JP2001174490A - 電力測定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 電動モータが消費する電力を計測して有効電
力と無効電力を記録、演算解析、表示する電力測定方法
及び装置の提供。 【解決手段】 供給電力を電力供給線の複数点に設けた
センサ３、４で計測する電力計測手段と、アナログ計測
データから供給電力を計算する供給電力計算工程と、供
給電力計算工程で計算された複数点の電力を合算して合
算電力量を求める電力量積算工程と、供給電力計算工程
及び電力量積算工程で得られ外部記憶装置に記憶された
データを送信するデータ送信工程と、データをコード変
換して転送するデータ割り込み送信工程と、供給電力か
ら有効電力及び無効電力のそれぞれの最大値及び最小値
を求める電力判定工程と、上記工程で得た複数のデータ
を１つの画面表示装置に順次表示する画面表示切替え工
程とを含み、供給電力計算工程と電力判定工程における
加工時にかかわる演算を非加工時に行い、非加工時にか
かわる演算を加工時に行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械等の設備
の稼動状況を自動計測して実稼動率の向上に資する技術
に関し、特にワーク加工時の消費電力である有効電力
量、非加工時の消費電力である無効電力量および瞬時の
電力値等を演算して、記録し、出力表示する技術に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】工作機械等の設備の稼動状況を計測し、
有効電力と無効電力に区分して無効電力を低減させるた
めのデータ計測手段は、従来人手に頼っていた。即ち、
積算電力計を設備に取り付けて作業者または計測者が測
定して、記録をしていた。自動記録装置による方法の開
発要望はあったが、装置その他にコストがかかるので現
実には存在していなかった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記に鑑みて
なされたもので、電動モータが消費する電力を計測して
有効電力と無効電力を記録、演算解析、表示する簡単で
安価な電力測定方法及び装置の提供を目的としている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の電力測定方法
は、（工作機械等の）動力設備の消費電力を有効電力
（ワークの加工に寄与する電力）と無効電力（ワークの
加工に寄与しない電力）とに区分して記録する電力測定
方法において、供給電力を電力供給線の複数点に設けた
センサで計測する電力計測工程と、該電力計測手段で得
たアナログ計測データから供給電力を計算する供給電力
計算工程と、前記供給電力計算工程で計算された複数点
の電力を合算して合算電力量を求める電力量積算工程
と、前記供給電力から有効電力及び無効電力のそれぞれ
の最大値及び最小値を求める電力判定工程と、上記工程
で得た有効電力量と無効電力量を含む複数のデータを１
つの画面表示装置に順次表示する画面表示切替え工程と
を含み、前記供給電力計算工程と電力判定工程における
加工時にかかわる演算を非加工時に行い、非加工時にか
かわる演算を加工時に行っている。ここで、前記供給電
力計算工程及び電力量積算工程で得られ外部記憶装置に
記憶されたデータを送信するデータ送信工程と、そのデ
ータ送信工程から送信されたデータをコード変換して転
送するデータ割り込み送信工程、とを含むのが好まし
い。

【０００５】本発明の実施に際して、前記供給電力計算
工程は、前記電力計測手段で計測されたアナログ計測デ
ータをＡ／Ｄ変換しそのディジタルデータを電力に変換
して求めているのが好ましい。

【０００６】また、前記電力量計算方法は、Ａ／Ｄ変換
装置の出力データを取得して電力量を求めているのが好
ましい。

【０００７】また、前記データ送信工程は、外部からの
送信指示に従って所定量のデータを一括して送信してい
るのが好ましい。

【０００８】また、前記データ割り込み送信工程は前記
データ送信工程から送信されたデータをＡＳＣＩＩコー
ドに変換して外部に転送しているのが好ましい。

【０００９】また、前記電力判定工程は、過去の最大、
最小値と比較して最大、最小を求める逐次比較法によっ
て最大、最小を求めているのが好ましい。

【００１０】本発明の電力測定装置は、工作機械等の動
力設備の消費電力をワークの加工に寄与する有効電力と
加工に寄与しない無効電力とに区分して記録する電力測
定装置において、供給電力を電力供給線の複数点に設け
たセンサで計測する電力計測装置と、その電力計測装置
で得たアナログ計測データをディジタルデータに変換す
るＡ／Ｄ変換装置と、そのＡ／Ｄ変換装置の出力を演算
して消費電力を解析する中央演算装置と、その中央演算
装置に接続された画面表示装置とを含んで構成されてい
る。

