JPH1094943A

JPH1094943A - 自動加工装置

Info

Publication number: JPH1094943A
Application number: JP25038596A
Authority: JP
Inventors: Yukiyoshi Kato; 享良加藤; Toshio Mitsunaka; 俊夫満仲; Masaaki Nakajima; 正明中島; Shigeru Mori; 茂森; Naohiro Sakaki; 直浩榊; Naohisa Tsuchiya; 尚久土屋
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Process Computer Engineering Inc
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Information and Control Systems Inc
Priority date: 1996-09-20
Filing date: 1996-09-20
Publication date: 1998-04-14

Abstract

(57)【要約】【課題】障害への即時対応と予防保全を考慮した保守
を行うことができる自動加工装置を提供する。【解決手段】各オブザーバ１３−１，１３−２，１３
−３は外乱ｎを推定し、フィードバック量を補正する。
外乱ｎが許容値を超えたまま継続する場合は、診断部１
４に連絡する。その時、診断部１４は各部の監視データ
より該当不具合箇所を判断する。また、診断部１４は内
部モデルでの推定応答と実プラントからの応答を比較
し、プラント定数の変化を検知する。総括制御部１１か
らの稼働情報より、診断部１４は各部の予測寿命も推定
する。それらの情報を外部の表示部２に出力し、保守員
等に適切な保守情報を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、機械加工を行うプ
ラントの運転状態を監視し、監視されたプラントの異常
や運転不能になる状況をあらかじめ予測したり、運転不
能な状況にならないように制御する自動診断機能を備え
た自動加工装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】昨今、効率向上の目的で、悪環境下でも
作業できる自動加工装置が要求されはじめている。例え
ば、鉄鋼圧延システムでは、圧延ライン中に圧延用ロー
ルを自動研削する装置が使用されるようになっている。
このような自動研削装置を備えた鉄鋼圧延システムは、
高温高湿条件下で稼働しており、装置全体の大きさや油
滴の飛沫によって機械廻りの点検は困難さを極めてい
る。したがって、稼働中の各種監視データから故障発生
の可能性を事前に予測できれば、メンテナンス上の効果
は非常に大きい。すなわち、運転中の故障発生前に故障
診断機能によって警報信号を出力して、現在運転されて
いるシステムに故障発生の可能性を報知すると、故障に
よってシステムがダウンする前に適切な処置を取ること
が可能なので、保全性が向上することになる。また、当
然、稼働中は故障確定時以外は運転を継続させた方が経
済効率上好ましい。

【０００３】このようなことから、従来、工具の寿命に
関しては、例えば特開平１−１８３３３８号公報や特開
平６−２６２４９２号公報に開示された発明が知られて
いる。特開平１−１８３３３８号公報には、各工具毎の
使用時間を積算し、積算によって工具寿命を予測し、寿
命となる使用時間に達したとき工具を交換する等の工具
管理を行う技術が開示されている。また、特開平６−２
６２４９２号公報には、工具駆動用モータの各部の値を
測定して、外乱推定オブザーバよりモータの負荷状態を
推定し、推定値が設定基準外にある状態での運転が継続
する場合、一定時間を超えた時点で、工具の寿命と判断
するようにした技術が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
のような寿命の予測では、次のような点で問題がある。
すなわち、使用時間だけで管理すると、稼働条件による
変動が出た場合や、突発的な故障に対しては対応するこ
とができない。また、負荷状態の観測だけでは、工具が
使用不可状態になって初めて交換することになり、予防
保全という点で問題が残る。

【０００５】一方、システムの保全を考えた場合、工具
の摩耗以外にも点検すべき項目が多々ある。場合によっ
ては、駆動用モータ自身も保全の対象となる。したがっ
て、システムのどの箇所で何の不具合が発生したかの切
り別け（不具合箇所の特定）が必要になるが、上記従来
例から分かるように従来では、工具に対して寿命や不具
合が配慮されてはいても、駆動用モータ、その他の機械
部品などについては何の配慮もされていなかった。した
がって、工具であれば、寿命となった工具を取り替える
必要最少限の時間で済むが、他の個所に故障や異常が生
じると、故障発生個所や異常発生個所を見つけることか
ら始まり、修理、点検、取り換えなどの各種の作業が必
要となり、多くの無駄時間が発生することになる。

【０００６】さらに、システムの保守情報としては、即
時交換修理が必要、状況点検が必要といった保守作業の
区別が必須になる。また、運用に直面する運転員や保守
員に対しては、稼働の途中で、それ以降に期待できる寿
命等の情報が必要となる。

【０００７】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたもので、その第１の目的は、障害への即
時対応と予防保全を考慮した保守を行うことができる自
動加工装置を提供することにある。

【０００８】また、第２の目的は、不具合の発生時に、
システムのどの箇所でどのような不具合が発生したかを
切り別けることができる自動加工装置を提供することに
ある。

