JP2006328767A - ゲート制御機側操作盤故障診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、マトリックスを用いてダムのゲート操作を支援するゲート制御機側操作盤故障診断装置に関する。
【解決手段】 操作盤の操作スイッチの切替えデータ、および前記ゲートまたはゲート制御機の所定の動作を検出するセンサの検出データを、それぞれ分けてインベント群とし、各イベントに対応するゲートまたはゲート制御機の所定の機器の正常・異常の動作状態を、それぞれ分けてステータス群としてマトリックスを形成し、前記マトリックスを構成する各セルに、次ぎにイベント群の１データが得られた場合にセルを決定するためのステータス群を指定するステータス指定部と、当該セルに対応するイベントとステータスの組合せによって決定される正常・異常の動作状態に関する情報を記録した表示部とを設けたことを特徴とする。
【選択図】 図７（ａ）

Description

この発明は、ダムのゲートの動作を監視するゲート制御機側操作盤故障診断装置に関する。

ダムのゲート制御を自動的に制御する構成として、例えば、状態信号と開度信号との変化を両信号を関連させて常時監視することにより、異常の存在を早期に検出できるゲート制御装置として特開平６−３２２７４０号などが知られている。
一方、目標開度に至るまでのゲート動作時間に対する過動作検出回路を設け、ゲート制御を行うゲート制御として特開平１０−１４３２０３号などが知られている。
しかし、これらはいずれも監視装置とゲート制御装置とが一体となっており、構造が複雑であると共に、一方だけをバージョンアップすることができない。
特開平６−３２２７４０号（監視と共にゲート制御を行う構造が開示されている。 図１参照）

この発明は上記事情に鑑みて創案されたものであって、その主たる課題は、操作盤の操作スイッチの切替えデータや、ゲートまたはゲート制御機の所定の動作を検出するセンサの検出データをインベント群とし、各イベントに対応するゲートまたはゲート制御機の所定の機器の正常・異常の動作状態をステータス群としてマトリックスを形成して、ゲートの動作状態を監視することができるようにしたゲート制御機側の操作盤をモニタリングするシステムを提供することにある。
ここで、上記マトリックスは、状態遷移マトリックスであり、ステータスという概念が導入されている。マトリックスの一方の軸はイベント（ＯＮ→ＯＦＦ，ＯＦＦ→ＯＮのような変動）であり、他方の軸がステータスとなっている。
イベントが発生するとその結果として、原則としてステータスが移動する（しない場合、即ち現状を維持する場合もある）。どのステータスへ移動するかは、予め設計段階で決定される。あるタイミングにおいて所定のイベント（ＯＮ→ＯＦＦ、ＯＦＦ→ＯＮ）が発生するかどうかで、正常・異常は異なる結論となる。

上記課題を解決するために、請求項１の発明では、
ダムのゲートを開閉するゲート制御機と、該ゲート制御機を操作する操作盤と、前記ゲートまたはゲート制御機と操作盤とに接続されて前記操作盤の操作スイッチの切替え、およびゲートまたはゲート制御機の動作を検出する各センサからのそれぞれのデータを入力すると共に、得られたデータを時系列に記録するデータ収集器とを有するゲート制御機側操作盤故障診断装置であって、
前記データ収集器に入力されたデータを基にゲートの動作状態を監視する水門監視プログラムが設けられており、
該水門監視プログラムが、
前記操作盤の操作スイッチの切替えデータ、および前記ゲートまたはゲート制御機の所定の動作を検出するセンサの検出データを、それぞれ分けてインベント群とし、前記各イベントに対応するゲートまたはゲート制御機の動作状態をそれぞれ分けてステータス群とし、前記イベント群とステータス群とを行と列としたマトリックスを形成し、前記マトリックスを構成する各セルに、次ぎにイベント群の１データが得られた場合にセルを決定するためのステータス群を指定するステータス指定部と、当該セルに対応するイベントとステータスの組合せによって決定される正常・異常の動作状態に関する情報を記録した表示部とを設けており、順次得られるイベント群のデータを基に、次ぎに指定されたステータス群でセルを決定して、ゲートの動作状態を監視することができる、という技術的手段を講じている。

