JP6852476B2 - 回転機の状態監視システム、回転機の状態監視方法、プログラムおよび記録媒体 - Google Patents
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Description
本発明は、回転機の状態監視システム、回転機の状態監視方法、その方法をコンピュータに実行させるためのプログラム、およびそのプログラムを記憶する記録媒体に関する。
回転機の異常を診断する技術が知られている。たとえば、特開2007−10415号公報(特許文献1)は、回転機の軸受部分の異常を診断するための装置および方法を開示する。異常診断装置は、回転機の軸受部分に発生する振動を測定して、測定した振動データから算出された代表値と、事前に登録された診断閾値とを比較することにより、軸受部分の異常を判定する。
特開2007−10415号公報(特許文献1)に開示されるように、回転機の異常の判定においては振動値のみが用いられていた。しかしながら振動値のみに基づく判定の場合には、判定結果の信頼性が低いという課題があった。
本発明の目的は、回転機の異常判定を高い信頼性で判定するための、回転機の状態監視に関する技術を提供することである。
本発明のある局面に係る回転機の状態監視システムは、回転機に取り付け可能なセンサヘッドと、プリアンプと、本体部と、プリアンプまたは本体部に設けられて、回転機の周囲温度を計測して周囲温度値を出力する第2の温度センサとを備える。センサヘッドは、回転機の振動を計測して振動値を出力する加速度センサと、回転機の表面温度を計測して、回転機表面温度値を出力する第1の温度センサとを含む。プリアンプは、加速度センサからの振動値と、第1の温度センサからの回転機表面温度値とを中継する。本体部は、現在の振動値を判定閾値と比較して回転機の状態を判定する処理部と、振動値、回転機表面温度値および周囲温度値を表示する表示部と、処理部の判定結果を出力する出力部と、上位システムから判定閾値を受信するとともに、上位システムに、現在の振動値および判定結果を送信する通信部とを備える。
好ましくは、第2の温度センサは、プリアンプに内蔵される。プリアンプは、加速度センサ、第1の温度センサおよび第2の温度センサの各々から出力されたアナログ信号を増幅するとともに、増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。
好ましくは、第2の温度センサは、本体部に内蔵される。プリアンプは、加速度センサ、第1の温度センサの各々から出力されたアナログ信号を増幅するとともに、増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。本体部は、第2の温度センサから出力されたアナログ信号を増幅するとともに、増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。
好ましくは、回転機の状態監視システムは、センサヘッドから出力されたアナログ信号をプリアンプに伝達するためのケーブルと、センサヘッドをケーブルに接続可能であるとともに、センサヘッドをケーブルから取り外し可能なコネクタをさらに備える。
本発明のある局面に従う回転機の状態監視方法は、回転機の振動を計測する加速度センサと、回転機の表面温度を計測する第1の温度センサとを含み、回転機に取り付け可能なセンサヘッドから、処理部が、振動値と、回転機表面温度値とを取得するとともに、処理部が、回転機の周囲温度を計測する第2の温度センサから周囲温度値を取得するステップと、処理部が、現在の振動値を判定閾値と比較して回転機の状態を判定するステップと、表示部が、振動値、回転機表面温度値および周囲温度値を表示するステップと、出力部が、処理部の判定結果を出力するステップと、通信部が、上位システムから判定閾値を受信するステップとを備える。
本発明のある局面に従うプログラムは、コンピュータに、回転機の振動を計測する加速度センサと、回転機の表面温度を計測する第1の温度センサとを含み、回転機に取り付け可能なセンサヘッドから、振動値と、回転機表面温度値とを取得するとともに、回転機の周囲温度を計測する第2の温度センサから周囲温度値を取得するステップと、現在の振動値を判定閾値と比較して回転機の状態を判定するステップと、振動値、回転機表面温度値および周囲温度値を表示部により表示させるステップと、判定するステップにより得られた判定結果を出力部により出力させるステップと、上位システムから判定閾値を通信部により受信させるステップとを実行させる、プログラムである。
