JP5879214B2 - 異常診断方法、異常診断装置および異常診断装置を備えた乗客コンベア - Google Patents

Description

本発明は、機械設備の異常を診断する異常診断方法、異常診断装置および異常診断装置を備えた乗客コンベアに関する。

機械設備、例えば乗客コンベアの一種であるエスカレータの異常を発見するために、エスカレータの異常診断装置が種々提案されている（例えば特許文献１〜３）。エスカレータに異常振動が発生している場合、異常発生あるいはその前触れであることが多く、異常振動の検出によりエスカレータの故障等に早期に対応することができる。異常を診断するための方法としては、音を用いる方法や振動を用いる方法がある。

特開２００９−２３４７４７号公報 特開２００９−１２８９１号公報 特開２００５−６７８４７号公報

エスカレータの異常を、振動を検出することによって発見する場合、エスカレータの周辺には多様な振動が発生しており、測定された振動がエスカレータの異常振動でない場合は、異常ではないものを異常であると誤検知してしまう可能性がある。また、エスカレータの設置場所によっては、例えばビル内の空調機器、換気ファン、電源ファン、振動を発生する周囲の他の機械設備等の周囲の環境による振動である環境振動が計測データに混じることで誤検知してしまう可能性がある。

また、特許文献１では、エスカレータのハンドレールについて、稼動部の稼働音と稼動部から隔離した周囲音を収集し、それらの周波数スペクトルを求めて、その差異から乖離度を計算し、乖離度により異常の有無を判定している。しかしながら、この手法では、振動ではなく音を測定しているため、稼動部から隔離した場所で周囲音を稼動音と同時に収集することとなるが、両者は離れた場所であるため稼動部において聞こえる周囲音とは異なっている可能性が高い。

特許文献２では、エスカレータの稼働時のステップに加わる振動データを計測し、正常時の振動データと比較して異常の有無を判定する。しかしながら、この手法では、経年などにより環境振動が変化した場合に、診断時に計測する振動データに含まれる環境振動と正常時の振動データに含まれる環境振動とが異なってしまう可能性があり、誤検知する可能性がある。

特許文献３では、エスカレータの複数の踏段に取り付けた加速度センサの計測データと予め求めておいた正常時のデータとの差分をとり、差分が予め設定された値以上になった踏段位置を異常発生位置として求める。しかしながら、この手法でも、特許文献２の場合と同様に、経年などにより環境振動が変化した場合に誤検知する可能性がある。

そこで、本発明の目的は、機械設備の異常を振動により診断する際に、学習時と診断時とで環境振動が変化した場合でも環境振動の影響を低減して誤検知を低減することができる異常診断方法および装置を提供することにある。

この課題を解決するために、本発明は、例えば、機械設備に設置された振動センサで収集した振動値に基づいて前記機械設備の異常を診断する際に、前記振動センサにより学習時に収集した第１の運転状態に対応する第１の学習振動値と前記振動センサにより学習時に収集した前記第１の運転状態とは異なる第２の運転状態に対応する第２の学習振動値とから、それぞれの特徴量の差分である学習値特徴量差分値を計算し、前記振動センサにより診断時に収集した前記第１の運転状態に対応する第１の学習振動値と前記振動センサにより診断時に収集した前記第２の運転状態に対応する第２の学習振動値とから、それぞれの特徴量の差分である診断値特徴量差分値を計算し、前記学習値特徴量差分値と前記診断値特徴量差分値とを比較して前記機械設備の異常の有無を判定する。

本発明によれば、機械設備の異常を振動により診断する際に、学習時と診断時とで環境振動が変化した場合でも環境振動の影響を低減して誤検知を低減することができる。

本発明の異常診断装置の概要を示すブロック図である。 エスカレータに振動センサを設置した概要図である。

図１は、本発明の異常診断装置の概要を示すブロック図である。また、図２は、エスカレータに振動センサを設置した概要図である。ここでは、異常診断の対象となる機械設備の一例として、乗客コンベアの一種であるエスカレータ２００を例示して説明する。

図１に示すように、異常診断装置１００は、学習値記憶部Ｂ１０、診断値記憶部Ｂ２０、差分比較部Ｂ３０、警報発生部８０を有する。異常診断装置１００は、学習用の振動値である学習振動値Ｓ１０と、診断用の振動値である診断振動値Ｓ２０が入力され、診断の結果が異常であった場合には異常であることを示すアラーム信号Ｓ３０を出力する。

