CN1552007A - 故障预测支援装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种故障预测支援装置，在存储部中存储有基于统计数据而制作的、表示调节阀的使用时间(tT)与故障率(p)之间关系的故障率曲线(SO)。定期从存储部读出故障率曲线(SO)，根据调节阀的使用时间(tT)将调节阀的故障率曲线(SO)中的当前位置送往上位的监视装置，在其监视画面上显示。调节阀的故障率曲线(SO)中的当前位置可以在故障率曲线(SO)上重叠表示当前位置的指标，也可以用调节阀的剩余寿命时间(tx)表示，由此，即使不具有高度的专业知识及丰富经验的操作人员，也能够正确且短时间进行调节阀的故障预测。

Description

故障预测支援装置
技术领域
本发明涉及以调节流体流量的调节阀等作为故障预测对象物，支援该故障预测对象物的故障预测的故障预测支援装置。
背景技术
历来，在化学成套设备等中，对调节阀设置有定位器，由该定位器调整调节阀的阀开度，从而控制通过调节阀的流体的流量。在这种情况下，定位器求出来自上位装置的设定开度与来自调节阀的实际开度的偏差，生成使该偏差为零的驱动控制信号，将该驱动控制信号变换为空气压信号提供给调节阀。
使用这种成套设备，为了避免由于调节阀的故障而引起的设备停止等最坏事态的发生，需要在现场进行调节阀的定期检查与保养。由此能够进行长期稳定的工作。但是，在这种方法中，由于对于即使是未发生异常的调节阀也进行现场的检查，所以引起保养管理的费用上升。
因此，实行了使用定位器测量调节阀的各种阀参数，将该测量的结果送给上位装置。更具体地讲，使用装载于定位器的CPU(中央计算处理装置)，测量调节阀的阀部总动作距离及动作速度的变化，将所得到的测量数据送到上位装置，在上位装置的监控画面中显示出曲线图等，根据该显示能够进行调节阀的故障预测，由于不需要在现场对调节阀进行定期的检查，所以能够减低保养管理的费用。
但是，以往是在上位装置的监控画面中各种阀参数的测量数据仅以曲线图等形式来显示，必须综合地判断这些测量数据，根据独自的经验进行调节阀的故障预测。因此，必须依赖于具有高度的专业知识及经验丰富的管理技术人员，或从厂家派遣的技术人员进行分析，存在有由一般的操作员不能进行调节阀的故障预测等问题。还有，例如即使委托经验丰富的管理技术人员进行分析，也存在对调节阀的故障预测需要相当时间的问题。
发明内容
本发明是为了解决这样的问题而提出的，其目的在于提供即使是由不具有高度的专业知识及丰富经验的管理技术人员，也能够正确且在短时间内进行故障预测的故障预测支援装置。
为了达到上述目的，本发明的故障预测支援装置的特征在于，设置有作为故障预测曲线而存储基于统计数据而制作的、表示故障预测对象物的使用时间与故障率之间关系的曲线的故障预测曲线存储装置，以及基于故障预测对象物的使用时间通知故障预测对象物的故障预测曲线中现在位置的现在位置通知单元。
该故障预测支援装置还可以进而设置有对应于故障预测对象物的使用环境而修正故障预测曲线的故障预测曲线修正装置，所述现在位置通知单元通知故障预测对象物的修正了的故障预测曲线中的现在位置。
而且，还可以进而设置有对应于故障预测对象物的现在使用状况而修正故障预测曲线的故障预测曲线修正装置，所述现在位置通知单元通知故障预测对象物的修正了的故障预测曲线中的现在位置。
而且，所述现在位置通知单元在表示故障预测曲线的同时，还可以表示出显示故障预测对象物的故障预测曲线中现在位置的指标。
而且，还可以进而设置有基于故障预测对象物的使用时间与故障预测曲线而计算出故障预测对象物的剩余寿命时间的剩余寿命时间计算装置，所述现在位置通知单元通知由剩余寿命时间计算装置所计算出的剩余寿命时间作为故障预测曲线中的现在位置。
还有，作为故障预测曲线的一例，可以列举出分为故障预测对象物的故障率从其使用开始随时间的经过而降低的初期故障期间，故障预测对象物的故障率稳定的偶发故障期间，以及故障预测对象物的故障率随时间的经过而上升的磨耗故障期间的故障率曲线。
