JPH01153881A - オンライン弁診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、オンライン診断弁監視装置に関し、特に１発
電所に見られるような複雑な配管回路網における弁を監
視するための装置に関する。

１１狡五二皿思 電力調査学会（ＥＰＲＩ）及び原子力規制委員会（ＮＲ
Ｃ）によって資金提供された最近の研究は、年間のプラ
ント保守の３０％から５０％までが弁に対して向けられ
ているという事実にも拘わらず、原子力及び化石燃料の
双方の発電プラントは、弁の故障によりかなりの数の運
転停止もしくは機能停止を受けている。化学処理プラン
ト、パルプ及び紙プラント、オフ・ショア・プラットフ
ォーム（ｏｆｆ　５ｈｏｒｅ　ｐｌａｔｆｏｒＩｌｌｓ
）　、軌道を回る人工衛生の電力システム、並びに原子
力潜水艦を含むほとんどの原子力附勢装置のような他の
設備も、弁故障により混乱もしくは崩壊され得る複雑な
配管系を有している。かかる配管系の複雑さは、比較的
短期間の間に弁が故障する可能性を、実質的に避けられ
ないものとしている。

例えば、代表的な発電プラントは、５，０００から１０
，０００の弁を有し得る。これらのうちほぼ５％から１
０％は、プラントで電気の発生を維持するために重要で
ある。保守努力にも拘わらず、弁の故障により、余儀な
い機能停止が３箇月から４箇月ごとに発生するのが普通
である。さらに、大きい弁が故障した場合、機能停止は
３週間以上に渡って継続し得る。

この状況を回避するため多くの努力が為されてきた。機
能停止の発生の可能性を最小にするため、弁の製造者は
、通常、弁の寿命及び保守間隔を相当控え目に見積もる
。電力会社は、弁の保守もしくは取り替えを計画するこ
とによって応答してきた。この保守もしくは取り替えの
計画は、弁に問題があるか否かにかかわらず行われてき
た。これら２つの要因は結合して過度に高い保守価格を
もたらす。代表的には、年間のプラント保守の３０％は
弁に向けられ、成るプラン１〜においては全保守の５０
％が弁に関係している。

これらの努力にも拘わらず、弁により生じる運転停止は
発生続ける。南東の主な利用設備もしくは公益事業は、
我が国における最も保守回数の多い原子カプラントの１
つを有しているものと認められる。８０年代の始めにお
いてさえ、このプラントは、弁に関係した原因により１
年につき２週間の余儀ない運転停止を経験している。

弁の故障により生じる余儀ない運転停止を減じる一方で
、高価格の不必要な保守を減じる試みが為されてきた。

１つの試みは、特定の弁及び配管系の特定の場所に対す
る弁故障の統計的な歴史に基づいて保守を計画すること
であった。他の努力は、弁を検査して保守が必要とされ
るときを決定することに向けられてきた。この必要性に
適うように試みたいくつかの種々の装置が、プロジェク
）　２２３３−２に対する１９８５年１１月の中間報告
（Ｉｎｔｅｒｉｍ　Ｒｅｐｏｒｔ）　ＥＰＲＩ　ＮＰ−
４２５４に記載されている。

このＥＰＲＩ報告に要約されている１つの技術は、電動
操作弁（ＭＯＶ）のモータ電流、制御スイッチのドリッ
ピング、及び弁棒スラストを間接的に測定する°゛ばね
バック″の移動、を測定する装置である。これらの測定
を行うように用いられる通常の装備は、測定装置ごとに
一度に１つの値を測定することができ、そして該装備が
瞬間的にのみ接続されることを必要とする。センサから
生ずる信号軌跡は記録されて人間の専門家によって分析
され、弁が正当に調整されて動作しているか否かを決定
する。結果として、弁が保守を必要としているというこ
とが決定されたとき、該弁を直ちに修理するための運転
停止を延ばすべきか否か、すなわち次の運転停止（計画
されている場合でもされていない場合でも）が発生する
まで待つべきか否かについて決定しなければならない、
この装置は、米国機械学会（Ａ　Ｓ　Ｍ　Ｅ　）の出版
物８４−ＨＥ−１６、及びＣｈａｒｂｏｎｎｅａｕ等に
１９８５年９月２４日発行された米国特許第４．５４２
．６４９号に詳細に記載されている。この装置は、弁も
しくはモータ・オペレータにおける機械的摩耗、不当に
調節された制御スイッチ、モータの電気系の劣化、及び
弁の不当なパツキンもしくは潤滑を検出することができ
るよう要求されている。

この装置によって与えられる診断は有用ではあるが、重
大な欠点がある。電動操作弁のばねパックを用いた棒ひ
ずみの間接的な検出は、直接的な検出よりも情報の提供
量が少なく、誤差の可能性をもたらす０代表的なプラン
トにおける２５０から１　、ＯＯＯの重要な弁が有る場
合、運転停止中に該重要な弁の各々を設置して検査する
に要する時間は手が出せないほど高価である。多くの検
査ステーション及び人力を用いなければならないか、も
しくは長期間の運転停止を継続しなければならず、そう
でなければ、各運転停止ごとに重要なもしくは不可欠な
弁の一部分しか検査されない。さらに、人間の専門家に
よる分析のために要する時間は、運転停止を終わらせる
ことにもしくは故障の弁を修理することに一層の遅れを
生じることが避けられない。

これらの欠点の結果として、ＥＰＲＩプロジェクト２２
３３−２　は、モータ操作弁もしくは電動操作弁に、検
査可能なマイクロプロセッサ制御システムを用いること
を必要とした。かかるシステムは、モータの動作に関す
る情報の量を多く提供するが、弁の機械的な操作に関し
てはほとんど情報を提供しない。それ故、弁棒の伸びを
検出するために、ＥＰＲＩプロジェクトには超音波セン
サが用いられた。このようなセンサを用いた場合、上述
した最初の装置のように、有用な情報のすべてを提供す
ることができない。加うるに、ＥＰＲ■プロジェクトは
、多数の弁に対するデータ収集及びデータ分析の問題を
扱わなかった。

