JP7054849B2

JP7054849B2 - 診断装置

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Publication number: JP7054849B2
Application number: JP2019522016A
Authority: JP
Inventors: 太郎岸部; 英之岸田; 勇介下垣
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
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Priority date: 2017-05-31
Filing date: 2018-04-17
Publication date: 2022-04-15
Anticipated expiration: 2038-04-17
Also published as: EP3633465B1; JPWO2018221043A1; KR102413474B1; US11293997B2; EP3633465A1; CN110678815B; US20200408852A1; WO2018221043A1; CN110678815A; KR20200013659A; EP3633465A4

Description

本発明は、回路の異常の有無を診断する診断装置に関する。

ＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御によってモータを制御する方式では、マイクロプロセッサを用いたディジタル制御が広く行われている。モータを制御するためには、モータの巻線に流れる電流（以下、モータ電流）を検出する必要があり、ディジタル制御ではＰＷＭのスイッチングタイミングを生成するＰＷＭ周期毎にモータ電流を検出し、電流指令値と一致するようにＰＩ制御（比例＋積分制御）などを用いて制御が行われる。ＦＡサーボで使用される表面磁石構造の同期モータ（ＳｕｒｆａｃｅＰｅｒｍａｎｅｎｔＭａｇｎｅｔＳｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＭｏｔｏｒ）が出力するトルクはモータ電流と比例関係にあるので、モータ電流の値をＰＷＭ制御によって制御することで、モータから出力されるトルクを自在にコントロールすることができる。

一方、非常時にモータを停止させる方法として、非常停止回路の故障リスクを低減する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このような従来の非常停止回路は、図１１に示すように非常停止回路の系統を２重化することによって、いずれか１系統の非常停止回路が故障した場合でもモータを停止できるような構成としている。

更に近年では産業用ロボットと人との協業を実現するために、ロボットアームの移動速度や移動領域に制限を設けるなどの取組みもあり、従来の制御装置に拡張装置を接続し、拡張装置でモータのエンコーダ情報を取り込み、モータ軸の回転速度や移動領域を監視することが行われている。

特開２００６－２６８１３０号公報

しかしながら、従来の非常停止回路の構成では、制御装置に拡張装置が接続された状態の非常停止回路が故障したことを検出することができない。

本発明に係る診断装置は、制御装置と、前記制御装置に接続可能な拡張装置とを備え、前記制御装置は、負荷部への電力の供給と遮断とを切り替える遮断部と、前記負荷部への電力の供給を遮断する旨を示す診断信号を生成する第１診断パルス生成器と、前記負荷部への供給電圧を検出する第１遮断診断器と、前記制御装置に前記拡張装置が接続されているか否かを検出する拡張装置検出器とを含み、前記拡張装置は、前記診断信号を生成する第２診断パルス生成器と、前記負荷部への供給電圧を検出する第２遮断診断器とを含み、前記拡張装置検出器によって、前記制御装置に前記拡張装置が接続されていないことが検出される場合には、前記第１診断パルス生成器は、前記遮断部に対して前記診断信号を出力し、前記遮断部は、前記第１診断パルス生成器から出力される前記診断信号に呼応して、前記負荷部への電力の供給を遮断し、前記第１遮断診断器は、検出する前記負荷部への供給電圧に基づいて、前記遮断部に係る故障の有無を診断し、前記拡張装置検出器によって、前記制御装置に前記拡張装置が接続されていることが検出される場合には、前記第２診断パルス生成器は、前記遮断部に対して前記診断信号を出力し、前記遮断部は、前記第２診断パルス生成器から出力される前記診断信号に呼応して、前記負荷部への電力の供給を遮断し、前記第２遮断診断器は、検出する前記負荷部への供給電圧に基づいて、前記遮断部に係る故障の有無を診断することを特徴とする。

本発明に係る診断装置は、モータ制御装置と、前記モータ制御装置に接続可能な拡張装置とを備え、前記モータ制御装置は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御によりモータへ印加する電圧を制御するインバータ回路と、前記インバータ回路を駆動する駆動回路と、前記駆動回路への電力の供給と遮断とを切り替える遮断回路と、前記駆動回路への電力の供給を遮断する旨を示す診断信号を生成する第１診断パルス生成器と、前記駆動回路への供給電圧を検出する第１遮断診断器と、前記モータ制御装置に前記拡張装置が接続されているか否かを検出する拡張装置検出器とを含み、前記拡張装置は、前記診断信号を生成する第２診断パルス生成器と、前記駆動回路への供給電圧を検出する第２遮断診断器とを含み、前記拡張装置検出器によって、前記モータ制御装置に前記拡張装置が接続されていないことが検出される場合には、前記第１診断パルス生成器は、前記遮断回路に対して前記診断信号を出力し、前記遮断回路は、前記第１診断パルス生成器から出力される前記診断信号に呼応して、前記駆動回路への電力の供給を遮断し、前記第１遮断診断器は、検出する前記駆動回路への供給電圧に基づいて、前記遮断回路に係る故障の有無を診断し、前記拡張装置検出器によって、前記モータ制御装置に前記拡張装置が接続されていることが検出される場合には、前記第２診断パルス生成器は、前記遮断回路に対して前記診断信号を出力し、前記遮断回路は、前記第２診断パルス生成器から出力される前記診断信号に呼応して、前記駆動回路への電力の供給を遮断し、前記第２遮断診断器は、検出する前記駆動回路への供給電圧に基づいて、前記遮断回路に係る故障の有無を診断することを特徴とする。

上記構成の診断装置によると、制御装置に拡張装置が接続された状態の、非常停止回路である遮断回路が故障したことを検出することができる。

図１は、実施の形態１に係る診断装置のブロック構成図である。図２は、実施の形態１に係る診断装置の動作波形図である。図３は、実施の形態１における、拡張装置と拡張装置検出器の結果との組み合わせパターンの模式図である。図４は、実施の形態２に係る診断装置のブロック構成図である。図５は、実施の形態２における、拡張装置と拡張装置検出器の結果との組み合わせパターンの模式図である。図６は、実施の形態３に係る診断装置のブロック構成図である。図７は、実施の形態３に係る診断装置の動作波形図である。図８は、実施の形態３における、拡張装置と拡張装置検出器の結果の組み合わせパターンの模式図である。図９は、実施の形態４に係る診断装置のブロック構成図である。図１０は、実施の形態４における、拡張装置と拡張装置検出器の結果の組み合わせパターンの模式図である。図１１は、従来例の遮断回路のブロック構成図である。

