控制装置以及控制方法与流程

本发明涉及一种控制装置以及控制方法。

背景技术：

作为对生产线(line)等中所含的多个机械(马达(motor)、机器人(robot)、传感器(sensor)等)进行控制的控制装置，利用有可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)。而且，在连接有多个控制装置的系统中，为了使系统结构变得简单，利用以太网(Ethernet)(注册商标)之类的现有规格来进行通信的技术正在普及。作为此种规格，例如有EtherCAT(注册商标)(专利文献1)。

在EtherCAT中，经网络(network)连接的主机(master)对多个从机(slave)送出帧(frame)，多个从机在运行中(on the fly)将发往主机的数据写入至所收到的帧。对于此时利用的通信，有过程数据(process data)通信与邮箱(mail box)通信。所谓过程数据通信，是指对所有从机周期性地进行的通信，所谓邮箱通信，是指以不确定的周期来对特定的从机进行的通信。将在前者发送的数据称作过程数据对象(Process Data Object，PDO)，将在后者发送的数据称作服务数据对象(Service Data Object，SDO)。

在进行过程数据通信(以下称作PDO通信)时，从主机对多个从机(例如马达驱动器)发送指示(例如动作指令为目标值)，从多个从机对主机发送动作状态(status)或所传感(sensing)的值。

以马达驱动器为代表的EtherCAT从机例如具有多个PDO映射(mapping)，如：“位置控制与锁存(latch)功能可利用的PDO映射”、“位置控制、速度控制、扭矩控制、锁存功能可利用的PDO映射”、“位置控制、速度控制、扭矩限制、锁存功能可利用的PDO映射”。由此，能够根据应用(application)的要求来选择适当的映射。

而且，能够使PDO映射的一个包含安全(safety)功能。具有安全功能的EtherCAT从机一般被分割为：对在通常的运转中利用的PDO进行处理的模块(以下称作标准(standard)部)；以及对专用于安全功能的PDO进行处理的模块(以下称作安全部)。

通过将模块分割为标准部与安全部，从而能够独立地执行确保安全的处理。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利8060677号说明书

技术实现要素：

发明所要解决的问题

但是，以往的控制装置中，在从机侧，无法仅使标准部与安全部中的其中任一个模块停止。这是因为，用于标准部的通信与用于安全部的通信是同时进行处理，若其中任一个停止，则会视为通信异常。因而，例如，即使在想要对标准部的程序进行升级(update)的情况下，也必须使包括安全部在内的装置整体停止。

本发明是考虑所述问题而完成，其目的在于提供一种兼顾安全性与便利性的控制装置。

解决问题的技术手段

本发明的控制装置是与主机装置连接，基于与所述主机装置的通信内容来进行驱动对象物的控制的控制装置。

具体而言，所述控制装置的特征在于包括：通信部件，与所述主机装置之间周期性地收发第一信息与第二信息，所述第一信息是与所述驱动对象物的控制相关的信息，所述第二信息是与安全相关的信息；第一处理部件，通过对所述第一信息进行处理，来控制所述驱动对象物；第二处理部件，通过对所述第二信息进行处理，来进行确保所述驱动对象物的安全的处理；以及异常判定部件，若所述第一信息及第二信息这两者在规定期间内未受到处理，则判定为发生了异常。

本发明能够适用于主机装置与控制驱动对象物的控制装置相连接的控制系统。所谓驱动对象物，典型的是伺服马达等，但并不限于此。只要是被控制对象的装置，也可为不具有可动部者(例如激光装置等)。

第一信息是与驱动对象物的控制相关的信息。第一信息例如在控制对象为伺服马达时，包含位置信息、速度信息、扭矩信息等。而且，第二信息是与驱动对象物的安全相关的信息。第二信息例如包含在EtherCAT功能安全(Fail Safe over EtherCAT，FSoE)协议(protocol)上定义的安全转矩关断(Safe Torque Off，STO)命令或异常标记(flag)等。本发明的控制装置基于第一信息来进行驱动对象物的控制处理，而且，基于第二信息来执行确保所述驱动对象物的安全的处理(例如输出阻断等)。

而且，本发明的控制装置在第一信息及第二信息这两者在规定期间内未受到处理的情况下，判定为发生了异常。另外，所谓信息未受到处理的情况，除了信息自身无法传输的情况以外，还包含尽管送出了数据包或帧，但未得到正常的处理结果的情况(例如，应更新的信息未被更新而返回的情况等)。

根据此结构，能够在执行确保安全的处理的状态下，仅使控制驱动对象物的部件停止。即，能够在确保装置的安全性的状态下进行维护等，从而便利性提高。

而且，特征也可在于，在所述驱动对象物正进行驱动的期间，若所述第一信息在规定期间内未受到处理，则所述异常判定部件判定为发生了所述异常，在所述驱动对象物未进行驱动的期间，若所述第一信息及第二信息这两者在规定期间内未受到处理，则所述异常判定部件判定为发生了所述异常。

