JP6641920B2 - Power converter - Google Patents
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Description
この発明は、モータを駆動する電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device that drives a motor.
市場の省エネ要求の高まりに伴い、工場やビル等の動力源として多く用いられるモータの駆動制御システム(以下、モータ駆動システムという)では、モータの回転子の速度や出力を調整する機能を備えた電力変換装置が一般的に用いられている。この種のモータ駆動システムでは、電力変換装置の導入により高機能化が実現される一方、システムの複雑化が進んでいる。このため、電力変換装置自体もしくは付随する周辺装置の故障によって、モータの暴走や事故等が発生する可能性が増しており、これらの暴走や事故を防止することが強く求められている。そこで、国際標準規格であるIEC61508やISO13849のような安全規格が定められており、これらの安全規格に準拠した安全機能が電力変換装置に設けられるようになってきている。例えばモータを駆動制御する電力変換装置のための安全機能に関しては、国際標準規格であるIEC61800−5−2において、安全トルクオフ、安全減速といった安全機能の仕様が規定されている。各電力変換装置メーカーは、この安全機能の仕様に基づいて、電力変換装置を開発している。 Along with the demand for energy saving in the market, a motor drive control system (hereinafter referred to as a motor drive system), which is often used as a power source for factories and buildings, has a function for adjusting the speed and output of a motor rotor. Power converters are commonly used. In a motor drive system of this type, the introduction of a power converter achieves high functionality, while the system is becoming more complicated. For this reason, there is an increasing possibility that a motor runaway or an accident will occur due to a failure of the power conversion device itself or an associated peripheral device, and it is strongly demanded to prevent such a runaway or an accident. Therefore, safety standards such as IEC61508 and ISO13849, which are international standards, are defined, and a safety function conforming to these safety standards is provided in the power conversion device. For example, with regard to a safety function for a power conversion device that drives and controls a motor, specifications of safety functions such as safe torque-off and safe deceleration are defined in IEC61800-5-2, which is an international standard. Each power converter manufacturer has developed a power converter based on the specifications of this safety function.
これらの安全機能のうち安全減速機能については、モータの回転子の速度を監視し、電力変換装置に減速指令信号が入力された時点から規定された時間までに規定された速度までモータを減速させることを要求される。そして、減速がなされない場合や規定された速度を超過した場合などのように正常に減速されない場合には、電力変換装置の出力を強制的に遮断することを要求される。このような安全減速機能などを実現するためには、モータの回転子の速度や位置(以下、単にモータの速度や位置という)を正確に検出する手段が必要である。一般に、モータの速度や位置の検出には、エンコーダが用いられる。 Of these safety functions, the safety deceleration function monitors the speed of the rotor of the motor and decelerates the motor to the specified speed by the specified time from the time when the deceleration command signal is input to the power converter. Is required. When the vehicle is not normally decelerated, such as when the vehicle is not decelerated or when the speed exceeds a specified speed, it is required to forcibly shut off the output of the power converter. In order to realize such a safe deceleration function, a means for accurately detecting the speed and position of the rotor of the motor (hereinafter, simply referred to as the speed and position of the motor) is required. Generally, an encoder is used to detect the speed and position of the motor.
ここで、エンコーダが故障すると、モータの速度や位置を正常に検出することができなくなり、安全機能を正常に機能させることができなくなる。このため、エンコーダの故障の有無を診断し、エンコーダの出力の信頼性を確保する技術が提案されている。 Here, if the encoder fails, the speed and position of the motor cannot be detected normally, and the safety function cannot be functioned normally. For this reason, a technique for diagnosing the presence or absence of a failure in the encoder and ensuring the reliability of the output of the encoder has been proposed.
エンコーダの故障の有無を診断する技術の一例として、特許文献1に開示されたエンコーダがある。特許文献1のエンコーダは、3系統の検出回路とCPU(Central Processing Unit)とを有する。このエンコーダのCPUは、3系統の検出回路の各々から出力される検出信号を互いに比較し、いずれの検出信号を採択すべきかを多数決原理に基づいて決定する。これにより、特許文献1のエンコーダでは、3系統の検出回路のうちの故障している検出回路を特定することができる。
As an example of a technique for diagnosing the presence / absence of a failure in an encoder, there is an encoder disclosed in
しかし、検出回路の故障に比べ故障の頻度は少ないが、エンコーダ内のCPUにおいて故障が発生する虞もある。そこで、このような故障も考慮し、エンコーダの出力の信頼性をさらに高くすることも行われる。その一例として、エンコーダ内のCPUの二重化が行われる。例えば、エンコーダには、2系統の検出回路と2個のCPUが設けられる。2個のCPUの各々は、2系統の検出回路の各々から出力される検出信号の比較を独立して行い、各CPUにおける比較結果を相互に診断する。また、他の例として、モータに複数個のエンコーダを取り付けるようなエンコーダの二重化が行われる。この場合、エンコーダとは異なる他の装置が各エンコーダの出力の比較を行うことで、エンコーダの故障の有無が診断される。 However, although the frequency of the failure is lower than that of the detection circuit, the failure may occur in the CPU in the encoder. Therefore, in consideration of such a failure, the reliability of the output of the encoder is further increased. As an example, the CPU in the encoder is duplicated. For example, the encoder is provided with two detection circuits and two CPUs. Each of the two CPUs independently compares the detection signals output from each of the two detection circuits, and mutually diagnoses the result of comparison in each CPU. Further, as another example, an encoder is duplicated such that a plurality of encoders are attached to a motor. In this case, the presence or absence of a failure of the encoder is diagnosed by comparing the output of each encoder with another device different from the encoder.
