JP2005215833A

JP2005215833A - 状態監視システムおよび状態監視方法

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Publication number: JP2005215833A
Application number: JP2004019548A
Authority: JP
Inventors: Naoyuki Nagabuchi; 尚之永渕; Hiroshi Ikeda; 池田　　啓
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2004-01-28
Filing date: 2004-01-28
Publication date: 2005-08-11
Anticipated expiration: 2024-01-28
Also published as: JP4443247B2

Abstract

【課題】監視対象設備の構成機器にセンサを取り付けることなく、該設備の不具合の発生位置を特定する。
【解決手段】不具合発生検知装置４は、プラント１の周囲に設置された収音装置３_１〜３_３が収音する音響信号の周波数スペクトル情報と、周波数スペクトルＤＢ４８に予め登録されている、プラント１の正常運転時に収音装置３_１〜３_３により収音された音響信号の周波数スペクトル情報とに基づいて、不具合兆候の発生位置を特定する。不具合状況診断装置５は、プラント１の設計情報が記憶されたプラント設計情報ＤＢ５６と、前記特定された不具合兆候の発生位置とに基づいて、不具合兆候が発生したプラント１の構成機器を特定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、発電プラント等の可動部を有する設備の運転状態を監視する技術に関する。

特許文献１には、機器の異常によって発生した異常音の発生位置を特定する機器異常診断装置が開示されている。この機器異常診断装置では、工作機械１に複数の機器発生音センサ３を設置し、各機器発生音センサ３で取り込んだ騒音信号を寄与解析部５で解析して、各機器発生音センサ３の取り付け位置から機器の異常音発生位の特定を行なう。

特開２００２-１３９７７号公報

特許文献１に記載の機器異常診断装置を用いて、既存の発電プラントや化学プラントの異常音発生位置を特定する場合、該プラントの構成機器（ポンプやモータ）に上述の機器発生音センサ３を取り付けなければならない。しかし、該プラントの構造によっては、プラント構築後に、機器発生音センサ３を該プラントの構成機器に取り付けることが困難な場合がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、監視対象設備の構成機器にセンサを取り付けることなく、該設備の不具合の発生位置を特定することにある。

上記課題を解決するために、本発明では、同方向に指向性を持つ収音素子が複数配置されて構成された集音面を有する収音手段を、監視対象設備の周囲に複数配置する。そして、各収音手段において、不具合を示す音響情報を収集した収集素子の収音面における配置位置から、不具合の発生位置を特定する。

例えば、本発明の状態監視システムは、設備の運転状態を監視する状態監視システムであって、監視対象設備の周囲に設置される複数の収音手段と、予め前記監視対象設備の正常運転時に前記複数の収音手段により収音された音響情報を記憶した正常運転時音響情報記憶手段と、前記複数の収音手段により収音される音響情報および前記正常運転時音響情報記憶手段に記憶されている音響情報に基づいて、不具合の発生位置を特定する不具合発生位置特定手段と、前記監視対象設備の設計情報が記憶された設計情報記憶手段と、前記不具合発生位置特定手段で特定される不具合の発生位置および前記設計情報記憶手段に記憶されている設計情報に基づいて、不具合が発生した前記監視対象設備の構成機器を特定する不具合発生構成機器特定手段と、を備える。

前記複数の収音手段各々は、同方向に指向性を持つ収音素子が複数配置されて構成された集音面を有する。前記正常運転時音響情報記憶手段は、前記収音手段毎に、前記監視対象設備の正常運転時に当該収音手段を構成する各収音素子で集音された音響情報を記憶している。そして、前記不具合発生位置特定手段は、前記複数の収音手段各々の、前記正常運転時音響情報記憶手段に記憶されている音響情報との差分が所定の閾値より大きい音響情報を収音した集音素子の前記集音面における位置に基づいて、不具合の発生位置を特定する。

本発明によれば、監視対象設備の周囲に設置される、同方向に指向性を持つ収音素子が複数配置されて構成された集音面を有する複数の収音手段を用いて、監視対象設備の不具合の発生位置を特定する。したがって、監視対象設備の構成機器にセンサを取り付けることなく、該設備の不具合の発生位置を特定することができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態が適用された、既存の発電プラントの運転状態を監視する状態監視システムの概略図である。

図示するように、本実施形態の状態監視システムは、既存の発電プラント１の監視対象部分の周囲に設置された複数の収音装置３_１〜３_３と、複数の収音装置３_１〜３_３およびプラント制御装置２に接続された不具合発生検知装置４と、無線通信網等の通信媒体を介して不具合発生検知装置４に接続された不具合状況診断装置５と、を有する。ここで、プラント制御装置２は、発電プラント１を制御すると共に、発電プラント１から燃料、排気ガス温度、軸回転数などの各種プロセス状態量を入手する。

