JP2018179977A - Condition monitoring apparatus, condition monitoring system, and condition monitoring method - Google Patents
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Abstract
【課題】対象物の異常の有無を精度良く判断するための評価値を算出することができる状態監視装置を提供する。【解決手段】データ処理装置80は、周波数スペクトルからピークを検出するピーク検出部103と、周波数スペクトルに対して異常マップを生成するマップ生成部104とを備える。異常マップは、検出された対象ピークの周波数と、当該対象ピークが異常に起因したピークであると仮定したときに対象ピークとともに現れるピークの周波数とを異常成分として含む。データ処理装置80は、異常マップに含まれる異常成分のいずれかと一致する周波数のピークを異常ピークとして抽出する異常ピーク抽出部105と、異常ピークのスペクトル密度に基づいて、異常マップに対応する異常の発生度を示す第1評価値を算出する第1評価値算出部106とを備える。【選択図】図2A condition monitoring device capable of calculating an evaluation value for accurately determining whether an object has an abnormality is provided. A data processing device (80) includes a peak detection section (103) that detects a peak from a frequency spectrum, and a map generation section (104) that generates an abnormality map for the frequency spectrum. The anomaly map includes, as anomalous components, the frequency of the detected target peak and the frequency of the peak that appears together with the target peak when it is assumed that the target peak is caused by an anomaly. The data processing device 80 includes an abnormal peak extraction unit 105 that extracts, as an abnormal peak, a frequency peak that matches any of the abnormal components included in the abnormal map, and an abnormal peak corresponding to the abnormal map based on the spectral density of the abnormal peak. and a first evaluation value calculation unit 106 for calculating a first evaluation value indicating the degree of occurrence. [Selection drawing] Fig. 2
Description
本発明は、対象物の状態を監視する状態監視装置、状態監視システムおよび状態監視方法に関する。 The present invention relates to a condition monitoring apparatus, a condition monitoring system, and a condition monitoring method for monitoring the condition of an object.
従来、機械の異常を早期に発見し、メンテナンスするために、機械の異常診断を行なう状態監視装置が知られている。たとえば、特開2009−20090号公報(特許文献1)には、機械設備の回転部から発生する振動信号の周波数成分の中から、回転部の異常に起因する振動の異常周波数の理論値に対応する周波数成分を抽出することにより、異常の有無の診断を行なう技術が開示されている。異常周波数の理論値は、所定の関係式に従って予め算出される。 2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known a state monitoring device that diagnoses an abnormality of a machine in order to detect and maintain the abnormality of the machine at an early stage. For example, JP 2009-20090 A (Patent Document 1) corresponds to the theoretical value of the abnormal frequency of the vibration caused by the abnormality of the rotating part among the frequency components of the vibration signal generated from the rotating part of the mechanical equipment A technique is disclosed that diagnoses the presence or absence of an abnormality by extracting a frequency component that The theoretical value of the abnormal frequency is calculated in advance according to a predetermined relational expression.
上記のような従来の技術では、予め算出された異常周波数の理論値に対応する周波数成分に基づいて異常の有無が診断される。しかしながら、異常周波数の理論値に対応する周波数成分にノイズ等が含まれると、異常を誤検出する可能性がある。さらに、状態監視の対象物となる機械の公差、組立精度等の影響により、実際の異常周波数が理論値からずれる可能性がある。対象物が回転機械の場合には、振動データ計測中の回転速度の変化によっても、実際の異常周波数が理論値からずれる可能性がある。このような場合、正しく異常を検出できない。 In the prior art as described above, the presence or absence of abnormality is diagnosed based on the frequency component corresponding to the theoretical value of the abnormal frequency calculated in advance. However, if noise or the like is included in the frequency component corresponding to the theoretical value of the abnormal frequency, the abnormality may be erroneously detected. Furthermore, the actual abnormal frequency may deviate from the theoretical value due to the effects of tolerances of the machine to be monitored for state monitoring, assembly accuracy and the like. When the object is a rotary machine, the actual abnormal frequency may deviate from the theoretical value also due to the change in rotational speed during vibration data measurement. In such a case, an abnormality can not be detected correctly.
さらに、異常周波数の理論値は、状態監視の対象物となる回転部品における特定の部位の異常をモデルとして、予め算出される。そのため、原因となる部位が不明である異常の発生を検出することができない。 Further, the theoretical value of the abnormal frequency is calculated in advance, using as a model an abnormality of a specific part of the rotating component to be an object of state monitoring. Therefore, it is not possible to detect the occurrence of an abnormality whose unknown site is unknown.
