JPH09229762A - 機器異常監視方法および装置 - Google Patents
機器異常監視方法および装置Info
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- JPH09229762A JPH09229762A JP3657696A JP3657696A JPH09229762A JP H09229762 A JPH09229762 A JP H09229762A JP 3657696 A JP3657696 A JP 3657696A JP 3657696 A JP3657696 A JP 3657696A JP H09229762 A JPH09229762 A JP H09229762A
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- sound
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Abstract
(57)【要約】 (修正有)
【課題】 外乱音を除去し、様々な異常音を高感度で検
出する音響による複数の機器の異常監視方法および装置
を提供する。 【解決手段】 予備実験時において、正常音の監視周波
数での音響パワーを統計的に解析し(ステップ101〜
103)、異常検出用の音響パワーの閾値を正常音の平
均値に音響パワー変動幅を加えた値とし、該音響パワー
変動幅を正常音を誤検出しないように決定しておく(ス
テップ104)。また、持続時間と監視周波数の音響パ
ワーで定義した複数の除去すべき外乱音から、持続時間
と音響パワーの積が最大値を与える外乱音を選定し(ス
テップ105〜107)、前記持続時間と音響パワーの
積の最大値を前記音響パワー変動幅で除算して、音響パ
ワーの加算平均時間を決定しておく(ステップ10
8)。
出する音響による複数の機器の異常監視方法および装置
を提供する。 【解決手段】 予備実験時において、正常音の監視周波
数での音響パワーを統計的に解析し(ステップ101〜
103)、異常検出用の音響パワーの閾値を正常音の平
均値に音響パワー変動幅を加えた値とし、該音響パワー
変動幅を正常音を誤検出しないように決定しておく(ス
テップ104)。また、持続時間と監視周波数の音響パ
ワーで定義した複数の除去すべき外乱音から、持続時間
と音響パワーの積が最大値を与える外乱音を選定し(ス
テップ105〜107)、前記持続時間と音響パワーの
積の最大値を前記音響パワー変動幅で除算して、音響パ
ワーの加算平均時間を決定しておく(ステップ10
8)。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、音響信号等を用い
て発電プラント内等の様々な機器、例えば火力発電所の
コンバインドサイクルにおけるガスタービンや給水ポン
プ室に設置されている機器などの異常監視に好適な機器
異常監視方法および装置に関する。
て発電プラント内等の様々な機器、例えば火力発電所の
コンバインドサイクルにおけるガスタービンや給水ポン
プ室に設置されている機器などの異常監視に好適な機器
異常監視方法および装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、ガスタービンや給水ポンプ室など
を備えた発電プラント等の異常監視は、特定の機器を対
象に加速度センサやAEセンサ等を取付け、個々の監視
対象機器特有の異常を検出しようとしてきた。しかし、
発電プラント等は使用している機器が非常に多く、従来
技術の展開では、監視対象が増えるとその増加に伴って
監視信号も増加するので、全ての機器を常時監視するこ
とは困難であった。そこで、現状では、実際のプラント
の運転に際し、巡視員の視覚や聴覚等による異常監視も
合わせて行われている。
を備えた発電プラント等の異常監視は、特定の機器を対
象に加速度センサやAEセンサ等を取付け、個々の監視
対象機器特有の異常を検出しようとしてきた。しかし、
発電プラント等は使用している機器が非常に多く、従来
技術の展開では、監視対象が増えるとその増加に伴って
監視信号も増加するので、全ての機器を常時監視するこ
とは困難であった。そこで、現状では、実際のプラント
の運転に際し、巡視員の視覚や聴覚等による異常監視も
合わせて行われている。
【0003】近年、発電プラント等の異常監視におい
て、前述の巡視員の聴覚、言い換えれば人間の聴覚の代
わりに音響信号を利用して加速度センサやAEセンサ等
を補完もしくはこれらのセンサと融合し、より高度なプ
ラントの監視を行おうという動きがある。しかし、音響
信号を利用すると複数の機器を同時に監視できる反面、
監視対象となる異常音の種類も多く、その異常時の音響
的性質も様々であり、全ての異常音を検出することは困
難である。また、複数の外乱音が混入するのが常なの
で、外乱音と異常音とを区別し、混入した外乱音を除去
しながら異常を監視する必要がある。
て、前述の巡視員の聴覚、言い換えれば人間の聴覚の代
わりに音響信号を利用して加速度センサやAEセンサ等
を補完もしくはこれらのセンサと融合し、より高度なプ
ラントの監視を行おうという動きがある。しかし、音響
信号を利用すると複数の機器を同時に監視できる反面、
監視対象となる異常音の種類も多く、その異常時の音響
的性質も様々であり、全ての異常音を検出することは困
難である。また、複数の外乱音が混入するのが常なの
で、外乱音と異常音とを区別し、混入した外乱音を除去
しながら異常を監視する必要がある。
【0004】一方、音響を利用したプラントの異常監視
技術としては、音響信号の周波数スペクトルを使用する
方法等が知られている。これは予め正常音のスペクトル
解析を行って周波数スペクトル強度の正常範囲を決定し
ておき、監視音響の周波数スペクトルがこの正常範囲か
ら逸脱するかどうかを監視するものである。この手法で
は、周波数スペクトルの安定化、外乱音の除去および異
常監視時間の制約等の条件から周波数スペクトルの加算
平均回数を決定し、そのもとで、正常音および外乱音を
誤判定しないよう正常範囲を設定している。
技術としては、音響信号の周波数スペクトルを使用する
方法等が知られている。これは予め正常音のスペクトル
解析を行って周波数スペクトル強度の正常範囲を決定し
ておき、監視音響の周波数スペクトルがこの正常範囲か
ら逸脱するかどうかを監視するものである。この手法で
は、周波数スペクトルの安定化、外乱音の除去および異
常監視時間の制約等の条件から周波数スペクトルの加算
平均回数を決定し、そのもとで、正常音および外乱音を
誤判定しないよう正常範囲を設定している。
【0005】なお、関連する技術としては、例えば特開
昭63−281025号公報や特開平4−316198
号公報に記載されたものが知られている。
昭63−281025号公報や特開平4−316198
号公報に記載されたものが知られている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、発電プラン
ト等で発生する音響は様々であり、音響監視の観点から
すると、正常音、異常音、外乱音に分類できる。正常音
は監視対象機器の出す正常運転時に発生する音のことで
あり、プラントの運転状態や経年的な変化が予想され
る。異常音は、まさに機器の異常に伴う音響であり、本
発明の検出対象となる音響である。外乱音とは、作業員
等の作業に伴って発生するような(例えばスパナを落と
したときに発生するような)機器の異常に無関係な音響
であり、誤判定しないよう除去すべきである。
ト等で発生する音響は様々であり、音響監視の観点から
すると、正常音、異常音、外乱音に分類できる。正常音
は監視対象機器の出す正常運転時に発生する音のことで
あり、プラントの運転状態や経年的な変化が予想され
る。異常音は、まさに機器の異常に伴う音響であり、本
発明の検出対象となる音響である。外乱音とは、作業員
等の作業に伴って発生するような(例えばスパナを落と
したときに発生するような)機器の異常に無関係な音響
であり、誤判定しないよう除去すべきである。
【0007】このうち、異常音と外乱音をその性質から
分類すると、下記の表1に示すように、異常音は連続音
と衝撃音に、また外乱音は連続音と衝撃音と間欠音にそ
れぞれ分類できる。連続異常音は、持続時間が長く、音
響パワーは大きなものから小さなものまで様々である。
衝撃異常音は、持続時間が短く、音響パワーは非常に大
きなもので、短時間で重大事故につながる可能性が高
い。また、外乱音については、どの分類の音も、持続時
間、音響レベル共に比較的小さなものである。
分類すると、下記の表1に示すように、異常音は連続音
と衝撃音に、また外乱音は連続音と衝撃音と間欠音にそ
れぞれ分類できる。連続異常音は、持続時間が長く、音
響パワーは大きなものから小さなものまで様々である。
衝撃異常音は、持続時間が短く、音響パワーは非常に大
きなもので、短時間で重大事故につながる可能性が高
い。また、外乱音については、どの分類の音も、持続時
間、音響レベル共に比較的小さなものである。
【0008】
【表1】
【0009】本発明は、このような従来技術の実情に鑑
みてなされたもので、その目的は、音響を利用して複数
機器の異常監視を行うために、揺らぎ(変動)のある正
