JP7312670B2

JP7312670B2 - 回転機器の診断システム及び方法。

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Publication number: JP7312670B2
Application number: JP2019198158A
Authority: JP
Inventors: 昭男吉崎
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2019-10-31
Filing date: 2019-10-31
Publication date: 2023-07-21
Anticipated expiration: 2039-10-31
Also published as: EP4053532A1; JP2021071384A; WO2021084906A1; EP4053532A4

Description

回転機器の診断技術に関する。

特許文献１(特開2004-124765号公報)には、「モニタ用製造工程に用いたモニタ用回転機の特徴量のモニタ時系列データから、モニタ用回転機が停止する直前の異常状態の開始時刻を判定し、モニタ時系列データを統計的に解析して、特徴量の異常状態の開始時刻での値を異常判断の閾値として求めるステップと、診断対象回転機のモータ電流の特徴量の時系列データを製造工程中に測定するステップと、製造工程中に特徴量が変動する時系列データから、評価用診断データを作成するステップと、評価用診断データが閾値を越えた時刻を診断対象回転機の寿命と判定するステップとを含む。」ことが開示されている（要約参照）。

特開2004-124765号公報

誘導電動機の予知保全を行う場合、当該誘導電動機の稼働状態の解析に必要な計測項目として音、熱、または、振動を用いることが一般的である。

特許文献１には、ドライポンプの寿命の診断について記載されており、寿命の診断において、判定基準となる閾値の決め方が重要とされている。その閾値の決め方は、予めモニタ用のドライポンプの電流増加が認められる成膜ステップにおいて、ドライポンプの電流最大値の時系列データをドライポンプが停止するまで測定しなければならないことが開示されている。また、モーター電流は電源変動の影響を受けるため電源変動の影響を取り除く必要があるため、モニタ用ドライポンプに接続される機器の状態を予め特定しなければならない。

つまり、予め測定対象のドライポンプである回転機器の電流等を予め測定しなければならず、回転機器に接続される他の装置を含めて電流変動を考慮しなければならない。すなわち、予め測定した特定の異常状態を診断するものであり、それ以外の異常診断をする方法については考慮されていない。

そこで、本発明は、回転機器の負荷損を用いて回転機器の状態を特定する回転機器の診断システム及び方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明の回転機器の診断システムの一例は、負荷が接続される回転機器と、回転機器が稼働する状態の稼働負荷特性を検出する検出部と、を有する回転機器の診断システムにおいて、予め記憶部には、回転機器の製造者が提供する製品仕様に基づく製品負荷特性が記憶されており、制御部は、検出部により検出された稼働負荷特性を記憶部に記憶させ、製品負荷特性から稼働負荷特性を鉄損と銅損を用いて鉄損と銅損以外の他の負荷損を特定し、他の負荷損が所定の範囲を超えた場合に、稼働負荷特性が通常とは異なる特性であることに基づいた情報を表示部に表示させることを特徴とする。

本発明によれば、回転機器の負荷損を用いて回転機器の状態を特定することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

回転機器を診断するシステムの外観である。回転機器を診断するシステムのブロック図である。回転機器を診断するシステムが他の負荷損である機械損及び浮遊損を特定するフローチャートを示す図である。回転機器を診断するシステムが負荷損を用いて回転機器の状態を示すユーザーインターフェースを示す図である。回転機器を診断するシステムが逸脱範囲を設定するユーザーインターフェースを示す図である。回転機器を診断するシステムが製品負荷率であるカタログ特性の有効電力と力率と効率との関係を用いて他の負荷損(機械損＋浮遊損)を特定する方法を説明する図である。回転機器を診断するシステムのブロック図である。回転機器を診断するシステムの周波数を用いた診断方法のフローチャートである。回転機器を診断するシステムがインバータの周波数と単位周波数到達時間を用いて回転機器の状態を特定する方法を示す図である。回転機器を診断するシステムの他の負荷損を用いた診断方法の一例を示す図である。回転機器を診断するシステムの他の負荷損を用いた診断方法の一例を示す図である。複数の回転機器を診断するシステムを示す図である。

以下、図面を用いて実施の形態及び実施例の説明をする。実施例を説明するための全図において、同一の構成には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。異なる図に記載される同一の符号であっても、他の図で説明した同一の符号は、原則として同一の構成であるため、説明を省略する場合がある。また、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。

