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Die Erfindung betrifft eine
Servomotor-Überwachungsvorrichtung zum Überwachen eines Servomotors, der eine Last wie
etwa eine Werkzeugmaschine antreibt, speziell eine
Servomotor-Überwachungsvorrichtung mit einer
Störungsdetektierund Ursachenbestimmungsfunktion.
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Das PCT-Dokument WO 88/05570 zeigt ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum Überwachen von Bedienungselementen wie etwa
Sicherheitseinrichtungen in einem Kraftfahrzeug.
Positionsbefehissignale von einem Mikroprozessor sowie Rückführungs-
Positionssignale von dem Bedienungselement werden einer
gemeinsamen Diskriminierschaltung zugeführt. Die empfangenen
Signale werden ständig mit Vorgabesignalen verglichen. Wenn
Abweichungen festgestellt werden, werden Schaltsignale
erzeugt und dem Mikroprozessor zugeführt.
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Die UK-Patentanmeldung GB-A-2 006 990 zeigt ein Verfahren
und eine Vorrichtung zum Überwachen einer Regelgröße. Die
Überwachungsvorrichtung weist eine Logikeinheit auf, die
Befehlssignale mit detektierten Positions- und
Drehzahlsignalen eines Motors vergleicht. Die Vorrichtung weist
ferner Mittel auf, um die erste Ableitung der Regelgröße,
beispielsweise Position oder Drehzahl, in bezug auf die Zeit
zu bilden. Eine Vergleichseinrichtung vergleicht diesen
Differenzwert mit vorbestimmten Befehlsparametern und zeigt
eine Störung an, wenn eine vorbestimmte Abweichung vorliegt.
Im Stand der Technik ist eine Fehlersucheinrichtung auch zur
Anwendung bei einer Motorsteuerung bekannt (siehe
JP-Patentveröffentlichung Nr. 291682 von 1989), die eine Vielzahl von
Zustandsbeobachtungseinheiten aufweist, um selektiv
Steuersignale wie beispielsweise Spannungs-, Strom-,
Geschwindigkeits- und andere Signale zu überwachen und das
Störungsdrehmoment
eines Motors in verschiedenen Betriebsarten zu
schätzen. Der Ort einer Störung wird aus den Schätzwerten
abgeleitet. Da eine solche Vorrichtung eine Vielzahl von
Zustandsbeobachtungseinheiten verwendet, müssen die
Konstanten des Motors exakt bekannt sein. Im allgemeinen werden
jedoch die Motorkonstanten sehr leicht durch individuelle
Unterschiede und die Temperatur beeinflußt, was zu Fehlern
führt. Außerdem ist es bei der Steuerung eines Servomotors
ganz wesentlich, ob die Ist-Position den Positionsbefehlen
folgt. Dazu ist es notwendig, den Positionsbefehl und ein
Positionsdetektier-Rückführungssignal, das von einem
Positionsdetektor ankommt, ständig zu vergleichen und eine
Warnung wie etwa "übergroßer Fehler", "übergroße Abweichung"
oder dergleichen zu liefern, wenn die Differenz zwischen
beiden größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, und
den Bediener auf jede Störung aufmerksam zu machen. Die
obige Vorrichtung überwacht jedoch nicht die Position
selbst, was ein wesentlicher Faktor bei der Überwachung
eines Servomotors ist.
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Andererseits ist auch Stand der Technik zur
Positionsüberwachung bekannt. Wie Fig. 6 zeigt, umfaßt eine Servomotor-
Überwachungsvorrichtung 601 eine Zähleinheit 601a, die ein
Positionsbefehlssignal PR und ein
Positionsdetektier-Rückführungssignal PF empfängt und eine Differenz zwischen
beiden errechnet, und eine Bereichsbestimmungseinheit 601b,
um eine Störung festzustellen, wenn die von der Zähleinheit
601a erhaltene Differenz einen vorbestimmten Schwellenwert
überschreitet, und einen Störungsalarm wie etwa "übergroßer
Fehler" abzugeben. In Fig. 6 bezeichnet 602 einen
Servomotor, 603 ist ein Positionsdetektor zum Detektieren der
Position des Servomotors 602, 604 ist ein
Positionsbefehlsgenerator zum Abgeben des Positionsbefehlssignals, und 605 ist
eine Servosteuerung zum Steuern des Antriebs des Servomotors
602 in Abhängigkeit von dem Positionsbefehlssignal PR und
dem Positionsdetektier-Rückführungssignal PF.
