JP7298414B2 - Abnormality predictive diagnostic system for rotating machine, Abnormality predictive diagnostic method for rotating machine - Google Patents

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本発明は、回転機に流れる電流の波形を診断し、回転機の構造系の異常予兆を検出する技術に関する。 The present invention relates to a technique for diagnosing the waveform of a current flowing through a rotating machine and detecting signs of abnormality in the structural system of the rotating machine.

回転機の構造的な異常を電流に基づき検知する診断手法としては、特許文献1,2が公知となっている。 Patent Documents 1 and 2 are publicly known as diagnostic methods for detecting a structural abnormality of a rotating machine based on current.

特許文献1の診断手法は、周波数解析手段の周波数解析結果に基づきモータの電源周波数レベルと診断対象機器の回転周波数測帯波レベルの差異を算出する。ここで算出された差異値を判定基準と照合し、照合結果に基づき診断対象機器の回転系異常の有無を判定する。 The diagnostic method of Patent Document 1 calculates the difference between the power supply frequency level of the motor and the rotational frequency band wave level of the device to be diagnosed based on the frequency analysis result of the frequency analysis means. The difference value calculated here is collated with the judgment criteria, and the presence or absence of a rotating system abnormality in the equipment to be diagnosed is judged based on the collation result.

特許文献2の診断手法は、電動機やインバータに流れる電流高調波の各次数の高調波含有率を演算し、電動機などの稼働状態・異常劣化を診断する。この演算には、あらかじめ定められた次数までの電流高調波の総合歪み率で除した特定の指数値と、前記電流高調波の選択した主成分の寄与率とが用いられている。 The diagnosis method of Patent Document 2 calculates the harmonic content rate of each order of the current harmonics flowing through the electric motor and inverter, and diagnoses the operating state and abnormal deterioration of the electric motor and the like. This calculation uses a specific exponent value divided by the total distortion factor of current harmonics up to a predetermined order, and the contribution rate of the selected principal component of the current harmonics.

特開2016-90546JP 2016-90546 特開2016-118928JP 2016-118928

特許文献1,2の診断手法には、以下の問題があった。 The diagnostic methods of Patent Documents 1 and 2 have the following problems.

(1)特許文献1の診断手法は、電周波数レベルと回転周波数測波帯レベルとの差異値を用いてモータ(回転機)を診断している。 (1) The diagnostic method of Patent Literature 1 diagnoses a motor (rotating machine) using a difference value between an electric frequency level and a rotation frequency waveband level.

しかしながら、実際に現場で稼働している回転機には様々な外乱(ノイズ)が重畳されることが多く、電源周波数レベルと回転周波数測帯波レベルとに相関がみられず、前記差異値による判定では誤判定(正常なモータに対する異常判定・異常なモータに対する正常判定など)を生じるおそれがあった。 However, various disturbances (noises) are often superimposed on rotating machines that are actually operating in the field, and there is no correlation between the power supply frequency level and the rotation frequency band wave level. There is a risk of erroneous determination (e.g., determination of abnormality for a normal motor, determination of normality for an abnormal motor, etc.).

(2)特許文献2の診断手法に用いる主成分寄与率は、多次元事像の関連性を分析する主成分分析法により得られている。この主成分分析法は、固有値問題があるため、計算時間がかかりすぎてしまう問題がある。 (2) The principal component contribution rate used in the diagnostic method of Patent Document 2 is obtained by a principal component analysis method for analyzing the relevance of multidimensional events. This principal component analysis method has the problem of taking too much calculation time due to the eigenvalue problem.

そのため、特許文献2の診断手法には、ある程度性能の高い計算機(コンピュータ)が必要となる。一方、実際の現場では性能の抑えられた計算機(例えばノートパソコンなど)が使用されることが多く、この点で現場への適応が困難なおそれがある。 Therefore, the diagnostic method of Patent Document 2 requires a computer with a certain degree of high performance. On the other hand, computers with reduced performance (for example, laptop computers) are often used in actual sites, and in this respect, there is a possibility that adaptation to the site may be difficult.

本発明は、このような従来の問題を解決するためになされ、高スペックな計算機を必要とすることなく、現場において高精度に回転機の異常予兆の発生を検出可能な技術の提供を解決課題としている。 The present invention was made in order to solve such conventional problems, and provides a technology capable of detecting the occurrence of an abnormality sign of a rotating machine with high precision on site without requiring a high-spec computer. and

(1)本発明に係る異常予兆診断システムの一態様は、事前に正常状態における前記回転機の電流波形データを学習データとして取得し、取得した学習データに基づき学習パラメータを作成する学習部と、
診断対象の前記回転機の電動波形データを診断データとして取得し、取得した診断データを前記学習パラメータに基づき診断する診断部と、を備え、
前記学習部は、前記学習データに基づき正常状態の前記回転機の稼働に関する電源周波数から回転周波数分離れた二つの周波数におけるスペクトルの二値をベクトルとした前記学習パラメータを取得する一方、
前記診断部は、前記診断データに基づく前記電源周波数から前記回転周波数分離れた二つの周波数におけるスペクトルの二値をベクトルとした診断パラメータを取得し、
前記両パラメータの内積値と、前記両パラメータのベクトルのなす角度とを診断値として算出し、
前記算出された前記診断値に基づき前記異常予兆の発生を判定することを特徴としている。
(1) One aspect of the abnormality sign diagnostic system according to the present invention is a learning unit that acquires current waveform data of the rotating machine in a normal state in advance as learning data, and creates learning parameters based on the acquired learning data;
a diagnostic unit that acquires electric waveform data of the rotating machine to be diagnosed as diagnostic data and diagnoses the acquired diagnostic data based on the learning parameters,
The learning unit acquires the learning parameter as a vector of binary values of spectra at two frequencies separated by a rotation frequency from a power supply frequency related to the operation of the rotating machine in a normal state based on the learning data,
The diagnostic unit obtains a diagnostic parameter that is a vector of binary values of spectra at two frequencies separated by the rotation frequency from the power supply frequency based on the diagnostic data,
calculating the inner product value of the two parameters and the angle formed by the vector of the two parameters as a diagnostic value;
It is characterized in that the occurrence of the sign of abnormality is determined based on the calculated diagnostic value.

(2)本発明に係る異常予兆診断システムの他の態様は、事前に正常状態における前記回転機の電流波形データを学習データとして取得し、取得した学習データに基づき学習パラメータを作成する学習部と、
診断対象の前記回転機の電動波形データを診断データとして取得し、取得した診断データを前記学習パラメータに基づき診断する診断部と、を備え、
前記学習部は、前記学習データに周波帯域の量子化を実行してスペクトル波形の小区間に区切り、小区間毎に平均値または最大値をとって量子化した波形の一点として量子波形データを取得し、取得された量子波形データのベクトルを前記学習パラメータとする一方、
前記診断部は、前記診断データに周波帯域の量子化を実行してスペクトル波形の小区間に区切り、小区間毎に平均値または最大値をとって量子化した波形の一点として量子波形データを取得し、取得された量子波形データのベクトルを診断パラメータとし、
前記両パラメータの内積値と、前記両パラメータのベクトルのなす角度とを診断値として算出し、
前記算出された前記診断値に基づき前記異常予兆の発生を判定することを特徴としている。
(2) Another aspect of the abnormality sign diagnostic system according to the present invention is a learning unit that acquires current waveform data of the rotating machine in a normal state in advance as learning data, and creates learning parameters based on the acquired learning data. ,
a diagnostic unit that acquires electric waveform data of the rotating machine to be diagnosed as diagnostic data and diagnoses the acquired diagnostic data based on the learning parameters,
The learning unit performs frequency band quantization on the learning data, divides the spectrum waveform into small sections, takes an average value or a maximum value for each small section, and obtains quantum waveform data as one point of the quantized waveform. and while using the vector of the acquired quantum waveform data as the learning parameter,
The diagnosis unit performs frequency band quantization on the diagnosis data, divides the spectrum waveform into small sections, and obtains quantum waveform data as one point of the quantized waveform by taking an average value or a maximum value for each small section. and the vector of the acquired quantum waveform data as a diagnostic parameter,
calculating the inner product value of the two parameters and the angle formed by the vector of the two parameters as a diagnostic value;
It is characterized in that the occurrence of the sign of abnormality is determined based on the calculated diagnostic value.

