JP2015106931A - インバータ制御装置およびその周辺装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 コスト高を招くことなく、インバータ制御装置のアプリケーション機能を構成している各種の演算処理の入力データと出力データのモニタリングを実現する。【解決手段】 演算処理手段６は、パラメータ手段４に処理順番毎に記憶された各種の演算ブロックの定義情報を参照し、処理順番に従って、各演算ブロックを実行する。演算処理手段６は、処理順番の指定を伴うモニタ要求を周辺装置から通信手段５を介して受け取る。この場合、演算処理手段６は、１処理順番単位で、順次に、モニタ要求において指定された処理順番に属する演算ブロックの入力データと出力データとをモニタデータとし、通信手段５を介して周辺装置に伝送する。【選択図】図１

Description

本発明は、外部からの入力信号に応じてインバータを運転し、その運転状態を出力信号として外部に出力するインバータ制御装置に関する。

モータの可変速運転等を行うインバータ制御装置を機械装置等に組み込んで使用する場合に、インバータ制御装置の上位装置として、ＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）が設置される。このＰＬＣにより、必要な動作の実現のためにインバータの運転状態を監視しながら、インバータ制御装置に運転指令を与えることができる。特許文献１には、このようなＰＬＣ機能を取り込んだインバータ制御装置が開示されている。具体的には、この特許文献１のインバータ制御装置は、ファンクションブロックをパラメータで繋ぐことにより、インバータ制御装置のアプリケーション機能を実現するものである。また、特許文献２では、インバータ制御装置と周辺装置との通信において、特定のデータのモニタ出力の通信と、パラメータの一括読み出しを行う時に通信手順の変更を行う方法が提案されている。

特開２００８−１７８２３６号公報 特開平９−２２４３７９号公報

ところで、インバータ制御装置のアプリケーション機能のデバッグを行う場合、アプリケーション機能を構成している各種の演算処理の入力データと出力データのモニタリングを行うことができれば、動作の確認に非常に有用であり、デバッグ期間の短縮につながる。また、インバータ装置の実際の使用時に予期せぬ動作が行われた場合、アプリケーション機能を構成している各種の演算処理の入力データと出力データのモニタリングを行うことができれば、動作現象の解明時間を短縮することができる。しかしながら、特許文献１に開示されているようなＰＬＣ機能を取り込んだインバータ制御装置の場合、そのようなモニタリングを行うために、高価格の高い性能を有するＣＰＵを設け、かつ、メモリ容量を増加することが必要であり、インバータ制御装置がコスト高になる問題があった。また、特許文献２は、インバータ制御装置から周辺装置へのモニタ出力について開示しているが、この問題を解決するための技術を何ら開示していない。

この発明は以上のような事情に鑑みてなされたものであり、コスト高を招くことなく、インバータ制御装置のアプリケーション機能を構成している各種の演算処理の入力データと出力データのモニタリングを実現することができる技術的手段を提供することを目的としている。

この発明は、入力データとインバータの運転状態に基づいてインバータの運転を行う駆動制御手段と、外部から入力される信号を前記駆動制御手段の入力データとする外部入力手段と、前記駆動制御手段の出力データを外部に出力する外部出力手段と、前記駆動制御手段がインバータの運転制御のために使用するデータを記憶するパラメータ手段と、インバータの制御のための指定およびインバータの状態量を外部に入出力するための通信を行う通信手段と、前記外部入力手段を介して外部から入力されるデータ、前記駆動制御手段から出力されるデータ、前記パラメータ手段に記憶されてデータまたは前記通信手段によって出力されるデータを利用した演算処理を実行し、その演算処理結果を前記駆動制御手段に出力する演算処理手段を有し、前記演算処理手段は、演算の種類、入力接続先および演算の種類により必要となる設定情報がパラメータとして各々定義されるとともに、各々の処理順番が定義された１個以上の演算ブロックを各々定義された処理順番に従って実行するものであり、処理順番の指定されたモニタ要求に応じて、当該処理順番に属する演算ブロックの入力データと当該演算ブロックの演算結果である出力データとをモニタデータとして前記通信手段に出力することを特徴とするインバータの制御装置を提供する。

また、この発明は、前記インバータ制御装置に対して、モニタデータの取得を行う演算ブロックの処理順番を指定し、前記通信手段を介して送信されるモニタデータを受信して表示手段に表示させることを特徴とする周辺装置を提供する。

