CN109997087B - 故障诊断系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的故障诊断系统具备：传感器(10)，设置于多个诊断对象装置的各个诊断对象装置上并且检测对应的诊断对象装置的诊断对象信息；及处理单元(20)，对应于一台或多台诊断对象装置而设置，并且对通过传感器(10)检测出的诊断对象信息进行处理。处理单元(20)能够执行第1处理模式及进行与第1处理模式不同的处理的第2处理模式，并且按照被选择的处理模式对诊断对象信息进行处理。

Description

故障诊断系统
技术领域
本发明涉及一种故障诊断系统。
背景技术
已知有一种用于检测例如马达、齿轮马达、齿轮箱等设备的故障的故障诊断系统。故障诊断系统通常具备配置于诊断对象装置的传感器及根据来自传感器的信息判定诊断对象装置中是否发生异常的处理单元。以往，例如提出有如专利文献1中记载的故障诊断系统。
以往技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2003-88178号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
本发明的一种实施方式的例示目的之一在于提供一种便利性更高的故障诊断系统。
用于解决技术课题的手段
本发明的一种实施方式的故障诊断系统具备：传感器，设置于多个诊断对象装置的各个诊断对象装置上并且检测对应的诊断对象装置的诊断对象信息；及处理单元，对应于一台或多台诊断对象装置而设置，并且对通过传感器检测出的诊断对象信息进行处理。处理单元能够执行第1处理模式及进行与第1处理模式不同的处理的第2处理模式，并切按照被选择的处理模式对诊断对象信息进行处理。
另外，以上的构成要件的任意组合或在方法、装置、系统等之间相互替换本发明的构成要件或表现的方式也作为本发明的方式而有效。
发明效果
根据本发明，能够提供一种便利性更高的故障诊断系统。
附图说明
图1是表示实施方式所涉及的故障诊断系统的结构的示意图。
图2是表示图1的处理单元的功能及结构的框图。
图3是图2的传感器信息保持部的数据结构图。
图4是表示诊断设定信息的输入画面的图。
图5是表示通知画面的图。
具体实施方式
以下，在各附图中，对相同或同等的构成要件、部件及工序标注相同的符号，并适当省略重复说明。并且，为了便于理解，在各附图中，适当放大或缩小表示部件的尺寸。并且，在各附图中，省略对实施方式的说明并不重要的一部分部件。
图1是表示实施方式所涉及的故障诊断系统100的结构的示意图。故障诊断系统100检测齿轮马达2a、2b、2c(统称为齿轮马达2)的异常，并帮助其分析。另外，故障诊断系统100也可以用于检测齿轮马达2以外的例如马达、齿轮箱、引擎、机床、成型机等诊断对象装置的异常。
故障诊断系统100具备传感器10a、10b、10c(统称为传感器10)、处理单元20及终端装置30。在本实施方式中，传感器10a、10b、10c分别与处理单元20有线连接。并且，处理单元20与终端装置30有线连接或无线连接。另外，在图1中示出了在处理单元20连接有三个传感器10的情况，但是，只要在处理单元20的传感器连接端口的端口数量范围内，与处理单元20连接的传感器10的数量并不受限。因此，例如，也可在处理单元20仅连接有一个传感器10。
传感器10a、10b、10c分别安装于齿轮马达2a、2b、2c。传感器10在本实施方式中为振动传感器，其检测在对应的齿轮马达2中产生的振动，生成表示振动的大小的振动信息(诊断对象信息)并将其发送给处理单元20。另外，在图1中示出了各个齿轮马达2上分别安装有一个传感器10的情况，但是，也可在各个齿轮马达2上连接两个以上的传感器10。当然，也可以仅在一部分齿轮马达2上安装两个以上的传感器10。并且，关于齿轮马达2中的传感器10的安装位置，通过实验或模拟试验等来确定适于异常检测的位置即可。
处理单元20对从各个传感器10发送过来的振动信息执行规定的处理。在本实施方式中，处理单元20反复执行根据从传感器10a、10b、10c发送过来的振动信息来判定在齿轮马达2a、2b、2c中是否产生了异常的诊断处理。并且，处理单元20将判定结果发送给终端装置30。
