JP3699591B2 - ベルトコンベアの設備診断方法及び診断装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゴム製又は金属製のベルトを複数の従動プーリーと一つまたは複数の駆動プーリー、駆動プーリーを駆動する電動機からなる鉄鉱石、石炭及び土砂や穀物等を搬送するベルトコンベア群の電動機及び機械駆動系の設備を診断する方法及び診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のベルトコンベア群の設備診断方法としては以下の方法があった。
（１）産業機械の設備異常を診断する方法としては、各種の検出器を診断対象個所に多数設置し、該検出器より得られた信号を処理することで異常を検出し診断する方法があった。
例えば、軸受けの異常（ベアリングの破損、焼き付き、負荷回転体の偏芯等）を診断するために軸受け部に振動検出器を設置し、振動周波数及び振幅の挙動によって異常の診断をする方法やベルトスリップ検出においては、ベルトの速度を測定する速度検出器を設置し速度低下によって検出する方法と、従動プーリーの回転数を計測する検出器を設置し回転数低下によって検出する方法があった。
【０００３】
（２）また、多数の設備診断用検出器に取って代わって駆動電動機の電流信号を取り出し、該電流値の最大値、最小値、平均値等を求め予め設定した値と比較し、異常の判定を行なう方法や、電流の変化率を検出し予め設定した値と比較し異常を判定する方法があった。
【０００４】
例えば、ベルトスリップ検出においては、ベルトを駆動する電動機の電流値の高周波成分を移動平均を用いて抽出し、予め設定した基準値と比較しスリップを検出する方法や、無負荷時の電流値を電動機の回転数によって補正することで異常を検出する特開昭５２−１４３８５６号公報や、電動機の交流電流波形を周波数解析又は位相差を検出して異常を判定する特開昭６１−１５１４７７、特開昭６１−１５１４７８、特開昭６１−１５１４７９号公報、あるいは電流波形の位相及び振幅の不平衡率を求め異常を診断する特開昭６１−１８６８７０、特開昭６１−１８６８７１号公報があり、更には機械系を駆動する電動機の電流を検出し、得られた電流値に対し固定の上限及び下限設定値とで比較する絶対値比較診断によって異常判定する方法と、電流信号の直近の移動平均値と偏差値に基づく経時変化実績を基準として比較する相対値比較診断によって異常判定する特公平６−９５０５９号公報などが開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これら従来の方法のうち、各種の検出器を設置した従来の設備診断方法では、検出器を診断対象個所に直接設置するため診断精度が高い反面、多数の高価な検出器を現場に設置するため、該検出器の保守整備に膨大な労力を必要とし、検出精度を一定に維持することが困難であった。
【０００６】
又、移動平均を用いたベルトスリップ検出方法では、ベルトコンベアに載る原料の変化によって負荷電流が変動するが、この変動周期は５〜２０秒であるためスリップ状態による電流変化と識別する為には、移動平均する時間を１０〜２０秒で行なう必要がある。そのためスリップが発生しても、異常を検出するのに５〜１０秒の遅れが生じてしまう欠点がある。
【０００７】
機械を駆動する電動機の負荷電流によって診断する方法である特開昭５２−１４３８５６号公報では、設備異常を診断するために高価な回転検出器が必要であり、検出器の維持管理も必要となる等の問題がある。又、特開昭６１−１５１４７７、特開昭６１−１５１４７８、特開昭６１−１５１４７９、特開昭６１−１８６８７０、特開昭６１−１８６８７１号公報では、電動機単体を単体で運転した時の診断では有効な手段では有るが、電動機に減速機や軸受け等の負荷を接続した状態では、負荷電流の交流波形を高速のサンプリング機構を用いて診断するため、正常な状態での電流変化や位相変化までも異常として検出してしまうことや、高速のサンプリング機構を有するため非常に高価な装置となってしまう問題がある。
【０００８】
更に、特公平６−９５０５９号公報では、機械系を駆動する電動機の電流値と該電動機の定格電流の約８０％の上限値と約２０％の下限値とで比較する絶対値比較診断では、正常と判断される電流変化の幅は定格電流の２０％〜８０％と広いため、減速機や軸受け等の潤滑油不足による僅かな電流増加は負荷電流に埋もれてしまい検出することが出来ない上に、上限値と下限値を狭めれば正常な負荷状態での電流変化を誤って異常として検出することとなる問題点がある。
【０００９】
また、相対値比較診断においても直近の電流値を移動平均するために、ある程度のデータ数（上記従来発明ではデータ数Ｌ＝０〜３０個、サンプリング時間△Ｔ＝６秒以下）が必要となり、これは異常を検出する時間がＬ×△Ｔ÷２だけ遅れることを意味し、検出遅れを防止するためにはデータ数Ｌ又はサンプリング時間△Ｔを小さくする必要があるが、これを小さくすれば移動平均値と偏差値は限りなく得られた電流値に近づくため、異常を検出することが出来ない問題がある上に、設備の異常現象として長時間にわたって徐々に電流が増加又は減少するような場合（例えば、減速機や軸受け等の潤滑油やグリス等の減少による負荷増加）には、偏差値に基づく経時変化実績を基準とした比較では検出できない問題があるため、該従来発明が提示する効果を発揮できない以上、利用価値の高い診断方法とは言えない問題点があった。
【００１０】
更に、前述の何れの方法であっても異常を判定する基準値の決定には多大な労力を必要とする。例えば、ベルトコンベアを駆動する電動機の負荷電流によって診断する方法においては、様々なベルト長さやベルト幅を有し、多種多様な装置で構成するベルトコンベアの異常による挙動を、単なる負荷電流値の最大値、最小値及び平均値で診断することが困難である上に、診断精度を高めるためには設備状況に合った異常判定の基準値を定めることが重要であり、この基準値の決定方法は、当初は電動機の仕様や試験成績表を基に比較的に高めあるいは低めに設定し数日間運転して状況を確認し、徐々に基準値を下げるかあるいは上げるかの変更をし、更に状況をみるといった試行錯誤を繰り返すため膨大な時間と労力が必要であった。更に、ベルトコンベアに原料が載っていない時の無負荷状態と原料が載っている時の負荷状態では、スリップによる電流変化は異なるために負荷状態に応じたスリップ判定基準値を設ける必要があるといった問題点がある。
【００１１】
