DE112017007953T5

DE112017007953T5 - Anomalie-diagnoseeinrichtung, anomalie-diagnoseverfahren und anomalie-diagnosesystem

Info

Publication number: DE112017007953T5
Application number: DE112017007953.5T
Authority: DE
Inventors: Makoto Kanemaru; Takuya Ohkubo; Sota SANO; Akira Satake; Satoru Terashima
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-10-24
Filing date: 2017-10-24
Publication date: 2020-07-30
Also published as: KR20200053579A; CN111247442A; US11953555B2; JPWO2019082277A1; JP6896090B2; CN111247442B; US20200217895A1; KR102427372B1; WO2019082277A1

Abstract

Es besteht die Aufgabe, eine Anomalie-Diagnoseeinrichtung, ein Anomalie-Diagnoseverfahren und ein Anomalie-Diagnosesystem anzugeben, die zum Diagnostizieren imstande sind, ob oder ob nicht eine Anomalie aufgetreten ist, und zwar auch für einen Elektromotor, der von einer Energie-Umwandlungseinrichtung angetrieben wird. Die Anomalie-Diagnoseeinrichtung weist Folgendes auf: eine Datenerfassungseinheit (100), die so konfiguriert ist, dass sie eine Stromwellenform und eine Antriebsfrequenz eines Elektromotors (3) erfasst; eine Betriebsmuster-Speichereinheit (110), die eine Kombination eines Stromwerts der Stromwellenform und der Antriebsfrequenz speichert, die mittels der Datenerfassungseinheit (100) zum identischen Zeitpunkt erfasst werden; eine Datenbestimmungseinheit (120), die so konfiguriert ist, dass sie bestimmt, ob oder ob nicht ein Stromwert der Stromwellenform und die Antriebsfrequenz als ein Diagnoseziel, die mittels der Datenerfassungseinheit (100) zum identischen Zeitpunkt erfasst werden, mit der Kombination übereinstimmen, die in der Betriebsmuster-Speichereinheit (110) gespeichert ist; eine Analyseeinheit (150), die so konfiguriert ist, dass sie eine Frequenzanalyse für die Stromwellenformen durchführt, für die von der Datenbestimmungseinheit (120) bestimmt worden ist, dass sie übereinstimmen, dass sie Seitenbandwellen extrahiert, und dass sie die spektrale Intensität der Seitenbandwellen berechnet; und eine Anomalie-Diagnoseeinheit, die so konfiguriert ist, dass sie eine Diagnose durchführt, dass eine Anomalie aufgetreten ist, wenn die spektrale Intensität der Seitenbandwellen gleich groß wie oder größer ist als ein Schwellenwert.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anomaliediagnose für einen Elektromotor, der von einer Energie-Umwandlungseinrichtung angetrieben wird.
Stand der Technik
Ein Elektromotor ist eine Schlüsselkomponente, die als Antriebseinrichtung für eine Montagestraßenvorrichtung oder eine mechanische Vorrichtung in einer Industrieanlage dient, und demzufolge ist es notwendig, den Betrieb beständig normal und stabil durchzuführen und fortzusetzen. Viele Elektromotoren werden jedoch in hochgradig belastenden Umgebungen betrieben, wie beispielsweise bei hohen Temperaturen, unter hoher Last, Korrosionseinwirkungen und Abnutzungen. Daher besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass plötzlich eine Fehlfunktion auftritt. Um eine solche plötzliche Fehlfunktion zu vermeiden, besteht an einer Technologie zum konstanten Überwachen eines Elektromotors ein hoher Bedarf.
In jüngster Zeit hat man bei einer Technologie zur ständigen Überwachung eine Anomalie-Diagnoseeinrichtung entwickelt, die eine Anomalie eines Elektromotors diagnostiziert, indem ein Strom gemessen wird, der an einen Elektromotor angelegt wird. Beispielsweise wird in dem Patentdokument 1 der Strom, der an einen Elektromotor angelegt wird, der von einer Netzstromversorgung angetrieben wird, gemessen und einer Frequenzanalyse unterzogen, und es wird diagnostiziert, ob oder ob nicht eine Anomalie aufgetreten ist, und zwar auf der Basis der spektralen Intensität von Seitenbandwellen infolge der Anomalie, die bei Frequenzen in der Nähe der Energieversorgungsfrequenz auftreten.
Literaturverzeichnis
Patentdokument
Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldungs-Veröffentlichtung JP 2016-090546 A
Zusammenfassung der Erfindung
Mit der Erfindung zu lösende Probleme
Für den Fall, dass ein Elektromotor mittels einer Energie-Umwandlungseinrichtung angetrieben wird, gilt jedoch Folgendes: Wenn sich der Stromwert und die Antriebsfrequenz ändern, dann ändert sich auch die spektrale Intensität von Seitenbandwellen, die als ein Anomalie-Diagnosekriterium dient. Daher kann nicht bestimmt werden, ob die Änderung der spektralen Intensität der Seitenbandwellen infolge des Anomaliegrads oder einer Änderung des Stromwerts und der Antriebsfrequenz hervorgerufen wird, und daher ist es schwierig, zu diagnostizieren, ob oder ob nicht eine Anomalie aufgetreten ist.
Die vorliegende Erfindung wurde konzipiert, um das obige Problem zu lösen, und es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anomalie-Diagnoseeinrichtung, ein Anomalie-Diagnoseverfahren und ein Anomalie-Diagnosesystem anzugeben, die dazu imstande sind, zu diagnostizieren, ob oder ob nicht eine Anomalie aufgetreten ist, und zwar sogar für einen Elektromotor, bei dem sich der Stromwert und die Antriebsfrequenz infolge der Energie-Umwandlungseinrichtung ändern.
Lösung der Probleme
Eine Anomalie-Diagnoseeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist Folgendes auf:

eine Datenerfassungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie eine Stromwellenform und
eine Antriebsfrequenz eines Elektromotors erfasst, der von einer Energie-Umwandlungseinrichtung angetrieben wird;
eine Betriebsmuster-Speichereinheit, die eine Kombination eines Stromwerts der Stromwellenform und der Antriebsfrequenz speichert, die mittels der Datenerfassungseinheit zum identischen Zeitpunkt erfasst werden;
eine Datenbestimmungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie bestimmt, ob oder ob nicht ein Stromwert der Stromwellenform und die Antriebsfrequenz als ein Diagnoseziel, die zum identischen Zeitpunkt mittels der Datenerfassungseinheit erfasst werden, mit der Kombination übereinstimmen, die in der Betriebsmuster-Speichereinheit gespeichert ist; eine Analyseeinheit, die so konfiguriert ist, dass sie eine Frequenzanalyse für die Stromwellenformen durchführt, für die von der Datenbestimmungseinheit bestimmt worden ist, dass sie übereinstimmen, dass sie Seitenbandwellen extrahiert, und dass sie die spektrale Intensität der Seitenbandwellen berechnet; und
eine Anomalie-Diagnoseeinheit, die so konfiguriert ist, dass sie eine Diagnose durchführt, dass eine Anomalie aufgetreten ist, wenn die spektrale Intensität der Seitenbandwellen gleich groß wie oder größer ist als ein Schwellenwert.

Ein Anomalie-Diagnoseverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung weist Folgendes auf:

einen Datenerfassungsschritt, in welchem eine Stromwellenform und eine Antriebsfrequenz eines Elektromotors erfasst werden, der von einer Energie-Umwandlungseinrichtung angetrieben wird;
einen Betriebsmuster-Speicherschritt, in welchem eine Kombination eines Stromwerts der Stromwellenform und der Antriebsfrequenz gespeichert wird, die im Datenerfassungsschritt zum identischen Zeitpunkt erfasst werden;
einen Datenbestimmungsschritt, in welchem bestimmt wird, ob oder ob nicht ein Stromwert der Stromwellenform und die Antriebsfrequenz als ein Diagnoseziel, die zum identischen Zeitpunkt im Datenerfassungsschritt erfasst werden, mit der Kombination übereinstimmen, die im Betriebsmuster-Speicherschritt gespeichert wird; einen Analyseschritt, in welchem eine Frequenzanalyse der Stromwellenformen durchgeführt wird, für die im Datenbestimmungsschritt bestimmt worden ist, dass sie übereinstimmen, Seitenbandwellen extrahiert werden und die spektrale Intensität der Seitenbandwellen berechnet wird; und
einen Anomalie-Diagnoseschritt, in welchem eine Diagnose durchgeführt wird, dass eine Anomalie aufgetreten ist, wenn die spektrale Intensität der Seitenbandwellen gleich groß wie oder größer ist als ein Schwellenwert.

