JP5375701B2 - Method, apparatus and program for estimating rotational speed of rotating machine - Google Patents

Method, apparatus and program for estimating rotational speed of rotating machine Download PDF

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本発明は、回転数が変化する回転機械の回転数を推定する回転機械の回転数推定方法、装置及びプログラムに関する。   The present invention relates to a rotational speed estimation method, apparatus, and program for a rotating machine that estimates the rotational speed of a rotating machine that changes in rotational speed.

回転部分を有する回転機械の設備劣化等を監視する手法として、振動解析による振動診断が利用されている。回転数が変化する回転機械を振動診断する場合、例えば特許文献1にあるように、振動の測定と同時に回転数を測定し、振動値を回転数で補正することで、回転の変化による振動の増減を排除し、設備劣化による振動変化を判定する。   As a method for monitoring equipment deterioration of a rotating machine having a rotating part, vibration diagnosis by vibration analysis is used. When diagnosing vibration of a rotating machine whose rotational speed changes, for example, as disclosed in Patent Document 1, the rotational speed is measured simultaneously with the measurement of vibration, and the vibration value is corrected by the rotational speed. Eliminate fluctuations and determine vibration changes due to equipment deterioration.

特開平7−218333号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-218333

回転数が変化する回転機械を振動診断装置によって振動診断する場合、従来は、振動診断装置のインタフェースに、回転機械に設置された振動センサの信号の他に、回転機械の制御盤から回転数の情報を取り出して入力している。すなわち、振動診断装置には、回転機械に設置された振動センサと、電気室等にある制御盤とが接続している。しかしながら、振動診断装置の設置場所等によっては、回転数の情報を入力する配線を省略するのが望ましい場合がある。特に制御盤と振動診断装置との配線距離が長くなる場合には、配線コストが高くなってしまう。   Conventionally, when diagnosing vibration with a vibration diagnostic device, the rotating machine whose rotational speed varies, in addition to the signal of the vibration sensor installed in the rotary machine, the rotational speed is controlled from the control panel of the rotating machine. Information is extracted and entered. That is, the vibration diagnosis apparatus is connected to a vibration sensor installed in the rotating machine and a control panel in an electrical room or the like. However, depending on the installation location of the vibration diagnostic apparatus, it may be desirable to omit the wiring for inputting the rotational speed information. In particular, when the wiring distance between the control panel and the vibration diagnostic apparatus becomes long, the wiring cost becomes high.

また、制御盤から回転数の情報を取り入れるのではなく、回転機械に回転数センサを設置して、振動診断装置に接続する構成も考えられる。しかしながら、振動センサに加えて回転数センサも設置するのでは、コストが高くなってしまう。また、回転数センサは軸回転を検出するためのターゲットを取り付ける場合もあり、一般的に振動センサ等に比べて故障しやすく、信頼性に劣る場合が多い。さらに、回転機械の構造によっては、回転数センサを設置するのが困難な場合もある。   In addition, instead of taking in the information on the rotational speed from the control panel, a configuration in which a rotational speed sensor is installed in the rotating machine and connected to the vibration diagnosis apparatus is also conceivable. However, installing a rotation speed sensor in addition to the vibration sensor increases the cost. In addition, the rotation speed sensor may be attached with a target for detecting shaft rotation, and is generally more likely to fail than the vibration sensor or the like, and is often inferior in reliability. Furthermore, depending on the structure of the rotating machine, it may be difficult to install the rotation speed sensor.

本発明は上記のような点に鑑みてなされたものであり、回転数が変化する回転機械の回転数を当該回転機械の振動信号を利用して推定できるようにすることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to make it possible to estimate the rotational speed of a rotating machine whose rotational speed changes using a vibration signal of the rotating machine.

