KR20120128535A - 전동기의 예방 보전 장치 - Google Patents

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Abstract

[과제]
회전 속도의 변동이나 압연 부하의 변화에 의한 오진단을 피할 수 있고, 나아가서는, 압연 플랜트 전체의 운전에 영향을 주는 돌발적인 고장을 미연에 방지할 수 있는 전동기의 예방 보전 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
[해결 수단]
본 발명의 전동기의 예방 보전 장치는, 전동기의 축의 상태를 나타내는 특정 물리량(래디얼 방향 축변위, 스러스트 방향 축변위)의 계측 데이터와, 전동기의 회전 속도의 계측 데이터와, 전동기 구동 장치로부터 입력되는 드라이브 출력 전류의 데이터를 평가용 데이터로서 수집한다. 그리고, 수집한 평가용 데이터를 평가 모델과 대조하고, 평가용 데이터와 평가 모델과의 일치도에 의거하여 전동기에 관한 이상을 감시한다. 평가 모델로서는, 전동기가 정상적인 경우에서의 압연시의 회전 속도 및 드라이브 출력 전류와 전동기의 축의 상태를 나타내는 물리량과의 관계를 2차 이상의 고차 함수에 의해 근사한 식을 이용할 수 있다.

Description

전동기의 예방 보전 장치{PREVENTIVE MAINTENANCE APPARATUS OF ELECTRIC MOTOR}
본 발명은, 전동기의 예방 보전 장치에 관한 것으로, 특히, 제철소의 압연 플랜트에 사용되는 대형 전동기의 예조(豫兆) 진단에 이용하기 알맞은 예방 보전 장치에 관한 것이다.
제철소의 압연 플랜트를 구성하는 기기의 하나로 전동기가 있다. 압연 플랜트는 부하의 변동이 많기 때문에, 압연 플랜트용의 전동기로서 가변속 전동기가 사용되고 있다. 이 전동기에서는 빈번한 가감 속도 제어가 행하여지고, 그때에 가해지는 기계적인 충격이나 전기적인 과부하에 의해 돌발적인 고장이 초래되는 일이 있다. 특히, 압연재의 물려 들어가는 타이밍에서는 전동기에 연결되어 있는 기계측으로부터의 충격이 크고, 전동기의 축수대(軸受臺)가 이상(異常)한 힘을 받아서 갑자기 고장 나는 일이 있다. 전동기의 고장은 압연 플랜트 전체에 영향을 주고, 중대한 고장이라면 압연 플랜트의 조업을 정지시켜 버리는 일도 있다. 특히 원격지의 압연 플랜트에서 돌발적인 고장이 발생한 경우에는, 보수?수리에 시간이 걸리고, 많은 리소스가 할애되게 된다. 이 때문에, 압연 플랜트의 운전에서는, 전동기에 이상이 생기고 있지 않은지 여부를 감시함으로써, 전동기의 고장을 미연에 방지하는 것이 필요하게 된다. 즉, 전동기의 예방 보전이 필요하게 된다.
종래의 전동기의 예방 보전의 방법으로서는, 예를 들면 일본 특개평10-288546호 공보에 개시되어 있는 방법이 알려져 있다. 이 공보에 개시된 종래의 방법에 의하면, 전동기의 사용 시작시에 있어서의 회전 속도(소정 시간당 회전수)와 진동치(振動値)의 관계를 근사(近似)한 정상시 함수식과, 전동기를 계속 사용한 때의 회전 속도와 진동치와의 관계를 근사한 사용시 함수식이 각각 최소 제곱법에 의해 구하여진다. 그리고, 사용시 함수식을 정상시 함수식에 의해 나눗셈하는 것이 행하여지고, 그 나눗셈의 결과가 미리 마련한 임계치를 초과하면 전동기에 이상이 발생하였다고 판정하는 것이 행하여지고 있다.
[특허 문헌]
특허 문헌 1 : 일본 특개평10-288546호 공보
그러나, 압연 플랜트의 전동기에서는, 같은 회전 속도로 회전하고 있는 경우라도 압연 부하가 변하면 진동치가 변하는 일이 있다. 이 압연 부하는 압연재의 재질, 폭, 길이, 온도 등의 요소에 의해 변화한다. 전술한 종래의 방법에서는, 이들의 부하 요소에 관해서는 고려되어 있지 않고, 정상인지 이상인지를 판정하기 위한 임계치는 회전 속도만에 의해 결정된다. 이 때문에, 전술한 종래의 방법에서는, 회전 속도와 압연 부하와의 관계에 의해서는, 정상임에도 불구하고 이상이라고 판단하는 오진단이나, 이상임에도 불구하고 정상이라고 판단하는 오진단이 행하여질 우려가 있다.