学習値記憶部Ｂ１０は、運転状態Ａ学習振動値記憶部１０と運転状態Ｂ学習振動値記憶部２０とを有し、学習振動値Ｓ１０が入力される。運転状態Ａ学習振動値記憶部１０には、エスカレータの運転状態Ａに対応する学習振動値Ｓ１０が記憶され、運転状態Ｂ学習振動値記憶部２０には、運転状態Ａとは異なる運転状態である運転状態Ｂに対応する学習振動値Ｓ１０が記憶される。そして、運転状態Ａ学習振動値記憶部１０および運転状態Ｂ学習振動値記憶部２０に記憶された学習振動値は、学習値特徴量差分計算部５０へ出力される。

ここで、学習振動値Ｓ１０は、基準となる正常なエスカレータに設置された振動センサから取得された学習用の振動値であり、診断に先立って予め取得しておく。尚、学習振動値Ｓ１０は、診断対象のエスカレータそのものを用いて正常な状態である設置時などに取得しておいても良いし、診断対象のエスカレータそのものではなく同型の正常な学習用エスカレータを用いて取得しても良い。

また、運転状態Ａと運転状態Ｂとは互いに異なった運転状態とする。ここで、運転状態には、動いている場合だけでなく、停止している場合も含まれ、エスカレータの運転方向（昇り、下り、停止など）、運転速度（高速、通常速度、低速、停止など）などのうち少なくとも１つが異なっていれば良い。例えば、運転状態Ａが昇り運転で運転状態Ｂが下り運転である場合や、運転状態Ａが高速の昇り運転で運転状態Ｂが低速の昇り運転である場合や、運転状態Ａが昇り運転で運転状態が暗騒運転の場合などが考えられる。ここで、暗騒運転とは、エスカレータの電源は入っているが、ステップは停止した（動いていない）状態をいう。

診断値記憶部Ｂ２０は、運転状態Ａ診断振動値記憶部３０と運転状態Ｂ診断振動値記憶部４０とを有し、診断振動値Ｓ２０が入力される。運転状態Ａ診断振動値記憶部３０には、エスカレータの運転状態Ａに対応する診断振動値Ｓ２０が記憶され、運転状態Ｂ診断振動値記憶部４０には、運転状態Ｂに対応する診断振動値Ｓ２０が記憶される。そして、運転状態Ａ診断振動値記憶部３０および運転状態Ｂ診断振動値記憶部４０に記憶された診断振動値は、診断値特徴量差分計算部６０へ出力される。

ここで、診断振動値Ｓ２０を取得する際の運転状態Ａ、運転状態Ｂは、それぞれ学習振動値Ｓ１０を取得する際の運転状態Ａ、運転状態Ｂと同じ運転状態に設定する。

差分比較部Ｂ３０は、学習値特徴量差分計算部５０、診断値特徴量差分計算部６０、比較判定部７０を有し、運転状態Ａ学習振動値記憶部１０、運転状態Ｂ学習振動値記憶部２０、運転状態Ａ診断振動値記憶部３０、運転状態Ｂ診断振動値記憶部４０からの振動値を入力とし、アラーム信号Ｓ３０のトリガーを警報発生部８０へ出力する。

学習値特徴量差分計算部５０は、学習時における運転状態Ａと運転状態Ｂの振動値を入力とし、この２つの運転状態の振動値の特徴量の差分を計算して、学習時の振動値の特徴量の差分値（学習値特徴量差分値）を比較判定部７０へ出力する。２つの運転状態の特徴量の差分値を計算することで、２つの運転状態の振動値の両方に含まれているエスカレータ設置環境における環境振動の振動値を取り除くことができ、環境振動の影響を取り除いた２つの運転状態の振動値の特徴量の差分だけが残る。

尚、２つの運転状態の振動値の特徴量の差分を計算する方法としては、運転状態Ａと運転状態Ｂの特徴量としてオーバーオール値（Ｏ.Ａ.値）（二乗した値を合計してルートを取った値）を各々計算し、運転状態Ａと運転状態ＢのＯ.Ａ.値の差分を求める方法が考えられる。また、運転状態Ａと運転状態Ｂの特徴量として振動値の周波数成分を各々計算して、周波数成分毎に特徴量の差分を計算することが考えられる。ここで、周波数成分毎に特徴量の差分を計算する際には、予め所定の周波数帯域を設定しておき、この所定の周波数帯域のみで差分を計算するようにしても良いし、主成分分析を行って差分を計算する所定の周波数帯域を決定し、この所定の周波数帯域のみで差分を計算してもよい。

診断値特徴量差分計算部６０は、診断時における運転状態Ａと運転状態Ｂの振動値を入力とし、この２つの運転状態の振動値の特徴量の差分を計算して、診断時の振動値の特徴量の差分値（診断値特徴量差分値）を比較判定部７０へ出力する。２つの運転状態の特徴量の差分値を計算することで、２つの運転状態の振動値の両方に含まれているエスカレータ設置環境における環境振動の振動値を取り除くことができる。ここで、エスカレータに異常がある場合は、環境振動の影響を取り除いた２つの運転状態の振動値の特徴量の差分と、環境振動の影響を取り除いた２つの運転状態の異常振動値の特徴量の差分が残る。また、エスカレータに異常がない場合は、環境振動の影響を取り除いた２つの運転状態の振動値の特徴量の差分だけが残る。尚、２つの振動値の特徴量の差分を計算する方法は必ず学習値特徴量差分計算部５０と同じ方法に設定しておく。

