JP6050005B2 - プロセス動作を保護するためのモータ保護システムの使用 - Google Patents

Description

本発明は、一般にモータ保護システムに関し、より具体的には、モータ保護システムから生成されたモータ保護測定値を使用してプロセス動作をモニタリングすることに関する。

しばしば、プロセス動作は、プロセスに関連する変化する動作状態および物理的状態のいずれかを制御することによってモニタリングされる。これらの変化する動作状態および物理的状態は、プロセス変数と呼ばれる。プロセス動作のプロセス変数の例には、温度、速度、圧力、流量などがあり得る。通常、プロセス動作の制御戦略は、これらの変数のために規定されている限度に関してこれらのプロセス変数をモニタリングし、制御することを中心とする。プロセスにおいて使用される特定のアセットまたは機械の動作状態は、通常、プロセス動作の制御戦略では考慮されない。

本発明の一態様では、システムを提供する。本システムは、少なくとも２つの冗長モータ駆動式原動機を備える。少なくとも２つの冗長モータ駆動式原動機の１つは、リードモータ駆動式原動機を備え、少なくとも２つの冗長モータ駆動式原動機の他方は、リードモータ駆動式原動機が故障していることに応答して動作するラグモータ駆動式原動機を備える。少なくとも２つの冗長モータ駆動式原動機に結合された複数のセンサは、少なくとも２つの冗長モータ駆動式原動機に関連する動作データを測定する。複数のセンサに結合されたモータ保護システムは、複数のセンサによって測定された動作データから複数のモータ保護測定値を生成する。少なくとも２つの冗長モータ駆動式原動機およびモータ保護システムに結合されたコントローラは、複数のモータ保護測定値に応じて少なくとも２つの冗長モータ駆動式原動機の動作を制御する。コントローラは、複数のモータ保護測定値を使用して、リードモータ駆動式原動機が故障しているかどうかを判定する。コントローラは、リードモータ駆動式原動機が故障しているという判定に応答して、ラグモータ駆動式原動機の動作をアクティブ化する。コントローラは、故障したリードモータ駆動式原動機をトリップする前にラグモータ駆動式原動機の動作をアクティブ化する。

本発明の他の態様では、流体を移動させる原動機システムを開示する。原動機システムは、流体を移動させる第１のモータによって駆動されるリード原動機を備える。第２のモータによって駆動されるラグ原動機は、第１のモータが故障していることに応答して流体を移動させる。複数のセンサは、リード原動機の第１のモータおよびラグ原動機の第２のモータに関連する動作データを測定する。第１のモータ保護システムは、第１のモータに関連する動作データから複数のモータ保護測定値を生成し、第２のモータ保護システムは、第２のモータに関連する動作データから複数のモータ保護測定値を生成する。コントローラは、第１のモータ保護システムおよび第２のモータ保護システムによって生成された複数のモータ保護測定値に応じてリード原動機およびラグ原動機の動作を制御する。コントローラは、複数のモータ保護測定値を使用して、リード原動機が故障しているかどうかを判定する。コントローラは、リード原動機が故障しているという判定に応答してラグ原動機の動作をアクティブ化する。コントローラは、故障したリード原動機をトリップする前にラグ原動機の動作をアクティブ化する。コントローラは、リード原動機およびラグ原動機が使用されるプロセスのために定義されたモータ保護曲線を利用して、これらの原動機の動作をガイドする。モータ保護曲線は、過負荷電流レベルで故障したリード原動機を動作させるための安全な実行時、および故障したリード原動機をトリップする前にラグ原動機の動作をアクティブ化するための最大バックアップ起動時間を提供する。

本発明の諸実施形態をそこで実施することができるプロセス動作を例示する概略図である。 本発明の一実施形態による図１に示す冗長モータ駆動式原動機の動作をモニタリングし制御するために使用することができるシステムを例示する図である。 図１に示す冗長モータ駆動式原動機が動作するプロセスを制御するように定義されたモータ保護曲線を生成するために使用することができる通常の３相モータのためのモータ保護曲線の典型的なセットを示す図である。 本発明の一実施形態による、図２に示すシステムを用いて図１に示す冗長モータ駆動式原動機を制御しモニタリングすることに関連する動作を説明する流れ図である。

本発明の様々な実施形態は、プロセスにおいて動作している産業用モータを保護するために使用されるモータ保護システムから生成されたモータ保護測定値を使用してプロセス動作をモニタリングすることを対象とする。本発明の諸実施形態は、リードモータ駆動式原動機とリードモータ駆動式原動機が故障していることに応答して動作するラグモータ駆動式原動機とがある冗長モータ駆動式原動機を用いて使用することに適している。一実施形態では、リードモータ駆動式原動機およびラグモータ駆動式原動機に関連する動作データをセンサが測定する。モータ保護システムは、センサによって測定された動作データからモータ保護測定値を生成する。一実施形態では、モータから取得した動作データは、電流および平均相電流を含み、モータ保護測定値は、電流不平衡および電流過負荷を含む。コントローラは、モータ保護測定値を使用して、リードモータ駆動式原動機およびラグモータ駆動式原動機の動作を制御する。具体的には、コントローラは、モータ保護測定値を使用して、リードモータ駆動式原動機が故障しているかどうかを判定する。一実施形態では、コントローラは、リードモータ駆動式原動機およびラグモータ駆動式原動機が動作するプロセス動作のために定義されたモータ保護曲線を利用して、リードモータ駆動式原動機が故障しているかどうかを判定する。一実施形態では、モータ保護曲線は、故障したリードモータ駆動式原動機を過負荷電流レベルで動作させるための安全な実行時を提供する。さらに、モータ保護曲線は、故障したリードモータ駆動式原動機をトリップする前にラグモータ駆動式原動機の動作をアクティブ化するための最大バックアップ起動時間を提供する。コントローラは、リードモータ駆動式原動機が故障していると判定した場合は、故障したリードモータ駆動式原動機をトリップする前にラグモータ駆動式原動機の動作をアクティブ化する。

