JP3046426B2 - プラント機器の監視装置 - Google Patents

プラント機器の監視装置

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JP3046426B2 JP3302860A JP30286091A JP3046426B2 JP 3046426 B2 JP3046426 B2 JP 3046426B2 JP 3302860 A JP3302860 A JP 3302860A JP 30286091 A JP30286091 A JP 30286091A JP 3046426 B2 JP3046426 B2 JP 3046426B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、プラントの機器・設備
の監視・特に振動や固体伝播音を測定することにより異
常の有無を判定し、監視するプラント機器の監視装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】発電プラントや鉄鋼プラント、化学プラ
ントなどは数多くの機器から構成されている。これらの
大規模プラントは社会的、経済的な存在意義が非常に大
きく、計画外の停止は極力避ける必要がある。また、こ
れらのプラントは各機器が複雑に結合している巨大なシ
ステムであり、一部の機器の故障でも大きな事故へ至る
危険性がある。それゆえ機器の故障や事故をできるだけ
速く発見し、対処する必要があり、そのため、常時、巡
視点検が行われている。
【0003】しかしながら、これらの巡視点検は多大な
時間を要するだけでなく危険を伴う場合もあり、大きな
労働負荷となっている。しかも、これらの巡視は高度な
知識と経験が必要とされるものであり、特定の人に負荷
が集中する状況となっている。このような背景から、巡
視の自動化の要求が高まってきている。
【0004】巡視の自動化のため、機器の異常を早期に
発見する手段として最も広く行われているのは、振動や
固体伝播音による監視方法である。この方法による従来
技術をポンプ/モータに適用した場合の例につき、図8
ないし図11を参照して説明する。
【0005】ポンプ/モータ1にはセンサ2が取付けら
れており、このセンサからの信号は前置アンプ3および
センサ切替器4を経てアンプ5に入力され、増幅され
る。さらにA/D変換器6によってディジタル量に変換
され、判定処理部7に入力されて異常の有無が判定され
る。
【0006】異常の判定処理は、例えば図9(a)に示
すように、FFTによって周波数領域のデータに変換し
た後、予め設定されているしきい値(図示のように周波
数の関係となる)と比較する方法、あるいは図9(b)
に示すように、単純にRMS値(信号の自乗平均の平均
値であり、図9(a)のFFT結果のオーバーオール値
に相当する)としきい値を比較する方法などがある。な
お、センサ2としては、高周波用のAEセンサや、それ
以下の比較的低い周波数用の一般の加速度センサがよく
用いられている。これらのセンサは同様な原理に基づく
ものであるが、ここでは高周波用センサの代わりにAE
センサ、低周波用センサの代わりに加速度センサという
表現を用いる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】プラント機器・設備は
多種多用な機器から構成されており、また、一つの機器
をとってみても、様々な部品を有している。機器の異常
が振動や固体伝播音として表われる際も、様々な周波数
成分がある。数10KHz以上の高周波領域の信号は、例
えば金属のクラックや金属同士の接触、流体のリーク
音、あるいはポンプのキャビテーション等に関係する場
合が多い。これらの検出にはAEセンサが用いられてい
る。また数10〜数100Hz程度の領域は回転機器の回
転周波数成分、あるいはその高次成分の場合が多く、回
転機器の回転部の異常の大部分はこの周波数成分を監視
することにより検出されることが多い、これらは一般の
加速度センサや変位センサ等によって計測される。
【0008】さらに、数Hz以下の振動数成分は、例えば
