WO2019207837A1 - 電力変換システム及び電力変換方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a power conversion system, and particularly relates to a safety function operation.
- Patent Document 1 In a power converter that supports functional safety, a safety function operation has been proposed that shifts the system in a safe direction when an abnormal system operation or a diagnostic error is detected.
- the present invention is a power conversion device including a power conversion device main body for driving a motor and a safety function unit that executes a safety function,
- the function unit receives the safety request signal, it outputs a safety function operation instruction signal
- the power converter main body controls the motor by the safety function operation instruction signal
- the safety function unit monitors the motor status, and the motor status When the value exceeds a predetermined range, post-threshold processing is performed by a pre-selected safety function operation.
- the motor drive in a dynamic situation such as after a system operation abnormality or a diagnostic error occurs, the motor drive can be finely controlled in accordance with the system situation, so that the safety of the system is improved.
- FIG. 1A and 1B are system block diagrams showing a functional configuration when operating a safety function in the present embodiment.
- FIG. 1A shows a functional configuration when a safety function is operated by a power converter. In FIG. 1A, it is comprised from the power converter device 10, the input-output part 30, the motor 40, and the load machine 50.
- the motor 40 is a device that converts electrical energy into mechanical energy, and is, for example, a three-phase AC motor.
- the load machine 50 is a component of an industrial machine such as an elevator or a machine tool, and is connected to the motor 40 and driven.
- the input / output unit 30 inputs and outputs a safety request signal such as an emergency stop signal for bringing the load machine 50 into a safe state.
- a safety request signal such as an emergency stop signal for bringing the load machine 50 into a safe state.
- an emergency stop switch that outputs an emergency stop signal when pressed by an operator engaged in the load machine 50, or an emergency stop signal that is detected when a person approaches the load machine 50 or an entry-prohibited door is opened. Light curtains and safety door locks.
- a safety relay, a safety PLC, or the like that outputs an emergency stop signal when an emergency situation notification is received from the devices may be used in connection with the plurality of devices.
- the emergency stop signal is one of the safety request signals for requesting the execution of the safety function defined in the international standard IEC61800-5-2.
- indication signal output from the safety function part 20 mentioned later to the external brake which is not shown in figure may operate
- the power conversion device 10 controls the drive of the motor 40.
- the detailed configuration will be described later.
- the power conversion apparatus 10 receives a safety request signal such as an emergency stop signal from the input / output unit 30, the power conversion apparatus 10 performs control such as stopping the motor 40.
- FIG. 1B is a block diagram showing a functional configuration when the safety function unit is connected to the power conversion device to operate the safety function.
- the safety function unit 20 is connected to the power conversion device 10 and operates to execute not only an emergency stop of the motor 40 but also a safety function that decelerates and stops the motor 40 or maintains a constant speed.
- a control signal is output to the power conversion apparatus 10 as described above. The detailed configuration will be described later.
- the power conversion device 10 can execute the control and safety functions of the motor 40 by itself, and further safety functions can be executed if the safety function unit 20 is connected.
- the power converter device 10 as a power converter device main body, and combining the safety function part 20 connected to it into the new power converter device 11.
- FIG. 2 is a diagram showing an example of a duplex configuration as a power conversion device and a safety function unit in the present embodiment, and a data flow at the time of connection.
- the power conversion apparatus 10 includes an operation management unit 101, a main body control unit 102, a drive unit 103, a current detector 104, optional connection units 108 and 109, a communication unit 110, and a display unit 111.
- the operation management unit 101 gives a speed instruction to the main body control unit 102 to control the drive of the motor.
- the main body control unit 102 is composed of a CPU (Central Processing Unit) and a program operating on the CPU.
- the display unit 111 is instructed to notify the state of the power conversion device 10, and the communication unit 110 is instructed to communicate when communicating with an external device.
- the main body control unit 102 outputs a PWM (Pulse Width Modulation) control signal to the drive unit 103.
- PWM Pulse Width Modulation
- the main body control unit 102 outputs a PWM (Pulse Width Modulation) control signal to the drive unit 103.
- PWM Pulse Width Modulation
- the drive unit 103 supplies electric power for applying torque to the motor 40.
- the current detector 104 measures the current supplied from the drive unit 103 to the motor 40, and is composed of, for example, a Hall element.
- the optional connection unit 108 is a terminal for connecting to the safety function unit 20.
- a connection completion signal When connected to the safety function unit 20, a connection completion signal is output, and when disconnected from the safety function unit 20, a connection release signal is output.
- outputting the connection completion signal means that the voltage of the terminal of the option connection unit 108 is in a high state (for example, a state where it is 24 V or the like). Means that the terminal voltage is low (for example, 0 V or the like).
- the operation management unit 101 can determine whether it is connected to the safety function unit 20 by acquiring the terminal voltage of the option connection unit 108.
- the option connection unit 109 is the same as the option connection unit 108.
- the safety function unit 20 includes a communication unit 210, control units 211 and 221, safety function execution units 212 and 222, MCU self-diagnosis units 213 and 223, path self-diagnosis units 107 and 207, safety function operation instruction unit 214. 224, main body connection portions 208 and 209.
- control units 211 and 221 are used and a double configuration is used, but the gist is the same in a single configuration.
- the functional safety setting tool 70 is used when a safety function operation to be executed when a safety request signal is received is selected and set in advance, or when an operation parameter is set. Details will be described later when FIG.
- the communication unit 210 is used when the safety function unit 20 exchanges data with other information processing apparatuses. It is also used when exchanging information with the power converter 10.
- the safety function unit 20 also performs communication processing for accessing the Internet and other information processing apparatuses.
- the communication unit 210 is not limited to a single communication unit. For example, a plurality of communications such as Bluetooth (registered trademark), wireless LAN, CDMA (Code Division Multiple Access), LTE (Long Term Evolution (registered trademark)), and the like. A plurality of schemes may be provided to make the scheme usable.
- Communication unit 210 and communication unit 110 may be duplicated. By duplicating, even if one of the communication units breaks down, communication is performed using the other communication unit, so that the safety of the apparatus is improved.
- the control unit 211 is constituted by a CPU, for example, and performs processing such as data management, calculation, and transmission / reception. The same applies to the control unit 221.
- the safety function execution unit 212 monitors the speed of the motor 40, receives a safety request signal from the input / output unit 30, and outputs a safety function operation execution signal such as STO. A detailed configuration will be described later with reference to FIG. The same applies to the safety function execution unit 222.
- the MCU self-diagnosis unit 213 diagnoses whether or not the control unit 211 is operating normally. For example, a watchdog timer is used to periodically check whether a program executed on the control unit 211 is hung up. The same is true for the MCU self-diagnosis unit 223.
- the safety function operation instruction unit 214 When the safety function operation instruction unit 214 receives a safety request signal such as an emergency stop signal from the safety function execution unit 212, the safety function operation instruction unit 214 outputs a safety function operation instruction signal to the power conversion device 10. The same applies to the safety function operation instruction unit 224.
- the main body connection unit 208 is a terminal for connecting to the power conversion device 10. The same applies to the main body connection unit 209.
- the path self-diagnosis unit 107 diagnoses whether a signal is transmitted from the safety function execution unit 212 to the drive unit 103. A test pulse is transmitted at a predetermined time interval to detect whether or not a signal has reached the drive unit 103. If the signal does not arrive, the operation management unit 101 is notified of the occurrence of an error.
- the MCU self-diagnosis unit 213 and the path self-diagnosis unit 107 may be configured as one module. The same applies to the route self-diagnosis unit 207.
- connection completion signals output from the option connection units 108 and 109 are transmitted to the operation management unit 101.
- a connection completion signal is transmitted to the control unit 211 via the communication unit 110 and the communication unit 210.
- connection completion signals output from the main body connection units 208 and 209 are transmitted to the control unit 211.
- it is transmitted to the operation management unit 101 via the communication unit 210 and the communication unit 110. In this way, the connection completion signals output from the power converter 10 and the safety function unit 20 are exchanged with each other, and a total of four connection completion signals are output.
- connection completion signals are received by the operation management unit 101 and the control unit 211. When all the connection completion signals have been received, it is determined that the connection has been completed normally, and a message indicating that the safety function unit has been normally connected is displayed on the display unit 111. If all the connection completion signals cannot be received, it is determined that there is a connection error, and a display indicating the connection error is displayed.
- FIG. 3A shows a circuit diagram in a state where the power conversion device 10 and the safety function unit 20 are not connected.
- the option connection units 108 and 109 are not connected to the safety function unit 20. Even if the power conversion device 10 is turned on in this state, the voltage at the terminals of the option connection units 108 and 109 is low (for example, 0 V). That is, the connection release signal is output from the option connection units 108 and 109, and the operation management unit 101 receives it.
- FIG. 3B shows a circuit diagram in a state where the power conversion device 10 and the safety function unit 20 are connected.
- the terminal 130 is a terminal for supplying a voltage from the power conversion device 10 to the safety function unit 20.
- the terminal 130 is connected to the terminal 230 of the safety function unit 20.
- the terminal 230 and the main body connection parts 208 and 209 are electrically connected. Therefore, when the power converter 10 is turned on in a state where the option connection units 108 and 109 and the main body connection units 208 and 209 are connected, the voltages of the option connection units 108 and 109 and the main body connection units 208 and 209 increase. (For example, it becomes 24V). That is, a connection completion signal is output.
- terminal 130, the terminal of the option connection unit 108, and the terminal of the option connection unit 109 may be collectively configured as one connector.
- FIG. 3C shows a circuit diagram in a state where the power conversion device 10 and the safety function unit 20 are connected, but the option connection unit 108 and the main body connection unit 208 are not connected due to poor contact or the like.
- the voltage of the option connection unit 109 and the main body connection unit 209 increases (for example, 24 V), but the voltage of the option connection unit 108 and the main body connection unit 208 is low.
- State for example, 0V. That is, a connection completion signal is output from the option connection unit 109 and the main body connection unit 209, and a connection release signal is output from the option connection unit 108 and the main body connection unit 208.
- connection state can be known by acquiring the voltage of the option connection part and the main body connection part, it is possible to immediately know the change in the connection state. As a result, when it is determined that there is a failure, the motor can be immediately stopped to ensure safety.
