(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、実施例を図面を用いて説明する。
図1は、巻上機寿命計算装置の構成図の例である。
図2は本実施例による巻上機寿命計算装置を設置するインバータ式クレーン装置の全体構成を示す斜視図、
図3はインバータ式クレーン装置の主要部の構成を示すブロック図である。
【0011】
まず、
図1を用いて巻上機寿命計算装置と巻上機との関連動作について概要を説明する。入力装置より、入力された動作指示により、巻上機の制御部が駆動部であるモータ動作させ、また、モータに近接するブレーキを開放するように動作させるよう制御し、巻上機を駆動する。そして、モータの動作状況のデータが制御部に送られ、制御部では、表示部に対して表示制御を行い、運転内容と対応する運転状況をリストにした情報を表示する。また、表示部で表示したリストを印刷することが可能であってもよい。
【0012】
次に
図2を用いて、インバータ式クレーン装置の全体構成について説明する。
インバータ式クレーン装置100は、クレーンフック1、ワイヤーロープ2、巻上誘導電動機3、巻上用装置4、横行誘導電動機5、横行用装置6、横行用ガーダー7、走行誘導電動機8、走行用装置9、走行用ガーダー10、巻上・横行インバータ装置(主制御部と称す。)11、後述する巻上・横行インバータ制御部12、操作入力装置13、後述する巻上用インバータ14、後述する横行用インバータ15、後述する誘導電動機用ブレーキ16、走行用インバータ装置17、後述する走行インバータ制御部18および後述する走行用インバータ19から構成されている。
【0013】
インバータ式クレーン装置100は、クレーンフック1に取り付けた荷物を、巻上誘導電動機3を備えた巻上用装置4によりワイヤーロープ2を巻上巻下することでZ方向(Z方向、−Z方向の矢印で示す。)即ち、上下方向に荷物を移動する。また、X方向(X方向、−X方向の矢印で示す。)には、横行誘導電動機5を備えた横行用装置6と、横行用ガーダー7によりX方向に移動する。また、Y方向(Y方向、−Y方向の矢印で示す。)には、走行誘導電動機8を備えた走行用装置9と走行用ガーダー10によりY方向に移動する。
【0014】
次に、
図3を用いてインバータ式クレーン装置の制御構成につき説明する。
巻上誘導電動機3と横行誘導電動機5は、巻上・横行用インバータ装置11に格納された
図3の巻上・横行インバータ制御部12により制御される。即ち、オペレータが操作入力装置13からの所定の指示を入力すると、巻上・横行インバータ制御部12は、巻上用インバータ14と横行用インバータ15を制御し、巻上用インバータ14と横行用インバータ15から制御に必要な周波数、電圧、電流を巻上誘導電動機3と横行誘導電動機5に加え、同時に誘導電動機用ブレーキ16を開放制御することで、クレーンフック1に取り付けられた荷物が、落下することなくZ方向に移動させる。横行用装置6の場合、横行用ガーダー7に沿って巻上用装置4をX方向に移動させる。
【0015】
同様に走行用装置9に取り付けてある走行誘導電動機8は、オペレータが操作入力装置13からの所定の指示を入力すると、走行用インバータ装置17に格納された
図3の走行インバータ制御部18が走行用インバータ19を制御し、走行用インバータ19から制御に必要な周波数、電圧、電流を走行誘導電動機8に加え、同時に誘導電動機用ブレーキ16を開放制御することで、走行用ガーダー10に沿って巻上用装置4をY方向に移動させる。
【0016】
また、巻上用インバータ14は、電流測定部20を有する。電流測定部20は、巻上用誘導電動機3を駆動するための電流値を測定する。
【0017】