本発明の様々な実施形態の技術的効果は、プロセスを制御するために単にプロセス変数に依拠するだけでなく、モータ駆動式アセットまたは機械に関連して動作するモータ保護システムから生成されたモータ保護測定値を使用することによってプロセス動作のモニタリングおよび制御を改善することを含む。これによって、モータ駆動式アセットまたは機械に変更を加えてプロセス動作を制御することができるようになる。結果として、プロセス変数が下限または上限に近づくのを待ってからでないとプロセスに対する変更を実行することができない場合より迅速にプロセス動作に対する変更が行われる。本発明の様々な実施形態の他の技術的効果は、モータ保護システムの使用を、モータを保護するように機能することだけから、プロセス動作の信頼性および可用性を保護する役割を有することに変えることを含む。

図１は、本発明の諸実施形態をそこで実施することができる冗長モータ駆動式原動機１０５および１１０を利用するプロセス動作１００の実施例を例示する概略図である。この実施例では、冗長モータ駆動式原動機１０５および１１０は、蒸気潤滑油タンクにおいて流体を移動させるために使用される。本発明の様々な実施形態を、蒸気潤滑油タンクにおける冗長モータ駆動式原動機の使用に関して説明するが、本明細書で説明する諸実施形態は、冗長モータ駆動式原動機をそこで使用することができるいかなるプロセス動作における使用にも適していることを当業者は理解するであろう。冗長モータ駆動式原動機がそこで利用される他の実施例は、遠心送風機を使用するプロセスまたはセーフティクリティカルな換気システム、および遠心ポンプを使用する燃料送りポンプを含む。

再度図１を参照すると、原動機１０５は、燃料の一次ムーバなのでリード原動機であり、一方、原動機１１０は、リード原動機が適切に動作していない（例えば、故障している）ときに流体のバックアップムーバとして役立つのでラグ原動機である。商業用および産業用システムは、一般に、プロセスにとってクリティカルと考えられる機能のために少なくとも１つのバックアップ流体原動機を提供することを当業者は理解するであろうが、本発明の諸実施形態を使用するための適用形態を簡単に例示するために、図１には１つのリード原動機および１つのラグ原動機のみを例示する。図１に示すように、リード原動機１０５は、モータ１２０によって駆動されるポンプ１１５を備え、一方、ラグ原動機１１０は、モータ１３０によって駆動されるポンプ１２５を備える。一実施形態では、モータ１２０および１３０は、誘導モータの形をとることができる産業用モータである。この実施例では、リード原動機１０５およびラグ原動機１１０は、潤滑油を移動させるように構成される。図１に示すように、リード原動機１０５は、潤滑油をオイルコンテナ１３５から弁１４５を介して蒸気潤滑油タンク１４０に移動させる。ラグ原動機１１０は、潤滑油をオイルコンテナ１５０から弁１５５を介して蒸気潤滑油タンク１４０に移動させるように構成される。リード原動機１０５およびラグ原動機１１０によって供給された潤滑油は、蒸気潤滑油タンク１４０の共通供給マニホールド１６０のヘッダに送り込まれる。供給マニホールド１６０は、弁１６７および１７０を介して中間マニホールド１６５のヘッダに結合される。出口マニホールド１７３のヘッダは、弁１７５および１７７を介して中間マニホールド１６５に結合される。図１に示すように、潤滑油は、潤滑のために蒸気潤滑油タンク１４０から軸受ユニット１８０に供給される。具体的には、軸受ユニット１８０の中の配管１８３が蒸気潤滑油タンク１４０から潤滑油を受け取り、それを様々な軸受孔に提供する。次いで、潤滑油は、弁１８７を介して潤滑油タンク１８５に送られる。オイルコンテナ１３５および１５０ならびに潤滑油タンク１８５はすべて同じ容器でよいことを当業者は理解するであろう。

リード原動機１０５およびラグ原動機１１０を介して蒸気潤滑油タンク１４０へのおよびそれからの潤滑油の移動をモニタリングし制御する通常の手法は、いくつかのプロセス変数を制御することに依拠する。そのようなシナリオでは、センサなどのプロセス計器は、プロセス変数に関係があるデータを取得するためにプロセス動作の近くに配置される。これらのプロセス変数に関係があるデータが許容不可能な動作範囲にあることが分かった場合は、プロセスを許容可能な動作範囲に向けるためにプロセス動作にいくつかの変更が加えられる。一実施例では、圧力測定値を取得するために圧力センサを出口マニホールド１７３のヘッダの近くに配置して、潤滑油が軸受ユニット１８０にとって利用可能であることを保証することができる。出口マニホールド１７３のヘッダにおける圧力が許容不可能な範囲にある場合は、コントローラは、より多くの潤滑を提供するためにラグ原動機１１０（すなわち、ポンプ１２５およびモータ１３０）を起動することができる。他のシナリオでは、差動圧力測定値を生成するために圧力センサを弁１７０の近くに配置することができる。弁１７０の周りの差動圧力測定値が低く、許容不可能な範囲にある場合は、これは、フィルタが詰まっていて、その圧力示度を所望の公称範囲に上げるためにラグ原動機１１０の動作をアクティブ化することを是認することを示している可能性がある。どちらの実施例においても、軸受ユニット１８０において流体圧力を失わないことが望ましい。しかし、バックアップポンプ１２５を起動したときに動作中のポンプ１１５をどうするかが問題である。図１には利用される加圧貯蔵器または蓄圧器がないので、バックアップポンプ１２５が故障したリード原動機１０５のポンプ１１５を止めるように動作するまで待つ必要がある。