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Der Betrieb der wie beschrieben ausgebildeten Einrichtung
wird nachstehend erläutert.
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Die Servosteuerung 605 vergleicht das Positionsbefehlssignal
PR, das von dem Positionsbefehlsgenerator 604 und dem
Positionsdetektor abgegeben wird, und steuert den Antriebsstrom
des Servomotors 602. Der Positionsdetektor 603 gibt das
Positionsdetektier-Rückführungssignal PF in Abhängigkeit von
dem Betrieb des Servomotors 602 ab. In dem oben
beschriebenen Servomotorsteuersystem kann das
Positionsdetektier-Rückführungssignal PF dem Positionsbefehlssignal PR nicht
folgen, wenn: (1) die Last zu hoch ist, um eine Beschleunigung
zu erzeugen; (2) die Polarität des
Positionsdetektier-Rückführungssignals PF von dem Positionsdetektor 603 umgekehrt
ist; und (3) elektrische Verbindungen zum Servomotor 602
nicht richtig sind. In jedem dieser Fälle 1 bis 3 veranlaßt
die Servomotor-Überwachungseinrichtung 601 die Zähleinheit
601a, die Differenz zwischen dem Positionsbefehlssignal PR
und dem Positionsdetektier-Rückführungssignal PF zu
errechnen, und veranlaßt die Bereichsbestimmungseinheit 601b,
diese Differenz mit einem vorbestimmten Schwellenwert zu
vergleichen, festzustellen, daß eine Störung aufgetreten
ist, wenn die Differenz den Schwellenwert überschreitet, und
einen Störungsalarm abzugeben.
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Fig. 7 ist ein Flußdiagramm, das die Sequenz dieses Betriebs
verdeutlicht. Zuerst wird die Differenz D zwischen dem
Positionsbefehlssignal PR und dem
Positionsdetektier-Rückführungssignal PF ermittelt (Schritt 701). Dann wird abgefragt,
ob die Differenz D innerhalb des Bereichs des vorbestimmten
Schwellenwerts liegt (Schritt 702). Der Störungsalarm
"übergroßer Fehler" wird abgegeben, wenn die Differenz D
außerhalb des Schwellenwertbereichs liegt (Schritt 703).
Wenn dagegen die Differenz D innerhalb dieses Bereichs ist,
springt der Ablauf zu Schritt 701 zurück und wiederholt die
Verarbeitung.
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Die bekannte Servomotor-Überwachungseinrichtung kann
imstande sein, das Auftreten einer Störung entsprechend der
Differenz D zwischen dem Positionsbefehlssignal PR und dem
Positionsdetektier-Rückführungssignal PF festzustellen, sie kann
aber die Störungsursache nicht feststellen. Sie kann nicht
feststellen, ob die Differenz D aufgrund eines ungenügenden
Drehmoments größer geworden ist, weil die Maschine (die
Last) zu schwer ist oder mit einem Hindernis
zusammengestoßen ist, oder ob sie wegen einer unrichtigen Verbindung
zum Servomotor auf Gegen-Servo zurückgeht, oder ob die
Rückführung der Vorrichtung entgegengesetzt geschaltet ist. Wenn
daher der Störungsalarm "übergroßer Fehler" abgegeben wird,
muß die Störungsursache untersucht werden, was viel Zeit
erfordert.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die
Nachteile des Stands der Technik zu überwinden durch
Bereitstellen einer Servomotor-Überwachungsvorrichtung, die es
erlaubt, daß die Servomotorsteuerung innerhalb kurzer Zeit
einfach wiederhergestellt wird, wenn die Differenz D
zwischen dem Positionsbefehlssignal PR und dem
Positionsdetektier-Rückführungssignal PF als zu groß festgestellt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine
Servomotor-Überwachungsvorrichtung angegeben, wie sie in Anspruch 1
definiert ist.
