KR20150090124A

KR20150090124A - 회전 기계의 모니터링 장치

Info

Publication number: KR20150090124A
Application number: KR1020157015985A
Authority: KR
Inventors: 다케시 후쿠모리; 스미오 다가와; 미노루 고레다
Original assignee: 가부시끼가이샤 사따께
Priority date: 2012-11-29
Filing date: 2013-11-26
Publication date: 2015-08-05
Also published as: JP6475906B2; CN104823035A; WO2014084214A1; JP2014106199A; KR102067314B1

Abstract

기체의 개체차나 운전 조건에 상관없이 운전 상태의 정상 이상을 오판정하는 것을 저감시키는 회전 기계의 모니터링 장치를 제공한다.
연산부 (56c) 는, 진동 검출부 (51) 에 의해 얻어진 진동의 진동 파형을 주성분 분석하여 식별 지수 DI 값을 구한다. 또, 그 DI 값을 미리 설정한 계층으로 층별하는 상관 추출법에 의한 분석 처리를 실시한다. 그리고, 진동 검출부 (51) 에 의해 얻어진 진동의 진동 파형으로부터 진동 속도의 실효값을 구하고, 그 실효값을 미리 설정한 계층으로 층별하는 진동 속도 분석 처리를 실시한다. 또한, 상관 추출법에 의한 분석 처리에 의해 얻어진 진단 결과 및 상기 진동 속도 분석 처리에 의해 얻어진 진단 결과에 기초하여 종합적인 판정을 실시하는 종합 판정 처리를 실행한다.

Description

회전 기계의 모니터링 장치{MONITORING DEVICE FOR ROTARY MACHINE}

본 발명은 회전 기계의 현재의 운전 상태나 이상 등을 검출하거나, 회전 기계의 장래의 고장을 예지하거나 하는 회전 기계의 모니터링 장치에 관한 것이다.

종래, 장치의 운전에 수반하는 진동을 검지하여 장치 각 부의 현재의 운전 상태나 이상을 검출하는 회전 기계의 모니터링 장치나, 회전 기계의 진동 검출 장치는 주지이다. 장치의 운전 등에 수반하는 진동을 검지하여 장치 각 부의 장래의 고장을 예지하는 회전 기계의 모니터링 장치나, 회전 기계의 진동 검출 장치도 주지이다.

종래의 진동 검출 장치로서, 예를 들어, 특허문헌 1 에 기재된 발명은, 장치의 진동 지점의 진동을 검출하는 진동 검출부와, 이 진동 검출부로부터의 아날로그 신호를 받아 고속 푸리에 변환 (FFT) 처리를 실시하는 연산부와, 당해 장치의 기종 또는 검출 항목을 식별하고, 당해 장치의 제어부와의 사이에서 정보를 전달하는 종별 정보 전달 수단을 구비하고 있다. 그리고, 종별 정보 전달 수단에 의해, 상기 연산부에서 처리한 연산 결과를 기종별 또는 검출 항목별로 상기 제어부에 출력하고 있다. 이로써, 지정된 기종만의 연산을 실시하는 것만으로 파형 해석을 실현할 수 있고, 각종 진동 파형에 의한 해석 지점을, 사양이 공통된 진동 검출 유닛으로 공급할 수 있다. 요컨대, 농업용 트랙터, 콤바인, 이앙기, 건조기, 매갈이기 등의 무인 정미기 이외의 농업용 기계에도 적용할 수 있고, 진동 검출 장치의 양산화가 촉진되어 비용 저감이 도모할 수 있다는 이점이 있다.

진동 검출 장치에 의한 진동 파형의 해석 결과, 제어부가 이상 상태로 판정하면, 당해 농업용 기계에 대해 이상 경보를 출력하거나, 당해 농업용 기계의 반송계를 온·오프 제어하여 유량의 조절을 실시하거나 한다.

그러나, 상기 특허문헌 1 에 기재된 진동 검출 장치에서는, 진동 파형의 검출값이, 미리 설정해 둔 기준의 임계값을 1 회 초과한 경우에 이상 상태로 판정한다 (도 10 참조). 이 때문에, 기계의 개체차나 운전 조건에 따라, 통상 운전인 경우에 이상으로 판정하거나, 이상 운전인 경우에 통상 운전으로 판정하는 오판정이 발생할 우려가 있었다.