常音のもとで外乱音を除去し、様々な性質の異常音の検
出を高感度で行うことができる機器異常監視方法および
装置を提供することにある。
みてなされたもので、その目的は、音響を利用して複数
機器の異常監視を行うために、揺らぎ(変動)のある正
常音のもとで外乱音を除去し、様々な性質の異常音の検
出を高感度で行うことができる機器異常監視方法および
装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、第1の手段は、監視対象機器の運転中の異常を音響
によって監視する機器異常監視方法において、あらかじ
め正常運転音の監視周波数での音響パワーの平均値を求
める第1の工程、前記平均値に音響パワー変動幅を加算
した閾値に基づいて正常運転音を異常音として誤検出し
ないよう前記音響パワー変動幅を決定する第2の工程、
持続時間と監視周波数の音響パワーとによって定義され
る複数の除去すべき外乱音から前記持続時間と前記音響
パワーとの積が最大値を与える外乱音を選定する第3の
工程、および前記最大値を前記音響パワー変動幅で除算
して得る値を監視周波数での音響パワーの加算平均時間
として決定する第4の工程を含む予備工程と、音響信号
の監視周波数での音響パワーを前記加算平均時間の期間
中、加算平均した後の値が前記閾値を越えるか否かを監
視する監視工程とを含み、前記閾値を越えるか否かによ
って前記監視対象機器から異常音が発生しているかどう
かを判定することを特徴としている。
に、第1の手段は、監視対象機器の運転中の異常を音響
によって監視する機器異常監視方法において、あらかじ
め正常運転音の監視周波数での音響パワーの平均値を求
める第1の工程、前記平均値に音響パワー変動幅を加算
した閾値に基づいて正常運転音を異常音として誤検出し
ないよう前記音響パワー変動幅を決定する第2の工程、
持続時間と監視周波数の音響パワーとによって定義され
る複数の除去すべき外乱音から前記持続時間と前記音響
パワーとの積が最大値を与える外乱音を選定する第3の
工程、および前記最大値を前記音響パワー変動幅で除算
して得る値を監視周波数での音響パワーの加算平均時間
として決定する第4の工程を含む予備工程と、音響信号
の監視周波数での音響パワーを前記加算平均時間の期間
中、加算平均した後の値が前記閾値を越えるか否かを監
視する監視工程とを含み、前記閾値を越えるか否かによ
って前記監視対象機器から異常音が発生しているかどう
かを判定することを特徴としている。
【0011】この場合、前記監視周波数を複数設定し、
前記予備工程では各監視周波数ごとに第1ないし第4の
工程を実施し、前記監視工程では、加算平均後の音響パ
ワーが各監視周波数ごとに予め設定した閾値を越えるか
否かを監視するようにすることもできる。また、前記監
視周波数の音響パワーに代えて、音響信号の総エネルギ
ーであるオーバーオール値を用いたり、周波数区間の音
響パワーの積分値を用いることもできる。
前記予備工程では各監視周波数ごとに第1ないし第4の
工程を実施し、前記監視工程では、加算平均後の音響パ
ワーが各監視周波数ごとに予め設定した閾値を越えるか
否かを監視するようにすることもできる。また、前記監
視周波数の音響パワーに代えて、音響信号の総エネルギ
ーであるオーバーオール値を用いたり、周波数区間の音
響パワーの積分値を用いることもできる。
【0012】また、第2の手段は、監視対象機器の運転
中の異常を監視する機器異常監視方法において、前記監
視対象機器にセンサを配置し、このセンサの検出信号よ
り特徴量を抽出し、あらかじめ正常運転時の前記特徴量
の平均値を求め、この平均値に前記特徴量の変動幅を加
算した閾値で正常運転時を異常として誤判定しないよう
に前記変動幅を決定し、持続時間と前記特徴量レベルで
定義した複数の除去すべき外乱信号から前記持続時間と
前記特徴量レベルの積が最大値を与える外乱信号を選定
し、前記最大値を前記変動幅で除算して得る値を前記特
徴量の加算平均時間として決定する予備工程と、前記セ
ンサの検出信号の前記特徴量を前記加算平均時間だけ加
算平均した後の値が前記閾値を越えるか否かを監視する
監視工程とを含み、前記閾値を越えるか否かによって前
記監視対象機器の異常の有無を判定することを特徴とし
ている。
中の異常を監視する機器異常監視方法において、前記監
視対象機器にセンサを配置し、このセンサの検出信号よ
り特徴量を抽出し、あらかじめ正常運転時の前記特徴量
の平均値を求め、この平均値に前記特徴量の変動幅を加
算した閾値で正常運転時を異常として誤判定しないよう
に前記変動幅を決定し、持続時間と前記特徴量レベルで
定義した複数の除去すべき外乱信号から前記持続時間と
前記特徴量レベルの積が最大値を与える外乱信号を選定
し、前記最大値を前記変動幅で除算して得る値を前記特
徴量の加算平均時間として決定する予備工程と、前記セ
ンサの検出信号の前記特徴量を前記加算平均時間だけ加
算平均した後の値が前記閾値を越えるか否かを監視する
監視工程とを含み、前記閾値を越えるか否かによって前
記監視対象機器の異常の有無を判定することを特徴とし
ている。
【0013】第3の手段は、監視対象機器の異常を音響
によって監視する機器異常監視装置において、監視対象
機器の音響信号を検出する手段と、この検出する手段に
よって検出した音響信号から音響パワーを算出する手段
と、この算出する手段によって算出された音響パワーか
ら異常判定閾値および加算平均時間を決定する手段と、
この決定する手段で決定した前記異常判定閾値および加
算平均時間を格納する手段と、この格納する手段に格納
されている前記加算平均時間の期間中、前記算出する手
段によって算出された監視周波数の音響パワーを加算平
均処理する手段と、この加算平均処理する手段で算出さ
れた前記加算平均後の音響パワーから、前記格納する手
段に格納されている異常判定閾値に基づいて異常を判定
する手段とを備えていることを特徴としている。
によって監視する機器異常監視装置において、監視対象
機器の音響信号を検出する手段と、この検出する手段に
よって検出した音響信号から音響パワーを算出する手段
と、この算出する手段によって算出された音響パワーか
ら異常判定閾値および加算平均時間を決定する手段と、
この決定する手段で決定した前記異常判定閾値および加
算平均時間を格納する手段と、この格納する手段に格納
されている前記加算平均時間の期間中、前記算出する手
段によって算出された監視周波数の音響パワーを加算平
均処理する手段と、この加算平均処理する手段で算出さ
れた前記加算平均後の音響パワーから、前記格納する手
段に格納されている異常判定閾値に基づいて異常を判定
する手段とを備えていることを特徴としている。
【0014】この場合、前記算出する手段は、前記検出
する手段によって検出した音響信号から複数の監視周波
数ごとに音響パワーを算出するようにすることもでき
る。また、前記監視周波数の音響パワーに代えて、音響
信号の総エネルギーであるオーバーオール値を用いた
り、周波数区間の音響パワーの積分値を用いることもで
きる。
する手段によって検出した音響信号から複数の監視周波
数ごとに音響パワーを算出するようにすることもでき
る。また、前記監視周波数の音響パワーに代えて、音響
信号の総エネルギーであるオーバーオール値を用いた
り、周波数区間の音響パワーの積分値を用いることもで
きる。
【0015】第4の手段は、監視対象機器の運転中の異
常を監視する機器異常監視装置において、前記監視対象
機器の監視位置に配置されたセンサと、このセンサの検
出信号から特徴量を抽出する手段と、この抽出する手段
によって検出された特徴量から異常判定閾値および加算
平均時間を決定する手段と、この決定する手段によって
決定された異常判定閾値および加算平均時間を格納する
手段と、この格納する手段に格納されている加算平均時
間の期間中、前記抽出する手段で抽出された特徴量を加
算平均処理する手段と、この加算平均処理する手段によ
って算出された加算平均後の特徴量から、前記格納する
手段に格納されている異常判定閾値により異常を判定す
る手段とを備えていることを特徴としている。
常を監視する機器異常監視装置において、前記監視対象
機器の監視位置に配置されたセンサと、このセンサの検
出信号から特徴量を抽出する手段と、この抽出する手段
によって検出された特徴量から異常判定閾値および加算
平均時間を決定する手段と、この決定する手段によって
決定された異常判定閾値および加算平均時間を格納する
手段と、この格納する手段に格納されている加算平均時
間の期間中、前記抽出する手段で抽出された特徴量を加
算平均処理する手段と、この加算平均処理する手段によ
って算出された加算平均後の特徴量から、前記格納する
手段に格納されている異常判定閾値により異常を判定す
る手段とを備えていることを特徴としている。
【0016】なお、第3および第4の手段に、さらに監
視員の判断により前記決定する手段および前記判定する
手段の処理内容を変更させるマンマシンインターフェイ
ス手段を設けてもよい。
視員の判断により前記決定する手段および前記判定する
手段の処理内容を変更させるマンマシンインターフェイ
ス手段を設けてもよい。
【0017】すなわち、本発明では、監視音響信号の周
波数解析を行い外乱音除去のために音響パワーを加算平
均し、特徴的な周波数の加算平均した音響パワーが閾値
