JP2020046771A - 音点検システムおよび音点検方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】消費電力を低減できるようにした音点検システムを提供すること。【解決手段】点検対象物２の音に基づいて状態を判定する音点検システム１は、点検対象物２の音を収集し、収集した音を解析して解析結果を送信する音センサ装置１０と、音センサ装置からの解析結果に基づいて点検対象物の状態を判定する音データ判定装置３０とを備え、音センサ装置は、収集した音について、予め設定された所定の周波数毎の強度を解析結果として送信する。【選択図】図１

Description

本発明は、音点検システムおよび音点検方法に関する。
発電プラント、化学プラント、鉄鋼プラントなどの現場では、作業員が設備の稼動音を聞いて正常かどうかを判断することがある。しかし、異音を聞き分けることができるためには、経験が必要である。さらに、広い現場をあちこち歩き回って耳で点検するため、作業員の負荷も大きい。しかも近年では、熟練作業員の高齢化が進み、新たな作業員の確保も難しい。そこで、特許文献１に記載のように、監視対象物の音響データをマイクロフォンで検出し、監視対象物から離れた場所の監視処理装置へ無線伝送するシステムが提案されている。
特開２００９−２７３１１３号公報
特許文献１に記載の従来技術では、監視処理装置は、現場の監視装置から受信した音響データから周波数スペクトルを算出し、ニューラルネットワークモデルにより監視対象物の異常発生を検知する（特許文献１ 段落００６６）。しかし、測定対象の周波数等によっても異なるが、一般に、音データはそのままではデータサイズが大きいため、その測定および解析の処理が重く、消費電源力が増大する。
プラントの現場設備にいわゆる後付けでセンサ装置を設置する場合、有線の電源を得ることが難しい。したがって、センサ装置は内蔵電池を動力源として作動するため、消費電力の大きい処理を実行すると、すぐに電池が切れてしまい、電池交換の頻度が高くなり、使い勝手が低い。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたもので、その目的は、消費電力を低減することができるようにした音点検システムおよび音点検方法を提供することにある。
上記課題を解決すべく、本発明に従う音点検システムは、点検対象物の音に基づいて状態を判定する音点検システムであって、点検対象物の音を収集し、収集した音を解析して解析結果を送信する音センサ装置と、音センサ装置からの解析結果に基づいて点検対象物の状態を判定する音データ判定装置とを備え、音センサ装置は、収集した音について、予め設定された所定の周波数毎の強度を解析結果として送信する。
本発明によれば、収集した音の周波数帯域の全体のデータを解析結果として送信するのではなく、所定の周波数毎の強度を解析結果として送信するため、データサイズを低減することができ、消費電力を低減させることができる。
第１実施例に係る音点検システムの全体説明図。 無線子局の処理を示すフローチャート。 無線親局の処理と音データ判定装置の処理とを示すフローチャート。 所定の周波数毎の強度の時間変化を示すグラフ。 データのフォーマット例。 無線子局でアラートを出力する処理のフローチャート。 第２実施例に係り、無線子局の処理を示すフローチャート。 第３実施例に係り、音点検システムの全体説明図。
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。本実施形態では、以下に詳述するように、プラントなどの現場設備で発生する音（稼働音）データを収集し、収集した音データを解析し、音データについての所定の周波数毎の強度を解析結果として、判定装置へ送信する。
