JP2010070361A - クレーンのマトリックスコンバータの制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】マトリックスコンバータの内部と外部制御部とにアライブ機能を追加することにより、互いの制御監視を可能とし、異常を検出したときには電源を遮断して事故を防止することができるクレーンのマトリックスコンバータの制御方法を提供すること。
【解決手段】マトリックスコンバータの電源が成立した後に、マトリックスコンバータから外部制御部に一定周期のＯＮ−ＯＦＦ信号を出力し、外部制御部にて所定時間内にＯＮ−ＯＦＦ信号が変化しなかった場合に、マトリックスコンバータの故障として、マトリックスコンバータの電源を遮断するとともに、外部制御部からマトリックスコンバータに一定周期のＯＮ−ＯＦＦ信号を入力し、マトリックスコンバータにて所定時間内にＯＮ−ＯＦＦ信号が変化しなかった場合に、外部制御部の故障として、マトリックスコンバータの電源を遮断する。
【選択図】図１
【解決手段】マトリックスコンバータの電源が成立した後に、マトリックスコンバータから外部制御部に一定周期のＯＮ−ＯＦＦ信号を出力し、外部制御部にて所定時間内にＯＮ−ＯＦＦ信号が変化しなかった場合に、マトリックスコンバータの故障として、マトリックスコンバータの電源を遮断するとともに、外部制御部からマトリックスコンバータに一定周期のＯＮ−ＯＦＦ信号を入力し、マトリックスコンバータにて所定時間内にＯＮ−ＯＦＦ信号が変化しなかった場合に、外部制御部の故障として、マトリックスコンバータの電源を遮断する。
【選択図】図１
Description
本発明は、クレーンのマトリックスコンバータの制御方法に関し、特に、マトリックスコンバータの内部と外部制御部とにアライブ機能を追加することにより、互いの制御監視を可能とし、異常を検出したときには電源を遮断して事故を防止することができるクレーンのマトリックスコンバータの制御方法に関するものである。
マトリックスコンバータは、交流から交流を可変に出力できる制御部であり、近年研究開発された技術であるため、現段階では、例えば、天井クレーン用の製品として信頼性を向上させる必要がある。
従来、マトリックスコンバータの内部異常、例えば、過電流、過電圧、フィン温度の異常等の出力は、ＯＮもしくはＯＦＦ状態のステータス信号として異常を出力している。
このため、内部故障、例えば、断線、接点の溶着等による故障の発生の仕方によっては、外部で異常を検出することができず、無制御状態となり事故につながるおそれがあった。
このため、内部故障、例えば、断線、接点の溶着等による故障の発生の仕方によっては、外部で異常を検出することができず、無制御状態となり事故につながるおそれがあった。
本発明は、上記従来のクレーンのマトリックスコンバータの制御方法が有する問題点に鑑み、マトリックスコンバータの内部と外部制御部とにアライブ機能を追加することにより、互いの制御監視を可能とし、異常を検出したときには電源を遮断して事故を防止することができるクレーンのマトリックスコンバータの制御方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明のクレーンのマトリックスコンバータの制御方法は、マトリックスコンバータの電源が成立した後に、マトリックスコンバータから外部制御部に一定周期のＯＮ−ＯＦＦ信号を出力し、外部制御部にて所定時間内にＯＮ−ＯＦＦ信号が変化しなかった場合に、マトリックスコンバータの故障として、マトリックスコンバータの電源を遮断するとともに、外部制御部からマトリックスコンバータに一定周期のＯＮ−ＯＦＦ信号を入力し、マトリックスコンバータにて所定時間内にＯＮ−ＯＦＦ信号が変化しなかった場合に、外部制御部の故障として、マトリックスコンバータの電源を遮断することを特徴とする。