また、巻上・横行インバータ制御部12は、荷重変換部21を有する。荷重変換部21は、電流測定部20で測定された電流値データを所定の計算によって荷重データに変換する。即ち、巻上用誘導電動機3を駆動するための電流値は、クレーンフック1に取り付けた荷物の重さに応じて電流値が変化するので、この電流値を荷重変換部21で荷重データに変換することで、荷重を計測することができる。例えば、荷重が重くなれば、巻上用誘導電動機3を駆動する電流値は大きくなり、荷重が軽くなれば、巻上用誘導電動機3を駆動する電流値は小さくなる。
【0018】
さらに、巻上・横行インバータ制御部12は、スベリ量測定部22を有する。スベリ量測定部22は、巻上誘導電動機3の回転状況をパルス信号で出力するエンコーダ23からの信号を回転数に換算し、運転周波数から算出される同期回転数と、測定した実回転数の差であるスベリ量を測定する。即ち、スベリ量は、クレーンフック1に取り付けた荷物の重さに応じてスベリ量が変化するので、このスベリ量を荷重変換部21で荷重データに変換することで、荷重を計測することができる。例えば、荷重が重くなれば、巻上用誘導電動機3のスベリ量は大きくなり、荷重が軽くなれば、巻上用誘導電動機3のスベリ量は小さくなる。
【0019】
ここで、インバータ制御の場合、定格速度以下の運転周波数で動作させる場合があるが、この場合、荷物の重さに応じて変化する電流値の変化量が、特に下げ方向の場合少なくなるため、精度よく判別することが難しいが、前記スベリ量による荷重判別の手段を持つことで、前記電流値の荷重判別と合わせて、精度良く荷重の判別が行える。
【0020】
前記により検出した荷重はそのまま処理に使用するものとしてもよいがデータ量が膨大になる。そこで、本実施例では、巻上機の定格荷重(100%)に対して、荷重無し(0%)、軽負荷(1〜25%)、中負荷(26〜50%)、重負荷(51〜75%)、超重負荷(76%〜)の5パターンに分類して処理に使用する。
【0021】
なお、電流値と荷重データとの関係または、スベリ量と荷重データの関係は、前もって実験的に、あるいは、所定の計算により容易に求めることができることはいうまでもない。
【0022】
荷重変換部21の具体的な荷重判別方法を
図4、5を用いて説明する。
図4は荷重判別処理の開始タイミングを示すフロー図、
図5は荷重判別処理のフロー図である。
【0023】
荷重判別処理の開始は、例えば100msごとのソフトウェア割込み処理で、誘導電動機用ブレーキ16が開放されたとき(S1)に、荷重判別処理を開始する(S4)。
【0024】
荷重判別処理は、巻上機が加速中、減速中の状態の場合、前記電流値及びスベリ量が精度良く測定できないので一定速時に電流値及びスベリ量を測定する必要がある。そこで、
図4に示すように「上」又は「下」方向の動作指示が有り(S101)、なおかつ、巻上用インバータ14が巻上誘導電動機3へ出力する周波数を、巻上・横行インバータ制御部12が指示する目標周波数と、実際に巻上用インバータ14が出力している出力周波数を比較し(S102)、指示周波数と出力周波数が同じ、または、指示周波数より出力周波数の方が大きければ、一定速状態であるので、電流値、スベリ量を取得する(S103)。
【0025】
前記の条件を満たさない場合は、荷重判別処理を初期状態に戻し処理を終了する(S109)。
【0026】
なお、電流値とスベリ量は加速中、減速中などの巻上機の状態に関わらず、常時検出を行っている。
【0027】
設定された取得回数の電流値、スベリ量の取得し(S104)、電流値とスベリ量の取得が完了したら、取得値のばらつきを抑えるため、例えば、5回分の取得値を保存後に(S110)、平均値を算出する(S105)。
【0028】
電流値及び、スベリ量各々の平均値を算出し終えたら、取得値の合計値及び取得回数のカウンタをクリアする。(S106)そして、巻上用インバータ14が出力している出力周波数の値と、設定された出力周波数の基準値(例えば30Hz)とを比較し(S107)、基準値以下である場合、スベリ量を荷重判別のパラメータとして使用し、スベリ量平均と操作方向とから荷重クラスを判定する(S108)、一方基準値より大きい場合は電流値を荷重判別のパラメータとして使用し、電流値平均と操作方向とから荷重クラスを判定する(112)。
