JP2006014446A - 監視装置及びこれを用いた電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 履歴データ記憶用のメモリ数を大幅に削減可能とした監視装置及びこれを用いた電力変換装置を提供する。
【解決手段】 監視対象機器から時系列に入力される複数個の第１の状態信号及び第２の状態信号を受信する手段と、前記第１の状態信号を所定のサンプリング時間で所定時間分第１の履歴データとして記憶する第１の記憶手段と、前記第２の状態信号のレベルが変化したこと及び変化後のレベルを検出する検出手段と、前記変化後のレベルを前記第２の状態信号が変化したときの時刻情報と共に、所定時間分第２の履歴データとして記憶する第２の記憶とを備えるように監視装置を構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、監視装置及びこれを用いた電力変換装置に係り、特に履歴データの記憶方式を改良した監視装置及びこれを用いた電力変換装置に関する。

プラントで使用される電気機器のうち、例えば電動機制御装置のような電力変換装置は、機器の故障解析を行うために、電力変換装置を監視する監視装置に設けられた記憶部に電力変換装置の状態情報を履歴データとして記憶させていた。そして、機器の故障が発生した時、その記憶部に記憶された故障発生時点より時間的に前の履歴データを参照して故障の原因を特定することが行なわれていた。このために、履歴データを再生するいわゆるトレースバック機能を機器に付加し、故障が発生する前の関連各部のデータ、あるいは、これに加えて故障が発生した後の関連各部のデータの時間推移をトレンド表示させていた（例えば、非特許文献１参照。）。

例えば、製鉄プラントや製紙プラントで使用される従来の電動機制御装置の故障トレンド表示は以下の様になっている。

電動機制御装置は、商用電力を任意の電圧・周波数に変換するコンバータ／インバータと、このコンバータ／インバータを制御する制御回路とから構成されている。この制御回路は、通常、上位の運転操作または監視用のプロセスコントローラからの外部指令を受け、電動機の速度或いはトルクが所望の値となる様に制御している。この制御には電動機電圧、電流あるいは速度等の信号がフィードバック信号として用いられる構成となっている。

また、電動機制御装置は、トレースバック機能付の監視装置を有し、前述の外部指令等のシーケンス信号やフィードバック信号、或いは電動機制御装置内各部の電圧、電流等の状態信号を、一定のサンプリング間隔で履歴データとして内部メモリに所定の時間分記憶する構成となっている。そして、故障が発生した際には、その内部メモリに記憶した履歴データを再生し、トレンド情報として表示していた。

この従来方式においては、電動機制御装置内のコンバータ／インバータのゲート信号などのデジタル的なデータを含め、アナログデータとして扱っていた。
中村、阿部、宮崎「インテリジェント化が進むプラントドライブ装置」、東芝レビューＶｏｌ５５Ｎｏ７、２０００年７月１日、Ｐ２９

上述したトレースバック機能において、特にゲート関連信号については、高速サンプリングが要求されることに加え、一定サンプリング時間ごとに全データを記録していため、必要以上のデータサンプリングが行われていた。このため、監視装置の記憶部のメモリ容量が膨大となってしまうという問題があった。

例えば、従来方式による３レベルコンバータ／インバータを有する電動機制御装置の場合、ゲート信号用に使用されるメモリ容量は、４８ゲート分（ゲート基準及びゲート制御信号にパワーデバイス数を掛けて合算した値）を１μｓでサンプリングして１００ｍｓ分とすると、４８０ｋバイトとなり、これを４バンク（バンクは故障１回分のトレースを意味する。）分考慮すると、この４倍の１９２０ｋバイトとなっていた。

これに対し、他のアナログの状態信号は、ＡＤ変換したデータが１６ビット、サンプリング周期は１ｍｓ程度とし、３００ｍｓ分で０．６ｋバイトとなり、信号数（チャンネル数）を５０とし、８バンク分のメモリ容量を計算しても、高々２４０ｋバイトであった。

従って、記憶部のメモリ容量は、ゲート信号用履歴データが大半を占め、メモリ容量が不当に大きくなり、またトレースバックデータを吸い上げて表示用のトレンドデータを作成する時間も長くなっていた。

