JP2013192322A - インバータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】接続される負荷の状態を示す情報を間接的に受信、表示させることによって、負荷の状態を正確に把握し、操作性や作業の効率を向上させることが可能なインバータ装置を提供する。
【解決手段】外部制御装置２からの指示に基づいて負荷の駆動制御を行うインバータ制御部１１と、負荷から送信され外部制御装置２が受信した負荷の状態を示す情報を受信する通信部１３と、通信部１３が受信した負荷の状態を示す情報を表示させる表示部１４とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、インバータ装置に関する。

例えば産業用プラント等に設置されるインバータ装置には、当該インバータ装置にモータを介して間接的に駆動制御される機構（負荷）が接続されている。この負荷の状態を示す情報は、例えば、インバータ装置や各機構を制御する操作・監視室に送信され、その内容は当該操作・監視室に設けられている情報端末を介して表示される。操作・監視室にいる操作者はこの情報端末に表示される各種情報を基にインバータ装置、各負荷を運転制御する。

このように負荷の状態を示す情報は、操作・監視室の情報端末に送られることになるが、以下の特許文献１には、当該情報を情報端末のみならずインバータ装置にも表示させることを可能にしたインバータ装置が示されている。

特開２００５−１３７１６２号公報

しかしながら、インバータ装置の保守点検の際、或いは、インバータ装置の設置の際には、実際にインバータ装置を直接操作して当該インバータ装置に接続される負荷の駆動制御を行い、その運転を確認することが行われる。この際は、多くの場合インバータ装置が設置される場所と負荷が設置される場所とに点検者が配置され、それぞれの状態を確認する。インバータ装置においては負荷の状態を示す情報は示されないので、インバータ装置の側に配置される操作者は、負荷の状態を把握するために負荷の設置場所に配置される保守者と連絡を取り合う。

但し、操作者と保守者とは、互いに離れた場所に配置されそれぞれ負荷の状態を確認することになるため、例えば無線等の手段を用いて意思疎通を図ることになる。この場合、両者において十分な意思疎通が図れないことや負荷の状態を正確に把握できないことも考えられる。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、接続される負荷の状態を示す情報を間接的に受信、表示させることによって、負荷の状態を正確に把握することが可能なインバータ装置を提供することである。

本発明の実施の形態に係る特徴は、インバータ装置において、負荷から送信され外部制御装置が受信した負荷の状態を示す情報を受信する通信部と、通信部が受信した負荷の状態を示す情報を表示させる表示部とを備える。

本発明の実施の形態における制御管理システムの全体構成を示す全体図である。 本発明の実施の形態におけるインバータ装置の内部構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態におけるインバータ装置から表示部、入力部が設けられている付近を抜き出して、その一例を示す模式図である。 本発明の実施の形態におけるインバータ装置に接続される制御コントローラの一例を示す模式図である。 本発明の実施の形態における外部制御装置の内部構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態における制御管理システムＳの全体構成を示す全体図である。制御管理システムＳは、モータＭを駆動するインバータ装置１とインバータ装置１を制御する外部制御装置２と、当該外部制御装置２に制御信号を送り、インバータ装置１を介してモータＭを制御する情報端末３とから構成される。

インバータ装置１は、接続されるモータＭを回転させるために利用される装置であり、交流電源電圧を直流に変換した後、モータＭを所望の周波数で運転するための交流電圧に変換する装置である。

このモータＭには、主回路配線で例えば、クレーンやベルトコンベアといった各種機構（図１では、各モータＭに１つずつ機構（Ｘ１ないしＸ４）が接続されている。）が接続されている。インバータ装置１から供給される電力により駆動するモータＭが回転することによって、各機構が運転制御される。

なお、図１ではインバータ装置１Ａないし１Ｄの４つのインバータ装置１が設置されている状態が示されている。また各インバータ装置１ごとにそれぞれモータＭが１つずつ（モータＭ１ないしＭ４）接続されている状態が示されている。但し、インバータ装置１の数、或いは、１つのインバータ装置１に接続されるモータＭの数は、任意であり、それぞれ単数であっても複数であっても良い。