をこえるかどうか監視するようにした。この方法におい
ては、予め判定用の閾値および外乱音除去のために行う
加算平均の回数を監視周波数ごとに決定する必要があ
る。閾値は正常音を統計的に解析し、その平均値および
標準偏差等を求め、正常音を誤判定しない値を設定す
る。加算平均回数は、以下に示すように、検出限界曲線
により、監視周波数ごとに最適値を決定する。
波数解析を行い外乱音除去のために音響パワーを加算平
均し、特徴的な周波数の加算平均した音響パワーが閾値
をこえるかどうか監視するようにした。この方法におい
ては、予め判定用の閾値および外乱音除去のために行う
加算平均の回数を監視周波数ごとに決定する必要があ
る。閾値は正常音を統計的に解析し、その平均値および
標準偏差等を求め、正常音を誤判定しない値を設定す
る。加算平均回数は、以下に示すように、検出限界曲線
により、監視周波数ごとに最適値を決定する。
【0018】すなわち、表1に示した異常音と外乱音を
各周波数ごとの持続時間Xと音響パワーY平面上でプロ
ットすると、異常音および外乱音の領域は図3のように
なる。ここで検出可能な異常音の持続時間および音響パ
ワーをそれぞれX,Yとし、加算平均時間をt、閾値の
音響パワーをαとする。また、閾値αは正常音の平均値
sに音響パワー変動幅mを加算した値とする。
各周波数ごとの持続時間Xと音響パワーY平面上でプロ
ットすると、異常音および外乱音の領域は図3のように
なる。ここで検出可能な異常音の持続時間および音響パ
ワーをそれぞれX,Yとし、加算平均時間をt、閾値の
音響パワーをαとする。また、閾値αは正常音の平均値
sに音響パワー変動幅mを加算した値とする。
【0019】まず、異常音の持続時間Xが加算平均時間
tよりも小さい場合を考える。異常音はt時間の加算平
均時間中のX時間だけ加算されるので、加算平均後の音
響パワー中の異常音の成分は、音響パワーYのX/t倍
である。また、正常音成分は平均値sなので、加算平均
後の音響パワーはXY/tとsの和となる。この加算平
均後の音響パワーが閾値αより大きければ異常として検
出可能なので、検出可能領域は、 Y(X/t)+s>α ・・・(1) の範囲となる。
tよりも小さい場合を考える。異常音はt時間の加算平
均時間中のX時間だけ加算されるので、加算平均後の音
響パワー中の異常音の成分は、音響パワーYのX/t倍
である。また、正常音成分は平均値sなので、加算平均
後の音響パワーはXY/tとsの和となる。この加算平
均後の音響パワーが閾値αより大きければ異常として検
出可能なので、検出可能領域は、 Y(X/t)+s>α ・・・(1) の範囲となる。
【0020】次に、異常音の持続時間Xが加算平均時間
tよりも大きい場合を考える。異常音は加算平均中ずっ
と加算されるので、加算平均後の音響パワー中の異常音
の成分は、音響パワーYである。したがって検出可能領
域は、 Y+s>α ・・・(2) の範囲となる。
tよりも大きい場合を考える。異常音は加算平均中ずっ
と加算されるので、加算平均後の音響パワー中の異常音
の成分は、音響パワーYである。したがって検出可能領
域は、 Y+s>α ・・・(2) の範囲となる。
【0021】以上の結果より監視周波数における異常検
出可能領域は図4の斜線部となる。ここで、異常検出限
界を決める曲線式 Y=mt/X 〔=(α−s)t/X〕 ・・・(3) を検出限界曲線とする。
出可能領域は図4の斜線部となる。ここで、異常検出限
界を決める曲線式 Y=mt/X 〔=(α−s)t/X〕 ・・・(3) を検出限界曲線とする。
【0022】図4において、異常検出感度を向上させる
には、式(3)で表される検出限界曲線を原点に近づけ
るか、音響パワー変動幅 Y=m ・・・(4) を小さくする必要がある。しかし、音響パワー変動幅m
は正常音を誤判定しないように正常音を統計的に解析し
た結果に基づいて設定するので、任意に小さくすること
はできない。したがって、前記検出限界曲線を外乱音を
誤判定しないように原点に近づけること、つまり、ある
定まった音響パワー変動幅mのもとでは加算平均時間t
をできるだけ小さくすることにより検出感度を向上させ
る。
には、式(3)で表される検出限界曲線を原点に近づけ
るか、音響パワー変動幅 Y=m ・・・(4) を小さくする必要がある。しかし、音響パワー変動幅m
は正常音を誤判定しないように正常音を統計的に解析し
た結果に基づいて設定するので、任意に小さくすること
はできない。したがって、前記検出限界曲線を外乱音を
誤判定しないように原点に近づけること、つまり、ある
定まった音響パワー変動幅mのもとでは加算平均時間t
をできるだけ小さくすることにより検出感度を向上させ
る。
【0023】つまり本方法では、外乱音を解析し、監視
周波数ごとに図4に示すように外乱音の分布を求め、外
乱音が検出可能領域に入らない最も原点に近い前記式
(3)で示される検出限界曲線を求める。これは外乱音
の持続時間と音響パワーの積の最大値を求めることに等
しい。さらに、正常音を統計的に解析し、音響パワー変
動幅mを求め、さらに、検出限界曲線と式(4)の交点
のX座標を求め、加算平均時間tとする。
周波数ごとに図4に示すように外乱音の分布を求め、外
乱音が検出可能領域に入らない最も原点に近い前記式
(3)で示される検出限界曲線を求める。これは外乱音
の持続時間と音響パワーの積の最大値を求めることに等
しい。さらに、正常音を統計的に解析し、音響パワー変
動幅mを求め、さらに、検出限界曲線と式(4)の交点
のX座標を求め、加算平均時間tとする。
【0024】以上のように監視周波数ごとに求めた最適
な加算時間tと音響パワー変動幅mを用いて異常監視を
行うことにより上記目的が達成される。
な加算時間tと音響パワー変動幅mを用いて異常監視を
行うことにより上記目的が達成される。
【0025】なお、特定の異常音の監視を行う際には、
予め、その異常音の音響パワーの高い周波数を求めて監
視周波数とし、監視周波数において外乱音の分布を図4
のように求め、さらに、最適な検出限界曲線(Y=mt
/X)を求め、正常音を統計的に解析して音響パワー変
動幅mを決定し、これらの結果に基づいて最適な加算平
均時間tを決定して監視することにより、外乱音を誤判
定せずに異常音を高感度で検出することが可能となる。
また、特定の異常音の音響パワーの高い周波数を監視す
ることにより、他の周波数において外乱音と同じ分布の
異常音であっても、高感度で検出することが可能とな
る。
予め、その異常音の音響パワーの高い周波数を求めて監
視周波数とし、監視周波数において外乱音の分布を図4
のように求め、さらに、最適な検出限界曲線(Y=mt
/X)を求め、正常音を統計的に解析して音響パワー変
動幅mを決定し、これらの結果に基づいて最適な加算平
均時間tを決定して監視することにより、外乱音を誤判
定せずに異常音を高感度で検出することが可能となる。
また、特定の異常音の音響パワーの高い周波数を監視す
ることにより、他の周波数において外乱音と同じ分布の
異常音であっても、高感度で検出することが可能とな
る。
【0026】音響パワーが高く持続時間の短い衝撃音の
検出を行うときは、図5に示すように監視周波数の音響
パワーの代わりにオーバーオール値(全周波数の総エネ
ルギー)を用いる。加算平均時間tは最も短く(加算平
均を行わない)設定し、音響パワー変動幅mは正常音お
よび外乱音のオーバーオール最大値よりも大きく設定す
ることにより、図5に示すように、短時間で高感度に衝
撃異常音を検出することが可能となる。
検出を行うときは、図5に示すように監視周波数の音響
パワーの代わりにオーバーオール値(全周波数の総エネ
ルギー)を用いる。加算平均時間tは最も短く(加算平
均を行わない)設定し、音響パワー変動幅mは正常音お
よび外乱音のオーバーオール最大値よりも大きく設定す
ることにより、図5に示すように、短時間で高感度に衝
撃異常音を検出することが可能となる。
【0027】周波数区間の音響パワーの積分値、例えば
1/3オクターブ分析の各バンドごとの音響パワーを単
一周波数の音響パワーの代わりに監視して、各バンドご
とに最適の音響パワー変動幅mおよび加算平均時間tを
求め、全てのバンドにおいて監視することにより、未知
の異常音を高感度に検出することが可能となる。
1/3オクターブ分析の各バンドごとの音響パワーを単
一周波数の音響パワーの代わりに監視して、各バンドご
とに最適の音響パワー変動幅mおよび加算平均時間tを
求め、全てのバンドにおいて監視することにより、未知
の異常音を高感度に検出することが可能となる。
【0028】このように処理することにより、連続およ
び衝撃異常音さらには未知の異常音を高感度に検出する
ことが可能になる。
び衝撃異常音さらには未知の異常音を高感度に検出する
ことが可能になる。
【0029】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照し、本発明の実
施形態について説明する。
施形態について説明する。
【0030】1.異常監視処理 図1は本発明の実施形態に係る機器異常監視方法の概括
的は処理手順を示すフローチャートである。この異常監
視処理は、予備実験時の処理と監視時の処理とからな
る。なお、予備実験時の処理が請求項における予備工程
