JPH11201055A - 空気圧縮機制御装置のバックアップ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 最小限のコストで，故障率が低く信頼性の高
い空気圧縮機制御装置のバックアップ装置を提供する。 【解決手段】 空気圧縮機の運転に最低限必要な主制御
のみを行い得るように構成されたバックアップ回路をＣ
ＰＵと並列に接続し，上記ＣＰＵの異常時には，切替手
段により上記ＣＰＵと上記バックアップ回路の出力を切
り替えるように構成する。これにより，バックアップ回
路にＣＰＵを用いた場合と比べて部品点数を抑えること
ができ，信頼性の向上とコスト低減が可能となる。更
に，上記ＣＰＵから独立して設けられ，上記ＣＰＵの異
常を検知して上記切替手段を作動させる異常検知手段を
具備することにより，例えばＣＰＵが暴走して割り込み
信号を受け付けられないような場合でも，ＣＰＵからバ
ックアップ回路に確実に切り替えることができ，ＣＰＵ
の故障対策が万全なものとなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は，空気圧縮機制御装
置のバックアップ装置に係り，詳しくは空気圧縮機の駆
動モータの発停制御と上記空気圧縮機のロード／アンロ
ード運転制御とよりなる主制御，及びその他データロギ
ングや通信などの付加処理を行うＣＰＵに異常などが発
生した場合に，上記ＣＰＵに代えて別の手段を用いて継
続処理を行うことにより処理の中断を防止する空気圧縮
機制御装置のバックアップ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば，ＣＰＵを用いて制御を行うシス
テムにおいて上記ＣＰＵに異常が発生すると，その修復
が完了するまで制御が中断してしまう。従って，制御の
中断が許されないシステムや，修復を容易に行うことが
できない環境に置かれているシステムなどにおいては，
１つのＣＰＵに異常が発生した場合に，別の手段により
上記ＣＰＵと同等の処理を継続して行わせるバックアッ
プ装置を搭載することが有効である。上記バックアップ
装置としては，同一の処理を行うＣＰＵを複数系統搭載
する構成が最も基本的である。このようなバックアップ
装置は，例えば特開平９−１５４２３４号公報に提案さ
れている。上記特開平９−１５４２３４号公報に係るバ
ックアップ装置Ａ０は，人工衛星等の宇宙機器のように
人が容易に近づくことができない特殊な環境に置かれた
システムに適用することを前提にしたものであり，図４
に示すような構成を有する。同装置は，並列にｎ個接続
された電気装置４−１〜４−ｎへの通電をマルチプレク
サを介して切替えを行うＣＰＵを２系統搭載している。
現在動作している電気装置４−１に故障が発生し，継続
使用が不可能になった場合には，その旨を知らせる故障
信号が上記ＣＰＵに送られる。上記故障信号を受けた上
記ＣＰＵは，直ちに故障した電気装置への電源供給ライ
ン上のリレー９−１及び１０−１を遮断し，代わって他
の電気装置，例えば４−２の電源供給ラインに電源を投
入する。また，上記２系統のＣＰＵは常に動作状態にあ
り，１系統に異常が発生したとしても残りの１系統が正
常である限り上記電気装置の切替え動作が中断しないよ
うに配慮されている。このバックアップ装置Ａ０では，
以上のようにｎ系統の電気装置を２系統のＣＰＵで切替
えるように構成することにより，多重化システムを最小
規模で実現できるという利点があるとしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら，上記従
来のバックアップ装置Ａ０では，全く同じ機能を有する
ＣＰＵを２重化しているため，コスト高となる問題点が
あった。上記従来のバックアップ装置Ａ０が適用対象と
しているような宇宙機器などの特殊分野は例外として，
その他の一般的な装置，例えば本発明が対象とする空気
圧縮機などにおいては上述のような構成ではコスト的に
折り合いがつかない場合が多い。また，常に通電状態の
ＣＰＵを２重化しても，米軍ＭＩＬ規格の概念で考える
と，部品点数も２倍になるので結局故障率は変わらず，
理論上はバックアップ装置としての機能が果たされない
ことになる。ここで，米軍ＭＩＬ規格における機器故障
率算定式は次式で表される。

