JP2007303866A

JP2007303866A - 工場、プラント等における生産設備機器等の運転状態監視システム

Info

Publication number: JP2007303866A
Application number: JP2006130282A
Authority: JP
Inventors: Koichi Iida; 浩一飯田
Original assignee: Sanki Engineering Co Ltd
Current assignee: Sanki Engineering Co Ltd
Priority date: 2006-05-09
Filing date: 2006-05-09
Publication date: 2007-11-22

Abstract

【課題】聴音による診断を容易かつ効率的に実行できるようにした監視診断システムを提供することを課題としている。
【解決手段】生産設備機器等の回転部に設けた振動検出センサーと、該センサーの出力データから診断用データを生成する第２処理回路と、指定したゾーン毎にまとめて伝送データを生成するデータ処理回路と、前記伝送データをネットワークの条件に適合したデータに変換する変換回路と、各ゾーンと中央監視室を結ぶネットワークと、該ネットワークから伝送データを受信する受信装置と、中央監視室内に設置された監視診断装置とを具備し、該診断装置は少なくとも、前記センサーの振動波の聴音による診断を可能にする聴音発生装置を備えたことを特徴としている。
【選択図】図１

Description

この発明は、工場、プラント等における生産設備機器等の運転状態を監視する監視システムの技術分野に属する。

近年、工場、プラント等は大規模化し生産設備機器等も大型化してきたため、監視員が工場やプラントを巡回して運転状態を監視することが困難になってきた。そこで、中央監視室に監視装置を設けて一括監視するシステムが採用されるに至っている。このような監視システムとしては、例えば、特許文献１、２に示すように、監視対象からの音響をマイクロフォン等の音響センサで検出し、音響信号から周波数スペクトル等を求めてその分析結果から異常判断を行うシステムが構築されていた。しかし、生産設備機器等は大型化しただけでなく、複雑にもなっているために、種々の雑音が入り混じって音響センサに検出されるため、ノイズの除去を完全に行うことが困難であった。従って、故障判断にも誤りが生じていた。
公開特許公報、特開平９−１６６４８３号、機器監視方法及びその装置公開特許公報、特開２００２−３２３３７１号、音響診断装置及び音響診断方法

また、別の診断方法として、軸受け部分に振動センサを設けて、振動波形を計算機で解析して故障診断を行う方法も提案されてきた。例えば、これらの公知例としては特許文献３、特許文献４等がある。
公開特許公報、第昭５１−１３６４６５号、軸受状態判定装置公開特許公報、第昭５４−１０４８８３号、軸受異常検出装置

特許文献４に記載されている技術は、軸受けの状態を監視するための技術であって、軸受けに振動センサーを設けて、信号センサーからの電気信号を周波数領域に変換し、周波数領域を数種の周波数帯域に分割し、各周波数帯域における信号のバンドパワーと全周波数帯域の信号のパワー比を求め、この比から軸受けの異常を検出するものである。この技術による方法では人間の聴音による異常診断のように微妙な細かな診断を行うのが困難であるという課題が生じる。

以上に説明したように、マイクロフォンで音響を検出する従来装置はノイズの除去対策に困難が伴うという欠点があった。また、計算機による解析によって生産設備機器等の運転状態を監視する監視システムでは、システムが大規模になるだけでなく、今まで培われてきた聴音による診断が無用になってしまうという問題があった。しかし、熟練者による聴音による診断は微妙な異変も聞き取り、優れた診断法の１つである。そこで、本願発明は常時監視する簡易な装置を設けると共に異常又はその予兆を感知した場合は聴音による診断を容易かつ効率的に実行できるようにすると共にその正確度を増すために種々の解析も可能にした監視診断システムを提供することを課題としている。

上記課題を解決するために本発明は以下の手段を採用している。即ち、
請求項１記載の発明は、工場、プラント等における生産設備機器等の運転状態を監視する監視システムにおいて、生産設備機器等の回転部に設けた振動検出センサーと、該センサーの出力データから監視用データを生成する第１処理回路と該センサーの出力データから診断用データを生成する第２処理回路とからなるデータ生成回路と、生成されたデータを指定したゾーン毎にまとめて伝送データを生成する伝送データ処理回路と、伝送データをネットワークの条件に適合したデータに変換する変換回路と、ネットワークと、該ネットワークから伝送データを受信する受信装置と、中央監視室内に設置された監視診断装置とを具備し、前記監視診断装置は該受信装置からの伝送データに基づいて前記生産設備機器等の異常発生又は異常発生の予兆を常時監視する監視装置と、異常等の原因を診断する診断装置とを備え、更に、該診断装置は少なくとも、その機器等に関する前記センサーの振動波の聴音による診断を可能にする聴音発生装置を備えたことを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、請求項１の発明において、前記振動検出センサーは、回転部の軸受けに設けられ、振動波のアナログ信号を出力することを特徴としている。

