JP2020067334A - Abnormality diagnostic device and abnormality diagnostic method - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、モータによって駆動される回転機械の異常診断装置及び異常診断方法に関する。 The present disclosure relates to an abnormality diagnosis device and an abnormality diagnosis method for a rotary machine driven by a motor.
プラント補機の駆動源であるモータの電流値を測定してこれを周波数解析することにより、プラント補機の異常・故障の判断を行う手法が実用化されている。この手法は誘導電動機電流徴候解析(Motor Current Signature Analysis)と呼ばれ、故障の大まかな要因を簡易的に知ることができるものである。例えば特許文献1では、周波数解析により得られた周波数スペクトルにおいて、電源周波数付近の制限された帯域での稜線の盛り上がりの平均値を算出し、その大きさで異常判断を行っている。 A method of determining abnormality / failure of a plant auxiliary machine by measuring a current value of a motor that is a drive source of the plant auxiliary machine and performing frequency analysis on the current value has been put into practical use. This method is called an induction motor current symptom analysis (Motor Current Signature Analysis), and it is possible to easily know the rough cause of the failure. For example, in Patent Document 1, in a frequency spectrum obtained by frequency analysis, an average value of ridge rises in a limited band near the power supply frequency is calculated, and abnormality determination is performed based on the calculated value.
しかしながら、周波数スペクトルの稜線の盛り上がりは正常な負荷変動でも生じ得るため、異常判断を誤診する可能性があるといった問題点があった。 However, since the ridge of the frequency spectrum may rise even with a normal load change, there is a problem that the abnormality determination may be misdiagnosed.
上述の事情に鑑みて、本開示の少なくとも1つの実施形態は、モータによって駆動される回転機械の異常判断を精度よく行うことのできる異常診断装置及び異常診断方法を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, at least one embodiment of the present disclosure aims to provide an abnormality diagnosis device and an abnormality diagnosis method capable of accurately determining an abnormality of a rotating machine driven by a motor.
(1)本発明の少なくとも1つの実施形態に係る異常診断装置は、
モータによって駆動される回転機械の異常診断装置であって、
前記モータの電流値の推移に基づいて取得された周波数スペクトルから、前記周波数スペクトルの形状を示すパラメータを取得するパラメータ取得部と、
前記パラメータに基づいて前記回転機械の異常を判断する異常判断部と
を備える。
(1) An abnormality diagnosis device according to at least one embodiment of the present invention,
An abnormality diagnosis device for a rotating machine driven by a motor,
From the frequency spectrum acquired based on the transition of the current value of the motor, a parameter acquisition unit that acquires a parameter indicating the shape of the frequency spectrum,
An abnormality determination unit that determines an abnormality of the rotating machine based on the parameter.
本発明者らの検討により、回転機械に異常が生じて回転機械の負荷がランダムに変動する場合、モータの電流値の推移に基づいて取得された周波数スペクトルの形状を示すパラメータが時間的に変化することが明らかになった。上記(1)の構成によると、そのようなパラメータに基づいて回転機械の異常を判断するので、モータによって駆動される回転機械の異常判断を精度よく行うことができる。 According to the study by the present inventors, when an abnormality occurs in the rotating machine and the load of the rotating machine changes randomly, the parameter indicating the shape of the frequency spectrum acquired based on the transition of the current value of the motor changes with time. It became clear to do. According to the configuration of the above (1), since the abnormality of the rotating machine is determined based on such a parameter, the abnormality of the rotating machine driven by the motor can be accurately determined.
(2)いくつかの実施形態では、上記(1)の構成において、
前記電流値の推移から前記周波数スペクトルを取得する周波数スペクトル取得部をさらに備える。
上記(2)の構成によると、周波数スペクトル取得部が取得した周波数スペクトルの形状を示すパラメータに基づいて回転機械の異常を判断するので、モータによって駆動される回転機械の異常判断を精度よく行うことができる。
(2) In some embodiments, in the configuration of (1) above,
The frequency spectrum acquisition part which acquires the said frequency spectrum from the transition of the said electric current value is further provided.
According to the above configuration (2), the abnormality of the rotating machine is determined based on the parameter indicating the shape of the frequency spectrum acquired by the frequency spectrum acquiring unit, and therefore the abnormality of the rotating machine driven by the motor can be accurately determined. You can
(3)いくつかの実施形態では、上記(2)の構成において、
前記電流値の推移である診断用データを取得する診断用データ取得部をさらに備える。
上記(3)の構成によると、診断用データ取得部が取得した診断用データについての周波数スペクトルの形状を示すパラメータに基づいて回転機械の異常を判断するので、モータによって駆動される回転機械の異常判断を精度よく行うことができる。
(3) In some embodiments, in the configuration of (2) above,
A diagnostic data acquisition unit that acquires diagnostic data that is the transition of the current value is further included.
According to the above configuration (3), the abnormality of the rotary machine driven by the motor is determined because the abnormality of the rotary machine is determined based on the parameter indicating the shape of the frequency spectrum of the diagnostic data acquired by the diagnostic data acquisition unit. The judgment can be made accurately.
(4)いくつかの実施形態では、上記(3)の構成において、
前記診断用データ取得部は、複数の異なる時間帯の前記診断用データを取得する。
上記(4)の構成によると、複数の異なる時間帯の診断用データから得られた複数の周波数スペクトルの形状を示すパラメータに基づいて回転機械の異常を判断するので、モータによって駆動される回転機械の異常判断を精度よく行うことができる。
(4) In some embodiments, in the configuration of (3) above,
The diagnostic data acquisition unit acquires the diagnostic data in a plurality of different time zones.
According to the above configuration (4), the abnormality of the rotating machine is determined based on the parameters indicating the shapes of the plurality of frequency spectra obtained from the diagnostic data in the plurality of different time zones. Therefore, the rotating machine driven by the motor It is possible to accurately determine the abnormality.
