(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
破砕物の投入装置を備えた破砕機に、破砕用モータの負荷電流を検出する電流検出手段と、前記検出手段の検出した負荷電流出力の微分出力に基づいて破砕機の過負荷を予測する処理手段を備え、
前記処理手段の予測出力により投入装置の投入制御を行うようにした破砕機の過負荷予測システム。
【請求項２】
上記微分した微分出力のレベルとその所定レベルの発生周期とに基づいて上記処理手段が破砕機の過負荷を予測し、その予測出力により投入装置の投入制御を行うようにした請求項１に記載の破砕機の過負荷予測システム。
【請求項３】
上記処理手段が負荷電流の移動平均を導出して、その導出した移動平均と微分出力とに基づいて破砕機の過負荷を予測し、その予測出力により投入装置の投入制御を行うようにした請求項１または２に記載の破砕機の過負荷予測システム。
【請求項４】
上記移動平均の所定レベルと微分出力とに基づいて破砕機の過負荷を予測し、その予測出力により投入装置の投入制御を行うようにした請求項３に記載の破砕機の過負荷予測システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する利用分野】
この発明は、過負荷を生じないように破砕機への投入量の規制を行えるようにする破砕機の過負荷予測システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
廃棄家電、建築廃材、廃プラスチックス、粗大ごみ、コンクリートガラ、砕石・・・などの産業破棄物や一般破棄物を破砕する破砕機では、破砕用モータにサーミスタなどを使用した過負荷保護回路を備えたものを用いている。
【０００３】
そのため、モータの回転軸に過負荷が発生し、回転軸がロックすると、過負荷保護回路が作動して停止してしまう。このように、モータが破砕処理の途中で停止してしまうと、破砕機の内容物を全て取り出してからでないと再起動ができないため、復旧に多大な労力が必要となる問題があった。
【０００４】
このような問題を解決する一つの方法として、メーターリレーを用いることが行われている。
【０００５】
メーターリレーは、限界動作形の継電器の一種で、設定した電流値になると接点を開放するというものである。
【０００６】
そのため、例えば、前述の破砕機などでは、過負荷電流となる前に、メーターリレーの接点出力でもって投入装置のコンベアーの動作を制御し、破砕物の投入を規制してモータの過負荷トリップを防ぐようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような制御方法では、メーターリレーによるオン・オフ制御なので、例えば、大きさ、硬さ、粘性などの異なる破砕物が混入される実際の処理では負荷変動が大きく変わるため、投入装置が頻繁にオン・オフしたり、速度が規制され、所定の能力が得られないという問題がある。
【０００８】
また、メーターリレーが作動しても、実際に破砕物の投入がストップするまでには時間遅れがあるため、過負荷状態となってしまうことがあり、モータの瞬時停止が起こる場合があるなどの問題がある。
【０００９】
そこで、この発明の課題は、過負荷状態を予測し、能力の低下や瞬時停止を防止できるようにすることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、この発明では、破砕物の投入装置を備えた破砕機に、破砕用モータの負荷電流を検出する電流検出手段と、前記検出手段の検出した負荷電流出力の微分出力に基づいて破砕機の過負荷を予測する処理手段を備え、前記処理手段の予測出力により投入装置の投入制御を行うようにした構成を採用したのである。
【００１１】
このような構成を採用したことにより、破砕用モータの負荷電流の微分値（変化量）から破砕機が過負荷状態になる発生パターンを識別し、過負荷状態になることを予想して、過負荷状態にならないように投入装置の投入量を制御する。
【００１２】
また、このとき、上記微分した微分出力のレベルとその所定レベルの発生周期とに基づいて上記処理手段が破砕機の過負荷を予測し、その予測出力により投入装置の投入制御を行うようにした構成を採用することができる。
【００１３】
このような構成を採用することにより、微分出力のレベルは、モータ電流の立ち上がりの急峻度に比例しており、負荷の程度に比例する（瞬時にロックするほどレベルは高くなる）。また、そのレベルの発生周期は、モータが負荷を受ける間隔に比例するため、例えば、所定以上のレベルの微分出力が頻繁に検出されるようになれば（完全にロックした場合は、間隔０になる）、過負荷状態になることがリアルタイムで予測できる。
【００１４】
また、上記処理手段が負荷電流の移動平均を導出して、その導出した移動平均と微分出力とに基づいて破砕機の過負荷を予測し、その予測出力により投入装置の投入制御を行うようにした構成を採用することができる。
【００１５】
このような構成を採用することにより、負荷電流の平均値の増加を検出できるので、その増加から例えば、高含水分の廃土などのように、粘性の高い破砕物で負荷電流が徐々に増加し、電動トリップに至るような場合でも過負荷を検出できる。
【００１６】
このとき、上記移動平均の所定レベルと微分出力とに基づいて破砕機の過負荷を予測し、その予測出力により投入装置の投入制御を行うようにした構成を採用することができる。
