(57)【要約】【課題】異なる機能、仕様のドライブ装置が混在するドライブシステムにおいて、主幹制御装置の改造を行うことなく、ドライブ装置の追加、更新を行うことができるインターフェース装置を提供する。【解決手段】実施形態は、主幹制御装置と保護センサが設けられた電動機のドライブ装置との間で相互のインターフェースを提供する。インターフェース装置は、異なる通信インターフェースをそれぞれ有する前記主幹制御装置と前記ドライブ装置との間で相互のデータ通信を可能とするゲートウェイ機能と、前記保護センサおよび前記ドライブ装置のうちの少なくとも１つと前記主幹制御装置との間でハードワイヤによる電気的接続を提供するリレー機能と、前記電動機に異常が生じた場合に前記電動機を保護する電動機保護機能と、前記リレー機能および前記電動機保護機能を制御する制御機能と、を備える。【選択図】図１
2019068677.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主幹制御装置と保護センサが設けられた電動機のドライブ装置との間に設けられて、これら相互のインターフェースを提供するインターフェース装置であって、
異なる通信プロトコルの通信インターフェースをそれぞれ有する前記主幹制御装置と前記ドライブ装置との間で相互のデータ通信を可能とするゲートウェイ機能と、
前記保護センサおよび前記ドライブ装置のうちの少なくとも１つと前記主幹制御装置との間でハードワイヤによる電気的接続を提供するリレー機能と、
前記電動機に異常が生じた場合に前記電動機を保護する電動機保護機能と、
前記リレー機能および前記電動機保護機能を制御する制御機能と、
を備えたインターフェース装置。
【請求項２】
前記リレー機能は、複数のリレーを含み、
前記複数のリレーは、使用または不使用の選択をそれぞれすることができる請求項１記載のインターフェース装置。
【請求項３】
前記電動機および前記ドライブ装置の異常時の保護機能に関する時系列のデータを蓄積するデータログ機能をさらに備え、
前記制御機能は、前記データログ機能によって蓄積された前記データを外部に出力する請求項１または２に記載のインターフェース装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、異なる通信プロトコルの通信インターフェースをそれぞれ有する主幹制御装置とドライブ装置との間を接続可能にするインターフェース装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼の圧延プラント等では、電動機を駆動するドライブ装置を複数台用いて、主幹制御装置によって全体の工程を制御するドライブシステムがある。このようなドライブシステムでは、主幹制御装置をそのままにして、ドライブ装置側を新規のものに更新したり、追加をしたりしてシステム全体の高性能化や高効率化等をはかる場合がある。
【０００３】
このような更新エンジニアリングを行う場合には、ドライブ装置の機能や仕様が必ずしもそろっているわけではなく、また、ドライブ装置の一部を更新する場合もある。更新後の新しいドライブシステムでは、異なる機能、仕様のドライブ装置を、主幹制御装置に支障なく接続しなければならない。
【０００４】
一般に、ドライブ装置等の産業用システムに用いる装置には、制御ネットワークに接続する伝送通信インターフェースが設けられている。この伝送通信インターフェースには、さまざまな仕様が提案され、実際に用いられている。更新エンジニアリングにおいて、ドライブ装置を追加、更新する場合には、異なる複数の通信インターフェースを有するドライブ装置を１つの主幹制御装置と接続することがある。そのために、主幹制御装置と各ドライブ装置との間には、ゲートウェイ装置を設置する。主幹制御装置は、ゲートウェイ装置によって、各通信インターフェースを介してドライブ装置とデータの交換等を行うことができる。
【０００５】
しかし、ゲートウェイ装置は、コンピュータやサーバ装置であるため、電動機の各種保護機能を実現するためのセンサをハードワイヤ（導線）によって接続する機能を有していない。そのため、ドライブ装置の追加、更新によって接続関係が変更されたハードワイヤのためのリレーに接続するために、主幹制御装置のリレー盤を改造する必要が生ずる場合がある。
【０００６】
