JP2013110781A - クレーン及びその制御方法並びに制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】異常発生時においてクレーン用インバータを速やかに停止し、回路から速やかに切り離すこと。
【解決手段】モータ１１と、モータ１１に対応して設けられたインバータ１２と、交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換し、直流電力をインバータ１２に供給するコンバータ１３と、コンバータ１３とインバータ１２との間に接続され、コンバータ１３の直流電力を消費させる電力消費部２１と、電力消費部２１とコンバータ１３との間に接続され、インバータ１２の状態に基づいて、電力消費部２１とコンバータ１３との接続及び切り離しの切り替えを行う第１切替部ＭＣ１とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、クレーン及びその制御方法並びに制御プログラムに関するものである。

例えば、製鉄所で使用されるレードルクレーンは、従来、サイリスタ制御やリアクトル制御が採用されてきたが、機器手配の困難性、及び価格高騰などの理由により、近年インバータを使用するインバータ制御が用いられるようになっている。
クレーンの制御でインバータを使用する場合には、受電した商用電圧をコンバータにより一度直流電圧に変換し、変換された直流電圧をインバータにより所望の周波数の交流電圧に変換している（例えば、特許文献１）。

図４は、下記特許文献２に記載されるクレーン用インバータ装置の一例を示した概略図である。下記特許文献２では、インバータ制御回路２９０は、平滑コンデンサ２６０の充電期間中のみ接点要素２１０を投入し、インバータ２７０の運転中には接点要素２１０を解放（遮断）するとともに、インバータ運転中の異常発生時には主接触器２４０を解放する。上記構成により、異常発生時の主接触器２４０の緊急遮断時において、限流抵抗器２５０、平滑コンデンサ２６０、及びインバータ２７０を電源回路から切り離し、インバータ２７０を停止させる技術が提案されている。

特開２００７−２６７５０４号公報 特開２００２−７８３５３号公報

しかしながら、上記特許文献２の方法では、主接触器２４０が解放されても、平滑コンデンサ２６０に電荷が残留していることから直流電圧がインバータ２７０に供給されるので、残留電荷が完全に放電するまでインバータ２７０が停止されず、インバータ２７０の停止に時間がかかるという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、異常発生時においてインバータを速やかに停止させることのできるクレーン及びその制御方法並びに制御プログラムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、モータと、前記モータに対応して設けられたインバータと、交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換し、前記直流電力を前記インバータに供給するコンバータと、前記コンバータと前記インバータとの間に接続され、前記コンバータの直流電力を消費させる電力消費手段と、前記電力消費手段と前記コンバータとの間に接続され、前記インバータの状態に基づいて、前記電力消費手段と前記コンバータとの接続及び切り離しの切り替えを行う第１切替手段とを具備するクレーンを提供する。

このような構成によれば、電力消費手段とコンバータとの間に接続される第１切替手段が切り離し状態とされる場合には、交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換するコンバータは、変換後の直流電力をインバータに供給し、第１切替手段が、接続状態とされる場合には、コンバータから電力消費手段に直流電力を供給する。また、第１切替手段の接続と切り離しは、インバータの状態に基づいてなされる。

このように、第１切替手段の接続及び切り離しを切り替えることにより、コンバータから供給される直流電力の供給先を簡便に切り替えられる。また、インバータが故障した場合には、コンバータに設けられるコンデンサの残留電荷がなくなるまで、インバータをコンバータから切り離すことができないが、第１切替手段が接続されコンデンサの残留電荷が電力消費手段に供給されることにより、自然放電を待機する場合と比較して、速やかに残留電荷を消費させることができるので、インバータをコンバータから速やかに切り離せるようになる。これにより、クレーンの復旧時間を短縮することができる。特に、レードルクレーンの場合には、溶鉱炉からの加熱によりクレーンが高温になり機器の故障が発生してしまう危険があり、また、クレーンを停止することにより莫大な損失が発生するので、インバータの切り離しにかかる時間を短縮し、復旧時間を短縮することは、損失の低減に寄与できる。

上記クレーンの前記第１切替手段は、前記インバータが前記コンバータ側から切り離される必要性がある故障状態である場合に接続状態とされ、前記インバータが前記コンバータ側から切り離される必要性がない故障状態である場合に切り離し状態とされることが好ましい。

