JP7415850B2 - Structural abnormality diagnosis device and structural abnormality diagnosis method - Google Patents
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Description
本発明は、回転機械の振動波形データによる構造系異常診断の技術に関する。 The present invention relates to a technique for diagnosing structural system abnormalities using vibration waveform data of rotating machines.
非特許文献1には、多位置・多方向で計測された振動波形データから構造系異常を特定するための構造特徴パラメータを計算し、構造特徴パラメータを用いた逐次多変量解析(主成分分析)を行うことで構造系の異常状態を特定する診断手法が開示されている。 Non-Patent Document 1 describes the calculation of structural feature parameters for identifying structural system abnormalities from vibration waveform data measured in multiple positions and multiple directions, and sequential multivariate analysis (principal component analysis) using the structural feature parameters. A diagnostic method for identifying abnormal conditions in a structural system is disclosed.
非特許文献1には以下の(1)~(4)の4点の問題点がある。 Non-Patent Document 1 has the following four problems (1) to (4).
(1)構造系異常の種類を特定するが、定量的に評価されていない
非特許文献1では構造特徴パラメータを用いて主成分分析を行い、判別したい状態の分布と診断時の分布が一定距離以内かそれ以上かで状態を判別している。そのため、状態がどれくらい異常なのか定量的に評価されておらず、設備の状態が緊急性を要する状態なのか、もう少し稼働に耐えうる状態なのかが判断できない。
(1) The type of structural abnormality is identified, but it has not been evaluated quantitatively.In Non-Patent Document 1, principal component analysis is performed using structural feature parameters, and the distribution of the state to be determined and the distribution at the time of diagnosis are at a certain distance. The status is determined based on whether it is within or above. Therefore, it is not quantitatively evaluated how abnormal the condition is, and it is not possible to determine whether the condition of the equipment requires an emergency or whether it is in a condition that can withstand operation a little more.
(2)逐次的に状態の判別を行っているので、1種類の状態しか特定できない
非特許文献1では逐次多変量解析により異常の判別を行っている。逐次的な判別というのは、例えば、(I)~(III)の処理である。
(I)正常とそれ以外の状態で判別。
(II)正常を除き、アンバランスとそれ以外の状態で判別。
(III)正常とアンバランスを除き、ミスアライメントとそれ以外の状態で判別。
(2) Since states are sequentially determined, only one type of state can be identified. In Non-Patent Document 1, abnormality is determined by sequential multivariate analysis. The sequential determination is, for example, the processes (I) to (III).
(I) Distinguish between normal and other states.
(II) Distinguish between unbalanced and other states, excluding normal.
(III) Distinguish between misalignment and other conditions, excluding normality and imbalance.
この手法だと前段で状態が判別されてしまうと残りの状態判別が行われないので、正常にもミスアライメントにも判別できる振動波形データがあった場合、上記の例では正常状態としか判定されない。 With this method, once the state is determined in the first stage, the remaining states are not determined, so if there is vibration waveform data that can be determined as normal or misaligned, in the above example, it will only be determined as normal. .
(3)回転周波数ズレが考慮されていない
構造特徴パラメータは回転周波数成分やその高次成分を使用するパラメータが多く、また、マルチバンドパスフィルタの処理を行う上でも回転周波数が正しく求められることが重要になる。
(3) Rotational frequency deviation is not taken into account Many structural feature parameters use rotational frequency components or their higher-order components, and it is difficult to accurately determine the rotational frequency when performing multi-band pass filter processing. becomes important.
構造系異常が発生すると、異常の状態によっては回転数が遅くなることがあり、回転周波数の位置がずれることがある。図9に示されるように、正常時の回転周波数frが異常時に回転周波数f’rにずれると、正常時の高調波2fr,3fr,4fr,5frと異常時の高調波2f’r,3f’r,4f’r,5f’rのズレは何倍にもなるため、マルチバンドパスフィルタをかける際に回転周波数の高次高調波成分がフィルタ処理により残すことができない場合がある。
When a structural abnormality occurs, the rotational speed may slow down depending on the state of the abnormality, and the position of the rotational frequency may shift. As shown in FIG. 9, when the rotational frequency f r in the normal state deviates from the rotational frequency f' r in the abnormal state, the
(4)構造特徴パラメータの一部は計測軸毎に計算することができるが、どの軸方向(非特許文献1では回転体負荷側の垂直方向・水平方向・回転軸方向と反負荷側の垂直方向・水平方向の5方向)のパラメータを使用すべきか議論されていない。 (4) Some of the structural characteristic parameters can be calculated for each measurement axis. There is no discussion on whether parameters for the five directions (direction and horizontal direction) should be used.