複雑な配管系のための弁診断の改良された方法に対して
長い間感じられてきた必要性は、他の技術の発展を誘発
してきた。例えば、モータ電流信号の分析が、オークリ
ッジ国立研究所（ＯＲＮＬ）でｌ１ａｙｎｅｓ及びＥｉ
ｓｓｅｎｂｅｒｇによって行われてきた。米国エネルギ
ー省によれば、この仕事は米国特許出願シリアル番号０
６／９１３，１９３となっており、参考のためここに組
込まれている。該米国特許出願のコピーはエネルギ省（
ＤＯＥ）から入手可能であり、従って、これらの技術は
対象出願が出願されたものとして既知である。結果とし
て、該米国特許出願の内容は、モータ電流軌跡を分析す
る当該者の知識を記載するものとして考慮され得る。

電力プラントの運転にとって不可欠もしくは重要な多く
の弁、及び保守を必要とする多くの弁は、従来技術の“
−度に１つ″の装置を極度に効率の悪いものとしていた
。答弁に関する検査を行うために相当量の時間と価格が
必要とされ、そして次に人間の専門家によって一度に１
つの弁づつデータを分析しなければならない、これらの
問題は電力プラントに独特のものではなく、石油プラン
ト、パルプ及び紙プラント、並びに原子力の実質的にす
べての適用を含めた、多くの弁を有するほとんどのいず
れの複雑な配管系にも発見され得る。原子炉の近くの弁
の場所に検査装置を持ってくることを必要とする技術を
用いる場合には、保守職員は不必要な放射線に露出され
ることにもなる。

１肌立見１ 本発明の目的は、故障してしまう前の異常の弁、すなわ
ち初期の故障検量を診断することによって配管系の利用
可能性を増加することにある。

本発明のもう１つの目的は、必要時にのみプラント内の
使用中のユニットに保守を行う′ことによって保守の必
要性を減じるようにすることである。

本発明のさらにもう１つの目的は、全プラント運転状態
において連続監視ができるプラント監視装置を提供する
ことである。

本発明のさらなる目的は、保守に必要とされる時間を増
加することなく、弁に行われる保守を評価することがで
きる弁診断装置を提供することである。

本発明のもう１つの目的は、計画されている運転停止で
あっても計画されていない運転停止であっても、該運転
停止の始まる前に保守を必要としている弁を首尾よく識
別することができる弁保守診断装置を提供することであ
る。

本発明のさらにもう１つの目的は、異常の原因を識別し
、それにより使用中ユニットの解体に先立って、監視さ
れている該使用中ユニットの修理に必要な部品を識別す
るプラント運転監視装置を提供することである。

本発明のさらなる目的は、弁へのアクセスが困難もしく
は危険な場合であっても、弁の遠隔監視を行うことがで
きる弁監視装置を提供することである。

本発明のもう１つの目的は、未熟な個人によって使用可
能な形態で情報を提供しつつ、監視を監督するために小
人数の職員だけしか必要としない監視装置を提供するこ
とである。

本発明のさらにもう１つの目的は、同じ弁上の異なった
センサにより提供される信号を用いることによって、１
つのセンサからの信号に基づく診断を確認することがで
きる弁診断装置を提供することである。

本発明のさらなる目的は、摩耗もしくは誤調整の兆候を
示す弁の有効寿命を予報することができる弁診断装置を
提供することである。

本発明のもう１つの目的は、同じプラントもしくは異な
ったプラントにおける類似の使用中ユニットを比較し、
特定の応用におけるユニットもしくは特定の製造業者か
らのユニットでの一般的な問題を識別することができる
プラント運転監視装置を提供することである。

上述の目的は、弁の不当な動作を診断するためのオンラ
イン弁診断装置であって、 各々が弁の異なった動作特性を同時に感知して対応のセ
ンサ信号を生成するセンサと、該センサ信号を伝送する
ためのデータ収集手段と、 該センサ信号を処理して被処理信号を生成すると共に、
該被処理信号を比較して弁の診断を生成する処理手段と
、 該弁の診断を出力する出力手段と、 を備えたオンライン弁診断装置を提供することによって
達成される。

弁を操作するモータによって引き出される電流を検出す
るためのモータ電流センサ、弁棒の引張り、圧縮及び位
置を検出するために弁内の弁棒に結合されたひずみ及び
位置センサを含め、弁ごとに少なくとも３つのセンサが
あるのが好ましい。

この装置は、ベースライン・データ及び歴史的データを
記憶するためのデータ記憶手段を含むのが好ましい。処
理手段は、センサ信号をベースライン・データと比較し
て該ベースライン・データと比例したベースライン・デ
ータからの偏差を決定することにより、弁の各々からセ
ンサ信号の特性的特徴を抽出し、これにより該特性的特
徴は無次元であるようにした信号処理手段を含むのが好
ましい。信号処理手段はまた、センサ信号及び該センサ
信号に対応したベースライン・データ間の偏差の大きさ
に依存して、特性的特徴の各々に対し意味有る指示を提
供するようにするのも好ましい。

処理手段はまた、センサ信号における偏差を生じる異常
の診断を提供するよう専門家システムのルール・ベース
を適用することにより特性的特徴を評価し、かつ弁の診
断に対する信頼性係数を決定するように偏差を比較する
ための診断装置を含むようにするのも好ましい。センサ
信号における変化傾向を検出するように歴史的データを
分析して、保守の予想勧告を供給するための分析手段を
提供することも好ましい。

