JP2016111814A - インバータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】負荷を運転できない状態であっても、モニタ出力機能を事前にテスト試運転することを可能とし、またモニタ出力を使用した制御システムのプログラムのテスト試運転を可能とするインバータ装置を提供する。【解決手段】実施形態によれば、負荷を運転できない状態でモニタ出力信号の配線接続や信号線などのモニタ出力機能をテスト試運転したり、定期メンテナンス時に更新した制御プログラムによりモニタ出力機能のテスト試運転を事前に行ったりする場合は、インバータ装置に対して模擬運転モードを指令する。すると、出力禁止手段によりインバータ回路にスイッチング信号が出力されることを禁止した状態で、模擬運転手段がパラメータ記憶手段に記憶されているパラメータをモニタ出力手段に出力する模擬運転モードを実行する。これにより、モニタ出力手段がモニタ値としてパラメータを出力するので、パラメータを確認することによりモニタ出力機能を検査することができる。【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。

例えばインバータ装置を組み込む機器において、主制御装置からインバータ装置への指令やインバータ装置から主制御装置へのモニタ出力を事前に入出力させ、配線接続や信号線などのテスト試運転することが行われている。

特開２００１−２９０５１５号公報

このようなテスト試運転を行う場合、運転指令や周波数指令などの各種指令や、出力周波数モニタ、出力電圧モニタなどのアナログ端子台出力や周波数到達信号などは負荷の未接続状態でもモニタ出力信号の配線接続や信号線などのモニタ出力機能のテスト試運転を行うことは可能である。

しかしながら、負荷の未接続状態のように負荷をまだ運転できない状態では、負荷としての例えばモータに流れる電流を検出した電流検出値や、モータ電流により計算したモータのトルク検出値などは、モータに電流を流していないため実運転状態のようなモニタ出力を行うことができなかった。

また、定期メンテナンス時に合わせて制御システムのプログラムを更新する場合があるが、負荷設備が整備中であり負荷を運転できない時は、モータ電流やトルク検出値等のモニタ出力をフィードバックするような制御プログラムをテストできなかった。

一方、近年、シーケンス制御機能を有したインバータ装置が提供されており、この種のインバータ装置では、実運転状態でモニタ値を表示部に表示するようにしている。従って、負荷を接続した実運転状態では、表示部に表示されるモニタ値を確認することでモニタ出力機能のテスト試運転を事前に行うことができるが、この場合も負荷をまだ運転できない状態では、実運転状態のようなモニタ出力（モニタ表示）を行うことはできない。同様にモニタ出力をフィードバックするような制御プログラムのテストを行うことはできない。

そこで、負荷を運転できない状態であっても、モニタ出力機能を事前にテスト試運転することを可能とし、またモニタ出力を使用した制御システムのプログラムのテスト試運転を可能とするインバータ装置を提供する。

実施形態によれば、負荷を運転できない状態でモニタ出力信号の配線接続や信号線などのモニタ出力機能をテスト試運転したり、モータ電流やトルク検出値等のモニタ出力をフィードバックするような制御プログラムのテストを行ったりする場合は、インバータ装置に対して模擬運転モードを指令する。すると、出力禁止手段によりインバータ回路にスイッチング信号が出力されることを禁止した状態で、模擬運転手段がパラメータ記憶手段に記憶されているパラメータをモニタ出力手段に出力する模擬運転モードを実行する。これにより、モニタ出力手段がモニタ値としてパラメータを出力するので、パラメータを確認することによりモニタ出力機能を検査することができる。このとき、出力禁止手段がインバータ回路にスイッチング信号が出力されることを禁止しているので、模擬運転モードを安全に行うことができる。
尚、モニタ出力とはモニタ表示、モニタ音声出力、モニタ印刷などを含む概念である。

一実施形態におけるインバータ装置の構成を示す機能ブロック図 運転制御手段によるモニタ値の出力状態を模式的に示す図 インバータ装置による模擬運転モードを示すフローチャート

以下、図面を参照しながら一実施形態について説明する。
図１は、インバータ装置の構成を示す機能ブロック図である。インバータ装置１００は、負荷としてのモータ（例えば誘導電動機）１を可変速制御するもので、主回路部２と制御部３とから構成されている。主回路部２は、外部の三相交流電源４から与えられる三相交流電圧を整流した直流電圧を電源線５，６間に出力するコンバータ回路７、電源線５，６間に接続された平滑用のコンデンサ８、電源線５，６間の直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路９、およびインバータ回路９からモータ１に流れる電流を検出する電流検出器１０，１１から構成されている。尚、モータ１の回転軸には図示しない回転制御対象が連結されていると共に、その回転軸にロータリエンコーダ１２が取り付けられている。

