JPH05322603A - プラントの異常検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、多数のセンサを有する大規模プラン
トにおいても、検知速度・検知精度ともに優れ、多種多
様な異常に対応できるプラントの機器監視装置を提供す
ることにある。 【構成】本発明は、プラントの各所に設置された各種セ
ンサからの信号により異常を検出するプラントの異常検
出装置において、前記信号の一部を常時監視する常時異
常検出装置と、前記各種センサからの信号を切替える切
替装置と、前記切替装置で切替えられた信号の処理を行
う信号処理装置と、信号の切替え順を決め前記切替装置
を制御するスケジュール管理装置と、異常を通報する異
常通報装置とを備えているので、常時監視が必要な箇所
においては常時監視装置により監視を行い、また、常時
監視を必要としない箇所においては、スケジュール管理
装置で設定された切替順に切替えられて、信号処理装置
で信号解析が行われ、異常を管理している。従って、プ
ラントの様々な異常にも柔軟に対応し、高精度かつ敏速
な異常検出が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、発電プラントや化学プ
ラント等、多数の機器を有するプラントの状態を監視す
る装置、特にマイクロホン、振動センサ、ＩＴＶカメラ
等のセンサを用いて異常の有無を判定するプラントの異
常検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】発電プラントや化学プラント等の大規模
プラントは、非常に多くの機器・設備から構成されてい
る。これら大規模プラントは、長期間に渡り連続して運
転され、また、事故による停止は社会的に大きな影響を
及ぼす。従って、プラントの機器設備の異常の早期発
見，早期対策は重大な事故を未然に防ぐためにも、また
機器・設備の有効な保全手段としても非常に価値あるこ
とといえる。

【０００３】これらの機器・設備の監視は、従来、現場
の巡視に依るものが多く、時間を要するだけでなく、悪
環境下での作業を伴ない、巡視員への負担は非常に大き
いものがあった。更に、近年では熟練者の減少や産業界
全般の労働力不足もあり、これら巡視作業をマイクロホ
ンや振動センサ等を用いて自動化することが試みられて
いる。例えば、配管からの流体の漏洩，回転機の故障の
ように頻繁に発生する異常や、火災，煙の発生などのよ
うに大きな事故に結びつく異常を、マイクロホンによる
音響信号を処理することによって自動的に検知する方法
が試みられている。上述したような異常検知技術を蒸気
タービンプラントに適用した例を図９に示す。

【０００４】図９に示すように、タービン発電機１，油
タンク２，バルブ３，配管４の周囲には多数のマイクロ
ホン５ａ〜５ｅが設置されている。これらマイクロホン
５ａ〜５ｅの検出信号は切替装置７を経て、信号処理装
置８に伝送されて正常に動作しているか否かの判定が行
われる。その結果が異常通報装置１０へ送られ、プラン
ト運転員に通報される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】発電プラントのように
大規模なプラントは、多数の機器・設備から成り、巡視
の自動化のためには非常に多くのセンサが必要である。
異常の発生状況，特徴も多様で、センサからの信号を処
理する信号処理装置は複雑なものとならざるを得ない。
このため、個々のセンサからの信号処理は、複雑かつ高
価な１つの信号処理装置で処理するか、あるいは前記信
号処理装置を切替えて処理している。

【０００６】例えば、図９のように切替装置７を用いた
信号処理では、センサ数が多いと、全センサの検知処理
が１サイクル終了するのに非常に時間がかかるという欠
点がある。このような従来の検知処理方法では、最悪の
場合、１サイクルの時間だけ発見が遅れるという問題が
生じる。次に、従来技術における問題点を図１０につい
て説明する。

【０００７】簡単のため図１０（Ａ）は５個のセンサ５
ａ〜５ｅを用いた場合である。横軸は処理スケジュール
を表している。図１０（Ｂ）はセンサ５ａの信号レベル
を表わしたものであり、センサ５ｂの処理中に異常が発
生したものとすると、図より明らかなようにセンサ５ａ
からの異常信号はセンサ５ｂから５ｅまでの処理を終
え、次にセンサ５ａの処理に移った時に初めて発見され
ることとなる。

