JP2006014446A - Monitor apparatus and power conversion apparatus using this - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、監視装置及びこれを用いた電力変換装置に係り、特に履歴データの記憶方式を改良した監視装置及びこれを用いた電力変換装置に関する。 The present invention relates to a monitoring device and a power conversion device using the same, and more particularly to a monitoring device with an improved history data storage method and a power conversion device using the same.
プラントで使用される電気機器のうち、例えば電動機制御装置のような電力変換装置は、機器の故障解析を行うために、電力変換装置を監視する監視装置に設けられた記憶部に電力変換装置の状態情報を履歴データとして記憶させていた。そして、機器の故障が発生した時、その記憶部に記憶された故障発生時点より時間的に前の履歴データを参照して故障の原因を特定することが行なわれていた。このために、履歴データを再生するいわゆるトレースバック機能を機器に付加し、故障が発生する前の関連各部のデータ、あるいは、これに加えて故障が発生した後の関連各部のデータの時間推移をトレンド表示させていた(例えば、非特許文献1参照。)。 Among electrical devices used in a plant, for example, a power conversion device such as an electric motor control device is connected to a storage unit provided in a monitoring device that monitors the power conversion device in order to perform failure analysis of the device. State information was stored as history data. When a device failure occurs, the cause of the failure is identified by referring to history data temporally prior to the failure occurrence time stored in the storage unit. For this purpose, a so-called traceback function that reproduces history data is added to the equipment, and the time transition of the data of each related part before the failure occurs, or the data of each related part after the failure occurs in addition to this. The trend was displayed (for example, see Non-Patent Document 1).
例えば、製鉄プラントや製紙プラントで使用される従来の電動機制御装置の故障トレンド表示は以下の様になっている。 For example, the failure trend display of a conventional motor control device used in an iron or paper plant is as follows.
電動機制御装置は、商用電力を任意の電圧・周波数に変換するコンバータ/インバータと、このコンバータ/インバータを制御する制御回路とから構成されている。この制御回路は、通常、上位の運転操作または監視用のプロセスコントローラからの外部指令を受け、電動機の速度或いはトルクが所望の値となる様に制御している。この制御には電動機電圧、電流あるいは速度等の信号がフィードバック信号として用いられる構成となっている。 The motor control device includes a converter / inverter that converts commercial power into an arbitrary voltage and frequency, and a control circuit that controls the converter / inverter. This control circuit normally receives an external command from a higher-level driving operation or monitoring process controller and controls the motor speed or torque to a desired value. In this control, a signal such as an electric motor voltage, current or speed is used as a feedback signal.
また、電動機制御装置は、トレースバック機能付の監視装置を有し、前述の外部指令等のシーケンス信号やフィードバック信号、或いは電動機制御装置内各部の電圧、電流等の状態信号を、一定のサンプリング間隔で履歴データとして内部メモリに所定の時間分記憶する構成となっている。そして、故障が発生した際には、その内部メモリに記憶した履歴データを再生し、トレンド情報として表示していた。 In addition, the motor control device has a monitoring device with a traceback function, and the sequence signal and feedback signal such as the above-mentioned external command or the state signals such as voltage and current of each part in the motor control device are output at a constant sampling interval. Thus, the history data is stored in the internal memory for a predetermined time. When a failure occurs, the history data stored in the internal memory is reproduced and displayed as trend information.
この従来方式においては、電動機制御装置内のコンバータ/インバータのゲート信号などのデジタル的なデータを含め、アナログデータとして扱っていた。
上述したトレースバック機能において、特にゲート関連信号については、高速サンプリングが要求されることに加え、一定サンプリング時間ごとに全データを記録していため、必要以上のデータサンプリングが行われていた。このため、監視装置の記憶部のメモリ容量が膨大となってしまうという問題があった。 In the traceback function described above, particularly for gate-related signals, high-speed sampling is required, and all data is recorded at a certain sampling time, so that more data sampling than necessary is performed. For this reason, there has been a problem that the memory capacity of the storage unit of the monitoring device becomes enormous.
