JP2017192274A - ディジタル制御電源装置および生産管理システム - Google Patents

Abstract

【課題】異常発生前に保守を促す事前通知を確実に行う低コストのディジタル制御電源装置および生産管理システムを実現する。
【解決手段】ディジタル制御電源装置１は、受信したゲート信号に応じて入力電圧を変換して変換済電圧を出力するスイッチング素子１１と、この変換済電圧を平滑化して電源電圧として出力する平滑回路１２と、平滑回路１２からの電源電圧をＡＤ変換して電源電圧ディジタルデータを出力するＡＤ変換器１３と、設定値と電源電圧ディジタルデータとの偏差に対してＰＩＤ制御演算を行うＰＩＤ制御器１４と、ＰＩＤ制御器１４の演算結果に基づいてゲート信号を生成するスイッチング駆動回路１５と、電源電圧ディジタルデータが示すサンプリング毎の変動履歴に基づいて、ＰＩＤ制御器１４の制御パラメータを動的に自動調整する制御パラメータ調整器１６と、ＰＩＤ制御器１４の制御パラメータを出力する制御パラメータ出力部１７とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ディジタル制御電源装置およびこれを備える生産管理システムに関し、特に制御パラメータの自動調整機能を有するディジタル制御電源装置およびこれを備える生産管理システムに関する。

図１２は、一般的な自動調整機能を有するディジタル制御電源装置を示す図である。一般に、安定した直流電圧出力のための自動調整機能を有するディジタル制御電源装置５０１は、スイッチング素子５１１と、平滑回路５１２と、アナログディジタル変換器５１３と、スイッチング駆動回路５１５、ディジタル制御部５３１とを有する。スイッチング素子５１１は、例えばＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：電界効果トランジスタ）であり、受信したゲート信号に応じてオンオフ駆動されることで、所定の入力電圧Ｖ_inを変換し、例えばＰＷＭ変調された電圧を出力する。平滑回路５１２は、スイッチング素子５１１から出力されたＰＷＭ変調された電圧を平滑化するためのものであり、チョークコイルＬと出力コンデンサＣ_outとからなる。この平滑回路５１２から出力される電圧が、ディジタル制御電源装置５０１からの直流電源電圧Ｖ_outとして出力され、ディジタル制御電源装置５０１に接続された負荷（図示せず）に印加される。ディジタル制御電源装置５０１から出力された電源電圧Ｖ_outは、直流電圧出力の自動調整のためにディジタル制御部５３１にフィードバックされる。アナログディジタル変換器５１３は、平滑回路５１２から出力された電源電圧をアナログディジタル変換して電源電圧ディジタルデータを出力する。アナログディジタル変換器５１３から出力された電源電圧ディジタルデータはディジタル制御部５３１に入力される。ディジタル制御部５３１は、設定値とアナログディジタル変換器５１３から出力された電源電圧ディジタルデータとの偏差に対してＰＩＤ制御演算を行うＰＩＤ制御器５１４と、電源電圧ディジタルデータが示すサンプリング毎の変動履歴に基づいて、ＰＩＤ制御器５１４によるＰＩＤ制御演算で用いられる制御パラメータ（比例ゲイン、微分ゲイン、積分ゲイン）を動的に自動調整する制御パラメータ調整器５１６と、を含む。スイッチング駆動回路５１５は、ＰＩＤ制御器５１４の演算結果に基づいて、スイッチング素子５１１をオンオフ駆動するためのゲート信号を生成し、スイッチング素子５１１のゲートへ出力する。

このようなディジタル制御電源装置５０１では、各種ノイズの影響や内部のアナログ回路の経年変化、あるいは、ディジタル制御電源装置５０１に接続される負荷の状況など、種々の原因により、ディジタル制御電源装置５０１から出力される電源電圧Ｖ_outに変動が生じ得る。制御パラメータ調整器５１６は、ＰＩＤ制御器５１４のＰＩＤ制御演算で用いられる制御パラメータをリアルタイムに調整することにより、ディジタル制御電源装置５０１から出力される電源電圧Ｖ_outが安定した直流電圧出力を維持できるようにしている。例えば平滑回路５１２内の出力コンデンサＣ_outが経年変化により静電容量が低下すると平滑回路５１２から出力される電圧（すなわちディジタル制御電源装置５０１から出力される電源電圧Ｖ_out）の変動が大きくなり得るが、ＰＩＤ制御器５１４のＰＩＤ制御演算で用いられる制御パラメータが制御パラメータ調整器５１６によりリアルタイムに調整されることにより、ディジタル制御電源装置５０１から出力される電源電圧Ｖ_outを略一定に保つことができる。

ディジタル制御電源装置をはじめとした各種制御装置に広く用いられているＰＩＤ制御器の制御パラメータを自動調整するための様々なアルゴリズムが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

一方、直流電源が組み込まれている各種電気装置において、直流電源に異常が発生すると当該電気装置およびこれに付随する機器に様々な影響を及ぼす恐れがあることから、直流電源の故障を検知することは重要である。

例えば、直流電源の出力電圧と基準電圧との偏差や直流電源のリップル電圧を監視して直流電源の異常を検知する電源監視装置がある（例えば、特許文献２参照。）。

例えば、電源装置の寿命が電解コンデンサの寿命に起因し、電解コンデンサの寿命が装置の出力電圧のリップル電圧の増大として現れることを利用して、電源装置の寿命を判定する電源装置の寿命監視装置がある（例えば、特許文献３参照。）。

