JP2008108255A - 監視システム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ネットワーク（３２）を組み込んだ監視システム（１０）を提供する。
【解決手段】 システム（１０）は、機械（２２）と信号通信状態にあるように構成された少なくとも１つの動的データソース（１２）と、少なくとも１つのソース（１２）と通信するように構成され、動的データ（１４）を受け取るように構成され、且つ動的データ（１４）をネットワーク（３２）での送信用の出力データ（３０）に変換するように構成された監視モジュール（１６）と、監視モジュール（１６）及びネットワーク（３２）と通信するように構成され、且つ出力データ（３０）を受け取るように構成されたコントローラ（１８）と、ネットワーク（３２）と通信するように構成され、且つ出力データ（３０）を受け取るように構成されたコンピューティングリソース（２０）と、少なくとも１つのシステム規則（３５）を実行するように構成された、監視モジュール（１６）内の規則実行器（３６）とを備える。
【選択図】 図１

Description

本開示は包括的には、機械システムを監視するためのシステムに関する。

工業設備を監視する分野では、監視構成要素が、動的状態を表すさまざまな信号を発生するであろう。信号発生構成要素は一般的に、機械システムの関心点上に位置付けられた、又はさもなければ緊密に関連付けられたセンサ及びトランスジューサである。機械システムの性能を分析するために、信号が使用される。このように実現された機械システムは、回転機、組立ライン、製造装置、材料取り扱い装置、発電装置とともに、さまざまな複雑さの多くの他のタイプの機械を含むであろう。

さまざまな望ましくない状態が機械システムに生じることがあり、それらは急に起きるか、経時的に、又はローディングなどの一定状況で、又は摩耗又はシステム劣化のせいで生じる可能性がある。望ましくない状態が現れた場合、さまざまなタイプの反応が確かに起きるであろう。たとえば、異なった動的状態に対する監視構成要素の反応は、機械システム自体、それの一般的な動作特性、システムの性質、及び発生する状態の相対的重要性に応じて大きく異なるであろう。そのような反応には、行動を起こさないことから報告、記録、警報の発生、及び機械システムの一部又は全体の励起又は消勢までの範囲があるであろう。

そのような反応を生じるために、動作情報を分析しなければならない。しかしながら、センサからの動作情報は、そのままの生の形では一般的に役に立たず、存在するか、発達中の状態に対する適当な反応を決定するために、処理及び分析を行って、動作速度などの他のファクタと併せて考慮されなければならない。

監視した信号及び処理済みデータに対する反応は、多数のファクタのために異なるであろう。その上、これらは、機械システムの通常の動作特性を含むことがある。また、一定の動作期間中、たとえば始動中又は速度変化中又はローディング中、適当な反応を決定する際にさまざまな範囲が多かれ少なかれ重要であろう。

既存の監視及び保護システムは、望ましい程度の効率を与えておらず、特に現在増加中のネットワーク交通に関してネットワーク帯域幅を過大にする必要があるであろう。したがって、帯域幅要件がより妥当である監視システムに対するより効率的な取り組みが望まれる。

ネットワークを組み込んだ監視システムが開示される。本システムは、機械と信号通信状態にあるように構成された少なくとも１つの動的データソースと、少なくとも１つのソースと通信するように構成され、動的データを受け取るように構成され、且つ動的データをネットワークでの送信用の出力データに変換するように構成された監視モジュールと、監視モジュール及びネットワークと通信するように構成され、且つ出力データを受け取るように構成されたコントローラと、ネットワークと通信するように構成され、且つ出力データを受け取るように構成されたコンピューティングリソースと、少なくとも１つのシステム規則を実行するように構成された、監視モジュール内の規則実行器とを備えている。

また、ネットワークを組み込んだ監視方法も開示されている。本方法は、機械の少なくとも１つの状態を監視するための少なくとも１つのシステム規則を生成すること、機械の機械状態を感知して、それを表す動的データストリームを送ること、動的データストリームの少なくとも一部分を出力データに変換すること、出力データの少なくとも一部分をコントローラに送信すること、コントローラに送信された出力データで機械の少なくとも１つの状態を決定すること、出力データの少なくとも一部分をコントローラからコンピューティングリソースへ送信すること、及び出力データの少なくとも一部分をコンピューティングリソースで分析することを含み、分析された出力データは、機械の健全性（ヘルス特性）に関する情報を与える。