ポンプと配管によるサージングやウォータハンマ等、プ
ラントの複数の機器・設備の干渉によるものが多い。こ
れらは数10Hz以上の振動成分(例えば、衝撃音や流体
音)が数Hz以下の周波数で変動することによって検出で
きる。しかしながら、前述のAEセンサや加速度センサ
での長時間の計測が必要となる。
【0009】図10はポンプを例にとって、周波数と異
常事象の関係を表示したものである。高い周波数の異常
には軸受の異常や軸のクラック、キャビテーションがあ
り、中間的な数10Hz〜数100Hzの周波数の異常には
アンバランスやミスアライメント等がある。さらに数Hz
以下の周波数の異常にはサージングやウォータハンマ等
がある。
【0010】ところが、図8のような従来技術による装
置においては、限られた周波数領域の処理しかできず、
検出できる異常項目には制限があった。例えば、センサ
2をAEセンサとし、高周波信号の処理を行う前置アン
プ3、アンプ5、A/D変換器6を用いる場合には、図
11(a)に示すような原振動波形が、同図(b)に示
すように低周波の信号成分が除去された波形になってし
まう。これは、アンプが飽和しないよう低周波成分をハ
イパスフィルタ等で除去しているためである。また、F
FTの結果も、その分解能に限界があり、低周波領域の
信頼性は低い。従って、軸受の異常やキャビテーション
の検知はできても、アンバランスやミスアライメントの
検出は難しい。
【0011】一方、センサ2を一般の加速度センサと
し、また前置アンプ3、アンプ5およびA/D変換器6
として数10〜数100Hzの信号成分の処理を行うもの
を用いた場合には、図11(c)に示すように、高周波
成分の情報は失われ、軸受の異常やキャビテーションの
異常は検知できない。また、サージングのように極く低
い周波数の検知は異常の判定精度を確保するためには長
時間(数秒〜数十秒)の監視が必要となる。
【0012】このように、従来の技術においては、高い
周波数の異常と低い周波数の異常を両方ともは捕えるこ
とができず、巡視の自動化という意味からは、不完全な
監視技術であった。また、各々の異常に応じた監視装置
を設ければ種々の異常の検知が可能となるが、多種多数
の機器からなる大規模なプラントでの実現は多大なコス
トとスペースを要するため、現実的とは言えない。
【0013】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、多種多様の機器からなり多数の計測点を有
するプラントにおいても、あらゆる異常を簡便な装置に
よりしかも短時間で処理できるプラント機器の監視装置
を提供することを目的とするものである。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明のプラント機器の
監視装置は、プラント機器の振動又は固体伝播音をセン
サによって検出し異常判定を行うプラント機器の監視装
置において、前記検出された振動又は固体伝播音の信号
から所定の周波数帯域を濾波する複数の濾波手段と、前
記濾波された信号をAD変換する手段と、前記濾波され
前記AD変換された信号であって比較的高周波において
濾波されたものについて異常を判定する第1の判定手段
と、前記濾波され前記AD変換された信号であって比較
的高周波において濾波されたものにおける低域側周波数
帯について正常か否かを判定する第2の判定手段と、前
記第2の判定手段により判定された結果が正常とは言え
ない場合に前記濾波され前記AD変換された信号であっ
て比較的低周波において濾波されたものについて異常を
判定する第3の判定手段とを有することを特徴とする。
【0015】
【作用】上述のように構成された本発明のプラント機器
の監視装置においては、検出された振動又は固体伝播音
の信号から所定の周波数帯域を濾波する複数の濾波手段
で濾波し、濾波された信号をAD変換し、濾波されAD
変換された信号であって比較的高周波において濾波され
たものについて異常を判定し、濾波されAD変換された
信号であって比較的高周波において濾波されたものにお
ける低域側周波数帯について別に正常か否かを判定し、
この別に判定された結果が正常とは言えない場合に濾波
