電動機駆動システム
【課題】 制御装置の減速時間と安全機能装置の出力とを同期させることによって、安全かつ確実に電動機を減速・停止させること。
【解決手段】 電動機を可変速運転する制御装置と、電動機を安全に停止させるために制御装置へ停止指令を出力する安全機能装置とを有する電動機駆動システムにおいて、安全機能装置に、電動機を停止させる前に電動機を減速するための減速指令を制御装置へ出力する手段と、減速指令の出力から計測を開始する計時手段と、計時手段が予め定めた設定時間に達したときに制御装置へ停止指令を出力する手段とを設け、制御装置は、減速指令を入力したときに、設定時間よりも短い減速時間で電動機を減速させるように構成する。
【解決手段】 電動機を可変速運転する制御装置と、電動機を安全に停止させるために制御装置へ停止指令を出力する安全機能装置とを有する電動機駆動システムにおいて、安全機能装置に、電動機を停止させる前に電動機を減速するための減速指令を制御装置へ出力する手段と、減速指令の出力から計測を開始する計時手段と、計時手段が予め定めた設定時間に達したときに制御装置へ停止指令を出力する手段とを設け、制御装置は、減速指令を入力したときに、設定時間よりも短い減速時間で電動機を減速させるように構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータやサーボアンプなどを制御する制御装置に異常が発生したときに安全に減速停止させることのできる電動機駆動システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、省エネルギー化のニーズに伴ってインバータやサーボアンプなど電動機を可変速駆動する電力変換器が普及している。一方、エレベータや回転ドアの事故などが社会問題化しており、電気・機械機器の異常動作が人体に大きな影響を与える場合があるので、特に装置の異常を監視して、異常検出時には安全かつ確実に機器を停止させる機能が重要になる。
【０００３】
電動機を停止させる場合には、電動機に供給するエネルギーを遮断する安全トルクオフ機能(STO)があるが、電動機の回転中にエネルギーを遮断すると、電動機は慣性で回転し続けることになるため、用途によっては危険が伴うことがある。
【０００４】
このため、従来の制御装置には、異常を検出すると予め設定された減速傾きで停止する機能が設けられている。また、特許文献１では、電動機を駆動するための制御信号を生成する制御装置とは独立して、この制御装置の異常監視を行う安全機能装置を設け、異常を検出した時に制御信号を遮断することにより電動機を停止させる電動機駆動システムが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７２５３５７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の従来の技術による安全機能装置によれば、安全機能装置と制御装置とを分離して、減速指令を制御装置側に出力するので、制御装置には減速時間が安全機能の設定時間とは別に存在することになる。このため、制御装置の減速時間と安全機能装置の設定時間との間に差違が生じ、減速を開始した後、安全機能装置の設定時間とは無関係に減速する。その結果、まだ高速回転中にも関わらず停止指令を出力し、あるいは電動機がほとんど回転していない状態が長時間継続しているにも関わらず停止指令が出力されないという事態が生ずるおそれがある。このような事態が発生すると、駆動対象の装置に損傷を与えたり、人体に被害を及ぼしたりする可能性があり好ましくない。
【０００７】
本発明は、上述の係る事情に鑑みてなされたものであり、制御装置と安全機能装置とによって構成される電動機駆動システムにおいて、制御装置の減速時間と安全機能装置の出力とを同期させることによって、安全かつ確実に電動機を減速・停止させることのできる電動機駆動システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係わる電動機駆動システムは、電動機を可変速運転する制御装置と、電動機を安全に停止させるために制御装置へ停止指令を出力する安全機能装置とを有する電動機駆動システムであって、安全機能装置は、電動機を停止させる前に電動機を減速するための減速指令を制御装置へ出力する手段と、減速指令の出力から計測を開始する計時手段と、計時手段が予め定めた設定時間に達したときに制御装置へ停止指令を出力する手段と、を備え、制御装置は、減速指令を入力したときに、設定時間よりも短い減速時間で電動機を減速させるように構成されていることを特徴とする。
【０００９】
なお、制御装置は、減速指令が入力された時点での電動機速度指令値と減速時間に基づいて、電動機を減速させるための減速傾きを演算し、当該減速傾きにより電動機を減速させるようにする。
【００１０】
本発明では、安全機能装置が減速指令を出力してから停止指令を出力するまでの時間よりも短い時間で電動機の回転速度が零になるように制御することによって、電動機を滑らかにかつ安全に停止させることができる。
【００１１】
好ましくは、設定時間と減速時間の時間差を電動機の特性等によって調整可能にすれば、安全機能装置を独立して取り扱うことができ、既設の制御装置と組み合わせて使用することも可能になる。
【００１２】
本発明に係わる電動機駆動システムの安全機能装置は、自己診断手段を備え、当該自己診断手段によって異常が検出されたときは、制御装置が減速指令を実行中か否かに関わらず、制御装置から電動機へ出力される制御信号を遮断することによって電動機を停止することを特徴とする。
【００１３】
本発明では、自己診断手段によって異常が検出されたときに、制御装置から電動機へ出力される制御信号を遮断することによって直ちに電動機を停止させる。
【００１４】
本発明に係わる電動機駆動システムの安全機能装置は、自己診断手段によって複数の異常モードを検出可能であり、検出した異常モードごとに異なる減速時間で制御装置へ減速指令を出力することを特徴とする。
【００１５】
本発明では、異常モードごとに異なる減速時間で制御装置へ減速指令を出力するので、異常の状態に応じて適切な減速・停止制御が可能になる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、駆動信号を生成する制御装置とは独立に安全機能を実現する安全機能装置を設け、安全機能装置が減速指令を出力してから停止指令を出力するまでの設定時間と、制御装置が減速指令を入力してから電動機の回転速度が零に到達するまでの減速時間に時間差を設け、設定時間よりも早く減速するようにしたので、電動機を安全に停止させることができる。また、これにより電動機に取り付けられているブレーキ手段などの機械の安全を確保することができる。
【００１７】
さらに、異常モードごとに異なる減速時間で制御装置へ減速指令を出力することにより、異常の状態に応じて適切な電動機の減速・停止制御が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施の形態による電動機駆動システム１の機能ブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態による平常時の減速傾きと安全機能装置からの減速指令によって減速する場合の減速傾き、および設定時間との比較を示す説明図である。