この発明によれば、インバータ制御装置は、モニタ要求において指定された処理順番について、該当する演算ブロックの入力データと出力データをモニタデータとして通信手段に供給する。その際、１回の伝送では、１処理順番単位のモニタデータしか伝送せず、そのデータ量は少量で済む。従って、モニタデータを伝送するためにインバータ制御装置に高価なＣＰＵや大容量のメモリを設ける必要がなく、インバータ制御装置のコスト高を招くことなく、演算ブロックの入力データおよび出力データのモニタリングを実現することができる。また、この発明では、周辺装置において、モニタ対象とする演算ブロックが属する処理順番を指定するのみでよいので、所望の演算ブロックのモニタリングを容易に行うことができる。

この発明の一実施形態であるインバータ制御装置の構成を示すブロック図である。 同実施形態におけるインバータ制御装置とその周辺装置とを示す図である。 同実施形態において演算処理手段により実行される演算処理の内容を例示するブロック図である。 同演算処理を構成する演算ブロックに関する定義情報の内容を示す図である。 同周辺装置における演算処理の表示例を示す図である。 同周辺装置における演算処理の表示例を示す図である。 同実施形態において周辺装置とインバータ制御装置との間で行われるモニタデータの伝送処理の流れを示すフローチャートである。

以下、図面を参照し、この発明の実施形態について説明する。
図１はこの発明の一実施形態であるインバータ制御装置９の構成を示すブロック図である。図１に示すように、インバータ制御装置９は、駆動制御手段１、外部入力手段２、外部出力手段３、パラメータ手段４、通信手段５および演算処理手段６を含む。

駆動制御手段１は、入力データとインバータの運転状態に基づいてインバータの運転を行う手段である。ここで、入力データには、インバータの負荷であるモータが発生すべきトルクを指示するトルク指令値や回転速度を指示する速度指令値等の運転指令が含まれる。また、インバータの運転とは、具体的にはインバータにおいてモータに接続されたスイッチング素子に与えるゲート信号のＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｒａｔｉｏｎ；パルス幅変調）制御等を指す。インバータ制御装置９に設けられたプロセッサは、所定の制御周期に同期して駆動制御手段１としての処理を実行する。

外部入力手段２は、外部から与えられるデジタル信号やアナログ信号を駆動制御手段１への入力信号とする手段である。外部出力手段３は、駆動制御手段１が出力するデジタル信号やアナログ信号を外部に出力する手段である。パラメータ手段４は、駆動制御手段１がインバータの運転の制御のために参照するパラメータを記憶する手段である。このパラメータ手段４は、例えばＥＥＰＲＯＭ等、電気的に書き換えが可能な不揮発性メモリと、ＲＡＭ等の揮発性メモリとを含む。通信手段５は、駆動制御手段１へ入力すべき運転指令、駆動制御手段１から得られるインバータの運転状態、出力周波数や電流等の状態量を外部との間で入出力するための通信を行う手段である。

演算処理手段６は、外部入力手段２に入力される信号データ、駆動制御手段１から出力される信号データ、パラメータ手段４に記憶された信号データまたは通信手段５によって出力される信号データに対して、立ち上がりエッジや立ち下がりエッジの検出を行うエッジ検出処理、信号遅延処理、論理演算処理、比較処理または四則演算等の数値演算処理を施し、その処理結果を駆動制御手段１や外部出力手段３へ入力信号として供給し、またはパラメータ手段４に格納する手段である。

本実施形態では、図２に示すように、インバータ制御装置９とともに、周辺装置としてのタッチパネル１０、ＰＣローダ１１が使用される。これらの周辺装置は、インバータ制御装置９のパラメータ手段４にパラメータを設定するための手段、演算処理手段６により実行される演算処理をモニタするための手段として使用される。

演算処理手段６は、各々の処理内容が定義された演算ブロック単位で演算処理を行う。パラメータ手段４は、演算処理手段６の実行対象となる各演算ブロックについて、各々の処理内容、入力データ、出力データおよび設定値を定義する情報を記憶している。この各演算ブロックに関する定義情報は、各演算ブロックの処理順番に従ってパラメータ手段４に予め記憶されている。演算処理手段６は、駆動制御手段１の制御周期に対応した処理周期で、このパラメータ手段４に記憶された各演算ブロックに関する定義情報を解釈して各演算ブロックを実行する。

