伺服系统的制作方法

本发明涉及一种伺服系统(servosystem)，尤其涉及一种能够执行伺服系统中的安全转矩关断(safetorqueoff，sto)功能的安全驱动器(driver)。

背景技术：

在使用包含伺服马达(servomotor)的伺服系统等马达控制系统的制造现场，确保装置操作者的安全是重要的课题。关于安全的确保，近年来，正开始使用sto(安全转矩关断)这一功能的伺服系统的实际运用。

sto是遵照与可变速电气驱动系统的安全要求事项相关的国际规格iec61800-5-2的功能，为了确保作业者的安全性而规定了：监控机械的举动，在危险的情况下停止机械。尤其期待适用于伺服系统的驱动源即伺服马达的位置/速度/转矩的监控、控制。

在伺服系统中，当执行sto功能时，基于停止指示信号，用于伺服马达的驱动的驱动信号被电性阻断，伺服马达的动作停止。sto功能例如适合适用于装置的紧急停止电路。

在专利文献1(再公表专利第2008/132975号公报)中公开了：为了提供具备不对输入或输出使用接触器(contactor)等机械触点开关而能够进行脉宽调制(pulse-widthmodulation，pwm)信号的阻断的安全停止电路的电力转换装置，在介隔在对将直流转换为交流的逆变器(inverter)部进行驱动的门驱动电路、与生成对门驱动电路给予的pwm信号的pwm产生电路之间的安全停止电路中，包含外部电力阻断用端子、以及与外部电力阻断用端子联动地阻断pwm信号中的任一个的pwm信号阻断电路，当外部电力阻断用端子为开状态时，pwm信号阻断电路进行阻断，由此来阻断对门驱动电路的pwm信号。

在专利文献2(日本专利第4336985号公报)中公开了：在安全单元中，为了提供能够切实地验证配置(configuration)的可靠性的验证系统，将已下载(download)到安全单元侧的配置数据再次上载(upload)至个人电脑(personalcomputer)侧，并且对所上载的配置数据与下载前的原始配置数据进行比对，并将其比对结果显示于个人电脑的画面上，待从用户进行规定的确认操作后，在个人电脑的画面上显示用户已确认标记(mark)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：再公表专利第2008/132975号公报

专利文献2：日本专利第4336985号公报

技术实现要素：

发明所要解决的问题

在执行sto功能时，作为伺服系统的构成要素的安全驱动器会使伺服马达等驱动装置停止。安全驱动器是连接于伺服马达，进行对伺服马达的标准控制及安全控制的装置。并且，作为将用于执行sto功能的停止指示信号输入至安全驱动器的方法，已知有接线(wired)方式与通信方式。

在接线方式中，利用控制信号线而与安全驱动器直接连接的安全控制器在检测到操作者所作出的驱动装置的停止指示(例如按下紧急停止开关)时，从所述安全控制器向安全驱动器输出停止指示信号。而且，在通信方式中，从经由通信线而与安全驱动器连接的安全plc，根据操作者的输入或程序，向安全驱动器输出停止指示信号。

接线方式具有下述优点，即，当在制造现场产生紧急事态而操作者实施停止处理时，对操作者指示的响应(response)良好，响应速度快。另一方面，通信方式存在下述优点，即，能够实施来自利用通信线而连接的plc的停止处理，可借助远程操作来实施sto。

如上所述，接线方式与通信方式分别具有优点。而且，使安全机构多重化有助于提高安全性能，因而优选。因此，优选的是，连接于某驱动装置的安全驱动器能够对应于从安全控制器输出的停止指示信号与从安全通信单元输出的停止指示信号这两者，来执行sto功能。以往，关于伺服系统的安全控制，接线方式已得到普及，而今后将期待通信方式的普及。因此，迫切期望使具有接线方式的sto功能的安全驱动器具备通信方式的sto功能。

但是，在制造单纯地兼具接线方式与通信方式的sto功能的安全驱动器时，例如若是对仅支持接线方式的现有的安全驱动器单纯地追加通信方式的sto功能，则安全驱动器内的安全停止电路等零件的个数将增大，从而产生安全驱动器的制造成本提高、或装置内空间减少或者装置规模大型化等的问题。而且，在进行功能追加等结构变更时，通常必须在停止现有的安全停止电路后进行作业，在此期间无法利用装置。进而，在变更安全驱动器的结构的情况下，有时需要由第三方认证机关(tuv)进行规格的重新认证，从而产生成本或时间的问题。