【図３】図１の安全機能装置２０の安全演算手段２１ａ，２１ｂの減速処理の手順を示すフローチャートである。
【図４】図１の制御装置１０の処理手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第２の実施の形態による電動機駆動システム１の機能ブロック図である。
【図６】図５の設定時間テーブルのデータ構成図である。
【図７】図５の安全演算手段２１の初期化処理の手順を示すフローチャートである。
【図８】図５の安全演算手段２１の異常検出時の処理手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。なお、図１〜図８は、本発明の電動機駆動システムに係る実施の形態を説明するための図面であって、これらの図面によって本発明が限定されるものではない。
【００２０】
図１は、第１の実施の形態による電動機駆動システム１の機能ブロック図である。ここで、電動機駆動システム１は、電動機４を可変速制御する制御装置１０と、電動機４を安全に停止させるために制御装置１０へ停止指令等の信号を出力する安全機能装置２０を備える。
【００２１】
また、インバータ３は、制御装置１０から出力されるＰＷＭ信号によって、電源２を所定の周波数に変換して電動機４に供給し、エレベータ等の負荷８を可変速制御している。負荷８は、ブレーキ機構６を有し、安全機能装置２０からのブレーキ指令によって停止する構成になっている。
【００２２】
制御装置１０は、減速の際、電動機の回転速度と減速経過時間との関係を示す減速傾きを計算する減速傾き演算手段１１、この減速傾きに基づいて電動機の回転速度を制御するための速度信号を出力する速度制御手段１２、この速度信号と電流・電圧センサ９を介して入力したインバータ３の出力値とを比較してＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ発生手段１３、および、安全機能装置２０からの停止指令によってＰＷＭ信号を遮断するゲート手段１５を有する。
【００２３】
また、安全機能装置２０は、外部から入力される停止指令や減速指令をもとに回転速度を零にするまでの減速時間、減速指令、停止指令を生成して制御装置１０へ出力し、また負荷８のブレーキ機構６に対してブレーキ指令を出力するＣＰＵ機能を有する一対の安全演算手段２１ａ，２１ｂで構成されている。
【００２４】
次に上記の構成を有する電動機駆動システム１の平常時の動作を説明する。電動機駆動システム１の制御装置１０は、外部から入力される運転指令を検知すると、速度制御手段１２が指令速度とエンコーダ５の帰還速度との偏差から電動機４に供給するトルクや電力を演算し、演算結果をＰＷＭ発生手段１３に出力する。ＰＷＭ発生手段１３は、この演算結果と電流・電圧センサ９を介して入力されるインバータ３の出力値とを比較してインバータ３の半導体スイッチを入切するＰＷＭ信号を生成する。このＰＷＭ信号はゲート回路１４を経由してインバータ３に送られる。これにより、インバータ３の半導体スイッチが入切され、適切なトルクおよび電力で電動機４を駆動している。
【００２５】
次に電動機駆動システム１の停止時の動作概要を説明する。
外部に設けられている図示しない異常監視装置等によって異常が検知されると、停止指令が電動機駆動システム１の安全機能装置２０に送られる。安全機能装置２０は、停止指令が入力されると安全演算手段２１ａ，２１ｂによってこれを検知し、制御装置１０に対して減速指令および回転速度を零にするまでの減速時間を出力する。また、安全機能装置２０は設定時間後にＰＷＭ信号を停止するための停止指令を作成し、制御装置１０へ出力する。制御装置１０は、この停止指令が入力されると、論理回路で構成されるゲート手段１５によって、ＰＷＭ信号の有無に関わらず、インバータ３の全ての半導体スイッチがＯＦＦとなる論理を生成することによって、インバータ３への出力を停止させる。
【００２６】
安全演算手段２１ａ，２１ｂは、自己診断や相互診断を行っている。自己診断としては、例えばクロック異常となるような異常モードになると停止指令を出力して制御装置１０のゲート手段１５をＯＦＦにすることによって制御信号を停止させる。
【００２７】
また、電動機４には負荷８が接続されている。安全演算手段２１ａ，２１ｂは、負荷８を停止させる場合にブレーキ機構６へブレーキ指令を出力する。それぞれの安全演算手段２１ａ，２１ｂから出力されたブレーキ指令は、リレー回路７によってＯＲ条件でブレーキ機構６に入力され、これによりブレーキ機構６が動作する。
【００２８】
なお、図１では、安全演算手段を２つ設け、安全演算手段の一方が故障した場合でも、他方の安全演算手段で制御信号（ＰＷＭ信号）を停止させる構成となっている。この二重化構成は、デュアル構成あるいはデュープレックス構成などの既存の技術を用いるものとする。
【００２９】
なお、安全演算手段を単一構成として、自己診断機能を高めて、故障率を安全規格等に適合する程度に低くすることも可能であるが、安全演算手段の多重化については本発明の目的ではないので説明を省略する。
【００３０】
次に、図２〜図４を用いて、本実施の形態による主要な減速時の処理について説明する。図２は、制御装置１０において、平常時の減速・停止動作によって停止する場合の電動機の回転速度の変化率（以下、減速傾きという。）と、安全機能装置２０からの減速指令によって減速する場合の減速傾きの比較を示している。縦軸は電動機４の回転速度、横軸は時間を表している。
【００３１】
制御装置１０は、安全機能装置２０から減速指令がない場合（平常時）は、指令速度どおりの帰還速度になるように速度制御を行っている。図２の点線で示す制御装置１０側で設定した減速傾きは平常時に停止するときの減速傾きであり、制御装置１０に初期値として予め登録されている電動機の回転速度が零に到達するまでの減速時間や、安全機能とは関係なく平常時の加減速運転の際に設定する減速時間などから算出される。
【００３２】
また、安全機能装置２０で外部から停止指令を入力してから制御装置１０へ停止指令を出力するまでの時間（設定時間）と、制御装置１０に渡す減速時間との関係は、図２に示すように減速時間の方が設定時間よりも若干短くなっている。この時間差は、電動機や負荷の特性によって異なるものである。
【００３３】
制御装置１０の減速傾き演算手段１１は、安全機能装置２０から減速指令と減速時間が入力されると、この減速時間と現時点の回転速度状態から減速傾きを演算する。
【００３４】
安全機能装置２０から渡される減速時間をＴstop、制御装置１０のサンプル周期をＴs、減速開始時の回転速度をωrとすると、１制御サンプル（制御信号の演算周期）の間に減速する速度指令Δωrは（１）式となる。
【数１】
【００３５】
ここで、Δωrは減速開始時の回転速度ωrが正(予めモータの回転方向で正回転と定義された方向に回転している場合)であれば、正の値となり、負(逆回転)であれば負の値となる。