附图说明
图1是使用了本发明中故障预测支援装置的一个实施例的流量控制系统的系统结构图。
图2是该流量控制系统中定位器的方框图。
图3是表示该定位器的存储部中保存的故障预测曲线(故障率曲线S0)的一例的图。
图4是表示根据故障预测支援程序的处理动作的一例(例1)的流程图。
图5是表示根据故障预测支援程序的处理动作的另一例(例2)的流程图。
图6是表示由图5的处理动作而修正的故障率曲线S1与修正前的故障率曲线S0的对比的图。
图7是表示根据故障预测支援程序的处理动作的另一例(例3)的流程图。
图8是表示故障率曲线及该故障率曲线中现在位置的表示指标的表示例的图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施方式详细说明。
图1是使用了本发明中故障预测支援装置的一个实施例的流量控制系统的系统结构图。
在该图中，1是化学成套设备等中的液体输送管道，2是在液体输送管道1的中途所设置的调节阀，3是调节阀2中附设的定位器，4是在中央操作室内所设置的监视装置，定位器3与监视装置4通过现场总线5而相互连接。
在该系统中，预先收存有测量液体输送管道1中流体压力的压力计6-1、6-2，测量液体输送管道1中流体温度的温度计7-1、7-2，测量液体输送管道1中流体流量的流量计8，测量液体输送管道1的振动(管道振动)的振动计9，测量调节阀2周围温度的温度计10等的各种传感器，这些传感器通过现场总线5与监视装置4及定位器3相互连接。还有，11是操作人员携带的手持电脑，根据需要与现场总线5相连接使用。
图2是定位器3的方框图。
定位器3设置有现场总线模块3-1，分离器3-2，控制部3-3，电动气压变换部3-4，以及阀开度检测器3-5。控制部3-3，设置有CPU3A，存储部3B，诊断模块3D，A/D变换器3E，电源部3F，以及通信接口3G，存储部3B，诊断模块3D，及A/D变换器3E通过总线3C与CPU3A相连接。
在定位器3中，现场总线模块3-1通过现场总线5分离供与的电源及信号，将电源给予控制部3-3，另一方面，通过分离器3-2将送向控制部3-3。而且，通过分离器3-2来自控制部3-3的信号，通过现场总线5而送向监视装置4。
在控制部3-3中，电源部3F将来自现场总线模块3-1的电源作为既定的电压值，供给到控制部3-3内的各部。通信接口3G设置在分离器3-2与CPU3A、存储部3B、及诊断模块3D之间，转接向控制部3-3的信号输入及从控制部3-3的信号输出。A/D变换器3E将由阀开度检测器3-5所检测出的调节阀2的阀开度(实际开度：模拟值)变换为数码值，通过总线3C送向CPU3A。诊断模块3D测量调节阀2的阀部总动作距离及动作速度的变化等各种阀参数，将该测量数据作为诊断结果通过通信接口3G定期地送向监视装置4。
在控制部3-3的存储部3B中，除了存储有CPU3A的实行程序之外，还存储有基于统计数据而制作、作为故障预测曲线S0的、表示调节阀2的使用时间与故障的发生率(故障率)关系的曲线。图3表示了该故障曲线S0的一例。还有，故障率p表示为p＝(该时刻的故障个数)/(残留的个数)。
这里，对使用时间与故障率的关系加以简单说明。在可靠性工程学中，故障率根据使用时间而大体分为初期故障期间、偶发故障期间、及磨耗故障期间，在每一个期间，都会发生由设计、制作、施工、运行、环境等因素而引起的故障。其结果是，在初期故障期间从使用开始随着时间的经过故障率缓慢下降，在偶发故障期间故障率稳定，在磨耗故障期间随着时间的经过故障率又缓慢上升。以使用时间t为横坐标，由于以故障率p为纵坐标做图时，曲线的形状类似于浴盆形，所以将其称为浴盆形曲线(故障率曲线)(文献1：“可靠性工程学的话题”，大村平著，(株)日科技连出版社，1995年3月15日第四版发行，23～37页)。
