JP4389273B2 - Ｐｌｃ機能内蔵型ドライブ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータを制御するドライブ制御装置に関し、特にＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）機能を内蔵するＰＬＣ機能内蔵型ドライブ制御装置に関する。

従来のドライブ制御装置は、エレベータシステム等の複雑なシーケンス制御が必要とされるシステムに適用される場合、シーケンス制御を行うＰＬＣと組み合わせて使用される。このとき、ＰＬＣは別置きであり、通信や入出力信号等のインターフェース手段によってドライブ制御装置と接続されるのが一般的である。（従来例１）
図３は従来例１のドライブ制御装置とＰＬＣのシステムの構成を示す図である。
図３において、１００はＰＬＣであり、ラダーの演算を行うラダー演算部１０１、算術演算を行なう算術演算部１０２、入出力の制御を行なう入出力制御部１０３、通信の制御を行う通信制御部１０４を備える。１１０はドライブ制御装置であり、ドライブ制御部１１１を備える。１２０は通信や入出力信号等のインターフェース手段であり、ＰＬＣ１００とドライブ制御装置１１０を接続する。

また、小規模のシステムでは、特許文献１のようにドライブ制御装置であるインバータ装置にＰＬＣのようなシーケンス制御機能を備えて別置きのＰＬＣおよびこれに付随するインバータ入出力部を無くしたことを特徴とするものもある。（従来例２）
図４は従来例２のドライブ制御装置のシステムの構成を示す図である。
図４において、２００はインバータ装置であり、シーケンス制御部２０１とインバータ制御部２０２を備える。シーケンス制御部２０１は、図示しないリレーやタイマ等によって構成される外部シーケンス回路をインバータ制御部２０２と同じＣＰＵにて実行する機能である。

同様に、特許文献２のようにインバータ装置にシーケンス制御機能を内蔵し、シーケンス演算部から加速、減速、制動、停止、電圧／周波数比等の運転指令信号をインバータ制御部へ出力することを特徴とするものもある。（従来例３）
図５は従来例３のドライブ制御装置のシステムの構成を示す図である。
図５において、３００はインバータ装置であり、シーケンス演算部３０１とインバータ制御部３０２と諸指令信号３０３を備える。シーケンス演算部３０１は、カウンタ、タイマ、シフトレジスタ等の演算機能を持ち、加速、減速、制動、停止、電圧／周波数比等の諸指令信号３０３をインバータ制御部３０２に出力する。
特開平１１−６９８３１号公報（第４頁、図１） 特開平５−４９２６４号公報（第３頁、図１）

従来例１のドライブ制御装置では、別置きのＰＬＣでシーケンス制御機能を実行するため、機器間の配線の増大や機器設置スペースの増大などでシステム全体として小型化や低コスト化が困難であるという問題や、ＰＬＣとドライブ制御装置を接続するインターフェース手段での信号伝搬の遅れにより制御性能が低下するという問題があった。
また、従来例２にあるような単純な外部シーケンス回路を取り込むだけのシーケンス制御機能を備えたドライブ制御装置では、単純なシーケンス制御しかできないため、エレベータシステム等の高度なシーケンス制御が要求される用途には対応できないという問題があった。
また、従来例３にあるようなシーケンス演算部から加速、減速、制動、停止、電圧／周波数比等の運転指令信号のみをインバータ制御部へ出力するようなドライブ制御装置では、別置きのＰＬＣと同等な制御機能しか持ち得ないため、負荷変動に合わせてインバータ制御部（ドライブ制御部）のゲイン調整を行うような高度な制御はできないという問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、ＰＬＣ機能とドライブ制御機能のインターフェース性能を向上させ、システム全体として小型化および低コスト化を可能とすると共に、ＰＬＣとドライブ制御装置を接続するインターフェース手段での信号伝搬の高速化を可能とし、更に負荷変動に合わせてドライブ制御部のゲイン調整を行うような高度な制御を可能とするドライブ制御装置を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、システムプログラムが格納されるＲＯＭと、ＣＰＵが読み書きするＲＡＭとを有し、ラダーの演算を行うラダー演算部と算術演算を行う算術演算部と入出力の制御を行う入出力制御部と通信の制御を行う通信制御部を有するＰＬＣ部と、ドライブ主回路によりモータを制御するドライブ制御部を一つのＣＰＵで制御するＰＬＣ機能内蔵型ドライブ制御装置において、前記ＰＬＣ部に、前記ドライブ制御部の制御パラメータの読み出しおよび書き込みを行うドライブ制御演算部を備えることを特徴とするものである。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記ＰＬＣ部の制御スキャンを前記ドライブ制御部の制御スキャンに同期させる制御スキャン同期部を更に備えることを特徴とするものである。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記ＰＬＣ部から制御できる通信インターフェースを更に備えることを特徴とするものである。

