JP6989398B2 - Failure diagnostic device, failure diagnosis method, and failure diagnosis program - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、故障診断装置、監視装置、故障診断方法、および故障診断プログラムに関する。 Embodiments of the present invention relate to a failure diagnosis device, a monitoring device, a failure diagnosis method, and a failure diagnosis program.

発電プラント内の機器の稼働率を向上させるため、IoT(Internet of Things)技術を利用した発電プラントの故障診断システムの開発が検討されている。これにより、豊富な測定データを利用した充実したオンライン故障診断が実現され、診断の対象機器の故障や故障予兆を早期に検知することが可能となる。しかしながら、このような故障診断を適切に行うためには、測定データから精度良く故障や故障予兆を検知するためのデータベースやアルゴリズムをどのように構成するかが問題となる。このような問題は、発電プラント以外のインフラ設備内の機器など、故障による稼働停止の影響が大きい種々の機器でも同様に生じ得る。 In order to improve the operating rate of equipment in a power plant, the development of a failure diagnosis system for a power plant using IoT (Internet of Things) technology is being considered. As a result, a full-scale online failure diagnosis using abundant measurement data is realized, and it becomes possible to detect a failure or a failure sign of the device to be diagnosed at an early stage. However, in order to properly perform such a failure diagnosis, how to construct a database or an algorithm for accurately detecting a failure or a failure sign from the measurement data becomes a problem. Such a problem can also occur in various equipments that are greatly affected by the outage due to a failure, such as equipments in infrastructure equipment other than power plants.

特開2016−70272号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-70272

そこで、本発明の実施形態は、対象機器の故障診断を精度良く行うことが可能な故障診断装置、監視装置、故障診断方法、および故障診断プログラムを提供することを課題とする。 Therefore, it is an object of the present embodiment of the present invention to provide a failure diagnosis device, a monitoring device, a failure diagnosis method, and a failure diagnosis program capable of accurately performing a failure diagnosis of a target device.

一の実施形態によれば、故障診断装置は、対象機器の模擬により、前記対象機器が1つ以上の故障モードのうちの少なくともいずれか1つにあるときの仮想測定データを出力する模擬部を備える。前記装置はさらに、前記対象機器から測定された測定データを取得する測定データ取得部を備える。前記装置はさらに、前記仮想測定データと前記測定データとに基づいて、前記対象機器の故障モードを同定する故障モード同定部を備える。 According to one embodiment, the failure diagnosis device has a simulated unit that outputs virtual measurement data when the target device is in at least one of one or more failure modes by simulating the target device. Be prepared. The device further includes a measurement data acquisition unit that acquires measurement data measured from the target device. The device further includes a failure mode identification unit that identifies a failure mode of the target device based on the virtual measurement data and the measurement data.

第1実施形態の故障診断システムの構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the failure diagnosis system of 1st Embodiment. 第1実施形態の発電機モデルの動作を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the operation of the generator model of 1st Embodiment. 第1実施形態の故障診断装置の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation of the failure diagnosis apparatus of 1st Embodiment. 第1実施形態の仮想測定データについて説明するためのグラフである。It is a graph for demonstrating the virtual measurement data of 1st Embodiment. 第1実施形態の仮想測定データについて説明するための別のグラフである。It is another graph for demonstrating the virtual measurement data of 1st Embodiment. 故障診断方法について説明するためのグラフである。It is a graph for demonstrating the failure diagnosis method.

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1実施形態)
図1は、第1実施形態の故障診断システムの構成を示す模式図である。図1の故障診断システムでは、故障診断装置1と発電プラント2が通信ネットワーク3により接続されている。
(First Embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the failure diagnosis system of the first embodiment. In the failure diagnosis system of FIG. 1, the failure diagnosis device 1 and the power plant 2 are connected by a communication network 3.

故障診断装置1は、プロセッサなどの制御部1aと、通信インタフェースなどの通信部1bと、キーボードやマウスなどの操作部1cと、モニタなどの表示部1dと、メモリやストレージなどの記憶部1eとを備えている。制御部1aは、模擬部11と、測定データ取得部12と、故障モード同定部13と、出力部14とを備えている。制御部1aのこれらの機能ブロックは、例えば記憶部1eのストレージ内に格納された故障診断プログラムを制御部1aのプロセッサにより実行することで実現される。故障診断プログラムは、記録媒体から故障診断装置1にインストールされてもよいし、通信ネットワーク3上のサーバから故障診断装置1にダウンロードされてもよい。 The failure diagnosis device 1 includes a control unit 1a such as a processor, a communication unit 1b such as a communication interface, an operation unit 1c such as a keyboard and a mouse, a display unit 1d such as a monitor, and a storage unit 1e such as a memory and storage. It has. The control unit 1a includes a simulation unit 11, a measurement data acquisition unit 12, a failure mode identification unit 13, and an output unit 14. These functional blocks of the control unit 1a are realized, for example, by executing a failure diagnosis program stored in the storage of the storage unit 1e by the processor of the control unit 1a. The failure diagnosis program may be installed in the failure diagnosis device 1 from the recording medium, or may be downloaded to the failure diagnosis device 1 from the server on the communication network 3.

発電プラント2は、発電機2a、タービン2b、ボイラ2cなどの機器と、これらの機器の動作を制御する制御装置2dとを備えている。本実施形態では、これらの機器が故障診断装置1による診断の対象機器となる。発電プラント2の例は、火力発電プラントであるが、発電の種別としては火力発電に限定されない。なお、故障診断装置1の対象となる設備は、発電プラント2に限定されるものではなく、エンジン、コンプレッサ、ポンプなどの一般産業機器を含むその他の設備でもよい。 The power plant 2 includes equipment such as a generator 2a, a turbine 2b, and a boiler 2c, and a control device 2d that controls the operation of these equipment. In the present embodiment, these devices are the target devices for diagnosis by the failure diagnosis device 1. An example of the power generation plant 2 is a thermal power generation plant, but the type of power generation is not limited to thermal power generation. The equipment targeted by the failure diagnosis device 1 is not limited to the power plant 2, and may be other equipment including general industrial equipment such as an engine, a compressor, and a pump.

