JP2018036916A - Facility state monitoring method - Google Patents

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Keisuke Sasaki
圭介 佐々木
輝人 堀
Teruhito Hori
輝人 堀
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INTERNATIONAL INSTITUTE OF UNIVERSALITY
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a facility state monitoring method which can improve the accuracy of abnormality detection.SOLUTION: In a state monitor 20, a frequency spectrum calculation part 22 calculates a spectrum at the time of operation by Fourier-transforming an electric signal in an operation state of a machine 11 acquired by an acquisition part 21. A vector calculation part 23 calculates a state feature vector on the basis of the spectrum at the time of operation calculated by the frequency spectrum calculation part 22. An angle calculation part 24 calculates an angle formed by a reference vector and the state feature vector calculated by the vector calculation part 23. The determination part 25 monitors the state of a piece of equipment 10 on the basis of the angle calculated by the angle calculation part 24 and a determination threshold.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、設備状態監視方法に関する。   The present invention relates to a facility state monitoring method.

従来、設備(プラント、機器を含む)の異常検知・診断方法に関する技術が開示されている(例えば、特許文献1)。この設備の状態監視方法では、設備に装着した複数のセンサから取得したセンサデータ又は運転時間や操作時間などの稼働データを取得し、取得したセンサデータ及び/あるいは稼働データのうち、ほぼ正常なデータから成るデータを学習データとしてモデル化する。そして、モデル化した学習データを用いて取得したセンサデータ、稼働データの異常測度をベクトルとして算出し、算出したベクトルの大きさ又は角度に基づいて、設備の異常を検知する。   Conventionally, a technique related to an abnormality detection / diagnosis method for facilities (including plants and equipment) has been disclosed (for example, Patent Document 1). In this equipment state monitoring method, sensor data obtained from a plurality of sensors attached to the equipment or operation data such as operation time and operation time is obtained, and almost normal data among the obtained sensor data and / or operation data. Is modeled as learning data. Then, an abnormality measure of the sensor data and operation data acquired using the modeled learning data is calculated as a vector, and an abnormality of the facility is detected based on the magnitude or angle of the calculated vector.

特開2013−041448号公報JP 2013-041448 A

しかしながら、従来の設備の状態監視方法では、設備の状態を判定するデータベースの構築と、判定闘値の最適化とに重点が置かれており、データベースや判定方法の工夫によって統計的分析に落とし込むために、取得データを簡素化している。このため、本来電気信号に含まれる僅かな異常の兆候や変化がフィルタリングによって消失してしまい、設備の異常を検知する精度が低下してしまう問題があった。   However, in the conventional equipment state monitoring method, emphasis is placed on the construction of a database for judging the state of equipment and the optimization of judgment thresholds, and it is put into statistical analysis by devising the database and judgment method. In addition, the acquired data is simplified. For this reason, there are problems that slight signs and changes of abnormality that are originally included in the electric signal are lost by filtering, and the accuracy of detecting the abnormality of the facility is lowered.

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、異常検知の精度を向上させることができる、設備状態監視方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide an equipment state monitoring method capable of improving the accuracy of abnormality detection.

本発明の一態様に係る設備状態監視方法は、機器を含む設備の状態監視方法であって、前記設備に装着されたセンサから前記機器の動作に伴い変化する電気信号を取得し、前記機器の稼働状態において取得された電気信号をフーリエ変換することで、第1の周波数スペクトルを算出し、前記算出された第1の周波数スペクトルにおいて所定の周波数グループ内の各周波数に対応するピーク値を各要素とする第1ベクトルを算出し、前記機器の基準となる状態に対応する第2ベクトルと前記算出された第1ベクトルがなす角度と、閾値とに基づいて、設備の状態を監視する。   An equipment state monitoring method according to an aspect of the present invention is a state monitoring method for equipment including equipment, and obtains an electrical signal that changes with operation of the equipment from a sensor attached to the equipment, A first frequency spectrum is calculated by Fourier-transforming the electrical signal acquired in the operating state, and a peak value corresponding to each frequency in a predetermined frequency group in the calculated first frequency spectrum is calculated for each element. The first vector is calculated, and the state of the facility is monitored based on the second vector corresponding to the reference state of the device, the angle formed by the calculated first vector, and the threshold value.

本発明によれば、異常検知の精度を向上させることができる、設備状態監視方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the equipment state monitoring method which can improve the precision of abnormality detection can be provided.

第1実施形態に係る状態監視システムの一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of the state monitoring system which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態の状態監視システムの動作例の説明に供する図である。It is a figure where it uses for description of the operation example of the state monitoring system of 1st Embodiment. 実施例の状態監視システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the state monitoring system of an Example. 実施例の状態監視システムにおける電源ケーブルに接続されたセンサによって得られた電流信号の波形、及び、当該波形から得られる周波数スペクトルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the waveform of the current signal obtained with the sensor connected to the power cable in the state monitoring system of an Example, and the frequency spectrum obtained from the said waveform. 1号機及び2号機のそれぞれのU相、V相、及びW相に関する監視パラメータの推移の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of transition of the monitoring parameter regarding each U phase, V phase, and W phase of No. 1 machine and No. 2 machine. 表示形態の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a display form.

