CN112041763A

CN112041763A - 电力转换系统和电力转换方法

Info

Publication number: CN112041763A
Application number: CN201880092337.6A
Authority: CN
Inventors: 林孝亮; 荒尾祐介
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2018-04-25
Filing date: 2018-12-14
Publication date: 2020-12-04
Also published as: EP3786729A1; US20210096516A1; WO2019207837A1; US11442415B2; EP3786729A4; JP7112240B2; JP2019191928A

Abstract

本发明的目的在于在对应功能安全的电力转换装置中，提供对于检测到系统动作的异常或诊断错误时的安全功能动作，与异常时的系统的状况相应地采用动态的设定来提高系统的安全性的功能。为了达成上述目的，本发明的电力转换系统，其包括用于驱动电动机的电力转换装置主体和用于实现安全功能的安全功能部，安全功能部在接收到安全请求信号后输出安全功能动作指示信号，电力转换装置主体依照安全功能动作指示信号控制电动机，安全功能部监视电动机的状态，在电动机的状态超过了规定范围的情况下，进行基于预先选择的安全功能动作的阈值超过后处理。

Description

电力转换系统和电力转换方法

技术领域

本发明涉及电力转换系统，特别涉及安全功能动作。

背景技术

以往，提出了在支持功能安全的电力转换装置中，在检测到系统动作的异常和诊断错误时使系统向安全方向转移的安全功能动作。(例如专利文献1)

现有技术文献

专利文献

专利文献1：WO2016/051552号公报

发明内容

发明要解决的课题

专利文献1所记载的控制方法中，在减速度控制等系统动作中发生了异常的情况和检测到发生诊断错误的情况下，用作为安全功能动作的STO(Safe torque off：安全转矩关闭)功能将电动机的转矩切断。另一方面，作为安全功能动作的技术动向，不仅用STO动作切断、而是更加安全地对系统进行控制的技术开始普及。本发明中，通过与异常时的系统的状况相应地使安全功能动作成为动态的设定，而提供进一步提高系统的安全性的功能。

用于解决课题的技术方案

本发明鉴于上述背景技术和课题，举其一例，是一种包括用于驱动电动机的电力转换装置主体和用于实现安全功能的安全功能部的电力转换系统，安全功能部在接收到安全请求信号后输出安全功能动作指示信号，电力转换装置主体依照安全功能动作指示信号来控制电动机，安全功能部监视电动机的状态，在电动机的状态超过了规定范围的情况下，进行基于预先选择的安全功能动作的阈值超过后处理。

发明效果

根据本发明，在系统动作的异常和发生诊断错误后这样的动态的状况下，能够与系统的状况相应地精细地控制电动机的驱动，所以系统的安全性提高。

附图说明

图1A是表示实施例中的电力转换装置中使安全功能工作的情况下的功能结构的系统框图。

图1B是表示实施例中的对电力转换装置连接安全功能部并使安全功能工作的情况下的功能结构的系统框图。

图2是表示实施例中的电力转换装置和安全功能部的结构和连接时的数据流的图。

图3A是实施例中的不使电力转换装置与安全功能部连接的状态的电路图。

图3B是实施例中的使电力转换装置与安全功能部连接的状态的电路图。

图3C是实施例中的使电力转换装置与安全功能部连接的状态下并未使可选连接部与主体连接部连接的状态的电路图。

图4是说明实施例中的电力转换装置与安全功能部的连接处理的流程图。

图5是实施例中的从接入电力转换装置和安全功能部的电源直到开始电动机的运转的流程图。

图6是实施例中的电力转换装置在电动机运转中使安全功能部连接或解除连接的情况下的流程图。

图7是表示实施例中的电力转换装置和安全功能部的结构和接收安全请求信号时的数据流的图。

图8是表示实施例中的电力转换装置和安全功能部的结构和电动机减速时的数据流的图。

图9是表示实施例中的安全功能执行部的结构的图。

图10是实施例中的动作监视部的处理的流程图。

图11是实施例中的安全功能动作判断处理的流程图。

图12是表示实施例中的电力转换装置中搭载的操作部、显示部的显示例的图。

图13是说明实施例中的安全功能动作的图。

图14是说明实施例中的安全功能动作的处理流程的流程图。

图15是说明实施例中的安全功能动作的规定的阈值超过后处理的流程图。

图16是说明实施例中的安全功能动作的自动调整处理的流程图。

图17是说明实施例中的安全区间恢复后处理用的图。

具体实施方式

以下，对于本发明的实施例使用附图进行说明。其中，对于各图中的共通的结构附加同一参考编号。另外，以下说明的各实施例并不限定于图示例。

实施例

图1A、1B是表示本实施例中的使安全功能工作的情况下的功能结构的系统框图。图1A表示在电力转换装置中使安全功能工作的情况下的功能结构。图1A中包括电力转换装置10、输入输出部30、电动机40和负载机械50。电动机40是将电能转换为机械能的设备，例如是三相交流电动机等。

负载机械50例如是升降机和机床等产业机械的构成要素，与电动机40连接而被驱动。

输入输出部30输入输出使负载机械50成为安全的状态用的紧急停止信号等安全请求信号。例如，是由与负载机械50相关的作业人员等按下而输出紧急停止信号的紧急停止开关、或者检测到人接近负载机械50或打开了禁止进入的门而输出紧急停止信号的光幕或安全门锁等。另外，也可以是与这些多个装置连接使用的、从装置接受了紧急事态的通知后输出紧急停止信号的安全继电器和安全PLC等。紧急停止信号是请求执行国际标准IEC61800-5-2中规定的安全功能的安全请求信号之一。另外，也可以是将从后述的安全功能部20输出的安全功能动作指示信号输出至未图示的外部制动器、由外部制动器进行动作的结构。

