JP7032124B2

JP7032124B2 - 冷却ファンの異常検出装置および方法

Info

Publication number: JP7032124B2
Application number: JP2017246128A
Authority: JP
Inventors: 一哉宮下
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2022-03-08
Anticipated expiration: 2037-12-22
Also published as: JP2019113993A

Description

本発明は、冷却ファンの異常検出装置および方法に関するものである。

従来、ＣＰＵを冷却する冷却ファンが正常な場合のＣＰＵの温度上昇基準データを記憶しておき、実際に測定された温度上昇データと比較することにより、冷却システムの異常あるいは故障を検出する冷却ファンの故障診断方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００９－１８７３４７号公報

しかしながら、特許文献１の故障診断方法では、温度上昇基準データとの比較により冷却ファンの異常または故障を検出するものではあるが、温度上昇基準データとの差異がどの程度であれば冷却ファンの異常または故障であると判定するのかについては明確ではない。一般には、温度上昇基準データと温度上昇データの差分が所定の閾値を超えた場合に冷却ファンの異常または故障であると判定するものと考えられる。

しかし、ＣＰＵの温度上昇は、ＣＰＵの個体差等種々の要因によって変動する。温度上昇基準データと温度上昇データの差分が小さくても、冷却ファンの異常または故障が生じている場合には、確実に異常または故障として検出する必要があるので、閾値を大きく設定することはできず、実際には異常または故障ではない場合においても警報が出力されてしまうという不都合がある。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、ＣＰＵの個体差等種々の要因に応じて適切に冷却ファンの異常または故障を検出することができる冷却ファンの異常検出装置および方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、電子機器を冷却する冷却ファンの回転数を検出する回転数検出部と、該回転数検出部により検出された前記冷却ファンの回転数に基づいて、該冷却ファンに異常があるか否かを判定する判定部とを備え、該判定部が前記電子機器の冷却に影響する少なくとも１つの評価項目を評価する評価部と、該評価部による評価に基づいて冷却し難さのランクを決定するランク決定部と、前記ランクと該ランクが高いほど大きくなる閾値とを対応づけて記憶するテーブルとを備え、前記回転数検出部により検出された前記冷却ファンの回転数が、前記ランク決定部により決定された前記ランクに対応づけて前記テーブルに記憶されている前記閾値を下回っている場合に前記冷却ファンが異常であると判定する冷却ファンの異常検出装置を提供する。

本態様によれば、電子機器を冷却する冷却ファンが作動させられると、回転数検出部により冷却ファンの回転数が検出されるとともに、評価部により電子機器の冷却に影響する少なくとも１つの評価項目が評価され、ランク決定部により、評価部による評価に基づいて冷却し難さのランクが決定される。そして、判定部により、テーブルが参照されてランクに対応づけて記憶されている閾値と回転数検出部により検出された回転数とが比較され、回転数が閾値を下回っている場合に冷却ファンが異常であると判定される。

すなわち、本態様によれば、冷却ファンの回転数が低下してきたときに冷却ファンが異常であると判定する場合に、一定の閾値との比較で異常を判定するのではなく、電子機器の冷却し難さに応じて閾値が設定される。電子機器が冷却し難い状況下で動作させられるランクに対応する閾値を大きく設定し、電子機器が冷却し易い状況下で動作させられるランクに対応する閾値を小さく設定することによって、閾値のマージンを必要以上に大きく確保する必要がなくなり、電子機器の個体差等種々の要因に応じて適切に冷却ファンの異常を検出することができる。

上記態様の一実施形態においては、前記評価項目が、前記電子機器の周囲温度および前記電子機器の動作状況の少なくとも一方を含む。前記評価項目は、前記電子機器の個体差に基づく発熱量をさらに含んでいてもよい。
このようにすることで、周囲温度が高い状況、処理量が多い状況あるいは個体差により発熱し易い状況下で電子機器が動作させられるランクに対応する閾値を大きく設定することによって、冷却ファンの回転数があまり低下しなくても異常であると検出することができる。逆に、周囲温度が低い状況、処理量が少ない状況あるいは個体差により発熱し難い状況下で電子機器が動作させられるランクに対応する閾値を小さく設定することによって、冷却ファンの回転数が大きく低下しなければ異常であると検出されないようにすることができる。これにより、閾値のマージンを必要以上に大きく確保する必要がなくなり、電子機器の個体差等種々の要因に応じて適切に冷却ファンの異常を検出することができる。

