TWI660256B

TWI660256B - 旋轉機的狀態監視系統、旋轉機的狀態監視方法以及記錄媒體

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Publication number: TWI660256B
Application number: TW106144352A
Authority: TW
Inventors: 横田晃司; 山本幸義; 安田泰平; 小川伊彦; 中村昂洋
Original assignee: 日商歐姆龍股份有限公司
Priority date: 2017-03-13
Filing date: 2017-12-18
Publication date: 2019-05-21
Also published as: KR20190086526A; WO2018168073A1; EP3598087A4; US20190339120A1; JP2018151232A; EP3598087A1; TW201833698A; CN110100158A; EP3598087B1; JP6852476B2

Abstract

一種旋轉機的狀態監視系統、旋轉機的狀態監視方法以及記錄媒體。旋轉機的狀態監視系統具備：感測器頭，包含測量馬達的振動並輸出振動值的加速度感測器及測量馬達的表面溫度並輸出旋轉機表面溫度值的溫度感測器；前置放大器；本體部；設置於前置放大器中測量馬達周圍溫度並輸出周圍溫度值的溫度感測器。本體部具備：處理部，將當前振動值與判定臨限值進行比較來判定馬達狀態；顯示部，顯示振動值、旋轉機表面溫度值及周圍溫度值；輸出部，輸出處理部的判定結果；通信部，自上位系統接收判定臨限值，並向上位系統發送當前振動值及判定結果。

Description

旋轉機的狀態監視系統、旋轉機的狀態監視方法以及記錄媒體

本發明是有關於一種旋轉機的狀態監視系統、旋轉機的狀態監視方法以及記錄媒體。

對旋轉機的異常進行診斷的技術已為人所知。例如，日本專利特開2007-10415號公報(專利文獻1)揭示一種用以對旋轉機的軸承部分的異常進行診斷的裝置及方法。異常診斷裝置測定旋轉機的軸承部分中產生的振動，並對根據所測定的振動資料算出的代表值與事先登記的診斷臨限值進行比較，藉此判定軸承部分的異常。

[現有技術文獻]

[專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2007-10415號公報

如日本專利特開2007-10415號公報(專利文獻1)中所揭示，於旋轉機的異常的判定中僅使用振動值。但是，於僅根據振動值的判定的情況下，存在判定結果的可靠性低這一課題。

本發明的目的在於提供一種用於以高可靠性判定旋轉機的異常判定的與旋轉機的狀態監視相關的技術。

本發明的一形態的旋轉機的狀態監視系統具備：可安裝於旋轉機上的感測器頭；前置放大器；本體部；以及設置於前置放大器或本體部中，測量旋轉機的周圍溫度並輸出周圍溫度值的第2溫度感測器。感測器頭包含：加速度感測器，測量旋轉機的振動並輸出振動值；及第1溫度感測器，測量旋轉機的表面溫度並輸出旋轉機表面溫度值。前置放大器對來自加速度感測器的振動值、及來自第1溫度感測器的旋轉機表面溫度值進行中繼(relay)。本體部具備：處理部，將當前的振動值與判定臨限值進行比較來判定旋轉機的狀態；顯示部，顯示振動值、旋轉機表面溫度值及周圍溫度值；輸出部，輸出處理部的判定結果；以及通信部，自上位系統接收判定臨限值，並且向上位系統發送當前的振動值及判定結果。

較佳為，第2溫度感測器內置於前置放大器中。前置放大器將自加速度感測器、第1溫度感測器及第2溫度感測器每一個所輸出的類比信號放大，並且將經放大的類比信號轉換成數位信號。

較佳為，第2溫度感測器內置於本體部中。前置放大器將自加速度感測器及第1溫度感測器每一個所輸出的類比信號放大，並且將經放大的類比信號轉換成數位信號。本體部將自第2 溫度感測器所輸出的類比信號放大，並且將經放大的類比信號轉換成數位信號。

較佳為，旋轉機的狀態監視系統進而具備：電纜，用以將自感測器頭所輸出的類比信號傳送至前置放大器中；以及連接器，可將感測器頭連接於電纜上，並且可將感測器頭自電纜上卸下。