しかし、特許文献1のエンコーダでは、少なくとも3系統の検出回路が必要であり、検出回路が2系統以下のエンコーダに比べて、エンコーダにかかるコストが高くなる。
However, the encoder of
また、CPUを二重化したエンコーダでは、複数個のCPUが必要であり、CPUが1個のエンコーダに比べて、エンコーダにかかるコストが高くなる。 Further, an encoder with a duplicated CPU requires a plurality of CPUs, and the cost of the encoder is higher than that of a single CPU.
また、モータに複数個のエンコーダを取り付ける態様では、複数個のエンコーダが必要であり、モータにエンコーダを1個だけ取り付ける態様に比べ、エンコーダにかかるコストが高くなる。 Further, in a mode in which a plurality of encoders are attached to a motor, a plurality of encoders are required, and the cost for the encoder is higher than in a mode in which only one encoder is attached to the motor.
この発明は、以上説明した事情に鑑みてなされたものであり、モータ駆動システムにおいて要求される安全性能を満たしつつ、モータ駆動システムのエンコーダにかかるコストを抑えることが可能な技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the circumstances described above, and provides a technique capable of satisfying safety performance required in a motor drive system and suppressing the cost of an encoder of the motor drive system. Aim.
この発明による電力変換装置は、入力された電力を変換して出力することでモータを駆動制御する装置である。この発明による電力変換装置は、モータの回転子の速度および位置を検出するエンコーダから出力される第1の伝送信号と、第1の伝送信号が出力されるエンコーダから出力される第2の伝送信号とに基づいてエンコーダの異常の有無を判断する安全回路を有する。 A power conversion device according to the present invention is a device that controls driving of a motor by converting input power and outputting the converted power. A power converter according to the present invention includes a first transmission signal output from an encoder that detects a speed and a position of a rotor of a motor, and a second transmission signal output from an encoder that outputs the first transmission signal. And a safety circuit for determining the presence or absence of an abnormality in the encoder based on the above.
この発明による電力変換装置は、同一のエンコーダから出力される第1の伝送信号と第2の伝送信号とに基づいてエンコーダの異常の有無を判断するため、エンコーダの個数を増やすことなくエンコーダの異常の有無を判断することができる。 The power converter according to the present invention determines whether there is an abnormality in the encoder based on the first transmission signal and the second transmission signal output from the same encoder, so that the abnormality in the encoder can be performed without increasing the number of encoders. Can be determined.
好ましい態様において、第2の伝送信号は、第1の伝送信号を生成する過程で発生する信号である。本発明では、第1の伝送信号と、第1の伝送信号を生成する過程で生成されて出力される第2の伝送信号とに基づいてエンコーダの異常の有無を判断するため、第1の伝送信号を生成する過程で用いられるエンコーダ内のCPUが正常であるか否かの判断を、エンコーダ内のCPUを二重化することなく行うことができる。すなわち、本発明では、エンコーダ内のCPUの個数を増やすことなくエンコーダの異常の有無を判断することができる。 In a preferred aspect, the second transmission signal is a signal generated in the process of generating the first transmission signal. According to the present invention, the first transmission signal is used to determine whether or not the encoder is abnormal based on the first transmission signal and the second transmission signal generated and output in the process of generating the first transmission signal. The determination as to whether the CPU in the encoder used in the process of generating the signal is normal can be made without duplicating the CPU in the encoder. That is, in the present invention, it is possible to determine whether or not the encoder is abnormal without increasing the number of CPUs in the encoder.
従って、この発明の電力変換装置を用いれば、モータ駆動システムにおいて要求される安全性能を満たしつつ、モータ駆動システムのエンコーダにかかるコストを抑えることが可能である。 Therefore, by using the power converter of the present invention, it is possible to reduce the cost of the encoder of the motor drive system while satisfying the safety performance required for the motor drive system.
