JP2016146033A - 故障予測用電子機器及び故障予測方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の電子機器が備えられている装置において、電子機器の適正な交換時期を簡易かつ精度よく判定する、ことを目的とする。
【解決手段】模擬I/Oモジュール14Mは、プラント内機器を制御するI/Oモジュールと共にプラントの制御装置に設置され、プラント内機器に対する制御処理を行うと共にI/Oモジュールの故障予測を行う。そして、模擬I/Oモジュール14Mは、故障予測用電子機器14Mが設置されている周辺環境に基づいて、I/Oモジュールの故障予測を行う故障予測部62、及び故障予測部62による予測結果を表示する残寿命表示部64を備える。
【選択図】図4
【解決手段】模擬I/Oモジュール14Mは、プラント内機器を制御するI/Oモジュールと共にプラントの制御装置に設置され、プラント内機器に対する制御処理を行うと共にI/Oモジュールの故障予測を行う。そして、模擬I/Oモジュール14Mは、故障予測用電子機器14Mが設置されている周辺環境に基づいて、I/Oモジュールの故障予測を行う故障予測部62、及び故障予測部62による予測結果を表示する残寿命表示部64を備える。
【選択図】図4
Description
本発明は、故障予測用電子機器及び故障予測方法に関するものである。
プラント等に備えられる制御装置を構成する電子機器は、電子部品自体やハンダ接続部分等の初期故障を除くと、電子部品の使用環境により、寿命等によって故障する場合がある。しかし、交換部品が準備されていない場合には、電子機器の一部又は全部を再度製作することになり、その交換や修理に例えば1年から2年のように長い時間を要する場合がある。このため、各プラント等では、例えば制御装置を構成する電子機器に故障が生じる前に、例えば10年経過後に電子機器の定期的な交換が行われている。
特に、電子機器において、電子部品の寿命の考慮が特に必要なものは、例えば、発熱を伴うI/O(Input/Output)モジュールやアダプタ等の機器である。これらの機器の発熱は、制御装置全体を強制ファンにより常時冷却を行うことで放出され、作業を安定させると共に長寿命を確保している。
特に、電子機器において、電子部品の寿命の考慮が特に必要なものは、例えば、発熱を伴うI/O(Input/Output)モジュールやアダプタ等の機器である。これらの機器の発熱は、制御装置全体を強制ファンにより常時冷却を行うことで放出され、作業を安定させると共に長寿命を確保している。
そこで、電子機器の使用環境による寿命を予測するために特許文献1には、コイルを利用した特定器具の稼働時間を検出し、特定器具の周囲温度や特定器具のコイルに対する印加電圧で稼働時間を補正し、補正した稼働時間と予め設定された寿命特性との比較結果に基づいて、特定器具の残り寿命を推測することが開示されている。
また、特許文献2には、プラント制御装置の内部の温度及び累積通電時間に基づいて通電時平均温度を演算し、累積通電時間、累積停電時間、及び通電時平均温度に基づいて有寿命交換対象部品を交換するべき交換時期を推定することが開示されている。
さらに、特許文献3には、電子機器の温度の測定値と基準温度とに基づいた温度上昇分と温度下降分の2種類の温度偏差の積算値と予め設定される所定の閾値とに基づいて、状況判定し必要に応じて報知することが開示されている。
また、特許文献2には、プラント制御装置の内部の温度及び累積通電時間に基づいて通電時平均温度を演算し、累積通電時間、累積停電時間、及び通電時平均温度に基づいて有寿命交換対象部品を交換するべき交換時期を推定することが開示されている。
さらに、特許文献3には、電子機器の温度の測定値と基準温度とに基づいた温度上昇分と温度下降分の2種類の温度偏差の積算値と予め設定される所定の閾値とに基づいて、状況判定し必要に応じて報知することが開示されている。
ここで、制御装置を構成するI/Oモジュールのような電子機器は、全体として使用環境を所定の管理環境内にして運用される同様のものが制御装置に複数設置される。また、電子機器は、制御装置毎に内部の設置位置が異なることから、内部の設置位置により他のものよりも使用環境が厳しい状況になる電子機器が存在する場合がある。このような電子機器の定期交換を行うタイミングは、安全を考慮して早めに設定されると共に、定期的な交換作業においても、例えば同時期に全てを交換する必要があり、コストや労力を要していた。
このため、電子機器に対して、精度の高い故障予測が可能となれば、故障前に安全を考慮した必要以上に早い段階における、定期的な交換を必要としないで済むことになる。
このため、電子機器に対して、精度の高い故障予測が可能となれば、故障前に安全を考慮した必要以上に早い段階における、定期的な交換を必要としないで済むことになる。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、複数の電子機器が備えられている装置において、電子機器の適正な交換時期を簡易かつ精度よく判定できる、故障予測用電子機器及び故障予測方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の故障予測用電子機器及び故障予測方法は以下の手段を採用する。
