JP7552366B2 - Abnormality diagnosis device, abnormality diagnosis system, and abnormality diagnosis method - Google Patents
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Description
本発明は、回転機等の診断対象の異常を診断する技術、特に、定Q変換に基づく診断対象の異常診断において、診断精度を上げるため学習データを選定する技術に関する。 The present invention relates to a technology for diagnosing abnormalities in a diagnostic target such as a rotating machine, and in particular to a technology for selecting learning data to improve diagnostic accuracy in diagnosing abnormalities in a diagnostic target based on a constant Q transformation.
近年、稼動中の回転機等の機器の運転状態から機器の異常を診断する手法が提案されている(例えば特許文献1~5)。特に、特許文献1-3の異常診断は、回転機に具備された加速度センサのデータの定Q変換に基づく診断により行われる。基本的な診断の手法としては、回転機が正常に動作し続けている場合には異常時のデータが極端に少ないことから、正常時のデータのみを学習して、現在のデータが正常時と比較してどれだけ異なっているかを数値化することで、機器が正常または異常であるかの診断が行われる。
In recent years, methods have been proposed for diagnosing abnormalities in equipment such as rotating machines based on the operating state of the equipment during operation (for example,
しかしながら、従来の機器の異常診断の手法は以下の事情により精度が低下する。 However, the accuracy of conventional methods for diagnosing abnormalities in equipment is reduced due to the following reasons:
機器が安定稼働している正常の状態が学習されるので、機器の稼働停止時(以下、「過渡期」と記述する)の不安定な加速度が異常と判断されることがある。 Since the normal state in which the equipment is operating stably is learned, unstable acceleration when the equipment is stopped (hereafter referred to as the "transition period") may be judged as abnormal.
機器の加速度センサが設置された直後や機器の修繕などを行った直後は、下記の事由により、センサの出力が安定しない。 Immediately after the acceleration sensor is installed in the device or after repairs are made to the device, the sensor output may not be stable for the following reasons:
前記センサはマグネットや接着剤、ボルト締め等により機器に設置されるが、設置状態が馴染むまでセンサ出力が安定しない。 The sensor is attached to the equipment using magnets, adhesives, bolts, etc., but the sensor output is not stable until the installation is stable.
修繕を行った場合、回転機本体を土台にボルト締めを行うので、ボルトの締め具合などが馴染むまでセンサの出力が安定しない。 When repairs are made, the rotating machine body is bolted to the base, so the sensor output will not stabilize until the bolts are tightened properly.
また、センサ出力が安定しない期間のデータは、安定稼働中に比べて加速度が大きかったり小さかったりするので、その期間のデータを学習すると精度が低下する。 In addition, data from periods when the sensor output is unstable will show greater or smaller acceleration than during stable operation, so learning data from those periods will result in reduced accuracy.
さらに、図32に示したようにある一定の期間(1週間または1か月)の機器の稼動データを学習すると、その期間を基準に年変動が発生する。そして、この年変動の影響により、機器が正常である場合でも閾値を超えることがあり、異常が誤検出される。また、年変動は温度により機器の膨張や収縮を招き、ポンプ等の場合には水に溶け込む空気量が変化することが影響しているものと考えられる。 Furthermore, as shown in Figure 32, when the operating data of a device for a certain period (one week or one month) is learned, annual fluctuations occur based on that period. This annual fluctuation can cause the threshold to be exceeded even when the device is normal, resulting in a false detection of an abnormality. In addition, annual fluctuations are thought to be caused by the expansion and contraction of devices due to temperature, and in the case of pumps, for example, the change in the amount of air dissolved in water.
本発明は、以上の事情に鑑み、診断対象の定Q変換に基づく異常診断の精度向上を図る。 In view of the above, the present invention aims to improve the accuracy of abnormality diagnosis based on constant Q transformation of the diagnosis target.
そこで、本発明の一態様は、診断対象の稼動状態の逐次学習及び異常の診断を行う異常診断装置であって、前記診断対象の加速度データから得られた加速度振幅の変動に基づき当該診断対象の稼動状態の過渡期と判断された当該加速度データを前記逐次学習の対象から除外する過渡期除去部を備える。 Therefore, one aspect of the present invention is an abnormality diagnosis device that sequentially learns the operating state of an object to be diagnosed and diagnoses abnormalities, and includes a transient period removal unit that removes acceleration data determined to be in a transient period of the operating state of the object to be diagnosed based on fluctuations in acceleration amplitude obtained from the acceleration data of the object to be diagnosed from the sequential learning.
本発明の一態様は、診断対象の稼動状態の逐次学習及び異常の診断を行う異常診断装置であって、前記診断対象の加速度データから得られた回転周波数帯域のピーク変動に基づき当該診断対象の稼動状態の過渡期と判断された当該加速度データを前記逐次学習の対象から除外するデータ絞込部を備える。 One aspect of the present invention is an abnormality diagnosis device that sequentially learns the operating state of a diagnosis target and diagnoses abnormalities, and includes a data filtering unit that excludes acceleration data determined to be in a transitional period of the operating state of the diagnosis target based on peak fluctuations in a rotational frequency band obtained from the acceleration data of the diagnosis target from the sequential learning.
本発明の一態様は、前記異常診断装置において、前記加速度データの加速度実効値の移動平均の標準偏差が所定範囲に収束する時間帯を前記逐次学習の期間として選択する学習期間選定部を備える。 In one aspect of the present invention, the abnormality diagnosis device includes a learning period selection unit that selects a time period during which the standard deviation of the moving average of the acceleration effective value of the acceleration data converges to a predetermined range as the period of the sequential learning.
本発明の一態様は、前記異常診断装置において、前記診断対象と関連する他の対象の稼動状態の検出信号または前記逐次学習を指令するマニュアルトリガ信号を受けて当該逐次学習を開始する逐次学習処理部を備える。 In one aspect of the present invention, the abnormality diagnosis device includes a sequential learning processing unit that starts the sequential learning in response to a detection signal of the operating state of another object related to the diagnosis object or a manual trigger signal that commands the sequential learning.
本発明の一態様は、前記異常診断装置において、前記診断対象の稼動停止時の正常な前記加速度実効値の推移を学習する逐次学習処理部を備える。 In one aspect of the present invention, the abnormality diagnosis device includes a sequential learning processing unit that learns the normal transition of the effective acceleration value when the operation of the diagnosis target is stopped.
本発明の一態様は、前記異常診断装置において、前記診断対象は可変速の回転機であり、当該回転機の加速度データに基づき設定された特定の回転周波数が前記逐次学習及び前記診断に供される。 In one aspect of the present invention, in the abnormality diagnosis device, the diagnosis target is a variable-speed rotating machine, and a specific rotation frequency set based on acceleration data of the rotating machine is used for the sequential learning and the diagnosis.
本発明の一態様は、診断対象の稼動状態の逐次学習及び異常の診断を行う異常診断方法であって、前記診断対象の加速度データから得られた加速度振幅の変動または回転周波数帯域のピーク変動に基づき当該診断対象の稼動状態の過渡期と判断された当該加速度データを前記逐次学習の対象から除外する。 One aspect of the present invention is an abnormality diagnosis method that sequentially learns the operating state of an object to be diagnosed and diagnoses abnormalities, and excludes acceleration data that is determined to be in a transitional period of the operating state of the object to be diagnosed based on the fluctuation in acceleration amplitude or the peak fluctuation in the rotational frequency band obtained from the acceleration data of the object to be diagnosed from the sequential learning.
本発明の一態様は、診断対象の稼動状態の逐次学習及び異常の診断を行う異常診断システムであって、前記逐次学習及び前記診断を行う上記の異常診断装置と、前記逐次学習で得られた前記加速度データの多変量サンプルと既存の当該加速度データの多変量サンプルに基づき前記診断の基準を再学習する学習装置と、を有する。 One aspect of the present invention is an abnormality diagnosis system that sequentially learns the operating state of a diagnosis target and diagnoses abnormalities, and includes the abnormality diagnosis device that performs the sequential learning and diagnosis, and a learning device that re-learns the criteria for the diagnosis based on the multivariate samples of the acceleration data obtained by the sequential learning and existing multivariate samples of the acceleration data.
本発明の一態様は、前記異常診断システムにおいて、前記学習装置は、前記加速度データの時系列データの定Q変換を行うことなく前記再学習を行う。 In one aspect of the present invention, in the abnormality diagnosis system, the learning device performs the re-learning without performing a constant Q conversion of the time series data of the acceleration data.
本発明の一態様は、前記異常診断システムにおいて、前記学習装置は、既存の前記加速度データの時系列データの定Q変換による当該加速度データの同一レベル若しくは近接するレベルの多変量サンプルと、新たに測定された前記加速度データの時系列データの定Q変換による当該加速度データの同一レベル若しくは近接するレベルの多変量サンプルとに基づき、前記再学習を行う。 In one aspect of the present invention, in the abnormality diagnosis system, the learning device performs the re-learning based on multivariate samples of the same or adjacent levels of the existing acceleration data obtained by constant Q transformation of the time series data of the acceleration data, and multivariate samples of the same or adjacent levels of the newly measured acceleration data obtained by constant Q transformation of the time series data of the acceleration data.