【０００９】また、第３の目的は、保守情報として即時
交換修理の要否、状況点検の要否などを区別して出力す
ることができる自動加工装置を提供することにある。

【００１０】さらに、第４の目的は、装置各部の寿命を
把握することができる自動加工装置を提供することにあ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、加工対象物を機械加工する機械加工手段
を制御手段により制御して所定の加工を実行する自動加
工装置において、前記制御手段および前記機械加工手段
の動作状態を常時監視する監視手段と、この監視手段か
ら出力される監視データに基づいて、前記制御手段およ
び前記機械加工手段が正常に運転されているか、異常な
運転状態であるかを診断する診断手段とを備えているこ
とを特徴とする。

【００１２】この場合、前記診断手段の異常な運転状態
の診断に、故障していること、異常が発生しているこ
と、現在の運転状態から推測される寿命の少なくともい
ずれが含まれるようにするとよい。また、前記診断結果
を運転員や保守員に報知するために前記診断手段の診断
結果を外部に出力する手段をさらに設けるとよく、出力
する手段としては、例えば、表示装置が使用できる。

【００１３】なお、出力される診断結果としては、交換
と修理を含む即時対応が必要な故障内容、異常と推定さ
れたことによる点検すべき内容、および推測される寿命
の少なくとも１つを含むようにするとよい。

【００１４】また、オブザーバをさらに設け、前記診断
手段による診断によって運転継続が可能な状態であると
判断されたとき、運転継続不能な状態にならないような
あらかじめ設定された範囲の補正を行って運転を継続さ
せるように配慮することが好ましい。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照し、本発明の実
施形態について説明する。

【００１６】図１は本発明の実施形態に係る自動加工装
置としてのオンライン圧延用自動研磨装置のシステム構
成を概略的に示すブロック図である。実施形態に係る自
動加工装置は、コントローラ部１、表示部２、操作部
３、および第１ないし第３の３基のプラント４−１，４
−２，４−３（以下、総括的にはプラントを符号４で代
表する。以下、同様。）から構成される。表示部２およ
び操作部３は保守員等が装置全体を監視制御するための
ものである。プラント４は加工作業を行う部分でモータ
や機械等の保守を必要とする部分である。コントローラ
部１は総括制御部１１、制御器１２、オブザーバ１３、
診断部１４、および表示制御部１５等より構成され、こ
の実施形態では前記プラント４（後述の押し付け部、横
行部、回転部）が３基設けられていることから、制御器
１２およびオブザーバ１３も１２−１，１２−２，１２
−３、１３−１，１３−２，１３−３で示すようにそれ
ぞれ第１ないし第３の３基づつ設けられている。なお、
総括制御部１１は、プラント４への指令信号を出力する
他に、コントローラ部１全体の動作を監視している。

【００１７】このように大略構成された自動加工装置に
おいて、総括制御部１１から各制御器１２−１，１２−
２，１２−３に指令信号ｒ₁，ｒ₂，ｒ₃がそれぞれ出
力されたとする。第１ないし第３の制御器１２−１，１
２−２，１２−３は、指令信号ｒ₁，ｒ₂，ｒ₃と第１
ないし第３のプラント４−１，４−２，４−３からの制
御量ｙ₁，ｙ₂，ｙ₃および第１ないし第３の各オブザ
ーバ１３−１，１３−２，１３−３の補正量ｈ₁，
ｈ₂，ｈ₃（外乱がない時はそれぞれ零である。）との
差分を常にとり、偏差量ｅ₁，ｅ₂，ｅ₃を零にするよ
うに動作してプラント４が指令信号に従った動作になる
よう制御し、偏差量ｅ₁，ｅ₂，ｅ₃に基づいた操作量
ｕ₁，ｕ₂，ｕ₃を各プラント４−１，４−２，４−３
に出力する。各オブザーバ１３−１，１３−２，１３−
３は、操作量ｕ₁，ｕ₂，ｕ₃、制御量ｙ₁，ｙ₂，ｙ
₃および監視データ（破線）を取り込む。各オブザーバ
１３−１，１３−２，１３−３は内部にプラント４の模
擬モデル（後述のプラントモデル部１３−１ａ）を内蔵
しており、操作量ｕ₁，ｕ₂，ｕ₃から期待される制御
量ｙ₁，ｙ₂，ｙ₃を推定することができる。正常時は
各オブザーバ１３−１，１３−２，１３−３の内部モデ
ルによる推定値と制御量はほぼ一致し、補正量ｈ₁，ｈ
₂，ｈ₃は零となる。したがって、オブザーバ１３内部
の推定値と測定制御量から、途中で混入している外乱量
を推定することができる。その結果、制御量ｙ₁，
ｙ₂，ｙ₃に外乱からの影響分を加算してフィードバッ
クするように補正量ｈ₁，ｈ₂，ｈ₃を調整することに
より、外乱の影響分を減少させることができる。しか
し、この外乱が一時的な外来性の突発的なものであれ
ば、問題ないが、プラントの機械系の故障や摩耗等が原
因である場合は、このままの制御状態で運転を継続する
のは望ましくない。このような場合は、プロセスの変化
を常時監視し、応答波形や許容値によって、異常状態を
早期に検出する必要がある。そこで、各オブザーバ１３
−１，１３−２，１３−３は、補正操作を常時行い、耐
外乱性に強い運転を継続しつつ、一定周期でデータを診
断部１４に送信して、診断部１４で常時監視ができるよ
うにする。また、外乱分が許容値を超えたまま運転を継
続する場合は、診断部１４に緊急信号を送出する。その
緊急信号を受けると、診断部１４は各監視値の相関関係
より、プラント内の各箇所の異常度を算出し、ニューロ
による主成分分析またはファジィ推論により故障箇所を
推定するとともに、後述のように異常度を演算する。推
定された故障個所および演算された当該個所の異常度
は、総括制御部１１に送信され、総括制御部１１では、
システムを自動的に停止させるか手動で停止させるかを
判定する。判定後、停止方法、故障箇所、異常度の具体
的な内容を表示制御部１５を介して表示部２に表示させ
る。この表示によって、保守員に対し緊急対応作業が指
示されることになる。

