JPH07294578A - 電磁機器のオンライン診断方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 励磁電流が歪んでいても電磁機器を誤診断す
ることなくオンラインでその健全性を診断する。 【構成】 駆動回路1は、スイッチング素子1aとその開
閉を制御するSW制御部1bにより電源3からの励磁電流Ir
をオン・オフし、励磁コイル2aと弁2からなる電磁機器2
を駆動する。診断回路4のテスト信号発生回路42は、検
出器41で検出した電流検出信号Idをもとにテスト信号の
印加タイミングを判断し、微分回路43は検出信号Idを微
分し、その出力である微分信号Diを判定回路44に出力
し、判定回路44は、微分信号Diがテスト信号印加時に予
め定めた基準レベルを超えるか否か判定し、結果Soを出
力する。微分信号Diの最大レベルが、テスト信号印加時
に基準レベルを超え、非印加時に基準レベル未満となる
ようにテスト信号Stを印加すると、励磁電流Irが歪んで
も、判定回路は微分信号Diが基準レベルを超えたか否か
を確実に判定でき、誤診断が防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電磁リレ−や電磁開閉器
等の電磁機器をオンラインで診断する方法及びその装置
に係り、特に、電磁機器の励磁電流に歪みがあっても誤
診断することのない電磁機器のオンライン診断方法及び
その装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】原子力プラントをはじめとする各種の発
電プラント、鉄鋼プラント、化学プラント等において
は、電磁リレ−や電磁開閉器等の電磁機器が多く使用さ
れている。通常これらの電磁機器は待機状態で使用され
ており、動作要求が発生したときに動作させる所謂「待
機用」としての使用方法が多い。このような場合、動作
させるべきときに本当に動作するか否かを、その電磁機
器を動作させずに事前に把握することは、プラントの安
全運転上重要なことである。そのため、電磁機器をオン
ラインで診断することが強く要望されている。

【０００３】一般に電磁機器やその駆動回路は、電磁機
器へ供給する励磁電流を断続することより電磁機器の動
作を制御している。このため、電磁機器を診断する場
合、励磁電流を流すル−トに設けた断続用のスイッチン
グ素子の健全性を確認することが重要である。

【０００４】このような診断の公知例として、特開平3
ー96871号公報記載のオンライン診断装置がある。この
従来技術を、図13(a）に示す。電磁機器2の駆動回路1
は、電源3からの交流電流の断続を行い、励磁コイル2a
及び弁2bからなる電磁機器2を駆動する。駆動回路1を診
断するときには、スイッチング素子1aの接点が短時間だ
け開くようなパルス幅のテスト信号Stを印加する。この
テスト信号Stのパルス幅は、弁2bの動作応答時間よりも
短い時間としているため、実際に弁2bが動作することは
ない。従って、プラントの制御に影響を与えることな
く、電磁機器や駆動回路をオンラインで診断できる。

【０００５】この従来技術における具体的な信号波形を
図13(b)(c)に示す。交流電源3は、一般商用の電源であ
るため、ここから供給される励磁電流Irは正弦波であ
る。テスト信号Stが論理0である時を印加状態とする
と、スイッチング素子1aが正常なときには、テスト信号
Stを印加することによって、スイッチング素子1aの接点
が開き、交流電源3からの励磁電流Irは流れなくなる。
そのため、図13(b)のようにテスト信号St印加時に電流
検出信号Idの正弦波形は、一時的にレベルの上昇が止み
フラットになる。このフラットになるまでは、レベルシ
フト信号Slsのレベルが遅延信号Sdrのレベルより大きい
が、フラットになったことにより二つの信号レベルの大
小関係は反転している。一方、スイッチング素子1aの接
点が閉側に固着する閉故障である場合には、スイッチン
グ素子1aはテスト信号Stに応答せず、接点は開かない。
そのため図13(c)に示すようにテスト信号St印加時に電
流検出信号Idは断たれることがなく正弦波には変化はな
く、レベルシフト信号Slsと遅延信号Sdrのレベルの大小
関係は反転しない。そこでこの従来技術では、テスト信
号印加時のレベルシフト信号Slsと遅延信号Sdrのレベル
の大小関係を検出することで、電磁機器の健全性の診断
を行っている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】電磁機器は、ソレノイ
ドに励磁電流を流すことで生じる磁力により弁を動作さ
せる。この励磁電流は、ヒステリシス及び磁化飽和現象
といった磁性材料の磁化特性により、歪む。励磁電流と
磁化特性の関係については「電気機器工学」(尾本義一ほ
か３名著 電気学会、昭和39初版発行)で詳しく述べら
れている。励磁電流が歪んでいると、励磁電流を検出し
た電流検出信号Idも歪んでおり、図14のような波形とな
る。電流検出信号が図示のように歪んでいると、スイッ
チング素子の接点が開かないにもかかわらず、その遅延
信号Sdrとレベルシフト信号Slsのレベルの大小関係は、
t0〜t6の各時刻で反転してしまうことがある。ここで、
テスト信号が時刻t1，t5に印加されたとすると、診断回
路は信号Sdrと信号Slsのレベルの反転を検出して、これ
を診断結果として出力してしまう。即ち、励磁電流の歪
みの程度により、診断回路は、スイッチング素子が閉故
障しても、遅延信号とレベルシフト信号の大小関係が
「正常」であるために閉故障を検出することができな
い。

