KR101493162B1 - 도압관의 막힘 진단 장치 및 막힘 진단 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 급격히 막힘이 진행되었을 때의 막힘 발생으로부터 막힘 검지까지의 타임래그를 작게 하는 것을 목적으로 한다.
차압 발신기(압력 검출부)로부터의 차압 데이터(압력 데이터)를 수신부(6)에서 수신한다. 특징량 연산부(7)에서, 수신된 차압 데이터의 시계열을 복수의 구간으로 구획하여, 그 구간마다의 압력의 요동 상태를 나타내는 특징량을 구한다. 지표값 연산부(8)에서, 상기 구간마다 그 구간까지의 일정한 시간 구간의 특징량으로부터 도압관의 막힘 상태를 나타내는 지표값을 구한다. 변화율 연산부(9)에서, 상기 구간마다 그 구간까지의 일정한 시간 구간의 지표값을 평활화 처리하고, 이 평활화 처리된 지표값으로부터 각 구간의 지표값의 변화율을 구한다. 판정부(10)에서, 변화율 연산부(9)에서 구해진 지표값의 변화율에 기초하여 도압관의 막힘 상태를 판정한다. 변화율 연산부(9)에서의 평활화 처리로서는, 이동 평균 처리, 최소 제곱법 등을 이용한다.

Description

도압관의 막힘 진단 장치 및 막힘 진단 방법{EQUIPMENT FOR DIAGNOSING BLOCKAGE OF LEAD PIPE AND METHOD FOR DIAGNOSING BLOCKAGE OF LEAD PIPE}

본 발명은, 압력에 요동을 갖는 측정 대상의 압력을 압력 검출부에 유도하는 도압관의 막힘을 진단하는 도압관의 막힘 진단 장치 및 막힘 진단 방법에 관한 것이다.

종래부터, 프로세스 공업 분야에서는, 예컨대 프로세스 변량(變量)을 검출하여 프로세스를 제어하기 위해, 압력 발신기나 차압 발신기가 사용되고 있다. 압력 발신기는 압력 전송기로 불리며, 차압 발신기는 차압 전송기라고도 불린다. 압력 발신기는 절대압이나 게이지압을, 차압 발신기는 2점간의 차압을 측정하는 것이며, 압력, 유량, 액위, 비중 등의 프로세스 변량 측정을 위해 이용되고 있다. 일반적으로, 압력·차압 발신기(이하, 총칭할 때는 간단히 발신기라고 부름)를 이용하여 프로세스 변량을 측정하는 경우, 측정 대상의 유체가 흐르는 프로세스 배관으로부터 도압관이라고 불리는 가느다란 관로를 통해, 측정 대상의 압력을 발신기(압력 검출부)에 유도한다.

이러한 장치 구성에서는, 측정 대상에 따라서는 고형물 등이 도압관의 내부에 부착되어, 도압관이 막히는 경우도 있다. 도압관이 완전히 막히면, 프로세스 변량을 정확히 측정할 수 없어지기 때문에, 플랜트에의 영향은 심대(甚大)하다. 그러나 도압관이 완전히 막힐 때까지는 발신기에 압력이 전달되기 때문에, 막힘의 영향은 프로세스 변량의 측정값에는 나타나기 어렵다.

이러한 문제에 대하여, 도압관이 불필요한 리모트 시일형의 압력 발신기도 실용화되어 있다. 그러나, 도압관을 이용하여 프로세스 변량을 측정하고 있는 플랜트는 매우 많고, 도압관의 막힘 진단 기능을 온라인으로 실현하는 것이 요구되고 있다.

이 과제에 대하여, 유체의 압력 요동을 이용하여 도압관의 막힘을 진단하는 방법이나 장치가 이미 제안되어 있다.

예컨대 특허문헌 1에는, 압력 신호의 최대 변동폭(최대값과 최소값의 차)의 감소로부터 도압관의 막힘을 검지할 수 있는 것이 나타나 있다.

특허문헌 2, 3에는, 압력이나 차압의 요동의 크기, 및 이들로부터 계산되는 파라미터를 이용하여 도압관의 막힘을 검지·진단하는 장치·방법이 개시되어 있다.

특허문헌 4에는, 차압으로부터 추출한 요동의 표준 편차나 파워 스펙트럼 밀도라고 하는, 요동의 크기를 반영한 통계량이나 함수로부터 도압관의 상태를 진단하는 장치·방법이 개시되어 있다.

특허문헌 5에는, 압력 요동의 상하 이동 횟수 등, 요동의 속도로부터 막힘을 진단하는 장치·방법이 나타나 있다. 또한 이 특허문헌 5에 기재된 발명은, 압력이나 차압의 요동의 진폭이 아니라, 요동의 속도(주파수)에 기초하고 있다고 하는 점에서 다른 특허문헌 1∼4에 기재된 발명과 상이하지만, 압력이나 차압의 요동을 이용하고 있다고 하는 점에서는 공통적이다.

특허문헌 1: 일본 특허 공고 평성7-11473호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 제3139597호 공보 특허문헌 3: 일본 특허 제3129121호 공보 특허문헌 4: 일본 특허 공표 제2002-538420호 공보 특허문헌 5: 일본 특허 공개 제2010-127893호 공보

그러나, 종래의 압력 요동으로부터 도압관의 막힘을 검지하는 장치·방법의 대부분은, 막힘이 발생한 후 검지될 때까지 일정한 타임래그가 생긴다고 하는 문제점이 있다. 이 타임래그는, 이하와 같은 이유로부터 생긴다.