例えば、産業用に使用される電力変換装置として、電力変換装置自身の保守点検情報を電力変換装置内部に設けた部品劣化検出回路より出力し、劣化の進行度（寿命）を推定する推定モデルと稼働状況とを照合して部品の残存寿命を推定するものがある（例えば、特許文献４参照。）。

また、製造工場においては、工作機械、射出成形機、もしくはアーク溶接などのロボットといった製造機械により、工作物（ワーク）の加工や溶接などの作業が行われている。また、工作物を加工するために、複数の製造機械によって製造ライン、例えば製造セルが構築されている。この場合、製造セルを構築している各製造機械は、通信ネットワークを介してセル制御装置により制御されている。セル制御装置は、さらに上位にある生産管理装置によって、生産計画が指示される。このような生産管理システムにおいては、製造機械、セル制御装置および生産管理装置の各機器における制御系のための直流電源として、安定した直流電圧出力を供給可能で、かつ高い信頼性を有する電源装置が広く求められている。

特表平１１−５１０９３２号公報 特開平２−１４５９７７号公報 特開２００５−１７２６５３号公報 特開平５−５６６２９号公報

製造セルを構築している複数の製造機械を制御するセル制御装置およびこのセル制御装置に生産計画を指示する生産管理装置を有する生産管理システムにおいては、１つの機器の異常がシステム全体に甚大な影響を及ぼし、工場の生産性が著しく低下する。特に、電源装置は、各機器の制御系のための直流電源として広く用いられていることから、電源装置の異常は制御系の故障に直結する。電源装置の一種である自動調整機能を有するディジタル制御電源装置の安定した直流出力電圧を維持できる性能を十分に生かすためにも、ディジタル制御電源装置の異常が発生する前に、事前保守のためにディジタル制御電源装置の劣化を検知できることが望ましい。

例えば特許文献２（特開平２−１４５９７７号公報）および特許文献３（特開２００５−１７２６５３号公報）に係る技術によれば、出力電圧やリップル電圧などの物性値を監視することで電源異常を検知するが、物性値を監視するためのハードウェア回路を別途設ける必要があり、追加コストがかかる欠点がある。また、一般に電源性能は徐々に劣化していくものであるが、特許文献２および特許文献３に係る技術では、出力電圧やリップル電圧に変化が生じないと異常を検出することができないため、事前保守には適しておらず、電源の異常検知時では既に当該電源が組み込まれている機器やシステム全体に影響を及ぼしている可能性が高い。また、異常検知に用いる閾値の設定が適切でないと、過剰に早期に異常検出したり、異常検知が遅れて保守作業が間に合わない恐れがある。

例えば特許文献４（特開平５−５６６２９号公報）に係る技術も動作状況を監視するためのハードウェア回路を別途設ける必要があり、追加コストがかかる欠点がある。特に、詳細な動作状況を確認しようとするほどハードウェア回路を追加する必要がある。また、推定モデルを用いて寿命判定を行うため、推定モデルが的確でないと、判定した寿命が到来するよりも前に電源に異常が発生してしまい、当該電源が組み込まれている機器やシステム全体の動作が突然停止するといった事態が発生し得る。

また、特許文献１（特表平１１−５１０９３２号公報）は、ＰＩＤ制御器の制御パラメータを自動調整するアルゴリズムを開示するものの、事前保守のためにディジタル制御電源装置の異常発生を事前に検知する技術については開示していない。

ディジタル制御電源装置の異常が実際に発生する前に当該ディジタル制御電源装置に対する保守作業を行うことができる時間を確保するために、近いうちに異常が発生する可能性があることを事前に作業者が知ることができれば、安定した直流出力電圧を維持できるというディジタル制御電源装置の性能を十二分に生かすことができる。特に、製造機械、セル制御装置および生産管理装置からなる生産管理システムでは、各機器に組み込まれたディジタル制御電源装置の故障は、システム全体に甚大な影響を及ぼし、工場の生産性が著しく低下することから、ディジタル制御電源装置に対する予防保全（事前保守）の重要度は高い。

従って本発明の目的は、上記問題に鑑み、異常発生前に保守を促す事前通知を確実に行うことができる、低コストのディジタル制御電源装置およびこれを備える生産管理システムを提供することにある。

上記目的を実現するために、本発明の第１の態様においては、ディジタル制御電源装置は、受信したゲート信号に応じてオンオフ駆動されることで、所定の入力電圧を変換して変換済電圧を出力するスイッチング素子と、スイッチング素子から出力された変換済電圧を平滑化して、電源電圧として出力する平滑回路と、平滑回路から出力された電源電圧をアナログディジタル変換して電源電圧ディジタルデータを出力するアナログディジタル変換器と、設定値とアナログディジタル変換器から出力された電源電圧ディジタルデータとの偏差に対してＰＩＤ制御演算を行うＰＩＤ制御器と、ＰＩＤ制御器の演算結果に基づいて、スイッチング素子をオンオフ駆動するためのゲート信号を生成するスイッチング駆動回路と、電源電圧ディジタルデータが示すサンプリング毎の変動履歴に基づいて、ＰＩＤ制御器によるＰＩＤ制御演算で用いられる制御パラメータを動的に自動調整する制御パラメータ調整器と、ＰＩＤ制御器によるＰＩＤ制御演算で用いられた制御パラメータを出力する制御パラメータ出力部と、を備える。