さらに、追加、更新するドライブ装置には、電動機のための保護機能が搭載されている場合と、搭載されていない場合がある。保護機能が搭載されていないドライブ装置に、後発的に保護機能を搭載することが困難な場合には、主幹制御装置のプログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）のプログラムの修正で対応する。しかし、プログラムの修正では対応しきれない場合には、ＰＬＣ自体の仕様を追加・変更する必要に迫られる場合もある。
【０００７】
このように、ドライブ装置の追加、更新をともなう更新エンジニアリングにおいては、本来手を加える必要のない主幹制御装置に対しても修正を行う必要性を生じさせてしまう場合が少なくない。プログラムを含む主幹制御装置の修正を行う場合には、ドライブシステム全体の調整や動作検証を最初からすべて行う必要があり、改造の工期が長期化するおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−５２１８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
実施形態では、異なる機能、仕様のドライブ装置が混在するドライブシステムにおいて、主幹制御装置の改造を行うことなく、ドライブ装置の追加、更新を行うことができるインターフェース装置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】
【００１０】
実施形態に係るインターフェース装置は、主幹制御装置と保護センサが設けられた電動機のドライブ装置との間に設けられて、これら相互のインターフェースを提供する。インターフェース装置は、異なる通信プロトコルの通信インターフェースをそれぞれ有する前記主幹制御装置と前記ドライブ装置との間で相互のデータ通信を可能とするゲートウェイ機能と、前記保護センサおよび前記ドライブ装置のうちの少なくとも１つと前記主幹制御装置との間でハードワイヤによる電気的接続を提供するリレー機能と、前記電動機に異常が生じた場合に前記電動機を保護する電動機保護機能と、前記リレー機能および前記電動機保護機能を制御する制御機能と、を備える。
【発明の効果】
【００１１】
本実施形態では、ゲートウェイ機能、リレー機能、電動機保護機能および制御機能を備えるので、主幹制御装置を改造することなく、異なる機能、仕様のドライブ装置を接続することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態に係るインターフェース装置を例示するブロック図である。
【図２】インターフェース装置のリレーを例示する模式図である。
【図３】比較例のドライブシステムの更新を説明するための模式図である。
【図４】実施形態のインターフェース装置を含むドライブシステムの更新を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
【００１４】
図１は、本実施形態に係るインターフェース装置を例示するブロック図である。
図１には、インターフェース装置３を含むドライブシステム１００の構成要素が合わせて示されている。
図１に示すように、ドライブシステム１００は、主幹制御装置１と、インターフェース装置３と、ドライブ装置４と、電動機６と、を含む。この例では、ドライブ装置４および電動機６は、１組だけ示されているが、ドライブシステムは、複数組のドライブ装置および電動機を含んでもよい。
【００１５】
主幹制御装置１は、ＰＬＣ盤１１と、リレー盤１２と、を含む。ＰＬＣ盤１１は、ＰＬＣ１１ｂを含んでいる。ＰＬＣ１１ｂは、プログラマブルコントローラである。ＰＬＣ１１ｂは、図示しないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリ等を含んでおり、ＣＰＵは、メモリに格納されたプログラムを逐次読み出し、あるいは一時メモリ上に展開して、プログラムの各ステップにしたがって動作する。
【００１６】
ドライブシステム１００では、たとえばＰＬＣ１１ｂは、プログラムにしたがって、ドライブ装置４にデータを伝送し、ドライブ装置４からデータを受信する。ドライブシステム１００では、たとえば、主幹制御装置１のＰＬＣ１１ｂは、ドライブ装置４から受信したデータにもとづいて新たなデータを生成し、そのデータにもとづいて次の動作を決定し、動作を継続する。
【００１７】
