JP2018190042A - 監視システム - Google Patents

Abstract

【課題】監視対象の状態を現場に出向くことなく外部から監視できるとともに、既存の監視対象への導入が容易な監視システムを提供する。【解決手段】この監視システムは、監視対象の状態を表示する施設内表示器を撮像するカメラと、カメラによって撮像された画像データを取り込み、この画像データをもとに監視対象の状態を示す検出データを生成する演算処理回路を有し、検出データを無線送信する第１の無線機器と、検出データを蓄積するデータ収集装置と、第１の無線機器より無線送信された検出データを無線受信し、データ収集装置に送信する第２の無線機器とを具備する。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば工場などの施設内の機器などの監視対象の状態を監視する監視システムに関する。

工場内の機器の状態を監視するために、各種センサーにより取得された機器の状態を工場内の施設内表示器に表示することが従来から行われている。

また、工場内の機器の状態を無線センサーネットワークを用いてデータ収集装置に収集する監視システムが知られる。無線センサーネットワークは、監視対象の機器毎に設けられる１以上の無線センサーモジュールとゲートウェイとで構成される。無線センサーモジュールは、センサーの出力信号を取り込んで検出データを生成し、無線通信によってゲートウェイに送信する。ゲートウェイは、１以上の無線センサーモジュールより無線送信された各機器の検出データを外部のコンピュータにネットワークなどを通じて送信する（例えば特許文献１参照）。

特開２０１１−０１３７６５号公報

しかしながら、前者のシステムでは、データを確認するために工場内に担当者が足を運んで施設内表示器を確認する必要があり、また、データの変化をリアルタイムに確認できないために、データが異常値になったことなどの発見に遅れる可能性がある。

後者の監視システムは、施設内の各機器の状態を現場に出向くことなく、外部から監視できるものの、既にセンサーと施設内表示器が設けられた既存の機器に導入する場合に、既存のセンサーおよび施設内表示器を撤去して、無線センサーモジュールのセンサーを機器に取り付ける作業などが発生し、コストがかかる。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、監視対象の状態を現場に出向くことなく外部から監視できるとともに、既存の設備への導入が容易な監視システムを提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明に係る監視システムは、
監視対象の状態を表示する施設内表示器を撮像するカメラと、
前記カメラによって撮像された画像データを取り込み、前記画像データをもとに前記監視対象の状態を示す検出データを生成し、前記検出データを無線送信する第１の無線機器と、
前記検出データを蓄積するデータ収集装置と、
前記第１の無線機器より無線送信された前記検出データを無線受信し、前記データ収集装置に送信する第２の無線機器と
を具備する監視システム。

本発明に係る監視システムでは、第１の無線機器が、監視対象の状態を表示する施設内表示器をカメラで撮像して得られる画像データを取り込み、解析して検出データを生成し、この検出データを第２の無線機器に無線送信し、第２の無線機器から検出データをデータ収集装置に送信する。これにより監視対象の状態を現場に出向くことなく外部から監視することができる。

前記演算処理回路は、前記施設内表示器のデジタルメーターの画像データを解析して前記検出データとし数値データを生成するように構成されてもよい。検出データとして数値データに変換することで無線送信するデータ量を削減し、消費電力を低減することができる。

前記演算処理回路は、前記施設内表示器のアナログメーターの画像データを解析して前記検出データとして前記アナログメーターの角度データを生成するように構成されてもよい。検出データをアナログメーターの角度データに変換することで無線送信するデータ量を削減し、消費電力を低減することができる。

前記演算処理回路は、前記生成された検出データを解析して前記監視対象の異常を判定するように構成されてもよい。

さらに、本発明に係る監視システムは、前記演算処理回路によって前記監視対象の異常が判定された場合にこの旨をユーザに通知する警告通知部をさらに具備するものであってよい。

さらに、前記第１の無線機器は異なる複数の監視対象に各々対応して複数設けられ、前記複数の第１の無線機器と前記第２の無線機器とで無線ネットワークが構成されたものであってよい。