本発明の第一態様に係る故障予測用電子機器は、制御対象を制御する所定の電子機器と共にプラントの制御装置に設置され、前記制御対象に対する制御処理を行うと共に前記電子機器の故障予測を行う故障予測用電子機器であって、本故障予測用電子機器が設置されている周辺環境に基づいて、前記電子機器の故障予測を行う故障予測手段と、前記故障予測手段による予測結果を表示する表示手段と、を備える。
本構成に係る故障予測用電子機器は、電子機器の故障予測を行うと共に、他の電子機器と同様に制御対象に対する制御処理を行う。
電子機器は、制御信号等を入出力することで制御対象を制御するものであり、例えば、プラントの配管に設けられる各種制御弁やスイッチ等を制御するためのI/O(Input/Output)モジュール等である。すなわち、本構成に係る故障予測用電子機器は、複数の電子機器と共に制御装置に設置される。また、故障予測用電子機器は、例えば、複数の電子機器が設置されている場所において、平均的な環境条件よりも周辺環境が厳しい位置に設置される。
そして、本構成は、故障予測用電子機器が設置されている周辺環境に基づいて、電子機器の故障予測を行う故障予測手段と、故障予測手段による予測結果を表示する表示手段と、を備える。すなわち、電子機器と同様の信号の入出力を行う故障予測用電子機器が、故障予測を行うと共にその予測結果を表示する。
これにより、表示手段に表示されている予測結果をプラントの管理者等が確認することで、故障予測用電子機器と共に設置されている電子機器に故障が生じる可能性を判断可能となる。
これにより、表示手段に表示されている予測結果をプラントの管理者等が確認することで、故障予測用電子機器と共に設置されている電子機器に故障が生じる可能性を判断可能となる。
従って、本構成は、複数の電子機器が備えられている装置において、電子機器の適正な交換時期を簡易かつ精度よく判定できる。
上記第一態様では、前記電子機器が行う前記制御対象に対する制御処理を模擬するものの、前記制御対象の制御は行わない模擬負荷を備えてもよい。
本構成は、プラントの制御装置を構成する電子機器を模擬し、電子機器と共に制御装置に設置されて電子機器の故障予測を行う。
本構成に係る模擬負荷は、例えば、電子機器への入力信号を模擬した模擬入力信号が入力され、電子機器からの出力信号を模擬した模擬出力信号を出力する。このように、故障予測用電子機器は、制御対象を制御しないものの、模擬負荷により、他の電子機器と同様の実運用を模擬した動作を行う。
従って、本構成に係る故障予測用電子機器を、例えば周辺環境の厳しい位置に設置することで他の電子機器に比べて早く故障したとしても、プラントの制御に影響を与えることはない。
本構成に係る模擬負荷は、例えば、電子機器への入力信号を模擬した模擬入力信号が入力され、電子機器からの出力信号を模擬した模擬出力信号を出力する。このように、故障予測用電子機器は、制御対象を制御しないものの、模擬負荷により、他の電子機器と同様の実運用を模擬した動作を行う。
従って、本構成に係る故障予測用電子機器を、例えば周辺環境の厳しい位置に設置することで他の電子機器に比べて早く故障したとしても、プラントの制御に影響を与えることはない。
上記第一態様では、前記制御装置において、故障予測が行われる前記電子機器の設置位置の周辺環境よりも厳しい周辺環境に設置されてもよい。
電子機器の設置位置の周辺環境よりも厳しい周辺環境とは、例えば、周辺環境を示す状態量(例えば温度等)の平均値からのずれ量がより大きい環境条件をいう。
そして、本構成は、例えば、平均温度が高い位置や湿度が高い位置等、故障が生じやすい環境条件に設置されることで、より確実な故障予測を行うことができる。
そして、本構成は、例えば、平均温度が高い位置や湿度が高い位置等、故障が生じやすい環境条件に設置されることで、より確実な故障予測を行うことができる。
上記第一態様では、前記故障予測手段が、前記電子機器の周辺環境を示す状態量を検知する状態量検知手段と、前記状態量検知手段による検知結果に基づいて、前記電子機器の残寿命を予測する残寿命予測手段と、を備え、前記表示手段が、前記残寿命予測手段による予測結果を表示してもよい。
本構成によれば、状態量検知手段によって、電子機器の周辺環境を示す状態量が検知される。この状態量とは、例えば、温度や湿度等である。
そして、状態量検知手段による検知結果に基づいて電子機器の残寿命が残寿命予測手段によって予測され、残寿命の予測結果が表示手段に表示される。
このように、本構成は、電子機器の周辺環境に基づいて電子機器の残寿命を予測すると共に、その結果を目視可能なように表示するので、精度の高い故障予測を行うと共にその結果を簡易に報知できる。
そして、状態量検知手段による検知結果に基づいて電子機器の残寿命が残寿命予測手段によって予測され、残寿命の予測結果が表示手段に表示される。
このように、本構成は、電子機器の周辺環境に基づいて電子機器の残寿命を予測すると共に、その結果を目視可能なように表示するので、精度の高い故障予測を行うと共にその結果を簡易に報知できる。
上記第一態様では、本故障予測用電子機器に生じる突発電流を検知する突発電流検知手段を備え、前記残寿命予測手段が、前記状態量検知手段による検知結果及び前記突発電流検知手段による検知結果に基づいて、前記電子機器の残寿命を予測してもよい。
本構成は、故障予測用電子機器に生じる突発電流が突発電流検知手段によって検知される。