【0029】
また、巻上機の動作方向(Z方向)により、電流値、スベリ量は変化するので、荷重判別のパラメータには動作方向も判断する必要があるが、動作方向は操作入力装置13から巻上・横行インバータ制御部12への入力を確認すれば動作方向が分かる。
【0030】
ここで、出力周波数により電流値またはスベリ量どちらか一方を荷重判別のパラメータに使用せず、両方を荷重判別のパラメータに使用してもよい。
【0031】
前記により荷重を判別するパラメータが揃ったら、前もって
図13、
図14のように決めている、区分にそって、荷重を5パターンに分類する。例えば、出力周波数60Hz、上方向の動作で電流値を11Aと検出した場合、荷重判別は中負荷と判別する(S112)。
【0032】
次に
図4に示した運転時間測定処理S5について説明する。
図3に示すように巻上・横行インバータ制御部12は、運転時間測定部24を有する。運転時間測定部24は、巻上・横行インバータ制御部12が開放制御する、誘導電動機用ブレーキ16の開放制御時間を測定し積算する。即ち、総運転時間を測定する。
【0033】
さらに、運転時間測定部24は、前記荷重判別処理により判別した荷重区分ごとの誘導電動機用ブレーキ16の開放制御時間を測定し積算する。即ち、荷重区分ごとの運転時間を測定する。
【0034】
運転時間測定部24の具体的な運転時間測定方法を
図4及び6を用いて説明する。
図6は運転時間測定処理のフロー図である。
【0035】
運転時間測定処理の開始は、例えば100msごとのソフトウェア割込み処理で、誘導電動機用ブレーキ16が開放されたとき(S1)に、荷重判別処理(S4)終了後、運転時間測定処理を開始する(S5)。
【0036】
運転時間測定処理は処理が実行される度にまず、総運転時間のカウントを1進める(S201)。次に、判別した荷重区分から、各荷重区分ごとの運転時間のカウントを1進める(S206〜S210)。前記により総運転時間と荷重区分ごとの運転時間を測定できる。
【0037】
なお、運転時間の積算した回数に対する実際の運転時間への換算は、運転時間測定処理の実行間隔で決定されることはいうまでもない。
【0038】
次に
図4に示した動作回数測定処理S6について説明する。
図3に示すように巻上・横行インバータ制御部12は、動作回数測定部25を有する。動作回数測定部25は、巻上・横行インバータ制御部12が開放制御する、誘導電動機用ブレーキ16の状態が開放された後、元に戻るときの回数を前記荷重判別処理により判別した荷重区分ごとに積算する。即ち、荷重区分ごとの動作回数を測定する。
【0039】
動作回数測定部25の具体的な動作回数測定方法を
図4、7を用いて説明する。
図7は動作回数測定処理のフロー図である。
【0040】
図4で示すように、動作回数測定処理の開始は、例えば100msごとのソフトウェア割込み処理で、誘導電動機用ブレーキ16が開放されたときに、ブレーキ開放フラグを1にセットし(S2)、誘導電動機用ブレーキ16が制動されたときに、ブレーキ開放フラグを0にセットする(S3)。前記のようにブレーキ開放フラグの操作を行ってから動作回数測定処理を開始する(S6)。
【0041】
図7に示すように、動作回数測定処理は処理が実行される度にまず、ブレーキ開放フラグの状態を確認し(S301)、また、ブレーキの動作状態も合わせて確認する(S302)。ブレーキ開放フラグが1、なおかつ、ブレーキが制動状態ならば、ブレーキ開放フラグを0にセットする(S303)。
【0042】
ブレーキ開放フラグを0にセットしたら、総動作回数のカウントを1進める(S304)。次に、判別した荷重区分から、各荷重区分ごとの動作回数のカウントを1進める(S306〜S310)。前記により総動作回数と荷重区分ごとの動作回数を測定できる。