また、本発明の第２の態様においては、ディジタル制御電源装置は、上述の第１の態様における構成要素に加えて、制御パラメータ出力部から出力された制御パラメータが、予め設定された異常判定条件を満たすか否かを判定する制御パラメータ判定部と、制御パラメータ判定部が異常判定条件を満たすと判定した場合、事前保守アラームを出力するアラーム出力部と、をさらに備える。

生産管理システムは、第１の態様によるディジタル制御電源装置を有する製造機械を複数含んで構築されている製造セルと相互通信可能に接続され、各製造機械を制御するセル制御装置と、セル制御装置と相互通信可能に接続され、セル制御装置に生産計画を指示する生産管理装置と、を備え、各製造機械、セル制御装置および生産管理装置のうちの少なくともいずれかが、制御パラメータ出力部から出力された制御パラメータが、予め設定された異常判定条件を満たすか否かを判定する制御パラメータ判定部と、制御パラメータ判定部が異常判定条件を満たすと判定した場合、事前保守アラームを出力するアラーム出力部と、を有してもよい。

また、生産管理システムは、製造セルを構築している複数の製造機械と相互通信可能に接続され、第１の態様によるディジタル制御電源装置を有し、各製造機械を制御するセル制御装置と、セル制御装置と相互通信可能に接続され、セル制御装置に生産計画を指示する生産管理装置と、を備え、生産管理装置は、制御パラメータ出力部から出力された制御パラメータが、予め設定された異常判定条件を満たすか否かを判定する制御パラメータ判定部と、制御パラメータ判定部が異常判定条件を満たすと判定した場合、事前保守アラームを出力するアラーム出力部と、を有してもよい。

また、生産管理システムは、製造セルを構築している複数の製造機械と相互通信可能に接続され、各製造機械を制御するセル制御装置と、セル制御装置と相互通信可能に接続され、セル制御装置に生産計画を指示する生産管理装置と、を備え、セル制御装置および生産管理装置のうちの少なくともいずれかが、第２の態様によるディジタル制御電源装置を有してもよい。

本発明によれば、異常発生前に保守を促す事前通知を確実に行うことができる、低コストのディジタル制御電源装置およびこれを備える生産管理システムを実現することができる。

本発明によれば、安定した直流電圧出力のための自動調整機能を有するディジタル制御電源装置内に設けられたＰＩＤ制御器における制御パラメータ（比例ゲイン、微分ゲイン、および積分ゲイン）の変化を監視し、その変化に基づいて、ディジタル制御電源装置の異常発生の可能性を検知し、異常発生が予測される場合は、作業者にその旨通知するために事前保守アラームを出力するので、ディジタル制御電源装置の異常が実際に発生する前に当該ディジタル制御電源装置に対する保守作業を行うことができる時間を確実に確保することができ、また、当該保守直前まで、安定した直流出力電圧を維持できるというディジタル制御電源装置の性能を享受することができる。また、ＰＩＤ制御器における制御パラメータ（比例ゲイン、微分ゲイン、および積分ゲイン）の変化に基づいて異常発生を事前に予測するので、ハードウェア回路追加も不要であり、低コストである。

本発明の第１の実施形態によるディジタル制御電源装置のブロック図である。 ＰＩＤ制御器および制御パラメータ調整器の動作を説明するブロック図である。 ディジタル制御電源装置内に設けられたＰＩＤ制御器における制御パラメータの変化を例示する図である。 本発明の第２の実施形態によるディジタル制御電源装置のブロック図である。 第２の実施形態によるディジタル制御電源装置を製造機械における電源として備える生産管理システムを示すブロック図である。 第１の実施形態によるディジタル制御電源装置を製造機械における電源として備える生産管理システムを示すブロック図（その１）である。 第１の実施形態によるディジタル制御電源装置を製造機械における電源として備える生産管理システムを示すブロック図（その２）である。 第１の実施形態によるディジタル制御電源装置をセル制御装置における電源として備える生産管理システムを示すブロック図である。 第２の実施形態によるディジタル制御電源装置をセル制御装置における電源として備える生産管理システムを示すブロック図である。 第２の実施形態によるディジタル制御電源装置を生産管理装置における電源として備える生産管理システムを示すブロック図である。 第２の実施形態によるディジタル制御電源装置をセル制御装置および生産管理装置における電源として備える生産管理システムを示すブロック図である。 一般的な自動調整機能を有する電圧ディジタル制御電源装置を示す図である。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。以下の図面において、同様の部材には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これらの図面は縮尺を適宜変更している。また、図面に示される形態は本発明を実施するための一つの例であり、本発明は図示された形態に限定されるものではない。

図１は、本発明の第１の実施形態によるディジタル制御電源装置のブロック図である。以降、異なる図面において同じ参照符号が付されたものは同じ機能を有する構成要素であることを意味するものとする。

本発明の第１の実施形態によるディジタル制御電源装置１は、スイッチング素子１１と、平滑回路１２と、アナログディジタル変換器１３と、ＰＩＤ制御器１４と、スイッチング駆動回路１５と、制御パラメータ調整器１６と、制御パラメータ出力部１７と、を備える。ＰＩＤ制御器１４と、制御パラメータ調整器１６と、制御パラメータ出力部１７とは、ディジタル制御部３１内に構成される。ディジタル制御部３１は、例えばＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ：特定用途向け集積回路）やマイクロコントローラなどで実現される。

スイッチング素子１１は、例えばＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：電界効果トランジスタ）であり、受信したゲート信号に応じてオンオフ駆動されることで、所定の入力電圧Ｖ_inを変換して変換済電圧（例えばＰＷＭ変調された電圧）を出力する。

