Device for applying electronic switch and method for the same

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は少なくとも１個の負荷と主電源間に接続されたスイッチ手段と、主電源の状態を監視し、主電源の状態を表す信号を発する少なくとも１
個の主電源モニターと、前記信号を受け取り、スイッチ開閉の指令を前記スイッチ手段に送るための少なくとも１個の起動制御ユニットとからなる、前記負荷のスイッチを自動的に再投入するための装置に関する。

【０００２】

【従来の技術とその課題】この種の装置はＵＳ−Ａ−４
９８７５１３に開示されており、主電源が落ちた後で電気負荷を「コールドスタート」させるのに用いられている。 「コールドスタート」させる場合の問題点は、多くの電気負荷においては再起動時のピーク電流がかなり大きく、したがってピーク電力消費量が大きいことである。 上記の装置を用いれば、複数の負荷を互いに所定の遅延時間だけずらして起動させることによって、主電源に過負荷がかかるのを防ぐことができる。 従来のこの種の装置においては、上記遅延時間を安全上の観点から余裕をもって設定していた。 しかしこのように遅延時間に安全上の余裕をもたせることによって、処理時間が長くなってしまうという問題があった。

【０００３】これはモーター制御装置を遠隔操作で制御する場合特に大きな問題となる。 モーター制御装置はたとえば工程制御、測定工程変数制御、信号発生工程の状態の制御用の処理工程、あるいは上記工程に用いるモーターを保護するための処理工程に用いられる。 モーター制御装置は通常複数のモジュールからなり、このモジュールは多くの場合キャビネットから抜き取り可能な引き出しの形態をしており、各モジュールは各モーターに接続されている。 各モジュールはモジュールに接続されたモーターを制御し、電気的に保護するための装置を備えており、たとえば１個以上のパネルからなる構造のものが知られている。 ＥＰ−Ａ−０１６３５７２は、モーター制御装置を遠隔操作で自動制御することを開示している。

【０００４】ＥＰ−Ａ−２０９４９９４は、主電源に接続された複数の種類が異なる電気機械を起動させるための装置を開示している。 この装置は、主電源の過負荷を検出し、電源電圧が回復すると再投入信号を発生する検出器を備えている。 人間によって入力される各機械に対応した特定のコード信号を受け取った場合のみ、制御手段によって各機械を起動するようにしてもよい。 しかしこの装置の場合、主電源が落ちた後ですべての機械のスイッチを再投入する必要がない場合でも、制御手段は全ての機械を含んだ所定の再投入表を用いて制御を行う。
再投入処理工程においては、制御手段は所定の速度で表のすべての内容を実行する、すなわち再起動する必要のない機械までも再起動してしまう。 このため時間のロスが大きい。

【０００５】そこで本発明の目的は再起動する必要がある負荷だけを、最短の時間で自動的に再起動することができる装置および方法を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するために、本発明においては、上記の装置にさらに、第１の接続手段を介して複数の起動制御ユニットに接続された中央制御ユニットを設け、前記制御ユニットは別の接続手段を介して、ユーザーが操作できる制御ユニットに接続されており、また主電源が失陥し、その結果スイッチ手段が切れた場合、前記起動制御ユニットからのスイッチ再投入の許可を求める信号に基づき、所定の条件に従ってスイッチ再投入表を作成し、前記スイッチ再投入表に基づいて、前記起動制御ユニットにスイッチ再投入の指令を送る機能を備えた構成とした。

【０００７】好ましい実施例の装置は、前記各負荷が１
台以上のモーターであり、電磁スイッチが各スイッチ手段と各起動制御ユニット間に接続されており、前記電磁スイッチの駆動力は前記主電源から供給されており、このスイッチを起動制御ユニットで制御することによってスイッチ手段を操作するようにしたことを特徴としている。

