JPH11122604A - 遠隔診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 遠隔地にある例えば各種工場設備等の診断対
象物の監視、診断、及び故障予知を行うことができる遠
隔診断装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 診断すべき各種対象物の診断データを取
得するセンサ１２と、取得した診断データをデジタル信
号の形式で時系列的な情報のサンプルデータに変換する
変換手段１３ａと、サンプルデータを蓄積して、蓄積さ
れたサンプルデータを一括して伝送する伝送手段１５，
１７，１８と、伝送手段により伝送された時系列のサン
プルデータを受信して蓄積する装置１９と、蓄積された
時系列のサンプルデータを人間の感覚に訴え易い形式に
復原する手段１９ｂと、復原された診断データを表示す
る表示装置２１とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は公衆回線網等を利用
した工場設備等の遠隔診断装置に係り、特に例えば工場
内に配置された機械設備又は環境等の状況を、その工場
等から遠隔の地にある監視センタ等で診断することがで
きる遠隔診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、工場内の機械設備等にセンサを取
り付け、このセンサ出力を工場内にある監視センタに送
り、そこで工場内の各種機械設備や配管等の運転状態を
監視することが広く行われている。このような監視シス
テムによれば、例えば広い工場の敷地内の各所に点在し
ている各種機械設備の運転状況を、工場内の一箇所の監
視センタで集中的に監視することができるので、少ない
人数で効率的な監視を行うことが可能である。

【０００３】しかしながら、このような監視システムに
おいては監視対象の機械設備に取り付けたセンサからの
生データを直接監視センタに伝送しているため、伝送で
きる範囲は同工場の敷地内等に限られていた。このた
め、例えば日本全国に散在している各地の工場のデータ
を、一箇所の監視センタに集中して、そこで集中的に監
視を行うことは伝送路の容量の点から不可能であった。

【０００４】ところで、日本国内に散在する各工場の監
視センタから、主要なデータを全国で一箇所の監視セン
タに送り、そこで集中的に監視することは可能である。
ところがこのシステムでは、全国一箇所の監視センタに
送られるデータは各工場の主要なデータに限られ、又情
報としても時系列的なつながりを有するものではなく、
点としての情報にすぎなかった。

【０００５】従って、このようにして集められたデータ
では、そのデータは時系列的な変化の情報を有するもの
ではなく、又、単なる生データであるので、その表示は
数字・文字の羅列に過ぎないものである。このため、そ
のデータの内容を理解して状況を分析するためには、よ
ほど各種の設備に精通した特殊技能を有する人を専任に
する以外には、各種機械設備の監視、診断、故障予知等
の分析を行うことは到底不可能であった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述した事情
に鑑みて為されたもので、遠隔地にある例えば各種工場
設備等の診断対象物の監視、診断、及び故障予知を行う
ことができる遠隔診断装置を提供することを目的とす
る。又、診断結果と、予防支援情報及び非常対応支援情
報を、マルチメディア技術を用いて、画像情報等として
人に感覚的に理解しやすい形式で表現することにより、
誰にでも親しみ易い遠隔診断装置を提供することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の遠隔診断装置
は、診断すべき各種対象物の診断データを取得するセン
サと、該取得した診断データをデジタル信号の形式で時
系列的な情報のサンプルデータに変換する変換手段と、
該サンプルデータを蓄積して、該蓄積されたサンプルデ
ータを一括して伝送する伝送手段と、該伝送手段により
伝送された前記時系列のサンプルデータを受信して蓄積
する装置と、該蓄積された前記時系列のサンプルデータ
を人間の感覚に訴え易い形式に復原する手段と、復原さ
れた診断データを表示する表示装置とを備えたことを特
徴とする。

【０００８】上述した本発明によれば、各種対象物のセ
ンサで取得した診断データを、時系列的な情報のサンプ
ルデータとして変換して伝送するので、時間軸上に連続
した情報を有するデータでありながら、その伝送する情
報量を極めて小さくすることができる。これによって、
電話網等の公衆回線を利用したデータの伝送が可能とな
り、例えば日本全国の各地に散在する工場設備の時系列
的な情報を、一箇所の監視センタに送ることができる。