平滑回路１２は、スイッチング素子１１から出力された変換済電圧を平滑化して、電源電圧として出力するものであり、チョークコイルＬと出力コンデンサＣ_outとからなる。この平滑回路１２から出力される電圧が、ディジタル制御電源装置１からの直流電源電圧Ｖ_outとして出力され、ディジタル制御電源装置１に接続された負荷（図示せず）に印加される。また、ディジタル制御電源装置１から出力された電源電圧Ｖ_outは、直流電圧出力の自動調整のためにディジタル制御部３１にフィードバックされる。

アナログディジタル変換器１３は、平滑回路１２から出力された電源電圧をアナログディジタル変換して電源電圧ディジタルデータを出力する。アナログディジタル変換器１３から出力された電源電圧ディジタルデータはディジタル制御部３１に入力される。

制御パラメータ調整器１６は、電源電圧ディジタルデータが示すサンプリング毎の変動履歴に基づいて、ＰＩＤ制御器によるＰＩＤ制御演算で用いられる制御パラメータを動的に自動調整する。

ＰＩＤ制御器１４は、予め規定された設定値とアナログディジタル変換器１３から出力された電源電圧ディジタルデータとの偏差に対してＰＩＤ制御演算を行う。ここで、「予め規定された設定値」とは、ディジタル制御電源装置１がその機能として出力することが求められる電源電圧Ｖ_outを出力することができるよう、設定されるものである。ＰＩＤ制御器１４によるＰＩＤ制御演算は、制御パラメータ調整器１６によって調整された制御パラメータ（比例ゲインＫ_p、微分ゲインＫ_d、積分ゲインＫ_i）を用いて行われる。

スイッチング駆動回路１５は、ＰＩＤ制御器１４の演算結果に基づいて、スイッチング素子１１をオンオフ駆動するためのゲート信号を生成し、スイッチング素子１１のゲートへ出力する。

制御パラメータ出力部１７は、ＰＩＤ制御器１４によるＰＩＤ制御演算で用いられた制御パラメータである比例ゲインＫ_p、微分ゲインＫ_d、および積分ゲインＫ_iを出力する。

図２は、ＰＩＤ制御器および制御パラメータ調整器の動作を説明するブロック図である。ここで、図１におけるスイッチング駆動回路１５、スイッチング素子１１、平滑回路１２およびアナログディジタル変換器１３を、図２ではまとめて制御対象２０として表す。制御対象２０からの出力値は、平滑回路１２から出力される電圧、すなわちディジタル制御電源装置１からの直流電源電圧Ｖ_outである。また、図１における「予め規定された設定値」は、図２では「目標値」として表記され、目標値と出力値との偏差が、ＰＩＤ制御器１４への入力値ｅ（ｔ）となる。ＰＩＤ制御器１４は、式１に従って、入力値ｅ（ｔ）に対するＰＩＤ制御演算に対して操作量ｕ（ｔ）を出力する。比例ゲインＫ_p、微分ゲインＫ_d、および積分ゲインＫ_iは制御パラメータ調整器１６によって調整され、設定されたものが用いられる。

制御パラメータ調整器１６は、電源電圧ディジタルデータが示すサンプリング毎の変動履歴に基づいて、ＰＩＤ制御器１４によるＰＩＤ制御演算で用いられる制御パラメータである比例ゲインＫ_p、微分ゲインＫ_d、および積分ゲインＫ_iを動的に自動調整する。制御パラメータ調整器１６による制御パラメータの調整に用いられるアルゴリズムは本発明を特に限定するものではなく、公知の制御パラメータ調整アルゴリズムを用いればよい。各種ノイズの影響や内部のアナログ回路の経年変化、あるいは、ディジタル制御電源装置１に接続される負荷の状況など、種々の原因により、ディジタル制御電源装置１から出力される電源電圧Ｖ_outに変動が生じ得るが、制御パラメータ調整器１６は、ＰＩＤ制御器１４のＰＩＤ制御演算で用いられる制御パラメータである比例ゲインＫ_p、微分ゲインＫ_d、および積分ゲインＫ_iをリアルタイムに調整することにより、ディジタル制御電源装置１から出力される電源電圧Ｖ_outが安定した直流電圧出力を維持できるようにする。

制御パラメータ調整器１６によって調整され、ＰＩＤ制御器１４によってＰＩＤ制御演算に用いられた制御パラメータである比例ゲインＫ_p、微分ゲインＫ_d、および積分ゲインＫ_iは、制御パラメータ出力部１７によって外部に出力される。

本発明では、制御パラメータ出力部１７によって出力された制御パラメータの変化を監視し、その変化に基づいて、ディジタル制御電源装置１の異常発生の可能性を検知し、異常発生の可能性がある場合は、作業者にその旨通知するために事前保守アラームを出力する。

特に、本発明の第１の実施形態では、制御パラメータの変化に基づくディジタル制御電源装置１の異常発生の可能性の検知処理およびアラーム出力処理を、ディジタル制御電源装置１の外部装置（図示せず）にて行う。このため、制御パラメータ出力部１７から出力された制御パラメータが、予め設定された異常判定条件を満たすか否かを判定する制御パラメータ判定部と、この制御パラメータ判定部が異常判定条件を満たすと判定した場合、事前保守アラームを出力するアラーム出力部とを、当該外部装置に設ける。この外部装置として、ディジタル制御電源装置１が組み込まれる機器が有する演算処理装置を用いればよい。

