JP2021035097A - Power conversion device, motor control system, and motor control program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力変換装置、モータ制御システム及びモータ制御プログラムに関する。 The present invention relates to a power converter, a motor control system and a motor control program.
市場の省エネ要求の高まりに伴い、動力源として多く用いられるモータの運転状態に合わせて最適な回転速度、モータ出力などを調整する機能を有する電力変換装置の併用が一般的になっている。電力変換装置は、例えば工作機械、ロボットなどに設けられるものだけでなく、コントローラによって制御されるサーボ、インバータなどがある。また、電力変換装置は、ネットワークに接続されずに、ファン、ポンプ、空調などの制御に利用される場合がある。このような電力変換装置を、センサや押釦スイッチなどと連動して動かす場合、シーケンスを組む必要がある。スイッチ、コンタクタ、ランプ、AC200(Alternating Current)V対応のセンサ、動力などを組み合わせて、複数の機器同士を連動して動かすシーケンス回路を制御盤で組むことが、一般的に行われる。しかしながら、ON/OFFといった比較的単純な動きでカバーできるものでなければならず、複雑なフィードバック制御や複数のセンサを複数の条件に組み合わせて、電力変換装置に任意の動作を行わせるには、PLC(Programmable Logic Controller)、モーションコントローラなどの機器が電力変換装置の外部に必要となる。 With the increasing demand for energy saving in the market, it is common to use a power converter having a function of adjusting the optimum rotation speed, motor output, etc. according to the operating state of a motor often used as a power source. The power conversion device includes not only those provided in machine tools and robots, but also servos and inverters controlled by a controller. Further, the power converter may be used for controlling a fan, a pump, an air conditioner, etc. without being connected to a network. When operating such a power conversion device in conjunction with a sensor, a push button switch, or the like, it is necessary to form a sequence. It is common practice to combine switches, contactors, lamps, AC200 (Alternating Current) V-compatible sensors, power, etc. to form a sequence circuit that moves a plurality of devices in conjunction with each other on a control panel. However, it must be able to be covered by a relatively simple movement such as ON / OFF, and in order to combine complicated feedback control and a plurality of sensors with a plurality of conditions and cause the power converter to perform an arbitrary operation, it is necessary. Equipment such as a PLC (Programmable Logical Controller) and a motion controller is required outside the power conversion device.
これらの機器は、複雑な組み合わせ条件をソフトウェアで組み、シーケンス処理の所望の動作を実現しており、多くの機械装置で利用されている。このため、シーケンス回路で組むには複雑である一方で、PLCを用いるほど複雑ではない用途においては、外部のPLCを利用すると機能が過剰になり、機器の接地面積、機器の導入コストもかさむという課題があった。 These devices are used in many mechanical devices because they realize the desired operation of sequence processing by combining complicated combination conditions with software. For this reason, while it is complicated to assemble with a sequence circuit, in applications that are not as complicated as using a PLC, using an external PLC results in excessive functions, which increases the grounding area of the equipment and the introduction cost of the equipment. There was a challenge.
このような課題に対して、非特許文献1には、PLCに近い機能(簡易PLC機能)を有する電力変換装置が開示されている。簡易PLC機能によれば、ユーザの機械装置に必要な制御、ユーザ所望の用途に必要となる制御などをカスタマイズできる。
In response to such a problem,
しかしながら、電力変換装置を用いた制御盤などを設計するユーザは、ソフトウェアの専門家ではないことが多いため、簡易PLC機能を自在に扱うことが容易ではない。従って、ユーザ所望の動作を実現できない場合があるという課題があった。 However, since users who design control panels and the like using a power conversion device are often not experts in software, it is not easy to freely handle the simple PLC function. Therefore, there is a problem that the operation desired by the user may not be realized.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ユーザ所望の動作を実現できる電力変換装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a power conversion device capable of realizing an operation desired by a user.
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明に係る電力変換装置は、モータへ電力を供給する電力変換装置であって、前記モータを制御するモータ制御部と、シーケンスプログラムに従い前記モータ制御部の制御を行うPLC部と、前記電力変換装置の外部コンピュータとの間で情報の伝送を行う通信部と、を備え、前記モータの運転状態を含む電力変換装置で収集される情報に基づいて、前記外部コンピュータで生成されるシーケンスプログラムを、前記通信部を介して入力し、入力した前記シーケンスプログラムに従い前記モータ制御部の動作指令を生成する。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the power conversion device according to the present invention is a power conversion device that supplies power to a motor, and is a motor control unit that controls the motor and the motor according to a sequence program. It includes a PLC unit that controls the control unit and a communication unit that transmits information between the external computer of the power conversion device, and is based on the information collected by the power conversion device including the operating state of the motor. Then, the sequence program generated by the external computer is input via the communication unit, and the operation command of the motor control unit is generated according to the input sequence program.
本発明によれば、ユーザ所望の動作を実現できる、という効果を奏する。 According to the present invention, there is an effect that the operation desired by the user can be realized.
以下に、本発明の実施の形態に係る電力変換装置、モータ制御システム及びモータ制御プログラムを図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Hereinafter, the power conversion device, the motor control system, and the motor control program according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to this embodiment.