本発明のある局面に従う記録媒体は、上記のプログラムを記録した、コンピュータ読み取り可能な記録媒体である。
本発明によれば、回転機の振動値に加えて、回転機自体の温度および回転機の周囲温度を同時に測定することができる。振動値に基づいて回転機の状態が異常であるかどうかを判断する際に、回転機の温度および回転機の周囲温度を考慮することができる。したがって、回転機の異常判定の信頼性を向上させることができる。
本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰り返さない。
図1は、本発明の一実施形態に係る回転機の状態監視システムの構成の概略図である。図1に示されるように、状態監視システム100は、センサヘッド2と、プリアンプ4と、本体部6とを備える。センサヘッド2は、コネクタ3およびケーブル4aを介してプリアンプ4に接続される。プリアンプ4は、ケーブル4bにより本体部6に接続される。
センサヘッド2は、モータ(回転機)1の表面に取り付けられて、モータ1の振動数およびモータ1の表面温度を測定する。センサヘッド2は、モータ1の振動数を表す振動データおよび、モータ1の表面温度を表す温度データをアナログ信号の形式で出力する。
プリアンプ4は、ケーブル4bを介して本体部6から電源電圧を受ける。プリアンプ4は、センサヘッド2から振動データおよび温度データを受けて、それらのデータをデジタルデータに変換する。
プリアンプ4は、さらに、モータ1の周囲温度を測定する。プリアンプ4は、モータ1の振動数を表す振動データ、モータ1の表面温度を表す温度データおよびモータ1の周囲温度を表す温度データをケーブル4bを介して本体部6に送信する。
本体部6は、表示部7を有する。表示部7は、モータ1の振動数に関するデータ、モータ1の表面温度に関する温度データおよびモータ1の周囲温度に関する温度データを表示する。さらに、本体部6は、振動データを判定閾値と比較して、モータ1が正常であるかどうかを判定する。本体部6は、その判定結果を表示部7により表示することができる。
本体部6は、上位システム10に接続されて、上位システム10から判定閾値を受信する。判定閾値は、たとえばユーザから上位システム10に入力されて、上位システム10から本体部6に送られる。一方、本体部6は、現在の振動値および現在の温度値を上位システム10に送信する。さらに本体部6は、モータ1の状態に関する判定結果を上位システム10に送信する。
図2は、図1に示したセンサヘッドの例を示した図である。図2に示されるように、センサヘッド2は、センサヘッド2をモータ1の表面に取り付けるためのネジ部5を有する。後述するように、センサヘッド2の内部には、加速度センサおよび温度センサが内蔵される。センサヘッド2をモータ1の表面に取り付けることによって、加速度センサおよび温度センサはモータ1の表面に接触する。なお、モータ1の設置環境を考慮して、センサヘッド2には防塵性、防水性および耐油性を有する保護構造が採用される。
この実施の形態によれば、センサヘッド2は、コネクタ3によって、ケーブル4aに接続可能であるとともに、ケーブル4aから取り外し可能である。センサヘッド2をモータ1に取り付ける際、あるいは、センサヘッド2をモータ1から外す際にはセンサヘッド2を回転させる必要がある。センサヘッド2がケーブル4aに接続されたままの場合には、センサヘッド2を回転させることによってケーブル4aがねじれる可能性がある。センサヘッド2をコネクタ3から外した状態でセンサヘッド2を回転させることにより、ケーブル4aがねじれることを防ぐことができる。したがって、たとえばケーブル4aをダクト内に配線している場合にもセンサヘッド2を容易に交換することができる。
