WO2019207837A1 - 電力変換システム及び電力変換方法 - Google Patents

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WO2019207837A1
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safety function
power conversion
safety
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孝亮 林
祐介 荒尾
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株式会社日立産機システム
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    • G05B2219/50—Machine tool, machine tool null till machine tool work handling
    • G05B2219/50198—Emergency stop

Definitions

  • the present invention relates to a power conversion system, and particularly relates to a safety function operation.
  • Patent Document 1 In a power converter that supports functional safety, a safety function operation has been proposed that shifts the system in a safe direction when an abnormal system operation or a diagnostic error is detected.
  • the present invention is a power conversion device including a power conversion device main body for driving a motor and a safety function unit that executes a safety function,
  • the function unit receives the safety request signal, it outputs a safety function operation instruction signal
  • the power converter main body controls the motor by the safety function operation instruction signal
  • the safety function unit monitors the motor status, and the motor status When the value exceeds a predetermined range, post-threshold processing is performed by a pre-selected safety function operation.
  • the motor drive in a dynamic situation such as after a system operation abnormality or a diagnostic error occurs, the motor drive can be finely controlled in accordance with the system situation, so that the safety of the system is improved.
  • FIG. 1A and 1B are system block diagrams showing a functional configuration when operating a safety function in the present embodiment.
  • FIG. 1A shows a functional configuration when a safety function is operated by a power converter. In FIG. 1A, it is comprised from the power converter device 10, the input-output part 30, the motor 40, and the load machine 50.
  • the motor 40 is a device that converts electrical energy into mechanical energy, and is, for example, a three-phase AC motor.
  • the load machine 50 is a component of an industrial machine such as an elevator or a machine tool, and is connected to the motor 40 and driven.
  • the input / output unit 30 inputs and outputs a safety request signal such as an emergency stop signal for bringing the load machine 50 into a safe state.
  • a safety request signal such as an emergency stop signal for bringing the load machine 50 into a safe state.
  • an emergency stop switch that outputs an emergency stop signal when pressed by an operator engaged in the load machine 50, or an emergency stop signal that is detected when a person approaches the load machine 50 or an entry-prohibited door is opened. Light curtains and safety door locks.
  • a safety relay, a safety PLC, or the like that outputs an emergency stop signal when an emergency situation notification is received from the devices may be used in connection with the plurality of devices.
  • the emergency stop signal is one of the safety request signals for requesting the execution of the safety function defined in the international standard IEC61800-5-2.
  • indication signal output from the safety function part 20 mentioned later to the external brake which is not shown in figure may operate
  • the power conversion device 10 controls the drive of the motor 40.
  • the detailed configuration will be described later.
  • the power conversion apparatus 10 receives a safety request signal such as an emergency stop signal from the input / output unit 30, the power conversion apparatus 10 performs control such as stopping the motor 40.
  • FIG. 1B is a block diagram showing a functional configuration when the safety function unit is connected to the power conversion device to operate the safety function.
  • the safety function unit 20 is connected to the power conversion device 10 and operates to execute not only an emergency stop of the motor 40 but also a safety function that decelerates and stops the motor 40 or maintains a constant speed.
  • a control signal is output to the power conversion apparatus 10 as described above. The detailed configuration will be described later.
  • the power conversion device 10 can execute the control and safety functions of the motor 40 by itself, and further safety functions can be executed if the safety function unit 20 is connected.
  • the power converter device 10 as a power converter device main body, and combining the safety function part 20 connected to it into the new power converter device 11.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of a duplex configuration as a power conversion device and a safety function unit in the present embodiment, and a data flow at the time of connection.
  • the power conversion apparatus 10 includes an operation management unit 101, a main body control unit 102, a drive unit 103, a current detector 104, optional connection units 108 and 109, a communication unit 110, and a display unit 111.
  • the operation management unit 101 gives a speed instruction to the main body control unit 102 to control the drive of the motor.
  • the main body control unit 102 is composed of a CPU (Central Processing Unit) and a program operating on the CPU.
  • the display unit 111 is instructed to notify the state of the power conversion device 10, and the communication unit 110 is instructed to communicate when communicating with an external device.
  • the main body control unit 102 outputs a PWM (Pulse Width Modulation) control signal to the drive unit 103.
  • PWM Pulse Width Modulation
  • the main body control unit 102 outputs a PWM (Pulse Width Modulation) control signal to the drive unit 103.
  • PWM Pulse Width Modulation
  • the drive unit 103 supplies electric power for applying torque to the motor 40.
  • the current detector 104 measures the current supplied from the drive unit 103 to the motor 40, and is composed of, for example, a Hall element.
  • the optional connection unit 108 is a terminal for connecting to the safety function unit 20.
  • a connection completion signal When connected to the safety function unit 20, a connection completion signal is output, and when disconnected from the safety function unit 20, a connection release signal is output.
  • outputting the connection completion signal means that the voltage of the terminal of the option connection unit 108 is in a high state (for example, a state where it is 24 V or the like). Means that the terminal voltage is low (for example, 0 V or the like).
  • the operation management unit 101 can determine whether it is connected to the safety function unit 20 by acquiring the terminal voltage of the option connection unit 108.
  • the option connection unit 109 is the same as the option connection unit 108.
  • the safety function unit 20 includes a communication unit 210, control units 211 and 221, safety function execution units 212 and 222, MCU self-diagnosis units 213 and 223, path self-diagnosis units 107 and 207, safety function operation instruction unit 214. 224, main body connection portions 208 and 209.
  • control units 211 and 221 are used and a double configuration is used, but the gist is the same in a single configuration.
  • the functional safety setting tool 70 is used when a safety function operation to be executed when a safety request signal is received is selected and set in advance, or when an operation parameter is set. Details will be described later when FIG.
  • the communication unit 210 is used when the safety function unit 20 exchanges data with other information processing apparatuses. It is also used when exchanging information with the power converter 10.
  • the safety function unit 20 also performs communication processing for accessing the Internet and other information processing apparatuses.
  • the communication unit 210 is not limited to a single communication unit. For example, a plurality of communications such as Bluetooth (registered trademark), wireless LAN, CDMA (Code Division Multiple Access), LTE (Long Term Evolution (registered trademark)), and the like. A plurality of schemes may be provided to make the scheme usable.
  • Communication unit 210 and communication unit 110 may be duplicated. By duplicating, even if one of the communication units breaks down, communication is performed using the other communication unit, so that the safety of the apparatus is improved.
  • the control unit 211 is constituted by a CPU, for example, and performs processing such as data management, calculation, and transmission / reception. The same applies to the control unit 221.
  • the safety function execution unit 212 monitors the speed of the motor 40, receives a safety request signal from the input / output unit 30, and outputs a safety function operation execution signal such as STO. A detailed configuration will be described later with reference to FIG. The same applies to the safety function execution unit 222.
  • the MCU self-diagnosis unit 213 diagnoses whether or not the control unit 211 is operating normally. For example, a watchdog timer is used to periodically check whether a program executed on the control unit 211 is hung up. The same is true for the MCU self-diagnosis unit 223.
  • the safety function operation instruction unit 214 When the safety function operation instruction unit 214 receives a safety request signal such as an emergency stop signal from the safety function execution unit 212, the safety function operation instruction unit 214 outputs a safety function operation instruction signal to the power conversion device 10. The same applies to the safety function operation instruction unit 224.
  • the main body connection unit 208 is a terminal for connecting to the power conversion device 10. The same applies to the main body connection unit 209.
  • the path self-diagnosis unit 107 diagnoses whether a signal is transmitted from the safety function execution unit 212 to the drive unit 103. A test pulse is transmitted at a predetermined time interval to detect whether or not a signal has reached the drive unit 103. If the signal does not arrive, the operation management unit 101 is notified of the occurrence of an error.
  • the MCU self-diagnosis unit 213 and the path self-diagnosis unit 107 may be configured as one module. The same applies to the route self-diagnosis unit 207.
  • connection completion signals output from the option connection units 108 and 109 are transmitted to the operation management unit 101.
  • a connection completion signal is transmitted to the control unit 211 via the communication unit 110 and the communication unit 210.
  • connection completion signals output from the main body connection units 208 and 209 are transmitted to the control unit 211.
  • it is transmitted to the operation management unit 101 via the communication unit 210 and the communication unit 110. In this way, the connection completion signals output from the power converter 10 and the safety function unit 20 are exchanged with each other, and a total of four connection completion signals are output.
  • connection completion signals are received by the operation management unit 101 and the control unit 211. When all the connection completion signals have been received, it is determined that the connection has been completed normally, and a message indicating that the safety function unit has been normally connected is displayed on the display unit 111. If all the connection completion signals cannot be received, it is determined that there is a connection error, and a display indicating the connection error is displayed.
  • FIG. 3A shows a circuit diagram in a state where the power conversion device 10 and the safety function unit 20 are not connected.
  • the option connection units 108 and 109 are not connected to the safety function unit 20. Even if the power conversion device 10 is turned on in this state, the voltage at the terminals of the option connection units 108 and 109 is low (for example, 0 V). That is, the connection release signal is output from the option connection units 108 and 109, and the operation management unit 101 receives it.
  • FIG. 3B shows a circuit diagram in a state where the power conversion device 10 and the safety function unit 20 are connected.
  • the terminal 130 is a terminal for supplying a voltage from the power conversion device 10 to the safety function unit 20.
  • the terminal 130 is connected to the terminal 230 of the safety function unit 20.
  • the terminal 230 and the main body connection parts 208 and 209 are electrically connected. Therefore, when the power converter 10 is turned on in a state where the option connection units 108 and 109 and the main body connection units 208 and 209 are connected, the voltages of the option connection units 108 and 109 and the main body connection units 208 and 209 increase. (For example, it becomes 24V). That is, a connection completion signal is output.
  • terminal 130, the terminal of the option connection unit 108, and the terminal of the option connection unit 109 may be collectively configured as one connector.
  • FIG. 3C shows a circuit diagram in a state where the power conversion device 10 and the safety function unit 20 are connected, but the option connection unit 108 and the main body connection unit 208 are not connected due to poor contact or the like.
  • the voltage of the option connection unit 109 and the main body connection unit 209 increases (for example, 24 V), but the voltage of the option connection unit 108 and the main body connection unit 208 is low.
  • State for example, 0V. That is, a connection completion signal is output from the option connection unit 109 and the main body connection unit 209, and a connection release signal is output from the option connection unit 108 and the main body connection unit 208.
  • connection state can be known by acquiring the voltage of the option connection part and the main body connection part, it is possible to immediately know the change in the connection state. As a result, when it is determined that there is a failure, the motor can be immediately stopped to ensure safety.
  • the power conversion device 10 may be provided with a connection switch button.
  • the connection switch button is a button indicating whether or not the safety function unit 20 is connected. For example, when the safety function unit 20 is connected, the user presses the connection switch button to explicitly notify the power conversion device 10 that the connection is being made. Thereby, the power converter device 10 can know a connection state reliably, and can ensure safety.
