JP2007288829A - 機械の異常検出方法およびその装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 使用する機械に合わせた異常電流と異常周波数をパラメータとして設定し、その組み合わせで機械の故障や機械の劣化を検出できるようにする。
【解決手段】
本発明の異常検出装置は、機械に接続されたモータ２を駆動するインバータと、インバータ内に設けたインバータ主回路３を制御するモータ制御部５と、機械の異常を検出する異常検出部６とからなり、機械が故障や劣化など異常が発生したときに異常信号を出力するものであり、異常検出部は、インバータ内に設けられ、モータの出力周波数を検出する周波数検出器１０と、モータの電流を検出する電流検出器１３と、モータの異常周波数を予め設定する異常周波数設定器９と、異常電流の値を予め設定する異常電流設定器１２と、二つの設定器の値と運転時の出力周波数と電流の値とをそれぞれ比較する比較器１１、１４とからなる。
【選択図】 図１
Description
本発明は、機械に取り付けて使用するインバータの機械故障・機械劣化検出方法に関する。
従来、モータの過負荷を検出する方法として外乱トルクオブザーバの値と閾値との比較でモータの過負荷を検出するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
このインバータの機械故障検出方法は、外部からの入力信号に頼っておりインバータ自身で検出はしていない。図３は、従来の機械故障検出方法を示す構成図である。
図３において、１１２，１１３，１１４、Te、ωは、モータに与える指令電流値Iaの外乱トルクを加味したモータ及び機械の動作をモデル化して示したものである。また、１１５、１１６、１１７、１１８、<Te>は、外乱トルクオブザーバを示しており、外乱トルクの推定値を出力したものである。この値をもって指令電流値Iaを操作し外乱トルクの影響が少ないモータ角速度ωを得ようとしている。この外乱トルクオブザーバの値<Te>がある閾値以上か否かを判断し閾値以上のときはモータ過負荷と判断している。
このように、従来の過負荷検出方法では、外乱トルクオブザーバの値を使用して機械故障を検出するという方法がとられていた。
また、他の従来例として、機械側の異常信号をインバータに入力するものもある。図４は、従来のインバータの外部異常検出方法を示す構成図である。図４において、機械１２０から出力された異常信号１２３がインバータの外部異常端子１２１に入力され、異常出力端子１２２に出力される。同時に外部異常端子１２１はモータ停止信号８としてモータ制御部５に入力されモータ２を停止させていた。
特開２００１−３３３５８９号公報（第１頁、図３）
このインバータの機械故障検出方法は、外部からの入力信号に頼っておりインバータ自身で検出はしていない。図３は、従来の機械故障検出方法を示す構成図である。
図３において、１１２，１１３，１１４、Te、ωは、モータに与える指令電流値Iaの外乱トルクを加味したモータ及び機械の動作をモデル化して示したものである。また、１１５、１１６、１１７、１１８、<Te>は、外乱トルクオブザーバを示しており、外乱トルクの推定値を出力したものである。この値をもって指令電流値Iaを操作し外乱トルクの影響が少ないモータ角速度ωを得ようとしている。この外乱トルクオブザーバの値<Te>がある閾値以上か否かを判断し閾値以上のときはモータ過負荷と判断している。
このように、従来の過負荷検出方法では、外乱トルクオブザーバの値を使用して機械故障を検出するという方法がとられていた。
また、他の従来例として、機械側の異常信号をインバータに入力するものもある。図４は、従来のインバータの外部異常検出方法を示す構成図である。図４において、機械１２０から出力された異常信号１２３がインバータの外部異常端子１２１に入力され、異常出力端子１２２に出力される。同時に外部異常端子１２１はモータ停止信号８としてモータ制御部５に入力されモータ２を停止させていた。
ところが、従来の機械故障検出方法では、外乱トルクオブザーバの値がある閾値以上か否かを判断し閾値以上のときは異常と判断しているので、その異常判断の精度は外乱トルクオブザーバの検出精度に依存している。外乱トルクオブザーバはいくつかのパラメータを有しそれぞれの設定精度がそのまま外乱トルクオブザーバの検出精度を左右するため異常判断の精度を上げるためには高精度なパラメータ設定が必要になる。オブザーバは計算によって状態をシミュレートしているため、パラメータ設定が正しくないと計算結果が実態とかけはなれ異常判断の信頼性が下がるという問題があった。
