JP7422012B2 - 機器状態監視装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動運転機器に適用される機器状態監視装置及び方法に関する。

自動で運転制御されるプラント機器のなかには、ほぼ無人状態で運用されるシステムも存在し、このような場合には、設備点検員に代わって機器の健全性を診断する計測装置の必要性が高い。

例えば、一般的な風力発電システムにおいて、発電運転は自動制御されるため、運転員を兼ねた設備点検員が機械室内に留まって、機器の運転状態を確認することは少ない。このような場合、機器の健全性を評価する計測装置をシステムにあらかじめ組み込み、運転中の機器の状態を計測し、システムから離れた監視所に計測結果を伝送して、運転が正常に行われているかを評価することがある。

この種の従来技術としては、例えば、特許文献１が知られている。特許文献１は、小規模で、人が介在することなく多数の遠隔地において状態監視が行える状態遠隔監視システムを提供することを目的とし、「回転機の運転状態を遠隔監視する状態遠隔監視システムであって、回転機に設置した部分放電センサ３、温度センサ４、振動センサ５、それらの各センサ信号を検出し検出した信号をＡ／Ｄ変換し監視データとして格納する信号検出／格納部６、通信のための通信モジュール７、を含む少なくとも１つの現場監視装置８と、この現場監視装置との通信のための通信モジュール７、通信を制御すると共に現場監視装置に監視を行わせその監視データを回収し監視データを管理するコンピュータで構成される監視サーバユニット１０、を含む監視サーバ２０と、この監視サーバと少なくとも１つの現場監視装置との間の通信を行う通信手段９と、を備えた。模で、人が介在することなく多数の遠隔地において状態監視が行える状態遠隔監視システムを提供する。」ものである。

特開２００３－２７１２３４号公報

特許文献１によれば、監視サーバと現場監視装置との間で通信手段を用いて部分放電、温度、振動の監視信号を遠隔収集し、機器の状態監視ができる。

他方このように構成された計測装置は、測定対象となるシステムと密接に結合されるため、対象システムの導入に合わせて組み込まれることになる。これは、対象システムごとに計測装置が必要であることを意味しており、対象システムが複数存在する場合には、計測装置のコストが無視できなくなる。また、対象システムの導入時期が古く、この種の高精度な計測装置を持たない場合には、対象システムにインタフェースがなく、計測装置を結合することが困難な場合がある。

以上のことから本発明の目的とするところは、設置コストが低く、対象システムの設備構成と無関係に適用可能な機器状態監視装置及び方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明においては、「測定対象機器に設置された診断センサと稼働センサからの入力信号を取り込み、診断センサからの入力信号を記録する信号記録装置と、計測条件を記憶する計測条件記憶装置と、信号記録装置における記録を制御する計測制御器を備え、計測制御器は、稼働センサからの入力信号が計測条件を満たしているときに診断センサからの入力信号を信号記録装置に記録することを特徴とする機器状態監視装置」としたものである。

また本発明においては、「測定対象機器に設置された診断センサと稼働センサからの入力信号を取り込み、稼働センサからの入力信号が計測条件を満たし、かつ設定された時刻であるときに診断センサからの入力信号を記録することを特徴とする機器状態監視方法」としたものである。

本発明によれば、計測が自動的になされるため、無人状態で運転される自動機器へ適用可能である。また、対象システムに対し、計測装置を容易に着脱可能であり、複数の対象システムで計測装置を共有することで、設備コストが抑制される。また、計測装置は対象システムから独立しているため、計測対象の設備構成と無関係に適用可能である。

実施例１における機器状態監視装置の機器構成例を示す図。 実施例１における機器状態監視装置の実装例を示す図。 実施例１における機器計測制御装置の機能実現例を示す図。 実施例２における機器状態監視装置の実装例を示す図。

以下、本発明の具体的実施例を図面に基づいて説明する。各図において、同一符号を付した部分は同一或いは相当する部分を示している。

本発明の実施例１に係る機器状態監視装置及び方法について図１ないし図３に基づいて説明する。図１は本実施例における機器状態監視装置の機器構成例、図２は測定対象機器に対する機器状態監視装置の実装例、図３は計測制御装置の機能実現例を示している。本実施例は、例えば風力発電システムのように自動運転されるプラント機械において、回転軸系に付随する軸受や歯車などの機械要素の状態監視用途に好適である。