【００３６】
したがって、速度制御手段１２で用いる演算周期ごとの速度指令値ω*rは、（１）式のΔωrと1制御サンプル前の速度指令値ω*r0とを用いて（２）式によって求めることができる。
【数２】
【００３７】
図３は、安全機能装置２０の安全演算手段２１ａ，２１ｂの減速処理の手順を示すフローチャートである。
【００３８】
図３において、安全機能装置２０の安全演算手段２１ａ，２１ｂは、停止指令が入力されると（Ｓ１０１で「Ｙｅｓ」）、制御装置１０へ減速指令を出力するとともに（Ｓ１０２）、減速時間Tstopを制御装置１０へ出力する（Ｓ１０３）。この減速時間Tstopは、インバータ３が電動機を制動させるために出力できる電力の範囲内で負荷が安全に停止できる時間によって予め定められた時間である。なお、減速時間Tstopは、安全機能装置２０または安全演算手段２１ａ，２１ｂ内の図示しないメモリに予め格納しておくものとする。
【００３９】
そして、安全演算手段２１ａ，２１ｂは、安全機能装置２０が減速中か否かを判定し（Ｓ１０４）、減速中でなければ（Ｓ１０４で「Ｎｏ」）、安全演算手段２１ａ，２１ｂの有するタイマに設定時間に対応したカウント値をセットする（Ｓ１０６）。一方、減速中の場合は（Ｓ１０４で「Ｙｅｓ」）、カウントダウンを実施し（Ｓ１０５）、カウント値が零になるまで継続する（Ｓ１０７）。
【００４０】
なお、減速中か否かは、フラグを用いることによって判別することができる。すなわち、初期状態として減速中フラグをリセット状態にしておき、ステップＳ１０４で減速中フラグがリセット状態ならば、減速中でないとしてタイマをセットするとともに減速中フラグをセット状態する。一方、減速中フラグがセット状態のときはタイマカウントを継続するようにする。
【００４１】
安全演算手段２１ａ，２１ｂは、ステップＳ１０７でカウント値が零になると、制御装置１０へ停止指令を出力し（Ｓ１０８）、またブレーキ機構６が存在する場合はブレーキを動作させるためのブレーキ指令を出力する（Ｓ１０９）。このブレーキ指令は、一対の安全演算手段２１ａ，２１ｂのそれぞれから出力され、リレー回路７によってＯＲ条件でブレーキ機構６へ出力される。その後、安全演算手段２１ａ，２１ｂは制御装置１０に対して出力した減速指令と停止指令を解除する（Ｓ１１０）。
【００４２】
次に図４を用いて制御装置１０の減速傾き演算手段１１と速度制御手段１２の動作を説明する。
【００４３】
安全機能装置２０からの減速指令が入力されると（Ｓ２０１）、制御装置１０の減速傾き演算手段１１は、最初に減速指令を入力したときに（Ｓ２０２で「Ｙｅｓ」）エンコーダ５から入力された電動機４の回転速度ωr、減速時間Ｔstopおよび予め設定されているサンプル周期Ｔsを用いて、（１）式により減速傾きを計算して速度制御手段１２へ出力する（Ｓ２０３，Ｓ２０４）。速度制御手段１２は、速度指令値ω*rが零に達した否かを判定し（Ｓ２０５）、達していない場合は（Ｓ２０５で「Ｙｅｓ」）、(２)式により新たな速度指令値ω*rを演算してＰＷＭ発生手段１３へ出力する（Ｓ２０７）。これによって電動機４は減速していく。
【００４４】
ステップＳ２０５で速度指令値が零に達した場合は、速度制御手段１２は速度零にて運転を継続する（Ｓ２０６）。そして、安全機能装置２０からの停止指令によってゲート回路１４がＯＦＦし、運転を停止する（Ｓ２０９）。なお、ステップＳ２０１において安全機能装置２０から減速指令がない場合は、通常運転を実行する（Ｓ２１０）。
以上、本実施の形態によれば、制御装置１０で用いられる減速時間Tstopは、安全機能装置２０で用いられる設定時間よりも若干短く設定されているので、制御装置１０と安全機能装置２０との間に演算時間の誤差があっても、確実に回転速度を零付近に制御した後に停止処理を行うことができる。
【００４５】
また、図４の処理手順に示すように、安全機能装置２０からの減速指令の有無によって減速・停止動作と通常運転とを切り分けているので、制御装置１０は安全機能装置２０からの減速指令によって減速動作を行った場合には、安全機能装置２０にて停止指令があるまでは回転速度が低くなっていても自ら停止は行わずに、確実に安全機能装置２０にて停止を実現することができる。
【００４６】
なお、本実施の形態では、（１）式の計算において減速開始時における帰還速度ωを用いて１制御サンプル間に減速する速度指令値Δωrを求めたが、速度センサを持たない場合には、安全機能装置２０からの減速指令が入力されたときの速度指令値をもとに（１）式を計算すれば同様の効果を得ることができる。また、速度制御手段１２を持たない制御装置１０の場合には（２）式を用いずに、上記の速度指令値Δωrをもとに計算した減速傾きで、ＰＷＭ発生手段１３内の出力電圧指令の周波数を減少させていけば実現可能である。
【００４７】
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。図５は、第２の実施の形態による電動機駆動システム１の機能ブロック図である。本実施の形態では、安全演算手段２１が一重化の場合について説明するが、必要により第１の実施の形態のように多重化構成をとることも可能である。
【００４８】
図１との主な違いは、安全機能装置２０が安全演算手段２１から出力された減速時間をラッチする減速時間保持手段２２、減速時間と設定時間との時間差をラッチする時間差保持手段２３、減速傾き演算手段１１からの読み出し要求によって減速時間を出力する減速時間用ゲート回路２４、安全演算手段２１からの減速指令をラッチする減速指令保持手段２５、ウォッチドッグタイマ回路（ＷＤＴ）２６、内部クロックで動作するカウンタである計時手段２８、設定時間等の情報を保存する設定時間テーブル２９を備えていることである。この設定時間テーブル２９には、図６に示すように、異常モードごとに制御装置１０へ出力すべき減速時間と設定時間との時間差が予め保存されている。ここで、異常モード１〜Ｎは、外部から、あるいは安全機能装置内で検出し安全演算手段２１に入力される異常検出信号１〜Ｎにそれぞれ対応している。またＣＰＵストールエラーとは、ＣＰＵが周期的に出力するリセット信号によってリセットされるＷＤＴ２６が、一定時間リセット信号が来ないことを検知したエラーである。
【００４９】
このように設定時間テーブル２９には、エラーモードごとに減速時間と時間差が予め関連付けられて保存されている。この減速時間は、所定桁の下位ビット（たとえばＬＳＢから４桁）がすべて零になっており、時間差は、所定桁の下位ビットのみによって表される数値となっている。なお、減速時間と時間差の値は、内部クロックの周期をもとに決められる。
【００５０】
次に図７、図８を用いて安全機能装置２０の動作を説明する。
（初期化処理）
安全演算手段２１は、初期化処理において、設定時間テーブル２９からＣＰＵストールエラーに対応する減速時間と時間差を読み出して（Ｓ３０１）、それぞれ減速時間保持手段２２と時間差保持手段２３に対して書き込み動作を行う（Ｓ３０２，Ｓ３０３）。なお、減速時間保持手段２２は、減速時間の有効ビットに対応する上位桁のみをラッチし、時間差保持手段２３は、下位桁のみをラッチする。