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

<第1実施形態>
<状態監視システムの概要>
図1は、本発明の第1実施形態に係る状態監視システムの一例を示すブロック図である。図1において、状態監視システム1は、設備10と、状態監視装置20とを有する。設備10は、監視対象の機器11と、設備10に装着されたセンサ12とを有する。
<First Embodiment>
<Outline of status monitoring system>
FIG. 1 is a block diagram showing an example of a state monitoring system according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the state monitoring system 1 includes a facility 10 and a state monitoring device 20. The facility 10 includes a device 11 to be monitored and a sensor 12 attached to the facility 10.

機器11は、電源(図示せず)からの電力供給を受けて、稼働する。機器11は、例えば、電動機(モータ)であってもよい。   The device 11 operates by receiving power supply from a power source (not shown). The device 11 may be, for example, an electric motor (motor).

センサ12は、機器11の動作に伴い変化する電気信号をセンシングし(つまり、取得し)、センシングした電気信号を状態監視装置20へ送出する。ここで、センサ12と状態監視装置20とは、例えば、無線、有線に関わらず、情報伝送ネットワークを介して接続されている。そして、センサ12でセンシングされた電気信号は、この情報伝送ネットワークを介して、状態監視装置20へ送信されてもよい。   The sensor 12 senses (that is, acquires) an electrical signal that changes as the device 11 operates, and sends the sensed electrical signal to the state monitoring device 20. Here, the sensor 12 and the state monitoring device 20 are connected via an information transmission network regardless of, for example, wireless or wired. Then, the electrical signal sensed by the sensor 12 may be transmitted to the state monitoring device 20 via this information transmission network.

状態監視装置20は、センサ12でセンシングされた電気信号を用いて、設備10の状態を監視する。詳細については後述する。   The state monitoring device 20 monitors the state of the facility 10 using the electrical signal sensed by the sensor 12. Details will be described later.

<状態監視装置の構成例>
図1に示すように、状態監視装置20は、取得部21と、周波数スペクトル算出部22と、ベクトル算出部23と、角度算出部24と、判定部25と、記憶部26とを有する。
<Configuration example of status monitoring device>
As illustrated in FIG. 1, the state monitoring device 20 includes an acquisition unit 21, a frequency spectrum calculation unit 22, a vector calculation unit 23, an angle calculation unit 24, a determination unit 25, and a storage unit 26.

取得部21は、センサ12でセンシングされた電気信号を取得し、取得した電気信号を周波数スペクトル算出部22へ出力する。   The acquisition unit 21 acquires the electrical signal sensed by the sensor 12 and outputs the acquired electrical signal to the frequency spectrum calculation unit 22.

周波数スペクトル算出部22は、取得部21で取得された電気信号をフーリエ変換することによって、周波数スペクトルを算出する。ここで、以下では、機器11の稼働状態においてセンシングされた電気信号に基づいて算出された周波数スペクトルを「稼働時スペクトル(又は、第1の周波数スペクトル)」と呼ぶことがある。   The frequency spectrum calculation unit 22 calculates a frequency spectrum by performing a Fourier transform on the electrical signal acquired by the acquisition unit 21. Here, hereinafter, the frequency spectrum calculated based on the electrical signal sensed in the operating state of the device 11 may be referred to as “operating spectrum (or first frequency spectrum)”.

ベクトル算出部23は、周波数スペクトル算出部22で算出された周波数スペクトルに基づいて、「状態特徴ベクトル」を算出する。「状態特徴ベクトル」は、周波数スペクトル算出部22で算出された稼働時スペクトルにおいて「所定の周波数グループ」の中の各周波数に対応するピーク値を各要素とするベクトルである。また、「所定の周波数グループ」とは、機器11の稼働状態においてセンシングされる電気信号に、他の周波数に比べて優位に含まれる周波数群(つまり、該電気信号に、他の周波数の成分に比べて、多く含まれる周波数群、また言い換えれば、周波数スペクトル上で他の周波数に比べてピーク値が大きい周波数群)であり、正常と異常の違いが顕著に現れる周波数群である。以下では、「状態特徴ベクトル」を第1ベクトルと呼ぶことがある。   The vector calculation unit 23 calculates a “state feature vector” based on the frequency spectrum calculated by the frequency spectrum calculation unit 22. The “state feature vector” is a vector having each element as a peak value corresponding to each frequency in the “predetermined frequency group” in the operating spectrum calculated by the frequency spectrum calculation unit 22. In addition, the “predetermined frequency group” is a frequency group that is preferentially included in the electrical signal sensed in the operating state of the device 11 compared to other frequencies (that is, the electrical signal includes components of other frequencies). Compared to other frequency groups in the frequency spectrum, the frequency group has a peak value larger than that of other frequencies), and a frequency group in which a difference between normal and abnormal appears remarkably. Hereinafter, the “state feature vector” may be referred to as a first vector.

角度算出部24は、「基準ベクトル」とベクトル算出部23で算出された「状態特徴ベクトル」とのなす角度を算出する。「基準ベクトル」は、記憶部26に記憶されている。例えば、角度算出部24は、次の式(1)を用いることにより、「基準ベクトル」と「状態特徴ベクトル」とのなす角度を算出する。

Figure 2018036916
aは、基準ベクトルであり、bは、状態特徴ベクトルである。 The angle calculation unit 24 calculates an angle formed by the “reference vector” and the “state feature vector” calculated by the vector calculation unit 23. The “reference vector” is stored in the storage unit 26. For example, the angle calculation unit 24 calculates the angle formed by the “reference vector” and the “state feature vector” by using the following equation (1).
Figure 2018036916
a is a reference vector, and b is a state feature vector.