- the power conversion device 10 may be provided with a connection switch button.
- the connection switch button is a button indicating whether or not the safety function unit 20 is connected. For example, when the safety function unit 20 is connected, the user presses the connection switch button to explicitly notify the power conversion device 10 that the connection is being made. Thereby, the power converter device 10 can know a connection state reliably, and can ensure safety.
- the power conversion device 10 may store the connection state in the operation management unit 101 or the like. Thereby, when the operation management unit 101 confirms the connection state, in addition to the connection completion signal or the connection release signal output from the option connection units 108 and 109, the connection information stored in the operation management unit 101 is stored. Since the connection state can be confirmed using this, safety can be ensured.
- connection determination processing flow between the power conversion device 10 and the safety function unit 20 will be described with reference to FIG.
- the option connection units 108 and 109 output connection completion signals (step S302), and the main unit connection units 208 and 209 also output connection completion signals.
- Output step S303.
- the option connection unit or the main body connection unit operates normally, four connection completion signals are output, but if any of them is out of order, four connection completion signals are not output.
- the option connection units 108 and 109 output connection release signals (step S304), and the main unit connection units 208 and 209 also output connection release signals (step S304). S305).
- the operation management unit 101 receives the connection completion signal or the connection release signal output from the option connection unit and the main body connection unit (step S306).
- step S307 it is confirmed whether or not the timer has been started. If the timer has not been started, the timer is started (step S308). This timer is used to measure the time when the operation management unit determines that a connection error has occurred when all connection completion signals cannot be received within a predetermined time.
- the operation management unit 101 confirms which one of the connection completion signal and the connection release signal is received (step S309).
- the connection completion signal is received (step S309; connection completion signal)
- the connection is in progress. Transition to a state (step S311).
- the connected state is one of the states held by the operation management unit 101 and is a state of waiting for a connection completion signal to be output.
- the state is held as a variable (for example, state) defined in the execution program, and when the value of the variable state is 1, it indicates a connected state.
- the connection release signal is received (step S309; connection release signal)
- the state transits to the unconnected state (step S310).
- the unconnected state is a state indicating that the safety function unit 20 is not connected to the power conversion device 10. Unlike the connection error state, the power conversion device 10 can start the operation of the motor even in the unconnected state.
- step S312 it is confirmed whether or not all connection completion signals have been received (step S312). If all connection completion signals have been received, it is determined that the connection has been made normally, and the state transitions to the connection completion state (step S317). If all the connection completion signals have not been received yet, it is confirmed whether or not the timer has expired (step S313). If the timer has not yet expired, the process returns to step S306 to receive the signal. Execute.
- step S314 If the timer expires without receiving all connection completion signals, it is checked whether or not the connection is in progress (step S314). If it is in the connected state, it is determined that there is a connection error, and a transition is made to the connection error state (step S315). If it is not in the connected state, the unconnected state is maintained (step S316).
- connection state is displayed on the display unit 111 (step S318). For example, “successfully connected” is displayed if the connection is complete, and “connection error” is displayed if the connection is in an error state.
- connection status may be displayed using an LED or the like.
- the LED that is turned on when it is normally connected and the LED that is turned on when there is a connection error may be separated, or one LED may change the color that is turned on according to the connection state and notify the user. good. Thereby, if a user sees the LED, a connection state can be confirmed at a glance, and safety will improve more.
- connection completion signal is also received by the control unit 211, and by performing the same processing as the operation management unit 101, it is known whether the connection has been made normally or an error has occurred. be able to.
- connection between the power conversion device 10 and the safety function unit 20 is performed in a state in which both power supplies are OFF. Then, after the connection is completed, the power is turned on, and then the user presses the operation start button to start the motor operation. At that time, if the connection is normally completed, the motor operation may be started. However, if a connection error has occurred, it is desirable not to operate the motor.
- step S401 when the power of the power converter 10 and the safety function unit 20 is turned on by the user (step S401), the connection determination process described in FIG. 4 is executed (step S402). As a result, the connection state transitions to a connection completion state, a connection error state, a connected state, or an unconnected state. Then, the user presses the start button (step S403). Next, the operation management unit 101 confirms the connection state (step S404). If the connection state is a connection completion state or a non-connection state, a motor operation start process is performed (step S406).
- connection state is in the connected state
- a message indicating that the connection is in progress is displayed on the display unit 111 (step S405), and the process returns to the standby state for pressing the start button.
- connection state is a connection error state
- a message indicating a connection error is displayed on the display unit 111 (step S407), and the process returns to the standby state for pressing the start button.
- step S500 The processing flow of the power conversion apparatus 10 when the connection is disconnected or connected during motor operation will be described with reference to FIG. In FIG. 6, first, the operation management unit 101 issues a speed instruction to the main body control unit 102 to control the drive of the motor (step S500).
- step S501 it is confirmed whether or not a connection release signal indicating that the connection has been released or a connection completion signal indicating that the connection has been output has been output from the option connection units 108 and 109 (step S501). If no signal is output, motor drive control is performed again (step S500). If a signal is output, the connection state is acquired and confirmed (step S502). Then, the processing content to be executed is determined by the combination of the signal type and the connection state (step S503).
- connection release signal when a connection release signal is output in a connection completed state, it is determined that the safety function unit 20 has been removed or a connection failure has occurred, and the motor must be in a safe state.
- the operation management unit is set to execute STO for instructing the main body control unit to stop the motor, a message to stop the motor safely is displayed and the STO is executed.
- connection completion signal when a connection completion signal is output in the unconnected state, it is determined that the safety function unit 20 is attached, and even if the safety function unit 20 is attached during operation, there is no influence on the operation of the motor. Display to notify the user that the degree will not improve. In this case, the safety function operation such as STO may not be executed.
- connection completion signal is output even though the connection is complete, or if a connection release signal is output even though it is not connected, a combination that cannot occur if the device is operating normally Therefore, it is determined that there is a possibility that the option connection units 108 and 109 are out of order, display for notifying the user of the possibility of failure is performed, and STO or the like is executed.
- the contents to be displayed on the display unit 111, whether or not to execute the safety function operation, and the like are determined based on the combination of the type of signal output from the option connection units 108 and 109 and the connection state.
- step S504 If there is content to be notified to the user, the content is displayed on the display unit 111 (step S504).
- step S506 if it is necessary to execute the safety function operation, the safety function operation is executed (step S506), and a transition to the connection error state is made (step S507). If it is not necessary to execute the safety function operation, the motor drive control is performed again (step S500).
- the emergency stop signal is received as the safety request signal and the STO is set to be executed as the safety function operation
- the emergency stop signal is output from the input / output unit, and then the STO is supplied to the drive unit 103.
- the operation until a signal is input will be described.
- the operation management unit 101 when the operation management unit 101 receives a deceleration instruction, the operation management unit 101 issues a deceleration instruction to the main body control unit 102 together with parameters such as deceleration. In response to this, the main body control unit 102 outputs a PWM control signal to the drive unit 103 to decelerate the motor 40.
- the main body control unit 102 acquires a current value for estimating the motor speed (output frequency) output from the current detector 104. Furthermore, the safety function execution units 212 and 222 also acquire current values from the current detector 104. Using this value, the safety function execution units 212 and 222 start monitoring the speed of the motor 40. Thereafter, when the speed of the motor 40 exceeds a predetermined threshold for some reason, the safety function execution units 212 and 222 output a safety function operation instruction signal such as STO to the drive unit 103 via the communication units 210 and 110. To do.
- the safety function operation signal is input to the drive unit 103 via the operation management unit 101 and the main body control unit 102. Then, the drive unit 103 turns off the torque generated in the motor 40.
- the speed of the motor 40 can be reduced and stopped, and the safety function can be expanded.
- what kind of safety function operation is executed when the speed of the motor 40 exceeds a predetermined threshold value may be set in advance by receiving a user's selection using the function safety setting tool 70 or the like.
- the safety function execution unit 212 includes an operation parameter storage unit 2122, an operation monitoring unit 2123, a motor speed estimation unit 2125, and a time monitoring unit 2126.
- the operation parameter storage unit 2122 stores operation parameters such as a deceleration and a speed threshold.
- operation parameters such as a deceleration and a speed threshold.
- it is composed of a RAM or the like.
- the motor speed estimation unit 2125 estimates the speed of the motor 40 based on the current value output from the current detector 104 and the like.
- the torque generated in the motor 40 is calculated from the magnitude and frequency of the current supplied to the motor 40 and converted into the rotational speed of the motor 40.
- An encoder that outputs the rotation speed of the motor in addition to the motor may be used. As a result, a more accurate motor speed is known and the safety function is improved.
- the time monitoring unit 2126 measures an elapsed time after receiving a safety request signal such as an emergency stop signal.
- the elapsed time is output to the operation monitoring unit 2123 at a predetermined time interval.
- the operation monitoring unit 2123 acquires the speed and elapsed time of the motor 40 and monitors whether or not a predetermined threshold is reached. If the predetermined threshold value is reached, a safety function operation signal such as a set STO is output.
- the processing flow of the operation monitoring unit 2123 when an emergency stop signal is received as a safety request signal will be described with reference to FIG.
- the operation parameter is acquired from the operation parameter storage unit 2122 (step S100).
- the operation parameter setting method will be described later with reference to FIG.
- the operation monitoring unit 2123 outputs the acquired operation parameter to the safety function operation instruction unit 214, and the safety function operation instruction unit 214 outputs a deceleration instruction (step S101).
- the safety function operation instruction unit 214 determines whether or not a deceleration start signal has been received from the operation management unit 101 (step S102).
- step S104 If the deceleration start signal has not been received, the deceleration instruction signal is output again (step S104). If the predetermined time has not elapsed since the emergency stop signal was received, the process returns to step S102 again. If the predetermined time has elapsed, it is determined that some kind of error has occurred in the power converter 10, and a safety function operation instruction signal such as STO is output (step S106).
- the safety function operation determination process is executed (step S103).
- the operation monitoring unit 2123 outputs a safety function operation instruction signal such as STO (step S106).
- the operation monitoring unit 2123 acquires an operation parameter from the operation parameter storage unit 2122 (step S ⁇ b> 201).
- the operation parameter is a speed that becomes a threshold for outputting a deceleration or a safety function operation instruction signal (STO or the like), and the details thereof will be described later with reference to FIG.