【００５１】
これらラッチされた値のうち減速時間は、ハードウェア回路によって構成される計時手段２８の上位桁の入力となり、時間差は、計時手段２８の下位桁の入力となる。また、減速時間保持手段２２の出力、すなわちラッチされた減速時間の上位桁は、減速時間用ゲート回路２４の上位桁の入力になる。一方、減速時間用ゲート回路２４の入力の下位桁は零にセットされている。
【００５２】
以上が時間設定の初期化処理である。なお、初期化処理の終了後、安全演算手段２１からの許可信号によって、制御装置１０の起動を開始するようにすると、より信頼性の高いシステムを構築することができる。
【００５３】
（異常検知処理）
この状態で、安全演算手段２１は、異常検出信号１〜Ｎのうちいずれかを検知すると、どの異常検出信号からの入力かを判定して（Ｓ４０１）、設定時間テーブル２９を参照してその異常検出信号に相当する異常モードの減速時間と時間差を抽出し（Ｓ４０２）、上記ステップＳ３０２，ステップＳ３０３と同様の処理によって、それぞれ減速時間保持手段２２と時間差保持手段２３に書き込む（Ｓ４０３，Ｓ４０４）。書き込まれた値のうち、減速時間は計時手段２８および減速時間用ゲート回路２４の上位桁の入力となり、時間差は、計時手段２８の下位桁の入力となる。
【００５４】
次に、安全演算手段２１は、減速指令保持手段２５に「１」を書き込む（Ｓ４０５）。これにより、減速指令保持手段２５がＯＮになり、制御装置１０の減速傾き演算手段１１に減速指令が出力される。
【００５５】
減速傾き演算手段１１は、この減速指令を入力すると、減速時間用ゲート回路２４から減速時間を読みこみ、図４に示す処理によって、減速運転を実行する。
【００５６】
一方、安全演算手段２１は、減速指令を出力すると同時に計時手段２８を起動する（Ｓ４０６）。安全演算手段２１から出力された起動指令は、ＯＲ回路２７を経由して計時手段２８へ送られ、計時手段２８はこれを検知して入力信号である減速時間と時間差、すなわち設定時間を取り込んで、その値からカウントダウンを開始する。そして零になると停止指令を出力する。なお、必要により、減速時間と時間差の１の補数を算出し、その値を計時手段２８の入力にして、起動信号（ロード／イネーブル）によって入力値からカウントアップを開始して桁上がり信号によって停止指令を出力するようにしてもよい。
【００５７】
計時手段２８から出力された停止指令は、ＯＲ回路３０と制御装置１０のゲート回路１４に送られる。ゲート回路１４は、停止指令によってゲートがＯＦＦして、ＰＷＭ信号が遮断される。一方、ＯＲ回路３０の出力がブレーキ機構６に伝えられ、負荷８にブレーキが掛かる。
【００５８】
以上の処理の結果、減速時間と設定時間は、図２に示すように時間差を有するため、制御装置１０の速度制御手段１２によって電動機の回転速度が零になるまで確実に減速し、その後ゲート回路１４がＯＦＦになって停止動作となり、負荷８にブレーキが掛かることになる。なお、必要により、停止処理とブレーキ駆動処理との間に時間差を設けるようにしてもよい。
【００５９】
なお、複数の異常検出信号が同時にＯＮになった場合は、安全演算手段２１は、設定時間テーブル２９を参照して、異常検出信号がＯＮになっている異常モードのうち、減速時間が一番短いモードの数値を選択するようにすることにより、緊急度に応じて適切な減速・停止処理が可能となる。
【００６０】
（ＣＰＵストール時の処理）
初期化処理の後、ＣＰＵがストールすると、ＷＤＴ２６がこれを検知して異常出力を行う。この信号は、ＯＲ回路２７を経由して計時手段２８を起動するとともに、ＯＲ回路３１を経由して減速指令保持手段２５をＯＮにする。これにより制御装置１０は、図４の処理手順に従って減速処理を行う。なお、減速時間用ゲート回路２４には、初期化時のＣＰＵストールに対応した減速時間が設定されているので、この減速時間で回転速度が零になるように減速処理が行われる。また、計時手段２８は、設定時間経過後に停止指令を出力して、ゲート回路１４をＯＦＦするとともに、負荷８にブレーキを掛ける。
【００６１】
以上、本実施の形態によれば、設定時間テーブルに予めＣＰＵストールも含めた異常モードごとの減速時間、および、減速時間と設定時間との時間差を保存するとともに、初期化時にＣＰＵストールに対応した減速時間および時間差をセットしておき、異常検出信号の入力によってその信号に応じた異常モードに対応する時間をセットし直して、減速指令と停止指令を出力するので、安全機能装置２０のＣＰＵが監視中にストールしたとしても、確実に減速・停止処理を行うことができる。なお、必要により、制御装置１０のＣＰＵストール等の異常を異常検出信号の一つに割り当てて監視することによって、制御装置１０のＣＰＵが正常に機能しなくなっても、設定時間後に出力される停止指令により、最終段であるゲート回路１４がＯＦＦし、負荷ブレーキが掛かるので、確実に負荷８を停止させることができる。
【符号の説明】
【００６２】
１ 電動機駆動システム
２ 電源
３ インバータ
４ 電動機
５ エンコーダ
６ ブレーキ機構
８ 負荷
９ 電流・電圧センサ
１０ 制御装置
１１ 減速傾き演算手段
１２ 速度制御手段
１３ ＰＷＭ発生手段
１４ ゲート回路
２０ 安全機能装置
２１，２１ａ，２１ｂ 安全演算手段
２２ 減速時間保持手段
２３ 時間差保持手段
２４ 減速時間用ゲート回路
２５ 減速指令保持手段
２６ ウォッチドッグタイマ（ＷＤＴ）
２７，３０，３１ ＯＲ回路
２８ 計時手段
２９ 設定時間テーブル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータやサーボアンプなどを制御する制御装置に異常が発生したときに安全に減速停止させることのできる電動機駆動システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、省エネルギー化のニーズに伴ってインバータやサーボアンプなど電動機を可変速駆動する電力変換器が普及している。一方、エレベータや回転ドアの事故などが社会問題化しており、電気・機械機器の異常動作が人体に大きな影響を与える場合があるので、特に装置の異常を監視して、異常検出時には安全かつ確実に機器を停止させる機能が重要になる。
【０００３】
電動機を停止させる場合には、電動機に供給するエネルギーを遮断する安全トルクオフ機能(STO)があるが、電動機の回転中にエネルギーを遮断すると、電動機は慣性で回転し続けることになるため、用途によっては危険が伴うことがある。
【０００４】