そこで本発明は、前記に示した従来技術の問題点を解決すべく創造されたもので、機械系を駆動する電動機の負荷電流と運転信号とで、運転開始から停止に至るまで連続的に電動機の異常診断や機械系の異常診断、更にはベルトスリップの有無の診断を安価に且つ確実に診断することができる診断装置とその方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、ゴム製又は金属製のベルトを複数の従動プーリーと一つまたは複数の駆動プーリー、該駆動プーリーを駆動する電動機からなる鉄鉱石、石炭及び土砂等を搬送するベルトコンベア群において、ベルトコンベアを駆動する電動機の電流値を電流検出器で逐一捕らえて、起動電流・起動時間検出部、安定電流検出部、ベルトスリップ検出部とスリップ検出結果の補正処理部からなる電流変化の検出機構を有し、電動機の運転信号によって各検出部を順次に切り替えることで、電動機の電流変化の挙動を運転開始から停止に至るまでの負荷状態に応じて連続的にベルトコンベアを診断する事を特徴とするベルトコンベアの設備診断装置、及び、前述の起動電流・起動時間検出部と安定電流検出部とベルトスリップ検出部で得られた過去の検出結果を測定履歴データ部に蓄積し、過去の測定値から度数分布図の作成と度数分布図から標準偏差を求め、ベルトコンベア設備の異常を判定する基準値を自動的に決定する異常判定生成部を有することを特徴とするベルトコンベアの設備診断装置、及び、ベルトコンベアを駆動する電動機の電流値を電流検出器で逐一捕らえて、起動電流・起動時間検出部でベルトを駆動した直後の電動機の電流信号を運転信号によって捕らえ、その時の最大値である起動電流と駆動電動機の仕様で決まる定格電流に達するまでの時間である起動時間を計測し、前述の異常判定生成部で決定した異常判定基準値と比較することで、電動機単体からカップリング、減速機及びベルト駆動プーリーの軸受けの設備異常を診断することを特徴とするベルトコンベアの設備診断方法、また、ベルトコンベアを駆動する電動機の電流値を電流検出器で逐一捕らえて、安定電流検出部でベルトを駆動する電動機が起動完了後のベルトに原料が載っていない無負荷状態の安定期に、電動機の電流信号を予め定めた期間の最大電流値、最小電流値及び平均電流値を計測し、前述の異常判定生成部で決定した異常判定基準値と比較することで、電動機のカップリング、減速機及びベルト駆動プーリーの軸受けの設備異常を診断することを特徴とするベルトコンベアの設備診断方法、更に、ベルトスリップ検出部でベルトと駆動プーリーがスリップした時の駆動電動機の負荷電流の急激な変化を２つの異なるフィルタ部と絶対値処理部で検出し、直近の電流値を安定電流検出部で計測した平均電流値で予め定めた補正係数を求め、２つの異なるフィルタ部と絶対値処理部で検出した結果を補正し、更にベルトスリップ検出部で得られた過去の検出結果を測定履歴データ部に蓄積し、過去の測定値から度数分布図の作成と度数分布図から標準偏差を求め、ベルトコンベア設備の異常を判定する基準値を自動的に決定する異常判定生成部で決定した異常判定基準値と比較することで、無負荷状態から負荷状態に至るまで連続的にベルトのスリップを検出することを特徴とするベルトコンベアの設備診断方法である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明は、図１及び図２に示すように、ベルト６を駆動する駆動プーリー５、該駆動プーリー５を支える軸受け４、従動プーリー７及びテンションウェイト８と、駆動プーリー５を減速機３と駆動電動機１をつなぐカップリング２を経由して駆動電動機１で駆動している構成をとるベルトコンベア９の駆動電動機１の電流信号１１を逐一捕らえ、電流変化の挙動で、駆動電動機１からカップリング２、減速機３及びベルト駆動プーリー５の軸受け４の設備異常に加え、ベルト６のスリップを運転開始から停止に至るまで連続的に診断し、異常を判定する基準値を過去の診断結果から電流値の度数分布図の作成と該分布図より偏差値を求め、これを基に判定基準値を自動的に決定し、更に負荷状態と無負荷状態においても求めた基準値を直前に実測した電流値の平均値によって補正を行なうことで、判定基準値の設定を変える事無く、連続的に診断することを特徴とするベルトコンベア診断装置１２である。
【００１４】
そのベルトコンベア診断装置１２の構成を図３に示す。ベルトを駆動する駆動電動機１の電流を電流検出器１５でとらえ、電流検出器１５からの電流信号１１をベルトコンベア診断装置１２に入力する。また、駆動電動機１の運転信号１６もベルトコンベア診断装置１２に入力し、設備診断の開始指令として使用する。入力された電流信号１１は、運転信号１６が診断条件処理部２５に入力されここで設備診断の開始指令を出力し、まず起動電流・起動時間検出部１７で起動電流値と駆動電動機１の定格電流に達するまでの起動時間を算出し、一方を異常判定処理部２３へ送り他方を測定履歴データ部２１へ送る。測定履歴データ部２１に蓄積している過去のデータを基に、異常判定値生成部２２で測定値の度数分布図の作成と標準偏差値で判定基準値を求め、その結果を異常判定処理部２３へ送り起動電流・起動時間検出部１７からの信号と比較し、正常であるか異常であるかを判定する。判定が終わると診断条件処理部２５は、次の診断を行なうべく安定電流検出部１８とベルトスリップ検出部１９に対し診断開始指令を出力する。
【００１５】
安定電流検出部１８とベルトスリップ検出部１９では、駆動電動機１の電流信号１１よりそれぞれ、安定時の平均電流、最大値及び最小値を算出、スリップ時の電流変化値を後述する方法で算出し、前述と同様に異常判定処理部２３と測定履歴データ部２１へ送り、異常判定処理部２３で異常判定値生成部２２で決定した判定基準値を基に異常判定を行なう。
【００１６】
各診断結果である異常判定処理部２３の結果は、伝送処理部２４から外部の機器である設定監視装置１４に対し伝送線１３を経由して出力する。ここで設定監視装置１４としては、異常判定生成部２３で自動的に生成される判定基準値に対し補正したり、診断条件処理部２３に対し診断条件（診断周期、診断範囲、診断方法等）を各電流信号に対して設定したり、又診断結果を表示及び蓄積する機能を有するものであれば汎用の計算機や制御装置であっても良く、伝送線１３に汎用のシリアル伝送やパラレル伝送あるいは高機能のネットワークであっても良く、これらは本発明の自由な設計範囲に属する。
【００１７】
【実施例】
図３は、本発明によるベルトコンベア診断装置１２の構成の一実施例を示した構成図である。起動電流・起動時間検出部１７では、駆動電動機１を運転すると電流信号１１と運転信号１６がベルトコンベア診断装置１２に入力され、この時の起動電流波形は図４のようになって起動電流・起動時間検出部１７に入力され、起動電流・起動時間検出部１７で起動電流Ｉs 及び起動時間Ｔs を計測する。起動電流Ｉs は、起動直後の電流値であって駆動電動機１に接続される負荷（減速機３、軸受け４、駆動プーリー５、ベルト６等）の影響を受けず、駆動電動機１が持つ固有の電気的特性によって一義的に決まるため、この起動電流Ｉs の値を診断することで、電動機単体の診断（一次捲線や二次捲線の断線や短絡等の異常診断）が可能となる。又、起動電流Ｉs が流れた後は、駆動電動機１の特性に加え負荷状態に従って電流が低下し、駆動電動機１の定格電流Ｉt に達するまでの起動時間Ｔs を計測する。この起動時間Ｔs は、負荷の状態によって変化するため、起動時間Ｔs を診断することによって起動時における負荷側の異常を捕らえることが出来る。例えば、カップリング２が外れた場合などでは駆動電動機１の負荷が減少するため起動時間はＴs ′のように短くなり、減速機３や軸受け４の潤滑油やグリスが不足している時などは、駆動電動機１の負荷が増加するために起動時間はＴs ″のように長くなる。起動電流・起動時間検出部１７で計測した値（起動電流Ｉs 、起動時間Ｔs ）を異常判定処理部２３にて正常であるか異常であるかを、後述する異常判定値生成部２２で決定した判定基準値と比較して判定を行なう。
【００１８】