- STO safety function operation instruction signal
- the parameter is stored in the parameter storage unit 2122 (step S204).
- step S205 If the initial motor speed has already been acquired, the motor speed and time are acquired as they are (step S205), and the motor speed threshold value is calculated (step S206). Then, it is determined whether or not the motor speed exceeds a threshold value (step S207). If the motor speed is exceeded, the safety function operation determination process is terminated and a safety function operation instruction signal is output (step S106 in FIG. 10). )I do. If the threshold is not exceeded, the process returns to step S205 to execute the process.
- FIG. 12 is a diagram illustrating a display example of the operation unit and the display unit mounted on the power conversion device according to the present embodiment.
- the operation unit and the display unit are not necessarily limited to those attached to the power converter, and may be configured to be detachable from the power converter with a cable or the like.
- the power conversion device 10 includes interfaces such as an operation start button 701, an operation stop button 702, a display unit 703, an OK button 704, an upper button 705, and a lower button 706.
- a display notifying that there is an error is displayed on the display unit 703. For example, an error number “No. 001” or an error content “Connection error” is displayed.
- an error number “No. 001” or an error content “Connection error” is displayed.
- FIG. 13 is a diagram for explaining the safety function operation in the present embodiment.
- SS1 Safety stop 1
- T2-T1 Maximum time from when a safety request signal is received to when deceleration is started
- T4-T3 Maximum time from when a predetermined threshold is exceeded until safety area return processing is started
- T6-T3 Allowable time
- T8-T1 SS1 deceleration time
- T9-T4 Safety region return processing deceleration time
- T5-T1 Minimum SS1 deceleration time
- T10-T1 Maximum SS1 deceleration time
- T7-T4 Automatic adjustment SS1 deceleration time 601 : Operation at the time of SS1 deceleration 602: Operation after diagnosis error or abnormality occurred at SS1 deceleration 603: Operation according to the deceleration time of the safety area return process selected by the user after the abnormality occurred 604: Safety area after the occurrence of abnormality Operation 611:
- an upper limit and a lower limit may be set for the deceleration. For example, if a predetermined threshold value with the dotted line 612 as the upper limit and the dotted line 611 as the lower limit is set as the safety region, the motor continues to decelerate if the motor speed is within this safety region. If the motor speed deviates from this safe area, it is considered that a predetermined threshold has been exceeded. The safety function operation after exceeding the predetermined threshold will be described later.
- the time T3 (the point where 602 and 612 intersect: P1) when the motor speed exceeds 612 as in 602 due to some influence during the deceleration stop in SS1 as in 601 is the time when the predetermined threshold is exceeded.
- the predetermined threshold is an upper / lower threshold, which is a threshold determined by the SS1 minimum deceleration time and the SS1 maximum deceleration time set in advance by the functional safety setting tool 70. This is (611, 612) in FIG.
- the SS1 minimum deceleration time is defined as T5-T1
- the maximum deceleration time is defined as T10-T1.
- T2 the maximum time after receiving an emergency stop signal (here SS1 signal) until deceleration is started.
- the predetermined threshold is an upper limit threshold, and the function safety setting tool 70 is used in advance. It is a threshold value determined by the set frequency limit value. In the case of SDI (Safe (Direction), 0 speed is a threshold value. When normal rotation is permitted, the reverse rotation direction exceeds a predetermined threshold value, and when reverse rotation is permitted, the normal rotation direction exceeds a predetermined threshold value.
- any of the function STO that cuts off the torque to the motor, the function SS1 that executes STO after the motor is decelerated and stopped, and the function SBC (Safe Brake Control) that outputs a safety output signal for external brake control Whether or not to execute the function is selected and set in advance by the user, and stops according to the selected function.
- any safety function operation such as STO / SS1 / SBC selected in advance operates according to the respective functional specifications, so that the deceleration of the motor can be controlled more finely and safety is improved. improves.
- a parameter indicating the type of safety function to be executed when a safety request signal is input is stored in the operation parameter storage unit 2122 of the safety function execution unit 212.
- the safety function execution unit 212 prepares a variable on the program and executes, for example, SS1 if the value of the variable is 1 and SLS if the value is 2.
- the operation parameter storage unit 2122 holds operation parameters related to each safety function.
- parameter settings of safety-related functions such as safety function operation selection, deceleration time, and allowable time set by the user are performed from the functional safety setting tool 70, for example.
- the parameter setting method using the functional safety setting tool 70 is connected to the communication unit 110 and written in the operation parameter storage unit 2122 of the safety function execution unit 212.
- the route to be written is not limited to the communication unit 110, but may be finally written in the operation parameter storage unit 2122.
- the user presets parameters of safety-related functions.
- the parameters of the safety-related functions are held in the operation parameter storage unit 2122.
- the operation parameter storage unit of the safety function execution unit 222 holds the same.
- the instructed safety function operation in FIG. 14 is, for example, the safety function operation SS1 / SLS / SDI described in IEC 61800-5-2.
- Such a safety function operation executed when an emergency stop signal is received or when a predetermined speed threshold value is exceeded may be set from the functional safety setting tool 70.
- the safety function operation process is to acquire a preset operation parameter (step S600). For example, when SS1 is preset as the instructed safety function operation, when the instructed safety function operation is executed, deceleration is started according to the SS1 deceleration time of the preset operation parameter (step S601). . Then, it is determined whether or not the motor speed is within the safe area (step S602). If the motor speed is out of the safe area, the process proceeds to a predetermined threshold excess post-process (step S605). The post-processing exceeding the predetermined threshold will be described later.
- step S603 If it is within the safety range, it is determined whether or not a predetermined time (SS1 deceleration time in this case) has elapsed (step S603). If the predetermined time has not elapsed, the process returns to step S602, and the motor Return to monitoring whether the speed is within the safe area and execute the process. When the predetermined time has elapsed (step S603), a safety function operation signal (SS1 signal here) is output (step S604).
- FIG. 15 is a flowchart showing a process after exceeding a predetermined threshold related to the safety function operation to be executed when it is determined in step S602 that the safety area has been excluded.
- 15 includes a safety function operation STO / SS1 / SBC executed after a predetermined threshold is exceeded (step S605).
- a safety area return process is executed.
- any one of STO / SS1 / SBC is set in advance by the functional safety setting tool 70, and the set safety function operation is executed (step S700).
- step S701 If the STO has been set in the safe area return process (step S701), an STO signal is output.
- a safety output signal (SBC signal) is output for external brake control.
- step S703 When SS1 was set in the safe area return process, either automatic adjustment was selected in advance or when operating according to the SS1 deceleration time setting of the safe area return process set in advance as usual It is determined whether or not to perform (step S703).
- step S706 in accordance with the SS1 deceleration time setting of the safety area return process set in advance, the vehicle decelerates as indicated by 603 in FIG. Stop.
- the deceleration time of the safety function operation SS1 603 is the SS1 deceleration time (T9-T4) of the safe area return process set in advance by the functional safety setting tool 70.
- the motor is decelerated at a rate that decelerates from the motor speed at time T4 to the motor speed (V1) at time T9.
- the deceleration time and the deceleration rate may be calculated based on other criteria such as from the time point T1.
- step S704 Even if the normal process is selected, if the SS1 deceleration time setting for the safe area return process has not been accepted, the automatic adjustment process (step S704) may be performed.
- FIG. 16 is a flowchart showing an automatic adjustment process (step S704) executed when automatic adjustment is started.
- step S800 it is determined whether the reaction time (step S800) has elapsed after the automatic adjustment process is monitored. If the reaction time has not elapsed, the functional safety operation of the pretreatment is continued until the reaction time has elapsed.
- the safe area return process is executed (step S801). Since FIG. 16 explains the automatic adjustment process, SS1 is set in the safe area return process.
- step S801 The time from the time T3 at which it is determined that the predetermined threshold value is exceeded to T4 when the safe region return process is executed.
- T4-T3 The time from the time T3 at which it is determined that the predetermined threshold value is exceeded to T4 when the safe region return process is executed. If the reaction time has not elapsed, the process returns to step S800. After the reaction time has elapsed, a safe area return process is executed (step S801).
- the time (T6-T3) from time T3 to T6 when it is determined that a predetermined threshold value is exceeded is defined as the allowable time.
- This allowable time is set in advance from the functional safety setting tool 70. It is determined whether or not the motor speed returns to the safe region within the set allowable time (step S802).
- the motor is decelerated and stopped according to the SS1 deceleration time of the safe region return process set by the functional safety setting tool 70 (step S803).
- step S804 If it is determined that the motor speed does not return within the safe range within the allowable time, automatic adjustment is executed (step S804).
- the method for determining whether the motor speed returns to the safe region within the permissible time is as follows. At the time of execution of the safe region return process at T4, an intersection P2 (T6) of the preset permissible time and the upper limit threshold value that determines the safe region. At the time T6, the motor speed falls below the intersection P2 and returns to the safe area at the time T6 when the vehicle is decelerated and stopped according to the SS1 deceleration time setting of the safety area return process set in advance. It is determined from the motor speed at the time, the allowable time, and the upper threshold.
- the upper threshold is used as the determination method condition.
- the lower threshold is used as the determination method condition.
- the upper limit threshold and the lower limit threshold determine the safe area. Therefore, it is these upper limit threshold value and lower limit threshold value that determine whether the motor speed is out of the safe region. That is, the threshold value for determining the safety region is used as a determination condition for determining whether the motor speed returns within the safety region at time T4.
- the frequency limit set in advance from the functional safety setting tool 70 is the upper limit threshold value, and the safety region is below the set frequency. .
- the process proceeds to a process after exceeding a predetermined threshold (S605), and the safety function operation is executed so as to return the motor speed to the safe area in the same manner as SS1.
- the safety area is the safety area when the reverse rotation direction is prohibited.
- the reverse rotation direction is a safe area.
- the automatic adjustment referred to here is based on the motor speed, allowable time, and upper threshold value in the dynamic situation of time T4 without adopting the SS1 deceleration time of the safe area return process that was previously set at time T4.
- the safe area return is performed so that the motor speed returns to the safe area without adopting a preset value for the SS1 deceleration time of the safe area return process in which the motor speed falls below the intersection P2 at time T6. Changing the SS1 deceleration time of the process.