回転機器の診断において、特定の動作を繰り返し処理するシステムであれば、同一の動作における故障またはその故障に対応する兆候または予兆となる状態を測定し、測定されたその兆候または予兆を特定することで、兆候または予兆に関して変化するパラメータの閾値を設定することで、次の動作の際に、パラメータが閾値を超えた場合に兆候または予兆をユーザまたは管理者へ通報することで、回転機器が故障する前に回転機器やその周辺機器の変更やリプレースが可能となる。

しかし、回転機器が複数の稼働状態を有するシステムにおいて、特定の兆候または予兆を閾値で判断すると第一のモードでは通常動作であるが第二のモードでは故障の兆候または予兆と判断される場合が生じる。閾値を設定し複数の稼働モードでその閾値を使用しただけの場合には、稼働モードによっては正常動作であるにも関わらず異常の兆候または予兆であるとされ、正しい運用ができない場合がある。

また、回転機器やその周辺の部品交換を行った場合には、その部品の状態によっては通常動作であるにも関わらず異常の兆候または予兆と判断されることとなることも考えられ単に閾値で判定すると、正しい兆候または予兆を検出することが困難である。

つまり、複数の稼働状態の通常の状態と異常または異常が生じる兆候または予兆を特定する必要がある。例えば、部品交換後に部品が馴染むまでエイジングに多少の時間を要するが、エイジング後の部品で閾値を設定すると、部品交換直後のエイジング時間が足りず馴染む前の状態は異常の兆候または予兆と判断されてしまうことがあり、このような状態までユーザや管理者に通報されると閾値を下げ、真に検出した故障の兆候や予兆を見逃すこととなる。

そこで本発明は、回転機器に接続される部品の状態や実運用の状態をも考慮し、回転機器の負荷損に着目して回転機器の状態を診断するシステムを提供する。以下、実施の形態について図１から図２を用いて説明する。図１は回転機器を診断するシステムの外観である。本実施形態に係る回転機器を診断するシステムの主たる構成は、誘導電動機４０にはファン等の負荷５０が接続されており、計器用変流器(ＣＴ)３０は誘導電動機４０の電流を検出する。また、計測装置８０は計器用変流器(ＣＴ)３０(以下、単にＣＴ３０とも呼ぶ)が検出した電流を測定し，測定された電流をデータ収集装置７０にて収集する。これらの機器を制御する中央処理装置９０を有するシステムである。計測装置８０は、ＣＴ３０が検出した電流のみならず、電圧や電圧の周波数等の他の情報を計測することも可能である。

また、誘導電動機４０は、一般的に分電盤１０に内蔵した配線用遮断器２０から電源の供給を受け、中央処理装置９０等の制御信号に基づきファン等の負荷５０を駆動させる。

ここで、本図ではファン等の負荷としてファンの記号を記したが、例えばポンプ部やベルトコンベア等、誘導電動機４０が駆動できる負荷であれば本発明は適用可能である。

計測装置８０は、配線用遮断器２０から誘導電動機４０へと電源を供給する回路の電流，電圧のセンシングデータを元に諸電気量の計測を行うものであり、電流をセンシングするために計器用変流器(ＣＴ)３０を分電盤１０に内蔵設置し計測対象回路の電流センシングを行う。なお、計器用変流器(ＣＴ)３０は分電盤１０に内蔵せずに単独設置でも構わない。

また、電圧のセンシングについては本例では計測対象回路に直接計測用の配線を施した例としたが電圧によっては計器用変圧器（ＶＴ）を用いることもある。センサや計測機器は特に限定されず、センシングすることができる機器であればよい。

データ収集装置７０は、計測装置８０が計測した諸電気量のデータを収集するものである。収集し、記憶部を設け、記憶させることもできる。また、記憶部については、中央処理装置９０に配置することもでき、また、データ収集装置７０と中央処理装置９０の両方に記憶部を持たせることも可能である。

中央処理装置９０は、データ収集装置７０と通信を行い、諸電気量のデータの表示、または、後述の通常とは異なる特性を判断した場合に異常と表示する表示部等を有する。計測したデータや正常または通常とは異なる特性を表示する表示部は、中央処理装置９０だけでなく、タブレット端末、スマートフォン、フィーチャーフォン等に表示することができる。データ等のグラフィカルな表示だけでなく、例えば管理者向けにメールやＳＭＳ(ＳｈｏｒｔＭｅｓｓａｇｅＳｅｒｖｉｃｅ)を用いてテキストによる表示をすることも可能である。なお、本事例では計測装置８０、データ収集装置７０を制御盤６０に内蔵している例とした。

また、本事例ではデータ収集装置７０と計測装置８０とを別な装置としたが、一体でも構わない。データ収集装置７０と中央処理装置９０は有線による通信だけでなく、無線による通信であってもよく、ゲートウェイ等を通じ一部を無線とする通信とすることもできる。