(5)いくつかの実施形態では、上記(4)の構成において、
前記パラメータ取得部は、前記複数の異なる時間帯の前記診断用データから、複数の前記パラメータによって構成される1つのパラメータデータ群を取得する。
上記(5)の構成によると、パラメータデータ群を構成する複数のパラメータの統計量に基づいて回転機械の異常を判断するので、モータによって駆動される回転機械の異常判断を精度よく行うことができる。
(5) In some embodiments, in the configuration of (4) above,
The parameter acquisition unit acquires one parameter data group configured by a plurality of the parameters from the diagnostic data in the plurality of different time zones.
According to the configuration of (5) above, the abnormality of the rotating machine is determined based on the statistics of the plurality of parameters forming the parameter data group, so that the abnormality of the rotating machine driven by the motor can be accurately determined. .
(6)いくつかの実施形態では、上記(5)の構成において、
前記パラメータ取得部は、前記複数の異なる時間帯とは異なる別の複数の異なる時間帯の診断用データをさらに取得し、前記別の複数の異なる時間帯の診断用データから、前記1つのパラメータデータ群とは異なる別のパラメータデータ群を取得する。
上記(6)の構成によると、パラメータデータ群を構成する複数のパラメータの統計量の時間的な変化に基づいて回転機械の異常を判断するので、モータによって駆動される回転機械の異常判断を精度よく行うことができる。
(6) In some embodiments, in the configuration of (5) above,
The parameter acquisition unit further acquires diagnosis data of a plurality of different time zones different from the plurality of different time zones, and the one parameter data from the diagnosis data of the different plurality of different time zones. Another parameter data group different from the group is acquired.
According to the above configuration (6), the abnormality of the rotating machine is judged based on the temporal change of the statistics of the plurality of parameters forming the parameter data group. Therefore, the abnormality of the rotating machine driven by the motor can be accurately judged. Can be done well.
(7)いくつかの実施形態では、上記(1)の構成において、
前記周波数スペクトルから前記パラメータを算出する機能と、
前記パラメータに基づいて前記回転機械の異常を判断する機能と
を有するプロセッサーを備える。
(7) In some embodiments, in the configuration of (1) above,
A function of calculating the parameter from the frequency spectrum,
A processor having a function of determining an abnormality of the rotating machine based on the parameter.
上記(7)の構成によると、モータの電流に関連するデータの推移である診断用データにおける複数の異なる時間帯のそれぞれの診断用データについての周波数スペクトルのそれぞれの形状を示すパラメータに基づいて回転機械の異常を判断するので、モータによって駆動される回転機械の異常判断を精度よく行うことができる。 According to the configuration of (7) above, rotation is performed based on the parameter indicating each shape of the frequency spectrum for each diagnostic data in a plurality of different time zones in the diagnostic data, which is a transition of data related to the motor current. Since the abnormality of the machine is determined, the abnormality of the rotating machine driven by the motor can be accurately determined.
(8)いくつかの実施形態では、上記(2)の構成において、
前記電流値の推移から周波数スペクトルを取得する機能と、
前記周波数スペクトルから前記パラメータを算出する機能と、
前記パラメータに基づいて前記回転機械の異常を判断する機能と
を有するプロセッサーを備える。
(8) In some embodiments, in the configuration of (2) above,
A function of acquiring a frequency spectrum from the transition of the current value,
A function of calculating the parameter from the frequency spectrum,
A processor having a function of determining an abnormality of the rotating machine based on the parameter.
上記(8)の構成によると、取得した周波数スペクトルの形状を示すパラメータに基づいて回転機械の異常を判断するので、モータによって駆動される回転機械の異常判断を精度よく行うことができる。 With configuration (8) above, an abnormality of the rotating machine is determined based on the acquired parameter indicating the shape of the frequency spectrum, so that the abnormality of the rotating machine driven by the motor can be accurately determined.
(9)いくつかの実施形態では、上記(3)の構成において、
前記診断用データを取得する機能と、
前記診断用データから周波数スペクトルを取得する機能と、
前記周波数スペクトルから前記パラメータを算出する機能と、
前記パラメータに基づいて前記回転機械の異常を判断する機能と
を有するプロセッサーを備える。
(9) In some embodiments, in the configuration of (3) above,
A function for acquiring the diagnostic data,
A function to obtain a frequency spectrum from the diagnostic data,
A function of calculating the parameter from the frequency spectrum,
A processor having a function of determining an abnormality of the rotating machine based on the parameter.
上記(9)の構成によると、取得した診断用データについての周波数スペクトルの形状を示すパラメータに基づいて回転機械の異常を判断するので、モータによって駆動される回転機械の異常判断を精度よく行うことができる。 According to the above configuration (9), the abnormality of the rotating machine is determined based on the parameter indicating the shape of the frequency spectrum of the acquired diagnostic data. Therefore, the abnormality of the rotating machine driven by the motor can be accurately determined. You can
(10)いくつかの実施形態では、上記(1)〜(9)のいずれかの構成において、
前記パラメータが蓄積されて構成されたデータベースをさらに備え、
前記異常判断部は、前記データベースとして蓄積された前記パラメータから、前記パラメータの正常時及び異常時のパターンを機械学習し、機械学習で得られた前記正常時及び異常時のパターンと、前記パラメータ取得部によって取得された前記パラメータとに基づいて前記回転機械の異常を判断する。
(10) In some embodiments, in any of the configurations of (1) to (9) above,
Further comprising a database configured by accumulating the parameters,
The abnormality determination unit machine-learns normal and abnormal patterns of the parameters from the parameters accumulated as the database, and obtains the normal- and abnormal patterns obtained by machine learning and the parameter acquisition. The abnormality of the rotating machine is determined based on the parameter acquired by the unit.
