JP2010169556A - Speed monitoring device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a speed monitoring device capable of detecting easily and inexpensively an output pulse abnormality of an encoder including an abnormality caused by a disconnection of a noise. <P>SOLUTION: This device includes an encoder 41 for outputting first and second pulses having each mutually different phase by rotation of a motor 30 driven by a power converter 20, UP counters 42A, 42B for counting respectively each pulse generated during a control period, speed operation means 45A, 45B for determining respectively first and second speed operation values from the count values, a comparison means 48 for discriminating an abnormality of an output pulse of the encoder 41 by comparing a difference between each speed operation value with a variable abnormality discrimination reference value, and a reference value operation means 49 for generating the abnormality discrimination reference value. The reference value operation means 49 generates the abnormality discrimination reference value based on the control period, a resolution of the encoder 41, and a variable set parameter. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、電動機を駆動するインバータやサーボアンプ等の電力変換器において、国際安全規格に準拠した安全装置を構成するための速度演算値監視機能を備えた速度監視装置に関するものである。   The present invention relates to a speed monitoring device provided with a speed calculation value monitoring function for configuring a safety device compliant with international safety standards in a power converter such as an inverter or a servo amplifier that drives an electric motor.

従来より、電動機に取り付けたロータリエンコーダの出力信号から電動機の速度、回転子の位置等を演算し、これらの演算値をフィードバックして電動機を可変速駆動するインバータやサーボシステムが普及している。この種のシステムにおいて、エンコーダの出力信号に異常があると電動機の正常な運転が困難になるため、エンコーダの異常や断線等による配線の異常を検出して電動機の運転を停止する方法が種々、提供されている。
これら従来の異常検出方法の代表例を挙げると、以下の通りである。
Conventionally, inverters and servo systems that calculate the speed of a motor, the position of a rotor, and the like from an output signal of a rotary encoder attached to the motor and feed back these calculated values to drive the motor at a variable speed have become widespread. In this type of system, if there is an abnormality in the output signal of the encoder, it will be difficult to operate the motor normally.There are various methods for stopping the operation of the motor by detecting an abnormality in the encoder or a wiring abnormality due to disconnection, etc. Is provided.
Typical examples of these conventional abnormality detection methods are as follows.

(1)正弦波,余弦波エンコーダの出力信号の論理演算により異常を検出するもの
特許文献1に記載された異常検出装置では、エンコーダから出力される正弦波及び余弦波の絶対値を求め、これらの絶対値をコンパレータによりそれぞれ閾値と比較している。各コンパレータの出力側にはNOR回路が接続されており、正弦波及び余弦波の絶対値が何れも閾値を下回った場合に前記NOR回路を介して異常を検出する。
すなわち、この異常検出原理を説明すると、正常時は、エンコーダから出力される正弦波及び余弦波は90度位相が異なっており、一方が閾値を下回っても他方は閾値を上回っているため、NOR回路の出力は正常になる。しかし、正弦波及び余弦波のうち一方の信号に異常が起きると両方の信号が閾値を下回る場合があるため、この時点をとらえてエンコーダの異常を検出するものである。
(1) Anomaly detection by logical operation of output signals of sine wave and cosine wave encoder In the anomaly detection apparatus described in Patent Document 1, absolute values of sine wave and cosine wave output from the encoder are obtained, and these are detected. The absolute value of each is compared with a threshold value by a comparator. A NOR circuit is connected to the output side of each comparator, and an abnormality is detected via the NOR circuit when the absolute values of the sine wave and cosine wave are both below the threshold value.
In other words, this abnormality detection principle will be explained. Under normal conditions, the sine wave and cosine wave output from the encoder are 90 degrees out of phase, and even if one is below the threshold value, the other is above the threshold value. The circuit output is normal. However, if an abnormality occurs in one of the sine wave and the cosine wave, both signals may be below the threshold value. Therefore, the encoder abnormality is detected based on this time point.

(2)位相が90度異なる二つのパルスを出力可能なパルスエンコーダを用いて断線を検出するもの
特許文献2に記載された断線検出装置では、エンコーダから出力されたA相パルス、B相パルスのうち、一方のパルスのエッジ毎に他方のパルスの状態に応じてアップ,ダウンするカウンタを設け、このカウンタの一定期間のカウント値が閾値以下である状態が所定回数連続した場合に、A相パルス、B相パルスのうち少なくとも一方の信号線に断線が発生したことを検出している。
(2) What detects a disconnection using a pulse encoder capable of outputting two pulses whose phases are different by 90 degrees In the disconnection detection device described in Patent Document 2, the A-phase pulse and B-phase pulse output from the encoder Among them, a counter is provided that rises and falls according to the state of the other pulse for each edge of one pulse, and when the state where the count value of the counter for a certain period is equal to or less than a threshold value continues for a predetermined number of times , It is detected that a disconnection has occurred in at least one of the B-phase pulses.