  • the power conversion device 10 may store the connection state in the operation management unit 101 or the like. Thereby, when the operation management unit 101 confirms the connection state, in addition to the connection completion signal or the connection release signal output from the option connection units 108 and 109, the connection information stored in the operation management unit 101 is stored. Since the connection state can be confirmed using this, safety can be ensured.
  • connection determination processing flow between the power conversion device 10 and the safety function unit 20 will be described with reference to FIG.
  • the option connection units 108 and 109 output connection completion signals (step S302), and the main unit connection units 208 and 209 also output connection completion signals.
  • Output step S303.
  • the option connection unit or the main body connection unit operates normally, four connection completion signals are output, but if any of them is out of order, four connection completion signals are not output.
  • the option connection units 108 and 109 output connection release signals (step S304), and the main unit connection units 208 and 209 also output connection release signals (step S304). S305).
  • the operation management unit 101 receives the connection completion signal or the connection release signal output from the option connection unit and the main body connection unit (step S306).
  • step S307 it is confirmed whether or not the timer has been started. If the timer has not been started, the timer is started (step S308). This timer is used to measure the time when the operation management unit determines that a connection error has occurred when all connection completion signals cannot be received within a predetermined time.
  • the operation management unit 101 confirms which one of the connection completion signal and the connection release signal is received (step S309).
  • the connection completion signal is received (step S309; connection completion signal)
  • the connection is in progress. Transition to a state (step S311).
  • the connected state is one of the states held by the operation management unit 101 and is a state of waiting for a connection completion signal to be output.
  • the state is held as a variable (for example, state) defined in the execution program, and when the value of the variable state is 1, it indicates a connected state.
  • the connection release signal is received (step S309; connection release signal)
  • the state transits to the unconnected state (step S310).
  • the unconnected state is a state indicating that the safety function unit 20 is not connected to the power conversion device 10. Unlike the connection error state, the power conversion device 10 can start the operation of the motor even in the unconnected state.
  • step S312 it is confirmed whether or not all connection completion signals have been received (step S312). If all connection completion signals have been received, it is determined that the connection has been made normally, and the state transitions to the connection completion state (step S317). If all the connection completion signals have not been received yet, it is confirmed whether or not the timer has expired (step S313). If the timer has not yet expired, the process returns to step S306 to receive the signal. Execute.
  • step S314 If the timer expires without receiving all connection completion signals, it is checked whether or not the connection is in progress (step S314). If it is in the connected state, it is determined that there is a connection error, and a transition is made to the connection error state (step S315). If it is not in the connected state, the unconnected state is maintained (step S316).
  • connection state is displayed on the display unit 111 (step S318). For example, “successfully connected” is displayed if the connection is complete, and “connection error” is displayed if the connection is in an error state.
  • connection status may be displayed using an LED or the like.
  • the LED that is turned on when it is normally connected and the LED that is turned on when there is a connection error may be separated, or one LED may change the color that is turned on according to the connection state and notify the user. good. Thereby, if a user sees the LED, a connection state can be confirmed at a glance, and safety will improve more.
  • connection completion signal is also received by the control unit 211, and by performing the same processing as the operation management unit 101, it is known whether the connection has been made normally or an error has occurred. be able to.
  • connection between the power conversion device 10 and the safety function unit 20 is performed in a state in which both power supplies are OFF. Then, after the connection is completed, the power is turned on, and then the user presses the operation start button to start the motor operation. At that time, if the connection is normally completed, the motor operation may be started. However, if a connection error has occurred, it is desirable not to operate the motor.
  • step S401 when the power of the power converter 10 and the safety function unit 20 is turned on by the user (step S401), the connection determination process described in FIG. 4 is executed (step S402). As a result, the connection state transitions to a connection completion state, a connection error state, a connected state, or an unconnected state. Then, the user presses the start button (step S403). Next, the operation management unit 101 confirms the connection state (step S404). If the connection state is a connection completion state or a non-connection state, a motor operation start process is performed (step S406).
  • connection state is in the connected state
  • a message indicating that the connection is in progress is displayed on the display unit 111 (step S405), and the process returns to the standby state for pressing the start button.
  • connection state is a connection error state
  • a message indicating a connection error is displayed on the display unit 111 (step S407), and the process returns to the standby state for pressing the start button.
  • step S500 The processing flow of the power conversion apparatus 10 when the connection is disconnected or connected during motor operation will be described with reference to FIG. In FIG. 6, first, the operation management unit 101 issues a speed instruction to the main body control unit 102 to control the drive of the motor (step S500).
  • step S501 it is confirmed whether or not a connection release signal indicating that the connection has been released or a connection completion signal indicating that the connection has been output has been output from the option connection units 108 and 109 (step S501). If no signal is output, motor drive control is performed again (step S500). If a signal is output, the connection state is acquired and confirmed (step S502). Then, the processing content to be executed is determined by the combination of the signal type and the connection state (step S503).
  • connection release signal when a connection release signal is output in a connection completed state, it is determined that the safety function unit 20 has been removed or a connection failure has occurred, and the motor must be in a safe state.
  • the operation management unit is set to execute STO for instructing the main body control unit to stop the motor, a message to stop the motor safely is displayed and the STO is executed.
  • connection completion signal when a connection completion signal is output in the unconnected state, it is determined that the safety function unit 20 is attached, and even if the safety function unit 20 is attached during operation, there is no influence on the operation of the motor. Display to notify the user that the degree will not improve. In this case, the safety function operation such as STO may not be executed.
  • connection completion signal is output even though the connection is complete, or if a connection release signal is output even though it is not connected, a combination that cannot occur if the device is operating normally Therefore, it is determined that there is a possibility that the option connection units 108 and 109 are out of order, display for notifying the user of the possibility of failure is performed, and STO or the like is executed.
  • the contents to be displayed on the display unit 111, whether or not to execute the safety function operation, and the like are determined based on the combination of the type of signal output from the option connection units 108 and 109 and the connection state.
  • step S504 If there is content to be notified to the user, the content is displayed on the display unit 111 (step S504).
  • step S506 if it is necessary to execute the safety function operation, the safety function operation is executed (step S506), and a transition to the connection error state is made (step S507). If it is not necessary to execute the safety function operation, the motor drive control is performed again (step S500).
  • the emergency stop signal is received as the safety request signal and the STO is set to be executed as the safety function operation
  • the emergency stop signal is output from the input / output unit, and then the STO is supplied to the drive unit 103.
  • the operation until a signal is input will be described.
  • the operation management unit 101 when the operation management unit 101 receives a deceleration instruction, the operation management unit 101 issues a deceleration instruction to the main body control unit 102 together with parameters such as deceleration. In response to this, the main body control unit 102 outputs a PWM control signal to the drive unit 103 to decelerate the motor 40.
  • the main body control unit 102 acquires a current value for estimating the motor speed (output frequency) output from the current detector 104. Furthermore, the safety function execution units 212 and 222 also acquire current values from the current detector 104. Using this value, the safety function execution units 212 and 222 start monitoring the speed of the motor 40. Thereafter, when the speed of the motor 40 exceeds a predetermined threshold for some reason, the safety function execution units 212 and 222 output a safety function operation instruction signal such as STO to the drive unit 103 via the communication units 210 and 110. To do.
  • the safety function operation signal is input to the drive unit 103 via the operation management unit 101 and the main body control unit 102. Then, the drive unit 103 turns off the torque generated in the motor 40.
  • the speed of the motor 40 can be reduced and stopped, and the safety function can be expanded.
  • what kind of safety function operation is executed when the speed of the motor 40 exceeds a predetermined threshold value may be set in advance by receiving a user's selection using the function safety setting tool 70 or the like.
  • the safety function execution unit 212 includes an operation parameter storage unit 2122, an operation monitoring unit 2123, a motor speed estimation unit 2125, and a time monitoring unit 2126.
  • the operation parameter storage unit 2122 stores operation parameters such as a deceleration and a speed threshold.
  • operation parameters such as a deceleration and a speed threshold.
  • it is composed of a RAM or the like.
  • the motor speed estimation unit 2125 estimates the speed of the motor 40 based on the current value output from the current detector 104 and the like.
  • the torque generated in the motor 40 is calculated from the magnitude and frequency of the current supplied to the motor 40 and converted into the rotational speed of the motor 40.
  • An encoder that outputs the rotation speed of the motor in addition to the motor may be used. As a result, a more accurate motor speed is known and the safety function is improved.
  • the time monitoring unit 2126 measures an elapsed time after receiving a safety request signal such as an emergency stop signal.
  • the elapsed time is output to the operation monitoring unit 2123 at a predetermined time interval.
  • the operation monitoring unit 2123 acquires the speed and elapsed time of the motor 40 and monitors whether or not a predetermined threshold is reached. If the predetermined threshold value is reached, a safety function operation signal such as a set STO is output.
  • the processing flow of the operation monitoring unit 2123 when an emergency stop signal is received as a safety request signal will be described with reference to FIG.
  • the operation parameter is acquired from the operation parameter storage unit 2122 (step S100).
  • the operation parameter setting method will be described later with reference to FIG.
  • the operation monitoring unit 2123 outputs the acquired operation parameter to the safety function operation instruction unit 214, and the safety function operation instruction unit 214 outputs a deceleration instruction (step S101).
  • the safety function operation instruction unit 214 determines whether or not a deceleration start signal has been received from the operation management unit 101 (step S102).
  • step S104 If the deceleration start signal has not been received, the deceleration instruction signal is output again (step S104). If the predetermined time has not elapsed since the emergency stop signal was received, the process returns to step S102 again. If the predetermined time has elapsed, it is determined that some kind of error has occurred in the power converter 10, and a safety function operation instruction signal such as STO is output (step S106).
  • the safety function operation determination process is executed (step S103).
  • the operation monitoring unit 2123 outputs a safety function operation instruction signal such as STO (step S106).
  • the operation monitoring unit 2123 acquires an operation parameter from the operation parameter storage unit 2122 (step S ⁇ b> 201).
  • the operation parameter is a speed that becomes a threshold for outputting a deceleration or a safety function operation instruction signal (STO or the like), and the details thereof will be described later with reference to FIG.
  • STO safety function operation instruction signal
  • the parameter is stored in the parameter storage unit 2122 (step S204).
  • step S205 If the initial motor speed has already been acquired, the motor speed and time are acquired as they are (step S205), and the motor speed threshold value is calculated (step S206). Then, it is determined whether or not the motor speed exceeds a threshold value (step S207). If the motor speed is exceeded, the safety function operation determination process is terminated and a safety function operation instruction signal is output (step S106 in FIG. 10). )I do. If the threshold is not exceeded, the process returns to step S205 to execute the process.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a display example of the operation unit and the display unit mounted on the power conversion device according to the present embodiment.
  • the operation unit and the display unit are not necessarily limited to those attached to the power converter, and may be configured to be detachable from the power converter with a cable or the like.
  • the power conversion device 10 includes interfaces such as an operation start button 701, an operation stop button 702, a display unit 703, an OK button 704, an upper button 705, and a lower button 706.
  • a display notifying that there is an error is displayed on the display unit 703. For example, an error number “No. 001” or an error content “Connection error” is displayed.