Ein Anomalie-Diagnosesystem gemäß der vorliegenden Erfindung weist Folgendes auf: die Energie-Umwandlungseinrichtung, die zum Lesen der Stromwellenform und der Antriebsfrequenz des Elektromotors konfiguriert ist; eine Anomalie-Diagnoseeinrichtung, die dazu konfiguriert ist, die Stromwellenform und die Antriebsfrequenz zu erfassen, die von der Energie-Umwandlungseinrichtung gelesen werden, bestimmt, ob oder ob nicht ein Stromwert der Stromwellenform und die Antriebsfrequenz mit der Kombination übereinstimmen, die in der Betriebsmuster-Speichereinheit gespeichert ist, und diagnostiziert, ob oder ob nicht eine Anomalie aufgetreten ist, und zwar auf der Basis der Stromwellenformen, für die bestimmt worden ist, dass sie übereinstimmt; und eine Überwachungseinrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie zumindest eines von einem Hinweis und einem Alarm auf der Basis eines Diagnoseergebnisses durch die Anomalie-Diagnoseeinrichtung ausgibt.
Wirkung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Kombination aus dem Stromwert einer Stromwellenform und einer Antriebsfrequenz spezifiziert, die zum identischen Zeitpunkt erfasst werden, und eine Stromwellenform, die mit der spezifizierten Kombination aus Stromwert und Antriebsfrequenz übereinstimmt, wird einer Anomaliediagnose unterzogen. Demzufolge wird es möglich, eine Anomalie sogar für einen Elektromotor zu detektieren, bei dem sich der Stromwert und die Antriebsfrequenz infolge der Energie-Umwandlungseinrichtung ändern.
Figurenliste

1 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm, das eine Anomalie-Diagnoseeinrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm, das die Anomalie-Diagnoseeinrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm, das die Anomalie-Diagnoseeinrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
4 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm, das eine Datenerfassungseinheit gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
5 ist ein Graph, der ein Beispiel eines Betriebsmusters eines Elektromotors gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
6 zeigt die Verarbeitungsprozedur der Anomalie-Diagnoseeinrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
7 ist ein Diagramm zum Erläutern der Anomalie-Diagnoseeinrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
8 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm einer Vorgabeinformations-Speichereinheit gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
9 ist ein Graph, der ein Beispiel einer Frequenzspektrum-Wellenform gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
10 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm, das eine Analyseeinheit gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
11 ist ein Graph, der ein Beispiel einer Frequenzspektrum-Wellenform gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
12 zeigt die Verarbeitungsprozedur in der Anomalie-Diagnoseeinrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
13 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm, das eine dq-Achsen-Analyseeinheit gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt.
14 ist ein Graph, der ein Beispiel einer q-Achsen-Frequenzspektrum-Wellenform gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt.
15 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm, das ein Anomalie-Diagnosesystem gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt.

