JPH09145404A - 設備劣化診断システムにおける情報検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 設備の劣化診断を行うシステムにおいて、診
断対象の設備から検出される経時的データのサンプリン
グ周期を適切なものに自動的に変更する方法を提供す
る。 【解決手段】 対象とする設備に関する情報を、予め所
定の場所に配置されたセンサにより経時的に検出し、そ
の検出情報を、予め記録されている情報と組み合わせて
設備の劣化診断を行う設備劣化診断システムにおける情
報検出方法であって、予め設定した複数の周期のうちか
ら選択した周期で、設備に関する情報を検出し、それら
の検出情報から当該設備の劣化傾向を示す変数を特定
し、その変数の値の経時的な変化に応じて情報を検知す
る周期を切り替えることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、化学工場などにお
ける機器、計装、計器等の設備の劣化、不調、異常等を
検出して診断し或いは管理するための設備管理診断シス
テムに関する。

【０００２】

【従来の技術】化学プラント等の設備では、日常業務の
一環として、オペレータが設備を巡回しながら点検して
異常か否かの診断を行っているのが一般的である。しか
し、従来の異常診断では、設備の異常が顕在化するまで
気づかないことが多く、また、一般の異常診断システム
のアルゴリズムは、異常信号のパターンやプロセス変量
の異常の組合せから経験的に異常原因を推定するという
間接的な方法に基づいている。この点、設備の劣化を個
別かつ直接的に管理診断するシステムが好ましいが、か
かるシステムの開発は未だ十分とはいえない。

【０００３】ところで、設備の劣化診断その他管理のた
めには、設備を構成するポンプ、圧縮機等の動機器、反
応器、蒸留塔等の静機器、更にはこれらをつなぐ配管や
計装、計器等についての管理情報の収集が不可欠である
が、それらの管理情報は、その多様性から、主に現場で
オペレータやメンテナンス員により、定期的もしくは非
定期的に収集されている。

【０００４】このように現場で情報を収集することに関
しては、プラントの運転状況等を管理する計器室と現場
の計測器とを有線（ワイヤリング）で接続し、設備の管
理診断に必要な情報を計器室に集中して収集することが
一部で行われている。しかし、この方法では、現場の設
備と計器室との間に膨大な量のワイヤリングが必要とな
るため経費が嵩み、しかもそのメンテナンスも煩雑で労
力を要する。また、システムを構築した後でも、測定部
位や計測器の変更は必要となることが多いが、その度に
ワイヤリングをやり直すことが必要で、その作業は煩雑
であるという問題もあった。

【０００５】そこで、上記の問題を解決し、設備の管理
診断に要求される情報の特性を適切に反映できる管理診
断システムとして、次のような分散型設備管理診断シス
テムが提案されている（特開平６−２８８７９６号）。
それは、予め配置されているセンサにより、対象とする
設備に関する情報を経時的に検知し、この情報を記録媒
体に自動的に記録しておく過程と、その記録媒体に記録
されている情報を積極的にパトロールを活用して情報処
理システムに移し、この情報処理システムに予め記録さ
れている情報と組み合わせて設備の診断を行う過程とか
ら成る。

【０００６】この設備管理診断システムは、ポンプ，モ
ータ，送風機，圧縮機等の動機器、熱交換器，反応塔，
蒸留塔，槽等の静機器、更にはこれらをつなぐ配管、計
装等の各種設備機器を対象とすることができる。それら
の設備機器の診断管理に必要な情報としては、設備機器
の種類に応じて振動，音，滞熱，肉厚，腐蝕状況等、種
々のものがあるが、上記システムでは、これらの情報を
予め配置されているセンサを介して検出する。センサと
しては、例えば振動計，温度計，肉厚計等が用いられ
る。通常、センサは設備機器に内蔵されているが、外部
に設置されるものでもよい。

【０００７】センサで検出された情報は、ディジタル化
された電気信号として記録媒体に送られ、これに自動的
に記録される。この記録媒体は、通常は対象とする設備
機器内又はその近傍に配置されている。従って、多数の
設備機器が広い範囲にわたって配置されているプラント
では、記録媒体はプラントの各所に分散して配置され
る。そして、上記のセンサで検出された情報は、これを
オンラインで計器室に集めて記録する代わりに、分散配
置された記録媒体に分散して記録される。