(3)本発明に係る異常予兆診断方法の一態様は、事前に正常状態における前記回転機の電流波形データを学習データとして取得し、取得した学習データに基づき学習パラメータを作成する学習ステップと、
診断対象の前記回転機の電動波形データを診断データとして取得し、取得した診断データを前記学習パラメータに基づき診断する診断ステップと、を有し、
前記学習ステップは、前記学習データに基づき正常状態の前記回転機の稼働に関する電源周波数から回転周波数分離れた二つの周波数におけるスペクトルの二値をベクトルとした前記学習パラメータを取得する一方、
前記診断ステップは、前記診断データに基づく前記電源周波数から前記回転周波数分離れた二つの周波数におけるスペクトルの二値をベクトルとした診断パラメータを取得するステップと、
前記両パラメータの内積値と、前記両パラメータのベクトルのなす角度とを診断値として算出するステップと、
前記算出された前記診断値に基づき前記異常予兆の発生を判定するステップと、
を有することを特徴としている。
(3) One aspect of the abnormality sign diagnosis method according to the present invention is a learning step of acquiring in advance current waveform data of the rotating machine in a normal state as learning data, and creating a learning parameter based on the acquired learning data;
a diagnostic step of acquiring electric waveform data of the rotating machine to be diagnosed as diagnostic data, and diagnosing the acquired diagnostic data based on the learning parameters;
In the learning step, based on the learning data, the learning parameter is acquired as a vector of binary values of spectra at two frequencies separated by a rotation frequency from a power supply frequency related to the operation of the rotating machine in a normal state,
In the diagnosis step, a diagnostic parameter is acquired as a vector of binary values of spectra at two frequencies separated by the rotational frequency from the power supply frequency based on the diagnostic data;
a step of calculating an inner product value of the two parameters and an angle formed by vectors of the two parameters as diagnostic values;
a step of determining occurrence of the abnormality sign based on the calculated diagnostic value;
It is characterized by having

(4)本発明に係る異常予兆診断方法の他の態様は、事前に正常状態における前記回転機の電流波形データを学習データとして取得し、取得した学習データに基づき学習パラメータを作成する学習ステップと、
診断対象の前記回転機の電動波形データを診断データとして取得し、取得した診断データを前記学習パラメータに基づき診断する診断ステップと、を有し、
前記学習ステップは、前記学習データに周波帯域の量子化を実行してスペクトル波形の小区間に区切り、小区間毎に平均値または最大値をとって量子化した波形の一点として量子波形データを取得し、取得された量子波形データのベクトルを前記学習パラメータとする一方、
前記診断ステップは、前記診断データに周波帯域の量子化を実行してスペクトル波形の小区間に区切り、小区間毎に平均値または最大値をとって量子化した波形の一点として量子波形データを取得し、取得された量子波形データのベクトルを診断パラメータとするステップと、
前記両パラメータの内積値と、前記両パラメータのベクトルのなす角度とを診断値として算出するステップと、
前記算出された前記診断値に基づき前記異常予兆の発生を判定するステップと、
を有することを特徴としている。
(4) Another aspect of the abnormality sign diagnosis method according to the present invention is a learning step of acquiring in advance current waveform data of the rotating machine in a normal state as learning data, and creating a learning parameter based on the acquired learning data. ,
a diagnostic step of acquiring electric waveform data of the rotating machine to be diagnosed as diagnostic data, and diagnosing the acquired diagnostic data based on the learning parameters;
The learning step performs frequency band quantization on the learning data, divides the spectrum waveform into small sections, and obtains quantum waveform data as one point of the quantized waveform by taking the average value or maximum value for each small section. and while using the vector of the acquired quantum waveform data as the learning parameter,
In the diagnostic step, the diagnostic data is quantized in a frequency band, divided into small sections of the spectrum waveform, and the average value or the maximum value is taken for each small section to obtain quantum waveform data as one point of the quantized waveform. and a step of using the obtained vector of quantum waveform data as a diagnostic parameter;
a step of calculating an inner product value of the two parameters and an angle formed by vectors of the two parameters as diagnostic values;
a step of determining occurrence of the abnormality sign based on the calculated diagnostic value;
It is characterized by having

本発明によれば、高スペックな計算機を必要とすることなく、現場において高精度に回転機の異常予兆を検出することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the abnormality sign of a rotating machine can be detected with high precision in the field, without requiring a high-spec computer.

実施例1に係る回転機の異常予兆診断システムの構成図。1 is a configuration diagram of an abnormality sign diagnostic system for a rotating machine according to a first embodiment; FIG. 同 学習ステージのフロー図。Flow diagram of the same learning stage. 同 診断ステージのフロー図。Flow chart of the diagnosis stage. 時系列電流波形データの分割を示すイメージ図。FIG. 4 is an image diagram showing division of time-series current waveform data; 時系列電流波形データに基づく回転機の構造系診断結果の一例を示すグラフ。The graph which shows an example of the structural system diagnosis result of a rotating machine based on time-series current waveform data. 実施例2の外れ値を除外するトリム平均の説明図。FIG. 10 is an explanatory diagram of a trimmed average that excludes outliers in Example 2; 回転機の電源周波数側帯波(+回転周波数)の値を示すグラフ。The graph which shows the value of the power supply frequency sideband (+ rotation frequency) of a rotating machine. 平均値と25%トリム平均値との比較を示すグラフ。Graph showing a comparison of mean and 25% trimmed mean. 実施例3の波形データ累乗部を示す構成図。FIG. 11 is a configuration diagram showing a waveform data exponentiation unit according to the third embodiment; sin波形と9乗sin波形との比較を示すグラフ。The graph which shows the comparison of a sine waveform and a 9th power sine waveform. (a)は実施例5の波形量子化前のグラフ、(b)は同波形量子化後のグラフ。(a) is a graph before waveform quantization in Example 5, and (b) is a graph after waveform quantization.

以下、本発明の実施形態に係る回転機の異常予兆診断システムを説明する。この異常予兆診断システムは、回転機(電動機・発電機)に流れる電流波形から構造系の異常時に発生するパラメータを算出し、正常時のパラメータとの乖離度から異常予兆の有無を判定する。以下、前記異常予兆診断システムの実施形態を実施例1~5に基づき説明する。 Hereinafter, an abnormality sign diagnostic system for a rotating machine according to an embodiment of the present invention will be described. This anomaly predictor diagnostic system calculates parameters that occur when a structural system is abnormal from the current waveform flowing through a rotating machine (motor/generator), and determines the presence or absence of an anomaly predictor from the degree of divergence from normal parameters. Embodiments of the abnormality sign diagnosis system will be described below based on Examples 1 to 5. FIG.

