(57)【要約】【課題】  ポンプやモーターの回転部分のベアリングや羽根車などの劣化を検出し、ポンプやモーターが故障する前に、メンテナンスを実施し、故障を未然に防ぐことが可能な設備診断システム及びポンプ又はモーターとシステム制御装置を提供する。【解決手段】  振動により変形するひずみセンサと振動により発電する素子からなる電源とが形成され、ポンプ２０又はモーター２１のケーシングに取り付けてひずみ量を測定するセンサネット端末５０と、センサネット端末５０で測定したひずみ量を無線で送信するためのアンテナ６０と、無線で送信されたデータを受信する基地局端末７０と、基地局端末７０が受信したデータを解析するシステム制御装置１２とからなり、解析して得たひずみ量の波形からポンプ又はモーターの振動数を検出する。【選択図】        図１
2005164315.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動により変形するひずみセンサと振動により発電する素子からなる電源とが形成され、ポンプ又はモーターのケーシングに取り付けてひずみ量を測定するセンサネット端末と、該センサネット端末で測定したひずみ量を無線で送信するためのアンテナと、無線で送信されたデータを受信する基地局端末と、基地局端末が受信したデータを解析するシステム制御装置とからなり、解析して得たひずみ量の波形からポンプ又はモーターの振動数を検出することを特徴とする設備診断システム。
【請求項２】
振動により変形するひずみセンサと振動により発電する素子からなる電源とが形成され、ポンプ又はモーターの回転部に取り付けてひずみ量を測定するセンサネット端末と、該センサネット端末で測定したひずみ量を無線で送信するためのアンテナと、無線で送信されたデータを受信する基地局端末と、基地局端末が受信したデータを解析するシステム制御装置とからなり、解析して得たひずみ量の波形からポンプ又はモーターの回転部の振動数を検出することを特徴とする設備診断システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の設備診断システムにおいて、
検出した振動数の変化からポンプ又はモーターの劣化を判定することを特徴とする設備診断システム。
【請求項４】
振動により変形するひずみセンサと振動により発電する素子からなる電源とが形成されたセンサネット端末を、ケーシング又は回転部に取り付けたことを特徴とするポンプ。
【請求項５】
振動により変形するひずみセンサと振動により発電する素子からなる電源とが形成されたセンサネット端末を、ケーシング又は回転部に取り付けたことを特徴とするモーター。
【請求項６】
振動により変形するひずみセンサと振動により発電する素子からなる電源とが形成され、ポンプ又はモーターのケーシング又は回転部に取り付けたセンサネット端末で測定したひずみ量を、解析して得たひずみ量の波形からポンプ又はモーター又はその回転部の振動数を検出することを特徴とするシステム制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、設備診断システム及びポンプ又はモーターとシステム制御装置であり、特に上下水道の給水、配水設備や、産業用の生産設備に使用するポンプやモーターの劣化を診断し、メンテナンスや修理を効率化するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
上下水道の給水、配水設備や、産業用の生産設備に使用するポンプやモーターは設備の中心となる機器であり、メンテナンスや修理対象の装置として特に重要なものである。従来は、ポンプやモーターのメンテナンスは、定期的に点検をするか、故障が発生した時に修理や、交換をすることにより実施していた。このため、ポンプやモーターの劣化を検出して、故障が発生する前にメンテナンスを実施し、故障を未然に防止することは困難だった。そのため、ポンプやモーターのメンテナンスの提案として特許文献１等が知られている。
【特許文献１】特開２００３−６７５１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、ポンプやモーターの回転部分のベアリングや羽根車などの劣化を検出し、ポンプやモーターが故障する前に、メンテナンスを実施し、故障を未然に防ぐことが可能な設備診断システム及びポンプ又はモーターとシステム制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、振動により変形するひずみセンサと振動により発電する素子からなる電源とが形成され、ポンプ又はモーターのケーシングに取り付けてひずみ量を測定するセンサネット端末と、該センサネット端末で測定したひずみ量を無線で送信するためのアンテナと、無線で送信されたデータを受信する基地局端末と、基地局端末が受信したデータを解析するシステム制御装置とからなり、解析して得たひずみ量の波形からポンプ又はモーターの振動数を検出する設備診断システムである。
【０００５】