コンバータ回路７は、ダイオード７ａを三相ブリッジ接続することにより構成されている。インバータ回路９は、ＩＧＢＴなどからなるスイッチング素子９ａを三相ブリッジ接続すると共に各スイッチング素子９ａに還流ダイオード９ｂを並列接続することにより構成されている。

インバータ装置１００は、当該インバータ装置１００を制御するための主制御装置２００と配線により電気的に接続されており、主制御装置２００との間で配線を介して信号を送受信可能となっている。制御部３は、操作手段１３または主制御装置２００から入力される種々の指令（例えば運転指令、周波数指令など）、電流検出器１０，１１により検出されたモータ１の相電流、ロータリエンコーダ１２により検出された回転速度などに基づいて、インバータ回路９に対するゲート駆動信号（スイッチング信号）を生成する。この制御部３は、ベクトル制御に代表されるモータ制御に関する各種の演算を高速に実行可能なプロセッサを備えており、図示しないメモリに記憶されたプログラムに従って各演算をソフトウェア処理するようになっている。

図１に示す制御部３は、上記ソフトウェア処理が実行する各機能を機能ブロックで表している。制御部３の主体をなす運転制御手段１４（出力禁止手段）は、主制御装置２００から与えられる指令に従ってＰＷＭ変調したゲート駆動信号を出力する。

運転制御手段１４は、主制御装置２００から各種指令が与えられた場合は、インバータ回路９に対してゲート駆動信号を出力する。
ドライブ回路１５は、運転制御手段１４から入力するゲート駆動信号に対して、絶縁および電圧変換を行ってインバータ回路９に対して出力する。インバータ回路９からモータ１に対してＰＷＭ変調された三相電力信号が出力されることで、主制御装置２００から指令された周波数でもってモータ１が回転制御される。

電圧検出手段１６は、主回路部２の電圧を検出して運転制御手段１４および模擬運転手段１７に出力する。電流検出手段１８は、電流検出器１０、１１により検出されたモータ１の相電流にゲイン、バイアス調整やフィルタ処理を施した後、運転制御手段１４へ出力し、運転制御手段１４では検出された電流値に基づいてトルク検出値を求める。運転制御手段１４は、求めたトルク検出値を含む各種モニタ値を記憶手段１９に記憶する。表示手段２０（報知手段）は、インバータ装置１００の運転に関する情報を表示すると共に、後述する模擬運転モード実行時はバックライトによる背景色を例えば通常の白色から赤色に変更するようになっている。

モニタ出力手段２１は、運転制御手段１４から入力したモニタ値および模擬運転手段１７から入力したパラメータを主制御装置２００に出力すると共に、後述するように模擬運転手段１７からパラメータを入力した場合は、そのパラメータをモニタ値として主制御装置２００に出力するようになっている。

主制御装置２００は、操作手段３１に対する操作に応じて各種指令をインバータ装置１００に出力すると共に、インバータ装置１００から入力したモニタ値を表示手段３２に表示する。操作者は、インバータ装置１００によるモータ１の実運転状態でモニタ値を確認することにより、モータ１の運転状態を確認することができる。

主制御装置２００は、操作者の操作によりモニタ値に相当するパラメータをインバータ装置１００にシリアル通信により送信可能である。
インバータ装置１００のパラメータ入力手段２２は、主制御装置２００から入力したパラメータをパラメータ記憶手段２３に記憶する。この場合、パラメータには何れのモニタ値に相当するかを識別するための識別情報が付加されており、その識別情報に基づいてパラメータ記憶手段２３における該当する記憶領域にパラメータを記憶するようになっている。尚、操作手段１３に対する操作によってもパラメータを模擬運転手段１７に出力してパラメータ記憶手段２３に記憶することも可能である。

インバータ装置１００は安全規格（例えばＩＥＣ規格では、ＩＥＣ６１８００−５−２）に規定されたＳＴＯ（Safe Torque Off）機能を備えており、図示しないＳａｆｅｔｙリレーを介してＳＴＯ信号を入力できるようになっている。このＳＴＯ信号は通常はハイレベルであり、緊急停止操作時にＳａｆｅｔｙリレーがＯＦＦすることでローレベルとなる信号である。つまり、ＳＴＯ信号は通常状態ではハイレベルとなっており、運転制御手段１４は、運転が指令された場合はＳＴＯ信号がハイレベル状態であることを条件としてドライブ回路１５にスイッチング信号を出力し、緊急停止操作によりＳＴＯ信号がローレベルとなった場合はドライブ回路１５に対するスイッチング信号の出力を強制的に禁止し、またドライブ回路１５ではスイッチング信号が遮断される。

