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WO2020095450A1 - 電力変換装置、圧送装置、及び制御方法 - Google Patents

電力変換装置、圧送装置、及び制御方法 Download PDF

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WO2020095450A1
WO2020095450A1 PCT/JP2018/041719 JP2018041719W WO2020095450A1 WO 2020095450 A1 WO2020095450 A1 WO 2020095450A1 JP 2018041719 W JP2018041719 W JP 2018041719W WO 2020095450 A1 WO2020095450 A1 WO 2020095450A1
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WO
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threshold
power conversion
data
unit
speed
Prior art date
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PCT/JP2018/041719
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English (en)
French (fr)
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池　英昭
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Yaskawa Electric Corp
Original Assignee
Yaskawa Electric Corp
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Publication date
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Priority to JP2020555596A priority patent/JP7031757B2/ja
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    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/02—Providing protection against overload without automatic interruption of supply
    • H02P29/024—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load

Definitions

  • the present disclosure relates to a power conversion device, a pumping device, and a control method.
  • an inverter device which includes means for promptly stopping the inverter device and outputting an alarm.
  • the present disclosure provides a power conversion device, a pumping device, and a control method capable of easily constructing an abnormality detection function of a drive target.
  • a power conversion device includes a power conversion unit that supplies electric power to an electrically driven object, speed data corresponding to a driving speed of the driven object, and force data corresponding to a driving force of the driven object.
  • a threshold value setting unit that sets a threshold value of an amplitude index value corresponding to the amplitude of the vibration component of the force data, and an abnormality that detects an abnormality of the drive target in response to the amplitude index value exceeding the threshold value.
  • a threshold setting unit that increases the threshold as the speed data increases.
  • a pumping device includes the power conversion device described above and an electric pump driven by the electric power supplied from the power conversion device.
  • a control method supplies electric power to an electrically driven target, speed data corresponding to a driving speed of the driving target, and force data corresponding to a driving force of the driving target. Acquiring, setting a threshold value of the amplitude index value corresponding to the amplitude of the vibration component of the force data, and detecting the abnormality of the drive target in response to the amplitude index value exceeds the threshold value, The threshold value is increased as the speed data increases.
  • a pumping device 1 shown in FIG. 1 includes a pump 20 for pumping a liquid, a pump driving device 10 for driving the pump 20, and a unit base 2 that integrally holds these.
  • the pump 20 is a non-volume type rotary pump.
  • the pump 20 is a centrifugal pump such as a centrifugal pump, and has an impeller 21 that pumps the liquid by centrifugal force.
  • the pump 20 may be a positive displacement pump or a reciprocating pump such as a diaphragm type or bellows type.
  • the pump 20 may be any pump as long as the relationship between the driving speed and the driving force during steady operation can be determined.
  • the pump drive device 10 includes a motor 11, a power conversion device 100, and an electrical equipment holding unit 13.
  • the motor 11 is a power source for driving the pump 20.
  • Specific examples of the motor 11 include a rotary synchronous motor or an induction motor.
  • the power conversion device 100 generates AC power for causing the rotation speed of the motor 11 to follow the frequency command (speed command) received from the host controller 300 (see FIG. 2).
  • the power conversion device 100 may generate a frequency command by an internal calculation instead of receiving from the host controller 300, or may internally hold a preset frequency command. The configuration of the power conversion device 100 will be described in detail later.
  • the electrical equipment holding unit 13 is fixed to the motor 11 and holds the power conversion device 100.
  • the electrical equipment holding unit 13 is a case fixed to the outer periphery of the frame of the motor 11, and holds the power conversion device 100 inside thereof.
  • the power conversion device 100 supplies electric power to the pumping device 1 (electrically driven object), speed data corresponding to the driving speed of the pumping device 1, and force data corresponding to the driving force of the pumping device 1. Acquiring, setting a threshold value of an amplitude index value corresponding to the amplitude of the vibration component of the force data, and detecting an abnormality of the pumping device 1 when the amplitude index value exceeds the threshold value.
  • the power conversion device 100 has a functional configuration (hereinafter referred to as a “functional module”) that includes a power conversion unit 111, a speed control unit 112, a current control unit 113, and a current detection unit. It has a unit 114, a data acquisition unit 121, an operation data holding unit 122, an index value derivation unit 123, a threshold value holding unit 124, a threshold value setting unit 125, and an abnormality detection unit 126.
  • the power conversion unit 111 outputs drive power to the motor 11 of the pressure feeding device 1.
  • the power converter 111 outputs to the motor 11 an AC voltage having a frequency that can follow the magnetic poles of the motor 11 with a voltage amplitude according to the voltage command.
  • the power conversion unit 111 generates the AC voltage by a PWM (Pulse Width Modulation) method.
  • the power conversion unit 111 may be an inverter that converts the DC power of the DC bus into AC power to generate driving power, or bidirectionally between the AC power on the AC power supply side and the AC power on the motor 11 side.
  • a matrix converter that performs the power conversion of
  • the speed control unit 112 causes the power conversion unit 111 to output drive power so that the drive speed of the pump 20 follows the target speed.
  • the target speed is, for example, a frequency command received from the host controller 300.
  • the target speed may be a frequency command generated by an internal calculation of the power conversion device 100, or may be a frequency command set in advance and held inside the power conversion device 100.
  • the speed control unit 112 calculates a current command (torque command) for reducing the speed deviation.
  • the current control unit 113 calculates a voltage command for reducing the deviation between the current command calculated by the speed control unit 112 and the current being output to the motor 11 (hereinafter referred to as “output current”), and the power command is calculated. Output to the conversion unit 111. As a result, the power conversion unit 111 outputs to the motor 11 drive power that causes the drive speed of the pump 20 to follow the target speed.
  • the current detection unit 114 detects the output current from the power conversion unit 111 to the motor 11.
  • the data acquisition unit 121 acquires speed data corresponding to the driving speed of the pumping apparatus 1 and force data corresponding to the driving force of the pumping apparatus 1.
  • the speed data may be any data as long as it corresponds to the drive speed of the pressure feeding device 1 (for example, the rotation speed of the motor 11). “Correspondence” here means that the speed data increases or decreases according to the increase or decrease of the driving speed.
  • Specific examples of the speed data include a command value for the rotation speed of the motor 11 and a frequency command value for the AC power supplied to the motor 11.
  • the speed data may be a detected value of the rotation speed of the motor 11 detected by a sensor such as a pulse generator.
  • the force data may be any data as long as it corresponds to the driving force of the pumping device 1 (for example, the torque of the motor 11).
  • the “correspondence” here means a correlation in which the force data increases or decreases according to the increase or decrease in the driving force.
  • a detection value of the current supplied to the motor 11 for example, a detection value of the current detection unit 114 can be mentioned.
  • the force data may be a command value of the current supplied to the motor 11 or a torque detection value of the force sensor.
  • the operation data holding unit 122 stores the speed data and the force data acquired by the data acquisition unit 121 in time series.
  • the index value derivation unit 123 derives the amplitude index value based on the force data stored in the driving data storage unit 122.
  • the amplitude index value may be any data as long as it corresponds to the amplitude of the vibration component of the force data.
  • “correspondence” means a correlation in which the amplitude index value increases or decreases according to the increase or decrease in amplitude.
  • the index value deriving unit 123 derives the amplitude of the vibration component of the force data as an amplitude index value based on a plurality of force data acquired from a time period before the acquisition of the force data until a predetermined period before the acquisition. ..
  • the amplitude may be the width from the negative peak to the positive peak, or may be half the width from the negative peak to the positive peak.
  • the vibration component is the vibration component of the force data in the steady operation of the pumping device 1.