  • an error number “No. 001” or an error content “Connection error” is displayed.
  • FIG. 13 is a diagram for explaining the safety function operation in the present embodiment.
  • SS1 Safety stop 1
  • T2-T1 Maximum time from when a safety request signal is received to when deceleration is started
  • T4-T3 Maximum time from when a predetermined threshold is exceeded until safety area return processing is started
  • T6-T3 Allowable time
  • T8-T1 SS1 deceleration time
  • T9-T4 Safety region return processing deceleration time
  • T5-T1 Minimum SS1 deceleration time
  • T10-T1 Maximum SS1 deceleration time
  • T7-T4 Automatic adjustment SS1 deceleration time 601 : Operation at the time of SS1 deceleration 602: Operation after diagnosis error or abnormality occurred at SS1 deceleration 603: Operation according to the deceleration time of the safety area return process selected by the user after the abnormality occurred 604: Safety area after the occurrence of abnormality Operation 611:
  • an upper limit and a lower limit may be set for the deceleration. For example, if a predetermined threshold value with the dotted line 612 as the upper limit and the dotted line 611 as the lower limit is set as the safety region, the motor continues to decelerate if the motor speed is within this safety region. If the motor speed deviates from this safe area, it is considered that a predetermined threshold has been exceeded. The safety function operation after exceeding the predetermined threshold will be described later.
  • the time T3 (the point where 602 and 612 intersect: P1) when the motor speed exceeds 612 as in 602 due to some influence during the deceleration stop in SS1 as in 601 is the time when the predetermined threshold is exceeded.
  • the predetermined threshold is an upper / lower threshold, which is a threshold determined by the SS1 minimum deceleration time and the SS1 maximum deceleration time set in advance by the functional safety setting tool 70. This is (611, 612) in FIG.
  • the SS1 minimum deceleration time is defined as T5-T1
  • the maximum deceleration time is defined as T10-T1.
  • T2 the maximum time after receiving an emergency stop signal (here SS1 signal) until deceleration is started.
  • the predetermined threshold is an upper limit threshold, and the function safety setting tool 70 is used in advance. It is a threshold value determined by the set frequency limit value. In the case of SDI (Safe (Direction), 0 speed is a threshold value. When normal rotation is permitted, the reverse rotation direction exceeds a predetermined threshold value, and when reverse rotation is permitted, the normal rotation direction exceeds a predetermined threshold value.
  • any of the function STO that cuts off the torque to the motor, the function SS1 that executes STO after the motor is decelerated and stopped, and the function SBC (Safe Brake Control) that outputs a safety output signal for external brake control Whether or not to execute the function is selected and set in advance by the user, and stops according to the selected function.
  • any safety function operation such as STO / SS1 / SBC selected in advance operates according to the respective functional specifications, so that the deceleration of the motor can be controlled more finely and safety is improved. improves.
  • a parameter indicating the type of safety function to be executed when a safety request signal is input is stored in the operation parameter storage unit 2122 of the safety function execution unit 212.
  • the safety function execution unit 212 prepares a variable on the program and executes, for example, SS1 if the value of the variable is 1 and SLS if the value is 2.
  • the operation parameter storage unit 2122 holds operation parameters related to each safety function.
  • parameter settings of safety-related functions such as safety function operation selection, deceleration time, and allowable time set by the user are performed from the functional safety setting tool 70, for example.
  • the parameter setting method using the functional safety setting tool 70 is connected to the communication unit 110 and written in the operation parameter storage unit 2122 of the safety function execution unit 212.
  • the route to be written is not limited to the communication unit 110, but may be finally written in the operation parameter storage unit 2122.
  • the user presets parameters of safety-related functions.
  • the parameters of the safety-related functions are held in the operation parameter storage unit 2122.
  • the operation parameter storage unit of the safety function execution unit 222 holds the same.
  • the instructed safety function operation in FIG. 14 is, for example, the safety function operation SS1 / SLS / SDI described in IEC 61800-5-2.
  • Such a safety function operation executed when an emergency stop signal is received or when a predetermined speed threshold value is exceeded may be set from the functional safety setting tool 70.
  • the safety function operation process is to acquire a preset operation parameter (step S600). For example, when SS1 is preset as the instructed safety function operation, when the instructed safety function operation is executed, deceleration is started according to the SS1 deceleration time of the preset operation parameter (step S601). . Then, it is determined whether or not the motor speed is within the safe area (step S602). If the motor speed is out of the safe area, the process proceeds to a predetermined threshold excess post-process (step S605). The post-processing exceeding the predetermined threshold will be described later.
  • step S603 If it is within the safety range, it is determined whether or not a predetermined time (SS1 deceleration time in this case) has elapsed (step S603). If the predetermined time has not elapsed, the process returns to step S602, and the motor Return to monitoring whether the speed is within the safe area and execute the process. When the predetermined time has elapsed (step S603), a safety function operation signal (SS1 signal here) is output (step S604).
  • FIG. 15 is a flowchart showing a process after exceeding a predetermined threshold related to the safety function operation to be executed when it is determined in step S602 that the safety area has been excluded.
  • 15 includes a safety function operation STO / SS1 / SBC executed after a predetermined threshold is exceeded (step S605).
  • a safety area return process is executed.
  • any one of STO / SS1 / SBC is set in advance by the functional safety setting tool 70, and the set safety function operation is executed (step S700).
  • step S701 If the STO has been set in the safe area return process (step S701), an STO signal is output.
  • a safety output signal (SBC signal) is output for external brake control.
  • step S703 When SS1 was set in the safe area return process, either automatic adjustment was selected in advance or when operating according to the SS1 deceleration time setting of the safe area return process set in advance as usual It is determined whether or not to perform (step S703).
  • step S706 in accordance with the SS1 deceleration time setting of the safety area return process set in advance, the vehicle decelerates as indicated by 603 in FIG. Stop.
  • the deceleration time of the safety function operation SS1 603 is the SS1 deceleration time (T9-T4) of the safe area return process set in advance by the functional safety setting tool 70.
  • the motor is decelerated at a rate that decelerates from the motor speed at time T4 to the motor speed (V1) at time T9.
  • the deceleration time and the deceleration rate may be calculated based on other criteria such as from the time point T1.
  • step S704 Even if the normal process is selected, if the SS1 deceleration time setting for the safe area return process has not been accepted, the automatic adjustment process (step S704) may be performed.
  • FIG. 16 is a flowchart showing an automatic adjustment process (step S704) executed when automatic adjustment is started.
  • step S800 it is determined whether the reaction time (step S800) has elapsed after the automatic adjustment process is monitored. If the reaction time has not elapsed, the functional safety operation of the pretreatment is continued until the reaction time has elapsed.
  • the safe area return process is executed (step S801). Since FIG. 16 explains the automatic adjustment process, SS1 is set in the safe area return process.
  • step S801 The time from the time T3 at which it is determined that the predetermined threshold value is exceeded to T4 when the safe region return process is executed.
  • T4-T3 The time from the time T3 at which it is determined that the predetermined threshold value is exceeded to T4 when the safe region return process is executed. If the reaction time has not elapsed, the process returns to step S800. After the reaction time has elapsed, a safe area return process is executed (step S801).
  • the time (T6-T3) from time T3 to T6 when it is determined that a predetermined threshold value is exceeded is defined as the allowable time.
  • This allowable time is set in advance from the functional safety setting tool 70. It is determined whether or not the motor speed returns to the safe region within the set allowable time (step S802).
  • the motor is decelerated and stopped according to the SS1 deceleration time of the safe region return process set by the functional safety setting tool 70 (step S803).
  • step S804 If it is determined that the motor speed does not return within the safe range within the allowable time, automatic adjustment is executed (step S804).
  • the method for determining whether the motor speed returns to the safe region within the permissible time is as follows. At the time of execution of the safe region return process at T4, an intersection P2 (T6) of the preset permissible time and the upper limit threshold value that determines the safe region. At the time T6, the motor speed falls below the intersection P2 and returns to the safe area at the time T6 when the vehicle is decelerated and stopped according to the SS1 deceleration time setting of the safety area return process set in advance. It is determined from the motor speed at the time, the allowable time, and the upper threshold.
  • the upper threshold is used as the determination method condition.
  • the lower threshold is used as the determination method condition.
  • the upper limit threshold and the lower limit threshold determine the safe area. Therefore, it is these upper limit threshold value and lower limit threshold value that determine whether the motor speed is out of the safe region. That is, the threshold value for determining the safety region is used as a determination condition for determining whether the motor speed returns within the safety region at time T4.
  • the frequency limit set in advance from the functional safety setting tool 70 is the upper limit threshold value, and the safety region is below the set frequency. .
  • the process proceeds to a process after exceeding a predetermined threshold (S605), and the safety function operation is executed so as to return the motor speed to the safe area in the same manner as SS1.
  • the safety area is the safety area when the reverse rotation direction is prohibited.
  • the reverse rotation direction is a safe area.
  • the automatic adjustment referred to here is based on the motor speed, allowable time, and upper threshold value in the dynamic situation of time T4 without adopting the SS1 deceleration time of the safe area return process that was previously set at time T4.
  • the safe area return is performed so that the motor speed returns to the safe area without adopting a preset value for the SS1 deceleration time of the safe area return process in which the motor speed falls below the intersection P2 at time T6. Changing the SS1 deceleration time of the process.
  • the SS1 deceleration time of the automatically adjusted safety area return process is stored in the operation parameter storage unit (2122), and the SS1 deceleration time of the safe operation 2 can be separately used as a reference value when the setter decides. good.
  • the SS1 deceleration time of the safe area return process may be reviewed and executed every predetermined time to finely control in a more dynamic situation.
  • the SS1 deceleration time of the safety area return process set in advance is the deceleration stop assumed by the setter.
  • the motor speed does not immediately return to the safe area and the motor exceeds the predetermined threshold. You are driving at speed. For example, in FIG. 13, the vehicle is decelerated and stopped at a deceleration rate of 603, and the motor speed exceeds the safe region at time P2.
  • the motor speed can be returned to the safe area within the allowable time in the dynamic situation of T4 when the safe area return process is executed after the predetermined threshold is exceeded. Since the motor deceleration time can be controlled according to the situation, the safety of the system can be further improved. For example, in FIG. 13, the vehicle is decelerated and stopped at a deceleration rate of 604, and the motor speed returns to the safe region at time P2. Note that the SS1 deceleration time at the time of this automatic adjustment is defined as T7-T4 in this embodiment, but may be calculated based on other criteria.
  • the torque to the motor may be cut off with STO.
  • the post-safety area return process is a process that can select the safety function operation from the time when the motor speed returns to the safe area (intersection P3 between 604 and 612) to the stop after the completion of the automatic adjustment process.
  • the post-safe area return processing is executed when the motor function speed returns to the safe area when the safety function operation from the point P3 to the stop is set in advance from the functional safety setting tool 70 and the automatic adjustment process is performed.
  • FIG. 17 is a diagram for explaining the post-safe area return processing.
