TW201424180A

TW201424180A - 電路異常檢測裝置

Info

Publication number: TW201424180A
Application number: TW102120677A
Authority: TW
Inventors: Masataka Ieda; Shuya Sano; Masaaki Ono
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-12-12
Filing date: 2013-06-11
Publication date: 2014-06-16
Also published as: JPWO2014091581A1; KR101562771B1; DE112012007178B4; WO2014091581A1; US9395421B2; DE112012007178T5; CN104871385B; JP5460930B1; US20150316621A1; KR20150080925A; CN104871385A; TWI493819B

Abstract

本發明實施形態的電路異常檢測裝置係具有：斷路信號產生部，輸出給驅動電路用以根據斷路信號停止驅動對象之驅動的前述斷路信號；脈波產生部，具有調整脈波信號在OFF狀態之時間的調整手段，且產生前述脈波信號；信號合成部，輸出前述斷路信號與前述脈波信號的邏輯積；濾波電路，將使前述信號合成部的輸出信號延遲的信號作為輸出而輸入給前述驅動電路；以及監視部，係根據前述濾波電路的輸出電壓判定是否有發生電路異常。

Description

電路異常檢測裝置

本發明係為有關用以檢測傳送電源斷路信號之電路之異常的電路異常檢測裝置。

近年來，隨著馬達(motor)等之電力機器廣泛普及，電力機器的異常動作衍生重大事故的可能性也愈來愈高，有盡可能降低事故發生的風險(risk)之需求。為了將該些風險抑制在容許範圍內，已制定有國際規格。就有關電力機器的規格而言，已制定有IEC61508，而就馬達等之類的驅動機器的規格而言，已制定有IEC61800-5-2。

就IEC61800-5-2中所規定的安全功能而言，有一項安全扭力斷路(safe torque off；STO)功能。在安全扭力斷路功能中，當從外部接收到斷路指令時，即切斷馬達的動力。不僅限於馬達，能夠在必要的時候確實將電力切斷是安全方面重要的功能，而要實現這項功能，就必須對傳送斷路信號的電路定期地進行電路無斷線、短路等之異常的診斷。

(先前技術文獻) (專利文獻)

專利文獻1：日本國特開2011-182535號公報

為了確實地實施電源之斷路的診斷，進行定期地診斷電路中無斷線、短路等之異常。就該診斷的方法而言，可想到短暫地輸入脈波(pulse)狀的斷路信號(測試脈波(test pulse))，經反饋(feedback)而確認該信號是否有確實地傳達的方法，但這方法會致使馬達的動力實際地被切斷。

此外，在上述的專利文獻1中係藉由利用延遲電路使斷路信號延遲，藉此避免因測試脈波的電源斷路。然而，為了經反饋而觀測延遲電路前的信號，會有診斷範圍受限的問題。具體而言，並無法檢測出延遲電路的故障。

另一方面，測試脈波中的OFF時間，過長時會有超越延遲電路的延遲時間的可能性，而過短時則使反饋信號的觀測困難，因此適當地設定測試脈波中的OFF時間非常重要。尤其是以RC濾波器(filter)構成延遲電路時，延遲信號會因信號的電流值而變化。亦即，延遲時間會因與延遲信號連接的負載而變化。當負載變動時、或未知負載狀態時，就無法預先決定測試信號的OFF時間。

本發明乃是鑒於上述課題而研創，目的在於獲得一種不需要令馬達的動作停止便能夠利用測試脈波，從而連上述延遲電路都包括在內之大範圍檢測斷路電路之異常，並且在負載變動時、或未知負載狀態的情形下亦能夠進行診斷的電路異常檢測裝置。

為了解決上述課題並達成上述目的，本發明的電路異常檢測裝置係具備：斷路信號產生部，輸出給驅動電路用以根據斷路信號停止驅動對象之驅動的前述斷路信號；脈波產生部，具有調整脈波信號在OFF狀態之時間的調整手段，且產生前述脈波信號；信號合成部，輸出前述斷路信號與前述脈波信號的邏輯積；濾波電路，將使前述信號合成部的輸出信號延遲的信號作為輸出而輸入給前述驅動電路；以及監視部，根據前述濾波電路的輸出電壓判定是否有發生電路異常。