- the SS1 deceleration time of the automatically adjusted safety area return process is stored in the operation parameter storage unit (2122), and the SS1 deceleration time of the safe operation 2 can be separately used as a reference value when the setter decides. good.
- the SS1 deceleration time of the safe area return process may be reviewed and executed every predetermined time to finely control in a more dynamic situation.
- the SS1 deceleration time of the safety area return process set in advance is the deceleration stop assumed by the setter.
- the motor speed does not immediately return to the safe area and the motor exceeds the predetermined threshold. You are driving at speed. For example, in FIG. 13, the vehicle is decelerated and stopped at a deceleration rate of 603, and the motor speed exceeds the safe region at time P2.
- the motor speed can be returned to the safe area within the allowable time in the dynamic situation of T4 when the safe area return process is executed after the predetermined threshold is exceeded. Since the motor deceleration time can be controlled according to the situation, the safety of the system can be further improved. For example, in FIG. 13, the vehicle is decelerated and stopped at a deceleration rate of 604, and the motor speed returns to the safe region at time P2. Note that the SS1 deceleration time at the time of this automatic adjustment is defined as T7-T4 in this embodiment, but may be calculated based on other criteria.
- the torque to the motor may be cut off with STO.
- the post-safety area return process is a process that can select the safety function operation from the time when the motor speed returns to the safe area (intersection P3 between 604 and 612) to the stop after the completion of the automatic adjustment process.
- the post-safe area return processing is executed when the motor function speed returns to the safe area when the safety function operation from the point P3 to the stop is set in advance from the functional safety setting tool 70 and the automatic adjustment process is performed.
- FIG. 17 is a diagram for explaining the post-safe area return processing.
- Safe area return process selection (1) In the automatic adjustment process, the vehicle is decelerated and stopped at the deceleration rate of 604 while maintaining the SS1 deceleration time of the safety area return process changed and adopted at time T4.
- Safe area return process selection (2) Decelerates and stops at a deceleration rate 601 in accordance with the SS1 deceleration time of the instructed safety function operation.
- Safe area return process selection (3) Decelerate and stop according to the deceleration rate of 603 according to the SS1 deceleration time setting of the preset safe area return process.
- processing after returning to the safe area may be processing other than the above options.
- SLS when SLS is set with the instructed safety function operation, when returning to the safe area by automatic adjustment within the allowable time, operation is continued at a motor speed that does not exceed the limit value without decelerating and stopping. It is also possible to select it.
- the safety of the system can be improved by the functional safety operation after the predetermined threshold is exceeded.
- step S605 Even when the safety area return process is being executed, if the safety area is not reached again, the motor speed is returned to the safety area by executing the post-predetermined post-processing (step S605).
- the display unit 111 displays a notification that the safety function operation has been performed in the automatic adjustment execution (step S804).
- an automatic adjustment in-progress signal is operated via the communication unit 210 and the communication unit 110, triggered by the change (automatic adjustment) of the SS1 deceleration time of the safe region return process during the automatic adjustment execution (step S804).
- the operation management unit 101 that has transmitted to the management unit 101 and received the automatic adjustment execution signal notifies the display unit 111 that automatic adjustment is being performed. Then, for example, “Safe area return processing (SS1) executed by automatic adjustment” is displayed.
- the display timing may be displayed when automatic adjustment is executed even once, or may be displayed using the automatic adjustment value instead of the SS1 deceleration time set by the setting tool after the stop.
- the present embodiment after an abnormal system operation or a diagnostic error occurs, not only is the operation interrupted by the STO operation, but also the motor deceleration and the like are performed more finely according to the system situation by the safety function operation selected in advance. It can be controlled and safety is improved.
- the set value of the deceleration time is automatically changed and within the allowable time By controlling the speed so as to return to the inside, the safety of the system can be improved.
- SYMBOLS 10 Power converter, 20: Safety function part, 30: Input / output part, 40: Motor, 50: Load machine, 70: Functional safety setting tool, 101: Operation management part, 102: Main body control part, 103: Drive 104: current detector 107: path self-diagnosis unit 108, 109: option connection unit 110, 210: communication unit 111: display unit 208, 209: main unit connection unit 211, 221: control unit 212, 222: Safety function execution unit, 213, 223: MCU self-diagnosis unit, 214, 224: Safety function operation instruction unit
