JP7071116B2

JP7071116B2 - 端末装置

Info

Publication number: JP7071116B2
Application number: JP2017252593A
Authority: JP
Inventors: 康則末吉; 仁森田; 雅司 ▲高▼橋; 巨壹陳; 好宏藤本; 利樹武内
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2017-12-27
Filing date: 2017-12-27
Publication date: 2022-05-18
Anticipated expiration: 2037-12-27
Also published as: JP2019118079A

Description

本発明は、所定のサンプリング周期で監視対象からデータをサンプリングする端末装置に関する。

この種の端末装置では、一般に、監視対象からのデータとしてデータサンプリング時の値をＡ／Ｄ変換回路によりＡ／Ｄ変換して取得しているが、サンプリング周期の間に、監視対象の何らかの運転・故障などのイベントに伴って、サージなどの継続時間の極めて短い瞬時値が発生した場合には、この瞬時値を取得することができない。これに対し、特開２００７－２３２４９５号公報（特許文献１）には、Ａ／Ｄ変換回路の前段にピークホールド回路を設けて、サンプリング周期の間で瞬時値が発生した場合にもピークホールド回路によりそのピーク値を保持し、データサンプリング時にこのピーク値を取得することで、監視対象についてのイベントを捉えられるようにしたものが記載されている。

特開２００７－２３２４９５号公報

しかし、上記特許文献１の方法は、ピークホールド時間とリセット時間とを設けて、ピークホールド時間の間はピーク値を確実に保持しつつ、Ａ／Ｄ変換後にリセット時間が到来するようにして、同じピーク値が残り続けることなく、確実に新たなピーク値がサンプリングされるようにしていた。しかし、このようにすると、別途リセット用の回路を設けなくてはならず回路構成が複雑となり、また、Ａ／Ｄ変換後からリセット時間までの間に生じた瞬時値についてはリセットされてサンプリングすることはできなくなるという不都合があった。

そこで、サンプリング周期の間で発生した瞬時値を、確度高く且つ簡易な構成で取得し得る端末装置の実現が望まれる。

本発明に係る端末装置は、
少なくとも一部に周期的に動作する機構を備えた監視対象から所定のサンプリング周期でデータをサンプリングする端末装置であって、
前記監視対象の前記機構に起因し、且つ、周期的に変化するアナログ信号をセンサから取得する取得部と、
入力されたアナログ信号を前記サンプリング周期でデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路と、
前記取得部と前記Ａ／Ｄ変換回路との間に設けられ、前記センサからのアナログ信号のピーク値を所定の傾きで減衰させながら保持して、前記Ａ／Ｄ変換回路に出力するピークホールド回路と、を備え、
前記ピークホールド回路は、定電流ダイオードとコンデンサとを有し、
前記傾きは、前記定電流ダイオードのピンチオフ電流Ｉｐと、前記コンデンサの電気容量Ｃとの比Ｉｐ／Ｃであり、前記サンプリング周期と前記監視対象の特性周期とに応じて決定される。

この構成によれば、ピークホールド回路によりピーク値を減衰させながら保持するので、別途リセット用の回路を設けずに、簡易な構成により、ピーク値が必要以上に残存することを回避できる。ただし、サンプリング周期の間に瞬時値が生じてそのピーク値を保持しても、次のサンプリング周期までの間に０まで減衰してしまうと、結局監視対象についてのイベントを捉えることができない。そのため、サンプリング周期を考慮して傾きを決定する必要がある。一方、イベントが周期的に生じる場合、次回のイベントが生じるまでの間にピーク値が減衰していないと、周期的なイベントが発生していることを捉えることができない。そのため、傾きは、ピーク値が次のイベントの発生のときまでに十分に減衰されている必要があり、傾きは周期を考慮して決定されたものである必要もある。そして、例えば監視対象が破砕機や遠心脱水機、ポンプ等の少なくとも一部に電動機や油圧装置等で動かす回転体を備えたものや、エンジン等の少なくとも一部にピストンやシリンダ等の往復運動体を備えたものなど周期的に動作する機構を備えたものである場合にはその運転周期に関連して周期的にイベントが生じるなど、監視対象についてのイベントの周期は、監視対象の特性と関連したものであり、イベントの周期は監視対象の特性からある程度予測することができる。そこで、この構成では、傾きを、サンプリング周期と監視対象の特性周期とに応じて決定するので、サンプリング周期の間に電動機の回転数や減速後の作業機の回転数などの監視対象に瞬時値を生じさせるようなイベントが発生しても、また、そのイベントが周期的なものであっても、イベントに関連するピーク値を確度高く捕捉することができる。