【０００７】このような誤診断を防止するため、上述し
た従来技術では、レベルシフト量や遅延時間を調整する
必要がある。しかし、磁化特性は電磁機器固有のもので
あり同一型式の電磁機器でも特性バラツキのため必ずし
も同じ歪にならないので、電磁機器毎にこれらの調整を
行う必要があり、面倒であるという問題がある。

【０００８】本発明の目的は、電気機器の特性バラツキ
を考慮することなく、しかも励磁電流に歪みが生じてい
ても誤診断することのないオンライン診断方法及びその
装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的は、電磁機器に
流れる励磁電流の大きさが零でない所要レベルとなるタ
イミングで該励磁電流を前記電磁機器が動作しない時間
幅だけ零とするテスト信号を印加し、前記電磁機器に流
れる励磁電流を検出すると共に該検出信号を微分し、微
分した信号中に前記テスト信号印加時に予め定めたしき
い値を越える信号があるか否かにより電磁機器の健全性
を判定することで、達成される。

【００１０】また、上記の微分した信号中にテスト信号
印加時に予め定めたしきい値を越え且つ所要時間継続す
る信号があるか否かにより電磁機器の健全性を判定する
ことでも、達成される。

【００１１】

【作用】上記のタイミングでテスト信号を印加すると、
テスト信号印加時に励磁電流は所要レベルが零に急峻に
変化する。従って、この励磁電流の微分を取ると、テス
ト信号印加時の微分信号はあるしきい値レベル以上とな
る。電磁機器に閉故障が発生していると、テスト信号を
印加しても励磁電流は零とはならないので、その微分信
号もしきい値レベルを越えることはないが、電磁機器が
正常であれば、微分信号はしきい値レベルを超えるの
で、誤診断することはない。また、この検出方法は、電
磁機器の特性バラツキに依存するパラメータは利用して
いないため、励磁電流に歪みが生じていてもその悪影響
は受けない。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。図1は、本発明の一実施例に係る電磁機器のオ
ンライン診断装置の基本構成図である。このオンライン
診断装置は、診断対象たる電磁機器2及びその駆動回路1
と、診断回路4から成る。電磁機器2は、励磁コイル2a及
び弁2bで構成されている。駆動回路1は、電源3からの交
流電流すなわち電磁機器2の励磁電流Irを断続するスイ
ッチング素子1aと、スイッチング素子1aの開閉動作を制
御するSW制御部1bとで構成されている。

【００１３】SW制御部1bは、上位の制御装置からの駆動
指令信号Sdと、診断回路4からのテスト信号Stを入力
し、これらの信号の論理によってスイッチング素子1aの
開閉を制御するSW制御信号Scを出力する。SW制御信号Sc
の論理は、駆動指令信号Sdとテスト信号Stのいずれかが
論理0であるときに論理を0としてスイッチング素子1aの
接点を開き、論理1であればスイッチング素子1aの接点
は閉じるようになっている。また、テスト信号Stは、非
診断時には論理1、診断実行時には論理0としている。こ
こで、テスト信号Stの論理を0とすることをテスト信号
印加と定義する。テスト信号Stは、診断回路4のテスト
信号発生回路42から供給する。

【００１４】診断回路4では、スイッチング素子1aに流
れる励磁電流Irを電流検出器であるカレントトランス41
で検出し、その出力信号である電流検出信号Idを微分回
路43、テスト信号発生回路42に入力する。微分回路43
は、電流検出信号Idを微分する回路であり、微分した微
分信号Diを判定回路44に出力している。判定回路44は、
微分信号Diの他にテスト信号Stを入力し、テスト信号St
印加時における微分信号Diのレベルがあらかじめ定めた
基準レベルVthを超えるか否かによりスイッチング素子1
aの健全性を判定し、その結果Soを出力する。以下、詳
細を説明する。

【００１５】図2は、診断回路4の主要部分の信号波形図
である。図1の電源3からの交流電流すなわち励磁電流Ir
は正弦波であるが、電磁機器2を接続することにより、
電磁機器2の磁化特性の影響で、図2(a)(b)の電流検出信
号Idのように、歪んだ波形となる。図2(a)はスイッチン
グ素子1aが正常なときの波形であり、時刻T1からT2にテ
スト信号を印加している。スイッチング素子1aは、論理
0のSW制御信号が入力されると接点を開くため、テスト
信号Stが印加されてる間だけオフ状態となり、励磁電流
の流路が遮断される。そのため、図2(a)の電流検出信号
Idは、時刻T1からT2まで間ゼロとなる。また、テスト信
号Stを印加しなかった場合は、電流検出信号Idはゼロと
はならず、時刻T1の一周期前である時刻T0のようにな
る。

【００１６】このような電流検出信号Idを微分回路43に
入力すると、図2(a)の微分信号Diが得られる。微分信号
Diにおいては、テスト信号Stが印加された時刻T1で、レ
ベルVbのインパルス状のピークが発生する。ここで、テ
スト信号St非印加時の最大レベルVaよりも高く、かつレ
ベルVbより低いレベルVthを基準レベルとすると、テス
ト信号Stに応答して発生するピークのレベルは必ず基準
レベルVthを超える。一方、図2(b)は、スイッチング素
子1aが閉故障しているときの波形を示しているが、時刻
T1'にテスト信号Stが印加されているにもかかわらず、
スイッチング素子1aの接点が閉じたままになっているた
め励磁電流はオフとはならず、電流検出信号Idはゼロと
ならない。そのため、この時の微分信号Diには図2(a)の
ようなピークは発生していない。従って、微分信号 Di
は基準レベルVthを超えることはない。このように、テ
スト信号St印加時の微分信号Diの最大値が基準レベルVt
hを超えるか否かを判定回路44で判定する。