【０００８】具体的に音響の異常を捉える場合を考え、
センサを全てマイクロホンとすると、図１０（Ａ）のよ
うな異常の他に間歇的に発生する異常音、例えばハンマ
リングやサージングのような場合も問題が発生する。図
１０（Ｃ）はマイクロホン５ｄ付近でウォータハンマが
発生した場合の信号レベルの変化を示したものである。
図１０（Ａ）及び（Ｄ）から分かるように、マイクロホ
ン５ｄの処理中、２回とも信号に異常はなく、ウォータ
ハンマは検出できない。ウォータハンマ音が持続すれ
ば、いずれは発見できると思われるが非常に遅れてしま
う。さらに、例えばバルブ３に異物が衝突するような一
過性の異常音の場合も、図１０（Ｃ）に示すように、検
出できない可能性が大きい。

【０００９】大規模なプラント程、監視箇所も多く、異
常の生じ方も複雑かつ多様であり、それに伴ない全セン
サの検知処理が１サイクル終了する迄の時間が長くな
る。このため異常の発見が遅れ、大事故を引き起こす恐
れがあり、大規模なプラント程、大きな問題となる。一
方、各センサの処理時間を短かくすれば、１サイクル終
了する迄の時間は短かくなるが、検知精度が悪化すると
いう問題がでてくる。

【００１０】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は多数のセンサを有する大規模プラントに
おいて、検知速度・検知精度ともに優れ、多種多様な異
常に対応でき、なおかつ簡便で比較的安価に実現できる
プラントの機器監視装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明はプラントの各所に設置された各種センサに
より計測された信号により異常を検出するプラントの異
常検出装置において、プラントからの前記信号の一部を
常時監視する常時異常検出装置と、前記各種センサから
の信号を切替える切替装置と、前記切替装置で切替えら
れた信号の処理を行う信号処理装置と、信号の切替え順
を決め前記切替装置を制御するスケジュール管理装置
と、異常を通報する異常通報装置とを備えたことを特徴
とするものである。

【００１２】

【作用】プラントの各所に設置された各種センサにより
計測された信号のうち、常時監視が必要な箇所において
は常時監視装置により監視を行い、異常が発見されると
異常通報装置に通報する。一方、常時監視を必要としな
い箇所のセンサからの信号は、スケジュール管理装置で
設定された切替順に切替えられて、信号処理装置で信号
解析が行われ、異常が発見されると異常通報装置に通報
する。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図を参照して説明す
る。

【００１４】図１は、本発明の第１実施例の構成図であ
り、タービンプラントに適用した例である。同図に示す
ように、タービン発電機１，油タンク２，バルブ３，配
管４の各所にマイクロホン５ａ〜５ｅが設置されてい
る。マイクロホン５ａは油タンク１のポンプの軸受け付
近に設置され、軸受けの異常を監視するためであり、マ
イクロホン５ｂ，マイクロホン５ｃは、タービン発電機
２の付近にロータのラビングなどの異常を監視するた
め、マイクロホン５ｄはバルブ３の付近の一過性の異常
音を監視するため、マイクロホン５ｅは配管４の付近に
ウォータハンマなどの間歇的に起こる異常音を監視する
ためにそれぞれ設置してある。

【００１５】マイクロホン５ａ〜５ｅからの信号を処理
する系は、常時監視が必要な箇所のための系と、一定時
間ごとにマイクロホンを切替えて監視を行う系の２つの
系から成る。

【００１６】常時監視を行う系は第１の常時異常監視装
置６ａとこの監視装置と同等な処理機能をもつ第２の常
時異常監視装置６ｂから成り、それぞれマイクロホン５
ｄ，５ｅと繋っている。常時監視を必要としない系は切
替装置７と、信号処理装置８と、スケジュール管理装置
９とから成り、マイクロホン５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄと
繋っている。スケジュール管理装置９は、図２のような
センサ切替表を有している。また前記の両系は、異常通
報装置１０を共有している。次に、第１実施例の作用に
ついて説明する。

【００１７】図１において、プラントの各所に設置され
た各マイクロホン５ａ〜５ｅのうち、常時監視が必要な
箇所は第１の常時異常監視装置６ａと第２の常時異常監
視装置６ｂで監視を行い、常時監視を必要としない箇所
は切替装置７で切替えて監視を行い、異常が確認される
と異常通報装置１０に異常を知らせる信号が送られ、操
作者に異常が通報される。

