JP2013501945A - 汎用センサーの自己診断装置及びその診断方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、一つ以上のセンサーからセンサー信号を受けるセンサー信号入力部と、センサー信号入力部から受けたセンサー信号を診断装置で使用できる値に加工する入力データ加工部と、入力データ加工部により加工されたデータをモデリングし、診断モデリング値を算出するモデリング部と、センサーが正常な状態の場合、予めモデリングされているセンサーのセンサー信号に対する参照モデリング値を保存し、センサーの故障類型を判断するための故障類型判断データを保存するためのメモリと、診断モデリング値とメモリに保存してある該当センサーの参照モデリング値との相関度を比較し、該当センサーの故障の有無を診断する故障診断部と、故障診断部により該当センサーが故障と判断されると、診断モデリング値と参照モデリング値の相関度と、故障類型判断データとを比較し、該当センサーの故障類型を判断する故障類型判断部とを備える。

Description

本発明は、汎用センサーの自己診断装置に係るものであり、より詳細には特定のセンサーから初期の正常入力信号を受け、そのセンサー信号をモデリング(ここで、モデリングとは、モデリング係数、類型、及び各種の変数などを含む)した後、その初期モデリング後、特定センサーからの診断モデリング値と正常モデリング出力値とを比較してセンサーの故障の有無及び故障類型を判断し、該当センサーに故障がある場合は、使用者に報知することにより事故を未然に防止すると共に、センサーを含んだシステムでの安全性及び信頼性を確保できるようにした汎用センサーの自己診断装置及びその診断方法に関する。
本発明は、汎用センサーの自己診断装置及びその診断方法に関するものであって、橋梁、ダム、トンネル、大型ビルなどのような大型システムの場合、それらへの接近性の限界により、既存の検査や管理方法では、接近方法の面で効率性が低く、瞬間的な異常は捕捉しにくいことが多かった。
一方、最近、大型化学工程システムにおける火災や事故の発生は、経済的な損失、人命被害及び環境汚染などの直接的な損失だけでなく、国の信頼度まで低下させ、国家経済への悪影響を及ぼしている。
したがって、大型システムなどに対する安全性の確保とメンテナンス作業のための基盤核心技術であるスマートセンサーシステム構造に関連した技術の開発が切実に求められており、また、新規及び既存設備の場合、複雑化及び老朽化により設備の安全性が重要な思案とされている。
また、ナノメートル(nano meter)単位で精密加工を施す機械における移動量確認のためのセンサー、化学プラントの各単位工程に設けられ、各種圧力、温度、CO濃度、酸素濃度センサーなどのような監視機能を有するセンサー類、車、船舶、飛行機などに使われている、生命に直結する各種のセンサー類、原子力発電装置に要する温度、圧力センサーなど、国の重要基幹産業分野の各種設備に要する各センサー類の重要性については、あえて詳細に説明しなくても、重要な構成要素といえる。
しかし、このような重要な機能をするセンサーから出される信号がセンサーの故障により不正確な信号を出力し、その異常や故障状態を認識できないのであれば、各設備の誤動作による経済的な被害は、言葉では言い表せないくらい大きいといえる。
だが、従来には、センサーの故障の有無及び故障類型を自動で判断し、これを知らせるためのシステムの発明がなされていなかったため、センサーの故障の有無を容易に把握できず、それによりそのようなセンサーを利用した設備が誤作動を起こし、ひいては経済的な損失を被るという問題があった。
本発明は、前述した問題点などを解決するために案出されたものであり、特定のセンサーから初期の正常入力信号を受け、そのセンサー信号をモデリング(ここで、モデリングとは、モデリング係数、類型、及び各種の変数などを含む)した後、その初期モデリング後、特定センサーからの診断モデリング値と正常モデリング出力値とを比較し、センサーの故障の有無及び故障類型を判断し、該当センサーが故障と判断されたら、使用者にこれを報知することによって、事故を未然に防止すると共に、センサーを含んだシステムでの安全性及び信頼性を確保できるようにした汎用センサーの自己診断装置及びその診断方法を提供することを目的とする。
前述した目的は、本発明による汎用センサーの自己診断装置は、一つ以上のセンサーからセンサー信号を受けるセンサー信号入力部と、前記センサー信号入力部から受けたセンサー信号を診断装置で使える値に加工する入力データ加工部と、前記入力データ加工部により加工されたデータをモデリングし、診断モデリング値を算出するモデリング部と、前記センサーが正常な状態の場合、予めモデリングされている前記センサーのセンサー信号に対する参照モデリング値を保存し、前記センサーの故障類型を判断するための故障類型判断データを保存するためのメモリと、前記診断モデリング値と前記メモリに保存してある該当センサーの参照モデリング値との相関度を比較し、該当センサーの故障有無を診断する故障診断部と、前記故障診断部により該当センサーが故障と判断されたら、前記診断モデリング値と前記参照モデリング値の相関度と、前記故障類型判断データとを比較し、該当センサーの故障類型を判断する故障類型判断部とを備えることによって達成される。
