JP2024008736A - Hoisting machine, hoisting machine system, and state estimation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、巻上機、巻上機システム、および状態推定装置に関する。 The present invention relates to a hoisting machine, a hoisting machine system, and a state estimation device.
吊荷の巻上げ、巻下げ、搬送を行う巻上機について、頻繁に吊荷の巻上げや搬送を行うことによって、各部の稼働に使用するモータの温度が上昇する場合がある。モータ温度が所定の値を超過すると、巻線の焼損などの熱に起因する故障に至る可能性が生じるため、信頼性の高い機器を提供するためはモータの温度を監視し、温度に応じて適切な制御を行う必要がある。しかし、モータの温度を直接測定するために温度センサなどを設置すると、部品や配線作業の増加によってコストアップとなる。 Regarding a hoisting machine that hoists, lowers, and transports a suspended load, the temperature of the motor used to operate each part may rise due to frequent hoisting and conveyance of the suspended load. If the motor temperature exceeds a predetermined value, it may lead to heat-related failures such as burnout of the windings, so in order to provide highly reliable equipment, the motor temperature must be monitored and Appropriate controls need to be in place. However, installing a temperature sensor or the like to directly measure the motor temperature increases costs due to the increase in parts and wiring work.
特許文献1では、モータ停止時にモータに直流電流を通電して巻線抵抗値を算出し、巻線抵抗値を温度に変換した後、別途算出した運転中の巻線温度推定結果に加算することで、運転中のモータ温度を推定する技術が開示されている。
In
特許文献1に記載の技術によれば、温度センサの設置などを行わずにモータ温度が推定できるため、コストアップを避けつつ機器の信頼性を高めることができる。しかしながら、モータが停止した状態で通電操作および通電に対する応答の記録を行うため、待ち時間を要する。これにより、絶え間なく巻上げや搬送を行う使用条件などで、時間あたりの搬送効率に限界が生じることとなる。
According to the technique described in
本発明の目的は、モータ温度を推定できるとともに、搬送効率の高い巻上機を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a hoist that can estimate the motor temperature and has high conveyance efficiency.
本発明の一例としては、モータを有し、前記モータを制御して吊荷の巻上げもしくは巻下げを行う巻上機であって、
前記モータの駆動信号を取得するモータ駆動信号取得部と、
定めておいたタイミングにおける駆動信号と、モータ温度との関係を関係情報として保存した関係情報記憶部と、
巻上げもしくは巻下げの運転の過程で、前記モータ駆動信号取得部から取得した、前記タイミングにおけるモータ駆動信号と、前記関係情報とから、モータ温度を推定する温度推定部とを有する巻上機である。
An example of the present invention is a hoisting machine that has a motor and controls the motor to hoist or lower a suspended load,
a motor drive signal acquisition unit that acquires a drive signal for the motor;
a relationship information storage unit that stores the relationship between the drive signal and the motor temperature at a predetermined timing as relationship information;
The hoisting machine includes a temperature estimation unit that estimates a motor temperature from a motor drive signal at the timing acquired from the motor drive signal acquisition unit and the related information during the process of hoisting or lowering operation. .
本発明によれば、モータ温度を推定できるとともに、搬送効率の高い巻上機を実現できる。 According to the present invention, it is possible to estimate the motor temperature and to realize a hoisting machine with high conveyance efficiency.
以下に、本発明の実施例を、図面を用いて、説明する。以下の記載および図面は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。 Examples of the present invention will be described below with reference to the drawings. The following description and drawings are examples for explaining the present invention, and are omitted and simplified as appropriate for clarity of explanation.
実施例1について、図1~図5を参照しながら説明する。図1は、巻上機システム100の構成の一例を示す図である。巻上機システム100は、巻上機101を搭載したクレーン110と、操作端末120とを含んで構成されている。クレーン110は、建屋(図示せず)の両壁に沿って設けられたランウェイ111と、ランウェイ111の上を移動するガーダ112と、ガーダ112に沿って移動するトロリ113とを含んで構成される。ガーダ112およびトロリ113には、それぞれを駆動する搬送モータが接続されている。トロリ113には、巻上機101が設けられており、巻上機101から吊り下げられたロープが吊荷130に玉掛けされている。なお、ここで挙げた「ロープ」という用語は、吊荷130の吊り下げに用いる吊り具を総称する用語として用いている。すなわち、「ロープ」には、いわゆるロープだけでなく、チェーン、ベルト、ワイヤー、ケーブル、紐、縄等が含まれる。
Example 1 will be described with reference to FIGS. 1 to 5. FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of a
図2は、巻上機101の構成の一例を示す図である。巻上機101は、ロープを巻きとる巻上ドラム210、巻上ドラム210を回転させる動力源であるモータ220、モータ220から巻上ドラム210へ円滑に動力を伝えるための軸受230を含んで構成されている。ただし、モータ220からの動力は、歯車、ベルト等を介して伝達されてもよい。ガーダ112およびトロリ113の各々に設置されている搬送モータと、巻上機101に設置されているモータ220とは、操作端末120からの操作指令により回転動作する。これにより、巻上機101においては巻上げ動作および巻下げ動作が行われ、ガーダ112およびトロリ113については定められた方向への移動が行われるため、吊荷130を巻上げ、所定の位置に搬送し、巻下げる、という一連の搬送作業が行われる。なお、吊荷130は、クレーン110で運搬する対象であり、クレーン110の構成要素ではないことに注意されたい。
FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of the
図3は、巻上機システム100の機能ブロック(制御信号の演算処理系の構成)を示す図である。操作端末120は、状態表示部411と、操作入力部412とを備える。なお、操作端末120は、CPU等の演算装置413、半導体メモリ等の主記憶装置416、ハードディスク等の補助記憶装置414、通信装置415、ディスプレイおよびタッチパネルを組み合わせた入出力装置410等のハードウェアを備える。各ハードウェアの周知動作については適宜省略して説明を進める。なお、操作端末120は、ティーチングペンダントでもよいし、スマートフォン、タブレット端末、ノートパソコン、デスクトップパソコンといった端末でもよい。操作端末120は、専用端末として提供されてもよいし、操作端末120の機能がアプリケーションとして提供され、操作者の各自の端末において利用されてもよい。
FIG. 3 is a diagram showing a functional block (configuration of a control signal arithmetic processing system) of the
操作端末120の機能(状態表示部411、操作入力部412等)は、例えば、演算装置413が補助記憶装置414に格納されたプログラムを主記憶装置416に読み出して実行することにより実現されてもよいし、専用の回路等のハードウェアにより実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアとが組み合わされて実現されてもよい。なお、操作端末120の1つの機能は、複数の機能に分けられていてもよいし、複数の機能は1つの機能にまとめられていてもよい。また、操作端末120の機能の一部は、別の機能として設けられてもよいし、他の機能に含められていてもよい。また、操作端末120の機能の一部は、操作端末120と通信可能な他のコンピュータにより実現されてもよい。
The functions of the operation terminal 120 (
状態表示部411は、例えば、モータ温度の推定値や巻上機101の異常の有無などを表示する。ただし、必要に応じて、状態表示部411による表示が省略されていても構わない。操作入力部412は、ボタン、レバー、ハンドル、ジョイスティック、キーボード、マウス等の入出力装置410を操作者が操作して巻上機101に操作指令を入力するためのインターフェースである。
The
操作入力部412は、ディスプレイおよびタッチパネルを組み合わせたインターフェース(ハードウェア)であってもよいし、スマートフォン等のデバイス上で実現されたインターフェース(ソフトウェア)であってもよい。操作入力部412は、操作者による操作に応じて、移動量、目的地の座標、場所の名称等を入力してもよい。
The
操作入力部412は、工場内に設置された巻上機等を管理する運用管理システム、生産管理システム等の他のシステムとリンクして、他のシステムの情報をもとに操作指令を入力するようにしてもよい。さらには、操作入力部412は、事前にプログラムされた操作指令を自動で入力する自動運転機能を備えてもよい。
The
なお、本実施例では、状態表示部411および操作入力部412は、操作端末120に実装されているが、巻上機101に実装されてもよい。例えば、状態表示部411は、巻上機101に搭載の基板に設けられてもよい。
Note that in this embodiment, the
次に、巻上機101について説明する。巻上機101は、巻上げ動作を行うモータ220と、モータ制御部311と、電流取得部312と、温度推定部313で構成される制御装置314を備えている。また、制御装置314は、CPU等の演算装置328、半導体メモリ等の主記憶装置315、ハードディスク等の補助記憶装置318、および通信装置319、入出力装置320等のハードウェアを備える。このうち、主記憶装置315の記憶領域には、温度推定パラメータを保存する関係情報記憶部316と保護基準情報を保存する保護基準情報記憶部317が設けられている。
Next, the hoisting
巻上機101の機能(モータ制御部311、電流取得部312、温度推定部313、等)は、例えば、演算装置328が補助記憶装置318に格納されたプログラムを主記憶装置315に読み出して実行することにより実現されてもよいし、専用の回路等のハードウェアにより実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアとが組み合わされて実現されてもよい。なお、巻上機101の1つの機能は、複数の機能に分けられていてもよいし、複数の機能は、1つの機能にまとめられていてもよい。また、巻上機101の機能の一部は、別の機能として設けられてもよいし、他の機能に含められていてもよい。また、巻上機101の機能の一部は、巻上機101と通信可能な他のコンピュータにより実現されてもよい。
The functions of the hoisting machine 101 (
なお、本実施例では、操作端末120と巻上機101の間の情報の伝達方法として無線通信によるデータ送信を想定しているが、有線ケーブルを用いた通信を行っても効果は変わらない。例えば、操作端末120で入力された操作指令は、操作端末120側の通信装置415と巻上機101側の通信装置319を介して、巻上機101に送信される。
In this embodiment, it is assumed that data is transmitted by wireless communication as a method of transmitting information between the
モータ制御部311は、操作端末120の操作入力部412で入力された指令値に従ってモータ220を駆動するモータ駆動信号を生成し、モータ220に出力する。本実施例では一例として誘導モータのV/F制御を想定している。この場合、目標とする回転数に応じた電圧と駆動周波数がモータに入力される。同時にモータ制御部311は、モータ220に出力したモータ駆動信号の電流値を電流取得部312に送信する。ただし、モータ制御部311から電流情報取得部への電流値の送信は、モータ220を経由して行われてもよい。モータ駆動信号としては、モータに入力する電流値として説明したが、それ以外でもよい。例えば、モータ駆動信号としては、モータへ印加する電圧値、モータのベクトル制御におけるトルク電流値、電気抵抗値のうちの少なくとも1つの情報であってもよい。モータ制御部311は、巻上機に備えられたインバータのような電力変換装置を使うようにしてもよい。
The
巻上げもしくは巻下げの運転の過程で、電流取得部312が読み取った電流値は温度推定部313へと送信される。温度推定部313では電流値の時間変化のパターンから、モータ220の始動点と負荷増加点を判別して、それぞれの点における電流値を抽出する。抽出した2点の電流値は、予め関係情報記憶部316に保存しておいたモータ始動点と負荷増加点に対する電流値と温度の対応関係のテーブル(温度推定パラメータ)と比較されることで温度が計算される。
During the process of winding or lowering, the current value read by the
ただし、温度推定パラメータはテーブルに限らず、数式として定義したものでもよいし、電流値と温度の関係を予め学習することで作成した推定パラメータでもよい。モータ始動点を判別するには、始動電流を検知して判別することや、駆動周波数を送信してからの経過時間で判別することができる。また、負荷増加点の判別をするには、電流波形の増減から判別することや、別途定義した判別ロジックに当てはめて判別できる。 However, the temperature estimation parameter is not limited to a table, and may be defined as a mathematical formula, or may be an estimation parameter created by learning the relationship between current value and temperature in advance. The motor starting point can be determined by detecting the starting current or by determining the elapsed time after transmitting the drive frequency. Further, in order to determine the load increase point, it can be determined based on an increase or decrease in the current waveform, or by applying a separately defined determination logic.
