KR20120074179A

KR20120074179A - 전동기의 예방 보전 장치

Info

Publication number: KR20120074179A
Application number: KR1020110069741A
Authority: KR
Inventors: 종 리
Original assignee: 도시바 미쓰비시덴키 산교시스템 가부시키가이샤
Priority date: 2010-12-27
Filing date: 2011-07-14
Publication date: 2012-07-05
Also published as: CN102570729A; JP2012137386A; KR101279669B1

Abstract

작업자의 숙련도나 능력에 좌우되는 일 없이 전동기의 이상을 객관적으로 판단할 수 있고, 나아가서는, 전동기의 돌발적인 고장을 미연에 방지할 수 있는 전동기의 예방 보전 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
전동기의 조작량(부하율)을 전동기 구동 장치로부터 취득함과 함께, 취득한 조작량과 상관 관계가 있는 전동기의 상태량(권선온도 상승치)를 전동기에 설치되어 있는 센서에 의해 취득한다. 그리고, 전동기의 운전시에 있어서 취득된 조작량과 특정 상태량과의 관계를 나타내는 평가용 데이터를 상관평가 모델과 대조하고, 평가용 데이터와 상관평가 모델과의 일치도를 판정한다. 본 발명의 전동기의 예방 보전 장치는, 평가용 데이터와 상관평가 모델과의 일치도에 의거하여 전동기의 이상을 감시한다.

Description

전동기의 예방 보전 장치{APPARATUS FOR PLANNING MAINTENANCE OF ELECTRIC MOTOR}

본 발명은, 전동기의 예방 보전 장치에 관한 것으로, 특히, 제철소의 압연 플랜트에 사용되는 전동기와 같은 대형 전동기의 징조 진단에 이용하기 알맞은 예방 보전 장치에 관한 것이다.

제철소의 압연 플랜트를 구성하는 기기의 하나로서 전동기가 있다. 전동기는 압연 플랜트에서의 중요한 요소이고, 그 고장은 압연 플랜트 전체에 영향을 준다. 이 때문에, 압연 플랜트의 운전에 있어서는, 전동기에 이상이 생기고 있지 않은지 감시함으로써, 전동기의 고장을 미연에 방지하는 것이 필요하게 되어 있다. 즉, 전동기의 예방 보전이 필요하게 되어 있다.

종래의 전동기의 예방 보전에서는, 예를 들면 일본 특개소60-66647호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 전동기의 온도나 진동을 계측하고, 그 계측치를 감시하는 것이 행하여지고 있다. 구체적으로는, 도 7 및 도 8에 도시하는 바와 같이 진동이나 온도 등의 감시 대상의 계측치가 시간 축 상으로 판독되고, 그 계측치가 임계치를 넘고 있는지 아닌지의 여부가 감시되고 있다. 그리고, 도 7에 도시하는 바와 같이 감시 대상의 계측치가 임계치를 초과하지 않는 동안은, 전동기는 정상적으로 유지되고 있다고 판단되고, 도 8에 도시하는 바와 같이 감시 대상의 계측치가 임계치를 넘는 이상점이 검출되면, 전동기가 이상이라고 하여 경보가 나오고 있다. 또한, 감시 대상의 계측치가 임계치를 초과한 각 이상점에 관해, 이상 정도의 크기에 의해 가벼운 고장과 심한 고장의 경보가 나뉘어져 있다.

[특허 문헌]

특허 문헌 1 : 일본 특개소60-66647호 공보

그런데, 종래의 방법에서는, 전동기의 이상이 검지되어 경보가 나온 경우, 전동기의 유지 보수를 실시할런지의 여부, 실시하는 것이라면 어느 정도로 실시하는 것 인지라는 판단은 인간, 즉, 현장의 작업자에게 맡겨져 있다. 이 때문에, 작업원의 능력 차이에 의해 판단이 다르고, 잘못된 판단의 결과, 중대한 고장을 발생시켜 버리는 경우가 있다. 전술한 바와 같이, 전동기의 고장은 플랜트 전체에 영향을 주고, 중대한 고장이면 플랜트의 조업을 정지시켜 버리는 일도 있다. 특히 원격지의 플랜트에서, 돌발적인 고장이 발생한 경우에는, 보수?수리에 시간이 걸리고, 많은 리소스가 할애되게 된다.

