JP2018195266A - 状態分析装置、状態分析方法、およびプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】状態量取得部は、対象装置に係るあるタイミングにおける複数の状態量の値を取得する。状態量予測部は、取得した複数の状態量の値に基づいて、複数の状態量の値が所定時間後に取り得る範囲を予測する。表示情報生成部は、複数の状態量のそれぞれを軸とした座標空間に、複数の状態量の値が取り得る範囲に応じた形状の図形である予測値図形を配置した表示情報を生成する。
【選択図】図7
Description
本発明の目的は、未来の状態量の予測値を、予測の曖昧さを含めて効果的に表示することができる状態分析装置、状態分析方法、およびプログラムを提供することにある。
以下、図面を参照しながら第1の実施形態について詳しく説明する。
図1は、第1の実施形態に係る状態分析システムの構成を示す概略図である。
第1の実施形態に係る状態分析システム1は、状態分析装置10、表示装置20、対象装置30、三相交流電源40、電力線50、クランプ電流計60を備える。
第1の実施形態に係る状態分析装置10は、検査対象となる対象装置30の状態を表す情報を表示装置20に表示させる。第1の実施形態に係る対象装置30は、三相交流電源40で駆動するモータ、モータが備えるロータと共に回転するポンプまたはファンなどの補機を備える回転機械システムである。対象装置30は、電力線50を介して三相交流電源40に接続される。電力線50はクランプ電流計60に挟み込まれる。状態分析システム1は、クランプ電流計60を3つ備え、各クランプ電流計60はそれぞれ異なる電力線を挟み込む。なお、他の実施形態においては、状態分析システム1がクランプ電流計60を1つまたは2つ備え、3本の電力線50のうち一部の電流を計測しないものであってもよい。クランプ電流計60は、電力線50を流れる電流の大きさを計測し、デジタル信号(電流信号)として状態分析装置10に出力する。状態分析装置10は、クランプ電流計60から受信した電流信号に基づいて、対象装置30の状態を表す情報を表示装置20に表示させる。
図2は、第1の実施形態に係る状態分析装置の構成を示す概略ブロック図である。
状態分析装置10は、電流取得部101、パラメータ算出部102、パラメータ記憶部103、履歴記憶部104、パラメータ予測部105、閾値記憶部106、相関係数記憶部107、相関特定部108、グラフ生成部109、表示制御部110を備える。
履歴記憶部104は、対象装置30と同種の他の装置(同じ型の装置など)の複数の電流パラメータの値の履歴を記憶する。
具体的には、パラメータ予測部105は、以下の手順で複数の電流パラメータの値が取り得る範囲を予測する。パラメータ予測部105は、履歴記憶部104が記憶する複数の電流パラメータの値の時系列の中から、各電流パラメータの値がパラメータ算出部102が算出した、あるタイミングにおける各電流パラメータの値と近似する複数のタイミング(例えば各電流パラメータの値の二乗平均誤差が所定の閾値以下となるタイミング)を特定する。次に、パラメータ予測部105は、各タイミングの所定時間後のタイミングにおける複数の電流パラメータの値を特定する。パラメータ予測部105は、電流パラメータごとの特定された複数の値の最小値から最大値までの範囲を、各電流パラメータの値が取り得る範囲と予測する。
ここで、第1の実施形態に係るパラメータ算出部102が算出する電流パラメータについて説明する。
第1の実施形態に係るパラメータ算出部102は、KIパラメータ、Lpoleパラメータ、Lshaftパラメータ、Irmsパラメータ、THDパラメータ、IHDパラメータ、Lxパラメータ、Iubパラメータを算出する。
THDパラメータは、電流信号の全高調波成分と電源周波数成分の比率である。THDパラメータは、電流信号から高調波成分を抽出し、予め設定した次数内における各高調波成分の二乗和の平方根を、電流信号の電源周波数実効値で除算することで得ることができる。IHDパラメータおよびTHDパラメータは、いずれも三相交流電源40の品質を表すパラメータである。
ポンプまたはブロワのブレード通過周波数に起因して変動する側帯波のピークの大きさが示すLxパラメータを、Lbpパラメータという。歯車装置の噛合い周波数に起因して変動する側帯波のピークの大きさが示すLxパラメータを、Lgzパラメータという。プーリベルトの回転周波数に起因して変動する側帯波のピークの大きさが示すLxパラメータを、Lbrパラメータという。および回転子バーのすべり周波数に起因して変動する側帯波のいずれか1つに起因して変動する側帯波のピークの大きさが示すLxパラメータを、Lrsパラメータという。ポンプ、ブロワ、歯車装置、プーリベルト、回転子バーは、対象装置30の補機の一例である。
