JP5214380B2 - Crane matrix converter control method - Google Patents
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Description
本発明は、クレーンのマトリックスコンバータの制御方法に関し、特に、マトリックスコンバータの内部と外部制御部とにアライブ機能を追加することにより、互いの制御監視を可能とし、異常を検出したときには電源を遮断して事故を防止することができるクレーンのマトリックスコンバータの制御方法に関するものである。 The present invention relates to a control method for a matrix converter of a crane, and in particular, by adding an alive function to the inside and the external control unit of the matrix converter, it is possible to monitor and control each other, and when an abnormality is detected, the power is shut off. It is related with the control method of the matrix converter of the crane which can prevent an accident.
マトリックスコンバータは、交流から交流を可変に出力できる制御部であり、近年研究開発された技術であるため、現段階では、例えば、天井クレーン用の製品として信頼性を向上させる必要がある。 The matrix converter is a control unit that can variably output alternating current from alternating current, and is a technology that has been researched and developed in recent years. Therefore, at the present stage, for example, it is necessary to improve reliability as a product for an overhead crane.
従来、マトリックスコンバータの内部異常、例えば、過電流、過電圧、フィン温度の異常等の出力は、ＯＮもしくはＯＦＦ状態のステータス信号として異常を出力している。
このため、内部故障、例えば、断線、接点の溶着等による故障の発生の仕方によっては、外部で異常を検出することができず、無制御状態となり事故につながるおそれがあった。
Conventionally, internal abnormality of the matrix converter, for example, output of overcurrent, overvoltage, fin temperature abnormality, etc., is output as an ON or OFF status signal.
For this reason, depending on the manner of occurrence of an internal failure, for example, a failure due to disconnection, contact welding, or the like, an abnormality cannot be detected externally, which may lead to an uncontrolled state and an accident.
本発明は、上記従来のクレーンのマトリックスコンバータの制御方法が有する問題点に鑑み、マトリックスコンバータの内部と外部制御部とにアライブ機能を追加することにより、互いの制御監視を可能とし、異常を検出したときには電源を遮断して事故を防止することができるクレーンのマトリックスコンバータの制御方法を提供することを目的とする。 In view of the problems of the conventional matrix converter control method for cranes, the present invention enables mutual control monitoring and detection of abnormalities by adding an alive function to the internal and external control units of the matrix converter. An object of the present invention is to provide a method for controlling a matrix converter of a crane that can prevent an accident by shutting off the power supply.
上記目的を達成するため、本発明のクレーンのマトリックスコンバータの制御方法は、マトリックスコンバータの電源が成立し、該マトリックスコンバータ内の制御部を作動させるための内部電源が所定の電圧を発生する状態となった直後に、マトリックスコンバータから外部制御部に一定周期でＯＮ−ＯＦＦを繰り返すＯＮ−ＯＦＦ信号を出力し、外部制御部にて前記一定周期でＯＮ−ＯＦＦ信号が変化しなかった場合に、マトリックスコンバータの故障として、外部制御部によってマトリックスコンバータによる三相誘導電動機への電源を遮断するとともに、外部制御部からマトリックスコンバータに一定周期でＯＮ−ＯＦＦを繰り返すＯＮ−ＯＦＦ信号を入力し、マトリックスコンバータにて前記一定周期でＯＮ−ＯＦＦ信号が変化しなかった場合に、外部制御部の故障として、マトリックスコンバータによる三相誘導電動機への電源を遮断することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a method for controlling a matrix converter of a crane according to the present invention includes a state in which a power source for a matrix converter is established , and an internal power source for operating a control unit in the matrix converter generates a predetermined voltage. after it becomes straight, and outputs the oN-OFF signal that repeats oN-OFF at a predetermined cycle to the external control unit from the matrix converter, when the oN-OFF signal by the predetermined period by the external control unit has not changed, the matrix As a converter failure, the external controller cuts off the power to the three-phase induction motor by the matrix converter, and inputs an ON-OFF signal that repeats ON-OFF at a constant cycle from the external controller to the matrix converter. ON-OFF signal in the predetermined period is changed Te If you did not, as a failure of the external control unit, characterized by interrupting the power supply to the three-phase induction motor according to the matrix converter.
この場合において、前記一定周期でＯＮ−ＯＦＦを繰り返すＯＮ−ＯＦＦ信号のＯＮとＯＦＦの繰り返し周期の増減を検出することができる。 In this case, it is possible to detect an increase / decrease in the ON / OFF repetition period of the ON-OFF signal that repeats ON / OFF at the predetermined period .