このため、従来の制御装置には、異常を検出すると予め設定された減速傾きで停止する機能が設けられている。また、特許文献１では、電動機を駆動するための制御信号を生成する制御装置とは独立して、この制御装置の異常監視を行う安全機能装置を設け、異常を検出した時に制御信号を遮断することにより電動機を停止させる電動機駆動システムが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７２５３５７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の従来の技術による安全機能装置によれば、安全機能装置と制御装置とを分離して、減速指令を制御装置側に出力するので、制御装置には減速時間が安全機能の設定時間とは別に存在することになる。このため、制御装置の減速時間と安全機能装置の設定時間との間に差違が生じ、減速を開始した後、安全機能装置の設定時間とは無関係に減速する。その結果、まだ高速回転中にも関わらず停止指令を出力し、あるいは電動機がほとんど回転していない状態が長時間継続しているにも関わらず停止指令が出力されないという事態が生ずるおそれがある。このような事態が発生すると、駆動対象の装置に損傷を与えたり、人体に被害を及ぼしたりする可能性があり好ましくない。
【０００７】
本発明は、上述の係る事情に鑑みてなされたものであり、制御装置と安全機能装置とによって構成される電動機駆動システムにおいて、制御装置の減速時間と安全機能装置の出力とを同期させることによって、安全かつ確実に電動機を減速・停止させることのできる電動機駆動システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係わる電動機駆動システムは、電動機を可変速運転する制御装置と、電動機を安全に停止させるために制御装置へ停止指令を出力する安全機能装置とを有する電動機駆動システムであって、安全機能装置は、電動機を停止させる前に電動機を減速するための減速指令を制御装置へ出力する手段と、減速指令の出力から計測を開始する計時手段と、計時手段が予め定めた設定時間に達したときに制御装置へ停止指令を出力する手段と、を備え、制御装置は、減速指令を入力したときに、設定時間よりも短い減速時間で電動機を減速させるように構成されていることを特徴とする。
【０００９】
なお、制御装置は、減速指令が入力された時点での電動機速度指令値と減速時間に基づいて、電動機を減速させるための減速傾きを演算し、当該減速傾きにより電動機を減速させるようにする。
【００１０】
本発明では、安全機能装置が減速指令を出力してから停止指令を出力するまでの時間よりも短い時間で電動機の回転速度が零になるように制御することによって、電動機を滑らかにかつ安全に停止させることができる。
【００１１】
好ましくは、設定時間と減速時間の時間差を電動機の特性等によって調整可能にすれば、安全機能装置を独立して取り扱うことができ、既設の制御装置と組み合わせて使用することも可能になる。
【００１２】
本発明に係わる電動機駆動システムの安全機能装置は、自己診断手段を備え、当該自己診断手段によって異常が検出されたときは、制御装置が減速指令を実行中か否かに関わらず、制御装置から電動機へ出力される制御信号を遮断することによって電動機を停止することを特徴とする。
【００１３】
本発明では、自己診断手段によって異常が検出されたときに、制御装置から電動機へ出力される制御信号を遮断することによって直ちに電動機を停止させる。
【００１４】
本発明に係わる電動機駆動システムの安全機能装置は、自己診断手段によって複数の異常モードを検出可能であり、検出した異常モードごとに異なる減速時間で制御装置へ減速指令を出力することを特徴とする。
【００１５】
本発明では、異常モードごとに異なる減速時間で制御装置へ減速指令を出力するので、異常の状態に応じて適切な減速・停止制御が可能になる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、駆動信号を生成する制御装置とは独立に安全機能を実現する安全機能装置を設け、安全機能装置が減速指令を出力してから停止指令を出力するまでの設定時間と、制御装置が減速指令を入力してから電動機の回転速度が零に到達するまでの減速時間に時間差を設け、設定時間よりも早く減速するようにしたので、電動機を安全に停止させることができる。また、これにより電動機に取り付けられているブレーキ手段などの機械の安全を確保することができる。
【００１７】
さらに、異常モードごとに異なる減速時間で制御装置へ減速指令を出力することにより、異常の状態に応じて適切な電動機の減速・停止制御が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施の形態による電動機駆動システム１の機能ブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態による平常時の減速傾きと安全機能装置からの減速指令によって減速する場合の減速傾き、および設定時間との比較を示す説明図である。
【図３】図１の安全機能装置２０の安全演算手段２１ａ，２１ｂの減速処理の手順を示すフローチャートである。
【図４】図１の制御装置１０の処理手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第２の実施の形態による電動機駆動システム１の機能ブロック図である。
【図６】図５の設定時間テーブルのデータ構成図である。
【図７】図５の安全演算手段２１の初期化処理の手順を示すフローチャートである。
【図８】図５の安全演算手段２１の異常検出時の処理手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。なお、図１〜図８は、本発明の電動機駆動システムに係る実施の形態を説明するための図面であって、これらの図面によって本発明が限定されるものではない。
【００２０】
図１は、第１の実施の形態による電動機駆動システム１の機能ブロック図である。ここで、電動機駆動システム１は、電動機４を可変速制御する制御装置１０と、電動機４を安全に停止させるために制御装置１０へ停止指令等の信号を出力する安全機能装置２０を備える。
【００２１】
また、インバータ３は、制御装置１０から出力されるＰＷＭ信号によって、電源２を所定の周波数に変換して電動機４に供給し、エレベータ等の負荷８を可変速制御している。負荷８は、ブレーキ機構６を有し、安全機能装置２０からのブレーキ指令によって停止する構成になっている。
【００２２】
制御装置１０は、減速の際、電動機の回転速度と減速経過時間との関係を示す減速傾きを計算する減速傾き演算手段１１、この減速傾きに基づいて電動機の回転速度を制御するための速度信号を出力する速度制御手段１２、この速度信号と電流・電圧センサ９を介して入力したインバータ３の出力値とを比較してＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ発生手段１３、および、安全機能装置２０からの停止指令によってＰＷＭ信号を遮断するゲート手段１５を有する。
【００２３】
また、安全機能装置２０は、外部から入力される停止指令や減速指令をもとに回転速度を零にするまでの減速時間、減速指令、停止指令を生成して制御装置１０へ出力し、また負荷８のブレーキ機構６に対してブレーキ指令を出力するＣＰＵ機能を有する一対の安全演算手段２１ａ，２１ｂで構成されている。
【００２４】