上記(10)の構成によると、機械学習で得られた正常時及び異常時それぞれのパターンと、パラメータ取得部によって取得されたパラメータとに基づいて回転機械の異常を判断するので、モータによって駆動される回転機械の異常判断をさらに精度よく行うことができる。 According to the above configuration (10), since the abnormality of the rotating machine is determined based on the normal pattern and the abnormal pattern obtained by machine learning and the parameter acquired by the parameter acquisition unit, it is driven by the motor. It is possible to more accurately determine the abnormality of the rotating machine.
(11)いくつかの実施形態では、上記(10)の構成において、
前記周波数スペクトル取得部は、任意の特定の周波数における電流スペクトル値をさらに取得し、
前記異常判断部は、前記パラメータと、前記周波数における電流スペクトル値との関係を機械学習により作成し、前記関係に基づいて、前記パラメータと、前記周波数における電流スペクトル値とから前記回転機械の異常を判断する。
(11) In some embodiments, in the configuration of (10) above,
The frequency spectrum acquisition unit further acquires a current spectrum value at any specific frequency,
The abnormality determination unit creates a relationship between the parameter and a current spectrum value at the frequency by machine learning, and based on the relationship, detects an abnormality of the rotating machine from the parameter and the current spectrum value at the frequency. to decide.
上記(11)の構成によると、パラメータと、任意の特定の回転周波数における電流スペクトル値との関係を機械学習により作成し、この関係に基づいて、パラメータと、任意の特定の周波数における電流スペクトル値とから回転機械の異常を判断するので、特定の周波数にピークが発生する異常についても判断することができる。 According to the configuration of (11) above, a relationship between the parameter and the current spectrum value at any specific rotation frequency is created by machine learning, and based on this relationship, the parameter and the current spectrum value at any specific frequency are generated. Since the abnormality of the rotating machine is determined from the above, it is possible to determine the abnormality having a peak at a specific frequency.
(12)いくつかの実施形態では、上記(1)〜(11)のいずれかの構成において、
前記モータの電流値は、前記モータに給電される電流を振幅変調した成分又は位相変調した成分の少なくとも一方である。
(12) In some embodiments, in any of the configurations of (1) to (11) above,
The current value of the motor is at least one of an amplitude-modulated component and a phase-modulated component of a current supplied to the motor.
上記(12)の構成によると、モータの電流値に関するデータが、モータに給電される電流を振幅変調した成分又は位相変調した成分の少なくとも一方であることにより、2つの異なる種類の診断用データを用いることができるので、1種類の診断用データを用いる場合に比べて、診断できる異常のバリエーションを増やすことができ、異常判断の精度を向上することができる。 According to the configuration of (12), since the data regarding the current value of the motor is at least one of the amplitude-modulated component and the phase-modulated component of the current supplied to the motor, two different types of diagnostic data can be obtained. Since it can be used, it is possible to increase the variation of the abnormality that can be diagnosed and to improve the accuracy of abnormality determination as compared with the case of using one type of diagnostic data.
(13)本発明の少なくとも1つの実施形態に係る異常診断方法は、
モータによって駆動される回転機械の異常診断方法であって、
前記モータの電流値の推移に基づいて取得された周波数スペクトルから、前記周波数スペクトルの形状を示すパラメータを取得するパラメータ取得ステップと、
前記パラメータに基づいて前記回転機械の異常を判断する異常判断ステップと
を備える。
(13) The abnormality diagnosis method according to at least one embodiment of the present invention comprises:
A method for diagnosing an abnormality in a rotating machine driven by a motor, comprising:
From the frequency spectrum acquired based on the transition of the current value of the motor, a parameter acquisition step of acquiring a parameter indicating the shape of the frequency spectrum,
An abnormality determination step of determining an abnormality of the rotating machine based on the parameter.
上記(13)の方法によると、モータの電流値の推移に基づいて取得された周波数スペクトルの形状を示すパラメータに基づいて回転機械の異常を判断するので、モータによって駆動される回転機械の異常判断を精度よく行うことができる。 According to the above method (13), the abnormality of the rotating machine is determined based on the parameter indicating the shape of the frequency spectrum acquired based on the transition of the current value of the motor. Therefore, the abnormality determination of the rotating machine driven by the motor is performed. Can be performed accurately.
(14)いくつかの実施形態では、上記(13)の方法において、
前記パラメータ取得ステップの前に、前記電流値の推移から前記周波数スペクトルを取得する周波数スペクトル取得ステップをさらに備える。
(14) In some embodiments, in the method of (13) above,
Before the parameter acquisition step, a frequency spectrum acquisition step of acquiring the frequency spectrum from the transition of the current value is further included.
上記(14)の方法によると、取得した周波数スペクトルの形状を示すパラメータに基づいて回転機械の異常を判断するので、モータによって駆動される回転機械の異常判断を精度よく行うことができる。 According to the above method (14), since the abnormality of the rotating machine is determined based on the acquired parameter indicating the shape of the frequency spectrum, it is possible to accurately determine the abnormality of the rotating machine driven by the motor.
(15)いくつかの実施形態では、上記(14)の方法において、
前記周波数スペクトル取得ステップの前に、前記電流値の推移である診断用データを取得する診断用データ取得ステップをさらに備える。
(15) In some embodiments, in the method of (14) above,
Before the frequency spectrum acquisition step, a diagnostic data acquisition step of acquiring diagnostic data that is the transition of the current value is further included.
