JP2004242480A

JP2004242480A - インバータ装置

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Publication number: JP2004242480A
Application number: JP2003032167A
Authority: JP
Inventors: Junichi Ueno; 純一植野; Hiroshi Shimizu; 博清水; Koichi Kubo; 公一久保; Takashi Asai; 隆浅井; Masakazu Komatsu; 雅和小松; Yasuyuki Tagano; 泰之多賀野; Toshiyuki Ozaki; 敏之尾崎
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2003-02-10
Filing date: 2003-02-10
Publication date: 2004-08-26

Abstract

【課題】出力電流を監視して故障の予兆や異常を早期に把握できるようしたインバータ装置を提供する。
【解決手段】加減速運転と等速（周波数一致）運転とに応じて、閾値ＳＬ１，ＳＬ２をそれぞれ有し、加減速運転における出力電流を、閾値ＳＬ１に基づいて監視し、等速運転における出力電流を、閾値ＳＬ２に基づいて監視し、出力電流値が、閾値以上になったときには、異常であるとして、上位のコントローラに通知し、異常の報知やインバータ装置の停止などの適宜の措置をとるようにしている。
【選択図】図７

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータなどを駆動するインバータ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のインバータ装置は、その出力電流を検出し、予め設定されている閾値と比較し、閾値以上であるときには、異常であるとしてインバータ装置を停止するようにしている。（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−７０１７７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来例のインバータ装置では、予め設定されている閾値は、一つだけであり、このため、モータの焼損や過トルクによる装置の破損といった深刻な故障を回避できるような最大電流値を閾値として設定して出力電流を監視している。
【０００５】
したがって、出力電流値が、前記最大電流値を越えないような異常は検出できず、例えば、モータによってコンベアを駆動するようなシステムにおける異物の噛み込みの発生時点やベアリングの潤滑油の劣化による潤滑機能の低下などの異常を早期に把握することができない。このため、故障を十分に回避することができず、システムの稼働率が低下するという難点がある。
【０００６】
本発明は、上述のような点に鑑みて為されたものであって、出力電流を監視して故障の予兆や異常を早期に把握できるようしたインバータ装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上述の目的を達成するために、次のように構成している。
【０００８】
すなわち、本発明のインバータ装置は、直流電力を交流電力に変換する主回路部と、前記主回路部の変換動作を制御する制御回路部とを含み、前記制御回路部は、当該インバータ装置の出力電流を監視する電流監視部を備え、前記電流監視部は、複数の閾値に基づいて監視を行うものである。
【０００９】
本発明によると、出力電流を、複数の閾値に基いて監視するので、一つの閾値のみで監視していた従来例に比べて、より細かく異常や故障の予兆を把握することができる。
【００１０】
本発明の好ましい実施態様においては、前記電流監視部は、運転状態に応じて監視を行うものである。
【００１１】
ここで、運転状態とは、加速、減速、等速、停止といったインバータ装置の運転の状態をいう。
【００１２】
また、運転状態に応じて監視するとは、運転状態に合った監視を行うことをいう。
【００１３】
本発明によると、加減速や等速といった運転状態によって、出力電流のレベルが変化するので、運転状態に応じた出力電流の監視を行うようにしており、単に最大電流のみを監視する従来例に比べて、運転状態毎に故障の予兆や異常を把握できることになる。