본 발명은, 상술한 바와 같은 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 회전 속도의 변동이나 압연 부하의 변화에 의한 오진단을 피할 수 있고, 나아가서는, 압연 플랜트 전체의 운전에 영향을 주는 돌발적인 고장을 미연에 방지할 수 있는 전동기의 예방 보전 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 전동기의 예방 보전 장치는, 전동기의 축의 상태를 나타내는 특정 물리량의 계측 데이터와 함께 전동기의 회전 속도의 계측 데이터를 수집하고, 또한, 압연 부하를 표현하는 정보로서 전동기 구동 장치로부터 입력되는 드라이브 출력 전류의 데이터를 수집한다. 실제의 압연 중에서는 압연 부하에 응하여 전동기 구동 장치로부터 필요한 전류를 흘리고 있기 때문에, 드라이브 출력 전류는 압연 부하를 대표하는 정보로서 이용할 수 있다. 또한, 압연 부하는 압연재의 재질, 폭, 길이, 온도 등의 요소에 의해 변화하지만, 이들의 부하 요소의 하나하나에 관해 전동기의 축의 상태 및 회전 속도와의 관계를 파악하는 것은 어렵다. 그 점에서, 드라이브 출력 전류라면, 그것만으로 압연 부하를 대표할 수 있기 때문에, 전동기의 축의 상태와의 관계나 회전 속도와의 관계를 파악하기 쉽다.
본 발명의 전동기의 예방 보전 장치는, 상술한 데이터를 전동기의 운전시에 평가용 데이터로서 수집한다. 그리고, 수집한 평가용 데이터를 평가 모델과 대조하고, 평가용 데이터와 평가 모델과의 일치도를 판정한다. 평가 모델은, 전동기가 정상적인 경우에 있어서의 압연시의 회전 속도 및 드라이브 출력 전류와 상기한 특정 물리량과의 관계를 모델화한 것으로서, 예를 들면, 2차 이상의 고차 함수에 의해 근사한 식을 이용할 수 있다. 본 발명의 전동기의 예방 보전 장치는, 평가용 데이터와 평가 모델과의 일치도에 의거하여 전동기에 관계되는 이상을 감시한다.
전동기의 축의 상태를 나타내는 특정 물리량으로서는, 축변위(軸變位) 센서에 의해 계측할 수 있는 전동기의 래디얼 방향의 축변위나 스러스트(thrust) 방향의 축변위, 또는, 축하중(軸荷重) 센서에 의해 계측할 수 있는 전동기의 스러스트 방향의 축하중을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 전동기의 운전시에 수집하는 평가용 데이터로서는, 압연재의 물려 들어가는 타이밍에서의 데이터를 수집하는 것이 바람직하다.
전동기에 관계되는 이상을 감시하는 구체적인 방법으로서는, 평가용 데이터와 평가 모델의 일치도가 소정의 판정치보다도 저하되어 있는 것을 전동기에 관계되는 이상으로서 검지하는 것이 바람직하다. 또한, 일정 기간마다 일치도가 소정의 판정치보다도 저하된 횟수(이상 횟수)를 계수하고, 이상 횟수의 경시적 변화를 기록하는 것도 바람직한 이상 감시의 방법의 하나이다.
본 발명에 의하면, 정상 압연시에 있어서의 회전 속도 및 드라이브 출력 전류와 특정 물리량과의 관계를 모델화한 평가 모델을 기준으로 하여, 전동기의 운전시에 수집된 회전 속도 및 드라이브 출력 전류와 특정 물리량과의 관계가 전동기의 정상시의 관계인지의 여부가 판정된다. 이와 같이 회전 속도에 더하여 압연 부하를 대표하는 드라이브 출력 전류가 이상 진단을 위한 정보로서 사용됨으로써, 회전 속도의 변동이나 압연 부하의 변화에 의한 오진단을 피할 수 있다. 따라서 본 발명에 의하면, 전동기에 관계되는 이상(異常), 구체적으로는, 전동기 그 자체의 고장 외에, 전동기가 구동하는 기계측의 이상이나 축수대의 고장 또는 경년의 열화 등에 관하여, 전동기를 장시간 멈추는 일없이 신뢰성이 높은 판정을 행할 수가 있다. 이에 의해, 전동기나 그것에 관계되는 기계 그 밖의 고장의 징후를 사전에 알아서, 그 증상에 따른 멘인티넌스를 적절하게 실시하는 것이 가능해지고, 압연 플랜트 전체의 운전에 영향을 주는 돌발적인 고장을 미연에 방지하는 것이 달성된다.
