JPH11210635A - 制御装置一体型回転機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＯＳなどを用いることなく、インバータ制御
部、あるいはＰＩ制御部等の専門家が独立にそれぞれの
プログラムを作成でき、且つ全体としての整合性に問題
の生じない制御装置一体型回転機械を提供する。 【解決手段】 ポンプおよびファンなどの回転機械と、
回転機械に可変周波数の電力を供給して回転速度制御す
るインバータ装置１１と、インバータ装置および回転機
械を制御する制御装置とを一体的に構成した制御装置一
体型回転機械において、制御装置は、一組のＣＰＵとメ
モリとのセットから構成され、インバータ装置を制御す
るインバータ制御部のプログラムと、その他の制御プロ
グラムとを一体的に備え、メインプログラムに対して、
インバータ制御部のプログラムを優先順位上位の割り込
みプログラム部として構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ポンプおよびファ
ンなどの回転機械と、その回転機械の回転速度等を制御
するインバータ装置などの各種運転制御装置を一体化し
た制御装置一体型回転機械に係り、特にその運転制御を
行う制御装置のソフトウエアの構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】ポンプおよびファンなどの回転機械に、
商用交流電源の周波数および電圧を任意の周波数および
電圧に変換するインバータ装置を用いることにより、ポ
ンプやファンなどの回転機械を可変速運転することが広
く行われている。インバータ装置は、ポンプやファンを
駆動するモータの回転速度を任意に変えられるため、ポ
ンプやファンなどの負荷に対応した最適な回転速度で運
転することにより、定格速度で運転するのと比較して省
エネルギー化が計れる等の利点を生じる。

【０００３】また、各種の給水装置などにおいては、例
えばポンプ吐出側に圧力センサを取付け、検出された圧
力信号が圧力設定値（目標値）と一致するようにＰＩ制
御部から回転速度信号をインバータ装置に送ることによ
り、ポンプの回転速度を制御してポンプの吐出圧力を一
定に制御することが行われている。

【０００４】さらに、空調装置などにおいては、ファン
吐出側に温度センサを取付け、ファンが送風する空気温
度が予め定められた温度設定値と一致するようにＰＩ制
御部からファンの回転速度をインバータにより制御する
温度一定制御運転を行うことが知られている。

【０００５】このような装置においては、ポンプやファ
ンなどのターボ型回転機械とこれを駆動するモータと、
更にはモータに可変周波数の電力を供給してターボ型回
転機械の回転速度制御を行うインバータ装置と、更には
これらを制御する制御装置とを一体的に構成すること
で、全体的にコンパクトな装置とすることができる。そ
して、係る装置の運転のためには、商用交流電源の周波
数および電圧を任意の周波数および電圧に変換するイン
バータ装置自体の制御装置が必要である。また、例えば
ポンプの吐出圧力一定制御、またはファンの室内温度一
定制御のための制御装置が必要である。

【０００６】このような制御装置は、通常、ＣＰＵとメ
モリとを設けて構成されているが、インバータ装置自体
の制御プログラムと、インバータ装置を用いて例えばポ
ンプの吐出圧力を制御するのは、異質の制御内容であ
り、通常、これらは別個のＣＰＵとメモリのセットを用
いて行われていた。しかしながら、それぞれの制御装置
に対応してＣＰＵとメモリとのセットを設けていたので
は、制御装置部分の構成が繁雑となり、装置全体として
のコンパクト化および製造コストの低減に反することに
なる。そこでこれらの各種の制御内容について、一組の
ＣＰＵとメモリとのセットにより、各種の制御目的に指
向した制御を行うように、そのプログラムを構成してい
る。

【０００７】ところで、一般的にソフトウエアを構成す
る際に、複数人でプログラムを組む場合、あるいは一人
でプログラムを組む場合にも、処理ごとに分割してプロ
グラミングをすることが多い。図５は、従来のこの種の
制御装置一体型回転機械の制御装置のメインプログラム
と割り込みプログラムによるソフトウエア構成例を示
す。