他の目的及び長所と一緒に、上述の目的は、本発明の部
分を形成する添付図面を参照して以後詳細に説明される
構成及び動作の説明から明瞭となるであろう。なお、図
面全体を通して同様の参照数字は同様の部品を示す。

適ｔ−の；■ 従来技術の欠点は、弁を連続的に監視し、かつそれらの
動作における異常を記録するオンライン弁診断装置を提
供することによって克服される。第１図には１つの弁２
０だけが示されているが、本発明による装置によって監
視され得る弁の数は、用いられる設備の容量によっての
み制限される。

従って、好適な実施例を以下に説明するが、本発明はか
かる設備での使用に制限されるものではない。

本発明による装置において監視される弁は、弁制御２２
として第１図に示されるいくつかの遠隔手段によって制
御される。電力発電所においては、代表的には、発動操
作される弁（ＮＯＶ）が用いられ、第１図の弁２０は１
つのＮＯＶとして示されている。しかしながら、本発明
が適用され得る他の環境では、遠隔的に制御される弁の
他の型が用いられる。かかる環境では当該好適な実施例
に対していくつかの変更が必要とされるが、以下にそれ
ら変更について言及する。

第２図は、電動操作弁の部分断面図である。本発明によ
る弁診断装置によって監視される答弁は、弁の種々の動
作特性を同時に感知するために、該弁診断装置に結合さ
れたセンサを有している。これらのセンサは、弁によっ
て用いられる電力の指示を与えるための電力感知手段を
含んでいるのが好ましい。ＮＯＶのための電力感知手段
は、弁２０を附勢するモータもしくは電動機２６によっ
て流される電流を検出するための電動電流センサ２４で
あって良い。石油化学プラント内で用いられる変速弁の
ような成る応用においては、電圧もしくはワット数セン
サ（図示せず）もまた望ましい。

かかるセンサはまた、他の読みに影響する、モータに供
給される電圧の揺らぎを検出するためにも有用である。

空気的に制御される弁においては、弁を附勢するために
必要な空気圧力を検出するために圧力センサもしくは流
量計が用いられる。電圧感知手段２４に加えて、弁２０
は、弁棒３０の引張り及び圧縮を直接感知するために、
棒ひずみ感知手段２８によって監視されるのが好ましい
。

ちょう形弁においては、棒トルクが測定される。

さらに、センサは、弁棒３０の位置及び間接的には走行
速度を感知するための位置感知手段３１を含んでいるの
が好ましい。

第２図に示したような、例えば１．５インチの小さい球
形弁に対しては、清潔で安全な環境において、電流感知
手段は、シンプソン・クランプ型式（ＳＩＭＰＳＯＮ　
Ｃｌａｍｐ　Ｍｏｄｅｌ　）　１５０電流計もしくは交
流器によって与えられ得、ひずみ感知手段は、弁のシー
ルの直ぐ上に取付けられる旧ＣＲＯ−ＨＥＡＳＵＲＥＭ
ＥＮＴＳのデュアル橋形ひすみ計によって与えられ得、
そして位置感知手段は、２インチの道程を有する５ＣＩ
（＾εＶＩＴＺ　ＬＶ［ｌＴ位置センサであって良い。

より大きい弁においては、抵抗すべり線もしくは締めな
わ型（１ａｎｙａｒｄ（ｙｐｅ）位置センサが価格を減
じるために好ましいであろう、これらのセンサは、監視
されている弁の大きさ及び場所に適した、同じ型の測定
を行うことができる他のセンサと置換えられ得る。

これら３つのセンサは結合して、弁に関する多量の情報
を提供することができるが、特定の弁に生じる特定の問
題を検出するために、付加的なセンサが用いられても良
い。例として、第２図には、弁棒軸線に沿って位置付け
られた加速度計３２、弁棒３０を取り囲むシールにおけ
る湿気／湿度センサ３４、及び弁体３８上に装着された
音響放出変換器３６が示されている。これら付加的なセ
ンサによって生成される信号は、”ａ”で示された点線
で第１図に示されており、一方、電流、位置及びひずみ
センサは、それぞれＡ、Ｘ、Ｅで第１図に示されている
。

これらセンサ信号は、該センサ信号を遠隔場所に伝送す
るためにデータ収集手段によって受信される。この目的
のために用いられ得るデータ収集装置の多くの型がある
が、弁が原子力設備内にある場合は、最小数のワイヤを
有するデータ収集装置を用いることが望ましい。かかる
データ収集装置の一例はウェスチングハウスによって製
造されている。１９８６年、１１月２０日に出願された
、米国特許出願番号第９３４．２３８号明細書に記載さ
れ、ここに参照によって組込まれているこの装置におい
て、主な配線通路４０は同軸ケーブルから成り、ドロッ
プ（ｄｒｏｐｓ）　４２の各々は４つのセンサ信号を取
扱うことができ、該４つのセンサ信号は、周波数多重化
されて、他の弁からのセンサ信号と一緒に同軸ケーブル
４０を渡ってＩ１０プロセッサ４４に伝送される。もう
１つの代替物は、通常の知能的なデータ収集システムを
用いることである。換言すれば、診断プロセッサ４６が
らの指令を受信することができるデータ収集システムも
しくは装置が、いくつかのチャンネルを介してデータ収
集を制御するために用いられ得る。低価格の配線、及び
改善された雑音からの分離の双方のため、最初の装置が
好ましい。

これらのデータ収集システムのいずれかを用いて、１０
０〜２００の臨界もしくは“キー°゛弁からのセンサ信
号が単一のシステムを用いて伝送され得る。もし弁診断
装置によって監視されるべき弁の数が単一のデータ収集
システムもしくはＩ１０プロセッサ４４の容量を超える
ならば、付加的な信号通路４０もしくはＩ１０プロセッ
サ４４が追加され得る。