そして、本構成は、状態量検知手段による検知結果及び突発電流検知手段による検知結果に基づいて電子機器の残寿命が予測されるので、より精度の高い故障予測を行うことができる。
そして、本構成は、状態量検知手段による検知結果及び突発電流検知手段による検知結果に基づいて電子機器の残寿命が予測されるので、より精度の高い故障予測を行うことができる。
本発明の第二態様に係る故障予測方法は、制御対象を制御する所定の電子機器と共にプラントの制御装置に設置され、前記制御対象に対する制御処理を行うと共に前記電子機器の故障予測を行う故障予測用電子機器による故障予測方法であって、前記故障予測用電子機器が設置されている周辺環境に基づいて、前記電子機器の故障予測を行う第1工程と、前記第1工程による予測結果を前記故障予測用電子機器が備える表示手段に表示する第2工程と、を含む。
本発明によれば、複数の電子機器が備えられている装置において、電子機器の適正な交換時期を簡易かつ精度よく判定できる、という優れた効果を有する。
以下に、本発明に係る故障予測用電子機器及び故障予測方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。
〔第1実施形態〕
以下、本発明の第1実施形態について説明する。
以下、本発明の第1実施形態について説明する。
図1は、本第1実施形態に係る制御装置10の概略構成図である。
制御装置10は、プラントを制御するものであり、制御対象であるプラント内機器12を制御するための電子機器が複数設置されている。
この電子機器は、制御信号等を入出力することでプラント内機器12を制御するものであり、例えば、プラントの配管に設けられる各種制御弁やスイッチ等を制御するためのI/O(Input/Output)モジュール14等である。なお、I/Oモジュール14の入力はデジタル入力又はアナログ入力であり、出力はデジタル出力又はアナログ出力であり、これらが接続される機器に応じて適宜組み合わされる。
制御装置10は、プラントを制御するものであり、制御対象であるプラント内機器12を制御するための電子機器が複数設置されている。
この電子機器は、制御信号等を入出力することでプラント内機器12を制御するものであり、例えば、プラントの配管に設けられる各種制御弁やスイッチ等を制御するためのI/O(Input/Output)モジュール14等である。なお、I/Oモジュール14の入力はデジタル入力又はアナログ入力であり、出力はデジタル出力又はアナログ出力であり、これらが接続される機器に応じて適宜組み合わされる。
プラント内機器12には、例えば、水位等を検知するレベル検知器16、リミットスイッチ18、弁の開度が制御可能な制御弁20、弁の開度が全閉又は全開の何れかであるオン/オフ弁22等である。
なお、一例として、I/Oモジュール14は、レベル検知器16から水位等の情報をアナログ信号として得る。また、I/Oモジュール14は、リミットスイッチ18に対してデジタル信号を出力してリミットスイッチ18のオン、オフを制御する。また、I/Oモジュール14は、制御弁20に対して開度に応じた動作電流又は動作電圧の大きさを示すアナログ信号を出力し、制御弁20から現在の開度を示すアナログ信号が入力される。また、I/Oモジュール14は、オン/オフ弁22に対してデジタル信号を出力してオン、オフを制御する。
なお、一例として、I/Oモジュール14は、レベル検知器16から水位等の情報をアナログ信号として得る。また、I/Oモジュール14は、リミットスイッチ18に対してデジタル信号を出力してリミットスイッチ18のオン、オフを制御する。また、I/Oモジュール14は、制御弁20に対して開度に応じた動作電流又は動作電圧の大きさを示すアナログ信号を出力し、制御弁20から現在の開度を示すアナログ信号が入力される。また、I/Oモジュール14は、オン/オフ弁22に対してデジタル信号を出力してオン、オフを制御する。
制御装置10は、I/Oモジュール14に電力を供給するアダプタ24を備え、一つのアダプタ24とアダプタ24の容量に応じた複数のI/Oモジュール14(I/Oモジュール群26)とが組となっている。なお、図1に示されるI/Oモジュール14の数は一例であり、これに限定されるものではない。
そして、I/Oモジュール14は、コントロールネットワーク28を介してプラント制御部30に接続され、プラント制御部30からの制御信号(デジタル信号)に基づいてプラント内機器12を制御する。
プラント制御部30は、プラント全体の動作を司る制御用CPU(Central Processing Unit)を搭載したCPUカード32、制御用CPUの異常診断機能等を有するシステムDI/Oカード34、及びコントロールネットワーク28を介した通信を行うためのインタフェースカード36を備える。
プラント制御部30は、プラント全体の動作を司る制御用CPU(Central Processing Unit)を搭載したCPUカード32、制御用CPUの異常診断機能等を有するシステムDI/Oカード34、及びコントロールネットワーク28を介した通信を行うためのインタフェースカード36を備える。
また、プラント制御部30は、ユーザインタフェースとしてモニタ及びキーボードやマウス等を備えたコンピュータに接続され、このコンピュータを介してプラントの管理者がプラントを制御することとなる。