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Abstract
機能安全に対応した電力変換装置において、システム動作の異常や診断エラーを検知した際の安全機能動作を、異常時のシステムの状況に応じて動的な設定とすることで、システムの安全性を向上させる機能を提供することを目的とする。 上記目的を達成するために、モータを駆動するための電力変換装置本体と、安全機能を実行する安全機能部とを備える電力変換システムであって、安全機能部は、安全要求信号を受信したら安全機能動作指示信号を出力し、安全機能動作指示信号により電力変換装置本体はモータを制御し、安全機能部は、モータの状態監視を行い、モータの状態が所定の範囲を超過した場合、予め選択された安全機能動作による閾値超過後処理を行う。
Description
本発明は、電力変換システムに係り、特に安全機能動作に関するものである。
従来、機能安全に対応した電力変換装置において、システム動作の異常や診断エラーを検知した際にシステムを安全方向に移行する安全機能動作が提案されている。(例えば特許文献1)
特許文献1に記載の制御方法では、減速度制御等のシステム動作に異常が発生した場合や診断エラー発生を検知した場合は、安全機能動作であるSTO (Safe torque off) 機能によりモータへのトルクを遮断する。一方、安全機能動作の技術動向として、STO動作により遮断するだけでなく、より安全にシステムを制御する技術が普及し始めている。本発明では、異常時のシステムの状況に応じて安全機能動作を動的な設定とすることで、システムの安全性をより向上させる機能を提供する。
本発明は、上記背景技術及び課題に鑑み、その一例を挙げるならば、モータを駆動するための電力変換装置本体と、安全機能を実行する安全機能部とを備える電力変換装置であって、安全機能部は、安全要求信号を受信したら安全機能動作指示信号を出力し、安全機能動作指示信号により電力変換装置本体はモータを制御し、安全機能部は、モータの状態監視を行い、モータの状態が所定の範囲を超過した場合、予め選択された安全機能動作による閾値超過後処理を行う。
本発明によれば、システム動作の異常や診断エラー発生後という動的な状況において、システムの状況にあわせてモータの駆動を細かく制御できるため、システムの安全性が向上する。
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。なお、各図における共通の構成については同一の参照番号を付してある。また、以下に説明する各実施例は図示例に限定されるものではない。
図1A、1Bは、本実施例における安全機能を動作させる場合の機能的構成を示すシステムブロック図である。図1Aは、電力変換装置で安全機能を動作させる場合の機能的構成を示す。図1Aにおいては、電力変換装置10と入出力部30とモータ40と負荷機械50から構成される。モータ40は、電気的なエネルギーを機械的なエネルギーに変換する機器であり、例えば、3相交流モータなどである。
負荷機械50は、例えば、エレベータや工作機械等の産業機械の構成要素で、モータ40に接続されて駆動される。
入出力部30は、負荷機械50を安全な状態にするための緊急停止信号等の安全要求信号を入出力するものである。例えば、負荷機械50に携わる作業員などによって押下されて緊急停止信号を出力する緊急停止スイッチや、あるいは負荷機械50に人が近づいたり進入禁止のドアが開いたりしたことを検知して緊急停止信号を出力するライトカーテンやセーフティドアロックなどである。また、これらの複数の装置と接続されて使用され、装置から緊急事態の通知を受けたら、緊急停止信号を出力するセーフティリレーやセーフティPLCなどでも良い。緊急停止信号は、国際規格IEC61800-5-2で定められている安全機能の実行を要求する安全要求信号の一つである。また、後述する安全機能部20から出力された安全機能動作指示信号を、図示していない外部ブレーキに出力し、外部ブレーキが動作する構成であってもよい。
電力変換装置10は、モータ40を駆動制御するものである。その詳細な構成については後述する。電力変換装置10は、入出力部30から緊急停止信号等の安全要求信号を受信した場合、モータ40を停止するなどの制御を行う。
図1Bは、電力変換装置に安全機能部を接続して安全機能を動作させる場合の機能的構成を示すブロック図である。図1Bにおいて、安全機能部20は、電力変換装置10と接続されて動作し、モータ40の緊急停止だけでなく、モータ40を減速して停止したり、一定速度に保ったりする安全機能を実行するように電力変換装置10に制御信号を出す。その詳細な構成については後述する。
このように、電力変換装置10は、それ単体でもモータ40の制御及び安全機能を実行でき、更に安全機能部20を接続すれば、より高度な安全機能が実行できるようになる。なお、電力変換装置10を電力変換装置本体とし、それに接続された安全機能部20とを合わせて新たな電力変換装置11としてもよい。
図2は本実施例における電力変換装置と安全機能部として2重化の構成の例および接続時のデータの流れを示す図である。
図2において、電力変換装置10は、運転管理部101、本体制御部102、駆動部103、電流検出器104、オプション接続部108、109、通信部110、表示部111を含んで構成される。
運転管理部101は、本体制御部102に速度指示を出してモータの駆動制御をする。例えば、CPU(Central Processing Unit)とCPU上で動作するプログラムで構成される。また、表示部111に電力変換装置10の状態を通知するように指示を出したり、外部機器と通信をする際に通信部110に対して通信の指示を出したりする。
本体制御部102は、駆動部103にPWM(Pulse Width Modulation)制御信号を出力する。例えば、CPU上で動作するプログラムである。
駆動部103は、モータ40にトルクを与えるための電力を供給するものである。
電流検出器104は、駆動部103からモータ40に供給される電流を測定するものであり、例えばホール素子で構成される。
オプション接続部108は、安全機能部20と接続するための端子である。安全機能部20と接続された際に、接続完了信号を出力し、安全機能部20と分離された際に、接続解除信号を出力する。例えば、具体的には、接続完了信号を出力するとは、オプション接続部108の端子の電圧が高くなった状態(例えば24V等になった状態)になるということであり、接続解除信号を出力するとは、端子の電圧が低くなった状態(例えば0V等になった状態)になるということである。電力変換装置10の電源が入った状態において、運転管理部101はオプション接続部108の端子電圧を取得することで、安全機能部20と接続されているかどうかを判断できる。オプション接続部109もオプション接続部108と同様である。
図2において、安全機能部20は、通信部210、制御部211、221、安全機能実行部212、222、MCU自己診断部213、223、経路自己診断部107、207、安全機能動作指示部214、224、本体接続部208、209から構成される。なお、本実施例では制御部を211と221の2つとし2重化の構成としているが1重構成でも趣旨は同様である。
また、機能安全用設定ツール70は、安全要求信号受信時に実行される安全機能動作を予め選択、設定する際や、動作パラメータを設定する際に用いる。詳細は図14等の説明時にて後述する。
通信部210は、安全機能部20が他の情報処理装置とデータのやり取りを行う際に用いる。電力変換装置10と情報のやり取りを行う場合にも利用する。また、安全機能部20がインターネットや他の情報処理装置などにアクセスするための通信処理等も行う。また、通信部210は1つのみを使用する場合に限らず、例えば、Bluetooth(登録商標)、無線LAN、CDMA(Code Division Multiple Access)、LTE(Long Term Evolution:登録商標)等の複数の通信方式を利用可能にするために複数備えても良い。また、通信部210および通信部110は、二重化しても良い。二重化することにより、どちらか一方の通信部が故障したとしても、もう一方の通信部を使用して通信が行われるため、装置の安全性が向上する。
制御部211は、例えばCPUで構成され、データの管理や計算、送受信などの処理を行う。制御部221も同様である。
安全機能実行部212は、モータ40の速度を監視したり入出力部30からの安全要求信号を受け付けてSTO等の安全機能動作実行信号を出力したりする。詳細な構成は図9を用いて後述する。安全機能実行部222も同様である。
MCU自己診断部213は、制御部211が正常に動作しているか否かを診断する。例えば、ウォッチドッグタイマーを用いて制御部211上で実行されるプログラムがハングアップしていないかどうかを定期的に確認する。MCU自己診断部223も同様である。
安全機能動作指示部214は、安全機能実行部212から緊急停止信号等の安全要求信号を受信したら、電力変換装置10に対して安全機能動作指示信号を出力する。安全機能動作指示部224も同様である。
本体接続部208は、電力変換装置10と接続するための端子である。本体接続部209も同様である。
経路自己診断部107は、安全機能実行部212から駆動部103までの間を信号が伝達されるかどうかを診断する。所定の時間間隔でテストパルスを送信し、駆動部103に信号が到達したかどうかを検出する。もし信号が届かなかった場合はエラー発生を運転管理部101に通知する。なお、MCU自己診断部213と経路自己診断部107とは1つのモジュールとして構成されてもよい。経路自己診断部207も同様である。
図2において、電力変換装置10と安全機能部20を接続した際の信号の流れを矢印で示しており、この図を用いて接続処理時のデータの流れを説明する。
図2において、まず、電力変換装置10のオプション接続部108と、安全機能部20の本体接続部208が接続されると、オプション接続部108と本体接続部208はそれぞれ接続完了信号を出力する。また、オプション接続部109と本体接続部209も同様にそれぞれ接続完了信号を出力する。オプション接続部108および109から出力された接続完了信号は、運転管理部101に送信される。さらに、通信部110、通信部210を経由して、制御部211に接続完了信号が送信される。また、本体接続部208および209から出力された接続完了信号は、制御部211に送信される。さらに、通信部210、通信部110を経由して、運転管理部101に送信される。このようにして、電力変換装置10と安全機能部20から出力された接続完了信号がお互いに交換され、合計4つの接続完了信号が出力されることになる。
これらの接続完了信号は、運転管理部101および制御部211で受信される。全ての接続完了信号を受信できた場合は正常に接続が完了したと判断して、表示部111に安全機能部が正常に接続されたことを示すメッセージを表示する。もし、全ての接続完了信号が受信できなかった場合は接続エラーと判断し、接続エラーを示す表示をする。
次に、図3A、3B、3Cを用いて、オプション接続部と本体接続部の詳細について説明する。図3Aは、電力変換装置10と安全機能部20を接続しない状態の回路図を示している。オプション接続部108、109は安全機能部20と接続されていない。この状態で電力変換装置10の電源を入れても、オプション接続部108、109の端子の電圧は低い状態(例えば、0V)である。すなわち、オプション接続部108、109から接続解除信号が出力され、運転管理部101がそれを受信する。
図3Bは、電力変換装置10と安全機能部20が接続された状態の回路図を示している。端子130は電力変換装置10から安全機能部20に電圧を供給するための端子である。端子130は安全機能部20の端子230に接続される。安全機能部20の内部において、端子230と本体接続部208、209は電気的につながっている。そのため、オプション接続部108、109と本体接続部208、209が接続された状態で、電力変換装置10の電源を入れると、オプション接続部108、109および本体接続部208、209の電圧が高くなる(例えば、24Vになる)。すなわち、接続完了信号が出力される。
なお、端子130とオプション接続部108の端子、オプション接続部109の端子は、まとめて一つのコネクタとして構成しても良い。