일본 특허 제3912230호

본 발명은, 기체의 개체차나 운전 조건에 상관없이 운전 상태나, 운전 상태의 정상 이상을 오판정하는 것을 저감시키는 회전 기계의 모니터링 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 회전 기계의 운전시에 발생하는 진동을 검출하는 진동 검출부와, 그 진동 검출부와 전기적으로 접속되고, 그 진동 검출부에서 얻어진 진동의 진동 파형을 해석하여, 회전 기계의 현재의 운전 상황이나, 회전 기계의 장래의 고장을 예측하는 연산부와, 상기 회전 기계의 현재의 운전 상황이나, 상기 회전 기계의 장래의 고장의 예측 결과를 조작자에게 알리는 표시부를 구비한 회전 기계의 모니터링 장치로서, 상기 연산부는, 상기 진동 검출부에 의해 얻어진 진동의 진동 파형을 주성분 분석하여 식별 지수 DI 값을 구하고, 그 DI 값을 미리 설정한 계층으로 층별하는 상관 추출법에 의한 분석 처리와, 상기 진동 검출부에 의해 얻어진 진동의 진동 파형으로부터 진동 속도의 실효값을 구하고, 그 실효값을 미리 설정한 계층으로 층별하는 진동 속도 분석 처리와, 상기 상관 추출법에 의한 분석 처리에 의해 얻어진 진단 결과 및 상기 진동 속도 분석 처리에 의해 얻어진 진단 결과에 기초하여 종합적인 판정을 실시하는 종합 판정 처리를 실행한다는 기술적 수단을 강구하였다.

또, 청구항 2 에 기재된 발명은, 상기 상관 추출법에 의한 분석 처리와, 상기 진동 속도 분석 처리를 병렬 처리하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 청구항 3 에 기재된 발명은, 1 개의 회전 기계에 상기 진동 검출부를 복수 개 형성한 것을 특징으로 하는 것이다.

그리고, 청구항 4 에 기재된 발명은, 상기 복수의 진동 검출부로부터 측정 대상이 되는 진동 검출부를 임의로 선택하기 위한 전환기를 상기 진동 측정부와 연산부 사이에 형성한 것을 특징으로 하는 것이다.

청구항 1 에 기재된 발명에 의하면, 진동 검출부로부터 회전 기계의 운전시에 발생하는 진동을 검출하고, 이 진동의 진동 파형을 해석한다. 첫째, 진동 파형을 주성분 분석하여 식별 지수 DI 값을 구하고, 그 DI 값을 미리 설정한 계층으로 층별하는 상관 추출법에 의한 분석 처리를 실시한다. 둘째, 진동 파형으로부터 진동 속도의 실효값을 구하고, 그 실효값을 미리 설정한 계층 중 어느 층에 속하는지를 분류하는 진동 속도 분석 처리를 실시한다. 셋째, 상기 상관 추출법에 의한 분석 처리에 의해 얻어진 진단 결과와 상기 진동 속도 분석 처리에 의해 얻어진 진단 결과에 기초하여 종합적인 판정을 실시하는 종합 판정 처리를 실시한다. 이 때문에, 종래와 같이 기준의 임계값을 1 회 초과한 경우에 이상 상태로 판정하는 것과는 상이하게, 판정 정밀도가 현저하게 향상된다. 예를 들어, 제 1 상관 추출법에 의한 분석 처리에 있어서 4 계층으로 층별하고, 제 2 진동 속도 분석 처리에 있어서 4 계층으로 층별하면, 제 3 종합 판정 처리에 있어서는, 4 행 × 4 열의 합계 16 종류의 임계값으로 구분된다. 이로써, 기체의 개체차나 운전 조건에 따라 매우 세밀하게 정상·이상의 판정이 실시되어, 오판정을 줄일 수 있다.

또, 청구항 2 에 기재된 발명에 의하면, 상기 상관 추출법에 의한 분석 처리와, 상기 진동 속도 분석 처리를 병렬 처리하는 것이다. 복수의 분석 처리여도 처리 시간을 단축시켜 고속화시킬 수 있다.

또한, 청구항 3 및 청구항 4 에 기재된 발명에 의하면, 기종별 진동의 검출이나 측정 지점별 진동의 검출이 가능해진다. 또, 측정 대상이 되는 진동 검출부를 선택하기 위한 전환기를 상기 진동 측정부와 연산부 사이에 형성하면, 공통의 진동 검출 유닛으로 공급할 수 있어, 비용을 대폭 삭감할 수 있다.

도 1 은 매갈이기의 전체 구성을 나타내는 개략 종단면도이다.
도 2 는 매갈이기의 구동부 형태를 나타내는 후방 사시도이다.
도 3 은 진동 검출 유닛의 전체 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4 는 대상 기계의 진동을 해석하여 고장 판정·고장 예지 진단을 실시하는 플로 차트이다.
도 5 는 DI 값의 산출 공정을 나타내는 플로 차트이다.
도 6 은 상관 추출법의 판정 매트릭스를 나타내는 표이다.
도 7 은 RMS 진동 속도의 판정 매트릭스를 나타내는 표이다.
도 8 은 종합 판정 매트릭스를 나타내는 표이다.
도 9a 는 진동 데이터의 일례를 나타내는 도면이다.
도 9b 는 진동 데이터의 일례를 나타내는 도면이다.
도 9c 는 진동 데이터의 일례를 나타내는 도면이다.
도 10 은 종래의 진동 검출 장치의 파워 스펙트럼 강도를 나타내는 일례이다.