Beschreibung von Ausführungsformen
Nachfolgend werden Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
e 1 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm, das die Installationsbedingungen einer Anomalie-Diagnoseeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 1 gezeigt, sind eine Mehrzahl von Leitungsschaltern 2, eine Energie-Umwandlungseinrichtung 6, eine Anomalie-Diagnoseeinrichtung 10 und ein Elektromotor 3 mit Energieversorgungsleitungen 1 verbunden. Der Elektromotor 3 wird von der Energie-Umwandlungseinrichtung 6 angetrieben, und er ist mit einer mechanischen Vorrichtung 4 als einer Last verbunden, und zwar über einen Antriebsenergie-Übertragungsmechanismus zum Übertragen von Antriebsenergie. Eine Strom-Detektionseinheit 5 ist an Leitungen angebracht, die die Energie-Umwandlungseinrichtung 6 und den Elektromotor 3 verbinden, und sie detektiert Ströme, die dem Elektromotor 3 zugeführt werden.
Eine Antriebsfrequenz-Detektionseinheit 7 ist an der Energie-Umwandlungseinrichtung 6 angebracht und detektiert die Antriebsfrequenz des Elektromotors 3 auf der Basis eines Befehlssignals, das in der Energie-Umwandlungseinrichtung 6 erzeugt wird. Die Anomalie-Diagnoseeinrichtung 10 diagnostiziert, ob oder ob nicht eine Anomalie im Elektromotor 3 aufgetreten ist, und zwar auf der Basis des Stroms, der von der Strom-Detektionseinheit 5 detektiert wird, und der Antriebsfrequenz, die von der Antriebsfrequenz-Detektionseinheit 7 zur Verfügung gestellt wird. Beispiele für die Anomalie des Elektromotors 3 schließen Folgendes ein: ein Anomalie eines Lagers, eine Achsen-Exzentrizität, eine Fehlausrichtung und ein Ungleichgewicht bzw. eine Unwucht.
Die Strom-Detektionseinheit 5, die in 1 gezeigt ist, ist für jede Phase der dreiphasigen Energieversorgungsleitungen vorgesehen. Es kann jedoch eine Messung für irgendeine der Phasen durchgeführt werden. Da die Detektionsgenauigkeit kaum vom Messort beeinflusst wird, ist außerdem der Ort, wo die Strom-Detektionseinheit 5 angebracht, nicht beschränkt, solange der Strom gemessen werden kann, der dem Elektromotor 3 zugeführt wird. Eine Anomaliediagnose kann für eine Mehrzahl von Elektromotoren 3 von einer einzigen Anomalie-Diagnoseeinrichtung 10 durchgeführt werden. Anstelle der Strom-Detektionseinheit 5 kann auch ein Sensor verwendet werden, der in der Energie-Umwandlungseinrichtung 6 angebracht ist.
Als Nächstes wird die Konfiguration der Anomalie-Diagnoseeinrichtung 10 unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. 2 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm der Anomalie-Diagnoseeinrichtung. Die Anomalie-Diagnoseeinrichtung 10 weist beispielsweise eine Verarbeitungseinheit 11, eine Speichereinheit 12, eine Anzeigeeinheit 13, eine Alarmeinheit 14 und eine Kommunikationseinheit 15 auf. Die Verarbeitungseinheit 11 führt einen vorbestimmten Prozess auf der Basis von verschiedenartigen Daten aus, die in der Speichereinheit 12 gespeichert sind.
Wenn der Elektromotor 3 als abnormal diagnostiziert wird, so empfangen die Anzeigeeinheit 13 und die Alarmeinheit 14 Signale und geben einen Anzeigehinweis und einen Alarm aus, um einen Beobachter von der Anomalie zu unterrichten. Hierbei kann auch nur eine von der Anzeigeeinheit 13 und der Alarmeinheit 14 verwendet werden, um die obigen Funktionen zur Verfügung zu stellen. Die Anomalie-Diagnoseeinrichtung 10 wird beispielsweise von einem Server, einem Personal Computer (PC), einem Microcomputer usw. gebildet, die mit einem Netzwerk verbunden sind.
Als Nächstes wird die Konfiguration zum Implementieren der Funktionen der Anomalie-Diagnoseeinrichtung 10 unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. 3 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm der Anomalie-Diagnoseeinrichtung. Die Anomalie-Diagnoseeinrichtung 10 weist Folgendes auf: eine Datenerfassungseinheit 100, eine Datenbestimmungseinheit 120, eine Analyseeinheit 150 und eine Anomalie-Diagnoseeinheit 170 in der Verarbeitungseinheit 11, und sie weist Folgendes auf: eine Betriebsmuster-Speichereinheit 110, eine Schwellenwert-Speichereinheit 130, eine Vorgabeinformations-Speichereinheit 140 und eine Analyseergebnis-Speichereinheit 160 in der Speichereinheit 12. Für den Fall, dass notwendige Informationen nicht in der Speichereinheit 12 gespeichert sind, kann die Anomalie-Diagnoseeinrichtung 10 ferner mit einer Eingabeeinheit ausgestattet sein, so dass die notwendigen Informationen eingegeben werden können.
In der Anomalie-Diagnoseeinrichtung 10 erfasst die Datenerfassungseinheit 100 eine Antriebsfrequenz und eine Stromwellenform des Stroms, der dem Elektromotor 3 zugeführt wird. Dann bestimmt die Datenbestimmungseinheit 120, ob oder ob nicht eine Kombination des Effektivwerts der Stromwellenform und der Antriebsfrequenz, die zum identischen Zeitpunkt erfasst werden, mit einer Kombination übereinstimmen, die in der Betriebsmuster-Speichereinheit 110 gespeichert ist.
Die Analyseeinheit 150 führt eine Frequenzanalyse für die Stromwellenformen durch, für die von der Datenbestimmungseinheit 120 bestimmt worden ist, dass sie übereinstimmt, berechnet die spektrale Intensität von Seitenbandwellen infolge einer Anomalie auf der Basis der Vorgabeeinformationen, die in der Vorgabeinformations-Speichereinheit 140 gespeichert sind, und speichert die spektrale Intensität in der Analyseergebnis-Speichereinheit 160. Wenn die berechnete spektrale Intensität der Seitenbandwellen gleich groß wie oder größer ist als der Schwellenwert, der in der Schwellenwert-Speichereinheit 130 gespeichert ist, führt die Anomalie-Diagnoseeinheit 170 eine Diagnose durch, dass die Anomalie aufgetreten ist.
4 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm, das die Datenerfassungseinheit zeigt. Die Datenerfassungseinheit 100 weist eine Stromwellenform-Erfassungseinheit 101, eine Stromwert-Erfassungseinheit 102 und eine Antriebsfrequenz-Erfassungseinheit 103 auf. Die Stromwellenform-Erfassungseinheit 101 erfasst eine Stromwellenform vom Strom, der mittels der Strom-Detektionseinheit 5 detektiert wird. Die Stromwert-Erfassungseinheit 102 berechnet und erfasst den Effektivwert (nachfolgend als Stromwert bezeichnet) aus der Stromwellenform, die mittels der Stromwellenform-Erfassungseinheit 101 erfasst wird.
Der Stromwert wird beispielsweise als die Quadratwurzel des Werts berechnet, der erhalten wird, indem das Quadrat des Momentanwerts der Stromwellenform über eine Periode gemittelt wird. Die Antriebsfrequenz-Erfassungseinheit 103 erfasst die Antriebsfrequenz, detektiert von der Antriebsfrequenz-Detektionseinheit 7 der Energie-Umwandlungseinrichtung 6. Als Antriebsfrequenz kann die Position des spektralen Scheitelwerts verwendet werden, der die größte Intensität in der Frequenzanalyse hat, die von der Analyseeinheit 150 für die Stromwellenform durchgeführt wird, die von der Stromwellenform-Erfassungseinheit 101 erfasst worden ist.
Die Betriebsmuster-Speichereinheit 110 erfasst den Stromwert und die Antriebsfrequenz von der Datenerfassungseinheit 100 und speichert eine Kombination aus Stromwert und Antriebsfrequenz, die zum identischen Zeitpunkt erfasst werden, und zwar eine große Anzahl von Malen. Im Folgenden wird eine Stufe, in welcher die Stromwellenform und die Antriebsfrequenz detektiert werden, um eine solche Kombination zu spezifizieren, die in der Betriebsmuster-Speichereinheit 110 gespeichert werden soll, als Lernstufe 503 bezeichnet. Außerdem wird eine Stufe, in welcher die Stromwellenform und die Antriebsfrequenz detektiert werden, um die Anomaliediagnose durchzuführen, als Diagnosestufe 504 bezeichnet. Hierbei ist es bevorzugt, wenn der Elektromotor 3 in der Lernstufe 503 normal arbeitet.
5 ist ein Graph, der ein Beispiel eines Betriebsmusters des Elektromotors zeigt. Die vertikale Achse 506 gibt den Stromwert der Antriebsfrequenz an. Die horizontale Achse 505 gibt die Zeit an. Es ist das Betriebsmuster des Elektromotors 3 in der Lernstufe 503 und der Diagnosestufe 504 gezeigt. Hier ist das Betriebsmuster ein Muster des Stromwerts oder der Antriebsfrequenz, das von der Energie-Umwandlungseinrichtung 6 ausgegeben wird und zu vorbestimmten Zeitintervallen wiederholt wird.
In dem in 5 gezeigten Beispiel haben eine erste Wellenform 501a und eine zweite Wellenform 501b in der Lernstufe 503 und eine dritte Wellenform 501c in der Diagnosestufe 504 identische Stromwerte oder Antriebsfrequenzen. Demzufolge hat der Elektromotor 3 das gleiche Betriebsmuster in der Lernstufe 503 und der Diagnosestufe 504. Hier enthalten die identischen Stromwerte oder Antriebsfrequenzen einen Messfehler. Beispielsweise können sie als identisch betrachtet werden, wenn der Fehler ungefähr ± 0,01 A bis 0,1 A oder ± 0,01 Hz bis 0,1 Hz beträgt.
Als Nächstes wird die Verarbeitungsprozedur zum Speichern einer Kombination des Stromwerts und der Antriebsfrequenz in der Betriebsmuster-Speichereinheit 110 in der Lernstufe 503 unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. 6 zeigt ein Beispiel der Verarbeitungsprozedur der Anomalie-Diagnoseeinrichtung in der Lernstufe. Zunächst erfasst die Datenerfassungseinheit 100 die Stromwellenform und die Antriebsfrequenz in vorbestimmten Zeitintervallen von der Strom-Detektionseinheit 5 bzw. der Antriebsfrequenz-Detektionseinheit 7 (Schritt S1). Die Datenerfassungseinheit 100 berechnet den Stromwert aus der Stromwellenform und gibt den Stromwert der Stromwellenform und die Antriebsfrequenz, die zum identischen Zeitpunkt erfasst werden, als eine Kombination vor.