非特許文献1の中で構造特徴パラメータを用いて診断を行っているが、この構造特徴パラメータには、“水平方向と垂直方向の振幅比”や“左右(負荷側・反負荷側)の垂直振幅比”等といった複数の軸方向の情報を用いて求められるパラメータと、“回転周波数成分率”や“歪度の差”等といった軸毎に求められるパラメータがある。非特許文献1では後者のパラメータについて、どの軸方向のパラメータを使用すべきなのかが言及されていない。 Diagnosis is performed using structural characteristic parameters in Non-Patent Document 1, and these structural characteristic parameters include the “horizontal and vertical amplitude ratio” and the “left and right (load side/anti-load side) vertical There are parameters that are obtained using information in a plurality of axis directions, such as "amplitude ratio", and parameters that are obtained for each axis, such as "rotational frequency component ratio" and "difference in skewness". Regarding the latter parameter, Non-Patent Document 1 does not mention which axial parameter should be used.
また、構造系の異常はどの方向に振動が大きくなるかわからないものもあるため、1方向に定めてしまうと異常状態であるにも関わらず、正常状態であると判定したり別の異常種類であると判定してしまう。 In addition, in some structural system abnormalities, it is not known in which direction the vibration will increase, so if it is set in one direction, it may be determined that the abnormal state is normal even though it is abnormal, or it may be determined that the vibration is in a different type of abnormality. It is determined that there is.
以上示したようなことから、構造系異常診断装置において、異常の種類毎に異常の程度を定量的に算出して診断することが課題となる。 In view of the above, it is a problem for structural system abnormality diagnostic devices to quantitatively calculate and diagnose the degree of abnormality for each type of abnormality.
本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、回転機械の構造系異常を診断する構造系異常診断装置であって、垂直方向、水平方向、軸方向の学習用振動波形データおよび診断用振動波形データを分割する波形データ分割部と、分割された前記学習用振動波形データと前記診断用振動波形データの回転周波数成分と前記回転周波数成分の高調波を抽出するマルチバンドパスフィルタ処理部と、フィルタ処理した前記学習用振動波形データと前記診断用振動波形データに基づいて、複数の構造特徴パラメータ基準データと複数の診断用構造特徴パラメータを算出する構造特徴パラメータ計算部と、前記構造特徴パラメータ基準データの平均と分散、および、前記診断用構造特徴パラメータの平均と分散に基づいて、複数の前記診断用構造特徴パラメータの異常値を算出する構造特徴パラメータ異常値算出部と、複数の前記診断用構造特徴パラメータの異常値の中からいくつか選択して平均をとり、各異常状態の異常値を算出する構造系異常異常値算出部と、を備えたことを特徴とする。 The present invention has been devised in view of the above-mentioned conventional problems, and one aspect of the present invention is a structural abnormality diagnosis device for diagnosing structural abnormalities in rotating machines, which include vertical, horizontal, and axial directions. a waveform data dividing unit that divides the learning vibration waveform data and the diagnostic vibration waveform data; and extracting a rotational frequency component of the divided learning vibration waveform data and the diagnostic vibration waveform data and a harmonic of the rotational frequency component. and a structural feature parameter that calculates a plurality of structural feature parameter reference data and a plurality of diagnostic structural feature parameters based on the filtered learning vibration waveform data and the diagnostic vibration waveform data. a calculation unit; and a structural feature parameter abnormal value that calculates abnormal values of the plurality of diagnostic structural feature parameters based on the average and variance of the structural feature parameter reference data and the average and variance of the diagnostic structural feature parameters. a calculation unit; and a structural abnormality abnormal value calculation unit that selects and averages some of the abnormal values of the plurality of diagnostic structural feature parameters to calculate an abnormal value for each abnormal state. Features.
また、その一態様として、分割された前記学習用振動波形データと前記診断用振動波形データの正常状態の回転周波数の前後数Hzの範囲で周波数成分が最も高い周波数を補正後回転周波数として求める回転周波数補正部を備え、前記マルチバンドパスフィルタ処理部は、前記補正後回転周波数および前記補正後回転周波数の高調波を抽出することを特徴とする。 Further, as one aspect thereof, the rotation frequency having the highest frequency component within a range of several Hz before and after the normal state rotation frequency of the divided learning vibration waveform data and the diagnostic vibration waveform data is determined as the corrected rotation frequency. It is characterized in that it includes a frequency correction section, and the multiband-pass filter processing section extracts the corrected rotational frequency and harmonics of the corrected rotational frequency.
また、その一態様として、垂直方向、水平方向、軸方向の異常値が求められる前記診断用構造特徴パラメータの垂直方向、水平方向、軸方向の異常値を平均化して1つの異常値として出力する3軸方向異常値平均処理部を備えたことを特徴とする。 Further, as one aspect thereof, abnormal values in the vertical direction, horizontal direction, and axial direction of the diagnostic structural feature parameter for which abnormal values in the vertical direction, horizontal direction, and axial direction are calculated are averaged and output as one abnormal value. It is characterized by being equipped with a triaxial abnormal value averaging processing section.
