JP2005235091A - データ送信ユニット、及びこれを用いた監視システム - Google Patents

Abstract

【課題】 バッテリー電源の電池消耗を低減することができ、よってメンテナンス作業を簡単に行えるとともに、データ解析などの後処理を容易に実施可能で監視精度の低下を防ぐことができるデータ送信ユニット、及びこれを用いた監視システムを提供する。
【解決手段】 送信回路（データ送信手段）６とバッテリー電源８との間に、サーモスタットスイッチ（監視手段及び切換手段）７を設ける。そして、このサーモスタットスイッチ７が、鋳片（ワーク）Ｗが流されていることによる連続鋳造設備１０の周囲温度の上昇を検知したときのみ、バッテリー電源８から送信回路６への電力供給を許容して、送信回路６が振動センサ（センサ手段）３からの検出データの送信を行わせる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、設備に使用されるデータ送信ユニット、特に連続鋳造設備などの過酷な環境下において、その設備での動作状態などの検出データ等を無線方式で送信するデータ送信ユニット、及びこれを用いた監視システムに関する。

製造設備、例えば連続鋳造設備では、互いに対向配置された一対のローラが所定方向に多数並べて配置されるとともに、各ローラの左右の各端部を回転自在に支持する軸受装置などの数多くの部品や装置が組込まれており、一対のローラ間に鋳片を流すことでスラブなどの鋳造半製品が製作されている。また、このような連続鋳造設備では、上記鋳造半製品、ひいてはこの鋳造半製品を圧延機にて加工処理することで生産される鋼材の品質が、複数の上記軸受装置の各軸受性能に大きく左右されることから、例えば下記特許文献１に記載されているように、軸受装置毎にセンサ及び判定器を設置し異常発生の有無等の状態監視を行うことが提案されている。しかしながら、上記鋳片は８００℃以上の高温なものであり、しかも当該鋳片がローラ間を通過するときに生じる振動や連続鋳造設備の近傍に配置された上記圧延機などで発生する振動などにより、センサと判定器との間を繋ぐ信号線に接触不良などが生じて断線が発生することがあった。そこで、例えば下記特許文献２には、センサ毎に無線方式の送信機を設置して、各センサの検出データを対応する送信機からの無線電波により監視装置に伝達する監視システムが示されている。

特開２００２−７１５１９号公報（第６頁、第１図） 特開２００２−５１５６号公報（第４頁、第２図）

ところで、上記特許文献２のような従来例では、センサ及び送信機の電力源として電池からなるバッテリー電源が用いられており、この電源とセンサ及び送信機との各間に接続される電力線での振動などに起因する断線発生が極力抑えられるように、これらの電源、センサ、及び送信機をユニット化して連続鋳造設備に含まれる全ての各軸受装置に設けていた。また、この特許文献２記載の従来例では、各送信機が対応するセンサから絶えず送られてくる検出データを監視装置に連続的に送信し、当該監視装置が予め設定された検出データについての許容される最大値及び最小値との比較を行うことにより、対応する軸受装置、ひいては連続鋳造設備における異常発生などについて監視していた。

ところが、上記のような送信機には、センサ出力を増幅するアンプなどの電子部品が含まれており、センサを常に検出動作させている点とも相まって、各ユニットでの電力消費が大きいものであった。このため、上記従来例では、各バッテリー電源の電池消耗を抑えることが難しく、電池容量等によっては当該電池を１〜２日で新品のものと交換する作業を行う必要があり、送信ユニット及び監視システムのメンテナンス作業に非常な手間及び時間を要した。
また、この従来例では、上記鋳片（ワーク）がローラ間を通過していないときでも、センサが常に検出データを取得して送信機がそのデータを監視装置に送信していたので、当該装置には異常発生などの判断に不必要なデータが数多く送られて必要なデータと混在することとなり、それらデータの判別処理や解析処理などの後処理が複雑化したり、データ解析精度が低下して監視精度もまた低下したりすることがあった。

上記のような従来の問題点に鑑み、本発明は、バッテリー電源の電池消耗を低減することができ、よってメンテナンス作業を簡単に行えるとともに、データ解析などの後処理を容易に実施可能で監視精度の低下を防ぐことができるデータ送信ユニット、及びこれを用いた監視システムを提供することを目的とする。