终端装置30为由用户进行操作的信息处理装置。终端装置30显示输入画面(将在图4中进行说明)，所述显示画面用于输入与判定齿轮马达2是否产生了异常的诊断处理相关的设定信息(以下，称为“诊断设定信息”)。终端装置30向处理单元20上传从输入画面输入的诊断设定信息。并且，终端装置30将从处理单元20发送过来的诊断处理的判定结果显示于规定的显示部。用户通过确认显示于显示部的判定结果，能够得知在齿轮马达2中产生了异常的情况。
图2是表示处理单元20的功能及结构的框图。关于在此示出的各框，在硬件上，能够通过以计算机的CPU或存储器为代表的元件或机械装置来实现，在软件上，能够通过计算机程序等来实现，在此，描绘了通过它们的协作来实现的功能块。因此，本领域技术人员可以理解这些功能块能够通过硬件、软件的组合以各种形式实现。对于之后的框图也相同。
处理单元20包括：数据处理部40，执行诊断处理；及数据保持部50，其为存储用于上述数据处理的各种数据的存储区域。
数据保持部50包括传感器信息保持部51及设定信息保持部52。传感器信息保持部51保持与传感器相关的信息。图3是传感器信息保持部51的数据结构图。传感器信息保持部51对传感器类别与有效采样频率建立对应关系后进行保持。传感器类别表示传感器的种类，有效采样频率表示针对该传感器的有效的采样频率的范围。越是高响应种类的传感器，有效采样频率的上限值越高。在传感器信息保持部51中，例如可以记录有关与处理单元20连接或有可能连接的传感器的信息。
设定信息保持部52保持诊断设定信息。诊断设定信息为利用后述的图4的输入画面输入的各种设定信息，例如包括处理模式、采样频率等。
数据处理部40包括输入画面提供部41、输入信息获取部42、诊断对象信息获取部43、诊断结果提供部44、处理时间确定部45、输入信息检查部46及处理执行部47。
输入画面提供部41接受终端装置30的访问，将诊断设定信息的输入画面发送给终端装置30并进行显示。图4表示诊断设定信息的输入画面。在本实施方式中，每当在输入画面的各栏中输入设定信息，其内容都会从终端装置30上传至处理单元20。
在传感器连接数量栏61中，输入与处理单元20连接的传感器10的数量。本实施方式的处理单元20具有12个用于连接传感器10的传感器连接端口，因此，可以在传感器连接数量栏61中设定1～12的值。若点击标签(tab)62(端口1～端口12)，则切换为有关与对应的传感器连接端口连接的传感器10的诊断设定信息的输入画面。即，在本实施方式中，能够按照所连接的每个传感器10设定处理模式等诊断设定信息。另外，标签62只能选择实际连接有传感器10的传感器连接端口。
在传感器类别栏63中，从传感器信息保持部51所保持的传感器类别中选择对应的传感器10的传感器类别。例如，在传感器信息保持部51所保持的数据为图3的状态时，在传感器类别栏63中可以选择传感器类别“AAA”或传感器类别“BBB”。
在处理模式栏64中，选择表示要对从对应的传感器10获取的振动信息执行的处理的处理模式。在本实施方式中，作为处理模式可以选择第1处理模式或第2处理模式。关于第1处理模式及第2处理模式，将在后面叙述。
在采样频率栏65中，输入由诊断对象信息获取部43获取从传感器10发送过来的振动信息的频度。在测量时间栏66中，设定一次诊断处理中由诊断对象信息获取部43获取从传感器10发送过来的振动信息的时间。换言之，在测量时间栏66中，设定在一次诊断中使用多少时长的振动信息。在诊断处理间隔栏67中，设定诊断处理的执行间隔。
在采样频率栏、测量时间栏、诊断处理间隔栏的各栏中，显示有可设定值的范围。若选择了传感器类别，则输入画面提供部41将输入画面更新为将该传感器类别的有效采样频率设定为采样频率的设定范围的输入画面。在图4中，由于选择了传感器类别“AAA”作为与端口1连接的传感器10的相关信息，因此在采样频率栏65的设定范围中设定有传感器类别“AAA”的传感器的有效采样频率“1.0～25.6”(参考图3)。并且，若输入了处理模式、采样频率及测量时间，则输入画面提供部41将输入画面更新为将由处理时间确定部45如后述那样确定的诊断处理时间(后述)设定为诊断处理间隔的下限值的输入画面。并且，若采样频率变高，则所获取的振动信息的数据量会变大，这会给处理单元20的存储装置等带来压力。因此，输入画面提供部41也可以以输入的采样频率越高使测量时间的上限值变得越小的方式更新输入画面。
