JP6457849B2 - 配管ネットワーク診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、工場内に設けられた空気配管ネットワークの空気漏れ、機器詰まり状態を診断する配管ネットワーク診断装置に関する

近年、地球温暖化防止、省エネ法といった消費電力削減の流れのなかで、工場に対しても消費電力を削減することが求められている。大気中の空気を圧縮した圧縮空気は、身近に利用出来るため、空気工具、空気プレス、空気ブレーキ、スプレーガン等を駆動するための動力源として幅広く用いられている。以降、圧縮空気にて駆動する機器を総称して末端機器と呼ぶ。圧縮空気は空気圧縮機によって圧縮され、工場内に設けられた配管ネットワークを経由して、末端機器に供給される。空気圧縮機の消費電力は、工場全体消費電力の２０〜３０％を占めるといわれており、工場の省エネ化のために空気圧縮機の消費電力を削減する必要がある。

圧縮空気が圧縮機から配管ネットワークを通って末端機器に供給される過程において、空気配管の経年劣化、配管継手・曲部に生じる隙間等が原因となり、配管ネットワーク中で空気漏れが生じることがある。空気漏れ量は、工場空気使用量の１０〜２０％に達する場合があり、空気圧縮機の消費電力削減には、空気漏れ量、漏れ位置を把握し、漏れ防止対策をとることが重要となる。

このような配管ネットワーク中の空気漏れ量、漏れ位置を把握するための空気漏れ診断装置に関し、特許文献１では、配管ネットワーク内の空気の流れを計算し、この計算値と計測値から定義される目的関数が最小となる最適化問題を解くことにより、空気漏れ量、漏れ位置を計算する空気漏れ診断技術が開示されている。

特開２０１１−５４２０９号公報

特許文献１では、利用者が配管ネットワークにおける空気漏れ位置候補を入力し、上述した最適化問題を解くことにより、空気漏れ位置を決定している。しかしながら、利用者が空気漏れ位置の候補を適切に入力するためには、対象とする配管ネットワーク設備の経年劣化の状況、隙間が生じ得る箇所等を事前に把握しておくことが要求される。また、最適化問題の解法には、遺伝的アルゴリズム等の収束計算に基づく解法が用いられることが通常であり、大規模な配管ネットワークを対象とする場合、空気漏れ量、漏れ位置を計算するための時間が長くなるという問題があった。

また、配管ネットワークに対して要求される診断項目として、上述の空気漏れの他に、フィルタ、ドライヤ等の機器詰まりがある。圧縮空気には、大気中の微粒子、空気圧縮機から出るオイル分、配管内に発生するサビ等が混入するため、これらの混入成分を除去する目的で配管ネットワーク内にフィルタが設置される。フィルタ内部では、時間経過ともに混入成分の付着により目詰まりが進行し、圧力損失が増大していく。また、フィルタ以外に、圧縮空気中の水分を除去する目的でドライヤが設置される。ドライヤ内部でも、時間経過ともに水分を吸着する吸着剤が劣化し、圧力損失が増大していく。圧力損失が０．１ＭＰａ増大すると、空気圧縮機の消費電力は７％程度増加してしまうため、空気圧縮機の消費電力削減には、フィルタ、ドライヤ等の機器詰まり状態を把握することが重要である。しかしながら、特許文献１で開示されている技術では、機器詰まり状態を把握できないという問題があった。

また、上述の通り、空気漏れ発生は空気配管の劣化、機器詰まりは機器の経年劣化が原因となって発生することが多い。空気配管・機器の経年劣化が原因となる場合、空気漏れ発生および機器詰まりは、時間経過とともに徐々に進んでいくため、適切なタイミングで経年劣化が進んだ空気配管・機器を補修あるいは交換することが重要である。しかしながら、特許文献１で開示されている技術では、空気配管・機器の経年劣化の進行状況を把握できないという課題もあった。既存技術（例えば、超音波厚み計等の非破壊検査装置）により、空気配管・機器の経年劣化の進行状況を診断することも可能であるが、配管ネットワーク全体を対象として、空気配管・機器の経年劣化を診断するには多大な時間を必要とするという問題があった。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、利用者による空気漏れ位置候補の入力を必要とせず、かつ大規模な配管ネットワークに対しても短い計算時間で、配管ネットワーク内の空気漏れ位置、および機器詰まり状態を把握できる配管ネットワーク診断装置を提供することを目的とする。さらに、空気配管・機器の経年劣化の進行状況を把握し、空気配管・機器の補修あるいは交換タイミングを判断できる配管ネットワーク診断装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、配管ネットワーク内に設置されている圧力計より圧力計測値を取得する計測値取得部と、圧力計測値を記憶する計測値記憶部と、配管ネットワークを対象として、空気圧縮機、末端機器、および配管ネットワーク内の配管経路の途中に設置されている圧力計の設置位置において、配管ネットワークを、その部分領域であるサブネットワークに分割する配管ネットワーク分割部と、サブネットワークごとに、サブネットワーク内の空気の流れを計算するためのデータで構成されるサブネットワークモデルを生成するサブネットワークモデル生成部と、サブネットワークモデルを記憶するサブネットワークモデル記憶部と、圧力計測値とサブネットワークモデルより、配管ネットワーク内の配管経路の途中に設置されている圧力計を共有する２つのサブネットワークで構成される部分領域である共有サブネットワークを対象に、共有サブネットワークの端部における圧力計測値を計算条件として、共有サブネットワーク内の空気の流れを計算し、圧力計測点における圧力計算値を出力する圧力・流量計算部と、圧力計算値を記憶する計算値記憶部と、共有サブネットワーク内の２つのサブネットワークが共有する圧力計測点である共有圧力計測点を対象に、共有圧力計測点における圧力計測値と圧力計算値を比較し、サブネットワークごとに、空気漏れ発生、および機器詰まり有無を判定し、判定結果を出力する空気漏れ発生・機器詰まり領域判定部と、表示装置を備え、判定結果を用いて、空気漏れ発生、および機器詰まりが発生していると判定されたサブネットワークを表示装置に表示する空気漏れ発生・機器詰まり領域表示部とを備えたことを特徴とする配管ネットワーク診断装置を提供する。

