KR102340119B1

KR102340119B1 - 전동기의 진단 장치

Info

Publication number: KR102340119B1
Application number: KR1020197037872A
Authority: KR
Inventors: 도시히코 미야우치
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2017-06-29
Filing date: 2017-06-29
Publication date: 2021-12-16
Also published as: CN110800207B; WO2019003389A1; JPWO2019003389A1; EP3648338A1; KR20200010449A; JP7046064B2; EP3648338B1; EP3648338A4; CN110800207A

Abstract

전동기(5)의 전류를 검출하는 전류 입력부(71)로부터의 전류가 안정 상태일 때 전류의 파워 스펙트럼을 FFT 해석부(8402)에서 해석하고, FFT 해석부(8402)에서 해석된 파워 스펙트럼의 복수 회 분을 평균화 연산부(8406)에서 평균화하고, 평균화된 파워 스펙트럼의 측대파를 측대파 추출부(8407)에서 추출하고, 측대파 추출부(8407)에서 설정치 이상의 신호 강도의 측대파가 추출되었을 때 경보 출력부(85)로부터 경보를 출력하는 것이다.

Description

전동기의 진단 장치

이 발명은, 예를 들면 폐쇄 배전반 및 컨트롤 센터에서 사용되어, 유도 전압기의 이상(異常)의 유무를 진단하는 전동기의 진단 장치에 관한 것이다.

종래, 유도 전동기의 부하 전류를 측정하여 주파수 해석을 행하여, 운전 주파수의 양측에 발생하는 측파대(側波帶, side band)에 주목하여, 단(短)주기의 상하 방향의 파형의 외란(disturbance)과, 장(長)주기의 상하 방향의 파형의 진동인 기복(undulation)의 상태에 기초하여, 유도 전동기 및 유도 전동기에 의해서 구동되는 기기의 이상을 진단하는 설비의 이상 진단 방법이 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1).

특허 문헌 1: 일본 특허 제4782218호 공보

종래의 설비의 이상 진단 방법에 있어서는, 유도 전동기의 부하 토크 변동이 발생했을 때, 전원 주파수(운전 주파수)의 근방 양측의 스펙트럼 강도가 증가하여, 전원 주파수의 양측에 피크 모양으로 발생하는 측대파의 진동 강도보다도 커져, 측대파를 검출하는 것이 곤란하다고 하는 과제가 있었다.

이 발명은 이상과 같은 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 부하 토크가 변동하는 전동기에 있어서도, 전원 주파수의 근방의 양측에 피크 모양으로 발생하는 측대파를 검출함으로써, 전동기의 이상의 유무를 진단할 수 있는 전동기의 진단 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이 발명에 따른 전동기의 진단 장치는, 전동기의 전류를 검출하여 입력하는 전류 입력부, 전류 입력부에 있어서의 검출 전류의 전류 데이터를 전송 데이터로 변환하는 전송 데이터 변환부를 가진 전류 디지털 변환부와, 전류 디지털 변환부로부터의 전송 데이터가 통신선을 통해서 입력되는 데이터 연산부를 구비하고 있고, 데이터 연산부는, 전류 디지털 변환부로부터의 전류 데이터에 기초하여 전류 입력부로부터의 전류가 안정 상태일 때 전류의 파워 스펙트럼을 해석하는 FFT 해석부와, FFT 해석부에서 해석된 파워 스펙트럼의 복수 회 분을 평균화하는 평균화 연산부와, 평균화 연산부에서 평균화된 파워 스펙트럼의 측대파를 추출하는 측대파 추출부와, 측대파 추출부에서 추출된 측대파의 개수와 신호 강도로부터 전동기가 이상인지 여부를 판정하는 측대파 판정부와, 측대파 판정부에서 이상으로 판단되었을 때 경보 출력을 행하는 경보 출력부를 구비하고 있다.