また、請求項２の発明では、
前記ゲート制御機側操作盤に接続されて水門操作制御やシーケンスロジック構成を行うためのリレーやコンタクタの予備接点をデータ収集器と接続して、イベント群のデータを入力しうるようになっている、という技術的手段を講じている。
更に、請求項３の発明では、
前記水門監視プログラムが別体のパーソナルコンピュータに格納されており、メンテナンス時に、データ収集器に時系列で記録されたイベント群のデータを前記パーソナルコンピュータに取り込んで、前記水門監視プログラムを実行して異常個所を判定しうる、という技術的手段を講じている。

この発明は、水門のゲートの操作や、これに伴う制御機の動作や異常検出用のタイマーの作動をイベントとして分解し、ゲートの挙動をステータスとして分解して、各セルには、次ぎに生じたイベントをどのステータスの行との関係で決定するかを指定しておき、次ぎに生じたイベントの正否をモニターするようにしたので、簡単な構成で、信頼性の高いゲート制御機側操作盤故障診断装置を提供することができる。
また、監視装置とゲート制御機側操作盤などのゲート制御装置とを別体として構成することができるので監視装置の着脱が容易であって、新規のゲート制御機側操作盤だけでなく、既設のものにも装着でき、また一方を容易にバージョンアップすることができ、極めて有益である。

以下に、この発明のゲート制御機側操作盤故障診断装置の好適実施例について、図面を参照しながら説明する。

このシステムでは図１から図４に示すように、ゲート制御機側操作盤１０と、ゲートを開閉するアクチュエータと、ゲート制御機側操作盤１０とアクチュエータとの間に接続されたリレー２やコンタクタとを有する公知の構成において、上記ゲート制御機側操作盤１０と、アクチュエータと、リレー２やコンタクタから、それぞれ信号を受けて水門操作の故障を判定するデータ収集器１（図８参照）を備えた構成からなっている。

このデータ収集器１が故障と判定した場合に、推定故障個所をメッセージによりデータ収集器１に接続されたＬＥＤなどのディスプレイ１ａに表示し、オペレータに指示することができる。
更に、インタロックを回避する等、復旧支援をメッセージによりディスプレイ１ａに表示し、オペレータにガイドすることができる。

このデータ収集器１に設けられたメモリ１ｂでは、（１）時刻に発生したイベントとそのステータス、（２）機械の発停回数、（３）運転時間、（４）運転履歴、（５）故障履歴などを時系列に記録し、蓄積するようになっている。
また、ゲートの属性を示すシリアルナンバーを、前記メモリ１ｂに記録することができる。

そして、データ収集器１は、インターフェースを介してコンピュータの一例としてのパソコン２０に接続され、前記データ収集器１のメモリ１ｂに蓄積されたデータは、前記パソコン２０にダウンロードされる。
そこで、このパソコン２０では上記のダウンロードしたデータにもとづき、インストールされている故障解析プログラムを実行することにより、更に上位の故障診断や、ＰＭのための情報を出力することができる。

本実施例では、上記データ収集器１は、ゲート制御機側操作盤１０から操作指示のデータを受け、アクチュエータと、リレーやコンタクタから実際の作動のデータを受け、それぞれ信号を基にして、ゲートの制御に対する監視のみを行う構成からなっている。

即ち、データ収集器１では、現場のオペレータに対して、ディスプレイ１ａに表示したメッセージにより、故障個所や故障回復のための指示あるいは情報を与えることのみを行っている。
そして、交換が簡単に行えるように、機器との接続は最小限に限られることが好ましい。

これにより、前記データ収集器１を取り外してもゲート制御機側操作盤１０の機能に何ら影響を及ぼすことはない。
また、データ収集器１を取り付けてもゲート制御機側操作盤１０の機能は全く影響を受けることがなく、更に、データ収集器１が、万一故障してもゲート制御機側操作盤の機能は全く影響を受けることがないように設定することができる。

このようにすることにより、技術の進歩や経時劣化等により、将来、データ収集器１を交換しても、ゲート制御機側操作盤１０の機能は全く影響を受けることがない。
また、装置の構造上も、データ収集器とゲート制御機側操作盤は、原則として信号絶縁されていることが好ましい。

これにより、ゲート制御機側操作盤とデータ収集器とを別体として、それぞれの機能を発揮させることができる。
その場合でも、この実施例では、データ収集器１が支援メッセージの表示に限定したが、この発明では、これに加えて、データ収集器１からゲート制御機側操作盤１０へ操作信号を送るようにしてもよい。