運転信号１６を入力して起動電流・起動時間検出部１７の計測信号についての異常判定処理部２３での判定が完了すると、診断条件処理部２５より予め定めた遅延時間Ｔd （これは、起動電流・起動時間検出部１７では運転信号１６の導通状態から電流信号１１が駆動電動機１の定格電流Ｉt に達するまでで処理を完了するが、駆動電動機１の無負荷状態での電流は定格電流Ｉt より遥かに小さいために設けるものであり、通常は１０〜３０秒が望ましい）後に、診断開始指令が安定電流検出部１８とベルトスリップ検出部１９に送られてくる。この信号を持って安定電流検出部１８では、図４のように電流信号１１に対し予め定めた一定周期（通常は１〜２秒）の最大値Ｉmax 、最小値Ｉmin 、平均値Ｉave を算出する。
【００１９】
駆動電動機１の起動直後の無負荷電流は、通常ベルトコンベア上に原料が載っていない状態であり、原料による負荷変動を受けず安定していることから、平均値Ｉave の値を診断することで、運転時における駆動電動機１を含む駆動電動機１に接続された負荷（減速機３、軸受け４、駆動プーリー５、ベルト６等）の異常を診断することが出来る。例えば、カップリング２が外れた場合などでは駆動電動機１の負荷が減少するため平均値はＩave ′のように小さくなり、減速機３や軸受け４の潤滑油やグリスが不足している時などは、駆動電動機１の負荷が増加するために起動時間はＩave ″のように大きくなる。安定電流検出部１８で算出した値（最大値Ｉmax 、最小値Ｉmin 、平均値Ｉave ）を異常判定処理部２３にて正常であるか異常であるかを後述する異常判定値生成部２２で決定した判定基準値と比較して判定を行なう。
【００２０】
ベルトコンベア９がスリップすることは、とりもなおさず駆動プーリー５とベルト６との摩擦係数が外部からの粉塵や雨等の侵入で減少することで駆動プーリー５が一時的に空転するものであり、この結果として駆動プーリー５を駆動する駆動電動機１の負荷が減少するため、駆動電動機１の負荷電流が急激に減少することになる。従って、駆動電動機１の電流信号１１の急激な変動を検出すれば良いことになり、その検出方法をベルトスリップ検出部１９の内部構成を示す図５で説明する。
【００２１】
図５において、一次フィルタ部１９ａで電流信号１１の高周波成分を抽出した後で絶対値処理部１９ｂにて絶対値を求める。この信号には高周波成分の外乱ノイズも含まれるため、二次フィルタ部１９ｃで除去する事で出力信号２６を得る。この時点で電流信号１１のスリップ状態である急峻な電流変化を抽出することが出来るが、図６に示すようにベルト６に原料が載っていない無負荷状態でのスリップ現象（ａ）と原料が載っている負荷状態でのスリップ現象（ｂ）では、同じスリップが発生しても抽出した電流の大きさが異なってしまうため、異常判定処理部２３で一つの判定基準値でスリップを検出することが出来ないことになる。これは、スリップ現象（ａ）では駆動電動機１の負荷電流が減速機３、軸受け４、駆動プーリー５にベルト６の負荷が加わったもので、スリップ状態においては、ベルト６の分だけ負荷が軽減することであり、スリップ状態（ｂ）においては、ベルト６に原料の負荷の分が加わるため大きな電流変化となって現れるためである。
【００２２】
これを解決するため本発明では、補正処理部２０にて図７に示すような補正係数Ｋを予め定めておき、安定電流検出部１８の平均電流Ｉave の結果で二次フィルタ部１９ｃの出力２６に下記のように補正をかける。
Ｉslip＝Ｉfo×Ｋ
ここで、Ｉslipは補正処理部２０の出力信号２７であり、Ｉfoは二次フィルタ部１９ｃの出力信号２６であり、Ｋは補正係数であって、図７のグラフのように駆動電動機１の試験成績表等を用いて予め作成しておくものであるが、例えば、駆動電動機１の仕様が定格電流が９０Ａで無負荷電流が３０Ａあれば、駆動電動機１に異常が無ければ、無負荷電流を下回ることが無いので、０〜３０ＡまでをＫ＝３とし、６０Ａ（定格電流の２倍を目安）〜９０ＡまでをＫ＝１となるように決定すれば良い。又、補正係数Ｋの最大値は、駆動電動機１の無負荷電流値に対する定格電流値の倍率を目安に設定をすれば良い。この方法で補正を行なえば、出力信号２６は図６の出力信号２７のようになり、これを異常判定処理部２３にて正常であるか異常であるかを後述する異常判定値生成部２２で決定した判定基準値と比較して判定を行なうが、この判定基準値は、ベルトコンベア９の負荷状態及び無負荷状態に関わらず一つの基準値で判定が出来るようになる。
【００２３】
ところでこの様な設備診断装置において、各検出部（起動電流・起動時間検出部１７、安定電流検出部１８）及び補正処理部２０にて計測及び算出した値に対し、異常を判定する基準値を定め比較する方法では、判定基準値の設定によって診断精度に大きく影響を及ぼすことになり、基準値の決定には前述したように困難を極めるうえに、ベルトコンベア診断装置１２の診断周期（通常１０ms〜４０ms）によって、駆動電動機１の電流信号１１の計測値にバラツキが生じることになる。
【００２４】
従って、本発明では、各検出部（起動電流・起動時間検出部１７、安定電流検出部１８）及び補正処理部２０から得られた値を測定履歴データ部２１に蓄積し、異常判定値生成部２２にて測定履歴データ部２１の値を基に度数分布及び標準偏差をもとめ判定基準を作成する。例えば、起動電流Ｉs の判定基準を決定する方法では、図８に示す様に測定履歴データ部２１に起動電流・起動時間検出部１７によって過去ｎ回（ベルトコンベア９の機器構成にもよるが、基準値の演算精度の確保とベルトコンベア診断装置１２の記憶容量からｎ：２００〜３００回分が良い）計測した起動電流Ｉs(0)、Ｉs(1)、Ｉs(2)、・・・、Ｉs(n-1)、Ｉs(n)を蓄積し、異常判定値生成部２２において度数分布から平均値Ｉs(ave)及び標準偏差σを求め、これより判定基準値を例えばＩs(ave)＋３σとＩs(ave)−３σで異常注意警報（軽故障）とし、Ｉs(ave)＋４σとＩs(ave)−４σで設備異常警報（重故障）と決定し、異常判定処理部２３へ送り起動電流・起動時間検出部１７の計測値Ｉs と比較する。ここで平均値Ｉs(ave)の３σ及び４σを基準としているが、駆動電動機１の特性によって調整すれば良く、これは本発明の自由な設計範囲である。
【００２５】
これと同様にして、起動電流・起動時間検出部１７の起動時間Ｔs についても、過去のデータを基に度数分布図を作成し、標準偏差値を求めることで異常判定基準値を自動的に作成することが出来る。又、安定電流検出部１８及び補正処理部２０からの値に対しても、同様に求めることが出来る。その一例として、スリップ判定基準値の決定方法について図９を用いて説明する。複数のベルトコンベア９で構成されるベルトコンベア群１０の駆動電動機１の電流信号１１と運転信号１６を、図２のようにベルトコンベア診断装置１２に入力し、電流信号１１がａのような変化に対してベルトスリップ検出部１９及び補正処理部２０で抽出したスリップ信号が補正処理部２０の出力信号２７としてｂのようになる。測定履歴データ部２１より出力信号２７と過去のデータを基に異常判定値生成部２２で度数分布図を作成しｃを得る。これより標準偏差を求め判定基準値１７Ａを算出し異常判定処理部２３でスリップ判定を行なうことになる。これによって、無負荷状態から負荷状態に至るまで連続的に同一の判定基準で異常の検出が可能となる。
【００２６】