【００１８】スケジュール管理装置９が管理しているマ
イクロホン５ａ〜５ｄの切替え順序が、図２の表のよう
に設定されているとする。例えばプラントの起動を行う
時、上段の検知順が選ばれる。このスケジュールに従っ
て、図３（Ａ）のように各センサの処理が行われる。

【００１９】即ち、信号処理装置８では、まずマイクロ
ホン５ａからのデータ信号が処理される。処理を終える
と、切替装置７によって処理がマイクロホン５ｂに切替
えられ、マイクロホン５ｂからのデータ信号が処理され
る。この処理中に図３（Ｂ）のように、マイクロホン５
ａの設置箇所付近で異常が発生すると、マイクロホン５
ａからの信号処理はマイクロホン５ｂ，５ｃ，５ｄの処
理の後、再び行われるので、その時初めて上記異常がマ
イクロホン５ａ付近に確認される。

【００２０】一方、図３（Ａ）に示すように、信号処理
装置８による信号処理が切替わりながら進められている
間、第１及び第２常時監視装置６ａ及び６ｂは、それぞ
れマイクロホン５ｄ及び５ｅを監視している。

【００２１】今、図３（Ｃ）に示すように、信号処理装
置８がマイクロホン５ｂからのデータ信号を処理してい
る間、マイクロホン５ｄの設置箇所付近に異常が発生す
る。仮にこの異常が図３（Ｃ）のような一過性の異常で
あったとすると、信号処理装置８がマイクロホン５ｂの
処理を行っている間にも、第１の常時異常監視装置６ａ
で異常を察知することができる。更にマイクロホン５ｄ
は切替装置７とも繋っており、マイクロホン５ｄからの
信号は一定時間ごとに信号処理装置８で詳細な解析も行
われている。

【００２２】次に、マイクロホン５ｅの設置箇所付近で
ウォータハンマが発生したとする。この異常音は間歇的
に発生し、信号処理装置８がマイクロホン５ｃからのデ
ータ信号を処理している間に起こる。この時、第２の常
時監視装置６ｂがマイクロホン５ｅからの信号を監視し
ていなければ、マイクロホン５ｅからの異常信号は、信
号処理装置８の処理のタイミングと合うまで発見されな
いが、本実施例では、第２の異常監視装置６ｂの付設に
より異常の発生は直ちに発見される。

【００２３】上述したように、本実施例では、常時監視
をしなければ検出できないウォータハンマのような異常
と、フィルターを通すような簡単な処理では行えない周
波数分析，位相分析などを必要とする蒸気リークなどの
異常が一つのシステムで判別できるので、異常を検出す
るシステム全体の信頼性が向上する。

【００２４】なお、本実施例では、２つの常時異常監視
装置６ａ，６ｂを備えているが、１つの常時異常監視装
置だけでもよい。いずれの場合も常時異常監視装置は簡
単な処理をするものでよく、本来備えている信号処理装
置と併せて使用するので、安いコストでシステムの性能
を上げることができる。また、本実施例ではセンサとし
てマイクロホンを例として説明したが、その他に振動セ
ンサ及び各種のセンサ技術が応用できることは云うまで
もない。

【００２５】図４は本発明の第２実施例の構成図であ
り、その基本構成は既に説明した第１実施例と同様であ
る。すなわち、第１実施例の構成に、判定結果の格納装
置１１と判定結果の履歴データ処理装置１２が付設され
ている。

【００２６】判定結果格納装置１１は信号処理装置８及
び第１の常時異常監視装置６ａ，第２の常時異常監視装
置６ｂからの異常の有無の判定を行った結果を保存して
おく装置であり、それらの履歴データを必要に応じてス
ケジュール管理装置９に送る。また、判定結果格納装置
１１は判定結果の履歴データ処理装置１２と繋ってお
り、履歴データ処理装置１２の処理結果は、スケジュー
ル管理装置９に送られる。