以下、図面を参照しつつ、この発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、この発明の一実施形態によるモータ駆動システム1の構成を示すブロック図である。図1に示すように、モータ駆動システム1は、電力変換装置10とエンコーダ20とを有する。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a
エンコーダ20は、モータ30の速度や位置などのモータ30の動作を検出する装置である。エンコーダ20は、円盤32、第1の検出回路21、第2の検出回路22、CPU23、迂回伝送回路24、外部出力端子41および外部出力端子42を有している。円盤32は、モータ30の回転軸31に取り付けられ、モータ30の回転に従って周方向に回転する。
The
第1の検出回路21は、モータ30の速度および位置を検出して検出結果を示す第1の検出信号を生成する検出回路である。第1の検出回路21は、具体的には、光学式の検出回路であり、発光素子211と、受光素子212と、増幅回路213とを有する。円盤32には、例えば、光の反射率が異なり円盤32の角度に応じたコードパターンが描かれている。発光素子211は、このコードパターンに光を放射する。受光素子212は、このコードパターンによって反射される反射光を受光し、受光した光の強度に応じた電気信号を増幅回路213に出力する。増幅回路213は、受光素子212から供給される電気信号の振幅を増幅して第1の検出信号を生成する。このようにして生成された第1の検出信号は、円盤32に描かれたコードパターンに応じて立ち上がるパルス列信号であり、アナログ信号である。なお、第1の検出回路21の具体的な構成は上記の例に限らない。また、第1の検出回路21は、円盤32に描かれたコードパターンを読み取ることで回転子の回転角度(絶対位置)を検出する構成であるが、回転子の回転角度を検出する構成に限らない。また、第1の検出回路21は、光学式の検出回路に限らない。
The
第2の検出回路22は、モータ30の速度および位置を検出して検出結果を示す第2の検出信号を生成する検出回路である。第2の検出回路22は、具体的には、磁気式の検出回路であり、磁界を発生する磁石(図示略)と、磁気抵抗素子222と、増幅回路223とを有する。磁気抵抗素子222および磁石は、円盤32の外周面に近接して配置される。円盤32の外周面には金属の突起が外周に沿って複数個設けられており、円盤32は歯車のようになっている。円盤32の外周面の突起が磁気抵抗素子222に近づくと、磁気抵抗素子222が受ける磁界の強さが強くなり、磁気抵抗素子222の抵抗値が大きくなる。一方、円盤32の外周面の突起が磁気抵抗素子222から遠ざかると、磁気抵抗素子222が受ける磁界の強さが弱くなり、磁気抵抗素子222の抵抗値が小さくなる。増幅回路223には、磁気抵抗素子222の抵抗値の変化の周期で振幅が増減する電気信号が供給される。増幅回路223は、磁気抵抗素子222から供給される電気信号の振幅を増幅して第2の検出信号として出力する。このようにして生成される第2の検出信号は、磁気抵抗素子222の抵抗値の変化に応じて振幅が増減する波形状の信号であり、アナログ信号である。なお、第2の検出回路22の具体的な構成は上記の例に限らない。例えば、磁気抵抗素子222に代えて、磁界の変化に応じて誘導電圧を発生する検出用コイルを用いる構成にしても良い。また、第2の検出回路22は、磁気式の検出回路に限らない。
The
CPU23は、具体的には、マイコンやASIC(Application Specific Integrated Circuit)である。CPU23は、第1の検出回路21から出力されるアナログの第1の検出信号と、第2の検出回路22から出力されるアナログの第2の検出信号とに信号処理を施して、エンコーダ20の出力信号の1つである速度位置デジタル信号を生成して出力する検出信号処理手段である。以後、速度位置デジタル信号のことを第1の伝送信号と呼ぶことがある。CPU23は、A/D(アナログ/デジタル)変換器231、A/D変換器232、信号処理器233および外部伝送回路234を有する。
The
A/D変換器231は、第1の検出回路21によって生成された第1の検出信号のパルスをカウントする回路である。パルスのカウント結果は、円盤32の回転角度(すなわちモータ30の回転子の位置)を示しており、デジタル値である。パルスのカウント結果は、信号処理器233に引き渡される。
The A /
A/D変換器232は、第2の検出回路22によって生成された第2の検出信号をサンプリングしてデジタル信号に変換する回路である。A/D変換器232によってデジタル信号に変換された第2の検出信号は、信号処理器233に引き渡される。
The A /
信号処理器233は、A/D変換器231の処理結果とA/D変換器232の処理結果とから速度位置デジタル信号を生成する回路である。具体的には、信号処理器233は、A/D変換器231の処理結果である第1の検出信号のパルスのカウント結果が示すモータ30の回転子の位置を時間微分して速度を算出する。また、信号処理器233は、A/D変換器232の処理結果であるデジタル信号に変換された第2の検出信号が表す波形の周期から速度を算出する。信号処理器233は、第1の検出信号に基づいて得られた速度と第2の検出信号に基づいて得られた速度とを比較して、第1の検出回路21および第2の検出回路22の異常の有無を判断する。そして、信号処理器233は、第1の検出信号のパルスのカウント結果である回転子の位置データと、第1の検出信号に基づいて得られた回転子の速度データと、各検出回路の異常の有無を表す状態データとをペイロードに格納したフレームを生成する。このように生成されたフレームは、外部伝送回路234に引き渡される。なお、信号処理器233の具体的な処理はこの例に限らない。