본 발명은, 상술한 바와 같은 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 작업자의 숙련도나 능력에 좌우되는 일 없이 전동기의 이상을 객관적으로 판단할 수 있고, 나아가서는, 전동기의 돌발적인 고장을 미연에 방지할 수 있는 전동기의 예방 보전 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 전동기의 예방 보전 장치는, 전동기의 조작량을 전동기 구동 장치로부터 취득함과 함께, 취득한 조작량과 상관 관계가 있는 전동기의 상태량(특정 상태량)을 전동기에 설치되어 있는 센서에 의해 취득한다. 그리고, 전동기의 운전시에 있어서 취득된 조작량과 특정 상태량과의 관계를 나타내는 데이터(평가용 데이터)를 상관평가 모델과 대조하고, 평가용 데이터와 상관평가 모델과의 일치도를 판정한다. 상관평가 모델은, 전동기가 정상적인 경우에 있어서의 조작량과 특정 상태량과의 상관 관계를 모델화한 것으로서, 미리 준비된 것이 예방 보전 장치에 기억되어 있다. 본 발명의 전동기의 예방 보전 장치는, 평가용 데이터와 상관평가 모델과의 일치도에 의거하여 전동기의 이상을 감시한다.

전동기의 이상 감시의 구체적인 방법으로서는, 평가용 데이터와 상관평가 모델과의 일치도가 소정의 이상 판정치보다도 저하되어 있는 것을 전동기의 이상으로서 검지하는 것이 바람직하다. 또한, 일정 기간 내에 일치도가 소정의 이상 판정치를 밑돈 회수를 계수하는 것도 바람직한 이상 감시 방법의 하나이다. 또한, 일정 기간마마 일치도가 소정의 이상 판정치를 밑돈 회수(이상 회수)를 계수하고, 이상 회수의 경시적 변화를 기록하는 것도 바람직한 이상 감시 방법의 하나이다.

본 발명은, 전동기의 조작량과 특정 상태량의 사이에 상관 관계가 있는 경우, 전동기가 정상인 때와 이상인 때에서는 그 관계에 불일치가 생기고, 이상의 정도가 클수록 일치도가 저하되는 것에 착안한 것이다. 본 발명에서는, 상술한 바와 같이, 전동기가 정상적인 경우에 있어서의 조작량과 특정 상태량과의 상관 관계를 모델화한 상관평가 모델을 기준으로 하여, 어느 타이밍에서 취득된 조작량과 특정 상태량과의 관계가 전동기의 정상시의 관계인지의 여부가 판정된다. 이에 의하면, 종래 방법과 같이 단지 진동이나 온도의 계측치를 임계치와 비교하는 방법에 비교하여, 작업원의 숙련도나 능력에 좌우되는 일 없이 전동기의 이상을 객관적으로 또한 정확하게 판단할 수 있다. 따라서 본 발명에 의하면, 전동기의 고장의 징후를 사전에 알고, 그 증상에 따른 유지 보수를 적절하게 실시하는 것이 가능하고, 플랜트 전체의 운전에 영향을 주는 전동기의 돌발적인 고장을 미연에 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태 1 내지 3의 전동기의 예방 보전 장치가 적용되는 시스템의 구성을 도시하는 블록도.
도 2는 본 발명의 실시 형태 1에 의한 상관평가 모델을 도시하는 그래프.
도 3은 본 발명의 실시 형태 1에 의한 이상 감시의 방법을 도시하는 그래프.
도 4는 본 발명의 실시 형태 2에 의한 이상 감시의 방법을 도시하는 그래프.
도 5는 본 발명의 실시 형태 3에 의한 이상 감시의 방법을 도시하는 그래프.
도 6은 권선 코일 절연층의 경년 열화를 도시하는 도면.
도 7은 종래의 전동기의 예방 보전에서 행하여지고 있던 전동기의 이상 감시의 방법을 도시하는 그래프.
도 8은 종래의 전동기의 예방 보전에서 행하여지고 있던 전동기의 이상 감시의 방법을 도시하는 그래프.