尚、各検出部（起動電流・起動時間検出部１７、安定電流検出部１８）及び補正処理部２０から得られた値を測定履歴データ部２１にて蓄積し、異常判定値生成部２２にて測定履歴データ部２１の値を基に度数分布及び標準偏差をもとめ判定基準を作成するが、測定履歴データ部２１に蓄積するデータ数を起動電流Ｉs の場合に過去の連続したｎ回のデータ数として説明していたが、必ずしも連続したデータ数である必要はない。これは、例えばスリップ判定基準値の決定時には電流信号１１をベルトコンベア診断装置１２に取り込む周期を１０msとし、データ数ｎ＝３００とすると、補正処理部２０の出力信号２７によって異常判定基準値を決定するために参照する過去の実績時間が３ｓと短く、必ずしも過去の運転履歴を参照したことにならず有効な判定基準が作成できない。特に、安定電流検出部１８及び補正処理部２０からの値に対しては、運転時間が長時間にわたるためなおさら、有効性を失うことになる。
【００２７】
しかし、本発明の意図するところは、各検出部（起動電流・起動時間検出部１７、安定電流検出部１８）及び補正処理部２０で得られた過去のデータを細分化した出現回数を度数分布図として現し、そのバラツキである標準偏差を求める統計的手法であるから、得られた過去の連続したデータは母集団として考えると、その母集団から無作為にデータをサンプリングして偏差値を求めれば良いことになり、必ずしも連続したデータを必要としない。この具体的な方法としては、各検出部（起動電流・起動時間検出部１７、安定電流検出部１８）及び補正処理部２０で得られたデータに対し、例えば０〜１の数字をランダムに生成する乱数発生器を用いて、乱数発生器の数値が０．９以上の時だけ測定履歴データ部２１に蓄積する方法や、長時間タイマー（例えば１０〜９０分）にて定期的に測定履歴データ部２１に蓄積する方法があり、これによって測定履歴データ部２１に蓄積されたデータ数ｎで判定基準値を求めれば、過去の長期間の運転履歴を参照した有効性の高い基準値を求めることが出来る。
【００２８】
又、前述の説明において異常判定値生成部２２にて測定履歴データ部２１の値を基に、度数分布及び標準偏差をもとめ判定基準を作成するとしたが、度数分布図は精密な異常判定を行なうために有効であるが必ず必要なものではなく、得られた過去のデータｎから直接偏差値をもとめ判定基準値を決定しても良い。これらは本発明の自由な設計範囲であって、各検出部（起動電流・起動時間検出部１７、安定電流検出部１８）及び補正処理部２０で得られた過去の長期間の履歴データを母集団とし、その中からｎ個のデータを採取し、そのバラツキである偏差値を求めるものであれば良い。
【００２９】
【発明の効果】
以上の如く本発明は、駆動電動機の電流信号と運転信号を入力し、得られた電流信号の挙動を各部の検出部（起動電流・起動時間検出部、安定電流検出部、ベルトスリップ検出部）で診断し、診断結果を起動電流・起動時間検出部、安定電流検出部及び補正処理部の過去の履歴データを基に度数分布図及び標準偏差を求め、異常判定基準値を自動的に生成することでベルトコンベア群の設備診断を行い、又、補正処理部ではベルトスリップ検出部の検出値を安定電流検出部の検出値である平均値によって補正をかけることで、無負荷状態から負荷状態に至るまで連続的に同一の判定基準を用いて診断が可能であることから、異常判定の基準値を容易に決定する事ができる上に、機械の診断対象個所に多数の検出器（振動計、回転検出器、ベルト速度計等）を設定する必要が無い事や、診断の処理が簡単なことから安価に多数のベルトコンベアの設備異常を診断することが出来るため、鉄鋼業等の鉄鉱石や石炭等の原料を運搬するベルトコンベア群の設備診断に広く応用することが出来る。更に、診断対象を少なくする、例えば診断点数を１６点に限定することで、該診断装置の処理能力を低く設計できることから、低価格の小型診断装置として製作が可能であり、可搬型にすることで機動性の高い診断装置を作ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】ベルトコンベアの機器構成の一例を示した構成図である。
【図２】本発明によるベルトコンベア群の設備診断を行なう一例を示した構成図である。
【図３】本発明によるベルトコンベア設備診断装置の構成の一例を示した構成図である。
【図４】本発明による起動時と安定期の診断方法を説明する電流波形図である。
【図５】本発明によるベルトスリップ検出のフローを説明する構成図である。
【図６】本発明によるベルトスリップ検出方法の説明する電流波形図である。
【図７】本発明によるベルトスリップ検出における補正方法の一例を説明する図である。
【図８】本発明による異常判定基準値を決定する方法の一例を説明する構成図である。
【図９】本発明による実施例の一例を示した電流波形図である。
【符号の説明】
１ 駆動電動機 ２ カップリング
３ 減速機 ４ 軸受け
５ 駆動プーリー ６ ベルト
７ 従動プーリー ８ テンションウェイト
９ ベルトコンベア １０ ベルトコンベア群
１１ 電流信号 １２ ベルトコンベア診断装置
１３ 伝送線 １４ 設定監視装置
１５ 電流検出器 １６ 運転信号
１７ 起動電流・起動時間検出部 １８ 安定電流検出部
１９ ベルトスリップ検出部 ２０ 補正処理部
２１ 測定履歴データ部 ２２ 異常判定値生成部
２３ 異常判定処理部 ２４ 伝送処理部
２５ 診断条件処理部 ２６ 出力信号
２７ 出力信号
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゴム製又は金属製のベルトを複数の従動プーリーと一つまたは複数の駆動プーリー、駆動プーリーを駆動する電動機からなる鉄鉱石、石炭及び土砂や穀物等を搬送するベルトコンベア群の電動機及び機械駆動系の設備を診断する方法及び診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のベルトコンベア群の設備診断方法としては以下の方法があった。
（１）産業機械の設備異常を診断する方法としては、各種の検出器を診断対象個所に多数設置し、該検出器より得られた信号を処理することで異常を検出し診断する方法があった。
例えば、軸受けの異常（ベアリングの破損、焼き付き、負荷回転体の偏芯等）を診断するために軸受け部に振動検出器を設置し、振動周波数及び振幅の挙動によって異常の診断をする方法やベルトスリップ検出においては、ベルトの速度を測定する速度検出器を設置し速度低下によって検出する方法と、従動プーリーの回転数を計測する検出器を設置し回転数低下によって検出する方法があった。
【０００３】
（２）また、多数の設備診断用検出器に取って代わって駆動電動機の電流信号を取り出し、該電流値の最大値、最小値、平均値等を求め予め設定した値と比較し、異常の判定を行なう方法や、電流の変化率を検出し予め設定した値と比較し異常を判定する方法があった。
【０００４】