なお、前記故障類型判断部は、該当センサーの故障類型を判断するために前記診断モデリング値の連続性、形態及び遅延値の何れか一つ以上を利用する。
一方、前記故障類型判断部から該当センサーの故障類型に関するデータを受け、音声、テキスト及びグラフを用いて使用者に出力する出力部をさらに備えることが望ましい。
また、前記故障類型判断部から該当センサーの故障類型に関するデータを受け、有線または無線の通信方式を介して外部装置に伝送する通信部をさらに備える。
なお、前記入力データ加工部は、前記の一つ以上のセンサーから入力されるセンサー信号がアナログ信号の場合、前記アナログ信号をデジタル信号に変えて前記モデリング部に伝達する。
前記目的を達成するために、本発明による汎用センサーの自己診断装置の診断方法は、一つ以上のセンサーからセンサー信号を受ける(A)段階と、入力されたセンサー信号をモデリングして診断モデリング値を算出し、前記診断モデリング値とメモリに保存してある該当センサーの参照モデリング値との相関度を比較し、該当センサーの故障有無を診断する(B)段階と、該当センサーが故障と判断されると、前記診断モデリング値と前記参照モデリング値の相関度と前記メモリに保存してある故障類型判断データとを比較し、該当センサーの故障類型を判断する(C)段階を含む。
この際、前記参照モデリング値は、該当センサーが正常な状態の場合、予めモデリングされている該当センサーのセンサー信号に対するモデリング値である。
なお、前記診断モデリング値と前記参照モデリング値の相関度と、前記メモリに保存してある故障類型判断データとを比較し、該当センサーの故障類型を判断する(C)の段階は、該当センサーの故障類型を判断するために前記診断モデリング値の連続性、形態及び遅延値の何れか一つ以上を利用することが望ましい。
また、該当センサーの故障類型に関するデータを音声、テキスト、及びグラフを用いて使用者に出力する(D)段階をさらに含むことが望ましい。
本発明によれば、特定センサーから初期の正常入力信号を受け、そのセンサー信号をモデリング(ここで、モデリングとは、モデリング係数、類型、及び各種の変数などを含む)した後、その初期モデリング後、特定センサーからの診断モデリング値と正常モデリング出力値とを比較し、センサーの故障の有無及び故障類型を判断すると共に、該当センサーに故障があった場合、使用者にこれを報知することによって事故を未然に防止し、センサーを含んだシステムでの安全性及び信頼性を高めると共に、これを通じて自動化システムの管理を容易に行うことができる。
また、本発明は、センサーの老朽化を予測でき、大気汚染、水質汚染のような環境分野や交通量などのような持続的な監視を長時間続ける計測センサーにおいて管理及びその使用を容易とする。
本発明の望ましい実施例による汎用センサーの自己診断装置の内部構成を示したブロック図である。 本発明の動作過程を示す説明図である。 本発明の望ましい実施例による汎用センサーの自己診断装置が動作する過程を示したフローチャートである。
以下に、前記したような本発明による汎用センサーの自己診断装置の望ましい実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図1には、本発明の望ましい実施例による汎用センサーの自己診断装置の内部構成を示したブロック図が示されている。
図1に示したように、本発明の汎用センサー自己診断装置100は、センサー110、センサー信号入力部120、入力データ加工部121、モデリング部123、故障診断部130、故障類型判断部140、中央処理部150、電源部160、通信部170、メモリ180、出力部190を含んでなる。
一つ以上のセンサー110は、センサー信号を生成し、リアルタイムでセンサー信号入力部120にそのセンサー信号を提供する。
センサー信号入力部120は、一つ以上のセンサー110からリアルタイムでセンサー信号を有線または無線で入力され、そのセンサー信号を入力データ加工部121に伝達する。この際、センサー信号は、電圧または電流または直流または正弦波などで表されるアナログ信号形態であることもあるし、またはパルスRS232、RS485などで表されるデジタル信号であることもある。このようなアナログ信号またはデジタル信号は、有線または無線の通信網を通じて受けることができる。
入力データ加工部121は、入力されるセンサーのデジタル信号またはアナログ信号を中央処理部150で処理することができるようにサンプリング周期及びそのサイズを約束通りの形態で加工処理する。
この際、入力データ加工部121は、入力されるセンサー信号がアナログ信号の場合、ADCを通じて前記アナログ信号をデジタル信号に変えてモデリング部123に伝達する。
モデリング部123は入力データ加工部121で加工されたデータが入力されると、その入力されたデータをモデリングし、診断モデリング値を算出する。ここで、モデリングは、モデリング係数、類型及び各種の変数などを含む。
メモリ180には、センサー110が正常状態の場合、予めモデリングされている前記センサー110のセンサー信号に対する参照モデリング値が保存され、前記センサー110の故障類型を判断するための故障類型判断データが保存される。