【００１１】ここで、前記センサは、３相交流電源の１
相に限定して適宜の距離をおいて２ヶ設けられているの
が好ましい。

【００１２】本発明の実施に際して、前記中央演算装置
は、外部からの操作によってプログラム変更が可能な内
部記憶装置を備えているのが好ましい。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の電力測定方法及び
装置の実施形態を、添付図面によって説明する。最初に
図１のブロック構成で示す電力測定装置を説明する。

【００１４】最初に図１のブロック構成で示す電力測定
装置を説明する。電力測定装置１は、電力使用設備のモ
ータ３Ｍが使用する電力データをセンサで計測して電力
消費内容を解析するための所定の処理を行う電力計測装
置１０と、その電力計測装置１０のアナログ出力をディ
ジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換装置１２と、そのＡ
／Ｄ変換装置１２のディジタル出力を演算処理して、出
力する演算処理装置１４と、で主要構成がされている。

【００１５】電力使用設備のモータである３相交流モー
タ３Ｍには３相交流電源ＥのＲ端子Ｅｒ、Ｓ端子Ｅｓ、
Ｔ端子Ｅからそれぞれ電線２ｒ、２ｓ、２ｔで負荷量に
に応じる電力が供給されている。

【００１６】電力計測装置１０には、電線２ｒから電線
２ｒ１および電線２ｒ２が接続され、電線２ｓから電線
２ｓ１および電線２ｓ２が接続されている。電線２ｒ１
及び２ｒ２はＲ端子からの供給電圧を計測し、電線２ｓ
１及び２ｓ２はＳ端子からの供給電圧を計測している。
また、電線２ｒに計測位置をずらす即ち計測時間をずら
して電流量を計測する第１の磁気センサ３と第２の磁気
センサ４が接続されている。電力計測装置で収集されま
たは変換増幅されたこれらの電力は、電線１０ａを介し
てＡ／Ｄ変換装置１２に入力するよう接続されている。

【００１７】Ａ／Ｄ変換装置１２は、電力計測装置１０
の出力を演算装置１４で処理可能にするために電力計測
装置１０の出力を、必要によっては増幅して、ディジタ
ルデータに変換するよう設けられている。そして、変換
したディジタルデータを演算装置１４に電線１２ａで出
力するよう構成されている。図における電線１０ａ及び
１２ａは、それぞれ複数の線をまとめて１本で示してい
る。

【００１８】演算処理装置１４は、コンピュータを含ん
で構成され、内部記憶装置１５を内蔵していてＡ／Ｄ変
換装置１２を介した電力消費データを集計、解析して例
えば、総合電力量、無効電力量、有効電力量、それに瞬
時の電力等を出力するよう構成されている。

【００１９】演算処理装置１４を有効に機能させるため
に、内部記憶装置１５には、所定のプログラムがプログ
ラム入力ポート２１を介してインストールされている。
このプログラム入力ポート２１は、プログラムの随時変
更を可能にしていると共に、オペレータによる割り込み
出力指示に応じるようになっている。

【００２０】外部記憶装置Ｍ２は、ほぼリアルタイムで
演算処理装置１４に入力された電力消費データを貯蔵さ
せたり、演算解析した結果を貯蔵して、必要時に出力す
るよう構成されている。外部記憶装置Ｍ２と演算処理装
置１４とは電線１６ａで接続されている

【００２１】符号１７は、カレンダ用の第１のクロック
であり、符号１８は演算処理装置１４の作動カウンタと
なる第２のクロックであって、それぞれ電線１７ａ、１
８ａで演算装置１４に接続されている。

【００２２】上記構成の電力測定装置１を作用させて、
変動する機械設備の消費電力を測定収集、解析する方法
を、メインプログラムＭａｉｎの図２及びサブプログラ
ムＳｕｂ１（図３）〜Ｓｕｂ７（図９）のフローチャト
によって説明する。

