JP2010102708A - 異常時の位相信号保存を含むシステム及び関連方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回転シャフトのような機械の可動部にある突出鍵又はノッチの回転ごとに発生するセンサ信号に問題があれば、問題の発生時に診断に必要なデータを捕捉する。
【解決手段】システム１００は、機械の可動部１０６の位相信号１０４を受信する位相センサ１０８、信号入力１０２と、位相信号１０４をデジタル信号１２２に変換するアナログ／デジタル変換器１２０と、機械の運転中の異常発生時にデジタル信号１２２を保存する記憶システム１２６とを含む。関連方法には、機械の可動部１０６の位相を感知する位相センサ１０８から位相信号１０４を取得する段階と、位相信号１０４をデジタル信号１２２に変換する段階と、機械の運転中の異常発生時にデジタル信号１２２を保存する段階とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、概して、機械の状態の監視に関する。より具体的には、本発明は、機械又はセンサの運転中の異常時の位相信号捕捉に関する。

機械の診断及び保護の分野では、機械速度に関連付けられた出力信号を有するセンサ信号が必要である。典型的には、このセンサ信号は、回転シャフトのような、機械の可動部にある突出鍵又はノッチから、イベントごとに１回発生するパルス信号である。回転シャフトの場合は、回転ごとに１回、センサを通過するノッチがセンサをトリガする。回転ごとに１回のイベントは、シャフト速度の測定に役立つだけでなく、他のシャフトセンサ信号との比較のための位相基準を与えることにも役立つ。例えば、この位相基準と、半径方向振動トランスデューサ信号との間の位相差は、機械の状態の指標を与える。

現在は、センサ信号のトリガリングに問題があると、オシロスコープをセンサのバッファ出力に接続して、問題を評価している。問題が間欠性の場合は、その問題の再発を捕捉するために、オシロスコープを監視システムに接続したままにしておかなければならない。

本開示の第１の態様は、機械の可動部の位相信号を受信する位相センサ信号入力と、その位相信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換器と、機械又はセンサの運転中の異常発生時にそのデジタル信号を保存する記憶システムとを備えるシステムを提供する。

本開示の第２の態様は、機械の可動部の位相を感知する位相センサから位相信号を取得する段階と、その位相信号をデジタル信号に変換する段階と、機械又はセンサの運転中の異常発生時にそのデジタル信号を保存する段階と、を含む方法を提供する。

本開示の第３の態様は、可動部の位相信号を受信する位相センサ信号入力と、その位相信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換器と、異常発生時にそのデジタル信号を保存する記憶システムと、そのデジタル信号をリモートコンピュータシステムに伝達する通信モジュールと、そのデジタル信号に基づいて位相信号を構成する信号構成モジュールとを備えるシステムを提供する。

本発明の実施形態による、異常時の位相信号保存を実施するシステムのブロック図である。 図１の論理回路の詳細を示すブロック図である。 本発明の実施形態による図１のシステムの動作手順を示すフロー図である。

図１は、本発明の実施形態による、機械の運転中の異常時の位相信号保存を実施するシステム１００のブロック図を示す。システム１００は、センサが感知する機械の可動部のイベント発生（例えば、回転シャフトの回転）を示す位相信号を受信する。一実施形態では、この信号は、センサからの原信号がトリガレベルを超えたことに対する応答としてトリガされる。この信号は、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器で変換され、記憶システムが、機械又はセンサの運転中の異常発生時の信号を記憶する。このデータは、複数の用途に用いられ、例えば、センサからの信号に対して実行される信号処理を構成することや、他のセンサ１３０からの１つ又は複数の位相信号（例えば、振動信号）を後処理して、異常時の機械情報を抽出することや、センサからの信号の処理に用いられるセンサ及び構成に関連する診断を行うことに用いられる。サンプリングされた位相信号は、機械の異常時に、位相信号と同時に捕捉された、他のセンサ１３０からのデータの後処理にも用いることができる。位相信号の後処理を行うことにより、位相信号のトリガリングの問題を修正でき、且つ、トリガリングの問題があっても誤りにならなかった、他のセンサ１３０からのデータをシステムが抽出できるようになる。システム１００により、位相センサからの信号をユーザがすぐに見られるようになり、且つ、異常発生時の信号の状態を再調査できるようになる。さらに、システム１００により、特別な機器を保有及び接続することなく、位相センサ処理の構成及び位相センサに関連する問題のトラブルシューティングを行えるようになる。さらに、システム１００は、問題が発生してからデータを収集しようとするのではなく、問題の発生時に問題の診断に必要なデータを捕捉する。