도 1은 본 발명의 실시의 형태 1 내지 4의 전동기의 예방 보전 장치가 적용되는 시스템의 구성을 도시하는 블록도.
도 2는 본 발명의 실시의 형태 1의 예방 보전 장치의 구성을 도시하는 블록도.
도 3은 본 발명의 실시의 형태 1에 의한 평가 모델을 도시하는 그래프.
도 4는 본 발명의 실시의 형태 1에 의한 평가 모델을 도시하는 그래프.
도 5는 본 발명의 실시의 형태 1에 의한 평가 모델을 도시하는 그래프.
도 6은 본 발명의 실시의 형태 1에 의한 평가 모델을 도시하는 그래프.
도 7은 본 발명의 실시의 형태 1에 의한 평가 모델의 작성의 방법을 도시하는 플로우 차트.
도 8은 본 발명의 실시의 형태 1에 의한 이상 판정의 방법을 도시하는 플로우 차트.
도 9는 본 발명의 실시의 형태 1에 의한 이상 판정의 방법을 도시하는 그래프.
도 10은 본 발명의 실시의 형태 1에 의한 이상 판정의 방법을 도시하는 그래프.
도 11은 본 발명의 실시의 형태 2의 예방 보전 장치의 구성을 도시하는 블록도.
도 12는 본 발명의 실시의 형태 2에 의한 평가 모델을 도시하는 그래프.
도 13은 본 발명의 실시의 형태 2에 의한 평가 모델을 도시하는 그래프.
도 14는 본 발명의 실시의 형태 2에 의한 이상 판정의 방법을 도시하는 그래프.
도 15는 본 발명의 실시의 형태 4에 의한 이상 판정의 방법을 도시하는 그래프.
실시의 형태 1.
이하, 본 발명의 실시의 형태 1에 관해 도 1 내지 도 10의 각 도면에 의거하여 설명한다.
도 1은 본 실시의 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 IO반(3, 4)을 통하여 네트워크(7)에 접속되어 있다. 전동기 구동 장치(2)가 출력하는 조작 신호는, 리모트 IO반(3)을 통하여 네트워크(7)에 출력되고, 동 네트워크(7)로부터 리모트 IO반(4)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 래디얼 방향의 축변위 및 스러스트 방향의 축변위를 계측하기 위한 축변위 센서(5)와, 회전 속도(소정 시간당의 회전수)를 계측하기 위한 회전 속도 센서(6)가 마련되어 있다.
본 실시의 형태의 전동기 예방 보전 장치(8)는 네트워크(7)에 접속되어 있다. 전동기 구동 장치(2)로부터 출력되는 조작 신호에는 전동기(1)의 조작량인 드라이브 출력 전류가 포함된다. 전동기 예방 보전 장치(8)는 전동기(1)의 드라이브 출력 전류의 데이터를 리모트 IO반(3)으로부터 네트워크(7)를 통하여 수집하고, 보존한다. 또한, 전동기 예방 보전 장치(8)는, 축변위 센서(5)와 회전 속도 센서(6)의 각 계측 데이터를 리모트 IO반(4)으로부터 네트워크(7)를 통하여 수집하고, 보존한다. 전동기 예방 보전 장치(8)에 의한 드라이브 출력 전류 데이터의 취입(取入) 타이밍과, 각 계측 데이터의 취입 타이밍은 동기(同期)되어 있다.
도 2는, 본 실시의 형태의 전동기 예방 보전 장치(8)의 구성을 도시하는 블록도 이다. 상술한 바와 같이, 전동기 예방 보전 장치(8)는, 회전 속도, 래디얼 방향 축변위 및 스러스트 방향 축변위의 각 계측 데이터와 드라이브 출력 전류의 데이터를 수집한다. 래디얼 방향 축변위와 스러스트 방향 축변위는, 어느 것이나 전동기(1)의 축의 상태를 나타내는 물리량이다. 드라이브 출력 전류는, 압연시에 전동기(1)에 작용하는 부하(압연 부하)를 대표하는 정보로서 받아들여지고 있다. 전동기 예방 보전 장치(8)는, 수집한 이들의 데이터를 평가 모델과 대조하고, 그 대조 결과에 의거하여 경보를 출력한다. 평가 모델로서는, 평가 모델 A와 평가 모델 B의 2종류가 준비되어 있다. 이하, 각 평가 모델 A, B의 내용과 그 작성 방법에 관해 설명한다.
