制御方法及び制御装置
【課題】装置の大型化やコストアップを抑制しつつ、回生抵抗によって消費される回生電力を低減すること。
【解決手段】モータからの回生電力の少なくとも一部を熱エネルギとして消費する回生抵抗を備えた回生回路に接続されたモータの制御方法において、前記モータを所定の速度制御パターンで駆動する駆動工程と、該駆動工程後に前記モータを停止する待機工程と、を反復する反復工程と、前記駆動工程中、前記回生抵抗への通電状況を、監視回路にて監視する監視工程と、前記監視工程の監視結果に応じて、前記回生電力の発生が低減するように前記速度制御パターンを変更し、かつ、前記速度制御パターンの変更に伴い、前記駆動工程の実行時間を長くすると共に、前記待機工程における待機時間を短くする変更工程と、を備えたことを特徴とする。
【解決手段】モータからの回生電力の少なくとも一部を熱エネルギとして消費する回生抵抗を備えた回生回路に接続されたモータの制御方法において、前記モータを所定の速度制御パターンで駆動する駆動工程と、該駆動工程後に前記モータを停止する待機工程と、を反復する反復工程と、前記駆動工程中、前記回生抵抗への通電状況を、監視回路にて監視する監視工程と、前記監視工程の監視結果に応じて、前記回生電力の発生が低減するように前記速度制御パターンを変更し、かつ、前記速度制御パターンの変更に伴い、前記駆動工程の実行時間を長くすると共に、前記待機工程における待機時間を短くする変更工程と、を備えたことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はモータの制御方法及び制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生産ラインに多くのロボットを導入する場合、個々のロボットの消費電力が工場全体の消費電力に大きく影響する。したがって、ロボットの消費電力を削減又は抑制することが大きな課題となっている。ロボットでは一般に駆動源としてモータが使用されている。ロボットの消費電力の削減や抑制にはモータの制御が鍵となる。モータは加速時に電動機となり、減速時には発電機になって電力（回生電力）を発生する。そこで、モータ制御にあたって、回生電力を考慮することが提案されている（例えば、特許文献１、２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１２６７７６号公報
【特許文献２】特許第４５７５４８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
モータを駆動する装置は、一般に、回生電力が帰還して蓄積されるコンデンサと、コンデンサの容量を超えた回生電力を熱エネルギとして消費する回生抵抗と、を備えている。回生抵抗により消費される回生電力はエネルギのロスとなる。その対策として、容量の大きなコンデンサを使用することや、回生電力を電源に戻すことが挙げられる。しかし、装置の大型化や、コストアップを招く。
【０００５】
本発明の目的は、装置の大型化やコストアップを抑制しつつ、回生抵抗によって消費される回生電力を低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、モータからの回生電力の少なくとも一部を熱エネルギとして消費する回生抵抗を備えた回生回路に接続されたモータの制御方法において、前記モータを所定の速度制御パターンで駆動する駆動工程と、該駆動工程後に前記モータを停止する待機工程と、を反復する反復工程と、前記駆動工程中、前記回生抵抗への通電状況を、監視回路にて監視する監視工程と、前記監視工程の監視結果に応じて、前記回生電力の発生が低減するように前記速度制御パターンを変更し、かつ、前記速度制御パターンの変更に伴い、前記駆動工程の実行時間を長くすると共に、前記待機工程における待機時間を短くする変更工程と、を備えたことを特徴とする制御方法が提供される。
【０００７】
また、本発明によれば、モータからの回生電力の少なくとも一部を熱エネルギとして消費する回生抵抗を備えた回生回路に接続されたモータの制御装置において、前記モータを所定の速度制御パターンで駆動する駆動制御と、該駆動制御後に前記モータを停止する待機制御と、を反復する反復制御手段と、前記回生抵抗への通電状況を監視する監視手段と、前記監視手段の監視結果に応じて、前記回生電力の発生が低減するように前記速度制御パターンを変更し、かつ、前記速度制御パターンの変更に伴い、前記駆動制御の実行時間を長くすると共に、前記待機制御における待機時間を短くする変更手段と、を備えたことを特徴とする制御装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、装置の大型化やコストアップを抑制しつつ、回生抵抗によって消費される回生電力を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の制御方法を実施可能な制御システムのブロック図。
【図２】制御装置のブロック図。
【図３】監視回路のブロック図。
【図４】速度制御パターン、回生電圧、及び、検知信号の説明図。
【図５】速度制御パターン、駆動時間及び待機時間の変更例を示す図。
【図６】発生状況検出処理のフローチャート。
【図７】回生電力低減処理のフローチャート。
【図８】通常モードと省電力モードの選択に関する処理例を示す図。
【図９】速度制御パターン、駆動時間及び待機時間の変更例を示す図。
【図１０】速度制御パターン、駆動時間及び待機時間の変更例を示す図。
【図１１】運転モードからスリープモードへの切り替え例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜第１実施形態＞
＜制御システムの構成＞
図１は本発明の制御方法を実施可能な制御システムＡのブロック図である。制御システムＡは、複数の制御装置１と、上位コンピュータ２と、電源３とを備える。制御装置１は、モータＭを制御する。同図では、一つの制御装置１が一つのモータＭを制御する構成であるが、一つの制御装置１が複数のモータＭを制御する構成でもよい。モータＭは例えば、スカラロボットの各軸の駆動源として用いられる。
【００１１】
上位コンピュータ２は、例えば、生産ライン全体の管理を行うコンピュータである。上位コンピュータ２と、各制御装置１とは通信回線を介して相互に通信可能に接続されている。オペレータは上位コンピュータ２を操作することで、各制御装置１の制御動作を指示可能となっている。
【００１２】
電源３は各モータＭに電力を供給する。本実施形態の場合、モータＭが交流モータである場合を想定しており、電源３は交流電源を想定している。
【００１３】
＜制御装置の構成＞
図２は制御装置１のブロック図である。制御装置１はコントローラ１０と、ドライバ２０と、監視回路３０と、回生抵抗４０と、を備える。コントローラ１０はドライバ２０を介してモータＭを制御する。一つの制御装置１で、複数のモータＭを制御する場合、ドライバ２０はモータＭ毎に設け、コントローラ１０はこれらに共通に一つとすることができる。
【００１４】
コントローラ１０は、処理部１１と、記憶部１２と、インターフェース部１３と、を備え、これらは互いに不図示のバスにより接続されている。処理部１１は記憶部１２に記憶されたプログラムを実行する。処理部１１は例えばＣＰＵである。記憶部１２は、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク等である。インターフェース部１３は、処理部１１と、外部デバイス（上位コンピュータ２、監視回路３０）と、の間に設けられ、例えば、通信インターフェースや、Ｉ／Ｏインターフェースである。
【００１５】