収音装置３_１〜３_３（以下、単に収音装置３とも呼ぶ）は、複数のエリアに分割された指向性を有する収音面を有し、エリア毎に、当該エリアの前方から収音する。

図２は、収音装置３の概略構成図である。図示するように、収音装置３は、複数のエリア３２に分割された収音面３１を有し、各エリア３２には、同方向に指向性を持つ収音素子（例えば指向性マイク）３３が設置されている。本実施形態では、図中の吹き出し３４に示すように、収音素子３３の指向方向Ｄを収音面３１に対して垂直な方向とし、且つ、指向角度αを狭角としている。このため、収音素子３３は、当該収音素子３３が設置されたエリア３２の前方に位置する監視対象部分から収音する。収音装置３は、自身が備える収音素子３３毎に、当該収音素子３３で収音した音響信号を、当該音響信号に当該収音素子３３が設置されているエリア３２の識別情報（例えば収音面３１における２次元座標情報）を付加して、不具合発生検知装置４に送信する。

なお、本実施形態では、図１に示すように、収音面３１を含む平面が互いに直交するように、３つの収音装置３_１〜３_３を、発電プラント１の監視対象部分の周囲に配置している。具体的には、収音装置３_１の収音面３１がＺＸ平面と平行になり、収音装置３_２の収音面３１がＹＺ平面と平行になり、そして、収音装置３_３の収音面３１がＸＹ平面と平行になるように、３つの収音装置３_１〜３_３を、発電プラント１の監視対象部分の周囲に配置している。

不具合発生検知装置４は、複数の収音装置３_１〜３_３から受信した音響信号に基づいて、監視対象部分の不具合兆候を検知すると共に、検知した不具合兆候の発生位置を特定する。そして、プラント制御装置２から発電プラント１のプロセス状態量情報を入手し、入手したプロセス状態量情報および不具合兆候の発生位置情報を含む不具合兆候検知情報を、不具合状況診断装置５に送信する。

図３は、不具合発生検知装置４の概略構成図である。図示するように、不具合発生検知装置４は、音響情報受信部４１と、周波数スペクトル分析部４２と、フィルタリング部４３と、不具合兆候検出部４４と、不具合兆候発生位置特定部４５と、不具合兆候検知情報送信部４６と、固有周波数スペクトルＤＢ（データベース）４７と、正常運転時周波数スペクトルＤＢ４８と、を有する。

音響情報受信部４１は、複数の収音装置３_１〜３_３からエリア３２毎の音響信号を受信し、信号増幅などの処理を行う。そして、処理済みのエリア３２毎の音響信号を、当該音響信号を送信した収音装置３_１〜３_３に対応付けて出力する。

周波数スペクトル分析部４２は、音響情報受信部４１から出力された収音装置３_１〜３_３のエリア３２毎の音響信号の周波数スペクトル分析を行う。そして、その結果得られた周波数スペクトル情報を、その元となる音響信号に対応付けられている収音装置３およびエリア３２に対応付けて出力する。

固有周波数スペクトルＤＢ４７には、収音装置３_１〜３_３各々について、エリア３２毎に、当該エリア３２に設置された収音素子３３の収音対象空間（発電プラント１の監視対象部分の一部）から発生され得る音の固有周波数スペクトル情報が記憶されている。

図４は、固有周波数スペクトルＤＢ４７の登録内容例を示す図である。図示するように、固有周波数スペクトルＤＢ４７には、収音装置３_１〜３_３各々に対応する固有周波数スペクトル管理ＴＬ（テーブル）４７１_１〜４７１_３（以下、単に固有周波数スペクトル管理ＴＬ４７１とも呼ぶ）を有する。固有周波数管理ＴＬ４７１は、対応する収音装置３_１〜３_３のエリア３２毎にレコードを有する。レコードは、該当エリア３２の識別情報であるエリアＩＤ（例えば収音面３１における２次元座標情報）を登録するフィールド４７２と、該当エリア３２に設置された収音素子３３の収音対象空間（発電プラント１の監視対象部分の一部）から発生され得る音の周波数スペクトル情報（固有周波数スペクトル情報）を登録するフィールド４７３とを備えて形成される。

