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】接続配線構成の簡略化及び低コスト化を可能にする。【解決手段】モータ２Ｃと、モータ２Ｃの駆動状態量に基づいてモータ２Ｃの駆動電力を給電制御するモータ制御装置１３Ｃ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１３Ｃは、外部から安全要求信号が入力される安全要求入力部と、外部から安全協調信号が入力される安全協調入力部と、外部へ安全協調信号を出力する安全協調出力部と、を有し、安全要求信号及び安全協調信号の少なくとも一方が入力された際に、所定の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とともに安全協調信号を出力するセーフティモジュール１４Ｃ（安全制御処理部３４）、を備えている。【選択図】図２

Description

開示の実施形態は、モータ制御システムに関する。

特許文献１には、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、それらが特定の関係状態となった場合にはモータへの給電を遮断するモータ制御装置を備えたモータ制御システムが開示されている。

特許第６３６９５９０号

しかしながら上記従来技術では、モータ制御装置を複数備えた場合や、上記の安全監視制御の実行を要求する安全要求信号の送信元が多数ある場合には、多数の配線を接続する構成が煩雑となりやすい。

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、接続配線構成の簡略化及び低コスト化が可能なモータ制御システム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、をそれぞれ複数備えるモータ制御システムであって、各前記モータ制御装置は、外部から安全要求信号が入力される１つの安全要求入力部と、外部から安全協調信号が入力される１つの安全協調入力部と、外部へ前記安全協調信号を出力する安全協調出力部と、を有し、前記安全要求信号及び前記安全協調信号の少なくとも一方が入力された際に、所定の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とともに前記安全協調信号を出力する安全制御処理部、を備え、特定の１つのモータ制御装置の前記安全協調出力部を他の１つのモータ制御装置の前記安全協調入力部に接続して前記安全協調信号を前記複数のモータ制御装置の全てに伝達させる伝達信号経路が環状に形成されているモータ制御システムが適用される。

本発明によれば、接続配線構成の簡略化及び低コスト化が可能となる。

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。 ３つのセーフティモジュール間で相互に安全協調信号を送受するための配線接続構成の一例を表す図である。 安全制御処理部におけ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。 第３セーフティモジュールの処理機能を実現するための安全機能部の設定例を表す図である。 複数のセーフティモジュールでそれぞれ異なるセーフティコントローラを接続した場合の配線接続構成の一例を表す図である。 ３つのセーフティモジュール間でそれぞれ送受する安全協調信号のタイムチャートの一例を表す図である。 セーフティモジュールにモータのセンサからの出力信号を入力する場合の配線接続構成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、本実施形態に係る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、セーフティコントローラ１２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。

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）。

本実施形態の例では、モータ制御システム１が駆動制御する対象の駆動機械４は３つのモータ２Ａ、２Ｂ、２Ｃを互いに協調させて駆動する３軸構成のものであり、モータ制御システム１がそれら３つのモータ２Ａ〜２Ｃのそれぞれに対応した３つのモータ制御装置１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃを備えて個別に駆動制御させる。また、各モータ制御装置１３Ａ〜１３Ｃにはそれぞれセーフティモジュール１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃが接続されており、図示する例では図中の上方から下方へ向かう位置順で第１モータ制御装置１３Ａ〜第３モータ制御装置１３Ｃにそれぞれ第１セーフティモジュール１４Ａ〜第３セーフティモジュール１４Ｃが接続されている。

この例では、それら３つのセーフティモジュール１４Ａ〜１４Ｃのうち第３セーフティモジュール１４Ｃだけに上記セーフティコントローラ１２が接続されて上記安全要求信号が入力可能となっている一方で、全てのセーフティモジュール１４Ａ〜１４Ｃどうしの間においても後述する安全協調信号を相互に送受可能となるよう配線を接続しあっている。なお、この安全協調信号を送受するためのセーフティモジュール１４Ａ〜１４Ｃ間における配線接続構成については後に詳述する。そして、上位制御装置１１と各モータ制御装置１３Ａ〜１３Ｃとの間で上記上位制御指令を送受する接続配線、セーフティコントローラ１２と第３セーフティモジュール１４Ｃとの間で上記安全要求信号を送受する接続配線のそれぞれは、所定のプロトコルに準拠した通信ネットワーク（図中の点線部参照）としてのいわゆるフィールドネットワークで構成されており、機能的には双方向で各種の指令やデータの送受が可能となっている。一方、各セーフティモジュール１４Ａ〜１４Ｃどうしの間で上記安全協調信号を送受する接続配線は、単純なデジタル信号を双方向で送受可能なデジタル信号回線（図中の一点鎖線部参照）で構成されている。