【００１４】
本発明の一実施態様においては、前記電流監視部は、前記出力電流値を検出する検出部と、運転状態に応じた前記閾値を記憶する記憶部と、前記検出部で検出した出力電流値と前記閾値とを比較する比較部とを備え、前記比較部は、前記出力電流値と、該出力電流値が検出されたときの運転状態に対応する前記閾値とを比較するものである。
【００１５】
本発明によると、運転状態に応じて複数の閾値が予め記憶され、検出した出力電流値と対応する閾値とを比較することにより、運転状態に応じた監視が行えることになる。
【００１６】
本発明の他の実施態様においては、前記運転状態は、加速、減速および等速の運転状態を含むものである。
【００１７】
本発明によると、出力電流値が増大する加速、減速の運転状態と、出力電流値が比較的小さい等速の運転状態とに応じて、出力電流が監視されることになる。
【００１８】
本発明の好ましい実施態様においては、ネットワークを介して上位コントローラと通信する通信部を有し、前記比較部の比較結果を、前記上位コントローラに送信するものである。
【００１９】
本発明によると、フィールドバスなどのネットワークを介してプログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）などの上位コントローラと通信を行えるので、比較部における比較結果を上位コントローラに送信することにより、上位のコントローラは、比較結果に応じた処理、例えば、出力電流値が閾値を越えたことを報知したり、当該インバータ装置を停止させるといったことが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面によって、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明の一つの実施の形態に係るインバータ装置を備えるシステムの構成図である。
【００２２】
このシステムでは、プログラマブルコントローラ（以下「ＰＬＣ」という）１のマスタユニット２と、スレーブユニットとしての本発明に係るインバータ装置３とが、伝送路４であるフィールドバス、例えば、ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ（登録商標）を介して接続されており、この伝送路４を介して通信が行われる。
【００２３】
インバータ装置３は、ＰＬＣマスタユニット２からのモータ制御信号に基づいて、モータ５に駆動電流を出力して該モータ５を駆動する。このモータ５は、例えば、物体を搬送するベルトコンベアなどの負荷を駆動する。
【００２４】
伝送路４には、インバータ装置３以外にもスレーブユニット６として、例えば、センサターミナルやＩ／Ｏユニットなどが接続されている。これらスレーブユニット６には、各種のセンサやスイッチ等の入力機器７あるいはリレーや電磁弁等の出力機器８といったＩ／Ｏ機器が接続され、入力機器７からの入力信号が、スレーブユニット６を介してＰＬＣマスタユニット２に伝送される一方、ＰＬＣマスタユニット２から伝送される制御信号が、スレーブユニット６を介して出力機器８に対して出力される。
【００２５】
この実施の形態のインバータ装置３は、上述のＩ／Ｏ機器を接続するためのＩ／Ｏ端子を備えており、各種のセンサやスイッチ等の入力機器７あるいはリレーや電磁弁等の出力機器８が接続され、従来のインバータ装置と同様に、入力機器７からの入力信号をＰＬＣマスタユニット２に伝送する一方、ＰＬＣマスタユニット２から伝送される制御信号を出力機器８に対して出力する機能も備えている。
【００２６】
また、伝送路には、後述のコンフィグレータ９が接続されており、このコンフィグレータ９は、グラフィカルな画面操作によって、伝送路４に接続されたＰＬＣマスタユニット２、インバータ装置３、スレーブユニット６などの設定や管理を可能とするものである。
【００２７】
図２は、この実施の形態のインバータ装置３のブロック図である。
【００２８】
この実施の形態のインバータ装置３は、主回路部１０と、この主回路部１０を制御する制御回路部１１とを備えている。
【００２９】
主回路部１０は、電源端子１２からの交流電源を直流に変換するコンバータ回路１３と、このコンバータ回路１３からの直流を交流に変換して出力端子１４を介してモータ５に供給するインバータ回路１５と、インバータ回路１５から出力される出力電流を検出する出力電流検出回路１６と、電源端子１２から入力される入力電圧を検出する入力電圧検出回路１７とを備えている。