本開示の一態様に係る診断装置は、制御装置と、前記制御装置に接続可能な拡張装置とを備え、前記制御装置は、負荷部への電力の供給と遮断とを切り替える遮断部と、前記負荷部への電力の供給を遮断する旨を示す診断信号を生成する第１診断パルス生成器と、前記負荷部への供給電圧を検出する第１遮断診断器と、前記制御装置に前記拡張装置が接続されているか否かを検出する拡張装置検出器とを含み、前記拡張装置は、前記診断信号を生成する第２診断パルス生成器と、前記負荷部への供給電圧を検出する第２遮断診断器とを含み、前記拡張装置検出器によって、前記制御装置に前記拡張装置が接続されていないことが検出される場合には、前記第１診断パルス生成器は、前記遮断部に対して前記診断信号を出力し、前記遮断部は、前記第１診断パルス生成器から出力される前記診断信号に呼応して、前記負荷部への電力の供給を遮断し、前記第１遮断診断器は、検出する前記負荷部への供給電圧に基づいて、前記遮断部に係る故障の有無を診断し、前記拡張装置検出器によって、前記制御装置に前記拡張装置が接続されていることが検出される場合には、前記第２診断パルス生成器は、前記遮断部に対して前記診断信号を出力し、前記遮断部は、前記第２診断パルス生成器から出力される前記診断信号に呼応して、前記負荷部への電力の供給を遮断し、前記第２遮断診断器は、検出する前記負荷部への供給電圧に基づいて、前記遮断部に係る故障の有無を診断することを特徴とする。

上記構成の診断装置によると、拡張装置が接続された状態の、非常停止回路である遮断回路が故障したことを検出することができる。

また、前記第１診断パルス生成器と、前記第２診断パルス生成器とは、前記遮断部に対して、互いに異なる周期、あるいは互いに異なる位相で前記診断信号を出力するとしてもよい。

これにより、拡張装置が接続されているにもかかわらず、拡張装置検出器によって、拡張装置が接続されていないと検出されてしまうという異常状態と、拡張装置が接続されていないにもかかわらず、拡張装置検出器によって、拡張装置が接続されていると検出されてしまう異常状態とを、比較的容易に検出することができるようになる。

また、前記拡張装置検出器によって、前記制御装置に前記拡張装置が接続されていることが検出される場合には、前記第１遮断診断器は、さらに、前記第２診断パルス生成器から出力される前記診断信号を検出するか否かに基づいて、前記拡張装置に係る故障の有無を診断するとしてもよい。

これにより、拡張装置に係る故障の有無を診断することができるようになる。

本開示の一態様に係る診断装置は、モータ制御装置と、前記モータ制御装置に接続可能な拡張装置とを備え、前記モータ制御装置は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御によりモータへ印加する電圧を制御するインバータ回路と、前記インバータ回路を駆動する駆動回路と、前記駆動回路への電力の供給と遮断とを切り替える遮断回路と、前記駆動回路への電力の供給を遮断する旨を示す診断信号を生成する第１診断パルス生成器と、前記駆動回路への供給電圧を検出する第１遮断診断器と、前記モータ制御装置に前記拡張装置が接続されているか否かを検出する拡張装置検出器とを含み、前記拡張装置は、前記診断信号を生成する第２診断パルス生成器と、前記駆動回路への供給電圧を検出する第２遮断診断器とを含み、前記拡張装置検出器によって、前記モータ制御装置に前記拡張装置が接続されていないことが検出される場合には、前記第１診断パルス生成器は、前記遮断回路に対して前記診断信号を出力し、前記遮断回路は、前記第１診断パルス生成器から出力される前記診断信号に呼応して、前記駆動回路への電力の供給を遮断し、前記第１遮断診断器は、検出する前記駆動回路への供給電圧に基づいて、前記遮断回路に係る故障の有無を診断し、前記拡張装置検出器によって、前記モータ制御装置に前記拡張装置が接続されていることが検出される場合には、前記第２診断パルス生成器は、前記遮断回路に対して前記診断信号を出力し、前記遮断回路は、前記第２診断パルス生成器から出力される前記診断信号に呼応して、前記駆動回路への電力の供給を遮断し、前記第２遮断診断器は、検出する前記駆動回路への供給電圧に基づいて、前記遮断回路に係る故障の有無を診断することを特徴とする。

上記記構成の診断装置によると、モータ制御装置に拡張装置が接続された状態の、非常停止回路である遮断回路が故障したことを検出することができる。

また、前記第１診断パルス生成器と、前記第２診断パルス生成器とは、前記遮断回路に対して、互いに異なる周期、あるいは互いに異なる位相で前記診断信号を出力するとしてもよい。

また、前記拡張装置検出器によって前記モータ制御装置に前記拡張装置が接続されていることが検出される場合には、前記第１遮断診断器は、さらに、前記第２診断パルス生成器から出力される前記診断信号を検出するか否かに基づいて、前記拡張装置に係る故障の有無を診断するとしてもよい。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。本発明は、請求の範囲だけによって限定される。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。

（実施の形態１）
本実施の形態１に係る診断装置１について、図１、図２および図３を用いて説明する。

図１は実施の形態１に係る診断装置１のブロック構成図、図２は診断装置１の動作波形図、図３は拡張装置２１と拡張装置検出器１５の結果の組み合わせパターンによる動作を示すものであり、以下に各動作について説明する。

図１に示すように診断装置１は、制御装置２０と、制御装置２０に接続可能な拡張装置２１で構成されている。制御装置２０は、例えばモータ制御や信号処理等、機能を動作させるためのブロック（図１では後述する負荷部３２）と、外部からの停止信号によって機能を停止させるブロック（図１では後述する入力部３０と遮断部３１）と、機能を停止する手段が正常に動作することを診断するブロックで構成されている（図１では後述する診断部３３）。

