JP6852476B2 - 回転機の状態監視システム、回転機の状態監視方法、プログラムおよび記録媒体 - Google Patents

Description

本発明は、回転機の状態監視システム、回転機の状態監視方法、その方法をコンピュータに実行させるためのプログラム、およびそのプログラムを記憶する記録媒体に関する。

回転機の異常を診断する技術が知られている。たとえば、特開２００７−１０４１５号公報（特許文献１）は、回転機の軸受部分の異常を診断するための装置および方法を開示する。異常診断装置は、回転機の軸受部分に発生する振動を測定して、測定した振動データから算出された代表値と、事前に登録された診断閾値とを比較することにより、軸受部分の異常を判定する。

特開２００７−１０４１５号公報

特開２００７−１０４１５号公報（特許文献１）に開示されるように、回転機の異常の判定においては振動値のみが用いられていた。しかしながら振動値のみに基づく判定の場合には、判定結果の信頼性が低いという課題があった。

本発明の目的は、回転機の異常判定を高い信頼性で判定するための、回転機の状態監視に関する技術を提供することである。

本発明のある局面に係る回転機の状態監視システムは、回転機に取り付け可能なセンサヘッドと、プリアンプと、本体部と、プリアンプまたは本体部に設けられて、回転機の周囲温度を計測して周囲温度値を出力する第２の温度センサとを備える。センサヘッドは、回転機の振動を計測して振動値を出力する加速度センサと、回転機の表面温度を計測して、回転機表面温度値を出力する第１の温度センサとを含む。プリアンプは、加速度センサからの振動値と、第１の温度センサからの回転機表面温度値とを中継する。本体部は、現在の振動値を判定閾値と比較して回転機の状態を判定する処理部と、振動値、回転機表面温度値および周囲温度値を表示する表示部と、処理部の判定結果を出力する出力部と、上位システムから判定閾値を受信するとともに、上位システムに、現在の振動値および判定結果を送信する通信部とを備える。

好ましくは、第２の温度センサは、プリアンプに内蔵される。プリアンプは、加速度センサ、第１の温度センサおよび第２の温度センサの各々から出力されたアナログ信号を増幅するとともに、増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。

好ましくは、第２の温度センサは、本体部に内蔵される。プリアンプは、加速度センサ、第１の温度センサの各々から出力されたアナログ信号を増幅するとともに、増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。本体部は、第２の温度センサから出力されたアナログ信号を増幅するとともに、増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。

好ましくは、回転機の状態監視システムは、センサヘッドから出力されたアナログ信号をプリアンプに伝達するためのケーブルと、センサヘッドをケーブルに接続可能であるとともに、センサヘッドをケーブルから取り外し可能なコネクタをさらに備える。

本発明のある局面に従う回転機の状態監視方法は、回転機の振動を計測する加速度センサと、回転機の表面温度を計測する第１の温度センサとを含み、回転機に取り付け可能なセンサヘッドから、処理部が、振動値と、回転機表面温度値とを取得するとともに、処理部が、回転機の周囲温度を計測する第２の温度センサから周囲温度値を取得するステップと、処理部が、現在の振動値を判定閾値と比較して回転機の状態を判定するステップと、表示部が、振動値、回転機表面温度値および周囲温度値を表示するステップと、出力部が、処理部の判定結果を出力するステップと、通信部が、上位システムから判定閾値を受信するステップとを備える。

本発明のある局面に従うプログラムは、コンピュータに、回転機の振動を計測する加速度センサと、回転機の表面温度を計測する第１の温度センサとを含み、回転機に取り付け可能なセンサヘッドから、振動値と、回転機表面温度値とを取得するとともに、回転機の周囲温度を計測する第２の温度センサから周囲温度値を取得するステップと、現在の振動値を判定閾値と比較して回転機の状態を判定するステップと、振動値、回転機表面温度値および周囲温度値を表示部により表示させるステップと、判定するステップにより得られた判定結果を出力部により出力させるステップと、上位システムから判定閾値を通信部により受信させるステップとを実行させる、プログラムである。