また、その一態様として、前記構造特徴パラメータ計算部は、前記構造特徴パラメータ基準データ、および、前記診断用構造特徴パラメータとして、回転周波数成分率、回転周波数の2次高調波率、回転周波数の3次高調波率、回転周波数の高次高調波率、高低周波数成分率、フィルタ処理後の振動波形データの歪度の差、フィルタ処理後の振動波形データの尖度の差、垂直方向と水平方向の回転周波数成分の振幅比、垂直方向と軸方向の回転周波数の振幅比、水平方向と軸方向の回転周波数成分の振幅比を計算することを特徴とする。 Further, as one aspect thereof, the structural feature parameter calculation unit calculates the structural feature parameter reference data and the diagnostic structural feature parameters such as a rotational frequency component ratio, a second harmonic rate of the rotational frequency, and a three-dimensional harmonic of the rotational frequency. Harmonic rate, higher harmonic rate of rotation frequency, high and low frequency component ratio, difference in skewness of vibration waveform data after filtering, difference in kurtosis of vibration waveform data after filtering, vertical and horizontal directions The amplitude ratio of rotational frequency components in the vertical direction and the axial direction, and the amplitude ratio of the rotational frequency components in the horizontal direction and the axial direction are calculated.
本発明によれば、構造系異常診断装置において、異常の種類毎に異常の程度を定量的に算出して診断することが可能となる。 According to the present invention, in the structural system abnormality diagnosing device, it becomes possible to quantitatively calculate and diagnose the degree of abnormality for each type of abnormality.
以下、本願発明における構造系異常診断装置および構造系異常診断方法の実施形態1~3を図1~図8に基づいて詳述する。 Embodiments 1 to 3 of the structural abnormality diagnosing apparatus and structural abnormality diagnosing method according to the present invention will be described in detail below with reference to FIGS. 1 to 8.
[実施形態1]
図1に本実施形態1における構造系異常診断装置の解析処理を示す。本実施形態1において、診断対象機器は回転機械であり、診断対象異常は構造系異常(ミスアライメント,アンバランス等)である。本実施形態1では、回転機械に振動センサを取り付け、振動センサから得られた振動波形データから回転機械の構造系異常特有の特徴的な構造特徴パラメータを算出する。
[Embodiment 1]
FIG. 1 shows the analysis process of the structural abnormality diagnosis device in the first embodiment. In the first embodiment, the device to be diagnosed is a rotating machine, and the abnormality to be diagnosed is a structural abnormality (misalignment, imbalance, etc.). In the first embodiment, a vibration sensor is attached to a rotating machine, and characteristic structural feature parameters specific to a structural abnormality of the rotating machine are calculated from vibration waveform data obtained from the vibration sensor.
本実施形態1では、この構造特徴パラメータを用いて構造系異常の異常程度を異常種類毎に定量化(数値化)して診断できるようにする手法を示し、非特許文献1の問題点(1)~(2)を解決する。 Embodiment 1 shows a method that uses these structural feature parameters to quantify (digitize) and diagnose the degree of structural system abnormality for each type of abnormality, and solves the problems of Non-Patent Document 1 (1). ) to (2) are solved.
本実施形態1の手法では学習機能と診断機能の二つの機能を有する。 The method of the first embodiment has two functions: a learning function and a diagnostic function.
学習機能では図1の学習機能のフローを行うことによって学習時(正常時)の各構造特徴パラメータ基準データ(平均と分散)が生成される。 In the learning function, reference data (average and variance) for each structural feature parameter at the time of learning (normal time) is generated by performing the flow of the learning function shown in FIG.
診断機能でも同様に診断時の各構造特徴パラメータの平均と分散を求め、学習機能と診断機能で得られた各構造特徴パラメータの平均と分散を使って異常値を求める。 Similarly, the diagnostic function calculates the average and variance of each structural feature parameter during diagnosis, and uses the average and variance of each structural feature parameter obtained by the learning function and diagnostic function to find abnormal values.
また、構造特徴パラメータを算出する際、振動波形データのスペクトルを求め特定の周波数成分がある構造特徴パラメータとなるが、入力された振動波形データが1計測分だと、スペクトルの結果を用いた構造特徴パラメータの平均と分散が算出できないため、計算可能となるように学習時・診断時共に波形データ分割部を有する。 In addition, when calculating structural feature parameters, the spectrum of vibration waveform data is obtained and the structural feature parameters have a specific frequency component. However, if the input vibration waveform data is for one measurement, the structure using the spectrum result is Since the mean and variance of the feature parameters cannot be calculated, a waveform data dividing section is provided for both learning and diagnosis to enable calculation.
以下、本実施形態1における構造系異常診断装置の各機能の作用・動作について説明する。 Hereinafter, the function and operation of each function of the structural system abnormality diagnosis device in the first embodiment will be explained.
[学習機能]
[学習用振動波形データ1]
本実施形態1において、学習用振動波形データ1は垂直方向・水平方向・軸方向の3方向の振動波形データが必要であり、それぞれの方向に対して1計測分または複数の振動波形データが考えられる。この時、学習用振動波形データ1は構造系異常の発生していない正常な状態の振動波形データであればより診断精度が上がる。
[Learning function]
[Learning vibration waveform data 1]
In the first embodiment, the learning vibration waveform data 1 requires vibration waveform data in three directions: vertical, horizontal, and axial directions, and one measurement or multiple vibration waveform data are considered for each direction. It will be done. At this time, if the learning vibration waveform data 1 is vibration waveform data in a normal state in which no structural abnormality has occurred, the diagnostic accuracy will be improved.