また、拡張装置２１は、制御装置２０に対して、接続と分離とが自在であり、外部からの監視信号が入力された場合に制御装置２０の機能が指示通りに動作しているかを監視することを目的に追加可能な装置である。

まず、制御装置２０の動作について以下に説明する。

制御装置２０は、入力部３０と、遮断部３１と、負荷部３２と、診断部３３と、拡張装置検出器１５とで構成されている。尚、制御装置２０は入力部３０から遮断部３１、負荷部３２まで２重化された構成を例に示しているが、高い信頼性の要求を必要としないシステムに対しては、冗長化を行わずに１系統のシステムで構成することができる。

負荷部３２は、負荷回路１３ａ、１３ｂで構成され、例えばモータドライバー、信号処理回路など、制御装置２０を動作させる回路である。

遮断部３１は、合成回路６ａ、６ｂ、遮断回路５ａ、５ｂで構成され、負荷部３２への電力の供給と遮断とを切り替える。遮断回路５ａ、５ｂは負荷回路１３ａ、１３ｂを動作させるための電源を供給あるいは遮断を行う回路であり、後述する合成回路からの指令を受けて電源の供給／遮断を切り替える。合成回路６ａ、６ｂは入力部３０から出力される外部からの停止信号と、後述する診断信号を受けて、遮断回路５ａ、５ｂに電源の供給／遮断の指令を出力する。

入力部３０は、入力回路７ａ、７ｂで構成され、外部から入力される停止信号をディジタルフィルタ処理により内部に取り込み、合成回路６ａ、６ｂに対し停止信号を出力する。

診断部３３は、第１診断パルス生成器８ａ、第１遮断診断器９ａで構成されている。第１診断パルス生成器８ａは、定期的に、負荷部３２への電力の供給を遮断する旨を示す診断信号を生成する。この診断信号は合成回路６ａ、６ｂに入力され、遮断回路５ａ、５ｂによる電源の供給／遮断を制御する。第１遮断診断器９ａは、負荷部３２への供給電圧を検出する。より具体的には、第１遮断診断器９ａは、遮断回路５ａ、５ｂから出力される電源を検出することによって正常／異常の診断を行う。

拡張装置検出器１５は、制御装置２０に拡張装置２１が接続されているか否かを検出する。より具体的には、拡張装置検出器１５は、拡張装置２１が接続されたかどうかを検出し、第１診断パルス生成器８ａと第１遮断診断器９ａとに接続の有無について情報を伝達する。

以上が制御装置２０の構成である。次に拡張装置２１の動作について説明する。

拡張装置２１は、第２診断パルス生成器８ｂと、第２遮断診断器９ｂと、入力回路７ｃ、７ｄと、監視判定器１６とで構成されている。

第２診断パルス生成器８ｂは、定期的に診断信号を生成する。この診断信号は後述する監視判定器１６を経由して制御装置２０の合成回路６ａ、６ｂに入力され、遮断回路５ａ、５ｂによる電源の供給／遮断を制御する。

第２遮断診断器９ｂは、負荷部３２への供給電圧を検出する。より具体的には、第２遮断診断器９ｂは、遮断回路５ａ、５ｂから出力される電源を検出することによって正常／異常の診断を行う。

入力回路７ｃ、７ｄは外部から入力される監視信号をディジタルフィルタ処理により内部に取り込む。

監視判定器１６は、入力回路７ｃ、７ｄからの監視信号を受けた場合、負荷回路１３ａ、１３ｂの動作の監視を行い、監視判定器１６があらかじめ設定された以外の動作と判断した場合は制御装置２０の合成回路６ａ、６ｂに対し、負荷回路１３ａ、１３ｂへの電源供給を遮断する停止信号を出力する。前述の第２診断パルス生成器８ｂからの診断信号を受けた場合には、監視判定器１６は合成回路６ａ、６ｂに診断信号を出力する。尚、監視判定器１６の停止信号と診断信号とは停止信号が優先して処理される。

以上が拡張装置２１の構成である。次に図２を用いながら診断方法の動作を説明する。

拡張装置検出器１５によって、制御装置２０に拡張装置２１が接続されていないことが検出される場合には、第１診断パルス生成器８ａは、遮断部３１に対して診断信号を出力し、遮断部３１は、第１診断パルス生成器８ａから出力される診断信号に呼応して、負荷部３２への電力の供給を遮断し、第１遮断診断器９ａは、検出する負荷部３２への供給電圧に基づいて、遮断部３１に係る故障の有無を診断する。より具体的には、上記場合に、診断装置１は、以下に記載する動作を行う。

拡張装置検出器１５によって、制御装置２０に拡張装置２１が接続されていないことが検出されると、拡張装置検出器１５は第１診断パルス生成器８ａと第１遮断診断器９ａとに未接続信号を出力することで制御装置２０が単独で動作していることを伝える。図２の拡張装置検出器１５の出力がＨの場合、拡張装置２１が未接続と設定した動作波形である。図２に示すように、第１診断パルス生成器８ａは合成回路６ａ、６ｂに対し診断信号（Ｌパルス）を出力することで、合成回路６ａ、６ｂは後段の遮断回路５ａ、５ｂに信号を出力し、遮断回路５ａ、５ｂは診断信号に合わせて電源の供給を遮断する。合成回路６ａと合成回路６ｂとへの診断信号は交互に出力することによって、負荷回路１３ａと負荷回路１３ｂとの電源が同時に遮断されることを防止している。第１遮断診断器９ａが異常を検出した場合には、第１遮断診断器９ａは第１診断パルス生成器８ａに対して電源遮断指令を出力し、第１診断パルス生成器８ａは合成回路６ａ、６ｂへの信号を同時にＬレベルとすることで負荷回路への電源供給を停止し、負荷部３２の動作を停止させる。