本発明の諸実施形態は、モータ１２０および１３０からの動作データを使用してプロセス動作１００を制御することを対象とする。図１には示さないが、モータ１２０および１３０などの産業用モータは、通常、モータが故障しないように保護するためにモータ保護システム（例えば、モータリレー、メータ、モータ制御センタなど）と共に配備される。具体的には、これらのモータ保護システムは、一般に、不平衡負荷、高すぎる過電流障害、不足電圧状態、過電圧状態、機械的なジャムおよび負荷損失からの保護を提供する。さらに、これらのモータ保護システムは、モータ保護システムによって保護されるモータの電気バスを共用する他の負荷の状態に関するデータを生成する。

モータ１２０および１３０からの動作データを使用してプロセス動作１００を制御することに関しては、諸実施形態は、具体的には、モータ保護システムから生成されたモータ保護測定値を使用してプロセスを制御することを対象とする。その意図は、以前にはモータにとって利用不可能であった情報を利用して、より良いプロセス決定を行い、いくつかのプロセス変数が許容不可能な動作範囲にあるまたは近づくことに基づいて制御を行った場合より、早く動作することである。本発明の様々な実施形態によって提供される制御動作は、予防的であり、その結果、主要なプロセス変数を混乱させずにその下限または上限に近づく。一実施形態では、モータ保護測定値を、プロセス動作を制御するためだけに使用することも、または指定されたプロセス変数を許容可能な動作範囲内に維持することを含む制御戦略に関連して使用することもできる。

図２は、原動機の動作をモニタリングし制御するために、リード原動機１０５からのモータ１２０（リードモータ）およびラグ原動機１１０からのモータ１３０（ラグモータ）を用いて実施することができるシステム２００を例示する図である。図２に示すように、不平衡負荷、高すぎる過電流障害、不足電圧状態、過電圧状態、機械的なジャムおよび負荷損失を含んでよいアイテムからの保護を提供するために、モータ保護システム２０５（リードモータ保護システム）はモータ１２０に結合され、モータ保護システム２１０（ラグモータ保護システム）はモータ１３０に結合される。これらの機能ならびに他のモータ保護機能を実行することはモータ保護デバイスの技術分野ではよく知られており、したがって、これらの機能の詳細な説明は提供しない。

モータ保護システム２０５および２１０は、モータ１２０および１３０から電流測定値を取得する電流センサ２１５と情報のやり取りをする。一実施形態では、電流センサ２１５は、変流器（ＣＴ）、ホール効果センサ、ＬＥＭ電流センサ、分流器、ロゴスキーコイル、および光ファイバ電流センサを備えてよい。一実施形態では、電流センサ２１５は、モータ１２０および１３０から平均相電流示度および接地電流示度を生成するように構成される。本発明の諸実施形態の例示を簡単にするために、モータをモニタリングし情報をモータ保護システムに提供するために使用することができるすべてのタイプのセンサおよびトランスデューサを図２に例示するわけではないことを当業者は理解するであろう。例えば、モータ保護システム２０５および２１０は、相電圧と、差動入力と、モータ１２０および１３０の巻線および軸受ならびにこれらのモータによって駆動されるポンプ１１５（図１）および１２５（図１）からのデータとを提供するセンサからデータを受け取ることができることを当業者は理解するであろう。

図２は、各モータ（すなわち、リードモータおよびラグモータ）に結合された別々のモータ保護システムの使用を示すが、１つのモータ保護システムを使用してリードモータ１２０およびラグモータ１３０を保護することができることも考えられる。使用される数に関係なく、モータ保護システム２０５および２１０は、電気メータまたはリレーなどの任意の市販のモータ保護システムまたはデバイスでよい。システム２００において使用することができる市販のモータ保護デバイスの一例は、ＧＥ Ｍｕｌｔｉｌｉｎによって販売されている４６９ Ｍｏｔｏｒ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｒｅｌａｙである。本明細書で説明する諸実施形態において利用することができる４６９ Ｍｏｔｏｒ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｒｅｌａｙと同様の機能を実行し情報を生成する他の市販のモータ保護デバイスがあることを当業者は理解するであろう。