に相当し、監視時の処理が監視工程に相当する。
的は処理手順を示すフローチャートである。この異常監
視処理は、予備実験時の処理と監視時の処理とからな
る。なお、予備実験時の処理が請求項における予備工程
に相当し、監視時の処理が監視工程に相当する。
【0031】1.1 予備実験時の処理 まず、予備実験時の処理手順について説明する。予備実
験には正常音解析モードM1 、外乱音解析モードM2 、
および判定パラメータ決定モードM3 の3つのモードが
ある。正常音解析モードM1 においては、最初に正常に
稼働している監視対象機器の正常音の音響信号を取り込
み(ステップ101)、次いで、監視周波数の音響パワ
ーを算出した(ステップ102)後、正常音の統計的解
析により平均値sを算出する(ステップ103)。さら
に、正常音の誤判定をなくすために、正常音の音響パワ
ー変動幅mを平均値sに加算した値(m+s)、すなわ
ち、 α=s+m ・・・(5) を異常判定閾値とする(ステップ104)。
験には正常音解析モードM1 、外乱音解析モードM2 、
および判定パラメータ決定モードM3 の3つのモードが
ある。正常音解析モードM1 においては、最初に正常に
稼働している監視対象機器の正常音の音響信号を取り込
み(ステップ101)、次いで、監視周波数の音響パワ
ーを算出した(ステップ102)後、正常音の統計的解
析により平均値sを算出する(ステップ103)。さら
に、正常音の誤判定をなくすために、正常音の音響パワ
ー変動幅mを平均値sに加算した値(m+s)、すなわ
ち、 α=s+m ・・・(5) を異常判定閾値とする(ステップ104)。
【0032】外乱音解析モードM2 においては、監視対
象機器の停止中に外乱音を発生させて音響信号を取り込
み(ステップ105)、外乱音の持続時間と、音響パワ
ーの分布を求め(ステップ106)、前記分布における
音響パワーと持続時間の積の最大値βを求める(ステッ
プ107)。
象機器の停止中に外乱音を発生させて音響信号を取り込
み(ステップ105)、外乱音の持続時間と、音響パワ
ーの分布を求め(ステップ106)、前記分布における
音響パワーと持続時間の積の最大値βを求める(ステッ
プ107)。
【0033】判定パラメータ決定モードM3 において
は、正常音解析モードM1 により求めた音響パワー変動
幅mおよび外乱音解析モードM3 により求めた外乱音の
分布領域における音響パワーと持続時間の積の最大値β
を用い、 t=β/m ・・・(6) により加算平均時間tを決定する(ステップ108)。
は、正常音解析モードM1 により求めた音響パワー変動
幅mおよび外乱音解析モードM3 により求めた外乱音の
分布領域における音響パワーと持続時間の積の最大値β
を用い、 t=β/m ・・・(6) により加算平均時間tを決定する(ステップ108)。
【0034】1.2 監視時の処理 次に、実際の監視時の処理手順について説明する。
【0035】監視時には、まず、監視対象機器の音響信
号を取り込み(ステップ109)、監視周波数の音響パ
ワーを算出し(ステップ110)、音響パワーを判定パ
ラメータ決定モードM3 において求めた加算平均時間t
の間加算平均し(ステップ111)、加算平均後の音響
パワーが正常音解析モードM1 で求めた異常判定閾値α
を越えたとき異常と判定する(ステップ112)。
号を取り込み(ステップ109)、監視周波数の音響パ
ワーを算出し(ステップ110)、音響パワーを判定パ
ラメータ決定モードM3 において求めた加算平均時間t
の間加算平均し(ステップ111)、加算平均後の音響
パワーが正常音解析モードM1 で求めた異常判定閾値α
を越えたとき異常と判定する(ステップ112)。
【0036】2.機器異常監視装置の基本機能構成 図2は、本実施形態に係る機器異常監視装置の基本構成
を示す機能ブロック図である。
を示す機能ブロック図である。
【0037】この機器異常監視装置は、音響検出部1
と、音響信号処理部2と、判定パラメータ演算部3と、
加算平均処理部4と、異常判定部5と、判定パラメータ
格納部6と、マンマシンインターフェイス7とから基本
的に構成されている。
と、音響信号処理部2と、判定パラメータ演算部3と、
加算平均処理部4と、異常判定部5と、判定パラメータ
格納部6と、マンマシンインターフェイス7とから基本
的に構成されている。
【0038】このような構成要素からなる機器異常監視
装置においては、前述の予備実験時の正常音解析モード
M1 では、予備実験時の正常音解析モードであることを
監視員によりマンマシンインターフェイス7を介して判
定パラメータ演算部3および異常判定部5に入力する。
そして、正常に稼働している監視対象機器の正常音の音
響信号を音響検出部1により検出し(ステップ10
1)、監視周波数の音響パワーを音響信号処理部2によ
り算出し(ステップ102)、判定パラメータ演算部3
を介して判定パラメータ格納部6に格納する。判定パラ
メータ演算部3では、正常音の音響パワーの統計的処理
を行って平均値sや標準偏差等を求め(ステップ10
3)、その結果に基づいて音響パワー変動幅mを決定し
て異常判定閾値αを式(5)のように決定し(ステップ
104)、前記正常音の平均値s、音響パワー変動幅m
および異常判定閾値αを判定パラメータ格納部6に格納
する。
装置においては、前述の予備実験時の正常音解析モード
M1 では、予備実験時の正常音解析モードであることを
監視員によりマンマシンインターフェイス7を介して判
定パラメータ演算部3および異常判定部5に入力する。
そして、正常に稼働している監視対象機器の正常音の音
響信号を音響検出部1により検出し(ステップ10
1)、監視周波数の音響パワーを音響信号処理部2によ
り算出し(ステップ102)、判定パラメータ演算部3
を介して判定パラメータ格納部6に格納する。判定パラ
メータ演算部3では、正常音の音響パワーの統計的処理
を行って平均値sや標準偏差等を求め(ステップ10
3)、その結果に基づいて音響パワー変動幅mを決定し
て異常判定閾値αを式(5)のように決定し(ステップ
104)、前記正常音の平均値s、音響パワー変動幅m
および異常判定閾値αを判定パラメータ格納部6に格納
する。
【0039】したがって、この実施形態では、音響検出
部1が監視対象機器の音響信号を検出する手段に、音響
信号処理部2が音響パワーを算出する手段に、判定パラ
メータ演算部3が異常判定閾値および加算平均時間を決
定する手段に、判定パラメータ格納部6が異常判定閾値
および加算平均時間を格納する手段に、加算平均処理部
4が監視周波数の音響パワーを加算平均処理する手段
に、異常判定部5が異常を判定する手段にそれぞれ対応
している。
部1が監視対象機器の音響信号を検出する手段に、音響
信号処理部2が音響パワーを算出する手段に、判定パラ
メータ演算部3が異常判定閾値および加算平均時間を決
定する手段に、判定パラメータ格納部6が異常判定閾値
および加算平均時間を格納する手段に、加算平均処理部
4が監視周波数の音響パワーを加算平均処理する手段
に、異常判定部5が異常を判定する手段にそれぞれ対応
している。
【0040】外乱音解析モーM2 では、まず予備実験時
の外乱音解析モードであることを監視員により、マンマ
シンインターフェイス7を介して判定パラメータ演算部
3および異常判定部5に入力する。そして、監視対象機
器の停止中に外乱音を発生させ、音響信号を音響検出部
1により検出し(ステップ105)、監視周波数の音響
パワーおよび持続時間を音響信号処理部2により算出し
(ステップ106)、判定パラメータ演算部3に入力す
る。判定パラメータ演算部3では、図4に示すように外
乱音の分布を求め、下記の式 Y=β/X ・・・(7) で与えられる検出限界曲線のうち外乱音が検出可能な領
域、すなわち、 Y>β/X ・・・(8) に入らない最小のβ(外乱音の音響パワーと持続時間の
積の最大値)を求め(ステップ107)、判定パラメー
タ格納部6に格納する。
の外乱音解析モードであることを監視員により、マンマ
シンインターフェイス7を介して判定パラメータ演算部
3および異常判定部5に入力する。そして、監視対象機
器の停止中に外乱音を発生させ、音響信号を音響検出部
1により検出し(ステップ105)、監視周波数の音響
パワーおよび持続時間を音響信号処理部2により算出し
(ステップ106)、判定パラメータ演算部3に入力す
る。判定パラメータ演算部3では、図4に示すように外
乱音の分布を求め、下記の式 Y=β/X ・・・(7) で与えられる検出限界曲線のうち外乱音が検出可能な領
域、すなわち、 Y>β/X ・・・(8) に入らない最小のβ(外乱音の音響パワーと持続時間の
積の最大値)を求め(ステップ107)、判定パラメー
タ格納部6に格納する。
【0041】予備実験時の最後である判定パラメータ決
定モードM3 では、予備実験時の判定パラメータ決定モ
ードであることを監視員によりマンマシンインターフェ
イス7を介して判定パラメータ演算部3および異常判定
部5に入力する。そして、判定パラメータ演算部3にお
いて、判定パラメータ格納部6より音響パワー変動幅m
および検出限界曲線のパラメータである前記βを取り込
み、式(6)により加算平均時間tを決定し(ステップ
108)、異常判定パラメータ格納部6に格納する。
