JPH05142033A - プラント機器の監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 多種多様の機器からなり多数の計測点を有す
るプラントにおいても、異常を簡便な装置により、しか
も短時間で処理できるプラント機器の監視装置を提供す
る。 【構成】 プラント機器の振動又は固体伝播音をセンサ
１１によって検出し、これを増幅し、Ａ／Ｄ変換した
後、判定処理部１７で異常判定を行うプラント機器の監
視装置において、前記異常判定を高周波帯域と低周波帯
域に分けて実施するよう構成したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラントの機器・設備
の監視・特に振動や固体伝播音を測定することにより異
常の有無を判定し、監視するプラント機器の監視装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】発電プラントや鉄鋼プラント、化学プラ
ントなどは数多くの機器から構成されている。これらの
大規模プラントは社会的、経済的な存在意義が非常に大
きく、計画外の停止は極力避ける必要がある。また、こ
れらのプラントは各機器が複雑に結合している巨大なシ
ステムであり、一部の機器の故障でも大きな事故へ至る
危険性がある。それゆえ機器の故障や事故をできるだけ
速く発見し、対処する必要があり、そのため、常時、巡
視点検が行われている。

【０００３】しかしながら、これらの巡視点検は多大な
時間を要するだけでなく危険を伴う場合もあり、大きな
労働負荷となっている。しかも、これらの巡視は高度な
知識と経験が必要とされるものであり、特定の人に負荷
が集中する状況となっている。このような背景から、巡
視の自動化の要求が高まってきている。

【０００４】巡視の自動化のため、機器の異常を早期に
発見する手段として最も広く行われているのは、振動や
固体伝播音による監視方法である。この方法による従来
技術をポンプ／モータに適用した場合の例につき、図８
ないし図１１を参照して説明する。

【０００５】ポンプ／モータ１にはセンサ２が取付けら
れており、このセンサからの信号は前置アンプ３および
センサ切替器４を経てアンプ５に入力され、増幅され
る。さらにＡ／Ｄ変換器６によってディジタル量に変換
され、判定処理部７に入力されて異常の有無が判定され
る。

【０００６】異常の判定処理は、例えば図９（ａ）に示
すように、ＦＦＴによって周波数領域のデータに変換し
た後、予め設定されているしきい値（図示のように周波
数の関係となる）と比較する方法、あるいは図９（ｂ）
に示すように、単純にＲＭＳ値（信号の自乗平均の平均
値であり、図９（ａ）のＦＦＴ結果のオーバーオール値
に相当する）としきい値を比較する方法などがある。な
お、センサ２としては、高周波用のＡＥセンサや、それ
以下の比較的低い周波数用の一般の加速度センサがよく
用いられている。これらのセンサは同様な原理に基づく
ものであるが、ここでは高周波用センサの代わりにＡＥ
センサ、低周波用センサの代わりに加速度センサという
表現を用いる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】プラント機器・設備は
多種多用な機器から構成されており、また、一つの機器
をとってみても、様々な部品を有している。機器の異常
が振動や固体伝播音として表われる際も、様々な周波数
成分がある。数１０ＫHz以上の高周波領域の信号は、例
えば金属のクラックや金属同士の接触、流体のリーク
音、あるいはポンプのキャビテーション等に関係する場
合が多い。これらの検出にはＡＥセンサが用いられてい
る。また数１０〜数１００Hz程度の領域は回転機器の回
転周波数成分、あるいはその高次成分の場合が多く、回
転機器の回転部の異常の大部分はこの周波数成分を監視
することにより検出されることが多い、これらは一般の
加速度センサや変位センサ等によって計測される。

【０００８】さらに、数Hz以下の振動数成分は、例えば
ポンプと配管によるサージングやウォータハンマ等、プ
ラントの複数の機器・設備の干渉によるものが多い。こ
れらは数１０Hz以上の振動成分（例えば、衝撃音や流体
音）が数Hz以下の周波数で変動することによって検出で
きる。しかしながら、前述のＡＥセンサや加速度センサ
での長時間の計測が必要となる。