さて、運転制御手段１４は、モータ１の運転状態で変化する所定のモニタ値をモニタ出力手段２１を介して主制御装置２００に出力するようになっている。
図２は、運転制御手段１４、または模擬運転手段１７からの所定のモニタ値（パラメータ）をモニタ出力手段２１が出力する構成を模式的に示している。所定のモニタ値としては、電流検出器１０，１１による電流検出値、電圧検出手段１６による主回路部２の電圧検出値、電流検出手段１８によるトルク検出値、ロータリエンコーダ１２によるエンコーダ検出値などであるが、それ以外の例えばモータ温度推定値などを出力可能としても良い。この場合、通常の運転時は、各検出値はモニタ値として出力可能な状態（図２に模式的に示すスイッチＡにより運転制御手段１４からの各検出値が選択された状態）になっており、モニタ出力手段２１が主制御装置２００からの指令に応じて該当するモニタ値を択一的に選択した状態（図２に模式的に示すスイッチＢによりモニタ値を選択した状態）とする。モニタ出力手段２１は、選択されたモニタ値を主制御装置２００に出力するので、主制御装置２００において、モニタ値を順に観測可能に表示手段３２に表示することによりモータ１の実運転時での各種状態を確認することが可能となる。

尚、図２に示すようにモニタ値として所定の固定値を出力可能となっている。この固定値は、モニタ値を例えば最大値、あるいは最小値とする場合に選択される値で、特定の使用条件を観測する場合に使用される。

ここで、運転制御手段１４は、主制御装置２００から模擬運転モードを入力した場合は、後述する模擬運転モード条件が成立することを条件としてインバータ回路９に対するスイッチング信号の出力を強制的に禁止するようになっている。この模擬運転モードはテスト試運転を実行するためのモードである。

一方、模擬運転手段１７は、主制御装置２００から模擬運転モードが指令された場合は、後述する所定条件の成立により模擬運転モードを実行可能な状態となっていることを条件として、模擬運転モードを実行する。同時にモニタ出力手段２１はパラメータ記憶手段２３に記憶されているパラメータを模擬運転手段１７から取得してモニタ値として出力することが可能な状態（図２に模式的に示すスイッチＡを破線で示す位置に切替えた状態）とし、主制御装置２００からの指令に応じて該当するパラメータを択一的に選択した状態（図２に模式的に示すスイッチＢによりモニタ値を選択した状態）とし、モニタ値を主制御装置２００に出力する。

さて、例えばインバータ装置１００を組み込んで主制御装置２００に配線しただけの状態、つまりインバータ装置１００にモータ１を電気的に接続していない状態では、モータ１を接続した時に流れるであろう電流のモニタ値などを主制御装置２００に出力することができないことから、モニタ出力信号の配線接続や信号線などのモニタ出力機能のテスト試運転を事前に行うことはできない。また、例えばインバータにモータ１を接続しているが負荷設備がモータ１に接続されていない場合や、システムの更新時に安全のために一時的に負荷設備とモータの接続を切り離した状態でテスト運転を行う場合には、負荷設備を接続した時に流れるであろう電流のモニタ値などを主制御装置２００に出力することができない。

そこで、このような負荷を運転できない状態でモニタ出力機能のテスト試運転したり、モータ電流やトルク検出値等のモニタ出力をフィードバックするような制御プログラムのテストを行ったりする場合は、主制御装置２００の操作手段３１を操作してインバータ装置１００に対してモニタ値に相当するパラメータを送信する。このパラメータには何れのモニタ値に相当するかの識別情報が付加されているので、模擬運転手段１７は、主制御装置２００からパラメータを入力した場合は、パラメータに付加されている識別情報に基づいて当該パラメータを該当する記憶領域に記憶する。つまり、パラメータが電流検出値に相当する場合は、電流検出値に該当する記憶領域に記憶する。

そして、インバータ装置１００に対して各種指令を与えた状態で、主制御装置２００の操作手段３１を操作してインバータ装置１００に対して模擬運転モードを指令する。つまり、インバータ装置１００を組み込んだだけの状態では、モータ１を運転することができないので、主制御装置２００の操作手段３１を操作してインバータ装置１００に対してパラメータを出力してから模擬運転モードを指令する。