本発明のデータ送信ユニットは、バッテリー電源及び無線方式のデータ送信手段を有し、ワークを扱う設備に用いられるデータ送信ユニットであって、
前記設備の動作状態の変化を監視する監視手段と、前記監視手段での監視結果を基に前記バッテリー電源から前記データ送信手段への電力供給のオン・オフ状態を切り換える切換手段とを備えたことを特徴とするものである。

上記のように構成されたデータ送信ユニットでは、切換手段が上記監視手段での監視結果に基づきバッテリー電源からデータ送信手段への電力供給のオン・オフ状態を切り換えるので、当該送信手段には上記設備の動作状態の変化に応じて電力供給が行われる。したがって、上記従来例と異なり、データ送信手段はそのデータ送信を設備の動作状態に応じて行うことができ、上記バッテリー電源の電池消耗を低減することができるとともに、必要なデータのみを送信することが可能となって送信データに不必要なデータが混在するのを確実に防止することができる。

また、上記データ送信ユニットにおいて、前記切換手段は、前記設備内をワークが流されているときだけ、オン状態に切り換わってもよい。
この場合、ワークが上記設備内を流されているときのみ、バッテリー電源からデータ送信手段への電力供給が許容されるので、当該電源の電池消耗を抑えつつ、不必要なデータ送信を確実に停止させることができる。

また、上記データ送信ユニットにおいて、前記データ送信手段は、前記バッテリー電源から前記切換手段を介して電力供給されるセンサ手段に接続されるとともに、当該送信手段は前記センサ手段が検出した前記設備及びワークの少なくとも一方に関する所定の検出データを送信してもよい。
この場合、データ送信手段に加えて、センサ手段が上記設備の動作状態に応じて動作することとなり、当該センサ手段が不必要にセンシングするのを確実に停止することができる。これにより、バッテリー電源の電池消耗をより低減することができるとともに、必要な検出データのみが上記送信手段から無線送信されることから、不必要な検出データとの混在状態が生じるのを防止することができる。

また、上記データ送信ユニットにおいて、前記監視手段が、前記設備の動作状態に応じて変化する周囲温度を監視することが好ましい。
この場合、上記設備の周囲環境の影響を受け難い監視手段を構成することができ、上記データ送信手段への電力供給のオン・オフ状態の切換精度が周囲環境によって低下するのを防ぐことができる。

また、上記データ送信ユニットにおいて、前記監視手段及び前記切換手段が、サーモスタットスイッチを用いて一体的に構成されていることが好ましい。
この場合、データ送信ユニットの部品点数を削減することができ、当該ユニット構成を簡素化することができる。

また、本発明の監視システムは、ワークを扱う設備において、この設備及びワークの少なくとも一方を監視する監視システムであって、
前記設備の所定部に、上記データ送信ユニットのいずれかを設けたことを特徴とする。
上記のように構成された監視システムでは、上記バッテリー電源の電池消耗が少なく、かつ必要なデータのみを送信するデータ送信ユニットを備えているので、電池交換作業の頻度が少なく長期間のメンテナンスフリー性を有するとともに、データ解析などの後処理を容易に行うことが可能となり、監視精度が低下するのを防ぐことができる。

本発明によれば、バッテリー電源の電池消耗を低減することができるので、当該電源の電池を交換する作業間隔を長くすることが可能となってメンテナンス作業の簡単化を図ることができる。また、必要なデータのみを送信して、送信データに不必要なデータが混在するのを確実に防止することができるので、解析処理などの後続のデータ処理を容易に行って監視精度の低下を防ぐことができる。