また、外部からの入力信号に頼ってインバータ自身で検出していない場合は、機械システム側の検出に依存する。このため、機械システムの検出誤差がインバータにそのまま入力されることによってシステム全体の異常検出誤差になる問題もあった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、機械システムにあわせた２つのパラメータの設定だけでインバータ自身で機械システムの故障または劣化を検出することができる、操作・設定が簡単で機械システムの検出誤差のない高精度の異常検出方法とその装置を提供することを目的とする。
また、外部からの入力信号に頼ってインバータ自身で検出していない場合は、機械システム側の検出に依存する。このため、機械システムの検出誤差がインバータにそのまま入力されることによってシステム全体の異常検出誤差になる問題もあった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、機械システムにあわせた２つのパラメータの設定だけでインバータ自身で機械システムの故障または劣化を検出することができる、操作・設定が簡単で機械システムの検出誤差のない高精度の異常検出方法とその装置を提供することを目的とする。
上記問題を解決するため、本発明は、次のようにしたものである。
請求項１に記載の発明は、インバータにより駆動されるモータに接続された機械の異常を検出する方法において、前記モータの出力周波数とモータ電流の条件を予め設定し、運転時の出力周波数とモータ電流の値が前記設定された二つの条件を満たしたときに機械の異常と判定し、異常信号を出力するものである。
請求項２に記載の発明は、機械に接続されたモータを駆動するインバータと、前記インバータ内に設けたインバータ主回路を制御するモータ制御部と、前記機械の異常を検出する異常検出部とからなり、前記機械が故障や劣化など異常が発生したときに異常信号を出力する機械の異常検出装置において、前記異常検出部は、前記インバータ内に設けられ、前記モータの出力周波数を検出する周波数検出器と、前記モータの電流を検出する電流検出器と、前記モータの周波数を予め設定する異常周波数設定器と、異常電流の値を予め設定する異常電流設定器と、前記二つの設定器の値と前記運転時の二つの値とをそれぞれ比較する比較器とからなるものである。
請求項３に記載の発明は、インバータにより駆動されるモータに接続された機械の異常を検出する方法において、前記モータの回転速度とモータ電流の条件を予め設定し、運転時の回転速度とモータ電流の値が前記設定された二つの条件を満たしときに機械の異常と判定し、異常信号を出力するものである。
請求項４に記載の発明は、機械に接続されたモータを駆動するインバータと、前記インバータ内に設けたインバータ主回路を制御するモータ制御部と、前記機械の異常を検出する異常検出部とからなり、前記機械が故障や劣化など異常が発生したときに異常信号を出力する機械の異常検出装置において、前記異常検出部は、前記インバータ内に設けられ、前記モータの回転速度を検出する速度検出器と、前記モータの電流を検出する電流検出器と、前記モータの速度を予め設定する異常速度設定器と、異常電流の値を予め設定する異常電流設定器と前記二つの設定器の値と前記運転時の二つの値とをそれぞれ比較する比較器とからなるものである。
請求項１に記載の発明は、インバータにより駆動されるモータに接続された機械の異常を検出する方法において、前記モータの出力周波数とモータ電流の条件を予め設定し、運転時の出力周波数とモータ電流の値が前記設定された二つの条件を満たしたときに機械の異常と判定し、異常信号を出力するものである。
請求項２に記載の発明は、機械に接続されたモータを駆動するインバータと、前記インバータ内に設けたインバータ主回路を制御するモータ制御部と、前記機械の異常を検出する異常検出部とからなり、前記機械が故障や劣化など異常が発生したときに異常信号を出力する機械の異常検出装置において、前記異常検出部は、前記インバータ内に設けられ、前記モータの出力周波数を検出する周波数検出器と、前記モータの電流を検出する電流検出器と、前記モータの周波数を予め設定する異常周波数設定器と、異常電流の値を予め設定する異常電流設定器と、前記二つの設定器の値と前記運転時の二つの値とをそれぞれ比較する比較器とからなるものである。
請求項３に記載の発明は、インバータにより駆動されるモータに接続された機械の異常を検出する方法において、前記モータの回転速度とモータ電流の条件を予め設定し、運転時の回転速度とモータ電流の値が前記設定された二つの条件を満たしときに機械の異常と判定し、異常信号を出力するものである。