根據本發明的一形態的旋轉機的狀態監視方法具備下列步驟：處理部自可安裝於旋轉機上的感測器頭，取得振動值與旋轉機表面溫度值，並且處理部自測量旋轉機的周圍溫度的第2溫度感測器取得周圍溫度值，其中感測器頭包含測量旋轉機的振動的加速度感測器、及測量旋轉機的表面溫度的第1溫度感測器；處理部將當前的振動值與判定臨限值進行比較來判定旋轉機的狀態；顯示部顯示振動值、旋轉機表面溫度值及周圍溫度值；輸出部輸出處理部的判定結果；以及通信部自上位系統接收判定臨限值。

根據本發明的一形態的程式是使電腦執行如下的步驟的程式：自可安裝於旋轉機上的感測器頭，取得振動值與旋轉機表面溫度值，並且自測量旋轉機的周圍溫度的第2溫度感測器取得周圍溫度值的步驟，其中的感測器頭包含測量旋轉機的振動的加速度感測器、及測量旋轉機的表面溫度的第1溫度感測器；判定步驟，將當前的振動值與判定臨限值進行比較來判定旋轉機的狀態；藉由顯示部來顯示振動值、旋轉機表面溫度值及周圍溫度值的步驟；藉由輸出部來輸出藉由判定步驟所獲得的判定結果的步驟；以及藉由通信部而自上位系統接收判定臨限值的步驟。

根據本發明的一形態的記錄媒體是記錄所述程式的電腦可讀取的記錄媒體。

根據本發明，除旋轉機的振動值以外，可同時測定旋轉機本身的溫度及旋轉機的周圍溫度。當根據振動值判斷旋轉機的狀態是否異常時，可考慮旋轉機的溫度及旋轉機的周圍溫度。因此，可提昇旋轉機的異常判定的可靠性。

1‧‧‧馬達

2‧‧‧感測器頭

3‧‧‧連接器

4‧‧‧前置放大器

4a、4b‧‧‧電纜

5‧‧‧螺桿部

6‧‧‧本體部

7‧‧‧顯示部

10‧‧‧上位系統

11‧‧‧加速度感測器

12、23‧‧‧溫度感測器

21、22‧‧‧濾波器

24、25、26‧‧‧放大器

27、38‧‧‧A/D轉換器

28、32、33‧‧‧通信電路

31‧‧‧處理部

34‧‧‧驅動器電路

35‧‧‧輸出部

36‧‧‧電源電路

37‧‧‧儲存部

100‧‧‧狀態監視系統

S10、S11、S12、S13、S14、S15‧‧‧步驟

圖1是本發明的一實施方式的旋轉機的狀態監視系統的構成的概略圖。

圖2是表示圖1中所示的感測器頭的例子的圖。

圖3是圖1中所示的狀態監視系統的方塊圖。

圖4是說明狀態監視的2個模式中的第1模式的圖。

圖5(a)、圖5(b)是說明狀態監視的2個模式中的第2模式的圖。

圖6是表示2個馬達的相對於運轉時間的振動值的變化的圖表。

圖7是表示振動值、馬達溫度、及周圍溫度的趨勢的例子的圖。

圖8是本發明的實施方式的狀態監視系統的方塊圖。

圖9是用以說明由狀態監視系統所執行的監視處理及異常判定處理的流程圖。

一面參照圖式一面對本發明的實施方式進行詳細說明。再者，對圖中的同一部分或相當部分標註同一符號且不重複其說明。

圖1是本發明的一實施方式的旋轉機的狀態監視系統的構成的概略圖。如圖1所示，狀態監視系統100具備感測器頭2、前置放大器4、及本體部6。感測器頭2經由連接器3及電纜4a而與前置放大器4連接。前置放大器4藉由電纜4b而與本體部6連接。

感測器頭2安裝於馬達(旋轉機)1的表面上，測定馬達1的振動數及馬達1的表面溫度。感測器頭2將表示馬達1的振動數的振動資料、及表示馬達1的表面溫度的溫度資料以類比信號的形式輸出。