【００１７】図3は、微分回路43と判定手段44の具体的
構成図である。微分回路43は、コンデンサ43aと抵抗43b
による一般的な構成である。微分回路43においては、微
分信号Diの最大値が、テスト信号Stを印加しないときよ
り、印加したときに大きくなるようにコンデンサ43aの
容量と抵抗43bの抵抗値のパラメータを以下のように設
定すればよい。励磁電流Irは、一般商用電源である交流
電源3から供給されているため、50Hzまたは60Hzの低周
波信号であり、この微分値である微分信号Diの周波数成
分も50Hzまたは60Hzと変わらない。一方、テスト信号St
を印加したときの電流検出信号Idの変化は急激であり、
このときの微分信号Diは図2(a)の時刻T1のようにインパ
ルス状の信号となり、高周波成分が主となる。そのた
め、微分信号Diに対して、低周波を抑制し高周波を通過
させればテスト信号St非印加時の最大レベルVaは低くな
り、相対的にテスト信号St印加時のピーク値Vbは大きく
なる。これを実現するためにハイパスフィルタが有効で
ある。従って、コンデンサ43aと抵抗43bで構成する微分
回路43にハイパスフィルタの特性を持たせるため、次の
数１に示すようにコンデンサ43aのインピーダンスを抵
抗43bの抵抗値よりも大きくする。

【００１８】

【数１】

【００１９】例えば、電源3から供給される励磁電流の
周波数が50Hzであるときに数１のインピーダンス比を1:
15とし、回路への適合性を考慮して抵抗値Ｒを10kΩと
した場合は、コンデンサの容量を約0.021μFとすること
が望ましい。

【００２０】次に、判定回路44について述べる。判定回
路44は、比較器44a、基準レベル発生用の直流電源44b、
テスト信号Stの論理値を反転するNOTゲート44d、及び比
較器44aとNOTゲート44dの論理積をとるANDゲート44cで
構成する。比較器44aは、演算増幅器を用いた一般的な
ものであり、二つの入力のうち一方に微分信号Di、他方
に基準レベルVthを加え、微分信号Diのレベルが基準レ
ベルVthを超えた場合に論理1を出力し、微分信号Diのレ
ベルが基準レベルVthに達しない場合には論理0を出力す
る。従って、図4(a)に示すように、スイッチング素子1a
が正常なときには、テスト信号St印加時に微分信号Diの
ピーク値が基準レベルVthを超える。そのため、時刻T1
で比較器44aの出力信号Scmpは論理1となる。そこで、信
号Scmpとテスト信号Stの論理を反転した信号との論理積
をANDゲート44cでとると、診断結果Soは時刻T1で論理1
となる。

【００２１】一方、スイッチング素子1aが閉故障である
ときには、図4(b)のように微分信号Diのレベルは基準レ
ベルVthを超えないため、信号Scmpは論理1とはならな
い。従って、テスト信号Stとの論理積をとっても判定結
果Soは論理1とはならず、スイッチング素子1aが正常な
ときとは明らかに異なる論理値を得ることができる。図
3の判定回路44では、比較器44aを微分信号Diが基準レベ
ルVthを超えると論理1を出力するようにしたが、これと
は逆の論理とした場合には、テスト信号St印加時に信号
Scmpとテスト信号Stの論理和をとればよい。これによっ
て診断結果S0は、スイッチング素子1a正常時で論理0、
スイッチング素子1a閉故障時で論理1となる。

【００２２】次に、テスト信号発生回路42について説明
する。テスト信号発生回路42は、微分信号Diにおけるテ
スト信号St印加時のピーク値と、テスト信号St非印加時
の最大値とのレベル差が大きくなるようなタイミング
で、テスト信号Stを印加する必要がある。このレベルの
差が最も大きくなるのは、電流検出信号Idが極値となる
タイミングであるが、電流検出信号Idがゼロであるとき
には上述のレベル差はほとんど生じない。このことか
ら、テスト信号Stは、電流検出信号Idがゼロ、あるいは
ゼロに近い値となるタイミングを避けて印加すべきであ
る。これを実現するテスト信号発生回路42の基本構成を
図5(a)に示す。

【００２３】図5(a)において、テスト信号発生回路42は
電流検出信号Idを取り込み、この電流検出信号Idを基準
電圧Vxと比較することで、テスト信号Stを印加するタイ
ミングを検出し、これをもとにタイミング信号Ttを生成
する。タイミング信号Ttは、上位制御装置またはユーザ
によって与えられるテスト指令信号Teが入力されたと
き、テスト信号Stとして出力される。