そして上記のような複数軸の駆動機械４の場合、例えば緊急時において駆動を停止させる際には、当該駆動機械４内部の機械的損傷等を回避するためにも各モータ２Ａ〜２Ｃがそれぞれ自由に駆動停止するのではなく、全てのモータ制御装置１３Ａ〜１３Ｃが協調してそれぞれに適した時系列変化パターンで駆動を停止させる安全制御を行う必要がある。その安全制御として具体的には、各モータ制御装置１３Ａ〜１３Ｃが一斉にそれぞれ個別の動作制御パターンで減速・停止動作させる安全動作制御を実行させつつ、各セーフティモジュール１４Ａ〜１４Ｃがそれぞれ個別の動作監視パターンと駆動状態量を監視する安全監視制御を行う。なお、本実施形態の例において上記の安全動作制御は、モータ制御装置１３Ａ〜１３Ｃ自体が生成した内部減速指令に従ってモータ２Ａ〜２Ｃ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。

＜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１３Ｃ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１３Ｃとセーフティモジュール１４Ｃ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。また図示の煩雑を避けるために、図中では第３モータ制御装置１３Ｃと第３セーフティモジュール１４Ｃにおける構成と制御のみを示しているが、他の第１〜２モータ制御装置１３Ａ、１３Ｂ、及び第１〜２セーフティモジュール１４Ａ、１４Ｂにおいても同様の構成にあり、後述する安全協調信号の送受によって同様の制御を行う。また図示の煩雑を避けるために、上記の安全協調信号の送受については図示を省略している。

図２〜図４において、上述したように、モータ制御装置１３Ｃ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 Ｂｌｏｃｋ）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１４Ｃ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３Ｃで検出されるモータ２Ｃ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２Ｃ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２Ｃへの給電を遮断するよう機能する。

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３Ｃで検出されるモータ２Ｃの駆動状態量（モータの出力位置、出力速度等）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（特に図示せず）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２Ｃ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１３Ｃに出力し、当該モータ制御装置１３Ｃ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３Ｃ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２Ｃ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２Ｃ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、センサ１６から検出信号は出力されず、それに対応する安全要求信号もセーフティコントローラ１２から出力されない。

そしてこのような駆動機械４の通常運転中において、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１４Ｃ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１４Ｃを介して、モータ制御装置１３Ｃ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２Ｃ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、安全機能の所定の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１３Ｃ自体が自律的にモータ２Ｃ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１４Ｃ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２Ｃの駆動状態量が所定の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。

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１３Ｃ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２Ｃ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２Ｃ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、駆動機械の駆動源であるモータを制御するためのモータ制御システム１において、緊急時などには安全規格で規定された多様な動作制御パターン（つまり減速パターンや停止パターン）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。またこれに伴い、上述した動作制御パターンのいずれかに対応した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、それらが特定の関係状態となった場合にはモータ２への給電を遮断する安全制御処理部３４がセーフティモジュール４に設けられている。

一方、モータ制御システム１が駆動制御する対象の駆動機械４は複数のモータ２Ａ〜２Ｃで駆動するものが多く、その場合にはモータ制御システム１が複数のモータ２Ａ〜２Ｃのそれぞれに対応したモータ制御装置１３Ａ〜１３Ｃを備えて個別に駆動制御させる。そしてこのような複数軸での駆動制御の場合、上述した緊急時には全てのモータ制御装置１３Ａ〜１３Ｃで協調して一斉にそれぞれ個別の動作制御パターンで減速・停止動作させる安全動作制御を実行しつつ、それぞれ個別の動作監視パターンと駆動状態量を監視する安全監視制御を行う必要がある。

しかしながら、そのようなモータ制御システム１においては、複数のモータ制御装置１３Ａ〜１３Ｃ間での協調した安全動作制御と安全監視制御の実行開始を指示する信号を送受するための多数の配線が必要となってその配線接続構成が煩雑となりやすい。

これに対して本実施形態では、モータ制御装置１３が、後述するように外部から安全要求信号が入力される安全要求入力部（後述の入力ポートのいずれか）と、外部から他の機器（つまり他のモータ制御装置１３）と協調して制御するための安全協調信号が入力される安全協調入力部（後述の入力ポートのいずれか）と、外部へ安全協調信号を出力する安全協調出力部（後述の出力ポート）と、を有し、外部から安全要求信号及び安全協調信号の少なくとも一方が入力された際に、所定の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とともに安全協調信号を外部へ出力する安全制御処理部、を備えている。