The
外部伝送回路234は、信号処理器233により生成されたフレームを速度位置デジタル信号として外部出力端子41から出力する回路である。外部伝送回路234は、RS485に基づいたシリアル通信に従って数Mbps程度の伝送速度で電力変換装置10と通信する。例えば、外部伝送回路234は、電力変換装置10からリクエスト信号が格納されたフレームを受信すると、速度データ、位置データおよび状態データが格納されたフレームを信号処理器233に生成させて、そのフレームを電力変換装置10へ送信する。なお、外部伝送回路234と電力変換装置10との通信は、シリアル通信に限らず、パラレルバス通信や無線通信であっても良い。
The external transmission circuit 234 is a circuit that outputs the frame generated by the
迂回伝送回路24は、当該エンコーダ20が速度位置デジタル信号を生成する過程で発生する信号を迂回速度アナログ信号として外部出力端子42から出力する回路である。具体的には、迂回伝送回路24は、第1の検出回路21により生成される第1の検出信号をCPU23を介さずに迂回速度アナログ信号として出力する。迂回速度アナログ信号は、エンコーダ20の他の出力信号であり、速度位置デジタル信号とは別個に出力される信号である。以後、迂回速度アナログ信号を第2の伝送信号と呼ぶことがある。迂回速度アナログ信号は、例えば、ABパルス方式の信号やsin/cos方式の信号などである。ABパルス方式は、モータ30の速度に応じた周期を有し、モータの回転方向に応じた位相差を持った2相(A相およびB相)のパルス信号を出力する方式である。
The
このように、エンコーダ20は、CPU23から出力される信号とCPU23に供給される信号とを当該エンコーダ20の出力信号として出力する。また、エンコーダ20の2つの出力信号の伝送方式は、各々異なっている。
以上が、エンコーダ20の構成である。
Thus, the
The above is the configuration of the
電力変換装置10は、例えばインバータ装置などであり、交流電源40から供給される電力を変換してモータ30に供給し、モータ30を駆動制御する装置である。電力変換装置10は、制御回路11、安全回路12、インバータ主回路13およびゲート駆動回路14を有する。
The
インバータ主回路13は、IGBT(Insulated Gate Bipoler Transistor)などのスイッチング素子を有している。このスイッチング素子は、ゲート信号に応じてオン/オフする。インバータ主回路13は、このスイッチング素子のオン/オフに従った電流をモータ30に出力する。モータ30は、インバータ主回路13から供給される電流に応じて動作する。
The inverter
制御回路11は、記憶装置(図示略)に格納されているプログラムを実行することで、モータ30を駆動制御するための演算等を行う回路である。制御回路11は、指令信号用端子台111、モータ制御マイコン112およびLSI(Large Scale Integration)113を含んでいる。指令信号用端子台111は、上位コントローラ(図示略)から各種の指令信号(例えばトルク指令信号など)を受け取り、モータ制御マイコン112に引き渡す。モータ制御マイコン112は、指令信号用端子台111を介して供給された指令信号に基づいて演算を行って制御信号を生成する。LSI113は、モータ制御マイコン112から供給される制御信号に基づいてキャリア信号をパルス幅変調してPWM(Pulse Width Modulation)信号を生成する。生成されたPWM信号は、ゲート駆動回路14に出力される。また、LSI113は、エンコーダ20の外部伝送回路234から速度位置デジタル信号を取得してPMW信号の生成に利用する。
The control circuit 11 is a circuit that executes a program stored in a storage device (not shown) to perform an operation or the like for controlling the drive of the
ゲート駆動回路14は、例えば、フォトカプラを有している。ゲート駆動回路14は、ゲート停止信号が与えられていない状態では、フォトカプラの電源がオン状態となり、制御回路11から供給されるPWM信号をゲート信号としてインバータ主回路13に出力する。一方、ゲート駆動回路14は、ゲート停止信号を受信すると、フォトカプラの電源がオフ状態となり、インバータ主回路13へのゲート信号の出力を停止する。また、ゲート駆動回路14は、ゲート信号の出力を停止しているか否かを表すゲート停止状態信号を安全回路12に出力する。
The
安全回路12は、モータ駆動システム1において異常の発生を検知した場合や作業者等による非常停止ボタンの押下操作を検知した場合などにおいて、ゲート停止信号を出力してゲート駆動回路14にゲート信号の出力を停止させる安全制御を行う回路である。モータ駆動システム1における異常の一例として、エンコーダ20の異常が挙げられる。安全回路12は、エンコーダ20のCPU23から出力される速度位置デジタル信号(第1の伝送信号)とエンコーダ20の迂回伝送回路24から出力される迂回速度アナログ信号(第2の伝送信号)とを比較してエンコーダ20の異常の有無を判断する手段である。このような異常の有無の判断は、安全回路12が記憶装置(図示略)に格納されているプログラムを実行することで実現される。