【０００８】メインプログラムは、ウォッチドッグタイ
マ処理、時間監視、デジタル入力チェック、操作ボタン
チェック等の処理を行い、次にアナログ入力関連の処理
及び保護を行う。これはアナログ入力信号から指令周波
数を設定したり、例えば電流検出回路から過電流を検出
し、インバータ出力を停止して保護をかける等の処理で
ある。次にプロセス制御（ＰＩＤ制御等）を行う。これ
はポンプの吐出圧力一定制御等のＰＩＤ制御のプログラ
ムであり、圧力センサなどの信号からインバータの指令
周波数を演算して設定するものである。次にインバータ
の出力周波数・出力電圧の設定を行う。これはポンプの
運転／停止を判断し、停止であればパルス幅変調（ＰＷ
Ｍ）信号を出力しないなどの処理を行う。また、運転操
作、周波数操作、指令周波数、現在の周波数指令、加減
速時間、上限／下限周波数、ジャンプ周波数等から実際
の出力周波数指令値を設定する。また、出力周波数指
定、基底周波数、最高出力電圧、Ｖ／Ｆ特性、トルクブ
ースト等から出力電圧指令値を設定する。次にＥＥＰＲ
ＯＭ処理、表示処理、通信処理、アナログ／デジタルの
出力処理を行う。これによりメインループプログラムが
一巡する。

【０００９】割り込みプログラムとしては、過電流（短
絡電流）トリップ割り込み、瞬停時回転数検出割り込
み、ＰＷＭ周期割り込み、通信処理割り込み、インター
バルタイマ割り込み等がある。ここで過電流トリップ割
り込みは、過電流（短絡電流）信号を取り込み、ＰＷＭ
出力信号を停止することで、インバータの出力を停止
し、ポンプ等を停止する。ＰＷＭ周期割り込み処理は、
キャリア周波数ごとの割り込み処理である。出力周波数
指令を用いて正弦波テーブルよりデータを読み出し、そ
のデータと出力電圧指令の積を基準にして各相のタイマ
レジスタに値をセットする処理である。また、インター
バルタイマ割り込みは、各種の時間計測用の一定周期の
割り込み処理である。

【００１０】上述したように、メインプログラムの一部
をなしているインバータ制御部のプログラムは割り込み
制御を多用し、特にＣＰＵ内のタイマを使用して制御す
る場合に、パワー素子のスイッチング周期ごとに割り込
みが発生する。このため、インバータ装置自体の制御に
関するＣＰＵの負荷が大きい。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】このような制御装置一
体型回転機械の制御装置のプログラムを一組のＣＰＵと
メモリのセットに組む際には、そのメインプログラムに
インバータ制御部とＰＩ制御部などのその他のプログラ
ムとを並存させざるを得ないため、割り込み制御を多用
するインバータ制御部とその他の部分を独立に設計して
組み合わせる場合が多い。しかしながら、例えばポンプ
の吐出圧力一定制御のようなインバータ制御部以外の制
御の専門家は、一般に、インバータ制御部のプログラミ
ングに詳しいわけではない。

【００１２】このような場合には、それぞれ独立に設計
されたプログラムの整合性が悪く、これらを組み合わせ
た時には正常に動かないこともあり得る。また、割り込
み優先順位を間違えた、時間内にプログラムが回らなか
った、あるいはインバータの制御に使用しているパラメ
ータを書き換えてしまったなどの状況が起きる場合もあ
り得る。これにより、インバータ装置のトリップなどが
起きる場合があり、最悪の場合、インバータ装置自体、
あるいは周辺装置（モータなど）の破損につながること
もあり得る。これらの危険を回避するためには、このよ
うな制御装置一体型回転機械の制御装置のソフトウエア
は、インバータ制御部、ＰＩ制御部、その他のすべての
制御部を十分に理解している技術者しか、全体としての
整合性が十分に取れた制御装置のプログラムを組むこと
ができなかった。また、インバータ制御部とＰＩ制御部
などを完全に独立して作り、これらを組み合わせると上
述した問題が生じるので、ソフトウエア開発の効率が悪
かった。