この際、故障類型判断データは、モデリング値の連続性、形態及び遅延値のような様々な要素によって区分してテーブル化し、保存されることが望ましい。
故障診断部130は、入力データ加工部121にセンサー信号が入力されると、診断モデリング値と前記メモリ180に保存してある該当センサー110の参照モデリング値との相関度を比較し、該当センサーの故障有無を診断する。
さらに詳しくは、故障診断部130は、前記診断モデリング値と前記参照モデリング値との相関度を比較し、その相関度が既に設定されている臨界範囲を超える場合、故障と判断する。
この際、故障診断部130は、モデリングをするために40Mhz以上の動作周波数を有しており、フローティングポイント(floating point)演算が可能なものを用いることが望ましい。もし、内部にADCがない場合は、外部に装着し、正確性のために10-BIT以上のレゾリューション(RESOLUTION)を有するADCを使用することが望ましい。
図2は、センサー信号が入力された時、故障診断部130による、故障の有無の診断についての説明を表す説明図を示している。
故障類型判断部140は、故障診断部130により該当センサー110が故障と判断されると、前記診断モデリング値と前記参照モデリング値の相関度と、前記故障類型判断データとを比較し、該当センサーの故障類型を判断する。
この際、故障類型判断部140は、該当センサー110の故障類型を判断するために前記診断モデリング値の連続性、形態及び遅延値の何れか一つ以上を用いる。さらに詳しくは、故障類型判断部140は、メモリ180に保存してある故障類型判断データに基づく相関度の比較を通じて、該当範囲によってその故障類型を決定するのである。
通信部170は、故障類型判断部140から該当センサー110の故障類型に関するデータの入力を受け、有線または無線の通信方式を介して外部装置に伝送する。たとえば、通信部170は、該当センサー110の故障類型に関するデータを通信網を通じて上位制御装置、装置メーカ、指定アフターサービスセンター、保険会社などに伝送することができる。
一方、外部装置との通信は、RS232と各種有無線通信網が用いられる。
出力部190は、故障類型判断部140から該当センサー110の故障類型に関するデータを受け、音声、テキスト、及びグラフで使用者に出力する。
中央処理部150は、センサー信号入力部120が一つ以上のセンサー110からセンサー信号を受けると、その該当センサーの参照モデリング値がメモリ180に保存されているか否かを判断し、その判断結果、メモリ180に該当センサー110に対する参照モデリング値がない場合は、該当センサー110が初めて始動するものとみなし、該当センサー110から初めて入力されるデータを参照モデリング値と判断し、メモリ180に保存する。
また、中央処理部150は、複数個のセンサーからセンサー信号を受ける場合、その入力される複数個のセンサー信号を切り替える機能をする。つまり、多数のセンサー信号を処理するためのマルチプレクサのような機能をするものである。
電源部160は、外部から入力された電源が汎用センサーの自己診断装置100に印加されるように処理する。
図3は、本発明の望ましい実施例による汎用センサーの自己診断装置が動作する過程を示したフローチャートを示している。
先ず、センサー信号入力部120が一つ以上のセンサー110よりセンサー信号を受ける(段階S100)。
すると、入力データ加工部121が、入力されるセンサーのデジタル信号又はアナログ信号を中央処理部150で処理することができるようにサンプリング周期およびそのサイズを既に設定されている形態に加工処理を行う。
この際、入力データ加工部121は、入力されるセンサー信号がアナログ信号の場合、ADCを通じて前記アナログ信号をデジタル信号に変えてモデリング部123に伝達する。
モデリング部123は、入力データ加工部121で加工されたデータが入力されると、入力されたデータをモデリングし、診断モデリング値を算出する(段階S110)。ここで、モデリングは、モデリング係数、類型、及び各種変数などを含む。
それから、中央処理部150は、メモリ180に該当センサー110に対する参照モデリング値があるか否かを判断する(段階S120)。この際、前記参照モデリング値は、該当センサー110が正常な状態である時、予めモデリングされた該当センサーのセンサー信号に対するモデリング値である。
段階S120の判断結果、メモリ180に該当センサー110に対する参照モデリング値がない場合、該当センサー110が初めて始動するものとみなし、該当センサー110から初めて入力されるデータを参照モデリング値と判断し、メモリ180に保存する。
一方、段階S120の判断結果、メモリ180に該当センサー110に対する参照モデリング値がある場合、故障診断部130は、前記診断モデリング値とメモリ180に保存してある該当センサーの参照モデルング値との相関度を比較し、該当センサー110の故障の有無を診断する(段階S130)。
段階S130の判断結果、該当センサー110が故障と判断されると、故障類型判断部140は、前記診断モデリング値と前記参照モデリング値との相関度と、前記メモリに保存してある故障類型判断データとを比較し、該当センサー110の故障類型を判断する(段階S150)。