먼저, 본 발명을 매갈이기에 사용한 경우에 대해 설명한다. 도 1 은 매갈이기의 전체 구성을 나타내는 개략 종단면도이고, 도 2 는 매갈이기의 구동부 형태를 나타내는 후방 사시도이다.

도 1 에 나타내는 바와 같이, 매갈이기 (1) 는, 기계틀 (2) 내에 제 1 롤축 (5) 에 회전 가능하게 축지된 제 1 탈부 (脫浮) 롤 (3) 과, 제 2 롤축 (6) 에 회전 가능하게 축지된 제 2 탈부롤 (4) 을 구비하고 있다. 제 2 탈부롤 (4) 은, 제 1 탈부롤 (3) 에 접근하거나 멀어지거나 조정 가능하게 장착되어 있다. 제 1 탈부롤 (3) 과 제 2 탈부롤 (4) 은 서로 역방향으로 또한 상이한 속도로 회전하도록 배치되어 있다.

기계틀 (2) 상부에는, 탈부해야 하는 곡물을 공급하는 공급구 (7) 가 형성되어 있다. 이 공급구 (7) 의 바로 아래에는 곡물의 유량을 조정 가능하게 한 진동 피더 (8) 가 형성되어 있다. 진동 피더 (8) 아래에는, 진동 피더 (8) 로부터 낙하한 곡물을 제 1, 제 2 탈부롤 (3, 4) 사이에 보내기 위한 안내 슈트 (9) 가 소정의 경사각으로 형성되어 있다. 안내 슈트 (9) 의 폭은 제 1, 제 2 탈부롤 (3, 4) 의 폭과 거의 동등하도록 구성되어 있다. 그리고, 제 1 롤축 (5) 과 제 2 롤축 (6) 을 연결하는 직선과, 안내 슈트 (9) 로부터 투출되는 곡물의 비행 궤적과는 거의 수직으로 교차하도록 구성되어 있다. 이로써, 제 1, 제 2 탈부롤 (3, 4) 에 곡물이 공급될 때, 곡물이 튕겨져 곡물의 방향이 흐트러지는 경우가 적고, 쇄립의 발생이 억제된다.

도 2 에 나타내는 바와 같이, 기계틀 (2) 의 중앙부에는, 제 1 구동 모터 (10) 가 형성되어 있다. 또, 기계틀 (2) 의 좌측면에는 제 2 구동 모터 (11) 가 형성되어 있다. 제 1 롤축 (5) 의 외측에 제 1 소경 풀리 (16) 가 회동 (回動) 가능하게 장착되어 있다. 또, 제 2 롤축 (6) 의 외측에 제 1 대경 풀리 (18) 가 회동 가능하게 장착되어 있다. 제 1 소경 풀리 (16), 제 1 대경 풀리 (18), 제 1 구동 모터 (10) 의 구동 풀리 (12), 및 제 1 구동 모터 (10) 하방에 형성된 아이들러 풀리 (20) 에 무단 벨트 (14) 가 걸쳐져 있다. 제 1 소경 풀리 (16), 제 1 대경 풀리 (18), 구동 풀리 (12), 아이들러 풀리 (20) 및 무단 벨트 (14) 로 제 1 구동 계통이 형성되어 있다.

그리고, 제 1 구동 계통용의 무단 벨트 (14) 는, 제 1 소경 풀리 (16) 와 제 1 대경 풀리 (18) 가 서로 역방향으로 회전하도록 걸쳐 둘러져 있다. 구체적으로는, 제 1 소경 풀리 (16) 에는 무단 벨트 (14) 의 벨트 복면에서 걸쳐 둘러지고, 제 1 대경 풀리 (18) 에는 무단 벨트 (14) 의 벨트 배면에서 걸쳐 둘러져 있다. 또, 무단 벨트 (14) 가 매갈이기 (1) 의 후방에서 보았을 때 반시계 방향으로 회전하도록 구동된다.

