JP6858019B2 - 機器状態監視システム - Google Patents
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Description
機器の状態を検出する計3つ以上のセンサーと、前記3つ以上センサーの出力から検出データを生成する第1の演算処理回路とを有する複数のセンサーモジュールと、
前記複数のセンサーモジュールにより各々生成された前記検出データを分析して前記機器の状態を診断する第2の演算処理回路を有するデータ分析装置とを有し、
前記複数のセンサーモジュールの前記第1の演算処理回路は各々、前記3つ以上のセンサーのゼロ点出力のデータを生成し、
前記データ分析装置の前記第2の演算処理回路は、前記3つ以上のセンサー各々について、一のセンサーと他の複数のセンサーとのゼロ点出力の差分総和をもとに前記3つ以上の各々のセンサーの劣化状態を判定するように構成されたものである。
機器の状態を検出する計3つ以上のセンサーと、前記3つ以上センサーの出力から検出データを生成する第1の演算処理回路とを有する複数のセンサーモジュールと、
前記複数のセンサーモジュールにより各々生成された前記検出データを分析して前記機器の状態を診断する第2の演算処理回路を有するデータ分析装置とを有し、
前記複数のセンサーモジュールの前記第1の演算処理回路は各々、前記3つ以上のセンサーのゼロ点出力のデータを生成し、
前記データ分析装置の前記第2の演算処理回路は、前記3つ以上のセンサー各々につい
て、一のセンサーと他の複数のセンサーとのゼロ点出力の差分総和の変化量をもとに前記3つ以上の各々のセンサーの劣化状態を判定するように構成されたものであってもよい。
前記3つ以上のセンサーの累積ストレスをそれぞれ測定し、
前記3つ以上のセンサー各々のゼロ点出力のデータに基づく劣化状態の判定結果と、測定された前記3つ以上のセンサーの前記累積ストレスとをもとに、前記3つ以上のセンサーの劣化状態を判定するように構成されたものであってもよい。
図1は本発明に係る一実施形態である機器状態監視システムの全体的な概念図である。
この機器状態監視システム1は、無線センサーネットワーク100とデータ分析システム200とを有する。無線センサーネットワーク100とデータ分析システム200とはネットワーク300を通じて接続可能である。ここでネットワークはLAN(Local Area Network)であってもWAN(Wide Area Network)であってもよい。
データ分析装置202は、具体的には、例えばパーソナルコンピュータやサーバ用計算機などであり、CPU(Central Processing Unit)31(第2の演算処理回路に相当する。)、メモリ32、ストレージデバイス33、ネットワークインタフェース34、ディスプレイ35、ユーザ入力装置(マウス、キーボードなど)36などで構成される。メモリ32にはデータ分析のためのアプリケーションプログラムなどが格納される。CPU31はメモリ32に格納されたアプリケーションプログラムに従って機器の診断およびセンサーの健全性判定のためのデータ分析を行う。なお、ストレージデバイス33は、データ分析システム200のデータ蓄積装置201として用いられてもよい。
無線センサーネットワーク100には、例えばISA100.11aの規格による近距離無線通信などが採用される。複数の無線センサーモジュールMとゲートウェイGはメッシュ型のネットワークの形態で接続可能とされている。メッシュ型のネットワークは、無線通信において障害物による遮断や反射波による干渉にさらされることによる電波環境の変化に対し、すべての無線センサーモジュールMで生成された検出データがゲートウェイGに収集されるための最適な無線通信経路が得られるように、互いにピアツーピアで無線接続されるノードのペアを変更することができる。
このメッシュ型の無線センサーネットワーク100には、1機のゲートウェイGと3機の無線センサーモジュールM1、M2、M3がノードとして存在する。3機の無線センサーモジュールM1、M2、M3はゲートウェイGとピアツーピア接続により無線通信することが可能とされている。
図4は無線センサーモジュールMの構成を示すブロック図である。
センサーデバイスは、熱、衝撃、電磁波などのストレスを受けて経年的に特性が劣化したり、場合によっては突然故障したりする。このようなセンサーデバイスの劣化や故障の状態を自己診断機能を有するセンサーを用いることなく判定する方法が求められている。
1.センサーの電源投入直後の立ち上がり波形に基づく劣化判定
2.センサーのゼロ点出力に基づく劣化判定
ここで、2.センサーのゼロ点出力に基づく劣化判定には以下がある。
2−1.センサーのゼロ点出力の変化に基づく劣化判定
2−2.複数センサーのゼロ点出力の比較による劣化判定
2−3.複数センサーのゼロ点出力の差分総和の変化に基づく劣化判定
センサーの電源投入直後の立ち上がり波形は、センサーが受けている様々なダメージを反映して変化する。
図5はセンサーの電源投入直後の立ち上がり波形の例を示す図である。
電源投入タイミングからセンサー出力がゼロ点出力のレベルで安定するまでの期間の波形をセンサー電源投入直後の立ち上がり波形とする。例えば、加速度センサー21aの場合、0G状態時の出力がゼロ点出力である。
なお、センサーの劣化状態の評価値は、立ち上がり時間Ta、ピーク値Pf、ノイズ成分量などの値のうち、少なくとも1つ以上を評価対象として劣化状態を判定してもよい。