このような模擬運転モードは、インバータにモータを接続しているが負荷設備がまだ完成しておらず駆動できない設備の設置時や、設備のメンテナンス等でモータの負荷設備を駆動できない場合や、システムの更新時のテスト運転にも有効である。この場合、模擬運転モードは、インバータ装置１００に対して実際に各種指令を与えた状態で行われることから、インバータ装置１００が万一指令に応じてインバータ回路９を動作させインバータ回路９から電圧を出力しないように複数の安全対策を実行した状態で行われることが求められている。安全対策としては、模擬運転モードを指令するのに先立って、三相交流電源４を遮断する、または、緊急停止操作によりインバータ装置１００に対するＳＴＯ信号をローレベルとする。

図３は、インバータ装置１００による模擬運転モードを示すフローチャートである。インバータ装置１００は、模擬運転モードの要求がない場合は（Ｓ１：ＮＯ）、模擬運転モードをＯｆｆしている（Ｓ２）。主制御装置２００から模擬運転モードが要求された場合は（Ｓ１：ＹＥＳ）、主回路電圧と運転可能電圧とを比較する（Ｓ３）。運転可能電圧とは、インバータ回路９によりモータ１を運転可能となる電圧である。換言すれば、主回路電圧が運転可能電圧未満の場合は、インバータ回路９によりモータ１を運転不能となる。この場合、三相交流電源４は遮断されており、主回路電圧が運転可能電圧未満であることから（Ｓ３：ＹＥＳ）、模擬運転モードをＯｎする（Ｓ５）。また、三相交流電源４が不用意に遮断されていない場合であっても（Ｓ３：ＮＯ）、緊急停止操作によりＳＴＯ信号がローレベルとなっている場合（Ｓ４：Ｌｏ）、模擬運転モードをＯｎする（Ｓ５）。

しかしながら、三相交流電源４が遮断されておらず（Ｓ３：ＮＯ）、しかもＳＴＯ信号がハイレベルの場合は（Ｓ４：Ｈｉｇｈ）、模擬運転モードのＯｆｆ状態を継続することで（Ｓ２）、模擬運転モードがＯｎとなることが禁止されている。

運転制御手段１４は、上述のようにして模擬運転モードがＯｎとなった場合は、主制御装置２００から各種指令が入力しているにも拘らずドライブ回路１５に対するゲート駆動信号の出力を強制的に禁止（出力禁止動作）する。この出力禁止動作はＳＴＯ信号によるゲート駆動信号の出力禁止機能と独立して行われる機能であり、三相交流電源４が遮断されているが（Ｓ３：ＹＥＳ）、ＳＴＯ信号がハイレベルの場合においてインバータ回路が動作しないことをより確実にするように機能する。従って、模擬運転モードでは、ドライブ回路１５からインバータ回路９に対してゲート駆動信号が出力されることが強制的に禁止されるので、模擬運転モードでモータ１が不用意に動作してしまうことを防止することができる。

一方、モニタ出力手段２１は、模擬運転モードがＯｎとなった場合は、図２に示すように模擬運転モードに応じてパラメータ記憶手段２３に記憶されているパラメータを模擬運転手段１７から取得してモニタ値として出力することが可能な状態に切り替えた状態で、主制御装置２００からの指令に応じてパラメータを択一的に選択することにより、所定のパラメータをモニタ値として主制御装置２００に出力する。これにより、主制御装置２００の表示手段３２にはモニタ値に代えてパラメータが表示されるので、操作者は、表示手段３２に表示されるパラメータを確認することにより、負荷を運転できない状態であっても図２に示したモニタ出力信号の信号出力機能、あるいはインバータ装置１００から主制御装置２００に対するモニタ出力信号の配線接続が正常か否かを確認することが可能となる。

ここで、模擬運転手段１７は、上述の模擬運転モード実行時は、表示手段３２のバックライトによる背景色を通常の白色から赤色に変更するので、操作者は、インバータ装置１００が模擬運転モード実行中であることを容易に確認することができる。

このような実施形態によれば、次のような効果を奏することができる。
インバータ装置１００は、主制御装置２００から模擬運転モードが指令された場合は、パラメータ記憶手段２３に記憶しているパラメータをモニタ値として主制御装置２００に出力する模擬運転モードを実行するので、負荷を運転できない状態であっても、インバータ装置１００から主制御装置２００に出力されたパラメータを確認することによりモニタ出力機能を事前にテスト試運転したり、モータ電流やトルク検出値等のモニタ出力をフィードバッグするような制御プログラムをテストすることができる。この場合、模擬運転モードが指令された場合は、インバータ回路９にゲート駆動信号が出力されることを強制的に禁止するようにしたので、模擬運転モードでモータ１が不用意に動作してしまうことを防止することができる。