【００２３】メインプログラムＭａｉｎ（図２）におい
て、ステップＳ１では、メイン電源をＯＮさせて消費電
力の計測、解析を開始させる。

【００２４】この段階で、以下のサブプログラムの電力
計算プログラムＳｕｂ１（図４）、第１のセンサ３を介
したデータによる電力量積算プログラムＳｕｂ２（図
５）、第２のセンサ４を介したデータによる電力量積算
プログラムＳｕｂ３（図６）、所定量例えば、３０日分
のデータをオペレータの送信指示により送信するデータ
ロードプログラムＳｕｂ４（図７）、データ送信割り込
みプログラムＳｕｂ５（図８）、電力判定プログラムＳ
ｕｂ６（図３）、画面表示切替えプログラムＳｕｂ７
（図９）を立ち上げる。サブプログラムＳｕｂ１〜Ｓｕ
ｂ７の内容については、後記で説明する。

【００２５】ステップＳ２では、メインプログラムＭａ
ｉｎ及びステップＳ１で立ち上げたプログラムＳｕｂ１
〜Ｓｕｂ７及び記憶装置１５、１６の不要残データを消
去、立ち上げフラグ立て、等のイニシャライズを行って
作動に入る。

【００２６】ステップＳ３では、第１のクロック１７に
よってカレンダの日付けを正規にセットする。ステップ
Ｓ４では、正規時間をセットし、モータ消費電力の計測
を開始する。以上が準備工程である。

【００２７】ステップＳ５において、ワークの実加工開
始までの時間がカウントされる。最初のワーク加工であ
れば、この時間が非加工時間即ち無効電力量のカウント
開始である。

【００２８】ステップＳ６では、ワークの加工開始を確
認する。加工開始まではステップ５に戻って繰り返し、
非加工時間が積算されてカウントされる。加工のサイク
ルが開始されると、以後は加工時間帯となる。

【００２９】ステップＳ７では、ワークが加工状態にあ
り、非加工時間が増加しないのでそれまでの非加工時間
にかんする各種電力データを、外部記憶装置１６から取
得する。

【００３０】ステップＳ８では、ワークの処理個数をカ
ウントする。ステップＳ９では、それまでの非加工時間
の電力の最大値、最小値を判定する。電力判定プログラ
ムＳｕｂ６によって行う。

【００３１】ステップＳ１０では、ワーク加工時間の計
測をする。即ち、ステップＳ６で加工開始以後の時間を
測定する。次のステップＳ１１は、加工時間の完了確認
をする。加工サイクルが完了するとステップＳ１２に進
む。

【００３２】ステップＳ１２では、非加工時間帯にあっ
て加工時間が増加しないので、それまでの加工時間にか
んする電力データを外部記憶装置１６から取得する。ス
テップＳ１３では、それまでの加工時間での電力の最大
値、最小値を判定する。電力判定プログラムＳｕｂ６に
よって行う。

【００３３】ステップＳ１４では、加工のサイクルスタ
ート時間とサイクル完了時間との差から演算してワーク
加工時間の決定をする。このステップ１４まででワーク
１個の加工サイクルは終了する。ステップＳ１５で所定
個数のワーク加工が未了であれば、ステップＳ５に戻り
次のワークの加工をし、完了していればメイン電源をＯ
ＦＦにして作業は終了する。

【００３４】上記メインプログラムＭａｉｎに使用する
前記サブプログラムについて説明する。

【００３５】電力計算プログラムＳｕｂ１（図４）は、
以下のようにワーク加工サイクルの消費電力等を演算す
る。最初のステップＳ４１では、第１及び第２のセンサ
３、４の信号を含んだＡ／Ｄ変換後の電力データを取得
する。

【００３６】そして、そのデータ数が１００以下であれ
ば、演算処理は行わない。データが１００以上であれ
ば、ステップＳ４２で第１のセンサ３による計測データ
のデータ処理個数をカウントし、ステップＳ４３で電力
の計算をする。