以下、適宜図１に示すインバータ装置１Ａないし１Ｄは、まとめて「インバータ装置１」と表わす。同じくモータＭ１ないしＭ４もまとめて「モータＭ」と表わす。また、モータＭ及び当該モータＭに接続される機構を合わせて適宜「負荷」と表わす。

本発明の実施の形態におけるインバータ装置１には、各インバータ装置１ごとの制御信号を出力する、外部制御装置２が接続されている。外部制御装置２は、情報端末３からの制御指示に従い、インバータ装置１を制御する。また、モータＭと外部制御装置２とは電気的に接続され、モータＭやモータＭに接続されている機構Ｘ１ないしＸ４（負荷）の状態を示す情報が外部制御装置２へと送信され、最終的には情報端末３へと送信される。従って、インバータ装置１は負荷からの状態を示す情報も加味されて制御される。

なお、インバータ装置１と外部制御装置２とは、例えば、モータＭや機構が設置される工場内、或いは、その付近の電気室Ａ内に設置されている。

当該外部制御装置２は、図１に示すように、ある一群のインバータ装置をまとめて制御する。従って、１つの外部制御装置２に対して単数、或いは、複数のインバータ装置１が接続され、それぞれ別に運転制御される。但し、インバータ装置１ごとに外部制御装置２が設けられる構成を採用することを妨げるものではない。

外部制御装置２には、通信ネットワークＮを介して情報端末３が接続されている。情報端末３は、制御管理システムＳの全体の状態を把握し制御管理システムＳに接続されている各機器の運転制御を司る。従って、情報端末３からの指示に基づいて、負荷が駆動される。情報端末３としては、操作者が操作を行う入力部、制御条件や運転状態を表示させる表示部等の基本的な構成を備えていれば、例えば、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）や制御管理を行うために構成されたコンピュータ等、いずれの形態であっても良い。

情報端末３は、インバータ装置１や外部制御装置２等をその内部に備える電気室Ａとは離れた場所に設置される操作・管理室Ｂに設けられる。通常制御管理システムＳの操作、監督する者はこの操作・監視室Ｂ内におり、情報端末３を操作して負荷に対して指示を送ることでそれらの運転、制御を行う。

なお、図１においては、操作・監視室Ｂ内に４つの情報端末３Ａないし３Ｄが設置されている状態を示しているが、操作・監視室Ｂ内に設置される情報端末３の数は任意に決めることができる。以下、適宜図１に示す情報端末３Ａないし３Ｄは、まとめて「情報端末３」と表わす。

通信ネットワークＮは、インバータ装置１、外部制御装置２及び、情報端末３をそれぞれつなぎ、互いの間で、例えばモータＭの運転制御に関する情報、負荷の状態を示す情報等の各種情報のやりとりを可能とする。なお、図１においては、４つ示されているインバータ装置１のうちインバータ装置１Ａ及びインバータ装置１Ｄのみが通信ネットワークＮと直接接続しているように示されているが、インバータ装置１Ｂ及びインバータ装置１Ｃについても同様に通信ネットワークＮに接続されている（インバータ装置１Ｂ及びインバータ装置１Ｃと通信ネットワークＮとの接続を示す矢印が外部制御装置２に隠れて示されている）。

通信ネットワークＮの例としては、イーサネット（Ethernet）（登録商標）といったＬＡＮ（Local Area Network）やインターネット等のネットワークを挙げることができる。また、この通信ネットワークＮで使用される通信規格はいずれの規格であっても良い。