ここで、「基準ベクトル」は、例えば、機器11が正常に稼働しているときにセンサ12でセンシングされた電気信号に基づいて予め算出された状態特徴ベクトルであってもよいし、又は、機器11が正常に稼働すると見込まれる状態で得られると推定される状態特徴ベクトルであってもよい。なお、上記式(1)は「基準ベクトル」と「状態特徴ベクトル」とのなす角度を算出する算出方法の一例であり、「基準ベクトル」と「状態特徴ベクトル」とのなす角度を算出する算出方法はこれに限定されるものではない。   Here, the “reference vector” may be, for example, a state feature vector calculated in advance based on an electrical signal sensed by the sensor 12 when the device 11 is operating normally, or the device 11 11 may be a state feature vector estimated to be obtained in a state where it is expected to operate normally. The above formula (1) is an example of a calculation method for calculating the angle formed by the “reference vector” and the “state feature vector”, and the calculation for calculating the angle formed by the “reference vector” and the “state feature vector”. The method is not limited to this.

判定部25は、角度算出部24で算出された角度と、「判定閾値」とに基づいて、設備10の状態を監視する。すなわち、ここでは、「基準ベクトル」とベクトル算出部23で算出された「状態特徴ベクトル」とのなす角度が、「状態監視パラメータ」として用いられている。   The determination unit 25 monitors the state of the equipment 10 based on the angle calculated by the angle calculation unit 24 and the “determination threshold value”. That is, here, an angle formed between the “reference vector” and the “state feature vector” calculated by the vector calculation unit 23 is used as the “state monitoring parameter”.

例えば、判定部25は、角度算出部24で算出された角度と「異常判定閾値」との大小に基づいて、機器11が正常状態にあるか異常状態にあるかを判定する。具体的には、判定部25は、角度算出部24で算出された角度が「異常判定閾値」以上である場合、「状態特徴ベクトル」が「基準ベクトル」から大きくズレてしまっているので、機器11又は機器11の周辺に異常が発生していると判定する。一方、角度算出部24で算出された角度が「異常判定閾値」未満である場合、「状態特徴ベクトル」の「基準ベクトル」からのズレが許容範囲内であるので、機器11及び機器11の周辺の状況が正常であると判定する。   For example, the determination unit 25 determines whether the device 11 is in a normal state or an abnormal state based on the magnitude of the angle calculated by the angle calculation unit 24 and the “abnormality determination threshold value”. Specifically, when the angle calculated by the angle calculation unit 24 is equal to or greater than the “abnormality determination threshold value”, the determination unit 25 greatly deviates from the “reference vector”. 11 or that an abnormality has occurred around the device 11. On the other hand, when the angle calculated by the angle calculation unit 24 is less than the “abnormality determination threshold value”, the deviation of the “state feature vector” from the “reference vector” is within an allowable range. Is determined to be normal.

ここで、判定部25は、「異常判定閾値」よりも小さい「注意状態判定閾値」に基づいて、機器11及び機器11の周辺の状況が正常であるが、「注意状態」にあるか否かを判定してもよい。この場合、判定部25は、角度算出部24で算出された角度が「異常判定閾値」未満であっても「注意状態判定閾値」以上である場合、機器11及び機器11の周辺の状況に異常の予兆がある様な「注意状態」であると判定する。なお、「異常判定閾値」及び「異常判定閾値」は、記憶部26に記憶されている。   Here, based on the “caution state determination threshold value” smaller than the “abnormality determination threshold value”, the determination unit 25 determines whether or not the device 11 and the situation around the device 11 are normal but are in the “caution state”. May be determined. In this case, if the angle calculated by the angle calculation unit 24 is less than the “abnormality determination threshold” but is greater than or equal to the “caution state determination threshold”, the determination unit 25 is abnormal in the situation of the device 11 and the surroundings of the device 11 It is determined that the state is an “attention state” where there is a sign of “ The “abnormality determination threshold value” and the “abnormality determination threshold value” are stored in the storage unit 26.

そして、判定部25は、判定結果を表示部(図示せず)へ出力する。この表示部での表示形態の一例については後に詳しく説明する。   And the determination part 25 outputs a determination result to a display part (not shown). An example of the display form on the display unit will be described in detail later.

<状態監視システムの動作例>
以上の構成を有する状態監視システムの動作例について説明する。図2は、第1実施形態の状態監視システムの動作例の説明に供する図である。ここでは、一例として、機器11に対して電流を供給する電源ケーブル(図示せず)にセンサ12が接続されている場合について説明する。
<Operation example of status monitoring system>
An operation example of the state monitoring system having the above configuration will be described. FIG. 2 is a diagram for explaining an operation example of the state monitoring system according to the first embodiment. Here, as an example, a case where the sensor 12 is connected to a power cable (not shown) that supplies current to the device 11 will be described.

センサ12は、図2のグラフ101(横軸:時間(s)、縦軸:振幅(V))に示すように、電源ケーブル(図示せず)に流れる電流信号(時間波形)をセンシングする。このセンサ12によってセンシングされた電流信号は、状態監視装置20の取得部21によって取得される。   The sensor 12 senses a current signal (time waveform) flowing through a power cable (not shown) as shown in a graph 101 (horizontal axis: time (s), vertical axis: amplitude (V)) in FIG. The current signal sensed by the sensor 12 is acquired by the acquisition unit 21 of the state monitoring device 20.