【００１８】また、一定周期で総括制御部１１から操作
上許される範囲内のステップ入力を各制御器１２−１，
１２−２，１２−３に加える。各オブザーバ１３−１，
１３−２，１３−３はその時のプラント４−１，４−
２，４−３内の監視データをそれぞれ診断部１４に送信
する。診断部１４では、内部モデルからの推定応答とプ
ラント監視データからの応答とを比較する。そして、応
答波形から、推定されるプラントの定数が大きく異なる
場合は、異常状態と判断し、表示制御部１５を介して表
示部２に該当箇所の情報を表示させる。この表示によっ
て、保守員に対し点検作業が指示されることになる。

【００１９】また、総括制御部１１からは、診断部１４
にプラント４の運転状態を知らせる情報、例えば、稼働
時間、加工対象品の材質、使用加工具の研磨材等を逐次
送信する。診断部１４は、送信されてきた前記情報か
ら、工具の期待寿命等を算出する。そこで、保守員から
操作部３を介して工具の寿命等の問い合わせがあれば、
その情報を表示部２に出力することができる。図２に診
断部１４の構成を示す。診断部１４は、全体制御プロセ
ッサ１４１、保守用データ記録装置１４２、データ入力
部１４３、画面編集機能部１４４、表示データ記憶部１
４５、寿命推定処理部１４６、波形比較処理部１４７、
および不具合箇所推定処理部１４８からなり、データ入
力部１４３、画面編集機能部１４４、寿命推定処理部１
４６、波形比較処理部１４７、不具合箇所推定処理部１
４８および保守用データ記録装置１４２は、共通のデー
タバス１４９によって接続され、必要に応じ各部間でデ
ータ伝送が行われる。この伝送に際しては、全体制御プ
ロセッサ１４１が、データの選択および転送タイミング
を決め、各処理を実行する。

【００２０】ここで、全体制御プロセッサ１４１は、診
断部１４全体の制御を司り、保守用データ記録装置１４
２は各種保守用データを記録し、データ入力部１４３は
外部からのデータを受け付け、画面編集機能部１４４は
保守員が監視できる表示用データを編集し、編集された
表示用データは表示データ記憶部１４５に記憶される。
前記各種演算を行う３個の処理部１４６，１４７，１４
８では、それぞれ寿命推定処理、波形比較処理、不具合
箇所推定処理がそれぞれ実行される。

【００２１】なお、前記全体処理制御プロセッサ１４１
は、総括制御部１１および表示制御部１５と双方向にデ
ータの伝送を行い、各オブザーバ１３−１，１３−２，
１３−３からデータを受信する。また、データ入力部１
４３には、総括制御部１１および各オブザーバ１３−
１，１３−２，１３−３からデータが入力される。

【００２２】ここで、全体制御プロセッサ１４１の処理
内容を図３のフローチャートを参照して説明する。

【００２３】全体制御プロセッサ１４１は、まず、各オ
ブザーバ１３側から緊急故障を示す信号が入力されてい
ないかどうか、言い換えればオブザーバ１３側で緊急故
障が発生していないかどうかを確認する（ステップＳ
１）。オブザーバからの緊急故障の割り込みが発生して
いれば、故障箇所を推定し（ステップＳ２）、復旧作業
を指示する（ステップＳ３）。