ドライバ２０は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２１と、ＤＣ／ＡＣインバータ２２と、制御回路２３と、を備える。ＡＣ／ＤＣコンバータ２１は電源３からの交流電流を直流電流に変換する。ＤＣ／ＡＣインバータ２２は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２１からの直流電流を再び交流電流に変換してモータＭに供給する。制御回路２３は、コントローラ１０の制御指令に基づいて、ＤＣ／ＡＣインバータ２２を制御する。これによりモータＭの駆動が制御される。
【００１６】
ＤＣ／ＡＣインバータ２２は、回生電力を帰還させるダイオード２２ａを含む。ＡＣ／ＤＣコンバータ２１と、ＤＣ／ＡＣインバータ２２との間には、コンデンサ２４が並列に接続されている。コンデンサ２４には回生電力が帰還して蓄積される。回生スイッチ回路２５は例えばトランジスタやＦＥＴであり、コンデンサ２４の放電、充電を切り替える。コンデンサ２４が回生電力によって満充電された場合、回生スイッチ回路２５は、通電状態に切り替えられる。これにより、コンデンサ２４が放電し、回生電力は回生抵抗４０により熱エネルギとして消費される。こうして、電源電圧の更なる上昇を回避する。また、このようにしてモータＭからの回生電力の少なくとも一部が回生抵抗４０によって熱エネルギとして消費される。回生抵抗４０及びダイオード２２ａは回生回路を構成している。
【００１７】
回生スイッチ回路２５のＯＮ・ＯＦＦは指示回路２６が行う。指示回路２６は例えばコンパレータであり、基準電圧とコンデンサ２４の電圧とを比較して、回生スイッチ回路２５のＯＮ・ＯＦＦを行う。回生抵抗４０とドライバ２０との間には、監視回路３０が設けられている。監視回路３０は、回生抵抗４０への通電状況を監視する。図３は監視回路３０のブロック図である。
【００１８】
監視回路３０は、ドライバ２０からの配線が接続される端子３０ａ、３０ｂ、回生抵抗４０が接続される端子３０ｃ、３０ｄ、及び、監視結果として検知信号ＰＳを出力する端子３０ｅを備える。
【００１９】
端子３０ａ−端子３０ｃ間には抵抗Ｒ２が設けられている。また、抵抗Ｒ１及び発光ダイオード３１ａが直列に接続され、更に、抵抗Ｒ１及び発光ダイオード３１ａが抵抗Ｒ２に並列に接続されている。フォトトランジスタ３１ｂは発光ダイオード３１ａと共にフォトカプラ３１を構成している。フォトトランジスタ３１ｂは、そのコレクタが電源電圧に接続され、そのエミッタが抵抗Ｒ３を介してＧＮＤに接続されている。エミッタは端子３０ｅに接続されている。発光ダイオード３１ａの発光によりフォトトランジスタ３１ｂがＯＮとなり、検知信号ＰＳがＨｉｇｈレベルになる。
【００２０】
次に、回生抵抗４０へ通電されている場合の検知信号ＰＳの出力例について図４を参照して説明する。図４において、速度制御パターンＶＰはモータＭの速度制御パターンを示している。同図の例では、速度制御パターンＶＰは、速度０→加速→定速→減速→速度０とモータＭの速度を変化させた例を示している。
【００２１】
この速度制御パターンＶＰ中、減速制御中に回生電圧が大きくなり、図２に示したコンデンサ２４が充電される。回生電圧が大きすぎると、コンデンサ２４が満充電となり、指示回路２６の働きにより、回生スイッチ回路２５がＯＮとなる。これにより、コンデンサ２４が放電し、蓄積された電流が回生抵抗４０に流れる。
【００２２】
回生抵抗４０に電流が流れると、発光ダイオード３１ａにも電流が流れる。その結果フォトトランジスタ３１ｂがＯＮとなり、検知信号ＰＳはＨｉｇｈレベルになる。コンデンサ２４が放電すると、指示回路２６の働きにより、回生スイッチ回路２５がＯＦＦになる。これにより回生抵抗４０に電流が流れなくなる。発光ダイオード３１ａにも電流が流れなくなる。その結果フォトトランジスタ３１ｂがＯＦＦとなり、検知信号ＰＳはＬｏｗレベルになる。モータＭの減速制御の間、コンデンサ２４が再び満充電となると、同様にして検知信号ＰＳはＨｉｇｈレベルになる。こうして、検知信号ＰＳは、回生電力の発生量が大きい間、パルス信号となる。
【００２３】
検知信号ＰＳがパルス信号として出力されている間は、回生抵抗４０が通電状態であるとみなすことができる。検知信号ＰＳがパルス信号として出力されている時間Ｔ（図４）、回生抵抗４０に印加される電圧をＶ、回生抵抗４０の抵抗値をＲとすると、熱エネルギとして消費されているエネルギの目安となる指標値Ｅを下式で表すことができる。
Ｅ＝（Ｖ／Ｒ）2×Ｒ×Ｔ
電圧Ｖと、抵抗値Ｒは既知のデータであるので、時間Ｔを計測することで、指標値Ｅを算出することができる。
【００２４】
＜回生電力の低減＞
指標値Ｅが一定の値に達した場合、熱エネルギとして消費されている無駄なエネルギが多い、と判断することができる。この場合、以下の手法で、回生電力を低減して熱エネルギとして消費されるエネルギを削減する。図５はその説明図である。
【００２５】
モータＭの１サイクルの動作は、モータＭの駆動と、モータＭの停止（待機）と、の組合せになる。図５の例では、説明を簡単にするため、１サイクル中に、モータＭの駆動時間（駆動工程）ＤＰと、待機時間（待機工程）ＷＰと、を１回ずつ設定した例を示している。駆動時間ＤＰはモータＭを所定の速度制御パターンで駆動制御する、その実行時間であり、待機時間ＷＰは駆動時間ＤＰ後にモータＭを停止している時間である。
【００２６】
生産ラインが完全に自動化されている場合、駆動時間ＤＰ、待機時間ＷＰは、予め定めた固定の時間となり、各サイクルが規則的かつ周期的に反復される（反復工程）。
【００２７】
モータＭを急激に減速すると、回生電力も大きくなる。よって、モータＭを緩やかに減速することで回生電力の発生を低減できる。そのためには、減速制御時の減速度をより小さい減速度に変更するか、最高速度（定速制御時の速度）をより低い速度に変更するか、或いは、これらの双方の変更を行えばよい。
【００２８】
図５の上側の図は、変更前の速度制御パターンＶＰの例を示しており、下側の図は変更後の速度制御パターンＶＰ’の例を示している。速度制御パターンＶＰ’は速度制御パターンＶＰよりも、最高速度が低くされ、また、減速度も小さくされている。このように速度制御パターンを変更することによって、装置の大型化やコストアップを抑制しつつ、回生抵抗によって消費される回生電力を低減することができる。
【００２９】
速度制御パターンＶＰを速度制御パターンＶＰ’に変更する際には、変更の前後でモータＭの回転量が同じである必要がある。つまり、図５の速度制御パターンＶＰで囲まれる面積Ｓ（速度の積分値）と、速度制御パターンＶＰ’で囲まれる面積Ｓ’が同じであればよい。
【００３０】
速度制御パターンを変更すると、駆動時間ＤＰが長くなる。そうすると、１サイクルに必要な時間が長くなり、生産効率が落ちることになる。そこで、本実施形態では、駆動時間ＤＰの延長分に応じて待機時間ＷＰを短くしている。図５の例では、特に、１サイクルの時間が変わらないように待機時間ＷＰを短くしている。なお、生産効率が厳格でない場合は１サイクルの時間が長くなってもよい。例えば、図９の例では、待機時間を短くしているものの、１サイクルの時間は長くなっている。
【００３１】
いずれにしても、このようにすることで、生産効率を少なくとも大きく落とさずに、回生抵抗によって消費される回生電力を低減することができる。
【００３２】
図５では、１つのモータＭの速度制御パターン、駆動時間及び待機時間を変更する場合について説明したが、複数のモータＭが同期的に駆動される場合にも、同様に考えることができる。例えば、スカラロボットのように複数軸（複数のモータ）が協調して動作する場合、各モータは、一般に、同時に駆動を開始し、同時に停止するので、全ての軸（全てのモータ）について、均等の割合で速度制御パターン、駆動時間及び待機時間を変更すればよい。この場合、複数のモータのうち、いずれか一つのモータについて、熱エネルギとして消費されている無駄なエネルギが多い、と判断した場合には、全てのモータについて、速度制御パターン等を変更することになる。
【００３３】
＜コントローラの処理例＞
次に、コントローラ１０の処理例について説明する。上述した速度制御パターン等を変更する前提として、熱エネルギとして消費されている無駄なエネルギの発生状況の確認が必要となる。そこで、この無駄なエネルギの発生状況を検出する処理について図６を参照して説明する。