  • Safe area return process selection (1) In the automatic adjustment process, the vehicle is decelerated and stopped at the deceleration rate of 604 while maintaining the SS1 deceleration time of the safety area return process changed and adopted at time T4.
  • Safe area return process selection (2) Decelerates and stops at a deceleration rate 601 in accordance with the SS1 deceleration time of the instructed safety function operation.
  • Safe area return process selection (3) Decelerate and stop according to the deceleration rate of 603 according to the SS1 deceleration time setting of the preset safe area return process.
  • processing after returning to the safe area may be processing other than the above options.
  • SLS when SLS is set with the instructed safety function operation, when returning to the safe area by automatic adjustment within the allowable time, operation is continued at a motor speed that does not exceed the limit value without decelerating and stopping. It is also possible to select it.
  • the safety of the system can be improved by the functional safety operation after the predetermined threshold is exceeded.
  • step S605 Even when the safety area return process is being executed, if the safety area is not reached again, the motor speed is returned to the safety area by executing the post-predetermined post-processing (step S605).
  • the display unit 111 displays a notification that the safety function operation has been performed in the automatic adjustment execution (step S804).
  • an automatic adjustment in-progress signal is operated via the communication unit 210 and the communication unit 110, triggered by the change (automatic adjustment) of the SS1 deceleration time of the safe region return process during the automatic adjustment execution (step S804).
  • the operation management unit 101 that has transmitted to the management unit 101 and received the automatic adjustment execution signal notifies the display unit 111 that automatic adjustment is being performed. Then, for example, “Safe area return processing (SS1) executed by automatic adjustment” is displayed.
  • the display timing may be displayed when automatic adjustment is executed even once, or may be displayed using the automatic adjustment value instead of the SS1 deceleration time set by the setting tool after the stop.
  • the present embodiment after an abnormal system operation or a diagnostic error occurs, not only is the operation interrupted by the STO operation, but also the motor deceleration and the like are performed more finely according to the system situation by the safety function operation selected in advance. It can be controlled and safety is improved.
  • the set value of the deceleration time is automatically changed and within the allowable time By controlling the speed so as to return to the inside, the safety of the system can be improved.
  • SYMBOLS 10 Power converter, 20: Safety function part, 30: Input / output part, 40: Motor, 50: Load machine, 70: Functional safety setting tool, 101: Operation management part, 102: Main body control part, 103: Drive 104: current detector 107: path self-diagnosis unit 108, 109: option connection unit 110, 210: communication unit 111: display unit 208, 209: main unit connection unit 211, 221: control unit 212, 222: Safety function execution unit, 213, 223: MCU self-diagnosis unit, 214, 224: Safety function operation instruction unit

Abstract

機能安全に対応した電力変換装置において、システム動作の異常や診断エラーを検知した際の安全機能動作を、異常時のシステムの状況に応じて動的な設定とすることで、システムの安全性を向上させる機能を提供することを目的とする。　上記目的を達成するために、モータを駆動するための電力変換装置本体と、安全機能を実行する安全機能部とを備える電力変換システムであって、安全機能部は、安全要求信号を受信したら安全機能動作指示信号を出力し、安全機能動作指示信号により電力変換装置本体はモータを制御し、安全機能部は、モータの状態監視を行い、モータの状態が所定の範囲を超過した場合、予め選択された安全機能動作による閾値超過後処理を行う。

Description

電力変換システム及び電力変換方法
　本発明は、電力変換システムに係り、特に安全機能動作に関するものである。
　従来、機能安全に対応した電力変換装置において、システム動作の異常や診断エラーを検知した際にシステムを安全方向に移行する安全機能動作が提案されている。(例えば特許文献1)
ＷＯ２０１６/０５１５５２号公報
　特許文献１に記載の制御方法では、減速度制御等のシステム動作に異常が発生した場合や診断エラー発生を検知した場合は、安全機能動作であるＳＴＯ (Safe torque off) 機能によりモータへのトルクを遮断する。一方、安全機能動作の技術動向として、ＳＴＯ動作により遮断するだけでなく、より安全にシステムを制御する技術が普及し始めている。本発明では、異常時のシステムの状況に応じて安全機能動作を動的な設定とすることで、システムの安全性をより向上させる機能を提供する。
　本発明は、上記背景技術及び課題に鑑み、その一例を挙げるならば、モータを駆動するための電力変換装置本体と、安全機能を実行する安全機能部とを備える電力変換装置であって、安全機能部は、安全要求信号を受信したら安全機能動作指示信号を出力し、安全機能動作指示信号により電力変換装置本体はモータを制御し、安全機能部は、モータの状態監視を行い、モータの状態が所定の範囲を超過した場合、予め選択された安全機能動作による閾値超過後処理を行う。
　本発明によれば、システム動作の異常や診断エラー発生後という動的な状況において、システムの状況にあわせてモータの駆動を細かく制御できるため、システムの安全性が向上する。
実施例における電力変換装置で安全機能を動作させる場合の機能的構成を示すシステムブロック図である。 実施例における電力変換装置に安全機能部を接続して安全機能を動作させる場合の機能的構成を示すシステムブロック図である。 実施例における電力変換装置と安全機能部の構成および接続時のデータの流れを示す図である。 実施例における電力変換装置と安全機能部を接続しない状態の回路図である。 実施例における電力変換装置と安全機能部が接続された状態の回路図である。 実施例における電力変換装置と安全機能部が接続された状態でオプション接続部と本体接続部が接続されていない状態の回路図である。 実施例における電力変換装置と安全機能部の接続処理を説明するフローチャートである。 実施例における電力変換装置と安全機能部の電源を入れてからモータの運転を開始するまでのフローチャートである。 実施例における電力変換装置がモータ運転中に安全機能部が接続又は接続解除された場合のフローチャートである。 実施例における電力変換装置と安全機能部の構成および安全要求信号受信時のデータの流れを示す図である。 実施例における電力変換装置と安全機能部の構成およびモータ減速時のデータの流れを示す図である。 実施例における安全機能実行部の構成を示す図である。 実施例における動作監視部の処理のフローチャートである。 実施例における安全機能動作判定処理のフローチャートである。 実施例における電力変換装置に搭載された操作部、表示部の表示例を示した図である。 実施例における安全機能動作を説明する図である。 実施例における安全機能動作の処理の流れを説明するフローチャートである。 実施例における安全機能動作の所定の閾値超過後処理を説明するフローチャートである。 実施例における安全機能動作の自動調整処理を説明するフローチャートである。 実施例における安全領域復帰後処理を説明するための図である。