电力转换装置10对电动机40进行驱动控制。其详细结构在后文中叙述。电力转换装置10从输入输出部30接收了紧急停止信号等安全请求信号的情况下，进行使电动机40停止等控制。

图1B是表示对电力转换装置连接安全功能部并使安全功能工作的情况下的功能结构的框图。图1B中，安全功能部20与电力转换装置10连接而工作，为了执行不仅使电动机40紧急停止、也使电动机40减速停止、或保持一定速度的安全功能而对电力转换装置10输出控制信号。其详细结构在后文中叙述。

这样，电力转换装置10能够单独执行电动机40的控制和安全功能，进而如果连接安全功能部20，则能够执行更先进的安全功能。另外，也可以将电力转换装置10作为电力转换装置主体，和与其连接的安全功能部20一起作为新的电力转换装置11。

图2是表示本实施例中的作为电力转换装置和安全功能部双重化的结构的例子和连接时的数据流的图。

图2中，电力转换装置10包括运转管理部101、主体控制部102、驱动部103、电流检测器104、可选连接部108、109、通信部110、显示部111。

运转管理部101对主体控制部102发出速度指示而进行电动机的驱动控制。例如，由CPU(Central Processing Unit)和在CPU中运行的程序构成。另外，对显示部111发出指示使其通知电力转换装置10的状态，或者在与外部机器通信时对通信部110发出通信的指示。

主体控制部102对驱动部103输出PWM(Pulse Width Modulation)控制信号。例如是在CPU中运行的程序。

驱动部103对电动机40供给施加转矩用的电力。

电流检测部104测定从驱动部103对电动机40供给的电流，例如由霍尔元件构成。

可选连接部108是与安全功能部20连接用的端子。与安全功能部20连接时，输出连接完成信号，与安全功能部20分离时，输出连接解除信号。例如，具体而言，输出连接完成信号，指的是成为可选连接部108的端子的电压升高的状态(例如成为24V等的状态)，输出连接解除信号，指的是成为端子的电压降低的状态(例如成为0V等的状态)。在电力转换装置10的电源已接入的状态下，运转管理部101通过取得可选连接部108的端子电压，能够判断是否已与安全功能部20连接。可选连接部109也与可选连接部108相同。

图2中，安全功能部20由通信部210、控制部211、221、安全功能执行部212、222、MCU自诊断部213、223、通路自诊断部107、207、安全功能动作指示部214、224、主体连接部208、209构成。另外，本实施例中使控制部成为211和221这2个而采用了双重化的结构，但即使是单重结构，主旨也是相同的。

另外，功能安全用设定工具70在预先选择、设定接收安全请求信号时执行的安全功能动作时、和设定动作参数时使用。详情在图14等的说明时在后文中叙述。

通信部210在安全功能部20与其他信息处理装置进行数据交换时使用。也在与电力转换装置10进行信息交换的情况下使用。另外，安全功能部20也进行访问互联网和其他信息处理装置等用的通信处理。另外，通信部210不限于仅使用1个的情况，例如可以为了能够使用Bluetooth(注册商标)、无线LAN、CDMA(Code Division Multiple Access)、LTE(Long Term Evolution：注册商标)等多个通信方式而具备多个。另外，通信部210和通信部110也可以双重化。通过双重化，即使某一方的通信部发生了故障，也可以使用另一方的通信部进行通信，所以装置的安全性提高。

控制部211例如由CPU构成，进行数据的管理和计算、发送接收等处理。控制部221也是同样的。

安全功能执行部212监视电动机40的速度或接受来自输入输出部30的安全请求信号而输出STO等安全功能动作执行信号。详细的结构用图9在后文中叙述。安全功能执行部222也是同样的。

MCU自诊断部213诊断控制部211是否正常工作。例如，使用看门狗定时器(watchdog timer)定期地确认在控制部211中执行的程序是否挂起。MCU自诊断部223也是同样的。

安全功能动作指示部214从安全功能执行部212接收紧急停止信号等安全请求信号后，对电力转换装置10输出安全功能动作指示信号。安全功能动作指示部224也是同样的。

主体连接部208是与电力转换装置10连接用的端子。主体连接部209也是同样的。

通路自诊断部107诊断从安全功能执行部212到驱动部103之间是否传输信号。以规定时间间隔发送测试脉冲，检测信号是否到达了驱动部103。在信号没有到达的情况下对运转管理部101通知错误发生。另外，MCU自诊断部213和通路自诊断部107也可以构成为1个模块。通路自诊断部207也是同样的。

图2中，用箭头示出了将电力转换装置10与安全功能部20连接时的信号流，用该图说明连接处理时的数据流。

图2中，首先，将电力转换装置10的可选连接部108与安全功能部20的主体连接部208连接时，可选连接部108和主体连接部208分别输出连接完成信号。另外，可选连接部109和主体连接部209也同样地分别输出连接完成信号。从可选连接部108和109输出的连接完成信号被发送至运转管理部101。进而，经由通信部110、通信部210对控制部211发送连接完成信号。另外，从主体连接部208和209输出的连接完成信号被发送至控制部211。进而，经由通信部210、通信部110对运转管理部101发送。这样，从电力转换装置10和安全功能部20输出的连接完成信号被相互交换，输出合计4个连接完成信号。