제 1 롤축 (5) 에는, 제 1 소경 풀리 (16) 에 근접한 축 방향의 내측으로 (제 1 탈부롤측으로) 제 2 대경 풀리 (17) 가 회전 가능하게 장착되어 있다. 또, 제 2 롤축 (6) 에는, 또한 제 1 대경 풀리 (18) 에 근접한 축 방향의 내측으로 (제 2 탈부롤측으로) 제 2 소경 풀리 (19) 가 회전 가능하게 장착되어 있다. 또한, 제 2 대경 풀리 (17), 제 2 소경 풀리 (19), 제 2 구동 모터 (12) 의 구동 풀리 (13) 및 아이들러 풀리 (21) 에 무단 벨트 (15) 가 걸쳐져 있다. 제 2 대경 풀리 (17), 제 2 소경 풀리 (19), 구동 풀리 (13) 및 아이들러 풀리 (21) 로 제 2 구동 계통이 형성되어 있다.

그리고, 제 2 구동 계통용의 무단 벨트 (15) 는, 제 2 대경 풀리 (17) 와 제 2 소경 풀리 (19) 가 서로 내측 방향으로 회전하도록 걸쳐 둘러져 있다. 구체적으로는, 제 2 대경 풀리 (17) 에는 무단 벨트 (15) 의 벨트 배면에서 걸쳐 둘러지고, 제 2 소경 풀리 (19) 에는 무단 벨트 (15) 의 벨트 복면에서 걸쳐 둘러져 있다. 또, 무단 벨트 (15) 가 매갈이기의 후방에서 보았을 때 시계 방향으로 회전하도록 구동된다.

도 3 은 진동 검출 유닛의 전체 구성을 나타내는 블록도이다. 부호 50 은 진동 검출 유닛이고, 정미 공장 등 시설 내에 설치되어 있는 진동 검출 유닛 (50) 은, 매갈이기, 정미기, 석발기 (石拔機), 알갱이 선별기 등의 복수의 기계에 대해, 각각 구비되어 있다. 각각의 기계에는, 장치 각 부마다 검출할 수 있도록, 장치 각 부에 진동 검출부 (51) 를 구비하고 있다. 진동 검출부 (51) 로는, 가속도 센서 등이 사용된다. 그리고, 도 1, 도 2 에 나타낸 매갈이기 (1) 의 경우, 제 1 롤축 (5) 의 베어링 근방에 진동 검출부 (51) 를 1 개, 제 2 롤축 (6) 의 베어링 근방에 진동 검출부 (51) 를 1 개 각각 설치하는 것이 바람직하다. 그리고, 이 진동 검출 유닛 (50) 에는, 셀렉터 (52a) 를 구비한 전환기 (52), 증폭기 (53), 밴드 패스 필터 (54), A/D 변환기 (55), 제어부 (56) 로 주요부를 구성하고 있다. 전환기 (52) 는 내부에 구비된 복수의 진동 검출부 (51) 로부터 측정 대상이 되는 진동 검출부 (51) 를 선택하기 위한 셀렉터 (52a) 를 구비하고 있다. 증폭기 (53) 는 검출된 신호를 증폭시키고 있다. 밴드 패스 필터 (54) 는, 검출된 신호로부터 임의의 주파수 대역을 취출하고 있다. 제어부 (56) 는, 고장 판정부 (56b), 고장 예지 진단부 (56a) 및 종합적인 판단을 내리는 연산부 (56c) 를 구비하고 있다. 연산부 (56c) 는 검출 신호를 입력하고, 검출 출력 결과를 연산하고 있다. 나아가서는, 진동 검출 유닛 (50) 에는 통신부 (57) 와, 표시부 (58) 와, 조작부 (59) 와, USB 인터페이스 (60) 와, 판독·기록 메모리 등으로 구성되는 기억부 (61) 와, 캘린더 기능을 구비한 캘린더부 (62) 가 형성되어 있다. 통신부 (57) 는, 외부와의 사이에서 정보의 수발신을 실시하고 있다. 조작부 (59) 는, 진동 검출 유닛 (50) 의 각종 설정을 실시하고 있다. 표시부 (58) 는, 기계의 운전 상태나 이상 등을 표시하고 있다. USB 인터페이스 (60) 는, USB 메모리를 빼고 꽂을 수 있는 시리얼·버스로 구성되어 있다.

도 4 는 대상 기계의 진동을 해석하여 고장 판정·고장 예지 진단을 실시하는 플로 차트이다. 대상이 되는 회전 기계로서 도 1 및 도 2 의 매갈이기 (1) 를 예로 들어 설명한다.

스텝 101 에서는, 매갈이기 (1) 가 동작하기 시작하고 나서 동작을 끝마칠 때까지의 동작 기간 중 임의의 진동 데이터를, 매갈이기 (1) 의 진동 파형 데이터로서 취득하여 진동을 해석하고, 고장 판정·고장 예지 진단을 실시한다.