つまり、外部のセーフティコントローラ１２などから少なくとも安全監視制御を要求するよう入力される信号を安全要求信号とし、モータ制御装置１３間（つまり他の機器との間）で協調して少なくとも安全監視制御を開始するよう入出力される信号を安全協調信号として明確に区別して扱える。これに対応して、モータ制御装置１３において安全監視制御を行う安全制御処理部は、安全要求信号に対してはその入力部を、安全協調信号に対してはその入力部と出力部を設けている。このため、当該モータ制御システム１中において安全監視制御の要求に関する各モータ制御装置１３間の多数の配線の接続構成について簡略化及び低コスト化を図ることができる。以下、この構成を実現するための具体的な構成と処理について順次説明する。

＜セーフティモジュール間における配線接続構成と動作工程＞
本実施形態の例において、３つのセーフティモジュール１４間で相互に安全協調信号を送受するための配線接続構成の一例を図５に示す。この図５において、３つのセーフティモジュール１４はそれぞれ３つの入力ポート（１〜３−Ａ〜Ｃ）と、１つの出力ポート（１〜３−Ａ）を備えており、これらの各入出力ポートはいずれも単純なデジタル信号を双方向で送受可能に構成されたポートである。

上述したように本実施形態の例では、セーフティコントローラ１２が第３セーフティモジュール１４Ｃの入力ポート３−Ａ（安全要求入力部）だけに通信ネットワークを介して接続されて安全要求信号を入力可能となっている。またこれとは別に、３つのセーフティモジュール１４Ａ〜１４Ｃどうしの間において安全協調信号を送受するために環状の伝達信号経路３５を形成するようデジタル信号回線が接続されている。具体的には、第３セーフティモジュール１４Ｃの出力ポート３−Ａ（安全協調出力部）から第２セーフティモジュール１４Ｂの入力ポート２−Ｃ（安全協調入力部）へ一方的に安全協調信号が伝達されるようデジタル信号回線が接続されている。また、第２セーフティモジュール１４Ｂの出力ポート２−Ａ（安全協調出力部）から第１セーフティモジュール１４Ａの入力ポート１−Ｃ（安全協調入力部）へ、一方的に安全協調信号が伝達されるようデジタル信号回線が接続されている。また、第１セーフティモジュール１４Ａの出力ポート１−Ａ（安全協調出力部）から第３セーフティモジュール１４Ｃの入力ポート３−Ｃ（安全協調入力部）へ一方的に安全協調信号が伝達されるようデジタル信号回線が接続されている。そしてこの例では、上記のデジタル信号回線の配線接続構成で形成される伝達信号経路３５の全体が、いわゆるフェールセーフを目的とした２重化（２本の並列配線で接続）で冗長化されている。

そして、セーフティコントローラ１２から第３セーフティモジュール１４Ｃの入力ポート３−Ａに安全要求信号が入力された際には、当該第３セーフティモジュール１４Ｃの内部において上記図３、４に示したアクティブ減速モードによる安全制御（安全動作制御と安全監視制御）が実行されるとともに、当該第３セーフティモジュール１４Ｃの出力ポート３−Ａから安全協調信号が出力されて第２セーフティモジュール１４Ｂの入力ポート２−Ｃに入力される。次に、この安全協調信号が入力された第２セーフティモジュール１４Ｂにおいても、同様にアクティブ減速モードによる安全制御が実行されるとともに、当該第２セーフティモジュール１４Ｂの出力ポート２−Ａから安全協調信号が出力されて第１セーフティモジュール１４Ａの入力ポート１−Ｃに入力される。次に、この安全協調信号が入力された第１セーフティモジュール１４Ａにおいても、同様にアクティブ減速モードによる安全制御が実行されるとともに、当該第１セーフティモジュール１４Ａの出力ポート１−Ａから安全協調信号が出力されて第３セーフティモジュール１４Ｃの入力ポート３−Ｃに入力される。

以上のようにシステムの緊急時には、セーフティコントローラ１２からの安全要求信号の出力を契機として、３つのセーフティモジュール１４Ａ〜１４Ｃどうしの間で伝達信号経路３５を介して安全協調信号を直列かつ一方向に伝達して一斉にそれぞれ個別の安全制御の実行を開始できる。