以下、本発明のデータ送信ユニット及び監視システムの好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。尚、以下の説明では、連続鋳造設備に適用した場合を例示して説明する。
まず、図１を参照して、上記連続鋳造設備１０について説明する。図において、連続鋳造設備１０には、所定の間隔をおいて互いに対向配置された一対のローラ１１が所定方向に多数（図には６組のみ図示。）配置されており、これら一対の各ローラ１１間にワークとしての鋳片Ｗを図の矢印Ｈにて示す方向に流すことによってスラブやブルーム等の鋳造半製品を製造するようになっている。詳細には、上記一対のローラ１１は、図に示すように、例えば弓形状に配列されたものであり、図の上側（鋳片Ｗの流入側）に置かれた鋳型（図示せず）と、図の下側に配置されて上記鋳造半製品を所望長さに切断する切断機（図示せず）との間に並べられて高温で半凝固状の鋳片Ｗを徐々に曲げつつ、支持するように構成されている。また、上記鋳片Ｗは、転炉などの炉内で溶かされた銑鉄が上記鋳型に流し込まれた後、その先端部に取り付けられた図示しないダミー部材によって鋳型から上記Ｈ方向に牽引された状態でローラ１１間を流されており、連続鋳造設備１０が鋳造半製品を間欠的に製作するようになっている。

また、上記の各ローラ１１は、例えばその左右の各端部が軸受装置１２により回転自在に支持されている。また、全ての各軸受装置１２には、本発明のデータ送信ユニットが組付けられており、これらのユニットを備えた監視システムＳが連続鋳造設備１０に設けられている。そして、連続鋳造設備１０では、監視システムＳによって別室に設けられた監視室等で当該設備１０の動作状態が監視されるようになっている（詳細は後述）。尚、図１では、図面の簡略化のために、上記データ送信ユニット及び各ローラ１１の紙面右側の軸受装置１２の図示は省略している。

上記軸受装置１２は、図２に示すように、例えば自動調心ころ軸受１３、及びこの軸受１３を収容する軸箱（ハウジング）１４を具備している。上記自動調心ころ軸受１３は、ローラ１１端部に突出形成された支持軸１１ａに外嵌固定された内輪１３ａと、軸箱１４の本体１４ａに内嵌固定された外輪１３ｂと、これら内外輪１３ａ、１３ｂ間に転動自在に配置された転動体としての複列のころ１３ｃとを有しており、鋳片Ｗ（図１）がローラ１１間を通過するときに、組付けられているローラ１１がその鋳片Ｗの通過方向と垂直な方向にある程度偏心するのを許容した状態で当該ローラ１１を回転自在に支持するようになっている。また、この自動調心ころ軸受１１の前方側（紙面右側）には、軸箱本体１４ａに気密、かつ着脱自在に設けられた蓋部１４ｂが配置されており、内外輪１３ａ、１３ｂ間の環状開口部を密封するシール部材（図示せず）とともに、軸受内部への異物などの侵入を防いでいる。

また、軸受装置１２では、連続鋳造設備１０の動作状態を検知するためのセンサ手段として、例えば振動センサ３が外輪１３ｂの外周面に対向するよう軸箱本体１４ａ内に配置されている。この振動センサ３は、上記鋳片Ｗの通過に伴うローラ１１及び軸受装置１２の振動を検出して、信号線４を介して上記データ送信ユニット１に出力している。また、この振動センサ３には、データ送信ユニット１内に設けられた後述のバッテリー電源から電力線５を介在させて電力供給が行われている。上記信号線４及び電力線５は、軸箱本体１４ａ内に形成された溝内に配線されており、これら電気配線が外部に露出されるのが防がれている。さらに、これら信号線４及び電力線５は、その配線長さが極力短くなるよう本体１４ａ内を引き廻されており、連続鋳造設備１０の周囲環境、つまり高温多湿で高振動などの過酷な環境の影響が抑えられて断線等の不良発生が極力生じないように構成されている。

尚、上記の説明以外に、軸受装置１２での転がり荷重を検出する荷重センサや軸箱１４内の温度を検出する温度センサあるいは鋳片Ｗの流入速度等のワークに関する所定の検出データをセンシングするセンサを、振動センサ３に代えて、あるいは振動センサ３を含めて上記センサ手段として適宜設置する構成でもよい。また、軸受装置１２に自動調心ころ軸受以外の他の軸受形式の軸受を設けてローラ１１を支持させてもよい。

