(57)【要約】【課題】必要最低限の装置にハードウェア等の故障や障害を検出する機能を持たせ、開発期間やコストを削減する。【解決手段】通常パラメータに基づいて演算処理する通常演算装置２と、通常パラメータを記憶する通常メモリ３と、安全パラメータに基づいて演算処理し、通常演算装置２との間で通信可能な安全演算装置４と、安全パラメータを記憶する安全メモリ５と、各演算装置２，４に接続され、通常パラメータ及び安全パラメータの設定、変更、表示を行うＰＣローダ７及び操作パネル６と、データの妥当性をチェックするデータ誤り検出手段８，９とを備え、ＰＣローダ７から送信された安全規格上の安全パラメータを、データ誤り検出手段８，９を介して操作パネル６により受信して表示させ、ＰＣローダ７及び操作パネル６に表示された安全パラメータが一致する時にその安全パラメータを妥当と判断して安全メモリ５に記憶させる。【選択図】図１
2013123275.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷を可変速駆動するための基本的制御に必要な通常パラメータに基づいて演算処理を行う通常演算装置と、
前記通常パラメータを記憶する通常メモリと、
負荷の運転を非常停止させるために必要な所定の安全規格上の安全パラメータに基づいて演算処理を行い、かつ、前記通常演算装置との間で通信可能な安全演算装置と、
前記安全パラメータを記憶する安全メモリと、
前記通常演算装置に接続され、前記通常パラメータ及び安全パラメータの設定、変更、表示を行う第１の設定表示装置と、
前記安全演算装置に接続され、前記通常パラメータ及び安全パラメータの設定、変更、表示を行う第２の設定表示装置と、
前記通常演算装置と第１の設定表示装置との間に設けられてデータの妥当性をチェックする第１のデータ誤り検出手段と、
前記安全演算装置と第２の設定表示装置との間に設けられてデータの妥当性をチェックする第２のデータ誤り検出手段と、
を備え、
第１または第２の設定表示装置のうち一方の設定表示装置により表示され、かつ送信された前記安全規格上の安全パラメータを、第１及び第２のデータ誤り検出手段を介して他方の設定表示装置により受信して表示させ、第１及び第２の設定表示装置に表示された安全パラメータが一致するときに当該安全パラメータを妥当なものと判断して前記安全メモリに記憶させることを特徴とする可変速駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載した可変速駆動装置において、
第１のデータ誤り検出手段及び第２のデータ誤り検出手段が、互いに異なる検出方式によって誤りを検出することを特徴とする可変速駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば電動機等の負荷を電力変換器により可変速駆動する可変速駆動装置に関し、特に安全機能として非常停止機能を備えた可変速駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図５は、電動機を可変速駆動する電力変換器に適用される従来の安全装置を示している。
図５において、１００は電力変換器であり、交流−直流−交流変換を行う主回路１１０と、制御基板１２０と、安全機能基板１３０とから構成されている。ここで、制御基板１２０及び安全機能基板１３０は安全装置１５０の構成要素にもなっている。
主回路１１０は、整流回路１１１、インバータ部１１２及び平滑コンデンサ１１３からなり、整流回路１１１はコネクタ１６１を介して交流電源に接続され、インバータ部１１２はコネクタ１６２を介して電動機に接続されている。
【０００３】
制御基板１２０は、マイコン等の演算手段１２１と、インバータ部１１２の半導体スイッチング素子に対するゲート信号を生成するゲート回路１２２と、ゲート遮断信号及び動作許可信号を出力する種別識別回路１２３とを備えている。演算手段１２１と外部との間では、電力変換器１００の運転・停止指令等の各種指令や速度検出信号、外部入出力信号がコネクタ１６３を介して授受されるようになっている。上記種別識別回路１２３は、制御基板１２０に接続される安全機能基板１３０の種別（安全規格）を識別するためのものである。
【０００４】
安全機能基板１３０は、例えば欧州安全規格ＩＳＯ１３８４９−１等に準拠した安全トルクオフ機能（電動機を非常停止させる機能）を備えており、ロジック回路等からなる演算手段１３１には、外部からコネクタ１６４を介し、安全関連系の指令として安全トルクオフ指令が入力される。
制御基板１２０と安全機能基板１３０とはコネクタ１６５によって接続されており、前記種別識別回路１２３と演算手段１３１との間では、種別識別信号及び安全トルクオフ指令等がコネクタ１６５を介して授受されるようになっている。
安全機能基板１３０は、上記安全規格に準拠したものに限定されず、各種の機能を有する安全機能基板がコネクタ１６５を介して制御基板１２０に接続可能である。
【０００５】