(3)位相が90度異なる二つのパルスを出力可能なパルスエンコーダを用いて断線を検出するものであり、片相片エッジの検出時にも断線を検出可能としたもの
特許文献3に記載された故障検出装置では、A相パルスのエッジによりカウントアップしたカウント値をB相パルスのエッジによりリセットする機能と、B相パルスのエッジによりカウントアップしたカウント値をA相パルスのエッジによりリセットする機能とを備え、これらのカウント値を所定の閾値と比較して信号線の断線を検出している。
(3) Disconnection is detected by using a pulse encoder capable of outputting two pulses whose phases are different by 90 degrees, and the disconnection can be detected even when one-phase / single-edge is detected. The detecting device has a function of resetting the count value counted up by the edge of the A phase pulse by the edge of the B phase pulse and a function of resetting the count value counted up by the edge of the B phase pulse by the edge of the A phase pulse. And the disconnection of the signal line is detected by comparing these count values with a predetermined threshold value.

特開平2−27219号公報(第2頁左下欄第3行〜第3頁右上欄第2行、第1図,第3図等)JP-A-2-27219 (second page, lower left column, line 3 to page 3, upper right column, second line, FIG. 1, FIG. 3, etc.) 特開2001−249154号公報(段落[0020]〜[0040]、図1〜図3等)JP 2001-249154 A (paragraphs [0020] to [0040], FIGS. 1 to 3 etc.) 特開2006−177733号公報(段落[0010]〜[0022]、図1〜図5等)Japanese Patent Laying-Open No. 2006-177733 (paragraphs [0010] to [0022], FIGS. 1 to 5 etc.)

前述した(1)の特許文献1に係る従来技術では、適用対象として正弦波エンコーダを想定しているため、パルスエンコーダへの適用は困難である。
また、(2)の特許文献2に係る従来技術は、パルスエンコーダを用いて断線を検出するものであるが、断線以外の異常(例えばパルスが抜ける、ノイズにより異常パルスが検出される等の異常)には適用できないという問題がある。
更に、(3)の特許文献3に係る従来技術も(2)と同様に断線を検出するものであり、断線以外の異常には適用できない。また、この従来技術の第2実施形態では、断線判定を行うカウンタにクロック信号等の高周波パルス信号を入力する必要があるので、簡易的なマイクロプロセッサの内蔵タイマ等を用いることは困難であり、例えばゲートアレイ等のロジック集積回路が別途必要になる結果、コストが上昇するおそれがある。
In the prior art according to Patent Document 1 of (1) described above, since a sine wave encoder is assumed as an application target, application to a pulse encoder is difficult.
Moreover, although the prior art which concerns on patent document 2 of (2) detects a disconnection using a pulse encoder, abnormalities other than a disconnection (for example, an abnormal pulse is detected, an abnormal pulse is detected by noise, etc.) ) Is not applicable.
Further, the prior art according to Patent Document 3 of (3) detects a disconnection similarly to (2), and cannot be applied to an abnormality other than the disconnection. In the second embodiment of the prior art, since it is necessary to input a high-frequency pulse signal such as a clock signal to the counter that performs the disconnection determination, it is difficult to use a simple microprocessor built-in timer or the like, For example, as a result of separately requiring a logic integrated circuit such as a gate array, the cost may increase.

そこで、本発明の解決課題は、上記各従来技術が有する問題点を解決し、断線やノイズによる異常を含むエンコーダの出力パルス異常を、容易かつ安価に検出可能とした速度監視装置を提供することにある。   Accordingly, the problem to be solved by the present invention is to provide a speed monitoring device that solves the problems of each of the above-described conventional techniques, and that can easily and inexpensively detect encoder output pulse abnormalities including abnormalities due to disconnection or noise. It is in.