这些连接完成信号被运转管理部101和控制部211接收。成功接收了全部连接完成信号的情况下判断为连接正常完成，在显示部111上显示表示安全功能部已正常连接的消息。未能接收全部连接完成信号的情况下判断为连接错误，进行表示连接错误的显示。

接着，使用图3A、3B、3C，对于可选连接部和主体连接部的详情进行说明。图3A表示不使电力转换装置10与安全功能部20连接的状态的电路图。可选连接部108、109不与安全功能部20连接。在该状态下即使接入电力转换装置10的电源，可选连接部108、109的端子的电压也是低的状态(例如0V)。即，从可选连接部108、109输出连接解除信号，运转管理部101接收该信号。

图3B表示使电力转换装置10与安全功能部20连接的状态的电路图。端子130是从电力转换装置10对安全功能部20供给电压用的端子。端子130与安全功能部20的端子230连接。在安全功能部20的内部，端子230与主体连接部208、209电连接。因此，在可选连接部108、109与主体连接部208、209连接着的状态下，接入电力转换装置10的电源时，可选连接部108、109和主体连接部208、209的电压升高(例如成为24V)。即，输出连接完成信号。

另外，端子130和可选连接部108的端子、可选连接部109的端子也可以合并构成为一个连接器。

图3C表示使电力转换装置10与安全功能部20连接的状态、但可选连接部108与主体连接部208因接触不良等而未连接的状态的电路图。在该状态下，接入电力转换装置10的电源时，可选连接部109与主体连接部209的电压升高(例如成为24V)，但可选连接部108和主体连接部208的电压是低的状态(例如0V)。即，从可选连接部109和主体连接部209输出连接完成信号，从可选连接部108和主体连接部208输出连接解除信号。

这样，通过取得可选连接部和主体连接部的电压可知连接状态，所以能够立刻得知连接状态的变化。由此，在判断为故障的情况下能够立刻使电动机停止等、确保安全。

另外，电力转换装置10中也可以具备连接用开关按钮。连接用开关按钮是表示是否连接了安全功能部20的按钮。例如，连接了安全功能部20的情况下，用户按下该连接用开关按钮而明确地对电力转换装置10通知正在连接中。由此，电力转换装置10能够可靠地得知连接状态，能够保障安全。

另外，电力转换装置10也可以在运转管理部101等中存储连接状态。由此，运转管理部101在确认连接状态时，在从可选连接部108、109输出的连接完成信号或连接解除信号之外，也能够使用运转管理部101存储的连接信息确认连接状态，能够进一步保障安全。

用图4说明电力转换装置10与安全功能部20的连接判断处理流程的详情。图4中，首先，在可选连接部与主体连接部已连接的情况下，可选连接部108、109输出连接完成信号(步骤S302)，主体连接部208、209也输出连接完成信号(步骤S303)。此处，如果可选连接部或主体连接部正常工作则输出4个连接完成信号，但某一个发生了故障的情况下并不输出4个连接完成信号。另外，可选连接部与主体连接部未连接的情况下，可选连接部108、109输出连接解除信号(步骤S304)，主体连接部208、209也输出连接解除信号(步骤S305)。

然后，运转管理部101接收从可选连接部和主体连接部输出的连接完成信号或连接解除信号(步骤S306)。

接着，确认计时器是否已起动(步骤S307)，计时器尚未起动的情况下，起动计时器(步骤S308)。该计时器是在运转管理部未能在规定时间内接收全部连接完成信号的情况下判断为连接错误时，为了计测时间而使用的。

然后，运转管理部101确认是否接收了连接完成信号或连接解除信号中的某一方的信号(步骤S309)，接收了连接完成信号的情况下(步骤S309；连接完成信号)，转移至连接中状态(步骤S311)。此处，连接中状态是运转管理部101保持的状态之一，是等待输出连接完成信号的状态。例如，用执行程序中定义的变量(例如state)保持状态，变量state的值是1的情况下表示连接中状态。接收了连接解除信号的情况下(步骤S309；连接解除状态)，转移至未连接状态(步骤S310)。未连接状态是表示没有对电力转换装置10连接安全功能部20的状态。与连接错误状态不同，即使在未连接状态下电力转换装置10也能够开始电动机的运转。

接着，确认是否已接收全部连接完成信号(步骤S312)。成功接收了全部连接完成信号的情况下，判断为正常进行了连接，转移至连接完成状态(步骤S317)。未能接收全部连接完成信号的情况下，确认计时器是否已到期(步骤S313)，如果计时器尚未到期，则返回步骤S306而执行接收信号的处理。

未能接收全部连接完成信号的状态下计时器到期的情况下，确认是否连接中状态(步骤S314)。是连接中状态的情况下，判断为连接错误而转移至连接错误状态(步骤S315)。另外，不是连接中状态的情况下，维持未连接状态(步骤S316)。

然后，在显示部111上显示符合连接状态的内容(步骤S318)。例如，如果是连接完成状态则显示“连接已正常完成”，如果是连接错误状态则显示“连接错误”等。

另外，也可以使用LED等显示连接状态。可以分为已正常连接时点亮的LED和连接错误时点亮的LED，也可以用1个LED根据连接状态改变点亮的颜色而对用户通知。由此，用户只要观看该LED就能够一目了然地确认连接状态，安全性进一步提高。