模擬部11は、対象機器の挙動を模擬するデータ処理を行うブロックであり、対象機器に対応するモデルを用いてこのような模擬を行う。模擬部11は、対象機器が1つ以上の故障モードのうちの少なくともいずれか1つにあるときの仮想測定データを、モデルを用いて出力する。例えば、発電機2aのロータファンが損傷していると仮想した場合、発電機モデルを用いた模擬により振動データが出力される。 The simulation unit 11 is a block that performs data processing that simulates the behavior of the target device, and performs such simulation using a model corresponding to the target device. The simulation unit 11 outputs virtual measurement data when the target device is in at least one of one or more failure modes by using a model. For example, when it is assumed that the rotor fan of the generator 2a is damaged, vibration data is output by simulation using the generator model.

測定データ取得部12は、対象機器から測定された測定データを取得するブロックである。例えば、発電機2aから測定された振動データが、制御装置2dから測定データ取得部12に通信ネットワーク3を介して転送される。 The measurement data acquisition unit 12 is a block that acquires measurement data measured from the target device. For example, the vibration data measured from the generator 2a is transferred from the control device 2d to the measurement data acquisition unit 12 via the communication network 3.

故障モード同定部13は、模擬部11から仮想測定データを受信し、測定データ取得部12から測定データを受信し、受信した仮想測定データおよび測定データに基づいて、対象機器の故障モードを同定する。例えば、上記の仮想振動データの値が上記の振動データの値に近い場合には、発電機2aのロータファンが損傷していると判定される。 The failure mode identification unit 13 receives virtual measurement data from the simulation unit 11, receives measurement data from the measurement data acquisition unit 12, and identifies the failure mode of the target device based on the received virtual measurement data and measurement data. .. For example, when the value of the virtual vibration data is close to the value of the vibration data, it is determined that the rotor fan of the generator 2a is damaged.

なお、仮想測定データと測定データの両データを受信するデータ受信部は、故障モード同定部13に内在してもよいし、内在せずに故障診断装置1に有してもよい。また、模擬部11、測定データ取得部12、およびデータ受信部を含めて、故障診断装置1内の監視装置と称する。 The data receiving unit that receives both the virtual measurement data and the measurement data may be included in the failure mode identification unit 13, or may be included in the failure diagnosis device 1 without being included. Further, the simulation unit 11, the measurement data acquisition unit 12, and the data reception unit are referred to as a monitoring device in the failure diagnosis device 1.

出力部14は、故障モード同定部13から受け取った故障モードの同定結果を出力するブロックであり、例えば、故障モードの同定結果を、表示部1dのモニタに表示したり、記憶部1eのストレージに保存したり、通信部1bにより外部に送信する。例えば、発電機2aのロータファンが損傷しているとの判定結果がモニタに表示される。 The output unit 14 is a block that outputs the failure mode identification result received from the failure mode identification unit 13. For example, the failure mode identification result can be displayed on the monitor of the display unit 1d or stored in the storage unit 1e. It can be saved or transmitted to the outside by the communication unit 1b. For example, the determination result that the rotor fan of the generator 2a is damaged is displayed on the monitor.

なお、出力部14は、故障モードの同定結果として、対象機器に生じたと判定された故障モードを出力してもよいし、対象機器に生じた可能性があると判定された故障モードを出力してもよい。前者の例は「発電機2aにロータコイル通風阻害とロータファン損傷が生じている」との判定結果のモニタ表示である。後者の例は「発電機2aにレイヤショート、ロータコイル通風阻害、ロータファン損傷のいずれか1つ以上が生じている可能性がある」とのモニタ表示である。 The output unit 14 may output a failure mode determined to have occurred in the target device as a result of identifying the failure mode, or output a failure mode determined to have occurred in the target device. May be. An example of the former is a monitor display of the determination result that "the rotor coil ventilation is obstructed and the rotor fan is damaged in the generator 2a". An example of the latter is a monitor display stating that "the generator 2a may have one or more of layer short circuit, rotor coil ventilation obstruction, and rotor fan damage".

図2は、第1実施形態の発電機モデルの動作を説明するための模式図である。 FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the operation of the generator model of the first embodiment.

図2の発電機モデルMは、発電機2aについて想定される1つ以上の故障モード(想定故障モード)D1と、発電機2aから得られた運転データD2とを入力とし、複数種類の仮想測定データD3の値を出力とする。 In the generator model M of FIG. 2, one or more failure modes (assumed failure modes) D1 assumed for the generator 2a and operation data D2 obtained from the generator 2a are input, and a plurality of types of virtual measurements are performed. The value of the data D3 is output.

図2は、想定故障モードD1の例として故障モードA〜Mを示している。例えば、故障モードAは、発電機2aのレイヤショートである。故障モードBは、発電機2aのロータコイル通風阻害である。故障モードCは、発電機2aのロータファン損傷である。発電機2aでは、これらの故障モードが生じることが想定される。なお、故障モードの数や種類は、図2に示す数か個数に限定されるものではない。 FIG. 2 shows failure modes A to M as an example of the assumed failure mode D1. For example, the failure mode A is a layer short of the generator 2a. The failure mode B is a rotor coil ventilation obstruction of the generator 2a. Failure mode C is damage to the rotor fan of the generator 2a. In the generator 2a, it is assumed that these failure modes occur. The number and types of failure modes are not limited to the number or number shown in FIG.

運転データD2は、発電機2aの運転状態を表すデータであり、制御装置2dから模擬部11に通信ネットワーク3を介して転送される。運転データD2の例は、発電機2aの出力電力(電気出力)の時系列データである。 The operation data D2 is data representing the operation state of the generator 2a, and is transferred from the control device 2d to the simulation unit 11 via the communication network 3. An example of the operation data D2 is time-series data of the output power (electrical output) of the generator 2a.

図2は、仮想測定データD3の例として仮想測定データA〜Gを示している。例えば、仮想測定データAは、発電機2aのエアギャップ磁束密度である。仮想測定データBは、発電機2aのロータの振動に関するデータ(例えば振幅や位相)である。 FIG. 2 shows virtual measurement data A to G as an example of virtual measurement data D3. For example, the virtual measurement data A is the air gap magnetic flux density of the generator 2a. The virtual measurement data B is data (for example, amplitude and phase) related to the vibration of the rotor of the generator 2a.