例えば、ベルトスリップ検出においては、ベルトを駆動する電動機の電流値の高周波成分を移動平均を用いて抽出し、予め設定した基準値と比較しスリップを検出する方法や、無負荷時の電流値を電動機の回転数によって補正することで異常を検出する特開昭５２−１４３８５６号公報や、電動機の交流電流波形を周波数解析又は位相差を検出して異常を判定する特開昭６１−１５１４７７、特開昭６１−１５１４７８、特開昭６１−１５１４７９号公報、あるいは電流波形の位相及び振幅の不平衡率を求め異常を診断する特開昭６１−１８６８７０、特開昭６１−１８６８７１号公報があり、更には機械系を駆動する電動機の電流を検出し、得られた電流値に対し固定の上限及び下限設定値とで比較する絶対値比較診断によって異常判定する方法と、電流信号の直近の移動平均値と偏差値に基づく経時変化実績を基準として比較する相対値比較診断によって異常判定する特公平６−９５０５９号公報などが開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これら従来の方法のうち、各種の検出器を設置した従来の設備診断方法では、検出器を診断対象個所に直接設置するため診断精度が高い反面、多数の高価な検出器を現場に設置するため、該検出器の保守整備に膨大な労力を必要とし、検出精度を一定に維持することが困難であった。
【０００６】
又、移動平均を用いたベルトスリップ検出方法では、ベルトコンベアに載る原料の変化によって負荷電流が変動するが、この変動周期は５〜２０秒であるためスリップ状態による電流変化と識別する為には、移動平均する時間を１０〜２０秒で行なう必要がある。そのためスリップが発生しても、異常を検出するのに５〜１０秒の遅れが生じてしまう欠点がある。
【０００７】
機械を駆動する電動機の負荷電流によって診断する方法である特開昭５２−１４３８５６号公報では、設備異常を診断するために高価な回転検出器が必要であり、検出器の維持管理も必要となる等の問題がある。又、特開昭６１−１５１４７７、特開昭６１−１５１４７８、特開昭６１−１５１４７９、特開昭６１−１８６８７０、特開昭６１−１８６８７１号公報では、電動機単体を単体で運転した時の診断では有効な手段では有るが、電動機に減速機や軸受け等の負荷を接続した状態では、負荷電流の交流波形を高速のサンプリング機構を用いて診断するため、正常な状態での電流変化や位相変化までも異常として検出してしまうことや、高速のサンプリング機構を有するため非常に高価な装置となってしまう問題がある。
【０００８】
更に、特公平６−９５０５９号公報では、機械系を駆動する電動機の電流値と該電動機の定格電流の約８０％の上限値と約２０％の下限値とで比較する絶対値比較診断では、正常と判断される電流変化の幅は定格電流の２０％〜８０％と広いため、減速機や軸受け等の潤滑油不足による僅かな電流増加は負荷電流に埋もれてしまい検出することが出来ない上に、上限値と下限値を狭めれば正常な負荷状態での電流変化を誤って異常として検出することとなる問題点がある。
【０００９】
また、相対値比較診断においても直近の電流値を移動平均するために、ある程度のデータ数（上記従来発明ではデータ数Ｌ＝０〜３０個、サンプリング時間△Ｔ＝６秒以下）が必要となり、これは異常を検出する時間がＬ×△Ｔ÷２だけ遅れることを意味し、検出遅れを防止するためにはデータ数Ｌ又はサンプリング時間△Ｔを小さくする必要があるが、これを小さくすれば移動平均値と偏差値は限りなく得られた電流値に近づくため、異常を検出することが出来ない問題がある上に、設備の異常現象として長時間にわたって徐々に電流が増加又は減少するような場合（例えば、減速機や軸受け等の潤滑油やグリス等の減少による負荷増加）には、偏差値に基づく経時変化実績を基準とした比較では検出できない問題があるため、該従来発明が提示する効果を発揮できない以上、利用価値の高い診断方法とは言えない問題点があった。
【００１０】
更に、前述の何れの方法であっても異常を判定する基準値の決定には多大な労力を必要とする。例えば、ベルトコンベアを駆動する電動機の負荷電流によって診断する方法においては、様々なベルト長さやベルト幅を有し、多種多様な装置で構成するベルトコンベアの異常による挙動を、単なる負荷電流値の最大値、最小値及び平均値で診断することが困難である上に、診断精度を高めるためには設備状況に合った異常判定の基準値を定めることが重要であり、この基準値の決定方法は、当初は電動機の仕様や試験成績表を基に比較的に高めあるいは低めに設定し数日間運転して状況を確認し、徐々に基準値を下げるかあるいは上げるかの変更をし、更に状況をみるといった試行錯誤を繰り返すため膨大な時間と労力が必要であった。更に、ベルトコンベアに原料が載っていない時の無負荷状態と原料が載っている時の負荷状態では、スリップによる電流変化は異なるために負荷状態に応じたスリップ判定基準値を設ける必要があるといった問題点がある。
【００１１】
そこで本発明は、前記に示した従来技術の問題点を解決すべく創造されたもので、機械系を駆動する電動機の負荷電流と運転信号とで、運転開始から停止に至るまで連続的に電動機の異常診断や機械系の異常診断、更にはベルトスリップの有無の診断を安価に且つ確実に診断することができる診断装置とその方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、ゴム製又は金属製のベルトを複数の従動プーリーと一つまたは複数の駆動プーリー、該駆動プーリーを駆動する電動機からなる鉄鉱石、石炭及び土砂等を搬送するベルトコンベア群において、ベルトコンベアを駆動する電動機の電流値を電流検出器で逐一捕らえて、起動電流・起動時間検出部、安定電流検出部、ベルトスリップ検出部とスリップ検出結果の補正処理部からなる電流変化の検出機構を有し、電動機の運転信号によって各検出部を順次に切り替えることで、電動機の電流変化の挙動を運転開始から停止に至るまでの負荷状態に応じて連続的にベルトコンベアを診断する事を特徴とするベルトコンベアの設備診断装置、及び、前述の起動電流・起動時間検出部と安定電流検出部とベルトスリップ検出部で得られた過去の検出結果を測定履歴データ部に蓄積し、過去の測定値から度数分布図の作成と度数分布図から標準偏差を求め、ベルトコンベア設備の異常を判定する基準値を自動的に決定する異常判定生成部を有することを特徴とするベルトコンベアの設備診断装置、及び、ベルトコンベアを駆動する電動機の電流値を電流検出器で逐一捕らえて、起動電流・起動時間検出部でベルトを駆動した直後の電動機の電流信号を運転信号によって捕らえ、その時の最大値である起動電流と駆動電動機の仕様で決まる定格電流に達するまでの時間である起動時間を計測し、前述の異常判定生成部で決定した異常判定基準値と比較することで、電動機単体からカップリング、減速機及びベルト駆動プーリーの軸受けの設備異常を診断することを特徴とするベルトコンベアの設備診断方法、また、ベルトコンベアを駆動する電動機の電流値を電流検出器で逐一捕らえて、安定電流検出部でベルトを駆動する電動機が起動完了後のベルトに原料が載っていない無負荷状態の安定期に、電動機の電流信号を予め定めた期間の最大電流値、最小電流値及び平均電流値を計測し、前述の異常判定生成部で決定した異常判定基準値と比較することで、電動機のカップリング、減速機及びベルト駆動プーリーの軸受けの設備異常を診断することを特徴とするベルトコンベアの設備診断方法、更に、ベルトスリップ検出部でベルトと駆動プーリーがスリップした時の駆動電動機の負荷電流の急激な変化を２つの異なるフィルタ部と絶対値処理部で検出し、直近の電流値を安定電流検出部で計測した平均電流値で予め定めた補正係数を求め、２つの異なるフィルタ部と絶対値処理部で検出した結果を補正し、更にベルトスリップ検出部で得られた過去の検出結果を測定履歴データ部に蓄積し、過去の測定値から度数分布図の作成と度数分布図から標準偏差を求め、ベルトコンベア設備の異常を判定する基準値を自動的に決定する異常判定生成部で決定した異常判定基準値と比