CN111052006A - 控制装置以及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种控制装置，其具有：第一处理器，其取得按每个第一周期生成的同步信号；第二处理器，其生成将所述第一周期一分为n(n≥1)的第二周期，且使用定时器，按将所述第二周期一分为m(m≥2)的每个第三周期，产生控制信号，在基于所述控制信号的定时，进行规定的处理，在所述第一周期中产生的多个控制信号中的至少一个是应与所述同步信号同步的控制信号，所述第二处理器在检测到在所述同步信号和应与所述同步信号同步的控制信号之间且在定时上产生了误差的情况下，通过暂时变更下次以后开始的所述定时器的幅度，来校正所述误差。

Description

控制装置以及控制方法

技术领域

本发明涉及控制装置以及控制方法。

背景技术

作为控制在生产线等中所含的多个机械(电动机、机器人、传感器等)的控制装置，利用PLC(可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller))。另外，在连接多个控制装置的系统中，为了简化系统结构，利用以太网之类的现有标准进行通信的技术正在普及。作为这种标准，例如存在EtherCAT(注册商标)(专利文献1)。

在EtherCAT中，网络连接的主机对多个从机发送帧，多个从机在接收到的帧中飞速写入发往主机的数据。由此，多个从机能够协调地动作。

EtherCAT具有生成用于使处理定时在多个从机间一致的信号(同步信号)的功能。通过多个从机基于同步信号进行处理，能够使不同的多个控制对象物(例如，设置于各轴的多个电动机)的动作同步。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：(美国)专利第8060677号说明书

发明内容

发明所要解决的问题

在EtherCAT的各从机中，进行装置的控制的MPU周期性地产生控制信号(中断)，在基于该控制信号的定时，进行控制对象物的控制。另外，通过使该控制信号的定时与同步信号同步，能够使多个从机间的动作同步。

另一方面，因为同步信号和控制信号分别由各自的处理器生成，所以会逐渐在彼此的定时上产生误差。若不校正该误差，则不会在从机间取得动作的同步，所以在各从机中，需要检测定时的误差，并校正控制信号的生成定时。

本发明是考虑上述的课题而完成的，其目的在于，提供一种控制装置，其可使通过不同的时钟而周期性地生成的多个信号同步。

用于解决问题的技术方案

本发明的控制装置的特征在于，具有：第一处理器，其取得按每个第一周期生成的同步信号；以及第二处理器，其生成将所述第一周期一分为n(n≥1)的第二周期，且使用定时器来按每个第三周期而产生控制信号，并在基于所述控制信号的定时进行规定的处理，所述第三周期是将所述第二周期一分为m(m≥2)的周期，在所述第一周期中产生的多个控制信号中的至少一个是应与所述同步信号同步的控制信号，所述第二处理器在检测到在所述同步信号和应与所述同步信号同步的控制信号之间在定时上产生了误差的情况下，通过暂时变更下次以后开始的所述定时器的幅度，来校正所述误差。

同步信号是周期性地对控制装置赋予的定时信号，由第一处理器取得。在本发明的控制装置与主机装置连接的情况下，同步信号也可以是从主机装置周期性地发送来的信号。

另外，第二处理器在第一周期内，以第一周期的1/n的周期而生成第二周期，且以第二周期的1/m的周期(第三周期)而反复产生控制信号，并在基于控制信号的定时进行规定的处理，由此进行控制对象物的控制。例如，在控制对象物为电动机的情况下，控制装置也可以采用与进行电动机的驱动的子处理器和进行电动机的位置检测的子处理器分别进行通信的结构。通过在控制信号的每个定时进行规定的处理(例如，与各子处理器的输入输出)，能够在将同步信号进一步细分化后的定时，进行细致的控制。

在这种结构中，因为同步信号和控制信号由各自的处理器生成，所以有时会在彼此的信号的定时上产生偏离。

因此，本发明的控制装置在第二处理器检测到在同步信号和应与同步信号同步的控制信号之间且在定时上产生了误差的情况下，通过变更测量第三周期的定时器的幅度，使偏离的定时一致。这时，延迟的定时器是下次以后开始的定时器。根据这种结构，能够以比较简便的结构使同步信号和控制信号一致。

另外，也可以具有如下特征，即，所述第二处理器在所述误差为规定值以上的情况下，进行所述误差的校正。

因为定时的误差会逐渐累积，所以优选在误差上设置阈值，且在已检测到的误差大于阈值的时间点进行校正处理。这是因为，若校正的频率太高，则不会均等地产生控制信号，所以有可能给装置的动作造成不利影响。