【０００８】記録媒体としてはＩＣ記録媒体，磁気記録
媒体，光ディスク等が用いられるが、好ましくはＩＣカ
ードや磁気カードが用いられる。これらの記録媒体に
は、センサで検知した情報と共に、設備機器の名称、情
報の測定部位、情報の種類、検知時刻等、センサで検知
した情報を情報処理システムで処理する際に必要とする
情報も、マイクロコンピュータにより適宜記録し得るよ
うに設定される。また、設備機器は使用に伴って劣化し
ていくが、その履歴等に応じて、測定部位、測定情報の
種類、測定の時間間隔等を各設備機器毎に容易に再設定
できる。

【０００９】この設備管理診断システムでは、上記のよ
うに各設備機器からの情報は、分散配置された記録媒体
に記録されるので、それぞれの設備機器に応じた標準的
な設備管理手法や設備機器の個体差、或いはプロセスの
特徴等を加味して、測定部位、測定情報の種類、測定の
時間間隔等を自由に設定できると共に、これらを設定し
た後でも、記録媒体の取り替えや記録装置のマイクロコ
ンピュータの管理ソフトの変更により、これらを容易に
変更できるという柔軟性がある。

【００１０】また、各設備機器の測定値が管理値の許容
範囲を外れたときや異常が発生した場合には、通常、必
要な情報は変化するが、上記システムでは、記録装置の
マイクロコンピュータの管理ソフトウェアによってこの
変化に対応し得る。つまり、管理ソフトウェアに予め許
容範囲の逸脱や異常ケースを想定したプログラムを組み
込んでおき、このプログラムにより測定部位，測定情報
の種類，測定の時間間隔等を適宜自動的に変更するよう
な自己判断機能、即ち自律性を持たせることができる。

【００１１】記録媒体に記録されている情報は、読み取
り装置を介して情報処理システムに移す。通常はオペレ
ータが記録媒体を定期的ないしは非定期的に回収し、情
報処理システムの読み取り装置から読み込ませるが、所
望ならば、記録媒体に記録されている情報を定期的かつ
自動的に情報処理システムに一括して移すことも可能で
ある。情報処理システムは、読取り装置のほか、例え
ば、測定部位や測定情報の種類等に応じてそれぞれ標準
値となる情報や過去の情報等が入力されているコンピュ
ータ、運転を管理するための運転情報が入力されている
プロセスコンピュータ、ＤＣＳ等から成り、記録媒体か
らの情報を、この情報処理システムに予め入力されてい
る情報と組み合わせ、比較処理等を行うことにより、設
備機器類の状態を判断する。従って、設備機器類の状態
を経時的に把握することができ、異常や故障に至る前に
対応することができる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記特開平６−２８８
７９６号の発明によると、設備管理診断システムの自律
性の現れとして、管理プログラムにより測定部位，測定
情報の種類，測定の時間間隔等を適宜自動的に変更する
ことが提案されているが、それを実現する手段は具体的
に開示されていない。すなわち、上記の設備管理診断シ
ステムにおいて自律性を実現するための具体的構成は、
考えられていなかった。また、上記の提案は分散型の設
備管理診断システムを対象としているが、特に設備の劣
化に関しては、設備が分散配置されていない場合でも劣
化は経時的に進行していくので、分散型に限らず、設備
の劣化診断を的確に実行し得るシステムもしくは方法が
要望されていた。

【００１３】そのような劣化診断システムにおける設備
情報の検出は、プロセス制御のように高速で行う必要は
ない。その理由は、一般に設備の劣化は長期間使用され
るのに伴って徐々に進行するからである。そこで、比較
的長いサンプリング周期で情報検出すなわちデータ収集
を行うようにすると、短期間ではデータ量が不足して解
析に役立たず、劣化を早期に検知することが困難であ
る。一方、比較的短いサンプリング周期でデータ収集を
行うようにすると、処理すべきデータ量が膨大となり、
データ処理のために大容量のメモリが必要で、データ解
析にも時間がかかる。或いは、周期を任意に変更するこ
とも考えられるが、その場合には、時系列データのタイ
ミングがランダムになり、データ解析が更に複雑化して
しまう。