【００３４】
図６の処理のプログラムは記憶部１２に記憶され、処理部１１がこれを読み出して実行することができる。また、図６の処理は、モータＭを実際の生産工程において駆動している状況で、或いは、試験的に駆動している状況で行うことができる。その際、コントローラ１０は、予め定めた速度制御パターン、駆動時間及び待機時間により、モータＭが動作するよう、ドライバ２０に制御指令を出力する。
【００３５】
Ｓ１では監視回路３０から検知信号ＰＳが出力されているか否かを判定する。該当する場合はＳ２へ進み、該当しない場合は検知信号ＰＳが出力されるまで、そのチェックを続ける。Ｓ２では検知信号ＰＳの出力時間（図４の時間Ｔ）を計時する。検知信号ＰＳの出力が無くなると、計時を終了する。Ｓ３ではＳ２での計時結果を上位コンピュータ２へ送信する。以上により一単位の処理が終了する。
【００３６】
上位コンピュータ２では、コントローラ１０から送信された時間Ｔから、例えば、上述した指標値Ｅを算出する。算出した指標値Ｅは、制御装置１或いはモータＭと対応づけて保存する。なお、指標値Ｅをコントローラ１０が算出するようにしてもよい。
【００３７】
上位コンピュータ２のオペレータは、指標値Ｅや時間Ｔを上位コンピュータ２に表示させ、速度制御パターン等の変更を行うか否かを判断する。上位コンピュータ２のオペレータが変更を行うと判断した場合、オペレータは変更指示を上位コンピュータ２を介して制御装置１に送信することになる。
【００３８】
なお、この判断は上位コンピュータ２やコントローラ１０が自動的に行ってもよい。その場合、指標値Ｅや時間Ｔの許容値を予め定めておき、上位コンピュータ２やコントローラ１０が、指標値Ｅや時間Ｔと、それらの許容値とを比較して、判断すればよい。
【００３９】
次に、速度制御パターン等の変更を行うと判断された場合のコントローラ１０の処理例について図７を参照して説明する。図７の回生電力低減処理も、モータＭを実際の生産工程において駆動している状況で、或いは、試験的に駆動している状況で行うことができる。その際、コントローラ１０は、予め定めた速度制御パターン、駆動時間及び待機時間により、モータＭが動作するよう、ドライバ２０に制御指令を出力する。
【００４０】
Ｓ１１では、上位コンピュータ２から速度制御パターン等の変更指示を受信したか否かを判定する。該当する場合はＳ１２へ進み、該当しない場合は一単位の処理を終了する。Ｓ１２では、現在の速度制御パターンを、回生電力の発生がより少ない速度制御パターンに変更する。変更方法については、上記のとおり、減速制御時の減速度をより小さい減速度に変更するか、最高速度（定速制御時の速度）をより低い速度に変更するか、或いは、これらの双方の変更を行えばよい。変更度合いは、例えば、現在の最高速度や減速度の数％とすることができる。
【００４１】
Ｓ１３では、Ｓ１２で変更した速度制御パターンに応じて駆動時間及び待機時間を変更する。ここでは、まず、Ｓ１２で変更した速度制御パターンによって駆動時間が決定する。そして、図５の例のように１サイクルの時間を変更しない場合は、以下の式から変更後の待機時間が決まる。
変更後の待機時間＝１サイクルの時間−変更後の駆動時間
Ｓ１４ではＳ１３で変更した待機時間が予め定めた閾値（最小待機時間）を超えているか否かを判定する。該当する場合はＳ１５へ進み、該当しない場合はＳ１９へ進む。待機時間が０になってしまったり、著しく短くなる事態を回避するための処理である。
【００４２】
Ｓ１５では、変更後の速度制御パターン、駆動時間及び待機時間で、モータＭの運転を開始する。Ｓ１６では監視回路３０の出力信号をチェックして回生抵抗４０の通電状況を監視する。少なくとも１サイクルの駆動時間の間、監視回路３０の出力信号をチェックする。
【００４３】
Ｓ１７では、Ｓ１６の監視の結果、検知信号ＰＳを受信した場合はＳ１２へ戻り、同様の処理を反復する。つまり、速度制御パターン、駆動時間及び待機時間を段階的に変更していく。Ｓ１６の監視の結果、検知信号ＰＳを受信しなかった場合はＳ１８へ進む。処理の反復は、Ｓ１４で待機時間が予め定めた閾値（最小待機時間）を超えていないと判定されるか、Ｓ１７で検知信号ＰＳを受信しなかったと判定されると終了する（反復終了条件の充足）。
【００４４】
なお、Ｓ１７の判断では、上述した指標値Ｅを算出し、検知信号ＰＳを受信した場合であっても、指標値Ｅが予め定めた閾値を超えた場合はＳ１２に戻り、超えなかった場合は、Ｓ１８へ進むようにしてもよい。このようにＳ１７では検知信号ＰＳに基づいて判断するのであれば、その具体的な判断手法は様々な判断手法が採用できる。
【００４５】
Ｓ１８では、変更後の速度制御パターン、駆動時間及び待機時間を記憶部１２に保存して、変更内容を確定する。記憶部１２には、Ｓ１２、Ｓ１３の処理を複数回行った場合は最後に変更した速度制御パターン、駆動時間及び待機時間を保存する。なお、本実施形態では、記憶部１２には、当初の速度制御パターン、駆動時間及び待機時間と、変更後の速度制御パターン、駆動時間及び待機時間との双方を保存し、いずれかを選択的に利用する。
【００４６】
Ｓ１９では、変更直前の速度制御パターン、駆動時間及び待機時間を記憶部１２に保存して、変更内容を確定する。例えば、最初の速度制御パターンＶＰ０を、Ｓ１２の処理を繰り返すことによって、ＶＰ１→ＶＰ２→ＶＰ３と変更してきた場合を想定する。速度制御パターンＶＰ３について、Ｓ１３で待機時間を変更した結果、Ｓ１４で最小待機時間を超えている、と判定された場合、Ｓ１９では速度制御パターンＶＰ２と、これに対応する駆動時間及び待機時間を保存する。仮に、最初の速度制御パターンＶＰ０を速度制御パターンＶＰ１に変更したときに、Ｓ１４で最小待機時間を超えている、と判定された場合は、最初の速度制御パターンＶＰ０を保存することになる。
【００４７】
Ｓ１９で保存した速度制御パターン等では、熱エネルギとして消費されている無駄なエネルギを十分に低減できない場合がある。しかし、少なくとも、最初の速度制御パターン（ＶＰ０）等よりは低減されるため、必要に応じて、Ｓ１９で保存した変更後の速度制御パターン等を利用する。
【００４８】
Ｓ２０では、以上の処理の結果を上位コンピュータ２に送信する。例えば、変更後の速度制御パターン、駆動時間及び待機時間を設定したことを上位コンピュータ２に通知する。以上により一単位の処理が終了する。
【００４９】
＜モード選択＞
図７の回生電力低減処理により、速度制御パターン、駆動時間及び待機時間を変更した場合、変更後の内容でモータＭを運転することで、生産効率を少なくとも大きく落とさずに、回生抵抗によって消費される回生電力を低減することができる。
【００５０】
しかし、生産状況によっては、最初の速度制御パターン、駆動時間及び待機時間でモータＭを駆動したい場合もあり得る。例えば、図７の回生電力低減処理において、図９の例のように１サイクルの時間が長くなることを許容して、速度制御パターン、駆動時間及び待機時間を変更した場合、生産効率を優先すると、最初の速度制御パターン等の方が有利となる。
【００５１】
そこで、上位コンピュータ２のオペレータが、いずれの速度制御パターン等を採用するかどうかを選択可能とすることもできる。図８はその場合の上位コンピュータ２及び制御装置１（コントローラ１０）の処理例を示す。ここでは、最初の速度制御パターン、駆動時間及び待機時間を利用する場合を通常モードと呼び、変更後の速度制御パターン、駆動時間及び待機時間を利用する場合を省電力モードと呼ぶ。
【００５２】
Ｓ３１では、上位コンピュータ２においてオペレータによるモード選択を受け付ける。オペレータは、例えば、上位コンピュータ２のディスプレイに表示された内容を見て、マウス等の入力装置でモードを選択する。Ｓ３２ではＳ３１においてオペレータが選択したモードの選択結果をコントローラ１０へ送信する。
【００５３】