【００３０】
制御回路部１１は、後述する電流監視部３０などの機能を有するＭＰＵ等からなる制御回路２０と、運転制御条件のパラメータなどが格納される不揮発性メモリ２１と、制御回路２０の動作クロックを決定する発振回路２２と、フィールドバス用の通信回路２４と、データなどを表示するＬＥＤ表示部２５とを備えている。
【００３１】
この制御回路部１１は、通信回路２４および通信コネクタ２６を介して上述のＰＬＣマスタユニット２との間で通信を行うことが可能である。また、Ｉ／Ｏ端子２７を介して、センサやスイッチ等の入力機器７からの入力を取り込む一方、リレーや電磁弁等の出力機器８に対して出力を与える。
【００３２】
この実施の形態のインバータ装置３では、当該インバータ装置３の出力電流を、運転状態に応じた複数の閾値に基づいて監視し、故障の予兆や異常を早期に把握できるようにしている。
【００３３】
ここで、インバータ装置の運転状態と出力電流値との関係について説明する。
【００３４】
図３（ａ）は運転状態に対応する速度を、同図（ｂ）は出力電流をそれぞれ示している。
【００３５】
運転開始から指令値が目標速度に達するまでの期間Ｔ１および再加速から目標速度に達するまでの期間Ｔ３である加速状態は、モータでトルクが必要な状態であって、電流値が高くなる。
【００３６】
減速開始から停止または目標速度に達するまでの期間Ｔ７，Ｔ５である減速状態は、モータが発電機として運動エネルギーを放出し、インバータ装置側へエネルギーが帰還する形で電流が流れ、電流値が高くなる。
【００３７】
これに対して、目標速度に一致している期間Ｔ２，Ｔ４，Ｔ６である等速状態は、モータのベアリング摩擦力、あるいは、コンベア、ファンなど負荷の摩擦力に応じたトルクを発生させ、回転速度を一定に保つ状態であって、無負荷電流と摩擦によるトルク分の電流が出力された状態であり、電流値は、低く、変化が少ない。
【００３８】
このようにインバータ装置の運転状態によって、出力電流値は、そのレベルが異なるので、この実施の形態では、運転状態に応じて異なる閾値で出力電流を監視するようにしている。
【００３９】
すなわち、この実施の形態では、運転状態を、加減速状態と、等速（周波数一致）状態とに区分し、それぞれに対応する閾値を備え、各状態における出力電流値を、対応する閾値と比較して電流監視を行うようにしている。なお、運転状態は、内部の制御情報（ステータス情報）から把握している。
【００４０】
電流監視部３０としての機能を有する制御回路２０は、出力電流検出部１６からの検出出力に基づく出力電流値と、予め設定されて記憶部に格納されている複数の閾値の内の対応する運転状態の閾値とを比較し、出力電流値が、閾値以上になったときには、電流監視の状態を示すステータス情報を、「０」（ＯＦＦ）から「１」（ＯＮ）に変化させる。
【００４１】
この閾値は、予めユーザによってコンフィグレータ９を操作することで不揮発性メモリ２１の所定場所に格納される。
【００４２】
電流監視のステータス情報は、伝送路４を介してＰＬＣマスタユニット２に送信される。ＰＬＣ１は、電流監視のステータス情報がＯＮしたときには、ユーザに対して、その旨を報知したり、インバータ装置３を停止させるといった適宜の処理を行う。
【００４３】
この出力電流の監視では、出力電流が検出（サンプリング）される度に、対応する閾値と比較されるので、出力電流値が、閾値を越えて、一旦、電流監視のステータス情報がＯＮになっても、次回の更新時には、ステータス情報が再びＯＦＦに戻る場合があり、かかる場合には、見逃す虞がある。そこで、この実施の形態では、検出された出力電流値が閾値以上となって電流監視のステータス情報がＯＮしたときには、以降の出力電流値が閾値未満であっても、電流監視のステータス情報をホールドするステータスホールドモードに設定することができる。ステータスホールドモードの設定は、ユーザがコンフィグレータ９を操作することでステータスホールドモードであることを識別する情報を不揮発性メモリ２１の所定場所に格納することで実現できる。
【００４４】
さらに、それまでに検出された加減速状態と等速状態の各運転状態における出力電流値の内の最大の出力電流値を、各運転状態におけるピーク値として記憶する出力電流ピーク値ホールド機能も有している。
【００４５】
また、この実施の形態では、突入電流による誤検出を防止するために、フィルタ処理機能を有している。