また、上記目的を達成するために、本発明は、配管ネットワーク内に設置されている圧力計より圧力計測値を取得する計測値取得部と、現在時刻が、計測値取得タイミングと一致しているか否かを判定し、一致する場合は計測値取得部に対して、計測値取得指令を出す計測値取得タイミング判定部と、圧力計測値を記憶する計測値記憶部と、配管ネットワークを対象として、空気圧縮機、末端機器、および配管ネットワーク内の配管経路の途中に設置されている圧力計の設置位置において、配管ネットワークをサブネットワークに分割する配管ネットワーク分割部と、サブネットワークごとにサブネットワークモデルを生成するサブネットワークモデル生成部と、サブネットワークモデルを記憶するサブネットワークモデル記憶部と、圧力計測値とサブネットワークモデルより、共有サブネットワークを対象に、共有サブネットワークの端部における圧力計測値を計算条件として、共有サブネットワーク内の空気の流れを計算し、圧力計測点における圧力計算値を出力する圧力・流量計算部と、圧力計算値を記憶する計算値記憶部と、サブネットワークごとに、サブネットワークに含まれる共有圧力計測点に対して、圧力計測値から圧力計算値を減算するとともに、圧力計測値から圧力計算値を減算し、減算結果を出力する計測値・計算値比較部と、サブネットワークと、サブネットワークに含まれる共有圧力計測点と、圧力計測値が取得された時刻と、減算結果とを対応づけて構成されるデータである比較結果履歴を記憶する計測値・計算値比較結果履歴記憶部と、比較結果履歴をもとに、サブネットワークごとに、空気漏れ発生および機器詰まりの進行度を推定し、進行度推定結果を出力する空気漏れ発生・機器詰まり進行度推定部と、表示装置を備え、進行度推定結果を用いて、サブネットワークごとに、空気漏れ発生、および機器詰まりの進行度を表示装置に表示する空気漏れ発生・機器詰まり進行度表示部と、入力装置を備え、入力装置より診断終了命令が入力された場合、配管ネットワーク診断の処理を終了する診断終了判定部とを備えたことを特徴とする配管ネットワーク診断装置を提供する。

本発明によれば、利用者による空気漏れ位置候補の入力を必要とせず、かつ大規模な配管ネットワークに対しても短い計算時間で、配管ネットワーク内の空気漏れ位置、および機器詰まり状態を把握できる。さらに、空気配管・機器の経年劣化の進行状況を把握し、空気配管・機器の交換タイミングを判断できる。

本発明の第1の実施の形態に係る配管ネットワーク診断装置の概略構成図である。 本発明の第1の実施の形態に係る配管ネットワークの系統図である。 本発明の第1の実施の形態に係るサブネットワーク分割の系統図である。 (a)(b)(c)本発明の第1の実施の形態に係る計算対象の共有サブネットワーク、共有サブネットワークを構成するサブネットワーク、計算条件として用いる圧力計測点、共有圧力計測点の関係図である。 本発明の第１の実施の形態に係る配管ネットワーク診断の処理手順フローである。 本発明の第１の実施の形態に係る空気漏れ発生・機器詰まりが発生していると判断されたサブネットワークに対する表示装置の表示図である。 本発明の第１の実施の形態に係る空気漏れ発生・機器詰まり領域判定過程の処理の詳細フローである。 (a)(b)(c)本発明の第１の実施の形態に係る空気漏れが発生しているケースでの、配管ネットワーク内の流量変化、圧力変化図である。 本発明の第１の実施の形態に係る空気漏れが発生しているケースでの、空気漏れ発生・機器詰まり領域を判定図である。 (a)(b)本発明の第１の実施の形態に係る機器詰まりが有るケースでの、配管ネットワーク内の流量変化、圧力変化図である。 本発明の第１の実施の形態に係る機器詰まりが有るケースでの、空気漏れ発生・機器詰まり領域を判定図である。 本発明の第２の実施の形態に係る配管ネットワーク診断装置の概略構成図である。 本発明の第２の実施の形態に係る比較結果履歴のデータ構成図である。 本発明の第２の実施の形態に係る配管ネットワーク診断の処理手順フローである。 本発明の第２の実施の形態に係る空気漏れ発生及び機器詰まりの進行度の表示図である。

以下に図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。

図１は本発明の第１の実施の形態に係る配管ネットワーク診断装置の概略構成図である。

図１に示した配管ネットワーク診断装置は、計測値取得部１、計測値記憶部２、配管ネットワーク分割部３、サブネットワークモデル生成部４、サブネットワークモデル記憶部５、圧力・流量計算部６、計算値記憶部７、空気漏れ発生・機器詰まり領域判定部８、空気漏れ発生・機器詰まり領域表示部９を備えている。

計測値取得部１は、配管ネットワーク内に設置されている圧力計より圧力計測値１０１を取得する。

計測値記憶部２は、メモリやハードディスクで構成されており、計測値取得部１で取得した圧力計測値１０１を格納する。

配管ネットワーク分割部３は、空気圧縮機、末端機器、および配管ネットワーク内の配管経路の途中に設置されている圧力計の設置位置において、配管ネットワークをサブネットワークに分割する。ここで、サブネットワークとは、圧力計設置位置を端部とする、配管ネットワークの部分領域である。配管ネットワークの任意の領域は、必ずいずれか一つのサブネットワークに属する。

図２、図３を用いて、配管ネットワークをサブネットワークに分割する具体例を説明する。図２は、配管ネットワークの具体例である。この配管ネットワークは、空気圧縮機５１、末端機器５２、５３、フィルタ５４、分岐５５、エルボ５６、配管５７〜６１にて構成される。圧縮空気は空気圧縮機５１によって圧縮され、フィルタ５４、分岐５５、エルボ５６、配管５７〜６１を経由して末端機器５２、５３に供給される。また、この配管ネットワークには、圧力計６２〜６６が設置されている。