パラメータ記憶部103は、図3に示すように、一定の周期(例えば、半日又は1日毎)に係るタイミングである測定時刻ごとに、当該測定時刻、KIパラメータ、Lpoleパラメータ、Lshaftパラメータ、Irmsパラメータ、THDパラメータ、IHDパラメータ、Lxパラメータ、およびIubパラメータを関連付けて記憶する。
閾値記憶部106は、図4に示すように、KIパラメータ、Lpoleパラメータ、Lshaftパラメータ、Irmsパラメータ、THDパラメータ、IHDパラメータ、Lxパラメータ、およびIubパラメータのそれぞれについて、正常状態となる値の範囲、注意状態となる値の範囲、および異常状態となる値の範囲を記憶する。
ここで、第1の実施形態に係る状態分析装置10の動作について説明する。
図5は、第1の実施形態に係る状態分析装置による電流パラメータ算出処理を示すフローチャートである。
状態分析装置10は、一定の周期に係るタイミングごとに、電流パラメータ算出処理を実行する。状態分析装置10の電流取得部101は、クランプ電流計60から電流信号を取得する(ステップS1)。なお電流取得部101は、サンプリングタイミングごとに電流信号を取得しているため、電流取得部101が取得する電流信号は、一定期間における電流の大きさの変化を示す。次に、パラメータ算出部102は、電流信号を周波数領域変換し、周波数領域波形を生成する(ステップS2)。周波数領域変換の手法としては、FFTが挙げられる。
パラメータ算出部102は、ステップS1で取得した電流信号とステップS2で生成した周波数領域波形とに基づいて複数の電流パラメータの値を算出する(ステップS3)。パラメータ算出部102は、算出した複数の電流パラメータの値を、現在時刻に関連付けてパラメータ記憶部103に記録する(ステップS4)。
状態分析装置10は、上述した電流パラメータ算出処理を一定の周期に係るタイミングごとに実行することで、パラメータ記憶部103に複数の電流パラメータの時系列を記録することができる。
状態分析装置10は、対象装置30の管理者の操作により電流パラメータの表示指示がなされると、表示対象の電流パラメータの組の入力を受け付ける(ステップS11)。電流パラメータの組の入力は、状態分析装置10に予め設定された互いに相関関係を有するパラメータ対(例えば、LshaftパラメータとLpoleパラメータの対、THDパラメータとIHDパラメータの対、KIパラメータとLxパラメータの対など)のリストの中から管理者による選択を受け付けることでなされる。他の実施形態においては、電流パラメータの組の入力は、管理者による任意の2つのパラメータの入力によってなされてもよい。
また、グラフ生成部109は、プロットG3からオーバルG4の輪郭へ伸びる矢印G5を座標空間上に描画する(ステップS20)。
図7は、KIパラメータとLpoleパラメータとの関係を示す第1のグラフの例を示す図である。
ステップS11で対象装置30の管理者がKIパラメータとLpoleパラメータの対を選択した場合、表示装置20には、図7に示すようなグラフが表示される。図7に示すグラフによれば、KIパラメータとLpoleパラメータとに基づいて対象装置30の現在の状態および一定時間後の状態を判断することができる。図7に示すグラフによれば、プロットG3において、KIパラメータおよびLpoleパラメータはともに注意状態にある。一方でオーバルG4は、注意状態の領域と異常状態の領域とに亘っている。ここで、対象装置30の管理者は、オーバルG4が異常状態に重なっている面積は微小であるため、視覚的に一定時間後に対象装置が異常状態に陥る可能性がある一方で、異常状態に至る確率は低いと判断することができる。
また、KIパラメータとLpoleパラメータには負の相関があるため、オーバルG4は右下方向に長く描かれる。つまり、相関の強さによって予測のばらつきの範囲が小さく表示される。これにより、管理者は、相関の強さに応じた予測の精度を視覚的に認識することができる。
第1の実施形態によれば、グラフ生成部109は、一定時間後の一対の電流パラメータの値が取り得る範囲を表すオーバルG4を含む表示情報を生成するが、他の実施形態においては、時間毎に複数のオーバルG4を含む表示情報を生成してもよい。例えば、パラメータ予測部105は、現在時刻から時間Δt経過後のタイミングT1と、現在時刻から時間2Δt経過後のタイミングT2とのそれぞれについて一対の電流パラメータの値が取り得る範囲を推定し、グラフ生成部109は、図8に示すように各取り得る範囲についてオーバルG4を生成する。