上記(15)の方法によると、取得した診断用データについての周波数スペクトルの形状を示すパラメータに基づいて回転機械の異常を判断するので、モータによって駆動される回転機械の異常判断を精度よく行うことができる。 According to the above method (15), since the abnormality of the rotating machine is determined based on the parameter indicating the shape of the frequency spectrum of the acquired diagnostic data, the abnormality of the rotating machine driven by the motor can be accurately determined. You can
本開示の少なくとも1つの実施形態によれば、モータの電流値の推移に基づいて取得された周波数スペクトルの形状を示すパラメータに基づいて回転機械の異常を判断するので、モータによって駆動される回転機械の異常判断を精度よく行うことができる。 According to at least one embodiment of the present disclosure, the abnormality of the rotating machine is determined based on the parameter indicating the shape of the frequency spectrum acquired based on the transition of the current value of the motor, and thus the rotating machine driven by the motor. It is possible to accurately determine the abnormality.
以下、図面を参照して本発明のいくつかの実施形態について説明する。ただし、本発明の範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、本発明の範囲をそれにのみ限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。 Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the scope of the present invention is not limited to the following embodiments. The dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in the following embodiments are not intended to limit the scope of the present invention thereto but merely as examples of explanation.
(実施形態1)
図1に示されるように、本開示の実施形態1に係る異常診断装置10は、モータ1によって駆動される回転機械、例えばポンプ2の異常判断を行うものである。ここで、判断されるポンプ2の異常とは、キャビテーションが発生した場合や、回転部に接触現象がある場合、回転部に傷が発生した場合等のように、ポンプ2の負荷がランダムに変動する現象を伴う異常のことを意味する。また、回転機械はポンプ2に限定するものではないから、異常診断装置10によって判断される異常は、ポンプ以外の回転機械の負荷がランダムに変動する現象を伴う異常も含む。
(Embodiment 1)
As shown in FIG. 1, the
モータ1は、動力線3を介して分電盤4と電気的に接続されている。動力線3には、モータ1に給電される電流値を測定するための電流センサ5が設けられている。異常診断装置10は、電流センサ5と電気的に接続されたプロセッサー11と、プロセッサー11に電気的に接続された表示部であるディスプレイ12とを備えている。プロセッサー11は、電流センサ5に電気的に接続された診断用データ取得部21と、診断用データ取得部21に電気的に接続された周波数スペクトル取得部22と、周波数スペクトル取得部22に電気的に接続されたパラメータ取得部23と、パラメータ取得部23に電気的に接続された異常判断部24とを含んでいる。異常判断部24はディスプレイ12に電気的に接続されている。
The motor 1 is electrically connected to a
次に、異常診断装置10がポンプ2の異常、特にキャビテーションの有無を判断する動作について説明する。
図1に示されるように、分電盤4からの電力によってモータ1が駆動してモータ1の動力によってポンプ2が稼働する間、電流センサ5は、モータ1に給電される電流値を検出する。異常診断装置10は、電流センサ5が検出した電流値に基づいて、後述する動作によってポンプ2にキャビテーションが発生しているか否かを判断する。異常診断装置10による異常判断の結果は、ディスプレイ12に表示される。
Next, the operation of the
As shown in FIG. 1, while the motor 1 is driven by the electric power from the
尚、異常診断装置10とディスプレイ12とは、必ずしも同じ施設に設けられることに限定するものではなく、互いをインターネット等で接続することによって、互いに離れた場所に設けられていてもよい。例えば、異常診断装置10は、ポンプ2を含むプラントが設置された工場に設置し、ディスプレイ12は、工場とは別の施設に配置することで、プラントのオペレータ以外の管理者が別の施設でポンプ2の異常を監視するようにしてもよい。
Note that the
図2のフローチャートに示されるように、異常診断装置10は、ポンプ2にキャビテーションが発生しているか否かを判断するに際して、以下のステップS1〜S4を行う。診断用データ取得部21は、電流センサ5が検出した電流値に基づいて、モータ1の電流値(電流に関連するデータ)の推移である診断用データを取得する(診断用データ取得ステップS1)。周波数スペクトル取得部22は、診断用データ取得ステップS1で取得した診断用データについての周波数スペクトルを取得する(周波数スペクトル取得ステップS2)。パラメータ取得部23は、周波数スペクトル取得ステップS2で取得した周波数スペクトルの形状を示すパラメータを取得する(パラメータ取得ステップS3)。異常判断部24は、パラメータ取得ステップS3で取得したパラメータに基づいてポンプ2にキャビテーションが発生しているか否かを判断する(異常判断ステップS4)。
As shown in the flowchart of FIG. 2, the
診断用データ取得ステップS1で取得した診断用データは、図3(a)に示されるように、予め決められた観測時間ΔTの間の電流値の推移である。診断用データにおいて、ΔTよりも時間間隔が短い複数の異なる時間帯Δtn(nは自然数)を設定する。図3(a)では、隣り合う時間帯は互いに部分的に重なり合っているが、互いに重なり合わずに隣接するように各時間帯Δtnを設定してもよいし、隣り合う時間帯間に間隔があるように各時間帯Δtnを設定してもよい。ただし、隣り合う時間帯が互いに部分的に重なり合うように各時間帯Δtnを設定することにより、予め決められた観測時間ΔTの間の診断用データにおいて、時間帯Δtnの個数を多く設定することができる。 The diagnostic data acquired in the diagnostic data acquisition step S1 is the transition of the current value during a predetermined observation time ΔT, as shown in FIG. In the diagnostic data, a plurality of different time zones Δt n (n is a natural number) whose time intervals are shorter than ΔT are set. In FIG. 3A, the adjacent time zones partially overlap with each other, but the time zones Δt n may be set so as to be adjacent to each other without overlapping each other, or an interval between the adjacent time zones may be set. Each time zone Δt n may be set so that However, by setting each time zone Δt n so that adjacent time zones partially overlap each other, a large number of time zones Δt n are set in the diagnostic data during the predetermined observation time ΔT. be able to.