本発明の一態様は、診断対象の稼動状態の逐次学習及び異常の診断を行う異常診断方法であって、前記診断対象の加速度データから得られた加速度振幅の変動または回転周波数帯域のピーク変動に基づき当該診断対象の稼動状態の過渡期と判断された当該加速度データを前記逐次学習の対象から除外する過程を有する。 One aspect of the present invention is an abnormality diagnosis method for sequentially learning the operating state of a diagnosis target and diagnosing abnormalities, and includes a step of excluding acceleration data determined to be in a transitional period of the operating state of the diagnosis target based on the fluctuation in acceleration amplitude or the peak fluctuation in the rotational frequency band obtained from the acceleration data of the diagnosis target from the sequential learning.
本発明の一態様は、前記異常診断方法において、前記逐次学習で得られた前記加速度データの多変量サンプルと既存の当該加速度データの多変量サンプルに基づき前記診断の基準を再学習する過程を有する。 In one aspect of the present invention, the abnormality diagnosis method includes a step of re-learning the diagnostic criteria based on the multivariate samples of the acceleration data obtained by the sequential learning and existing multivariate samples of the acceleration data.
以上の本発明によれば、診断対象の定Q変換に基づく異常診断の精度向上が図られる。 According to the present invention, the accuracy of abnormality diagnosis based on constant Q transformation of the diagnosis target can be improved.
以下に図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。 The following describes an embodiment of the present invention with reference to the drawings.
[実施形態1]
図1に示された本発明の一態様である異常診断装置1が適用された設備異常診断システム2は、定Q変換(特許文献1-3)に基づく回転機3の異常診断にあたり、主に以下の(1)~(3)の処理を行うことにより、回転機3の診断精度の向上を図る。
[Embodiment 1]
An equipment
(1)回転機3の運転データからの稼動状態の過渡期のデータを除去することにより当該過渡期に因る回転機3の異常の誤検出を防止する。
(1) By removing data on the transitional period of the operating state from the operation data of the
(2)回転機3に具備される加速度センサ4の出力値の安定化を検出することにより回転機3の正常な稼動状態を学習する最適な期間を選定する。
(2) Select the optimal period for learning the normal operating state of the
(3)回転機3の運転データを逐次学習して年変動を抑制することにより年変動に因る回転機3の異常の誤検出を防止する。
(3) By sequentially learning the operating data of the
異常診断装置1は回転機3の診断に供される。回転機3はポンプ、ターボブロワ、水車等の回転体設備5に接続されている。回転機3には加速度センサ4が付帯される。加速度センサ4で検出されたか回転機3の加速度データはデータ計測部6を介して異常診断装置1に出力される。データ計測部6は、加速度センサ4の出力信号を回転機3の加速度データとして受信して異常診断装置1に供する。
The
異常診断装置1は、コンピュータのハードウェア資源とソフトウェア資源との協働により、図3に示した以下の機能部を実装する。
The
記憶部10は、データ計測部6から供された加速度データを保存する。
The
過渡期除去部11は、記憶部10から引き出した加速度データに基づき、回転機3の稼動状態が過渡期であるか否かを判断して過渡期であれば当該加速度データを逐次学習の対象から除外する。特に、加速度データから得られた加速度振幅の変動に基づき当該診断対象の稼動状態の過渡期と判断された当該加速度データを前記逐次学習の対象から除外する。
The transient
学習期間選定部12は、前記過渡期の加速度データが除去された加速度データに基づき、加速度センサ4の出力信号が安定した期間を学習期間として選定する。特に、前記加速度データから得られた加速度実効値の移動平均の標準偏差が所定範囲に収束する時間帯を前記逐次学習の期間として選択する。
The learning
逐次学習処理部13は、前記選定された学習期間から回転機3の正常な稼動状態を逐次的に学習する。前記学習を行うタイミングは異常診断装置1の性能に依存するため、1日に1個のデータを追加して逐次学習を行ったり、1週間に1個のデータを追加して逐次学習を行ったりしてもよい。また、年変動を抑制するためには最低1年間逐次学習を行う必要があり、1年経過後は逐次学習を継続しても終了してもよい。
The sequential
診断処理部14は、前記学習した学習結果モデルを用いて、現在の加速度データから回転機3の状態を診断する。また、診断結果が異常と判断された場合に再度計測と診断を行い、連続して異常と判断された場合、本当に異常であると判断することで診断精度が向上する。基本的には設備(回転機3)に異常が発生した場合、継続して異常が発生し続けるものなので、連続して異常と判断された場合を異常と判断する。
The
診断結果伝送部15は、前記診断した結果を監視制御システムやクラウド等に伝送する。
The diagnosis
(実施例1-1)
図5のフローチャートに基づき実施例1の診断処理について説明する。
(Example 1-1)
The diagnosis process of the first embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
S111:測定対象である回転機3の例えば軸受に加速度センサ4が設置され、加速度データが計測される。加速度センサ4の出力信号はデータ計測部6を介して回転機3の加速度データとして記憶部10に保存される。
S111: An
S112:過渡期除去部11は、記憶部10から引き出した加速度データに対して、過渡期かどうかを判断する。過渡期かどうかの判断する方法を図6から図9に示す。図6のような過渡期の加速度データがあった場合、まず、図7のように1秒毎に加速度データを分割する。図8で示すように、分割した加速度データ毎に周波数解析を行い、図9で示すように分割した加速度データ毎に回転周波数を求める。求めた回転周波数が合っていない場合に、過渡期と判断する。過渡期と判断された加速度データは学習も診断も行わない。その他、監視制御システムなどと連携することで機器の稼働停止のタイミングが分かる場合は、監視制御システムのデータを利用して過渡期かどうかを判断しても良い。前記加速度データに対応した期間が過渡期であると判断された場合、学習期間の対象から除去する。
S112: The transitional
S113:S112で過渡期が除去された場合(Yes)、S111の処理に戻る。一方、過渡期が除去されていない場合(No)、S114の学習期間の選定処理に移行する。 S113: If the transitional period has been removed in S112 (Yes), the process returns to S111. On the other hand, if the transitional period has not been removed (No), the process proceeds to the learning period selection process in S114.
S114:過渡期ではないと判断された場合、学習期間選定部12は、学習期間の選定処理を行う。基本的に、センサ出力が安定したときからを学習期間と判断するようにする。センサ出力が安定したかどうかを判定する方法を図10から図12で示す。図10は加速度データの実効値計算例となるが、センサ設置後や修繕後は実効値が高くなる。そこで、図11で示すように加速度データの実効値の移動平均を計算し、図12で示すように移動平均の傾きを計算する。傾きの標準偏差を計算し、傾きが1週間「±σ」の範囲内に収束した時点を学習期間の開始時期として選定する。
S114: If it is determined that the period is not a transitional period, the learning
S115:S114で学習期間が選定されなかった場合(No)、S111の処理に戻る。一方、前記学習期間が選定された場合(Yes)、S116の一年分逐次学習が行われる。 S115: If a learning period was not selected in S114 (No), the process returns to S111. On the other hand, if the learning period was selected (Yes), one-year sequential learning is performed in S116.
S116:S115で学習期間が選定された場合、逐次学習処理部13は、1年間毎日の逐次学習を行う。学習については、例えば特許文献1-3の手法を用いる。一年分の逐次学習が実行されると、S118の診断処理に移行する。
S116: If a learning period is selected in S115, the sequential
S117:1年間分学習されていない場合、逐次学習処理部13により逐次学習が実行される。1年間分学習された場合、S118の診断処理が実行される。逐次学習を行う異常診断装置1のCPUの性能によっては、1日に1個のデータを学習したり、1週間に1個のデータを学習したりしてもよい。1年間学習を行った後は年変動の影響がなくなるので、逐次学習を行う必要がないが、継続してもよい。
S117: If one year's worth of learning has not been performed, sequential learning is performed by the sequential
S118:診断処理部14は、S117の学習後のモデルを用いて、現在の加速度データが正常か異常かを判断するために、診断処理を行う。診断処理については、特許文献1-3の手法を用いる。
S118: The
S119:診断結果伝送部15は、S118で得られた診断結果を監視制御システムやクラウドなどに伝送するために、診断結果の伝送処理を実行する。
S119: The diagnosis
以上のように、設備の異常診断過程で、過渡期の通常とは異なる振動を自動で除去し、加速度データから回転機3が安定稼働している期間を自動的に求めることで適切な学習期間が選定され、逐次学習を行うことで年変動の影響が除され、診断の精度が向上する。
As described above, in the process of diagnosing abnormalities in equipment, vibrations that are different from normal during the transitional period are automatically removed, and an appropriate learning period is selected by automatically determining the period during which the
尚、前記過渡期の判断においては、異常データや単発異常は除外するよい。また、加速データの計測時間は周波数解析精度に応じて設定してもよい。さらに、回転周波数の変動検出の計測期間は、システム特性に応じて設定してもよい。また、周波数特性の平均を求める際に、計測時間に応じた重み付けしてもよい。これらの手法を適用すれば、診断時の過検出を一層効果的に回避できる(後述の実施形態2,3も同様である)。 When judging the transitional period, abnormal data and single abnormalities may be excluded. The measurement time for the acceleration data may be set according to the frequency analysis accuracy. Furthermore, the measurement period for detecting fluctuations in the rotation frequency may be set according to the system characteristics. Furthermore, when calculating the average of the frequency characteristics, weighting according to the measurement time may be applied. By applying these methods, overdetection during diagnosis can be more effectively avoided (the same applies to the second and third embodiments described below).
(実施例1-2)
本実施例は異常時のデータを逐次学習の対象から除外することで診断精度の向上を図る。
(Example 1-2)
In this embodiment, the accuracy of diagnosis is improved by excluding abnormal data from the targets of sequential learning.