コンピュータとして図２に示すコントローラ２２０は、通信ネットワーク２２５を介してモータ保護システム２０５および２１０に接続され、さらにリードモータ１２０およびラグモータ１３０に接続される。図２には示さないが、コントローラ２２０は、リードモータ１２０とポンプ１１５、およびラグモータ１３０とポンプ１２５のモータ／ポンプセットを含むリード原動機１０５（図１）およびラグ原動機１１０（図１）に接続されることを当業者は理解するであろう。一実施形態では、コントローラ２２０は、モータ保護システム２０５および２１０から生成されたモータ保護測定値に応じてリード原動機１０５（図１）およびラグ原動機１１０（図１）の動作を制御する。具体的には、コントローラ２２０は、モータ保護測定値を使用して、リードモータ駆動式原動機１０５（図１）が故障しているかどうかを判定する。本明細書では、モータに印加された負荷によってモータが定格電圧において銘板定格より遅く動作するようになる場合は、このモータは故障している。コントローラ２２０は、リードモータ駆動式原動機１０５（図１）が故障していると判定した場合は、ラグモータ駆動式原動機１１０（図１）の動作をアクティブ化する。一実施形態では、コントローラ２２０は、故障したリードモータ駆動式原動機１０５（図１）をトリップする前に、ラグモータ駆動式原動機１１０（図１）の動作をアクティブ化する。

リードモータ１２０およびラグモータ１３０を制御することに加えて、コントローラ２２０を使用して他の様々な動作を実行することができる。例えば、コントローラ２２０を使用して、リードモータ１２０およびラグモータ１３０のリモートモニタリングおよび診断、ならびにこれらのアセットおよびプロセス動作において利用される他のアセット（例えば、ポンプ、弁、マニホールドなど）の総合管理を実行することができる。

図２には示さないが、プラントオペレータがプロセスレベルでシステムとより密接な対話を有することができるように、別のコンピュータをモータ保護システム２０５および２１０の近くに局部的に配置することができる。コンピュータがプロセス動作においてどこに配置されるかに関係なく、ラグモータ駆動式原動機１１０（図１）およびリードモータ駆動式原動機１０５の制御を提供するためにこれらのコンピュータを本発明の様々な実施形態と共に実装することができる。

動作中、電力は、モータバス２３０およびモータバスブレーカ（図２には示さず）を通ってリードモータ１２０およびラグモータ１３０に来る。図２には示さないが、各モータは、モータコンタクタおよびコンタクタの故障の場合に開く保護ヒューズを有する。動作中、センサ２１５は、リードモータ１２０からモータ保護システム２０５に動作データ（例えば、平均相電流、電圧）を提供する。モータ保護システム２０５は、動作データからモータ保護測定値を生成する。一実施形態では、モータ保護システム２０５から生成されたモータ保護測定値は電流不平衡および電流過負荷情報を含む。電流不平衡および電流過負荷は、通信ネットワーク２２５を介してコントローラ２２０に提供され、コントローラ２２０は、この情報を使用して、リードモータ１２０によるリード原動機が故障しているかどうかを判定する。故障している場合は、コントローラ２２０は、ラグモータ１３０を介してラグ原動機の動作をアクティブ化して流体を移動させ始める。

一実施形態では、コントローラ２２０は、リードモータ１２０によって駆動されるリード原動機１０５（図１）およびラグモータ１３０によって駆動されるラグ原動機１１０（図２）が動作するプロセス動作のために定義されたモータ保護曲線を利用してリードモータが故障しているかどうかを判定する。さらに、コントローラ２２０は、モータ保護曲線を利用して、リードモータ１２０が故障していると判定するとすぐラグモータ１３０をアクティブ化することができる時間を判定する。コントローラ２２０がこれらの機能を実行するために、モータ保護曲線は、故障したリードモータ駆動式原動機１０５（図１）を過負荷電流レベルで動作させるための安全な実行時を提供する。さらに、モータ保護曲線は、故障したリードモータ駆動式原動機１０５（図１）をトリップする前にラグモータ駆動式原動機１１０（図１）の動作をアクティブ化するための最大バックアップ起動時間を提供する。

一実施形態では、モータサプライヤによって提供されたモータ曲線からコントローラ２２０によって使用されるモータ保護曲線を生成することができる。モータのためのモータ曲線の典型的なセットは、速度に対してプロットされたトルク、電力消費量、電流、および力率のための曲線を含む。一般に、これらのモータ保護曲線のうちの１つの電流曲線は、同期速度に非常に近い速度で拘束回転子または零速度から無負荷電流まで単調に低下する。図１に例示する潤滑供給プロセス動作における使用に適したサービスファクタ１のモータでは、ＧＥ Ｍｕｌｔｉｌｉｎによって販売されている４６９ Ｍｏｔｏｒ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｒｅｌａｙなどのモータ保護システムは、通常、モータが定格電流の１１５％より小さい電流で銘板速度に近い速度に達したときにモータ起動を表明する。１１５％の値は、サービスファクタ１のモータに対する過負荷の開始であると判定された。

モータサプライヤによって提供されたモータ曲線に加えて、業界標準に準拠して規定されているモータ曲線を使用して、コントローラ２２０によって使用されるモータ保護曲線を得ることができる。一実施形態では、ＡＮＳＩ Ｃ３７．９６モータ保護規格によって使用されるＩＥＥＥ規格６２０モータ保護曲線を使用して、コントローラ２２０によって使用されるモータ保護曲線を得ることができる。通常、これらの曲線は、一般に、通常は０．１秒から１０００秒までの時間上の高さ４ディケード対単位ごとの（ＰＵ）または複数のモータ銘板電流もしくは定格電流の線形目盛である半対数プロットである。ＡＮＳＩ Ｃ３７．９６モータ保護規格によって使用される典型的なＩＥＥＥ規格６２０モータ保護曲線は７ＰＵまであり、一般に６３０％または６．３ＰＵの拘束回転子電流を有する高効率モータをカバーする。