較することで、無負荷状態から負荷状態に至るまで連続的にベルトのスリップを検出することを特徴とするベルトコンベアの設備診断方法である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明は、図１及び図２に示すように、ベルト６を駆動する駆動プーリー５、該駆動プーリー５を支える軸受け４、従動プーリー７及びテンションウェイト８と、駆動プーリー５を減速機３と駆動電動機１をつなぐカップリング２を経由して駆動電動機１で駆動している構成をとるベルトコンベア９の駆動電動機１の電流信号１１を逐一捕らえ、電流変化の挙動で、駆動電動機１からカップリング２、減速機３及びベルト駆動プーリー５の軸受け４の設備異常に加え、ベルト６のスリップを運転開始から停止に至るまで連続的に診断し、異常を判定する基準値を過去の診断結果から電流値の度数分布図の作成と該分布図より偏差値を求め、これを基に判定基準値を自動的に決定し、更に負荷状態と無負荷状態においても求めた基準値を直前に実測した電流値の平均値によって補正を行なうことで、判定基準値の設定を変える事無く、連続的に診断することを特徴とするベルトコンベア診断装置１２である。
【００１４】
そのベルトコンベア診断装置１２の構成を図３に示す。ベルトを駆動する駆動電動機１の電流を電流検出器１５でとらえ、電流検出器１５からの電流信号１１をベルトコンベア診断装置１２に入力する。また、駆動電動機１の運転信号１６もベルトコンベア診断装置１２に入力し、設備診断の開始指令として使用する。入力された電流信号１１は、運転信号１６が診断条件処理部２５に入力されここで設備診断の開始指令を出力し、まず起動電流・起動時間検出部１７で起動電流値と駆動電動機１の定格電流に達するまでの起動時間を算出し、一方を異常判定処理部２３へ送り他方を測定履歴データ部２１へ送る。測定履歴データ部２１に蓄積している過去のデータを基に、異常判定値生成部２２で測定値の度数分布図の作成と標準偏差値で判定基準値を求め、その結果を異常判定処理部２３へ送り起動電流・起動時間検出部１７からの信号と比較し、正常であるか異常であるかを判定する。判定が終わると診断条件処理部２５は、次の診断を行なうべく安定電流検出部１８とベルトスリップ検出部１９に対し診断開始指令を出力する。
【００１５】
安定電流検出部１８とベルトスリップ検出部１９では、駆動電動機１の電流信号１１よりそれぞれ、安定時の平均電流、最大値及び最小値を算出、スリップ時の電流変化値を後述する方法で算出し、前述と同様に異常判定処理部２３と測定履歴データ部２１へ送り、異常判定処理部２３で異常判定値生成部２２で決定した判定基準値を基に異常判定を行なう。
【００１６】
各診断結果である異常判定処理部２３の結果は、伝送処理部２４から外部の機器である設定監視装置１４に対し伝送線１３を経由して出力する。ここで設定監視装置１４としては、異常判定生成部２３で自動的に生成される判定基準値に対し補正したり、診断条件処理部２３に対し診断条件（診断周期、診断範囲、診断方法等）を各電流信号に対して設定したり、又診断結果を表示及び蓄積する機能を有するものであれば汎用の計算機や制御装置であっても良く、伝送線１３に汎用のシリアル伝送やパラレル伝送あるいは高機能のネットワークであっても良く、これらは本発明の自由な設計範囲に属する。
【００１７】
【実施例】
図３は、本発明によるベルトコンベア診断装置１２の構成の一実施例を示した構成図である。起動電流・起動時間検出部１７では、駆動電動機１を運転すると電流信号１１と運転信号１６がベルトコンベア診断装置１２に入力され、この時の起動電流波形は図４のようになって起動電流・起動時間検出部１７に入力され、起動電流・起動時間検出部１７で起動電流Ｉs 及び起動時間Ｔs を計測する。起動電流Ｉs は、起動直後の電流値であって駆動電動機１に接続される負荷（減速機３、軸受け４、駆動プーリー５、ベルト６等）の影響を受けず、駆動電動機１が持つ固有の電気的特性によって一義的に決まるため、この起動電流Ｉs の値を診断することで、電動機単体の診断（一次捲線や二次捲線の断線や短絡等の異常診断）が可能となる。又、起動電流Ｉs が流れた後は、駆動電動機１の特性に加え負荷状態に従って電流が低下し、駆動電動機１の定格電流Ｉt に達するまでの起動時間Ｔs を計測する。この起動時間Ｔs は、負荷の状態によって変化するため、起動時間Ｔs を診断することによって起動時における負荷側の異常を捕らえることが出来る。例えば、カップリング２が外れた場合などでは駆動電動機１の負荷が減少するため起動時間はＴs ′のように短くなり、減速機３や軸受け４の潤滑油やグリスが不足している時などは、駆動電動機１の負荷が増加するために起動時間はＴs ″のように長くなる。起動電流・起動時間検出部１７で計測した値（起動電流Ｉs 、起動時間Ｔs ）を異常判定処理部２３にて正常であるか異常であるかを、後述する異常判定値生成部２２で決定した判定基準値と比較して判定を行なう。
【００１８】
運転信号１６を入力して起動電流・起動時間検出部１７の計測信号についての異常判定処理部２３での判定が完了すると、診断条件処理部２５より予め定めた遅延時間Ｔd （これは、起動電流・起動時間検出部１７では運転信号１６の導通状態から電流信号１１が駆動電動機１の定格電流Ｉt に達するまでで処理を完了するが、駆動電動機１の無負荷状態での電流は定格電流Ｉt より遥かに小さいために設けるものであり、通常は１０〜３０秒が望ましい）後に、診断開始指令が安定電流検出部１８とベルトスリップ検出部１９に送られてくる。この信号を持って安定電流検出部１８では、図４のように電流信号１１に対し予め定めた一定周期（通常は１〜２秒）の最大値Ｉmax 、最小値Ｉmin 、平均値Ｉave を算出する。
【００１９】
駆動電動機１の起動直後の無負荷電流は、通常ベルトコンベア上に原料が載っていない状態であり、原料による負荷変動を受けず安定していることから、平均値Ｉave の値を診断することで、運転時における駆動電動機１を含む駆動電動機１に接続された負荷（減速機３、軸受け４、駆動プーリー５、ベルト６等）の異常を診断することが出来る。例えば、カップリング２が外れた場合などでは駆動電動機１の負荷が減少するため平均値はＩave ′のように小さくなり、減速機３や軸受け４の潤滑油やグリスが不足している時などは、駆動電動機１の負荷が増加するために起動時間はＩave ″のように大きくなる。安定電流検出部１８で算出した値（最大値Ｉmax 、最小値Ｉmin 、平均値Ｉave ）を異常判定処理部２３にて正常であるか異常であるかを後述する異常判定値生成部２２で決定した判定基準値と比較して判定を行なう。
【００２０】
ベルトコンベア９がスリップすることは、とりもなおさず駆動プーリー５とベルト６との摩擦係数が外部からの粉塵や雨等の侵入で減少することで駆動プーリー５が一時的に空転するものであり、この結果として駆動プーリー５を駆動する駆動電動機１の負荷が減少するため、駆動電動機１の負荷電流が急激に減少することになる。従って、駆動電動機１の電流信号１１の急激な変動を検出すれば良いことになり、その検出方法をベルトスリップ検出部１９の内部構成を示す図５で説明する。
【００２１】