上記課題を解決するため、請求項1に係る発明は、電力変換器により駆動される電動機の速度演算値を監視する速度監視装置において、
前記電動機の回転により、互いに位相の異なる第1,第2のパルスを出力するエンコーダと、
一定の制御周期内に発生した第1,第2のパルスをそれぞれカウントする第1,第2のカウンタと、
第1,第2のカウンタによるカウント値から第1,第2の速度演算値をそれぞれ求める速度演算手段と、
第1,第2の速度演算値の差を可変の異常判別基準値と比較して前記エンコーダの出力パルスの異常を判別する比較手段と、
前記異常判別基準値を生成する基準値演算手段と、を備え、
前記基準値演算手段は、
前記制御周期と、前記エンコーダの分解能と、可変の設定パラメータと、に基づいて前記異常判別基準値を生成するものである。
In order to solve the above problem, an invention according to claim 1 is a speed monitoring device that monitors a speed calculation value of an electric motor driven by a power converter.
An encoder that outputs first and second pulses having different phases by rotation of the electric motor;
First and second counters that respectively count first and second pulses generated within a certain control period;
Speed calculation means for obtaining the first and second speed calculation values from the count values of the first and second counters,
A comparison means for comparing the difference between the first and second speed calculation values with a variable abnormality determination reference value to determine an abnormality in the output pulse of the encoder;
A reference value calculation means for generating the abnormality determination reference value,
The reference value calculating means includes
The abnormality determination reference value is generated based on the control cycle, the encoder resolution, and a variable setting parameter.

請求項2に係る速度監視装置は、請求項1に記載した速度監視装置において、
前記比較手段は、前記制御周期内に少なくとも1回以上のパルスが発生する速度範囲を対象として、第1,第2の速度演算値の差を可変の異常判別基準値と比較するものである。
The speed monitoring device according to claim 2 is the speed monitoring device according to claim 1,
The comparison means compares a difference between the first and second speed calculation values with a variable abnormality determination reference value for a speed range in which at least one pulse is generated within the control cycle.

請求項3に係る速度監視装置は、請求項1または2に記載した速度監視装置において、
前記電力変換器の速度制御用に第3の速度演算値を求める別の速度演算手段を備え、
前記比較手段は、第1または第2の速度演算値と第3の速度演算値の差を可変の異常判別基準値と比較するものである。
The speed monitoring device according to claim 3 is the speed monitoring device according to claim 1 or 2,
Another speed calculation means for obtaining a third speed calculation value for speed control of the power converter,
The comparison means compares the difference between the first or second speed calculation value and the third speed calculation value with a variable abnormality determination reference value.

請求項4に係る速度監視装置は、請求項1〜3の何れか1項に記載した速度監視装置において、
前記比較手段より異常を検出した際に、異常が発生したパルス相の情報をアラームとして出力するものである。
The speed monitoring device according to claim 4 is the speed monitoring device according to any one of claims 1 to 3,
When an abnormality is detected by the comparison means, information on the pulse phase where the abnormality has occurred is output as an alarm.

本発明によれば、以下に述べるような効果を有する。
(1)エンコーダの内部における断線、故障を始めとして、エンコーダの出力系統の電気信号の異常、ノイズによる異常パルスの発生等、各種の異常を監視して検出することができ、電動機の運転を安全かつ迅速に停止することができる。
(2)装置の主要部を通常のマイクロプロセッサの内蔵タイマを用いて実現できるため、コストの低減が可能である。
(3)国際安全規格に準拠した二重のチェックが可能になる。
(4)制御信号演算装置において速度のフィードバック制御用に用いる速度演算値とは別に簡易的に求めた速度演算値を用いて監視する方法であり、制御性能の悪化や無駄時間等の影響もなく、低コストにて実現することができる。
(5)異常検出時の原因分析が容易となり、原因究明のための期間やコストを削減することができる。
The present invention has the following effects.
(1) It is possible to monitor and detect various abnormalities such as disconnection and failure inside the encoder, abnormal electrical signals in the encoder output system, abnormal pulse generation due to noise, etc., and safe operation of the motor And it can stop quickly.
(2) Since the main part of the apparatus can be realized by using a built-in timer of a normal microprocessor, the cost can be reduced.
(3) A double check conforming to international safety standards is possible.
(4) This is a method of monitoring using a speed calculation value that is simply obtained separately from the speed calculation value used for speed feedback control in the control signal calculation apparatus, and has no influence of deterioration of control performance, dead time, etc. Can be realized at low cost.
(5) Cause analysis at the time of abnormality detection becomes easy, and the time and cost for investigating the cause can be reduced.

本発明の第1実施形態を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention. 第1実施形態における正常時の動作を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows operation at the time of normality in a 1st embodiment. 第1実施形態における異常時の動作を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows operation at the time of abnormality in a 1st embodiment. 本発明の第2実施形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows 2nd Embodiment of this invention.