本発明のある局面に従う記録媒体は、上記のプログラムを記録した、コンピュータ読み取り可能な記録媒体である。

本発明によれば、回転機の振動値に加えて、回転機自体の温度および回転機の周囲温度を同時に測定することができる。振動値に基づいて回転機の状態が異常であるかどうかを判断する際に、回転機の温度および回転機の周囲温度を考慮することができる。したがって、回転機の異常判定の信頼性を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る回転機の状態監視システムの構成の概略図である。 図１に示したセンサヘッドの例を示した図である。 図１に示した状態監視システムのブロック図である。 状態監視の２つのモードのうちの第１のモードを説明する図である。 状態監視の２つのモードのうちの第２のモードを説明する図である。 ２つのモータの稼働時間に対する振動値の変化を示したグラフである。 ２つのモータの表面温度（モータ温度）および周囲温度の第１の例を表形式で示した図である。 ２つのモータの表面温度（モータ温度）および周囲温度の第２の例を表形式で示した図である。 振動値、モータ温度、および周囲温度の傾向の例を示した図である。 本発明の実施の形態に係る状態監視システムのブロック図である。 状態監視システムにより実行される監視処理および異常判定処理を説明するためのフローチャートである。

本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰り返さない。

図１は、本発明の一実施形態に係る回転機の状態監視システムの構成の概略図である。図１に示されるように、状態監視システム１００は、センサヘッド２と、プリアンプ４と、本体部６とを備える。センサヘッド２は、コネクタ３およびケーブル４ａを介してプリアンプ４に接続される。プリアンプ４は、ケーブル４ｂにより本体部６に接続される。

センサヘッド２は、モータ（回転機）１の表面に取り付けられて、モータ１の振動数およびモータ１の表面温度を測定する。センサヘッド２は、モータ１の振動数を表す振動データおよび、モータ１の表面温度を表す温度データをアナログ信号の形式で出力する。

プリアンプ４は、ケーブル４ｂを介して本体部６から電源電圧を受ける。プリアンプ４は、センサヘッド２から振動データおよび温度データを受けて、それらのデータをデジタルデータに変換する。

プリアンプ４は、さらに、モータ１の周囲温度を測定する。プリアンプ４は、モータ１の振動数を表す振動データ、モータ１の表面温度を表す温度データおよびモータ１の周囲温度を表す温度データをケーブル４ｂを介して本体部６に送信する。

本体部６は、表示部７を有する。表示部７は、モータ１の振動数に関するデータ、モータ１の表面温度に関する温度データおよびモータ１の周囲温度に関する温度データを表示する。さらに、本体部６は、振動データを判定閾値と比較して、モータ１が正常であるかどうかを判定する。本体部６は、その判定結果を表示部７により表示することができる。

本体部６は、上位システム１０に接続されて、上位システム１０から判定閾値を受信する。判定閾値は、たとえばユーザから上位システム１０に入力されて、上位システム１０から本体部６に送られる。一方、本体部６は、現在の振動値および現在の温度値を上位システム１０に送信する。さらに本体部６は、モータ１の状態に関する判定結果を上位システム１０に送信する。

図２は、図１に示したセンサヘッドの例を示した図である。図２に示されるように、センサヘッド２は、センサヘッド２をモータ１の表面に取り付けるためのネジ部５を有する。後述するように、センサヘッド２の内部には、加速度センサおよび温度センサが内蔵される。センサヘッド２をモータ１の表面に取り付けることによって、加速度センサおよび温度センサはモータ１の表面に接触する。なお、モータ１の設置環境を考慮して、センサヘッド２には防塵性、防水性および耐油性を有する保護構造が採用される。

この実施の形態によれば、センサヘッド２は、コネクタ３によって、ケーブル４ａに接続可能であるとともに、ケーブル４ａから取り外し可能である。センサヘッド２をモータ１に取り付ける際、あるいは、センサヘッド２をモータ１から外す際にはセンサヘッド２を回転させる必要がある。センサヘッド２がケーブル４ａに接続されたままの場合には、センサヘッド２を回転させることによってケーブル４ａがねじれる可能性がある。センサヘッド２をコネクタ３から外した状態でセンサヘッド２を回転させることにより、ケーブル４ａがねじれることを防ぐことができる。したがって、たとえばケーブル４ａをダクト内に配線している場合にもセンサヘッド２を容易に交換することができる。