図３は、コントローラ２２０（図２）によって利用されるモータ保護曲線を生成するために使用することができる通常の３相モータのためのＡＮＳＩ Ｃ３７．９６モータ保護規格によって使用されるＩＥＥＥ規格６２０モータ保護曲線の典型的なセットの例を示す。「動作過負荷」と表示した一番上の曲線は、モータの熱故障前の電流過負荷における最大安全動作時間の範囲を示す。これは、モータに過負荷および単なる機械的過負荷をもたらす軸受の故障、流体の粘性／インピーダンスの変化などの状況を対象とする。「拘束回転子限度」は、回転子ホットシナリオ（すなわち、最近動作を開始しようと試みた、または単に動作を停止した、より短い時間の下側の曲線であるシナリオ）にあるときに、および回転子コールドシナリオにあるときに、モータを止めることができる最大安全時間である。図３のモータ保護曲線はまた、２つの起動時間曲線を示す。起動時間曲線の１つは、０．９ＰＵ電圧（銘板電圧の９０％）においてより遅い時間を有し、他方の起動時間曲線は、１．０ＰＵ電圧においてより速い時間を有する。

モータサプライヤによって提供されたモータ曲線および業界標準モータ曲線（例えば、ＡＮＳＩ Ｃ３７．９６モータ保護規格によって使用されるＩＥＥＥ規格６２０モータ保護曲線）から提供された情報を使用して、コントローラ２２０によって使用されるモータ保護曲線を得る。具体的には、これは、一般に、モータ起動時間に余裕を持たせること、および存在する動作過負荷曲線から減じることを含む。この結果、ラグモータ１３０を介してラグ原動機１０５を何時起動するべきかを判定するために使用することができる新たな減少した時間が生じる。

リード原動機およびラグ原動機が関与するプロセス動作を制御するためにコントローラ２２０によって使用されるモータ保護曲線を作成する多くのやり方があるが、１つの例を図３に関して説明する。具体的には、ラグモータを起動するための十分な安全マージンを判定するために、０．９ＰＵ時間の低下した電圧レベルにおける起動時間に余裕を持たせ、次いで、安全のために２の因数を適用する（２×６．５＝１３秒）ことを考慮する。図３は、０．９ＰＵ電圧の２倍の起動時間が（１７２秒における３．７ＰＵ電流）の最高過負荷点の時間から引かれて１７２−１３＝１５９秒になったことを示す。動作過負荷曲線の平行移動は、一定の乗数に起因する。一例として、図３は、一定の乗数が１５９／１７２＝０．９２４４であることを示す。したがって、図３における曲線を定義する３点は、以下の通りである。

モータ保護曲線を作成する他の方法は、すべての点で曲線から単に１３秒を引くことである。これは、（２．１１、９８７）において安全な時間曲線とほとんど交わるように見える（３．７０、１５９）を通るより急勾配の曲線を提供する。他の実施形態では、より低い因数を使用し、ラグモータが安全にオンラインであることを保証するためにより控えめであることも可能である。動作過負荷線は最大安全限度なので、それより下および左側に引かれたどの曲線も安全であることを当業者は理解するであろう。線を低く引きすぎることはまた、プロセスにおける過負荷がよく理解されない場合は、ラグポンプの厄介な起動を招来すると認められる。

「最大バックアップ起動時間」曲線は、これらの手法のうちのいずれか１つに起因する曲線である。次に、図３に示す最大バックアップ起動時間曲線は、リード原動機のゆるやかな損失からラグモータの動作速度への到達までの時間遅延からの圧力損失またはフロー損失を有しない方法を提供する。

上記で得られた保護曲線を実施するために、コントローラ２２０は、リード原動機が故障していると判定した後にラグ原動機を何時アクティブ化するべきかを確認するためにタイマを利用する。一実施形態では、タイマは、リードモータ駆動式原動機が、得られたモータ保護曲線で規定されている予め決められた過負荷電流値より大きい過負荷電流値を有するというモータ保護システムの判定に応答して開始される。一実施形態では、コントローラ２２０は、タイマがモータ保護曲線において過負荷電流値のために規定されている予め決められた時間限度を超えていることに応答して、ラグモータ駆動式原動機の動作をアクティブ化する。さらに、コントローラ２２０は、ラグモータ駆動式原動機のアクティブ化を開始したリードモータ駆動式原動機の現在の過負荷電流値を記録する。さらに、この実施形態では、コントローラ２２０は、リードモータ駆動式原動機からラグモータ駆動式原動機への動作の移動が行われたというプラントオペレータへの通知を生成することができる。

ラグ原動機１１０（図１）への移動が行われた後に、リード原動機１０５（図１）およびラグ原動機１１０からの両方のモータ／ポンプセットが動作する。一実施形態では、故障したモータがラインから外されようとする点において、コントローラ２２０は、記録された過負荷電流をラグモータ駆動式原動機から取得した電流値と比較して、それが予め決められた許容可能なレベル内にあるかどうかを判定する。一実施形態では、差が、ラインから外されたモータの高電流レベルの＋／−５％から＋／−１０％までである場合は、コントローラ２２０は、新しい原動機が問題を解決せず、正常に動作しているモータではなく、問題を生じさせているプロセスに何か他の問題（例えば、水圧の問題または空気圧の問題など）がある可能性があるというプラントオペレータへのプロセス状態通知（例えば、アラーム）を生成する。この実施形態では、ラグモータ駆動式原動機を起動する前にリード原動機のモータから示度を取ることが好ましいことに留意されたい。さらに、リードモータ駆動式原動機を止めた後にラグ原動機のモータから示度を取ることが好ましい。