比較判定部７０は、学習値特徴量差分計算部５０と診断値特徴量差分計算部６０から、それぞれ学習時の運転状態Ａと運転状態Ｂの振動値の特徴量の差分値と、診断時の運転状態Ａと運転状態Ｂの振動値の特徴量の差分値を入力とし、この２つの特徴量の差分値を比較して、異常の有無を判定し、異常があると判定した場合には警報発生手段８０へアラーム信号Ｓ３０のトリガーを出力する。

ここで、学習時の差分値と診断時の差分値との差分を計算すると、２つの差分値の両方に含まれている２つの運転状態の振動値の特徴量の差分値を取り除くことができる。エスカレータに異常がある場合は、２つの運転状態の異常振動値の特徴量の差分が残る。エスカレータに異常がない場合は、差分が生じない。２つの差分値を比較して異常の有無を判定する方法として、２つの差分値の差分を計算し、その値が予め決められた閾値以上の場合に異常と判定する方法が考えられる。

警報発生部８０は、アラーム信号Ｓ３０のトリガーを入力し、アラーム信号Ｓ３０の出力の要否を判定し、出力要と判定した場合は、アラーム信号Ｓ３０を出力する。アラーム信号Ｓ３０のトリガーが入力されたら、すぐにアラーム信号Ｓ３０を出力する方法と、入力されたアラーム信号Ｓ３０のトリガーをカウントし、カウント数が予め決められた時間内で、予め決められた閾値以上となった場合にのみ、予め決められた頻度以上であると判定し、アラーム信号Ｓ３０を出力する方法が考えられる。

アラーム信号Ｓ３０は、監視センタに通報される。また、アラーム信号Ｓ３０が出力された場合に、音や光などで異常であることを知らせてもよい。

図２は、エスカレータに振動センサを設置した概要図である。エスカレータ２００は、駆動装置２０５と、駆動装置２０５によって駆動される駆動ターミナルギア２０２Ａと、駆動ターミナルギア２０２Ａに巻き掛けられたステップチェーン２０４と、ステップチェーン２０４が巻き掛けられて従動する従動ターミナルギア２０２Ｂ、ステップチェーン２０４に連結され無端状に循環移動する複数のステップ２０３と、ステップ２０３に同期して駆動されるハンドレール２０６と、ハンドレール２０６を駆動するハンドレール駆動ローラ２０７とを有している。

異常診断装置１００による診断対象として、例えば、駆動ターミナルギア２０２Ａや従動ターミナルギア２０２Ｂに設けられたターミナルギヤベアリング２０１や、ハンドレール駆動ローラ２０７などが考えられる。図２では、ターミナルギヤベアリング２０１に振動センサ３００を設け、ハンドレール駆動ローラ２０７に振動センサ３０１を設けた例を示したが、これに限られるものではない。振動センサ３００、３０１としては、例えば加速度センサなどを用いることができる。

異常診断装置１００は図示しない任意の場所に設置され、様々な運転状態において振動センサ３００や振動センサ３０１から診断振動値Ｓ２０を取得し、異常診断を行う。この異常診断は、定期検査の際に行っても良いし、通常運行中に行っても良い。通常運行中に行えば、定期検査前に早期に監視センタに通報することができる。

また、異常診断装置１００による診断は、乗客コンベアの一種である動く歩道に適用しても良い。また、乗客コンベアに限られず、他の機械設備に適用しても良い。

本実施例の異常診断装置によれば、機械設備の異常を振動により診断する際に、学習時と診断時のそれぞれで運転状態Ａと運転状態Ｂの振動値の特徴量の差分を計算しているので、学習時と診断時とでそれぞれ環境振動の影響を取り除くことができ、学習時と診断時とで環境振動が変化した場合でも環境振動の影響を低減して誤検知を低減することができる。

また、学習時と診断時とでそれぞれ環境振動の影響を取り除いているので、学習時と診断時とで同型の異なる機械設備を用いて振動値を取得しても診断が可能である。

また、１つの振動センサを用いて、診断対象の機器の位置における環境振動を含んだ振動値を計測できるので、異なる位置に設けられた別の振動センサで環境振動を計測する場合に比べて正確な診断が可能になる。