The
電力変換装置10において、安全回路12と同じ構成の回路を追加して安全回路12を二重化しても良い。この場合、2個の安全回路12の各々は、エンコーダ20から出力される速度位置デジタル信号と迂回速度アナログ信号の比較を独立して行い、各安全回路12における比較結果を相互に診断する。
In the
安全回路12は、安全端子台121、安全用マイコン122および非常停止回路123を含んでいる。
The
安全端子台121は、外部回路(図示略)から非常停止信号(例えば、非常停止ボタンの押下操作により発生した信号)を受け取り、安全用マイコン122および非常停止回路123に引き渡す。
The
安全用マイコン122は、安全端子台121から出力される非常停止信号、ゲート駆動回路14から出力されるゲート停止状態信号、エンコーダ20から出力される速度位置デジタル信号および迂回速度アナログ信号を取得する。安全用マイコン122は、これらの各信号に基づいてモータ駆動システム1における異常の有無を判断し、異常があると判断した場合に非常停止指令を非常停止回路123に出力する回路である。
The
非常停止回路123は、安全端子台121から出力される非常停止信号または安全用マイコン122から出力される非常停止指令が供給された場合に、ゲート停止信号をゲート駆動回路14に出力する回路である。
The
図2は、安全用マイコン122の機能を示すブロック図である。安全用マイコン122は、データ取得部501、通信異常監視部502、位置速度変換部503、速度比較部504、パルス計数・A/D変換部505、速度単位変換部506、迂回速度信号監視部507、非常停止指令出力部508、モータ制御マイコン通信部509、非常停止信号監視部510、ゲート停止状態信号監視部511、自己診断処理部512、相互診断処理部513および初期化関連処理部514を有する。安全用マイコン122のこれら各部は、安全用マイコン122がプログラムを実行することにより実現される機能である。
FIG. 2 is a block diagram showing functions of the
図3は、安全用マイコン122の動作を示すフローチャートである。安全用マイコン122は、電源が投入されるとプログラムを読み出して、図2に示す各機能部として動作を行い、図3に示すステップS101〜S108の処理を順に行う。安全用マイコン122は、以後、このステップS101〜S108の処理を定期的に繰り返し行う。図2および図3を参照して、安全用マイコン122の動作を説明する。
FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the
まず、自己診断処理部512は、自分自身(すなわち安全用マイコン122)の暴走や異常が発生するか否かを自己診断する(ステップS101)。例えば、自己診断処理部512は、安全用マイコン122の温度を測定した結果を取得し、その温度測定結果が所定温度以上であるか否かを判断する。温度検出結果が所定温度以上である場合、安全用マイコン122が熱暴走して各種処理結果のエラーが増大する可能性が高いとして、自己診断処理部512は、非常停止指令を出力して非常停止回路123にゲート停止信号を出力させる(図3のフローチャートでは省略した)。また、安全用マイコン122が二重化されている場合、自己診断処理部512による自己診断に加え、安全用マイコン122の相互診断処理部513は、安全用マイコン122の異常の有無を他方の安全用マイコン122と相互に診断を行う(ステップS101)。いずれかの安全用マイコン122において異常があった場合、その異常を検出した相互診断処理部513は、非常停止指令を出力して非常停止回路123にゲート停止信号を出力させる(図3のフローチャートでは省略した)。
First, the self-
次に、データ取得部501は、エンコーダ20のCPU23から出力される速度位置デジタル信号(第1の伝送信号)を取得する(ステップS102)。データ取得部501は、エンコーダ20の外部出力端子41から安全用マイコン122へ至る通信線を介したデータ通信により速度位置デジタル信号を取得する。また、データ取得部501は、制御回路11を介して速度位置デジタル信号を取得しても良い。
Next, the
次に、通信異常監視部502は、デジタル信号である速度位置デジタル信号における単位やビットサイズの変更を行い、その後、速度位置デジタル信号の取得の際の通信に異常があるか否かの確認を行う(図3のフローチャートでは省略した)。例えば、通信異常監視部502は、巡回冗長符号を用いた巡回冗長検査(Cyclic Redundancy Check:CRC)などを行う。通信に異常があった場合(具体的にはCRCによって誤りを検出した場合)、通信異常監視部502は、通信に異常が発生した旨を表す値(例えば1)を異常フラグに格納した異常フラグ信号(以下、単に異常フラグ信号という)を非常停止指令出力部508に出力する。
Next, the communication
通信異常監視部502において通信に異常がないと判断された場合(具体的にはCRCによって誤りが検出されなかった場合)、位置速度変換部503は、速度位置デジタル信号に格納された位置データが表す位置を微分して速度を算出する(ステップS103)。これにより、デジタル通信によって取得された速度位置デジタル信号から比較対象となる一方の速度データ(以下、便宜的にデジタル速度信号と呼ぶ)が得られる。位置速度変換部503は、得られたデジタル速度信号を速度比較部504に出力する。なお、位置速度変換部503は、算出した速度を移動平均フィルタ等を用いて移動平均化しても良い。