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、対象物の異常の有無を精度良く判断するための評価値を算出することができる状態監視装置、状態監視システムおよび状態監視方法を提供することである。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is a state monitoring device capable of calculating an evaluation value for accurately determining the presence or absence of an abnormality of an object, a state monitoring System and condition monitoring method
本開示は、対象物の状態を監視する状態監視装置に関する。状態監視装置は、対象物に設置されたセンサによって計測された波形データを周波数解析することにより得られた周波数スペクトルからピークを検出するピーク検出部と、周波数スペクトルに対して少なくとも1つの異常マップを生成するマップ生成部とを備える。少なくとも1つの異常マップは、検出されたピークの中から選択された1つの対象ピークの周波数と、当該対象ピークが対象物の異常に起因したピークであると仮定したときに対象ピークとともに現れるピークの周波数とを異常成分として含む。状態監視装置は、少なくとも1つの異常マップの中から1つの対象マップを選択し、検出されたピークから、対象マップに含まれる異常成分のいずれかとの周波数差が所定値以内のピークを異常ピークとして抽出する異常ピーク抽出部と、異常ピークのスペクトル密度に基づいて、対象マップに対応する異常の発生度を示す第1評価値を算出する第1評価値算出部とをさらに備える。 The present disclosure relates to a state monitoring device that monitors the state of an object. The state monitoring apparatus detects a peak from a frequency spectrum obtained by performing frequency analysis on waveform data measured by a sensor installed on an object, and a peak detection unit, and at least one anomaly map for the frequency spectrum. And a map generation unit to generate. The at least one anomaly map includes the frequency of one target peak selected from among the detected peaks, and the peak that appears together with the target peak when the target peak is assumed to be a peak due to a target anomaly. The frequency is included as an abnormal component. The state monitoring apparatus selects one target map from at least one abnormality map, and a peak having a frequency difference with a predetermined value from the detected peak to any of the abnormal components included in the target map is regarded as an abnormal peak. It further comprises a first evaluation value calculator that calculates a first evaluation value indicating the degree of occurrence of an abnormality corresponding to the target map based on the extracted abnormal peak extraction unit and the spectrum density of the abnormal peak.
好ましくは、周波数スペクトルは、周波数と、当該周波数におけるスペクトル密度とを対応付けた単位データが周波数に従って順に配列されたデータ配列によって示される。ピーク検出部は、データ配列の中から、極大値を示し、かつ、第1閾値を超えるスペクトル密度を有する単位データをピークとして検出する。 Preferably, the frequency spectrum is indicated by a data arrangement in which unit data in which frequencies are associated with spectral densities at the frequencies are arranged in order according to the frequencies. The peak detection unit detects, as a peak, unit data having a spectral density that indicates a local maximum and exceeds the first threshold in the data array.
好ましくは、ピーク検出部は、周波数スペクトルに基づいて、周波数にかかわらず一定値である第1閾値を設定する。もしくは、ピーク検出部は、周波数スペクトルに基づいて、周波数に応じて変動する第1閾値を設定してもよい。 Preferably, the peak detection unit sets a first threshold that is a constant value regardless of the frequency based on the frequency spectrum. Alternatively, the peak detection unit may set a first threshold that fluctuates according to the frequency based on the frequency spectrum.
好ましくは、少なくとも1つの異常マップは、対象ピークの周波数を基本周波数とし、当該基本周波数と当該基本周波数を有する基本波の高調波の周波数とを異常成分とする第1異常マップと、当該基本周波数と基本波のサイドバンド波の周波数と高調波の周波数と高調波のサイドバンド波の周波数とを異常成分とする第2異常マップと、対象ピークの周波数を含む所定周波数帯域に含まれる周波数を異常成分とする第3異常マップとの少なくとも1つを含む。 Preferably, in at least one anomaly map, a first anomaly map in which the frequency of the target peak is a fundamental frequency and the fundamental frequency and the frequency of the harmonic of the fundamental wave having the fundamental frequency are anomalous components; And the frequency of the sideband wave of the fundamental wave, the frequency of the harmonics, and the frequency of the sideband waves of the harmonics as the anomalous component, and the frequency included in the predetermined frequency band including the frequency of the target peak is abnormal It includes at least one of the component and the third anomaly map.
好ましくは、少なくとも1つの異常マップは、周波数ごとに、当該周波数と0または1の値とを対応付けた情報であり、異常成分である周波数に対応する値が1に設定され、異常成分ではない周波数に対応する値が0に設定される。異常ピーク抽出部は、ピーク検出部によってピークとして検出された単位データと対象マップとをAND処理して、異常成分ではない周波数のピークをマスクすることにより異常ピークを抽出する。 Preferably, at least one anomaly map is information in which the frequency is associated with a value of 0 or 1 for each frequency, and a value corresponding to a frequency that is an anomaly component is set to 1 and is not an anomaly component. The value corresponding to the frequency is set to zero. The abnormal peak extraction unit performs AND processing on the unit data detected as a peak by the peak detection unit and the target map, and extracts an abnormal peak by masking a peak of a frequency that is not an abnormal component.
好ましくは、第1評価値は、異常ピークのスペクトル密度の総和である。もしくは、第1評価値は、異常ピークのスペクトル密度に異常ピークの周波数に応じた重み係数を乗算することにより得られた乗算値の総和であってもよい。 Preferably, the first evaluation value is a sum of spectral densities of abnormal peaks. Alternatively, the first evaluation value may be the sum of multiplication values obtained by multiplying the spectral density of the abnormal peak by the weighting factor according to the frequency of the abnormal peak.
好ましくは、状態監視装置は、対象物の部位ごとに、当該部位を識別する部位情報と、当該部位の異常に起因する周波数と、第2閾値とを対応付けた異常部位情報を記憶するデータベースの中から、当該対象マップに対応する対象ピークとの周波数差が所定値以内の周波数を示し、かつ対象マップに対応する第1評価値未満の第2閾値を示す異常部位情報を同定情報として抽出し、同定情報の部位情報によって識別される部位に異常が発生していることを示す第1推定結果情報を生成する異常部位推定部をさらに備える。 Preferably, for each part of the object, the state monitoring device stores abnormal part information in which part information identifying the part, a frequency caused by an abnormality in the part, and a second threshold are associated. From the inside, the frequency difference with the target peak corresponding to the target map indicates frequencies within a predetermined value, and abnormal part information indicating a second threshold value less than the first evaluation value corresponding to the target map is extracted as identification information And an abnormal part estimation unit configured to generate first estimation result information indicating that an abnormality has occurred in a part identified by the part information of the identification information.