【００２４】テスト信号発生回路42の具体的な動作を述
べる。図5(a)のタイミング検出回路42aは、一定周期の
交流信号である電流検出信号Id、即ち励磁電流Irの値が
周期的に変化することから、電流検出信号Idがあらかじ
め設定した値になったか否かを検出する。その検出に
は、ボルテージコンパレータ42aを用いる。ボルテージ
コンパレータ42bは、基準電圧としてレベルVxが設定さ
れており、電流検出信号IdとレベルVxを比較した結果を
信号Tvとして遅延処理部42cに出力する。遅延処理部42c
では、信号Tv対して遅延・出力頻度の調整等の処理を行
い、テスト信号St印加のタイミングであることを示すタ
イミング信号Ttを出力する。例えば、ボルテージコンパ
レータ42bは、電流検出信号IdがレベルVx以上のときに
は論理1を、電流検出信号IdがレベルVx未満のときには
論理0を出力する。従って、図5(b)に示すように、信号T
vは時刻T1からT2、T3からT4、T5からT6、T7からT8に論
理0となっている。

【００２５】次に、遅延処理部42cで、時刻T2とT1の差
分だけ時間を遅延させ、電流検出信号Idの2周期に1回の
頻度でパルス幅Tdのテスト信号を印加するようする。そ
の結果、タイミング信号Ttは時刻T2、T6で論理0とな
る。このタイミング信号Ttは、出力部42dを介してスイ
ッチング素子1aのSW制御部1b、及び判定回路44に出力さ
れる。出力部42dには、テスト指令信号Teの有無によっ
てテスト信号Stを出力するか否かを決定するような論理
ゲートを用いれば良い。例えば、出力部42dをORゲート
とした場合は、テスト指令信号Teが論理0であるときに
テスト信号Stを出力する。

【００２６】これまでは、判定回路での基準レベルVth
を図4で示したレベルVaとVbの間に設定して、微分信号D
iがテスト信号St印加時にVthを超えるか否かで判定した
が、他に基準レベルをVaと０Vに設定して判定する方法
も考えられる。これは、テスト信号St印加時の微分信号
Diが、ピーク値Vbまで達した後もテスト信号印加中は励
磁電流がゼロであるため、その微分信号Diのレベルも必
ず０Vまで低下することを利用している。このような判
定をする場合は、判定回路44は図3の構成とし、比較器4
4aの基準電圧を図4に示すVth1にすればよい。この場合
の判定回路44の比較器44aの出力信号Scmpは、図4(a)の
時刻TaからT2まで論理1となり、テスト信号の反転信号
との論理積をとることによって、診断結果Soは信号Scmp
と同じタイミングで論理1となり、スイッチング素子が
正常であることを示す。一方、スイッチング素子が異常
であれば、テスト信号Stを印加しても微分信号DiはVth1
以下にならない。そのため、信号Scmpは論理1となら
ず、診断結果Soの論理は0である。このように、判定回
路での基準レベルをVaと０Vの間であるVth1とした場合
でも駆動回路の診断は可能である。

【００２７】以上述べたように、テスト信号印加時に電
流検出信号の微分値のピーク値が判定回路44で定めた基
準レベルを超えたか否か、あるいはピーク値から０Vに
低下する際に基準レベル以下となるか否かを判定して、
駆動回路1の健全性を診断する図1の実施例を実現するこ
とができる。

【００２８】次に、二値化手段を用いた実施例について
述べる。この例は、微分信号Diにノイズが重畳した場合
の誤診断を防止できる特徴を有している。その構成を図
6に示す。図6は、図1の微分回路43の後段に組み入れる
構成としている。微分回路43の出力信号である微分信号
Diを二値化回路45に入力し、二値化回路45の出力信号で
ある二値化信号Snを判定回路44で取り込んで、スイッチ
ング素子1aの健全性を判定する。この実施例での判定方
法について詳細に説明する。

【００２９】二値化回路45は、微分信号Diのレベルに応
じて二つの論理値を発生させる。ボルテージコンパレー
タ45aは、微分信号Diのレベルが直流電源45bによる基準
レベルVthを超えたか否かにより、二値化信号Snを論理0
または論理1として出力する。判定回路44は、二値化信
号Snが論理1あるいは論理0となっている時間を計測し、
その時間によりスイッチング素子が正常か否かを判定す
る。判定回路44は、クロック発生回路44hと比較回路44i
で構成される。クロック発生回路44hは、抵抗、コンデ
ンサ、コイルを組み合わせた一般的な発振回路であり、
水晶発振回路、マルチバイブレータ等を考えることがで
きる。比較回路44iは、カウンタ44k、タイミング回路44
m、及びアンドゲート44nから構成する。タイミング回路
44mとアンドゲート44nは、テスト信号St印加時にのみカ
ウンタ44kの出力を診断結果Soとして得るためのタイミ
ング調整に用いる。

【００３０】二値化回路45と比較回路44iの動作を図7の
信号波形を用いて述べる。なお、図7は、スイッチング
素子が正常であるときの信号波形である。二値化回路45
では、微分信号Diがボルテージコンパレータ45aの基準
レベルVthを超えたときに論理1、微分信号Diが基準レベ
ルVthを超えないときには論理0を出力する。そのため、
時刻T1にテスト信号Stが印加されたことによりピークが
発生した微分信号Diは基準レベルVthを超え、この間、
二値化信号Snは論理1となる。二値化信号Snは、カウン
タ44kの計数動作を制御するイネーブル信号として用い
る。カウンタ44kは、半導体ICを利用すると簡易な構成
となる。ここでは、カウンタ44kは、外部から与えられ
るリセット信号Rsが論理1、かつイネーブル信号が論理1
であるときにクロック信号Sclを計数するものとする。
そのため、微分信号Diが基準レベルVthを超えている期
間は、二値化信号Sn即ちイネーブル信号が論理1となる
ため、カウンタ44kはクロック信号Sclを計数する。