Unter den Kombinationen der Stromwerte und der Antriebsfrequenzen, die zu identischen Zeitpunkten erfasst werden, wird als Nächstes die Anzahl von Malen gezählt, die eine identische Kombination erfasst wird (Schritt S2). Als Zählverfahren wird beispielsweise, wie in 7 gezeigt, in der Betriebsmuster-Speichereinheit 110, die Stromwerte und Antriebsfrequenzen in einer Kartenform speichert, jede Kombination aus Stromwert und Antriebsfrequenz gespeichert, die zum identischen Zeitpunkt erfasst worden sind, so dass die Anzahl von Malen gezählt werden kann, in der eine identische Kombination erfasst wird.
In dem in 7 gezeigten Beispiel werden als eine Kombination aus Stromwert und Antriebsfrequenz, die zum identischen Zeitpunkt erfasst sind, (i: Stromwert, f: Antriebsfrequenz), Kombinationen aus 4 A und 52 Hz, 4,5 A und 56 Hz sowie 5 A und 60 Hz jeweils 100 Mal gezählt, was die größte Anzahl von Malen ist. Dann werden Kombinationen aus 3,5 A und 52 Hz, 4 A und 56 Hz sowie 4,5 A und 60 Hz jeweils 60 Mal gezählt, was die nächstgrößere Anzahl von Malen ist.
Als Nächstes werden beispielsweise die Anzahl von Malen mit einem vorbestimmten Vorgabewert verglichen und eine Kombination aus Stromwert und Antriebsfrequenz spezifiziert, für welche die Anzahl von Malen gleich groß wie oder größer ist als der Vorgabewert (Schritt S3). Für den Fall, dass der Vorgabewert 80 ist, werden Kombinationen aus Stromwerten und Antriebsfrequenzen von 4 A und 52 Hz, 4,5 A und 56 Hz sowie 5 A und 60 Hz spezifiziert.
Die spezifizierten Kombinationen aus Stromwerten und Antriebsfrequenzen, für welche die gezählte Anzahl von Malen gleich große wie oder größer ist als der Vorgabewert, werden in der Betriebsmuster-Speichereinheit 110 gespeichert (Schritt S4). Wie oben beschrieben, speichert die Betriebsmuster-Speichereinheit 110 Kombinationen, die eine große Anzahl von Malen erfasst werden, als die Kombination aus Stromwert der Stromwellenform und der Antriebsfrequenz, die für eine Anomaliediagnose verwendet werden sollen.
Die Datenbestimmungseinheit 120 erfasst eine Kombination aus Stromwert der Stromwellenform und Antriebsfrequenz als ein Diagnoseziel, die zum identischen Zeitpunkt erfasst sind, und zwar von der Datenerfassungseinheit 100, und dann prüft sie die erfasste Kombination aus Stromwert und Antriebsfrequenz gegen eine Kombination aus Stromwert und Antriebsfrequenz, die in der Betriebsmuster-Speichereinheit 110 gespeichert sind, um zu bestimmen, ob sie übereinstimmen oder nicht. Die Stromwellenform, für die bestimmt worden ist, dass sie übereinstimmen, wird an die Analyseeinheit 150 ausgegeben und einer Anomaliediagnose unterzogen.
Die Schwellenwert-Speichereinheit 130 speichert einen Schwellenwert für die spektrale Intensität von Seitenbandwellen als ein Diagnosekriterium für Anomalie. Allgemein gilt: Je höher der Anomaliegrad ist, desto größer ist die spektrale Intensität von Seitenbandwellen, und die spektrale Intensität von Seitenbandwellen hängt von der Antriebsfrequenz und dem Stromwert des Elektromotors 3 ab. Als Schwellenwert werden Werte vorgegeben, die mit jeweiligen Kombinationen von Stromwerten und Antriebsfrequenzen assoziiert sind, die in der Betriebsmuster-Speichereinheit 110 gespeichert sind. Beispielsweise wird der Schwellenwert wie folgt bestimmt.
Im normalen Zustand des Elektromotors 3 erfasst die Datenerfassungseinheit 100 die Stromwellenform und die Antriebsfrequenz, wobei die Stromwellenform, für die von der Datenbestimmungseinheit 120 bestimmt worden ist, dass die mit der Kombination aus Stromwert und Antriebsfrequenz übereinstimmt, die in der Betriebsmuster-Speichereinheit 110 gespeichert ist, einer Frequenzanalyse unterzogen wird und die spektrale Intensität von Seitenbandwellen berechnet wird.
Dann wird auf der Basis des Berechnungsergebnisses der Schwellenwert bestimmt. Da die Daten eine Verteilung infolge des Fehlers aufweisen, wird beispielsweise eine Standardabweichung σ der spektralen Intensitäten von Seitenbandwellen berechnet, und der Bereich, in welchem Daten innerhalb von 3σ vorhanden sind, wird als der Schwellenwert verwendet.
Wie oben beschrieben, werden in der Lernstufe 503 Kombinationen von Stromwerten und Antriebsfrequenzen, die für die Anomaliediagnose verwendet werden sollen, in der Betriebsmuster-Speichereinheit 110 gespeichert, und in der Diagnosestufe 504 wird die Stromwellenform, für die bestimmt wird, dass sie mit der in der Betriebsmuster-Speichereinheit 110 gespeicherten Kombination übereinstimmt, einer Anomaliediagnose unterzogen.
Die Anomaliediagnose kann demzufolge unter Verwendung des Schwellenwerts durchgeführt werden, der der Kombination aus Stromwert und Antriebsfrequenz entspricht, und daher ist es möglich, eine Anomalie zu detektieren, und zwar sogar für den Fall des Elektromotors 3, bei welchem sich die spektrale Intensität von Seitenbandwellen, die als Diagnosekriterium dient, infolge der Änderung des Stromwerts und der Antriebsfrequenz durch die Energie-Umwandlungseinrichtung 6 ändert.
Die Stromwellenform, die der Anomaliediagnose unterzogen wird, ist außerdem die Stromwellenform, die der Kombination aus Stromwert und Antriebsfrequenz entspricht, die eine große Anzahl von Malen erfasst wird. Daher kann die Anzahl von Abtastwerten der Stromwellenform erhöht werden, die der Diagnose unterzogen werden soll, so dass die Anomalie-Detektionsgenauigkeit verbessert werden kann.
8 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm der Vorgabeinformations-Speichereinheit. Die Vorgabeinformations-Speichereinheit 140 weist eine Nennwertinformations-Speichereinheit 141, eine Frequenz-Speichereinheit 142 und eine Lastinformations-Speichereinheit 143 auf. Die Vorgabeinformations-Speichereinheit 140 speichert Informationen, die zum Spezifizieren der Frequenzen benötigt werden, bei welchen Seitenbandwellen auftreten.
In der Nennwertinformations-Speichereinheit 141 sind Nennwertinformationen, wie z. B. die Energieversorgungsfrequenz, die Polzahl und die Nenndrehzahl gespeichert, und zwar auf der Basis von Informationen einer Nennwert-Tafel, die am Elektromotor 3 angebracht ist.
Die Frequenz-Speichereinheit 142 weist eine Rotationsfrequenz-Speichereinheit 142a und eine Lager-Eigenfrequenz-Speichereinheit 142b auf. Die Frequenz-Speichereinheit 142 speichert die Rotationsfrequenz des Elektromotors 3 und die Lager-Eigenfrequenz. Wie in 9 gezeigt, treten Seitenbandwellen auf beiden Seiten nahe der Antriebsfrequenz auf, und zwar an Positionen, die abhängig vom Typ der Anomalie unterschiedlich sind.
Für den Fall einer Anomalie, wie z. B. einer Fehlausrichtung oder eines Ungleichgewichts treten beispielsweise Seitenbandwellen an Positionen auf, die durch die Rotationsfrequenz in Richtung beider Seiten von der Antriebsfrequenz als Mitte getrennt sind. Für den Fall einer Anomalie infolge des Lagers des Elektromotors 3 treten außerdem Seitenbandwellen an Positionen auf, die durch die Lager-Eigenfrequenz in Richtung beider Seiten von der Antriebsfrequenz als Mittel getrennt sind.
Die Rotationsfrequenz-Speichereinheit 142a speichert die Rotationsfrequenz des Elektromotors 3. Die Rotationsfrequenz des Elektromotors 3 ist beispielsweise in einem Bereich zwischen der Rotationsfrequenz im Fall von keiner Last und der Rotationsfrequenz im Fall einer Nennrotation. Die Rotationsfrequenz für den Fall ohne eine Last wird als 2·fs/p berechnet (fs: Energieversorgungsfrequenz, p: Polzahl), und zwar aus der Energieversorgungsfrequenz und der Polzahl, die in der Nennwertinformations-Speichereinheit 141 gespeichert sind. Außerdem wird die Rotationsfrequenz im Falle der Nennrotation aus der Nenndrehzahl berechnet, die in der Nennwertinformations-Speichereinheit 141 gespeichert ist. Die Lager-Eigenfrequenz-Speichereinheit 142b speichert die Lager-Eigenfrequenz auf der Basis der Lagerinformationen.
Die Lastinformations-Speichereinheit 143 speichert Lastinformationen. Die Lastinformationen sind beispielsweise der Vorrichtungstyp, wie z. B. eine Pumpe, ein Lüfter oder ein Kompressor, das Vorhandensein/Nichtvorhandensein eines Gurts oder einer Kette oder dergleichen. Die Rotationsfrequenz ändert sich in Abhängigkeit von der Last auf den Elektromotor 3. Für den Fall beispielsweise, dass ein Gurt oder eine Kette vorgesehen ist, wird eine externe Last auf die Welle des Elektromotors 3 ausgeübt, und daher neigt die Rotationsfrequenz dazu, einen großen Wert zu haben. Wenn die Lastinformationen in der Lastinformations-Speichereinheit 143 gespeichert werden, wird es möglich, die Rotationsfrequenz zu korrigieren, die in der Rotationsfrequenz-Speichereinheit 142a gespeichert ist.
Als Nächstes wird die Analyseeinheit 150 unter Bezugnahme auf 10 beschrieben. 10 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm der Analyseeinheit. Die Analyseeinheit 150 weist Folgendes auf: eine Stromfrequenz-Analyseeinheit 151, eine Stromspektrum-Mittelwerteinheit 152, eine Seitenbandwellen-Extraktionseinheit 153 und eine Berechnungseinheit 154 für spektrale Intensität.
Die Stromfrequenz-Analyseeinheit 151 führt eine Frequenzanalyse für die Stromwellenform aus, für die mittels der Datenbestimmungseinheit 120 bestimmt worden ist, dass sie mit der Kombination aus Stromwert und Antriebsfrequenz übereinstimmt, die in der Betriebsmuster-Speichereinheit 110 gespeichert sind. Die Stromwellenform wird beispielsweise durch eine schnelle Fourier-Transformationsanalyse (FFT) des Stroms, eine diskrete Fourier-Transformation oder dergleichen analysiert.
Die Stromspektrum-Mittelwerteinheit 152 mittelt Frequenzspektrum-Wellenformen, die eine Mehrzahl von Malen von der Stromfrequenz-Analyseeinheit 151 erhalten werden. Wie in 11 gezeigt, schließt die Frequenzspektrum-Wellenform Störungen infolge des Umschaltvorgangs der Energie-Umwandlungseinrichtung 6 ein, und zwar zusätzlich zu einem Spektrum, das infolge der Anomalie des Elektromotors 3 auftritt. Eine Mittelung der Frequenzspektrum-Wellenformen kann die spektrale Intensität der Störungen verringern, die nahe der Antriebsfrequenz auftreten, und demzufolge kann die Detektionsgenauigkeit für Seitenbandwellen infolge von Anomalie verbessert werden.