図1~図4に基づき実施例1の前記異常予兆診断システムを説明する。図1中の1は、前記異常予兆診断システムを示している。ここでは診断対象となる回転機2に接続された電源ケーブル3/接地線(アース線)4に対して電流センサ5が取り付けられている。 The abnormality sign diagnostic system of the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 4. FIG. 1 in FIG. 1 indicates the abnormality sign diagnostic system. Here, a current sensor 5 is attached to a power cable 3/ground wire (earth wire) 4 connected to a rotating machine 2 to be diagnosed.

この電流センサ5により回転機2の電流波形が計測され、電流波形データとして診断装置6に入力される。すなわち、電流センサ5と診断装置6とはデータ入力可能に接続され、診断装置6は入力された電流波形データに基づき回転機2について異常予兆発生の有無を判定する。 The current waveform of the rotating machine 2 is measured by the current sensor 5 and input to the diagnosis device 6 as current waveform data. That is, the current sensor 5 and the diagnostic device 6 are connected so as to be able to input data, and the diagnostic device 6 determines whether or not an abnormality sign has occurred in the rotating machine 2 based on the input current waveform data.

この診断装置6は、主にノートパソコンなどのコンピュータにより構成され、コンピュータの通常のハードウェアリソース(例えばCPU,RAM・ROM等の主記憶装置,HDD・SSD等の補助記憶装置など)を備える。 The diagnostic device 6 is mainly composed of a computer such as a notebook computer, and includes normal computer hardware resources (for example, CPU, main memory such as RAM/ROM, auxiliary memory such as HDD/SSD, etc.).

このハードウェアリソースとソフトウェアリソース(OS,アプリケーションなど)との協働の結果、図2および図3に示すように、前記診断装置6は、事前に正常状態における回転機2の電流波形データを学習して基準データを作成する学習部7と、基準データを用いて回転機2を診断して前記異常予兆の発生を判定する診断部8とを実装する。 As a result of cooperation between the hardware resources and software resources (OS, applications, etc.), the diagnostic device 6 learns the current waveform data of the rotating machine 2 in a normal state in advance, as shown in FIGS. A learning unit 7 for creating reference data by using the reference data, and a diagnosis unit 8 for diagnosing the rotating machine 2 using the reference data and determining the occurrence of the sign of abnormality are implemented.

学習部7の処理内容は、図2に示すように、時系列データ収集部10,波形データ分割部11,パラメータ計算部12,基準データ生成部13により実行される。一方、診断部8の処理内容は、図3に示すように、時系列データ収集部10,波形データ分割部11,パラメータ計算部12,診断部14,異常判定部15により実行される。以下、各部7,8に大別して説明する。 The processing contents of the learning section 7 are executed by a time-series data collection section 10, a waveform data division section 11, a parameter calculation section 12, and a reference data generation section 13, as shown in FIG. On the other hand, the processing contents of the diagnosis unit 8 are executed by a time-series data collection unit 10, a waveform data division unit 11, a parameter calculation unit 12, a diagnosis unit 14, and an abnormality determination unit 15, as shown in FIG. The parts 7 and 8 will be roughly classified and explained below.

≪学習部7の処理内容≫
図2に基づき学習部7の処理内容を説明する。この学習部7の処理内容は、回転機2が正常状態であることを前提とし、事前に電流波形データを学習することにより単一ベクトル値の基準データを作成する。
<<Processing content of the learning unit 7>>
The processing contents of the learning unit 7 will be described based on FIG. The processing contents of this learning unit 7 are based on the premise that the rotating machine 2 is in a normal state, and by learning the current waveform data in advance, create reference data of a single vector value.

(1)時系列データ収集部10
時系列データ収集部10には、回転機2の三相電源の一相または三相に取り付けられた電流センサ5の計測データが入力されて収集される。すなわち、正常状態で運転中の回転機2に対する電流センサ5のセンサ値をデジタルサンプリングし、例えばサンプリング周波数100KHzで計測時間10秒間の時系列電流波形データを学習データとして取得する。
(1) Time-series data collection unit 10
Measured data of the current sensor 5 attached to one phase or three phases of the three-phase power supply of the rotating machine 2 is input to the time-series data collection unit 10 and collected. That is, the sensor value of the current sensor 5 for the rotating machine 2 operating in a normal state is digitally sampled, and time-series current waveform data for a measurement time of 10 seconds at a sampling frequency of 100 KHz, for example, is obtained as learning data.

ここで取得された時系列電流波形データは1データ以上あればよいが、複数データ(例えば10データ)が取得されることが好ましい。なお、最適なデータ数については診断対象とする回転機2の稼働状況によるものとする。 Although one or more pieces of time-series current waveform data may be obtained here, it is preferable to obtain a plurality of pieces of data (for example, 10 pieces of data). Note that the optimum number of data depends on the operation status of the rotating machine 2 to be diagnosed.

(2)波形データ分割部11
波形データ分割部11は、時系列データ収集部10で収集された学習データを分割する。ここでの分割は等分割(例えば8分割など)することが一般的である。
(2) Waveform data division unit 11
The waveform data dividing unit 11 divides the learning data collected by the time-series data collecting unit 10 . The division here is generally equal division (for example, division into eight).

ただし、図4に示すように、N個のデータ長の互いに重なり合った区間で学習データを切り出すことで複数の学習データ(例えば1学習データから8学習データ)を取得することが好ましい。これにより複数周期分の学習データを取得することができる。なお、十分な学習データが収集されていれば、波形解像度維持の観点から波形データ分割部11の処理を省略してもよいものとする。 However, as shown in FIG. 4, it is preferable to obtain a plurality of learning data (for example, 1 learning data to 8 learning data) by cutting out the learning data in overlapping sections of N data lengths. This makes it possible to acquire learning data for a plurality of cycles. Note that if sufficient learning data is collected, the processing of the waveform data division unit 11 may be omitted from the viewpoint of maintaining waveform resolution.

(3)パラメータ計算部12
パラメータ計算部12は、前記両部11,12で得られた各電流波形データに対してフーリエ変換(ハニング窓を使用)を実行して周波数スペクトルに変換し、変換後の絶対値をとる。
(3) Parameter calculator 12
The parameter calculator 12 performs a Fourier transform (using a Hanning window) on each of the current waveform data obtained by the two units 11 and 12, converts it into a frequency spectrum, and obtains the absolute value after the transform.

その後に回転機2の稼働に関する電源周波数FLと回転周波数Frとに基づき「(電源周波数FL)±(回転周波数Fr)」の二値を求め、さらにこの二値における周波数スペクトルX1,X2を求める。ここで求められた周波数スペクトルの二値をベクトルXとすると、式(1)と表せられる。 After that, based on the power supply frequency F L and the rotation frequency F r related to the operation of the rotating machine 2, two values of "(power supply frequency F L )±(rotation frequency F r )" are obtained, and further the frequency spectrum X1, Find X2 . Assuming that the two values of the frequency spectrum obtained here are vector X, it can be expressed as Equation (1).

Figure 0007298414000001
Figure 0007298414000001

このとき周波数スペクトルは必ず正の値なため、「x1,x2≧0」が成立する。このベクトルXは、「(学習データ数)×(学習データの分割数)」分だけ作成される。これを学習パラメータ群とする。 Since the frequency spectrum is always a positive value at this time, "x 1 , x 2 ≧0" is established. This vector X is created for "(the number of learning data)×(the number of divisions of the learning data)". Let this be a learning parameter group.