【００１３】本発明は上述した事情に鑑みてなされたも
ので、ＯＳなどを用いることなく、インバータ制御部、
あるいはＰＩ制御部等の専門家が独立にそれぞれのプロ
グラムを作成でき、且つ全体としての整合性に問題の生
じない制御装置一体型回転機械を提供することを目的と
する。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の制御装置一体型
回転機械は、ポンプおよびファンなどの回転機械と、該
回転機械に可変周波数の電力を供給して回転速度制御す
るインバータ装置と、該インバータ装置および前記回転
機械を制御する制御装置とを一体的に構成した制御装置
一体型回転機械において、前記制御装置は、一組のＣＰ
Ｕとメモリとのセットから構成され、前記インバータ装
置を制御するインバータ制御部のプログラムと、その他
の制御プログラムとを一体的に備え、メインプログラム
に対して、インバータ制御部のプログラムを優先順位上
位の割り込みプログラム部として構成したことを特徴と
するものである。

【００１５】これにより、インバータ制御部のプログラ
ムを、ＰＩ制御などのメインプログラムに対して、優先
順位上位の割り込みプログラムとするので、インバータ
制御部のプログラムをメインプログラムから独立して作
成することが可能となる。即ち、インバータ制御部のプ
ログラムを割り込みプログラムとすることで、メインプ
ログラム内に異質のプログラムを内包することによる整
合性の問題を回避することができる。これにより、複数
の人によるプログラミング作業を可能にし、またインバ
ータ装置の専門的知識がなくても、例えばＰＩ制御部分
等のプログラムの作成が可能となり、これによりプログ
ラミングの効率を高めることができ、ひいては装置コス
トの低減に寄与することができる。

【００１６】インバータ制御部のプログラムおよびそれ
以外の制御部のプログラム両方に必要な共通データを、
ＣＰＵに接続したＲＡＭに配置し、両方からアクセスで
きるようにすることが好ましい。これによりインバータ
制御部およびそれ以外の制御部の双方のプログラムで、
共通したデータを利用することができ、アクセスの高速
化および装置全体としての簡素化を図ることができる。

【００１７】また、インバータ制御部のプログラムで使
用するデータを、インバータ制御部以外の制御部からア
クセスするときに、マクロ機能を使用することが好まし
い。これによりインバータ制御部以外の例えばＰＩ制御
部のプログラム等で安全に共通データを利用することが
可能となる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態につ
いて図１および図２を参照しながら説明する。

【００１９】図１は、本発明の一実施の形態の制御装置
一体型回転機械のハードウエア構成を示す。インバータ
装置１１は、交流商用電源を整流して直流電力に変換す
るコンバータ部１１ａと、整流された直流電力を蓄積す
ると共に平滑化するコンデンサ部１１ｂと、蓄積された
直流電力から任意の周波数／電圧の交流電力に逆変換す
るインバータ部１１ｃとから構成されている。ここでイ
ンバータ装置１１の直流部分の電圧は電圧検出装置１２
により検出され、ＣＰＵ１５にデジタル信号として入力
される。同様にインバータ装置の直流部分の電流は電流
検出装置１３により検出され、デジタル信号としてＣＰ
Ｕ１５に入力される。また、ポンプ等の回転機械の回転
数も回転数検出装置１４により検出され、ＣＰＵ１５に
入力される。

【００２０】ポンプのオン・オフなどの運転指令、およ
び目標回転速度などの周波数指令は、入力回路１７を介
してＣＰＵ１５に入力される。またポンプの運転状態を
示す信号、あるいはインバータがトリップした時のトリ
ップ信号などは、出力回路１８を介してＣＰＵ１５から
出力される。またこの装置は通信ドライバ１９を備え、
ＣＰＵ１５の信号を例えば中央監視制御装置等に伝達す
る。また、この装置は表示パネルおよび操作スイッチ
（ボタン）２０を備え、装置自体に運転状態の表示、あ
るいは操作信号等の入力をすることができるようになっ
ている。