さらに、ネットワークを組み込んだ監視システムが開示されている。本システムは、機械と信号通信状態にあるように構成された少なくとも１つの動的データソースと、少なくとも１つのソースと通信するように構成され、動的データを受け取るように構成され、且つ動的データをネットワークでの送信用の出力データに変換するように構成された監視モジュールと、監視モジュールと直接通信状態にあり、それにより、監視モジュールから直接的に出力データを受け取ることができるようにした、ネットワークとも通信状態にあるコントローラと、ネットワークと通信するように構成され、且つ出力データを受け取るように構成されたコンピューティングリソースと、コントローラから直接的に少なくとも１つのシステム規則を受け取り、且つ少なくとも１つのシステム規則を実行するように構成された、監視モジュール内の規則実行器とを備える。

以下の記載は、決して制限的であると考えられるべきではない。添付図面では、同様な要素に同様な番号が付けられている。

図１を参照すると、監視システム１０が示されている。本システム１０は、（後述するように、アナログ信号２３の形の）動的データ１４の少なくとも１つのソース１２、監視モジュール１６、コントローラ１８、及びコンピューティングリソース２０を備える。システム１０の構成要素は、後述するデータの両方向伝送を可能にし、まず少なくとも１つのソース１２からの動的データ１４の収集から始まる。

動的データ１４の少なくとも１つのソース１２は、回転機、組み立てライン、製造装置、材料取り扱い装置、及び発電装置などの任意タイプの機械２２に関連付けられたセンサ又はトランスジューサなどの複数の感知システムであることができる。収集された動的データ１４は、機械２２の、圧力、温度又は振動などの状態に関係するであろう。ソース１２（感知システム）によって収集された時、動的データ１４は、大量の情報を含む未処理のアナログ形式である。

アナログ形式での動的データ１４の感知及び収集の後、各感知システム１２は、動的データ１４を含む（簡単に上記した）アナログ信号２３を監視モジュール１６に送る。これらの感知システム１２は、たとえば電気接続、電磁接続又は光ファイバ接続を介して監視モジュール１６と信号通信状態にあるように構成される。監視モジュール１６は、各アナログ信号２３で動的データ１４を受け取り、監視モジュール１６に関連付けられたアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器２６でそれをデジタルデータ２４に変換する。一実施形態では、デジタルデータ２４への変換は、監視モジュール１６内に配置されたＡ／Ｄソフトウェアによって行われる。

監視モジュール１６は、Ａ／Ｄ変換器２６からのデータの第１レベル処理用のフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）２８も備えるであろう。フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）２８は、プログラマブル論理構成要素及びプログラマブルインターコネクトを含む半導体デバイスである。プログラマブル論理構成要素は、基本論理ゲートの機能性をコピーするようにプログラムされることができる。これらの論理ゲートは、幾つかの入力を有するが出力が１つだけであるコンピュータ回路であって、各ゲートが、したがって全体としてＦＰＧＡ２８が、システム１０のデジタルデータ２４などのデータストリームに含まれる大量の情報を圧縮するためのデータフィルタとして作用できるようにする。このように、デジタルデータ２４は、ＦＰＧＡ２８で出力データ３０に変換され、出力データ３０は、ネットワーク３２での送信用により望ましい帯域幅（情報の圧縮及びフィルタリングのために狭められた帯域幅）を有する。名前が示す通り、ＦＰＧＡ２８は「フィールドプログラマブル」であり、したがって、どのような論理機能が望まれる場合も、ＦＰＧＡ２８がそれを実行できるように、製作処理の後に顧客／設計者によってプログラムされることができる。