이 발명에 의하면, 전동기의 전류를 검출하여 입력하는 전류 입력부와, 통신선을 통해서 얻어진 상기 전류 입력부에 있어서의 검출 전류의 전류 데이터에 기초하여 전류 입력부로부터의 전류가 안정 상태일 때 상기 전류의 파워 스펙트럼을 해석하는 FFT 해석부와, FFT 해석부에서 해석된 파워 스펙트럼의 복수 회 분을 평균화하는 평균화 연산부와, 평균화 연산부에서 평균화된 파워 스펙트럼의 측대파를 추출하는 측대파 추출부와, 측대파 추출부에서 추출된 측대파의 개수와 신호 강도로부터 전동기가 이상인지 여부를 판정하는 측대파 판정부와, 측대파 판정부에서 이상으로 판단되었을 때 경보 출력을 행하는 경보 출력부를 구비하고 있기 때문에, 전류가 안정 상태일 때 FFT 해석부에서 파워 스펙트럼의 해석을 행함으로써, 전원 주파수의 양측에 발생하는 피크 지점을 확실히 검출할 수 있게 된다. 또, 평균화 연산부에서 복수 회의 파워 스펙트럼을 평균화함으로써, 예를 들면 노이즈 등에 의해 파워 스펙트럼에 혼입(混入)된 피크 지점의 신호 강도가 저감되어, 측대파 추출부에서 보다 확실히 측대파를 추출할 수 있게 되고, 부하 토크가 변동하는 전동기에 있어서도, 전원 주파수의 근방의 양측에 피크 모양으로 발생하는 측대파를 검출함으로써, 전동기의 이상의 유무를 진단할 수 있는 전동기의 진단 장치를 얻을 수 있다는 효과가 있다.
또, 통신선을 통해서 전송 데이터를 데이터 연산부로 전송하고 있으므로, 데이터 연산부를 임의의 장소에 설치할 수 있고, 경보 출력부를 사용자의 근처에 설치할 수도 있다.
또, 전동기마다 배치되는 전류 디지털 변환부는 디지털 변환만의 기능이기 때문에, 처리 능력이 낮은 염가의 CPU 또는, 소규모 게이트 용량의 염가의 ASIC, FPGA로 구성하는 것이 가능해진다.
또한, 통신선을 통해서 전송 데이터를 데이터 연산부로 전송하고 있으므로, 데이터 연산부는 복수의 전류 디지털 변환부로부터의 입력을 접수할 수 있으므로, 1개의 데이터 연산부에서, 복수의 전동기의 이상을 진단할 수 있다.

도 1은 이 발명의 실시 형태 1에 있어서의 전동기의 진단 장치의 설치 상황을 나타내는 개략 구성도이다.
도 2는 이 발명의 실시 형태 1에 있어서의 전동기의 진단 장치의 논리 연산부의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 이 발명의 실시 형태 1에 따른 전동기의 진단 장치에 있어서의 주파수축의 변환을 설명하는 설명도이다.
도 4는 이 발명의 실시 형태 1에 있어서의 전동기의 진단 장치의 동작을 설명하는 순서도이다.
도 5는 이 발명의 실시 형태 1에 있어서의 전동기의 진단 장치의 임계치의 설정을 설명하는 설명도이다.
도 6은 이 발명의 실시 형태 2에 있어서의 전동기의 진단 장치의 설치 상황을 나타내는 개략 구성도이다.
도 7은 이 발명의 실시 형태 2에 있어서의 전동기의 진단 장치의 논리 연산부의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 8은 이 발명의 실시 형태 2에 따른 전동기의 진단 장치에 있어서의 기계 진동에 관련된 전류 스펙트럼의 트랜드를 나타내는 트랜드 그래프도이다.
도 9는 이 발명의 실시 형태 2에 따른 전동기의 진단 장치에 있어서의 베어링 손상에 관련된 전류 스펙트럼의 트랜드를 나타내는 트랜드 그래프도이다.
도 10은 이 발명의 실시 형태 2에 따른 전동기의 진단 장치에 있어서의 전류 스펙트럼을 겹쳐서 표시한 상태를 나타내는 도면이다.
도 11은 이 발명의 실시 형태 2에 있어서의 전동기의 진단 장치의 동작을 설명하는 순서도이다.
도 12는 이 발명의 실시 형태 3에 있어서의 전동기의 진단 장치를 나타내는 구성도이다.
도 13은 이 발명의 실시 형태 3에 있어서의 전동기의 진단 장치의 논리 연산부의 구성을 나타내는 블록도이다.

이하, 이 발명의 실시 형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 덧붙여, 각 도면에 있어서 동일 부호는, 동일 또는 상당 부분을 나타내고 있다.

실시 형태 1.

도 1은 이 발명의 실시 형태 1에 있어서의 전동기의 진단 장치의 설치 상황을 나타내는 개략 구성도, 도 2는 실시 형태 1에 있어서의 전동기의 진단 장치의 논리 연산부의 구성을 나타내는 블록도, 도 3은 실시 형태 1에 따른 전동기의 진단 장치에 있어서의 주파수축의 변환을 설명하는 설명도, 도 4는 실시 형태 1에 있어서의 전동기의 진단 장치의 동작을 설명하는 순서도, 도 5는 실시 형태 1에 있어서의 전동기의 진단 장치의 임계치의 설정을 설명하는 설명도이다.

도 1에 있어서, 전력 계통으로부터 인입된 주회로(1)에는, 배선용 차단기(2)와 전자 접촉기(3) 및 삼상(三相)의 주회로(1)의 일상(一相)의 부하 전류를 검출하는 계기용 변성기 등의 전류 검출기(4)가 마련되어 있다. 주회로(1)에는 부하인 삼상 유도 전압기 등의 전동기(5)가 접속되어, 전동기(5)에 의해 기계 설비(6)가 운전 구동된다. 이러한 설비에 대해서, 이 실시 형태에 있어서의 전동기의 진단 장치는, 전류 디지털 변환부(7)와 데이터 연산부(8)를 가지고 있고, 전류 디지털 변환부(7)와 데이터 연산부(8)는, 유선 또는 무선에 의한 통신선(9)에 의해서 접속되도록 구성되어 있다. 또, 전동기(5) 및 기계 설비(6)는, 주회로(1)에 대해서 복수 세트 설치되어 있고, 전류 디지털 변환부(7)는 이러한 전동기(5) 및 기계 설비(6)의 각 세트에 대응하여 똑같이 복수 개 마련되어 있다. 데이터 연산부(8)에는, 복수의 전류 디지털 변환부(7)로부터의 전송 데이터가 통신선(9)을 통해서 입력된다.