【００２４】ステップＳ１で緊急故障が発生していない
場合は、定期的に実施されるステップ入力による波形確
認が行われているかどうかを確認する（ステップＳ
４）。波形確認は、入力時の各監視部の波形と自身に設
定されたモデルによる推定応答波形とを比較することに
よって行う（ステップＳ５）。その比較結果により、大
幅な変動がある場合は、異常となった箇所があると考
え、警告状態にあると判断して（ステップＳ６）、その
旨警告するとともに該当箇所の点検作業を指示する（ス
テップＳ７）。なお、警告状態のときには、例えば使用
可能な時間を表示するように設定することもできる。な
お、ステップＳ５の波形比較処理の比較処理結果に大き
い変動がない場合は、警告状態ではないと判断して、総
括制御部１１からのデータに基づいてシステムの稼働条
件と稼働時間を収集し（ステップＳ８）、今後の寿命予
測等の演算を行う（ステップＳ９）。その際、点検作業
を指示した場合、その点検作業の終了内容を加味して寿
命予測の演算を行うようにする。また、操作部３から、
各箇所の予測寿命等の問い合わせがある場合は（ステッ
プＳ１０でＹｅｓ），表示部２に寿命情報を表示させ
る。

【００２５】図４は、このときに表示部２の表示状態を
示す図である。この表示部では、全体画面は、監視制御
に必要な情報が表示される。必要に応じ、全体画面４１
の一部に部分的に設定された保守専用画面４２に本発明
で説明した情報が表示される。保守専用画面に表示され
る情報とは、次のようなものである。

【００２６】１）即時交換修理等の対応が必要な場合；
例えば、「故障発生ｘｘｘの部分交換願います。

【００２７】関連するｙｙｙの部分も確認願います。」
のように表示し、操作部から応答信号があるまで、表示
し続ける。

【００２８】同時に音声等の手段を併用して、早急で確
実な対応を促すようにする。

【００２９】２）点検が必要な場合；例えば、「点検要
箇所発生ｘｘｘの部分点検願います。

【００３０】関連するｙｙｙの部分も点検願います。」
のように表示し、操作部から応答信号があるまで、表示
し続ける。

【００３１】３）保守員から寿命等の問い合わせ時；例
えば、「問い合わせ箇所ｘｘｘはｚｚｚ時間の寿命が
期待できます。

【００３２】なお、ｘｘｘは交換後ａａａ時間使用し
てます。

【００３３】（平均稼働条件はｂｂｂとなります）
」または、「問い合わせ箇所ｘｘｘはｚ
ｚｚ時間の寿命が期待できます。

【００３４】なお、ｘｘｘは交換後ａａａ時間使用し
てます。

【００３５】（点検結果ｃｃｃを反映した数値となって
います。）」のように表示し、一定時間表示し続け
る。なお、３）の後者の表示は、点検した場合の結果を
反映した寿命予測の表示である。

【００３６】これを実施形態に係るオンライン圧延用ロ
ール自動研磨装置について詳しく説明する。本装置は圧
延中の圧延用ロールを自動研磨するものであり、前述の
ように高温高湿の条件下で加工作業が行われる。図５は
当該自動研磨装置の構成を示す説明図であり、同図から
分かるように、装置全体の制御は３個の制御機能から構
成されている。すなわち、１）押し付け用位置制御（ロールに砥石を押し付ける制
御）２）横行位置制御（砥石をロールに沿って横方向に移動
させる制御）３）回転速度制御（砥石を搭載した円盤を回転させる制
御）の３種の制御であり、各々の制御は、モータにより外部
の機構部品を動作させることにある。

【００３７】図５のオンライン圧延用ロール自動研磨装
置の研削ヘッド１０は、砥石搭載円盤５を圧延ロール６
側に移動させ、さらに押し付ける第１のプラント４−１
と、砥石搭載円盤５を圧延ロール７の長手方向に移動さ
せる第２のプラント４−２と、搭載された砥石を回転さ
せる第３のプラント４−３とからなり、それぞれ前記押
し付け用位置制御、横行位置制御および回転速度制御が
コントローラ部１によって実行される。なお、前記各制
御によって実行される押し付け機能、横行機能および砥
石盤回転機能は図６に示すように加速度制御、速度制
御、および位置制御を行う。ただし、砥石盤の回転制御
については、押し付け制御と横行制御で位置制御を行う
ので、位置制御は不要である。

【００３８】押し付け用位置制御は、第１のボールねじ
４−１ａを押付け用モータ４−１ｂで回転させ、砥石搭
載円盤５を圧延ロール６の研磨位置までもっていく。そ
して、研磨時は、圧延ロール６と砥石５ａが接触するよ
うにして、圧延ロール６の表面を研磨する。研磨時の砥
石搭載円盤５の位置は、ロードセル５ｂという圧力セン
サによって測定する。圧延ロール６の回転方向の研磨
は、ロール自身が回転しているので研磨ヘッドが固定し
ていても自動的に研磨が行える。しかし、圧延ロール６
は横方向にも長さ（これを「胴長」ともいう。）がある
ので、横方向の研磨も必要になる。この胴長方向の研磨
を行うためヘッド部全体をロール面に沿って圧延ロール
６の長手方向に移動させる必要がある。その移動は横行
用のモータ４−２ａが第２のボールねじ４−２ｂを回転
させることにより行う。回転速度制御は研磨する砥石搭
載円盤５を一定速度で回転させるために行われ、砥石回
転用モータ４−３ａが砥石搭載円盤５に回転力伝達機構
４−３ｂを介して回転力を与え、所望の速度で円盤５を
回転させることによって安定した研磨動作を確保させ
る。なお、押し付けモータ４−１ｂ、横行用モータ４−
２ａ、および磁石回転用モータ４−３ａはそれぞれコン
トローラ部１によって制御される第１ないし第３のモー
タドライバ４−１ｃ，４−２ｃ，４−３ｃによって駆動
制御される。この実施形態では、機械要素が一番多く、
センサも付帯している押し付け用位置制御を中心に説明
する。