リードモータ駆動式原動機１０５（図１）の過負荷電流値が、（得られたモータ保護曲線で規定されているような）現在の過負荷電流値のために規定されている予め決められた（タイマの開始をトリガした）時間限度が切れる前に予め決められた過負荷電流値より低くなったことが分かった場合は、コントローラ２２０は、リードモータ駆動式原動機１０５（図１）の使用を続けて流体を移動させる。この実施形態では、コントローラ２２０は、過負荷電流がなくなったというプラントオペレータへのモータ状態通知を生成することができる。さらに、コントローラ２２０は、リードモータ駆動式原動機１０５（図１）の過負荷電流値が、現在の過負荷電流値のために規定されている予め決められた時間限度が満了するまたは切れる前に予め決められた過負荷電流値より低くなったという判定に応答して、タイマをリセットすることができる。

情報を報告するために使用される多くの様々な媒体のうちの１つによって前述のプラントオペレータへの様々な通知を行うことができることを当業者は理解するであろう。例えば、通知は、プロセス動作中に生じたイベントの様々な詳細を提供するアラーム、電子メール、または報告を含んでよい。これらは使用することができる通知の可能な形の非網羅的リストにすぎないが、本発明の諸実施形態は、通知のいかなる特定の形にも限定されない。

本発明の様々な実施形態では、コントローラ２２０によって実行される制御動作の一部を、完全にハードウェアの実施形態、完全にソフトウェアの実施形態、またはハードウェア要素およびソフトウェア要素の両方を含む実施形態の形で実行することができる。一実施形態では、コントローラ２２０によって実行される処理機能を、ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどを含むがそれらに限定されないソフトウェアで実行することができる。

さらに、コントローラ２２０によって実行される処理機能は、コンピュータまたは任意の命令実行システム（例えば、処理ユニット）によってまたはそれに関連して使用するためのプログラムコードを提供するコンピュータ使用可能媒体またはコンピュータ可読媒体からアクセス可能なコンピュータプログラム製品の形をとることができる。本明細書では、コンピュータ使用可能媒体またはコンピュータ可読媒体は、コンピュータまたは命令実行システムによってまたはそれに関連して使用するためのプログラムを含むまたは格納することができる任意のコンピュータ可読記憶媒体でよい。

コンピュータ可読媒体は、電子、磁気、光、電磁、赤外、または半導体システム（または装置もしくはデバイス）でよい。コンピュータ可読媒体の例には、半導体もしくは固体メモリ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、リジッド磁気ディスク、および光ディスクがある。光ディスクの現在の例には、コンパクトディスク−読取り専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、コンパクトディスク−読取り／書込み（ＣＤ−Ｒ／Ｗ）、およびデジタルビデオディスク（ＤＶＤ）がある。

図４は、本発明の一実施形態による図２に図示したシステムを用いて図１に図示したリード原動機１０５およびラグ原動機１１０を制御しモニタリングすることに関連する動作を説明する流れ図４００である。図４の流れ図４００では、４０５においてコントローラ２２０がモータ保護システム２０５からモータ保護測定値を取得する。具体的には、コントローラ２２０は平均相電流示度を取得する。平均相電流示度に加えて、コントローラは、電流不平衡情報および電流過負荷情報など、リードモータ１２０の動作に関係がある他のモータ保護測定値を取得することができる。一実施形態では、コントローラ２２０は、Ｍｏｄｂｕｓ、Ｐｒｏｐｈｉｂｕｓ、ＣａｎＢｕｓ、ファウンデーションフィールドバス、高速イーサネットなどの現在利用可能な電子通信システムのうちの任意の１つによって、モータ保護システム２０５からモータ保護測定値を、およびセンサ２１５から動作データを取得することができる。

４１０において、コントローラ２２０が、リード原動機１０５がそこで機能するプロセス動作のために特に得られたリードモータ１２０のためのモータ保護曲線を取得する。前述のように、モータ保護曲線を利用して、リードモータ１２０が故障しているかどうかを判定する。

一実施形態では、コントローラ２２０は、４１５において、平均相電流示度をモータ保護曲線で規定されている最小過負荷電流と比較することによってリードモータ１２０が故障しているかどうかを判定する。４２０において、平均相電流示度がモータ保護曲線で規定されている最小過負荷電流より大きいと判定した場合は、コントローラはタイマを開始する。平均相電流示度が最小過負荷電流以下の場合は、プロセス動作は４３０においてリード原動機の使用を続け、リード原動機のモニタリングがブロック４０５〜４２０に従って続行する。

タイマが開始された後に、４３５において、モータ保護曲線において過負荷電流値のために規定されている予め決められた時間限度を超えたかどうかを確認するために判定が行われる。時間限度を超えた場合は、コントローラ２２０は、４４０において、ラグモータ駆動式原動機１１０の動作をアクティブ化し、４４５において、ラグモータ駆動式原動機のアクティブ化を開始した現在の過負荷電流値を記録する。さらに、コントローラ２２０は、４５０において、リードモータ駆動式原動機からラグモータ駆動式原動機への動作の移動が行われたことをプラントオペレータに通知するために通知を生成する。