(4)基準データ生成部13
基準データ生成部13は、パラメータ計算部12で得られた学習パラメータ群、即ち複数のベクトルXの平均値を計算することで、式(2)に示す単一の基準データ(ベクトルX)を取得する。ここで取得された基準データは前記記憶装置に記憶される。なお、診断部8の処理時に前記記憶装置から読み出されて診断値の算出に用いられる。
(4) Reference data generator 13
The reference data generation unit 13 acquires a single reference data (vector X) shown in Equation (2) by calculating the learning parameter group obtained by the parameter calculation unit 12, that is, the average value of a plurality of vectors X. do. The reference data acquired here is stored in the storage device. It should be noted that the information is read out from the storage device during the processing of the diagnostic unit 8 and used to calculate the diagnostic value.

Figure 0007298414000002
Figure 0007298414000002

≪診断部8の処理内容≫
診断部8では基準データを用いて診断値を算出し、診断値に基づき回転機2の異常予兆の有無を判定する。すなわち、診断時における回転機2の電流波形が電流センサ5で計測され、学習時と同様に時系列電流波形データとして時系列データ収集部10に入力されて収集される。ここで取得された時系列電流波形データを診断データとする。
<<Processing content of diagnostic unit 8>>
The diagnostic unit 8 calculates a diagnostic value using the reference data, and determines whether or not there is an anomaly sign of the rotating machine 2 based on the diagnostic value. That is, the current waveform of the rotating machine 2 at the time of diagnosis is measured by the current sensor 5, and is input to the time-series data collection unit 10 and collected as time-series current waveform data in the same manner as at the time of learning. The time-series current waveform data acquired here is used as diagnostic data.

ただし、診断部8では診断データが得られると直ちに診断を実行するため、一定期間収集したデータで診断を始める。このデータを1データとして扱ってもよく、複数データとして扱ってもよい。このとき波形データ分割部11およびパラメータ計算部12は、基本的に学習部7と同様な処理を実行する。その結果として得られた診断部8の電源周波数の側帯波のパラメータ値を、数(3)に示すベクトルX´(診断パラメータ)とする。 However, since the diagnosis unit 8 executes diagnosis immediately after obtaining diagnostic data, diagnosis starts with data collected for a certain period of time. This data may be treated as one data, or may be treated as multiple data. At this time, the waveform data division unit 11 and the parameter calculation unit 12 basically perform the same processing as the learning unit 7 does. The parameter value of the sideband wave of the power supply frequency of the diagnostic unit 8 obtained as a result is set as the vector X' (diagnostic parameter) shown in Equation (3).

Figure 0007298414000003
Figure 0007298414000003

(1)診断部14
診断部14は、数(3)のベクトルX´と基準データ(ベクトルX)とで式(4)の計算式で内積値を計算する。ここでの内積値は、診断データの分割数分が得られる。
(1) Diagnosis unit 14
The diagnosis unit 14 calculates an inner product value using the vector X′ of Equation (3) and the reference data (vector X) using the formula (4). The inner product value here is obtained by dividing the diagnostic data.

Figure 0007298414000004
Figure 0007298414000004

また、ベクトルX´と基準データ(ベクトルX)の大きさを、数(5)とすると、二つのベクトルのなす角度θを用いて、「cosθ」が式(6)のように算出される。 Further, if the magnitudes of the vector X' and the reference data (vector X) are represented by Equation (5), "cos θ" is calculated as shown in Equation (6) using the angle θ formed by the two vectors.

Figure 0007298414000005
Figure 0007298414000005

Figure 0007298414000006
Figure 0007298414000006

さらに算出された「cosθ」を用いて、式(7)の逆余弦「cos-1(cosθ)」を計算することで角度θを算出することができる。 Furthermore, the angle θ can be calculated by calculating the inverse cosine "cos -1 (cos θ)" of Equation (7) using the calculated "cos θ".

Figure 0007298414000007
Figure 0007298414000007

ここで得られた式(5)の内積値と式(7)の示す角度θとを診断データの分割数分を計算する。この計算結果の平均値を算出することで代表の内積値と角度とが得られる。ここで得られた情報(代表の内積値と角度)を診断値とする。 The inner product value of Equation (5) obtained here and the angle θ indicated by Equation (7) are calculated for the number of divisions of the diagnostic data. By calculating the average value of the calculation results, a representative inner product value and angle can be obtained. The information obtained here (representative inner product value and angle) is used as a diagnostic value.

(2)異常判定部15
診断部14で得られた診断値を用いて正常データ(基準データ)と差から診断時における回転機2の状態を把握する。このとき診断値は、大きくなるに従って正常データと乖離して異常度合いが増えることを示しているので、単に診断値を過去データと比較するだけで異常予兆を検出してもよい。
(2) Abnormality determination unit 15
Using the diagnostic value obtained by the diagnostic unit 14, the state of the rotating machine 2 at the time of diagnosis is grasped from the normal data (reference data) and the difference. At this time, the diagnostic value deviates from the normal data as it increases, indicating that the degree of abnormality increases. Therefore, the sign of abnormality may be detected simply by comparing the diagnostic value with the past data.

もっとも、閾値を設定すれば診断値が閾値を越えるか否かを判定するだけでよく、異常診断が容易となるので、その手法の採用が好ましい。ここでは閾値の決定方法の一例を説明する。 However, if a threshold value is set, it is only necessary to determine whether or not the diagnostic value exceeds the threshold value, which facilitates abnormality diagnosis. Here, an example of a threshold determination method will be described.

まず、閾値を定めやすくするため、新たな判定値として異常度を計算する。この異常度は、学習データを学習した際に得られた学習パラメータ群(ベクトルX群)の平均値・偏差値(μ1,σ1)と、今回診断する診断データの診断パラメータ群(ベクトルX´群)の平均値・偏差値(μ2,σ2)とを用いて、式(8)で計算される。 First, in order to easily determine the threshold value, the degree of abnormality is calculated as a new determination value. This degree of anomaly is calculated from the mean value/deviation value (μ 1, σ 1 ) of the learning parameter group (vector X group) obtained when learning the learning data, and the diagnostic parameter group (vector X ' group) using the mean value and deviation value (μ 2 , σ 2 ), and the formula (8).

Figure 0007298414000008
Figure 0007298414000008

式(8)中、「μ1,σ1」は学習パラメータ群(ベクトルX群)の平均と偏差とを示し、「μ2,σ2」は診断パラメータ群(ベクトルX´群)の平均と偏差とを示し、「K」は判定係数を示し、「kc,kd」は注意域係数,危険域係数を示している。 In equation (8), “μ 1, σ 1 ” indicates the average and deviation of the learning parameter group (vector X group), and “μ 2, σ 2 ” indicates the average and deviation of the diagnostic parameter group (vector X′ group). "K" indicates a judgment coefficient, and " kc , kd " indicate a caution area coefficient and a danger area coefficient.

つぎに判定係数K,注意域係数kc,危険域係数kdは、それぞれ回転機2の稼働状況や回転機2の重要度に応じて、例えば(K=1,2、kc=3、kd=6)などと設定される。また、異常値の値が「20%」を越えれば注意域、同「70%」を越えれば危険域などに設定でき、注意域では回転機2の点検を促し、危険域では回転機2の停止レベルを促す。なお、式(8)の計算の結果が「100%」を越えた場合の異常度は「100%」のままとする。 Next, the determination coefficient K, the caution zone coefficient k c , and the dangerous zone coefficient k d are set according to the operating status of the rotating machine 2 and the degree of importance of the rotating machine 2, for example (K=1, 2, k c =3, k d =6) and so on. In addition, if the value of the abnormal value exceeds "20%", it can be set as a caution area, and if it exceeds "70%", it can be set as a danger area. Prompt stop level. In addition, when the result of the calculation of formula (8) exceeds "100%", the degree of abnormality remains "100%".

