(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機の運転速度及び負荷電流を監視する運転状態監視手段と、
前記電動機の一定時間溯った過去から現在時点までの熱蓄積容量を連続的に監視する熱蓄積容量監視手段と、
前記電動機の現在の運転速度から定格速度まで加速する場合、又はゼロ速度まで減速する場合に当該電動機の発生する熱容量を予測する熱容量予測手段と、
前記熱蓄積容量監視手段の算出する熱蓄積容量と、前記熱容量予測手段の予測する熱容量との和が所定の過負荷基準値を超える時に前記電動機の現在速度を強制的に維持させるトリップ予防手段と、
前記トリップ予防手段が前記電動機の現在速度を強制的に維持させる制御を出力した後、過負荷トリップの恐れがないと判断するようになった時に前記電動機を現在速度から当初の加速度で加速し又は減速させる再加速運転手段とを備えて成る電動機制御装置。
【請求項２】
電動機の運転速度及び負荷電流を監視する運転状態監視手段と、
前記電動機の一定時間溯った過去から現在時点までの熱蓄積容量を連続的に監視する熱蓄積容量監視手段と、
前記熱蓄積容量監視手段の算出する熱蓄積容量を、過負荷トリップを発生させる熱蓄積容量の過負荷基準値と共に表示する熱容量表示手段とを備えて成る電動機制御装置。
【請求項３】
電動機の運転速度及び負荷電流を監視する運転状態監視手段と、
前記電動機の一定時間溯った過去から現在時点までの熱蓄積容量を連続的に監視する熱蓄積容量監視手段と、
前記電動機の現在の運転速度から定格速度まで加速する場合、又はゼロ速度まで減速する場合に当該電動機の発生する熱容量を予測する熱容量予測手段と、
前記熱蓄積容量監視手段の算出する熱蓄積容量を、過負荷トリップを発生させる熱蓄積容量の過負荷基準値と共に表示する熱容量表示手段と、
前記熱蓄積容量監視手段の算出する熱蓄積容量と、前記熱容量予測手段の予測する熱容量との和が所定の過負荷基準値を超える時に前記電動機の現在速度を強制的に維持させるトリップ予防手段と、
前記トリップ予防手段が前記電動機の現在速度を強制的に維持させる指令を出力した後、過負荷トリップの恐れがないと判断するようになった時に前記電動機を現在速度から当初の加速度で加速し又は減速させる再加速運転手段とを備えて成る電動機制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電動機制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、製紙プラントの抄紙機設備では、そのドライヤセクションで、紙切れが発生した場合にドライヤセクションを停止し、損紙を処分し、処理終了後にドライヤセクションを再起動する。またワインダ設備では、製品の穴明き、汚れなど欠陥を補修するために、頻繁に加速、減速停止操作を繰り返す。ところが、このような設備では、電動機によって回転駆動される回転部材が重量物であるため、原動機である電動機を頻繁に加速、減速させると過熱してしまう。
【０００３】
そこで従来から電動機制御装置には、過熱から電動機を保護するための過負荷保護装置が設けられていて、一定時間溯った過去から現在時点までの電動機の電流から計算できる熱蓄積容量（電流の２乗に比例する）の推移を監視していて、これが許容基準値を超えると電動機をトリップさせるようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような従来の電動機制御装置においては、過負荷予防のために電動機をいったんトリップさせると、重量回転部材が慣性で回りつづけて停止するまでに長い時間がかかり、完全に停止してからでないと電動機を再起動させることができないために、操業の停止時間が不必要に長くなり、生産効率が低下する問題点があった。