ここで日常運転時におけるインバータ装置１、外部制御装置２、情報端末３、モータＭ、機構Ｘ、及び通信ネットワークＮからなる制御管理システムＳにおける各種情報の流れは次の通りである。すなわち、まず、情報端末３から送信された指令信号が通信ネットワークＮを介して外部制御装置２へと送信される。当該指令信号を受信した外部制御装置２は、指令信号ごとに該当するインバータ装置１を確認し、対応するインバータ装置１へと指令信号を送信する。インバータ装置１は、指令信号に基づいて運転され、接続されている負荷を運転制御する。負荷の状態は、当該状態を示す情報が外部制御装置２へと送信され、さらに情報端末３へと送られ、その後の制御に生かされることになる。

なお、図１、図２及び、図５において、各部をつなぐ矢印の線は、その矢印の向きに信号が送信されることを表わし、矢印のない線は、各部をつなぐ電源線であることを示している。

図２は、本発明の実施の形態におけるインバータ装置１の内部構成を示すブロック図である。インバータ装置１は、インバータ制御部１１と、制御端子台１２と、通信部１３と、表示部１４と、設定・操作部１５と、整流部１６と、制御用電源１７と、インバータ部１８とから構成される。

インバータ制御部１１は、インバータ装置１自身を制御する。また、インバータ制御部１１は、外部制御装置２からの制御信号を制御端子台１２を介して受信する。そして主回
路配線にてインバータ装置１と接続されるモータＭに対して後述するインバータ部１８を構成するスイッチング素子に当該制御信号を送ることでモータＭの回転を制御する。

制御端子台１２は、例えば、正転指令を受信する端子やインバータ装置１の起動準備指令を受信する端子等を備え、外部制御装置２からの制御信号を受信する。例えば、外部制御装置２には、後述する制御対象への信号出力装置が設けられており、この信号出力装置から送信される運転・停止の指令信号を受信する。

通信部１３は、例えば、本発明の実施の形態においては、外部制御装置２から負荷の状態を示す情報を受信する。すなわち、通信部１３には負荷の状態を示す情報は直接入ってくることはなく、あくまでも外部制御装置２を介して受信することになる。従って、負荷の状態を示す情報は、これまで通りまず外部制御装置２へと入力され、その後、インバータ装置１へと入力されることになる。なお、「負荷の状態を示す情報」については、後述する。

表示部１４は、各種情報を表示する。例えば、インバータ装置１の運転周波数、電圧値、電流値、或いは、設定パラメータ、異常（トリップ）の種類を表わすコードであるトリップコードといったインバータ装置１自体の状態を示す情報である。本発明の実施の形態における表示部１４には、さらに、負荷の状態を示す情報も表示させることができる。この点についても後述する。

設定・操作部１５は、例えば、パラメータの設定を行う際や、表示部１４に表示させる内容を変更させる際に用いられるボタンからなる。設定・操作部１５の形態としては、ボタン、スイッチ、或いは、ダイヤル等、様々な形態が考えられるが、いずれの形態を採用しても良い。

図３は、本発明の実施の形態におけるインバータ装置１から表示部１４、設定・操作部１５が設けられている付近を抜き出して、その一例を示す模式図である。この表示部１４は、いわゆる、７セグメントＬＥＤディスプレイであり、例えば、インバータ装置１の出力周波数等を表わす数字や、或いは、予め決められているコードを示す。

また、設定・操作部１５は、２段に分かれて配置されており、上段には３つ、下段には４つのボタン（設定・操作部１５）が設けられている。インバータ装置１の操作者は、この設定・操作部１５を用いて直接インバータ装置１に制御信号等を入力する。また、例えば、設定パラメータの入力も設定・操作部１５を用いて、表示部１４に表示される内容を確認しながら行われる。

なお、表示部１４の形態としては、図３に示すような７セグメントＬＥＤディスプレイの他、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display：液晶ディスプレイ）等を採用することも可能である。また、設定・操作部１５のボタンの配置等もあくまでも例示であり、機種ごとに変更する等、任意に配置を決定することが可能である。