【００３７】ステップＳ４５では、第２のセンサ４によ
る計測データのデータ処理個数をカウントし、ステップ
Ｓ４６で電力の計算をする。

【００３８】ステップＳ４７では、不平衡電力を算出す
るために、第１のセンサ３によるデータ処理結果と第２
のセンサ４によるデータ処理結果とを合算して電力量と
している。

【００３９】ステップＳ４８では、上記により得た電力
の瞬時値を画面表示装置２３等に表示する。画面表示装
置２３への表示は、オペレータの割り込み指示によって
も行う。

【００４０】電力量積算プログラムＳｕｂ２（図５）
は、以下のよう作動する。ステップＳ５１では、第１の
センサ３からのアナログ電力データをＡ／Ｄ変換装置１
２によってディジタル化したデータを取得する。ステッ
プＳ５２では、所定数のデータ数例えば１００以上であ
れば上位ビットに桁上げして積算し、所定数以下であれ
ばそのままデータを蓄積する。

【００４１】電力量積算プログラムＳｕｂ３（図６）
は、以下のよう作動する。ステップＳ６１では、第２の
センサ４からのアナログ電力データをＡ／Ｄ変換装置１
２によってディジタル化したデータを取得する。ステッ
プＳ６２では、所定数のデータ数例えば１００以上であ
れば上位ビットに桁上げして積算し、所定数以下であれ
ばそのままデータを蓄積する。

【００４２】所定数例えば、３０日分のデータをオペレ
ータの送信指示により送信するデータロードプログラム
Ｓｕｂ４（図７）は、以下のように作動する。ステップ
Ｓ７１では、送信指示の有無を確認する。送信指示有り
であれば、ステップＳ７２で３０日分のデータをデータ
送信割り込みプログラムＳｕｂ５に送信して終了する。
送信指示がなければ終了する。即ち、送信指示待ちとな
る。

【００４３】データ送信割り込みプログラムＳｕｂ５
（図８）は、以下に述べるように作動する。最初に送信
フラグを立てて、データ送信を明確し、他のプログラム
の割り込みを行わせないようにする。

【００４４】ステップＳ８１では、前プログラムＳｕｂ
４からの３０日分のデータをＡＳＣＩＩコードにコード
変換する。ステップＳ８２では、そのコード変換したデ
ータを送信する。

【００４５】ステップＳ８３では、送信終了を確認す
る。送信終了であれば、ステップＳ８４で送信フラグを
降ろして、他のプログラム割り込みが可能状態にして終
了する。一方送信未了であっても、所定時間を経過する
と他のプログラム割り込みが可能な状態にするため終了
する。

【００４６】３相交流モータ３Ｍに供給、即ちモータ３
Ｍが消費する電力の最大、最小を演算、記録する電力判
定プログラムＳｕｂ６（図３）は、以下のように逐次比
較によって行う。ステップＳ２１とステップ２２とで、
判定すべき電力値が非加工時か加工時かを判定して演算
を区分して進める。

【００４７】ステップＳ２１では、非加工時の電力値か
否かを判定する。非加工時の電力値であればステップＳ
２３に行き、ＮＯであればステップＳ２２に行く。ステ
ップＳ２３では、判定すべき非加工時の電力値がそれま
での最大値以上か否かを判定する。今まで以上の最大値
であればステップＳ２４でこの電力値を最大値に置き換
えする。そして、ステップＳ２５で累積の非加工時間を
増して、ステップＳ３５に行く。

【００４８】ステップＳ２３の判定で、判定すべき非加
工時の電力値がそれまで以上の最大値でない場合は、ス
テップＳ２６に行き、それまでの最小値以下になるか否
かを判定する。最小値以下にならない場合は、ステップ
Ｓ３５に行く。最小値以下になる場合は、ステップＳ２
７に行く。

【００４９】ステップＳ２７では、この電力値をそれま
での最小値に代わる最小値に置き換えて、累積の非加工
時間を増して、ステップＳ３５に行く。

【００５０】加工時の電力値を判定するステップＳ２２
では、まづこの電力値が加工中のものか否かを判定す
る。例えば何かの原因でデータが使用不可であれば、Ｎ
Ｏを選択して演算を行わず終了する。ＹＥＳであれば、
ステップＳ２９に行く。