図３は、ディジタル制御電源装置内に設けられたＰＩＤ制御器における制御パラメータの変化を例示する図である。制御パラメータ調整器１６により、各種ノイズの影響や内部のアナログ回路の経年変化、あるいは、ディジタル制御電源装置１に接続される負荷の状況など、種々の環境変化があっても、ＰＩＤ制御器１４の制御パラメータである比例ゲインＫ_p、微分ゲインＫ_d、および積分ゲインＫ_iは適宜調整されるが、例えばアナログ回路において将来的には故障につながる大幅な劣化があると、ＰＩＤ制御器１４により調整される制御パラメータは大きく変化する。そこで、ＰＩＤ制御器１４により調整される制御パラメータを常に監視し、制御パラメータが大きく変化した場合、近い将来に異常（故障）が発生し得ると判断し、この時点で、作業者に保守を促す事前通知として、事前保守アラームを出力するようにする。例えば図３では、時刻Ｔ₁で制御パラメータが大きく変化するので、この時点で近い将来に異常（故障）が発生し得ると判断して、作業者に保守を促す事前通知として事前保守アラームを出力する。

ここで、監視すべき制御パラメータは、比例ゲインＫ_p、微分ゲインＫ_d、および積分ゲインＫ_iのいずれでもよいが、特に微分ゲインＫ_dに種々の環境変化に伴う値の変動が大きく表れるので、微分ゲインＫ_dを異常判定処理に用いるのが好ましい。またあるいは、式２に示すように、比例ゲインＫ_p、微分ゲインＫ_d、および積分ゲインＫ_iに対して「ａ＜ｂ≦ｃ」または「ａ＜ｃ≦ｂ」となる重み付けして得られる関数ｆ（Ｋ_p、Ｋ_d、Ｋ_i）を用いてもよい。

ディジタル制御電源装置１の外部に設けられた制御パラメータ判定部は、制御パラメータ出力部１７から出力された制御パラメータ（式２で重み付けされた関数を含む）が、予め設定された異常判定条件を満たすか否かを判定する。異常判定条件を満たすか否かの判定は、例えば、制御パラメータ（式２で重み付けされた関数を含む）が所定の閾値（絶対値）を超えたか否かに基づいて行えばよい。この場合、制御パラメータ（式２で重み付けされた関数を含む）が所定の閾値（絶対値）を超えたと判定された場合が、「異常判定条件を満たす」場合となる。またあるいは、異常判定条件を満たすか否かの判定を、例えば、制御パラメータ（式２で重み付けされた関数を含む）の相対的な変化量が、所定の範囲を超えたか否かで行ってもよい。変化量の算出は、時間、日、月、あるいは年で区切られる期間ごとに行えばよい。この場合、制御パラメータ（式２で重み付けされた関数を含む）の変化量が所定の範囲（絶対値）を超えたと判定された場合が、「異常判定条件を満たす」場合となる。異常判定条件を満たすと判定されると、ディジタル制御電源装置１の外部に設けられたアラーム出力部は、事前保守アラームを出力する。この事前保守アラームは、各種ディスプレイ装置における表示や、各種音響機器による警報音やブザーに連動させるのがより好ましく、これにより、作業者は容易に、ディジタル制御電源装置を保守すべき時期が到来したことを、実際の異常発生前に、知ることができる。

続いて、本発明の第２の実施形態について説明する。上述の第１の実施形態では、ＰＩＤ制御器の制御パラメータの変化に基づくディジタル制御電源装置の異常発生の可能性の検知処理およびアラーム出力処理を、ディジタル制御電源装置の外部装置にて行ったが、本発明の第２の実施形態は、これらの処理を、ディジタル制御電源装置内のディジタル制御部で実行するようにする。

図４は、本発明の第２の実施形態によるディジタル制御電源装置のブロック図である。本発明の第２の実施形態によるディジタル制御電源装置２は、図１〜図３を参照して説明した第１の実施形態によるディジタル制御電源装置１内のディジタル制御部３１に、制御パラメータ判定部２１およびアラーム出力部２２をさらに設けて、これをディジタル制御部３２として構成したものである。制御パラメータ判定部２１は、制御パラメータ出力部１７から出力された制御パラメータが、予め設定された異常判定条件を満たすか否かを判定する。アラーム出力部２２は、制御パラメータ判定部２１が異常判定条件を満たすと判定した場合、事前保守アラームを出力する。制御パラメータ判定部２１およびアラーム出力部２２の各処理は、上述の第１の実施形態においてディジタル制御電源装置１の外部装置の処理として説明したものがそのまま適用される。アラーム出力部２２によって出力される事前保守アラームは、各種ディスプレイ装置における表示や、各種音響機器による警報音やブザーに連動させるのがより好ましく、これにより、作業者は容易に、ディジタル制御電源装置を保守すべき時期が到来したことを、実際の異常発生前に、知ることができる。なお、制御パラメータ判定部２１およびアラーム出力部２２以外の回路構成要素については図１に示す回路構成要素と同様であるので、同一の回路構成要素には同一符号を付して当該回路構成要素についての詳細な説明は省略する。

続いて、上述した第１の実施形態によるディジタル制御電源装置１または第２の実施形態によるディジタル制御電源装置２を、製造セルを構築している複数の製造機械と相互通信可能に接続され、各製造機械を制御するセル制御装置と、セル制御装置と相互通信可能に接続され、セル制御装置に生産計画を指示する生産管理装置を備える生産管理システムに適用した場合について説明する。以下で説明する図５〜図１１の生産管理システムにおける製造機械およびセル制御装置の各個数は一例であり、その他の個数であってもよい。