【００２１】また、ＥＥＰＲＯＭ２１を備え、例えばポ
ンプの運転最高速度などの設置現場に対応した固有の情
報を保存できるようになっている。また、ＲＡＭ２２を
備え、インバータ制御部とそれ以外のＰＩ制御部等のプ
ログラムで共通に利用できるデータ等を保存できるよう
にしている。これにより、インバータ制御部とＰＩ制御
部等のプログラムから、他のハードウエア等を介するこ
となく、高速にＣＰＵからアクセスすることができ、デ
ータの共通化を図れる。

【００２２】このインバータ装置１１は、任意の可変周
波数および可変電圧の生成に、パルス幅変調（ＰＷＭ）
方式が採用されている。即ち、ドライブ回路１６より出
力される信号により、インバータ部１１ｃの各パワート
ランジスタのゲート（ベース）にパルス幅変調された信
号が出力され、これにより直流電力がオン／オフされ、
任意の周波数、電圧の可変周波数の交流電力がＵ，Ｖ，
Ｗ相端子に出力される。

【００２３】図２は、上記制御装置一体型回転機械の制
御装置のソフトウエア構成の一例を示す。このプログラ
ムは、メインプログラムと、複数個の割り込み処理プロ
グラムとから構成されている。このソフトウエア構成
は、インバータ制御部のプログラムで初期設定部分以外
のメインループプログラムを優先順位上位の割り込みプ
ログラムとして構成している。そして、例えばポンプ吐
出圧力一定制御等のＰＩ制御部等のインバータ制御部以
外の基本的なプログラムを、メインプログラム内に配置
する。そのアプリケーション制御用の、例えばインター
バルタイマ割り込みなどのプログラムを、優先順位の低
い割り込みプログラムとして構成している。

【００２４】メインプログラムは、以下に述べるフロー
により構成されている。まず、ウォッチドッグタイマ処
理でウォッチドッグタイマをクリアする。そして時間監
視処理で各種時間的要素のある処理のあるタイミングを
作る。次にデジタル入力チェックにより、外部デジタル
入力信号の処理を行う。これは例えば運転信号のオン／
オフ、フロースイッチのオン／オフ等の信号の処理であ
る。次にパネル上などの操作ボタンチェックを行う。パ
ネル上で各種の設定を行う場合には、この入力により各
種パラメータが設定される。次にアナログ入力関連の処
理を行う。これは例えば周波数指令をアナログ入力信号
からデジタルの指令周波数を設定する、また圧力センサ
などからアナログデータを取り込みデジタルデータに変
換するなどの処理である。

【００２５】次に、プロセス制御を行う。これはポンプ
の吐出圧力一定制御などのＰＩ制御等の処理であり、圧
力センサなどの信号から実際圧力と、目標圧力とを比較
して、実際圧力が目標圧力と一致するように指令周波数
を増減する演算を行う。そして次にＥＥＰＲＯＭの処理
を行う。これは書き込み指令があったときにＥＥＰＲＯ
Ｍにデータを書き込み、書き込んだ後にある一定時間書
き込むことができないようにする処理である。そして次
に表示処理を行う。これは表示パネル（例えば７セグメ
ント）などに情報を表示するときにデータの設定を行う
ものである。そして次に通信処理を行う。これは受信デ
ータがあった場合にはその処理を行い、送信処理につい
ては受信データの処理後に送信処理を行う。そして、ア
ナログ／デジタル出力処理を行う。これは出力周波数、
出力電流などのアナログ出力、あるいは周波数が固定で
デューティ比が可変のパルス出力などの処理である。ま
た異常出力信号、運転／停止信号、周波数（電流）検出
出力の処理などを行うものである。

【００２６】次に割り込みプログラムについて説明す
る。割り込みレベル最上位（レベル７）のプログラム
は、過電流（短絡電流）トリップ割り込み処理である。
これは過電流（短絡電流）信号を取り込み、パルス幅変
調（ＰＷＭ）出力信号を、過電流の検出時に停止して、
ポンプ等の回転機械の運転を停止する処理である。次に
優先順位の高い割り込みレベル６として、瞬停時回転数
検出割り込み処理がある。これは瞬時停電時に、再始動
時に回転数を検出して、再始動時のインバータの出力周
波数を設定するための割り込み処理である。次に割り込
み優先順位の高いレベル５として、ＰＷＭ周期割り込み
処理がある。これはキャリア周波数ごとの割り込み、出
力周波数指令を用いて正弦波テーブルよりデータを読み
出し、そのデータと出力電圧指令値の積を基にして各相
のタイマレジスタに値をセットするものである。