図3は、図1に示した状態監視システム100のブロック図である。図3に示されるように、センサヘッド2は、加速度センサ11と、温度センサ12とを含む。加速度センサ11はモータ1の振動を検出するためのセンサである。加速度センサ11は、たとえば10kHzまでの振動周波数、0.5G〜10Gの範囲の振動加速度、および0.5m/s〜100m/sの範囲の振動速度を検出できる。温度センサ12は、モータ1の表面温度を検出するためのセンサである。
プリアンプ4は、フィルタ21,22と、温度センサ23と、アンプ24,25,26と、A/Dコンバータ27と、通信回路28とを含む。フィルタ21は、加速度センサ11からケーブル4aを介して送られるアナログ信号(振動データ)に含まれるノイズを除去する。フィルタ22は、温度センサ12からケーブル4aを介して送られるアナログ信号(温度データ)に含まれるノイズを除去する。アンプ24,25は、それぞれ、フィルタ21,22を通過したアナログ信号を増幅する。したがってプリアンプ4は、加速度センサ11からの振動値と、温度センサ12からの回転機表面温度値とを中継するものであると言うこともできる。
温度センサ23は、モータ1の周囲温度を検出して、その検出された温度を表すアナログ信号を出力する。アンプ26は、温度センサ23から出力されたアナログ信号を増幅する。
A/Dコンバータ27は、アンプ24,25,26の各々から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。通信回路28は、A/Dコンバータ27から出力されたデジタル信号を、ケーブル4bを介して本体部6に送信する。
本体部6は、表示部7と、処理部31と、通信回路32,33と、ドライブ回路34と、出力部35と、電源回路36と、記憶部37とを含む。処理部31は、たとえばCPU(Central Processing Unit)等の演算装置(コンピュータ)により実現され、記憶部37からプログラムを読み出して、そのプログラムを実行する。通信回路32は、ケーブル4bを介して、プリアンプ4からデジタル信号(振動データおよび温度データ)を受ける。処理部31は、振動データおよび温度データを表示部7に表示させる。処理部31は、振動データと判定閾値とを比較して、モータ1の異常の有無を判定する。処理部31は、その判定結果を表示部7に表示させるとともに、通信回路33を介して上位システムに出力する。
処理部31は、ドライブ回路34を制御して、出力部35を駆動する。たとえば、モータ1の状態が異常であると判定された場合、出力部35は、その異常を表す出力を発生させる。
電源回路36は、本体部6を動作させるための内部電源を本体部6に供給するとともに、プリアンプ4を動作させるための内部電源を、ケーブル4bを通じてプリアンプ4に供給する。
記憶部37は、処理部31を動作させるプログラムを不揮発的に記憶した記録媒体である。プログラムは、通信回路33を介して上位システムから本体部6に提供されてもよく、他の記録媒体(たとえばUSBメモリ等)を通じて本体部6に提供されてもよい。さらに、記憶部37は、処理部31に統合されていてもよい。
この実施の形態によれば、状態監視システムは、状態監視について、以下に説明する2つのモードのうちの一方または両方を有することができる。図4は、状態監視の2つのモードのうちの第1のモードを説明する図である。
図4に示されるように、第1のモードでは振動加速度の傾向が監視される。第1のモードでは、振動加速度について、モータ1が新品の状態である時の値(初期値)と、現在の値とが比較される。
モータの使用時間が経過するに従って振動加速度の値が増大する。初期値に対する現在の値の比率について、2つの判定閾値が設定される。図4に示した例では、第1の閾値(閾値(1))は、初期値の3倍の値に設定され、第2の閾値(閾値(2))は、初期値の5倍の値に設定される。現在の値が閾値(1)を超えた場合に、モータ1の状態が注意レベルにあると判定される。さらに、現在の値が閾値(2)を超えた場合に、モータ1の状態が異常状態のレベルにあると判定される。