また、上記態様の一実施形態においては、前記評価項目が、前記電子機器の周囲温度、前記電子機器の動作状況および前記電子機器の個体差に基づく発熱量の少なくとも２つを含み、前記ランク決定部が前記評価項目に対する評価の合計に基づいて前記ランクを決定する。
このようにすることで、周囲温度が高い場合、処理量が多い場合あるいは電子機器が個体差により発熱し易い場合が重なる状況下で電子機器が動作させられるランクに対応する閾値が大きく設定され、上記場合が重ならない状況下で電子機器が動作させられるランクに対応する閾値が小さく設定される。これにより、閾値のマージンを必要以上に大きく確保する必要がなくなり、電子機器の個体差等種々の要因に応じて適切に冷却ファンの異常を検出することができる。

また、本発明の他の態様は、電子機器を冷却する冷却ファンの回転数を検出する回転数検出ステップと、該回転数検出ステップにより検出された前記冷却ファンの回転数に基づいて、該冷却ファンに異常があるか否かを判定する判定ステップとを含み、該判定ステップが、前記電子機器の冷却に影響する少なくとも１つの評価項目を評価する評価ステップと、該評価ステップによる評価に基づいて冷却し難さのランクを決定するランク決定ステップとを含み、前記ランクと該ランクが高いほど大きくなる閾値とを対応づけて記憶するテーブルを参照して、前記回転数検出ステップにより検出された前記冷却ファンの回転数が、前記ランク決定ステップにより決定された前記ランクに対応づけて記憶されている前記閾値を下回っている場合に前記冷却ファンが異常であると判定する冷却ファンの異常検出方法である。

本発明によれば、電子機器の個体差等種々の要因に応じて適切に冷却ファンの異常または故障を検出することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る冷却ファンの異常検出装置を備える制御装置を示すブロック図である。図１の制御装置に備えられる本実施形態に係る冷却ファンの異常検出装置の判定部の詳細を示すブロック図である。ＣＰＵの冷却に影響する評価項目と評価点数とを対応づけて記憶するテーブルの一例を示す図である。図３の合計評価に基づいて決定される冷却し難さのランクと閾値とを対応づけて記憶するテーブルの一例を示す図である。図１の冷却ファンの異常検出装置を用いた異常検出方法を説明するフローチャートである。

本発明の一実施形態に係る冷却ファンの異常検出装置１および方法について、図面を参照しながら以下に説明する。
本実施形態に係る異常検出装置１は、図１に示されるように、工作機械やロボットを制御する制御装置（ＣＮＣ（コンピュータ数値制御）装置やロボットコントローラ）１０に備えられている。制御装置１０は、筐体１１の内部に種々のデータを処理するＣＰＵ２０と、該ＣＰＵ２０の外部に配置され、送風によってＣＰＵ２０を冷却する冷却ファン３０と、モニタ４０とを備えている。

本実施形態に係る異常検出装置１は、図１に示されるように、冷却ファン３０の回転数を検出するエンコーダ（回転数検出部）２と、ＣＰＵ２０の周囲温度を検出する温度センサ３と、ＣＰＵ２０の処理量を検出する処理量検出部（図示略）と、ＣＰＵ２０の個体差に基づく発熱量（以下、基本発熱量とも言う。）および後述するテーブルを記憶するメモリ４と、エンコーダ２により検出された回転数に基づいて冷却ファン３０が異常か否かを判定する判定部５とを備えている。

判定部５は、図２に示されるように、温度センサ３により検出された周囲温度、処理量検出部により検出された処理量およびメモリ４に記憶されている基本発熱量のそれぞれの評価項目を評価する評価部６と、評価部６による評価に基づいてランクを決定するランク決定部７と、ランク決定部７により決定されたランクを用いてメモリ４内に記憶されているテーブルを参照し、冷却ファン３０の回転数の閾値を決定する閾値決定部８と、異常判定部９とを備えている。

さらに具体的には、評価部６は、図３に示されるように、周囲温度、ＣＰＵ２０の処理量およびＣＰＵ２０の基本発熱量等の評価項目について、予め定められた評価点数で評価を行うようになっている。これらの評価項目は、周囲温度が高いほど、ＣＰＵ２０の処理量が多い程、そして、ＣＰＵ２０の基本発熱量が高い程、ＣＰＵ２０が冷却し難い状況にあると評価できる事項である。

例えば、制御装置１０の仕様温度範囲が０℃以上５５℃未満である場合に、周囲温度Ｔが０℃≦Ｔ＜５℃である場合には評価点数Ｅ１＝０、５℃≦Ｔ＜１０℃である場合には評価点数Ｅ１＝１のように、評価点数Ｅ１＝０～１０の１１段階で評価するようになっている。
また、ＣＰＵ２０の処理量については、ソフトウェアによりＣＰＵ２０の内部処理の演算量を測定し、測定された演算量に応じて、例えば、評価点数Ｅ２＝０～３の４段階で評価するようになっている。