され前記AD変換された信号であって比較的低周波にお
いて濾波されたものについて異常を判定する。
【0016】
【実施例】次に、図面を参照しながら本発明の実施例を
説明する。
【0017】図1は本発明の第1の実施例の構成図であ
り、監視対象機器としては、プラントに多数存在するポ
ンプと駆動用のモータ(ポンプ/モータ)10が例示さ
れており、その計測点にはセンサ11が設置されてい
る。その他の監視対象機器(図示せず)にもそれぞれセ
ンサ11が設置されている。これらのセンサ11は、図
2に示すように、高周波領域用のAEセンサ11aと低
周波領域用の加速度センサ11bを内蔵しており、各セ
ンサからはケーブル12a、12bが導出され、各々前
置アンプ13a、13bへ接続されている。各前置アン
プ13a、13bからの信号はセンサ切替器14に入力
され、多数のセンサ11から、高周波領域と低周波領域
の一組の信号が選択される。センサ切替器14によって
選択された一組の信号は高周波用アンプ15a、低周波
用アンプ15b、高周波用A/D変換器16a、低周波
用A/D変換器16bで別々に増幅・変換された後、判
定処理部17に入力され、異常の有無が判定される。
【0018】上記において、ポンプ/モータ10の振動
や固体伝播音の内、数10KHz以上の超音波領域の成分
はAEセンサ11aによって検出され、それ以下の成分
は加速度センサ11bによって検出される。AEセンサ
11a及び加速度センサ11bからの信号は高周波用ア
ンプ15a又は低周波用アンプ15bで増幅されるが、
この際、高周波用アンプ15aでは数10KHz以上の成
分のみが増幅され、低周波用アンプ15bではそれ以下
の成分のみが増幅される。各々のアンプで増幅された信
号はA/D変換器16a、16bでディジタル量に変換
されるが、高周波用A/D変換器16aでは数10KHz
〜数100KHzの信号成分を処理するため、数100K
Hz〜数MHzのサンプリング周期でA/D変換が行われ
る。また、低周波用A/D変換器16bにおいても適切
なサンプリング周期が設定されている。 判定処理部1
7では、FFTにより所定の周波数領域毎のデータに変
換され、図3に示すように低周波、高周波各々の予め設
定されたしきい値と比較される。これらのしきい値を越
えた場合に、異常と判定される。
【0019】例えば、ポンプ/モータ10のポンプにキ
ャビテーションが発生した場合には、非常に高い周波数
の振動あるいは固体伝播音が発生し、センサ11で検出
されることになる。センサ11の中、加速度センサ11
bではそれらの高周波信号は検出できないが、AEセン
サ11aによって捕えられる。AEセンサ11aからの
信号は前置アンプ13a及びセンサ切替器14を経て高
周波用アンプ15aで増幅され、さらに高周波用A/D
変換器16aで短いサンプリング周期でA/D変換され
る。さらに判定処理部17でFFTにより周波数領域の
データに変換され、図3(b)で示すように、しきい値
と比較され、異常と判定される。
【0020】アンバランス等、比較的低い周波数での異
常は、加速度センサ11bで検出され、上記と同様に、
前置アンプ13b及びセンサ切替器14を経て低周波用
アンプ15bで増幅され、さらに低周波用A/D変換器
16bで比較的長いサンプリング周期でA/D変換され
る。さらに判定処理部17でFFTにより周波数領域の
データに変換され、図3(a)に示すように、しきい値
と比較され、異常と判定される。以上説明したように、
本実施例によれば、簡単な装置により、高周波から低周
波までの任意の周波数帯域の異常を検出することができ
る。
【0021】ところで、一般に高周波用のセンサでもあ
る程度の低周波振動を捕えることができる。この性質を
利用してセンサを小さくしたのが図4の実施例である。
この例では、センサとして高周波用であるAEセンサが
用いられ、前置アンプ20に内蔵されるバンドパスフィ
ルタ21a(高周波成分のみを通過させるハイパスフィ
ルタ)及び21b(低周波成分のみを通過させるローパ
スフィルタ)によって信号が高周波と低周波に分割さ
れ、各々高周波用前置アンプ22aと低周波用前置アン