図３は、図１に示した状態監視システム１００のブロック図である。図３に示されるように、センサヘッド２は、加速度センサ１１と、温度センサ１２とを含む。加速度センサ１１はモータ１の振動を検出するためのセンサである。加速度センサ１１は、たとえば１０ｋＨｚまでの振動周波数、０．５Ｇ〜１０Ｇの範囲の振動加速度、および０．５ｍ／ｓ〜１００ｍ／ｓの範囲の振動速度を検出できる。温度センサ１２は、モータ１の表面温度を検出するためのセンサである。

プリアンプ４は、フィルタ２１，２２と、温度センサ２３と、アンプ２４，２５，２６と、Ａ／Ｄコンバータ２７と、通信回路２８とを含む。フィルタ２１は、加速度センサ１１からケーブル４ａを介して送られるアナログ信号（振動データ）に含まれるノイズを除去する。フィルタ２２は、温度センサ１２からケーブル４ａを介して送られるアナログ信号（温度データ）に含まれるノイズを除去する。アンプ２４，２５は、それぞれ、フィルタ２１，２２を通過したアナログ信号を増幅する。したがってプリアンプ４は、加速度センサ１１からの振動値と、温度センサ１２からの回転機表面温度値とを中継するものであると言うこともできる。

温度センサ２３は、モータ１の周囲温度を検出して、その検出された温度を表すアナログ信号を出力する。アンプ２６は、温度センサ２３から出力されたアナログ信号を増幅する。

Ａ／Ｄコンバータ２７は、アンプ２４，２５，２６の各々から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。通信回路２８は、Ａ／Ｄコンバータ２７から出力されたデジタル信号を、ケーブル４ｂを介して本体部６に送信する。

本体部６は、表示部７と、処理部３１と、通信回路３２，３３と、ドライブ回路３４と、出力部３５と、電源回路３６と、記憶部３７とを含む。処理部３１は、たとえばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等の演算装置（コンピュータ）により実現され、記憶部３７からプログラムを読み出して、そのプログラムを実行する。通信回路３２は、ケーブル４ｂを介して、プリアンプ４からデジタル信号（振動データおよび温度データ）を受ける。処理部３１は、振動データおよび温度データを表示部７に表示させる。処理部３１は、振動データと判定閾値とを比較して、モータ１の異常の有無を判定する。処理部３１は、その判定結果を表示部７に表示させるとともに、通信回路３３を介して上位システムに出力する。

処理部３１は、ドライブ回路３４を制御して、出力部３５を駆動する。たとえば、モータ１の状態が異常であると判定された場合、出力部３５は、その異常を表す出力を発生させる。

電源回路３６は、本体部６を動作させるための内部電源を本体部６に供給するとともに、プリアンプ４を動作させるための内部電源を、ケーブル４ｂを通じてプリアンプ４に供給する。

記憶部３７は、処理部３１を動作させるプログラムを不揮発的に記憶した記録媒体である。プログラムは、通信回路３３を介して上位システムから本体部６に提供されてもよく、他の記録媒体（たとえばＵＳＢメモリ等）を通じて本体部６に提供されてもよい。さらに、記憶部３７は、処理部３１に統合されていてもよい。

この実施の形態によれば、状態監視システムは、状態監視について、以下に説明する２つのモードのうちの一方または両方を有することができる。図４は、状態監視の２つのモードのうちの第１のモードを説明する図である。

図４に示されるように、第１のモードでは振動加速度の傾向が監視される。第１のモードでは、振動加速度について、モータ１が新品の状態である時の値（初期値）と、現在の値とが比較される。

モータの使用時間が経過するに従って振動加速度の値が増大する。初期値に対する現在の値の比率について、２つの判定閾値が設定される。図４に示した例では、第１の閾値（閾値（１））は、初期値の３倍の値に設定され、第２の閾値（閾値（２））は、初期値の５倍の値に設定される。現在の値が閾値（１）を超えた場合に、モータ１の状態が注意レベルにあると判定される。さらに、現在の値が閾値（２）を超えた場合に、モータ１の状態が異常状態のレベルにあると判定される。