定モードM3 では、予備実験時の判定パラメータ決定モ
ードであることを監視員によりマンマシンインターフェ
イス7を介して判定パラメータ演算部3および異常判定
部5に入力する。そして、判定パラメータ演算部3にお
いて、判定パラメータ格納部6より音響パワー変動幅m
および検出限界曲線のパラメータである前記βを取り込
み、式(6)により加算平均時間tを決定し(ステップ
108)、異常判定パラメータ格納部6に格納する。
【0042】異常監視モードになると、異常監視モード
であることを監視員によりマンマシンインターフェイス
7を介して判定パラメータ演算部3および異常判定部5
に入力する。そして、監視対象機器の音響信号を音響検
出部1で検出し(ステップ109)、監視周波数の音響
パワーを音響信号処理部2で算出し(ステップ11
0)、加算平均処理部4で判定パラメータ格納部6に格
納してある加算平均時間の間音響パワーを加算平均し
(ステップ111)、異常判定部5において加算平均後
の音響パワーと判定パラメータ格納部6に格納してある
異常判定閾値αにより異常の有無を判定し(ステップ1
12)、判定結果をマンマシンインタフェース7を介し
て監視員に知らせる。
であることを監視員によりマンマシンインターフェイス
7を介して判定パラメータ演算部3および異常判定部5
に入力する。そして、監視対象機器の音響信号を音響検
出部1で検出し(ステップ109)、監視周波数の音響
パワーを音響信号処理部2で算出し(ステップ11
0)、加算平均処理部4で判定パラメータ格納部6に格
納してある加算平均時間の間音響パワーを加算平均し
(ステップ111)、異常判定部5において加算平均後
の音響パワーと判定パラメータ格納部6に格納してある
異常判定閾値αにより異常の有無を判定し(ステップ1
12)、判定結果をマンマシンインタフェース7を介し
て監視員に知らせる。
【0043】3.火力発電プラントに適用した機器異常
監視装置 引き続き、本発明に係る機器異常監視装置を火力発電プ
ラントのガスタービンの異常監視に適用した実施形態に
ついて、図面を参照して説明する。
監視装置 引き続き、本発明に係る機器異常監視装置を火力発電プ
ラントのガスタービンの異常監視に適用した実施形態に
ついて、図面を参照して説明する。
【0044】図6は、この実施形態に係る機器異常監視
装置のハード構成図を示すブロック図である。この実施
形態に係る機器異常監視装置は、コンピュータ10と、
マイクロフォン11と、A/D変換装置12と、DSP
(デジタル・シグナル・プロセッサ)13と、記憶装置
14とマンマシンインタフェース15とから構成されて
いる。この構成では、マイクロフォン11により監視対
象機器の音響信号を検出し、A/D変換装置12により
デジタル信号に変換して、DSP13で監視周波数の音
響パワーを算出して加算平均し、コンピュータ10で、
予備実験時には、DSP13の算出結果をもとに各種異
常判定パラメータを算出して記憶装置14に記憶し、実
際の監視時にはDSP13の算出結果および記憶装置1
4に記憶してある異常判定パラメータに基づいて異常判
定を行い、マンマシンインタフェース15を介して判定
結果を監視員に知らせ、また予備実験や異常監視などの
モード変換をマンマシンインタフェース15を介して監
視員の指示により行う。
装置のハード構成図を示すブロック図である。この実施
形態に係る機器異常監視装置は、コンピュータ10と、
マイクロフォン11と、A/D変換装置12と、DSP
(デジタル・シグナル・プロセッサ)13と、記憶装置
14とマンマシンインタフェース15とから構成されて
いる。この構成では、マイクロフォン11により監視対
象機器の音響信号を検出し、A/D変換装置12により
デジタル信号に変換して、DSP13で監視周波数の音
響パワーを算出して加算平均し、コンピュータ10で、
予備実験時には、DSP13の算出結果をもとに各種異
常判定パラメータを算出して記憶装置14に記憶し、実
際の監視時にはDSP13の算出結果および記憶装置1
4に記憶してある異常判定パラメータに基づいて異常判
定を行い、マンマシンインタフェース15を介して判定
結果を監視員に知らせ、また予備実験や異常監視などの
モード変換をマンマシンインタフェース15を介して監
視員の指示により行う。
【0045】したがって、この実施形態では、マイクロ
フォン11が監視対象機器の音響信号を検出する手段
に、A/D変換装置12およびDSP13が音響パワー
を算出する手段に、コンピュータ10が異常判定閾値お
よび加算平均時間を決定する手段に、記憶装置14が異
常判定閾値および加算平均時間を格納する手段に、コン
ピュータ10が監視周波数の音響パワーを加算平均処理
する手段および異常を判定する手段にそれぞれ対応して
いる。
フォン11が監視対象機器の音響信号を検出する手段
に、A/D変換装置12およびDSP13が音響パワー
を算出する手段に、コンピュータ10が異常判定閾値お
よび加算平均時間を決定する手段に、記憶装置14が異
常判定閾値および加算平均時間を格納する手段に、コン
ピュータ10が監視周波数の音響パワーを加算平均処理
する手段および異常を判定する手段にそれぞれ対応して
いる。
【0046】この実施形態における検出すべき異常音と
除去すべき外乱音の持続時間とオーバーオール値の関係
を図7に示す。異常音としては、衝撃音であるサージン
グ音、連続音であるエアリーク音などがあり、他にも予
想外の異常音の発生が考えられる。外乱音は、衝撃音で
ある金属落下音、連続音であるクレーン走行音、間欠音
であるページング音などがある。この実施形態では、単
一の監視周波数の音響パワーの代わりに1/3オクター
ブバンドごとの音響パワーを使用する。1/3オクター
ブバンドごとの音響パワーとは、2の1/3乗の等比数
列で与えられる周波数を中心に、ある幅をもった区間に
ついて音響パワースペクトルを積分して得られたもので
あり、フィルタ特性等の詳細はJIS C1513 1
983において規定されている。監視する1/3オクタ
ーブ中心周波数は、250Hzから8kHzまでの16
バンドであり、可聴周波数の高周波帯域の複数バンドを
使用する。これは図8に示すように、エアリーク音が可
聴域の高周波帯に高い音響パワーを示すためであり、ま
た予期せぬ異常音を検出するために複数バンドにより異
常監視を行うためである。1/3オクターブバンドごと
の音響パワーの他にサージングの検出のために、オーバ
ーオール値も合わせて監視する。また、ガスタービンの
正常音はその運転状態により大きく変動する。
除去すべき外乱音の持続時間とオーバーオール値の関係
を図7に示す。異常音としては、衝撃音であるサージン
グ音、連続音であるエアリーク音などがあり、他にも予
想外の異常音の発生が考えられる。外乱音は、衝撃音で
ある金属落下音、連続音であるクレーン走行音、間欠音
であるページング音などがある。この実施形態では、単
一の監視周波数の音響パワーの代わりに1/3オクター
ブバンドごとの音響パワーを使用する。1/3オクター
ブバンドごとの音響パワーとは、2の1/3乗の等比数
列で与えられる周波数を中心に、ある幅をもった区間に
ついて音響パワースペクトルを積分して得られたもので
あり、フィルタ特性等の詳細はJIS C1513 1
983において規定されている。監視する1/3オクタ
ーブ中心周波数は、250Hzから8kHzまでの16
バンドであり、可聴周波数の高周波帯域の複数バンドを
使用する。これは図8に示すように、エアリーク音が可
聴域の高周波帯に高い音響パワーを示すためであり、ま
た予期せぬ異常音を検出するために複数バンドにより異
常監視を行うためである。1/3オクターブバンドごと
の音響パワーの他にサージングの検出のために、オーバ
ーオール値も合わせて監視する。また、ガスタービンの
正常音はその運転状態により大きく変動する。
【0047】そこで、プロセスデータとして発電機の負
荷信号を用い、図9のようにプラントの運転領域をこの
例では5分割して異常監視を行う。なお、ここでは発電
機負荷を運転領域のパラメータとしてとっている。この
ように分割することにより、一つの監視領域における正
常音の変動幅が小さくなり、異常判定閾値決定の際の音
響パワー変動幅mを小さくすることができる。これによ
って、図4における異常検出可能領域が拡大され、異常
音を感度よく検出することが可能となる。
荷信号を用い、図9のようにプラントの運転領域をこの
例では5分割して異常監視を行う。なお、ここでは発電
機負荷を運転領域のパラメータとしてとっている。この
ように分割することにより、一つの監視領域における正
常音の変動幅が小さくなり、異常判定閾値決定の際の音
響パワー変動幅mを小さくすることができる。これによ
って、図4における異常検出可能領域が拡大され、異常
音を感度よく検出することが可能となる。
【0048】3.1 予備実験時の正常音解析モードに
おける処理手順 予備実験時の正常音解析モードにおける処理手順を図1
0のフローチャートを参照して説明する。
おける処理手順 予備実験時の正常音解析モードにおける処理手順を図1
0のフローチャートを参照して説明する。
【0049】この処理では、まず、測定回数kを0とし
て(ステップ1001)、マイクロフォン11により各
音響の音響信号を取り込み(ステップ1002)、A/