なお、制御装置10は、プラント制御部30が複数備えられ、複数のプラント制御部30が並列処理を行うことにより共同して一つのプラントを制御してもよい。
なお、制御装置10は、プラント制御部30が複数備えられ、複数のプラント制御部30が並列処理を行うことにより共同して一つのプラントを制御してもよい。
図2は、制御装置10が格納される制御盤40の外観図である。
制御盤40は、一例として、I/Oモジュール14の電源となるI/Oモジュール電源42が上部に備えられる。I/Oモジュール電源42の下部には制御用CPU等の電源となるCPU電源44とCPUカード32等が搭載されるCPUシャーシ46が備えられる。
さらに、その下には、アダプタ24が上部に設置されたI/Oモジュール群26、プラント内機器12との接続端子が設けられる端子台48、及び複数の接地端子が設けられる接地端子パネル50が備えられる。
さらに、その下には、アダプタ24が上部に設置されたI/Oモジュール群26、プラント内機器12との接続端子が設けられる端子台48、及び複数の接地端子が設けられる接地端子パネル50が備えられる。
また、制御盤40内は各種機器の発熱を放熱するための冷却ファン52が、上部パネルに備えられている。冷却ファン52は、図2における矢印Aで示されるように、外部から空気を吸い込んで制御盤40内部を通過させ、外部に排出するように回転する。
なお、空気の吸込み口の位置は、限定されないが、例えば、制御盤40の端子台48の下側に吸込み口が設けられる。また、制御盤40の前面に開閉可能な扉が設けられる場合には、この扉に吸込み口が設けられてもよい。
さらに、冷却ファン52の設置位置は上部パネルに限定されず、例えば、背面パネルや底面パネルとされてもよい。また、冷却ファン52は、制御盤40内の空気を吸い込んで、外部に排出するように回転してもよい。
なお、空気の吸込み口の位置は、限定されないが、例えば、制御盤40の端子台48の下側に吸込み口が設けられる。また、制御盤40の前面に開閉可能な扉が設けられる場合には、この扉に吸込み口が設けられてもよい。
さらに、冷却ファン52の設置位置は上部パネルに限定されず、例えば、背面パネルや底面パネルとされてもよい。また、冷却ファン52は、制御盤40内の空気を吸い込んで、外部に排出するように回転してもよい。
また、図2に示される冷却ファン52を含む各種機器の設置位置は一例であり、これに限定されるものではない。
そして、本第1実施形態に係る制御装置10は、電子機器であるI/Oモジュール14が行う処理を模擬すると共に、I/Oモジュール14の故障予測を行うI/Oモジュール(以下「模擬I/Oモジュール14M」という。)を備える。
模擬I/Oモジュール14Mは、複数のI/Oモジュール14と共にI/Oモジュール群26に含まれて制御装置10に設置される。なお、模擬I/Oモジュール14Mの外形は、I/Oモジュール14とほぼ同形である。このため、模擬I/Oモジュール14Mの制御装置10内における設置位置は比較的自由に選択可能である。
そして、本第1実施形態に係る模擬I/Oモジュール14Mは、制御装置10において、故障予測が行われるI/Oモジュール14の設置位置の周辺環境よりも厳しい周辺環境に設置される。I/Oモジュール14の設置位置の周辺環境よりも厳しい周辺環境とは、例えば、周辺環境を示す状態量(例えば温度等)の平均値からのずれ量がより大きい環境条件をいう。
例えば、模擬I/Oモジュール14Mは、アダプタ24に最も近い位置等、平均温度が高い位置に設置される。なお、これに限らず、模擬I/Oモジュール14Mは、例えば、湿度が高い位置、放射線量が高い位置等に設置されてもよい。このように、模擬I/Oモジュール14Mの設置位置は、制御装置10内の周辺環境が厳しい位置の中でも、平均的な環境条件よりも厳しい環境条件となる位置であることが好ましく、最も厳しい環境条件となる位置であることがより好ましい。
模擬I/Oモジュール14Mは、複数のI/Oモジュール14と共にI/Oモジュール群26に含まれて制御装置10に設置される。なお、模擬I/Oモジュール14Mの外形は、I/Oモジュール14とほぼ同形である。このため、模擬I/Oモジュール14Mの制御装置10内における設置位置は比較的自由に選択可能である。
そして、本第1実施形態に係る模擬I/Oモジュール14Mは、制御装置10において、故障予測が行われるI/Oモジュール14の設置位置の周辺環境よりも厳しい周辺環境に設置される。I/Oモジュール14の設置位置の周辺環境よりも厳しい周辺環境とは、例えば、周辺環境を示す状態量(例えば温度等)の平均値からのずれ量がより大きい環境条件をいう。
例えば、模擬I/Oモジュール14Mは、アダプタ24に最も近い位置等、平均温度が高い位置に設置される。なお、これに限らず、模擬I/Oモジュール14Mは、例えば、湿度が高い位置、放射線量が高い位置等に設置されてもよい。このように、模擬I/Oモジュール14Mの設置位置は、制御装置10内の周辺環境が厳しい位置の中でも、平均的な環境条件よりも厳しい環境条件となる位置であることが好ましく、最も厳しい環境条件となる位置であることがより好ましい。
模擬I/Oモジュール14Mは、I/Oモジュール14に設けられる負荷(電子回路を含んで構成されるADC(analog to digital converter)や信号の入出力機能)を模擬した模擬負荷60を備える(図4も参照)。模擬負荷60は、予め設定されたI/Oモジュール14への入力信号を模擬した模擬入力信号が入力され、I/Oモジュール14からの出力信号を模擬した模擬出力信号を出力する。