【００５１】ステップＳ２９では、判定すべき加工時の
電力値がそれまでの最大値以上か否かを判定する。今ま
で以上の最大値であればステップＳ３０でこの電力値を
最大値に置き換えする。そして、ステップＳ３１で累積
の加工時間を増して、ステップＳ３５に行く。

【００５２】ステップＳ２９の判定で、判定すべき加工
時の電力値がそれまで以上の最大値でない場合は、ステ
ップＳ３２に行き、それまでの最小値以下になるか否か
を判定する。最小値以下にならない場合は、ステップＳ
３５に行く。最小値以下になる場合は、ステップＳ３３
に行く。

【００５３】ステップＳ３３では、この電力値をそれま
での最小値に代わる最小値として置き換え、ステップＳ
３４で累積の加工時間を増して、ステップＳ３５に行
く。ステップＳ３５では、加工した数量を増やして記録
し終了する。

【００５４】画面表示装置２３の表示画面を切り替える
画面表示切替えプログラムＳｕｂ７（図９）は、以下の
ように作動する。プログラムＳｕｂ７は、予め決められ
た複数の電力消費データを切替え表示するプログラムで
あって、ここでは、総合電力量、無効電力量、有効電力
量および瞬時電力値の４つの画面を個々に表示する。

【００５５】ステップＳ９１では、画面表示のスタート
として例えば総合電力量を画面１として表示する。ステ
ップＳ９２では、表示切り替えボタンを押して画面切り
換えをする。表示切替えボタンが押されないとステップ
Ｓ９１の画面表示が継続される。表示切り換えボタンが
押されると、ステップＳ９３でそれまでの表示が画面１
であったか確認する。それまでの画面がＹＥＳの画面１
であればステップＳ９４に行き画面２（無効電力量）を
表示してステップＳ９２に戻る。

【００５６】ステップＳ９２に戻ったときの画面は画面
２の無効電力量であって、ここで表示切替えボタンを押
して画面１か否かを判定し画面１でなければステップＳ
９５に行く。

【００５７】ステップＳ９５では、画面が２であればス
テップＳ９６で画面３（有効電力量）を表示してステッ
プＳ９２に戻る。そして、表示切替えボタンが押される
と、前記と同様の手順を繰り返して画面４の瞬時電力値
が表示される。

【００５８】また、ステップＳ９３で表示切り替えボタ
ンが押されて、それまでの表示が画面１でないＮＯなら
ば、ステップＳ９５に行く。ステップＳ９５でボタンが
押されると、表示が画面２か否かを判定する。ＹＥＳで
あれば、ステップＳ９６で画面３（有効電力量）が表示
されステップＳ９２に戻り、ＮＯであればステップＳ９
７に行く。

【００５９】ステップＳ９７では、ボタンが押される
と、表示が画面３か否かを判定する。ＹＥＳであれば、
ステップＳ９８で画面４（瞬時電力値）が表示され、Ｎ
ＯであればステップＳ９１に戻る。このようにして、ボ
タンを押すごとに画面表示が１つづつ前に進む。

【００６０】

【発明の効果】本発明の作用効果を、以下に列挙する。 （１） ワーク加工での有効電力量と無効電力量の割
合、総合電力量に対する無効電力量の割合等のデータ収
集が自動化され省人化される。 （２） 無効電力量の内容が明確になり、効率化の対策
が行いやすい。 （３） 消費電力の総合電力量、有効電力量、無効電力
量、それぞれの最大、最小値等の解析結果等を長期保存
でき、必要時にいつでも取り出して活用できる。 （４） 電力測定装置は、構造が簡単で安価にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電力測定装置の実施形態を示すブロッ
ク構成図。