另外，虽然图4中未图示，但通过用控制部211接收连接完成信号、执行与运转管理部101同样的处理，也能够得知是已正常进行了连接还是发生了错误。

另外，电力转换装置10与安全功能部20的连接，在两者的电源OFF的状态下进行。然后，在连接完成后使电源ON，之后用户按下运转开始按钮，由此开始电动机的运转。此时，如果连接已正常完成则可以使电动机的运转开始，但发生了连接错误的情况下，优选不使电动机运转。

接着，用图5说明从接入电力转换装置10和安全功能部20的电源、直到开始电动机的运转的处理的流程。图5中，首先，由用户使电力转换装置10和安全功能部20的电源ON时(步骤S401)，执行图4中记载的连接判断处理(步骤S402)。由此，连接状态转移至连接完成状态、连接错误状态、连接中状态、未连接状态中的任一者。然后，由用户按下起动按钮(步骤S403)。接着，运转管理部101确认连接状态(步骤S404)。如果连接状态是连接完成状态或未连接状态，则进行电动机的运转开始处理(步骤S406)。另外，如果连接状态是连接中状态，则在显示部111上显示连接中的消息(步骤S405)，再次返回等待按下起动按钮的状态。另外，如果连接状态是连接错误状态，则在显示部111上显示连接错误的消息(步骤S407)，再次返回等待按下起动按钮的状态。

另外，在连接了安全功能部20的状态下使电动机运转时，因为某种原因连接断开的情况下，优选立刻使电动机的运转停止。反之，不连接安全功能部20地由电力转换装置10单独地使电动机运转时，在连接了安全功能部20的情况下，优选判断为意外的连接，并立刻使电动机的运转停止。

用图6说明在电动机的运转中解除连接或连接的情况下的电力转换装置10的处理的流程。图6中，首先，运转管理部101对主体控制部102发出速度指示而进行电动机的驱动控制(步骤S500)。

接着，确认是否从可选连接部108、109输出了表示连接被解除的连接解除信号或表示已连接的连接完成信号(步骤S501)。未输出信号的情况下，再次进行电动机驱动控制(步骤S500)。输出了信号的情况下，取得并确认连接状态(步骤S502)。然后，根据信号的种类与连接状态的组合，决定执行的处理内容(步骤S503)。

例如，在连接完成状态下输出了连接解除信号的情况下，判断为安全功能部20被卸下或发生了连接不良或误动作，必须使电动机成为安全的状态。例如，运转管理部设定为执行对主体控制部指示使电动机停止的STO的情况下，显示使电动机安全地停止的消息，并执行STO。

另外，在未连接状态下输出了连接完成信号的情况下，判断为安装了安全功能部20，进行对用户通知即使在运转中安装安全功能部20、虽然对电动机的运转没有影响、但安全功能和安全度也不会提高。该情况下，可以不执行STO等安全功能动作。

另外，虽然处于连接完成状态但输出了连接完成信号的情况、或者虽然处于未连接状态但输出了连接解除信号的情况下，因为是如果设备正在正常工作则不可能出现的组合，所以判断为存在可选连接部108、109发生故障的可能性，进行对用户通知故障的可能性的显示，执行STO等。

这样，根据可选连接部108、109输出的信号的种类、与连接状态的组合，决定在显示部111上显示的内容和是否执行安全功能动作等。

然后，如果存在应当对用户通知的内容，则在显示部111上显示该内容(步骤S504)。

之后，如果需要执行安全功能动作，则执行安全功能动作(步骤S506)，转移至连接错误状态(步骤S507)。如果不需要执行安全功能动作，则再次进行电动机驱动控制(步骤S500)。

接着，说明例如接受了紧急停止信号作为安全请求信号、设定为执行STO作为安全功能动作的情况下从输入输出部输出紧急停止信号直到对驱动部103输入STO信号的动作。

首先，用图7说明从输入输出部输出紧急停止信号并对电力转换装置通知时的处理的流程的概要。图7中，首先，从输入输出部30输出紧急停止信号时，该信号进入安全功能执行部212、222，附加后述的动作参数并对安全功能动作指示部214、224输出。然后，经由通信部210、110对运转管理部101发送。

接着，用图8说明使电动机40减速时安全功能执行部监视电动机40的速度的处理的流程。图8中，运转管理部101接受减速的指示时，对主体控制部102与减速度等参数一起发出减速的指示。主体控制部102因此对驱动部103输出PWM控制信号，使电动机40减速。

然后，主体控制部102取得从电流检测器104输出的用于推测电动机速度(输出频率)的电流值。进而，安全功能执行部212、222也从电流检测器104取得电流值。安全功能执行部212、222使用该值开始电动机40的速度监视。之后，电动机40的速度因某种原因而超过规定阈值时，安全功能执行部212、222经由通信部210、110对驱动部103输出STO等安全功能动作指示信号。

安全功能动作信号经由运转管理部101、主体控制部102输入至驱动部103。然后，驱动部103使电动机40中产生的转矩OFF。

这样，从输入输出部输出了紧急停止信号时能够使电动机40的速度减速而停止，能够扩展安全功能。另外，电动机40的速度超过规定阈值时执行怎样的安全功能动作，可以通过预先使用功能安全用设定工具70等接受用户的选择而设定。

此处，用图9对于安全功能执行部212的详细结构进行说明。安全功能执行部222也是同样的结构。图9中，安全功能执行部212由动作参数存储部2122、动作监视部2123、电动机速度推测部2125、时间监视部2126构成。