図5は、状態監視の2つのモードのうちの第2のモードを説明する図である。図5に示されるように、振動レベル値と、規格(たとえばISO規格あるいはJIS規格等)あるいは独自に設定した基準とを比較することにより、モータ1の状態が判定される。たとえば、図5(a)に示されるように、軸受以外のモータ1の部分の状態の判定については、振動速度の値に応じて、モータの現状のレベルがA〜Dのいずれに属するかが判定される。図5(a)における「クラスI」〜「クラスIV」は、モータの定格等に基づく分類を表す。軸受の状態の判定については、たとえば図5(b)に示されるように、振動加速度が監視される。軸径と回転数との積に対する振動加速度が、基準に従って判定される。このモードでは、モータ1の新品の時の振動速度あるいは振動加速度が不明であっても、モータ1の状態を判定することができる。
これら2つのモードにおいては、判定閾値は、予め定められた値であってもよい。その場合の判定閾値は、あくまでも目安値である。ユーザは、モータ1の使用状態に合わせて判定閾値を調整してもよい。
上述の2つのモードにおいて、温度値を考慮することにより、閾値設定の精度を高めることができる。たとえば、新品でないモータにおいて、振動値およびモータの表面温度が駆動開始直後と、一定時間の駆動後とでは次の値であるとする。なお、下記の数値は例として示したものであり、本発明を限定するものではない。
駆動開始直後 :振動値 1.75m/s2、モータの表面温度:5℃
一定時間経過後:振動値 0.46m/s2、モータの温度:40℃(飽和)
この例は、振動値がモータの表面温度(モータ温度)に依存することを示したものである。振動値がモータ温度に依存して変化する理由としては、軸受部の潤滑油の粘性が温度により変化したためと想定される。モータの駆動開始直後においては潤滑油の粘度が高いため振動がモータの筐体に伝わりやすい。このため振動値が高いと考えられる。
一定時間経過後:振動値 0.46m/s2、モータの温度:40℃(飽和)
この例は、振動値がモータの表面温度(モータ温度)に依存することを示したものである。振動値がモータ温度に依存して変化する理由としては、軸受部の潤滑油の粘性が温度により変化したためと想定される。モータの駆動開始直後においては潤滑油の粘度が高いため振動がモータの筐体に伝わりやすい。このため振動値が高いと考えられる。
一方で、このモータが周囲温度の高い環境下に設置されている場合には、上述した振動値の変化が顕著に生じない可能性がある。周囲温度が高く、かつ、回転機自身の温度も高い場合には、低温時に比べて潤滑油の粘度は低い。このため振動値は低くなる傾向にある。温度の影響を考慮することなく振動値のみに基づいて異常判定の閾値を設定した場合には、異常のある回転機の状態を正常状態と判定する可能性がある。
本発明の実施の形態によれば、回転機の状態監視システムは、振動値に加えて回転機自体の温度および回転機の周囲温度を同時に測定することができる。ユーザは、振動値に加えて、回転機自体の温度および回転機の周囲温度を考慮して、判定の閾値を適切に定めることができる。これにより回転機の異常判定の信頼性を高めることができる。以下に、判定閾値の設定例について説明する。
図6は、2つのモータの稼働時間に対する振動値の変化を示したグラフである。図7は、2つのモータの表面温度(モータ温度)および周囲温度の第1の例を表形式で示した図である。図6および図7を参照して、同じ仕様の2つの装置に、同一の型式の2つのモータA,Bが、同時期に導入されたとする。
第1の例では、モータAのほうがモータBよりも、モータ温度が高い。しかしながら2つのモータの間では、モータ温度と周囲温度との差は同じく5℃である。この場合には、モータA,Bの負荷は同じであり、モータ温度は周囲温度の影響を受けていると判断することができる。ユーザは、モータAの判定閾値をモータBの判定閾値よりも下げる必要があると判断することができる。これによりモータAの判定閾値を適切に調整することができる。
図8は、2つのモータの表面温度(モータ温度)および周囲温度の第2の例を表形式で示した図である。第2の例ではモータAのほうがモータBよりも表面温度が高い。一方、周囲温度は2つのモータA,Bの間で同じである。この場合にはモータAの負荷がモータBの負荷より高いと推定される。
上記の例で説明したように、振動値は温度による影響を受ける。したがって、モータ温度の上昇に伴い、モータAの振動数が小さくなる傾向にあると考えられる。この場合、ユーザは、モータAの判定閾値をモータBの判定閾値よりも下げる必要があると判断することができる。これによりモータAの判定閾値を適切に調整することができる。