インバータ装置１は、外部電源である主電源Ｐに接続され、電源が供給される。整流部１６は、例えば、ダイオード等の整流素子から構成され、主電源Ｐから供給された電源（交流）を直流に変換する。この直流は、制御用電源１７を介して、インバータ装置１を構成する各部に供給される。

インバータ部１８は、例えば、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子で構成される。インバータ部１８は、モータＭに対して交流電圧を印加してモータＭの駆動を行う。この交流電圧の印加は、インバータ制御部１１からの制御信号（ＯＮ、或いは、ＯＦＦ）に基づいて行
われる。

また、インバータ装置１は、インバータ装置１とは別体であるオプションパネルＯＰを介して制御されることが可能とされている。この場合、接続ケーブルＣを介してオプションパネルＯＰとインバータ装置１とを接続する。オプションパネルＯＰは、例えば、インバータ装置１の表示部１４が操作者に見えない位置に設置された場合等に利用することができる。

但し、インバータ装置１の制御が必ず接続ケーブルＣを接続してオプションパネルＯＰを介して行われるというわけでもないことから、図２においては、接続ケーブルＣを破線で示して、オプションパネルＯＰをインバータ装置１に接続可能であることを示している。

図４は、本発明の実施の形態におけるインバータ装置１に接続されるオプションパネルＯＰの一例を示す模式図である。図４に示すオプションパネルＯＰでは、正面に大きな表示部１４が設けられ、その直下に４つのファンクションキー、さらにその下にダイヤルやボタンといった設定・操作部１５が設けられている。また、表示部１４は、ＬＣＤである。

このオプションパネルＯＰは、図示していないが、その内部にＣＰＵや記憶部が設けられており、そもそもの機能として図示しない接続ケーブルＣを用いてインバータ装置１に接続することで、インバータ装置１を制御する機能を備えている。また、後述するように、負荷から送信される負荷の状態を示す情報を外部制御装置２を介してインバータ装置１が読み込んだ際に、当該情報をオプションパネルＯＰに表示、若しくは、非表示とさせることができる。

図５は、本発明の実施の形態における外部制御装置２の内部構成を示すブロック図である。外部制御装置２は、制御部２１と、通信部２２と、信号出力装置２３と、インバータ信号入力装置２４と、信号入力装置２５と、から構成される。

制御部２１は、外部制御装置２自身を制御する。また、通信部２２を介して情報端末３からの制御信号を受信して信号出力装置２３を介してインバータ装置１に当該制御信号を送信し、負荷の運転を制御する。なお電源部については図示していないが、電源機器に接続され、外部制御装置２に電源を供給する。

通信部２２は、例えば情報端末３との間で情報のやりとりを行う。また、ネットワークエラー等の情報も受信する。一方、外部制御装置２には、後述する信号入力装置２５を介して負荷の状態を示す情報が直接入ってくることになるため、当該情報を通信部２２を介して情報端末３へと送信する。

信号出力装置２３は、情報端末３から受信した指令信号に従い、制御対象であるインバータ装置１に制御信号を出力する。出力される制御信号は、例えば、可変電圧若しくは、可変電流の信号、またはこれらの接点信号である。

一方、インバータ信号入力装置２４は、インバータ装置１から外部制御装置２に向けて送信された信号が入力される装置である。ここでインバータ装置１から送信される信号としては、例えば、インバータ装置１自身の故障信号や、トリップ信号等である。

信号入力装置２５には、モータＭや機構Ｘから出力される信号が入力される。ここでの負荷からの出力信号としては、例えば、温度情報やリミットスイッチといった接点信号、
或いは、ロータリーエンコーダのエンコーダ値等である。

次に、インバータ装置１を新規に備え付ける場合、停電後の確認運転を行う場合、或いは、インバータ装置１やモータＭを点検修理する場合等の制御管理システムＳの各機器の働きについて、以下、点検修理の場合を例に挙げて説明する。