다음으로, 상기 스텝 101 의 진동 데이터의 취득 후, 병렬상으로 형성한 스텝 102 및 스텝 103 의 처리가 시간적으로 동시에 처리된다.

스텝 102 는, 상관 추출법에 의한 분석 처리이다. 이것은, 취득한 진동 파형 데이터를 주파수 스펙트럼 강도에 기초하여 주성분 분석을 실시하고, 식별 지수 DI 값을 산출함으로써 실시된다. 이 처리에서는, 취득한 복수의 진동 파형 데이터의 전체를 파악하고, 그 특징으로부터 가까운 장래에 기계의 고장이 일어나는지 아닌지를 예지 진단할 수 있다.

스텝 103 은, 스텝 102 와 병행하여 분석을 실시하는 RMS 진동 속도 분석 처리이다. 이것은, 취득한 진동 데이터의 실효값 (RMS 진동 속도) 에 기초하여, 기계의 상태 감시와 진단에 관한 일반 가이드 라인 (ISO 기준) 에 의해 분석을 실시한다. 이 처리에서는, 취득한 진동 데이터를 가공하지 않고 그대로 이용하므로, 취득한 진동 데이터가 허용값을 초과하고 있는지 아닌지를 곧바로 알 수 있다. 그 때문에, 현시점에서 허용값에 대해 어떠한 상태에 있는지를 즉석에서 알 수 있어, 결과 보고의 신속성을 기대할 수 있다.

스텝 104 는, 주성분 분석의 식별 지수 DI 값을 산출하는 DI 값 산출 공정이다. 이것에 대해, 도 5 를 참조하여 설명한다. 도 5 는 DI 값의 산출 공정을 나타내는 플로 차트이다. 여기서, 미리 도 4 의 스텝 101 에 의해, 제 1 측정값으로서 기계의 시동 개시 직후의 값과, 제 2 측정값으로서 기계의 시동 개시 몇초 후의 값을 취득한다. 제 1 측정값으로서 취득한 것을 제 1 진동 데이터로 하고, 제 2 측정값으로서 취득한 것을 제 2 진동 데이터로 한다.

스텝 201 에서는, 취득한 제 1 진동 데이터와 제 2 진동 데이터를, T 개의 제 1 분할 진동 데이터 및 T 개의 제 2 분할 진동 데이터로 분할 (시간 축 방향에 있어서의 분할) 한다. 스텝 202 에서는, T 개의 제 1 분할 파형 데이터 및 T 개의 제 2 분할 파형 데이터의 각각을 푸리에 변환하고, T 개의 제 1 주파수 스펙트럼 및 T 개의 제 2 주파수 스펙트럼을 얻는다. 그리고, 스텝 203 에서는, T 개의 제 1 주파수 스펙트럼의 각각의 강도를 P 개로 분할된 분할 주파수대마다 구하고, 또한, T 개의 제 2 주파수 스펙트럼의 각각의 강도를 P 개로 분할된 분할 주파수대마다 구한다 (주파수 축 방향에 있어서의 분할). 또한, 여기서는, 구해진 제 1 주파수 스펙트럼의 강도의 각각을, Xij (i = 1, 2, 3, … t, j = 1, 2, 3, … p), 제 2 주파수 스펙트럼의 강도의 각각을, Yij (i = 1, 2, 3, … t, j 〓 1, 2, 3, … p) 로 한다.

스텝 204 에서는, 분할 주파수대마다 구해진 제 1 주파수 스펙트럼의 강도 Xij 에 기초하여, 주성분 득점을 T 개의 주파수 스펙트럼마다 구한다. 또, 스텝 205 에서는, 분할 주파수대마다 구해진 제 2 주파수 스펙트럼의 강도 Yij 에 기초하여, 주성분 득점을 T 개의 주파수 스펙트럼마다 구한다. 이 때, 주성분 득점은, 예를 들어, 일본 특허 제3780299호 명세서의 단락 0035 내지 0039 에 기재되어 있는 기술 내용에 의해 구할 수 있다. 이것에 한정되지 않고, 주성분 득점의 계산은 통계 해석의 분야에 있어서는 주지이기 때문에, 주성분 분석에 있어서의 행렬 표현에 따라서도 산출할 수 있다.

다음으로, 스텝 206 에서는, 스텝 204 에 있어서 구해진 주성분 득점 (제 2 주파수 스펙트럼의 강도 Yij 에 기초하여 구해진 주성분 득점) 을, 스텝 205 에 있어서 구해진 주성분 득점 (제 1 주파수 스펙트럼의 강도 Xij 에 기초하여 구해진 주성분 득점) 과 비교한다. 이로써, 쌍방의 주성분 득점으로부터 식별 지수가 되는 DI 값을 산출할 수 있다 (스텝 207).