【００３９】このような自動研磨装置では、砥石５ａは
摩耗するものであり、ロードセル５ｂも圧力が一定値を
超えると破損する。したがって、この部分での故障診断
機能が特に重要である。

【００４０】図７は押し付け用位置制御の具体的な構成
を示すブロック図である。同図において、第１のプラン
ト４−１は、第１のボールねじ４−１ａからなる回転／
直進変換機構と、この変換機構を駆動する押し付け用モ
ータ４−１ｂと、前記変換機構の先端側に設けられ、圧
延ロール６を研磨する砥石搭載円盤５と、ロード圧を検
出するロードセル（圧力センサ）５ｂと、制御器１２−
１からの出力とモータ４−１ｂのパスルジェネレータ
（ＰＧ）４−１ｊからのパスルをカウントする計数回路
４−１ｇからの出力に応じて速度制御を行う速度制御部
４−１ｄと、速度制御部４−１ｄからの出力と自身の出
力に応じてモータへの駆動電流を出力する電流制御部４
−１ｅと、前記ロードセル５ｂの出力をＡ／Ｄ変換器４
−１ｈによってＡ／Ｄ変換した値に応じて砥石５ａの位
置を検出する圧力／位置変換部４−１ｉと、前記電流制
御部４−１ｅからの出力を増幅してオブザーバ１３−１
のＡ／Ｄ変換器１３−１ａに出力する増幅回路４−１ｆ
とから構成されている。

【００４１】オブザーバ１３−１は前記増幅回路４−１
ｆからの制御電流が入力され、デジタル値に変換する前
記Ａ／Ｄ変換器１３−１ａと、前記パスルジェネレータ
４−１ｊからのパスルをカウントする計数回路１３−１
ｂと、この計数回路１３−１ｂの計数値に基づいてモー
タの回転速度を検出する速度検出部１３−１ｃと、制御
器１２−１から出力される操作量ｕ₁、速度検出部１３
−１ｃからの速度値、ロードセル５ｂ側からの検出値に
基づいて検出された位置信号、およびＡ／Ｄ変換器１３
−１ａからのデジタル値が入力されるプラントモデル部
１３−１ｄとからなる。

【００４２】このように細部が構成された押し付け用制
御部では、総括制御部１１からの指令信号ｒ₁が出力さ
れると、制御器１２−１は、指令信号ｒ₁とプラント４
−１からの制御量ｙ₁およびオブザーバ１３−１からの
補正量ｈ₁（外乱がない場合は零）との差分を常にと
り、偏差量ｅ₁を零にするように動作し、プラント４−
１が指令信号に従った動作になるよう制御するために偏
差量ｅ₁に基づいた操作量ｕ₁をプラント４−１に出力
する。オブザーバ１３−１は、操作量ｕ₁、制御量（位
置検出値）ｙ₁および監視データ（モータの電流値、速
度値）を取り込む。オブザーバ１３−１は内部のプラン
トモデル部１３−１ｄにより、操作量から期待される制
御量ｙ₁を推定することができる。正常時は各オブザー
バ１３の内部モデルによる推定値と制御量はほぼ一致
し、補正量ｈ₁は零でよい。

【００４３】また、図１に示すように外乱ｎ₁（ｎ₂、
ｎ₃も同様）が外部からプラント４−１に混入した場合
は、推定値と制御量から途中で混入している外乱量を推
定することができる。その結果、制御量に外乱からの影
響分を加算してフィードバックするように補正量を調整
することにより、外乱の影響分を減少させることができ
る。なお、押し付け制御部の具体的構成の詳細は、図７
におけるプラント４−１で示した破線部内となる。この
内容をブロック線図に直し、プラントモデルとして、取
り扱う内容は後に記載する。

【００４４】次に、故障発生時の該当箇所の推定方法と
異常度判定について説明する。

【００４５】図８に監視データによる診断と押し付け機
能部で予測される故障の関係を示す。この図から分かる
ように、監視データの測定箇所と故障箇所とは１対１の
関係にはなっていない。また、予測される該当箇所は監
視データ数より多い。従って、お互いの相関関係を求め
て、判断しないと故障箇所の診断は難しい。その対策と
して、図９に示すようなニューラルネットにより、その
相関関係を求める。

