JP2021001075A - センサ装置および異常監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ベルトコンベアにおける異常監視を行う際に、センサで取得したデータの伝送に、従来のようなバッテリーを用いる必要がなく、バッテリーの交換作業が不要である技術を提供する。【解決手段】ベルトコンベアにおける異常監視を行うセンサ装置６は、ベルトコンベアの設備異常または操業異常を検知するセンサ１２と、センサ１２で取得されたデータを送信するデータ送信部１１と、前記ベルトコンベアのローラの枠に取り付けられ、前記センサによるデータ取得、およびデータ送信のための電力を供給する、振動発電による発電装置１３とを有する。【選択図】 図２

Description

本発明は、ベルトコンベアにおける異常監視を行うセンサ装置および異常監視装置に関する。

原料の搬送、例えば原料ヤード内の原料の搬送にはベルトコンベアが用いられている。原料ヤードには、バラ積み船で輸入された、製鉄プロセスで必要となる主原料の鉄鉱石、石炭などがスタッカーで積み付けられる。スタッカーは原料ヤードに敷設されたレール上で走行が可能であり、起伏と旋回が可能なブーム上の機内ベルトコンベアから原料をヤードに落して原料山として積み付ける。原料ヤードからの払い出しはリクレーマで行われる。リクレーマはバケットホイールを回転して山から原料を切出す。切り出された原料は、ブーム上の機内ベルトコンベアで払い出され、ベルトコンベアにより搬送される。

ベルトコンベアの異常には、例えばベルトの損耗に起因する穴明きや縦裂きなどのベルト自体の形状不良や電動機、減速機、プーリ等の故障、ローラの回転不良などがある。原料の搬送を行うベルトコンベアの異常は、製鉄所での安定生産に直接影響を与えるため、このようなベルトコンベアの点検管理は非常に重要である。

ベルトコンベアを点検管理するための方法として、特許文献１では、ベルトコンベア下面から照射した際の光切断像をカメラにて撮像後、画像処理によりベルトコンベアの縦裂きを検知する方法が提案されている。また特許文献２では、ベルトコンベアの側面に取り付けられた加速度センサにより、不回転のローラや落下物の引っ掛かりや噛み込みがある箇所では、通常とは違う振動・加速度が検知できるため、少なくとも１周分の加速度を測定することで、異常値を検知する技術が提案されている。

いずれの手法においても、カメラや加速度センサなどのセンサによりデータが取得され、そのデータが管理部にあるデータ受信部に伝送されて解析される。

特開２００７−２３０７０６号公報 特開２０１６−０６０５５６号公報

上記のようにベルトコンベアを点検管理するためには、ベルトコンベアのまわりに多数のセンサを設置し、センサにより取得したデータを収集して解析する必要がある。しかしながら、原料ヤードは広大な敷地を有し、ベルトコンベアの駆動部など一部の場所を除き、電源は存在しない。このため、ベルトコンベアのローラなど電源が存在しない部分にセンサを取り付ける場合、従来は、配線の引き回しの困難性を回避する観点から、バッテリーで駆動するタイプのセンサを取り付けるしかなかった。

しかし、ベルトコンベアとしては、長大なものが広い場所に設けられていることが多い。特に、原料ヤードのベルトコンベアは長大であり、このような長大なベルトコンベアが広大な原料ヤードに多数設けられている。このため、バッテリーの消耗にともなう交換作業に多大な負荷がかかる。

したがって、本発明の課題は、ベルトコンベアにおける異常監視を行う際に、センサで取得したデータの伝送に、従来のようなバッテリーを用いる必要がなく、バッテリーの交換作業が不要である技術を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、以下の［１］〜［７］を提供する。

［１］ベルトコンベアにおける異常監視を行うセンサ装置であって、
前記ベルトコンベアの設備異常または操業異常を検知するセンサと、
前記センサで取得されたデータを送信するデータ送信部と、
前記ベルトコンベアのローラの枠に取り付けられ、前記センサによるデータ取得、およびデータ送信のための電力を供給する、振動発電による発電装置と
を有することを特徴とするセンサ装置。