평가 모델 A는, 전동기(1)가 정상적인 경우에서의 압연시의 회전 속도 및 드라이브 출력 전류와 래디얼 방향의 축변위와의 관계를 모델화한 것으로서, 후술하는 바와 같이 근사 함수식으로 표시된다. 도 3은, 평가 모델 A에서, 드라이브 출력 전류를 일정하게 한 경우의 회전 속도와 래디얼 방향 축변위의 관계의 한 예를 도시하는 그래프이다. 도 4는, 평가 모델 A에서, 회전 속도를 일정하게 한 경우의 드라이브 출력 전류와 래디얼 방향 축변위의 관계의 한 예를 도시하는 그래프이다. 이들의 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 압연시의 래디얼 방향 축변위는 회전 속도에 의해서도 드라이브 출력 전류에 의해서도 변화한다.
평가 모델 B는, 전동기(1)가 정상적인 경우에서의 압연시의 회전 속도 및 드라이브 출력 전류와 스러스트 방향의 축변위의 관계를 모델화한 것으로서, 후술하는 바와 같이 근사 함수식으로 표시된다. 도 5는, 평가 모델 B에서, 드라이브 출력 전류를 일정하게 한 경우의 회전 속도와 스러스트 방향 축변위의 관계의 한 예를 도시하는 그래프이다. 도 6은, 평가 모델 B에서, 회전 속도를 일정하게 한 경우의 드라이브 출력 전류와 스러스트 방향 축변위의 관계의 한 예를 도시하는 그래프이다. 이들의 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 압연시의 스러스트 방향 축변위는 회전 속도에 의해서도 드라이브 출력 전류에 의해서도 변화한다.
도 7은, 본 실시의 형태에 의한 각 평가 모델의 작성의 방법을 도시하는 플로우 차트이다. 이 플로우 차트는 STP1와 STP2의 2개의 스텝을 포함하고 있다. 최초의 스텝인 STP1에서는, 정상 압연 중의 일정 기간에서 드라이브 출력 전류, 회전수, 래디얼 방향 축변위 및 스러스트 방향 축변위의 각 데이터가 수집된다. 수집하는 데이터 수는 많을수록 좋다. 그리고, STP2에서, 수집한 데이터에 의거하여 평가 모델 A, B이 작성된다. 각 평가 모델 A, B는, 이하에 나타내는 바와 같이 2차 이상의 고차 함수로 근사한 식으로 표시된다.
다음의 근사 함수식은 평가 모델 A을 나타내고 있다. 이 식에서, z1는 스러스트 방향 축변위, x는 드라이브 출력 전류, y는 회전 속도이다. 그리고, a0, a1, … an, b0, b1, … bn는 수집한 데이터를 이용하여 최소 제곱법에 의해 결정한 계수이다.
Figure pat00001
다음의 근사 함수식은 평가 모델 B을 나타내고 있다. 이 식에서, z2는 래디얼 방향 축변위, x는 드라이브 출력 전류, y는 회전 속도이다. 그리고, c0, c1, … cn, d0, d1, … dn는 수집한 데이터를 이용하여 최소 제곱법에 의해 결정한 계수이다.
Figure pat00002
전동기 예방 보전 장치(8)는, 이상과 같이 하여 작성된 평가 모델 A, B를 이용하여 다음에 설명하는 이상 판정을 실시한다. 도 8은 본 실시의 형태에서 전동기 예방 보전 장치(8)에 의해 행하여지는 이상 판정의 방법을 도시하는 플로우 차트이다. 이 플로우 차트는 STP11부터 STP16까지의 6개의 스텝을 포함하고 있다. STP11에서는, 현재의 드라이브 출력 전류, 회전 속도, 래디얼 방향 축변위 및 스러스트 방향 축변위의 각 데이터가 전동기 예방 보전 장치(8)에 의해 수집된다. STP12에서는, 현재의 드라이브 출력 전류와 회전 속도에 의거하여 평가 모델 A를 이용하여 래디얼 방향 축변위의 임계치가 설정된다. 또한, STP13에서는, 현재의 드라이브 출력 전류와 회전 속도에 의거하여 평가 모델 B를 이용하여 스러스트 방향 축변위의 임계치가 설정된다.