以上のように、本発明によれば、監視対象の状態を現場に出向くことなく外部から監視できるとともに、既存の設備への導入が容易な監視システムを提供することができる。

本発明に係る一実施形態である監視システム１の全体的な構成を示す図である。 図１の監視システム１におけるメッシュ型の無線ネットワークの構成例を示す図である。 無線画像解析モジュールＭの構成を示すブロック図である。 無線画像解析モジュールＭの処理フローを示す図である。 デジタルメーターの表示例を示す図である。 アナログメーターの表示例を示す図である。 エンベロープ加速度のp-p値のトレンドデータの例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面をもとに説明する。
図１は本発明に係る一実施形態である監視システムの全体的な概念図である。
この監視システム１は、例えば工場などの施設内の複数の監視対象である複数の機器１０（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）の状態を監視するシステムである。

監視システム１は、無線ネットワーク１００とデータ収集装置２００とを有する。無線ネットワーク１００とデータ収集装置２００とはネットワーク３００を通じて接続可能である。ここでネットワーク３００はＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）であってもＷＡＮ（Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）であってもよい。

無線ネットワーク１００は、複数の第１の無線機器である複数の無線画像解析モジュールＭ（Ｍａ、Ｍｂ、Ｍｃ）と第２の無線機器であるゲートウェイＧとを有する。ゲートウェイＧは、複数の無線画像解析モジュールＭａ、Ｍｂ、Ｍｃに対して無線通信のための親機として機能し、複数の無線画像解析モジュールＭａ、Ｍｂ、Ｍｃは子機として機能する。

複数の無線画像解析モジュールＭは各々、個々の監視対象である機器１０に一対一に対応して設けられる。すなわち、無線画像解析モジュールＭａは機器１０ａに対応し、無線画像解析モジュールＭｂは機器１０ｂに対応し、無線画像解析モジュールＭｃは機器１０ｃに対応する。

無線画像解析モジュールＭは、施設内に設置された施設内表示器４０（４０ａ、４０ｂ、４０ｃ）の表示部４１（４１ａ、４１ｂ、４１ｃ）をカメラ５０（５０ａ、５０ｂ、５０ｃ）で撮像することによって得られる画像データを取り込み、解析して、監視対象である機器１０の状態を示す検出データを生成することが可能である。

なお、施設内表示器４０の表示部４１は、例えば、データを数字などのキャラクタにより表示するデジタルメーター、データをアナログ表示するアナログメーター、データを例えば赤、青、黄などの色により表示するカラーライトなどで構成される。その他、表示部４１はユーザが視覚的にデータを知覚することができる構造のものであればよい。施設内表示器４０は、機器１０の状態を検出する１以上のセンサー２１の検出信号を取り込み、検出信号を処理して表示部４１にデータを表示させるための演算処理部を有する。

また、無線画像解析モジュールＭは、無線ネットワーク１００に属する他のノードであるゲートウェイＧおよび他の無線画像解析モジュールＭとの間で、検出データなどの情報を無線通信することが可能である。

ゲートウェイＧは、無線モジュールと、ネットワークインタフェースと、マイクロプロセッサと、メモリと、電源部など備える。マイクロプロセッサは、無線画像解析モジュールＭより無線送信された検出データなどの情報を無線モジュールを使って受信し、ネットワークインタフェースを使って外部のネットワーク３００を通じてデータ収集装置２００に送信するように制御を行うことが可能である。

データ収集装置２００は、無線ネットワーク１００のゲートウェイＧから外部のネットワーク３００を通じて送信された検出データなどの情報を受信し、蓄積して、監視者にディスプレイを通して提示することが可能である。

データ収集装置２００は、具体的には、例えばパーソナルコンピュータやサーバ用計算機などである。より詳細には、データ収集装置２００はＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、メモリ、ストレージデバイス、ネットワークインタフェース、ディスプレイ、スピーカ、ユーザ入力装置（マウス、キーボードなど）などを有する。

［無線ネットワーク］
無線ネットワーク１００には、例えばＩＳＡ１００．１１ａの規格による近距離無線通信などが採用される。ゲートウェイＧと、複数の無線画像解析モジュールＭはメッシュ型のネットワークの形態で接続可能とされている。メッシュ型のネットワークは、無線通信において障害物による遮断や反射波による干渉にさらされることによる電波環境の変化に対し、すべての無線画像解析モジュールＭで生成された検出データがゲートウェイＧに収集されるための最適な無線通信経路が得られるように、互いにピアツーピアで無線接続されるノードのペアを変更することができる。