도압관의 막힘을 진단하는 장치·방법의 대부분은, 유체의 압력 요동을 이용하고 있다. 불규칙 신호인 유체의 특성(압력이나 차압)을 진단원의 데이터로서 취급하고 있기 때문에, 압력 요동으로부터 얻어진 「특징량(압력의 요동 상태를 나타내는 특징량)」[예컨대, 차압의 요동의 상하 이동 횟수, 1계차 요동(전회 측정값 Dp(i-1)·금회 측정값 Dp(i)로부터 구한 요동. Dp(i)-Dp(i-1)), 2계차 요동(1계차 요동의 후퇴 차분. 전전회 측정값 Dp(i-2)·전회 측정값 Dp(i-1)·금회 측정값 Dp(i)로부터 구한 요동. Dp(i)-2Dp(i-1)+Dp(i-2)) 등]에는 막힘 이외의 요인에 의한 변동도 포함되어 있다. 이 때문에, 특징량을 그대로 진단에 이용하는 것은 어렵다.

그래서, 진단에는, 어떤 일정한 시간 구간의 특징량으로부터 구한 「지표값(도압관의 막힘 상태를 나타내는 지표값)」(예컨대, 상하 이동 횟수의 일정 구간의 이동 평균, 1계차 요동의 일정 구간의 제곱합 평균, 2계차 요동의 일정 구간의 제곱합 평균 등)이 이용된다.

이 때, 지표값을 구하는 시간 구간을 길게 하면, 지표값의 변동을 억제할 수 있기 때문에, 진단의 정확도는 오른다. 한편, 지표값을 구하는 시간 구간을 길게 하면, 막힘의 영향이 지표값에 반영될 때까지 걸리는 시간은 길어진다. 결과적으로, 어느 정도의 진단의 정확도를 확보하고자 하면, 막힘의 영향이 지표값에 반영될 때까지 어느 정도의 시간이 필요해진다. 따라서 막힘 발생으로부터 막힘 검지까지의 사이에 일정한 타임래그가 생기게 된다.

이 때, 막힘의 진행이 충분히 느린 경우에는, 막힘 발생으로부터 막힘 검지까지의 타임래그는 무시할 수 있는 크기가 되어, 문제되지 않는다. 그러나, 막힘의 진행이 빠른 경우에, 막힘 발생으로부터 막힘 검지까지의 타임래그는 무시할 수 없는 크기가 된다.

본 발명은, 이러한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 점은, 급격히 막힘이 진행되었을 때의 막힘 발생으로부터 막힘 검지까지의 타임래그를 작게 하는 것이 가능한 도압관의 막힘 진단 장치 및 막힘 진단 방법을 제공하는 것에 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 압력에 요동을 갖는 측정 대상의 압력을 압력 검출부에 유도하는 도압관의 막힘을 진단하는 도압관의 막힘 진단 장치에 있어서, 압력 검출부로부터의 압력 데이터를 수신하는 수신부와, 수신부에 의해 수신된 압력 데이터의 시계열을 복수의 구간으로 구획하여, 그 구간마다의 압력의 요동 상태를 나타내는 특징량을 구하는 특징량 연산부와, 상기 구간마다 그 구간까지의 일정한 시간 구간의 특징량으로부터 도압관의 막힘 상태를 나타내는 지표값을 구하는 지표값 연산부와, 상기 구간마다 그 구간까지의 일정한 시간 구간의 지표값을 평활화 처리하고, 이 평활화 처리된 지표값으로부터 각 구간의 지표값의 변화율을 구하는 변화율 연산부와, 변화율 연산부에 의해 구해진 지표값의 변화율에 기초하여 도압관의 막힘 상태를 판정하는 판정부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 막힘이 급격히 진행되었을 때에 생기는, 막힘 발생으로부터 막힘 검지까지의 타임래그를 작게 하기 위해, 도압관의 막힘 상태를 나타내는 지표값의 변화율에 착안하고 있다. 지표값의 변화율에 착안하는 것에 이르는 경위는, 이하와 같다. 막힘이 진행되면, 지표값은 정상인 범위로부터 이상(異常)인 범위를 향해 변화해 간다. 이 때, 막힘의 진행 정도가 급격한 경우는, 전술한 타임래그가 생기지만, 지표값은 비교적 단시간 동안 변화한다. 단시간 동안 변화한다는 것은, 지표값으로 봤을 때는 작은 차의 변화라도, 변화율은 통상시에는 볼 수 없는 큰 값이 된다. 또한 변화율이 커지는 시점은, 지표값이 이상인 범위에 도달하는 것보다 어느 정도 앞의 시점이 되는 경우가 많다. 결과적으로, 급격한 막힘의 진행은, 지표값이 범위 외가 된 것으로 검지하는 것보다, 지표값의 변화율이 통상보다 큰 값이 되는 것을 검지함으로써, 보다 빠르게 검지할 수 있는 것을 알 수 있었다.

또한 발명자 등은, 지표값의 변화율을 단순히 구하는 것이 아니라, 이동 평균 처리나 최소 제곱법 등의 평활화 처리를 이용하여, 지표값을 일정한 시간폭으로 평활화한 후에 변화율을 구하는 것이 유효한 것을 규명하였다. 평활화한 후에 변화율을 구해야 하는 이유는, 이하와 같은 이유 때문이다. 변화율을 구할 때에, 단순히 차분(전진 차분, 후퇴 차분)을 취한 것만으로는, 막힘에 의해 생긴 변화율만을 잘 구할 수 없다고 하는 문제가 있다. 그 이유는, 유체(불규칙 신호)를 취급하고 있는 것에 기인하는 데이터의 변동이 지표값에 포함되어 있기 때문이다. 지표값의 변동이 작았다고 해도, 그 지표값으로부터 단순히 차분(전진 차분, 후퇴 차분)을 구하면, 차분의 변동은 지표값의 변동보다 커져 나타나는 경우가 많다.

