JP2002152862A - 遠隔監視システム用のデータ収集ユニット及び遠隔監視方法 - Google Patents

遠隔監視システム用のデータ収集ユニット及び遠隔監視方法

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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
    • G05B19/0421—Multiprocessor system

Abstract

(57)【要約】 【課題】 単一のコンピュータシステムを用いて動的信
号及びプロセス信号を同時に遠隔監視する。 【解決手段】 本発明の遠隔監視システムは、中央コン
ピュータシステムと、監視すべき機械からデータを収集
するための少なくとも１台のデータ収集ユニットとを具
備している。データ収集ユニットは、中央処理装置及び
補助処理装置を有するオンサイトコンピュータシステム
を含んでいる。データ収集ユニットはまた、プロセスデ
ータ信号を生成するための１個以上のセンサ及び動的デ
ータ信号を生成するための１個以上のセンサをも含んで
いる。プロセスデータ信号は中央処理装置及び補助処理
装置に送られ、また動的データ信号は補助処理装置（２
８）に送られる。中央コンピュータシステムとオンサイ
トコンピュータシステムとは、通信リンクによって接続
されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】本発明は、回転機械（限定されるわけで
はないが、たとえばガスタービン）の遠隔診断監視に関
するものである。更に詳しく言えば、かかる診断監視の
ために使用されるデータを収集して分析するためのシス
テム及び方法に関する。
【０００２】ガスタービンは、発電プラントにおける発
電機の駆動及び船舶又は航空機の推進のごとき様々な用
途のために使用されている。いずれの用途においても、
ガスタービンはそれの正規の運転の一部として日常的に
様々な保守操作を受ける。かかる保守サービスの実施を
助けるため、ガスタービンの診断監視を可能にする監視
システムがしばしば使用される。これらのシステムは、
通常、診断傾向分析のために使用される関連した傾向及
び故障データを収集する性能監視機器を含んでいる。診
断傾向分析においては、総合的なガスタービン性能及び
（又は）状態を表わす特定のプロセスデータ（たとえ
ば、排気温度、燃料流量、ロータ速度など）が該ガスタ
ービンに関するパラメトリック基線と比較される。生の
傾向データがパラメトリック基線からずれていれば、保
守を必要とする現在又は将来の状態を表わす可能性があ
る。かかるデータは、局所において記録し、そして後に
なってから保守要員がアクセスすることもできる。ある
いはまた、かかるデータを遠隔の場所に伝送することに
より、中央の位置において複数のガスタービンを遠隔監
視することもできる。
【０００３】全ての回転機械と同じく、ガスタービンも
ロータの不釣合い、部品の位置狂い、及び軸受の摩耗又
は欠陥のごとき原因に由来する振動を生じ易い。従っ
て、上記のごとき静的なガスタービンプロセスデータに
加え、振動データ及び（又は）その他の動的ガスタービ
ンデータを監視することは有用である。とは言え、遠隔
監視システムにおいて、現場のユニットから中央の位置
に動的な信号データを伝送するのは困難な場合がある。
現在、プロセスデータ及び動的データの遠隔監視に際し
ては、現場において２台のコンピュータを使用されるの
が通例である。その場合、１台は動的データを収集して
処理するために使用され、そしてもう１台はプロセスデ
ータを収集して処理するために使用される。
【０００４】このようなアプローチに関する欠点の１つ
は、２台の独立したコンピュータを用意しかつ維持する
ために必要な費用の問題である。もう１つの欠点は、動
的信号及びプロセス信号を時間一致方式で分析するのが
不可能なことである。かかるデータを分析する際、同時
方式又は時間一致方式で動的信号及びプロセス信号を検