【００２７】ところで、上記第１実施例では、マイクロ
ホンからの信号は、直接２つの常時異常監視装置６ａ，
６ｂに送られたが、本実施例では両常時異常監視装置６
ａ，６ｂ共に切替装置７と接続されており、スケジュー
ル管理装置から送られた切替命令に従ってマイクロホン
からの信号を第１の常時異常監視装置６ａ，第２の常時
異常監視装置６ｂ，信号処理装置８にそれぞれ切替え
る。なお、説明を分かり易くするために、マイクロホン
５ａ〜５ｅの他に油ポンプ２と配管４にそれぞれ１本づ
つマイクロホン５ｆ，５ｇを付設している。次に、本実
施例の作用について説明する。本実施例でも第１実施例
と同様の異常が、それぞれのマイクロホン５ａ〜５ｇの
設置箇所付近で起こるものとする。

【００２８】本実施例も第１実施例と同様に、プラント
の運転状態により切替え順の設定を決めておく。すなわ
ち、図５の設定表はスケジュール管理装置９で管理され
ている。通常は、両常時異常監視装置６ａ，６ｂと信号
処理装置８で信号処理を行い、異常の有無の判定を行
う。判定結果を判定結果格納装置１１に格納し、異常が
あれば異常通報装置１０に異常を知らせる信号を送り、
操作者に異常を通報する。これら判定結果（の履歴デー
タ）や、信号処理装置８からの異常の有無を判定した基
となったデータ（要素）や、プラントの運転状態を知ら
せる信号を基に、スケジュール管理装置９は切替装置７
の切替えを行う。

【００２９】具体的には以下のように行われる。例え
ば、起動時に回転速度の上昇に伴ない、タービン発電機
１付近でラビング，配管４付近でハンマリングが発生す
る可能性のある場合、切替えのスケジュールは図５
（Ａ）の設定となり、第１の常時異常監視装置６ａはマ
イクロホン５ｂからの信号を監視することによりラビン
グを検知し、第２の常時異常監視装置６ｂはマイクロホ
ン５ｅを監視することによりハンマリング音を検出する
ことができる。一方、信号処理装置８は、第１の実施例
と同様に図５（Ａ）のスケジュールに従って処理を行い
キャビテーションや蒸気漏れ等の異常を監視する。以上
は、判定結果の履歴データ処理装置１２を使わない場合
であるが、次に、判定結果の履歴データ処理装置１２を
使った場合の作用について説明する。

【００３０】プラントの運転状態が安定な負荷運転に入
ったとすると、ラビングやハンマリングは起らず、その
代り突発的に起る異常監視が重要となり、切替順は図５
（Ｂ）のような設定となる。この時、油タンク２のポン
プが老朽化しており、マイクロホン５ａの設定箇所付近
で異常が頻発していたとする。判定結果の履歴データ処
理装置１２は、判定結果格納装置１１の判定結果の履歴
からマイクロホン５ａの設置箇所付近で、異常が頻発し
ていることを判断する。マイクロホン５ａの設置箇所付
近の監視を強化するようスケジュール管理装置９に信号
を送る。この信号を受けてスケジュール管理装置９は、
図５（Ｃ）のスケジュールテーブルを書き替え、マイク
ロホン５ａからの信号を第１の常時異常監視装置６ａに
切替える。補修や周囲の状況の変化により回復すると、
判定結果の履歴データ処理装置１２により常時監視の必
要はないと判断される。スケジュール管理装置９は、判
定結果の履歴データ処理装置１２の行った判断結果を受
け取り、マイクロホン５ａの処理を中止し、通常のスケ
ジュールに復帰する。

【００３１】図６（Ａ）は第１の常時異常監視装置６ａ
の各マイクロホンの監視状態を上記の作用に添って示し
たものである。図６（Ｂ）は第２の常時異常監視装置６
ｂの各マイクロホンの監視を示したものであり、第１の
常時異常監視装置６ａの処理中、第２の常時異常監視装
置６ｂは突発的に起こる異常を監視している。なお、図
６（Ａ），（Ｂ）中で示される処理時間は図３（Ａ），
図１０（Ａ）のそれに較べて非常に長い時間であるとす
る。

【００３２】本実施例によると、常時監視を行う系と切
り替えて詳細な解析を行う系が連関して行うので、プラ
ントの負荷による異常の発生状況の変化に対応したり、
老朽部に対する柔軟な対応ができる。なお、常時異常監
視装置を３つ以上付設してもよい。