また、外部制御部からマトリックスコンバータに、正転指令又は逆転指令と共に運転指令を平行して入力することができる。 In addition, an operation command can be input in parallel to the normal rotation command or the reverse rotation command from the external control unit to the matrix converter.
また、マトリックスコンバータにおいて、マトリックスコンバータに入力された正転指令又は逆転指令が切れてからのモータの減速時間及び周波数を監視し、該減速時間及び周波数が、マトリックスコンバータで設定された所定値を越えた場合に、付設ユニットによりマトリックスコンバータとブレーキの電源を遮断することができる。 Also, in the matrix converter, the motor deceleration time and frequency after the forward rotation command or reverse rotation command input to the matrix converter expires are monitored, and the deceleration time and frequency exceed the predetermined values set by the matrix converter. In this case, the power supply for the matrix converter and the brake can be cut off by the attached unit .
本発明のクレーンのマトリックスコンバータの制御方法によれば、マトリックスコンバータの内部と外部制御部とにアライブ機能を追加することにより、互いの制御監視を可能とし、異常を検出したときには電源を遮断して事故を防止することができる。 According to the control method of the matrix converter of the crane of the present invention, by adding the alive function to the inside of the matrix converter and the external control unit, it is possible to monitor and control each other, and when an abnormality is detected, the power is shut off. Accidents can be prevented.
この場合、前記一定周期でＯＮ−ＯＦＦを繰り返すＯＮ−ＯＦＦ信号のＯＮとＯＦＦの繰り返し周期の増減を検出することにより、マトリックスコンバータや外部制御部が故障する前に内部の異常を傾向的に把握することができる。 In this case, by detecting the increase / decrease in the ON / OFF repetition cycle of the ON-OFF signal that repeats ON-OFF at a constant cycle, internal abnormalities are steadily grasped before the matrix converter or external control unit fails. can do.
また、外部制御部からマトリックスコンバータに、正転指令又は逆転指令と共に運転指令を平行して入力することにより、マトリックスコンバータの運転に伴う外部入力の２重安全回路として制御し、外部入力信号による誤動作を防止することができる。 In addition, by inputting an operation command in parallel with a normal rotation command or a reverse rotation command from the external control unit to the matrix converter, it is controlled as a double safety circuit for external input accompanying the operation of the matrix converter, and malfunction due to an external input signal Can be prevented.
また、マトリックスコンバータは、モータが回生状態となった場合に、過負荷状態を回避するためにパラメータで設定した減速時間を越えて停止し、トリップ状態を免れる目的でマトリックス内部の制御側、素子にて電流・過電圧抑制機能を備えている。
しかし、例えば、天井クレーンの巻下制御において、この電流・過電圧抑制機能が働いた場合に、マトリックスコンバータとしてトリップを免れることはできるが、通常の減速距離より長いために吊荷を地面と接触させる事故が発生するおそれがあった。
そこで、マトリックスコンバータにおいて、マトリックスコンバータに入力された正転指令又は逆転指令が切れてからのモータの減速時間及び周波数を監視し、該減速時間及び周波数が、マトリックスコンバータで設定された所定値を越えた場合に、付設ユニットによりマトリックスコンバータとブレーキの電源を遮断することにより、吊荷の落下を防止することができる。
In addition, the matrix converter stops when it exceeds the deceleration time set by the parameter to avoid an overload condition when the motor is in a regenerative state. Current / overvoltage suppression function.
However, for example, when this current / overvoltage suppression function works in the lowering control of an overhead crane, it is possible to avoid tripping as a matrix converter, but the suspended load is brought into contact with the ground because it is longer than the normal deceleration distance. There was a risk of an accident.
Therefore, the matrix converter monitors the motor deceleration time and frequency after the forward rotation command or reverse rotation command input to the matrix converter is cut, and the deceleration time and frequency exceed a predetermined value set by the matrix converter. In this case, the suspended unit can be prevented from falling by shutting off the power supply of the matrix converter and the brake by the attached unit .