図3Cは、電力変換装置10と安全機能部20が接続された状態だが、オプション接続部108と本体接続部208は、接触不良などにより接続されていない状態の回路図を示している。この状態では、電力変換装置10の電源を入れると、オプション接続部109と本体接続部209の電圧は高くなる(例えば、24Vになる)が、オプション接続部108と本体接続部208の電圧は低い状態(例えば、0V)である。すなわち、オプション接続部109と本体接続部209からは接続完了信号が出力され、オプション接続部108と本体接続部208からは接続解除信号が出力される。
このように、オプション接続部および本体接続部の電圧を取得することで接続状態が分かるため、接続状態の変化をすぐに知ることができる。それにより、故障と判断した場合はすぐにモータを停止させる等して、安全を確保することができる。
なお、電力変換装置10に接続用スイッチボタンを備えつけても良い。接続用スイッチボタンは、安全機能部20が接続されているかどうかを示すボタンである。例えば、安全機能部20を接続させた場合に、ユーザがこの接続用スイッチボタンを押して接続中であることを明示的に電力変換装置10に通知する。これにより、電力変換装置10は確実に接続状態を知ることができ、安全を担保できる。
また、電力変換装置10は、接続状態を運転管理部101などに記憶させておいても良い。これにより、運転管理部101は接続状態を確認する際に、オプション接続部108、109から出力される接続完了信号または接続解除信号の他にも、運転管理部101が記憶している接続情報を用いて接続状態を確認できるため、より安全が担保できる。
図4を用いて、電力変換装置10と安全機能部20の接続判定処理フローの詳細を説明する。図4において、まず、オプション接続部と本体接続部が接続されている場合は、オプション接続部108、109が接続完了信号を出力し(ステップS302)、本体接続部208、209も接続完了信号を出力する(ステップS303)。ここで、オプション接続部もしくは本体接続部が正常に動作すれば4つの接続完了信号が出力されるが、いずれかが故障している場合は接続完了信号が4つは出力されない。また、オプション接続部と本体接続部が接続されていない場合は、オプション接続部108、109が接続解除信号を出力し(ステップS304)、本体接続部208、209も接続解除信号を出力する(ステップS305)。
そして、オプション接続部および本体接続部から出力された接続完了信号または接続解除信号を、運転管理部101が受信する(ステップS306)。
次に、タイマーが起動済みかどうかを確認し(ステップS307)、タイマーが起動していない場合は、タイマーを起動する(ステップS308)。このタイマーは、運転管理部が所定の時間内に全ての接続完了信号を受信できない場合は接続エラーであると判断する際に、時間を計測するために利用する。
そして、運転管理部101が接続完了信号または接続解除信号のうちどちらの信号を受信したかを確認し(ステップS309)、接続完了信号を受信した場合は(ステップS309;接続完了信号)、接続中状態に遷移する(ステップS311)。ここで、接続中状態とは、運転管理部101が保持する状態の1つであり、接続完了信号が出力されてくるのを待つ状態である。例えば、実行プログラム中に定義された変数(例えば、state)として状態を保持し、変数stateの値が1の場合は接続中状態を示す。接続解除信号を受信した場合は(ステップS309;接続解除信号)、未接続状態へ遷移する(ステップS310)。未接続状態とは、電力変換装置10に安全機能部20が接続されていないことを示す状態である。接続エラー状態とは異なり、未接続状態でも電力変換装置10はモータの運転を開始できる。
次に、全ての接続完了信号を受信したかどうかを確認する(ステップS312)。全ての接続完了信号を受信できた場合は、接続が正常に行われたと判断して、接続完了状態に遷移する(ステップS317)。もし、まだ全ての接続完了信号を受信できていなかった場合は、タイマーが満了したかどうかを確認し(ステップS313)、まだタイマーが満了していなかったら、ステップS306に戻って信号を受信する処理を実行する。
全ての接続完了信号を受信できないままタイマーが満了した場合、接続中状態かどうかを確認する(ステップS314)。もし接続中状態であった場合は、接続エラーと判断して接続エラー状態に遷移する(ステップS315)。また、もし接続中状態でなかった場合は、未接続状態を維持する(ステップS316)。
そして、表示部111に接続状態に従った内容を表示する(ステップS318)。例えば、接続完了状態であれば「正常に接続が完了しました」や、接続エラー状態であれば「接続エラーです」などと表示する。
また、LEDなどを用いて、接続状態を表示してもよい。正常に接続された際に点灯されるLEDと、接続エラーの際に点灯されるLEDを分けても良いし、1つのLEDで接続状態によって点灯する色を変えてユーザに通知するようにしても良い。これにより、ユーザはそのLEDを見れば接続状態が一目で確認でき、より安全性が向上する。
なお、図4に図示していないが、接続完了信号は制御部211でも受信し、運転管理部101と同様の処理を実行することによって、接続が正常に行われたかエラーが発生したかを知ることができる。
また、電力変換装置10と安全機能部20の接続は、両者の電源がOFFの状態で行う。そして、接続が完了した後に電源をONにして、その後にユーザが運転スタートボタンを押下することで、モータの運転が開始される。その際に、接続が正常に完了していればモータの運転を開始させても良いが、もし接続エラーが発生している場合は、モータを運転させないことが望ましい。
次に、図5を用いて、電力変換装置10と安全機能部20の電源を入れてから、モータの運転を開始するまでの処理のフローについて説明する。図5において、まず、ユーザによって電力変換装置10と安全機能部20の電源がONにされると(ステップS401)、図4に記載した接続判定処理を実行する(ステップS402)。これにより、接続状態が接続完了状態、接続エラー状態、接続中状態、未接続状態のいずれかに遷移する。そして、ユーザによってスタートボタンが押下される(ステップS403)。次に、運転管理部101が接続状態を確認する(ステップS404)。接続状態が接続完了状態または未接続状態であれば、モータの運転開始処理を行う(ステップS406)。また、接続状態が接続中状態であれば、接続中である旨を表示部111に表示して(ステップS405)、再びスタートボタン押下の待ち受け状態に戻る。また、接続状態が接続エラー状態であれば、接続エラーである旨を表示部111に表示して(ステップS407)、再びスタートボタン押下の待ち受け状態に戻る。
また、安全機能部20を接続した状態でモータを運転している際に、何らかの原因で接続が外れた場合は、すぐにモータの運転を停止させることが望ましい。逆に、安全機能部20を接続しないで電力変換装置10単体でモータを運転している際に、安全機能部20が接続された場合は、意図しない接続と判断して、すぐにモータの運転を停止させることが望ましい。
図6を用いて、モータの運転中に接続解除または接続された場合の電力変換装置10の処理のフローを説明する。図6において、まず、運転管理部101が本体制御部102に速度指示を出してモータの駆動制御をする(ステップS500)。
次に、オプション接続部108、109から、接続が解除されたことを示す接続解除信号または接続されたことを示す接続完了信号が出力されたか否かを確認する(ステップS501)。もし、信号が出力されなかった場合は、再びモータ駆動制御を行う(ステップS500)。もし、信号が出力された場合は、接続状態を取得して確認する(ステップS502)。そして、信号の種類と接続状態との組合せにより、実行する処理内容を決める(ステップS503)。
例えば、接続完了状態で接続解除信号が出力された場合は、安全機能部20が取外されたか接続不良が発生したか誤動作と判断し、モータを安全な状態にしなくてはならない。たとえば、運転管理部が本体制御部へモータを停止するよう指示するSTOを実行するよう設定されている場合は、モータを安全に停止する旨を表示し、STOを実行する。
また、未接続状態で接続完了信号が出力された場合は、安全機能部20が取り付けられたと判断し、運転中に安全機能部20を取り付けてもモータの運転に影響はないが安全機能や安全度は向上しないことをユーザに通知する表示を行う。この場合、STO等の安全機能動作は実行しなくても良い。
また、接続完了状態であるのに接続完了信号が出力された場合、もしくは、未接続状態であるのに接続解除信号が出力された場合は、機器が正常に動作していれば起こり得ない組合せなので、オプション接続部108、109が故障している可能性があると判断して、故障の可能性をユーザに通知する表示を行い、STO等を実行する。
このように、オプション接続部108、109が出力した信号の種類と、接続状態との組合せにより表示部111に表示する内容と、安全機能動作を実行するか否か等を決定する。
そして、ユーザに通知すべき内容があれば表示部111にその内容を表示する(ステップS504)。
その後、安全機能動作を実行する必要があれば、安全機能動作を実行し(ステップS506)、接続エラー状態に遷移する(ステップS507)。安全機能動作実行の必要がなければ、再びモータ駆動制御を行う(ステップS500)。
次に、例として、安全要求信号として緊急停止信号を受け付け、安全機能動作としてSTOを実行するよう設定されている場合において、入出力部から緊急停止信号が出力されてから、駆動部103にSTO信号が入力されるまでの動作を説明する。
まず、図7を用いて、入出力部から緊急停止信号が出力され電力変換装置に通知する際の処理の流れの概要を説明する。図7において、まず、入出力部30から緊急停止信号が出力されると、当該信号が安全機能実行部212、222に入り、後述する動作パラメータを付加して安全機能動作指示部214、224に出力される。そして、通信部210、110を介して運転管理部101に送信される。
次に、図8を用いて、モータ40を減速させる際に安全機能実行部がモータ40の速度を監視する処理の流れを説明する。図8において、運転管理部101は減速の指示を受けると、本体制御部102に減速度などのパラメータと共に減速の指示を出す。これを受けて本体制御部102は、駆動部103にPWM制御信号を出力し、モータ40を減速する。
そして、本体制御部102は電流検出器104から出力されるモータ速度(出力周波数)を推測するための電流値を取得する。更に、安全機能実行部212、222も電流検出器104から電流値を取得する。この値を用いて、安全機能実行部212、222はモータ40の速度監視を開始する。その後、モータ40の速度が何らかの要因で所定の閾値を超過すると、安全機能実行部212、222は通信部210、110を経由してSTO等の安全機能動作指示信号を駆動部103に対して出力する。
安全機能動作信号は、運転管理部101、本体制御部102を介して駆動部103に入力される。そして、駆動部103はモータ40に発生するトルクをオフにする。
このようにして、入出力部から緊急停止信号が出力された際にモータ40の速度を減速して停止することができ、安全機能が拡張できる。なお、モータ40の速度が所定の閾値を超過した際にどのような安全機能動作を実行するかは、予め機能安全用設定ツール70などを用いてユーザの選択を受け付けることにより設定されて良い。
ここで、図9を用いて、安全機能実行部212の詳細な構成について説明する。安全機能実行部222も同様の構成である。図9において、安全機能実行部212は、動作パラメータ記憶部2122、動作監視部2123、モータ速度推測部2125、時間監視部2126から構成される。
動作パラメータ記憶部2122は、減速度や速度の閾値などといった動作パラメータを記憶する。例えば、RAMなどで構成される。
モータ速度推測部2125は、電流検出器104が出力する電流値などを基にして、モータ40の速度を推測する。モータ40に給電される電流の大きさや周波数からモータ40に発生するトルクを計算し、モータ40の回転速度に変換する。なお、モータに付加してモータの回転数を出力するエンコーダを使っても良い。これにより、より正確なモータの速度が分かり、安全機能が向上する。
時間監視部2126は、緊急停止信号等の安全要求信号を受信してからの経過時間を計測する。所定の時間間隔で経過時間を動作監視部2123に出力する。
動作監視部2123は、モータ40の速度および経過時間を取得して、所定の閾値に達したか否かを監視する。もし、所定の閾値に達した場合は、設定されているSTO等の安全機能動作信号を出力する。