【０００５】
一方、電動機は加速時や減速時には過負荷運転となっても、一定速度運転では定格内運転となるので、加速時あるいは減速時に許容熱蓄積容量を超えそうになれば電動機をトリップさせる代わりに定速度運転に切り替えることによっても熱蓄積容量を基準値以内に抑えることができ、このようにすれば電動機をトリップさせた後に諸条件が成立してから再起動させる場合よりも操業停止時間を短くすることができる。
【０００６】
本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたもので、電動機を加速運転又は減速運転し続けることによって過負荷トリップが発生することが予測される場合には定速運転に切り替えることによって過負荷トリップの発生を予防し、電動機の運転効率を向上させることができる電動機制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
本発明はまた、現在の電動機の熱蓄積容量が過負荷トリップ設定値に対してどの程度まで近づいているのかを表示手段の表示から容易に認識して過負荷トリップを回避する手動運転ができるようにした電動機制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の電動機制御装置は、電動機の運転速度及び負荷電流を監視する運転状態監視手段と、前記電動機の一定時間溯った過去から現在時点までの熱蓄積容量を連続的に監視する熱蓄積容量監視手段と、前記電動機の現在の運転速度から定格速度まで加速する場合、又はゼロ速度まで減速する場合に当該電動機の発生する熱容量を予測する熱容量予測手段と、前記熱蓄積容量監視手段の算出する熱蓄積容量と、前記熱容量予測手段の予測する熱容量との和が所定の過負荷基準値を超える時に前記電動機の現在速度を強制的に維持させるトリップ予防手段と、前記トリップ予防手段が前記電動機の現在速度を強制的に維持させる制御を出力した後、過負荷トリップの恐れがないと判断するようになった時に前記電動機を現在速度から当初の加速度で加速し又は減速させる再加速運転手段とを備えたものである。
【０００９】
請求項１の発明の電動機制御装置では、運転状態監視手段によって電動機の現在の運転状態を監視し、また熱蓄積容量監視手段によって電動機の一定時間溯った過去から現在時点までの熱蓄積容量を連続的に監視していて、電動機の現在の運転速度から定格速度まで加速する場合に、又はゼロ速度まで減速する場合に当該電動機の発生する熱容量を熱容量予測手段によって予測し、現在の電動機の熱蓄積容量と加速または減速時の予測熱容量との和が所定の過負荷基準値を超える時には、トリップ予防手段により電動機の現在速度を強制的に維持させる制御を行う。
【００１０】
これによって電動機を現在速度から定格速度まで加速し、又はゼロ速度まで減速するとその途中で電動機が過負荷トリップしてしまうと予測される場合には現在速度を強制的に維持させて電動機の熱蓄積容量を低減させ、過負荷トリップの恐れがなくなった時点で最初の指令通りに定格速度まで加速し、又はゼロ速度まで減速させるようにして、過負荷トリップを予防し、全体としてこの電動機を原動機にして行う作業の効率を向上させる。
【００１１】
請求項２の発明の電動機制御装置は、電動機の運転速度及び負荷電流を監視する運転状態監視手段と、前記電動機の一定時間溯った過去から現在時点までの熱蓄積容量を連続的に監視する熱蓄積容量監視手段と、前記熱蓄積容量監視手段の算出する熱蓄積容量を、過負荷トリップを発生させる熱蓄積容量の過負荷基準値と共に表示する熱容量表示手段とを備えたものである。
【００１２】
請求項２の発明の電動機制御装置では、運転状態監視手段によって電動機の現在の運転状態を監視し、また熱蓄積容量監視手段によって電動機の一定時間溯った過去から現在時点までの熱蓄積容量を連続的に監視していて、熱容量表示手段により、電動機の現実の熱蓄積容量を表示する。