また、運転状態Ａと運転状態Ｂとのうち一方の運転状態を暗騒運転の状態とすれば、動いているときのみ発生する異常振動をより正確に検出できる。

以上、本発明の実施例を説明してきたが、これまでの各実施例で説明した構成はあくまで一例であり、本発明は、技術思想を逸脱しない範囲内で適宜変更が可能である。また、それぞれの実施例で説明した構成は、互いに矛盾しない限り、組み合わせて用いても良い。

１０…運転状態Ａ学習振動値記憶部、２０…運転状態Ｂ学習振動値記憶部、３０…運転状態Ａ診断振動値記憶部、４０…運転状態Ｂ診断振動値記憶部、５０…学習値特徴量差分計算部、６０…診断値特徴量差分計算部、７０…比較判定部、８０…警報発生部、１００…異常診断装置、Ｂ１０…学習値記憶部、Ｂ２０…診断値記憶部、Ｂ３０…差分比較部、Ｓ１０…学習振動値、Ｓ２０…診断振動値、Ｓ３０…アラーム信号。

Claims (17)

1. 機械設備に設置された振動センサで収集した振動値に基づいて前記機械設備の異常を診断する異常診断方法において、
   前記振動センサにより学習時に収集した第１の運転状態に対応する第１の学習振動値と前記振動センサにより学習時に収集した前記第１の運転状態とは異なる第２の運転状態に対応する第２の学習振動値とから、それぞれの特徴量の差分である学習値特徴量差分値を計算し、
   前記振動センサにより診断時に収集した前記第１の運転状態に対応する第１の学習振動値と前記振動センサにより診断時に収集した前記第２の運転状態に対応する第２の学習振動値とから、それぞれの特徴量の差分である診断値特徴量差分値を計算し、
   前記学習値特徴量差分値と前記診断値特徴量差分値とを比較して前記機械設備の異常の有無を判定することを特徴とする異常診断方法。
2. 前記第１の運転状態と前記第２の運転状態とのうち一方が暗騒運転の状態であることを特徴とする請求項１に記載の異常診断方法。
3. 前記学習時に振動値を収集する機械設備と前記診断時に振動値を収集する機械設備とが同一の機械設備であることを特徴とする請求項１または２に記載の異常診断方法。
4. 前記学習時に振動値を収集する機械設備と前記診断時に振動値を収集する機械設備とが同型の異なる機械設備であることを特徴とする請求項１または２に記載の異常診断方法。
5. 前記特徴量はオーバーオール値であることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の異常診断方法。
6. 前記特徴量は振動値の周波数成分であることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の異常診断方法。
7. 前記特徴量の差分を計算する際に、所定の周波数帯域のみで差分を計算することを特徴とする請求項６に記載の異常診断方法。
8. 機械設備に設置された振動センサで収集した振動値に基づいて前記機械設備の異常を診断する異常診断装置において、
   前記振動センサにより学習時に収集した第１の運転状態に対応する第１の学習振動値と前記振動センサにより学習時に収集した前記第１の運転状態とは異なる第２の運転状態に対応する第２の学習振動値とから、それぞれの特徴量の差分である学習値特徴量差分値を計算する学習値特徴量差分計算部と、
   前記振動センサにより診断時に収集した前記第１の運転状態に対応する第１の学習振動値と前記振動センサにより診断時に収集した前記第２の運転状態に対応する第２の学習振動値とから、それぞれの特徴量の差分である診断値特徴量差分値を計算する診断値特徴量差分計算部と、
   前記学習値特徴量差分値と前記診断値特徴量差分値とを比較して前記機械設備の異常の有無を判定する比較判定部とを有することを特徴とする異常診断装置。
9. 前記第１の運転状態と前記第２の運転状態とのうち一方が暗騒運転の状態であることを特徴とする請求項８に記載の異常診断装置。
10. 前記学習時に振動値を収集する機械設備と前記診断時に振動値を収集する機械設備とが同一の機械設備であることを特徴とする請求項８または９に記載の異常診断装置。
11. 前記学習時に振動値を収集する機械設備と前記診断時に振動値を収集する機械設備とが同型の異なる機械設備であることを特徴とする請求項８または９に記載の異常診断装置。
12. 前記特徴量はオーバーオール値であることを特徴とする請求項８から１１の何れかに記載の異常診断装置。
13. 前記特徴量は振動値の周波数成分であることを特徴とする請求項８から１１の何れかに記載の異常診断装置。
14. 前記特徴量の差分を計算する際に、所定の周波数帯域のみで差分を計算することを特徴とする請求項１３に記載の異常診断装置。
15. 請求項８から１４の何れかに記載の異常診断装置を備えた乗客コンベア。
16. 前記振動センサがターミナルギヤベアリングに設置されていることを特徴とする請求項１５に記載の乗客コンベア。
17. 前記振動センサがハンドレール駆動ローラに設置されていることを特徴とする請求項１５または１６に記載の乗客コンベア。