本発明は上記に鑑みて為されたもので、ゲート信号を合理的に圧縮することにより、履歴データ記憶用のメモリ数を大幅に削減可能とした監視装置及びこれを用いた電力変換装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第1の発明である監視装置は、監視対象機器から時系列に入力される複数個の第１の状態信号及び第２の状態信号を受信する手段と、前記第１の状態信号を所定のサンプリング時間で所定時間分第１の履歴データとして記憶する第１の記憶手段と、前記第２の状態信号のレベルが変化したこと及び変化後のレベルを検出する検出手段と、前記変化後のレベルを前記第２の状態信号が変化したときの時刻情報と共に、所定時間分第２の履歴データとして記憶する第２の記憶手段とを備えたことを特徴としている。

また、本発明の第２の発明である電力変換装置は、交流または直流を他の周波数または電圧に変換するコンバータ／インバータと、前記コンバータ／インバータを制御する制御手段と、前記コンバータ／インバータを監視する監視装置とから構成され、前記監視装置は、前記制御手段から時系列に入力される複数個の第１の状態信号及び第２の状態信号を受信する手段と、前記第１の状態信号を所定のサンプリング時間で所定時間分第１の履歴データとして記憶する第１の記憶手段と、前記第２の状態信号のレベルが変化したこと及び変化後のレベルを検出する検出手段と、前記変化後のレベルを前記第２の状態信号が変化したときの時刻情報と共に、所定時間分第２の履歴データとして記憶する第２の記憶手段とを備えたことを特徴としている。

本発明によれば、ゲート信号を圧縮して履歴データの情報量を削減したので、履歴データ記憶用のメモリ数を大幅に削減した監視装置及びこれを用いた電力変換装置を提供することが可能となる。

以下、本発明の実施例を図１乃至図３を参照して説明する。

図１は本発明に係る監視装置及びこれを用いた電力変換装置のブロック構成図である。電動機制御装置１は、商用電源を任意の電圧及び周波数に変換して交流電動機２を駆動する電力変換装置である。この電動機制御装置１は、電力変換の主回路を構成するコンバータ／インバータ３、このコンバータ／インバータ３の出力電圧及び周波数を制御するための制御回路４、及び監視装置５から構成されている。

制御回路４は、プラントを運転監視するためのプロセスコントローラ９から運転指令、速度指令及びびトルク指令などの各指令を受けて、コンバータ／インバータ３の図示しないスイッチング素子のゲート制御を行い、交流電動機２の速度あるいはトルクを制御している。この制御を行うために制御回路４には、交流電動機２の図示しない速度フィードバック信号や、コンバータ／インバータ３からの電圧信号や電流信号などの各部信号が供給されており、これらの信号からコンバータ／インバータ３の各スイッチング素子に与えるゲート基準信号をゲート基準回路４１から得、またこのゲート基準信号をゲート制御回路４２で増幅してコンバータ／インバータ３の各スイッチング素子のゲートに供給している。また制御回路４は、速度フィードバック信号やコンバータ／インバータ３からの電圧信号や電流信号などの状態信号の異常値を検出すると、監視装置５に対し故障信号を出力するように構成されている。

監視装置５は、入出力回路６、プロセッサ７、記憶部８及び状態遷移判定回路９から構成されている。入出力部６は、制御回路３及び外部のプロセスコントローラ９と監視装置５の間の入出力処理を行い、アナログ信号をデジタル信号に変換する機能も有している。

制御回路４からは前記故障信号のほか、履歴データ記録用の状態信号１及び状態信号２が時系列に連続して夫々入出力回路６及び状態遷移判定回路９に入力されている。この状態信号１は、前述した速度のフィードバック信号、コンバータ／インバータ３からの各部信号及びプロセスコントローラ９から得られる運転指令などである。これらの状態信号１は、プロセッサ７のデータ記録処理機能により定められたサンプリング時間毎に記憶部８の履歴データ用第1メモリ８１に記憶される。また、状態信号２は、ゲート基準信号及びゲート制御信号であり、状態遷移判定回路９に時系列的に入力される。