本发明是有鉴于所述问题而完成。本发明的目的在于提供一种技术，用于在具备连接于驱动装置且具有sto功能的安全驱动器的伺服系统中，同时实现接线方式及通信方式的sto功能。

解决问题的技术手段

本发明的第一结构的伺服系统是在安全驱动器中，将经由通信线的停止指示信号与经由控制信号线的停止指示信号输入至共用的安全停止电路。

即，本发明提供一种伺服系统，其包括：安全驱动器，连接于驱动装置，且具有驱动信号生成电路、驱动信号路径及安全停止电路，所述驱动信号生成电路基于经由通信线的、来自标准plc的动作指令及来自所述驱动装置的反馈信号，来生成用于使所述驱动装置驱动的驱动信号，所述驱动信号路径使所述驱动信号从所述驱动信号生成电路传递至所述驱动装置，所述安全停止电路在输入有停止指示信号时，阻断所述驱动信号路径；安全控制器，利用控制信号线而与所述安全驱动器直接连接，根据使用输入部件的操作者的输入，生成第一所述停止指示信号并输出至所述安全驱动器的所述安全停止电路；以及安全通信单元，与所述安全驱动器连接，且根据来自安全plc的、经由所述通信线的指示，产生第二所述停止指示信号并输出至所述安全驱动器的所述安全停止电路。

根据此结构，基于接线sto功能的伺服马达的停止与基于通信sto功能的伺服马达的停止是由安全驱动器的相同的安全停止电路来执行。因此，能够抑制零件个数的增加，因此可实现成本的降低及零件设置区域的缩小。

所述第一结构的伺服系统中，也可采用下述结构，即，所述安全驱动器具有第一外部设备监控(externaldevicemonitoring，edm)输出部，所述第一edm输出部检测所述安全停止电路对所述驱动信号路径的阻断，并输出表示所述驱动信号路径已被阻断的edm信号。

根据此结构，能够将安全停止电路运转而伺服马达停止的状态通知至安全驱动器的外部。

在具有所述edm功能的结构的伺服系统中，也可采用下述结构，即，所述安全通信单元具有第二edm输出部，所述第二edm输出部在所述安全停止电路根据从所述安全控制器输出的所述第一停止指示信号而运转时，向所述安全控制器输出所述edm信号，在所述安全停止电路根据所述第二停止指示信号而运转时，不向所述安全控制器输出所述edm信号。

根据此结构，在从安全控制器输出有停止指示信号时，向所述安全控制器输出edm信号，因此使用停止开关等的操作者能够认识到对伺服马达的驱动电流已被阻断的情况。另一方面，在从安全plc输出有停止指示信号的情况下，换言之，在并非因安全控制器而驱动电流被阻断的情况下，不向安全控制器输出edm信号，因此能够防止操作者误认电流阻断的原因。

在具有所述edm功能的结构的伺服系统中，也可采用下述结构，即，所述安全通信单元构成为，可组装至所述安全驱动器中，所述安全通信单元的所述第二edm输出部在所述安全通信单元被组装至所述安全驱动器的状态下，将所述安全驱动器的所述第一edm输出部的功能设为无效而代替其功能。

根据此结构，尽管第一edm输出部进行动作而根据来自安全plc的停止指示信号执行了sto功能，但未向安全控制器输出edm信号，因此能够防止操作者的误认。

或者，在所述第一结构的伺服系统中，也可采用下述结构，即，所述安全通信单元具有第二edm输出部，所述第二edm输出部检测所述安全停止电路对所述驱动信号路径的阻断，并输出表示所述驱动信号路径已被阻断的edm信号，所述第二edm输出部在所述安全停止电路根据从所述安全控制器输出的所述第一停止指示信号而运转时，向所述安全控制器输出所述edm信号，在所述安全停止电路根据所述第二停止指示信号而运转时，不向所述安全控制器输出所述edm信号。