Ｓ４１ではコントローラ１０の処理部１１が、上位コンピュータ２から受信したモードの選択結果に基づいて、選択モードを判別する。選択モードが通常モードであった場合はＳ４２で変更前の、最初の速度制御パターン、駆動時間及び待機時間を記憶部１２から読みだす。選択モードが省電力モードであった場合はＳ４３で変更後の速度制御パターン、駆動時間及び待機時間を記憶部１２から読みだす。Ｓ４４ではＳ４２又はＳ４３で読みだした内容で、モータＭの運転を開始する。以上により一単位の処理が終了する。
【００５４】
＜第２実施形態＞
上記第１実施形態では、生産ラインが完全に自動化されている場合を想定した。そして、駆動時間及び待機時間が予め定めた固定の時間となり、各サイクルが規則的かつ周期的に繰り返される場合を想定した。しかし、生産ライン中に人間が作業を行う工程が含まれる場合のように、待機時間が不規則になり、各サイクルが不規則的に反復される。このような場合に、省電力モードでモータＭを運転する方法について図１０を参照して説明する。
【００５５】
同図の例では、Ｎサイクル、Ｎ＋１サイクル、Ｎ＋２サイクルにおいて、それぞれ待機時間がＷＰ１、ＷＰ２、ＷＰ３となっている（ＷＰ１＞ＷＰ３＞ＷＰ２）。本実施形態の場合、これらの待機時間は、事前に上位コンピュータ２からコントローラ１０へ通知される場合を想定している。上位コンピュータ２は、前工程及び／又は後工程の状況を監視し、各待機時間を決定する。そして、上位コンピュータ２は、待機時間ＷＰ１は時間Ｔ１に、待機時間ＷＰ２は時間Ｔ２に、待機時間ＷＰ３は時間Ｔ３に、それぞれ事前に通知する。
【００５６】
通常モードの場合、速度制御パターンＶＰ、駆動時間ＤＰを利用し、待機時間は上位コンピュータ２から通知された時間とする。省電力モードの場合、利用可能な範囲で、速度制御パターンＶＰ’、駆動時間ＤＰ’を利用する。速度制御パターンＶＰ’、駆動時間ＤＰ’は、上述した図７の回生電力低減処理と同様の処理によって事前設定される。
【００５７】
省電力モードの場合、上位コンピュータ２から事前に通知される待機時間に応じて、速度制御パターンＶＰ’、駆動時間ＤＰ’か、速度制御パターンＶＰ、駆動時間ＤＰを利用する。例えば、時間Ｔ１において、上位コンピュータ２から、Ｎサイクルの待機時間ＷＰ１が通知される。このとき、速度制御パターンＶＰ’、駆動時間ＤＰ’を採用した場合に、Ｎサイクルの予定時間（駆動時間ＤＰ＋待機時間ＷＰ１）内に、省電力モードでの制御を完了できるかを判定する。
【００５８】
図１０の例の場合、駆動時間ＤＰ＋待機時間ＷＰ１＝駆動時間ＤＰ’＋待機時間ＷＰ１’とすることで、Ｎサイクルの予定時間内に、省電力モードでの制御を完了できる。よって、省電力モードでモータＭを運転する。
【００５９】
次に、時間Ｔ２において、上位コンピュータ２から、Ｎ＋１サイクルの待機時間ＷＰ２が通知される。このとき、速度制御パターンＶＰ’、駆動時間ＤＰ’を採用した場合に、Ｎ＋１サイクルの予定時間（駆動時間ＤＰ＋待機時間ＷＰ２）内に、省電力モードでの制御を完了できるかを判定する。
【００６０】
図１０の例の場合、駆動時間ＤＰ＋待機時間ＷＰ２＜駆動時間ＤＰ’であるので、Ｎ＋１サイクルの予定時間内に省電力モードでの制御を完了できる場合はない。よって、通常モードでモータＭを運転する。
【００６１】
次に、時間Ｔ３において、上位コンピュータ２から、Ｎ＋２サイクルの待機時間ＷＰ３が通知される。このとき、速度制御パターンＶＰ’、駆動時間ＤＰ’を採用した場合に、Ｎ＋２サイクルの予定時間（駆動時間ＤＰ＋待機時間ＷＰ３）内に、省電力モードでの制御を完了できるかを判定する。
【００６２】
図１０の例の場合、Ｎ＋２サイクルの予定時間内に、省電力モードでの制御を完了できる（駆動時間ＤＰ＋待機時間ＷＰ３＝駆動時間ＤＰ’＋待機時間ＷＰ３’）。よって、省電力モードでモータＭを運転する。
【００６３】
このように、サイクル毎に省電力モードでモータＭを運転できるかどうかを判定し、運転できる場合は省電力モードで、運転できない場合は通常モードで、モータＭを運転することで、待機時間が不規則な場合であっても、許容される範囲で、省電力モードでの運転が可能となる。
【００６４】
＜第３実施形態＞
生産ラインの途中の工程において障害が発生し、待機状態が継続する場合がある。このような場合、モータＭの運転を中断して電力消費を削減することが望ましい。そこで、運転モードとスリープモードとの間でモータＭの運転状態を切り替えることもできる。運転モードは、上記のサイクルを反復してモータＭを運転するモードである。スリープモードは、運転モードを中段してモータＭの駆動制御をオフにするモードである。スリープモードでは、運転再開に支障の無い範囲で、できるだけ電力消費がなくなるようにする。
【００６５】
運転モードからスリープモードへの切り替えは、上位コンピュータ２からコントローラ１０への通知を基準として行うことができるが、コントローラ１０の判断でスリープモードへ切り替えることもできる。
【００６６】
図１１はその一例を示し、上記第２実施形態の場合のように、待機時間が不規則になる場合を想定している。同図の例では、２回目の駆動時間ＤＰののち、待機時間が開始されて予め定めた所定時間が経過している。上位コンピュータ２から通知が無くても、この所定時間の経過により、コントローラ１０は通常モードからスリープモードへ、自動的に切り替えている。
【技術分野】
【０００１】
本発明はモータの制御方法及び制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生産ラインに多くのロボットを導入する場合、個々のロボットの消費電力が工場全体の消費電力に大きく影響する。したがって、ロボットの消費電力を削減又は抑制することが大きな課題となっている。ロボットでは一般に駆動源としてモータが使用されている。ロボットの消費電力の削減や抑制にはモータの制御が鍵となる。モータは加速時に電動機となり、減速時には発電機になって電力（回生電力）を発生する。そこで、モータ制御にあたって、回生電力を考慮することが提案されている（例えば、特許文献１、２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１２６７７６号公報
【特許文献２】特許第４５７５４８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
モータを駆動する装置は、一般に、回生電力が帰還して蓄積されるコンデンサと、コンデンサの容量を超えた回生電力を熱エネルギとして消費する回生抵抗と、を備えている。回生抵抗により消費される回生電力はエネルギのロスとなる。その対策として、容量の大きなコンデンサを使用することや、回生電力を電源に戻すことが挙げられる。しかし、装置の大型化や、コストアップを招く。
【０００５】
本発明の目的は、装置の大型化やコストアップを抑制しつつ、回生抵抗によって消費される回生電力を低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、モータからの回生電力の少なくとも一部を熱エネルギとして消費する回生抵抗を備えた回生回路に接続されたモータの制御方法において、前記モータを所定の速度制御パターンで駆動する駆動工程と、該駆動工程後に前記モータを停止する待機工程と、を反復する反復工程と、前記駆動工程中、前記回生抵抗への通電状況を、監視回路にて監視する監視工程と、前記監視工程の監視結果に応じて、前記回生電力の発生が低減するように前記速度制御パターンを変更し、かつ、前記速度制御パターンの変更に伴い、前記駆動工程の実行時間を長くすると共に、前記待機工程における待機時間を短くする変更工程と、を備えたことを特徴とする制御方法が提供される。
【０００７】