【００４６】まず、図７の構成例から得られる監視デー
タに基づいて説明する。監視データは一定周期で、オブ
ザーバ１３−１から診断部１４に送信されてくる。診断
部１４では、常に受信データを基に各箇所の異常度を算
出する。その結果は保守用データ記憶装置１４２に記録
しておく。しかし、一定時間を経過した算出値は順次消
して新しい値に更新しておく。監視データはこの実施形
態では図１０に示すようにモータの回転速度、駆動電
流、および圧力値の３種類が送られ、故障診断用として
使用される。なお、これらの３種の監視データは、図７
において、速度検出部１３−１ｅ、Ａ／Ｄ変換器１３−
１ａおよび圧力／変換部４−１ｉからの入力値がこれに
相当する。

【００４７】例えば、モータ単品の異常度を算出する場
合、各監視値が正常動作範囲の値であるかどうかにより
判断する必要がある。各々の値は、通常、回転速度；０〜４５００ｒｐｍ駆動電流；０〜１．３Ａ（ｒｍｓ）圧力値；０〜２０Ｋｇの範囲である。

【００４８】異常度を算出する場合、まず、各監視値を
下記のように正規化して取り扱う。

【００４９】正規化値＝（実測値−最小値）／（最大値−最小値）そして、正規化した値から互いの相関関係を求め、下記
ニューロ演算に基づいてモータ各部の各部の異常度を算
出する。

【００５０】正規化した監視値より、中間層の値を求め
る。

【００５１】

【数１】

【００５２】中間層の値より、出力層の値を求める。

【００５３】

【数２】

【００５４】なお、係数に関する学習方法は以下のよう
に故障発生時に想定される各部の正規化値を基に求めて
いく。

【００５５】１）モータの故障（機械抵抗が大きい場
合）・大きい駆動電流でも回転速度が上がらず。

【００５６】・圧力値は変化せず。２）ボールねじのねじ山破損・駆動電流を大きくしても回転速度上がらず。

【００５７】・圧力値は変化せず。３）砥石搭載円盤の砥石部欠損・小さい駆動電流で回転速度が大きくなる。

【００５８】・圧力値がなくなる。

【００５９】４）ロードセルの破損・駆動電流と回転速度は正常動作。

【００６０】・圧力値がなくなる。

【００６１】また、モータ単独の異常度を、駆動電流と
回転速度から求めると、図１１に示すような関係が求め
られる。電流値と回転速度はある程度の比例関係が成立
する時が正常であり、片方のみが大きい値になること
は、無理な負荷または無負荷の状態を意味していること
になる。

【００６２】そして、最終的な故障箇所、不具合箇所の
判断は、ニューロによる主成分分析またはファジィによ
る推論を採用する。図１２は、ニューロによる主成分分
析法を示す。

【００６３】各箇所での異常値より、中間層の値を求め
る。

【００６４】

【数３】

【００６５】中間層の値より、出力層の値を求める。

【００６６】

【数４】

【００６７】なお、係数に関する学習方法は各箇所での
異常値を基に、実際に故障が発生した箇所への相関関係
より求めていく。

【００６８】また、図１３（ａ），（ｂ）には、ファジ
ィによる推論方法を示す。横軸に該当場所を、縦軸に異
常度をとる。そして、知的推論手法を加味して各場所の
異常度が故障場所に該当するメンバシップ関数を求めて
おく。異常時発生に、各場所の異常度を求め、その値を
メンバシップ関数に反映させ、重心法等により、該当箇
所を判定する。

【００６９】次に、不具合発生時の該当箇所の推定方法
と不具合度判定について説明する。図１４（ａ）は、図
７の押し付け用位置制御に関連するプラント４−１部分
を抜き出したブロック図である。この位置制御に際して
は、横方向の各点でどの程度研磨すべきか、総括制御部
１１から位置指令信号（図７）が出力される。その信号
に基づき、モータドライバ４−１ｃはモータ４−１ｂを
回転させる。モータドライバ４−１ｃは前述のように回
転速度の動作を制御する速度制御部４−１ｄ、モータ４
−１ｂに流す電流を制御する電流制御部４−１ｅ、モー
タ４−１ｂのパルスジェネレータ４−１ｊから回転速度
を計測する計数回路４−１ｇから構成されている。各々
の制御器１２−１には、速度計測値、電流計測値がフィ
ードバックされ、高速かつ安定にモータ４−１が動作す
るよう制御している。モータ４−１の負荷にはボールね
じ４−１ａのような回転／直進変換機構が接続されてい
る。そのボールねじ４−１ａが前後に移動することによ
り、砥石搭載円盤５は圧延ロール６に接触する圧力を変
えて、研磨量を制御している。