发明的效果

根据本发明，能够提供一种技术，用于在具备连接于驱动装置且具有sto功能的安全驱动器的伺服系统中，同时实现接线方式及通信方式的sto功能。

附图说明

图1是说明实施例1的伺服系统的概略的图。

图2是表示实施例1的伺服系统的结构的图。

图3是表示实施例1的伺服系统的动作的流程图。

图4是表示变形例的伺服系统的结构的图。

图5是表示成为实施例2的前提的伺服系统的结构的图。

图6是表示实施例2的伺服系统的结构的图。

具体实施方式

[实施例1]

(伺服系统的概略)

使用图1来说明本发明的实施例1的伺服系统1的概略结构。

伺服系统1大体上包含安全驱动器2、安全控制器3、安全通信单元4及伺服马达6。伺服系统1还经由通信线8而包含上位网络5，所述上位网络5包含安全plc52与标准plc51。而且，尽管将后述，但安全驱动器2与安全通信单元4也可在结构上为一体。

伺服系统1被用于组装有作为驱动装置的伺服马达6的机械的控制(例如机床中的可动部的定位控制)。

(详细结构)

参照图2来进一步详细说明伺服系统1的结构。

伺服系统1按照上位网络5中所含的标准plc51(standardplc)与安全plc52(safetyplc)的动作指令来进行动作。

安全驱动器2在伺服系统中进行通常的伺服驱动器所进行的标准控制、与包含sto功能的实施在内的安全控制。

安全驱动器2在用于发挥伺服马达6等驱动装置通常期待的能力的标准控制中，经由通信线8而从标准plc51接收与伺服马达6的驱动相关的动作命令即动作指令信号，并且从伺服马达6的编码器(encoder)(未图示)接收表示伺服马达6的动作的反馈信号。并且，安全驱动器2基于来自标准plc51的动作指令信号与来自编码器的反馈信号，算出与伺服马达6的动作相关的指令值，并对伺服马达6供给驱动电流，以使伺服马达6的动作追随于此指令值。

安全驱动器2在用于确保驱动装置的安全的安全控制中，经由安全通信单元4来受理从安全plc52经由通信线8而发送的安全指令信号。安全指令信号中至少包含停止指令信号，所述停止指令信号用于指示安全驱动器2发挥sto功能而使伺服马达6停止。在安全指令信号中，还包含与伺服马达6或安全驱动器2中的异常发生的监控相关的监控指令信号。

安全驱动器2将与sto功能的执行或监控结果相关的信息经由通信线8而输出至安全plc52。作为安全驱动器2，适合适用具有硬接线(hardwire)sto功能的伺服驱动器或逆变器。

安全驱动器2包括pwm产生电路21(驱动信号产生电路)，所述pwm产生电路21在标准控制时，基于从标准plc51作为动作指令而接收的命令，来生成对伺服马达6给予的驱动信号。所生成的驱动信号(pwm信号)经由包含伺服驱动器通常具备的门驱动电路23或逆变器部24等的驱动信号路径，而输出至伺服马达6。具体而言，安全驱动器2对伺服马达6供给驱动电流，以使伺服马达6的动作追随于动作指令的值。作为此供给电流，优先的是利用从交流电源送至安全驱动器2的交流电力。作为安全驱动器2，可利用接收三相交流的类型、接收单相交流的类型者等任意者。

另一方面，在安全控制时，安全驱动器2阻断在所述的驱动信号路径上传递的驱动信号而使伺服马达停止。用于此的机构是具备pwm阻断电路221(221a、221b)的安全停止电路22。即，安全停止电路22在输入有停止指示信号时，通过配置于pwm产生电路21与伺服马达6之间的驱动信号路径上的pwm阻断电路221来阻断驱动信号。由此，伺服马达6的驱动停止而安全得以确保。

另外，本实施例中，基于对电路故障的故障保险(fail-safe)的观点，对pwm阻断电路221进行了双冗余化，因此两个pwm阻断电路(221a、221b)并行地阻断驱动信号路径。而且，从安全控制器3输出的停止指示信号(第一停止指示信号)与从安全通信单元4输出的停止指示信号(第二停止指示信号)均经双冗余化，停止信号输入侧的端子受理各个信号，并利用光耦(photocoupler)来降低噪声(noise)后传输至pwm阻断电路221。