また、本発明によれば、モータからの回生電力の少なくとも一部を熱エネルギとして消費する回生抵抗を備えた回生回路に接続されたモータの制御装置において、前記モータを所定の速度制御パターンで駆動する駆動制御と、該駆動制御後に前記モータを停止する待機制御と、を反復する反復制御手段と、前記回生抵抗への通電状況を監視する監視手段と、前記監視手段の監視結果に応じて、前記回生電力の発生が低減するように前記速度制御パターンを変更し、かつ、前記速度制御パターンの変更に伴い、前記駆動制御の実行時間を長くすると共に、前記待機制御における待機時間を短くする変更手段と、を備えたことを特徴とする制御装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、装置の大型化やコストアップを抑制しつつ、回生抵抗によって消費される回生電力を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の制御方法を実施可能な制御システムのブロック図。
【図２】制御装置のブロック図。
【図３】監視回路のブロック図。
【図４】速度制御パターン、回生電圧、及び、検知信号の説明図。
【図５】速度制御パターン、駆動時間及び待機時間の変更例を示す図。
【図６】発生状況検出処理のフローチャート。
【図７】回生電力低減処理のフローチャート。
【図８】通常モードと省電力モードの選択に関する処理例を示す図。
【図９】速度制御パターン、駆動時間及び待機時間の変更例を示す図。
【図１０】速度制御パターン、駆動時間及び待機時間の変更例を示す図。
【図１１】運転モードからスリープモードへの切り替え例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜第１実施形態＞
＜制御システムの構成＞
図１は本発明の制御方法を実施可能な制御システムＡのブロック図である。制御システムＡは、複数の制御装置１と、上位コンピュータ２と、電源３とを備える。制御装置１は、モータＭを制御する。同図では、一つの制御装置１が一つのモータＭを制御する構成であるが、一つの制御装置１が複数のモータＭを制御する構成でもよい。モータＭは例えば、スカラロボットの各軸の駆動源として用いられる。
【００１１】
上位コンピュータ２は、例えば、生産ライン全体の管理を行うコンピュータである。上位コンピュータ２と、各制御装置１とは通信回線を介して相互に通信可能に接続されている。オペレータは上位コンピュータ２を操作することで、各制御装置１の制御動作を指示可能となっている。
【００１２】
電源３は各モータＭに電力を供給する。本実施形態の場合、モータＭが交流モータである場合を想定しており、電源３は交流電源を想定している。
【００１３】
＜制御装置の構成＞
図２は制御装置１のブロック図である。制御装置１はコントローラ１０と、ドライバ２０と、監視回路３０と、回生抵抗４０と、を備える。コントローラ１０はドライバ２０を介してモータＭを制御する。一つの制御装置１で、複数のモータＭを制御する場合、ドライバ２０はモータＭ毎に設け、コントローラ１０はこれらに共通に一つとすることができる。
【００１４】
コントローラ１０は、処理部１１と、記憶部１２と、インターフェース部１３と、を備え、これらは互いに不図示のバスにより接続されている。処理部１１は記憶部１２に記憶されたプログラムを実行する。処理部１１は例えばＣＰＵである。記憶部１２は、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク等である。インターフェース部１３は、処理部１１と、外部デバイス（上位コンピュータ２、監視回路３０）と、の間に設けられ、例えば、通信インターフェースや、Ｉ／Ｏインターフェースである。
【００１５】
ドライバ２０は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２１と、ＤＣ／ＡＣインバータ２２と、制御回路２３と、を備える。ＡＣ／ＤＣコンバータ２１は電源３からの交流電流を直流電流に変換する。ＤＣ／ＡＣインバータ２２は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２１からの直流電流を再び交流電流に変換してモータＭに供給する。制御回路２３は、コントローラ１０の制御指令に基づいて、ＤＣ／ＡＣインバータ２２を制御する。これによりモータＭの駆動が制御される。
【００１６】
ＤＣ／ＡＣインバータ２２は、回生電力を帰還させるダイオード２２ａを含む。ＡＣ／ＤＣコンバータ２１と、ＤＣ／ＡＣインバータ２２との間には、コンデンサ２４が並列に接続されている。コンデンサ２４には回生電力が帰還して蓄積される。回生スイッチ回路２５は例えばトランジスタやＦＥＴであり、コンデンサ２４の放電、充電を切り替える。コンデンサ２４が回生電力によって満充電された場合、回生スイッチ回路２５は、通電状態に切り替えられる。これにより、コンデンサ２４が放電し、回生電力は回生抵抗４０により熱エネルギとして消費される。こうして、電源電圧の更なる上昇を回避する。また、このようにしてモータＭからの回生電力の少なくとも一部が回生抵抗４０によって熱エネルギとして消費される。回生抵抗４０及びダイオード２２ａは回生回路を構成している。
【００１７】
回生スイッチ回路２５のＯＮ・ＯＦＦは指示回路２６が行う。指示回路２６は例えばコンパレータであり、基準電圧とコンデンサ２４の電圧とを比較して、回生スイッチ回路２５のＯＮ・ＯＦＦを行う。回生抵抗４０とドライバ２０との間には、監視回路３０が設けられている。監視回路３０は、回生抵抗４０への通電状況を監視する。図３は監視回路３０のブロック図である。
【００１８】
監視回路３０は、ドライバ２０からの配線が接続される端子３０ａ、３０ｂ、回生抵抗４０が接続される端子３０ｃ、３０ｄ、及び、監視結果として検知信号ＰＳを出力する端子３０ｅを備える。
【００１９】
端子３０ａ−端子３０ｃ間には抵抗Ｒ２が設けられている。また、抵抗Ｒ１及び発光ダイオード３１ａが直列に接続され、更に、抵抗Ｒ１及び発光ダイオード３１ａが抵抗Ｒ２に並列に接続されている。フォトトランジスタ３１ｂは発光ダイオード３１ａと共にフォトカプラ３１を構成している。フォトトランジスタ３１ｂは、そのコレクタが電源電圧に接続され、そのエミッタが抵抗Ｒ３を介してＧＮＤに接続されている。エミッタは端子３０ｅに接続されている。発光ダイオード３１ａの発光によりフォトトランジスタ３１ｂがＯＮとなり、検知信号ＰＳがＨｉｇｈレベルになる。
【００２０】
次に、回生抵抗４０へ通電されている場合の検知信号ＰＳの出力例について図４を参照して説明する。図４において、速度制御パターンＶＰはモータＭの速度制御パターンを示している。同図の例では、速度制御パターンＶＰは、速度０→加速→定速→減速→速度０とモータＭの速度を変化させた例を示している。
【００２１】
この速度制御パターンＶＰ中、減速制御中に回生電圧が大きくなり、図２に示したコンデンサ２４が充電される。回生電圧が大きすぎると、コンデンサ２４が満充電となり、指示回路２６の働きにより、回生スイッチ回路２５がＯＮとなる。これにより、コンデンサ２４が放電し、蓄積された電流が回生抵抗４０に流れる。
【００２２】
回生抵抗４０に電流が流れると、発光ダイオード３１ａにも電流が流れる。その結果フォトトランジスタ３１ｂがＯＮとなり、検知信号ＰＳはＨｉｇｈレベルになる。コンデンサ２４が放電すると、指示回路２６の働きにより、回生スイッチ回路２５がＯＦＦになる。これにより回生抵抗４０に電流が流れなくなる。発光ダイオード３１ａにも電流が流れなくなる。その結果フォトトランジスタ３１ｂがＯＦＦとなり、検知信号ＰＳはＬｏｗレベルになる。モータＭの減速制御の間、コンデンサ２４が再び満充電となると、同様にして検知信号ＰＳはＨｉｇｈレベルになる。こうして、検知信号ＰＳは、回生電力の発生量が大きい間、パルス信号となる。
【００２３】
検知信号ＰＳがパルス信号として出力されている間は、回生抵抗４０が通電状態であるとみなすことができる。検知信号ＰＳがパルス信号として出力されている時間Ｔ（図４）、回生抵抗４０に印加される電圧をＶ、回生抵抗４０の抵抗値をＲとすると、熱エネルギとして消費されているエネルギの目安となる指標値Ｅを下式で表すことができる。
Ｅ＝（Ｖ／Ｒ）2×Ｒ×Ｔ
電圧Ｖと、抵抗値Ｒは既知のデータであるので、時間Ｔを計測することで、指標値Ｅを算出することができる。