D変換装置12で取り込んだ信号をデジタル信号に変換
し(ステップ1003)、DSP13でデジタル信号を
取込み(ステップ1004)、高速フーリエ変換処理
(FFT処理)した後(ステップ1005)、1/3オ
クターブ分析して各監視周波数バンドごとの音響パワー
を算出する(ステップ1006)とともにオーバーオー
ル値を算出する(ステップ1007)。このとき、コン
ピュータ10において発電機の負荷信号を取り込み、各
監視周波数バンドごとの音響パワーおよびオーバーオー
ル値をOcts(i,j)kとして、記憶装置14に記
憶する(ステップ1008)。ここで、iは各運転領域
の5個で、jは各周波数バンドおよびオーバーオール値
の17個(オーバーオール値はi=1)、kは測定回数
をそれぞれ表す。この処理を測定回数n回繰り返す(ス
テップ1009→ステップ1002)。
て(ステップ1001)、マイクロフォン11により各
音響の音響信号を取り込み(ステップ1002)、A/
D変換装置12で取り込んだ信号をデジタル信号に変換
し(ステップ1003)、DSP13でデジタル信号を
取込み(ステップ1004)、高速フーリエ変換処理
(FFT処理)した後(ステップ1005)、1/3オ
クターブ分析して各監視周波数バンドごとの音響パワー
を算出する(ステップ1006)とともにオーバーオー
ル値を算出する(ステップ1007)。このとき、コン
ピュータ10において発電機の負荷信号を取り込み、各
監視周波数バンドごとの音響パワーおよびオーバーオー
ル値をOcts(i,j)kとして、記憶装置14に記
憶する(ステップ1008)。ここで、iは各運転領域
の5個で、jは各周波数バンドおよびオーバーオール値
の17個(オーバーオール値はi=1)、kは測定回数
をそれぞれ表す。この処理を測定回数n回繰り返す(ス
テップ1009→ステップ1002)。
【0050】次いで、記憶装置14に記憶したOcts
(i,j)kをコンピュータ10に取り込み(ステップ
1010)、運転領域および周波数バンドの最初(i=
j=1)から(ステップ1011)、コンピュータ10
で前記Octs(i,j)kに基づいて正常音の統計処
理を行い、平均値αおよび標準偏差Sdを算出し(ステ
ップ1012)、その結果をもとに図14に示すように
標準偏差の4倍を音響パワー変動幅mと決定する(ステ
ップ1013)。ただし、この音響パワー変動幅mおよ
び平均値αは、各周波数バンド(16バンド)およびオ
ーバーオール値で各運転領域(5領域)ごとに、合計8
5個決定する必要がある(ステップ1014→101
2、ステップ1015→ステップ1012)。そして、
85個の音響パワー変動幅m(i,j)および平均値α
(i,j)をそれぞれ記憶装置14に記憶する(ステッ
プ1016)。
(i,j)kをコンピュータ10に取り込み(ステップ
1010)、運転領域および周波数バンドの最初(i=
j=1)から(ステップ1011)、コンピュータ10
で前記Octs(i,j)kに基づいて正常音の統計処
理を行い、平均値αおよび標準偏差Sdを算出し(ステ
ップ1012)、その結果をもとに図14に示すように
標準偏差の4倍を音響パワー変動幅mと決定する(ステ
ップ1013)。ただし、この音響パワー変動幅mおよ
び平均値αは、各周波数バンド(16バンド)およびオ
ーバーオール値で各運転領域(5領域)ごとに、合計8
5個決定する必要がある(ステップ1014→101
2、ステップ1015→ステップ1012)。そして、
85個の音響パワー変動幅m(i,j)および平均値α
(i,j)をそれぞれ記憶装置14に記憶する(ステッ
プ1016)。
【0051】なお、ここでは、標準偏差の4倍を音響パ
ワー変動幅mと決定しているが、この標準偏差の4倍と
いう値は、検出の状態や検出対象に応じて適宜変更する
ことが可能であり、実際上は、標準偏差の4倍に3dB
を加えた程度の値が音響変動幅mの最大値として見込ま
れる。
ワー変動幅mと決定しているが、この標準偏差の4倍と
いう値は、検出の状態や検出対象に応じて適宜変更する
ことが可能であり、実際上は、標準偏差の4倍に3dB
を加えた程度の値が音響変動幅mの最大値として見込ま
れる。
【0052】3.2 予備実験時の外乱音解析モード 予備実験時の外乱音解析モードにおける信号処理手順を
図11のフローチャートを参照して説明する。
図11のフローチャートを参照して説明する。
【0053】この処理では、測定回数kを0として(ス
テップ1101)、ガスタービン停止時に金属落下音、
ページングおよびクレーン走行音の外乱音をそれぞれ発
生させ、マイクロフォン11により各音響の音響信号を
取り込み(ステップ1102)、A/D変換装置12に
よってデジタル信号に変換し(ステップ1103)、D
SP13でデジタル信号を取り込んでFFT処理した
(ステップ1104)後、1/3オクターブ分析して各
監視周波数バンドごとの音響パワーとオーバーオール値
を算出し(ステップ1105,1106)、Octg
(j)k(j:オーバーオールおよび各周波数バンド、
k:測定回数)として記憶装置14に記憶し(ステップ
1107)、この処理を測定回数n回繰り返す(ステッ
プ1108→ステップ1102)。次いで、記憶装置1
4に記憶したOctg(j)kをコンピュータ10に取
り込み(ステップ1109)、コンピュータ10で、前
記取り込んだOctg(j)kに基づいて、運転領域お
よび周波数バンドの最初から各監視周波数バンドごとに
外乱音の音響パワーと持続時間を求める。
テップ1101)、ガスタービン停止時に金属落下音、
ページングおよびクレーン走行音の外乱音をそれぞれ発
生させ、マイクロフォン11により各音響の音響信号を
取り込み(ステップ1102)、A/D変換装置12に
よってデジタル信号に変換し(ステップ1103)、D
SP13でデジタル信号を取り込んでFFT処理した
(ステップ1104)後、1/3オクターブ分析して各
監視周波数バンドごとの音響パワーとオーバーオール値
を算出し(ステップ1105,1106)、Octg
(j)k(j:オーバーオールおよび各周波数バンド、
k:測定回数)として記憶装置14に記憶し(ステップ
1107)、この処理を測定回数n回繰り返す(ステッ
プ1108→ステップ1102)。次いで、記憶装置1
4に記憶したOctg(j)kをコンピュータ10に取
り込み(ステップ1109)、コンピュータ10で、前
記取り込んだOctg(j)kに基づいて、運転領域お
よび周波数バンドの最初から各監視周波数バンドごとに
外乱音の音響パワーと持続時間を求める。
【0054】具体的には、各j(周波数バンドおよびオ
ーバーオール値)ごとに、閾値をslとして、Octg
(j)kがkを変えたときに連続して閾値slを越える
回数cを求め、測定間隔時間dtをcに乗じた値を持続
時間Ct(j)lとし、この一連の閾値を越えたOct
g(j)kの平均値を音響パワーG(j)lとする。こ
こでlは一つ一つの外乱音を示す(ステップ1110〜
1120)。次に、式(7)で与えられる検出限界曲線
のうち外乱音が検出可能領域(式(8))に入らない最
小のβ(j)(Ct(j)lとG(j)lの積の最大
値)を求め、オーバーオール値については、外乱音Oc
tg(l)kの最大値を求めてβ(l) とする(ステッ
プ1121〜1127)。そして、β(j)(j=1〜
17)を記憶装置14に記憶する。
ーバーオール値)ごとに、閾値をslとして、Octg
(j)kがkを変えたときに連続して閾値slを越える
回数cを求め、測定間隔時間dtをcに乗じた値を持続
時間Ct(j)lとし、この一連の閾値を越えたOct
g(j)kの平均値を音響パワーG(j)lとする。こ
こでlは一つ一つの外乱音を示す(ステップ1110〜
1120)。次に、式(7)で与えられる検出限界曲線
のうち外乱音が検出可能領域(式(8))に入らない最
小のβ(j)(Ct(j)lとG(j)lの積の最大
値)を求め、オーバーオール値については、外乱音Oc
tg(l)kの最大値を求めてβ(l) とする(ステッ
プ1121〜1127)。そして、β(j)(j=1〜
17)を記憶装置14に記憶する。
【0055】3.3 予備実験時の判定パラメータ決定
モード 予備実験時の最後として判定パラメータ決定モードにお
ける信号処理手順を図12のフローチャートを参照して
説明する。
モード 予備実験時の最後として判定パラメータ決定モードにお
ける信号処理手順を図12のフローチャートを参照して
説明する。
【0056】16個の1/3オクターブバンド(j=2
〜17)については、記憶装置14から音響パワー変動
幅m(i,j)および検出限界曲線のパラメータである
β(j)をコンピュータ10に取り込み(ステップ12
01)、対応するjの組によって式(6)を用いて加算
平均時間t(i,j)を決定する(ステップ120
5)。オーバーオール値(j=1)については、β
(1)とm(i,1)を比較し、大きいほうを新しいm
(i,1)として(ステップ1203,1204,12
06,1207)、それぞれ記憶装置14に格納する
(ステップ1208)。
〜17)については、記憶装置14から音響パワー変動
幅m(i,j)および検出限界曲線のパラメータである
β(j)をコンピュータ10に取り込み(ステップ12
01)、対応するjの組によって式(6)を用いて加算