When the communication
次に、パルス計数・A/D変換部505は、エンコーダ20の迂回伝送回路24から出力される迂回速度アナログ信号(第2の伝送信号)を取得し、取得した迂回速度アナログ信号の電圧をオペアンプ等で調整した後、調整後の迂回速度アナログ信号のパルスをカウントする(ステップS104)。パルスのカウント結果は、モータ30の回転子の位置を示しており、デジタル値である。パルス計数・A/D変換部505は、このカウント結果を速度単位変換部506に出力する。また、パルス計数・A/D変換部505は、オペアンプ等で調整後の迂回速度アナログ信号をデジタル信号に変換し、その後に周波数換算して得られた周波数を速度単位変換部506に出力しても良い。
Next, the pulse counting / A /
次に、速度単位変換部506は、パルス計数・A/D変換部505から受け取ったパルスのカウント結果(または周波数)を時間微分して速度を算出する(ステップS105)。これにより、アナログ通信によって取得された迂回速度アナログ信号から比較対象となる他方の速度データ(以下、便宜的にアナログ速度信号と呼ぶ。なお、アナログ速度信号は実際にはデジタルである。)が得られる。速度単位変換部506は、得られたアナログ速度信号を速度比較部504に出力する。すなわち、安全用マイコン122は、エンコーダ20のCPU23(具体的にはA/D変換器231および信号処理器233)が第1の検出信号に対して行う処理と同様の処理を迂回速度アナログ信号に対して行う。
Next, the
また、パルス計数・A/D変換部505が迂回速度アナログ信号を取得するのに合わせて、迂回速度信号監視部507も、迂回速度アナログ信号を取得する。図3のフローチャートでは省略したが、迂回速度信号監視部507は、迂回速度アナログ信号の取得の際の通信に異常があるか否かの確認を行う。迂回速度信号監視部507は、例えば、迂回速度アナログ信号が通信の途中で断絶したか否かの判断や、迂回速度アナログ信号が表す信号値が不定になったか否かの判断などを行う。通信に異常があった場合(具体的には、通信が断絶した場合や信号値が不定になった場合)、迂回速度信号監視部507は、異常フラグ信号を非常停止指令出力部508に出力する。
At the same time that the pulse counting / A /
次に、速度比較部504は、位置速度変換部503から受け取ったデジタル速度信号(速度位置デジタル信号から得られた速度データ)と、速度単位変換部506から受け取ったアナログ速度信号(迂回速度アナログ信号から得られた速度データ)とを比較して、エンコーダ20の異常の有無を判断する(ステップS106)。位置速度変換部503から受け取ったデジタル速度信号と速度単位変換部506から受け取ったアナログ速度信号とが一致していなかった場合、速度比較部504は、エンコーダ20に異常が発生したとみなして(S106:Yes)、異常フラグ信号を非常停止指令出力部508に出力する。
Next, the
非常停止指令出力部508は、速度比較部504から異常フラグ信号を受け取ると、非常停止指令を非常停止回路123に出力する(ステップS108)。また、非常停止指令出力部508は、通信異常監視部502および迂回速度信号監視部507から異常フラグ信号を受け取った場合も同様に、非常停止指令を出力する。非常停止指令出力部508は、非常停止指令の出力とともに、モータ駆動システム1に異常が発生した旨を表す診断信号をモータ制御マイコン通信部509に出力させる。モータ制御マイコン112は、モータ制御マイコン通信部509から出力された診断信号を受け取ることでモータ駆動システム1に異常が発生した旨を認識する。
Upon receiving the abnormality flag signal from the
一方、ステップS106において、位置速度変換部503から受け取ったデジタル速度信号と速度単位変換部506から受け取ったアナログ速度信号とが一致していた場合、速度比較部504は、エンコーダ20に異常が発生していないと判断する(S106:No)。
On the other hand, in step S106, if the digital speed signal received from the
速度比較部504がエンコーダ20に異常が発生していないと判断した後、非常停止信号監視部510は、安全端子台121を介して非常停止信号が供給されたか否かを判断する(ステップS107)。非常停止信号が供給された場合、非常停止信号監視部510は、異常フラグ信号を非常停止指令出力部508に出力する。そして、非常停止信号監視部510から異常フラグ信号を受け取った非常停止出力部508は、非常停止指令を非常停止回路123に出力する(ステップS108)。また、非常停止信号監視部510は、非常停止信号の供給にかかる通信に異常があるか否かの確認も行う。非常停止信号監視部510は、非常停止信号の供給にかかる通信に異常があった場合、異常フラグ信号を非常停止指令出力部508に出力する。
After the
非常停止信号が供給されなかった場合および非常停止信号の供給にかかる通信に異常がない場合(S107:Yes)、一連の処理を終了する。 When the emergency stop signal is not supplied and when there is no abnormality in the communication related to the supply of the emergency stop signal (S107: Yes), a series of processing is ended.