フィルタリング部４３は、固有周波数スペクトルＤＢ４７を用いて、周波数スペクトル分析部４２から出力された収音装置３_１〜３_３のエリア３２毎の周波数スペクトル情報に対してフィルタリング処理を行う。具体的には、フィルタリング処理対象の周波数スペクトル情報に対応付けられている収容装置３をキーとして、固有周波数スペクトルＤＢ４７から固有周波数スペクトル管理ＴＬ４７１を検索し、さらに、フィルタリング処理対象の周波数スペクトル情報に対応付けられているエリア３２をキーとして、検索した固有周波数スペクトル管理ＴＬ４７１からレコードを検索する。そして、検索したレコードのフィールド４７３に登録されている固有周波数スペクトル情報とフィルタリング処理対象の周波数スペクトル情報とを比較し、固有周波数スペクトル情報と偏差の大きい周波数成分（例えば、固有周波数スペクトル情報に含まれている最大周波数成分よりも所定値以上高い周波数成分や、固有周波数スペクトル情報に含まれている最小周波数成分よりも所定値以上低い周波数成分）をノイズ成分として、フィルタリング処理対象の周波数スペクトル情報から除去する。フィルタリング部４３は、フィルタリング処理した周波数スペクトル情報を、当該周波数スペクトル情報に対応付けられている収音装置３およびエリア３２に対応付けて出力する。

正常運転時周波数スペクトルＤＢ４８には、収音装置３_１〜３_３各々について、エリア３２毎に、発電プラント１の正常運転時に当該エリア３２に設置された収音素子３３の収音対象空間（発電プラント１の監視対象部分の一部）から発生される音の固有周波数スペクトル情報が記憶されている。

図５は、正常運転時周波数スペクトルＤＢ４８の登録内容例を示す図である。図示するように、正常運転時周波数スペクトルＤＢ４８には、収音装置３_１〜３_３各々に対応する正常運転時周波数スペクトル管理ＴＬ４８１_１〜４８１_３（以下、単に正常運転時周波数スペクトル管理ＴＬ４８１とも呼ぶ）を有する。正常運転時周波数管理ＴＬ４８１は、対応する収音装置３_１〜３_３のエリア３２毎にレコードを有する。レコードは、該当エリア３２の識別情報であるエリアＩＤ（例えば収音面３１における２次元座標情報）を登録するフィールド４８２と、発電プラント１が正常運転時に該当エリア３２に設置された収音素子３３の収音対象空間（発電プラント１の監視対象部分の一部）から発生される音の周波数スペクトル情報（正常運転時周波数スペクトル情報）を登録するフィールド４８３とを備えて形成される。

不具合兆候検出部４４は、正常運転時周波数スペクトルＤＢ４８を用いて、フィルタリング部４３から出力された収音装置３_１〜３_３のエリア３２毎の周波数スペクトル情報の中から、不具合兆候を示す周波数スペクトル情報を検出する。具体的には、フィルタリング部４３から出力された周波数スペクトル情報毎に次の処理を行う。すなわち、周波数スペクトル情報（注目周波数スペクトル情報と呼ぶ）に対応付けられている収容装置３をキーとして、正常運転時周波数スペクトルＤＢ４８から正常運転時周波数スペクトル管理ＴＬ４８１を検索し、さらに、注目周波数スペクトル情報に対応付けられているエリア３２をキーとして、検索した正常運転時周波数スペクトル管理ＴＬ４８１からレコードを検索する。そして、検索したレコードのフィールド４８３に登録されている正常運転時周波数スペクトル情報と注目周波数スペクトル情報とを比較し、両者の偏差が所定の閾値より大きいか否かを判断する。例えば、注目周波数スペクトル情報に含まれている各周波数成分について、当該周波数成分の強度（振幅）と、正常運転時周波数スペクトル情報に含まれている対応する周波数成分の強度（振幅）との差分が所定値以上である場合に、両者の偏差が所定の閾値より大きいと判断する。および/または、正常運転時周波数スペクトル情報に含まれている最大周波数成分より所定値以上高い周波数成分や、正常運転時周波数スペクトル情報に含まれている最小周波数成分より所定値以上低い周波数成分が注目周波数スペクトル情報に含まれている場合に、両者の偏差が所定の閾値より大きいと判断する。不具合兆候検出部４４は、前記両者の偏差が所定の閾値より大きいと判断した注目周波数スペクトル情報を、不具合兆候を示す周波数スペクトル情報として、当該注目周波数スペクトル情報に対応付けられている収音装置３およびエリア３２の情報と共に出力する。

不具合兆候発生位置特定部４５は、不具合兆候検出部４４から出力される周波数スペクトル情報に基づいて、不具合兆候の発生位置（３次元位置）を特定する。

図６は、不具合兆候発生位置特定部４５における不具合兆候発生位置の特定原理を説明するための図である。図示するように、不具合兆候発生位置特定部４５は、収音装置３_１〜３_３のそれぞれについて、収音面３１を構成する各エリア３２の２次元座標情報（収音装置３_１では（ｚ、ｘ）、収音装置３_２では（ｙ、ｚ）、そして、収音装置３_３では（ｘ、ｙ））を示すエリアマップＴＬ４５１_１〜４５１_３（以下、単にエリアマップ４５１とも呼ぶ）を有している。ここで、エリアマップＴＬ４５１は共通の原点を有している。