［２］前記発電装置は、圧電素子を有する発電部と、発電した電力を蓄える充電部とを有することを特徴とする上記［１］に記載のセンサ装置。

［３］前記センサは、前記ベルトコンベアの温度、前記ベルトコンベアの振動、前記ベルトコンベアのベルトの蛇行、および前記ベルトコンベア上の水分量の一つ以上を計測するものである上記［１］または［２］に記載のセンサ装置。

［４］前記センサと、前記データ送信部と、前記発電装置とは、ユニット化されてセンサユニットを構成し、前記センサユニットは、前記枠の前記ローラの回転軸の近傍に設けられていることを特徴とする上記｛１｝から［３］のいずれかに記載のセンサ装置。

［５］前記センサは振動センサであり、前記センサユニットは、前記枠の前記回転軸が取り付けられている部分の裏側、前記枠の前記回転軸が取り付けられている部分に隣接した位置、および／または、前記枠の脚部に設けられていることを特徴とする上記［４］に記載のセンサ装置。

［６］前記センサは、タッチプーリと検出部とを有し、前記ベルトコンベアのベルトの蛇行を検知する蛇行センサであり、前記センサユニットは、前記ベルトコンベアのベルトの蛇行が生じた際に、前記タッチプーリに前記ベルトが接触する位置になるように設置されることを特徴とする上記［４］に記載のセンサ装置。

［７］上記［１］から［６］のいずれかに記載のセンサ装置と、前記センサ装置の前記データ送信部から伝送されたデータを受信するデータ受信部とを有することを特徴とする異常監視装置。

本発明によれば、ベルトコンベアにおける異常監視を行う際に、センサで取得したデータの伝送に、従来のようなバッテリーを用いる必要がなく、バッテリーの交換作業が不要である。

本発明の一実施形態に係るセンサ装置（センサユニット）を、ベルトコンベアを管理するための異常監視装置に用いた例を示す概略図である。 センサユニットの構造を示すブロック図である。 センサユニットの配置位置の一例を示す断面図である。 センサユニットの配置位置の他の例を示す断面図である。 センサユニットの配置位置のさらに他の例を示す断面図である。 センサとして蛇行センサを用いた場合のセンサユニットの配置位置を示す斜視図である。 発電装置の構造を示すブロック図である。 センサユニットでの実際の温度計測結果の例を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るセンサ装置（センサユニット）を、ベルトコンベアを管理するための異常監視装置に用いた例を示す概略図、図２はセンサユニットの構造の一例を示すブロック図、図３〜６はベルトコンベアの配置位置の例を示す図、図７は発電装置の構造を示すブロック図である。

異常監視装置１０は、原料ヤードにおいてベルトコンベア１の異常を検知し管理する。ベルトコンベア１は駆動部２を有し、電源から駆動部２に給電されることにより駆動される。ベルトコンベア１のベルト７は、ローラ３にガイドされ、鉄鉱石、石炭などの原料を搬送する。ローラ３はベルトの動きに追随して回転するものであり、電源は存在しない。データ伝送装置１０は、駆動部２以外の電源が存在しない部分、例えばローラ３の部分におけるデータ伝送に用いられる。

異常監視装置１０は、例えば図２に示すように、データ送信部１１、センサ１２、発電装置１３が一体となったセンサユニット６と、データ受信装置４とを有する。センサユニット６がセンサ装置を構成する。