Die Seitenbandwellen-Extraktionseinheit 153 detektiert alle Position von spektralen Scheitelwerten aus der Frequenzspektrum-Wellenform, die von der Stromfrequenz-Analyseeinheit 151 erhalten wird. Es ist bevorzugt, dass der Detektionsbereich ein Bereich von 0 Hz bis 1000 Hz ist. Die Seitenbandwellen-Extraktionseinheit 153 extrahiert - als Seitenbandwellen - spektrale Scheitelwerte, die an Positionen auftreten, die durch gleiche Frequenzen in Richtung beider Seiten von der Antriebsfrequenz als Mitte auftreten.
Zu diesem Zeitpunkt kann die Antriebsfrequenz die Antriebsfrequenz sein, die mittels der Datenerfassungseinheit 100 gleichzeitig wie die Stromwellenform erhalten wird, oder sie kann aus der Position des spektralen Scheitelwerts berechnet werden, die die größte Intensität unter den detektierten spektralen Scheitelwerten hat.
Die Berechnungseinheit 154 für spektrale Intensität weist eine Rotationsfrequenz-Berechnungseinheit 154a und eine Lager-Eigenfrequenz-Berechnungseinheit 154b auf, die jeweils die spektrale Intensität von Seitenbandwellen berechnen. Die Rotationsfrequenz-Berechnungseinheit 154a erfasst die Rotationsfrequenz, die in der Rotationsfrequenz-Speichereinheit 142a gespeichert ist, und sie extrahiert Positionen, die durch die Rotationsfrequenz von der Antriebsfrequenz getrennt sind. Dann berechnet die Rotationsfrequenz-Berechnungseinheit 154a die spektralen Intensitäten von spektralen Scheitelwerten, die an den extrahierten Positionen auftreten.
Auf ähnliche Weise erfasst die Lager-Eigenfrequenz-Berechnungseinheit 154b die Lager-Eigenfrequenz, die in der Lager-Eigenfrequenz-Speichereinheit 142b gespeichert ist, und sie extrahiert Positionen, die durch die Lager-Eigenfrequenz von der Antriebsfrequenz getrennt sind. Dann berechnet die Lager-Eigenfrequenz-Berechnungseinheit 154b die spektralen Intensitäten von spektralen Scheitelwerten, die an den extrahierten Positionen auftreten. Diese berechneten spektralen Intensitäten werden in der Analyseergebnis-Speichereinheit 160 gespeichert, und zwar zusammen mit dem Stromwert und der Antriebsfrequenz zu dem Zeitpunkt, als Stromwellenform erfasst worden ist.
Die Berechnung der spektralen Intensität von Seitenbandwellen kann hier in zumindest einer von Rotationsfrequenz-Berechnungseinheit 154a und Lager-Eigenfrequenz-Berechnungseinheit 154b durchgeführt werden, und eine Eingabeeinheit kann für die Anomalie-Diagnoseeinrichtung 10 vorgesehen werden, so dass eine der Berechnungseinheiten gemäß dem Typ der zu diagnostizierenden Anomalie ausgewählt wird.
Wie oben beschrieben, werden in der Lernstufe 503 Kombinationen aus Stromwerten und Antriebsfrequenzen in der Betriebsmuster-Speichereinheit 110 gespeichert, und in der Diagnosestufe 504 wird die Stromwellenform, die mit der gespeicherten Kombination übereinstimmt, einer Frequenzanalyse unterzogen. Sogar für den Fall, dass sich die Positionen von Seitenbandwellen infolge der Änderung der Antriebsfrequenz durch die Energie-Umwandlungseinrichtung 6 ändern, können die Positionen der Seitenbandwellen genau extrahiert werden.
Die Anomalie-Diagnoseeinheit 170 bezieht den Schwellenwert, der der Antriebsfrequenz und dem Stromwert der analysierten Stromwellenform entspricht, und zwar von der Schwellenwert-Speichereinheit 130, und sie führt eine Diagnose durch, dass die Anomalie aufgetreten ist, wenn die berechnete spektrale Intensität von Seitenbandwellen gleich groß oder größer ist als der Schwellenwert.
Wie oben beschrieben, ist die Anomalie-Diagnoseeinrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform so konfiguriert, dass in der Lernstufe 503 Kombinationen aus Stromwerten und Antriebsfrequenzen, die zur Anomaliediagnose verwendet werden, in der Betriebsmuster-Speichereinheit 110 gespeichert werden, und dass in der Diagnosestufe 504 eine Frequenzanalyse für die Stromwellenform durchgeführt wird, der mit der Betriebsmuster-Speichereinheit 110 gespeicherten Kombination übereinstimmt, und diagnostiziert, ob oder ob nicht eine Anomalie aufgetreten ist, und zwar auf der Basis der berechneten spektralen Intensität von Seitenbandwellen.
Mit dieser Konfiguration wird die spektrale Intensität von Seitenbandwellen mit dem Schwellenwert verglichen, der der Kombination aus Antriebsfrequenz und Stromwert der analysierten Stromwellenform entspricht, so dass diagnostiziert werden kann, ob oder ob nicht eine Anomalie aufgetreten ist. Selbst für den Fall, dass sich der Stromwert und die Antriebsfrequenz infolge der Energie-Umwandlungseinrichtung 6 ändern und sich die spektrale Intensität von Seitenbandwellen ändert, die als ein Anomalie-Diagnosekriterium dient, kann eine Anomalie detektiert werden.
Unter Bezugnahme auf 12 wird der Betrieb in der Diagnosestufe 504 beschrieben, in welcher die Anomalie-Diagnoseeinrichtung 10 eine Anomaliediagnose durchführt. 12 zeigt ein Beispiel der Verarbeitungsprozedur in der Anomalie-Diagnoseeinrichtung. Die Anomalie-Diagnoseeinrichtung 10 startet die Anomaliediagnose, wenn, durch die Lernstufe 503, der Stromwert der Stromwellenform und die Antriebsfrequenz, die für die Diagnose verwendet werden sollen, in der Betriebsmuster-Speichereinheit 110 gespeichert worden sind und die notwendigen Informationen auch in der Schwellenwert-Speichereinheit 130 und der Vorgabeinformations-Speichereinheit 140 gespeichert worden sind(JA).
Zunächst erfasst im Schritt S101 die Datenerfassungseinheit 100 die Stromwellenform und die Antriebsfrequenz als ein Diagnoseziel in vorbestimmten Zeitintervallen und berechnet und erfasst den Stromwert aus der Stromwellenform. Im Schritt S102 bestimmt die Datenbestimmungseinheit 120, ob oder ob nicht die Kombination aus Stromwert der Stromwellenform und Antriebsfrequenz, die zum identischen Zeitpunkt erfasst sind, mit der Kombination aus Stromwert und Antriebsfrequenz übereinstimmt, die in der Betriebsmuster-Speichereinheit 110 gespeichert sind. Wenn sie übereinstimmen (JA), dann gibt die Datenbestimmungseinheit 120 die Stromwellenform an diesem Zeitpunkt an die Analyseeinheit 150 aus.
Im Schritt S103 wird die Stromwellenform, für die bestimmt wird, dass sie übereinstimmt, der Frequenzanalyse mittels der Analyseeinheit 150 unterzogen. Die Analyseeinheit 150 extrahiert Positionen, an welchen Seitenbandwellen auftreten, aus der Antriebsfrequenz, und sie berechnet die spektrale Intensität der Seitenbandwellen.
Im Schritt S104 vergleicht die Anomalie-Diagnoseeinheit 170 die berechnete spektrale Intensität der Seitenbandwellen mit dem Schwellenwert, die der Antriebsfrequenz und dem Stromwert der analysierten Stromwellenform entspricht, und wenn die berechnete spektrale Intensität gleich groß wie oder größer ist als der Schwellenwert (JA), dann führt die Anomalie-Diagnoseeinheit 170 eine Diagnose durch, dass eine Anomalie aufgetreten ist.
Falls eine Anomalie durch die Diagnose angezeigt wird, geben im Schritt S105 die Anzeigeeinheit 13 und die Alarmeinheit 14 einen entsprechenden Hinweis und Alarm aus. Zu diesem Zeitpunkt kann zumindest einer der Vorgänge der Anzeigeeinheit 13 und der Alarmeinheit 14 durchgeführt werden.
Der Betrieb in der Lernstufe 503 kann hier stets vor der Diagnosestufe 504 durchgeführt werden, oder, wenn das Betriebsmuster etabliert worden ist, kann die Diagnose auf der Basis von Kombinationen von Stromwerten und Antriebsfrequenzen durchgeführt werden, die in der Betriebsmuster-Speichereinheit 110 im Voraus gespeichert worden sind, ohne einen Betrieb in der Lernstufe 503 durchzuführen.
Wie oben beschrieben, gilt Folgendes: Ob oder ob nicht eine Anomalie aufgetreten ist, wird auf der Basis der Stromwellenform diagnostiziert, die der Kombination aus Stromwert und Antriebsfrequenz entspricht, die in der Betriebsmuster-Speichereinheit 110 in der Lernstufe 503 gespeichert wurde, so dass es möglich ist, die Anomalie sogar für den Elektromotor 3 zu detektieren, der von der Energie-Umwandlungseinrichtung 6 angetrieben wird.
Ausführungsform 2
Bei der Ausführungsform 2 wird die Stromwellenform, die von der Datenerfassungseinheit 100 gemäß Ausführungsform 1 erfasst wird, einer Koordinatenumwandlung unterzogen, und die Frequenzanalyse wird auf dem d-Achsen-Strom und dem q-Achsen-Strom in einem dq-Achsen-Koordinatensystem durchgeführt.
13 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm einer dq-Achsen-Analyseeinheit. Eine dq-Achsen-Analyseeinheit 1500 weist Folgendes auf: eine Koordinaten-Umwandlungseinheit 1501 für die dq-Achse, eine Stromfrequenz-Analyseeinheit 1502 für die dq-Achse, eine Stromspektrum-Mittelwerteinheit 1503 für die dq-Achse, eine Seitenbandwellen-Extraktionseinheit 1504 für die dq-Achse und eine Berechnungseinheit 1505 für spektrale Intensität für die dq-Achse.
Hierbei gibt die d-Achse die Richtung des magnetischen Flusses des Elektromotors 3 an, und die q-Achse gibt die Richtung senkrecht zur d-Achse an. Der d-Achsen-Strom ist der Strom, der dem magnetischen Fluss entspricht, und der q-Achsen-Strom ist der Strom, der dem Drehmoment entspricht. 14 zeigt eine q-Achsen-Frequenzspektrum-Wellenform des Elektromotors. Die vertikale Achse gibt die spektrale Intensität an, und die vertikale Achse gibt die Frequenz an. Wie in 14 gezeigt, werden die Seitenbandwellen, die als ein Diagnosekriterium für das Vorhandensein/Nichtvorhandensein einer Anomalie dienen, auch in der Frequenzspektrum-Wellenform der Stromwellenform extrahiert, die der dq-Achsen-Koordinatenumwandlung unterzogen wurden.