不具合兆候発生位置特定部４５は、不具合兆候検出部４４から周波数スペクトル情報を受信すると、当該周波数スペクトル情報に対応付けられている収容装置３のエリアマップＴＬ４５１を特定し、当該エリアマップＴＬ４５１の当該周波数スペクトル情報に対応付けられているエリア３２に対応する座標情報にフラグ４５２を立てる。

また、不具合兆候発生位置特定部４５は、各エリアマップＴＬ４５１に立てられているフラグ４５２の状態を監視する。そして、エリアマップＴＬ４５１_１およびエリアマップＴＬ４５１_２のそれぞれにおいて、同じＺ成分を持つエリア３２にフラグ４５２が立てられているか否かを調べる。立てられている場合は、エリアマップＴＬ４５１_３において、当該フラグ４５２が立てられているエリア３２（図６では、エリアマップＴＬ４５１_１におけるエリア３２（ｚ＝４、ｘ＝２）、および、エリアマップＴＬ４５１_２におけるエリア３２（ｙ＝２、ｚ＝４））と同じＸ成分、Ｙ成分を持つエリア３２にフラグ４５２が立てられているか否かをさらに調べる。そして、立てられている場合は、当該フラグ４５２が立てられているエリア３２（図６では、エリアマップＴＬ４５１_１におけるエリア３２（ｚ＝４、ｘ＝２）、エリアマップＴＬ４５１_２におけるエリア３２（ｙ＝２、ｚ＝４）、および、エリアマップＴＬ４５１_３におけるエリア３２（ｘ＝２、ｙ＝２））と同じＸ成分、Ｙ成分、Ｚ成分からなる３次元座標位置４５３（図６では、（ｘ＝２、ｙ＝２、ｚ＝４））を、不具合兆候の発生位置に特定する。

不具合兆候発生位置特定部４５は、以上のようにして不具合兆候の発生位置を特定したならば、不具合兆候検出部４４から受信した、該特定した発生位置に対応する各収容装置３の周波数スペクトル情報と、該特定した発生位置の３次元座標情報とを、不具合兆候検知情報送信部４６に送信する。

不具合兆候検知情報送信部４６は、不具合兆候発生位置特定部４５から不具合兆候の発生位置の３次元座標情報、および、該発生位置に対応する各収容装置３の周波数スペクトル情報を受信すると、プラント制御装置２から発電プラント１の燃料、排気ガス温度、軸回転数などの各種プロセス状態量情報を入手する。そして、不具合兆候の発生位置の３次元座標情報、該発生位置に対応する各収容装置３の周波数スペクトル情報、および、発電プラント１の各種プロセス状態量情報を含んだ不具合兆候検知情報を生成し、これを無線通信網等の通信媒体を介して不具合状況診断装置５に送信する。

図３に示す不具合発生検知装置４の各部４１〜４８は、ＣＰＵと、メモリと、ＨＤＤ等の外部記憶装置と、ＣＤ-ＲＯＭ等の記憶媒体からデータを読取る読取装置と、収音装置３とデータの送受を行うＩ/Ｏと、無線通信装置とを備えたコンピュータシステムにおいて、ＣＰＵが外部記憶装置あるいは記憶媒体に記憶された所定のプログラムをメモリ上にロードし実行することで実現される。この場合、音響情報受信部４１にはＩ/Ｏが、不具合兆候検知情報送信部には無線通信装置が、そして、ＤＢ４７、４８には外部記憶装置や記憶媒体が用いられる。

図１に戻って説明を続ける。

不具合状況診断装置５は、不具合発生検知装置４から受信した不具合兆候検知情報に基づいて、不具合兆候が発生した発電プラント１の構成機器を特定する。また、該不具合兆候に近似する過去の事例を検索する。

図７は、不具合状況診断装置５の概略構成図である。図示するように、不具合状況診断装置５は、不具合兆候検知情報受信部５１と、不具合兆候発生機器特定部５２と、不具合兆候内容推定部５３と、不具合兆候内容表示部５４と、不具合兆候内容登録部５５と、プラント設計情報ＤＢ５６と、不具合兆候実績ＤＢ５７と、を有する。