実施の形態
図1は本発明の実施の形態に係る電力変換装置を有するモータ制御システムの構成図である。図2はクラウドサーバの仮想化環境を説明するための図である。図3はモータ制御部の構成例を示す図である。
Embodiment FIG. 1 is a block diagram of a motor control system having a power conversion device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram for explaining a virtual environment of a cloud server. FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of the motor control unit.
図1に示すモータ制御システム300は、クラウドサーバ100及び電力変換装置200を備える。
The
クラウドサーバ100は、外部通信部1、データ収集部2、データ蓄積部3、データ解析部4、及びプログラム生成部5を備える。
The
クラウドサーバ100は、例えばCPUがメモリに記憶された仮想マシンソフトウェア(仮想化アプリケーション)をインストールすることによって、仮想マシンを稼働させる。仮想マシンソフトウェアは、図2に示すように、ホストOS上で個別のハードウェアをエミュレーションすることで、個別のOSをインストールする。これにより、単一のシステム上で、複数の仮想マシンを互いに独立して実行することが可能になる。なお、Linux(登録商標)などのOSは、カーネルと呼ばれるOSの中枢部がマシンに導入されたアプリケーションなどを制御しているが、カーネル部分を仮想化するソフトウェア技術(Docker(登録商標)等)も存在する。このクラウド環境において、電力変換装置200からのデータを収集するソフトウェア(収集ソフト)、当該データを解析するソフトウェア(解析ソフト)などが構築され、さらに簡易PLC用コード、設定値生成ソフトウェアなどが構築される。この仮想化技術を利用することで、リソースの効率的な活用、ハードウェアの初期投資コストの抑制、省電力及び省スペースなどが実現できる。
The
図1に戻り、外部通信部1は、電力変換装置200との間で情報の伝送を行う通信手段である。外部通信部1は、Ethernet(登録商標)、RS485、Wi−Fi(登録商標)、Bluetooth(登録商標)などの通信規格に準拠した通信回線60に接続される。通信回線60は、インターネット網、携帯電話網などを含む。携帯電話網は、3G(Third Generation)、4G(Fourth Generation)、LTE(Long Term Evolution)、又は5G(Fifth Generation)等の無線通信回線である。本実施の形態では、外部通信部1が少なくともインターネット網を介して電力変換装置200の外部通信部10と接続されているものとする。なお、外部通信部1及び外部通信部10は、物理層の変換、ヘッダ上におけるIPネットワークでのIPアドレスの変更及び切り替えを許容する。
Returning to FIG. 1, the
収集ソフトにより実現される機能であるデータ収集部2は、電力変換装置の外部通信部10を介して、電力変換装置200の情報を入力してデータ蓄積部3に格納する。電力変換装置200の情報は、例えば、電流、電圧、トルク、速度、フィン温度、基板温度、直流中間電圧、運転時間、指令速度、指令トルクなどの値を示す情報である。電力変換装置200の情報は、例えば電力変換装置200内の情報収集部15(センサ及びメモリなどで構成される情報格納部)により収集及び記憶された後、クラウドサーバ100に送信される。
The
電流は、例えば、不図示の整流回路に入力される交流電流、不図示の整流回路から図3のインバータ回路12cに入力される直流電流、インバータ回路12cからモータ7に供給される交流電流などである。モータ7は、電力変換装置200の制御対象機器の一例である。電圧は、例えば、不図示の整流回路に入力される交流電圧、図3のインバータ回路12cからモータ7に供給される交流電圧などである。フィン温度は、例えば、図3のインバータ回路12cなどに設けられる放熱用フィンの温度を検出する温度センサで検出された温度である。基板温度は、例えば、図3のインバータ回路12cなどが実装される基板の周囲温度を検出する温度センサで検出された温度である。直流中間電圧は、不図示の整流回路と図3のインバータ回路12cとの間の直流母線に印加される電圧である。運転時間は、電力変換装置200の電源投入がされた時点からの累積時間である。
The current is, for example, an alternating current input to a rectifier circuit (not shown), a direct current input from the rectifier circuit (not shown) to the
なお、電力変換装置200が、例えば、BLE(Bluetooth Low Energy)通信規格に準拠する通信機器を利用して、電力変換装置200の周囲の温度、湿度、光量などの情報を得ている場合、電力変換装置200の情報には、これらの情報を含めてもよい。
When the
データ解析部4は、解析ソフトにより実現される機能である。データ解析部4の詳細は後述する。プログラム生成部5は、以下の方法でプログラム(又はパラメータ)を生成する。例えば、予め定義されたアプリケーション毎のプログラムに使用するパラメータやテーブルの最適値をデータ解析部4が解析し、プログラム生成部5は、その解析結果を利用してプログラムを生成する。 The data analysis unit 4 is a function realized by analysis software. The details of the data analysis unit 4 will be described later. The program generation unit 5 generates a program (or parameter) by the following method. For example, the data analysis unit 4 analyzes the parameters and the optimum values of the table used for the program for each application defined in advance, and the program generation unit 5 generates a program using the analysis result.