図3を参照して、第1実施形態に係るI/Oモジュール14及び模擬I/Oモジュール14Mに対する信号の入出力を説明する。なお、図3の例では、模擬I/Oモジュール14Mがプラント内機器12である制御弁20を制御するI/Oモジュール14を模擬している場合について説明する。
図3に示されるように、模擬I/Oモジュール14Mは、制御用CPU52に接続されると共に制御弁20とも接続模擬されるものの、制御弁20へ信号は送信せずに、制御弁20からの信号は模擬入力される。なお、模擬I/Oモジュール14Mに信号を出力する制御弁20は、他のI/Oモジュール14に接続され、このI/Oモジュール14によって制御される。
制御用CPU52は、I/Oモジュール14に対して制御弁20の開度を示す制御信号をデジタル信号で送信すると共に、模擬I/Oモジュール14Mに対しても同様の制御信号(以下「模擬制御信号」という。)を模擬送信する。
I/Oモジュール14は、制御弁20に対してアナログ信号に変換した制御信号(電流)を出力する。一方、模擬I/Oモジュール14Mは、I/Oモジュール14と同様に模擬入力された制御信号をアナログ信号に変換するが、制御弁20へは出力しない。
そして、I/Oモジュール14は、制御弁20から弁の開度に応じたアナログ信号(以下「状態信号」という。)が入力され、入力された状態信号をデジタル信号に変換して制御用CPU52に出力する。また、模擬I/Oモジュール14Mにも制御弁20から状態信号が模擬入力され、模擬I/Oモジュール14Mも、状態信号をデジタル信号に変換して模擬状態信号として制御用CPU52に模擬出力する。
なお、制御用CPU52は、状態信号に基づいてプラントそのもの、又はプラント内機器12やI/Oモジュール14等の状態を検知することとなる。
例えば、状態信号が、制御弁20の開度が通常に比べて大きい状態又は小さい状態で長時間維持されていることを示している場合や、制御弁20の開閉が通常に比べて短時間で連続して行われていることを示している場合、制御用CPU52は、プラントのプロセスに異常が生じている可能性を示すプロセス警報として検知する。
また、I/Oモジュール14から状態信号の入力が無い場合、CPU52は、プラント内機器12とI/Oモジュール14、又はI/Oモジュール14と制御用CPU52との間の信号線の断線の可能性を示すシステム警報として検知する。
さらに、状態信号が制御弁20の開度としてあり得ない値である場合(例えば全閉から全開を状態信号が5%から100%で示すように設定しているにもかかわらず、状態信号が5%未満又は100%超を示す場合)、CPU52は、信号異常として検知する。
例えば、状態信号が、制御弁20の開度が通常に比べて大きい状態又は小さい状態で長時間維持されていることを示している場合や、制御弁20の開閉が通常に比べて短時間で連続して行われていることを示している場合、制御用CPU52は、プラントのプロセスに異常が生じている可能性を示すプロセス警報として検知する。
また、I/Oモジュール14から状態信号の入力が無い場合、CPU52は、プラント内機器12とI/Oモジュール14、又はI/Oモジュール14と制御用CPU52との間の信号線の断線の可能性を示すシステム警報として検知する。
さらに、状態信号が制御弁20の開度としてあり得ない値である場合(例えば全閉から全開を状態信号が5%から100%で示すように設定しているにもかかわらず、状態信号が5%未満又は100%超を示す場合)、CPU52は、信号異常として検知する。
このように、模擬I/Oモジュール14Mは、模擬信号と模擬負荷60によって、他のI/Oモジュール14と同様の実運用を模擬した処理を行うことにより、I/Oモジュール14が行うプラント内機器12に対する制御処理を模擬するものの、プラント内機器12の実際の制御は行わない。
そして、模擬I/Oモジュール14Mは、周辺環境が厳しい位置に設置されるので、他のI/Oモジュール14と同様に動作させると、複数のI/Oモジュール14の中で最も寿命が短くなると想定される。すなわち、他のI/Oモジュール14に比べて模擬I/Oモジュール14Mの方が先に故障すると考えられるため、模擬I/Oモジュール14Mにおいて故障検知を行うことで、I/Oモジュール14の適切な交換時期が判断可能となる。
このため、本実施形態に係る模擬I/Oモジュール14Mは、故障検知機能を有する。
図4は、模擬I/Oモジュール14Mの故障検知機能に関する電気的構成を示すブロック図である。
図4は、模擬I/Oモジュール14Mの故障検知機能に関する電気的構成を示すブロック図である。
模擬I/Oモジュール14Mは、上述した模擬負荷60と共に、故障予測部62及び残寿命表示部64を備える。
故障予測部62は、模擬I/Oモジュール14Mが設置されている周辺環境に基づいて、I/Oモジュール14の故障予測を行う。
残寿命表示部64は、故障予測部62による予測結果(以下「故障予測結果」という。)を表示する表示手段であり、一例として、故障予測結果を残寿命として表示する。
残寿命表示部64は、故障予測部62による予測結果(以下「故障予測結果」という。)を表示する表示手段であり、一例として、故障予測結果を残寿命として表示する。