このような異常度を算出することによって回転機2の状態レベルを監視できるため、実際の現場で回転機2の状態を監視確認すれば、回転機2の異常予兆の発生を捉えることが可能となる。図5に基づきシミュレーション時における回転機2の構造系の診断例を説明する。 Since the state level of the rotating machine 2 can be monitored by calculating the degree of abnormality in this way, it is possible to detect the occurrence of an abnormality sign of the rotating machine 2 by monitoring and confirming the state of the rotating machine 2 at the actual site. Become. An example of diagnosis of the structural system of the rotating machine 2 during simulation will be described with reference to FIG.

ここでは回転機2に負荷の回転体(図示省略)を接続し、該回転体に重りを段階的に取り付けることで回転機2の構造系異常、即ちアンバランス異常を模擬的に発生させ、そのときの時系列電流波形データに基づき診断して異常予兆の有無の判定を行っている。 Here, a rotating body (not shown) of the load is connected to the rotating machine 2, and a weight is attached to the rotating body in stages to simulate a structural abnormality of the rotating machine 2, that is, an unbalanced abnormality. Diagnosis is made based on time-series current waveform data to determine whether there is an anomaly sign.

具体的には「正常」状態はアンバランス異常の発生していない状態、即ち前記回転体および前記重りを取り付けていない状態を示している。また、「異常 小」、「異常 中」、「異常 大」は、それぞれ前記重りを段階的に増量させてアンバランス異常を大きくさせた状態を示している。 Specifically, the "normal" state indicates a state in which no imbalance abnormality has occurred, that is, a state in which the rotor and the weight are not attached. "Small Abnormality", "Medium Abnormality", and "Large Abnormality" each indicate a state in which the weight is increased stepwise to increase the imbalance abnormality.

そして、図5の判定結果によれば、「正常」状態は異常度「0%」と示され、「異常 小」・「異常 中」の状態はそれぞれ異常度「50%」と示され、「異常 大」の状態は異常度「100%」と示され、正しく判定が行えることが確認された。 Then, according to the judgment result in FIG. 5, the "normal" state is indicated with an abnormality degree of "0%", and the "abnormality small" and "abnormality medium" states are indicated with an abnormality degree of "50%". The state of "abnormality large" was shown as the degree of abnormality "100%", and it was confirmed that the judgment could be performed correctly.

このとき前記異常予兆診断システム1によれば、基準データと診断パラメータの内積値を診断値に採用することで計算時間の抑制を図っている。これにより高スペックな計算機(コンピュータ)を必要とすることなく、実際の現場で使用される性能の抑えられた計算機、例えばノートパソコンなどで高精度の診断が可能となる。 At this time, according to the abnormality predictive diagnosis system 1, the calculation time is suppressed by adopting the inner product value of the reference data and the diagnosis parameter as the diagnosis value. As a result, high-precision diagnosis can be performed using a computer with limited performance, such as a notebook computer, that is used in the actual field, without the need for a high-spec computer.

また、波形データ分割部11により学習データおよび診断データを分割するため、少ない計測回数でも疑似的にデータを増やすことができる。したがって、そのままの学習データ・診断データから抽出した場合よりもバリエーションの多いパラメータが得られる。この点でもより高精度の診断が可能となる。 In addition, since the waveform data dividing unit 11 divides the learning data and the diagnosis data, the data can be artificially increased even with a small number of measurements. Therefore, it is possible to obtain parameters with more variation than when they are extracted from the learning data/diagnostic data as they are. This point also enables more accurate diagnosis.

図6~図8に基づき実施例2の前記異常予兆診断システム1を説明する。ここでは基準データ生成部13および診断部14の処理に変更が加えられている。 The abnormality sign diagnostic system 1 of the second embodiment will be described with reference to FIGS. 6 to 8. FIG. Here, the processing of the reference data generation unit 13 and the diagnosis unit 14 has been modified.

すなわち、学習データおよび診断データの時系列電流波形データは、一般的に用いられている時系列振動波形データと比較して安定した値が取り難く、外れ値(平均の値から大きく離れた値)を取ることが少なくない。 In other words, the time-series current waveform data of the learning data and the diagnostic data are difficult to obtain stable values compared to the generally used time-series vibration waveform data, and outliers (values far from the average value) often take

そこで、本実施例では、外れ値を除去する処理を基準データ生成部13および診断部14に行わせている。実施例1では学習パラメータおよび診断パラメータを計算した後にパラメータの平均を求めていた。この点につき実施例2では両パラメータのトリム平均を求める処理に変更する。 Therefore, in the present embodiment, the reference data generation unit 13 and the diagnosis unit 14 are caused to perform processing for removing outliers. In Example 1, the mean of the parameters was obtained after calculating the learning parameters and the diagnostic parameters. In this regard, in the second embodiment, the processing is changed to obtain the trimmed average of both parameters.

図6に基づき説明すれば、基準データ生成部13では学習パラメータ群の平均値が計算され、診断部14では診断パラメータ群の平均値が計算される。このパラメータの個々の値は外れ値を含む場合があるため、単純に平均値を計算すると、外れ値の影響を受けるおそれがある。 6, the reference data generator 13 calculates the average value of the learning parameter group, and the diagnosis unit 14 calculates the average value of the diagnostic parameter group. Individual values of this parameter may contain outliers, so simply calculating the average value may be affected by outliers.

そこで、図6に示すように、意図しない最小値や最大値付近のデータを取り除いて平均値を求めるトリム平均を採用した。ここでは取り除くデータ数は、「%(総データ数の%)」で表すものとする。 Therefore, as shown in FIG. 6, a trimmed average is adopted in which data near unintended minimum and maximum values are removed to obtain an average value. Here, the number of data to be removed is represented by "% (% of the total number of data)".

例えば100個のデータに「10%」トリム平均を行うと、最大値側・最小値側のそれぞれから10%(10個)ずつ除いた80個のデータの平均が算出される。ここで取り除くデータ数の割合(外れ値の割合)は、学習データや診断データの取得数や回転機2の稼働状況などに応じて様々であるが、例えば「25%トリム平均」にするとよい。 For example, if "10%" trimming is performed on 100 pieces of data, the average of 80 pieces of data is calculated by removing 10% (10 pieces) from each of the maximum value side and the minimum value side. The ratio of the number of data to be removed here (the ratio of outliers) varies depending on the number of acquisitions of learning data and diagnostic data, the operating status of the rotating machine 2, and the like, but for example, it may be set to "25% trimmed average".

図7および図8に基づき一例を説明する。図7は、ある回転機2の正常状態における時系列電流波形データのスペクトル波形の電源波数側帯波(+回転周波数)の推移を示し、Pは外れ値を示している。 An example will be described with reference to FIGS. 7 and 8. FIG. FIG. 7 shows the transition of the power supply wavenumber sideband (+rotational frequency) of the spectrum waveform of the time-series current waveform data in the normal state of a rotating machine 2, where P indicates an outlier.

図8は、図7の推移をソートし、「平均値」と「25%トリム平均値」とを示し、「25%トリム平均」を行うことで外れ値Pが除外され、「平均値」よりも高い精度が得られている。したがって、本実施例によれば、診断値および異常度の正確性が向上し、この点で異常予兆発生の誤検出を抑制することができる。 FIG. 8 sorts the transitions of FIG. 7 and shows the “mean value” and the “25% trimmed mean value”. high accuracy is also obtained. Therefore, according to this embodiment, the accuracy of the diagnostic value and the degree of abnormality is improved, and in this respect, erroneous detection of the occurrence of an abnormality sign can be suppressed.