図１に示す機器状態監視装置の機器構成例によれば、測定対象機器２０に設置された診断センサ１は、診断信号ケーブル６を介して信号記録装置３に接続されており、信号記録装置３は、記録制御ケーブル７によって計測制御器４と接続されている。計測制御器４は、計測条件通信ケーブル９によって計測条件記憶装置５と接続されている。また測定対象機器２０に設置された稼働センサ２は、稼働信号ケーブル８によって計測制御器４に接続されている。ここで、計測制御器４、計測条件記憶装置５、計測条件通信ケーブル９により機器状態監視装置１０を形成している。なお機器状態監視装置１０は、さらに信号記録装置３を含んで構成されて、機器状態監視装置１０Ａとされていてもよい。

次に図２に示す測定対象機器に対する機器状態監視装置の実装例によれば、測定対象機器２０は電動機などの回転機である。回転機の回転軸１１は転がり軸受１２によって、軸受ケーシング１３に対して回転自在に支持され、軸方向には軸受カバー１４によって固定されている。回転軸１１上には反射シール１５が設けられており、静止側の該当位置に稼働センサ２が設置されている。この場合の稼働センサ２としては、光学式の回転速度センサが好適である。また診断センサ１は、転がり軸受１２近傍の軸受ケーシング１３表面に設置されている。この場合の診断センサ１としては、振動加速度を検出する加速度センサが好適である。信号記録装置３、機器状態監視装置１０の接続関係は、図１と同様である。診断センサ１や稼働センサ２、信号記録装置３、機器状態監視装置１０は、測定対象機器２０から独立して作動しており、容易に着脱可能である。なお、診断センサとは機器の診断評価に用いる信号のセンサであり、稼働センサとは機器の運転状態判断に用いる信号のセンサである。

次に図３に示す機器状態監視装置１０の機能実現例によれば、持ち運び可能な筐体として形成された機器状態監視装置１０内には、トリガ装置３１、論理演算器３２、タイマ装置３３で構成された計測制御器４と計測条件記憶装置５が収納されており、さらに筐体外の信号記録装置３により機器状態監視装置１０Ａが構成されており、論理演算器３２に対し、入力信号としてトリガ装置３１、タイマ装置３３が接続され、出力信号として、信号記録装置３が接続されている。またトリガ装置３１には、計測条件記憶装置５と稼働センサ２が接続されている。

また図３の機器状態監視装置１０の機能実現例によれば、持ち運び可能な筐体として形成された機器状態監視装置１０内には、さらに計測条件記憶装置５を含んで機器状態監視装置１０Ａのように構成されていてもよい。なおここで、計測条件記憶装置５とは、取り出し可能な記憶媒体と、記憶媒体への記憶制御を実行する記憶制御駆動部とを含むものであり、記憶制御駆動部を筐体内に収納して記憶媒体を取り出し可能とする。

以上のような構成において、回転軸１１が回転すると、転がり軸受１２は回転速度に応じた特徴的な周波数の振動（特徴振動）を発生し、これが軸受ケーシング１３へ伝播し、診断センサ１に検出される。この特徴振動の経時変化を調べることにより、対象となる転がり軸受の健全性を評価する。また、回転軸１１が回転することにより、反射シール１５は周期的に稼働センサの受光部を通過するため、回転軸１１の回転速度が検出される。

タイマ装置３３は、あらかじめ設定された一定時間ごとに、論理演算器３２の入力信号の一方をＯＮにするが、これに加えて、回転軸１１の回転速度が計測条件記憶装置５に記憶された値を超えた場合、トリガ装置３１は、論理演算器３２のもう一方の入力信号をＯＮにする。論理演算器３２は、２系統の入力信号に対して論理積演算をおこない、両者がＯＮになったときのみ、出力信号をＯＮとする。信号記録装置３は、論理演算器３２の出力信号がＯＮとなった場合に、一定時間分の信号を記録する。