また、別のプログラム生成方法として、操作タイミングなどをトリガに人が速度調整している場合、プログラム生成部5は、そのタイミングの統計を取り、その操作そのものを模擬するプログラムを作成する。例えば、オペレータが、毎朝7時〜8時にモータ7の回転速度を上げて、17時頃にモータ7の回転速度を下げるという操作を行っている場合、プログラム生成部5は、この操作を、時間と回転速度とを対応付けて自動で速度調整を行うプログラムを生成する。 Further, as another program generation method, when a person adjusts the speed by using an operation timing or the like as a trigger, the program generation unit 5 collects statistics on the timing and creates a program that simulates the operation itself. For example, if the operator performs an operation of increasing the rotation speed of the motor 7 every morning from 7:00 to 8:00 and decreasing the rotation speed of the motor 7 around 17:00, the program generation unit 5 performs this operation for a time. Generates a program that automatically adjusts the speed by associating with the rotation speed.
プログラム生成部5で生成されたプログラムは、XML、JSON(JavaScript(登録商標)Object Notation)などのテキスト形式のデータや、アセンブリ言語のレベルに落としたものでも良いし、PCの設定ツールなどを介して変換をしても良い。また当該プログラムは、クラウド側で、直接電力変換装置200が解釈できるインタプリタ等で解釈できるコードにしてセットしても良い。生成されたプログラムは、自動で制御に反映されるのではなく、一旦ユーザに確認するプロセスを踏むが、自動で設定されても良い。生成されたプログラムをユーザが再調整しても良い。
The program generated by the program generation unit 5 may be text format data such as XML or JSON (Javascript (registered trademark) Object Notification), or may be reduced to the level of assembly language, or may be reduced to the level of assembly language, or via a PC setting tool or the like. You may convert it. Further, the program may be set as a code that can be interpreted by an interpreter or the like that can be directly interpreted by the
次に、電力変換装置200の構成について説明する。電力変換装置200は、外部通信部10、指令生成部11、モータ制御部12、簡易PLC部13、プログラム格納部14、及び情報収集部15を備える。なお、電力変換装置200は、これらの機能以外にも、情報を一時的に蓄積するキャッシュ部、外部からの不正アクセスを防止するための管理を行うアクセス監視部などを備えてもよい。
Next, the configuration of the
なお、従来の電力変換装置は、外部からの指令に基づき、モータ7を回転させるための処理を行う機能のみ備え、簡易PLC部13、情報収集部15を備えていない。
The conventional power conversion device has only a function of performing a process for rotating the motor 7 based on an external command, and does not include a
外部通信部10は、通信回線60を介して外部通信部1と情報の送受信を行う通信手段である。外部通信部10は、外部通信部1と同様に構成される。外部通信部10は、例えば、電力変換装置200の近傍に設けられる無線ルータなどを通じて、クラウドサーバ100にデータを送信してもよい。
The
指令生成部11は、例えばモータ7が有する回転子の回転速度を指令する指令速度、モータに所望の回転トルクを発生させる指令トルクなどを生成し、生成したこれらの指令を、図3に示すモータ制御部12のモータ制御回路12aに入力する。モータ制御部12のモータ制御回路12aは、入力した指令に従いPWM信号を生成して駆動信号生成回路12bに入力する。駆動信号生成回路12bは、入力したPWM信号を増幅して駆動信号としてインバータ回路12cに入力する。インバータ回路12cは主回路と呼ばれ、複数のスイッチング素子を備える。駆動信号に従って複数のスイッチ素子がオンオフ動作を繰り返すことで、インバータ回路12cに入力される直流電圧が交流電圧に変換され、モータ7に入力される。
The command generation unit 11 generates, for example, a command speed for commanding the rotation speed of the rotor of the motor 7, a command torque for generating a desired rotation torque in the motor, and the generated commands for the motor shown in FIG. Input to the
図1に戻り、プログラム格納部14は、データを一時的に格納するRAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ、EEPROM(Electrically Erasable and Programmable ROM:登録商標)、FRAM(Ferroelectric RAM:登録商標)などのメモリで構成される。またプログラム格納部14は、例えば光式記憶媒体や磁気記憶媒体でも良い。プログラム格納部14には、例えば、クラウドサーバ100のプログラム生成部5で生成されたシーケンスプログラム、最適なテンプレートの選定結果を示す情報などが格納される。シーケンスプログラムは、特定の処理を実施する最小単位の命令を複数組み合わせて構成される。命令は、実行条件と呼ばれる属性を持ち、実行条件と、直前の命令に対し何らかの計算を実施する論理式の結果とにより、命令の実行要否が判断される。
Returning to FIG. 1, the
簡易PLC部13は、前述した簡易PLC機能を有する装置である。簡易PLC部13は、プログラム格納部14に格納されたシーケンスプログラムを元に、電力変換装置200内の各種センサで収集された情報などを入力して、モータ7の最適な運転を提供するように指令速度、指令トルクなどの信号を出力して、モータ制御部12に指令する。なお、図1では、簡易PLC部13が指令生成部11に接続されているが、電力変換装置200では、簡易PLC部13が主体となってモータ制御部12を制御するため、簡易PLC部13の出力はモータ制御部12に入力される。簡易PLC部13は、例えば、シーケンスプログラムを一時格納するプログラム格納部と、プログラム格納部から読み出されたシーケンスプログラムを実行する機能部であるプログラム実行部と、シーケンスプログラムによる演算処理にて扱われる演算データを格納するデータ格納部などを備える。