另外，也可以具有如下特征，即，在所述定时器的一次变更幅度上设有上限，在所述误差大于所述上限的情况下，所述第二处理器分为多个所述第三周期来变更所述定时器的幅度。

若校正量大，则控制信号的定时就会急剧地发生变化，因此子处理器有可能会探测到异常等，给装置的动作造成不利影响。因此，在每次校正量上设有上限，且在一次周期中未完成校正的情况下，优选分散至多个周期而进行校正。

另外，也可以具有如下特征，即，所述规定的处理是与进行电动机的驱动控制的处理器、或者从所述电动机取得位置信息的处理器中的至少任一个进行的数据的发送接收处理。

本发明能够优选应用于具有进行电动机的驱动控制的处理器和由编码器等进行电动机的位置检测的处理器作为子处理器的装置。

另外，也可以具有如下特征，即，所述第二处理器从进行了所述误差的校正起，直到经过规定的时间为止，不进行再次的校正。

通过从进行了误差的校正起，直到子处理器的动作稳定为止，不进行再次的校正，能够实现装置的稳定化。

另外，也可以具有如下特征，即，所述第二处理器变更从应取得所述同步信号的定时起，在规定的次数之后开始的所述定时器的幅度。

根据这种结构，由于在同步信号间，始终以相同的定时施加校正，所以能够将对多个子处理器造成的影响制成最小限度。

此外，本发明能够特定为包含上述装置的至少一部分的控制装置。另外，也能够特定为由上述控制装置进行的控制方法。上述处理或装置只要不产生技术矛盾，就能够自由地组合而实施。

发明效果

根据本发明，在控制装置中，能够使通过不同的时钟而周期性地生成的多个信号同步。

附图说明

图1是实施方式的控制系统的整体结构图。

图2是对同步信号和控制信号的定时进行说明的图。

图3是实施方式的控制装置的系统结构图。

图4是对每个分度的处理内容进行说明的图。

图5是对校正定时偏离的处理进行说明的图。

图6是实施方式的控制装置进行的处理流程。

具体实施方式

(应用例)

下面，参照附图对本发明的概要进行说明。

图1是表示本发明的一实施方式的控制系统的整体结构的示意图。本控制系统由主节点即主机PLC10和从节点即多个从机20而构成。

主机PLC10是统领多个从机20的装置。具体地说，进行由从机20执行的程序的管理、从机20的运行状态的监视等。

从机20是与主机PLC10及伺服电动机30、编码器40电连接，且按照从主机PLC10接收到的命令来驱动伺服电动机30，另外从编码器40取得伺服电动机30的位置信息进行控制的装置。

从机20典型地包含：进行网络通信的通信单元、执行程序的主体即CPU单元、输入输出来自现场的信号的I/O单元。在I/O单元上连接有伺服电动机30及编码器40。从机20基于由CPU单元执行的程序的执行结果，驱动伺服电动机30，并从输出伺服电动机30的位置信息的编码器40取得信号。另外，将当前的状态信息发送给主机PLC10。此外，虽然未图示，但CPU单元也可以具有进行输入输出的装置(触摸屏或显示器等)。例如，也可以将与PLC的动作有关的信息提供给用户。

主机PLC10和从机20经由以太网(注册商标)等网络而连接。在本实施方式中，主机PLC10和从机20构成为利用EtherCAT(注册商标)进行通信。

在多个从机20上分别连接有不同的伺服电动机30。此外，图1中表示出了在一个从机20上连接有一个伺服电动机30的例子，但与从机20连接的电动机的数量也可以为多个。在与从机20连接的电动机的数量为多个的情况下，与各伺服电动机30的驱动有关的信息由从机被统一化，并被传送给主机PLC10。另外，图1中图示出了三个从机20，但与网络连接的从机的数量没有限制。

从主机PLC10向从机20周期性地发送同步信号。同步信号是用于使处理的定时在多个从机间一致的信号，例如，每隔几百微秒发行一次。

另外，在从机20中，在与同步信号同步的定时，周期性地生成控制信号。图2是对控制信号的生成定时进行说明的图。从机20通过内置的定时器而使计数器增加，在计数器增加的定时，生成控制信号。如图2(A)所示，从机20被设计为每次同步信号到来时依次生成n次(在本例的情况下，为4次)控制信号。

