JP5051528B2 - 機械設備の異常判定装置及び機械設備の異常判定方法 - Google Patents

機械設備の異常判定装置及び機械設備の異常判定方法 Download PDF

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Description

本発明は、電動機によって駆動される機械設備の異常判定装置及び機械設備の異常判定方法に関する。
電動機によって駆動される機械設備として、ブロワ、ポンプ及びベルトコンベヤ駆動装置などの回転機械を挙げることができる。これらの機械設備の異常として、部品アライメントの異常や、ベアリング等に生じる疵、部品の欠損等を挙げることができる。このような機械設備の異常判定は、当該機械設備にセンサを多数設置して、機械設備の異常を直接検出することで行うことができる。
上述の異常判定方法は、多数のセンサや信号ケーブルを要するため、センサの調達コスト、当該機械設備から電気室までの信号ケーブルの配線工事費及びセンサや信号ケーブルの維持費が高い等の実用上の欠点を有する。そこで、次のような異常判定方法が特許文献1及び2に提案されている。
特許文献1に提案されている異常判定方法は、電動機に供給される負荷電流を検出し、当該負荷電流が、予め設定されている固定設定上限値以上、又は、予め設定されている固定設定下限値以下の場合、機械設備の異常と判定する方法である。
一方、特許文献2に提案されている異常判定方法は、電動機に供給される負荷電流を周波数解析し、当該周波数解析によって得られた負荷電流を形成する各周波数の電流成分に基づいて機械設備が異常か否かを判定する方法である。
特公平6−95059号公報 特開平11−83686号公報
しかしながら、特許文献1の異常判定方法では、高精度に異常判定をすることができない。これは、特許文献1の異常判定方法では、負荷電流の大きさに与える影響の小さい異常を検知することが困難なためである。特許文献1の異常判定方法で、このような異常を検知するためには、固定設定上限値、及び、固定設定下限値を機械設備が正常な状態のときの負荷電流値に近づける必要がある。しかし、固定設定上限値、及び、固定設定下限値を機械設備が正常な状態のときの負荷電流値に近づけると、ノイズの発生等による電流の誤検知によって、機械設備が正常であっても誤って異常と判定される可能性が高くなる。よって、特許文献1の異常判定方法では、高精度に異常判定をすることができない。
また、特許文献2の異常判定方法では、異常判定の対象となる機械設備を駆動する電動機と電源を共用する他の電動機等の運転状況が変化すると、異常判定を正確に行うことができない恐れがある。これは、周波数解析によって得られた負荷電流の高調波成分は、他の電動機等の運転状況の変化によって、変動し易いためである。
本発明は、高精度に異常判定を行え、且つ、異常判定の対象となる機械設備を駆動する電動機と電源を共用する他の電動機等の運転状況の変化に異常判定の結果が影響され難い機械設備の異常判定装置及び機械設備の異常判定方法を提供することを課題とする。
本発明は、特許請求の範囲の請求項1に記載の如く、機械設備を駆動する電動機に供給される負荷電流を検出する電流検出手段と、前記電動機に前記負荷電流を供給するために前記電動機に印加される負荷電圧を形成する各周波数の電圧成分のうち、電圧成分の大きさが最も大きい周波数、及び、電圧成分の大きさが第1しきい値以上の周波数の少なくとも一方を除去周波数と決定する除去周波数決定手段と、前記電流検出手段によって検出された前記負荷電流を形成する各周波数の電流成分から、前記除去周波数の電流成分を除去する除去手段と、前記除去手段によって前記除去周波数の電流成分が除去された前記負荷電流に第2しきい値以上の大きさの電流成分が含まれるか否かを判断する第1判断手段と、前記第1判断手段によって第2しきい値以上の大きさの電流成分が含まれると判断されると、前記機械設備の異常と判定する異常判定手段とを備えることを特徴とする機械設備の異常判定装置を提供する。
