JP5044545B2 - ワイヤロープの遠隔監視システム - Google Patents
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Description
ことに、突発停止が許されない重要設備や、安全維持が最優先の設備、たとえば、クレーン作業船、製鉄所のレードルクレーン、ロープウエイ、ゴンドラなどの索道,ダムゲートに使用されるワイヤロープにおいてはその傾向が強い。
しかし、この外観検査法は、熟練が必要であるうえに、個人差により精度のバラツキが大きい。しかも、条長の長いロープの検査には時間がかかるうえ、ロープの移動を止めた状態でなければ検査を行えないので、全長の連続検査が困難であり、稼動を停止しがたい状況では随時検査を行えないので、安全対策上問題であった。
しかし、かかる漏洩磁束探傷装置を使用した場合でも、データはアナログのレコーダなどへ出力されるにとまり、データ上の異常個所からロープの異常個所を特定することは困難であり、しかも判断基準がなく、また異常個所の見逃しが起こりやすいなどの問題があった。
ワイヤロープの状態測定対象が断線であり、測定値の評価を測定区間における断線による電圧の高さを複数水準にとってそれぞれに重みをつけた値とし、前記評価値の経時変化を検査し、許容される変化率を超えた場合に異常と判定する判定プログラムを使用することを特徴としている。
また、第1の監視装置において、測定手段から送られた測定データを処理して蓄積されているデータとの関係から異常の有無を判定し異常のあるときに自動的に警報を発するだけでなく、この異常発生警報の通知を受けた遠隔地の第2の監視装置において再度異常かどうかの判定を行い、第1の監視装置に最終判定としてロープ交換などの指令を発するので、監視の正確性が高められ、ロープ交換時期の最適化と経済性を両立させることができ、これにより安全なロープ使用条件を構築することができる。
さらに、既存の測定手段にコンピュータとソフトプログラムを併用することで足りるので、比較的安いコストで実施することが可能である。
しかも、一定期間の経過時点での劣化程度が同等でも、これにいたる過程での変化率が急激な場合には異常と判断されるので、突発的な異常に対応でき、安全性を高く保持することが可能となる。
2 ワイヤロープ
3 測定器
6 第1の監視装置
6a コンピュータ
7 第2の監視装置
7a コンピュータ
これによれば、経験等の勘に頼る検査でなく、客観的に定量的にロープの劣化を判断するので、結果にばらつきがなく、また判定時間も短くすることができ、測定データの蓄積が増すほど実績へのフィードバックが可能であり、精度を高くすることができる。
これによれば、一定期間の経過時点での劣化程度が同等でも、これにいたる過程での変化率が急激な場合には異常と判断されるので、突発的な異常に対応でき、安全性を高く保持することが可能となる。
これによれば、前記効果に加えて、断線発生の程度を容易に認識することができるので、判断の正確性を高めることができる。
図1と図2は本発明を海洋上の船舶たとえばクレーン船におけるロープ劣化遠隔監視に適用した例を示しており、1は船舶Aに設備されたクレーン、2はクレーン1に用いられたワイヤロープ、3はワイヤロープ2の移動経路の適所に配置された測定器であり、この例ではポール頂部付近であるが、これに限定されるものではない。
4は測定器3の近傍に配置された制御盤であり、制御器4aとデータ転送用の無線LANユニット4bを装備している。5は無線LANアンテナ、6は第1の監視装置であり、船上の監視室Bに装備されている。
7は遠隔地たとえば日本国内の監視所Cに設置された第2の監視装置、8は船上に設置された転送用アンテナであり、通信衛星Dを経由して通信を行うたとえばインマルサット用のアンテナからなっている。
一般的に断面積変化が大きいほど信号も大きくなり、また、信号の大きさは測定速度に比例する。しかし、ワイヤロープの移動速度は一定ではなく、磁界中をロープが早く移動した場合には、素線の断線あるいはリフトノイズ当による磁界の乱れが大きくなり、小さな素線断線あるいはリフトノイズが検出される。これに対して、ワイヤロープの速度が遅い場合には、大きな断線でも検出されない事態が生じる。そこで、前記のように加速度センサーと補正手段を併用するものであり、ワイヤロープの速度が変化しても、それに応じて検出信号レベルを上昇あるいは下降させることができ、一定の検出精度で素線の断線等を測定することができる。