차분을 취하면 변동이 커지는 것을 설명하기 위한 예로서, 도 16의 (a)에 도시하는 바와 같은 -0.5 내지 0.5 범위의 값을 랜덤으로 취한 데이터를 생각한다. 도 16의 (a)에 도시한 데이터의 후퇴 차분은 도 16의 (b)와 같이 되고, 그 범위는 -1 내지 1이며, 표준 편차도 원래의 데이터보다 커진다. 이러한 문제가 있기 때문에, 변화율을 막힘의 검지에 이용하기 위해서는, 지표값 중 변동을 제거한 후에, 막힘에 의해 생긴 변화율만을 취출해야 한다.

평활화한 후에 변화율을 구하도록 한 것으로, 변동이 있는 지표값으로부터, 변동을 제거하면서, 원래 주목하고자 하는 도압관의 막힘 영향에 의한 지표값의 변화만을 취출할 수 있게 되었다. 지표값의 변화율에 착안한 것에 더하여, 지표값의 변화율로부터 도압관의 막힘 영향에 의한 변화만을 잘 취출할 수 있게 된 것으로, 막힘이 급격히 진행된 경우의 막힘 발생으로부터 막힘 발견까지의 타임래그를 작게 하는 것이 가능하게 되었다.

또한, 본 발명에서는, 지표값의 변화율에 기초하여 도압관의 막힘 상태를 판정하지만, 이 지표값의 변화율에 기초하는 판정과 지표값에 기초하는 판정을 조합하도록 하여도 좋다. 이와 같이 하면, 막힘의 진행의 느림/빠름에 상관없이, 보다 넓은 범위의 막힘을 보다 빠르게 검지하는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명에서는, 차압 발신기나 압력 발신기와 같은 압력이나 차압을 검출하는 장치나 수단을 총칭하여 압력 검출부라고 부르고, 압력 검출부로부터의 압력 데이터는 차압 데이터를 포함하는 것으로 한다. 즉, 압력 검출부가 차압을 검출하는 것이면 압력 데이터는 2점간의 차압을 의미하고, 압력 검출부가 압력을 검출하는 것이면 압력 데이터는 절대압이나 게이지압을 의미하는 것이다. 본 발명에서는, 절대압이나 게이지압뿐만 아니라, 차압도 포함시켜 압력 데이터라고 부른다.

또한, 본 발명은, 도압관의 막힘 진단 장치로서가 아니라, 도압관의 막힘 진단 방법으로서도 실현하는 것이 가능하다.

본 발명에 의하면, 수신부에 의해 수신된 압력 데이터의 시계열을 복수의 구간으로 구획하여, 그 구간마다의 압력의 요동 상태를 나타내는 특징량을 구하고, 각 구간마다 그 구간까지의 일정한 시간 구간의 특징량으로부터 도압관의 막힘 상태를 나타내는 지표값을 구하며, 각 구간마다 그 구간까지의 일정한 시간 구간의 지표값을 평활화 처리하고, 이 평활화 처리된 지표값으로부터 각 구간의 지표값의 변화율을 구하며, 이 구한 지표값의 변화율에 기초하여 도압관의 막힘 상태를 판정하도록 했기 때문에, 원래 주목하고자 하는 도압관의 막힘 영향에 의한 지표값의 변화만을 취출하도록 하여, 급격히 막힘이 진행되었을 때의 막힘 발생으로부터 막힘 검지까지의 타임래그를 작게 하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명에 따른 도압관의 막힘 진단 장치를 이용하는 차압 측정 시스템의 일례를 도시하는 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 도압관의 막힘 진단 장치의 제1 실시형태(실시형태 1)의 주요부를 도시하는 블록도.
도 3은 도 1에 도시한 차압 측정 시스템의 도압관에 의사적인 막힘을 일으키고 측정한 실제의 차압 데이터를 도시하는 도면.
도 4는 실시형태 1에서의 특징량 연산부에서의 특징량의 연산 모습을 도시하는 도면.
도 5는 실시형태 1에서의 지표값 연산부에서의 지표값의 연산 모습을 도시하는 도면.
도 6은 실시형태 1에서의 변화율 연산부에서의 지표값 변화율의 연산 모습을 도시하는 도면.
도 7은 실시형태 1에서의 변화율 연산부에서 평활화 처리(이동 평균 처리)를 행하여 구해진 지표값 변화율의 변화를 도시하는 도면.
도 8은 평활화 처리를 행하지 않고 단순한 후퇴 차분으로서 구한 지표값 변화율의 변화를 도시하는 도면.
도 9는 참고로서 지표값의 후퇴 차분의 계산 방법을 도시하는 도면.
도 10은 실시형태 1에서의 지표값 연산부에서 얻어지는 지표값의 변화를 도시하는 도면.
도 11은 변화율 연산부에서 평활화 처리로서 최소 제곱법을 적용하여 지표값 변화율을 구하도록 한 경우(실시형태 2)의 예를 설명하는 도면.
도 12는 실시형태 2에서의 변화율 연산부에서의 지표값 변화율의 연산 모습을 도시하는 도면.
도 13은 실시형태 2에서의 변화율 연산부에서 평활화 처리(최소 제곱법)를 행하여 구해진 지표값 변화율의 변화를 도시하는 도면.
도 14는 실시형태 3의 도압관의 막힘 진단 장치의 주요부를 도시하는 블록도.
도 15는 지표값/지표값 변화율에 의한 막힘 검지 방법과 막힘의 진행 속도와의 관계를 도시하는 도면.
도 16은 차분을 취하면 변동이 커지는 것을 설명하는 도면.

이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 상세히 설명한다.