リードモータ１２０がラインから外されようとする点で、コントローラ２２０は、４５５において、記録された過負荷電流をラグモータ駆動式原動機１１０のラグモータ１３０から取得された電流値と比較して、それが予め決められた許容可能なレベルの範囲内にあるかどうかを判定する。一実施形態では、差が、ラインから外されたモータ（すなわち、リードモータ１２０）の高電流レベルの＋／−５％から＋／−１０％までである場合は、コントローラ２２０は、４６０において、新しい原動機が問題を解決せず、モータに関連しないプロセスに何か他の問題がある可能性があるというプラントオペレータへのプロセス状態通知（例えば、アラーム）を生成する。一実施形態では、４７０において、ラグモータ１３０をモニタリングし始め、上記の機能を繰り返す。一方、プラントオペレータは、プロセス動作における基本的な問題を判定することができる。

４３５において、時間限度を超えておらず、リードモータ１２０の過負荷電流値が、４７５において判定されたように、タイマの開始をトリガした予め決められた過負荷電流値より低くなったと判定された場合は、コントローラ２２０は、リードモータ駆動式原動機の使用を続ける。具体的には、コントローラ２２０は、４８０においてタイマをリセットし、４８５において、過負荷電流がなくなったことを示すプラントオペレータへのモータ状態通知を生成する。４７５において、リードモータ１２０の過負荷電流値が予め決められた過負荷電流値より低くなっておらず、４３５において時間限度を超えていないと判定された場合は、コントローラ２２０は、時間限度を超えたと判定されるまでリードモータ１２０の平均電流示度をモニタリングし続ける。

上記図４の流れ図は、コントローラ２２０を使用してリード原動機１０５およびラグ原動機１１０をモニタリングし制御することに関連する処理機能のいくつかを示す。これに関して、各ブロックは、これらの機能を実行することに関連するプロセス動作を表す。いくつかの代替実装形態では、ブロックに記述されている動作は図に示した順序を外れて行われてもよく、例えば、実際には、関係する動作に応じて、事実上同時にまたは逆の順序で実行されてもよいことにも留意されたい。さらに、処理機能を説明する別のブロックを追加することができることを当業者は理解するであろう。

本開示をその好ましい実施形態に関連して具体的に示し説明してきたが、変形および修正が当業者には思いつかれるであろうことが理解されるであろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、本開示の真の趣旨の範囲に入るすべてのそのような修正および変更をカバーするものとすることを理解されたい。

１００ プロセス動作
１０５ リードモータ駆動式原動機
１１０ ラグモータ駆動式原動機
１１５ ポンプ
１２０ リードモータ
１２５ ポンプ
１３０ ラグモータ
１３５ オイルコンテナ
１４０ 蒸気潤滑油タンク
１４５ 弁
１５０ オイルコンテナ
１５５ 弁
１６０ 供給マニホールド
１６５ 中間マニホールド
１６７ 弁
１７０ 弁
１７３ 出口マニホールド
１７５ 弁
１７７ 弁
１８０ 軸受ユニット
１８３ 配管
１８５ 潤滑油タンク
１８７ 弁
２００ システム
２０５ リードモータ保護システム
２１０ ラグモータ保護システム
２１５ 電流センサ
２２０ コントローラ
２２５ 通信ネットワーク
２３０ グリッドコードイベント通知コンポーネント

Claims (10)