発電機モデルMは、想定故障モードD1と運転データD2とに基づいて仮想測定データD3を出力する種々のモジュールの集合として構成されている。図2は、これらのモジュールの例としてモジュールA〜Fを示している。例えば、モジュールAは、発電機2aの電磁力を取り扱うモジュールである。モジュールBは、発電機2aの熱曲りを取り扱うモジュールである。モジュールCは、発電機2aの振動応答を取り扱うモジュールである。これらのモジュールは例えば、物理モデルに基づく数式、事前に行った数値計算結果に基づくテーブルや関数、経験に基づくテーブルや関数などにより構成される。 The generator model M is configured as a set of various modules that output virtual measurement data D3 based on the assumed failure mode D1 and the operation data D2. FIG. 2 shows modules A to F as examples of these modules. For example, the module A is a module that handles the electromagnetic force of the generator 2a. Module B is a module that handles the thermal bending of the generator 2a. Module C is a module that handles the vibration response of the generator 2a. These modules are composed of, for example, mathematical formulas based on physical models, tables and functions based on the results of numerical calculations performed in advance, tables and functions based on experience, and the like.

故障診断装置1は、発電機2aに故障モードAが生じているか否か(または生じている可能性があるか否か。以下同様)を判定する場合、発電機モデルMに故障モードAに関するデータを入力する。この場合、モジュールA、Bは、故障モードAに関するデータに基づいて仮想測定データAとモジュールCへのデータとを出力し、モジュールCは、モジュールA、Bからのデータに基づいて仮想測定データBを出力する。仮想測定データA、Bは、発電機2aに故障モードAが生じているか否かを判定するために使用される。 When the failure diagnosis device 1 determines whether or not the failure mode A has occurred in the generator 2a (or whether or not the failure mode A has occurred, the same applies hereinafter), the data regarding the failure mode A is stored in the generator model M. Enter. In this case, the modules A and B output the virtual measurement data A and the data to the module C based on the data related to the failure mode A, and the module C outputs the virtual measurement data B based on the data from the modules A and B. Is output. The virtual measurement data A and B are used to determine whether or not the failure mode A has occurred in the generator 2a.

図3は、第1実施形態の故障診断装置1の動作を示すフローチャートである。図3については、対象機器が発電機2aである場合を例として説明する。 FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the failure diagnosis device 1 of the first embodiment. FIG. 3 will be described by taking the case where the target device is the generator 2a as an example.

まず、模擬部11の発電機モデルMは、想定故障モードD1と運転データD2とに基づいて、発電機2aの所定の故障モードに関する仮想測定データD3を出力する(プロセスS1)。例えば、模擬部11は、仮想測定データD3として、故障モード1〜nのうちの故障モードiに関する仮想測定データXを出力する。ここで、nは1以上の整数であり、iは1≦i≦nを満たす整数である。仮想測定データXは、K種類の仮想測定データの値からなるK次ベクトルである(Kは2以上の整数)。図3のプロセスSa〜Sbのループ処理から理解されるように、故障診断装置1は、プロセスS1〜S5を故障モード1〜nの各々について実行する。故障モードiは、故障モード1〜nのうちの任意の故障モードを表す。 First, the generator model M of the simulated unit 11 outputs virtual measurement data D3 regarding a predetermined failure mode of the generator 2a based on the assumed failure mode D1 and the operation data D2 (process S1). For example, simulating unit 11, as virtual measurement data D3, and outputs the virtual measurement data X i a failure mode i of the failure modes 1 to n. Here, n is an integer of 1 or more, and i is an integer satisfying 1 ≦ i ≦ n. Virtual measurement data X i is a K order vector of values of K types of virtual measurement data (K is an integer of 2 or more). As can be understood from the loop processing of the processes Sa to Sb in FIG. 3, the failure diagnosis device 1 executes the processes S1 to S5 for each of the failure modes 1 to n. The failure mode i represents any failure mode among the failure modes 1 to n.

一方、測定データ取得部12は、発電機2aから測定された測定データを取得して処理し、このデータを仮想測定データXと比較可能な処理済み測定データXに変換する(プロセスS2)。処理済み測定データXは、K種類の処理済み測定データの値からなるK次ベクトルである。 On the other hand, the measurement data acquisition unit 12 acquires and processes the measurement data measured from the generator 2a, and converts this data into processed measurement data X 0 that can be compared with the virtual measurement data X i (process S2). .. The processed measurement data X 0 is a K-th order vector consisting of K types of processed measurement data values.

プロセスS2では例えば、発電機2aのロータの振動の時系列データが周波数データにフーリエ変換され、周波数データにおける所定周波数の振幅が処理済み測定データXとして出力される。また、発電機2aからの測定データのサンプリング周波数は、測定データの種類ごとに異なる場合があるため、サンプリング周波数を整合させるための処理をプロセスS2にて行う。例えば、上記の変換処理では、高いサンプリング周波数(例えば512Hz)で測定された振動の時系列波形が周波数波形に変換され、ロータのオーバーオール振幅、ロータの回転数に同期した振動成分の振幅および位相、ロータの回転数の2倍成分の振幅、ロータの回転に非同期の振動成分の振幅、これらの時間変化率などが周波数波形から抽出され、処理済み測定データXの成分として出力される。さらには、ロータの振動は軸受のメタル温度に関連性があることから、処理済み測定データXとしてメタル温度を出力してもよい。 In process S2 for example, time-series data of vibration of the rotor of the generator 2a is Fourier transformed into the frequency data, the amplitude of a predetermined frequency in the frequency data is output as the processed measurement data X 0. Further, since the sampling frequency of the measurement data from the generator 2a may differ depending on the type of the measurement data, a process for matching the sampling frequencies is performed in the process S2. For example, in the above conversion process, the time-series waveform of the vibration measured at a high sampling frequency (for example, 512 Hz) is converted into a frequency waveform, and the overall amplitude of the rotor, the amplitude and phase of the vibration component synchronized with the rotation speed of the rotor, amplitude twice component of the rotational speed of the rotor, the amplitude of the vibration component of asynchronous rotation of the rotor, and these time rate of change is extracted from the frequency waveform is outputted as a component of the processed measurement data X 0. Furthermore, since the vibration of the rotor is related to the metal temperature of the bearing, the metal temperature may be output as the processed measurement data X 0.