【００３１】図1の実施例でも述べたように、テスト信
号Stは電流検出信号Idの変化に同期して決まったタイミ
ングで印加される。従って、テスト信号印加によって微
分信号Diに生じるピークのレベル、パルス幅は、常にほ
ぼ一定の値となる。従って、二値化信号Snが論理1であ
る期間に計数するクロック信号のパルス数も一定とな
る。図6に示したカウンタ44kは、クロック信号Sclを4パ
ルス計数するとカウンタ出力信号Scoを論理1とするよう
に設定している。図7では、時刻T0にリセット信号Rsの
論理が1となり、カウンタ44kは待機状態となる。次に、
時刻T1においてテスト信号Stが印加された結果、微分信
号Diにピークが生じ時刻T2までの期間は基準レベルVth
を超え、その期間の二値化信号Snは論理1となった。こ
のためカウンタ44kは計数動作を開始し、クロック信号S
clを4パルス計数した時点でカウンタ出力信号Scoを論理
1として出力する。

【００３２】一方、タイミング回路44mは、入力したテ
スト信号Stの論理を反転し、かつ時間的なシフトを行っ
て、時刻T2からT3の間に論理1となるテストタイミング
信号Sttを出力する。アンドゲート44nは、テストタイミ
ング信号Sttとカウンタ出力信号Scoを入力して、両信号
の論理積をとり、その結果を診断結果Soとして出力す
る。このため、スイッチング素子1aが正常であるときの
診断結果Soは、時刻T2からT3の間に論理1となる。スイ
ッチング素子が閉故障であるときには、テスト信号Stを
印加しても微分信号Diにピークが発生しないため、カウ
ンタ44kのイネーブル信号である二値化信号Snは論理1に
ならず、カウンタ44kは計数動作をしない。従って、カ
ウンタ出力信号Scoの論理は0を維持するので、アンドゲ
ート44nの出力である判定結果Soは論理0である。

【００３３】以上述べたように、診断結果Soは、スイッ
チング素子1aが正常であれば論理1、閉故障であれば論
理0となる。この診断結果Soの論理を一般的なラッチ回
路で任意の時間保持し表示装置で表示すれば、診断結果
を確認し易くなる。また、二値化回路45、比較回路44i
の論理値は、用いるカウンタ、ゲート等の素子によって
反転しても実現可能なことは容易に考えられる。これま
で述べたように、図6の実施例では微分信号Diが基準レ
ベルVth以上となる時間を計測してテスト信号St印加に
より発生したピークであるか否かを判定しているため、
パルス幅の短いノイズが微分信号Diに重畳した場合に、
ノイズによる誤った判定を防止することができる。

【００３４】次に、マイクロコンピュータを用いた診断
の例について説明する。図8(a)にマイクロコンピュータ
による診断回路の実施例を示す。電流検出手段41は、図
1と同様にカレントトランスを用い、その出力信号Idを
ディジタル化回路46に取り込む。ディジタル化回路46
は、電流検出信号Idをディジタルに変換した変換信号Id
dをマイクロコンピュータ47に出力する。マイクロコン
ピュータ47は、変換信号Iddに対してプログラムされた
診断処理を行い、その結果Soを出力する。以下、具体的
に述べる。

【００３５】ディジタル化回路46は、アナログ信号をデ
ィジタル信号に変換するため、サンプルホールド回路46
aとアナログ/ディジタルコンバータ46bを用いる一般的
な構成である。マイクロコンピュ−タ47は、図8(b)に示
すようにＣＰＵ47a、ディジタル入力部47b、ディジタル
出力部47c、メモリ47d、バス47eで構成する。この構成
において、ディジタル入力部47bは変換信号Iddとテスト
信号Stを入力する。メモリ47dはプログラムとデータを
記憶しており、ＣＰＵ47aはプログラムに従って動作す
る。診断処理の起動は、外部からの起動指令によって行
う。起動指令は、操作者が駆動回路の診断を行うときに
診断回路に与え、ＣＰＵ47aに対して、直接またはバス4
7eを介して印加する。以下、図９に示したプログラムの
処理フローの処理段階(図9中にstep Noで示す)を追って
説明する。

【００３６】step1で起動指令が印加された後、マイク
ロコンピュータ47は、step2でディジタル入力部47bより
変換信号Iddを取り込み、step3で変換信号Iddのレベル
と時間変化からテスト信号Stを出力するタイミングであ
るか否かを判定する。このタイミングの判定は、前述し
たようにテスト信号St印加時における電流検出信号Idの
微分値にピークが発生するようなタイミングを検出する
処理である。ここでは、該当するタイミングを検出する
まで変換信号Iddの取り込みと判定を続ける。タイミン
グを検出すると、step4でディジタル出力部47cからテス
ト信号Stを出力し、step5で変換信号Iddを取り込み、st
ep6で取り込んだ変換信号Iddを微分する。

【００３７】step6の微分処理では、テスト信号Stが印
加された瞬間に微分値が無限大になりＣＰＵ47a内のレ
ジスタがオーバーフローすることを防止するため、オー
バーフローしない範囲内で数値的にリミッタを設ける。
上記のstep5とstep6は、ある一定時間繰り返して処理す
る。この一定時間とは、微分値のピークの立上りから立
ち下がりまでの時間にある程度のマージンを含めた時間
である。この時間は変換信号Iddを取り込む周期が一定
であることより、取り込み周期と取り込み回数との積で
求めることができるため、step7のように取り込んだ回
数を数えて、一定回数となったかを判断して繰り返すよ
うにしている。ここで一定回数の取り込みを終えたら、
step8の処理を実行する。