不具合兆候検知情報受信部５１は、無線通信網等の通信媒体を介して、不具合発生検知装置４から不具合兆候検知情報を受信する。

プラント設計情報ＤＢ５６には、発電プラント１の監視対象部分の各構成機器の機器情報が記憶されている。

図８は、プラント設計情報ＤＢ５６の登録内容例を示す図である。図示するように、プラント設計情報ＤＢ５６には、図６に示すエリアマップＴＬ４５１_１〜４５１_３により特定される、発電プラント１の監視対象部分の３次元座標位置毎に、レコードを有する。レコードは、３次元座標位置（ｘ、ｙ、ｚ）を登録するフィールド５６１と、当該３次元座標位置に配置される構成機器の機器名称を登録するフィールド５６２と、当該３次元座標位置に配置される構成機器の機能、説明等を登録するフィールド５６３と、当該３次元座標位置に配置される構成機器のＣＡＤデータを登録するフィールド５６４と、を備えて形成される。

不具合兆候発生機器特定部５２は、不具合兆候検知情報受信部５１により受信した不具合兆候検知情報に含まれている不具合兆候の発生位置がフィールド５６１に登録されているレコードを、プラント設計情報ＤＢ５６から検索する。そして、検索したレコードの機器情報により特定される構成機器を、不具合兆候が発生した構成機器として特定し、該レコードの機器情報を、不具合兆候検知情報と共に出力する。

不具合兆候実績ＤＢ５７には、過去に発生した不具合兆候各々の詳細情報が記憶されている。

図９は、不具合兆候実績ＤＢ５７の登録内容例を示す図である。図示するように、不具合兆候実績ＤＢ５７には、過去に発生した不具合兆候各々の詳細情報を示すレコードを有する。レコードは、不具合兆候検知情報に含まれている不具合兆候の発生位置（ｘ、ｙ、ｚ）を登録するフィールド５７１と、当該発生位置に配置されている構成機器の機器名称を登録するフィールド５７２と、当該不具合兆候検知情報に含まれている各収音装置３の当該発生位置に対応するエリア３２の周波数スペクトル情報を登録するフィールド５７３と、当該不具合兆候検知情報に含まれているプロセス状態量を登録するフィールド５７４と、当該発生位置に配置されている構成機器の異常事象を登録するためのフィールド５７５と、当該異常事象を原因として発生することが予想される不具合の内容を登録するためのフィールド５７６と、を備えて形成される。

不具合兆候内容推定部５５は、不具合兆候発生機器特定部５２より不具合兆候検知情報および機器情報を受信すると、該不具合兆候検知情報に含まれている不具合兆候の発生位置がフィールド５７１に登録され、該機器情報に含まれている機器名称がフィールド５７２に登録されているレコードを、不具合兆候実績ＤＢ５７から抽出する。さらに、抽出したレコード各々のフィールド５７３、５７４に登録されている収音装置３_１〜３_３の周波数スペクトル情報および発電プラント１のプロセス状態量と、不具合兆候検知情報に含まれている収音装置３_１〜３_３の周波数スペクトル情報および発電プラント１のプロセス状態量とを比較し、不具合兆候検知情報とのマッチング度合いの高いレコードを特定する。

具体的には、抽出した各レコードについて、フィールド５７３に含まれている収音装置３_１〜３_３の周波数スペクトル情報各々と、不具合兆候検知情報に含まれている収音装置３_１〜３_３の周波数スペクトル情報各々との偏差を調べ、該抽出したレコードの中から偏差が所定の閾値より小さいレコードをさらに抽出する。例えば、レコードのフィールド５７３に含まれている収音装置３_１〜３_３の周波数スペクトル情報の各周波数成分の強度（振幅）と、不具合兆候検知情報に含まれている収音装置３_１〜３_３の周波数スペクトル情報の各周波数成分の強度（振幅）との差分が所定値未満である場合に、両者の偏差が所定の閾値より小さいと判断する。および/または、レコードのフィールド５７３に含まれている収音装置３_１〜３_３の周波数スペクトル情報の最大周波数成分より所定値以上高い周波数成分や最小周波数成分より所定値以上低い周波数成分が、不具合兆候検知情報に含まれている収音装置３_１〜３_３の周波数スペクトル情報に含まれていない場合に、両者の偏差が所定の閾値より小さいと判断する。次に、さらに抽出した各レコードについて、フィールド５７４に含まれているプロセス状態量と、不具合兆候検知情報に含まれているプロセス状態量との差分を調べ、該差分が所定値より小さいレコードをさらにまた抽出する。そして、最終的に抽出されたレコードを、不具合兆候検知情報とのマッチング度合いの高いレコードとして特定する。