【００１４】従って、本発明の目的は、上記のような分
散型に限らず、設備診断を行うシステムの自律性を実現
するため、劣化診断を実行するシステムにおいて特にセ
ンサで検出される情報（経時的に変化するデータ）のサ
ンプリング周期を適切なものに自動的に変更し、或いは
測定を停止する情報検出方法を提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、対象とする設
備に関する情報を、予め所定の場所に配置されたセンサ
により経時的に検出し、その検出情報を、予め記録され
ている情報と組み合わせて設備の劣化診断を行う設備劣
化診断システムにおける情報検出方法であって、予め設
定した複数の周期のうちから選択した周期で、前記設備
に関する情報を検出し、それらの検出情報から当該設備
の劣化傾向を示す変数を特定し、その変数の値の経時的
な変化に応じて前記情報を検知する周期を切り替えるこ
とを特徴とする。

【００１６】本発明の１つの実施態様では、前記変数の
或る時点での検出値が、その一時点前の検出値より小さ
く、且つ当該変数の初期値よりも小さいとき、前記情報
を検知する周期をこれより短い周期に切り替えることを
特徴とする。

【００１７】より具体的な態様では、診断対象の設備は
ガス圧縮機であり、その劣化傾向を示す変数は、当該ガ
ス圧縮機に関する情報として検出されるシリンダ圧力
（Ｐ）とシリンダ容量（Ｖ）とで表わされるＰ−Ｖ曲線
（指圧線図）で囲まれる面積の値である。

【００１８】

【作用及び効果】設備診断システムにおいて、特に劣化
診断を実行するためにデータを収集する場合、設備が比
較的新しい期間中は、データ収集を短い周期（サンプリ
ング周期）で行う必要はないが、時間の経過と共に劣化
が進行すると、それをできるかぎり早期に検出すること
が要求される。

【００１９】本発明は、その要求に応える方法である。
詳しくは、管理すべき設備に対し、当初は、予め設定し
た複数の周期のうちから選択した周期で当該設備に関す
る情報を検出し、それらの検出情報から当該設備の劣化
傾向を示す変数を特定する。そして、その変数の値の経
時的な変化に応じて前記情報を検知する周期を切り替え
る。すなわち、劣化傾向が或る程度現れるまでは、比較
的長いサンプリング周期で情報が検出されるので、デー
タが必要以上に膨大となるのを防止できると共に、劣化
傾向が現れた後は、比較的短いサンプリング周期でデー
タ収集を行うので、早期の劣化診断が可能となる。

【００２０】本発明の方法は以上の手順によるので、コ
ンピュータで処理するためのプログラムが簡潔に構成さ
れる。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明による劣化診断の対象とな
る設備は種々あるが、例えばプラントにおいては、運転
に重大な影響を与えるものとして回転機械のような動的
設備があり、その一つに、ガス体の移送に用いられてい
る圧縮機がある。

【００２２】特に、往復動式単段圧縮機はコンパクトで
経済的であるため、各分野で使用されており、劣化診断
の必要性が高い。往復動式圧縮機は、その構成要素の弁
板及び弁バネの寿命が６０００〜７０００時間といわれ
ている。

【００２３】図１及び図２は、そのような往復動式圧縮
機の外観及び内部を概略的に示す。図１において左側に
示された圧縮機１は、その上部シリンダ２ａにガス吸込
口とガス吐出口とを有し、ガス吸込口に連通した供給管
３からガスを吸い込み、ガス吐出口に連通した冷却管４
へガスを送り込むように構成されている。なお、冷却管
４の出口側端部は、容器５を介して蓄圧器６に接続され
ている。

【００２４】圧縮機１の下部２ｂの外側には、内部に連
通した回転軸７を支点とする回転体８と、駆動源のモー
タ９とが設けられ、モータ９は、その出力軸と回転体８
に巻き掛けたベルト１０を介して回転体８を回転駆動
し、その回転により、シリンダ内部のピストンを上下方
向に往復動させるようになっている。

【００２５】図２に示すように、圧縮機１の上部シリン
ダ２ａには、左側に上下２つの吸込弁１１ａ，１１ｂが
設けられ、右側に上下２つの吐出弁１２ａ，１２ｂが設
けられている。これらの弁は、シリンダ内部に連通した
間隙（キャビティ）１３Ａ，１３Ｂ内に左右移動可能な
弁板とこれを付勢する弁バネとを配置して構成され、シ
リンダ内のピストン１４の上下移動に応じて各弁の開閉
が制御され、ガスの吸込み及び吐出しが制御される。

