CN112628460B - 异常判定装置及方法 - Google Patents

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    • G—PHYSICS
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    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
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    • G05D16/02—Modifications to reduce the effects of instability, e.g. due to vibrations, friction, abnormal temperature, overloading or unbalance

Abstract

本发明提供一种异常判定装置及方法，能够更迅速地掌握在阀门等处发生的异常。压力获取部(101)获取用于驱动活动部的空气的压力值。活动部例如是阀门的阀杆或阀体。压力获取部(101)从阀门的定位器获取向阀门的操作器供给的操作器空气的压力值。测量部(102)根据压力获取部(101)获取到的压力值的最大值与最小值的压力差来求出接触滑动部的摩擦力。判定部(103)基于测量部(102)求出的摩擦力为基准来判定活动部的异常。

Description

异常判定装置及方法
技术领域
本发明涉及判定具有阀门等滑动部的设备的异常的异常判定装置及方法。
背景技术
在机械设备中，使用调节阀、气体调节器等各种阀门(valve)。例如，使用如图7所示的控制阀门。该控制阀门具有：阀门主体401，其使流体流经的通路开闭；定位器402，其将输入的电信号转换为气压；以及操作器403，其根据从定位器402供给的气压来操作阀门主体401。
以事先检测这种阀门的故障等为目的，来实施阀门的诊断。特别是对于在石油化学机械设备等中使用的阀门，需要注意安全性，定期地实施诊断。
在设置有阀门的机械设备中，为了改善阀门的维护工作效率，提出了检测阀门的滑动部处的粘滑的发生的技术(参照专利文献1)、判定阀门的振荡状态的技术(参照专利文献2)、检测水垢向阀门的附着的技术(参照专利文献3)等。这些文献是通过对所谓的云环境等的大数据进行处理的IoT(Internet ofThings：物联网)平台来实现的技术，也有例如前提是以周为单位进行数据收集的事例。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第3254642号公报，
专利文献2：日本特开2015-114942号公报，
专利文献3：日本特开2015-114943号公报。
发明要解决的问题
但是，在这种技术中，关于安全性、工作效率，不存在可以说是足够这样的上限，要求进一步提高安全管理。例如，在石油化学机械设备等中使用多个阀门，在重视迅速性的安全管理中，需要更迅速地检测阀门的故障，要求进行改善。
发明内容
本发明是为了解决以上的问题而完成的，其目的在于更迅速地掌握在阀门等处发生的异常。
用于解决问题的方案
本发明涉及的异常判定装置，其具有：压力获取部，其构成为获取用于驱动具有接触滑动部的活动部的空气的压力值；测量部，其构成为根据压力获取部获取到的压力值的最大值与最小值的压力差来求出接触滑动部的摩擦力；以及判定部，其构成为基于测量部求出的摩擦力来判定活动部的异常。
在上述异常判定装置的一结构例中，还具有：位移获取部，其构成为获取活动部的位移；以及稳定检测部，其构成为检测由位移获取部获取到的位移的值在设定的范围内变成恒定的稳定状态，测量部求出在稳定状态下的接触滑动部的摩擦力。
在上述异常判定装置的一结构例中，当测量部求出的摩擦力超过设定的基准值时，判定部判定活动部异常。
在上述异常判定装置的一结构例中，在测量部求出的摩擦力持续上升的情况下，判定部判定活动部异常。
在上述异常判定装置的一结构例中，当摩擦力超过设定的基准值，且持续上升的时间超过设定的基准时间时，判定部判定活动部异常。
本发明涉及的异常判定方法，具有：第1步骤，获取用于驱动具有接触滑动部的活动部的空气的压力值；第2步骤，根据在第1步骤中获取到的压力值的最大值与最小值的压力差来求出接触滑动部的摩擦力；以及第3步骤，基于在第2步骤中求出的摩擦力来判定活动部的异常。
在上述异常判定方法的一结构例中，还具有：第4步骤，获取活动部的位移；以及第5步骤，检测在第4步骤中获取到的位移的值在设定的范围内变成恒定的稳定状态，在第2步骤中求出在稳定状态下的接触滑动部的摩擦力。
在上述异常判定方法的一结构例中，在第3步骤中，当在第2步骤中求出的摩擦力超过设定的基准值时，判定活动部异常。
在上述异常判定方法的一结构例中，在第3步骤中，在第2步骤中求出的摩擦力持续上升的情况下，判定活动部异常。
在上述异常判定方法的一结构例中，在第3步骤中，当摩擦力超过设定的基准值，且持续上升的时间超过设定的基准时间时，判定活动部异常。
发明效果
如以上说明的那样，根据本发明，根据用于驱动具有接触滑动部的活动部的空气的压力值的最大值与最小值的压力差来求出摩擦力，基于求出的摩擦力来判定活动部的异常，因此能够更迅速地掌握在阀门等发生的异常。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的异常判定装置的结构的结构图。
图2是对作为阀门的滑动部的摩擦力的指标值的压力进行说明的说明图。
图3是用于说明本发明的实施方式的异常判定方法的流程图。
图4是表示在开度稳定状态下测定的空气压力的最大压力与最小压力的变化的例子的特性图。
图5是表示在开度稳定状态下测量的摩擦力的变化的例子的特性图。
图6是表示本发明的实施方式的异常判定装置的硬件结构的结构图。
图7是表示在机械设备中使用的阀门的结构的结构图。
具体实施方式
以下，参照图1，对本发明的实施方式的异常判定装置及方法进行说明。该异常判定装置具有压力获取部101、测量部102、判定部103、以及通知部104。
压力获取部101获取用于驱动活动部的空气的压力值。活动部例如是阀门的阀杆或阀体。阀门例如是直动阀或旋转阀。压力获取部101从阀门的定位器获取向阀门的操作器供给的操作器空气的压力值。