【０００９】図１０はポンプを例にとって、周波数と異
常事象の関係を表示したものである。高い周波数の異常
には軸受の異常や軸のクラック、キャビテーションがあ
り、中間的な数１０Hz〜数１００Hzの周波数の異常には
アンバランスやミスアライメント等がある。さらに数Hz
以下の周波数の異常にはサージングやウォータハンマ等
がある。

【００１０】ところが、図８のような従来技術による装
置においては、限られた周波数領域の処理しかできず、
検出できる異常項目には制限があった。例えば、センサ
２をＡＥセンサとし、高周波信号の処理を行う前置アン
プ３、アンプ５、Ａ／Ｄ変換器６を用いる場合には、図
１１（ａ）に示すような原振動波形が、同図（ｂ）に示
すように低周波の信号成分が除去された波形になってし
まう。これは、アンプが飽和しないよう低周波成分をハ
イパスフィルタ等で除去しているためである。また、Ｆ
ＦＴの結果も、その分解能に限界があり、低周波領域の
信頼性は低い。従って、軸受の異常やキャビテーション
の検知はできても、アンバランスやミスアライメントの
検出は難しい。

【００１１】一方、センサ２を一般の加速度センサと
し、また前置アンプ３、アンプ５およびＡ／Ｄ変換器６
として数１０〜数１００Hzの信号成分の処理を行うもの
を用いた場合には、図１１（ｃ）に示すように、高周波
成分の情報は失われ、軸受の異常やキャビテーションの
異常は検知できない。また、サージングのように極く低
い周波数の検知は異常の判定精度を確保するためには長
時間（数秒〜数十秒）の監視が必要となる。

【００１２】このように、従来の技術においては、高い
周波数の異常と低い周波数の異常を両方ともは捕えるこ
とができず、巡視の自動化という意味からは、不完全な
監視技術であった。また、各々の異常に応じた監視装置
を設ければ種々の異常の検知が可能となるが、多種多数
の機器からなる大規模なプラントでの実現は多大なコス
トとスペースを要するため、現実的とは言えない。

【００１３】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、多種多様の機器からなり多数の計測点を有
するプラントにおいても、あらゆる異常を簡便な装置に
よりしかも短時間で処理できるプラント機器の監視装置
を提供することを目的とするものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明のプラント機器の
監視装置は、プラント機器の振動又は固体伝播音をセン
サによって検出し、これを増幅し、Ａ／Ｄ変換した後、
判定処理部で異常判定を行うプラント機器の監視装置に
おいて、前記異常判定を高周波帯域と低周波帯域に分け
て実施するよう構成したことを特徴とする。

【００１５】

【作用】上述のように構成した本発明のプラント機器の
監視装置においては、プラント機器に取付けられたセン
サにはプラント機器の振動により電気信号が発生し、こ
の信号は前置アンプによって増幅され、センサ切替器に
より高周波用アンプ及び低周波用アンプに送られる。ア
ンプで増幅された信号は各々ディジタル量に変換され、
判定処理部へ送られる。判定処理部では例えばＦＦＴに
より周波数領域のデータに変換され、高周波帯域と低周
波帯域に分けてしきい値と比較され、異常の有無、異常
事象の同定が行われる。