請求項４に記載の発明は、機械に接続されたモータを駆動するインバータと、前記インバータ内に設けたインバータ主回路を制御するモータ制御部と、前記機械の異常を検出する異常検出部とからなり、前記機械が故障や劣化など異常が発生したときに異常信号を出力する機械の異常検出装置において、前記異常検出部は、前記インバータ内に設けられ、前記モータの回転速度を検出する速度検出器と、前記モータの電流を検出する電流検出器と、前記モータの速度を予め設定する異常速度設定器と、異常電流の値を予め設定する異常電流設定器と前記二つの設定器の値と前記運転時の二つの値とをそれぞれ比較する比較器とからなるものである。
請求項１、２に記載の発明によると、モータの出力周波数とモータ電流の条件を予めインバータで設定することにより異常を検出できるので、オブザーバによる検出に比べて簡単な操作・設定で機械システムの検出誤差がなくなりモータ停止や異常情報の出力などシステム全体の精度が向上することができる。
請求項３、４に記載の発明によると、モータの回転速度とモータ電流の条件を予めインバータで設定することによりモータ速度を検出するだけで、より実際の機械の動作に相当する異常を検出できるので、機械システムに合った異常検出ができ、システム全体の異常検出精度をさらに向上させることができる。
請求項３、４に記載の発明によると、モータの回転速度とモータ電流の条件を予めインバータで設定することによりモータ速度を検出するだけで、より実際の機械の動作に相当する異常を検出できるので、機械システムに合った異常検出ができ、システム全体の異常検出精度をさらに向上させることができる。
以下、本発明を具体的実施例について、図に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施例１を示すブロック図であり、機械の異常をモータの出力周波数とモータ電流をインバータにより検出する構成を示している。
図において、１は三相の電源、２は三相のモータ、３はインバータ主回路、４はインバータ制御回路、５はモータ制御部、６は異常検出部、７は検出した異常信号、８はモータ停止信号、９は異常周波数設定器、１０は周波数検出器、１１、１４は比較器、１２は異常電流設定器、１３は電流検出器である。
インバータ主回路３は、三相の電源１と三相のモータ２に接続されている。インバータ主回路３は内部のスイッチング素子（不図示）のｏｎ／ｏｆｆを制御するインバータ制御回路４と接続されている。インバータ主回路３とモータ２の間にはモータ２に流れる駆動電流を検出するＣＴが接続されている。モータ２は様々な機械に装着され使用されるが機械の異常条件は機械によって異なっている。
つぎに、本実施例の動作について説明する。
（１）先ず、モータ２の出力周波数とモータ電流の値を設定する。
インバータが検出可能な機械の異常は、出力周波数とモータ電流の条件で決めることが可能なので機械１２０の異常条件を、異常周波数設定器９と異常電流設定器１２によりインバータ内蔵のオペレータなどを使ってインバータパラメータとして設定する。
例えば、機械１２０の動作に合わせて回転速度の値は下限を設定し、トルクの値は上限を設定する。
（２）モータ２を駆動させる。
（３）正常時
機械１２０が正常状態の場合、モータの電流と出力周波数はCTを介してインバータ制御回路４の中の異常検出部６の電流検出器１３と周波数検出器１０に入力されるが、検出器の値が設定値内であれば、比較器１１、１４は動作しないので、異常信号７は出力しない。
（４）異常時
機械１２０が故障や機械の劣化など異常状態の場合、出力周波数とモータ電流の値の組み合わせが設定値外になると比較器１１と比較器１４が動作して異常信号７が出力する。
異常検出部６は、周波数検出器１０で検出したモータの出力周波数と異常周波数設定器９を比較器１１で比較し論理信号（論理値）１６を出力する。同様に、電流検出器１３で検出したモータ電流値と異常電流設定器１２で設定した値とを比較器１４で比較し論理値１７を出力する。論理演算器（論理積）１５は、論理値１６と論理値１７の両方の入力により異常信号７を出力しインバータ外部に知らせる。
（５）モータ停止
機械１２０が正常状態の場合は運転を継続するが、故障や機械の劣化など異常状態の場合は、異常信号７はモータ停止信号８としてモータ制御部５に入力されインバータ主回路３のスイッチング素子（不図示）をｏｆｆさせてモータの回転を止める。
図において、１は三相の電源、２は三相のモータ、３はインバータ主回路、４はインバータ制御回路、５はモータ制御部、６は異常検出部、７は検出した異常信号、８はモータ停止信号、９は異常周波数設定器、１０は周波数検出器、１１、１４は比較器、１２は異常電流設定器、１３は電流検出器である。