[波形データ分割部2]
波形データ分割部2では、学習用振動波形データ1の分割を行う。ここでの分割は、例えば図2に示すように等分割することが考えられる。例えば、1つの学習用振動波形データ1を8分割し、データ数N個の8つの学習用振動波形データ1を得る。
[Waveform data division section 2]
The waveform
また、図3に示すように、N個のデータ数を保持したまま重ね合わせしながら波形データを分割する(この場合“切り出す”)ことにより複数の波形データを得る方法も考えられる。例えば、1つの学習用振動波形データ1からデータ数N個の8つの学習用振動波形データ1を得る。 Furthermore, as shown in FIG. 3, a method of obtaining a plurality of waveform data by dividing (in this case, "cutting out") the waveform data while superimposing them while retaining the number N of data can be considered. For example, from one learning vibration waveform data 1, eight learning vibration waveform data 1 having a data number N are obtained.
[マルチバンドパスフィルタ処理部3]
マルチバンドパスフィルタ処理部3では、非特許文献1と同様に、学習用振動波形データ1に対してマルチバンドパスフィルタの処理を行う。図4にマルチバンドパスフィルタ処理部3の処理を示す。マルチバンドパスフィルタ処理部3により構造特徴パラメータで用いる回転周波数成分とその高調波のみを抽出し、その他の周波数のスペクトル値をゼロにする。
[Multi-bandpass filter processing unit 3]
The multi-band-pass filter processing unit 3 performs multi-band-pass filter processing on the learning vibration waveform data 1, as in Non-Patent Document 1. FIG. 4 shows the processing of the multi-band-pass filter processing section 3. The multi-band-pass filter processing unit 3 extracts only the rotational frequency component and its harmonics used in the structural feature parameters, and sets the spectrum values of other frequencies to zero.
図4(a)に示す学習用振動波形データ1(回転周波数をfrとする)のスペクトル波形は図4(b)となる。図4(b)に示すように、回転周波数fr、2次高調波2fr、3次高調波3fr、4次高調波4fr、5次高調波5fr以外にも波形が見られる。マルチバンドパスフィルタ処理部3でフィルタ処理したスペクトル波形は図4(c)に示すように、回転周波数fr、2次高調波2fr、3次高調波3fr、4次高調波4fr、5次高調波5frの数Hz前後のみ抽出し、それ以外は除去される。マルチバンドパスフィルタ処理部3でフィルタ処理した学習用振動波形データ1は図4(d)に示したような波形となる。 The spectrum waveform of the learning vibration waveform data 1 (rotation frequency is f r ) shown in FIG. 4(a) is shown in FIG. 4(b). As shown in FIG. 4(b), waveforms can be seen in addition to the rotational frequency fr , the second harmonic 2fr , the third harmonic 3fr , the fourth harmonic 4fr , and the fifth harmonic 5fr . As shown in FIG. 4(c), the spectrum waveform filtered by the multi-band-pass filter processing unit 3 has a rotational frequency f r , a second harmonic 2fr , a third harmonic 3fr , a fourth harmonic 4fr , Only a few Hz around the fifth harmonic 5f r is extracted, and the rest are removed. The learning vibration waveform data 1 filtered by the multi-band-pass filter processing unit 3 has a waveform as shown in FIG. 4(d).
[構造特徴パラメータ計算部4]
本実施形態1では非特許文献1で用いられている構造特徴パラメータ12種類の内、8種類(以下で示されるp1~p8)をそのまま使用し、3軸方向の振動波形データの関係性を考慮したパラメータ2種類(以下で示されるp9,p10)を追加した10種類の構造特徴パラメータを定義する。
[Structural feature parameter calculation unit 4]
In the first embodiment, of the 12 types of structural characteristic parameters used in
10種類の構造特徴パラメータをp1~p10とし、学習用振動波形データ1の周波数fにおける周波数成分をFn(f)とする。また、回転周波数をfrとし、高調波成分の次数をiと定義する。 Let the ten types of structural feature parameters be p 1 to p 10 and let F n (f) be the frequency component at frequency f of the learning vibration waveform data 1. Further, the rotation frequency is defined as f r and the order of the harmonic component is defined as i.
[回転周波数成分率p1] [Rotation frequency component ratio p 1 ]
[回転周波数の2次高調波率p2] [Second harmonic rate p 2 of rotation frequency]
[回転周波数の3次高調波率p3] [Third harmonic rate p 3 of rotation frequency]
[回転周波数の高次高調波率(4~10次高調波)p4] [Higher harmonic rate of rotation frequency (4th to 10th harmonic) p 4 ]
[高低周波成分率p5] [High and low frequency component ratio p 5 ]
[フィルタ処理後の振動波形データの歪度p6] [Distortion degree p 6 of vibration waveform data after filter processing]
※フィルタ処理後の学習用振動波形データ1の歪度をSnとする。 *The skewness of the learning vibration waveform data 1 after filter processing is S n .