不具合兆候内容推定部５５は、以上のようにして、不具合兆候実績ＤＢ５７の中から不具合兆候検知情報とのマッチング度合いの高いレコードを特定したならば、このレコードが示す不具合兆候の詳細情報を、過去の近似する事例情報として、不具合兆候発生機器特定部５２より受信した不具合兆候検知情報および機器情報と共に、不具合兆候内容表示部５４に出力する。なお、マッチング度合いの高いレコードを特定することができなかった場合は、不具合兆候発生機器特定部５２より受信した不具合兆候検知情報および機器情報のみを不具合兆候内容表示部５４に出力する。

不具合兆候内容表示部５４は、不具合兆候内容推定部５５より受信した不具合兆候検知情報および機器情報を表示する。この際、過去の近似する事例情報を受け取っている場合は、この情報も合わせて表示する。

図１０は、不具合兆候内容表示部５４の表示画面例を説明するための図である。この例では、不具合兆候内容表示部５４の表示画面５４１に、<<検出された不具合兆候>>５４２として、不具合兆候内容推定部５５より受信した機器情報５４３および不具合兆候検知情報５４４を表示している。また、検出された不具合兆候５４２と類似する事例である<<過去の類似事例>>５４５として、不具合兆候内容推定部５５より受信した過去の近似する事例情報５４６を表示している。このような表示画面５４１を介してユーザは、検出された不具合兆候が引き起こす不具合を予測することが容易になる。

不具合兆候内容登録部５５は、不具合兆候内容表示部５４が表示画面５４１に表示している<<検出された不具合兆候>>５４２について、ユーザより異常事象および不具合内容を受付け、これらの情報と<<検出された不具合兆候>>５４２に表示されている機器情報および不具合兆候検知情報とを含む不具合兆候の詳細情報のレコードを生成し、このレコードを不具合兆候実績ＤＢ５７に登録する。

図７に示す不具合状況診断装置５の各部５１〜５７は、ＣＰＵと、メモリと、ＨＤＤ等の外部記憶装置と、ＣＤ-ＲＯＭ等の記憶媒体からデータを読取る読取装置と、無線通信装置と、キーボードやマウスなどの入力装置と、ＬＣＤやＣＲＴなどの表示装置とを備えたコンピュータシステムにおいて、ＣＰＵが外部記憶装置あるいは記憶媒体に記憶された所定のプログラムをメモリ上にロードし実行することで実現される。この場合、不具合兆候検知情報受信部には無線通信装置が、不具合兆候内容表示部５４には表示装置が、不具合兆候内容登録部５５には入力装置が、そして、ＤＢ５６、５７には外部記憶装置や記憶媒体が用いられる。

次に、上記構成の状態監視システムの動作を説明する。

図１１は、図１に示す状態監視システムの動作を説明するための図である。

不具合発生検知装置４において、周波数スペクトル分析部４２は、音響情報受信部４１を介して収音装置３_１〜３_３から受信したエリア３２毎の音響信号に対して周波数スペクトル分析を行い、エリア３２毎の周波数スペクトル情報に変換する（Ｓ１０１）。次に、フィルタリング部４３は、固有周波数スペクトルＤＢ４７を用いて、周波数スペクトル分析部４２から出力された収音装置３_１〜３_３のエリア３２毎の周波数スペクトル情報に対してフィルタリング処理を行い、ノイズ成分を取り除く。その後、不具合兆候検出部４４が、正常運転時周波数スペクトルＤＢ４８を用いて正常運転時周波数スペクトル情報からの偏差が大きい周波数スペクトル情報を、フィルタリング部４３から出力された収音装置３_１〜３_３のエリア３２毎の周波数スペクトル情報の中から検出し、不具合兆候発生位置特定部４５に送る（Ｓ１０２）。そして、不具合兆候発生特定部４５は、不具合兆候検出部４４から周波数スペクトル情報を受信すると、当該周波数スペクトル情報に対応する収音装置３_１〜３_３のエリアマップＴＬ４５１の、当該周波数スペクトル情報に対応するエリア３２に、不具合兆候検知を示すフラグを立てる（Ｓ１０３）。

さて、不具合兆候発生位置特定部４５は、収音装置３毎に設けられたエリアマップＴＬ４５１を監視する。そして、全てのエリアマップＴＬ４５１において、同じ３次元座標位置に対応するエリア３２にフラグが立てられたならば（Ｓ１０４でＹｅｓ）、該３次元座標位置を不具合兆候の発生位置に特定し、各収音装置３の該発生位置に対応するエリア３２の周波数スペクトル情報と、プラント制御装置２から入手した発電プラント１のプロセス状態量情報とを含む不具合兆候検知情報を生成し、不具合兆候検知情報送信部４６を介して、不具合状況診断装置５に送信する（Ｓ１０５）。