本実施形態では、無線子局１０にマイク１１を設け、一定時間ごとにマイク１１を起動させ、点検対象設備２の稼動音を収集させる。無線子局１０は、収集した稼動音データを解析し、稼動音の所定の周波数毎の強度を解析結果として、音データ判定装置３０へ向けて送信する。無線子局１０の間欠駆動と最低限のサイズのデータ送信とにより、消費電力を低下させることができる。これにより、無線子局１０の電源部１４の寿命を増大し、長期間にわたって設備２の状態を遠隔監視でき、運用コストを低減できる。
図１〜図６を用いて第１実施例を説明する。図１は、音点検システム１の全体構成図を示す。本実施例の音点検システム１は、例えば、発電プラント、化学プラント、鉄鋼プラント等のプラントに適用される。
プラントには、例えば、モータ、ポンプ、コンプレッサ、タービン、ボイラ等の音を発生させる設備２が設けられている。それら音を発生させる設備２の少なくとも一部は、音点検システム１による監視対象（点検対象）となる。以下、監視対象の設備２を点検対象物２と呼ぶ。
点検対象物２の近傍には、無線子局１０が設けられている。無線子局１０は、点検対象物２に接触して設けられてもよいし、点検対象物２から離れて設けられてもよい。無線子局１０は、一つの点検対象物２に複数設けられてもよい。
「音センサ装置」としての無線子局１０は、例えば、マイク１１、解析部１２、無線通信部１３、電源部１４、アラート部１５を備える。ここでは、センサ機能と無線通信機能とを一体化した装置を示すが、それぞれ別々に構成されたセンサ機能と無線通信機能とを接続してもよい。
マイク１１は、点検対象物２の発する音を収集し、電気信号として出力する。マイク１１の出力する電気信号は、解析部１２へ入力される。解析部１２は、後述するように、マイク１１の収集した音のうち所定の周波数毎の強度を解析して、その解析結果を無線通信部１３へ送る。
無線通信部１３は、無線親局２０の無線通信部２１と通信することにより、解析部１２で生成された解析結果のパケットを音データ判定装置３０へ送信する。解析結果のパケット（図５で後述）は、無線通信経路Ｌ１に示すように無線親局２０に送信され、さらに無線通信経路Ｌ２に示すように無線親局２０から音データ判定装置３０へ送信される。
電源部１４は、無線子局１０のマイク１１，解析部１２，無線通信部１３，アラート部１５へ内蔵電池の電力を供給する。内蔵電池の種類は問わない。また、後述の実施例のように、電源部１４に給電する発電部を設けてもよい。
アラート部１５は、音データ判定装置３０の指示に応じてアラートを出力する。アラート部１５は、例えば、ＬＥＤランプ（不図示）を点灯させることにより、点検に訪れた作業員の注意を喚起する。作業員は、アラート部１５を視認することにより、点検対象物２に異常が生じていることを現場で容易に確認することができる。ＬＥＤランプの点灯または点滅に代えて、ブザーを鳴動させてもよい。
無線親局２０は、プラントに張り巡らされたセンサネットワークの一部を構成する中継装置である。センサネットワークの一部に音センサネットワークが含まれてもよい。この場合は、センサネットワークは、異音を検出して診断する音センサネットワークのほかに、温度、湿度、圧力、電圧値、電流値、周波数、抵抗値、流量、流速、色、画像等を検出するセンサネットワークが含まれてもよい。あるいは、プラント内のセンサネットワークの全てが音センサネットワークであってもよい。
無線親局２０は、複数の無線子局１０と無線通信し、各無線子局１０からのパケット（解析結果データ）を音データ判定装置３０へ送信することができる。近接する各無線子局１０間では、いわゆるバケツリレー方式でパケットを転送することもできる。
なお、無線親局２０の機能を音データ判定装置３０が備えてもよい。この場合、無線子局１０は音データ判定装置３０と直接無線通信することもできる。
音データ判定装置３０は、無線子局１０から受信した解析結果に基づいて、点検対象物２の状態を判定し、その判定結果を出力する。音データ判定装置３０は、例えば、マイクロプロセッサ、主記憶装置、補助記憶装置、入出力回路、通信回路、ユーザインターフェース装置（いずれも不図示）等を備えるコンピュータとして構成されてもよい。