上記データ送信ユニット１は、図３に示すように、ユニット本体２、及びこの本体２に収納された回路基板（図示せず）上に一体的に配置された送信回路６、サーモスタットスイッチ７、及びバッテリー電源８を備えている。ユニット本体２は、上記連続鋳造設備１０の周囲環境に耐え得るように、耐熱性、防錆性、耐衝撃性、機密性等が適宜付与された金属製の筐体によって構成されており、上記軸箱１４に着脱自在に取り付けられている。
上記送信回路６は、信号線４及び電力線５をそれぞれ介して振動センサ３及びサーモスタットスイッチ７に接続されており、連続鋳造設備１０から離れた場所に設置された監視装置９に振動センサ３からの検出データを送信するデータ送信手段を構成している。具体的には、送信回路６は、アナログまたはデジタル送信形式のワイヤレス送信機を形成しており、振動センサ３から入力した検出信号を増幅する増幅器、所定の周波数の送信波（搬送波）を発振する発振器、及び上記検出信号を送信波に乗せるための変調を行う変調器を備えている。

また、上記送信回路６は、データ送信ユニット１（すなわち、軸受装置１２）毎に付与された識別子（ＩＤ番号）を、その送信データの例えばヘッダー部に含めて送信するように構成されている。そして、監視装置９では、連続鋳造設備１０の各データ送信ユニット１から送られてきた送信データに含まれた振動センサ３の検出結果に基づいて、対応する各軸受装置１２ひいては当該設備１０に異常発生の有無等の動作状態が監視される。また、このように監視システムＳでは、監視装置９が連続鋳造設備１０の動作状態について、各軸受装置１２毎に異常発生の有無等について遠隔監視・管理することができることから、軸受装置１２での各軸受異常に起因する内部亀裂や偏析などの不良発生が上記鋳造半製品に生じているか否かについて判断することが可能となり、当該鋳造半製品の品質ひいては圧延機にて所望形状に加工される鋼材の品質の維持管理を高精度に行うことができる。

上記サーモスタットスイッチ７は、バイメタルを用いた自動（自己）復帰型のスイッチング素子であり、常時オフ状態で、その周囲温度が設定された温度以上の場合にオフ状態からオン状態に切り換わって、例えば二本の単三形電池を含んだ上記バッテリー電源８からの電力を送信回路６及び振動センサ３に供給する。また、このサーモスタットスイッチ７は、連続鋳造設備１０の動作状態の変化（つまり、鋳片Ｗが当該設備１０内を流されているか否か）を監視する監視手段と、この監視手段の監視結果を基にバッテリー電源８から送信回路６への電力供給のオン・オフ状態を切り換える切換手段とを一体的に構成したものである。詳細には、高温の上記鋳片Ｗがローラ１１を通過することで当該ローラ１１に設けられた軸箱１４の表面温度は５０℃以下の温度から８０℃以上に上昇する。そして、この温度上昇に伴い、ユニット本体２内のサーモスタットスイッチ７の周囲温度もまた上昇して設定温度以上になった時点でサーモスタットスイッチ７内の二端子間がバイメタルにより導通状態にされて、当該サーモスタットスイッチ７はバッテリー電源８からの電力供給を許容する。また、鋳片Ｗが通過した後、上記軸箱１４の表面温度が自然に低下すると、サーモスタットスイッチ７の周囲温度もまた下降して設定温度を下回った時点でバイメタルが逆に動作し上記二端子間を非導通状態にして、当該サーモスタットスイッチ７はバッテリー電源８からの電力供給を停止させる。このようにサーモスタットスイッチ７は、鋳片Ｗの流入を検知しつつ、その流入に伴う温度変化に応じたスイッチング動作を自動的に行う。

ここで、図４及び図５を参照して、データ送信ユニット１の具体的な動作について説明する。
図４に示すように、データ送信ユニット１では、そのサーモスタットスイッチ７でのオン・オフ状態を切り換えるための温度ＴＨ０が設定される（ステップＳ１）。その後、サーモスタットスイッチ７がその周囲温度ＴＨ１を検出し、上記設定温度ＴＨ０と検出温度ＴＨ１との比較が当該スイッチ７内で行われて（ステップＳ２、Ｓ３）、検出温度ＴＨ１が設定温度ＴＨ０よりも低いときにはステップＳ２に戻る。
一方、ステップＳ３において、検出温度ＴＨ１が設定温度ＴＨ０以上であるとき、すなわちサーモスタットスイッチ７が設置された軸受装置１２の近くを鋳片Ｗが通過したときには、サーモスタットスイッチ７はオン状態に切り換えられて（ステップＳ４）、電力線５を介してバッテリー電源８からの電力が振動センサ３及び送信回路６に供給される。そして、振動センサ３がローラ１１及び軸受装置１２の振動を検出し、送信回路６がその検出データを監視装置９にデータ送信する（ステップＳ５）。