例如，在机械设备中使用的阀门被设置在机械设备的管道，通过气压来驱动，利用定位器(positioner)来控制开度。定位器从管理机械设备的各现场设备的上一级系统接收控制信号，根据接收到的控制信号所表示的开度指示值，使用来自空气供给管道的空气将必要的操作器空气发送到操作器。此外，操作器空气的压力值通过设置在操作器的压力传感器进行测量。
在定位器中，能够通过开度反馈机构来测量阀门的开度，向操作器供给必要的空气以使所测量的实际的阀门开度与控制信号所表示的开度指示值一致。压力获取部101获取通过设置在操作器的压力传感器而测量的压力值。
测量部102根据压力获取部101获取到的压力值的最大值与最小值的压力差来求出接触滑动部的摩擦力。关于阀门的滑动部的摩擦力，能够求出上述压力差来作为指标值。更详细而言，在根据位移(阀门开度)求出了在使阀门开度增大时所需的空气的压力和在使阀门开度减小时所需的空气的压力时，能够在同一开度下使用前者与后者产生的压力差(滞后现象)来换算成摩擦力。
参照图2，对作为上述摩擦力的指标值的(能够换算成摩擦力的)压力进行说明。在图2中，横轴为用于驱动活动部的空气的压力，纵轴为活动部的移动量。在图2中，(a)是在阀门为正常状态下的压力值的最小值，(a’)是在阀门为正常状态下的压力值的最大值。此外，(b)是在阀门的摩擦力增大的状态下的压力值的最小值，(b’)是在阀门的摩擦力增大的状态下的压力值的最大值。从图2可知，摩擦力越大，上述压力差越大。
判定部103基于测量部102求出的摩擦力来判定活动部的异常。例如，当测量部102求出的摩擦力超过设定的基准值时，判定部103判定活动部异常。此外，在测量部102求出的摩擦力持续上升的情况下，判定部103也能够判定活动部异常。例如，当摩擦力超过设定的基准值，且持续上升的时间超过设定的基准时间时，判定部103判定活动部异常。
当判定部103判定活动部异常时，通知部104向操作员通知例如作为对象的阀门可能存在异常。此外，当判定部103判定活动部异常时，通知部104向上一级设备(上一级系统)通知该情况。
此外，在实施方式的异常判定装置及方法中，也能够具有位移获取部105和稳定检测部106。位移获取部105获取具有接触滑动部的活动部的位移。位移是阀门的开度。位移获取部105获取例如定位器接受的控制信号所表示的开度指示值。稳定检测部106对由位移获取部105获取到的位移的值在设定的范围内变得恒定的稳定状态进行检测。在这种情况下，测量部102求出处于稳定状态下的接触滑动部的摩擦力。
接着，参照图3，对本发明的实施方式的异常判定装置的动作例(异常判定方法)进行说明。
首先，在步骤S101中，位移获取部105获取具有接触滑动部的活动部的位移(例如阀门的开度)(第4步骤)。接着，在步骤S102中，稳定检测部106检测是否是由位移获取部105获取到的位移的值在设定的范围内变得恒定的稳定状态(第5步骤)。稳定检测部106检测位移获取部105获取到的阀门的开度大致恒定的开度稳定状态。例如，在阀门开度的每个获取周期的变化量在最小规定值以内的状态持续了规定的持续时间以上的情况下，稳定检测部106判定为开度稳定状态。
如果稳定检测部106检测到稳定状态(判定为开度稳定状态)(步骤S102的“是”)，则在步骤S103中，压力获取部101获取用于驱动活动部(阀门)的空气的压力值(第1步骤)。接着，在步骤S104中，测量部102根据获取到的压力值的最大值与最小值的压力差来求出接触滑动部的摩擦力(第2步骤)。
接着，在步骤S105、步骤S106中，判定部103基于求出的摩擦力来判定活动部的异常(第3步骤)。在步骤S105中，判定部103判定测量部102求出的摩擦力是否超过设定的基准值。此外，在步骤S105中，判定部103判定是否求出的摩擦力超过设定的基准值，且持续上升的时间超过设定的基准时间(持续上升)。
在求出的摩擦力超过设定的基准值的情况下(步骤S105中的“是”)，或者，在求出的摩擦力超过设定的基准值且持续上升的时间超过设定的基准时间的情况下(步骤S105中的“是”)，在步骤S106中，判定部103判定为活动部存在异常。
如果判定部103判定活动部存在异常，则在步骤S107中，通知部104向操作员或上一级设备通知有可能作为对象的阀门存在异常。
在此，在开度稳定状态下，如图4所示，由于压力值的波动，最大压力和最小压力反复出现。在此例中，示出了当阀门开度在43.5％至45％的范围内稳定了的状态下周期性地获取压力值时，由于压力值沿箭头所示的方向变化，从而以最小压力→最大压力→最小压力……的方式，最大压力和最小压力交替出现。
每次检测上述最大压力和最小压力的任一个时，都能够将最新的最大压力与最新的最小压力的差作为摩擦力的指标值。当例如如图5所示，能够像这样求出的摩擦力的指标值超过基准值的状态持续3周左右时，能够判断为“钝化”，该“钝化”相当于达到如粘滑或突然停止等异常现象之前的征兆现象。该“钝化”是具有接触滑动部的活动部(例如阀门)的异常。当发生该钝化时，换算成摩擦力的数值(指标)逐渐上升，并且上升的状态会持续。因此，发明人经过深入研究查明了应该将该现象作为阀门自身的异常现象来处理。另外，如果是直动阀，则存在“直动钝化”，如果是旋转阀，则存在“旋转钝化”。根据本发明，在利用稳定时的波动来检测摩擦力的期间，能够检测阀门的异常现象，与现有技术相比，能够以接近实时处理的形式掌握阀门的状态。
另外，如图6所示，上述实施方式的异常判定装置设为具有CPU(CentralProcessing Unit：中央处理器)301、主存储装置302、外部存储装置303、以及网络连接装置304等的计算机设备，CPU301通过在主存储装置302中展开的程序来工作(执行程序)，从而也能够实现上述各功能(异常判定方法)。上述程序用于计算机执行在上述实施方式中示出的异常判定方法。网络连接装置304与网络305连接。此外，各功能也能够分散在多个计算机设备。
如以上说明的那样，根据本发明，根据空气的压力值的最大值与最小值的压力差求出摩擦力，该空气的压力值用于驱动具有接触滑动部的活动部，基于求出的摩擦力来判定活动部的异常，因此能够更迅速地掌握在阀门等发生的异常。
另外，本发明不限于以上说明的实施方式，显然，在本发明的技术思想内本领域技术人员能够实施多种的变化及组合。
附图标记说明
101：压力获取部；102：测量部；103：判定部；104：通知部；105：位移获取部；106：稳定检测部。