【００３８】step8では、微分値Didのレベルが基準レベ
ルVthを超えるか否かを判定する。ここで、微分値Didの
レベルが基準レベルVthを超えていない場合は、微分値D
idにピークが存在していないとして駆動回路異常(step1
0)と判定する。step8で微分値Didが基準レベルVthを超
えている場合には、駆動回路が正常であると判定できる
(step9)。また、変換信号Iddに外乱が含まれる可能性が
高い条件下では、誤診断することが考えられる。そのた
め、次のような処理を付加し、診断結果の信頼性を高め
ることも考えられる。

【００３９】この処理では、微分値Didのレベルが基準
レベルVthを超えている時間を求め、この時間を判定の
要素とする。それは、テスト信号印加により微分値Did
が基準レベルVthを超える時間が、おおよそ一定となる
ことを利用して、ノイズ等の外乱により微分値Didが短
い時間だけ基準レベルVthを超えた場合を除外する。こ
の判定に用いる時間は、取り込み周期と基準値Vthを超
えた微分値Didのデータ点数との積で求めることができ
るため、基準値Vthを超た微分値Didのデータ点数を数え
れば良い。このデータ点数が、図7に示したT1とT2の時
間に相当する取り込み回数(基準回数とする)であれば、
駆動回路は正常、データ点数が基準回数より少ない場合
には、駆動回路異常と判定する。この判定の基準回数に
ついては、取り込みやアナログ／ディジタル変換で生じ
る時間の誤差分を考慮して、ある程度のマージンを見込
んだ値とすれば、誤診断を一層防止できる。

【００４０】このように、一連の診断処理にマイクロコ
ンピュータを用いることによって、ハードウェア構成を
簡略化でき、かつ判定に用いる各種パラメータの変更が
プログラムの書替えで容易にできるため駆動回路の仕様
変更にも柔軟に対応できる特徴がある。

【００４１】マイクロコンピュータを用いた診断回路の
例としては図8の他に図10の例も考えられる。図10の実
施例は、微分回路とテスト信号発生回路をマイクロコン
ピュータと独立して設けている。電流検出のカレントト
ランス41の出力信号である電流検出信号Idを微分回路43
とテスト信号発生回路42に入力する。微分回路43及びテ
スト信号発生回路42は、図1の実施例で述べたものと同
じでよい。電流検出信号Idを微分回路43で微分した微分
信号Diは、図8と同様にサンプルホールドとアナログ／
ディジタルコンバータを用いたディジタル化回路46によ
ってディジタルの変換信号Didに変換される。この変換
信号Didをマイクロコンピュータ47によって診断処理す
る。マイクロコンピュータ47は図8(b)と同じ構成であ
り、変換信号Didとテスト信号発生回路42から出力され
るテスト信号Stを取り込み、ディジタル出力部47cから
診断結果Soを出力する。

【００４２】図11は、図9のマイクロコンピュータの処
理フローを示す図である。以下、各処理段階(step No)
を追って説明する。この処理の起動は、図8と同様に操
作者からの起動指令で行う。ＣＰＵ47aは、step1で起動
指令を受けると、step2でテスト信号Stが印加されるの
を待ち、テスト信号Stが印加された時から変換信号Did
を一定周期で取り込む(step3)。step4では、変換信号Di
dの取り込みが、あらかじめ定めた一定回数となるまでs
tep3の処理を繰り返すようにしている。この取り込み回
数は、励磁電流Irの半周期あるいは一周期に相当する回
数が考えられる。step4を終了したらstep5で、取り込ん
だ微分値Didのレベルを判定する。この判定の結果、微
分値Didが基準レベルVthを超えている場合には駆動回路
正常、微分値Didが基準レベルVthを超えていない場合は
駆動回路異常と診断する。また、図9の処理の説明で述
べたように、微分値Didのレベルが基準値Vthを超えた時
間を計測し、その時間を診断の要素に加えることも、ノ
イズによる誤診断を防止の点で有効である。この実施例
では、微分とテスト信号発生を専用の回路で処理するた
め、マイクロコンピュータの負荷を軽減でき、より高速
な診断処理が可能となる。

【００４３】マイクロコンピュータを用いた診断回路と
しては、テスト信号発生回路のみを専用の回路として用
い微分処理と診断の判定処理をマイクロコンピュータに
実行させる例、その反対として微分回路を専用の回路と
しテスト信号の発生と診断の判定処理をマイクロコンピ
ュータに実行させた例が考えられる。いずれも、図8の
実施例と図10の実施例との中間的なもので、動作は図8
と図10の実施例の動作から容易に類推できる。これら
は、マイクロコンピュータの負荷率や処理速度等、対象
となる駆動回路からのニ−ズによって使い分けすれば有
用である。