以下、本発明のクレーンのマトリックスコンバータの制御方法の実施の形態を、図面に基づいて説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of a control method for a matrix converter of a crane according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図１〜図４に、本発明のクレーンのマトリックスコンバータの制御方法の一実施例を示す。
マトリックスコンバータは、電源電圧を直接ＰＷＭ制御することにより、任意の電圧・周波数を出力可能な直接変換型電力変換装置であり、例えば、天井クレーンの巻上・巻下モータの制御部として使用される（図４参照）。
そして、このクレーンのマトリックスコンバータの制御方法は、マトリックスコンバータの電源が成立した後に、マトリックスコンバータから外部制御部に一定周期のＯＮ−ＯＦＦ信号を出力し、外部制御部にて所定時間内にＯＮ−ＯＦＦ信号が変化しなかった場合に、マトリックスコンバータの故障として、マトリックスコンバータの電源を遮断するとともに、外部制御部からマトリックスコンバータに一定周期のＯＮ−ＯＦＦ信号を入力し、マトリックスコンバータにて所定時間内にＯＮ−ＯＦＦ信号が変化しなかった場合に、外部制御部の故障として、マトリックスコンバータの電源を遮断するようにしている。
1 to 4 show an embodiment of a method for controlling a matrix converter of a crane according to the present invention.
The matrix converter is a direct conversion type power conversion device that can output an arbitrary voltage / frequency by directly PWM controlling the power supply voltage, and is used as a control unit for a hoisting / lowering motor of an overhead crane, for example. (See FIG. 4).
The control method for the matrix converter of the crane is such that, after the power of the matrix converter is established, an ON-OFF signal having a constant cycle is output from the matrix converter to the external control unit, and the external control unit is turned on within a predetermined time. If the OFF signal does not change, the matrix converter power is shut off as a matrix converter failure, and an ON-OFF signal with a fixed period is input from the external control unit to the matrix converter. If the ON-OFF signal does not change during this period, the power supply of the matrix converter is shut off as a failure of the external control unit.
すなわち、図１（ａ）に示すように、動力電源を入力後、ある周期でＯＮ−ＯＦＦを繰り返すＯＮ−ＯＦＦ信号を追加することで、外部制御部からマトリックスコンバータの健康状態を監視する。ステータス信号だけでは、故障の仕方によっては認識できないため、この信号を必要とする。
０．５Ｓ（秒）以内にＯＮ−ＯＦＦ信号が変化しない場合は、マトリックスコンバータの制御エラーとして外部制御部より出力遮断し運転停止する。
また、外部制御部にて、ＯＮ、ＯＦＦの１分間の回数からマトリックスコンバータの正常について傾向管理を行う。
That is, as shown in FIG. 1A, after the power supply is input, an ON-OFF signal that repeats ON-OFF in a certain cycle is added to monitor the health state of the matrix converter from the external control unit. Since the status signal alone cannot be recognized depending on the manner of failure, this signal is necessary.
If the ON-OFF signal does not change within 0.5S (seconds), the output is cut off from the external control unit as a matrix converter control error, and the operation is stopped.
In addition, the external control unit performs trend management on the normality of the matrix converter from the number of ON / OFF times per minute.
また、図１（ｂ）に示すように、動力電源を入力された瞬間より、外部制御部からある周期でＯＮ−ＯＦＦを繰り返すＯＮ−ＯＦＦ信号を入力することで、マトリックスコンバータ側にて外部制御部の健康状態を監視する。ステータス信号だけでは、故障の仕方によっては認識できないため、この信号を必要とする。
０．５Ｓ（秒）以内にＯＮ−ＯＦＦ信号が変化しない場合は、制御エラーとして出力遮断し、外部制御部の異常を出力する。また、ＯＮ、ＯＦＦの１分間の回数から外部制御部の正常について傾向管理を行う。
Also, as shown in FIG. 1 (b), external control is performed on the matrix converter side by inputting an ON-OFF signal that repeats ON-OFF at a certain period from the moment when the power supply is input. Monitor the health of the department. Since the status signal alone cannot be recognized depending on the manner of failure, this signal is necessary.
When the ON-OFF signal does not change within 0.5 S (seconds), the output is shut off as a control error, and an abnormality of the external control unit is output. Also, trend management is performed for normality of the external control unit from the number of ON / OFF times per minute.