音データ判定装置３０は、例えば、無線通信部３１と、データ化部３２と、異常検知部３３と、出力部３４とを備える。
無線通信部３１は、無線親局２０と通信する機能である。データ化部３２は、無線子局１０から受信した解析結果のパケットからデータを取り出して所定の順序に並び替えることにより、解析結果を復元する機能である。
異常検知部３３は、復元された解析結果に基づいて、正常時の音から外れた異音が発生しているか否か判定し、異音の有無および程度等に基づいて、点検対象物２に異常が生じたか検知する機能である。
出力部３４は、異常検知部３３による検知結果（判定結果）を、例えば、ディスプレイ、プリンタ、音声合成装置等へ出力させる機能である。出力部３４は、異常検知部３３による検知結果を電子メールのような電子的手段を通じて、作業員（管理者を含む）へ通知してもよい。あるいは、出力部３４は、プラント制御システム等のような他の装置に対して、異常検知部３３による検知結果を通知してもよい。さらに、出力部３４は、異常検知部３３による検知結果を無線子局１０へ通知することにより、アラート部１５からアラートを出力させることもできる。
図２は、無線子局１０で実行される処理を示すフローチャートである。無線子局１０は、所定のタイミングが到来したか監視しており（Ｓ１１）、所定のタイミングが到来すると（Ｓ１１：ＹＥＳ）、マイク１１を起動させる（Ｓ１２）。所定のタイミングは、一定の周期でもよいし、あるいは不定でもよい。さらには、音データ判定装置３０からの指示にしたがって所定のタイミングを設定してもよい。
マイク１１は、点検対象物２の稼働音を収集する（Ｓ１３）。マイク１１により収集されて電気信号に変換された稼働音は、解析部１２へ入力される（Ｓ１４）。
解析部１２は、マイク１１から入力された稼働音を解析し、予め設定された所定の周波数毎の強度を解析結果として検出する（Ｓ１５）。そして、解析部１２は、解析結果を無線通信部１３へ送信する（Ｓ１６）。
無線通信部１３は、解析部１２から受領した解析結果に基づいてパケットを生成し、無線親局２０へ送信する（Ｓ１７）。
図３は、無線親局２０で実行される処理と音データ判定装置３０で実行される処理とを示すフローチャートである。
先に無線親局２０の処理を説明すると、無線親局２０は、無線子局１０から解析結果を含むパケットを受信すると（Ｓ２１）、その解析結果を含むパケットを音データ判定装置３０へ転送する（Ｓ２２）。解析結果を含むパケットのヘッダには、最終目的地である音データ判定装置３０を特定するネットワークアドレスまたは識別情報が含まれているため、無線子局１０から送信された解析結果のパケットは、途中で他の装置を経由した場合でも、音データ判定装置３０へ到達する。
音データ判定装置３０は、無線親局２０を介して無線子局１０からの解析結果を含むパケットを受信すると（Ｓ３１）、そのパケットから解析結果を取り出して、データ化する（Ｓ３２）。データ化とは、図４に示すように、所定の周波数毎の強度を順番に並べた時系列データとすることである。
図３に戻って、音データ判定装置３０は、データ化された解析結果に基づいて、点検対象物２に異常が生じているかを検知する（Ｓ３３）。音データ判定装置３０は、点検対象物２に異常が発生していると判定すると（Ｓ３３：ＹＥＳ）、その判定結果を出力する（Ｓ３４）。判定結果の出力先は、上述の通り、例えば、音データ判定装置３０に接続されたユーザインターフェース装置（ディスプレイ、プリンタ等）、プラント管理システム等の他の装置、判定結果を作成する基礎となった解析結果の送信元である無線子局１０の、少なくともいずれか一つである。
音データ判定装置３０は、点検対象物２の異常を検知できない場合（Ｓ３３：ＮＯ）、本処理を終了する。なお、点検対象物２に異常を検知した場合だけでなく、点検対象物２が正常であると判定した場合も判定結果を出力する構成としてもよい。