拡張装置検出器１５によって、制御装置２０に拡張装置２１が接続されていることが検出される場合には、第２診断パルス生成器８ｂは、遮断部３１に対して診断信号を出力し、遮断部３１は、第２診断パルス生成器８ｂから出力される診断信号に呼応して、負荷部３２への電力の供給を遮断し、第２遮断診断器９ｂは、検出する負荷部３２への供給電圧に基づいて、遮断部３１に係る故障の有無を診断する。より具体的には、上記場合に、診断装置１は、以下に記載する動作を行う。

拡張装置検出器１５によって、制御装置２０に拡張装置２１が接続されていることが検出されると、拡張装置検出器１５は第１診断パルス生成器８ａと第１遮断診断器９ａとに接続信号を出力することで拡張装置２１が接続されていることを伝える。図２の拡張装置検出器１５の出力信号がＬの場合、拡張装置２１が接続されたと設定した動作波形である。制御装置２０の第１診断パルス生成器８ａが拡張装置検出器１５から拡張装置２１が接続されたことを示す接続信号を受けると、第１診断パルス生成器８ａは診断信号の生成を停止する。一方、図２に示すように拡張装置２１の第２診断パルス生成器８ｂは監視判定器１６に対して診断信号を出力する。監視判定器１６は合成回路６ａ、６ｂに診断信号（Ｌパルス）を出力し、後段の遮断回路５ａ、５ｂは診断信号に合わせて電源の供給を遮断する。合成回路６ａと合成回路６ｂへの診断信号は交互に出力することによって、１３ａと負荷回路１３ｂとの電源が同時に遮断されることを防止している。第２遮断診断器９ｂが異常を検出した場合には、第２遮断診断器９ｂは第２診断パルス生成器８ｂに対して電源遮断指令を出力し、第２診断パルス生成器８ｂは監視判定器１６に停止信号を出力することで、合成回路６ａ、６ｂへの信号を同時にＬレベルとし、負荷回路への電源供給を停止し、負荷部３２の動作を停止させる。

以上のように拡張装置検出器１５が拡張装置２１の接続の有無を検出することによって、診断方法を切り替えることで、拡張装置２１からの遮断部３１の診断を容易にしている。次に拡張装置検出器１５が拡張装置２１の接続の有無を誤検出した場合の診断動作について説明する。

図３は拡張装置２１と拡張装置検出器１５の結果の組み合わせパターンによる動作を示すものであり、拡張装置２１の接続状態と、拡張装置検出器１５が拡張装置２１の有無を判断した状態について示している。パターンの［Ｉ］と［ＩＶ］は正常な組み合わせであり、診断方法の動作は前述の通りであるので、ここでは［ＩＩ］と［ＩＩＩ］のいずれも異常な組み合わせの動作について説明する。

まず、拡張装置２１が接続され、拡張装置検出器１５は拡張装置２１が接続されていないと判断した［ＩＩＩ］の場合について説明する。制御装置２０の第１診断パルス生成器８ａは制御装置２０が単独で動作していると判断するので、合成回路６ａ、６ｂに対して診断信号を生成する。また、拡張装置２１の第２診断パルス生成器８ｂも監視判定器１６を経由して合成回路６ａ、６ｂに対して診断信号を生成する。第１診断パルス生成器８ａと第２診断パルス生成器８ｂの診断信号の周期や位相をずらすように設定することで、第１遮断診断器９ａおよび第２遮断診断器Ｂ９ｂは予期せぬタイミングで電源のＨ／Ｌを検出し、異常と判断して診断パルス生成器８ａに異常信号を出力し、負荷部３２の動作を停止する。

次に、拡張装置２１が接続されていないが、拡張装置検出器１５は拡張装置２１が接続されたと判断した［ＩＩ］の場合について説明する。制御装置２０の第１診断パルス生成器８ａは拡張装置２１が接続されていると判断するので、診断信号は生成しない。また、拡張装置２１は実際には接続されていないので、遮断部３１の診断は実施されない。一方、第１遮断診断器９ａは負荷部３２の電源はＨのまま変化しないので、第１遮断診断器９ａは異常信号を第１診断パルス生成器８ａに出力し、また、第２遮断診断器９ｂは異常信号を第２診断パルス生成器８ｂに出力し、負荷部３２の動作を停止する。

尚、図２で診断信号を受けた第１遮断回路５ａおよび第２遮断回路５ｂの電圧出力は０Ｖまで低下するように簡潔に記載しているが、第１遮断診断器９ａおよび第２遮断診断器９ｂが電圧の低下を検出すれば第１遮断回路５ａと第２遮断回路５ｂが正常に動作していることが分かるため、電圧の低下後に直ぐに復帰させることで、負荷部３２を連続的に動作させることができる。

以上のような構成とすることにより、拡張装置２１の接続／未接続の切り替え時にも診断する経路を切り替えることにより、適切な領域で診断することができる。

また、拡張装置２１の接続状態を誤検出した場合でも、第１診断パルス生成器８ａと、第２診断パルス生成器８ｂとは、遮断部３１に対して、互いに異なる周期、あるいは互いに異なる位相で診断信号を出力することによって、組み合わせ異常を容易に検出することができる。

（実施の形態２）
図４、図５を用いて本発明の実施の形態２について説明する。図４は実施の形態２における診断装置１ａのブロック構成図、図５は拡張装置２１と拡張装置検出器１５の結果の組み合わせパターンによる動作を示すものであり、実施の形態１の図１と異なるのは拡張装置２１が接続され場合、制御装置２０の第３遮断診断器９ｃは拡張装置２１の監視判定器１６からの診断信号を監視するように構成したところであり、以下に動作を説明する。

実施の形態２の第３遮断診断器９ｃは制御装置２０が単独で動作する場合は実施の形態１と同じである。拡張装置２１が接続された場合、第３遮断診断器９ｃは拡張装置２１の監視判定器１６からの診断信号を監視する。

図５は拡張装置２１と拡張装置検出器１５の結果の組み合わせパターンによる動作を示すものであり、拡張装置２１ａの接続状態と、拡張装置検出器１５が拡張装置２１の有無を判断した状態について示している。パターンの［Ｉ］、［ＩＩＩ］と［ＩＶ］は実施の形態１と同様であり、［ＩＩ］の動作について説明する。