【００１７】
このような構成を採用することにより、微分出力で検出できない負荷電流が徐々に増加するような例えば、粘性の高い破砕物が混合された場合の過負荷状態の発生も移動平均から検出できるので、破砕物の性状によらずに過負荷を検出できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１に示すように、この形態の破砕機の過負荷予測システムは、投入装置１を備えたアイダル破砕機２に適用したもので、アイダル破砕機２の起動制御盤３内に設けた電流検出手段４によって破砕用モータ５の負荷電流ＩL を検出し、その検出電圧をＡ／Ｄ変換器６によってデジタル変換したのち、デジタルコンピュータ（例えばパソコン）７で処理し、その処理した制御出力で投入装置１を制御するように構成したものである。
【００２０】
アイダル破砕機２は、内周にライナを取付けたシェル内に、破砕用モータ５で回転するブレーカ、グラインダ、チョークリングを設けて、投入された破砕物を所定の大きさに破砕するようになっている。また、破砕物をシェル内に投入するために、上述した投入装置１として、供給用コンベアが設けられている。
【００２１】
電流検出手段４は、電流変換用のトランスジューサ（ＣＴ）で、この形態の場合、破砕用モータ５の三相電力線の一相に取付けられている。
【００２２】
Ａ／Ｄ変換器６は、アナログローパスフィルタとサンプルアンドホールド回路を前段に備えたもので、サンプリング周波数１Ｈｚとして、変換した出力を順次コンピュータ７へ出力することにより負荷電流ＩL を変換したデジタルデータをリアルタイムで入力できるようになっている。
【００２３】
コンピュータ７は、図２に示すブロック図のように、デジタルフィルタで構成したローパスフィルタ８、微分用プログラム９、移動平均値算出プログラム１０及び予測用処理プログラム１１を備えている。
【００２４】
ローパスフィルタ８は、この形態の場合、ＩＩＲ型の６次無極振幅チェビシェフ特性を有するもので構成することにより、通過域の幅を狭くするのに演算回数が少なく、かつ、少ない係数で乗算回数が少なくて済む実時間処理に適したものとしている。
【００２５】
微分用プログラム９は、例えば、ＤＤＡ（デジタル微分解析機）アルゴリズムなどの差分を用いた極めて一般的なものを用いている。
【００２６】
同様に、移動平均値算出用プログラム１０も極めて一般的なもので、Ａ／Ｄ変換器から次々と出力される変換データａ0 ，ａ1 ，ａ2 ，ａ3 ，ａ4 ，ａ5 ，ａ6 ，ａ7 ，ａ8 ．．．を例えば、
0003772128.tif 000002
として求めるものである。
【００２７】
また、予測用処理プログラム１１は、これら次々と入力される微分値と移動平均とからリアルタイムで異常を検知して過負荷予測を行うためのもので、例えば、微分用プログラム９から出力される微分出力のレベルを予め設定されたしきい値と順次比較して、しきい値よりも低いレベルの微分出力を検出すると、その低いレベルの期間を測定する。そして、その継続期間を予め設定された期間と比較し、期間が短くなると異常と判定する。
【００２８】
こうすることで、微分電圧のレベルが、モータ５の負荷電流ＩL の立ち上がりの急峻度に比例するので、レベルの高さは負荷の程度に比例する（瞬時に回転軸はロックするほどレベルは高くなる）。一方、しきい値以下のレベルが継続する期間は、モータ５への負荷が軽い期間に比例するため、例えば、所定以上のレベルの微分電圧が頻繁に検出されるようになれば（周期が短くなれば）、過負荷状態になることがリアルタイムで予測できる。
【００２９】
なお、ここでは、例えば、正常なときの図３（ａ）のような負荷電流ＩL の微分値ＩL ’は、図３（ｂ）のようになるため、しきい値を設けて一定レベル以下の期間を計測できるようにしているが、逆に、一定レベル以上の期間を計測するようにしてもよい。この計測には、タイマを準備してもよいが、タイマプログラム、あるいは、内部タイマを用いても高い精度で行うことができる。
【００３０】
また、予測用処理プログラム１１は、移動平均の値も比較しており、平均値が所定のしきい値を越えて大きくなった場合に異常と判定する。ここでは、後述するように、先の微分出力の継続期間がある値を越えると有効にして異常を判定するようにしてある。
【００３１】
すなわち、移動平均はモータ５の負荷電流ＩL が急に増加しても直ちに増加せず、負荷電流ＩL が徐々に増加すると、移動平均の増加も大きくなる。このため、この増加を監視することで、例えば高含水分廃土などの粘性の高い破砕物でモータ５がユックリと停止してロック状態になるような過負荷も予測することができる。
【００３２】
このように、いろいろなタイプの負荷状態に対処できるので、投入される破砕物が性質の異なるものが混ざり合ったものであっても予測できる。そのため、この予測出力を用いることにより、例えば、図１のように、供給用コンベア１の制御装置１２を制御すれば、搬送速度による投入量の規制制御を行って、効率よく破砕機２を運転できる。
【００３３】
次に、このシステムが過負荷を正しく予測できるかどうかを、実際の破砕機２のデータを用いたシミュレーションを行って検証することにした。
【００３４】
実験は、アイダル粉砕機２を正常な運転状態にして測定した負荷電流ＩL のデータと過負荷状態にして測定した負荷電流ＩL のデータとをシステムのコンピュータ７に入力し、その結果を吟味して、予測のできることを確かめた。