また、本発明は、振動により変形するひずみセンサと振動により発電する素子からなる電源とが形成され、ポンプ又はモーターの回転部に取り付けてひずみ量を測定するセンサネット端末と、該センサネット端末で測定したひずみ量を無線で送信するためのアンテナと、無線で送信されたデータを受信する基地局端末と、基地局端末が受信したデータを解析するシステム制御装置とからなり、解析して得たひずみ量の波形からポンプ又はモーターの回転部の振動数を検出する設備診断システムである。
【０００６】
そして、本発明は、検出した振動数の変化からポンプ又はモーターの劣化を判定する設備診断システムである。
【０００７】
更に、本発明は、振動により変形するひずみセンサと振動により発電する素子からなる電源とが形成されたセンサネット端末を、ケーシング又は回転部に取り付けたポンプである。
【０００８】
また、本発明は、振動により変形するひずみセンサと振動により発電する素子からなる電源とが形成されたセンサネット端末を、ケーシング又は回転部に取り付けたモーターである。
【０００９】
そして、本発明は、振動により変形するひずみセンサと振動により発電する素子からなる電源とが形成され、ポンプ又はモーターのケーシング又は回転部に取り付けたセンサネット端末で測定したひずみ量を、解析して得たひずみ量の波形からポンプ又はモーター又はその回転部の振動数を検出するシステム制御装置である。
【００１０】
ポンプやモーターは、正常に運転している間は高周波成分の振動が発生しているのに対し、ポンプやモーターが劣化してくると、低周波成分の振動が出現する。本発明は、この特性を使って、振動数を検出することにより、ポンプやモーターの劣化を検出するものである。
【００１１】
ポンプやモーターの振動数を検出する手順は、次のように行うことができる。
（１）センサネット端末に内蔵するひずみセンサで、ポンプやモーターのひずみを測定する。
（２）センサネット端末に内蔵する電源を使用して、ひずみ信号を無線でシステム制御装置へ送信する。
（３）システム制御装置では受信したひずみデータの波形を解析し、ポンプやモーターの振動数を検出する。
システム制御装置は、上記の手順で検出したポンプとモーターの振動数とその振動数の経年変化から、ポンプとモーターの劣化の程度を判定する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、ポンプやモーターの振動数を、無線を利用して、非接触で測定することができる。ポンプやモーターへセンサを取りつけ、センサに配線してデータを取得するためには、多大な工数がかかるが、無線でセンサのデータを取得するため、配線工数が不要となる。また、無線化することにより、比較的高価なシステム制御装置１台に対して、安価な複数のセンサネット端末を接続して、複数のポンプやモーターを一度に監視することができる。生産現場には複数のポンプやモーターが並んで使用される場合が多いため、無線によるセンシングはコストの低減に寄与する。
【００１３】
また、ひずみセンサはワンチップ化が簡単であり、小型で安価なセンサーとすることができる。
【００１４】
センサネット端末の電源には、機器に自然に存在する微小振動で発電する素子を使用することが可能であり、また、ひずみセンサと一体化してワンチップ化ができるため、安価に量産することが可能となる。
【００１５】
また、ひずみ信号の波形そのものをシステム制御装置へ送信するため、センサネット端末側で、信号を記録したり、処理したりする必要がないため、センサネット端末側のＣＰＵとメモリの負担が軽くできる。このため、ひずみセンサと電源のワンチップは、特定用途専用のプログラムがなく、汎用の用途向けに振動数を測定するセンサネット端末とでき、量産が可能となる。
【００１６】
このような、ひずみセンサと電源をワンチップとしたセンサネット端末は、工場でポンプやモーターを生産する時にあらかじめ標準で組み込んでおくことが可能となり、工場出荷後に、振動数の測定が必要になった時にシステム制御装置を準備することにより、メンテナンスの管理を実行できる。このため、ポンプやモーターの劣化を管理するシステムを構築することが容易になる。このような特徴を持つため、ひずみセンサと電源をワンチップ化したセンサネット端末を内蔵したポンプやモーターの付加価値を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明を実施するための最良の形態を説明する。
本発明の設備診断システム及びポンプ又はモーターとシステム制御装置の一実施例について、図面を用いて説明する。以下の実施例では、振動数を測定する対象をポンプとしているが、モーターの場合も、全く同じ説明となる。
【実施例】
【００１８】
図１に実施例１の設備診断システムの構成を示す。ポンプ２０ａ〜２０ｃのケーシングにセンサネット端末５０ａ〜５０ｃを取り付ける。センサネット端末５０は、ポンプ２０のケーシングに貼り付けられ、センサネット端末５０に内蔵されたひずみセンサがポンプ２０のケーシングのひずみを測定する。ここで測定されるひずみのうち、静的なひずみものを除いた動的なひずみは、ポンプの振動によるものである。
【００１９】