さらに、ＣＴ３０は説明を簡略化するため一つだけ図示したが、複数台のＣＴ３０やＶＴ等の機器がデータ収集装置８０に接続することもできる。また、データ収集装置８０とＣＴ３０等の接続も無線または一部を無線接続することもできる。複数のＣＴ３０等が互いに通信するメッシュ型の通信であってもよく、通信方法は限定されない。

図２は回転機器を診断するシステムのブロック図である。図１は実体配線や外観を意識して説明したが、図２では、ブロック図を用いたシステム構成として図を用いて説明する。

誘導電動機４０などである回転機器１１０には、回転機器１１０が駆動する負荷１２０が示される。また、負荷１２０を駆動する回転機器１１０の状態を検出する検出部１３０を有し、検出部１３０が検出した回転機器１１０の状態を記憶部１４０に対して稼働負荷特性１７０として記憶させる制御部１５０が設けられる。

記憶部１４０では予め回転機器１１０の製造者(メーカ)が提供する製品仕様に基づく製品負荷特性１６０が記憶されている。制御部１５０は、記憶部１４０に記憶された稼働負荷特性１７０と前記製品負荷特性１６０を用いて所定の演算を行い、その演算結果を表示部１８０にて表示する。演算方法については、各実施例で後述する。なお、回転機器１１０をインバータで制御する場合には、回転機器の制御部１５５を追加して実施することもできる。

図２では検出部１３０が検出した結果を制御部１５０が、稼働負荷特性１７０として記憶部１４０に記憶させ、また、前記稼働負荷特性１７０と前記製品負荷特性１６０を用いて所定の演算を行い、その結果を表示部１８０にて表示させる。この２つの処理を別々な部位に持たせることは構わない。すなわち、記憶部１４０から中央処理装置９０からクラウドシステムにアップロードした後に計算処理を行い、他の機器の表示部や本システムの表示部１８０に表示させてもよい。

図３から図５を用いて実施例１について説明する。本明細書中では代表して回転機器について説明する。後述する直流変換装置には、電力変換装置と周波数変換装置が含まれる。

図３は回転機器を診断するシステムが他の負荷損である機械損＋浮遊損を特定する具体的なフローチャートを示す図である。機械損には代表的な摩擦損以外にも機械的な損失を含むものである。

本発明の回転機器を診断するシステムの処理のＳＴＡＲＴ処理であるステップＳ２１０から開始する。

ステップＳ２１５は、予め回転機器の製造者が提供する製品仕様に基づく製品負荷特性１６０には少なくとも力率・効率・鉄損・銅損を記憶部１４０に記憶する処理であるが、ステップＳ２３０とステップＳ２８０の処理の前に記憶されていれば、どのようなタイミングで記憶してもよい。本フローチャートでは処理開始後に記憶する例としているが、図３のフローチャートの処理としてステップＳ２１０が開始される以前に記憶した場合であっても実施できる。

ステップＳ２２０にて配線用遮断器２０から誘導電動機４０へ至る配線(回路)に接続された計器用変流器(ＣＴ)３０によって電流および電圧のセンシングを行う。周波数等の他のパラメータを検出することもできる。計器用変流器（ＣＴ）３０は、装置構成は代表して電流と電圧を検出するために計器用変流器(CT)として説明しているが、他のパラメータを検出する機器を追加することもできる。ステップＳ２３０にて、記憶された製品負荷特性１６０の力率・効率情報とセンシングされた電流、電圧情報から有効電力（入力）・皮相電力・力率を演算する。

ステップＳ２５０では、製品負荷特性１６０の力率・効率についてステップＳ２３０で演算した有効電力（入力）・皮相電力・力率のうち、演算された力率を製品負荷特性１６０の力率と等価であると仮定し、予め製造者が提供する製品仕様に基づく製品負荷特性１６０の効率を特定する。

ここで、製品仕様に基づく製品負荷特性１６０とは、回転機器１１０の製造者が提供するいわゆるデータシートのことである。データシートは、負荷特性として、電圧(Ｖ)、周波数（Ｈｚ）、負荷率に対応する電流(Ａ)、効率（％）、力率（％）等が記載されているものである。製品負荷特性１６０は他にカタログ負荷特性とも呼ばれるものである。