図２はメッシュ型の無線ネットワーク１００の構成例を示す図である。
このメッシュ型の無線ネットワーク１００には、１機のゲートウェイＧと、３機の無線画像解析モジュールＭａ、Ｍｂ、Ｍｃがノードとして存在する。３機の無線画像解析モジュールＭａ、Ｍｂ、ＭｃはゲートウェイＧとピアツーピア接続により無線通信することが可能とされている。

メッシュ型の無線ネットワーク１００にはマネージャ（図示せず）が接続されている。なお、ゲートウェイＧがこのマネージャの機能をもっていてもよい。マネージャは、ピアツーピア接続するノードのペアの管理と、各ノードのペアが通信に利用するタイムスロット、チャンネルなどの割り当てを行う。

例えば、図２において、ゲートウェイＧは無線画像解析モジュールＭａとのペア、無線画像解析モジュールＭｂとのペア、無線画像解析モジュールＭｃとのペアに各々固有に割り当てられたタイムスロット、チャンネルを用いて無線通信するように設定される。

このメッシュ型の無線ネットワーク１００では、上記のペアの他、例えば、無線画像解析モジュールＭａと無線画像解析モジュールＭｃとのペア、無線画像解析モジュールＭｂと無線画像解析モジュールＭｃとのペアなどの設定も可能とされる。

なお、本発明は、必ずしもメッシュ型の無線ネットワークを用いたもの限定されるものではなく、スター型、バス型の無線ネットワークであってもよい。また、本発明は、必ずしも無線ネットワークを用いたものとは限らず、有線ネットワークを用いたものであってもよい。

［無線画像解析モジュール］
図３は無線画像解析モジュールＭの構成を示すブロック図である。
無線画像解析モジュールＭは、カメラインタフェース３１、マイクロプロセッサ（画像解析部）３２、メモリ３３、無線モジュール３４、無線アンテナ３５および電源部３６を有する。

カメラインタフェース３１はカメラ５０により撮像された施設内表示器４０の表示部４１の画像データを取り込むためのインタフェースである。

マイクロプロセッサ３２は、カメラインタフェース３１によってカメラ５０から取り込んだ画像データを解析して、施設内表示器４０の表示部４１が表示する検出結果をデータ化する。マイクロプロセッサ３２は、検出データを無線モジュール３４および無線アンテナ３５を使って、ゲートウェイＧを介してデータ収集装置２００に送信するように制御を行う。

メモリ３３は、マイクロプロセッサ３２による画像データ解析のための作業領域、画像解析を通して得られた検出データの一時保持領域などとして用いられる。

無線モジュール３４は、ゲートウェイＧや他の無線画像解析モジュールＭとの無線通信のための処理を行うモジュールである。無線モジュール３４は無線アンテナ３５を有する。

電源部３６は、無線画像解析モジュールＭを動作させるために必要な電力を生成する。電源部３６は、バッテリ３６ａと、バッテリ３６ａに蓄積された電荷から無線画像解析モジュールＭの動作用の定電圧を生成するＤＣ／ＤＣコンバータ３６ｂを有する。

なお、マイクロプロセッサ３２は、検出データを解析して機器１０の劣化、異常などの状態を判定するように構成されてもよい。例えば、モータ機器の軸受などの劣化は、例えば加速度センサーの出力から生成される振動速度に関する検出データである加速度の実効値、速度の実効値、エンベロープ加速度のp-p値（ピークtoピーク値）などの増大として表れる。そこで、マイクロプロセッサ３２は、検出データと異常診断用の閾値と比較し、検出データが閾値を超える場合に機器１０の異常を判断する。図７はエンベロープ加速度のp-p値のトレンドデータの例を示す図である。この例は、エンベロープ加速度のp-p値が４月１５日以降より増大しはじめ、６月１５日あたりで閾値を越えたことにより、機器の異常が判断される場合を示している。

また、無線画像解析モジュールＭに、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）などの発光素子やブザーなどの警告通知部を設けてもよい。マイクロプロセッサ３２は、機器１０の診断の結果として異常が判定された場合に警告通知部を駆動して、警告をユーザに通知する。

［監視システムの動作］
次に、監視システム１の動作を説明する。
監視システム１では、複数の無線画像解析モジュールＭにて、各々の監視対象の機器１０の状態を示す検出データを生成する処理が並行して行われる。