そして、周波数スペクトル算出部22は、取得部21によって取得された、時刻Aの電流信号を用いて、周波数スペクトルを算出する。ここでは、時刻Aは、機器11が動き始めて間もない時間、つまり、機器11が正常に動作している可能性が高い時間とする。そして、ベクトル算出部23は、この時刻Aの電流信号に基づいて算出された周波数スペクトル(図2のグラフ102)において「所定の周波数グループ」の中の各周波数に対応するピーク値を各要素とするベクトル(つまり、状態特徴ベクトル)を算出する。図2のグラフ102では、「所定の周波素グループ」の要素周波数は、「F,G,H,I,J」である。そして、要素周波数「F,G,H,I,J」のピーク値は、それぞれ、「F(V),G(V),H(V),I(V),J(V)」であり、これが、時刻Aの状態特徴ベクトルaのベクトル要素となる。すなわち、時刻Aの状態特徴ベクトルa=(F,G,H,I,J)となる。
そして、ここでは、時刻Aの状態特徴ベクトルa=(F,G,H,I,J)を、「基準ベクトル」として用いることとしている。
Then, the frequency spectrum calculation unit 22 calculates a frequency spectrum using the current signal at time A acquired by the acquisition unit 21. Here, the time A is a time immediately after the device 11 starts to move, that is, a time when the device 11 is likely to be operating normally. Then, the vector calculation unit 23 uses, as each element, a peak value corresponding to each frequency in the “predetermined frequency group” in the frequency spectrum (graph 102 in FIG. 2) calculated based on the current signal at time A. A vector to be performed (that is, a state feature vector) is calculated. In the graph 102 of FIG. 2, the element frequencies of the “predetermined frequency element group” are “F, G, H, I, J”. The peak values of the element frequencies “F, G, H, I, J” are respectively “F 0 (V), G 0 (V), H 0 (V), I 0 (V), J 0 ( V) ", which is a vector element of the state feature vector a at time A. That is, the state feature vector a at time A = (F 0 , G 0 , H 0 , I 0 , J 0 ).
Here, the state feature vector a = (F 0 , G 0 , H 0 , I 0 , J 0 ) at time A is used as the “reference vector”.

また、周波数スペクトル算出部22は、取得部21によって取得された、時刻Aより遅い時刻Bの電流信号を用いて、周波数スペクトルを算出する。そして、ベクトル算出部23は、この時刻Bの電流信号に基づいて算出された周波数スペクトル(図2のグラフ103)において「所定の周波数グループ」の中の各周波数に対応するピーク値を各要素とするベクトル(つまり、状態特徴ベクトル)を算出する。図2のグラフ103でも、「所定の周波数グループ」の要素周波数は、「F,G,H,I,J」である。そして、要素周波数「F,G,H,I,J」のピーク値は、それぞれ、「F(V),G(V),H(V),I(V),J(V)」であり、これが、時刻Bの状態特徴ベクトルbのベクトル要素となる。すなわち、時刻Bの状態特徴ベクトルb=(F,G,H,I,J)となる。 In addition, the frequency spectrum calculation unit 22 calculates a frequency spectrum using the current signal at time B later than time A acquired by the acquisition unit 21. Then, the vector calculation unit 23 uses the peak value corresponding to each frequency in the “predetermined frequency group” in the frequency spectrum (graph 103 in FIG. 2) calculated based on the current signal at time B as each element. A vector to be performed (that is, a state feature vector) is calculated. Also in the graph 103 of FIG. 2, the element frequencies of the “predetermined frequency group” are “F, G, H, I, J”. The peak values of the element frequencies “F, G, H, I, J” are respectively “F 1 (V), G 1 (V), H 1 (V), I 1 (V), J 1 ( V) ", which is a vector element of the state feature vector b at time B. That is, the state feature vector b at time B = (F 1 , G 1 , H 1 , I 1 , J 1 ).

そして、角度算出部24は、図2の模式図104に示すように、基準ベクトルaと状態特徴ベクトルbとのなす角度θを算出する。この角度θは、図2の模式図105に示すように、時刻Bを順次ずらして行き(例えば、B=B+所定値を行い)、各時刻Bの電流信号に基づいて得られる状態特徴ベクトルbと基準ベクトルaとに関して、算出される。図2の模式図105において、状態特徴ベクトルbは、点線で示されたベクトルである。   Then, the angle calculation unit 24 calculates an angle θ formed by the reference vector a and the state feature vector b as shown in the schematic diagram 104 of FIG. As shown in the schematic diagram 105 of FIG. 2, the angle θ is obtained by sequentially shifting the time B (for example, B = B + predetermined value), and the state feature vector b obtained based on the current signal at each time B. And the reference vector a. In the schematic diagram 105 of FIG. 2, the state feature vector b is a vector indicated by a dotted line.

そして、判定部25は、各時刻Bの電流信号に基づいて得られた角度θと「異常判定閾値」との大小に基づいて、機器11が正常状態にあるか異常状態にあるかを判定する。このように状態監視方法が実現される。   Then, the determination unit 25 determines whether the device 11 is in a normal state or an abnormal state based on the magnitude of the angle θ obtained based on the current signal at each time B and the “abnormality determination threshold”. . In this way, the state monitoring method is realized.

<実施例>
次に、実施例として、機器11が、ターボコンプレッサであり、センサ12が、機器11と制御盤とを接続する電源ケーブルに接続されている場合について具体的に説明する。
<Example>
Next, as an example, a case where the device 11 is a turbo compressor and the sensor 12 is connected to a power cable connecting the device 11 and the control panel will be specifically described.

