JPH06313733A - プラント機器異常監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 処理速度が速く、識別結果に不整合がなく、
しかも構成が簡潔で、メンテナンス性および信頼性の高
いプラント機器監視装置を提供することを目的とする。 【構成】 複数個の音響または振動センサと、監視すべ
き異常音の中で最も高い周波数の異常音に対応するサン
プリング周波数で信号データをサンプリングするＡ／Ｄ
変換器と、監視対象となる個々の異常に対応した周波数
および異常の識別方法を指示するスケジュール管理部
と、Ａ／Ｄ変換されたデータから前記スケジュール管理
部によって指示された周波数に従って必要なデータを抽
出するデータ抽出部と、この抽出されたデータに基づい
て異常音の識別を行う異常音識別処理部とを備えること
を特徴とする

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、発電プラントや化学プ
ラント等における機器設備の異常を監視するプラント機
器異常監視装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】発電プラントや化学プラント等におい
て、プラントを構成する機器は近年ますます多くなり、
かつ複雑化してきている。これらのプラントは大きい
程、また複雑である程、社会的な存在意義が大きくなる
ので、それに応じて安定した運用が要求される。従っ
て、大規模プラントの構成機器の異常を監視することは
一層重要性を増してきている。

【０００３】これらのプラント構成機器を監視する場
合、巡視パトロールで行うことは重労働であり、しかも
危険な場合が多い。また、熟練者の減少や若年労働者の
減少という社会的な制約も目立つようになってきてお
り、人手に頼ることは難しい。そこで、これらのプラン
ト機器設備の監視を自動化しようとする試みが種々行わ
れている。

【０００４】ここで、従来のプラント機器異常監視装置
の代表的な例を図１１〜図１４を参照して説明する。

【０００５】図１１は、ポンプ１ａ，１ｂを電動機２
ａ，２ｂで駆動し、各ポンプから吐出される流体を、弁
３ａ，３ｂを介挿した配管４によって供給するプラント
機器を備えたプラントにおける異常監視装置を例示する
もので、プラント各所には音響センサ５ａ〜５ｄが設置
されており、これらの音響センサはセンサ切替装置６を
介してＡ／Ｄ変換器７に接続されている。

【０００６】Ａ／Ｄ変換器７は、図１２に示すように、
Ａ／Ｄ変換回路７１と、データ記憶部７２と、サンプリ
ング周波数変更回路７３とから構成されている。また、
計算機８には、図１１に示すように、スケジュール管理
部８１と、異常音識別処理部８２と、スケジュール管理
部８１の制御データを記憶するスケジュールテーブル８
３と、Ａ／Ｄ変換器制御部８４が構築されている。

【０００７】センサ切替装置６は、計算機８のスケジュ
ール管理部８１からの指示により、音響センサ５ａ〜５
ｄの内から１つのセンサを選択する。選択された音響セ
ンサからの信号はＡ／Ｄ変換器７でディジタル信号に変
換された後、異常音識別処理部８２により識別処理が行
われて、異常の有無が判定される。異常ありと判定され
た場合には、警報器９から警報が出力される。

【０００８】図１３は、上述した従来技術の処理フロー
を示すもので、ステップＳ1 においてＡ／Ｄ変換器７の
サンプリング周波数の設定を行った後、ステップＳ2
で、センサ切替装置６により選択された音響センサ５ａ
〜５ｄからのいずれか一つの信号をディジタル信号（Ａ
／Ｄ変換データ）に変換し、ステップＳ3 にて、データ
記憶部７２によるＡ／Ｄ変換データの読込みを行う。次
に、ステップＳ4 にて異常音識別処理を行い、ステップ
Ｓ5 ではスケジュール管理部８１からの指示に基づいて
他の識別処理を行うか否かを判定する。ステップＳ5 が
“ＹＥＳ”の場合にはステップＳ1 に戻り、“ＮＯ”の
場合にはステップＳ6 にてセンサの切替えを行った後、
ステップＳ1 に戻る。

【０００９】ところで、監視対象機器が発生する異常音
は、表１に示すように、その原因によって、異常音の周
波数成分や発生周期にそれぞれ特徴がある。

【００１０】

【表１】 このような場合、一定のサンプリング周波数でＡ／Ｄ変
換を行い、ディジタルデータを得ようとすると、短い周
期で発生する音に対しては少ないデータ点数でよいが、
長い周期で発生する音に対しては大量のデータを得るこ
とになる。データ量が多過ぎると識別処理そのものの時
間もかかり過ぎることになり、好ましくない。そこで従
来技術では、データ量をある程度一定にするために、識
別する異常音毎にサンプリング周波数を変えるという手
法が採用されていた訳である。