また、ＣＰＵ２０の基本発熱量については、出荷試験において、所定の評価プログラムを実行したときに検出したＣＰＵ２０の発熱量に応じて、評価点数Ｅ３＝０～５の６段階で評価するようになっている。
そして、評価部６は、これら１以上の評価項目について評価することにより設定された評価点数Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３の合計評価Ｅを算出して出力するようになっている。

ランク決定部７は、図４に示されるように、評価部６から出力される評価である合計評価Ｅが大きい順に、すなわち、冷却し難さの高い順に、ランクＡ，Ｂ，Ｃを決定するようになっている。例えば、ランクＡは、１６≦Ｅ≦１８、ランクＢは、１２≦Ｅ≦１５、ランクＣは、８≦Ｅ≦１１のように設定されていればよい。

図４のテーブルは、ランクＡ，Ｂ，Ｃと閾値とを対応づけて記憶している。閾値は、ランクが高いランクＡで最も大きく、ランクが低くなるに従って、ランクＢ、ランクＣの順に小さくなるように設定されている。
図４のテーブルにおいて、記号Ｎは冷却ファン３０の定格回転数を示している。

周囲温度およびＣＰＵ２０の処理量については、数秒周期で測定されるようになっている。評価部６は、周囲温度およびＣＰＵ２０の処理量が測定される都度に評価を行い、評価点数Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３の合計Ｅを算出して出力するようになっている。そして、閾値決定部８は、評価部６から評価点数Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３の合計Ｅが出力される都度に、図４のテーブルを参照して閾値を決定するようになっている。

判定部５は、閾値決定部８により決定された閾値とエンコーダ２により検出された冷却ファン３０の回転数とを比較して、冷却ファン３０の回転数が閾値を下回った場合に冷却ファン３０が異常であると判定するようになっている。

このように構成された本実施形態に係る冷却ファン３０の異常検出装置１を用いた異常検出方法について以下に説明する。
本実施形態に係る異常検出方法を実施するには、まず、出荷時に所定の評価プログラムを実行することにより、ＣＰＵ２０の基本発熱量を検出し、評価点数Ｅ３を求めてメモリ４に記憶しておく。

この状態で、制御装置１０を作動させると、図５に示されるように、ＣＰＵ２０の基本発熱量がメモリ４から読み出され（ステップＳ１）、冷却ファン３０が作動させられる。冷却ファン３０が回転すると、エンコーダ２により冷却ファン３０の回転数が逐次検出されるとともに（回転数検出ステップＳ２）、判定周期毎に（ステップＳ３）、温度センサ３により周囲温度が検出され（ステップＳ４）、ＣＰＵ２０の処理量が算出される（ステップＳ５）。

そして、周囲温度の検出およびＣＰＵ２０の処理量の算出の都度に、評価部６による評価が行われ、図３のテーブルから評価点数Ｅ１，Ｅ２が求められる。さらに、求められた評価点数Ｅ１，Ｅ２に加えメモリ４から読み出された基本発熱量から評価点数Ｅ３が求められる（判定ステップ、評価ステップＳ６）。そして、求められた評価点数Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３の合計評価Ｅが算出される（判定ステップＳ７）。

合計評価Ｅが算出されると、合計評価Ｅを用いて図４のテーブルが参照され、合計評価Ｅに対応するランクＡ，Ｂ，Ｃが選択されることにより（判定ステップ、ランク決定ステップＳ８）、ランクＡ，Ｂ，Ｃに対応する閾値がテーブルから決定される（判定ステップＳ９）。
判定部５により、エンコーダ２により検出された冷却ファン３０の回転数が閾値決定部８により決定された閾値を下回っているか否かが判定される（判定ステップＳ１０）。回転数が閾値を下回っている場合には、判定部５により冷却ファン３０に異常があると判定され（判定ステップＳ１１）、その旨がモニタ４０に表示される（ステップＳ１２）。回転数が閾値以上である場合には正常であると判定され（ステップＳ１３）、ステップＳ２からの工程が繰り返される。

このように、本実施形態に係る冷却ファン３０の異常検出装置１および異常検出方法によれば、エンコーダ２により検出された回転数と単一の閾値との比較によって冷却ファン３０の異常の有無を判定するのではなく、周囲温度、ＣＰＵ２０の処理量およびＣＰＵ２０の基本発熱量に応じて設定された閾値との比較によって判定するので、閾値のマージンを大きく確保しておく必要がなく、正常な冷却ファン３０が異常であると判定されてしまう不都合の発生を防止することができる。