本発明に係る機械設備の異常判定装置は、除去手段によって除去周波数の電流成分が除去された負荷電流(以下、「除去後負荷電流」という。)に第2しきい値以上の大きさの電流成分が含まれるか否かを判断し、含まれると判断すると、電動機によって駆動される機械設備の異常と判定する。この除去周波数は、電動機に負荷電流を供給するために、電動機に印加される負荷電圧を形成する電圧成分のうち、電圧成分の大きさが最も大きい周波数、及び、電圧成分の大きさが第1しきい値以上の周波数の少なくとも一方である。即ち、除去周波数は、負荷電圧を形成する電圧成分の中で、大きさが比較的大きな電圧成分の周波数である。機械設備が正常な場合において、同じ周波数の負荷電圧と負荷電流とは正の相関関係を有する。従って、除去周波数の電流成分の大きさは、機械設備が正常な場合において比較的大きく、除去後負荷電流を形成する電流成分の大きさは、機械設備が正常な場合において比較的小さい。よって、除去後負荷電流に、大きさが比較的大きな(第2しきい値以上の)電流成分が含まれる場合は、機械設備の異常と判断できる。従って、本発明に係る機械設備の異常判定装置は、電動機によって駆動される機械設備の異常を判定することができる。
上述のように、除去後負荷電流を形成する電流成分の大きさは、機械設備が正常な場合において比較的小さい。機械設備が正常な場合において大きさが比較的小さい電流成分は、負荷電流の大きさに与える影響の小さい異常が発生した場合であっても、電流成分の大きさ自体が小さいため、変化割合が比較的大きい。よって、本発明に係る機械設備の異常判定装置は、負荷電流の大きさに与える影響の小さい異常を容易に検知することができる。従って、本発明に係る機械設備の異常判定装置は、高精度に異常判定を行うことができる。
また、異常判定の対象となる機械設備を駆動する電動機と電源を共用する他の電動機等の運転状況が変化しても、負荷電流を形成する電流成分のうち、電圧成分の大きさが比較的小さい周波数の電流成分は変動し難い。従って、電圧成分の大きさが比較的大きい除去周波数の電流成分が除去された除去後負荷電流は、他の電動機等の運転状況が変化しても変化し難い。よって、除去後負荷電流に基づいて機械設備の異常判定をする本発明に係る機械設備の異常判定装置は、他の電動機等の運転状況の変化に異常判定の結果が影響され難い。
好ましくは、特許請求の範囲の請求項2に記載の如く、前記負荷電圧の基本周波数をf、正の整数をα(f>α)とすると、前記除去手段によって前記除去周波数の電流成分が除去された前記負荷電流が下記条件(1)及び(2)を同時に満足するか否かを判断する第2判断手段を備え、前記第2判断手段によって満足しないと判断された場合、前記電流検出手段は、前記負荷電流を検出し直し、前記除去手段は、検出し直された前記負荷電流から、前記除去周波数の電流成分を除去し、前記第2判断手段によって満足すると判断された場合、前記第1判断手段は、前記第2判断手段によって満足すると判断された前記除去手段によって前記除去周波数の電流成分が除去された前記負荷電流に第2しきい値以上の電流成分が含まれるか否かの判断を行う構成とされる。
(1)…前記除去手段によって前記除去周波数の電流成分が除去された前記負荷電流を形成し、且つ、大きさが第3しきい値以上の電流成分を有する診断用周波数に、f±αが共に含まれていること。
(2)…前記診断用周波数のうち3f以上の診断用周波数が、fの整数倍の間隔をおいて存在していること。
かかる好ましい構成によれば、除去手段によって除去周波数の電流成分が除去された負荷電流(除去後負荷電流)が条件(1)及び(2)を同時に満足しない場合、電流検出手段は負荷電流を検出し直す。このように、条件(1)及び(2)を同時に満足しない場合、負荷電流を検出し直すのは、条件(1)及び(2)を同時に満足しない場合、負荷電流に他の信号ケーブルからノイズが入ること、また電流検出手段自身の故障等によって、電流検出手段が正確に負荷電流を検出していないためである。これは、負荷電流を形成し、且つ、大きさが比較的大きい(第3しきい値以上である)電流成分を有する診断用周波数には、周波数f±αが共に含まれ、更に、診断用周波数のうち3f以上の診断用周波数が、fの整数倍の間隔をおいて存在するためである。尚、条件(1)及び(2)を同時に満足するか否かの判断対象を除去後負荷電流とするのは、上述のように、除去後負荷電流は、他の電動機等の運転状況が変化しても変化し難いからである。
