CN112180149A - 电流传感器装置以及电流监视系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供电流传感器装置以及电流监视系统，其能够减轻处理负荷并能够提高使用便利性。电流传感器装置(1)具备：多个电流传感器(4)，其检测各个电动机(5)的电流；特定条件成立判定部(23)，其根据各个电流传感器中选择出的预定电流传感器(4R)的检测值来判定特定条件是否成立；运算部(25)，其在通过特定条件成立判定部判定为特定条件成立时，根据各个电流传感器的检测值分别实施预定的运算；以及输出部(26)，其输出运算部的运算结果。

Description

电流传感器装置以及电流监视系统

技术领域

本发明涉及电流传感器装置以及电流监视系统。

背景技术

在机械工厂、钢铁厂等中使用多个电动机。已知一种通过测量电动机的负荷电流来诊断电动机的技术(专利文献1)。

在处理来自多个电流传感器的信号(数据)的电流传感器装置中，按照每个电流传感器保存取得数据，因此所连接的电流传感器的数量越多，处理负荷则越大。进一步，在诊断电动机时，需要在用于诊断的特定条件下检测电动机的电流，但是目前需要手动设定适合诊断的特定条件，使用便利性较低。

专利文献1：日本特开2013-104795号公报

发明内容

本发明鉴于上述问题而做出，其目的为提供能够减轻处理负荷并能够提高使用便利性的电流传感器装置以及电流监视系统。

为了解决上述问题，本发明的电流传感器装置具备：多个电流传感器，其检测各个电动机的电流；特定条件成立判定部，其根据各个电流传感器中选择出的预定电流传感器的检测值来判定特定条件是否成立；运算部，其在通过特定条件成立判定部判定为特定条件成立时，根据各个电流传感器的检测值分别实施预定的运算；以及输出部，其输出运算部的运算结果。

通过本发明，在特定条件根据各个电流传感器中预定电流传感器的检测值而成立时，能够根据各个电流传感器的检测值来实施预定的运算，和对所有电流传感器监视特定条件是否成立的情况相比，能够减轻处理负荷。

附图说明

图1是本实施例的电流监视系统的整体图。

图2是电流监视系统的功能结构图。

图3是表示第一实施例的电流监视系统的其他方式的功能结构图。

图4是表示按顺序取得各个电流传感器的检测信号的情况的说明图。

图5是表示特定条件的检测方法的说明图。

图6是表示电流传感器终端的处理的流程图。

图7是第二实施例的电流监视系统的功能结构图。

图8是表示电流传感器终端的处理的流程图。

图9是第三实施例的电流监视系统的功能结构图。

图10是表示特定条件的检测方法的说明图。

图11是第四实施例的电流监视系统的功能结构图。

图12是关于第五实施例的包括发电用电流传感器的电流监视系统的功能结构图。

附图标记的说明

1、1A、1B、1C、1D、1E：电流监视系统；2、2A、2B、2C、2D、2E：电流传感器终端；3：主机；4：电流传感器；5：电动机；20：状态管理部；21：传感器选择部；21B：高速ADC；22：存储器；23：特定条件提取部；24：运算数据选择部；25：运算部；26：通信部；27：对象信息保存部；31：通信部；32：数据累积部；33：运算部；34：用户接口部；35：输入输出装置。

具体实施方式

以下，根据附图说明本发明的实施方式。在本实施方式中，如后述那样实现电流监视系统1，该电流监视系统1包括通过多个通道取得电流波形且可运算的电流传感器装置2、从多个电流传感器装置2取得运算结果且可处理的管理装置3。本实施方式除了能够适用于在钢铁厂使用的电动机，例如也能够适用于设置在电车的车辆内的电动机等。

[实施例1]

使用图1～图6说明第一实施例。使用图1说明电流监视系统1的整体结构。电流监视系统1具备作为“管理装置”的主机3、作为经由通信网络CN与主机3连接的多个“电流传感器装置”的电流传感器终端2。通信网络CN可以是有线通信，也可以是无线通信。

