JP6601374B2 - 流体循環装置、および、流体循環装置の故障原因推定方法 - Google Patents
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Description
図1は、流体循環装置100の回路図である。流体循環装置100は、主として、圧縮機構101と、第1熱交換器102と、膨張機構103と、第2熱交換器104と、センサ105a〜105cと、制御部106と、本体107と、送風ファン108と、流体ポンプ109とを備える。流体循環装置100は、タンク200および工作機械300と接続されている。工作機械300は、例えば、研削盤およびマシニングセンタである。
図2は、流体循環装置100の制御部106の構成を示すブロック図である。制御部106は、主として、入力部111と、処理部112と、表示部113と、通信部114と、記憶部115とから構成される。
状態量取得部10は、センサ105a〜105cから測定データを受信し、受信した測定データに基づいて複数の状態量を取得するプログラムである。状態量取得部10が取得した状態量は、記憶部115に記憶され、後述する状態量ベクトルSの生成に用いられる。
故障原因推定部20は、制御部106の故障原因推定機能を実現するメインのプログラムである。故障原因推定部20は、状態量ベクトルSおよび故障原因推定行列Cから、故障原因ベクトルFを算出するプログラムである。故障原因推定部20は、算出した故障原因ベクトルFに基づいて、流体循環装置100の故障原因を推定する。
故障原因表示部30は、故障原因推定部20によって推定された流体循環装置100の故障原因を表示部113に表示するプログラムである。故障原因表示部30は、故障原因推定部20によって選択された1つの故障原因ベクトルFに基づいて、推定された複数の故障原因を所定の順番で表示する機能を有する。例えば、故障原因表示部30は、推定された複数の故障原因を、発生頻度が高い順に表示部113に表示する機能を有する。故障原因推定部20によって推定された複数の故障原因の発生頻度の大小関係は、故障原因推定部20によって選択された故障原因ベクトルFの各要素の値の大小関係と同じである。
次に、具体的なデータを用いて、故障原因推定部20の動作について説明する。ここで、流体循環装置100の制御部106は、流体循環装置100の状態を監視している時に、流体循環装置100に故障が発生したことを検知したと仮定する。この場合、制御部106は、状態量取得部10のプログラムを実行して、センサ105a〜105cの測定データに基づく状態量を取得し、故障原因推定部20のプログラムを実行して、流体循環装置100の故障原因を推定し、故障原因表示部30のプログラムを実行して、推定した故障原因を表示部113に表示する。
流体循環装置100では、故障原因推定部20は、式(10)に示されるように、状態量取得部10が取得した状態量s1〜s3を要素として含む状態量ベクトルSに、所定の故障原因推定行列Cの逆行列C−1を左側から掛け合わせる演算を行うことで、流体循環装置100の各故障原因の発生頻度f1〜f5の少なくとも一部を要素として含む故障原因ベクトルFを算出する。これにより、故障原因推定部20は、運転中の流体循環装置100に故障が発生した時に、状態量ベクトルSおよび故障原因推定行列Cを用いて算出した故障原因ベクトルFに基づいて、複数の故障原因の候補の中から、最も可能性が高い故障原因の組み合わせを推定することができる。従って、流体循環装置100は、故障原因推定行列Cの逆行列C−1を用いる演算によって、運転中に発生した故障の原因を自動的かつ効率的に推定することができる。
(5−1)変形例A
実施形態では、状態量取得部10は、圧縮機構101で圧縮された直後の冷媒の温度Ta、第1熱交換器102で熱交換される冷媒の温度Tb、および、膨張機構103を通過して膨張した直後の冷媒の温度Tcをそれぞれ正規化した値を、状態量s1〜s3として取得する。しかし、状態量取得部10は、他のパラメータを状態量としてさらに取得してもよい。
実施形態では、故障原因推定部20は、流体循環装置100の故障原因の発生頻度f1〜f5に対応する5種類の故障原因の中から、最も可能性が高い故障原因の組み合わせを推定する。しかし、流体循環装置100の故障原因の種類は、これらの5種類の故障原因に限られない。例えば、他の故障原因として、送風ファン108のフィルターの汚れによる詰まり、圧縮機構101の機械効率の異常な低下、および、圧縮機構101の異常な発熱等が挙げられる。また、発生頻度f5に対応する、膨張機構103の開度の異常に関する故障原因は、膨張機構103の電子膨張弁の開方向のズレ、および、電子膨張弁の閉方向のズレを、それぞれ別の故障原因として取り扱ってもよい。
実施形態では、故障原因推定部20は、故障原因の数が状態量の数より多い場合に、状態量の数と同じ数の故障原因の全ての組み合わせのそれぞれに対して故障原因推定行列Cを生成し、各故障原因推定行列Cに対して故障原因ベクトルFを算出する。しかし、故障原因推定部20は、故障原因の数が状態量の数と同じである場合、または、故障原因の数が状態量の数より少ない場合にも、故障原因ベクトルFを算出することができる。
実施形態では、流体循環装置100は、工作機械300が使用した工作液を冷却するための冷凍装置である。流体循環装置100の第2熱交換器104では、冷媒回路の配管を流れる冷媒と、専用の配管を流れる工作液との間で熱交換が行われて、工作液が冷却される。しかし、流体循環装置100は、他の機構によって、冷媒と工作液との間の熱交換を行い、工作液を冷却してもよい。