図１に示すように、一実施形態では、システム１００は、可動部１０６の位相信号１０４を受信する位相センサ信号入力１０２を含む。位相信号１０４を送信する位相センサ１０８は、実際には、可動部１０６のイベント発生を感知できる任意の形態のセンサを含み、動作対象は、渦電流、誘導、容量、及び／又は光など、様々であって良い。図示のように、位相センサ１０８は、光（例えば、赤外線、レーザなど）を用いて動作し、回転シャフト上に形成された位置指標１１０（例えば、反射面又は非反射面）の通過を感知する。位相信号１０４は、イベント発生の感知に関するデータを含み、典型的には、観察対象のシャフトの１回又は複数回の回転に関するデータを含む。位相信号１０４は、増幅器１０５で増幅できるが、すべての場合に増幅が必要とは限らない。本発明は、回転シャフトの形態の可動部１０６に関して記述するが、本発明の教示は、実際には、回転運動か、直線運動か、それ以外の運動かに関わらず、任意の可動部に適用可能である。

システム１００はさらに、位相センサ１０８からの位相信号１０４をデジタル信号１２２に変換するアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１２０を含む。デジタル信号１２２は、論理回路１２４に入力され、論理回路１２４は、図２に示すように、論理回路とともに内在してデジタル信号１２２を保存する記憶システム１２６を含んで良い。具体的には、記憶システム１２６は、機械又はセンサの運転中の異常発生時にデジタル信号１２２を記憶する。起こりうる異常としては、例えば、センサ１０８の故障、可動部１０６の動作の変化、別のセンサ１３０からのアラーム（例えば、いくつかの他のセンサ１３０のうちの１つからの、振動関連アラーム）、又は所定の時間間隔などがある。起こりうるセンサの異常（又は故障）としては、例えば、開回路、短絡、線形範囲内の出力固着、発振、スリュー、正常動作時のセンサの物理的特性から外れていると認識される信号パラメータなどがある。起こりうる機械の異常としては、速度率の過剰な上昇、速度率の過剰な下降、速度超過、速度不足、ゼロ速度、逆回転、他のセンサ１３０で検出された故障状態などがあるが、これらに限定されない。他のセンサ１３０としては、現在知られているか、将来開発される任意の機械センサが含まれ、半径方向振動、推力位置、軸方向振動、容器膨張、差動膨張、温度、圧力、偏心、力、トルクなどのセンサがある。別の実施形態では、図１にも示すが、記憶システム１２６は、論理回路１２４とは別の要素であって良い。構造的には、論理回路１２４は、任意の様々な形態をとることが可能であり、例えば、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、又は他の任意の、本明細書に記載の機能を実行できる構造である。

運転時には、記憶システム１２６は、（例えば、連続的なシステムイベント記録の一環として）ある期間にわたってデジタル信号１２２を保存することが可能である。別の実施形態では、記憶システム１２６は、機械の運転時の異常（例えば、アラームイベント記録の一環としての、センサ１０８又は別のセンサ１３０からのアラーム）に反応してデジタル信号１２２を保存することが可能である。後者の場合、論理回路１２４は、異常を識別してから、記憶システム１２６に、異常に先立つ時間バッファ内容を含むデジタル信号１２２を保存することを命令する。両実施形態とも、ユーザが異常の再発を観察して問題を識別する必要のある従来型のシステムとは対照的である。いずれのイベントでも、保存されたデジタル信号は、システム１００内のアーカイブシステム（図示せず）又はリモートコンピュータシステム１４６へ送信されて良い。