＜安全制御処理部の具体的な処理構成について＞
上述したように、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（Ｆａｕｌｔしているかどうか）をセーフティモジュール１４Ａ〜１４Ｃ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、安全制御処理部３４が内部的にソフトウェア処理で実装する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６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６において、安全制御処置部は安全機能部Ａから安全機能部Ｊまでの１０個の安全機能部を有しており（図中では安全機能部Ｃ〜Ｉの図示が省略されている）、適宜のエンジニアリングツール（特に図示せず）等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又は安全協調信号の入力元が選択可能となっている。図示する例では、何ら安全要求信号又は安全協調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が最大５つ設けられている場合を想定していずれからの安全要求信号を入力するかを選択するための「１〜５（：Ｓａｆｅ Ｉｎｐｕｔ １〜５）」と、他のセーフティモジュール１４（モータ制御装置１３）が最大５つ設けられている場合を想定していずれから安全協調信号を入力するかを選択する場合の「６〜１０（：Ｃｈａｉｎ Ｉｎｐｕｔ １〜５）」と、上記センサ１６と異なる他のセンサ等が最大５つ設けられている場合を想定していずれから入力信号（後述）を入力するかを選択する場合の「１１〜１５（：Ｆｅｅｄ Ｂａｃｋ Ｉｎｐｕｔ １〜５）」と、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。なお、具体的な動作監視パターンについては特に図示しないが、例えば安全ベースブロック機能（ＳＳＢ（ＳＴＯ））、安全制限速度監視機能（ＳＬＳ）、及び遅延付き安全位置監視機能（ＳＰＭ−Ｄ（ＳＳ２））などといった国際規格ＩＥＣ６１８００−５−２で提示されている動作監視パターンを適用すればよい。また、その場合の具体的な処理内容については、例えば特許第６３６９５９０号等に記載されている公知の手法を用いればよく、ここではその詳細な説明を省略する。

図示する例では、動作監視パターン選択の設定項目では、何ら動作監視パターンを参照しない場合の「０（：Ｎｏｎｅ）」と、動作監視制御を実行せずに比較監視結果を出力する場合の「１（：Ｄｉｒｅｃｔ）」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「２（：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「３（：ＳＬＳ）」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も併せて設定可能となっている。なお、モータ制御装置１３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、他のセーフティモジュール１４の５つの出力先のいずれかを出力するかを選択する場合の「７〜１１（：Ｃｈａｉｎ Ｏｕｔｐｕｔ １〜５）」のいずれか１つが選択可能となっている。なお、他のセーフティモジュール１４のいずれかを出力先として選択した場合には、監視結果信号は安全協調信号として出力される。

以上のような複数の安全機能部を利用して、上記図５に示した第３セーフティモジュール１４Ｃの処理機能を実現するための安全機能部の設定例を図７に示す。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７において、安全機能部Ａでは、安全信号入力元選択で１つのセーフティコントローラ１２に接続する入力ポート３−Ａ（「Ｓａｆｅ Ｉｎｐｕｔ １」）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ＨＷＢＢ３２を出力先として選択している。この安全機能部Ａの処理によって、通常運転時に安全要求信号が入力された場合には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、動作監視パターンに対して対応する駆動状態量（ＳＬＳの場合はモータ速度）が超過した際に監視結果信号がＨＷＢＢ３２への起動信号として出力されてモータ２Ｃへの給電が遮断されたＳＴＯ状態（モータ停止）となる。

また安全機能部Ｂでは、安全信号入力元選択で１つのセーフティコントローラ１２に接続する入力ポート３−Ａ（「Ｓａｆｅ Ｉｎｐｕｔ １」）を入力元として選択し、動作監視パターン選択で比較監視結果（安全協調信号）の直接出力（「Ｄｉｒｅｃｔ」）を選択し、監視結果信号出力先選択で他のセーフティモジュール１４（この場合の第２セーフティモジュール１４Ｂ）に対応する出力ポート３−Ａ（「Ｃｈａｉｎ Ｏｕｔｐｕｔ １」）を出力先として選択している。この安全機能部Ｂの処理によって、通常運転時に安全要求信号が入力された場合にはすぐに出力ポート３−Ａから安全協調信号が出力される。

また安全機能部Ｃでは、安全信号入力元選択で他のセーフティモジュール１４（この場合の第１セーフティモジュール１４Ａ）に対応する入力ポート３−Ｃ（「Ｃｈａｉｎ Ｉｎｐｕｔ １」）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ＨＷＢＢ３２を出力先として選択している。この安全機能部Ｃの処理によって、通常運転時に第１セーフティモジュール１４Ａから安全協調信号が入力ポート３−Ｃに入力された場合には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、動作監視パターンに対して対応する駆動状態量（ＳＬＳの場合はモータ速度）が超過した際に監視結果信号がＨＷＢＢ３２への起動信号として出力されてモータ２Ｃへの給電が遮断されたＳＴＯ状態（モータ停止）となる。