　以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。なお、各図における共通の構成については同一の参照番号を付してある。また、以下に説明する各実施例は図示例に限定されるものではない。
　図１Ａ、１Ｂは、本実施例における安全機能を動作させる場合の機能的構成を示すシステムブロック図である。図１Ａは、電力変換装置で安全機能を動作させる場合の機能的構成を示す。図１Ａにおいては、電力変換装置１０と入出力部３０とモータ４０と負荷機械５０から構成される。モータ４０は、電気的なエネルギーを機械的なエネルギーに変換する機器であり、例えば、３相交流モータなどである。
　負荷機械５０は、例えば、エレベータや工作機械等の産業機械の構成要素で、モータ４０に接続されて駆動される。
　入出力部３０は、負荷機械５０を安全な状態にするための緊急停止信号等の安全要求信号を入出力するものである。例えば、負荷機械５０に携わる作業員などによって押下されて緊急停止信号を出力する緊急停止スイッチや、あるいは負荷機械５０に人が近づいたり進入禁止のドアが開いたりしたことを検知して緊急停止信号を出力するライトカーテンやセーフティドアロックなどである。また、これらの複数の装置と接続されて使用され、装置から緊急事態の通知を受けたら、緊急停止信号を出力するセーフティリレーやセーフティＰＬＣなどでも良い。緊急停止信号は、国際規格ＩＥＣ６１８００－５－２で定められている安全機能の実行を要求する安全要求信号の一つである。また、後述する安全機能部２０から出力された安全機能動作指示信号を、図示していない外部ブレーキに出力し、外部ブレーキが動作する構成であってもよい。
　電力変換装置１０は、モータ４０を駆動制御するものである。その詳細な構成については後述する。電力変換装置１０は、入出力部３０から緊急停止信号等の安全要求信号を受信した場合、モータ４０を停止するなどの制御を行う。
　図１Ｂは、電力変換装置に安全機能部を接続して安全機能を動作させる場合の機能的構成を示すブロック図である。図１Ｂにおいて、安全機能部２０は、電力変換装置１０と接続されて動作し、モータ４０の緊急停止だけでなく、モータ４０を減速して停止したり、一定速度に保ったりする安全機能を実行するように電力変換装置１０に制御信号を出す。その詳細な構成については後述する。
　このように、電力変換装置１０は、それ単体でもモータ４０の制御及び安全機能を実行でき、更に安全機能部２０を接続すれば、より高度な安全機能が実行できるようになる。なお、電力変換装置１０を電力変換装置本体とし、それに接続された安全機能部２０とを合わせて新たな電力変換装置１１としてもよい。
　図２は本実施例における電力変換装置と安全機能部として２重化の構成の例および接続時のデータの流れを示す図である。
　図２において、電力変換装置１０は、運転管理部１０１、本体制御部１０２、駆動部１０３、電流検出器１０４、オプション接続部１０８、１０９、通信部１１０、表示部１１１を含んで構成される。
　運転管理部１０１は、本体制御部１０２に速度指示を出してモータの駆動制御をする。例えば、ＣＰＵ(Central Processing Unit)とＣＰＵ上で動作するプログラムで構成される。また、表示部１１１に電力変換装置１０の状態を通知するように指示を出したり、外部機器と通信をする際に通信部１１０に対して通信の指示を出したりする。
　本体制御部１０２は、駆動部１０３にＰＷＭ(Pulse Width Modulation)制御信号を出力する。例えば、ＣＰＵ上で動作するプログラムである。
　駆動部１０３は、モータ４０にトルクを与えるための電力を供給するものである。
　電流検出器１０４は、駆動部１０３からモータ４０に供給される電流を測定するものであり、例えばホール素子で構成される。
　オプション接続部１０８は、安全機能部２０と接続するための端子である。安全機能部２０と接続された際に、接続完了信号を出力し、安全機能部２０と分離された際に、接続解除信号を出力する。例えば、具体的には、接続完了信号を出力するとは、オプション接続部１０８の端子の電圧が高くなった状態（例えば２４Ｖ等になった状態）になるということであり、接続解除信号を出力するとは、端子の電圧が低くなった状態（例えば０Ｖ等になった状態）になるということである。電力変換装置１０の電源が入った状態において、運転管理部１０１はオプション接続部１０８の端子電圧を取得することで、安全機能部２０と接続されているかどうかを判断できる。オプション接続部１０９もオプション接続部１０８と同様である。
　図２において、安全機能部２０は、通信部２１０、制御部２１１、２２１、安全機能実行部２１２、２２２、ＭＣＵ自己診断部２１３、２２３、経路自己診断部１０７、２０７、安全機能動作指示部２１４、２２４、本体接続部２０８、２０９から構成される。なお、本実施例では制御部を２１１と２２１の２つとし２重化の構成としているが１重構成でも趣旨は同様である。
　また、機能安全用設定ツール７０は、安全要求信号受信時に実行される安全機能動作を予め選択、設定する際や、動作パラメータを設定する際に用いる。詳細は図１４等の説明時にて後述する。
　通信部２１０は、安全機能部２０が他の情報処理装置とデータのやり取りを行う際に用いる。電力変換装置１０と情報のやり取りを行う場合にも利用する。また、安全機能部２０がインターネットや他の情報処理装置などにアクセスするための通信処理等も行う。また、通信部２１０は１つのみを使用する場合に限らず、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標)、無線ＬＡＮ、ＣＤＭＡ(Code Division Multiple Access)、ＬＴＥ(Long Term Evolution：登録商標)等の複数の通信方式を利用可能にするために複数備えても良い。また、通信部２１０および通信部１１０は、二重化しても良い。二重化することにより、どちらか一方の通信部が故障したとしても、もう一方の通信部を使用して通信が行われるため、装置の安全性が向上する。
　制御部２１１は、例えばＣＰＵで構成され、データの管理や計算、送受信などの処理を行う。制御部２２１も同様である。
　安全機能実行部２１２は、モータ４０の速度を監視したり入出力部３０からの安全要求信号を受け付けてＳＴＯ等の安全機能動作実行信号を出力したりする。詳細な構成は図９を用いて後述する。安全機能実行部２２２も同様である。
　ＭＣＵ自己診断部２１３は、制御部２１１が正常に動作しているか否かを診断する。例えば、ウォッチドッグタイマーを用いて制御部２１１上で実行されるプログラムがハングアップしていないかどうかを定期的に確認する。ＭＣＵ自己診断部２２３も同様である。
　安全機能動作指示部２１４は、安全機能実行部２１２から緊急停止信号等の安全要求信号を受信したら、電力変換装置１０に対して安全機能動作指示信号を出力する。安全機能動作指示部２２４も同様である。
　本体接続部２０８は、電力変換装置１０と接続するための端子である。本体接続部２０９も同様である。
　経路自己診断部１０７は、安全機能実行部２１２から駆動部１０３までの間を信号が伝達されるかどうかを診断する。所定の時間間隔でテストパルスを送信し、駆動部１０３に信号が到達したかどうかを検出する。もし信号が届かなかった場合はエラー発生を運転管理部１０１に通知する。なお、ＭＣＵ自己診断部２１３と経路自己診断部１０７とは１つのモジュールとして構成されてもよい。経路自己診断部２０７も同様である。
　図２において、電力変換装置１０と安全機能部２０を接続した際の信号の流れを矢印で示しており、この図を用いて接続処理時のデータの流れを説明する。
　図２において、まず、電力変換装置１０のオプション接続部１０８と、安全機能部２０の本体接続部２０８が接続されると、オプション接続部１０８と本体接続部２０８はそれぞれ接続完了信号を出力する。また、オプション接続部１０９と本体接続部２０９も同様にそれぞれ接続完了信号を出力する。オプション接続部１０８および１０９から出力された接続完了信号は、運転管理部１０１に送信される。さらに、通信部１１０、通信部２１０を経由して、制御部２１１に接続完了信号が送信される。また、本体接続部２０８および２０９から出力された接続完了信号は、制御部２１１に送信される。さらに、通信部２１０、通信部１１０を経由して、運転管理部１０１に送信される。このようにして、電力変換装置１０と安全機能部２０から出力された接続完了信号がお互いに交換され、合計４つの接続完了信号が出力されることになる。
　これらの接続完了信号は、運転管理部１０１および制御部２１１で受信される。全ての接続完了信号を受信できた場合は正常に接続が完了したと判断して、表示部１１１に安全機能部が正常に接続されたことを示すメッセージを表示する。もし、全ての接続完了信号が受信できなかった場合は接続エラーと判断し、接続エラーを示す表示をする。
　次に、図３Ａ、３Ｂ、３Ｃを用いて、オプション接続部と本体接続部の詳細について説明する。図３Ａは、電力変換装置１０と安全機能部２０を接続しない状態の回路図を示している。オプション接続部１０８、１０９は安全機能部２０と接続されていない。この状態で電力変換装置１０の電源を入れても、オプション接続部１０８、１０９の端子の電圧は低い状態（例えば、０Ｖ）である。すなわち、オプション接続部１０８、１０９から接続解除信号が出力され、運転管理部１０１がそれを受信する。
　図３Ｂは、電力変換装置１０と安全機能部２０が接続された状態の回路図を示している。端子１３０は電力変換装置１０から安全機能部２０に電圧を供給するための端子である。端子１３０は安全機能部２０の端子２３０に接続される。安全機能部２０の内部において、端子２３０と本体接続部２０８、２０９は電気的につながっている。そのため、オプション接続部１０８、１０９と本体接続部２０８、２０９が接続された状態で、電力変換装置１０の電源を入れると、オプション接続部１０８、１０９および本体接続部２０８、２０９の電圧が高くなる（例えば、２４Ｖになる）。すなわち、接続完了信号が出力される。
　なお、端子１３０とオプション接続部１０８の端子、オプション接続部１０９の端子は、まとめて一つのコネクタとして構成しても良い。
　図３Ｃは、電力変換装置１０と安全機能部２０が接続された状態だが、オプション接続部１０８と本体接続部２０８は、接触不良などにより接続されていない状態の回路図を示している。この状態では、電力変換装置１０の電源を入れると、オプション接続部１０９と本体接続部２０９の電圧は高くなる（例えば、２４Ｖになる）が、オプション接続部１０８と本体接続部２０８の電圧は低い状態（例えば、０Ｖ）である。すなわち、オプション接続部１０９と本体接続部２０９からは接続完了信号が出力され、オプション接続部１０８と本体接続部２０８からは接続解除信号が出力される。
　このように、オプション接続部および本体接続部の電圧を取得することで接続状態が分かるため、接続状態の変化をすぐに知ることができる。それにより、故障と判断した場合はすぐにモータを停止させる等して、安全を確保することができる。
　なお、電力変換装置１０に接続用スイッチボタンを備えつけても良い。接続用スイッチボタンは、安全機能部２０が接続されているかどうかを示すボタンである。例えば、安全機能部２０を接続させた場合に、ユーザがこの接続用スイッチボタンを押して接続中であることを明示的に電力変換装置１０に通知する。これにより、電力変換装置１０は確実に接続状態を知ることができ、安全を担保できる。
　また、電力変換装置１０は、接続状態を運転管理部１０１などに記憶させておいても良い。これにより、運転管理部１０１は接続状態を確認する際に、オプション接続部１０８、１０９から出力される接続完了信号または接続解除信号の他にも、運転管理部１０１が記憶している接続情報を用いて接続状態を確認できるため、より安全が担保できる。
