JP3772128B2 - 破砕機の過負荷予測システム - Google Patents
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Description
【発明の属する利用分野】
この発明は、過負荷を生じないように破砕機への投入量の規制を行えるようにする破砕機の過負荷予測システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
廃棄家電、建築廃材、廃プラスチックス、粗大ごみ、コンクリートガラ、砕石・・・などの産業破棄物や一般破棄物を破砕する破砕機では、破砕用モータにサーミスタなどを使用した過負荷保護回路を備えたものを用いている。
【0003】
そのため、モータの回転軸に過負荷が発生し、回転軸がロックすると、過負荷保護回路が作動して停止してしまう。このように、モータが破砕処理の途中で停止してしまうと、破砕機の内容物を全て取り出してからでないと再起動ができないため、復旧に多大な労力が必要となる問題があった。
【0004】
このような問題を解決する一つの方法として、メーターリレーを用いることが行われている。
【0005】
メーターリレーは、限界動作形の継電器の一種で、設定した電流値になると接点を開放するというものである。
【0006】
そのため、例えば、前述の破砕機などでは、過負荷電流となる前に、メーターリレーの接点出力でもって投入装置のコンベアーの動作を制御し、破砕物の投入を規制してモータの過負荷トリップを防ぐようにしている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような制御方法では、メーターリレーによるオン・オフ制御なので、例えば、大きさ、硬さ、粘性などの異なる破砕物が混入される実際の処理では負荷変動が大きく変わるため、投入装置が頻繁にオン・オフしたり、速度が規制され、所定の能力が得られないという問題がある。
【0008】
また、メーターリレーが作動しても、実際に破砕物の投入がストップするまでには時間遅れがあるため、過負荷状態となってしまうことがあり、モータの瞬時停止が起こる場合があるなどの問題がある。
【0009】
そこで、この発明の課題は、過負荷状態を予測し、能力の低下や瞬時停止を防止できるようにすることである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、この発明では、破砕物の投入装置を備えた破砕機に、破砕用モータの負荷電流を検出する電流検出手段と、前記検出手段の検出した負荷電流出力の微分出力に基づいて破砕機の過負荷を予測する処理手段を備え、前記処理手段の予測出力により投入装置の投入制御を行うようにした構成を採用したのである。
【0011】
このような構成を採用したことにより、破砕用モータの負荷電流の微分値(変化量)から破砕機が過負荷状態になる発生パターンを識別し、過負荷状態になることを予想して、過負荷状態にならないように投入装置の投入量を制御する。
【0012】
また、このとき、上記微分した微分出力のレベルとその所定レベルの発生周期とに基づいて上記処理手段が破砕機の過負荷を予測し、その予測出力により投入装置の投入制御を行うようにした構成を採用することができる。
【0013】
このような構成を採用することにより、微分出力のレベルは、モータ電流の立ち上がりの急峻度に比例しており、負荷の程度に比例する(瞬時にロックするほどレベルは高くなる)。また、そのレベルの発生周期は、モータが負荷を受ける間隔に比例するため、例えば、所定以上のレベルの微分出力が頻繁に検出されるようになれば(完全にロックした場合は、間隔0になる)、過負荷状態になることがリアルタイムで予測できる。
【0014】
また、上記処理手段が負荷電流の移動平均を導出して、その導出した移動平均と微分出力とに基づいて破砕機の過負荷を予測し、その予測出力により投入装置の投入制御を行うようにした構成を採用することができる。
【0015】
このような構成を採用することにより、負荷電流の平均値の増加を検出できるので、その増加から例えば、高含水分の廃土などのように、粘性の高い破砕物で負荷電流が徐々に増加し、電動トリップに至るような場合でも過負荷を検出できる。
【0016】
このとき、上記移動平均の所定レベルと微分出力とに基づいて破砕機の過負荷を予測し、その予測出力により投入装置の投入制御を行うようにした構成を採用することができる。
【0017】
このような構成を採用することにより、微分出力で検出できない負荷電流が徐々に増加するような例えば、粘性の高い破砕物が混合された場合の過負荷状態の発生も移動平均から検出できるので、破砕物の性状によらずに過負荷を検出できる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0019】