また安全機能部Ｄでは、安全信号入力元選択で他のセーフティモジュール１４（この場合の第１セーフティモジュール１４Ａ）に対応する入力ポート３−Ｃ（「Ｃｈａｉｎ Ｉｎｐｕｔ １」）を入力元として選択し、動作監視パターン選択で比較監視結果（安全協調信号）の直接出力（「Ｄｉｒｅｃｔ」）を選択し、監視結果信号出力先選択で他のセーフティモジュール１４（この場合の第２セーフティモジュール１４Ｂ）に対応する出力ポート３−Ａ（「Ｃｈａｉｎ Ｏｕｔｐｕｔ １」）を出力先として選択している。この安全機能部Ｄの処理によって、通常運転時に第１セーフティモジュール１４Ａから安全協調信号が入力ポート３−Ｃに入力された場合にはすぐに出力ポート３−Ａから安全協調信号が出力される。

また、他の安全機能部Ｅ〜Ｊにおいては、安全信号入力元選択、動作監視パターン選択、及び監視結果信号出力先選択のいずれかにおいて「Ｎｏｎｅ」を設定することで機能を停止させる。以上の複数の安全機能部を並列処理することによって、上記第３セーフティモジュール１４Ｃの機能を実現できる。なお、第１と第２のセーフティモジュール１４Ａ、１４Ｂのそれぞれにおいては、上記安全機能部Ｃと安全機能部Ｄと同等の設定だけでよい。ただし、安全機能部Ｃにおける動作監視パターン選択は任意でよいし、安全機能部Ｃを設定せずに安全機能部Ｄだけ設定してもよい。

以上のような安全機能部の設定処理により、複数のセーフティモジュール１４Ａ〜１４Ｃ間における自由度の高い配線接続構成が可能となる。例えば上記図８に示すように複数のセーフティモジュール１４Ａ〜１４Ｃでそれぞれ異なるセーフティコントローラ１２Ａ〜１２Ｄを接続した場合でも、各セーフティコントローラ１２Ａ〜１２Ｄの接続に個別に対応してそれぞれ上記安全機能部Ａ、Ｂと同等の１組の安全機能部を設定すればよい。これにより、多数のセーフティコントローラ１２Ａ〜１２Ｄのうちいずれの１つでも安全要求信号を出力した際には、全てのセーフティモジュール１４Ａ〜１４Ｃで一斉に協調して安全制御の実行を開始できる。またこのとき、１つのセーフティモジュール１４において接続する複数のセーフティコントローラ１２別（安全要求信号別、安全機能部別）に異なる動作監視パターンを設定することもできる。

＜安全協調信号の詳細＞
３つのセーフティモジュール１４Ａ〜１４Ｃ間でそれぞれ送受する安全協調信号のタイムチャートの一例を図９に示す。なおこの図９に示す例は、上記図５に示した配線接続構成に対応しており、セーフティコントローラ１２に唯一接続している第３セーフティモジュール１４Ｃが最先で安全協調信号の出力を開始して伝達させ、最先に安全協調信号の出力を停止して復帰する場合を示している。

本実施形態の例において、安全協調信号は、ＨレベルとＬレベルの２値で伝達されるデジタル信号であり、特にＬレベルでの出力が当該安全協調信号とされるいわゆる負論理の信号である。これは、実際の駆動機械４を含めた作業現場が広い場合に離間して配置された各モータ制御装置１３Ａ〜１３Ｃ（セーフティモジュール１４Ａ〜１４Ｃ）どうしをつなぐ伝達信号経路３５の信号ケーブルが長大となりやすく、その信号ケーブルが断線して信号レベルが低下した場合でも負論理の安全協調信号として伝達されて各モータ制御装置１３Ａ〜１３Ｃに安全監視制御の実行を開始できるようにするためである。また各セーフティモジュール１４Ａ〜１４Ｃが負論理の安全協調信号を出力する直前には、図中Ｘ部の拡大図に示すようなテスト信号（図示する例ではテストパルス）が出力される。これは、入力された安全協調信号が正常に出力されたものか断線によるものかを区別するためのものである。