The
情報収集部15は、例えば前述した電力変換装置200の情報などを収集する。情報収集部15は、電力変換装置200の情報以外にも、例えば、ユーザに設定される用途に関する情報、所定のテンプレートの情報、設定内容の情報などを収集してもよい。用途に関する情報は、例えば巻き上げ、巻取り、ポンプ駆動、ファン駆動、搬送などの電力変換装置200の用途を示す情報である。
The
次にモータ制御システム300の動作を説明する。図4はモータ制御システムの診断動作を説明するための図である。
Next, the operation of the
ステップS1において、電源が投入されることで電力変換装置200が起動すると、ステップS2において、電力変換装置200のクラウドサーバ100への接続が開始される。
When the
ステップS3において、接続が完了していない場合(ステップS3,No)、ステップS4において、電力変換装置200の単独での運転が行われ、その後ステップS9の処理が行われる。
If the connection is not completed in step S3 (steps S3 and No), the
ステップS3において、接続が完了した場合(ステップS3,Yes)、ステップS5において、電力変換装置200からクラウドサーバ100へのデータ送信が行われる。具体的には、例えば、ユーザが電力変換装置200の用途を簡易PLC部13の不図示の入力部(タッチパネルなどのユーザインターフェイス)に設定すると、この設定内容(例えばポンプ駆動)を示す情報、情報収集部15で収集された電力変換装置200の情報、所定のテンプレートの情報などが、クラウドサーバ100に送信される。
When the connection is completed in step S3 (steps S3 and Yes), data transmission from the
ステップS6において、電力変換装置200の情報などがクラウドサーバ100内のデータ蓄積部3に蓄積される。そして、蓄積された情報に基づきプログラム生成部5が、簡易PLC部13の動作に必要なプログラムの生成、最適なテンプレートの選定、設定値、他のテンプレートへの変更などを行う。ステップS6の処理動作の詳細は後述する。
In step S6, information of the
ステップS7において、プログラム生成部5で生成されたプログラムなどの情報が電力変換装置200に送信されて、電力変換装置200のプログラム格納部14に書き込まれる。
In step S7, information such as a program generated by the program generation unit 5 is transmitted to the
プログラム格納部14への書き込みが完了していない場合(ステップS7,No)、ステップS5以降の処理が繰り返される。
If the writing to the
プログラム格納部14への書き込みが完了した場合(ステップS7,Yes)、ステップS8において、簡易PLC部13は、プログラム格納部14に書き込まれた情報、例えばモータ7の制御に最適なテンプレートなどの選定を、ユーザに提案する。ユーザへの提案は、簡易PLC部13が備えるタッチパネルなどに、例えば文字情報で具体的な提案内容を表示させることで行ってもよいし、音声案内で具体的な提案内容を出力させることで行ってもよい。
When the writing to the
ステップS9において、電力変換装置200の運転が停止されていない場合(ステップS9,No)、ステップS5以降の処理が繰り返される。
In step S9, if the operation of the
このように、本実施の形態に係るモータ制御システム300では、ユーザが電力変換装置200の用途のみを、簡易PLC部13の入力部に設定することにより、電力変換装置200の情報、所定のテンプレートの情報、設定内容などがクラウドサーバ100に収集される。なお、クラウドサーバ100への情報の収集タイミングは、ユーザの操作が行われた時点でもよいし、予め設定された周期毎でもよい。そして、収集された電力変換装置200の情報などが、データ蓄積部3に蓄積されて、蓄積された情報に基づき、プログラム生成部5において、簡易PLC部13の動作に必要なプログラムの生成、最適なテンプレートの選定、設定値、他のテンプレートへの変更などが行われる。プログラム生成部5での処理結果は、電力変換装置200のプログラム格納部14に書き込まれるため、モータ7の制御に最適なテンプレートなどをユーザに提案できる。
As described above, in the
次に、モータ制御システム300の用途(アプリケーション)の具体例、その運転パターンなどについて、図5を参照して説明する。図5はモータ制御システムが適用されるアプリケーションと運転パターンを示す図である。
Next, specific examples of applications of the
モータ制御システム300が適用されるアプリケーションには、例えば、ファンやポンプの駆動、ロボットや工作機械の駆動、印刷機や巻き取り機などの駆動、搬送装置(ベルトコンベアなど)やエレベータなどの駆動、エアコンや圧縮機などの駆動、高周波焼入れ装置の駆動が挙げられる。
Applications to which the
ファンやポンプの駆動時の運転パターンは、例えば、冷媒を循環させるファンやポンプの場合、夏は冷却対象の温度が上昇し易いため、ファンやポンプを駆動するモータの回転速度を高める必要があるのに対して、冬は冷却対象の温度上昇が低いためモータの回転数を低くして消費電力を低減することが望ましい。このような運転パターンは、例えば1年サイクルのもの、一日サイクル(例えば朝はモータの回転速度を高め、夜はモータの回転数を低くするなど)のものなどがある。従って運転パターンは、数秒単位で時々刻々と変化するものではないため、運転パターンの変化頻度は低いといえる。 As for the operation pattern when driving a fan or pump, for example, in the case of a fan or pump that circulates a refrigerant, the temperature of the object to be cooled tends to rise in summer, so it is necessary to increase the rotation speed of the motor that drives the fan or pump. On the other hand, in winter, the temperature rise of the object to be cooled is low, so it is desirable to reduce the rotation speed of the motor to reduce power consumption. Such an operation pattern includes, for example, a one-year cycle and a one-day cycle (for example, increasing the rotation speed of the motor in the morning and decreasing the rotation speed of the motor at night). Therefore, since the operation pattern does not change every few seconds, it can be said that the frequency of change of the operation pattern is low.