１つの態様として、前記監視対象が、前記機構として回転体又は往復運動体を備えたものであると好適である。

この構成によれば、回転体や往復運動体の周期的な動作に起因するイベントに関連するピーク値を確度高く捕捉することができる。

１つの態様として、前記取得部と前記ピークホールド回路との間に、前記センサからのアナログ信号の絶対値を出力する絶対値回路を備え、前記ピークホールド回路は、前記絶対値回路の出力信号のピーク値を所定の傾きで減衰させながら保持して、前記Ａ／Ｄ変換回路に出力すると好適である。

この構成によれば、瞬時値が負の値である場合でも、その絶対値がピークホールド回路に保持されるので、瞬時値の正負に関わらず、イベントに関連するピーク値を捕捉することができる。

本実施形態に係る端末装置を示すブロック図本実施形態に係るピークホールド回路を示す図データサンプリングの概要を示す図別実施形態に係るピークホールド回路を示す図

本発明に係る端末装置の実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態に係る端末装置２は監視対象１から所定のサンプリング周期でデータをサンプリングするものであり、図１に示すように、取得部２１と、絶対値回路２２と、ピークホールド回路２３と、Ａ／Ｄ変換回路２４と、データ処理部２５と、通信部２６と、を備えている。端末装置２は、基本的には、取得部２１が、監視対象１に設けられたセンサ１１から監視対象１に関するアナログ信号を取得し、Ａ／Ｄ変換回路２４が、入力されたアナログ信号をサンプリング周期でデジタル信号に変換し、データ処理部２５により変換後のデジタル信号を処理して、通信部２６により、処理後のデータをネットワーク４を介して監視装置３へと送信するようになっている。このように、端末装置２により、監視対象１から所定のサンプリング周期で取得したデータを監視装置３に送信することにより、監視装置３によって監視対象１の監視が行えるようになっている。

そして、本実施形態の端末装置２では、破砕機や遠心脱水機、ポンプ等の少なくとも一部に回転体を備えたものを監視対象１とし、取得部２１が、その回転体に起因し、且つ、周期的に変化する振動又は電流などに関するアナログ信号をセンサから取得するようになっており、さらに、サンプリング周期の間で監視対象１に何らかのイベントが生じて、これに起因する継続時間の極めて短い振動や電流の瞬時値が発生した場合であっても、Ａ／Ｄ変換回路２４が少なくともこの瞬時値の痕跡をサンプリングでき、監視対象１に生じたイベントを確度高く捉えることができるようになっている。以下、そのための構成について説明する。

まず、本実施形態の端末装置２では、ピークホールド回路２３が取得部２１とＡ／Ｄ変換回路２４との間に設けられ、センサ１１からのアナログ信号のピーク値を所定の時定数で減衰させながら保持して、Ａ／Ｄ変換回路２４に出力するようになっている。このピークホールド回路２３により、サンプリング周期の間で瞬時値が発生した場合でも、この瞬時値を保持してＡ／Ｄ変換回路２４に出力するので、監視対象１に生じたイベントを捉えることができる。

具体的には、本実施形態では、ピーク値を所定の時定数で減衰させながら保持するため、ピークホールド回路２３は、図２に示すような一般的な回路構成を備えたものとしているが、特に、抵抗器ＲとコンデンサＣとを備えたものとしてある。より詳しくは、出力側のコンパレータＡ２からの出力電圧が、入力側のコンパレータＡ１の入力電圧に達するまでコンデンサＣが充電され、入力側のコンパレータＡ１の入力電圧が低下したときには、コンデンサＣが抵抗Ｒを介して放電を行うようになっており、これにより、ピーク値を所定の時定数で減衰させながら保持してＡ／Ｄ変換回路２４に出力するようになっている。このようにピークホールド回路２３を抵抗器ＲとコンデンサＣとを備えたものとすることにより、ピークホールド回路２３の時定数τはτ＝ＲＣとなる。そして、抵抗器Ｒの抵抗値とコンデンサＣの容量との値を調整することにより、所望の時定数τを得ることが可能になっている。