第２のシステムにおけるドロップもしくはセンサ処理モ
ジュール（ＳＰＭ）　４２は、２２３サンプル／秒の割
合でセンサをサンプルし、かつ多重化する。結果の信号
は、１２８の搬送周波数もしくはチャンネルの１で周波
数変調に変換される。搬送周波数は、ＳＰＨにおいて選
択可能な飛越しもしくはジャンプである。さらに、電力
は同軸ケーブルを介して供給され、従ってセンサへの別
々の電力給電は、不必要である。Ｉ１０プロセッサ４４
は、１２８の周波数のいずれも受信することのできる受
信器を含んでいる。

第１図に示したように、Ｉ１０プロセッサ４４に加えて
、オンライン弁診断システムの残りのユニットが遠隔場
所に配置されている。これらのユニットは、診断プロセ
ッサ４６、大容量記憶装置ユニット４８、ルールを基に
した専門家システム５０及びオペレータ・ステーション
５２を含んでいる。少ない数の弁を監視する装置におい
て、これらのユニットの５つのすべては、パーソナル・
コンピュータにおけるプロセッサ、例えばＩＢＭＰＳ２
型式７０のような単一のプロセッサによって制御され得
る。第３図及び第４図に示したフローチャート及びブロ
ック図において、処理の物理的配分は、監視されるべき
弁の数及びプロセッサのパワーによって決定されるので
、これらの５つのユニットの物理的分離は描かれていな
い。従って、以下の説明は、第１図に別々のブロックと
して示されている機能差に関するものであり、単一の物
理的プロセッサ上で実行され得るものである。

また、大きい装置におけるＩ１０プロセッサ４４に関し
て上述したように、単一の機能は、１つ以上の物理的プ
ロセッサに渡って配分され得る。

第３図に示すように、最初のステップ５４は、装置を初
期設定することである。このステップは、例えば、機能
停止中に保守が行われた後オンライン弁診断装置がオン
とされたときのようにデータベースが充分に設定されて
しまっているか、もしくはシステムがプラントで最初に
用いられようとしているが応じて変わる。もしデータベ
ースが設定されていないならば、最初にシステムを構成
することが必要である。第４図に示すように、主メニュ
ー５６は、入力の型を指示するために構成ルーチン５８
を選択するよう用いられる。第４図に示したオプション
は、上述したようなセンサ・ハイウェイ６０、ポータプ
ル・レコーダ６１、もしくは他のデータ収集システム（
ＤＡＳ）６２を含んでいる。

さらに、データ・ベースを構成することが必要である。

弁の各々からのデータを傾向分析のために記録すべき頻
度は、構成データ・ベース９４内に定義されている。い
くつかのバルブは数ケ月に測定される頻度で附勢され（
開かれるもしくは閉じられる）、その他の弁は１日に数
回附勢される。

より少ない頻度で附勢される弁からのデータは弁が附勢
されるごとに記憶するのが望ましいが、より多い頻度で
附勢される弁からのデータは、周期的に、もしくは異常
が生じたときに記録されるだけである。データを記録す
るこの頻度は、システムの構成中に指定される。さらに
、各ファイルに対して異なった記憶規準を持たせて、歴
史的データを短期間、中期間、及び長期間データに分け
ることが望ましい。例えば、短期間ファイルには最後の
２０の附勢が記憶され、中期間ファイルには、おそらく
、短期間ファイル内の２０エントリごとに取られる短期
間ファイルの平均の１０個が記憶され、そして長期間フ
ァイルには、１０エントリごとに収られる中期間ファイ
ルの平均が記憶される。

監視されるであろう弁がもちろん識別されなければなら
ない。弁性能の規準は一般的なものであるが、答弁から
のセンサ信号は、独自に判断されなければならない。最
初に、ベースライン・データが創設されかつ記憶される
べき方法を決定するために、ベースライン形成６６を実
行することが必要である。ベースライン・データは、各
々の弁の各々のセンサからの信号に対する平均及び標準
の偏差を決定するために、例えば、弁の最初の１０の附
勢を記録することによってブロック６８内に創設もしく
は維持される。このデータは次に、大容址記憶装置ユニ
ット４８内に記憶される。

第５図は、診断プロセッサ４６が主メニューブロック５
６を実行しているときの、オペレータ・ステーション５
２における表示の一例である。第５図に示すように、シ
ステム構成は、オプション１２を用いていつでも修正さ
れ得る。このことは、付加的な弁を加え、かつ別のデー
タ収集システムを用いることを可能にすることによって
、大いに柔軟性をもたらす。またシステム構成内には、
サンプリング・プロトコル７０（第３図）も含まれてい
る。該プロトコルは、たとえより多い頻度で附勢される
弁が同時に附勢されているとしても、より少ない頻度で
附勢される弁がいつでもサンプリングされるのを確実に
する。同様に、より重要性の有る弁は、より重要性の少
ない弁より高いサンプリングの優先順位を有し得る。例
えば比較的度々附勢される弁が急速に劣化していること
に気付いたので、該弁のすべての附勢を永続的に保存す
ることが望ましいようなとき、主メニュー上のオプショ
ン１２は、このサンプリング・プロトコルを変えるのを
可能とする。

第２に、専門家システムのルール・ベースが初期設定さ
れなければならない。このプロセスは、専門家システム
の動作の説明と一緒に以下詳細に述べられる。

システムが構成されると、第３図に示されたフローが続
けられ得る。第５図に示した主メニューがステップ５６
で表示される。次に、オプションの１つが選択されるの
を待つ間、Ｉ１０プロセッサ４４はステップ７０のサン
プリング・プロトコルで始まるループに入る。与えられ
た時間において附勢されている最高優先順位の弁がサン
プリング・プロトコル７０によって選択され、そして制
御はステップ７２のサンプル・データに通される。