図9および図10に基づき実施例3の前記異常予兆診断システム1を説明する。ここでは時系列データ収集部10と波形データ分割部11との間に、図9に示す波形データ累乗部20が追加されている。 The abnormality sign diagnostic system 1 of the third embodiment will be described with reference to FIGS. 9 and 10. FIG. Here, a waveform data exponentiation unit 20 shown in FIG. 9 is added between the time-series data collection unit 10 and the waveform data division unit 11 .

すなわち、インバータ駆動している回転機2には、時系列電流波形データのゼロクロス部(0ボルト付近)に高調波電圧波形ひずみがノイズとして存在し、電流波形に影響を及ぼすおそれがある。 That is, in the inverter-driven rotating machine 2, harmonic voltage waveform distortion exists as noise in the zero-crossing portion (near 0 volts) of the time-series current waveform data, which may affect the current waveform.

そこで、本実施例では、前記ひずみによるノイズを除去するため、波形データ累乗部20を導入した。ここで波形データ累乗部20は、収集された学習データおよび診断データに対して奇数乗の累乗計算を実行する。 Therefore, in this embodiment, the waveform data exponentiation unit 20 is introduced in order to remove the noise caused by the distortion. Here, the waveform data exponentiation unit 20 performs odd power calculations on the collected learning data and diagnosis data.

図10には生波形(sin波形)と9乗波形(sin波形)とを示され、9乗することで特等が強調され、ゼロクロス部付近の波形が「0」に近似することが確認できた。これをインバータ駆動の回転機2の時系列電流波形データに対して処理を加えることでインバータ得有のノイズを無視することが可能となる。 Fig. 10 shows a raw waveform (sin waveform) and a 9th power waveform (sin waveform). . By applying this processing to the time-series current waveform data of the inverter-driven rotating machine 2, it becomes possible to ignore the noise inherent in the inverter.

したがって、本実施例によればインバータ駆動の回転機2を適切に診断し、異常予兆を判定することが可能となる。なお、波形データ累乗部20の処理内容は、奇数乗に限定されることなく、偶数乗でも元データの符号を乗ずればよい。 Therefore, according to the present embodiment, it is possible to appropriately diagnose the inverter-driven rotating machine 2 and determine an abnormality sign. Note that the processing content of the waveform data exponentiation unit 20 is not limited to odd-number powers, and even-number powers may be multiplied by the sign of the original data.

実施例4の前記異常予兆診断システム1を説明する。本実施例のシステム構成は実施例1と同じであるが、学習部7および診断部8のパラメータ計算部12の処理内容が相違する。 The abnormality sign diagnostic system 1 of the fourth embodiment will be described. Although the system configuration of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, the processing contents of the parameter calculation section 12 of the learning section 7 and the diagnosis section 8 are different.

すなわち、実施例1のパラメータ計算部12は、フーリエ変換を実行し、スペクトル波形を求めて学習パラメータなどを計算していたが、本実施例ではピリオドグラム法によるパワースペクトル密度推定法で計算する処理に変更されている。 That is, the parameter calculation unit 12 of the first embodiment executes a Fourier transform to obtain a spectral waveform and calculate learning parameters and the like. has been changed to

ここで実行されるピリオドグラムは、ノンパラメトリック推定法の一種で変動過程のパワースペクトル密度を推定する手法である。そもそも時系列信号を扱う信号解析を行ううえで、多くの場合に外部ノイズなどの確率的な現象が信号に乗る。 The periodogram executed here is a kind of nonparametric estimation method, and is a method of estimating the power spectral density of the fluctuation process. In the first place, when performing signal analysis that handles time-series signals, in many cases stochastic phenomena such as external noise appear on the signals.

換言すれば、フーリエ変換によるスペクトル解析を行う場合でも、前記確率的な現象が混入するので、定常的にランダムにノイズが発生し、診断結果に影響を与える場合がある。そこで、本実施例では、フーリエ変換ではなく、ピリオドグラムによるパワースペクトル密度の推定法を実行することとした。 In other words, even when spectral analysis is performed using Fourier transform, the probabilistic phenomenon is mixed in, and thus noise is constantly generated at random, which may affect the diagnosis result. Therefore, in this embodiment, instead of the Fourier transform, a method of estimating the power spectral density by a periodogram is executed.

この推定法は、時系列電流波形データのフーリエ変換を求め、振幅の2乗を適宜スケーリングするものあり、式(9)で表される。ここではサンプリング周波数「Fs」、長さLの信号「xL(n)」と仮定する。 This estimation method obtains the Fourier transform of the time-series current waveform data and appropriately scales the square of the amplitude, which is represented by Equation (9). Here we assume a sampling frequency of 'F s ' and a signal of length L, 'x L (n)'.

Figure 0007298414000009
Figure 0007298414000009

本実施例によれば、定常的にランダムに発生しているノイズを抑制でき、学習パラメータおよび診断パラメータなどのバラつきが抑えられ、安定した診断結果が得られる。 According to the present embodiment, it is possible to suppress the noise that is constantly generated at random, suppress variations in learning parameters and diagnostic parameters, and obtain stable diagnostic results.

実施例5の前記異常予兆診断システム1を説明する。本実施例は、装置構成は実施例1と同じであるが、実施例4と同じく学習部7および診断部8のパラメータ計算部12の処理が相違する。 The abnormality sign diagnostic system 1 of the fifth embodiment will be described. This embodiment has the same device configuration as the first embodiment, but differs in the processing of the parameter calculator 12 of the learning unit 7 and the diagnostic unit 8 as in the fourth embodiment.

すなわち、実施例1では電源周波数FLと回転周波数Frとに基づき「(電源周波数FL)±(回転周波数Fr)」の二値を求める。これに対して本実施例では、周波帯域の量子化を行って得られた波形をベクトルとして扱う処理に変更されている。 That is, in the first embodiment, a binary value of "(power supply frequency F L )±(rotational frequency F r )" is obtained based on the power supply frequency F L and the rotation frequency F r . On the other hand, in the present embodiment, the processing is changed to treat the waveform obtained by quantizing the frequency band as a vector.

そもそも現場の回転機2は、様々な負荷や稼働状況などにより回転数および回転周波数の変動が生じている。そのため、回転機2について実施例1で求める前記二値が正しく求められないおそれがある。このとき回転機2の回転数が正しく求められればよいが、不明な場合もある。 In the first place, the rotation speed and rotation frequency of the rotating machine 2 on site fluctuate due to various loads, operating conditions, and the like. Therefore, there is a possibility that the binary values obtained in the first embodiment for the rotating machine 2 may not be obtained correctly. At this time, the rotation speed of the rotating machine 2 should be obtained correctly, but there are cases where it is unknown.

そこで、本実施例では、電源周波数周辺の周波帯域に対して、スペクトル波形の周波数方向に小区間に区切る量子化を実行する。ここでは小区間がオーバラップしてもよく、その後に小区間毎に平均値又は最大値をとり、量子化した波形の一点とする。得られた量子化波形データを「ベクトルXq=(xqi,xq2,q3,...)」として、その後の学習・診断の処理を実行する。 Therefore, in this embodiment, quantization is performed by dividing the spectrum waveform into small intervals in the frequency direction for the frequency band around the power supply frequency. Here, the sub-intervals may overlap, and after that, the average value or the maximum value is taken for each sub-interval to obtain one point of the quantized waveform. Using the obtained quantized waveform data as "vector X q =(x qi , x q2, x q3, . . . )", subsequent learning/diagnosis processing is executed.