製造機械の例としては、ＮＣ工作機械、射出成形機、アーク溶接などの産業用ロボット、ＰＬＣ、搬送機、計測器、試験装置、プレス機、圧入器、印刷機、ダイカストマシン、食品機械、包装機、溶接機、洗浄機、塗装機、組立装置、実装機、木工機械、シーリング装置、または切断機などがあるが、製造機械の種類自体は本発明を特に限定するものではない。

製造セルは、製品を製造する複数の製造機械をフレキシブルに組合せた集合である。製造セルは、例えば各種工作機械やロボットといった複数個もしくは複数種類の製造機械により構築されているが、製造セルにおける製造機械の個数は限定されない。例えば、製造セルは、あるワークが複数の製造機械により順次に処理されることによって最終的な製品となる製造ラインでありうる。また例えば、製造セルは、２つ以上の製造機械の各々により処理された２つ以上の工作物（部品）を製造工程の途中で別の製造機械によって組み合せることにより最終的な工作物（製品）を完成させる製造ラインであってもよい。また例えば、２以上の製造セルにより処理された２つ以上の工作物を組み合せることにより、最終的な工作物（製品）を完成させてもよい。製造セルは、製品を製造する工場に配置されている。これに対して、セル制御装置は、製造セルが配置された工場に配置されてもよく、あるいは工場とは異なる建屋に配置されてもよい。例えば、セル制御装置は、製造セルが配置された工場の敷地にある別の建屋に配置されていてもよい。

セル制御装置の上位には生産管理装置が設けられる。生産管理装置は、セル制御装置と相互通信可能に接続され、セル制御装置に生産計画を指示する。生産管理装置は、例えば、工場から遠隔地にある事務所に配置されていてもよい。この場合には、セル制御装置と生産管理装置とは、例えばインターネットのネットワークを介して通信可能に相互接続される。

図５は、第２の実施形態によるディジタル制御電源装置を製造機械における電源として備える生産管理システムを示すブロック図である。生産管理システム１０００は、複数の製造機械４０Ａ−１〜４０Ａ−３、４０Ｂ−１〜４０Ｂ−３および４０Ｃ−１〜４０Ｃ−３と、各製造機械４０Ａ−１〜４０Ａ−３、４０Ｂ−１〜４０Ｂ−３および４０Ｃ−１〜４０Ｃ−３と相互通信可能に接続され、各製造機械を制御するセル制御装置１００Ａ〜１００Ｃと、セル制御装置１００Ａ〜１００Ｃと相互通信可能に接続され、セル制御装置１００Ａ〜１００Ｃに生産計画を指示する生産管理装置２００と、を備える。

各製造セル５０Ａ〜５０Ｃを構築している複数の製造機械４０Ａ−１〜４０Ａ−３、４０Ｂ−１〜４０Ｂ−３および４０Ｃ−１〜４０Ｃ−３は、それぞれ、図４を参照して説明した第２の実施形態におけるディジタル制御電源装置２を備える。ディジタル制御電源装置２のディジタル制御部３２は、各製造機械４０Ａ−１〜４０Ａ−３、４０Ｂ−１〜４０Ｂ−３および４０Ｃ−１〜４０Ｃ−３内のＣＰＵやＬＳＩ内に構成される。ディジタル制御電源装置２内のアラーム出力部２２から出力された事前保守アラームは、各セル制御装置１００Ａ〜１００Ｃを通じて生産管理装置２００へ送られる。生産管理装置２００は、受信した事前保守アラームに基づいて、各種ディスプレイ装置に表示させ、あるいは各種音響機器にて警報音やブザーを発生させる。工場で働く作業者は容易に、ディジタル制御電源装置２を保守すべき時期が到来したことを、実際の異常発生前に、知ることができる。また、生産管理装置２００は、受信した事前保守アラームを、生産計画の立案に利用してもよい。

図６および図７は、第１の実施形態によるディジタル制御電源装置を製造機械における電源として備える生産管理システムを示すブロック図である。図６および図７において、各製造セル５０Ａ〜５０Ｃを構築している複数の製造機械４０Ａ−１〜４０Ａ−３、４０Ｂ−１〜４０Ｂ−３および４０Ｃ−１〜４０Ｃ−３は、それぞれ、図１〜図３を参照して説明した第１の実施形態におけるディジタル制御電源装置１を備える。ディジタル制御電源装置１のディジタル制御部３１は、各製造機械４０Ａ−１〜４０Ａ−３、４０Ｂ−１〜４０Ｂ−３および４０Ｃ−１〜４０Ｃ−３内のＣＰＵやＬＳＩ内に構成される。

図６に示す例では、各セル制御装置１００Ａ〜１００Ｃ内のＣＰＵやＬＳＩ内に、制御パラメータ判定部２１およびアラーム出力部２２が設けられる。各セル制御装置１００Ａ〜１００Ｃ内の制御パラメータ判定部２１は、各製造機械４０Ａ−１〜４０Ａ−３、４０Ｂ−１〜４０Ｂ−３および４０Ｃ−１〜４０Ｃ−３内の制御パラメータ出力部１７から出力された制御パラメータが、予め設定された異常判定条件を満たすか否かを判定する。アラーム出力部２２は、制御パラメータ判定部２１が異常判定条件を満たすと判定した場合、事前保守アラームを生産管理システム２００へ出力する。

