JP2013132179A - インバータ制御エレベータの安全装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インバータ制御エレベータにおけるモータ速度の比例積分（ＰＩ）制御において、電流センサ配線の接触不良や断線や誤配線などの異常が発生した場合に、モータの電流検出が行えなくなりＰＷＭインバータやモータに過電流検出器による電流リミッタが動作する過大電流が流れるのを防止する安全装置を提供する。
【解決手段】 走行指令信号１ａとＰＩ制御器４の出力とを監視する異常判定手段９を設け、前記異常判定手段９はエレベータ走行開始から所定の時間までにＰＩ制御器４の出力が閾値を超えた場合は異常動作と判定しモータ１０への電流供給を停止し、インバータ５やモータ１０への過大電流の発生を防止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＰＩ（比例積分）制御により乗りかごを駆動するモータの速度制御を行う方式のインバータ制御エレベータにおいて、モータ電流を検出する電流センサの配線の接触不良、断線、誤配線の異常を検出する安全装置に関する。

インバータ制御エレベータにおいて、モータ電流を検出しＰＩ制御を行うために使用される電流センサの配線が故障による部品交換等の作業等において接触不良や断線となったり誤配線されたりするとモータ電流の検出が不可能となり、その結果ＰＩ制御出力により制御されるモータ電流が過大となるためインバータに過大電流が流れ、インバータの制御素子等に熱的ストレスを与える現象が発生し、インバータの劣化や故障の原因となる。

この現象の発生を防止するための手段としては、モータに流れる負荷電流を微分し、この微分値をレベル判定することによって異常判定を行う装置が知られている（特許文献1）。

また、電流指令値とモータに流れる実電流との偏差を積分し、この積分値をレベル判定することによって異常判定を行う装置が考案されている（特許文献２)。

特開昭６３−８９０９４号公報（図１) 特開平１１−３３２００２号公報（段落００１０〜００１１、図１)

しかしながら、モータ電流センサに接触不良や断線、誤配線が発生した場合、上記従来装置におけるモータに流れる負荷電流を微分してレベル判定する方法や、電流指令値とモータに流れる実電流との偏差を積分してレベル判定する方法においては、時間軸に対するモータ電流の変化量を元にレベル判定を行うため、異常検出までに検出遅れが発生し、異常検出から制御系が応答し減速、減速するまでの間（遅れ時間）インバータおよびモータに過大電流が流れ続けてインバータの制御素子に熱的ストレスを与えるため、半導体などの制御素子の寿命が短くなるという問題があった。

また、特許文献２における電流指令値とモータに流れる実電流との偏差を積分する方法においては、実電流に加えて測定する電流センサ（ホール素子）の残留電圧及び電流センサーの温度特性による検出誤差も含めて積分されるので、周囲温度の影響などで検出誤差が変化した際に積分期間が長いと検出誤差が蓄積されて誤検出が発生するという問題があった。

本発明の目的は、電流センサの接触不良、断線、誤配線等の異常を検出することができるインバータ制御エレベータの安全装置を提供することにある。

上記課題を解決し電流センサの接触不良、断線、誤配線の異常を検出する目的を達成するため本発明は、モータに流れる電流を計測する電流センサと、前記電流センサの出力値と指令電流の値との差によりＰＩ制御を行うＰＩ制御器とで構成され、前記ＰＩ制御器がモータに流れる電流を制御して乗りかごの速度制御を行う方式のインバータ制御エレベータにおいて、エレベータの走行開始時から所定時間以内に前記ＰＩ制御器の出力値が所定の値を検出した場合に異常と判定すると共に、前記モータを停止させる停止指令信号を出力する異常判定手段を設けたことを特徴とする。

この特徴により、本発明による方式のインバータ制御エレベータの安全装置は、従来のモータ電流の時間的変化を元にレベル判定を行う方式の異常判定方式によるインバータ制御エレベータの安全装置と比較して、短時間で異常を検知し、モータへの供給電流を停止させることが可能となる。また、本発明による方式のインバータ制御エレベータの安全装置は、電流センサの温度特性による異常検知所要時間の変動や検出誤差蓄積による誤検出は発生しない。

本発明は、上記のような構成と作用を有するため、本発明による方式のインバータ制御エレベータの安全装置は、電流センサの配線が接触不良や断線、誤配線した場合に、エレベータ走行開始時にＰＩ制御器の出力が過大となるのを速やかに異常として検出し、エレベータが加速走行を開始する前にモータの回転およびエレベータの走行を停止させることができるので、インバータを過負荷から保護でき、交換作業不良によるインバータの劣化や破損を防ぐことが可能となる。

