1. サーボ制御の基本構造
サーボモーターは、どの通信方式でも内部構造は基本的に同じです。
内部では以下の制御が実行されています。
位置制御（Position Loop）
↓
速度制御（Speed Loop）
↓
電流制御（Current Loop）
↓
PWM制御(Pulse Width Modulation)でモーター駆動
最終的には「電流（＝トルク）」を制御してモーターを動かします。
違いが出るのは PLCからドライバへどう指令を渡すか の部分です。
2. パルス列制御とは
■ 基本原理
パルス列制御は非常にシンプルです。
| 項目 | どのように表現するか |
|---|---|
| 移動量 | パルスの総数 |
| 速度 | パルスの周期（周波数） |
| 方向 | CW/CCW信号 |
例）
1mm = 1000パルス
1000mm移動 → 1,000,000パルス出力
速度はパルスの出るテンポで決まります。
■ 特徴
メリット
- 構成がシンプル
- 小規模設備では十分
- コストが比較的安い
デメリット
- ノイズでパルスが欠ける可能性
上の例での1000mm移動に対して、1000パルス欠損し、999,000パルスとなると、移動量が1mmずれてしまいます。
高精度な位置決めが求められる箇所には不向きです。 - 多軸になると配線が爆増
1軸あたり約7〜10本の信号線が必要です。複数軸になると非常に手間がかかります。 - フィードバックが限定的
- 高速になると信号劣化
3. EtherCAT制御とは
EtherCATは、パルスではなく数値データを高速通信する方式です。
詳しくはこちらの記事を参照ください。
■ 何を送っているか？
PLC → ドライバ = PDO(Process Data Objects)通信
- 目標位置
- 目標速度
- 目標トルク
- サーボON/OFF
- モード情報
ドライバ → PLC
- 現在位置
- 現在速度
- トルク（負荷率）
- アラーム内容
- 状態情報
すべて“数値データ”でやり取りします。
■ 最大の違い
パルス列：1000mm → 1,000,000回のON/OFF信号
EtherCAT：1000mm → 「1000」という数値を通信
パルス抜けという概念が存在しません。
■ 多軸配線
LANケーブルで数珠つなぎ可能。
PLC → サーボ1 → サーボ2 → サーボ310軸でも20軸でも配線はシンプル。
4. フィードバックが重要な理由
EtherCAT通信であればあらゆるフィードバック情報が収集できます。
単軸だけなら、完了信号やアラーム信号程度でも成立します。
しかし装置単位で考えた場合にはフィードバック情報は非常に重要な意味を持ちます。
■ なぜ必要か？
① 工程同期
他の軸、コンベア、ロボットとの同期を行うため、サーボモータの現在位置をフィードバックします。
② 品質管理
モーターのトルク監視を行うことで、詰まりや異物噛み込みなどを管理することができます。
③ 予知保全
負荷増加から摩耗を検知します。
④ 安全制御
異常時の即停止・復帰制御が可能です。
装置の「司令塔」はPLCなので、サーボの状態を常に把握する必要があります。
5. ポジション出力とは
ポジション出力はサーボ → PLCへ位置をパルスで返す機能。
パルス列制御時代の“逆方向パルス”です。
現在はEtherCATで数値取得できるため、使用頻度は減っています。
6. オープンコレクタとラインドライバ
パルス列出力には以下2点の出力方式があります。
■ オープンコレクタ
- 電圧を自分で出さない
- 低速向き
- 波形がなまりやすい
- ノイズに弱い
■ ラインドライバ（差動）
- A/A̅など2本1組
- 高速対応（MHz級）
- ノイズに非常に強い
- サーボ用途では主流
サーボ制御では基本的にラインドライバが推奨されます。
7. まとめ
| 項目 | パルス列 | EtherCAT |
|---|---|---|
| 指令方式 | パルス数 | 数値通信 |
| 速度表現 | パルス周期 | 数値 |
| ノイズ耐性 | 弱い | 非常に強い |
| 多軸 | 配線手間 | 数珠つなぎ |
| フィードバック | 限定的 | 豊富 |
| 適用 | 単軸・簡易機 | 多軸・高精度装置 |
結論
単軸の簡易メカ → パルス列でも十分ですが、多軸や高精度位置決めが必要な場合にはEtherCATが圧倒的有利です。
欧州メーカーのPLCにはEtherCATポート内蔵が浸透しており、近年ではキーエンスKV-Xシリーズや、オムロンNXシリーズなど、国内メーカーのPLCにも採用されつつあるので、ぜひ一度お試しください！
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