拡張装置２１が接続されていないが、拡張装置検出器１５は拡張装置２１が接続されたと判断した［ＩＩ］場合、制御装置２０ａの第１診断パルス生成器８ａは拡張装置２１が接続されていると判断するので、診断信号は生成しない。一方、第３遮断診断器９ｃは拡張装置２１の監視判定器１６からの診断信号を監視するが、実際には拡張装置２１は接続されていないため診断信号は検出できず、第３遮断診断器９ｃは異常と診断し、異常信号を第１診断パルス生成器８ａに出力し、また、第２遮断診断器Ｂ９ｂは異常信号を第２診断パルス生成器８ｂに出力し、負荷部３２の動作を停止する。

このように、拡張装置検出器１５によって、制御装置２０ａに拡張装置２１が接続されていることが検出される場合には、第３遮断診断器９ｃは、第２診断パルス生成器８ｂから出力される診断信号を検出するか否かに基づいて、拡張装置２１に係る故障の有無を診断する。

尚、拡張装置２１の入力回路７ｃ、７ｄは２入力としているが、複数の入力回路を設けて、外部からの各入力信号に対し、監視判定器１６で監視する内容を設定してもよい。

以上のような構成とすることにより、第３遮断診断器９ｃは拡張装置２１の監視判定器１６からの診断信号が定期的に出力されているかを監視するので、拡張装置２１の接続の有無および診断機能の異常を容易に検出することができる。

（実施の形態３）
本実施の形態３に係る診断装置１００について、図６、図７および図８を用いて説明する。図６は実施の形態３に係る診断装置１００のブロック構成図、図７は診断装置１００の動作波形図、図８は拡張装置１２１と拡張装置検出器１１５の結果の組み合わせパターンによる動作を示すものであり、以下に各動作について説明する。

図６に示すように診断装置１００は、モータ制御装置１１０と、モータ制御装置１１０に接続可能な拡張装置１２１と、モータ１０２と、エンコーダ１１８とで構成されている。各構成について以下に説明する。

１０２はモータであり、３相正弦波を印加することで回転する誘導電動機や、最近では効率や制御性の点からロータに磁石を配置した３相ブラシレスモータが広く利用されている。１１８はエンコーダであり、モータ軸に取り付けてモータ軸の回転位置を検出する。

次にモータ制御装置１１０の構成について説明する。１０１はインバータ回路であり、ＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｕｏｎ）制御によりモータ１０２へ印加する電圧を制御する。より具体的には、インバータ回路１０１は、３相のインバータ回路であって、６つのパワー素子があり、主電源電圧のプラス側（Ｐ側）に接続されるＰ側パワー素子１０３ａ、主電源電圧のマイナス側（Ｎ側）に接続されるＮ側パワー素子１０３ｂで構成される。

駆動回路１０４は、Ｐ側駆動回路１０４ａとＮ側駆動回路１０４ｂとを含み、インバータ回路１０１を駆動する。

遮断回路１３１は、遮断回路１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、及び１０５ｄを含み、駆動回路１０４への電力の供給と遮断とを切り替える。より具体的には、遮断回路１０５ａ、１０５ｃは、Ｐ側駆動回路１０４ａへの電力の供給と遮断とを切り替え、遮断回路１０５ｂ、１０５ｄは、Ｎ側駆動回路１０４ｂへの電力の供給と遮断とを切り替える。

Ｐ側駆動回路１０４ａは、Ｐ側パワー素子１０３ａのＯＮ／ＯＦＦの制御を行い、図示しないＰＷＭ生成器からのＰＷＭ信号をＰ側パワー素子１０３ａに伝達する。

Ｎ側駆動回路１０４ｂは、Ｎ側パワー素子１０３ｂのＯＮ／ＯＦＦの制御を行い、図示しないＰＷＭ生成器からのＰＷＭ信号をＮ側パワー素子１０３ｂに伝達する。

また、Ｐ側駆動回路１０４ａとＮ側駆動回路１０４ｂとは、インバータ回路１０１などの高電圧の１次側の回路と、制御信号や外部との接続素子などの低電圧の２次側の回路とを絶縁する機能も有しており、オプトカプラなどの絶縁素子が用いられる。Ｐ側駆動回路１０４ａで使用する動作電源は遮断回路１０５ａまたは１０５ｃから供給され、少なくともどちらかの遮断回路から動作電源が供給されればＰ側駆動回路１０４ａは動作し、遮断回路１０５ａと１０５ｃの両回路によって動作電源を遮断することによってＰ側駆動回路１０４ａは停止することができるように論理和の構成となっている。この構成はダイオードを２つ使用して、それぞれのカソード端子をオプトカプラへの動作電源とし、アノード端子を遮断回路５ａと５ｃにそれぞれ接続することで容易に構成することができる。Ｎ側の回路も同様な構成である。

１０８ａは第１診断パルス生成器であり、遮断回路１３１が正しく動作することを確認するために、図７のように定期的に、駆動回路１０４への電力の供給を遮断する旨を示す診断信号を生成する。診断信号を生成する周期は遮断回路１３１のＭＴＦＢ（平均故障時間）内に診断を実施すればよいが、より信頼性を高めるために１分間隔などで診断してもよい。

１０９ａは第１遮断診断器であり、駆動回路１０４への供給電圧を検出する。より具体的には、遮断回路１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃおよび１０５ｄから出力される電源を検出し、その結果を診断パルス生成器に出力する。そして、第１遮断診断器１０９ａは、検出する駆動回路１０４への供給電圧に基づいて、遮断回路１３１に係る故障の有無を診断する。また、第１診断パルス生成器１０８ａが、第１遮断診断器１０９ａからの動作電源の情報により遮断回路１３１に係る故障を診断する構成としてもよい。

１０７ａおよび１０７ｂは非常停止信号の入力回路であり、信頼性を上げるために信号および回路を複数用いた冗長回路で構成している。図６では入力回路を２系統とした例であるが、更に３系統以上の複数の構成としてもよい。複数で構成した入力回路への非常停止信号は、モータ１０２を停止させる場合には各入力回路へ同時に非常停止信号を与える。