第1の実施形態に係る状態分析装置10は、算出された対象装置30の電流パラメータと同種の他の装置の電流パラメータの履歴のうち対象装置30のあるタイミングにおける各電流パラメータの値と近似する同種の他の装置の各電流パラメータの値をとるタイミングに基づいて、対象装置30の各電流パラメータの値の取り得る範囲を予測する。これに対し、第2の実施形態に係る状態分析装置10は、同種の他の装置の電流パラメータの履歴のうち、各電流パラメータの値の変化量が近似するタイミングに基づいて、各電流パラメータの値の取り得る範囲を予測する。
第1、第2の実施形態に係る状態分析装置10は、対象装置30の電流パラメータの算出と同種の他の装置の運用の履歴に基づいて、対象装置30の各電流パラメータの値が取り得る範囲を予測する。これに対し、第3の実施形態に係る状態分析装置10は、シミュレータのシミュレーション結果に基づいて各電流パラメータの値が取り得る範囲を予測する。
第3の実施形態に係る状態分析装置10は、第1の実施形態の履歴記憶部104に代えてシミュレータ111を備える。シミュレータ111は、対象装置30の動作を模擬する。パラメータ予測部105は、シミュレータ111の模擬結果に基づいて各電流パラメータの値を予測する。
状態分析装置10は、対象装置30の管理者の操作により電流パラメータの表示指示がなされると、表示対象の電流パラメータの組の入力を受け付ける(ステップS101)。次に、シミュレータ111は、対象装置30の現在の状態量に基づいて、一定時間後の対象装置30の状態を模擬する。このとき、シミュレータ111は、シミュレーションの実行に用いられる外部パラメータ(大気温度など)を変化させながらシミュレーションを複数回実行することで、一定時間後のタイミングにおける各電流パラメータの値を複数個求める(ステップS102)。
パラメータ予測部105は、選択された対に係る各電流パラメータについて、シミュレータ111が算出した複数の値の最小値から最大値までの範囲を、各電流パラメータの値の取り得る範囲と予測する(ステップS103)。相関特定部108は、選択された対に係る各電流パラメータに関連付けられた相関係数を、相関係数記憶部107から読み出す(ステップS104)。
第1から第3の実施形態に係る状態分析装置10は、算出された対象装置30の電流パラメータと同種の他の装置の運転の履歴や、対象装置30の動作を模擬するシミュレータ111の計算結果など、一の予測手段に基づいて一対の電流パラメータが所定時間後に取り得る値の範囲を求める。これに対し、第4の実施形態に係る状態分析装置10は、複数の予測手段に基づいて一対の電流パラメータが所定時間後に取り得る値の範囲を求める。
第4の実施形態に係る状態分析装置10は、第1の実施形態の構成に加え、さらにシミュレータ111と予測手段記憶部112とを備える。履歴記憶部104およびシミュレータ111は、予測手段の一例である。
予測手段記憶部112は、あるタイミングでの複数の電流パラメータの値の範囲に関連付けて、各電流パラメータが所定時間後に取り得る値の予測に用いる予測手段を記憶する。各電流パラメータが所定時間後に取り得る値の範囲と予測手段の関係は、例えば熟練の技術者の知識、シミュレータ111の適用条件、履歴記憶部104に記録された履歴の量などに基づいて設定される。
例えば、上述した実施形態に係る状態分析装置10は、電流パラメータの対に係るグラフを表示装置20に表示させるが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る状態分析装置10は、3つ以上の電流パラメータの組に係る高次元グラフを表示装置20に表示させてもよい。
また、上述した実施形態に係る状態分析装置10は、互いに相関関係を有する複数の電流パラメータのそれぞれを軸とした座標空間に、閾値を表す区分線G2を配置した表示情報を生成するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る状態分析装置10は、区分線G2を含まない表示情報を生成してもよい。
なお、上述した第1の実施形態に係る状態分析装置10は、パラメータ予測部105が予測したパラメータの値を用いて表示情報を生成するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る状態分析装置10は、第2の実施形態と同様に、あるタイミングに係る電流パラメータの値に、予測される電流パラメータの値の変化量を加算することで得られる予測値に基づいて表示情報を生成してもよい。
コンピュータ90は、CPU91、主記憶装置92、補助記憶装置93、インタフェース94を備える。