無線センサーモジュールMは、無線センサーネットワーク100内のすべてのノード間で正確に同期がとられた内部時計を有する。無線センサーモジュールMのマイクロプロセッサ12は、この内部時計を監視し、無線センサーネットワーク100において自ノードに割り当てられたタイムスロットに入るまでは、センサー21a、21b、21cおよびセンサー信号処理回路11への通電をオフにしたスリープ状態に設定する。
センサーの経年的劣化の進行度には個体差があり、例えば温度変化や衝撃などの周辺環境から受けるストレスによっても差が出てくる。例えば加速度センサー21aの0G状態での出力であるゼロ点出力は、加速度センサー21aの劣化に伴って変化する。なお、加速度センサー21aの0G状態とは、監視対象である機器が停止しているときなど、加速度センサー21aに加わられる加速度が実質的に零のときの状態である。
データ分析装置202のCPU31は、劣化判定結果をメモリ32やストレージデバイス33に記録し、例えばディスプレイ35などを通してユーザに提示する。あるいは、CPU31は、劣化判定結果をネットワーク300を通じて接続されたユーザの端末機器に送信し、ユーザの端末機器に記録したりユーザに提示してもよい。ユーザの端末機器とは、例えば、スマートホン、携帯電話、パーソナルコンピュータ、タブレット端末などである。
次に、複数センサーのゼロ点出力の比較による劣化判定について説明する。
ここで言う複数センサーとは仕様が同じ複数のセンサーである。仕様が同じ複数のセンサーは、若干の個体差があるものの本来ならばゼロ点出力の値は経年的にほぼ等しく変化する。仕様が同じ複数のセンサーは1つの無線センサーモジュールMに接続されたセンサーであってもよいし、複数の無線センサーモジュールMに別々に接続されたセンサーであってもよい。
ここで、仕様が同じ3つのセンサーS1、S2、S3を評価対象とし、各々のセンサーS1、S2、S3のゼロ点出力の値をX1、X2、X3とする。
V=Tα/(Tβ+Tγ) ・・・(1)
V=Tα/(Tβ+Tγ)/2) ・・・(2)
ここで、Tαは1番目に高い差分総和の値、Tβは2番目に高い差分総和の値、Tγは3番目に高い差分総和の値である。
データ分析装置202のCPU31は、各センサーS1、S2、S3それぞれについての差分総和T1、T2、T3の、初期値からの変化量あるいは変化率をもとに劣化判定を行うことも可能である。
W=Zα/(Zβ+Zγ) ・・・(3)
W=Zα/(Zβ+Zγ)/2) ・・・(4)
ここで、Zαは1番目に高い差分総和の変化量の値、Zβは2番目に高い差分総和の変化量の値、Zγは3番目に高い差分総和の変化量の値である。
センサーの劣化の原因には熱や振動などによるストレスがある。センサーは設置環境によって定常的に受けるストレス量に差があるため、複数のセンサー間で経年的劣化の進行度に差が生じる。そこで、データ分析装置202のCPU31は、各センサーの累積ストレスの差を測定し、測定した各センサーの累積ストレスの差を加味してセンサーの劣化状態を判定してもよい。
この劣化判定方法は、各センサーの累積ストレスを測定する処理(ステップS201)と、上述した電源投入直後のセンサーの立ち上がり波形に基づく劣化判定方法およびゼロ点出力に基づく劣化判定方法のいずれか1つ、もしくは複数の方法の組み合わせによる一次判定(ステップS202)と、この一次判定の結果に各センサーの累積ストレスを加味して行われる二次判定(ステップS203)とからなる。
1…機器状態監視システム
10a、10b、10c…機器
11…センサー信号処理回路
12…マイクロプロセッサ
13…メモリ
14…無線モジュール
21…センサー
31…CPU
100…無線センサーネットワーク
200…データ分析システム
201…データ蓄積装置
202…データ分析装置
300…ネットワーク
Claims (3)
- 機器の状態を検出する計3つ以上のセンサーと、前記3つ以上のセンサーの出力から検出データを生成する第1の演算処理回路とを有する複数のセンサーモジュールと、
前記複数のセンサーモジュールにより各々生成された前記検出データを分析して前記機器の状態を診断する第2の演算処理回路を有するデータ分析装置とを有し、
前記複数のセンサーモジュールの前記第1の演算処理回路は各々、前記3つ以上のセンサーのゼロ点出力のデータを生成し、
前記データ分析装置の前記第2の演算処理回路は、前記3つ以上のセンサー各々について、一のセンサーと他の複数のセンサーとのゼロ点出力の差分総和をもとに前記3つ以上の各々のセンサーの劣化状態を判定するように構成された
機器状態監視システム。 - 機器の状態を検出する計3つ以上のセンサーと、前記3つ以上センサーの出力から検出データを生成する第1の演算処理回路とを有する複数のセンサーモジュールと、
前記複数のセンサーモジュールにより各々生成された前記検出データを分析して前記機器の状態を診断する第2の演算処理回路を有するデータ分析装置とを有し、
前記複数のセンサーモジュールの前記第1の演算処理回路は各々、前記3つ以上のセンサーのゼロ点出力のデータを生成し、
前記データ分析装置の前記第2の演算処理回路は、前記3つ以上のセンサー各々につい
て、一のセンサーと他の複数のセンサーとのゼロ点出力の差分総和の変化量をもとに前記3つ以上の各々のセンサーの劣化状態を判定するように構成された
機器状態監視システム。 - 請求項1及び2のいずれか1項に記載の機器状態監視システムであって、
前記データ分析装置の前記第2の演算処理回路は、
前記3つ以上のセンサーの累積ストレスをそれぞれ測定し、
前記3つ以上のセンサー各々のゼロ点出力のデータに基づく劣化状態の判定結果と、前記測定された前記3つ以上のセンサーの累積ストレスとをもとに、前記3つ以上のセンサーの劣化状態を判定するように構成された
機器状態監視システム。
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