【数１】 更に，ＣＰＵの暴走や周辺ＩＣの故障によるＣＰＵ動作
不具合に対する根本的な対策が施されていないため，例
えば現在動作している電気装置の故障を知らせる故障信
号が上記ＣＰＵにより認識できないことにより正常なバ
ックアップ動作が成されない可能性があり，ＣＰＵの故
障対策が十分であるとは言い難い。本発明は上記事情に
鑑みてなされたものであり，その目的とするところは，
最小限のコストで，故障率が低く信頼性の高い空気圧縮
機制御装置のバックアップ装置を提供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は，空気圧縮機の駆動モータの発停制御と上記
空気圧縮機のロード／アンロード運転制御とよりなる上
記空気圧縮機の運転に最低限必要な主制御，及びその他
の付加処理を行うＣＰＵと，上記ＣＰＵと並列に接続さ
れ，上記主制御のみを行い得るように構成されたバック
アップ回路と，上記ＣＰＵ及び上記バックアップ回路の
下流側に接続され，上記ＣＰＵと上記バックアップ回路
の出力を切り替える切替手段とを具備してなることを特
徴とする空気圧縮機制御装置のバックアップ装置として
構成されている。更に，上記ＣＰＵから独立して設けら
れ，上記ＣＰＵの異常を検知して上記切替手段を作動さ
せる異常検知手段を具備することにより，例えばＣＰＵ
が暴走して割り込み信号を受け付けられないような場合
でも，ＣＰＵからバックアップ回路に確実に切り替える
ことができる。また，上記バックアップ回路において，
電源から負荷に至る主回路の接点を主として有接点を用
いて構成すれば，信頼性が更に高められる。また，上記
付加処理動作としては，例えばデータロギングや通信に
関する処理動作が考えられる。また，上記異常検知手段
としては，上記ＣＰＵから定期的に送信される所定の信
号が所定時間以上受信されないことにより上記ＣＰＵの
異常を検知する，いわゆるウォッチドッグタイマを用い
ることができる。尚，上記駆動モータは，例えば圧縮機
のロータを駆動する主モータと，その他の補機を駆動す
る補機モータによる構成が考えられる。

【０００５】

【作用】本発明に係る空気圧縮機制御装置のバックアッ
プ装置では，空気圧縮機の運転に最低限必要な主制御の
みを行い得るように例えば主として有接点リレーを用い
て構成されたバックアップ回路がＣＰＵと並列に接続さ
れ，上記ＣＰＵの異常時には，切替手段により上記ＣＰ
Ｕと上記バックアップ回路の出力が切り替えられる。従
って，バックアップ回路はＣＰＵを用いた場合と比べて
部品点数を抑えることができるため，信頼性の向上とコ
スト低減が可能となる。更に，上記異常検知手段を具備
すれば，該異常検知手段が上記ＣＰＵの異常を検知して
上記切替手段を作動させる。従って例えばＣＰＵが暴走
して割り込み信号を受け付けられないような場合でも，
ＣＰＵからバックアップ回路に確実に切り替えることが
でき，ＣＰＵの故障対策が万全なものとなる。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下，添付図面を参照して本発明
の実施の形態及び実施例につき説明し，本発明の理解に
供する。尚，以下の実施の形態及び実施例は，本発明を
具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を限定す
る性格のものではない。ここに，図１は本発明の実施の
形態に係るバックアップ装置Ａ１を含む空気圧縮機制御
装置Ａの概略構成を示すブロック図，図２は上記空気圧
縮機制御装置Ａの制御対象となる空気圧縮機の概略構成
の一例を示すブロック図，図３は上記バックアップ装置
Ａ１におけるバックアップ回路２１の概略構成を示す回
路図である。本実施の形態に係るバックアップ装置Ａ１
は，図１に示すように，空気圧縮機の制御を行うＣＰＵ
２０と並列に接続されたバックアップ回路２１と，上記
ＣＰＵ２０及び上記バックアップ回路２１の下流側に接
続され，上記ＣＰＵ２０と上記バックアップ回路２１の
出力を切り替えるセレクタ部２３（切替手段に相当）
と，上記ＣＰＵ２０から独立して設けられ，上記ＣＰＵ
２０の異常を検知して上記セレクタ部２３を作動させる
ウォッチドッグタイマ２２（異常検知手段に相当）とで
構成されており，上記ＣＰＵ２０と共に空気圧縮機（図
２参照）の制御装置Ａを構成している。上記制御装置Ａ
が制御対象とする空気圧縮機は２段型スクリュー圧縮機
であり，図２に示すような概略構成を有する。吸い込ま
れた空気はまず１段圧縮機３１で圧縮され，インターク
ーラ３２で冷却された後，更に２段圧縮機３３で圧縮さ
れ，アフタークーラ３４で冷却された後，負荷方向に吐
出される。上記１段圧縮機３１及び２段圧縮機３３は電
動機３５（主モータに相当）により駆動される。上記ア
フタークーラ３４の下流側には開閉弁３６が設置されて
おり，これを開放することにより圧縮空気は外気空間へ
放出される。また，上記１段圧縮機３１，２段圧縮機３
３の潤滑油を循環させる油ポンプ３７，及び上記潤滑油
と上記インタークーラ３２及び上記アフタークーラ３４
内を循環する冷却水との間の熱交換を行うオイルクーラ
３８が設置されている。