図３は、本実施形態において演算処理手段６により実行される演算処理の内容を例示するブロック図である。また、図４は、同演算処理を構成する演算ブロックに関する定義情報の内容を示す図である。ここで、各演算ブロックは、演算処理手段６に実行させる演算処理の内容、具体的には演算処理の種類、演算処理の入力データの入力元および演算処理の設定値を定義したものである。この演算ブロックに関する定義情報は、各演算ブロックの処理順番に対応付けてパラメータ手段４に記憶される。また、本実施形態では、上述したＰＣローダ１１等の周辺装置が、この各処理順番において実行する演算ブロックの定義情報を通信手段５を介してパラメータ手段４に格納し、またはパラメータ手段４に格納された演算ブロックの定義情報を編集することが可能である。

図４に示すように、１つの演算ブロックは、５個のパラメータを含む。１番目のパラメータは、演算処理の種類を、２番目のパラメータは入力１を、３番目のパラメータは入力２を、４番目のパラメータは設定１を、５番目のパラメータは設定２を定義する。ここで、入力１および２は演算処理に用いる第１および第２の入力データを示す。また、設定１および２は、演算処理の種類によりその定義が変わってくる。例えばＲＥＡＤやＷＲＩＴＥの演算の場合、設定１および２を合わせたものがデータの読み出し先や書き込み先を指定する。また、例えば演算が加算である場合、設定１は加算結果の上限リミッタ、設定２は加算結果の下限リミッタとなる。

図４において、処理順番１が割り当てられた演算ブロック１では、種類が値の保持を意味する９０００、入力１が外部入力のアナログ１を意味する２０１、入力２が端子１を意味する１０４、設定１が上限リミッタの値を指定する２００、設定２が下限リミッタの値を指定する０となっている。このため、演算処理手段６は、図３に示すように、演算ブロック１の実行において、端子１が０のときは外部入力のアナログ１の値を出力し、端子１が０以外のときには前回出力した値を保持して出力する。

処理順番２が割り当てられた演算ブロック２では、種類がＲＥＡＤを意味する６０００、入力１が入力なしを意味する０、入力２が入力なしを意味する０、設定１がパラメータ手段４の保持するパラメータ１０を意味する１０、設定２がその１番目のパラメータを意味する１となっている。このため、演算処理手段６は、図３に示すように、演算ブロック２の実行において、パラメータ１０−１をパラメータ手段４から読み出す。

処理順番３が割り当てられた演算ブロック３では、種類が加算を意味する１０００、入力１が演算ブロック１を意味する１、入力２が演算ブロック２を意味する２、設定１が上限リミッタの値を指定する１００、設定２が下限リミッタの値を指定する０となっている。このため、演算処理手段６は、図３に示すように、演算ブロック３の実行において、上限リミッタを１００、下限リミッタを０に設定して、演算ブロック１の出力データと演算ブロック２の出力データの加算を行う。この演算ブロック３の出力データは周波数指令として出力される。

本実施形態において、演算処理手段６は、以上のような処理順番毎にパラメータ手段４に記憶された演算ブロックの定義情報を参照することにより、演算処理を実行する。

本実施形態において、演算処理手段６は、制御周期の整数倍に設定された処理周期に同期し、処理順番毎に定義された各演算ブロックの処理を実行する。さらに詳述すると、インバータ制御装置９のＣＰＵは、駆動制御手段１の１つの制御周期において、処理順番１、２、３の順に各処理順番に割り当てられた演算ブロックを演算処理手段６に実行させる。処理順番１、２、３の各処理の処理周期が制御周期と同じ長さである場合、１つの制御周期での各演算ブロックの実行により、処理順番１、２、３の各処理の１処理周期分の全処理が終了する。処理順番１、２、３の各処理の処理周期が制御周期の２倍の長さである場合には、１つの制御周期において、処理順番１、２、３の各処理の前半の処理を行い、次の制御周期において処理順番１、２、３の各処理の後半の処理を行うこととなる。また、処理順番１、２、３の各処理の処理周期が互いに異なる場合もあり得る。例えば処理順番１の処理周期が制御周期と同じ長さ、処理順番２の処理周期が制御周期の２倍の長さ、処理順番３の処理周期が制御周期の４倍の長さであったとする。この場合、処理順番１の処理に関しては、１制御周期毎に１処理周期分の処理が進むことになる。また、処理順番２の処理に関しては、２制御周期を要して１処理周期分の処理が進むことになる。また、処理順番３の処理に関しては、４制御周期を要して１処理周期分の処理が進むことになる。
以上が本実施形態における演算処理の実行態様の詳細である。