討することができれば、総合的なガスタービンの状態を
一層良く理解することができる。しかしながら、２台の
コンピュータを使用する現行のシステムでは時間一致方
式で検討を行うことができない。
【０００５】このようなわけで、単一のコンピュータシ
ステムを用いて動的信号及びプロセス信号を同時に遠隔
監視することが望まれているのである。
【０００６】
【発明の概要】上記の要望を満たすために本発明は、中
央コンピュータシステムと、監視すべき機械からデータ
を収集するための少なくとも１台のデータ収集ユニット
とを具備した遠隔監視システム（１０）を提供する。デ
ータ収集ユニットは、中央処理装置及び補助処理装置を
有するオンサイトコンピュータシステムを含んでいる。
データ収集ユニットはまた、プロセスデータ信号を生成
するための手段及び動的データ信号を生成するための手
段をも含んでいる。プロセスデータ信号は中央処理装置
及び補助処理装置に送られ、また動的データ信号は補助
処理装置に送られる。中央コンピュータシステムとオン
サイトコンピュータシステムとは、通信リンクによって
接続されている。
【０００７】本発明自体及び先行技術に対するそれの利
点は、添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を読
むことによって自ずから明らかとなろう。
【０００８】
【好適な実施の態様の詳細な説明】本発明の内容は、前
記特許請求の範囲中に詳細に記載されかつ明確に規定さ
れている。とは言え、本発明は添付の図面を参照しなが
ら以下の詳細な説明を考察することによって最も良く理
解することができよう。なお、図面全体を通じ、同じ構
成要素は同じ参照番号によって表わされている。
【０００９】図１は、地理的に分散した場所に配置され
た回転機械１２を連続的に診断監視することのできる分
散型遠隔監視システム１０を示している。図示された実
施例の場合、回転機械１２は相異なる発電プラント内あ
るいは相異なる船舶又は航空機上に存在することのある
複数のガスタービンから成っている。とは言え、回転機
械１２はガスタービンに限定されるわけではなく、回転
部品を有する任意のタイプの機械（たとえば、圧縮機、
ポンプ、送風機など）であり得る。
【００１０】各々の回転機械１２には、独立のデータ収
集ユニット１４が付属している。データ収集ユニット１
４は対応する機械１２からデータを収集し、そしてそれ
ぞれの通信リンク１８を通して中央監視ステーション１
６にデータを転送する。実施の一態様に従えば、データ
はデータ収集ユニット１４で処理され、そして中央監視
ステーション１６で分析される。通信リンク１８は、任
意のタイプの通信リンク（限定されるわけではないが、
たとえば電話線又はインターネット）である得る。
【００１１】次に図２を見ると、遠隔監視システム１０
の一部分（すなわち、中央監視ステーション１６及びデ
ータ収集ユニット１４の１つ）が一層詳細に示されてい
る。データ収集ユニット１４は、オンサイトコンピュー
タシステム２０、１個以上のプロセスデータセンサ２
２、及び１個以上の動的データセンサ２４を含んでい
る。プロセスデータセンサ２２は監視すべき機械１２と
連絡し、それによって機械１２の総合的な性能及び（又
は）状態を表わすプロセスデータを感知する。プロセス
データセンサ２２は、機械のプロセスデータを感知し得
るものであれば、任意のタイプの性能監視装置、計器又
はその他の手段であり得る。ガスタービンの場合、プロ
セスデータセンサ２２はガスタービン制御システム内に
組込まれているのが通例である。ガスタービンに関して
監視されるプロセスデータの典型例としては、限定され
るわけではないが、排気温度、燃料流量、ロータ速度、
圧縮機吐出し圧力、タービン排気圧などが挙げられる。
動的データセンサ２４は機械１２と連絡し、それによっ
て機械１２の運転に関係する動的データ（限定されるわ
けではないが、たとえば振動データ）を感知する。振動
データを監視する場合、動的データセンサ２４は機械的
運動又はエネルギーを電気信号に変換するタイプのもの