또한, 도 4 를 참조하여 계속해서 상관 추출법에 의한 분석 처리를 설명한다. 스텝 105 에서는 상관 추출법의 판정 매트릭스 설정을 실시한다. 이 설정 정보는 미리 도 3 의 클라우드 서버 (63) 상의 판정 파라미터 데이터 베이스 (64) 에 격납되고, 기억부 (61) 에 판독된다. 본 실시형태의 상관 추출법의 판정 매트릭스는, 예를 들어, 도 6 의 표 1 과 같은 것으로, DI 값의 값에 따라, 진동의 진단 결과가「a」,「b」,「c」,「d」의 4 구분으로 랭크 분류된다. 또한, 이 판정 매트릭스는 기계의 종류나 피감시 지점마다 상이하다.

도 4 의 스텝 103 의 RMS 진동 속도 분석 처리는, 먼저, 스텝 106 에 있어서 진동 속도 (㎜/s) 의 실효값을 산출하는 것으로부터 시작된다. 진동 속도 (㎜/s) 란, 단위 시간 (1 초 동안) 당의 변이의 변화량, 즉, 진동 파형의 진폭이 1 초간 동안 얼마나 변화했는지를 아는 것이다. 진동 속도의 실효값은, 진동 레벨 (진동의 크기) 을 나타내는 하나의 지표가 된다. 그리고, 진동 속도의 실효값 A rms 는 다음 식 1 로 산출된다.

여기서 τ 는 평균 시간이고, x 는 진동 가속도 (㎜/s²) 이다.

요컨대, 에너지의 크기가 변위, 속도 등의 물리량의 제곱에 비례하는 경우, 그들 물리량 변동의 제곱 평균값은 파워의 크기를 나타내게 된다. 그리고, 그 제곱근을 취하면 물리량과 동일한 단위가 되고, 변동의 실효값을 나타낸다.

다음으로, 스텝 107 에서는, RMS 진동 속도에 따른 판정 매트릭스 설정을 실시한다. 이 설정의 정보는 미리 도 3 의 클라우드 서버 (63) 상의 진동 데이터 데이터 베이스 (65) 에 격납되고, 기억부 (61) 에 판독된다. 본 실시형태의 RMS 진동 속도의 판정 매트릭스는, 예를 들어, 도 7 의 표 2 와 같은 것이고, 진동 속도의 실효값에 따라, 진동의 진단 결과가「A」,「B」,「C」,「D」의 4 구분으로 랭크 분류된다. 또한, 이 판정 매트릭스는 기계의 종류나 피감시 지점마다 상이하다.

그리고, 상기 스텝 105 및 스텝 107 에 있어서의 처리가 실행된 후에, 스텝 108 에 있어서 종합 판정 매트릭스 설정을 실시한다. 이 설정의 정보는 미리 도 3 의 클라우드 서버 (63) 상의 판정 파라미터 데이터 베이스 (64) 에 격납되고, 기억부 (61) 에 판독된다. 본 실시형태의 종합 판정 매트릭스는, 예를 들어, 도 8 의 표 3 과 같은 것이고, 가로축에 RMS 진동 속도 판정 결과인「A」,「B」,「C」,「D」의 랭크로 구분되고, 세로축에 상관 추출 판정법에 의한 판정 결과인「a」,「b」,「c」,「d」의 랭크로 구분되고 있다. 그리고, 각 랭크가 교차하는 지점은 전부 4 행 × 4 열의 16 개 지점이고, 각 지점에「정상」,「주의」또는「위험」중 어느 하나의 종합 판정 결과가 표시된다. 또한, 이 종합 판정 매트릭스는, 기계의 종류나 피감시 지점마다 상이하다.

또한, 스텝 109 의 표시 처리에서는, 스텝 108 의 종합 판정 매트릭스의 판정 결과를, 도 3 의 표시부 (58) 에 있어서 시각적으로 표시 가능하도록 출력한다. 예를 들어, 기계의 각 부가 통상적인 운전 상태로서「정상」일 때에는「녹색 램프」를 점등시켜 정상을 표시한다. 기계의 베어링 등의 소모 부품의 교환 시기가 다가오고 있는 경우 등 이상을 발생시킬 가능성이 높은 경우에는,「황색 램프」를 점등시켜 주의 환기의 표시를 한다. 기계의 이상 발생이 눈앞에 다가오고 있어, 비상 정지하는 등의 긴급 사태 발생의 경우에는「적색 램프」를 점등시켜 긴급 정지의 표시를 한다. 이와 같이, 미리 정의해 두면, 작업자가 신속하게 인식하는 것이 가능해진다. 또한, 스텝 109 의 표시 처리는, 녹색 램프, 황색 램프 또는 적색 램프의 점등 표시에 한정되지 않고, 예를 들어, 문자 정보 출력 표시, 음성 정보 출력 표시 등, 여러 가지의 이상 알림 수단을 채용할 수 있다.