动作参数存储部2122存储减速度和速度的阈值等动作参数。例如由RAM等构成。

电动机速度推测部2125基于电流检测器104输出的电流值等，推测电动机40的速度。根据对电动机40供电的电流的大小和频率计算电动机40中产生的转矩，并转换为电动机40的旋转速度。另外，也可以使用对电动机附加并输出电动机的转速的编码器。由此，可以得知更正确的电动机的速度，安全功能提高。

时间监视部2126计测从接收紧急停止信号等安全请求信号起的经过时间。以规定时间间隔对动作监视部2123输出经过时间。

动作监视部2123取得电动机40的速度和经过时间，监视是否达到了规定阈值。达到了规定阈值的情况下，输出设定的STO等安全功能动作信号。

用图10说明接收了紧急停止信号作为安全请求信号的情况下的动作监视部2123的处理的流程。图10中，首先，从输入输出部输出紧急停止信号，安全功能执行部212的动作监视部2123接收该信号时，从动作参数存储部2122取得动作参数(步骤S100)。关于动作参数的设定方法，在图14的说明时在后文中叙述。接着，动作监视部2123将取得的动作参数输出至安全功能动作指示部214，安全功能动作指示部214输出减速指示(步骤S101)。之后，安全功能动作指示部214判断是否从运转管理部101接收了减速开始信号(步骤S102)。未接收减速开始信号的情况下，再次输出减速指示信号(步骤S104)。然后，从接收紧急停止信号起尚未经过规定时间的情况下，处理再次返回步骤S102。已经过规定时间的情况下，判断为电力转换装置10中发生了某种错误，输出STO等安全功能动作指示信号(步骤S106)。

输出减速指示之后成功接收了减速开始信号的情况下，执行安全功能动作判断处理(步骤S103)。然后，安全功能动作判断处理结束时，动作监视部2123输出STO等安全功能动作指示信号(步骤S106)。

此处，用图11说明安全功能动作判断处理的详细流程。图11中，安全功能动作判断处理中，首先，动作监视部2123从动作参数存储部2122取得动作参数(步骤S201)。此处，动作参数指的是减速度和作为输出安全功能动作指示信号(STO等)的阈值的速度等，其详情用图13在后文中叙述。接着，确认是否已取得电动机的初速度(步骤S202)，尚未取得的情况下，取得电动机的速度(步骤S203)，将取得的速度作为电动机的初速度存储在动作参数存储部2122中(步骤S204)。已取得电动机的初速度的情况下，直接取得电动机的速度和时刻(步骤S205)，计算电动机速度的阈值(步骤S206)。然后，判断电动机速度是否超过了阈值(步骤S207)，超过了阈值的情况下，结束安全功能动作判断处理，进行安全功能动作指示信号输出(图10的步骤S106)。未超过阈值的情况下，返回步骤S205执行处理。

图12是表示本实施例中的电力转换装置中搭载的操作部、显示部的显示例的图。操作部、显示部并不需要限定于安装在电力转换装置中，也可以是能够用线缆等在电力转换装置上装卸的结构。

电力转换装置10具备运转开始按钮701、运转停止按钮702、显示部703、OK按钮704、上按钮705、下按钮706等界面。

错误发生时，在显示部703上进行通知错误的消息的显示。例如，显示错误的编号“No.001”、和错误的内容“Connection error.”等内容。这样，通过显示错误的内容，用户可知电动机40为何停止等的理由，易用性提高。

接着，对于使电动机减速停止的动作进行说明。图13是说明本实施例中的安全功能动作的图。另外，此处作为例子，对于设定为进行与功能安全标准IEC61800-5-2中规定的SS1(Safety stop 1)对应的减速停止动作的情况进行说明。

图13中，纵轴表示电动机速度，横轴表示时刻。另外，各符号的含义如下所述，详情在后文中叙述。

T2-T1：从接收安全请求信号到开始减速的最大时间

T4-T3：超过规定阈值后到开始安全区间恢复处理的最大时间

T6-T3：容许时间

T8-T1：SS1减速时间

T9-T4：安全区间恢复处理的减速时间

T5-T1：最小SS1减速时间

T10-T1：最大SS1减速时间

T7-T4：自动调整SS1减速时间

601：SS1减速时的动作

602：在SS1减速时发生诊断错误、异常后的动作

603：异常发生后与用户选择的安全区间恢复处理的减速时间相应地进行动作

604：异常发生后对安全区间恢复处理(SS1动作选择时)的减速时间进行自动调整地进行动作

611：SS1最小减速时间(下限阈值)

612：SS1最大减速时间(上限阈值)

P1：异常发生判别点

P2：在容许时间以内电动机是否在容许时间内返回的判别点

P3：电动机速度是否因安全区间恢复处理(自动调整)而返回安全区间的判别点

图13中，首先，电动机以速度V0工作中，在时刻T1接收紧急停止信号作为安全请求信号后，开始电动机的减速。通常，关于该减速率，按照用户设定的(时刻T8-T1之间：SS1减速时间)如601所示地减速至速度V1后(时刻T8)使转矩OFF。之后，电动机成为无控制状态而停止。

另外，也可以对于减速度设定上限、下限。例如，将以虚线612为上限、以虚线611为下限的规定阈值内作为安全区间，只要电动机的速度在该安全区间内则继续减速。电动机的速度脱离该安全区间的情况下，视为超过规定阈值。关于超过规定阈值后的安全功能动作在后文中叙述。