(실시 형태 1)

이하, 본 발명의 실시 형태 1에 관해 도 1, 도 2 및 도 3에 의거하여 설명한다.

도 1은 본 실시 형태의 전동기의 예방 보전 장치가 적용되는 시스템의 구성을 도시하는 블록도이다. 이 시스템에서는, 전동기(1)와 전동기 구동 장치(2)는 떨어진 장소에 배치되고, 각각 리모트 I0반(3, 4)을 통하여 네트워크(5)에 접속되어 있다. 전동기 구동 장치(2)가 출력하는 조작 신호는, 리모트 IO반(4)을 통하여 네트워크(5)에 출력되고, 동 네트워크(5)로부터 리모트 I0반(3)을 통하여 전동기(1)에 입력된다. 전동기(1)는, 전동기 구동 장치(2)로부터 송신된 조작 신호에 의해 그 회전이 제어된다. 전동기(1)에는, 그 상태량을 측정하기 위한 센서로서, 2개의 측온 저항체(6, 7)가 마련되어 있다. 그 하나는, 전동기(1)의 권선온도를 측정하기 위한 권선온도 측정용 측온 저항체(Resistance Temperature Detector)(6)이다. 또 하나는, 전동기(1)를 냉각하고 있는 냉매의 온도를 측정하기 위한 냉매온도 측정용 측온 저항체(7)이다.

본 실시 형태의 전동기 예방 보전 장치(8)는 네트워크(5)에 접속되어 있다. 전동기 구동 장치(2)로부터 출력되는 조작 신호에는 전동기(1)의 조작량인 부하율의 데이터가 포함된다. 전동기 예방 보전 장치(8)는 전동기(1)의 부하율의 데이터를 리모트 IO반(4)으로부터 네트워크(5)를 통하여 수집하고 보존한다. 또한, 전동기 예방 보전 장치(8)는, 권선온도 측정용 측온 저항체(6)와 냉매온도 측정용 측온 저항체(7)의 각 측정 데이터를 리모트 I0반(3)으로부터 네트워크(5)를 통하여 수집하고 보존한다. 전동기 예방 보전 장치(8)에 의한 부하율 데이터의 받아들임 타이밍과 각 측정 데이터의 받아들임 타이밍은 동기되어 있다.

전동기 예방 보전 장치(8)는, 부하율 데이터로부터 부하율의 제곱평균제곱근을 산출함과 함께, 권선온도 측정용 측온 저항체(6)와 냉매온도 측정용 측온 저항체(7)의 각 측정 데이터로부터 전동기(1)의 권선온도의 상승치를 산출한다. 부하율의 제곱평균제곱근과 권선온도 상승치와의 사이에는, 이하에 기술하는 바와 같은 상관 관계가 있다.

전동기(1)의 손실에는, 철손(鐵損), 동손(銅損), 표유부하손(漂遊負荷損), 기계손 등이 포함된다. 그 중에서도 동손은 손실의 대부분을 차지하고 있다. 권선온도 상승치는 전동기(1)의 손실에 비례하기 때문에, 동손과 권선온도 상승치는 비례 관계에 있다. 여기서, 동손이란 권선 코일의 발열량인 것을 가리킨다. 권선 코일의 발열량을 Q라 하면, 발열량(Q)은 다음 식 1에 의해 표시된다. 식 1에서 i는 권선 전류, R은 권선 저항, t는 시간이다.