스텝 109 의 표시 처리 후에는, 스텝 110 에 이르러, 측정이 종료되었는지 여부가 판단된다. 미리 결정된 측정이 종료된 경우에는 처리를 종료하고, 측정을 계속하는 경우에는 스텝 101 로 돌아가 재차 측정이 반복된다.

이하, 상기 구성에 있어서의 작용을 설명한다. 전술한 바와 같이, 도 1 및 도 2 에 나타내는 매갈이기 (1) 에는, 제 1 롤축 (5) 의 베어링 근방에 진동 검출부 (51) 가 1 개, 제 2 롤축 (6) 의 베어링 근방에 진동 검출부 (51) 가 1 개 각각 설치되어 있다. 또, 도 3 에 나타내는 제어부 (56) 의 연산부 (56c) 는, 도 4 에 나타내는 진단 처리를 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 구비되어 있다. 이 제어부 (56) 는 하나의 장치가 아니고, 복수의 장치를 네트워크에 의해 접속시킨 구성이어도 된다. 그리고, 이들 복수의 장치에 컴퓨터 프로그램을 분산시켜 격납해도 된다.

도 4 의 스텝 101 에 나타내는 진동 데이터의 취득에서는, 진동 검출 유닛 (50) 의 전환기 (52) 의 셀렉터 (52a) 를 1 번으로 세트하고, 매갈이기 (1) 가 동작하기 시작하고 나서 동작을 끝마칠 때까지의 동작 기간 중 임의의 진동 데이터를 취득한다. 구체적으로는, 셀렉터 (52a) 를 1 번으로 세트하면, 진동 검출부 (51) 는 롤축 (5) 의 진동 데이터를 취득한다. 이로써, 도 9a 와 같은 진동 데이터의 원데이터가 얻어진다. 그리고, 증폭기 (53) 및 밴드 패스 필터 (54) 를 통과시킴으로써, 도 9b 에 나타내는 진동 파형이 된다.

그리고, 도 4 에 있어서, 스텝 102 의 상관 추출법에 의한 분석 처리와 스텝 103 의 RMS 진동 속도 분석 처리를 병렬 처리한다.

스텝 102 의 상관 추출법에 의한 분석 처리에서는, 스텝 101 의 진동 데이터를 취득 후, 도 5 의 플로를 따라 DI 값을 산출한다. 여기서, 스텝 203 의 주파수 스펙트럼의 강도는, 도 9c 와 같은 파워 스펙트럼 강도로 나타낸다. 또한, 이와 같은 파워 스펙트럼 강도로부터 주성분 득점을 산출하면, DI 값이 얻어진다 (스텝 207). 다음으로, 스텝 105 에서는 상관 추출법의 판정 매트릭스에 의해 DI 값의 값에 따라, 진동의 진단 결과가「a」,「b」,「c」,「d」의 4 구분으로 랭크 분류된다.

스텝 103 의 RMS 진동 속도 분석 처리에서는, 스텝 101 의 진동 데이터를 취득 후, 전술한 수학식 1 에 의해 진동 속도의 실효값 (RMS) 이 얻어진다 (스텝 106). 다음으로, 스텝 107 에서는 RMS 진동 속도의 판정 매트릭스에 의해 진동 속도의 실효값에 따라, 진동의 진단 결과가「A」,「B」,「C」,「D」의 4 구분으로 랭크 분류된다.

그리고, 스텝 108 에서는, 상기 스텝 105 에서 얻어진 상관 추출법에 의한 진동의 진단 결과와, 상기 스텝 107 에서 얻어진 진동 속도의 실효값에 의한 진동의 진단 결과에 기초하여 종합 판정을 실시한다. 구체적으로는, 가로축의 RMS 진동 속도 판정 결과인「A」,「B」「C」,「D」와, 세로축의 상관 추출 판정법에 의한 판정 결과인「a」,「b」,「c」,「d」의 4 행 × 4 열의 16 패턴으로 구분되고, 각 패턴에「정상」,「주의」또는「위험」중 어느 하나의 종합 판정 결과가 할당된다.