在这种结构中，有时会在赋予同步信号的定时和生成控制信号的定时上产生偏离。这是因为生成同步信号的处理器和生成控制信号的处理器不同。例如，如图2(B)所示，若不进行校正，则偏离就会增大，阻碍从机间的同步。

在本发明中，为了校正这种偏离，在检测到同步信号和控制信号之间有定时偏离的情况下，通过变更下次以后开始的定时器的幅度，进行偏离的校正。

例如，在图示的分度(Tick)3的起始处检测到偏离的情况下，暂时延长或缩短与随后的分度4、分度1、分度2对应的定时器。由此，能够使下次到来的同步信号和控制信号的定时一致。

(系统结构)

下面，参照附图对用于实现上述功能的本发明优选的实施方式进行说明。

图3是表示本实施方式的控制装置的系统结构图。控制装置20对应于图1的从机20。

输入输出部21是用于将EtherCAT总线和主处理器连接的接口部。

主处理器22是进行控制装置20的控制的主处理器。主处理器22也可以不必是单一的处理器。例如也可以具有：在与EtherCAT的通信中被利用的处理器(第一处理器22a)、用于对控制对象物(例如，电动机或逆变器)进行控制的处理器(第二处理器22b)。另外，这些处理器也可以不必是单一的种类。例如，也可以采用一个通过ASIC来安装，另一个通过MPU来安装的形态。在本实施方式中，第一处理器进行同步信号的取得，第二处理器生成控制信号，但不限于该形态。

本实施方式的控制装置还具有用于驱动控制对象物即电动机的子处理器和用于取得电动机的位置信息的子处理器而构成。

第一子处理器23是用于驱动控制对象物即电动机的子处理器。第一子处理器23通过对后述的电动机驱动电路24发送控制信号，进行电动机的控制。第一子处理器23例如作为微控制单元(MCU)而安装。

电动机驱动电路24与用于驱动电动机的电源连接，是基于从第一子处理器23发送的控制信号，而生成电动机驱动用的脉冲信号的电路。

电动机30是控制装置20进行控制的对象物。在本实施方式中，电动机30为伺服电动机。电动机30的位置信息(与旋转角有关的信息)通过内置于电动机30的编码器40来检测。在本实施方式中，编码器40是通过脉冲信号来输出位置信息的增量编码器。

输入电路25是取得由编码器40输出的脉冲信号，且将其转换为内部信号的接口。

第二子处理器26是进行输入电路25输出的内部信号的计数、锁存器的输入值的保存等的处理器。第二子处理器26例如作为微控制单元(MCU)而安装。

主处理器22、第一子处理器23、第二子处理器26之间通过SPI(串行接口(SerialPeripheral Interface))进行通信。

(信号的校正方法)

接着，对同步信号和控制信号的关系进行说明。

在本实施方式中，主处理器22取得从主机PLC10周期性地发送的同步信号(SYNC0)，主处理器22使用定时器，在与同步信号同步的定时生成控制信号。

此外，在下面的说明中，设同步信号以200微秒的间隔到来。

主处理器22使用内置于处理器的定时脉冲单元，如图2(A)所示，以将同步信号的到来周期一分为四的周期进行计数。在本例中，将1次计数的单位称为分度(Tick)。即，每次同步信号到来，就生成从分度1到分度4的四个周期。主处理器22每生成一个分度(即，每隔50微秒，计数上升一次)，就生成一个控制信号。此外，在本实施方式中，假设使分度3的起始定时和同步信号的定时一致。

接着，参照图4对主处理器22针对每个分度进行的处理内容进行说明。此外，这里，假设在分度3中，进行与主机PLC10的通信。

若着眼于第一子处理器23，则首先在分度1中，生成对于第一子处理器23的发送数据。然后，在分度2中，与第一子处理器23进行通信，并在分度3中读取从第一处理器23发送的数据。

若着眼于第二子处理器26，则在分度4中读取从第二子处理器26发送的数据，接下来，生成对于第二子处理器26的发送数据。然后，在分度1～3中，与第二子处理器26进行通信。

主处理器22生成的控制信号是对于子处理器的中断信号。主处理器22在开始各分度的定时，产生中断信号，各处理器基于通过中断而通知的定时，进行规定的处理。

此外，本实施方式所述的每个分度的处理内容、以及分度的分割数量只不过是一例而已，也可进行变更。例如，也可以以如下周期生成控制信号，所述周期是生成将同步信号到来的周期一分为n(n≥1)的的周期，再将该周期进一步一分为m(m≥2)的的周期。