温度推定部313から出力したモータ始動点と負荷増加点の温度情報は、両者の平均値が算出された後、操作端末120の状態表示部411へと送信される。同時に、モータ制御部311では保護基準情報記憶部317に保存された保護基準値と、温度推定部313にて算出された温度が比較される。温度が保護基準値よりも高くなった場合には、モータ制御部311からモータ220へ停止信号を送信して運転を停止させると共に、停止したことを示す情報を状態表示部411へと送信する。なお、巻上機101が別途ブレーキ機能を有する場合にはブレーキを作動されてもよい。また、冷却ファンなどの冷却装置を備えている場合には冷却ファンを作動させてもよい。あるいは、定められた退避スペースへの搬送運転が行われてもよい。また、本実施例ではモータ始動点と負荷増加点の平均温度を計算しているが、どちらか一方のみを使ってもよい。
The temperature information of the motor starting point and the load increase point outputted from the
次に、本実施例の効果等について詳細に説明する。図4は、電流取得部312にて取得した電流波形の一例を示す図である。横軸は時刻、縦軸は電流値である。図中の実線が低温時の電流波形、破線が高温時の電流波形となる。モータ220の巻線として一般的に使われる銅やアルミニウムでは、電気抵抗と温度に比例関係があるため、モータ220の入力電圧値と駆動周波数が一定の条件でモータ温度が上昇すると、電気抵抗が増加し、電流値が減少する特性を示す。
Next, effects etc. of this embodiment will be explained in detail. FIG. 4 is a diagram showing an example of a current waveform acquired by the
ただし、電流値はモータ220に加わる負荷によっても変化するため、電流値の比較のみで温度の増減を予測することは困難である。これに対し、モータ220の負荷が同等となる、定めておいたタイミングである、モータ始動点や負荷増加点の電流値を比較することで、モータ負荷の違いを除いた比較が可能となるため、電流値と温度を1対1で対応付けることができる。
However, since the current value also changes depending on the load applied to the
例えば本実施例のような巻上機101においては、モータ始動点ではモータ220の始動トルクが支配的となり、吊荷130を吊り下げるロープが緊張するなどの負荷増加点では、無負荷から有負荷への切り替わりの影響が支配的となる。このため、それぞれの点どうしの電流値を比較することで、モータ負荷が同等の場合の電流値が比較できる。言い換えれば、負荷が同等の点を判別する方法があれば、モータ始動点や負荷増加点に限らずに、負荷が同等の点の電流値を比較できることとなる。
For example, in the hoisting
本実施例における温度推定パラメータは所定の電圧値、駆動周波数の場合に対して作成された、電流値とモータ温度の関係のテーブルである。テーブルに記録されている電流値と温度の関係は、巻上機101の開発時の試験などで取得したデータであり、1対の電流値と温度の関係を1行として整理した複数行からなるテーブルとなっている。データが離散的に保存されているため、テーブルにない電流値から温度を計算する場合には、最も近い行のデータを用いて温度を推定するなどによって計算が実行される。
The temperature estimation parameter in this embodiment is a table of the relationship between current value and motor temperature, which is created for the case of a predetermined voltage value and drive frequency. The relationship between current value and temperature recorded in the table is data obtained from tests during the development of the hoisting
前述の通り、本実施例においては、温度推定パラメータが所定の電圧値および駆動周波数に対してのみ作成されているため、温度推定に際しては、正しい推定が実行できる電圧範囲を仕様で定め、駆動周波数は巻上げからロープが緊張するまでを一定とするなどの制御的な制限を加える。これにより、関係情報記憶部316に保存する温度推定パラメータのデータ量を最小化できるため、必要な記憶領域を最小化できる。
As mentioned above, in this example, the temperature estimation parameters are created only for a predetermined voltage value and drive frequency. Adds control restrictions such as keeping the time constant from winding up until the rope becomes taut. This makes it possible to minimize the amount of temperature estimation parameter data stored in the related
温度推定部313から出力した温度の値はモータ制御部311と操作端末120へと送信される。モータ制御部311において、保護基準情報記憶部317に保存された保護基準情報である保護温度と比較され、保護温度よりもモータ温度が高いと判定した場合には、モータ220の運転を停止する。これによりモータ220の焼損故障を防止することができる。
The temperature value output from the
また、モータ220の運転停止の判定はモータ始動点から負荷増加点の間になされるため、吊荷130が地切りする前に停止処理が実行される。これにより、吊荷130の落下リスクがある状態で停止することを防止できるため、安全性を担保できる。これに加えて、モータ制御部311から操作端末120へモータ220が停止したことを示すエラーコードを出力することで、状態表示部411にて、モータ220の過昇温によって巻上機101が停止したことが確認できる。
Further, since the determination to stop the operation of the
図5は、操作端末120における状態表示部411の表示例を示す図である。図5の表示から、モータ220が過昇温の状態にあることが、操作者は確認できる。
FIG. 5 is a diagram showing a display example of the
なお、本実施例では温度の推定結果に基づいた制御を行っているが、温度の推定演算はモータ220の巻線抵抗の変化を基本原理としているため、温度の推定値を抵抗値あるいは電流値に換算して、保護基準の抵抗値あるいは電流値と比較して、モータ220の停止を判断することもできる。
In this embodiment, control is performed based on the temperature estimation result, but since the temperature estimation calculation is based on the change in the winding resistance of the
また、本実施例ではV/F制御を例に説明したが、ベクトル制御のような所定の電流値で駆動するようにフィードバック制御を行う方式においては、モータ温度の変化によって電流が変化することを抑制するように印加電圧値が変化するため、電流取得部312の代わりに、電圧取得部を設け、関係情報記憶部に電圧値と温度の対応関係を記憶しておくことで、モータ温度の推定が可能となる。以上の仕組みによって、モータ始動点や負荷増加点の電流値から温度が推定され、推定した温度に基づいて、モータ保護制御が実行されるため、焼損故障を防止することができる。