  • the steady operation means an operation state in which the liquid to be pumped (hereinafter, simply referred to as “liquid”) is filled in the pump 20 and the driving speed of the pump 20 substantially matches the target speed.
  • Substantially matching means that the difference between the drive speed and the target speed is within a negligible error range.
  • the amplitude may be obtained, for example, from the difference between the maximum value and the minimum value within a predetermined time, or may be derived by a fast Fourier transform (FFT).
  • FFT fast Fourier transform
  • the index value deriving unit 123 may derive the amplitude of the predetermined frequency component as the amplitude index value by FFT, or may derive the average value or the maximum value of the amplitudes of the frequency components in the predetermined band as the amplitude index value. Good.
  • the index value derivation unit 123 determines the difference between the force data and the trend value of the force data based on the past force data acquired between the time when the force data was acquired and the time when the force data was acquired, as an amplitude index. It may be derived as a value. For example, the index value derivation unit 123 calculates the trend value by performing low-pass type filtering using the past amplitude index value on the latest amplitude index value in the driving data storage unit 122.
  • a specific example of low-pass type filtering is finite impulse response type filtering.
  • the trend value is derived by the following equation.
  • Y A * X [k] + (1-A) * X [k-1] ...
  • Y Trend value X [k]: Latest amplitude index value X [k-1]: Previously acquired amplitude index value
  • A Filter coefficient
  • the index value derivation unit 123 does not necessarily have to use the latest amplitude index value for calculating the trend value, and may calculate the trend value based only on the past amplitude index value.
  • the X [k] may be an amplitude index value acquired a few (for example, one) before the latest.
  • the threshold holding unit 124 stores a preset threshold line so as to show the relationship between the velocity data and the threshold of the amplitude index value.
  • the threshold value of the amplitude index value is referred to as “amplitude threshold value”.
  • the amplitude threshold value is, for example, an upper limit value that is set to a size that can be determined to be abnormal if the value exceeds that value.
  • the threshold value holding unit 124 may store the threshold line as data of a sequence of points arranged on the line, or may store the threshold line as a function.
  • FIG. 3 is a graph exemplifying a threshold line, in which the horizontal axis represents the speed data size and the vertical axis represents the amplitude index value size.
  • the line L21 schematically shows the relationship between the speed data and the amplitude index value in normal times.
  • the normal time means a time when there is no abnormality such as a failure of the device or a shortage of fluid (for example, liquid) to be pumped.
  • the line L21 is referred to as "normal line L21".
  • Line L11 indicates a threshold line. As shown in (a) of FIG. 3, the threshold line L11 is set so that the amplitude threshold for each value of the speed data is larger than the amplitude index value in the normal state. In other words, the threshold line L11 is set higher than the normal line L21.
  • the line L11 is set so that the amplitude threshold value increases as the speed data increases.
  • the threshold line L11 may be set such that the difference between the amplitude threshold value and the amplitude index value in the normal state increases as the speed data increases. In other words, the distance between the threshold line L11 and the normal line L21 may increase as the speed data increases.
  • the threshold line may be set so that the relationship with the speed data has a curved shape.
  • the threshold setting unit 125 sets an amplitude threshold based on the speed data.
  • the threshold value setting unit 125 increases the amplitude threshold value as the speed data increases.
  • the threshold value setting unit 125 may increase the difference between the amplitude threshold value and the amplitude index value in normal times as the speed data increases. For example, the threshold setting unit 125 sets the amplitude threshold value corresponding to the latest speed data, based on the latest speed data acquired by the data acquisition unit 121 and the threshold line stored in the threshold holding unit 124.
  • the abnormality detection unit 126 detects an abnormality in the pumping device 1 when the amplitude index value exceeds the threshold value. Abnormality detection here merely means to determine that the amplitude threshold is different from normal, and does not necessarily mean actual detection of abnormality.
  • the abnormality detection unit 126 may notify the host controller 300 that an abnormality has been detected, or may display it on a display unit (for example, a liquid crystal monitor or a warning light) provided in the power conversion device 100.
  • the power conversion apparatus 100 may be configured to further execute setting a threshold line based on a user input.
  • the power conversion device 100 may further include an input data acquisition unit 131, an input data holding unit 132, and a line setting unit 133, as illustrated in FIG. 2.
  • the input data acquisition unit 131 acquires, from the setting computer 200, input data (hereinafter, referred to as “threshold input data”) indicating a correspondence between one velocity data and the corresponding amplitude threshold.
  • the input data acquisition unit 131 may be configured to acquire a plurality (for example, three or more) of threshold value input data having mutually different speed data.
  • the input data acquisition unit 131 may be configured to limit the range of speed data that can be input.
  • the input data holding unit 132 stores the threshold input data acquired by the input data acquisition unit 131.
  • the line setting unit 133 sets a threshold line so as to interpolate between the plurality of threshold input data acquired by the input data acquisition unit 131.
  • the line setting unit 133 may convert the plurality of threshold value input data into a function by a linear function, a polynomial function, a spline function, or the like, or use these functions to form a point sequence between the threshold value input data. May be supplemented.
  • the line setting unit 133 may extrapolate the outside of the range of the plurality of threshold value input data by a linear function, a polynomial function, a spline function, or the like. Extrapolation means expanding a function within a range of a plurality of threshold value input data to make it a function, or complementing a point sequence using the expanded function.
  • the power conversion device 100 may be configured to further set the threshold line based on the speed data and the force data in normal times.
  • the power converter 100 may be configured to supply the motor 11 with electric power for a test operation and set the threshold line based on the speed data and the force data acquired during the test operation. ..
  • the power conversion apparatus 100 further includes a scan command holding unit 141, a scan control unit 142, a test data holding unit 144, and a line setting unit 145.
  • the scan command holding unit 141 stores the speed command for the test operation for setting the threshold line.
  • the speed command includes a plurality of speed command values.
  • the scan controller 142 causes the power converter 111 to supply the motor 11 with power for test operation.
  • the scan control unit 142 causes the power conversion unit 111 to supply power to the motor 11 to operate the motor 11 according to the speed command stored in the scan command holding unit 141.
  • the test data holding unit 144 sets the speed data acquired during the test driving and the amplitude index value derived by the index value deriving unit 123 based on the force data acquired during the test driving for each of the plurality of speed command values.
  • the line setting unit 145 sets a threshold line based on speed data and force data in normal times. For example, the line setting unit 145 uses the reference line (for example, in FIG. 3) indicating the relationship between the speed data and the amplitude index value in normal times based on the speed data and the amplitude index value stored in the test data holding unit 144 in normal times.
  • the line L21) is derived and the threshold line is set based on the reference line.
  • the line setting unit 145 sets the line obtained by adding a predetermined margin to the reference line as the threshold line.
  • the line setting unit 145 may increase the margin as the speed data increases. As a result, as the speed data increases, the difference between the amplitude threshold value and the amplitude index value in normal times increases.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating a hardware configuration of the power conversion device 100. As shown in FIG. 4, the power conversion device 100 includes a control circuit 190, a switching circuit 181, and a current sensor 182.
  • the control circuit 190 includes one or a plurality of processors 191, a memory 192, a storage 193, an input / output port 194, and a communication port 195.
  • the storage 193 has a computer-readable storage medium such as a nonvolatile semiconductor memory.
  • the storage medium stores a program for configuring each functional module of the power conversion device 100 described above.
  • the memory 192 temporarily stores the program loaded from the storage medium of the storage 193 and the calculation result of the processor 191.
  • the processor 191 configures each functional module of the power conversion apparatus 100 by executing the above program in cooperation with the memory 192.