次に、模擬部11は、仮想測定データXのK個の値同士の関係を正規化し、正規化された仮想測定データxを出力する(プロセスS3)。正規化は、故障モードiを精度良く同定するために、仮想測定データXの値同士の寄与率(重み付け)を変化させる処理である。例えば、発電機2aにおいてオーバーオール振幅よりもオーバーオール振幅の時間変化率の方が故障モードiへの影響が大きい場合には、オーバーオール振幅の時間変化率の値に寄与率に応じた係数を乗じることで仮想測定データXを仮想測定データxに正規化する。これにより、故障モードiに対するオーバーオール振幅とその時間変化率の影響を正確に評価することが可能となる。同様に、測定データ取得部12は、処理済み測定データXのK個の値同士の関係を正規化し、正規化された処理済み測定データxを出力する(プロセスS4)。以下、正規化された処理済み測定データxを、単に「正規化された測定データx」と表記する。 Next, simulation unit 11 normalizes the K values relationship between the virtual measurement data X i, and outputs a normalized virtual measurement data x i (process S3). Normalization, in order to accurately identify the failure mode i, is a process for changing the contribution ratio of the values between the virtual measurement data X i (weight). For example, in the generator 2a, when the time change rate of the overall amplitude has a greater effect on the failure mode i than the overall amplitude, the value of the time change rate of the overall amplitude is multiplied by a coefficient according to the contribution rate. normalizing the virtual measurement data X i to the virtual measurement data x i. This makes it possible to accurately evaluate the influence of the overall amplitude and the time change rate on the failure mode i. Similarly, the measurement data obtaining unit 12 normalizes the relationship K values between the processed measurement data X 0, and outputs the processed measurement data x 0 that is normalized (process S4). Hereinafter, the normalized processed measurement data x 0 is simply referred to as “normalized measurement data x 0 ”.

正規化された仮想測定データxは、K種類の仮想測定データの値からなるK次ベクトルである。同様に、正規化された測定データxは、K種類の測定データの値からなるK次ベクトルである。仮想測定データxと測定データxの値(ベクトル成分)の例は、ロータのオーバーオール振幅、ロータの回転数に同期した振動成分の振幅および位相、ロータの回転数の2倍成分の振幅、ロータの回転に非同期の振動成分の振幅、これらの時間変化率、軸受のメタル温度などである。なお、仮想測定データXの正規化方法と、測定データxの正規化方法としては、互いに比較が可能な正規化データx、xを導出できるのであれば、同じ方法を採用してもよいし、異なる方法を採用してもよい。 Normalized virtual measurement data x i is a K order vector of values of K kinds of virtual measured data. Similarly, the normalized measurement data x 0 is a K-th order vector consisting of values of K types of measurement data. Examples of the values (vector components) of the virtual measurement data x i and the measurement data x 0 are the overall amplitude of the rotor, the amplitude and phase of the vibration component synchronized with the rotation speed of the rotor, and the amplitude of the twice component of the rotation speed of the rotor. The amplitude of the vibration component asynchronous to the rotation of the rotor, the rate of change over time, the metal temperature of the bearing, etc. As the normalization method for the virtual measurement data X i and the normalization method for the measurement data x 0 , if the normalized data x i and x 0 that can be compared with each other can be derived, the same method is adopted. Alternatively, a different method may be adopted.

次に、故障モード同定部13は、正規化された仮想測定データxと、正規化された測定データxとを受信して、両者の差分二乗和eを計算する(プロセスS5)。差分二乗和eは、仮想測定データxと測定データxとの差分(K次ベクトル)x−xを計算し、差分x−xのノルム|x−x|の二乗を計算することで導出可能である。プロセスS5では、差分x−xの二乗和の代わりに、xとxの内積を計算してもよい。 Next, the failure mode identification unit 13 receives the normalized virtual measurement data x i and the normalized measurement data x 0, and calculates the difference squared sum e i of the two (process S5). Sum of squared differences e i is the difference (K order vector) x i -x 0 of the virtual measurement data x i and the measurement data x 0 is calculated, the difference x i -x 0 norm | x i -x 0 | a It can be derived by calculating the square. In process S5, instead of the sum of the squares of the differences x i -x 0, may be calculated inner product of x i and x 0.

差分二乗和eは、発電機2aからの測定データxが、故障モードiの仮想測定データxに近いほど小さくなる。よって、差分二乗和eは、故障モードiを同定するために使用可能である。なお、上述の運転データD2は、プロセスS1にて仮想測定データD3を計算するのに使用する代わりに、プロセスS5にて差分二乗和eを計算するのに使用してもよいし、プロセスS7において運転データを特定する(例えば負荷率を特定する)ことで使用してもよい。 The difference squared sum e i becomes smaller as the measurement data x 0 from the generator 2a is closer to the virtual measurement data x i in the failure mode i. Therefore, the sum of squared differences e i can be used to identify the failure mode i. Incidentally, the operation data D2 described above, instead used to calculate the virtual measurement data D3 in process S1, may be used to calculate the sum of squared difference e i at process S5, the process S7 It may be used by specifying the operation data (for example, specifying the load factor) in.

故障診断装置1は、プロセスS1〜S5を故障モード1〜nの各々について行う。その結果、故障モード1〜nに対応する差分二乗和e〜eが計算される。故障モード同定部13は、これらの差分二乗和e〜eを小さい順に並べ替える(プロセスS6)。これは、故障モード1〜nを生じている可能性が高い順に並べ替えることに相当する。 The failure diagnosis device 1 performs processes S1 to S5 for each of the failure modes 1 to n. As a result, the sum of squared differences e1 to en corresponding to the failure modes 1 to n is calculated. Failure mode identification section 13 rearranges these difference square sum e 1 to e n in ascending order (process S6). This corresponds to sorting the failure modes 1 to n in descending order of possibility of occurrence.