ＰＬＣ盤１１は、Ｉ／Ｏカード１１ｃと、伝送基板１１ｄと、含む。Ｉ／Ｏカード１１ｃは、リレー盤１２のリレー１２ａと接続されており、たとえば、ＰＬＣ１１ｂのプログラムにしたがって、リレー１２ａを駆動する出力ポートを有している。Ｉ／Ｏカード１１ｃは、たとえば、リレー１２ａを介してドライブ装置４側から供給されるセンサ等の信号をＰＬＣ１１ｂに入力する入力ポートを有している。
【００１８】
伝送基板１１ｄは、ＰＬＣ１１ｂのプログラムにしたがって、ドライブ装置４に伝送されるデータを主幹制御装置１が接続された制御ネットワーク３１の通信プロトコルにしたがって変換して送信する。伝送基板１１ｄは、ドライブ装置４から伝送されたデータを、制御ネットワーク３１の通信プロトコルにしたがって変換してＰＬＣ１１ｂに供給する。
【００１９】
ＰＬＣ盤１１は、通信機器１１ａを含む（図１では“通信”と略記）。通信機器１１ａは、ＰＬＣ１１ｂを通信ネットワーク２１に接続する。通信ネットワーク２１は、汎用のネットワークであり、たとえば通信ネットワーク２１を介して、上位のコンピュータ装置に接続されている。たとえば、このコンピュータ装置は、ＰＬＣ１１ｂにロードするプログラムを作成したり、パラメータを設定したりする場合等に用いられる。ＰＬＣ１１ｂは、上位のコンピュータ装置からプログラムをダウンロードすることによって動作することができる。
【００２０】
リレー盤１２は、１つ以上のリレー１２ａを含む。リレー１２ａは、たとえば、インターフェース装置３のリレー３ｅを介して、電動機保護センサ１０に電気的に接続する。これらの接続には、ハードワイヤ４１，４２を介して行われる。
【００２１】
このように、Ｉ／Ｏカード１１ｃ、伝送基板１１ｄおよびリレー盤１２のリレー１２ａは、ＰＬＣ１１ｂの制御の下でそれぞれ動作する。
【００２２】
インターフェース装置３は、ゲートウェイ機能３ａを備える。ゲートウェイ機能３ａは、伝送基板３ｂを含む。伝送基板（図１中では“伝送”と略記）３ｂは、主幹制御装置１との通信インターフェースを提供する。ゲートウェイ機能３ａは、たとえば、図示しないＣＰＵを有する。ゲートウェイ機能３ａは、このＣＰＵによって、制御ネットワーク３１を介して、主幹制御装置１と通信するための通信プロトコルにしたがってデータ変換し、変換されたデータを送受信する。伝送基板３ｂは、ドライブ装置４との通信インターフェースを提供する。ゲートウェイ機能３ａは、ＣＰＵによって、制御ネットワーク３２を介して、ドライブ装置４と通信するための通信プロトコルにしたがってデータ変換し、変換されたデータを送受信する。伝送基板３ｂは、主幹制御装置１およびドライブ装置４のそれぞれの通信プロトコルが異なる場合には、それぞれに対応する異なる伝送基板を含んでもよい。
【００２３】
インターフェース装置３は、ＰＬＣ３ｃと、電動機保護機能３ｄと、リレー３ｅと、を備える。ＰＬＣ３ｃは、リレー３ｅに接続されている。電動機保護機能３ｄは、たとえば、ＰＬＣ３ｃのプログラムであり、伝送基板３ｂを介して、ドライブ装置４に、ドライブ装置４を停止させるためのインターロック信号やゲートロック信号を送信する。ＰＬＣ３ｃは、リレー３ｅを介して、電動機保護センサ１０やドライブ装置４の保護用のリレー４ｂに電気的に接続されている。ＰＬＣ３ｃは、これらのリレー３ｅを駆動し、あるいはリレー３ｅの接点がメークされたときにセンサ等の信号を受信する。センサ等の信号にもとづいて、電動機保護機能３ｄは動作条件を判定し、ドライブ装置４に対して各種保護動作を指令する。
【００２４】
図２は、インターフェース装置のリレー３ｅを模式的に表す図である。
リレー３ｅは、電動機保護センサ１０や、ＭＣＣ盤５の内部ユニット５ａの保護センサ等にハードワイヤ４２で電気的に接続されている。図２に示すように、リレー３ｅは、複数個がリレーボックス３ｆに収納されており、各リレー３ｅは、たとえば切替スイッチＳＷによって、使用か不使用かを切り替えることができる。切替スイッチＳＷに代えて、ＰＬＣ３ｃを経由して、各リレー３ｅの使用か不使用かの切り替えを行うようにしてもよい。
【００２５】
この例では、たとえば保護センサ−２が電動機保護センサ１０に対応し、保護センサ−２に対応するリレー３ｅを用いるために、切替スイッチＳＷは“使用”に設定されている。
【００２６】
リレー３ｅは、主幹制御装置１のリレー盤１２のリレー１２ａにも接続されることができる。インターフェース装置３がリレー３ｅを備えることによって、ドライブ装置４および電動機６に関連するセンサについて、ドライブ装置４の更新前後でその数量や仕様が変更となった場合に、主幹制御装置１のリレー盤１２のリレー１２ａを代替するので、リレー盤１２を改造する必要がない。