  • the input / output port 194 has a terminal block for an input power source, and inputs / outputs an electric signal between the switching circuit 181 and the current sensor 182 in accordance with a command from the processor 191.
  • the communication port 195 performs information communication with the setting computer 200 and the host controller 300 according to a command from the processor 191.
  • control circuit 190 is not necessarily limited to one that configures each function by a program.
  • control circuit 190 may configure at least a part of functions by a dedicated logic circuit or an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) in which the logic circuit is integrated.
  • ASIC Application Specific Integrated Circuit
  • the switching circuit 181 operates according to a command from the control circuit 190 (for example, an electric signal from the input / output port 194) and functions as the power conversion unit 111.
  • the switching circuit 181 outputs the drive power to the motor 11 by switching on / off of a plurality of switching elements according to an electric signal (for example, a gate signal) from the input / output port 194.
  • the switching element is, for example, a power MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) or an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).
  • the current sensor 182 operates according to a command from the control circuit 190 (for example, an electric signal from the input / output port 194), and functions as the current detection unit 114 described above.
  • the current sensor 182 detects the output current from the switching circuit 181 to the motor 11.
  • Control method Subsequently, as an example of the control method, a control procedure executed by the power conversion device 100 will be illustrated.
  • This control procedure includes: Hereinafter, this control procedure will be described in detail by dividing it into a threshold line setting procedure and an operating state monitoring procedure.
  • the power conversion device 100 first executes steps S01, S02, and S03.
  • step S01 the input data acquisition unit 131 causes the setting computer 200 to display a screen for acquiring the threshold input data (hereinafter, referred to as “threshold input screen”).
  • step S02 the input data acquisition unit 131 waits for an instruction to register the threshold input data input on the threshold input screen. This registration instruction is input, for example, on the setting computer 200 by operating (for example, clicking or tapping) a button on the threshold input screen.
  • the input data acquisition unit 131 acquires the threshold input data input on the threshold input screen from the setting computer 200 and stores it in the input data holding unit 132.
  • step S04 the line setting unit 133 confirms whether or not the number of pieces of threshold input data necessary for setting the threshold line has been acquired.
  • step S04 If it is determined in step S04 that the number of threshold input data necessary for setting the threshold line has not been acquired, the power conversion apparatus 100 returns the process to step S01. After that, the acquisition of the threshold input data by the input data acquisition unit 131 is repeated until the number of threshold input data necessary for setting the threshold line is acquired.
  • step S05 the line setting unit 133 sets a threshold line so as to interpolate between the plurality of threshold input data acquired by the input data acquisition unit 131, and stores the set threshold line in the threshold holding unit 124. This completes the threshold line setting procedure.
  • step S11 the speed control unit 112 waits for an operation start command of the motor 11 from the host controller 300 or the like.
  • step S12 the speed control unit 112 controls the power conversion unit 111 according to a command or the like from the host controller 300 to activate the motor 11.
  • the speed control unit 112 causes the power conversion unit 111 to start output of drive power to the motor 11.
  • the speed control unit 112 causes the power conversion unit 111 to output the driving power so that the driving speed of the pump 20 follows the target speed.
  • step S13 the data acquisition unit 121 acquires the speed data and the force data and stores them in the operation data holding unit 122.
  • step S14 the index value derivation unit 123 confirms whether or not the number of data necessary for deriving the amplitude index value (hereinafter, simply referred to as “required number”) has been accumulated in the operation data storage unit 122.
  • the power conversion apparatus 100 returns the process to step S13. After that, the acquisition and storage of the speed data and the force data are repeated until the required number of data are accumulated in the operation data holding unit 122.
  • step S14 If it is determined in step S14 that the required number of data has been accumulated in the operation data holding unit 122, the power conversion device 100 executes steps S15 and S16.
  • step S15 the index value derivation unit 123 derives the amplitude index value based on the force data accumulated in the operation data storage unit 122.
  • step S16 the threshold setting unit 125 sets the amplitude threshold corresponding to the latest speed data based on the latest speed data acquired by the data acquisition unit 121 and the threshold line stored in the threshold holding unit 124.
  • step S17 the abnormality detection unit 126 confirms whether or not the amplitude index value derived in step S15 exceeds the amplitude threshold value set in step S16.
  • step S18 the abnormality detection unit 126 notifies the host controller 300 that an abnormality has been detected.
  • step S19 the power conversion device 100 executes step S19. If it is determined in step S17 that the amplitude index value does not exceed the amplitude threshold, the power conversion device 100 executes step S19 without executing step S18.
  • step S19 the speed controller 112 confirms whether or not there is a stop command for the motor 11 from the host controller 300 or the like. When determining in step S19 that there is no stop command, the power conversion apparatus 100 returns the process to step S13. After that, the operation state of the pressure feeding device 1 is continuously monitored until a command to stop the motor 11 is given. If it is determined in step S19 that there is a stop command, the power conversion apparatus 100 executes step S21.
  • step S21 the speed control unit 112 causes the power conversion unit 111 to stop the motor 11. For example, the speed control unit 112 stops the output of drive power from the power conversion unit 111 to the motor 11. This completes the operating state monitoring procedure.
  • the power conversion device 100 first executes steps S31, S32, and S33.
  • step S31 the scan control unit 142 waits for a test operation start command of the motor 11 from the host controller 300 or the like.
  • step S32 the scan control unit 142 sets the target speed of the motor 11 to the initial speed.
  • the scan control unit 142 sets the minimum value of the plurality of speed command values stored in the scan command holding unit 141 as the target speed.
  • step S33 the scan control unit 142 requests the speed control unit 112 to start speed control of the motor 11.
  • the speed control unit 112 starts output of drive power from the power conversion unit 111 to the motor 11.
  • the speed control unit 112 causes the power conversion unit 111 to output the driving power so that the driving speed of the pump 20 follows the target speed.
  • step S36 the index value derivation unit 123 derives the amplitude index value based on the force data accumulated in the operation data storage unit 122.
  • step S37 the scan control unit 142 confirms whether or not a predetermined sampling period has elapsed.
  • the power conversion device 100 returns the process to step S34. After that, until the sampling period elapses, the acquisition of data and the derivation of the amplitude index value are repeated at a constant target speed.
  • step S38 the index value derivation unit 123 associates the maximum value of the amplitude index value calculated during the sampling period with the velocity data and stores them in the test data storage unit 144.
  • step S39 the scan controller 142 confirms whether or not the target speed of the motor 11 has reached the final speed.
  • the final speed is, for example, the maximum value of the plurality of speed command values stored in the scan command holding unit 141.
  • step S41 the scan control unit 142 changes the target speed. For example, the scan control unit 142 sets a speed command value that is the next largest to the speed command value that is the current target speed as the next target speed.
  • the power conversion apparatus 100 returns the process to step S34. Thereafter, the amplitude index value and the speed data are stored in the test data holding unit 144 for each speed command value until it is determined that the target speed has reached the final speed.
  • step S41 When it is determined in step S41 that the target speed has reached the final speed, the power conversion device 100 executes steps S42 and S43.
  • step S42 the scan control unit 142 requests the speed control unit 112 to stop the motor 11.
  • the speed control unit 112 stops the output of drive power from the power conversion unit 111 to the motor 11.
  • step S43 the line setting unit 145 derives the reference line based on the speed data and the amplitude index value stored in the test data holding unit 144, and sets the threshold line based on the reference line.
  • the line setting unit 145 stores the set threshold line in the threshold holding unit 124. This completes the setting of the threshold line.
  • the power converter 100 includes the power converter 111 that supplies power to the pumping device 1, speed data corresponding to the driving speed of the pumping device 1, and force corresponding to the driving force of the pumping device 1.