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、本発明の要旨は、インクリメンタルエンコーダ等のパルスエンコーダから出力される二相(A相、B相)パルスの数を一定の制御周期でカウントし、これらのカウント値から求めた速度演算値の差を可変の基準値と比較することにより、断線を含むエンコーダの出力系統における電気信号の異常、エンコーダ内部の故障等を検出するものである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, the gist of the present invention is to count the number of two-phase (A-phase, B-phase) pulses output from a pulse encoder such as an incremental encoder at a constant control cycle, and calculate the speed calculation value obtained from these count values. By comparing the difference with a variable reference value, an abnormality in the electrical signal in the output system of the encoder including disconnection, a failure in the encoder, and the like are detected.

まず、図1は、本発明の第1実施形態を示すブロック図である。
図1において、10は交流または直流の電源、20は半導体スイッチング素子を有する電力変換器、30は交流または直流の電動機である。
50は速度,トルク等の指令値及び停止指令に基づき電力変換器20を制御するための制御信号演算装置である。この制御信号演算装置50は、前記指令値から電力変換器20を制御するための電圧指令を演算し、この電圧指令に基づいて電力変換器20の半導体スイッチング素子のオンオフ信号を作成する。本実施形態では、制御信号演算装置50の構成は特に限定されず、一般的なインバータやサーボアンプの制御装置を想定している。
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention.
In FIG. 1, 10 is an AC or DC power source, 20 is a power converter having a semiconductor switching element, and 30 is an AC or DC motor.
Reference numeral 50 denotes a control signal arithmetic unit for controlling the power converter 20 based on a command value such as speed and torque and a stop command. The control signal calculation device 50 calculates a voltage command for controlling the power converter 20 from the command value, and creates an on / off signal of the semiconductor switching element of the power converter 20 based on the voltage command. In the present embodiment, the configuration of the control signal calculation device 50 is not particularly limited, and a general inverter or servo amplifier control device is assumed.

以下、本実施形態に係る速度監視装置の構成、作用を説明する。
41は、電動機30の回転軸に取り付けられたインクリメンタルエンコーダであり、このエンコーダ41からは、位相が90度ずれたA相パルス、B相パルスが出力される。これらの各相パルスはUPカウンタ42A,42Bにそれぞれ入力されており、UPカウンタ42A,42Bは、例えば入力パルスの立ち上がりエッジを検出してカウントアップ動作する。
Hereinafter, the configuration and operation of the speed monitoring apparatus according to the present embodiment will be described.
Reference numeral 41 denotes an incremental encoder attached to the rotation shaft of the electric motor 30. The encoder 41 outputs an A-phase pulse and a B-phase pulse whose phases are shifted by 90 degrees. Each of these phase pulses is input to the UP counters 42A and 42B. The UP counters 42A and 42B, for example, detect the rising edge of the input pulse and perform a count-up operation.

UPカウンタ42A,42Bのカウント値は、定周期カウンタ44からのコンペアマッチ信号によりクリアされるようになっており、クリアされる前に、同じく定周期カウンタ44からのラッチ信号によって前記カウント値をラッチ43A,43Bが保存するようになっている。
速度演算手段45A,45Bでは、ラッチ43A,43Bにより保存された各カウント値N及び制御周期Tから、A相、B相のそれぞれについて、数式1により速度演算値ndet〔r/min〕を求める。
The count values of the UP counters 42A and 42B are cleared by the compare match signal from the fixed cycle counter 44, and the count value is latched by the latch signal from the fixed cycle counter 44 before being cleared. 43A and 43B are stored.
In the speed calculation means 45A and 45B, the speed calculation value n det [r / min] according to Equation 1 for each of the A phase and the B phase from each count value Nc and the control cycle T s stored by the latches 43A and 43B. Ask for.

Figure 2010169556
Figure 2010169556

数式1によりA相、B相のそれぞれについて求めた二つの速度演算値の差が減算手段46により算出され、更に、絶対値演算手段47によって上記の差の絶対値が演算される。図示されていないが、二つの速度演算値の代わりに、ラッチ43A,43Bにより保存された各カウント値Nの差をとって速度に換算し、その絶対値を演算するようにしても良い。 The difference between the two speed calculation values obtained for each of the A phase and the B phase according to Equation 1 is calculated by the subtracting means 46, and the absolute value calculating means 47 calculates the absolute value of the difference. Although not shown, instead of the two speed calculation values, the difference between the count values Nc stored by the latches 43A and 43B may be taken and converted into a speed, and the absolute value thereof may be calculated.