Ｓ２６０にて特定した製品負荷特性１６０の効率から有効電力(出力)を算出する。効率は以下の式で特定することができる。

したがって、有効電力は下記の式で特定することができる。

ステップＳ２８０では、算出された有効電力（入力）と特定した有効電力(出力)、および製品負荷特性(鉄損・銅損)から、他の負荷損(機械損＋浮遊損)を算出する。鉄損はメーカから提供される値を利用することができる。また、鉄損は、ヒステリシス損と渦電流損を足したものであり、回転機器１１０に負荷を接続しない状態で電源を供給した場合の負荷損であり、メーカから提供される以外にも計測して把握することも可能である。銅損は、端子間の巻線抵抗による負荷損であり、メーカから提供される。実際に計測した値をステップＳ２１５の製品負荷特性として記憶することもでき、実測値を用いることでより回転機器の診断をより精確に行うことができる。

ステップＳ２９０では、ステップＳ２８０で算出された他の負荷損(機械損＋浮遊損)が所定の範囲(閾値)を超えたと判断し、所定の範囲を超えた場合にはステップＳ２９４にて所定の範囲を超えた旨，また、他の負荷損(機械損＋浮遊損を含む負荷損)を表示部１８０に表示する。表示部１８０への表示は、所定の範囲を超えた旨または他の負荷損のいずれか一方のみを表示してもよい。所定の範囲を用いた判断は加減算後のフラグや閾値による比較を用いることができる。

その後、ステップＳ２２０に戻り、配線用遮断器２０から誘導電動機４０へ至る配線(回路)に計器用変流器(ＣＴ)３０による電流センシング、および電圧センシングを行うフローへと移行し、以下同じフロー遷移を続ける。

一方、所定の範囲(閾値)を超えていない場合には、ステップＳ２９５へ遷移し、他の負荷損(機械損＋浮遊損)または他の負荷損の情報に基づく稼働する回転機器１１０の状態を表示部１８０に表示する。所定の範囲内で回転機器が動作しているため、表示部１８０には他の負荷損を表示しない処理とすることもできる。他の負荷損の情報に基づく回転機器１１０の状態の特定方法は後述する。

図４では本回転機器を診断するシステムが、負荷損を用いて回転機器１１０の状態を示すユーザーインターフェースの図である。図２に示すシステムのブロック図、図３に示すシステムフローチャートにて他の負荷損(機械損＋浮遊損)を演算した例であって、負荷１２０がポンプである場合の例を示す。

図４では、横軸が負荷１２０であるポンプの経過時間(稼働時間)，縦軸が図３に示すフローチャートにて他の負荷損(機械損＋浮遊損)を演算しプロットしたものである。

エリア３００は通常運転状態、エリア３１０は負荷１２０であるポンプ部を交換している時間帯、エリア３２０では負荷１２０であるポンプ部交換後の他の負荷損(機械損＋浮遊損)をプロットした例である。交換している時間帯はポンプを交換している間は回転機器１１０が稼働していないため、機械損＋浮遊損はゼロである。

図４のように、負荷１２０であるポンプ部交換により、他の負荷損(機械損＋浮遊損)が低減していることが示されている。

図５は回転機器１１０を診断するシステムが、逸脱範囲を設定するユーザーインターフェースを示す図である。図４をベースにした逸脱範囲の設定例であり、閾値３３０を任意で設定、表示し、演算結果である他の負荷損(機械損＋浮遊損)と比較する例である。

これにより、逐次現在の他の負荷損(機械損＋浮遊損)と閾値の差が一目で判断がつき、また閾値を超えた場合に通常とは異なる値として認識することができ、回転機器１１０の診断が行える。

図６は回転機器１１０を診断するシステムが製品負荷率であるカタログスペックの有効電力と力率と効率との関係を用いて他の負荷損(機械損＋浮遊損)を特定する方法をグラフを用いて原理を説明する図であり、図３のフローチャートの処理を補足する図である。

図６の横軸は有効電力(出力)、横軸は力率、および効率を示す。横軸は有効電力(出力)でも良いし回転機器１１０の定格出力に対する負荷率で表しても良い。

曲線４００は予め製造者が提供する製品仕様に基づく製品負荷特性１６０の有効電力(出力)（または負荷率）に対する力率情報から近似線を引いた負荷率－力率特性曲線である。製品負荷特性１６０の負荷率と力率から複数点プロットし、プロットした各点を通過するように曲線で結んだものである。つまり、実測値を用いて特定したプロットする点ではなく、メーカが提供する製品負荷特性１６０の情報からプロットした点を結んだあるいは点を通過するように描いた曲線である。

曲線４１０は予め製造者が提供する製品仕様に基づく製品負荷特性１６０の有効電力(出力)（または負荷率）に対する効率情報から近似線を引いた負荷率－効率特性曲線である。曲線４１０を描く際に用いる点のプロットは曲線４００と同様であるが、効率を用いてプロットする点が異なる。