次に上記の構成を有する電動機駆動システム１の平常時の動作を説明する。電動機駆動システム１の制御装置１０は、外部から入力される運転指令を検知すると、速度制御手段１２が指令速度とエンコーダ５の帰還速度との偏差から電動機４に供給するトルクや電力を演算し、演算結果をＰＷＭ発生手段１３に出力する。ＰＷＭ発生手段１３は、この演算結果と電流・電圧センサ９を介して入力されるインバータ３の出力値とを比較してインバータ３の半導体スイッチを入切するＰＷＭ信号を生成する。このＰＷＭ信号はゲート回路１４を経由してインバータ３に送られる。これにより、インバータ３の半導体スイッチが入切され、適切なトルクおよび電力で電動機４を駆動している。
【００２５】
次に電動機駆動システム１の停止時の動作概要を説明する。
外部に設けられている図示しない異常監視装置等によって異常が検知されると、停止指令が電動機駆動システム１の安全機能装置２０に送られる。安全機能装置２０は、停止指令が入力されると安全演算手段２１ａ，２１ｂによってこれを検知し、制御装置１０に対して減速指令および回転速度を零にするまでの減速時間を出力する。また、安全機能装置２０は設定時間後にＰＷＭ信号を停止するための停止指令を作成し、制御装置１０へ出力する。制御装置１０は、この停止指令が入力されると、論理回路で構成されるゲート手段１５によって、ＰＷＭ信号の有無に関わらず、インバータ３の全ての半導体スイッチがＯＦＦとなる論理を生成することによって、インバータ３への出力を停止させる。
【００２６】
安全演算手段２１ａ，２１ｂは、自己診断や相互診断を行っている。自己診断としては、例えばクロック異常となるような異常モードになると停止指令を出力して制御装置１０のゲート手段１５をＯＦＦにすることによって制御信号を停止させる。
【００２７】
また、電動機４には負荷８が接続されている。安全演算手段２１ａ，２１ｂは、負荷８を停止させる場合にブレーキ機構６へブレーキ指令を出力する。それぞれの安全演算手段２１ａ，２１ｂから出力されたブレーキ指令は、リレー回路７によってＯＲ条件でブレーキ機構６に入力され、これによりブレーキ機構６が動作する。
【００２８】
なお、図１では、安全演算手段を２つ設け、安全演算手段の一方が故障した場合でも、他方の安全演算手段で制御信号（ＰＷＭ信号）を停止させる構成となっている。この二重化構成は、デュアル構成あるいはデュープレックス構成などの既存の技術を用いるものとする。
【００２９】
なお、安全演算手段を単一構成として、自己診断機能を高めて、故障率を安全規格等に適合する程度に低くすることも可能であるが、安全演算手段の多重化については本発明の目的ではないので説明を省略する。
【００３０】
次に、図２〜図４を用いて、本実施の形態による主要な減速時の処理について説明する。図２は、制御装置１０において、平常時の減速・停止動作によって停止する場合の電動機の回転速度の変化率（以下、減速傾きという。）と、安全機能装置２０からの減速指令によって減速する場合の減速傾きの比較を示している。縦軸は電動機４の回転速度、横軸は時間を表している。
【００３１】
制御装置１０は、安全機能装置２０から減速指令がない場合（平常時）は、指令速度どおりの帰還速度になるように速度制御を行っている。図２の点線で示す制御装置１０側で設定した減速傾きは平常時に停止するときの減速傾きであり、制御装置１０に初期値として予め登録されている電動機の回転速度が零に到達するまでの減速時間や、安全機能とは関係なく平常時の加減速運転の際に設定する減速時間などから算出される。
【００３２】
また、安全機能装置２０で外部から停止指令を入力してから制御装置１０へ停止指令を出力するまでの時間（設定時間）と、制御装置１０に渡す減速時間との関係は、図２に示すように減速時間の方が設定時間よりも若干短くなっている。この時間差は、電動機や負荷の特性によって異なるものである。
【００３３】
制御装置１０の減速傾き演算手段１１は、安全機能装置２０から減速指令と減速時間が入力されると、この減速時間と現時点の回転速度状態から減速傾きを演算する。
【００３４】
安全機能装置２０から渡される減速時間をＴstop、制御装置１０のサンプル周期をＴs、減速開始時の回転速度をωrとすると、１制御サンプル（制御信号の演算周期）の間に減速する速度指令Δωrは（１）式となる。
【数１】
【００３５】
ここで、Δωrは減速開始時の回転速度ωrが正(予めモータの回転方向で正回転と定義された方向に回転している場合)であれば、正の値となり、負(逆回転)であれば負の値となる。
【００３６】
したがって、速度制御手段１２で用いる演算周期ごとの速度指令値ω*rは、（１）式のΔωrと1制御サンプル前の速度指令値ω*r0とを用いて（２）式によって求めることができる。
【数２】
【００３７】
図３は、安全機能装置２０の安全演算手段２１ａ，２１ｂの減速処理の手順を示すフローチャートである。
【００３８】
図３において、安全機能装置２０の安全演算手段２１ａ，２１ｂは、停止指令が入力されると（Ｓ１０１で「Ｙｅｓ」）、制御装置１０へ減速指令を出力するとともに（Ｓ１０２）、減速時間Tstopを制御装置１０へ出力する（Ｓ１０３）。この減速時間Tstopは、インバータ３が電動機を制動させるために出力できる電力の範囲内で負荷が安全に停止できる時間によって予め定められた時間である。なお、減速時間Tstopは、安全機能装置２０または安全演算手段２１ａ，２１ｂ内の図示しないメモリに予め格納しておくものとする。
【００３９】
そして、安全演算手段２１ａ，２１ｂは、安全機能装置２０が減速中か否かを判定し（Ｓ１０４）、減速中でなければ（Ｓ１０４で「Ｎｏ」）、安全演算手段２１ａ，２１ｂの有するタイマに設定時間に対応したカウント値をセットする（Ｓ１０６）。一方、減速中の場合は（Ｓ１０４で「Ｙｅｓ」）、カウントダウンを実施し（Ｓ１０５）、カウント値が零になるまで継続する（Ｓ１０７）。
【００４０】
なお、減速中か否かは、フラグを用いることによって判別することができる。すなわち、初期状態として減速中フラグをリセット状態にしておき、ステップＳ１０４で減速中フラグがリセット状態ならば、減速中でないとしてタイマをセットするとともに減速中フラグをセット状態する。一方、減速中フラグがセット状態のときはタイマカウントを継続するようにする。
【００４１】
安全演算手段２１ａ，２１ｂは、ステップＳ１０７でカウント値が零になると、制御装置１０へ停止指令を出力し（Ｓ１０８）、またブレーキ機構６が存在する場合はブレーキを動作させるためのブレーキ指令を出力する（Ｓ１０９）。このブレーキ指令は、一対の安全演算手段２１ａ，２１ｂのそれぞれから出力され、リレー回路７によってＯＲ条件でブレーキ機構６へ出力される。その後、安全演算手段２１ａ，２１ｂは制御装置１０に対して出力した減速指令と停止指令を解除する（Ｓ１１０）。
【００４２】
次に図４を用いて制御装置１０の減速傾き演算手段１１と速度制御手段１２の動作を説明する。
【００４３】