【００２４】
＜回生電力の低減＞
指標値Ｅが一定の値に達した場合、熱エネルギとして消費されている無駄なエネルギが多い、と判断することができる。この場合、以下の手法で、回生電力を低減して熱エネルギとして消費されるエネルギを削減する。図５はその説明図である。
【００２５】
モータＭの１サイクルの動作は、モータＭの駆動と、モータＭの停止（待機）と、の組合せになる。図５の例では、説明を簡単にするため、１サイクル中に、モータＭの駆動時間（駆動工程）ＤＰと、待機時間（待機工程）ＷＰと、を１回ずつ設定した例を示している。駆動時間ＤＰはモータＭを所定の速度制御パターンで駆動制御する、その実行時間であり、待機時間ＷＰは駆動時間ＤＰ後にモータＭを停止している時間である。
【００２６】
生産ラインが完全に自動化されている場合、駆動時間ＤＰ、待機時間ＷＰは、予め定めた固定の時間となり、各サイクルが規則的かつ周期的に反復される（反復工程）。
【００２７】
モータＭを急激に減速すると、回生電力も大きくなる。よって、モータＭを緩やかに減速することで回生電力の発生を低減できる。そのためには、減速制御時の減速度をより小さい減速度に変更するか、最高速度（定速制御時の速度）をより低い速度に変更するか、或いは、これらの双方の変更を行えばよい。
【００２８】
図５の上側の図は、変更前の速度制御パターンＶＰの例を示しており、下側の図は変更後の速度制御パターンＶＰ’の例を示している。速度制御パターンＶＰ’は速度制御パターンＶＰよりも、最高速度が低くされ、また、減速度も小さくされている。このように速度制御パターンを変更することによって、装置の大型化やコストアップを抑制しつつ、回生抵抗によって消費される回生電力を低減することができる。
【００２９】
速度制御パターンＶＰを速度制御パターンＶＰ’に変更する際には、変更の前後でモータＭの回転量が同じである必要がある。つまり、図５の速度制御パターンＶＰで囲まれる面積Ｓ（速度の積分値）と、速度制御パターンＶＰ’で囲まれる面積Ｓ’が同じであればよい。
【００３０】
速度制御パターンを変更すると、駆動時間ＤＰが長くなる。そうすると、１サイクルに必要な時間が長くなり、生産効率が落ちることになる。そこで、本実施形態では、駆動時間ＤＰの延長分に応じて待機時間ＷＰを短くしている。図５の例では、特に、１サイクルの時間が変わらないように待機時間ＷＰを短くしている。なお、生産効率が厳格でない場合は１サイクルの時間が長くなってもよい。例えば、図９の例では、待機時間を短くしているものの、１サイクルの時間は長くなっている。
【００３１】
いずれにしても、このようにすることで、生産効率を少なくとも大きく落とさずに、回生抵抗によって消費される回生電力を低減することができる。
【００３２】
図５では、１つのモータＭの速度制御パターン、駆動時間及び待機時間を変更する場合について説明したが、複数のモータＭが同期的に駆動される場合にも、同様に考えることができる。例えば、スカラロボットのように複数軸（複数のモータ）が協調して動作する場合、各モータは、一般に、同時に駆動を開始し、同時に停止するので、全ての軸（全てのモータ）について、均等の割合で速度制御パターン、駆動時間及び待機時間を変更すればよい。この場合、複数のモータのうち、いずれか一つのモータについて、熱エネルギとして消費されている無駄なエネルギが多い、と判断した場合には、全てのモータについて、速度制御パターン等を変更することになる。
【００３３】
＜コントローラの処理例＞
次に、コントローラ１０の処理例について説明する。上述した速度制御パターン等を変更する前提として、熱エネルギとして消費されている無駄なエネルギの発生状況の確認が必要となる。そこで、この無駄なエネルギの発生状況を検出する処理について図６を参照して説明する。
【００３４】
図６の処理のプログラムは記憶部１２に記憶され、処理部１１がこれを読み出して実行することができる。また、図６の処理は、モータＭを実際の生産工程において駆動している状況で、或いは、試験的に駆動している状況で行うことができる。その際、コントローラ１０は、予め定めた速度制御パターン、駆動時間及び待機時間により、モータＭが動作するよう、ドライバ２０に制御指令を出力する。
【００３５】
Ｓ１では監視回路３０から検知信号ＰＳが出力されているか否かを判定する。該当する場合はＳ２へ進み、該当しない場合は検知信号ＰＳが出力されるまで、そのチェックを続ける。Ｓ２では検知信号ＰＳの出力時間（図４の時間Ｔ）を計時する。検知信号ＰＳの出力が無くなると、計時を終了する。Ｓ３ではＳ２での計時結果を上位コンピュータ２へ送信する。以上により一単位の処理が終了する。
【００３６】
上位コンピュータ２では、コントローラ１０から送信された時間Ｔから、例えば、上述した指標値Ｅを算出する。算出した指標値Ｅは、制御装置１或いはモータＭと対応づけて保存する。なお、指標値Ｅをコントローラ１０が算出するようにしてもよい。
【００３７】
上位コンピュータ２のオペレータは、指標値Ｅや時間Ｔを上位コンピュータ２に表示させ、速度制御パターン等の変更を行うか否かを判断する。上位コンピュータ２のオペレータが変更を行うと判断した場合、オペレータは変更指示を上位コンピュータ２を介して制御装置１に送信することになる。
【００３８】
なお、この判断は上位コンピュータ２やコントローラ１０が自動的に行ってもよい。その場合、指標値Ｅや時間Ｔの許容値を予め定めておき、上位コンピュータ２やコントローラ１０が、指標値Ｅや時間Ｔと、それらの許容値とを比較して、判断すればよい。
【００３９】
次に、速度制御パターン等の変更を行うと判断された場合のコントローラ１０の処理例について図７を参照して説明する。図７の回生電力低減処理も、モータＭを実際の生産工程において駆動している状況で、或いは、試験的に駆動している状況で行うことができる。その際、コントローラ１０は、予め定めた速度制御パターン、駆動時間及び待機時間により、モータＭが動作するよう、ドライバ２０に制御指令を出力する。
【００４０】
Ｓ１１では、上位コンピュータ２から速度制御パターン等の変更指示を受信したか否かを判定する。該当する場合はＳ１２へ進み、該当しない場合は一単位の処理を終了する。Ｓ１２では、現在の速度制御パターンを、回生電力の発生がより少ない速度制御パターンに変更する。変更方法については、上記のとおり、減速制御時の減速度をより小さい減速度に変更するか、最高速度（定速制御時の速度）をより低い速度に変更するか、或いは、これらの双方の変更を行えばよい。変更度合いは、例えば、現在の最高速度や減速度の数％とすることができる。
【００４１】
Ｓ１３では、Ｓ１２で変更した速度制御パターンに応じて駆動時間及び待機時間を変更する。ここでは、まず、Ｓ１２で変更した速度制御パターンによって駆動時間が決定する。そして、図５の例のように１サイクルの時間を変更しない場合は、以下の式から変更後の待機時間が決まる。
変更後の待機時間＝１サイクルの時間−変更後の駆動時間
Ｓ１４ではＳ１３で変更した待機時間が予め定めた閾値（最小待機時間）を超えているか否かを判定する。該当する場合はＳ１５へ進み、該当しない場合はＳ１９へ進む。待機時間が０になってしまったり、著しく短くなる事態を回避するための処理である。
【００４２】
Ｓ１５では、変更後の速度制御パターン、駆動時間及び待機時間で、モータＭの運転を開始する。Ｓ１６では監視回路３０の出力信号をチェックして回生抵抗４０の通電状況を監視する。少なくとも１サイクルの駆動時間の間、監視回路３０の出力信号をチェックする。
【００４３】
Ｓ１７では、Ｓ１６の監視の結果、検知信号ＰＳを受信した場合はＳ１２へ戻り、同様の処理を反復する。つまり、速度制御パターン、駆動時間及び待機時間を段階的に変更していく。Ｓ１６の監視の結果、検知信号ＰＳを受信しなかった場合はＳ１８へ進む。処理の反復は、Ｓ１４で待機時間が予め定めた閾値（最小待機時間）を超えていないと判定されるか、Ｓ１７で検知信号ＰＳを受信しなかったと判定されると終了する（反復終了条件の充足）。