図13のフローチャートに基づき実施例1-2の診断処理について説明する。学習期間選定処理までの過程(S111~S115)は実施例1と同じなので説明を省略する。以下に学習期間選定処理後の処理(S116~S125)について説明する。 The diagnosis process of Example 1-2 will be explained based on the flowchart in Figure 13. The process up to the learning period selection process (S111 to S115) is the same as in Example 1, so the explanation will be omitted. Below, the process after the learning period selection process (S116 to S125) will be explained.
S116,S117:逐次学習処理部13は1回目の逐次学習を通常通り行う。基本的に1回目の逐次学習は、センサ設置後や修繕後になるため、機器は正常に動作している状態として取り扱う。
S116, S117: The sequential
S118:診断処理部14により1回目の診断処理が行われる。
S118: The first diagnostic process is performed by the
S119:1回目の診断結果が診断結果伝送部15により監視制御システムやクラウドなどに伝送される。
S119: The first diagnosis result is transmitted by the diagnosis
S121:2回目以降は、先ず、診断処理部14により診断処理が行われる。
S121: From the second time onwards, the
S122,S125:異常であると判断された場合(Yes)、逐次学習が実行されずに、その診断結果が診断結果伝送部15により監視制御システムやクラウドなどに伝送される。
S122, S125: If it is determined that there is an abnormality (Yes), sequential learning is not performed, and the diagnosis result is transmitted by the diagnosis
S122~S124,S125:異常でないと判断された場合(No)、逐次学習処理部13により逐次学習が実行される。その後、診断処理部14により得られた診断結果が診断結果伝送部15により監視制御システムやクラウドなどに伝送される。
S122 to S124, S125: If it is determined that there is no abnormality (No), sequential learning is performed by the sequential
以上のように、異常時のデータを自動的に学習対象から除外して適切な学習を行うことで、診断の精度が向上する。 As described above, by automatically excluding abnormal data from the learning target and performing appropriate learning, the accuracy of diagnosis is improved.
(実施例1-3)
本実施例は再診断による診断精度の向上を図る。特に、本実施例は、実施例1-1の態様において、診断結果が異常と判断された場合に再度計測と診断を行い、連続して異常と判断された場合に、本当に異常であると判断することで診断精度を向上させる。基本的には設備に異常が発生した場合、継続して異常が発生し続けるものなので、連続して異常と判断された場合を異常と判断する。
(Examples 1 to 3)
This embodiment aims to improve the diagnostic accuracy by re-diagnosis. In particular, in the aspect of embodiment 1-1, this embodiment improves the diagnostic accuracy by performing measurement and diagnosis again when the diagnostic result is judged to be abnormal, and judging that it is truly abnormal when it is judged to be abnormal continuously. Basically, when an abnormality occurs in equipment, the abnormality continues to occur continuously, so it is judged to be abnormal when it is judged to be abnormal continuously.
図14のフローチャートを参照して実施例1-3の診断処理について説明する。診断処理までは実施例1-1と同じなので説明を省略する。以下は、S118の診断処理後の処理(S131~S134)について説明する。 The diagnostic process of Example 1-3 will be described with reference to the flowchart in FIG. 14. The process up to the diagnostic process is the same as in Example 1-1, so the description will be omitted. Below, the process after the diagnostic process of S118 (S131 to S134) will be described.
回転機3で異常が発生した場合、基本的には異常は継続して発生する。したがって、図15で示すように一度異常が検出された場合、加速度データの再計測及び再診断を行い、連続して異常と判断された場合に異常と判断するようにする。これにより、誤検出の数を減らすことができる。
When an abnormality occurs in the
S131,S132:S118の診断処理で異常と判断された場合、データ計測部6は加速度データの再計測処理を行う。再計測された加速度データは記憶部10に保存される。
S131, S132: If an abnormality is determined in the diagnosis process of S118, the
S133:診断処理部14は、記憶部10から引き出した前記再計測した加速度データを用いてS118に基づく再診断処理を行う。
S133: The
S134:S133での再診断処理により再度異常と判断された場合、異常という診断結果が診断結果伝送部15により図2の監視制御システム7やクラウドなどに伝送される。一方、正常と判断された場合、正常という診断結果が、監視制御システム7や図示省略のクラウド等に伝送される。
S134: If the re-diagnosis process in S133 again determines that there is an abnormality, the diagnosis result that there is an abnormality is transmitted by the diagnosis
以上のように、設備の異常の再診断により、異常が継続して発生しているかどうかを自動で判断して本当の異常かどうかを判断することで、診断の精度が向上する。 As described above, by re-diagnosing equipment abnormalities, the accuracy of diagnosis is improved by automatically determining whether the abnormality continues to occur and judging whether it is a genuine abnormality.
(実施例1-4)
トリガ機能を用いて回転機3の稼働を検知し、その稼働開始後のデータを追加学習する。特に、回転機3と関連する他の対象の稼動状態の検出信号または前記逐次学習を指令するマニュアルトリガ信号を受けて当該逐次学習を開始する。前記他の対象としては、例えば、負荷側の回転体設備5が送風機である場合、機器の稼働停止のタイミングで振動のパターンが変化し、稼働後のデータが前記逐次学習に供される。
(Examples 1 to 4)
A trigger function is used to detect the operation of the
図2,4において、トリガ機能を用いた稼働開始後データの追加学習による精度向上方法の装置構成と構成例を示す。本態様の異常診断装置1は、図2の監視制御システム7からの監視制御システムデータを監視し、回転機3の稼働停止状態を判断して、加速度センサ4からの加速度データを計測するトリガ計測部8を備える。尚、監視制御システムデータを使用せずに、前記加速度データの実効値などから閾値判定して回転機3の稼働停止を判断してもよい。
Figures 2 and 4 show the device configuration and an example of the configuration of a method for improving accuracy by additional learning of data after the start of operation using a trigger function. The
図16のフローチャートを参照して実施例1-4の診断処理について説明する。 The diagnostic process for Examples 1-4 will be explained with reference to the flowchart in Figure 16.
実施例1-4の診断処理は、基本的には実施例1-1の診断処理と同じであるが、S111~S115の学習期間選定処理と並列でS141のトリガ計測処理を行う点が異なる。 The diagnostic process of Example 1-4 is basically the same as the diagnostic process of Example 1-1, except that the trigger measurement process of S141 is performed in parallel with the learning period selection process of S111 to S115.
ブロワ等の回転体設備5の場合、図17で示した稼働停止のタイミングで振動のパターンが変化するときがある。全てのデータを逐次学習する場合は問題ないが、異常診断装置1のCPUの性能によっては1日に1個や1週間に1個のデータを逐次学習しなければならない場合がある。1日に1個や1週間に1個のデータを逐次学習する場合、図18で示すように、新たに逐次学習を行うまでは乖離度が上昇する。
In the case of
そこで、図2の監視制御システム7からの「監視制御システムデータ」または加速度センサ4からの「加速度データ」に基づき、回転機3の稼働停止を判別し、この停止状態から稼動状態となったタイミングで加速度データを計測する「トリガ計測」を行う。そして、この「トリガ計測」を行ったデータを逐次学習することで図18のような誤検出の数を低減できる。「トリガ計測」は適宜にマニュアルトリガにより行われる。
Therefore, based on the "monitoring and control system data" from the monitoring and
S141,S111~S115:「監視制御システムデータ」または「加速度データ」に基づき回転機3の稼働停止を判断し、停止状態から稼働状態になった場合に「加速度データ」を計測する。「監視制御システムデータ」を使用する場合は、機器のON/OFF情報を用いる(S141)。「加速度データ」を使用する場合は、加速度実効値を計算し、稼働停止を判断するために閾値を設定して機器の稼働停止を判断する(S111~S115)。
S141, S111 to S115: The rotating
S116,S117:逐次学習処理部13は、前記トリガ計測により得られた加速度データに対して、逐次学習を行う。特に、前記診断対象の稼動停止時の正常な加速度実効値の推移が学習される。
S116, S117: The sequential
S118:診断処理部14は、逐次学習後の学習結果モデルを用いて、診断を行う。
S118: The
S119:診断結果伝送部15は、S118に基づく診断結果を監視制御システム7やクラウドなどに伝送するために、診断結果の伝送処理を実行する。
S119: The diagnosis
以上の実施例1-4によれば、トリガ機能を用いた稼働開始後データの追加学習による診断精度の向上が図れる。特に、設備の異常診断手法において、稼働停止のタイミングで振動のパターンが変化するような機器に対しても、稼働停止のタイミングのデータを学習することで、診断の精度が向上できる。 According to the above-mentioned Examples 1 to 4, the diagnostic accuracy can be improved by additionally learning data after the start of operation using the trigger function. In particular, in the equipment abnormality diagnosis method, even for equipment whose vibration pattern changes when the operation is stopped, the diagnostic accuracy can be improved by learning data at the time of the operation stoppage.