도 1에 본 발명에 따른 도압관의 막힘 진단 장치를 이용하는 시스템의 일례로서 차압 측정 시스템의 개략도를 도시한다. 이 차압 측정 시스템에서, 차압 발신기(5)는, 프로세스 배관(1)으로부터 분기된 도압관(3, 4)을 통해 유도되는 유체의 압력차를 검출한다. 또한 이 시스템에서, 프로세스 배관(1)에는 오리피스(2)가 설치되어 있고, 이 오리피스(2)를 사이에 두는 전후 위치로부터 도압관(3, 4)이 분기되어 있다.

〔실시형태 1〕

도 2에 본 발명에 따른 도압관의 막힘 진단 장치의 제1 실시형태(실시형태 1)의 주요부의 블록도를 도시한다. 이 도압관의 막힘 진단 장치(100)는, 수신부(6)와, 특징량 연산부(7)와, 지표값 연산부(8)와, 변화율 연산부(9)와, 판정부(10)와, 기준 특성 기억부(11)와, 경보 출력부(12)를 구비한다.

수신부(6)는, 차압 발신기(5)로부터의 차압 데이터를 수신한다. 이 차압 발신기(5)로부터의 차압 데이터가 본 발명에서 말하는 압력 검출부로부터의 압력 데이터에 상당한다. 특징량 연산부(7)는, 수신부(6)에 의해 수신된 차압 데이터의 시계열을 복수의 구간으로 구획하여, 그 구간마다의 압력의 요동 상태를 나타내는 특징량을 구한다. 이 실시형태에서는, 특징량으로서 요동의 상하 이동 횟수를 구하는 것으로 한다. 또한 요동의 상하 이동 횟수를 구하는 방법에 대해서는, 본 출원인이 앞에 제안한 특허문헌 5에 그 구체적인 방법이 기재되어 있기 때문에, 여기서의 상세한 설명은 생략한다.

지표값 연산부(8)는, 특징량 연산부(7)에 의해 구해진 특징량을 취득하고, 상기 구간마다 그 구간까지의 일정한 시간 구간의 특징량으로부터 도압관의 막힘 상태를 나타내는 지표값을 구한다. 이 실시형태에서는, 지표값으로서, 일정한 시간 구간의 특징량의 평균(이동 평균)을 지표값으로서 구한다.

변화율 연산부(9)는, 지표값 연산부(8)에 의해 구해진 지표값을 취득하고, 상기 구간마다 그 구간까지의 일정한 시간 구간의 지표값을 평활화 처리하며, 이 평활화 처리된 지표값으로부터 각 구간의 지표값의 변화율(지표값 변화율)을 구한다.

변화율 연산부(9)에서 구해지는 「지표값 변화율」은, 지표값의 차분(전진 차분·후퇴 차분 등)으로부터 얻어지는 단순한 변화율이 아니라, 일정한 시간 구간(일정 샘플수 또는 일정 기간)의 「지표값」에 평활화 처리를 행하여 구해지는 변화율이다. 본 실시형태에서, 변화율 연산부(9)는, 다음과 같이 하여 지표값 변화율을 구한다.

(1) 지표값 연산부(8)로부터 취득한 지표값에 대하여, 평활화 처리로서 이동 평균 처리를 행한다.

i번째의 지표값을 x[i](i=1, 2, 3, ……), 이동 평균수를 N, j번째의 이동 평균값을 y[j](j=N, N+1, N+2, ……)로 하면, y[j]=(x[j]+x[j-1]+x[j-2]+……+x[j-N+1])/N으로 한다.

(2) (1)에서 얻어진 값으로부터 후퇴 차분을 구하고, 지표값 변화율로 한다.

j번째의 이동 평균값을 y[j](j=N, N+1, N+2, ……), k번째의 지표값 변화율을 z[k](k=N+1, N+2, N+3, ……)로 하면, z[k]:=y[k]-y[k-1]로 한다.

판정부(10)는, 기준 특성 연산시와 판정시에 그 기능이 상이하고, 다음과 같은 동작을 행한다.

·기준 특성 연산시

(1) 막힘이 일어나지 않을 때의 차압 데이터로부터 얻어진 지표값 변화율로부터 평균값 μ, 표준 편차 σ를 구한다.

(2) (1)에서 얻어진 평균값 μ, 표준 편차 σ로부터 「μ-3σ」「μ+3σ」를 구한다.

(3) (2)에서 얻어진 「μ±3σ」를 기준 특성으로서 기준 특성 기억부(11)에 출력한다.

·판정시

막힘의 유무의 판정을 행하고자 하는 차압 데이터로부터 얻어진 지표값 변화율이 기준 특성 기억부(11)로부터 취득한 기준 특성 「μ±3σ」의 범위 내에 있는지의 여부를 체크하고, 도압관의 막힘 상태의 변화의 유무를 판정한다. 이 경우, 지표값 변화율이 「μ±3σ」의 범위 내에 있을 때에는 「도압관의 막힘 상태에 변화가 없음」으로 판정하고, 지표값 변화율이 「μ±3σ」의 범위 외에 있을 때에는 「도압관의 막힘 상태에 변화가 있음」으로 판정한다.

기준 특성 기억부(11)는, 기준 특성 연산시, 판정부(10)로부터 취득한 기준 특성 「μ±3σ」을 기억하고, 판정시, 기준 특성 연산시에 기억한 기준 특성 「μ±3σ」를 판정부(10)에 출력한다.

경보 출력부(12)는, 판정부(10)로부터의 판정 결과에 기초하여, 「도압관의 막힘 상태에 변화가 있음」으로 판정된 경우에, 막힘 경보의 출력을 개시하고, 그 이후에 경보가 리셋될 때까지는, 막힘 경보를 계속 출력한다. 막힘 경보가 출력되고 있을 때는, 「이상(막힘 발생)」으로 간주하는 것으로 한다. 막힘 경보가 출력되지 않을 때는, 「정상(막힘 없음)」으로 간주하는 것으로 한다.