【００４４】
なお、Ｓ１７の判断では、上述した指標値Ｅを算出し、検知信号ＰＳを受信した場合であっても、指標値Ｅが予め定めた閾値を超えた場合はＳ１２に戻り、超えなかった場合は、Ｓ１８へ進むようにしてもよい。このようにＳ１７では検知信号ＰＳに基づいて判断するのであれば、その具体的な判断手法は様々な判断手法が採用できる。
【００４５】
Ｓ１８では、変更後の速度制御パターン、駆動時間及び待機時間を記憶部１２に保存して、変更内容を確定する。記憶部１２には、Ｓ１２、Ｓ１３の処理を複数回行った場合は最後に変更した速度制御パターン、駆動時間及び待機時間を保存する。なお、本実施形態では、記憶部１２には、当初の速度制御パターン、駆動時間及び待機時間と、変更後の速度制御パターン、駆動時間及び待機時間との双方を保存し、いずれかを選択的に利用する。
【００４６】
Ｓ１９では、変更直前の速度制御パターン、駆動時間及び待機時間を記憶部１２に保存して、変更内容を確定する。例えば、最初の速度制御パターンＶＰ０を、Ｓ１２の処理を繰り返すことによって、ＶＰ１→ＶＰ２→ＶＰ３と変更してきた場合を想定する。速度制御パターンＶＰ３について、Ｓ１３で待機時間を変更した結果、Ｓ１４で最小待機時間を超えている、と判定された場合、Ｓ１９では速度制御パターンＶＰ２と、これに対応する駆動時間及び待機時間を保存する。仮に、最初の速度制御パターンＶＰ０を速度制御パターンＶＰ１に変更したときに、Ｓ１４で最小待機時間を超えている、と判定された場合は、最初の速度制御パターンＶＰ０を保存することになる。
【００４７】
Ｓ１９で保存した速度制御パターン等では、熱エネルギとして消費されている無駄なエネルギを十分に低減できない場合がある。しかし、少なくとも、最初の速度制御パターン（ＶＰ０）等よりは低減されるため、必要に応じて、Ｓ１９で保存した変更後の速度制御パターン等を利用する。
【００４８】
Ｓ２０では、以上の処理の結果を上位コンピュータ２に送信する。例えば、変更後の速度制御パターン、駆動時間及び待機時間を設定したことを上位コンピュータ２に通知する。以上により一単位の処理が終了する。
【００４９】
＜モード選択＞
図７の回生電力低減処理により、速度制御パターン、駆動時間及び待機時間を変更した場合、変更後の内容でモータＭを運転することで、生産効率を少なくとも大きく落とさずに、回生抵抗によって消費される回生電力を低減することができる。
【００５０】
しかし、生産状況によっては、最初の速度制御パターン、駆動時間及び待機時間でモータＭを駆動したい場合もあり得る。例えば、図７の回生電力低減処理において、図９の例のように１サイクルの時間が長くなることを許容して、速度制御パターン、駆動時間及び待機時間を変更した場合、生産効率を優先すると、最初の速度制御パターン等の方が有利となる。
【００５１】
そこで、上位コンピュータ２のオペレータが、いずれの速度制御パターン等を採用するかどうかを選択可能とすることもできる。図８はその場合の上位コンピュータ２及び制御装置１（コントローラ１０）の処理例を示す。ここでは、最初の速度制御パターン、駆動時間及び待機時間を利用する場合を通常モードと呼び、変更後の速度制御パターン、駆動時間及び待機時間を利用する場合を省電力モードと呼ぶ。
【００５２】
Ｓ３１では、上位コンピュータ２においてオペレータによるモード選択を受け付ける。オペレータは、例えば、上位コンピュータ２のディスプレイに表示された内容を見て、マウス等の入力装置でモードを選択する。Ｓ３２ではＳ３１においてオペレータが選択したモードの選択結果をコントローラ１０へ送信する。
【００５３】
Ｓ４１ではコントローラ１０の処理部１１が、上位コンピュータ２から受信したモードの選択結果に基づいて、選択モードを判別する。選択モードが通常モードであった場合はＳ４２で変更前の、最初の速度制御パターン、駆動時間及び待機時間を記憶部１２から読みだす。選択モードが省電力モードであった場合はＳ４３で変更後の速度制御パターン、駆動時間及び待機時間を記憶部１２から読みだす。Ｓ４４ではＳ４２又はＳ４３で読みだした内容で、モータＭの運転を開始する。以上により一単位の処理が終了する。
【００５４】
＜第２実施形態＞
上記第１実施形態では、生産ラインが完全に自動化されている場合を想定した。そして、駆動時間及び待機時間が予め定めた固定の時間となり、各サイクルが規則的かつ周期的に繰り返される場合を想定した。しかし、生産ライン中に人間が作業を行う工程が含まれる場合のように、待機時間が不規則になり、各サイクルが不規則的に反復される。このような場合に、省電力モードでモータＭを運転する方法について図１０を参照して説明する。
【００５５】
同図の例では、Ｎサイクル、Ｎ＋１サイクル、Ｎ＋２サイクルにおいて、それぞれ待機時間がＷＰ１、ＷＰ２、ＷＰ３となっている（ＷＰ１＞ＷＰ３＞ＷＰ２）。本実施形態の場合、これらの待機時間は、事前に上位コンピュータ２からコントローラ１０へ通知される場合を想定している。上位コンピュータ２は、前工程及び／又は後工程の状況を監視し、各待機時間を決定する。そして、上位コンピュータ２は、待機時間ＷＰ１は時間Ｔ１に、待機時間ＷＰ２は時間Ｔ２に、待機時間ＷＰ３は時間Ｔ３に、それぞれ事前に通知する。
【００５６】
通常モードの場合、速度制御パターンＶＰ、駆動時間ＤＰを利用し、待機時間は上位コンピュータ２から通知された時間とする。省電力モードの場合、利用可能な範囲で、速度制御パターンＶＰ’、駆動時間ＤＰ’を利用する。速度制御パターンＶＰ’、駆動時間ＤＰ’は、上述した図７の回生電力低減処理と同様の処理によって事前設定される。
【００５７】
省電力モードの場合、上位コンピュータ２から事前に通知される待機時間に応じて、速度制御パターンＶＰ’、駆動時間ＤＰ’か、速度制御パターンＶＰ、駆動時間ＤＰを利用する。例えば、時間Ｔ１において、上位コンピュータ２から、Ｎサイクルの待機時間ＷＰ１が通知される。このとき、速度制御パターンＶＰ’、駆動時間ＤＰ’を採用した場合に、Ｎサイクルの予定時間（駆動時間ＤＰ＋待機時間ＷＰ１）内に、省電力モードでの制御を完了できるかを判定する。
【００５８】
図１０の例の場合、駆動時間ＤＰ＋待機時間ＷＰ１＝駆動時間ＤＰ’＋待機時間ＷＰ１’とすることで、Ｎサイクルの予定時間内に、省電力モードでの制御を完了できる。よって、省電力モードでモータＭを運転する。
【００５９】
次に、時間Ｔ２において、上位コンピュータ２から、Ｎ＋１サイクルの待機時間ＷＰ２が通知される。このとき、速度制御パターンＶＰ’、駆動時間ＤＰ’を採用した場合に、Ｎ＋１サイクルの予定時間（駆動時間ＤＰ＋待機時間ＷＰ２）内に、省電力モードでの制御を完了できるかを判定する。
【００６０】
図１０の例の場合、駆動時間ＤＰ＋待機時間ＷＰ２＜駆動時間ＤＰ’であるので、Ｎ＋１サイクルの予定時間内に省電力モードでの制御を完了できる場合はない。よって、通常モードでモータＭを運転する。
【００６１】
次に、時間Ｔ３において、上位コンピュータ２から、Ｎ＋２サイクルの待機時間ＷＰ３が通知される。このとき、速度制御パターンＶＰ’、駆動時間ＤＰ’を採用した場合に、Ｎ＋２サイクルの予定時間（駆動時間ＤＰ＋待機時間ＷＰ３）内に、省電力モードでの制御を完了できるかを判定する。
【００６２】
図１０の例の場合、Ｎ＋２サイクルの予定時間内に、省電力モードでの制御を完了できる（駆動時間ＤＰ＋待機時間ＷＰ３＝駆動時間ＤＰ’＋待機時間ＷＰ３’）。よって、省電力モードでモータＭを運転する。
【００６３】
このように、サイクル毎に省電力モードでモータＭを運転できるかどうかを判定し、運転できる場合は省電力モードで、運転できない場合は通常モードで、モータＭを運転することで、待機時間が不規則な場合であっても、許容される範囲で、省電力モードでの運転が可能となる。
【００６４】
＜第３実施形態＞