センシングされた電流、電圧情報から有効電力(入力)と力率を演算し、負荷率－力率特性曲線４００上でプロットする。曲線４００上でプロットした点から、出力有効電力は同じであるため、特定された曲線４００の力率を効率として扱うために曲線４２０の点としてプロットする。この時点では有効電力(入力)と有効電力(出力)は等価とみなしプロットする。

次に、演算した力率は製品負荷特性１６０の力率と等価であると仮定し、負荷率－効率特性曲線４１０とともに４３０の点としてプロットする。つまり、曲線４００の力率でプロットした点から、曲線４００の効率に向かって図に示す矢印のように垂線を引き、曲線４００で交差した点をプロットする。

この４３０の点により効率が特定できるので前述の演算による有効電力(入力)と効率により、有効電力(出力)を導き出す。有効電力(出力)と効率が特定できれば、負荷損(銅損＋鉄損＋機械損＋浮遊損)が求められる。

負荷損(銅損＋鉄損＋機械損＋浮遊損)の内、銅損は予め製造者が提供する製品仕様で明記されており、負荷率の二乗に比例する特性を持っているため特定が可能である。

つまり、負荷損(銅損＋鉄損＋機械損＋浮遊損)から銅損を除した負荷損(鉄損＋機械損＋浮遊損)として次に示す式から算出できる。

また、鉄損は予め製造者が提供する製品仕様で明記されていればそのまま除して他の負荷損(機械損＋浮遊損)が算出可能である。もし、鉄損が予め製造者が提供する製品仕様で明記されていない場合には、回転機器１１０に負荷を接続しない状態で電源を供給した時の有効電力(入力)を計測し、計測結果を鉄損と等価であると扱うことで、銅損を除した負荷損(鉄損＋機械損＋浮遊損)からさらに等価とした鉄損を除して他の負荷損(機械損＋浮遊損)が次式にて算出可能となる。

図７は、回転機器の制御部１５５による回転機器の周波数制御を行う例のブロック図を示す。図２の応用版である。

誘導電動機４０などである回転機器１１０には、回転機器１１０が駆動する負荷１２０が示される。この回転機器１１０を周波数制御により回転数を制御するための回転機器の制御部１５５を接続する。また、負荷１２０を駆動する回転機器１１０の状態を検出する検出部１３０を有し、検出部１３０が検出した回転機器１１０の状態を記憶部１４０に対して周波数特性１６０ａとして記憶させる制御部１５０が設けられる。制御部１５０は、記憶部１４０に記憶された周波数特性１６０ａの情報から所定の処理を行い、その演算結果を表示部１８０にて表示する。図２との違いは、記憶部１４０に記憶されるじょうほうが周波数特性１６０ａである点である。

この図では回転機器の制御部１５５と検出部１３０が別々に記されているが、回転機器の制御部１５５自体に検出部１３０の機能を包括していても良い。

また図２でも記載した通り、周波数特性の検出方法は、電圧や電圧の情報から検出することも可能である。

図８は、図７のブロック図システム構成の処理をフローチャート図で示したものである。

本実施例の回転機器を診断するシステムの処理の始めはＳＴＡＲＴ処理であるステップＳ５００から始まる。ステップＳ５１０では検出部１３０から得た周波数をセンシングする。ステップＳ５２０で周波数情報を周波数特性１６０ａとして記憶部１４０に記憶する。ステップＳ５３０では第一の所定の周波数から第二の所定の周波数へと到達した時間を計算し記憶部１４０に周波数特性１６０ａとして記憶する。なお、所定の周波数とは、複数存在してもよい。

ステップＳ５４０ではステップＳ５３０で計算した到達時間を所定の範囲(閾値)を超えたかどうか判断するプロセスであり、閾値を超えた場合はステップＳ５５０で所定の範囲(閾値)を超えた旨と、［周波数到達時間］を表示部１８０に表示後、ステップＳ５１０の周波数センシングに戻る。

ステップＳ５４０で所定の範囲(閾値)を超えていない場合は、［周波数到達時間］を表示部１８０に表示後、ステップＳ５１０の周波数センシングに戻る。

図９は、図７のブロック図，図８のフローチャート図で説明した回転機器１１０をインバータ等（回転機器１１０の制御部１５５）で制御する場合、どのようにして回転機器１１０、および負荷１２０のを含めた診断をするかユーザーインターフェースを用いて説明する図である。