依據本發明的電路異常檢測裝置，不需要停止馬達的運轉，便能夠連濾波電路都包括在內之大範圍檢測電源斷路電路的異常。此外，產生連接於斷路信號的負載在變動時、或未知負載狀態的情況下，亦能夠進行電路診斷的效果。

1‧‧‧演算裝置

2‧‧‧濾波電路

3‧‧‧負載

11‧‧‧斷路信號

12‧‧‧脈波信號

13‧‧‧濾波前信號

14‧‧‧濾波後信號

15‧‧‧濾波前反饋信號

16‧‧‧濾波後反饋信號

21‧‧‧斷路信號產生部

22‧‧‧脈波產生部

23‧‧‧監視部

24‧‧‧信號合成部

31‧‧‧控制裝置

32‧‧‧橋式電路

33‧‧‧馬達

T1‧‧‧OFF脈波時間

Vdrp‧‧‧電壓降

第1圖係本發明之實施形態1的電路異常檢測裝置及馬達驅動裝置之構成圖。

第2圖係用來說明本發明之實施形態1的電路異常檢測裝置及馬達驅動裝置的各信號的動作之時序圖(timing chart)。

第3圖係用來說明本發明之實施形態1的電路異常檢測裝置的動作之流程圖(flow chart)。

第4圖係用來說明本發明之實施形態的脈波輸出方式A的動作之流程圖。

第5圖係用來說明本發明之實施形態的脈波輸出方式B的動作之流程圖。

第6圖係用來說明本發明之實施形態的脈波輸出方式C的動作之流程圖。

第7圖係用來說明本發明之實施形態的脈波輸出方式C的動作之時序圖。

第8圖係本發明之實施形態2的電路異常檢測裝置及馬達驅動裝置之構成圖。

第9圖係用來說明本發明之實施形態2的電路異常檢測裝置及馬達驅動裝置的各信號的動作之時序圖。

第10圖係用來說明本發明之實施形態2的監視方式A的動作之流程圖。

第11圖係用來說明本發明之實施形態2的監視方式B的動作之流程圖。

以下，根據圖式詳細說明本發明的電路異常檢測裝置的實施形態。另外，本發明並不受下述實施形態所限定。

實施形態1.

第1圖係本發明之實施形態1的電路異常檢測裝置及馬達驅動裝置之構成圖。電路異常檢測裝置係具備演算裝置1及濾波電路2。馬達驅動裝置為負載3。第2圖係顯示本實施形態的電路異常檢測裝置及馬達驅動裝置的各信號的動作之時序圖。第1圖的演算裝置1係例如為微電腦(microcomputer)，且具備有斷路信號產生部21、脈波產生部22、監視部23、及信號合成部24。在本實施形態中，斷路信號產生部21、脈波產生部22、監視部23、及信號合成部24係以作為實現在單一微電腦上的程式(program)之形式構成，惟亦可各自構成在不同的微電腦上，亦可以電子電路構成。

斷路信號產生部21係相應於來自外部的輸入(未圖示)而輸出斷路信號11。馬達驅動裝置於運轉中時，斷路信號11為ON，而要將馬達驅動裝置的電力機器的電力予以切斷時則將斷路信號11設為OFF。

脈波產生部22係輸出屬於測試脈波的脈波信號12。如第2圖所示，脈波信號12係為通常ON之信號，且為定期地形成為脈波狀OFF之信號。OFF脈波時間t1可為固定，亦可為可變。關於OFF脈波時間t1的決定方法，待後詳述。

信號合成部24係取斷路信號11與脈波信號12的邏輯積(AND)，並輸出濾波前信號13。如第2圖所示，濾波前信號13係當斷路信號11為ON時定期地重疊脈波信號，而當斷路信號11為OFF時則保持OFF之信號。

濾波電路2係使濾波前信號13延遲，並輸出濾波後信號14。濾波電路2通常是以RC(電阻-電容)構成的低通濾波器，惟只要是擁有使信號延遲之特性的濾波電路，則亦可為其他電路。濾波後信號14係連接於負載3。當濾波後信號14為OFF時，負載3會被切斷。濾波後信號14係在脈波輸出中存在一定大小的電壓降(voltage drop)Vdrp。濾波後信號14係從負載3反饋，作為濾波後反饋信號16而輸入監視部23。