監視モジュール１６は、データの圧縮及びシステム規則３５の実行を行う（ＦＰＧＡ２８に追加された）追加のプロセッサ３４をさらに有することができる。監視モジュール１６（特に追加のプロセッサ３４）内にインストールされたソフトウェア３７を介して実行されることができるデータ圧縮は、特定の符号化スキームを使用することによって、非符号化表現を使用する場合より少ないビット（又は他の情報記録単位）を使用して情報を符号化する処理である。データ圧縮アルゴリズムは通常、データを完全ではあるがより簡明に表すように、統計的冗長を利用する。システム１０でのデータ圧縮はさらに、ＦＰＧＡ２８からの出力データ３０を圧縮して、データ圧縮された出力データ（以下の説明及び図面では出力データ３０と呼ぶ）とし、ネットワーク３２での送信用に出力データの帯域幅をさらに狭めるであろう。

前述したように、追加のプロセッサ３４は、システム１０のシステム規則３５も実行する。これらの規則３５は、各ソース１２からの動的データ１４のどれが重要であるかを決定し、重要性は、機械２２の、始動、機械速度の変化又はローディングなどの異なった動作状態中の機械２２（又は異なった機械）での異なった状態（温度、振動、圧力など）の閾値を基準にして決定される。システム規則３５は、機械２２の動作状態に基づいて、変化決定フィルタ及び閾値検出器などの少なくとも１つの規則実行器３６によって実行される。これらの規則３５は、どの出力データ３０が、送信された出力データ３０に基づいてコントローラ１８又はコンピューティングリソース２０内で結果的に行われる機械診断用に監視モジュール１６からコントローラ１８に送るのに十分に重要であるかを決定する。

コントローラ１８は、たとえば電気接続、電磁接続又は光ファイバ接続を介して監視モジュール１６と信号通信状態にあるように構成されており、プログラマブル論理コントローラ（ＰＬＣ）又は分散制御システム（ＤＣＳ）などの任意の既知の制御システムであってもよい。コントローラ１８は、機械２２の動作状態を決定するために、圧縮された規則濾過済み出力データ３０を使用し、機械２２の調節に関する決定を行う。コントローラ１８は、これらの決定を行うのに加えて、コントローラ１８が電気接続、電磁接続又は光ファイバ接続を介して通信するネットワーク３２を介して、出力データ３０をコンピューティングリソース２０に送る。

コンピューティングリソース２０も、電気接続、電磁接続又は光ファイバ接続を介してネットワーク３２と通信状態にある。コンピューティングリソース２０は、任意タイプのサーバ又はコンピュータでもよく、コントローラ１８、監視モジュール１６、データソース１２及び機械２２から遠隔位置にある。データは、コントローラ１８からコンピューティングリソース２０で受け取られること、及びコンピューティングリソース２０からコントローラ１８に送られることの両方が可能である。たとえば、システム規則３５は、最初にネットワーク３２でコンピューティングリソース２０からコントローラ１８に送信されるであろう。コントローラ１８はさらに、規則３５を機械２２の動作パラメータに適用して、実行に備えて規則３５を監視モジュール１６の規則実行器３６に送る。コンピューティングリソース２０によって生成された初期セットのシステム規則３５は、出力データ３０が（システム１０の構成要素を介して）コンピューティングリソース２０に到達し、コンピューティングリソース２０によって分析され、システム規則３５の変化が望ましいと明示されるまで、実行されるであろう。変化が望ましい時、コンピューティングリソース２０は変化信号４０をコントローラ１８に送り、これが監視モジュール１６にシステム規則３５のパラメータ（複数可）を変化させるように命令するであろう。システム規則のこの変化は、機械２２又はその構成要素の経年変化、機械２２に対する要求、及び機械環境の変化のせいで望ましくなる可能性がある。

図１の接続部５０を参照すると、ラップトップなどの可搬形コンピューティングシステム２０を監視モジュール１６の場所へ運搬して（非遠隔式になる）、監視モジュール１６に直接的に接続してもよいことを理解されたい。コンピューティングリソース２０は、システム規則３５又はシステム規則３５に対する調節を、この直接接続部５０を介して監視モジュールに直接的にアップロードしてもよい。また、例示的な実施形態では、監視モジュールは、（現在実行中のシステム規則３５によって選択されたような）出力データ３０を保存するメモリ蓄積ソフトウェア５２を備えてもよく、これには、直接接続部５０を介して（任意のコンピューティングオプションでよい）コンピューティングリソース２０のユーザがアクセスすることができる。