전동기 진단 장치의 일부를 구성하는 전류 디지털 변환부(7)에는, 전류 검출기(4)에서 검출된 전류를 입력하는 전류 입력부(71)와, 전류 입력부(71)로부터 입력된 전류를 아날로그로부터 디지털로 변환하는 A/D 변환부(72)와, A/D 변환부(72)에서 얻어진 디지털 데이터를 소정 형태의 디지털 데이터로 변환하는 데이터 변환부(73) 및 데이터 변환부(73)로부터의 디지털 데이터를 전송 데이터로 변환하는 전송 데이터 변환부(74)로 이루어진다.

전류 디지털 변환부(7)에서 작성된 전송 데이터는, 통신선(9)을 통해서, 전동기 진단 장치의 일부를 구성하는 데이터 연산부(8)로 전송된다.

데이터 연산부(8)에는, 전류 디지털 변환부(7)의 전송 데이터 변환부(74)로부터 통신선(9)을 통해서 입력된 전송 데이터를 소정 형태의 데이터로 변환하는 전송 데이터 변환부(81)와, 전원 주파수나 전동기(5)의 정격 출력, 정격 전압, 정격 전류, 극수, 정격 회전수 등을 미리 입력해 두는 정격 정보 입력부(82)와, 정격 정보 입력부(82)로부터 입력된 정격 정보를 저장해 두는 정격 정보 기억부(83)가 마련되어 있다. 정격 정보는 전동기(5)의 제조 회사의 카탈로그 또는 전동기(5)에 부착되어 있는 명판을 봄으로써 용이하게 취득 가능한 정보이다. 덧붙여, 진단 대상의 전동기(5)가 복수 대 있는 경우에는, 미리 모든 진단 대상의 전동기(5)의 정격 정보를 입력해 두지만, 이후의 설명에 있어서는 1대의 전동기(5)에 대해 설명한다.

전동기 진단 장치에서는, 통신선(9)으로부터의 전송 데이터를 전송 데이터 변환부(81)에서 디지털값으로 가공한다.

전동기 진단 장치는 전동기(5)의 이상의 유무를 진단하는 논리 연산부(84)와, 논리 연산부(84)에서 이상이 발견되었을 경우에 경보 또는 이상 램프의 점등 등에 의해서 경보를 출력하는 경보 출력부(85)가 마련되어 있다.

논리 연산부(84)의 구성에 대해 도 2에 기초하여 설명한다.

논리 연산부(84)는 전류 입력부(71)로부터 입력된 전류의 변동 유무를 구하는 전류 변동 연산부(8400)와, 전류 변동 연산부(8400)에서 구해진 결과를 사용하여 전류가 안정된 구간을 추출하여 파워 스펙트럼 해석 구간을 결정하는 FFT(Fast Fourier Transform) 해석 구간 판정부(8401)와, FFT 해석 구간 판정부(8401)에서 결정된 구간의 전류를 사용하여 파워 스펙트럼 해석을 실시하는 FFT 해석부(8402)와, FFT 해석부(8402)에서 해석된 파워 스펙트럼에 포함되는 피크 지점을 검출하는 피크 검출 연산부(8403)와, 피크 검출 연산부(8403)에서 검출된 피크 지점으로부터 회전 주파수에 기인하는 피크 지점을 구하는 회전 주파수 대역 판정부(8404)와, 복수 회 분의 파워 스펙트럼의 회전 주파수 대역의 주파수를 맞추는 주파수축 변환 연산부(8405)와, 주파수축 변환 연산부(8405)에서 주파수축이 변환된 복수 회 분의 파워 스펙트럼을 평균화 처리하는 평균화 연산부(8406)와, 평균화 연산부(8406)에서 평균화된 파워 스펙트럼을 사용하여 회전 주파수 대역 이외에 전원 주파수의 양측에 피크 지점이 있는지를 추출하는(이하, 이 피크 지점을 측대파라고 칭함) 측대파 추출부(8407)와, 측대파 추출부(8407)에서 측대파가 추출되었을 때 측대파의 신호 강도가 설정치 이상인지 판정하는 측대파 판정부(8408)에 의해서 구성되어 있다.

전류 변동 연산부(8400)는 전류 입력부(71)로부터의 전류에 기초하여 전류치의 통계적인 편차를 연산한다. 편차의 연산은, 예를 들면 표준 편차나 마할라노비스(Mahalanobis) 거리 등의 수법이 있다.