本発明の回転機械の回転数推定方法は、回転数が変化し、時間あたりの回転数変化率の上下限値が既知である回転機械の回転数を推定する回転機械の回転数推定方法であって、前記回転機械の振動信号を振動センサで測定するステップと、前記振動センサで測定した振動信号を周波数分析する周波数分析ステップと前記回転機械の回転周波数の実数倍のピークスペクトルが観測される周波数バンドを予め設定しておき、前記周波数分析ステップで周波数分析した結果から、前記周波数バンド内のピークスペクトル周波数を抽出するピークスペクトル周波数抽出ステップと、前記ピークスペクトル周波数抽出ステップで抽出したピークスペクトル周波数を前記実数倍で除して回転周波数を算出し、前記回転機械の推定回転数を算出する回転数算出ステップとを有し、前記周波数分析ステップでは、前記回転機械の時系列の振動信号を所定の時間間隔をおいて周波数分析し、前記ピークスペクトル周波数抽出ステップでは、前記周波数分析を行う各タイミングでの前記周波数バンド内のピークスペクトル周波数を抽出し、前記ピークスペクトル周波数抽出ステップで抽出した前記各タイミングでの前記周波数バンド内のピークスペクトル周波数に基づいて前記所定の時間間隔での回転数変化率を求め、前記既知の回転数変化率の上下限値内にある場合、有効な回転周波数と判定する回転数変化率判定ステップを行うことを特徴とする
また、本発明の回転機械の回転数推定方法の他の特徴とするところは、前記回転数算出ステップでは、前記回転数変化率判定ステップで有効とされた全ての回転周波数の平均値又は中央値を求めて回転数を算出し、前記推定回転数とする、或いは、前記回転数変化率判定ステップで有効とされた全ての回転周波数から回転数をそれぞれ算出し、それら全ての回転数の平均値又は中央値を求めて、前記推定回転数とする点にある。
本発明の回転機械の回転数推定装置は、回転数が変化し、時間あたりの回転数変化率の上下限値が既知である回転機械の回転数を推定する回転機械の回転数推定装置であって、振動センサで測定した前記回転機械の振動信号を周波数分析する周波数分析手段と、前記回転機械の回転周波数の実数倍のピークスペクトルが観測される周波数バンドを予め設定しておき、前記周波数分析手段で周波数分析した結果から、前記周波数バンド内のピークスペクトル周波数を抽出するピークスペクトル周波数抽出手段と、前記ピークスペクトル周波数抽出手段で抽出したピークスペクトル周波数を前記実数倍で除して回転周波数を算出し、前記回転機械の推定回転数を算出する回転数算出手段とを備え、前記周波数分析手段は、前記回転機械の時系列の振動信号を所定の時間間隔をおいて周波数分析し、前記ピークスペクトル周波数抽出手段は、前記周波数分析を行う各タイミングでの前記周波数バンド内のピークスペクトル周波数を抽出し、前記ピークスペクトル周波数抽出手段で抽出した前記各タイミングでの前記周波数バンド内のピークスペクトル周波数に基づいて前記所定の時間間隔での回転数変化率を求め、前記既知の回転数変化率の上下限値内にある場合、有効な回転周波数と判定する回転数変化率判定手段を更に備えたことを特徴とする。
本発明のプログラムは、回転数が変化し、時間あたりの回転数変化率の上下限値が既知である回転機械の回転数を推定するためのプログラムであって、振動センサで測定した前記回転機械の振動信号を周波数分析する周波数分析処理と、前記回転機械の回転周波数の実数倍のピークスペクトルが観測される周波数バンドを予め設定しておき、前記周波数分析処理で周波数分析した結果から、前記周波数バンド内のピークスペクトル周波数を抽出するピークスペクトル周波数抽出処理と、前記ピークスペクトル周波数抽出処理で抽出したピークスペクトル周波数を前記実数倍で除して回転周波数を算出し、前記回転機械の推定回転数を算出する回転数算出処理とをコンピュータに実行させ、前記周波数分析処理では、前記回転機械の時系列の振動信号を所定の時間間隔をおいて周波数分析し、前記ピークスペクトル周波数抽出処理では、前記周波数分析を行う各タイミングでの前記周波数バンド内のピークスペクトル周波数を抽出し、前記ピークスペクトル周波数抽出処理で抽出した前記各タイミングでの前記周波数バンド内のピークスペクトル周波数に基づいて前記所定の時間間隔での回転数変化率を求め、前記既知の回転数変化率の上下限値内にある場合、有効な回転周波数と判定する回転数変化率判定処理を更にコンピュータに実行させる。
The rotational speed estimation method for a rotary machine according to the present invention is a rotational speed estimation method for a rotary machine that estimates the rotational speed of a rotary machine whose speed changes and the upper and lower limits of the speed change rate per time are known. Te, and measuring a vibration signal of the rotary machine by the vibration sensor, a frequency analysis step of frequency analyzing the vibration signal measured by the vibration sensor, a real number multiple of the peak spectrum of the rotational frequency of the rotating machine is observed A peak spectrum frequency extraction step for extracting a peak spectrum frequency in the frequency band from a result of frequency analysis performed in the frequency analysis step, and a peak spectrum frequency extracted in the peak spectrum frequency extraction step. Is divided by the real number times to calculate the rotational frequency, and the rotational speed for calculating the estimated rotational speed of the rotating machine Possess a step out, the in frequency analysis step, the vibration signal of the time series of a rotary machine frequency analysis with a predetermined time interval, with the peak spectral frequency extraction step, each timing of the frequency analysis The peak spectral frequency in the frequency band is extracted, and the rate of change in the number of revolutions in the predetermined time interval is calculated based on the peak spectral frequency in the frequency band at each timing extracted in the peak spectral frequency extracting step. The rotation speed change rate determining step for determining the effective rotation frequency when the known rotation speed change rate is within the upper and lower limit values is performed .
Another feature of the rotational speed estimation method for a rotating machine according to the present invention is that in the rotational speed calculation step, an average value or a median value of all rotational frequencies validated in the rotational speed change rate determination step. Is calculated as the estimated rotational speed, or the rotational speed is calculated from all the rotational frequencies validated in the rotational speed change rate determination step, and the average value of all the rotational speeds is calculated. Or it is in the point which calculates | requires a median value and makes it the said estimated rotation speed.
The rotational speed estimation device for a rotary machine of the present invention is a rotational speed estimation device for a rotary machine that estimates the rotational speed of a rotary machine whose rotational speed changes and whose upper and lower limit values of the rotational speed change rate per time are known. The frequency analysis means for analyzing the frequency of the vibration signal of the rotating machine measured by the vibration sensor, and a frequency band in which a peak spectrum that is a real number multiple of the rotation frequency of the rotating machine is preset, and the frequency analysis Based on the result of frequency analysis by means, the peak spectrum frequency extraction means for extracting the peak spectrum frequency in the frequency band and the peak spectrum frequency extracted by the peak spectrum frequency extraction means are divided by the real number times to calculate the rotation frequency. and, a speed calculating means for calculating an estimated rotational speed of the rotating machine, wherein the frequency analyzing means, the time series of the rotating machine A frequency analysis is performed on a moving signal at a predetermined time interval, and the peak spectrum frequency extraction unit extracts a peak spectrum frequency in the frequency band at each timing of performing the frequency analysis, and the peak spectrum frequency extraction unit Based on the extracted peak spectrum frequency in the frequency band at each timing, the rotational speed change rate at the predetermined time interval is obtained, and is effective when it is within the upper and lower limits of the known rotational speed change rate. A rotation speed change rate determination means for determining the rotation frequency is further provided .
The program of the present invention is a program for estimating the rotational speed of a rotating machine in which the rotational speed changes and the upper and lower limit values of the rotational speed change rate per time are known, and the rotating machine measured by a vibration sensor Frequency analysis processing for frequency analysis of the vibration signal of, and a frequency band in which a peak spectrum that is a real number multiple of the rotational frequency of the rotating machine is set in advance, and from the result of frequency analysis by the frequency analysis processing, the frequency A peak spectral frequency extraction process for extracting a peak spectral frequency in the band, and a rotational frequency is calculated by dividing the peak spectral frequency extracted by the peak spectral frequency extraction process by the real number multiple, and an estimated rotational speed of the rotating machine is calculated. to execute a speed calculating process of calculating in a computer, said at frequency analysis processing, vibration time series of said rotating machine The signal is frequency-analyzed at a predetermined time interval, and in the peak spectrum frequency extraction process, the peak spectrum frequency in the frequency band is extracted at each timing when the frequency analysis is performed, and is extracted by the peak spectrum frequency extraction process The rotation rate change rate at the predetermined time interval is obtained based on the peak spectrum frequency in the frequency band at each timing, and if the rotation rate is within the upper and lower limit values of the known rotation rate change rate, effective rotation the speed change rate determination process determines that the frequency Ru is performed further in the computer.

本発明によれば、回転数が変化する回転機械の回転数を当該回転機械の振動信号を利用して推定することができる。したがって、制御盤から回転数の情報を取り入れたり、回転機器に回転数センサを設置したりしなくても、振動診断装置で回転数を推定することが可能になり、コストダウンや信頼性の向上を図ることができる。   According to the present invention, it is possible to estimate the rotational speed of a rotating machine whose rotational speed changes using the vibration signal of the rotating machine. Therefore, it is possible to estimate the number of revolutions with the vibration diagnostic device without taking in information on the number of revolutions from the control panel or installing a revolution number sensor in the rotating equipment, thereby reducing costs and improving reliability. Can be achieved.

実施形態に係る無線振動診断装置の機能構成を示す図である。It is a figure which shows the function structure of the radio vibration diagnostic apparatus which concerns on embodiment. 振動時系列波形と回転数変化と回転パルス波形とを示す特性図である。It is a characteristic view which shows a vibration time series waveform, rotation speed change, and a rotation pulse waveform. 第1、2の巻取ドラムの運転パターンを示す図である。It is a figure which shows the driving | running pattern of the 1st, 2nd winding drum. 回転周波数の実数倍の高調波振動が発生しているFFT波形を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the FFT waveform in which the harmonic vibration of the real number multiple of a rotation frequency has generate | occur | produced. 歯車振動のFFT波形を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the FFT waveform of a gear vibration. 回転周波数の実数倍のピークスペクトルが観測される周波数バンドを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the frequency band in which the peak spectrum of the real number multiple of a rotation frequency is observed. 実施形態に係る無線振動診断装置による詳細な処理例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the detailed process example by the radio | wireless vibration diagnostic apparatus which concerns on embodiment. 回転数の推定に使用する複数のFFT波形を計測するための周波数分析処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the frequency-analysis process for measuring the several FFT waveform used for rotation speed estimation. 回転数推定処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows a rotation speed estimation process. カローゼルリール設備の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of a carousel reel installation. カローゼルリール設備の側面図である。It is a side view of a carousel reel installation. カローゼルリール設備の平面図である。It is a top view of a carousel reel installation.

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
最初に、本実施形態において振動診断の対象とする回転機械としてカローゼルリール設備を説明する。図10はカローゼルリール設備の概略構成を示す。また、図11はカローゼルリール設備の側面図を、図12は平面図を示す。カローゼルリール設備は、2つの自転可能な巻取ドラム101、102を公転増速機103により公転させて、それぞれの巻取位置を交互に入れ替えることにより、搬送されるストリップを連続的に巻き取る。
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
First, a carousel reel facility will be described as a rotating machine to be subjected to vibration diagnosis in the present embodiment. FIG. 10 shows a schematic configuration of a carousel reel facility. FIG. 11 is a side view of the carousel reel facility, and FIG. 12 is a plan view. The carousel reel equipment continuously rewinds the transported strip by revolving two revolving winding drums 101 and 102 by a revolving speed increaser 103 and alternately switching their rewinding positions. .