【００２６】上記の圧縮機１においては、対象設備（こ
の場合、圧縮機）に関する情報として、後述のように吸
入圧力、シリンダ上部圧力、吐出圧力、回転パルス及び
駆動電力を検出するため、吸入圧力センサ２１、シリン
ダ圧力センサ２２、吐出圧力センサ２３、回転パルス発
生器（ロータリーエンコーダ）２４及び駆動電力センサ
２５が、それぞれ所定の場所に設置されている。

【００２７】上記のような往復動式圧縮機においては、
弁板もしくは弁バネの劣化のため、定期的な改修（例え
ば２年毎に１回）の間の期間内に数回の部品交換が必要
である。

【００２８】次に、図３は、上記圧縮機のような対象設
備に関する情報を検出し、その検出情報に基づいて当該
設備の劣化診断を行うシステムの構成を示す図である。
このシステムは、現場の所定場所に配置される情報検出
部３１と、現場から離れた場所（計器室）に設置される
情報解析部４１とで構成される。両者の構成及び機能
は、以下のとおりである。

【００２９】まず、情報検出部３１は、前述のように図
２の圧縮機１に対して設けられた各センサ２１〜２５か
らの検出信号を、各々の増幅器からＡ／Ｄ変換器３２を
介して受信するＣＰＵを含む本体３３と、これに付帯し
たＣＲＴ３４及びキーボード３５とを備えている。ここ
で、各センサからの検出信号の受信時間幅（データ収集
時間。例えば、１〜１０秒間）は初めに決定されるが、
受信周期（サンプリング周期）は、後述のように自律的
に設定される。

【００３０】なお、Ａ／Ｄ変換器３２は、必要数のチャ
ンネル（例えば１６ｃｈ）を有する１枚のカード（回路
盤）で構成される。

【００３１】本体３３内のＣＰＵは、受信したデータに
対し次の処理を行い、それらの結果を内部メモリにファ
イル形式で格納する。

【００３２】ａ．ロード・アンロードの判断、 ｂ．一定時間検出信号収録、 ｃ．収録データの書込み、 ｄ．周期の変更及び次回サンプリング時刻の表示 これらの格納されたデータは、ＩＣカード読取器３６か
らＩＣカード４０を介して情報処理部４１へ、オペレー
タのパトロールで回収され、供給される。ここで、収録
されるデータは、吸入圧力、シリンダ上部圧力、吐出圧
力、回転パルス及び駆動電力である。

【００３３】一方、情報解析部４１はパーソナルコンピ
ュータから成る。このパーソナルコンピュータは、上記
のように情報検出部３１からＩＣカード４０を介してフ
ァイル形式で供給されるデータを記憶すると共に、次の
ような機能を有する。

【００３４】ａ．劣化モデルに基づく演算処理 ｂ．吐出圧力及び駆動電力のトレンド表示 ｃ．劣化傾向の表示 ｄ．高周波解析の表示 ｅ．その他各種表示 ｆ．画面呼出しメニュー機能 ｇ．各種設定（例えば閾値） なお、図示は省略したが、パーソナルコンピュータに
は、ＩＣカード用ディスケットとプリンタが接続されて
いる。

【００３５】次に、図４は、後述のようにデータを収集
（サンプリング）し、得られたデータから設備の劣化傾
向を示す変数の変化に応じてサンプリング周期を切り換
えるシステムの機能的ブロック図である。このシステム
は、機能的には次のように構成されているが、その機能
を実現する手段としては、図３の情報検出部３１のＣＰ
Ｕが使用される。

【００３６】まず、劣化診断の対象設備である往復動式
圧縮機に関する検出情報として、シリンダ圧力（Ｐ）
と、後述のようにシリンダ容積（Ｖ）を求めるために前
記回転パルス発生器２４から送られる回転パルス（Ｎ）
とを入力とする。これらの検出信号は、Ａ／Ｄ変換部５
１でディジタル信号に変換され、フィルタ部５２にてフ
ィルタリング後、サンプリング部５３により、後述のよ
うに設定されたサンプリング周期で所定時間（例えば１
〜１０秒間）データとして抽出され、測定平均値演算部
５４で各サンプリング毎のＰ及びＮの平均値が計算され
る。