返回到图2，继续进行说明。

在如本实施方式那样使分度和同步信号同步而进行处理的情况下，两者的偏离成为问题。这是因为：同步信号由主机PLC生成，而分度由主处理器生成，所以即使设定定时器以使两者同步，误差也会逐渐累积。若误差累积，则会如图2(B)那样，同步信号和分度变得不同步，若这在多个从机间发生，就会产生例如不能在电动机的轴间取得同步之类的问题。

因此，在本实施方式中，在主处理器22检测到在同步信号和分度3的起始期之间产生了定时的偏离的情况下，通过校正用于进行计数的定时器的期满时期，来进行误差的校正。

参照图5对该动作进行说明。

如图中(1)所示，每产生一个同步信号，主处理器22都检测同步信号的到来定时和分度3中的控制信号的产生定时之间的偏离。这里，在偏离幅度的绝对值大于规定值(以下，称为第一阈值)的情况下，判断为需要校正，进行校正处理。此外，在同步信号的间隔为200微秒的情况下，第一阈值例如可设为1微秒。第一阈值优选比设想的同步信号的跳动(Jitter)(暂时的波动)大。这是因为若将跳动检测为误差，则会进行本来不需要的校正处理，以后会诱发误差的产生。

在主处理器22判定为需要校正的情况下，如图中(2)所示，在下一个周期以后到来的分度1中，暂时延长或缩短对分度进行计时的定时器。例如，在同步信号比控制信号滞后n微秒的情况下，使定时器的期满延迟n微秒。另外，在同步信号比控制信号提前n微秒的情况下，使定时器的期满缩短n微秒。由此，在进行了校正的分度以后，同步信号和控制信号的定时一致。

延长或缩短期间的分度基本上也可以是四个中的任一个。但是，在变更了分度的长度的情况下，由于在该分度内进行的处理的结束定时或在随后的分度内进行的处理的起始定时发生变化，所以在某些情况下，会发生不能从子处理器读取正确的数据的事件。因而，优选选择即使起始期偏离了校正幅度的量，也不会给数据的发送接收造成影响的分度。在本实施方式中，分度选择分度1作为这种分度。

这样，在本实施方式中，在依次执行4次的定时器中，作为延长或缩短的对象的定时器的顺序是固定的(在本例中为第一个，当从同步信号数起时为第三个)。

(处理流程)

接着，参照图6对主处理器22进行的处理的流程进行说明。在控制装置20的起动中，图6的处理由主处理器22重复执行。

首先，在步骤S11中，判定在上次进行了校正以后是否经过了规定时间。该处理是用于确保校正间隔的处理。此外，在同步信号的间隔为200微秒的情况下，规定的时间例如可设为50毫秒。在未经过规定时间的情况下，使处理恢复到初始状态。

在步骤S12中，测量对象分度(在本实施方式中，分度3)的起始期和同步信号间的误差。

接着，在步骤S13中，判定通过测量而得到的误差是否为第一阈值以上。如上所述，第一阈值可以考虑同步信号的定时的波动而设定。在误差小于第一阈值的情况下，使处理恢复到初始状态。

接着，在步骤S14中，判定通过测量而得到的误差是否为第二阈值以上。第二阈值是表示在一次处理中允许校正的最大幅度的值。例如，在一次处理中允许校正的幅度为5微秒的情况下，第二阈值成为5微秒。

在本实施方式中，在步骤S13中检测到规定值以上的误差的情况下，逐次进行校正，但由于确保了从进行上次校正到进行下次校正的间隔，所以要考虑到误差会在此期间进行累积。在此期间内累积的误差较大的情况下，在步骤S14中，成为肯定判定。

在误差小于第二阈值的情况下，在下一个周期中延长或缩短对分度1进行计时的定时器(步骤S15)。如上所述，延长/缩短的幅度与在步骤S12中得到的误差相等。

在误差为第二阈值以上的情况下，在下次以后的周期中，延长或缩短对分度1进行计时的定时器(步骤S16)。步骤S16与步骤S15相比，在一次周期中不使校正完成这一点上不同。即，进行多次以第二阈值为上限的校正以消除偏离。例如，在误差为30微秒，且第二阈值为5微秒的情况下，每次5微秒地进行六次校正。这样，通过一点一点地进行校正，能够维持控制对象物的稳定状态。