ただし、このプロセスS6は必須のプロセスではなく、並べ替えをそもそもしない場合もあれば、並べ替えをする場合であっても、差分二乗和e〜eの大きさではなく、例えば所定の優先順位に基づいて並べ替えをする場合もある。したがって、プロセスS7の同定も、このプロセスS6の有無を含む様々な状況を踏まえて実施される。 However, this process S6 is not an essential process, some if not sorting originally, even when the sorting, rather than the magnitude of the sum of squared differences e 1 to e n, for example, a predetermined priority In some cases, sorting is based on ranking. Therefore, the identification of the process S7 is also carried out in consideration of various situations including the presence or absence of the process S6.

次に、故障モード同定部13は、差分二乗和e〜eに基づいて発電機2aの故障モードを同定する(プロセスS7)。具体的には、故障モード同定部13は、差分二乗和eが規格化した判定基準値よりも小さい場合において、故障モードiが生じている(または生じている可能性がある)と判定する。差分二乗和e〜eはプロセスS6で小さい順に並べ替えられるため、並び順が1番目からm番目(mは1≦m≦nを満たす整数)の差分二乗和のみを規格化した判定基準値と比較することにしてもよい。すなわち、並び順が所定番目(m番目)までの故障モードを同定の対象としてもよい。この場合、最大でm個の故障モードが同定されることとなる。 Then, the failure mode identification section 13 identifies the failure mode of the generator 2a based on the sum of squared difference e 1 to e n (process S7). Specifically, failure mode identification unit 13 determines the difference square sum e i is the smaller than the determination reference value obtained by normalizing, failure mode i occurs (or occurs might have) .. Since the sum of squared differences e 1 to e n are sorted in ascending order in the process S6, Order is m-th from the first (m is an integer satisfying 1 ≦ m ≦ n) criteria only difference square sum normalized the It may be compared with the value. That is, failure modes up to a predetermined order (mth) may be identified. In this case, a maximum of m failure modes will be identified.

なお、故障モード同定部13は、発電機2aにレイヤショートが生じていることや、発電機2aにレイヤショートが生じている可能性を判定する代わりに、発電機2aにレイヤショートが生じる予兆が見られることを判定してもよい。これにより、発電機2aのレイヤショートが生じる前にその予兆を検出することが可能となる。このように、故障モード同定部13は、故障が発生している故障モードを同定してもよいし、故障の予兆が見られる故障モードを同定してもよい。後者の同定処理は例えば、前者の同定処理に比べて上記の規格化した判定基準値を大きく設定することで実現可能である。 The failure mode identification unit 13 indicates that the generator 2a has a layer short, and instead of determining the possibility that the generator 2a has a layer short, the failure mode identification unit 13 has a sign that the generator 2a has a layer short. It may be determined that it can be seen. This makes it possible to detect a sign of a layer short of the generator 2a before it occurs. In this way, the failure mode identification unit 13 may identify the failure mode in which the failure has occurred, or may identify the failure mode in which a sign of failure is seen. The latter identification process can be realized, for example, by setting the above-mentioned standardized determination reference value larger than that of the former identification process.

なお、故障モードの用語は、故障が発生している場合のみを含む用語として用いられることがあるが(例えば、FMEA:Failure Mode and Effect Analysis)、本明細書では、故障が発生している場合と、故障の予兆が見られる場合とを含み得る用語として用いている。本実施形態の故障モード同定部13は、発生している故障に関する故障モードのみを同定するよう構成されていてもよいし、発生している故障に関する故障モードを同定すると共に、予兆が見られる故障に関する故障モードを同定するよう構成されていてもよい。 The term failure mode may be used as a term including only the case where a failure has occurred (for example, FMEA: Failure Mode and Effect Analysis), but in the present specification, when a failure has occurred. It is used as a term that can include the case where a sign of failure is seen. The failure mode identification unit 13 of the present embodiment may be configured to identify only the failure mode related to the failure that has occurred, or may identify the failure mode related to the failure that has occurred and have a sign of failure. It may be configured to identify the failure mode for.

その後、出力部14は、故障モード同定部13から受け取った故障モードの同定結果を出力する。例えば、発電機2aにレイヤショート、ロータコイル通風阻害、およびロータファン損傷が生じている可能性があることがモニタに表示される。この場合、これら3つの故障モードは、プロセスS6で得られた並び順、すなわち、差分二乗和が小さい順に表示してもよい。 After that, the output unit 14 outputs the failure mode identification result received from the failure mode identification unit 13. For example, the monitor may indicate that the generator 2a may have layer shorts, rotor coil ventilation obstruction, and rotor fan damage. In this case, these three failure modes may be displayed in the order obtained in the process S6, that is, in the order of the smallest sum of squared differences.

図4は、第1実施形態の仮想測定データについて説明するためのグラフである。 FIG. 4 is a graph for explaining the virtual measurement data of the first embodiment.

図4の横軸は、仮想測定データxや測定データxの第1成分(x(1))を示し、図4の縦軸は、仮想測定データxや測定データxの第2成分(x(2))を示している。図4は、仮想測定データxや測定データxの第1〜第K成分のうち、第1および第2成分のみを示したものである。より正確には、仮想測定データxや測定データxは、K次元空間内の点として表現される。 The horizontal axis of FIG. 4 shows a virtual measurement data x i, the first component of the measured data x 0 (x (1)), the vertical axis in FIG. 4, the second virtual measurement data x i and the measurement data x 0 The component (x (2)) is shown. FIG. 4 shows only the first and second components of the first to K components of the virtual measurement data x i and the measurement data x 0. More precisely, the virtual measurement data x i and the measurement data x 0 are represented as points in the K-dimensional space.

図4の円c〜cは、プロセスS7にて用いられる規格化した判定基準値に相当する判定基準円を図面化したものである。例えば、測定データxが仮想測定データxの判定基準円cの中に位置する場合には、仮想測定データxと測定データxとの間の差分二乗和eは判定基準円の半径よりも小さい。よって、プロセスS7にて故障モード1が同定される。 The circles c 1 to c 6 in FIG. 4 are drawings of the judgment reference circles corresponding to the standardized judgment reference values used in the process S7. For example, when the measurement data x 0 is located within the criteria circle c 1 virtual measurement data x 1, the difference square sum e 1 between the virtual measurement data x 1 and the measurement data x 0 is determined the reference circle Less than the radius of. Therefore, the failure mode 1 is identified in the process S7.