図10を用いて、安全要求信号として緊急停止信号を受信した場合の動作監視部2123の処理の流れを説明する。図10において、まず、入出力部から緊急停止信号が出力され、当該信号を安全機能実行部212の動作監視部2123が受信すると、動作パラメータ記憶部2122から動作パラメータを取得する(ステップS100)。動作パラメータの設定方法に関しては図14の説明時にて後述する。次に、動作監視部2123は、取得した動作パラメータを安全機能動作指示部214に出力し、安全機能動作指示部214が減速指示を出力する(ステップS101)。その後、安全機能動作指示部214は運転管理部101から減速開始信号を受信したかどうかを判定する(ステップS102)。もし、減速開始信号を受信していなかった場合、減速指示信号を再度出力する(ステップS104)。そして、緊急停止信号を受信してから所定の時間が経過していない場合、処理は再びステップS102に戻る。もし、所定の時間が経過していた場合は、電力変換装置10に何かしらのエラーが発生したと判断して、STO等の安全機能動作指示信号を出力する(ステップS106)。
減速指示を出力した後に減速開始信号が受信できた場合は、安全機能動作判定処理を実行する(ステップS103)。そして、安全機能動作判定処理が終了すると、動作監視部2123がSTO等の安全機能動作指示信号を出力する(ステップS106)。
ここで、図11を用いて、安全機能動作判定処理の詳細な流れを説明する。図11において、安全機能動作判定処理は、まず、動作監視部2123が動作パラメータ記憶部2122から動作パラメータを取得する(ステップS201)。ここで、動作パラメータとは、減速度や安全機能動作指示信号(STO等)を出力する閾値となる速度などであり、その詳細については図13を用いて後述する。次に、モータの初速度が取得済か否かを確認し(ステップS202)、取得済みでなかった場合、モータの速度を取得して(ステップS203)、取得した速度をモータの初速度として動作パラメータ記憶部2122に記憶する(ステップS204)。モータの初速度が取得済であった場合、そのままモータの速度と時刻を取得し(ステップS205)、モータ速度の閾値を計算する(ステップS206)。そして、モータ速度が閾値を超えているか否かを判断し(ステップS207)、もし閾値を超えていた場合、安全機能動作判定処理を終了して、安全機能動作指示信号出力(図10のステップS106)を行う。もし閾値を超えていなかった場合、ステップS205に戻って処理を実行する。
図12は、本実施例における電力変換装置に搭載された操作部、表示部の表示例を示した図である。操作部、表示部は、必ずしも電力変換装置に装着されたものに限定される必要はなく、ケーブルなどで電力変換装置から着脱可能な構成のものでもよい。
電力変換装置10には、運転開始ボタン701、運転停止ボタン702、表示部703、OKボタン704、上ボタン705、下ボタン706などのインタフェースを備えている。
エラー発生時には、表示部703にエラーである旨を通知する表示がされる。例えば、エラーの番号“No.001”や、エラーの内容“Connection error.”などという内容が表示される。このように、エラーの内容を表示することで、ユーザはなぜモータ40が停止したのか、などの理由が分かり、使い勝手が向上する。
次に、モータを減速して停止させる動作について説明する。図13は、本実施例における、安全機能動作を説明する図である。なお、ここでは例として、機能安全規格IEC61800-5-2に規定されているSS1(Safety stop 1)に対応する減速停止動作を行うよう設定されている場合について説明する。
図13において、縦軸はモータ速度、横軸は時刻を示している。また、各符号の意味を下記するが、詳細は後述する。
T2-T1:安全要求信号を受信してから減速が開始されるまでの最大時間
T4-T3:所定の閾値超過後、安全領域復帰処理が開始されるまでの最大時間
T6-T3:許容時間
T8-T1:SS1減速時間
T9-T4:安全領域復帰処理の減速時間
T5-T1:最小SS1減速時間
T10-T1:最大SS1減速時間
T7-T4:自動調整SS1減速時間
601:SS1減速時の動作
602:SS1減速時に診断エラー、異常が発生した後の動作
603:異常発生後、ユーザが選択した安全領域復帰処理の減速時間に応じて動作
604:異常発生後、安全領域復帰処理(SS1動作選択時)の減速時間を自動調整して動作
611:SS1最小減速時間(下限閾値)
612:SS1最大減速時間(上限閾値)
P1:異常発生判別点
P2:許容時間以内にモータ速度が許容時間内に戻るかどうかの判別点
P3:安全領域復帰処理(自動調整)にて安全領域にモータ速度が戻ったかどうかの判別点
T2-T1:安全要求信号を受信してから減速が開始されるまでの最大時間
T4-T3:所定の閾値超過後、安全領域復帰処理が開始されるまでの最大時間
T6-T3:許容時間
T8-T1:SS1減速時間
T9-T4:安全領域復帰処理の減速時間
T5-T1:最小SS1減速時間
T10-T1:最大SS1減速時間
T7-T4:自動調整SS1減速時間
601:SS1減速時の動作
602:SS1減速時に診断エラー、異常が発生した後の動作
603:異常発生後、ユーザが選択した安全領域復帰処理の減速時間に応じて動作
604:異常発生後、安全領域復帰処理(SS1動作選択時)の減速時間を自動調整して動作
611:SS1最小減速時間(下限閾値)
612:SS1最大減速時間(上限閾値)
P1:異常発生判別点
P2:許容時間以内にモータ速度が許容時間内に戻るかどうかの判別点
P3:安全領域復帰処理(自動調整)にて安全領域にモータ速度が戻ったかどうかの判別点
図13において、まず、モータが速度V0で動作中に、時刻T1に安全要求信号として緊急停止信号を受信したら、モータの減速を開始する。通常、この減速レートは、ユーザが設定した(時刻T8-T1間:SS1減速時間)に従い601のように速度V1まで減速したら(時刻T8)トルクをオフにする。その後、モータは無制御状態となり停止する。
また、減速度に上限、下限を設定しても良い。例えば、点線612を上限、点線611を下限とする所定の閾値内を安全領域として、モータの速度がこの安全領域内に入っていればそのまま減速を続ける。もし、この安全領域をモータの速度が外れた場合は、所定の閾値超過とみなす。所定の閾値超過後の安全機能動作に関しては後述する。
例えば、601のようにSS1で減速停止中になんらかの影響により602のようにモータ速度が612を超えた際の時刻T3(602と612が交わる点:P1)が所定の閾値を超過した時刻となる。
なお、所定の閾値とは、SS1の場合は、上下限閾値のことで、予め機能安全用設定ツール70で設定したSS1最小減速時間及び、SS1最大減速時間によって定まる閾値のことである。図13における(611、612)である。
ここでは、SS1最小減速時間の定義をT5-T1とし、最大減速時間の定義をT10-T1としている。なお、減速時間の設定始点をT1としているが、緊急停止信号(ここではSS1信号)を受信してから減速が開始されるまでの最大時間であるT2経過後からで定義しても良い。
また、緊急停止信号受信時に実行される安全機能動作としてSS1でなくSLS(Safety Limited Speed)が設定されている場合は、所定の閾値とは上限閾値のことで、予め機能安全用設定ツール70で設定した周波数リミット値で定まる閾値のことである。また、SDI(Safe Direction)の場合は、0速度が閾値となる。正転を許可している場合は、逆転方向が所定の閾値を超過することになり、逆転を許可している場合は、正転方向が所定の閾値を超過することになる。
所定の閾値超過時は、モータへのトルクを遮断する機能STO、モータを減速停止させてからSTOを実行する機能SS1、外部ブレーキ制御用に安全出力信号を出す機能SBC(Safe Brake Control)の何れかの機能を実行するかが予めユーザによって選択、設定されており、その選択された機能に従って停止する。
このように、所定の閾値超過時、予め選択されたSTO/SS1/SBC等の何れかの安全機能動作が、それぞれの機能仕様に従って動作することでモータの減速をより細かく制御でき、安全性が向上する。
これらの安全機能を実現するためには、安全機能実行部212の動作パラメータ記憶部2122に、安全要求信号が入力された際に実行する安全機能の種類を示すパラメータを保持しておく。具体的には、プログラム上の変数を用意しておき、例えば、当該変数の値が1であればSS1を実行し、2であればSLSを実行する、といった制御を安全機能実行部212が行う。更に、各安全機能に関する動作パラメータを動作パラメータ記憶部2122に保持しておく。
なお、ユーザが設定する安全機能動作選択や減速時間、許容時間など安全関連機能のパラメータ設定は、例えば、機能安全用設定ツール70から行われる。機能安全用設定ツール70でのパラメータ設定方法は、例えば、通信部110と接続して安全機能実行部212の動作パラメータ記憶部2122に書き込む。書き込むルートは通信部110に限らずに、最終的に動作パラメータ記憶部2122に書き込めていれば良い。この機能安全用設定ツール70を用いてユーザは、安全関連機能のパラメータを予め設定する。
安全関連機能のパラメータは動作パラメータ記憶部2122に保持される。なお、安全機能実行部222の動作パラメータ記憶部にも同様に保持される。
ここで、図14を用いて、安全機能動作処理の詳細な流れを説明する。なお、図14の指示された安全機能動作は、例えば、IEC61800-5-2記載の安全機能動作SS1/SLS/SDIなどである。このような、緊急停止信号受信時や所定の速度閾値超過時に実行される安全機能動作についても、機能安全用設定ツール70から設定されることとしてよい。
図14において、安全機能動作処理は、予め設定された動作パラメータの取得を行う (ステップS600) 。例えば、指示された安全機能動作としてSS1が予め設定された場合、指示された安全機能動作の実行が行われた際、予め設定された動作パラメータのSS1減速時間に従い減速を開始する(ステップS601)。そして、モータ速度が安全領域内であるか否かを判断し(ステップS602)、もし安全領域から外れた場合、所定の閾値超過後処理(ステップS605)に遷移する。所定の閾値超過後処理に関しては後述する。
安全領域内の場合、予め設定した所定の時間(ここでは、SS1減速時間)を経過したかを判別し(ステップS603)、もし所定の時間を経過していなかった場合、ステップS602に戻り、モータ速度が安全領域内にあるかどうかの監視に戻り処理を実行する。所定時間を経過した場合(ステップS603)、安全機能動作信号(ここではSS1信号)出力(ステップS604)を行う。
図15は、ステップS602で安全領域内から外れたと判断した場合に実行する安全機能動作に関する所定の閾値超過後処理を示したフローチャートである。図15の安全領域復帰処理は、所定の閾値超過(ステップS605)後に実行される安全機能動作STO/SS1/SBCなどがある。
図15において、安全領域を外れたと判断した場合、安全領域復帰処理を実行する。この安全領域復帰処理は、予め機能安全用設定ツール70でSTO/SS1/SBCの何れかを設定し、その設定された安全機能動作を実行する(ステップS700)。
安全領域復帰処理で、STOを設定していた場合(ステップS701)、STO信号を出力する。
安全領域復帰処理で、SBCを設定していた場合(ステップS702)、外部ブレーキ制御用に安全出力信号(SBC信号)を出力する。
なお、安全領域復帰処理でSBCを設定していた場合、STOを実行後SBC、SBCを実行後STO、SS1を実行後STOを実行してSBC、SS1実行後SBCを実行してSTO、のように、すぐさまSBC信号を出力するのではなく、他の安全機能動作の実行後にSBC信号を出力することもできる。
安全領域復帰処理でSS1を設定していた場合、予め自動調整を選択していた場合と、通常どおり、予め設定していた安全領域復帰処理のSS1減速時間設定に従い動作する場合、のどちらを実行するかを判別する(ステップS703)。
通常処理(ステップS706)に遷移した場合は、予め設定していた安全領域復帰処理のSS1減速時間設定に従い、図13の603のように減速し、V1の速度まで減速したらSTOが実行されて緊急停止する。
なお、ここでは、603の安全機能動作SS1の減速時間は、予め機能安全用設定ツール70で設定した安全領域復帰処理のSS1減速時間(T9-T4)である。減速レートとしては、T4時点のモータ速度からT9時点のモータ速度(V1)まで減速するレートで減速する。また、減速時間、減速レートをT1時点からなど他の基準で算出することとしても良い。
