JP2022166404A - 異常検出装置、異常検出方法、及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】監視対象となる設備に異常が生じたか否かを精度良く判断する。【解決手段】異常検出装置１０は、取得部１１０及び判断部１２０を備えている。判断部１２０は、可動部を有する設備に取り付けられた振動センサ２２２の検出結果を示す検出結果情報を取得する。判断部１２０は、検出結果情報を用いて設備の異常の有無を判断する。検出結果情報は、互いに異なる方向を向いている複数の軸それぞれの振動の大きさを含んでいる。判断部１２０は、複数の軸それぞれについて、対象タイミングにおける振動の大きさと、対象タイミングから所定時間前の振動の大きさ又は予め設定されている基準値と、の差分を算出する。そして判断部１２０は、いずれかの軸において差分が基準を超えたときに、対象タイミングにおいて設備に異常が生じていると判断する。【選択図】図３

Description

本発明は、異常検出装置、異常検出方法、及びプログラムに関する。

設備の監視に振動センサを用いる方法がある。例えば特許文献１には、転がり軸受に３つの振動センサを取り付け、これらの振動センサの検出結果を学習モデルを用いて処理することにより、転がり軸受の欠陥を検出することが記載されている。特許文献１において、３つのセンサは、互いに異なる方向の振動を検知している。

国際公開第２０１９／１６８０８６号

本発明者は、監視対象に異常が生じたか否かを精度良く判断するための新たな技術を検討した。本発明の目的の一例は、監視対象に異常が生じたか否かを精度良く判断することにある。

本発明によれば、可動部を有する設備に取り付けられた振動センサの検出結果を示す検出結果情報を取得する取得手段と、
前記検出結果情報を用いて前記設備の異常の有無を判断する判断手段と、
を備え、
前記検出結果情報は、互いに異なる方向を向いている複数の軸それぞれの振動の大きさを含んでおり、
前記判断手段は、
前記複数の軸それぞれについて、対象タイミングにおける振動の大きさと、前記対象タイミングから所定時間前の振動の大きさと、の差分を算出し、
いずれかの前記軸において前記差分が基準を超えたときに、前記対象タイミングにおいて前記設備に異常が生じていると判断する、異常検出装置が提供される。

本発明によれば、コンピュータが、
可動部を有する設備に取り付けられた振動センサの検出結果を示す検出結果情報を取得する取得処理と、
前記検出結果情報を用いて前記設備の異常の有無を判断する判断処理と、
を行い
前記検出結果情報は、互いに異なる方向を向いている複数の軸それぞれの振動の大きさを含んでおり、
前記コンピュータは、前記判断処理において、
前記複数の軸それぞれについて、対象タイミングにおける振動の大きさと、前記対象タイミングから所定時間前の振動の大きさと、の差分を算出し、
いずれかの前記軸において前記差分が基準を超えたときに、前記対象タイミングにおいて前記設備に異常が生じていると判断する、異常検出方法が提供される。

本発明によれば、 コンピュータに、
可動部を有する設備に取り付けられた振動センサの検出結果を示す検出結果情報を取得する取得機能と、
前記検出結果情報を用いて前記設備の異常の有無を判断する判断機能と、
を持たせ、
前記検出結果情報は、互いに異なる方向を向いている複数の軸それぞれの振動の大きさを含んでおり、
前記判断機能は、
前記複数の軸それぞれについて、対象タイミングにおける振動の大きさと、前記対象タイミングから所定時間前の振動の大きさと、の差分を算出し、
いずれかの前記軸において前記差分が基準を超えたときに、前記対象タイミングにおいて前記設備に異常が生じていると判断する、プログラムが提供される。

本発明によれば、監視対象となる設備に異常が生じたか否かを精度良く判断できる。

実施形態に係る異常検出装置の使用環境を説明するための図である。 振動センサが検出するデータを説明するための図である。 異常検出装置の機能構成の一例を示す図である。 異常検出装置のハードウェア構成例を示す図である。 異常検出装置が行う処理の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

図１は、実施形態に係る異常検出装置１０の使用環境を説明するための図である。実施形態に係る異常検出装置１０は、監視対象となる設備２０に生じた振動を処理することにより、設備２０の異常を検知し、及び／又は予知する。設備２０は、例えば工場に設けられている。以下の説明では、設備２０はベルトコンベアとする。このベルトコンベアは、例えば製鉄所や発電所において石炭やコークスなどを搬送している。また、このベルトコンベアが製鉄所に設置されている場合、このベルトコンベアは鉄鉱石を搬送していることもある。