上述したように、Ｉ１０プロセッサ４４は、サンプリン
グされている弁に対するセンサ信号を受信するよう受信
器に命令し、そしてこのデータは、ステップ７４でのデ
ータ抽出のために一時的に記憶される。

弁監視装置に用いられるデータ抽出プロセスは、構成デ
ータベースによって定義されており、答弁に適合するよ
うにされる。最初の決定は、監視されている弁の型を判
断することである。基本的な弁の型は、第２図に示され
るような球形弁、ゲート弁、ちょう形弁、膜弁等を含ん
でいる。各型の弁は、異なった弁及び同じ型の異なった
寸法に対して同様の総称的信号゛記号ｓｉ［？ｎａｔｕ
ｒｅ”を有する。

第２図に示した球形弁に対する信号記号の一例が第６図
に示されている。大容量記憶装置４８内に記憶されたベ
ースライン・データは、各々の信号に興味のある点もし
くは範囲に対して、平均値（特徴）とこれらの平均値か
らの標準偏差とを提供する。成る弁に対してサンプリン
グされた信号は、モータ電流信号における点１１のよう
なピークの発生及び点工２のような谷の発生を見付ける
よう走査され得、このことは、たとえこれらの極点がベ
ースラインの平均における点と同じ時刻に生じなくても
行われる０発生時刻並びに値における偏差が検出され得
、これら偏差は、ベースライン・データとの比較によっ
て、動作特性、例えばモータ電流の感知に応答して、ベ
ースライン・データからの偏差の程度を決定するために
用いられ得る。

例えば、ベースライン・データにおける極点■１及びＩ
２に対する標準偏差が、サンプリングされたデータのベ
ースライン・データからの偏差と比較され得る。もしい
ずれかの点でサンプリングされたデータにおける偏差が
標準偏差より大きいならば、その信号は異常として認め
られ、ステップ７８での診断のために専門家システムに
通され得る。ステップ７４のデータ抽出から処理信号と
して出力される特性的な特徴が無次元であるように、標
準偏差、もしくはサンプリングされたデータのベースラ
イン・データからの偏差の比例の他の適当な何等かの測
度が用いられる。例えば、センサ信号における興味のあ
る各点もしくは範囲に対応する特性的な特徴は、ベース
ライン・データとして収集される平均の標準偏差に対す
る、当該特性的特徴のためのサンプリング・データの関
係に依存して、普通、高い、非常に高い、低いもしくは
非常に低い、として示され得る。このことは、センサ信
号及びそれに対応するベースライン・データ間の偏差の
大きさに依存して、各々の特性的特徴に対する重要な指
示を提供する。

Ｉ１０プロセッサ４４はまた、極点の発生の平均時刻か
らの時刻偏差が検出され得るように、センサ信号のタイ
ミングを与えるための時刻感知手段をも含んでいる。さ
らにかかる手段は、時間対弁棒の位置における変化に依
存して、弁棒の速度が特性的特徴として出力されるのを
可能にする。

診断プロセッサ４６もしくはデータ抽出ステップ７４か
ら処理信号として出力される特性的特徴は、第６図の点
■３及び１５間の直線■４によって示される移動中のモ
ータ電流と、Ｓ７で示されたまっすぐな水平線によって
示されるこの時間期間中の棒ひずみとを含んでいるのが
好ましい。弁棒の速度は、Ｐ５で示される対角線の勾配
として第６図に示されている。

第３図に示されるフローチャートでの次のステップは、
データ抽出ステップ７４及び決定ステップ７６から出力
された特性的特徴に基づいたセンサ信号を記録すべきか
否かを決定ステップ７６において決定することである。

はとんどの場合において、もし特性的特徴がベースライ
ン・データからの偏差を示すならば、抽出されたデータ
は記憶されるであろう。さらに、意味ある量を逸脱しな
いデータは、弁の歴史的データを提供するために大容量
記憶装置ユニット４８内に周期的に記憶され得る。記憶
されるデータは、傾向分析が一層精密な数値データに基
づいて後日行われ得るように、無次元の特性的特徴より
むしろセンサ信号のずべてもしくは重要な部分の数値で
あって良い。

次の決定は、特性的特徴が専門家システム（第４図のモ
ジュール７つ）に通されるべきであるか否かをステップ
７８において決断することである。

一般的に言えば、もしベースライン・データからの何等
かの偏差があるならが、サンプル・データのファイル名
は、ステップ８０において専門家システムに通され、そ
こで、弁診断がルール・ベースを用いてステップ８２で
行われる。第１図に示したよ′うに、ルール・ベースの
専門家システム５０は、別の物理的プロセッサであって
良いが、代表的には、診断プロセッサ４６と結合される
。

今日、市場で入手可能な多くの型の専門家システム開発
パッケージがある。例えば、ＰＥＲ５０ＮＡＬＣＯＮＳ
ＵＬＴＡＮＴ　ＰＬＵＳ　（ＰＣ−Ｐｌｕｇ　）は、テ
キサス・インスツルマント（ＴＩ）及びＩＢＭのハード
ウェアで実行するテキサス・インスツルマント（ＴＩ）
かた入手可能な専門家システム開発シェル（Ｓｈｅｌｌ
）である。

ベースライン・データからの偏差のありそうな原因を診
断するために、ＰＣＰｌｕｓのような専門家システム・
シェルを用いることに対する多くの長所がある。長所の
１つは、ルールもしくは規則が相互に独立しており、容
易に変更を行うのを可能にするということである。・さ
らに、ＰＣプラス（Ｐｌｕｓ）の推論［４及び同様のシ
ェル・プログラムは、競合する診断のための、及び競合
する診断に対する証拠の収集を大いに容易にする。ＰＣ
Ｐｌｕｓによってもたらされる特定の長所のいくつかに
は、確実性の要因に基づいて種々の推論機構を実施する
ための能力、推論プロセスを英文で説明するためのオプ
ション、プロセスの現在の状態を表わす活動的なイメー
ジの有用性診断ルールについて推論できるメタ規則（ｍ
ｅｔａ−ｒｕｌｅｓ　）を実施するための能力、そして
専門家システム・ルール・ベースの開発及び保守を助成
し、かつシステムと相談中のユーザを援助する多数の有
用関数への簡単なアクセス、がある。