도 3에 도압관에 의사적(擬似的)인 막힘을 일으키고 측정한 실제의 차압 데이터를 도시한다. 이 차압 데이터는, 전반 600초의 데이터가 막힘이 없을 때의 데이터(정상 데이터)이고, 후반 600초의 데이터가 막힘이 있을 때의 데이터(이상 데이터)이다. 따라서, 이 차압 데이터에서는, 데이터의 600초째에 막힘이 발생했다고 볼 수 있다.

도압관의 막힘 진단 장치(100)는, 이러한 차압 데이터를 수신부(6)에서 받아, 도압관의 막힘을 진단한다. 이하, 도압관의 막힘이 진단되어 가는 모습에 대해서, 도압관의 막힘 진단 장치(100)에서의 각 부에서의 연산의 흐름을 따라 설명한다.

도 4는 특징량 연산부(7)에서의 특징량의 연산 모습을 도시하는 도면이다. 특징량 연산부(7)는, 수신부(6)에 의해 수신된 차압 데이터의 시계열을 복수의 구간으로 구획하여, 그 구간마다의 압력의 요동 상태를 나타내는 특징량으로서 요동의 상하 이동 횟수를 구한다. 이 예에서는, 40 데이터를 1구간으로 하여 차압 데이터를 분할하고, 그 구간마다의 요동의 상하 이동 횟수를 특징량으로서 구한다. 이 특징량 연산부(7)에서 구해진 특징량은 지표값 연산부(8)에 보내진다.

도 5는 지표값 연산부(8)에서의 지표값의 연산 모습을 도시하는 도면이다. 지표값 연산부(8)는, 특징량 연산부(7)에 의해 구해진 특징량을 취득하고, 상기 구간마다 그 구간까지의 일정한 시간 구간의 특징량으로부터 도압관의 막힘 상태를 나타내는 지표값을 구한다. 이 예에서는, 40 데이터를 1구간으로 하여, 그 구간마다 복수개(도면의 예에서는 40 데이터분)의 특징량을 평균(이동 평균)하여, 그 평균(이동 평균)을 지표값으로서 구한다. 이 지표값 연산부(8)에서 구해진 지표값은 변화율 연산부(9)에 보내진다.

도 6은 변화율 연산부(9)에서의 지표값 변화율의 연산 모습을 도시하는 도면이다. 변화율 연산부(9)는, 지표값 연산부(8)에 의해 구해진 지표값을 취득하고, 상기 구간마다 그 구간까지의 일정한 시간 구간의 지표값을 평활화 처리하며, 이 평활화 처리된 지표값으로부터 각 구간의 지표값의 변화율을 구한다. 이 예에서는, 40 데이터를 1구간으로 하여, 그 구간마다 복수개(도면의 예에서는 10데이터분)의 지표값의 평균(이동 평균)을 구하고, 마찬가지로 하여 구한 인접하는 구간의 지표값의 평균(이동 평균)과의 차를 그 구간의 지표값 변화율로서 구한다. 이 예에서는, 인접하는 구간을 후방의 구간으로 하여, 후퇴 차분을 지표값 변화율로서 구한다.

변화율 연산부(9)에서 구해진 지표값 변화율은 판정부(10)에 보내진다. 기준 특성 기억부(11)에는 기준 특성 연산시에 얻어진 기준 특성 「μ±3σ」이 기억되어 있다. 판정부(10)는, 이 기준 특성 기억부(11)에 기억되어 있는 기준 특성 「μ±3σ」, 즉 정상 데이터의 평균 ±3σ를 판독하고, 변화율 연산부(9)로부터의 지표값 변화율이 기준 특성 「μ±3σ」의 범위 내에 있는지의 여부를 체크한다. 여기서, 판정부(10)는, 지표값 변화율이 「μ±3σ」의 범위 내에 있으면 「도압관의 막힘 상태에 변화가 없음」으로 판정하고, 지표값 변화율이 「μ±3σ」의 범위 외에 있으면 「도압관의 막힘 상태에 변화가 있음」으로 판정한다.

도 7에 변화율 연산부(9)에서 평활화 처리(이동 평균 처리)를 행하여 구해진 지표값 변화율의 변화를 도시한다. 도 8에 평활화 처리를 행하지 않고 단순한 후퇴차분(도 9 참조)으로서 구한 지표값 변화율의 변화를 도시한다. 평활화 처리를 행하지 않고 지표값 변화율을 구한 경우에는, 도 8에 도시되는 바와 같이, 일정량의 변화가 항상 일어나고 있어, 막힘의 발생에 의한 변화가 포착되어 있지 않다. 이것에 대하여, 평활화 처리(이동 평균 처리)를 행하고 지표값 변화율을 구하도록 하면, 도 7에 도시되는 바와 같이, 급격한 막힘 발생 직후의 시간대만, 임계값을 초과하는 큰 변화가 일어난다. 이 예에서는, 막힘 발생으로부터 30초 후(데이터의 개시로부터 630초째)에, 임계값 변화율이 「μ±3σ」의 범위로부터 벗어나, 막힘이 검지되어 있다. 이 경우, 막힘 발생으로부터 막힘 검지까지는, 30초의 타임래그가 생기고 있다.

도 10에 지표값 연산부(8)에서 얻어지는 지표값의 변화를 도시한다. 이 지표값 연산부(8)에서 얻어지는 지표값은, 약 600초∼약 800초까지 저하 경향이 계속되고, 800초 전후가 되어 겨우 저하 경향이 진정되어 있다. 이것으로부터, 이 지표값에 의해 막힘을 검지하면, 막힘의 영향이 지표값에 반영될 때까지 시간이 걸려, 막힘 발생으로부터 막힘 검지까지, 어느 정도의 타임래그가 생기는 것을 알 수 있다.