Auch bei einer solchen Konfiguration ist es - wie bei der Ausführungsform 1 - möglich, die Anomaliediagnose für den Elektromotor 3 durchzuführen, wobei sich der Stromwert und die Antriebsfrequenz infolge der Energie-Umwandlungseinrichtung 6 ändern. Außerdem wird die Stromwellenform, die von der Datenerfassungseinheit 100 erfasst wird, einer dq-Achsen-Umwandlung unterzogen, so dass es möglich wird, die Detektion der Anomalie infolge einer Luftspaltvariation, wie z. B. einer Exzentrizität auf der Basis des d-Achsen-Stroms sowie die Detektion der Anomalie infolge einer Lastpulsation auf der Basis des q-Achsen-Stroms genau durchzuführen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird eine Koordinatenumwandlung in den d-Achsen-Strom und den q-Achsen-Strom in einem dq-Achsen-Koordinatensystem durchgeführt werden. Es kann jedoch auch eine Umwandlung in einen α-Achsen-Strom und einen β-Achsen-Strom in einem αβ-Achsen-Koordinatensystem durchgeführt werden, um eine Frequenzanalyse durchzuführen.
Ausführungsform 3
Ein Anomalie-Diagnosesystem gemäß Ausführungsform 3 zum Ausführen der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 15 beschrieben. 15 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm, das ein Beispiel des Anomalie-Diagnosesystems zeigt. Bei der vorliegenden Ausführungsform bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie diejenigen in Ausführungsform 1 gleiche oder entsprechende Teile. Ein Anomalie-Diagnosesystem 500 weist eine Anomalie-Diagnoseeinrichtung 200, eine Überwachungseinrichtung 300 und eine Energie-Umwandlungseinrichtung 400 auf.
Bei der Ausführungsform 1 ist ein Beispiel gezeigt, bei welchem die Anomalie-Diagnoseeinrichtung 10, die mit dem Elektromotor 3 verbunden ist, Daten erfasst und eine Verarbeitung der Daten durchführt, und wenn die Anomalie von der Diagnose angezeigt wird, werden dementsprechend ein Hinweis und ein Alarm ausgegeben. Bei der vorliegenden Ausführungsform wiederum gilt Folgendes: Jede der Energie-Umwandlungseinrichtungen 400, die mit den Elektromotoren 3 verbunden sind, lesen Daten aus. Die Anomalie-Diagnoseeinrichtung 200 erfasst die ausgelesenen Daten aus und diagnostiziert, ob oder ob nicht die Anomalie aufgetreten ist. Dann gibt - auf der Basis des Ergebnisses der Diagnose - die Überwachungseinrichtung 300 einen Hinweis und einen Alarm aus.
Die Energie-Umwandlungseinrichtung 400 weist Folgendes auf: eine Strom-Detektionseinheit 401, eine Antriebsfrequenz-Detektionseinheit 402, eine Datenleseeinheit 410, eine Anzeigeeinheit 413, eine Alarmeinheit 414 und eine Kommunikationseinheit 415. Die Energie-Umwandlungseinrichtung 400 treibt den Elektromotor 3 an. Die Energie-Umwandlungseinrichtung 400 liest mittels der Datenleseeinheit 410 die Stromwellenform und die Antriebsfrequenz aus der Strom-Detektionseinheit 401 und der Antriebsfrequenz-Detektionseinheit 402 aus.
Die Strom-Detektionseinheit 401 ist ein Stromsensor, der in der Energie-Umwandlungseinrichtung 400 angebracht ist. Die Stromwellenform und die Antriebsfrequenz, die von der Datenleseeinheit 410 ausgelesen werden, werden an eine Kommunikationseinheit 215 der Anomalie-Diagnoseeinrichtung 200 über die Kommunikationseinheit 415 übertragen.
Die Anomalie-Diagnoseeinrichtung 200 weist eine Verarbeitungseinheit 211, eine Speichereinheit 212 und die Kommunikationseinheit 215 auf. Die Anomalie-Diagnoseeinrichtung 200 erfasst die Stromwellenform und die Antriebsfrequenz unter Verwendung der Kommunikationseinheit 215 als die Datenerfassungseinheit 100. Die Anomalie-Diagnoseeinrichtung 200 weist Folgendes auf: die Datenbestimmungseinheit 120, die Analyseeinheit 150 und die Anomalie-Diagnoseeinheit 170 in der Verarbeitungseinheit 211, und sie weist Folgendes auf: die Betriebsmuster-Speichereinheit 110, die Schwellenwert-Speichereinheit 130, die Vorgabeinformations-Speichereinheit 140 und die Analyseergebnis-Speichereinheit 160 in der Speichereinheit 212.
Die Stromwellenform und die Antriebsfrequenz, die von der Energie-Umwandlungseinrichtung 400 übertragen werden, werden von der Kommunikationseinheit 215 erfasst, die als Datenerfassungseinheit 100 dienen. Die Datenbestimmungseinheit 120 bestimmt, ob oder ob nicht der Stromwert der Stromwellenform und die Antriebsfrequenz, die bezogen worden sind, mit einer der Kombinationen übereinstimmt, die in der Betriebsmuster-Speichereinheit 110 gespeichert sind. Die Analyseeinheit 150 führt eine Frequenzanalyse für die Stromwellenform durch, für die bestimmt worden ist, dass sie übereinstimmt, und berechnet so die spektrale Intensität der Seitenbandwellen.
Die Anomalie-Diagnoseeinheit 170 vergleicht die berechnete spektrale Intensität von Seitenbandwellen mit dem Schwellenwert und diagnostiziert, ob oder ob nicht die Anomalie aufgetreten ist. Das erhaltene Diagnoseergebnis wird von der Kommunikationseinheit 215 der Anomalie-Diagnoseeinrichtung 200 an eine Kommunikationseinheit 315 der Überwachungseinrichtung 300 und die Kommunikationseinheit 415 der Energie-Umwandlungseinrichtung 400 übertragen.
Die Überwachungseinrichtung 300 weist eine Anzeigeeinheit 313, eine Alarmeinheit 314 und die Kommunikationseinheit 315 auf. Die Überwachungseinrichtung 300 ist an einem Ort angebracht, wo sich ein Beobachter befindet, und sie gibt einen Hinweis und einen Alarm durch die Anzeigeeinheit 313 und die Alarmeinheit 314 gemäß dem Diagnoseergebnis aus.
Das Diagnoseergebnis wird auch an die Energie-Umwandlungseinrichtung 400 übertragen, und wenn eine Anomalie durch die Diagnose angezeigt wird, gibt die Anzeigeeinheit 413 und die Alarmeinheit 414 einen Hinweis und einen Alarm aus. Zumindest können entweder die Anzeigeeinheiten 313, 413 oder die Alarmeinheiten 314, 414 solche Hinweise und Alarme durchführen.
Eine solche Konfiguration ermöglicht eine Anomaliedetektion für den Elektromotor 3, der von der Energie-Umwandlungseinrichtung 6 angetrieben wird, und wobei der Stromwert und die Antriebsfrequenz geändert werden, wie gemäß Ausführungsform 1. Außerdem werden bei der vorliegenden Ausführungsform Daten, die von der Energie-Umwandlungseinrichtung 400 für jeden Elektromotor 3 zur Verfügung gestellt werden, von der Kommunikationseinheit 215 der Anomalie-Diagnoseeinrichtung 200 erfasst und so einer Verarbeitung unterzogen, und das Diagnoseergebnis wird an die Überwachungseinrichtung 300 und die Energie-Umwandlungseinrichtung 400 übertragen.
Dank dieser Konfiguration kann selbst in einer großen Fabrik, in welcher eine Mehrzahl von Elektromotoren 3 und eine Mehrzahl von mechanischen Vorrichtungen 4 betrieben werden, der Beobachter zum Ort der Vorrichtung kommen, und zwar auf der Basis der Inhalte, die auf der Überwachungseinrichtung 300 angezeigt werden. Dadurch werden die Elektromotoren 3 und die mechanischen Vorrichtungen 4 beobachtet und überwacht. Da jede Energie-Umwandlungseinrichtung 400 mit der Anzeigeeinheit 413 und der Alarmeinheit 414 ausgestattet ist, um das Diagnoseergebnis anzuzeigen, ist es ferner möglich, den Elektromotor 3 auf einfache Weise zu spezifizieren, für den diagnostiziert worden ist, dass er eine Anomalie aufweist.
Hierbei braucht die Strom-Detektionseinheit 401 nicht notwendigerweise in der Energie-Umwandlungseinrichtung 400 angebracht zu sein, und es kann ein externer Sensor dafür verwendet werden. In dem in 15 gezeigten Beispiel sind zwei Energie-Umwandlungseinrichtungen 400 vorgesehen. Die Anzahl von Energie-Umwandlungseinrichtungen 400 kann jedoch auf drei, vier usw. erhöht werden, und zwar in Abhängigkeit von der Anzahl von Elektromotoren 3 und der Anzahl von mechanischen Vorrichtungen 4, und jede Energie-Umwandlungseinrichtung 400 kann die erfassten Daten an die Anomalie-Diagnoseeinrichtung 200 übertragen.
Außerdem kann jede Energie-Umwandlungseinrichtung 400 ferner mit einer Speichereinheit 412 versehen werden, und nachdem die erfassten Daten in der Speichereinheit 412 während eines gewissen Zeitraums gespeichert worden sind, können die Daten kollektiv an die Anomalie-Diagnoseeinrichtung 200 übertragen werden.
Es ist bevorzugt, dass eine Fehlfunktions-Datenbank 600, in welcher die vergangenen Fehlfunktions-Informationen akkumuliert sind, mit der Anomalie-Diagnosesystem 500 verbunden ist. Neue Fehlfunktions-Informationen über die Diagnose, die eine Anomalie anzeigen, sollen in der Fehlfunktions-Datenbank 600 registriert werden. Die Fehlfunktions-Informationen stellen beispielsweise eine Stromwellenform dar, die detektiert wird, wenn eine Fehlfunktion aufgetreten ist.
Der Schwellenwert für die spektrale Intensität von Seitenbandwellen, der als ein Anomalie-Diagnosekriterium dient, kann auf der Basis eines Ergebnisses der Frequenzanalyse für die Stromwellenform bestimmt werden, wenn die Fehlfunktion aufgetreten ist. Demzufolge kann das Anomalie-Diagnosekriterium klargestellt werden, so dass die Anomaliedetektionsgenauigkeit verbessert werden.
Bei den Ausführungsformen 1 bis 3 ist der Fall gezeigt, in dem die Anomalie-Diagnoseeinrichtung 10 und die Anomalie-Diagnoseeinrichtung 200 getrennt von der Energie-Umwandlungseinrichtung 6 und der Energie-Umwandlungseinrichtung 400 angebracht sind, die die Elektromotoren 3 antreiben. Die Energie-Umwandlungseinrichtung 6 oder die Energie-Umwandlungseinrichtung 400 kann jedoch auch mit einem Microcomputer versehen sein, bei welchem ein Programm implementiert ist, das eine Funktion hat, die zu der Anomalie-Diagnoseeinrichtung 10 oder zu der Anomalie-Diagnoseeinrichtung 200 äquivalent ist.
Eine solche Konfiguration, bei welcher die Anomalie-Diagnoseeinrichtung 10 oder die Anomalie-Diagnoseeinrichtung 200 in der Energie-Umwandlungseinrichtung 6 oder der Energie-Umwandlungseinrichtung 400 angebracht ist, die den Elektromotor 3 antreibt, ermöglicht es, die Anomaliediagnose durchzuführen, und zwar ohne die Einschränkungen bezüglich des Installationsorts infolge des Anstiegs der Anzahl von Drähten.
Bezugszeichenliste