そして上述したように、セーフティモジュール１４Ａ〜１４Ｃ間で安全協調信号を伝達する伝達信号経路３５は２重化されているが、それら２つの伝達信号経路３５の間では安全協調信号の伝達態様が若干相違する。具体的には、安全協調信号の出力を開始する場合、つまり安全制御を開始する場合には、各セーフティモジュール１４Ａ〜１４Ｃがそれぞれ２つの伝達信号経路３５で同時に安全協調信号を出力する（Ｌレベルに変える）。このとき、各セーフティモジュール１４Ａ〜１４Ｃにおいては、外部からの安全協調信号の入力を検知してから自ら安全協調信号を出力するまでの時間誤差、つまり上記安全機能部Ｄの処理に必要な時間分だけ遅延が生じる。

これに対して、安全協調信号の出力を停止する場合、つまり通常運転に復帰する場合には、各セーフティモジュール１４Ａ〜１４Ｃが２つの伝達信号経路３５のうちの一方の経路で出力停止（Ｈレベルに変える）が一巡してから、他方の経路で出力停止が一巡される。このために第１及び第２のセーフティモジュール１４Ａ、１４Ｂにおいては、安全協調信号の出力を停止する場合、複重化された全ての伝達信号経路３５のうち安全協調信号が入力されなくなった方の伝達信号経路３５で安全協調信号の出力を停止する。また第３セーフティモジュール１４Ｃにおいては、安全協調信号の出力を停止する場合、安全協調信号が入力されなくなった方以外でそれまで当該第３セーフティモジュール１４Ｃが安全協調信号を出力していた伝達信号経路３５で、安全協調信号の出力を停止する。

このように復帰の際に伝達信号経路３５ごとに順に安全協調信号の出力を停止することで、例えば１巡目で全てのセーフティモジュール１４Ａ〜１４Ｃに復帰指示を伝達させるとともに、２巡目で各セーフティモジュール１４Ａ〜１４Ｃの復帰準備の同意を取ることができる。つまり、同一の駆動機械４であっても各モータ２がそれぞれ駆動する機械構成部分によっては復帰準備にかかる時間が異なる場合があり、それに対して１巡目でほぼ同時に復帰準備を開始させるとともに２巡目で全ての復帰準備の完了を確認してから全体の復帰を安全に開始できる。このためには、各セーフティモジュール１４Ａ〜１４Ｃにおいて１巡目の伝達信号経路３５に対応する安全機能部が「Ｄｉｒｅｃｔ」で安全協調信号の出力を停止し、２巡目の伝達信号経路３５に対応する安全機能部は当該セーフティモジュール１４に対応した機械構成部分での復帰準備が完了した際に安全協調信号の出力を停止するようにすればよい（特に図示せず）。

＜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、外部から安全要求信号が入力される安全要求入力部（例えば入力ポート３−Ａ）と、外部から他のモータ制御装置１３と協調して制御するための安全協調信号が入力される安全協調入力部（例えば入力ポート３−Ｃ）と、外部へ安全協調信号を出力する安全協調出力部（例えば出力ポート３−Ａ）と、を有し、外部から安全要求信号及び安全協調信号の少なくとも一方が入力された際に、所定の動作監視パターンとモータ２の駆動状態量との関係状態を監視するとともに安全協調信号を外部へ出力するセーフティモジュール１４（安全制御処理部３４）、を備えている。

つまり、外部のセーフティコントローラ１２などから少なくとも安全監視制御を要求するよう入力される信号を安全要求信号とし、モータ制御装置１３間（つまり他の機器との間）で協調して少なくとも安全監視制御を開始するよう入出力される信号を安全協調信号として明確に区別して扱える。これに対応して、モータ制御装置１３において安全監視制御を行う安全制御処理部３４は、安全要求信号に対してはその入力部（例えば入力ポート３−Ａ）を、安全協調信号に対してはその入力部（例えば入力ポート３−Ｃ）と出力部（出力ポート３−Ａ）を設けている。このため、当該モータ制御システム１中において監視制御の要求に関する各モータ制御装置１３間の多数の配線の接続構成について簡略化及び低コスト化を図ることができる。

また、本実施形態では特に、当該モータ制御システム１がモータ制御装置１３を複数備えており、特定の１つのモータ制御装置１３の安全協調出力部（出力ポート３−Ａ、２−Ａ、１−Ａ）を他の１つのモータ制御装置１３の安全協調入力部（入力ポート３−Ｃ、２−Ｃ、１−Ｃ）に接続して安全協調信号を複数のモータ制御装置１３の全てに伝達させる伝達信号経路３５を形成している。これにより、複数のモータ制御装置１３の安全制御処理部３４が伝達信号経路３５を介して安全協調信号を直列かつ一方向に伝達させることができ、少なくとも最初に安全協調信号を出力したモータ制御装置１３から下流側に接続される全てのモータ制御装置１３の安全制御処理部３４で協調して安全監視制御の実行を開始できる。