一方、不具合状況診断装置５において、不具合兆候検知情報受信部５１は、不具合発生検知装置４より不具合兆候検知情報を受信すると（Ｓ２０１でＹｅｓ）、これを不具合兆候発生機器特定部５２に送信する。不具合兆候発生機器特定部５２は、不具合兆候検知情報に含まれている各収音装置３の周波数スペクトル情報に基づいて、不具合兆候の発生位置に配置されている発電プラント１の構成機器を特定する（Ｓ２０２）。次に、不具合兆候内容推定部５３は、不具合兆候実績ＤＢ５７に登録されている過去に発生した不具合兆候の詳細情報の中から、不具合兆候検知情報とマッチング度合いの高い前記特定した構成機器の不具合兆候の詳細情報を抽出する。そして、不具合兆候内容表示部５４は、この詳細情報を、推定される不具合兆候の内容を示す情報として、前記特定した構成機器および不具合兆候検知情報と共に表示する（Ｓ２０４）。

さて、不具合兆候内容登録部５５は、不具合兆候内容表示部５４が表示している前記特定した構成機器および不具合兆候検知情報について、ユーザより不具合兆候実績ＤＢ５７への登録指示を受付けると（Ｓ２０５でＹｅｓ）、該ユーザから異常事象および不具合内容に関する情報を受付け、該受付けた情報と前記特定した構成機器および不具合兆候検知情報とを含む不具合兆候の詳細情報のレコードを、不具合兆候実績ＤＢ５７に登録する（Ｓ２０６）。

以上、本発明の一実施形態について説明した。

本実施形態では、同方向に指向性を持つ収音素子３３が複数配置されて構成された集音面３１を有する収音装置３を、発電プラント１の監視対象部分の周囲に複数配置している。そして、各収音装置３において、不具合兆候を示す音響信号を収音した収音素子３３（エリア３２）の収音面３１における配置位置（２次元座標位置）から、不具合兆候の発生位置（３次元座標位置）を特定する。したがって、本発明によれば、発電プラント１の監視対象部分の各構成機器にセンサを新たに取り付けることなく、該監視対象部分の不具合兆候の発生位置を特定することができる。

また、本実施形態では、過去に発生した不具合兆候の詳細情報（過去の事例）が登録された不具合兆候実績ＤＢ５７を設けている。そして、前記特定した不具合兆候の発生位置から収音された音響信号とマッチング度合いの高い過去の事例を不具合兆候実績ＤＢ５７から抽出し、ユーザに表示している。したがって、ユーザは、前記特定した不具合兆候の発生位置で起こる不具合内容を推定することができる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。

例えば、上記の実施形態では、不具合発生検知装置４および不具合状況診断装置５をそれぞれ別のコンピュータシステム上に構築する場合を例にとり説明したが、不具合発生検知装置４および不具合状況診断装置５は同じコンピュータシステム上に構築するようにしても構わない。この場合、不具合兆候検知情報送信部４６および不具合兆候検知情報受信部５１は不要である。あるいは、不具合発生検知装置４および不具合状況診断装置５のそれぞれを複数のコンピュータシステムを用いて実現するようにしても構わない。また、上記の実施形態において、不具合発生検知装置４の音響情報受信部４１に、雰囲気温度および/または湿度に依存する音響信号の変動を補正する機能を持たせるようにしてもよい。また、上記の実施形態では監視対象設備を発電プラント１としているが、本発明は可動部を有する様々な設備に適用できる。

図１は、本発明の一実施形態が適用された、既存の発電プラントの運転状態を監視する状態監視システムの概略図である。図２は、収音装置３の概略構成図である。図３は、不具合発生検知装置４の概略構成図である。図４は、固有周波数スペクトルＤＢ４７の登録内容例を示す図である。図５は、正常運転時周波数スペクトルＤＢ４８の登録内容例を示す図である。図６は、不具合兆候発生位置特定部４５における不具合兆候発生位置の特定原理を説明するための図である。図７は、不具合状況診断装置５の概略構成図である。図８は、プラント設計情報ＤＢ５６の登録内容例を示す図である。図９は、不具合兆候実績ＤＢ５７の登録内容例を示す図である。図１０は、不具合兆候内容表示部５４の表示画面例を説明するための図である。図１１は、図１に示す状態監視システムの動作を説明するための図である。

符号の説明

１・・・発電プラント、２・・・プラント制御装置、３・・・収音装置、４・・・不具合発生検知装置、５・・・不具合状況診断装置、３１・・・収音面、３２・・・エリア、３３・・・収音素子、４１・・・音響受信部、４２・・・周波数スペクトル分析部、４３・・・フィルタリング部、４４・・・不具合兆候検出部、４５・・・不具合兆候発生位置特定部、４６・・・不具合兆候検知情報送信部、４７・・・固有周波数スペクトルＤＢ、４８・・・正常運転時周波数スペクトルＤＢ、５１・・・不具合兆候検知情報受信部、５２・・・不具合兆候発生機器特定部、５３・・・不具合兆候内容推定部、５４・・・不具合兆候内容表示部、５５・・・不具合兆候内容登録部、５６・・・プラント設計情報ＤＢ、５７・・・不具合兆候実績ＤＢ