もしくは、少なくとも1つの異常マップは、異常成分の現れ方が互いに異なる2以上の異常モデルに基づいて対象ピークに対して生成された2以上の異常マップを含んでもよい。状態監視装置は、さらに、対象物の部位ごとに、異常モデルを識別するモデル情報と、当該部位を識別する部位情報と、当該部位の異常に起因する周波数と、第2閾値とを対応付けた異常部位情報を記憶するデータベースの中から、対象マップに対応する異常モデルを識別するモデル情報を示し、当該対象マップに対応する対象ピークとの周波数差が所定値以内の周波数を示し、かつ当該対象マップに対応する第1評価値未満の第2閾値を示す異常部位情報を同定情報として抽出し、同定情報の部位情報によって識別される部位に異常が発生していることを示す第1推定結果情報を生成する異常部位推定部をさらに備える。 Alternatively, the at least one anomaly map may include two or more anomaly maps generated for the target peak based on two or more anomaly models in which the appearances of the anomaly components are different from each other. The state monitoring device further associates, for each part of the object, model information for identifying an abnormal model, part information for identifying the part, a frequency caused by an abnormality for the part, and a second threshold. In the database storing the abnormal part information, model information for identifying an abnormal model corresponding to the target map is shown, and a frequency difference with a target peak corresponding to the target map indicates a frequency within a predetermined value, and the target First estimation result information indicating that abnormality is occurring in a portion identified by the portion information of the identification information by extracting abnormal portion information indicating a second threshold value less than the first evaluation value corresponding to the map as identification information And an abnormal part estimation unit that generates
好ましくは、異常部位推定部は、対象マップについて同定情報を抽出できず、かつ当該対象マップに対応する第1評価値が第3閾値を超える場合に、データベースに未登録の異常が発生していることを示す第2推定結果情報を生成する。 Preferably, the abnormal part estimation unit can not extract identification information for the target map, and when the first evaluation value corresponding to the target map exceeds the third threshold, an unregistered abnormality occurs in the database. Generating second estimated result information indicating that.
好ましくは、少なくとも1つの異常マップは複数の異常マップを含む。第1評価値算出部は、複数の異常マップの各々を順に対象マップとして選択し、複数の異常マップの各々に対して第1評価値を算出する。状態監視装置は、異常部位推定部によって同定情報が抽出された対象マップの第1評価値の総和を第2評価値として算出する第2評価値算出部をさらに備える。もしくは、状態監視装置は、異常部位推定部によって同定情報が抽出された対象マップの第1評価値と、同定情報が抽出されず、かつ対応する第1評価値が第3閾値を超える対象マップの第1評価値との総和を第2評価値として算出する第2評価値算出部をさらに備えてもよい。 Preferably, the at least one anomaly map comprises a plurality of anomaly maps. The first evaluation value calculation unit sequentially selects each of the plurality of abnormality maps as a target map, and calculates a first evaluation value for each of the plurality of abnormality maps. The state monitoring device further includes a second evaluation value calculation unit that calculates, as a second evaluation value, the sum of the first evaluation values of the target map for which the identification information has been extracted by the abnormal part estimation unit. Alternatively, in the state monitoring apparatus, the first evaluation value of the target map from which the identification information is extracted by the abnormal part estimation unit and the identification information are not extracted, and the corresponding first evaluation value exceeds the third threshold. You may further provide the 2nd evaluation value calculation part which calculates a total with a 1st evaluation value as a 2nd evaluation value.
本開示の他の局面に係る方法は、上記の状態監視装置と、端末装置とを備える状態監視システムである。端末装置は、周波数スペクトルを示すグラフを表示部に表示させる。 A method according to another aspect of the present disclosure is a status monitoring system including the above-described status monitoring device and a terminal device. The terminal device displays a graph indicating the frequency spectrum on the display unit.
好ましくは、端末装置は、周波数スペクトルのうち、少なくとも1つの異常マップから選択された異常マップに対応する異常ピークの部分を残り部分と異なる表示形式で表示させる。 Preferably, the terminal device displays a portion of the abnormal peak corresponding to the abnormal map selected from the at least one abnormal map in the frequency spectrum in a display format different from the remaining portion.
好ましくは、端末装置は、周波数スペクトルのうち、少なくとも1つの異常マップから選択された異常マップに対応する異常ピークを除去する。 Preferably, the terminal device removes anomalous peaks corresponding to the anomalous map selected from at least one anomalous map in the frequency spectrum.
好ましくは、端末装置は、周波数スペクトルのうち、少なくとも1つの異常マップから選択された異常マップに対応する異常ピークのみを表示させる。 Preferably, the terminal device displays only anomalous peaks corresponding to the anomalous map selected from at least one anomalous map in the frequency spectrum.