図２の配管ネットワークは、配管ネットワーク分割部３により、圧力計６２〜６６の設置位置において、図３に示す３つのサブネットワーク６７〜６９に分割される。サブネットワーク６７は圧力計６２、６５、６６を端部とする、配管ネットワークの部分領域である。同様にして、サブネットワーク６８は圧力計６３、６５、サブネットワーク６９は圧力計６４、６６を端部とする、配管ネットワークの部分領域である。

サブネットワークモデル生成部４は、配管ネットワーク分割部３から出力されるサブネットワークごとに、サブネットワークモデル１０２を生成する。サブネットワークモデル１０２には、サブネットワーク内の空気の流れを計算するために必要となるデータが設定される。具体的には、サブネットワークを構成する機器間の接続関係を定義するデータと、機器の属性（例えば、配管に対しては配管長さ、配管口径等）を定義するデータである。

サブネットワークモデル記憶部５は、メモリやハードディスクで構成されており、サブネットワークモデル生成部４で生成したサブネットワークモデル１０２を格納する。

圧力・流量計算部６は、圧力計測値１０１、サブネットワークモデル１０２より、配管ネットワークの部分領域内の空気の流れを計算し、圧力計測点における圧力計算値１０３を出力する。圧力・流量計算部６が計算対象とする部分領域は、配管ネットワーク内の配管経路の途中に設置されている圧力計を共有する２つのサブネットワークであり、この部分領域の端部における圧力計測値１０１を計算条件（境界条件）として、空気の流れを計算する。以降、この部分領域を共有サブネットワークと呼び、部分領域内の２つのサブネットワークが共有する圧力計測点を共有圧力計測点と呼ぶ。

図４は、図２、図３で示した配管ネットワーク、サブネットワークに対して、計算対象の共有サブネットワーク、共有サブネットワークを構成するサブネットワーク、計算条件として用いる圧力計測点、共有圧力計測点の関係を表す図である。図４（ａ）、図４（ｃ）に示すように、共有サブネットワーク７０はサブネットワーク６７、サブネットワーク６８から構成され、計算条件として圧力計６２、６３、６６の圧力計測値１０１を用いる。また、圧力計６５が共有圧力計測点となる。同様に、図４（ｂ）、図４（ｃ）に示すように、共有サブネットワーク７１はサブネットワーク６７、サブネットワーク６９から構成され、計算条件として圧力計６２、６４、６５の圧力計測値１０１を用い、圧力計６６が共有圧力計測点となる。

計算値記憶部７は、メモリやハードディスクで構成されており、圧力・流量計算部６が出力した圧力計算値１０３を格納する。

空気漏れ発生・機器詰まり領域判定部８は、共有圧力計測点における圧力計測値１０１と圧力計算値１０３を比較し、サブネットワークごとに、空気漏れ発生、および機器詰まり有無を判定し、判定結果１０４を出力する。空気漏れ発生、および機器詰まり有無判定の詳細については図７〜図１１を用いて後述する。

判定結果１０４は、各サブネットワークに対して、“空気漏れ発生有”、“機器詰まり有”、”空気漏れ発生・機器詰まり無“のいずれかの属性が設定される。判定結果１０４は、例えば次のようなデータ構成となっている。

サブネットワーク１：機器漏れ発生有
サブネットワーク２：機器詰まり有
:
サブネットワークｎ：空気漏れ発生・機器詰まり無

空気漏れ発生・機器詰まり領域表示部９は、表示装置（ディスプレイ）を備えており、空気漏れ発生・機器詰まり領域判定部８が出力した判定結果１０４を用いて、空気漏れ発生、および機器詰まりが発生していると判定されたサブネットワークを表示装置に表示する。

以上が、配管ネットワーク診断装置の構成である。次に、配管ネットワーク診断装置における処理の内容を詳細に説明する。図５は、本発明の第１の実施の形態に係る配管ネットワーク診断の処理手順を示す。

ステップＳ１（計測値取得過程）として、計測値取得部１は、配管ネットワーク内に設置されている圧力計より圧力計測値１０１を取得する。圧力計測値１０１は、計測値記憶部２により、メモリやハードディスクに格納される。

ステップＳ２（配管ネットワーク分割過程）として、配管ネットワーク分割部３は、空気圧縮機、末端機器、および配管ネットワーク内の配管経路の途中に設置されている圧力計の設置位置において、配管ネットワークをサブネットワークに分割する。

ステップＳ３（サブネットワークモデル生成過程）として、サブネットワークモデル生成部４は、ステップ２にて配管ネットワーク分割部３から出力されるサブネットワークごとに、サブネットワークモデル１０２を生成する。サブネットワークモデル１０２は、サブネットワークモデル記憶部５により、メモリやハードディスクに格納される。

ステップＳ４（圧力・流量計算過程）として、圧力・流量計算部６は、圧力計測値１０１、サブネットワークモデル１０２より、共有サブネットワーク内の空気の流れを計算し、圧力計測点における圧力計算値１０３を出力する。圧力計算値１０３は、計算値記憶部７により、メモリやハードディスクに格納される。

ステップＳ５（空気漏れ発生・機器詰まり領域判定過程）として、空気漏れ発生・機器詰まり領域判定部８は、共有圧力計測点における圧力計測値１０１と圧力計算値１０３を比較し、サブネットワークごとに、空気漏れ発生、および機器詰まり有無を判定し、判定結果１０４を出力する。ステップＳ５の処理の詳細については、図７を用いて後述する。

ステップＳ６（空気漏れ発生・機器詰まり領域表示過程）として、空気漏れ発生・機器詰まり領域表示部９は、判定結果１０４を用いて、空気漏れ発生、および機器詰まりが有ると判定されたサブネットワークを表示装置に表示する。図６は、図２に示す配管ネットワークを対象として、図３中のサブネットワーク６８において空気漏れ発生有と判定されたケースに対する表示例を示している。表示画面上側には、サブネットワーク６７〜６９に対するサブネットワークモデルが表示され、そのうち空気漏れ発生有と判定されたサブネットワーク６８が強調表示されている。表示画面下側には、空気漏れ発生領域として、サブネットワーク６８を構成する空気配管・機器が表示されている。図６に示した表示例の他に、図６中の表示画面上側のみ、あるいは表示画面下側のみが表示されていてもよい。