FFT 해석 구간 판정부(8401)는 전류 변동 연산부(8400)에서 구한 전류치의 통계적인 편차로부터, 편차가 임계치 이하의 전류치가 안정된 상태의 전류 구간만을 추출하여 파워 스펙트럼 해석 구간을 결정한다. 일반적으로 전동기(5)의 부하 토크가 변동하고 있으면 전류치에 편차가 생기고, 편차가 큰 전류 파형의 파워 스펙트럼 해석을 실시하면, 전원 주파수의 근방 양측의 신호 강도가 증대되어, 측대파 등의 피크 지점이 출현하지 않게 된다.

즉, 전원 주파수의 근방 양측의 신호 강도 분포 내에 측대파의 피크 지점이 포함되게 되어, 측대파의 피크 지점을 검출할 수 없게 된다. 이것을 방지하기 위해서 FFT 해석 구간 판정부(8401)의 임계치가 마련되어 있다.

FFT 해석부(8402)는 FFT 해석 구간 판정부(8401)에서 결정된 구간에 입력된 전류 파형을 사용하여 주파수 해석을 행함으로써 전류 파워 스펙트럼 강도를 산출한다. 전류치가 안정된 상태의 전류 파형으로 파워 스펙트럼 해석을 행함으로써, 전원 주파수의 근방 양측에서 파워 스펙트럼 강도가 증가하는 일은 없게 되어, 피크 지점이 있으면 확실하게 출현하게 된다.

피크 검출 연산부(8403)는 전류 파워 스펙트럼 강도의 해석 결과로부터 전원 주파수에 의한 피크 지점과 회전 주파수에 의한 피크 지점과 측대파에 의한 피크 지점 및 그 외의 피크 지점을 검출한다. 피크 지점의 검출은 1차와 2차와 3차의 미분 계산에 의해서 산출한 결과의 가파른 기울기가 반전하는 부분을 추출함으로써 검출 가능하다. 미분 계산을 3차까지 실시함으로써, 보다 작은 신호 강도의 피크 지점의 검출이 가능해진다. 전원 주파수에 의한 피크 지점은, 정격 정보 기억부(83)에 저장되어 있는 전원 주파수(일반적으로 50Hz 또는 60Hz)의 위치에 생기기 때문에 간단하게 확인할 수 있다.

회전 주파수 대역 판정부(8404)는 정격 정보 기억부(83)에 저장되어 있는 정격 회전수로부터 회전 주파수를 구하고, 전원 주파수를 중심으로 하여 양측으로 회전 주파수만큼 시프트된 위치 부근에 있는 신호 강도가 같은 피크 지점을 추출한다. 일반적으로 전동기(5)는 부하 토크의 상황에 따라서 슬립(slip)이 생겨 회전수에 편차가 생기기 때문에, 회전 주파수에 기인하는 피크 지점도 그만큼 시프트되어 출현한다. 회전 주파수 대역 판정부(8404)는 이 편차를 고려한 주파수 대역 내에 있는 피크 지점을 추출하여 회전 주파수 대역으로서 결정하는 것이다.

주파수축 변환 연산부(8405)는 평균화 연산부(8406)에서 실시하는 평균화 연산을 올바르게 행하기 위해서 필요하다. 일반적으로 전동기(5)의 이상에 의해서 발생하는 측대파의 발생 위치는 회전 주파수와 관계가 깊고, 측대파의 주파수 대역은 회전 주파수의 배수인 경우가 많다. 또, 회전 주파수는 상기 설명과 같이, 전동기(5)의 부하 토크가 상황에 따라 시프트되어 출현한다.

이 때문에, 평균화 대상의 복수 회 분의 파워 스펙트럼 해석 결과를 피크 지점 추종 방식으로 주파수축을 맞춰 둘 필요가 있다. 구체적으로는 도 3에 나타내는 것처럼, 회전 주파수 대역의 주파수가 전원 주파수로부터 fr 떨어진 위치에서 측파대의 주파수가 전원 주파수로부터 fb 떨어진 위치이고, 전동기(5)가 무부하인 상태에서의 회전 주파수 대역의 주파수가 전원 주파수로부터 fr1 떨어진 위치였다고 하면, 변환율 α는α=fr1/fr이 되고, 부하시의 측대파의 위치 fb는 무부하시의 측대파의 위치를 fb1이라고 했을 경우, fb=fb1/α로 구할 수 있다.

덧붙여, 도 3에 도시된 파선부는 유부하시의 신호 강도 분포를 나타내고, 실선부는 무부하시의 신호 강도 분포를 나타내고 있다. 이와 같이 회전 주파수 대역을 기준으로 하여 변환율 α를 나눔으로써 모든 피크 지점의 주파수축의 변환을 행한다.

덧붙여, 상기 설명에서는 주파수축을 무부하시에 맞추는 경우에 대해 설명했지만, 예를 들면 주파수축을 정격 부하시에 맞추는 등, 주파수축 변환 연산부(8405)는 평균화 대상의 복수 회 분의 파워 스펙트럼 해석 결과의 주파수축을 소정의 부하시에 맞추도록 구성되어 있으면 된다.