【０００８】また前記制御ユニットはローカル制御ユニットと遠隔操作ユニットとで構成することが好ましい。

【０００９】また本発明は、 ａ． スイッチ手段の少なくとも一つが切れたかどうかを検出する工程と、 ｂ． スイッチ手段が切れた原因が主電源の失陥によるものか否かを検出する工程と、 ｃ． 主電源が失陥した後、主電源電圧が回復したどうか、すなわち所定のしきい値（Ｕth ₂ ）を上回ったかどうかを判断する工程と、 ｄ． 主電源電圧が復旧したと判断された後、主電源が失陥していた時間を測定する工程と、 ｅ ₁ ． 主電源が所定の時間ｔ ₁以内に復旧した場合、切れたスイッチ手段を直ちに再投入する指令を発する工程と、 ｅ ₂ ． 主電源が所定の時間ｔ ₁を経過した後で復旧した場合は、所定の条件に基づき、各スイッチ手段の再投入の許可を要請してきた起動制御ユニットのみに対応するスイッチ再投入表を作成する工程と、 ｆ． 主電源モニターから主電源の電圧が所定値（Ｕt
h ₂ ）を上回ったことを示す信号が送られてきた場合、
前記再投入表に基づきスイッチ手段を再投入する指令を送る工程とからなる、上記の装置に内蔵されたコンピューターソフトウェアによって実行される方法にも関する。

【００１０】上記ＵＳ−Ａ−４９８７５１３が開示している装置の一実施例では、主電源が落ちている時間が所定の値を超えないとスイッチ手段は切れず、負荷は主電源に接続されたままである。 これに対してこの発明の場合、主電源が失陥すると、全てのスイッチ手段が自動的に切れ、その後主電源が所定の時間内に復旧するとすべてのスイッチ手段が同時に投入される。

【００１１】本発明の方法の好ましい実施例は、前記工程ｃにおいて、主電源が落ちてから経過した時間を測定し、この時間が所定の時間ｔ ₄を上回った場合、スイッチ再投入処理を中止することを特徴としている。

【００１２】さらに別の実施例では、前記時間ｔ ₄を各負荷または各組の負荷毎に設定するようにした。

【００１３】別の実施例では前記所定時間ｔ ₁を、０．
５秒より短い値に設定した。

【００１４】さらに別の好ましい実施例では、ｔ ₁を約０．２秒とした。

【００１５】さらに別の好ましい実施例は、前記負荷がモーターであり、モーターの特性あるいは主電源が落ちたときモーターによって行われてた処理の内容、またはその両方を勘案して、前記スイッチ再投入表を作成することを特徴としている。

【００１６】さらに上記方法を実行するためのプログラムを内蔵している装置の実施例においては、前記各工程ａ〜ｅ ₁は各起動制御ユニット内のメモリースペースに記憶されているコンピュータープログラムによって実行され、前記工程ｅ ₂ ，ｆは中央制御ユニット内のメモリースペースに記憶されているコンピュータープログラムによって実行され、各起動制御ユニットに内蔵されている前記プラグラムは、中央制御ユニット内のプラグラムと連動させている。

【００１７】

【実施例】遠隔操作式のモーター制御装置１の一例を図１に示す。 図示の「モーター制御部」１は少なくとも１
個の起動制御ユニット２（ＳＣＵ）を備えている。 各Ｓ
ＣＵによって１台あるいは複数台のモーターを制御するとともに、これらのモーターを保護するようになっている。 各ＳＣＵ２は情報伝送用の第１のデータバス４に接続されている。 「モーター制御部」１はさらに中央制御ユニット３（ＣＵ）を備えている。 ＣＵも第１のデータバス４に接続されている。 中央制御ユニット３は第２のデータバス１１を介して、たとえばキーボード６とスクリーン７からなるローカル制御ユニット５（ＬＣＵ）に接続されている。 キーボード６とスクリーン７を使ってユーザーは、特定のモーターのスイッチを切るというような命令を中央制御ユニット３に送ることができる。 また中央制御ユニット３から第２のデータバス１１を介してローカル制御ユニット５に情報を送ることもできる。
図ではローカル制御ユニット５は１台しか示していないが、種類の異なる複数のローカル制御ユニットを接続しても勿論かまわない。

【００１８】また中央制御ユニットは第２のデータバス１１を介して、キーボード９、スクリーン１０および処理データ記憶手段１３からなる１台以上の遠隔操作ユニット８（ＤＣＳ）に接続されている。 このユニットは図示以外の構造のものであっても勿論かまわない。