図５において、一次フィルタ部１９ａで電流信号１１の高周波成分を抽出した後で絶対値処理部１９ｂにて絶対値を求める。この信号には高周波成分の外乱ノイズも含まれるため、二次フィルタ部１９ｃで除去する事で出力信号２６を得る。この時点で電流信号１１のスリップ状態である急峻な電流変化を抽出することが出来るが、図６に示すようにベルト６に原料が載っていない無負荷状態でのスリップ現象（ａ）と原料が載っている負荷状態でのスリップ現象（ｂ）では、同じスリップが発生しても抽出した電流の大きさが異なってしまうため、異常判定処理部２３で一つの判定基準値でスリップを検出することが出来ないことになる。これは、スリップ現象（ａ）では駆動電動機１の負荷電流が減速機３、軸受け４、駆動プーリー５にベルト６の負荷が加わったもので、スリップ状態においては、ベルト６の分だけ負荷が軽減することであり、スリップ状態（ｂ）においては、ベルト６に原料の負荷の分が加わるため大きな電流変化となって現れるためである。
【００２２】
これを解決するため本発明では、補正処理部２０にて図７に示すような補正係数Ｋを予め定めておき、安定電流検出部１８の平均電流Ｉave の結果で二次フィルタ部１９ｃの出力２６に下記のように補正をかける。
Ｉslip＝Ｉfo×Ｋ
ここで、Ｉslipは補正処理部２０の出力信号２７であり、Ｉfoは二次フィルタ部１９ｃの出力信号２６であり、Ｋは補正係数であって、図７のグラフのように駆動電動機１の試験成績表等を用いて予め作成しておくものであるが、例えば、駆動電動機１の仕様が定格電流が９０Ａで無負荷電流が３０Ａあれば、駆動電動機１に異常が無ければ、無負荷電流を下回ることが無いので、０〜３０ＡまでをＫ＝３とし、６０Ａ（定格電流の２倍を目安）〜９０ＡまでをＫ＝１となるように決定すれば良い。又、補正係数Ｋの最大値は、駆動電動機１の無負荷電流値に対する定格電流値の倍率を目安に設定をすれば良い。この方法で補正を行なえば、出力信号２６は図６の出力信号２７のようになり、これを異常判定処理部２３にて正常であるか異常であるかを後述する異常判定値生成部２２で決定した判定基準値と比較して判定を行なうが、この判定基準値は、ベルトコンベア９の負荷状態及び無負荷状態に関わらず一つの基準値で判定が出来るようになる。
【００２３】
ところでこの様な設備診断装置において、各検出部（起動電流・起動時間検出部１７、安定電流検出部１８）及び補正処理部２０にて計測及び算出した値に対し、異常を判定する基準値を定め比較する方法では、判定基準値の設定によって診断精度に大きく影響を及ぼすことになり、基準値の決定には前述したように困難を極めるうえに、ベルトコンベア診断装置１２の診断周期（通常１０ms〜４０ms）によって、駆動電動機１の電流信号１１の計測値にバラツキが生じることになる。
【００２４】
従って、本発明では、各検出部（起動電流・起動時間検出部１７、安定電流検出部１８）及び補正処理部２０から得られた値を測定履歴データ部２１に蓄積し、異常判定値生成部２２にて測定履歴データ部２１の値を基に度数分布及び標準偏差をもとめ判定基準を作成する。例えば、起動電流Ｉs の判定基準を決定する方法では、図８に示す様に測定履歴データ部２１に起動電流・起動時間検出部１７によって過去ｎ回（ベルトコンベア９の機器構成にもよるが、基準値の演算精度の確保とベルトコンベア診断装置１２の記憶容量からｎ：２００〜３００回分が良い）計測した起動電流Ｉs(0)、Ｉs(1)、Ｉs(2)、・・・、Ｉs(n-1)、Ｉs(n)を蓄積し、異常判定値生成部２２において度数分布から平均値Ｉs(ave)及び標準偏差σを求め、これより判定基準値を例えばＩs(ave)＋３σとＩs(ave)−３σで異常注意警報（軽故障）とし、Ｉs(ave)＋４σとＩs(ave)−４σで設備異常警報（重故障）と決定し、異常判定処理部２３へ送り起動電流・起動時間検出部１７の計測値Ｉs と比較する。ここで平均値Ｉs(ave)の３σ及び４σを基準としているが、駆動電動機１の特性によって調整すれば良く、これは本発明の自由な設計範囲である。
【００２５】
これと同様にして、起動電流・起動時間検出部１７の起動時間Ｔs についても、過去のデータを基に度数分布図を作成し、標準偏差値を求めることで異常判定基準値を自動的に作成することが出来る。又、安定電流検出部１８及び補正処理部２０からの値に対しても、同様に求めることが出来る。その一例として、スリップ判定基準値の決定方法について図９を用いて説明する。複数のベルトコンベア９で構成されるベルトコンベア群１０の駆動電動機１の電流信号１１と運転信号１６を、図２のようにベルトコンベア診断装置１２に入力し、電流信号１１がａのような変化に対してベルトスリップ検出部１９及び補正処理部２０で抽出したスリップ信号が補正処理部２０の出力信号２７としてｂのようになる。測定履歴データ部２１より出力信号２７と過去のデータを基に異常判定値生成部２２で度数分布図を作成しｃを得る。これより標準偏差を求め判定基準値１７Ａを算出し異常判定処理部２３でスリップ判定を行なうことになる。これによって、無負荷状態から負荷状態に至るまで連続的に同一の判定基準で異常の検出が可能となる。
【００２６】
尚、各検出部（起動電流・起動時間検出部１７、安定電流検出部１８）及び補正処理部２０から得られた値を測定履歴データ部２１にて蓄積し、異常判定値生成部２２にて測定履歴データ部２１の値を基に度数分布及び標準偏差をもとめ判定基準を作成するが、測定履歴データ部２１に蓄積するデータ数を起動電流Ｉs の場合に過去の連続したｎ回のデータ数として説明していたが、必ずしも連続したデータ数である必要はない。これは、例えばスリップ判定基準値の決定時には電流信号１１をベルトコンベア診断装置１２に取り込む周期を１０msとし、データ数ｎ＝３００とすると、補正処理部２０の出力信号２７によって異常判定基準値を決定するために参照する過去の実績時間が３ｓと短く、必ずしも過去の運転履歴を参照したことにならず有効な判定基準が作成できない。特に、安定電流検出部１８及び補正処理部２０からの値に対しては、運転時間が長時間にわたるためなおさら、有効性を失うことになる。
【００２７】
しかし、本発明の意図するところは、各検出部（起動電流・起動時間検出部１７、安定電流検出部１８）及び補正処理部２０で得られた過去のデータを細分化した出現回数を度数分布図として現し、そのバラツキである標準偏差を求める統計的手法であるから、得られた過去の連続したデータは母集団として考えると、その母集団から無作為にデータをサンプリングして偏差値を求めれば良いことになり、必ずしも連続したデータを必要としない。この具体的な方法としては、各検出部（起動電流・起動時間検出部１７、安定電流検出部１８）及び補正処理部２０で得られたデータに対し、例えば０〜１の数字をランダムに生成する乱数発生器を用いて、乱数発生器の数値が０．９以上の時だけ測定履歴データ部２１に蓄積する方法や、長時間タイマー（例えば１０〜９０分）にて定期的に測定履歴データ部２１に蓄積する方法があり、これによって測定履歴データ部２１に蓄積されたデータ数ｎで判定基準値を求めれば、過去の長期間の運転履歴を参照した有効性の高い基準値を求めることが出来る。
【００２８】
又、前述の説明において異常判定値生成部２２にて測定履歴データ部２１の値を基に、度数分布及び標準偏差をもとめ判定基準を作成するとしたが、度数分布図は精密な異常判定を行なうために有効であるが必ず必要なものではなく、得られた過去のデータｎから直接偏差値をもとめ判定基準値を決定しても良い。これらは本発明の自由な設計範囲であって、各検出部（起動電流・起動時間検出部１７、安定電流検出部１８）及び補正処理部２０で得られた過去の長期間の履歴データを母集団とし、その中からｎ個のデータを採取し、そのバラツキである偏差値を求めるものであれば良い。