例如，如601所示地在SS1中减速停止中因某种影响而如602所示地电动机速度超过612时的时刻T3(602与612相交的点：P1)是超过规定阈值的时刻。

另外，规定阈值在SS1的情况下，是上下限阈值，是由预先用功能安全用设定工具70设定的SS1最小减速时间和SS1最大减速时间决定的阈值。是图13中的(611，612)。

此处，将SS1最小减速时间的定义设为T5-T1，将最大减速时间的定义设为T10-T1。另外，将减速时间的设定起点设为T1，但也可以定义为从经过从接收紧急停止信号(此处是SS1信号)直到开始减速的最大时间即T2后起。

另外，并非设定SS1而是设定了SLS(Safety Limited Speed)作为接收紧急停止信号时执行的安全功能动作的情况下，规定阈值是上限阈值，是由预先用功能安全用设定工具70设定的频率限制值决定的阈值。另外，SDI(Safety Direction)的情况下，0速度是阈值。允许正转的情况下，反转方向超过规定阈值，允许反转的情况下，正转方向超过规定阈值。

超过规定阈值时，由用户预先选择、设定执行将电动机的转矩切断的功能STO、使电动机减速停止后执行STO的功能SS1、为了外部制动控制而发出安全输出信号的功能SBC(Safe Brake Control)中的哪一个功能，按照该选择的功能停止。

这样，超过规定阈值时，预先选择的STO、SS1、SBC等中的某一个安全功能动作按照各自的功能规格进行动作，由此能够更精细地控制电动机的减速，安全性提高。

为了实现这些安全功能，在安全功能执行部212的动作参数存储部2122中，预先保持表示在输入了安全请求信号时执行的安全功能的种类的参数。具体而言，准备程序中的变量，例如安全功能执行部212进行如果该变量的值是1则执行SS1、如果是2则执行SLS这样的控制。进而，在动作参数存储部2122中保存关于各安全功能的动作参数。

另外，用户设定的安全功能动作选择和减速时间、容许时间等安全相关功能的参数设定，例如从功能安全用设定工具70进行。使用功能安全用设定工具70的参数设定方法，例如与通信部110连接并写入安全功能执行部212的动作参数存储部2122中。写入的途径不限于通信部110，只要最终写入动作参数存储部2122中即可。用户使用该功能安全用设定工具70，预先设定安全相关功能的参数。

安全相关功能的参数保存在动作参数存储部2122中。另外，在安全功能执行部222的动作参数存储部中也同样地保存。

此处，用图14说明安全功能动作处理的详细流程。另外，图14的指示的安全功能动作，例如是IEC61800-5-2记载的安全功能动作SS1、SLS、SDI等。对于这样的接收紧急停止信号时和超过规定速度阈值时执行的安全功能动作，也可以从功能安全用设定工具70设定。

图14中，安全功能动作处理进行预先设定的动作参数的取得(步骤S600)。例如，预先设定了SS1作为指示的安全功能动作的情况下，进行指示的安全功能动作的执行时，按照预先设定的动作参数的SS1减速时间开始减速(步骤S601)。然后，判断电动机速度是否在安全区间内(步骤S602)，脱离安全区间的情况下，转移至规定的阈值超过后处理(步骤S605)。关于规定的阈值超过后处理在后文中叙述。

在安全区间内的情况下，判别是否经过了预先设定的规定时间(此处是SS1减速时间)(步骤S603)，未经过规定时间的情况下，返回步骤S602，返回电动机速度是否在安全区间内的监视并执行处理。经过了规定时间的情况下(步骤S603)，进行安全功能动作信号(此处是SS1信号)输出(步骤S604)。

图15是表示步骤S602中判断为脱离安全区间内的情况下执行的关于安全功能动作的规定的阈值超过后处理的流程图。图15的安全区间恢复处理，是在超过规定阈值(步骤S605)后执行的安全功能动作STO、SS1、SBC等。

图15中，判断为脱离安全区间的情况下，执行安全区间恢复处理。该安全区间恢复处理预先用功能安全用设定工具70设定STO、SS1、SBC中的任一者，执行该设定的安全功能动作(步骤S700)。

安全区间恢复处理中，设定了STO的情况下(步骤S701)输出STO信号。

安全区间恢复处理中，设定了SBC的情况下(步骤S702)，为了外部制动控制而输出安全输出信号(SBC信号)。

另外，安全区间恢复处理中设定了SBC的情况下，也能够如在执行STO后SBC、执行SBC后STO、执行SS1后执行STO并SBC、执行SS1后执行SBC并STO一样，不是立刻输出SBC信号，而是在执行其他安全功能动作后输出SBC信号。

判别执行安全区间恢复处理中设定了SS1的情况、预先选择了自动调整的情况、和如通常一样按照预先设定的安全区间恢复处理的SS1减速时间设定进行动作的情况中的哪一者(步骤S703)。

转移至通常处理(步骤S706)的情况下，按照预先设定的安全区间恢复处理的SS1减速时间设定，如图13的603所示地减速，在减速至V1的速度后执行STO而紧急停止。

另外，此处，603的安全功能动作SS1的减速时间，是预先用功能安全用设定工具70设定的安全区间恢复处理的SS1减速时间(T9-T4)。作为减速率，按从T4时刻的电动机速度起减速至T9时刻的电动机速度(V1)的速率减速。另外，也可以按从T1时刻起等其他基准计算减速时间、减速率。