【０００９】そして伝送された時系列のサンプルデータ
を人間の感覚で捉えやすい形式に復原して表示すること
で、診断データの時間軸上の或いは振幅軸上の変化の状
況を、誰にでも容易に把握可能とすることができる。こ
れにより、高度の専門知識を有する特殊技術者でなくて
も、誰にでも機械設備の監視、診断、予防支援、非常対
応支援を可能ならしめることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て添付図面を参照しながら説明する。

【００１１】図１は、本発明の一実施の形態の遠隔監視
装置の概要を示す図である。工場側の多数の機械設備又
は環境監視機器等には、その振動、温度、騒音その他各
種の生データを取得するためのセンサが備えられてい
る。以下に述べるこの実施の形態では、水、ガス、蒸
気、燃料等を輸送する配管の振動状態を診断する例につ
いて述べる。

【００１２】配管１１には、所定距離を離隔して振動セ
ンサ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃが、配管の部分Ａ，Ｂ，Ｃ
に配設されている。そしてこれらのセンサの出力信号
は、工場敷地内にあるデータ収集用のＣＰＵ１３に伝送
される。即ち、各センサ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃの出力
端子は、通常のアナログ信号線によりＣＰＵ１３の一部
を構成しているデータ変換装置１３ａに入力される。デ
ータ変換装置１３ａは、この実施の形態では高速フーリ
エ変換器（ＦＦＴ）である。そして、センサ出力のアナ
ログ信号は所定の時間の分が蓄積されてその信号波形が
高速フーリエ変換される。そして変換結果の最も振幅の
大きな第１ピークの周波数と、その振幅及び位相の情
報、２番目に振幅の大きな第２ピークの周波数とその振
幅及び位相の情報、３番目に振幅の大きな第３ピークの
周波数と、その振幅及び位相の情報が、デジタル信号の
形式でＣＰＵ１３ｂに取り込まれる。即ち、所定の時間
の時系列的な配管の振動情報が、高速フーリエ変換の結
果としての、サンプルデータとして抽出される。

【００１３】ＣＰＵ１３は第１記憶装置１４を備え、デ
ータ変換装置により変換されたサンプルデータをここに
保存する。第１記憶装置には、図示しないが他の各種の
機械設備、或いは環境監視機器等の情報がサンプルデー
タに変換されて保存される。又ＣＰＵ１３は、データを
送信する機能を備え、第１記憶装置１４から読み出した
データを通信制御装置１５を介して公衆回線１７に接続
して、監視センタに送信する。監視センタは工場とは敷
地を異にする遠隔の地に配置されており、ここで遠隔地
の工場内に配設された各種工場設備の診断が行われる。
サンプルデータは上述したようにフーリエ変換後のデー
タであるので、その情報量が極めて少なく公衆回線を通
して容易に伝送可能である。

【００１４】監視センタ側には公衆回線１７に接続され
た通信制御装置１８と、該装置を介して工場側から伝送
されるデータを処理するＣＰＵ１９を備えている。ＣＰ
Ｕ１９には工場側から伝送されたデータを保存する第２
記憶装置２０と共に、そのデータに基づいてマルチメデ
ィア技術を用いてサンプルデータを復原するデータ復原
手段１９ｂと、画像処理された画像情報を表示するモニ
タ２１を備えている。ここでモニタ２１は、工場側から
伝送されたサンプルデータから工場設備を診断した結果
と、予防支援情報及び異常対応支援情報を人間の視覚に
訴え易い形式で画像表示する。

【００１５】第１の記憶装置１４及び第２の記憶装置２
０は、ＨＤ（固体ディスク）である。ＣＰＵ１３ｂ，１
９ａ及びデータ復原装置１９ｂは、通常のコンピュータ
システムであり、それぞれ図示しないが、キーボード、
メモリ、ソフトウェア等を備え、センサから取り込まれ
たデータを蓄積し、伝送し、解析し、故障予知を行い、
その結果をマルチメディア技術により画像処理して表示
装置２１等で表示する動作を行う。

【００１６】従って、図１に示す遠隔診断装置によれ
ば、遠隔地で作動している各種工場設備等を、公衆回線
を介して一箇所の監視センタで集中的に監視し、各種工
場設備の故障の予知、予防を実施すると共に、異常状態
の早期発見と、迅速な対応が可能となる。