1. 少なくとも２つの冗長モータ駆動式原動機（１０５および１１０）であって、前記少なくとも２つの冗長モータ駆動式原動機（１０５および１１０）の１つがリードモータ駆動式原動機（１０５）を備え、前記少なくとも２つの冗長モータ駆動式原動機（１０５および１１０）の他方が、前記リードモータ駆動式原動機（１０５）が故障していることに応答して動作するラグモータ駆動式原動機（１１０）を備える、少なくとも２つの冗長モータ駆動式原動機（１０５および１１０）と、
   前記少なくとも２つ冗長モータ駆動式原動機（１０５および１１０）に結合され、前記少なくとも２つの冗長モータ駆動式原動機（１０５および１１０）に関連する電流レベルを含む動作データを測定する複数のセンサ（２１５）と、
   前記複数のセンサ（２１５）に結合され、前記複数のセンサ（２１５）によって測定された前記動作データから複数のモータ保護測定値を生成するモータ保護システム（２０５および２１０）と、
   前記少なくとも２つの冗長モータ駆動式原動機（１０５および１１０）および前記モータ保護システムに結合され、前記複数のモータ保護測定値に応じて前記少なくとも２つの冗長モータ駆動式原動機（１０５および１１０）の動作を制御するコントローラ（２２０）であって、前記コントローラ（２２０）が前記複数のモータ保護測定値を使用して、前記リードモータ駆動式原動機（１０５）が故障しているかどうかを判定し、前記コントローラ（２２０）が、前記リードモータ駆動式原動機（１０５）が故障しているという判定に応答して、前記ラグモータ駆動式原動機（１１０）の動作をアクティブ化し、前記コントローラ（２２０）が、前記故障したリードモータ駆動式原動機（１０５）をトリップする前に前記ラグモータ駆動式原動機（１１０）の動作をアクティブ化する、コントローラ（２２０）と
   を備え、
   前記コントローラ（２２０）が、前記リードモータ駆動式原動機（１０５）が動作するプロセスのために定義されたモータ保護曲線を利用し、
   前記モータ保護曲線が、前記故障したリードモータ駆動式原動機（１０５）を複数の過負荷電流レベルで動作させるための対応する安全な実行時を提供し、
   前記コントローラ（２２０）が、測定された前記電流レベルと前記モータ保護曲線を使用して、前記ラグモータ駆動式原動機（１１０）の動作をアクティブ化するための起動時間を決定し、
   前記起動時間が経過する前に新たに測定された電流レベルが予め決められた過負荷電流レベルより低くなった場合は、前記ラグモータ駆動式原動機（１１０）の動作をアクティブ化は行なわれず、前記リードモータ駆動式原動機（１０５）の使用が続けられる、
   システム（２００）。
2. 前記コントローラ（２２０）は、前記ラグモータ駆動式原動機（１１０）が問題を解決しないときに、プラントオペレータへのプロセス状態通知を生成する、請求項１記載のシステム（２００）。
3. 前記複数のセンサ（２１５）によって測定された前記動作データが平均相電流を備える、請求項１又は２に記載のシステム（２００）。
4. 前記モータ保護システム（２０５および２１０）によって生成された前記複数のモータ保護測定値が電流不平衡および電流過負荷を備える、請求項１乃至３のいずれかに記載のシステム（２００）。
5. 前記コントローラ（２２０）がタイマを備える、請求項１乃至４のいずれかに記載のシステム（２００）。
6. 前記リードモータ駆動式原動機（１０５）が予め決められた過負荷電流値より大きい過負荷電流値を有するという前記モータ保護システム（２０５および２１０）の判定に応答して、前記タイマが開始される、請求項５記載のシステム（２００）。
7. 前記コントローラ（２２０）が、前記タイマが前記過負荷電流値のために規定されている予め決められた時間限度を超えたことに応答して、前記ラグモータ駆動式原動機（１１０）の動作をアクティブ化する、請求項６記載のシステム（２００）。
8. 前記コントローラ（２２０）が、前記ラグモータ駆動式原動機（１１０）の前記アクティブ化を開始した前記リードモータ駆動式原動機（１０５）の前記過負荷電流値を記録し、前記コントローラ（２２０）が、前記リードモータ駆動式原動機（１０５）をラインから外すとすぐ、前記記録された過負荷電流を前記ラグモータ駆動式原動機（１１０）から取得された電流値と比較し、前記コントローラ（２２０）が、前記少なくとも２つの冗長モータ駆動式原動機（１０５および１１０）が動作するプロセス（１００）に問題が存在し、前記リードモータ駆動式原動機（１０５）および前記ラグモータ駆動式原動機（１１０）の動作が正常であるというプロセス状態通知を生成し、前記コントローラ（２２０）が、前記ラグモータ駆動式原動機（１１０）のための前記新たに測定された電流レベルが前記リードモータ駆動式原動機（１０５）のための前記記録された過負荷電流の予め決められた許容可能レベルの範囲内にあるという判定に応答して、前記プロセス状態通知を生成する、請求項７記載のシステム（２００）。
9. 前記故障が、不平衡負荷、高すぎる過電流障害、不足電圧状態、過電圧状態、機械的なジャムおよび負荷損失のいずれかである、請求項１乃至８のいずれかに記載のシステム（２００）。
10. 流体を移動させる原動機システム（１０５および１１０）であって、
    前記流体を移動させる第１のモータ（１２０）によって駆動されるリード原動機（１０５）と、
    前記第１のモータ（１２０）が故障していることに応答して前記流体を移動させる第２のモータ（１３０）によって駆動されるラグ原動機（１１０）と、
    前記リード原動機（１０５）の前記第１のモータ（１２０）および前記ラグ原動機（１１０）の前記第２のモータ（１３０）に関連する電流レベルを含む動作データを測定する複数のセンサ（２１５）と、
    前記第１のモータ（１２０）に関連する前記動作データから複数のモータ保護測定値を生成する第１のモータ保護システム（２０５）と、
    前記第２のモータ（１３０）に関連する前記動作データから複数のモータ保護測定値を生成する第２のモータ保護システム（２１０）と、
    前記第１のモータ保護システム（２０５）および前記第２のモータ保護システム（２１０）によって生成された前記複数のモータ保護測定値に応じて前記リード原動機（１０５）および前記ラグ原動機（１１０）の動作を制御するコントローラ（２２０）とを備え、前記コントローラ（２２０）が前記複数のモータ保護測定値を使用して、前記リード原動機（１０５）が故障しているかどうかを判定し、前記コントローラ（２２０）が、前記リード原動機（１０５）が故障しているという判定に応答して前記ラグ原動機（１１０）の動作をアクティブ化し、前記コントローラ（２２０）が、前記故障したリード原動機（１０５）をトリップする前に前記ラグ原動機（１１０）の動作をアクティブ化し、前記コントローラ（２２０）が、前記リード原動機（１０５）およびラグ原動機（１１０）が使用されるプロセス（１００）のために定義されたモータ保護曲線を利用して、前記リード原動機の動作をガイドし、前記モータ保護曲線が、前記故障したリード原動機（１０５）を過負荷電流レベルで動作させるための安全な実行時および前記故障したリード原動機（１０５）を前記トリップする前に前記ラグ原動機（１１０）の動作をアクティブ化するための最大バックアップ起動時間を提供し、
    前記起動時間が経過する前に新たに測定された電流レベルが予め決められた過負荷電流レベルより低くなった場合は、前記ラグ原動機（１１０）の動作をアクティブ化は行なわれず、前記リード原動機（１０５）の使用が続けられる、、
    原動機システム（１０５および１１０）。
    

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