电流传感器终端2例如包括微处理器、面向特定用途的运算电路(ASIC)、存储器、输入输出接口电路、通信接口电路等计算机资源(都未图示)而构成。

电流传感器终端2与多个电流传感器4连接。各个电流传感器4测量电动机5的负荷电流，将其测量值发送给电流传感器装置2。

各个电动机5用于轧制或输送钢铁7。控制盘6控制对各个电动机5的通电。各个电流传感器4也能够在控制对电动机5的通电的控制盘6的内部测量电动机5的负荷电流。

使用图2说明电流监视系统1的功能结构。先从电流传感器终端2的结构说明。电流传感器终端2是接收来自多个电流传感器4的检测值(电流值)并进行运算，将其运算结果发送给主机3的装置。

电流传感器终端2通过使用上述计算机资源和控制程序等软件资源(未图示)，实现例如状态管理部20、传感器选择部21、存储器22、特定条件提取部23、运算数据选择部24、运算部25、通信部26、对象信息保存部27以及电源部29。

状态管理部20控制各部21～26的状态。传感器选择部21根据来自状态管理部20的采样率决定信号200，按顺序读入来自各个电流传感器4的检测信号(检测值)，将读入的检测信号转换为数字数据，并输出给用于存储由各个电流传感器4检测出的数据的存储器22。

作为“存储部”的存储器22与各个电流传感器4对应地设置。本实施例的各个存储器22作为移位寄存器的存储器被使用。各个存储器22通过来自状态管理部20的存储器更新使能信号201来取得从传感器选择部21输入的数据，并舍弃存储器内的最旧的数据。以下，将电流传感器4所检测出的信号进行数字转换而得的数据称为检测数据。

作为“特定条件成立判定部”的特定条件提取部23判定特定条件是否成立。特定条件提取部23如果接受来自状态管理部20的检测开始信号202，则根据通过作为“预定传感器”的代表电流传感器4R检测出的数据(存储在与代表电流传感器4R对应的存储器22中的检测数据)来提取特定条件成立的状态。后面用图5描述特定条件的提取方法。特定条件提取部23如果提取特定条件成立的状态，则将表示该结果的特定条件提取结果信号203发送给状态管理部20。以下，在称为“各个电流传感器4”的情况下，包括代表电流传感器4R。

运算数据选择部24根据来自状态管理部20的信号204按顺序选择来自各个电流传感器4的检测数据，并发送给运算部25。选择方法的例子为图4所述那样。即，运算数据选择部24，为了通过运算部25将电流传感器4的检测数据进行分时处理，以预定的顺序选择检测数据并发送给运算部25。

运算部25对经由运算数据选择部24输入的检测数据实施预定的运算。作为预定的运算，例如是计算表示通过各个电流传感器4检测出的电流波形的特征的值(振幅、强度等)的处理。运算部25如果接收来自状态管理部20的运算开始信号205，则对所输入的检测数据实施预定的运算。如果结束预定的运算，则运算部25将运算结束信号206发送给状态管理部20。

作为“输出部”的通信部26将特征量信号208经由通信网络CN发送给主机3，该特征量信号208将运算部25针对每个电流传感器4的检测数据的运算结果汇总为一个。

对象信息保存部27保存关于作为电流监视系统1的诊断对象(或者监视对象)的电动机5的信息207。关于诊断对象的电动机5的信息中包括例如电动机的极数等。例如，用户能够使用后述的输入输出装置35将诊断对象信息207登记在对象信息保存部27。

电源部29例如与电池291连接。电源部29生成使电流传感器终端2内的各个电路工作的电源电压。该电源电压的电压值被监视，例如作为电池余量信息经由通信网络CN被收集到主机3中。这样，能够预知由于电源电压的降低引起的电流传感器终端2的电池余量用尽造成的关闭(动作停止)，能够在适当的定时进行电池更换。可以将电池余量信息输出给后述的输入输出装置35。另外，使用电池291是一例。如图12所后述那样，配置发电用电流传感器4S，电源部29可以从通过发电用电流传感器4S得到的电流得到电源电压。另外，使用了发电用电流传感器4S的发电可以与电池291合并使用。