【００１７】次に、配管の遠隔診断の具体例について説
明する。配管１１に取り付けられた振動センサ１２Ａ，
１２Ｂ，１２Ｃの振動信号等の生データは、ＣＰＵ１３
の入力ポートより高速フーリエ変換器１３ｂに取り込ま
れ、高速フーリエ変換された結果の、周波数、振幅、位
相の情報がデジタル形式のデータとして抽出される。第
１の記憶装置１４には配管１１に固定されたセンサ１２
Ａ，１２Ｂ，１２Ｃの各々の高速フーリエ変換の結果
の、第１ピーク、第２ピーク、第３ピークの各々の周波
数、振幅、位相のデータがデジタルデータとして保存さ
れる。同様に第１の記憶装置１４には、図示しない工場
内の多数の設備に固定された各種のセンサから、振動の
みならず、温度、圧力、流量等の各種の時系列的なサン
プルデータが保存される。これらの保存された情報は、
例えば１５分間隔で一括して通信制御装置１５から公衆
回線１７を利用して監視センタ側に送信される。この情
報量は上述したように各センサの生データを時系列的な
サンプルデータに変換してあるので、例えセンサの数が
多くても、公衆回線を利用して容易に伝送が可能であ
る。

【００１８】監視センタ側の受信フローとしては、通信
制御装置１８により、１５分ごとに一括して上記送信デ
ータを受信する。このデータは、上述したように時系列
的なサンプルデータであり、第２記憶装置２０にＣＰＵ
１９ａを介して保存される。尚、監視センタ側では常時
受信機能を起動しておき、工場側から送信されるデータ
をいつでも受信できる状態にしておく。受信したデータ
は、診断対象物に対応したアルゴリズムで解析し、各種
診断対象物の正常・異常を診断可能な数値及び故障予知
可能な数値を算出する。

【００１９】即ち、ＣＰＵ１９ａより第２記憶装置２０
に保存した時系列的なサンプルデータを読み出し、デー
タ復原手段１９ｂにより元の振動波形に復原する。そし
て人間の視覚に訴え易いように、この実施形態では画像
データに変換する。即ち、センサ１２Ａ，１２Ｂ，１２
Ｃでそれぞれ取得された生データから時系列的なサンプ
ルデータに変換された情報は、再びＣＰＵ１９を介して
配管の振動状態を画像上に復原する。この際に、その復
原は元の生データに戻すのではなく、人間の視覚に訴え
易い形式に変換して復原する。

【００２０】この人間の視覚に訴え易い形式に変換する
処理は、サンプルデータが高速フーリエ変換された結果
の周波数、振幅、位相の情報であるので、その周波数及
び振幅について人間の視覚で捉えやすいように変換処理
を施す。例えば、高速フーリエ変換の結果の第１ピーク
が周波数で１ＫHzである場合にはこの周期を１，０００
倍に拡大する係数を乗じて、１ＫHzの振動を１Hzの振動
に変換する。そして、振幅に関しては元の配管の振動の
振幅が例えば０．１mmであるとすれば、これを１，００
０倍に拡大する係数を乗算する。これにより０．１mmの
振幅は画像上の１０cmの振幅の振動に変換される。

【００２１】そして１個のセンサに関して、第１ピー
ク、第２ピーク、第３ピークについて同様の変換処理を
行う。そして、フーリエ変換の逆変換の操作を施すこと
により、時間軸及び振幅軸を人間の視覚に訴え易い形式
に変換した元の波形を再現する。そしてこれらの振動波
形を第１ピーク、第２ピーク、第３ピークについて合成
する。この様にして復原された振動波形は配管の部分Ａ
における振動波形は、元の波形が１ＫHzであり、振幅が
０．１mm程度の高速な微細な振動を、周波数１Hzで振幅
１０cmの十分に人間の視覚に捉えやすい大きさに変換し
て、画像上に表示する。

【００２２】次に、図２を参照して配管の振動の表示例
について説明する。図２は、工場側の配管１１のセンサ
１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃの取付られた各点Ａ，Ｂ，Ｃの
部分を含む配管の振動を表示する図である。（Ａ）は、
時刻ｔ０の振動が全くない配管の状態を示し、（Ｂ）は
時刻ｔ１の配管の状態を示し、（Ｃ）は時刻ｔ２におけ
る配管の状態を示し、（Ｄ）は時刻ｔ３の配管の状態を
それぞれ示す。ここで表示される配管の部分Ｘ_A は、工
場側の振動センサ１２Ａで取得された振動波形を復原し
たデータに基づいてＹ方向に振動するように表示され
る。同様に配管の部分Ｘ_B の振動波形は、図１の工場側
のセンサ１２Ｂにより取得されたデータに基づき、配管
の部分Ｘ_C は、振動センサ１２Ｃで取得されたデータに
基づいて、それぞれＹ方向に振動するように表示され
る。