図10に示すように、第1の巻取ドラム101を回転させるための第1のモータ104と、第2の巻取ドラム102を回転させるための第2のモータ105とが減速機106に接続する。減速機106の出力軸107はアウタ及びインナを有する二重構造となっている。そして、第1のモータ104の出力は、減速機106内の歯車群106aを介して軸107(例えばアウタ軸)に伝達され、公転増速機103内の歯車群103aを介して第1の巻取ドラム101に伝達される。また、第2のモータ105の出力は、減速機106内の歯車群106aを介して軸107(例えばインナ軸)に伝達され、公転増速機103内の歯車群103aを介して第2の巻取ドラム102に伝達される。なお、歯車に記載した数字は歯数を表わす。   As shown in FIG. 10, a first motor 104 for rotating the first winding drum 101 and a second motor 105 for rotating the second winding drum 102 are connected to the speed reducer 106. To do. The output shaft 107 of the speed reducer 106 has a double structure having an outer and an inner. The output of the first motor 104 is transmitted to the shaft 107 (for example, the outer shaft) via the gear group 106 a in the speed reducer 106, and the first winding is transmitted via the gear group 103 a in the revolution speed increaser 103. Is transmitted to the drum 101. The output of the second motor 105 is transmitted to a shaft 107 (for example, an inner shaft) via a gear group 106 a in the speed reducer 106, and the second winding is transmitted via the gear group 103 a in the revolution speed increaser 103. Is transmitted to the drum 102. In addition, the number described in the gear represents the number of teeth.

このようなカローゼルリール設備において、公転部分である増速機103の振動診断を行うために、図11、12に示すように、第1の巻取ドラム101の回転軸を支持する軸受のケースに振動センサとして振動加速度センサ108が設置され、同じく第2の巻取ドラム102の回転軸を支持する軸受のケースに振動センサとして振動加速度センサ108が設置される。   In such a carousel reel facility, as shown in FIGS. 11 and 12, a bearing case that supports the rotating shaft of the first winding drum 101 in order to perform vibration diagnosis of the speed increaser 103 that is a revolving part. A vibration acceleration sensor 108 is installed as a vibration sensor, and a vibration acceleration sensor 108 is installed as a vibration sensor in a bearing case that supports the rotating shaft of the second winding drum 102.

また、図11に示すように、公転する公転増速機103の側面に無線振動診断装置100が設置される。無線振動診断装置100は、振動加速度センサ108の信号をサンプリングし、詳しくは後述するが、その信号に対して振動診断に必要な周波数分析、回転数推定等の処理を実行し、その結果得たデータを外部機器にデジタル無線伝送する。   Further, as shown in FIG. 11, the wireless vibration diagnostic device 100 is installed on the side surface of the revolving speed increaser 103 that revolves. The wireless vibration diagnostic apparatus 100 samples a signal from the vibration acceleration sensor 108, and details processing, which will be described later, executes processing such as frequency analysis and rotational speed estimation necessary for vibration diagnosis, and obtained as a result. Digital wireless transmission of data to external devices.

また、公転増速機103の周囲には、非接触給電装置を構成する一対の給電器109aが径方向に対向するように配置される。そして、公転増速機103の適所には非接触給電装置を構成する受電器109bが配置されており、この受電器109bが無線振動診断装置100に接続する。公転増速機103が公転して、第1の巻取ドラム101が巻取位置にあるとき及び巻取ドラム102が巻取位置にあるときに、受電器109bが給電器109aに接近して無線振動診断装置100に電力が供給される。   In addition, a pair of power feeders 109a constituting a non-contact power feeding device are arranged around the revolution speed increaser 103 so as to face each other in the radial direction. And the power receiver 109b which comprises a non-contact electric power feeder is arrange | positioned in the appropriate place of the revolution gearbox 103, and this power receiver 109b connects to the radio | wireless vibration diagnostic apparatus 100. FIG. When the revolution speed increaser 103 revolves and the first winding drum 101 is in the winding position and when the winding drum 102 is in the winding position, the power receiver 109b approaches the power feeder 109a and wireless. Electric power is supplied to the vibration diagnostic apparatus 100.

また、公転増速機103の適所には一対の測定センサ(近接スイッチ)110が配置される。これら測定センサ110と公転増速機103の周囲に配置されたターゲット111との関係により、無線振動診断装置100は、巻取ドラム101、102のうち巻取位置にある巻取ドラム(ストリップ巻取中のドラム)がいずれであるかを認識することができる。   In addition, a pair of measurement sensors (proximity switches) 110 are disposed at appropriate positions of the revolution gearbox 103. Due to the relationship between the measurement sensor 110 and the target 111 arranged around the revolution gearbox 103, the radio vibration diagnostic apparatus 100 takes up the winding drum (strip winding) at the winding position among the winding drums 101 and 102. It is possible to recognize which drum is in the middle.

本実施形態のカローゼルリール設備では、図2に示すように、巻取ドラム101、102の回転数が時々刻々と変化する運転パターンを有する。すなわち、巻取中は巻取ドラムの回転数を緩やかに減少させ(測定区間A)、巻取終了後に回転数を急激に減少させる(測定区間B)。図3に示すように、この運転パターンを第1、2の巻取ドラム101、102で交互に繰り返す。   As shown in FIG. 2, the carousel reel facility of the present embodiment has an operation pattern in which the rotation speeds of the winding drums 101 and 102 change from moment to moment. That is, during the winding, the number of rotations of the winding drum is gradually decreased (measurement section A), and after the end of winding, the number of rotations is rapidly decreased (measurement section B). As shown in FIG. 3, this operation pattern is repeated alternately by the first and second winding drums 101 and 102.

以下、本実施形態に係る無線振動診断装置100の構成及び処理を説明する。本実施形態では、無線振動診断装置100が本発明を適用した回転数推定装置として機能する。   Hereinafter, the configuration and processing of the wireless vibration diagnostic apparatus 100 according to the present embodiment will be described. In the present embodiment, the wireless vibration diagnostic apparatus 100 functions as a rotation speed estimation apparatus to which the present invention is applied.

図1に本実施形態に係る無線振動診断装置100の機能構成を示す。1は入力部であり、振動加速度センサ108の信号(カローゼルリール設備の軸受からの振動信号)が入力される。2は周波数分析部であり、入力部1に入力された振動加速度センサ108の信号を周波数分析してFFT波形を得る。   FIG. 1 shows a functional configuration of a wireless vibration diagnostic apparatus 100 according to the present embodiment. Reference numeral 1 denotes an input unit to which a signal from the vibration acceleration sensor 108 (vibration signal from a bearing of a carousel reel facility) is input. Reference numeral 2 denotes a frequency analysis unit, which performs frequency analysis on the signal from the vibration acceleration sensor 108 input to the input unit 1 to obtain an FFT waveform.