また、本実施形態では特に、伝達信号経路３５が環状に形成されている。これにより、複数あるモータ制御装置１３のうちの１つでも安全協調信号を出力した場合には、直列一方向に安全協調信号を伝達する伝達信号経路３５を介して全てのモータ制御装置１３の安全制御処理部３４にその安全協調信号が循環して入力され、安全監視制御の実行を一斉に開始できる。

また、本実施形態では特に、伝達信号経路３５が複重化（二重化以上に冗長化していること）して設けられている。これにより、作業現場において例え１本の伝達信号経路３５が断線された場合でも、安全協調信号の正規の伝達機能を確保できるといったフェールセーフ構成を実現できる。

また、本実施形態では特に、安全制御処理部３４は、外部から安全要求信号及び安全協調信号のいずれも入力されなくなった際に動作監視パターンと駆動状態量との関係状態の監視と安全協調信号の出力を停止し、安全協調信号の出力を開始する場合、複重化された全ての前記伝達信号経路３５で略同時に安全協調信号を出力し、安全協調信号の出力を停止する場合、複重化された全ての伝達信号経路３５のうち安全協調信号が入力されなくなった方の安全協調入力部に対応する伝達信号経路３５、もしくはその他の伝達信号経路３５でそれまで当該安全制御処理部３４が安全協調信号を出力していたいずれかの伝達信号経路３５で、安全協調信号の出力を停止する。これにより、１巡目でほぼ同時に各モータ制御装置１３に復帰準備を開始させるとともに、２巡目以降で全ての復帰準備の完了を確認してから全体の復帰を安全に開始できるといった２段階以上での復帰処理が可能となる。

また、本実施形態では特に、安全協調信号は、負論理（Ｌレベル、ノーマリオン）で出力される。これにより、どこか一箇所でも伝達信号経路３５が断線してその信号レベルが低下した場合でも、負論理の安全協調信号として伝達され、各モータ制御装置１３のセーフティモジュール１４に安全監視制御の実行を開始させることができる。

また、本実施形態では特に、安全協調出力部（出力ポート３−Ａ、２−Ａ、１−Ａ）は、安全協調信号の出力前にテスト信号（この例のテストパルス）を出力する。これにより、入力された安全協調信号が正常に出力されたものか断線によるものかを区別できる。

また、本実施形態では特に、安全協調入力部（入力ポート３−Ｃ、２−Ｃ、１−Ｃ）、安全協調出力部（出力ポート３−Ａ、２−Ａ、１−Ａ）、及び伝達信号経路３５は、所定のプロトコルに準拠した通信ネットワークではなく、単純なデジタル信号を送受可能な送受信部及びデジタル信号回線で構成されている。本実施形態によって形成されるセーフティモジュール１４Ａ〜１４Ｃ間の配線接続構成（環状伝達接続構成、いわゆるデイジーチェーンの接続構成）では、少なくとも複数のモータ制御装置１３どうしの間において一つのノードから複数のノードへ安全協調信号を分散伝達するような配線の接続構成（いわゆるスター型、ツリー型、又はバス型などの接続構成）にする必要はない。このため、例えば分散型で接続するために高い性能が要求されて製造コストが増大してしまう通信ネットワークでの配線接続構成が不要であり、本実施形態で安全協調信号を伝達する配線として低機能・低コストで適用できるため特に好適である。なお、安全協調入力部（入力ポート３−Ｃ、２−Ｃ、１−Ｃ）と、安全協調出力部（出力ポート３−Ａ、２−Ａ、１−Ａ）については、他の入力ポートや出力ポートと区別して安全協調信号の入出力専用として設けることで、処理時間やシステムの負荷軽減を図ることができ有用である。

また、本実施形態では特に、モータ制御装置１３は、安全制御処理部３４から給電遮断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、安全制御処理部３４は、所定の動作監視パターンとモータ２の駆動状態量とが所定の関係状態（例えば駆動状態量が動作監視パターンを越えた場合など）となった際に、ＨＷＢＢ３２にＨＷＢＢ起動信号を出力する。これにより、例えば安全動作制御が正しく機能できなかったなどの原因で駆動状態量が動作監視パターンと所定の関係状態となった際には、最も安全かつ確実なモータ２の減速停止動作（いわゆるＳＴＯ）を自動的に実行させることが可能となる。