【００４６】
すなわち、インバータ装置においては、動作の過渡期には、図４のセクションＦの拡大図に示されるように、突入電流が発生するために、正常範囲で動作しているに拘わらず、過渡期の突入電流が閾値ＳＬを越えて誤検知する虞がある。これを防止するために、フィルタ処理を行うようにしている。
【００４７】
この実施の形態では、サンプリングした出力電流値を、複数のフィルタバッファに格納し、それらを平均値処理してしている。具体的には、フィルタ感度として、１〜５のいずれかを設定すると、設定されたフィルタ感度の数のフィルタバッファを使用して平均値処理を行うのである。
【００４８】
例えば、フィルタ感度５が設定されると、フィルタバッファ１〜５まで使用し、サンプリングした出力電流値を、各フィルタバッファに順次格納し、フィルタバッファに格納された出力電流値の総和を、使用したフィルタバッファの数である５で割って平均値処理を行い、また、例えば、フィルタ感度３が設定されると、フィルタバッファ１〜３まで使用し、サンプリングした出力電流値を、各フィルタバッファに順次格納し、フィルタバッファに格納された出力電流値の総和を、使用したフィルタバッファの数である３で割って平均値処理を行うものである。
【００４９】
図５は、このフィルタ処理の動作説明に供するフローチャートである。
【００５０】
先ず、フィルタ処理を開始すると（ステップｎ１）、設定されているフィルタ感度を判別し（ステップｎ２）、サンプリングした電流値をフィルタバッファに格納し（ステップｎ３）、次に電流値を格納すべきフィルタバッファを示すフィルタバッファポインタを移動し（ステップｎ４）、平均値処理、すなわち、使用しているフィルタバッファの総和を、フィルタ感度に対応するフィルタバッファの数で割ってフィルタ処理された電流値として算出し（ステップｎ５）、処理を終了する（ステップｎ６）。
【００５１】
このようにしてサンプリングされてフィルタ処理された出力電流値を、そのときの運転状態に対応する閾値と比較し、出力電流値が、閾値以上になったときには、電流監視のためのステータス情報を、「０」（ＯＦＦ）から「１」（ＯＮ）に変化させるものである。
【００５２】
図６は、この実施の形態の動作説明に供するフローチャートである。
【００５３】
先ず、処理を開始すると（ステップｎ１０）、電流値を取り込み（ステップｎ１１）、フィルタありか否かを判断し（ステップｎ１２）、フィルタ無しのときには、加速、減速あるいは等速などの運転状態を示す内部のステータス情報を取り込んでステップｎ１４に移り（ステップｎ１３）、フィルタ有りのときは、上述のフィルタ処理を行ってステップｎ１４に移る（ステップｎ１５）。
【００５４】
ステップｎ１４では、ステータス情報に基づいて、運転状態を判断し、等速状態である周波数一致中であるときには、周波数一致中の閾値とピーク値を準備してステップｎ１７に移る（ステップｎ２１）。また、加減速中であるときには、加減速中の閾値とピーク値とを準備してステップｎ１７に移る（ステップｎ１４）。
【００５５】
ステップｎ１７においては、現在値は、ピーク値よりも大きいか否かを判断し、小さいときには、ステップｎ１９に移り、大きいときには、現在値をピーク値として入れ替えてステップｎ１９に移る（ステップｎ１８）。
【００５６】
ステップｎ１９では、現在値は、閾値以上であるか否かを判断し、閾値以上であるときには、電流監視のステータス情報のＯＮ処理を行い（ステップｎ２０）、現在値が閾値以上でないときには、ステータスホールドモードが設定されているか否かを判断し（ステップｎ２２）、ステータスホールドモードが設定されているときには、処理を終了し、ステータスホールドモードが設定されていない、すなわち、更新モードであるときには、電流監視のステータス情報のＯＦＦ処理を行って処理を終了する（ステップｎ２３）。
【００５７】
また、ステップｎ１４において、周波数一致中および加減速中以外の、例えば、モータがフリーのＯＦＦ状態などの運転状態であるときには、ステータスホールドモードが設定されているか否かを判断し（ステップｎ２４）、ステータスホールドモードが設定されているときには、処理を終了し、ステータスホールドモードが設定されていない、すなわち、更新モードであるときには、電流監視のステータス情報のＯＦＦ処理を行って終了する（ステップｎ２５）。
【００５８】
図７は、この実施の形態の動作イメージを示すタイムチャートである。
【００５９】