周波数スペクトル取得ステップS2において、周波数スペクトル取得部22は、各時間帯Δtnにおける電流値の推移に対して高速フーリエ変換(FFT)のような周波数解析を行うことにより、図3(b)に示されるように、各時間帯Δtnに対応する周波数スペクトルFSn(nは自然数)を取得する。各周波数スペクトルFSnは、中央付近の電源周波数に大きなピークを有し、このピークの左側ではおおよそ右肩上がりの形状を有するとともに、このピークの右側ではおおよそ右肩下がりの形状を有している。
In the frequency spectrum acquisition step S2, the frequency
パラメータ取得ステップS3において、パラメータ取得部23は、図4に示されるように、各周波数スペクトルFSnにおける電源周波数のピークに対して左側に位置するおおよそ右肩上がりの形状を有する領域において、異なる複数の周波数に対する電流値In(nは自然数)を読み取る。図4では、10個の電流値Inを読み取っているが、10個はあくまでも例示であり、できるだけ多くの電流値Inを読み取ることが好ましい。また、図4では、電源周波数のピークに対して左側の領域から電流値Inを読み取っているが、この領域に限定するものではなく、電源周波数のピークに対して右側に位置するおおよそ右肩下がりの形状を有する領域から電流値Inを読み取ってもよく、さらに、電源周波数のピークも含む全周波数の領域から電流値Inを読み取ってもよい。
In the parameter acquisition step S3, as shown in FIG. 4, the
続いて、パラメータ取得部23は、読み取った電流値Inから、周波数スペクトルFSnの形状を示すパラメータを算出する。このパラメータは特に限定しないが、実施形態1ではこのパラメータとして、電流値Inの二乗和平方根(SRSS)を採用する。すなわち、SRSSは以下の式で表される。
SRSS=(I1 2+I2 2+・・・+I10 2)1/2
尚、他のパラメータとして、電流値Inの絶対値の和等を採用してもよい。
Subsequently, the
SRSS = (I 1 2 + I 2 2 + ... + I 10 2 ) 1/2
As another parameter, the sum of absolute values of the current value I n may be adopted.
図3(c)に示されるように、上述した1つの観測時間ΔTにおける診断用データから、複数の異なる時間帯Δtnのそれぞれの診断用データについての各周波数スペクトルFSnのSRSSによって構成される1つのパラメータデータ群PD1が得られる。上述した観測時間ΔTに続く他の複数の観測時間における複数の異なる時間帯それぞれの診断用データについての周波数スペクトルのSRSSから、各パラメータデータ群PD2、PD3、PD4、PD5・・・が得られる。すなわち、複数のパラメータデータ群PDn(nは自然数)の推移が得られる。
As shown in FIG. 3C, the diagnostic data at one observation time ΔT described above is configured by the SRSS of each frequency spectrum FS n for each diagnostic data in a plurality of different time zones Δt n. One parameter data group PD 1 is obtained. From SRSS frequency spectra for a plurality of different time zones each diagnosis data in a plurality of other observation time following the observation time ΔT mentioned above, the parameter data set PD 2, PD 3, PD 4 ,
異常判断ステップS4において、異常判断部24は、各パラメータデータ群PDnの統計量(平均値、中央値、標準偏差、分散等)を算出し、算出された統計量をディスプレイ12に表示する。ディスプレイ12への表示の際、図3(c)で示されるようなパラメータデータ群PDnの推移とともに当該統計量の推移を表示することによって、当該統計量の時間的な変化を視覚的に分かりやすくすることができる。
In the abnormality determination step S4, the
本発明者らの検討によれば、ポンプ2にキャビテーションが発生すると、当該統計量が時間の経過に伴い上昇することが明らかになった。例えば図3(c)では、各パラメータデータ群PDnが時間の経過とともに、すなわちPD1からPD5に向かうに従い、各パラメータデータ群PDnの平均値(又は中央値)及びばらつき(標準偏差、分散)が上昇していることがわかる。この場合には、時間の経過に伴いポンプ2にキャビテーションが発生していると判断することができる。
According to the study by the present inventors, it has been clarified that when cavitation occurs in the
パラメータデータ群PDnの統計量の時間的な変化に基づいてポンプ2にキャビテーションが発生しているか否かを判断する手法は、例えば、当該統計量について、キャビテーションが発生したと判断できる閾値を予め決定しておき、当該統計量が当該閾値を上回った場合に、ポンプ2にキャビテーションが発生していると判断することができる。また、当該統計量の時間的な上昇の程度、例えば、安定している状態から、予め決定しておいた上昇率の閾値を上回る上昇が、当該統計量の時間的な変化に見られた場合に、ポンプ2にキャビテーションが発生していると判断することができる。このような閾値に基づいてポンプ2にキャビテーションが発生しているか否かを判断する場合には、異常判断部24は、ディスプレイ12に、ポンプ2にキャビテーションが発生したことを警告する表示をしてもよい。
A method of determining whether or not cavitation has occurred in the
このように、モータ1の電流値の推移である診断用データについての周波数スペクトルFSnの形状を示すパラメータ(例えばSRSS)に基づいてポンプ2にキャビテーションが発生しているか否かを判断するので、モータ1によって駆動されるポンプ2の異常判断を精度よく行うことができる。
In this way, it is determined whether or not cavitation occurs in the
(実施形態2)
次に、実施形態2に係る異常診断装置及び異常診断方法について説明する。実施形態2に係る異常診断装置及び異常診断方法は、実施形態1に対して、異常判断において機械学習を用いるように変更したものである。尚、実施形態2において、実施形態1の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。
(Embodiment 2)