【００１６】

【実施例】次に、図面を参照しながら本発明の実施例を
説明する。

【００１７】図１は本発明の第１の実施例の構成図であ
り、監視対象機器としては、プラントに多数存在するポ
ンプと駆動用のモータ（ポンプ／モータ）１０が例示さ
れており、その計測点にはセンサ１１が設置されてい
る。その他の監視対象機器（図示せず）にもそれぞれセ
ンサ１１が設置されている。これらのセンサ１１は、図
２に示すように、高周波領域用のＡＥセンサ１１ａと低
周波領域用の加速度センサ１１ｂを内蔵しており、各セ
ンサからはケーブル１２ａ、１２ｂが導出され、各々前
置アンプ１３ａ、１３ｂへ接続されている。各前置アン
プ１３ａ、１３ｂからの信号はセンサ切替器１４に入力
され、多数のセンサ１１から、高周波領域と低周波領域
の一組の信号が選択される。センサ切替器１４によって
選択された一組の信号は高周波用アンプ１５ａ、低周波
用アンプ１５ｂ、高周波用Ａ／Ｄ変換器１６ａ、低周波
用Ａ／Ｄ変換器１６ｂで別々に増幅・変換された後、判
定処理部１７に入力され、異常の有無が判定される。

【００１８】上記において、ポンプ／モータ１０の振動
や固体伝播音の内、数１０ＫHz以上の超音波領域の成分
はＡＥセンサ１１ａによって検出され、それ以下の成分
は加速度センサ１１ｂによって検出される。ＡＥセンサ
１１ａ及び加速度センサ１１ｂからの信号は高周波用ア
ンプ１５ａ又は低周波用アンプ１５ｂで増幅されるが、
この際、高周波用アンプ１５ａでは数１０ＫHz以上の成
分のみが増幅され、低周波用アンプ１５ｂではそれ以下
の成分のみが増幅される。各々のアンプで増幅された信
号はＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂでディジタル量に変換
されるが、高周波用Ａ／Ｄ変換器１６ａでは数１０ＫHz
〜数１００ＫHzの信号成分を処理するため、数１００Ｋ
Hz〜数ＭHzのサンプリング周期でＡ／Ｄ変換が行われ
る。また、低周波用Ａ／Ｄ変換器１６ｂにおいても適切
なサンプリング周期が設定されている。 判定処理部１
７では、ＦＦＴにより所定の周波数領域毎のデータに変
換され、図３に示すように低周波、高周波各々の予め設
定されたしきい値と比較される。これらのしきい値を越
えた場合に、異常と判定される。

【００１９】例えば、ポンプ／モータ１０のポンプにキ
ャビテーションが発生した場合には、非常に高い周波数
の振動あるいは固体伝播音が発生し、センサ１１で検出
されることになる。センサ１１の中、加速度センサ１１
ｂではそれらの高周波信号は検出できないが、ＡＥセン
サ１１ａによって捕えられる。ＡＥセンサ１１ａからの
信号は前置アンプ１３ａ及びセンサ切替器１４を経て高
周波用アンプ１５ａで増幅され、さらに高周波用Ａ／Ｄ
変換器１６ａで短いサンプリング周期でＡ／Ｄ変換され
る。さらに判定処理部１７でＦＦＴにより周波数領域の
データに変換され、図３（ｂ）で示すように、しきい値
と比較され、異常と判定される。

【００２０】アンバランス等、比較的低い周波数での異
常は、加速度センサ１１ｂで検出され、上記と同様に、
前置アンプ１３ｂ及びセンサ切替器１４を経て低周波用
アンプ１５ｂで増幅され、さらに低周波用Ａ／Ｄ変換器
１６ｂで比較的長いサンプリング周期でＡ／Ｄ変換され
る。さらに判定処理部１７でＦＦＴにより周波数領域の
データに変換され、図３（ａ）に示すように、しきい値
と比較され、異常と判定される。以上説明したように、
本実施例によれば、簡単な装置により、高周波から低周
波までの任意の周波数帯域の異常を検出することができ
る。

【００２１】ところで、一般に高周波用のセンサでもあ
る程度の低周波振動を捕えることができる。この性質を
利用してセンサを小さくしたのが図４の実施例である。
この例では、センサとして高周波用であるＡＥセンサが
用いられ、前置アンプ２０に内蔵されるバンドパスフィ
ルタ２１ａ（高周波成分のみを通過させるハイパスフィ
ルタ）及び２１ｂ（低周波成分のみを通過させるローパ
スフィルタ）によって信号が高周波と低周波に分割さ
れ、各々高周波用前置アンプ２２ａと低周波用前置アン
プ２２ｂによって別々の信号として導出される。これ以
外の構成図は図１と同じである。このようにすれば、セ
ンサは計測点毎に１個となり、より簡便に監視装置を構
成できる。