生産ラインの途中の工程において障害が発生し、待機状態が継続する場合がある。このような場合、モータＭの運転を中断して電力消費を削減することが望ましい。そこで、運転モードとスリープモードとの間でモータＭの運転状態を切り替えることもできる。運転モードは、上記のサイクルを反復してモータＭを運転するモードである。スリープモードは、運転モードを中段してモータＭの駆動制御をオフにするモードである。スリープモードでは、運転再開に支障の無い範囲で、できるだけ電力消費がなくなるようにする。
【００６５】
運転モードからスリープモードへの切り替えは、上位コンピュータ２からコントローラ１０への通知を基準として行うことができるが、コントローラ１０の判断でスリープモードへ切り替えることもできる。
【００６６】
図１１はその一例を示し、上記第２実施形態の場合のように、待機時間が不規則になる場合を想定している。同図の例では、２回目の駆動時間ＤＰののち、待機時間が開始されて予め定めた所定時間が経過している。上位コンピュータ２から通知が無くても、この所定時間の経過により、コントローラ１０は通常モードからスリープモードへ、自動的に切り替えている。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータからの回生電力の少なくとも一部を熱エネルギとして消費する回生抵抗を備えた回生回路に接続されたモータの制御方法において、
前記モータを所定の速度制御パターンで駆動する駆動工程と、該駆動工程後に前記モータを停止する待機工程と、を反復する反復工程と、
前記駆動工程中、前記回生抵抗への通電状況を、監視回路にて監視する監視工程と、
前記監視工程の監視結果に応じて、前記回生電力の発生が低減するように前記速度制御パターンを変更し、かつ、前記速度制御パターンの変更に伴い、前記駆動工程の実行時間を長くすると共に、前記待機工程における待機時間を短くする変更工程と、
を備えたことを特徴とする制御方法。
【請求項２】
前記監視回路は、前記回生抵抗に通電中であることを示すパルス信号を出力し、前記変更工程では、前記パルス信号に基づき前記速度制御パターンの変更を行うことを特徴とする請求項１に記載の制御方法。
【請求項３】
前記待機工程における待機時間が予め定められた所定時間を超えたとき、前記反復工程を含む運転モードを中断し、前記モータの駆動制御をオフにするスリープモードに切り替えることを特徴とする請求項１に記載の制御方法。
【請求項４】
前記変更工程では、
任意の前記速度制御パターンを、最高速度及び減速度のうちの少なくともいずれか一方がより低い最高速度及び／又はより小さい減速度である他の速度制御パターンに変更することを特徴とする請求項１に記載の制御方法。
【請求項５】
前記監視工程と前記変更工程とを、予め定めた反復終了条件を満たすまで繰り返し行い、
前記変更工程では、段階的に前記速度制御パターンを変更し、
前記反復終了条件は、
前記監視工程において前記回生抵抗への通電が確認されないこと、又は、前記待機時間が予め定めた閾値以下であること、を特徴とする請求項１に記載の制御方法。
【請求項６】
前記変更工程で変更した前記他の速度制御パターン及び前記待機時間を保存する保存工程と、
前記変更工程で変更する前の任意の前記速度制御パターンで前記モータの制御を行う通常モードと、前記保存工程で保存した前記他の速度制御パターン及び前記待機時間により前記モータの制御を行い、前記回生電力の発生を低減させる省電力モードとの間のいずれかを選択するモード選択工程と、を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の制御方法。
【請求項７】
モータからの回生電力の少なくとも一部を熱エネルギとして消費する回生抵抗を備えた回生回路に接続されたモータの制御装置において、
前記モータを所定の速度制御パターンで駆動する駆動制御と、該駆動制御後に前記モータを停止する待機制御と、を反復する反復制御手段と、
前記回生抵抗への通電状況を監視する監視手段と、
前記監視手段の監視結果に応じて、前記回生電力の発生が低減するように前記速度制御パターンを変更し、かつ、前記速度制御パターンの変更に伴い、前記駆動制御の実行時間を長くすると共に、前記待機制御における待機時間を短くする変更手段と、
を備えたことを特徴とする制御装置。
【請求項１】
モータからの回生電力の少なくとも一部を熱エネルギとして消費する回生抵抗を備えた回生回路に接続されたモータの制御方法において、
前記モータを所定の速度制御パターンで駆動する駆動工程と、該駆動工程後に前記モータを停止する待機工程と、を反復する反復工程と、
前記駆動工程中、前記回生抵抗への通電状況を、監視回路にて監視する監視工程と、
前記監視工程の監視結果に応じて、前記回生電力の発生が低減するように前記速度制御パターンを変更し、かつ、前記速度制御パターンの変更に伴い、前記駆動工程の実行時間を長くすると共に、前記待機工程における待機時間を短くする変更工程と、
を備えたことを特徴とする制御方法。
【請求項２】
前記監視回路は、前記回生抵抗に通電中であることを示すパルス信号を出力し、前記変更工程では、前記パルス信号に基づき前記速度制御パターンの変更を行うことを特徴とする請求項１に記載の制御方法。
【請求項３】
前記待機工程における待機時間が予め定められた所定時間を超えたとき、前記反復工程を含む運転モードを中断し、前記モータの駆動制御をオフにするスリープモードに切り替えることを特徴とする請求項１に記載の制御方法。
【請求項４】
前記変更工程では、
任意の前記速度制御パターンを、最高速度及び減速度のうちの少なくともいずれか一方がより低い最高速度及び／又はより小さい減速度である他の速度制御パターンに変更することを特徴とする請求項１に記載の制御方法。
【請求項５】
前記監視工程と前記変更工程とを、予め定めた反復終了条件を満たすまで繰り返し行い、
前記変更工程では、段階的に前記速度制御パターンを変更し、
前記反復終了条件は、
前記監視工程において前記回生抵抗への通電が確認されないこと、又は、前記待機時間が予め定めた閾値以下であること、を特徴とする請求項１に記載の制御方法。
【請求項６】
前記変更工程で変更した前記他の速度制御パターン及び前記待機時間を保存する保存工程と、
前記変更工程で変更する前の任意の前記速度制御パターンで前記モータの制御を行う通常モードと、前記保存工程で保存した前記他の速度制御パターン及び前記待機時間により前記モータの制御を行い、前記回生電力の発生を低減させる省電力モードとの間のいずれかを選択するモード選択工程と、を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の制御方法。
【請求項７】
モータからの回生電力の少なくとも一部を熱エネルギとして消費する回生抵抗を備えた回生回路に接続されたモータの制御装置において、
前記モータを所定の速度制御パターンで駆動する駆動制御と、該駆動制御後に前記モータを停止する待機制御と、を反復する反復制御手段と、
前記回生抵抗への通電状況を監視する監視手段と、
前記監視手段の監視結果に応じて、前記回生電力の発生が低減するように前記速度制御パターンを変更し、かつ、前記速度制御パターンの変更に伴い、前記駆動制御の実行時間を長くすると共に、前記待機制御における待機時間を短くする変更手段と、
を備えたことを特徴とする制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−１０２６１７（Ｐ２０１３−１０２６１７Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４４９６４（Ｐ２０１１−２４４９６４）
【出願日】平成２３年１１月８日（２０１１．１１．８）
【出願人】（３９１０３２３５８）平田機工株式会社 (107)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月８日（２０１１．１１．８）
【出願人】（３９１０３２３５８）平田機工株式会社 (107)
【Ｆターム（参考）】
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