本開示の他の局面に係る方法は、対象物の状態を監視する状態監視方法である。状態監視方法は、対象物に設置されたセンサによって計測された波形データを周波数解析することにより得られた周波数スペクトルからピークを検出するステップと、周波数スペクトルに対して少なくとも1つの異常マップを生成するステップとを備える。状態監視方法は、少なくとも1つの異常マップの中から1つの対象マップを選択し、検出されたピークから、対象マップに含まれる異常成分のいずれかとの周波数差が所定値以内のピークを異常ピークとして抽出するステップと、異常ピークのスペクトル密度に基づいて、対象マップに対応する異常の発生度を示す第1評価値を算出するステップとをさらに備える。 A method according to another aspect of the present disclosure is a state monitoring method of monitoring the state of an object. The state monitoring method comprises the steps of: detecting a peak from a frequency spectrum obtained by performing frequency analysis on waveform data measured by a sensor installed on an object; and generating at least one anomaly map for the frequency spectrum And step. In the state monitoring method, one target map is selected from at least one abnormal map, and a peak having a frequency difference within a predetermined value from a detected peak to any of the abnormal components included in the target map is regarded as an abnormal peak. The method may further include the steps of extracting and calculating a first evaluation value indicating the degree of occurrence of an abnormality corresponding to the target map based on the spectral density of the abnormal peak.
本発明の状態監視装置または状態監視方法によれば、対象物の異常の有無を精度良く判断するための評価値を算出することができる。 According to the state monitoring apparatus or the state monitoring method of the present invention, it is possible to calculate an evaluation value for accurately determining the presence or absence of an abnormality of an object.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。また、以下で説明する変形例は、適宜選択的に組み合わされてもよい。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated. Also, the modifications described below may be selectively combined as appropriate.
以下では、状態監視装置によって状態が監視される対象物の一例として、風力発電装置の増速機を説明する。ただし、対象物は、風力発電装置の増速機に限定されるものではなく、異常によって振動、音、アコースティックエミッション(AE:Acoustic Emission)などの波形データに変化が生じる物であればよい。たとえば、対象物には、工場および発電所などに設置された各種機器、鉄道車両なども含まれる。 Below, the speed increasing gear of a wind power generator is demonstrated as an example of the target whose state is monitored by the state monitoring device. However, the object is not limited to the speed increaser of the wind power generator, and may be any one that causes changes in waveform data such as vibration, sound, acoustic emission (AE), etc. due to an abnormality. For example, the objects include various devices installed in factories and power plants, railway cars, and the like.
<風力発電装置の構成>
図1は、本実施の形態に係る状態監視装置が適用された風力発電装置の構成を概略的に示した図である。図1を参照して、風力発電装置10は、主軸20と、ハブ25と、ブレード30と、増速機40と、発電機50と、主軸用軸受60と、状態監視センサ70と、データ処理装置80とを備える。増速機40、発電機50、主軸用軸受60、状態監視センサ70およびデータ処理装置80は、ナセル90に格納される。ナセル90は、タワー100によって支持される。
<Configuration of Wind Turbine>
FIG. 1 is a view schematically showing the configuration of a wind turbine generator to which a condition monitoring device according to the present embodiment is applied. Referring to FIG. 1, the
主軸20は、ナセル90内に進入して増速機40の入力軸に接続され、主軸用軸受60によって回転自在に支持される。主軸20は、風力を受けたブレード30により発生する回転トルクを増速機40の入力軸へ伝達する。ブレード30は、ハブ25に設けられ、風力を回転トルクに変換して主軸20に伝達する。主軸用軸受60は、ナセル90内において固設され、主軸20を回転自在に支持する。
The
増速機40は、主軸20と発電機50との間に設けられ、主軸20の回転速度を増速して発電機50へ出力する。一例として、増速機40は、遊星ギヤ、中間軸および高速軸等を含む歯車増速機構によって構成される。増速機40内には、複数の軸を回転自在に支持する複数の軸受が設けられている。当該複数の軸受は、たとえば転がり軸受によって構成され、外輪(固定輪)と、転動体と、内輪(回転輪)とを有する。
The