Claims (4)

1.一种异常判定装置，其具有：
压力获取部，其构成为获取用于驱动具有接触滑动部的活动部的空气的压力值；
测量部，其构成为根据所述压力获取部获取到的压力值的最大值与最小值的压力差来求出所述接触滑动部的摩擦力；以及
判定部，其构成为基于所述测量部求出的所述摩擦力，判定所述活动部的异常，
当所述摩擦力超过设定的基准值，且持续上升的时间超过设定的基准时间时，所述判定部判定所述活动部异常。
2.根据权利要求1所述的异常判定装置，其特征在于，还具有：
位移获取部，其构成为获取所述活动部的位移；以及
稳定检测部，其构成为检测由所述位移获取部获取到的所述位移的值在设定的范围内变成恒定的稳定状态，
所述测量部求出在所述稳定状态下的所述接触滑动部的所述摩擦力。
3.一种异常判定方法，具有：
第1步骤，获取用于驱动具有接触滑动部的活动部的空气的压力值；
第2步骤，根据在所述第1步骤中获取到的压力值的最大值与最小值的压力差来求出所述接触滑动部的摩擦力；以及
第3步骤，基于在所述第2步骤中求出的所述摩擦力来判定所述活动部的异常，
在所述第3步骤中，当所述摩擦力超过设定的基准值，且持续上升的时间超过设定的基准时间时，判定所述活动部异常。
4.根据权利要求3所述的异常判定方法，其特征在于，在所述第1步骤之前还具有：
第4步骤，获取所述活动部的位移；以及
第5步骤，检测在所述第4步骤中获取到的所述位移的值在设定的范围内变成恒定的稳定状态，
在所述第2步骤中求出在所述稳定状态下的所述接触滑动部的所述摩擦力。
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