[フィルタ処理後の振動波形データの尖度p7] [Kurtosis p 7 of vibration waveform data after filter processing]
※フィルタ処理後の学習用振動波形データ1の尖度をKnとする。 *The kurtosis of the learning vibration waveform data 1 after filter processing is K n .
また、学習用振動波形データ1の周波数fにおける垂直方向の周波数成分をFnv(f)、水平方向の周波数成分をFnh(f)、軸方向の周波数成分をFna(f)とする。 Furthermore, the frequency component in the vertical direction at the frequency f of the learning vibration waveform data 1 is F nv (f), the frequency component in the horizontal direction is F nh (f), and the frequency component in the axial direction is F na (f).
[垂直方向と水平方向の回転周波数成分の振幅比p8] [Amplitude ratio p 8 of vertical and horizontal rotational frequency components]
[垂直方向と軸方向の回転周波数成分の振幅比p9] [Amplitude ratio p 9 of vertical and axial rotational frequency components]
[水平方向と軸方向の回転周波数成分の振幅比p10] [Amplitude ratio p 10 of horizontal and axial rotational frequency components]
上記の構造特徴パラメータp1~p10を分割された複数の学習用振動波形データ1毎に計算し、構造パラメータ毎に学習用振動波形データ1の数だけの学習用の構造特徴パラメータ基準データ5をそれぞれ得る。
The above structural feature parameters p 1 to p 10 are calculated for each of the plurality of divided learning vibration waveform data 1, and the number of learning structural feature
[診断機能]
[診断用振動波形データ6]
診断用振動波形データ6は学習用振動波形データ1と同様に垂直方向・水平方向・軸方向の3方向の振動波形データが必要であり、それぞれの方向に対して1計測分または複数の振動波形データが考えられる。
[Diagnostic function]
[Diagnostic vibration waveform data 6]
Similar to the learning vibration waveform data 1, the diagnostic
この時、常設された振動センサから定期的に診断用振動波形データ6が得られることを想定すると、1計測の診断用振動波形データ6で診断を行い定量化された異常状態の値を時系列に並べることによって状態の傾向を監視することができる。
At this time, assuming that diagnostic
[波形データ分割部7]
波形データ分割部2と同様である。
[Waveform data division section 7]
This is similar to the waveform
[マルチバンドパスフィルタ処理部8]
マルチバンドパスフィルタ処理部3と同様である。
[Multi-bandpass filter processing unit 8]
This is similar to the multi-band pass filter processing section 3.
[構造特徴パラメータ計算部9]
構造特徴パラメータ計算部4と同様である。構造特徴パラメータ毎に診断用振動波形データ6の数だけ診断用構造特徴パラメータ10をそれぞれ得る。以下、10種類の構造特徴パラメータをp1~p10とし、診断用振動波形データ6の周波数fにおける周波数成分をFd(f)とする。
[Structural feature parameter calculation unit 9]
This is similar to the structural feature
[回転周波数成分率p1] [Rotation frequency component ratio p 1 ]
[回転周波数の2次高調波率p2] [Second harmonic rate p 2 of rotation frequency]
[回転周波数の3次高調波率p3] [Third harmonic rate p 3 of rotation frequency]
[回転周波数の高次高調波率(4~10次高調波)p4] [Higher harmonic rate of rotation frequency (4th to 10th harmonic) p 4 ]
[高低周波成分率p5] [High and low frequency component ratio p 5 ]
[フィルタ処理後の振動波形データの歪度p6] [Distortion degree p 6 of vibration waveform data after filter processing]
※フィルタ処理後の診断用振動波形データ6の歪度をSdとする。
*The skewness of the diagnostic
[フィルタ処理後の振動波形データの尖度p7] [Kurtosis p 7 of vibration waveform data after filter processing]
※フィルタ処理後の診断用振動波形データ6の尖度をKdとする。
*The kurtosis of the diagnostic
また、診断用振動波形データ6の周波数fにおける垂直方向の周波数成分をFdv(f)、水平方向の周波数成分をFdh(f)、軸方向の周波数成分をFda(f)とする。
Further, the frequency component in the vertical direction at the frequency f of the diagnostic
[垂直方向と水平方向の回転周波数成分の振幅比p8] [Amplitude ratio p 8 of vertical and horizontal rotational frequency components]
[垂直方向と軸方向の回転周波数成分の振幅比p9] [Amplitude ratio p 9 of vertical and axial rotational frequency components]
[水平方向と軸方向の回転周波数成分の振幅比p10] [Amplitude ratio p 10 of horizontal and axial rotational frequency components]