すなわち、I/Oモジュール14と同様の信号の入出力を行う模擬I/Oモジュール14Mが、故障予測を行うと共に、その予測結果を表示することとなる。
これにより、残寿命表示部64に表示されている故障予測結果をプラントの管理者等が確認することで、模擬I/Oモジュール14Mと共に設置されているI/Oモジュール14に故障が生じる可能性を判断可能となる。
これにより、残寿命表示部64に表示されている故障予測結果をプラントの管理者等が確認することで、模擬I/Oモジュール14Mと共に設置されているI/Oモジュール14に故障が生じる可能性を判断可能となる。
次に、故障予測部62の構成について説明する。
故障予測部62は、温度センサ66、突発電流検知部68、及び故障予測用CPU70を備える。なお、故障予測に関するプログラム等は、メモリ72に予め記憶されている。
故障予測部62は、温度センサ66、突発電流検知部68、及び故障予測用CPU70を備える。なお、故障予測に関するプログラム等は、メモリ72に予め記憶されている。
温度センサ66は、I/Oモジュール14の周辺環境の状態を示す状態量の一例として、温度を検知する。
突発電流検知部68は、模擬I/Oモジュール14Mの模擬負荷60に生じる突発電流を検知する。突発電流の発生は、電子機器に劣化を生じさせるものであり、電子機器の寿命に影響を与える。
故障予測用CPU70は、温度センサ66による検知結果及び突発電流検知部68による検知結果に基づいて、模擬I/Oモジュール14Mの残寿命を予測する残寿命予測手段として機能する。
そして、残寿命表示部64は、例えば複数のLED64Lで構成され、故障予測用CPU70による残寿命の予測結果に応じて点灯するLED64Lの数が変わる。本第1実施形態に係る残寿命予測部64は、一例として、残寿命が短くなると共に点灯するLED64Lの数が増加する。このように、残寿命の予測結果に応じてLED64Lの点灯数が変化することで、I/Oモジュール14に故障が生じる可能性が目視で判断可能となる。
次に残寿命予測の一例について説明する。
本第1実施形態において、残寿命τは、寿命の最大値とされる値τmax(一例として、100)から、熱による劣化を示す熱劣化値と突発電流による劣化を示す突発電流劣化値を減算することで求められる。
下記(1)式は、残寿命τの算出式の一例である。
上記f(t)は、温度tに応じた係数を示し、この係数f(t)に模擬I/Oモジュール14Mの動作時間Tを乗算した積分値が熱劣化値である。また、Nは突発電流が発生した回数を示す。この発生回数Nに係数Aを乗算した値が突発電流劣化値である。
本第1実施形態において、残寿命τは、寿命の最大値とされる値τmax(一例として、100)から、熱による劣化を示す熱劣化値と突発電流による劣化を示す突発電流劣化値を減算することで求められる。
下記(1)式は、残寿命τの算出式の一例である。
なお、熱劣化値は、模擬I/Oモジュール14Mの動作時間Tを温度によって補正した値であり、上記の他に温度をパラメータとして化学反応の速度(温度による反応の依存性)を予測する式であるアレニウスモデルを用いて算出してもよい。
また、周辺環境を示す状態量として、温度の他に、湿度等を用いて動作時間Tが補正されてもよいし、模擬I/Oモジュール14Mが出力する電圧や電流を用いて動作時間Tが補正されてもよい。
なお、湿度や電圧等を用いて動作時間Tを補正する場合には、温度以外の状態量の依存性も含み反応の依存性を一般化したアイリングモデルが用いられてもよい。
また、残寿命予測については上述の方法の他に、MT法を用いて周辺環境を示す状態量(温度、湿度や動作時間等)で影響因子の重み付けを行い、残寿命予測およびI/Oモジュール14の交換時期を判断してもよい。
また、周辺環境を示す状態量として、温度の他に、湿度等を用いて動作時間Tが補正されてもよいし、模擬I/Oモジュール14Mが出力する電圧や電流を用いて動作時間Tが補正されてもよい。
なお、湿度や電圧等を用いて動作時間Tを補正する場合には、温度以外の状態量の依存性も含み反応の依存性を一般化したアイリングモデルが用いられてもよい。
また、残寿命予測については上述の方法の他に、MT法を用いて周辺環境を示す状態量(温度、湿度や動作時間等)で影響因子の重み付けを行い、残寿命予測およびI/Oモジュール14の交換時期を判断してもよい。
図5は、故障予測用CPU70によって実行される故障予測処理の流れを示すフローチャートであり、故障予測処理に関するプログラムはメモリ72の所定領域に予め記憶されている。
まず、ステップ100では、温度センサ66によって模擬I/Oモジュール14Mが設置されている周辺環境の温度が検知される。
次のステップ102では、一例として、上記(1)式を用いた残寿命τが算出される。
次のステップ104では、残寿命表示部64の表示を更新する必要があるか否かを判定する。例えば、残寿命τが短くなり、残寿命τが短くなったことを示すLED64Lを新たに点灯させる必要がある場合には、肯定判定とされステップ106へ移行する。一方、否定判定の場合は、ステップ100へ戻り残寿命τの算出を再び行う。
ステップ106は、残寿命τに応じて点灯させるLED64Lを増やし、ステップ100へ戻る。なお、LED64Lが全て点灯した場合には、模擬I/Oモジュール14Mの劣化が促進し、同様に設置されているI/Oモジュール14に故障が生じる可能性が非常に高いことを示すこととなる。これにより、プラントの管理者は、I/Oモジュール14の残寿命が短くなっていると目視により認識でき、I/Oモジュール14の交換が必要であると判断できる。