本発明の一実施形態を示すブロック図である。 本発明の一実施形態において、電流センサが正常時と異常時のインバータ出力電流、ＰＩ制御器出力電流、走行指令信号、停止指定信号の状態を示すタイムチャートである。 本発明の一実施形態における異常判定手段の動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施例について図１、図２、図３を用いて説明する。

図１はエレベータの乗りかごを走行させるためにモータの回転速度を制御する機器の構成の例であり、エレベータの乗りかごの走行動作を制御するための走行指示信号1ａを出力する機能を持つ制御盤等の制御手段１、走行指示信号１ａによりモータの回転方向や回転速度を制御するための指令電流２ａを演算し出力する機能を持つ指令電流演算部２、ＰＩ（比例積分）制御を行いＰＩ制御器出力信号４ａを出力する機能を持つＰＩ制御器４、ＰＩ制御器出力信号４ａによりモータ１０を駆動する３相交流電圧を発生する機能を持つＰＷＭ（パルス幅制御）インバータ５、モータ１０に流れる３相交流電流５ａを測定する機能を持つホール素子などの電流センサ６、電流センサ６から出力された電流センサ出力信号よりモータ電流信号の高周波ノイズを減衰させる機能を持つアナログＬＰＦ（ローパスフィルタ）７、アナログＬＰＦ７の出力信号７ａを増幅する働きを持つゲインアンプ８、指令電流２ａよりゲインアンプ出力信号８ａを減算してＰＩ制御器４に減算部出力信号３ａを出力する機能を持つ減算部３、制御手段１からの走行指令信号１ａと、ＰＩ制御器４からのＰＩ制御器出力信号４ａを参照して電流センサ６の異常動作を判定し制御手段１に停止指令信号９ａを出力する機能を持つ異常判定手段９にて構成されている。

次に、これらの機器で構成される装置において、モータ１０の回転を制御する際の動作について説明する。

制御手段１はホール呼びやかご呼び登録などの事象を検知すると、現在のエレベータの乗りかご位置よりモータ１０の回転方向や走行距離を算出し、指令電流演算部２に対して走行指令信号１ａを出力する。

指令電流演算部２は走行指令信号１ａが入力されると、前記モータ１０の回転方向や走行距離に従って、モータ１０を必要量回転させるために必要な指令電流を演算し、指令電流２ａとして出力する。

指令電流２ａは減算部３にてゲインアンプ出力信号８ａを減算された上でＰＩ制御器４に入力される。

ＰＩ制御器４は入力信号より後述する比例積分制御を行った上でＰＷＭインバータ５を制御するためのＰＩ制御器出力信号４ａを出力し、ＰＷＭインバータ５はＰＩ制御器出力信号４ａに従ってモータ１０を駆動するための三相交流の実電流５ａを出力する。

電流センサ６はモータ１０に流れる実電流５ａを検出し、電流センサ信号６ａとして出力する。電流センサ信号６ａはアナログＬＰＦ７で高周波ノイズを減衰させた後にゲインアンプ８で増幅され、減算器３に供給される。減算器出力信号３ａは指令電流i＊と実電流ｉとの偏差であるため、ＰＩ制御器５はその偏差がゼロになるように比例積分（ＰＩ）制御を行う。

上記の動作により、モータ１０は指令電流２ａに従って回転するように制御される。

次に、異常判定手段９の動作を図２、図３を使用して説明する、
図２は本実施例における正常時および電流センサ配線異常時の実電流５ａ、ＰＩ制御器出力信号４ａ、走行指令信号１ａ、及び停止指令信号９ａの波形の一例である。なおタイミングチャートにおいて細線は正常時、太線は異常時の信号を表している。

また、図２のタイムチャートには、予め定めた時間Ｔと、予め定めたＰＩ制御器出力信４ａの異常を検知するための閾値ＰＩmax、実電流５ａの最大許容電流である電流リミッタ動作値Ｉmaxが記載されている。

正常動作時においては、図２のタイムチャートに示すように、モータ１０に流れる実電流５ａはＰＩ制御器出力信号４ａに比例し、モータ１０の回転やエレベータの乗りかごの走行速度に応じて図２の細線（電流センサ正常時）のように推移する。