【０００７】以上のような構成を有する空気圧縮機に対
して，上記ＣＰＵ２０では，上記電動機３５（主モー
タ）や，上記油ポンプ３７，冷却ファンなどの補機モー
タを含む各駆動モータの発停制御，及び上記開閉弁３６
の切り替えによるロード／アンロード運転制御が行われ
る。以下，これらの制御の内容について具体的に説明す
る。図１に示すように，上記ＣＰＵ２０には，アナログ
及びディジタルのデータがそれぞれ入力される。上記ア
ナログ入力としては，上記１段圧縮機３１及び２段圧縮
機３３に供給される潤滑油の圧力信号である「給油圧
力」，１段圧縮機３１で圧縮された空気がインタークー
ラ３２を通過した時の温度である「２段吸込温度」，２
段圧縮機３３で圧縮された空気がアフタークーラ３４を
通過した時の圧力である「２段吐出圧力」がある。ま
た，上記ディジタル入力としては，電動機３５，補機モ
ータ，冷却ファンなどの過負荷信号である「サーマル
（主モータサーマル，補機サーマル，冷却ファンサーマ
ル）」，外部スイッチによる人的，強制的な「停止信
号」がある。上記「サーマル」は，通常はｏｎであり，
各駆動系になにがしかの異常が発生し，過負荷状態（例
えば機械的な不良が発生し，駆動機が回らなくなり，過
電流が生じるなど）になるとｏｆｆとなる。上記ＣＰＵ
２０では，上記のようなアナログ／ディジタル入力に基
づいて，上記各駆動モータの発停制御，及び上記開閉弁
３６の切り替えによるロード／アンロード運転制御が行
われる。例えば，上記「給油圧力」については，これが
一定値以上でないと圧縮機の運転はできないため，この
値の上昇が電動機３５の起動条件となり，またこの値の
低下により圧縮機の運転が停止される。また，上記「２
段吸込温度」は冷却系の異常により上昇するため，これ
がある閾値を超えると圧縮機の運転が停止される。ま
た，上記「サーマル」がｏｆｆになれば駆動系が過負荷
状態であると判断され，圧縮機の運転が停止される。更
に，上記「２段吐出圧力」は負荷側の需要が減れば高く
なり需要が増えれば低くなるため，この値に基づいてロ
ード／アンロードの切り替え，即ち開閉弁３６の開閉制
御が行われる。

【０００８】以上は上記空気圧縮機の運転に最低限必要
な制御（主制御）であるが，上記ＣＰＵ２０では，上記
主制御以外に，データロギングや通信など空気圧縮機の
運転を支援するユーティリティ性の高い高機能処理（付
加処理の一例）も行われる。例えば，上記アナログ入力
については，その入力値を表示したり履歴を監視したり
というように，種々利用される。一方，上記ＣＰＵ２０
と並列に接続されている上記バックアップ回路２１で
は，上記ＣＰＵ２０と同様のアナログ／ディジタル信号
が入力されるが，そこで行われる処理は上記空気圧縮機
の運転に最低限必要な主制御のみに限られ，それ以外の
高機能処理については一切行われない。また，このバッ
クアップ回路２１にはＣＰＵが用いられず，アナログ入
力はヒステリシス付きコンパレータ（比較器）とリレー
でＯＮ／ＯＦＦ（接点）情報に変換され，ディジタル入
力はリレーでＯＮ／ＯＦＦ（接点）情報に変換され，両
者の接点を用いて信頼性の高い有接点シーケンスにより
空気圧縮機の制御が行われる。このように，バックアッ
プ回路２１は，空気圧縮機の運転の継続に最低限必要な
主制御のみを行い得る簡略化された回路で，且つ主とし
て有接点リレーを用いた構成とすることで，部品点数を
可能な限り少なくして信頼性を高めつつ，低コストを実
現している。以下，上記バックアップ回路２１の構成を
さらに具体的に説明する。