次に、サーモスタットスイッチ７がその周囲温度ＴＨ２を検出し、上記設定温度ＴＨ０と検出温度ＴＨ２との比較が当該スイッチ７内で行われる（ステップＳ６、Ｓ７）。そして、検出温度ＴＨ２が設定温度ＴＨ０以上の温度であるときにはサーモスタットスイッチ７はオン状態に維持されて、上記ステップＳ５に進んで振動センサ３及び送信回路６への電力供給も継続され送信回路６によるデータ送信が行われる。
一方、ステップＳ７において、検出温度ＴＨ２が設定温度ＴＨ０よりも低いときには、サーモスタットスイッチ７はオフ状態に切り換えられ（ステップＳ８）、ステップＳ２に戻る。
その後、データ送信ユニット１では、上記ステップＳ２〜Ｓ８に示した動作が継続的に行われる。この結果、このデータ送信ユニット１では、例えば図５に示すように、連続鋳造設備１０内で鋳片Ｗがローラ１１間を流された時点Ｔ１〜Ｔ２の間及び時点Ｔ３〜Ｔ４の間のみ、サーモスタットスイッチ７がオン状態となってバッテリー電源８の電力による振動センサ３の検出動作及び送信回路６による検出結果のデータ送信が、鋳片Ｗの動きに一致して間欠的に行われる。

以上のように構成された本実施形態では、鋳片（ワーク）Ｗがローラ１１間を流されたことをサーモスタットスイッチ７が検出したときのみ、当該サーモスタットスイッチ７はオン状態になって、バッテリー電源８から送信回路（データ送信手段）６への電力供給を許容するので、上記従来例と異なり、鋳片Ｗが流されていないときには送信回路６はそのデータ送信を停止して、バッテリー電源８の電池消耗を低減することができる。この結果、バッテリー電源８の電池を交換する作業間隔を長くすることが可能となり、送信回路６ひいてはデータ送信ユニット１の実働日数をも長期なものとすることができる。また、電池交換作業の頻度を少なくすることができることから、バッテリー電源８に大容量の電池を使用することなく、しかもメンテナンス作業の簡単なデータ送信ユニット１及び監視システムＳを構成することができる。さらに、送信回路６は、監視装置９に対して必要なデータのみを送信することが可能となり、当該装置９への送信データに不必要なデータが混在するのを確実に防止することができる。この結果、監視装置９では、必要なデータと不必要なデータとの判別・分離処理や解析処理などの後続のデータ処理を容易に行うことができ、監視システムＳでの精度低下を防ぐことができる。

また、本実施形態では、振動センサ３がサーモスタットスイッチ７を介在させてバッテリー電源８に接続されているので、当該センサ３には送信回路６と同様に、鋳片Ｗが流されたときのみ電力供給される。この結果、振動センサ３は、鋳片Ｗが流されているときでの必要な振動データだけを検出することができるとともに、当該センサ３での電力消費を抑えることができ、バッテリー電源８の電池消耗をさらに低減することができる。
また、本実施形態では、サーモスタットスイッチ７が鋳片Ｗの流入に応じて変化する周囲温度を監視することにより、オン・オフ状態を切り換えているので、連続鋳造設備１０の周囲環境の影響を受け難い監視手段を構成することができる。詳細には、連続鋳造設備１０では、ローラ１１間を通過する鋳片Ｗに対して、この鋳片Ｗを凝固させるためのスプレーノズルから冷却水を浴びせており、この鋳片Ｗと冷却水との接触によって生じる蒸気などによって当該設備周辺での視界が大幅に低下している。それ故、鋳片Ｗの通過を例えば光センサからなる監視手段で監視させた場合には、当該鋳片Ｗの通過を正確に検出できないおそれがある。これに対して、サーモスタットスイッチ７は、蒸気などによる視界低下の影響を受けることなく、鋳片Ｗの通過に伴う周囲温度の変化を検出することができ、送信回路６への電力供給のオン・オフ状態の切換精度が低下するのを防ぐことができる。