  • Data acquisition unit 121 that acquires data
  • a threshold value setting unit 125 that sets a threshold value of an amplitude index value corresponding to the amplitude of the vibration component of the force data, and an abnormality in the drive target in response to the amplitude index value exceeding the threshold value.
  • an abnormality detection unit 126 for detecting the above, and the threshold value setting unit 125 increases the threshold value as the speed data increases.
  • an abnormality is detected based on the amplitude of the vibration component of the force data.
  • the relationship between the speed data and the force data can greatly change depending on the installation environment of the pressure feeding device 1 and the like.
  • the velocity data and the amplitude of the vibration component it is easy to find a law that does not depend on the installation environment of the pumping device 1.
  • the threshold setting unit 125 increases the amplitude threshold as the speed data increases.
  • the threshold value setting unit 125 may increase the difference between the threshold value and the amplitude index value in normal times as the speed data increases. In this case, it is possible to more surely achieve both suppression of erroneous detection of abnormality in the high speed range and improvement of detection sensitivity in the low speed range.
  • the power conversion device 100 further includes a threshold holding unit 124 that stores a threshold line preset so as to show the relationship between the speed data and the threshold, and the threshold setting unit 125 uses the speed data and the threshold line L11. You may set a threshold value. In this case, based on the threshold line, the amplitude threshold can be set quickly with a small calculation load.
  • the power conversion device 100 may further include a line setting unit 145 that sets the threshold line L11 based on speed data and force data in normal times. In this case, the setting of the threshold line L11 is also executed by the power conversion device 100. Therefore, the abnormality detection function can be constructed more easily.
  • the line setting unit 145 derives a reference line L21 indicating the relationship between the speed data in normal times and the amplitude index value based on the speed data and force data in normal times, and determines the threshold line L11 based on the reference line L21. You may set it. In this case, it is possible to more reliably achieve both suppression of erroneous detection of abnormality and improvement of detection sensitivity in each speed range.
  • the power conversion device 100 further includes a scan control unit 142 that supplies power for test operation from the power conversion unit 111 to the drive target, and the line setting unit 145 is based on the speed data and force data acquired during the test operation.
  • the threshold line L11 may be set. In this case, the power converter 100 automatically executes a test operation preset for setting the threshold line L11. Therefore, the abnormality detection function can be constructed more easily.
  • the power conversion device 100 includes an index value derivation unit 123 that derives the amplitude of the vibration component as an amplitude index value based on a plurality of force data acquired from a time period before the acquisition of the force data to the acquisition time. Further, it may be provided. In this case, the relationship with the amplitude threshold value is confirmed after deriving the amplitude itself. Therefore, the abnormality of the drive target can be detected with higher reliability.
  • the power conversion device 100 determines the difference between the force data and the trend value of the force data based on the past force data acquired between the time when the force data is acquired and the predetermined period before the time when the force data is acquired.