さらに、本発明の実施の形態によれば、温度の影響を考慮してデータ取得のタイミングを変更することができる。図9は、振動値、モータ温度、および周囲温度の傾向の例を示した図である。図9に示されたデータは、1日のうちのある決まった時刻に取得されたものである。図9によれば、モータ温度が低い時に振動値が高いものの、周囲温度はほとんど変化していない。これは、データ取得時刻において、モータの負荷が軽い状態あるいはモータの始動が開始された状態を示すと考えられる。
このように、装置の稼働状態などにより、データ取得時刻におけるモータの運転状態は、日ごとに異なる可能性がある。したがってユーザは、モータの運転状態にあわせて、データ取得のタイミングを変える必要性に気づくことができる。たとえばモータ表面の温度が低いタイミングでデータを取得することにより、モータの異常を早期に検出することができる。
図3に示した構成では、モータ1の周囲温度を測定するための温度センサ23は、プリアンプ4に設けられる。しかし本発明の実施の形態はこのように限定されるものではない。図10は、本発明の実施の形態に係る状態監視システム100のブロック図である。
図10に示すように、温度センサ23が本体部6に設けられてもよい。図10に示された構成では、温度センサ23の出力を増幅するアンプ26、および、アンプ26の出力信号をデジタル信号に変換するためのA/Dコンバータ38は、本体部6に設けられる。処理部31は、A/Dコンバータ38からデジタル信号を受ける。
図11は、状態監視システム100により実行される監視処理および異常判定処理を説明するためのフローチャートである。本体部6の処理部31は記憶部37に記憶されたプログラムを呼び出して実行する。これにより図11に示された処理が実行される。
図3および図11を参照して、ステップS10において、処理部31は、加速度センサ11、温度センサ12および温度センサ23によってそれぞれ検出された、モータ1の振動値、モータ1のモータ温度の値およびモータ1の周辺温度の値を取得する。ステップS11において、処理部31は、上位システムから判定閾値を取得する。ステップS11の処理が実行されるタイミングは特に限定されない。たとえばユーザが上位システムに判定閾値を入力したことをトリガとして、上位システムから本体部6に判定閾値が送信されてもよい。
ステップS12において、処理部31は、振動値を判定閾値と比較して、モータ1の状態を判定する。ステップS13において、処理部31は、その判定結果を表示部7に表示させる。表示部7は、モータ1の状態を表示する。なお、表示の態様は特に限定されない。さらにステップS14において、処理部31は、その判定結果を本体部6の外部に出力する。たとえば処理部31は、出力部35により、判定結果を表す信号を本体部6の外部に出力する。処理部31は、通信回路33を介して、上位システムに処理部31の判定結果を送信してもよい。その後、処理は、ステップS14からステップS10へと戻る。なお、ステップS13,S14のいずれか一方のみの処理が実行されてもよい。
さらに、処理部31は、ステップS15において、ステップS11において取得された振動値、モータ1の表面温度の値およびモータ1の周囲温度を表示部7に表示させる。ステップS13における表示処理と、ステップS15における表示処理とは同時に実行されてもよい。あるいは、ユーザの設定により、ステップS13における表示処理と、ステップS15における表示処理とが切替可能であってもよい。ステップS15の後、処理はステップS10に戻る。
以上のように、本発明の実施の形態によれば、モータ(回転機)の振動値に加えて、モータ自体の表面温度およびモータの周囲温度を同時に測定することにより、モータの異常判定の信頼性を向上させることができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 モータ、2 センサヘッド、3 コネクタ、4 プリアンプ、4a,4b ケーブル、5 ネジ部、6 本体部、7 表示部、10 上位システム、11 加速度センサ、12,23 温度センサ、21,22 フィルタ、24,25,26 アンプ、27,38 A/Dコンバータ、28,32,33 通信回路、31 処理部、34 ドライブ回路、35 出力部、36 電源回路、37 記憶部、100 状態監視システム、S10,S11,S12,S13,S14,S15 ステップ。