請求項１に記載の発明によると、ＰＬＣ機能内蔵型ドライブ制御装置において、ＰＬＣ部に、ドライブ制御部の制御パラメータの読み出しおよび書き込みを行うドライブ制御演算部を備えるので、ＰＬＣ部が実行するアプリケーションプログラムからドライブ制御機能の制御パラメータを任意のタイミングで直接取り扱えるため、システム全体として小型化、低コスト化を可能にすると共に、ドライブ装置の運転の状況に応じたダイナミックなゲイン調整など高度なドライブ制御が可能となる。
請求項２に記載の発明によると、ＰＬＣ部の制御スキャンをドライブ制御部の制御スキャンに同期させる制御スキャン同期部を備えるので、ＰＬＣ部の制御スキャンで実行されるアプリケーションプログラムがドライブ制御部の制御スキャンと同期した演算をすることが可能となり、組み込みのドライブ制御システムプログラムと同レベルでの緻密な制御が可能となり、ＰＬＣとドライブ制御装置を接続するインターフェース手段での信号伝搬の高速化が可能となる。
請求項３に記載の発明によると、ドライブ制御装置に前記ＰＬＣ部から制御できる通信インターフェースを備えるので、外部機器とのインターフェースの柔軟性が増し、高度な制御が可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明のＰＬＣ機能内蔵型ドライブ制御装置のシステムの構成を示す図である。
図において、１はＰＬＣ機能内蔵型ドライブ制御装置、１０はＰＬＣ部、２０はドライブ制御部、３０は外部との通信を行うための通信インターフェース、４０はＣＰＵ、４１はＣＰＵ４０が実行するシステムプログラム等が格納されているＲＯＭ、４２はＣＰＵ４０が読み書きするデータを格納するＲＡＭ、２２はドライブ制御部２０によって制御されるドライブ主回路である。ＰＬＣ部１０とドライブ制御部２０はドライブ制御装置１が備えるＣＰＵ４０によって実行されるソフトウェアで実行される。

ＰＬＣ部１０は、別置きのＰＬＣと同様に、ラダーの演算を行うラダー演算部１１、算術演算を行う算術演算部１２、入出力の制御を行う入出力制御部１３、通信の制御を行う通信制御部１４を備え、更にドライブ制御部２０の制御パラメータ２１の読み出しおよび書き込みを行うドライブ制御演算部１５を備える。
ドライブ制御部２０は、制御の調整に用いられるゲインやリミット値等の制御パラメータ２１を備える。
また、ＰＬＣ部１０とドライブ制御部２０の制御スキャンの同期をとる制御スキャン同期部５０を備える。
本発明が従来技術と異なる点は、ドライブ制御部２０の制御パラメータ２１の読み出しおよび書き込みを行うドライブ制御演算部１５を備えた点と、ＰＬＣ部１０の制御スキャンを前記ドライブ制御部２０の制御スキャンに同期させる制御スキャン同期部５０を備えた点と、ＰＬＣ部１０から制御できる通信インターフェース３０を備えた点である。