プ22bによって別々の信号として導出される。これ以
外の構成図は図1と同じである。このようにすれば、セ
ンサは計測点毎に1個となり、より簡便に監視装置を構
成できる。
【0022】図5は、複数のサンプリング周期を有する
A/D変換器を用いた実施例である。高周波用アンプ1
5aと低周波用15bからの信号は信号切替器30を経
て複数のサンプリング周期を持つA/D変換器31へ至
る。サンプリング周期指示部32は、高周波用アンプ1
5aからの信号を選択したときには高い周波数のサンプ
リング周期をA/D変換器31へ指示し、低周波用アン
プ15bからの信号を選択したときには低い周波数のサ
ンプリング周期をA/D変換器31へ指示する。この実
施例によれば、1個のA/D変換器で済むことになり、
よりコンパクトなプラント機器の監視装置が実現でき
る。
【0023】なお、以上の説明においては、高周波と低
周波の2系列のみの例を示したが、3系列以上に増やす
と、より精度が向上することは言うまでもない。特に、
図4、図5の実施例は3系列以上の信号周波数帯域を有
する監視装置を構成する際に効果がある。
【0024】大規模なプラントでの監視のように、計測
点の数が増加してくると、計測処理に要する時間が問題
となる。高周波の処理より低周波の処理が長時間を要す
ることは言うまでもない。例えば、ポンプのサージング
を検知するには数Hz以下の周期の事象を捕える必要があ
り、精度を確保するためのFFTの平均化処理等を考え
れば、数秒〜数十秒必要となる。このような場合に有効
な実施例を図6に示す。 同図において、異常判定部は
高周波異常判定部17aと、低周波異常判定部17b
と、低周波異常仮判定部17cとから成り、高周波用の
A/D変換器16aからの信号は、高周波異常判定部1
7a及び低周波異常仮判定部17cへ送られる。また、
低周波異常仮判定部17cで低周波異常の疑い有りと判
定されたときは低周波処理指令信号40が発せられ、低
周波A/D変換器16b、低周波異常判定部17bの処
理が実行される。なお、低周波異常仮判定部17cとし
ては、例えば通常のFFT処理での低周波領域のデータ
を用いてもよいし、あるいはARモデルや最大エントロ
ピー法等によって低周波成分を推測したりする方法等を
用いてもよい。
【0025】このような構成のプラント機器監視装置に
おいては、通常は高周波信号のみが処理されるので、1
計測点あたりの計測処理時間は短い。もし低周波異常が
発生、あるいはそれに近い状態になれば、低周波異常仮
判定部17cで疑い有りと判定され、低周波信号の処理
が実行される。これは低周波の異常が発生、あるいはそ
れに近い状態のときのみ、長時間を要する低周波の異常
判定処理が行われることを意味する。従って、トータル
の処理時間は大幅に短縮される。
【0026】次に、可搬式のプラント機器監視装置の実
施例を説明する。図7(a)は本実施例の外観を示すも
ので、50は手で持つことによって振動を捕えるセンサ
プローブであり、その検出信号は監視装置本体51へ導
かれる。監視装置本体51で処理された結果は表示装置
52へ表示される。また、監視装置本体51にはセンサ
プローブ50を対象機器に押付けている間中、点灯する
計測中ランプ53が備えられている。
【0027】図7(b)は監視装置本体51の内部構成
を示したもので、センサプローブ50からの信号は、前
置増幅器(図示せず)で増幅された後、高周波信号は高
周波用アンプ15aへ送られ、低周波信号は低周波用ア
ンプ15bへ送られる。これらのアンプ15a、15b
からの信号はA/D変換器16a、16bによってディ
ジタル値へ変換され、高周波信号は高周波異常判定部1
7a及び低周波異常仮判定部17cへ送られる。低周波
異常仮判定部17cで異常の疑い有りと判定された場合
は低周波処理指令40が送られ、低周波A/D変化器1
6bと低周波異常判定部17bが動作する。高周波異常
判定部17a及び低周波異常判定部17bの出力は表示
装置52に表示される。また、高周波異常判定部17a
又は低周波異常判定部17bが動作中、すなわち高速処
理実行中と、低周波異常判定16bが動作中(従って、
センサプローブ50を対象機器に押し当てる必要がある