本実施形態において、演算処理手段６は、以上説明した各演算ブロックの実行中に、通信手段５を介して処理順番の指定を伴うモニタ要求を周辺装置から受け取る場合がある。この場合、演算処理手段６は、該当する処理順番の演算ブロックの入力データおよび出力データをモニタデータとして通信手段５を介して出力する。

このとき演算処理手段６は、モニタ対象である演算ブロックの入力データおよび出力データをモニタデータとして通信手段５に対して直接出力してもよいし、通信手段５が他のパラメータの読み書きと同じ手順で行うために、演算処理手段６がモニタデータをパラメータ手段４のモニタ用領域に出力し、そのモニタ用領域のモニタデータを通信手段５が読み込むようにしてもよい。

モニタ要求において１つの処理順番が指定されている場合、演算処理手段６は、その１つの処理順番に割り当てられた演算ブロックの入力データおよび出力データをモニタデータとして通信手段５を介して出力する。この場合、モニタデータの個数が少ないので、演算処理手段６が演算処理のために使用するメモリエリアのうちモニタデータの伝送に用いるメモリエリアは、小容量で済む。

モニタ要求において複数の処理順番が指定されている場合、演算処理手段６は、処理順番単位で、順次に、当該処理順番に割り当てられた演算ブロックの入力データおよび出力データをモニタデータとして通信手段５を介して出力する。この場合、１回で伝送するのは、１つの処理順番に割り当てられた演算ブロックのモニタデータであり、その個数が少ないので、モニタデータの伝送に用いるメモリエリアは、小容量で済む。

通信手段５は、演算処理手段６から直接に、またはパラメータ手段４を介して取得したモニタデータを周辺装置であるＰＣローダ１１に供給する。ＰＣローダ１１は、通信手段５を介して取得したモニタデータを表示画面に表示させる。図５および図６は、この場合のモニタデータの表示例を示すものである。

本実施形態において、ＰＣローダ１１は、インバータ制御装置９のパラメータ手段４に設定した各処理順番の演算ブロックに関する定義情報を内蔵のメモリに記憶している。ＰＣローダ１１は、これらの各演算ブロックの定義情報のうちインバータ装置９に対してモニタ要求を行った処理番号に該当する演算ブロックの定義情報を参照し、それらの演算ブロックにより実現される演算処理の内容を表示画面に表示させる。なお、パラメータ手段４に設定された各処理順番の演算ブロックに関する定義情報が、他の周辺装置によって書き換えられている可能性もあるので、インバータ制御装置９のパラメータ手段４から各処理順番の演算ブロックに関する定義情報を読み込む機能をＰＣローダ１１に設けてもよい。

また、ＰＣローダ１１は、モニタ要求の対象である演算ブロックの入力データの発生ノードと、出力データの発生ノードにモニタ用ボックスＭＢを表示させ、それらのモニタ用ボックス内にインバータ制御装置９の通信手段５から取得した該当するモニタデータを表示させる。ユーザは、このＰＣローダ１１に表示されたモニタデータを参照することにより、インバータ制御装置９のパラメータ手段４に設定した各演算ブロックのデバッグを行うことができる。

なお、図示の例では、演算ブロック２は入力１と入力２の設定がないため、入力データは必ずゼロとなる。このため、演算ブロック２の入力部には、モニタ用ボックスＭＢを表示しないようにしている。

図７は、本実施形態におけるＰＣローダ１１とインバータ制御装置９との間で行われるモニタデータの伝送処理の流れを示すフローチャートである。

まず、ＰＣローダ１１は、ユーザによって行われる操作に従い、モニタ対象である演算ブロックの処理順番の指定を伴うモニタ要求をインバータ装置９に対して送信する（ステップＳ１）。このモニタ要求は、通信手段５を介して演算処理手段６に引き渡される。

演算処理手段６は、このモニタ要求を受け取ると、モニタ要求において指定された処理順番に基づいて、処理順番の初期値と最終値を設定する（ステップＳ２）。この例では、モニタ要求において処理順番１〜３が指定されている。このため、演算処理手段６は、処理順番ｉの初期値を０に、最終値を３に設定する。