次に、ＰＬＣ部１０の詳細を説明する。
ラダー演算部１１および算術演算部１２は、スクリプト型で記述するような特殊な言語ではなく、例えばＩＥＣ６１１３−３準拠のラダー、ＳＦＣ（Ｓｅｑｅｎｔｉａｌ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｃｈａｒｔ）等の一般的なＰＬＣで使用する言語が使用可能である。ユーザは、図示しないエンジニアリング装置によりアプリケーションプログラムのラダーを作成し、ラダー演算部１１および算術演算部１２で実行させる。
入出力制御部１３は、外部との入出力の制御を行う。また、ドライブ制御部２０の制御パラメータ２１をＰＬＣ部１０の入出力変数として割り当てることもでき、ＰＬＣ部１０で実行されるアプリケーションプログラムは、制御スキャンの周期で制御パラメータ２１を読み出したり書き込んだりすることができる。
通信制御部１４は、通信インターフェース３０を制御する機能を備え、アプリケーションプログラムにより、通信インターフェース３０に接続されたリモート入出力装置や外部コントローラ等と通信することができる。

ドライブ制御演算部１５はアプリケーションプログラムから呼び出し実行される関数の形態を持ち、名称やアドレス等の引数により、ドライブ制御部２０の制御パラメータ２１を読み出したり書き込んだりすることができる。
なお、制御パラメータ２１は入出力制御部１３でも読み出し、書き込みを行うことができるが、入出力制御部１３は毎制御スキャン実行される処理であり、制御パラメータ２１用にデータ領域を大きくとることはできない。また、制御パラメータ２１の読み出し書き込みは毎スキャン実行する必要はないため、入出力制御部１３での実行は効率が悪い。
ドライブ制御演算部１５により、ＰＬＣ部１０が実行するアプリケーションプログラムからドライブ制御部２０の制御パラメータ２１を直接取り扱えるため、ＰＬＣ機能内蔵型ドライブ制御装置１の運転の状況に応じたダイナミックなゲイン調整など高度なドライブ制御が可能となる。例えば、鉄鋼プラントのブロア設備のように負荷の変動が大きい設備のゲイン調整をする場合、ドライブ制御装置単体でパラメータを調整すると、負荷が小さいときに合わせてゲイン調整すると、負荷が大きくなったときにドライブに過電流や過電圧が発生することがある。また、負荷が大きいときに合わせてゲイン調整すると、負荷が小さくなったときにドライブに乱調が発生することがある。このため、ドライブ制御装置単体ではパラメータ調整がうまくできなかったが、ドライブ制御演算部１５から、負荷が小さいときはゲインを高く設定し、逆に負荷が大きいときはゲインを低く設定するという調整を、負荷の変動に合わせて行うことで安定した制御が可能となる。

次に、ＰＬＣ機能内蔵型ドライブ制御装置１の制御スキャンについて説明する。
図２は、ＰＬＣ部１０とドライブ制御部２０の制御スキャンを示す図である。
ＰＬＣ部１０は、定周期で実行される制御スキャンとして高速スキャン１６と低速スキャン１７を持つ。ドライブ制御部２０は同様に定周期で実行される制御スキャンとして電流制御スキャン２６と速度制御スキャン２７とシーケンススキャン２８を持つ。ここで、ＰＬＣ部１０の制御スキャンとドライブ制御部２０の制御スキャンは、図示しない割り込み信号により起動される。スキャン制御同期部５０により、ＰＬＣ部１０とドライブ制御部２０の制御スキャンを同一の割り込みから起動するように制御することでそれぞれの制御スキャンを同期させることが可能となる。また、それぞれ独立した割り込み信号を使えば、ＰＬＣ部１０とドライブ制御部２０の制御スキャンが非同期で動作することも可能である。