次に、ステップＳ５（空気漏れ発生・機器詰まり領域判定過程）の処理の詳細について、図７を用いて説明する。ステップＳ５は、ステップＳ５１〜ステップＳ５７の７つの処理過程を含む。

ステップＳ５１（判定対象サブネットワーク設定過程）として、空気漏れ発生、および機器詰まりを判定するサブネットワークを設定する。以降、このサブネットワークを判定対象サブネットワークと呼ぶ。

ステップＳ５２（空気漏れ発生判定過程）として、空気漏れ発生・機器詰まり領域判定部８は、判定対象サブネットワークに含まれる全ての共有圧力計測点に対して、圧力計測値１０１から圧力計算値１０３を減算し、その減算値が閾値１０５より大きいか否かを判定する。判定結果がYesならばステップＳ５３（空気漏れ有設定過程）に進み、Noの場合は、ステップＳ５４（機器詰まり判定過程）へ進む。閾値１０５は、圧力計の計測精度に基づいて、計測精度の数倍程度の値に設定される。

ステップＳ５３（空気漏れ有設定過程）として、判定対象サブネットワークに対する判定結果１０４の属性値を“空気漏れ有”とする。

ステップＳ５４（機器詰まり判定過程）として、空気漏れ発生・機器詰まり領域判定部８は、判定対象サブネットワークに含まれる全ての共有圧力計測点に対して、圧力計算値１０３から圧力計測値１０１を減算し、その減算値が閾値１０５より大きいか否かを判定する。判定結果がYesならばステップＳ５５（機器詰まり有設定過程）に進み、Noの場合は、ステップＳ５６（空気漏れ発生・機器詰まり無設定過程）へ進む。

ステップＳ５５（機器詰まり有設定過程）として、判定対象サブネットワークに対する判定結果１０４の属性値を“機器詰まり有”とする。

ステップＳ５６（空気漏れ発生・機器詰まり無設定過程）として、判定対象サブネットワークに対する判定結果１０４の属性値を“空気漏れ発生・機器詰まり無”とする。

ステップＳ５７（サブネットワーク判定完了確認過程）として、空気漏れ発生・機器詰まり領域判定部８は、配管ネットワークに含まる全てのサブネットワークに対して、空気漏れ発生、および機器詰まりの判定を完了したか否かを確認する。確認結果がNoならばステップＳ５１に戻り、Yesならば図５に示したステップＳ６（空気漏れ発生・機器詰まり領域表示過程）に進む。

以上が、ステップＳ５の処理の詳細に関する説明である。次に、図８、図９を用いて、空気漏れが発生しているケースでのステップＳ５１〜ステップＳ５７の処理過程の具体例を説明する。図２に示した配管ネットワークに対して、図８（ａ）に示すように、配管５９内部の部位７２で空気漏れが発生しているケースを考える。図８（ｂ）は、空気圧縮機５１で圧縮された圧縮機空気が配管５７、分岐５５、配管５８、フィルタ５４、配管５９を経て、末端機器５２に至るまでの流量変化を示す図であり、図８（ｃ）は圧力変化を示す図である。実線は、図４中の共有サブネットワーク７０を計算対象として、圧力・流量計算部６により得られる計算値を示し、点線は計測値を示す。また、Ｌ１は圧縮機５１出口、Ｌ２は分岐５５出口、Ｌ３はフィルタ５４、Ｌ４は部位７２、Ｌ５は末端機器５２入口である。

実際の配管ネットワークでは、共有サブネットワーク７０内で空気漏れが発生しているが、圧力・流量計算部６は空気漏れが発生しない条件で計算するため、計算値と計測値では差異が生じる。以下では、その差異について説明する。

流量計算値は図８（ｂ）中の実線にて変化する。Ｌ１〜Ｌ２での流量はＧ１である。分岐５５にて圧縮空気の一部は配管６０に流れるため、Ｌ２〜Ｌ４での流量はＧ１より減少しＧ２となる。圧力・流量計算部６は、部位７２にて空気漏れが発生しない条件で計算するため、Ｌ４〜Ｌ５での流量はＬ２〜Ｌ４と同量のＧ２となる。一方、流量計測値は図８（ｂ）中の点線にて変化する。部位７２にて空気漏れが発生するため、Ｌ１〜Ｌ２での流量はＧ１より多いＧ３となる。分岐５５にて圧縮空気の一部は配管６０に流れるため、Ｌ２〜Ｌ４での流量はＧ３より減少しＧ４となる。さらに、部位７２にて空気が漏れるため、Ｌ４〜Ｌ５での流量はＧ４より減少しＧ５となる。

配管内を流れる空気の圧力は、概ね一定の変化率で減少し、その変化率は流量の２乗に比例するという特性に従い、圧力計算値は図８（ｃ）中の実線にて変化する。Ｌ１〜Ｌ２では圧力は変化率Ａ１で減少し、Ｌ２〜Ｌ５では変化率Ａ２で減少する。また、Ｌ３ではフィルタ５４で発生する圧損のため圧力が減少する。一方、圧力計測値は図８（ｃ）中の点線にて変化する。Ｌ１〜Ｌ２で圧力は変化率Ａ３で減少し、Ｌ２〜Ｌ４では変化率Ａ４で減少し、Ｌ４〜Ｌ５では変化率Ａ５で減少する。また、Ｌ３ではフィルタ５４で発生する圧損のため圧力が減少する。ここで、流量に対して、Ｇ３＞Ｇ１＞Ｇ４＞Ｇ２＞Ｇ５という関係があるため、圧力変化率はＡ３＞Ａ１＞Ａ４＞Ａ２＞Ａ５という関係となる。その結果、圧力計６５の設置点（Ｌ２）において、圧力計算値１０３は圧力計測値１０１よりも大きい値をとる。