平均時間t(i,j)を決定する(ステップ120
5)。オーバーオール値(j=1)については、β
(1)とm(i,1)を比較し、大きいほうを新しいm
(i,1)として(ステップ1203,1204,12
06,1207)、それぞれ記憶装置14に格納する
(ステップ1208)。
【0057】3.4 異常監視時の処理 次に、実際の異常監視時における処理手順について図1
3のフローチャートを参照して説明する。
3のフローチャートを参照して説明する。
【0058】この処理では、まず、監視対象機器の音響
信号をマイクロフォン11によって検出し(ステップ1
301)、A/D変換装置12でデジタル信号に変換し
(ステップ1302)、変換されたデジタル信号をDP
S13に取り込んで(ステップ1303)FFT処理し
た(ステップ1304)後、1/3オクターブ分析して
オーバーオール値および各監視周波数バンドごとの音響
パワーを算出する(ステップ1305,1310)。1
/3オクターブに関しては、前述のように発電機負荷よ
り運転領域を判定(iを決定)して記憶装置14に格納
し、ある加算平均時間t(i,j)の期間中、音響パワ
ーを加算平均する。加算時間は各周波数バンドごとに様
々なので、各周波数バンドごとに加算平均時間になった
ところで加算平均を中止する(ステップ1306,13
07,1308)。次いで、コンピュータ10に加算平
均後の音響パワーと発電機負荷を取り込み、運転領域を
判定(iを決定)して記憶装置14に格納する。そし
て、ある正常音平均値α(i,1)と音響パワー変動幅
m(i,j)を取り込み、正常音平均値α(i,1)と
音響パワー変動幅m(i,j)の和を異常判定閾値とし
て周波数バンドの音響パワーが異常判定閾値を一つでも
越えたとき異常と判定し(ステップ1309,131
2)、越えない場合には正常と判定する(ステップ13
09,1313)。
信号をマイクロフォン11によって検出し(ステップ1
301)、A/D変換装置12でデジタル信号に変換し
(ステップ1302)、変換されたデジタル信号をDP
S13に取り込んで(ステップ1303)FFT処理し
た(ステップ1304)後、1/3オクターブ分析して
オーバーオール値および各監視周波数バンドごとの音響
パワーを算出する(ステップ1305,1310)。1
/3オクターブに関しては、前述のように発電機負荷よ
り運転領域を判定(iを決定)して記憶装置14に格納
し、ある加算平均時間t(i,j)の期間中、音響パワ
ーを加算平均する。加算時間は各周波数バンドごとに様
々なので、各周波数バンドごとに加算平均時間になった
ところで加算平均を中止する(ステップ1306,13
07,1308)。次いで、コンピュータ10に加算平
均後の音響パワーと発電機負荷を取り込み、運転領域を
判定(iを決定)して記憶装置14に格納する。そし
て、ある正常音平均値α(i,1)と音響パワー変動幅
m(i,j)を取り込み、正常音平均値α(i,1)と
音響パワー変動幅m(i,j)の和を異常判定閾値とし
て周波数バンドの音響パワーが異常判定閾値を一つでも
越えたとき異常と判定し(ステップ1309,131
2)、越えない場合には正常と判定する(ステップ13
09,1313)。
【0059】オーバーオール値については、コンピュー
タ10でDSP13において算出した加算平均なしのオ
ーバーオール値および発電機負荷を取り込み、運転領域
を判定(iを決定)して記憶装置601に格納してある
正常音平均値α(i,1)と音響パワー変動幅m(i,
j)を取り込み、正常音平均値α(i,1)と音響パワ
ー変動幅m(i,j)の和を異常判定閾値とし、オーバ
ーオール値が異常判定閾値を越えたとき異常と判定し
(ステップ1311,1312)、越えない場合には正
常と判定する(ステップ1311,1313)。
タ10でDSP13において算出した加算平均なしのオ
ーバーオール値および発電機負荷を取り込み、運転領域
を判定(iを決定)して記憶装置601に格納してある
正常音平均値α(i,1)と音響パワー変動幅m(i,
j)を取り込み、正常音平均値α(i,1)と音響パワ
ー変動幅m(i,j)の和を異常判定閾値とし、オーバ
ーオール値が異常判定閾値を越えたとき異常と判定し
(ステップ1311,1312)、越えない場合には正
常と判定する(ステップ1311,1313)。
【0060】3.5 その他 なお、この実施形態においては、前述の図6のハード構
成に基づいて処理するように構成されているが、図6の
構成に限定されるものではなく、例えば図15に示すよ
うにDSP13に代えてアナログフィルタ16を設け、
アナログフィルタ16からの出力をA/D変換装置12
からコンピュータ10もしくは記憶装置14に入出力す
るように構成して音響パワーを算出し、監視するように
することも可能である。
成に基づいて処理するように構成されているが、図6の
構成に限定されるものではなく、例えば図15に示すよ
うにDSP13に代えてアナログフィルタ16を設け、
アナログフィルタ16からの出力をA/D変換装置12
からコンピュータ10もしくは記憶装置14に入出力す
るように構成して音響パワーを算出し、監視するように
することも可能である。
【0061】また、この実施形態においては、前述のよ
うに音響パワー変動幅mを標準偏差の4倍としたが、こ
れに限定されることはなく、各運転バンドおよび周波数
バンドごとに異なった標準偏差係数等を使用して決定す
ることも可能であり、標準偏差を使用せずに最大音響パ
ワーをもとに決定してもよい。
うに音響パワー変動幅mを標準偏差の4倍としたが、こ
れに限定されることはなく、各運転バンドおよび周波数
バンドごとに異なった標準偏差係数等を使用して決定す
ることも可能であり、標準偏差を使用せずに最大音響パ
ワーをもとに決定してもよい。
【0062】また、本実施例では1/3オクターブバン
ドの音響パワーを使用したが、これに限定されることは
なく、例えば、1/1オクターブ分析や任意のオクター
ブバンド、さらにはオクターブバンド以外の任意の周波
数バンドの音響パワーを使用することもできる。
ドの音響パワーを使用したが、これに限定されることは
なく、例えば、1/1オクターブ分析や任意のオクター
ブバンド、さらにはオクターブバンド以外の任意の周波
数バンドの音響パワーを使用することもできる。
【0063】また、この実施形態では、予備実験および
異常監視装置を同一の装置を使用して行うように設定さ
れているが、予備実験と実際に異常監視を行う装置を別
装置とし、すなわち、音響検出部、音響信号処理部およ
び周波数解析装置を有する他の装置により実行して各種
異常判定パラメータを決定し、本装置に入力するように
構成することもできる。
異常監視装置を同一の装置を使用して行うように設定さ
れているが、予備実験と実際に異常監視を行う装置を別
装置とし、すなわち、音響検出部、音響信号処理部およ
び周波数解析装置を有する他の装置により実行して各種
異常判定パラメータを決定し、本装置に入力するように
構成することもできる。
【0064】また、この実施形態では、加算平均時間を
使用しているが、加算平均時間の代わりに加算平均回数
を使用して各処理を実行するように構成することもでき
る。
使用しているが、加算平均時間の代わりに加算平均回数
を使用して各処理を実行するように構成することもでき
る。
【0065】さらに、前述の実施形態においては、音響
信号を検出して各種の処理を実行し、機器の異常を検出
するように構成されているが、この他に、検出対象が異
なれば、その検出対象に応じて、例えば加速度、振動、
変位、温度センサなどを使用してこれらのセンサによっ
て検出した各種のパラメータの特徴量を求め、その特徴
量に基づいて、前述の実施形態と同様の処理を行って機
器の異常を監視するように構成することも可能である。
信号を検出して各種の処理を実行し、機器の異常を検出
するように構成されているが、この他に、検出対象が異
なれば、その検出対象に応じて、例えば加速度、振動、
変位、温度センサなどを使用してこれらのセンサによっ
て検出した各種のパラメータの特徴量を求め、その特徴
量に基づいて、前述の実施形態と同様の処理を行って機
器の異常を監視するように構成することも可能である。
【0066】
【発明の効果】これまでの説明で明らかなように、本発
明によれば、予備工程と監視工程に分け、予備工程で抽
出し、処理した情報に基づいて閾値を設定し、監視工程
で前記閾値を基準として前記監視対象機器から異常音が
発生しているかどうかを判定するので、複数の機器等を
音響を用いて監視する際、外乱音を除去し、異常音を高
感度で検出することができる。
明によれば、予備工程と監視工程に分け、予備工程で抽
出し、処理した情報に基づいて閾値を設定し、監視工程
で前記閾値を基準として前記監視対象機器から異常音が
発生しているかどうかを判定するので、複数の機器等を
音響を用いて監視する際、外乱音を除去し、異常音を高
感度で検出することができる。
【図1】本発明の機器異常監視方法の処理手順を示すフ
ローチャートである。
ローチャートである。
【図2】本発明の機器異常監視装置の基本機能構成を示
すブロック図である。
すブロック図である。
【図3】機器に発生する異常音および外乱音の音響パワ
ーと持続時間の関係を示す図である。
ーと持続時間の関係を示す図である。