図２を参照すると、監視方法１００が図示され、これは、作動ブロック１０２に示すように、機械２２の少なくとも１つの状態を監視する少なくとも１つのシステム規則３５を生成することを含み、この少なくとも１つのシステム規則３５は、コンピューティングリソース２０によって生成される。本方法１００はまた、作動ブロック１０４に示すように、少なくとも１つの動的データソース１２を介して機械の機械状態を感知して、それを表す動的データストリーム１４を少なくとも１つの動的データソース１２から監視モジュール１６へ送信することを含む。本方法１００はさらに、作動ブロック１０６に示すように、結果的にネットワーク３２で送信するために、動的データストリーム１４の少なくとも一部分を出力データ３０に変換して、出力データ３０の少なくとも一部分をコントローラ１８へ送信することを含む。本方法１００はまた、作動ブロック１０８に示すように、コントローラ１８へ送信された出力データ３０を介して機械２２の少なくとも１つの状態を決定し、コントローラ１８から送信された出力データ３０の少なくとも一部分をネットワーク３２でコンピューティングリソース２０へ送信することを含む。本方法１００はまた、作動ブロック１１０に示すように、コンピューティングリソース２０で出力データ３０の少なくとも一部分を分析することを含み、分析された出力データ３０は、機械２２の健全性に関する情報を与える。

開示された方法及び装置の実施形態は、例示的な実施形態を参照しながら説明されているが、当業者には、開示された方法及び装置の実施形態の範囲から逸脱しない限り、さまざまな変化を加えることができ、その要素のために同等物を代用することができることが理解されるであろう。また、開示された方法及び装置の実施形態の本質的な範囲から逸脱しない限り、特定の状況及び材料をそれらの教示に適応させるために多くの変更を加えることができるであろう。したがって、開示された方法及び装置の実施形態は、開示された方法及び装置の実施形態を実行するために考えられる最良の形態として開示された特定の実施形態に制限されることはなく、開示された方法及び装置の実施形態は、添付の特許請求の範囲に入るすべての実施形態を含むものとする。

本発明の一実施形態に従った監視システムの概略図である。 本発明の一実施形態に従った監視方法を説明するブロック図である。

符号の説明

１０ 監視システム
１２ 動的データソース
１４ 動的データ
１６ 監視モジュール
１８ コントローラ
２０ コンピューティングリソース／システム
２２ 機械
２３ アナログ信号
２４ デジタル信号
２６ Ａ／Ｄ変換器
２８ フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）
３０ 出力データ
３２ ネットワーク
３４ 追加のプロセッサ
３５ システム規則
３６ 規則実行器
３７ ソフトウェア
５０ 接続部
５２ メモリ蓄積ソフトウェア
１００ 監視方法
１０２ 作動ブロック
１０４ 作動ブロック
１０６ 作動ブロック
１０８ 作動ブロック
１１０ 作動ブロック

Claims (10)