3は回転数推定部であり、当該設備の推定回転数を算出する。図4はx軸(図4では紙面に水平に伸びる軸)に周波数、y軸(図4では紙面の前後に伸びる軸)に回転数、z軸に振幅をとったFFT波形を示す特性図である。回転機械の振動信号には、当該回転機械の回転周波数の実数倍(次数倍)の高調波振動が発生することがある。図4に示す例でも、回転周波数の実数倍の高調波振動が発生していることがわかる。回転数推定部3では、回転機械の振動信号には回転周波数の実数倍の高調波振動が発生する現象を利用して、この振動特性と予め観測して知り得る高調波振動の次数から回転周波数を算出し、当該設備の推定回転数を算出する。   Reference numeral 3 denotes a rotation speed estimation unit that calculates an estimated rotation speed of the equipment. FIG. 4 is a characteristic diagram showing an FFT waveform in which the frequency is on the x-axis (in FIG. 4, the axis extending horizontally on the paper surface), the rotational speed is on the y-axis (the axis extending in front and back in FIG. 4), and the amplitude is on the z-axis. is there. In the vibration signal of the rotating machine, harmonic vibrations that are real times (order times) of the rotational frequency of the rotating machine may occur. Also in the example shown in FIG. 4, it can be seen that harmonic vibrations that are a real number times the rotational frequency are generated. The rotational speed estimation unit 3 utilizes the phenomenon that harmonic vibrations that are a real number multiple of the rotational frequency are generated in the vibration signal of the rotating machine, and determines the rotational frequency from the vibration characteristics and the order of harmonic vibration that can be known in advance. And the estimated number of revolutions of the equipment is calculated.

4は診断部であり、振動加速度センサ108から得られる振動値を回転数推定部3で推定した回転数で補正した上で、設備劣化による振動変化を判定する。5は出力部であり、診断部4での診断結果や回転数推定部3で推定した回転数等を外部機器にデジタル無線伝送する。他のハードウェアの構成として、カローゼルリール本体に設置する装置では周波数分析2までとしてFFTデータをデジタル無線伝送し、通信ネットワークに接続するコンピュータ等の外部機器に、回転数推定部3、診断部4、出力部5を持つ構成としてもよい。   A diagnostic unit 4 corrects the vibration value obtained from the vibration acceleration sensor 108 with the rotation number estimated by the rotation number estimation unit 3, and then determines a vibration change due to equipment deterioration. Reference numeral 5 denotes an output unit that digitally transmits the diagnosis result of the diagnosis unit 4 and the rotation number estimated by the rotation number estimation unit 3 to an external device. As another hardware configuration, in the device installed in the carousel reel main body, the FFT data is digitally transmitted as far as frequency analysis 2 and is connected to a communication network or other external device such as a computer, the rotational speed estimation unit 3, the diagnosis unit 4. It is good also as a structure with the output part 5. FIG.

次に、本実施形態における回転数推定方法の概要を説明する。まず振動加速度センサ108から得られる振動値の絶対レベル及び振動値の変化率の閾値判定によって、測定した振動値が測定区間A(図2に示すように300rpm以上の回転状態)と測定区間B(図2に示すように300rpm未満の回転状態)のいずれのものであるかを推定する。そして、測定区間Aについて周波数分析データであるFFT波形を得る。図5(a)、(b)に、測定区間AのFFT波形の例を示す。図5(a)、(b)の横軸は周波数、縦軸は振幅である。解析条件は2kHz解析レンジ、400ライン、FFTアベレージングのオーバーラップ95%であり、周波数分解能は5Hzである。   Next, an outline of the rotational speed estimation method in the present embodiment will be described. First, by measuring the absolute value of the vibration value obtained from the vibration acceleration sensor 108 and the threshold value of the change rate of the vibration value, the measured vibration value is measured in the measurement section A (rotation state of 300 rpm or more as shown in FIG. 2) and measurement section B ( As shown in FIG. 2, it is estimated whether the rotation state is less than 300 rpm. Then, an FFT waveform, which is frequency analysis data, is obtained for the measurement section A. 5A and 5B show examples of FFT waveforms in the measurement section A. FIG. 5A and 5B, the horizontal axis represents frequency and the vertical axis represents amplitude. The analysis conditions are a 2 kHz analysis range, 400 lines, 95% overlap of FFT averaging, and a frequency resolution of 5 Hz.

基本的な考え方は、当該設備の回転周波数の実数倍NのピークスペクトルSが観測される周波数バンドBを予め設定しておき、その周波数バンドB内のピークスペクトル周波数Sを抽出する。そして、ピークスペクトル周波数Sを実数倍Nで除して回転周波数frを算出し、当該設備の推定回転数を算出する。   The basic idea is that a frequency band B in which a peak spectrum S that is a real number N times the rotational frequency of the equipment is observed is set in advance, and the peak spectrum frequency S in the frequency band B is extracted. Then, the rotational frequency fr is calculated by dividing the peak spectral frequency S by the real number N, and the estimated rotational speed of the equipment is calculated.

回転周波数に比例して変化するピークスペクトルが複数種類ある場合は、回転周波数の実数倍Niのピークスペクトルが観測される周波数バンドBiをそれぞれ予め設定しておき、各周波数バンドBi内のピークスペクトル周波数Siを抽出する。そして、ピークスペクトル周波数Siを実数倍Niで除して回転周波数friを算出し、当該設備の推定回転数を算出する。 If the peak spectrum which varies in proportion to the rotation frequency is several types, the frequency band B i of the peak spectrum is observed in the real number N i of the rotational frequency is set in advance respectively in each frequency band B i The peak spectral frequency S i is extracted. Then, to calculate the rotation frequency fr i by dividing the peak spectral frequency S i a real number multiple N i, and calculates the estimated rotational speed of the equipment.

例えば図6に示すように、回転周波数のスペクトルが現れる範囲をBとする。本例において、当該設備の回転数の変動範囲は操業条件として設定された300〜500rpmであり(図2を参照)、回転周波数のスペクトルが現れる範囲Bは5.0〜8.3Hzとなる。   For example, as shown in FIG. In this example, the fluctuation range of the rotation speed of the equipment is 300 to 500 rpm set as the operation condition (see FIG. 2), and the range B in which the spectrum of the rotation frequency appears is 5.0 to 8.3 Hz.

そして、回転周波数のスペクトルが現れる範囲Bに基づいて、歯車噛合い周波数の1次が現れる周波数バンドをB1と定義し(次数N1=44)、歯車噛合い周波数の3次が現れる周波数バンドをB2と定義する(次数N2=44×3)。また、加振源は不明であるが、回転周波数に対して一定の実数倍でピークスペクトルが現れる場合があり、その周波数バンドをB3と定義する(図6の例では次数N3=335.5)。本例では、理論上は発生しうるピークスペクトル、例えば歯車噛合い周波数の2次や4次や5次が、実際に発生している歯車噛合い周波数の3次に比べて常に振幅が小さいことが事前に確認されており、それらの周波数バンドは設定しないこととしている。 Based on the range B in which the spectrum of the rotation frequency appears, the frequency band in which the first gear meshing frequency appears is defined as B 1 (order N 1 = 44), and the frequency band in which the third gear meshing frequency appears. Is defined as B 2 (order N 2 = 44 × 3). Although the excitation source is unknown, a peak spectrum may appear at a constant real number multiple with respect to the rotation frequency, and its frequency band is defined as B 3 (in the example of FIG. 6, the order N 3 = 335. 5). In this example, the peak spectrum that can theoretically be generated, for example, the second, fourth, and fifth orders of the gear meshing frequency are always smaller than the third order of the actually generated gear meshing frequency. Are confirmed in advance, and those frequency bands are not set.