【0043】
次に
図4に示した負荷時間率測定処理S7について説明する。まず残存寿命の算出に関して説明する。
図3に示すように巻上機の残存寿命を算出するために巻上・横行インバータ制御部12は、残存寿命算出部26を有する。残存寿命算出部26は前記により検出した、荷重区分別の運転時間より、残存寿命の算出を行う。
【0044】
残存寿命算出部26が行う巻上機の残存寿命算出の具体的な方法について説明する。巻上機の残存寿命はまず、[数1]にもとづいて荷重率を算出する。
【0046】
[数1]の荷重区分別の運転時間、総運転時間は前記により測定した値を、また、荷重割合は
図13、14に記載している値を用いる。
【0047】
次に、[数1]により算出した荷重率を、巻上機を一般的に使用した場合の荷重率0.63で除算し、(数2)より価荷重率を算出する。
(数2)
等価荷重率=(荷重率/0.63)
3
次に、(数3)より価運転時間を算出する。ここで、総運転時間は前記により測定した値を用いる。
(数3)
等価運転時間=総運転時間×等価荷重率
前記により、等価運転時間および、等価荷重率が判明したら、(数4)により残存寿命を算出する。
(数4)
残存寿命=設定総運転時間×等価運転時間
(数4)の設定総運転時間は、巻上機の仕様から判断できるので、残存寿命算出部26に初期値を設定しておけばよい。また、設定総運転時間は、後で変更可能にしておいてもよい。
【0048】
ここで、残存寿命は前記により判明するが、巻上機の残存寿命を総合的に判別するために巻上機の休止時間と運転時間の比、すなわち、負荷時間率が必要である。これは、短時間で集中的に巻上機を運転した場合、巻上誘導電動機3や巻上用インバータ14などに負荷が掛かるからである。
【0049】
負荷時間率を測定するために、巻上・横行インバータ制御部12は、負荷時間率測定部27を有する。負荷時間率測定部27は、巻上・横行インバータ制御部12が開放制御する、誘導電動機用ブレーキ16の開放制御時間を測定することで、運転時間及び、休止時間を判断し負荷時間率を算出する。
【0050】
負荷時間率の具体的な測定方法を
図4、8を用いて説明する。
図8は負荷時間率測定処理のフロー図である。
【0051】
まず、負荷時間率の一般的な算出について説明する。負荷時間率は、60分間の間に何分間運転している時間があるのかを、単位%EDを用いて表す。運転時間の測定は前記の誘導電動機用ブレーキ16の動作状態を確認することで行えるので、休止時間の測定も同じく誘導電動機用ブレーキ16の動作状態を確認することで行える。
【0052】
負荷時間率の計測は
図4のように例えば100msごとのソフトウェア割込み処理で、誘導電動機用ブレーキ16の状態によらず、常時、負荷時間率測定処理を行う(S7)。
【0053】
負荷時間率測定処理は処理が実行される度にまず、誘導電動機用ブレーキ16の動作状態を確認し運転中か停止中か判別する(S401)。運転中ならば運転時間累計に100msを加算する(S402)。
【0054】
次に、運転時間累計と停止時間累計の合計が1分以上か確認する(S403)。1分未満ならば負荷時間率計測の割込み処理を終了する。1分以上の場合、運転時間保存処理(S404)を実施する。
【0055】
ここで、運転時間保存処理(S404)について
図9を用いて説明する。運転時間保存処理(S404)は例えば1分間の運転時間を過去60個すなわち、過去60分間の運転時間を保存できるように、巻上・横行インバータ制御部12の記憶部28に60個分の保存領域を設ける([1])。保存領域は、例えば、最新の運転時間を保存する領域を領域1、次に新しい運転時間を保存する領域を領域2、以下順番で、一番古い運転時間を保存する領域を領域60とする。
【0056】