【００４４】図12は本発明の実施例を「2 out of 4」論
理で電磁機器を制御する駆動回路60に適用した例であ
る。図12の電磁機器2は、二つの励磁コイル2a1，2a2が
同時に無励磁状態になったときに弁2bが動作するデュア
ルソレノイド型であり、励磁コイル2a1，2a2は、それぞ
れ電源3a，3bから個別に励磁電流を供給されている。電
源3a側の励磁電流は四つのスイッチングユニット61，6
2，63，64を経て励磁コイル2a1に流れ、電源3b側の励磁
電流はスイッチングユニット65，66，67，68を経て励磁
コイル2a2に流れる。スイッチングユニット61は、スイ
ッチング素子1aとSW制御部1bからなり、スイッチング素
子1aの接点開閉はSW制御部1bからのSW制御信号Scによっ
て制御される。

【００４５】SW制御部1bの動作については、図1と同じ
で上位の制御装置からの駆動指令Sd1と診断回路1からの
テスト信号St1を入力してSW制御信号Scを出力する。他
のスイッチングユニット62〜68についても同様で、テス
ト信号St2〜St8が印加される。ここで、駆動回路60に
は、上位の制御装置から四つの駆動指令Sd1〜Sd4が出力
されるが、Sd1はスイッチングユニット61と67、Sd2はス
イッチングユニット62と68、Sd3はスイッチングユニッ
ト63と65、Sd4はスイッチングユニット64と66が印加さ
れる。これによって、四つの駆動指令のうち二つが論理
0となると励磁コイル2a1、2a2がともに無励磁となり弁2
bが動作する2 out of 4の多数決システムとなってい
る。

【００４６】このシステムの診断のために、各スイッチ
ング素子毎にカレントトランス41-1〜41-8を設け、電流
検出信号Id1〜Id8を得、各スイッチングユニットの診断
には、それぞれ独立した診断回路1〜8を用いる。各診断
回路は、図1、図6、図8、図10と同一の構成で実現可能
である。このように、本発明の実施例は、複数のスイッ
チング素子で構成した駆動回路への適用も容易に考えら
れる。

【００４７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、励
磁電流が歪んでいても誤診断せずに電磁機器やその駆動
回路の健全性の診断ができ、信頼性が一層高くなるとい
う効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る診断回路の基本構成図
である。

【図２】図1の診断回路主要部分の信号波形である。

【図３】図1の診断回路に用いる微分回路と判定回路の
構成図である。

【図４】図1の判定回路の信号波形である。

【図５】(a)は図1のテスト信号発生回路の構成図であ
り、(b)は(a)の信号波形である。

【図６】本発明の一実施例に用いる二値化手段を用いた
判定回路図である。

【図７】図6の判定回路の信号波形である。

【図８】(a)はマイクロコンピュータを用いた診断回路
の構成図であり、(b)はマイクロコンピュータの一構成
図である。

【図９】図8のマイクロコンピュータの処理フローであ
る。

【図１０】マイクロコンピュータを用いた診断回路の一
構成図である。

【図１１】図10の診断回路でのマイクロコンピュータの
処理フローである。

【図１２】本発明実施例を「2 out of 4」構成の駆動回
路へ適用した例を示す図である。

【図１３】従来の診断における故障検出方法の説明図で
ある。

【図１４】励磁電流の歪が大きい場合の信号波形とこの
信号波形を遅延させた波形及びレベルシフトさせた波形
を示す図である。

【符号の説明】

１…電磁機器の駆動回路、２…電磁機器、４…診断回
路、41…電流検出器、42…テスト信号発生回路、43…微
分回路、44…判定回路、45…二値化回路、47…マイクロ
コンピュータ、60…2 out of 4多数決論理で構成した駆
動回路。

フロントページの続き (72)発明者 鈴木 隆之 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 株 式会社日立製作所大みか工場内