また、本発明は、特許請求の範囲の請求項3に記載の如く、機械設備を駆動する電動機に供給される負荷電流を検出する電流検出工程と、前記電動機に前記負荷電流を供給するために前記電動機に印加される負荷電圧を形成する各周波数の電圧成分のうち、電圧成分の大きさが最も大きい周波数、及び、電圧成分の大きさが第1しきい値以上の周波数の少なくとも一方を除去周波数と決定する除去周波数決定工程と、前記電流検出工程によって検出された前記負荷電流を形成する各周波数の電流成分から、前記除去周波数の電流成分を除去する除去工程と、前記除去工程によって前記除去周波数の電流成分が除去された前記負荷電流に第2しきい値以上の大きさの電流成分が含まれるか否かを判断する第1判断工程と、前記第1判断工程によって第2しきい値以上の大きさの電流成分が含まれると判断されると、前記機械設備の異常と判定する異常判定工程とを含むことを特徴とする機械設備の異常判定方法を提供する。
本発明によれば、高精度に異常判定を行え、且つ、異常判定の対象となる機械設備を駆動する電動機と電源を共用する他の電動機等の運転状況の変化に異常判定の結果が影響され難い機械設備の異常判定装置及び機械設備の異常判定方法を提供することができる。
図1は本実施形態に係る機械設備の異常判定装置1の機能ブロック図である。図1に示すように、機械設備の異常判定装置1は、電流検出手段2、除去周波数決定手段6、除去手段7、第1判断手段9及び異常判定手段10を備える。更に、機械設備の異常判定装置1は、電流A/D変換手段3、電圧検出手段4、電圧A/D変換手段5、第2判断手段8、警報手段11及び表示手段12を備える。
電流検出手段2は、機械設備101を駆動する電動機102に電源103から供給される負荷電流Iを検出する。この負荷電流Iとは、電動機102と電源103とを接続した信号ケーブル104を電源103から電動機102に流れる電流である。電流検出手段2としては、例えば、電動機102の負荷電流回路に挿入して負荷電流を検出する電流クランププローブ(架線電流計)を用いることができる。また、機械設備101は、特に限定されるものでなく、例えば、ブロワ、ポンプ及びベルトコンベヤ駆動装置などの回転機械とすることができる。
電流A/D変換手段3は、電流検出手段2によって検出された負荷電流IをA/D変換する。
電圧検出手段4は、電動機102に負荷電流Iを供給するために、電源103によって電動機102に印加される負荷電圧を検出する。
電圧A/D変換手段5は、電圧検出手段4によって検出された負荷電圧をA/D変換する。
除去周波数決定手段6は、電圧A/D変換手段5によってA/D変換された負荷電圧を形成する各周波数の電圧成分のうち、電圧成分の大きさ(スペクトル強さ)が最も大きい周波数、及び、電圧成分の大きさが第1しきい値以上の周波数の少なくとも一方を除去周波数と決定する。除去周波数の決定は、下記のようにして行われる。除去周波数決定手段6は、まず、電圧A/D変換手段5によってA/D変換された負荷電圧を周波数解析し、図2に示すような負荷電圧の周波数スペクトル(以下、「電圧スペクトル」という。)を得る。尚、周波数解析は、公知のフーリエ変換(FFT)手法によって行うことができる。また、図2に示す電圧スペクトルは、後述する実施例1の電圧スペクトルである。次に、除去周波数決定手段6は、電圧スペクトルにおいて、電圧成分の大きさが最も大きい周波数、及び、電圧成分の大きさが第1しきい値TH1以上の周波数の少なくとも一方を除去周波数と決定する。図2においては、○が付いた周波数が電圧成分の大きさが最も大きい周波数であり、×が付いた周波数が電圧成分の大きさが第1しきい値TH1以上の周波数である。尚、図2においては、○が付いた周波数は、電圧成分の大きさが最も大きい共に、電圧成分の大きさが第1しきい値TH1以上の周波数である。また、図2においては、見易さを考慮して、○が付いた周波数の近傍における周波数については、電圧成分の大きさが第1しきい値TH1より大きい周波数であっても×を付けていない。第1しきい値TH1は、除去周波数決定手段6が読み取ることが可能な記録媒体に記録されている。このような第1しきい値TH1は、例えば、160dBとすることができる。
また、除去周波数は、下記式(1)によって算出される上限値X及び下限値Xによって規定される範囲内に含まれる周波数とすることもできる。
X=fp±(f/(2×fp)×β)…(1)
式(1)のfpは、電圧A/D変換手段5によってA/D変換された負荷電圧を形成する各周波数の電圧成分のうち、電圧成分の大きさが最も大きい周波数、及び、電圧成分が第1しきい値TH1以上の周波数の少なくとも一方である。すなわち、図2において、○が付いた周波数、及び、×が付いた周波数の少なくとも一方である。式(1)のfは、電源周波数、即ち、電源103によって電動機102に印加される負荷電圧の基本周波数である。式(1)のβは、0<β<1を満足する係数である。