この従来技術では、種別識別回路１２３が、制御基板１２０に接続されている安全機能基板１３０の演算手段１３１に基準信号を送り、演算手段１３１は、安全機能基板１３０の種別識別信号を種別識別回路１２３に返信する。種別識別回路１２３は、返信された種別識別信号に基づき、当該基板１３０が予め決定された所定規格の安全機能基板であるか否かを識別する。その結果、所定規格の安全機能基板である場合には演算手段１２１に動作許可信号を送って主回路１１０による電力変換動作を許可し、そうでない場合にはゲート回路１２２にゲート遮断信号を送って演算手段１２１からの制御信号を強制的に遮断し、電力変換動作を停止させる。
これにより、不適切な安全機能基板が接続された状態での電力変換器１００の運転を未然に防止することができる。
【０００６】
また、安全機能基板１３０に、安全関連系の指令として外部から安全トルクオフ指令が入力されている場合には、演算手段１３１が種別識別回路１２３にこの安全トルクオフ指令を送り、種別識別回路１２３では、前記同様にゲート回路１２２にゲート遮断信号を送って演算手段１２１からの制御信号を強制的に遮断する。
これにより、制御基板１２０内の演算１２１が暴走または故障した場合でも、主回路１１０の動作を確実に停止させて電動機を非常停止させることが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−８６４２号公報（段落［００２２］〜［００３４］、図１等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
さて、前述した安全トルクオフ指令は、電動機を非常停止させて安全を確保するために必要な各種の安全パラメータに基づいて生成される。例えば、電動機の非常停止指令が制御装置に入力された場合、電動機の減速を開始し、その速度が所定速度に到達したら電動機をフリーランさせる場合の上記所定速度を「ＳＳ１レベル」とし、または、非常停止指令が制御装置に入力されてから所定時間経過後に電動機をフリーランさせる場合の上記所定時間を「ＳＳ１タイマ」とする安全動作が知られており、これらの「ＳＳ１レベル」や「ＳＳ１タイマ」は前記安全パラメータの一種である。
【０００９】
これらの安全パラメータの設定値（速度、時間等）は、必要に応じて適宜変更されるものであるが、演算装置や設定表示装置、記憶装置等のハードウェアやソフトウェアに様々な原因によって故障または障害が発生した場合には、安全パラメータがユーザの意図しない値に設定されてしまうことがあり、結果として適切な安全動作が実行されないおそれがある。
このため、従来では、上記の各種装置やソフトウェアに、故障や障害の発生検出機能を備える必要があり、設計ミス等を予防するためのプロセスに則ってこれらを開発しなければならなかった。
すなわち、従来では、ハードウェアやソフトウェアの異常を検出する機能を安全パラメータの設定、変更等に関連する全ての装置及びソフトウェアに備えなくてはならないため、開発期間が長期化すると共に、高コストになるという問題があった。
【００１０】
そこで、本発明の解決課題は、必要最低限の装置にハードウェア及びソフトウェアの故障や障害を検出する機能を持たせ、開発期間の短縮及びコストの低減を可能にした可変速駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、負荷を可変速駆動するための基本的制御に必要な通常パラメータに基づいて演算処理を行う通常演算装置と、
前記通常パラメータを記憶する通常メモリと、
負荷の運転を非常停止させるために必要な所定の安全規格上の安全パラメータに基づいて演算処理を行い、かつ、前記通常演算装置との間で通信可能な安全演算装置と、
前記安全パラメータを記憶する安全メモリと、
前記通常演算装置に接続され、前記通常パラメータ及び安全パラメータの設定、変更、表示を行う第１の設定表示装置と、
前記安全演算装置に接続され、前記通常パラメータ及び安全パラメータの設定、変更、表示を行う第２の設定表示装置と、
前記通常演算装置と第１の設定表示装置との間に設けられてデータの妥当性をチェックする第１のデータ誤り検出手段と、
前記安全演算装置と第２の設定表示装置との間に設けられてデータの妥当性をチェックする第２のデータ誤り検出手段と、を備え、
第１または第２の設定表示装置のうち一方の設定表示装置により表示され、かつ送信された前記安全規格上の安全パラメータを、第１及び第２のデータ誤り検出手段を介して他方の設定表示装置により受信して表示させ、第１及び第２の設定表示装置に表示された安全パラメータが一致するときに当該安全パラメータを妥当なものと判断して前記安全メモリに記憶させるものである。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載した可変速駆動装置において、第１のデータ誤り検出手段及び第２のデータ誤り検出手段が、互いに異なる検出方式によって誤りを検出するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、安全パラメータの設定、変更、表示を行う設定表示手段と、安全パラメータを演算手段に送信する経路に設けられるデータ誤り検出手段とを何れも冗長化することにより、安全パラメータの設定、変更等に関連する全ての装置やソフトウェアにハードウェアやソフトウェアの異常を検出する機能を備える必要がなくなる。