【００２３】データ復原手段１９ｂには画像のスムーズ
処理部を備え、画面上の配管の部分Ｘ_A と部分Ｘ_B と部
分Ｘ_C とを結ぶ配管部分をスムーズに滑らかに変化する
ように画像処理する機能を備えている。従って、配管の
Ｘ_A，Ｘ_B，Ｘ_C にはそれぞれ、Ｙ方向に振動する画面上
の位置情報が与えられ、これらを結ぶ配管の線分Ｘ_AB，
Ｘ_BCはこの画像処理技術により滑らかに曲線として結ば
れる。

【００２４】従って、工場側の実際の配管に取り付けら
れた振動センサ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃで取得した振動
の生データが変換されて時系列的なサンプルデータとし
て遠隔の地の監視センタ側に伝送され、監視センタ側で
時間軸及び振幅軸を変換して画像表示することで、配管
の振動の状態を、人間の視覚に訴え易い形式で画像表示
することができる。この画像表示は、図２（Ａ）（Ｂ）
（Ｃ）（Ｄ）に示すように、配管がくねくねと振動する
状態を目視可能となる。即ち、実際には目視不可能な微
細な且つ高速の配管の振動を、診断対象の配管が実際に
存在している場所から遙かに離れた遠隔の地で、画像上
で容易に配管の擬似的な振動状態を観察することが可能
となる。

【００２５】以上の実施の形態は、配管の振動を遠隔の
地の表示装置に画像表示する例について説明したが、表
示方法としては画像表示に限定するものではなく、例え
ば音声による表示を用いるようにしてもよい。即ち、時
間軸及び振幅軸を変換した振動波形を用いて可聴周波数
の音声を振幅変調することで、振動の状態を音で識別す
ることが可能となる。

【００２６】上記実施の形態においては、人間の肉眼で
は確認できない高速且つ微細な配管の振動を遠隔の地で
診断する例について説明したが、この様な技術は種々の
応用が可能であり、例えば以下に示す分野において利用
可能である。

【００２７】１）人間の働く工場や事務所の内部におい
て、人間に有害な高周波の騒音、空気汚染状況等を音圧
センサ又はＣＯ₂ センサにより捉えて、サンプルデータ
に変換して監視・診断センタに送り、そこで集中的に復
原されたサンプルデータを人間の視覚等に訴え易い形式
に変換して表示することで、職場環境の保全管理を行う
ことができる。この様な場合には、１時間に１回程度、
３０秒間に採取した時系列の生データをサンプルデータ
に変換して送信することで、環境の十分な保全管理を行
うことができる。

【００２８】２）下水処理用の曝気層の反応状況を診断
して保全する。下水処理用の曝気層に、Ｐｈ、ＣＯＤ、
濁り度、懸濁含有量などの水質センサを取り付け、１時
間に１回程度採取した生データをサンプルデータに変換
して公衆回線を利用して監視・診断センタに送り、水質
の状況を診断する。この場合の抽出データとしては、デ
ータ採取時における各種センサの指示値をそのまま送る
ことで監視センタ側ではこれらのデータを蓄積し、時系
列的な変動の様子を表示することができる。例えば１日
分或いは１月分を表示することで、変化の傾向を把握す
ることができる。これにより水質が悪化している傾向に
あるような場合には、投入薬品の種類と量や運転条件等
を現場に指示することで、予防保全ができる。

【００２９】３）心臓に不具合をもつ人が例えば自宅で
心電計の生データを１０秒間程度取得し、これを高速フ
ーリエ変換によりサンプルデータに変換する。そして公
衆通信回線を利用して病院に伝送し、この情報を受けた
病院側では人間の視覚に訴え易い形式に復原して画像に
表示する。これにより医師は心臓の正常、異常、或いは
異常の内容を簡単に分析することができ、薬の投与が必
要で有ればその量等を患者に伝達することができる。
又、定期的に診断時のサンプルデータを病院側のコンピ
ュータに保存しておくことで、長期的に見た心電図波形
の推移を表示することができ、病状等の傾向の判断が容
易となる。