図1に示すように、この形態の破砕機の過負荷予測システムは、投入装置1を備えたアイダル破砕機2に適用したもので、アイダル破砕機2の起動制御盤3内に設けた電流検出手段4によって破砕用モータ5の負荷電流IL を検出し、その検出電圧をA/D変換器6によってデジタル変換したのち、デジタルコンピュータ(例えばパソコン)7で処理し、その処理した制御出力で投入装置1を制御するように構成したものである。
【0020】
アイダル破砕機2は、内周にライナを取付けたシェル内に、破砕用モータ5で回転するブレーカ、グラインダ、チョークリングを設けて、投入された破砕物を所定の大きさに破砕するようになっている。また、破砕物をシェル内に投入するために、上述した投入装置1として、供給用コンベアが設けられている。
【0021】
電流検出手段4は、電流変換用のトランスジューサ(CT)で、この形態の場合、破砕用モータ5の三相電力線の一相に取付けられている。
【0022】
A/D変換器6は、アナログローパスフィルタとサンプルアンドホールド回路を前段に備えたもので、サンプリング周波数1Hzとして、変換した出力を順次コンピュータ7へ出力することにより負荷電流IL を変換したデジタルデータをリアルタイムで入力できるようになっている。
【0023】
コンピュータ7は、図2に示すブロック図のように、デジタルフィルタで構成したローパスフィルタ8、微分用プログラム9、移動平均値算出プログラム10及び予測用処理プログラム11を備えている。
【0024】
ローパスフィルタ8は、この形態の場合、IIR型の6次無極振幅チェビシェフ特性を有するもので構成することにより、通過域の幅を狭くするのに演算回数が少なく、かつ、少ない係数で乗算回数が少なくて済む実時間処理に適したものとしている。
【0025】
微分用プログラム9は、例えば、DDA(デジタル微分解析機)アルゴリズムなどの差分を用いた極めて一般的なものを用いている。
【0026】
同様に、移動平均値算出用プログラム10も極めて一般的なもので、A/D変換器から次々と出力される変換データa0 ,a1 ,a2 ,a3 ,a4 ,a5 ,a6 ,a7 ,a8 ...を例えば、
として求めるものである。
【0027】
また、予測用処理プログラム11は、これら次々と入力される微分値と移動平均とからリアルタイムで異常を検知して過負荷予測を行うためのもので、例えば、微分用プログラム9から出力される微分出力のレベルを予め設定されたしきい値と順次比較して、しきい値よりも低いレベルの微分出力を検出すると、その低いレベルの期間を測定する。そして、その継続期間を予め設定された期間と比較し、期間が短くなると異常と判定する。
【0028】
こうすることで、微分電圧のレベルが、モータ5の負荷電流IL の立ち上がりの急峻度に比例するので、レベルの高さは負荷の程度に比例する(瞬時に回転軸はロックするほどレベルは高くなる)。一方、しきい値以下のレベルが継続する期間は、モータ5への負荷が軽い期間に比例するため、例えば、所定以上のレベルの微分電圧が頻繁に検出されるようになれば(周期が短くなれば)、過負荷状態になることがリアルタイムで予測できる。
【0029】
なお、ここでは、例えば、正常なときの図3(a)のような負荷電流IL の微分値IL ’は、図3(b)のようになるため、しきい値を設けて一定レベル以下の期間を計測できるようにしているが、逆に、一定レベル以上の期間を計測するようにしてもよい。この計測には、タイマを準備してもよいが、タイマプログラム、あるいは、内部タイマを用いても高い精度で行うことができる。
【0030】
また、予測用処理プログラム11は、移動平均の値も比較しており、平均値が所定のしきい値を越えて大きくなった場合に異常と判定する。ここでは、後述するように、先の微分出力の継続期間がある値を越えると有効にして異常を判定するようにしてある。
【0031】
すなわち、移動平均はモータ5の負荷電流IL が急に増加しても直ちに増加せず、負荷電流IL が徐々に増加すると、移動平均の増加も大きくなる。このため、この増加を監視することで、例えば高含水分廃土などの粘性の高い破砕物でモータ5がユックリと停止してロック状態になるような過負荷も予測することができる。
【0032】
このように、いろいろなタイプの負荷状態に対処できるので、投入される破砕物が性質の異なるものが混ざり合ったものであっても予測できる。そのため、この予測出力を用いることにより、例えば、図1のように、供給用コンベア1の制御装置12を制御すれば、搬送速度による投入量の規制制御を行って、効率よく破砕機2を運転できる。
【0033】
次に、このシステムが過負荷を正しく予測できるかどうかを、実際の破砕機2のデータを用いたシミュレーションを行って検証することにした。
【0034】
実験は、アイダル粉砕機2を正常な運転状態にして測定した負荷電流IL のデータと過負荷状態にして測定した負荷電流IL のデータとをシステムのコンピュータ7に入力し、その結果を吟味して、予測のできることを確かめた。
【0035】
以下、それを図面に基づいて説明する。
【0036】