インバータが、コンバータ側から切り離される必要性のある故障状態である場合に、コンバータからの直流電力が第１切替手段を介して電流消費手段に供給されるので、コンバータ内に設けられるコンデンサの残留電荷を電流消費手段に速やかに放電させることができ、これにより、インバータの切り離しを速やかに行うことができる。
ここで、インバータ、コンバータの故障は、２次側の電流値、電圧値等の数値情報が所定値以上（または所定値以下）であるか、或いは、信号のアンサーバック等の信号情報を取得したか等の所望の値が得られたか否かに基づいて、判断される。また、コンバータ側から切り離される必要性がある故障状態と切り離される必要性がない故障状態とは、クレーンを操作する操作員等により手動で逐次判断（決定）されることとしてもよいし、予め故障状態と切り離しの必要性有無とを対応づけた対応情報に基づいて、自動的にシステム（プログラム）によって判断（決定）されることとしてもよい。

上記クレーンは、前記交流電源と前記コンバータとの接続及び切り離しの切り替えを行う第２切替手段を具備し、前記第２切替手段は、前記インバータが前記コンバータ側から切り離される必要性がある故障状態である場合に、切り離し状態とされることが好ましい。

インバータがコンバータ側から切り離される必要性のある故障状態である場合には、第１切替手段が接続状態とされるが、第２切替手段が切り離されることにより、交流電源の電力が、継続的に電力消費手段に供給されることにより生じる電力消費手段の故障を防ぐことができる。

上記クレーンの前記第１切替手段と前記第２切替手段とが同時に接続状態とならないようにするインターロック手段を具備することが好ましい。
インターロック手段により、第１切替手段と第２切替手段とが同時に接続状態になることがないので、電力消費手段の故障を防ぐことができる。

上記クレーンにおいて、前記コンバータと前記第１切替手段との間に、電力計測手段を具備することとしてもよい。
これにより、作業員が電圧の低下を確実に把握することができ、感電を防止することができる。

本発明は、モータと、前記モータに対応して設けられたインバータと、交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換し、前記直流電力を前記インバータに供給するコンバータと、を具備するクレーンの制御方法であって、前記コンバータと前記インバータとの間に接続され、前記コンバータの直流電力を消費させる電力消費手段と前記コンバータとの間に接続される第１切替手段によって、前記インバータの状態に基づいて、前記電力消費手段と前記コンバータとの接続及び切り離しを切り替えるクレーンの制御方法を提供する。

本発明は、モータと、前記モータに対応して設けられたインバータと、交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換し、前記直流電力を前記インバータに供給するコンバータと、を具備するクレーンの制御プログラムであって、前記コンバータと前記インバータとの間に接続され、前記コンバータの直流電力を消費させる電力消費手段と前記コンバータとの間に接続される第１切替手段によって、前記インバータの状態に基づいて、前記電力消費手段と前記コンバータとの接続及び切り離しを切り替えることをコンピュータに実行させるためのクレーンの制御プログラムを提供する。

本発明は、異常発生時においてクレーン用インバータを速やかに停止し、回路から速やかに切り離すことができるという効果を奏する。

本発明の第１の実施形態に係るクレーンの回路構成の一例を示す回路図である。 本発明の第１の実施形態に係るクレーンの制御装置を手動制御する場合の動作フローである。 本発明の第１の実施形態に係るクレーンの制御装置を自動制御する場合の動作フローである。 従来のクレーン用インバータ装置の一例を示す図である。

以下に、本発明に係るクレーン及びその制御方法並びに制御プログラムの実施形態について、図面を参照して説明する。

〔第１の実施形態〕
本発明は、天井クレーンやコンテナクレーン、トランスファークレーン等、各種クレーンに適用可能であるが、本実施形態におけるクレーンは、製鉄所で使用される天井クレーン（レードルクレーン）に適用する場合を例に挙げて説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係るクレーンの回路構成の一例を示す回路図である。

図１に示されるようにクレーンの回路構成においては、モータ１１ａ〜１１ｆと、各モータ１１ａ〜１１ｆのそれぞれに対応するインバータ１２ａ〜１２ｆ、コンバータ１３ａ，１３ｂ、各コンバータ１３ａ，１３ｂへの電源電力をオンオフさせる第２切替部（第２切替手段）ＭＣ２ａ，ＭＣ２ｂ、及び制御装置２０を備えている。また、上記回路構成は、第２切替部ＭＣ２ａ，ＭＣ２ｂの上流側から電源電力を供給する電源１０と接続されている。ここで、特に明記しない場合には、モータ１１ａ〜１１ｆはモータ１１、インバータ１２ａ〜１２ｆはインバータ１２、コンバータ１３ａ，１３ｂはコンバータ１３、第２切替部ＭＣ２ａ，ＭＣ２ｂは第２切替部ＭＣ２として記載する。