このように、本第1実施形態に係る模擬I/Oモジュール14Mは、I/Oモジュール14の周辺環境に基づいてI/Oモジュール14の残寿命を予測すると共に、その結果を目視可能なように表示するので、精度の高い故障予測を行うと共にその結果を簡易に報知できる。
以上説明したように、本第1実施形態に係る模擬I/Oモジュール14Mは、プラント内機器12を制御するI/Oモジュール14と共にプラントの制御装置10に設置され、プラント内機器12に対する制御処理を行うと共に、I/Oモジュール14の故障予測を行う。この模擬I/Oモジュール14Mには、I/Oモジュール14が行うプラント内機器12に対する制御処理を模擬するものの、プラント内機器12の制御は行わない模擬負荷60が備えられる。そして、模擬I/Oモジュール14Mは、模擬I/Oモジュール14Mが設置されている周辺環境に基づいて、I/Oモジュール14の故障予測を行う故障予測部62、及び故障予測部62による予測結果を表示する残寿命表示部64を備える。すなわち、模擬I/Oモジュール14Mは、実動作での消耗及び環境影響によってI/Oモジュール14の残寿命を予測することができる。
これにより、残寿命表示部64に表示されている予測結果をプラントの管理者等が確認することで、模擬I/Oモジュール14Mと共に設置されているI/Oモジュール14に故障が生じる可能性を判断可能となる。
これにより、残寿命表示部64に表示されている予測結果をプラントの管理者等が確認することで、模擬I/Oモジュール14Mと共に設置されているI/Oモジュール14に故障が生じる可能性を判断可能となる。
従って、本第1実施形態に係る模擬I/Oモジュール14Mは、複数のI/Oモジュール14が備えられている制御装置10において、I/Oモジュール14の適正な交換時期を簡易かつ精度よく判定できる。
さらには、制御装置10において想定外の使用環境(周辺環境)となった場合でも、模擬I/Oモジュール14Mの残寿命表示部64に表示されている予測結果から、使用環境の変化をいち早く察知することが可能となり、想定外の使用環境を改善するとともに、必要に応じてI/Oモジュール14の適正な交換時期を、想定外に故障する前に精度よく判定できる。
さらには、制御装置10において想定外の使用環境(周辺環境)となった場合でも、模擬I/Oモジュール14Mの残寿命表示部64に表示されている予測結果から、使用環境の変化をいち早く察知することが可能となり、想定外の使用環境を改善するとともに、必要に応じてI/Oモジュール14の適正な交換時期を、想定外に故障する前に精度よく判定できる。
また、模擬I/Oモジュール14Mは、一例として、I/Oモジュール14が設置されている場所において周辺環境が最も厳しい位置に設置されることで、より確実な故障予測を行うことができる。
また、模擬I/Oモジュール14Mは、プラント内機器12の制御は行わず、I/Oモジュール14が行うプラント内機器12に対する制御処理を模擬する模擬負荷60を備える。従って、本第1実施形態に係る模擬I/Oモジュール14Mを周辺環境の厳しい位置に設置することで、他のI/Oモジュール14に比べて早く故障したとしても、プラントの制御に影響を与えることはない。
なお、本第1実施形態では、制御装置10が一つの模擬I/Oモジュール14Mを備える場合について説明したが、これに限らず、制御装置10が複数の模擬I/Oモジュール14Mを備え、各々が故障予測を行ってもよい。具体的には、I/Oモジュール群26毎に模擬I/Oモジュール14Mを備え、模擬I/Oモジュール14Mによる故障予測に応じてI/Oモジュール群26毎にI/Oモジュール14の交換を行ってもよい。
〔第2実施形態〕
以下、本発明の第2実施形態について説明する。
以下、本発明の第2実施形態について説明する。
図6は、本第2実施形態に係る故障予測機能付きI/Oモジュール14Nの構成を示す。なお、図6における図4と同一の構成部分については図4と同一の符号を付して、その説明を省略する。なお、故障予測機能付きI/Oモジュール14Nは、一例として、I/Oモジュール14が設置されている場所において周辺環境(例えば温度)が厳しい位置に設置される。さらに、I/Oモジュール14Nの設置位置は、制御装置10内の周辺環境が厳しい位置の中でも、平均的な環境条件よりも厳しい環境条件となる位置であることが好ましく、最も厳しい環境条件となる位置であることがより好ましい。
故障予測機能付きI/Oモジュール14Nは、模擬制御のみであり実際のプラント内機器12の制御を行なわない模擬I/Oモジュール14Mとは異なり、他のI/Oモジュール14と同様の負荷80を備え、プラント内機器12に対する制御処理を行ってプラント内機器12を実際に制御すると共に、I/Oモジュール14の故障予測を行う。
すなわち、故障予測機能付きI/Oモジュール14Nは、I/Oモジュール14に故障予測用CPU70、メモリ72、温度センサ66、突発電流検知部68、及び残寿命表示部64を備えたものである。
すなわち、故障予測機能付きI/Oモジュール14Nは、I/Oモジュール14に故障予測用CPU70、メモリ72、温度センサ66、突発電流検知部68、及び残寿命表示部64を備えたものである。