設備２０には、少なくとも一つの振動センサ２２２が取り付けられている。本図に示す例において、設備２０は複数の回転軸２２０を有している。振動センサ２２２は、設備２０のベルト２１０又は回転軸に生じた振動を検知する。本図に示す例において、振動センサ２２２は、複数の回転軸２２０それぞれに、又はその近傍に取り付けられている。ただし、振動センサ２２２は、設備２０の他の部分にも取り付けられてもよい。詳細を後述するように、振動センサ２２２は、互いに異なる複数の軸（例えば３軸）それぞれの振動を検知する。

設備２０に生じる異常としては、ベルト２１０の部分破断、搬送物３０の落下、回転軸２２０の異常、及びアライメントのずれなどがある。そしてこれらの異常が生じた場合、又は異常が生じそうになった場合、ベルト２１０又は回転軸２２０に、通常とは異なる振動が生じる。異常検出装置１０は、振動センサ２２２が検知した振動を処理することにより、この異常を検知し、または異常の発生を予知する。

設備２０は制御装置２２によって制御されている。異常検出装置１０は、制御装置２２から設備２０の制御情報を取得し、この制御情報を用いて異常の検知及び／又は予知を行う。

図２は、振動センサ２２２が検出するデータを説明するための図である。上記したように、振動センサ２２２は、互いに異なる複数の軸、例えば３軸それぞれの振動を検知する。本図に示す例において、ベルト２１０の進行方向に平行な方向をｘ軸（第１軸）、ベルト２１０の表面に垂直な方向をｙ軸（第２軸）、ベルト２１０の幅方向に平行な方向をｚ軸（第３軸）とする。振動センサ２２２は、これら３つの軸それぞれの振動を検出する。

なお、振動センサ２２２は３つのセンサで構成されていてもよいし、一つのセンサであってもよい。また、振動センサ２２２は２つの軸（例えばｘ軸及びｙ軸、ｘ軸及びｚ軸、又はｙ軸及びｚ軸）の振動を検出してもよい。さらに振動センサ２２２は、４軸以上の方向のそれぞれの振動を検出してもよい。この場合、４軸のうちすくなくとも２つが成す角度は、９０°未満になる。

図３は、異常検出装置１０の機能構成の一例を示す図である。異常検出装置１０は、取得部１１０、判断部１２０、及び出力部１３０を備えている。

取得部１１０は、検出結果情報を取得する。検出結果情報は、振動センサ２２２が生成したデータそのものであってもよいし、このデータを処理することにより生成されていてもよい。振動結果情報は、振動センサ２２２が検出した複数の軸それぞれの振動を示す情報、例えば図２に示した３つの軸それぞれの振動を示す情報を含んでいる。また、取得部１１０は、取得した検出結果情報を記憶部１４０に記憶させる。このため、記憶部１４０は、検出結果情報の履歴、すなわち設備２０で生じた振動の履歴を記憶することができる。

判断部１２０は、解析対象となっているタイミング（以下、対象タイミングと記載）で生成された検出結果情報を処理することにより、設備２０の異常の有無を判断する。異常検出装置１０がリアルタイムでデータを処理する場合、対象タイミングは、現在時刻である。一方、異常検出装置１０がバッチ式でデータを処理する場合、対象タイミングは任意の日時になる。この際、判断部１２０は、対象タイミングより所定間前の検出結果前情報と、対象タイミングの検出結果情報と、を用いて、設備２０の異常の有無を判断する。

詳細には、判断部１２０は、複数の軸それぞれについて、対象タイミングにおける振動の大きさと、所定時間前の振動の大きさと、の差分を算出する。例えば、判断部１２０は、所定期間（この期間の長さの一例は、１０秒以上１分以内）における、振幅の最大値の差分を算出してもよいし、振幅の平均値の差分を算出してもよい。この際、判断部１２０は、所定時間前の振動の大きさを、記憶部１４０が記憶している情報を用いて特定する。そして判断部１２０は、いずれかの軸において差分が基準を超えたときに、対象タイミングにおいて設備２０に異常が生じていると判断する。ここで用いられる基準は、複数の軸に共通であってもよいし、少なくとも一つの軸において他の軸とは異なっていてもよい。

この際、判断部１２０は、差分が基準を超えた軸の種類を用いて、異常の種類を判断することができる。

例えば判断部１２０は、図２に示したｘ軸（第１軸）における差分が基準を超えたとき、ベルト２１０に搭載されている搬送物３０のバランスが悪いと判断する。この場合、判断部１２０は、ベルト２１０に搬送物３０を配置する装置に異常が生じている可能性が高いと判断する。