請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記第１処理回路は、前記振動検出センサーの出力を増幅するプリアンプと、増幅されたアナログ信号を処理して該振動波の実効値、ピーク値、速度、加速度、又は、これらのデータを組み合わせたデータを生成する生成回路と、該生成回路の１又は複数のアナログ信号に基づきデジタル信号を出力するＩＯユニット回路とを具備していることを特徴としている。

請求項４記載の発明は、請求項１〜請求項３に記載の発明において、前記第２処理回路は、前記プリアンプで増幅したアナログ信号の中から指定されたセンサーに対応するプリアンプからの信号を選択し、選択されたアナログ信号デジタル信号に変換して、ＩＰ回線用データとして出力することを特徴としている。

請求項５記載の発明は、請求項１〜請求項４に記載の発明において、前記監視用のデジタルデータは小ビット数のデータで表現し、前記診断用のデジタルデータは多ビット数のデータで表現したことを特徴としている。

請求項６記載の発明は、請求項１〜請求項５に記載の発明において、前記診断装置は、更に、指定された前記各センサーの振動波の周波数と音圧との関係を示すスペクトル表示、周波数と加速度レベルとの関係を示すパワースペクトル表示も可能にしたことを特徴としている。

請求項７記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記スペクトル表示は、１／３オクターブのスペクトル表示、又は、サウンドスペクトログラム表示であることを特徴とする。

本願発明に依れば、熟練者の経験を生かした振動波形の聴音による診断が容易かつ正確に行えるという効果が得られる。また、請求項６，７に依れば振動波形のスペクトル表示も可能であるので診断の信頼性を一層向上させることができる効果も得られる。請求項５に依れば、多数のセンサーが設けられた場合でも監視及び診断が迅速に行えるという効果が得られる。

図１は本発明を実施した実施形態の全体構成の概略図を示す。図２は機械室１０の詳細図を示し、図３は中央監視装置３０の詳細図を示す。図１において、この実施形態では各ゾーンとして機械室ごとに処理を行うケースについて説明する。複数の機械室１０，１０・・と中央監視装置３０はネットワーク２０で接続されている。各機械室１０には監視対象である生産設備機器（図示省略）が設置され、該生産設備機器の回転部に設けられている各軸受け（図示省略）に振動計測センサー１１が装着されている。振動計測センサー１１としては、例えば加速度センサーを利用する。加速度センサー１１で計測されたアナログ出力は、まず、プリアンプ１２で増幅され、増幅されたアナログ信号出力がデータ生成回路１３に入力される。生成回路１３で処理された信号はデジタル信号としてデータ処理回路１４に入力される。データ処理回路１４は複数のデータを時分割による多重化処理し、フレームを作成する。各フレームのデータは変換回路１５によって送信データとしてネットワーク２０に出力される。ネットワーク２０はＩＰネットワークを利用する。一方、中央監視室３５に配置された中央監視装置３０の受信装置１６はネットワーク２０からデータを受信して、中央制御装置３１に出力する。中央制御装置３１には監視装置３２及び診断装置３３が接続されており、生産設備機器の監視及び故障診断を行う。

次に、データ生成回路１３の内容を詳細に説明する。図２において、プリアンプ１２で増幅されたアナログ信号は一部が信号処理回路（第１処理回路）２１に送出される。信号処理回路２１は入力されたアナログ信号（振動波形信号）を処理して、実効値、ピーク値、加速度値等のアナログ信号（特性波形信号）を生成する。生成されたこれらの特性波形信号は入出力ユニット（Ｉ／Ｏユニット）２２に入力され、実効値、ピーク値、加速度値等をデジタル信号（例えば、低ビット数のデジタル信号）として出力される。入出力ユニット（Ｉ／Ｏユニット）２２から出力されたデジタルデータは多重化処理回路（データ処理回路）１４によって送信データのフレームとして構成される。パケット化回路（変換回路）１５は送信データのフレームをプロトコル（通信規約）に合わせてＩＰパケットを作成し、ＩＰネットワーク２０に送出する。