【００３７】なお、往復動圧縮機でもアンローダ付きの
場合は、アンローダ状態では、前述の駆動電力データと
設定値との差を演算する差演算部６７の出力によってサ
ンプリングの可否を決定するサンプリング決定部６８
が、サンプリング否の信号をサンプリング部５３に送
り、サンプリングは停止される。

【００３８】上記データのうち、シリンダ圧力（Ｐ）
は、後で詳細に説明するＰ−Ｖ曲線を得るために、その
ままＰ−Ｖ曲線生成部５７に送られる一方、回転パルス
（Ｎ）はストローク演算部５５に送られて、後述のよう
にストローク（ｓ）に変換される。このストローク
（ｓ）は、計算部５６にて容積（Ｖ）を求めるために使
用され、得られた容積（Ｖ）がＰ−Ｖ曲線生成部５７に
送られる。

【００３９】このＰ−Ｖ曲線生成部５７で生成されたＰ
−Ｖ曲線から、次のＰ−Ｖ面積演算部５８において、後
述のようにＰ−Ｖ曲線で囲まれた面積（Ｓ）が演算さ
れ、各サンプリング毎の面積の値（Ｋ_n'）として出力さ
れる。この値は、バリディティ・チェックのため、可変
リミッタ６０に送られ、突発的に変化した値が除去され
る。これをパスした値（Ｋ_n ）は、データ収録部６０に
格納され、以下のサンプリング周期切換え処理に使用さ
れる。

【００４０】上記のようにデータ収録部６０に格納され
たデータ（Ｋ_n ）は、まず、データプロット部６１に供
給され、各サンプリング時毎の面積の値としてプロット
される。更に、差演算部６２にて初期値（Ｋ₀ ）と各サ
ンプリング時毎の値（Ｋ_n ）との差が求められ、得られ
た差の値に応じたサンプリング周期が、サンプリング周
期設定部６６にて設定される。

【００４１】すなわち、ここでは、劣化値の変化が下が
る場合で説明するが、図３の情報検出部３１のＣＰＵ３
１は、図４の判断ブロック６３において、Ｐ−Ｖ曲線で
囲まれた面積の初期値（Ｋ₀ ）と各サンプリング時毎の
値（Ｋ_n ）との差が０以下か否かをチェックし、“Ｙｅ
ｓ”（Ｋ₀ ≦Ｋ_n ）であれば、後述のように予め設定し
た４種類のサンプリング周期Ｔ_w ，Ｔ_d ，Ｔ_s ，Ｔ_h の
うち、当初からのサンプリング周期Ｔ_w を設定（つまり
継続）する。

【００４２】一方、Ｋ₀ ＞Ｋ_n であれば、次の判断ブロ
ック６４において、データ収録部６０に格納されている
前回サンプリング時の値（Ｋ_n-1 ）と今回サンプリング
時の値（Ｋ_n ）との差が０より大きいか否かをチェック
し、“Ｎｏ”（Ｋ_n-1 ≦Ｋ_n）であれば、当初からのサ
ンプリング周期Ｔ_w を設定する。

【００４３】一方、Ｋ_n-1 ＞Ｋ_n であれば、次の判断ブ
ロック６５において、今回サンプリング時の値（Ｋ_n ）
とデータ収録部６０に格納された次回サンプリング時の
値（Ｋ_n+1 ）との差が０より大きいか否かをチェック
し、“Ｎｏ”（Ｋ_n ≦Ｋ_n+1 ）であれば、当初からのサ
ンプリング周期Ｔ_w を設定する。

【００４４】一方、Ｋ_n ＞Ｋ_n+1 であれば、当初からの
サンプリング周期Ｔ_w をこれより短い次の周期Ｔ_d に変
更設定する。

【００４５】以後、変更したサンプリング周期Ｔ_d で、
同様にサンプリングを実行する。そして、上記判断ブロ
ック６３〜６５でのチェックにより、サンプリング時の
面積の値に上記のような変化が生じた場合、サンプリン
グ周期Ｔ_d をこれより短い次の周期Ｔ_s に変更設定す
る。更に、同様の処理手順で、サンプリング周期Ｔ_s を
最短の周期Ｔ_h に変更設定する。

【００４６】かくして、上記システムでは、劣化傾向が
或る程度現れるまでは、比較的長いサンプリング周期で
情報が検出されるので、データが必要以上に膨大となる
のを防止できると共に、劣化傾向が現れた後は、その変
化の程度に応じて、より短いサンプリング周期でデータ
収集を行うので、早期の劣化診断が可能となる。