Next, the abnormality diagnosis device and the abnormality diagnosis method according to the second embodiment will be described. The abnormality diagnosing apparatus and the abnormality diagnosing method according to the second embodiment are different from those of the first embodiment in that machine learning is used in the abnormality determination. In the second embodiment, the same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
図5に示されるように、本開示の実施形態2に係る異常診断装置10は、パラメータ取得部23及び異常判断部24のそれぞれに電気的に接続される記憶部25を備えている。記憶部25は、パラメータ取得部23が算出したパラメータ(実施形態2でも実施形態1と同様にSRSSを採用する)をデータベース30として蓄積する。その他の構成は実施形態1と同じである。
As illustrated in FIG. 5, the
次に、実施形態2に係る異常診断装置10がポンプ2におけるキャビテーションの有無を判断する動作について説明する。
実施形態2に係る異常診断装置10についても、実施形態1に係る異常診断装置10の動作を示した図2のフローチャートの診断用データ取得ステップS1〜パラメータ取得ステップS3までは同じであるが、異常判断ステップS4において、パラメータ取得ステップS3で取得したパラメータに基づいて異常判断部24がポンプ2の異常を判断する動作が異なる。そこで、以下では、実施形態2における異常判断ステップS4について説明する。
Next, the operation of the
The
図5に示されるように、パラメータ取得部23がパラメータ取得ステップS3において取得したパラメータ(SRSS)は、記憶部25に記憶されてパラメータのデータベース30として蓄積される。異常判断部24は、データベース30として蓄積されたSRSSのデータを用いて機械学習により、ポンプ2にキャビテーションが発生していない場合(正常時)及びキャビテーションが発生している場合(異常時)それぞれについてのSRSSのパラメータデータ群PDnの統計量の時間的な変化のパターンを学習する。SRSSのパラメータデータ群PDnの統計量の時間的な変化のパターンについては、適当なタイミングで定期的に機械学習を行うことによって更新することが好ましい。
As shown in FIG. 5, the parameter (SRSS) acquired by the
異常判断部24は、パラメータ取得部23が算出した新規のSRSSのデータから、新規のパラメータデータ群PDnの統計量を算出し、当該統計量の時間的な変化についてのパターンを作成する。異常判断部24は、新規のパラメータデータ群PDnの統計量の時間的な変化についてのパターンを、機械学習によって得られたポンプ2の正常時及び異常時それぞれのついてのパターンと比較することにより、ポンプ2にキャビテーションが発生しているか否かを判断する。
The
このように、機械学習で得られた正常時及び異常時それぞれのSRSSのパラメータデータ群PDnの統計量の時間的な変化のパターンと、パラメータ取得部23によって取得されたSRSSのパラメータデータ群PDnの統計量の時間的な変化のパターンとに基づいてポンプ2にキャビテーションが発生しているか否かを判断するので、モータ1によって駆動されるポンプ2の異常判断をさらに精度よく行うことができる。
In this way, the pattern of temporal changes in the statistics of the SRSS parameter data group PD n obtained by machine learning in each of the normal and abnormal states, and the SRSS parameter data group PD acquired by the
実施形態2のように、異常判断部24がパラメータのパラメータデータ群PDnの統計量の時間的な変化のパターンを機械学習する場合には、SRSSと、SRSS以外の指標との関係から、SRSSに基づいて判断されるキャビテーションの有無以外の異常を判断することもできる。例えば、SRSS以外の指標を、モータ1の回転周波数における電流スペクトル値とした場合、モータ1の回転周波数にピークが発生する異常についても判断することができる。尚、この電流スペクトル値は、診断用データから周波数スペクトル取得部22によって取得される。
When the
図6には、SRSS(横軸)とモータ1の回転周波数における電流スペクトル値(縦軸)との関係の一例を示している。例えば図6において、丸プロットが正常時のデータであり、三角プロットがポンプ2にキャビテーションが発生している場合のデータであり、四角プロットがポンプ2の回転軸にミスアライメントが発生している場合のデータであったとする。ここで、ポンプ2の回転軸にミスアライメントが発生している異常が、モータ1の回転周波数にピークが発生する異常に相当する。異常判断部24は、これらのデータから機械学習によって、SRSSと電流スペクトル値との関係において、ポンプ2が正常であると判断される領域Aと、ポンプ2にキャビテーションが発生していると判断される領域Bと、ポンプ2の回転軸にミスアライメントが発生していると判断される領域Cとを特定する。異常判断部24は、周波数スペクトル取得部22によって取得された電流スペクトル値と、パラメータ取得部23によって取得されたSRSSとの組み合わせが、図6において領域A〜Cのいずれの領域に当てはまるかに基づいて、ポンプ2が正常か異常か、異常な場合はどの異常かを判断することができる。
FIG. 6 shows an example of the relationship between SRSS (horizontal axis) and the current spectrum value (vertical axis) at the rotation frequency of the motor 1. For example, in FIG. 6, the circle plot is the data at the normal time, the triangle plot is the data when the cavitation is generated in the
尚、SRSS以外の指標としてのモータ1の回転周波数における電流スペクトル値は例示に過ぎず、モータ1の回転周波数ではなく、任意の特定の周波数における電流スペクトル値であってもよい。この場合、当該特定の周波数にピークが発生する異常を判断することができる。 The current spectrum value at the rotation frequency of the motor 1 as an index other than SRSS is merely an example, and may be the current spectrum value at any specific frequency instead of the rotation frequency of the motor 1. In this case, it is possible to determine an abnormality in which a peak occurs at the specific frequency.