[実施形態2]
図19に例示の設備異常診断システム2において、異常診断装置1は回転機3や回転体設備5の振動データの計測と診断を実施する。特に、本態様は、診断及び学習の対象データを計測した加速度データから診断や学習に向いているものだけに絞り込み、診断精度を高める。
[Embodiment 2]
19, an
測定対象となる回転機3や負荷など回転体設備5の軸受付近に一つ以上の加速度センサ4が設置される。加速度センサ4の個数は図示の4つに限定されない。加速度センサ4には、加速度データを計測するデータ計測部6が接続される。また、データ計測部6には、異常診断装置1が接続される。異常診断装置1は診断結果の送付先としてSCADAやクラウドシステムなどにつながっていてもよい。
One or
異常診断装置1は、コンピュータのハードウェア資源とソフトウェア資源との協働により図20に示した以下の機能部を実装する。
The
データ収集部16は、加速度センサ4から出力された加速度データをデータ計測部6から収集して記憶部10に保存する。
The
データ絞込部17は、記憶部10から引き出した加速度データを解析して、診断及び学習に向いているか判定し、向いているデータのみを診断及び学習に使用させる。そして、後述のように、加速度データが過渡期と判断されれば診断(及び学習)に向いていないと判定する。さらに、診断及び学習に向く判定を一定の回転周波数範囲だけに絞り込む。
The
学習期間選定部12は、記憶部10から引き出した加速度データを解析して加速度センサ4の出力が安定した期間を学習期間として自動的に選定する。
The learning
逐次学習処理部13は、学習期間選定部12により選定された学習期間から逐次的に学習データを行う。尚、学習を行うタイミングは異常診断装置1のCPUの性能に依存するため、1日に1個のデータを追加して逐次学習を行ったり、1週間に1個のデータを追加して逐次学習を行ったりしてもよい。また、年変動を抑制するためには最低1年間逐次学習を行う必要があり、1年経過後は逐次学習を継続しても終了しても良い。
The sequential
診断処理部14は、逐次学習処理部13によって学習した学習結果モデルを用いて、現在の加速度データから設備の状態を診断する。
The
診断結果伝送部15は、診断処理部14によって回転機3及び回転体設備5の状態を診断した結果を監視制御システムやクラウドなどに伝送する。
The diagnosis
(実施例2-1)
図21のフローチャートに基づき実施例2-1の診断処理について説明する。
(Example 2-1)
The diagnosis process of the embodiment 2-1 will be described with reference to the flowchart of FIG.
S211:測定対象である回転機3や回転体設備5の軸受に加速度センサ4が設置される。加速度センサ4の出力信号はデータ計測部6及びデータ収集部16を介して回転機3の加速度データとして記憶部10に保存される。この計測された加速データは、データ計測部6及びデータ収集部16を介して記憶部10に保存される。
S211: An
S212:データ絞込部17は、記憶部10から引き出した加速度データに対して、診断及び学習に使えるデータへの絞り込みを行う。先ず、運転しているか否かを判断する。これは振動実効値の大きさを使えばよい。運転していない場合は診断及び学習の対象から除外する。次に、実施形態1のS112の手法により過渡期かどうかを判断する。概略としては計測した1回の加速度データを1秒ごとに分割し、それぞれを周波数解析して分割した要素ごとの回転周波数を推定して、要素ごとの回転周波数にバラつきがあったら過渡期と判断する。さらに、ここで推定した回転周波数を使って絞り込む。過渡期でなく且つ回転周波数が一定範囲内の値の場合だけを診断及び学習に使えるものとする。
S212: The
S213:S112で過渡期が除去された場合(No)、S211の処理に戻る。一方、診断及び学習に使えるデータであると判断された場合(Yes)、S214の学習期間の選定処理に移行する。 S213: If the transition period has been removed in S112 (No), the process returns to S211. On the other hand, if it is determined that the data can be used for diagnosis and learning (Yes), the process proceeds to the selection of a learning period in S214.
S214:診断に使えるデータと判断された場合、学習期間選定部12は、学習期間選定処理を行う。学習期間選定処理は実施形態1のS114と同様の手法に行われる。
S214: If it is determined that the data can be used for diagnosis, the learning
S215:S214で学習期間が選定されなかった場合(No)、S211の処理に戻る。一方、前記学習期間が選定された場合(Yes)、S216の一年分逐次学習が行われる。 S215: If a learning period was not selected in S214 (No), the process returns to S211. On the other hand, if the learning period was selected (Yes), one-year sequential learning is performed in S216.
S216,S217:S213で学習期間が選定された場合、逐次学習処理部13は、1年間毎日の逐次学習を行う。学習については、実施形態1と同様に特許文献1-3の手法を用いる。異常診断装置1のCPUの性能によっては、1日に1個のデータを学習したり、1週間に1個のデータを学習したりしてもよい。1年間の逐次学習を行った後は年変動の影響がなくなるので、逐次学習を行う必要がないが、継続してもよい。
S216, S217: If a learning period is selected in S213, the sequential
S218:診断処理部14は、S217の学習後のモデルを用いて、現在の加速度データが正常か異常かを判断するために、診断処理を行う。診断処理についても、実施形態1と同様に特許文献1-3の手法を用いる。
S218: The
S219:診断結果伝送部15は、S218で得られた診断結果を監視制御システムやクラウドなどに伝送するために、診断結果の伝送処理を実行する。
S219: The diagnosis
以上のように、診断及び学習を回転周波数が一定範囲内の値の場合だけに絞っているので、診断指標値の変動が抑制される。 As described above, diagnosis and learning are limited to cases where the rotational frequency is within a certain range, so fluctuations in the diagnostic index value are suppressed.
(実施例2-2)
実施例2-1のS212の回転数推定処理を変更する。
(Example 2-2)
The rotation speed estimation process in S212 of the embodiment 2-1 is modified.
実施例2-1のS212では、計測データの1秒ごと推定回転周波数(過渡期でなければ全て同じ値)を利用したが、実施例2-2では1回の計測データ全体(例えば5秒)から過渡期除去とは別に回転周波数を推定する。これにより実施例2-1より細かい精度で回転周波数を推定でき、診断対象をより一定の条件に絞り込むことができる。 In S212 of Example 2-1, the estimated rotation frequency for each second of the measurement data (which is the same value unless it is a transitional period) is used, but in Example 2-2, the rotation frequency is estimated from the entire measurement data for one time (for example, 5 seconds) separately from removing the transitional period. This allows the rotation frequency to be estimated with finer accuracy than in Example 2-1, and the diagnosis target can be narrowed down to more specific conditions.
(実施例2-3)
実施例2-1及び実施例2-2では、診断対象として絞り込む回転周波数の範囲をどう決定するかは人の知見による。本実施例では、絞り込む回転周波数範囲の決定方法を与える。
(Example 2-3)
In the embodiment 2-1 and the embodiment 2-2, how to determine the range of rotational frequencies to be narrowed down as a diagnosis target depends on human knowledge. In the present embodiment, a method of determining the range of rotational frequencies to be narrowed down is provided.
実施例2-1のS212の処理における絞り込む回転周波数範囲を次のようにする。 The rotational frequency range narrowed down in the process of S212 in Example 2-1 is as follows:
先ず、初めは絞り込む回転周波数範囲を全体とする。すなわち、最小の回転数から最大の回転数まで診断(及び学習)の対象とする。この際、算出した推定回転周波数を記憶部10に記録しておく。
First, the rotational frequency range to be narrowed down is the entire range. In other words, the range from the minimum rotational speed to the maximum rotational speed is the subject of diagnosis (and learning). At this time, the calculated estimated rotational frequency is recorded in the
一定の期間(例えば1カ月)が経った時点で診断結果の変動が大きいようなら、記憶部10に記録してあった推定回転周波数を統計処理して最も頻度の高い回転周波数を診断及び学習の対象として絞り込む。この際に診断及び学習の対象の頻度が十分に高くない(例えば運転しているデータ全数の1/4未満の数になる)場合には回転周波数の範囲を上下に広げて診断対象を増やす。尚、診断結果の変動が大きくない場合は、回転周波数の変動が診断結果に大きな影響がないので回転周波数の絞り込みは必要ない。
If the diagnostic results show a large variation after a certain period of time (e.g., one month), the estimated rotational frequencies recorded in the
(実施例2-4)
実施例2-3では、回転周波数の絞り込みを開始するか否かの判断と統計処理の実施は人手による。実施例2-4では、前記判断と統計処理がシステムに組み込まれている。
(Example 2-4)
In the embodiment 2-3, the decision as to whether or not to start narrowing down the rotation frequency and the execution of the statistical processing are performed manually, whereas in the embodiment 2-4, the decision and the statistical processing are incorporated into the system.
実施例2-4の異常診断装置1は、図22に示したように、コンピュータのハードウェア資源とソフトウェア資源との協働により以下の機能部を実装する。
As shown in FIG. 22, the
過渡期除去部11、学習期間選定部12、逐次学習処理部13、診断処理部14及び診断結果伝送部15は、実施形態1の過渡期除去部11、学習期間選定部12、逐次学習処理部13、診断処理部14及び診断結果伝送部15と同様の態様である。
The transitional
データ絞込部17は、記憶部10から引き出した加速度データを絞り込むと共に過渡期でないときの回転周波数を記憶部10に記録する。特に、前記診断対象の加速度データから得られた回転周波数帯域のピーク変動に基づき当該診断対象の稼動状態の過渡期と判断された当該加速度データを前記逐次学習の対象から除外する。また、絞込パラメータ(回転周波数範囲など)を記憶部10から取得する。
The
パラメータ更新部18は、加速度データが一定数(例えば1カ月分)溜まった時に回転周波数を統計処理して最も頻度の高い回転周波数に回転周波数範囲を絞り込み、記憶部10の絞込パラメータを更新する。
When a certain amount of acceleration data (e.g., one month's worth) has been accumulated, the
図23のフローチャートに基づき絞りパラメータの更新処理について説明する。 The aperture parameter update process is explained using the flowchart in Figure 23.