前置放大器4經由電纜4b而自本體部6接收電源電壓。前置放大器4自感測器頭2接收振動資料及溫度資料，並將這些資料轉換成數位資料。

前置放大器4進而測定馬達1的周圍溫度。前置放大器4將表示馬達1的振動數的振動資料、表示馬達1的表面溫度的溫度資料及表示馬達1的周圍溫度的溫度資料經由電纜4b而發送至本體部6中。

本體部6具有顯示部7。顯示部7顯示與馬達1的振動數相關的資料、與馬達1的表面溫度相關的溫度資料及與馬達1的周圍溫度相關的溫度資料。進而，本體部6將振動資料與判定臨限值進行比較來判定馬達1是否正常。本體部6可藉由顯示部7來顯示其判定結果。

本體部6與上位系統10連接，自上位系統10接收判定臨限值。判定臨限值例如由使用者輸入至上位系統10中，並自上位系統10輸送至本體部6中。另一方面，本體部6將當前的振動值及當前的溫度值發送至上位系統10中。進而，本體部6將與馬達1的狀態相關的判定結果發送至上位系統10中。

圖2是表示圖1中所示的感測器頭的例子的圖。如圖2所示，感測器頭2具有用以將感測器頭2安裝於馬達1的表面上的螺桿部5。如後續所述，於感測器頭2的內部內置加速度感測器及溫度感測器。藉由將感測器頭2安裝於馬達1的表面上，加速度感測器及溫度感測器接觸馬達1的表面。再者，考慮到馬達1的設置環境，於感測器頭2中採用具有防塵性、防水性及耐油性的保護結構。

根據該實施方式，感測器頭2藉由連接器3，可連接於電纜4a上，並且可自電纜4a上卸下。當將感測器頭2安裝於馬達1上時、或當將感測器頭2自馬達1上取下時，必須使感測器頭2旋轉。於保持將感測器頭2連接於電纜4a上的情況下，存在電纜4a因使感測器頭2旋轉而彎曲的可能性。藉由以將感測器頭2自連接器3上取下的狀態使感測器頭2旋轉，可防止電纜4a彎曲。因此，即便於例如將電纜4a佈線於導管內的情況下，亦可容易地更換感測器頭2。

圖3是圖1中所示的狀態監視系統100的方塊圖。如圖3所示，感測器頭2包含加速度感測器11與溫度感測器12。加速度感測器11是用以檢測馬達1的振動的感測器。加速度感測器11可檢測例如至10kHz為止的振動頻率、0.5G~10G的範圍的振動加速度、及0.5m/s~100m/s的範圍的振動速度。溫度感測器12是用以檢測馬達1的表面溫度的感測器。

前置放大器4包括：濾波器21、濾波器22、溫度感測器23、放大器24、放大器25、放大器26、類比/數位(Analog/Digital，A/D)轉換器27，以及通信電路28。濾波器21將自加速度感測器11經由電纜4a所輸送的類比信號(振動資料)中所含有的雜訊去除。濾波器22將自溫度感測器12經由電纜4a所輸送的類比信號(溫度資料)中所含有的雜訊去除。放大器24、放大器25分別將穿過濾波器21、濾波器22的類比信號放大。因此，前置放大器4亦可稱為對來自加速度感測器11的振動值、及來自溫度感測器12的旋轉機表面溫度值進行中繼(relay)的設備。

溫度感測器23檢測馬達1的周圍溫度，並輸出表示所檢測的溫度的類比信號。放大器26將自溫度感測器23所輸出的類比信號放大。

A/D轉換器27將自放大器24、放大器25、放大器26每一個所輸出的類比信號轉換成數位信號。通信電路28將自A/D轉換器27所輸出的數位信號經由電纜4b而發送至本體部6中。

本體部6包括：顯示部7、處理部31、通信電路32、通信電路33、驅動器電路34、輸出部35、電源電路36以及儲存部37。處理部31藉由例如中央處理單元(Central Processing Unit，CPU)等運算裝置(電腦)來實現，自儲存部37中讀出程式，並執行該程式。通信電路32經由電纜4b而自前置放大器4接收數位信號(振動資料及溫度資料)。處理部31使振動資料及溫度資料顯示於顯示部7中。處理部31對振動資料與判定臨限值進行比較，並判定有無馬達1的異常。處理部31使其判定結果顯示於顯示部7中，並且經由通信電路33而輸出至上位系統中。

