JPH02168886A - 回転電機の可変速駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は回転電機の可変速駆動制御装置に係り、特に可
変速制御部にプログラム機能を持たせた可変速駆動制御
装置に関する。

Ｂ１発明の概要 本発明は、回転電機の速度検出信号を基に該回転電機の
回転速度を可変速制御部によって制御するものにおいて
、 前記可変速制御部の特有の部分９機能をモジュール化し
てプログラム制御機能を持たせると共にコネクタ指定方
式とすることにより、 データの管理が不要にして容易に可変速制御できる回転
電機の駆動制御装置を得る。

Ｃ０従来の技術 従来、直流電動機や交流電動機等の回転電機の可変速駆
動制御手段としては、第９図〜第１２図に示すように種
々のものがあった。

第９図は従来の回転電機の可変速駆動制御装置の第１の
例を示し、１は回転電機、２は速度検出器、３は自動速
度調節器（ＡＳＲ）４および自動電流調節器（ＡＣＲ）
５からなる可変速制御部、６は外部回路部で設定演算器
７とシーケンサであるリレー回路８からなる。可変速制
御部３では速度検出器２の速度検出信号と設定演算器７
の設定信号を比較してその偏差信号をＡＳＲ４に入力す
る。さらにＡＳＲの出力信号と回転電機Ｉの入力電流検
出信号を突合わせ、その偏差信号を基にＡＣＲ５によっ
て電流制御し、リレー回路８からの運転、停止などのシ
ーケンス指令に基づいて回転電機１の可変速駆動制御を
行う。

第１０図は従来の回転電機の可変速駆動制御装置の第２
の例を示し、この第２の例においては外部回路部６を設
定演算器７．リレー回路８および補償回路９によって構
成し、可変速制御部内の制御に合わせた補正量、補償演
算を加えている。

第１Ｉ図は第３の例を示し、この可変速駆動制御装置に
おいては、可変速制御部３にさらに制御部１０と、この
制御部１０の各制御器１０ａ〜１０ｎを切換え制御する
制御切換部１１を設けている。

第１２図は第４の例を示し、この制御装置は可変速制御
部３にラダープログラム部１２とこのラダープログラム
部１２のプログラムデータを格納するデータメモリ１３
を設けたものである。

Ｄ１発明が解決しようとする課題 第１の例のものでは、各可変速制御部ごとに制御方式、
出力内容が固定されているために、適用に応じて外部に
シーケンス回路又はシーケンサ。

演算装置等を必要としている。

第２の例のものでは、可変速制御部３内の制御に適用に
合わせた補正量、補償演算を加えるにはハードウェア、
ソフトウェアの変更が必要であり、処理が困難である。

第３の例のものにおいては、可変速制御部内で多くの適
用に合わせるには数多くの制御アルゴリズム、入出力カ
ハードウエアを必要とし、またこれを実際に使用する場
合にはそれらの１部しか使用せず無駄が多い。

第４の例のものにおいては、従来のラダープログラム方
式では、プログラム、データのメモリアドレスの管理や
、アナログ回路のような制御ブロック図ではプログラム
出来ないので動作の理解が困難である等、使用者に過大
な負担がかかる。

本発明は上述の問題点を解決したもので、その目的は交
流機、直流機を問わず可変速制御部にプログラム機能を
持たせ、可変速制御に特有の部分機能をモジュール化し
て一般のＰＩＯと同様の取扱いを可能にすることにより
、特別な外部制御回路を必要とせず構成が簡単で制御が
容易な回転電機の駆動制御装置を提供することである。

Ｅ１課題を解決するための手段 本発明は、上述の目的を達成するために、可変速制御部
によって回転電機の回転速度を制御する駆動制御装置に
おいて、前記可変速制御部に、所定のプログラムに従っ
て演算処理する演算処理部と、該演算処理部の演算結果
と前記速度検出信号を基にアプリケ−シコンプログラム
に応じて前記回転電機に供給すべき電流を制御するモジ
ュールを設ける。

Ｆ９作用 演算処理部は全体を管理すると共に演算処理を行う。Ｐ
ＩＯモジュールはアプリケーションプログラムと外部と
のインターフェースの機能をなし、適用に応じて選択し
実装する。制御モジュールは回転電機に供給すべき電流
制御演算、保護機能などを総合的に実行する。伝送制御
モジュールは上位装置又は下位装置との伝送制御を受は
持ち、アプリケーションプログラムに対して正味の必要
なデータを入出力する。