また、プリアンプ１２で増幅されたアナログ信号は第２処理回路２３に入力される。この回路２３では、まず、読み出し指令信号（ＲＳ）によって指定されたゾーン番号及びセンサー番号のアナログ信号が選択回路２４によって選択され、マルチプレクサー２５に入力される。マルチプレクサー２５は順番に入力されたアナログ信号をＡ／Ｄ変換回路２６によりデジタル信号（例えば高ビットのデジタル信号）に変換する。変換されたデジタル信号はパケット化回路２７により規格に合わせて回線２０に出力される。これにより、固体伝達音が中央監視装置３０において、正しく再現され、聴音による診断を正しく行うことが可能になる。

なお、読み出し指令信号（ＲＳ）として１個のセンサー番号のみを指定できるようにしてもよいし、複数個のセンサー番号を同時に指定できるようにしてもよい。複数個のセンサー番号を同時に指定できるようにした場合は指定されたセンサー番号の振動波形信号を多重化して中央監視装置３０に送信され、中央制御装置３１によってデコードされ、指定されたセンサー番号の中から適宜切換え又は選択して、所定のゾーン番号における所望のセンサー番号の振動波形信号を取り出して固体伝達音を聞くことができる。この場合は、切換え又は選択が中央監視室内で行えるので円滑な操作、診断が可能になる。また、１個のセンサー番号のみを指定できるようにした場合は、ゾーン番号並びにセンサー番号の指定を適宜繰り返して指定する。この場合は機器等の構成が単純になる。

図３において、中央監視装置３０は中央制御装置３１、監視装置３２、診断装置３３、入力装置３４、メモリ４０から構成されている。監視装置３２には監視用表示装置３６、警報用ブザー３７が接続されている。また、診断装置３３には分析した波形等を表示する診断用の表示装置３８と聴音発生用のスピーカ３９が設けられている。受信装置１６はネットワーク２０から中央監視室３６宛に送られたパッケージデータを受領し、監視用データを監視装置３２に出力し、診断用データをメモリ４０に記憶すると共に診断装置３３に出力する。監視装置３２は、例えば図４に示すように、受信した実効値、ピーク値、加速度などのデータを機械室番号、センサー番号と共に表示装置３２に表示する。また、それらのデータの閾値と比較して正常、注意、異常と判定する。注意又は異常の場合は警報を表示し、ブザー３７を鳴らす。なお、閾値データは軸受けの固定状態、軸受けの直径、平均回転速度等の要因を勘案して実験的又は経験値に基づいて決定され、予めメモリ４０に記録しておく。なお、判定は正常と異常だけにしてもよい。また、閾値データは適宜修正可能にしてもよい。

「注意」或いは「異常」と判定されたセンサーは手動又は自動的に機械室番号とセンサー番号が指定され、ネットワーク２０（又は、他の専用回路）を介して選択回路２４（図３）に読出指令信号（ＲＳ）が与えられる。これによって、診断用データがパケット化回路２７からネットワーク２０、受信装置１６、中央制御装置３１を経由して診断装置３３に送信される。診断装置３３は聴音用スピーカ３９を鳴らし、更に、必要に応じて診断装置３３により解析した振動波形のスペクトルが診断用の表示装置３８に表示する。監視員は聴音用スピーカ３９からの鳴音や、さらにはスペクトル波形から故障の診断を行う。スピーカ３９からの鳴音は、加速度センサー１１の出力信号は人間の可聴域（数Ｈｚ〜１０，０００Ｈｚ）に合致するので、聴診器で聞く音とほぼ同じ音になり、機器の異常判断が可能になる。さらに、これらのデータはメモリ４０に記録されているので何回も再現可能である。

図５は振動波形のスペクトル表示の１例を示す。図５（Ａ）は音圧と周波数の関係の時間変化を示し、図５（Ｂ）はパワーのレベルと周波数の関係の時間変化を示す。これらのグラフが聴音と同時に表示可能になるので診断がより正確になる。また、振動波形のスペクトル表示は図６に示すように、ある時刻或いはある時間のスペクトル表示としてもよい。図６（Ａ）は音圧と周波数の関係を示すスペクトル表示、図６（Ｂ）は周波数を１／３オクターブずつ変化させた場合のスペクトル表示である。図６（Ｃ）は周波数とパワーのレベルの関係を示すパワースペクトルである。