1. ネットワーク（３２）を組み込んだ監視システム（１０）であって、
   機械（２２）と信号通信状態にあるように構成された少なくとも１つの動的データソース（１２）と、
   前記少なくとも１つのソース（１２）と通信するように構成され、前記動的データ（１４）を受け取るように構成され、且つ前記動的データ（１４）をネットワーク（３２）での送信用の出力データ（３０）に変換するように構成された監視モジュール（１６）と、
   前記監視モジュール（１６）及びネットワーク（３２）と通信するように構成され、且つ前記出力データ（３０）を受け取るように構成されたコントローラ（１８）と、
   ネットワーク（３２）と通信するように構成され、且つ前記出力データ（３０）を受け取るように構成されたコンピューティングリソース（２０）と、
   少なくとも１つのシステム規則（３５）を実行するように構成された、前記監視モジュール（１６）内の規則実行器（３６）と、
   を備える監視システム。
2. システム（１０）であって、前記少なくとも１つのシステム規則（３５）は、前記少なくとも１つのソース（１２）の各々からの前記動的データ（１４）から変換された前記出力データ（３０）を、前記ネットワーク（３２）で送信するために前記コントローラ（１８）に送信するかどうかを決定するように構成される、請求項１に記載のシステム。
3. システム（１０）であって、前記コントローラ（１８）は、前記監視モジュール（１６）から受け取った前記出力データ（３０）に基づいて前記機械（２２）の少なくとも１つの状態を決定するように構成される、請求項１に記載のシステム。
4. システム（１０）であって、前記出力データ（３０）は、前記コンピューティングリソース（２０）によって分析可能であるように構成され、前記システム規則（３５）は、前記出力データ（３０）の分析に基づいて変更可能であるように構成される、請求項１に記載のシステム。
5. システム（１０）であって、前記少なくとも１つの動的データソース（１２）は、前記機械（２２）内の機械状態を感知するように位置付けられた複数の感知システムを有し、前記複数の感知システムの各々は、前記動的データ（１４）のアナログ信号（２３）を前記監視モジュール（１６）に送信するように構成される、請求項１に記載のシステム。
6. システム（１０）であって、前記監視モジュール（１６）は、前記少なくとも１つの動的データソース（１２）の各々から送られた前記動的データ（１４）用のアナログ／デジタル変換器（２６）チャネルを有するように構成され、前記アナログ／デジタル変換器（２６）チャネルは、前記動的データ（１４）をデジタルデータ（２４）に変換するように構成されており、前記監視モジュール（１６）は、前記デジタルデータ（２４）を前記出力データ（３０）に変換するように構成されたフィールドプログラマブルゲートアレイ（２８）を有する、請求項１に記載のシステム。
7. システム（１０）であって、前記監視モジュール（１６）は、動的データ記憶容量を有し、前記システム規則（３５）は、どの動的データ（１４）を保存すべきかを決定するように構成される、請求項１に記載のシステム。
8. システム（１０）であって、前記コンピューティングリソース（２０）は、前記少なくとも１つのソース（１２）、前記監視モジュール（１６）及び前記コントローラ（１８）から遠隔配置される、請求項１に記載のシステム。
9. ネットワークを組み込んだ監視方法（１００）であって、
   機械（２２）の少なくとも１つの状態を監視するための少なくとも１つのシステム規則（３５）を生成すること、
   前記機械（２２）の機械状態を感知して、それを表す動的データストリーム（１４）を送ること、
   前記動的データストリーム（１４）の少なくとも一部分を出力データ（３０）に変換すること、
   前記出力データ（３０）の少なくとも一部分をコントローラ（１８）に送信すること、
   前記コントローラ（１８）に送信された前記出力データ（３０）で前記機械（２２）の少なくとも１つの状態を決定すること、
   前記出力データ（３０）の少なくとも一部分を前記コントローラ（１８）からコンピューティングリソース（２０）へ送信すること、及び
   前記出力データ（３０）の少なくとも一部分を前記コンピューティングリソース（２０）で分析すること、
   を含み、前記分析された出力データ（３０）は、前記機械（２２）の健全性に関する情報を与える、監視方法。
10. ネットワークを組み込んだ監視システム（１０）であって、
    機械（２２）と信号通信状態にあるように構成された少なくとも１つの動的データソース（１２）と、
    前記少なくとも１つのソース（１２）と通信するように構成され、前記動的データ（１４）を受け取るように構成され、且つ前記動的データ（１４）をネットワーク（３２）での送信用の出力データ（３０）に変換するように構成された監視モジュール（１６）と、
    前記監視モジュール（１６）と直接通信状態にあり、それにより、前記監視モジュール（１６）から直接的に前記出力データ（３０）を受け取ることができるようにした、ネットワーク（３２）とも通信状態にあるコントローラ（１８）と、
    ネットワーク（３２）と通信するように構成され、且つ前記出力データ（３０）を受け取るように構成されたコンピューティングリソース（２０）と、
    前記コントローラから直接的に少なくとも１つのシステム規則（３５）を受け取り、且つ前記少なくとも１つのシステム規則（３５）を実行するように構成された、前記監視モジュール（１６）内の規則実行器（３６）と、
    を備える監視システム。

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