【００２２】図５は、複数のサンプリング周期を有する
Ａ／Ｄ変換器を用いた実施例である。高周波用アンプ１
５ａと低周波用１５ｂからの信号は信号切替器３０を経
て複数のサンプリング周期を持つＡ／Ｄ変換器３１へ至
る。サンプリング周期指示部３２は、高周波用アンプ１
５ａからの信号を選択したときには高い周波数のサンプ
リング周期をＡ／Ｄ変換器３１へ指示し、低周波用アン
プ１５ｂからの信号を選択したときには低い周波数のサ
ンプリング周期をＡ／Ｄ変換器３１へ指示する。この実
施例によれば、１個のＡ／Ｄ変換器で済むことになり、
よりコンパクトなプラント機器の監視装置が実現でき
る。

【００２３】なお、以上の説明においては、高周波と低
周波の２系列のみの例を示したが、３系列以上に増やす
と、より精度が向上することは言うまでもない。特に、
図４、図５の実施例は３系列以上の信号周波数帯域を有
する監視装置を構成する際に効果がある。

【００２４】大規模なプラントでの監視のように、計測
点の数が増加してくると、計測処理に要する時間が問題
となる。高周波の処理より低周波の処理が長時間を要す
ることは言うまでもない。例えば、ポンプのサージング
を検知するには数Hz以下の周期の事象を捕える必要があ
り、精度を確保するためのＦＦＴの平均化処理等を考え
れば、数秒〜数十秒必要となる。このような場合に有効
な実施例を図６に示す。 同図において、異常判定部は
高周波異常判定部１７ａと、低周波異常判定部１７ｂ
と、低周波異常仮判定部１７ｃとから成り、高周波用の
Ａ／Ｄ変換器１６ａからの信号は、高周波異常判定部１
７ａ及び低周波異常仮判定部１７ｃへ送られる。また、
低周波異常仮判定部１７ｃで低周波異常の疑い有りと判
定されたときは低周波処理指令信号４０が発せられ、低
周波Ａ／Ｄ変換器１６ｂ、低周波異常判定部１７ｂの処
理が実行される。なお、低周波異常仮判定部１７ｃとし
ては、例えば通常のＦＦＴ処理での低周波領域のデータ
を用いてもよいし、あるいはＡＲモデルや最大エントロ
ピー法等によって低周波成分を推測したりする方法等を
用いてもよい。

【００２５】このような構成のプラント機器監視装置に
おいては、通常は高周波信号のみが処理されるので、１
計測点あたりの計測処理時間は短い。もし低周波異常が
発生、あるいはそれに近い状態になれば、低周波異常仮
判定部１７ｃで疑い有りと判定され、低周波信号の処理
が実行される。これは低周波の異常が発生、あるいはそ
れに近い状態のときのみ、長時間を要する低周波の異常
判定処理が行われることを意味する。従って、トータル
の処理時間は大幅に短縮される。

【００２６】次に、可搬式のプラント機器監視装置の実
施例を説明する。図７（ａ）は本実施例の外観を示すも
ので、５０は手で持つことによって振動を捕えるセンサ
プローブであり、その検出信号は監視装置本体５１へ導
かれる。監視装置本体５１で処理された結果は表示装置
５２へ表示される。また、監視装置本体５１にはセンサ
プローブ５０を対象機器に押付けている間中、点灯する
計測中ランプ５３が備えられている。