また、判断部１２０は、図２に示したｙ軸（第２軸）における差分が基準を超えたとき、ベルトコンベアを構成している部品の少なくとも一つが破損していると判断する。

また、判断部１２０は、図３に示したｚ軸（第３軸）における差分が基準を超えたとき、ベルト２１０を構成している部品の少なくとも一つの調整が必要であると判断する。このような場合は、たとえばいずれかの部品にミスアライメントが生じている場合が考えられる。

出力部１３０は、判断部１２０によって設備２０の異常が検出されたとき、その旨を示す出力を行う。判断部１２０が異常の種類も判断していた場合、出力部１３０は、この異常の種類を示す情報も出力する。この出力は、例えば設備２０の管理者が操作する端末に対して行われる。

なお、上記した処理は、バッチ形式で行われてもよいし、リアルタイムで行われてもよい。

図４は、異常検出装置１０のハードウェア構成例を示す図である。異常検出装置１０は、バス１０１０、プロセッサ１０２０、メモリ１０３０、ストレージデバイス１０４０、入出力インタフェース１０５０、及びネットワークインタフェース１０６０を有する。

バス１０１０は、プロセッサ１０２０、メモリ１０３０、ストレージデバイス１０４０、入出力インタフェース１０５０、及びネットワークインタフェース１０６０が、相互にデータを送受信するためのデータ伝送路である。ただし、プロセッサ１０２０などを互いに接続する方法は、バス接続に限定されない。

プロセッサ１０２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などで実現されるプロセッサである。

メモリ１０３０は、ＲＡＭ（Random Access Memory）などで実現される主記憶装置である。

ストレージデバイス１０４０は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、メモリカード、又はＲＯＭ（Read Only Memory）などで実現される補助記憶装置である。ストレージデバイス１０４０は異常検出装置１０の各機能（例えば取得部１１０、判断部１２０、及び出力部１３０）を実現するプログラムモジュールを記憶している。プロセッサ１０２０がこれら各プログラムモジュールをメモリ１０３０上に読み込んで実行することで、そのプログラムモジュールに対応する各機能が実現される。また、ストレージデバイス１０４０は記憶部１４０としても機能する。

入出力インタフェース１０５０は、異常検出装置１０と各種入出力機器とを接続するためのインタフェースである。

ネットワークインタフェース１０６０は、異常検出装置１０をネットワークに接続するためのインタフェースである。このネットワークは、例えばＬＡＮ（Local Area Network）やＷＡＮ（Wide Area Network）である。ネットワークインタフェース１０６０がネットワークに接続する方法は、無線接続であってもよいし、有線接続であってもよい。異常検出装置１０は、ネットワークインタフェース１０６０を介して振動センサ２２２及び制御装置２２と通信してもよい。

図５は、異常検出装置１０が行う処理の一例を示すフローチャートである。異常検出装置１０は、本図に示す処理をリアルタイムで行う。ただし異常検出装置１０は、本図に示す処理と同等の処理をバッチ式で行ってもよい。

まず取得部１１０は検出結果情報を取得する（ステップＳ１０）。次いで判断部１２０は、所定時間前の振動結果情報を記憶部１４０から読み出し、読み出した情報と、ステップＳ１１０で取得した情報の差分を算出する（ステップＳ２０）。そして判断部１２０は、算出した差分を用いて、設備２０に異常を生じているか否かを判断する。また判断部１２０は、異常が生じていた場合、その異常の種類も判断する（ステップＳ３０）。ステップＳ３０で行われる処理の具体例は、図３を用いて説明した通りである。

その後、出力部１３０は、判断部１２０による判断結果を示す情報を出力する（ステップＳ４０）。この出力は、異常が検知された場合にのみ行われてもよいし、異常の有無にかかわらず行われてもよい。

以上、本実施形態によれば、判断部１２０は、設備２０に異常が生じたか否かを精度良く判断できる。

なお、本実施形態において、判断部１２０は、所定時間前の振動の大きさの代わりに、基準となる振動の大きさ、すなわち予め設定されている基準値を用いてもよい。この基準値は、軸方向によって異なっていてもよい。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

また、上述の説明で用いた複数のフローチャートでは、複数の工程（処理）が順番に記載されているが、各実施形態で実行される工程の実行順序は、その記載の順番に制限されない。各実施形態では、図示される工程の順番を内容的に支障のない範囲で変更することができる。また、上述の各実施形態は、内容が相反しない範囲で組み合わせることができる。