Ｇ　実施例 以下に本発明の実施例を第１図〜第８図を参照しながら
説明する。

第１図は本発明の実施例による回転電機の可変速駆動制
御装置を示し、同図において２０は交流電源、３０はイ
ンバータ、１００は可変速制御部、１１０はインターフ
ェースであるベースドライブ回路、１２０はローダ、１
３０は伝送線路である。

インバータ３０は順変換器である電流器３１゜起動抵抗
３２．始動スイッチ３３．コンデンサ３４および逆変換
回路３５によって構成されている。

可変速制御部１００は演算処理部４０．電源システム入
出カモジュール５０．伝送制御モジュール６０、第１の
ＰＩＯモジュール７０．第２のＰＩＯモジュール８０お
よびインバータ制御モジュール９０によって構成されて
いる。

演算処理部４０は全体を管理する処理部ｃｐｕ。

演算部（ＡＬＵ）、アプリケーションプログラムを格納
したＥ’ＦＲＯＭその他のＲＯＭ、ＲＡＭで構成する。

電源システム入出カモジュール５０は可変速制御部１０
０に必要な電力を供給すると共に、この可変速制御部１
００の始動／停止（ＲＵＮ／５ＴＯＰ）、エラーリセッ
ト等の制御入力及び可変速制御部の状態を表示するシス
テム入出力の機能を有する。ＰＩＯモジュール７０．８
０はアプリケーションプログラムと外部とのインターフ
ェースの機能をし、例えばディジタル入力。

出力　アナログの入力、出力あるいはパルス入力出力の
ハードウェアであり、適用に応じて選択し実装する。制
御モジュールであるインバータ９０はインバータ３０を
制御するために必要な機能、すなわちｉｔ電流制御演算
ＰＷＭゲート出力、保護機能などを総合的に実行するも
のであり、インバータ３０の主回路を直接制御するもの
である。また、直流機制御（レオナード）の場合も同様
の機能を有する。伝送制御モジュール６０は上位コンピ
ュータあるいは上位プログラムコントローラ（ＰＣ）あ
るいは下位制御装置との伝送制御を受は持ち、アプリケ
ーションプログラムに対して正味の必要なデータを入出
力するものである。また第１図において１４０は設定器
１４Ｉ、指令接点＋４２からなる設定指令部、１５０は
リレー１５１や表示灯１５２からなる表示部である。

本装置のハードウェア（Ｈ／Ｗ）とソフトウェア（Ｓ／
Ｗ）との関係を第２図に示す。本装置では以下の特徴が
ある。

（１）可変速制御に必要な機能をインバータ制御モジュ
ールあるいはレオナード制御モジュールとしてまとめて
、従来からあるＰ■０モジュールと同様の簡単な取扱い
ができる様にしたこと。

（２）各モジュールはモジュールの内容１機能を表にＩ
Ｄコードが付けられ、管理用のＣＰＵはこのＩＤコード
を読み出すことによって各々のモジュールごとに必要な
処理を選択し実行する。従って利用者はデータの人出力
のみを意識すれば良く、その他のデータ処理、タイミン
グ管理１珍断などは管理用のＣＰＵが行う。

その他の機能を第１図を参照して説明する。

（３）アプリケーションプログラムはローダによって単
独で作成し、完成したものを可変速制御部１００にロー
ドして、ＣＰＵ−ＡＬＵモジュール内のＥ’ＦＲＯＭに
ストアされる。

（４，）ＡＬＵはアプリケーションプログラムに指定さ
れた演算モジュールを遂時読み出し実行する。

（５）管理用のＣＰＵは指定されたスキャン時間ごとに
入力用のハードウェア（Ｈ／Ｗ）からデータを一括して
ＡＬＵにアプリケーションプログラムの実行を促す。さ
らに、Ａ　Ｌ　Ｕの実行終了により出力用Ｈ／Ｗに一括
してデータを転送する。この特番Ｈ／Ｗのタイミング管
理データの前処理（フィルタ処理、オーバフローの対策
など）１診断などを行う。この他にローダとの通信、ト
レースバック用データのサンプルも行う。

人出力データの処理としては、第３図に示す様に、ＰＩ
Ｏ，インバータ制御などＩ−（／　Ｗの入出力データに
割当てている。この入出力用データエリア（ＰＤＴ）は
アプリケーションプログラムからアドレス（ｐｎｎｎ）
指定してアクセスできるエリアである。図示の如＜Ｈ／
Ｗモジュールの実装されたスロット位置に１対１に対応
して入出力データのアドレスが決められる。ディジタル
人出力。