【００１９】図２は中央制御ユニット３を構成する機能部品の一例を示す。 中央制御ユニット３は中央データ処理カード１４を介して、遠隔操作ユニット８およびローカル制御ユニット５（図１）と接続している第２のデータバス１１に接続されている。 中央制御ユニット１はさらに１個以上の起動制御指令伝達ユニット１５、１６を備えている。 これらユニットはそれぞれ第１のデータバス４、およびデータ線２０を介して１個以上のアナログ式主電源電圧測定カード１７、１８に接続されている。
中央データ処理カード１４と起動制御指令伝達ユニット１５、１６は、ＶＭＥバス１９（ＶＭＳ＝Ｖｅｒｓａ
Ｍｏｄｕｌｅ Ｅｕｒｏｃａｒｄ）を介して中央制御ユニット３内で互いに接続されている。

【００２０】中央データ処理カード１４は以下の機能を有する。

【００２１】−図１に示す再投入システム全体のデータの記憶、 −データバス１１を介してのデータのやり取り、 −ＶＭＳシステムの「主」モジュール、 −主電源の長期間の失陥の後、モーター電源を遅らせて再投入する。 モーター電源の再投入の指令ははデータバス４、起動制御指令伝達ユニット１５、１６、ＶＭＥバス１９を介して送られる。

【００２２】２個の同一構造の起動制御指令伝達ユニット１５、１６には以下の機能がある。

【００２３】−ＶＭＳバス１９のインターフェース、 −第１のデータバス４を介しての起動制御ユニット２との交信、 −データ線２０を介して得られる情報に基づき各主電源の状態を、起動制御ユニット２に知らせる。

【００２４】主電源電圧測定カード１７、１８は互いに同一の構造を有し、以下の機能を行う。

【００２５】−図示省略したフィルターによって各主電源の状態を検出する、 −データ線２０を介して、各主電源の状態を対応する起動制御指令伝達ユニット１５、１６に知らせる。

【００２６】起動制御指令伝達ユニット１５、１６を両方、および主電源電圧測定カード１７、１８を両方用いる場合は、中央制御ユニットによって、それぞれ１台あるいは複数台のモーターに電力を供給している２つの主電源を別々にモニターできる。

【００２７】図３は各起動制御ユニット２の一実施例を示す。 各起動制御ユニットは、各データ線２２、２３を介してディジタル情報の送受信、および各データ線２
４、２５を介してアナログ情報の送受信ができるマイクロプロセッサー２１を備えている。 さらにマイクロプロセッサー２１は、書込み可能読出専用メモリー（ＰＲＯ
Ｍ）２７、等速呼び出しメモリー（ＲＡＭ）２８、電気的消去書込み可能読出専用メモリー（ＥＥＰＲＯＭ）２
９、およびインターフェース手段３０、３１を介して第１のデータバス４に接続されている内部データバス２６
に接続されている。

【００２８】書き込み可能読出専用メモリー２７には所定のプログラムが記憶されている。 等速呼び出しメモリー２８には、必要に応じてユーザーが変えられるモーター設定データや現在のモーターに関するデータが記憶される。 電気的消去書込み可能読出専用メモリー２９には予め定めたモーター設定データが記憶される。

【００２９】図４は三相主電源に接続された電磁スイッチ４０の一例を示す。 主電源から入ってくる３つの相をそれぞれ３２、３３、３４で、またそこからスイッチから出てゆく３つの相を４１、４２、４３で表す。 上記３
対の相は駆動機構４５によって同時に開閉されるスイッチ３６、３７、３８を介して互いに接続される。 駆動機構４５は、上記相の一つ、たとえば相３４から、駆動機構４５に取り付けられたスイッチ３９を介して電流の供給を受ける電磁スイッチ４０によって動かされる。 電磁スイッチ４０はさらにライン４４を介して、中性線３５
に接続されており、また作動信号が入力される入力部ｘ
を備えている。 また主電源モニター４６は相３４に接続されており、主電源の状態を監視し、出力ライン４７を介して全ての起動制御ユニット２に知らせる。 主電源モニター４６は図２に示す主電源電圧測定カード１７、１
８を備えている。 すなわち、出力ライン４７は図２の接続ライン２０に接続される。 この接続は１０ミリ秒以内に行われる。 当業者なら、図４の回路構成の本質的な部分は変えないで、様々な小さな変更を加えることが可能と思われる。 たとえば主電源モニター４６は２つ以上の相に接続してもよいし、電磁スイッチ作動用の電流は上に記載した以外の方法で供給してもかまわない。