図3は、実施例の状態監視システムの構成を示す図である。図3に示すように、実施例の状態監視システム1は、例えば、それぞれターボコンプレッサである機器11−1〜4、センサ12−1〜4、及び制御盤15を含む設備10と、状態監視装置20とを有している。機器11−1〜4のそれぞれと制御盤15とは、それぞれ、電源ケーブルL1,L2,L3,L4によって接続されている。これら電源ケーブルL1,L2,L3,L4には、それぞれ、センサ12−1,12−2,12−3,12−4が接続されている。センサ12−1,12−2,12−3,12−4と、状態監視装置20の取得部(データロガー)21は、信号伝送線によって接続されている。   FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of the state monitoring system according to the embodiment. As shown in FIG. 3, the state monitoring system 1 according to the embodiment includes, for example, equipments 11-1 to 4, sensors 12-1 to 4, which are turbo compressors, and a control panel 15, and a state monitoring device. 20. Each of the devices 11-1 to 11-4 and the control panel 15 are connected by power cables L1, L2, L3, and L4, respectively. Sensors 12-1, 12-2, 12-3, and 12-4 are connected to the power cables L1, L2, L3, and L4, respectively. The sensors 12-1, 12-2, 12-3, 12-4 and the acquisition unit (data logger) 21 of the state monitoring device 20 are connected by a signal transmission line.

例えば、機器11−1と制御盤15とを結ぶ電源ケーブルL1に接続されたセンサ12−1によって電流測定を行って、図4の左図に示す電流信号が得られた。図4の左図には、ターボコンプレッサである機器11−1のU相、V相及びW相にそれぞれ対応する、電流信号波形L111,L112,L113が示されている。ここで、電流信号波形L111,L112,L113は、それぞれ波形が異なっているものの、フーリエ変換を行って図4の右図のような周波数スペクトルに変換すると、他の周波数に比べて優位な周波数(つまり、ピーク周波数。これは、上記の周波数グループに含まれる周波数に対応)は略同じである。従って、電流信号波形L111,L112,L113の波形の相違は、ピーク周波数のピーク強度のバランス(比率)が異なっていることに起因している。これらのピーク周波数は、機器11−1の特徴を顕著に表しているため、「特徴周波数」と呼ぶことができる。   For example, the current measurement was performed by the sensor 12-1 connected to the power cable L1 connecting the device 11-1 and the control panel 15, and the current signal shown in the left diagram of FIG. 4 was obtained. The left diagram of FIG. 4 shows current signal waveforms L111, L112, and L113 respectively corresponding to the U-phase, V-phase, and W-phase of the device 11-1 that is a turbo compressor. Here, although the current signal waveforms L111, L112, and L113 have different waveforms, if Fourier transform is performed to convert them into a frequency spectrum as shown in the right diagram of FIG. That is, the peak frequency (which corresponds to the frequency included in the above frequency group) is substantially the same. Therefore, the difference in the waveforms of the current signal waveforms L111, L112, and L113 is due to the difference in the balance (ratio) of the peak intensity of the peak frequency. These peak frequencies can be called “characteristic frequencies” because they represent the characteristics of the device 11-1 prominently.

このため、機器11−1の動作状態を監視する方法として、特徴周波数における信号強度のバランス(比率)を監視する手法が適切である。なぜならば、機器11−1の動作状態が変わった場合、その変化に応じて電流信号波形が変化すると考えられ、これは、周波数スペクトルの特徴周波数のピーク値のバランス(比率)が変化したことに相当するからである。また、電流信号波形の変化は、機器11−1の各動作又は各部位に供給される電流量の比率が変化したことを意味する。   For this reason, a method of monitoring the balance (ratio) of the signal intensity at the characteristic frequency is appropriate as a method of monitoring the operating state of the device 11-1. This is because when the operating state of the device 11-1 changes, the current signal waveform is considered to change according to the change, and this is because the balance (ratio) of the peak values of the characteristic frequencies of the frequency spectrum has changed. It is because it corresponds. The change in the current signal waveform means that the operation of the device 11-1 or the ratio of the amount of current supplied to each part has changed.

本実施形態では、このバランスを監視するために、上記の通り、「状態特徴ベクトル」を定義し、この「状態特徴ベクトル」を用いた状態監視法(つまり、「ベクトル監視法」)を採用している。   In this embodiment, in order to monitor this balance, as described above, a “state feature vector” is defined, and a state monitoring method using this “state feature vector” (ie, “vector monitoring method”) is employed. ing.

ここで、図4の右図の周波数スペクトルにおけるピーク群の中でピーク強度が比較的大きい16個の周波数、「50Hz,100Hz,150Hz,300Hz,400Hz,650Hz,1050Hz,1300Hz,1700Hz,1800Hz,2100Hz,2400Hz,2450Hz,2800Hz,3100Hz,3400Hz」を、特徴周波数の集まりである「周波数グループ」として選び出した。この「周波数グループ」の各特徴周波数のピーク強度を要素とするベクトルが、「状態特徴ベクトル」である。ここでは、「状態特徴ベクトル」の次元は、16次元である。   Here, 16 frequencies having a relatively high peak intensity in the peak group in the frequency spectrum shown in the right diagram of FIG. 4, “50 Hz, 100 Hz, 150 Hz, 300 Hz, 400 Hz, 650 Hz, 1050 Hz, 1300 Hz, 1700 Hz, 1800 Hz, 2100 Hz. , 2400Hz, 2450Hz, 2800Hz, 3100Hz, 3400Hz "was selected as a" frequency group "that is a collection of characteristic frequencies. A vector whose element is the peak intensity of each feature frequency of the “frequency group” is a “state feature vector”. Here, the dimension of the “state feature vector” is 16 dimensions.