例えば、従来方式による3レベルコンバータ/インバータを有する電動機制御装置の場合、ゲート信号用に使用されるメモリ容量は、48ゲート分(ゲート基準及びゲート制御信号にパワーデバイス数を掛けて合算した値)を1μsでサンプリングして100ms分とすると、480kバイトとなり、これを4バンク(バンクは故障1回分のトレースを意味する。)分考慮すると、この4倍の1920kバイトとなっていた。 For example, in the case of a motor control device having a three-level converter / inverter according to the conventional method, the memory capacity used for the gate signal is 48 gates (a value obtained by multiplying the gate reference and gate control signal by the number of power devices). When sampling at 1 μs for 100 ms, it becomes 480 kbytes, and considering this for 4 banks (a bank means a trace for one failure), this is four times 1920 kbytes.
これに対し、他のアナログの状態信号は、AD変換したデータが16ビット、サンプリング周期は1ms程度とし、300ms分で0.6kバイトとなり、信号数(チャンネル数)を50とし、8バンク分のメモリ容量を計算しても、高々240kバイトであった。 On the other hand, other analog status signals have 16 bits of AD converted data, a sampling period of about 1 ms, 0.6 ms for 300 ms, 50 signals, and 8 banks. Even when the memory capacity was calculated, it was at most 240 kbytes.
従って、記憶部のメモリ容量は、ゲート信号用履歴データが大半を占め、メモリ容量が不当に大きくなり、またトレースバックデータを吸い上げて表示用のトレンドデータを作成する時間も長くなっていた。 Therefore, the memory capacity of the storage unit is mostly the gate signal history data, the memory capacity is unreasonably large, and the time to create the trend data for display by collecting the traceback data has been long.
本発明は上記に鑑みて為されたもので、ゲート信号を合理的に圧縮することにより、履歴データ記憶用のメモリ数を大幅に削減可能とした監視装置及びこれを用いた電力変換装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and provides a monitoring device capable of significantly reducing the number of memories for storing historical data by rationally compressing a gate signal and a power conversion device using the same. The purpose is to do.
上記目的を達成するため、本発明の第1の発明である監視装置は、監視対象機器から時系列に入力される複数個の第1の状態信号及び第2の状態信号を受信する手段と、前記第1の状態信号を所定のサンプリング時間で所定時間分第1の履歴データとして記憶する第1の記憶手段と、前記第2の状態信号のレベルが変化したこと及び変化後のレベルを検出する検出手段と、前記変化後のレベルを前記第2の状態信号が変化したときの時刻情報と共に、所定時間分第2の履歴データとして記憶する第2の記憶手段とを備えたことを特徴としている。 In order to achieve the above object, the monitoring apparatus according to the first aspect of the present invention includes a means for receiving a plurality of first state signals and second state signals input in time series from the monitored device; First storage means for storing the first state signal as first history data for a predetermined time at a predetermined sampling time, and detecting that the level of the second state signal has changed and the level after the change. And a second storage unit that stores the level after the change as second history data for a predetermined time together with time information when the second state signal changes. .
また、本発明の第2の発明である電力変換装置は、交流または直流を他の周波数または電圧に変換するコンバータ/インバータと、前記コンバータ/インバータを制御する制御手段と、前記コンバータ/インバータを監視する監視装置とから構成され、前記監視装置は、前記制御手段から時系列に入力される複数個の第1の状態信号及び第2の状態信号を受信する手段と、前記第1の状態信号を所定のサンプリング時間で所定時間分第1の履歴データとして記憶する第1の記憶手段と、前記第2の状態信号のレベルが変化したこと及び変化後のレベルを検出する検出手段と、前記変化後のレベルを前記第2の状態信号が変化したときの時刻情報と共に、所定時間分第2の履歴データとして記憶する第2の記憶手段とを備えたことを特徴としている。 A power conversion device according to a second aspect of the present invention includes a converter / inverter that converts alternating current or direct current into another frequency or voltage, control means for controlling the converter / inverter, and monitoring the converter / inverter. A monitoring device configured to receive a plurality of first status signals and second status signals input in time series from the control means; and the first status signal. First storage means for storing first history data for a predetermined time at a predetermined sampling time, detection means for detecting that the level of the second state signal has changed, and a level after the change, and after the change And a second storage means for storing a predetermined time as second history data together with time information when the second state signal changes. That.