絶対値演算手段47により演算された絶対値は、比較手段48において、基準値演算手段49からの異常判別基準値と比較される。そして、絶対値が異常判別基準値を上回っている場合は、A相、B相何れかのパルスに異常が発生したと判断して異常検出信号を生成し、この異常検出信号に基づき、電力変換器20の半導体スイッチング素子を強制的にオフさせるための停止指令を作成して制御信号演算装置50に出力する。
以下、基準値演算手段49における上記異常判別基準値の作成方法を述べる。
The absolute value calculated by the absolute value calculation means 47 is compared with the abnormality determination reference value from the reference value calculation means 49 in the comparison means 48. If the absolute value exceeds the abnormality determination reference value, it is determined that an abnormality has occurred in either the A phase pulse or the B phase pulse, and an abnormality detection signal is generated. Based on the abnormality detection signal, power conversion is performed. A stop command for forcibly turning off the semiconductor switching element of the vessel 20 is generated and output to the control signal arithmetic unit 50.
Hereinafter, a method of creating the abnormality determination reference value in the reference value calculation means 49 will be described.

まず、比較手段48にて比較する際に、電動機30が停止しているか、あるいは制御周期内にエンコーダ41から1回もパルスが検出されないほどの低速で回転している場合は、エンコーダ41自体やその出力パルスの正常、異常の判断は不可能である。そこで、この速度範囲(判別可能最低速度n以下の速度範囲)については、比較手段48における正常、異常の判別を無効とする。判別可能最低速度nは、数式2により演算する。 First, when the comparison unit 48 performs the comparison, if the motor 30 is stopped or is rotating at such a low speed that no pulse is detected from the encoder 41 within the control period, the encoder 41 itself or It is impossible to determine whether the output pulse is normal or abnormal. Therefore, regarding this speed range (speed range below the lowest discriminable speed n 0 ), normality / abnormality discrimination in the comparison means 48 is invalidated. The lowest discriminable speed n 0 is calculated by Equation 2.

Figure 2010169556
Figure 2010169556

すなわち、A相、B相何れかのパルスが最低でも1回以上検出できる速度範囲以外では、比較手段48が生成する異常検出信号を無効にすることで誤検出による運転停止を防止するようにした。
また、異常判別基準値nlimは、上記の判別可能最低速度nを用いて数式3により演算する。
In other words, outside of the speed range where at least one pulse of the A phase or B phase can be detected at least once, the abnormality detection signal generated by the comparison means 48 is invalidated to prevent operation stop due to erroneous detection. .
Further, the abnormality determination reference value n lim is calculated by Equation 3 using the above-described minimum discriminable speed n 0 .

Figure 2010169556
Figure 2010169556

数式3において、kは設定パラメータであり、このパラメータkは始動時に2としておき、A相、B相のパルス数の差が2回以上ある場合の速度差に対応させて変化させる。始動後は速度の上昇に応じて設定パラメータkを変化させることにより、異常判別基準値nlimを任意に設定する。
kを大きくすると、異常判別基準値nlimが増加して検出マージンが大きくなり、kを小さくすると、異常判別基準値nlimが減少して検出マージンが小さくなるので、異常判別を短期間で行うことができる。
In Equation 3, k is a setting parameter, and this parameter k is set to 2 at start-up, and is changed according to the speed difference when the difference in the number of pulses between the A phase and the B phase is two or more. After starting, the abnormality determination reference value n lim is arbitrarily set by changing the setting parameter k according to the increase in speed.
When k is increased, the abnormality determination reference value n lim is increased and the detection margin is increased. When k is decreased, the abnormality determination reference value n lim is decreased and the detection margin is decreased, so that the abnormality determination is performed in a short period. be able to.

従って、電動機30の特性やエンコーダ41の分解能に応じて設定パラメータkを調整し、異常判別基準値nlimを可変とすることにより、この基準値nlimを一定値とする場合に比べて各種の電動機やエンコーダに対応できるようになり、汎用性の向上や異常の誤検出防止が可能になる。なお、kの設定方法や異常判別基準値nlimの演算式(数式3)はあくまで一例であって何ら限定されるものではない。 Therefore, by adjusting the setting parameter k in accordance with the characteristics of the motor 30 and the resolution of the encoder 41 and making the abnormality determination reference value n lim variable, there are various kinds of cases compared to the case where the reference value n lim is made constant. It becomes possible to cope with electric motors and encoders, and it becomes possible to improve versatility and prevent erroneous detection of abnormalities. Note that the k setting method and the calculation formula (formula 3) of the abnormality determination reference value n lim are merely examples, and are not limited at all.