一方、マトリックスコンバータは、従来は、動力電源投入後、外部制御部より正転指令・逆転指令を入力された場合は、パラメータで設定された運転パターンに従い制御している。
このため、外部制御部に故障が発生し、正転もしくは逆転信号に短絡事故が発生した場合は、無制御状態となっていた。
そこで、本実施例では、マトリックスコンバータの制御部に、正転・逆転指令部を２重安全回路（３ワイヤ制御）とすることで制御可能としている。
具体的には、図２に示すように、マトリックスコンバータに正転指令もしくは逆転指令を入力した場合に、平行して運転指令入力を追加し、運転指令が入った場合にのみ正逆転信号が有効となるようにするとともに、この３つの指令の組み合わせによりエラーを判定し、エラーの場合は、マトリックスコンバータ内部でモータへの出力を遮断し、マトリックスコンバータ外部に異常として出力できるようにした。
運転指令と正転もしくは逆転信号とがＯＮするのを確認し、０．５Ｓ（秒）以内に始動条件が成立しない場合はエラーとし、故障出力をＯＮにし、前記ＯＮ−ＯＦＦ信号をＯＦＦにする。
On the other hand, the matrix converter is conventionally controlled according to the operation pattern set by the parameter when the forward rotation command / reverse rotation command is input from the external control unit after the power is turned on.
For this reason, when a failure occurs in the external control unit and a short circuit accident occurs in the forward rotation or reverse rotation signal, the control state is not controlled.
Therefore, in the present embodiment, the control unit of the matrix converter can be controlled by using a double safety circuit (3-wire control) as the forward / reverse rotation command unit.
Specifically, as shown in FIG. 2, when a normal rotation command or reverse rotation command is input to the matrix converter, an operation command input is added in parallel, and the forward / reverse rotation signal is effective only when the operation command is input. In addition, an error is determined based on a combination of these three commands. In the case of an error, the output to the motor is cut off inside the matrix converter so that it can be output as an abnormality outside the matrix converter.
Confirm that the operation command and the forward or reverse signal are turned ON. If the start condition is not satisfied within 0.5S (seconds), an error occurs, the fault output is turned ON, and the ON-OFF signal is turned OFF. .
次に、マトリックスコンバータを使用した天井クレーンの減速監視機能を説明する。
マトリックスコンバータは、モータが回生状態となった場合に、過負荷状態を回避するためにパラメータで設定した減速時間を越えて停止し、トリップ状態を免れる目的でマトリックス内部の制御側、素子にて電流・過電圧抑制機能を備えている。
しかし、例えば、天井クレーン巻下制御において、この電流・過電圧抑制機能が働いた場合、マトリックスコンバータとしてトリップを免れることはできるが、通常の減速距離より長いために吊荷を地面と接触させる事故が発生するおそれがあった。
Next, the deceleration monitoring function of an overhead crane using a matrix converter will be described.
The matrix converter stops when it exceeds the deceleration time set by the parameter to avoid an overload condition when the motor is in a regenerative state, and the current on the control side and elements inside the matrix for the purpose of avoiding the trip state.・ Has an overvoltage suppression function.
However, for example, when this current / overvoltage suppression function works in the overhead crane lowering control, the matrix converter can avoid the trip, but there is an accident that makes the suspended load contact the ground because it is longer than the normal deceleration distance. There was a risk of occurrence.
そこで、本実施例では、マトリックスコンバータの外部に天井クレーン専用の減速監視ユニットを設置することで吊荷の落下防止を可能としている。
すなわち、図３に示すように、マトリックスコンバータに与える運転指令と正転指令又は逆転指令とが切れてからのモータの減速時間、周波数（速度）モニタ値をタイマー監視し、マトリックスコンバータ内部で減速時間として設定されたパラメータ設定停止時間に加えて、減速監視許容時間が経過した場合に、減速異常としてエラーを出力し、前記ＯＮ−ＯＦＦ信号をＯＦＦにして、マトリックスコンバータとブレーキの電源を遮断できるユニットを追加している。
また、このユニットの機能により、ブレーキマグネットスイッチの溶着検出も可能となる。
なお、この機能は、マトリックスコンバータ制御内部（ＣＰＵ、ＤＩＯ）及び外部制御部（シーケンサ）に追加し、監視を行う。
Therefore, in this embodiment, the suspension load can be prevented from falling by installing a deceleration monitoring unit dedicated to the overhead crane outside the matrix converter.
That is, as shown in FIG. 3, the motor deceleration time and frequency (speed) monitor values after the operation command given to the matrix converter and the forward rotation command or the reverse rotation command are cut off are monitored by a timer, and the deceleration time inside the matrix converter. In addition to the parameter setting stop time set as, a unit that can output an error as a deceleration error and turn off the ON-OFF signal to shut off the matrix converter and brake power when the deceleration monitoring allowable time has elapsed Has been added.
Also, the function of this unit makes it possible to detect welding of the brake magnet switch.
This function is added to the matrix converter control internal (CPU, DIO) and external control unit (sequencer) for monitoring.