であればよい。たとえば、動的データセンサ２４は近接
プローブ、加速度計、又は任意の振動感知手段であり得
る。
【００１２】任意のタイプのコンピュータシステム（た
とえばＰＣ）であり得るオンサイトコンピュータシステ
ム２０は、一次又は中央処理装置（たとえばＣＰＵ）２
６、補助処理装置２８及びオンサイトデータベース３０
を含んでいる。プロセスデータセンサ２２はプロセスデ
ータ信号を生成するが、これは（標準的なＲＳ／イーサ
ネット（登録商標）インターフェースであり得る）イン
ターフェース３２を介してＣＰＵ２６に送られる。プロ
セスデータ信号はまた、（アナログ同軸ケーブルであり
得る）別のインターフェース３４を介して補助処理装置
２８に送られる。動的データセンサ２４は動的データ信
号を生成するが、これは（アナログ同軸ケーブルであり
得る）インターフェース３６を介して補助処理装置２８
に送られる。
【００１３】ＣＰＵ２６は、入力されたプロセスデータ
信号を処理することにより、機械１２に関する性能関連
問題の診断及び予測を可能にする（この操作は一般に傾
向分析として知られる）。詳しく述べれば、生のプロセ
スデータ信号から適当な傾向パラメータが計算され、そ
して計算された傾向パラメータを表わす信号がオンサイ
トデータベース３０中に保存される。傾向パラメータ信
号はまた、通信リンク１８を通して中央監視ステーショ
ン１６に伝送される。中央監視ステーション１６におい
て傾向パラメータ信号を観察し、かつ機械１２に関する
パラメトリック基線と比較することにより、検査又は保
守の必要性を表わす症状が検出される。すなわち、パラ
メトリック基線からの傾向パラメータ信号のずれが機械
１２の検査及び（又は）保守の必要性を表わすことがあ
る。一般に、パラメトリック基線は機械１２のモデルか
ら実験的に誘導又は生成される。
【００１４】補助処理装置２８は、入力されたプロセス
データ信号及び動的データ信号を処理することにより、
動的データを表わす振幅スペクトルが生成される。たと
えば、動的データセンサ２４が機械振動データを感知す
る場合、補助処理装置２８は機械１２に関する振動振幅
スペクトルを生成することになる。振幅スペクトルは、
傾向パラメータ信号と同時に、オンサイトデータベース
３０中に保存される。振幅スペクトルはまた、観察及び
分析のため、通信リンク１８を通して中央監視ステーシ
ョン１６に伝送される。下記に一層詳細に記載されるご
とく、振幅スペクトルは傾向パラメータ信号と一緒にリ
アルタイムで観察することができる。傾向パラメータ信
号の分析と同じく、振幅スペクトルを基線と比較するこ
とによって保守問題の診断及び予測が行われる。たとえ
ば、振幅スペクトルが振動振幅スペクトルを表わす場
合、それを機械１２に関して以前に求められたベンチマ
ーク振動識別特性と比較することができる。
【００１５】実施の一態様に従えば、補助処理装置２８
はオンサイトコンピュータシステム２０の拡張スロット
に挿入された拡張ボードである。かかる拡張ボード２８
は、入力されたプロセスデータ信号及び動的データ信号
の処理を実行する高速フーリエ変換（ＦＦＴ）アルゴリ
ズムのごとき信号分析アルゴリズムを含んでいる。更に
詳しく述べれば、拡張ボード２８は動的データ信号を動
的データセンサ２４からアナログ−ディジタル変換器に
取込む。次いで、これらの信号を遠隔設定可能なトラッ
キングフィルタの出力と比較することによって振幅スペ
クトルが求められる。トラッキングフィルタはプロセス
データセンサ２２からのプロセスデータ信号を使用し、
そして分析のために機械１２の所定振動数を分離するこ
とができる。たとえば、機械１２がガスタービンである
場合、フィルタはガスタービン１２のタービンロータ速
度の関数である関数である基本振動数を追跡するために
使用することができる。一般に、チャネル当り最大４つ
のフィルタが存在する。拡張ボード２８は、アメリカ合
衆国ワシントン州ブレイン市所在のブリッジノース・シ
グナル・プロセッシング社(Bridgenorth Signal Proces
sing, Inc.) から商業的に入手可能なＢＮ４０００プロ