この場合において、ＯＮ−ＯＦＦ信号のＯＮとＯＦＦの繰り返し回数の増減を管理することができる。
また、マトリックスコンバータに、正転指令又は逆転指令と共に運転指令を平行して入力することができる。
また、マトリックスコンバータに入力された正転指令又は逆転指令が切れてからのモータの減速時間及び周波数（速度）を監視し、該減速時間及び周波数が、マトリックスコンバータで設定された所定値を越えた場合に、マトリックスコンバータとブレーキの電源を遮断することができる。
本発明のクレーンのマトリックスコンバータの制御方法によれば、マトリックスコンバータの電源が成立した後に、マトリックスコンバータから外部制御部に一定周期のＯＮ−ＯＦＦ信号を出力し、外部制御部にて所定時間内にＯＮ−ＯＦＦ信号が変化しなかった場合に、マトリックスコンバータの故障として、マトリックスコンバータの電源を遮断するとともに、外部制御部からマトリックスコンバータに一定周期のＯＮ−ＯＦＦ信号を入力し、マトリックスコンバータにて所定時間内にＯＮ−ＯＦＦ信号が変化しなかった場合に、外部制御部の故障として、マトリックスコンバータの電源を遮断することから、マトリックスコンバータの内部と外部制御部とにアライブ機能を追加することにより、互いの制御監視を可能とし、異常を検出したときには電源を遮断して事故を防止することができる。
この場合、ＯＮ−ＯＦＦ信号のＯＮとＯＦＦの繰り返し回数の増減を管理することにより、マトリックスコンバータや外部制御部が故障する前に内部の異常を傾向的に把握することができる。
また、マトリックスコンバータに、正転指令又は逆転指令と共に運転指令を平行して入力することにより、マトリックスコンバータの運転に伴う外部入力の２重安全回路として制御し、外部入力信号による誤動作を防止することができる。
また、マトリックスコンバータは、モータが回生状態となった場合に、過負荷状態を回避するためにパラメータで設定した減速時間を越えて停止し、トリップ状態を免れる目的でマトリックス内部の制御側、素子にて電流・過電圧抑制機能を備えている。
しかし、例えば、天井クレーンの巻下制御において、この電流・過電圧抑制機能が働いた場合に、マトリックスコンバータとしてトリップを免れることはできるが、通常の減速距離より長いために吊荷を地面と接触させる事故が発生するおそれがあった。
そこで、マトリックスコンバータに入力された正転指令又は逆転指令が切れてからのモータの減速時間及び周波数（速度）を監視し、該減速時間及び周波数が、マトリックスコンバータで設定された所定値を越えた場合に、マトリックスコンバータとブレーキの電源を遮断することにより、吊荷の落下を防止することができる。
しかし、例えば、天井クレーンの巻下制御において、この電流・過電圧抑制機能が働いた場合に、マトリックスコンバータとしてトリップを免れることはできるが、通常の減速距離より長いために吊荷を地面と接触させる事故が発生するおそれがあった。
そこで、マトリックスコンバータに入力された正転指令又は逆転指令が切れてからのモータの減速時間及び周波数（速度）を監視し、該減速時間及び周波数が、マトリックスコンバータで設定された所定値を越えた場合に、マトリックスコンバータとブレーキの電源を遮断することにより、吊荷の落下を防止することができる。
以下、本発明のクレーンのマトリックスコンバータの制御方法の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
図１〜図４に、本発明のクレーンのマトリックスコンバータの制御方法の一実施例を示す。
マトリックスコンバータは、電源電圧を直接ＰＷＭ制御することにより、任意の電圧・周波数を出力可能な直接変換型電力変換装置であり、例えば、天井クレーンの巻上・巻下モータの制御部として使用される（図４参照）。