식 1로부터, 권선온도 상승치는 전류의 제곱에 비례하는 것을 얻을 수 있다. 그 관계를 식 2에 표시한다. 식 2에서, △T는 권선온도 상승치이다.

한편, 전동기(1)의 부하율은 코일 전류에 의해 구할 수 있다. 그 관계를 식 3에 표시한다. 식 3에서, L은 부하율이다.

부하율의 제곱평균제곱근을 RMS라고 하면, 제곱평균제곱근(RMS)은 다음 식 4에 의해 표시된다. 식 4에서, L_j은 부하율, T는 RMS를 연산하는 시간, t_j는 RMS를 연산하는 시간 내의 샘플링 시간, j=1, 2, … n이다.

식 4와 식 3에 의해, 다음 식 5의 관계를 얻을 수 있다.

또한, 식 2와 식 5에 의해, 다음 식 6의 관계를 얻을 수 있다.

식 6으로부터, 권선온도 상승치(△T)와 부하율의 제곱평균제곱근의 제곱치(RMS²) 와의 사이에는 비례 관계가 있음을 알 수 있다. 본 실시 형태에서는, 전동기(1)의 정상 운전시의 일정 기간에 전술한 각 데이터를 수집하고, 권선온도 상승치(△T)와 부하율의 제곱평균제곱근(RMS)의 관계를 나타내는 데이터를 복수 취득한다. 그리고, 취득한 데이터를 이용하여 최소제곱법에 의해 △T와 RMS와의 관계를 나타내는 근사식을 결정한다. 다음의 식 7이 그 근사식이다. 식 7에서, κ는 기지(旣知)의 계수, c는 기지의 정수이다. 식 7을 그래프로 도시하면 도 2와 같이 된다.

전동기 예방 보전 장치(8)에는, 식 7로 표시하는 1차 방정식이 상관평가 모델로서 기억되어 있다. 전동기 예방 보전 장치(8)는, 이 상관평가 모델을 이용하여 전동기(1)의 이상을 감시한다. 구체적으로는, 전동기(1)의 운전시, 어느 시간대의 부하율의 데이터로부터 RMS의 제곱치를 산출함과 함께, 그 시간대 내의 각 측온 저항체(6, 7)의 측정 데이터로부터 권선온도 상승치(△T)를 산출한다. 이에 의해, 상기 시간상에서의 RMS의의 제곱치와 권선온도 상승치(△T)와의 관계를 나타내는 데이터(평가용 데이터)가 얻어진다. 그리고, 도 3에 도시하는 바와 같이, 얻어진 평가용 데이터(도 3에 있어서 점(m)으로 나타낸다)를 상관평가 모델(도 3에서 실선의 직선으로 나타낸다)와 대조한다. 평가용 데이터를 나타내는 점이 상관평가 모델을 나타내는 직선으로부터 떨어질수록, 양자의 일치도는 낮다고 하게 된다.

도 3에 도시하는 점선의 직선은, 평가용 데이터와 상관평가 모델과의 일치도를 판정하기 위한 이상 판정 라인이다. RMS²의 값에 관해, 권선온도 상승치(△T)의 값이 이상 판정 라인을 초과하는 경우에는, 그 평가용 데이터는 이상 데이터라고 판단할 수 있다. 이 때문에, 전동기 예방 보전 장치(8)는, 권선온도 상승치(△T)가 이상 판정 라인을 초과하는 것을 전동기(1)의 이상으로서 검지한다. 또한, 이상 판정 라인은 경험치로부터 설정할 수 있다. 예를 들면, 상관평가 모델의 라인을 △T축의 플러스 방향으로 소정치 만큼 슬라이드된 라인을 이상 판정 라인으로서 설정할 수 있다. 또한, 상관평가 모델의 라인을 △T축의 방향으로 확대(예를 들면 1.5배)한 라인을 이상 판정 라인으로서 설정할 수 있다.