センサユニット６は、ベルトコンベア１に取り付けられている。具体的には、例えば、ベルトコンベア１のベルト７をガイドするローラ３の回転軸８を支える枠９に取り付けられている。センサユニット６は、枠９のうち、ローラ３の回転軸８に近接した位置に設置することがよく、図３に示すように、センサ１２の種類によっては、回転軸８の枠９への取り付け部のすぐ裏側に設置することがより望ましい。構造上、センサユニット６を回転軸８の取り付け部のすぐ裏側に設置困難である場合には、図４に示すように、取り付け部に隣接する位置（取り付け部の横の位置）に設置してもよい。また、センサユニット６は、センサ１２の種類によっては、図５に示すように、枠９のうち中央のローラ３を支持する脚部９ａに設けてもよい。また、センサユニット６をこれらのうち複数の位置に設けてもよい。これにより、より精度の高い検出を行うことができる。

このようにセンサユニット６を回転軸８に近接した位置に設置するのは、ローラ３の回転に伴う振動を確実に拾い、振動による発電を確実に行うためである。回転軸８の振動を確実に拾うためには、例えば回転軸８にセンサユニット６を直接取り付ける、あるいは、ローラ３の内部に内蔵させることも考えられるが、ローラ３の外径は一般的に９０〜１６５ｍｍ程度の大きさしかないため、回転軸８にセンサユニットを直接取り付けたりローラ３にセンサユニットを内蔵させたりすることが困難な場合も多い。むしろ、本実施形態のように、枠９にセンサユニット６を設けることにより、センサが比較的大きい場合にも対応することができ、センサユニット６の設置の自由度が高くなる。

センサ１２は、所定のデータを取得してベルトコンベア１の設備異常または操業異常を検知するものである。センサ１２としては、例えば温度センサ（温度計）、振動センサ（振動計）、蛇行検知センサを好適に用いることができる。

振動センサ（振動計）は、速度、加速度、あるいは変位を測定するものが一般的であるが、例えばロール３の空転を検知する目的であれば、速度を測定するものが好ましい。センサ１２が振動センサである場合、上述したように、センサユニット６は取り付け部のすぐ裏側に設置することが望ましく、取り付け部のすぐ裏側に設置困難である場合には，取り付け部に隣接するように設置してもよい。また、中央のローラ３を支持する脚部９ａに設けてもよい。脚部９ａに設けることにより、中央のローラ３の振動をより正確に検出することができる。

蛇行検知センサ（蛇行検知スイッチ）の場合は、図６に示すように、センサ１２は、タッチプーリ１５と検出部１６とを有し、ベルト７が蛇行し、本来の走行位置から外れるとベルト７がタッチプーリ１５に接触し、蛇行を検知する。具体的には、ベルト７がタッチプーリ１５に接触し、タッチプーリ１５が回動した際の軸の回転を検出部が検出することによりベルト７の蛇行を検出する。したがって、センサ１２が蛇行センサである場合には、ベルト７に蛇行が生じた際に、タッチプーリ１５にベルト７が接触する位置になるようにセンサユニット６を設置するとよい。

センサ１２としては、水分計、可視カメラ、赤外線カメラ、加速度センサ、異音を検出するマイク等の他のセンサであってもよい。

データ送信部１１は、センサ１２で取得されたデータを送信するためのものである。また、データ受信部４は、ベルトコンベア１から離れた場所に設けられた操作室（管理部）５に設けられている。操作室５は、ベルトコンベア１に設けられた多数のセンサ１２からデータ送信部１１を介してデータ受信部４に伝送されたデータが集約され解析される。データ送信部１１とデータ受信部４との間のデータの伝送は、無線通信により行われるようになっている。

発電装置１３は、振動発電により発電を行うものであり、例えば圧電素子が用いられる。発電装置１３は、圧電素子等の振動発電を行う素子を有する発電部２１と、発電した電力を蓄える充電部２２とを有する（図７参照）。発電装置１３は、ベルトコンベア１に取り付けられ、ベルトコンベア１の振動で発電する。具体的には、本例では、発電装置１３を内蔵したセンサユニット６がベルトコンベア１のローラ３の枠９に取り付けられていることから、発電装置１３はローラ３の振動で発電する。

