JP7054849B2 - 診断装置 - Google Patents

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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(Pulse Width Modulation)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(Surface Permanent Magnet Synchronous Motor)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。
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。
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。
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(Pulse Width Modulatuon)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 (6)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
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