(実施形態3)
次に、実施形態3に係る異常診断装置及び異常診断方法について説明する。実施形態3に係る異常診断装置及び異常診断方法は、実施形態1に対して、電流に関連するデータを変更したものである。以下では、実施形態1の構成において電流に関連するデータを変更した構成で実施形態3を説明するが、実施形態2の構成において電流に関連するデータを変更することによって実施形態3を構成してもよい。尚、実施形態3において、実施形態1の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。
(Embodiment 3)
Next, the abnormality diagnosis device and the abnormality diagnosis method according to the third embodiment will be described. The abnormality diagnosis device and the abnormality diagnosis method according to the third embodiment are different from the first embodiment in that the data relating to the current is changed. Hereinafter, the third embodiment will be described with a configuration in which the data related to the current is changed in the configuration of the first embodiment. However, the third embodiment is configured by changing the data related to the current in the configuration of the second embodiment. Good. In the third embodiment, the same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
実施形態3に係る異常診断装置10がポンプ2にキャビテーションが発生しているか否かを判断する動作については基本的に、実施形態1に係る異常診断装置10に関する図2のフローチャーに示された手順と同様である。実施形態3において実施形態1と異なるのは、モータ1の電流に関連するデータであり、後者ではモータ1の電流そのものであったのに対し、前者ではモータ1の電流を振幅変調した成分又は位相変調した成分の少なくとも一方である。以下では、モータ1の電流に関連するデータがモータ1の電流値を振幅変調した成分又は位相変調した成分の少なくとも一方であることで、図2フローチャートの各ステップにおいて実施形態1と異なる動作について説明する。
The operation of the
診断用データ取得ステップS1では、診断用データ取得部21は、電流センサ5が検出した電流、すなわちモータ1に給電される電流を、直交する2つの成分、すなわち振幅変調した成分及び位相変調した成分に分解する。この分解は、公知の手法で行うことができ、例えば、当該電流が一相交流の場合はヒルベルト変換によって、当該電流が三相交流の場合はパーク変換によって行うことができる。実施形態3では、モータ1に給電される電流の振幅変調した成分又は位相変調した成分の少なくとも一方の推移が、診断用データとなる。以下のステップでは、診断用データが、モータ1に給電される電流の振幅変調した成分又は位相変調した成分の両方であるとして説明する。
In the diagnostic data acquisition step S1, the diagnostic
周波数スペクトル取得ステップS2では、周波数スペクトル取得部22は、モータ1に給電される電流の振幅変調した成分及び位相変調した成分のそれぞれについての複数の周波数スペクトルFSn(図3(b)参照)を、実施形態1と同様の手法で取得する。続くパラメータ取得ステップS3では、パラメータ取得部23は、周波数スペクトル取得ステップS2で取得された各周波数スペクトルFSnから、SRSSを実施形態1と同様の手法で取得する。異常判断ステップS4では、異常判断部24は、モータ1に給電される電流の振幅変調した成分又は位相変調した成分のそれぞれについて、SRSSの複数のパラメータデータ群PDn(図3(c)参照)を、実施形態1と同様の手法で取得する。
In the frequency spectrum acquisition step S2, the frequency
異常判断部24は、SRSSの複数のパラメータデータ群PDnの前述した統計量を算出し、算出された統計量をディスプレイ12に表示する。図7に、SRSSの複数のパラメータデータ群PDnの標準偏差の時間的な変化の一例を示す。この例では、モータ1に給電される電流の振幅変調した成分から求めたSRSSのパラメータデータ群PDnの標準偏差は時間の経過とともに上昇する傾向にあるが、モータ1に給電される電流の位相変調した成分から求めたSRSSのパラメータデータ群PDnの標準偏差はほぼ一定に推移している。
The
実施形態3においても実施形態1と同様に、各標準偏差の閾値を予め決定しておき、各標準偏差が当該閾値を超えたか否かでポンプ2にキャビテーションが発生したか否かを判断してもよいし、安定している状態から、予め決定しておいた上昇率の閾値を上回る上昇が、各標準偏差の時間的な変化に見られた場合に、ポンプ2にキャビテーションが発生していると判断してもよい。
Also in the third embodiment, similarly to the first embodiment, the threshold value of each standard deviation is determined in advance, and whether or not cavitation has occurred in the
図7に示された例では、モータ1に給電される電流の振幅変調した成分から求めたSRSSのパラメータデータ群PDnの標準偏差の時間的な変化からは、ポンプ2にキャビテーションが発生したと判断できるが、モータ1に給電される電流の位相変調した成分から求めたSRSSのパラメータデータ群PDnの標準偏差の時間的な変化からは、ポンプ2にキャビテーションが発生していないと判断できる。両標準偏差の時間的な変化からポンプ2の異常をどのように判断するかは任意に決定することができ、例えば予め決められた閾値に基づいてポンプ2の異常を判断する場合、両標準偏差の一方が閾値を超えた場合にポンプ2が異常であると判断してもよいし、両標準偏差が閾値を超えた場合にポンプ2が異常であると判断してもよい。
In the example shown in FIG. 7, it is determined that cavitation occurs in the
このように、モータ1の電流値に関するデータが、モータ1に給電される電流を振幅変調した成分又は位相変調した成分の少なくとも一方であることにより、2つの異なる種類の診断用データを用いることができるので、1種類の診断用データを用いる場合に比べて、診断できる異常のバリエーションを増やすことができ、異常判断の精度を向上することができる。尚、図7では、統計量として標準偏差を用いているが、これに限定するものではない。実施形態1と同様に、分散、平均値、中央値等を用いてもよい。 As described above, since the data regarding the current value of the motor 1 is at least one of the amplitude-modulated component and the phase-modulated component of the current supplied to the motor 1, two different types of diagnostic data can be used. Therefore, it is possible to increase the variation of the abnormality that can be diagnosed and to improve the accuracy of the abnormality determination, as compared with the case of using one type of diagnostic data. Although the standard deviation is used as the statistic in FIG. 7, the present invention is not limited to this. As in the first embodiment, the variance, the average value, the median value or the like may be used.