返回到图2，输入信息获取部42获取从终端装置30上传的诊断设定信息，并将其记录于设定信息保持部52。
处理时间确定部45确定在有关与处理单元20连接的所有传感器10的诊断处理同时开始的情况下这些所有诊断处理结束为止所需的时间(以下，称为“诊断处理时间”)。诊断处理时间包括：“读取时间”，其为读取诊断对象信息获取部43从各个传感器10获取的振动信息(即，向存储装置或存储器加载)的时间；及“判定时间”，其为根据所读取的来自各个传感器10的振动信息来判定对应的齿轮马达2中是否产生了异常的时间。因此，处理时间确定部45将读取时间和诊断时间的合计时间确定为诊断处理时间。
读取时间取决于读取的振动信息的数据量。因此，处理时间确定部45参考设定信息保持部52而根据对振动信息的数据量带来影响的诊断设定信息(即，采样频率和测量时间)来确定读取时间。另外，读取时间受处理单元20的CPU(或芯片)的数量及处理性能、存储装置或存储器的性能等的影响，因此，关于确定读取时间的计算式，通过实验等确定即可。
判定时间取决于判定中使用的振动信息的数据量及判定是否产生了异常的方法(即，对振动信息执行的处理内容)。因此，处理时间确定部45参考设定信息保持部52而根据采样频率、测量时间及处理模式来确定判定时间。另外，判定时间受处理单元20的CPU(或芯片)的数量及处理性能、存储装置或存储器的性能等的影响，因此，关于确定判定时间的计算式，通过实验等确定即可。
输入信息检查部46检查所输入的诊断设定信息是否为设定范围内的值。在本实施方式中，若存在偏离设定范围的诊断设定信息，则输入信息检查部46进行自动修正。具体而言，在所输入的诊断设定信息小于下限值时，输入信息检查部46将诊断设定信息自动修正为下限值，而大于上限值时，则自动修正为上限值。例如，在设定为诊断处理间隔的值是可设定为诊断处理间隔的下限值且小于通过处理时间确定部45确定的诊断处理时间时，输入信息检查部46将诊断处理时间修正为诊断处理间隔。输入画面提供部41也可以将显示于终端装置30的输入画面更新为输入有自动修正后的值的输入画面。
诊断对象信息获取部43按照诊断间隔以所设定的采样频率从各传感器10获取所设定的测量时间的振动信息。例如，在有关与端口1连接的传感器10的诊断设定信息为图4的状态时，诊断对象信息获取部43每60分钟以采样频率3.2kHz的频度从传感器10获取10.0秒的振动信息。
处理执行部47对从各个传感器10获取的各个振动信息执行与所设定的处理模式相对应的处理。
在本实施方式中，处理执行部47在设定了第1处理模式时对振动信息执行简单诊断，而在设定了第2处理模式时则对振动信息执行精密诊断。在此，精密诊断为比简单诊断更高级别的处理，且在对相同信息量的振动信息进行处理时从开始处理至结束处理为止的时间比简单诊断更长的处理。
简单诊断例如为在振动信息所示的振动峰值的大小超过了规定的阈值时判定为产生了异常的诊断(以下，还称为“峰值诊断”)或在振动信息所示的振动的有效值的大小超过了规定的阈值时判定为产生了异常的诊断(以下，还称为“有效值诊断”)。
精密诊断例如为在对基于振动信息的振动波形执行FFT(快速傅立叶变换，FastFourier Transform)而获得的各频率的振动成分中的某一特定频率或某一范围的频率的振动成分超过了规定的阈值时判定为产生了异常的诊断(以下，还称为“FFT诊断”)。并且，精密诊断还例如为在对基于振动信息的振动波形的包络线执行FFT而获得的各频率的振动成分中的某一特定频率或某一范围的频率的振动成分超过了规定的阈值时判定为产生了异常的诊断(以下，还称为“H-FFT诊断”)。
诊断结果提供部44将表示诊断处理的判定结果的诊断结果画面发送给终端装置30进行显示。另外，诊断结果提供部44也可以仅在判定为产生了异常时将表示判定结果的诊断结果画面发送给终端装置30进行显示。