도 9에는, 평가 모델 A의 근사 함수식에 의해 그려지는 곡면의 일부가 그려져 있다. 수집된 데이터에 의해 특정되는 좌표가 평가 모델 A의 곡면으로부터 떨어질수록, 현재의 전동기(1)의 상태와 평가 모델 A의 일치도는 낮다고 하게 된다. STP12에서 설정된 임계치는, 수집된 데이터에 의해 특정되는 현재의 전동기(1)의 상태와 평가 모델 A의 일치도가 허용 범위 내인지의 여부를 판정하기 위한 판정치로서 사용된다. 도 9에서, 임계치는 평가 모델 A의 곡면으로부터 일정한 거리에 마련된 곡면(도면 중에 도시하는 임계치 곡면) 상에 위치하고 있다. STP14에서는, 현재의 래디얼 방향 축변위가 평가 모델 A에서 설정한 임계치를 초과하고 있는지의 여부, 즉, 현재의 전동기(1)의 상태와 평가 모델 A의 일치도가 판정치보다도 저하되어 있는지의 여부가 판정된다. 현재의 래디얼 방향 축변위가 임계치를 초과하고 있는 경우, 즉, 도 9 중에 흑점(黑點)으로 나타내는 바와 같이, 수집된 데이터에 의해 특정되는 좌표가 임계치 곡면의 외측에 위치하는 경우에는, 전동기(1)에 관계되는 어떠한 이상으로서 검지된다. 그 경우에는, STP16에서 경보가 발하여 진다.
STP14의 판정의 결과, 현재의 래디얼 방향 축변위가 임계치를 초과하지 않는 경우, 즉, 도 9 중에 백점(白點)으로 나타내는 바와 같이, 수집된 데이터에 의해 특정되는 좌표가 임계치 곡면의 내측에 위치하는 경우에는, STP15의 판정이 행하여진다. STP15에서는, 현재의 스러스트 방향 축변위가 평가 모델 B에서 설정한 임계치를 초과하고 있는지의 여부, 즉, 현재의 전동기(1)의 상태와 평가 모델 B의 일치도가 판정치보다도 저하되어 있는지의 여부가 판정된다. 도 10에는, 평가 모델 B의 근사 함수식에 의해 그려지는 곡면의 일부가 그려져 있다. 도 10에서, STP13에서 설정된 임계치는 평가 모델 B의 곡면으로부터 일정한 거리에 마련된 곡면(도면 중에 도시하는 임계치 곡면) 상에 위치하고 있다. 임계치는, 수집된 데이터에 의해 특정되는 현재의 전동기(1)의 상태와 평가 모델 B의 일치도가 허용 범위 내인지의 여부를 판정하기 위한 판정치로서 사용된다. 현재의 스러스트 방향 축변위가 임계치를 초과하고 있는 경우, 즉, 도 10 중에 흑점으로 나타내는 바와 같이, 수집된 데이터에 의해 특정되는 좌표가 임계치 곡면의 외측에 위치하는 경우에는, 전동기(1)에 관계되는 어떠한 이상으로서 검지된다. 그 경우에는, STP16에서 경보가 발하여 진다.
한편, 현재의 스러스트 방향 축변위가 임계치를 초과하지 않는 경우, 즉, 도 10 중에 백점으로 나타내는 바와 같이, 수집된 데이터에 의해 특정되는 좌표가 임계치 곡면의 내측에 위치하는 경우에는, 전동기(1) 및 전동기(1)의 회전 상태에 관계되는 기기는 정상이라고 판단된다. 따라서 이 경우에는, 경보가 발하여지는 일은 없고, 재차 STP11로 되돌아와 데이터의 수집으로부터 시작된다.
이상 기술한 바와 같이, 본 실시의 형태에서는, 전동기(1)의 회전 속도, 압연 부하를 대표하는 드라이브 출력 전류, 전동기(1)의 축의 상태를 나타내는 래디얼 방향 축변위 및 스러스트 방향 축변위의 3종류의 데이터에 의거하여 이상의 감시가 행하여진다. 이에 의하면, 회전 속도의 변동이나 압연 부하의 변화에 의한 오진단을 피할 수 있기 때문에, 종래의 방법에 비교하여 더 조기(早期)에 또한 정확하게 전동기(1)의 고장의 징후를 알 수 있다.