モータ１１は、各種装置（主巻装置、横行装置、補巻装置、走行装置）に対応して設けられる。
インバータ１２は、モータ１１にそれぞれ対応づけて設けられている。
第２切替部ＭＣ２は、交流電源１０とコンバータ１３との接続及び切り離しを切り替え、インバータ１２がコンバータ１３側から切り離される必要性がある故障状態である場合に、切り離し状態とされる。
コンバータ１３は、電源１０から供給される交流電力を直流電力に変換し、直流電力をインバータ１２に供給する。また、コンバータ１３は、平滑用のコンデンサ（図示略）を有している。

図１において、主巻モータ１１ａ，１１ｂは、主巻装置を駆動するモータであり、横行モータ１１ｃは、横行装置を駆動するモータであり、補巻モータ１１ｄは、補巻装置を駆動するモータであり、走行モータ１１ｅ，１１ｆは、走行装置を駆動するモータである。主巻装置及び走行装置は、大きな出力を必要とするので、本実施形態で説明するレードルクレーンにおいては、それぞれ２つずつモータ１１が設けられている。

インバータ１２ａは、電源１０から供給される電圧を、主巻モータ１１ａを回転させるのに適切な周波数の交流電圧に変換する。同様に、インバータ１２ｂは、電源１０から供給される電圧を、主巻モータ１１ｂを回転させるのに適切な周波数の交流電圧に変換する。また、インバータ１２ｃは、電源１０から供給される電圧を、横行モータ１１ｃを回転させるのに適切な周波数の交流電圧に変換する。インバータ１２ｄは、電源１０から供給される電圧を、補巻モータ１１ｄを回転させるのに適切な周波数の交流電圧に変換する。インバータ１２ｅ，１２ｆは、電源１０から供給される電圧を、走行モータ１１ｅ，１１ｆを回転させるのに適切な周波数の交流電圧に変換する。

制御装置２０は、第１切替部（第１切替手段）ＭＣ１、電力消費部（電力消費手段）２１、インターロック（インターロック手段）２２、及び電力計測部（電力計測手段）２３を備えている。
第１切替部ＭＣ１は、電力消費部２１とコンバータ１３との間に接続され、インバータ１２の状態に基づいて、電力消費部２１とコンバータ１３との接続及び切り離しを切り替える。具体的には、第１切替部ＭＣ１は、インバータ１２がコンバータ１３側から切り離される必要性がある故障状態である場合に接続状態とされる。また第１切替部ＭＣ１は、インバータ１２がコンバータ１３側から切り離される必要性がない故障状態、及びインバータ１２が運転中（即ち、故障していない状態）である場合に切り離し状態とされる。

ここで、故障は、２次側の電流値、電圧値等の数値情報が所定値以上（または所定値以下）であるか、或いは、信号のアンサーバック等の信号情報を取得したか等の所望の情報が得られたか否かに基づいて、判断される。また、コンバータ側から切り離される必要性がある故障状態と切り離される必要性がない故障状態とは、クレーンを操作する操作員等により手動で逐次判断（決定）されることとしてもよいし、予め故障状態と切り離しの必要性有無とを対応づけた対応情報に基づいて、自動的にシステム（プログラム）によって判断（決定）されることとしてもよい。また、コンバータ側から切り離される必要性がある故障状態とは、例えば、内部地絡やヒューズ断のような故障である。

電力消費部２１は、コンバータ１３とインバータ１２との間に接続され、コンバータ１３の直流電力を消費させる。電力消費部２１は、例えば、抵抗器、キャパシタ、投光器用に設けられるインバータを介して接続される投光器、蓄電池等が挙げられるが、本実施形態では、抵抗器である場合を例に挙げて説明する。
インターロック部２２は、第１切替部ＭＣ１と第２切替部ＭＣ２とが同時に接続状態とならないようにする。これにより、第２切替部ＭＣ２及び第１切替部ＭＣ１が共に接続状態となることにより、電源１０からの電力が、抵抗器（電力消費部２１）に継続的に供給されることにより抵抗器が損傷することを防ぐ。