除去手段7は、電流検出手段2によって検出された負荷電流Iを形成する各周波数の電流成分から除去周波数の電流成分を除去する。除去周波数の電流成分の除去は、下記のようにして行われる。除去手段7は、まず、電流A/D変換手段3によってA/D変換された負荷電流Iを周波数解析し、図3に示すような負荷電流の周波数スペクトル(以下、「電流スペクトル」という。)を得る。尚、周波数解析は、公知のフーリエ変換(FFT)手法によって行うことができる。また、図3に示す電流スペクトルは、後述する実施例1の電流スペクトルである。次に、除去手段7は、電流スペクトルを用いて、電流A/D変換手段3によってA/D変換された負荷電流Iから、除去周波数の電流成分を除去する。図4は、除去手段7によって除去周波数の電流成分が除去された除去後負荷電流の周波数スペクトル(以下、「除去後負荷電流スペクトル」という。)を示す。尚、図4に示す除去後負荷電流電流スペクトルは、後述する実施例1の除去後負荷電流スペクトルである。図4の除去後負荷電流スペクトルは、図2において、○が付いた周波数、及び、×が付いた周波数を除去後周波数とした場合に得られた除去後負荷電流スペクトルである。
第2判断手段8は、負荷電圧の基本周波数をf、正の整数をα(f>α)とすると、除去後負荷電流が下記条件(1)及び(2)を同時に満足するか否かを判断する。
(1)…除去後負荷電流を形成し、且つ、大きさが第3しきい値TH3以上の電流成分を有する診断用周波数に、f±αが共に含まれていること。
(2)…診断用周波数のうち3f以上の診断用周波数が、fの整数倍の間隔をおいて存在していること。
条件(1)におけるf±αは、負荷電圧の基本周波数fを60Hzとすれば、60Hzに対する差分が同一の0Hzを超えて60Hz未満の周波数と、60Hzを超えて120Hz未満の周波数との両方の周波数を指している。尚、図4に除去後負荷電流スペクトルを示す実施例1の除去後負荷電流においては、大きさが第3しきい値TH3以上の電流成分を有する診断用周波数が1〜7ある。実施例1においては、負荷電圧の基本周波数fが60Hzであり、従って、診断用周波数1は30(f−30)Hz、診断用周波数2は90(f+30)Hzであり、よって、実施例1の除去後負荷電流には、f±α(ここでは30)の診断用周波数が含まれている。よって、実施例1の除去後負荷電流は、条件(1)を満足する。
条件(2)は、例えば、負荷電圧の基本周波数fを60Hzとすれば、180Hz以上の診断用周波数が、(60Hz×K(K:正の整数))の間隔をおいて存在していることを意味する。尚、上述のように、実施例1においては、負荷電圧の基本周波数fが60Hzであり、従って、図4に示す診断用周波数1〜7のうち、診断用周波数4(1013Hz)、診断用周波数5(1133Hz)、診断用周波数6(1373Hz)、診断用周波数7(1493Hz)が、3f以上の診断用周波数である。診断用周波数4と診断用周波数5との間隔は120(60×2)Hz、診断用周波数5と診断用周波数6との間隔は240(60×4)Hz、診断用周波数6と診断用周波数7との間隔は120(60×2)Hzであり、よって、実施例1の除去後負荷電流は、条件(2)を満足する。
上記条件(1)及び(2)を同時に満足しないと判断された場合は、電流検出手段2は、負荷電流Iを検出し直し、除去手段7は、検出し直された負荷電流Iから、除去周波数の電流成分を除去する。このように、除去手段7によって除去周波数の電流成分が除去された除去後負荷電流は、再び、第2判断手段8によって、上記条件(1)及び(2)を同時に満たすか否かが判断される。
このように、条件(1)及び(2)を同時に満足しない場合、負荷電流Iを検出し直すのは、条件(1)及び(2)を同時に満足しない場合、負荷電流に他の信号ケーブルからノイズが入ること、また電流検出手段自身の故障等によって、電流検出手段2が正確に負荷電流Iを検出できていないためである。これは、負荷電流Iを形成し、且つ、大きさが比較的大きい(第3しきい値TH3以上である)電流成分を有する診断用周波数には、周波数f±αが共に含まれ、更に、診断用周波数のうち3f以上の診断用周波数が、fの整数倍の間隔をおいて存在するためである。尚、図4に示すように、第3しきい値TH3は、例えば、110dBとすることができる。