下面，对上述结构的故障诊断系统100的动作进行说明。处理单元20获取从输入画面输出的诊断设定信息。在输入有超出可设定范围的值时，处理单元20对诊断设定信息进行自动修正。若接收到规定的开始指示，则处理单元20按照诊断设定信息中设定的诊断处理间隔以所设定的采样频率的频度从各个传感器10获取振动信息所设定的测量时间。处理单元20根据所获取的振动信息执行诊断处理。具体而言，处理单元20对从设定为第1处理模式的传感器10发送过来的振动信息执行第1处理模式的诊断处理，而对从设定为第2处理模式的传感器10发送过来的振动信息则执行第2处理模式的诊断处理。并且，处理单元20将诊断结果画面发送给终端装置30进行显示。用户通过确认诊断结果画面来掌握齿轮马达2中是否产生了异常。
根据上述实施方式所涉及的故障诊断系统100，能够从执行简单诊断的第1处理模式和执行精密诊断的第2处理模式中选择对从传感器10获取的振动信息执行的处理。
在此，例如在可以接受较低的诊断精度时(即，只要能够检测到末期级别的故障即可时)，可以使用响应频率比较低的传感器10，并且诊断内容也只需进行比较简单的处理即可。并且，例如在要求较高的诊断精度时(即，在要求确定出故障部位或检测出产生故障之前的预兆时)，需要使用响应频率比较高的传感器10，并且诊断内容也需要进行更高级别的处理。
对此，根据实施方式所涉及的故障诊断系统100，如上述，能够从第1处理模式和第2处理模式中选择对振动信息执行的处理(即，能够轻松地变更为与诊断对象或诊断目的等相对应的诊断精度)，因此，用户的便利性得到提高。
并且，根据实施方式所涉及的故障诊断系统100，能够根据由用户输入的诊断设定信息来确定诊断处理时间。所确定的诊断时间作为输入画面中的处理间隔的设定范围的最小值来显示。例如，即使在对振动信息执行的处理模式改变导致诊断处理时间发生了变化时，也能够确定诊断处理时间并将其显示于输入画面。因此，用户自身无需计算可设定的处理间隔的范围，因此用户的负担得到减轻。
并且，根据实施方式所涉及的故障诊断系统100，作为诊断设定信息输入了超出可设定范围的值时，进行自动修正。例如，在处理间隔中输入的诊断设定信息小于下限值时，下限值设定为诊断设定信息。由此，能够抑制在无效设定的状态下执行诊断。并且，由于用户无需修正设定信息，因此用户的负担得到减轻。
以上，对实施方式所涉及的故障诊断系统进行了说明。这些实施方式为示例，本领域技术人员可以理解能够对这些各构成要件或各处理工艺的组合进行各种变形例，并且这种变形例也在本发明的范围内。以下示出变形例。
(变形例1)
在实施方式中，对处理执行部47在选择了第1处理模式时对振动信息执行简单诊断而在选择了第2处理模式时则对振动信息执行精密诊断的情况进行了说明，但并不只限于此。
例如，处理执行部47也可以在选择了第1处理模式时将振动信息本身输出(发送)至处理单元20的外部装置(例如，终端装置30)而在选择了第2处理模式时则执行简单诊断和/或精密诊断。
并且，例如也可以构成为从三个以上的处理模式中选择所希望的处理模式。
例如，图4的输入画面也可以构成为在处理模式栏64中能够选择第1处理模式、第2处理模式或第3处理模式中的任一个。并且，处理执行部47例如也可以在选择了第1处理模式时将振动信息本身输出至处理单元20的外部装置而在选择了第2处理模式时执行简单诊断而在选择了第3处理模式时执行精密诊断。
并且，例如，图4的输入画面也可以构成为在处理模式栏64中能够选择第1处理模式、第2处理模式、第3处理模式及第4处理模式中的任一个。并且，处理执行部47例如也可以在选择了第1处理模式时执行峰值诊断而在选择了第2处理模式时执行有效值诊断而在选择了第3处理模式时执行FFT诊断而在选择了第4处理模式时执行H-FFT诊断。并且，也可以构成为能够选择多个处理模式。
(变形例2)
在实施方式中，对输入信息检查部46在输入于输入画面的诊断处理间隔比由处理时间确定部45确定的诊断处理时间短时将诊断处理时间设定为诊断处理间隔的情况进行了说明，但是并不只限定于此，例如，也可以发出促使变更诊断处理间隔和/或变更传感器10的连接个数的通知。输入信息检查部46例如也可以将图5所示的通知画面发送给终端装置30进行显示，从而发出通知。另外，在图5中显示了促使变更诊断时间的内容，但是，除了显示变更诊断时间的内容以外还可以显示促使变更传感器的个数的内容，或者代替变更诊断时间的内容而显示促使变更传感器的个数的内容。
(变形例3)