평균화 연산부(8406)는 주파수축 변환 연산부(8405)로 주파수축이 맞춰진 복수 회 분의 파워 스펙트럼 해석 결과를 평균화 처리하는 것으로, 평균화 처리함으로써 기저(基底) 노이즈를 저감시켜 피크 지점의 S/N비를 향상시킬 수 있다. 구체적으로는 10회분의 파워 스펙트럼 해석 결과를 평균화 처리하면, 1회분 밖에 발생하고 있지 않은 노이즈 등에 의한 피크 지점은 10분의 1의 신호 강도로 저감되게 된다. 한편, 회전 주파수 대역이나 측대파이면 10회 모두 피크 지점이 발생하는 것이고, 피크 추종 방식으로 주파수축을 변환하여 주파수가 맞아 있기 때문에, 평균화하더라도 피크 지점의 신호 강도는 변화하지 않는다. 덧붙여, 상기 설명에서는 파워 스펙트럼 해석 결과의 10회분을 평균화하는 경우에 대해 설명했지만, 10회로 한정되는 것은 아니고 복수 회 분을 평균화하면 된다.

측대파 추출부(8407)는 평균화 연산부(8406)에서 평균화 처리된 파워 스펙트럼 해석 결과로부터 전원 주파수를 중심으로 하여 양측으로 동일 주파수 시프트된 위치에 발생해 있는 피크 지점을 측대파로서 추출한다. 측대파의 후보는 피크 검출 연산부(8403)에서 얻어진 피크 지점을 후보로서 선택한다. 전원 주파수를 중심으로 하여 피크 지점이 한쪽 밖에 발생해 있지 않은 경우에는 측대파는 아니라고 판정하여 추출하지 않는다.

측대파 판정부(8408)는 측대파 추출부(8407)에서 추출된 측대파의 개수와 신호 강도로부터 전동기(5)가 이상인지 여부를 판정한다. 전동기(5)가 이상이라고 판정했을 경우에는, 경보 출력부(85)로부터 경보를 출력한다.

다음에 동작에 대해 도 4에 기초하여 설명한다. 도 4는 실시 형태 1에 있어서의 전동기 진단 장치의 동작을 설명하는 순서도이다. 전동기의 진단 장치는 소정 시간 간격으로 기동되어 이하의 처리를 실행한다. 스텝 S101에 있어서, 전류 검출기(4)에서 검출한 전동기(5)의 전류를 전류 입력부(71)에서 입력한다. 스텝 S102에 있어서, 전류 입력부(71)로부터 입력된 전류의 실효치(이하, 전류치라고 칭함)의 편차를 전류 변동 연산부(8400)에서 연산하고, 그 연산 결과를 사용하여 FFT 해석 구간 판정부(8401)에서 전류가 안정 상태인지 판정한다. 판정 결과로서 전류치의 편차가 미리 설정되어 있는 임계치 이상의 불안정 상태(NO)이면 스텝 S101로 돌아가, 전류가 안정 상태가 될 때까지 반복한다. 전류가 안정 상태(YES)이면 스텝 S103으로 진행한다. 덧붙여, 임계치에 관해서는, 예를 들면, 사전에 복수의 모터의 필드 데이터를 취득하고, 그 데이터의 전류 편차 값(표준 편차)으로부터, 편차 값이 작은 범위 내를 선정하여, 선정한 값을 임계치로 한다. 구체적인 계산예로서는, 예를 들면 도 5에 나타내는 것처럼, 50회 편차 값을 계산하여, 작은 순서로 정렬한 가운데 판정 감도에 맞춰 n번째로 작은 편차 값(예를 들면 고감도 설정이면, 실험 데이터 측정 결과로부터 5번째의 데이터임(0.8))을 임계치로서 결정한다. 덧붙여, 사전의 필드 데이터 대신에, 전동기(5)에서 일정한 학습 기간을 마련하고, 학습 기간 중에 취득한 전류 편차 값(표준 편차)으로부터, 마찬가지로 산출해도 된다.

스텝 S103에 있어서, FFT 해석부(8402)는 입력된 전류치가 안정 상태의 구간의 전류 파형을 사용하여 0Hz로부터 전원 주파수 60Hz의 2배의 주파수 120Hz의 사이에 주파수 분석하고, 그 파워 스펙트럼 해석 결과를 피크 검출 연산부(8403)에 건네준다. 스텝 S104에 있어서, 피크 검출 연산부(8403)는 파워 스펙트럼 해석 결과에 포함되는 피크 지점을 모두 검출한다. 스텝 S105에 있어서, 회전 주파수 대역 판정부(8404)는 검출된 피크 지점 중에서 회전 주파수 대역에 있는 피크 지점을 추출하여 회전 주파수 대역을 결정한다. 스텝 S106에 있어서, 주파수축 변환 연산부(8405)는 검출한 회전 주파수 대역을 무부하시의 회전 주파수 대역이 되도록 모든 피크 지점의 주파수축을 변환한다. 스텝 S107에 있어서, 스텝 S101에서부터 스텝 S106의 동작을 10회 반복하여, 주파수축이 변환된 파워 스펙트럼 해석 결과를 10개 수집한다.