すなわち、周囲温度が高く、ＣＰＵ２０の処理量が多く、ＣＰＵ２０の基本発熱量が大きいほど、つまり、ＣＰＵ２０を冷却し難い状況であるほど評価点数を高く設定しているので、閾値を大きくして、冷却ファン３０の回転数が少しでも低下すれば異常であると判定することができる。逆に、周囲温度が低く、ＣＰＵ２０の処理量が少なく、ＣＰＵ２０の基本発熱量が小さいほど、評価点数を低く設定しているので、閾値を小さくして、冷却ファン３０の回転数が若干低下しても異常ではないと判定することができる。これにより、冷却ファン３０の交換の頻度を低減して、コストおよび手間を省くことができるという利点がある。

なお、本実施形態においては、評価項目として、周囲温度、ＣＰＵ２０の処理量およびＣＰＵ２０の基本発熱量を例示したが、これらの全てを用いることなく、１以上を用いてもよい。また、これらの評価項目に限定されるものではなく、例えば、ＣＰＵ２０に取り付けられるヒートシンクの冷却性能を評価することにしてもよい。
また、各評価項目の評価点数は、上記に限定されるものではなく、ＣＰＵ２０の冷却に対する影響が大きいほど大きな評価点数となるように設定されていれば、任意の値を採用してもよい。

また、上記実施形態においては、冷却ファン３０の異常判定を行う判定周期を数秒程度に設定したが、これに代えて、さらに長い判定周期で判定することにしてもよい。また、冷却ファン３０の異常が発生しにくい初期状態では判定周期を長く、冷却ファン３０の寿命に近づくにつれて判定周期を短くすることにしてもよい。
また、本実施形態においては、図４のテーブルが、ランクとして、冷却し難さのランクを記憶しておくこととしたが、冷却し易い順にランクを付けてもよい。

１異常検出装置
２エンコーダ（回転数検出部）
５判定部
６評価部
７ランク決定部
２０ＣＰＵ
３０冷却ファン
Ｓ２回転数検出ステップ
Ｓ６評価ステップ、判定ステップ
Ｓ８ランク決定ステップ、判定ステップ
Ｓ７，Ｓ９，Ｓ１０，Ｓ１１判定ステップ

Claims

電子機器を冷却する冷却ファンの回転数を検出する回転数検出部と、
該回転数検出部により検出された前記冷却ファンの回転数に基づいて、該冷却ファンに異常があるか否かを判定する判定部とを備え、
該判定部が、前記電子機器の冷却に影響する少なくとも１つの評価項目を評価する評価部と、該評価部による評価に基づいて冷却し難さのランクを決定するランク決定部と、前記ランクと該ランクが高いほど大きくなる閾値とを対応づけて記憶するテーブルとを備え、前記回転数検出部により検出された前記冷却ファンの回転数が、前記ランク決定部により決定された前記ランクに対応づけて前記テーブルに記憶されている前記閾値を下回っている場合に前記冷却ファンが異常であると判定し、
前記評価項目が、前記電子機器の周囲温度、前記電子機器の動作状況および前記電子機器の個体差に基づく発熱量の少なくとも２つを含み、
前記ランク決定部が前記評価項目に対する評価の合計に基づいて前記ランクを決定する冷却ファンの異常検出装置。
電子機器を冷却する冷却ファンの回転数を検出する回転数検出ステップと、
該回転数検出ステップにより検出された前記冷却ファンの回転数に基づいて、該冷却ファンに異常があるか否かを判定する判定ステップとを含み、
該判定ステップが、前記電子機器の冷却に影響する少なくとも１つの評価項目を評価する評価ステップと、該評価ステップによる評価に基づいて冷却し難さのランクを決定するランク決定ステップとを含み、前記ランクと該ランクが高いほど大きくなる閾値とを対応づけて記憶するテーブルを参照して、前記回転数検出ステップにより検出された前記冷却ファンの回転数が、前記ランク決定ステップにより決定された前記ランクに対応づけて記憶されている前記閾値を下回っている場合に前記冷却ファンが異常であると判定し、
前記評価項目が、前記電子機器の周囲温度、前記電子機器の動作状況および前記電子機器の個体差に基づく発熱量の少なくとも２つを含み、
前記ランク決定ステップにおいて、前記評価項目に対する評価の合計に基づいて前記ランクを決定する冷却ファンの異常検出方法。