前記データ収集器１は、次のような方法でゲート制御機側操作盤１０から情報を受け取ることができる。
発停等のオン・オフ（デジタル）情報に関して、ゲートの操作やシーケンスロジック構成のために、ゲート制御機側操作盤１０内では、リレー２やコンタクタを使用している（図２参照）。

ここで使用する各リレー２やコンタクタには、予備接点３を有する通常の構成のものを用いている。
そこで、各リレー２やコンタクタでは、本来の操作や制御に使用されるラインと、予備接点３とデータ収集器１とに接続されて同様の操作や制御信号を送る予備ラインＬ２とが設けられる。
この予備ラインＬ２は前述のように、データ収集器１に信号を送るために追加されるので、ゲート制御機側操作盤１０の制御に影響を与えるものでは無い。

データ収集器では、上記各予備ラインから送られる信号を常にモニタリングしている。
そこで、たとえばオペレータが所定のアクチュエータに操作信号を送った場合にこれを制御するリレーやコンタクタの接点がＯＮにならなければならない場合に、その接点が依然としてＯＦＦであるとすれば故障が発生していると判定することができる。

アクチュエータの制御に複数のリレーなどの接点が関与している場合には、それらの各予備接点を同様に全てモニタリングしておけば、故障箇所だけでなく、故障原因や回避策、復旧策が容易に策定できる。

ゲート制御機側操作盤１０内の全接点をこのような方法で、データ収集器１に取り込めば、データ収集器は予め組み込んだ異常判定プログラムで、故障を検知し、また故障に対する正しい処理をオペレータに指示することができる。

この発明では、前述のようにリレー２やコンタクタの予備接点３を利用してデータ収集器１に配線すればよいので、例えば、新規に制作されるゲート制御機側操作盤の場合には、プラグイン方式でデータ収集器に接続する方式とすることができ、廉価に実施することができる。

また、既設のゲート制御機側操作盤１０に対しても、予備接点３に配線をすればよいので、容易に実施することができる。
そして、この方式によれば、信号はデータ収集器１とゲート制御機側操作盤１０の間でアイソレート（絶縁）させることができる。

次に、アクチュエータ側の信号として、ゲートの開度信号やモータ負荷電流、シリンダの圧力等のアナログ信号をデータ収集器１に取り込み、状況判定に使用する（図４参照）。
前記データ収集器１への入力回路を付加することによりゲート制御機側操作盤１０が検知するアナログ値に影響があってはならない。

そこで、本実施例では、データ収集器１のアナログ入力回路Ｌ３をハイインピーダンスとする。
一方、ゲート制御機側操作盤側は１〜５ＶＤＣの電圧信号に変換しておけば、データ収集器を接続してもゲート制御機側操作盤側に影響を及ぼすことがない。

前記データ収集器１では、判定手段として水門監視プログラムを有しており、ステータスとイベントを要素とするマトリックス方式で正常／異常の判定を行う。
なお、上記データ収集器に代えて、該データ収集器から入力されたデータを基にパソコン２０に上記判定手段（水門監視プログラム）を設けておき、処理する構成としてもよい。
ここでイベントには、各種操作スイッチなどの動作状態を検出するセンサの検出データ（イベント）と、ゲートやゲート制御機の動作状態を検出するセンサの検出データ（ステータス）を全て列挙する。
例えば、本実施例では、図７に一例を示すように、イベントとしては「電源オン」「”緊急操作”スイッチ入」「”緊急操作”スイッチ切」「”ポンプ”スイッチ入」「”ポンプ”スイッチ切」「（ゲート）開スイッチ入」、「上限リミットスイッチオン」、「上限リミットスイッチオフ」（以上、図７（ａ）参照）、「（ゲート）開スイッチ切」、「（ゲート）閉スイッチ入」、「下限リミットスイッチオン」、「下限リミットスイッチオフ」、「（ゲート）閉スイッチオフ」、「”停止”スイッチ入」、「周期タイマ タイムアウト」、「周期時限タイマ タイムアウト」（以上、図７（ｂ）参照）などがあり、これらがイベント群となって、マトリックスの縦の列を構成している。