【００４７】

【実施例】以下、実施例のシステムにおけるデータ収集
と解析の方法を説明する。

【００４８】まず、データ収集の時間は１秒間とする。

【００４９】駆動電力の信号は、図３の情報検出部３１
でデータ収集時に最初に測定され、アンロード検出に使
用される。アンロード時にはデータの収集を行わず、一
定時間後に再度データの収集を試行する。

【００５０】情報検出部３１では、次の機能を実行する
ためのメニュー画面がＣＲＴ３４に表示される。

【００５１】ａ．アンロード／ロードの判断 ｂ．周期間隔の表示と次回のデータ収集の時刻の表示 ｃ．変化程度の設定（4.2 に示す判定） ｄ．周期間隔の設定及び変更 データ収集の周期（サンプリング周期）は、本実施例で
は、劣化寿命から次のように定められる経過時間と劣化
傾向の判定によって決まる。

【００５２】スタートアップ後６月経過するまでは、Ｔ
_w （１週間に１回）。

【００５３】スタートアップ後６月経過した時点で、Ｔ
_d （１日に１回）。

【００５４】スタートアップ後９月経過した時点で、Ｔ
_s （１シフト＝８時間に１回）。スタートアップ後１２
月経過した時点で、Ｔ_h （１時間に１回）。

【００５５】上記劣化診断システムの自律性は、次の３
点で実現される。

【００５６】ａ．データを取り込むタイミングを効果的
な値に設定する。

【００５７】ｂ．異常が識別された場合、他の信号の測
定を増やし、関係を検討する。

【００５８】ｃ．劣化モデルによる劣化の進展情報に基
づいて、サンプリング周期を選択する。

【００５９】上記ａ及びｃの自律性を達成するため、劣
化の閾値が明確でない段階では、劣化傾向を示すと思わ
れるデータを変数とする。前述した往復動式圧縮機で
は、後述のようにＰ−Ｖ曲線の面積値を変数とする。

【００６０】初めの基準となるサンプリング周期（初期
周期）を予め設定しておく。例えば、初期周期は１回／
週とし、メモリをクリアした時、この初期値に戻るよう
にする。原則として、異常時（例えば電源断、機器故障
等）以外は、周期を戻すことができない。

【００６１】上記変数の変化に応じて自動的に選択され
るサンプリング周期（基準周期）を、次の４段階に予め
設定しておく。

【００６２】 Ｔ_w ：１回／週（６０４，８００秒） Ｔ_d ：１回／日（８６，４００秒） Ｔ_s ：１回／シフト（２８，８００秒） Ｔ_h ：１回／時間（３，６００秒） サンプリング周期は、最初は最長の基準周期でスター
トし、特定の変数の値（Ｐ−Ｖ曲線の面積）が所定の変
化を示したとき、自動的に１段階短い周期へ切替えられ
るようにする。

【００６３】前述の例のように対象設備が往復動式圧縮
機の場合、劣化診断に必要なデータとしてシリンダ上部
圧力（Ｐ）とシリンダ容積（Ｖ）を使用する。シリンダ
上部圧力（Ｐ）は高／低の変化を伴うので、補正（バイ
アスのカット等）を要する。容積（Ｖ）は、後述のクラ
ンクシャフトの長さ（ｒ）やストローク（ｓ）等によっ
て求められるが、本システムでは、設備の設計データ
と、前述のように検出した回転パルスから得られる回転
角（ω）及びストローク（ｓ）とにより、容積（Ｖ）が
計算される。

【００６４】回転パルスは、ロータリーエンコーダ２４
から１回転毎に６０パルスずつ出力されるが、実際に
は、適当な回転数（例えば１３回転分）に対応するパル
ス数の平均をとって使用する。１サイクルのＰとＶの関
係は、図５のグラフのように表わされるので、オペレー
タは、点１−２間を監視する。或いは、図６（Ａ）に示
すようにＰ−Ｖ曲線を表示させて監視する。

【００６５】図６（Ｂ）に示すように、Ｐ−Ｖ曲線で囲
まれた部分の面積は馬力に相当する。そして、各サンプ
リング毎の１秒間の平均データから計算された面積が、
図７のようにプロットされる。図７において、サンプリ
ングデータは等時間間隔で並んで表示される。これらの
データ（面積）の経時的変化から、往復動式圧縮機の弁
板の劣化傾向がわかる。