ＰＬＣ部１０とドライブ制御部２０の制御スキャンを同期させることにより、ＰＬＣ部１０の制御スキャンで実行されるアプリケーションプログラムがドライブ制御部の制御スキャンと同期した演算をすることが可能となり、組み込みのドライブ制御システムプログラムと同レベルでの緻密な制御が可能となる。例えば、ＰＬＣ部１０からドライブ制御部２０の制御スキャンと同じ周期で電圧値や電流値をモニタし、従来の別置きＰＬＣや内蔵ＰＬＣ機能のしくみでは不可能であった１ミリ秒以下でのデータの変化をトレースすることが可能となるため、設備の異常を示す短い幅の電流リップルなどを検出してアラームを出したり、そのパターンを分析して異常個所を特定するなど、設備保全に有用なアプリケーションプログラムを作成することが可能となる。

次に、通信インターフェース３０について説明する。
ＰＬＣ機能内蔵型ドライブ制御装置１にＰＬＣ部１０から制御できる通信インターフェース３０を備えるので、外部機器とのインターフェースの柔軟性が増す。例えば、外部機器との送受信データに必要なビット情報が散在している場合は、それを編集して１ワードにまとめ、データ量を減らしたり、異常などのイベントが発生したときだけデータを送るようにする等、データの送受信タイミングを調整し、通信量を減らすことなどが可能となる。

本発明では、ＰＬＣ機能内蔵型ドライブ制御装置が別置きのＰＬＣと同等以上の機能を持つＰＬＣ部を内蔵するので、ドライブ制御装置を使ったシステムとして高性能化、高機能化が可能となるため、高度な制御性能が要求されるエレベータシステムやプラントシステムという用途にも適用できる。

本発明のＰＬＣ機能内蔵型ドライブ制御装置のシステムの構成を示す図 本発明のＰＬＣ部とドライブ制御部の制御スキャンを示す図 従来例１のドライブ制御装置とＰＬＣのシステムの構成を示す図 従来例２のドライブ制御装置のシステムの構成を示す図 従来例３のドライブ制御装置のシステムの構成を示す図

符号の説明

１ ＰＬＣ機能内蔵型ドライブ制御装置
１０ ＰＬＣ部
１１、１０１ ラダー演算部
１２、１０２ 算術演算部
１３、１０３ 入出力制御部
１４、１０４ 通信制御部
１５ ドライブ制御演算部
１６ 高速スキャン
１７ 低速スキャン
２０、１１１ ドライブ制御部
２１ 制御パラメータ
２２ ドライブ主回路
２６ 電流制御スキャン
２７ 速度制御スキャン
２８ シーケンススキャン
３０ 通信インターフェース
４０ ＣＰＵ
４１ ＲＯＭ
４２ ＲＡＭ
５０ 制御スキャン同期部
１００ ＰＬＣ
１１０ ドライブ制御装置
２００、３００ インバータ装置
２０１ シーケンス制御部
２０２、３０２ インバータ制御部
３０１ シーケンス演算部
３０３ 諸指令信号

Claims (3)

1. システムプログラムが格納されるＲＯＭと、
   ＣＰＵが読み書きするＲＡＭとを有し、
   ラダーの演算を行うラダー演算部と算術演算を行う算術演算部と入出力の制御を行う入出力制御部と通信の制御を行う通信制御部を有するＰＬＣ部と、
   ドライブ主回路によりモータを制御するドライブ制御部を一つのＣＰＵで制御するＰＬＣ機能内蔵型ドライブ制御装置において、
   前記ＰＬＣ部に、前記ドライブ制御部の制御パラメータの読み出しおよび書き込みを行うドライブ制御演算部を備えることを特徴とするＰＬＣ機能内蔵型ドライブ制御装置。
2. 前記ＰＬＣ部の制御スキャンを前記ドライブ制御部の制御スキャンに同期させる制御スキャン同期部を更に備えることを特徴とする請求項１記載のＰＬＣ機能内蔵型ドライブ装置。
3. 前記ＰＬＣ部から制御できる通信インターフェースを更に備えることを特徴とする請求項１記載のＰＬＣ機能内蔵型ドライブ装置。