次に、図2は、本実施形態における正常時の動作を示すタイミングチャートである。正常時は、エンコーダ41からのA相パルス及びB相パルスが、位相が90度ずれた状態で回転方向に応じて順に発生する。この実施形態では、回転方向に関わらず各パルスの立ち上がりエッジをUPカウンタ42A,42Bによりカウントし、制御周期T毎に、前述した数式1によりA相、B相の速度演算値を求める。これら二つの速度演算値が一致している場合は、A相、B相の速度演算値の差(つまりゼロ)が数式3の異常判別基準値nlim以下であるため、エンコーダ41の出力パルスは正常と判断し、比較手段48が生成する異常判別信号(あるいは停止指令)は「L」となる。 Next, FIG. 2 is a timing chart showing the normal operation in the present embodiment. Under normal conditions, the A-phase pulse and the B-phase pulse from the encoder 41 are sequentially generated according to the rotation direction with the phase shifted by 90 degrees. In this embodiment, the rising edge of each pulse is counted by the UP counters 42A and 42B regardless of the rotation direction, and the speed calculation values of the A phase and the B phase are obtained by the above-described equation 1 for each control period T s . When these two speed calculation values match, the difference between the speed calculation values of the A phase and the B phase (that is, zero) is equal to or less than the abnormality determination reference value n lim in Equation 3, and therefore the output pulse of the encoder 41 is The abnormality determination signal (or stop command) that is determined to be normal and generated by the comparison means 48 is “L”.

一方、図3は、異常時の例として、ノイズ等の影響によりB相に誤パルスが発生し、B相パルスの数が増加した場合の動作を示すタイミングチャートである。
B相パルス数が増加すると、UPカウンタ42A,42Bによるカウント値がA相、B相で異なるため、各相の速度演算値に差が発生する。前述した数式3の異常判別基準値nlimにおいてk=2とすると、2回以上のカウント差があった場合の異常判別基準値nlimにより異常と判別されるため、比較手段48が異常判別信号を発生し、停止指令によって運転を停止することとなる。
On the other hand, FIG. 3 is a timing chart showing an operation when an erroneous pulse occurs in the B phase due to the influence of noise or the like and the number of B phase pulses increases as an example of an abnormality.
When the number of B-phase pulses increases, the count values by the UP counters 42A and 42B differ between the A-phase and the B-phase, so that a difference occurs in the speed calculation value of each phase. If k = 2 in the abnormality determination reference value n lim of Equation 3 described above, it is determined that there is an abnormality based on the abnormality determination reference value n lim when there are two or more count differences. Is generated and the operation is stopped by the stop command.

上述した第1実施形態に係る速度監視装置の主要部は、UPカウンタ42A,42B、定周期カウンタ44、ラッチ43A,43B等からなる簡単な構成であり、マイクロプロセッサが有する汎用タイマを利用して構成することが可能であるから、マイクロプロセッサのソフトウェアにより基準値演算手段49や比較手段48を実現すれば、外付けのロジック集積回路等を用いる必要がなく、構成の簡略化、コストの低減を図ることができる。   The main part of the speed monitoring apparatus according to the first embodiment described above has a simple configuration including the UP counters 42A and 42B, the fixed period counter 44, the latches 43A and 43B, and the like, using a general-purpose timer included in the microprocessor. Since the reference value calculation means 49 and the comparison means 48 are realized by the software of the microprocessor, it is not necessary to use an external logic integrated circuit or the like, thereby simplifying the configuration and reducing the cost. Can be planned.

次いで、本発明の第2実施形態を説明する。
国際安全規格では、センサインターフェイスの多重化が推奨されている。このため、電動機の速度演算手段に関しても、速度をフィードバック制御するために制御信号演算装置内で通常用いられるものと、これとは別に、本発明の如く速度監視装置内に併設される場合がある。このため、制御信号演算装置内の速度演算値と速度監視装置内の二つの速度演算値との合計三つを用いて、異常検出時に運転停止等の処理を実行することが考えられる。
また、第1実施形態のように速度監視装置により求めた速度演算値は、パルス数及び一定時間から速度を演算する簡易的なものであり、精度としてはそれほど高くない。従って、速度監視用の速度演算値を制御信号演算用の高精度の速度演算値と使い分けることで、制御性能の悪化や遅れ時間の増加等を防止することができる。
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
International safety standards recommend multiplexing sensor interfaces. For this reason, the speed calculation means of the electric motor may be provided in the speed monitoring apparatus as in the present invention separately from those normally used in the control signal calculation apparatus for feedback control of the speed. . For this reason, it is conceivable to execute processing such as operation stop when an abnormality is detected by using a total of three speed calculation values in the control signal calculation device and two speed calculation values in the speed monitoring device.
Moreover, the speed calculation value calculated | required by the speed monitoring apparatus like 1st Embodiment is a simple thing which calculates speed from the pulse number and fixed time, and is not so high as precision. Therefore, by using the speed calculation value for speed monitoring separately from the high-precision speed calculation value for control signal calculation, it is possible to prevent deterioration of control performance, increase in delay time, and the like.