ルールもしくは規則は、弁の各型の実験室での検査に基
づいて定義される。最初に、監視されている各々の弁に
対して大容量記憶装置４８内に記憶されるものと同様の
ベースライン・データが検査弁の正常動作に対して記録
される。次に、例えば電力プラントにおける弁がどのよ
うにして故障するかを示す多くの研究に基づいて代表的
な故障が模擬される。例えば、０．００５インチの小さ
い障害物が弁座に置かれ得、棒パツキンが特定の値から
締め付けられたり、ゆるめられなりされ得、そして位置
及びトルクのリミタ・スイッチの設定が誤って調整され
得る６３つの（もしくはそれ以上の）信号の軌跡におけ
る１扁差が記され、次に観察された偏差に基づいて、ル
ールもしくは規則が書き込まれ得る。さらに、弁の保守
もしくは設計に関して当該技術における通常の熟練度を
有する者は、生じ得る故障の型とそれらに関連のセンサ
信号の重要性とに関する個人的知識（発見的手法による
知識）に基づいて、付加的なルールもしくは規則を加え
ることができる。このプロセスの終わりで、ルール・ベ
ースは、特性的特徴を示す処理信号を、既知の偏差及び
それらの原因間の対応関係を定義する規則（ルール）と
比較して、弁の診断を生成する診断手段を提供する。

球形弁に対する一組のルールの一例が、弁体内への球体
の“焼付き°′もしくはきさげ仕上げの状態に対して提
供され得る。弁体内への球体の焼付きは、モータ駆動電
流Ｉ４（第６図）における増加と、間中の圧縮棒ひずみ
Ｓ７（第６図）における増加に帰結する。間中、モータ
駆動電流は、再度高くなり、そして棒における引張ひす
みも高くなる。しかしながら、これらの同じ徴候はまた
パツキンの膨張によっても起こり得る。他方、パツキン
の膨張はまた、弁が閉じるとき、係合電流Ｉ３及び閉じ
た元ひずみＳ３に対する高い値によって伴われ、また、
弁が開くとき、係合電流及び開いた元ひずみに対する高
い値によっても伴われる。

信号を統括する規則（ルール）の組は、実質的にＰＣＰ
ｌｕｓから英語で出力されるような２．３の規則（ルー
ル）を含む付録に示される方法で、弁体内への球体の焼
付き及びパツキンの膨張のための診断における信頼性を
加減する。

原因及び偏差間の他の関係は、実験室での手続き、及び
個人的かつ一般的知識の応用に従事することによって当
業者により提供され得る。例えば、エネルギ一部門を通
して得られる０ＲＮＬにおけるＨａｙｎｅｓ及び　Ｅｉ
ｓｓｅｎｂｅｒｇによる研究は、モータ電流における異
常及び弁における故障間の関係について詳細な情報を提
供する。

単一のサンプルに対する特性的特徴に専門家システムの
ルール・ベースを適用することに加えて、専門家システ
ムはまた、大容量記憶装置ユニット４８内に記憶された
歴史的データを分析することによってセンサ信号の変化
傾向を検出するための傾向分析手段を提供するためにも
用いられる。正常ではない特性的特徴ごとに、時間対偏
差の曲線が良く知られた回帰方法によって分析的に生成
され得る。これらの曲線に基づいて、未来のいずれの時
刻においてもセンサの状態は、電流傾向が依然として効
果的であるということを仮定して予想され得る。

本発明によるシステムにおいて、傾向分析は、選ばれた
どのような日付に対してもセンサ・データの予想された
状態を診断するための専門家システムによって用いられ
得る。最も興味のある日付は、弁に対する次の保守日、
設備に対して次に予定された停止日、及び最初の弁の故
障が受容できないレベルに達する日、である。もし偏差
のいずれも次の保守日以前に受容できないレベルに達し
ないならば、動作は続けられ得る。換言すれば、もし予
定の保守日以前に次の停止日が生じるならば、停止日分
析が行われ、そしてもし偏差が受容できる値に留とまる
ならば、その日まで動作が続けられ得る。最後に、もし
上述した日収前に弁が故障すると予想されるならば、専
門家システムは、予想の故障日及びその日での故障診断
を示すであろう、保守職員はこの情報を用いて、予定さ
れていない停止中での保守に関する決定を行うことが換
言すれば、ブロック８４の分析は、トレンドすなわち傾
向データから、弁の予期される有効寿命を推定するため
に用いられ得る。この分析に基づいて、停止が計画され
ていてもいなくても、次の停止中にどの弁が最初に修理
されるべきであるかを示す定期勧告が生成され得る０例
えば、もしプラント内の、タービンにようなもう１つの
ユニットの故障により停止が生じるならば、そのタービ
ンが修理されている間に、動作が最もひどく低下してい
る弁が修理され得る。同様に、定期保守の間中、答弁の
可能性の有る故障原因を含めて、修理されるべき弁のリ
ストが生成され得る。従って、もし新しい部品が必要な
らば、部品が注文され得（故障している弁の場合のみ）
、そして定期のもしくは予定された停止中、弁の修理に
用いられるよう手元に置いておくことができる。また、
弁の信号軌跡がそれら弁を“″異常なし”と示す場合、
それら弁は、保守計画から外され得、従って保守の職員
、保守時間及び費用が減じられ得る。