优选的是，在驱动对象物正进行驱动的期间，将对象收敛为第一信息来进行异常判定。由此，在发生意料外的通信中断时，能够使驱动对象物安全地停止。

而且，特征也可在于，所述第一信息及第二信息分别通过独立的数据包来收发。而且，特征也可在于，所述第一信息及第二信息是以不同的周期来收发。

通过将第一信息与第二信息分别以独立的数据包来收发，从而能够分别以不同的周期来收发。由此，例如能够像下述这样区分使用，例如用于进行驱动对象物的控制的通信以高频率来进行，而用于确保安全的通信以低频率来进行。而且，能够使通信或处理的资源分配最佳化。

而且，特征也可在于，所述第一信息的收发周期比所述第二信息的收发周期短。

根据此结构，能够使用于控制驱动对象物的通信以更高的频率来进行。而且，在通信容量有限的情况下，能够对第一信息分配更多的信息量。

另外，本发明能够特定为包含所述部件的至少一部分的控制装置。而且，也能够特定为由所述控制装置进行的控制方法。所述处理或部件在不产生技术矛盾的范围内，能够自由地组合实施。

发明的效果

根据本发明，能够提供一种兼顾安全性与便利性的控制装置。

附图说明

图1是第一实施方式的控制系统的示意图。

图2是以往技术的中央处理器(Central Processing Unit，CPU)单元22的模块结构图。

图3是说明PDO通信的图。

图4是第一实施方式的CPU单元22的模块结构图。

具体实施方式

(第一实施方式)

<系统结构>

以下，参照附图来说明本发明的优选实施方式。

图1是表示第一实施方式的控制系统的示意图。第一实施方式的控制系统是具有作为主节点(master node)的主机PLC、与作为从节点(slave node)的多个从机而构成。

主机PLC10是对多个从机20进行统括的装置。具体而言，进行由从机20所执行的程序的管理、从机20的运转状态的监控等。

从机20是如下所述的装置，即，与主机PLC10及伺服马达30、传感器40电连接，依据从主机PLC10接收的命令来驱动伺服马达30，而且，从传感器40获取与伺服马达30的驱动相关的信息，并发送至主机PLC10。而且，从机20具有安全控制器功能。

典型的是，从机20包括：进行网络通信的通信单元21；作为执行程序的主体的CPU单元22；以及输入/输出来自现场(field)的信号的输入/输出(Input/Output，I/O)单元。具体而言，输出单元23基于由CPU单元22所执行的程序的执行结果来驱动伺服马达30，输入单元24从对伺服马达30进行传感的传感器40获取输入信号。

另外，虽未图示，但CPU单元22也可具有进行输入/输出的部件(触控面板(touch panel)或显示器(display)等)。例如，也可将与PLC的动作相关的信息提供给用户。

主机PLC10与从机20是经由以太网(注册商标)等网络而连接。本实施方式中，构成为，主机PLC10与从机20利用EtherCAT(注册商标)来通信。

在多个从机20，分别连接有不同的伺服马达30。另外，图1中表示了在一个从机20连接有一个伺服马达30的示例，但连接于从机20的马达数也可为多个。在连接于从机20的马达数为多个的情况下，与各伺服马达30的驱动相关的信息由从机予以统一，并传输至主机PLC10。

而且，图1中，图示了三个从机20，但连接于网络的从机数并无限制。

<以往例中的CPU单元>

接下来，对CPU单元22的模块结构进行说明。图2是以往技术中的CPU单元22的模块结构图。

而且，本实施方式的说明中，仅图示进行过程数据通信的模块，对于进行邮箱通信的模块则省略图示及说明。

CPU单元22具有对主机PLC收发PDO的模块、及对所接收的PDO进行处理的模块。

本例中，PDO接收模块221A接收从主机PLC发送的PDO，并分别分割为标准PDO与安全PDO。

此处，对标准PDO与安全PDO进行说明。

本发明可适用的控制系统中，主机PLC与从机通过PDO通信来进行信息交换。PDO通信是循环(cyclic)(周期性)地进行，从主机PLC发送的PDO在所有从机中巡回。而且，本例中，从主机PLC发送的PDO是将保存有用于进行马达控制的信息(例如位置信息或速度信息、扭矩信息等)的标准PDO、与保存有与安全相关的信息(例如FSoE命令或紧急停止命令等)的安全PDO包含在同一个数据包中。