FFT波形を所定の時間間隔をおいて(例えば一定時間t秒ごとに)j回測定して、各タイミングでの周波数バンドBiのピークスペクトル周波数Sijを抽出し、実数倍Niで除して回転周波数frijを算出する。例えばj回測定データは、FFT16回アベレージングの1回目と8回目と15回目をバッファメモリに格納し、j=1〜3とする。 The FFT waveform is measured j times at a predetermined time interval (for example, every fixed time t seconds), and the peak spectral frequency S ij of the frequency band B i at each timing is extracted and divided by the real number N i. To calculate the rotation frequency fr ij . For example, the j-th measurement data is stored in the buffer memory at the first, eighth and fifteenth FFT 16-time averaging, and j = 1 to 3.

ここでは、説明を簡単にするためにj=1、2までについて説明する。FFT16回アベレージングの1回目と8回目でのFFT波形の測定間隔(FFTアベレージングずらし時間)tは、
t=(400/2000)×0.05×(8−1)=0.07sec
である。
Here, in order to simplify the description, j = 1 and 2 will be described. The FFT waveform measurement interval (FFT averaging shift time) t at the first and eighth FFT 16-time averaging is
t = (400/2000) × 0.05 × (8-1) = 0.07 sec
It is.

FFT16回アベレージングの1回目と8回目で、ピークスペクトル周波数S11=250Hz、S21=810Hz、S12=245Hz、S22=805Hzを抽出した。したがって、ピークスペクトル周波数Sijを実数倍Niで除して回転周波数frijを算出すると、fr11=5.68Hz、fr21=6.14Hz、fr12=5.57Hz、fr22=6.10Hzとなる。 Peak spectrum frequencies S 11 = 250 Hz, S 21 = 810 Hz, S 12 = 245 Hz, and S 22 = 805 Hz were extracted in the first and eighth FFT 16-time averaging. Therefore, calculating the rotation frequency fr ij by dividing a peak spectral frequency S ij a real number multiple N i, fr 11 = 5.68Hz, fr 21 = 6.14Hz, fr 12 = 5.57Hz, fr 22 = 6. 10 Hz.

次に、回転数変化率ΔREVij=(Si(j-1)−Sij)・60/Ni/t(=
(fri(j-1)−frij)・60/t)を演算する。そして、当該設備の回転数変化率の閾値(上下限値)を設備仕様又は操業条件から事前に把握しておき、回転数変化率判定を行う。回転数変化率ΔREVijは、
ΔREV12=(250−245)/44/0.07=1.623rpm/s
ΔREV22=(810−805)/(44×3)/0.07=0.541rpm/s
である。そして、当該設備で予め設定されている回転数変化率の閾値は上限値4rpm/s、下限値1rpm/sであり(図2を参照)、回転数変化率ΔREV12は上下限値内にあるが、回転数変化率ΔREV22は下限値から外れている。この場合、回転数変化率ΔREV22のパラメータであるピークスペクトル周波数S21、S22から推定される回転周波数fr21、fr22は破棄する。
Next, the rotational speed change rate ΔREV ij = (S i (j−1) −S ij ) · 60 / N i / t (=
(Fr i (j−1) −fr ij ) · 60 / t) is calculated. And the threshold value (upper / lower limit value) of the rotational speed change rate of the said equipment is grasped | ascertained beforehand from equipment specification or operation conditions, and rotational speed change rate determination is performed. Rotational speed change rate ΔREV ij is
ΔREV 12 = (250-245) /44/0.07=1.623 rpm / s
ΔREV 22 = (810−805) / (44 × 3) /0.07=0.541 rpm / s
It is. Then, the threshold of the speed change ratio that is preset in the equipment is the upper limit 4 rpm / s, the lower limit 1 rpm / s (see Figure 2), the speed change rate DerutaREV 12 is within upper and lower limit However, the rotational speed change rate ΔREV 22 is out of the lower limit value. In this case, the rotational frequency fr 21, fr 22 estimated from the peak spectral frequency S 21, S 22 is a parameter of the speed change ratio DerutaREV 22 discards.

次に、回転数変化率判定で破棄されずに残った全ての回転周波数frijの平均値を求め、当該設備の回転周波数とする。ここでは、fr11=5.68Hzとfr12=5.57Hzの平均値である5.63Hzを当該設備の回転周波数として得る。そして、当該設備の回転周波数が得られれば、60を乗算することにより当該設備の推定回転数を算出することができる。なお、ここでは、破棄されずに残った全ての回転周波数frijの平均値を求めてから回転数を算出するとしたが、破棄されずに残った全ての回転周波数frijから回転数をそれぞれ算出し、それら全ての回転数の平均値を求めるようにしてもよい。また、平均値を求めるとしたが、中央値を求めるようにしてもよい。 Next, an average value of all the rotation frequencies fr ij remaining without being discarded in the rotation speed change rate determination is obtained and set as the rotation frequency of the equipment. Here, 5.63 Hz which is an average value of fr 11 = 5.68 Hz and fr 12 = 5.57 Hz is obtained as the rotation frequency of the equipment. And if the rotation frequency of the said installation is obtained, the estimated rotation speed of the said installation can be calculated by multiplying 60. Here, the rotation speed is calculated after obtaining the average value of all the rotation frequencies fr ij remaining without being discarded, but the rotation speed is calculated from all the rotation frequencies fr ij remaining without being discarded. And you may make it obtain | require the average value of all the rotation speeds. Further, although the average value is obtained, the median value may be obtained.

上記の例では説明を簡単にするためにj=1、2までについて説明したが、j=3まで考えた場合、例えば上述したように回転数変化率ΔREV22は上下限値を外れるが、回転数変化率ΔREV23は上下限値内にあることも想定される。この場合は、回転周波数fr21だけを破棄し、回転周波数fr22、fr23は残す。すなわち、回転数変化率ΔREV23が上下限値内にあれば、その演算に使用するパラメータ(回転周波数fr22、fr23)は両方とも有効と考え、上下限値を外れた回転数変化率ΔREV22の演算に使用するパラメータ(回転周波数fr21、fr22)のうち一方(回転周波数fr21)に問題があると考える。 In the above example, j = 1 and 2 have been described for the sake of simplicity. However, when j = 3 is considered, for example, as described above, the rotational speed change rate ΔREV 22 deviates from the upper and lower limit values. It is also assumed that the number change rate ΔREV 23 is within the upper and lower limit values. In this case, only the rotational frequency fr 21 is discarded, and the rotational frequencies fr 22 and fr 23 remain. That is, if the rotational speed change rate ΔREV 23 is within the upper and lower limit values, both parameters (rotational frequencies fr 22 , fr 23 ) used for the calculation are considered to be effective, and the rotational speed change rate ΔREV outside the upper and lower limit values. It is considered that there is a problem in one (rotation frequency fr 21 ) among the parameters (rotation frequencies fr 21 , fr 22 ) used in the calculation of 22 .

図7〜9に、本実施形態に係る無線振動診断装置100による詳細な処理例を示す。ここでは、周波数レンジによって3段階に区分して管理する。上述した歯車噛合い周波数だけを考えれば、中周波数帯域(例えば3Hz〜10kHz)を対象とすればよいが、他の要因では低周波数帯域や高周波数帯域に回転周波数の実数倍のピークスペクトルが現れることもありうる。また、振動診断そのものには中周波数帯域だけでなく低周波数帯域や高周波数帯域の振動値を用いることもある。そこで、ここでは低〜高周波数帯域を取り扱うようにした処理を説明する。   7 to 9 show detailed processing examples by the wireless vibration diagnostic apparatus 100 according to the present embodiment. Here, management is performed by dividing into three stages according to the frequency range. Considering only the gear meshing frequency described above, it is sufficient to target the middle frequency band (for example, 3 Hz to 10 kHz), but other factors cause a peak spectrum that is a real number multiple of the rotational frequency in the low frequency band and the high frequency band. It is also possible. Further, the vibration diagnosis itself may use vibration values not only in the middle frequency band but also in the low frequency band and the high frequency band. Therefore, here, processing for handling a low to high frequency band will be described.