診断プロセッサ４６及びルールをベースにした専門家シ
ステム５０によって実行される診断及び分析を利用する
ために、弁の保守を託されたこれらに情報が伝えられな
ければならない。最初に、診断手段が弁の故障を診断す
るときの即時指示を与えることが望ましい。このことは
、第５図の主メニューの底部に示された５ＴＡＴＵＳの
表示によって提供され得る。オペレータ・ステーション
５２（第１図）のオペレータは、次に、第４図のモジュ
ール８５の処理を行うことによって第７図のような表示
が与えられるオプション１（性能の概要）を選択するこ
とができる。故障している弁は、データ表示の技術分野
において既知のごとく、高輝度、反転画像、もしくは交
互の色彩（ａｌｔｅｒｎａｔｅｃｏｌｏｒｓ）によって
強調され得る。もしオプション１３が選ばれたならば、
第８図に示されるような分析メニューが、第４図のモジ
ュール８４によって表示され得る。

分析メニューからオプション６を選択すれば、故障する
弁のもしくは選択されたいずれかの弁の故障までの時間
の予想を与える。故障までの時間は、受容できない値の
方向へ傾向性を有する歴史的なデータにおける特性的特
徴（特定のデータ点のベースラインに対する比）の線形
回帰分析を用いて予想されるのが好ましい。要素に対す
る故障の予想時間は、回帰分析の結果及び傾向データベ
ース８６内に記憶された附勢間の時間に基づいている。

さらに、第３図に示した主プログラムは、レポート及び
動作勧告を周期的に発生するためのステップ８８を含み
得る。従って、少なくとも１つのトレンドもしくは傾向
データ及び定期の勧告が、少なくとも１つのオペレータ
による要求及び定期ベースに基づいて生成され得る。こ
れらのレポートは、オペレータ・ステーション５２にお
ける表示のために大容量記憶装置ユニット４８内に記憶
され得るか、もしくはハード・コピーの出力装置（図示
せず）上に生成され得る。

生成されたレポートは、多くの異なった型のものである
ことができ、あらかじめ定められた、もしくは要求に応
じて注文設計されるものである。

もしＰＣＰｌｕｓが専門家システムのソフトウェアとし
て用いられるならば、レポートは、このソフトウェアに
よって与えられる機能を用いて発生され得る。また、構
成及び歴史的データベースを記憶するために、ｄＢＡＳ
Ｅ、　ＲＢＡＳＥ、もしくは好ましくは、カリフォルニ
アのＲｅ１ａｔｉｏｎａｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏ
ｆ＾Ｉａｍｅｄａから入手可能なＩＮＧＲＥＳのような
商業用のデータベース製品を用いることも有用である。

この特定のデータベースのソフトウェアは、良く知られ
た商業用のデータベース製品よりも一層良い方法でＩ１
０プロセッサ４４によって受信されるデータの型、すな
わちセンサのサンプルを操作するために有用な能力を有
している。

これらの３つのすべて及びほとんどの商業用のデータベ
ース製品が提供する機能の１つは、データベースにおけ
る記録を変更するための手段である。第５図に示された
主メニューのオプション２は、第９図に示された形態で
第４図のモジュール９６によって表示され得る保守記録
へのアクセスを制御するスクリーンを提供する。サンプ
リングの優先順位記録の頻度、等のような弁に関する付
加的な情報も、このスクリーン上にもしくはこの弁と関
連の１つもしくはそれ以上の他のスクリーン上に、要素
インデックスまたは要素タグを用いて含められ得る。

システムは、専門家システム５０におけるルールもしく
は規則から、診断プロセッサ４６において実行される前
−処理の動作を分離することによってモジュール性を与
えるように、上述したように設計されるのが好ましい。

これらのモジュールの各々には、専門家システムのルー
ル基準（ベース）に影響することなく、弁の１つの保守
後にベースライン・データを更新すると共に、センサ信
号の処理における変化を要求することなく、専門家シス
テムのルール・ベースを更新するための更新手段が含ま
れる。

例えば、ベースライン・データは、弁の次のいくつかの
附勢例えば２１が、新しいベースライン・データとして
記録されるように、保守記録デイスプレィ（第９図）に
おける、保守された最後の日付のフィールドが変更され
るときに更新され得る。

好ましくは、診断プロセッサは、該弁に対する新しいベ
ースライン・データを古いベースライン・データと比較
し、かつその差を記録するにのことは、弁に行われた保
守の品質の指示並びに時間を超えて弁に為された変更の
記録の指示をプラントの保守職員に提供する。

弁監視システムが現存のプラントに追加されるとき、ル
ール・ベース（基準）は、最初、プラントの保守職員に
よって与えられる情報でもって変更され得る。さらに、
保守の頻度、及び弁が保守されるときに為される変更を
も含めた歴史的データがルール・ベースを変更するため
に用いられ得て、特定の弁の歴史を反映する。さらに、
弁の予想寿命を予知するために分析ルーチンによって用
いられるルールに対しても変更が為され得る。

好適な実施例に述べられた３つのセンサに加えて、特定
の弁もしくは特定の適用に対して他のセンサも所望され
るかもしれない。例えば、圧電音響放出トランスデユー
サ３６が弁の内側の流量に関連した問題を検出するため
に追加され得る。音響放出トランデューサはまた、当該
技術において既知のように、乾性もしくは漏らないパ・
ンキン、歯車損傷及び機械的摩耗に関する情報を提供す
ることもできる。パナメトリックス型式２１００の湿度
計によって条件付けられるパナメトリックス湿度計プロ
ーブのような抵抗性の湿気／水分検出器３０が、弁棒シ
ールの回りの漏れを検出するために用いられる。いくつ
かの弁においては、Ｅｎｄｅｖｃｏ型式２２２５のよう
な１つもしくはそれ以上の高温の圧電加速度計３２を含
んでいることが望ましいかもしれない。しかしながら、
加速度計によって与えられるほとんどの情報は、モータ
電流センサ２４によって与えられる情報と重複する。