また、図７に示す例では、生産管理装置２００内のＣＰＵやＬＳＩ内に、制御パラメータ判定部２１およびアラーム出力部２２が設けられる。生産管理装置２００内の制御パラメータ判定部２１は、各製造機械４０Ａ−１〜４０Ａ−３、４０Ｂ−１〜４０Ｂ−３および４０Ｃ−１〜４０Ｃ−３内の制御パラメータ出力部１７から出力されかつ各セル制御装置１００Ａ〜１００Ｃを通じて受信した制御パラメータが、予め設定された異常判定条件を満たすか否かを判定する。アラーム出力部２２は、制御パラメータ判定部２１が異常判定条件を満たすと判定した場合、事前保守アラームを出力する。

図６および図７に示す例ともに、生産管理装置２００は、事前保守アラームに基づいて、各種ディスプレイ装置に表示させ、あるいは各種音響機器にて警報音やブザーを発生させる。工場で働く作業者は容易に、ディジタル制御電源装置１を保守すべき時期が到来したことを、実際の異常発生前に、知ることができる。また、生産管理装置２００は、受信した事前保守アラームを、生産計画の立案に利用してもよい。

図８は、第１の実施形態によるディジタル制御電源装置をセル制御装置における電源として備える生産管理システムを示すブロック図である。セル制御装置１００Ａ〜１００Ｃは、それぞれ、図１〜図３を参照して説明した第１の実施形態におけるディジタル制御電源装置１を備える。ディジタル制御電源装置１のディジタル制御部３１は、各セル制御装置１００Ａ〜１００Ｃ内のＣＰＵやＬＳＩ内に構成される。生産管理装置２００内のＣＰＵやＬＳＩ内には、制御パラメータ判定部２１およびアラーム出力部２２が設けられる。生産管理装置２００内の制御パラメータ判定部２１は、各セル制御装置１００Ａ〜１００Ｃ内の制御パラメータ出力部１７から出力された制御パラメータが、予め設定された異常判定条件を満たすか否かを判定する。アラーム出力部２２は、制御パラメータ判定部２１が異常判定条件を満たすと判定した場合、事前保守アラームを出力する。生産管理装置２００は、事前保守アラームに基づいて、各種ディスプレイ装置に表示させ、あるいは各種音響機器にて警報音やブザーを発生させる。工場で働く作業者は容易に、ディジタル制御電源装置１を保守すべき時期が到来したことを、実際の異常発生前に、知ることができる。また、生産管理装置２００は、受信した事前保守アラームを、生産計画の立案に利用してもよい。

図９は、第２の実施形態によるディジタル制御電源装置をセル制御装置における電源として備える生産管理システムを示すブロック図である。セル制御装置１００Ａ〜１００Ｃは、それぞれ、図４を参照して説明した第２の実施形態におけるディジタル制御電源装置２を備える。ディジタル制御電源装置２のディジタル制御部３２は、セル制御装置１００Ａ〜１００Ｃ内のＣＰＵやＬＳＩ内に構成される。ディジタル制御電源装置２内のアラーム出力部２２から出力された事前保守アラームは、生産管理装置２００へ送られる。生産管理装置２００は、受信した事前保守アラームに基づいて、各種ディスプレイ装置に表示させ、あるいは各種音響機器にて警報音やブザーを発生させる。工場で働く作業者は容易に、ディジタル制御電源装置２を保守すべき時期が到来したことを、実際の異常発生前に、知ることができる。また、生産管理装置２００は、受信した事前保守アラームを、生産計画の立案に利用してもよい。

図１０は、第２の実施形態によるディジタル制御電源装置を生産管理装置における電源として備える生産管理システムを示すブロック図である。生産管理装置２００は、図４を参照して説明した第２の実施形態におけるディジタル制御電源装置２を備える。ディジタル制御電源装置２のディジタル制御部３２は、生産管理装置２００内のＣＰＵやＬＳＩ内に構成される。生産管理装置２００は、ディジタル制御電源装置２内のアラーム出力部２２から出力された事前保守アラームに基づいて、各種ディスプレイ装置に表示させ、あるいは各種音響機器にて警報音やブザーを発生させる。工場で働く作業者は容易に、ディジタル制御電源装置２を保守すべき時期が到来したことを、実際の異常発生前に、知ることができる。また、生産管理装置２００は、受信した事前保守アラームを、生産計画の立案に利用してもよい。

図１１は、第２の実施形態によるディジタル制御電源装置をセル制御装置および生産管理装置における電源として備える生産管理システムを示すブロック図である。セル制御装置１００Ａ〜１００Ｃおよび生産管理装置２００は、それぞれ、図４を参照して説明した第２の実施形態におけるディジタル制御電源装置２を備える。ディジタル制御電源装置２のディジタル制御部３２は、セル制御装置１００Ａ〜１００Ｃおよび生産管理装置２００内のＣＰＵやＬＳＩ内に構成される。セル制御装置１００Ａ〜１００Ｃ内の各ディジタル制御電源装置２内のアラーム出力部２２から出力された事前保守アラームは、生産管理装置２００へ送られる。生産管理装置２００は、セル制御装置１００Ａ〜１００Ｃから受信した事前保守アラームまたは生産管理装置２００自身において出力された事前保守アラームに基づいて、各種ディスプレイ装置に表示させ、あるいは各種音響機器にて警報音やブザーを発生させる。工場で働く作業者は容易に、ディジタル制御電源装置２を保守すべき時期が到来したことを、実際の異常発生前に、知ることができる。また、生産管理装置２００は、受信した事前保守アラームを、生産計画の立案に利用してもよい。なお、図１１のさらなる変形例として、製造機械４０Ａ−１〜４０Ａ−３、４０Ｂ−１〜４０Ｂ−３および４０Ｃ−１〜４０Ｃ−３内に、図４を参照して説明した第２の実施形態におけるディジタル制御電源装置２を備えてもよく、この場合は、図５を参照して説明したように、各製造機械４０Ａ−１〜４０Ａ−３、４０Ｂ−１〜４０Ｂ−３および４０Ｃ−１〜４０Ｃ−３から出力された事前保守アラームは、各セル制御装置１００Ａ〜１００Ｃを通じて生産管理装置２００へ送られる。