アナログ入出力など単純なＨ／ＷにはＩモジュールあた
り８ワ一ド程度、インバータ制御や伝送制御など高機能
のモジュールには１モジユールあたり６４〜２５６ワー
ドが与えられている。この様にＨ／Ｗのデータ数を統一
し、アドレスも実装位置により固定しているので分り易
い。

この他、ＰＤＴの１部をバッテリバックアップする事に
より、装置停止の際も演算途中のデータを保護したり、
システムの状態をここにストアすることにより、アプリ
ケーションプログラムで管理ＣＰＵによるＨ／Ｗの診断
結果を知ることもできる（システムインフォメーション
エリア）。第２図の左側に示したＰＤＴとＨ／Ｗとのデ
ータ転送はすべて管理用のＣＰＵによって行う。

第４図にアプリケーションプログラムユニットの例を示
す。第４図において１７１は伝送制御モジュール６０か
らの伝送設定信号ＸＯとＰＩＯモジュールからのアナロ
グ設定信号Ｘ１を切換える入力切換器、１７２は人力切
換器１７１の出力信号を入力とする加減速モジュール、
＋７３はＰＩＯモジュール７０のディジタル入力モジュ
ールを入力とする運転シーケンス、１７４は励磁パター
ン発生器、１７５は速度制御アンプで、これらによって
アプリケーションプログラムユニット１７０が構成され
る。

上記構成のアプリケーションプログラムユニット１７０
によれば、Ｂ４０．Ｃ！（Ｇは例えば可変速制御部１０
０の設定入力切換を行う。入力データＸＯに伝送制御モ
ジュール６０からのデータを指定し、入力データＸＩに
アナログ入力モジュールからのデータ（Ｐ２Ｏ３）でそ
のビットＯから入力する。Ｂ５０．ＴＦＡはクツション
（加減速モジュール）である。この場合、ブロックＢ４
０の出力データＹＯ（Ｂ４０／ＹＯ）を入力ＸＯとして
、ＫＯとＫｌによって指定された加減速時間で出力ＹＯ
を変化させる。この様に、モジュール間のデータの受渡
しはブロック番号とそのモジュールの出力データ番号を
指定するだけで良い。以下に、プログラムコーティング
例を示す。

Ｂ４０　　　ＣＨＧ Ｄ〇二Ｐ２Ｏ８１０ 切換データをＰＩＯのｂｉｔｏｂらロードｙｏ−＊＊ Ｂ５０　　ＴＦＡ ＸＯ＝Ｂ４０／ＹＯ ＫＯ＝１００ に１＝１５０ ＹＯ＝＊＊ ブ［＋１り４０の出力をトド 加速時間設定 威速時間設定 ８６０　　　ＰＩＤ ＸＯ＝Ｂ５０／ＹＯ ブロック５０の出力をトド（設定） Ｘ１＝Ｐ３０４ インバータモジ１−ルから速度検出をトド演算モジュー
ル４０は、第５図に示すように、可変速制御部の制御を
実現し易いようにアナログ要素、論理回路要素、ンーケ
ンス回路要素など、現在まで実用にしてきたＨ／Ｗに近
い機能を備えている。従って目的とする制御内容をその
ままのイメージで実現することができる。

第５図（Ａ）は演算処理モジュール４０における加減算
モジュール４Ｉの機能を示すもので、掛算部と加算部か
らなる。演算処理モジュール４１においては２つのＸＯ
，ＸＩに各々内部の定数ＫＯ，に１を乗じて加算し、さ
らにバイアスに２を加える。これによってＫＯ，Ｋｌに
よる入力データのスケール合わせも同時に行うことがで
きる。