一方で、図４中の共有サブネットワーク７１内では空気漏れが発生していないため、共有サブネットワーク７１を計算対象として、圧力・流量計算部６により得られる計算値と計測値に差異は生じない。その結果、圧力計６６の設置点において、力計算値１０３と圧力計測値１０１は同じ値をとる。

図９を用いて、図８（ａ）に示す配管ネットワークを対象として、ステップＳ５１〜ステップＳ５７の処理過程に基づいて、空気漏れ発生・機器詰まり領域を判定した例を説明する。図９には、各サブネットワークに対して、サブネットワークに含まれる共有圧力計測点、共有圧力計測点での圧力計算値１０３と圧力計測値１０１の関係、判定結果が示されている。サブネットワーク６７は、共有圧力計測点として圧力計６５と圧力計６６を含む。上述したように、圧力計６５では、圧力計算値―圧力計測値＞閾値であり、圧力計６６では、圧力計算値―圧力計測値≦閾値、かつ圧力計測値―圧力計算値≦閾値である。その結果、ステップＳ５２の判定結果はNoであり、続くステップＳ５４の判定結果もNoとなるため、ステップＳ５６にてサブネットワーク６７に対する判定結果１０４の属性値は、“空気漏れ発生・機器詰まり無”に設定される。次に、サブネットワーク６８は、共有圧力計測点として圧力計６５を含む。サブネットワーク６８に対するステップＳ５２の判定結果はYesであるため、ステップＳ５３にてサブネットワーク６８に対する判定結果１０４の属性値は、“空気漏れ発生有”に設定される。次に、サブネットワーク６９は、共有圧力計測点として圧力計６６を含む。サブネットワーク６９に対するステップＳ５２の判定結果はNoであり、続くステップＳ５４の判定結果もNoとなるため、ステップＳ５６にてサブネットワーク６９に対する判定結果１０４の属性値は、“空気漏れ発生・機器詰まり無”に設定される。

以上が、空気漏れが発生しているケースでのステップＳ５１〜ステップＳ５７の処理過程の具体例である。次に、図１０、図１１を用いて、機器詰まりが有るケースでのステップＳ５１〜ステップＳ５７の処理過程の具体例を説明する。図２に示した配管ネットワークに対して、フィルタ５４で詰まりが有るケースを考える。図１０（ａ）は、空気圧縮機５１で圧縮された圧縮機空気が配管５７、分岐５５、配管５８、フィルタ５４、配管５９を経て、末端機器５２に至るまでの流量変化を示す図であり、図１０（ｂ）は圧力変化を示す図である。実線は、図４中の共有サブネットワーク７０を計算対象として、圧力・流量計算部６により得られる計算値を示し、点線は計測値を示す。

実際の配管ネットワークでは、共有サブネットワーク７０内のフィルタ５４で詰まりが有るが、圧力・流量計算部６は詰まりがない条件で計算するため、計算値と計測値では差異が生じる。以下では、その差異について説明する。

流量計算値は図１０（ａ）中の実線にて変化する。Ｌ１〜Ｌ２での流量はＧ１である。分岐５５にて圧縮空気の一部は配管６０に流れるため、Ｌ２〜Ｌ５での流量はＧ１より減少しＧ２となる。一方、流量計測値は図１０（ａ）中の点線にて変化する。フィルタ５４の詰まりにより、フィルタ５４での圧損が増加するため、Ｌ１〜Ｌ２での流量はＧ１より少ないＧ３となる。分岐５５にて圧縮空気の一部は配管６０に流れるため、Ｌ２〜Ｌ５での流量はＧ３より減少しＧ４となる。

圧力計算値は図１０（ｂ）中の実線にて変化する。Ｌ１〜Ｌ２では圧力は変化率Ａ１で減少し、Ｌ２〜Ｌ５では変化率Ａ２で減少する。また、Ｌ３ではフィルタ５４で発生する圧損のため圧力が減少する。一方、圧力計測値は図１０（ｂ）中の点線にて変化する。Ｌ１〜Ｌ２で圧力は変化率Ａ３で減少し、Ｌ２〜Ｌ５では変化率Ａ４で減少する。また、Ｌ３ではフィルタ５４で発生する圧損のため圧力が減少する。フィルタ５４での圧力減少幅は、計算値より計測値の方が大きい。ここで、流量に対して、Ｇ１＞Ｇ３＞Ｇ２＞Ｇ４という関係があるため、圧力変化率はＡ１＞Ａ３＞Ａ２＞Ａ４という関係となる。その結果、圧力計６５の設置点（Ｌ２）において、圧力計算値１０３は圧力計測値１０１よりも小さい値をとる。

一方で、図４中の共有サブネットワーク７１内では機器詰まりが無いため、共有サブネットワーク７１を計算対象として、圧力・流量計算部６により得られる計算値と計測値に差異は生じない。その結果、圧力計６６の設置点において、圧力計算値１０３と圧力計測値１０１は同じ値をとる。

図１１を用いて、図２に示す配管ネットワーク中のフィルタ５４で詰まりが有るケースを対象として、ステップＳ５１〜ステップＳ５７の処理過程に基づいて、空気漏れ発生・機器詰まり領域を判定した例を説明する。図１１には、各サブネットワークに対して、サブネットワークに含まれる共有圧力計測点、共有圧力計測点での圧力計測値１０１と圧力計算値１０３の関係、判定結果が示されている。サブネットワーク６７は、共有圧力計測点として圧力計６５と圧力計６６を含む。上述したように、圧力計６５では、圧力計測値―圧力計算値＞閾値であり、圧力計６６では、圧力計算値―圧力計測値≦閾値、かつ圧力計測値―圧力計算値≦閾値である。その結果、ステップＳ５２の判定結果はNoであり、続くステップＳ５４の判定結果もNoとなるため、ステップＳ５６にてサブネットワーク６７に対する判定結果１０４の属性値は、“空気漏れ発生・機器詰まり無”に設定される。次に、サブネットワーク６８は、共有圧力計測点として圧力計６５を含む。サブネットワーク６８に対するステップＳ５２の判定結果はNoであり、続くステップＳ５４の判定結果はYesであるため、ステップＳ５５にてサブネットワーク６８に対する判定結果１０４の属性値は、“機器詰まり有”に設定される。次に、サブネットワーク６９は、共有圧力計測点として圧力計６６を含む。サブネットワーク６９に対するステップＳ５２の判定結果はNoであり、続くステップＳ５４の判定結果もNoとなるため、ステップＳ５６にてサブネットワーク６９に対する判定結果１０４の属性値は、“空気漏れ発生・機器詰まり無”に設定される。