　図４を用いて、電力変換装置１０と安全機能部２０の接続判定処理フローの詳細を説明する。図４において、まず、オプション接続部と本体接続部が接続されている場合は、オプション接続部１０８、１０９が接続完了信号を出力し（ステップＳ３０２）、本体接続部２０８、２０９も接続完了信号を出力する（ステップＳ３０３）。ここで、オプション接続部もしくは本体接続部が正常に動作すれば４つの接続完了信号が出力されるが、いずれかが故障している場合は接続完了信号が４つは出力されない。また、オプション接続部と本体接続部が接続されていない場合は、オプション接続部１０８、１０９が接続解除信号を出力し（ステップＳ３０４）、本体接続部２０８、２０９も接続解除信号を出力する（ステップＳ３０５）。
　そして、オプション接続部および本体接続部から出力された接続完了信号または接続解除信号を、運転管理部１０１が受信する（ステップＳ３０６）。
　次に、タイマーが起動済みかどうかを確認し（ステップＳ３０７）、タイマーが起動していない場合は、タイマーを起動する（ステップＳ３０８）。このタイマーは、運転管理部が所定の時間内に全ての接続完了信号を受信できない場合は接続エラーであると判断する際に、時間を計測するために利用する。
　そして、運転管理部１０１が接続完了信号または接続解除信号のうちどちらの信号を受信したかを確認し（ステップＳ３０９）、接続完了信号を受信した場合は（ステップＳ３０９；接続完了信号）、接続中状態に遷移する（ステップＳ３１１）。ここで、接続中状態とは、運転管理部１０１が保持する状態の１つであり、接続完了信号が出力されてくるのを待つ状態である。例えば、実行プログラム中に定義された変数（例えば、ｓｔａｔｅ）として状態を保持し、変数ｓｔａｔｅの値が１の場合は接続中状態を示す。接続解除信号を受信した場合は（ステップＳ３０９；接続解除信号）、未接続状態へ遷移する（ステップＳ３１０）。未接続状態とは、電力変換装置１０に安全機能部２０が接続されていないことを示す状態である。接続エラー状態とは異なり、未接続状態でも電力変換装置１０はモータの運転を開始できる。
　次に、全ての接続完了信号を受信したかどうかを確認する（ステップＳ３１２）。全ての接続完了信号を受信できた場合は、接続が正常に行われたと判断して、接続完了状態に遷移する（ステップＳ３１７）。もし、まだ全ての接続完了信号を受信できていなかった場合は、タイマーが満了したかどうかを確認し（ステップＳ３１３）、まだタイマーが満了していなかったら、ステップＳ３０６に戻って信号を受信する処理を実行する。
　全ての接続完了信号を受信できないままタイマーが満了した場合、接続中状態かどうかを確認する（ステップＳ３１４）。もし接続中状態であった場合は、接続エラーと判断して接続エラー状態に遷移する（ステップＳ３１５）。また、もし接続中状態でなかった場合は、未接続状態を維持する（ステップＳ３１６）。
　そして、表示部１１１に接続状態に従った内容を表示する（ステップＳ３１８）。例えば、接続完了状態であれば「正常に接続が完了しました」や、接続エラー状態であれば「接続エラーです」などと表示する。
　また、ＬＥＤなどを用いて、接続状態を表示してもよい。正常に接続された際に点灯されるＬＥＤと、接続エラーの際に点灯されるＬＥＤを分けても良いし、１つのＬＥＤで接続状態によって点灯する色を変えてユーザに通知するようにしても良い。これにより、ユーザはそのＬＥＤを見れば接続状態が一目で確認でき、より安全性が向上する。
　なお、図４に図示していないが、接続完了信号は制御部２１１でも受信し、運転管理部１０１と同様の処理を実行することによって、接続が正常に行われたかエラーが発生したかを知ることができる。
　また、電力変換装置１０と安全機能部２０の接続は、両者の電源がＯＦＦの状態で行う。そして、接続が完了した後に電源をＯＮにして、その後にユーザが運転スタートボタンを押下することで、モータの運転が開始される。その際に、接続が正常に完了していればモータの運転を開始させても良いが、もし接続エラーが発生している場合は、モータを運転させないことが望ましい。
　次に、図５を用いて、電力変換装置１０と安全機能部２０の電源を入れてから、モータの運転を開始するまでの処理のフローについて説明する。図５において、まず、ユーザによって電力変換装置１０と安全機能部２０の電源がＯＮにされると（ステップＳ４０１）、図４に記載した接続判定処理を実行する（ステップＳ４０２）。これにより、接続状態が接続完了状態、接続エラー状態、接続中状態、未接続状態のいずれかに遷移する。そして、ユーザによってスタートボタンが押下される（ステップＳ４０３）。次に、運転管理部１０１が接続状態を確認する（ステップＳ４０４）。接続状態が接続完了状態または未接続状態であれば、モータの運転開始処理を行う（ステップＳ４０６）。また、接続状態が接続中状態であれば、接続中である旨を表示部１１１に表示して（ステップＳ４０５）、再びスタートボタン押下の待ち受け状態に戻る。また、接続状態が接続エラー状態であれば、接続エラーである旨を表示部１１１に表示して（ステップＳ４０７）、再びスタートボタン押下の待ち受け状態に戻る。
　また、安全機能部２０を接続した状態でモータを運転している際に、何らかの原因で接続が外れた場合は、すぐにモータの運転を停止させることが望ましい。逆に、安全機能部２０を接続しないで電力変換装置１０単体でモータを運転している際に、安全機能部２０が接続された場合は、意図しない接続と判断して、すぐにモータの運転を停止させることが望ましい。
　図６を用いて、モータの運転中に接続解除または接続された場合の電力変換装置１０の処理のフローを説明する。図６において、まず、運転管理部１０１が本体制御部１０２に速度指示を出してモータの駆動制御をする（ステップＳ５００）。
　次に、オプション接続部１０８、１０９から、接続が解除されたことを示す接続解除信号または接続されたことを示す接続完了信号が出力されたか否かを確認する（ステップＳ５０１）。もし、信号が出力されなかった場合は、再びモータ駆動制御を行う（ステップＳ５００）。もし、信号が出力された場合は、接続状態を取得して確認する（ステップＳ５０２）。そして、信号の種類と接続状態との組合せにより、実行する処理内容を決める（ステップＳ５０３）。
　例えば、接続完了状態で接続解除信号が出力された場合は、安全機能部２０が取外されたか接続不良が発生したか誤動作と判断し、モータを安全な状態にしなくてはならない。たとえば、運転管理部が本体制御部へモータを停止するよう指示するＳＴＯを実行するよう設定されている場合は、モータを安全に停止する旨を表示し、ＳＴＯを実行する。
　また、未接続状態で接続完了信号が出力された場合は、安全機能部２０が取り付けられたと判断し、運転中に安全機能部２０を取り付けてもモータの運転に影響はないが安全機能や安全度は向上しないことをユーザに通知する表示を行う。この場合、ＳＴＯ等の安全機能動作は実行しなくても良い。
　また、接続完了状態であるのに接続完了信号が出力された場合、もしくは、未接続状態であるのに接続解除信号が出力された場合は、機器が正常に動作していれば起こり得ない組合せなので、オプション接続部１０８、１０９が故障している可能性があると判断して、故障の可能性をユーザに通知する表示を行い、ＳＴＯ等を実行する。
　このように、オプション接続部１０８、１０９が出力した信号の種類と、接続状態との組合せにより表示部１１１に表示する内容と、安全機能動作を実行するか否か等を決定する。
　そして、ユーザに通知すべき内容があれば表示部１１１にその内容を表示する（ステップＳ５０４）。
　その後、安全機能動作を実行する必要があれば、安全機能動作を実行し（ステップＳ５０６）、接続エラー状態に遷移する（ステップＳ５０７）。安全機能動作実行の必要がなければ、再びモータ駆動制御を行う（ステップＳ５００）。
　次に、例として、安全要求信号として緊急停止信号を受け付け、安全機能動作としてＳＴＯを実行するよう設定されている場合において、入出力部から緊急停止信号が出力されてから、駆動部１０３にＳＴＯ信号が入力されるまでの動作を説明する。
　まず、図７を用いて、入出力部から緊急停止信号が出力され電力変換装置に通知する際の処理の流れの概要を説明する。図７において、まず、入出力部３０から緊急停止信号が出力されると、当該信号が安全機能実行部２１２、２２２に入り、後述する動作パラメータを付加して安全機能動作指示部２１４、２２４に出力される。そして、通信部２１０、１１０を介して運転管理部１０１に送信される。
　次に、図８を用いて、モータ４０を減速させる際に安全機能実行部がモータ４０の速度を監視する処理の流れを説明する。図８において、運転管理部１０１は減速の指示を受けると、本体制御部１０２に減速度などのパラメータと共に減速の指示を出す。これを受けて本体制御部１０２は、駆動部１０３にＰＷＭ制御信号を出力し、モータ４０を減速する。
　そして、本体制御部１０２は電流検出器１０４から出力されるモータ速度(出力周波数)を推測するための電流値を取得する。更に、安全機能実行部２１２、２２２も電流検出器１０４から電流値を取得する。この値を用いて、安全機能実行部２１２、２２２はモータ４０の速度監視を開始する。その後、モータ４０の速度が何らかの要因で所定の閾値を超過すると、安全機能実行部２１２、２２２は通信部２１０、１１０を経由してＳＴＯ等の安全機能動作指示信号を駆動部１０３に対して出力する。
　安全機能動作信号は、運転管理部１０１、本体制御部１０２を介して駆動部１０３に入力される。そして、駆動部１０３はモータ４０に発生するトルクをオフにする。
　このようにして、入出力部から緊急停止信号が出力された際にモータ４０の速度を減速して停止することができ、安全機能が拡張できる。なお、モータ４０の速度が所定の閾値を超過した際にどのような安全機能動作を実行するかは、予め機能安全用設定ツール７０などを用いてユーザの選択を受け付けることにより設定されて良い。
　ここで、図９を用いて、安全機能実行部２１２の詳細な構成について説明する。安全機能実行部２２２も同様の構成である。図９において、安全機能実行部２１２は、動作パラメータ記憶部２１２２、動作監視部２１２３、モータ速度推測部２１２５、時間監視部２１２６から構成される。
　動作パラメータ記憶部２１２２は、減速度や速度の閾値などといった動作パラメータを記憶する。例えば、ＲＡＭなどで構成される。
　モータ速度推測部２１２５は、電流検出器１０４が出力する電流値などを基にして、モータ４０の速度を推測する。モータ４０に給電される電流の大きさや周波数からモータ４０に発生するトルクを計算し、モータ４０の回転速度に変換する。なお、モータに付加してモータの回転数を出力するエンコーダを使っても良い。これにより、より正確なモータの速度が分かり、安全機能が向上する。
　時間監視部２１２６は、緊急停止信号等の安全要求信号を受信してからの経過時間を計測する。所定の時間間隔で経過時間を動作監視部２１２３に出力する。
　動作監視部２１２３は、モータ４０の速度および経過時間を取得して、所定の閾値に達したか否かを監視する。もし、所定の閾値に達した場合は、設定されているＳＴＯ等の安全機能動作信号を出力する。
　図１０を用いて、安全要求信号として緊急停止信号を受信した場合の動作監視部２１２３の処理の流れを説明する。図１０において、まず、入出力部から緊急停止信号が出力され、当該信号を安全機能実行部２１２の動作監視部２１２３が受信すると、動作パラメータ記憶部２１２２から動作パラメータを取得する（ステップＳ１００）。動作パラメータの設定方法に関しては図１４の説明時にて後述する。次に、動作監視部２１２３は、取得した動作パラメータを安全機能動作指示部２１４に出力し、安全機能動作指示部２１４が減速指示を出力する（ステップＳ１０１）。その後、安全機能動作指示部２１４は運転管理部１０１から減速開始信号を受信したかどうかを判定する（ステップＳ１０２）。もし、減速開始信号を受信していなかった場合、減速指示信号を再度出力する（ステップＳ１０４）。そして、緊急停止信号を受信してから所定の時間が経過していない場合、処理は再びステップＳ１０２に戻る。もし、所定の時間が経過していた場合は、電力変換装置１０に何かしらのエラーが発生したと判断して、ＳＴＯ等の安全機能動作指示信号を出力する（ステップＳ１０６）。