１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃおよび１０６ｄは合成回路であり、入力回路１０７ａ、１０７ｂからの非常停止信号と第１診断パルス生成器１０８ａからの診断信号を合成して各遮断回路へ停止信号を出力する。合成回路は入力信号の非常停止信号の論理によって回路構成が決まり、例えば非常停止時にＨの場合は論理和として遮断回路はＨで遮断とし、非常停止時にＬの場合は論理積として遮断回路はＬで遮断することで、外部からの非常停止信号に対し、全ての遮断回路を遮断させるように構成することが可能である。

１１５は拡張装置検出器であり、モータ制御装置１１０に拡張装置１２１が接続されているか否かを検出する。そして、第１診断パルス生成器１０８ａと第１遮断診断器１０９ａとに接続の有無について情報を伝達する。

以上がモータ制御装置１１０の構成である。次に拡張装置１２１の構成について説明する。

拡張装置１２１は監視機能を拡張するための装置であり、外部から監視信号によって、モータ軸の速度または位置を監視するための装置である。

１０７ｃ、１０７ｄは監視信号の入力回路であり、信頼性を上げるために信号および回路を複数用いた冗長回路で構成している。図６では入力回路を２系統とした例であるが、更に３系統以上の複数の構成としてもよい。複数で構成した入力回路への監視信号は、モータ１０２の動作の監視を開始する場合には各入力回路へ同時に監視信号を与える。

１１７はエンコーダ受信器であり、エンコーダ１１８からのモータ軸の回転位置情報を受け、モータ軸の回転速度、回転位置、あるいは回転量情報に変換する。エンコーダ１１８からの回転位置情報は、シリアル通信、あるいは９０°位相差の２相のパルス信号、９０°位相差の２相の正弦波信号等が用いられる。

１１６ｂは監視判定器Ｂであり、入力回路１０７ｃ、１０７ｄからの監視信号を受けた場合、あらかじめ設定された制限内でモータ１０２が動作しているのかを監視し、制限を超えた場合はモータ制御装置１１０の合成回路１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃおよび１０６ｄに対して電源を遮断する指令を出力する。

モータ１０２の動作の検出はエンコーダ受信器１１７で変換したモータ軸の回転速度、回転位置、あるいは回転量情報を用いることによって可能である。

１０８ｂは第２診断パルス生成器であり、遮断回路１３１が正しく動作することを確認するために、図７のように定期的に診断信号を生成する。診断信号を生成する周期は遮断回路１３１のＭＴＦＢ（平均故障時間）内に診断を実施すればよいが、より信頼性を高めるために１分間隔などで診断してもよい。

１０９ｂは第２遮断診断器であり、駆動回路１０４への供給電圧を検出する。より具体的には、遮断回路１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃおよび１０５ｄから出力される電源を検出し、その結果を第２診断パルス生成器１０８ｂに出力する。そして、第２遮断診断器１０９ｂは、検出する駆動回路１０４への供給電圧に基づいて、遮断回路１３１に係る故障の有無を診断する。また、第２診断パルス生成器１０８ｂが、第２遮断診断器１０９ｂからの動作電源の情報により遮断回路１３１に係る故障の有無を診断する構成としてもよい。

以上が拡張装置２１の構成である。次に図７を用いながら診断方法の動作を説明する。

拡張装置検出器１１５によって、モータ制御装置１１０に拡張装置１２１が接続されていないことが検出される場合には、第１診断パルス生成器１０８ａは、遮断回路１３１に対して診断信号を出力し、遮断回路１３１は、第１診断パルス生成器１０８ａから出力される診断信号に呼応して、駆動回路１０４への電力の供給を遮断し、第１遮断診断器１０９ａは、検出する駆動回路１０４への供給電圧に基づいて、遮断回路１３１に係る故障の有無を診断する。より具体的には、上記場合に、診断装置１００は、以下に記載する動作を行う。

拡張装置検出器１１５によって、モータ制御装置１１０に拡張装置１２１が接続されていないことが検出されると、拡張装置検出器１１５は第１診断パルス生成器１０８ａと第１遮断診断器１０９ａに未接続信号を出力することでモータ制御装置１１０が単独で動作していることを伝える。図７の拡張装置検出器１１５の出力がＨの場合、拡張装置１２１が未接続と設定した動作波形である。図７に示すように、第１診断パルス生成器１０８ａは合成回路１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃおよび１０６ｄに対し診断信号（Ｌパルス）を出力することで、合成回路１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃおよび１０６ｄは後段の遮断回路１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃおよび１０５ｄに信号を出力し、遮断回路１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃおよび１０５ｄは診断信号に合わせて電源の供給を遮断する。合成回路１０６ａと合成回路１０６ｃとへの診断信号は交互に出力することによって、Ｐ側駆動回路１０４ａの電源が遮断されることを防止している。また、合成回路１０６ｂと合成回路１０６ｄとへの診断信号は交互に出力することによって、Ｎ側駆動回路１０４ｂの電源が遮断されることを防止している。第１遮断診断器１０９ａが異常を検出した場合には、第１遮断診断器１０９ａは第１診断パルス生成器１０８ａに対して電源遮断指令を出力し、第１診断パルス生成器１０８ａは合成回路１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃおよび１０６ｄへの信号を同時にＬレベルとすることでＰ側駆動回路１０４ａおよびＮ側駆動回路１０４ｂへの電源供給を停止し、モータ１０２への電力の通電を停止させる。

拡張装置検出器１１５によって、モータ制御装置１１０に拡張装置１２１が接続されていることが検出される場合には、第２診断パルス生成器１０８ｂは、遮断回路１３１に対して診断信号を出力し、遮断回路１３１は、第２診断パルス生成器１０８ｂから出力される診断信号に呼応して、駆動回路１０４への電力の供給を遮断し、第２遮断診断器１０９ｂは、検出する駆動回路１０４への供給電圧に基づいて、遮断回路１３１に係る故障の有無を診断する。より具体的には、より具体的には、上記場合に、診断装置１００は、以下に記載する動作を行う。