セッサボードのごとき市販製品であり得る。
【００１６】オンサイトコンピュータシステム２０は、
ＣＰＵ２６と補助処理装置２８との間にインターフェー
スを提供するためのインターフェースソフトウェアアプ
リケーション３８を含んでいる。インターフェースソフ
トウェアアプリケーション３８は、振幅スペクトル（又
はそれのサブセット）を伝送し、そして傾向パラメータ
信号との時間一致方式で観察することを可能にする。す
なわち、傾向パラメータ信号と振幅スペクトルとを同じ
スクリーン上で同時に観察することができるのである。
詳しく述べれば、傾向パラメータ信号及び振幅スペクト
ルの両方が通信リンク１８を通して中央監視ステーショ
ン１６に伝送される。図２に示されるごとく、中央監視
ステーション１６は中央コンピュータシステム４０及び
中央データベース４２を含んでいる。中央コンピュータ
システム４０には、傾向パラメータ信号及び振幅スペク
トルを表示するためのディスプレイ４４が付属してい
る。
【００１７】実施の一態様に従えば、インターフェース
ソフトウェアアプリケーション３８はアメリカ合衆国ヴ
ァージニア州シャーロッツビル市所在のＧＥ・ファナッ
ク・オートメーション・ノース・アメリカ社(GE Fanuc
Automation North America,Inc)から入手可能なシンプ
リシティ(Cimplicity)データ処理ソフトウェアを修正し
たものである。シンプリシティソフトウェアは、データ
を取込み、該データをデータベース中に記録し、かつ視
覚的検討のために該データの表示を可能にするアプリケ
ーションである。本発明において使用されるソフトウェ
アアプリケーションは、先ず最初に補助処理装置２８に
よって処理されたデータをシンプリシティ準拠インター
フェースソフトウェアアプリケーションに適合した形態
に変換するように修正されている。次いで、標準的なシ
ンプリシティソフトウェアがデータを表示するのと同様
にして、インターフェースソフトウェアアプリケーショ
ン３８は変換された振幅データを視覚的検討のため（デ
ィスプレイ４４上に）表示する。
【００１８】上記のごとく、傾向パラメータ信号及び振
幅スペクトルはオンサイトデータベース３０中に保存さ
れる。傾向パラメータ信号及び振幅スペクトルはまた、
中央監視ステーション１６に伝送された後、中央データ
ベース４２中にも保存される。従って、ディスプレイ４
４はリアルタイムデータ又は中央データベース４２から
検索されたデータを表示することができる。一般に、傾
向パラメータ信号及び振幅スペクトルは早い速度（たと
えば、毎秒１回）でオンサイトデータベース３０中に記
録されると共に、それより遅い速度（たとえば、毎分１
回）で中央データベース４２中に記録される。傾向パラ
メータ信号及び振幅スペクトルが遅い速度で中央データ
ベース４２中に記録される理由は、それらのデータがオ
ンサイトコンピュータシステム２０から伝送されること
にある。早い速度で保存しようとすれば、巨大なデータ
伝送量が必要となる。傾向パラメータ信号及び振幅スペ
クトルを早い速度でオンサイトデータベース３０中に保
存し得る理由は、それが近接していることにある。傾向
パラメータ信号及び振幅スペクトルをオンサイトデータ
ベース３０中に保存することは、必要に応じてアクセス
し得る高解像度データを提供する。たとえば、問題を解
決するために高解像度データが必要となる機械の誤動作
やその他の現象が生じた場合には、オンサイトデータベ
ース３０から高解像度データにアクセスすることができ
る。高解像度データは、設定された期間（たとえば、１
０日間）にわたってオンサイトデータベース３０上に保
存されるのが通例である。
【００１９】上記には、データ収集のために単一のコン
ピュータを使用しかつ時間一致方式でプロセスデータ及
び動的データを表示するような遠隔監視システムが記載
された。データを収集するために１つのコンピュータシ
ステムを使用することは、監視システムの総原価を削減
する。また、傾向パラメータ信号及び振幅スペクトルを