【００２７】次の割り込み優先順位として、インバータ
制御部の割り込み処理がある。これはインバータ制御用
のインターバルタイマによる割り込み処理である。即
ち、インバータ制御部用の時間監視を行い、各種時間的
要素のある処理のタイミングを作る。そしてインバータ
制御部のアナログ入力関連信号を取り込み、保護をかけ
る。これは電流検出回路から過電流または温度上昇を検
出し、保護をかける。また、直流平滑部電圧から過電
圧、不足電圧による保護、または瞬時停電を検出し保護
をかける。また温度センサからパワートランジスタ等の
過熱を検出し、保護をかける等の処理を行う。次に出力
周波数・出力電圧の設定処理を行う。尚、運転／停止を
判断し、停止であればパルス幅変調（ＰＷＭ）出力信号
を出力しない。また、運転操作、周波数操作、指令周波
数、現在の周波数指令値、加減速時間、上限／下限周波
数、ジャンプ周波数などから、実際の出力周波数指令を
設定する。そして出力周波数指定、基底周波数、最高出
力電圧、Ｖ／Ｆ特性、トルクブーストなどから出力電圧
指令値を設定する。

【００２８】尚、その他の割り込み処理として、割り込
みレベル３として通信受信／送信割り込み処理がある。
また優先順位の低い割り込みレベル２としてアプリケー
ション用の一定周期の割り込み処理がある。これはアプ
リケーション制御用インターバルタイマによる割り込み
処理である。この処理により、例えば一定時間毎にポン
プの吐出圧力の計測などが行われる。

【００２９】上述したように、インバータ制御部のプロ
グラムを優先順位上位の割り込みプログラムのみで組
み、ＰＩ制御部その他の基本的な制御部分のプログラム
をメインプログラムで組んでいる。これによって、イン
バータ制御部のプログラムを、その他の制御部から全く
独立して組むことができ、その他の制御部分のプログラ
ムの影響を受けることなくインバータ装置を動作させる
ことができる。即ち、インバータ制御部のプログラムを
割り込み処理プログラムとすることで、メインプログラ
ム内の整合性の問題を排除することができ、各プログラ
ム間での干渉の問題が無くなる。従って、プログラムの
ミスによるインバータ装置自体、あるいは周辺装置（モ
ータなど）の破損を招くことが防止される。

【００３０】図３は、データの共通化を示すものであ
る。出力周波数設定値、出力周波数検出値、出力電流検
出値、等のデータはインバータ制御部プログラムと、ア
プリケーション制御部プログラムとに共通に使用できる
ものである。このようなデータをＣＰＵに接続されたＲ
ＡＭに配置する。そしてＣＰＵから直接このデータをア
クセスして読み出すことによって、アプリケーション制
御部のプログラムにおいては、インバータ制御部側のプ
ログラムで使用するデータを直接、利用することができ
る。これによって、例えばＰＩ制御部のプログラム側か
ら、インバータ制御部のプログラムで作成したデータを
再設定、もしくはモニタするためのハードウエアが必要
なく、極めて容易に即時的にアクセスして利用すること
ができる。

【００３１】さらに、ＲＡＭに配置されたインバータ制
御部のデータにアクセスするときには、マクロ機能を用
いて、直接ＲＡＭにアクセスするのではなく、一旦イン
バータ制御部のチェックを通ってアクセスすることによ
り、インバータデータの書き換えによるインバータトリ
ップ、あるいはインバータ自体、あるいは周辺装置の破
損を防ぐことができる。ここでマクロ機能とは、あらか
じめ一定の処理手順を定義しておき、自動的にソフトウ
エアの処理を操作するもので、特定のプログラムから呼
び出して使用することができる。