複数の無線画像解析モジュールＭにて各々生成された検出データはゲートウェイＧに無線送信され、ゲートウェイＧからネットワーク３００を通じてデータ収集装置２００に送信され、データ収集装置２００に蓄積される。

［無線画像解析モジュールの処理フロー］
図４は、無線画像解析モジュールＭの処理フローを示す図である。
無線画像解析モジュールＭのマイクロプロセッサ３２は、スリープ状態において、無線ネットワーク１００内のすべてのノード間で正確に同期がとられた内部の時計の時刻を確認する（ステップＳ１０１）。無線画像解析モジュールＭのマイクロプロセッサ３２は、時計の時刻が、ゲートウェイＧとの通信のためのタイムスロットに入ったかどうかを判定する（ステップＳ１０２）。

無線画像解析モジュールＭのマイクロプロセッサ３２は、時計の時刻がゲートウェイＧとの通信のためのタイムスロットに入ったことを判定すると（ステップＳ１０２のＹＥＳ）、スリープ状態を解除し、カメラインタフェース３１によりカメラ５０より画像データを取り込む。マイクロプロセッサ３２は、取り込んだ画像データを解析して検出データを生成し（ステップＳ１０３）、検出データをメモリ３３に格納する（ステップＳ１０４）。

続いて、無線画像解析モジュールＭのマイクロプロセッサ３２は、メモリ３３に格納された検出データを読み出し、ゲートウェイＧに無線送信するように制御を行う（ステップＳ１０５）。ゲートウェイＧに無線送信後、スリープ状態に移行する。

［画像データの解析処理］
次に、無線画像解析モジュールＭによって施設内表示器４０の表示部４１の画像データを解析して検出データを生成する処理について説明する。

施設内表示器４０は、センサー２１の検出信号を取り込んで処理し、表示部４１に機器１０の状態の検出結果を表示する。
図５は、施設内表示器４０の表示部４１としてデジタルメーターを採用した場合の表示例を示す図である。このデジタルメーターには、例えば、電圧、温度、機器状態（正常／異常）などを表す１以上のキャラクタ列Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３が表示される。

カメラ５０は施設内表示器４０の表示部４１であるデジタルメーターに表示されたすべてのキャラクタ列Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３を含む領域を撮像するように設置されている。カメラ５０は、例えば、所定の時間周期で撮像し、画像データを無線画像解析モジュールＭに伝送する。

無線画像解析モジュールＭのマイクロプロセッサ３２は、カメラインタフェース３１によってカメラ５０から取り込んだ画像データをメモリ３３に保存する。マイクロプロセッサ３２は、メモリ３３に保存された画像データを解析して、機器１０の状態を示す検出データを生成する。

次に、画像データを解析して検出データを生成する処理の一例を説明する。
マイクロプロセッサ３２は、メモリ３３に保存されたデジタルメーターの画像データから個々のキャラクタ列Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の領域の画像データを各々切り出す。個々のキャラクタ列Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の領域の画像データの切り出しは、例えば、予め、画像データ全体における切り出し領域の座標を設定しておくことなどによって行うことが可能である。

次に、マイクロプロセッサ３２は、切り出されたキャラクタ列Ｃ１の領域の画像データから個々のキャラクタの画像データを抽出し、パターンマッチングなどによる文字認識を行うことによってキャラクタコードをそれぞれ生成し、キャラクタ列Ｃ１分の複数のキャラクタコードを連結することによって、キャラクタ列Ｃ１に対応する１つの検出データを生成する。その他のキャラクタ列Ｃ２、キャラクタ列Ｃ３についても同様に検出データが生成される。

あるいは、デジタルメーターのキャラクタ列Ｃ１において、"電圧"、"［ｍＶ］"の各キャラクタは固定であるため、マイクロプロセッサ３２は、値が表示される領域のみを認識対象とし、認識されたキャラクタコード列に"電圧"、"［ｍＶ］"の固定キャラクタを付加することによって検出データを生成してもよい。この場合、カメラ５０によるデジタルメーターの撮像領域も値が表示される領域のみにしてもよい。その他のキャラクタ列Ｃ２、Ｃ３についても同様である。

このようにして、施設内表示器４０の表示部４１であるデジタルメーターの画像データから、電圧１５０［ｍＶ］、温度２０．５［℃］、機器状態（正常）といったすべての検出データが得られる。