【００１３】
これによって、オペレータに対して、熱容量表示手段の表示を見て電動機の現在の熱蓄積容量が過負荷基準値に対してどの程度まで近づいているかを容易に認識させて、過負荷トリップしないような加速運転又は減速運転操作を行わせることができる。
【００１４】
請求項３の発明の電動機制御装置は、電動機の運転速度及び負荷電流を監視する運転状態監視手段と、前記電動機の一定時間溯った過去から現在時点までの熱蓄積容量を連続的に監視する熱蓄積容量監視手段と、前記電動機の現在の運転速度から定格速度まで加速する場合、又はゼロ速度まで減速する場合に当該電動機の発生する熱容量を予測する熱容量予測手段と、前記熱蓄積容量監視手段の算出する熱蓄積容量を、過負荷トリップを発生させる熱蓄積容量の過負荷基準値と共に表示する熱容量表示手段と、前記熱蓄積容量監視手段の算出する熱蓄積容量と、前記熱容量予測手段の予測する熱容量との和が所定の過負荷基準値を超える時に前記電動機の現在速度を強制的に維持させるトリップ予防手段と、前記トリップ予防手段が前記電動機の現在速度を強制的に維持させる指令を出力した後、過負荷トリップの恐れがないと判断するようになった時に前記電動機を現在速度から当初の加速度で加速し又は減速させる再加速運転手段とを備えたものである。
【００１５】
請求項３の発明の電動機制御装置では、運転状態監視手段によって電動機の現在の運転状態を監視し、また熱蓄積容量監視手段によって電動機の一定時間溯った過去から現在時点までの熱蓄積容量を連続的に監視していて、電動機の現在の運転速度から定格速度まで加速する場合に、又はゼロ速度まで減速する場合に当該電動機の発生する熱容量を熱容量予測手段によって予測し、現在の電動機の熱蓄積容量と加速または減速時の予測熱容量との和が所定の過負荷基準値を超える時には、トリップ予防手段により電動機の現在速度を強制的に維持させる制御をする。またこれと並行して、熱容量表示手段により、電動機の現実の熱蓄積容量を表示する。
【００１６】
これによって電動機を現在速度から定格速度まで加速し、又はゼロ速度まで減速するとその途中で電動機が過負荷トリップしてしまうと予測される場合には現在速度を強制的に維持させて電動機の熱蓄積容量を低減させ、過負荷トリップの恐れがなくなった時点で最初の指令通りに定格速度まで加速し、又はゼロ速度まで減速させるようにして、過負荷トリップを予防し、全体としてこの電動機を原動機にして行う作業の効率を向上させる。またオペレータに対して、熱容量表示手段の表示を見て電動機の現在の熱蓄積容量が過負荷基準値に対してどの程度まで近づいているかを容易に認識させて、過負荷トリップしないような加速運転又は減速運転操作を行わせることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。図１は本発明の１つの実施の形態の機能構成を示すブロック図である。この実施の形態の電動機制御装置は、電動機に流れる負荷電流の検出器（図示せず）から出力される負荷電流Ｉを所定周期τ（例えば、２００ｍｓｅｃ）ごとに入力して２乗し、所定の係数を掛けることによって電動機容量を算出する電動機容量演算部１と、この電動機容量演算部１の算出する電動機容量瞬時値の所定期間ｔ（例えば、４０ｓｅｃ間）の平均値を演算する平均値演算部２、この平均値演算部２が所定期間ｔごとに出力する電動機容量平均値Ｐａｖを所定個数ｍ個分（例えば、６０個分）を個別に保存するシフトレジスタ３と、このシフトレジスタ３が保存している所定個数ｍ個分の電動機容量平均値Ｐ−１〜Ｐ−ｍを、前記の所定期間ｔごとに合計して現在時点から過去に所定時間だけ溯った時間Ｔ（＝ｔ×ｍ、ここでは４０分間）の間の熱蓄積容量ΣＰとして出力する合計演算部４を備えている。