  • the index value deriving unit 123 may be further provided. In this case, the abnormality of the drive target can be quickly detected even in the case where the abnormality suddenly occurs.

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Abstract

電力変換装置１００は、圧送装置１に電力を供給する電力変換部１１１と、圧送装置１の駆動速度に対応する速度データと、圧送装置１の駆動力に対応する力データとを取得するデータ取得部１２１と、力データの振動成分の振幅に対応する振幅指標値の閾値を設定する閾値設定部１２５と、振幅指標値が閾値を超えるのに応じて駆動対象の異常を検出する異常検出部１２６と、を備え、閾値設定部１２５は、速度データが大きくなるにつれて閾値を大きくする。

Description

電力変換装置、圧送装置、及び制御方法
　本開示は、電力変換装置、圧送装置、及び制御方法に関する。
　特許文献１には、ポンプの駆動用の電動機に出力する電動機電流が、あらかじめ設定した電動機無負荷電流値に低下して到達し、かつ、あらかじめ設定した時間が経過しても電動機電流が増加しない場合には、速やかにインバータ装置を停止させると共に、警報を出力する手段を備えるインバータ装置が開示されている。
特開平６－１６５５２１号公報
　本開示は、駆動対象の異常検出機能を容易に構築可能な電力変換装置、圧送装置及び制御方法を提供する。
　本開示の一側面に係る電力変換装置は、電動式の駆動対象に電力を供給する電力変換部と、駆動対象の駆動速度に対応する速度データと、駆動対象の駆動力に対応する力データとを取得するデータ取得部と、力データの振動成分の振幅に対応する振幅指標値の閾値を設定する閾値設定部と、振幅指標値が閾値を超えるのに応じて駆動対象の異常を検出する異常検出部と、を備え、閾値設定部は、速度データが大きくなるにつれて閾値を大きくする。
　本開示の他の側面に係る圧送装置は、上記電力変換装置と、電力変換装置から供給された電力により駆動される電動式のポンプと、を備える。
　本開示の更に他の側面に係る制御方法は、電動式の駆動対象に電力を供給することと、駆動対象の駆動速度に対応する速度データと、駆動対象の駆動力に対応する力データとを取得することと、力データの振動成分の振幅に対応する振幅指標値の閾値を設定することと、振幅指標値が閾値を超えるのに応じて駆動対象の異常を検出することと、を含み、速度データが大きくなるにつれて閾値を大きくする。
　本開示によれば、駆動対象の異常検出機能を容易に構築可能な装置を提供することができる。
圧送装置の側面図である。 電力変換装置の機能的な構成を示すブロック図である。 閾値ラインを例示するグラフである。 電力変換装置のハードウェア構成図である。 閾値ラインの設定手順を示すフローチャートである。 運転状態監視手順を示すフローチャートである。 閾値ラインの設定手順の変形例を示すフローチャートである。
　以下、実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
〔圧送装置〕
（全体構成）
　図１に示す圧送装置１は、液体を圧送するポンプ２０と、ポンプ２０を駆動するポンプ駆動装置１０と、これらを一体的に保持するユニットベース２とを備える。
　ポンプ２０は、非容積型の回転式ポンプである。例えばポンプ２０は、渦巻ポンプ等の遠心ポンプであり、遠心力により液体を圧送するインペラ２１を有する。なお、ポンプ２０は、容積型のポンプであってもよいし、ダイヤフラム式又はベローズ式等の往復式ポンプであってもよい。ポンプ２０は、定常運転時における駆動速度と駆動力との関係が定まるものであればいかなるポンプであってもよい。
　ポンプ駆動装置１０は、モータ１１と、電力変換装置１００と、電装保持部１３とを有する。モータ１１は、ポンプ２０の駆動用の動力源である。モータ１１の具体例としては、回転型の同期電動機又は誘導電動機等が挙げられる。
　電力変換装置１００は、上位コントローラ３００（図２参照）から受信した周波数指令（速度指令）にモータ１１の回転速度を追従させるための交流電力を生成する。なお、電力変換装置１００は、上位コントローラ３００からの受信に代えて周波数指令を内部演算で生成してもよいし、予め設定された周波数指令を内部に保持していてもよい。電力変換装置１００の構成については後に詳述する。
　電装保持部１３は、モータ１１に固定され、電力変換装置１００を保持する。例えば電装保持部１３は、モータ１１のフレーム外周に固定されたケースであり、その内部に電力変換装置１００を保持する。
（電力変換装置）
　電力変換装置１００は、圧送装置１（電動式の駆動対象）に電力を供給することと、圧送装置１の駆動速度に対応する速度データと、圧送装置１の駆動力に対応する力データとを取得することと、力データの振動成分の振幅に対応する振幅指標値の閾値を設定することと、振幅指標値が閾値を超えるのに応じて圧送装置１の異常を検出することと、を実行するように構成されている。例えば図２に示すように、電力変換装置１００は、機能上の構成（以下、「機能モジュール」という。）として、電力変換部１１１と、速度制御部１１２と、電流制御部１１３と、電流検出部１１４と、データ取得部１２１と、運転データ保持部１２２と、指標値導出部１２３と、閾値保持部１２４と、閾値設定部１２５と、異常検出部１２６とを有する。
　電力変換部１１１は、圧送装置１のモータ１１に駆動電力を出力する。例えば電力変換部１１１は、電圧指令に応じた電圧振幅にて、モータ１１の磁極に追従可能な周波数の交流電圧をモータ１１に出力する。例えば電力変換部１１１は、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ　Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式により上記交流電圧を生成する。電力変換部１１１は、直流母線の直流電力を交流電力に変換して駆動電力を生成するインバータであってもよいし、交流電源側の交流電力とモータ１１側の交流電力との間で双方向の電力変換を行うマトリクスコンバータであってもよい。
　速度制御部１１２は、ポンプ２０の駆動速度が目標速度に追従するように、電力変換部１１１に駆動電力を出力させる。目標速度は、例えば上位コントローラ３００から受信した周波数指令である。目標速度は、電力変換装置１００の内部演算により生成された周波数指令であってもよいし、予め設定され電力変換装置１００の内部に保持された周波数指令であってもよい。速度制御部１１２は、速度偏差を縮小するための電流指令（トルク指令）を算出する。
　電流制御部１１３は、速度制御部１１２により算出された電流指令と、モータ１１に出力中の電流（以下、「出力電流」という。）との偏差を縮小するための電圧指令を算出し、電力変換部１１１に出力する。これにより、電力変換部１１１は、ポンプ２０の駆動速度を目標速度に追従させる駆動電力をモータ１１に出力する。電流検出部１１４は、電力変換部１１１からモータ１１への出力電流を検出する。
　データ取得部１２１は、圧送装置１の駆動速度に対応する速度データと、圧送装置１の駆動力に対応する力データとを取得する。速度データは、圧送装置１の駆動速度（例えばモータ１１の回転速度）に対応する限りいかなるデータであってもよい。ここでの「対応」は、駆動速度の増減に応じて速度データが増減することを意味する。速度データの具体例としては、モータ１１の回転速度の指令値、モータ１１に供給される交流電力の周波数指令値等が挙げられる。速度データは、パルスジェネレータ等のセンサにより検出されるモータ１１の回転速度の検出値であってもよい。
　力データは、圧送装置１の駆動力（例えばモータ１１のトルク）に対応する限りいかなるデータであってもよい。ここでの「対応」は、駆動力の増減に応じて力データが増減する相関関係を意味する。力データの具体例としては、モータ１１に供給される電流の検出値（例えば電流検出部１１４による検出値）が挙げられる。力データは、モータ１１に供給される電流の指令値であってもよいし、力センサによるトルク検出値であってもよい。
　運転データ保持部１２２は、データ取得部１２１により取得された速度データ及び力データを時系列で記憶する。
　指標値導出部１２３は、運転データ保持部１２２が記憶する力データに基づいて、上記振幅指標値を導出する。上記振幅指標値は、力データの振動成分の振幅に対応していればいかなるデータであってもよい。ここでの「対応」は、振幅の増減に応じて振幅指標値が増減する相関関係を意味する。