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Fig. 1 zeigt eine Servomotor-Überwachungsvorrichtung
gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung;
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Fig. 2 ist ein Flußdiagramm der Operation für die
Servomotor-Überwachungsvorrichtung einer Ausführungsorm
der vorliegenden Erfindung, und Fig. 2(a) ist ein
Flußdiagramm, das Operationen einer alternativen
Ausführungsform zeigt;
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Fig. 3 ist ein Impulsplan eines Servosteuersystems im
Normalbetrieb;
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Fig. 4 ist ein Impulsplan eines Servosteuersystems im
Fall von ungenügendem Drehmoment;
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Fig. 5 ist ein Irnpulsplan des Servosteuersystems im Fall
von Gegen-Servo;
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Fig. 6 zeigt eine bekannte
Servomotor-Überwachungsvorrichtung;
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Fig. 7 ist ein Flußdiagramm der Operation der bekannten
Servomotor-Überwachungsvorrichtung; und
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Fig. 8 ist ein Impulsplan, der das Servosteuersystem
zeigt, wenn die gesteuerte Maschine mit einem
Gegenstand kollidiert ist.
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Eine Ausführungsform einer
Servomotor-Überwachungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachstehend im
einzelnen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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Fig. 1 zeigt die Auslegung eines Servosystems, bei dem die
Servomotor-Überwachungsvorrichtung 101 verwendet wird. Die
Servomotor-Überwachungsvorrichtung 101 weist folgendes auf:
eine Zähleinheit 101a zum Empfang eines
Positionsbefehlssignals PR und eines Positionsdetektier-Rückführungssignals
und zum Bilden einer Differenz D zwischen beiden, eine
Bereichsbestimmungseinheit 101b zum Feststellen einer
Störung, wenn die von der Zähleinheit 101a gebildete Differenz
D größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, und eine
Bestimmungseinheit 101c zum Bestimmen der Ursache für das
Auftreten einer Störung in Abhängigkeit von einem Vorzeichen
des Positionsdetektier-Rückführungssignals PF (d. h. des
Vorzeichens der Beschleunigung dieses Signals) und dem eines
Stromrückführungswerts P&sub0;. In Fig. 1 bezeichnet 102 einen
Servomotor; 103 ist ein Positionsdetektor zum Detektieren
der Position des Servomotors 102; 104 ist ein
Positionsbefehlsgenerator, der Positionsbefehlssignale abgibt, und 105
ist eine Servosteuerung zum Steuern der dem Servomotor 102
zugeführten Leistung in Abhängigkeit von dem
Positionsbefehlssignal PR und dem Positionsdetektier-Rückführungssignal
PF.
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Der Betrieb der Servomotor-Überwachungsvorrichtung gemäß der
wie oben beschrieben ausgebildeten Ausführungsform wird
nachstehend im einzelnen erläutert.
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Gemäß Fig. 1 vergleicht die Servosteuerung 105 das von dem
Positionsbefehlsgenerator 104 abgegebene Positionsbefehls
signal PR und das von dem Positionsdetektor 103 abgegebene
Positionsdetektier-Rückführungssignal PF miteinander, um den
Strom zu steuern, der zum Treiben des Servomotors 102
genutzt wird. Während des Betriebs des Servomotors 102 gibt
der Positionsdetektor 103 dementsprechend das Positions
detektier-Rückführungssignal PF ab. Inzwischen veranlaßt die
Servomotor-Überwachungsvorrichtung 101 die Zähleinheit 101a,
die Differenz zwischen dem Positionsbefehlssignal PR und dem
Positionsdetektier-Rückführungssignal PF zu bilden, die
Bereichsbestimmungseinheit 101b zu veranlassen, diese
Differenz mit einem vorbestimmten Schwellenwert zu
vergleichen, und das Auftreten einer Störung festzustellen,
wenn die Differenz den Schwellenwert überschreitet. Ferner
vergleicht die Bestimmungseinheit 101c das Vorzeichen b der
Beschleunigung des Positionsdetektier-Rückführungssignals PF
und das des Stromrückführungswerts P&sub0; miteinander und
bestimmt die Ursache des übergroßen Positionsfehlers als
"ungenügendes Drehmoment" bei übereinstimmenden Vorzeichen
oder "Gegen-Servo" bei nichtübereinstimmenden Vorzeichen.