图3(A)是说明PDO的发送的图。如图所示，PDO是周期性(例如每隔数微秒～数毫秒)地发送。

返回图2来继续说明。

PDO接收模块221A将所接收的PDO分割为标准PDO与安全PDO，将标准PDO发送至对标准PDO进行处理的模块(222A)。而且，将安全PDO发送至对安全PDO进行处理的模块(222C)。而且，各模块依据所接收的PDO来进行规定的处理，生成输出至伺服马达30的控制信号。

而且，传感器40所获取的信息被对标准PDO进行处理的模块(222B)与对安全PDO进行处理的模块(222D)获取。并且，PDO发送模块221B生成保存在PDO中的信息，构成数据包，然后将所述数据包发送至网络。由此，从主机PLC10发送的PDO由各从机予以中继(relay)，从而在网络上巡回。

另外，实施方式的说明中，将对标准PDO进行处理的模块(222A及222B)称作标准部，将对安全PDO进行处理的模块(222C及222D)称作安全部。

此外，如上所述的结构中，存在无法使标准部与安全部独立地休止的问题。例如，在想要对承担标准部的模块222A及222B进行升级的情况下，必须停止标准PDO的收发。但是，在标准PDO与安全PDO成为一体而收发的形态中，当使标准部停止时，标准PDO的通信将停止，起因于此，CPU单元22所具有的看门狗(watch dog)(未图示)将探测到通信异常。而且，当探测到通信异常时，包含安全部的装置整体的动作将停止。因此，存在无法充分确保装置的安全性的问题。而且，存在下述问题，即，当装置整体停止时，再上升需要时间。

<本实施方式中的CPU单元>

接下来，参照图4来说明本实施方式中的CPU单元22的模块结构。本实施方式中的CPU单元22与以往例同样，具有从网络接收PDO的模块与将PDO发送至网络的模块，但具有下述特征，即，收发标准PDO的模块与收发安全PDO的模块是分割的。

具体而言，标准PDO接收模块221E进行标准PDO的接收，标准PDO发送模块221F进行标准PDO的发送。而且，安全PDO接收模块221G进行安全PDO的接收，安全PDO发送模块221H进行安全PDO的发送。

对接收PDO及发送PDO进行处理的部件(222A～222D)与以往例同样。

而且，本实施方式中，如图3(B)所示，标准PDO与安全PDO分别以独立的数据包来收发。即，标准PDO接收模块221E及标准PDO发送模块221F仅将标准PDO作为对象来进行收发动作，安全PDO接收模块221G及安全PDO发送模块221H仅将安全PDO作为对象来进行收发动作。

进而，本实施方式中，通过CPU单元22来动作的看门狗(未图示)具有如下所述的特征。

(1)在伺服马达30的停止过程中，若标准PDO及安全PDO这两者的通信均停止，则发生通信异常事件(event)

(2)在伺服马达30的运转过程中，若标准PDO的通信停止，则发生通信异常事件

另外，所谓通信停止的情况，是指模块222A～D停止通信或输入/输出的情况，但即使是可进行通信或输入/输出的情况下，若模块222A～D未正常处理PDO，则也视为通信停止。

在发生了通信异常事件的情况下，CPU单元22与以往的结构同样地，使装置整体的动作停止，由此，马达停止。

根据此结构，在伺服马达的停止过程中，能够仅使标准部或安全部中的其中任一个停止。即，能够在确保安全性的状态下提高维护性。而且，由此，能够削减装置的再上升等准备工时。

另外，在伺服马达的运转中，若对标准部的通信停止，则发生通信异常事件。这与以往的结构同样。

(第二实施方式)

第二实施方式是除了第一实施方式以外，还使标准PDO与安全PDO分别以不同的周期来收发的实施方式。

图3(C)是说明第二实施方式中的通信序列的图。图示例中，每隔2时隙(time slot)来收发标准PDO，每隔4时隙来收发安全PDO。如上所述，通过使标准PDO与安全PDO的通信周期不同，从而能够最佳地设计装置的处理负载与网络的负载。在PDO通信中，可通信的电文的容量是预定的，但例如通过将安全PDO的配置最佳化，从而能够增加对标准部的通信容量。

(变形例)

另外，实施方式的说明是用于说明本发明的例示，本发明能够在不脱离发明主旨的范围内适当变更或组合实施。

例如，在CPU单元22的说明中，使用了模块这一词，但模块既可为软件模块，也可为专门设计的硬件(电路或基板)模块等。

而且，在实施方式的说明中，例示了控制伺服马达的系统，但控制对象也可为伺服马达以外。例如也可为逆变器(inverter)等。而且，控制对象也可未必具有可动部。例如也可为传感装置或激光装置等。

符号的说明

10：主机PLC

20：从机

21：通信单元

22：CPU单元

23：输出单元

24：输入单元

30：马达

40：传感器