好適な実施例において、本診断システムは弁に適用され
ている。しかしながら、比較的小さい変更でもって、シ
ステムは、プラント内の他の動作ユニットを監視するた
めにも用いられ得る。例えば、０ＲＮＬにおいてＨａｙ
ｎｅｓ及びＥｉｓｓｅｎｂｅｒｇによって開発されたモ
ータ電流センサ・システムは、真空ポンプ・モータのよ
うな他の型のモータに適用された。この研究から導出さ
れたデータに基づいて、もしくは弁に対して上述したよ
うな実験室での検査を行うことによって、本発明による
プラント動作のオンライン監視システムは、例えば電動
弁、ポンプ、ショック止め（５ｎｕｂｂｅｒｓ　）、制
御棒駆動、等を含め、動作ユニットの状態を連続的に感
知するためのセンサ手段を含む。かかるシステムにおい
て、センサ信号は、弁の型によるだけではなく、まず設
備の型にもよる（ルールの゛フレーム′”内の）分類に
基づいて動作ユニットの各々の特性的特徴を抽出するた
めに処理されるであろう、ルール・ベース・フレームは
、弁に対するルール・フレームに重大な影響を与えるこ
となく設備の付加的な型を取扱うよう容易に拡張され得
る。このように、監視システムの設計のモジュール性は
、ルール及び信号処理を別々に変更しかつ付加的な弁を
容易に追加することを許容するだけではなく、プラント
内の動作ユニットの異なった型を包含するよう監視シス
テムを拡張することをも許容する。

本発明の多くの特徴及び長所が詳細な説明から明らかで
あり、従って、特許請求の範囲では本発明の精神及び範
囲内にある装置のかかる特徴及び長所のすべてを包含す
るよう意図している。さらに、当業者には多くの修正及
び変更が容易に為されるであろうので、図示しかつ説明
した通りの構成及び動作に本発明を制限することを望む
ものではない。従って、適当な修正及び等個物は、本発
明の範囲及び精神内にあるものと見なされ得る。

仕−逢 ルール０７５ もし、１）弁の移動が閉であり、かつ ２）閉じているドラッグが高ならば、 次に、１）可能性のある原因の１つが、弁体内への球形
の焼き付きであるという弱い示唆的な証拠（４０％）が
あり、そして ２）可能性のある原因の１つが、パツキンの膨張である
という示唆的な証拠（６０％）がある。

ルール０６６ もし、１）弁の移動が閉であり、かつ ２）移動の開始におけるモータ駆動電流が高であるなら
ば、 次に、１）可能性のある原因の１つが、パツキンの膨張
である示唆的な証拠（６０％）がある。

ルール０６８ もし、モータ駆動電流が高であるならば、次に、１）可
能性のある原因の１つが、弁体内への球形の焼き付きで
ある示唆的な証拠（５０％）があり、そして ２）可能性のある原因の１つがパツキンの膨張である示
唆的な証拠（５０％）がある。

ルール０９５ もし、移動の開始におけるモータ駆動電流が高でないな
らば、 次に、可能性のある原因の１つがパツキンの膨張でない
という示唆的な証拠（６０％）がある。

ルール０９７ もし、１）弁の移動が閉であり、かつ ２）移動開始前の弁棒の圧縮ピークが高でないならば、 次に、可能性のある原因の１つがパツキンの膨張でない
という示唆的な証拠（６０％）がある。

ルール０９６ もし、１）弁の移動が閉であり、かつ ２）移動開始前の弁棒における圧縮ピークが高ならば、 次に、可能性のある原因の１つがパツキンの膨張である
示唆的な証拠（６０％）がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による弁診断装置を示すブロック回路
図、第２図は、弁の動作を監視するように用いられ得る
センサの配置と共に、球形弁を示す断面図、第３図は、
本発明による弁診断装置におけるプログラムの全体の流
れを示すフローチャート、第４図は、本発明による弁診
断装置におけるソフトウェア・モジュールを示すブロッ
ク図、第５図は、本発明による弁診断装置にアクセスす
るために人間のオペレータによって用いられるコンピュ
ータ・スクリーン表示の一例を示す図、第６図は、本発
明による弁診断装置で用いられるセンサから、閉サイク
ルにおける電動球形弁に対して得られ得る信号軌跡の一
例を示す図、第７図は、本発明による弁診断装置によっ
て提供される概略情報を表示するコンピュータ・スクリ
ーンの一例を示す図、第８図及び第９図は、本発明によ
る弁診断装置によって提供され得る他の表示の例を示す
図である。図において、２０は弁、２２は弁制御、２４
は電力感知手段、２６はモータ、２８は棒ひずみ感知手
段、３０は弁棒、３１は位置感知手段、３２は加速度計
、３４は水分／湿度センサ、３６は音響放出変換器、３
８は弁体、４０は同軸ケーブル、４２はドロップ、４４
はＩ１０プロセッサ、４６は診断プロセッサ、４８は大
容量記憶装置、５０は専門家システム、５２はオペレー
タ・ステーションである。 特許出願人　　ウェスチングハウス・エレクＦＩＧ、１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 弁の不当な動作を診断するためのオンライン弁診断装置
   であって、 各々が弁の異なった動作特性を同時に感知して対応のセ
   ンサ信号を生成するセンサと、 該センサ信号を伝送するためのデータ収集手段と、 該センサ信号を処理して被処理信号を生成すると共に、
   該被処理信号を比較して弁の診断を生成する処理手段と
   、 該弁の診断を出力する出力手段と、 を備えたオンライン弁診断装置。