说明主机3的结构例。主机3也通过使用微处理器、存储器、通信接口等计算机资源和诊断程序等软件资源(都未图示)来实现例如通信部31、数据累积部32、运算部33以及用户接口(图中为UI)部34。

通信部31经由通信网络CN与各个电流传感器终端2连接。数据累积部32将通信部31从各个电流传感器终端2接收到的特征量信号208进行累积。

运算部33根据累积在数据累积部32中的特征量信号208来实施预定的处理。预定的处理例如是作为诊断对象的电动机5的异常的有无、寿命的预测等。即，预定的处理能够包括异常检测处理、寿命预测处理、诊断处理等任意一个或多个。

用户接口部34经由输入输出装置35和用户之间交换信息。输入输出装置35例如可以是桌面型、笔记本型、平板型等的个人计算机，也可以是手表型或眼镜型的所谓可穿戴终端。输入输出装置35具备用于显示从主机3接收到的信息的输出装置(显示器等)、用于将信息输入给主机3的输入装置(键盘、触摸面板等)即可。可以对一个主机3连接多个输入输出装置35，并同时从多个场所监视电动机5。

图2中，将传感器选择部21配置在电流传感器终端2内。代替此，可以如图3所示，将多路复用器装置8构成为与电流传感器终端2不同的装置，并可以在多路复用器装置8内配置传感器选择部21。图3所示的电流监视系统1A的电流传感器装置2A具有多路复用器通信部30。多路复用器通信部30接收电流传感器4的选择以及来自各个电流传感器4的检测信号(检测值)，并对多路复用器装置8实施数据的发送接收。这样作为多路复用器装置8和电流传感器终端2A分开的装置，有电流传感器4的设置比较容易的优点。

图4是表示按顺序取得来自各个电流传感器4的检测信号(电流值)的情况的时序图。如果将电流传感器4的总数设为N个，则从所有的电流传感器4取得检测信号所需要的取得时间t1为将N个乘以电流传感器4的切换所需要的时间t2后得到的值(t1＝t2×N)。

从所有的电流传感器4取得检测信号的周期f1为取得时间t1的倒数(f1＝1/t1)。从一个电流传感器4切换为其他的电流传感器4的周期f2为切换时间t2的倒数(f2＝1/t2＝f1×N)。

从所有的电流传感器4取得检测信号的周期f1能够设定为诊断对象电动机5的基本频率f的例如5倍(f1＝5f)。在本实施例中，准备与电动机5的基本频率以及极数对应的参数，设定适当的采样率。

图5是表示特定条件的检测方法的说明图。图5所示的图表的横轴表示时间，纵轴表示由运算部25计算出的特征量。特征量例如理解为与施加给电动机5的负荷对应的物理量。时刻T11～T17是检测特定条件是否成立的开始定时。

如图5所示，随着时间的经过，特征量发生变动。这里，为了检测电动机5的异常，将适当的条件设为特定条件。根据满足特定条件的特征量能够诊断电动机5。

在时刻t13和时刻t14之间，如果电动机5的负荷满足特定的运转条件St(例如运送指定量的钢铁的特定负荷状态、相当于钢铁7的切口的无负荷状态等)，则特征量满足特定条件。在图5的例子中，特定的运转条件St一直持续到过了时刻t15为止。在特定的运转条件St持续的期间，在时刻T14和时刻T15的双方的时间点，确认特定条件的成立。即，特定条件提取部23将从时刻T14到时刻T15作为特定条件成立的期间DR来提取。只有在该期间DR中存储在存储器22中的检测数据成为运算部25的运算对象。其他期间(例如从时刻T13到时刻T14的期间)包括没有满足特定条件的状态，因此不会成为运算部25的运算对象。