以上が、機器詰まりが有るケースでのステップＳ５１〜ステップＳ５７の処理過程の具体例である。

本実施形態では、図５に示した配管ネットワーク診断の処理手順に従って、配管ネットワークにおける空気漏れ発生・機器詰まり領域を判定する。利用者による空気漏れ位置候補の入力処理は不用であり、利用者が対象とする配管ネットワーク設備の経年劣化の状況、隙間が生じ得る箇所等を事前に把握する必要はない。

また、本実施形態では、図７に示した空気漏れ発生・機器詰まり領域判定処理手順に従って、共有圧力計測点における圧力計測値と圧力計算値を比較することにより空気漏れ発生・機器詰まり領域を判定する。収束計算に基づいて最適化問題を解く必要はないため、
大規模な配管ネットワークを対象とする場合でも、短い計算時間で空気漏れ発生・機器詰まり領域を判定することが可能である。

さらに、特許文献１で開示されている技術では、機器詰まり状態を把握できないという課題があったが、本実施形態では、機器詰まり領域を判定することが可能である。

上述の通り、本実施形態では、利用者による空気漏れ位置候補の入力を必要とせず、かつ大規模な配管ネットワークに対しても短い計算時間で、配管ネットワーク内の空気漏れ位置、および機器詰まり状態を把握できる。

図１２は本発明の第２の実施の形態に係る配管ネットワーク診断装置の概略構成図である。第１の実施の形態と同様の部分については同図において既出図面と同符号を付して説明を省略する。

本実施の形態が第１の実施の形態と相違する点は、共有圧力計測点における圧力計測値１０１と圧力計算値１０３の比較結果の履歴を保存し、上記履歴をもとに、時間経過にともなう配管ネットワーク内の空気漏れ発生および機器詰まりの進行状況を推定することで、空気配管・機器の経年劣化の進行状況を把握する点である。具体的には、本実施の形態における配管ネットワーク診断装置は、空気漏れ発生・機器詰まり領域判定部８、空気漏れ発生・機器詰まり領域表示部９の代わりに、計測値取得タイミング判定部１０、計測値・計算値比較部１１、計測値・計算値比較結果履歴記憶部１２、空気漏れ発生・機器詰まり進行度推定部１３、空気漏れ発生・機器詰まり進行度表示部１４、診断終了判定部１５を備える。

計測値取得タイミング判定部１０は、現在時刻が、あらかじめ設定されている計測値取得タイミングと一致しているか否かを判定し、一致する場合は計測値取得部１に対して、計測値取得指令を出す。計測値取得タイミングは、空気漏れ発生・機器詰まり進行度を判定する上で必要となる時間間隔が設定される。例えば、空気圧縮機が稼働している時間帯を対象として、“毎日午前１１時および午後３時に計測値取得”、といった値を設定する。

計測値・計算値比較部１１は、サブネットワークごとに、サブネットワークに含まれる共有圧力計測点に対して、圧力計測値１０１から圧力計算値１０３の減算結果１０７と、圧力計算値１０３から圧力計測値１０１の減算結果１０８を計算し、出力する。圧力計測値１０１をＰＭ、圧力計算値１０３をＰＡとすると、減算結果１０７ΔＰ１、減算結果１０８ΔＰ２は以下の式より計算される。

ΔＰ１＝Max(ＰＭ−ＰＡ, ０)・・・（式１）

ΔＰ２＝Max(ＰＡ−ＰＭ, ０)・・・（式２）

計測値・計算値比較結果履歴記憶部１２は、メモリやハードディスクで構成されており、計測値・計算値比較部１１にて出力される減算結果１０７、減算結果１０８をもとに、比較結果履歴１０５を格納する。比較結果履歴１０５は、例えば図１３に示すようなデータ構成となっており、サブネットワーク、共有圧力計測点、計測時刻、減算結果とを対応づけて構成される。

共有圧力計測点は、サブネットワークに含まれる共有圧力計測点を示すデータである。

計測時刻は、圧力計測値１０１が取得された時刻を示すデータである。

減算結果は、計測時刻における減算結果１０７、減算結果１０８を示すデータである。

空気漏れ発生・機器詰まり進行度推定部１３は、比較結果履歴１０５をもとに、サブネットワークごとに、空気漏れ発生および機器詰まりの進行度を推定し、進行度推定結果１０６を出力する。サブネットワークに含まれる共有圧力計測点数をＮ、ｉ番目の共有圧力計測点に対する減算結果１０７をΔＰ１_ｉ、空気漏れ発生許容値をＥＰ１とすると、空気漏れ発生進行度Ｗ１は以下の式より計算される。

Ｗ１=Max(ΔＰ１_１，ΔＰ１_２，…，ΔＰ１_Ｎ)/ＥＰ１×１００・・・（式３）

ここで、空気漏れ発生許容値ＥＰ１は、経年劣化により空気配管を補修・交換するタイミングに応じて定める、圧力を単位とする値である。ＥＰ１を小さくすると、空気配管補修・交換のタイミングは早くなり、大きくするとタイミングは遅くなる。

同様にして、共有圧力計測点に対する減算結果１０８をΔＰ２_ｉ、機器詰まり許容値をＥＰ２とすると、機器詰まり進行度Ｗ２は以下の式より計算される。

Ｗ２=Max(ΔＰ２_１，ΔＰ２_２，…，ΔＰ２_Ｎ)/ＥＰ２×１００・・・（式４）

ここで、機器詰まり許容値ＥＰ２は、経年劣化により機器を補修・交換するタイミングに応じて定める、圧力を単位とする値である。ＥＰ２を小さくすると、機器補修・交換のタイミングは早くなり、大きくするとタイミングは遅くなる。