接著進一步詳細說明負載3。在本實施形態中係顯示以馬達驅動裝置作為負載3的例子。控制裝置31係輸出6線的PWM(Pulse Width Modulation；脈波寬度調變)信號。6線的PWM信號係輸入至橋式(bridge)電路32(馬達驅動電路)，而橋式電路32將PWM信號轉換為供驅動屬於驅動對象的馬達33的交流電壓。橋式電路32係構成為當濾波後信號14為OFF時不動作，使馬達33失去動力。關於控制裝置31輸出PWM信號的手段及基於PWM信號驅動馬達的手段，係使用習知的技術。

負載3係只要為具有輸入濾波後信號14，並直接輸出作為濾波後反饋信號16的功能即不問其形態。此外，亦可為將濾波電路2包含在負載3內之形態，即濾波電路2為馬達驅動裝置的一部分亦可。

繼之對監視部23及脈波產生部22的動作進行說明。監視部23係進行濾波後反饋信號16為正常之確認。第3圖係說明本實施形態的電路異常檢測裝置的動作之演算裝置1的監視部23及脈波產生部22所進行的處理的流程圖。演算裝置1係以固定週期實施第3圖所示的流程圖。第一步，演算裝置1係進行斷路信號11的讀取(步驟(step)S101)。當斷路信號11為OFF時(步驟S102的結果為「是」時)，結束整個處理。當斷路信號11為ON時(步驟S102的結果為「否」時)，從脈波產生部22輸出OFF脈波(步驟S103)，並且監視部23係定期進行濾波後反饋信號16的讀取(步驟S104)，並將該值記錄下來。關於從脈波產生部22輸出OFF脈波的方法(步驟S103)，待後詳述。

來自脈波產生部22之OFF脈波的輸出(步驟S103)完成後，監視部23係進行讀取並判定濾波後反饋信號16的值，若有觀測到電壓的降低(電壓降)(步驟S105的結果為「是」時)，代表電路正常，演算裝置1即直接完成處理。若未觀測到電壓的降低(步驟S105的結果為「否」時)，演算裝置1即視為是發生了電路異常並輸出異常的信號(步驟S106)。

接著，針對脈波產生部22對脈波信號12輸出OFF脈波的處理(步驟S103)進行解說。如上述，因藉由監視部23觀測產生在由脈波產生部22之OFF脈波輸出中的濾波後反體信號16的電壓降大小Vdrp，因此如何決定OFF脈波的寬度t1乃是很重要的一件事。脈波產生部22對脈波信號12輸出OFF脈波的處理(步驟S103)係可使用後述的脈波輸出方式A、脈波輸出方式B、脈波輸出方式C之中任一方式，亦可使用其他方式。

脈波輸出方式A係預先決定OFF脈波的寬度t1之方式。第4圖顯示脈波輸出方式A的處理的流程圖。處理開始後，即對脈波信號12輸出OFF(步驟S201)。接著，在一定時間t1的期間OFF的狀態進行待機(步驟S202)。待機時間t1係配合濾波電路2及負載3的特性而預先適當設定。經過待機時間t1後，對脈波信號12輸出ON(步驟S203)。

脈波輸出方式B係按負載3的狀況調整OFF脈波寬度之方式。第5圖顯示脈波輸出方式B的處理的流程圖。處理開始後，即從負載3(馬達驅動裝置)讀取現在的負載狀況(步驟S301)。在本實施形態中，濾波後信號14的電流量係按控制裝置31輸出的PWM信號的狀況而決定，因此從控制裝置31將負載狀況(控制裝置31輸出的PWM信號的狀況)通知給演算裝置1。另外，雖然未圖示出從控制裝置31通知負載狀況給演算裝置1的通訊線，但使用脈波輸出方式B時係必須具備將負載狀況從控制裝置31通知給演算裝置1的通訊線。