【０００９】図３は上記バックアップ回路２１の概略構
成を示したものである。尚，アナログ入力を各接点信号
に変換するコンパレータ等の部分は省略している。同回
路は，アナログ入力である上記「給油圧力」に対応して
動作する給油圧力低下接点４１，上記「２段吸込温度」
に対応して動作する２段吸込温度高接点４２，ディジタ
ル入力である上記「サーマル」に対応して動作する主モ
ータサーマル接点４３，補機サーマル接点４４，冷却フ
ァン接点４５，上記「停止信号」に対応して動作する機
側停止接点４６，及びリレーＲＹ１等により構成される
非常停止用回路と，アナログ入力である上記「給油圧
力」に対応して動作する給油圧力上昇接点４７，及びリ
レーＲＹ２等により構成される主モータ起動用回路と，
アナログ入力である上記「２段吐出圧力」に対応して動
作する非常圧力設定接点４８，及びリレーＲＹ３等によ
り構成されるロード／アンロード切替用回路とで構成さ
れている。上記リレーＲＹ１が励磁されると補機（油ポ
ンプ３７，冷却ファン）が駆動され，上記リレーＲＹ２
が励磁されると電動機３５が駆動され，上記リレーＲＹ
３が励磁されると開閉弁３６が開放されてアンロード運
転となる。従って，例えば非常停止用回路の全ての接点
が接続された状態でリレーＲＹ１が励磁されて補機が駆
動され，更に「給油圧力」が所定値を上回ると，給油圧
力上昇接点４７が接続されてリレーＲＹ２が励磁されて
電動機３５が駆動され，圧縮運転が開始される。また，
それと並行して「２段吐出圧力」に基づいて非常圧力設
定接点４８が制御され，リレーＲＹ３を介してロード／
アンロード運転が切り替えられる。また，「給油圧
力」，「２段吸込温度」のいずれかに異常が発生した
り，「サーマル」あるいは「停止信号」がｏｆｆとなっ
た場合には，上記非常停止用回路の接点が切断され，補
機，電動機の運転が停止される。以上説明したようなＣ
ＰＵ２０とバックアップ回路２１からそれぞれ出力され
る制御信号，即ち各駆動モータの発停制御信号（ＯＮ／
ＯＦＦ信号），及び上記開閉弁３６の切り替え信号（Ｏ
Ｎ／ＯＦＦ信号）は，上記セレクタ部２３で切り替えら
れ，いずれかの制御信号のみが制御対象に対して出力さ
れる。

【００１０】また，上記セレクタ部２３の切り替え動作
は，上記ウォッチドッグタイマ２２により制御される。
上記ウォッチドッグタイマ２２は，内部に独自のタイマ
を内蔵しており，常にタイムカウントを行っている。Ｃ
ＰＵ２０は，定期的に上記ウォッチドッグタイマ２２に
対してリセット信号（所定の信号に相当）を送ることに
より，上記タイムカウントをリセットしている。ところ
が，ＣＰＵ２０に何らかの異常が発生して上記リセット
信号が送信されないと，上記ウォッチドッグタイマ２２
はタイムアウトし，まずタイムアウト発生信号を上記Ｃ
ＰＵ２０に対して送信する。その信号線はＣＰＵ２０の
最優先割り込み線に接続されており，ウォッチドッグタ
イムアウト処理を強制的に行わせる。ウォッチドッグタ
イムアウト処理とは，ＣＰＵ２０が故障状態でこれ以上
の処理が保証できないため，ＣＰＵ２０からの出力を全
てＯＦＦした後，ＣＰＵ２０をＨＡＬＴ状態にする処理
である。更に，上記ウォッチドッグタイマ２２では，上
記セレクタ部２３を強制的に切り替えることにより，Ｃ
ＰＵ２０からの制御信号をバックアップ回路２１からの
制御信号に切り替える。これにより，例えばＣＰＵ２０
が暴走して上記タイムアウト発生信号を受け付けられな
いような場合でも，ＣＰＵ２０からバックアップ回路２
１に確実に切り替えることができる。尚，上記バックア
ップ回路２１は常時動作させているわけではなく，上記
セレクタ部２３がバックアップ回路２１側に切り替えら
れた場合にのみ動作させる。以上説明したように，本実
施の形態に係るバックアップ装置Ａ１は，空気圧縮機の
運転制御に最低限必要な主制御のみを行い得るように，
主として有接点リレーを用いて極力部品点数を抑えたバ
ックアップ回路２１を具備して構成されているため，信
頼性が極めて高く，且つ低コストで実現可能である。ま
た，ＣＰＵ２０の異常時に上記セレクタ部２３を強制的
に切り替えるウォッチドッグタイマ２２を具備している
ため，例えばＣＰＵ２０が暴走して上記タイムアウト発
生信号を受け付けられないような場合でも，ＣＰＵ２０
からバックアップ回路２１に確実に切り替えることがで
きる。