かくして、本実施例のクレーンのマトリックスコンバータの制御方法は、マトリックスコンバータの電源が成立した後に、マトリックスコンバータから外部制御部に一定周期のＯＮ−ＯＦＦ信号を出力し、外部制御部にて所定時間内にＯＮ−ＯＦＦ信号が変化しなかった場合に、マトリックスコンバータの故障として、マトリックスコンバータの電源を遮断するとともに、外部制御部からマトリックスコンバータに一定周期のＯＮ−ＯＦＦ信号を入力し、マトリックスコンバータにて所定時間内にＯＮ−ＯＦＦ信号が変化しなかった場合に、外部制御部の故障として、マトリックスコンバータの電源を遮断することから、マトリックスコンバータの内部と外部制御部とにアライブ機能を追加することにより、互いの制御監視を可能とし、異常を検出したときには電源を遮断して事故を防止することができる。 Thus, according to the control method for the matrix converter of the crane of this embodiment, after the power of the matrix converter is established, the matrix converter outputs an ON-OFF signal with a constant period to the external control unit, and the external control unit within a predetermined time. When the ON-OFF signal does not change, the matrix converter power is shut off as a matrix converter failure, and an ON-OFF signal with a fixed period is input from the external control unit to the matrix converter. When the ON-OFF signal does not change within a predetermined time, the matrix converter power is shut down as a failure of the external control unit. By adding an alive function to the internal and external control units of the matrix converter Enables mutual control monitoring, abnormal Upon detection can be prevented an accident off the power supply.
この場合、ＯＮ−ＯＦＦ信号のＯＮとＯＦＦの繰り返し回数の増減を管理、具体的には、前記一定周期でＯＮ−ＯＦＦを繰り返すＯＮ−ＯＦＦ信号のＯＮとＯＦＦの繰り返し周期の増減を検出することにより、マトリックスコンバータや外部制御部が故障する前に内部の異常を傾向的に把握することもできる。 In this case, the increase / decrease in the number of ON / OFF repetitions of the ON-OFF signal is managed . Specifically, the increase / decrease in the ON / OFF repetition cycle of the ON-OFF signal that repeats the ON-OFF in the predetermined cycle is detected . Thus, the internal abnormality can be grasped in a tendency before the matrix converter or the external control unit fails.
また、マトリックスコンバータに、正転指令又は逆転指令と共に運転指令を平行して入力することにより、マトリックスコンバータの運転に伴う外部入力の２重安全回路として制御し、外部入力信号による誤動作を防止することができる。 Also, by operating the matrix converter in parallel with the normal rotation command or the reverse rotation command, the operation command is controlled in parallel as an externally input double safety circuit accompanying the operation of the matrix converter, thereby preventing malfunction due to the external input signal. Can do.
また、マトリックスコンバータに入力された正転指令又は逆転指令が切れてからのモータの減速時間及び周波数を監視し、該減速時間及び周波数が、マトリックスコンバータで設定された所定値を越えた場合に、マトリックスコンバータとブレーキの電源を遮断することにより、マトリックスコンバータの電流・過電圧抑制機能の影響による吊荷の落下を防止することができる。 In addition, the motor deceleration time and frequency after the forward rotation command or reverse rotation command input to the matrix converter is cut off are monitored, and when the deceleration time and frequency exceed a predetermined value set by the matrix converter, By shutting off the power supply for the matrix converter and the brake, it is possible to prevent the suspended load from dropping due to the current / overvoltage suppression function of the matrix converter.
以上、本発明のクレーンのマトリックスコンバータの制御方法について、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができる。 As mentioned above, although the control method of the matrix converter of the crane of this invention was demonstrated based on the Example, this invention is not limited to the structure described in the said Example, In the range which does not deviate from the meaning, it is appropriate. Its configuration can be changed.
本発明のクレーンのマトリックスコンバータの制御方法は、マトリックスコンバータの内部と外部制御部とにアライブ機能を追加することにより、互いの制御監視を可能とし、異常を検出したときには電源を遮断して事故を防止するという特性を有していることから、例えば、天井クレーンの巻上・巻下モータに使用するマトリックスコンバータの制御方法として好適に用いることができる。 The control method for the matrix converter of the crane of the present invention enables the monitoring of each other by adding an alive function to the inside and the outside control unit of the matrix converter, and when an abnormality is detected, the power is shut off and an accident is caused. Since it has the characteristic of preventing, for example, it can be suitably used as a control method for a matrix converter used for a hoisting / lowering motor of an overhead crane.
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