図11は、対数を取ったスペクトル波形を量子化した一例を示している。ここでは「100Hz」以下のスペクトル波形に対して小区間30データ,オーバラップ10データで平均を取り、量子化を行っている。 FIG. 11 shows an example of quantizing a logarithmic spectrum waveform. Here, the spectrum waveform below "100 Hz" is averaged with 30 small interval data and 10 overlap data, and quantized.

このとき小区間の範囲は回転機2によって異なり、回転周波数の変動が含まれるように範囲を決定すると変動によらずに診断することが可能となる。したがって、本実施例によれば、回転数の不明/測れない回転機(例えば水中ポンプなど)2についても、量子化の区間を回転数の取りうる範囲を含むように設定すれば、回転周波数を含んだ側帯波の学習パラメータおよび診断パラメータを得ることができる。この点で負荷による回転数の変動を伴う回転機2についても診断可能となる。 At this time, the range of the small section differs depending on the rotating machine 2, and if the range is determined so as to include fluctuations in the rotation frequency, diagnosis can be made regardless of the fluctuations. Therefore, according to the present embodiment, even for a rotating machine 2 whose number of revolutions is unknown/unmeasurable (for example, a submersible pump), if the quantization interval is set to include the range of possible number of revolutions, the rotation frequency can be reduced. Learning and diagnostic parameters of the included sidebands can be obtained. In this respect, it is also possible to diagnose the rotating machine 2 that accompanies fluctuations in the rotation speed due to the load.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載された範囲内で変形して実施することができる。例えば診断装置6の構成は、図2,図3,図6には限定されず、他の構成を用いてもよいものとする。また、実施例2のトリム平均は、異常度算出に使用される平均値(μ1)(μ2)に使用することもできる。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be modified and implemented within the scope described in each claim. For example, the configuration of the diagnostic device 6 is not limited to those shown in FIGS. 2, 3, and 6, and other configurations may be used. In addition, the trimmed average of Example 2 can also be used for the average values (μ 1 ) (μ 2 ) used for calculating the degree of abnormality.

1…回転の異常予兆診断システム。 1... Rotation abnormality sign diagnosis system.

2…回転機
3…電源ケーブル
4…接地線
5…電流センサ
6…診断装置
7…学習部
8…診断部
10…時系列データ収集部
11…波形データ分類部
12…パラメータ計算部
13…基準データ生成部
14…診断部
15…異常判定部
20…波形データ累乗部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 2... Rotating machine 3... Power supply cable 4... Ground wire 5... Current sensor 6... Diagnosis device 7... Learning part 8... Diagnosis part 10... Time series data acquisition part 11... Waveform data classification part 12... Parameter calculation part 13... Reference data Generation unit 14 Diagnosis unit 15 Abnormality determination unit 20 Waveform data exponentiation unit

Claims (9)