安全機能装置２０からの減速指令が入力されると（Ｓ２０１）、制御装置１０の減速傾き演算手段１１は、最初に減速指令を入力したときに（Ｓ２０２で「Ｙｅｓ」）エンコーダ５から入力された電動機４の回転速度ωr、減速時間Ｔstopおよび予め設定されているサンプル周期Ｔsを用いて、（１）式により減速傾きを計算して速度制御手段１２へ出力する（Ｓ２０３，Ｓ２０４）。速度制御手段１２は、速度指令値ω*rが零に達した否かを判定し（Ｓ２０５）、達していない場合は（Ｓ２０５で「Ｙｅｓ」）、(２)式により新たな速度指令値ω*rを演算してＰＷＭ発生手段１３へ出力する（Ｓ２０７）。これによって電動機４は減速していく。
【００４４】
ステップＳ２０５で速度指令値が零に達した場合は、速度制御手段１２は速度零にて運転を継続する（Ｓ２０６）。そして、安全機能装置２０からの停止指令によってゲート回路１４がＯＦＦし、運転を停止する（Ｓ２０９）。なお、ステップＳ２０１において安全機能装置２０から減速指令がない場合は、通常運転を実行する（Ｓ２１０）。
以上、本実施の形態によれば、制御装置１０で用いられる減速時間Tstopは、安全機能装置２０で用いられる設定時間よりも若干短く設定されているので、制御装置１０と安全機能装置２０との間に演算時間の誤差があっても、確実に回転速度を零付近に制御した後に停止処理を行うことができる。
【００４５】
また、図４の処理手順に示すように、安全機能装置２０からの減速指令の有無によって減速・停止動作と通常運転とを切り分けているので、制御装置１０は安全機能装置２０からの減速指令によって減速動作を行った場合には、安全機能装置２０にて停止指令があるまでは回転速度が低くなっていても自ら停止は行わずに、確実に安全機能装置２０にて停止を実現することができる。
【００４６】
なお、本実施の形態では、（１）式の計算において減速開始時における帰還速度ωを用いて１制御サンプル間に減速する速度指令値Δωrを求めたが、速度センサを持たない場合には、安全機能装置２０からの減速指令が入力されたときの速度指令値をもとに（１）式を計算すれば同様の効果を得ることができる。また、速度制御手段１２を持たない制御装置１０の場合には（２）式を用いずに、上記の速度指令値Δωrをもとに計算した減速傾きで、ＰＷＭ発生手段１３内の出力電圧指令の周波数を減少させていけば実現可能である。
【００４７】
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。図５は、第２の実施の形態による電動機駆動システム１の機能ブロック図である。本実施の形態では、安全演算手段２１が一重化の場合について説明するが、必要により第１の実施の形態のように多重化構成をとることも可能である。
【００４８】
図１との主な違いは、安全機能装置２０が安全演算手段２１から出力された減速時間をラッチする減速時間保持手段２２、減速時間と設定時間との時間差をラッチする時間差保持手段２３、減速傾き演算手段１１からの読み出し要求によって減速時間を出力する減速時間用ゲート回路２４、安全演算手段２１からの減速指令をラッチする減速指令保持手段２５、ウォッチドッグタイマ回路（ＷＤＴ）２６、内部クロックで動作するカウンタである計時手段２８、設定時間等の情報を保存する設定時間テーブル２９を備えていることである。この設定時間テーブル２９には、図６に示すように、異常モードごとに制御装置１０へ出力すべき減速時間と設定時間との時間差が予め保存されている。ここで、異常モード１〜Ｎは、外部から、あるいは安全機能装置内で検出し安全演算手段２１に入力される異常検出信号１〜Ｎにそれぞれ対応している。またＣＰＵストールエラーとは、ＣＰＵが周期的に出力するリセット信号によってリセットされるＷＤＴ２６が、一定時間リセット信号が来ないことを検知したエラーである。
【００４９】
このように設定時間テーブル２９には、エラーモードごとに減速時間と時間差が予め関連付けられて保存されている。この減速時間は、所定桁の下位ビット（たとえばＬＳＢから４桁）がすべて零になっており、時間差は、所定桁の下位ビットのみによって表される数値となっている。なお、減速時間と時間差の値は、内部クロックの周期をもとに決められる。
【００５０】
次に図７、図８を用いて安全機能装置２０の動作を説明する。
（初期化処理）
安全演算手段２１は、初期化処理において、設定時間テーブル２９からＣＰＵストールエラーに対応する減速時間と時間差を読み出して（Ｓ３０１）、それぞれ減速時間保持手段２２と時間差保持手段２３に対して書き込み動作を行う（Ｓ３０２，Ｓ３０３）。なお、減速時間保持手段２２は、減速時間の有効ビットに対応する上位桁のみをラッチし、時間差保持手段２３は、下位桁のみをラッチする。
【００５１】
これらラッチされた値のうち減速時間は、ハードウェア回路によって構成される計時手段２８の上位桁の入力となり、時間差は、計時手段２８の下位桁の入力となる。また、減速時間保持手段２２の出力、すなわちラッチされた減速時間の上位桁は、減速時間用ゲート回路２４の上位桁の入力になる。一方、減速時間用ゲート回路２４の入力の下位桁は零にセットされている。
【００５２】
以上が時間設定の初期化処理である。なお、初期化処理の終了後、安全演算手段２１からの許可信号によって、制御装置１０の起動を開始するようにすると、より信頼性の高いシステムを構築することができる。
【００５３】
（異常検知処理）
この状態で、安全演算手段２１は、異常検出信号１〜Ｎのうちいずれかを検知すると、どの異常検出信号からの入力かを判定して（Ｓ４０１）、設定時間テーブル２９を参照してその異常検出信号に相当する異常モードの減速時間と時間差を抽出し（Ｓ４０２）、上記ステップＳ３０２，ステップＳ３０３と同様の処理によって、それぞれ減速時間保持手段２２と時間差保持手段２３に書き込む（Ｓ４０３，Ｓ４０４）。書き込まれた値のうち、減速時間は計時手段２８および減速時間用ゲート回路２４の上位桁の入力となり、時間差は、計時手段２８の下位桁の入力となる。
【００５４】
次に、安全演算手段２１は、減速指令保持手段２５に「１」を書き込む（Ｓ４０５）。これにより、減速指令保持手段２５がＯＮになり、制御装置１０の減速傾き演算手段１１に減速指令が出力される。
【００５５】
減速傾き演算手段１１は、この減速指令を入力すると、減速時間用ゲート回路２４から減速時間を読みこみ、図４に示す処理によって、減速運転を実行する。
【００５６】
一方、安全演算手段２１は、減速指令を出力すると同時に計時手段２８を起動する（Ｓ４０６）。安全演算手段２１から出力された起動指令は、ＯＲ回路２７を経由して計時手段２８へ送られ、計時手段２８はこれを検知して入力信号である減速時間と時間差、すなわち設定時間を取り込んで、その値からカウントダウンを開始する。そして零になると停止指令を出力する。なお、必要により、減速時間と時間差の１の補数を算出し、その値を計時手段２８の入力にして、起動信号（ロード／イネーブル）によって入力値からカウントアップを開始して桁上がり信号によって停止指令を出力するようにしてもよい。
【００５７】
計時手段２８から出力された停止指令は、ＯＲ回路３０と制御装置１０のゲート回路１４に送られる。ゲート回路１４は、停止指令によってゲートがＯＦＦして、ＰＷＭ信号が遮断される。一方、ＯＲ回路３０の出力がブレーキ機構６に伝えられ、負荷８にブレーキが掛かる。
【００５８】