図4(a)は、破砕機が正常な処理状態(正常1)のときの負荷電流IL で、(b)はその一次微分IL ’である。また、(c)は移動平均AV である。移動平均AV は40秒間の平均値を取るようにしてある。そのため起動後40秒はデータは出力されない。このときの一次微分IL ’のしきい値=10での周期Tfは(図では3箇所)、
50秒≧Tf≧イコール25秒 (2箇所)
と
Tf≧50秒 (1箇所)
とに分類された。
また、移動平均AV は250以下であった。
【0037】
同様に、図5(a)も正常な処理可能なときのもの(正常2)で、(b)と(c)とから一次微分値のしきい値=10での周期Tfは(ここでは、2箇所で、起動次の立ち上がりは無視している)、
50秒≧Tf>25秒
と
Tf≧50秒
とに分類された。
移動平均は同じく、250未満であった。
【0038】
ちなみに、図6(a)は、無負荷のときの負荷電流IL で(正常3)、(b)と(c)とから一次微分IL ’のしきい値=10での周期Tfは、
Tf≧50秒
である。
【0039】
また、移動平均AV は同じ、250未満であった。
【0040】
図7(a)は、破砕機2がトリップ停止したとき(異常1)の負荷電流IL で、(b)と(c)とから一次微分IL ’のしきい値=10での周期Tfは(図では9箇所)全て
25秒≧Tf>5秒
に分類された。
【0041】
移動平均AV は、250未満であった。
【0042】
図8(a)は破砕機2がトリップ前に停止した後、機内の閉塞を確認したとき(異常2)の負荷電流IL で、一次微分IL ’のしきい値=10での周期Tfは無数にできているが、全て、
25秒≧Tf>5秒
であった。
【0043】
また、移動平均AV は、250未満であった。
【0044】
図9(a)はロック状態のときの負荷電流IL で(b)と(c)とから一次微分値のしきい値=10での周期Tfは(2箇所)、
25秒≧Tf>5秒
と
Tf≧50秒
であった。
【0045】
このとき、移動平均AV は250以上であった。
【0046】
以上の結果を整理して表にすると、図10のようになった。
【0047】
この結果から明らかに負荷電流IL のレベルと周期Tf及び移動平均AV を監視すれば、異常状態を峻別することができる。そのため、過負荷を予想することができる。
【0048】
また、このように、異常に応じた分類ができるので、予測出力を用いることで、図11に示すような投入量の規制制御を行うことができる。
【0049】
なお、上記形態では、コンピュータを使って予測システムを構成したが、これに限定されるものではなく、個別のアナログ装置を用いて構成することもできる。
【0050】
【発明の効果】
この発明は、以上のように構成したことにより、過負荷の予測を簡単にリアルタイムで解析・異常処置に応用できる。
【0051】
このため、破砕能力の低下や瞬時停止を防止して破砕機を効率よく運転できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態のブロック図
【図2】実施形態の要部のブロック図
【図3】実施形態の作用説明図
【図4】(a)、(b)、(c)実験結果を示す波形図
【図5】(a)、(b)、(c)実験結果を示す波形図
【図6】(a)、(b)、(c)実験結果を示す波形図
【図7】(a)、(b)、(c)実験結果を示す波形図
【図8】(a)、(b)、(c)実験結果を示す波形図
【図9】(a)、(b)、(c)実験結果を示す波形図
【図10】実験結果の表
【図11】制御方法を示す表
【符号の説明】
1 投入装置
2 アイダル破砕機
4 電流検出手段
5 破砕用モータ
6 A/D変換器
7 デジタルコンピュータ
8 ローパスフィルタ
9 微分用プログラム
10 移動平均算出用プログラム
11 予測用プログラム
12 制御装置
IL 負荷電流
IL ’ 微分値
AV 移動平均
Claims (4)
- 破砕物の投入装置を備えた破砕機に、破砕用モータの負荷電流を検出する電流検出手段と、前記検出手段の検出した負荷電流出力の微分出力に基づいて破砕機の過負荷を予測する処理手段を備え、
前記処理手段の予測出力により投入装置の投入制御を行うようにした破砕機の過負荷予測システム。 - 上記微分した微分出力のレベルとその所定レベルの発生周期とに基づいて上記処理手段が破砕機の過負荷を予測し、その予測出力により投入装置の投入制御を行うようにした請求項1に記載の破砕機の過負荷予測システム。
- 上記処理手段が負荷電流の移動平均を導出して、その導出した移動平均と微分出力とに基づいて破砕機の過負荷を予測し、その予測出力により投入装置の投入制御を行うようにした請求項1または2に記載の破砕機の過負荷予測システム。
- 上記移動平均の所定レベルと微分出力とに基づいて破砕機の過負荷を予測し、その予測出力により投入装置の投入制御を行うようにした請求項3に記載の破砕機の過負荷予測システム。
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