ゲートまたはゲート制御機の動作状態は、ステータスとなる。
図７では、ステータスとして、「通常運転」、「ポンプ運転待ち」、「ポンプ運転中」、「ゲート上昇中」、「上端待機中」、「ゲート待機中」、「ゲート下降中」、「下端待機中」、「途中停止中」などがあり、これらがステータス群となって、マトリックスの横の行を構成し、図示例では８列１６行の１２８個のセルの集まりからなっている。

そして、マトリックスの各セルＣは、図５に示すように、表示部Ｃ１とステータス指定部Ｃ２とからなっている。
即ち、予め、前記イベントとステータスは、各種操作スイッチなどの動作状態とゲート制御機の動作状態の全て起こりうる組合せからなり、各イベントと各ステータスの組合せから、動作が正常か異常かが予め決めてある。
そして、表示部Ｃ１には、当該セルＣに対応するイベントとステータスの組合せによる正常または異常の結果に対応して、オペレータが実行するべき処理や動作状態に関する情報の表示（表示ｎ）が表示されている。
従って、所定のイベントとステータスが入力されると、表示ｎを表示するように予めメモリに登録（メモリに記憶）されているデータベースから上記表示ｎに対応するデータを呼び出して外部表示する。
ステータス指定部Ｃ２は、上記処理を実行した後に、次に進むべきステータスＳｎを指定するものであり、本実施例でＳｎを例えばＳ１とすると、「ポンプ運転待ち Ｓ１」の２列目のステータスが指定される。
そして、次のイベントとして入力されたデータによって次に実行されるセルが決定される。
即ち、図示例の場合、イベントが１行目の「電源オン」でステータスが１列目の通常運転の場合のセル（１列１行目）は、表示部に「表示１」（表示１は「電源が再投入されました。以下の復電時操作を行ってください。１・・、２・・・、３・・・）、ステータス指定部に「Ｓ０（通常運転）」となっており、次のステータスも「Ｓ０（通常運転）」であることが指示される。

次ぎに、イベント２行目の「”緊急操作”入」以外のイベントのデータが入力された場合は、「Ｓ０（通常運転）」の１列目はいずれも次のステータス指定部も「Ｓ０（通常運転）」に指定されている。
「”緊急操作”入」のデータが入力されると、「通常運転（Ｓ０）」のセル（１列２行目）では、ステータス指定部は「ポンプ運転待ち（Ｓ１）」となり、表示部は「表示２」（表示２は「緊急時操作を開始します。ポンプ入のボタンを押下し、ポンプを運転してください」）が指定され、メモリから呼び出されてディスプレイなどの外部表示部へ出力される。

次ぎに、３行目の「”緊急操作”切」のデータが入力されると、「ポンプ運転待ち（Ｓ１）」のセル（２列３行目）では、ステータス指定部は「Ｓ０（通常運転）」に戻り、表示部は「表示１０」（表示１０は「通常運転に復帰します」）が指定され、同様に処理される。
前記「”緊急操作”切」の替わりに４行目の「”ポンプ”入」のデータが入力されると、前記２列目の「ポンプ運転待ち（Ｓ１）」の行のセル（２列４行目）ではステータス指定部は「ポンプ運転中（Ｓ２）」に変わり、表示部は「表示８」（表示８は「ポンプ運転しました。ゲート操作を行ってください」）が指定され、同様に処理される。

次ぎに、６行目の「（ゲート）”開”スイッチ入」のデータが入力されると、３列目の「ポンプ運転中（Ｓ２）」の行のセル（３列６行目）では、ステータス指定部は「ゲート上昇中（Ｓ３）」に変わり、表示部は「表示１７」（表示１７は「緊急運転中 ゲート開きます」）が指定され、また「Ｔ１スタート」として開閉時間タイマーがゲート上昇時間の計測を開始させる制御信号が送信される。

次ぎに、７行目の「上限リミットオン（上限リミットスイッチがオン）」のデータが入力されると、前記４列目の「ゲート上昇中（Ｓ３）」のセルではステータス指定部は「Ｓ４（上昇待機中）」に変わり、表示部は「表示４」（表示４は「通常運転中 ゲート上端リミットスイッチがオンとなりました」）が指定される。更に、「Ｔ１キャンセル」により、前記開閉時間タイマーの計測をキャンセルさせ制御信号が送信される。
ここで、上記「上限リミットオン」のデータが得られずに、開閉時間タイマー（Ｔ１）が、所定の時間を経過してタイムアウトと判定されると、前記「ゲート上昇中（Ｓ３）」の行のセルではステータス指定部は「Ｓ３（ゲート上昇中）」のままで、表示部は「表示（故障）」が指定される。