1: Energieversorgungsleitung
2: Leitungsschalter
3: Elektromotor
4: mechanische Vorrichtung
5: Strom-Detektionseinheit
6: Energie-Umwandlungseinrichtung
7: Antriebsfrequenz-Detektionseinheit
10: Anomalie-Diagnoseeinrichtung
11: Verarbeitungseinheit
12: Speichereinheit
13: Anzeigeeinheit
14: Alarmeinheit
15: Kommunikationseinheit
100: Datenerfassungseinheit
101: Stromwellenform-Erfassungseinheit
102: Stromwert-Erfassungseinheit
103: Antriebsfrequenz-Erfassungseinheit
110: Betriebsmuster-Speichereinheit
120: Datenbestimmungseinheit
130: Schwellenwert-Speichereinheit
140: Vorgabeinformations-Speichereinheit
150: Analyseeinheit
160: Analyseergebnis-Speichereinheit
170: Anomalie-Diagnoseeinheit
141: Nennwertinformations-Speichereinheit
142: Frequenz-Speichereinheit
143: Lastinformations-Speichereinheit
151: Stromfrequenz-Analyseeinheit
152: Stromspektrum-Mittelwerteinheit
153: Seitenbandwellen-Extraktionseinheit
154: Berechnungseinheit für spektrale Intensität
1501: Koordinaten-Umwandlungseinheit für die dq-Achse
1502: Stromfrequenz-Analyseeinheit für die dq-Achse
1503: Stromspektrum-Mittelwerteinheit für die dq-Achse
1504: Seitenbandwellen-Extraktionseinheit für die dq-Achse
1505: Berechnungseinheit für spektrale Intensität für die dq-Achse
200: Anomalie-Diagnoseeinrichtung
300: Überwachungseinrichtung
400: Energie-Umwandlungseinrichtung
500: Anomalie-Diagnosesystem
600: Fehlfunktions-Datenbank