【００１８】
また電動機制御装置は、後述する演算を実行することによって現時点の速度から定格速度まで加速する場合、あるいは現時点の速度からゼロ速度まで減速する場合に発生する熱容量を算出し、トリップ基準値を超える熱蓄積容量となるかどうか予測し、トリップ基準値を超える熱蓄積容量が予測される時には加速中止、減速中止インタロックスイッチ５，６を作動させるトリップ予防部７と、現時点までの熱蓄積容量がトリップ基準値の何パーセントに該当するかを演算する関数部８と、この関数部８の出力によりトリップ基準値に対して現時点の熱蓄積容量がどの程度の大きさに達しているかを表示する表示装置９を備えている。
【００１９】
図２に示すように、トリップ予防部７は電動機の現在速度を入力し、現在速度から所定の減速度でゼロ速度まで減速する場合に発生する電動機熱容量Ｐｐｒを予測する熱容量予測部７１と、合計演算部４で得た過去一定期間Ｔの間の熱蓄積容量ΣＰと設定されている余裕度αとにこの熱容量予測値Ｐｐｒを加算して総熱容量予測値Ｐｗを得る加算部７２、この総熱容量予測値Ｐｗをトリップ基準値Ｐｒｅと比較し、トリップ基準値を超える総熱容量予測値が出力される時に加速停止インタロック、減速停止インタロックそれぞれのスイッチ５，６を作動させて加速、減速を停止させ、現在速度を維持させる比較部７３から構成されている。
【００２０】
また、関数部８は図３の特性を有し、合計演算部４の算出する一定時間の熱蓄積容量ΣＰが電動機定格出力の何パーセントに当たるかを演算し、この演算結果を表示装置９に出力するものである。
【００２１】
次に、上記構成の電動機制御装置の動作について説明する。電動機は図４に示すように一定速度運転になれば負荷電流が比較的低い値Ｉｏｒで安定しているが、加速する時や減速する時には大きな負荷電流Ｉａｃとなる。一方、図５に示すように、電動機の定格速度Ｖｍａｘからゼロ速度までの減速、またゼロ速度から定格速度までの加速運転時には一定の加減速度で加減速され、その間の電流とその２乗値はほぼ一定であり、したがって、加減速に要する時間が全体でｔ０であり、電動機の現在速度がＶ０である時、次の数１式によって、減速時にゼロ速度になるまでの時間ｔ２が計算できる。
【００２２】
【数１】
0003701442.tif 000002
また図５において、現在速度Ｖ０からゼロ速度まで減速する間に発生する電動機熱容量Ｐｐｒは、次の数２式によって算出することができる。
【００２３】
【数２】
0003701442.tif 000003
また電動機の一定時間Ｔの間の蓄積熱容量は、負荷電流をＩとするとき、次の数３式で求められる。
【００２４】
【数３】
0003701442.tif 000004
したがって、現在までの過去一定時間Ｔの間の熱蓄積容量Ｐと、現在速度からゼロ速度まで減速する時に要する熱容量Ｐｐｒとが、過負荷保護のために電動機に設定されているトリップ基準値Ｐｒｅよりも小さい場合（つまり、Ｐ＋Ｐｐｒ≦Ｐｒｅの場合）には、現在速度から電動機をゼロ速度まで減速させてもその間に発生する熱容量で過負荷保護機能が作動せず、電動機はトリップすることはないと予測することができる。しかしながら、予測値であるのでこれに少しの余裕度αを見込み、Ｐ＋Ｐｐｒ＋α≦Ｐｒｅであれば電動機はトリップしないと予測し、電動機に現在速度からゼロ速度まで減速させる制御をし、逆にＰ＋Ｐｐｒ＋α＞Ｐｒｅとなればトリップ発生の可能性が高いと見て、Ｐ＋Ｐｐｒ＋α≦Ｐｒｅの式が成り立つようなるまで現在速度Ｖ０を維持して負荷電流を低減させる。そして、電動機が冷えるのを待って減速制御を再開すれば、トリップさせることなく安全に電動機を減速停止させることができる。加速運転についても同様である。
【００２５】