状態監視センサ70は、増速機40に固設され、増速機40の状態を示す波形データを計測する。本実施の形態では、状態監視センサ70は、増速機40の振動波形を計測し、計測した振動波形データをデータ処理装置80へ出力する。状態監視センサ70は、たとえば、圧電素子を用いた加速度センサによって構成される。
The
発電機50は、増速機40の出力軸に接続され、増速機40から受ける回転トルクによって発電する。発電機50は、たとえば、誘導発電機によって構成される。なお、発電機50内にも、ロータを回転自在に支持する軸受が設けられている。
The
データ処理装置80は、ナセル90内に設けられ、増速機40の振動波形データを状態監視センサ70から受ける。データ処理装置80は、状態監視センサ70から受けた振動波形データに基づいて増速機40の状態を監視する状態監視装置として機能する。データ処理装置80と状態監視センサ70とは、増速機40の状態を監視する状態監視システムを構成する。
The
データ処理装置80は、CPU(Central Processing Unit)と、処理プログラム等を記憶するROM(Read Only Memory)およびデータを一時的に記憶するRAM(Random Access Memory)とを備え、さらに各種信号を入出力するための入出力ポート等を備える(いずれも図示せず)。データ処理装置80は、ROMに記憶されたプログラムに従って、各種のデータ処理を実行する。なお、データ処理装置80により実行される処理については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア(電子回路)で処理することも可能である。
The
<データ処理装置の機能的な全体構成>
図2は、本実施の形態に係るデータ処理装置80の機能構成を示す概略ブロック図である。図2を参照して、データ処理装置80は、フィルタ部101と、周波数解析部102と、ピーク検出部103と、マップ生成部104と、異常ピーク抽出部105と、第1評価値算出部106と、データベース(DB)107と、異常部位推定部108と、第2評価値算出部109と、出力処理部110とを含む。
<Functional Overall Configuration of Data Processing Device>
FIG. 2 is a schematic block diagram showing the functional configuration of the
<フィルタ部>
フィルタ部101は、状態監視センサ70から受けた振動波形データに対して、予め定められた周波数帯域の成分を通過させ、その他の周波数帯域の成分を減衰させるフィルタリング処理を行なう。一例として、フィルタ部101は、予め定められた周波数よりも高い信号成分を通過させ、低周波成分を遮断するハイパスフィルタを含んで構成される。さらに、フィルタ部101は、後述する周波数解析部102によって得られる周波数スペクトルにおけるピークを強調するためのエンベロープ処理などを行なってもよい。
<Filter part>
The
図3は、状態監視センサ70によって計測された振動波形の一例を示す図である。図4は、図3に示す振動波形に対してフィルタ部101がフィルタリング処理を行なった後の振動波形を示す図である。図3,4を参照して、振動波形データから低周波成分がフィルタ部101によって除去されていることがわかる。
FIG. 3 is a diagram showing an example of the vibration waveform measured by the
<周波数解析部>
周波数解析部102は、フィルタ部101から出力された振動波形データに対してフーリエ変換を行ない、周波数スペクトルを生成する。周波数スペクトルは、周波数と、当該周波数におけるパワースペクトル密度(PSD:Power Spectral Density)(以下、PSDという)とを対応付けた単位データが周波数に従って順に配列されたデータ配列によって示される。
<Frequency analysis unit>
The
図5は、周波数解析部102によって生成された周波数スペクトルの一例を示す図である。図5を参照して、周波数スペクトルは、横軸を周波数とし、縦軸をPSDとするグラフによって表される。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the frequency spectrum generated by the
<ピーク検出部>
ピーク検出部103は、周波数スペクトルから、ノイズ量よりも十分に大きいピークを検出する。ピーク検出部103は、周波数スペクトルにおいて、極大値を示し、かつ第1閾値を超えるPSDを有する単位データをピークとして検出する。
<Peak detection unit>
The
図6は、PSDが極大値となる単位データ(周波数fiの単位データ)を示す図である。図6を参照して、連続する3つの単位データ(周波数fi−1,fi,fi+1の単位データ)において、真ん中の単位データ(周波数fiの単位データ)のPSDは、両隣りの単位データ(周波数fi−1の単位データ,周波数fi+1の単位データ)のPSDよりも大きい。 FIG. 6 is a diagram showing unit data (unit data of frequency fi) in which the PSD has a maximum value. Referring to FIG. 6, in the three consecutive unit data (unit data of frequencies f i -1 , f i and f i +1 ), the PSD of the unit data (unit data of frequency f i ) in the middle is on both sides It is larger than the PSD of unit data (unit data of frequency f i -1 , unit data of frequency f i +1 ).
図7は、極大値を示し、かつ第1閾値よりも大きいPSDを有する単位データを示す図である。図7に示される例では、ピーク検出部103は、周波数fiの単位データによって示されるピークと、周波数fjの単位データによって示されるピークを検出する。
FIG. 7 is a diagram showing unit data having a maximum value and having a PSD larger than the first threshold. In the example shown in FIG. 7, the
ピーク検出部103は、周波数スペクトルを構成する全ての単位データのPSDに基づいて、一定値である第1閾値を設定する。たとえば、ピーク検出部103は、全ての単位データのPSDの中央値の10倍の値を第1閾値として設定する。
The
ピーク検出部103は、周波数スペクトルから検出したピークの周波数およびPSDを示す、以下の式(1)の行列Pを生成する。以下の式(1)において、行列Pは、ピーク検出部103によってN個のピークが検出され、n番目(n=1〜N)のピークの周波数がfnであり、PSDの値がpsdnであることを示す。
The
<マップ生成部>