　例えば指標値導出部１２３は、力データの取得時よりも所定期間前から当該取得時までの間に取得された複数の力データに基づき、力データの振動成分の振幅を振幅指標値として導出する。振幅は、負側のピークから正側のピークまでの幅であってもよいし、負側のピークから正側のピークまでの幅の半分であってもよい。振動成分は、圧送装置１の定常運転における力データの振動成分である。定常運転とは、圧送対象の液体（以下、単に「液体」という。）がポンプ２０内に充填され、ポンプ２０の駆動速度が目標速度に実質的に一致した運転状態を意味する。実質的に一致とは、駆動速度と目標速度との差異が無視可能な誤差範囲内であることを意味する。振幅は、例えば所定時間内の最大値と最小値の差から求めてもよいし、そのほか高速フーリエ変換（ＦＦＴ）でも導出可能である。例えば指標値導出部１２３は、ＦＦＴにより所定の周波数成分の振幅を振幅指標値として導出してもよいし、所定帯域の周波数成分における振幅の平均値又は最大値等を振幅指標値として導出してもよい。
　指標値導出部１２３は、力データと、当該力データの取得時よりも所定期間前から当該取得時までの間に取得された過去の力データに基づく力データのトレンド値との差を振幅指標値として導出してもよい。例えば指標値導出部１２３は、運転データ保持部１２２内の最新の振幅指標値に対して、過去の振幅指標値を用いたローパス型のフィルタリングを施してトレンド値を算出する。
　ローパス型のフィルタリングの具体例としては、有限インパルス応答方式のフィルタリングが挙げられる。有限インパルス応答方式の一次フィルタリングを用いる場合、トレンド値は次式により導出される。
Ｙ＝Ａ・Ｘ［ｋ］＋（１－Ａ）・Ｘ［ｋ－１］・・・（１）
Ｙ：トレンド値
Ｘ［ｋ］：最新の振幅指標値
Ｘ［ｋ－１］：一つ前に取得された振幅指標値
Ａ：フィルタ係数
　有限インパルス応答方式の二次フィルタリングを用いる場合、トレンド値は次式により導出される。
Ｙ＝Ａ・Ｘ［ｋ］＋Ｂ・Ｘ［ｋ－１］＋（１－Ａ－Ｂ）・Ｘ［ｋ－２］・・・（２）
Ｙ：トレンド値
Ｘ［ｋ］：最新の振幅指標値
Ｘ［ｋ－１］：一つ前に取得された振幅指標値
Ｘ［ｋ－２］：二つ前に取得された振幅指標値
Ａ，Ｂ：フィルタ係数
　なお、指標値導出部１２３は、必ずしも最新の振幅指標値をトレンド値の算出に用いなくてもよく、過去の振幅指標値のみに基づいてトレンド値を算出してもよい。例えば、上記Ｘ［ｋ］が、最新に対していくつか（例えば一つ）前に取得された振幅指標値であってもよい。
　閾値保持部１２４は、速度データと振幅指標値の閾値との関係を示すように予め設定された閾値ラインを記憶する。以下、振幅指標値の閾値を「振幅閾値」という。振幅閾値は、例えばその値を超えたら正常ではないと判断できる程度の大きさに設定された上限値である。閾値保持部１２４は、閾値ラインを当該ライン上に並ぶ点列のデータとして記憶していてもよいし、閾値ラインを関数として記憶していてもよい。
　図３は、閾値ラインを例示するグラフであり、横軸は速度データの大きさを示し、縦軸は振幅指標値の大きさを示している。ラインＬ２１は、平常時における速度データと振幅指標値との関係を模式的に示している。平常時とは、装置の故障又は圧送対象の流体（例えば液体）不足等の異常が生じていない時を意味する。以下、ラインＬ２１を「平常ラインＬ２１」という。ラインＬ１１は閾値ラインを示している。図３の（ａ）に示すように、閾値ラインＬ１１は、速度データの値ごとの振幅閾値が平常時における振幅指標値よりも大きくなるように設定されている。換言すると、閾値ラインＬ１１は、平常ラインＬ２１よりも高位に設定されている。
　また、図３に示すように、ラインＬ１１は、速度データが大きくなるにつれて振幅閾値が大きくなるように設定されている。図３の（ｂ）に示すように、閾値ラインＬ１１は、速度データが大きくなるにつれて、振幅閾値と、平常時における振幅指標値との差が大きくなるように設定されていてもよい。換言すると、速度データが大きくなるにつれて、閾値ラインＬ１１と平常ラインＬ２１との間隔が大きくなっていてもよい。図３の（ｃ）に示すように、閾値ラインは、速度データとの関係が曲線状となるように設定されていてもよい。
　閾値設定部１２５は、速度データに基づいて振幅閾値を設定する。閾値設定部１２５は、速度データが大きくなるにつれて振幅閾値を大きくする。閾値設定部１２５は、速度データが大きくなるにつれて、振幅閾値と、平常時における振幅指標値との差を大きくしてもよい。例えば閾値設定部１２５は、データ取得部１２１が取得した最新の速度データと、閾値保持部１２４が記憶する閾値ラインとに基づいて、当該最新の速度データに対応する振幅閾値を設定する。
　異常検出部１２６は、振幅指標値が閾値を超えるのに応じて圧送装置１の異常を検出する。ここでの異常検出は、あくまで振幅閾値が平常とは異なっていることを判定することを意味するに過ぎず、必ずしも実際の異常発生の検出を意味するわけではない。異常検出部１２６は、異常を検出したことを上位コントローラ３００に報知してもよいし、電力変換装置１００に設けられた表示部（例えば液晶モニタ又は警告灯等）に表示してもよい。
　電力変換装置１００は、ユーザの入力に基づいて閾値ラインを設定することを更に実行するように構成されていてもよい。例えば電力変換装置１００は、図２に示すように、入力データ取得部１３１と、入力データ保持部１３２と、ライン設定部１３３とを更に有してもよい。入力データ取得部１３１は、一つの速度データとこれに対応する振幅閾値との対応を示す入力データ（以下、「閾値入力データ」という。）を設定用コンピュータ２００から取得する。入力データ取得部１３１は、互いに速度データの異なる複数（例えば三つ以上）の閾値入力データを取得するように構成されていてもよい。入力データ取得部１３１は、入力可能な速度データの範囲を制限するように構成されていてもよい。入力データ保持部１３２は、入力データ取得部１３１が取得した閾値入力データを記憶する。
　ライン設定部１３３は、入力データ取得部１３１により取得された複数の閾値入力データの間を補間するように閾値ラインを設定する。例えばライン設定部１３３は、複数の閾値入力データ同士の間を、線形関数、多項式関数、又はスプライン関数等により関数化してもよいし、これらの関数を用いて閾値入力データ同士の間に点列を補ってもよい。また、ライン設定部１３３は、複数の閾値入力データの範囲外を、線形関数、多項式関数、又はスプライン関数等により外挿してもよい。外挿とは、複数の閾値入力データの範囲内の関数を拡張して関数化するか、拡張した関数を用いて点列を補うことを意味する。
　電力変換装置１００は、平常時における速度データと力データとに基づいて閾値ラインを設定することを更に実行するように構成されていてもよい。この場合、電力変換装置１００は、モータ１１にテスト運転用の電力を供給し、テスト運転中に取得された速度データと力データとに基づいて閾値ラインを設定するように構成されていてもよい。例えば電力変換装置１００は、スキャン指令保持部１４１と、スキャン制御部１４２と、テストデータ保持部１４４と、ライン設定部１４５とを更に有する。
　スキャン指令保持部１４１は、閾値ラインを設定するための上記テスト運転用の速度指令を記憶する。速度指令は、複数の速度指令値を含んでいる。スキャン制御部１４２は、電力変換部１１１からモータ１１にテスト運転用の電力を供給させる。例えばスキャン制御部１４２は、スキャン指令保持部１４１が記憶する速度指令に従ってモータ１１を動作させるための電力を電力変換部１１１からモータ１１に供給させる。テストデータ保持部１４４は、テスト運転中に取得された速度データと、テスト運転中に取得された力データに基づき指標値導出部１２３が導出した振幅指標値とを、上記複数の速度指令値ごとに記憶する。
　ライン設定部１４５は、平常時における速度データと力データとに基づいて閾値ラインを設定する。例えばライン設定部１４５は、平常時にテストデータ保持部１４４に保存された速度データと振幅指標値とに基づいて、平常時における速度データと振幅指標値との関係を示す基準ライン（例えば図３のラインＬ２１）を導出し、基準ラインに基づいて閾値ラインを設定する。例えばライン設定部１４５は、基準ラインに所定のマージンを加算したラインを閾値ラインとする。ライン設定部１４５は、速度データが大きくなるにつれて上記マージンを大きくしてもよい。これにより、速度データが大きくなるにつれて、振幅閾値と、平常時における振幅指標値との差が大きくなる。
　図４は、電力変換装置１００のハードウェア構成を例示するブロック図である。図４に示すように、電力変換装置１００は、制御回路１９０と、スイッチング回路１８１と、電流センサ１８２とを有する。