이 지표값에 대하여, 정상 데이터의 평균 ±3σ를 기준 특성으로 하여, 정상 데이터의 평균 ±3σ의 범위 외가 된 경우에 막힘이 발생했다고 하는 판정을 행하는 것으로 한다. 이 예에서는, 막힘 발생으로부터 50초 후(데이터의 개시로부터 650초째)에, 지표값 연산부(8)에서 얻어지는 지표값이 정상 데이터의 평균 ±3σ로부터 벗어나, 막힘이 검지되어 있다. 이 경우, 막힘 발생으로부터 막힘 검지까지는, 50초의 타임래그가 생기고 있다.

도 7에 도시한 지표값 변화율의 변화와 도 10에 도시한 지표값의 변화를 비교하여 알 수 있는 바와 같이, 본 실시형태에서는, 변화율 연산부(9)에서 얻어지는 지표값 변화율을 사용함으로써, 막힘 발생으로부터 막힘 검지까지의 타임래그를 50초로부터 30초로 단축하고, 지표값을 사용한 경우의 약 60%로 하는 것에 성공하고 있다.

〔실시형태 2〕

실시형태 1에서는, 변화율 연산부(9)에서의 평활화 처리로서 이동 평균 처리를 이용하여 지표값 변화율을 구하도록 했지만, 실시형태 2에서는, 평활화 처리로서 최소 제곱법을 이용하여 지표값 변화율을 구하도록 한다. 또한 이 실시형태 2에서는, 변화율 연산부(9)의 내부의 처리가 상이할 뿐이며, 그 구성은 도 2에 도시한 것과 동일하다. 이 때문에, 실시형태 2에서도, 도 2에 도시한 구성을 이용하여 설명을 진행한다.

실시형태 2에서, 변화율 연산부(9)는 지표값 연산부(8)로부터 취득한 지표값에 대하여, 상기 구간마다 그 구간까지의 일정한 시간 구간의 지표값에 평활화 처리로서 최소 제곱법을 적용하여, 얻어진 직선의 기울기를 그 구간의 지표값 변화율로 한다.

최소 제곱법을 적용하여 지표값 변화율을 구하는 경우의 예를 도 11에 도시한다. 이 예에서는, 일정한 시간 구간을 10 데이터분으로 하고, 이 10 데이터분의 지표값에 평활화 처리로서 최소 제곱법을 적용한다.

첫번째∼10번째의 지표값에 대하여 최소 제곱법을 적용한 것으로 하면, 도 11의 (a)의 실선으로 도시한 바와 같은 직선이 얻어진다. 마찬가지로, 지표값을 1데이터씩 어긋나게 하면서 최소 제곱법을 적용하면, 도 11의 (b)∼(d)와 같은 직선이 얻어진다.

이후의 데이터에 대해서도, 1데이터씩 어긋나게 하면서 같은 처리를 반복한다. 이와 같이 하여 얻어진 직선의 기울기를 지표값 변화율로 한다. 이 실시형태 2에서의 변화율 연산부(9)에서의 지표값 변화율의 연산 모습을 도 12에 도시한다.

이 변화율 연산부(9)에서 구해진 지표값 변화율은 판정부(10)에 보내진다. 기준 특성 기억부(11)에는 기준 특성 연산시에 얻어진 기준 특성 「μ±3σ」이 기억되어 있다. 판정부(10)는, 이 기준 특성 기억부(11)에 기억되어 있는 기준 특성 「μ±3σ」, 즉 정상 데이터의 평균 ±3σ를 판독하고, 변화율 연산부(9)로부터의 지표값 변화율이 기준 특성 「μ±3σ」의 범위 내에 있는지의 여부를 체크한다. 여기서, 판정부(10)는, 지표값 변화율이 「μ±3σ」의 범위 내에 있으면 「도압관의 막힘 상태에 변화가 없음」으로 판정하고, 지표값 변화율이 「μ±3σ」의 범위 외에 있으면 「도압관의 막힘 상태에 변화가 있음」으로 판정한다.

도 13에 실시형태 2에서의 변화율 연산부(9)에서 평활화 처리(최소 제곱법)를 행하여 구해진 지표값 변화율의 변화를 도시한다. 실시형태 1에서도 설명한 바와 같이, 평활화 처리를 행하지 않고 지표값 변화율을 구한 경우에는(도 8 참조), 일정량의 변화가 항상 일어나고 있어, 막힘의 발생에 의한 변화가 포착되어 있지 않다. 이것에 대하여, 평활화 처리(최소 제곱법)를 행하고 지표값 변화율을 구하도록 하면, 도 13에 도시되는 바와 같이, 급격한 막힘 발생 직후의 시간대만, 임계값을 초과하는 큰 변화가 일어난다. 이 예에서는, 막힘 발생으로부터 30초 후(데이터의 개시로부터 630초째)에, 지표값 변화율이 「μ±3σ」의 범위로부터 벗어나, 막힘이 검지되어 있다. 이 경우, 막힘 발생으로부터 막힘 검지까지는, 30초의 타임래그가 생기고 있다.

이 실시형태 2에서도, 도 10에 도시한 지표값의 변화와 비교하여 알 수 있는 바와 같이, 변화율 연산부(9)에서 얻어지는 지표값 변화율을 사용함으로써, 막힘 발생으로부터 막힘 검지까지의 타임래그를 50초로부터 30초로 단축하고, 지표값을 사용한 경우의 약 60%로 하는 것에 성공하고 있다.