図4の判定基準円cと判定基準円cは重複部分が存在しているため、測定データxは判定基準円cと判定基準円cの両方の中に同時に位置することが可能である。この場合、プロセスS7にて故障モード2、5の両方が同定される。なお、図4に示す判定基準円(K=2の場合を一例として明示)は、K次元空間においてはK次元球として表現される。 Since the judgment reference circle c 2 and the judgment reference circle c 5 in FIG. 4 have overlapping portions, the measurement data x 0 may be simultaneously located in both the judgment reference circle c 2 and the judgment reference circle c 5. It is possible. In this case, both failure modes 2 and 5 are identified in process S7. The determination reference circle shown in FIG. 4 (specified by taking the case of K = 2 as an example) is represented as a K-dimensional sphere in the K-dimensional space.

なお、本実施形態では、仮想測定データx用の判定基準円cとして、小さい円である第1の円と、大きい円である第2の円を用意してもよい。この場合、第1の円は、発電機2aに故障が生じていることを判定するために使用し、第2の円は、発電機2aに故障の予兆があることを判定するために使用してもよい。また、仮想測定データx用の判定基準円cとして、半径の異なる2種類以上の円を用意して、2種類以上の判定を行ってもよい。これは、判定基準円c〜cについても同様である。 In the present embodiment, as the determination reference circle c 1 for virtual measurement data x 1, the first circle is a small circle, may be prepared second circle is larger circle. In this case, the first circle is used to determine that the generator 2a has a failure, and the second circle is used to determine that the generator 2a has a sign of failure. You may. Further, as the determination reference circle c 1 for virtual measurement data x 1, are prepared two or more circles having different radii, determination may be performed two or more. This also applies to the determination reference circle c 2 to c 6.

図5は、第1実施形態の仮想測定データについて説明するための別のグラフである。 FIG. 5 is another graph for explaining the virtual measurement data of the first embodiment.

図5に示すように、仮想測定データxと測定データxの差分2乗和eに着目し、差分が小さいほど故障が発生している可能性が高くなることを利用して、差分2乗和eの大きさに応じて故障確率を推定することも可能である。図5は、xに対応する故障モード1の故障確率が、xおよびxに対応する故障モード2および3よりも大きいことを示している。なお、差分2乗和eの大きさそのもので評価を行うことも可能である。 As shown in FIG. 5, paying attention to the difference squared sum e i of the virtual measurement data x i and the measurement data x 0 , the smaller the difference, the higher the possibility that a failure has occurred. It is also possible to estimate the failure probability according to the magnitude of the sum of squares e i. FIG. 5 shows that the failure probability of the failure mode 1 corresponding to x 1 is larger than that of the failure modes 2 and 3 corresponding to x 2 and x 3. It is also possible to evaluate the size itself of the difference square sum e i.

図6は、故障診断方法について説明するためのグラフである。 FIG. 6 is a graph for explaining a failure diagnosis method.

信号1、2は、診断の対象機器である発電機2aから得られた信号を示しており、上記の測定データxの第1および第2成分にそれぞれ対応している。符号A1、A2はそれぞれ、信号1、2のしきい値を表す。曲線Aは、信号1のレベルがしきい値A1を超え、発電機2aが稼働不能な状態に至る様子を示している。一般的な故障診断方法では、信号1、2のいずれかがしきい値A1、A2に達すると、発電機2aが故障した、または発電機2aに故障の予兆が見られると判定される。これにより、曲線Aのような事態を回避している。 The signals 1 and 2 indicate signals obtained from the generator 2a, which is the target device for diagnosis, and correspond to the first and second components of the above-mentioned measurement data x 0, respectively. The reference numerals A1 and A2 represent the threshold values of the signals 1 and 2, respectively. The curve A shows how the level of the signal 1 exceeds the threshold value A1 and the generator 2a becomes inoperable. In a general failure diagnosis method, when any of the signals 1 and 2 reaches the threshold values A1 and A2, it is determined that the generator 2a has failed or that the generator 2a shows a sign of failure. As a result, a situation such as curve A is avoided.

この様子は、図4にも図示されている。図4の符号Rの領域は、測定データxの第1成分(信号1)の大きさが閾値A1未満で、測定データxの第2成分(信号2)の大きさが閾値A2未満の領域を示している。測定データxが領域Rから外に出た場合に故障またはその予兆の発生が検出される。 This situation is also illustrated in FIG. Region code R in FIG. 4, measuring a first magnitude of component (signal 1) the data x 0 is less than the threshold value A1, the second component of the measured data x 0 of the (signal 2) size is smaller than the threshold A2 Shows the area. When the measurement data x 0 goes out of the region R, the occurrence of a failure or a sign thereof is detected.

一方、本実施形態の故障診断装置1は、発電機2aに生じ得る1つ以上の故障モードをあらかじめ想定しておき、これらの故障モードが生じた場合に得られる仮想測定データを発電機モデルを用いて導出する。よって、本実施形態の故障診断装置1は、発電機モデルからの仮想測定データと、発電機2aからの測定データとを比較することで、発電機2aの故障モードを同定することができる。具体的には、図4に示すような領域Rではなく、図4に示すような判定基準円c〜cにより故障診断を行うことができる。 On the other hand, in the failure diagnosis device 1 of the present embodiment, one or more failure modes that can occur in the generator 2a are assumed in advance, and the virtual measurement data obtained when these failure modes occur is used as a generator model. Derived using. Therefore, the failure diagnosis device 1 of the present embodiment can identify the failure mode of the generator 2a by comparing the virtual measurement data from the generator model with the measurement data from the generator 2a. Specifically, the failure diagnosis can be performed not by the region R as shown in FIG. 4 but by the determination reference circles c 1 to c 6 as shown in FIG.

本実施形態の故障診断装置1は、故障モードを同定し、かつ故障またはその予兆の発生を検出することができる。すなわち、しきい値を用いた判定では正常とみなされる領域R内であっても、信号1と信号2とを組み合わせた統合状態量によって、事象発生前に具体的な故障箇所とその原因を特定することができる。 The failure diagnosis device 1 of the present embodiment can identify the failure mode and detect the occurrence of a failure or a sign thereof. That is, even within the region R which is regarded as normal in the judgment using the threshold value, the specific failure location and its cause are specified before the event occurs by the integrated state quantity in which the signal 1 and the signal 2 are combined. can do.