そしてプロセッサ７は、履歴データ用第1メモリ８１及び履歴データ用第２メモリ８２が書き込まれた履歴データで一杯になったとき、次の履歴データを最も古い履歴データに上書きするようなデータ記録処理を行う。従って、履歴データ用第1メモリ８１及び履歴データ用第２メモリ８２には常に一定時間分の履歴データが記憶された状態となっている。このようにして、監視装置５が故障信号を受けたとき、故障前後の履歴データの再生が可能な構成となっている。

図２は状態遷移判定回路の一例を示すブロック構成図である。

図２において、状態信号２のうち、例えばゲート制御基準回路４１からの正側のゲート基準信号を、直列に接続された第１のＤ型フリップフロップ回路９１と第２のＤ型フリップフロップ回路９２の入力に与える。第１のＤ型フリップフロップ回路９１の出力となるデータ記録用ゲート信号と第２のＤ型フリップフロップ回路９２の出力信号とがＥＸＯＲ回路９３に入力され、その出力としてゲートの状態遷移トリガ信号が得られる。この状態遷移トリガ信号のタイミングでプロセッサ７はデータ記録用ゲート信号の論理値を読み込み、履歴データ用第２メモリ８２にこれを書き込む。また状態遷移トリガ信号が得られたタイミングの時刻情報をプロセッサ７１内の時計回路７１が計測し、この時刻データを上記データ記録用ゲート信号の論理値と対応づけて履歴データ用第２メモリ８２に書き込む。

以下、図３を参照して上述の動作を説明する。図３は三角波キャリア比較方式を用いたゲート信号の記録動作を説明するタイムチャートである。

図３において、時刻ｔ０は三角波キャリアが電圧基準とクロスする時刻である。このとき、ゲート基準はレベル０からレベル１に立ちあがり、三角波キャリアが再び電圧基準とクロスする時刻ｔ２までレベル１を保持する。以下同様に三角波キャリアと電圧基準の大小関係に基づいてゲート基準はレベル０とレベル１を繰り返す。

時刻ｔ１において、ＥＸＯＲ回路９３の動作により状態推移トリガが立ち上がり、上述したようにこの時刻ｔ１でゲート基準の点Ａに相当するデータ記録用ゲート信号のレベル１が図２の履歴データ用第２メモリに書き込まれる。また、時刻ｔ２においても同様にして点Ｂに相当するデータ記録用ゲート信号のレベル０が図２の履歴データ用第２メモリに書き込まれる。

同様の回路を用いて負側ゲート基準信号、正側及び負側のゲート制御信号についても履歴データの記録を行う。

以上説明した本発明によるデータ圧縮効果を以下に考察する。例えばゲートトレース機能として、１μｓサンプリング、１００ｍｓ間のデータ保存、ゲート基準信号とゲート制御信号の総数を４８個とした場合、４バンク分の従来方式におけるデータ量は、前述したように１９２０ｋバイトとなる。

同様の条件において、本発明を用いた場合は以下となる。即ち、キャリア比較方式を用いたときは、キャリア周波数に同期した回数でゲート出力信号は信号遷移が発生するため、三角波キャリアを５００Ｈｚとした場合は、１ｍｓに１回状態遷移が発生する。このことから、１００ｍｓの間では１ゲートあたり１００回の遷移しか発生しないことになる。従って１バンクのデータ量は、時刻データを３２ビットデータとしたときに、データ量×記録回数＝（１０バイト＋４バイト）×１００×８０≒１００ｋバイトとなり、従来方式に比べ大幅なメモリ容量の削減になる。

次に、プロセッサ７の表示用トレンドデータ作成機能について説明する。

上述の通り、履歴データ用第１メモリ８１には、状態信号１に対応する履歴データが、例えば１ｍｓをサンプリング周期として記憶されている。また、履歴データ用第２メモリ８２には、状態信号２のレベル情報として、レベルが遷移する度にその時のレベルとその時の時刻情報が記憶されている。後者の履歴データは、例えばサンプリング時間を１μＳと短くしているが、レベルの遷移がないとデータの書き込みは行なわれないので、状態信号２の周波数に対応した間隔の履歴データとなっている。