図５は、状態監視の２つのモードのうちの第２のモードを説明する図である。図５に示されるように、振動レベル値と、規格（たとえばＩＳＯ規格あるいはＪＩＳ規格等）あるいは独自に設定した基準とを比較することにより、モータ１の状態が判定される。たとえば、図５（ａ）に示されるように、軸受以外のモータ１の部分の状態の判定については、振動速度の値に応じて、モータの現状のレベルがＡ〜Ｄのいずれに属するかが判定される。図５（ａ）における「クラスＩ」〜「クラスＩＶ」は、モータの定格等に基づく分類を表す。軸受の状態の判定については、たとえば図５（ｂ）に示されるように、振動加速度が監視される。軸径と回転数との積に対する振動加速度が、基準に従って判定される。このモードでは、モータ１の新品の時の振動速度あるいは振動加速度が不明であっても、モータ１の状態を判定することができる。

これら２つのモードにおいては、判定閾値は、予め定められた値であってもよい。その場合の判定閾値は、あくまでも目安値である。ユーザは、モータ１の使用状態に合わせて判定閾値を調整してもよい。

上述の２つのモードにおいて、温度値を考慮することにより、閾値設定の精度を高めることができる。たとえば、新品でないモータにおいて、振動値およびモータの表面温度が駆動開始直後と、一定時間の駆動後とでは次の値であるとする。なお、下記の数値は例として示したものであり、本発明を限定するものではない。

駆動開始直後 ：振動値 １．７５ｍ／ｓ^２、モータの表面温度：５℃
一定時間経過後：振動値 ０．４６ｍ／ｓ^２、モータの温度：４０℃（飽和）
この例は、振動値がモータの表面温度（モータ温度）に依存することを示したものである。振動値がモータ温度に依存して変化する理由としては、軸受部の潤滑油の粘性が温度により変化したためと想定される。モータの駆動開始直後においては潤滑油の粘度が高いため振動がモータの筐体に伝わりやすい。このため振動値が高いと考えられる。

一方で、このモータが周囲温度の高い環境下に設置されている場合には、上述した振動値の変化が顕著に生じない可能性がある。周囲温度が高く、かつ、回転機自身の温度も高い場合には、低温時に比べて潤滑油の粘度は低い。このため振動値は低くなる傾向にある。温度の影響を考慮することなく振動値のみに基づいて異常判定の閾値を設定した場合には、異常のある回転機の状態を正常状態と判定する可能性がある。

本発明の実施の形態によれば、回転機の状態監視システムは、振動値に加えて回転機自体の温度および回転機の周囲温度を同時に測定することができる。ユーザは、振動値に加えて、回転機自体の温度および回転機の周囲温度を考慮して、判定の閾値を適切に定めることができる。これにより回転機の異常判定の信頼性を高めることができる。以下に、判定閾値の設定例について説明する。

図６は、２つのモータの稼働時間に対する振動値の変化を示したグラフである。図７は、２つのモータの表面温度（モータ温度）および周囲温度の第１の例を表形式で示した図である。図６および図７を参照して、同じ仕様の２つの装置に、同一の型式の２つのモータＡ，Ｂが、同時期に導入されたとする。

第１の例では、モータＡのほうがモータＢよりも、モータ温度が高い。しかしながら２つのモータの間では、モータ温度と周囲温度との差は同じく５℃である。この場合には、モータＡ，Ｂの負荷は同じであり、モータ温度は周囲温度の影響を受けていると判断することができる。ユーザは、モータＡの判定閾値をモータＢの判定閾値よりも下げる必要があると判断することができる。これによりモータＡの判定閾値を適切に調整することができる。

図８は、２つのモータの表面温度（モータ温度）および周囲温度の第２の例を表形式で示した図である。第２の例ではモータＡのほうがモータＢよりも表面温度が高い。一方、周囲温度は２つのモータＡ，Ｂの間で同じである。この場合にはモータＡの負荷がモータＢの負荷より高いと推定される。