以上、図５〜図１１を参照して、上述した第１の実施形態によるディジタル制御電源装置１または第２の実施形態によるディジタル制御電源装置２を生産管理システムに適用した場合について説明したが、図示した例以外にも、第１の実施形態によるディジタル制御電源装置１または第２の実施形態によるディジタル制御電源装置２を適宜組み合わせて、各製造機械４０Ａ−１〜４０Ａ−３、４０Ｂ−１〜４０Ｂ−３および４０Ｃ−１〜４０Ｃ−３、セル制御装置１００Ａ〜１００Ｃ、ならびに生産管理装置２００の各電源として用いてもよい。

１、２ ディジタル制御電源装置
１１ スイッチング素子
１２ 平滑回路
１３ アナログディジタル変換器
１４ ＰＩＤ制御器
１５ スイッチング駆動回路
１６ 制御パラメータ調整器
１７ 制御パラメータ出力部
２０ 制御対象
２１ 制御パラメータ判定部
２２ アラーム出力部
３１、３２ ディジタル制御部
４０Ａ−１〜４０Ａ−３ 製造機械
４０Ｂ−１〜４０Ｂ−３ 製造機械
４０Ｃ−１〜４０Ｃ−３ 製造機械
５０Ａ〜５０Ｃ 製造セル
１００Ａ〜１００Ｃ セル制御装置
２００ 生産管理装置
１０００ 生産管理システム

Claims (5)

1. 受信したゲート信号に応じてオンオフ駆動されることで、所定の入力電圧を変換して変換済電圧を出力するスイッチング素子と、
   前記スイッチング素子から出力された前記変換済電圧を平滑化して、電源電圧として出力する平滑回路と、
   前記平滑回路から出力された前記電源電圧をアナログディジタル変換して電源電圧ディジタルデータを出力するアナログディジタル変換器と、
   設定値と前記アナログディジタル変換器から出力された電源電圧ディジタルデータとの偏差に対してＰＩＤ制御演算を行うＰＩＤ制御器と、
   前記ＰＩＤ制御器の演算結果に基づいて、前記スイッチング素子をオンオフ駆動するためのゲート信号を生成するスイッチング駆動回路と、
   前記電源電圧ディジタルデータが示すサンプリング毎の変動履歴に基づいて、前記ＰＩＤ制御器によるＰＩＤ制御演算で用いられる制御パラメータを動的に自動調整する制御パラメータ調整器と、
   前記ＰＩＤ制御器によるＰＩＤ制御演算で用いられた前記制御パラメータを出力する制御パラメータ出力部と、
   を備えることを特徴とするディジタル制御電源装置。
2. 前記制御パラメータ出力部から出力された前記制御パラメータが、予め設定された異常判定条件を満たすか否かを判定する制御パラメータ判定部と、
   前記制御パラメータ判定部が前記異常判定条件を満たすと判定した場合、事前保守アラームを出力するアラーム出力部と、
   をさらに備える、請求項１に記載のディジタル制御電源装置。
3. 請求項１に記載のディジタル制御電源装置を有する製造機械を複数含んで構築されている製造セルと相互通信可能に接続され、各前記製造機械を制御するセル制御装置と、
   前記セル制御装置と相互通信可能に接続され、前記セル制御装置に生産計画を指示する生産管理装置と、
   を備え、
   各前記製造機械、前記セル制御装置および前記生産管理装置のうちの少なくともいずれかが、
   前記制御パラメータ出力部から出力された前記制御パラメータが、予め設定された異常判定条件を満たすか否かを判定する制御パラメータ判定部と、
   前記制御パラメータ判定部が前記異常判定条件を満たすと判定した場合、事前保守アラームを出力するアラーム出力部と、
   を有することを特徴とする生産管理システム。
4. 製造セルを構築している複数の製造機械と相互通信可能に接続され、請求項１に記載のディジタル制御電源装置を有し、各前記製造機械を制御するセル制御装置と、
   前記セル制御装置と相互通信可能に接続され、前記セル制御装置に生産計画を指示する生産管理装置と、
   を備え、
   前記生産管理装置は、
   前記制御パラメータ出力部から出力された前記制御パラメータが、予め設定された異常判定条件を満たすか否かを判定する制御パラメータ判定部と、
   前記制御パラメータ判定部が前記異常判定条件を満たすと判定した場合、事前保守アラームを出力するアラーム出力部と、
   を有することを特徴とする生産管理システム。
5. 製造セルを構築している複数の製造機械と相互通信可能に接続され、各前記製造機械を制御するセル制御装置と、
   前記セル制御装置と相互通信可能に接続され、前記セル制御装置に生産計画を指示する生産管理装置と、
   を備え、
   前記セル制御装置および前記生産管理装置のうちの少なくともいずれかが、請求項２に記載のディジタル制御電源装置を有することを特徴とする生産管理システム。

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