【００３０】４）自動車のエンジンの具合や排気ガスの
状態を遠隔診断する。これは自動車のエンジンに振動セ
ンサ、温度センサ等を取り付け、又排気ガスの温度、Ｃ
Ｏ₂ガス、Ｈ₂Ｓガスの濃度センサ等を取付け、自動車に
積載したコンピュータによりこれらから時系列的なサン
プルデータを取り出す。そして移動電話を通して監視・
診断センサにサンプルデータを伝送する。エンジンの振
動データは、生データとしては１０秒間程度の振動波形
を振動センサから取得して、これを高速フーリエ変換で
サンプルデータを抽出する。送信を受けた監視・診断セ
ンター側では、サンプルデータをコンピュータの記憶装
置に保存する。そしてこのデータを人間の視覚に訴え易
い形式に変換して、画像処理装置に表示する。これによ
り、伝送された直近のサンプルデータからエンジン等の
異常の有無を判断することができる。又、蓄積された過
去の一ヶ月分或いは１年分のデータからエンジン等の状
態の推移を同様に画像表示装置に表示することで、長期
的なエンジンの調子を判断することができる。同様に排
気ガスの状況等についても判断することができ、環境を
汚染する程度に有害ガス成分が発生する以前に、メンテ
ナンス等の処置を指示することで、排気ガス等の有害成
分濃度の上昇を未然に防止することができる。

【００３１】

【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
遠隔の地にある診断すべき各種対象物の診断データを、
時系列的なサンプルデータとして取得することができ、
そしてこの時系列的なサンプルデータを、その大きさ及
び時間軸等を人間の視覚に訴えやすいように変換して、
例えば画像表示することで、人間の目視不可能な各種対
象物の時間的な変化の状態を監視・診断することが可能
になる。

【００３２】これにより各種対象物の監視、診断、予防
支援、異常対応支援を、各種対象物から離隔した監視セ
ンタで公衆回線を通じて行うことが可能となる。また、
各種対象物の時間的な変化の状態が人間の視覚に訴えや
すい形式で表示されることから、従来の数字の羅列から
状況を思い浮かべることができる専門技術者でなくて
も、誰にでも容易に異常予知、予防保全等が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の遠隔診断装置の概要を示
す図である。

【図２】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）は、それぞれモニタ
画像上の配管の振動を示す図である。

【符号の説明】

１１ 配管 １２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ 振動センサ １３，１９ ＣＰＵ １３ａ データ変換装置 １４，２０ 記憶装置 １５，１８ 通信制御装置 １７ 公衆回線 １９ｂ データ復原装置 ２１ 表示装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 弘 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 診断すべき各種対象物の診断データを取
   得するセンサと、 該取得した診断データをデジタル信号の形式で時系列的
   な情報のサンプルデータに変換する変換手段と、 該サンプルデータを蓄積して、該蓄積されたサンプルデ
   ータを一括して伝送する伝送手段と、 該伝送手段により伝送された前記時系列のサンプルデー
   タを受信して蓄積する装置と、 該蓄積された前記時系列のサンプルデータを人間の感覚
   に訴え易い形式に復原する手段と、 復原された診断データを表示する表示装置とを備えたこ
   とを特徴とする遠隔診断装置。
2. 【請求項２】 前記変換手段は高速フーリエ変換による
   ものであり、前記サンプルデータは、高速フーリエ変換
   のピーク周波数及びその振幅と位相の情報であることを
   特徴とする請求項１記載の遠隔診断装置。
3. 【請求項３】 前記復原手段は、サンプルデータの周波
   数及び振幅を人間の感覚に訴え易い周波数及び振幅に変
   換して表示するものであることを特徴とする請求項１記
   載の遠隔診断装置。
4. 【請求項４】 前記復原手段は、復原したデータを画像
   上の位置の変化として表示するものであることを特徴と
   する請求項１記載の遠隔診断装置。
5. 【請求項５】 前記画像には複数の前記センサに対応し
   た復原データに基づく位置を表示し、且つ該画像上の各
   センサに対応した位置を滑らかな曲線で連結して表示す
   ることを特徴とする請求項４記載の遠隔診断装置。