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2016090546 A [0004]

Claims

Anomalie-Diagnoseeinrichtung, die Folgendes aufweist: - eine Datenerfassungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie eine Stromwellenform und eine Antriebsfrequenz eines Elektromotors erfasst, der von einer Energie-Umwandlungseinrichtung angetrieben wird; - eine Betriebsmuster-Speichereinheit, die eine Kombination eines Stromwerts der Stromwellenform und der Antriebsfrequenz speichert, die mittels der Datenerfassungseinheit zum identischen Zeitpunkt erfasst werden; - eine Datenbestimmungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie bestimmt, ob oder ob nicht ein Stromwert der Stromwellenform und die Antriebsfrequenz als ein Diagnoseziel, die mittels der Datenerfassungseinheit zum identischen Zeitpunkt erfasst werden, mit der Kombination übereinstimmen, die in der Betriebsmuster-Speichereinheit gespeichert ist; - eine Analyseeinheit, die so konfiguriert ist, dass sie eine Frequenzanalyse für die Stromwellenformen durchführt, für die von der Datenbestimmungseinheit bestimmt worden ist, dass sie übereinstimmen, dass sie Seitenbandwellen extrahiert, und dass sie die spektrale Intensität der Seitenbandwellen berechnet; und - eine Anomalie-Diagnoseeinheit, die so konfiguriert ist, dass sie eine Diagnose durchführt, dass eine Anomalie aufgetreten ist, wenn die spektrale Intensität der Seitenbandwellen gleich groß wie oder größer ist als ein Schwellenwert.
Anomalie-Diagnoseeinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Betriebsmuster-Speichereinheit eine Kombination aus einem Stromwert der Stromwellenform und der Antriebsfrequenz speichert, die eine vorbestimmte Anzahl von Malen oder mehr von der Datenerfassungseinheit zum identischen Zeitpunkt erfasst werden.
Anomalie-Diagnoseeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Analyseeinheit die Seitenbandwellen extrahiert, die an Positionen auftreten, die durch zumindest eine von einer Rotationsfrequenz und einer Lager-Eigenfrequenz von der Antriebsfrequenz als Mitte getrennt sind.
Anomalie-Diagnoseeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Analyseeinheit die Stromwellenform in einen d-Achsen-Strom oder einen q-Achsen-Strom umwandelt.
Anomalie-Diagnoseverfahren, das Folgendes aufweist: - einen Datenerfassungsschritt, in welchem eine Stromwellenform und eine Antriebsfrequenz eines Elektromotors erfasst wird, der von einer Energie-Umwandlungseinrichtung angetrieben wird; - einen Betriebsmuster-Speicherschritt, in welchem eine Kombination eines Stromwerts der Stromwellenform und der Antriebsfrequenz gespeichert wird, die im Datenerfassungsschritt zum identischen Zeitpunkt erfasst werden; - einen Datenbestimmungsschritt, in welchem bestimmt wird, ob oder ob nicht ein Stromwert der Stromwellenform und die Antriebsfrequenz als ein Diagnoseziel, die im Datenerfassungsschritt zum identischen Zeitpunkt erfasst werden, mit der Kombination übereinstimmen, die im Betriebsmuster-Speicherschritt gespeichert worden ist, - einen Analyseschritt, in welchem eine Frequenzanalyse der Stromwellenform durchgeführt wird, für die im Datenbestimmungsschritt bestimmt worden ist, dass sie übereinstimmen, Seitenbandwellen extrahiert werden und die spektrale Intensität der Seitenbandwellen berechnet wird; und - einen Anomalie-Diagnoseschritt, in welchem eine Diagnose durchgeführt wird, dass eine Anomalie aufgetreten ist, wenn die spektrale Intensität der Seitenbandwellen gleich groß wie oder größer ist als ein Schwellenwert.
Anomalie-Diagnosesystem, das Folgendes aufweist: - eine Energie-Umwandlungseinrichtung, die zum Lesen der Stromwellenform und der Antriebsfrequenz des Elektromotors konfiguriert ist; - eine Anomalie-Diagnoseeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die so konfiguriert ist, dass sie die Stromwellenform und die Antriebsfrequenz erfasst, die von der Energie-Umwandlungseinrichtung gelesen werden, bestimmt, ob oder ob nicht ein Stromwert der Stromwellenform und die Antriebsfrequenz mit der Kombination übereinstimmen, die in der Betriebsmuster-Speichereinheit gespeichert worden ist, und diagnostiziert, ob oder ob nicht eine Anomalie aufgetreten ist, und zwar auf der Basis der Stromwellenform, für die bestimmt worden ist, dass sie übereinstimmt; und - eine Überwachungseinrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie zumindest eines von einem Hinweis und einem Alarm auf der Basis eines Diagnoseergebnisses durch die Anomalie-Diagnoseeinrichtung ausgibt.
Anomalie-Diagnosesystem nach Anspruch 6, wobei die Energie-Umwandlungseinrichtung die Stromwellenform aus einem Stromsensor ausliest, der in der Energie-Umwandlungseinrichtung angebracht ist.