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電磁機器にテスト信号を印加して該電磁
   機器を診断するオンライン診断装置において、電磁機器
   に流れる励磁電流を検出する電流検出手段と、該電流検
   出手段の出力信号を入力する微分手段と、該微分手段の
   出力信号が予め定めた基準レベル以上となるタイミング
   でテスト信号を電磁機器に印加するテスト信号発生手段
   と、テスト信号印加時の上記微分手段の出力信号の大き
   さと前記基準レベルとの比較結果に基づいて電磁機器の
   健全性を判定する判定手段とを備えることを特徴とする
   電磁機器のオンライン診断装置。
2. 【請求項２】 電磁機器にテスト信号を印加して該電磁
   機器を診断するオンライン診断装置において、電磁機器
   に流れる励磁電流を検出する電流検出手段と、該電流検
   出手段の出力信号を入力する微分手段と、上記電流検出
   手段の出力信号が予め定めた基準レベルとなったタイミ
   ングでテスト信号を印加するテスト信号発生手段と、テ
   スト信号印加時の上記微分手段の出力信号の大きさと前
   記基準レベルとの比較結果に基づいて電磁機器の健全性
   を判定する判定手段とを備えることを特徴とする電磁機
   器のオンライン診断装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２において、前記
   判定手段は、テスト信号印加時に微分手段の出力信号の
   大きさが前記基準レベルを超えたとき「正常」と判定す
   るものであることを特徴とする電磁機器のオンライン診
   断装置。
4. 【請求項４】 請求項１または請求項２において、前記
   判定手段は、テスト信号印加時に微分手段の出力信号の
   大きさが前記基準レベル以下のとき「異常」と判定する
   ものであることを特徴とする電磁機器のオンライン診断
   装置。
5. 【請求項５】 請求項１または請求項２において、前記
   判定手段は、テスト信号印加時に微分手段の出力信号の
   レベルが予め定めた基準レベルを超える時間幅を計測
   し、該時間幅の範囲によって電磁機器の健全性を判定す
   るものであることを特徴とする電磁機器のオンライン診
   断装置。
6. 【請求項６】 請求項１または請求項２において、前記
   判定手段は、テスト信号印加時に微分手段の出力信号の
   レベルが予め定めた基準値以下になる時間幅を計測し、
   該時間幅の範囲によって電磁機器の健全性を判定するも
   のであることを特徴とする電磁機器のオンライン診断装
   置。
7. 【請求項７】 電磁機器にテスト信号を印加して該電磁
   機器を診断するオンライン診断装置において、電磁機器
   に流れる励磁電流を検出する電流検出手段と、該電流検
   出手段の出力信号を入力する微分手段と、該微分手段の
   出力信号をそのレベルに応じて二つの論理値に変換する
   二値化手段と、上記電流検出手段の出力信号が予め定め
   たレベルとなったタイミングでテスト信号を印加するテ
   スト信号発生手段と、テスト信号印加時に上記二値化手
   段の出力が予め定めた論理値となるか否かにより電磁機
   器の健全性を判定する判定手段とを備えることを特徴と
   する電磁機器のオンライン診断装置。
8. 【請求項８】 請求項１乃至請求項７のいずれかにおい
   て、前記微分手段は、コンデンサと抵抗で構成され、微
   分値のレベルがテスト信号無印加時よりもテスト信号印
   加時に大きくなるようにコンデンサのインピーダンスを
   抵抗値よりも大きくしたことを特徴とする電磁機器のオ
   ンライン診断装置。
9. 【請求項９】 電磁機器にテスト信号を印加して該電磁
   機器を診断するオンライン診断装置において、上記電磁
   機器の励磁電流を検出する電流検出手段と、該電流検出
   手段の出力信号が予め定めたレベルとなるタイミングで
   テスト信号を出力するテスト信号発生手段と、上記電流
   検出手段の出力信号を微分しコンデンサと抵抗より成り
   コンデンサのインピ−ダンスが抵抗値より大きくなる構
   成の微分手段と、テスト信号印加時に上記微分手段の出
   力信号のレベルが予め定めた基準レベルを超えたか否で
   電磁機器の健全性を判定する判定手段とを備えることを
   特徴とする電磁機器のオンライン診断装置。
10. 【請求項１０】 電磁機器に流れる励磁電流を検出する
    電流検出手段を有し上記電磁機器にテスト信号を印加し
    て該電磁機器を診断するオンライン診断装置において、
    テスト信号の印加時に上記電流検出手段で得た電流検出
    信号の微分値の変化量に基づいて該電磁機器の健全性を
    判定する判定手段を備えることを特徴とする電磁機器の
    オンライン診断装置。
11. 【請求項１１】 請求項１乃至請求項１０のいずれかに
    おいて、テスト信号は電磁機器の駆動回路に印加し、電
    磁機器に流れる励磁電流は該駆動回路に流れる電流とし
    て検出する構成としたことを特徴とする電磁機器のオン
    ライン診断装置。
12. 【請求項１２】 電磁機器に流れる励磁電流の大きさが
    零でない所要レベルとなるタイミングで該励磁電流を前
    記電磁機器が動作しない時間幅だけ零とするテスト信号
    を印加し、前記電磁機器に流れる励磁電流を検出すると
    共に該検出信号を微分し、微分した信号中に前記テスト
    信号印加時に予め定めたしきい値を越える信号があるか
    否かにより電磁機器の健全性を判定することを特徴とす
    る電磁機器のオンライン診断方法。
13. 【請求項１３】 電磁機器に流れる励磁電流の大きさが
    零でない所要レベルとなるタイミングで該励磁電流を前
    記電磁機器が動作しない時間幅だけ零とするテスト信号
    を印加し、前記電磁機器に流れる励磁電流を検出すると
    共に該検出信号を微分し、微分した信号中に前記テスト
    信号印加時に予め定めたしきい値を越え且つ所要時間継
    続する信号があるか否かにより電磁機器の健全性を判定
    することを特徴とする電磁機器のオンライン診断方法。
14. 【請求項１４】 電磁機器に流れる励磁電流の大きさが
    零でない所要レベルとなるタイミングで該励磁電流を前
    記電磁機器が動作しない時間幅だけ零とするテスト信号
    を印加するテスト信号印加手段と、前記電磁機器に流れ
    る励磁電流を検出する電流検出手段と、該検出信号を微
    分する微分手段と、微分した信号中に前記テスト信号印
    加時に予め定めたしきい値を越える信号があるか否かに
    より電磁機器の健全性を判定する判定手段とを備えるこ
    とを特徴とする電磁機器のオンライン診断装置。
15. 【請求項１５】 電磁機器に流れる励磁電流の大きさが
    零でない所要レベルとなるタイミングで該励磁電流を前
    記電磁機器が動作しない時間幅だけ零とするテスト信号
    を印加するテスト信号印加手段と、前記電磁機器に流れ
    る励磁電流を検出する電流検出手段と、該検出信号を微
    分する微分手段と、微分した信号中に前記テスト信号印
    加時に予め定めたしきい値を越え且つ所要時間継続する
    信号があるか否かにより電磁機器の健全性を判定する判
    定手段とを備えることを特徴とする電磁機器のオンライ
    ン診断装置。