Claims (7)
- 回転機の振動を計測して振動値を出力する加速度センサと、前記回転機の表面温度を計測して、回転機表面温度値を出力する第1の温度センサとを含み、前記回転機に取り付け可能なセンサヘッドと、
前記加速度センサからの前記振動値と、前記第1の温度センサからの前記回転機表面温度値とを中継するプリアンプと、
本体部と、
前記プリアンプまたは前記本体部に設けられて、前記回転機の周囲温度を計測して周囲温度値を出力する第2の温度センサとを備え、
前記本体部は、
現在の振動値を判定閾値と比較して前記回転機の状態を判定する処理部と、
前記振動値、前記回転機表面温度値および前記周囲温度値を表示する表示部と、
前記処理部の判定結果を出力する出力部と、
上位システムから前記判定閾値を受信するとともに、前記上位システムに、前記現在の振動値および前記判定結果を送信する通信部とを備える、回転機の状態監視システム。 - 前記第2の温度センサは、前記プリアンプに内蔵され、
前記プリアンプは、前記加速度センサ、前記第1の温度センサおよび前記第2の温度センサの各々から出力されたアナログ信号を増幅するとともに、増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換する、請求項1に記載の回転機の状態監視システム。 - 前記第2の温度センサは、前記本体部に内蔵され、
前記プリアンプは、前記加速度センサ、前記第1の温度センサの各々から出力されたアナログ信号を増幅するとともに、増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、
前記本体部は、前記第2の温度センサから出力されたアナログ信号を増幅するとともに、増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換する、請求項1に記載の回転機の状態監視システム。 - 前記センサヘッドから出力されたアナログ信号を前記プリアンプに伝達するためのケーブルと、
前記センサヘッドを前記ケーブルに接続可能であるとともに、前記センサヘッドを前記ケーブルから取り外し可能なコネクタをさらに備える、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の回転機の状態監視システム。 - 回転機の振動を計測する加速度センサと、前記回転機の表面温度を計測する第1の温度センサとを含み、前記回転機に取り付け可能なセンサヘッドから、処理部が、振動値と、回転機表面温度値とを取得するとともに、前記処理部が、前記回転機の周囲温度を計測する第2の温度センサから周囲温度値を取得するステップと、
前記処理部が、現在の振動値を判定閾値と比較して前記回転機の状態を判定するステップと、
表示部が、前記振動値、前記回転機表面温度値および前記周囲温度値を表示するステップと、
出力部が、前記処理部の判定結果を出力するステップと、
通信部が、上位システムから前記判定閾値を受信するステップとを備える、回転機の状態監視方法。 - コンピュータに、
回転機の振動を計測する加速度センサと、前記回転機の表面温度を計測する第1の温度センサとを含み、前記回転機に取り付け可能なセンサヘッドから、振動値と、回転機表面温度値とを取得するとともに、前記回転機の周囲温度を計測する第2の温度センサから周囲温度値を取得するステップと、
現在の振動値を判定閾値と比較して前記回転機の状態を判定するステップと、
前記振動値、前記回転機表面温度値および前記周囲温度値を表示部により表示させるステップと、
前記判定するステップにより得られた判定結果を出力部により出力させるステップと、
上位システムから前記判定閾値を通信部により受信させるステップとを実行させる、プログラム。 - 請求項6に記載のプログラムを記録した、コンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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