接著，演算裝置1係根據讀取得的負載狀況算出OFF時間(步驟S302)。在本實施形態的橋式電路32中，控制裝置31輸出的6線的PWM信號的OFF時間愈長，濾波後信號14的電流量愈多，因此濾波後信號14的電壓降大小Vdrp會愈大。因此，縮短OFF脈波寬度。反之，控制裝置31輸出的6線的PWM信號的OFF時間短時，則將OFF脈波寬度拉長。接著，對脈波信號12輸出OFF(步驟S303)，並進入剛算出的OFF時間(步驟S304)之待機。之後對脈波信號12輸出ON(步驟S305)。

脈波輸出方式C係藉由參考濾波後反饋信號16而對脈波信號12進行反體控制之方式。第6圖顯示脈波輸出方式C的處理的流程圖。第7圖顯示脈波輸出方式C的各信號的動作。處理開始後，即對脈波信號12輸出OFF(步驟S401)。結果，濾波後反饋信號16的電壓即開始下降(第7圖中的A)。接著，讀取濾波後反饋信號16(步驟S402)。當讀取得的濾波後反饋信號16的電壓為Vtgt以上時(步驟S403的結果為「是」時)，再次讀取濾波後反饋信號16(步驟S402)。當讀取得的濾波後反饋信號16的電壓非為Vtgt以上時(步驟S403的結果為「否」時)，亦即濾波後反饋信號16的電壓下降到未滿Vtgt時，對脈波信號12輸出ON(步驟S404)(第7圖中的B)。

實施形態2.

第8圖係本發明之實施形態2的電路異常檢測裝置及馬達驅動裝置之構成圖。同實施形態1，電路異常檢測裝置係具備演算裝置1及濾波電路2。馬達驅動裝置為負載3。此外，亦可為濾波電路2包含在負載3內之形態，即濾波電路2為馬達驅動裝置的一部分。第9圖係顯示本實施形態的電路異常檢測裝置及馬達驅動裝置的各信號的動作之時序圖。演算裝置1係具備斷路信號產生部21、脈波產生部22、監視部23、及信號合成部24。負載3(馬達驅動裝置)係具備控制裝置31、橋式電路32、及馬達33。本實施形態中將從信號合成部24輸出的濾波前信號13作為濾波前反饋信號15而輸入至監視部23，這一點與實施形態1不同。

亦即，本實施形態的監視部23係在觀測屬於信號合成部24的輸出信號之濾波前反饋信號15之點與實施形態1不同。監視部23觀測濾波前反饋信號15的方式係可使用後述的監視方式A與監視方式B之中任一方式。

監視方式A係將濾波前反饋信號15連接於微電腦的通用輸入埠(port)而進行監視之方式。在此方式中，能夠以微電腦的處理的時序讀取濾波前反饋信號15為ON還是OFF。第10圖顯示監視方式A的處理的流程圖。演算裝置1係以固定週期實施第10圖所示的流程圖。第一步，演算裝置1係進行斷路信號11的讀取(步驟S501)。當斷路信號11為OFF時(步驟S502的結果為「是」時)，結束整個處理。斷路信號11為ON時(步驟S502的結果為「否」時)，從脈波產生部22輸出OFF脈波(步驟S503)，並且監視部23係定期地進行濾波前反饋信號15的讀取(步驟S504)，並將該值記錄下來。關於從脈波產生部22輸出OFF脈波的方法(步驟S503)，係與實施形態1相同，可使用脈波輸出方式A、脈波輸出方式B、脈波輸出方式C或其他方式。

來自脈波產生部22之OFF脈波的輸出(步驟 S503)完成後，監視部23即進行讀取並判定濾波前反饋信號15的值，若有觀測到OFF(步驟S505的結果為「是」時)，代表電路正常，演算裝置1即直接完成整個處理。若未觀測到OFF(步驟S505的結果為「否」時)，演算裝置1即視為發生了電路異常並輸出異常的信號(步驟S506)。

監視方式B係將濾波前反饋信號15連接於微電腦的時脈計數器(clock counter)而進行監視之方式。時脈計數器係例如具備於監視部23之中。在此方式中，藉由對濾波前反饋信號15的下降邊緣(edge)或上升邊緣進行計數(count)，即能夠計數一定時間內的OFF脈波的數目。第11圖顯示監視方式B的處理的流程圖。演算裝置1係以固定週期實施第11圖所示的流程圖。