또한, 본 실시의 형태에 의하면, 전동기(1) 그 자체의 고장은 말할 필요도 없고, 전동기(1)에 연결된 기계측의 이상을 검출하는 것도 가능하다. 예를 들면, 유니버설 커플링을 이용하여 전동기(1)와 기계가 연결되어 있는 경우에 있어서, 유니버설 커플링과 전동기(1)의 축의 접합부분의 어울림에 부적합함이 생긴 때나 기계측의 축받이의 윤활이 부족한 때에는, 전동기(1)의 축에 과대한 힘이 가하여져 돌발적인 고장이 발생하는 경우가 있다. 그러나, 본 실시의 형태에 의하면, 스러스트 방향 축변위의 계측 데이터를 평가 모델 B에 대조함에 의해, 기계측의 이상을 검출하여 적절한 점검이나 메인티넌스를 실시할 수 있다. 그 결과, 전동기(1)의 돌발적인 고장을 미연에 막을 수 있다.
또한, 본 실시의 형태의 전동기(1)와 같은 대형 전동기에서는, 그 축받이로 미끄럼 축받이가 사용되고 있다. 이 축받이는, 축받이 급유 장치로부터 공급되는 윤활유로 윤활되고 있다. 그리고, 전동기(1)의 기동시에 윤활유의 유압으로 전동기(1)의 축을 들어올려, 전동기(1)를 회전시키는 구조로 되어 있다. 그런데, 배관의 막힘이나 펌프의 경년의 열화에 의해 유압 부족이라는 사건이 일어나, 전동기(1)의 축이 목표의 플로트 양까지 들어 올려지지 않는 일이 있다. 그 경우, 래디얼 축받이의 축받이 메탈과 전동기(1)의 축의 사이에서 마찰이 생기고, 메탈이 소손(燒損)되어 버리는 일도 있다. 그러나, 본 실시의 형태에 의하면, 래디얼 방향 축변위의 계측 데이터를 평가 모델 A에 대조함에 의해, 재킹 펌프의 플로트 양을 감시할 수가 있어서, 축받이 급유 장치의 불량에 의한 사고를 미연에 막을 수 있다.
실시의 형태 2.
이하, 본 발명의 실시의 형태 2에 관해 도 11 내지 도 14의 각 도면에 의거하여 설명한다.
본 실시의 형태의 전동기의 예방 보전 장치는, 실시의 형태 1와 마찬가지로 도 1에 도시하는 구성의 시스템에 적용된다. 단, 본 실시의 형태에서는, 전동기(1)의 축의 스러스트 방향으로의 변위는 엔드 플레이트에 의해 규제되어 있기 때문에, 전동기(1)의 축의 상태를 나타내는 물리량으로서는 스러스트 방향 축변위 대신에 스러스트 방향 축하중이 사용된다. 이 때문에, 본 실시의 형태의 전동기(1)에는, 스러스트 방향 축변위를 계측하는 축변위 센서 대신에 스러스트 방향 축하중을 계측하기 위한 하중 센서가 마련되어 있다. 래디얼 방향에 관해서는, 실시의 형태 1과 같이, 래디얼 방향 축변위를 계측하는 축변위 센서가 마련되어 있다.
도 11은, 본 실시의 형태의 전동기 예방 보전 장치(8)의 구성을 도시하는 블록도다. 본 실시의 형태의 전동기 예방 보전 장치(8)는, 회전 속도, 래디얼 방향 축변위 및 스러스트 방향 축하중의 각 계측 데이터와 드라이브 출력 전류의 데이터를 수집한다. 전동기 예방 보전 장치(8)는, 수집한 이들의 데이터를 평가 모델과 대조하고, 그 대조 결과에 의거하여 경보를 출력한다. 본 실시의 형태에서는, 평가 모델로서, 전술한 평가 모델 A와 다음에 기술하는 평가 모델 C의 2종류가 준비되어 있다.
평가 모델 C는, 전동기(1)가 정상적인 경우에서의 압연시의 회전 속도 및 드라이브 출력 전류와 스러스트 방향의 축하중의 관계를 모델화한 것으로서, 평가 모델 A, B와 마찬가지로 2차 이상의 고차 함수의 식으로 표시된다. 도 12는, 평가 모델 C에서, 드라이브 출력 전류를 일정하게 한 경우의 회전 속도와 스러스트 방향 축하중의 관계의 한 예를 도시하는 그래프이다. 도 13은, 평가 모델 C에서, 회전 속도를 일정하게 한 경우의 드라이브 출력 전류와 스러스트 방향 축하중의 관계의 한 예를 도시하는 그래프이다. 이들의 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 압연시의 스러스트 방향 축하중은 회전 속도에 의해서도 드라이브 출력 전류에 의해서도 변화한다. 평가 모델 C의 작성 방법은 평가 모델 A, B의 작성 방법과 마찬가지이고, 전동기(1)가 정상적인 경우에서의 압연시의 실적 데이터에 의거하여 평가 모델 C의 근사 함수식이 작성된다.