尚、上記の説明では、連続鋳造設備に適用した場合について説明したが、本発明はワークを扱う設備において、当該設備の動作状態の変化を監視する監視手段と、この監視手段での監視結果に基づきバッテリー電源から無線方式のデータ送信手段への電力供給のオン・オフ状態を切り換える切換手段とを備えたものであれば何等限定されるものではなく、溶解精錬設備や製紙設備等のワークを扱う各種設備に適用することができる。
また、上記の説明では、連続鋳造設備に含まれる全ての各軸受装置にデータ送信ユニットを設置した監視システムについて説明したが、本発明のシステムは、当該発明に係るデータ送信ユニットを設備の所定部に設置したものであればよく、例えば上記連続鋳造設備において、異常を生じ易い軸受装置（鋳片が垂直状態から水平状態に曲げられて搬送される箇所等）のみにデータ送信ユニットを設ける構成でもよい。また、ワークの回転速度などのデータを単に収集するデータ収集システム等の他のシステムにも適用することができる。

また、上記の説明では、サーモスタットスイッチにより、上記監視手段及び切換手段を一体的に構成した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各々独立して構成した監視手段及び切換手段を用いてもよい。具体的には、例えば１個の光センサによりワークの移動を検知する監視手段を構成し、この監視手段の出力に基づき切換手段としての複数のスイッチング素子をオン・オフ動作させて、対応する複数の各送信回路へのバッテリー電源からの電力の供給・停止を切り換えさせてもよい。また、サーミスタなどの半導体感温素子を含んだスイッチング素子を用いることもできる。但し、上記のようにサーモスタットスイッチのように、監視手段及び切換手段を一体的に構成した場合の方が、データ送信ユニットの構成要素数を減らすことができるとともに、当該ユニットの構成簡素化を容易に行える点で好ましい。

本発明の一実施形態に係るデータ送信ユニット及び監視システムが適用される連続鋳造設備の要部構成例を示す斜視図である。 図１に示した軸受装置の構成例を示す断面図である。 上記データ送信ユニット及び監視システムの構成例を示すブロック図である。 上記データ送信ユニットの動作例を示すフローチャートである。 上記データ送信ユニットでの具体的な送信動作を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１ データ送信ユニット
３ センサ（センサ手段）
６ 送信回路（データ送信手段）
７ サーモスタットスイッチ（監視手段、切換手段）
８ バッテリー電源
９ 監視装置
１０ 連続鋳造設備
Ｓ 監視システム
Ｗ 鋳片（ワーク）

Claims (6)

1. バッテリー電源及び無線方式のデータ送信手段を有し、ワークを扱う設備に用いられるデータ送信ユニットであって、
   前記設備の動作状態の変化を監視する監視手段と、
   前記監視手段での監視結果を基に前記バッテリー電源から前記データ送信手段への電力供給のオン・オフ状態を切り換える切換手段と
   を備えたことを特徴とするデータ送信ユニット。
2. 前記切換手段は、前記設備内をワークが流されているときだけ、オン状態に切り換わることを特徴とする請求項１に記載のデータ送信ユニット。
3. 前記データ送信手段は、前記バッテリー電源から前記切換手段を介して電力供給されるセンサ手段に接続されるとともに、当該送信手段は前記センサ手段が検出した前記設備及びワークの少なくとも一方に関する所定の検出データを送信することを特徴とする請求項１または２に記載のデータ送信ユニット。
4. 前記監視手段が、前記設備の動作状態に応じて変化する周囲温度を監視することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のデータ送信ユニット。
5. 前記監視手段及び前記切換手段が、サーモスタットスイッチを用いて一体的に構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のデータ送信ユニット。
6. ワークを扱う設備において、この設備及びワークの少なくとも一方を監視する監視システムであって、
   前記設備の所定部に、請求項１〜５のいずれかに記載のデータ送信ユニットを設けたことを特徴とする監視システム。

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