そして、このクレーンのマトリックスコンバータの制御方法は、マトリックスコンバータの電源が成立した後に、マトリックスコンバータから外部制御部に一定周期のＯＮ−ＯＦＦ信号を出力し、外部制御部にて所定時間内にＯＮ−ＯＦＦ信号が変化しなかった場合に、マトリックスコンバータの故障として、マトリックスコンバータの電源を遮断するとともに、外部制御部からマトリックスコンバータに一定周期のＯＮ−ＯＦＦ信号を入力し、マトリックスコンバータにて所定時間内にＯＮ−ＯＦＦ信号が変化しなかった場合に、外部制御部の故障として、マトリックスコンバータの電源を遮断するようにしている。
マトリックスコンバータは、電源電圧を直接ＰＷＭ制御することにより、任意の電圧・周波数を出力可能な直接変換型電力変換装置であり、例えば、天井クレーンの巻上・巻下モータの制御部として使用される（図４参照）。
そして、このクレーンのマトリックスコンバータの制御方法は、マトリックスコンバータの電源が成立した後に、マトリックスコンバータから外部制御部に一定周期のＯＮ−ＯＦＦ信号を出力し、外部制御部にて所定時間内にＯＮ−ＯＦＦ信号が変化しなかった場合に、マトリックスコンバータの故障として、マトリックスコンバータの電源を遮断するとともに、外部制御部からマトリックスコンバータに一定周期のＯＮ−ＯＦＦ信号を入力し、マトリックスコンバータにて所定時間内にＯＮ−ＯＦＦ信号が変化しなかった場合に、外部制御部の故障として、マトリックスコンバータの電源を遮断するようにしている。
すなわち、図１（ａ）に示すように、動力電源を入力後、ある周期でＯＮ−ＯＦＦを繰り返すＯＮ−ＯＦＦ信号を追加することで、外部制御部からマトリックスコンバータの健康状態を監視する。ステータス信号だけでは、故障の仕方によっては認識できないため、この信号を必要とする。
０．５Ｓ（秒）以内にＯＮ−ＯＦＦ信号が変化しない場合は、マトリックスコンバータの制御エラーとして外部制御部より出力遮断し運転停止する。
また、外部制御部にて、ＯＮ、ＯＦＦの１分間の回数からマトリックスコンバータの正常について傾向管理を行う。
０．５Ｓ（秒）以内にＯＮ−ＯＦＦ信号が変化しない場合は、マトリックスコンバータの制御エラーとして外部制御部より出力遮断し運転停止する。
また、外部制御部にて、ＯＮ、ＯＦＦの１分間の回数からマトリックスコンバータの正常について傾向管理を行う。
また、図１（ｂ）に示すように、動力電源を入力された瞬間より、外部制御部からある周期でＯＮ−ＯＦＦを繰り返すＯＮ−ＯＦＦ信号を入力することで、マトリックスコンバータ側にて外部制御部の健康状態を監視する。ステータス信号だけでは、故障の仕方によっては認識できないため、この信号を必要とする。
０．５Ｓ（秒）以内にＯＮ−ＯＦＦ信号が変化しない場合は、制御エラーとして出力遮断し、外部制御部の異常を出力する。また、ＯＮ、ＯＦＦの１分間の回数から外部制御部の正常について傾向管理を行う。
０．５Ｓ（秒）以内にＯＮ−ＯＦＦ信号が変化しない場合は、制御エラーとして出力遮断し、外部制御部の異常を出力する。また、ＯＮ、ＯＦＦの１分間の回数から外部制御部の正常について傾向管理を行う。
一方、マトリックスコンバータは、従来は、動力電源投入後、外部制御部より正転指令・逆転指令を入力された場合は、パラメータで設定された運転パターンに従い制御している。
このため、外部制御部に故障が発生し、正転もしくは逆転信号に短絡事故が発生した場合は、無制御状態となっていた。
そこで、本実施例では、マトリックスコンバータの制御部に、正転・逆転指令部を２重安全回路（３ワイヤ制御）とすることで制御可能としている。
具体的には、図２に示すように、マトリックスコンバータに正転指令もしくは逆転指令を入力した場合に、平行して運転指令入力を追加し、運転指令が入った場合にのみ正逆転信号が有効となるようにするとともに、この３つの指令の組み合わせによりエラーを判定し、エラーの場合は、マトリックスコンバータ内部でモータへの出力を遮断し、マトリックスコンバータ外部に異常として出力できるようにした。