上述の状態分析装置10は、コンピュータ90に実装される。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式で補助記憶装置93に記憶されている。CPU91は、プログラムを補助記憶装置93から読み出して主記憶装置92に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、CPU91は、プログラムに従って、上述した各記憶部に対応する記憶領域を主記憶装置92に確保する。
10 状態分析装置
20 表示装置
30 対象装置
101 電流取得部
102 パラメータ算出部
103 パラメータ記憶部
104 履歴記憶部(状態量記憶部)
105 パラメータ予測部
106 閾値記憶部
107 相関係数記憶部
108 相関特定部
109 グラフ生成部
110 表示制御部
111 シミュレータ
112 予測手段記憶部
Claims (13)
- 対象装置に係るあるタイミングにおける複数の状態量の値を取得する状態量取得部と、
取得した前記複数の状態量の値に基づいて、前記複数の状態量の値が所定時間後に取り得る範囲を予測する状態量予測部と、
前記複数の状態量のそれぞれを軸とした座標空間に、前記複数の状態量の値が取り得る範囲に応じた形状の図形である予測値図形を配置した情報を生成する表示情報生成部と
を備える状態分析装置。 - 前記表示情報生成部は、前記座標空間に、前記状態量取得部が取得した前記複数の状態量の値を表す図形である取得値図形をさらに配置した前記情報を生成する
請求項1に記載の状態分析装置。 - 前記複数の状態量の相関の強さを特定する相関特定部をさらに備え、
前記表示情報生成部は、前記相関の強さに応じた形状を有する前記予測値図形を配置した前記情報を生成する
請求項1または請求項2に記載の状態分析装置。 - 前記対象装置と同種の装置の前記複数の状態量の値の履歴を記憶する状態量記憶部をさらに備え、
前記状態量予測部は、前記状態量記憶部が記憶する前記履歴のうち、取得した前記複数の状態量の値の推移と類似する複数の部分を特定し、当該複数の部分に基づいて前記取り得る範囲を予測する
請求項1から請求項3の何れか1項に記載の状態分析装置。 - 前記状態量予測部は、前記状態量記憶部が記憶する前記履歴のうち、取得した前記複数の状態量の値と近似する値を有する複数のタイミングを特定し、当該複数のタイミングの前記所定時間後における前記状態量記憶部が記憶する前記複数の状態量の値に基づいて前記取り得る範囲を予測する
請求項4に記載の状態分析装置。 - 前記状態量予測部は、前記状態量記憶部が記憶する前記履歴のうち、取得した前記複数の状態量の値の変化量と類似する変化量を有する複数のタイミングを特定し、当該複数のタイミングの前記所定時間後における前記状態量記憶部が記憶する前記複数の状態量の変化量に基づいて前記取り得る範囲を予測する
請求項4に記載の状態分析装置。 - 前記対象装置の動作を模擬するシミュレータをさらに備え、
前記状態量予測部は、前記シミュレータの外部パラメータを変化させて得られる複数の前記複数の状態量の値に基づいて前記取り得る範囲を予測する
請求項1から請求項6の何れか1項に記載の状態分析装置。 - 前記表示情報生成部は、前記取り得る範囲のうち発生確率が所定値以上の値を包含する形状の前記予測値図形を配置した前記情報を生成する
請求項1から請求項7の何れか1項に記載の状態分析装置。 - 前記状態量予測部は、複数の予測手段ごとに前記取り得る範囲を予測する
請求項1から請求項8の何れか1項に記載の状態分析装置。 - 前記状態量予測部は、取得した前記複数の状態量の値に基づいて前記複数の予測手段の中から前記取り得る範囲の予測に用いる予測手段を決定し、当該予測手段に基づいて前記取り得る範囲を予測する
請求項9に記載の状態分析装置。 - 前記表示情報生成部は、複数の予測手段ごとに前記予測値図形を生成し、各予測値図形を配置した前記情報を生成する
請求項9または請求項10に記載の状態分析装置。 - 対象装置に係るあるタイミングにおける複数の状態量の値を取得するステップと、
取得した前記複数の状態量の値に基づいて、前記複数の状態量の値が所定時間後に取り得る範囲を予測するステップと、
前記複数の状態量のそれぞれを軸とした座標空間に、前記複数の状態量の値が取り得る範囲に応じた形状の図形である予測値図形を配置した情報を生成するステップと
を有する状態分析方法。 - コンピュータに、
対象装置に係るあるタイミングにおける複数の状態量の値を取得するステップと、
取得した前記複数の状態量の値に基づいて、前記複数の状態量の値が所定時間後に取り得る範囲を予測するステップと、
前記複数の状態量のそれぞれを軸とした座標空間に、前記複数の状態量の値が取り得る範囲に応じた形状の図形である予測値図形を配置した情報を生成するステップと
を実行させるためのプログラム。
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