以上のような構成とすることで、回転軸１１の回転速度が一定値以上となった場合に、一定時間間隔で自動的に振動計測をおこなうことができる。例えばタイマ装置３３が１０分間隔で１分間だけＯＮ信号を与え、計測条件記憶装置５が定格回転数以上を設定している場合には、定格回転数超過となる状態が、１０分間隔で継続的に記憶されることになる。この結果、信号記録装置３には回転機の状態が１０分間隔でサンプリングされて記憶され、長時間の監視情報を少ない記憶容量で実現できる。

多くの場合、診断センサ１が検出する特徴振動の周波数は数十から数百Ｈｚであり、これを記録する信号記録装置３は十分に高速である必要がある。本発明によれば、比較的高価な計測装置が測定対象機器２０から容易に着脱可能であり、これを複数の測定対象機器２０で共有することにより、設備費用の削減を実現する。

なお筐体内に設置された計測条件記憶装置５は、例えばデジスイッチなどにより、動作閾値を設定可能な手段であり、ユーザにより任意に手動設定でき、あるいは携帯端末などの通信手段を介して適宜設定可能に構成されていてもよい。いずれであっても、可搬型の機器状態監視装置を持ち込んだ現場において、現場状況に合わせた設定がその場で行えることで、融通性を高くすることができる。

以上の実施例において、診断センサ１は加速度センサとしているが、速度センサ、あるいは変位センサでもよい。また、稼働センサ２は光学式の回転速度センサとしているが、例えば電磁式など、他の方式の回転速度センサを用いてもよく、トルクセンサや電力センサを用いてもよい。

本発明における機器状態監視装置の実施例２を図４に基づいて説明する。図４は本実施例における機器状態監視装置の実装例を示している。本実施例は、例えば風力発電システムのように、風車タワー上部の機械室に監視対象機器が存在し、計測装置の搬入が容易でない場合に好適である。

図４において、図示されない信号記録装置３と、計測制御器４と、計測条件記憶装置５と、信号記録装置３は一体的に形成され、キャリーケース４１の内部に格納されている。なお信号記録装置３は、記録制御ケーブル７を介してキャリーケース４１外に接続されて設けられていても、あるいはキャリーケース４１内に設置されて設けられていてもよい。さらに信号記録装置３は、記録部自体が着脱可能に装着される形式のものであってもよい。

キャリーケース４１には電源ケーブル４３が接続されており、測定対象機器２０側の電源から計測に要する電力の供給を受ける。また、診断信号ケーブル６と、稼働信号ケーブル８を介して、診断センサ１と、稼働センサ２が接続されている。本実施例においては、信号記録装置３は複数のメモリカードスロット４６からなる記憶装置４７を有しており、挿入される複数のメモリカードに計測波形データを保存する。キャリーケース４１は、ケースカバー４２を有しており、ケースカバー４２には、計測した信号の波形を確認するための表示画面４４を備えるのがよい。以上に記載したように、計測に係る主な機器は、計測パッケージ４５として一体的に構成される。

計測パッケージ４５はコンパクトなため、狭隘な計測対象システム内へも容易に持ち込むことができる。また、電源ケーブル４３、診断信号ケーブル６、稼働信号ケーブル７などを接続すると、すぐに使用可能となる。実施例１に記載のように、あらかじめ計測条件記憶装置５に計測条件が記憶されており、これに基づき自動的に計測が行われる。複数設けられたメモリカードスロットには、複数枚のメモリカードが挿入されており、一枚が一杯になった場合には、次のメモリカードに記憶が計測される。設備点検員は定期的に計測対象システムを訪問し、表示画面４４を用いて信号の記録状態を確認するとともに、一杯になったメモリカードを交換する。

またキャリーケース４１は、そのケースカバー４２を開いた場合に、その一部に各種設定のための設定入力部４８及び設定表示部４９を備えている。これにより例えば、タイマ装置３３におけるサンプリングのための周期（先の例では１０分）、および記録時間（先の例では１分間）、ならびに計測条件記憶装置５における計測条件（先の例では定格回転数以上）を設定入力部４８から入力し、さらには入力の設定状態が設定表示部４９により確認可能となる。