実施形態3において実施形態2のように機械学習を用いてポンプ2の異常判断を行う場合は、モータ1に給電される電流の振幅変調した成分及び位相変調した成分のそれぞれから求めたSRSSをデータベースとして蓄積し、データベースとして蓄積されたSRSSのパラメータデータ群PDnの統計量の時間的な変化のパターンを機械学習し、各統計量の時間的な変化と各パターンとをそれぞれ比較することによってポンプ2の異常を判断することができる。
In the third embodiment, when the abnormality determination of the
実施形態1〜3のそれぞれでは、異常診断装置10は、診断用データ取得部21と、周波数スペクトル取得部22と、パラメータ取得部23と、異常判断部24とを備えていたが、この形態に限定するものではない。診断用データ取得部21及び周波数スペクトル取得部22を異常診断装置10とは別の装置として、例えば、ポンプ2を含むプラントの計器室に設置し、パラメータ取得部23及び異常判断部24のみを含む異常診断装置10を当該プラントとは別の施設等に配置して、当該プラントから遠隔した状態で異常判断を行ってもよい。この場合、本開示の異常診断方法は、パラメータ取得ステップS3及び異常判断ステップS4のみを含むことになる。
In each of the first to third embodiments, the
また、診断用データ取得部21のみを異常診断装置10とは別の装置として、異常診断装置10が周波数スペクトル取得部22と、パラメータ取得部23と、異常判断部24とを備える形態であってもよい。この場合、本開示の異常診断方法は、周波数スペクトル取得ステップS2と、パラメータ取得ステップS3と、異常判断ステップS4とを含むことになる。
In addition, the
1 モータ
2 ポンプ(回転電機)
3 動力線
4 分電盤
5 電流センサ
10 異常診断装置
11 プロセッサー
12 ディスプレイ(表示部)
21 診断用データ取得部
22 周波数スペクトル取得部
23 パラメータ取得部23
24 異常判断部
25 記憶部
30 データベース
1
3
21 diagnostic
24
Claims (15)
前記モータの電流値の推移に基づいて取得された周波数スペクトルから、前記周波数スペクトルの形状を示すパラメータを取得するパラメータ取得部と、
前記パラメータに基づいて前記回転機械の異常を判断する異常判断部と
を備える異常診断装置。 An abnormality diagnosis device for a rotating machine driven by a motor,
From the frequency spectrum acquired based on the transition of the current value of the motor, a parameter acquisition unit that acquires a parameter indicating the shape of the frequency spectrum,
An abnormality diagnosis device comprising: an abnormality determination unit that determines an abnormality of the rotating machine based on the parameter.
前記パラメータに基づいて前記回転機械の異常を判断する機能と
を有するプロセッサーを備える、請求項1に記載の異常診断装置。 A function of calculating the parameter from the frequency spectrum,
The abnormality diagnosis device according to claim 1, further comprising a processor having a function of determining abnormality of the rotating machine based on the parameter.
前記周波数スペクトルから前記パラメータを算出する機能と、
前記パラメータに基づいて前記回転機械の異常を判断する機能と
を有するプロセッサーを備える、請求項2に記載の異常診断装置。 A function of acquiring a frequency spectrum from the transition of the current value,
A function of calculating the parameter from the frequency spectrum,
The abnormality diagnosis device according to claim 2, further comprising a processor having a function of determining abnormality of the rotating machine based on the parameter.
前記診断用データから周波数スペクトルを取得する機能と、
前記周波数スペクトルから前記パラメータを算出する機能と、
前記パラメータに基づいて前記回転機械の異常を判断する機能と
を有するプロセッサーを備える、請求項3に記載の異常診断装置。 A function for acquiring the diagnostic data,
A function to obtain a frequency spectrum from the diagnostic data,
A function of calculating the parameter from the frequency spectrum,
The abnormality diagnosis device according to claim 3, further comprising a processor having a function of determining abnormality of the rotating machine based on the parameter.
前記異常判断部は、前記データベースとして蓄積された前記パラメータから、前記パラメータの正常時及び異常時のパターンを機械学習し、機械学習で得られた前記正常時及び異常時のパターンと、前記パラメータ取得部によって取得された前記パラメータとに基づいて前記回転機械の異常を判断する、請求項1〜9のいずれか一項に記載の異常診断装置。 Further comprising a database configured by accumulating the parameters,
The abnormality determination unit machine-learns normal and abnormal patterns of the parameters from the parameters accumulated as the database, and obtains the normal- and abnormal patterns obtained by machine learning and the parameter acquisition. The abnormality diagnosis device according to claim 1, wherein an abnormality of the rotating machine is determined based on the parameter acquired by the unit.
前記異常判断部は、前記パラメータと、前記モータの所定の回転周波数における電流スペクトル値との関係を機械学習により作成し、前記関係に基づいて、前記パラメータと、前記モータの所定の回転周波数における電流スペクトル値とから前記回転機械の異常を判断する、請求項10に記載の異常診断装置。 The frequency spectrum acquisition unit further acquires a current spectrum value at a predetermined rotation frequency of the motor,
The abnormality determination unit creates a relationship between the parameter and a current spectrum value at a predetermined rotation frequency of the motor by machine learning, and based on the relationship, the parameter and a current at a predetermined rotation frequency of the motor. The abnormality diagnosis device according to claim 10, wherein an abnormality of the rotating machine is determined from a spectrum value.
前記モータの電流値の推移に基づいて取得された周波数スペクトルから、前記周波数スペクトルの形状を示すパラメータを取得するパラメータ取得ステップと、
前記パラメータに基づいて前記回転機械の異常を判断する異常判断ステップと
を備える異常診断方法。 A method for diagnosing an abnormality in a rotating machine driven by a motor, comprising:
From the frequency spectrum acquired based on the transition of the current value of the motor, a parameter acquisition step of acquiring a parameter indicating the shape of the frequency spectrum,
An abnormality determining step of determining an abnormality of the rotating machine based on the parameter.
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