【００２７】
図１に戻って説明を続ける。インターフェース装置３は、データログ機能３ｇをさらに備える。データログ機能３ｇは、ドライブ装置４や電動機６に異常や故障が発生した際のセンサのデータや、ドライブ装置４の駆動電流のデータ等を蓄積する機能である。データログ機能３ｇは、たとえば、ＰＬＣ３ｃの入出力ポート等を介してデータを取得し、センサのデータや駆動電流のデータ等を取得時の時刻とともに収集する。これらのデータは、取得時の時刻に関連づけられて図示しない記憶装置に記憶される。
【００２８】
記憶されたデータは、外部に接続された所定のプログラムを搭載したコンピュータ装置等によって読み出され、故障発生時等の各種データの時系列データとして出力される。
【００２９】
ドライブ装置４は、伝送基板４ａと、リレー４ｂと、を含む。伝送基板（図１中では“伝送”の略記）４ａは、上述したように、インターフェース装置３のゲートウェイ機能３ａを介して、主幹制御装置１に接続し、データ交換等する。リレー４ｂは、上述したように、インターフェース装置３のリレー３ｅを介して、電動機保護機能３ｄを機能させる。
【００３０】
ドライブ装置４は、速度検出器９から電動機６の速度データを取得する。ドライブ装置４は、インターフェース装置３を介して、主幹制御装置１から電動機６の目標速度として速度基準を受信する。ドライブ装置４は、電動機６の速度データをフィードバックして、速度基準に一致するように電動機６を制御する。
【００３１】
この例では、電動機６には、冷却のためのファン８が設けられている。ファン８は、ファン用電動機７によって駆動される。ファン用電動機７は、ＭＣＣ盤５の内部ユニット（図１中では“ユニット”と略記）５ａによって風量制御される。上述したように、内部ユニット５ａは、インターフェース装置３のリレー３ｅを介して、ＰＬＣ３ｃのプログラムによって制御される。
【００３２】
このように、本実施形態のインターフェース装置３は、ゲートウェイ機能３ａを備えている。そのため、主幹制御装置１とドライブ装置４との間で異なる通信プロトコルを有する通信インターフェースを相互に変換して、データの送受信を可能にする。
【００３３】
そして、インターフェース装置３は、電動機保護機能３ｄおよびリレー３ｅを備えている。そのため、更新前後において、ドライブ装置４が電動機保護機能を搭載していない場合であっても、リレー３ｅを介して、電動機保護センサ１０等のデータを取得して、必要な電動機６の保護を実現することができる。
【００３４】
また、インターフェース装置３は、リレー３ｅを備えることによって、ドライブ装置４や電動機６の更新によって変更されたセンサ数や仕様に応じて主幹制御装置１のリレー盤１２を改造することなく、主幹制御装置１やドライブ装置４にデータを送受信することができる。
【００３５】
さらに、インターフェース装置３は、データログ機能３ｇを備えているので、ドライブ装置４や電動機６の異常時や故障発生時の各センサや駆動電流のデータ等を時系列で出力することができるので、迅速な故障解析に役立てることができる。
【００３６】
本実施形態のインターフェース装置３の効果について、比較例のドライブシステムと比較しつつ説明する。
図３は、比較例のドライブシステムの更新を説明するための模式図である。
図４は、実施形態のインターフェース装置を含むドライブシステムの更新を説明するための模式図である。
図３に示すように、比較例における更新前のドライブシステム２００は、主幹制御装置１と、ドライブ装置２０４と、電動機２０６と、を含む。この例では、単一の通信プロトコルを有する通信インターフェースを用いて、主幹制御装置１とドライブ装置２０４との間でデータの送受信を行う。同一の通信プロトコルにしたがう通信インターフェースを有していれば、他のドライブ装置を複数台接続することができる。そして、ドライブ装置２０４には、電動機保護機能が搭載されている。また、このドライブ装置２０４には、センサや周辺機器等、電動機保護のための複数のリレー２０４ｂが設けられている。
【００３７】
この例では、ドライブ装置２０４は、電動機保護センサのデータを、ドライブ装置２０４のリレー２０４ｂによって取得し、ドライブ装置２０４の電動機保護機能によって電動機の保護動作を実現する。ドライブ装置２０４は、リレー２０４ｂを介して、ＭＣＣ盤５の内部ユニット５ａを制御し、ファン用電動機を介して、ファンを駆動する。