In addition, in this embodiment, V/F control was explained as an example, but in a method such as vector control that performs feedback control to drive with a predetermined current value, it is important to note that the current changes due to changes in motor temperature. Since the applied voltage value changes in such a way as to suppress the current, the motor temperature can be estimated by providing a voltage acquisition section instead of the
また、温度推定の一連の演算処理は巻上げ運転の過程で実行されるため、モータ220を停止せずに温度の推定が可能となる。そして、待ち時間を必要としないモータ温度推定が実現できるため、搬送効率の高い巻上機、もしくは巻上機システムを実現できる。さらにモータ220の始動から負荷増加の前に温度の推定値が計算されるため、図2に示すように、吊荷130が地面240から地切りする前にモータ温度が推定でき、安全性が担保できる。
Moreover, since a series of arithmetic processes for estimating the temperature is executed during the hoisting operation, it is possible to estimate the temperature without stopping the
なお、実施例1は巻上げ用のモータ220の温度を推定する場合を想定しているが、そのような場合に限らず、本実施例は、巻上機システム100の搬送用モータの温度を推定する場合においても適用できる。
Note that although the first embodiment assumes a case where the temperature of the hoisting
実施例2について、図6~図8を参照しながら説明する。実施例2は実施例1に追加の構成を設けたものであるため、実施例1との相違点を中心に記載する。 Example 2 will be described with reference to FIGS. 6 to 8. Since the second embodiment has an additional configuration to the first embodiment, the description will focus on the differences from the first embodiment.
図6は、実施例2における巻上機システム100の機能ブロックを示す図である。実施例2は実施例1に対して、モータ220の運転情報を取得する運転情報取得部321と、個々の巻上機101について作成したモータ温度と電流値の関係(基準情報)を保存する基準情報記憶部322と、基準情報を用いて温度推定パラメータを更新する関係情報更新部323を備えたものとなっている。また、巻上機101の巻上ドラム210が接続されている軸に、回転速度を取得するためのエンコーダが設置されている。
FIG. 6 is a diagram showing functional blocks of the hoisting
本実施例は、操作入力部412からの指令により、巻上げ運転、基準情報更新運転、関係情報更新処理の3つの動作が実行される。以下、各動作について説明する。 In this embodiment, three operations are executed in response to commands from the operation input unit 412: a hoisting operation, a reference information update operation, and a related information update process. Each operation will be explained below.
巻上げ運転の場合には、操作入力部412からモータ220の駆動を指示することで、モータ制御部311でモータ駆動信号が生成される。モータ駆動信号には、電流値、電圧値、駆動周波数が含まれ、このうち電流値は電流取得部312で取得されて温度推定部313に送信される。電圧値、駆動周波数および、エンコーダで計測したモータ220の回転速度は、運転情報取得部321にて取得され、関係情報記憶部316に送信される。運転情報取得部321が取得する運転情報としては、モータへ印加する電圧値、モータを駆動するモータ制御部の指令周波数、モータに対して設けられているエンコーダのセンサ値から算出されるモータの回転数、モータに入力する電流値、モータのベクトル制御における励磁電流値、モータのベクトル制御におけるトルク電流値、モータへの入力トルク値、モータに入力する指令速度、および、モータに入力する指令速度に対するモータの回転数の滑り値のうちの少なくとも1つの情報がある。
In the case of hoisting operation, a motor drive signal is generated by the
運転情報取得部321においては駆動周波数と回転速度からモータ220の滑り値が算出され、関係情報記憶部316に送信される。温度推定部313では電流値の情報と、関係情報記憶部316に保存された温度推定パラメータと、基準情報記憶部322に記録された個体ごとの基準情報により、モータ温度が計算される。ここで、温度推定パラメータとして保存されている温度と電流値のテーブルは複数の電圧値、駆動周波数、回転数、滑り値に対してそれぞれ作成されている。テーブルは当該機種の代表的な1個体を用いて、電圧値、駆動周波数、吊荷荷重、温度を変えて巻上げ運転を行うことで作成されたものとなっている。
The driving
基準情報記憶部322には、個々の機体について、所定の電圧値、駆動周波数、荷重条件で巻上げ、もしくは巻下げ運転をすることで得られた、電流値とモータ温度の時系列データが保存されている。すなわち、モータ始動点と負荷増加点のそれぞれについて、個々の機体の電流値と温度の関係が記録されていると見なすことができる。
The reference
温度推定部313で温度を計算する場合、モータ始動点と負荷増加点の電流値と温度推定パラメータを用いて、それぞれの点の第1温度を計算する。同時に、取得した電流値と基準情報を取得する運転条件に対する温度推定パラメータより、それぞれの点の第2温度を計算する。よって、第1温度と第2温度の差は、実際の運転条件と基準情報を取得する運転条件の差による温度差となる。次に、基準情報記憶部322に保存した基準情報と電流値を比較することで第3温度を計算する。第2温度と第3温度の差は、温度推定パラメータのテーブル作成に使用した代表的な個体と、個々の機体の巻線抵抗の違いに相当する差を表すものとなる。最後に、第2温度と第3温度の差分を第1温度に加算することによって、個々の機体に対する補正後温度を算出し、出力する。
When the
上記の仕組みにより、例えば新機種の開発時などにおいて、代表的な1個体を使って電流値と温度の関係を複数点で取得することで関係情報のテーブルを作成しておき、生産工程において各個体で巻上げ運転を行って基準情報を作成することで、個体ごとの巻線抵抗の違いを補正した温度推定が可能となる。 With the above mechanism, when developing a new model, for example, a table of related information can be created by acquiring the relationship between current value and temperature at multiple points using one representative individual, and each time in the production process. By performing winding operation on each individual and creating reference information, it is possible to estimate the temperature while correcting the difference in winding resistance for each individual.