另外，即使选择通常处理，在未接受安全区间恢复处理的SS1减速时间的设定的情况下，也可以进行自动调整处理(步骤S704)。

图16是表示自动调整开始的情况下执行的自动调整处理(步骤S704)的流程图。图16中，在自动调整处理监视后，判别是否经过了反应时间(步骤S800)。未经过反应时间的情况下，是继续前一处理的功能安全动作直到经过反应时间的状态。已经过反应时间的情况下，执行安全区间恢复处理(步骤S801)，因为图16中是关于自动调整处理的说明，所以是安全区间恢复处理中设定了SS1的情况。

关于图16的自动调整处理，也使用图13说明自动调整的处理的流程。从判断为超过规定阈值的时刻T3直到执行安全区间恢复处理的T4的时间(T4-T3)是直到执行安全区间恢复处理的反应时间。未经过反应时间的情况下返回步骤S800。经过反应时间后执行安全区间恢复处理(步骤S801)。

图13中，将从判断为超过规定阈值的时刻T3到T6的时间(T6-T3)规定为容许时间。另外，该容许时间预先从功能安全用设定工具70设定。判别在该设定的容许时间以内电动机速度是否返回安全区间内(步骤S802)。

判断为在容许时间以内电动机速度返回安全区间内的情况下，按照用功能安全用设定工具70设定的安全区间恢复处理的SS1减速时间进行减速停止(步骤S803)。

判断为在容许时间以内电动机速度不返回安全区间内的情况下，执行自动调整(步骤S804)。

在容许时间以内电动机速度是否返回安全区间内的判别方法，是在T4的安全区间恢复处理执行时刻、按照预先设定了预先设定的容许时间、和决定安全区间的上限阈值的交点P2(T6与612相交的点)的安全区间恢复处理的SS1减速时间设定进行减速停止的情况下，根据时刻T4时的电动机速度、容许时间、上限阈值判别在T6的时刻电动机速度是否低于该交点P2而返回安全区间。

此处，因为电动机速度高于安全区间，所以将上限阈值用作判别方法的条件，但在电动机速度低于安全区间的情况下，将下限阈值用作判别方法的条件。

另外，此处，以SS1的情况为例，所以上限阈值、下限阈值决定了安全区间。因此，判别电动机速度是否脱离安全区间的，是该上限阈值、下限阈值。即，规定安全区间的阈值在T4时刻用作判别电动机速度是否返回安全区间以内的判别条件。

另外，指示的安全功能动作中选择了SLS的情况下，关于安全区间，预先从功能安全用设定工具70设定的频率限制是上限阈值，该设定的频率以下是安全区间。脱离安全区间后，转移至规定的阈值超过后处理(S605)，与SS1同样地执行安全功能动作以使电动机速度返回安全区间。

另外，指示的安全功能动作中选择了SDI的情况下，因为是旋转方向限制功能，所以关于安全区间，禁止反转方向的情况下正转方向是安全区间。禁止正转方向的情况下，反转方向是安全区间。

另外，此处所谓自动调整，指的是在T4时刻并不采用预先设定的安全区间恢复处理的SS1减速时间，而是在T4时刻这样的动态的状况下，根据电动机速度、容许时间、上限阈值，例如对于在T6时刻电动机速度低于交点P2这样的安全区间恢复处理的SS1减速时间并不采用预先设定的值，而是为了使电动机速度返回安全区间内而变更安全区间恢复处理的SS1减速时间。

另外，也可以将自动调整后的安全区间恢复处理的SS1减速时间存储在动作参数存储部(2122)中，另外用作设定者决定安全动作2的SS1减速时间时的参考值。

另外，也可以对于安全区间恢复处理的SS1减速时间每规定时间地进行修正地执行，更精细地进行动态的状况下的控制。

在T4时刻，采用预先设定的安全区间恢复处理的SS1减速时间进行减速停止时，只要预先设定的安全区间恢复处理的SS1减速时间是设定者设想的减速停止即可，但误设定的情况下，例如将安全区间恢复处理的SS1减速时间设为较长等情况下，电动机速度并不立刻返回安全区间内，以超过规定阈值的电动机速度运转。例如，图13中以603的减速率进行减速停止，在P2时刻电动机速度高于安全区间。

通过采用自动调整功能，在超过规定阈值后，在执行安全区间恢复处理的T4的时刻这样的动态的状况下，能够在容许时间以内使电动机速度返回安全区间内，能够与运转状况相应地控制电动机的减速时间，所以能够进一步提高系统的安全性。例如，图13中以604的减速率进行减速停止，在P2时刻电动机速度返回安全区间内。另外，该自动调整时的SS1减速时间，在本实施例中定义为T7-T4，但也可以按其他基准计算。

也可以预先设定在S804中的自动调整执行后，万一在容许时间内电动机速度没有返回安全区间内的情况下，用STO将电动机的转矩切断等。

接着说明图15中的、S704的自动调整处理结束后电动机速度返回安全区间内之后的安全区间恢复后处理(S705)。安全区间恢复后处理是能够选择在自动调整处理结束后、从电动机速度返回安全区间内的时刻(604与612的交点P3)直到停止的安全功能动作的处理。安全区间恢复后处理预先从功能安全用设定工具70设定从P3时刻直到停止的安全功能动作，进行了自动调整处理的情况下，在电动机速度返回安全区间内时执行。