特に本実施形態では、時定数τは、サンプリング周期と監視対象１の特性とに応じて決定されるようになっている。具体的には、瞬時値が生じてそのピーク値を保持した後、Ａ／Ｄ変換回路２４によりサンプリングされるまでは、ピーク値が所定値以上保持されるように時定数τを決定する必要がある。そして、時定数τは、その時間が経過したときに初期値の約３７％になるときの時間となるが、サンプリング周期に比べ時定数τが大きくなるようにすれば、サンプリング時に少なくともピーク値の３７％以上の値が保持されることになり、そして、サンプリング周期に比べて時定数τが大きくなるようにすればするほどサンプリング時にピーク値がより高く保持されるようにできる。そのため、サンプリング時において、ピーク値の何％の値が保持されていることが必要かという観点から、時定数τの値を決定できる。

ただ、イベントが周期的に生じる場合、次回のイベントが生じるまでの間にピーク値が減衰していないと、周期的なイベントが発生していることを捉えることができない。そのため、時定数τは、次のイベントの発生のときまでにピーク値が十分に減衰されるよう、値が大きくなり過ぎないように設定する必要がある。そして、監視対象１について生じるイベントは、監視対象１の特性と関連して生じるものであるから、イベントの周期は監視対象１の特性からある程度予測することができる。例えば、ロータの周面に等間隔で複数の歯が設けられており、ロータの回転により対象物を歯で破砕するような破砕機の場合、破砕運転におけるロータの回転数をＲとし、ロータをＭ分周した位置に歯が設けられているとすると、破砕機の運転（イベントの一例）に関連するサージは、１／（Ｒ×Ｍ）の周期で発生すると考えられる。そこで、監視対象１の特性から推定される特性周期でイベントが生じたとしても、例えば時定数τをその特性周期よりも小さくするなど、その周期の間にピーク値が十分減衰するような値に時定数τの値を決定すれば、周期的なイベントが発生していることを確実に捉えることができる。

そこで、本実施形態では、時定数τを、サンプリング周期に照らして小さくなり過ぎず、且つ、監視対象１の特性周期に照らして大きくなり過ぎない適切な値に決定し、その値になるように、抵抗器Ｒの抵抗値とコンデンサＣの容量との値を調整するようにしてある。

図３を例に、時定数τをサンプリング周期と監視対象１の特性周期とに応じて決定した場合の効果について説明する。まず、センサ１１から所定のイベント周期Ｔｉでサージが生じており、サージの継続時間よりもＡ／Ｄ変換回路２４でのサンプリング周期Ｔｓが長い場合には、たまたまサンプリング時にサージが生じていなければＡ／Ｄ変換回路２４はサージを検出することができない。これに対し、ピークホールド回路２３がある場合、サージが生じてもそのピーク値を時定数τで減衰させながら保持し続ける。そして、その時定数τをサンプリング周期Ｔｓと同程度の値で、監視対象１の特性から推定されるイベント周期（特性周期）Ｔｉよりも小さな値に設定していると、次のサンプリングのときまではピーク値は一定以上保持されるのでＡ／Ｄ変換回路２４はサージの痕跡を検出することができ、且つ、次回のサージまでにピーク値は減衰するので周期的なイベントが発生していることも検出できる。

また、本実施形態では、取得部２１とピークホールド回路２３との間に、センサ１１からのアナログ信号の絶対値を出力する絶対値回路２２を設け、ピークホールド回路２３が、絶対値回路２２の出力信号のピーク値を所定の減衰時定数で減衰させながら保持して、前記Ａ／Ｄ変換回路２４に出力するようになっている。これにより、監視対象１からの瞬時値が負の値である場合でも、その絶対値がピークホールド回路２３に保持されるので、瞬時値の正負に関わらず、イベントに関連するピーク値を捕捉することができる。