加えて、代表的な1個体を使って、様々な電圧値、駆動周波数、回転数、滑り値での電流値とモータ温度の関係を測定して、特性をテーブルとして用意しておくことで、運転情報取得部321から取得した電圧値、駆動周波数、回転数、滑り値が変化した場合においても、その変化が温度推定パラメータの違いに反映されるため、様々な運転条件に対してモータ温度の推定が可能となる。
In addition, by using one representative individual, measuring the relationship between current value and motor temperature at various voltage values, driving frequencies, rotational speeds, and slip values, and preparing a table of characteristics. Even if the voltage value, drive frequency, rotation speed, or slip value acquired from the operation
次に、基準情報更新運転について説明する。巻上機101の製品出荷時や、初期設定を行う場合や、定期メンテナンスなどで温度出力値を調整したい場合などにおいて、基準情報を更新する処理として基準情報更新運転を行う。
Next, reference information update operation will be explained. A reference information update operation is performed as a process for updating the reference information when the hoisting
図7は、基準情報更新運転のフローを示す図である。ステップS701にて、操作端末120の操作者が、操作端末120から基準情報更新運転の開始を入力することで、ステップS702以降のフローが開始する。基準情報の更新が不要であると入力した場合には、本処理フローは実行されずに終了する。
FIG. 7 is a diagram showing the flow of the reference information update operation. In step S701, the operator of the operating
ステップS702:運転開始の前に、温度センサ140がモータ220に設置され、温度センサ140の端子が制御基板の入力端子に接続される。また、所定の荷重条件が設定される。
Step S702: Before starting operation, the
ステップS703:操作者が、操作入力部412から基準情報更新運転の開始を指示する。運転が開始すると、モータ制御部311へ巻上げもしくは巻下げといった運転の指令が送信され、所定の電圧値、駆動周波数で巻上げもしくは巻下げといった運転が実行される。
Step S703: The operator instructs the start of the reference information update operation from the
ステップS704:電流取得部312が電流波形を取得し、温度センサ140が取得した温度波形と対応させて一時記憶領域に保存する。取得した電流波形を用いて、温度推定部313がモータ始動点と負荷増加点の電流値が計算し、状態表示部411がモータ温度と電流値を出力する。これにより、操作者は入出力装置410を通じて測定結果を確認することができる。
Step S704: The
ステップS705:操作者が測定結果を確認し、温度の修正要否を判断する。 Step S705: The operator checks the measurement results and determines whether or not the temperature needs to be corrected.
ステップS706:温度値を修正する場合には、操作者が操作入力部412から温度の修正値を基準情報記憶部322に送信する。
Step S706: When correcting the temperature value, the operator transmits the temperature correction value to the reference
ステップS707:基準情報記憶部322が、一時記憶領域に保存された電流波形と、測定結果あるいは修正後の温度を対応付けて保存する。
Step S707: The reference
ステップS708:モータ始動点と負荷増加点における、新しい電流値と温度の関係を、状態表示部411が出力する。
Step S708: The
なお、本実施例においては、モータ220に設置した温度センサ140を使ってモータ温度を取得しているが、温度センサ140は必須ではない。例えば、基準情報更新運転の前に、モータ220を十分な時間をかけて休止させておく。そして、基準情報更新運転の際に外気温度を気温計などから読み取って、操作入力部412から手入力するなどの方法がある。
Note that in this embodiment, the
上記の処理により、製品出荷時や、初期設定を行う場合や、定期メンテナンスの場合などに、各個体の温度と電流波形の関係が取得できる。これにより、例えばモータ220の巻線に劣化などが生じた場合においても、正確な温度が出力できるように調整できる。
Through the above processing, the relationship between the temperature and current waveform of each individual product can be obtained at the time of product shipment, initial setting, periodic maintenance, etc. Thereby, even if deterioration occurs in the windings of the
次に、関係情報更新処理について図8を参照しながら説明する。この処理フローは、例えば基準情報の更新ではモータ温度の推定値が補正しきれない場合や、個々の機体の推定精度に特化した温度推定結果が必要な時などに実行する。以下、図8の処理フローについて説明する。 Next, the relationship information update process will be explained with reference to FIG. 8. This processing flow is executed, for example, when the estimated value of the motor temperature cannot be corrected by updating the reference information, or when a temperature estimation result specific to the estimation accuracy of each aircraft is required. The processing flow in FIG. 8 will be described below.