　減速指示を出力した後に減速開始信号が受信できた場合は、安全機能動作判定処理を実行する（ステップＳ１０３）。そして、安全機能動作判定処理が終了すると、動作監視部２１２３がＳＴＯ等の安全機能動作指示信号を出力する（ステップＳ１０６）。
　ここで、図１１を用いて、安全機能動作判定処理の詳細な流れを説明する。図１１において、安全機能動作判定処理は、まず、動作監視部２１２３が動作パラメータ記憶部２１２２から動作パラメータを取得する（ステップＳ２０１）。ここで、動作パラメータとは、減速度や安全機能動作指示信号（ＳＴＯ等）を出力する閾値となる速度などであり、その詳細については図１３を用いて後述する。次に、モータの初速度が取得済か否かを確認し（ステップＳ２０２）、取得済みでなかった場合、モータの速度を取得して（ステップＳ２０３）、取得した速度をモータの初速度として動作パラメータ記憶部２１２２に記憶する（ステップＳ２０４）。モータの初速度が取得済であった場合、そのままモータの速度と時刻を取得し（ステップＳ２０５）、モータ速度の閾値を計算する（ステップＳ２０６）。そして、モータ速度が閾値を超えているか否かを判断し（ステップＳ２０７）、もし閾値を超えていた場合、安全機能動作判定処理を終了して、安全機能動作指示信号出力（図１０のステップＳ１０６）を行う。もし閾値を超えていなかった場合、ステップＳ２０５に戻って処理を実行する。
　図１２は、本実施例における電力変換装置に搭載された操作部、表示部の表示例を示した図である。操作部、表示部は、必ずしも電力変換装置に装着されたものに限定される必要はなく、ケーブルなどで電力変換装置から着脱可能な構成のものでもよい。
　電力変換装置１０には、運転開始ボタン７０１、運転停止ボタン７０２、表示部７０３、ＯＫボタン７０４、上ボタン７０５、下ボタン７０６などのインタフェースを備えている。
　エラー発生時には、表示部７０３にエラーである旨を通知する表示がされる。例えば、エラーの番号“No.001”や、エラーの内容“Connection error.”などという内容が表示される。このように、エラーの内容を表示することで、ユーザはなぜモータ４０が停止したのか、などの理由が分かり、使い勝手が向上する。
　次に、モータを減速して停止させる動作について説明する。図１３は、本実施例における、安全機能動作を説明する図である。なお、ここでは例として、機能安全規格ＩＥＣ６１８００－５－２に規定されているＳＳ１(Safety stop 1)に対応する減速停止動作を行うよう設定されている場合について説明する。
　図１３において、縦軸はモータ速度、横軸は時刻を示している。また、各符号の意味を下記するが、詳細は後述する。
Ｔ２－Ｔ１：安全要求信号を受信してから減速が開始されるまでの最大時間
Ｔ４－Ｔ３：所定の閾値超過後、安全領域復帰処理が開始されるまでの最大時間 
Ｔ６－Ｔ３：許容時間
Ｔ８－Ｔ１：ＳＳ１減速時間
Ｔ９－Ｔ４：安全領域復帰処理の減速時間
Ｔ５－Ｔ１：最小ＳＳ１減速時間
Ｔ１０－Ｔ１：最大ＳＳ１減速時間
Ｔ７－Ｔ４：自動調整ＳＳ１減速時間
６０１：ＳＳ１減速時の動作
６０２：ＳＳ１減速時に診断エラー、異常が発生した後の動作
６０３：異常発生後、ユーザが選択した安全領域復帰処理の減速時間に応じて動作
６０４：異常発生後、安全領域復帰処理(ＳＳ１動作選択時)の減速時間を自動調整して動作
６１１：ＳＳ１最小減速時間（下限閾値）
６１２：ＳＳ１最大減速時間（上限閾値）
Ｐ１：異常発生判別点
Ｐ２：許容時間以内にモータ速度が許容時間内に戻るかどうかの判別点
Ｐ３：安全領域復帰処理（自動調整）にて安全領域にモータ速度が戻ったかどうかの判別点
　図１３において、まず、モータが速度Ｖ０で動作中に、時刻Ｔ１に安全要求信号として緊急停止信号を受信したら、モータの減速を開始する。通常、この減速レートは、ユーザが設定した(時刻Ｔ８－Ｔ１間：ＳＳ１減速時間)に従い６０１のように速度Ｖ１まで減速したら(時刻Ｔ８)トルクをオフにする。その後、モータは無制御状態となり停止する。
　また、減速度に上限、下限を設定しても良い。例えば、点線６１２を上限、点線６１１を下限とする所定の閾値内を安全領域として、モータの速度がこの安全領域内に入っていればそのまま減速を続ける。もし、この安全領域をモータの速度が外れた場合は、所定の閾値超過とみなす。所定の閾値超過後の安全機能動作に関しては後述する。
　例えば、６０１のようにＳＳ１で減速停止中になんらかの影響により６０２のようにモータ速度が６１２を超えた際の時刻Ｔ３(６０２と６１２が交わる点：Ｐ１)が所定の閾値を超過した時刻となる。
　なお、所定の閾値とは、ＳＳ１の場合は、上下限閾値のことで、予め機能安全用設定ツール７０で設定したＳＳ１最小減速時間及び、ＳＳ１最大減速時間によって定まる閾値のことである。図１３における（６１１、６１２）である。
　ここでは、ＳＳ１最小減速時間の定義をＴ５－Ｔ１とし、最大減速時間の定義をＴ１０－Ｔ１としている。なお、減速時間の設定始点をＴ１としているが、緊急停止信号（ここではＳＳ１信号）を受信してから減速が開始されるまでの最大時間であるＴ２経過後からで定義しても良い。
　また、緊急停止信号受信時に実行される安全機能動作としてＳＳ１でなくＳＬＳ(Safety Limited Speed)が設定されている場合は、所定の閾値とは上限閾値のことで、予め機能安全用設定ツール７０で設定した周波数リミット値で定まる閾値のことである。また、ＳＤＩ(Safe Direction)の場合は、０速度が閾値となる。正転を許可している場合は、逆転方向が所定の閾値を超過することになり、逆転を許可している場合は、正転方向が所定の閾値を超過することになる。
　所定の閾値超過時は、モータへのトルクを遮断する機能ＳＴＯ、モータを減速停止させてからＳＴＯを実行する機能ＳＳ１、外部ブレーキ制御用に安全出力信号を出す機能ＳＢＣ(Safe Brake Control)の何れかの機能を実行するかが予めユーザによって選択、設定されており、その選択された機能に従って停止する。
　このように、所定の閾値超過時、予め選択されたＳＴＯ/ＳＳ１/ＳＢＣ等の何れかの安全機能動作が、それぞれの機能仕様に従って動作することでモータの減速をより細かく制御でき、安全性が向上する。
　これらの安全機能を実現するためには、安全機能実行部２１２の動作パラメータ記憶部２１２２に、安全要求信号が入力された際に実行する安全機能の種類を示すパラメータを保持しておく。具体的には、プログラム上の変数を用意しておき、例えば、当該変数の値が１であればＳＳ１を実行し、２であればＳＬＳを実行する、といった制御を安全機能実行部２１２が行う。更に、各安全機能に関する動作パラメータを動作パラメータ記憶部２１２２に保持しておく。
　なお、ユーザが設定する安全機能動作選択や減速時間、許容時間など安全関連機能のパラメータ設定は、例えば、機能安全用設定ツール７０から行われる。機能安全用設定ツール７０でのパラメータ設定方法は、例えば、通信部１１０と接続して安全機能実行部２１２の動作パラメータ記憶部２１２２に書き込む。書き込むルートは通信部１１０に限らずに、最終的に動作パラメータ記憶部２１２２に書き込めていれば良い。この機能安全用設定ツール７０を用いてユーザは、安全関連機能のパラメータを予め設定する。
　安全関連機能のパラメータは動作パラメータ記憶部２１２２に保持される。なお、安全機能実行部２２２の動作パラメータ記憶部にも同様に保持される。
　ここで、図１４を用いて、安全機能動作処理の詳細な流れを説明する。なお、図１４の指示された安全機能動作は、例えば、ＩＥＣ６１８００－５－２記載の安全機能動作ＳＳ１/ＳＬＳ/ＳＤＩなどである。このような、緊急停止信号受信時や所定の速度閾値超過時に実行される安全機能動作についても、機能安全用設定ツール７０から設定されることとしてよい。
　図１４において、安全機能動作処理は、予め設定された動作パラメータの取得を行う (ステップＳ６００) 。例えば、指示された安全機能動作としてＳＳ１が予め設定された場合、指示された安全機能動作の実行が行われた際、予め設定された動作パラメータのＳＳ１減速時間に従い減速を開始する（ステップＳ６０１）。そして、モータ速度が安全領域内であるか否かを判断し（ステップＳ６０２）、もし安全領域から外れた場合、所定の閾値超過後処理（ステップＳ６０５）に遷移する。所定の閾値超過後処理に関しては後述する。
　安全領域内の場合、予め設定した所定の時間（ここでは、ＳＳ１減速時間）を経過したかを判別し（ステップＳ６０３）、もし所定の時間を経過していなかった場合、ステップＳ６０２に戻り、モータ速度が安全領域内にあるかどうかの監視に戻り処理を実行する。所定時間を経過した場合（ステップＳ６０３）、安全機能動作信号（ここではＳＳ１信号）出力（ステップＳ６０４）を行う。
　図１５は、ステップＳ６０２で安全領域内から外れたと判断した場合に実行する安全機能動作に関する所定の閾値超過後処理を示したフローチャートである。図１５の安全領域復帰処理は、所定の閾値超過（ステップＳ６０５）後に実行される安全機能動作ＳＴＯ/ＳＳ１/ＳＢＣなどがある。
　図１５において、安全領域を外れたと判断した場合、安全領域復帰処理を実行する。この安全領域復帰処理は、予め機能安全用設定ツール７０でＳＴＯ/ＳＳ１/ＳＢＣの何れかを設定し、その設定された安全機能動作を実行する（ステップＳ７００）。
　安全領域復帰処理で、ＳＴＯを設定していた場合（ステップＳ７０１）、ＳＴＯ信号を出力する。
　安全領域復帰処理で、ＳＢＣを設定していた場合（ステップＳ７０２）、外部ブレーキ制御用に安全出力信号（ＳＢＣ信号）を出力する。
　なお、安全領域復帰処理でＳＢＣを設定していた場合、ＳＴＯを実行後ＳＢＣ、ＳＢＣを実行後ＳＴＯ、ＳＳ１を実行後ＳＴＯを実行してＳＢＣ、ＳＳ１実行後ＳＢＣを実行してＳＴＯ、のように、すぐさまＳＢＣ信号を出力するのではなく、他の安全機能動作の実行後にＳＢＣ信号を出力することもできる。
　安全領域復帰処理でＳＳ１を設定していた場合、予め自動調整を選択していた場合と、通常どおり、予め設定していた安全領域復帰処理のＳＳ１減速時間設定に従い動作する場合、のどちらを実行するかを判別する（ステップＳ７０３）。
　通常処理（ステップＳ７０６）に遷移した場合は、予め設定していた安全領域復帰処理のＳＳ１減速時間設定に従い、図１３の６０３のように減速し、Ｖ１の速度まで減速したらＳＴＯが実行されて緊急停止する。
　なお、ここでは、６０３の安全機能動作ＳＳ１の減速時間は、予め機能安全用設定ツール７０で設定した安全領域復帰処理のＳＳ１減速時間（Ｔ９－Ｔ４）である。減速レートとしては、Ｔ４時点のモータ速度からＴ９時点のモータ速度（Ｖ１）まで減速するレートで減速する。また、減速時間、減速レートをＴ１時点からなど他の基準で算出することとしても良い。
　なお、通常処理を選択しても、安全領域復帰処理のＳＳ１減速時間の設定を受け付けていなかった場合においては、自動調整処理（ステップＳ７０４）を行っても良い。
　図１６は、自動調整開始の場合実行される自動調整処理（ステップＳ７０４）を示したフローチャートである。図１６において、自動調整処理監視後、反応時間（ステップＳ８００）経過しているかを判別する。もし、反応時間が経過していない場合は、反応時間が経過されるまでは前処理の機能安全動作を継続している状態である。反応時間を経過した場合は、安全領域復帰処理を実行（ステップＳ８０１）、図１６では自動調整処理に関する説明となるため、安全領域復帰処理でＳＳ１を設定した場合となる。
　図１６の自動調整処理に関して、図１３も用いて自動調整の処理の流れを説明する。所定の閾値超過と判断する時刻Ｔ３から安全領域復帰処理が実行されるＴ４までの時間（Ｔ４－Ｔ３）が安全領域復帰処理実行されるまでの反応時間である。反応時間が経過していない場合、ステップＳ８００に戻る。反応時間経過後、安全領域復帰処理を実行する（ステップＳ８０１）。