図４は、解析結果の構成と異常を検知する様子を示すグラフである。ここでは、説明の便宜上、複数の特定の周波数ｆ１〜ｆ４を一つのグラフとして並べて示すが、周波数毎にそれぞれグラフ化してもよい。図４の縦軸は特定の周波数毎の強度を示し、図４の横軸は時間を示す。
図４では、特定の周波数ｆ１〜ｆ４の４つの周波数を例示するが、これに限らず、３個以下、あるいは５個以上の周波数について解析してもよい。各周波数から横に延びる点線は、例えば、強度の平均値を示す。
図４の上側に示すように、例えば周波数ｆ４の強度が平均値から所定値以上外れた場合には、異常が発生したと判定することができる。強度の変化は、例えば、最大値または最小値の変化、微分した場合の変化、積分した場合のずれ量など、一つまたは複数の観点から判定することができる。図４に示すグラフは例示であって、異常の検出方法は図４で述べた例に限定されない。
図５は、解析結果を含むパケットＤ１の構成例を示す。パケットＤ１は、各周波数ｆ１〜ｆ４それぞれの強度を格納する。パケットＤ１に宛先等を格納したヘッダ等が加えられて、無線親局２０へ送信される。パケットに格納される所定の周波数毎の強度は、単位時間内の強度の平均値でもよいし、単位時間内での最大値でもよい。
図６は、無線子局１０で実行されるアラート処理を示すフローチャートである。無線子局１０は、音データ判定装置３０からのアラート指示を無線親局２０を介して受信すると（Ｓ４１）、ＬＥＤランプを点灯させる等してアラートを出力する（Ｓ４２）。
このように構成される本実施例によれば、マイク１１で集音可能な周波数帯域の全体に関する音データを無線子局１０から音データ判定装置３０へ送信するのではなく、そのごく一部である所定の周波数の強度だけを送信するため、無線子局１０から音データ判定装置３０へ送信する解析結果のパケットのデータサイズを低減できる。したがって、無線子局１０は、解析結果を一回送信するのに要する電力エネルギを少なくすることができるため、電源部１４の内蔵電池の消耗を抑制することができる。この結果、無線子局１０の電池交換頻度を少なくし、長期間にわたって点検対象物２を監視することができる。本実施例の音点検システム１では、電池交換の頻度を少なくできるため、音点検システム１の運用コストを低減できるばかりか、使い勝手が向上する。
図７を用いて第２実施例を説明する。本実施例を含む以下の各実施例は、第１実施例の変形例に該当するため、第１実施例との相違を中心に説明する。本実施例では、無線子局１０の解析結果として擬音の番号を出力する。
図７は、本実施例に係る音点検システム１Ａの無線子局１０の処理を示すフローチャートである。図７の処理は、図２で述べた処理のうちステップＳ１１〜Ｓ１４，Ｓ１６，Ｓ１７を含む。図７の処理では、ステップＳ１５Ａが図２のステップ１５と相違する。
すなわち本実施例の無線子局１０は、所定の周波数毎の強度を解析することにより、稼働音の擬音を特定する擬音番号を特定する（Ｓ１５Ａ）。本実施例では、点検対象物２の稼働音を「ザザー」「ガーガー」「ギュンギュン」等の擬音で表現する。無線子局１０は、擬音の種類を特定する番号を含むパケットＤ２を、無線親局２０を介して音データ判定装置３０へ送信する（Ｓ１６，Ｓ１７）。擬音の種類と周波数の強度との関係を示す情報は、予め無線子局１０の解析部１２に登録されているものとする（図示省略）。
なお、ステップ１５Ａでは、所定の周波数毎の強度から擬音番号に変換するのではなく、マイク１１で集音した全周波数帯域の稼働音から擬音番号に変換してもよい。
このように構成される本実施例も第１実施例と同様の作用効果を奏する。本実施例では、稼働音の解析結果を音データとして音データ判定装置３０へ送信するのではなく、対応する擬音の番号だけを送信する。したがって、データサイズを低減して、無線子局１０の消費電力を低下させることができる。
図８を用いて第３実施例を説明する。本実施例では、無線子局１０に発電部１６を設けることにより、電源部１４の内蔵電池の消耗を抑制する。