以上のような構成とすることにより、計測装置は対象システムから容易に着脱可能となる。すなわち、隔地に存在する発電プラントに計測装置を容易に輸送するとともに、狭隘なプラント内に配置し、結線をおこなえばすぐに計測を開始できる。隣接する別の発電プラントへの計測器の移設も同様に容易である。

以上に述べたように、本実施例においては、計測信号の波形データはメモリカードに記憶されるが、計測対象システムでネットワークを利用できる場合には、ＬＡＮケーブルを接続し、ネットワーク経由で計測信号を伝送してもよい。また、記憶あるいは伝送される計測データは、データ量を縮減するため、周波数分析などの信号処理をおこなったデータ、あるいは抽出された特徴振動の振幅データでもよい。

１：診断センサ
２：稼働センサ
３：信号記録装置
４：計測制御器
５：計測条件記憶装置
６：診断信号ケーブル
７：記録制御ケーブル
８：稼働信号ケーブル
９：計測条件通信ケーブル
１０、１０Ａ：機器状態監視装置
１１：回転軸
１２：転がり軸受
１３：軸受ケーシング
１４：軸受カバー
１５：反射シール
２０：測定対象機器
３１：トリガ装置
３２：論理演算器
３３：タイマ装置、
４１：キャリーケース
４２：ケースカバー
４３：電源ケーブル
４４：表示画面
４５：計測パッケージ
４６：メモリカードスロット
４７：記憶装置。

Claims (6)

1. 回転機である測定対象機器に設置された診断センサと前記測定対象機器の運転状態を検知する稼働センサからの入力信号を取り込み、前記診断センサからの入力信号を記録する信号記録装置と、計測条件を記憶する計測条件記憶装置と、前記信号記録装置における記録を制御する計測制御器を備え、
   前記計測制御器は、前記計測条件記憶装置に記憶する前記計測条件と前記稼働センサからの入力信号を比較して、前記稼働センサからの入力信号が前記計測条件を満たしているときに出力するトリガ装置と、あらかじめ設定された一定時間ごとに出力するタイマ装置と、前記トリガ装置と前記タイマ装置がともに出力するときに出力する論理積回路を備え、前記論理積回路の出力により、前記診断センサからの入力信号を前記信号記録装置に記録するとともに、
   少なくとも前記計測条件記憶装置と前記計測制御器を持ち運び可能な筐体内に収納していることを特徴とする機器状態監視装置。
2. 請求項１に記載の機器状態監視装置であって、
   前記診断センサは、加速度センサ、速度センサ、あるいは、変位センサのいずれかであることを特徴とする機器状態監視装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の機器状態監視装置であって、
   前記稼働センサは、回転速度センサ、トルクセンサ、あるいは、電力センサのいずれかであることを特徴とする機器状態監視装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の機器状態監視装置であって、
   前記信号記録装置は、複数のメモリカードスロットを備えていることを特徴とする機器状態監視装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の機器状態監視装置であって、
   風力発電システムを計測対象とすることを特徴とする機器状態監視装置。
6. 回転機である測定対象機器に設置された診断センサと前記測定対象機器の運転状態を検知する稼働センサからの入力信号を取り込み、前記診断センサからの入力信号を記録する信号記録装置と、計測条件を記憶する計測条件記憶装置と、前記信号記録装置における記録を制御する計測制御器を用いる機器状態監視方法であって、
   前記計測制御器は、前記計測条件記憶装置に記憶する前記計測条件と前記稼働センサからの入力信号を比較して、前記稼働センサからの入力信号が前記計測条件を満たしているときに出力するトリガ装置と、あらかじめ設定された一定時間ごとに出力するタイマ装置と、前記トリガ装置と前記タイマ装置がともに出力するときに出力する論理積回路を備え、前記論理積回路の出力により、前記診断センサからの入力信号を前記信号記録装置に記録され、少なくとも前記計測条件記憶装置と前記計測制御器を持ち運び可能な筐体内に収納されているとともに、
   機器状態監視にあたり前記測定対象機器に設置された診断センサと稼働センサが持ち運び可能な前記筐体にケーブルを用いて接続され、後日持ち運び可能な前記筐体内の前記信号記録装置の情報が外部に取り出されることを特徴とする機器状態監視方法。

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