図６は、施設内表示器４０の表示部４１としてアナログメーターを採用した場合の表示例を示す図である。
このようなアナログメーターが指し示す値は、例えば、回転針などの可動子４２の回動角度範囲４３における角度θから求めることができる。例えば、可動子４２が真上を向く時の角度を０度とし、時計回り方向を＋、反時計回り方向を−とすると、可動子４２の回動角度範囲４３は−１２０度から＋１２０度までの範囲となる。−１２０度に対して検出値として"０"が割り当てられ、＋１２０度に対して検出値"４００"が割り当てられた場合、アナログメーターの可動子４２は−３０度に傾いていることから、このアナログメーターが指し示す値は"１５０"であることが分かる。

以上のように、本実施形態の監視システム１では、無線画像解析モジュールＭが、機器１０の状態を表示する施設内表示器４０の表示部４１をカメラ５０で撮像することによって得られる画像データを取り込み、解析して、機器１０の状態を示す検出データを生成し、この検出データを無線モジュール３４を使ってゲートウェイＧに無線送信し、ゲートウェイＧから外部のデータ収集装置２００にネットワーク３００を通じて送信する。

これにより施設内表示器４０が設置された現場に出向くことなく、機器１０の状態を示す検出データをデータ収集装置２００に蓄積し、外部から機器１０の状態を監視することができる。また、既存の施設内表示器４０を用いることができるので、既存の設備に対する導入コストを低く抑えることができる。

なお、無線画像解析モジュールＭのマイクロプロセッサ３２により施設内表示器４０の表示部４１の画像データを解析して検出データを生成するために用いられるアルゴリズムは、表示部４１のタイプ（デジタルメーター、アナログメーターなど）に応じたものが用意される必要がある。その際、機械学習の一種であるＤｅｅｐ Ｌｅａｒｎｉｎｇ（深層学習）を使って、表示部４１のタイプに応じたアルゴリズムを自動生成するようにしてもよい。

上記の実施形態では、ゲートウェイＧと、３機の無線画像解析モジュールＭａ、Ｍｂ、Ｍｃとで構成される無線ネットワーク１００を用いた監視システム１を説明したが、無線画像解析モジュールの数は２機以下であってもよく、４機以上であってもよい。

本発明は、工場内の機器の状態を監視するシステムのみならず、例えば、ビル、鉄道、船舶、建設用車両など、様々な種類の設備、施設内の監視対象を監視する場合に適用できる。その他、橋梁、道路、トンネルなどの構築物において、監視対象となる部位の振動や変形などの状態を監視するシステムにも本発明は応用することができる。

その他、本発明は、上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

Ｍ…無線画像解析モジュール（第１の無線機器）
Ｇ…ゲートウェイ（第２の無線機器）
１…監視システム
１０…機器（監視対象）
１００…無線ネットワーク
３１…カメラインタフェース
３２…マイクロプロセッサ
３４…無線モジュール
５０…カメラ
２００…データ収集装置

Claims (6)

1. 監視対象の状態を表示する施設内表示器を撮像するカメラと、
   前記カメラによって撮像された画像データを取り込み、前記画像データをもとに前記監視対象の状態を示す検出データを生成する演算処理回路を有し、前記検出データを無線送信する第１の無線機器と、
   前記検出データを蓄積するデータ収集装置と、
   前記第１の無線機器より無線送信された前記検出データを無線受信し、前記データ収集装置に送信する第２の無線機器と
   を具備する監視システム。
2. 請求項１に記載の監視システムであって、
   前記演算処理回路は、前記施設内表示器のデジタルメーターの画像データを解析して前記検出データとして数値データを生成するように構成される
   監視システム。
3. 請求項１に記載の監視システムであって、
   前記演算処理回路は、前記施設内表示器のアナログメーターの画像データを解析して前記検出データとして前記アナログメーターの角度データを生成するように構成される
   監視システム。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の監視システムであって、
   前記演算処理回路は、前記生成された検出データを解析して前記監視対象の異常を判定するように構成される
   監視システム。
5. 請求項４に記載の監視システムであって、
   前記演算処理回路によって前記監視対象の異常が判定された場合にこの旨をユーザに通知する警告通知部をさらに具備する
   監視システム。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の監視システムであって、
   前記第１の無線機器は異なる複数の監視対象に各々対応して複数設けられ、前記複数の第１の無線機器と前記第２の無線機器とで無線ネットワークが構成される
   監視システム。

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