マップ生成部104は、周波数解析部102によって得られた周波数スペクトルに対して、少なくとも1つの異常マップを生成する。異常マップは、ピーク検出部103によって検出されたピークの中から選択された1つの対象ピークの周波数と、当該対象ピークが増速機40の異常に起因したピークであると仮定したときに当該対象ピークとともに周波数スペクトルに現れるピークの周波数とを異常成分として含む。
<Map generation unit>
The
マップ生成部104は、周波数ごとに、当該周波数と0または1の値とを対応付けた情報を異常マップとして生成する。異常マップにおいて、異常成分である周波数に対応する値が1に設定され、異常成分ではない周波数に対応する値が0に設定される。
The
増速機40におけるいずれかの部位に異常が生じると、周波数スペクトルにおいて、当該部位に応じた周波数にピークが生じる。周波数スペクトルにおけるピークの現れ方は、異常が生じている部位および異常の種類によって異なる。
When an abnormality occurs in any part of the
たとえば、増速機40に含まれる軸受の固定輪である外輪に損傷が発生した場合には、当該損傷に応じた基本波と、当該基本波の周波数(基本周波数)の整数倍の周波数を有する高調波とが発生する。以下では、基本波と高調波とが発生する異常モデルを「第1異常モデル」という。
For example, when damage occurs to the outer ring which is a fixed ring of a bearing included in the
増速機40に含まれる軸受の回転輪である内輪に損傷が発生した場合、当該損傷に応じた基本波およびその高調波に加えて、基本波および高調波の各々のサイドバンド波が発生する。以下では、基本波と、高調波と、基本波および高調波の各々のサイドバンド波とが発生する異常モデルを「第2異常モデル」という。
When damage occurs to the inner ring which is a rotating wheel of the bearing included in the
マップ生成部104は、第1異常モデルおよび第2異常モデルに従って、対象ピークに対して2つの異常マップを生成する。以下では、第1異常モデルに従って生成された異常マップを「第1異常マップ」といい、第2異常モデルに従って生成された異常マップを「第2異常マップ」という。
The
上記の式(1)に示されるように、ピーク検出部103によって検出されたピークの個数がN個である場合、マップ生成部104は、N個のピークから順に1つの対象ピークを選択し、選択した対象ピークに対して2個の異常マップを生成する。この場合、マップ生成部104は、周波数解析部102によって得られた周波数スペクトルに対して、2N個の異常マップを生成する。
When the number of peaks detected by the
図8は、第1異常マップの一例を示す図である。図8を参照して、マップ生成部104は、対象ピークの周波数fnと、当該周波数fnの整数倍(2倍、3倍、・・・)の周波数2fn,3fn,・・・とを異常成分として含む第1異常マップを生成する。言い換えると、マップ生成部104は、対象ピークの周波数fnを基本周波数として、当該基本周波数と、当該基本周波数を有する基本波の高調波の周波数とを異常成分として含む第1異常マップを生成する。
FIG. 8 is a diagram showing an example of the first abnormality map. Referring to FIG. 8, the
マップ生成部104は、周波数fnの対象ピークに対して、以下の式(2)に示されるような第1異常マップM_n(1)を生成する。
M_n(1)=[・・0010・・・010・・・010・・・] 式(2)
第1異常マップM_n(1)において、異常成分である周波数に対応する値が1に設定され、異常成分ではない周波数に対応する値が0に設定される。
The
M_n (1) = [.. 0010 ... 010 ... 010 ...] equation (2)
In the first abnormality map M_n (1), a value corresponding to a frequency that is an abnormal component is set to 1, and a value corresponding to a frequency that is not an abnormal component is set to 0.
図9は、第2異常マップの一例を示す図である。図9を参照して、マップ生成部104は、対象ピークの周波数fnと、当該周波数fnの整数倍(2倍、3倍、・・・)の周波数2fn,3fn,・・・と、周波数fn±fr,fn±2fr,2fn±fr,2fn±2fr,3fn±fr,3fn±2fr,・・・とを異常成分として含む第2異常マップを生成する。言い換えると、マップ生成部104は、対象ピークの周波数fnを基本周波数として、当該基本周波数と、当該基本周波数を有する基本波の高調波の周波数と、基本波のサイドバンド波の周波数と、高調波のサイドバンド波の周波数とを異常成分として含む第2異常マップを生成する。
FIG. 9 is a diagram showing an example of the second anomaly map. Referring to FIG. 9, the
ここで、基本波の周波数(基本周波数)とサイドバンド波の周波数との差分frは、予め定められる。もしくは、マップ生成部104は、対象ピークの周波数fnと、対象ピークに最も近い別のピークの周波数(fn−1またはfn+1)との差分(たとえば、|fn−1−fn+1|)をfrとして設定してもよい。
Here, the difference f r between the frequency of the fundamental wave (fundamental frequency) and the frequency of the sideband wave is predetermined. Alternatively, the
マップ生成部104は、周波数がfnである対象ピークに対して、以下の式(3)に示されるような第2異常マップM_n(2)を生成する。
M_n(2)=[・・0010010010010010・・・01001・・・] 式(3)
第2異常マップM_n(2)において、異常成分である周波数に対応する値が1に設定され、異常成分ではない周波数に対応する値が0に設定される。
The
M_n (2) = [.. 00100100100001010... 01001..]] Equation (3)
In the second abnormality map M_n (2), the value corresponding to the frequency that is the abnormal component is set to 1, and the value corresponding to the frequency that is not the abnormal component is set to 0.
<異常ピーク抽出部>