また、本実施形態では特に、動作監視パターンは、安全要求信号又は安全協調信号のいずれか先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、安全要求信号又は安全協調信号のいずれか先の入力タイミングにそれぞれ対応して動作監視パターンを経時変化させることができ、当該モータ制御装置１３に対応するモータ２が駆動制御する駆動機械４の機構部分に適した安全監視制御が可能となる。

＜変形例＞
なお、開示の実施形態は、上記に限られるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。以下、そのような変形例を説明する。

＜安全要求信号と異なるアナログ信号に基づいて安全制御を実行する場合＞
上記実施形態では、セーフティコントローラ１２からネットワーク信号（デジタル信号）の形態の安全要求信号の入力だけを契機として各セーフティモジュール１４の安全制御の実行を開始していたが、これに限られない。例えば、モータ２において当該モータ２の温度や出力トルクを直接検出するアナログ式のセンサ（特に図示せず）が設けられている場合がある。これに対して、上記図５に対応した図１０に示すように、上記センサが検出したアナログ信号を入力信号（駆動状態量の１つに相当）としてセーフティモジュール１４Ｃの信号入力部１４Ｃａに直接入力し、当該セーフティモジュール１４Ｃがその内部でその入力信号に基づきモータ２Ｃの異常を検出する処理を行い、その結果に応じて安全制御の実行と安全協調信号の出力を開始してもよい。

この場合には、特に図示しないが、上記安全機能部において安全信号入力元選択に上記入力信号を別途入力するアナログ信号用の入力ポート（「Ｆｅｅｄ Ｂａｃｋ Ｉｎｐｕｔ １〜５」）を入力元として選択し、入力されたアナログ信号に対して異常を検出するため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に対応する入力ポート３−Ａを出力先として選択する（つまり安全要求信号の再帰入力）などのように設定すればよい。またこのときセーフティモジュール１４Ｃは、セーフティコントローラ１２に対して安全要求信号を逆出力するとよい。

これにより、モータ２に設けられているアナログ式のセンサに対して、その比較的近傍位置に配置されることの多いセーフティモジュール１４に直接アナログ形態の検出信号を入力させ、当該セーフティモジュール１４自体でモータ２の異常判定と安全制御の実行開始を行える。このため、比較的ノイズに弱いアナログ信号の配線を短縮化できるとともに、高価なセーフティコントローラ１２の設置を省略してモータ制御システム１全体の省コスト化を図ることができる。

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
１４Ｃａ 信号入力部
１６ センサ
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
３５ 伝達信号経路

Claims (7)

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、
   をそれぞれ複数備えるモータ制御システムであって、
   各前記モータ制御装置は、
   外部から安全要求信号が入力される安全要求入力部と、外部から安全協調信号が入力される１つの安全協調入力部と、外部へ前記安全協調信号を出力する１つの安全協調出力部と、を有し、前記安全要求信号及び前記安全協調信号の少なくとも一方が入力された際に、所定の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とともに前記安全協調信号を出力する安全制御処理部、
   を備え、
   特定の１つのモータ制御装置の前記安全協調出力部を他の１つのモータ制御装置の前記安全協調入力部に接続して前記安全協調信号を前記複数のモータ制御装置の全てに伝達させる伝達信号経路が環状に形成されていることを特徴とするモータ制御システム。
2. 前記伝達信号経路は、
   複重化して設けられてい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. 前記安全協調出力部は、
   前記安全協調信号の出力前にテスト信号を出力することを特徴とする請求項１又は２記載のモータ制御システム。
4. 前記安全制御処理部は、
   前記駆動状態量が入力される信号入力部を有し、該信号入力部に入力信号が入力された際に、前記所定の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とともに前記安全協調信号を外部に出力す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. 前記安全協調入力部、前記安全協調出力部、及び前記伝達信号経路は、デジタル信号を送受可能な送受信部及びデジタル信号回線で構成され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. 前記モータ制御装置は、
   前記安全制御処理部からの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、
   前記安全制御処理部は、
   前記所定の動作監視パターンと前記駆動状態量とが所定の関係状態となった際に、前記給電遮断部に前記給電遮断信号を出力することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のモータ制御システム。
7. 前記動作監視パターンは、
   前記安全要求信号又は前記安全協調信号のいずれか先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６記載のモータ制御システム。

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