上記の通り、機器11−1の動作状態が変化すると(例えば、機器11−1の動作状態に伴う供給電流の状態が変化すると)、状態特徴ベクトルの要素群のバランスが変わってくる。バランスが変わる前後では、状態特徴ベクトルの向きが異なっているため、例えば、上記の式(1)を用いることにより、2つのベクトルがなす角度を求めることができる。角度が大きい程、変化が大きいことを意味する。   As described above, when the operation state of the device 11-1 changes (for example, when the state of the supply current accompanying the operation state of the device 11-1 changes), the balance of the element group of the state feature vector changes. Since the direction of the state feature vector is different before and after the balance is changed, for example, the angle formed by the two vectors can be obtained by using the above equation (1). The larger the angle, the greater the change.

そこで、例えば、機器11−1の始めの状態(例えばオーバーホール直後の正常状態)に対応する「基準ベクトル」と現在の機器11−1の動作状態に対応する「状態特徴ベクトル」とのなす角度を、「監視パラメータ」としている。   Therefore, for example, an angle formed between the “reference vector” corresponding to the initial state of the device 11-1 (eg, the normal state immediately after overhaul) and the “state feature vector” corresponding to the current operation state of the device 11-1. , “Monitoring parameters”.

次に、「監視パラメータ」である角度の算出方法を具体的に説明する。この「監視パラメータ」である角度の算出は、上記の通り、角度算出部24によって行われる。   Next, a method of calculating an angle that is a “monitoring parameter” will be specifically described. The calculation of the angle as the “monitoring parameter” is performed by the angle calculation unit 24 as described above.

機器11−1のU相を或る期間(或る10秒間)の間測定した電流信号をフーリエ変換すると、周波数グループ「50Hz,100Hz,150Hz,300Hz,400Hz,650Hz,1050Hz,1300Hz,1700Hz,1800Hz,2100Hz,2400Hz,2450Hz,2800Hz,3100Hz,3400Hz」におけるピークの高さ(つまり、信号振幅)は、「0.0603435(V), 0.00298553(V), 0.00447738(V), 0.132506(V), 0.0679784(V), 0.0375036(V), 0.0228004(V), 0.0150712(V), 0.003894(V), 0.00475024(V), 0.00516008(V), 0.0348993(V), 0.00281858(V), 0.00214451(V), 0.00177439(V), 0.000133124(V)」であった。なお、50Hzの信号振幅だけは、比率調整のために20で割った値となっている。このベクトルを、基準ベクトルaとして設定する。   When the current signal obtained by measuring the U phase of the device 11-1 for a certain period (a certain 10 seconds) is Fourier transformed, the frequency groups “50Hz, 100Hz, 150Hz, 300Hz, 400Hz, 650Hz, 1050Hz, 1300Hz, 1700Hz, 1800Hz , 2100Hz, 2400Hz, 2450Hz, 2800Hz, 3100Hz, 3400Hz ", the peak height (that is, signal amplitude) is" 0.0603435 (V), 0.00298553 (V), 0.00447738 (V), 0.132506 (V), 0.0679784 (V ), 0.0375036 (V), 0.0228004 (V), 0.0150712 (V), 0.003894 (V), 0.00475024 (V), 0.00516008 (V), 0.0348993 (V), 0.00281858 (V), 0.00214451 (V), 0.00177439 (V) ), 0.000133124 (V) ”. Note that only the signal amplitude of 50 Hz is a value divided by 20 for adjusting the ratio. This vector is set as the reference vector a.

機器11−1のU相の測定信号から得られる、基準ベクトルa以外の状態特徴ベクトルは、それぞれ状態特徴ベクトルbとなる。例えば、状態特徴ベクトルbの1つが次のベクトルであるとする。b=(0.0424524, 0.000958385, 0.0030038, 0.0991667, 0.0549956, 0.0354294, 0.0272109, 0.0161954, 0.00641181, 0.00360079, 0.0036587, 0.0378731, 0.00398024, 0.00252317, 0.00212475, 0.0000968)   State feature vectors other than the reference vector a obtained from the U-phase measurement signal of the device 11-1 are respectively state feature vectors b. For example, assume that one of the state feature vectors b is the next vector. b = (0.0424524, 0.000958385, 0.0030038, 0.0991667, 0.0549956, 0.0354294, 0.0272109, 0.0161954, 0.00641181, 0.00360079, 0.0036587, 0.0378731, 0.00398024, 0.00252317, 0.00212475, 0.0000968)

この基準ベクトルa及び状態特徴ベクトルbを用いると、ベクトルaとベクトルbの内積値は、「0.023085」となる。また、ベクトルaの絶対値は、「0.171361」となり、ベクトルbの絶対値は、「0.135857」となる。   If the reference vector a and the state feature vector b are used, the inner product value of the vector a and the vector b is “0.023085”. The absolute value of the vector a is “0.171361”, and the absolute value of the vector b is “0.135857”.

これらを、上記の式(1)に代入して計算すると、θ=7.43°が求まる。   When these are substituted into the above equation (1) and calculated, θ = 7.43 ° is obtained.