パラメータ更新部18は、通常の診断及び学習の処理とは別途に運用開始から一定期間(例えば1カ月)経った時に実行される。
The
S241:回転周波数のヒストグラムを計算する。 S241: Calculate the rotation frequency histogram.
S242:最も頻度の高い回転周波数を回転周波数範囲に設定する。 S242: Set the most frequent rotation frequency to the rotation frequency range.
S243:回転周波数範囲の頻度が全体の1/4以上なら終了、そうでなければS244に移行する。 S243: If the frequency of the rotation frequency range is 1/4 or more of the total, end; if not, proceed to S244.
S244:現在の範囲の上/下の頻度の高い方を回転周波数範囲に取り込み、再度、S243を実行する。 S244: The higher frequency above or below the current range is added to the rotation frequency range, and S243 is executed again.
図24に、ある設備における2年強の期間で計測したデータから推定した回転周波数の全期間及び最初の1月における回転周波数割合の分布図に示す。同図には、ある設備の2年強の期間での回転周波数分布が示される。 Figure 24 shows a distribution diagram of the rotational frequency ratio for the entire period and the first month, estimated from data measured over a period of just over two years for a certain piece of equipment. The figure shows the distribution of rotational frequencies for a period of just over two years for a certain piece of equipment.
これで分かるように、回転周波数は最初の一月でおおよそ正確な分布が得られるとともに、最も頻度の高い回転周波数の頻度は30%ほどもある。診断する回転周波数を絞っても、運転時間の1/3ほどは診断対象となる。この例では運転時刻の割合が50%ほどであり、毎日、1日当たり3~4回の診断が見込める。 As can be seen, the rotational frequency distribution is roughly accurate within the first month, and the frequency of the most frequent rotational frequency is about 30%. Even if the rotational frequencies to be diagnosed are narrowed down, about one-third of the operating time is subject to diagnosis. In this example, the operating time ratio is about 50%, and 3 to 4 diagnoses can be expected per day.
図25及び図26に上記と同じある設備における2年強の期間で計測したデータから回転周波数制限なし及び回転周波数19Hzに制限で診断した結果のグラフを示す。これで分かるように、回転周波数を制限しない図25ではたびたび異常閾値を超える指標値が発生しているが、回転周波数19Hzに制限した図26の指標値は学習が進んでいない初期を除いて全く異常値を出していない。注意ラインの下にある。図25でたびたび異常値を示すのは回転数の変化により指標値が大きく変動するためである。図26で診断する回転周波数を絞り込んだことにより、図25のような診断異常による誤検知が避けられる。 Figures 25 and 26 show graphs of the results of diagnosis with no rotational frequency limit and with a rotational frequency limit of 19 Hz, based on data measured over a period of just over two years for the same equipment as above. As can be seen, in Figure 25, where there is no rotational frequency limit, index values that frequently exceed the abnormal threshold occur, but in Figure 26, where the rotational frequency is limited to 19 Hz, the index values do not show any abnormal values except in the early stages when learning has not progressed. They are below the caution line. The frequent abnormal values shown in Figure 25 are because the index values fluctuate greatly with changes in the rotation speed. By narrowing down the rotational frequencies diagnosed in Figure 26, false positives due to diagnostic abnormalities such as those in Figure 25 can be avoided.
[実施形態3]
特許文献1-3等の異常診断手法を可変速の回転機に適用した場合、センサデータの計測毎に回転周波数が変化するので、正常時のデータでもバラつきが生じ、誤検出されることがある。回転周波数16Hzから20Hzまで可変速な回転機の回転周波数が16Hzと20Hzである場合の周波数解析結果を図27に例示した。回転周波数が16Hzと20Hzの場合、ピークとなる周波数の位置にズレが生じることや周波数強度が異なることがある。このようなデータをまとめて学習すると正常に診断ができないことがある。
[Embodiment 3]
When the abnormality diagnosis methods of Patent Documents 1-3 and the like are applied to a variable-speed rotating machine, the rotation frequency changes for each measurement of sensor data, so that even normal data may vary and cause erroneous detection. FIG. 27 shows an example of a frequency analysis result when the rotation frequency of a variable-speed rotating machine from 16 Hz to 20 Hz is 16 Hz and 20 Hz. When the rotation frequency is 16 Hz and 20 Hz, there may be a shift in the position of the peak frequency or the frequency intensity may differ. Learning such data collectively may result in a failure to perform a normal diagnosis.
これに対して、実施形態2では、回転周波数の分布を作成し、頻度が高い回転周波数のデータのみを学習したり、頻度の割合が高い回転周波数の範囲のデータのみを学習したりすることで、診断の精度を向上させている。 In contrast, in the second embodiment, a distribution of rotational frequencies is created and only data of rotational frequencies with high frequency is learned, or only data in the range of rotational frequencies with high frequency is learned, thereby improving the accuracy of diagnosis.
しかしながら、頻度が高い回転周波数に絞ってしまうと、診断を行う頻度も絞られてしまうので、回転周波数範囲を広げておく必要がある。頻度の割合が高い回転周波数の範囲を設定するだけでは、精度の良い診断を行うための回転周波数の範囲を自動で設定することは難しいという問題がある。 However, narrowing down the range to rotational frequencies with high frequency also limits the frequency at which diagnosis is performed, so it is necessary to widen the range of rotational frequencies. There is a problem in that it is difficult to automatically set the range of rotational frequencies required for accurate diagnosis by simply setting the range of rotational frequencies with high frequency.
そこで、図28に示された本実施形態の異常診断装置1aは、実施形態1の異常診断手法において、診断手法の精度を考慮した回転周波数の範囲を自動で設定する。
The
図28,29に例示した異常診断装置1aは、データ絞込部17が追加された点以外は、実施形態1の異常診断装置1と同様の態様であり、コンピュータのハードウェア資源とソフトウェア資源との協働により以下の機能部を実装する。尚、データ絞込部17は、実施形態2のデータ絞込部17とは処理内容が異なる。
The
データ計測部6は、加速度センサ4から出力された加速度データを記憶部10に保存する。
The
データ絞込部17は、記憶部10から引き出した加速度データに基づき、学習や診断に使用できるかどうかを自動で判断して、加速度データを絞り込む。
The
過渡期除去部11は、記憶部10から引き出した加速度データに基づき、回転機3の稼動状態が過渡期かどうかを判断し、過渡期であれば逐次学習及び診断の対象から除外する。
The transient
学習期間選定部12は、記憶部10から引き出した加速度データをもとに、センサ出力が安定した期間を学習期間と自動で選定する。
The learning
逐次学習処理部13は、前記選定された学習期間から逐次的に学習を行う。
The sequential
診断処理部14は、前記学習により得られた学習結果モデルに基づき、現在の加速度データから設備の状態を診断する。
The
診断結果伝送部15は、診断処理部14によって設備の状態を診断した結果を監視制御システムやクラウドなどに伝送する。
The diagnosis
(実施例3-1)
図30のフローチャートに基づき実施例3-1の診断処理について説明する。本態様の処理フローは、S302以外の処理については、実施形態1の処理フローと同じである。
(Example 3-1)
The diagnosis process of Example 3-1 will be described with reference to the flowchart of Fig. 30. The process flow of this embodiment is the same as the process flow of the first embodiment except for S302.
S301:測定対象である回転機3などの軸受に加速度センサ4が設置され、データ計測部6により回転機3の加速度データが計測される。この計測された加速度データは記憶部10に保存される。
S301: The
S302:安定した診断を行うために、データ絞込部17は、記憶部10の加速度データを学習や診断に供するかどうかを、回転周波数を基準にして絞り込む。基本的な考え方は下記の通りである。
S302: To perform a stable diagnosis, the
図27に示したように、回転周波数毎の周波数解析の結果が異なるようなデータを学習及び診断を行うと安定した診断を行うことができない。そこで、回転周波数毎に周波数解析を行い、周波数解析結果の相関を計算して相関値が高い回転周波数の範囲のデータを使用する。処理の例として、回転周波数が16Hzから20Hzまで変化する可変速の回転機3を考える。
(1)図31に示したように、計測データに対して周波数解析を行い、回転周波数毎にデータを分類する。回転周波数については、周波数解析した結果において、16Hzから20Hzでピークとなった周波数を回転周波数とする。
(2)回転周波数毎に周波数解析結果の平均値を算出する。
(3)回転周波数毎に周波数解析結果の平均値のデータそれぞれの相関値を計算する。相関値の計算結果例を表1に示す。
(4)表1において、相関値の最小値を計算し、その相関値の最小値が0.95以上の回転周波数の範囲のデータに関してS313以降の処理を行う。尚、相関値の最小値の閾値は任意に決めてもよい。
As shown in Fig. 27, if learning and diagnosis are performed on data in which the results of frequency analysis for each rotation frequency are different, stable diagnosis cannot be performed. Therefore, frequency analysis is performed for each rotation frequency, the correlation of the frequency analysis results is calculated, and data in the range of rotation frequencies with a high correlation value is used. As an example of processing, consider a variable-
(1) As shown in Fig. 31, a frequency analysis is performed on the measurement data, and the data is classified by rotation frequency. As for the rotation frequency, the frequency that peaks between 16 Hz and 20 Hz in the frequency analysis result is determined as the rotation frequency.
(2) Calculate the average value of the frequency analysis results for each rotation frequency.