스텝 S108에 있어서, 평균화 연산부(8406)는 수집된 10개의 파워 스펙트럼 해석 결과를 평균화 처리한다. 스텝 S109에 있어서, 측대파 추출부(8407)는 평균화 처리된 파워 스펙트럼 해석 결과의 피크 지점에 주목하여 측대파를 추출한다. 스텝 S110에 있어서, 측대파 판정부(8408)는 측대파 추출부(8407)에서 측대파가 추출되지 않은 경우 또는 측대파가 추출되었지만 설정치보다도 작은 신호 강도였을 경우에는, 전동기(5)에 이상은 발생하고 있지 않는(NO) 것으로서 진단 처리를 종료한다. 한편, 측대파 추출부(8407)에서 추출된 측대파의 신호 강도가 설정치보다도 큰 경우(YES)에는, 전동기(5)에 이상이 발생해 있는 것으로서 경보 출력부(85)에 신호를 보내고, 스텝 S111에 있어서, 경보 출력부(85)로부터 경보를 출력하고 진단 처리를 종료한다. 덧붙여, 측대파 판정부(8408)의 설정치에 대해서는, 정상시의 측대파의 신호 강도 A를 학습시켜, 표준 편차 σ를 계산하고, 검출된 측대파 피크치가, A＋3σ인 99.7%의 데이터가 존재하는 범위를 설정치로 한다. 혹은, 안전 계수 α(예를 들면 2 이상)를 곱하여, A＋3σ×α로 해도 된다. 또, 상기의 설정치의 다른 결정 방법으로서는, 같은 전동기의 과거의 고장시의 데이터 등으로부터 정해지는 것이며, 고장 사례가 많아질수록 측대파에 의해서 정확한 고장 장소나 고장의 정도를 판정할 수 있게 된다.

이상 설명한 것처럼, 전류치가 안정되어 있을 때의 전류 파형을 파워 스펙트럼 해석함으로써, 측대파 등의 피크 지점이 확실하게 출현한다. 또, 평균화 처리를 실시함으로써 노이즈 등이 저감되어, 보다 정확한 고장 진단을 할 수 있게 된다.

또, 통신선을 통해서 전송 데이터를 데이터 연산부로 전송하고 있으므로, 데이터 연산부를 임의의 장소에 설치할 수 있고, 경보 출력부를 사용자의 근처에 설치할 수도 있다.

또, 전동기마다 배치되는 전류 디지털 변환부는 디지털 변환만의 기능이기 때문에, 처리 능력이 낮은 염가의 CPU 또는, 소규모 게이트 용량의 염가의 ASIC, FPGA로 구성하는 것이 가능해진다.

또한, 통신선을 통해서 전송 데이터를 데이터 연산부로 전송하고 있으므로, 데이터 연산부는 복수의 전류 디지털 변환부로부터의 입력을 접수할 수 있으므로, 1개의 데이터 연산부에서, 복수의 전동기의 이상을 진단할 수 있다.

실시 형태 2.

도 6은 이 발명의 실시 형태 2에 있어서의 전동기의 진단 장치의 설치 상황을 나타내는 개략 구성도, 도 7은 이 발명의 실시 형태 2에 있어서의 전동기의 진단 장치의 논리 연산부의 구성을 나타내는 블록도이다.

실시 형태 2에 있어서의 전동기 진단 장치는, 기본적인 구성은 실시 형태 1에 있어서의 전동기 진단 장치와 같지만, 데이터 연산부(8)에는 파워 스펙트럼 기억부(86), 표시부(87)가 마련되어 있다. 또, 논리 연산부(84)에는 트랜드 해석부(8409)가 마련되어 있다. 파워 스펙트럼 기억부(86)는 평균화 처리된 파워 스펙트럼 해석 결과를 시계열로 저장한다. 표시부(87)는 파워 스펙트럼을 표시할 수 있다.

도 8은 전동기 진단 장치에 있어서의 기계 진동에 관련된 전류 파워 스펙트럼의 트랜드를 나타내는 트랜드 그래프도이다. 이 그래프는 전류 파워 스펙트럼의 회전 주파수를 트랜드 그래프화한 것으로, 전동기의 기계 진동의 크기와 상관이 있는 것으로부터, 고장나기 직전의 말기 열화보다 전에 전동기의 이상을 검출하는 것이다.

일반적으로 공장에서의 전동기 보수는 오감(五感)으로 실시하고 있기 때문에, 전동기의 이음(異音)으로도 이상을 판단하고 있는 경우가 많은 것으로부터, 전동기의 이음시 레벨로도 검출할 수 있는 것이 바람직하지만, 회전 주파수의 파워 스펙트럼에서는, 이음시 레벨의 이상에 있어서도, 이상 검출이 가능해진다.

도 9는 전동기 진단 장치에 있어서의 전동기의 베어링 손상에 관련된 전류 파워 스펙트럼의 트랜드를 나타내는 트랜드 그래프도이다.

전동기의 베어링 손상의 파워 스펙트럼은 전동기의 말기 고장이 아니면 검출이 곤란하며, 이 스펙트럼이 커지면 신속하게, 전동기의 정밀 진단이 필요하다.