図９の横軸は周波数、縦軸は周波数到達時間を表す。例えば、回転機器１１０の回転周波数が３５Ｈｚを起点に５０Ｈｚまで到達する時間を計測し本図にプロットする。回転機器１１０の稼働状態において、３５Ｈｚを起点に５０Ｈｚまで到達する挙動をとる局面が何回かあるとした場合、同様に到達時間をプロットする。同様に２０Ｈｚを起点に４５Ｈｚへの変更等、回転機器１１０が実際に稼働する回転周波数における同一条件の到達時間を計測しプロットする。

そうした場合、経年的に回転機器１１０、および負荷１２０の機械損が増加していった場合、同一条件の到達時間が長くなる傾向になる。

その傾向を利用し、６００に示す逸脱エリアを設けることにより回転機器１１０、および負荷１２０を含めた診断を行うことが可能となる事例である。本実施例では、様々な周波数変換を行った場合に、２．０秒以内であれば正常動作であり、２．０を超えた場合には正常ではない状態として逸脱エリアに属することを示す例である。つまり、３３Ｈｚから４３Ｈｚへ変更した場合と、７５Ｈｚから４６Ｈｚへ変更した場合には、２．０秒以上の周波数変換に時間を要しているため、何らかの正常ではない状態であることが示される。

次に、回転機器１１０、および負荷１２０のを含めた診断を行う事例を、製品負荷率であるカタログスペックの有効電力と力率との関係グラフである図１０、図１１を用いて実施例３を説明する。

図10、図11の横軸は回転機器１１０の定格出力に対する負荷率、横軸は力率、および効率を示す。

横軸は回転機器１１０の定格出力に対する負荷率でも良いし有効電力(出力)で表しても良い。

曲線４００は図６と同様に予め製造者が提供する製品仕様に基づく製品負荷特性１６０の負荷率（または有効電力(出力)）に対する力率情報から近似線を引いた負荷率－力率特性曲線である。曲線４００は、製品負荷特性１６０の負荷率と力率から複数点プロットし、プロットした各点を通過するように曲線で結んだものである。

つまり、曲線４００は、実測値を用いて特定したプロットする点ではなく、メーカが提供する製品負荷特性１６０の情報からプロットした点を結んだあるいは点を通過するように描いた曲線である。

一方、図１０に示される求められた状態７１０は、負荷率－力率特性曲線４００が描かれたグラフ上にセンシングされた電流、電圧情報から有効電力(入力)と力率を演算してプロットされた曲線である。求められた状態７１０は、この時点では有効電力(入力)と有効電力(出力)は等価であるとみなしプロットする。

図11ではプロット点の動きを説明する。エリア７２０は通常運転状態、エリア７３０は負荷１２０であるポンプ部を交換後の真空度を上げている状態、エリア７４０では負荷１２０であるポンプ部交換後に真空度を確保し通常の運転状態を表す。

この図11の負荷率－力率特性プロット線７１０から診断観点で得られる知見は２つである。一つはポンプ部交換により通常運転時の負荷率が軽減されることである。エリア７２０からエリア７４０に移行していることからそれが判る。

これは、ポンプ部交換により機械損等が軽減され負荷率が下がったものである。

逆説的に考えれば、エリア７４０が初期の通常運転状態と考え、回転機器１１０、およびポンプ部等の機械損等が増えていくとエリア７２０まで移行することを意味している。よってこの負荷率－力率特性プロット線７１０を管理することにより、回転機器１１０、およびポンプ部等の診断が行えることになる。

ポンプを交換した前後の状態で稼働状況を図１１に示すように表示し、表示された情報に基づいて、ユーザがポンプを交換する前の状態をエリア７２０，過渡状態のエリア７３０，真空度が高くリフレッシュし安定した運用状態であるエリア７４０を特定することができる。エリア７２０から７４０は表示部に表示された求められた状態７１０を確認しつつ、ユーザ自身がエリアを設定してもよい。

また、例えば、力率と負荷率がゼロの点からエリア７３０と思わしき領域に至るまでには直線に近い領域が存在するため、ポンプの立上げ状態であると考えられる。その後、エリア７３０のように負荷率と力率が変化する領域があるので線形領域と非線形領域であることが特定できるため線形領域以外をエリア７３０と自動で設定することも可能である。

交換前後のみならず、運用時間が一定時間を超えた場合にエリア７２０等を再設定することもでき、再設定した情報を用いてポンプを監視することによって、より実際の稼働状態を考慮したポンプの状態を診断することが可能となる。