なお、通常処理を選択しても、安全領域復帰処理のSS1減速時間の設定を受け付けていなかった場合においては、自動調整処理(ステップS704)を行っても良い。
図16は、自動調整開始の場合実行される自動調整処理(ステップS704)を示したフローチャートである。図16において、自動調整処理監視後、反応時間(ステップS800)経過しているかを判別する。もし、反応時間が経過していない場合は、反応時間が経過されるまでは前処理の機能安全動作を継続している状態である。反応時間を経過した場合は、安全領域復帰処理を実行(ステップS801)、図16では自動調整処理に関する説明となるため、安全領域復帰処理でSS1を設定した場合となる。
図16の自動調整処理に関して、図13も用いて自動調整の処理の流れを説明する。所定の閾値超過と判断する時刻T3から安全領域復帰処理が実行されるT4までの時間(T4-T3)が安全領域復帰処理実行されるまでの反応時間である。反応時間が経過していない場合、ステップS800に戻る。反応時間経過後、安全領域復帰処理を実行する(ステップS801)。
図13において、所定の閾値超過と判断する時刻T3からT6までの時間(T6-T3)を許容時間と定めている。なお、この許容時間は、予め機能安全用設定ツール70から設定される。この設定された許容時間以内にモータ速度が安全領域内に戻るかを判別する(ステップS802)。
許容時間以内にモータ速度が安全領域内に戻ると判断された場合、機能安全用設定ツール70で設定した安全領域復帰処理のSS1減速時間に従い減速停止する(ステップS803)。
もし、許容時間以内にモータ速度が安全領域内に戻らないと判断された場合、自動調整が実行される(ステップS804)。
許容時間以内にモータ速度が安全領域内に戻るかの判別方法は、T4の安全領域復帰処理実行時点において、予め設定されている許容時間及び、安全領域を決めている上限閾値の交点P2(T6と612が交わる点)を予め設定している安全領域復帰処理のSS1減速時間設定通りに減速停止した場合にT6の時刻にて、この交点P2をモータ速度が下回り安全領域に戻るかを時刻T4時点におけるモータ速度、許容時間、上限閾値から判別する。
ここでは、安全領域をモータ速度が上回ったため、上限閾値を判別方法の条件に使用するが、安全領域をモータ速度が下回った場合には、下限閾値を判別方法の条件に使用する。
なお、ここでは、SS1の場合を例にしているため、上限閾値、下限閾値が安全領域を決めている。よって、安全領域をモータ速度が外れるかを判別するのは、これら上限閾値、下限閾値である。つまり、安全領域を定める閾値がT4時点において、安全領域以内にモータ速度が戻るかを判別する判別条件に使用される。
なお、指示された安全機能動作でSLSを選択していた場合、安全領域は、予め機能安全用設定ツール70から設定された周波数リミットが上限閾値となり、この設定された周波数以下が安全領域となる。安全領域を外れた後は、所定の閾値超過後処理(S605)に遷移し、SS1と同様に安全領域にモータ速度を戻すように安全機能動作を実行する。
なお、指示された安全機能動作でSDIを選択していた場合、回転方向制限機能なので、安全領域は、逆転方向を禁止している場合は正転方向が安全領域である。正転方向を禁止している場合は、逆転方向が安全領域となる。
なお、ここでいう自動調整とは、T4時点で予め設定されていた安全領域復帰処理のSS1減速時間を採用せずに、T4時点という動的な状況において、モータ速度、許容時間、上限閾値から、例えば、T6時点において交点P2をモータ速度が下回るような安全領域復帰処理のSS1減速時間を予め設定されていた値を採用せずに、安全領域内にモータ速度が戻るように、安全領域復帰処理のSS1減速時間を変更することである。
また、自動調整した安全領域復帰処理のSS1減速時間を動作パラメータ記憶部(2122)で記憶しておき、別途、安全動作2のSS1減速時間を設定者が決める際の参考値として使用しても良い。
なお、安全領域復帰処理のSS1減速時間を所定の時間ごとに見直しをかけて実行し、より動的な状況での制御を細かく行っても良い。
T4時点で、予め設定された安全領域復帰処理のSS1減速時間を採用して減速停止を行うと、予め設定していた安全領域復帰処理のSS1減速時間が設定者が想定していた減速停止となれば良いが、誤って設定していた場合、例えば、安全領域復帰処理のSS1減速時間を長くとっていた場合など、すぐに安全領域内にモータ速度が戻らず、所定の閾値を超過するモータ速度で運転していることになる。例えば、図13では603の減速レートで減速停止することになり、P2時点においてモータ速度が安全領域を上回っている。
自動調整機能を採用することで、所定の閾値超過後、安全領域復帰処理が実行されるT4の時点という動的な状況において、許容時間以内にモータ速度が安全領域内に戻すことができ、運転状況に応じてモータの減速時間を制御できるため、よりシステムの安全性を高めることができる。例えば、図13では604の減速レートで減速停止することになり、P2時点においてモータ速度が安全領域内に戻っている。なお、この自動調整時のSS1減速時間は、本実施例ではT7-T4で定義しているが、他の基準で算出することとしても良い。
S804での自動調整実行後、もし、万一、許容時間内でモータ速度が安全領域内に戻らない場合はSTOでモータへのトルクを遮断するなど、予め設定しておいて良い。
次に、図15において、S704での自動調整処理終了後、モータ速度が安全領域内に戻ってきた後の安全領域復帰後処理(S705)について説明する。安全領域復帰後処理は、自動調整処理終了後、モータ速度が安全領域内に戻ってきた時点(604と612の交点P3)から停止までの安全機能動作を選択できる処理である。安全領域復帰後処理は、P3時点から停止までの安全機能動作を予め機能安全用設定ツール70から設定し、自動調整処理を行った場合に、安全領域内にモータ速度が戻った際に実行される。
図17は、安全領域復帰後処理を説明するための図である。図17において、モータ速度が安全領域に戻ってきて上限閾値612と交わる時点P3以降の処理については、機能安全用設定ツール70により設定する際に、例えば、以下の4つの選択肢が与えられる。安全領域復帰処理選択(1):自動調整処理にて、T4時点で変更採用した安全領域復帰処理のSS1減速時間のままの604の減速レートで減速停止する。安全領域復帰処理選択(2):指示された安全機能動作のSS1減速時間に従い減速レート601で減速停止する。安全領域復帰処理選択(3):予め設定した安全領域復帰処理のSS1減速時間設定に従った603の減速レートに従い減速停止する。安全領域復帰処理選択(4):閾値内で制御(安全領域復帰処理をSS1に設定時は上下限閾値の中央値で減速するSS1減速時間に従い減速レート601で減速停止する。上下限閾値の中央値までモータ速度が下がるまでの安全領域復帰処理の減速時間は、安全領域復帰処理選択1と同様である。)。
なお、安全領域復帰後処理は、上記の選択肢以外の処理でも良い。例えば、指示された安全機能動作でSLSを設定していた場合では、許容時間内に自動調整により安全領域に復帰した際は、減速停止せずに、リミット値を超えないモータ速度で運転を継続させるなどの選択でも良い。
このように、安全領域復帰処理を加えることで、所定の閾値超過後の機能安全動作によりシステムの安全性を向上させることができる。
なお、安全領域復帰処理実行中においても、再び安全領域を外れる場合は、所定の閾値超過後処理(ステップS605)を実行することで安全領域内にモータ速度を戻す。
また、表示部111に、自動調整実行(ステップS804)で安全機能動作を行ったことを通知する旨を表示する。例えば、自動調整実行(ステップS804)の際に安全領域復帰処理のSS1減速時間を変更(自動調整)したのをトリガとして、自動調整実行中信号を通信部210及び通信部110を経由して運転管理部101に送信し、自動調整実行中信号を受信した運転管理部101は、表示部111に自動調整実施中であることを通知する。そして、例えば、「自動調整で安全領域復帰処理(SS1)を実行しました」などと表示する。表示するタイミングは、自動調整を1回でも実行した際に表示や、停止後に設定ツールで設定したSS1減速時間ではなく、自動調整値を使用して停止した旨を表示するなどでも良い。
以上のように、本実施例では、システム動作の異常や診断エラー発生後に、STO動作により遮断するだけでなく、予め選択された安全機能動作によってモータの減速等をシステムの状況にあわせてより細かく制御でき、安全性が向上する。
また、システム動作の異常や診断エラー発生後という動的な状況において、たとえば安全機能動作としてSS1が設定されている場合は、減速時間の設定値を自動的に変更し、許容時間以内に安全領域内に復帰するように速度制御することでシステムの安全性を向上させることができる。
10:電力変換装置、20:安全機能部、30:入出力部、40:モータ、50:負荷機械、70:機能安全用設定ツール、101:運転管理部、102:本体制御部、103:駆動部、104:電流検出器、107:経路自己診断部、108,109:オプション接続部、110,210:通信部、111:表示部、208,209:本体接続部、211,221:制御部、212,222:安全機能実行部、213,223:MCU自己診断部、214,224:安全機能動作指示部
Claims (10)
- モータを駆動するための電力変換装置本体と、安全機能を実行する安全機能部とを備える電力変換システムであって、
前記安全機能部は、安全要求信号を受信したら安全機能動作指示信号を出力し、該安全機能動作指示信号により前記電力変換装置本体はモータを制御し、
前記安全機能部は、モータの状態監視を行い、前記モータの状態が所定の範囲を超過した場合、予め選択された安全機能動作による閾値超過後処理を行うことを特徴とする電力変換システム。 - 請求項1に記載の電力変換システムであって、
前記予め選択された安全機能動作は、STO/SS1/SBCのいずれかであることを特徴とする電力変換システム。 - 請求項1に記載の電力変換システムであって、
前記安全機能部は、前記モータの速度監視を行い、前記モータの速度が所定の値を超過した場合に前記閾値超過後処理を行うことを特徴とする電力変換システム。 - 請求項3に記載の電力変換システムであって、
前記安全機能部は、前記モータの速度が前記所定の値を超過した時点から該所定の値に許容時間以内に復帰するように、前記モータの減速レートを自動調整することを特徴とする電力変換システム。 - 請求項4に記載の電力変換システムであって、
前記閾値超過後処理はSS1であって、
前記自動調整により前記モータの速度が前記所定の値に戻った後、前記自動調整にて採用した前記モータの減速レートのままで減速停止するか、前記閾値超過後処理での減速レートで減速停止するか、予め設定した前記自動調整の減速レートに従い減速停止するか、前記所定の値を上限閾値としたとき下限閾値との間で減速する減速レートで減速停止するか、を選択可能とすることを特徴とする電力変換システム。 - モータを駆動するための電力変換装置本体と、安全機能を実行する安全機能部とを備える電力変換システムの電力変換方法であって、
安全要求信号の受信により安全機能動作指示信号を出力し、該安全機能動作指示信号により前記モータを制御し、前記モータの状態が所定の範囲を超過した場合、予め選択された安全機能動作による閾値超過後処理を行うことを特徴とする電力変換方法。 - 請求項6に記載の電力変換方法であって、
前記予め選択された安全機能動作は、STO/SS1/SBCのいずれかであることを特徴とする電力変換方法。 - 請求項6に記載の電力変換方法であって、
前記安全機能部は、前記モータの速度監視を行い、前記モータの速度が所定の値を超過した場合に前記閾値超過後処理を行うことを特徴とする電力変換方法。 - 請求項8に記載の電力変換方法であって、
前記モータの速度が前記所定の値を超過した時点から該所定の値に許容時間以内に復帰するように、前記モータの減速レートを自動調整することを特徴とする電力変換方法。 - 請求項9に記載の電力変換方法であって、
前記閾値超過後処理はSS1であって、前記自動調整により前記モータの速度が前記所定の値に戻った後、前記自動調整にて採用した前記モータの減速レートのままで減速停止するか、前記閾値超過後処理での減速レートで減速停止するか、予め設定した前記自動調整の減速レートに従い減速停止するか、前記所定の値を上限閾値としたとき下限閾値との間で減速する減速レートで減速停止するか、を選択可能とすることを特徴とする電力変換方法。
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