データ採取タイマがONの状態で(ステップS1)、測定センサ110により巻取ドラム101又は巻取ドラム102が巻取位置にあることが確認されると(ステップS2)、ステップS3に進む。ステップS3では、巻取位置にある巻取ドラムの振動加速度センサ108の信号(振動値V1)をサンプリングする。なお、図12に示すように、一つの巻取ドラムに複数の振動加速度センサ108が設置されている場合は、複数の振動加速度センサ108の信号を順次サンプリングする。 When the data collection timer is ON (step S1) and the measurement sensor 110 confirms that the winding drum 101 or the winding drum 102 is in the winding position (step S2), the process proceeds to step S3. In step S3, the signal (vibration value V 1 ) of the vibration acceleration sensor 108 of the winding drum at the winding position is sampled. As shown in FIG. 12, when a plurality of vibration acceleration sensors 108 are installed on one winding drum, the signals of the plurality of vibration acceleration sensors 108 are sequentially sampled.

次に、FFT波形を得るためのサンプリングと周波数分析を行う(ステップS4)。ステップS4の周波数分析処理の詳細は後述する。   Next, sampling and frequency analysis are performed to obtain an FFT waveform (step S4). Details of the frequency analysis processing in step S4 will be described later.

次に、区間判定を行うために、巻取位置にある巻取ドラムの振動加速度センサ108の信号(振動値V2)を再度サンプリングする(ステップS5)。そして、振動値V1及びV2が予め設定された閾値Vaより大きく(ステップS6)、かつ、振動値の変化率|V1−V2|が予め設定された閾値αより小さければ(ステップS7)、測定区間Aでの振動値であるとしてステップS8に進む。ステップS8では、振動値V1を周波数分析した結果を用いて回転数を推定する。ステップS8の回転数推定処理の詳細は後述する。なお、測定区間Bでの振動値であると判定された場合(ステップS6、S7)、及び、ステップS8で回転数が算出されなかった場合(ステップS9)、ステップS10に進んでリトライ処理する。 Next, in order to determine the section, the signal (vibration value V 2 ) of the vibration acceleration sensor 108 of the winding drum at the winding position is sampled again (step S5). If the vibration values V 1 and V 2 are larger than the preset threshold value V a (step S6), and if the vibration value change rate | V 1 −V 2 | is smaller than the preset threshold value α (step S6). S7), assuming that the vibration value is in the measurement section A, the process proceeds to step S8. In step S8, the estimated rotational speed by using the results of frequency analysis of the vibration value V 1. Details of the rotation speed estimation process in step S8 will be described later. When it is determined that the vibration value is in the measurement section B (steps S6 and S7), and when the rotation speed is not calculated in step S8 (step S9), the process proceeds to step S10 to perform a retry process.

ステップS8で回転数が算出された場合、振動値V1を、ステップS8で推定した回転数で補正した上で、設備劣化による振動変化を判定する。例えば平均振動値の回転数補正演算を行い、傾向管理グラフをプロットする(ステップS11、S12)。また、FFT異常周波数占有度演算を行い、異常確率演算を出力する(ステップS13、S14)。なお、振動診断自体については公知のものを利用すればよく、その内容は限定されるものではない。 When the rotational speed is calculated in step S8, the vibration value V 1 is corrected with the rotational speed estimated in step S8, and then a vibration change due to equipment deterioration is determined. For example, the rotational speed correction calculation of the average vibration value is performed, and the trend management graph is plotted (steps S11 and S12). Also, the FFT abnormal frequency occupancy calculation is performed, and the abnormality probability calculation is output (steps S13 and S14). In addition, what is necessary is just to utilize a well-known thing about vibration diagnosis itself, The content is not limited.

図8は、ステップS4の周波数分析処理を示すフローチャートである。振動加速度センサ108の信号(振動値V1)に対してアンチエリアジングフィルタ処理後(ステップS15)、A/D変換する(ステップS16)。 FIG. 8 is a flowchart showing the frequency analysis processing in step S4. After the anti-aliasing filter processing is performed on the signal (vibration value V 1 ) of the vibration acceleration sensor 108 (step S15), A / D conversion is performed (step S16).

そして、低周波数帯域のFFT波形を得るために、まず積分処理して速度換算する(ステップS17)。その後、低周波数帯域の周波数分析に必要な周波数レンジにリサンプリングし(ステップS18)、周波数分析(例えばFFT16回アベレージング)を行い(ステップS19、S20)、FFT波形を得る(ステップS21)。このとき、アベレージングに用いられるFFT波形、例えばFFT16回アベレージングの1回目と8回目と15回目のFFT波形をバッファメモリ50に格納する。   In order to obtain an FFT waveform in a low frequency band, first, integration processing is performed to convert the speed (step S17). Thereafter, resampling is performed to a frequency range necessary for frequency analysis of the low frequency band (step S18), frequency analysis (for example, FFT 16 times averaging) is performed (steps S19 and S20), and an FFT waveform is obtained (step S21). At this time, the FFT waveform used for averaging, for example, the first, eighth, and fifteenth FFT waveforms of FFT 16 times averaging is stored in the buffer memory 50.

また、中周波数帯域のFFT波形を得るために、中周波数帯域の周波数分析に必要な周波数レンジにリサンプリングし(ステップS22)、周波数分析(例えばFFT16回アベレージング)を行い(ステップS23、S24)、FFT波形を得る(ステップS25)。このとき、アベレージングに用いられるFFT波形、例えばFFT16回アベレージングの1回目と8回目と15回目のFFT波形をバッファメモリ50に格納する。   Further, in order to obtain an FFT waveform in the intermediate frequency band, resampling is performed to a frequency range necessary for frequency analysis in the intermediate frequency band (step S22), and frequency analysis (for example, FFT 16 times averaging) is performed (steps S23 and S24). The FFT waveform is obtained (step S25). At this time, the FFT waveform used for averaging, for example, the first, eighth, and fifteenth FFT waveforms of FFT 16 times averaging is stored in the buffer memory 50.

また、高周波数帯域のFFT波形を得るために、まずハイパスフィルタ処理後(ステップS26)、包絡線処理を行う(ステップS27)。その後、高周波数帯域の周波数分析に必要な周波数レンジにリサンプリングし(ステップS28)、周波数分析(例えばFFT16回アベレージング)を行い(ステップS29、S30)、FFT波形を得る(ステップS31)。このとき、アベレージングに用いられるFFT波形、例えばFFT16回アベレージングの1回目と8回目と15回目のFFT波形をバッファメモリ50に格納する。   In order to obtain an FFT waveform in a high frequency band, first, after high-pass filter processing (step S26), envelope processing is performed (step S27). Thereafter, resampling is performed to a frequency range necessary for frequency analysis of the high frequency band (step S28), frequency analysis (for example, FFT 16 times averaging) is performed (steps S29 and S30), and an FFT waveform is obtained (step S31). At this time, the FFT waveform used for averaging, for example, the first, eighth, and fifteenth FFT waveforms of FFT 16 times averaging is stored in the buffer memory 50.

図9は、ステップS8の回転数推定処理を示すフローチャートである。回転数推定処理では、ステップS4の周波数分析処理でバッファメモリ50に格納されたFFT波形(FFT16回アベレージングの1回目と8回目と15回目のFFT波形)を用いる。   FIG. 9 is a flowchart showing the rotation speed estimation process in step S8. In the rotational speed estimation process, the FFT waveforms (first, eighth, and fifteenth FFT waveforms of FFT 16 times averaging) stored in the buffer memory 50 in the frequency analysis process of step S4 are used.