従来の閾値の設定では、通常状態をエリア７４０が正常動作であると設定することになるが、この場合は、ポンプの交換後の実測値がエリア７２０に存在するため、交換直後は故障の兆候や予兆であると判断されることとなる。これにより、診断システムはアラートが出続けることになり、本来確認すべき予兆を見逃す場合がある。本発明の診断システムは実際の稼働状態から異常の兆候や予兆を特定することができる。

図１１から得られるもう一つの特徴は、ポンプ部交換後に真空度を上げる過渡的状態の挙動であるエリア７３０の存在である。

配管内を含めたポンプ部の真空度の確保を確認するためには従来技術として真空圧センサを用い計測して判断していた。

しかし、負荷率－力率特性プロット線７１０の挙動から、負荷率－力率特性曲線４００を下回ったエリア７３０、具体的に言うとエリア７４０よりも負荷率が低く、かつ力率も低いエリア７３０を中心にプロットしている間は真空度が確保できていない事を示している。ポンプの部品交換後には流路の一部に空気が入って真空度が下がることになるが、この場合は、流体に比べて空気は密度が低い状態の流路を引き上げる動作を行うためポンプのトルクが下がる事により負荷率が低くなる。また、負荷率が下がるため力率も下がる。

つまり、モータだけの特性を見た場合には、ポンプの部品交換後の特負荷率と力率をプロットした位置が曲線４００から離れた場合には正常ではないと判断されることになるが、空気が入った過渡状態のエリア７３０であっても、過渡状態としては正常であることが特定できる。このように、これまで閾値だけを見た場合には異常、異常の兆候や予兆と判断されていた状態であっても、ポンプの動作を考慮することで部品交換後の正常エリア７４０に至るまでの過渡状態であるエリア７３０も正常であることが特定でき、ポンプの状態が過渡状態エリア７３０に属する場合にはアラートを発砲しないように設定することができる。

このように、ポンプ等の実施あの負荷率と特性をグラフとして描くことで、例えば真空ポンプのような対象機器または対象システムが正常ではない状態を特定することができる。従来の真空度センサを用いた確認方法の代替えになり得る方法と言える。別途真空度センサを設けずともポンプの状態を特定することができる。

図1２は、図１の診断システムを応用し複数台の誘導電動機４０を診断するシステムの例である。

一般的に分電盤１０には複数台の配線用遮断器２０が並び、各誘導電動機４０，負荷５０へと接続されている場合が多い。その場合も図１と同様に、配線用遮断器２０毎に計器用変流器(ＣＴ)３０を実装し誘導電動機４０の電流を検出する。また、複数台の計測装置８０は計器用変流器(ＣＴ)３０(以下、単にＣＴ３０とも呼ぶ)が検出した電流を測定し，測定された電流をデータ収集装置７０にて収集する。これらの機器を制御する中央処理装置９０を有するシステムである。計測装置８０は、ＣＴ３０が検出した電流のみならず、電圧や電圧の周波数等の他の情報を計測することも可能である。

データ収集装置７０は、複数台の計測装置８０が計測した諸電気量のデータを収集するものである。中央処理装置９０は、データ収集装置７０と通信を行い、諸電気量のデータの表示、または、後述の通常とは異なる特性を判断した場合に異常と表示する表示部等を有する。

この図では複数台の計測装置８０が１台のデータ収集装置７０へと接続しデータ収集装置７０で一括に複数台の計測装置８０のデータを収集している例となっているが、１台の計測装置８０が複数の誘導電動機４０の電流を検出する構成も考えられる。

また、複数台の計測装置８０に対し複数台のデータ収集装置７０とが接続，データ収集し、中央処理装置９０へと接続する構成も取れる。つまり、複数台の誘導電動機４０を監視することができる。

上記実施例によれば、誘導電動機に電力を供給している電流等の情報により誘導電動機の保全診断することができ、一般的に配電盤、もしくは分電盤で複数台の誘導電動機の情報をまとめて収集することができ、システム化し易い効果がある。
なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、様々の変形例が含まれる。例えば、上述した実施例は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。