이상 기술한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 전동기(1)가 정상적인 경우에 있어서의 부하율과 권선온도 상승치와의 상관 관계를 모델화한 상관평가 모델을 기준으로 하여, 임의의 시간대에서 취득된 부하율과 권선온도 상승치와의 관계가 정상시의 관계인지의 여부가 판정된다. 이에 의하면, 종래와 같이 단지 하나의 데이터를 임계치와 비교하는 것과 비교하여, 전동기(1)의 이상을 객관적으로 또한 정확하게 판단할 수 있다.

(실시 형태 2)

이하, 본 발명의 실시 형태 2에 관해 도 4에 의거하여 설명한다. 단, 본 실시 형태의 전동기의 예방 보전 장치는, 실시 형태 1과 마찬가지로 도 1에 도시하는 구성의 시스템에 적용된다.

본 실시 형태에서는, 전동기 예방 보전 장치(8)는, 일정한 감시 주기로 상기한 평가용 데이터를 취득하고, 그때마다 상관평가 모델과 대조한다. 그리고, 평가용 데이터가 임계치인 이상 판정 라인을 넘었던 시각을 기록함과 함께, 일정 기간 내에 평가용 데이터가 이상 판정 라인을 초과한 회수를 계수한다. 기록된 시각이나 회수는, 음성이나 화상에 의해 작업자에게 통보되도록 되어 있다.

종래 방법에서는, 감시 대상인 온도나 진동의 데이터가 임계치를 초과할 때에 경보가 나오게 되기 때문에, 임계치는 정상치보다 어느 정도 크게 설정하지 않을 수 없었다. 그러나, 본 실시 형태와 같이 임계치를 넘은 회수만을 카운트하고, 그 회수를 기록하여 알리도록 하면, 정상치에 가까운 값으로 임계치를 설정할 수 있다. 따라서 본 실시 형태에서는, 실시 형태 1의 경우보다도 상관평가 모델에 가까운 라인을 이상 판정 라인으로서 설정할 수 있다. 예를 들면, 도 4에서는, 상관평가 모델의 라인 실선으로 나타내고, 실시 형태 1의 경우의 이상 판정 라인을 점선으로 나타내고, 본 실시 형태의 경우의 이상 판정 라인을 1점 쇄선으로 나타내고 있다.

본 실시 형태에 의하면, 임계치인 이상 판정 라인을 정상치인 상관평가 모델의 라인에 보다 접근하여 설정할 수 있기 때문에, 전동기(1)의 이상을 빨리 발견할 수 있다는 효과가 있다.

(실시 형태 3)

이하, 본 발명의 실시 형태 3에 관해 도 5 및 도 6에 의거하여 설명한다. 단, 본 실시 형태의 전동기의 예방 보전 장치는, 실시 형태 1과 마찬가지로 도 1에 도시하는 구성의 시스템에 적용된다.

본 실시 형태에서는, 전동기 예방 보전 장치(8)는, 일정한 감시 주기로 상기한 평가용 데이터를 취득하고, 그때마다 상관평가 모델과 대조한다. 그리고, 평가용 데이터가 임계치인 이상 판정 라인을 초과한 시각을 기록함과 함께, 일정 기간마다 평가용 데이터가 이상 판정 라인을 초과한 회수(이상 회수)를 계수하고, 이상 회수의 경시적 변화를 기록한다. 즉, 본 실시 형태에서는, 전동기 예방 보전 장치(8)는, 이상 회수의 증감을 장기적으로 감시하여, 전동기(1)의 경년의 열화를 예견한다.