第一步，演算裝置1係進行斷路信號11的讀取(步驟S601)。當斷路信號11為OFF時(步驟S602的結果為「是」時)，結束整個處理。斷路信號11為ON時(步驟S602的結果為「否」時)，清除(clear)時脈計數器(步驟S603)。接著，從脈波產生部22輸出OFF脈波(步驟S604)。關於從脈波產生部22輸出OFF脈波的方法(步驟S604)，係與實施形態1相同，可使用脈波輸出方式A、脈波輸出方式B、脈波輸出方式C或其他方式。同時，對OFF脈波輸出次數進行計數，判定該次數是否達到了規定次數(步驟S605)，若未達到(步驟S605的結果為「否」時)，從脈波產生部22再次輸出OFF脈波(步驟S604)。

在步驟S605中，若OFF脈波輸出次數達到了規定次數(步驟S605的結果為「是」時)，監視部23係從時脈計數器讀取所檢測得的OFF脈波數(步驟S606)。若所檢測得的OFF脈波數與所輸出的OFF脈波數一致(步驟S607的結果為「是」時)，代表電路正常，演算裝置1即完成整個處理。若未一致(步驟S607的結果為「否」時)，演算裝置1即視為發生了電路異常並輸出異常的信號(步驟S608)。

使用監視方式A時，演算裝置1係針對一次OFF脈波輸出，必須實施數次以上濾波前反饋信號15的讀取處理(步驟S504)。相對於此，使用監視方式B時，針對規定次數量的OFF脈波輸出(步驟S604、S605)，只要進行一次監視處理(步驟S607)即可，能夠抑制減少演算裝置1的演算資源。反過來說，便是能夠在相同的演算資源下處理較多的OFF脈波，因此能夠進行更高頻度的電路診斷。亦即能夠縮短電路出現異常起到發現該異常為止的時間。

如上述說明，本實施形態的電路異常檢測裝置係具備：輸出斷路信號的斷路信號產生部、輸出測試脈波的脈波產生部、重疊斷路信號與測試脈波的信號合成部、令信號合成部的輸出信號延遲的濾波電路、藉由濾波電路的輸出信號而導通/斷路的電力機器、及監視濾波電路的輸出信號之反饋的監視部。監視部係進行反饋信號因測試脈波而變化之診斷。此外，脈波產生部係能夠動態地令測試脈波的脈波之脈波OFF時間變化。

亦即，為了避免因測試脈波導致的電源斷路，實施形態的電路異常檢測裝置係設置了以RC濾波器等所構成的濾波電路，利用濾波電路令測試脈波延遲後輸入至馬達控制電路等之電力機器。藉由將輸入至電力機器的信號反饋並進行觀測，而能夠進行連濾波電路都包括在內之較大範圍的診斷。此外，配合連接於電力斷路信號目的地的負載之變動，以自動方式使測試脈波的OFF時間變動。

藉此，能夠不需要令電力機器停止，即更大範圍及高頻度地進行電力斷路電路沒有異常的診斷。此外，在連接於電力斷路電路的負載為變動時、或未知負載狀態的情況下亦能夠進行診斷。

此外，本發明並不受上述實施形態所限定，於實施時當可在不脫離本發明主旨的範圍內進行各種變形。此外，上述實施形態涵蓋了各種程度的發明，可藉由所揭示的複數構成要件的適當組合而提取出各種發明。例如，即使從實施形態所示的所有構成要件中刪除一些構件要件亦能夠解決「發明所欲解決之課題」段落中所述之課題且獲得「發明之效果」段落中所述之效果時，該刪除構件要件而得之構成便可提取出作為發明。此外，亦可將不同實施形態的構成要素適當加以組合。

(產業上的利用可能性)

如上述，本發明的電路異常檢測裝置係在檢測傳送電源斷路信號的電路之異常方面特別有用，尤其適合用於檢測驅動馬達的橋式電路等之馬達驅動電路的異常。