본 실시의 형태의 전동기 예방 보전 장치(8)는, 평가 모델 A, C를 이용하여 이상 판정을 실시한다. 본 실시의 형태에서는, 현재의 드라이브 출력 전류와 회전 속도에 의거하여 평가 모델 C를 이용하여 스러스트 방향 축하중의 임계치가 설정된다. 도 14에는, 평가 모델 C의 근사 함수식에 의해 그려지는 곡면의 일부가 그려져 있다. 도 14에서, 임계치는 평가 모델 C의 곡면으로부터 일정한 거리에 마련된 곡면(도 중에 도시하는 임계치 곡면) 상에 위치하고 있다. 임계치는, 수집된 데이터에 의해 특정되는 현재의 전동기(1)의 상태와 평가 모델 C의 일치도가 허용 범위 내인지의 여부를 판정하기 위한 판정치로서 사용된다. 현재의 스러스트 방향 축하중이 임계치를 초과하고 있는 경우, 즉, 도 14에 흑점으로 나타내는 바와 같이, 수집된 데이터에 의해 특정되는 좌표가 임계치 곡면의 외측에 위치하는 경우에는, 전동기(1)에 관계되는 어떠한 이상으로서 검지된다. 그 경우에는, 전동기 예방 보전 장치(8)에 의해 경보가 발하여진다. 한편, 현재의 스러스트 방향 축하중이 임계치를 초과하지 않는 경우, 즉, 도 14 중에 백점으로 나타내는 바와 같이, 수집된 데이터에 의해 특정되는 좌표가 임계치 곡면의 내측에 위치하는 경우에는, 전동기(1) 및 전동기(1)의 회전 상태에 관계되는 기기는 정상이라고 판단된다.
실시의 형태 3.
이하, 본 발명의 실시의 형태 3에 관해 설명한다.
본 실시의 형태의 전동기의 예방 보전 장치는, 실시의 형태 1, 2와 마찬가지로 도 1에 도시하는 구성의 시스템에 적용된다. 본 실시의 형태의 특징은, 이상 판정을 위한 데이터를 항상 수집하는 것이 아니고, 어느 특정한 타이밍으로 한정하여 수집하는 것에 있다. 압연 플랜트에서는 정기 점검을 제외하고, 24시간 조업하고 있는 경우가 많다. 그 때문에. 이상을 감시하기 위해서는 조업 중의 데이터를 24시간 지속적으로 수집할 필요가 있다. 그러나, 5년, 10년 단위로 데이터를 수집하는 것으로 되면, 그 데이터량은 매우 방대한 것이 되어 분석에 시간과 비용이 걸리게 되어 버린다. 한편, 전동기의 고장은, 압연재의 물려 들어가는 타이밍에서의 전동기에 가하여지는 기계적인 충격이나 전기적인 과부하가 원인으로 되어 있을 확률이 높다.
그러면, 본 실시의 형태에서는, 압연재의 물려 들어가는 타이밍에서만 데이터의 수집을 행하여, 전동기의 이상을 감시한다. 이에 의하면, 데이터를 유효적으로 이용하는 것이 가능해지고, 분석에 필요로 하는 비용 및 시간을 삭감할 수 있다.
실시의 형태 4.
이하, 본 발명의 실시의 형태 4에 관해 도 15에 의거하여 설명한다.
본 실시의 형태의 전동기 예방 보전 장치는, 실시의 형태 1, 2, 3과 마찬가지로 도 1에 도시하는 구성의 시스템에 적용된다. 본 실시의 형태에서는, 전동기 예방 보전 장치는 일정한 감시 주기로 데이터 수집을 행하고, 그때마다, 수집한 데이터를 평가 모델과 대조한다. 구체적으로는, 전동기의 상태를 나타내는 특정 물리량인 래디얼 방향 축변위, 스러스트 방향 축변위 또는 스러스트 방향 축하중의 계측 데이터와, 평가 모델로부터 얻어지는 임계치를 비교한다. 그리고, 특정 물리량의 계측 데이터가 임계치를 초과한 횟수, 즉 일치도가 판정치보다도 저하된 횟수(이상 횟수)를 일정 기간마다 계수하고, 이상 횟수의 경시적 변화를 기록한다.