第1の監視装置6は、コンピュータ6aと無線LANアンテナ6bを備えている。コンピュータ6aは、前記測定器3の測定条件を設定するとともにその条件での測定器3の発停などを制御盤4に指示する測定制御部と、測定器3から送られた測定データを記録するとともにモニター上に表示する記録・表示部と、測定データを保存蓄積する収集部と、保存収集された測定データを解析し、異常の有無を判定する判断機能部と、予め設定した値や水準を超える異常が発生したと判断したときに第2の監視装置7に通信するとともに、第2の監視装置7からの要求・指示に応じて記録済みの測定データなどを送信する通信部を備えている。
コンピュータ7aは、第1の監視装置6の判断機能部からインターネット接続装置7bを経て送られた異常発生報告をチェックし、必要データたとえば画像データ、数値データなどの詳細データ要求を行うかどうかを判断するデータ要求判断部と、第1の監視装置6から送られて来たデータを解析し、ロープ交換の必要性の有無を判定する判断機能部と、その結果を第1の監視装置6に伝える指令通達部を備えており、指令通達部はインターバルなどの測定条件の変更、プログラムなどの判定条件の変更を指示する機能を含んでいる。この指令通達部からの指令を受けた第1の監視装置6では、指令された測定条件や判定条件にて測定や判定などが行われる。
そして、測定データを、制御盤4から第1の監視装置6のコンピュータ6aに無線転送し、測定データを保存する。前記測定は一定期間ごとに行い、同一区分における測定データを毎回表示及び記録し、その経時変化を前記判断機能部で解析し、一定の基準を超える値ないしは増加率であると判定したときに、第2の監視装置7のコンピュータ7aに異常の発生を送信するのである。
図5(a)は測定開始前のモニター画面を示しており、上段は測定データの全体グラフ、下段は拡大グラフで、全体グラフで選んだ位置を拡大表示する。図5(b)は測定データの一例を示しており、5箇所に高い電圧(漏洩磁束)が出ている。測定データは、加速度センサーにより感知された加速度に基づいて検出コイルの検出信号に補正を加えたものである。
しかし、たとえば、2年後のデータが設定レベルには達していない最大3.5Vであるものの、一定区間に多数の値が出ている場合、安全対策上、異常発生とすべきものであるが、上記基準では、正常と判断される可能性があり、適切さを欠くことになる。
そして、電圧の高さを数水準に取りそれぞれに重みをつける。たとえば、1V超え:重み1:50点(データ数)、2V超え:重み2:30点(データ数)、3V超え:重み3:15点、4V超え:重み4:5点(データ数)であったとすると、1×50+(2−1)×30+(3−2)×15+(4−3)×5=100となる。したがって、高い電圧値の重みを重くし、たとえば3V超えを重み5、4V超えを重み8にするなどにより、電圧の高低の影響を反映できる。
以上の条件で評価値の経時変化(変化の傾き)を見て、変化率が一定以上の場合に要交換状態の異常と判断するものである。
これらの場合の最大変化率は、パターンAで10/年、パターンBで22/年である。そこで、変化率20/年以上は交換レベルであると設定しておくと、パターンAは使用できるが、パターンBは要交換と判断され、突発または急激な劣化に対応することが可能になる。
図7(a)は評価値とロープ強度率の関係を示しており、残存強度率90%が評価値20に相当する。(b)は時間と評価値の関係を示しており、パターンBは限界傾斜角度を超えた角度であるため当該ワイヤロープは要交換と判定されるのである。
なお、データにおけるロープの速度が等速度でない場合、単位長さ当たりのデータ数は速度が速いほど少なくなるため、速度により、データの重みを補正し、足し合わせることも可能である。例えば、速度差が2倍ある場合、速度が2倍のデータは2を乗じ、1データの重みを大きくすればよい。
こうした残存強度と電圧の関係を基準として前記例を当てはめてみると図12のようになり、相関係数は低く、残存強度推定の誤差が大きいことがわかる。例えば、図12の信号では電圧が約4.4Vであり、残存強度は50〜95%の範囲で予測される。安全側評価では、50%を採用するため、一般的許容強度80%を下回ると評価され、ロープ交換対象となる。