而且，作为本发明中的特征性结构，安全停止电路22是由安全通信单元4与安全控制器3共用。

为了控制伺服系统1，上位网络5包含通过梯形(ladder)语言等记载的程序、与按照操作者的操作来动作的控制装置即可编程逻辑控制器(programmablelogiccontroller，plc)。本实施例的上位网络5中包含安全plc52及标准plc51。标准plc51具有进行标准控制的标准输入/输出，所述标准控制用于发挥驱动装置通常具有的功能。而且，安全plc52具有进行安全控制的安全输入/输出，所述安全控制用于发挥sto功能。也可使用对于标准控制与安全控制均可执行的、兼作两者的plc。

安全通信单元与plc之间，利用通信线8而连接，所述通信线8可实现高度保证数据的通信速度或精度的安全通信。作为安全通信，利用有制造现场的实绩的现场网络(fieldnetwork)等。例如，适合利用使用ethercat技术集团(ethercattechnologygroup，etg)所推进的以太网控制自动化技术(ethernetforcontrolautomationtechnology，ethercat(注册商标))的ethercat安全(safetyoverethercat，fsoe)。

安全控制器3经由控制信号线7而与安全驱动器2直接连接，此连接也被称作接线连接或硬接线连接。

安全控制器3具备紧急停止开关31，以作为在紧急时位于附近的操作者可使用的停止指示的输入部件。而且，安全控制器3包括受理操作者的输入的安全输入部32、控制整体的控制部33、输出停止指示信号的安全输出部34。

控制部在安全输入部32检测到操作者按下紧急停止开关31时，并行(parallel)地生成双系统(31a、31b)的停止指示信号，并从安全输出部34经由控制信号线7而输出至安全驱动器2。安全输出部34与安全驱动器2之间的接线连接是将两者直接连结的高速连接方式，与借助通信线8的安全通信连接相比，响应速度也快。因此，当操作者使用安全控制器3来进行停止处理时，从紧急停止开关31的按下经过少的时间间隔(timelag)便能够传递停止指示信号，从而安全驱动器2的安全停止电路22中的驱动电流阻断得以迅速执行。

安全控制器3通常在制造现场中设置于驱动装置(或包含此驱动装置的设备)附近。作为安全控制器3，例如适合使用欧姆龙(omron)公司的g9sp系列等单机(stand-alone)型的安全控制器。紧急停止开关31是由操作者所使用的停止指示的输入部件，可利用操作者能按下的蘑菇型开关等。但是，也可使用开关以外的输入部件。本实施例中，基于故障保险的观点，对来自紧急停止开关31及安全输出部34的输出系统进行了双冗余化。即，当紧急停止开关31被按下时，并行地输出经双冗余化的信号，从安全输出部34以双系统来输出信号，从两个接线停止信号输出端子(341a、341b)输出停止指令信号。

安全通信单元4包括向安全驱动器2输出信号的安全输出部41与控制整体的控制部42，是与上位网络之间进行经由通信线8的安全通信的单元。当安全通信单元从安全plc52收到通过sto功能来使驱动装置停止的指示时，控制部42进行经由安全通信的输入的有效/无效判定，当判定为有效时，生成停止指示信号。安全输出部41将所生成的停止指示信号输出至安全驱动器2。基于故障保险的观点，本实施例的安全输出部41针对来自安全plc52的一次指示，从两个通信停止信号输出端子(411a、411b)进行双系统的信号输出。另外，安全输出部41具备用于将信号与内部电路予以绝缘的光耦。

安全通信单元4也可构成为可组装至安全驱动器2中的基板。此时，安全通信单元4是与安全驱动器2作为一体而使用。作为组装方法，例如有将安全通信单元4安装于安全驱动器2的框体上所设的槽中的方法。而且，安全通信单元4也可与安全驱动器2连接而协调地动作，以进行安全控制。图2中，省略了从标准plc51对安全驱动器2给予的标准控制命令，但也可从标准plc51经由通信线8来对安全驱动器2输入动作指令信号，对于标准控制命令，也可由安全通信单元4来中介。作为安全通信单元4，适合的是具有fsoe通信功能与安全输出功能的单元。