使用图6说明电流传感器终端2的处理。最初，在步骤S11～S13进行初始设定。用户能够将设定值从输入输出装置35经由主机3输入给各个电流传感器终端2。

在电流传感器终端2中设定关于作为诊断对象的各个电动机5的信息(极数等)(S11)。进一步，在电流传感器终端2中从各个电流传感器终端4中设定代表电流传感器4R(S12)。代表电流传感器4R不限一个，可以选择多个。代表电流传感器4R也可以定期或不定期地切换。

进一步，在电流传感器终端2中设定采样率(S13)。如上所述，设定与电动机5的特性、种类对应的适当的采样率。以上是初始设定处理。步骤S11～S13的顺序无关紧要。接着，说明电动机电流监视处理(S14～S21)。

电流传感器终端2判断判定特性条件是否成立的时期是否到来(S14)。如果判定为判定时期已经到来(S14：是)，则电流传感器终端2的特定条件提取部23从存储器22取得代表电流传感器4R的检测数据(S15)，判定特定条件是否成立(S16)。在没有检测出特定条件的成立时(S16：否)，则返回步骤S14。

特定条件提取部23如果检测出特定条件成立(S16：是)，则停止对各存储器22的数据更新(S17)。这样，各个存储器22中只存储图5所示的期间DR内的数据。即，各个存储器22中只存储可用于电动机5的诊断等的电动机5的特定状态下的电流传感器4的检测数据(特定条件成立的数据)。

运算部25从通过运算数据选择部16按顺序选择出的存储器22(S18)取得检测数据(S19)，并实施预定的运算(S20)。

关于各个存储器22的检测数据的运算结果从运算部25被发送给通信部26，从通信部26经由通信网路CN被发送给主机3(S21)。

根据这样构成的本实施例，根据在电动机5的通常运行中所取得的电流传感器4的检测数据，能够自动判别各个电动机5是否达到了特定的运转状态。因此，现场的作业人员不需要为了满足特定的运转条件而手动变更各个电动机5的运转条件，而提高电流监视系统1的使用便利性和现场的运转效率。

通过本实施例，选择各个电动机5所对应的各个电流传感器4中预定的电流传感器4R作为代表电流传感器4R，关于来自代表电流传感器4R的检测数据判定特定条件是否成立。因此，与关于所有电流传感器4始终判定特定条件是否成立的情况相比，能够降低运算部25的处理负荷。其结果为能够实现特定条件的自动检测功能，并能够提高使用便利性。

在本实施例中，如上所述，即使是电动机5的运转时间较长并且能够检测适合诊断的数据的特定条件的发生期间St被限定的情况下，也能够通过特定条件提取部23自动提取在特定条件下的检测数据，并能够通过运算部25进行运算。

因此，本实施例例如能够适当地用于钢铁厂所使用的电动机的异常检测或诊断。在钢铁厂中连续生产钢铁，因此电动机5的运转时间较长，并且电动机5的特定运转状态(特定负荷状态或无负荷状态)也会不定期发生。

但是，本实施例不限于钢铁厂。例如，也能够用于电车的行驶电动机的异常检测或诊断。在始发时从车库出发到末班车后返回车库期间，在电车行驶中电动机进行运转。进一步，因为营业中的电车会有乘客上下车，所以营业中的行驶电动机的负荷会发生变动。在这种状况下也能够适当地使用本实施例的电流监视系统1。

本实施例的使用目的地不限于钢铁厂或电车。只要是处于同样使用状况的电动机，就能够适用本实施例。

[实施例2]