以上で説明した角度の算出方法と同じようにして、1号機(機器11−1)及び2号機(機器11−2)のそれぞれのU相、V相及びW相に関して、各サンプルタイミングにおける角度(監視パラメータ)を算出する。図5は、1号機及び2号機のそれぞれのU相、V相、及びW相に関する監視パラメータの推移の一例を示す図である。   In the same manner as the angle calculation method described above, the angle at each sample timing (the U phase, the V phase, and the W phase of each of the first machine (device 11-1) and the second machine (device 11-2) ( Monitoring parameters). FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the transition of the monitoring parameters related to the U phase, V phase, and W phase of each of Unit 1 and Unit 2.

図5では、左側から順に、1号機(機器11−1)のU相の推移(トレンド)、V相の推移、W相の推移、2号機(機器11−2)のU相の推移、V相の推移、W相の推移が示されている。   In FIG. 5, starting from the left side, the transition of U phase (trend) of Unit 1 (device 11-1), transition of V phase, transition of W phase, transition of U phase of Unit 2 (device 11-2), V The transition of the phase and the transition of the W phase are shown.

また、図5において、閾値TH11は、1号機(機器11−1)に関する「異常判定閾値」であり、閾値TH12は、1号機(機器11−1)に関する「注意状態判定閾値」である。また、閾値TH21は、2号機(機器11−2)に関する「異常判定閾値」であり、閾値TH22は、2号機(機器11−2)に関する「注意状態判定閾値」である。   In FIG. 5, the threshold value TH11 is an “abnormality determination threshold value” related to the first device (device 11-1), and the threshold value TH12 is a “caution state determination threshold value” related to the first device (device 11-1). The threshold value TH21 is an “abnormality determination threshold value” related to the second machine (device 11-2), and the threshold value TH22 is a “caution state determination threshold value” related to the second machine (device 11-2).

図5では、いずれの監視パラメータの推移も「異常判定閾値」に到達しておらず、1号機(機器11−1)のU相、V相、W相、2号機(機器11−2)のU相、V相、W相のいずれも正常状態にあり、また、「注意状態判定閾値」にも到達していないので注意状態でもない。この判定は、上記の通り、判定部25によって行われる。   In FIG. 5, the transition of any monitoring parameter does not reach the “abnormality determination threshold value”, and the U-phase, V-phase, W-phase of Unit 1 (device 11-1), and Unit 2 (device 11-2) All of the U-phase, V-phase, and W-phase are in a normal state and are not in a caution state because they have not reached the “caution state determination threshold”. This determination is performed by the determination unit 25 as described above.

ここで、信頼性のある「異常判定閾値」及び「注意状態判定閾値」は、異常時の監視パラメータを蓄積することで、設定することができる。例えば、異常時の監視パラメータが十分に蓄積されるまでは、「異常判定閾値」を標準偏差の6倍(6σ)とし、「注意状態判定閾値」を標準偏差の3倍(3σ)としてもよい。また、ここでは、1号機(機器11−1)及び2号機(機器11−2)のそれぞれに、異なる値の「異常判定閾値」及び異なる値の「注意状態判定閾値」が設定されているが、これに限定されるものではなく、共通の「異常判定閾値」及び「注意状態判定閾値」が用いられてもよい。   Here, the reliable “abnormality determination threshold” and “caution state determination threshold” can be set by accumulating monitoring parameters at the time of abnormality. For example, the “abnormality determination threshold” may be set to 6 times the standard deviation (6σ) and the “attention state determination threshold” may be set to 3 times the standard deviation (3σ) until the monitoring parameters at the time of abnormality are sufficiently accumulated. . In addition, here, different values of “abnormality determination threshold” and different values of “caution state determination threshold” are set for each of the first machine (device 11-1) and the second machine (device 11-2). However, the present invention is not limited to this, and a common “abnormality determination threshold value” and “attention state determination threshold value” may be used.

図6は、表示形態の一例を示す図である。図6に示すように、状態監視装置20に接続される表示部には、まず、監視対象である1号機〜4号機(つまり、機器11−1〜11−4)の識別情報が表示される。そして、1号機〜4号機のそれぞれについて、現在の角度値(監視パラメータの値)、一定期間における角度値(監視パラメータ)の推移(トレンドグラフ)、及び、状態情報(正常状態、注意状態、異常状態)が表示されている。なお、例えば、現在の角度値(監視パラメータの値)、一定期間における角度値(監視パラメータ)の推移(トレンドグラフ)、及び、状態情報(正常状態、注意状態、異常状態)は、所定の周期で(例えば10秒毎に)更新されてもよい。   FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a display form. As shown in FIG. 6, on the display unit connected to the state monitoring device 20, first, identification information of the first to fourth machines (that is, the devices 11-1 to 11-4) to be monitored is displayed. . For each of Units 1 to 4, the current angle value (monitor parameter value), the transition of the angle value (monitor parameter) over a certain period (trend graph), and status information (normal status, caution status, abnormal status) Status) is displayed. For example, the current angle value (monitoring parameter value), the transition of the angle value (monitoring parameter) over a certain period (trend graph), and the state information (normal state, caution state, abnormal state) are in a predetermined cycle. (For example, every 10 seconds).