上記の構造特徴パラメータp1~p10を分割された複数の診断用振動波形データ6毎に計算し、構造パラメータ毎に診断用振動波形データ6の数だけの診断用構造特徴パラメータ10をそれぞれ得る。
The above structural feature parameters p 1 to p 10 are calculated for each of the plurality of divided diagnostic
[構造特徴パラメータ異常値算出部11]
学習機能で得られた各構造特徴パラメータ基準データ5の平均と分散と、診断機能で得られた各診断用構造特徴パラメータ10の平均と分散に基づいて、各診断用構造特徴パラメータ毎の異常値を下記の計算により行う。
[Structural feature parameter abnormal value calculation unit 11]
Based on the mean and variance of each structural feature
ある診断用構造特徴パラメータ10の異常値をY、学習機能で得られたある構造特徴パラメータ基準データ5の平均値をμ0、分散値をσ0、診断機能で得られたある診断用構造特徴パラメータ10の平均値をμ,分散値をσとする。また、機器の設置状況や稼働状況に応じて設定される判定係数Kを定義する。
Y is the abnormal value of a certain diagnostic
これにより診断用振動波形データ6の診断用構造特徴パラメータ10の異常値Yが算出される。
As a result, the abnormal value Y of the diagnostic structural
[構造系異常の異常値算出部12]
複数の診断用構造特徴パラメータ10の異常値Yの中からいくつか選択し平均を取ることで各異常状態の異常値とする。この異常状態の異常値を計算するための診断用構造特徴パラメータ10の選択は診断対象である回転機械の設置状況や大きさ等で最適なパラメータが違う。表1に、ある機器のアンバランス異常時の異常値の結果の例を示す。この各異常の異常値を時系列グラフにすることにより、傾向監視が可能となる。
[Structural abnormality abnormal value calculation unit 12]
Some of the abnormal values Y of the plurality of diagnostic
以上示したように、本実施形態1によれば、逐次処理を行わず各異常状態について異常値を求める事で、各異常状態の見逃しを無くすことができる。 As described above, according to the first embodiment, by obtaining an abnormal value for each abnormal state without performing sequential processing, it is possible to prevent each abnormal state from being overlooked.
また、各異常状態について異常の度合いを定量化したので、時系列に監視する事で傾向監視ができるようになる。 Additionally, since the degree of abnormality for each abnormal state has been quantified, trends can be monitored by monitoring in chronological order.
また、波形を分割したことで、1計測分の振動波形データで診断できるようになるため、少ないデータ数で状態を診る事ができる。 Furthermore, by dividing the waveform, diagnosis can be made with one measurement worth of vibration waveform data, so the condition can be diagnosed with a small amount of data.
また、構造系異常のほとんどは周期的に振動波形データに表れる事象なので、波形を分割しても分割した波形それぞれに現れる。よって、各構造系特徴パラメータの分散を求めた際に分散の値が小さくなり、異常値計算式において異常値が高く出やすい。つまり、構造系異常を捉えやすくなる。 Furthermore, most structural abnormalities are events that appear periodically in vibration waveform data, so even if the waveform is divided, it will appear in each divided waveform. Therefore, when the variance of each structural feature parameter is calculated, the value of the variance becomes small, and a high abnormal value tends to appear in the abnormal value calculation formula. In other words, it becomes easier to detect structural abnormalities.
[実施形態2]
非特許文献1の問題点(3)でも述べた通り、構造特徴パラメータは回転周波数成分やその高次成分を使用するパラメータが多く、また、マルチバンドパスフィルタの処理を行う上でも回転周波数が正しく求められることが重要になる。本実施形態2では、マルチバンドパスフィルタの処理の前に回転周波数を求める機能を追加し、非特許文献1の問題点(3)を解決した。
[Embodiment 2]
As mentioned in Problem (3) of Non-Patent Document 1, many of the structural feature parameters use rotational frequency components or higher-order components thereof, and it is difficult to set the rotational frequency correctly when performing multi-band pass filter processing. What is required becomes important. In the second embodiment, a function to obtain the rotation frequency before the multi-band pass filter processing is added to solve the problem (3) of Non-Patent Document 1.