ロボットや工作機械の駆動時の運転パターンは、例えば、複雑な動作をするものであれば、回転速度が数秒単位で時々刻々と変化して複雑になるが、単純な動作であれば回転速度の変化も頻繁に起こらないため単純なものになる。従って、この場合の運転パターンは、ロボット、工作機械などの設置環境、ロボット、工作機械などの用途などに依存するため、運転パターンの変化頻度は、低い場合と高い場合の双方がある。 For example, the operation pattern when driving a robot or machine tool is complicated because the rotation speed changes every few seconds for complicated movements, but for simple movements, the rotation speed is It's simple because changes don't happen often. Therefore, since the operation pattern in this case depends on the installation environment of the robot, the machine tool, etc., the application of the robot, the machine tool, etc., the change frequency of the operation pattern may be low or high.
印刷機や巻き取り機の駆動時の運転パターンは、通常、印刷機や巻き取り機は一定速度で運転されるため、運転パターンの変化頻度は低いといえる。ただし、その回転速度は高精度に管理する必要がある。 As for the operation pattern when the printing machine or the winder is driven, it can be said that the frequency of change of the operation pattern is low because the printing machine or the winder is usually operated at a constant speed. However, the rotation speed needs to be controlled with high accuracy.
搬送装置やエレベータの駆動時の運転パターンは、例えばベルトコンベアに乗せられる製品の数の変動、その製品の個々の重量、エレベータの乗車人数などによって、負荷が変動するため、回転トルク、回転速度が共に短期間に変化する。従って、運転パターンの変化頻度は高いといえる。 The operation pattern when driving a conveyor or elevator varies depending on, for example, the number of products placed on the conveyor belt, the individual weight of the products, the number of passengers in the elevator, etc., so the rotational torque and rotational speed vary. Both change in a short period of time. Therefore, it can be said that the frequency of change in the operation pattern is high.
エアコンや圧縮機の駆動時の運転パターンは、例えば、エアコンの室内機に設けられるファン用モータや、エアコンの室外機に設けられる圧縮機用モータなどは、被空調対象となる部屋の温度変化、湿度変化によって、最適な温度になるように制御される。エアコンや圧縮機の設置環境に依存して運転パターンが変化する。ただし、数秒単位で頻繁に運転状態が変化するものではなく、数分毎あるいは数十分毎に運転状態が変化する。従って運転パターンの変化頻度は低いといえる。 The operation pattern when driving an air conditioner or a compressor is, for example, a fan motor installed in an indoor unit of an air conditioner or a compressor motor installed in an outdoor unit of an air conditioner, such as a temperature change in a room subject to air conditioning. It is controlled to the optimum temperature by changing the humidity. The operation pattern changes depending on the installation environment of the air conditioner and compressor. However, the operating state does not change frequently every few seconds, but changes every few minutes or tens of minutes. Therefore, it can be said that the frequency of change in the operation pattern is low.
高周波焼入れ装置の駆動時の運転パターンは、例えば、高周波電源を制御することで、加熱対象の周囲に設けられるコイルに対して短時間に大電流を流すため、瞬間的に大電流を流すことが想定されるが、頻繁に電流制御が必要ではないため、運転パターンの変化頻度は低いといえる。 The operation pattern when driving an induction hardening device is, for example, by controlling a high-frequency power supply, a large current is passed through a coil provided around the heating target in a short time, so that a large current can be passed instantaneously. As expected, it can be said that the frequency of change in the operation pattern is low because current control is not required frequently.
このように、アプリケーションによって運転パターンが異なり、また運転パターンの変化頻度も異なることが分かる。 As described above, it can be seen that the operation pattern differs depending on the application, and the change frequency of the operation pattern also differs.
ここで、ポンプの流量制御においては、従来はインバータを使わずに、調整弁などを用いて行っており、エネルギー効率が悪い状況であった。これをインバータに置き換えて、負荷状態に応じてインバータでポンプに対する速度を設定変更することで、消費電力を低減できる。このとき、流量計や圧力計のセンサ出力を、簡易PLC機能を搭載した電力変換装置のアナログ入力に配線することで、圧力や流量に応じた速度調整を行う制御を行うことができる。しかしながら、通常、最適な値を定めるには、ユーザの豊富な経験や知識が必要である。そのため、簡易PLC機能を搭載した電力変換装置を導入したとしても、初期値のままで使用されることが多い。また、ユーザの経験に基づき条件が変更されたとしても、必ずしも最適な条件に落とし込めていない可能性がある。 Here, in the flow rate control of the pump, conventionally, the control valve or the like is used instead of the inverter, and the energy efficiency is poor. Power consumption can be reduced by replacing this with an inverter and changing the setting of the speed with respect to the pump by the inverter according to the load condition. At this time, by wiring the sensor output of the flow meter or the pressure gauge to the analog input of the power conversion device equipped with the simple PLC function, it is possible to control the speed adjustment according to the pressure and the flow rate. However, in general, abundant experience and knowledge of the user are required to determine the optimum value. Therefore, even if a power conversion device equipped with a simple PLC function is introduced, it is often used with the initial value as it is. Moreover, even if the conditions are changed based on the user's experience, it may not always be possible to reduce the conditions to the optimum conditions.