インバータ主回路３は、三相の電源１と三相のモータ２に接続されている。インバータ主回路３は内部のスイッチング素子（不図示）のｏｎ／ｏｆｆを制御するインバータ制御回路４と接続されている。インバータ主回路３とモータ２の間にはモータ２に流れる駆動電流を検出するＣＴが接続されている。モータ２は様々な機械に装着され使用されるが機械の異常条件は機械によって異なっている。
つぎに、本実施例の動作について説明する。
（１）先ず、モータ２の出力周波数とモータ電流の値を設定する。
インバータが検出可能な機械の異常は、出力周波数とモータ電流の条件で決めることが可能なので機械１２０の異常条件を、異常周波数設定器９と異常電流設定器１２によりインバータ内蔵のオペレータなどを使ってインバータパラメータとして設定する。
例えば、機械１２０の動作に合わせて回転速度の値は下限を設定し、トルクの値は上限を設定する。
（２）モータ２を駆動させる。
（３）正常時
機械１２０が正常状態の場合、モータの電流と出力周波数はCTを介してインバータ制御回路４の中の異常検出部６の電流検出器１３と周波数検出器１０に入力されるが、検出器の値が設定値内であれば、比較器１１、１４は動作しないので、異常信号７は出力しない。
（４）異常時
機械１２０が故障や機械の劣化など異常状態の場合、出力周波数とモータ電流の値の組み合わせが設定値外になると比較器１１と比較器１４が動作して異常信号７が出力する。
異常検出部６は、周波数検出器１０で検出したモータの出力周波数と異常周波数設定器９を比較器１１で比較し論理信号（論理値）１６を出力する。同様に、電流検出器１３で検出したモータ電流値と異常電流設定器１２で設定した値とを比較器１４で比較し論理値１７を出力する。論理演算器（論理積）１５は、論理値１６と論理値１７の両方の入力により異常信号７を出力しインバータ外部に知らせる。
（５）モータ停止
機械１２０が正常状態の場合は運転を継続するが、故障や機械の劣化など異常状態の場合は、異常信号７はモータ停止信号８としてモータ制御部５に入力されインバータ主回路３のスイッチング素子（不図示）をｏｆｆさせてモータの回転を止める。
図２は、本発明の実施例２を示すブロック図であり、機械の異常をモータの回転速度と電流検出が可能なインバータにより検出する構成を示している。
本実施例の動作は、速度検出器でモータ速度を検出することが異なるだけで実施例１と概略同じである。
この場合、三相のモータが装着される機械に合わせて異常電流、異常速度の組み合わせをオペレータなどにより設定することで機械の故障または機械の劣化を検出することができる。
例えば、エレベータやクレーンなど巻き上げ・巻下用途では負荷の釣り落とし検出をさせるために、異常速度設定値と異常電流設定値を通常より大きな値に設定しておく。こうすることによりインバータ自身で機械の異常を検出しインバータ外部に知らせることができる。ブレーキ開閉機能を内蔵したインバータであればインバータ自身でブレーキも閉じることが可能になる。
また、コンベア用途では通常一定速度で運転するが、負荷の異常などでコンベアが想定以上の低速になったり止まってしまう場合が考えられる。この状態を検出させるために異常速度の設定値を通常速度より小さな値にし、異常電流の設定値を通常負荷よりも大きな値に設定しておく。こうすることによりインバータ自身でコンベアの異常を検出し止めることができる。
本実施例の動作は、速度検出器でモータ速度を検出することが異なるだけで実施例１と概略同じである。
この場合、三相のモータが装着される機械に合わせて異常電流、異常速度の組み合わせをオペレータなどにより設定することで機械の故障または機械の劣化を検出することができる。
例えば、エレベータやクレーンなど巻き上げ・巻下用途では負荷の釣り落とし検出をさせるために、異常速度設定値と異常電流設定値を通常より大きな値に設定しておく。こうすることによりインバータ自身で機械の異常を検出しインバータ外部に知らせることができる。ブレーキ開閉機能を内蔵したインバータであればインバータ自身でブレーキも閉じることが可能になる。
また、コンベア用途では通常一定速度で運転するが、負荷の異常などでコンベアが想定以上の低速になったり止まってしまう場合が考えられる。この状態を検出させるために異常速度の設定値を通常速度より小さな値にし、異常電流の設定値を通常負荷よりも大きな値に設定しておく。こうすることによりインバータ自身でコンベアの異常を検出し止めることができる。
１ 電源
２ モータ
３ インバータ主回路
４ インバータ制御回路
５ モータ制御部
６ 異常検出部
７ 異常信号