電力計測部２３は、コンバータ１３と第１切替部ＭＣ１との間に設けられ、コンバータ１３と第１切替部ＭＣ１との間の電力情報（電流値、電圧値、電力値等）を計測する。また、電力計測部２３は、計測結果を操作員が監視する監視装置等の出力装置３０に出力する。これにより、操作員が出力装置３０に提示される内容（例えば、ディスプレイに表示される数値や図）を確認することで、放電の進捗状況や電圧低下の状態等を把握することができ、操作員の感電防止に繋がる。

次に、本実施形態に係るクレーン及びその制御方法並びに制御プログラムの作用について、インバータ１２の切り離し作業を手動で有効にする場合と、自動で有効にする場合について、図２及び図３を用いて説明する。
手動で有効にする場合において、図２に示されるように、インバータ１２に故障が発生した場合には、インバータ１２から故障信号が出力される。故障信号に基づいて、操作員によってコンバータ１３側からインバータ１２を切り離す必要性のある故障であるか否かが判断され、判断結果に応じてインバータ１２のコンバータ１３側からの切り離し指令または接続指令が、制御装置２０に入力される（図２のステップＳＡ１）。制御装置２０は、切り離し指令を取得した場合には、コンバータ１３側からインバータ１２を切り離すステップに移行し、コンバータ１３の上流側の第２切替部ＭＣ２を切り離し状態（オフ状態）にし（ステップＳＡ２）、コンバータ１３の上流側からの電力供給を停止させる。

続いて、第１切替部ＭＣ１が接続状態（オン状態）にされる（ステップＳＡ３）。そうすると、電力消費部２１とコンバータ１３とが接続状態となり、コンデンサ１３側のコンデンサに蓄積された電荷が第１切替部ＭＣ１を介して抵抗器に供給され、放電される。また、電力計測部２３の電力情報の計測結果が出力装置３０に出力され（ステップＳＡ４）、本処理を終了する。出力装置３０では、コンバータ１３と電力消費部２１との間の電力情報が提示される。操作員は、出力装置３０に提示される電圧値等の電力情報に基づいて、放電を完了したか否か、電圧低下の状態等を把握できる。

上述した実施形態に係るクレーンの制御装置２０においては、上記処理の全て或いは一部を別途ソフトウェアを用いて処理する構成としてもよい。この場合、制御装置２０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ等の主記憶装置、及び上記処理の全て或いは一部を実現させるためのプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体を備えている。そして、ＣＰＵが上記記憶媒体に記録されているプログラムを読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、上述の制御装置と同様の処理を実現させる。
ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。

以下、ＣＰＵが制御プログラムを実行することにより実現される制御方法の処理手順（自動で有効にする場合）について図３を参照して説明する。
制御装置２０は、インバータ１２から出力されるインバータ１２の故障信号を取得すると（図３のステップＳＢ１）、故障信号に基づいて、インバータ１２をコンバータ１３側から切り離す必要性があるか否かを判定する（ステップＳＢ２）。インバータ１２をコンバータ１３側から切り離す必要性がある故障であると判定された場合には、第２切替部ＭＣ２を切り離し状態（オフ状態）にし（ステップＳＢ３）、コンバータ１３の上流側の電源１０からの電源供給を停止させる。

続いて、第１切替部ＭＣ１を接続状態にし、電力消費部２１とコンバータ１３とを接続させる（ステップＳＢ４）。そうすると、コンデンサ１３側のコンデンサに蓄積された電荷は、第１切替部ＭＣ１を介して抵抗器（電力消費部２１）に供給され、放電される。また、電力計測部２３の電力情報の計測結果が出力装置３０に出力し（ステップＳＢ５）、本処理を終了する。

上述したように、インバータ１２の故障が発生した場合に、インバータ１２をコンバータ１３側から切り離すか否かの決定は、操作員によって切り離される必要性のある故障であると判断された場合に、操作員により手動で行われることとしてもよいし、制御プログラムによって自動で行われることとしてもよい。また、自動でインバータ１２をコンバータ１３側から切り離す場合には、インバータ１２の故障信号（故障内容）とコンバータ１３側から切り離しの必要性の有無とを対応づけた対応情報を設けておき、対応情報に基づいて切り離しするか否かを判定することにより、速やかな制御ができる。