도 15에는, 이상 횟수의 경시적 변화의 예가 몇가지 도시되어 있다. 케이스 1과 같이 이상 횟수가 한쪽 방향으로 증가하고 있는 것이면, 기계측의 고장 또는 전동기의 축받이 급유 장치의 이상, 또는 전동기 그 자체가 열화하고 있다고 판단할 수 있다. 케이스 2와 같이 이상 횟수는 많지만 거의 일정하게 유지되어 있는 것이면, 전동기 및 그것에 관계되는 기기의 상태는 안정되어 있다고 판단할 수 있다. 케이스 3과 같이 이상 횟수의 절대수는 그다지 많지 않지만 그 증가 속도가 급격한 경우에는, 어떠한 돌발적인 고장이 발생하였다고 판단할 수 있다.
본 실시의 형태에 의하면, 기록한 이상 횟수의 경시적 변화의 데이터는, 사람의 눈으로 보기 쉽도록 전동기 예방 보전 장치의 디스플레이 상에 표시된다. 이에 의하면, 이상 횟수의 증감을 장기적으로 감시할 수 있기 때문에, 전동기의 경년의 열화를 예견할 수 있는 효과가 있다. 또한, 계산기의 경우에는 이상 횟수가 어느 설정된 임계치를 초과하지 않으면 경보가 출력되지 않지만, 본 실시의 형태와 같이 데이터를 가시화하는 경우에는, 임계치에 달하지 않는 범위의 이상의 경향을 육안으로 감시하는 것이 가능해져, 전동기에 관계되는 이상에 대해 지급으로 예방 조치를 취할 수 있다.
기타.
본 발명은 상술한 실시의 형태로 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 변형하여 실시할 수 있다. 예를 들면, 전동기의 축의 상태를 나타내는 특정 물리량으로서는, 래디얼 방향 축변위, 스러스트 방향 축변위, 스러스트 방향 축하중 중의 어느 하나만을 이용한 것이라도 좋다. 또는, 전동기의 축의 진동을 계측하고, 그 계측치를 전동기의 축의 상태를 나타내는 특정 물리량으로서 이용하여도 좋다.
1 : 전동기
2 : 전동기 구동 장치
3, 4 : 리모트 IO반
5 : 축변위 센서
6 : 회전 속도 센서
7 : 네트워크

Claims (7)

  1. 전동기 구동 장치로부터 입력되는 드라이브 출력 전류에 의해 회전이 제어되는 압연 플랜트의 전동기의 예방 보전 장치로서,
    상기 전동기의 축의 상태를 나타내는 특정 물리량의 계측 데이터와, 상기 전동기의 회전 속도의 계측 데이터와, 상기 드라이브 출력 전류의 데이터를 수집하는 데이터 수집 수단과,
    정상 압연시에 있어서의 상기 회전 속도, 상기 드라이브 출력 전류 및 상기 특정 물리량간의 관계를 모델화한 평가 모델을 기억하는 평가 모델 기억 수단과,
    상기 데이터 수집 수단에 의해 수집된 데이터를 상기 평가 모델에 대조하고, 그 일치도에 의거하여 상기 전동기에 관계되는 이상을 감시하는 이상 감시 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 전동기의 예방 보전 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 데이터 수집 수단은, 상기 특정 물리량의 계측 데이터로서, 축변위 센서에 의해 얻어지는 상기 전동기의 래디얼 방향의 축변위의 계측 데이터를 수집하는 것을 특징으로 하는 전동기의 예방 보전 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 데이터 수집 수단은, 상기 특정 물리량의 계측 데이터로서, 축변위 센서에 의해 얻어지는 상기 전동기의 스러스트 방향의 축변위의 계측 데이터를 수집하는 것을 특징으로 하는 전동기의 예방 보전 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 데이터 수집 수단은, 상기 특정 물리량의 계측 데이터로서, 축하중 센서에 의해 얻어지는 상기 전동기의 스러스트 방향의 축하중의 계측 데이터를 수집하는 것을 특징으로 하는 전동기의 예방 보전 장치.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 데이터 수집 수단은, 압연재의 물려 들어가는 타이밍에서의 데이터를 수집하는 것을 특징으로 하는 전동기의 예방 보전 장치.
  6. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이상 감시 수단은, 상기 일치도가 소정의 판정치보다도 저하된 것을 상기 전동기에 관계되는 이상으로서 검지하는 것을 특징으로 하는 전동기의 예방 보전 장치.
  7. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이상 감시 수단은, 상기 일치도가 소정의 판정치보다도 저하된 횟수를 일정 기간마다 계수하고, 상기 횟수의 경시적 변화를 기록하는 것을 특징으로 하는 전동기의 예방 보전 장치.
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