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Fig. 2 ist ein Flußdiagramm, das den Ablauf der obigen
Operation verdeutlicht. Zuerst wird die Differnez D zwischen
dem Positionsbefehlssignal PR und dem Positionsdetektier-
Rückführungssignal PF gebildet (Schritt 201). Dann wird
abgefragt, ob die Differenz D innerhalb eines gegebenen
Bereichs eines vorbestimmten Schwellenwerts (Bestimmungswerts)
liegt (Schritt 202), und das Vorzeichen b der Beschleunigung
des Positionsdetektier-Rückführungssignals PF wird mit dem
Vorzeichen der Stromrückführung (Vorzeichen des
Stromrückführungswerts P&sub0;) verglichen, wenn die Differenz D außerhalb
des Schwellenwertbereichs ist (Schritt 203). Wenn die obigen
Vorzeichen nicht übereinstimmen, wird ein "Gegen-Servo"
Störungsalarm abgegeben (Schritt 204), oder wenn sie
übereinstimmen, wird ein Störungsalarm "ungenügendes Drehmoment"
abgegeben (Schritt 205). Wenn dagegen die Differenz D
innerhalb des Schwellenwertbereichs liegt, springt der Ablauf zu
Schritt 201 zurück und wiederholt die Abarbeitung.
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Die Basis zur Feststellung von "ungenügendem Drehmoment" und
"Gegen-Servo" in der Vorzeichenbestimmungseinheit 101c wird
nachstehend unter Bezugnahme auf die Diagramme der Fig. 3, 4
und 5 beschrieben.
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Fig. 3 zeigt die Wellenformen der Ausgangssignale
(Positionsbefehlssignal PR, Positionsdetektier-Rückführungssignal
PF und Stromrückführungswert P&sub0;), die von den entsprechenden
Teilen des Servosteuersystems erzeugt werden, wenn störungs
freier Betrieb vorliegt, und zeigt außerdem die
Beschleunigung des Positionsrückführungssignals. Es ist zu beachten,
daß bei der vorstehenden Ausführungsform davon ausgegangen
wird, daß ein positiver Strom fließt, wenn der Servomotor in
Vorwärtsrichtung beschleunigt. Das obere Diagramm in Fig. 3
zeigt die Beziehung zwischen dem Positionsbefehlssignal PR
und dem Positionsdetektier-Rückführungssignal PF, das
nächstfolgende Diagramm zeigt die Differenz zwischen beiden,
und das untere Diagramm zeigt die Änderung des
Stromrückführungswerts P&sub0;.
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Fig. 4 ist ein Beispiel für "ungenügendes Drehmoment", wobei
die Beschleunigung bei t&sub0; ausgelöst wird, aber aufgrund
einer Strombegrenzung bei t&sub1; das
Positionsdetektier-Rückführungssignal PF dem Positionsbefehlssignal PR nicht normal
folgen kann und die Differenz D zwischen beiden den
Schwellenwert bei tA überschreitet, was in einem Störungsalarm
resultiert. Da das Vorzeichen des
Positionsdetektier-Rückführungssignals (d. h. das Vorzeichen der Beschleunigung
dieses Signals) mit demjenigen des Stromrückführungswerts P&sub0;
in diesem Fall übereinstimmt, kann die Ursache der Störung
als "ungenügendes Drehmoment" festgestellt werden.