まず、このような場合、制御管理システムＳ全体の電源が落とされた上で点検修理が行われる。従って、まずは電源が落ちた状態でインバータ装置１や当該インバータ装置１に接続される負荷の点検修理が行われる。その後、インバータ装置１等に電源が供給される。そのため、点検修理の時点では情報端末３にはまだ電源が供給されず、外部制御装置２との間での情報の送受信は行われない。

その後確認運転を行うに当たって、外部制御装置２と情報端末３とのネットワークを回復する前に、まずインバータ装置１、外部制御装置２、負荷の電源を回復する。この状態の下では、上述した通り、情報端末３を介して負荷の状態を把握することはできない。一方、外部制御装置２からはインバータ装置１への制御信号は出力されないものの、負荷からの情報が信号入力装置２５を介して入力される。

そのため負荷の状態が不明であることから、上述した通りインバータ装置１の付近に配置されてインバータ装置１を直接運転する操作者と、実際に負荷の付近に配置されて負荷の状態を把握する保守者との間で何らかの情報伝達媒体を用いて互いの状態を把握することになる。

但し、通常両者は一方は電気室内、他方は負荷近傍と離れた場所にいてそれぞれ作業を行うことになるため、インバータ装置１の操作者からは負荷の状況が分からないことも多い。上述したように、そのために情報伝達媒体を使用するが、両者の間で適切に意思疎通ができない場合も考えられる。

そこで本発明の実施の形態においては、負荷から送信される負荷の状態を示す情報を外部制御装置２で受信し、通信ネットワークＮに向けて送信した後、これまでの情報端末３に代わりインバータ装置１がこれらの情報を受信することとする。すなわち、外部制御装置２の通信部２３からインバータ装置１の通信部１３へと負荷の状態を示す情報が送信されることと同様の状態になる。

具体的には、確認運転等を行う際に情報端末３と外部制御装置２との通信ネットワークＮが遮断されると、本来ならば外部制御装置２から情報端末３へと送信される負荷の状態を示す情報をインバータ装置１が通信部１３を介して読み取ることになる。また、オプションパネルＯＰがインバータ装置１に接続されている場合には、当該オプションパネルＯＰの表示部１４にも負荷の状態を示す情報を表示させることができる。

このように対処することによって、インバータ装置１にて負荷の状態を示す正確な情報を取得することができる。従って、負荷から外部制御装置２を介して取得した負荷の状態を示す情報を基にインバータ装置１、或いは、負荷の運転制御を行うことが可能となる。併せてインバータ装置１の操作者と負荷に配置される保守者との間における意思疎通についても表示される情報を把握することで互いの意思に齟齬が生ずる可能性を大幅に低減させることができる。

ここで、インバータ装置１に表示させる「負荷の状態を示す情報」とは、例えば、「機構の位置情報」、「負荷の速度情報」、「インターロック情報」、或いは、「負荷故障情報」である。また、併せてインバータ装置１に表示させる「負荷固有の情報」として、「
上下限情報」がある。

このうち、「機構の位置情報」とは、例えば、モータＭに接続されているクレーンの位置を表わす情報である。「負荷の速度情報」とは、モータＭの回転速度や機構（例えば、ベルトコンベア）の速度を表わす情報である。

また、「インターロック情報」とは、機構の駆動可能条件を指す。すなわち、ある機構の運転を継続すると他の機構に接触等する場合には、安全性確保の観点から強制的に機構の運転が停止される。従って、機構同士の位置関係を把握することは必須であるが、特に電気室Ａにてインバータ装置１の操作をする者にとっては、負荷の状態を直接把握することが困難である。そこで、このインターロック情報をインバータ装置１に表示させることは重要である。

「負荷故障情報」とは、例えば、機構である油圧ポンプの油漏れやエンコーダの故障といった負荷設備の故障を示す情報である。

「負荷固有の情報」である「上下限情報」は、機構の上下動の動作範囲を示す情報であり、「インターロック情報」と同じように、インバータ装置１にて表示が必要とされる情報である。また、当該「上下限情報」は、上述した「負荷の状態を示す情報」と同様、外部制御装置２から常に通信ネットワークＮを介して、例えば情報端末３へと出力されている情報である。