上記の実施形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下に限られない。
１．可動部を有する設備に取り付けられた振動センサの検出結果を示す検出結果情報を取得する取得手段と、
前記検出結果情報を用いて前記設備の異常の有無を判断する判断手段と、
を備え、
前記検出結果情報は、互いに異なる方向を向いている複数の軸それぞれの振動の大きさを含んでおり、
前記判断手段は、
前記複数の軸それぞれについて、対象タイミングにおける振動の大きさと、前記対象タイミングから所定時間前の振動の大きさ又は予め設定されている基準値と、の差分を算出し、
いずれかの前記軸において前記差分が基準を超えたときに、前記対象タイミングにおいて前記設備に異常が生じていると判断する、異常検出装置。
２．上記１に記載の異常検出装置において、
前記判断手段は、前記差分が基準を超えた前記軸の種類を用いて、前記異常の種類を判断する異常検出装置。
３．上記２に記載の異常検出装置において、
前記設備はベルトコンベアを有しており、
前記複数の軸は、前記ベルトコンベアの進行方向に平行な第１軸、前記ベルトコンベアの表面に垂直な第２軸、並びに前記ベルトコンベアの幅方向に平行な第３軸である異常検出装置。
４．上記３に記載の異常検出装置において、
前記判断手段は、前記第１軸における前記差分が基準を超えたとき、前記ベルトコンベアに搭載されている搬送物のバランスが悪いと判断する、異常検出装置。
５．上記３又は４に記載の異常検出装置において、
前記判断手段は、前記第２軸における前記差分が基準を超えたとき、前記ベルトコンベアを構成している部品の少なくとも一つが破損していると判断する、異常検出装置。
６．上記３～５のいずれか一項に記載の異常検出装置において、
前記判断手段は、前記第３軸における前記差分が基準を超えたとき、前記ベルトコンベアを構成している部品の少なくとも一つの調整が必要であると判断する、異常検出装置。
７．コンピュータが、
可動部を有する設備に取り付けられた振動センサの検出結果を示す検出結果情報を取得する取得処理と、
前記検出結果情報を用いて前記設備の異常の有無を判断する判断処理と、
を行い
前記検出結果情報は、互いに異なる方向を向いている複数の軸それぞれの振動の大きさを含んでおり、
前記コンピュータは、前記判断処理において、
前記複数の軸それぞれについて、対象タイミングにおける振動の大きさと、前記対象タイミングから所定時間前の振動の大きさ又は予め設定されている基準値と、の差分を算出し、
いずれかの前記軸において前記差分が基準を超えたときに、前記対象タイミングにおいて前記設備に異常が生じていると判断する、異常検出方法。
８．上記７に記載の異常検出方法において、
前記コンピュータは、前記判断処理において、前記差分が基準を超えた前記軸の種類を用いて、前記異常の種類を判断する異常検出方法。
９．上記８に記載の異常検出方法において、
前記設備はベルトコンベアを有しており、
前記複数の軸は、前記ベルトコンベアの進行方向に平行な第１軸、前記ベルトコンベアの表面に垂直な第２軸、並びに前記ベルトコンベアの幅方向に平行な第３軸である異常検出方法。
１０．上記９に記載の異常検出方法において、
前記コンピュータは、前記判断処理において、前記第１軸における前記差分が基準を超えたとき、前記ベルトコンベアに搭載されている搬送物のバランスが悪いと判断する、異常検出方法。
１１．上記９又は１０に記載の異常検出方法において、
前記コンピュータは、前記判断処理において、前記第２軸における前記差分が基準を超えたとき、前記ベルトコンベアを構成している部品の少なくとも一つが破損していると判断する、異常検出方法。
１２．上記９～１１のいずれか一項に記載の異常検出方法において、
前記コンピュータは、前記判断処理において、前記第３軸における前記差分が基準を超えたとき、前記ベルトコンベアを構成している部品の少なくとも一つの調整が必要であると判断する、異常検出方法。
１３．コンピュータに、
可動部を有する設備に取り付けられた振動センサの検出結果を示す検出結果情報を取得する取得機能と、
前記検出結果情報を用いて前記設備の異常の有無を判断する判断機能と、
を持たせ、
前記検出結果情報は、互いに異なる方向を向いている複数の軸それぞれの振動の大きさを含んでおり、
前記判断機能は、
前記複数の軸それぞれについて、対象タイミングにおける振動の大きさと、前記対象タイミングから所定時間前の振動の大きさ又は予め設定されている基準値と、の差分を算出し、
いずれかの前記軸において前記差分が基準を超えたときに、前記対象タイミングにおいて前記設備に異常が生じていると判断する、プログラム。
１４．上記１３に記載のプログラムにおいて、
前記判断機能は、前記差分が基準を超えた前記軸の種類を用いて、前記異常の種類を判断するプログラム。
１５．上記１４に記載のプログラムにおいて、
前記設備はベルトコンベアを有しており、
前記複数の軸は、前記ベルトコンベアの進行方向に平行な第１軸、前記ベルトコンベアの表面に垂直な第２軸、並びに前記ベルトコンベアの幅方向に平行な第３軸であるプログラム。
１６．上記１５に記載のプログラムにおいて、
前記判断機能は、前記第１軸における前記差分が基準を超えたとき、前記ベルトコンベアに搭載されている搬送物のバランスが悪いと判断する、プログラム。
１７．上記１５又は１６に記載のプログラムにおいて、
前記判断機能は、前記第２軸における前記差分が基準を超えたとき、前記ベルトコンベアを構成している部品の少なくとも一つが破損していると判断する、プログラム。
１８．上記１５～１７のいずれか一項に記載のプログラムにおいて、
前記判断機能は、前記第３軸における前記差分が基準を超えたとき、前記ベルトコンベアを構成している部品の少なくとも一つの調整が必要であると判断する、プログラム。