【００２９】
【発明の効果】
以上の如く本発明は、駆動電動機の電流信号と運転信号を入力し、得られた電流信号の挙動を各部の検出部（起動電流・起動時間検出部、安定電流検出部、ベルトスリップ検出部）で診断し、診断結果を起動電流・起動時間検出部、安定電流検出部及び補正処理部の過去の履歴データを基に度数分布図及び標準偏差を求め、異常判定基準値を自動的に生成することでベルトコンベア群の設備診断を行い、又、補正処理部ではベルトスリップ検出部の検出値を安定電流検出部の検出値である平均値によって補正をかけることで、無負荷状態から負荷状態に至るまで連続的に同一の判定基準を用いて診断が可能であることから、異常判定の基準値を容易に決定する事ができる上に、機械の診断対象個所に多数の検出器（振動計、回転検出器、ベルト速度計等）を設定する必要が無い事や、診断の処理が簡単なことから安価に多数のベルトコンベアの設備異常を診断することが出来るため、鉄鋼業等の鉄鉱石や石炭等の原料を運搬するベルトコンベア群の設備診断に広く応用することが出来る。更に、診断対象を少なくする、例えば診断点数を１６点に限定することで、該診断装置の処理能力を低く設計できることから、低価格の小型診断装置として製作が可能であり、可搬型にすることで機動性の高い診断装置を作ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】ベルトコンベアの機器構成の一例を示した構成図である。
【図２】本発明によるベルトコンベア群の設備診断を行なう一例を示した構成図である。
【図３】本発明によるベルトコンベア設備診断装置の構成の一例を示した構成図である。
【図４】本発明による起動時と安定期の診断方法を説明する電流波形図である。
【図５】本発明によるベルトスリップ検出のフローを説明する構成図である。
【図６】本発明によるベルトスリップ検出方法の説明する電流波形図である。
【図７】本発明によるベルトスリップ検出における補正方法の一例を説明する図である。
【図８】本発明による異常判定基準値を決定する方法の一例を説明する構成図である。
【図９】本発明による実施例の一例を示した電流波形図である。
【符号の説明】
１ 駆動電動機 ２ カップリング
３ 減速機 ４ 軸受け
５ 駆動プーリー ６ ベルト
７ 従動プーリー ８ テンションウェイト
９ ベルトコンベア １０ ベルトコンベア群
１１ 電流信号 １２ ベルトコンベア診断装置
１３ 伝送線 １４ 設定監視装置
１５ 電流検出器 １６ 運転信号
１７ 起動電流・起動時間検出部 １８ 安定電流検出部
１９ ベルトスリップ検出部 ２０ 補正処理部
２１ 測定履歴データ部 ２２ 異常判定値生成部
２３ 異常判定処理部 ２４ 伝送処理部
２５ 診断条件処理部 ２６ 出力信号
２７ 出力信号
Claims (5)
- ゴム製又は金属製のベルトを複数の従動プーリーと一つまたは複数の駆動プーリー、該駆動プーリーを駆動する電動機からなる、鉄鉱石、石炭及び土砂等を搬送するベルトコンベア群において、ベルトコンベアを駆動する電動機の電流値を電流検出器で逐一捕らえて、起動電流・起動時間検出部、安定電流検出部、ベルトスリップ検出部とスリップ検出結果の補正処理部からなる電流変化の検出機構を有し、電動機の運転信号によって各検出部を順次に切り替えることで、電動機の電流変化の挙動を運転開始から停止に至るまでの負荷状態に応じて連続的にベルトコンベアを診断する事を特徴とするベルトコンベアの設備診断装置。
- ゴム製又は金属製のベルトを複数の従動プーリーと一つまたは複数の駆動プーリー、該駆動プーリーを駆動する電動機からなる鉄鉱石、石炭及び土砂等を搬送するベルトコンベア群において、ベルトコンベアを駆動する電動機の電流値を電流検出器で逐一捕らえて、起動電流・起動時間検出部と安定電流検出部とベルトスリップ検出部で得られた過去の検出結果を測定履歴データ部に蓄積し、過去の測定値から度数分布図の作成と度数分布図から標準偏差を求め、ベルトコンベア設備の異常を判定する基準値を自動的に決定する異常判定生成部を有することを特徴とするベルトコンベアの設備診断装置。
- ゴム製又は金属製のベルトを複数の従動プーリーと一つまたは複数の駆動プーリー、該駆動プーリーを駆動する電動機からなる鉄鉱石、石炭及び土砂等を搬送するベルトコンベア群において、ベルトコンベアを駆動する電動機の電流値を電流検出器で逐一捕らえて、起動電流・起動時間検出部でベルトを駆動した直後の電動機の電流信号を運転信号によって捕らえ、その時の最大値である起動電流と駆動電動機の仕様で決まる定格電流に達するまでの時間である起動時間を計測し、起動電流・起動時間検出部で得られた過去の検出結果を測定履歴データ部に蓄積し、過去の測定値から度数分布図の作成と度数分布図から標準偏差を求め、ベルトコンベア設備の異常を判定する基準値を自動的に決定する異常判定生成部で決定した異常判定基準値と比較することで、電動機単体からカップリング、減速機及びベルト駆動プーリーの軸受けの設備異常を診断することを特徴とするベルトコンベアの設備診断方法。
- ゴム製又は金属製のベルトを複数の従動プーリーと一つまたは複数の駆動プーリー、該駆動プーリーを駆動する電動機からなる鉄鉱石、石炭及び土砂等を搬送するベルトコンベア群において、ベルトコンベアを駆動する電動機の電流値を電流検出器で逐一捕らえて、安定電流検出部でベルトを駆動する電動機が起動完了後のベルトに原料が載っていない無負荷状態の安定期に、電動機の電流信号を予め定めた期間の最大電流値、最小電流値及び平均電流値を計測し、安定電流検出部で得られた過去の検出結果を測定履歴データ部に蓄積し、過去の測定値から度数分布図の作成と度数分布図から標準偏差を求め、ベルトコンベア設備の異常を判定する基準値を自動的に決定する異常判定生成部で決定した異常判定基準値と比較することで、電動機のカップリング、減速機及びベルト駆動プーリーの軸受けの設備異常を診断することを特徴とするベルトコンベアの設備診断方法。
- ゴム製又は金属製のベルトを複数の従動プーリーと一つまたは複数の駆動プーリー、該駆動プーリーを駆動する電動機からなる鉄鉱石、石炭及び土砂等を搬送するベルトコンベア群において、ベルトコンベアを駆動する電動機の電流値を電流検出器で逐一捕らえて、ベルトスリップ検出部でベルトと駆動プーリーがスリップした時の駆動電動機の負荷電流の急激な変化を２つの異なるフィルタ部と絶対値処理部で検出し、直近の電流値を安定電流検出部で計測した平均電流値で予め定めた補正係数を求め、２つの異なるフィルタ部と絶対値処理部で検出した結果を補正し、更にベルトスリップ検出部で得られた過去の検出結果を測定履歴データ部に蓄積し、過去の測定値から度数分布図の作成と度数分布図から標準偏差を求め、ベルトコンベア設備の異常を判定する基準値を自動的に決定する異常判定生成部で決定した異常判定基準値と比較することで、無負荷状態から負荷状態に至るまで連続的にベルトのスリップを検出することを特徴とするベルトコンベアの設備診断方法。
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