【００７０】次にオブザーバ１３と診断部１４の動作に
ついて説明する。

【００７１】オブザーバ１３は、図１４（ａ）に示すよ
うな外部のブロック線図を模擬したモデルを内蔵してい
る。図１４（ａ）はコントローラ外部の図１４（ｂ）の
部分をモデル化したものである。位置指令信号と内部の
モデルより、ロードセル（圧力センサ）５ｂからフィー
ドバックされてくる制御量ｙ₁は予測することができ
る。計測される制御量ｙ₁と予測値がほぼ一致している
場合は問題なしとして、総括制御部１１からの位置指令
信号のみで制御を続ける。

【００７２】ところが、計測値と予測が異なる場合は、
ある範囲内では外乱による重畳と判断して、その誤差分
を外乱補正値ｈ₁として制御量ｙ₁に加算する。図１５
の外乱トルクが外乱として入力された場合が、それに該
当する。その場合、圧力センサ５ｂからの検出値とモデ
ルで予測した値が異なり、その差分を補正してやればよ
い。ところが、図１４（ｂ）のバックラシュの部分が大
きくなった場合には、上記のような状態が継続すること
になる。しかも、そのバックラシュ値が大きくなると応
答も不安定となる。したがって、ある一定値を超える前
にボールねじ部４−１ａを交換する必要があることが分
かる。

【００７３】このように自動研磨の構成要素は事前にあ
る程度のブロック線図で検討することができる。また、
摩耗等によって発生するバックラシュ、ヒステリシス等
の機械系の非線形要素も予測できるので、図１４（ａ）
に示すように当初からモデル内に組み込んでおく。

【００７４】また、研磨作業は１度でなく、数回行うこ
とになるので、図１５（ａ）に示すようなステップ入力
を機械系に出力することができる。このようなステップ
入力は診断すべき周期で機械系に出力できるようにして
おき、正常時に図１５（ｂ）のような波形を得て記憶し
ておく。

【００７５】例えば、異常状態が継続して、その時にス
テップ入力を機械系に与えたところ、図１５（ｃ）のよ
うな波形を得たとする。そこで、図１５（ｂ）と同図
（ｃ）の波形を比較したところ、同図（ｄ）のような部
分に差が生じた。この差の部分を網掛けで示す。次い
で、図１４（ｂ）のバックラシュの値を変化させたとこ
ろ、図１５（ｅ）のようにほぼ同一波形に近似させるこ
とができた。このようなことから、ボールねじ部４−１
ａを点検すべき時期になったことが判断できる。

【００７６】なお、図１５に示すような波形比較の処理
手順を図１６のフローチャートに示す。

【００７７】この処理手順では、まず、最初に測定した
波形と基準としている波形を同一経過時刻で偏差分を比
較し、波形誤差量を算出する（ステップＳ２１）。そし
て、その偏差量が許容値より大きい場合はブロック線図
が異なったと考えてブロック線図の修正作業に入り、最
初に応答性の安定度を求める（ステップＳ２２，２
３）。この場合、オーバーシュートまたはリンギングし
たような波形時は不安定とする。安定時は、むだ時間の
ずれと線形遅れ分による修正を繰り返してブロック線図
求めることができる（ステップＳ２４，２５，２６，２
７）。不安定時はゲインアップによる影響か位相遅れ
（むだ時間による影響）による影響かはっきり断定でき
ないので組み合わせた形でシミュレートしていく（ステ
ップＳ２３，２８，２９，３０，３１）。そして、偏差
が許容値内におさまった時点で終了とする。なお、波形
比較によって表れる現象と各部での推定原因との関係を
図１７に示す。

【００７８】このように、予め予測される故障モードま
たは不具合モードの非線形要素を組み込んだモデルを準
備することにより、自動研磨装置の故障診断が可能とな
る。以上のように本実施形態によれば、１）障害への即時対応と予防保全を考慮した保守を行う
ことができる。

【００７９】２）不具合発生時、システムのどの箇所で
何の不具合が発生したかの切り別けが行うことができ
る。

【００８０】３）保守情報としては、即時交換修理要、
状況点検要との区別をして提供することができる。ま
た、外部からの要求時には、期待できる寿命等の情報も
提供することができる。

【００８１】なお、この実施形態においては、第１のプ
ラント（押し付け圧）４−１について詳しく説明した
が、第２のプラント（横行）４−２、および第３のプラ
ント（回転）４−３についても同様であることはいうま
でもない。

【００８２】

【発明の効果】これまでの説明で明らかなように、制御
手段および機械加工手段の動作状態を常時監視する監視
手段と、この監視手段から出力される監視データに基づ
いて、前記制御手段および前記機械加工手段が正常に運
転されているか、故障しているか、あるいは異常が発生
しているかのいずれかを診断する診断手段とを備えた請
求項１記載の発明によれば、診断手段による診断結果に
応じて障害への即時対応と予防保全を考慮した保守を行
うことができる。