그 후, 상기 서술한 스텝 109 에서는, 스텝 108 의 종합 판정 매트릭스의 판정 결과를 시각적으로 표시 가능하도록 표시기 (59) 에 표시한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면, 진동 검출부로부터 회전 기계의 운전시에 발생하는 진동을 검출하고, 이 진동의 진동 파형을 해석한다. 첫째, 진동 파형을 주성분 분석하여 식별 지수 DI 값을 구하고, 그 DI 값을 미리 설정한 계층으로 층별하는 상관 추출법에 의한 분석 처리를 실시한다. 둘째, 진동 파형으로부터 진동 속도의 실효값을 구하고, 그 실효값을 미리 설정한 계층 중 어느 층에 속하는지를 분류하는 진동 속도 분석 처리를 실시한다. 셋째, 상기 상관 추출법에 의한 분석 처리에 의해 얻어진 진단 결과와 상기 진동 속도 분석 처리에 의해 얻어진 진단 결과에 기초하여 종합적인 판정을 실시하는 종합 판정 처리를 실시한다. 이 때문에, 종래와 같이 기준의 임계값을 1 회 초과한 경우에 이상 상태로 판정하는 것과는 상이하게, 판정 정밀도가 현저하게 향상된다. 예를 들어, 제 1 상관 추출법에 의한 분석 처리에 있어서 4 계층으로 층별하고, 제 2 진동 속도 분석 처리에 있어서 4 계층으로 층별하면, 제 3 종합 판정 처리에 있어서는, 4 행 × 4 열의 합계 16 종류의 임계값으로 구분된다. 이로써, 기체의 개체차나 운전 조건에 의해 매우 세밀하게 정상·이상의 판정이 실시되어 오판정을 줄일 수 있다.

산업상 이용가능성

회전 기계의 현재의 운전 상태나 이상 등을 검출하거나, 회전 기계의 장래의 고장을 예지하거나 하는 회전 기계의 모니터링 장치에 적용할 수 있다.

1 : 매갈이기
2 : 기계틀
3 : 탈부롤
4 : 탈부롤
5 : 제 1 롤축
6 : 제 2 롤축
7 : 공급구
8 : 진동 피더
9 : 안내 슈트
10 : 구동 모터
11 : 구동 모터
12 : 구동 풀리
13 : 구동 풀리
14 : 무단 벨트
15 : 무단 벨트
16 : 소경 풀리
17 : 제 2 대경 풀리
18 : 제 1 대경 풀리
19 : 소경 풀리
20 : 아이들러 풀리
21 : 아이들러 풀리
50 : 진동 검출 유닛
51 : 진동 검출부
52 : 전환기
53 : 증폭기
54 : 밴드 패스 필터
55 : A/D 변환기
56 : 제어부
57 : 통신부
58 : 표시부
59 : 조작부
60 : USB 인터페이스
61 : 기억부
62 : 캘린더부
63 : 클라우드 서버
64 : 판정 파라미터 데이터 베이스
65 : 진동 데이터 데이터 베이스

Claims

회전 기계의 운전시에 발생하는 진동을 검출하는 진동 검출부와,
그 진동 검출부와 전기적으로 접속되고, 그 진동 검출부에서 얻어진 진동의 진동 파형을 해석하여, 회전 기계의 현재의 운전 상황이나, 회전 기계의 장래의 고장을 예측하는 연산부와,
상기 회전 기계의 현재의 운전 상황이나, 상기 회전 기계의 장래의 고장의 예측 결과를 조작자에게 알리는 표시부를 구비한 회전 기계의 모니터링 장치로서,
상기 연산부는,
상기 진동 검출부에 의해 얻어진 진동의 진동 파형을 주성분 분석하여 식별 지수 DI 값을 구하고, 그 DI 값을 미리 설정한 계층으로 층별하는 상관 추출법에 의한 분석 처리와,
상기 진동 검출부에 의해 얻어진 진동의 진동 파형으로부터 진동 속도의 실효값을 구하고, 그 실효값을 미리 설정한 계층으로 층별하는 진동 속도 분석 처리와,
상기 상관 추출법에 의한 분석 처리에 의해 얻어진 진단 결과 및 상기 진동 속도 분석 처리에 의해 얻어진 진단 결과에 기초하여 종합적인 판정을 실시하는 종합 판정 처리를 실행하는 것을 특징으로 하는 회전 기계의 모니터링 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 상관 추출법에 의한 분석 처리와, 상기 진동 속도 분석 처리를 병렬 처리하여 이루어지는 회전 기계의 모니터링 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 진동 검출부를 1 개의 회전 기계에 복수 개 형성하여 이루어지는 회전 기계의 모니터링 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 복수의 진동 검출부로부터 측정 대상이 되는 진동 검출부를 임의로 선택하기 위한 전환기를 상기 진동 측정부와 연산부 사이에 형성하여 이루어지는 회전 기계의 모니터링 장치.