１０ 異常検出装置
２０ 設備
２２ 制御装置
３０ 搬送物
１１０ 取得部
１２０ 判断部
１３０ 出力部
１４０ 記憶部
２１０ ベルト
２２０ 回転軸
２２２ 振動センサ

Claims (8)

1. 可動部を有する設備に取り付けられた振動センサの検出結果を示す検出結果情報を取得する取得手段と、
   前記検出結果情報を用いて前記設備の異常の有無を判断する判断手段と、
   を備え、
   前記検出結果情報は、互いに異なる方向を向いている複数の軸それぞれの振動の大きさを含んでおり、
   前記判断手段は、
   前記複数の軸それぞれについて、対象タイミングにおける振動の大きさと、前記対象タイミングから所定時間前の振動の大きさ又は予め設定されている基準値と、の差分を算出し、
   いずれかの前記軸において前記差分が基準を超えたときに、前記対象タイミングにおいて前記設備に異常が生じていると判断する、異常検出装置。
2. 請求項１に記載の異常検出装置において、
   前記判断手段は、前記差分が基準を超えた前記軸の種類を用いて、前記異常の種類を判断する異常検出装置。
3. 請求項２に記載の異常検出装置において、
   前記設備はベルトコンベアを有しており、
   前記複数の軸は、前記ベルトコンベアの進行方向に平行な第１軸、前記ベルトコンベアの表面に垂直な第２軸、並びに前記ベルトコンベアの幅方向に平行な第３軸である異常検出装置。
4. 請求項３に記載の異常検出装置において、
   前記判断手段は、前記第１軸における前記差分が基準を超えたとき、前記ベルトコンベアに搭載されている搬送物のバランスが悪いと判断する、異常検出装置。
5. 請求項３又は４に記載の異常検出装置において、
   前記判断手段は、前記第２軸における前記差分が基準を超えたとき、前記ベルトコンベアを構成している部品の少なくとも一つが破損していると判断する、異常検出装置。
6. 請求項３～５のいずれか一項に記載の異常検出装置において、
   前記判断手段は、前記第３軸における前記差分が基準を超えたとき、前記ベルトコンベアを構成している部品の少なくとも一つの調整が必要であると判断する、異常検出装置。
7. コンピュータが、
   可動部を有する設備に取り付けられた振動センサの検出結果を示す検出結果情報を取得する取得処理と、
   前記検出結果情報を用いて前記設備の異常の有無を判断する判断処理と、
   を行い
   前記検出結果情報は、互いに異なる方向を向いている複数の軸それぞれの振動の大きさを含んでおり、
   前記コンピュータは、前記判断処理において、
   前記複数の軸それぞれについて、対象タイミングにおける振動の大きさと、前記対象タイミングから所定時間前の振動の大きさ又は予め設定されている基準値と、の差分を算出し、
   いずれかの前記軸において前記差分が基準を超えたときに、前記対象タイミングにおいて前記設備に異常が生じていると判断する、異常検出方法。
8. コンピュータに、
   可動部を有する設備に取り付けられた振動センサの検出結果を示す検出結果情報を取得する取得機能と、
   前記検出結果情報を用いて前記設備の異常の有無を判断する判断機能と、
   を持たせ、
   前記検出結果情報は、互いに異なる方向を向いている複数の軸それぞれの振動の大きさを含んでおり、
   前記判断機能は、
   前記複数の軸それぞれについて、対象タイミングにおける振動の大きさと、前記対象タイミングから所定時間前の振動の大きさ又は予め設定されている基準値と、の差分を算出し、
   いずれかの前記軸において前記差分が基準を超えたときに、前記対象タイミングにおいて前記設備に異常が生じていると判断する、プログラム。

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