また、設計ミス等を予防するためのプロセスに則ってハードウェアやソフトウェアを開発しなくても、安全規格に対応した適切な安全パラメータの設定、変更が可能であり、開発期間の短縮及びコストの低減が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態を示す構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態を示す構成図である。
【図３】本発明の第３実施形態を示す構成図である。
【図４】本発明の第４実施形態を示す構成図である。
【図５】従来技術を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図１は本発明の第１実施形態を示す構成図である。図１において、１は電力変換器等の可変速駆動装置であり、図示されていない電動機を駆動するためのものである。なお、半導体スイッチング素子のオンオフ動作により電力変換を行って電動機に所定の電圧を供給するための主回路等は、便宜的に図示を省略してある。
【００１６】
可変速駆動装置１は、通常演算装置２、通常メモリ３、安全演算装置４、安全メモリ５を備えている。
通常演算装置２は、通常パラメータや各種センサ（速度センサ、電流センサ、電圧センサ等）の出力信号に基づいて前記主回路の動作を制御し、電動機を可変速駆動するための各種演算を行うものであり、例えば、ＰＷＭ制御によって主回路の半導体スイッチング素子の駆動パルスを生成するための演算を実行する。ここで、前記通常パラメータとは電動機の制御方法、運転指令、加減速時間，トルク制限値等であって、電動機を可変速駆動するための基本的制御に必要なパラメータであり、これらの通常パラメータは通常メモリ３に記憶されている。
【００１７】
安全演算装置４は、安全パラメータや前記各種センサの出力信号に基づいて電動機の緊急停止に関連する処理を行うための各種演算を行うものであり、例えば、安全トルクオフ指令に従って電動機を減速させ、フリーラン状態とするための演算を実行する。ここで、安全パラメータには、所定の安全規格に基づく前述の「ＳＳ１レベル」や「ＳＳ１タイマ」が含まれており、これらの安全パラメータは安全メモリ５に記憶されている。
なお、通常演算装置２と安全演算装置４とは相互に通信可能となっている。
【００１８】
また、通常演算装置２及び安全演算装置４には、後述する操作パネル６を接続するためのコネクタ等の接続手段１０，１１がそれぞれ設けられている。
なお、接続手段１０は操作パネル６を通常演算装置２に接続するためのものであるが、操作パネル６をもっぱら安全演算装置４に接続する場合には通常演算装置２側の接続手段１０は不要になるので、図２に示す第２実施形態のように接続手段１０を省略することも可能である。
【００１９】
通常演算装置２には、第１のデータ誤り検出手段８を介して第１の設定表示装置としてのＰＣローダ７が接続され、安全演算装置４には、接続手段１１及び第２のデータ誤り検出手段９を介して、第２の設定表示装置としての操作パネル６が接続されている。
【００２０】
ここで、ＰＣローダ７は、通常パラメータ及び安全パラメータを可変速駆動装置１の外部から設定、変更し、表示するためのものであり、汎用のパソコンにローダ機能を持たせたものである。このＰＣローダ７と可変速駆動装置１との接続には、例えばＵＳＢ接続端子が用いられる。
また、操作パネル６も、通常パラメータ及び安全パラメータを可変速駆動装置１の外部から設定、変更し、表示するためのものであり、この実施形態では、例えばプログラマブル操作表示器（ＰＯＤ）を想定しているが、操作パネル６の代わりに、前記ＰＣローダ７とは別のＰＣローダを用いても良い。
操作パネル６及びＰＣローダ７は、パスワードロック機能を備えていることが望ましい。
【００２１】
データ誤り検出手段８，９は、例えばＣＲＣ（巡回冗長検査）やチェックＳＵＭ等の誤り検出方式を実現する手段である。この場合、二つの検出手段８，９の検出方式は同一であっても良いが、例えば第１のデータ誤り検出手段８がＣＲＣにより誤り検出を行い、第２のデータ誤り検出手段９がチェックＳＵＭにより誤り検出を行うように、二つの検出手段８，９の検出方式を異ならせても良い。
【００２２】
次に、第１，第２実施形態の動作を説明する。
これらの実施形態の特徴は、設定表示手段を冗長化してＰＣローダ７及び操作パネル６により安全パラメータ等の設定、変更、表示を可能にし、更に、冗長化したデータ誤り検出手段８，９により、データの伝送エラー等を検出可能にした点にある。
【００２３】
ここで、例えば欧州安全規格ＩＳＯ１３８４９−１に規定されている安全パラメータの変更手段は、以下の２点である。
（１）ハードウェア及びソフトウェアの故障及び障害に対して制御する手段