本发明者分析的现场积蓄的数据，对于调节阀2所发生的各种各样的状态，调查了何种因素的何种内容相关，基于统计数据制作了表示调节阀2的使用时间与故障率关系的故障率曲线。在该故障率曲线中，仅单纯从测定的数据所不能知道的现场经验也从隐式知识升华到形式(显性)知识，并得以反映。在本实施例中，这样对调节阀2制作的故障率曲线作为故障预测曲线S0存储于存储部3B内，在后述的故障预测支援程序实行时使用。还有，为了以下说明的方便，在故障预测曲线S0中，将初期故障期间T1与偶发故障期间T2的边界点设为A点、偶发故障期间T2与磨耗故障期间的边界点设为B点、初期故障期间T1的开始点设为C点、磨耗故障期间的终了点设为D点。
而且，通过实行定位器3的CPU3A中的故障预测支援程序，图1所示的流量控制系统作为故障预测支援装置的功能，实现通知基于调节阀2的使用时间调节阀2的故障预测曲线S0中现在位置的现在位置通知单元。调节阀2的故障预测曲线S0中的现在位置，也可以与故障预测曲线S0上表示现在位置的指标相重叠表示，也可以由调节阀2的剩余寿命时间tx来表示。这里，剩余寿命时间tx，定义为故障预测曲线S0中从现在到B点(偶发故障期间T2与磨耗故障期间T3的边界点)的时间，及从现在到故障率p超出既定值的时间。还有，在上述现在位置的通知中，不仅是表示现在位置的意义，而且还包含将表示现在位置的信号向定位器3的外部装置发送。
[定位器3的基本动作：阀开度的调整]
CPU3A求出从通过现场总线5的监视装置4的对于调节阀2的设定开度与从阀开度检测器3-5的通过A/D变换器3E的调节阀2的实际开度的偏差，生成使该偏差为零的驱动控制信号，送向电动气压变换部3-4。电动气压变换部3-4将来自CPU3A的驱动控制信号变换为空气压信号，将该空气压信号给予调节阀2。由此，控制流过调节阀2的流体的流量为所希望的流量值，调整调节阀2的实际开度为设定的开度。
还有，在该基本动作中，诊断模块3D将调节阀2的阀部总动作距离及动作速度的变化等测量数据通过通信接口3G等定期向监视装置4发送。从该诊断模块3D发送测量数据的周期，在初期故障期间T1内较短，在偶发故障期间T2中较长，在磨耗期间T3中较短。而且，在偶发故障期间T2中，在异常发生的情况下，使原来长的发生周期变短。
[定位器3的故障预测支援动作：故障预测结果的通知]
[例1]
图4是表示根据故障预测支援程序的CPU3A的处理动作的一例。CPU3A在配置有调节阀2的流量控制系统的试运行开始的同时，即与调节阀2的开始使用同时，开始软件记时，开始调节阀2的使用时间tT的记时(步骤401)。
而且，CPU3A读出存储部3B中所存储的调节阀2的故障预测曲线(浴盆形曲线)S0(步骤402)，求出到达该故障预测曲线S0中偶发故障期间与磨耗故障期间的边界点(图3所示B点)的时间tb与调节阀2现在的使用时间tT的差tx，将该差tx作为对于B点的剩余寿命时间(步骤403)。
这样，将该求得的对于B点的剩余寿命时间tx作为故障预测结果，通过通信接口3G发送向监视装置4(步骤404)。监视装置4从定位器3接收到对于B点的剩余寿命时间tx时，将这些在监控器图像4-1上显示。CPU3A对该步骤402～404的处理动作进行定期的重复。
[例2]
图5是表示根据故障预测支援程序的CPU3A的处理动作的另一例。CPU3A与调节阀2的使用开始同时开始软件记时，在开始调节阀2的使用时间tT的记时开始的同时(步骤501)，读出存储部3B中所存储的调节阀2的故障预测曲线(浴盆形曲线)S0(步骤502)。
而且，对于该读出的调节阀2的故障预测曲线S0，考虑此时调节阀2的使用环境、即压力计6-1、6-2，温度计7-1、7-2，流量计8，振动计9，温度计10等各种传感器所决定的使用时的运行条件(例如流体的压力及压差，流体温度及周围温度，压力变动，流体状况(空隙率、浆浓度等)，管道振动，其他)，调节阀2的阀部总动作距离及动作速度的变化等故障率曲线的各期间中测量数据的使用开始时间的发送周期，使用开始后的保养计划等，对故障率曲线S0进行修正，得到故障率曲线S1(步骤503)。而且，将该修正的故障率曲线S1存储于存储部3B(步骤504)。