８ モータ停止信号
９ 異常周波数設定器
１０ 周波数検出器
１１、１４ 比較器
１２ 異常電流設定器
１３ 電流検出器
１５ 論理演算器（論理積）
１６、１７ 論理信号（論理値）
１８ 異常速度設定器
１９ 速度検出器
１１２、１１７ 比例動作部
１１３ 加算部
１１４ 積分動作部
１１５ 微分動作部
１１６ 加算部
１１８ ローパスフィルタ
１２０ 機械
１２１ インバータの外部異常端子
１２２ 異常出力端子
１２３ 機械からの異常信号
<Te> 外乱トルクオブザーバ
Te 外乱トルク
ω モータ角速度
Ia 指令電流値
２ モータ
３ インバータ主回路
４ インバータ制御回路
５ モータ制御部
６ 異常検出部
７ 異常信号
８ モータ停止信号
９ 異常周波数設定器
１０ 周波数検出器
１１、１４ 比較器
１２ 異常電流設定器
１３ 電流検出器
１５ 論理演算器（論理積）
１６、１７ 論理信号（論理値）
１８ 異常速度設定器
１９ 速度検出器
１１２、１１７ 比例動作部
１１３ 加算部
１１４ 積分動作部
１１５ 微分動作部
１１６ 加算部
１１８ ローパスフィルタ
１２０ 機械
１２１ インバータの外部異常端子
１２２ 異常出力端子
１２３ 機械からの異常信号
<Te> 外乱トルクオブザーバ
Te 外乱トルク
ω モータ角速度
Ia 指令電流値
Claims (4)
- インバータにより駆動されるモータに接続された機械の異常を検出する方法において、
前記モータの出力周波数とモータ電流の条件を予め設定し、運転時の出力周波数とモータ電流の値が前記設定された二つの条件を満たしたときに機械の異常と判定し、異常信号を出力することを特徴とする機械の異常検出方法。 - 機械に接続されたモータを駆動するインバータと、前記インバータ内に設けたインバータ主回路を制御するモータ制御部と、前記機械の異常を検出する異常検出部とからなり、前記機械が故障や劣化など異常が発生したときに異常信号を出力する機械の異常検出装置において、
前記異常検出部は、前記インバータ内に設けられ、前記モータの出力周波数を検出する周波数検出器と、前記モータの電流を検出する電流検出器と、前記モータの周波数を予め設定する異常周波数設定器と、異常電流の値を予め設定する異常電流設定器と、前記二つの設定器の値と前記運転時の二つの値とをそれぞれ比較する比較器とからなることを特徴とする機械の異常検出装置。 - インバータにより駆動されるモータに接続された機械の異常を検出する方法において、
前記モータの回転速度とモータ電流の条件を予め設定し、運転時の回転速度とモータ電流の値が前記設定された二つの条件を満たしときに機械の異常と判定し、異常信号を出力することを特徴とする機械の異常検出方法。 - 機械に接続されたモータを駆動するインバータと、前記インバータ内に設けたインバータ主回路を制御するモータ制御部と、前記機械の異常を検出する異常検出部とからなり、前記機械が故障や劣化など異常が発生したときに異常信号を出力する機械の異常検出装置において、
前記異常検出部は、前記インバータ内に設けられ、前記モータの回転速度を検出する速度検出器と、前記モータの電流を検出する電流検出器と、前記モータの速度を予め設定する異常速度設定器と、異常電流の値を予め設定する異常電流設定器と前記二つの設定器の値と前記運転時の二つの値とをそれぞれ比較する比較器とからなることを特徴とする機械の異常検出装置。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101430737B1 (ko) | 2012-08-31 | 2014-08-14 | 세메스 주식회사 | 에러 검출 방법 및 기판 처리 장치 |
| US9810743B2 (en) | 2014-05-13 | 2017-11-07 | Hitachi, Ltd. | Deterioration diagnosis system |
| CN112775719A (zh) * | 2019-11-07 | 2021-05-11 | 大隈株式会社 | 进给轴装置的异常诊断方法和异常诊断装置 |
-
2006
- 2006-04-12 JP JP2006109887A patent/JP2007288829A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR101430737B1 (ko) | 2012-08-31 | 2014-08-14 | 세메스 주식회사 | 에러 검출 방법 및 기판 처리 장치 |
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