上記の例で説明したように、振動値は温度による影響を受ける。したがって、モータ温度の上昇に伴い、モータＡの振動数が小さくなる傾向にあると考えられる。この場合、ユーザは、モータＡの判定閾値をモータＢの判定閾値よりも下げる必要があると判断することができる。これによりモータＡの判定閾値を適切に調整することができる。

さらに、本発明の実施の形態によれば、温度の影響を考慮してデータ取得のタイミングを変更することができる。図９は、振動値、モータ温度、および周囲温度の傾向の例を示した図である。図９に示されたデータは、１日のうちのある決まった時刻に取得されたものである。図９によれば、モータ温度が低い時に振動値が高いものの、周囲温度はほとんど変化していない。これは、データ取得時刻において、モータの負荷が軽い状態あるいはモータの始動が開始された状態を示すと考えられる。

このように、装置の稼働状態などにより、データ取得時刻におけるモータの運転状態は、日ごとに異なる可能性がある。したがってユーザは、モータの運転状態にあわせて、データ取得のタイミングを変える必要性に気づくことができる。たとえばモータ表面の温度が低いタイミングでデータを取得することにより、モータの異常を早期に検出することができる。

図３に示した構成では、モータ１の周囲温度を測定するための温度センサ２３は、プリアンプ４に設けられる。しかし本発明の実施の形態はこのように限定されるものではない。図１０は、本発明の実施の形態に係る状態監視システム１００のブロック図である。

図１０に示すように、温度センサ２３が本体部６に設けられてもよい。図１０に示された構成では、温度センサ２３の出力を増幅するアンプ２６、および、アンプ２６の出力信号をデジタル信号に変換するためのＡ／Ｄコンバータ３８は、本体部６に設けられる。処理部３１は、Ａ／Ｄコンバータ３８からデジタル信号を受ける。

図１１は、状態監視システム１００により実行される監視処理および異常判定処理を説明するためのフローチャートである。本体部６の処理部３１は記憶部３７に記憶されたプログラムを呼び出して実行する。これにより図１１に示された処理が実行される。

図３および図１１を参照して、ステップＳ１０において、処理部３１は、加速度センサ１１、温度センサ１２および温度センサ２３によってそれぞれ検出された、モータ１の振動値、モータ１のモータ温度の値およびモータ１の周辺温度の値を取得する。ステップＳ１１において、処理部３１は、上位システムから判定閾値を取得する。ステップＳ１１の処理が実行されるタイミングは特に限定されない。たとえばユーザが上位システムに判定閾値を入力したことをトリガとして、上位システムから本体部６に判定閾値が送信されてもよい。

ステップＳ１２において、処理部３１は、振動値を判定閾値と比較して、モータ１の状態を判定する。ステップＳ１３において、処理部３１は、その判定結果を表示部７に表示させる。表示部７は、モータ１の状態を表示する。なお、表示の態様は特に限定されない。さらにステップＳ１４において、処理部３１は、その判定結果を本体部６の外部に出力する。たとえば処理部３１は、出力部３５により、判定結果を表す信号を本体部６の外部に出力する。処理部３１は、通信回路３３を介して、上位システムに処理部３１の判定結果を送信してもよい。その後、処理は、ステップＳ１４からステップＳ１０へと戻る。なお、ステップＳ１３，Ｓ１４のいずれか一方のみの処理が実行されてもよい。

さらに、処理部３１は、ステップＳ１５において、ステップＳ１１において取得された振動値、モータ１の表面温度の値およびモータ１の周囲温度を表示部７に表示させる。ステップＳ１３における表示処理と、ステップＳ１５における表示処理とは同時に実行されてもよい。あるいは、ユーザの設定により、ステップＳ１３における表示処理と、ステップＳ１５における表示処理とが切替可能であってもよい。ステップＳ１５の後、処理はステップＳ１０に戻る。