【００３０】主電源電圧が所定の条件を満たしており、
かつ電磁スイッチ４０によってスイッチ３６〜３９を通電位置に保持する指令が、ローカル制御ユニット５あるいは遠隔操作ユニット８の内いずれか１台、または中央制御ユニット３から送られている間は、スイッチ３６〜
３９は通電位置に保持される。

【００３１】この状態で主電源電圧が所定の時間（電磁スイッチ４０の大きさによって最長数百ミリ秒）、所定のしきい値Ｕth ₁を下回った場合は、スイッチ３９から電磁スイッチ４０に流れる電流が小さくなりすぎるため、スイッチ４０は作動位置に保てなくなり、切れてしまう。 スイッチ４０が切れるとスイッチ３６〜３９は非通電位置に移動する。 スイッチ３９も切れるので、この状態では外部から駆動力を与えない限り電磁スイッチ４
０を作動させることはできない。 好ましい実施例では上記しきい値Ｕth ₁は±０．６５Ｕｎ（Ｕｎは公称主電源電圧）とする。 この状態で電磁スイッチ４０を作動させるためには、たとえば入力部ｘ（図４）を、各起動制御ユニット２によって制御される補助コンタクトに接続する。 このコンタクトは図示省略しているが当業者には公知のものである。 検出器および接続線（図示省略）を介して、各起動制御ユニット２は対応する電磁スイッチ４
０の状態をモニターすることができる。 また必要に応じてスイッチ４０の状態を変えることも可能である。

【００３２】図５は起動制御ユニット２と中央制御ユニット３に内蔵されている、主電源電圧の失陥により電磁スイッチ４０が落ちた後、このスイッチを再投入するためのコンピューターソフトウェアによって行われる処理の手順を示すフローチャートである。 ステップ５０〜５
６および６０は各起動制御ユニット２内で行われる処理を表し、ステップ５７、５８、５９は中央制御ユニット内の処理を表す。

【００３３】ステップ５０で、対応する電磁スイッチ４
０が切れているか否かを判断する。 この判断は、電磁スイッチ４０の補助コンタクトを流れる電流を測定するための、起動制御ユニット２に接続された検出器（図示省略）からの情報に基づいて行われる。 スイッチ４０が切れたと判断されると、次にステップ５１でスイッチ４０
が切れた原因が主電源の失陥によるものか否かの判断が行われる。 この判断は、たとえば電磁スイッチ４０が切れると同時に主電源も失陥したか否か（Ｕ＜Ｕth ₁ ）
を、主電源モニター４６で検出することによって行ってもよい。 電磁スイッチ４０が切れたのは、主電源の失陥が原因ではないという判断が下された場合は、スイッチ４０の再投入は行わず、ステップ５０に戻る。 一方スイッチ４０が切れたのは主電源の失陥に原因があると判断されると、ステップ５２で再投入の処理が行われる。 ステップ５０、５１の処理時間は装置の反応時間に対応する。 この時間はできるだけ短くなくてはならない（たとえば２０ミリ秒以下）。