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Fig. 5 zeigt ein Beispiel von "Gegen-Servo", wobei das
Positionsbefehlssignal PR bei t&sub0; abgegeben wurde, aber der
Motor abnormal in einer Richtung läuft, die zu der Vorgabe
durch das Positionsbefehlssignal PR entgegengesetzt ist
infolge einer positiven Rückkopplung durch Gegen-Servo, und
die Differenz D den Schwellenwert überschreitet, was in
einem Störungsalarm resultiert. Da das Vorzeichen des
Positionsdetektier-Rückführungssignals (d. h. das Vorzeichen der
Beschleunigung dieses Signals) mit demjenigen des Stromrück
führungswerts P&sub0; in diesem Fall nicht übereinstimmt, kann
die Störungsursache als "Gegen-Servo" festgestellt werden.
Bei der vorstehenden Ausführungsform wird davon ausgegangen,
daß eine positive Stromrückführung fließt (d. h. der
Stromrückführungswert P&sub0; positiv ist), wenn der Motor in der
Vorwärtsrichtung beschleunigt wird. Wenn von der
entgegengesetzten Annahme ausgegangen wird, versteht es sich, daß die
Störungsursache als "Gegen-Servo" festgestellt wird, wenn
das Vorzeichen a des Positionsdetektier-Rückführungssignals
mit dem Vorzeichen des Stromrückführungswerts P&sub0;
übereinstimmt, und als "ungenügendes Drehmoment" festgestellt wird,
wenn sie nicht übereinstimmen.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Unfähigkeit
zum Beschleunigen des Servomotors aufgrund einer schweren
Maschinenlast nicht von einer Kollision der Maschine mit
einem Hindernis unterschieden, und beide werden als
"ungenügendes Drehmoment" festgestellt.
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Da die Beschleunigung des
Positionsdetektier-Rückführungssignals zum Zeitpunkt der Kollision abrupt gegen Null
abfällt, ist es auch rn:glich, eine "Maschinenkollision" von
anderen Situationen mit "ungenügendem Drehmoment" zu
unterscheiden, wenn der Beschleunigungswert unter einen
bestimmten Schwellenwert fällt. Ein Flußdiagramm, das die Operation
dieser Alternative zeigt, ist in Fig. 2(a) gezeigt, und ein
Impulsplan ist in Fig. 8 dargestellt. Bei diesem Beispiel
wird die Möglichkeit einer Kollision geprüft durch Errechnen
des Beschleunigungswerts innerhalb der
Differenzerfassungsroutine (siehe Schritt 202(a)) und Verzweigen in Schritt
202(b), wenn die Beschleunigung einen gegebenen
Schwellenwert unterschreitet. In diesem Fall wird eine
Maschinenkollision diskriminiert, und ein Störungsalarm
"Maschinenkollision" wird ausgelöst. Im übrigen ist das Flußdiagramm
von Fig. 2(a) gleich demjenigen von Fig. 2. Wenn also die
Beschleunigung nicht geringer geworden ist, wird in Schritt
203 ein Vergleich des Beschleunigungs-Vorzeichens mit
demjenigen der Stromrückführung ausgeführt. Bei dieser
alternativen Ausführungsform führt die Bestimmungseinheit 101c
die zusätzliche Funktion des Vergleichs des
Beschleunigungswert-Schwellenwerts aus.
Wie oben beschrieben wird, umfaßt eine
Servomotor-Überwachungsvorrichtung eine Störungsbestimmungseinheit zum
Bestimmen einer Störung im Betriebszustand eines Servomotors
und zum Bestimmen der Störungsursache in Abhängigkeit von
einem Positionsbefehlssignal, einem Positionsdetektier-
Rückführungssignal und dem Rückführungswert des Motorstroms,
der dem Servomotor zugeführt wird. Die
Überwachungsvorrichtung ermöglicht also eine einfache Wiederherstellung der
Servomotorsteuerung innerhalb kurzer Zeit, wenn die
Differenz D zwischen dem Positionsbefehlssignal PR und dem
Positionsdetektier-Rückführungssignal PF zu groß wird. Anders
ausgedrückt erlaubt die Servomotor-Überwachungsvorrichtung
eine rasche Störungsermittlung und -beseitigung bei
Auftreten
irgendeiner Störung, so daß eine verbesserte
Instandhaltungsleistung gegeben ist.