【図２】本発明の電力測定方法を示すメインプログラム
のフローチャート。

【図３】消費電力値の最大値、最小値を求めるサブプロ
グラムのフローチャート。

【図４】２つのセンサからの信号をそれぞれ電力に換算
し、合算電力を求め、表示させるサブプログラムのフロ
ーチャート。

【図５】Ａ／Ｄ変換した第１センサからの信号を取得し
て電力量を求めるサブプログラムのフローチャート。

【図６】Ａ／Ｄ変換した第２センサからの信号を取得し
て電力量を求めるサブプログラムのフローチャート。

【図７】オペレータの指示に従ってデータ送信割り込み
プログラムに３０日分のデータを送信するサブプログラ
ムのフローチャート。

【図８】図７のデータ送信サブプログラムから送信され
たデータをコード変換して送信するサブプログラムのフ
ローチャート。

【図９】電力消費状況を画面表示装置に表示させる要領
を示すフローチャート。

【符号の説明】 Ｅ・・・３相交流電源 １・・・電力測定装置 ３Ｍ・・３相交流モータ ２ｒ、２ｓ、２ｔ・・電線 ３・・・第１のセンサ ４・・・第２のセンサ １０・・電力計測装置 １２・・Ａ／Ｄ変換装置 １４・・演算処理装置 １５・・内部記憶装置 １６・・外部記憶装置 １７・・カレンダ用の第１のクロック １８・・マイコン用の第２のクロック ２１・・プログラム信号入力ポート ２２・・出力ポート ２３・・画面表示装置

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 動力設備の消費電力を有効電力と無効電
   力とに区分して記録する電力測定方法において、供給電
   力を電力供給線の複数点に設けたセンサで計測する電力
   計測工程と、該電力計測手段で得たアナログ計測データ
   から供給電力を計算する供給電力計算工程と、前記供給
   電力計算工程で計算された複数点の電力を合算して合算
   電力量を求める電力量積算工程と、前記供給電力から有
   効電力及び無効電力のそれぞれの最大値及び最小値を求
   める電力判定工程と、上記工程で得た有効電力量と無効
   電力量を含む複数のデータを１つの画面表示装置に順次
   表示する画面表示切替え工程とを含み、前記供給電力計
   算工程と電力判定工程における加工時にかかわる演算を
   非加工時に行い、非加工時にかかわる演算を加工時に行
   うことを特徴とする電力測定方法。
2. 【請求項２】 前記供給電力計算工程及び電力量積算工
   程で得られ外部記憶装置に記憶されたデータを送信する
   データ送信工程と、そのデータ送信工程から送信された
   データをコード変換して転送するデータ割り込み送信工
   程、とを含む請求項１の電力測定方法。
3. 【請求項３】 前記供給電力計算工程は、前記電力計測
   手段で計測されたアナログ計測データをＡ／Ｄ変換しそ
   のディジタルデータを電力に変換して求める請求項１の
   電力測定方法。
4. 【請求項４】 前記電力量計算工程は、Ａ／Ｄ変換装置
   の出力データを取得して電力量を求める請求項１の電力
   測定方法。
5. 【請求項５】 前記データ送信工程は、外部からの送信
   指示に従って所定量のデータを一括して送信する請求項
   ２の電力測定方法。する電力測定方法。
6. 【請求項６】 前記データ割り込み送信工程は前記デー
   タ送信工程から送信されたデータをＡＳＣＩＩコードに
   変換して外部に転送する請求項２の電力測定方法。
7. 【請求項７】 前記電力判定工程は、過去の最大、最小
   値と比較して最大、最小を求める逐次比較法によって最
   大、最小を求める請求項１の電力測定方法。
8. 【請求項８】 工作機械等の動力設備の消費電力をワー
   クの加工に寄与する有効電力と加工に寄与しない無効電
   力とに区分して記録する電力測定装置において、供給電
   力を電力供給線の複数点に設けたセンサで計測する電力
   計測装置と、その電力計測装置で得たアナログ計測デー
   タをディジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換装置と、そ
   のＡ／Ｄ変換装置の出力を演算して消費電力を解析する
   中央演算装置と、その中央演算装置に接続された画面表
   示装置とを含んで構成されたことを特徴とする電力測定
   装置。
9. 【請求項９】 前記センサは、３相交流電源の１相に限
   定して適宜の距離をおいて２ヶ設けられている請求項８
   の電力測定装置。
10. 【請求項１０】 前記中央演算装置は、外部からの操作
    によってプログラム変更が可能な内部記憶装置を備えて
    いる請求項８または９の電力測定装置。