【００１１】このように従来技術では、サンプリング周
波数（サンプルレート）を可変にすることでメモリ容量
を有効に活用でき、Ａ／Ｄ変換を行う時間をある程度削
減できるという利点を有していた。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術には次のような問題点があった。

【００１３】例えば図１４に示すように、１つのセンサ
についてＡ、Ｂ、Ｃの３種の異常音が予想される場合に
は、識別処理Ａ、Ｂ、Ｃを行なうが、この場合、識別処
理Ａ，Ｂ，Ｃに先立って行われるＡ／Ｄ変換器のサンプ
リング周波数設定のための制御時間Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃが
長く、またＡ／Ｄ変換を行う時間Ｄａ，Ｄｂ，Ｄｃも長
い。自動化が進むにつれ、プラントの運転操作、各機器
の負荷の変動も一層複雑化し、これに伴ない監視の対象
となる機器も増加するが、このように処理に時間がかか
ることは問題である。

【００１４】また図１４中に例示するように、異物の混
入やクラック発生に伴なう一過性の異常音（以下、異常
音Ｂと呼ぶ）が発生したとする。図１４のタイミングで
発生すれば、異物混入に伴う異常音（以下、異常音Ａと
呼ぶ）を識別するために取られたＡ／Ｄ変換時間Ｄａの
データ中に、クラック発生に伴う異常音Ｂの信号が含ま
れることになる。異常音Ａと異常音Ｂの識別処理では周
波数成分は異なるが、識別処理Ａにおいて何らかの音の
変動を検知して異物の混入と誤認したり、あるいは識別
処理Ｂにおいては、一過性の異常音のため全く何の異常
も捕らえられず、異常が見逃されてしまう恐れがある。
このような場合、異常音Ａの識別を行うためにとられた
Ａ／Ｄ変換データを用いて異常音Ｂの識別処理を行えれ
ばよいが、異常音Ａと異常音Ｂではサンプリング周波数
もデータ量も異なるため、従来技術ではそのような識別
処理を行うことはできない。

【００１５】また従来技術では、Ａ／Ｄ変換器７の内部
にサンプリング周波数を制御するサンプリング周波数変
更回路７３が必要であり、Ａ／Ｄ変換器７が複雑で高価
なものとなる。更に、Ａ／Ｄ変換器７のサンプリング周
波数を変えるための指示機能を計算機８の中のスケジュ
ール管理部８１に持たせる必要もある。

【００１６】本発明は、上述のような複雑な処理や手続
きを簡潔にしたプラント機器監視装置を提供することを
目的とするものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の異常監視装置は、複数個の音響または振動
センサと、監視すべき異常音の中で最も高い周波数の異
常音に対応するサンプリング周波数で信号データをサン
プリングするＡ／Ｄ変換器と、監視対象となる個々の異
常に対応した周波数および異常の識別方法を指示するス
ケジュール管理部と、Ａ／Ｄ変換されたデータから前記
スケジュール管理部によって指示された周波数に従って
必要なデータを抽出するデータ抽出部と、この抽出され
たデータに基づいて異常音の識別を行う異常音識別処理
部とを備えることを特徴とするものである。

【００１８】

【作用】上記のように構成したプラント機器異常監視装
置においては、センサからの信号は監視する異常音の周
波数成分の中で最も高い周波数の２倍以上のサンプリン
グ周波数でＡ／Ｄ変換され、そのデータをもとにスケジ
ュール管理部の指示に従って異常音の識別処理に必要な
データだけが抽出され、サンプリング周波数を変えてＡ
／Ｄ変換を行ったと同様のデータが異常音の識別処理部
へ送られて識別処理されるので、異常音が発生した場
合、確実に捕らえられ、識別される。

【００１９】

【実施例】次に、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００２０】図１は本発明の実施例の構成図を示すもの
であり、図１１および図１２におけると同一部分には同
一符号を付してある。