在实施方式中，对用户通过输入画面输入处理模式、采样频率的情况进行了说明，但是并不只限于此。
例如，也可以根据应连接的传感器10的种类自动设定处理模式。此时，传感器信息保持部51可以对传感器类别与处理模式建立对应关系后进行保持。例如，可以对响应性比较低的传感器与执行简单诊断的第1处理模式建立对应关系，对响应性比较高的传感器与执行精密诊断的第2处理模式建立对应关系。输入信息检查部46也可以参考传感器信息保持部51而自动设定与输入于输入画面的传感器类别栏63的传感器类别相对应的处理模式。
并且，例如，也可以根据应连接的传感器10的种类自动设定采样频率。此时，传感器信息保持部51可以对传感器类别与采样频率建立对应关系后进行保持。例如，可以对响应性比较低的传感器与比较低的采样频率建立对应关系，对响应性比较高的传感器与比较高的采样频率建立对应关系。输入信息检查部46也可以参考传感器信息保持部51而自动设定与输入于输入画面的传感器类别栏63的传感器类别相对应的采样频率。
(变形例4)
终端装置30也可以具有处理单元20的一部分功能。例如，也可以使终端装置30代替处理单元20而具有输入画面提供部41、处理时间确定部45、输入信息检查部46及传感器信息保持部51。
(变形例5)
在实施方式中，对故障诊断系统100根据齿轮马达2中产生的振动来判定齿轮马达2中是否产生了异常的情况进行了说明，但是并不只限于此。例如，故障诊断系统100也可以代替齿轮马达2中产生的振动而根据齿轮马达2的马达电流、温度、润滑油的铁粉浓度中的至少一个来诊断齿轮马达2中是否产生了异常，或者除了在齿轮马达2中产生的振动以外还根据齿轮马达2的马达电流、温度、润滑油的铁粉浓度中的至少一个来诊断在齿轮马达2中是否产生了异常。即，也可以代替振动信息而将有关马达电流、温度或润滑油的铁粉浓度的信息中的至少一个作为诊断对象信息，或者除了振动信息以外还可以将有关马达电流、温度或润滑油的铁粉浓度的信息中的至少一个作为诊断对象信息。齿轮马达2以外的诊断对象装置的情况也相同。即，故障诊断系统100只要使用适于判断诊断对象装置的异常的诊断对象信息即可。
(变形例6)
在实施方式中，对一台处理单元20设置有一台终端装置30的情况进行了说明，但也可以针对多台处理单元20设置一台终端装置30。
上述实施方式和变形例的任意的组合也作为本发明的实施方式而有效。通过组合而生成的新的实施方式兼具所组合的实施方式及变形例各自的效果。
符号说明
2-齿轮马达，10-传感器，20-处理单元，30-终端装置，47-处理执行部，100-故障诊断系统。
产业上的可利用性
本发明能够利用于故障诊断系统。

Claims (5)

1.一种故障诊断系统，其特征在于，具备：
传感器，设置于多个诊断对象装置的各个诊断对象装置上并且检测对应的诊断对象装置的诊断对象信息；及
处理单元，对应于一台或多台诊断对象装置而设置，并且对通过传感器检测出的诊断对象信息进行处理，
所述处理单元能够执行第1处理模式及进行与第1处理模式不同的处理的第2处理模式，并且按照被选择的处理模式对诊断对象信息进行处理,
在选择第1处理模式的情况下，所述处理单元不进行根据诊断对象信息判定在对应的诊断对象装置中是否发生了异常的判定处理，而进行向外部装置输出诊断对象信息的处理，在选择第2处理模式的情况下，所述处理单元进行所述判定处理。
2.根据权利要求1所述的故障诊断系统，其特征在于，
根据从与所述处理单元连接的各个传感器获取的诊断对象信息的数据量及被选择的处理模式，确定处理来自所有传感器的诊断对象信息所需的处理时间。
3.根据权利要求2所述的故障诊断系统，其特征在于，
接收处理间隔的设定后，若所接收的处理间隔比所述处理时间短，则将所述处理时间设定为处理间隔。
4.根据权利要求2所述的故障诊断系统，其特征在于，
接收处理间隔的设定后，若所接收的处理间隔比所述处理时间短，则发出促使变更所述处理间隔和/或变更传感器的连接个数的通知。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的故障诊断系统，其特征在于，
能够针对所连接的每个传感器选择处理模式。
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