また、負荷電流Iは、f±f/(電動機102のポール数(極数)/2)の近傍の周波数の電流成分が比較的に大きい。よって、条件(1)のαは、f/(電動機102のポール数/2)とすることができる。尚、条件(1)のαをf/(電動機102のポール数/2)とする場合において、電動機のポール数が4であり、負荷電圧の基本周波数fが60Hzであるときは、条件1のf±αは60/(4/2)、すなわち60±30Hzである。
尚、負荷電圧の基本周波数f、第3しきい値TH3、及び、電動機102のポール数は、第2判断手段8が読み取ることが可能な記録(図示しない)に記録されている。
第1判断手段9は、第2判断手段8によって満足すると判断された除去後負荷電流に第2しきい値TH2以上の大きさの電流成分が含まれるか否かを判断する。また、本実施形態においては、第2しきい値TH2以上の大きさの電流成分が含まれるか否かの判断対象は、除去後負荷電流を形成する電流成分のうち、診断用周波数の電流成分とされる。第2しきい値TH2は、第1判断手段9が読み取ることが可能な記録(図示しない)に記録されている。
異常判定手段10は、第1判断手段9によって除去後負荷電流に第2しきい値TH2以上の電流成分が含まれると判断されると、機械設備101の異常と判定する。このように判定できるのは、次の通りである。除去後負荷電流は、負荷電流Iから除去周波数の電流成分が除去されたものである。除去周波数は、負荷電圧を形成する電圧成分のうち、電圧成分の大きさが最も大きい周波数、及び、電圧成分の大きさが第1しきい値以上の周波数の少なくとも一方である。即ち、除去周波数は、負荷電圧を形成する電圧成分の中で、大きさが比較的大きな電圧成分の周波数である。機械設備101が正常な場合において、同じ周波数の負荷電圧と負荷電流とは正の相関関係を有する。従って、除去周波数の電流成分の大きさは、機械設備101が正常な場合において比較的大きく、除去後負荷電流を形成する電流成分の大きさは、機械設備101が正常な場合において比較的小さい。よって、除去後負荷電流に、大きさが比較的大きな(第2しきい値TH2以上の)電流成分が含まれる場合は、機械設備101の異常と判断できる。尚、機械設備101の異常が発生したとき、第2しきい値TH2以上の電流成分が除去後負荷電流に含まれるようにするため、第2しきい値TH2は、例えば、機械設備101の異常が発生したときのみ、除去後負荷電流に含まれる電流成分が、超えることができる大きさとされる。
警報手段11は、異常判定手段10が機械設備101の異常と判定すると、機械設備101の異常を知らせる警報音等を発する。表示手段12は、異常判定手段10が機械設備101の異常と判定すると、モニタ(図示しない)の画面に機械設備101の異常が発生した旨を表示する。
次に、以上に説明した本実施形態に係る機械設備の異常判定装置1が行う機械設備101の異常判定の手順を説明する。図5は、本実施形態に係る機械設備の異常判定装置1が行う機械設備101の異常判定の手順を示すフロー図である。
まず、機械設備の異常判定装置1は、初期設定を行う(図5、S501)。この初期設定においては、第2判断手段8は、負荷電圧の基本周波数f、第3しきい値TH3、及び、電動機102のポール数が記憶された記憶媒体から、負荷電圧の基本周波数f、第3しきい値TH3、及び、電動機102のポール数を読み出し、第1判断手段9は、第2しきい値TH2が記憶された記憶媒体から、第2しきい値TH2を読み出す。尚、電圧成分の大きさが第1しきい値TH1以上の周波数を除去周波数と決定する場合と、電圧成分の大きさが最も大きい周波数、及び、電圧成分の大きさが第1しきい値TH1以上の周波数を除去周波数と決定する場合とは、当該初期設定において、除去周波数決定手段6は、第1しきい値TH1が記憶された記録媒体から第1しきい値TH1を読み出す。
初期設定が行われると、電流検出手段2は、負荷電流Iを検出する(図5、S502)。電流検出手段2によって負荷電流Iが検出されると、電流A/D変換手段3は、検出された負荷電流IをA/D変換する(図5、S503)。次に、除去手段7は、電流A/D変換手段3からA/D変換された負荷電流Iを周波数解析し、図3に示すような電流スペクトルを得る(図5、S504)。