このように、本実施形態では、測定データを分析して故障モードを同定する代わりに、想定故障モードから発電機モデルにより仮想測定データを導出し、仮想測定データと測定データとの比較により故障モードを同定している。 As described above, in the present embodiment, instead of analyzing the measurement data to identify the failure mode, the virtual measurement data is derived from the assumed failure mode by the generator model, and the failure mode is compared between the virtual measurement data and the measurement data. Has been identified.

本実施形態の故障診断によれば、種々の利点を享受することが可能となる。 According to the failure diagnosis of the present embodiment, various advantages can be enjoyed.

例えば、過去の発電機2aの故障事例を分析し、この分析結果を想定故障モードや発電機モデルに反映させることで、発電機2aの故障診断を精度良く行うことが可能となる。理由は、故障事例の分析により故障時や故障前に発電機2aからどのような測定データが得られるかを詳細に分析することができ、その詳細な分析結果が想定故障モードや発電機モデルに反映されるからである。 For example, by analyzing past failure cases of the generator 2a and reflecting the analysis results in the assumed failure mode and the generator model, it is possible to accurately diagnose the failure of the generator 2a. The reason is that it is possible to analyze in detail what kind of measurement data can be obtained from the generator 2a at the time of failure or before the failure by analyzing the failure case, and the detailed analysis result is used for the assumed failure mode and the generator model. This is because it is reflected.

また、過去の故障事例の件数や分析結果がより豊富になれば、例えば上記の正規化方法や規格化した判定基準値を改善することで、故障診断の精度をさらに向上させることや、故障や故障予兆を早期に検知することも可能となる。正規化方法や規格化した判定基準値については、故障診断装置1のユーザが操作部1cにより変更できるようにしてもよい。 In addition, if the number of past failure cases and analysis results become more abundant, for example, by improving the above-mentioned normalization method and standardized judgment standard values, the accuracy of failure diagnosis can be further improved, or failures and failures can occur. It is also possible to detect a failure sign at an early stage. The normalization method and the standardized determination reference value may be changed by the user of the failure diagnosis device 1 by the operation unit 1c.

なお、発電プラント2内の機器の故障は、ロータを有する機器や、その作動流体を生成する機器で生じやすい。理由は、ロータの回転に起因する摩擦や振動や、作動流体を生成する際の熱や圧力が、機器に影響するからである。よって、故障診断装置1は、これらを診断の対象機器とすることが望ましい。 It should be noted that the failure of the equipment in the power plant 2 is likely to occur in the equipment having the rotor and the equipment producing the working fluid thereof. The reason is that the friction and vibration caused by the rotation of the rotor and the heat and pressure generated when the working fluid is generated affect the equipment. Therefore, it is desirable that the failure diagnosis device 1 uses these as the target devices for diagnosis.

以上のように、本実施形態によれば、対象機器の故障診断を精度良く行うことが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to accurately diagnose the failure of the target device.

以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規な装置、方法、およびプログラムは、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明した装置、方法、およびプログラムの形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。 Although some embodiments have been described above, these embodiments are presented only as examples and are not intended to limit the scope of the invention. The novel devices, methods, and programs described herein can be implemented in a variety of other forms. In addition, various omissions, substitutions, and changes can be made to the forms of the apparatus, method, and program described in the present specification without departing from the gist of the invention. The appended claims and their equivalent scope are intended to include such forms and variations contained in the scope and gist of the invention.

1:故障診断装置、1a:制御部、1b:通信部、
1c:操作部、1d:表示部、1e:記憶部、
2:発電プラント、2a:発電機、2b:タービン、
2c:ボイラ、2d:制御装置、3:通信ネットワーク、
11:模擬部、12:測定データ取得部、
13:故障モード同定部、14:出力部
1: Failure diagnosis device, 1a: Control unit, 1b: Communication unit,
1c: operation unit, 1d: display unit, 1e: storage unit,
2: Power plant, 2a: Generator, 2b: Turbine,
2c: Boiler, 2d: Control device, 3: Communication network,
11: Simulation unit, 12: Measurement data acquisition unit,
13: Failure mode identification unit, 14: Output unit

Claims (10)