【００６６】以下、本発明の基礎となった診断対象設備
に関する情報の取り方について説明する。

【００６７】まず、圧縮機の熱力学的な関係は、移送す
る気体の状態式 ＰＶ＝ＧＲＴ …(1) ただし、Ｐ：シリンダ内圧力（kg/m² ），Ｖ：シリンダ
容積（m³），Ｇ：気体の重量（kg），Ｒ：ガス定数（kg
m/kg°K ）Ｔ：ガス体の絶対温度（°Ｋ）に依存してい
る。

【００６８】実施例の場合、ＰとＶを検出してＰ−Ｖ曲
線を求め、これによって囲まれた面積Ｓから馬力を求め
る。すなわち、 Ｓ＝∫Ｐ・Ｖ＝Ｈ_P …(2) ただし、Ｐ：シリンダ圧力，Ｖ：容積，Ｈ_P ：馬力。

【００６９】上記のような圧縮機の場合、その弁板及び
弁バネの劣化は、馬力の低下で識別できる。

【００７０】以上の原理に基づき、診断対象設備に関す
る情報として、図１の往復動式圧縮機のシリンダ上部圧
力（Ｐ）と、その圧力下での回転パルスで表わされる回
転角（ω）とを、初期サンプリング周期で収集する。回
転角（ω）は、シリンダ容積（Ｖ）に変換される。

【００７１】これらのデータから、図８に示すようなＰ
−Ｖ曲線が得られ、台形近似により、サンプリング毎の
Ｐ−Ｖ曲線の面積Ｓ_i が求められる。なお、正常運転時
にはオペレータの指令でＰ−Ｖ曲線の面積の基準値（Ｓ
_o ）が求められる。

【００７２】Ｐ−Ｖ曲線による面積の具体的な計算は、
以下のとおりである。

【００７３】まず、図９に示すように、１パルス欠落し
ている部分の最後のデータ（点Ａ及び点Ａ’）を下死点
とし、下死点Ａから次の下死点Ａ’の１データ前まで
（点ＡからＢ）を１周期分のデータとする。

【００７４】次に、抽出した１周期分データを回転角ω
へ変換するため、図１０に示すように、往復動式圧縮機
のシリンダ内でクランク（長さｒ）は等速円運動を行っ
ているものとし、次式を用いて各データに対応する回転
角ωを求める。

【００７５】

【数１】 但し、ｎは１周期内のデータ番号（序数）、Ｎは１周期
のデータ数（基数）である。

【００７６】上記のようにして得られた回転角ωからス
トロークｓへの変換は、次のように行われる。

【００７７】コンロッドの長さをＬ、クランク半径を
ｒ、上死点からのピストン位置（ストローク）をｓ、鉛
直線に対するロッド及びクランクの傾きをそれぞれφ，
θとすると、次式が成立する。

【００７８】 ｓ＝ｒ＋Ｌ−（ｒ cosθ＋Ｌ cosφ） …(4) ｒ sinθ＝Ｌ sinφ …(5) 上式から、ストロークｓとθは、次の近似式で表現でき
る。

【００７９】 ｓ≒ｒ［（１− cosθ）＋（λ／４）（１− cos２θ）］ …(6) ただし、λ＝ｒ／Ｌ また、 ω＝π−θ …(7) であるから、 ｓ≒２ｒ−ｒ［（１− cosω）＋（λ／４）（１− cos２ω）］ …(8) が導かれる。

【００８０】上記(3) 及び(8) 式により、エンコーダ２
５で検出したデータをストロークに変換できる。

【００８１】上式においてＬ＝31.7[cm]、クランク半径
ｒ＝ 6.5 [cm] として、ストロークｓを計算し、これに
シリンダの断面積Ｆ＝１５[cm²] を掛け合わせた値を容
積Ｖ[cm³] として横軸にとり、シリンダ内圧Ｐ[kg/cm²]
を縦軸として、同時刻データをプロットすることによ
り、前述のＰ−Ｖ曲線が得られる。このようなＰ−Ｖ曲
線において、台形近似により各サンプリング毎の面積Ｓ
_i が求められる。図１１は、実際に測定した日のデータ
から得られた面積の値を示すグラフである。