次に、電圧検出手段4は、負荷電圧を検出する(図5、S505)。電圧検出手段4によって負荷電圧が検出されると、電圧A/D変換手段5は、検出された負荷電圧をA/D変換する(図5、S506)。次に、除去周波数決定手段6は、電圧A/D変換手段5がA/D変換した負荷電圧を周波数解析し(図5、S507)、除去周波数を決定する(図5、S508)尚、図5のステップS502〜S504と、図5のステップS505〜S508とは、何れを先に行っても、両方同時に行ってもよい。
除去周波数が決定されると、除去手段7は、電流A/D変換手段3がA/D変換した負荷電流Iを形成する各周波数の電流成分から除去周波数の電流成分を除去し、図4に示すような除去後電流スペクトルを得る(図5、S509)。
次に、第2判断手段8は、除去後負荷電流が上記条件(1)及び(2)を同時に満足するか否かを判断する。この判断をするため、まず、第2判断手段8は、除去後電流スペクトルを用いて、診断用周波数(大きさが第3しきい値TH3以上の電流成分の周波数)を特定する(図5、S510)。次に、診断用周波数にf±αが共に含まれていること、及び、診断用周波数のうち3f以上である診断用周波数がfの整数倍の間隔をおいて存在していることが同時に満たされているか否かを判断する(図5、S511)。この判断によって、電流検出手段2が負荷電流Iを正確に検出したか否かが判断される。
判断ステップS511において、満足しないと判断された場合、負荷電流Iの検出からやり直される(図5、S502〜S510)。尚、負荷電流Iの検出をし直す場合は、負荷電圧の検出は、し直しても、し直さなくてもよい。
判断ステップS511において、満足すると判断された場合、第1判断手段9は、除去後負荷電流に第2しきい値TH2以上の電流成分が含まれるか否かを判断する(図5、S512)。
判断ステップ512において、除去後負荷電流に第2しきい値TH2以上の電流成分が含まれていると判断されると、異常判定手段10は、機械設備101の異常と判定する(図5、S513)。機械設備101の異常と判定されると、警報手段11は機械設備101の異常を知らせる警報音等を発し、表示手段12は、モニタの画面に機械設備101の異常が発生した旨を表示する(図5、S514)。
一方、判断ステップ512において、除去後負荷電流に第2しきい値TH2以上の電流成分が含まれていないと判断されると、異常判定手段10は、機械設備101は正常と判定する(図5、S515)。
以上のように、本実施形態に係る機械設備の異常判定装置1は、除去後負荷電流に第2しきい値TH2以上の電流成分が含まれるか否かを判断し、含まれると判断すると、電動機102が駆動する機械設備101の異常と判定する。上述のように、除去周波数の電流成分は機械設備101が正常な場合において比較的大きい電流成分である。よって、負荷電流Iから除去周波数の電流成分が除去された除去後負荷電流を形成する電流成分は、機械設備101が正常な場合は比較的小さい。機械設備101が正常な場合において比較的小さい電流成分は、負荷電流の大きさに与える影響の小さい異常が発生した場合であっても、電流成分自体が小さいため、変化割合が比較的大きい。よって、本実施形態に係る機械設備の異常判定装置1は、負荷電流の大きさに与える影響の小さい異常を容易に検知することができる。従って、本実施形態に係る機械設備の異常判定装置1は、高精度に異常判定を行うことができる。
また、電動機102と電源103を共用する他の電動機等の運転状況が変化しても、負荷電流Iを形成する電流成分のうち、電圧成分が比較的小さい周波数の電流成分は変動し難い。即ち、他の電動機等の運転状況が変化しても、周波数が除去周波数でない電流成分は変動し難い。従って、除去後負荷電流は、他の電動機等の運転状況が変化しても変化し難い。よって、本実施形態に係る機械設備の異常判定装置1は、電動機102と電源103を共用する他の電動機等の運転状況の変化によって異常判定の結果が影響され難い。
尚、本実施形態では、電圧検出手段4は、電動機102に印加される負荷電圧を検出しているが、電圧検出手段4が検出する負荷電圧は、当該負荷電圧に限定されるものでない。電圧検出手段4が検出する負荷電圧として、例えば、電圧成分の構成が、電動機102に印加される負荷電圧と同じ負荷電圧を挙げることができる。電圧成分の構成が電動機102に印加される負荷電圧と同じ負荷電圧としては、例えば、電動機102と電源103を共用する他の電動機に、電源103によって印加される負荷電圧を挙げることができる。