이상 회수가 한쪽 방향으로 증가 되어 가는, 또는 감소 되어 가는 것이면, 전동기(1)가 열화되고 있다고 판단할 수 있다. 예를 들면, 도 5에 도시하는 바와 같이, 일정 기간 마다의 측정에 수반하여, 이상 회수가 한 방향으로 증가하여 가는 경우에는, 전동기(1)의 경년의 열화를 추정할 수 있다. 또한, 도 6에 도시하는 바와 같이, 전동기(1)의 코일을 둘러싸는 절연층에는 오랜 기간의 운전에 의해 마르는(dry) 등의 열화가 보여지게 된다. 이들의 열화 경향을 파악하기 위해, 측온 저항체(6, 7)의 실측치로부터 얻어지는 온도 상승치와 임계치를 비교하고, 임계치를 넘은 점의 증감을 장기적으로 감시함으로써, 단락과 같은 중대한 고장이 일어나는 전에 적절한 복구 조치를 행할 수가 있다.

본 실시 형태에 의하면, 평가용 데이터가 임계치인 이상 판정 라인을 초과한 이상 회수의 증감을 장기적으로 감시하기 때문에, 전동기(1)의 경년의 열화를 예견할 수 있는 효과가 있다.

(기타)

본 발명은 상술한 실시 형태로 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 여러가지 변형하여 실시할 수 있다. 예를 들면, 상술한 실시 형태에서는 조작량으로서 전동기의 부하율을 이용하고, 상태량으로서 권선온도 상승치를 이용하고 있지만, 상관 관계가 있다면 그 밖의 조작량과 상태량의 조합을 이용할 수도 있다.

1 : 전동기 2 : 전동기 구동 장치
3, 4 : 리모트 IO반 5 : 네트워크
6 : 권선온도 측정용 측온 저항체
7 : 냉매온도 측정용 측온 저항체
8 : 전동기 예방 보전 장치

Claims

전동기 구동 장치로부터 입력되는 조작 신호에 의해 회전이 제어되는 전동기의 예방 보전 장치에 있어서,
상기 전동기의 조작량을 상기 전동기 구동 장치로부터 취득하는 조작량 취득 수단과,
상기 조작량과 상관 관계가 있는 상기 전동기의 상태량을 상기 전동기에 설치되어 있는 센서에 의해 취득하는 상태량 취득 수단과,
상기 전동기가 정상적인 경우에 있어서의 상기 조작량과 상기 상태량과의 상관 관계를 모델화한 상관평가 모델을 기억하는 상관평가 모델 기억 수단과,
상기 전동기의 운전시에 있어서 취득된 상기 조작량과 상기 상태량과의 관계를 나타내는 데이터를 상기 상관평가 모델과 대조하고, 상기 데이터와 상기 상관평가 모델과의 일치도를 판정한 일치도 판정 수단과,
상기 일치도에 의거하여 상기 전동기의 이상을 감시하는 이상 감시 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 전동기의 예방 보전 장치.
제 1항에 있어서,
상기 이상 감시 수단은, 상기 일치도가 소정의 이상 판정치보다도 저하되어 있는 것을 상기 전동기의 이상으로서 검지하는 것을 특징으로 하는 전동기의 예방 보전 장치.
제 1항에 있어서,
상기 이상 감시 수단은, 일정 기간 내에 상기 일치도가 소정의 이상 판정치를 밑돈 회수를 계수하는 것을 특징으로 하는 전동기의 예방 보전 장치.
제 1항에 있어서,
상기 이상 감시 수단은, 일정 기간마다 상기 일치도가 소정의 이상 판정치를 밑돈 회수를 계수하고, 상기 회수의 경시적 변화를 기록하는 것을 특징으로 하는 전동기의 예방 보전 장치.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 조작량 취득 수단은, 상기 전동기의 부하율을 상기 조작량으로서 취득하고,
상기 상태량 취득 수단은, 상기 전동기의 권선온도 상승치를 상기 상태량으로서 취득하며,
상기 상관평가 모델 기억 수단은, 상기 권선온도 상승치와 상기 부하율의 제곱평균과의 사이에 성립되는 1차 방정식을 상기 상관평가 모델로서 기억하는 것을 특징으로 하는 전동기의 예방 보전 장치.