回転機に流れる電流の波形を診断し、前記回転機の構造系における異常予兆を判定するシステムであって、
事前に正常状態における前記回転機の電流波形データを学習データとして取得し、取得した学習データに基づき学習パラメータを作成する学習部と、
診断対象の前記回転機の電動波形データを診断データとして取得し、取得した診断データを前記学習パラメータに基づき診断する診断部と、を備え、
前記学習部は、前記学習データに基づき正常状態の前記回転機の稼働に関する電源周波数から回転周波数分離れた二つの周波数におけるスペクトルの二値をベクトルとした前記学習パラメータを取得する一方、
前記診断部は、前記診断データに基づく前記電源周波数から前記回転周波数分離れた二つの周波数におけるスペクトルの二値をベクトルとした診断パラメータを取得し、
前記学習パラメータと前記診断パラメータの内積値と、前記学習パラメータと前記診断パラメータのなす角度とを診断値として算出し、
前記算出された前記診断値に基づき前記異常予兆の発生を判定することを特徴とする回転機の異常予兆診断システム。
A system for diagnosing a waveform of a current flowing in a rotating machine and determining signs of abnormality in the structural system of the rotating machine,
a learning unit that acquires current waveform data of the rotating machine in a normal state in advance as learning data and creates a learning parameter based on the acquired learning data;
a diagnostic unit that acquires electric waveform data of the rotating machine to be diagnosed as diagnostic data and diagnoses the acquired diagnostic data based on the learning parameters,
The learning unit acquires the learning parameter as a vector of binary values of spectra at two frequencies separated by a rotation frequency from a power supply frequency related to the operation of the rotating machine in a normal state based on the learning data,
The diagnostic unit obtains a diagnostic parameter that is a vector of binary values of spectra at two frequencies separated by the rotation frequency from the power supply frequency based on the diagnostic data,
calculating an inner product value of the learning parameter and the diagnostic parameter and an angle between the learning parameter and the diagnostic parameter as diagnostic values;
An abnormality predictor diagnostic system for a rotating machine, wherein occurrence of the abnormality predictor is determined based on the calculated diagnostic value.
前記学習部は、1つ以上の前記学習データを取得するとともに、取得した前記学習データを必要に応じて分割して学習パラメータ群を取得し、
記学習パラメータ群のベクトルの平均値を算出することで基準データを取得する一方、
前記診断部は、前記診断データを分割して診断パラメータ群を取得し、前記各診断パラメータについて、それぞれ前記基準データとの前記内積値および前記角度を算出し、
算出した前記内積値および前記角度それぞれの平均値を前記診断値とすることを特徴とする請求項1記載の回転機の異常予兆診断システム。
The learning unit acquires one or more of the learning data, divides the acquired learning data as necessary to acquire a learning parameter group,
While obtaining reference data by calculating the average value of the vector of the learning parameter group,
The diagnostic unit obtains diagnostic parameter groups by dividing the diagnostic data, calculates the inner product value and the angle with the reference data for each of the diagnostic parameters, and
2. The system for diagnosing a sign of abnormality of a rotating machine according to claim 1 , wherein the average value of the calculated inner product value and the calculated angle is used as the diagnosis value.
前記診断部は、前記学習パラメータ群の平均値および偏差値と、前記診断パラメータ群の平均値および偏差値とに基づき異常度を算出し、
前記異常度に応じて前記異常予兆を判定することを特徴とする請求項2記載の回転機の異常予兆診断システム。
The diagnosis unit calculates the degree of abnormality based on the average value and deviation value of the learning parameter group and the average value and deviation value of the diagnostic parameter group,
3. The system for diagnosing a sign of abnormality for a rotating machine according to claim 2, wherein the sign of abnormality is determined according to the degree of abnormality.
前記平均値は、最小値・最大値から任意の範囲内を外れ値として除去したトリム平均である
ことを特徴とする請求項2または3記載の回転機の異常予兆診断システム。
4. The abnormality sign diagnostic system for a rotating machine according to claim 2, wherein said average value is a trimmed average obtained by removing an arbitrary range from the minimum and maximum values as an outlier.
前記学習部および前記診断部は、前記分割前に前記学習データおよび前記診断データを累乗する
ことを特徴とする請求項2~4のいずれかに記載の回転機の異常予兆診断システム。
5. The abnormality sign diagnosis system for a rotating machine according to claim 2, wherein said learning unit and said diagnosis unit exponentiate said learning data and said diagnosis data before said division.
前記学習部および前記診断部は、前記電流波形データをフーリエ変換またはピリオドグラム法によるパワースペクトル推定の後に前記学習パラメータ・前記診断パラメータを取得する
ことを特徴とする請求項1~5いずれかに記載の回転機の異常予兆診断システム。
The learning unit and the diagnosis unit acquire the learning parameter and the diagnostic parameter after estimating the power spectrum of the current waveform data by a Fourier transform or a periodogram method. Anomaly prediction diagnostic system for rotating machines.
回転機に流れる電流の波形を診断し、前記回転機の構造系における異常予兆を判定するシステムであって、
事前に正常状態における前記回転機の電流波形データを学習データとして取得し、取得した学習データに基づき学習パラメータを作成する学習部と、
診断対象の前記回転機の電動波形データを診断データとして取得し、取得した診断データを前記学習パラメータに基づき診断する診断部と、を備え、
前記学習部は、前記学習データに周波帯域の量子化を実行してスペクトル波形の小区間に区切り、小区間毎に平均値または最大値をとって量子化した波形の一点として量子波形データを取得し、取得された量子波形データのベクトルを前記学習パラメータとする一方、
前記診断部は、前記診断データに周波帯域の量子化を実行してスペクトル波形の小区間に区切り、小区間毎に平均値または最大値をとって量子化した波形の一点として量子波形データを取得し、取得された量子波形データのベクトルを診断パラメータとし、
前記学習パラメータと前記診断パラメータの内積値と、前記学習パラメータと前記診断パラメータのなす角度とを診断値として算出し、
前記算出された前記診断値に基づき前記異常予兆の発生を判定することを特徴とする回転機の異常予兆診断システム。
A system for diagnosing a waveform of a current flowing in a rotating machine and determining signs of abnormality in the structural system of the rotating machine,
a learning unit that acquires current waveform data of the rotating machine in a normal state in advance as learning data and creates a learning parameter based on the acquired learning data;
a diagnostic unit that acquires electric waveform data of the rotating machine to be diagnosed as diagnostic data and diagnoses the acquired diagnostic data based on the learning parameters,
The learning unit performs frequency band quantization on the learning data, divides the spectrum waveform into small sections, takes an average value or a maximum value for each small section, and obtains quantum waveform data as one point of the quantized waveform. and while using the vector of the acquired quantum waveform data as the learning parameter,
The diagnosis unit performs frequency band quantization on the diagnosis data, divides the spectrum waveform into small sections, and obtains quantum waveform data as one point of the quantized waveform by taking an average value or a maximum value for each small section. and the vector of the acquired quantum waveform data as a diagnostic parameter,
calculating an inner product value of the learning parameter and the diagnostic parameter and an angle between the learning parameter and the diagnostic parameter as diagnostic values;
An abnormality predictor diagnostic system for a rotating machine, wherein occurrence of the abnormality predictor is determined based on the calculated diagnostic value.
コンピュータにより回転機に流れる電流の波形を診断し、前記回転機の構造系における異常予兆を判定する方法であって、
事前に正常状態における前記回転機の電流波形データを学習データとして取得し、取得した学習データに基づき学習パラメータを作成する学習ステップと、
診断対象の前記回転機の電動波形データを診断データとして取得し、取得した診断データを前記学習パラメータに基づき診断する診断ステップと、を有し、
前記学習ステップは、前記学習データに基づき正常状態の前記回転機の稼働に関する電源周波数から回転周波数分離れた二つの周波数におけるスペクトルの二値をベクトルとした前記学習パラメータを取得する一方、
前記診断ステップは、前記診断データに基づく前記電源周波数から前記回転周波数分離れた二つの周波数におけるスペクトルの二値をベクトルとした診断パラメータを取得するステップと、
前記学習パラメータと前記診断パラメータの内積値と、前記学習パラメータと前記診断パラメータのなす角度とを診断値として算出するステップと、
前記算出された前記診断値に基づき前記異常予兆の発生を判定するステップと、
を有する
ことを特徴とする回転機の異常予兆診断方法。
A method of diagnosing a waveform of a current flowing in a rotating machine by a computer and determining an abnormality sign in a structural system of the rotating machine,
a learning step of acquiring in advance current waveform data of the rotating machine in a normal state as learning data and creating a learning parameter based on the acquired learning data;
a diagnostic step of acquiring electric waveform data of the rotating machine to be diagnosed as diagnostic data, and diagnosing the acquired diagnostic data based on the learning parameters;
In the learning step, based on the learning data, the learning parameter is acquired as a vector of binary values of spectra at two frequencies separated by a rotation frequency from a power supply frequency related to the operation of the rotating machine in a normal state,
In the diagnosis step, a diagnostic parameter is acquired as a vector of binary values of spectra at two frequencies separated by the rotational frequency from the power supply frequency based on the diagnostic data;
calculating an inner product value of the learning parameter and the diagnostic parameter and an angle between the learning parameter and the diagnostic parameter as diagnostic values;
a step of determining occurrence of the abnormality sign based on the calculated diagnostic value;
An abnormality sign diagnosis method for a rotating machine, comprising:
コンピュータにより回転機に流れる電流の波形を診断し、前記回転機の構造系における異常予兆を判定する方法であって、
事前に正常状態における前記回転機の電流波形データを学習データとして取得し、取得した学習データに基づき学習パラメータを作成する学習ステップと、
診断対象の前記回転機の電動波形データを診断データとして取得し、取得した診断データを前記学習パラメータに基づき診断する診断ステップと、を有し、
前記学習ステップは、前記学習データに周波帯域の量子化を実行してスペクトル波形の小区間に区切り、小区間毎に平均値または最大値をとって量子化した波形の一点として量子波形データを取得し、取得された量子波形データのベクトルを前記学習パラメータとする一方、
前記診断ステップは、前記診断データに周波帯域の量子化を実行してスペクトル波形の小区間に区切り、小区間毎に平均値または最大値をとって量子化した波形の一点として量子波形データを取得し、取得された量子波形データのベクトルを診断パラメータとするステップと、
前記学習パラメータと前記診断パラメータの内積値と、前記学習パラメータと前記診断パラメータのなす角度とを診断値として算出するステップと、
前記算出された前記診断値に基づき前記異常予兆の発生を判定するステップと、
を有する
ことを特徴とする回転機の異常予兆診断方法。
A method of diagnosing a waveform of a current flowing in a rotating machine by a computer and determining an abnormality sign in a structural system of the rotating machine,
a learning step of acquiring in advance current waveform data of the rotating machine in a normal state as learning data and creating a learning parameter based on the acquired learning data;
a diagnostic step of acquiring electric waveform data of the rotating machine to be diagnosed as diagnostic data, and diagnosing the acquired diagnostic data based on the learning parameters;
The learning step performs frequency band quantization on the learning data, divides the spectrum waveform into small sections, and obtains quantum waveform data as one point of the quantized waveform by taking the average value or maximum value for each small section. and while using the vector of the acquired quantum waveform data as the learning parameter,
In the diagnostic step, the diagnostic data is quantized in a frequency band, divided into small sections of the spectrum waveform, and the average value or the maximum value is taken for each small section to obtain quantum waveform data as one point of the quantized waveform. and a step of using the obtained vector of quantum waveform data as a diagnostic parameter;
calculating an inner product value of the learning parameter and the diagnostic parameter and an angle between the learning parameter and the diagnostic parameter as diagnostic values;
a step of determining occurrence of the abnormality sign based on the calculated diagnostic value;
An abnormality sign diagnosis method for a rotating machine, comprising:
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