次に、このように構成された異常監視装置１０の動作について説明する。
原料ヤードに設けられたベルトコンベア１は、鉄鉱石や石炭などの原料を搬送する。ベルトコンベア１には種々のセンサが存在し、原料搬送の際に所定のデータを取得し、そのデータをデータ送信部１１から操作室（管理部）５に設けられたデータ受信部４に伝送する。そして、そのデータからベルトコンベア１の設備異常または操業異常を検知する。例えば、センサ１２として温度センサや振動センサを設け、ベルトコンベア１のローラの温度や振動を計測して、これらが所定値以上（あるいは、所定値以下や、所定範囲など）となったときに設備異常とされる。また、センサ１２として蛇行検知センサ（蛇行検知スイッチ）を設けることによりベルトコンベア１のベルト７の蛇行を検知し、蛇行が検知されたときに設備異常とすることができる。また、センサ１２として光電センサ、リミットスイッチ、可視カメラや加速度センサなどを設け、ベルトコンベア１のベルト７の蛇行を計測して、これらが所定値以上となったとき、あるいはベルトのエッジ位置などを測定して、エッジ位置が許容範囲外となったときに設備異常とすることもできる。また、センサ１２として水分計を設け、ベルトコンベア上の鉄鉱石などの原料などの水分量などを計測してこれらが所定値以上（あるいは、所定値以下や、所定範囲など）になったときに操業異常とされる。センサと異常の組み合わせの例を表１に示す。

センサ１２による計測やデータ送信には電力が必要であるが、原料ヤードは広大であり、ベルトコンベアのローラなど電源が存在しない部分にセンサを取り付ける場合、従来はバッテリーで駆動するタイプのセンサを取り付けるしかなかった。このため、バッテリーの消耗にともなう交換作業に多大な負荷がかかっていた。

これに対し、本実施形態では、センサ１２やデータ送信部１１とともに、振動発電により発電する発電装置１３を設け、例えば、ベルトコンベア１の振動、本例の場合はベルトコンベア１のローラ３の振動により発電し、振動発電により発電した電力を使用して、センサ１２の駆動およびデータの送信を行う。より具体的には、発電装置１３の発電部２１に備えられた圧電素子等の振動発電を行う素子により発電し、その発電した電力を充電部２２に蓄える。そして、充電部２２に蓄えられた電力を用いて、センサ１２の駆動およびデータの送信を行う。

このように振動発電による発電装置１３を用いることにより、原料ヤードの電源が存在しない部分に設けられたセンサによりデータを取得してデータ送信する場合であっても、従来のようなバッテリーを用いる必要がなく、バッテリーの交換作業が不要である。このため、長期にわたりメンテナンスフリーでセンサを使用することができる。

また、データ送信部１１と、センサ１２と、発電装置１３とは、一体となったセンサユニット６として構成されているので、設置が容易である。そして、センサユニット６がベルトコンベア１のローラ３を支持する枠９に設けられていることから、ローラ３の振動が発電装置１３に容易に伝わり効率良く発電することができる。さらに、センサユニット６を枠９に設けることから、センサ１２が大きくても対応可能であり、また設置位置も選択することができ、センサユニット６の設置の自由度が高い。

さらにまた、データ送信部１１とデータ受信部４との間のデータの伝送を無線送信で行うことにより、長距離のケーブル配線が不要となる。

次に、本発明の実施例について説明する。
ここでは、本発明の効果を確認するために、原料ヤードにおいて上記実施形態に係るセンサ装置（センサユニット）の検証実験を行った。原料ヤードに設けられたベルトコンベアにおけるローラの枠部分にセンサとして温度センサを有するセンサユニットを設け、センサユニット内の振動発電装置により発電した電力により、実際に温度を測定し、データ送信部からデータ受信部へ温度測定データを伝送した。

温度計は、原料ヤードでの使用を考慮し、防塵・防水性能がＩＰ６６であるものを使用した。温度測定可能範囲は−４０〜８５℃までの範囲である。データの伝送は、２．４ＧＨｚ体を使用した。ただし、５．０ＧＨｚ帯を使用することも可能である。