拡張装置検出器１１５によって、モータ制御装置１１０に拡張装置１２１が接続されていることが検出されると、拡張装置検出器１１５は第１診断パルス生成器１０８ａと第１遮断診断器１０９ａとに接続信号を出力することで拡張装置１２１が接続されていることを伝える。図７の拡張装置検出器１１５の出力信号がＬの場合、拡張装置１２１が接続されたと設定した動作波形である。モータ制御装置１１０の第１診断パルス生成器１０８ａが拡張装置検出器１１５から拡張装置１２１が接続されたことを示す接続信号を受けると、第１診断パルス生成器１０８ａは診断信号の生成を停止する。一方、図７に示すように拡張装置１２１の第２診断パルス生成器１０８ｂは監視判定器１６に対して診断信号を出力する。監視判定器１６は合成回路１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃおよび１０６ｄに診断信号（Ｌパルス）を出力し、後段の遮断回路１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃおよび１０５ｄは診断信号に合わせて電源の供給を遮断する。合成回路１０６ａと合成回路１０６ｃとへの診断信号は交互に出力することによって、Ｐ側駆動回路１０４ａの電源が遮断されることを防止している。また、合成回路１０６ｂと合成回路１０６ｄとへの診断信号は交互に出力することによって、Ｎ側駆動回路１０４ｂの電源が遮断されることを防止している。第２遮断診断器１０９ｂが異常を検出した場合には、第２遮断診断器１０９ｂは第２診断パルス生成器１０８ｂに対して電源遮断指令を出力し、第２診断パルス生成器１０８ｂは監視判定器１１６に停止信号を出力することで、合成回路１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃおよび１０６ｄへの信号を同時にＬレベルとすることでＰ側駆動回路１０４ａおよびＮ側駆動回路１０４ｂへの電源供給を停止し、モータ１０２への電力の通電を停止させる。

以上のように拡張装置検出器１１５が拡張装置１２１の接続の有無を検出することによって、診断方法を切り替えることで、拡張装置１２１からの遮断回路１３１の診断を容易にしている。次に拡張装置検出器１１５が拡張装置１２１の接続の有無を誤検出した場合の診断動作について説明する。

図８は拡張装置１２１と拡張装置検出器１１５の結果の組み合わせパターンであり、拡張装置１２１の接続状態と、拡張装置検出器１１５が拡張装置１２１の有無を判断した状態について示している。パターンの［Ｉ］と［ＩＶ］は正常な組み合わせであり、診断方法の動作は前述の通りであるので、ここでは［ＩＩ］と［ＩＩＩ］のいずれも異常な組み合わせの動作について説明する。

まず、拡張装置１２１が接続され、拡張装置検出器１１５は拡張装置１２１が接続されていないと判断した［ＩＩＩ］の場合について説明する。モータ制御装置１１０の第１診断パルス生成器１０８ａはモータ制御装置１１０が単独で動作していると判断するので、合成回路１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃおよび１０６ｄに対して診断信号を生成する。また、拡張装置１２１の第２診断パルス生成器１０８ｂも監視判定器１１６を経由して合成回路１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃおよび１０６ｄに対して診断信号を生成する。第１診断パルス生成器１０８ａと第２診断パルス生成器１０８ｂの診断信号の周期や位相をずらすように設定することで、第１遮断診断器１０９ａおよび第２遮断診断器１０９ｂは予期せぬタイミングで電源のＨ／Ｌを検出し、異常と判断して第１診断パルス生成器１０８ａに異常信号を出力し、モータ１０２への電力の通電を停止する。

次に、拡張装置１２１が接続されていないが、拡張装置検出器１１５は拡張装置１２１が接続されたと判断した［ＩＩ］場合について説明する。モータ制御装置１１０の第１診断パルス生成器１０８ａは拡張装置１２１が接続されていると判断するので、診断信号は生成しない。また、拡張装置１２１は実際には接続されていないので、遮断回路１３１の診断は実施されない。一方、第１遮断診断器１０９ａはＰ側駆動回路１０４ａとＮ側駆動回路１０４ｂの電源はＨのまま変化しないので、第１遮断診断器１０９ａは異常信号を第１診断パルス生成器１０８ａに出力し、また、第２遮断診断器１０９ｂは異常信号を第２診断パルス生成器１０８ｂに出力し、モータ１０２への電力の通電を停止する。

以上のような構成とすることにより、拡張装置１２１の接続／未接続の切り替え時にも診断する経路を切り替えることにより、適切な領域で診断することができる。

また、拡張装置２１の接続状態を誤検出した場合でも、第１診断パルス生成器１０８ａと、第２診断パルス生成器１０８ｂとは、遮断回路１３１に対して、互いに異なる周期、あるいは互いに異なる位相で診断信号を出力することによって、組み合わせ異常を容易に検出することができる。

（実施の形態４）
図９、図１０を用いて本発明の実施の形態４について説明する。図９は実施の形態４における診断装置１００ａのブロック構成図、図１０は拡張装置１２１と拡張装置検出器１１５の結果の組み合わせパターンによる動作を示すものであり、実施の形態１の図６と異なるのは拡張装置１２１が接続され場合、モータ制御装置１１０の第３遮断診断器１０９ｃは拡張装置１２１の監視判定器１１６からの診断信号を監視するように構成したところであり、以下に動作を説明する。

実施の形態４の第３遮断診断器１０９ｃはモータ制御装置１１０が単独で動作する場合は実施の形態３と同じである。拡張装置１２１が接続された場合、第３遮断診断器１０９ｃは拡張装置１２１の監視判定器１１６からの診断信号を監視する。

図１０は拡張装置１２１と拡張装置検出器の結果の組み合わせパターンであり、拡張装置１２１の接続状態と、拡張装置検出器１１５が拡張装置１２１の有無を判断した状態について示している。パターンの［Ｉ］、［ＩＩＩ］と［ＩＶ］は実施の形態１と同様であり、［ＩＩ］の動作について説明する。