この際、前記診断モデリング値と前記参照モデリング値との相関度と、前記メモリ180に保存してある故障類型判断データとを比較し、該当センサー110の故障類型を判断する段階は、該当センサー110の故障類型を判断するために前記診断モデリング値の連続性、形態及び遅延値の何れか一つ以上を用いることが望ましい。
次いで、段階S150により該当センサー110の故障類型が判断されると、中央処理部150は、出力部190を通じて該当センサー110の故障類型に関するデータが出力されるように処理する(段階S160)。この際、音声、テキスト、及びグラフを用いて使用者に出力することが望ましい。
以上では本発明を特定の望ましい実施例に対して図示すると共に説明をした。しかし、本発明は、前述した実施例に限るものではなく、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で様々変形して実施することができる。したがって、本発明の権利範囲は、特定の実施例に限定されるものではなく、添付された特許請求の範囲により定められるものであり、解析されなければならない。
100 汎用センサー自己診断装置
110 センサー
120 センサー信号入力部
121 入力データ加工部
123 モデリング部
130 故障診断部
140 故障類型判断部
150 中央処理部
160 電源部
170 通信部
180 メモリ
190 出力部

Claims (9)

  1. 一つ以上のセンサーからセンサー信号を受けるセンサー信号入力部と、
    前記センサー信号入力部から受けたセンサー信号を診断装置で使用できる値に加工する入力データ加工部と、
    前記入力データ加工部により加工されたデータをモデリングし、診断モデリング値を算出するモデリング部と、
    前記センサーが正常な状態の時、予めモデリングされている前記センサーのセンサー信号に対する参照モデリング値を保存し、前記センサーの故障類型を判断するための故障類型判断データを保存するためのメモリと、
    前記診断モデリング値と前記メモリに保存してある該当センサーの参照モデリング値との相関度を比較し、該当センサーの故障の有無を診断する故障診断部と、
    前記故障診断部により該当センサーが故障と判断されると、前記診断モデリング値と前記参照モデリング値の相関度と、前記故障類型判断データとを比較し、該当センサーの故障類型を判断する故障類型判断部とを、備えることを特徴とする汎用センサーの自己診断装置。
  2. 前記故障類型判断部は、該当センサーの故障類型を判断するために前記診断モデリング値の連続性、形態及び遅延値の何れか一つ以上を用いることを特徴とする請求項1に記載の汎用センサーの自己診断装置。
  3. 前記故障類型判断部から該当センサーの故障類型に関するデータを受け、音声、テキスト及びグラフを用いて使用者に出力する出力部をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の汎用センサーの自己診断装置。
  4. 前記故障類型判断部から該当センサーの故障類型に関するデータを受け、有線または無線の通信方式を介して外部装置に伝送する通信部をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の汎用センサーの自己診断装置。
  5. 前記入力データ加工部は、前記の一つ以上のセンサーから入力されるセンサー信号がアナログ信号の場合、前記アナログ信号をデジタル信号に変えて前記モデリング部に伝達することを特徴とする請求項1に記載の汎用センサーの自己診断装置。
  6. 一つ以上のセンサーからセンサー信号を受ける(A)段階と、
    入力されたセンサー信号をモデリングし、診断モデリング値を算出し、前記診断モデリング値とメモリに保存してある該当センサーの参照モデリング値との相関度を比較し、該当センサーの故障の有無を診断する(B)段階と、
    該当センサーが故障と判断されると、前記診断モデリング値と前記参照モデリング値の相関度と、前記メモリに保存してある故障類型判断データとを比較し、該当センサーの故障類型を判断する(C)段階とを、含む汎用センサーの自己診断装置の診断方法。
  7. 前記参照モデリング値は、該当センサーが正常な状態の時、予めモデリングされている該当センサーのセンサー信号に対するモデリング値であることを特徴とする請求項6に記載の汎用センサーの自己診断装置の診断方法。
  8. 前記診断モデリング値と前記参照モデリング値の相関度と、前記メモリに保存してある故障類型判断データとを比較し、該当センサーの故障類型を判断する(C)段階は、該当センサーの故障類型を判断するために前記診断モデリング値の連続性、形態及び遅延値の何れか一つ以上を利用することを特徴とする請求項6に記載の汎用センサーの自己診断装置の診断方法。
  9. 該当センサーの故障類型に関するデータを、音声、テキスト、及びグラフを用いて使用者に出力する(D)段階をさらに含むことを特徴とする請求項6に記載の汎用センサーの自己診断装置の診断方法。
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