当該設備の回転周波数の実数倍Niのピークスペクトルが観測される周波数バンドBiを読み込む(ステップS32)。周波数バンドBiは図6に示したように予め設定されており、無線振動診断装置100に保持されている。そして、各周波数バンドBi内のピークスペクトル周波数Sijを抽出する(ステップS33)。これらステップS32、S33の処理を、すべての周波数バンド数i及び測定回数jについて繰り返す。 The frequency band B i where the peak spectrum of the real number N i times the rotational frequency of the equipment is observed is read (step S32). The frequency band B i is preset as shown in FIG. 6 and is held in the wireless vibration diagnostic apparatus 100. Then, the peak spectrum frequency S ij in each frequency band B i is extracted (step S33). The processes in steps S32 and S33 are repeated for all frequency bands i and measurement times j.

そして、ピークスペクトル周波数Sijを実数倍Niで除して回転周波数frijを算出する(ステップS36)。 Then, to calculate the rotation frequency fr ij by dividing a peak spectral frequency S ij in real number N i (step S36).

次に、ステップS36で算出した回転周波数frijを用いて、回転数変化率ΔREVij=(Si(j-1)−Sij)・60/Ni/t=(fri(j-1)−frij
・60/tを演算する(ステップS37)。そして、当該設備で予め設定されている回転数変化率の閾値(上限値ΔREVL、下限値ΔREVU)と比較して(ステップS38)、上下限値から外れた回転数変化率ΔREVijの回転周波数frijは破棄する(ステップS39)。この場合、既述したように、ある回転周波数frijを用いて2つの回転数変化率ΔREVijを演算したときに、
その両方が上下限値から外れていれば当該回転周波数frijを破棄するが、一方が上下限値内にあれば当該回転周波数frijを有効なものとする。
Next, using the rotational frequency fr ij calculated in step S36, the rotational speed change rate ΔREV ij = (S i (j-1) -S ij ) · 60 / N i / t = (fr i (j-1 ) -Fr ij )
Calculate 60 / t (step S37). The rotation as compared to the threshold value of the rotational speed change rate which is previously set in the equipment (the upper limit DerutaREV L, the lower limit value ΔREV U) (step S38), the rotational speed changing rate DerutaREV ij deviated from the upper and lower limit values The frequency fr ij is discarded (step S39). In this case, as described above, when the two rotational speed change rates ΔREV ij are calculated using a certain rotational frequency fr ij ,
If both of them are out of the upper and lower limit values, the rotation frequency fr ij is discarded, but if one of them is within the upper and lower limit values, the rotation frequency fr ij is made effective.

次に、ステップS36で算出した回転周波数frijが全て破棄されていないか否かを判定する(ステップS40)。その結果、回転周波数frijが全て破棄されていなければ、破棄されずに残った全ての回転周波数(有効な回転周波数)frijから、当該設備の推定回転数を算出する(ステップS41)。すなわち、有効とされた全ての回転周波数frijの平均値又は中央値を求めて回転数を算出し、当該設備の推定回転数とする。或いは、有効とされた全ての回転周波数frijから回転数をそれぞれ算出し、それら全ての回転数の平均値又は中央値を求めて、当該設備の推定回転数とする。一方、回転周波数frijが全て破棄されていれば、今回のループでは当該設備の推定回転数が算出できないとする(ステップS42)。 Next, it is determined whether or not all the rotation frequencies fr ij calculated in step S36 have been discarded (step S40). As a result, if all the rotation frequencies fr ij are not discarded, the estimated rotation speed of the equipment is calculated from all the rotation frequencies (effective rotation frequencies) fr ij that remain without being discarded (step S41). That is, an average value or a median value of all the effective rotation frequencies fr ij is obtained to calculate the rotation number, and set as the estimated rotation number of the equipment. Alternatively, the number of rotations is calculated from all the effective rotation frequencies fr ij, and the average value or median value of all the rotation numbers is obtained and used as the estimated rotation number of the equipment. On the other hand, if all the rotation frequencies fr ij have been discarded, it is assumed that the estimated rotation speed of the equipment cannot be calculated in the current loop (step S42).

以上述べたように、回転数が変化する回転機械(カローゼルリール設備)の回転数を当該回転機械の振動信号を利用して推定することができる。したがって、制御盤から回転数の情報を取り入れたり、回転機器に回転数センサを設置したりする必要がなく、コストダウンや信頼性の向上を図ることができる。特に制御盤との配線が不要となることから、振動診断装置の設置場所の自由度が格段と高まり、本実施形態のように公転する公転増速機103に無線振動診断装置100を設置するようなレイアウトも可能となる。   As described above, the rotational speed of a rotating machine (carousel reel equipment) whose rotational speed changes can be estimated using the vibration signal of the rotating machine. Therefore, it is not necessary to take in information on the number of revolutions from the control panel or install a revolution number sensor in the rotating device, and it is possible to reduce costs and improve reliability. In particular, since wiring with the control panel is not required, the degree of freedom of the installation location of the vibration diagnostic device is greatly increased, and the wireless vibration diagnostic device 100 is installed in the revolution gearbox 103 that revolves as in this embodiment. Layout is also possible.

上述した無線振動診断装置100は、具体的には、演算処理を実行する中央処理装置であるCPU、演算プログラム、各種アプリケーションプログラム、データ等を記憶するROM(リードオンリーメモリ)、演算プログラムに基づいてCPUが処理を行うときに用いる作業領域であるRAM(ランダムアクセスメモリ)、演算結果等を保存するハードディスク等の記憶部等により構成される。   Specifically, the above-described wireless vibration diagnostic apparatus 100 is based on a central processing unit that executes arithmetic processing, a CPU (computation program), various application programs, ROM (read only memory) that stores data, and the like. A RAM (Random Access Memory), which is a work area used when the CPU performs processing, and a storage unit such as a hard disk for storing calculation results and the like.

1:入力部
2:周波数分析部
3:回転数推定部
4:診断部
5:出力部
1: Input unit 2: Frequency analysis unit 3: Rotational speed estimation unit 4: Diagnosis unit 5: Output unit

Claims (4)