图17是说明安全区间恢复后处理用的图。图17中，对于电动机速度返回安全区间的与上限阈值612相交的时刻P3以后的处理，用功能安全用设定工具70设定时，例如提供以下4个选项。安全区间恢复处理选择(1)：保持自动调整处理中在T4时刻变更采用的安全区间恢复处理的SS1减速时间的604的减速率进行减速停止。安全区间恢复处理选择(2)：按照指示的安全功能动作的SS1减速时间以减速率601进行减速停止。安全区间恢复处理选择(3)：按照符合预先设定的安全区间恢复处理的SS1减速时间设定的603的减速率进行减速停止。安全区间恢复处理选择(4)：控制在阈值内(将安全区间恢复处理设定为SS1时按照减速至上下限阈值的中央值的SS1减速时间以减速率601进行减速停止。直到电动机速度下降至上下限阈值的中央值的安全区间恢复处理的减速时间，与安全区间恢复处理选择1相同。)。

另外，安全区间恢复后处理也可以是上述选项以外的处理。例如，也可以是在指示的安全功能动作中设定了SLS的情况下，在容许时间内通过自动调整而恢复至安全区间时，不进行减速停止，而是以不超过限制值的电动机速度使运转继续等选择。

这样，通过增加安全区间恢复处理，能够用超过规定阈值后的功能安全动作提高系统的安全性。

另外，即使在安全区间恢复处理执行中，再次脱离安全区间的情况下，也通过执行规定的阈值超过后处理(步骤S605)而使电动机速度返回安全区间内。

另外，在显示部111上，显示通知通过执行自动调整(步骤S804)而进行了安全功能动作的消息。例如，以执行自动调整(步骤S804)时对安全区间恢复处理的SS1减速时间进行了变更(自动调整)为触发，经由通信部210和通信部110对运转管理部101发送自动调整执行中信号，接收了自动调整执行中信号的运转管理部101对显示部111通知正在实施自动调整中。然后，例如显示“通过自动调整执行了安全区间恢复处理(SS1)”等。显示的时机，可以是执行了至少1次自动调整时显示，或在停止后显示不是使用由设定工具设定的SS1减速时间、而是使用自动调整值进行了停止的消息等。

如上所述，本实施例中，在发生系统动作的异常或诊断错误后，不是仅用STO动作进行切断，而是能够用预先选择的安全功能动作与系统的状况相应地更精细地控制电动机的减速等，安全性提高。

另外，在发生系统动作的异常或诊断错误后这样的动态的状况下，例如设定了SS1作为安全功能动作的情况下，自动地变更减速时间的设定值，以在容许时间以内恢复至安全区间内的方式进行速度控制，由此能够提高系统的安全性。

附图标记说明

10：电力转换装置，20：安全功能部，30：输入输出部，40：电动机，50：负载机械，70：功能安全用设定工具，101：运转管理部，102：主体控制部，103：驱动部，104：电流检测器，107：通路自诊断部，108、109：可选连接部，110、210：通信部，111：显示部，208、209：主体连接部，211、221：控制部，212、222：安全功能执行部，213、223：MCU自诊断部，214、224：安全功能动作指示部。

Claims

1.一种包括用于驱动电动机的电力转换装置主体和用于实现安全功能的安全功能部的电力转换系统，其特征在于：

所述安全功能部在接收到安全请求信号后输出安全功能动作指示信号，所述电力转换装置主体依照该安全功能动作指示信号来控制电动机，

所述安全功能部监视电动机的状态，在所述电动机的状态超过了规定范围的情况下，进行基于预先选择的安全功能动作的阈值超过后处理。

2.如权利要求1所述的电力转换系统，其特征在于：

所述预先选择的安全功能动作是STO、SS1、SBC中的任一者。

3.如权利要求1所述的电力转换系统，其特征在于：

所述安全功能部监视所述电动机的速度，在所述电动机的速度超过了规定值的情况下进行所述阈值超过后处理。

4.如权利要求3所述的电力转换系统，其特征在于：

所述安全功能部对所述电动机的减速率进行自动调整，使得所述电动机的速度从超过了所述规定值的时刻起在容许时间内恢复至该规定值。

5.如权利要求4所述的电力转换系统，其特征在于：

所述阈值超过后处理是SS1，

在所述电动机的速度通过所述自动调整而恢复到所述规定值后，能够选择以下方式进行减速停止：

保持所述自动调整中采用的所述电动机的减速率进行减速停止；以所述阈值超过后处理中的减速率进行减速停止；按照预先设定的所述自动调整的减速率进行减速停止；和以将所述规定值作为上限阈值时在与下限阈值之间进行减速的减速率来进行减速停止。

6.一种包括用于驱动电动机的电力转换装置主体和用于实现安全功能的安全功能部的电力转换系统的电力转换方法，其特征在于：

响应接收到安全请求信号而输出安全功能动作指示信号，依照该安全功能动作指示信号来控制所述电动机，在所述电动机的状态超过了规定范围的情况下，进行基于预先选择的安全功能动作的阈值超过后处理。

7.如权利要求6所述的电力转换方法，其特征在于：

所述预先选择的安全功能动作是STO、SS1、SBC中的任一者。

8.如权利要求6所述的电力转换方法，其特征在于：

9.如权利要求8所述的电力转换方法，其特征在于：

对所述电动机的减速率进行自动调整，使得所述电动机的速度从超过了所述规定值的时刻起在容许时间内恢复至该规定值。

10.如权利要求9所述的电力转换方法，其特征在于：

所述阈值超过后处理是SS1，