次に、運転時間保存処理(S404)が実行されるたびに、前記領域に保存したデータで、一番古いデータを消去する([2])。一番古いデータの判断は、前記記憶部に60個分の領域を取った時点で、例えば領域1のアドレスは001、領域2のアドレスは002、・・・領域60のアドレスは060のようにアドレスが自動的に割り付けられる。このアドレスは連続しているのでアドレスを確認すれば、一番古いデータが判別できる。
【0057】
次に、領域59のデータを、領域60に移動させ、さらに領域58のデータを、領域59に移動させる処理を、領域1のデータをデータ2に移動させるまで繰り返す([3])。
【0058】
次に、最新の運転時間を領域1に保存([4])することで、過去60分間の運転時間を保存することができる。
【0059】
運転時間保存処理(S404)が終了したら、運転時間累計と停止時間累計をクリアする(S405)。クリアすることで、次の1分間の運転時間が測定可能になる。
【0060】
次に、15分間の負荷時間率を算出する(S406)。算出方法は運転時間保存処理(S404)で保存した最新のデータから15分間分の運転時間を合計し、合計した運転時間を15分で除算することで、15分間の負荷時間率を算出することができる。ここで、算出した15分間の負荷時間率は、前回算出した15分間の負荷時間率と比較し、大きい方を最大値として保存してもよい。
【0061】
次に、30分間の負荷時間率(S407)、45分間の負荷時間率(S408)、60分間の負荷時間率(S409)を算出し、負荷時間率計測処理を終了する。各時間間隔の負荷時間率算出処理の方法は、15分間の負荷時間率算出処理と同様であること、また、各時間は言うまでもない。また、負荷時間率算出処理の各時間間隔を増やしたり、短くするなどの変更は容易であることは言うまでもない。
【0062】
前記により、測定や算出したデータが、電源が遮断される度に消去されると、データの蓄積ができないので意味がない。そこで、電源が遮断された際に消去されないよう保存する必要がある。
【0063】
保存する方式としては、巻上・横行インバータ制御部12にある記憶部28に保存する。また、ハードディスクやUSB等の外部記憶装置に保存しても良い。前記により、測定や算出したデータを出力する形式として、例えばPCに接続し
図10のような図象を表示すれば、ひと目で測定や算出したデータが分かり、巻上機の残存寿命を総合的に判断することが容易である。
【0064】
また、一般的なインバータ式クレーン装置の制御部に搭載されているデジタル表示器で測定や算出したデータを表示してもよい。本実施例ではデジタル表示器で測定や算出したデータを表示する方法を、
図11、
図12を用いて説明する。
【0065】
測定や算出したデータを表示するため
図11のように、巻上横行インバータ制御部12に、文字を表示させることが出来るデジタル表示器である7セグメントLED表示器29と、表示を操作するためのスイッチ30を4つ備える。
【0066】
図12に7セグメントLED表示器29で表示させる、測定や算出したデータの表示構成及び表示させる操作方法の例を示す。
【0067】
例えば、運転時間を表示させたい場合の操作は、初期表示が動作回数なので下矢印スイッチを操作し運転時間を選択する。運転時間を選択後、右矢印スイッチを操作すると総運転時間が表示される。次に、下矢印スイッチを操作すると無負荷の運転時間が表示される。以下下矢印スイッチまたは上矢印スイッチを操作すれば、総運転時間と荷重区分ごとの運転時間を表示することができる。
【0068】
本実施例により、巻上機の残存寿命を表示することができ、休止時間も含めた稼働状況の計測を行うことで、精度の良い巻上機の負荷時間率すなわち使用頻度を計測し表示することができる、巻上機寿命計算装置を提供することができる。
【0069】
さらに、総動作回数、荷重別の動作回数、総運転時間、荷重別運転時間を測定し表示することができるので、巻上機の寿命を推測する上での判断材料も提供することができる。