上記状態で故障信号が与えられたとき、またはデータの再生要求があったとき、履歴データをトレンドデータに編集するためには、履歴データ用第２メモリ８２に記憶された時刻データを履歴データ用第１メモリ８１に記憶された履歴データの時刻に合わせ込む必要がある。これは、履歴データ用第１メモリ８１に記憶された履歴データの初期時刻を記憶しておけば、比較的容易に可能であり、状態信号１と状態信号２のトレースバックデータを同一時間軸上のトレンドデータに編集することができる。このトレンドデータを例えばプロセスコントローラ１０にデータ伝送すれば、トレンドデータを外部に表示することが可能となる。

尚、このようなトレンドデータの編集機能は、必ずしもプロセッサ７が持つ必要はなく、例えばプロセスコントローラ１０側で、上述の時刻データの合わせ込みを行なうようにしても良い。

また、以上の説明では状態信号２は２レベルで遷移するものとしたが、更に多くのレ
ベルを有する信号であっても良い。

本発明に係る監視装置及びこれを用いた電力変換装置のブロック構成図。 状態遷移判定回路の一例を示すブロック構成図。 三角波キャリア比較方式を用いたゲート信号の記録動作を説明するタイムチャート。

符号の説明

１ 電動機制御装置
２ 交流電動機
３ コンバータ／インバータ
４ 制御回路
５ 監視装置
６ 入出力部
７ プロセッサ
８ 記憶部
９ 状態遷移判定回路
４１ ゲート基準回路
４２ ゲート制御回路
７１ 時計回路
８１ 履歴データ用第１メモリ
８２ 履歴データ用第２メモリ
９１、９２ Ｄ型フリップフロップ
９３ ＥＸＯＲ回路

Claims (5)

1. 監視対象機器から時系列に入力される複数個の第１の状態信号及び第２の状態信号を受信する手段と、
   前記第１の状態信号を所定のサンプリング時間で所定時間分第１の履歴データとして記憶する第１の記憶手段と、
   前記第２の状態信号のレベルが変化したこと及び変化後のレベルを検出する検出手段と、
   前記変化後のレベルを前記第２の状態信号が変化したときの時刻情報と共に、所定時間分第２の履歴データとして記憶する第２の記憶手段と
   を備えた監視装置。
2. 更に、前記監視対象機器から故障信号を受信して所定の時間経過後、前記第１及び第２の履歴データを再生して表示用トレンドデータを作成する手段を備えた請求項１に記載の監視装置。
3. 前記検出手段は、
   第１のＤ型フリップフロップと、
   この第1のＤ型フリップフロップの出力を入力とする第２のＤ型フリップフロップと、
   この第２のＤ型フリップフロップの出力と前記第１のＤ型フリップフロップの出力を入力とするＥＸＯＲ回路で構成し、
   前記ＥＸＯＲ回路の出力が１となったとき、前記第１のＤ型フリップフロップの出力を検出するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の監視装置。
4. 前記監視対象機器は電力変換装置であり、
   前記第２の状態信号は、ゲート基準信号及びゲート制御信号のうち少なくとも1つであることを特徴とする請求項１に記載の監視装置。
5. 交流または直流を他の周波数または電圧に変換するコンバータ／インバータと、
   前記コンバータ／インバータを制御する制御手段と、
   前記コンバータ／インバータを監視する監視装置と
   から構成され、
   前記監視装置は、
   前記制御手段から時系列に入力される複数個の第１の状態信号及び第２の状態信号を受信する手段と、
   前記第１の状態信号を所定のサンプリング時間で所定時間分第１の履歴データとして記憶する第１の記憶手段と、
   前記第２の状態信号のレベルが変化したこと及び変化後のレベルを検出する検出手段と、
   前記変化後のレベルを前記第２の状態信号が変化したときの時刻情報と共に、所定時間分第２の履歴データとして記憶する第２の記憶手段と
   を備えたことを特徴とする電力変換装置。
   
   

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