図１及び２を参照すると、論理回路１２４は、異常の原因を識別する診断システム１４０、デジタル信号をリモートコンピュータシステム１４６に伝達する通信モジュール１４２、及び信号調整器１５０により位相信号１０４を構成する信号構成モジュール１４８の機能をさらに含む。診断システム１４０は、位相センサ１０８からの入力、及び／又は他のセンサ１３０からの、デジタル信号１２２以外のデータに基づいて機械の問題を診断するための、現在知られているか、将来開発される任意のメカニズムを含む。例えば、位相信号１０４の欠落は、位相センサ１０８が動作していないことを示している可能性があり、或いは、位相信号１０４からの特定の信号と、別のセンサ１３０との組み合わせは、別の問題が存在することを示している可能性がある。後者の場合の一例として、位相信号１０４と、（センサ１３０からの）半径方向振動トランスデューサ信号との間の位相差は、機械の状態の指標を提供する。

通信モジュール１４２は、保存されたデジタル信号１２２などのデータをリモートコンピュータシステム１４６に伝達するための、現在知られているか、将来開発される任意のメカニズムを含んで良い。論理回路１２４が診断システムを含まない場合は、リモートコンピュータシステム１４６が、リモート解析用の診断システムを含んで良い。信号構成モジュール１４８は、さらなる解析のために位相信号１０４を構成するための、現在知られているか、将来開発される任意のメカニズムを含んで良い。例えば、信号構成モジュール１４８は、位相信号１０４（又はデジタル信号１２２）を解析して、デジタル信号１２２に基づいて信号を改良する方法を決定することが可能である。信号調整器１５０は、例えば、構成されたトリガリングの閾値、ヒステリシス、又はホールドオフを変更して位相信号１０４の雑音を除去したり、保存されたデジタル信号の継続時間、サンプリングレート、サンプル数、又はマシンサイクル数を調節したり、その他の方法で信号を修正又は分離してより良い解析を可能にしたりするメカニズムを含んで良い。信号調整器１５０は、信号構成モジュール１４８からの制御信号１５２によって制御される。説明から分かるように、論理回路１２４は、上述の各機能を含むように示されてはいるが、本発明の教示によれば、これらの機能がすべて必要とは限らない。

リモートコンピュータシステム１４６は、位相信号の時間軸波形の表示を含んで良く、これには、ユーザが表示の継続時間又はサイクル数を選択できる機能が含まれる。この表示は、例えばトリガリングの閾値、ヒステリシストリガ点、又はホールドオフリトリガ点などの他の情報を任意に示すことも可能である。さらに、リモートコンピュータシステム１４６は、デジタル信号１２２のアーカイブや、以前に記憶された基準値との比較を行うことも可能である。

図３は、システム１００の動作手順の実施形態を示すフロー図である。以下、図３のフロー図を、図１及び２と併せて説明する。プロセスＰ１で、論理回路１２４は、可動部１０６の位相を感知する位相センサ１０８から位相信号１０４を取得する。プロセスＰ２で、Ａ／Ｄ変換器１２０は、位相信号１０４をデジタル信号１２２に変換する。プロセス３で、記憶システム１２６は、機械の運転中の異常発生時にデジタル信号１２２を保存する。このデジタル信号は、ある期間にわたって、又は異常の発生に反応して保存される。プロセスＰ４〜Ｐ６は、任意のプロセスである。プロセスＰ４では、通信モジュール１４２が、保存されたデジタル信号をリモートコンピュータシステム１４６へ伝達する。プロセスＰ５で、診断システム１４０が、本明細書に記載のように、異常の原因を識別する。一実施形態では、この識別する段階に、位相センサ１０８以外のセンサ１３０からのデータを解析する段階を含む。プロセスＰ６で、信号構成モジュール１４８が、保存されたデジタル信号１２２に基づいて、位相信号１０４を（信号調整器１５０を用いて）構成する。