　制御回路１９０は、一つ又は複数のプロセッサ１９１と、メモリ１９２と、ストレージ１９３と、入出力ポート１９４と、通信ポート１９５とを含む。ストレージ１９３は、例えば不揮発性の半導体メモリ等、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体を有する。記憶媒体は、上述した電力変換装置１００の各機能モジュールを構成するためのプログラムを記憶している。メモリ１９２は、ストレージ１９３の記憶媒体からロードしたプログラム及びプロセッサ１９１による演算結果を一時的に記憶する。プロセッサ１９１は、メモリ１９２と協働して上記プログラムを実行することで、電力変換装置１００の各機能モジュールを構成する。入出力ポート１９４は、入力電源の端子台があるほか、プロセッサ１９１からの指令に従って、スイッチング回路１８１及び電流センサ１８２との間で電気信号の入出力を行う。通信ポート１９５は、プロセッサ１９１からの指令に従って、設定用コンピュータ２００及び上位コントローラ３００との間で情報通信を行う。
　なお、制御回路１９０は、必ずしもプログラムにより各機能を構成するものに限られない。例えば制御回路１９０は、専用の論理回路又はこれを集積したＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）により少なくとも一部の機能を構成してもよい。
　スイッチング回路１８１は、制御回路１９０からの指令（例えば入出力ポート１９４からの電気信号）に従って動作し、上記電力変換部１１１として機能する。例えばスイッチング回路１８１は、入出力ポート１９４からの電気信号（例えばゲート信号）に従って複数のスイッチング素子のオン、オフを切り替えることにより、上記駆動電力をモータ１１に出力する。スイッチング素子は、例えばパワーＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）又はＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等である。
　電流センサ１８２は、制御回路１９０からの指令（例えば入出力ポート１９４からの電気信号）に従って動作し、上述した電流検出部１１４として機能する。電流センサ１８２は、スイッチング回路１８１からモータ１１への出力電流を検出する。
〔制御方法〕
　続いて、制御方法の一例として、電力変換装置１００が実行する制御手順を例示する。この制御手順は、を含む。以下、この制御手順を、閾値ラインの設定手順と、運転状態監視手順とに分けて詳細に例示する。
（閾値ラインの設定手順）
　図５に示すように、電力変換装置１００は、まずステップＳ０１，Ｓ０２，Ｓ０３を実行する。ステップＳ０１では、入力データ取得部１３１が、上記閾値入力データの取得用の画面（以下、「閾値入力画面」という。）を設定用コンピュータ２００に表示させる。ステップＳ０２では、入力データ取得部１３１が、閾値入力画面に入力された閾値入力データの登録指示を待機する。この登録指示は、例えば設定用コンピュータ２００において、閾値入力画面のボタンの操作（例えばクリック又はタップ）により入力される。ステップＳ０３では、入力データ取得部１３１が、閾値入力画面に入力された閾値入力データを設定用コンピュータ２００から取得して入力データ保持部１３２に保存する。
　次に、電力変換装置１００はステップＳ０４を実行する。ステップＳ０４では、閾値ラインの設定に必要な数の閾値入力データが取得されたか否かをライン設定部１３３が確認する。
　ステップＳ０４において、閾値ラインの設定に必要な数の閾値入力データは取得されていないと判定した場合、電力変換装置１００は処理をステップＳ０１に戻す。以後、閾値ラインの設定に必要な数の閾値入力データが取得されるまで、入力データ取得部１３１による閾値入力データの取得が繰り返される。
　ステップＳ０４において、閾値ラインの設定に必要な数の閾値入力データが取得されたと判定した場合、電力変換装置１００はステップＳ０５を実行する。ステップＳ０５では、ライン設定部１３３が、入力データ取得部１３１により取得された複数の閾値入力データの間を補間するように閾値ラインを設定し、設定した閾値ラインを閾値保持部１２４に保存する。以上で閾値ラインの設定手順が完了する。
（運転状態監視手順）
　図６に示すように、電力変換装置１００は、ステップＳ１１，Ｓ１２を実行する。ステップＳ１１では、速度制御部１１２が、上位コントローラ３００等からのモータ１１の運転開始指令を待機する。ステップＳ１２では、速度制御部１１２が、上位コントローラ３００からの指令等に応じて電力変換部１１１を制御して、モータ１１を起動させる。例えば速度制御部１１２は、電力変換部１１１からモータ１１への駆動電力の出力を開始させる。以後、速度制御部１１２は、ポンプ２０の駆動速度が目標速度に追従するように、電力変換部１１１に駆動電力を出力させる。
　次に、電力変換装置１００は、ステップＳ１３，Ｓ１４を実行する。ステップＳ１３では、データ取得部１２１が上記速度データと上記力データとを取得し、運転データ保持部１２２に保存する。ステップＳ１４では、振幅指標値の導出に必要な数（以下、単に「必要数」という。）のデータが運転データ保持部１２２に蓄積されたか否かを指標値導出部１２３が確認する。運転データ保持部１２２に蓄積されたデータの数が必要数に達していないと判定した場合、電力変換装置１００は処理をステップＳ１３に戻す。以後、必要数のデータが運転データ保持部１２２に蓄積されるまでは、速度データ及び力データの取得と保存が繰り返される。
　ステップＳ１４において、必要数のデータが運転データ保持部１２２に蓄積されたと判定した場合、電力変換装置１００はステップＳ１５，Ｓ１６を実行する。ステップＳ１５では、指標値導出部１２３が、運転データ保持部１２２に蓄積された力データに基づいて振幅指標値を導出する。ステップＳ１６では、データ取得部１２１が取得した最新の速度データと、閾値保持部１２４が記憶する閾値ラインとに基づいて、当該最新の速度データに対応する振幅閾値を閾値設定部１２５が設定する。
　次に、電力変換装置１００はステップＳ１７を実行する。ステップＳ１７では、異常検出部１２６が、ステップＳ１５において導出された振幅指標値がステップＳ１６において設定された振幅閾値を超えているか否かを確認する。振幅指標値が振幅閾値を超えていると判定した場合、電力変換装置１００はステップＳ１８を実行する。ステップＳ１８では、異常検出部１２６が、異常を検出したことを上位コントローラ３００に報知する。
　次に、電力変換装置１００はステップＳ１９を実行する。ステップＳ１７において振幅指標値が振幅閾値を超えていないと判定した場合、電力変換装置１００はステップＳ１８を実行することなくステップＳ１９を実行する。ステップＳ１９では、上位コントローラ３００等からのモータ１１の停止指令があるか否かを速度制御部１１２が確認する。ステップＳ１９において停止指令はないと判定した場合、電力変換装置１００は処理をステップＳ１３に戻す。以後、モータ１１の停止指令があるまでは、圧送装置１の運転状態の監視が継続される。ステップＳ１９において停止指令があると判定した場合、電力変換装置１００はステップＳ２１を実行する。ステップＳ２１では、速度制御部１１２が電力変換部１１１にモータ１１を停止させる。例えば速度制御部１１２は、電力変換部１１１からモータ１１への駆動電力の出力を停止させる。以上で運転状態監視手順が完了する。
（閾値ラインの設定手順の変形例）
　続いて閾値ラインの設定手順の変形例を示す。図７に示すように、電力変換装置１００は、まずステップＳ３１，Ｓ３２，Ｓ３３を実行する。ステップＳ３１では、スキャン制御部１４２が、上位コントローラ３００等からのモータ１１のテスト運転開始指令を待機する。ステップＳ３２では、スキャン制御部１４２がモータ１１の目標速度を初期速度に設定する。例えばスキャン制御部１４２は、スキャン指令保持部１４１が記憶する上記複数の速度指令値の最小値を目標速度とする。ステップＳ３３では、スキャン制御部１４２が、モータ１１の速度制御の開始を速度制御部１１２に要求する。速度制御部１１２は、電力変換部１１１からモータ１１への駆動電力の出力を開始させる。以後、速度制御部１１２は、ポンプ２０の駆動速度が目標速度に追従するように、電力変換部１１１に駆動電力を出力させる。
　次に、電力変換装置１００は、上記必要数のデータが運転データ保持部１２２に蓄積されるまで、ステップＳ１３，Ｓ１４と同様のステップＳ３４，Ｓ３５を繰り返す。次に、電力変換装置１００はステップＳ３６を実行する。ステップＳ３６では、指標値導出部１２３が、運転データ保持部１２２に蓄積された力データに基づいて振幅指標値を導出する。
　次に、電力変換装置１００はステップＳ３７を実行する。ステップＳ３７では、所定のサンプリング期間が経過したか否かをスキャン制御部１４２が確認する。サンプリング期間は経過していないと判定した場合、電力変換装置１００は処理をステップＳ３４に戻す。以後、サンプリング期間が経過するまでは、一定の目標速度においてデータの取得と振幅指標値の導出とが繰り返される。
　次に、電力変換装置１００はステップＳ３８を実行する。ステップＳ３８では、指標値導出部１２３が、サンプリング期間中に算出した振幅指標値の最大値と、速度データとを対応付けてテストデータ保持部１４４に保存する。