時間一致方式で観察し得ることは、総合的な機械の状態
を一層良く理解するために役立つ。
【００２０】以上、特定の実施の態様に関連して本発明
を説明したが、前記特許請求の範囲によって規定された
本発明の精神及び範囲から逸脱することなしに様々な変
更態様が可能であることは当業者にとって自明であろ
う。
【図面の簡単な説明】
【図１】分散型遠隔監視システムの略図である。
【図２】図１の遠隔監視システムの一部分を一層詳細に
示すブロック図である。
【符号の説明】
１０ 分散型遠隔監視システム １２ 回転機械 １４ データ収集ユニット １６ 中央監視ステーション １８ 通信リンク ２０ オンサイトコンピュータシステム ２２ プロセスデータセンサ ２４ 動的データセンサ ２６ 中央処理装置 ２８ 補助処理装置 ３０ データベース ３２ インターフェース ３４ インターフェース ３６ インターフェース ４０ 中央コンピュータシステム ４２ 中央データベース ４４ ディスプレイ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０８Ｂ 25/00 ５１０ Ｇ０８Ｂ 25/00 ５１０Ｈ Ｆターム(参考） 5C087 AA03 AA04 AA51 BB11 BB46 BB65 DD08 DD21 DD27 EE05 EE07 EE18 GG14 GG19 GG37 5K048 BA22 DA02 EB06 EB08 EB10 EB12 GB05 HA01 HA02

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 中央処理装置（２６）及び補助処理装置
    （２８）を有するコンピュータシステム（２０）と、前
    記中央処理装置（２６）及び前記補助処理装置（２８）
    に送られる第１のデータ信号を生成するための手段（２
    ２）と、前記補助処理装置（２８）に送られる第２のデ
    ータ信号を生成するための手段（２４）とを含むことを
    特徴とする監視システム（１０）用のデータ収集ユニッ
    ト（１４）。
  2. 【請求項２】 前記中央処理装置（２６）が前記第１の
    データ信号を処理して傾向パラメータ信号を生成し、ま
    た前記補助処理装置（２８）が前記第１及び第２のデー
    タ信号を処理して振幅スペクトルを生成する請求項１記
    載のデータ収集ユニット（１４）。
  3. 【請求項３】 前記振幅スペクトルが振動振幅スペクト
    ルである請求項２記載のデータ収集ユニット（１４）。
  4. 【請求項４】 前記傾向パラメータ信号及び前記振幅ス
    ペクトルを保存するデータベース（３０）を更に含む請
    求項２記載のデータ収集ユニット（１４）。
  5. 【請求項５】 前記補助処理装置（２８）が前記コンピ
    ュータシステム（２０）内に挿入された拡張ボード（２
    ８）である請求項１記載のデータ収集ユニット（１
    ４）。
  6. 【請求項６】 前記拡張ボード（２８）が信号分析アル
    ゴリズムを含む請求項５記載のデータ収集ユニット（１
    ４）。
  7. 【請求項７】 少なくとも１台の機械（１２）を遠隔監
    視するためのシステム（１０）において、中央コンピュ
    ータシステム（４０）と、中央処理装置（２６）及び補
    助処理装置（２８）を有するオンサイトコンピュータシ
    ステム（２０）と、前記機械（１２）に関連したプロセ
    スデータを感知し、そして前記中央処理装置（２６）及
    び前記補助処理装置（２８）に送られるプロセスデータ
    信号を生成するための手段（２２）と、前記機械（１
    ２）に関連した動的データを感知し、そして前記補助処
    理装置（２８）に送られる動的データ信号を生成するた
    めの手段（２４）と、前記中央コンピュータシステム
    （４０）と前記オンサイトコンピュータシステム（２
    ０）との間における通信リンク（１８）とを含むことを
    特徴とするシステム（１０）。