如上所述，根据本实施方式，在基于同步信号而生成控制信号(中断)，且多个处理器基于控制信号而合作的控制装置中，能够使同步信号和控制信号同步。

此外，在变更已经开始的定时器的期满时间的情况下，以在变更后应该期满的时刻尚未到来作为变更的条件。与此相对，在本实施方式中，在探测到了定时偏离的情况下，由于延长或缩短尚未开始的定时器，因此能够不受制约地进行校正。

另外，在同步信号间生成多个分度的情况下，由于始终以相同的分度为对象进行校正，因此能够将对多个子处理器造成的影响限制为最小限度。

(变形例)

此外，实施方式的说明是在说明本发明的基础上的例示，本发明可在不脱离发明主旨的范围内进行适当变更或组合来实施。

例如，在实施方式的说明中，假设同步信号都是每次从主机PLC发送来的，但所有同步信号不需要从主机PLC发送。例如，也可以由主处理器22生成同步信号，从主机PLC仅发送用于校正定时的信号。

另外，在实施方式的说明中，例示了控制伺服电动机的系统，但控制对象也可以为伺服电动机以外的设备。例如，也可以为逆变器等。另外，控制对象也可以不必具有可动部。例如，也可以为感测装置或激光装置等。

另外，在实施方式的说明中，将子处理器设为两个，但子处理器的数量也可以为一个或三个以上。

本发明也可如下那样特定。即，

一种控制装置，其特征在于，具有：

第一处理器(22a)，其取得按每个第一周期而生成的同步信号；以及

第二处理器(22b)，其生成将上述第一周期一分为n(n≥1)的第二周期，且使用定时器来按每个第三周期而产生控制信号，并在基于上述控制信号的定时进行规定的处理，所属第三周期是将上述第二周期一分为m(m≥2)的周期，

在上述第一周期中产生的多个控制信号中的至少一个是应与上述同步信号同步的控制信号，

上述第二处理器在检测到在上述同步信号和应与上述同步信号同步的控制信号之间在定时上产生了误差的情况下，通过暂时变更下次以后开始的上述定时器的幅度，来校正上述误差。

符号说明

20 控制装置

21 输入输出部

22 主处理器

23 第一子处理器

24 电动机驱动电路

25 输入电路

26 第二子处理器

30 电动机

40 编码器

Claims (7)

1.一种控制装置，其特征在于，具有：

第一处理器，其取得按每个第一周期而生成的同步信号；以及

第二处理器，其生成将所述第一周期一分为n(n≥1)的第二周期，且使用定时器来按每个第三周期而产生控制信号，并在基于所述控制信号的定时进行规定的处理，所述第三周期是将所述第二周期一分为m(m≥2)的周期，

在所述第一周期中产生的多个控制信号中的至少一个是应与所述同步信号同步的控制信号，

所述第二处理器在检测到在所述同步信号和应与所述同步信号同步的控制信号之间在定时上产生了误差的情况下，通过暂时变更下次以后开始的所述定时器的幅度，来校正所述误差。

2.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，

所述第二处理器在所述误差为规定值以上的情况下，进行所述误差的校正。

3.如权利要求1或2所述的控制装置，其特征在于，

在所述定时器的一次变更幅度上设有上限，在所述误差大于所述上限的情况下，所述第二处理器分为多个所述第三周期来变更所述定时器的幅度。

4.如权利要求1～3中任一项所述的控制装置，其特征在于，

所述规定的处理是与用于进行电动机的驱动控制的处理器、或者用于从所述电动机取得位置信息的处理器中的至少任一个进行的数据的发送接收处理。

5.如权利要求1～4中任一项所述的控制装置，其特征在于，

所述第二处理器从进行了所述误差的校正起，直到经过规定的时间为止，不进行再次的校正。

6.如权利要求1～5中任一项所述的控制装置，其特征在于，

所述第二处理器变更从应取得所述同步信号的定时起，在规定的次数之后开始的所述定时器的幅度。

7.一种控制方法，其特征在于，包含：

第一步骤，取得按每个第一周期而生成的同步信号；以及

第二步骤，生成将所述第一周期一分为n(n≥1)的第二周期，且使用定时器来按每个第三周期而产生控制信号，并在基于所述控制信号的定时进行规定的处理，所述第三周期是将所述第二周期一分为m(m≥2)的周期，

在所述第一周期中产生的多个控制信号中的至少一个是应与所述同步信号同步的控制信号，

在所述第二步骤中，在检测到在所述同步信号和应与所述同步信号同步的控制信号之间在定时上产生了误差的情况下，通过暂时变更下次以后开始的所述定时器的幅度，来校正所述误差。

Images