このように、マトリックスを用いて、セルからセルに続く一連の動作の流れを分析することができるので、次ぎに指定されたステータス行で異常なイベントが発生した場合には、故障と判定することができる。
逆に、次ぎに指定されたステータスで想定されたイベントが発生した場合は、正常であると判定することができる。
このようなイベントとステータスをマトリックスにして管理する点にこの発明の特徴がある。

本マトリックスは、第６図に一例として示されるフローチャートの一部分（緊急操作）にもとづき作成したものである。
そして、全システムを、同様な手法でマトリックスにて表現することができる。

このマトリックスは、ダムのゲートのあらゆる挙動が１つのマトリックス内で全て表現されているので、あらゆるケース（事態）を網羅することができ、処理の抜けを防止することができる。
また、ソフトウェアの機能チェックは、マトリックスのセルの一覧をチェックすることで行うことができ、信頼性の向上に資することができ、またデバッグも効率的に確実に行うことができる。

この発明は、上記実施例に限らず、故障時における復旧支援や、正常時の操作支援を含めた、常時操作支援を行うようにしてもよい。
また、前記マトリックスは、プログラムとして自動実行する構成であってもよいし、あるいはマトリックスの一覧表を見ながらマニュアル操作して判断するものであってもよい。

ゲート制御機側操作盤とデータ収集器の概要図である。 デジタル情報の取り出しの一例を示す図である。 制御子からのデジタル情報のモニタリングを説明する図である。 水門制御用アクチュエータからのアナログ入力を示すブロック図である。 マトリックスの１セルを示す説明図である。 ゲート制御機側操作盤の処理フローチャートの一例である。 ゲート制御機側操作盤の処理フローチャートの一例である。 マトリックスの一覧表の一例を示す図である。 マトリックスの一覧表の一例を示す図である。 データ収集器の一例を示す図である。

符号の説明

１ データ収集器
２ リレー
３ 予備接点
４ センサ
５ 信号変換機
６ ＰＬＣ，表示機等
１０ ゲート制御機側操作盤
２０ コンピュータの一例としてのパソコン

Claims (3)

1. ダムのゲートを開閉するゲート制御機と、該ゲート制御機を操作する操作盤と、前記ゲートまたはゲート制御機と操作盤とに接続されて前記操作盤の操作スイッチの切替え、およびゲートまたはゲート制御機の動作を検出する各センサからのそれぞれのデータを入力すると共に、得られたデータを時系列に記録するデータ収集器とを有するゲート制御機側操作盤故障診断装置であって、
   前記データ収集器に入力されたデータを基にゲートの動作状態を監視する水門監視プログラムが設けられており、
   該水門監視プログラムが、
   前記操作盤の操作スイッチの切替えデータ、および前記ゲートまたはゲート制御機の所定の動作を検出するセンサの検出データを、それぞれ分けてインベント群とし、
   前記各イベントに対応するゲートまたはゲート制御機の動作状態をそれぞれ分けてステータス群とし、
   前記イベント群とステータス群とを行と列としたマトリックスを形成し、
   前記マトリックスを構成する各セルに、次ぎにイベント群の１データが得られた場合にセルを決定するためのステータス群を指定するステータス指定部と、当該セルに対応するイベントとステータスの組合せによって決定される正常・異常の動作状態に関する情報を記録した表示部とを設けており、
   順次得られるイベント群のデータを基に、次ぎに指定されたステータス群でセルを決定して、ゲートの動作状態を監視することができることを特徴とするゲート制御機側操作盤故障診断装置。
2. ゲート制御機側操作盤に接続されて水門操作制御やシーケンスロジック構成を行うためのリレーやコンタクタの予備接点をデータ収集器と接続して、イベント群のデータを入力しうるようになっていることを特徴とする請求項１に記載のゲート制御機側操作盤故障診断装置。
3. 水門監視プログラムが別体のパーソナルコンピュータに格納されており、メンテナンス時に、データ収集器に時系列で記録されたイベント群のデータを前記パーソナルコンピュータに取り込んで、前記水門監視プログラムを実行して異常個所を判定しうることを特徴とする請求項２に記載のゲート制御機側操作盤故障診断装置。

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