以上の処理の結果、減速時間と設定時間は、図２に示すように時間差を有するため、制御装置１０の速度制御手段１２によって電動機の回転速度が零になるまで確実に減速し、その後ゲート回路１４がＯＦＦになって停止動作となり、負荷８にブレーキが掛かることになる。なお、必要により、停止処理とブレーキ駆動処理との間に時間差を設けるようにしてもよい。
【００５９】
なお、複数の異常検出信号が同時にＯＮになった場合は、安全演算手段２１は、設定時間テーブル２９を参照して、異常検出信号がＯＮになっている異常モードのうち、減速時間が一番短いモードの数値を選択するようにすることにより、緊急度に応じて適切な減速・停止処理が可能となる。
【００６０】
（ＣＰＵストール時の処理）
初期化処理の後、ＣＰＵがストールすると、ＷＤＴ２６がこれを検知して異常出力を行う。この信号は、ＯＲ回路２７を経由して計時手段２８を起動するとともに、ＯＲ回路３１を経由して減速指令保持手段２５をＯＮにする。これにより制御装置１０は、図４の処理手順に従って減速処理を行う。なお、減速時間用ゲート回路２４には、初期化時のＣＰＵストールに対応した減速時間が設定されているので、この減速時間で回転速度が零になるように減速処理が行われる。また、計時手段２８は、設定時間経過後に停止指令を出力して、ゲート回路１４をＯＦＦするとともに、負荷８にブレーキを掛ける。
【００６１】
以上、本実施の形態によれば、設定時間テーブルに予めＣＰＵストールも含めた異常モードごとの減速時間、および、減速時間と設定時間との時間差を保存するとともに、初期化時にＣＰＵストールに対応した減速時間および時間差をセットしておき、異常検出信号の入力によってその信号に応じた異常モードに対応する時間をセットし直して、減速指令と停止指令を出力するので、安全機能装置２０のＣＰＵが監視中にストールしたとしても、確実に減速・停止処理を行うことができる。なお、必要により、制御装置１０のＣＰＵストール等の異常を異常検出信号の一つに割り当てて監視することによって、制御装置１０のＣＰＵが正常に機能しなくなっても、設定時間後に出力される停止指令により、最終段であるゲート回路１４がＯＦＦし、負荷ブレーキが掛かるので、確実に負荷８を停止させることができる。
【符号の説明】
【００６２】
１ 電動機駆動システム
２ 電源
３ インバータ
４ 電動機
５ エンコーダ
６ ブレーキ機構
８ 負荷
９ 電流・電圧センサ
１０ 制御装置
１１ 減速傾き演算手段
１２ 速度制御手段
１３ ＰＷＭ発生手段
１４ ゲート回路
２０ 安全機能装置
２１，２１ａ，２１ｂ 安全演算手段
２２ 減速時間保持手段
２３ 時間差保持手段
２４ 減速時間用ゲート回路
２５ 減速指令保持手段
２６ ウォッチドッグタイマ（ＷＤＴ）
２７，３０，３１ ＯＲ回路
２８ 計時手段
２９ 設定時間テーブル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機を可変速運転する制御装置と、電動機を安全に停止させるために前記制御装置へ停止指令を出力する安全機能装置とを有する電動機駆動システムであって、
前記安全機能装置は、
前記電動機を停止させる前に前記電動機を減速するための減速指令を前記制御装置へ出力する手段と、
前記減速指令の出力から計測を開始する計時手段と、
前記計時手段が予め定めた設定時間に達したときに前記制御装置へ前記停止指令を出力する手段と、を備え、
前記制御装置は、前記減速指令を入力したときに、前記設定時間よりも短い減速時間で前記電動機を減速させるように構成されていることを特徴とする電動機駆動システム。
【請求項２】
請求項１に記載の電動機駆動システムにおいて、前記安全機能装置は、自己診断手段を備え、当該自己診断手段によって異常が検出されたときは、前記制御装置が前記減速指令を実行中か否かに関わらず、前記制御装置から前記電動機へ出力される制御信号を遮断することによって前記電動機を停止させることを特徴とする電動機駆動システム。
【請求項３】
請求項１に記載の電動機駆動システムにおいて、前記制御装置は、前記減速指令が入力された時点での電動機速度指令値と前記減速時間に基づいて、前記電動機を減速させるための減速傾きを演算し、当該減速傾きにより電動機を減速させることを特徴とする電動機駆動システム。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電動機駆動システムにおいて、前記安全機能装置は、前記自己診断手段によって複数の異常モードを検出可能であり、検出した異常モードごとに異なる減速時間で前記制御装置へ減速指令を出力することを特徴とする電動機駆動システム。
【請求項１】
電動機を可変速運転する制御装置と、電動機を安全に停止させるために前記制御装置へ停止指令を出力する安全機能装置とを有する電動機駆動システムであって、
前記安全機能装置は、
前記電動機を停止させる前に前記電動機を減速するための減速指令を前記制御装置へ出力する手段と、
前記減速指令の出力から計測を開始する計時手段と、
前記計時手段が予め定めた設定時間に達したときに前記制御装置へ前記停止指令を出力する手段と、を備え、
前記制御装置は、前記減速指令を入力したときに、前記設定時間よりも短い減速時間で前記電動機を減速させるように構成されていることを特徴とする電動機駆動システム。
【請求項２】
請求項１に記載の電動機駆動システムにおいて、前記安全機能装置は、自己診断手段を備え、当該自己診断手段によって異常が検出されたときは、前記制御装置が前記減速指令を実行中か否かに関わらず、前記制御装置から前記電動機へ出力される制御信号を遮断することによって前記電動機を停止させることを特徴とする電動機駆動システム。
【請求項３】
請求項１に記載の電動機駆動システムにおいて、前記制御装置は、前記減速指令が入力された時点での電動機速度指令値と前記減速時間に基づいて、前記電動機を減速させるための減速傾きを演算し、当該減速傾きにより電動機を減速させることを特徴とする電動機駆動システム。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電動機駆動システムにおいて、前記安全機能装置は、前記自己診断手段によって複数の異常モードを検出可能であり、検出した異常モードごとに異なる減速時間で前記制御装置へ減速指令を出力することを特徴とする電動機駆動システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−２４４２６６（Ｐ２０１０−２４４２６６Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−９１６１１（Ｐ２００９−９１６１１）
【出願日】平成２１年４月３日（２００９．４．３）
【出願人】（５９１０８３２４４）富士電機システムズ株式会社 (1,717)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月３日（２００９．４．３）
【出願人】（５９１０８３２４４）富士電機システムズ株式会社 (1,717)
【Ｆターム（参考）】
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