異常ピーク抽出部105は、マップ生成部104によって生成された異常マップの中から1つの異常マップを対象マップとして順に選択し、対象マップごとに、ピーク検出部103によって検出されたピークの中から異常ピークを抽出する。ここで、異常ピークは、対象マップに含まれる異常成分のいずれかとの周波数差が所定値以内のピークである。なお、異常ピーク抽出部105は、対象マップに含まれる異常成分のいずれかとの周波数差が0であるピーク(つまり、異常成分のいずれかと一致するピーク)のみを異常ピークとして抽出してもよいし、周波数差が所定値th(th>0)以下であるピークを異常ピークとして抽出してもよい。所定値thを用いて異常ピークを抽出することにより、状態監視センサ70による計測誤差または周波数解析部102によるフーリエ変換の際に生じた誤差の影響を除くことができ、異常ピークの抽出精度を向上させることができる。
<Abnormal peak extraction unit>
The abnormal
異常ピーク抽出部105は、上記の式(1)に示される行列Pに、上記の式(2)または式(3)に示される第k異常マップM_n(k)(k=1または2)をAND処理して異常成分ではない周波数のピークをマスクすることにより、異常ピークを抽出できる。
The abnormal
異常ピーク抽出部105は、検出されたn番目のピーク(周波数fnのピーク)に対して生成された第k異常マップM_n(k)を用いて抽出された異常ピークの周波数およびPSDの値を示す行列Pex_n(k)を生成する(以下の式(4)参照)。行列Pex_n(k)において、fex_nm(k)は、m番目の異常ピークの周波数を示し、psdex_nm(k)は、m番目の異常ピークのPSDの値を示す。
The abnormal
図10は、検出されたピークと、第1異常マップと、異常ピークとの関係を示す図である。図10を参照して、周波数fnのピークに対して生成された第1異常マップM_n(1)を用いて、異常ピーク抽出部105は、周波数fex_n1(1),fex_n2(1),fex_n3(1)の3つの異常ピークを抽出する。なお、周波数fex_n1(1)は、周波数fnと一致する。3つの異常ピークのPSDの値は、それぞれpsdex_n1(k),psdex_n2(k),psdex_n3(k)である。
FIG. 10 is a diagram showing a relationship between a detected peak, a first abnormality map, and an abnormal peak. Referring to FIG. 10, using the first anomaly map M_n (1) generated for the peak at frequency f n , the anomaly
図11は、検出されたピークと、第2異常マップと、異常ピークとの関係を示す図である。図11を参照して、周波数fnのピークに対して生成された第2異常マップM_n(2)を用いて、異常ピーク抽出部105は、周波数fex_n1(2),fex_n2(2),・・・の複数の異常ピークを抽出する。なお、周波数fex_n3(2)は、周波数fnと一致する。複数の異常ピークのPSDの値は、それぞれpsdex_n1(k),psdex_n2(k),・・・である。
FIG. 11 is a diagram showing a relationship between a detected peak, a second abnormality map, and an abnormal peak. Referring to FIG. 11, using the second anomaly map M_n (2) generated for the peak at frequency f n , the anomaly
<第1評価値算出部>
第1評価値算出部106は、対象マップごとに、異常ピークのPSDに基づいて、当該対象マップに対応する異常の発生度を示す第1評価値を算出する。第1評価値算出部106は、異常ピーク抽出部105によって抽出された異常ピークのPSDの総和を第1評価値として算出する。具体的には、第1評価値算出部106は、周波数fnのピークに対して生成された第k異常マップを対象マップとするとき、以下の式(5)に従って、第1評価値En(k)として算出する。
<First evaluation value calculation unit>
The first evaluation
図12は、第1評価値算出部106によって算出された第1評価値の一例を示す図である。図12を参照して、第1評価値算出部106は、検出されたピークごと、当該ピークに対して生成された2つの異常マップに対応する第1評価値を算出する。そのため、第1評価値算出部106は、ピーク検出部103によってN個のピークが検出された場合、2N個の第1評価値を算出する。
FIG. 12 is a diagram illustrating an example of the first evaluation value calculated by the first evaluation
<データベース>
データベース107は、増速機40の部位ごとに、当該部位を識別する部位情報と、当該部位の異常に対応する異常モデルを識別するモデル情報と、当該部位の異常に起因して発生する基本波の周波数(基本周波数)と、第2閾値とを対応付けた異常部位情報を記憶する。
<Database>
The
図13は、データベース107が記憶する異常部位情報の例を示す図である。図13を参照して、データベース107は、たとえば、増速機40に含まれる軸受の外輪について、当該外輪の異常に対応する異常モデルが第1異常モデルであり、当該外輪の異常に起因して発生する基本波の周波数が37.2Hzであり、第2閾値が100であることを示す異常部位情報を記憶する。
FIG. 13 is a diagram showing an example of the abnormal part information stored in the
データベース107が記憶する異常部位情報は、対象物である増速機40を用いた実験またはシミュレーションによって予め作成される。第2閾値は、実験またはシミュレーションにおいて、対応する部位に異常が生じたときに発生する基本波および高調波(第2異常モデルのときには、基本波、高調波およびサイドバンド波)のPSDの合計値未満であり、かつ、ノイズよりも十分に大きい値に設定される。
The abnormal part information stored in the
<異常部位推定部>
異常部位推定部108は、対象マップごとに算出された第1評価値とデータベース107が記憶する異常部位情報とに基づいて、増速機40において異常が発生している部位を推定する。
<Abnormal part estimation part>
The abnormal
具体的には、異常部位推定部108は、対象マップごとに、以下の条件(a)〜(c)を満たす異常部位情報を同定情報としてデータベース107から抽出する。条件(a)は、異常部位情報のモデル情報によって識別される異常モデルが対象マップに対応する異常モデルと一致するという条件である。条件(b)は、異常部位情報の基本周波数と対象マップに対応する対象ピークの周波数との差分(周波数差)が所定値以内であるという条件である。条件(c)は、異常部位情報の第2閾値が対象マップに対応する第1評価値未満であるという条件である。
Specifically, the abnormal
異常部位推定部108は、対象マップに対応する同定情報を抽出できた場合、抽出した同定情報の部位情報によって識別される部位に異常が発生していると推定する。さらに、異常部位推定部108は、抽出した同定情報の中の部位情報、モデル情報および基本周波数と、対象マップに対応する第1評価値とを含む推定結果情報を生成し、生成した推定結果情報を第2評価値算出部109と出力処理部110とに出力する。