本実施形態2における構造系異常診断装置の解析処理を図5に示す。学習機能、診断機能共にマルチバンドパスフィルタ処理部3,8の前に回転周波数補正部13,14を追加している。
FIG. 5 shows the analysis process of the structural abnormality diagnosis device in the second embodiment. Rotational
追加した回転周波数補正部13,14の機能のみ説明する。処理の概要図を図6に示す。回転周波数補正部13,14では、学習用振動波形データ1,診断用振動波形データ6と機器の正常状態の回転周波数fr(または回転数)を入力し、入力された振動波形データの補正後回転周波数f’rを求める。
Only the functions of the added rotational
処理は図6の概要図に示される通り、入力された学習用振動波形データ1、診断用振動波形データ6からスペクトル波形を求め、正常状態の回転周波数frの前後数Hzの範囲で周波数成分が最も高い周波数を求める。この周波数を補正後回転周波数f’rとする。マルチバンドパスフィルタ処理部3,8では、この補正後回転周波数f’rに基づいて、補正後回転周波数f’rおよび補正後回転周波数f’rの高調波を抽出するようにフィルタ処理を行う。
As shown in the schematic diagram of FIG. 6, the process calculates a spectrum waveform from the input learning vibration waveform data 1 and diagnostic
以上示したように、本実施形態2によれば、マルチバンドパスフィルタ処理部3,8の前に補正後回転周波数f’rを正しく求めておくことで補正後回転周波数f’rや補正後回転周波数f’rの高調波が残るようにフィルタ処理し、構造特徴パラメータをより精度よく求めることが可能となる。
As described above, according to the second embodiment, by correctly determining the corrected rotational frequency f'r before the multi-band-pass
[実施形態3]
非特許文献1の問題点の(4)で述べた通り、構造特徴パラメータの異常値は3軸方向それぞれに求められ、異常の状態によってどの軸方向に異常な振動が現れるかわからず、垂直方向だけ、水平方向だけといったように1軸方向のみの構造特徴パラメータの異常値を用いるわけにいかない。本実施形態3では、各軸方向の構造特徴パラメータの異常値の情報を失わないために、各異常値の平均をとることで非特許文献1の問題点(4)を解決する。
[Embodiment 3]
As stated in problem (4) of Non-Patent Document 1, the abnormal values of the structural characteristic parameters are obtained in each of the three axes, and it is not known in which axis the abnormal vibration will appear depending on the abnormal state. It is not possible to use abnormal values of structural feature parameters only in one axis direction, such as only in the horizontal direction. In the third embodiment, problem (4) of Non-Patent Document 1 is solved by taking the average of each abnormal value in order not to lose information on abnormal values of structural feature parameters in each axis direction.
本実施形態3における構造系異常診断装置の解析処理を図7に示す。診断機能の中の構造特徴パラメータ異常値算出部11の後に3軸方向異常値平均処理部15を追加している。また、3軸方向異常値平均処理部15の処理の流れを図8に示す。
FIG. 7 shows the analysis process of the structural abnormality diagnosis apparatus in the third embodiment. A triaxial abnormal value averaging
3軸方向異常値平均処理部15では、構造特徴パラメータ計算部9で求められたある特定の診断用構造特徴パラメータ10の3軸方向の異常値を入力する。ここでいう特定の診断用構造特徴パラメータ10は実施形態1内の構造特徴パラメータのp1~p7の7種類の構造特徴パラメータを指す。すなわち、垂直方向、水平方向、軸方向の異常値が求められる診断用構造特徴パラメータである。
The triaxial abnormal value
図8に示すように、回転機械から振動センサによりh(水平)方向、v(垂直)方向、a(軸)方向の振動波形データが得られる。この3方向の振動波形データからそれぞれ、h(水平)方向の構造特徴パラメータp1h,p2h,…、v(垂直)方向の構造特徴パラメータp1v,p2v,…、a(軸)方向の構造特徴パラメータp1a,p2a,…が得られる。p1~p7までの診断用構造特徴パラメータ10は各軸方向(水平方向・垂直方向・軸方向)毎に異常値Yが求められる。3軸方向異常値平均処理部15では、この各軸方向の異常値Yを平均化して1つの異常値として出力する。
As shown in FIG. 8, vibration waveform data in the h (horizontal) direction, v (vertical) direction, and a (axis) direction is obtained from a rotating machine by a vibration sensor. From the vibration waveform data in these three directions, structural feature parameters p1h, p2h, ... in the h (horizontal) direction, structural feature parameters p1v, p2v, ... in the v (vertical) direction, structural feature parameters p1a in the a (axial) direction, respectively. , p2a,... are obtained. For the diagnostic structural
3軸方向の診断用振動波形データ6によって求められる各診断用構造特徴パラメータ10の異常値Yの平均をとることによって各方向の振動情報を考慮した診断を行う事ができる。そのため、3軸のどの振動方向に異常が発生したとしても異常を捉えられるようになる。
By taking the average of the abnormal values Y of each diagnostic
以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。 Although only the specific examples described in the present invention have been described in detail above, it is obvious to those skilled in the art that various modifications and modifications can be made within the scope of the technical idea of the present invention. Naturally, such variations and modifications fall within the scope of the claims.