處理部31控制驅動器電路34來驅動輸出部35。例如，當判定馬達1的狀態為異常時，輸出部35產生表示該異常的輸出。

電源電路36將用以使本體部6運作的內部電源供給至本體部6中，並且將用以使前置放大器4運作的內部電源透過電纜4b而供給至前置放大器4中。

儲存部37是非揮發性地儲存用以使處理部31運作的程式的記錄媒體。程式可經由通信電路33而自上位系統提供至本體部6中，亦可透過其他記錄媒體(例如通用串列匯流排(Universal Serial Bus，USB)記憶體等)而提供至本體部6中。進而，儲存部37亦可合併於處理部31中。

根據該實施方式，關於狀態監視，狀態監視系統可具有以下所說明的2個模式中的一個或兩個。圖4是說明狀態監視的2個模式中的第1模式的圖。

如圖4所示，於第1模式中監視振動加速度的趨勢。於第1模式中，關於振動加速度，對馬達1為新品的狀態時的值(初始值)與當前值進行比較。

伴隨馬達的使用時間經過，振動加速度的值增大。關於當前值對於初始值的比率，設定2個判定臨限值。於圖4所示的例中，將第1臨限值(臨限值(1))設定為初始值的3倍的值，將第2臨限值(臨限值(2))設定為初始值的5倍的值。於當前值超過臨限值(1)的情況下，判定馬達1的狀態處於注意水準。進而，於當前值超過臨限值(2)的情況下，判定馬達1的狀態處於異常狀態的水準。

圖5(a)、圖5(b)是說明狀態監視的2個模式中的第2模式的圖。如圖5(a)、圖5(b)所示，對振動水準值與規格(例如國際標準組織(International Organization for Standardization，ISO)規格或日本工業標準(Japanese Industrial Standards，JIS)規格等)或獨自設定的基準進行比較，藉此判定馬達1的狀態。例如，如圖5(a)所示，關於軸承以外的馬達1的部分的狀態的判定，對應於振動速度的值，判定馬達的現狀的水準屬於A~D的哪一個。圖5(a)中的「等級I」~「等級IV」表示基於馬達的額定值等的分類。關於軸承的狀態的判定，例如，如圖5(b) 所示，監視振動加速度。根據基準來判定相對於軸徑與轉速的乘積的振動加速度。於該模式中，即便馬達1的新品時的振動速度或振動加速度不明，亦可判定馬達1的狀態。

於所述2個模式中，判定臨限值亦可為事先決定的值。該情況下的判定臨限值始終是基準值。使用者亦可結合馬達1的使用狀態來調整判定臨限值。

於所述2個模式中，可藉由考慮溫度值來提高臨限值設定的精度。例如，於並非新品的馬達中，將振動值及馬達的表面溫度在剛開始驅動後、及驅動固定時間後設為以下的值。再者，下述的數值是作為例子表示者，並不限定本發明。

剛開始驅動後：振動值為1.75m/s²，馬達的表面溫度：5℃。

經過固定時間後：振動值為0.46m/s²，馬達的溫度：40℃(飽和)。

該例是表示振動值依存於馬達的表面溫度(馬達溫度)的例子。作為振動值依存於馬達溫度進行變化的理由，設想其原因在於：軸承部的潤滑油的黏性因溫度而變化。於馬達剛開始驅動後，潤滑油的黏度高，因此振動容易傳遞至馬達的框體。因此，可認為振動值高。

另一方面，於將該馬達設置於周圍溫度高的環境下的情況下，存在不顯著地產生所述振動值的變化的可能性。於周圍溫度高、且旋轉機本身的溫度亦高的情況下，潤滑油的黏度比低溫時低。因此，存在振動值變低的傾向。於不考慮溫度的影響而僅根據振動值來設定異常判定的臨限值的情況下，存在將有異常的旋轉機的狀態判定為正常狀態的可能性。

根據本發明的實施方式，旋轉機的狀態監視系統除振動值以外，可同時測定旋轉機本身的溫度及旋轉機的周圍溫度。使用者除振動值以外，可考慮旋轉機本身的溫度及旋轉機的周圍溫度而適當地決定判定的臨限值。藉此，可提高旋轉機的異常判定的可靠性。以下，對判定臨限值的設定例進行說明。