センサネット端末５０が測定するひずみデータは無線で送信され、基地局端末７０がそのデータを受信する。受信したひずみ波形はシステム制御装置１２がデータ処理し、ポンプ２０の振動数を検出する。ポンプ２０の劣化を示す低周波の振動数が検出されたポンプ２０はメンテナンスが必要になったとして、システム制御装置１２の画面上に警告を表示する。
【００２０】
システム制御装置１２は、複数のポンプ２０ａ〜２０ｃの振動数を測定する。ポンプ２０ａ〜２０ｃのどのポンプから来た信号であるかを区別するため、センサネット端末５０ａ〜５０ｃは、自分が送信する無線信号の中に自分のＩＤ番号を入れておく。
【００２１】
図２にひずみデータから振動数を検出する方式の一例を示す。ポンプ２０の振動（ひずみの値）を一番上のグラフで示す。下の矩形波のグラフは、センサネット端末５０が無線信号を送信するタイミングを示す。センサネット端末５０は、ポンプ２０に自然に存在する微小振動で発電する素子を利用した電源を持つため、この矩形波で示すように、ｔ秒間通信すると、通信する電力を充電するためにしばらく休み、またｔ秒間通信するという動作を繰り返す。
【００２２】
図２の例では、ｔ秒間の間に１２回データを送信している。この間、１２回のひずみ値をセンサネット端末５０は送信する。図の例では、ひずみ値は、下記のようになっている。
１回目のひずみ値・・・・ひずみ量：７
２回目のひずみ値・・・・ひずみ量：１０
３回目のひずみ値・・・・ひずみ量：８
・
・
１２回目のひずみ値・・・ひずみ量：１０
このひずみ量の値：７、１０、８、・・・・・１０を通信で受信し、システム制御装置１２は、ポンプ２０の振動の波形がわかる。
【００２３】
このひずみ値は、送信する時の生のデータであるため、センサネット端末５０は、ＣＰＵ、メモリなどの要素を使用してデータを処理する必要がなく、直接ひずみ値を送信すれば良い。このため、センサネット端末５０の構造を単純化することができる。データ送信の周期をポンプ２０の振動の周期より十分細かくすることにより、ポンプ２０の振動の波形を復元することができる。また、その結果から、振動数を求めることができる。
【００２４】
ポンプ２０の高周波の振動まで測定する必要がある場合には、データ送信の周期の速いセンサネット端末５０を利用して、ポンプ２０のひずみ波形を細かいピッチで捕らえられるようにする。
【００２５】
ここで測定するのは、振幅ではなく、周波数であるため、通常のセンサに必要な厳密な校正（補正）が不要であるため、センサの扱いが簡単である。また、ひずみセンサを張りつける方向の精度も高精度でなくとも、周波数が測定できるため、センサネット端末５０の取り付けが容易である。
【００２６】
図３にセンサネット端末５０のモーター２１への取り付け方法の一例について示す。通常、センサをポンプ、モーターへ取り付ける場合には、取り付け位置の精度が要求される。しかし、本実施例では、振動数を測定するものであって、ひずみ量の絶対値の精度に高精度は要求されないため、図に示す通り、取り付け精度に誤差があっても良く、取り付け時のコストを低減することができる。
【００２７】
図４にセンサネット端末５０をモーター２１の回転軸２２に取りつける方法の一例を示す。従来、回転軸２２にセンサを取り付けようとすると、センサへの配線の処理ができないため、困難であったが、センサネット端末５０は無線式であるため、回転軸２２に取り付けても配線処理の問題がなく、回転軸２２の振動を測定することができる。これにより、回転軸２２の異常な低振動を直接測定でき、ポンプやモーターの劣化診断が容易になる。
【００２８】
図５は、本発明の実施の形態に係る無線ネットワークの接続の一例の構成図である。図５に示すように、無線ネットワークは、ひずみセンサで測定したデータを基地局端末７０に送信するセンサネット端末５０ａ〜５０ｃ、センサネット端末５０から受信したデータやその他の情報をネットワーク９に送信する基地局端末７０ａ〜７０ｄ、ネットワーク９を介して基地局端末７０からデータを受信するシステム制御装置１２、及び、ネットワーク９から構成される。システム制御装置１２が受信したデータは、制御情報ＤＢ１３に格納される。ここで、基地局端末７０がネットワーク９に送信するデータとしては、各センサネット端末５０から送付される無線パケットに含まれるセンサ測定値、センサ測定時刻、センサネット端末の識別情報、及び無線パケットの受信時刻、無線パケットを受信した基地局端末７０の識別情報がある。
【００２９】
図６は、本発明の実施の形態に係るセンサネット端末のブロック構成及び外観イメージの一例を示す図である。図６（ａ）に示すように、センサネット端末５０は、その中枢機能を実現するＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ、大規模集積回路）５１、基地局端末７０とのデータの送受信を行うアンテナ６０、振動の変位に応じて変形するセンサ６１、及び電源６２から構成される。ここで、センサ６１はひずみゲージである。電源６２には１次電池、充電可能な２次電池、及び発電素子（太陽光発電素子、振動発電素子、マイクロ波発電素子等）と発電エネルギーを蓄えるコンデンサあるいは２次電池、あるいはこれら電池の組み合わせである。