このような原理に基づき、本発明の実施の形態の電動機制御装置では、電動機容量演算部１において、電動機の負荷電流Ｉを所定周期τ（以下、２００ｍｓｅｃとする）ごとに入力して２乗し、所定の係数を掛けることによって電動機容量を算出し、平均値演算部２において電動機容量瞬時値の所定期間ｔ（ここでは、４０ｓｅｃ間とする）の平均値Ｐａｖを演算してシフトレジスタ３に出力する。
【００２６】
シフトレジスタ３はｍ個（ここでは、６０個）のデータエリアを有しており、４０ｓｅｃごとに新しい電動機容量平均値Ｐａｖが入力されてくると、旧いデータを捨てて新しいデータを記憶していく。したがって、シフトレジスタ３には４０ｓｅｃ×６０＝４０ｍｉｎ間に選られた過去６０個分の電動機容量平均値が格納されていることになり、また４０ｓｅｃごとに最新の６０個分に順次、更新されていくことになる。合計演算部４では、シフトレジスタ３に新しいデータが登録されるたびに、登録されている６０個分の電動機容量平均値を合計して、過去４０分間に電動機に発生して蓄積されている熱蓄積容量ΣＰを求め、これをトリップ予防部７に出力する。
【００２７】
そしてトリップ予防部４では上述した原理を応用して、現時点の速度Ｖ０から定格速度Ｖｍａｘまで加速する場合、あるいは現時点の速度Ｖ０からゼロ速度まで減速する場合に発生する熱容量予測値Ｐｗを算出し、トリップ基準値Ｐｒｅを超える熱蓄積容量となるかどうか判定し、トリップ基準値Ｐｒｅを超える熱蓄積容量Ｐｗが予測される時（Ｐｗ＞Ｐｒｅの時）には加速中止、減速中止インタロックスイッチ５，６を作動させ、Ｐｗ≦Ｐｒｅの式が成り立つようなるまで現在速度Ｖ０を維持し、負荷電流を低減させることによって電動機が冷えるのを待つ制御を行う。
【００２８】
これと並行して、合計演算部４の出力ΣＰは関数部８にも入力され、ここでは、現時点までの熱蓄積容量ΣＰがトリップ基準値Ｐｒｅの何パーセントに該当するかを演算し、現時点の熱蓄積容量がどの程度の大きさに達しているかを表示する表示装置９に表示させる。オペレータはこの表示装置９の表示を見れば、現在の加速運転若しくは減速運転を継続していけばトリップしてしまうかどうかを判断することができ、トリップしそうであれば手動操作で加減速を一時的に中止して定速運転に戻し、表示装置９の指示値が下がれば再び加減速運転を再開する操作をすることができる。
【００２９】
トリップ予防部７によるトリップ予防動作を更に詳しく説明する。ただし、説明を簡明にするために、以下、減速運転の場合について説明する。また以下の処理は、合計演算部４から出力があるたびに、したがって、ここでは４０ｓｅｃごとに繰り返し実行されるものとする。
【００３０】
図２に示すように、熱容量予測部７１に電動機の現在速度Ｖ０を入力すると、現在速度Ｖ０から所定の減速度でゼロ速度まで減速する場合に発生する電動機熱容量Ｐｐｒを上記の数１式、数２式によって算出する。加算部７２では、合計演算部４で得た過去一定期間４０分（＝Ｔ）の間の熱蓄積容量ΣＰと、あらかじめ設定されている余裕度αとに、この熱容量予測値Ｐｐｒを加算して総熱容量予測値Ｐｗを得る。
【００３１】
そして比較部７３では、総熱容量予測値Ｐｗをトリップ基準値Ｐｒｅと比較し、トリップ基準値を超える総熱容量予測値が出力される時に加速停止インタロック、減速停止インタロックそれぞれのスイッチ５，６を作動させて加速、減速を停止させ、現在速度を維持させる。
【００３２】
こうして加速又は減速運転を中止して定速度運転に移行することによって電動機が冷えてくると、総熱容量予測値Ｐｗは低下してくる。その結果、ある時間が経過すればＰｗ≦Ｐｒｅとなるが、このようになれば再び加速運転又は減速運転を再開する。
【００３３】