圖6是表示2個馬達的相對於運轉時間的振動值的變化的圖表。表1是以表形式表示2個馬達的表面溫度(馬達溫度)及周圍溫度的第1例的表格。參照圖6及表1，設為於相同規格的2個裝置中同時期地導入同一型號的馬達A、馬達B。

於第1例中，馬達A的馬達溫度高於馬達B。但是，於2個馬達之間，馬達溫度與周圍溫度的差同為5℃。於此情況下，可判斷為馬達A、馬達B的負荷相同，且馬達溫度受到周圍溫度的影響。使用者可判斷為必須使馬達A的判定臨限值低於馬達B的判定臨限值。藉此，可適當地調整馬達A的判定臨限值。

表2是以表形式表示2個馬達的表面溫度(馬達溫度) 及周圍溫度的第2例的表格。於第2例中，馬達A的表面溫度高於馬達B。另一方面，於兩個馬達A、B之間，周圍溫度相同。於此情況下，推斷馬達A的負荷高於馬達B的負荷。

如於所述例中所說明，振動值受到由溫度所產生的影響。因此，可認為存在伴隨馬達溫度的上昇，馬達A的振動數變小的傾向。於此情況下，使用者可判斷為必須使馬達A的判定臨限值低於馬達B的判定臨限值。藉此，可適當地調整馬達A的判定臨限值。

進而，根據本發明的實施方式，可考慮溫度的影響而變更資料取得的時間點。圖7是表示振動值、馬達溫度、及周圍溫度的趨勢的例子的圖。圖7中所示的資料是於1日之中的某一規定的時刻所取得的資料。根據圖7，當馬達溫度低時，雖然振動值高，但周圍溫度幾乎不變化。可認為其表示於資料取得時刻，是馬達的負荷輕的狀態或馬達的起動已開始的狀態。

如此，根據裝置的運轉狀態等，資料取得時刻的馬達的運轉狀態有可能每日不同。因此，使用者可意識到結合馬達的運轉狀態來改變資料取得時間點的必要性。例如，於馬達表面的溫度低的時間點取得資料，藉此可提前檢測馬達的異常。

於圖3所示的構成中，用以測定馬達1的周圍溫度的溫度感測器23設置於前置放大器4中。但是，本發明的實施方式並非如所述般受到限定。圖8是本發明的實施方式的狀態監視系統100的方塊圖。

如圖8所示，溫度感測器23亦可設置於本體部6中。於圖8所示的構成中，將溫度感測器23的輸出放大的放大器26、及用以將放大器26的輸出信號轉換成數位信號的A/D轉換器38是設置於本體部6中。處理部31自A/D轉換器38接收數位信號。

圖9是用以說明由狀態監視系統100所執行的監視處理及異常判定處理的流程圖。本體部6的處理部31調出儲存在儲存部37中的程式來執行。藉此，執行圖9中所示的處理。

參照圖3及圖9，於步驟S10中，處理部31取得分別藉由加速度感測器11、溫度感測器12及溫度感測器23所檢測的馬達1的振動值、馬達1的馬達溫度的值及馬達1的周邊溫度的值。於步驟S11中，處理部31自上位系統取得判定臨限值。執行步驟S11的處理的時間點並無特別限定。例如，亦可將使用者向上位系統輸入判定臨限值作為觸發(trigger)，自上位系統向本體部6發送判定臨限值。

於步驟S12中，處理部31將振動值與判定臨限值進行比較來判定馬達1的狀態。於步驟S13中，處理部31使其判定結果顯示於顯示部7中。顯示部7顯示馬達1的狀態。再者，顯示的形態並無特別限定。進而，於步驟S14中，處理部31將該判定結果輸出至本體部6的外部。例如，處理部31藉由輸出部35而將表示判定結果的信號輸出至本體部6的外部。處理部31亦可經由通信電路33而向上位系統發送處理部31的判定結果。其後，處理自步驟S14返回至步驟S10。再者，亦可僅執行步驟S13、步驟S14的任一者的處理。