（２）安全パラメータの保全性を確認する通信データの誤り検出手段以外の適切な手段
上記（１）のうち、ハードウェアの故障及び障害に対して制御する手段に関しては、ＰＣローダ７及び操作パネル６により冗長化された設定表示手段により、故障や障害によって何れか一方の設定表示手段が機能を喪失しても、健全な他方の設定表示手段によって確実に安全パラメータの設定、変更及び表示を行うことができる。
また、上記（１）のうち、ソフトウェアの故障及び障害に対して制御する手段に関しては、冗長化したデータ誤り検出手段８，９により、故障や障害により何れか一方の検出手段がエラーを検出できなくても、健全な他方の検出手段によって確実にエラーを検出することができる。
【００２４】
前記（２）に関する適切な対策としては、一方の設定表示手段（ＰＣローダ７または操作パネル６）から送信した安全パラメータの保全性を確認する手段として、他方の設定表示手段（操作パネル６またはＰＣローダ７）にその安全パラメータを表示させることにより、当該安全パラメータが故障または障害によって意図しない不適切な安全パラメータとなっていることをユーザが確認可能である。
【００２５】
第１，第２実施形態の具体的な動作は、以下のとおりである。
まず、ＰＣローダ７から、この可変速駆動装置１に適した安全規格に基づく安全パラメータを通常演算装置２に送信し、その際にデータ誤り検出手段８が安全パラメータの妥当性をチェックする。通常演算装置２は、ＰＣローダ７から受信して妥当性をチェック済みの安全パラメータを安全演算装置４へ送信する。
次に、安全演算装置４は、接続手段１１を介して操作パネル６に安全パラメータを送信し、その際にデータ誤り検出手段８が安全パラメータの妥当性をチェックする。
【００２６】
ユーザは、ＰＣローダ７に表示されている安全パラメータと、操作パネル６に表示されている安全パラメータとを目視にて比較し、両者が一致することを確認してから、安全パラメータを安全メモリ５へ書込むための書込み操作をＰＣローダ７から行う。
これら一連の操作により、故障や障害によりユーザが意図しない安全パラメータが安全メモリ５に書き込まれないようにすることができる。
【００２７】
上記の動作は、操作パネル６から安全演算装置４に安全パラメータを送信し、安全演算装置４から通常演算装置２を介してＰＣローダ７に送信する場合も同様であり、ユーザは、操作パネル６に表示されている安全パラメータとＰＣローダ７に表示されている安全パラメータとが一致することを確認してから、安全パラメータを安全メモリ５へ書込むための書込み操作を操作パネル６またはＰＣローダ７から行えば良い。
【００２８】
なお、ＰＣローダ７から通常演算装置２に安全パラメータを送信するときに、例えばノイズ障害によって安全パラメータが意図しない値に変化していたとしても、その異常をデータ誤り検出手段８によって検出することができる。また、一方のデータ誤り検出手段８が異常を検出できない場合でも、他方のデータ誤り検出手段９が異常を検出することができ、あるいは、ＰＣローダ７に表示されている安全パラメータと操作パネル６に表示されている安全パラメータとの不一致から異常を検出することができる。
【００２９】
以上のように本実施形態によれば、安全パラメータの設定、変更、表示を行う設定表示手段をＰＣローダ７及び操作パネル６によって冗長化したことにより、一方のハードウェアに故障や障害が発生した場合でも、健全な他方のハードウェアによる処理によって適切な安全パラメータを安全メモリ５に保存し、この安全パラメータに従って安全動作を行わせることができる。
また、ソフトウェアの故障や障害、及び、これに起因した安全パラメータの不具合に対しても、冗長化されたデータ誤り検出手段８，９によりこれらの異常を検出することができる。
【００３０】
次いで、図３は本発明の第３実施形態を示す構成図である。
この実施形態は、図１の第１実施形態に対して、ＰＣローダ７及び操作パネル６の接続箇所を入れ替えたものであり、ＰＣローダ７が接続手段１１を介して安全演算装置４に接続され、操作パネル６が通常演算装置２に接続されている。
ＰＣローダ７及び操作パネル６は、本発明における設定表示手段としての機能はほぼ同様であり、この第３実施形態の動作は前述した第１実施形態から容易に類推可能であるため、説明を省略する。
なお、ＰＣローダ７をもっぱら接続手段１１を介して安全演算装置４に接続する場合には、通常演算装置２側の接続手段１０は不要になるので、図４に示す第４実施形態のように接続手段１０を省略してもよい。
【符号の説明】
【００３１】
１：可変速駆動装置
２：通常演算装置
３：通常メモリ
４：安全演算装置
５：安全メモリ
６：操作パネル
７：ＰＣローダ
８，９：データ誤り検出手段
１０，１１：接続手段
【図１】
2013123275.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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