【００３８】
この例の更新では、ドライブ装置および電動機が更新対象となる。更新後のドライブシステム３００は、異なる通信プロトコルを有する通信インターフェースを有するドライブ装置に接続するため、主幹制御装置３０１とドライブ装置３０４との間にゲートウェイ装置３０３が設けられている。
【００３９】
ここで、この例では、ゲートウェイ装置３０３は、伝送基板３０３ｂやＰＬＣ３０３ｃを含むが、ハードワイヤによる接続のためのリレーを有しておらず、また、電動機の保護機能も有していない。また、更新後のドライブ装置３０４も少数のリレー３０４ｂしか備えていない。
【００４０】
そのため、主幹制御装置３０１のリレー盤を改造して、ＭＣＣ盤５や電動機保護センサ等の接続のためのリレーを増設し、新たなリレー盤３１２とする必要がある。また、更新されたドライブ装置３０４に電動機の保護機能を後発的に搭載することは、技術的に困難であるため、電動機保護機能３１１ｅは、主幹制御装置３０１のＰＬＣのプログラムとして搭載する必要がある。この際に、たとえば主幹制御装置３０１のＰＬＣのプログラムの変更規模が大きくなる場合には、修正、改造の工数が大幅に増大する懸念がある。たとえば、変更後のプログラムサイズが大きくなりすぎ、既存のＰＬＣでは、処理が困難になる場合には、ＰＬＣ自体を増設したり、変更したり、と改造規模が拡大するおそれがある。
【００４１】
図示しないが、ドライブ装置３０４は、データログ機能を有している場合があるが、この例では、ドライブ装置３０４が電動機保護センサやＭＣＣ盤とは接続されていないので、ドライブ装置３０４は、これらのセンサのデータ以外のデータを収集する。主幹制御装置３０１のＰＬＣは、電動機保護センサやＭＣＣ盤に関するセンサにリレー盤３１２を介して接続されているので、これらのデータを収集することができる。しかし、これらのデータを同じ時間軸で並べて、時系列のデータとして扱うためには、データの再構成をする必要がある。したがって、ドライブシステムに故障等の問題を生じた場合に、故障解析等に長時間を要するおそれがある。
【００４２】
図４に示すように、本実施形態のインターフェース装置３を備えたドライブシステム１００では、インターフェース装置３がゲートウェイ機能３ａを備えているので、異なる通信プロトコルを有する通信インターフェースのドライブ装置であっても、接続してデータの交換等を行うことができる。
【００４３】
インターフェース装置３は、ＰＬＣ３ｃと、電動機保護機能３ｄと、リレー３ｅと、を備えているので、主幹制御装置１の改造なしに、ドライブ装置４、各種センサ、および各種周辺機器等をハードワイヤで電気的に接続することができる。
【００４４】
インターフェース装置３は、データログ機能３ｇを備えているので、ＰＬＣ３ｃ経由で各種センサのデータやドライブ装置４の駆動電流のデータ等を時系列で取得することができる。故障発生時等のこれらのデータを処理することによって、効率的で確実な故障解析を行うことができる。
【００４５】
以上説明した実施形態によれば、異なる機能、仕様のドライブ装置が混在するドライブシステムにおいて、主幹制御装置の改造を行うことなく、ドライブ装置の追加、更新を行うことができるインターフェース装置を実現することができる。
【００４６】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明およびその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１  主幹制御装置、３  インターフェース装置、３ａ  ゲートウェイ機能、３ｂ  伝送基板、３ｃ  ＰＬＣ、３ｄ  電動機保護機能、３ｅ  リレー、３ｆ  リレーボックス、３ｇ  データログ機能、４  ドライブ装置、４ａ  伝送基板、４ｂ  リレー、５  ＭＣＣ盤、５ａ  内部ユニット、６  電動機、７  ファン用電動機、８  ファン、９  速度検出器、１０  電動機保護センサ、１１  ＰＬＣ盤、１１ａ  通信機器、１１ｂ  ＰＬＣ、１１ｃ  Ｉ／Ｏカード、１１ｄ  伝送基板、１２  リレー盤、１２ａ  リレー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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