対象機器の模擬により、前記対象機器が1つ以上の故障モードのうちの少なくともいずれか1つにあるときの仮想測定データを出力する模擬部と、
前記対象機器から測定された測定データを取得する測定データ取得部と、
複数種類の前記仮想測定データの値複数種類の前記測定データの値との差分に基づいて、前記対象機器の故障モードを同定する故障モード同定部と、
を備え
前記故障モード同定部は、前記差分に相当するK次ベクトル(Kは2以上の整数)が、第1半径を有するK次元球内に位置するか否かに基づいて、前記対象機器が故障しているか否かを判定し、前記K次ベクトルが、前記第1半径と異なる第2半径を有するK次元球内に位置するか否かに基づいて、前記対象機器に故障の予兆があるか否かを判定し、
前記K次ベクトルの各成分は、1種類の前記仮想測定データの値と1種類の前記測定データの値との差分である、
故障診断装置。
A simulation unit that outputs virtual measurement data when the target device is in at least one of one or more failure modes by simulating the target device.
A measurement data acquisition unit that acquires measurement data measured from the target device,
A failure mode identification unit that identifies a failure mode of the target device based on the difference between the values of the plurality of types of the virtual measurement data and the values of the plurality of types of the measurement data.
Equipped with
In the failure mode identification unit, the target device fails based on whether or not the K-th order vector (K is an integer of 2 or more) corresponding to the difference is located in the K-dimensional sphere having the first radius. Whether or not the target device has a sign of failure based on whether or not the K-th order vector is located in a K-dimensional sphere having a second radius different from the first radius. Judging whether
Each component of the K-th order vector is a difference between the value of one type of the virtual measurement data and the value of one type of the measurement data.
Failure diagnosis device.
前記模擬部は、複数種類の前記仮想測定データの値同士の関係を正規化し、
前記測定データ取得部は、複数種類の前記測定データの値同士の関係を正規化し、
前記故障モード同定部は、正規化された前記仮想測定データと、正規化された前記測定データとに基づいて、前記故障モードを同定する、請求項1に記載の故障診断装置。
The simulation unit normalizes the relationship between the values of the plurality of types of virtual measurement data.
The measurement data acquisition unit normalizes the relationship between the values of a plurality of types of the measurement data.
The failure diagnosis device according to claim 1, wherein the failure mode identification unit identifies the failure mode based on the normalized virtual measurement data and the normalized measurement data.
前記故障モード同定部は、前記差分の二乗和または内積を計算し、前記二乗和または前記内積に基づいて前記故障モードを同定する、請求項1または2に記載の故障診断装置。 The failure diagnosis device according to claim 1 or 2 , wherein the failure mode identification unit calculates the sum of squares or inner products of the differences and identifies the failure mode based on the sum of squares or the inner product. 前記故障モード同定部は、前記差分に基づいて、前記1つ以上の故障モードを生じている可能性が高い順に並べ、前記並び順が所定番目までの故障モードを同定の対象とする、請求項1から3のいずれか1項に記載の故障診断装置。 The claim mode identification unit arranges the failure modes in the order in which one or more failure modes are likely to occur based on the difference, and identifies the failure modes up to the predetermined order. The failure diagnosis device according to any one of 1 to 3. 前記模擬部は、前記対象機器について想定される前記1つ以上の故障モードと、前記対象機器から得られた運転データとを入力とし、複数種類の前記仮想測定データの値を出力とするモデルを用いて前記模擬を行う、請求項1からのいずれか1項に記載の故障診断装置。 The simulation unit is a model in which one or more failure modes assumed for the target device and operation data obtained from the target device are input, and values of a plurality of types of virtual measurement data are output. The failure diagnosis device according to any one of claims 1 to 4 , wherein the simulation is performed using the device. 前記故障モード同定部は、前記仮想測定データと、前記測定データと、前記対象機器から得られた運動データである発電機の出力電力とに基づいて、前記故障モードを同定する、請求項1からのいずれか1項に記載の故障診断装置。 The failure mode identification unit identifies the failure mode based on the virtual measurement data, the measurement data, and the output power of the generator, which is motion data obtained from the target device, according to claim 1. The failure diagnosis device according to any one of 4. 前記故障モードの同定結果を出力する出力部をさらに備える、請求項1からのいずれか1項に記載の故障診断装置。 The failure diagnosis device according to any one of claims 1 to 6 , further comprising an output unit that outputs the identification result of the failure mode. 前記故障モードの同定結果は、前記対象機器に生じたと判定された故障モード、または前記対象機器に生じた可能性があると判定された故障モードを示す、請求項に記載の故障診断装置。 The failure diagnosis device according to claim 7 , wherein the failure mode identification result indicates a failure mode determined to have occurred in the target device or a failure mode determined to have occurred in the target device. 模擬部が、対象機器の模擬により、前記対象機器が1つ以上の故障モードのうちの少なくともいずれか1つにあるときの仮想測定データを出力し、
測定データ取得部が、前記対象機器から測定された測定データを取得し、
故障モード同定部が、複数種類の前記仮想測定データの値複数種類の前記測定データの値との差分に基づいて、前記対象機器の故障モードを同定する、
ことを含み、
前記故障モード同定部は、前記差分に相当するK次ベクトル(Kは2以上の整数)が、第1半径を有するK次元球内に位置するか否かに基づいて、前記対象機器が故障しているか否かを判定し、前記K次ベクトルが、前記第1半径と異なる第2半径を有するK次元球内に位置するか否かに基づいて、前記対象機器に故障の予兆があるか否かを判定し、
前記K次ベクトルの各成分は、1種類の前記仮想測定データの値と1種類の前記測定データの値との差分である、
故障診断方法。
The simulation unit outputs virtual measurement data when the target device is in at least one of one or more failure modes by simulating the target device.
The measurement data acquisition unit acquires the measurement data measured from the target device and obtains it.
Failure mode identification unit, based on a difference between the value of the measured data values and a plurality of types of a plurality of types of the virtual measured data, to identify the failure modes of the target device,
Look at including it,
In the failure mode identification unit, the target device fails based on whether or not the K-th order vector (K is an integer of 2 or more) corresponding to the difference is located in the K-dimensional sphere having the first radius. Whether or not the target device has a sign of failure based on whether or not the K-th order vector is located in a K-dimensional sphere having a second radius different from the first radius. Judging whether
Each component of the K-th order vector is a difference between the value of one type of the virtual measurement data and the value of one type of the measurement data.
Failure diagnosis method.
模擬部が、対象機器の模擬により、前記対象機器が1つ以上の故障モードのうちの少なくともいずれか1つにあるときの仮想測定データを出力し、
測定データ取得部が、前記対象機器から測定された測定データを取得し、
故障モード同定部が、複数種類の前記仮想測定データの値複数種類の前記測定データの値との差分に基づいて、前記対象機器の故障モードを同定する、
ことを含み、
前記故障モード同定部は、前記差分に相当するK次ベクトル(Kは2以上の整数)が、第1半径を有するK次元球内に位置するか否かに基づいて、前記対象機器が故障しているか否かを判定し、前記K次ベクトルが、前記第1半径と異なる第2半径を有するK次元球内に位置するか否かに基づいて、前記対象機器に故障の予兆があるか否かを判定し、
前記K次ベクトルの各成分は、1種類の前記仮想測定データの値と1種類の前記測定データの値との差分である、
故障診断方法をコンピュータに実行させる故障診断プログラム。
The simulation unit outputs virtual measurement data when the target device is in at least one of one or more failure modes by simulating the target device.
The measurement data acquisition unit acquires the measurement data measured from the target device and obtains it.
Failure mode identification unit, based on a difference between the value of the measured data values and a plurality of types of a plurality of types of the virtual measured data, to identify the failure modes of the target device,
Look at including it,
In the failure mode identification unit, the target device fails based on whether or not the K-th order vector (K is an integer of 2 or more) corresponding to the difference is located in the K-dimensional sphere having the first radius. Whether or not the target device has a sign of failure based on whether or not the K-th order vector is located in a K-dimensional sphere having a second radius different from the first radius. Judging whether
Each component of the K-th order vector is a difference between the value of one type of the virtual measurement data and the value of one type of the measurement data.
A failure diagnosis program that causes a computer to execute a failure diagnosis method.
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