以上に説明したように、本実施形態の発明に依れば、運転時の回転部の振動をノイズの少ない固体伝達音に近い聴音として中央監視室で簡便に聞くことができ、又正常な機器の音や過去の異常時の音などを呼び出して比較して聞くことができるので正確な故障判断が可能になるという効果が得られる。また、監視データは少ビット数のデータで表現し、診断データを多ビット数のデータで表現すれば、多くのセンサーを設けている場合でも効率的な監視及び診断が可能になるという効果が得られる。

以上、この発明の実施形態、実施例を図面により詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。例えば、マルチプレクサー２４をＡ／Ｄ変換回路２５の後に設けた場合も本発明の技術的範囲に属する。

本発明を実施した実施形態の概略図を示す。本実施形態の各機械室における構成ブロック図を示す。本実施形態の中央監視室における構成ブロック図を示す。監視装置の表示例を示す。（Ａ）、（Ｂ）は診断装置の表示例を示す。（Ａ）〜（Ｃ）は診断装置の別の表示例を示す。

符号の説明

１１振動計測センサー
１２プリアンプ
１３データ生成回路
１４多重化処理回路（データ処理回路）
１５パケット化回路（変換回路）
１６受信装置
２０ネットワーク
２１信号処理回路（第１処理回路）
２２入出力ユニット（Ｉ／Ｏユニット）
２３第２処理回路
２４選択回路
２５マルチプレクサ−
２６Ａ／Ｄ変換回路
２７パケット化回路
３０中央監視装置
３１中央制御装置
３２監視装置
３３診断装置
３６監視用表示装置
３８診断用表示装置
３９聴音発生用スピーカ
４０メモリ

Claims

工場、プラント等における生産設備機器等の運転状態を監視する監視システムにおいて、生産設備機器等の回転部に設けた振動検出センサーと、該センサーの出力データから監視用データを生成する第１処理回路と該センサーの出力データから診断用データを生成する第２処理回路とからなるデータ生成回路と、生成された前記データを指定したゾーン毎にまとめて伝送データを生成するデータ処理回路と、前記伝送データをネットワークの条件に適合したデータに変換する変換回路と、各ゾーンと中央監視室を結ぶネットワークと、該ネットワークから伝送データを受信する受信装置と、中央監視室内に設置された監視診断装置とを具備し、前記監視診断装置は該受信装置からの伝送データに基づいて前記生産設備機器等の異常発生又は異常発生の予兆を常時監視する監視装置と、異常等の原因を診断する診断装置とを備え、更に、該診断装置は少なくとも、その機器等に関する前記センサーの振動波の聴音による診断を可能にする聴音発生装置を備えたことを特徴とする生産設備機器等の監視システム。
前記振動検出センサーは、回転部の軸受けに設けられ、振動波のアナログ信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の生産設備機器等の監視システム。
前記第１処理回路は、前記振動検出センサーの出力を増幅するプリアンプと、増幅されたアナログ信号を処理して該振動波の実効値、ピーク値、速度、加速度、又は、これらのデータを組み合わせたデータを生成する生成回路と、該生成回路の１又は複数のアナログ信号に基づきデジタル信号を出力するＩＯユニット回路とを具備することを特徴とする請求項１又は請求項２の何れか１に記載の生産設備機器等の監視システム。
前記第２処理回路は、前記プリアンプで増幅したアナログ信号の中から指定されたセンサーに対応するプリアンプからの信号を選択し、選択されたアナログ信号をデジタル信号に変換して、ＩＰ回線用データとして出力することを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１に記載の生産設備機器等の監視システム。
前記監視用のデジタルデータは小ビット数のデータで表現し、前記診断用のデジタルデータは多ビット数のデータで表現したことを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１に記載の生産設備機器等の監視システム。
前記診断装置は、更に、指定された前記各センサーの振動波の周波数と音圧との関係を示すスペクトル表示、周波数と加速度レベルとの関係を示すパワースペクトル表示も可能にしたことを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか１に記載の生産設備機器等の監視システム。
前記スペクトル表示は、１／３オクターブのスペクトル表示、又は、サウンドスペクトログラム表示であることを特徴とする請求項６に記載の生産設備機器等の監視システム。