伺服马达6被组装至机械装置(例如工业用机器人(robot)的臂(arm)或搬送装置)，基于驱动信号来使机械装置运转。

作为伺服马达6，例如能够利用交流电(alternatingcurrent，ac)伺服马达。在伺服马达6中，也可安装有编码器(未图示)，所述编码器检测伺服马达6的动作而生成反馈信号，并发送至安全驱动器2。检测出的反馈信号例如包含关于伺服马达6的旋转轴的旋转位置(角度)的位置信息、所述旋转轴的转速信息。图中示出了一个伺服马达6，但实际上由安全驱动器2来驱动多个伺服马达或驱动装置，进行协调动作。

(处理流程)

参照图3的流程图来说明在本实施例中安全驱动器2进行动作时的处理流程。

在制造现场，当包含安全驱动器2的伺服系统1通过启动(startup)处理而起动后，进行基于序列(sequence)的伺服控制。在进行伺服控制的期间，以规定的周期来反复执行本流程所示的与sto功能的执行相关的处理。

在步骤s101中，当安全停止电路22收到停止指令信号时(步骤s101＝是)，在步骤s102中，安全停止电路22阻断驱动信号。即，当从安全控制器3的接线停止信号输出端子(341a、341b)输出有向安全停止电路22输入的停止指令信号时，安全驱动器2的端子接收信号，并分别传输至pwm阻断电路221a、221b而执行sto功能。而且，当从安全通信单元4的通信停止信号输出端子(411a、411b)输出有停止指令信号时，安全驱动器2的端子接收信号，并分别传输至pwm阻断电路221a、221b而执行阻断。

当驱动信号路径被阻断时，即使pwm产生电路21继续驱动信号的输出，伺服马达6对转矩的输出仍将停止(步骤s103)。另一方面，若在s101中未收到停止指令信号(s101＝否)，则结束此次的流程(结束)，在经过规定的期间后，进入下次的流程。

如上所述，本实施例的伺服系统1中，从安全控制器3输出的停止指示信号与从安全通信单元输出的停止指示信号均由安全驱动器2内部的安全停止电路22来处理而执行sto功能。因此，能够削减与安全停止电路22相关的零件个数，因而装置制造成本的降低或单元的小型化等成为可能。

[变形例]

使用图4来说明实施例1的变形例的伺服系统1。对于与图2相同的结构，标注相同的符号并省略详细说明。

本变形例的特征在于，安全通信单元4作为插件(add-in)组装至安全驱动器2中而在结构上一体化，构成安全通信部。因此，从安全通信部的安全输出部41输出的停止指示信号是取代通信停止信号输出端子411而经由安全驱动器2内部的接线，而输入至安全驱动器2的安全停止电路。

如上所述，迫切期望在具有先前已普及的接线方式的sto功能的伺服系统1中，追加通信方式的sto功能。因此，根据本变形例的伺服系统1，在以往使用的安全驱动器2中，通过追加基板并进行接线等附件(addon)处理，以便能够利用使用与安全plc52的安全通信的、通信方式的sto功能。其结果，不会增大装置的设置面积，而能够简便地提高伺服系统1的安全性。

[实施例2]

对于本发明的实施例2的伺服系统1，以与实施例1的不同点为中心来进行说明。对于与实施例1相同的部分，标注相同的符号并简化说明。

首先，作为前提，对安全驱动器2的外部设备监控(externaldevicemonitoring，edm)功能进行描述。在图5所示的伺服系统1中，安全驱动器2具备edm输出部27。另外，在图5中，与图4同样地，将安全通信单元4组装至安全驱动器2中而构成安全通信部，但也可使用与图2同样的安全通信单元4。而且，图5中，取代控制部42及安全输出部41而具备经双冗余化的安全控制部43(43a、43b)与安全输出部44(44a、44b)，但并不限于此结构。

安全驱动器2的第一edm输出部27始终监控安全输出而作为外部设备监控器发挥功能。即，第一edm输出部27检测驱动信号路径是否被pwm阻断电路221阻断，若被阻断，则将edm信号从edm输出端子271输出至安全控制器3。

本图的安全控制器3具备用于接收edm信号的edm监控输入部35。当对edm监控输入部输入有edm信号时，控制部33通过灯等提示部件来提示驱动信号路径处于阻断状态的情况。由此，能够将安全驱动器2中的阻断状态告知给操作者，以敦促其采取紧急事态应对或装置的重置处理等适当应对。