【００３２】図４に一例としてインバータの最高周波数
を書き換える時のマクロ機能のフローチャートを示す。
これは、例えばある現場でのインバータの運転最高周波
数の設定にあたって、インバータ運転中か、設定値は上
限値以下か、また下限値以上か等のチェックを行い、す
べてＹＥＳであれば最高周波数を書き換える。インバー
タ制御部側でこのようなマクロ機能を用意し、書き換え
可能かどうかをチェックして書き換えることにより、誤
った設定による装置破損等の事故を未然に防ぐことがで
きる。

【００３３】

【発明の効果】以上に説明したように本発明は、インバ
ータ制御部のプログラムを優先順位上位の割り込みで処
理するようにして、ＰＩ制御などのインバータ制御部以
外の基本的なプログラムをメインプログラムで処理する
ようにしたものである。これによりインバータ制御部の
プログラムと、アプリケーション処理のプログラムとを
独立に作成することができる。それ故、例えばインバー
タ装置についての知識のない技術者でもアプリケーショ
ンプログラムの開発が可能となり、ソフトウエア開発の
効率化を図ることができる。また、インバータ制御部の
プログラムをメインプログラムに対して割り込み処理で
制御するようにしたことから、それぞれが干渉し合って
プログラムが動作しなくなる、あるいはインバータ装置
や周辺の装置等に障害を引き起こすというような問題を
防止することができる。

【００３４】また、インバータ制御部とそれ以外の制御
プログラムとのデータのやりとりはＣＰＵに接続したＲ
ＡＭで直接行われるため、従来の方式であるアナログ／
デジタル信号変換、あるいは通信装置のようなハードウ
エアを必要とせずに、データを共有化できる。

【００３５】さらに上記のデータのうち、例えばインバ
ータ制御部で使用するデータをその他の制御部のプログ
ラムでアクセスする場合に、マクロ機能を用いてデータ
の利用を自動化することにより、例えば誤ったインバー
タ装置のデータの書き換えによるトリップ、またはイン
バータ装置自体、あるいは周辺装置の破損を防ぐことが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の制御装置一体型回転機
械のハード的な構成を示す説明図。

【図２】本発明の一実施の形態の制御装置一体型回転機
械のソフトウエアの構成の概要を示す説明図。

【図３】上記ソフトウエアにおけるデータの共有の関係
を示す説明図。

【図４】上記ソフトウエアにおけるマクロ機能の一例を
示すフロー図。

【図５】従来の制御装置一体型回転機械のソフトウエア
の構成の概要を示す説明図。

【符号の説明】

１１ インバータ装置 １２，１３，１４ 検出回路 １５ ＣＰＵ １６ ドライブ回路 １７，１８ 入出力回路 １９ 通信ドライバ ２０ 表示パネル・操作スイッチ ２１ ＥＥＰＲＯＭ ２２ ＲＡＭ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポンプおよびファンなどの回転機械と、
   該回転機械に可変周波数の電力を供給して回転速度制御
   するインバータ装置と、該インバータ装置および前記回
   転機械を制御する制御装置とを一体的に構成した制御装
   置一体型回転機械において、 前記制御装置は、一組のＣＰＵとメモリとのセットから
   構成され、前記インバータ装置を制御するインバータ制
   御部のプログラムと、その他の制御プログラムとを一体
   的に備え、メインプログラムに対して、インバータ制御
   部のプログラムを優先順位上位の割り込みプログラム部
   として構成したことを特徴とする制御装置一体型回転機
   械。
2. 【請求項２】 前記インバータ制御部のプログラムおよ
   びその他の制御プログラムの両方に必要なデータを、Ｃ
   ＰＵに接続したＲＡＭに配置し、前記両方のプログラム
   からアクセスできるようにしたことを特徴とする請求項
   １記載の制御装置一体型回転機械。
3. 【請求項３】 前記インバータ制御部のプログラムで使
   用するデータを、インバータ制御部以外の制御プログラ
   ムからアクセスするときに、マクロ機能を使用すること
   を特徴とする請求項２記載の制御装置一体型回転機械。