【００２１】図１において、１ａ、１ｂはポンプであ
り、各々電動機２ａ、２ｂにより駆動される。ポンプ１
ａと１ｂの間には配管４が接続されており、この配管４
には弁３ａ、３ｂが設けられている。音響センサ５ａ〜
５ｄは、ポンプ１ａ，１ｂ、電動機２ａ，２ｂの回転部
付近、配管４および弁３ａ、３ｂ付近を監視しており、
それぞれセンサ切替装置６の入力側に接続されている。
センサ切替装置６はＡ／Ｄ変換器７を介して計算機８と
つながっている。

【００２２】Ａ／Ｄ変換器７は図２に示すように、Ａ／
Ｄ変換回路７１とデータ記憶部７２とから構成されてお
り、図１２で説明したサンプリング周波数変更回路７３
を備えていない。また、計算機８内には、スケジュール
管理部８１と、異常音識別処理部８２と、スケジュール
管理部８１の制御データを記憶するスケジュールテーブ
ル８３と、データ抽出部８５が構築されている。

【００２３】センサ切替装置６は、計算機８のスケジュ
ール管理部８１からの指示に従って音響センサ５ａ〜５
ｄを切替える。選択された音響センサ５ａ〜５ｄからの
音響信号は、Ａ／Ｄ変換器７のＡ／Ｄ変換回路７１にお
いてＡ／Ｄ変換され、データ記憶部７２に一旦記憶され
る。この時のサンプリング周波数は、監視する異常音の
周波数成分の中で最も高い周波数の２倍（ナイキスト周
波数）以上の値とされ、Ａ／Ｄ変換器７に固定で設定し
てある。なお、このＡ／Ｄ変換器７に固定で設定された
サンプリング周波数を、データ抽出部８５で与えられる
抽出用のサンプリング周波数と区別するため、以下の説
明では「固定サンプリング周波数」と呼ぶこととする。

【００２４】スケジュール管理部８１はデータ抽出部８
５に対してサンプリング周波数を指示する。このサンプ
リング周波数は、スケジュール・テーブル８３の中に表
２のような内容で用意されている。なお、このサンプリ
ング周波数を、前述の固定サンプリング周波数と区別す
るため、「抽出用サンプリング周波数」と呼ぶこととす
る。

【００２５】

【表２】 図３は、上述した本発明装置による処理フローを示すも
ので、センサ切替装置６により選択された音響センサ５
ａ〜５ｄからのいずれか一つの信号は、ステップＳ１１
において固定サンプリング周波数でＡ／Ｄ変換され、ス
テップＳ１２でＡ／Ｄ変換データの読込みが行なわれ
る。ステップＳ１３にてデータ抽出部８５によるデータ
抽出を行い、ステップＳ１４では、異常音識別処理部８
２により異常音識別処理を行う。次のステップＳ１５で
は、スケジュール管理部８１からの指示に基づいて他の
識別処理を行うか否かを判定する。ステップＳ１５が
“ＹＥＳ”の場合にはステップＳ１３に戻り、“ＮＯ”
の場合にはステップＳ１６にてセンサの切替えを行った
後、ステップＳ１１に戻る。

【００２６】図４は、データ抽出部８５によるデータ処
理機能を示す。この処理機能は、固定サンプリング周波
数でＡ／Ｄ変換され、データ記憶部７２に記憶されてい
るデータを、あたかもサンプリング周波数を変えてＡ／
Ｄ変換した時のデータのように抽出するもので、このデ
ータ抽出方法の基本的な考え方は直線補間の考え方に基
づく。図５はデータ記憶部７２に記憶されたＡ／Ｄデー
タの一部をプロットしたものであり、図６は図５のデー
タに図４に示す処理を施し、抽出したＡ／Ｄデータをプ
ロットしたものである。また、図７は抽出前後における
データの関係を例示いている。