これら負荷の状態を示す情報が外部制御装置２を介してインバータ装置１に入力されることによって、インバータ装置１を操作者が直接負荷の状態を把握することが可能となる。

特に、上述した負荷の状態を示す情報は、制御管理システムＳによって多少違いはあるものの、例えば、２バイト、或いは、４バイトのデータ長を持つ情報であり、通常は外部制御装置２から情報端末３へと連続されて送信される情報である。従って、情報端末３へ送信されるこれらの情報をそのままインバータ装置１が読み取ることで、インバータ装置１の操作者が必要とする情報をインバータ装置１の表示部１４、或いはオプションパネルＯＰに表示、或いは非表示とさせることができる。

もともとインバータ装置１自身の状態を示す表示態様として様々な表示パラメータが設定されており、操作者は表示部１４に表示されたパラメータを基に、インバータ装置１の状態を把握する。同様に、負荷の状態を示す情報に関しても表示部１４にその状態をパラメータをもって表示させることが可能となるため、負荷の状態を正確に把握することができる。

さらには、負荷の状態を示す情報をインバータ装置１、或いは、オプションパネルＯＰの表示部１４に表示させることと併せて、表示されるパラメータの名称変更、或いは、表示内容に合わせて割り当てるファンクションの変更を行うことも可能である。この場合、表示内容に応じて設定・操作部１５を介して適宜ファンクションを割り当てる。

また、例えば、負荷の状態を示す情報の秘密保持の観点から、表示部１４に表示させる内容の表示、或いは、非表示を選択することも可能である。

以上の表示に関して説明した事項については、上述した７セグメントＬＥＤディスプレイ、或いは、ＬＣＤのいずれの表示部１４であっても対応が可能であることはもちろんである。但し、ＬＣＤの方が７セグメントＬＥＤディスプレイよりも表示内容は多彩となり
、表示部１４を見た操作者が把握することのできる情報もより多岐にわたる。

以上説明した通り、インバータ装置に接続される負荷の状態を示す情報を間接的に受信、表示させることによって、負荷の状態を正確に把握することが可能なインバータ装置を提供することが可能となる。また、インバータ装置に負荷の状態を示す情報を表示させることによって、操作性、或いは、作業の効率化を図ることも可能となる。

なお、この発明は、上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成できる。例えば、実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせても良い。

１…インバータ装置、２…外部制御装置、３…情報端末、１１…インバータ制御部、１２…制御端子台、１３…通信部、１４…表示部、１５…設定・操作部、１６…整流部、１７…制御用電源、１８…インバータ部、２１…制御部、２２…通信部、２３…信号出力装置、２４…インバータ信号入力装置、２５…信号入力装置、Ａ…電気室、Ｂ…操作・監視室、Ｃ…接続ケーブル、Ｎ…通信ネットワーク、ＯＰ…オプションパネル、Ｐ…主電源、Ｓ…制御管理システム、Ｘ…機構。

Claims (4)

1. 外部制御装置からの指示に基づいて負荷の駆動制御を行うインバータ制御部と、
   前記負荷から送信され前記外部制御装置が受信した前記負荷の状態を示す情報を受信する通信部と、
   前記通信部が受信した前記負荷の状態を示す情報を表示させる表示部と、
   を備えることを特徴とするインバータ装置。
2. 前記インバータ装置はさらに、前記負荷の状態を示す情報を前記表示部に表示させるパラメータの設定を行うことが可能な入力部を備えることを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
3. 前記インバータ制御部は、前記外部制御装置の状態に関する情報を前記通信部を介して受信し、前記外部制御装置の状態を前記表示部に表示させる機能を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインバータ装置。
4. 前記インバータ制御部は、接続ケーブルを介して接続される制御コントローラからの指示に基づいて前記インバータ装置の制御を行うことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のインバータ装置。
   
   
   
   

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