実施形態では、流体循環装置100は、工作機械300が使用した工作液を冷却するための冷凍装置である。しかし、本発明の流体循環装置は、流体を循環する機能を有する装置であれば、他の用途に用いられる装置であってもよい。例えば、本発明の流体循環装置は、油圧ユニットであってもよい。以下、本発明の流体循環装置の他の適用例である油圧ユニット600について説明する。図3は、本変形例に係る油圧ユニット600の回路図である。油圧ユニット600は、作動油の一部を循環させる機能を有する。図3において、作動油の流れは、点線の矢印で示されている。
20 故障原因推定部
30 故障原因表示部
100 流体循環装置
101 圧縮機構
102 第1熱交換器
103 膨張機構
104 第2熱交換器
Claims (6)
- 流体を循環させる流体循環装置であって、
複数の測定データのそれぞれから状態量を取得する状態量取得部(10)と、
故障原因を推定する故障原因推定部(20)と、
を備え、
前記状態量取得部は、前記測定データに対して所定の規則に基づく演算を行うことで前記測定データを互いに比較できるように正規化した値を、前記状態量として取得し、
前記故障原因推定部は、複数の前記故障原因の発生の程度を表す第1パラメータと、複数の前記状態量を表す第2パラメータとの関係を表す行列である故障原因推定行列を記憶し、前記状態量取得部が取得した前記状態量に基づく前記第2パラメータと、前記故障原因推定行列とから、前記第1パラメータを算出し、前記故障原因を推定し、
前記第1パラメータは、複数の前記故障原因の少なくとも一部のそれぞれの発生の程度を要素として含むベクトルである故障原因ベクトルであり、
前記第2パラメータは、複数の前記状態量のそれぞれを要素として含み、前記故障原因ベクトルと要素数が等しいベクトルである状態量ベクトルであり、
前記故障原因推定行列は、前記状態量ベクトルの要素数と等しい行数、および、前記故障原因ベクトルの要素数と等しい列数を有する正方行列であり、
前記故障原因推定部は、前記故障原因推定行列の逆行列を左側から前記状態量ベクトルと掛け合わせて得られたベクトルに基づいて、前記故障原因ベクトルを算出する、
流体循環装置(100)。 - 前記故障原因推定部は、前記故障原因の数が前記状態量の数より多い場合に、全ての前記故障原因からなる集合から、前記状態量の数と同じ数の前記故障原因を選択してなる全ての部分集合のそれぞれに関して、前記故障原因推定行列を生成し、前記故障原因ベクトルを算出する、
請求項1に記載の流体循環装置。 - 前記故障原因推定部は、前記故障原因の数が前記状態量の数より多い場合に算出された全ての前記故障原因ベクトルから、各要素の合計値が最大である前記故障原因ベクトルを1つ選択し、選択した前記故障原因ベクトルに基づいて前記故障原因を推定する、
請求項2に記載の流体循環装置。 - 前記故障原因推定部が算出した前記故障原因ベクトルに基づいて、複数の前記故障原因を発生の程度に基づいて順番に表示する故障原因表示部(30)をさらに備える、
請求項1から3のいずれか1項に記載の流体循環装置。 - 前記流体である冷媒の温度を熱交換により変化させる前記流体循環装置であって、
前記冷媒を圧縮する圧縮機構(101)と、
前記圧縮機構で圧縮された前記冷媒と第1熱交換用流体とを熱交換させる第1熱交換器(102)と、
前記第1熱交換器で熱交換された前記冷媒を膨張させる膨張機構(103)と、
前記膨張機構によって膨張した前記冷媒と第2熱交換用流体とを熱交換させる第2熱交換器(104)と、
を備え、
前記状態量は、前記圧縮機構で圧縮された前記冷媒の温度、前記第1熱交換器で熱交換される前記冷媒の温度、および、前記膨張機構によって膨張した前記冷媒の温度を少なくとも含む、
請求項1から4のいずれか1項に記載の流体循環装置。 - 流体を循環させる流体循環装置(100)の故障原因を推定する方法であって、
複数の測定データのそれぞれから状態量を取得する状態量取得ステップ(10)と、
前記故障原因を推定する故障原因推定ステップ(20)と、
を備え、
前記状態量取得ステップは、前記測定データに対して所定の規則に基づく演算を行うことで前記測定データを互いに比較できるように正規化した値を、前記状態量として取得し、
前記故障原因推定ステップは、複数の前記故障原因の発生の程度を表す第1パラメータと、複数の前記状態量を表す第2パラメータとの関係を表す行列である故障原因推定行列を記憶し、前記状態量取得ステップで取得した前記状態量に基づく前記第2パラメータと、前記故障原因推定行列とから、前記第1パラメータを算出し、前記故障原因を推定し、
前記第1パラメータは、複数の前記故障原因の少なくとも一部のそれぞれの発生の程度を要素として含むベクトルである故障原因ベクトルであり、
前記第2パラメータは、複数の前記状態量のそれぞれを要素として含み、前記故障原因ベクトルと要素数が等しいベクトルである状態量ベクトルであり、
前記故障原因推定行列は、前記状態量ベクトルの要素数と等しい行数、および、前記故障原因ベクトルの要素数と等しい列数を有する正方行列であり、
前記故障原因推定ステップは、前記故障原因推定行列の逆行列を左側から前記状態量ベクトルと掛け合わせて得られたベクトルに基づいて、前記故障原因ベクトルを算出する、
流体循環装置の故障原因推定方法。
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