在绝大多数情况下，修正的故障率曲线S1如图6所示，与修正前的故障率曲线S0相比，是故障率降低且B点向前延伸的曲线。也就是说，来自诊断模块3D的测量数据，在监视装置4的监控画面4-1中表示为曲线图等。如前所述，在该监控画面4-1中所表示的检测数据中，虽然不能简单地进行调节阀2的故障预测，但可以立即知道异常状态。所以，通过对该异常状态采取适当的措施，能够使故障率下降，使到达功能界限的时期尽量地向前延伸。而且，调节阀2的故障率受流体压力、流体温度等运行条件很大的影响。运行条件苛刻，则故障率上升，运行条件宽松，则故障率下降。而且，寿命也会相应的缩短或延长。而且，如果基于由本发明特有的故障预测支援功能所表示的剩余寿命时间而制定保养计划，可以使故障率下降，寿命延长。其结果是，修正后的故障率曲线S1与修正前的故障率曲线S0相比，是故障率降低且B点向前延伸的曲线。
接着，CPU3A读出存储部3B中所存储的修正后的故障率曲线S1(步骤505)，求出到达该故障率曲线S1中偶发故障期间与磨耗故障期间的边界点(图6所示B点)的时间tb与调节阀2的现在使用时间tT的差tx，将该差tx作为对于B点的剩余寿命时间(步骤506)。
而且，将该求得的对于B点的剩余寿命时间tx作为故障预测结果，通过通信接口3G送向监视装置4(步骤507)。监视装置4接收了来自定位器3的对于B点的剩余寿命时间tx时，将其显示在监控画面4-1上。CPU3A定期重复该步骤505～507的处理动作。
[例3]
图7是表示根据故障预测支援程序的处理动作的另一例。CPU3A与调节阀2的使用开始同时开始软件记时，在开始调节阀2的使用时间tT的记时开始的同时(步骤701)，读出存储部3B中所存储的调节阀2的故障预测曲线(浴盆形曲线)S0(步骤702)。
而且，对于该读出的调节阀2的故障预测曲线S0，考虑此时调节阀2的使用状况、即压力计6-1、6-2，温度计7-1、7-2，流量计8，振动计9，温度计10等各种传感器所决定的使用时的运行条件(例如流体的压力及压差，流体温度及周围温度，压力变动，流体状况(空隙率、浆浓度等)，管道振动，其他)，阀开度，输入信号，阀轴滑动距离，阀轴位置分布等现在的阀参数，调节阀2的阀部总动作距离及动作速度的变化等故障率曲线的各期间中测量数据的现在发送周期，现在保养计划等，对故障率曲线S0进行修正，得到故障率曲线S2(步骤703)。
接着，CPU3A求出到达该故障率曲线S2中偶发故障期间与磨耗故障期间的边界点(图6所示B点)的时间tb与调节阀2的现在使用时间tT的差tx，将该差tx作为对于B点的剩余寿命时间(步骤704)。
而且，将该求得的对于B点的剩余寿命时间tx作为故障预测结果，通过通信接口3G送向监视装置4(步骤705)。监视装置4接收了来自定位器3的对于B点的剩余寿命时间tx时，将其在监控画面4-1上表示。CPU3A定期重复这些步骤702～705的处理动作。
由上述的例1～例3的处理动作可知，在本实施例中，由于将对故障率曲线S0(例1)、故障率曲线S1(例2)、故障率曲线S2(例3)中B点的剩余寿命tx作为故障预测结果通知监视装置4，在监视装置4的监控画面4-1中表示，所以即使是不具有高度的专业知识及丰富经验的操作人员也能够根据该表示的剩余寿命tx正确且在短时间地进行调节阀2的故障预测。由此，即使不依赖于具有高度的专业知识及丰富经验的操作人员及从厂家派遣的技术人员的分析，由一般的操作人员也能够制定确实的维护计划。
还有，在上述例1(例2、例3)中，是从定位器3对于监视装置4仅发送对于B点的剩余寿命时间tx，但也可以是将剩余寿命时间tx与故障率曲线S0(S1、S2)一起发送，表示故障率曲线S0(S1、S2)。图8中给出了这种情况下的表示例。在该例中，以□标志P1作为指标，表示调节阀2的故障率曲线S0(S1、S2)中的现在位置。在这种情况下，由指标P1的位置与B点(偶发故障期间与磨耗故障期间的边界点)的时间差，可知对于B点的剩余寿命时间。