〔실시형태 3〕

실시형태 1, 2에서는, 변화율 연산부(9)에서 얻어진 지표값 변화율만을 이용하여 도압관의 막힘 유무를 판정하도록 했지만, 실시형태 3에서는, 변화율 연산부(9)에서 얻어진 지표값 변화율을 이용한 판정과 지표값 연산부(8)에서 얻어진 지표값을 이용한 판정을 조합하도록 한다.

도 14에 실시형태 3의 도압관의 막힘 진단 장치(100)의 주요부의 블록도를 도시한다. 실시형태 3에서는, 변화율 연산부(9)에서 얻어진 지표값 변화율뿐만 아니라, 지표값 연산부(8)에서 얻어진 지표값을 판정부(10)에 보내도록 한다.

판정부(10)는, 기준 특성 연산시와 판정시에 그 기능이 상이하고, 다음과 같은 동작을 행한다.

·기준 특성 연산시

(1) 막힘이 일어나지 않을 때의 차압 데이터로부터 얻어진 지표값 변화율로부터 평균값 μ, 표준 편차 σ를 구한다.

(2) (1)에서 얻어진 평균값 μ, 표준 편차 σ로부터 「μ-3σ」 「μ+3σ」를 구한다.

(3) 막힘이 일어나지 않을 때의 차압 데이터로부터 얻어진 지표값으로부터 평균값 μ', 표준 편차 σ'를 구한다.

(4) (3)에서 얻어진 평균값 μ', 표준 편차 σ'로부터 「μ'-3σ'」「μ'+3σ'」를 구한다.

(5) (2)와 (4)에서 얻어진 「μ±3σ」,「μ'±3σ'」를 기준 특성으로 하여 기준 특성 기억부(11)에 출력한다.

·판정시

막힘의 유무의 판정을 행하고자 하는 차압 데이터로부터 얻어진 지표값 변화율이 기준 특성 기억부(11)로부터 취득한 기준 특성 「μ±3σ」의 범위 내에 있는지의 여부를 체크하고, 또한 막힘의 유무의 판정을 행하고자 하는 차압 데이터로부터 얻어진 지표값이 기준 특성 「μ'±3σ'」의 범위 내에 있는지의 여부를 체크하고, 막힘의 유무를 판정한다.

이 경우, 지표값 변화율이 「μ±3σ」의 범위 내에 있고, 지표값이 「μ'±3σ'」의 범위 내에 있을 때에는 「정상(도압관의 막힘 상태에 변화가 없고, 막힘도 발생하지 않음)」으로 판정하고, 그 이외의 경우, 즉 지표값 변화율이 「μ±3σ」의 범위 외에 있을 때 또는 지표값이 「μ'±3σ'」의 범위 외에 있을 때에는 「이상(도압관의 막힘 상태가 변화되어 있거나, 막힘이 발생하고 있음)」으로 판정한다.

이 실시형태 3에서, 지표값 변화율과 지표값을 병용하는 이유는, 느린 막힘의 진행은 지표값 변화율로는 검지할 수 없어, 지표값에 의해 판정해야 하기 때문이다. 지표값에 더하여, 지표값 변화율을 사용함으로써, 막힘의 진행의 느림/빠름에 상관없이, 보다 넓은 범위의 막힘을, 보다 빠르게 검지할 수 있게 된다.

도 15에 지표값/지표값 변화율에 의한 막힘 검지 방법과 막힘의 진행 속도와의 관계를 도시한다. 지표값 변화율에 의한 막힘 검지 방법에서는, 도압관의 막힘 진행이 빠른 경우는 보다 빠르게 검지할 수 있지만, 진행이 느린 경우에는 검지할 수 없다. 한편, 지표값에 의한 막힘 검지 방법에서는, 도압관의 막힘이 느린 경우라도 검지할 수 있지만, 진행이 빠른 경우는 검지할 수 있지만 늦어진다. 2종류의 막힘 검지 방법을 병용함으로써, 단점을 보완하고, 장점을 끌어낼 수 있다. 단, 판정부(10)가 지표값도 이용하는 것은, 어디까지나 본 발명의 실시형태의 하나이며, 본 발명의 필수 구성 요소가 아니다.

또한, 전술한 실시형태에서는, 압력 검출부를 차압 발신기로 하고, 이 차압 발신기로부터의 차압 데이터를 수신부에서 수신하는 예로 설명했지만, 압력 검출부를 압력 발신기로 하고, 이 압력 발신기로부터의 압력 데이터를 수신부에서 수신하는 경우도 마찬가지로 하여, 도압관의 막힘 진단을 행하는 것이 가능하다.

또한, 전술한 실시형태에서는, 압력 검출부로서 압력 발신기 또는 차압 발신기를 이용하여, 이들 발신기로부터의 데이터를 발신기의 외부에 있는 도압관의 막힘 진단 장치의 수신부에서 수신하는 예로 설명했지만, 압력 검출부를 발신기 내부의 압력 센서 또는 차압 센서로 하고, 그 센서의 출력을 발신기 내부의 수신부에서 수신하여, 연산의 일부 내지는 전부를 발신기 내부에서 행하도록 하는 것도 가능하다.

또한, 전술한 실시형태에서는, 특허문헌 5에 기재된 압력의 상하 이동 횟수를 특징량으로 하고, 이 특징량을 지표값화한 방법을 예로 들어 설명했지만, 본 발명의 실시는 이 방법으로 한정되지는 않는다. 본 발명은, 압력 요동에 기초한 도압관 막힘 지표값이면 적용 가능하고, 압력·차압의 1계차 요동의 제곱합 평균, 2계차 요동의 제곱합 평균, 최대값과 최소값의 차라고 하는, 종래 방법에서 사용되고 있는 다른 지표값도 이용 가능하다.