도 10은 특정 일시의 전류 파워 스펙트럼을 겹친 도면이다. 예를 들면, 정상시의 파워 스펙트럼도를 열화가 진전됐을 때의 파워 스펙트럼도에 겹쳐 칼라로 그래프화함으로써, 스펙트럼의 차이점을 한눈에 알 수 있다.

다음에, 실시 형태 2에 있어서의 전동기 진단 장치의 동작에 대해 설명한다. 도 11은 실시 형태 2에 있어서의 전동기 진단 장치의 처리 동작의 흐름을 나타낸 순서도이다. 실시 형태 2에 있어서의 전동기 진단 장치의 처리 동작은, 기본적인 부분은 실시 형태 1에 있어서의 전동기 진단 장치와 같지만, 스텝 S1001와 스텝 S1002를 가지고 있다. 스텝 S1001에 있어서는, 스텝 S109에서 추출된 측대파의 파워 스펙트럼을 시간 정보와 함께 파워 스펙트럼 기억부(86)에서 기억한다. 스텝 S1002에 있어서는, 회전 주파수, 베어링 손상의 파워 스펙트럼의 트랜드 그래프를 트랜드 해석부(8409)에서 작성하여, 표시부(87)에 표시한다.

다음에, 트랜드 해석부(8409)의 동작에 대해 설명한다. 트랜드 해석부(8409)는 파워 스펙트럼 기억부(86)에 시계열로 저장되어 있는 파워 스펙트럼 해석 결과의 특정의 주파수의 측대파에 주목하여, 그 측대파의 신호 강도를 도 8, 도 9에 나타내는 것처럼 시계열로 구하여 표시하는 것이다. 도 8, 도 9에 있어서의 설정치는 측대파 판정부(8408)에서 사용되는 설정치이다. 이와 같이 트랜드 해석을 행함으로써, 예를 들면 측대파가 전동기(5)의 베어링의 마모에 의해서 생긴 것이었다고 하면, 측대파의 신호 강도가 작은 경우에는 베어링의 마모의 정도가 작아 이상이라고는 되지 않지만, 베어링의 마모는 서서히 증가하기 때문에, 측대파의 신호 강도도 도 9에 나타내는 것처럼 시계열로 서서히 증가해 간다. 따라서, 측대파의 신호 강도가 설정치에 도달하여 베어링 교환이 필요한 시기를 트랜드 해석을 실시함으로써 알게 된다. 덧붙여, 다른 부분에 대해서는 실시 형태 1과 같기 때문에 설명을 생략한다.

실시 형태 3.

도 12는 이 발명의 실시 형태 3에 있어서의 전동기 진단 장치의 구성도, 도 13은 이 발명의 실시 형태 3에 있어서의 전동기 진단 장치의 논리 연산부의 구성을 나타내는 블록도이다.

실시 형태 3에 있어서의 전동기 진단 장치는, 기본적인 구성은 실시 형태 2에 있어서의 전동기 진단 장치와 같지만, 도 12에 나타내는 것처럼, 실시 형태 1 및 실시 형태 2와 같은 디지털화된 전류 데이터는, 전류 디지털 변환부(7)로부터 통신선(9)을 통해서, 퍼스널 컴퓨터(이하, PC라 칭함)(10)로 입력된다.

PC(10)는 인터넷망(11)에 접속되어, 데이터 연산부(8)로서의 클라우드(클라우드 컴퓨팅)(12) 상의 전동기 진단 툴의 소프트웨어를 상시 동작시켜 둠으로써, 클라우드 상에서 전동기 진단 기능이 동작한다. 인터넷망(11)에는 전동기 진단의 서비스 이용 유저의 PC(131, 132, 133)가 접속된다. 표시부(87)에 있어서의 표시 데이터는 PC(131, 132, 133)의 표시부에 표시된다.

전동기 진단 기능에 대해서는, 실시 형태 1 및 2와 같다.

클라우드 상에서 동작하는 이점은, PC의 오퍼레이팅 시스템(OS)에 좌우되지 않고, 진단 툴의 소프트웨어의 업그레이드는 클라우드 상에서 행하기 때문에, 유저의 PC 상에서는 아무것도 변경하는 것 없이 업그레이드 서비스를 제공하는 것이 가능해진다.

디지털화된 전류 데이터는, 클라우드 상에 데이터를 저장하는 경우, PC 상에서 저장하는 경우 어느 쪽이든 서비스의 제공은 가능하다.

또, 본 서비스를 이용하는 복수의 유저는, 클라우드 상의 소프트웨어를 액세스함으로써, 서비스 제공을 받는 것이 가능해진다.

이 발명은, 그 발명의 범위에 있어서, 각 실시 형태를 자유롭게 조합하거나, 각 실시 형태를 적당히 변경, 생략할 수 있다.