間中)には計測中ランプ53が点灯する。
【0028】この実施例においては、例えばポンプの軸
受異常のように短時間で終了する処理と、アンバランス
やガタのように比較的低い周波数で何度も平均化処理を
必要とする処理を行う必要がある場合でも、計測を短時
間で終了できる。計測の時間(すなわちセンサプローブ
40を対象機器に押付けている時間)は短い場合と長い
場合があるが、作業員はランプの点灯により計測中であ
ることを知ることができ、誤計測の心配はない。なお、
この可搬式のプラント機器監視装置は図6の実施例に適
用した例であるが、第1の実施例のように単純に複数周
波数帯域の処理を行う場合にも適用できるのは勿論であ
る。
【0029】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、高
周波から低周波まで広い範囲の振動や固体伝播音を有効
に検出し、プラント機器の異常の判定を簡便に実施する
ことができる。また、比較的長時間を要する低周波の異
常判定を、低周波異常が発生またはそれに近い状態のと
きのみ行ない、トータルの処理時間を大幅に短縮でき
る。したがって、プラント機器・設備の巡視点検の負荷
を大幅に軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明装置の第1の実施例の構成図、
【図2】第1の実施例におけるセンサの詳細図、
【図3】第1の実施例の判定方法を説明するグラフ、
【図4】本発明装置におけるセンサの変形例を示す構成
図、
【図5】本発明装置におけるA/D変換器の変形例を示
す構成図、
【図6】本発明装置の他の実施例の構成図、
【図7】本発明を可搬型へ適用した実施例の構成図、
【図8】従来のプラント機器の監視装置の構成図、
【図9】従来の判定方法を説明するグラフ、
【図10】ポンプの異常現象と周波数の関係を示す説明
図、
【図11】AEセンサと加速度センサの処理の概念を説
明するグラフ。
【符号の説明】
1、10…ポンプ/モータ、2、11…センサ、3、1
3a、13b、20…前置アンプ、4、14…センサ切
替器、5…アンプ、6、31…A/D変換器、7、17
…判定処理部、11a…AEセンサ、11b…加速度セ
ンサ、15a…高周波用アンプ、15b…低周波用アン
プ、16a…高周波用A/D変換器、16b…低周波用
A/D変換器、17a…高周波異常判定部、17b…低
周波異常判定部、17c…低周波異常仮判定部、21
a、21b…バンドパスフィルタ、22a…高周波用前
置アンプ、22b…低周波用前置アンプ、30…信号切
換器、32…サンプリング周期指示部、40…低周波処
理指令信号、50…センサプローブ、51…監視装置本
体、52…表示装置、53…計測中ランプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01H 17/00 G01M 19/00 G01N 29/14 G01P 15/08

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 プラント機器の振動又は固体伝播音をセ
    ンサによって検出し異常判定を行うプラント機器の監視
    装置において、前記検出された振動又は固体伝播音の信号から所定の周
    波数帯域を濾波する複数の濾波手段と、 前記濾波された信号をAD変換する手段と、 前記濾波され前記AD変換された信号であって比較的高
    周波において濾波されたものについて異常を判定する第
    1の判定手段と、 前記濾波され前記AD変換された信号であって比較的高
    周波において濾波されたものにおける低域側周波数帯に
    ついて正常か否かを判定する第2の判定手段と、 前記第2の判定手段により判定された結果が正常とは言
    えない場合に前記濾波され前記AD変換された信号であ
    って比較的低周波において濾波されたものについて異常
    を判定する第3の判定手段と を有する ことを特徴とする
    プラント機器の監視装置。
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