使用图7以及图8来说明第二实施例。在包括本实施例的以下各个实施例中，以与第一实施例的不同为中心进行说明。

图7是本实施例的电流监视系统1B的整体结构图。在本实施例中，即使是检测出特定条件的成立的情况下，也不停止各个存储器22的存储器更新动作而直接继续。

即，电流传感器终端2B的各个存储器22中以预定的采样率连续输入来自相应的各个电流传感器4的检测数据并存储。该结果为，在各个存储器22中可能包括在特定运转状态前后的过渡期检测出的数据。因此，在本实施例中，在运算部25的后级设置用于确认是否是特定条件下的运算结果的特定条件确认部28。特定条件确认部28通过分析运算部25的运算结果，判定该运算结果是否是根据特定条件成立时的检测数据计算出的。特定条件确认部28如果判定为是没有根据特定条件成立时的检测数据的运算结果，则舍弃该运算结果。被舍弃的运算结果没有包括在发送给主机3的对象中。

图8表示本实施例的电流传感器终端2的处理。图8所示的流程图与图6所示的流程图相比，不包括停止存储器22的数据更新的步骤S17。另外，图8的流程图包括根据上述运算部25的运算结果分析特定条件是否成立的步骤S22。这以外的步骤S11～S16和步骤S18～S21在第一、第二实施例中是共通的。

这样构成的本实施例也达到与第一实施例同样的作用效果。进一步，在本实施例中，即使在通过代表电流传感器4R检测出特定条件的成立时，也继续各个存储器22的数据更新，因此能够不间断地连续取得检测数据。例如，第一实施例中在存储器22全部重写之前不能进行运算，与此相对，在本实施例中继续对存储器22的数据更新，因此即使在存储器22的一半数据被重写的情况下，也能够将时间上连续的检测数据用于运算部25的运算。这样，本实施例能够比第一实施例提高运算的频率。因此，主机3能够多实施电动机5的异常检测、寿命预测、诊断等任意一个或多个处理，提高可靠性。

并且，在本实施例中，具备验证运算部25的运算结果的特定条件确认部28，因此即使在进行包括没有满足特定条件的检测数据的运算的情况下，也能够舍弃该运算结果。因此，能够防止主机3的诊断处理等会产生误差的情况。该结果为，在本实施例中能够实现基于电动机5的负荷电流的早期并且可靠性高的诊断。

[实施例3]

使用图9以及图10来说明第三实施例。在本实施例中，除了第二实施例的结构，还使得比其他各电流传感器4更高速地执行从代表电流传感器4R对特定条件提取部23的数据输入。

图9是本实施例的电流监视系统1C的整体结构图。如果将图9所示的结构和图7所述的结构进行比较，则专用的高速模拟/数字转换器(高速ADC)21B与电流传感器终端2C的特定条件提取部23连接。该高速ADC21B将来自代表电流传感器4R的检测信号高速地转换为数字信号(检测数据)。检测数据被存储到与代表电流传感器4R对应的存储器22。本实施例的各个存储器22的存储器更新动作与第二实施例所述的同样，是始终启用。

图10是表示本实施例的特定条件的检测方法的说明图。在本实施例中，如图9所述，特定条件提取部23比上述各个实施例更高速地判定来自代表电流传感器4R的检测数据。因此，本实施例的判定定时T21～T39变得比图5所示的判定定时T11～T17更多。其结果为在使用图5所示的期间DR部分的检测数据时，在本实施例中能够根据多个期间DR1(从时刻T29到时刻T32的时间)、DR2(从时刻T30到时刻T33的时间)的检测数据来多次进行运算。

这样构成的本实施例也会达到与实施例2同样的作用效果。进一步，在本实施例中，将对来自代表电流传感器4R的检测信号高速地进行数字转换的高速ADC 21B分配给特定条件提取部23，因此能够更高速地检测特定条件的成立。因此，根据本实施例能够实现高速且高可靠性的电流监视。

[实施例4]

使用图11说明第四实施例。在本实施例的电流监视系统1D的电流传感器终端2D中，废除特定条件提取部23，并且始终对所有电流传感器4的检测数据进行分时处理并实施预定的运算。并且，通过特定条件确认部28检查运算部25的运算结果，并舍弃关于特定条件没有成立的检测数据的运算结果。