Claims

設備の運転状態を監視する状態監視システムであって、
監視対象設備の周囲に設置される複数の収音手段と、
予め前記監視対象設備の正常運転時に前記複数の収音手段により収音された音響情報を記憶した正常運転時音響情報記憶手段と、
前記複数の収音手段により収音される音響情報および前記正常運転時音響情報記憶手段に記憶されている音響情報に基づいて、不具合の発生位置を特定する不具合発生位置特定手段と、
前記監視対象設備の設計情報が記憶された設計情報記憶手段と、
前記不具合発生位置特定手段で特定される不具合の発生位置および前記設計情報記憶手段に記憶されている設計情報に基づいて、不具合が発生した前記監視対象設備の構成機器を特定する不具合発生構成機器特定手段と、を備え、
前記複数の収音手段各々は、同方向に指向性を持つ収音素子が複数配置されて構成された集音面を有し、
前記正常運転時音響情報記憶手段は、前記収音手段毎に、前記監視対象設備の正常運転時に当該収音手段を構成する各収音素子で集音された音響情報を記憶しており、
前記不具合発生位置特定手段は、前記複数の収音手段各々の、前記正常運転時音響情報記憶手段に記憶されている音響情報との差分が所定の閾値より大きい音響情報を収音した集音素子の前記集音面における位置に基づいて、不具合の発生位置を特定すること
を特徴とする状態監視システム。
請求項１に記載の状態監視システムであって、
前記監視対象設備の構成機器毎に、不具合の内容および該不具合発生時に該構成機器が発する音響情報との対応関係が記録された不具合情報記憶手段と、
前記不具合情報記憶手段を用いて、前記不具合発生構成機器特定手段により特定された前記監視対象設備の構成機器および前記不具合発生位置特定手段により特定された不具合の発生位置に対応する収音素子で収音された音響情報に基づいて、不具合の内容を特定する不具合内容特定手段と、をさらに備えること
を特徴とする状態監視システム。
請求項１または２記載の状態監視システムであって、
前記複数の収音手段は、収音面を含む平面が互いに直交するように配置されていること
を特徴とする状態監視システム。
請求項１乃至３のいずれかに記載の状態監視システムであって、
前記複数の収音手段により収音され得る前記監視対象設備の固有周波数情報を記憶した固有周波数情報記憶手段と、
前記固有周波数情報記憶手段に記憶されている前記監視対象設備の固有周波数情報に基づいて、前記複数の収音手段により収音される音響情報からノイズを除去して、前記不具合発生位置特定手段へ出力するフィルタリング手段と、をさらに有すること
を特徴とする状態監視システム。
設備の運転状態を監視するためのコンピュータで読取り可能なプログラムであって、
前記コンピュータの記憶装置には、
監視対象設備の周囲に複数設置された、同方向に指向性を持つ収音素子が複数配置されて構成された集音面を有する収音装置が、前記監視対象設備の正常運転時に収音した音響情報と、前記監視対象設備の設計情報と、が記憶されており、
前記コンピュータの演算装置は、前記プログラムを実行することにより、
前記複数の収音装置各々の、前記記憶装置に記憶されている音響情報との差分が所定の閾値より大きい音響情報を収音した集音素子の前記集音面における位置に基づいて、不具合の発生位置を特定する不具合発生位置特定手段、および、
前記不具合発生位置特定手段で特定される不具合の発生位置および前記記憶装置に記憶されている設計情報に基づいて、不具合が発生した前記監視対象設備の構成機器を特定する不具合発生構成機器特定手段として機能すること
を特徴とするコンピュータで読取り可能なプログラム。
設備の運転状態を監視する状態監視方法であって、
同方向に指向性を持つ収音素子が複数配置されて構成された集音面を有する収音手段を、監視対象設備の周囲に複数設置し、
前記収音手段毎に、前記監視対象設備の正常運転時に当該収音手段を構成する各収音素子で予め収音された音響情報と、前記複数の収音手段により収音される音響情報とを比較し、前記複数の収音手段各々の、前記正常運転時の音響情報との差分が所定の閾値より大きい音響情報を収音した集音素子の前記集音面における位置に基づいて、不具合の発生位置を特定し、
前記特定した不具合の発生位置および前記監視対象設備の設計情報に基づいて、不具合が発生した前記監視対象設備の構成機器を特定すること
を特徴とする状態監視方法。