実線で示される出力電流の波形Ａは、加減速中の期間Ｔ１において、出力電流値は、その閾値ＳＬ１以上になっておらず、また、等速状態である周波数一致中の期間Ｔ２においても、出力電流値は、その閾値ＳＬ２以上になっておらず、正常な状態である。
【００６０】
一点鎖線で示される出力電流の波形Ｂは、等速状態である周波数一致中の期間Ｔ４においては、出力電流値は、その閾値ＳＬ２以上になっていないが、加減速中の期間Ｔ３において、出力電流が増大して閾値ＳＬ１を越えている異常な状態が生じている。この波形Ｂは、例えば、モータの負荷であるコンベアなどに緩みがあって、最初はトルクが小さく、出力電流値は小さいが、緩みが張ると、トルクが急激に増大して出力電流値が急激に増大するような場合が想定される。
【００６１】
破線で示される出力電流の波形Ｃは、加減速中の期間Ｔ５においては、出力電流値は、その閾値ＳＬ１以上になっていないが、等速状態である周波数一致中の期間Ｔ６において、出力電流値が増大して閾値ＳＬ２を越えている異常な状態が生じている。この波形Ｃは、例えば、コンベアの等速運動において、何らかの引っかかりがあるような場合が想定される。
【００６２】
このように運転状態に応じて複数の閾値に基いて、出力電流を監視するので、最大電流を一つの閾値として出力電流を監視していた従来に比べて、故障の予兆や異常を早期に把握できることになる。
【００６３】
例えば、モータによってコンベアを駆動するようなシステムにおいて、異物の噛み込みが発生したような場合に、出力電流が、従来の閾値である最大電流を越える前に、早期にそれを把握して対処することが可能となり、また、ベアリングの潤滑油の劣化による潤滑機能の低下が生じた場合に、潤滑機能が完全に無くなって出力電流が、従来の閾値である最大電流を越える前に、早期にそれを把握して保守を行うことが可能になる。
【００６４】
（その他の実施の形態）
上述の実施の形態では、各運転状態において、出力電流値と比較する閾値は、一つだけであったけれども、複数の閾値を準備し、各閾値との比較結果に応じて、段階的な判定を行うようにしてもよい。
【００６５】
上述の実施の形態では、加速と減速とで同一の閾値を用いたけれども、個別の閾値を用いてもよいのは勿論である。
【００６６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、複数の閾値に基いて、出力電流の監視を行うようにしており、単に最大電流のみを監視する従来例に比べて、細かく監視を行えることになり、故障の予兆や異常を早期に把握できることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一つの実施の形態に係るインバータ装置を備えるシステムの概略構成図である。
【図２】図１のインバータ装置のブロック図である。
【図３】運転状態に対応する速度と出力電流との関係を示すタイムチャートである。
【図４】突入電流による誤検知を説明するための図である。
【図５】フィルタ処理の動作説明に供するフローチャートである。
【図６】図１の実施の形態の動作説明に供するフローチャートである。
【図７】動作例を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
３インバータ装置
４伝送路
５モータ
７入力機器
８出力機器
１０主回路部
１１制御回路部
２０制御回路
２４通信回路
３０電流監視部

Claims

直流電力を交流電力に変換する主回路部と、
前記主回路部の変換動作を制御する制御回路部とを含み、
前記制御回路部は、当該インバータ装置の出力電流を監視する電流監視部を備え、前記電流監視部は、複数の閾値に基づいて監視を行うことを特徴とするインバータ装置。
前記電流監視部は、運転状態に応じて監視を行う請求項１記載のインバータ装置。
前記電流監視部は、前記出力電流値を検出する検出部と、運転状態に応じた前記閾値を記憶する記憶部と、前記検出部で検出した出力電流値と前記閾値とを比較する比較部とを備え、
前記比較部は、前記出力電流値と、該出力電流値が検出されたときの運転状態に対応する前記閾値とを比較する請求項２記載のインバータ装置。
前記運転状態は、加速、減速および等速の運転状態を含む請求項２または３記載のインバータ装置。
ネットワークを介して上位コントローラと通信する通信部を有し、前記比較部の比較結果を、前記上位コントローラに送信する請求項１〜４のいずれかに記載のインバータ装置。