这样构成的本实施例例如适用于电流传感器终端2D所具有的微处理器性能高的情况即可。另外，状态管理部20可以按照预先决定的顺序通过运算部25运算各个电流传感器4的检测数据，也可以动态地变更运算顺序。作为动态变更顺序的例子，列举有优先运算更新定时最晚的电流传感器4的检测数据的方法。

[实施例5]

使用图12说明第五实施例。本实施例的电流监视系统1E的电流传感器终端2E将发电用电流传感器4S作为发电装置来使用。也能够将发电用电流传感器4S和电池291并用。

这样构成的实施例也达到与第一实施例1同样的作用效果。进一步，本实施例的电流传感器终端2E具备由发电用电流传感器4S组成的发电装置，因此能够长时间地诊断或监视电动机5的状态。在并用电池291的情况下，能够降低电池291的更换频率。这样，在本实施例中，能够提高维护性并提高使用便利性。

另外，本发明不限于上述实施方式。如果是本领域技术人员，能够在本发明的范围内进行各种追加和变更等。在上述实施方式中，不限于附图所示的结构例。在达成本发明的目的的范围内，能够适当变更实施方式的结构和处理方法。

例如，通过设置检查存储器22中存储的检测数据是否连续预定位以上表示异常值的检查电路，还可以早期发现从电流传感器4到电流传感器终端2的信号线是否发生断线等异常。

另外，本发明的各个结构要素能够任意地取舍选择，具备进行了取舍选择的结构的发明也包括在本发明中。进一步，请求专利保护的范围所记载的结构也能够与请求专利保护的范围所明示的组合以外进行组合。

Claims (8)

1.一种电流传感器装置，其特征在于，

具备：

多个电流传感器，其检测各个电动机的电流；

特定条件成立判定部，其根据从各个上述电流传感器中选择出的预定电流传感器的检测值来判定特定条件是否成立；

运算部，其在通过上述特定条件成立判定部判定为上述特定条件成立时，根据各个上述电流传感器的检测值分别实施预定的运算；以及

输出部，其输出上述运算部的运算结果。

2.根据权利要求1所述的电流传感器装置，其特征在于，

上述运算部切换各个上述电流传感器并取得检测值，以分时的方式执行上述预定的运算。

3.根据权利要求2所述的电流传感器装置，其特征在于，

该电流传感器装置还具备：多个存储部，其将各个上述电流传感器的检测值作为数据来分别存储。

4.根据权利要求3所述的电流传感器装置，其特征在于，

在通过上述特定条件成立判定部判定为上述特定条件成立时，停止上述存储部的数据更新。

5.根据权利要求3所述的电流传感器装置，其特征在于，

该电流传感器装置还具备：特定条件确认部，其根据上述运算部的上述运算结果来确认是否是上述特定条件成立时的预定的运算结果，

即使在通过上述特定条件成立判定部判定为上述特定条件成立时，也更新上述存储部的数据，并通过上述运算部来实施上述预定的运算，

在上述特定条件确认部判定为不是上述预定的运算结果时，舍弃上述运算部的运算结果。

6.根据权利要求1～5中任意一项所述的电流传感器装置，其特征在于，

根据上述电动机的种类设定了各个上述电流传感器的采样率，

进一步将上述预定的电流传感器的采样率设定得比其他各个电流传感器的采样率更高。

7.根据权利要求1所述的电流传感器装置，其特征在于，

上述各个电动机是钢铁厂所使用的电动机。

8.一种电流监视系统，包括多个电流传感器装置和与各个上述电流传感器装置连接的管理装置，其特征在于，

各个上述电流传感器装置具备：

多个电流传感器，其检测各个电动机的电流；

特定条件成立判定部，其根据从各个上述电流传感器中选择出的预定电流传感器的检测值来判定特定条件是否成立；

运算部，其在通过上述特定条件成立判定部判定为上述特定条件成立时，根据各个上述电流传感器的检测值分别实施预定的运算；以及

输出部，其输出上述运算部的运算结果，

上述管理装置根据从各个上述电流传感器装置取得的上述运算结果来实施预定的处理，并输出其实施结果。

Images