進而，於步驟S15中，處理部31使於步驟S11中所取得的振動值、馬達1的表面溫度的值及馬達1的周圍溫度顯示於顯示部7中。步驟S13中的顯示處理與步驟S15中的顯示處理亦可同時執行。或者，亦可藉由使用者的設定，而可切換步驟S13中的顯示處理與步驟S15中的顯示處理。於步驟S15後，處理返回至步驟S10。

如上所述，根據本發明的實施方式，除馬達(旋轉機)的振動值以外，同時測定馬達本身的表面溫度及馬達的周圍溫度，藉此可提昇馬達的異常判定的可靠性。

本次所揭示的實施方式應認為於所有方面均為例示而非進行限制者。本發明的範圍由專利申請的範圍表示而非由所述說明表示，且意圖包含與專利申請的範圍均等的含義及範圍內的所有變更。

Claims

一種旋轉機的狀態監視系統，包括：可安裝於旋轉機上的感測器頭，包含測量所述旋轉機的振動並輸出振動值的加速度感測器、及測量所述旋轉機的表面溫度並輸出旋轉機表面溫度值的第1溫度感測器；前置放大器，對來自所述加速度感測器的所述振動值、及來自所述第1溫度感測器的所述旋轉機表面溫度值進行中繼；本體部；以及第2溫度感測器，設置於所述前置放大器或所述本體部中，測量所述旋轉機的周圍溫度並輸出周圍溫度值；所述本體部包括：處理部，將當前的振動值與判定臨限值進行比較來判定所述旋轉機的狀態；顯示部，顯示所述振動值、所述旋轉機表面溫度值及所述周圍溫度值；輸出部，輸出所述處理部的判定結果；以及通信部，自上位系統接收所述判定臨限值，並且向所述上位系統發送所述當前的振動值及所述判定結果。
如申請專利範圍第1項所述的旋轉機的狀態監視系統，其中所述第2溫度感測器內置於所述前置放大器中，所述前置放大器將自所述加速度感測器、所述第1溫度感測器及所述第2溫度感測器每一個所輸出的類比信號放大，並且將經放大的類比信號轉換成數位信號。
如申請專利範圍第1項所述的旋轉機的狀態監視系統，其中所述第2溫度感測器內置於所述本體部中，所述前置放大器將自所述加速度感測器及所述第1溫度感測器每一個所輸出的類比信號放大，並且將經放大的類比信號轉換成數位信號，所述本體部將自所述第2溫度感測器所輸出的類比信號放大，並且將經放大的類比信號轉換成數位信號。
如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的旋轉機的狀態監視系統，更包括：電纜，用以將自所述感測器頭所輸出的類比信號傳送至所述前置放大器中；以及連接器，可將所述感測器頭連接於所述電纜上，並且可將所述感測器頭自所述電纜上卸下。
一種旋轉機的狀態監視方法，包括下述步驟：處理部自可安裝於旋轉機上的感測器頭，取得振動值與旋轉機表面溫度值，並且所述處理部自測量所述旋轉機的周圍溫度的第2溫度感測器取得周圍溫度值，其中所述感測器頭包含測量所述旋轉機的振動的加速度感測器、及測量所述旋轉機的表面溫度的第1溫度感測器；所述處理部將當前的振動值與判定臨限值進行比較來判定所述旋轉機的狀態；顯示部顯示所述振動值、所述旋轉機表面溫度值及所述周圍溫度值；輸出部輸出所述處理部的判定結果；以及通信部自上位系統接收所述判定臨限值。
一種電腦可讀取記錄媒體，其記錄程式，所述程式使電腦執行如下的步驟：自可安裝於旋轉機上的感測器頭，取得振動值與旋轉機表面溫度值，並且自測量所述旋轉機的周圍溫度的第2溫度感測器取得周圍溫度值的步驟，其中所述感測器頭包含測量所述旋轉機的振動的加速度感測器、及測量所述旋轉機的表面溫度的第1溫度感測器；判定步驟，將當前的振動值與判定臨限值進行比較來判定所述旋轉機的狀態；藉由顯示部來顯示所述振動值、所述旋轉機表面溫度值及所述周圍溫度值的步驟；藉由輸出部來輸出藉由所述判定步驟所獲得的判定結果的步驟；以及藉由通信部而自上位系統接收所述判定臨限值的步驟。