従って、故障予測機能付きI/Oモジュール14Nは、I/Oモジュール14の周辺環境に基づいてI/Oモジュール14の残寿命を予測すると共に、その結果を目視可能なように表示するので、精度の高い故障予測を行うと共にその結果を簡易に報知できる。
以上、本発明を、上記各実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記各実施形態に多様な変更又は改良を加えることができ、該変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。また、上記各実施形態を適宜組み合わせてもよい。
例えば、上記各実施形態では、故障予測用電子機器(14M,14N)をI/Oモジュール14とする形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、故障予測用電子機器を例えばADCや増幅器等、他の電子機器とする形態としてもよい。
10 制御装置
12 プラント内機器(制御対象)
14 I/Oモジュール(電子機器)
14M 模擬I/Oモジュール(故障予測用電子機器)
14N 故障予測機能付きI/Oモジュール
60 模擬負荷
62 故障予測部(故障予測手段)
64 残寿命表示部(表示手段)
66 温度センサ(状態量検知手段)
68 突発電流検知部(突発電流検知手段)
70 故障予測用CPU(残寿命予測手段)
12 プラント内機器(制御対象)
14 I/Oモジュール(電子機器)
14M 模擬I/Oモジュール(故障予測用電子機器)
14N 故障予測機能付きI/Oモジュール
60 模擬負荷
62 故障予測部(故障予測手段)
64 残寿命表示部(表示手段)
66 温度センサ(状態量検知手段)
68 突発電流検知部(突発電流検知手段)
70 故障予測用CPU(残寿命予測手段)
Claims (6)
- 制御対象を制御する所定の電子機器と共にプラントの制御装置に設置され、前記制御対象に対する制御処理を行うと共に前記電子機器の故障予測を行う故障予測用電子機器であって、
本故障予測用電子機器が設置されている周辺環境に基づいて、前記電子機器の故障予測を行う故障予測手段と、
前記故障予測手段による予測結果を表示する表示手段と、
を備える故障予測用電子機器。 - 前記電子機器が行う前記制御対象に対する制御処理を模擬するものの、前記制御対象の制御は行わない模擬負荷を備える請求項1記載の故障予測用電子機器。
- 前記制御装置において、故障予測が行われる前記電子機器の設置位置の周辺環境よりも厳しい周辺環境に設置される請求項1又は請求項2記載の故障予測用電子機器。
- 前記故障予測手段は、
前記電子機器の周辺環境を示す状態量を検知する状態量検知手段と、
前記状態量検知手段による検知結果に基づいて、前記電子機器の残寿命を予測する残寿命予測手段と、
を備え、
前記表示手段は、前記残寿命予測手段による予測結果を表示する請求項1から請求項3の何れか1項記載の故障予測用電子機器。 - 本故障予測用電子機器に生じる突発電流を検知する突発電流検知手段を備え、
前記残寿命予測手段は、前記状態量検知手段による検知結果及び前記突発電流検知手段による検知結果に基づいて、前記電子機器の残寿命を予測する請求項4記載の故障予測用電子機器。 - 制御対象を制御する所定の電子機器と共にプラントの制御装置に設置され、前記制御対象に対する制御処理を行うと共に前記電子機器の故障予測を行う故障予測用電子機器による故障予測方法であって、
前記故障予測用電子機器が設置されている周辺環境に基づいて、前記電子機器の故障予測を行う第1工程と、
前記第1工程による予測結果を前記故障予測用電子機器が備える表示手段に表示する第2工程と、
を含む故障予測方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015022184A JP2016146033A (ja) | 2015-02-06 | 2015-02-06 | 故障予測用電子機器及び故障予測方法 |
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Family Applications (1)
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JP (1) | JP2016146033A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109656227A (zh) * | 2017-10-10 | 2019-04-19 | 中国航发商用航空发动机有限责任公司 | 燃油供给模拟装置和半物理试验装置 |
CN117724447A (zh) * | 2023-12-15 | 2024-03-19 | 昆易电子科技(上海)有限公司 | 一种仿真装置的数据处理方法、测试仿真装置及仿真系统 |
CN117724447B (zh) * | 2023-12-15 | 2024-05-31 | 昆易电子科技(上海)有限公司 | 一种仿真装置的数据处理方法、测试仿真装置及仿真系统 |
-
2015
- 2015-02-06 JP JP2015022184A patent/JP2016146033A/ja active Pending
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