以上のように、本発明の実施の形態によれば、モータ（回転機）の振動値に加えて、モータ自体の表面温度およびモータの周囲温度を同時に測定することにより、モータの異常判定の信頼性を向上させることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ モータ、２ センサヘッド、３ コネクタ、４ プリアンプ、４ａ，４ｂ ケーブル、５ ネジ部、６ 本体部、７ 表示部、１０ 上位システム、１１ 加速度センサ、１２，２３ 温度センサ、２１，２２ フィルタ、２４，２５，２６ アンプ、２７，３８ Ａ／Ｄコンバータ、２８，３２，３３ 通信回路、３１ 処理部、３４ ドライブ回路、３５ 出力部、３６ 電源回路、３７ 記憶部、１００ 状態監視システム、Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ１４，Ｓ１５ ステップ。

Claims (7)

1. 回転機の振動を計測して振動値を出力する加速度センサと、前記回転機の表面温度を計測して、回転機表面温度値を出力する第１の温度センサとを含み、前記回転機に取り付け可能なセンサヘッドと、
   前記加速度センサからの前記振動値と、前記第１の温度センサからの前記回転機表面温度値とを中継するプリアンプと、
   本体部と、
   前記プリアンプまたは前記本体部に設けられて、前記回転機の周囲温度を計測して周囲温度値を出力する第２の温度センサとを備え、
   前記本体部は、
   現在の振動値を判定閾値と比較して前記回転機の状態を判定する処理部と、
   前記振動値、前記回転機表面温度値および前記周囲温度値を表示する表示部と、
   前記処理部の判定結果を出力する出力部と、
   上位システムから前記判定閾値を受信するとともに、前記上位システムに、前記現在の振動値および前記判定結果を送信する通信部とを備える、回転機の状態監視システム。
2. 前記第２の温度センサは、前記プリアンプに内蔵され、
   前記プリアンプは、前記加速度センサ、前記第１の温度センサおよび前記第２の温度センサの各々から出力されたアナログ信号を増幅するとともに、増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換する、請求項１に記載の回転機の状態監視システム。
3. 前記第２の温度センサは、前記本体部に内蔵され、
   前記プリアンプは、前記加速度センサ、前記第１の温度センサの各々から出力されたアナログ信号を増幅するとともに、増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、
   前記本体部は、前記第２の温度センサから出力されたアナログ信号を増幅するとともに、増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換する、請求項１に記載の回転機の状態監視システム。
4. 前記センサヘッドから出力されたアナログ信号を前記プリアンプに伝達するためのケーブルと、
   前記センサヘッドを前記ケーブルに接続可能であるとともに、前記センサヘッドを前記ケーブルから取り外し可能なコネクタをさらに備える、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回転機の状態監視システム。
5. 回転機の振動を計測する加速度センサと、前記回転機の表面温度を計測する第１の温度センサとを含み、前記回転機に取り付け可能なセンサヘッドから、処理部が、振動値と、回転機表面温度値とを取得するとともに、前記処理部が、前記回転機の周囲温度を計測する第２の温度センサから周囲温度値を取得するステップと、
   前記処理部が、現在の振動値を判定閾値と比較して前記回転機の状態を判定するステップと、
   表示部が、前記振動値、前記回転機表面温度値および前記周囲温度値を表示するステップと、
   出力部が、前記処理部の判定結果を出力するステップと、
   通信部が、上位システムから前記判定閾値を受信するステップとを備える、回転機の状態監視方法。
6. コンピュータに、
   回転機の振動を計測する加速度センサと、前記回転機の表面温度を計測する第１の温度センサとを含み、前記回転機に取り付け可能なセンサヘッドから、振動値と、回転機表面温度値とを取得するとともに、前記回転機の周囲温度を計測する第２の温度センサから周囲温度値を取得するステップと、
   現在の振動値を判定閾値と比較して前記回転機の状態を判定するステップと、
   前記振動値、前記回転機表面温度値および前記周囲温度値を表示部により表示させるステップと、
   前記判定するステップにより得られた判定結果を出力部により出力させるステップと、
   上位システムから前記判定閾値を通信部により受信させるステップとを実行させる、プログラム。
7. 請求項６に記載のプログラムを記録した、コンピュータ読み取り可能な記録媒体。

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