　図１３において、所定の閾値超過と判断する時刻Ｔ３からＴ６までの時間（Ｔ６－Ｔ３）を許容時間と定めている。なお、この許容時間は、予め機能安全用設定ツール７０から設定される。この設定された許容時間以内にモータ速度が安全領域内に戻るかを判別する（ステップＳ８０２）。
　許容時間以内にモータ速度が安全領域内に戻ると判断された場合、機能安全用設定ツール７０で設定した安全領域復帰処理のＳＳ１減速時間に従い減速停止する（ステップＳ８０３）。
　もし、許容時間以内にモータ速度が安全領域内に戻らないと判断された場合、自動調整が実行される（ステップＳ８０４）。
　許容時間以内にモータ速度が安全領域内に戻るかの判別方法は、Ｔ４の安全領域復帰処理実行時点において、予め設定されている許容時間及び、安全領域を決めている上限閾値の交点Ｐ２(Ｔ６と６１２が交わる点)を予め設定している安全領域復帰処理のＳＳ１減速時間設定通りに減速停止した場合にＴ６の時刻にて、この交点Ｐ２をモータ速度が下回り安全領域に戻るかを時刻Ｔ４時点におけるモータ速度、許容時間、上限閾値から判別する。
　ここでは、安全領域をモータ速度が上回ったため、上限閾値を判別方法の条件に使用するが、安全領域をモータ速度が下回った場合には、下限閾値を判別方法の条件に使用する。
　なお、ここでは、ＳＳ１の場合を例にしているため、上限閾値、下限閾値が安全領域を決めている。よって、安全領域をモータ速度が外れるかを判別するのは、これら上限閾値、下限閾値である。つまり、安全領域を定める閾値がＴ４時点において、安全領域以内にモータ速度が戻るかを判別する判別条件に使用される。
　なお、指示された安全機能動作でＳＬＳを選択していた場合、安全領域は、予め機能安全用設定ツール７０から設定された周波数リミットが上限閾値となり、この設定された周波数以下が安全領域となる。安全領域を外れた後は、所定の閾値超過後処理（Ｓ６０５）に遷移し、ＳＳ１と同様に安全領域にモータ速度を戻すように安全機能動作を実行する。
　なお、指示された安全機能動作でＳＤＩを選択していた場合、回転方向制限機能なので、安全領域は、逆転方向を禁止している場合は正転方向が安全領域である。正転方向を禁止している場合は、逆転方向が安全領域となる。
　なお、ここでいう自動調整とは、Ｔ４時点で予め設定されていた安全領域復帰処理のＳＳ１減速時間を採用せずに、Ｔ４時点という動的な状況において、モータ速度、許容時間、上限閾値から、例えば、Ｔ６時点において交点Ｐ２をモータ速度が下回るような安全領域復帰処理のＳＳ１減速時間を予め設定されていた値を採用せずに、安全領域内にモータ速度が戻るように、安全領域復帰処理のＳＳ１減速時間を変更することである。
　また、自動調整した安全領域復帰処理のＳＳ１減速時間を動作パラメータ記憶部（２１２２）で記憶しておき、別途、安全動作２のＳＳ１減速時間を設定者が決める際の参考値として使用しても良い。
　なお、安全領域復帰処理のＳＳ１減速時間を所定の時間ごとに見直しをかけて実行し、より動的な状況での制御を細かく行っても良い。
　Ｔ４時点で、予め設定された安全領域復帰処理のＳＳ１減速時間を採用して減速停止を行うと、予め設定していた安全領域復帰処理のＳＳ１減速時間が設定者が想定していた減速停止となれば良いが、誤って設定していた場合、例えば、安全領域復帰処理のＳＳ１減速時間を長くとっていた場合など、すぐに安全領域内にモータ速度が戻らず、所定の閾値を超過するモータ速度で運転していることになる。例えば、図１３では６０３の減速レートで減速停止することになり、Ｐ２時点においてモータ速度が安全領域を上回っている。
　自動調整機能を採用することで、所定の閾値超過後、安全領域復帰処理が実行されるＴ４の時点という動的な状況において、許容時間以内にモータ速度が安全領域内に戻すことができ、運転状況に応じてモータの減速時間を制御できるため、よりシステムの安全性を高めることができる。例えば、図１３では６０４の減速レートで減速停止することになり、Ｐ２時点においてモータ速度が安全領域内に戻っている。なお、この自動調整時のＳＳ１減速時間は、本実施例ではＴ７－Ｔ４で定義しているが、他の基準で算出することとしても良い。
　Ｓ８０４での自動調整実行後、もし、万一、許容時間内でモータ速度が安全領域内に戻らない場合はＳＴＯでモータへのトルクを遮断するなど、予め設定しておいて良い。
　次に、図１５において、Ｓ７０４での自動調整処理終了後、モータ速度が安全領域内に戻ってきた後の安全領域復帰後処理(Ｓ７０５)について説明する。安全領域復帰後処理は、自動調整処理終了後、モータ速度が安全領域内に戻ってきた時点（６０４と６１２の交点Ｐ３）から停止までの安全機能動作を選択できる処理である。安全領域復帰後処理は、Ｐ３時点から停止までの安全機能動作を予め機能安全用設定ツール７０から設定し、自動調整処理を行った場合に、安全領域内にモータ速度が戻った際に実行される。
　図１７は、安全領域復帰後処理を説明するための図である。図１７において、モータ速度が安全領域に戻ってきて上限閾値６１２と交わる時点Ｐ３以降の処理については、機能安全用設定ツール７０により設定する際に、例えば、以下の４つの選択肢が与えられる。安全領域復帰処理選択（１）：自動調整処理にて、Ｔ４時点で変更採用した安全領域復帰処理のＳＳ１減速時間のままの６０４の減速レートで減速停止する。安全領域復帰処理選択（２）：指示された安全機能動作のＳＳ１減速時間に従い減速レート６０１で減速停止する。安全領域復帰処理選択（３）：予め設定した安全領域復帰処理のＳＳ１減速時間設定に従った６０３の減速レートに従い減速停止する。安全領域復帰処理選択（４）：閾値内で制御（安全領域復帰処理をＳＳ１に設定時は上下限閾値の中央値で減速するＳＳ１減速時間に従い減速レート６０１で減速停止する。上下限閾値の中央値までモータ速度が下がるまでの安全領域復帰処理の減速時間は、安全領域復帰処理選択１と同様である。）。
　なお、安全領域復帰後処理は、上記の選択肢以外の処理でも良い。例えば、指示された安全機能動作でＳＬＳを設定していた場合では、許容時間内に自動調整により安全領域に復帰した際は、減速停止せずに、リミット値を超えないモータ速度で運転を継続させるなどの選択でも良い。
　このように、安全領域復帰処理を加えることで、所定の閾値超過後の機能安全動作によりシステムの安全性を向上させることができる。
　なお、安全領域復帰処理実行中においても、再び安全領域を外れる場合は、所定の閾値超過後処理（ステップＳ６０５）を実行することで安全領域内にモータ速度を戻す。
　また、表示部１１１に、自動調整実行（ステップＳ８０４）で安全機能動作を行ったことを通知する旨を表示する。例えば、自動調整実行（ステップＳ８０４）の際に安全領域復帰処理のＳＳ１減速時間を変更(自動調整)したのをトリガとして、自動調整実行中信号を通信部２１０及び通信部１１０を経由して運転管理部１０１に送信し、自動調整実行中信号を受信した運転管理部１０１は、表示部１１１に自動調整実施中であることを通知する。そして、例えば、「自動調整で安全領域復帰処理（ＳＳ１）を実行しました」などと表示する。表示するタイミングは、自動調整を１回でも実行した際に表示や、停止後に設定ツールで設定したＳＳ１減速時間ではなく、自動調整値を使用して停止した旨を表示するなどでも良い。
　以上のように、本実施例では、システム動作の異常や診断エラー発生後に、ＳＴＯ動作により遮断するだけでなく、予め選択された安全機能動作によってモータの減速等をシステムの状況にあわせてより細かく制御でき、安全性が向上する。
　また、システム動作の異常や診断エラー発生後という動的な状況において、たとえば安全機能動作としてＳＳ１が設定されている場合は、減速時間の設定値を自動的に変更し、許容時間以内に安全領域内に復帰するように速度制御することでシステムの安全性を向上させることができる。
１０：電力変換装置、２０：安全機能部、３０：入出力部、４０：モータ、５０：負荷機械、７０：機能安全用設定ツール、１０１：運転管理部、１０２：本体制御部、１０３：駆動部、１０４：電流検出器、１０７：経路自己診断部、１０８，１０９：オプション接続部、１１０，２１０：通信部、１１１：表示部、２０８，２０９：本体接続部、２１１，２２１：制御部、２１２，２２２：安全機能実行部、２１３，２２３：ＭＣＵ自己診断部、２１４，２２４：安全機能動作指示部

Claims (10)

  1. 　モータを駆動するための電力変換装置本体と、安全機能を実行する安全機能部とを備える電力変換システムであって、
    　前記安全機能部は、安全要求信号を受信したら安全機能動作指示信号を出力し、該安全機能動作指示信号により前記電力変換装置本体はモータを制御し、
    　前記安全機能部は、モータの状態監視を行い、前記モータの状態が所定の範囲を超過した場合、予め選択された安全機能動作による閾値超過後処理を行うことを特徴とする電力変換システム。
  2. 　請求項１に記載の電力変換システムであって、
    　前記予め選択された安全機能動作は、ＳＴＯ／ＳＳ１／ＳＢＣのいずれかであることを特徴とする電力変換システム。
  3. 　請求項１に記載の電力変換システムであって、
    　前記安全機能部は、前記モータの速度監視を行い、前記モータの速度が所定の値を超過した場合に前記閾値超過後処理を行うことを特徴とする電力変換システム。
  4. 　請求項３に記載の電力変換システムであって、
    　前記安全機能部は、前記モータの速度が前記所定の値を超過した時点から該所定の値に許容時間以内に復帰するように、前記モータの減速レートを自動調整することを特徴とする電力変換システム。
  5. 　請求項４に記載の電力変換システムであって、
    　前記閾値超過後処理はＳＳ１であって、
    　前記自動調整により前記モータの速度が前記所定の値に戻った後、前記自動調整にて採用した前記モータの減速レートのままで減速停止するか、前記閾値超過後処理での減速レートで減速停止するか、予め設定した前記自動調整の減速レートに従い減速停止するか、前記所定の値を上限閾値としたとき下限閾値との間で減速する減速レートで減速停止するか、を選択可能とすることを特徴とする電力変換システム。
  6. 　モータを駆動するための電力変換装置本体と、安全機能を実行する安全機能部とを備える電力変換システムの電力変換方法であって、
    　安全要求信号の受信により安全機能動作指示信号を出力し、該安全機能動作指示信号により前記モータを制御し、前記モータの状態が所定の範囲を超過した場合、予め選択された安全機能動作による閾値超過後処理を行うことを特徴とする電力変換方法。
  7. 　請求項６に記載の電力変換方法であって、
    　前記予め選択された安全機能動作は、ＳＴＯ／ＳＳ１／ＳＢＣのいずれかであることを特徴とする電力変換方法。
  8. 　請求項６に記載の電力変換方法であって、
    　前記安全機能部は、前記モータの速度監視を行い、前記モータの速度が所定の値を超過した場合に前記閾値超過後処理を行うことを特徴とする電力変換方法。
  9. 　請求項８に記載の電力変換方法であって、
    　前記モータの速度が前記所定の値を超過した時点から該所定の値に許容時間以内に復帰するように、前記モータの減速レートを自動調整することを特徴とする電力変換方法。
  10. 　請求項９に記載の電力変換方法であって、
    　前記閾値超過後処理はＳＳ１であって、前記自動調整により前記モータの速度が前記所定の値に戻った後、前記自動調整にて採用した前記モータの減速レートのままで減速停止するか、前記閾値超過後処理での減速レートで減速停止するか、予め設定した前記自動調整の減速レートに従い減速停止するか、前記所定の値を上限閾値としたとき下限閾値との間で減速する減速レートで減速停止するか、を選択可能とすることを特徴とする電力変換方法。
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