【００２７】図７（ｂ）は監視装置本体５１の内部構成
を示したもので、センサプローブ５０からの信号は、前
置増幅器（図示せず）で増幅された後、高周波信号は高
周波用アンプ１５ａへ送られ、低周波信号は低周波用ア
ンプ１５ｂへ送られる。これらのアンプ１５ａ、１５ｂ
からの信号はＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂによってディ
ジタル値へ変換され、高周波信号は高周波異常判定部１
７ａ及び低周波異常仮判定部１７ｃへ送られる。低周波
異常仮判定部１７ｃで異常の疑い有りと判定された場合
は低周波処理指令４０が送られ、低周波Ａ／Ｄ変化器１
６ｂと低周波異常判定部１７ｂが動作する。高周波異常
判定部１７ａ及び低周波異常判定部１７ｂの出力は表示
装置５２に表示される。また、高周波異常判定部１７ａ
又は低周波異常判定部１７ｂが動作中、すなわち高速処
理実行中と、低周波異常判定１６ｂが動作中（従って、
センサプローブ５０を対象機器に押し当てる必要がある
間中）には計測中ランプ５３が点灯する。

【００２８】この実施例においては、例えばポンプの軸
受異常のように短時間で終了する処理と、アンバランス
やガタのように比較的低い周波数で何度も平均化処理を
必要とする処理を行う必要がある場合でも、計測を短時
間で終了できる。計測の時間（すなわちセンサプローブ
４０を対象機器に押付けている時間）は短い場合と長い
場合があるが、作業員はランプの点灯により計測中であ
ることを知ることができ、誤計測の心配はない。なお、
この可搬式のプラント機器監視装置は図６の実施例に適
用した例であるが、第１の実施例のように単純に複数周
波数帯域の処理を行う場合にも適用できるのは勿論であ
る。

【００２９】

【発明の効果】以上のべたように、本発明によれば、高
周波から低周波まで広い範囲の振動や固体伝播音を有効
に検出し、プラント機器の異常の判定を簡便に実施する
ことができる。従って、プラント機器・設備の巡視点検
の負荷を大幅に軽減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置の第１の実施例の構成図、

【図２】第１の実施例におけるセンサの詳細図、

【図３】第１の実施例の判定方法を説明するグラフ、

【図４】本発明装置におけるセンサの変形例を示す構成
図、

【図５】本発明装置におけるＡ／Ｄ変換器の変形例を示
す構成図、

【図６】本発明装置の他の実施例の構成図、

【図７】本発明を可搬型へ適用した実施例の構成図、

【図８】従来のプラント機器の監視装置の構成図、

【図９】従来の判定方法を説明するグラフ、

【図１０】ポンプの異常現象と周波数の関係を示す説明
図、

【図１１】ＡＥセンサと加速度センサの処理の概念を説
明するグラフ。

【符号の説明】 １、１０…ポンプ／モータ、２、１１…センサ、３、１
３ａ、１３ｂ、２０…前置アンプ、４、１４…センサ切
替器、５…アンプ、６、３１…Ａ／Ｄ変換器、７、１７
…判定処理部、１１ａ…ＡＥセンサ、１１ｂ…加速度セ
ンサ、１５ａ…高周波用アンプ、１５ｂ…低周波用アン
プ、１６ａ…高周波用Ａ／Ｄ変換器、１６ｂ…低周波用
Ａ／Ｄ変換器、１７ａ…高周波異常判定部、１７ｂ…低
周波異常判定部、１７ｃ…低周波異常仮判定部、２１
ａ、２１ｂ…バンドパスフィルタ、２２ａ…高周波用前
置アンプ、２２ｂ…低周波用前置アンプ、３０…信号切
換器、３２…サンプリング周期指示部、４０…低周波処
理指令信号、５０…センサプローブ、５１…監視装置本
体、５２…表示装置、５３…計測中ランプ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラント機器の振動又は固体伝播音をセ
   ンサによって検出し、これを増幅し、Ａ／Ｄ変換した
   後、判定処理部で異常判定を行うプラント機器の監視装
   置において、前記異常判定を高周波帯域と低周波帯域に
   分けて実施するよう構成したことを特徴とするプラント
   機器の監視装置。