また、本実施形態では、除去周波数決定手段6は、負荷電圧を周波数解析して、除去周波数を決定しているが、負荷電圧を周波数解析した解析結果が記録媒体に記録されている場合は、負荷電圧を周波数解析することに代えて、記録媒体から解析結果を読み出してもよい。記録媒体から解析結果を読み出す場合は、機械設備の異常判定装置1には、電圧検出手段4及び電圧A/D変換手段5を備える必要はない。
本実施例においては、機械設備に異常を発生させて、機械設備の異常判定装置に機械設備の異常について判定させた。図6(a)は、本実施例及び後述の実施例2における電動機、及び、該電動機に駆動される機械設備(ブロワ)の概略構成図である。図6(a)に示すように、ブロワ20は、第1回転軸部材31及び第2回転軸部材32を介して電動機40と接続されている。第1回転軸部材31は、ブロワ20が備える回転羽の回転軸であり、第2回転軸部材32は電動機40の回転軸である。第1回転軸部材31と第2回転軸部材32とは、フランジ形軸継手等のカップリング部材60によって接続されている。更に、第1回転軸部材31は、ブロワ20と電動機40との間に配置された2つのベアリング51、52によって支持されている。
本実施例における機械設備の異常は、ブロワ20の回転羽が回転することで起こるブロワ20の振動である。図6(b)は、ブロワ20が備える回転羽21の正面図である。本実施例では、このような異常を発生させるために、図6(b)に示すように、ブロワ20の回転羽21の中心22から外れた1箇所に錘23を載置した。本実施例における電動機40は、出力が5.5kw、ポール数が4である。本実施例における負荷電圧の基本周波数は、60Hzである。本実施例における第1しきい値TH1は、160dB、第2しきい値TH2は、140dB、第3しきい値TH3は、110dBである。本実施例における負荷電圧の電圧スペクトル、除去周波数の電流成分が除去される前の電流スペクトル、除去後負荷電流の電流スペクトルは、図2〜4に示す通りである。
実施形態において説明したように、実施例1の除去後負荷電流は、第2判断手段が同時に満足するか否かを判断する条件(1)及び(2)を同時に満たす。従って、本実施例に
おいては、電流検出手段2が正確に負荷電流を検出している。
また、図4に示すように、除去後負荷電流を形成する周波数30Hz、90Hz、1133Hz、1373Hzの電流成分が第2しきい値TH2以上であった。このように、除去後負荷電流に第2しきい値TH2以上の電流成分が含まれているため、ブロワ20の回転羽21が回転してブロワ20の振動が発生すると、機械設備の異常判定装置は、機械設備の異常と判定した。
また、本実施例では、ブロワ20の回転羽21が回転したときのブロワ20の振動の振幅が、20μm、50μm、70μmのそれぞれの場合において、除去後負荷電流を形成する周波数1133Hz、1373Hzの電流成分の大きさを測定した。ブロワの振動の振幅の変更は、ブロワ20の回転羽21の中心22から外れた1箇所に載置した錘23の重さを変えることで行った。また、ブロワ20の振動の振幅の測定は、ブロワ20と電動機40との間に配置されたベアリング51又はベアリング52に取り付けた振動計で行った。図6(c)に示すように、周波数1133Hz、1373Hzの何れの電流成分においても、振動の振幅が大きくなればなるほど、大きくなった。よって、振動の振幅が大きくなればなるほど、電流成分の値が大きくなるため、第2しきい値TH2以上の電流成分があると、機械設備の異常と判定する本発明に係る機械設備の異常判定装置によれば、機械設備の異常判定を行うことができる。
本実施例では、ブロワ20の回転羽21の中心22から外れた1箇所に錘を載置23するのではなく、図7(a)に示すように、ブロア20と電動機40との間のカップリング部材60における、第1回転軸部材31の芯31aと、第2回転軸部材32の芯32aとをずらして(ミスアライメント)機械設備の異常を発生させた。本実施例では、除去後負荷電流を形成する周波数が30Hz、90Hzの電流成分が第2しきい値TH2以上であった。また、本実施例では、カップリング部材60における芯のずれを、0mm、0.1mm、0.2mm、0.4mmとしたとき、各芯のずれにおける除去後負荷電流を形成する周波数が30Hz、90Hzの電流成分の大きさを測定した。図7(b)に示すように、周波数が30Hz、90Hzの何れの電流成分においても、カップリング部材60におけるの芯のずれの量が大きくなればなるほど、大きくなった。よって、実施例1と同様に、振動の振幅が大きくなればなるほど、電流成分の値が大きくなるため、本発明に係る機械設備の異常判定装置によれば、機械設備の異常判定を行うことができる。