進行度推定結果１０６は、各サブネットワークに対して、空気漏れ発生および機器詰まりの進行度が設定される。進行度推定結果１０６は、例えば次のようなデータ構成となっている。

サブネットワーク１
計測時刻＝ＸＸ１、空気漏れ発生進行度＝ ０％、機器詰まり進行度＝ １％
計測時刻＝ＸＸ２、空気漏れ発生進行度＝ ０％、機器詰まり進行度＝ １％
:
計測時刻＝ＸＸｍ、空気漏れ発生進行度＝ ６％、機器詰まり進行度＝３８％

サブネットワーク２
計測時刻＝ＸＸ１、空気漏れ発生進行度＝ ０％、機器詰まり進行度＝ ０％
計測時刻＝ＸＸ２、空気漏れ発生進行度＝ ０％、機器詰まり進行度＝ ０％
:
計測時刻＝ＸＸｍ、空気漏れ発生進行度＝ ２％、機器詰まり進行度＝ ５％
:

サブネットワークｎ
計測時刻＝ＸＸ１、空気漏れ発生進行度＝ ０％、機器詰まり進行度＝ ２％
計測時刻＝ＸＸ２、空気漏れ発生進行度＝ １％、機器詰まり進行度＝ ３％
:
計測時刻＝ＸＸｍ、空気漏れ発生進行度＝１２％、機器詰まり進行度＝４５％

空気漏れ発生・機器詰まり進行度表示部１４は、表示装置（ディスプレイ）を備えており、空気漏れ発生・機器詰まり進行度推定部１３が出力した進行度推定結果１０６を用いて、サブネットワークごとに、空気漏れ発生、および機器詰まりの進行度を表示装置に表示する。

診断終了判定部１５は、入力装置（キーボート、マウスなど）を備えており、入力装置より診断終了命令が入力された場合、配管ネットワーク診断の処理を終了する。

以上が、本実施の形態が第１の実施の形態と相違する点であり、その他の点は第１の実施の形態と同様である。次に、配管ネットワーク診断装置における処理の内容を詳細に説明する。図１４は、本発明の第２の実施の形態に係る配管ネットワーク診断の処理手順を示す。第１の実施の形態と同様の部分については同図において既出図面と同符号を付して説明を省略する。

本実施の形態の処理手順が第１の実施の形態の処理手順と相違する点は、ステップＳ５、ステップＳ６の過程の代わりに、ステップＳ７〜ステップＳ１１の処理過程を含む点である。

ステップＳ７（計測値取得タイミング判定過程）として、計測値取得タイミング判定部１０は、現在時刻が、あらかじめ設定されている計測値取得タイミングと一致しているか否かを判定する。判定結果がYesならば、ステップＳ１（計測値取得過程）に進み、Noならば、ステップＳ７の処理を継続する。

ステップＳ８（計測値・計算値比較過程）として、計測値・計算値比較部１１は、サブネットワークごとに、サブネットワークに含まれる共有圧力計測点に対して、圧力計測値１０１から圧力計算値１０３を減算するとともに、圧力計測値１０３から圧力計算値１０１を減算し、減算結果１０７、１０８を出力する。減算結果１０７、１０８は、計測値・計算値比較結果履歴記憶部１２により、比較結果履歴１０５としてメモリやハードディスクに格納される。

ステップＳ９（空気漏れ発生・機器詰まり進行度推定過程）として、空気漏れ発生・機器詰まり進行度推定部１３は、比較結果履歴１０５をもとに、サブネットワークごとに、空気漏れ発生、および機器詰まり進行度を判定し、進行度推定結果１０６を出力する。

ステップＳ１０（空気漏れ発生・機器詰まり進行度表示過程）として、空気漏れ発生・機器詰まり進行度表示部１４は、進行度推定結果１０６を用いて、サブネットワークごとに、空気漏れ発生、および機器詰まりの進行度を表示装置に表示する。図１５は、図２に示す配管ネットワークを対象として、図３中のサブネットワーク６７〜６９ごとに空気漏れ発生、および機器詰まりの進行度を表示した例を示している。サブネットワークごとに、空気漏れ発生進行度（実線）、および機器詰まり進行度（点線）の時間推移がグラフ表示される。進行度が１００％に達している場合は、そのグラフが強調表示されている。利用者は、進行度が１００％に達しているサブネットワークを構成する空気配管・機器を補修・交換するか、あるいは既存の技術（例えば、超音波厚み計等の非破壊検査装置）により、上記の空気配管・機器のみを対象として経年劣化の進行状況を詳細に診断することが可能である。

ステップＳ１１（診断終了判定過程）として、診断終了判定部１５は、入力装置より診断終了命令が入力されたか否かを判定する。判定結果がNoならば、ステップＳ７（計測値取得タイミング判定過程）に進み、Yesならば処理を終了する。

以上が、本実施の形態の処理手順が第１の実施の形態と相違する点であり、その他の点は第１の実施の形態の処理手順と同様である。

上述の通り、本実施形態では第１実施形態で得られる各効果に加えて、時間経過にともなう配管ネットワーク内の空気漏れ発生および機器詰まりの進行状況を推定することで、空気配管・機器の経年劣化の進行状況を把握し、空気配管・機器の補修あるいは交換タイミングを判断できる。

本発明における上記実施の形態では、配管ネットワーク内に流れる流体が、空気圧縮機により圧縮された圧縮空気である形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、配管ネットワーク内を蒸気、水、空調用空気、油圧用の油等が流れる形態としてよい。