システム１００は、位相センサ１０８からの位相信号１０４をユーザがすぐに見られるようにすること、並びに、異常発生時の信号の状態を再調査できるようにすることを可能にする。信号を保存することは、位相センサ１０８の問題が間欠的に存在する場合に有用である。システム１００はさらに、位相センサ１０８の処理の構成及び位相センサに関連する問題のトラブルシューティングを、特別な機器を保有及び接続しなくても行えるようにする。これは特に、機械が危険区域内にある場合のように、機械及びセンサに診断機器を接続しに行けない場合に有用である。例えば、機械が、爆発性ガスのある区域、ほこりが多すぎて機器が正常動作しないような区域、温度が高すぎる区域、又は他の、人間の健康にとって危険な区域にあっても良い。さらに、システム１００は、問題が発生してからデータを収集しようとするのではなく、問題の発生時に問題の診断に必要なデータを捕捉する。例えば、システム１００は、振動アラームイベントを解析する際の信頼度が高い。

各図面のフロー図及びブロック図は、本発明の各種実施形態によるシステム、方法、及びコンピュータプログラム製品の可能な実施態様のアーキテクチャ、機能性、及び動作を示す。この点において、フロー図又はブロック図の各ブロックは、コードのモジュール、セグメント、又は部分を表しており、それぞれは、指定された論理機能を実施する１つ又は複数の実行可能命令を含む。また、代替の実施態様によっては、ブロック内に記された機能は、各図に記された順序から外れて実行される場合があることに注意されたい。例えば、連続しているように示される２つのブロックが、実際には、ほぼ同時に実行される場合があり、或いは、これらのブロックが、関連している機能性に応じて逆の順序で実行される場合もある。さらに、ブロック図及び／又はフロー図の各ブロック、並びに、ブロック図及び／又はフロー図のブロック同士の組み合わせは、指定の機能又は動作を実行する専用ハードウェアベースシステムによって、又は専用ハードウェアとコンピュータ命令との組み合わせによって実施可能であることに注意されたい。

本明細書における「第１の」、「第２の」などの用語は、何らかの順序、数量、又は重要度を表すものではなく、ある要素と別の要素とを区別するために用いられる。本明細書における不定冠詞は、数量の制限を表すものではなく、対象の要素が少なくとも１つ存在することを表す。数量との関連で用いられる修飾語「約」は、述べられている値を含むものであり、文脈に応じた意味を有する（例えば、特定の数量の測定に関連付けられた誤差の度合いを含む）。本明細書における接尾辞「（ｓ）」は、この接尾辞が修飾する用語の単数形及び複数形の両方を含むものであり、従って、１つ又は複数のその用語を含むものである（例えば、「ｍｅｔａｌ（ｓ）」は、１つ又は複数の「ｍｅｔａｌ」を含む）。

本明細書では様々な実施形態を記載しているが、当業者には、本発明の範囲内において、様々な構成要素の組み合わせ、その変形又は改良が可能であることは、明細書から理解されよう。また、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、本発明の教示に適する特別な状況又は構成要素に修正できる。従って、本発明は、発明を実施するための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なく、特許請求の範囲内のあらゆる実施形態を含む。

１００ システム
１３０ センサ
１０２ 信号入力
１０４ 位相信号
１０６ 可動部
１０８ 位相センサ
１１０ 位置指標
１０５ 増幅器
１２０ アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器
１２２ デジタル信号
１２４ 論理回路
１２６ 記憶システム
１３０ 他のセンサ
１４６ リモートコンピュータシステム
１４０ 診断システム
１４２ 通信モジュール
１４８ 信号構成モジュール
１５０ 信号調整器
１５２ 制御信号

Claims (20)