以上説明してきたように、本実施形態に係るクレーン及びその制御方法並びに制御プログラムによれば、第１切替部ＭＣ１の接続及び切り離しを切り替えることにより、コンバータ１３から供給される直流電力の供給先を簡便に切り替えられる。また、インバータ１２が故障した場合には、コンバータ１３に設けられるコンデンサの残留電荷がなくなるまで、インバータ１２をコンバータ１３側から切り離すことができないが、第１切替部ＭＣ１が接続されコンデンサの残留電荷を電力消費部２１に供給させることにより、自然放電を待機する場合と比較して、速やかに残留電荷を消費させることができるので、インバータ１２をコンバータ１３側から速やかに切り離せるようになる。また、自然放電によってコンデンサ内の電荷をゼロにするには、機器構成にも依存するが１５分以上の時間がかかる。本実施形態に係る電力消費部２１によって放電させた場合には、数秒程度の時間で完了するので、インバータの故障が検出されてから切り離しまでの時間を短縮することができる。

このように制御することにより、クレーンの復旧時間を短縮することができる。特に、レードルクレーンの場合には、溶鉱炉からの加熱によりクレーンが焼けてしまう危険があり、また、クレーンを停止することにより莫大な損失が発生するので、インバータの切り離しにかかる時間を短縮し、復旧時間を短縮することは、損失の低減に寄与できる。

１０ 電源
１２、１２ａ〜１２ｆ インバータ
１３、１３ａ、１３ｂ コンバータ
２０ 制御装置
２１ 電力消費部（電力消費手段）
２２ インターロック（インターロック手段）
２３ 電力計測部（電力計測手段）
３０ 出力装置
ＭＣ１ 第１切替部（第１切替手段）
ＭＣ２、ＭＣ２ａ、ＭＣ２ｂ 第２切替部（第２切替手段）

Claims (7)

1. モータと、
   前記モータに対応して設けられたインバータと、
   交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換し、前記直流電力を前記インバータに供給するコンバータと、
   前記コンバータと前記インバータとの間に接続され、前記コンバータの直流電力を消費させる電力消費手段と、
   前記電力消費手段と前記コンバータとの間に接続され、前記インバータの状態に基づいて、前記電力消費手段と前記コンバータとの接続及び切り離しの切り替えを行う第１切替手段と
   を具備するクレーン。
2. 前記第１切替手段は、前記インバータが前記コンバータ側から切り離される必要性がある故障状態である場合に接続状態とされ、前記インバータが前記コンバータ側から切り離される必要性がない故障状態である場合に切り離し状態とされる請求項１に記載のクレーン。
3. 前記交流電源と前記コンバータとの接続及び切り離しの切り替えを行う第２切替手段を具備し、
   前記第２切替手段は、前記インバータが前記コンバータ側から切り離される必要性がある故障状態である場合に、切り離し状態とされる請求項１または請求項２に記載のクレーン。
4. 前記第１切替手段と前記第２切替手段とが同時に接続状態とならないようにするインターロック手段を具備する請求項３に記載のクレーン。
5. 前記コンバータと前記第１切替手段との間に、電力計測手段を具備する請求項１から請求項４のいずれかに記載のクレーン。
6. モータと、前記モータに対応して設けられたインバータと、交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換し、前記直流電力を前記インバータに供給するコンバータと、を具備するクレーンの制御方法であって、
   前記コンバータと前記インバータとの間に接続され、前記コンバータの直流電力を消費させる電力消費手段と前記コンバータとの間に接続される第１切替手段によって、前記インバータの状態に基づいて、前記電力消費手段と前記コンバータとの接続及び切り離しを切り替えるクレーンの制御方法。
7. モータと、前記モータに対応して設けられたインバータと、交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換し、前記直流電力を前記インバータに供給するコンバータと、を具備するクレーンの制御プログラムであって、
   前記コンバータと前記インバータとの間に接続され、前記コンバータの直流電力を消費させる電力消費手段と前記コンバータとの間に接続される第１切替手段によって、前記インバータの状態に基づいて、前記電力消費手段と前記コンバータとの接続及び切り離しを切り替えることをコンピュータに実行させるためのクレーンの制御プログラム。
   

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