また、主回路部２に供給される三相交流電源４が運転可能電圧以下（遮断）されることを条件として模擬運転モードを実行するようにしたので、模擬運転モードを安全に行うことができる。

さらに、三相交流電源４が遮断されていない場合であっても、ＳＴＯ信号がローレベルであることを条件として模擬運転モードを実行するようにしたので、模擬運転モードを一層安全に行うことができる。

（その他の実施形態）
上記実施形態に限定されることなく、次のように変形または拡張したり、各変形例を上記実施形態と組合せたり、各変形例を組み合わせるようにしても良い。
運転制御手段１４がシーケンス機能を有するインバータ装置に適用するようにしても良い。この場合、主制御装置２００のＳａｆｅｔｙリレーの機能部分を除く部分を設ける必要がなく実施することができることから、モニタ値をインバータ装置１００の表示手段２０で表示する。従って、操作者は、表示手段２０に表示されるモニタ値を確認することにより、負荷を運転できない状態であってもモニタ出力機能を事前にテスト試運転することが可能となる。

主回路電圧が運転可能電圧未満か否かという判定動作をＳＴＯ信号のレベル判定動作よりも優先して実行するようにしたが、ＳＴＯ信号のレベル判定動作を優先して実行するようにしても良い。

模擬運転モード実行時には、運転制御手段１４がゲート駆動信号の出力を強制的に禁止するようにしたが、運転制御手段１４とドライブ回路１５との間、あるいはドライブ回路１５とインバータ回路９との間にスイッチ手段（出力禁止手段）を設け、そのスイッチ手段をＯＦＦする（インバータ回路９に入力されるゲート駆動信号がＯＦＦレベルになるようにする）ことによりゲート駆動信号を強制的に遮断するようにしても良いし、ゲート駆動信号を強制的にハイレベル、あるいはローレベルに固定するようにしても良い。

模擬運転モード実行時は、インバータ装置１００の表示手段２０のバックライトによる背景色を白色から赤色に変更することにより報知手段として機能させるようにしたが、文字と背景色を交互に入れ替えて表示するようにしても良いし、模擬運転モード実行中であることを主制御装置２００に通知することにより主制御装置２００側で模擬運転モード実行中であることを報知するようにしても良い。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

図面中、１００はインバータ装置、１はモータ（負荷）、９はインバータ回路、１４は運転制御手段（出力禁止手段）、１６は電圧検出手段、１７は模擬運転手段、２０は表示手段（報知手段）、２１はモニタ出力手段、２２はパラメータ入力手段、２３はパラメータ記憶手段である。

Claims (6)

1. 外部から与えられる指令に基づいてインバータ回路にスイッチング信号を出力することにより負荷を運転制御する運転制御手段と、
   前記負荷の動作状態で変化するモニタ値を出力するモニタ出力手段と、
   前記モニタ値に相当するパラメータを記憶するパラメータ記憶手段と、
   外部から模擬運転モードを要求された場合は、前記モニタ出力手段に前記パラメータ記憶手段に記憶されたパラメータを与える模擬運転モードを実行する模擬運転手段と、
   前記模擬運転モード実行時は前記インバータ回路に前記スイッチング信号が出力されることを禁止する出力禁止動作を実行する出力禁止手段と、を備え、
   前記モニタ出力手段は、前記模擬運転手段から与えられた前記パラメータをモニタ値として出力することを特徴とするインバータ装置。
2. 主回路電圧を検出する電圧検出手段を備え、
   前記模擬運転手段は、前記主回路電圧が前記負荷を運転可能な電圧未満であることを条件として前記模擬運転モードを実行す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. ＳＴＯ（Safe Torque Off）機能を備え、
   前記模擬運転手段は、前記ＳＴＯ機能によりトルク出力を遮断していることを条件として前記模擬運転モードを実行することを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
4. 外部から前記パラメータを入力するパラメータ入力手段を備え、
   前記パラメータ記憶手段は、前記パラメータ入力手段が入力した前記パラメータを記憶することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のインバータ装置。
5. 前記運転制御手段は、前記模擬運転手段による前記模擬運転モードの実行中は前記インバータ回路に対するスイッチング信号の出力を強制的に禁止することにより前記出力禁止動作を実行することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のインバータ装置。
6. 前記模擬運転手段が前記模擬運転モードを実行していることを報知する報知手段を備えたことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のインバータ装置。

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