図13の値120の場合、約90%の残存強度と推定され、使用可能と判断される。ただし、10%強度低下が発生しており、ロープは交換準備及び定期的な検査が必要であると判断される。
図14〜16は、ある設備における運転回数ごとの波形の経時変化を示しており、各図の上段は全体波形、下段は拡大波形である。下段を用いて面積を求めた。図14は運転回数2万回、図15は3万回、図16は4万回である。Vは電圧、Sは信号面積を示している。
図17は図14〜16の電圧と運転回数関係を示し、図18は図14〜16の信号面積値と運転回数の関係を示している。これらは、判断機能部でのプログラムで自動的に求められる。図17に示すように、信号電圧は約5Vで、あまり変化がない。これに対して、図18の信号面積値は、面積は運転回数に応じて増加を示している。図19は実際の断線状況を調べた結果であり、信号面積値とよく一致していることがわかる。したがって、本発明はかかる信号面積値と運転回数の関係を判断要素とし、波形の増加率をもって交換の判定を行うのである。
なお、限界傾きは限界増加量と考えることができる。図21は、縦軸に信号面積の増加量(傾き)をとったもので、このように傾きを求めて、しきい値を超えた場合が危険と判断することで、精度よく的確にロープ使用限界を知ることができる。
なお、本発明におけるロープ劣化・異常判断は、設定した最大電圧超える電圧かどうかのパラメータを排除するものではなくこのパラメータと前記した2つの態様のいずれかとの総合判断を併用することも含まれる。
Claims (5)
- ワイヤロープの状態を測定する手段と、通信手段で前記測定手段とつながれ、測定手段から出力された測定データを記録・表示及び蓄積し、すでに蓄積されている測定データとの関係から異常の有無を判定し異常のあるときに警報を発する第1の監視装置と、前記第1の監視装置と通信手段を介してつながれ、前記第1の監視装置とデータを受け渡しし、第1の監視装置の判定データを再度チェックし、最終判定を行って第1の監視装置に伝える第2の監視装置とを具備しており、
ワイヤロープの状態測定対象が断線であり、測定値の評価を測定区間における断線による電圧の高さを複数水準にとってそれぞれに重みをつけた値とし、前記評価値の経時変化を検査し、許容される変化率を超えた場合に異常と判定する判定プログラムを使用することを特徴とするワイヤロープ遠隔監視システム。 - 第1の監視装置は、測定手段の測定条件を測定するとともにその条件での測定手段の発停などを指示する測定制御部と、測定手段から送られた測定データを記録するとともにモニター上に表示する記録・表示部と、データを保存蓄積する収集部と、保存収集されたデータを解析し、異常の有無を判定する判断機能部と、判断機能部において設定した値や水準を超える異常が発生したと判断したときに第2の監視装置に通信するとともに、第2の監視装置からの要求・指示に応じて記録済みのデータなどを送信する通信部を備えており、第2の監視装置は、第1の監視装置から送られた異常発生報告をチェックし、画像データ、数値データなどの詳細データ要求を行うかどうかを判断するデータ要求判断部と、第1の監視装置から送られて来たデータを解析し、ロープ交換の必要性の有無を判定する判断機能部と、その結果を第1の監視装置に伝える指令通達部を有している請求項1に記載のワイヤロープ遠隔監視システム。
- ロープ長手方向に測定区間を区分し、同一区分における各回の測定値の経時的な増加を解析し、その増加率が一定の基準値を超えるかどうかで異常の有無を判定する判定プログラムを使用することを特徴とする請求項1に記載のワイヤロープ遠隔監視システム。
- ワイヤロープの状態測定対象が断線であり、測定区間における断線電圧値からの積分値(信号面積値)を基準とし、運転回数ごとに積分値の変化を検知し、その変化が許容される変化率を超えて大きい場合に異常と判定する判定プログラムを使用する請求項1ないし3に記載のワイヤロープ遠隔監視システム。
- ワイヤロープの測定が、断線検知に加え、腐食検知、ロープ径減少検知、型崩れ検知のうち少なくとも1つを含んでいる請求項1に記載のワイヤロープ遠隔監視システム。
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