１０：分電盤、２０：配線用遮断器、３０：変流器(ＣＴ)、４０：負荷、５０：誘導電動機、７０：データ収集装置、８０：計測装置、９０：中央処理装置、１１０：回転機器

Claims

負荷が接続される回転機器と、前記回転機器が稼働する状態の稼働負荷特性を検出する検出部と、を有する回転機器の診断システムにおいて、
予め記憶部には、前記回転機器の製造者が提供する製品仕様に基づく製品負荷特性が記憶されており、
制御部は、前記検出部により検出された前記稼働負荷特性を前記記憶部に記憶させ、
前記製品負荷特性と前記稼働負荷特性とを用いて銅損以外の負荷損を特定し、
前記銅損以外の負荷損が所定の範囲を超えた場合に、前記稼働負荷特性が通常とは異なる特性であることに基づいた情報を表示部に表示させること
を特徴とする回転機器の診断システム。
請求項１に記載の回転機器の診断システムにおいて、
前記銅損以外の負荷損には、機械損、浮遊損、または、鉄損のいずれか一つ以上を含むこと
を特徴とする回転機器の診断システム。
請求項１に記載の回転機器の診断システムにおいて、
前記異なる特性は特定された前記銅損以外の負荷損に基づいて特定された前記回転機器の状態であること
を特徴とする回転機器の診断システム。
請求項１に記載の回転機器の診断システムにおいて、
前記所定の範囲は、過去に特定された前記銅損以外の負荷損を用いて特定されること
を特徴とする回転機器の診断システム。
請求項１に記載の回転機器の診断システムにおいて、
前記所定の範囲は、過去に特定された前記銅損以外の負荷損の時系列変化に基づいて推定または特定される将来の前記他の負荷損の値とすること
を特徴とする回転機器の診断システム。
請求項２に記載の回転機器の診断システムにおいて、
前記制御部は、前記回転機器の鉄損を特定し、
前記銅損以外の負荷損は、特定された前記鉄損が除されることによって特定される機械損または浮遊損のいずれか一つ以上が含まれること
を特徴とする回転機器の診断システム。
負荷が接続される回転機器と、前記回転機器が稼働する状態の稼働負荷特性を検出する検出部と、を有する回転機器の診断システムにおいて、
予め記憶部には、前記回転機器の製造者が提供する製品仕様に基づく製品負荷特性が記憶されており、
制御部は、
前記検出部によって検出された前記稼働負荷特性を前記記憶部に記憶させ、
前記稼働負荷特性から稼働状態の力率を示す稼働力率を算出し、
算出された前記稼働力率を、前記製品負荷特性に基づく有効電力に対する力率特性として扱うことで前記有効電力に対する力率特性と前記力率特性に対応する有効電力を特定し、
特定された前記対応する有効電力を、前記製品負荷特性に基づく有効電力に対する効率特性の有効電力として扱うことで前記稼働負荷特性の効率を特定し、
特定された前記稼働負荷率の効率と、前記対応する有効電力と、を用いて前記稼働負荷特性の出力を特定し、
前記出力から前記稼働負荷特性から銅損を減算することによって、銅損以外の負荷損を特定し、
前記銅損以外の負荷損が所定の範囲外にある場合に、前記稼働負荷特性が通常とは異なる特性であることを特定すること
を特徴とする回転機器の診断システム。
請求項７に記載の回転機器の診断システムにおいて、
特定された前記銅損以外の負荷損の状態を用いて前記回転機器の状態を特定すること
を特徴とする回転機器の診断システム。
請求項７に記載の回転機器の診断システムにおいて、
前記銅損以外の負荷損は前記回転機器の摩擦損を含むものであって、
前記制御部は、前記摩擦損の変化に基づいて前記回転機器が通常とは異なる状態で稼働されていることを特定すること
を特徴とする回転機器の診断システム。
請求項７に記載の回転機器の診断システムにおいて、
前記制御部は、前記回転機器の鉄損を特定し、
前記銅損以外の負荷損は、特定された前記鉄損が除されることによって特定される機械損または浮遊損のいずれか一つ以上が含まれること
を特徴とする回転機器の診断システム。
負荷が接続される回転機器と、前記回転機器には前記回転機器を制御する直流交流変換装置が接続され、前記回転機器が稼働する状態の稼働負荷特性を検出する検出部と、を有する回転機器の診断システムにおいて、
予め記憶部には、前記回転機器の製造者が提供する製品仕様に基づく製品負荷特性が記憶されており、
予め、制御部は、前記直流交流変換装置は前記回転機器が第一の状態から第二の状態となるよう制御した場合に、前記検出部が前記稼働負荷特性を検出することによって前記第一の状態から前記第二の状態へ変化するまでの時間である過去の変化時間を特定し、特定された過去の変化時間を前記記憶部に記憶させ、
前記制御部は、前記過去の変化時間とは異なる前記回転機器が前記第一の状態から前記第二の状態へ変化するまでの時間が前記過去の変化時間に基づく所定の範囲外である場合に、前記回転機器が通常とは異なる状態で稼働していることを特定すること
を特徴とする回転機器の診断システム。