以上のように第1実施形態によれば、状態監視装置20において、周波数スペクトル算出部22は、取得部21で取得された、機器11の稼働状態における電気信号をフーリエ変換することで、稼働時スペクトル(第1の周波数スペクトル)を算出する。そして、ベクトル算出部23は、周波数スペクトル算出部22で算出された稼働時スペクトルに基づいて、状態特徴ベクトル(第1ベクトル)を算出する。そして、角度算出部24は、基準ベクトル(第2ベクトル)とベクトル算出部23で算出された状態特徴ベクトルとのなす角度を算出する。そして、判定部25は、角度算出部24で算出された角度と、判定閾値とに基づいて、設備10の状態を監視する。   As described above, according to the first embodiment, in the state monitoring device 20, the frequency spectrum calculation unit 22 performs Fourier transform on the electrical signal in the operation state of the device 11 acquired by the acquisition unit 21. A spectrum (first frequency spectrum) is calculated. Then, the vector calculation unit 23 calculates a state feature vector (first vector) based on the operating spectrum calculated by the frequency spectrum calculation unit 22. Then, the angle calculation unit 24 calculates an angle formed between the reference vector (second vector) and the state feature vector calculated by the vector calculation unit 23. Then, the determination unit 25 monitors the state of the facility 10 based on the angle calculated by the angle calculation unit 24 and the determination threshold value.

この状態監視装置20の構成により、機器11の稼働状態における電気信号に含まれる僅かな異常傾向及び変化を示す成分を、フィルタリングで消失してしまう(そぎ落としてしまう)こと無く、状態特徴ベクトルの成分として反映させることができる。そして、このような状態特徴ベクトルと基準ベクトルの角度を用いて設備10の状態を判断できるため、設備10の異常診断及び異常検知の精度を向上させることができる。   With the configuration of the state monitoring device 20, the component indicating the slight abnormal tendency and change included in the electrical signal in the operating state of the device 11 is not lost (filtered out) by the filtering, and the component of the state feature vector is not lost. It can be reflected as a component. And since the state of the installation 10 can be judged using the angle of such a state feature vector and a reference | standard vector, the precision of abnormality diagnosis and abnormality detection of the installation 10 can be improved.

<他の実施形態>
(1)第1実施形態では、監視対象である機器11の一例として、機器11が電動機(モータ)又はターボコンプレッサであるものとして説明を行ったが、これに限定されるものではない。例えば、監視対象である機器11は、レシプロコンプレッサ、変圧器、冷凍機等の高電圧ケーブルを用いる、幅広い機器(設備)であってもよいし、高電圧ケーブルそのものであってもよい。
<Other embodiments>
(1) In the first embodiment, as an example of the device 11 to be monitored, the device 11 is described as being an electric motor (motor) or a turbo compressor. However, the present invention is not limited to this. For example, the device 11 to be monitored may be a wide range of devices (equipment) using a high voltage cable such as a reciprocating compressor, a transformer, a refrigerator, or the high voltage cable itself.

(2)第1実施形態で説明した状態監視装置20は、次のハードウェア構成で実現可能である。すなわち、状態監視装置20は、ネットワークインタフェースと、プロセッサと、メモリとを有していてもよい。第1実施形態で説明した状態監視装置20の取得部21は、ネットワークインタフェースによって実現されてもよい。また、第1実施形態で説明した状態監視装置20の周波数スペクトル算出部22、ベクトル算出部23、角度算出部24、及び判定部25は、プロセッサがメモリに記憶されたプログラムを読み込んで実行することにより実現されてもよい。また、記憶部26は、メモリによって実現されてもよい。   (2) The state monitoring device 20 described in the first embodiment can be realized with the following hardware configuration. That is, the state monitoring device 20 may have a network interface, a processor, and a memory. The acquisition unit 21 of the state monitoring device 20 described in the first embodiment may be realized by a network interface. In addition, the frequency spectrum calculation unit 22, the vector calculation unit 23, the angle calculation unit 24, and the determination unit 25 of the state monitoring device 20 described in the first embodiment read and execute a program stored in the memory by the processor. May be realized. The storage unit 26 may be realized by a memory.

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention.

1 状態監視システム
10 設備
11 機器
12 センサ
15 制御盤
20 状態監視装置
21 取得部
22 周波数スペクトル算出部
23 ベクトル算出部
24 角度算出部
25 判定部
26 記憶部
L1,L2,L3,L4 電源ケーブル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 State monitoring system 10 Equipment 11 Equipment 12 Sensor 15 Control panel 20 State monitoring apparatus 21 Acquisition part 22 Frequency spectrum calculation part 23 Vector calculation part 24 Angle calculation part 25 Determination part 26 Storage part L1, L2, L3, L4 Power cable

Claims (1)

機器を含む設備の状態監視方法であって、
前記設備に装着されたセンサから前記機器の動作に伴い変化する電気信号を取得し、
前記機器の稼働状態において取得された電気信号をフーリエ変換することで、第1の周波数スペクトルを算出し、
前記算出された第1の周波数スペクトルにおいて所定の周波数グループ内の各周波数に対応するピーク値を各要素とする第1ベクトルを算出し、
前記機器の基準となる状態に対応する第2ベクトルと前記算出された第1ベクトルがなす角度と、閾値とに基づいて、設備の状態を監視する、
設備状態監視方法。
A state monitoring method for equipment including equipment,
Obtain an electrical signal that changes with the operation of the device from a sensor mounted on the facility,
By Fourier transforming the electrical signal acquired in the operating state of the device, the first frequency spectrum is calculated,
In the calculated first frequency spectrum, a first vector having a peak value corresponding to each frequency in a predetermined frequency group as each element is calculated,
Monitoring the state of the equipment based on the second vector corresponding to the reference state of the device, the angle formed by the calculated first vector, and a threshold;
Equipment condition monitoring method.
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