(3) Calculate the correlation value of each of the average data of the frequency analysis results for each rotation frequency. An example of the calculation results of the correlation values is shown in Table 1.
(4) In Table 1, the minimum correlation value is calculated, and the processes from S313 onward are performed for data in the range of rotational frequencies in which the minimum correlation value is 0.95 or more. The threshold value for the minimum correlation value may be determined arbitrarily.
S303:過渡期除去部11は、計測した加速度データに対して、過渡期かどうかを判断する。過渡期かどうかの判断方法は実施形態1での判断法が適用される。
S303: The transient
S304:S303で過渡期ではないと判断された場合、学習期間選定部12は、学習期間選定処理を行う。学習期間の選定方法については実施形態1での選定法が適用される。
S304: If it is determined in S303 that the period is not a transitional period, the learning
S305:S304で学習期間が選定されなかった場合(No)、S301の処理に戻る。一方、前記学習期間が選定された場合(Yes)、S306の一年分逐次学習が行われる。 S305: If a learning period was not selected in S304 (No), the process returns to S301. On the other hand, if the learning period was selected (Yes), one-year sequential learning is performed in S306.
S306:S305で学習期間が選定された場合、逐次学習処理部13は、1年間毎日の逐次学習を行う。逐次学習においては、実施形態1と同様に例えば特許文献1-3の手法が適用される。一年分の逐次学習が実行されると、S118の診断処理に移行する。
S306: If a learning period is selected in S305, the sequential
S307:1年間分学習されていない場合、逐次学習が実行される。1年間分学習された場合、S118の診断処理が実行される。逐次学習を行う異常診断装置1のCPUの性能によっては、1日に1個のデータを学習したり、1週間に1個のデータを学習したりしても良い。1年間学習を行った後は年変動の影響がなくなるので、逐次学習を行う必要がないが、継続してもよい。
S307: If one year's worth of learning has not been performed, sequential learning is performed. If one year's worth of learning has been performed, the diagnosis process of S118 is performed. Depending on the performance of the CPU of the
S308:診断処理部14は、S307の学習後のモデルを用いて、現在の加速度データが正常か異常かを判断するために、診断処理を行う。診断処理については、特許文献1-3の手法を用いればよい。
S308: The
S309:診断結果伝送部15は、S308で得られた診断結果を監視制御システムやクラウドなどに伝送するために、診断結果の伝送処理を実行する。
S309: The diagnosis
以上のように、可変速の回転機の診断を行う場合に、安定した診断を行うための回転周波数の範囲を自動で設定することで、診断の精度が向上できる。また、診断するデータを絞り込みによって、除外されるデータの数を最小限にできる。特に、異常診断を行いたい可変速の回転機の加速度のセンサデータから、安定した診断が行える回転周波数のデータを自動で絞り込むことができ、実施形態2と比較しても、精度良く設備の異常状態を診断できる。
As described above, when diagnosing a variable speed rotating machine, the accuracy of the diagnosis can be improved by automatically setting the range of rotational frequencies for stable diagnosis. In addition, the number of data to be excluded can be minimized by narrowing down the data to be diagnosed. In particular, it is possible to automatically narrow down the data of rotational frequencies that allow stable diagnosis from the sensor data of the acceleration of the variable speed rotating machine for which abnormality diagnosis is desired, and it is possible to diagnose the abnormal state of the equipment with higher accuracy, even compared to
[実施形態4]
従来の特許文献1-3の異常診断は、先ず、準備フェーズで予め用意した複数の正常な時系列データから診断基準(変換行列と正規化係数)を算出する。
[Embodiment 4]
In the conventional anomaly diagnosis methods disclosed in
これに対し、上述の実施形態2の異常診断装置1は、時間の経過とともに変化しうる正常状態に追従して診断の精度を上げるために、診断に使用した時系列データの一部を新たに学習に使う正常な時系列データに追加して準備フェーズを再実行する(図20,21)。図21の診断処理では、逐次学習処理を行ってから診断する流れになっており(S217,S218)、診断と学習を分離することが難しいので、学習段階(準備フェーズ)も異常診断装置で実施することになる。
In contrast, the
定Q診断において最も重い処理(演算量やメモリ使用量が多い処理)は、準備フェーズの主成分分析である。準備フェーズと診断フェーズの両方で実行される特許文献1-3の定Q変換もそれなりに重い演算処理であり、同文献において、その高速化手法が提案されている。定Q変換の演算量は時系列データの長さで決まるので、同文献のように毎回同じ長さの時系列データを扱う場合、診断フェーズでは毎回ほぼ同等の演算量であり、準備フェーズでは使用する時系列データの数にほぼ比例する演算量となる。 The heaviest process in constant-Q diagnosis (processing requiring a large amount of calculations and memory usage) is the principal component analysis in the preparation phase. The constant-Q transformation of Patent Documents 1-3, which is executed in both the preparation and diagnosis phases, is also a fairly heavy calculation process, and these documents propose a method to speed it up. The amount of calculation for the constant-Q transformation is determined by the length of the time series data, so when dealing with time series data of the same length each time, as in these documents, the amount of calculation in the diagnosis phase is roughly the same each time, and the amount of calculation in the preparation phase is roughly proportional to the number of time series data used.
主成分分析は、多変量サンプル数に対して2乗オーダー以上に演算量が大きくなり、またメモリ使用量も増大する。多変量サンプル数は、準備フェーズで使用する時系列データ数と比例関係にある。このことから、ある程度多い時系列データ数で準備フェーズを実行するには要求される計算機資源(演算量及びメモリ量)が膨大となる。このため高性能パソコンやクラウドサーバなどの計算機資源に余裕がある環境なら多くの時系列データを使った準備フェーズを問題なく実行可能でも、時系列データを計測する現場機器のそばに配置するために計算機資源が限られる異常診断装置では、対象とする時系列データ数が増えると準備フェーズの実行が困難となる。 Principal component analysis requires a quadratic amount of calculations or more in relation to the number of multivariate samples, and memory usage also increases. The number of multivariate samples is proportional to the number of time series data used in the preparation phase. For this reason, executing the preparation phase with a relatively large number of time series data requires enormous computer resources (amount of calculations and memory). For this reason, while it is possible to execute the preparation phase using a large amount of time series data without any problems in an environment with ample computer resources, such as a high-performance PC or cloud server, in an anomaly diagnosis device that has limited computer resources because it is placed near the field equipment that measures the time series data, it becomes difficult to execute the preparation phase as the number of target time series data increases.
特許文献1-3の診断であれば、予め十分な計算機資源が確保できる環境で準備フェーズを実行しておき、その診断基準で異常診断装置を運用すれば問題ない。 For the diagnosis of Patent Documents 1-3, there is no problem if the preparation phase is carried out in an environment where sufficient computer resources can be secured in advance, and the anomaly diagnosis device is operated based on the diagnostic criteria.
一方、実施形態2の異常診断装置1において、準備フェーズを含む逐次学習処理をしようとすると、異常診断装置に過大な計算機資源(CPU,メモリ)を要求する。このような過大な計算機資源はサイズ、排熱性能、消費電力、価格などの課題があり、全ての異常診断装置に具備することは困難となる。
On the other hand, in the
そこで、図33に示した実施形態4の設備異常診断システム2は、実施形態2の逐次学習及び定Q診断において、逐次学習処理の順序変更と再学習処理の分離を行い、処理の重い準備フェーズ含む再学習処理を異常診断装置1とは別の学習装置21で行う。
Therefore, the equipment
本態様の設備異常診断システム2は、回転機3の異常診断を行う。回転機3はポンプ、ターボブロワ、水車等の回転体設備5に接続されている。回転機3には加速度センサ4が付帯される。加速度センサ4で検出された回転機3の加速度データはデータ計測部6を介して異常診断装置1に出力される。データ計測部6は、加速度センサ4の出力信号を回転機3の加速度データとして受信して異常診断装置1に出力する。異常診断装置1は加速度データを選別して診断や学習を行う。この際、学習処理は学習装置21に再学習処理を委譲する。また、異常診断装置1は診断結果の送付先として表示装置、監視制御システム、クラウドシステム等の外部システム22につながっていてもよい。
The equipment
異常診断装置1は、コンピュータのハードウェア資源とソフトウェア資源の協働により図34に示した以下の機能を実装する。
The
データ収集部16は、加速度センサ4から出力された加速度データをデータ計測部6から収集して記憶部10に保存する。
The
データ絞込部17は、記憶部10から引き出した加速度データを解析して、診断及び学習に向いているか判定し、向いているデータのみを診断及び学習に使用させる。そして、後述のように、加速度データが運転していないと判断されたり過渡期と判断されたりすれば診断及び学習に向いていないと判定する。さらに、診断及び学習に向く判定を一定の回転周波数範囲だけに絞り込んでもよい。
The
診断処理部14は、データ絞込部17で診断及び学習に向くと判断された加速度データを診断する。この際、学習に使える十分なデータがなく逐次学習処理部が診断基準データを算出できていない場合は診断対象外として診断結果はなしとする。特に最初はまだ学習されていないので診断対象外である。
The
診断結果伝送部15は、診断処理部14によって回転機3及び回転体設備5の状態を診断した結果を外部システム9に伝送する。
The diagnosis
学習期間選定部12は、記憶部10から引き出した加速度データを解析して加速度センサ4の出力が安定した期間を学習期間として自動的に選定する。
The learning
逐次学習処理部13は、学習期間選定部12により選定された学習期間から逐次的に学習データを抽出する。この際、データ絞込部17で診断及び学習に向くと判断された加速度データのみが対象である。また、診断結果が異常な加速度データは除外してもよい。なお、学習対象数や学習のタイミング及び頻度は学習装置21の演算性能に依存するため、1日に1個のデータを追加して逐次学習を行ったり、1週間に1個のデータを追加して逐次学習を行ったりしてもよい。また、年変動を抑制するためには最低1年間逐次学習を行う必要があり、1年経過後は逐次学習を継続しても終了しても良い。尚、学習データを追加した際の実際の学習処理は学習装置21に加速度データを伝送して学習装置21で行う。
The sequential
図35,36のフローチャートに基づき実施例1の診断処理について説明する。
この診断処理は定期的に、あるいはトリガによって実行される。
The diagnosis process of the first embodiment will be described with reference to the flowcharts of FIGS.