　次に、電力変換装置１００はステップＳ３９を実行する。ステップＳ３９では、モータ１１の目標速度が最終速度に達しているか否かをスキャン制御部１４２が確認する。最終速度は、例えばスキャン指令保持部１４１が記憶する上記複数の速度指令値の最大値である。モータ１１の目標速度は最終速度に達していないと判定した場合、電力変換装置１００はステップＳ４１を実行する。ステップＳ４１では、スキャン制御部１４２が目標速度を変更する。例えばスキャン制御部１４２は、現在目標速度とされている速度指令値の次に大きな速度指令値を次の目標速度とする。その後、電力変換装置１００は処理をステップＳ３４に戻す。以後、目標速度が最終速度に達したと判定されるまで、振幅指標値と速度データとが速度指令値ごとにテストデータ保持部１４４に保存される。
　ステップＳ４１において、目標速度が最終速度に達していると判定した場合、電力変換装置１００はステップＳ４２，Ｓ４３を実行する。ステップＳ４２では、スキャン制御部１４２がモータ１１の停止を速度制御部１１２に要求する。速度制御部１１２は、電力変換部１１１からモータ１１への駆動電力の出力を停止させる。ステップＳ４３では、ライン設定部１４５が、テストデータ保持部１４４に保存された速度データと振幅指標値とに基づいて上記基準ラインを導出し、基準ラインに基づいて閾値ラインを設定する。ライン設定部１４５は、設定した閾値ラインを閾値保持部１２４に保存する。以上で閾値ラインの設定が完了する。
〔本実施形態の効果〕
　以上に説明したように、電力変換装置１００は、圧送装置１に電力を供給する電力変換部１１１と、圧送装置１の駆動速度に対応する速度データと、圧送装置１の駆動力に対応する力データとを取得するデータ取得部１２１と、力データの振動成分の振幅に対応する振幅指標値の閾値を設定する閾値設定部１２５と、振幅指標値が閾値を超えるのに応じて駆動対象の異常を検出する異常検出部１２６と、を備え、閾値設定部１２５は、速度データが大きくなるにつれて閾値を大きくする。
　この電力変換装置１００によれば、力データの振動成分の振幅に基づいて異常が検出される。速度データと力データとの関係は、圧送装置１の設置環境等に応じて大きく変わり得る。これに対し、速度データと振動成分の振幅との関係には、圧送装置１の設置環境等によらない法則性を見出しやすい。例えば、平常時においては、速度データが大きくなるにつれて振動成分の振幅が大きくなる傾向がある。これに応じ、閾値設定部１２５は、速度データが大きくなるにつれて振幅閾値を大きくする。これにより、高速域における異常の誤検出を抑制しつつ、低速域における異常の検出感度を高めることができる。このように、設置環境等によらない汎用的なロジックが予め組み込まれることによって、設置環境等に応じた個別の設定作業を削減することができる。従って、異常検出機能を容易に構築可能である。
　閾値設定部１２５は、速度データが大きくなるにつれて、閾値と、平常時における振幅指標値との差を大きくしてもよい。この場合、高速域における異常の誤検出抑制と、低速域における検出感度向上との両立をより確実に図ることができる。
　電力変換装置１００は、速度データと閾値との関係を示すように予め設定された閾値ラインを記憶する閾値保持部１２４を更に備え、閾値設定部１２５は、速度データと閾値ラインＬ１１とに基づいて閾値を設定してもよい。この場合、閾値ラインに基づくことによって、小さな演算負荷で迅速に振幅閾値を設定することができる。
　電力変換装置１００は、平常時における速度データと力データとに基づいて閾値ラインＬ１１を設定するライン設定部１４５を更に備えていてもよい。この場合、閾値ラインＬ１１の設定も電力変換装置１００により実行される。このため、異常検出機能を更に容易に構築可能である。
　ライン設定部１４５は、平常時における速度データと力データとに基づいて、平常時における速度データと振幅指標値との関係を示す基準ラインＬ２１を導出し、基準ラインＬ２１に基づいて閾値ラインＬ１１を設定してもよい。この場合、各速度域において、異常の誤検出抑制と、検出感度向上との両立をより確実に図ることができる。
　電力変換装置１００は、電力変換部１１１から駆動対象にテスト運転用の電力を供給させるスキャン制御部１４２を更に備え、ライン設定部１４５は、テスト運転中に取得された速度データ及び力データに基づいて閾値ラインＬ１１を設定してもよい。この場合、閾値ラインＬ１１の設定用に予め設定されたテスト運転が電力変換装置１００によって自動実行される。このため、異常検出機能を更に容易に構築可能である。
　電力変換装置１００は、力データの取得時よりも所定期間前から当該取得時までの間に取得された複数の力データに基づき振動成分の振幅を振幅指標値として導出する指標値導出部１２３を更に備えていてもよい。この場合、振幅自体を導出した上で振幅閾値との関係が確認される。従って、駆動対象の異常をより高い信頼性で検出可能である。
　電力変換装置１００は、力データと、当該力データの取得時よりも所定期間前から当該取得時までの間に取得された過去の力データに基づく力データのトレンド値との差を振幅指標値として導出する指標値導出部１２３を更に備えていてもよい。この場合、異常が突発した状況等においても、駆動対象の異常を迅速に検出し得る。
　以上、実施形態について説明したが、本発明は必ずしも上述した形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
　１…圧送装置（電動式の駆動対象）、１３…電装保持部、２０…ポンプ、１００…電力変換装置、１１１…電力変換部、１２１…データ取得部、１２３…指標値導出部、１２４…閾値保持部、１２５…閾値設定部、１２６…異常検出部、１４５…ライン設定部、１４２…スキャン制御部、Ｌ１１…閾値ライン、Ｌ２１…平常ライン（基準ライン）。

Claims (11)

  1. 　電動式の駆動対象に電力を供給する電力変換部と、
    　前記駆動対象の駆動速度に対応する速度データと、前記駆動対象の駆動力に対応する力データとを取得するデータ取得部と、
    　前記力データの振動成分の振幅に対応する振幅指標値の閾値を設定する閾値設定部と、
    　前記振幅指標値が前記閾値を超えるのに応じて前記駆動対象の異常を検出する異常検出部と、を備え、
    　前記閾値設定部は、前記速度データが大きくなるにつれて前記閾値を大きくする、電力変換装置。
  2. 　前記閾値設定部は、前記速度データが大きくなるにつれて、前記閾値と、平常時における前記振幅指標値との差を大きくする、請求項１記載の電力変換装置。
  3. 　前記速度データと前記閾値との関係を示すように予め設定された閾値ラインを記憶する閾値保持部を更に備え、
    　前記閾値設定部は、前記速度データと前記閾値ラインとに基づいて前記閾値を設定する、請求項１又は２記載の電力変換装置。
  4. 　平常時における前記速度データと前記力データとに基づいて前記閾値ラインを設定するライン設定部を更に備える、請求項３記載の電力変換装置。
  5. 　前記ライン設定部は、前記平常時における前記速度データと前記力データとに基づいて、前記平常時における前記速度データと前記振幅指標値との関係を示す基準ラインを導出し、前記基準ラインに基づいて前記閾値ラインを設定する、請求項４記載の電力変換装置。
  6. 　前記電力変換部から前記駆動対象にテスト運転用の前記電力を供給させるスキャン制御部を更に備え、
    　前記ライン設定部は、前記テスト運転中に取得された前記速度データ及び前記力データに基づいて前記閾値ラインを設定する、請求項４又は５記載の電力変換装置。
  7. 　前記力データの取得時よりも所定期間前から当該取得時までの間に取得された複数の前記力データに基づき前記振動成分の振幅を前記振幅指標値として導出する指標値導出部を更に備える、請求項１～６のいずれか一項記載の電力変換装置。
  8. 　前記力データと、当該力データの取得時よりも所定期間前から当該取得時までの間に取得された過去の前記力データに基づく前記力データのトレンド値との差を前記振幅指標値として導出する指標値導出部を更に備える、請求項１～６のいずれか一項記載の電力変換装置。
  9. 　請求項１～８のいずれか一項記載の電力変換装置と、
    　前記電力変換装置から供給された前記電力により駆動される電動式のポンプと、を備える圧送装置。
  10. 　前記ポンプに固定され、前記電力変換装置を保持する電装保持部を更に備える、請求項９記載の圧送装置。
  11. 　電動式の駆動対象に電力を供給することと、
    　前記駆動対象の駆動速度に対応する速度データと、前記駆動対象の駆動力に対応する力データとを取得することと、
    　前記力データの振動成分の振幅に対応する振幅指標値の閾値を設定することと、
    　前記振幅指標値が前記閾値を超えるのに応じて前記駆動対象の異常を検出することと、を含み、
    　前記速度データが大きくなるにつれて前記閾値を大きくする、制御方法。
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