本発明によれば、ゲート信号を圧縮して履歴データの情報量を削減したので、履歴データ記憶用のメモリ数を大幅に削減した監視装置及びこれを用いた電力変換装置を提供することが可能となる。 According to the present invention, since the amount of history data is reduced by compressing the gate signal, it is possible to provide a monitoring device that greatly reduces the number of memories for storing history data and a power conversion device using the same. It becomes.
以下、本発明の実施例を図1乃至図3を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS.
図1は本発明に係る監視装置及びこれを用いた電力変換装置のブロック構成図である。電動機制御装置1は、商用電源を任意の電圧及び周波数に変換して交流電動機2を駆動する電力変換装置である。この電動機制御装置1は、電力変換の主回路を構成するコンバータ/インバータ3、このコンバータ/インバータ3の出力電圧及び周波数を制御するための制御回路4、及び監視装置5から構成されている。
FIG. 1 is a block diagram of a monitoring device and a power conversion device using the same according to the present invention. The electric
制御回路4は、プラントを運転監視するためのプロセスコントローラ9から運転指令、速度指令及びびトルク指令などの各指令を受けて、コンバータ/インバータ3の図示しないスイッチング素子のゲート制御を行い、交流電動機2の速度あるいはトルクを制御している。この制御を行うために制御回路4には、交流電動機2の図示しない速度フィードバック信号や、コンバータ/インバータ3からの電圧信号や電流信号などの各部信号が供給されており、これらの信号からコンバータ/インバータ3の各スイッチング素子に与えるゲート基準信号をゲート基準回路41から得、またこのゲート基準信号をゲート制御回路42で増幅してコンバータ/インバータ3の各スイッチング素子のゲートに供給している。また制御回路4は、速度フィードバック信号やコンバータ/インバータ3からの電圧信号や電流信号などの状態信号の異常値を検出すると、監視装置5に対し故障信号を出力するように構成されている。
The
監視装置5は、入出力回路6、プロセッサ7、記憶部8及び状態遷移判定回路9から構成されている。入出力部6は、制御回路3及び外部のプロセスコントローラ9と監視装置5の間の入出力処理を行い、アナログ信号をデジタル信号に変換する機能も有している。
The monitoring device 5 includes an input / output circuit 6, a
制御回路4からは前記故障信号のほか、履歴データ記録用の状態信号1及び状態信号2が時系列に連続して夫々入出力回路6及び状態遷移判定回路9に入力されている。この状態信号1は、前述した速度のフィードバック信号、コンバータ/インバータ3からの各部信号及びプロセスコントローラ9から得られる運転指令などである。これらの状態信号1は、プロセッサ7のデータ記録処理機能により定められたサンプリング時間毎に記憶部8の履歴データ用第1メモリ81に記憶される。また、状態信号2は、ゲート基準信号及びゲート制御信号であり、状態遷移判定回路9に時系列的に入力される。
From the
そしてプロセッサ7は、履歴データ用第1メモリ81及び履歴データ用第2メモリ82が書き込まれた履歴データで一杯になったとき、次の履歴データを最も古い履歴データに上書きするようなデータ記録処理を行う。従って、履歴データ用第1メモリ81及び履歴データ用第2メモリ82には常に一定時間分の履歴データが記憶された状態となっている。このようにして、監視装置5が故障信号を受けたとき、故障前後の履歴データの再生が可能な構成となっている。
When the history data first memory 81 and the history data
図2は状態遷移判定回路の一例を示すブロック構成図である。 FIG. 2 is a block diagram showing an example of the state transition determination circuit.
図2において、状態信号2のうち、例えばゲート制御基準回路41からの正側のゲート基準信号を、直列に接続された第1のD型フリップフロップ回路91と第2のD型フリップフロップ回路92の入力に与える。第1のD型フリップフロップ回路91の出力となるデータ記録用ゲート信号と第2のD型フリップフロップ回路92の出力信号とがEXOR回路93に入力され、その出力としてゲートの状態遷移トリガ信号が得られる。この状態遷移トリガ信号のタイミングでプロセッサ7はデータ記録用ゲート信号の論理値を読み込み、履歴データ用第2メモリ82にこれを書き込む。また状態遷移トリガ信号が得られたタイミングの時刻情報をプロセッサ71内の時計回路71が計測し、この時刻データを上記データ記録用ゲート信号の論理値と対応づけて履歴データ用第2メモリ82に書き込む。
In FIG. 2, among the
以下、図3を参照して上述の動作を説明する。図3は三角波キャリア比較方式を用いたゲート信号の記録動作を説明するタイムチャートである。 The above operation will be described below with reference to FIG. FIG. 3 is a time chart for explaining a gate signal recording operation using the triangular wave carrier comparison method.