【００３４】ステップ５２では、主電源電圧が所定のしきい値Ｕth ₂ （通常０．９Ｕｎに設定）を上回っているかどうかの判断を行う。 Ｎｏの場合は、プロラムは待機ループステップに進み、このループにおいて電磁スイッチが切れてからの経過時間が所定値ｔ ₄を上回ったかどうかの判断を行う。 上回ったという判断が下されると、
警告信号を発した後ステップ５０の電源再投入処理のループに戻る。 各主電源電圧の測定は主電源電圧測定カード１７（および１８）によって一括して測定するが、各電磁スイッチが切れたかどうかの判断は各スイッチについて個別に行う。 主電源電圧がしきい値（Ｕth ₂ ）を上回ると、すなわち主電源電圧が電磁スイッチを再投入しても大丈夫な値まで回復すると、ステップ５４で主電源が落ちていた時間を測定する。 この時間が所定値ｔ
₁ （最長で０．５秒）より長い場合は、電源の失陥により止まったモーターを以下の手順に従ってゆっくり再スタートさせる必要がある。 しかし主電源が落ちていた時間が所定値ｔ ₁より短い場合は、この電源に接続されているモーターは電源が落ちる前は通常の速度で回転しており、現時点でもかなりの回転速度を保っていると考えられるから、すぐに再起動しても安全上の問題は生じないと考えて差し支えない。 したがってこの場合は、ステップ５５で「迅速な再スタート」の処理を行う。

【００３５】主電源が落ちていた時間がｔ ₁より長かった場合は、切れている電磁スイッチ全部を一度に閉じると、主電源に過負荷がかかる恐れがある。 なぜなら、停止しているモーターのスイッチ全部を一度に投入すると、図６に概略的に示すように、モーターの巻線に流れる電流は、通常の値に戻る前の短時間の内に大きなピーク値に達するためである。 したがって、一度にたくさんのモーターにスイッチを入れると、主電源から過度の電流を供給しなければならなくなるので、主電源電圧が急降下して、投入されたばかりの電磁スイッチが再度落ちてしまう恐れが高まる。 そこで主電源が失陥している時間がｔ ₁を上回った場合は、ステップ５６〜６０で「スロースタート」の処理を行う。

【００３６】ステップ５６において、失陥した電源に対応する起動制御ユニット２は、中央制御ユニット３に、
対応するモーターのスイッチ再投入の許可を求める。 中央制御ユニット３内のプログラムに対応するステップ５
７、５８、５９の処理中、起動制御ユニット２内のプログラムは、中央制御ユニット３によって上記許可が与えられるまで待機する。 ステップ５７において、中央制御ユニット３は各起動制御ユニットから送られてくる再投入の許可要請を集計する。 電磁スイッチの内のいくつかは故意に切っている場合もあるので、複数の起動制御ユニットの全てのプログラムにおいてステップ５６の処理が行われるとは限らない。 中央制御ユニットは各起動制御ユニットからの再投入許可要請を集計するのと同時に、ステップ５８の処理を開始する。 ステップ５８では、所定の基準でスイッチ再投入表を作成する。 この表には最も理想的な形で電磁スイッチの再投入を行うための手順が含まれている。 理想的な手順は次の２つの要素を考慮して決めるのが望ましい。 すなわち主電源が失陥した時点における処理の段階、およびスイッチを再投入すべきモーターの種類。 これはモーターの種類によっては、他のモーターよりも早く起動させるのが好ましいものがあるからである。

【００３７】上記条件を満たすスイッチ再投入表の作成中に、ステップ５９の処理を開始するのが望ましい。 ステップ５９において、中央制御ユニット３は上記表に基づいて各起動制御ユニットにスイッチ投入指令を連続的に送る。 この処理において主電源モニター４６は重要な役割を果たしている。 すなわちモニター４６は主電源の状態を監視して、主電源電圧が所定値（好ましくは０．
９Ｕｎ）を上回ると、再投入が可能となったことを示す信号を発する。 図６の例ではこの信号は時間ｔ ₂が経過した時点で発せられる。 また図６のｔ ₃は、従来の装置において、モーターの電源を再投入すべき時点を概略的に表している。 この時間ｔ ₃はモーターの起動が早すぎないようにという安全上の配慮から、所定の余裕の時間を加えた固定の時間である。 ステップ５７、５８、５９
の処理は時間的に分離させる必要はなく、中央制御ユニット３はステップ５７、５８、５９を並列的に処理することもできるので、処理時間の短縮が可能である。 また本願においては、再投入が必要であると判断されたモーターについてのみ、上記表に基づいてスイッチ再投入の処理を行うのでさらに処理時間の短縮が図れる。 これに対し従来の装置の場合、固定のスイッチ再投入表を用いて、故意にスイッチを切ってあるモーターも含む全てのモーターの再投入処理を行うため、処理に不必要な長時間を要する。