そこで本実施の形態に係るモータ制御システム300では、ポンプの流量、圧力などの情報と、電力変換装置200で収集された情報と、簡易PLC機能のソフトの特性とが情報収集部15で収集され、収集されたこれらの情報がクラウドサーバ100に送信され、その情報を利用してデータ解析部4でデータの解析が行われることで、最適な条件の導出が行われる。
Therefore, in the
図6は運転パターンの一例を示す図である。図6には図5に示す各運転パターンの内、一例としてポンプの流量制御における運転パターンが示される。左側の縦軸は速度、右側の縦軸は気温、横軸は時間を表す。実線は、例えば1年間に複数回測定して収集された速度(ポンプ駆動用のモータの回転速度)をプロットしたものである。破線は、例えば1年間に複数回測定して収集された気温(ポンプ本体の周囲温度、冷媒が流れる配管の周囲温度など)をプロットしたものである。図6の例では、冷媒を圧送するポンプの速度調整が手動で行われる場合の例が示される。具体的には、例えば10月から6月までの期間は比較的気温が低いためポンプの速度を低くし、6月から10月までの期間は比較的気温が高いためポンプの速度を高くしている。ところが簡易PLC部13を使わずに手動で操作しているので、図6に示すように気温の変化に合わせて柔軟に速度切替を行えていない。つまり、温度が低いときに流量が多くなりすぎるケースも出てくる。簡易PLC13を用いて、日時や温度に応じて速度を切り替えるようなプログラムで制御を行えば、よりよい最適な運転を実現できる。
FIG. 6 is a diagram showing an example of an operation pattern. FIG. 6 shows, as an example, an operation pattern in the flow rate control of the pump among the operation patterns shown in FIG. The vertical axis on the left represents speed, the vertical axis on the right represents temperature, and the horizontal axis represents time. The solid line is, for example, a plot of the speed (rotational speed of the motor for driving the pump) measured and collected multiple times in one year. The broken line is a plot of the air temperature (ambient temperature of the pump body, ambient temperature of the pipe through which the refrigerant flows, etc.) collected by measuring multiple times in one year, for example. In the example of FIG. 6, an example in which the speed of the pump for pumping the refrigerant is manually adjusted is shown. Specifically, for example, during the period from October to June, the temperature is relatively low, so the pump speed is low, and during the period from June to October, the temperature is relatively high, so the pump speed is high. There is. However, since the operation is performed manually without using the
データ解析部4は、最適な運転パターンを提案するために、電力変換装置200から送信された情報を解析し、例えば、温度と運転速度との相関性を表す相関性パラメータ(推定変速比)を算出し、算出された相関性パラメータから温度に対する最適な速度指令値を算出して、算出した特定の温度に対応する速度指令値と電力変換装置200からの情報に基づき算出される当該温度に対応する速度指令値との差分を算出する。そして当該誤差を相殺するような速度調整量をオフセット値として決定する。このオフセット値すなわち速度ずれ量を速度補正量として簡易PLCのプログラムコードに組み込むことで、気温に対して最適な速度でポンプを制御するためのシーケンスプログラムがプログラム生成部5で生成される。
The data analysis unit 4 analyzes the information transmitted from the
なお、シーケンスプログラムの生成にあたり基準となる気温データは、例えば、電力変換装置200の外部、例えば電動機やポンプの近傍に設けられる温度センサで測定された温度、インターネットで収集される天気情報に紐付く温度などである。これらの情報は、簡易PLC部13に信号として入力されて、簡易PLC部13から外部通信部10を介して、クラウドサーバ100に送信されてもよい。
The temperature data used as a reference for generating the sequence program is linked to, for example, the temperature measured by a temperature sensor provided outside the
なお、データ解析方法は、上記の方法に限定されず、以下のような方法でもよい。例えば、ユーザが利用することが想定される様々なアプリケーションに合うテンプレートを予め設計し、これらのテンプレートをデータ蓄積部3などのメモリに格納しておく。そして、データ解析部4は、電力変換装置200からの情報に基づき、ユーザの用途に近い複数のテンプレートをメモリから読み出して、そのテンプレートを基づきプログラム生成部5でシーケンスプログラムを生成してもよい。複数のテンプレートに対応したシーケンスプログラムはプログラム格納部14に格納され、これらの中からユーザが選択することで、より省エネの運転を行うことができ、また生産効率を高める、もしくは稼働率向上を図ることができる。また、ユーザによって選択されたテンプレートをクラウドサーバ100に入力して、上記のオフセット値などで補正したものからシーケンスプログラムを生成してもよい。
The data analysis method is not limited to the above method, and the following methods may be used. For example, templates suitable for various applications that are expected to be used by the user are designed in advance, and these templates are stored in a memory such as a
図7は速度パターンを自動調整する動作を説明するための図である。図7には、ポンプの流量制御において、モータ7に流れる電流と、モータ制御部12の出力周波数(モータ7の回転速度)との関係が示される。縦軸は電流、横軸は周波数である。例えばポンプの流量制御において、モータ7に流れる電流が流量又は圧力と比例関係にあることで、流量又は圧力の変化に対して電流が線形に変化する場合、モータ7に流れる電流とモータ制御部12の出力周波数とが、図7の実線で示すような比例関係にあるとする。