ステップS801:関係情報記憶部316に保存されている温度推定パラメータの更新の要否を判断し、操作端末120の操作者が、操作入力部412から、温度推定パラメータについて入力をする。更新不要の場合には本処理フローを終了する。
Step S801: It is determined whether or not it is necessary to update the temperature estimation parameters stored in the related
ステップS802:温度推定パラメータの更新が必要と入力した場合、基準情報記憶部322に保存されている基準情報を用いて、関係情報更新部323が、関係情報記憶部316の温度推定パラメータを更新する演算処理を行う。
Step S802: If it is input that the temperature estimation parameter needs to be updated, the related
ステップS803:演算結果を新たな温度推定パラメータとして、関係情報更新部323が、関係情報記憶部316の温度推定パラメータを更新する。
Step S803: Using the calculation result as a new temperature estimation parameter, the relational
上記の処理により、基準情報記憶部322に保存されている電流値と温度の組み合わせを元に、モータ始動点と負荷増加点のそれぞれに対する新たな温度推定パラメータが生成されるため、個体ごとの特徴をより高精度に捉えたパラメータが生成できる。なお、本実施例では所定の電圧値、駆動周波数で基準情報を作成する例を示したが、基準情報記憶部322に対して、モータ駆動信号の電圧値、駆動周波数、回転数、滑り値が異なる場合のデータを保存し、関係情報の更新を行うことで、関係情報の全てを書き換えることも可能である。
Through the above processing, new temperature estimation parameters are generated for each of the motor starting point and the load increase point based on the combination of current value and temperature stored in the reference
以上のとおり、本実施例によってモータ駆動信号の電圧値、駆動周波数、回転数、滑り値が異なる場合においても、ぞれぞれの動作条件に対応した温度推定パラメータが利用できるため、実施例1に比べて適用範囲の広い温度推定が可能となる。 As described above, even when the voltage value, drive frequency, rotation speed, and slip value of the motor drive signal differ according to this embodiment, temperature estimation parameters corresponding to each operating condition can be used. Temperature estimation can be performed over a wider range of applications than in the conventional method.
また、基準情報記憶部322に個体ごとに異なる基準情報を保存して温度推定部313での計算結果を補正することにより、個体ごとに用意するデータ数を減らすことができるため、実装コストを低減できる。さらに、基準情報記憶部322に保存した基準情報を用いて関係情報が更新できるため、測定を重ねることによって個体ごとの特徴をより高精度に捉えた温度推定パラメータが生成できる。
In addition, by storing different reference information for each individual in the reference
実施例3について図9、図10を参照しながら説明する。図9は、実施例3における状態推定装置160の機能ブロックを示す図である。実施例3は既設の巻上機システム100の状態を推定する状態推定装置160である。したがって、本実施例の状態推定装置160は、巻上機101を含まれない点に注意されたい。
Example 3 will be described with reference to FIGS. 9 and 10. FIG. 9 is a diagram showing functional blocks of the
実施例3の状態推定装置160および操作端末120の基本構成は、実施例1、実施例2と同様である。状態推定装置160の機能(電流取得部312、温度推定部313、状態推定部327等)は、例えば、演算装置328が補助記憶装置318に格納されたプログラムを主記憶装置315に読み出して実行する等の、実施例1で述べた構成と同様である。ただし、本実施例では、実施例1や実施例2にある保護基準情報記憶部317を除いているため、推定したモータ温度に基づいたモータ220の停止処理は行われない。
The basic configurations of the
また、実施例2に比べて、本実施例における状態推定装置160は、劣化推定パラメータを保存する劣化関係情報記憶部324と、基準情報と劣化推定パラメータから劣化度を演算する劣化推定部326と、状態推定式記憶部325と、状態推定部327が含まれる点が異なる。状態推定部327は、電流取得部312と運転情報取得部321で取得した電流値、電圧値、駆動周波数、回転数、滑り値と、温度推定部313で算出した温度と、劣化推定部326で算出した劣化度および、状態推定式記憶部325に保存した状態推定パラメータからモータ220の状態を推定する。
Furthermore, compared to the second embodiment, the
本実施例では、巻上機101に搭載されているモータ220とモータ制御部311で構成されるモータシステム150から、電流取得部312を介して電流値を取得し、運転情報取得部321を介して電圧値、駆動周波数、巻上ドラム210の回転数を表すエンコーダ情報を取得する。
In the present embodiment, a current value is acquired from a
なお、運転情報取得部321では、エンコーダ情報と駆動周波数との比較により滑り値が計算される。電流取得部312で取得した電流値は、温度推定部313における温度の計算と、個体ごとの基準情報の作成の際に参照される他に、モータ220に関係する状態を推定する状態推定部327へ入力される。
Note that the driving
運転情報取得部321にて取得された電圧値、駆動周波数、回転数、滑り値などの運転情報は、関係情報記憶部316へ入力される他に、状態推定部327へと入力される。基準情報記憶部322に保存された基準情報は劣化推定部326へ送信される。劣化関係情報記憶部324に保存された電流値と温度に対する劣化関係情報(劣化度の関係式)と基準情報とを比較することで、劣化推定部326はモータ220の劣化度を算出する。
The driving information, such as the voltage value, drive frequency, rotational speed, and slip value, acquired by the driving
劣化推定部326で算出された劣化度は、状態表示部411へと出力されると共に、状態推定部327へ入力される。温度推定部313で計算された温度についても、状態表示部411へ出力されると共に、状態推定部327へ入力される。
The degree of deterioration calculated by the
状態推定部327は、それぞれから入力された電圧値、電流値、駆動周波数、滑り値、温度、劣化度と状態推定パラメータにより、モータ220に関係する状態を推定する機能を有する。本実施例ではモータ220に加わっている負荷として、吊荷130の荷重と、吊荷130を吊り下げているロープの緊張状態を推定することができる。
The
図10は、状態推定部327における計算フローを示す図である。状態推定部327に入力された電圧値、電流値、駆動周波数、回転数、滑り値はマルチタスクニューラルネットワーク(以下、ネットワーク600と呼ぶ)へと入力される。ネットワーク600は、入力層610のニューロン数がN+2、共有層620の数が「2」、各推定項目に分岐した固有層630の数が「1」である全結合型のニューラルネットワークである。
FIG. 10 is a diagram showing the calculation flow in the
このネットワーク600に対して、電圧値、電流値、駆動周波数、回転数、滑り値の時系列データがN個の入力ニューロンから入力され、劣化推定部326で計算された劣化度と、温度推定部313で計算された温度が追加で入力されている。前述の通り劣化度は基準情報と劣化関係情報記憶部324に保存された劣化推定パラメータにより計算した値であり、温度は電流値と関係情報記憶部316に保存された温度推定パラメータにより計算した値である。
Time series data of voltage values, current values, drive frequencies, rotational speeds, and slip values are input to this
ネットワーク600のパラメータは状態推定式記憶部325に保存されており、予め学習演算によって適正な出力が得られるように調整されている。このネットワーク600により、入力層610から順次計算が実行され、出力層640にて巻上機101が巻上げている吊荷130の荷重と、吊荷130を吊り下げているロープの緊張状態が計算される。