【００２７】以下、図４のデータ処理について説明す
る。ステップＳ２１において、データ抽出部８５は、１
回に読込むデータの総数ｍ、Ａ／Ｄ変換器の固定サンプ
リング周波数ｆs 、および抽出サンプリング周波数ｆを
指示されると、ステップＳ２２において、固定サンプリ
ング周波数ｆs でＡ／Ｄ変換され、データ記憶部７２に
記憶されているデータＤM （ｉ）を、ｉ＝１、２、３…
ｍとして順次入力する。ここで、ｍは１つのセンサにつ
いてのデータの総数で、スケジュールテーブル内に用意
されているそれぞれの異常音識別処理に必要なデータ数
のうち最も大きい値に設定されている。なお、抽出され
たデータをＤs （Ｋ），（Ｋ＝１、２、３…ｎ）とす
る。 固定サンプリング周波数ｆs を抽出サンプリング
周波数ｆで割った商を抽出比Ｃとし、データ総数ｍを抽
出比Ｃで割った商を抽出データ数ｎとすると（ステップ
Ｓ２３）、抽出比Ｃが整数（ステップＳ２４＝ＹＥＳ）
の場合は、ステップＳ２５，Ｓ２６に示すように、 Ｄs(Ｋ）＝ＤM(Ｃ・Ｋ）、Ｋ＝ｎ となるよう、抽出比ＣごとにＡ／Ｄ変換データを抽出す
る。これによって、抽出データＤs （Ｋ）が得られる
（ステップＳ２７）。

【００２８】図７は抽出比Ｃ＝３の場合で、 Ｄs(Ｋ）＝ＤM(３・Ｋ） のデータが抽出されている例を示している。

【００２９】次に、抽出比Ｃが整数でない（ステップＳ
２４＝ＮＯ）場合には、抽出データＤs(Ｋ），（Ｋ＝
１、２、３…ｎ）はステップＳ２８〜Ｓ３０のようにし
て求められる。

【００３０】（ｆs/ｆ) ×Ｋの整数部分をＷとすると、
Ｄs(Ｋ）はＤM(Ｗ）とＤM(ｗ＋１）の間にあり、しかも
配列ＤM はＡ／Ｄ変換器７の固有の非常に高いサンプリ
ング周波数（数十ＫＨz 〜数百ＫＨz ）でサンプリング
されたものであるから、 Ｄs(Ｋ）＝ＤM(Ｗ）＋｛（ｆs/ｆ）ＫーＷ｝｛ＤM(Ｗ＋
１）−ＤM(Ｗ）｝ として近似される。したがって、ステップＳ２９，Ｓ３
０の演算を行えば、抽出データＤs(Ｋ）が得られる。

【００３１】以上のようにして必要な間隔ごとに抽出さ
れたデ−タＤs(Ｋ）は警報対象となる異常音であるか否
かを識別され、異常音が発生していれば、操作員に異常
を通報する等の処理を行う。１回の識別処理が終われ
ば、スケジュ−ル管理部８１は、表２に例示するスケジ
ュ−ルテ−ブル８２を検索し、他の異常音についての識
別処理が残っている場合は、スケジュ−ル管理部８１か
らデ−タ抽出部８５に目的のサンプリング周波数が新た
に指示され、デ−タ記憶部７２にある、先に用いたと同
じＡ／Ｄ変換デ−タを用いて、デ−タ抽出部８５により
デ−タが抽出され、前記と同様の処理が行われる。

【００３２】一つのセンサについての異常音識別処理が
全て行われると、スケジュ−ル管理部８１からの信号に
よりスケジュ−ル・テ−ブルに従ってセンサ切替器６が
切替えられ、次のセンサからの信号がＡ／Ｄ変換され、
上記と同様の処理が繰り返される。

【００３３】図８は、上述した本発明装置による処理の
様子を時間的経過と共に示すもので、各センサ５ａ，５
ｂ…の信号処理時間は、センサ切替に要する時間Ｅ、Ａ
／Ｄ変換を行う時間Ｄ、各信号の識別処理を行う時間
Ａ，Ｂ，Ｃ、およびこれらの識別処理に先立つデータ抽
出時間Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃからなり、時間Ｄ中は固定サン
プリング周波数でのＡ／Ｄ変換が行われ、その間に発生
した異常音は確実に捕らえられる。また、一度取込まれ
たＡ／Ｄ変換デ−タは順次識別処理Ａ、Ｂ、Ｃを行なわ
れるので、１つの信号に含まれるどの異常音でも識別で
きる。更に、１つのセンサについての処理時間は、図８
と図１４を比較すれば明らかなように、大幅に短縮され
るので、単位時間当たりの精度が向上する。

【００３４】このように一括に取込んだＡ／Ｄデ−タに
ついていくつかの異常音の識別処理を行うことにより、
一度に２つ以上の異常音を同時に捕まえることができ、
検知精度が向上する。更に、一括に取込んだＡ／Ｄデ−
タからデ−タを抽出する機能を備えているので、Ａ／Ｄ
変換器を制御する回路と制御手段が不要になる。これに
より、処理時間が短かくなるのみならず、Ａ／Ｄ変換器
そのものの構造も簡潔なものになり、メンテナンス性、
信頼性も向上する。