次に演算処理手段６は、処理順番ｉを１だけ増加させる（ステップＳ３）。次に演算処理手段６は、処理順番ｉの演算ブロックの入力データと出力データをモニタデータに設定する（ステップＳ４）。ｉ＝１である場合、処理順番１には演算ブロック１が割り当てられているので、演算処理手段６は、演算ブロック１の入力データと出力データをモニタデータに設定する。

次に演算処理手段６は、処理順番ｉの演算ブロックのモニタデータの設定が完了した旨のメッセージを通信手段５を介してＰＣローダ１１に送信する（ステップＳ５）。

これによりＰＣローダ１１は、演算処理手段６から通信手段５を介して処理順番ｉの演算ブロックのモニタデータを読み込む（ステップＳ６）。ＰＣローダ１１は、このようにして読み込んだ処理順番ｉの演算ブロックのモニタデータを表示画面の該当するモニタ用ボックスＭＢ内に表示させる。

次に演算処理手段６は、処理順番ｉが最終値未満であるか否かを判断し、判断結果が「ＹＥＳ」である場合はステップＳ３〜Ｓ６を繰り返し、「ＮＯ」である場合は処理を終了する。
このような処理により、処理順番１〜３の各演算ブロックの入力データと出力データが演算処理手段６からＰＣローダ１１に送られ、ＰＣローダ１１の表示画面に表示される。

以上説明したように、本実施形態によれば、インバータ制御装置９のアプリケーション機能を処理順番別に演算ブロックの設定を行うことで実現し、その演算ブロック毎の入力データと出力データのモニタを行う場合に、モニタデータは、処理順番単位で、演算処理手段６から周辺装置に伝送される。この場合、１つの処理順番において発生するモニタデータのデータ量は少量である。従って、モニタデータの伝送のために使用するメモリエリアの容量が少量で済み、インバータ制御装置９のコスト高を招くことなく、モニタデータの伝送を行うことができる。また、本実施形態によれば、周辺装置において、入力データと出力データのモニタを行いたい演算ブロックの処理順番を指定することのみで、インバータ制御装置９との通信によりモニタデータを読み込み表示することが可能となる。このため、インバータ制御装置９の既存アプリケーションで不具合現象があった場合に、確認したい箇所の演算ブロックの処理順番が分かれば当該演算ブロックの入力データと出力データを表示でき、それ以外のモニタ用の設定が不要なため迅速に不具合調査を行うことができる。

以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明には他にも実施形態が考えられる。例えば上記実施形態では、モニタ要求において、処理順番を１〜３というように、連続した処理順番を指定するようにしたが、例えば１、３、５という具合に、離散した処理番号をモニタ要求において指定することができるようにしてもよい。

９…インバータ制御装置、２…外部入力手段、３…外部出力手段、４…パラメータ手段、５…通信手段、６…演算処理手段。

Claims (2)

1. 入力データとインバータの運転状態に基づいてインバータの運転を行う駆動制御手段と、
   外部から入力される信号を前記駆動制御手段の入力データとする外部入力手段と、
   前記駆動制御手段の出力データを外部に出力する外部出力手段と、
   前記駆動制御手段がインバータの運転制御のために使用するデータを記憶するパラメータ手段と、
   インバータの制御のための指定およびインバータの状態量を外部に入出力するための通信を行う通信手段と、
   前記外部入力手段を介して外部から入力されるデータ、前記駆動制御手段から出力されるデータ、前記パラメータ手段に記憶されてデータまたは前記通信手段によって出力されるデータを利用した演算処理を実行し、その演算処理結果を前記駆動制御手段に出力する演算処理手段を有し、
   前記演算処理手段は、演算の種類、入力接続先および演算の種類により必要となる設定情報がパラメータとして各々定義されるとともに、各々の処理順番が定義された１個以上の演算ブロックを各々定義された処理順番に従って実行するものであり、処理順番の指定されたモニタ要求に応じて、当該処理順番に属する演算ブロックの入力データと当該演算ブロックの演算結果である出力データとをモニタデータとして前記通信手段に出力することを特徴とするインバータの制御装置。
2. 請求項１に記載のインバータ制御装置に対して、モニタデータの取得を行う演算ブロックの処理順番を指定し、
   前記通信手段を介して送信されるモニタデータを受信して表示手段に表示させることを特徴とする周辺装置。

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