ＬＳＩ５１は、アンテナ６０に接続され、基地局端末７０とのデータの送受信を制御する無線送受信回路５２、ＬＳＩ５１の全体制御を行うＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）であるコントローラ回路５３、センサネット端末５０の識別情報を記録する不揮発性メモリ（例えば、フラッシュメモリ）である識別情報記録回路５４、センサ６１から入力したデータをＡ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ）変換するＡ／Ｄ変換回路５５、プログラムを記録するＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）であるプログラムメモリ５６、プログラムを実行するときのワーク用ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）である作業用メモリ５７、一定間隔の信号（クロック信号）を発生させるタイマ回路５８、及び電源６２から供給される電力を一定の電圧に調整すると共に、電力不要のときに電源を切断し、消費電力を抑制する制御を行う電源制御回路５９から構成される。ＬＳＩ５１は、１チップに限定されるものではなく、複数チップを搭載したボード又はＭＣＰ（Ｍｕｌｔｉ  Ｃｈｉｐ  Ｐａｃｋａｇｅ）であってもよい。
【００３０】
また、図６（ｂ）に示すように、センサネット端末５０の外観は、アンテナ６０、センサネット端末５０本体部及びセンサ６１に分かれており、センサネット端末５０本体部上にＬＳＩ５１と電源６２とが設けられている。
【００３１】
識別情報記録回路５４に記録される識別情報としては、センサネット端末５０間で一意の識別番号の他、センサネット端末５０が添付される対象物の識別情報やその属性があげられる。
【００３２】
図７は、本発明の実施の形態に係る基地局端末のブロック構成及び外観イメージの一例を示す図である。図７（ａ）に示すように、基地局端末７０は、ＬＳＩ７１、センサネット端末５０とのデータの送受信を行うアンテナ８０、ネットワーク９に接続するネットワーク接続機器８１、及び電源６２から構成される。ＬＳＩ７１は、アンテナ８０に接続され、センサネット端末５０とのデータの送受信を制御する無線送受信回路７２、コントローラ回路７３、センサネット端末５０の位置測定に関する情報（具体的には、無線パケットの送受信時刻や無線の電界強度）及びコイルの識別情報を記録する不揮発メモリ（例えば、フラッシュメモリ）である位置及び識別情報記録回路７４、ネットワークプロトコルに則ってネットワーク９とのデータの送受信を制御するネットワークインタフェース回路７５、プログラムメモリ７６、作業用メモリ７７、タイマ回路７８、及び、電源制御回路７９から構成される。
【００３３】
また、図７（ｂ）に示すように、基地局端末７０の外観は、アンテナ８０、基地局端末７０本体部及びネットワーク接続機器８１に分かれており、基地局端末７０本体部上にＬＳＩ７１と電源８２とが設けられている。
【００３４】
なお、以上の説明においては、センサネット端末５０と共通する部分（同一の名称）の詳細説明を割愛した。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】設備診断システムの一例の構成図。
【図２】ひずみデータとセンサネット端末がデータを送信するタイミングの一例を示す図。
【図３】センサネット端末をポンプやモーターに付ける時の角度の精度の一例に関する図。
【図４】回転軸にセンサネット端末を取り付ける態様の一例の説明図。
【図５】本発明の実施の形態に係る無線ネットワークの接続の一例の構成説明図。
【図６】本発明の実施の形態に係るセンサネット端末のブロック構成及び外観イメージの一例の説明図。
【図７】本発明の実施の形態に係る基地局端末のブロック構成及び外観イメージの一例の説明図。
【符号の説明】
【００３６】
１２  システム制御装置
１３  制御情報ＤＢ
２０  ポンプ
２１  モーター
２２  回転軸
５０  センサネット端末
５１  ＬＳＩ
５２  無線送受信回路
５３  コントローラ回路
５４  識別情報記録回路
５５  Ａ／Ｄ変換回路
５６  プログラムメモリ
５７  作業用メモリ
５８  タイマ回路
５９  電源制御回路
６０  アンテナ
６１  センサ
６２  電源
７０  基地局端末
７１  ＬＳＩ
７２  無線送受信回路
７３  コントローラ回路
７４  位置及び識別情報記録回路
７５  ネットワークインタフェース制御回路
７６  プログラムメモリ
７７  作業用メモリ
７８  タイマ回路
７９  電源制御回路
８０  アンテナ
８１  ネットワーク接続機器
８２  電源
９  ネットワーク
【図１】
2005164315.tif 000003
【図２】
2005164315.tif 000004
【図３】
2005164315.tif 000005
【図４】
2005164315.tif 000006
【図５】
2005164315.tif 000007
【図６】
2005164315.tif 000008
【図７】
2005164315.tif 000009