1: 주회로 2: 배선용 차단기
3: 전자 접촉기 4: 전류 검출기
5: 전동기 6: 기계 설비
7: 전류 디지털 변환부 8: 데이터 연산부
71: 전류 입력부 72: A/D 변환부
82: 정격 정보 입력부 83: 정격 정보 기억부
84: 논리 연산부 85: 경보 출력부
86: 파워 스펙트럼 기억부 87: 표시부
8400: 전류 변동 연산부 8401: FFT 해석 구간 판정부
8402: FFT 해석부 8403: 피크 검출 연산부
8404: 회전 주파수 대역 판정부 8405: 주파수축 변환 연산부
8406: 평균화 연산부 8407: 측대파 추출부
8408: 측대파 판정부 8409: 트랜드 해석부

Claims

복수의 전동기의 각 전류를 검출하여 입력하는 복수의 전류 입력부, 상기 전류 입력부에 있어서의 검출 전류의 전류 데이터를 전송 데이터로 변환하는 전송 데이터 변환부를 가진 복수의 전류 디지털 변환부와, 복수의 상기 전류 디지털 변환부로부터의 전송 데이터가 통신선을 통해서 입력되고, 복수의 상기 전류 디지털 변환부에 대해 공용의 데이터 연산부를 구비하고 있고, 상기 데이터 연산부는, 상기 전류 디지털 변환부로부터의 전류 데이터에 기초하여 상기 전류 입력부로부터의 전류가 안정 상태일 때 상기 전류의 파워 스펙트럼을 해석하는 FFT 해석부와, 상기 FFT 해석부에서 해석된 파워 스펙트럼의 복수 회 분을 평균화하는 평균화 연산부와, 상기 평균화 연산부에서 평균화된 파워 스펙트럼의 측대파를 추출하는 측대파 추출부와, 상기 측대파 추출부에서 추출된 측대파의 개수와 신호 강도로부터 상기 전동기가 이상인지 여부를 판정하는 측대파 판정부와, 상기 측대파 판정부에서 이상으로 판단되었을 때 경보 출력을 행하는 경보 출력부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 전동기의 진단 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 통신선을 통해서 얻어진, 복수의 상기 전류 입력부로부터의 상기 전류 데이터에 기초하여 상기 FFT 해석부가 상기 전류의 파워 스펙트럼을 해석하도록 한 것을 특징으로 하는 전동기의 진단 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 FFT 해석부에서 구해진 파워 스펙트럼의 피크 지점을 검출하는 피크 검출 연산부를 가지고, 상기 평균화 연산부는 복수 회 분의 파워 스펙트럼의 주파수축을 변환하여 회전 주파수 대역에 의한 피크 지점을 맞춘 상태로 평균화하는 것을 특징으로 하는 전동기의 진단 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 FFT 해석부에서 구해진 파워 스펙트럼의 피크 지점을 검출하는 피크 검출 연산부를 가지고, 상기 평균화 연산부는 복수 회 분의 파워 스펙트럼의 주파수축을 변환하여 회전 주파수 대역에 의한 피크 지점을 맞춘 상태로 평균화하는 것을 특징으로 하는 전동기의 진단 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 평균화 연산부에서 평균화된 파워 스펙트럼의 정보를 저장하는 파워 스펙트럼 기억부와, 상기 파워 스펙트럼 기억부에 저장된 파워 스펙트럼의 정보에 의해 파워 스펙트럼의 측대파의 트랜드 해석을 행하는 트랜드 해석부와, 상기 트랜드 해석부에서 얻어진 트랜드 데이터를 표시하는 표시부를 구비한 것을 특징으로 하는 전동기의 진단 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 평균화 연산부에서 평균화된 파워 스펙트럼의 정보를 저장하는 파워 스펙트럼 기억부와, 상기 파워 스펙트럼 기억부에 저장된 파워 스펙트럼의 정보에 의해 파워 스펙트럼의 측대파의 트랜드 해석을 행하는 트랜드 해석부와, 상기 트랜드 해석부에서 얻어진 트랜드 데이터를 표시하는 표시부를 구비한 것을 특징으로 하는 전동기의 진단 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 평균화 연산부에서 평균화된 파워 스펙트럼의 정보를 저장하는 파워 스펙트럼 기억부와, 상기 파워 스펙트럼 기억부에 저장된 파워 스펙트럼의 정보에 의해 파워 스펙트럼의 측대파의 트랜드 해석을 행하는 트랜드 해석부와, 상기 트랜드 해석부에서 얻어진 트랜드 데이터를 표시하는 표시부를 구비한 것을 특징으로 하는 전동기의 진단 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 평균화 연산부에서 평균화된 파워 스펙트럼의 정보를 저장하는 파워 스펙트럼 기억부와, 상기 파워 스펙트럼 기억부에 저장된 파워 스펙트럼의 정보에 의해 파워 스펙트럼의 측대파의 트랜드 해석을 행하는 트랜드 해석부와, 상기 트랜드 해석부에서 얻어진 트랜드 데이터를 표시하는 표시부를 구비한 것을 특징으로 하는 전동기의 진단 장치.
청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전류 입력부에서 얻어진 상기 전동기의 전류 데이터는, 인터넷망을 통해서, 클라우드 상의 전동기 진단 툴에 공급되는 것을 특징으로 하는 전동기의 진단 장치.