The parameters of the
以上の構成により、電圧値、電流値、駆動周波数、回転数、滑り値から荷重およびロープの緊張状態を推定する処理において、劣化度およびモータ温度が考慮された値を算出することが可能となる。特に、本実施例によれば、地切りが行われる前にモータ温度が算出され、予め基準情報を元に劣化度が推定されているため、負荷増加のタイミングではネットワーク600へ温度や劣化度を固定値として入力できる。これにより、ネットワーク600を用いて温度や劣化度を計算するよりも、計算負荷を低減することができる。
With the above configuration, it is possible to calculate values that take into account the degree of deterioration and motor temperature in the process of estimating the load and rope tension state from voltage values, current values, drive frequency, rotation speed, and slip values. . In particular, according to the present embodiment, the motor temperature is calculated before the ground cutting is performed, and the degree of deterioration is estimated in advance based on reference information. Can be entered as a fixed value. Thereby, the calculation load can be reduced compared to calculating the temperature and the degree of deterioration using the
100……巻上機システム、101……巻上機、160……状態推定装置 100...Hoisting machine system, 101...Hoisting machine, 160...State estimation device
Claims (14)
前記モータの駆動信号を取得するモータ駆動信号取得部と、
定めておいたタイミングにおける前記駆動信号と、モータ温度との関係を関係情報として保存した関係情報記憶部と、
巻上げもしくは巻下げの運転の過程で、前記モータ駆動信号取得部から取得した、前記タイミングにおけるモータ駆動信号と、前記関係情報とから、モータ温度を推定する温度推定部とを有する巻上機。 A hoisting machine that has a motor and controls the motor to hoist or lower a suspended load,
a motor drive signal acquisition unit that acquires a drive signal for the motor;
a relationship information storage unit that stores the relationship between the drive signal and the motor temperature at a predetermined timing as relationship information;
A hoisting machine comprising: a temperature estimation section that estimates a motor temperature from a motor drive signal at the timing acquired from the motor drive signal acquisition section and the related information in the process of hoisting or lowering operation.
前記駆動信号は、前記モータへ印加する電圧値、前記モータに入力する電流値、前記モータのベクトル制御におけるトルク電流値、電気抵抗値のうちの少なくとも1つの情報を含む巻上機。 The hoisting machine according to claim 1,
The drive signal includes information on at least one of a voltage value applied to the motor, a current value input to the motor, a torque current value in vector control of the motor, and an electrical resistance value.
前記タイミングは、
前記モータの始動時、あるいは前記モータの負荷増加時、あるいは前記始動時から前記負荷増加時の期間内である巻上機。 The hoisting machine according to claim 1,
The timing is
The hoisting machine when the motor starts, or when the load on the motor increases, or within a period from the start to the time when the load increases.
前記モータの保護基準である保護基準情報を記憶する保護基準情報記憶部を有し、
前記温度推定部で算出したモータ温度、あるいはモータ温度を前記駆動信号に換算して、前記保護基準情報と比較し、前記モータ温度、または換算した前記駆動信号が、前記保護基準情報に達した場合に、前記モータを停止させる巻上機。 The hoisting machine according to claim 1,
a protection standard information storage unit that stores protection standard information that is a protection standard for the motor;
When the motor temperature calculated by the temperature estimator or the motor temperature is converted into the drive signal and compared with the protection standard information, and the motor temperature or the converted drive signal reaches the protection standard information. and a hoisting machine that stops the motor.
前記モータ駆動信号取得部は、前記モータの運転情報を取得し、
前記関係情報には前記タイミングの前記運転情報を含む巻上機。 The hoisting machine according to claim 1,
The motor drive signal acquisition unit acquires operation information of the motor,
The hoisting machine, wherein the related information includes the operation information at the timing.
前記運転情報は、
前記モータへ印加する電圧値、前記モータを駆動する制御部の指令周波数、前記モータに対して設けられているエンコーダのセンサ値から算出される前記モータの回転数、前記モータに入力する電流値、前記モータのベクトル制御における励磁電流値、前記モータのベクトル制御におけるトルク電流値、前記モータへの入力トルク値、前記モータに入力する指令速度、および、前記モータに入力する指令速度に対する前記モータの回転数の滑り値のうちの少なくとも1つの情報を含む巻上機。 The hoisting machine according to claim 5,
The driving information is
A voltage value applied to the motor, a command frequency of a control unit that drives the motor, a rotation speed of the motor calculated from a sensor value of an encoder provided for the motor, a current value input to the motor, An excitation current value in vector control of the motor, a torque current value in vector control of the motor, a torque value input to the motor, a command speed input to the motor, and a rotation of the motor relative to the command speed input to the motor. A hoisting machine including information on at least one of a number of slip values.