また、図3のフローチャートでは省略したが、ステップS107における判断結果がYesである場合、ゲート停止状態信号監視部511は、ゲート停止状態信号の供給にかかる通信に異常があるか否かの確認を行っても良い。ゲート停止状態信号監視部511は、ゲート停止状態信号の供給にかかる通信に異常があった場合、異常フラグ信号を非常停止指令出力部508に出力する。ゲート停止状態信号監視部511から異常フラグ信号を受け取った非常停止出力部508は、非常停止指令を非常停止回路123に出力する。一方、ゲート停止状態信号の供給にかかる通信に異常がない場合、一連の処理を終了する。
Although omitted in the flowchart of FIG. 3, if the determination result in step S107 is Yes, the gate stop state
また、初期化関連処理部514は、安全用マイコン122の各機能部において用いられる各種設定値の初期化を行う際に動作する機能部である。
Further, the initialization-related processing unit 514 is a functional unit that operates when initializing various setting values used in each functional unit of the
以上のように、本実施形態のモータ駆動システム1の電力変換装置10は、エンコーダ20から出力される第1の伝送信号(速度位置デジタル信号)と、第1の伝送信号を生成する過程で生成されて出力される第2の伝送信号(迂回速度アナログ信号)とに基づいてエンコーダ20の異常の有無を判断する。このため、モータ駆動システム1では、第1の伝送信号を生成する過程で用いられるエンコーダ20内のCPU23が正常であるか否かの判断を、エンコーダ20内のCPU23を二重化することなく行うことができる。すなわち、本モータ駆動システムでは、CPU23の個数を増やすことなくエンコーダ20の異常の有無を判断することができる。また、モータ駆動システム1の電力変換装置10は、同一のエンコーダ23から出力される第1の伝送信号と第2の伝送信号とに基づいてエンコーダ20の異常の有無を判断する。このため、モータ駆動システム1では、エンコーダ20の個数を増やすことなくエンコーダ20の異常の有無を判断することができる。
As described above, the
具体的には、電力変換装置10は、エンコーダ20のCPU23において熱暴走や異常発振などの異常が発生したとしても、CPU23から出力される速度位置デジタル信号とCPU23を迂回して伝送される正常な迂回速度アナログ信号と比較することでCPU23の異常を検知することができる。また、電力変換装置10は、迂回伝送回路24において異常が発生したとしても、迂回伝送回路24から出力される迂回速度アナログ信号とCPU23から出力される正常な速度位置デジタル信号と比較することで迂回伝送回路24の異常を検知することができる。また、電力変換装置10は、速度位置デジタル信号または迂回速度アナログ信号のうちのいずれか一方の伝送信号における通信路の断線や短絡などが発生したとしても、他方の伝送信号に基づいて通信の異常を検知することができる。
Specifically, even if an abnormality such as thermal runaway or abnormal oscillation occurs in the
従って、本実施形態のモータ駆動システム1を用いれば、モータ駆動システム1において要求される安全性能を満たしつつ、モータ駆動システム1のエンコーダ20にかかるコストを抑えることが可能である。
Therefore, by using the
また、デジタル信号を用いた通信では、ビットエラーなどのデジタル信号に特有の異常の発生の虞がある。このビットエラーなどは、アナログ信号を用いた通信では発生しない。一方、アナログ信号を用いた通信では、信号のクロストークなどのアナログ信号に特有の異常の発生の虞がある。このクロストークなどは、デジタル信号を用いた通信では発生しない。本実施形態のモータ駆動システム1では、デジタル信号を用いた通信とアナログ信号を用いた通信とを併用しているため、通信の途中においてデジタル信号またはアナログ信号に特有の異常が発生したとしても、速度位置デジタル信号の通信と迂回速度アナログ信号の通信の両方に同時に異常が発生する可能性は低い。このため、モータ駆動システム1では、エンコーダ20と電力変換装置10との通信における信頼性が低下することはない。
Further, in communication using digital signals, there is a possibility that abnormalities specific to digital signals, such as bit errors, may occur. This bit error does not occur in communication using an analog signal. On the other hand, in communication using analog signals, there is a possibility that abnormalities specific to analog signals, such as signal crosstalk, may occur. This crosstalk does not occur in communication using digital signals. In the
また、電力変換装置10の制御回路11には、エンコーダ20から出力される速度位置デジタル信号が供給される。制御回路11は、速度位置デジタル信号に含まれる速度データおよび位置データを用いてモータ30を駆動制御するため、電力変換装置10は、従来の電力変換装置10と同様にモータを駆動制御することができる。
Further, a speed position digital signal output from the
<他の実施形態>
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明には他にも実施形態が考えられる。例えば次の通りである。
<Other embodiments>
As described above, one embodiment of the present invention has been described. However, other embodiments of the present invention can be considered. For example:
(1)実施形態のモータ駆動システム1のエンコーダ20は、2個の検出回路(第1の検出回路21および第2の検出回路22)を有していた。しかし、エンコーダ20が有する検出回路の個数は2個に限らず、1個であっても良いし、3個以上であっても良い。例えば、エンコーダが検出回路を1個だけ有する態様では、CPU23は、その検出回路のアナログの検出信号に基づいてデジタルの第1の伝送信号(速度位置デジタル信号)を生成して出力すれば良い。また、この場合、その検出回路のアナログの検出信号を第2の検出信号(迂回速度アナログ信号)として出力すれば良い。この態様においても、実施形態のモータ駆動システム1と同様の効果が得られる。
(1) The
(2)実施形態のエンコーダ20の迂回伝送回路24は、第1の検出回路21の第1の検出信号を第2の伝送信号として出力していた。しかし、迂回伝送回路24は、第2の検出回路22の第2の検出信号を第2の伝送信号として出力しても良い。すなわち、エンコーダ20が検出回路を複数有する場合、迂回伝送回路24は、複数の検出回路のうちのいずれか1の検出回路の検出信号を第2の伝送信号として出力すれば良い。