예컨대 「특징량」, 「지표값」, 「지표값 변화율」, 「기준 특성」으로서는, 이하와 같은 예를 들 수 있다.

·「특징량」의 예: 요동의 상하 이동 횟수, 1계차 요동, 2계차 요동, 요동의 진폭의 크기.

·「지표값」의 예: 일정 구간의 샘플에 포함된 요동의 상하 이동 횟수의 이동 평균, 1계차 요동의 제곱합 평균, 2계차 요동의 제곱합 평균, 요동의 분산, 극대값과 극소값의 차, 파워 스펙트럼의 고주파 성분의 크기.

·「지표값 변화율」의 예: 단순 이동 평균 처리를 행한 데이터의 기울기, 가중 이동 평균 처리를 행한 데이터의 기울기, 최소 제곱법으로 구한 직선의 기울기, 스플라인 함수·가우스 함수에 의해 평활화한 데이터의 기울기, 극대값과 극소값의 차의 기울기(변화량), 파워 스펙트럼의 고주파 성분의 크기의 기울기(변화량).

·「기준 특성」의 예: 「지표값 변화율」의 최대값, 최소값, 평균값 ±3×표준 편차.

〔실시형태의 확장〕

이상, 실시형태를 참조하여 본 발명을 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태로 한정되지 않는다. 본 발명의 구성이나 세부 사항에는, 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 당업자가 이해할 수 있는 여러 가지 변경을 행할 수 있다.

1: 배관, 2: 오리피스, 3, 4: 도압관, 5: 차압 발신기, 6: 수신부, 7: 특징량 연산부, 8: 지표값 연산부, 9: 변화율 연산부, 10: 판정부, 11: 기준 특성 기억부, 12: 경보 출력부, 100: 도압관의 막힘 진단 장치.

Claims (8)

1. 압력에 요동을 갖는 측정 대상의 압력을 압력 검출부에 유도하는 도압관(導壓管)의 막힘을 진단하는 도압관의 막힘 진단 장치에 있어서,
   상기 압력 검출부로부터의 압력 데이터를 수신하는 수신부와,
   상기 수신부에 의해 수신된 압력 데이터의 시계열을 복수의 구간으로 구획하여, 그 구간마다의 상기 압력의 요동 상태를 나타내는 특징량을 구하는 특징량 연산부와,
   상기 구간마다 그 구간까지의 일정한 시간 구간의 상기 특징량으로부터 상기 도압관의 막힘 상태를 나타내는 지표값을 구하는 지표값 연산부와,
   상기 구간마다 그 구간까지의 일정한 시간 구간의 상기 지표값을 평활화 처리하고, 이 평활화 처리된 지표값으로부터 각 구간의 지표값의 변화율을 구하는 변화율 연산부와,
   상기 변화율 연산부에 의해 구해진 지표값의 변화율이 통상보다도 큰 값이 되는 것에 의해 상기 도압관의 막힘 상태를 판정하는 판정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 도압관의 막힘 진단 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 변화율 연산부는,
   상기 평활화 처리로서 이동 평균 처리를 이용하여 상기 지표값의 변화율을 구하는 것을 특징으로 하는 도압관의 막힘 진단 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 변화율 연산부는,
   상기 평활화 처리로서 최소 제곱법을 이용하여 상기 지표값의 변화율을 구하는 것을 특징으로 하는 도압관의 막힘 진단 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 판정부는,
   상기 변화율 연산부에 의해 구해진 지표값의 변화율과 상기 지표값 연산부에 의해 구해진 지표값에 기초하여 상기 도압관의 막힘 상태를 판정하는 것을 특징으로 하는 도압관의 막힘 진단 장치.
5. 압력에 요동을 갖는 측정 대상의 압력을 압력 검출부에 유도하는 도압관의 막힘을 진단하는 도압관의 막힘 진단 방법에 있어서,
   상기 압력 검출부로부터의 압력 데이터를 수신하는 수신 단계와,
   상기 수신 단계에 의해 수신된 압력 데이터의 시계열을 복수의 구간으로 구획하여, 그 구간마다의 상기 압력의 요동 상태를 나타내는 특징량을 구하는 특징량 연산 단계와,
   상기 구간마다 그 구간까지의 일정한 시간 구간의 상기 특징량으로부터 상기 도압관의 막힘 상태를 나타내는 지표값을 구하는 지표값 연산 단계와,
   상기 구간마다 그 구간까지의 일정한 시간 구간의 상기 지표값을 평활화 처리하고, 이 평활화 처리된 지표값으로부터 각 구간의 지표값의 변화율을 구하는 변화율 연산 단계와,
   상기 변화율 연산 단계에 의해 구해진 지표값의 변화율이 통상보다도 큰 값이 되는 것에 의해 상기 도압관의 막힘 상태를 판정하는 판정 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 도압관의 막힘 진단 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 변화율 연산 단계는,
   상기 평활화 처리로서 이동 평균 처리를 이용하여 상기 지표값의 변화율을 구하는 것을 특징으로 하는 도압관의 막힘 진단 방법.
7. 제5항에 있어서, 상기 변화율 연산 단계는,
   상기 평활화 처리로서 최소 제곱법을 이용하여 상기 지표값의 변화율을 구하는 것을 특징으로 하는 도압관의 막힘 진단 방법.
8. 제5항에 있어서, 상기 판정 단계는,
   상기 변화율 연산 단계에 의해 구해진 지표값의 변화율과 상기 지표값 연산 단계에 의해 구해진 지표값에 기초하여 상기 도압관의 막힘 상태를 판정하는 것을 특징으로 하는 도압관의 막힘 진단 방법.

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