なお、実施形態1~3では、波形データ分割部2,7、マルチバンドパスフィルタ処理部3,8、構造特徴パラメータ計算部4,9、回転周波数補正部13,14をそれぞれ別の符号を付して説明したが、それぞれ別々の部として設けなくてもよい。
In Embodiments 1 to 3, the waveform
1…学習用振動波形データ
2,7…波形データ分割部
3,8…マルチバンドパスフィルタ処理部
4,9…構造特徴パラメータ計算部
5…構造特徴パラメータ基準データ
6…診断用振動波形データ
10…診断用構造特徴パラメータ
11…構造特徴パラメータ異常値算出部
12…構造系異常異常値算出部
13,14…回転周波数補正部
15…3軸方向異常値平均処理部
1... Vibration waveform data for learning 2, 7... Waveform
Claims (5)
垂直方向、水平方向、軸方向の学習用振動波形データおよび診断用振動波形データを分割する波形データ分割部と、
分割された前記学習用振動波形データと前記診断用振動波形データの回転周波数成分と前記回転周波数成分の高調波を抽出するマルチバンドパスフィルタ処理部と、
フィルタ処理した前記学習用振動波形データと前記診断用振動波形データに基づいて、複数の構造特徴パラメータ基準データと複数の診断用構造特徴パラメータを算出する構造特徴パラメータ計算部と、
前記構造特徴パラメータ基準データの平均と分散、および、前記診断用構造特徴パラメータの平均と分散に基づいて、複数の前記診断用構造特徴パラメータの異常値を算出する構造特徴パラメータ異常値算出部と、
複数の前記診断用構造特徴パラメータの異常値の中からいくつか選択して平均をとり、各異常状態の異常値を算出する構造系異常異常値算出部と、
を備えたことを特徴とする構造系異常診断装置。 A structural abnormality diagnosis device for diagnosing structural abnormalities in rotating machinery,
a waveform data dividing unit that divides learning vibration waveform data and diagnostic vibration waveform data in the vertical direction, horizontal direction, and axial direction;
a multi-band pass filter processing unit that extracts a rotational frequency component of the divided learning vibration waveform data and the diagnostic vibration waveform data and a harmonic of the rotational frequency component;
a structural feature parameter calculation unit that calculates a plurality of structural feature parameter reference data and a plurality of diagnostic structural feature parameters based on the filtered learning vibration waveform data and the diagnostic vibration waveform data;
a structural feature parameter abnormal value calculation unit that calculates abnormal values of the plurality of diagnostic structural feature parameters based on the average and variance of the structural feature parameter reference data and the average and variance of the diagnostic structural feature parameters;
a structural abnormality abnormal value calculation unit that selects and averages some of the abnormal values of the plurality of diagnostic structural feature parameters to calculate an abnormal value for each abnormal state;
A structural abnormality diagnosis device characterized by comprising:
前記マルチバンドパスフィルタ処理部は、前記補正後回転周波数および前記補正後回転周波数の高調波を抽出することを特徴とする請求項1記載の構造系異常診断装置。 comprising a rotational frequency correction unit that calculates, as a corrected rotational frequency, a frequency with the highest frequency component within a range of several Hz before and after the normal state rotational frequency of the divided learning vibration waveform data and the diagnostic vibration waveform data;
2. The structural abnormality diagnosis device according to claim 1, wherein the multi-band-pass filter processing unit extracts the corrected rotational frequency and harmonics of the corrected rotational frequency.
波形データ分割部が、垂直方向、水平方向、軸方向の学習用振動波形データを分割し、
マルチバンドパスフィルタ処理部が、分割された前記学習用振動波形データの回転周波数成分と前記回転周波数成分の高調波を抽出し、
構造特徴パラメータ計算部が、フィルタ処理した前記学習用振動波形データに基づいて、複数の構造特徴パラメータ基準データを算出し、
波形データ分割部が、垂直方向、水平方向、軸方向の診断用振動波形データを分割し、
マルチバンドパスフィルタ処理部が、分割された前記診断用振動波形データの回転周波数成分と前記回転周波数成分の高調波を抽出し、
構造特徴パラメータ計算部が、フィルタ処理した前記診断用振動波形データに基づいて、複数の診断用構造特徴パラメータを算出し、
構造特徴パラメータ異常値算出部が、前記構造特徴パラメータ基準データの平均と分散と、前記診断用構造特徴パラメータの平均と分散に基づいて、複数の前記診断用構造特徴パラメータの異常値を算出し、
構造系異常異常値算出部が、複数の前記診断用構造特徴パラメータの異常値の中からいくつか選択して平均をとり、各異常状態の異常値を算出する、
ことを特徴とする構造系異常診断方法。 A structural abnormality diagnosis method for diagnosing structural abnormalities in rotating machinery, the method comprising:
The waveform data division section divides the learning vibration waveform data in the vertical, horizontal, and axial directions,
a multi-band pass filter processing unit extracts a rotational frequency component of the divided learning vibration waveform data and a harmonic of the rotational frequency component;
a structural feature parameter calculation unit calculates a plurality of structural feature parameter reference data based on the filtered learning vibration waveform data;
The waveform data division section divides the diagnostic vibration waveform data in the vertical, horizontal, and axial directions,
a multi-band pass filter processing unit extracts a rotational frequency component of the divided diagnostic vibration waveform data and a harmonic of the rotational frequency component;
a structural feature parameter calculation unit calculates a plurality of diagnostic structural feature parameters based on the filtered diagnostic vibration waveform data;
a structural feature parameter abnormal value calculation unit calculates abnormal values of the plurality of diagnostic structural feature parameters based on the average and variance of the structural feature parameter reference data and the average and variance of the diagnostic structural feature parameters;
a structural abnormality abnormal value calculation unit selects some of the abnormal values of the plurality of diagnostic structural feature parameters and averages them to calculate an abnormal value for each abnormal state;
A method for diagnosing structural system abnormalities.
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