図4に示す第2実施形態は、上記の点を考慮してなされたものであり、以下では図1と異なる部分を中心に説明する。
上述したように、数式1により演算した第1実施形態の速度演算値は、エンコーダ41の各相において順次発生するパルスとパルスとの間の時間誤差を無視しているため、制御信号演算用の速度演算値に比べて精度が悪い。そこで、異常判別に用いる異常判別基準値は、上記の時間誤差を考慮して演算する。
図4において、制御信号演算装置50a内の速度演算手段51による速度演算値をnとすると、エンコーダ41から順次発生するパルスとパルスとの間の時間T〔sec〕は、数式1に基づいて数式4となる。
The second embodiment shown in FIG. 4 has been made in consideration of the above points, and will be described below with a focus on differences from FIG.
As described above, the speed calculation value of the first embodiment calculated by Equation 1 ignores the time error between the pulses sequentially generated in each phase of the encoder 41. The accuracy is worse than the speed calculation value. Therefore, the abnormality determination reference value used for abnormality determination is calculated in consideration of the above time error.
4, when the velocity calculation value by the speed calculating means 51 of the control signal calculation device 50a and n 1, the time T i of between successively generated pulses and the pulse from the encoder 41 [sec] is based on the formula 1 Equation 4 is obtained.

Figure 2010169556
Figure 2010169556

図4の基準値演算手段49では、数式4を考慮して、異常判別基準値nを数式5により演算する。 The reference value calculation means 49 in FIG. 4 calculates the abnormality determination reference value n L according to Expression 5 in consideration of Expression 4.

Figure 2010169556
Figure 2010169556

比較手段48aでは、数式5の異常判別基準値nと数式3の異常判別基準値nlimのうち大きい値を異常判別基準値として使用する。
また、比較手段48aに入力される三つの速度演算値を、以下のシーケンスに従って比較する。なお、図4の比較手段48aは、各速度演算値の絶対値を演算する機能(図1の絶対値演算手段47に相当)も含むものである。
(1)速度演算手段51により求めた速度演算値n(便宜上、第3の速度演算値という)とA相パルスから演算した速度演算値(速度演算手段45Aの出力であり、第1の速度演算値という)との差が、異常判別基準値より大きいか否かを比較し、大きい場合に異常と判別する。
(2)速度演算値n(第3の速度演算値)とB相パルスから演算した速度演算値(速度演算手段45Bの出力であり、第2の速度演算値という)との差が、異常判別基準値より大きいか否かを比較し、大きい場合に異常と判別する。
(3)(1)と(2)がともに正常であれば(それぞれの速度演算値の差が、何れも異常判別基準値より小さい場合)、停止指令は無効となり、(1)と(2)の少なくとも一方が異常である場合に停止指令を有効とする。
In comparison means 48a, using the larger value of the abnormality judgment reference value n lim of the abnormality judgment reference value n L and Equation 3 in Equation 5 as the abnormality judgment reference value.
Further, the three speed calculation values input to the comparison means 48a are compared according to the following sequence. 4 includes a function for calculating an absolute value of each speed calculation value (corresponding to the absolute value calculation means 47 in FIG. 1).
(1) The speed calculation value n 1 obtained by the speed calculation means 51 (referred to as a third speed calculation value for convenience) and the speed calculation value calculated from the A-phase pulse (the output of the speed calculation means 45A, the first speed It is determined whether or not the difference from the calculated value is larger than the abnormality determination reference value.
(2) The difference between the speed calculation value n 1 (third speed calculation value) and the speed calculation value calculated from the B-phase pulse (the output of the speed calculation means 45B, referred to as the second speed calculation value) is abnormal. A comparison is made as to whether or not it is greater than the discrimination reference value, and if it is greater, it is determined as abnormal.
(3) If both (1) and (2) are normal (the difference between the respective speed calculation values is smaller than the abnormality determination reference value), the stop command becomes invalid, and (1) and (2) The stop command is made valid when at least one of the above is abnormal.

上記のように、異常判別基準値n,nlimのうち大きい値を選択して速度演算値の差と比較することにより、第1実施形態と同様に、汎用性が高く誤検出を解消可能な速度監視装置を実現することができる。 As described above, by selecting a large value from the abnormality determination reference values n L and n lim and comparing it with the difference between the speed calculation values, as in the first embodiment, the versatility is high and the erroneous detection can be eliminated. A simple speed monitoring device can be realized.