運転指令と正転もしくは逆転信号とがＯＮするのを確認し、０．５Ｓ（秒）以内に始動条件が成立しない場合はエラーとし、故障出力をＯＮにし、前記ＯＮ−ＯＦＦ信号をＯＦＦにする。
このため、外部制御部に故障が発生し、正転もしくは逆転信号に短絡事故が発生した場合は、無制御状態となっていた。
そこで、本実施例では、マトリックスコンバータの制御部に、正転・逆転指令部を２重安全回路（３ワイヤ制御）とすることで制御可能としている。
具体的には、図２に示すように、マトリックスコンバータに正転指令もしくは逆転指令を入力した場合に、平行して運転指令入力を追加し、運転指令が入った場合にのみ正逆転信号が有効となるようにするとともに、この３つの指令の組み合わせによりエラーを判定し、エラーの場合は、マトリックスコンバータ内部でモータへの出力を遮断し、マトリックスコンバータ外部に異常として出力できるようにした。
運転指令と正転もしくは逆転信号とがＯＮするのを確認し、０．５Ｓ（秒）以内に始動条件が成立しない場合はエラーとし、故障出力をＯＮにし、前記ＯＮ−ＯＦＦ信号をＯＦＦにする。
次に、マトリックスコンバータを使用した天井クレーンの減速監視機能を説明する。
マトリックスコンバータは、モータが回生状態となった場合に、過負荷状態を回避するためにパラメータで設定した減速時間を越えて停止し、トリップ状態を免れる目的でマトリックス内部の制御側、素子にて電流・過電圧抑制機能を備えている。
しかし、例えば、天井クレーン巻下制御において、この電流・過電圧抑制機能が働いた場合、マトリックスコンバータとしてトリップを免れることはできるが、通常の減速距離より長いために吊荷を地面と接触させる事故が発生するおそれがあった。
マトリックスコンバータは、モータが回生状態となった場合に、過負荷状態を回避するためにパラメータで設定した減速時間を越えて停止し、トリップ状態を免れる目的でマトリックス内部の制御側、素子にて電流・過電圧抑制機能を備えている。
しかし、例えば、天井クレーン巻下制御において、この電流・過電圧抑制機能が働いた場合、マトリックスコンバータとしてトリップを免れることはできるが、通常の減速距離より長いために吊荷を地面と接触させる事故が発生するおそれがあった。
そこで、本実施例では、マトリックスコンバータの外部に天井クレーン専用の減速監視ユニットを設置することで吊荷の落下防止を可能としている。
すなわち、図３に示すように、マトリックスコンバータに与える運転指令と正転指令又は逆転指令とが切れてからのモータの減速時間、周波数（速度）モニタ値をタイマー監視し、マトリックスコンバータ内部で減速時間として設定されたパラメータ設定停止時間に加えて、減速監視許容時間が経過した場合に、減速異常としてエラーを出力し、前記ＯＮ−ＯＦＦ信号をＯＦＦにして、マトリックスコンバータとブレーキの電源を遮断できるユニットを追加している。
また、このユニットの機能により、ブレーキマグネットスイッチの溶着検出も可能となる。
なお、この機能は、マトリックスコンバータ制御内部（ＣＰＵ、ＤＩＯ）及び外部制御部（シーケンサ）に追加し、監視を行う。
すなわち、図３に示すように、マトリックスコンバータに与える運転指令と正転指令又は逆転指令とが切れてからのモータの減速時間、周波数（速度）モニタ値をタイマー監視し、マトリックスコンバータ内部で減速時間として設定されたパラメータ設定停止時間に加えて、減速監視許容時間が経過した場合に、減速異常としてエラーを出力し、前記ＯＮ−ＯＦＦ信号をＯＦＦにして、マトリックスコンバータとブレーキの電源を遮断できるユニットを追加している。
また、このユニットの機能により、ブレーキマグネットスイッチの溶着検出も可能となる。