【００３３】図７は本発明の第３実施例の構成図であ
り、その基本構成は既に説明した第１実施例と同様であ
るが、ＴＶカメラのような視覚センサを用いた点が相違
する。すなわち、同図に示すように、ＴＶカメラ１５は
補機１４ａ，１４ｂや油ポンプ２を監視している。ＴＶ
カメラ１６ａ，１６ｂは補機１４ａの細部、ＴＶカメラ
１６ｃ，１６ｄは補機１４ｂの細部、同じく１６ｅ，１
６ｆは油ポンプ２の細部を監視している。

【００３４】ＴＶカメラ１５からの信号は常時監視装置
６^* で常時大まかな画像処理が行われる。常時監視装置
６^* では図８のアルゴリズムに示すように、異常の疑い
が有った場合、その異常発生部にもっとも近いセンサの
番号を出力するようになっている。

【００３５】ＴＶカメラ１６ａ〜１６ｆは切替装置７^*
によって１つの画像信号が選択され、常時監視装置６^*
よりも詳細な画像信号が画像処理装置８^* に送られる。
また、スケジュール管理装置９^* が設けられており、こ
れにより切替装置７^* を制御している。なお、スケジュ
ール管理装置９^* は常時監視装置６^* から異常の疑いが
生じた場合、センサ番号が送られ当該センサを選択する
ように切替装置７^* を制御する。

【００３６】ところで、通常時はＴＶカメラ１５が全体
を監視する一方、ＴＶカメラ１６ａ〜１６ｆの信号は切
替装置７^* によって順次切り替えられ画像処理装置８^*
で詳細な処理が行われる。

【００３７】例えば、ＴＶカメラ１６ａの近傍で異常が
発生した場合を想定する。従来の方法では各ＴＶカメラ
１６ａ〜１６ｆの信号を順次切り替えていくだけであ
り、ＴＶカメラ１６ａの処理の直後に異常が発生したと
すると、再びＴＶカメラ１６ａの処理が行われるまでの
時間、異常の発見が遅れる。しかしながら、本実施例で
は、切替器７^* の選択した信号がＴＶカメラ１６ａで有
る無しに係わらず、ＴＶカメラ１５の信号が常時監視装
置６^* で処理されているので、直ちに発見され図８に示
す処理フローに従って、センサ番号１６ａが出力され
る。スケジュール管理装置９^* はその信号に従って切替
器７^* を制御し、ＴＶカメラ１６ａの信号を画像処理装
置８^* へ送る。画像処理装置８^* で詳細に画像処理が行
われ、異常が検出される。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
プラントの様々な異常にも柔軟に対応し、高精度かつ敏
速な異常検出が可能となる。また、現在ある監視システ
ムに本発明のプラントの異常検出装置を取入れることに
より、システム全体の性能を廉価で向上することが可能
となる。更に常時異常を監視することで老朽化したプラ
ントの延命化にも役立つ。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の構成図。

【図２】図１におけるセンサの切替え例の説明図。

【図３】第１実施例の動作状態の説明図。

【図４】本発明の第２実施例の構成図。

【図５】図４におけるセンサの切替え例の説明図。

【図６】第２実施例の動作状態の説明図。

【図７】本発明の第３実施例の構成図。

【図８】図７の常時監視装置のアルゴリズムの説明図。

【図９】従来の異常検知装置のセンサ切替えの説明図。

【図１０】従来の異常検知動作の説明図。

【符号の説明】

１…タービン発電機、２…油ポンプ、３…バルブ、４…
配管、５ａ，５ｂ…マイクロホン、６，６ａ，６ｂ，６
^* …常時異常監視装置、７，７^* …切替装置、８，８^*
…信号処理装置、９，９^* …スケジュール管理装置、１
０…異常通報装置、１１…判定結果格納装置、１２…判
定結果の履歴データ処理装置、１４ａ，１４ｂ…補機、
１５…全体監視用ＴＶカメラ、１６ａ〜１６ｆ…細部監
視用ＴＶカメラ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラントの各所に設置された各種センサ
   により計測された信号により異常を検出するプラントの
   異常検出装置において、プラントからの前記信号の一部
   を常時監視する常時異常検出装置と、前記各種センサか
   らの信号を切替える切替装置と、前記切替装置で切替え
   られた信号の処理を行う信号処理装置と、信号の切替え
   順を決め前記切替装置を制御するスケジュール管理装置
   と、異常を通報する異常通報装置とを備えたことを特徴
   とするプラントの異常検出装置。