1. 機械の可動部（１０６）の位相信号（１０４）を受信する位相センサ（１０８）信号入力（１０２）と、
   前記位相信号（１０４）をデジタル信号（１２２）に変換するアナログ／デジタル変換器（１２０）と、
   前記機械の運転中の異常発生時に前記デジタル信号（１２２）を保存する記憶システム（１２６）と
   を備えるシステム。
2. 前記記憶システム（１２６）は、前記異常発生時を含むある期間にわたって、前記デジタル信号（１２２）を保存する、請求項１に記載のシステム。
3. 前記記憶システム（１２６）は、前記異常の発生に反応して、前記デジタル信号（１２２）を保存する、請求項１または２に記載のシステム。
4. 前記記憶システム（１２６）は、論理回路（１２４）とともに内在する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシステム。
5. 前記デジタル信号（１２２）をリモートコンピュータシステム（１４６）に伝達する通信モジュール（１４２）をさらに備える、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のシステム。
6. 前記異常は、センサ故障、前記可動部（１０６）の動作の変化、別のセンサからのアラーム、及び所定の時間間隔からなる群から選択される、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のシステム。
7. 前記異常の原因を識別する診断システム（１４０）をさらに備える、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のシステム。
8. 前記診断システム（１４０）は、前記異常の前記原因を識別する際に、前記デジタル信号（１２２）以外のデータを用いる、請求項７に記載のシステム。
9. 前記記憶システム（１２６）は、システム（１００）のイベント記録と、アラームイベント記録とのうちの少なくとも一方の一環として、前記デジタル信号（１２２）を記憶する、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のシステム。
10. 前記位相信号（１０４）を構成する信号構成モジュール（１４８）をさらに備える、請求項１乃至９のいずれか１項に記載のシステム。
11. 機械の可動部（１０６）の位相を感知する位相センサ（１０８）から位相信号（１０４）を取得する段階と、
    前記位相信号（１０４）をデジタル信号（１２２）に変換する段階と、
    前記機械の運転中の異常発生時に前記デジタル信号（１２２）を保存する段階とを含む方法。
12. 前記保存する段階は、ある期間にわたって、又は、前記異常の発生に反応して、前記デジタル信号（１２２）を保存する段階を含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記保存する段階は、システム（１００）のイベント記録と、アラームイベント記録とのうちの少なくとも一方の一環として、前記デジタル信号（１２２）を保存する段階を含む、請求項１１または１２に記載の方法。
14. 前記保存されたデジタル信号（１２２）をリモートコンピュータシステム（１４６）に伝達する段階をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
15. 前記異常は、センサ故障、前記可動部（１０６）の動作の変化、振動関連アラーム、及び所定の時間間隔からなる群から選択される、請求項１１乃至１４のいずれか１項に記載の方法。
16. 前記異常の原因を識別する段階をさらに含む、請求項１１乃至１５のいずれか１項に記載の方法。
17. 前記識別する段階は、前記位相センサ（１０８）以外のセンサからのデータを解析する段階を含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記保存されたデジタル信号（１２２）に基づいて前記位相信号（１０４）を構成する段階をさらに含む、請求項１１乃至１７のいずれか１項に記載の方法。
19. 可動部（１０６）の位相信号（１０４）を受信する位相センサ（１０８）信号入力（１０２）と、
    前記位相信号（１０４）をデジタル信号（１２２）に変換するアナログ／デジタル変換器（１２０）と、
    異常発生時に前記デジタル信号（１２２）を保存する記憶システム（１２６）と、
    前記デジタル信号（１２２）をリモートコンピュータシステム（１４６）に伝達する通信モジュール（１４２）と、
    前記デジタル信号（１２２）に基づいて前記位相信号（１０４）を構成する信号構成モジュール（１４８）とを備えるシステム。
20. 前記記憶システム（１２６）は、ある期間にわたって、又は、前記異常の発生に反応して、前記デジタル信号（１２２）を保存する、請求項１９に記載のシステム。

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