ここで、電流センサ６への配線の接触不良や断線や誤配線が発生し、電流センサからの出力信号６ａが途絶した状況を想定する。この場合、走行指令信号１ａによりＰＩ制御器４が動作し、ＰＷＭインバータ５より実電流５ａがモータ１０に供給され始め、エレベータのかごが走行を開始するが、減算部３にはゲインアンプ出力信号８ａが供給されないため減算が実施されず、電流指令i＊と実電流ｉの偏差が大きくなり、ＰＩ制御器４の出力信号４ａは正常時と比較して急激に増加する。

このような状況に対して、異常判定手段９は走行指令信号１ａが出力された時点から予め定めた時間Ｔが経過するまでの間、ＰＩ制御器４の出力信号４ａを監視しており、前記時間Ｔが経過するまでの間にＰＩ制御器４の出力信号４ａが予め定めた閾値ＰＩmaxを超えた場合は、異常判定手段９はこの事象を検知し、制御手段１に対してエレベータの走行を停止させるための停止指令信号９ａを出力し、制御手段１に対して指令電流演算部２への指令電流２ａの出力を停止させる。この動作によりＰＩ制御器４，ＰＷМインバータ５は動作を停止し、その結果、実電流５ａは電流リミッタ動作値Ｉmaxに到達する前にカットオフされるため、ＰＩ制御部４の電流リミッタによる過電流検出が動作する前にＰＷМインバータ５やモー夕１０に過大な電流が流れることを防止できる。

ここで、図３のフローチャートを使用して異常判定手段９の動作を説明する。

まず、異常判定手段９は、制御手段１からの走行指令信号１ａが入力されるまで待機している（手順Ｓ１)。エレベータの走行開始時に出力される制御手段１からの走行指令信号１ａが人力されると、異常判定手段９は経過時刻タイマーｔの値にＯをセットし（手順Ｓ２)、ＰＩ制御器４よりＰＩ制御出力信号４ａを入力し変数Ｐiに設定する（手順Ｓ３）。

次に、前記設定したＰiが予め設定した閾値ＰＩmaxを越えていない場合は、タイマーｔが予め定めた時間Ｔを越えるまで、手順Ｓ３、Ｓ４を繰り返す（手順Ｓ６）。タイマーｔが予め定めた時間Ｔを越えるまでの間にＰiが予め設定した同値ＰＩmaxを超えた場合は、ＰＩ制御出力信号４ａが異常な挙動であると判断し（手順Ｓ４）制御手段１に対して停止指示信号９ａを出力し（手順Ｓ５）走行指令信号の入力待ちに戻る（手順Ｓ１）。タイマーｔが予め定めた時間Ｔを越えた場合は、異常判定動作を終了し、走行指令信号１ａの入力待ちに戻る（手順Ｓ１)。異常判定手段９が前記手順Ｓ１から手順Ｓ６までの動作を実施することにより、エレベータ走行開始時にＰＩ制御器の出力が過大となるのを速やかに異常として検出し、エレベータが加速走行を開始する前にモータ１０への電流供給を停止し、モー夕１０の回転およびエレベータの走行を停止させることができる。

また、本手順を実施することにより、従来の技術による異常検知方法のように、積分や微分による時間的変化を元にレベル判定を行う方式の異常判定方式によるインバータ制御エレベータの安全装置とは異なり、瞬時にＰＩ制御器４の出力が過大となった場合でも速やかにこれを検知することが可能となる。また、検知対象の信号を積分した値の時間的変化による判定を行っていないため、電流センサ（ホール素子）の残留電圧及び電流センサーの温度特性による誤検出が発生することがないという効果をも奏する。

１ 制御手段
１ａ 走行指令信号
２ 電流指令演算部
２ａ 指令電流
３ 減算部
３ａ 減算部出力信号
４ ＰＩ（比例積分）制御器
４ａ ＰＩ制御器出力信号
５ ＰＷМインバータ
５ａ 実電流
６ 電流センサ
６ａ 電流センサ出力信号
７ アナログＬＰＦ
７ａ アナログＬＰＦ出力信号
８ ゲインアンプ
８ａ ゲインアンプ出力信号
９ 異常判定手段
９ａ 停止指令信号
１０ モータ

Claims (1)

1. モータに流れる電流を計測する電流センサと、前記電流センサの出力値と指令電流の値との差によりＰＩ制御を行うＰＩ制御器とで構成され、前記ＰＩ制御器がモータに流れる電流を制御して乗りかごの速度制御を行う方式のインバータ制御エレベータにおいて、
   エレベータの走行開始時から所定時間以内に前記ＰＩ制御器の出力値が所定の値を検出した場合に異常と判定すると共に、前記モータを停止させる停止指令信号を出力する異常判定手段を設けたことを特徴とするインバータ制御エレベータの安全装置。

Images