個体ごとに実施した巻上もしくは巻下げの運転の結果を基準情報として記憶する基準情報記憶部を有し、
前記基準情報は、前記モータの運転を行った時の前記タイミングでのモータ温度と前記駆動信号を含んでおり、
前記関係情報記憶部には機種ごとの前記関係情報を記憶し、
前記基準情報記憶部に記憶した個体ごとの前記基準情報により、前記温度推定部は、温度推定の補正をする巻上機。 The hoisting machine according to claim 1,
It has a reference information storage unit that stores the results of hoisting or lowering operations performed for each individual as reference information,
The reference information includes the motor temperature at the timing when the motor is operated and the drive signal,
The relationship information storage unit stores the relationship information for each model,
In the hoisting machine, the temperature estimation section corrects the temperature estimation based on the reference information for each individual stored in the reference information storage section.
前記モータの駆動信号を取得するモータ駆動信号取得部と、
定めておいたタイミングにおける前記駆動信号と、モータ温度との関係を関係情報として保存した関係情報記憶部と、
巻上げもしくは巻下げ運転の過程で、前記モータ駆動信号取得部から取得した、前記タイミングにおけるモータ駆動信号と、前記関係情報とから、モータ温度を推定する温度推定部とを有する巻上機システム。 A hoisting machine system comprising a hoisting machine that controls a motor to hoist or lower a suspended load, and a terminal that communicates with the hoisting machine,
a motor drive signal acquisition unit that acquires a drive signal for the motor;
a relationship information storage unit that stores the relationship between the drive signal and the motor temperature at a predetermined timing as relationship information;
A hoisting machine system comprising: a temperature estimation section that estimates a motor temperature from a motor drive signal at the timing acquired from the motor drive signal acquisition section and the related information in the process of hoisting or lowering operation.
前記端末は、
前記温度推定部が算出したモータ温度を、出力する巻上機システム。 The hoist system according to claim 8,
The terminal is
A hoisting machine system that outputs a motor temperature calculated by the temperature estimation section.
個体ごとに実施した巻上もしくは巻下げの運転の結果を基準情報として記憶する基準情報記憶部を有し、
前記基準情報は、前記モータの運転を行った時の前記タイミングでのモータ温度と前記駆動信号を含んでおり、
前記関係情報記憶部には機種ごとの前記関係情報を記憶し、
前記基準情報記憶部に記憶した個体ごとの前記基準情報により、前記温度推定部は、温度推定の補正をするものについて、前記基準情報または前記関係情報の更新を、前記端末から指示できる巻上機システム。 The hoisting machine system according to claim 8,
It has a reference information storage unit that stores the results of hoisting or lowering operations performed for each individual as reference information,
The reference information includes the motor temperature at the timing when the motor is operated and the drive signal,
The relationship information storage unit stores the relationship information for each model,
Based on the reference information for each individual stored in the reference information storage unit, the temperature estimating unit is capable of instructing from the terminal to update the reference information or the related information for the temperature estimation correction unit. system.
前記モータの駆動信号を取得するモータ駆動信号取得部と、
定めておいたタイミングにおける駆動信号と、モータ温度との関係を関係情報として保存した関係情報記憶部と、
前記モータの運転時に、前記モータ駆動信号取得部から取得した、前記タイミングにおけるモータ駆動信号と、前記関係情報とから、モータ温度を推定する温度推定部と、
推定した前記モータ温度からモータシステムにおける状態を推定する状態推定部とを有する状態推定装置。 A state estimation device that has a motor and estimates a state in a motor system in which the motor is controlled,
a motor drive signal acquisition unit that acquires a drive signal for the motor;
a relationship information storage unit that stores the relationship between the drive signal and the motor temperature at a predetermined timing as relationship information;
a temperature estimating unit that estimates a motor temperature from the motor drive signal at the timing acquired from the motor drive signal acquisition unit and the related information when the motor is operating;
A state estimating device comprising: a state estimating unit that estimates a state in a motor system from the estimated motor temperature.
個体ごとに実施した基準運転の結果を基準情報として記憶する基準情報記憶部を有し、
前記基準情報記憶部に記憶した前記基準情報を、劣化度と前記基準情報の関係として予め作成された劣化関係情報と比較することで、前記モータの劣化度を推定する劣化推定部を有する状態推定装置。 The state estimation device according to claim 11,
It has a reference information storage unit that stores the results of the reference operation performed for each individual as reference information,
A state estimation unit comprising a deterioration estimation unit that estimates the degree of deterioration of the motor by comparing the reference information stored in the reference information storage unit with deterioration relationship information created in advance as a relationship between the degree of deterioration and the reference information. Device.
前記状態推定部は、
モータシステムにおける状態を推定可能に学習された状態推定式に基づいて、モータシステムにおける状態を推定する状態推定装置。 The state estimation device according to claim 11,
The state estimating unit is
A state estimation device that estimates a state in a motor system based on a state estimation formula that has been learned to be able to estimate the state in the motor system.
前記状態推定部は、
前記劣化度を入力して、モータシステムにおける状態を推定する状態推定装置。 The state estimation device according to claim 12,
The state estimating unit is
A state estimating device that inputs the degree of deterioration and estimates a state in a motor system.
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