図3において、時刻t0は三角波キャリアが電圧基準とクロスする時刻である。このとき、ゲート基準はレベル0からレベル1に立ちあがり、三角波キャリアが再び電圧基準とクロスする時刻t2までレベル1を保持する。以下同様に三角波キャリアと電圧基準の大小関係に基づいてゲート基準はレベル0とレベル1を繰り返す。
In FIG. 3, time t0 is the time when the triangular wave carrier crosses the voltage reference. At this time, the gate reference rises from level 0 to
時刻t1において、EXOR回路93の動作により状態推移トリガが立ち上がり、上述したようにこの時刻t1でゲート基準の点Aに相当するデータ記録用ゲート信号のレベル1が図2の履歴データ用第2メモリに書き込まれる。また、時刻t2においても同様にして点Bに相当するデータ記録用ゲート信号のレベル0が図2の履歴データ用第2メモリに書き込まれる。
At time t1, the state transition trigger rises by the operation of the
同様の回路を用いて負側ゲート基準信号、正側及び負側のゲート制御信号についても履歴データの記録を行う。 Using the same circuit, history data is also recorded for the negative gate reference signal and the positive and negative gate control signals.
以上説明した本発明によるデータ圧縮効果を以下に考察する。例えばゲートトレース機能として、1μsサンプリング、100ms間のデータ保存、ゲート基準信号とゲート制御信号の総数を48個とした場合、4バンク分の従来方式におけるデータ量は、前述したように1920kバイトとなる。 The data compression effect according to the present invention described above will be considered below. For example, if the gate trace function is 1 μs sampling, data storage for 100 ms, and the total number of gate reference signals and gate control signals is 48, the data amount in the conventional system for 4 banks is 1920 kbytes as described above. .
同様の条件において、本発明を用いた場合は以下となる。即ち、キャリア比較方式を用いたときは、キャリア周波数に同期した回数でゲート出力信号は信号遷移が発生するため、三角波キャリアを500Hzとした場合は、1msに1回状態遷移が発生する。このことから、100msの間では1ゲートあたり100回の遷移しか発生しないことになる。従って1バンクのデータ量は、時刻データを32ビットデータとしたときに、データ量×記録回数=(10バイト+4バイト)×100×80≒100kバイトとなり、従来方式に比べ大幅なメモリ容量の削減になる。 When the present invention is used under the same conditions, the following occurs. That is, when the carrier comparison method is used, signal transition occurs in the gate output signal at the number of times synchronized with the carrier frequency. Therefore, when the triangular wave carrier is set to 500 Hz, the state transition occurs once in 1 ms. Therefore, only 100 transitions per gate occur in 100 ms. Therefore, when the time data is 32-bit data, the data amount of one bank is data amount × recording count = (10 bytes + 4 bytes) × 100 × 80≈100 kbytes, which is a significant reduction in memory capacity compared to the conventional method. become.