FIG. 7 is a diagram for explaining an operation of automatically adjusting the speed pattern. FIG. 7 shows the relationship between the current flowing through the motor 7 and the output frequency of the motor control unit 12 (rotational speed of the motor 7) in the flow rate control of the pump. The vertical axis is current and the horizontal axis is frequency. For example, in pump flow control, when the current flowing through the motor 7 is proportional to the flow rate or pressure and the current changes linearly with respect to the change in flow rate or pressure, the current flowing through the motor 7 and the
そして、ポンプの流量制御においては、速度に応じた電流値が定義されているとき、ポンプの運転時に、速度が変化していないにもかかわらず電流が上昇した場合、負荷が変動したことを意味する。その場合、例えば、横軸上に示される矢印の向きに出力周波数(回転速度)が低下することで、破線で示す電流の軌跡を実線で示す電流に変化させる(電流値を下げる)ポンプ流量調整を、電力変換装置200で実施できる。なお、電力変換装置200は、流量計、圧力計などの計測値を入力して、上記の電流の値に代えて当該計測値を利用してもよい。
Then, in the flow rate control of the pump, when the current value according to the speed is defined, it means that the load fluctuates when the current rises even though the speed does not change during the operation of the pump. To do. In that case, for example, the output frequency (rotational speed) decreases in the direction of the arrow shown on the horizontal axis, so that the locus of the current shown by the broken line is changed to the current shown by the solid line (the current value is lowered). Can be carried out by the
図8は簡易PLC部の機能ブロックを示す図である。図9はルックアップテーブルの一例を示す図である。図8には、簡易PLC部13が備える機能の一例が示される。簡易PLC部13は、例えばポンプの速度を調整するための速度指令を生成するため、簡易PLC部13は、速度情報、気温情報、日付情報をそれぞれ入力する複数の入力部50と、LUT部51と、比較部52とを備える。
FIG. 8 is a diagram showing a functional block of the simple PLC unit. FIG. 9 is a diagram showing an example of a look-up table. FIG. 8 shows an example of the function included in the
入力部50は、気温、日付などをLUT51が識別可能な数値に正規化又は置換して、LUT51に入力する。LUT51は、図9に示すように、気温、温度のそれぞれに対応する速度補正情報を保持している。LUT51は、入力部50からの入力に対応する速度補正情報を選択して、比較部52に入力する。比較部52は、LUT51で正規化又は置換された速度からLUT51で選択された速度を減算し、又は、LUT51で正規化又は置換された速度にLUT51で選択された速度を加算することで、更新された速度に対応する速度指令を生成してモータ制御部12に入力する。
The
なお、入力条件が複雑な場合、LUT51の代わりにコンパレータなどを組み合わせたプログラムで実現してもよい。
If the input conditions are complicated, it may be realized by a program in which a comparator or the like is combined instead of the
図10Aは比較例に係る第1のモータ制御システムの構成例を示す図である。図10Bは比較例に係る第2のモータ制御システムの構成例を示す図である。図10Aに示すモータ制御システム300Aでは、電力変換装置200Aの外部にPLC13A(モーションコントロール機能を有するPLC)が設けられ、PLC13Aは、例えば工場内のLAN40などの有線ネットワークを介して、クラウドサーバ100Aに接続される。図10Bに示すモータ制御システム300Bでは、電力変換装置200Aの外部に、LAN40などの有線ネットワークを介して、モーションコントロール機能を有するPLCを内蔵した電力変換装置200Bが接続されている。
FIG. 10A is a diagram showing a configuration example of the first motor control system according to the comparative example. FIG. 10B is a diagram showing a configuration example of the second motor control system according to the comparative example. In the
モータ制御システム300Aでは、有線ネットワークを用いてPLC13Aが細かな運転制御を行い、また単純な運転ON/OFF、簡単なI/O信号による速度切替などが中心に行われる。また通信データは、CC−Link(登録商標)、Modbus(登録商標)、Profibus、EtherCAT(登録商標)、CAN(登録商標)などのプロファイルを用いて、さらに電力変換装置200Aの設定や固有の機能には、ProfiDriveやCiA402などのコンソーシアムや各メーカ独自の規格を用いている。電力変換装置200Aには、日時を記録・保持するRTC(Real Time Clock)を搭載しているケースもあれば、設定されずに無設定であったり、もしくはRTCの機能を持たないケースも有る。そこで、クラウドサーバ100Aで受信した時刻と記録間隔をベースに、日時情報を補完する機能も、クラウドサーバ100A内の不図示のデータ蓄積部には必要である。これは、時刻の情報が、季節や天候などと関連付けた解析に必要となるためである。例えば、外部通信機能を用いてインターネット上のNTPサーバー等にアクセスし、ネットワーク遅延時間を加味して精度の高い現在時刻を数時間、数日以内で調整を行ってもよい。GPSを搭載している場合はGPS(Global Positioning System)の時刻情報、携帯電話回線を使用する場合には基地局から配信される時刻情報を用いても良い。スマートフォンからの設定やアクセスが定期的にある場合には、これらの日付情報を取得しても良い。電力変換装置200A内の制御装置にはマイクロコントローラが搭載されており、当該マイクロコントローラがモータ制御、ユーザの操作、信号の入出力などを行っている。
In the
また近年では、電力変換装置の処理性能が向上し、メモリなどの容量も充実化していることから、機能の追加の余裕が出てきている。そこで図10Bに示す電力変換装置200Bのように、外部に必要であったPLC機能を電力変換装置200Bに設けることにより、制御盤内の省配線化、部品の削減を行うことをアピールポイントとするようになってきた。しかしながら、図10Bの例では電力変換装置200BにPLCの機能を取り込んでいるものの、ユーザによるその設定には、PLCの知識が必要であり、通常の電力変換装置200Aのみを使用してきたユーザにとっては、使いにくいものとなっており、活用されるケースが多くない。そこで、電力変換装置200Bのメーカは、サンプルやテンプレートといった、使用する用途に応じて作成例を提示して、使いやすくする工夫をしている。例えば、巻き上げ、巻取り、ポンプ、ファン等の用途別に、代表的な使い方をインターネットのホームページ上で公開している。一方、電力変換装置200Aのユーザは、さらに知見が無い場合には、このサンプルやテンプレートを使うことも難しい。