【００８２】上記システムを構成する情報検出部３１で
は、前述の方法で得られた今回サンプリング時の面積Ｓ
_i と前回のＳ_i-1 及び基準値Ｓ_o を用いて、劣化傾向の
判定を行う。すなわち、Ｓ_o −Ｓ_i ≦０であれば、サン
プリング周期はそのままとする。

【００８３】Ｓ_o −Ｓ_i ＞０であれば、次の比較に移
る。

【００８４】Ｓ_o −Ｓ_i ＞０，Ｓ_i-1 −Ｓ_i ＜０，且つ
Ｓ_n+1 −Ｓ_n ＜０であれば、サンプリング周期はその
ままとする。

【００８５】Ｓ_o −Ｓ_i ＞０，Ｓ_i-1 −Ｓ_i ＞０，且つ
Ｓ_n+1 −Ｓ_n ＞０であれば、サンプリング周期を次の
基準周期に切り換える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の診断対象設備の一例の往復動式圧縮機
の概略構成を示す図。

【図２】図１の往復動式圧縮機の構造を示す部分断面
図。

【図３】上記圧縮機を対象設備とする劣化診断システム
の構成を示す図。

【図４】設備の劣化傾向を示す変数の変化に応じてサン
プリング周期を切り換えるシステムの機能的ブロック
図。

【図５】上記圧縮機から検出されるシリンダ圧力Ｐと容
量Ｖとの関係を示すグラフ。

【図６】（Ａ）は上記シリンダ圧力Ｐと容量Ｖとをプロ
ットして得られるＰ−Ｖ曲線を示し、（Ｂ）はＰ−Ｖ曲
線によって囲まれる部分の面積を示す図。

【図７】サンプリング毎のＰ−Ｖ曲線による面積の値を
プロットした例を示す図。

【図８】Ｐ−Ｖ曲線によって囲まれる部分の面積を求め
る原理を示す図。

【図９】診断対象設備から検出される１サンプリング周
期分のデータパルスを示す図。

【図１０】上記圧縮機の回転角をストロークに変換する
原理を示す図。

【図１１】上記Ｐ−Ｖ曲線の実測例を示すグラフ。

【符号の説明】

１…往復動式圧縮機、２ａ…上部シリンダ、２ｂ…下部
シリンダ、３…ガス供給管、４…冷却管、５…容器、６
…蓄圧器、７…回転軸、８…回転体、９…モータ、１０
…ベルト、１１ａ，１１ｂ…吸込弁、１２ａ，１２ｂ…
吐出弁、１３Ａ，１３Ｂ…間隙、１４…ピストン、２１
…吸入圧力センサ、２２…シリンダ圧力センサ、２３…
吐出圧力センサ、２４…回転パルス発生器、２５…駆動
電力センサ、３１…情報検出部、３２…Ａ／Ｄ変換部、
３３…ＣＰＵ、３４…ＣＲＴ、３５…キーボード、３６
…ＩＣカード読取部、４０…ＩＣカード、４１…情報解
析部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】対象とする設備に関する情報を、予め所定
   の場所に配置されたセンサにより経時的に検出し、その
   検出情報を、予め記録されている情報と組み合わせて設
   備の劣化診断を行う設備劣化診断システムにおける情報
   検出方法であって、 予め設定した複数の周期のうちから選択した周期で、前
   記設備に関する情報を検出し、それらの検出情報から当
   該設備の劣化傾向を示す変数を特定し、その変数の値の
   経時的な変化に応じて前記情報を検知する周期を切り替
   えることを特徴とする情報検出方法。
2. 【請求項２】請求項１記載の情報検出方法において、前
   記変数の或る時点での検出値が、その一時点前の検出値
   より小さく、且つ当該変数の初期値よりも小さいとき、
   前記情報を検知する周期をこれより短い周期に切り替え
   ることを特徴とする情報検出方法。
3. 【請求項３】請求項１又は２記載の情報検出方法におい
   て、前記設備はガス圧縮機であり、前記変数は、当該ガ
   ス圧縮機に関する情報として検出されるシリンダ圧力
   （Ｐ）とシリンダ容量（Ｖ）とで表わされるＰ−Ｖ曲線
   で囲まれる面積の値であることを特徴とする情報検出方
   法。