【００８３】診断手段の診断に、現在の運転状態から推
測される寿命の診断を含む請求項２記載の発明によれ
ば、診断結果により装置各部の寿命を把握することがで
きる。

【００８４】診断手段の診断結果を外部に出力する手段
をさらに備えた請求項３記載の発明によれば、保守情報
として即時交換修理の要否、状況点検の要否などを区別
して出力することができ、運転員もしくは保守員に診断
結果を間違いなく認識させることが可能となる。

【００８５】診断結果が、交換と修理を含む即時対応が
必要な箇所とその故障内容、異常と推定されたことによ
る点検すべき内容、および推測される寿命の少なくとも
１つを含む請求項４記載の発明によれば、保守情報とし
て即時交換修理の要否、状況点検の要否などを区別する
ことができるとともに、装置各部の寿命を把握すること
ができる。また、システムのどの箇所でどのような不具
合が発生したかを切り別けることができる外部に出力す
る手段が表示装置であることを特徴とする請求項５記載
の発明によれば、運転員もしくは保守員に視覚を通じて
診断結果を間違いなく認識させることができる。

【００８６】診断手段による診断によって運転継続が可
能な状態であると判断されたとき、運転継続不能な状態
にならないようなあらかじめ設定された範囲の補正を行
って運転を継続させるオブザーバをさらに備えた請求項
６記載の発明によれば、故障によって運転を停止するこ
とを避けることが可能となり、経済効率が下がることを
極力防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るオンライン圧延用自
動研磨装置のシステム構成を示すブロック図である。

【図２】図１の診断部の構成を示すブロック図である。

【図３】診断部の処理手順を示すフローチャートであ
る。

【図４】図３の処理工程における表示部の表示状態を示
す説明図である。

【図５】オンライン圧延用ロール自動研削装置の加工機
構を示す説明図である。

【図６】押し付け用位置制御部の制御内容を示す説明図
である。

【図７】オンライン圧延用ロール自動研削装置に関連す
る制御内容を示す説明図である。

【図８】生じた現象と故障原因の因果関係を示す図であ
る。

【図９】監視値と各箇所での異常度をニューロで診断す
るときの状態を示す説明図である。

【図１０】故障診断時の各監視値とプラントの状態との
関係を示す図である。

【図１１】モータ単独の異常度を説明するための図であ
る。

【図１２】ニューロによる異常度と不具合の関係を示す
主成分分析の状態を示す図である。

【図１３】各箇所の異常度をファジィによって推論する
ときの状態を示す図である。

【図１４】押し付け用位置制御部の各要素とブロック線
図との関係を示す図である。

【図１５】応答波形の比較方法を示す説明図である。

【図１６】図１５に示す波形比較の処理手順を示すフロ
ーチャートである。

【図１７】波形比較によって表れる現象と各部での推定
原因との関係を示す図である。

【符号の説明】

１コントローラ部２表示部３操作部４−１，４−２，４−３プラント１１総括制御部１２−１，１２−２，１２−３制御器１３−１，１３−２，１３−３オブザーバ１４診断部１５表示制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者満仲俊夫茨城県日立市大みか町五丁目２番１号日立プロセスコンピュータエンジニアリング株式会社内 (72)発明者中島正明茨城県日立市大みか町五丁目２番１号株式会社日立製作所大みか工場内 (72)発明者森茂茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者榊直浩茨城県日立市大みか町五丁目２番１号日立プロセスコンピュータエンジニアリング株式会社内 (72)発明者土屋尚久茨城県日立市大みか町五丁目２番１号日立プロセスコンピュータエンジニアリング株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加工対象物を機械加工する機械加工手段
を制御手段により制御して所定の加工を実行する自動加
工装置において、前記制御手段および前記機械加工手段の動作状態を常時
監視する監視手段と、この監視手段から出力される監視データに基づいて、前
記制御手段および前記機械加工手段が正常に運転されて
いるか、故障しているか、あるいは異常が発生している
かのいずれかを診断する診断手段と、を備えていること
を特徴とする自動加工装置。
【請求項２】前記診断手段の診断に、現在の運転状態
から推測される寿命の診断が含まれていることを特徴と
する請求項１記載の自動加工装置。
【請求項３】前記診断手段の診断結果を外部に出力す
る手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１ま
たは２記載の自動加工装置。
【請求項４】前記診断結果が、交換と修理を含む即時
対応が必要な箇所とその故障内容、異常と推定されたこ
とによる点検すべき内容、および推測される寿命の少な
くとも１つを含んでいることを特徴とする請求項３記載
の自動加工装置。
【請求項５】前記外部に出力する手段が表示装置であ
ることを特徴とする請求項３記載の自動加工装置。
【請求項６】前記診断手段による診断によって運転継
続が可能な状態であると判断されたとき、運転継続不能
な状態にならないようなあらかじめ設定された範囲の補
正を行って運転を継続させるオブザーバをさらに備えて
いることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項
に記載の自動加工装置。