Further, in recent years, the processing performance of the power conversion device has been improved, and the capacity of the memory and the like has been enhanced, so that there is a margin for adding functions. Therefore, as in the
これに対して本実施の形態に係る電力変換装置200を備えたモータ制御システム300では、巻き上げ、巻取り、ポンプ、ファン等の用途のみをユーザが設定することで、自動的に電力変換装置200の情報、所定のテンプレートの情報などが、クラウドサーバ100に収集される。そして、収集された電力変換装置200の情報などが、データ蓄積部3に蓄積されて、蓄積された情報に基づき、プログラム生成部5が、簡易PLC部13の動作に必要なプログラムの生成、最適なテンプレートの選定、設定値、他のテンプレートへの変更などが行われ、それらの情報が、電力変換装置200のプログラム格納部14に書き込まれる。すなわち、モータ7の制御に最適なテンプレートなどの選定を、クラウドサーバ100側で行い、ユーザに提案することができる。
On the other hand, in the
また従来では、異なるメーカ間で互換性がない電力変換装置を変更した場合や、電力変換装置の機種を変更した場合には、設定などを流用できずに作り直す必要があったり、ユーザの学習の手間が発生するなど、手間がかかることが多かった。本実施の形態によれば、そのような手間を大幅に削減でき、運用コストの大幅な低減が可能となる。 Also, in the past, when changing a power conversion device that is not compatible between different manufacturers, or when changing the model of a power conversion device, it is necessary to recreate it because the settings etc. cannot be diverted, or user learning It often took time and effort, such as time and effort. According to the present embodiment, such labor can be significantly reduced, and the operating cost can be significantly reduced.
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。 The configuration shown in the above-described embodiment shows an example of the content of the present invention, can be combined with another known technique, and is one of the configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.
1 :外部通信部
2 :データ収集部
3 :データ蓄積部
4 :データ解析部
5 :プログラム生成部
7 :モータ
10 :外部通信部
11 :指令生成部
12 :モータ制御部
12a :モータ制御回路
12b :駆動信号生成回路
12c :インバータ回路
13 :簡易PLC部
14 :プログラム格納部
15 :情報収集部
50 :入力部
51 :LUT部
52 :比較部
60 :通信回線
100 :クラウドサーバ
200 :電力変換装置
300 :モータ制御システム
1: External communication unit 2: Data collection unit 3: Data storage unit 4: Data analysis unit 5: Program generation unit 7: Motor 10: External communication unit 11: Command generation unit 12:
Claims (3)
前記モータを制御するモータ制御部と、
シーケンスプログラムに従い前記モータ制御部の制御を行うPLC部と、
前記電力変換装置の外部コンピュータとの間で情報の伝送を行う通信部と、
を備え、
前記モータの運転状態を含む電力変換装置で収集される情報に基づいて、前記外部コンピュータで生成されるシーケンスプログラムを、前記通信部を介して入力し、入力した前記シーケンスプログラムに従い前記モータ制御部の動作指令を生成する
電力変換装置。 A power converter that supplies power to a motor
A motor control unit that controls the motor and
The PLC unit that controls the motor control unit according to the sequence program, and the PLC unit.
A communication unit that transmits information to and from an external computer of the power converter,
With
Based on the information collected by the power converter including the operating state of the motor, a sequence program generated by the external computer is input via the communication unit, and the motor control unit according to the input sequence program. A power converter that generates operation commands.
前記モータの運転状態を含む電力変換装置で収集される情報に基づいて前記シーケンスプログラムを生成する前記外部コンピュータと、
備えるモータ制御システム。 The power conversion device according to claim 1 and
The external computer that generates the sequence program based on the information collected by the power converter including the operating state of the motor, and the external computer.
Equipped with a motor control system.
モータの運転状態を含む電力変換装置で収集される情報を収集させるステップと、
収集された前記情報に基づいて生成されるシーケンスプログラムを、前記電力変換装置が備える通信部を介して、前記電力変換装置の内部のメモリに書き込むステップと、
書き込まれた前記シーケンスプログラムに従って、前記電力変換装置が備えるモータ制御部の制御を行うステップと、
を実行させるモータ制御プログラム。 On the computer
Steps to collect information collected by the power converter, including the operating status of the motor,
A step of writing a sequence program generated based on the collected information to the internal memory of the power conversion device via a communication unit included in the power conversion device.
A step of controlling the motor control unit included in the power conversion device according to the written sequence program, and
Motor control program to execute.
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