このようにして、例えば、図６（ａ）に示すように熱蓄積容量が増大したためにあるタイミングｔｍ１で加速運転から定速運転に切り替え、またタイミングｔｍ２では電動機が冷えてきたので加速運転を再開してタイミングｔｍ３には定格速度までトリップさせることなく加速することができ、また逆にタイミングｔｍ４から減速運転にはいったが、タイミングｔｍ５ではトリップ発生が予測されたので定速運転に戻し、この後電動機が冷えたタイミングｔｍ６では再度減速運転を再開し、ゼロ速度までトリップさせることなく減速するという制御ができることになる。また図６（ｂ）に示すように、加速の途中のタイミングｔｍ８で減速指令が外部から入力されることもあるが、このような場合にも同様にして、減速運転でトリップが発生する恐れがあればしばらくの間（タイミングｔｍ９〜ｔｍ１０の間）定速運転にし、電動機が冷えてから減速運転を再開する制御も行える。
【００３４】
このような制御によって定速度運転を維持すれば加速時間、減速時間が伸びるために定位置停止、定位置加速制御ができないように思えるが、図６（ａ）に破線Ａで示したように、実際に製紙プラントで電動機にタイミングｔｍ１２においてトリップが発生すれば、回転部材が重量物であるために完全に停止するまでに数１０分間、惰性で回転し続け、この回転部材が完全に停止してからでなければ再起動をかけることができない現状に比べると、加速若しくは減速の途中である時間定速運転に移行して電動機を冷やした後、再度加速、又は減速運転を再開する方が生産効率が上がるのである。
【００３５】
なお、上記の実施の形態で例示した数値はすべて制御対象の変更や制御システムの仕様に応じて任意に変更可能なものであり、限定されることはない。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように請求項１の発明によれば、電動機を現在速度から定格速度まで加速し、又はゼロ速度まで減速するとその途中で電動機が過負荷トリップしてしまうと予測される場合には、現在速度を強制的に維持させて電動機の熱蓄積容量を低減させ、過負荷トリップの恐れがなくなった時点で最初の指令通りに定格速度まで加速し、又はゼロ速度まで減速させるので、過負荷トリップを予防し、全体としてこの電動機を原動機にして行う作業の効率を向上させることができる。
【００３７】
請求項２の発明によれば、熱容量表示手段の表示によって電動機の現在の熱蓄積容量が過負荷基準値に対してどの程度まで近づいているかをオペレータに容易に認識させることができ、過負荷トリップしないような加速運転又は減速運転操作を行わせることができる。
【００３８】
請求項３の発明によれば、自動的に過負荷トリップを予防して、また手動操作による過負荷トリップの予防も間違いなく行わせることができ、全体としてこの電動機を原動機にして行う作業の効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１つの実施の形態のブロック図。
【図２】上記の実施の形態におけるトリップ予防部のブロック図。
【図３】上記の実施の形態における関数部の特性関数のグラフ。
【図４】電動機の速度と負荷電流との関係を示すタイムチャート。
【図５】電動機の速度と発生する熱容量との関係を示すタイムチャート。
【図６】上記の実施の形態の動作特性を示すタイムチャート。
【符号の説明】
１  電動機容量演算部
２  平均演算部
３  シフトレジスタ
４  合計演算部
５，６  インタロックスイッチ
７  トリップ予防部
８  関数部
９  表示装置
７１  熱容量予測演算部
７２  加算部
７３  比較部
【図１】
0003701442.tif 000005
【図２】
0003701442.tif 000006
【図３】
0003701442.tif 000007
【図４】
0003701442.tif 000008
【図５】
0003701442.tif 000009
【図６】
0003701442.tif 000010