図８は、その際の、データ送信部からデータ受信部へ伝送した温度データを示す図である。図８に示すように、ローラの振動によって発電装置で発電された電力により、およそ６時間に１回の間隔で温度測定とデータ送信することができた。このことから、ベルトコンベアの温度（本例ではベルトコンベアのローラ部分の温度）を常に監視することができ、ベルトの火災などベルトコンベアに発生した異常をデータ受信部で検知することができることが確認された。

センサとして温度計の代わりに振動計や蛇行検知センサ（蛇行検知スイッチ）を使用した場合にも、ローラの振動によって発電装置で発電された電力により測定データを送信することができ、ベルトコンベアの振動やベルトの蛇行を常に監視できることが確認された。

以上、本発明の実施の形態および実施例について説明したが、これらはあくまで例示に過ぎず、制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、本発明の要旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

例えば、上記実施形態では、原料ヤードから原料を搬送するベルトコンベアに異常監視を行うセンサ装置を設けた場合について示したが、これに限るものではない。また、上記実施の形態では、データ送信部、センサ、発電装置を一体的に設けユニット化したセンサユニットを用いた場合を例示したが、これらは別個に設けられていてもよい。また、上記実施形態では、ベルトコンベアのローラの枠にデータ送信装置、センサ、発電装置を設けた例について示したが、これらの設置位置はこれに限らず、ベルトコンベアの他の部分であってもよい。また、上記実施形態では、ベルトコンベア（ベルトコンベアのローラ）の振動を直接振動発電により発電した例を示したが、例えば、ベルトコンベアの回転を振動に変換する等して振動発電してもよい。

１ ベルトコンベア
２ 駆動部
３ ローラ
４ データ受信部
５ 操作室（管理部）
６ センサユニット（センサ装置）
７ ベルト
８ 回転軸
９ 枠
９ａ 脚部
１０ 異常監視装置
１１ データ送信部
１２ センサ
１３ 発電装置
１５ タッチロール（蛇行検知スイッチ）
１６ 検知部
２１ 発電部
２２ 充電部

Claims (7)

1. ベルトコンベアにおける異常監視を行うセンサ装置であって、
   前記ベルトコンベアの設備異常または操業異常を検知するセンサと、
   前記センサで取得されたデータを送信するデータ送信部と、
   前記ベルトコンベアのローラの枠に取り付けられ、前記センサによるデータ取得、およびデータ送信のための電力を供給する、振動発電による発電装置と
   を有することを特徴とするセンサ装置。
2. 前記発電装置は、圧電素子を有する発電部と、発電した電力を蓄える充電部とを有することを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
3. 前記センサは、前記ベルトコンベアの温度、前記ベルトコンベアの振動、前記ベルトコンベアのベルトの蛇行、および前記ベルトコンベア上の水分量の一つ以上を計測するものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のセンサ装置。
4. 前記センサと、前記データ送信部と、前記発電装置とは、ユニット化されてセンサユニットを構成し、前記センサユニットは、前記枠の前記ローラの回転軸の近傍に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のセンサ装置。
5. 前記センサは振動センサであり、前記センサユニットは、前記枠の前記回転軸が取り付けられている部分の裏側、前記枠の前記回転軸が取り付けられている部分に隣接した位置、および／または、前記枠の脚部に設けられていることを特徴とする請求項４に記載のセンサ装置。
6. 前記センサは、タッチプーリと検出部とを有し、前記ベルトコンベアのベルトの蛇行を検知する蛇行センサであり、前記センサユニットは、前記ベルトコンベアのベルトの蛇行が生じた際に、前記タッチプーリに前記ベルトが接触する位置になるように設置されることを特徴とする請求項４に記載のセンサ装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のセンサ装置と、前記センサ装置の前記データ送信部から伝送されたデータを受信するデータ受信部とを有することを特徴とする異常監視装置。

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