回転数が変化し、時間あたりの回転数変化率の上下限値が既知である回転機械の回転数を推定する回転機械の回転数推定方法であって、
前記回転機械の振動信号を振動センサで測定するステップと、
前記振動センサで測定した振動信号を周波数分析する周波数分析ステップと
前記回転機械の回転周波数の実数倍のピークスペクトルが観測される周波数バンドを予め設定しておき、前記周波数分析ステップで周波数分析した結果から、前記周波数バンド内のピークスペクトル周波数を抽出するピークスペクトル周波数抽出ステップと、
前記ピークスペクトル周波数抽出ステップで抽出したピークスペクトル周波数を前記実数倍で除して回転周波数を算出し、前記回転機械の推定回転数を算出する回転数算出ステップとを有し、
前記周波数分析ステップでは、前記回転機械の時系列の振動信号を所定の時間間隔をおいて周波数分析し、
前記ピークスペクトル周波数抽出ステップでは、前記周波数分析を行う各タイミングでの前記周波数バンド内のピークスペクトル周波数を抽出し、
前記ピークスペクトル周波数抽出ステップで抽出した前記各タイミングでの前記周波数バンド内のピークスペクトル周波数に基づいて前記所定の時間間隔での回転数変化率を求め、前記既知の回転数変化率の上下限値内にある場合、有効な回転周波数と判定する回転数変化率判定ステップを行うことを特徴とする回転機械の回転数推定方法。
A rotational speed estimation method for a rotary machine that estimates the rotational speed of a rotary machine whose rotational speed changes and the upper and lower limits of the rotational speed change rate per time are known ,
Measuring a vibration signal of the rotating machine with a vibration sensor;
A frequency analysis step for frequency analysis of a vibration signal measured by the vibration sensor ;
A peak spectrum frequency for extracting a peak spectrum frequency in the frequency band from a result of performing a frequency analysis in the frequency analysis step in advance by setting a frequency band in which a peak spectrum that is a real number multiple of the rotational frequency of the rotating machine is observed. An extraction step;
The peak spectral frequencies extracted by the peak spectral frequency extracting step calculates the rotation frequency by dividing the real number, possess a speed calculating step of calculating an estimated rotational speed of the rotating machine,
In the frequency analysis step, frequency analysis is performed for a vibration signal of a time series of the rotating machine at a predetermined time interval,
In the peak spectrum frequency extraction step, a peak spectrum frequency in the frequency band at each timing for performing the frequency analysis is extracted,
Based on the peak spectral frequency in the frequency band at each timing extracted in the peak spectral frequency extraction step, the rotational speed change rate at the predetermined time interval is obtained, and the upper and lower limit values of the known rotational speed change rate If it is within the range, a rotation speed change rate determination step for determining an effective rotation frequency is performed .
前記回転数算出ステップでは、前記回転数変化率判定ステップで有効とされた全ての回転周波数の平均値又は中央値を求めて回転数を算出し、前記推定回転数とする、或いは、前記回転数変化率判定ステップで有効とされた全ての回転周波数から回転数をそれぞれ算出し、それら全ての回転数の平均値又は中央値を求めて、前記推定回転数とすることを特徴とする請求項に記載の回転機械の回転数推定方法。 In the rotation speed calculation step, an average value or median value of all rotation frequencies validated in the rotation speed change rate determination step is obtained to calculate the rotation speed, and set as the estimated rotation speed, or the rotation speed each calculated rotational speed from all rotational frequencies that are effective in changing rate determining step of claim 1, which the average value or the median of all of the rotational speed, characterized in that said estimated rotation speed The rotational speed estimation method of the rotary machine as described in 2. 回転数が変化し、時間あたりの回転数変化率の上下限値が既知である回転機械の回転数を推定する回転機械の回転数推定装置であって、
振動センサで測定した前記回転機械の振動信号を周波数分析する周波数分析手段と、
前記回転機械の回転周波数の実数倍のピークスペクトルが観測される周波数バンドを予め設定しておき、前記周波数分析手段で周波数分析した結果から、前記周波数バンド内のピークスペクトル周波数を抽出するピークスペクトル周波数抽出手段と、
前記ピークスペクトル周波数抽出手段で抽出したピークスペクトル周波数を前記実数倍で除して回転周波数を算出し、前記回転機械の推定回転数を算出する回転数算出手段とを備え
前記周波数分析手段は、前記回転機械の時系列の振動信号を所定の時間間隔をおいて周波数分析し、
前記ピークスペクトル周波数抽出手段は、前記周波数分析を行う各タイミングでの前記周波数バンド内のピークスペクトル周波数を抽出し、
前記ピークスペクトル周波数抽出手段で抽出した前記各タイミングでの前記周波数バンド内のピークスペクトル周波数に基づいて前記所定の時間間隔での回転数変化率を求め、前記既知の回転数変化率の上下限値内にある場合、有効な回転周波数と判定する回転数変化率判定手段を更に備えたことを特徴とする回転機械の回転数推定装置。
A rotational speed estimation device for a rotating machine that estimates the rotational speed of a rotating machine whose rotational speed changes and the upper and lower limit values of the rotational speed change rate per time are known ,
Frequency analysis means for frequency analysis of the vibration signal of the rotating machine measured by a vibration sensor;
A peak spectrum frequency for extracting a peak spectrum frequency in the frequency band from a result of frequency analysis by the frequency analysis means in advance by setting a frequency band in which a peak spectrum of a real number times the rotational frequency of the rotating machine is observed Extraction means;
A rotation frequency calculating means for calculating a rotation frequency by dividing the peak spectrum frequency extracted by the peak spectrum frequency extraction means by the real number multiple, and calculating an estimated rotation speed of the rotating machine ,
The frequency analysis means performs frequency analysis on a time series vibration signal of the rotating machine at a predetermined time interval,
The peak spectrum frequency extraction means extracts a peak spectrum frequency in the frequency band at each timing of performing the frequency analysis,
Based on the peak spectrum frequency in the frequency band at each timing extracted by the peak spectrum frequency extracting means, the rotation rate change rate at the predetermined time interval is obtained, and the upper and lower limit values of the known rotation rate change rate A rotation speed estimation device for a rotating machine, further comprising a rotation speed change rate determination means for determining that the rotation frequency is an effective rotation frequency .
回転数が変化し、時間あたりの回転数変化率の上下限値が既知である回転機械の回転数を推定するためのプログラムであって、
振動センサで測定した前記回転機械の振動信号を周波数分析する周波数分析処理と、
前記回転機械の回転周波数の実数倍のピークスペクトルが観測される周波数バンドを予め設定しておき、前記周波数分析処理で周波数分析した結果から、前記周波数バンド内のピークスペクトル周波数を抽出するピークスペクトル周波数抽出処理と、
前記ピークスペクトル周波数抽出処理で抽出したピークスペクトル周波数を前記実数倍で除して回転周波数を算出し、前記回転機械の推定回転数を算出する回転数算出処理とをコンピュータに実行させ
前記周波数分析処理では、前記回転機械の時系列の振動信号を所定の時間間隔をおいて周波数分析し、
前記ピークスペクトル周波数抽出処理では、前記周波数分析を行う各タイミングでの前記周波数バンド内のピークスペクトル周波数を抽出し、
前記ピークスペクトル周波数抽出処理で抽出した前記各タイミングでの前記周波数バンド内のピークスペクトル周波数に基づいて前記所定の時間間隔での回転数変化率を求め、前記既知の回転数変化率の上下限値内にある場合、有効な回転周波数と判定する回転数変化率判定処理を更にコンピュータに実行させるためのプログラム。
A program for estimating the rotational speed of a rotating machine whose rotational speed changes and whose upper and lower limits of the rotational speed change rate per time are known ,
Frequency analysis processing for frequency analysis of the vibration signal of the rotating machine measured by the vibration sensor;
A peak spectrum frequency for extracting a peak spectrum frequency in the frequency band from a result of performing a frequency analysis in the frequency analysis process in advance by setting a frequency band in which a peak spectrum that is a real number multiple of the rotational frequency of the rotating machine is observed. Extraction process,
Dividing the peak spectral frequency extracted in the peak spectral frequency extraction process by the real number multiple to calculate a rotational frequency, and causing the computer to execute a rotational speed calculation process for calculating an estimated rotational speed of the rotating machine ,
In the frequency analysis process, the frequency analysis of the vibration signal of the time series of the rotating machine is performed at a predetermined time interval,
In the peak spectrum frequency extraction process, the peak spectrum frequency in the frequency band at each timing for performing the frequency analysis is extracted,
Based on the peak spectrum frequency in the frequency band at each timing extracted by the peak spectrum frequency extraction process, the rotation rate change rate at the predetermined time interval is obtained, and the upper and lower limit values of the known rotation rate change rate If there within, yet because of the program cause the computer to execute a rotational speed change rate determination process for determining an effective rotational frequency.
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