なお、請求項4に記載するように、第2実施形態で示したシーケンスにおいて、(1)による速度演算値の差が異常判別基準値より大きい場合にはA相の異常、(2)による速度演算値の差が異常判別基準値より大きい場合にはB相の異常として、表示等の手段によりユーザにアラームとして通報することが望ましい。
また、エンコーダ自体が故障している場合には、このエンコーダの出力パルスを用いて速度演算手段51が求めた速度演算値nが間違っている可能性もあるため、速度指令値を記憶しておき、この速度指令値と異常判別基準値とを比較して異常判別を行ってもよい。
In addition, as described in claim 4, in the sequence shown in the second embodiment, when the difference in the speed calculation value according to (1) is larger than the abnormality determination reference value, the abnormality in the A phase, and the speed according to (2) When the difference between the calculated values is larger than the abnormality determination reference value, it is desirable to notify the user as an alarm by means of display or the like as a B phase abnormality.
Further, when the encoder itself is faulty, since the speed calculating means 51 using the output pulses of the encoder it is also possible that incorrect speed calculated value n 1 obtained, stores the speed command value Alternatively, abnormality determination may be performed by comparing the speed command value with the abnormality determination reference value.

10:電源
20:電力変換器
30:電動機
41:エンコーダ
42A,42B:UPカウンタ
43A,43B:ラッチ
44:定周期カウンタ
45A,45B,51:速度演算手段
46:減算手段
47:絶対値演算手段
48,48a:比較手段
49:基準値演算手段
50,50a:制御信号演算装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10: Power supply 20: Power converter 30: Electric motor 41: Encoder 42A, 42B: UP counter 43A, 43B: Latch 44: Fixed period counter 45A, 45B, 51: Speed calculation means 46: Subtraction means 47: Absolute value calculation means 48 48a: comparison means 49: reference value calculation means 50, 50a: control signal calculation device

Claims (4)

電力変換器により駆動される電動機の速度演算値を監視する速度監視装置において、
前記電動機の回転により、互いに位相の異なる第1,第2のパルスを出力するエンコーダと、
一定の制御周期内に発生した第1,第2のパルスをそれぞれカウントする第1,第2のカウンタと、
第1,第2のカウンタによるカウント値から第1,第2の速度演算値をそれぞれ求める速度演算手段と、
第1,第2の速度演算値の差を可変の異常判別基準値と比較して前記エンコーダの出力パルスの異常を判別する比較手段と、
前記異常判別基準値を生成する基準値演算手段と、を備え、
前記基準値演算手段は、
前記制御周期と、前記エンコーダの分解能と、可変の設定パラメータと、に基づいて前記異常判別基準値を生成することを特徴とする速度監視装置。
In a speed monitoring device that monitors a speed calculation value of an electric motor driven by a power converter,
An encoder that outputs first and second pulses having different phases by rotation of the electric motor;
First and second counters that respectively count first and second pulses generated within a certain control period;
Speed calculation means for respectively obtaining first and second speed calculation values from the count values of the first and second counters;
A comparison means for comparing the difference between the first and second speed calculation values with a variable abnormality determination reference value to determine an abnormality in the output pulse of the encoder;
A reference value calculation means for generating the abnormality determination reference value,
The reference value calculating means includes
A speed monitoring device that generates the abnormality determination reference value based on the control cycle, the resolution of the encoder, and a variable setting parameter.
請求項1に記載した速度監視装置において、
前記比較手段は、前記制御周期内に少なくとも1回以上のパルスが発生する速度範囲を対象として、第1,第2の速度演算値の差を可変の異常判別基準値と比較することを特徴とする速度監視装置。
The speed monitoring device according to claim 1,
The comparison means compares the difference between the first and second speed calculation values with a variable abnormality determination reference value for a speed range in which at least one pulse is generated within the control cycle. Speed monitoring device.
請求項1または2に記載した速度監視装置において、
前記電力変換器の速度制御用に第3の速度演算値を求める別の速度演算手段を備え、
前記比較手段は、第1または第2の速度演算値と第3の速度演算値の差を可変の異常判別基準値と比較することを特徴とする速度監視装置。
In the speed monitoring device according to claim 1 or 2,
Another speed calculation means for obtaining a third speed calculation value for speed control of the power converter,
The comparison means compares the difference between the first or second speed calculation value and the third speed calculation value with a variable abnormality determination reference value.
請求項1〜3の何れか1項に記載した速度監視装置において、
前記比較手段より異常を検出した際に、異常が発生したパルス相の情報をアラームとして出力することを特徴とする速度監視装置。
In the speed monitoring device according to any one of claims 1 to 3,
A speed monitoring device that outputs information on a pulse phase in which an abnormality has occurred as an alarm when an abnormality is detected by the comparison means.
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