また、最終的な加算の結果がＹＯのデータ幅を越えた時
はＹＯの最大または最小の値にリミットしてオーバフロ
ーを示す。

乗除算モジュール４２は乗算部と除算部を有し、２つの
入力ＸＯ，ＸＩを乗算しさらにスケール合わせのための
ＫＯで除して出力する。Ｐ■０モジュール４３は減算部
、ｐｒｏ、　リミッタからなり、自動速度調節を行う場
合に使用される。２つの人力ＸＯ，ＸＩの偏差に対して
、ＸＩ、Ｘ２．Ｘ３゜Ｘ４から入力されるＰＩＯ係数で
ＰＩＯ演算を行い、さらにＸ５．Ｘ６によって入力され
るデータの範囲に出力をリミットする。また、Ｘ２．Ｘ
３Ｘ４．Ｘ５．Ｘ６のような演算係数もコネクタ入力と
することによりゲイン切換、リミット係数切換も容易に
実現できる。切換モジュール４４は、第５図（Ｄ）に示
ずように、第４図のものと同じである。論理演算モジュ
ールは、第５図（Ｅ）に示すように、２つの論理入力に
対してアントゲート４９ａ、オアゲート４９ｂ、エクス
クリ−シブオアゲート４９　ｃにより論理演算を行う。

内部定数ＫＯの指定により各入力、出力の正論理、負論
理を指定することができる。

第６図はアプリケーションプログラムの実行方法を示す
もので、プログラムデータメモリ１８０はアプリケーシ
ョンプログラムエリア１８０　アプリケーションデータ
エリア１８０Ｂ、ＰＤＴエリア１８０ｃからなり、Ａ　
Ｌ　ＵはローダからロードしＥ’ＲＲＯＭにストアされ
た内容をバッファ（図のアプリケーションプログラムエ
リア）にロードしてその後はＣＰＵからの指令により遂
時アプリケーションプログラムを読み出して実行する。

コネクタ指定によるデータの入出力は利用者からは見え
ないアプリケーションデータバッファのアドレス管理は
ローダでのプログラム作成時に既に行われているので、
ＡＬＵはアプリケーションプログラム内のアドレス指定
に基づいて高速に入出力を行うことができる。また、Ｐ
ＤＴエリアはこのバッファの後に連続して配置されてお
り、このアプリケーションデータバッファとＰＤＴには
、ＰＤＴアドレスとは別の一連のアドレスが付けられて
いる。従ってＡＬＵはこのアドレスによりデータを入出
力するので、Ａ　Ｌ　ＵはＦ　Ｄ　’Ｉ’か否かによら
ず高速データの人出力を行うことができる。

なお、第６図においてスロット１〜４はＰＩＯや主回路
制御部の制御モジュール、ブロックＢ１゜Ｂ２．Ｂ３は
演算モジュールブロックである。

第７図および第８図は本発明の回転電機の可変速制御モ
ジュールの例を示し、インバータ制御やレオナード制御
を行うためにこれらに最も特有の部分を一つのモジュー
ルとしてまとめ、アプリケーションプログラムに対して
は設定と設定とフィードバックを入出力する単純な構成
としている。

ここで特有な部分とは電流制御以後、ゲート出力まで指
ず。さらに電流検出、電圧検出、速度検出。

主回路保護機能などを含んでいる。これらのモジュール
内にはそれぞれ専用のＣＰＵと共有メモリが配置しであ
る。管理用のＣＰＵはこの共有メモリを介してこれらの
モジュールとデータを交換する。また、このモジュール
上の専用ＣＰＵは各々図に示すような可変速特有の制御
を行う。

第７図に示すように、レオナードロ制御モジュール１９
０は自動電流調節機能（ＡＣＲ）Ｉ　９１゜移相制御機
能１９２．電圧検出機能１９３．速度検出機能１９４．
励磁電流調節機能１９５．移相制御機能１９６および主
回路保護機の得１９７を有する。第７図装置によれば、
直流電動機１ｂの入力端子検出信号と電流指令信号１ａ
”の偏差信号を基に電流調節機能１９１により移相制御
指令を得る。この指令を基に移相制御機能１９２により
移相制御指令を得、この指令によって整流器３１の整流
電流を制御する。Ｎｄは速度検出機能１９４による速度
検出信号、Ｉｆ”は励磁電流指令であり、この励磁電流
指令と励磁電流検出器１７の検出信号を基に励磁電流調
節指令を得る。励磁型流調指令を基に自動励磁調節機能
１９５は移相制御指令を得、この指令を基に移相制御機
能Ｉ９６によって励磁整流器１６のスイッチング素子の
移相を制御して励磁巻線１５に供給すべき励磁電流を調
節する。

第８図は交流機制御例を示し、誘導電動機（ＩＭ）Ｉａ
をインバータ３０によって駆動制御するものである。イ
ンバータ制御モジュール２００は、非干渉制御演算機能
２０１．座標変換機能２０２゜パルス幅変調（ＰＷＭ）
制御機能２０３．速度検出機能２０４および主回路保護
機能２０４を有する。第８図は装置によれば、誘導電動
機１ａの入力電流を座標変換機能２０２よって座標変換
する。