This diagnostic process is executed periodically or in response to a trigger.
S211:測定対象である回転機3や回転体設備5の軸受に加速度センサ4が設置される。加速度センサ4の出力信号はデータ計測部6及びデータ収集部16を介して回転機3の加速度データとして記憶部10に保存される。
S211: An
S212:データ絞込部17は、記憶部10から引き出した加速度データに対して、診断及び学習に使えるデータへの絞り込みを行う。先ず、運転しているか否かを判断する。これは振動実効値の大きさを使えばよい。運転していない場合は診断及び学習の対象から除外する。次に、実施形態1の方法により過渡期かどうかを判断する。概略としては計測した1回の加速度データを1秒ごとに分割し、それぞれを周波数解析して分割した要素ごとの回転周波数を推定して、要素ごとの回転周波数にバラつきがあったら過渡期と判断する。さらに、ここで推定した回転周波数を使って絞り込む。過渡期でなく且つ回転周波数が一定範囲内の値の場合だけを診断及び学習に使えるものとする。
S212: The
S213:S212で除去された場合(no)、今回の診断処理は終わりである。一方、診断及び学習に使えるデータであると判断された場合(yes)、S451の診断基準の判定に移行する。 S213: If the data was removed in S212 (no), the current diagnostic process ends. On the other hand, if the data is determined to be usable for diagnosis and learning (yes), the process moves to S451 to determine the diagnostic criteria.
S251:診断処理部14は、診断基準がある場合(yes)、診断処理S418を実行する。診断基準がない場合(no)、診断なしS452で診断対象外という診断結果を作成する。診断基準は、特許文献1-3の準備フェーズで作成されるものである。診断基準は本態様では逐次学習処理S217で作成する。逐次学習処理S217を実行する前には存在しない可能性があるため、ここで判定する。
S251: If there is a diagnostic criterion (yes), the
S252:診断処理部14は、診断基準がない場合、診断対象外という診断結果を作成する。
S252: If there are no diagnostic criteria, the
S218:診断処理部14は、診断基準がある場合、現在の加速度データが正常か異常かを判断するために診断処理を行う。この診断処理は特許文献1,2に記述された診断フェーズの処理である。
S218: If there is a diagnostic criterion, the
S219:診断結果伝送部15は、S218あるいはS252で得られた診断結果を外部システム22に伝送するために、診断結果の伝送処理を実行する。
S219: The diagnosis
S212:学習期間選定部12は、学習期間選定処理を行う。学習期間選定処理は実施形態2と同様の手法で行われる。
S212: The learning
S215:S214で学習期間が選定されなかった場合(no)、今回の診断処理は終わりである。一方、前記学習期間が選定された場合(yes)、S216に進みの一年分まで逐次学習が行われる。 S215: If no learning period was selected in S214 (no), this diagnostic process ends. On the other hand, if the learning period was selected (yes), proceed to S216 and learning will be performed sequentially up to one year.
S216:S213で学習期間が選定された場合、逐次学習処理部13は、一年間毎日の逐次学習を行う。一年間の逐次学習を行った後は年変動の影響がなくなるので、逐次学習を行う必要がないが、継続してもよい。
S216: If a learning period is selected in S213, the sequential
S217:逐次学習処理部13は、一年間毎日の逐次学習を行う。逐次学習処理部13における逐次学習処理を図36のフローチャートに記載する。
S217: The sequential
S253:逐次学習処理ではまず初めに学習データの選出を行う。基本的にS212で診断及び学習に使えるデータと判断されたデータは全て学習データとしてよいが、学習装置21のCPU性能によっては、1日に1個のデータを学習したり、1週間に1個のデータを学習したりというように学習データを間引いてもよい。また、学習データがある程度の数ある場合には診断結果が異常なデータも学習データから除外することにしてもよい。
S253: In the sequential learning process, first, learning data is selected. Basically, all data determined in S212 to be usable for diagnosis and learning may be used as learning data, but depending on the CPU performance of the
S254:S253により新たな学習データが選出されなかった場合(no)、今回の逐次学習処理は終わりである。一方、新たな学習データが選出された場合(yes)、遠隔学習要求(S255)を行う。 S254: If no new learning data is selected by S253 (no), the current sequential learning process ends. On the other hand, if new learning data is selected (yes), a remote learning request is made (S255).
S255:新たな学習データが選出された場合、逐次学習処理部13は、学習装置21に新たな学習データを送付して遠隔学習を要求する。
S255: If new learning data is selected, the sequential
S256:遠隔学習処理においては、学習装置21は、逐次学習処理部13から新たな学習データを受け付けると、既に保存してある学習データとともに診断基準を再計算する。この処理は例えば特許文献1-3に記載の準備フェーズの手法を用いる。
S256: In the remote learning process, when the
S257:逐次学習処理部13は、学習装置21にて遠隔学習処理の完了を待機し、返された診断基準を受け取る。
S257: The sequential
S258:逐次学習処理部13は、遠隔学習処理から返された診断基準を記憶部10に保存して、今後の診断に利用できるようにする。
S258: The sequential
遠隔学習処理は、学習装置21のCPU性能によっては診断処理の周期より長い演算時間がかかる可能性がある。この場合は学習データ選出処理S253にて選出する学習データを適切に間引いて遠隔学習処理が終わる前に次の遠隔学習処理が呼び出されないようにする。また、この場合は次の診断処理には診断基準の更新が間に合わないので、診断基準が更新されるまでは従前の診断基準を使用する。また診断基準の更新は、診断処理S218で不整合な診断基準が使用されないよう適切に排他制御する。
Depending on the CPU performance of the
以上の本実施形態によれば、逐次学習及び定Q診断において診断処理と学習処理の順序を整理し、重い学習処理を異常診断装置1とは別の高速な学習装置21に供することで学習処理がさらに高速化する。
According to the present embodiment described above, the order of the diagnostic process and the learning process is rearranged in sequential learning and constant Q diagnosis, and the heavy learning process is provided to a high-
[実施形態5]
図37に示された実施形態5の設備異常診断システムは、実施形態4の態様において、診断時に作成する多変量サンプル(定Q変換結果)を再利用する。但し、学習装置21はクラウドシステム上など、異常診断装置1から遠く離れた遠隔地に置かれ、異常診断装置1と学習装置21を結ぶネットワーク帯域の都合により伝送するデータ量を削減する必要があることを想定する。
[Embodiment 5]
37 reuses multivariate samples (constant-Q transformation results) created during diagnosis in the manner of
診断処理部14は、実施形態4と同様に診断するが、診断処理の際に算出した定Q変換結果の多変量サンプルも診断結果データとともに記憶部10に保存する。
The
逐次学習処理部13は、加速度データと同時に対応する多変量サンプルも読み出す。そして学習データを選出した場合、学習装置21に送信するデータは加速度データではなく対応する多変量サンプルとする。
The sequential
学習装置21は遠隔学習処理を実施する際に定Q変換を省略して前記多変量サンプルから特許文献1-3の準備フェーズの処理を行う。
When performing remote learning processing, the
本実施形態の診断処理も上述の図35,36のフローチャートに基づく。本診断処理は、診断処理(S252,S218,S255,S256)以外は、実施形態4と同様の処理となる。
The diagnostic process of this embodiment is also based on the flowcharts of Figures 35 and 36. This diagnostic process is the same as that of
S252:診断処理部14は、診断基準がない場合、診断対象外という診断結果を作成する。また、診断基準がない場合も定Q変換は実施して多変量サンプルを記憶部10に保存する。
S252: If there are no diagnostic criteria, the
S218:診断処理部14は、診断基準がある場合、実施形態4と同様に診断するとともに、診断の途中で算出された定Q変換結果の多変量サンプルを記憶部10に保存する。
S218: If there is a diagnostic criterion, the
S255:新たな学習データが選出された場合、逐次学習処理部13は、学習装置21に新たな学習データに対応する多変量サンプルを送付して遠隔学習を要求する。
S255: When new learning data is selected, the sequential
S256:遠隔学習処理においては、学習装置21は、逐次学習処理部13から新たな学習データの多変量サンプルを受け付けて学習装置21内に保存し、すでに保存してある学習データ(多変量サンプル)と共に診断基準を再計算する。この処理は例えば特許文献1-3に記載の準備フェーズの手法を用いる。但し、既に定Q変換した多変量サンプルがあるので、定Q変換は省略して主成分分析から処理する。
S256: In the remote learning process, the
したがって、本態様の診断処理によれば、学習に使うデータを加速度データから診断時に作成した多変量サンプルにして学習時の定Q変換を省略することで学習処理を高速化するとともに、元の加速度データより多変量サンプルのサイズが小さくなることで学習データの伝送負荷を低減する。 Therefore, according to the diagnostic process of this embodiment, the data used for learning is multivariate samples created at the time of diagnosis from acceleration data, and the constant Q transformation during learning is omitted, speeding up the learning process, and the transmission load of the learning data is reduced by making the size of the multivariate samples smaller than the original acceleration data.