次に、プロセッサ7の表示用トレンドデータ作成機能について説明する。
Next, the display trend data creation function of the
上述の通り、履歴データ用第1メモリ81には、状態信号1に対応する履歴データが、例えば1msをサンプリング周期として記憶されている。また、履歴データ用第2メモリ82には、状態信号2のレベル情報として、レベルが遷移する度にその時のレベルとその時の時刻情報が記憶されている。後者の履歴データは、例えばサンプリング時間を1μSと短くしているが、レベルの遷移がないとデータの書き込みは行なわれないので、状態信号2の周波数に対応した間隔の履歴データとなっている。
As described above, the history data corresponding to the
上記状態で故障信号が与えられたとき、またはデータの再生要求があったとき、履歴データをトレンドデータに編集するためには、履歴データ用第2メモリ82に記憶された時刻データを履歴データ用第1メモリ81に記憶された履歴データの時刻に合わせ込む必要がある。これは、履歴データ用第1メモリ81に記憶された履歴データの初期時刻を記憶しておけば、比較的容易に可能であり、状態信号1と状態信号2のトレースバックデータを同一時間軸上のトレンドデータに編集することができる。このトレンドデータを例えばプロセスコントローラ10にデータ伝送すれば、トレンドデータを外部に表示することが可能となる。
When a failure signal is given in the above state or when a data reproduction request is made, the time data stored in the history data
尚、このようなトレンドデータの編集機能は、必ずしもプロセッサ7が持つ必要はなく、例えばプロセスコントローラ10側で、上述の時刻データの合わせ込みを行なうようにしても良い。
Note that such a trend data editing function is not necessarily provided in the
また、以上の説明では状態信号2は2レベルで遷移するものとしたが、更に多くのレ
ベルを有する信号であっても良い。
In the above description, the
1 電動機制御装置
2 交流電動機
3 コンバータ/インバータ
4 制御回路
5 監視装置
6 入出力部
7 プロセッサ
8 記憶部
9 状態遷移判定回路
41 ゲート基準回路
42 ゲート制御回路
71 時計回路
81 履歴データ用第1メモリ
82 履歴データ用第2メモリ
91、92 D型フリップフロップ
93 EXOR回路
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記第1の状態信号を所定のサンプリング時間で所定時間分第1の履歴データとして記憶する第1の記憶手段と、
前記第2の状態信号のレベルが変化したこと及び変化後のレベルを検出する検出手段と、
前記変化後のレベルを前記第2の状態信号が変化したときの時刻情報と共に、所定時間分第2の履歴データとして記憶する第2の記憶手段と
を備えた監視装置。 Means for receiving a plurality of first status signals and second status signals input in time series from the monitored device;
First storage means for storing the first state signal as first history data for a predetermined time at a predetermined sampling time;
Detecting means for detecting that the level of the second state signal has changed and the level after the change;
And a second storage means for storing the changed level as second history data for a predetermined time together with time information when the second state signal changes.
第1のD型フリップフロップと、
この第1のD型フリップフロップの出力を入力とする第2のD型フリップフロップと、
この第2のD型フリップフロップの出力と前記第1のD型フリップフロップの出力を入力とするEXOR回路で構成し、
前記EXOR回路の出力が1となったとき、前記第1のD型フリップフロップの出力を検出するようにしたことを特徴とする請求項1に記載の監視装置。 The detection means includes
A first D-type flip-flop;
A second D-type flip-flop having the output of the first D-type flip-flop as an input;
An EXOR circuit that receives the output of the second D-type flip-flop and the output of the first D-type flip-flop as inputs,
2. The monitoring apparatus according to claim 1, wherein when the output of the EXOR circuit becomes 1, the output of the first D-type flip-flop is detected.
前記第2の状態信号は、ゲート基準信号及びゲート制御信号のうち少なくとも1つであることを特徴とする請求項1に記載の監視装置。 The monitored device is a power converter,
The monitoring apparatus according to claim 1, wherein the second state signal is at least one of a gate reference signal and a gate control signal.
前記コンバータ/インバータを制御する制御手段と、
前記コンバータ/インバータを監視する監視装置と
から構成され、
前記監視装置は、
前記制御手段から時系列に入力される複数個の第1の状態信号及び第2の状態信号を受信する手段と、
前記第1の状態信号を所定のサンプリング時間で所定時間分第1の履歴データとして記憶する第1の記憶手段と、
前記第2の状態信号のレベルが変化したこと及び変化後のレベルを検出する検出手段と、
前記変化後のレベルを前記第2の状態信号が変化したときの時刻情報と共に、所定時間分第2の履歴データとして記憶する第2の記憶手段と
を備えたことを特徴とする電力変換装置。
A converter / inverter that converts alternating current or direct current into other frequencies or voltages;
Control means for controlling the converter / inverter;
A monitoring device for monitoring the converter / inverter,
The monitoring device
Means for receiving a plurality of first state signals and second state signals input in time series from the control means;
First storage means for storing the first state signal as first history data for a predetermined time at a predetermined sampling time;
Detecting means for detecting that the level of the second state signal has changed and the level after the change;
A power converter comprising: second storage means for storing the changed level as second history data for a predetermined time together with time information when the second state signal changes.
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