【００３５】
以下、それを図面に基づいて説明する。
【００３６】
図４（ａ）は、破砕機が正常な処理状態（正常１）のときの負荷電流ＩL で、（ｂ）はその一次微分ＩL ’である。また、（ｃ）は移動平均ＡV である。移動平均ＡV は４０秒間の平均値を取るようにしてある。そのため起動後４０秒はデータは出力されない。このときの一次微分ＩL ’のしきい値＝１０での周期Ｔｆは（図では３箇所）、
５０秒≧Ｔｆ≧イコール２５秒    （２箇所）
と
Ｔｆ≧５０秒            （１箇所）
とに分類された。
また、移動平均ＡV は２５０以下であった。
【００３７】
同様に、図５（ａ）も正常な処理可能なときのもの（正常２）で、（ｂ）と（ｃ）とから一次微分値のしきい値＝１０での周期Ｔｆは（ここでは、２箇所で、起動次の立ち上がりは無視している）、
５０秒≧Ｔｆ＞２５秒
と
Ｔｆ≧５０秒
とに分類された。
移動平均は同じく、２５０未満であった。
【００３８】
ちなみに、図６（ａ）は、無負荷のときの負荷電流ＩL で（正常３）、（ｂ）と（ｃ）とから一次微分ＩL ’のしきい値＝１０での周期Ｔｆは、
Ｔｆ≧５０秒
である。
【００３９】
また、移動平均ＡV は同じ、２５０未満であった。
【００４０】
図７（ａ）は、破砕機２がトリップ停止したとき（異常１）の負荷電流ＩL で、（ｂ）と（ｃ）とから一次微分ＩL ’のしきい値＝１０での周期Ｔｆは（図では９箇所）全て
２５秒≧Ｔｆ＞５秒
に分類された。
【００４１】
移動平均ＡV は、２５０未満であった。
【００４２】
図８（ａ）は破砕機２がトリップ前に停止した後、機内の閉塞を確認したとき（異常２）の負荷電流ＩL で、一次微分ＩL ’のしきい値＝１０での周期Ｔｆは無数にできているが、全て、
２５秒≧Ｔｆ＞５秒
であった。
【００４３】
また、移動平均ＡV は、２５０未満であった。
【００４４】
図９（ａ）はロック状態のときの負荷電流ＩL で（ｂ）と（ｃ）とから一次微分値のしきい値＝１０での周期Ｔｆは（２箇所）、
２５秒≧Ｔｆ＞５秒
と
Ｔｆ≧５０秒
であった。
【００４５】
このとき、移動平均ＡV は２５０以上であった。
【００４６】
以上の結果を整理して表にすると、図１０のようになった。
【００４７】
この結果から明らかに負荷電流ＩL のレベルと周期Ｔｆ及び移動平均ＡV を監視すれば、異常状態を峻別することができる。そのため、過負荷を予想することができる。
【００４８】
また、このように、異常に応じた分類ができるので、予測出力を用いることで、図１１に示すような投入量の規制制御を行うことができる。
【００４９】
なお、上記形態では、コンピュータを使って予測システムを構成したが、これに限定されるものではなく、個別のアナログ装置を用いて構成することもできる。
【００５０】
【発明の効果】
この発明は、以上のように構成したことにより、過負荷の予測を簡単にリアルタイムで解析・異常処置に応用できる。
【００５１】
このため、破砕能力の低下や瞬時停止を防止して破砕機を効率よく運転できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態のブロック図
【図２】実施形態の要部のブロック図
【図３】実施形態の作用説明図
【図４】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）実験結果を示す波形図
【図５】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）実験結果を示す波形図
【図６】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）実験結果を示す波形図
【図７】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）実験結果を示す波形図
【図８】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）実験結果を示す波形図
【図９】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）実験結果を示す波形図
【図１０】実験結果の表
【図１１】制御方法を示す表
【符号の説明】
１  投入装置
２  アイダル破砕機
４  電流検出手段
５  破砕用モータ
６  Ａ／Ｄ変換器
７  デジタルコンピュータ
８  ローパスフィルタ
９  微分用プログラム
１０  移動平均算出用プログラム
１１  予測用プログラム
１２  制御装置
ＩL   負荷電流
ＩL ’  微分値
ＡV   移動平均
【図１】
0003772128.tif 000003
【図２】
0003772128.tif 000004
【図３】
0003772128.tif 000005
【図４】
0003772128.tif 000006
【図５】
0003772128.tif 000007
【図６】
0003772128.tif 000008
【図７】
0003772128.tif 000009
【図８】
0003772128.tif 000010
【図９】
0003772128.tif 000011
【図１０】
0003772128.tif 000012
【図１１】
0003772128.tif 000013