【００１１】

【実施例】上記セレクタ部２３は，手動など，上記ウォ
ッチドッグタイマ２２以外からの信号によって切り替え
られるように構成することもできる。この場合には，勿
論上記ウォッチドッグタイマ２２は必須の構成ではな
い。

【００１２】

【発明の効果】以上説明したように，本発明は，空気圧
縮機の駆動モータの発停制御と上記空気圧縮機のロード
／アンロード運転制御とよりなる上記空気圧縮機の運転
に最低限必要な主制御，及びその他の付加処理を行うＣ
ＰＵと，上記ＣＰＵと並列に接続され，上記主制御のみ
を行い得るように構成されたバックアップ回路と，上記
ＣＰＵ及び上記バックアップ回路の下流側に接続され，
上記ＣＰＵと上記バックアップ回路の出力を切り替える
切替手段とを具備してなることを特徴とする空気圧縮機
制御装置のバックアップ装置として構成されているた
め，上記バックアップ回路はＣＰＵを用いた場合と比べ
て部品点数を抑えることができ，信頼性の向上とコスト
低減が可能となる。更に，上記ＣＰＵから独立して設け
られ，上記ＣＰＵの異常を検知して上記切替手段を作動
させる異常検知手段を具備することにより，例えばＣＰ
Ｕが暴走して割り込み信号を受け付けられないような場
合でも，ＣＰＵからバックアップ回路に確実に切り替え
ることができ，ＣＰＵの故障対策が万全なものとなる。
また，上記バックアップ回路において，電源から負荷に
至る主回路の接点を主として有接点を用いて構成すれ
ば，信頼性が更に高められる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態に係るバックアップ装置
Ａ１を含む空気圧縮機制御装置Ａの概略構成を示すブロ
ック図。

【図２】 上記空気圧縮機制御装置Ａの制御対象となる
空気圧縮機の概略構成の一例を示すブロック図。

【図３】 上記バックアップ装置Ａ１におけるバックア
ップ回路２１の概略構成を示す回路図。

【図４】 従来のバックアップ装置Ａ０の概略構成を示
すブロック図。

【符号の説明】

２０…ＣＰＵ ２１…バックアップ回路 ２２…ウォッチドッグタイマ（異常検知手段に相当） ２３…セレクタ部（切替手段に相当）

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空気圧縮機の駆動モータの発停制御と上
   記空気圧縮機のロード／アンロード運転制御とよりなる
   上記空気圧縮機の運転に最低限必要な主制御，及びその
   他の付加処理を行うＣＰＵと，上記ＣＰＵと並列に接続
   され，上記主制御のみを行い得るように構成されたバッ
   クアップ回路と，上記ＣＰＵ及び上記バックアップ回路
   の下流側に接続され，上記ＣＰＵと上記バックアップ回
   路の出力を切り替える切替手段とを具備してなることを
   特徴とする空気圧縮機制御装置のバックアップ装置。
2. 【請求項２】 上記ＣＰＵから独立して設けられ，上記
   ＣＰＵの異常を検知して上記切替手段を作動させる異常
   検知手段を具備する請求項１記載の空気圧縮機制御装置
   のバックアップ装置。
3. 【請求項３】 上記バックアップ回路の電源から負荷に
   至る主回路の接点が主として有接点を用いて構成される
   請求項１又は２記載の空気圧縮機制御装置のバックアッ
   プ装置。
4. 【請求項４】 上記接点が有接点のみにより構成される
   請求項３記載の空気圧縮機制御装置のバックアップ装
   置。
5. 【請求項５】 上記付加処理動作が，データロギング及
   び／若しくは通信に関する処理動作である請求項１〜４
   のいずれかに記載の空気圧縮機制御装置のバックアップ
   装置。
6. 【請求項６】 上記異常検知手段が，上記ＣＰＵから定
   期的に送信される所定の信号が所定時間以上受信されな
   いことにより上記ＣＰＵの異常を検知する請求項１〜５
   のいずれかに記載の空気圧縮機制御装置のバックアップ
   装置。
7. 【請求項７】 上記駆動モータが，圧縮機のロータを駆
   動する主モータと，その他の補機を駆動する補機モータ
   とよりなる請求項１〜６のいずれかに記載の空気圧縮機
   制御装置のバックアップ装置。