図1は、実施形態に係る機械設備の異常判定装置の機能ブロック図である。 図2は、実施例1における電圧スペクトルである。 図3は、実施例1おける、除去周波数の電流成分が除去される前の負荷電流の電流スペクトルである。 図4は、実施例1における、除去後負荷電流の電流スペクトルである。 図5は、機械設備の異常判定装置が行う、機械設備が異常か否かを判定する手順を示すフロー図である。 図6(a)は、実施例1及び2における電動機及び該電動機に駆動されるブロワの概略構成図である。図6(b)は、図6(a)に示すブロワが備える回転羽の正面図である。図6(c)は、除去後負荷電流に含まれる各周波数の電流成分の大きさを示す試験結果である。 図7(a)は、図6(a)のカップリング部材、電動機、及び、ブロワ近傍を拡大した図である。図7(b)は、除去後負荷電流に含まれる各周波数の電流成分の大きさを示す試験結果である。
符号の説明
1…機械設備の異常判定装置、2…電流検出手段、6…除去周波数決定手段、7…除去手段、9…第1判断手段、10…異常判定手段

Claims (3)

  1. 機械設備を駆動する電動機に供給される負荷電流を検出する電流検出手段と、
    前記電動機に前記負荷電流を供給するために前記電動機に印加される負荷電圧を形成する各周波数の電圧成分のうち、電圧成分の大きさが最も大きい周波数、及び、電圧成分の大きさが第1しきい値以上の周波数の少なくとも一方を除去周波数と決定する除去周波数決定手段と、
    前記電流検出手段によって検出された前記負荷電流を形成する各周波数の電流成分から、前記除去周波数の電流成分を除去する除去手段と、
    前記除去手段によって前記除去周波数の電流成分が除去された前記負荷電流に第2しきい値以上の大きさの電流成分が含まれるか否かを判断する第1判断手段と、
    前記第1判断手段によって第2しきい値以上の大きさの電流成分が含まれると判断されると、前記機械設備の異常と判定する異常判定手段とを備えることを特徴とする機械設備の異常判定装置。
  2. 前記負荷電圧の基本周波数をf、正の整数をα(f>α)とすると、前記除去手段によって前記除去周波数の電流成分が除去された前記負荷電流が下記条件(1)及び(2)を同時に満足するか否かを判断する第2判断手段を備え、
    前記第2判断手段によって満足しないと判断された場合、
    前記電流検出手段は、前記負荷電流を検出し直し、前記除去手段は、検出し直された前記負荷電流から、前記除去周波数の電流成分を除去し、
    前記第2判断手段によって満足すると判断された場合、
    前記第1判断手段は、前記第2判断手段によって満足すると判断された前記除去手段によって前記除去周波数の電流成分が除去された前記負荷電流に第2しきい値以上の電流成分が含まれるか否かの判断を行うことを特徴とする請求項1に記載の機械設備の異常判定装置。
    (1)…前記除去手段によって前記除去周波数の電流成分が除去された前記負荷電流を形成し、且つ、大きさが第3しきい値以上の電流成分を有する診断用周波数に、f±αが共に含まれていること。
    (2)…前記診断用周波数のうち3f以上の診断用周波数が、fの整数倍の間隔をおいて存在していること。
  3. 機械設備を駆動する電動機に供給される負荷電流を検出する電流検出工程と、
    前記電動機に前記負荷電流を供給するために前記電動機に印加される負荷電圧を形成する各周波数の電圧成分のうち、電圧成分の大きさが最も大きい周波数、及び、電圧成分の大きさが第1しきい値以上の周波数の少なくとも一方を除去周波数と決定する除去周波数決定工程と、
    前記電流検出工程によって検出された前記負荷電流を形成する各周波数の電流成分から、前記除去周波数の電流成分を除去する除去工程と、
    前記除去工程によって前記除去周波数の電流成分が除去された前記負荷電流に第2しきい値以上の大きさの電流成分が含まれるか否かを判断する第1判断工程と、
    前記第1判断工程によって第2しきい値以上の大きさの電流成分が含まれると判断されると、前記機械設備の異常と判定する異常判定工程とを含むことを特徴とする機械設備の異常判定方法。
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