このように、本実施形態に係る端末装置２によれば、サンプリング周期の間に監視対象１に瞬時値を生じさせるようなイベントが発生しても、また、そのイベントが周期的なものであっても、イベントに関連するピーク値を確度高く捕捉することができる。

〔その他の実施形態〕
最後に、本発明に係る端末装置のその他の実施形態について説明する。なお、以下のそれぞれの実施形態で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することも可能である。

（１）上記の実施形態では、ピークホールド回路２３を抵抗器ＲとコンデンサＣとを備えた図２の回路構成とし、時定数τで減衰しながらピーク値を保持するものとした構成を例に説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されず、ピークホールド回路２３の回路構成は、センサ１１からのアナログ信号のピーク値を所定の時定数又は傾きで減衰させながら保持することができ、また、その時定数や傾きを所望の値に設定可能なものであれば、適宜変更可能である。例えば、図４に示すように、抵抗Ｒに代えて定電流ダイオードＣＲＤを用いた場合、定電流ダイオードＣＲＤのピンチオフ電流をＩｐとすると、ピーク値をＩｐ／Ｃの傾きで減衰させることができる。そのため、サンプリング周期と監視対象１の特性とに応じて傾きを決定すれば、時定数τを適切に決定した場合と同様に、サンプリング周期の間に監視対象１に瞬時値を生じさせるようなイベントが発生しても、また、そのイベントが周期的なものであっても、イベントに関連するピーク値を確度高く捕捉することができる。

（２）上記の実施形態では、監視対象１を少なくとも一部に回転体を備えたものとした構成を例に説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されず、監視対象は、少なくとも一部に周期的に動作する機構を備えたものであり、取得部２１が監視対象１のかかる機構に起因し、且つ、周期的に変化するアナログ信号をセンサ１１から取得できるようなものであればよく、例えば、監視対象１がエンジン等の少なくとも一部にピストンやスライドなど一定の周期で動作する機構を備えた往復運動体を備え、往復運動体による振動や圧力などの波形が周期的に変化するものであってもよい。

（３）上記の実施形態では、絶対値回路２２を用いた構成を例に説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されず、絶対値回路２２を用いないようにしてもよい。

（４）その他の構成に関しても、本明細書において開示された実施形態は全ての点で例示であって、本発明の範囲はそれらによって限定されることはないと理解されるべきである。当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜改変が可能であることを容易に理解できるであろう。従って、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で改変された別の実施形態も、当然、本発明の範囲に含まれる。

本発明は、監視対象装置に取り付けたセンサからデータをサンプリングする端末装置に利用することができる。

１監視対象
１１センサ
２端末装置
２１取得部
２２絶対値回路
２３ピークホールド回路
２４Ａ／Ｄ変換回路

Claims

少なくとも一部に周期的に動作する機構を備えた監視対象から所定のサンプリング周期でデータをサンプリングする端末装置であって、
前記監視対象の前記機構に起因し、且つ、周期的に変化するアナログ信号をセンサから取得する取得部と、
入力されたアナログ信号を前記サンプリング周期でデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路と、
前記取得部と前記Ａ／Ｄ変換回路との間に設けられ、前記センサからのアナログ信号のピーク値を所定の傾きで減衰させながら保持して、前記Ａ／Ｄ変換回路に出力するピークホールド回路と、を備え、
前記ピークホールド回路は、定電流ダイオードとコンデンサとを有し、
前記傾きは、前記定電流ダイオードのピンチオフ電流Ｉｐと、前記コンデンサの電気容量Ｃとの比Ｉｐ／Ｃであり、前記サンプリング周期と前記監視対象の特性周期とに応じて決定される端末装置。
前記監視対象が、前記機構として回転体又は往復運動体を備えたものである請求項１に記載の端末装置。
前記取得部と前記ピークホールド回路との間に、前記センサからのアナログ信号の絶対値を出力する絶対値回路を備え、
前記ピークホールド回路は、前記絶対値回路の出力信号のピーク値を所定の傾きで減衰させながら保持して、前記Ａ／Ｄ変換回路に出力する請求項１又は２に記載の端末装置。