実施形態5の伝送データ量の削減効果について以下に一例を試算する。
The effect of reducing the amount of data transmitted in
51.2kHzで5秒間記録した加速度データは、各値が倍精度浮動小数点数(8バイト)として2MBほど(51200×5×8=2048000)になる。 Acceleration data recorded at 51.2kHz for 5 seconds is approximately 2MB (51200 x 5 x 8 = 2048000) with each value being a double-precision floating-point number (8 bytes).
一方、1/6オクターブバンドで6.25Hzから8064Hzまでの周波数帯は63個あり、5秒間のサンプルから100サンプル生成する場合、定Q変換結果の多変量サンプルは50kBほど(63×100×8=50400)である(値は倍精度浮動小数点数)。 On the other hand, there are 63 frequency bands from 6.25 Hz to 8064 Hz in the 1/6 octave band, and if 100 samples are generated from 5 seconds of samples, the multivariate samples resulting from the constant Q conversion will be about 50 kB (63 x 100 x 8 = 50,400) (values are double-precision floating-point numbers).
このため、加速度データから多変量サンプルにすることでデータサイズは1/40になる。例えば、加速度センサの計測値が2バイト整数で取得できて、加速度データが上記の1/4サイズになったとしても、定Q変換結果の多変量サンプルはその1/10になる。このように学習データを多変量サンプルにしてから学習装置21に伝送することで、伝送コストの削減の効果が高まる。
For this reason, by converting the acceleration data into multivariate samples, the data size is reduced to 1/40. For example, even if the measurement value of the acceleration sensor can be obtained as a 2-byte integer and the acceleration data is reduced to 1/4 of the size mentioned above, the multivariate sample resulting from the constant Q conversion will be 1/10 of that size. By converting the learning data into multivariate samples in this way and then transmitting them to the
[実施形態6]
本実施形態の診断処理は、実施形態4,5の態様において、学習装置21は、マルチレベル定Q診断により再学習を対象データが影響するレベルのみを制限する。
[Embodiment 6]
In the diagnostic process of this embodiment, in the aspects of the fourth and fifth embodiments, the
学習装置21としては、特許文献3に開示された準備フェーズ及び診断フェーズを実行する異常診断装置が適用される。すなわち、学習装置21は、図38に示したように、準備フェーズを実行するパラメータ作成部100と、診断フェーズを実行する診断部200と、を実装し、マルチレベル定Q診断を実行する。
As the
パラメータ作成部100は、定Q変換部101、主成分分析部102、統計値計算部103及び正規化部104を備える。定Q変換部101は、予め異常診断の診断対象から測定(計測)して収集した時系列データD1を定Q変換して学習の対象となる多変量サンプル(学習サンプル)を作成する。主成分分析部102は、前記多変量サンプルを主成分分析して変換行列を得るとともに各多変量サンプルの主成分得点を計算する。統計値計算部103は、前記主成分得点に基づき多変量サンプルの指標となる統計量を得る。正規化部104は、前記統計量を正規化して異常度とする。
The
診断部200は、定Q変換部201、主成分計算部202、第2の統計値計算部203及び正規化部204を備える。定Q変換部201は、新たに測定された時系列データD2を定Q変換して多変量サンプルを作成する。主成分計算部202は、前記多変量サンプルから主成分分析部102で得られた変換行列に基づき主成分得点を得る。第2の統計値計算部203は、前記主成分得点に基づき統計量を得る。正規化部204は、前記統計量を正規化部104で使用した正規化係数により正規化して異常度を計算する。そして、診断部200は、前記異常度に基づき異常診断対象の異常を診断する。
The
本実施形態の診断処理は、遠隔学習処理(S256)以外は、図35,36のフローチャートに基づく実施形態4,5と同様の処理となる。以下、本実施形態の遠隔学習処理(S256)について説明する。 The diagnostic process of this embodiment is similar to that of the fourth and fifth embodiments based on the flowcharts of FIGS. 35 and 36, except for the remote learning process (S256). The remote learning process (S256) of this embodiment will be described below.
S256:マルチレベル定Q診断は、時系列データのレベルごとに同一レベルあるいは近接するレベルの多変量サンプルを主成分分析して診断基準を作成する。このとき、新たな学習データを一つ追加したときに更新される診断基準は同一あるいは近接する数個のレベルの診断基準のみである。 S256: Multi-level constant-Q diagnosis creates diagnostic criteria by performing principal component analysis on multivariate samples of the same or adjacent levels for each level of time-series data. In this case, when a new learning data is added, the diagnostic criteria that are updated are only those for the same or several adjacent levels.
したがって、新たな学習データを追加した際に再学習する診断基準を、同一あるいは近接する数個のレベルの診断基準だけに限定することで再学習の処理は軽減される。特に、マルチレベル定Q診断を行う際に、新たな学習データが選出された場合の再学習処理を新たな学習データが診断基準に影響を与える近接するレベルの範囲に限定することで、再学習が効率化する。 Therefore, the re-learning process can be reduced by limiting the diagnostic criteria to be re-learned when new training data is added to diagnostic criteria of the same or a few adjacent levels. In particular, when performing multi-level constant-Q diagnosis, the re-learning process when new training data is selected can be limited to the range of adjacent levels where the new training data affects the diagnostic criteria, making re-learning more efficient.
1,1a…異常診断装置
2…設備異常診断システム
3…回転機
4…加速度センサ
5…回転体設備
6…データ計測部
7…監視制御システム
8…トリガ計測部
10…記憶部
11…過渡期除去部
12…学習期間選定部
13…逐次学習処理部
14…診断処理部
15…診断結果伝送部
16…データ収集部
17…データ絞込部
18…パラメータ更新部
21…学習装置、100…パラメータ作成部、101…定Q変換部、102…主成分分析部、103…統計値計算部、104…正規化部、200…診断部、201…定Q変換部、202…主成分計算部、203…第2の統計値計算部、204…正規化部
22…外部システム
Claims (11)
前記診断対象の加速度データから得られた加速度振幅の変動に基づき当該診断対象の稼動状態の過渡期と判断された当該加速度データを前記逐次学習の対象から除外する過渡期除去部を備え、
前記診断対象は可変速の回転機であり、当該回転機の加速度データに基づき設定された特定の回転周波数が前記逐次学習及び前記診断に供されること
を特徴とする異常診断装置。 An abnormality diagnosis device that sequentially learns an operating state of a diagnosis target and diagnoses abnormalities,
a transient period elimination unit that excludes acceleration data determined to be in a transient period of an operating state of the diagnosis object based on a fluctuation in acceleration amplitude obtained from the acceleration data of the diagnosis object from the sequential learning;
The diagnosis target is a variable speed rotating machine, and a specific rotation frequency set based on acceleration data of the rotating machine is used for the sequential learning and the diagnosis.
An abnormality diagnosis device comprising:
前記診断対象の加速度データから得られた回転周波数帯域のピーク変動に基づき当該診断対象の稼動状態の過渡期と判断された当該加速度データを前記逐次学習の対象から除外するデータ絞込部を備えたこと
を特徴とする異常診断装置。 An abnormality diagnosis device that sequentially learns an operating state of a diagnosis target and diagnoses abnormalities,
an abnormality diagnosis device comprising: a data filtering unit that excludes acceleration data determined to be in a transitional period of the operating state of the object to be diagnosed based on peak fluctuations in a rotational frequency band obtained from the acceleration data of the object to be diagnosed from the sequential learning.
を特徴とする請求項1または2に記載の異常診断装置。 3. The abnormality diagnosis device according to claim 1, further comprising a learning period selection unit that selects a time period during which a standard deviation of a moving average of the acceleration effective value of the acceleration data converges within a predetermined range as the sequential learning period.
前記逐次学習及び前記診断を行う請求項1から6のいずれか1項に記載の異常診断装置と、
前記逐次学習で得られた前記加速度データの多変量サンプルと既存の当該加速度データの多変量サンプルに基づき前記診断の基準を再学習する学習装置と
を有することを特徴とする異常診断システム。 An abnormality diagnosis system that sequentially learns an operating state of a diagnosis target and diagnoses abnormalities,
The abnormality diagnosis device according to claim 1 , which performs the sequential learning and the diagnosis;
an abnormality diagnosis system comprising: a learning device that re-learns the diagnosis criteria based on the multivariate samples of the acceleration data obtained by the sequential learning and existing multivariate samples of the acceleration data.
前記診断対象の加速度データから得られた回転周波数帯域のピーク変動に基づき当該診断対象の稼動状態の過渡期と判断された当該加速度データを前記逐次学習の対象から除外する過程を有することを特徴とする異常診断方法。 An abnormality diagnosis method for sequentially learning an operating state of a diagnosis target and diagnosing an abnormality, comprising:
an abnormality diagnosis method comprising a step of excluding acceleration data determined to be in a transitional period of the operating state of the object to be diagnosed based on peak fluctuations in a rotational frequency band obtained from the acceleration data of the object to be diagnosed from the sequential learning.
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Family Cites Families (1)
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