【００３５】次に、本発明の変形例について説明する。

【００３６】一般に、Ａ／Ｄ変換を行い、Ａ／Ｄデ−タ
を取込む時間に比して、異常音識別処理に要する時間は
短い。このような場合は、更に効果的な処理が可能であ
る。図９は、Ａ／Ｄ変換器７の内部にバッファ部７４を
設け、Ａ／Ｄ変換と、データ抽出および識別処理を並行
して行う様にした変形例であり、図１０に、この変形例
における処理の様子を時間的経過と共に示す。この変形
例によれば、信号を途切れなく自動監視することにより
ハンマリング音のような一過性で不規則に発生する音も
漏らさず検知することができる。また、センサ切替器を
省略またはセンサ個々にＡ／Ｄ変換器を設ければ、更に
効果が上がる。

【００３７】なお、以上の説明においては音響センサを
用いた例につき述べたが、振動センサを用いても、同様
に行うことができる。また異常音には可聴音以外の振動
も含まれるものとする。

【００３８】

【発明の効果】上述のように、本発明装置においては、
一括に取込んだＡ／Ｄ変換デ−タについて異常音の識別
処理を行うことにより、一度に２つ以上の異常音を同時
に捕らえることができ、処理速度が上がる。その結果、
センサ数を増加させ、監視する機器を増やすことができ
る。また、センサ数をそのままにした場合には、処理精
度をより高めることができる。また、複数の異常を識別
する場合、同じデ−タを用いるので、結果の不整合がな
くなる。

【００３９】更に、一括に取込んだＡ／Ｄ変換デ−タか
らデ−タを抽出する処理を計算機で行うことにより、Ａ
／Ｄ変換器を制御する回路が不要になる。このことによ
り、処理時間が短くなるのみならず、Ａ／Ｄ変換器その
ものの構造も簡潔なものになり、メンテナンス性、信頼
性も向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を説明するためのブロック説明
図。

【図２】上記実施例におけるＡ／Ｄ変換器の内部構成を
示すブロック図。

【図３】本発明の実施例の作用を示す処理フロ−図。

【図４】図３の実施例におけるデ−タ抽出処理を示すフ
ロ−チャ−ト。

【図５】本発明装置のデータ抽出部において処理される
Ａ／Ｄ変換デ−タを例示するグラフ。

【図６】本発明装置のデータ抽出部において処理された
Ａ／Ｄ変換デ−タを例示するグラフ。

【図７】本発明装置のデータ抽出部の前後におけるデー
タを例示する説明図。

【図８】本発明の実施例の作動を示すタイミングチャ−
ト。

【図９】本発明の変形例におけるＡ／Ｄ変換器を例示す
るブロック図。

【図１０】本発明の変形例の作動を示すタイミングチャ
−ト。

【図１１】従来技術の構成を説明するためのブロック説
明図。

【図１２】従来技術におけるＡ／Ｄ変換器の内部構成を
示すブロック図。

【図１３】従来技術の作用を示す処理フロ−図。

【図１４】従来技術の作動を示すタイミングチャ−ト。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ……ポンプ ２ａ，２ｂ……電動機 ３ａ，３ｂ……弁 ４……配管 ５ａ〜５ｄ……音響センサ ６……センサ切替装置 ７……Ａ／Ｄ変換器 ８……計算機 ９……警報器 ７１……Ａ／Ｄ変換回路 ７２……データ記憶部 ７３……サンプリング周波数変更回路 ７４……バッファ部 ８１……スケジュール管理部 ８２……異常音識別処理部 ８３……スケジュールテーブル ８４……Ａ／Ｄ変換器制御部 ８５……データ抽出部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数個の音響または振動センサと、監視
   すべき異常音の中で最も高い周波数の異常音に対応する
   サンプリング周波数で信号データをサンプリングするＡ
   ／Ｄ変換器と、監視対象となる個々の異常に対応した周
   波数および異常の識別方法を指示するスケジュール管理
   部と、Ａ／Ｄ変換されたデータから前記スケジュール管
   理部によって指示された周波数に従って必要なデータを
   抽出するデータ抽出部と、この抽出されたデータに基づ
   いて異常音の識別を行う異常音識別処理部とを備えるこ
   とを特徴とするプラント機器異常監視装置。