(2) The
1…モータ駆動システム、10…電力変換装置、20…エンコーダ、30…モータ、40…交流電源、11…制御回路、12…安全回路、13…インバータ主回路、14…ゲート駆動回路、111…指令信号端子台、112…モータ制御マイコン、113…LSI、121…安全端子台、122…安全用マイコン、123…非常停止回路、21…第1の検出回路、22…第2の検出回路、23…CPU、24…迂回伝送回路、31…回転軸、41,42…外部出力端子、211…発光素子、212…受光素子、213,223…増幅回路、222…磁気抵抗素子、231,232…A/D変換器、233…信号処理器、234…外部伝送回路。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記モータの回転子の速度および位置を検出するエンコーダから出力される第1の伝送信号と、前記第1の伝送信号が出力される前記エンコーダから出力される第2の伝送信号とに基づいて前記エンコーダの異常の有無を判断する安全回路を有し、
前記エンコーダから出力される前記第1の伝送信号はデジタル信号であり、
前記エンコーダから出力される前記第2の伝送信号はアナログ信号であり、
前記安全回路は、
前記第2の伝送信号をデジタル信号に変換し、
前記第1の伝送信号と、デジタル信号に変換された前記第2の伝送信号とを比較する
ことを特徴とする電力変換装置。 A power converter that drives and controls a motor by converting and outputting input power,
A first transmission signal output from an encoder that detects a speed and a position of a rotor of the motor, and a second transmission signal output from the encoder from which the first transmission signal is output. It has a safety circuit to determine the presence or absence of an encoder abnormality ,
The first transmission signal output from the encoder is a digital signal,
The second transmission signal output from the encoder is an analog signal,
The safety circuit includes:
Converting the second transmission signal into a digital signal;
A power converter , wherein the first transmission signal is compared with the second transmission signal converted into a digital signal .
前記モータの回転子の速度および位置を検出するエンコーダから出力される第1の伝送信号と、前記第1の伝送信号が出力される前記エンコーダから出力される第2の伝送信号とに基づいて前記エンコーダの異常の有無を判断する安全回路を有し、A first transmission signal output from an encoder that detects a speed and a position of a rotor of the motor, and a second transmission signal output from the encoder from which the first transmission signal is output. It has a safety circuit to determine the presence or absence of an encoder abnormality,
前記エンコーダは、The encoder is
前記モータの回転子の速度および位置を検出して検出結果を示す検出信号を各々生成する複数の検出回路と、A plurality of detection circuits for detecting the speed and position of the rotor of the motor and generating a detection signal indicating the detection result,
前記複数の検出回路によって生成される各検出信号に信号処理を施して前記第1の伝送信号を生成して出力する検出信号処理手段と、Detection signal processing means for performing signal processing on each detection signal generated by the plurality of detection circuits to generate and output the first transmission signal;
前記複数の検出回路のうちのいずれか1の検出回路によって生成される検出信号を前記第2の伝送信号として出力する迂回伝送回路と、を有するA bypass transmission circuit that outputs a detection signal generated by any one of the plurality of detection circuits as the second transmission signal.
ことを特徴とする電力変換装置。A power converter characterized by the above-mentioned.
前記モータの回転子の速度および位置を検出するエンコーダから出力される第1の伝送信号と、前記第1の伝送信号が出力される前記エンコーダから出力される第2の伝送信号とに基づいて前記エンコーダの異常の有無を判断する安全回路を有し、
前記エンコーダは、前記第1の伝送信号を生成するのに用いた信号を前記第2の伝送信号として出力する
ことを特徴とする電力変換装置。 A power converter that drives and controls a motor by converting and outputting input power,
A first transmission signal output from an encoder that detects a speed and a position of a rotor of the motor, and a second transmission signal output from the encoder from which the first transmission signal is output. It has a safety circuit to determine the presence or absence of an encoder abnormality,
The power converter according to claim 1, wherein the encoder outputs a signal used to generate the first transmission signal as the second transmission signal .
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