【図4】音響パワーと持続時間の関係における異常検出
可能領域および検出限界曲線を示す図である。
可能領域および検出限界曲線を示す図である。
【図5】オーバーオール値と持続時間の関係における異
常検出可能領域および検出限界曲線を示す図である。
常検出可能領域および検出限界曲線を示す図である。
【図6】本発明を火力発電プラントに適用した実施形態
のハード構成を示すブロック図である。
のハード構成を示すブロック図である。
【図7】ガスタービンにおいて発生する異常音および外
乱音の音響パワーと持続時間の関係を示す図である。
乱音の音響パワーと持続時間の関係を示す図である。
【図8】エアリーク音の1/3オクターブ分析結果を示
す図である。
す図である。
【図9】発電機負荷に応じて運転領域を分割した状態を
示す図である。
示す図である。
【図10】本実施形態における予備実験時の正常音解析
モードの処理手順を示すフローチャートである。
モードの処理手順を示すフローチャートである。
【図11】本実施形態における予備実験時の外乱音解析
モードの処理手順を示すフローチャートである。
モードの処理手順を示すフローチャートである。
【図12】本実施形態における予備実験時の判定パラメ
ータ決定モードの処理手順を示すフローチャートであ
る。
ータ決定モードの処理手順を示すフローチャートであ
る。
【図13】本実施形態における異常監視時の処理手順を
示すフローチャートである。
示すフローチャートである。
【図14】本実施形態における異常判定閾値決定方法を
示す説明図である。
示す説明図である。
【図15】アナログフィルタを使用した他の実施形態に
おけるハード構成を示すブロック図である。
おけるハード構成を示すブロック図である。
1 音響検出部 2 音響信号処理部 3 判定パラメータ演算部 4 加算平均処理部 5 異常判定部 6 判定パラメータ格納部 7 マンマシンインタフェース 10 コンピュータ 11 マイクロフォン 12 A/D変換装置 13 DSP 14 記憶装置 15 マンマシンインタフェース 16 アナログフィルタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柳橋 実 茨城県日立市幸町三丁目2番2号 株式会 社日立エンジニアリングサービス内 (72)発明者 中山 道夫 茨城県日立市幸町三丁目2番2号 株式会 社日立エンジニアリングサービス内 (72)発明者 中村 英夫 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内
Claims (11)
- 【請求項1】 監視対象機器の運転中の異常を音響によ
って監視する機器異常監視方法において、 あらかじめ正常運転音の監視周波数での音響パワーの平
均値を求める第1の工程、前記平均値に音響パワー変動
幅を加算した閾値に基づいて正常運転音を異常音として
誤検出しないよう前記音響パワー変動幅を決定する第2
の工程、持続時間と監視周波数の音響パワーとによって
定義される複数の除去すべき外乱音から前記持続時間と
前記音響パワーとの積が最大値を与える外乱音を選定す
る第3の工程、および前記最大値を前記音響パワー変動
幅で除算して得る値を監視周波数での音響パワーの加算
平均時間として決定する第4の工程を含む予備工程と、 音響信号の監視周波数での音響パワーを前記加算平均時
間の期間中、加算平均した後の値が前記閾値を越えるか
否かを監視する監視工程と、を含み、前記閾値を越える
か否かによって前記監視対象機器から異常音が発生して
いるかどうかを判定することを特徴とする機器異常監視
方法 - 【請求項2】 前記監視周波数を複数設定し、前記予備
工程では各監視周波数ごとに第1ないし第4の工程を実
施し、 前記監視工程では、加算平均後の音響パワーが各監視周
波数ごとに予め設定した閾値を越えるか否かを監視する
ことを特徴とする請求項1記載の機器異常監視方法。 - 【請求項3】 前記監視周波数の音響パワーに代えて、
音響信号の総エネルギーであるオーバーオール値を用い
ることを特徴とする請求項1または2記載の機器異常監
視方法 - 【請求項4】 前記監視周波数の音響パワーに代えて、
周波数区間の音響パワーの積分値を用いることを特徴と
する請求項1または2記載の機器異常監視方法 - 【請求項5】 監視対象機器の運転中の異常を監視する
機器異常監視方法において、 前記監視対象機器にセンサを配置し、該センサの検出信
号より特徴量を抽出し、あらかじめ正常運転時の前記特
徴量の平均値を求め、この平均値に前記特徴量の変動幅
を加算した閾値で正常運転時を異常として誤判定しない
ように前記変動幅を決定し、持続時間と前記特徴量レベ
ルで定義した複数の除去すべき外乱信号から前記持続時
間と前記特徴量レベルの積が最大値を与える外乱信号を
選定し、前記最大値を前記変動幅で除算して得る値を前
記特徴量の加算平均時間として決定する予備工程と、 前記センサの検出信号の前記特徴量を前記加算平均時間
だけ加算平均した後の値が前記閾値を越えるか否かを監
視する監視工程と、を含み、前記閾値を越えるか否かに
よって前記監視対象機器の異常の有無を判定することを
特徴とする機器異常監視方法 - 【請求項6】 監視対象機器の異常を音響によって監視
する機器異常監視装置において、 監視対象機器の音響信号を検出する手段と、 この検出する手段によって検出した音響信号から音響パ
ワーを算出する手段と、 この算出する手段によって算出された音響パワーから異
常判定閾値および加算平均時間を決定する手段と、 この決定する手段で決定した前記異常判定閾値および加
算平均時間を格納する手段と、 この格納する手段に格納されている前記加算平均時間の
期間中、前記算出する手段によって算出された監視周波
数の音響パワーを加算平均処理する手段と、 この加算平均処理する手段で算出された前記加算平均後
の音響パワーから、前記格納する手段に格納されている
異常判定閾値に基づいて異常を判定する手段と、を備え
ていることを特徴とする機器異常監視装置。 - 【請求項7】 前記算出する手段は、前記検出する手段
によって検出した音響信号から複数の監視周波数ごとに
音響パワーを算出することを特徴とする請求項6記載の
機器異常監視装置。 - 【請求項8】 前記監視周波数の音響パワーに代えて、
音響信号の総エネルギーであるオーバーオール値を用い
ることを特徴とする請求項6または7に記載の機器異常
監視装置 - 【請求項9】 前記監視周波数の音響パワーに代えて、
周波数区間の音響パワーの積分値を用いることを特徴と
する請求項6または7に記載の機器異常監視装置 - 【請求項10】 監視対象機器の運転中の異常を監視す
る機器異常監視装置において、 前記監視対象機器の監視位置に配置されたセンサと、 このセンサの検出信号から特徴量を抽出する手段と、 この抽出する手段によって検出された特徴量から異常判
定閾値および加算平均時間を決定する手段と、 この決定する手段によって決定された異常判定閾値およ
び加算平均時間を格納する手段と、 この格納する手段に格納されている加算平均時間の期間
中、前記抽出する手段で抽出された特徴量を加算平均処
理する手段と、 この加算平均処理する手段によって算出された加算平均
後の特徴量から、前記格納する手段に格納されている異
常判定閾値により異常を判定する手段と、を備えている
ことを特徴とする機器異常監視装置。 - 【請求項11】 監視員の判断により前記決定する手段
および前記判定する手段の処理内容を変更させるマンマ
シンインターフェイス手段をさらに備えていることを特
徴とする請求項6ないし10のいずれか1項に記載の機
器異常監視装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3657696A JPH09229762A (ja) | 1996-02-23 | 1996-02-23 | 機器異常監視方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3657696A JPH09229762A (ja) | 1996-02-23 | 1996-02-23 | 機器異常監視方法および装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09229762A true JPH09229762A (ja) | 1997-09-05 |
Family
ID=12473605
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3657696A Pending JPH09229762A (ja) | 1996-02-23 | 1996-02-23 | 機器異常監視方法および装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH09229762A (ja) |
Cited By (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
1996
- 1996-02-23 JP JP3657696A patent/JPH09229762A/ja active Pending
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