此处，图5所示的是在实施例1的伺服系统1中单纯地附加有edm功能者。此时，对分别根据来自安全控制器3的停止指示信号(第一停止指示信号)与来自安全通信单元4的停止指示信号(第二停止指示信号)来执行sto功能的情况进行研究。

首先，对下述情况进行研究，即：由操作者按下安全控制器3的紧急停止开关31，从接线停止信号输出端子341输出停止指示信号，从而安全停止电路22进行动作。始终监控驱动信号的控制部26在检测到pwm阻断电路221阻断了驱动信号路径的阻断状态时，从edm输出端子271向第一edm输出部27输出edm信号。由此，安全控制器3能够实施必要的后处理。

另一方面，在安全通信单元4的安全输出部(44a、44b)按照来自安全plc52的指令而输出停止指示信号，从而安全停止电路22进行动作的情况下，控制部26也检测阻断状态，并使edm信号从第一edm输出部27输出至安全控制器3。其结果，尽管紧急停止开关31未被按下，但会对安全控制器3提示驱动信号路径处于阻断状态，因此对操作者探究停止原因、或装置状态的重置及恢复处理等事后应对造成影响。

(装置结构)

基于所述问题，图6表示本实施例中的伺服系统1的结构。对于与所述各图相同的结构，标注相同的符号并省略详细说明。

图6所示的安全通信单元4具备第二edm输出部45。而且，安全通信单元4具备与双系统的安全控制部(43a、43b)分别对应的两个接线输入监控部(46a、46b)。

此结构中，当安全通信单元4被组装至安全驱动器2时，第二edm输出部45将第一edm输出部27的功能无效化，并接替其功能。即，以往，第一edm输出部27经由控制部26来监控pwm阻断电路221是否处于阻断状态，当确认阻断状态时，输出至edm监控输入部35。

另一方面，图6的结构中，安全通信单元4的接线输入监控部46a、46b对从安全控制器3的安全输出部输出至pwm阻断电路221a、221b的停止指示信号(第一停止指示信号)进行监控，在有停止指示信号输出时，探测到此情况而将信号输出至安全控制部43a、43b。并且，第二edm输出部45在通过安全通信单元的安全控制部43a、43b而认识到因安全控制器3的安全输出部而驱动信号路径处于阻断状态时，取代第一edm输出部27而输出edm信号，并经由edm输出端子271而输入至安全控制器3的edm监控输入部35。这样，在图6的结构中，当按照来自安全控制器3的停止指示信号而实施了sto功能时，由第二edm输出部45输出edm信号。

另一方面，在根据来自安全plc52的指令而实施sto功能时，安全通信单元4的安全控制部43a、43b进行输入的有效判定而生成停止指示信号(第二停止指示信号)，安全输出部44a、44b输出停止指示信号。因此，安全控制部43a、43b在pwm阻断电路221处于阻断状态时，掌握从接线方式与通信方式中的哪一侧输出了停止指示信号，并根据需要来向安全plc52发送与阻断状态相关的信息。

如上所述，在本实施例的具有edm功能的伺服系统1中，在从安全控制器3输出有停止指示信号的情况下，向安全控制器3输出edm信号，在从安全plc52经由安全通信单元4而输出有停止指示信号的情况下，不向安全控制器3输出edm信号。因此，能够将驱动信号路径的阻断状态适当地通知给操作者。

[变形例]

所述说明中，是设第一edm输出部27位于安全驱动器2中。但是，也可以安全通信单元4所具有的第二edm输出部45执行edm功能为前提，而采用不在安全驱动器2中设置第一edm输出部27的结构。此时也与所述说明同样，在安全通信单元4被组装至安全驱动器2(或者与安全驱动器2连接)时，第二edm输出部45检测驱动信号路径的阻断状态与停止指示信号的输出源，并决定edm信号的输出目标。

根据本变形例的结构，可获得安全驱动器2中的零件个数的削减或成本降低的效果。

符号的说明

1：伺服系统

2：安全驱动器

21：pwm产生电路(驱动信号生成电路)

22：安全停止电路

3：安全控制器

31：紧急停止开关(输入部件)

4：安全通信单元

5：上位网络

51：标准plc

52：安全plc