なお、この機能は、マトリックスコンバータ制御内部（ＣＰＵ、ＤＩＯ）及び外部制御部（シーケンサ）に追加し、監視を行う。
かくして、本実施例のクレーンのマトリックスコンバータの制御方法は、マトリックスコンバータの電源が成立した後に、マトリックスコンバータから外部制御部に一定周期のＯＮ−ＯＦＦ信号を出力し、外部制御部にて所定時間内にＯＮ−ＯＦＦ信号が変化しなかった場合に、マトリックスコンバータの故障として、マトリックスコンバータの電源を遮断するとともに、外部制御部からマトリックスコンバータに一定周期のＯＮ−ＯＦＦ信号を入力し、マトリックスコンバータにて所定時間内にＯＮ−ＯＦＦ信号が変化しなかった場合に、外部制御部の故障として、マトリックスコンバータの電源を遮断することから、マトリックスコンバータの内部と外部制御部とにアライブ機能を追加することにより、互いの制御監視を可能とし、異常を検出したときには電源を遮断して事故を防止することができる。
この場合、ＯＮ−ＯＦＦ信号のＯＮとＯＦＦの繰り返し回数の増減を管理することにより、マトリックスコンバータや外部制御部が故障する前に内部の異常を傾向的に把握することもできる。
また、マトリックスコンバータに、正転指令又は逆転指令と共に運転指令を平行して入力することにより、マトリックスコンバータの運転に伴う外部入力の２重安全回路として制御し、外部入力信号による誤動作を防止することができる。
また、マトリックスコンバータに入力された正転指令又は逆転指令が切れてからのモータの減速時間及び周波数を監視し、該減速時間及び周波数が、マトリックスコンバータで設定された所定値を越えた場合に、マトリックスコンバータとブレーキの電源を遮断することにより、マトリックスコンバータの電流・過電圧抑制機能の影響による吊荷の落下を防止することができる。
以上、本発明のクレーンのマトリックスコンバータの制御方法について、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができる。
本発明のクレーンのマトリックスコンバータの制御方法は、マトリックスコンバータの内部と外部制御部とにアライブ機能を追加することにより、互いの制御監視を可能とし、異常を検出したときには電源を遮断して事故を防止するという特性を有していることから、例えば、天井クレーンの巻上・巻下モータに使用するマトリックスコンバータの制御方法として好適に用いることができる。
Claims (4)
- マトリックスコンバータの電源が成立した後に、マトリックスコンバータから外部制御部に一定周期のＯＮ−ＯＦＦ信号を出力し、外部制御部にて所定時間内にＯＮ−ＯＦＦ信号が変化しなかった場合に、マトリックスコンバータの故障として、マトリックスコンバータの電源を遮断するとともに、外部制御部からマトリックスコンバータに一定周期のＯＮ−ＯＦＦ信号を入力し、マトリックスコンバータにて所定時間内にＯＮ−ＯＦＦ信号が変化しなかった場合に、外部制御部の故障として、マトリックスコンバータの電源を遮断することを特徴とするクレーンのマトリックスコンバータの制御方法。
- ＯＮ−ＯＦＦ信号のＯＮとＯＦＦの繰り返し回数の増減を管理することを特徴とする請求項１記載のクレーンのマトリックスコンバータの制御方法。
- マトリックスコンバータに、正転指令又は逆転指令と共に運転指令を平行して入力することを特徴とする請求項１又は２記載のクレーンのマトリックスコンバータの制御方法。
- マトリックスコンバータに入力された正転指令又は逆転指令が切れてからのモータの減速時間及び周波数を監視し、該減速時間及び周波数が、マトリックスコンバータで設定された所定値を越えた場合に、マトリックスコンバータとブレーキの電源を遮断することを特徴とする請求項１、２又は３記載のクレーンのマトリックスコンバータの制御方法。
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