【００３８】中央制御ユニット３は、主電源モニター４
６から、主電源電圧が所定値（９０％ Ｕｎ， Ｕt
h ₂ ）を上回ったことを示す信号を受け取ると、再投入表に基づき対応する起動制御ユニット２に再投入指令を送る。 この処理は図５のステップ５９で行われる。 すべての再投入指令が上記表に基づき送られると、中央制御ユニット中のプログラムは待機状態に戻る。 各起動制御ユニット内のプログラムはステップ６０で終了し、ステップ５０の初期状態に戻る。

【００３９】図５に示す各工程以外に、１個以上の電磁スイッチが再投入処理工程中に切れた場合、上記再投入処理を中止してステップ５０の初期位置に戻る工程を加えるのが好ましい。 たとえば第１の接続手段４から起動制御ユニット２に信号が送られると、電磁スイッチ４０
が切れるようにしてもよい。 起動制御ユニット２にスイッチ４０を切るための信号が送られると、スイッチ再投入処理は中断されるようにする。 また第１接続手段４から起動制御ユニット２に所定の指令を送ることによって、再投入処理を故意に中断できるようにしてもよい。
このような指令は常時ローカル制御ユニット５または遠隔操作ユニット８から送れるようにする。

【００４０】本発明のスイッチ再投入手段の特徴は以下のようにまとめることができる。

【００４１】ａ． 故意に切ってある電磁スイッチの再投入は行わない。

【００４２】ｂ． １個以上の主電源電圧が所定のしきい値Ｕth ₂ （好ましい実施例では約０．９Ｕｎ）を上回った時点で再投入処理を行う。

【００４３】ｃ． 主電源の失陥により電磁スイッチが落ちて、この状態が所定の時間ｔ ₁以内に解消された場合は、再投入処理が直接行われる（「急速再投入」）。 ｔ
₁は最長０．５秒±０．２秒とする。 この時間はモーターがまだ完全には停止しておらず、したがって過大な起動電流は必要なしにモーターを再起動できる時間として決められる。

【００４４】ｄ． 主電源が失陥している時間がｔ ₁を上回ると、複数のモーターを同時ではなく、順番に起動させることによって、一度に過大な起動電流が流れて主電源電圧が再び急降下するのを防ぐ（「スロースタート」）。

【００４５】ｅ． いずれかの電源から所定の時間電圧が全く発生していない場合は、この電源のスイッチ再投入処理は中止する。

【００４６】ｆ． スイッチ再投入処理中に、１個以上の電磁スイッチが切れた場合、このスイッチに対応するモーターの再起動処理は中止する。

【００４７】当業者なら以下の請求の範囲に記載する本発明の思想から逸脱することなしに、上記好ましい実施例に様々な改良、変更を加えることができると思われる。 たとえば本発明は電気モーターだけでなく、図６に概略的に示すような起動電流特性、すなわち起動時の電流がその後の電流よりもかなり大きいという特性、を有する様々な種類の電気的負荷に応用できる。

【００４８】

【発明の効果】本発明によると、各モーターまたは各組のモーターを最短時間で起動させることができ、しかも安全上の余裕の時間も確保することができる。

【００４９】また、本発明は電気モーターだけでなく、
図６に概略的に示すような起動電流特性、すなわち起動時の電流がその後の電流よりもかなり大きいという特性、を有する様々な種類の電気的負荷に応用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】遠隔操作式のモーター制御装置の一例を示す全体図

【図２】中央制御ユニットを示す図

【図３】起動制御ユニットを示す図

【図４】電磁スイッチを備えたモーター用３相電源の一例を示す図

【図５】本発明の方法を示すフローチャート

【図６】モーターの起動電流の一例を示す図

【符号の説明】

２ 起動制御ユニット ３ 中央制御ユニット ４、１１ 接続手段 ５、８ 制御ユニット ３６、３７、３８ スイッチ手段 ４０ 電磁スイッチ ４６ 主電源モニター

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