１ 計測値取得部
２ 計測値記憶部
３ 配管ネットワーク分割部
４ サブネットワークモデル生成部
５ サブネットワークモデル記憶部
６ 圧力・流量計算部、
７ 計算値記憶部
８ 空気漏れ発生・機器詰まり領域判定部
９ 空気漏れ発生・機器詰まり領域表示部
１０ 計測値取得タイミング判定部
１１ 計測値・計算値比較部
１２ 計測値・計算値比較結果履歴記憶部
１３ 空気漏れ発生・機器詰まり進行度推定部
１４ 空気漏れ発生・機器詰まり進行度表示部
１５ 診断終了判定部
５１ 空気圧縮機、
５２、５３ 末端機器
５４ フィルタ
５５ 分岐
５６ エルボ
５７〜６１ 配管
６２〜６６ 圧力計
６７〜６９ サブネットワーク
７０、７１ 共有サブネットワーク
１０１ 圧力計測値
１０２ サブネットワークモデル
１０３ 圧力計算値
１０４ 判定結果
１０５ 比較結果履歴
１０６ 進行度推定結果
１０７ 圧力計測値から圧力計算値の減算結果
１０８ 圧力計算値から圧力計測値の減算結果

Claims (3)

1. 配管ネットワーク内に設置されている圧力計より圧力計測値を取得する計測値取得部と、
   前記圧力計測値を記憶する計測値記憶部と、
   前記配管ネットワークを対象として、流体供給機器、流体消費機器、および前記配管ネットワーク内の配管経路の途中に設置されている前記圧力計の設置位置において、前記配管ネットワークを、その部分領域であるサブネットワークに分割する配管ネットワーク分割部と、
   前記サブネットワークごとに、前記サブネットワーク内の流体の流れを計算するためのデータで構成されるサブネットワークモデルを生成するサブネットワークモデル生成部と、
   前記サブネットワークモデルを記憶するサブネットワークモデル記憶部と、
   前記圧力計測値と前記サブネットワークモデルより、前記配管ネットワーク内の配管経路の途中に設置されている前記圧力計を共有する２つの前記サブネットワークで構成される部分領域である共有サブネットワークを対象に、前記共有サブネットワークの端部における前記圧力計測値を計算条件として、前記共有サブネットワーク内の流体の流れを計算し、圧力計測点における圧力計算値を出力する圧力・流量計算部と、
   前記圧力計算値を記憶する計算値記憶部と、
   前記共有サブネットワーク内の２つの前記サブネットワークが共有する圧力計測点である共有圧力計測点を対象に、前記共有圧力計測点における前記圧力計測値と前記圧力計算値を比較し、前記サブネットワークごとに、流体漏れ発生、および機器詰まり有無を判定し、判定結果を出力する流体漏れ発生・機器詰まり領域判定部と、
   表示装置を備え、前記判定結果を用いて、流体漏れ発生、および機器詰まりが発生していると判定された前記サブネットワークを前記表示装置に表示する流体漏れ発生・機器詰まり領域表示部と
   を備えたことを特徴とする配管ネットワーク診断装置。
   
2. 前記流体漏れ発生・機器詰まり領域判定部の前記サブネットワークごとの流体漏れ発生、および機器詰まり有無の判定過程は、
   前記サブネットワークに含まれる全ての前記共有圧力計測点に対して、前記圧力計測値から前記圧力計算値を減算した減算値が閾値より大きい場合は、前記サブネットワークにて流体漏れ発生有と判断し、
   前記サブネットワークに含まれる全ての前記共有圧力計測点に対して、前記圧力計算値から前記圧力計測値を減算した減算値が閾値より大きい場合は、前記サブネットワークにて機器詰まり有と判断し、
   前記サブネットワークに含まれるいずれかの前記共有圧力計測点に対して、前記圧力計測値から前記圧力計算値を減算した前記減算値が閾値以下となり、かつ前記圧力計算値から前記圧力計測値を減算した前記減算値が閾値以下となる場合は、前記サブネットワークにて流体漏れ発生・機器詰まり無と判断することでなされる
   ことを特徴とする請求項１記載の配管ネットワーク診断装置。
   
3. 配管ネットワーク内に設置されている圧力計より圧力計測値を取得する計測値取得部と、
   現在時刻が、計測値取得タイミングと一致しているか否かを判定し、一致する場合は前記計測値取得部に対して、計測値取得指令を出す計測値取得タイミング判定部と、
   前記圧力計測値を記憶する計測値記憶部と、
   前記配管ネットワークを対象として、流体供給機器、流体消費機器、および前記配管ネットワーク内の配管経路の途中に設置されている前記圧力計の設置位置において、前記配管ネットワークを、サブネットワークに分割する配管ネットワーク分割部と、
   前記サブネットワークごとに、サブネットワークモデルを生成するサブネットワークモデル生成部と、
   前記サブネットワークモデルを記憶するサブネットワークモデル記憶部と、
   
   前記圧力計測値と前記サブネットワークモデルより、前記配管ネットワーク内の配管経路の途中に設置されている前記圧力計を共有する２つの前記サブネットワークで構成される部分領域である共有サブネットワークを対象に、前記共有サブネットワークの端部における前記圧力計測値を計算条件として、前記共有サブネットワーク内の流体の流れを計算し、圧力計測点における圧力計算値を出力する圧力・流量計算部と、
   前記圧力計算値を記憶する計算値記憶部と、
   前記共有サブネットワーク内の２つの前記サブネットワークが共有する圧力計測点である共有圧力計測点に対して、前記サブネットワークごとに、前記圧力計測値から前記圧力計算値を減算するとともに、前記圧力計測値から圧力計算値を減算し、減算結果を出力する計測値・計算値比較部と、
   前記サブネットワークと、前記サブネットワークに含まれる前記共有圧力計測点と、前記圧力計測値が取得された時刻と、前記減算結果とを対応づけて構成されるデータである比較結果履歴を記憶する計測値・計算値比較結果履歴記憶部と、
   前記比較結果履歴をもとに、前記サブネットワークごとに、流体漏れ発生および機器詰まりの進行度を推定し、進行度推定結果を出力する流体漏れ発生・機器詰まり進行度推定部と、
   表示装置を備え、前記進行度推定結果を用いて、前記サブネットワークごとに、流体漏れ発生、および機器詰まりの進行度を表示装置に表示する流体漏れ発生・機器詰まり進行度表示部と、
   入力装置を備え、入力装置より診断終了命令が入力された場合、配管ネットワーク診断の処理を終了する診断終了判定部と
   を備えたことを特徴とする配管ネットワーク診断装置。