電流指令Ｔ２”とＩ。、座標変換指令および速度検出機
能２０４による速度検出信号を基に、非干渉制御演算機
能２０１によってＰＷＭ制御指令を得、このＰＷＭ制御
指令を基にＰＷＭ制御機能２０３によってＰＷＭ制御信
号を得て逆変換回路３５を制御し、誘導電動機１ａを制
御する。このようにする事によって、複雑な可変速制御
も他の一般のＰＩＯと同様に簡単に取扱うことができる
。

Ｈ９発明の効果 本発明は上辺の如くであって、次のような効果が得られ
る。

（１）可変速制御装置において利用者によるアプリケー
ションプログラムの作成を可能にしたこと、これによっ
て適用ごとに適切なＩ１０モジュール。

演算モジュールを組み合わせて最適な無駄のない可変速
装置を構成することができる。

（２）可変速装置のプログラムが従来からある制御用の
要素のイメージをもった演算モジュールの組み合わせに
より簡単に作成できる。

（３）容品なプログラム機能をもっことにより、可変速
装置の制御の変更も簡単にできる。

（４）インバータ制御、レオナード制御モジュールなど
可変速装置の中で主回路及びモータを直接制御する部分
には専用のＣＰＵを配置してアプリケーションプログラ
ムとのデータの入出力を簡単に実現できる様にした。

（５）　Ｊ：記号変速制御モジュールは適用する主回路
ごとにそれぞれ特有の機能部分を分担している。

以上（４）（５）により可変速制御モジュールは他のＰ
ＩＯモジュールと同様に簡単に取扱うことができる。

（６）演算モジュールの組み合わせ（プログラミング）
には演算モジュールに番号を与えこのブロック番号と演
算モジュールのデータ番号（Ｘ、Ｄ。

Ｙ、Ｌ）を指定するコネクタ指定方式とする事により演
算モジュール間のデータ受は渡しのためのデータメモリ
の管理について利用者は何も意識しなくて良い。このデ
ータメモリの管理はローダでプログラムを作成する時に
自動的に行われる。

（７）多種多様のＰＩＯや高機能モジコールへの入出力
動作において入出力データの前処理９診断などは各モジ
ュールに付けられたＩＤコードによって自動的にそのモ
ジュールごとの処理を起動する。これにより、利用者の
アプリケーションプログラムでは正味の入出力データの
みを意識すれば良いことになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る回転電機の可変速駆動制
御装置のブロック構成図、第２図は第１図の装置のソフ
トウェアとハードウェアの関係を示す説明図、第３図は
入出力用データエリアの構成因、第４図はアプリケーシ
ョンプログラムのブロック図、第５図（Ａ）〜（Ｅ）は
演算モジュール例を示す説明図、第６図はアプリケーシ
ョンプログラムの実行方法を示す説明図、第７図は本発
明を直流機制御に用いた場合のブロック図、第８図は交
流機制御に用いた場合のブロック図、第９図〜第１２図
はそれぞれ従来の回転電機の可変速駆動装置の各側を示
すブロック図である。 ｌλ・・直流電動機、１ｂ・・・交流電動機、２・・速
度検出器、３０・・・インバータ、４０・・・演算処理
部、５０・・・電源システム入出カモジュール、６０・
・・伝送制御モジュール、７０．８０・・・ＰＩＯモジ
ュール、９０・・・インバータ制御モジュール、１００
・・・可変速制御部、＋１０・・・ベースドライブイン
ターフェース、１２０・・・ローダ、１６０・・・入出
力用データメモリ、１７０・・・アプリケーションプロ
グラム部、１８０・・・プログラムメモリ、１９０・・
レオナード制御モジュール、２００・・インバータ制御
モジュール。 第３図 入出力用データエリア（ＰＤＴ） ７ＦＦ （Ｂ）兎算

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転電機の速度検出信号を基に該回転電機の回転
   速度を可変速制御部によって制御する駆動制御装置にお
   いて、前記可変速制御部を、所定のプログラムに従って
   演算処理する演算処理部と、該演算処理部の演算結果と
   前記速度検出信号を基にアプリケーションプログラムに
   応じて前記回転電機に供給すべき電流を制御する制御モ
   ジュールによって構成したことを特徴とする回転電機の
   可変速駆動制御装置。