而且，在上述例2中，是通过由调节阀2的使用开始时的环境对故障率曲线S0进行修正而得到的故障率曲线S1，但调节阀2的使用开始时的环境为已知的情况很多，在这样的情况下，也可以在产品的出厂阶段将修正后的故障率曲线S1取代S0存储于存储部3B，使用该存储部3B内存储的故障率曲线S1进行如同例1的处理动作。
而且，在上述实施例中，是从定位器3向监视装置4发送故障预测结果，但也可以在监视装置4一侧进行与定位器3一侧进行的同样的故障预测处理，也可以在监视装置4一侧与定位器3一侧分散进行。在这种情况下，监视装置4与定位器3一起作为故障预测支援装置。
而且，在上述实施例中，故障预测对象是调节阀，但故障预测对象并不限于调节阀。例如，可以是包含调节阀的流量控制系统全体，也可以是包含该流量控制系统的设备全体。而且，还可以考虑空调设备及热源设备等设备，包含这些设备的建筑物，各种的部件等多种多样的对象作为故障预测对象物。
而且，在上述实施例中，故障预测曲线是故障率曲线，但故障预测曲线并不限于是故障率曲线。例如，也可以是如图3中省略从C点到A点的线的曲线。
而且，是表示了表示对于B点的剩余寿命时间的例，但也可以是在对于B点的剩余寿命时间超过规定的时间的情况下蜂鸣器发出声音。而且，还可以是在对于B点的剩余寿命为负值的情况下，就是使用时间tT超过tb的情况下，蜂鸣器发出声音，告知已经进入了磨耗故障期间。
而且，在上述实施例中，定位器3与监视装置4之间的通信协议是现场总线的方式，但也可以是HART及LON等通信协议，还可以利用其他各种通信协议。
而且，在上述实施例中，是在监视装置4的监控画面4-1中表示对于B点的剩余寿命时间，但也可以在操作人员携带的手持电脑11的显示器上表示。而且，还可以在定位器3上设置表示器，在该表示器的显示器上表示。
而且，在上述实施例中，是由软件计时器对调节阀2的使用时间tT进行计时，但计时装置并非一定必要。例如，由于如果同时存储了调节阀2的标签编号与该调节阀2的开始使用时刻，通过从手持电脑11输入标签编号，就能够求出从现在时刻的使用时间tT，所以也可以使用这样得到的使用时间tT。

Claims (6)

1.一种故障预测支援装置，其特征在于：
设置有：作为故障预测曲线而存储有基于统计数据而制作的、表示故障预测对象物的使用时间与故障率之间关系的曲线的故障预测曲线存储单元，
以及基于所述故障预测对象物的使用时间通知所述故障预测对象物的所述故障预测曲线中现在位置的现在位置通知单元。
2.根据权利要求1所述的故障预测支援装置，其特征在于：进而设置有对应于所述故障预测对象物的使用环境而修正所述故障预测曲线的故障预测曲线修正单元，
所述现在位置通知单元通知所述故障预测对象物的修正了的所述故障预测曲线中的现在位置。
3.根据权利要求1所述的故障预测支援装置，其特征在于：进而设置有对应于所述故障预测对象物的现在使用状况而修正所述故障预测曲线的故障预测曲线修正单元，
所述现在位置通知单元通知所述故障预测对象物的修正了的所述故障预测曲线中的现在位置。
4.根据权利要求1所述的故障预测支援装置，其特征在于：所述现在位置通知单元在表示所述故障预测曲线的同时，还表示出显示所述故障预测对象物的所述故障预测曲线中现在位置的指标。
5.根据权利要求1所述的故障预测支援装置，其特征在于：进而设置有基于所述故障预测对象物的使用时间与所述故障预测曲线而计算出所述故障预测对象物的剩余寿命时间的剩余寿命时间计算单元，
所述现在位置通知单元通知由所述剩余寿命时间计算单元所计算出的所述剩余寿命时间作为所述故障预测曲线中的现在位置。
6.根据权利要求1所述的故障预测支援装置，其特征在于：所述故障预测曲线是分为所述故障预测对象物的故障率从其使用开始随时间的经过而降低的初期故障期间，所述故障预测对象物的故障率稳定的偶发故障期间，以及所述故障预测对象物的故障率随时间的经过而上升的磨耗故障期间的故障率曲线。
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