拡張装置１２１が接続されていないが、拡張装置検出器１１５は拡張装置１２１が接続されたと判断した［ＩＩ］の場合、モータ制御装置１１０ａの第１診断パルス生成器１０８ａは拡張装置１２１が接続されていると判断するので、診断信号は生成しない。一方、第３遮断診断器１０９ｃは拡張装置１２１の監視判定器１６からの診断信号を監視するが、実際には拡張装置１２１は接続されていないため診断信号は検出できず、第３遮断診断器１０９ｃは異常と診断し、異常信号を第１診断パルス生成器１０８ａに出力し、また、第２遮断診断器１０９ｂは異常信号を第２診断パルス生成器１０８ｂに出力し、モータ１０２への電力の通電を停止する。

尚、拡張装置１２１の入力回路１０７ｃ、１０７ｄは２入力としているが、複数の入力回路を設けて、外部からの各入力信号に対し、監視判定器１１６で監視する内容を設定してもよい。

以上のような構成とすることにより、第３遮断診断器１０９ｃは拡張装置１２１の監視判定器１１６からの診断信号が定期的に出力されているかを監視するので、拡張装置１２１の接続の有無および診断機能の異常を容易に検出することができる。

本発明は、回路の異常の有無を診断する診断装置に広く利用可能である。

１、１ａ、１００、１００ａ診断装置
８ａ、１０８ａ第１診断パルス生成器
８ｂ、１０８ｂ第２診断パルス生成器
９ａ、１０９ａ第１遮断診断器
９ｂ、１０９ｂ第２遮断診断器
９ｃ、１０９ｃ第３遮断診断器
１５、１１５拡張装置検出器
２０、２０ａ制御措置
２１、２１ａ、１２１、１２１ａ拡張装置
３１遮断部
３２負荷部
１０１インバータ回路
１０２モータ
１０４駆動回路
１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄ、１３１遮断回路
１１０、１１０ａモータ制御装置

Claims

制御装置と、
前記制御装置に接続可能な拡張装置とを備え、
前記制御装置は、
負荷部への電力の供給と遮断とを切り替える遮断部と、
前記負荷部への電力の供給を遮断する旨を示す診断信号を生成する第１診断パルス生成器と、
前記負荷部への供給電圧を検出する第１遮断診断器と、
前記制御装置に前記拡張装置が接続されているか否かを検出する拡張装置検出器とを含み、
前記拡張装置は、
前記診断信号を生成する第２診断パルス生成器と、
前記負荷部への供給電圧を検出する第２遮断診断器とを含み、
前記拡張装置検出器によって、前記制御装置に前記拡張装置が接続されていないことが検出される場合には、
前記第１診断パルス生成器は、前記遮断部に対して前記診断信号を出力し、
前記遮断部は、前記第１診断パルス生成器から出力される前記診断信号に呼応して、前記負荷部への電力の供給を遮断し、
前記第１遮断診断器は、検出する前記負荷部への供給電圧に基づいて、前記遮断部に係る故障の有無を診断し、
前記拡張装置検出器によって、前記制御装置に前記拡張装置が接続されていることが検出される場合には、
前記第２診断パルス生成器は、前記遮断部に対して前記診断信号を出力し、
前記遮断部は、前記第２診断パルス生成器から出力される前記診断信号に呼応して、前記負荷部への電力の供給を遮断し、
前記第２遮断診断器は、検出する前記負荷部への供給電圧に基づいて、前記遮断部に係る故障の有無を診断する
ことを特徴とする診断装置。
前記第１診断パルス生成器と、前記第２診断パルス生成器とは、前記遮断部に対して、互いに異なる周期、あるいは互いに異なる位相で前記診断信号を出力する
ことを特徴とする請求項１に記載の診断装置。
前記拡張装置検出器によって、前記制御装置に前記拡張装置が接続されていることが検出される場合には、前記第１遮断診断器は、さらに、前記第２診断パルス生成器から出力される前記診断信号を検出するか否かに基づいて、前記拡張装置に係る故障の有無を診断する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の診断装置。
モータ制御装置と、
前記モータ制御装置に接続可能な拡張装置とを備え、
前記モータ制御装置は、
ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御によりモータへ印加する電圧を制御するインバータ回路と、
前記インバータ回路を駆動する駆動回路と、
前記駆動回路への電力の供給と遮断とを切り替える遮断回路と、
前記駆動回路への電力の供給を遮断する旨を示す診断信号を生成する第１診断パルス生成器と、
前記駆動回路への供給電圧を検出する第１遮断診断器と、
前記モータ制御装置に前記拡張装置が接続されているか否かを検出する拡張装置検出器とを含み、
前記拡張装置は、
前記診断信号を生成する第２診断パルス生成器と、
前記駆動回路への供給電圧を検出する第２遮断診断器とを含み、
前記拡張装置検出器によって、前記モータ制御装置に前記拡張装置が接続されていないことが検出される場合には、
前記第１診断パルス生成器は、前記遮断回路に対して前記診断信号を出力し、
前記遮断回路は、前記第１診断パルス生成器から出力される前記診断信号に呼応して、前記駆動回路への電力の供給を遮断し、
前記第１遮断診断器は、検出する前記駆動回路への供給電圧に基づいて、前記遮断回路に係る故障の有無を診断し、
前記拡張装置検出器によって、前記モータ制御装置に前記拡張装置が接続されていることが検出される場合には、
前記第２診断パルス生成器は、前記遮断回路に対して前記診断信号を出力し、
前記遮断回路は、前記第２診断パルス生成器から出力される前記診断信号に呼応して、前記駆動回路への電力の供給を遮断し、
前記第２遮断診断器は、検出する前記駆動回路への供給電圧に基づいて、前記遮断回路に係る故障の有無を診断する
ことを特徴とする診断装置。
前記第１診断パルス生成器と、前記第２診断パルス生成器とは、前記遮断回路に対して、互いに異なる周期、あるいは互いに異なる位相で前記診断信号を出力する
ことを特徴とする請求項４に記載の診断装置。
前記拡張装置検出器によって前記モータ制御装置に前記拡張装置が接続されていることが検出される場合には、前記第１遮断診断器は、さらに、前記第２診断パルス生成器から出力される前記診断信号を検出するか否かに基づいて、前記拡張装置に係る故障の有無を診断する
ことを特徴とする請求項４又は５に記載の診断装置。