図８は、本実施例に係る音点検システム１Ｂの全体説明図である。本実施例の無線子局１０Ｂは、発電部１６をさらに備えている。発電部１６は、例えば、圧電振動子等を含んで構成されており、点検対象物２から発せられる音または振動を電気エネルギへ変換する装置である。発電部１６で発電された電力は、電源部１４に供給される。
電源部１４は、発電部１６から受領した電力と内蔵電池の電力との両方を、マイク１１、解析部１２、無線通信部１３は、アラート部１５へ給電することができる。内蔵電池を充電可能な二次電池として構成し、発電部１６で発電された電力で内蔵電池を充電してもよい。発電部１６からの電力だけでは足りない場合に、内蔵電池からの電力を供給する構成でもよい。発電部１６の発電方式は問わない。ただし、点検対象物２に由来する音や振動等のエネルギを利用する発電方式であるのが好ましい。
このように構成される本実施例も第１実施例と同様の作用効果を奏する。さらに本実施例によれば、発電部１６を備えているため、電源部１４の内蔵電池の交換頻度をさらに低減することができる。
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。上述の実施形態において、添付図面に図示した構成例に限定されない。本発明の目的を達成する範囲内で、実施形態の構成や処理方法は適宜変更することが可能である。
また、本発明の各構成要素は、任意に取捨選択することができ、取捨選択した構成を具備する発明も本発明に含まれる。さらに特許請求の範囲に記載された構成は、特許請求の範囲で明示している組合せ以外にも組み合わせることができる。
１，１Ａ，１Ｂ：音点検システム、２：点検対象物、１０，１０Ｂ：無線子局、１１：マイク、１２：解析部、１３：無線通信部、１４：電源部、１５：アラート部、１６：発電部、２０：無線親局、２１：無線通信部、３０：音データ判定装置、３１：無線通信部、３２：データ化部、３３：異常検知部、３４：出力部

Claims (7)

  1. 点検対象物の音に基づいて状態を判定する音点検システムであって、
    前記点検対象物の音を収集し、前記収集した音を解析して解析結果を送信する音センサ装置と、
    前記音センサ装置からの前記解析結果に基づいて前記点検対象物の状態を判定する音データ判定装置とを備え、
    前記音センサ装置は、前記収集した音について、予め設定された所定の周波数毎の強度を前記解析結果として送信する、
    音点検システム。
  2. 前記音センサ装置は、前記収集した音を前記所定の周波数について解析することにより、前記収集した音が予め用意された所定の擬音のうちいずれの擬音に分類されるかを判定し、その分類結果を前記解析結果として送信する、
    請求項１に記載の音点検システム。
  3. 前記音センサ装置は、前記音データ判定装置からの指示に応じて、アラートを出力するアラート部をさらに備える、
    請求項１に記載の音点検システム。
  4. 前記音センサ装置は、無線親局を介して、前記音データ判定装置と無線通信可能に接続される、
    請求項１に記載の音点検システム。
  5. 前記音センサ装置は、内蔵電池により動作する、
    請求項１に記載の音点検システム。
  6. 前記音センサ装置は、前記点検対象物の音または振動を電力に変換する発電部をさらに備える、
    請求項１〜５のいずれか一項に記載の音点検システム。
  7. 点検対象物の音に基づいて状態を判定する音点検方法であって、
    前記点検対象物の音を収集する音センサ装置から、前記収集された音についての所定の周波数毎の強度を解析結果として、音データ判定装置へ送信させ、
    前記音データ判定装置は、前記音センサ装置から受信した前記解析結果に基づいて、前記点検対象物の状態を判定する、
    音点検方法。
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