  8. 【請求項８】 前記中央処理装置（２６）が前記プロセ
    スデータ信号を処理して傾向パラメータ信号を生成し、
    また前記補助処理装置（２８）が前記プロセスデータ信
    号及び前記動的データ信号を処理して振幅スペクトルを
    生成する請求項７記載のシステム（１０）。
  9. 【請求項９】 前記振幅スペクトルが振動振幅スペクト
    ルである請求項８記載のシステム（１０）。
  10. 【請求項１０】 前記オンサイトコンピュータシステム
    （２０）が前記傾向パラメータ信号及び前記振幅スペク
    トルを保存するオンサイトデータベース（３０）を含む
    請求項８記載のシステム（１０）。
  11. 【請求項１１】 前記中央コンピュータシステム（４
    ０）が前記傾向パラメータ信号及び前記振幅スペクトル
    を保存する中央データベース（４２）を含む請求項１０
    記載のシステム（１０）。
  12. 【請求項１２】 前記傾向パラメータ信号及び前記振幅
    スペクトルが第１の速度で前記オンサイトデータベース
    （３０）中に記録され、かつ第２の速度で前記中央デー
    タベース（４２）中に記録され、前記第１の速度は前記
    第２の速度より大きい請求項１１記載のシステム（１
    ０）。
  13. 【請求項１３】 前記中央コンピュータシステム（４
    ０）が時間一致方式で前記傾向パラメータ信号及び前記
    振幅スペクトルを一緒に表示するためのディスプレイ
    （４４）を含む請求項８記載のシステム（１０）。
  14. 【請求項１４】 前記補助処理装置（２８）が前記オン
    サイトコンピュータシステム（２０）内に挿入された拡
    張ボード（２８）である請求項７記載のシステム（１
    ０）。
  15. 【請求項１５】 前記拡張ボード（２８）が信号分析ア
    ルゴリズムを含む請求項１４記載のシステム（１０）。
  16. 【請求項１６】 第２の中央処理装置（２６）及び第２
    の補助処理装置（２８）を有する第２のオンサイトコン
    ピュータシステム（２０）と、別の機械（１２）に関連
    したプロセスデータを感知し前記第２の中央処理装置
    （２６）及び前記第２の補助処理装置（２８）に送られ
    る別のプロセスデータ信号を生成するための第２の手段
    （２２）と、前記別の機械（１２）に関連した動的デー
    タを感知し前記第２の補助処理装置（２８）に送られる
    別の動的データ信号を生成するための第２の手段（２
    ４）と、前記中央コンピュータシステム（４０）と前記
    第２のオンサイトコンピュータシステム（２０）との間
    における第２の通信リンク（１８）とを更に含む請求項
    ７記載のシステム（１０）。
  17. 【請求項１７】 中央処理装置（２６）及び補助処理装
    置（２８）を有するオンサイトコンピュータシステム
    （２０）を用意する工程と、機械（１２）に関連したプ
    ロセスデータを表わす第１の信号を生成する工程と、前
    記機械（１２）に関連した動的データを表わす第２の信
    号を生成する工程と、前記第１の信号を前記中央処理装
    置（２６）及び前記補助処理装置（２８）に送る工程
    と、前記第２の信号を前記補助処理装置（２８）に送る
    工程とを含むことを特徴とする機械（１２）の遠隔監視
    方法。
  18. 【請求項１８】 前記中央処理装置（２６）を用いて前
    記第１の信号から傾向パラメータ信号を生成する工程
    と、前記補助処理装置（２８）を用いて前記第１及び第
    ２の信号から振幅スペクトルを生成する工程とを更に含
    む請求項１７記載の方法。
  19. 【請求項１９】 時間一致方式で前記傾向パラメータ信
    号及び前記振幅スペクトルを一緒に表示する工程を更に
    含む請求項１８記載の方法。
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