If the abnormal
異常部位推定部108は、対象マップに対応する同定情報を抽出できない場合、当該対象マップに対応する第1評価値と第3閾値とを比較する。第3閾値は、ノイズよりも十分に大きい値に予め設定される。異常部位推定部108は、第1評価値が第3閾値を超える場合、データベース107に未登録の部位に異常が発生していると推定する。さらに、異常部位推定部108は、異常が発生している部位が不明であることを示す部位情報と、対象マップに対応する異常モデルを示すモデル情報と、対象マップに対応する対象ピークの周波数fnと、対象マップに対応する第1評価値とを含む推定結果情報を生成し、生成した推定結果情報を第2評価値算出部109と出力処理部110とに出力する。当該推定結果情報は、データベース107に未登録の部位において異常が発生している旨を示す情報である。
If the abnormal
図14は、異常部位推定部108によって生成された推定結果情報の例を示す図である。図14には、図12に示す第1評価値が算出され、図13に示す異常部位情報をデータベース107が記憶し、かつ、第3閾値が300に設定された場合の推定結果情報の例が示される。異常部位推定部108は、周波数37.2Hzのピークに対して第1異常モデルを用いて生成された異常マップに対応する第1評価値が、当該周波数を基本周波数とし、かつ、当該異常モデルを示す異常部位情報の第2閾値よりも大きいことを確認する。これにより、異常部位推定部108は、「軸受の外輪」を異常が発生している部位として推定し、当該推定の結果を示す推定結果情報(図14の2行目参照)を生成する。
FIG. 14 is a diagram showing an example of the estimation result information generated by the abnormal
さらに、異常部位推定部108は、周波数87.9Hzのピークに対して第1異常モデルを用いて生成された異常マップに対応する第1評価値と、周波数191.6Hzのピークに対して第2異常モデルを用いて生成された異常マップに対応する第1評価値とが、第3閾値「300」よりも大きいことを確認する。これにより、異常部位推定部108は、不明の2か所の部位に異常が発生していると推定し、当該2か所の部位の各々に対応する推定結果情報(図14の3,4行目参照)を生成する。
Furthermore, the abnormal
<第2評価値算出部>
第2評価値算出部109は、周波数スペクトルごとに、当該周波数スペクトルに対して生成された推定結果情報に含まれる第1評価値の総和を第2評価値として算出する。第2評価値算出部109は、算出した第2評価値を出力処理部110に出力する。
<Second evaluation value calculation unit>
The second evaluation
<出力処理部>
出力処理部110は、有線または無線通信システムを用いて、遠隔地にいるユーザの端末装置に、推定結果情報および第2評価値を出力する。これにより、端末装置は、推定結果情報および第2評価値をたとえば表示部に通知させることができる。その結果、ユーザは、推定結果情報および第2評価値を容易に確認することができる。
<Output processing unit>
The
<データ処理装置の処理の流れ>
次に図15を参照して、データ処理装置80における処理の流れについて説明する。図15は、データ処理装置80における処理の流れを示すフローチャートである。
<Flow of processing of data processing device>
Next, the flow of processing in the
まずステップS1において、データ処理装置80は、状態監視センサ70から受けた振動波形データに対してフィルタリング処理等の前処理を行なう。当該前処理は、フィルタ部101によって実行される。
First, in step S1, the
次にステップS2において、データ処理装置80は、前処理が行なわれた振動波形データに対して、周波数解析処理としてのフーリエ変換を行なうことにより、周波数スペクトルを生成する。当該周波数解析処理は、周波数解析部102によって実行される。
Next, in step S2, the
次にステップS3において、データ処理装置80は、周波数スペクトルからノイズよりも十分に大きいピークを検出する。当該ピーク検出処理は、ピーク検出部103によって実行される。ここで、データ処理装置80は、N個のピークを検出したとする。データ処理装置80は、検出されたN個のピークの中から1つの対象ピークを順に選択し、選択した対象ピークに対してステップS4〜S6の処理を行なう。ステップS4〜S6の処理は、ステップS3において検出されたN個のピークの各々に対して実行される。
Next, in step S3, the
ステップS4において、データ処理装置80は、対象ピークに対して第1異常マップと第2異常マップとを生成する。当該異常マップの生成処理は、マップ生成部104によって実行される。
In step S4, the
次にステップS5において、データ処理装置80は、ステップS3において検出されたN個のピークの中から、ステップS4において生成された第1異常マップのいずれかの異常成分の周波数との差が所定値以内のピークを第1異常ピークとして抽出する。同様にして、データ処理装置80は、ステップS3において検出されたN個のピークの中から、ステップS4において生成された第2異常マップのいずれかの異常成分の周波数との差が所定値以内のピークを第2異常ピークとして抽出する。異常ピークの抽出処理は、異常ピーク抽出部105によって実行される。
Next, in step S5, the
次にステップS6において、データ処理装置80は、第1異常マップを用いて抽出された第1異常ピークのPSDの総和を、当該第1異常マップに対応する第1評価値として算出する。同様にして、データ処理装置80は、第2異常マップを用いて抽出された第2異常ピークのPSDの総和を、当該第2異常マップに対応する第1評価値として算出する。第1評価値の算出処理は、第1評価値算出部106によって実行される。
Next, in step S6, the
ステップS4〜S6の処理がN個のピークの各々に対して実行されることにより、2N個の異常マップが生成され、かつ、2N個の異常マップにそれぞれ対応する2N個の第1評価値が算出される。 The processes of steps S4 to S6 are executed for each of the N peaks to generate 2N abnormality maps, and the 2N first evaluation values corresponding to the 2N abnormality maps are generated. It is calculated.
N個のピークの各々に対するステップS4〜S6の処理が終了すると、データ処理装置80は、2N個の異常マップの中から1つの異常マップを対象マップとして順に選択し、選択した対象マップに対してステップS7の処理を行なう。ステップS7において、データ処理装置80は、対象マップに対応する第1評価値、対象マップの基本周波数、および対象マップに対応する異常モデルと、データベース107が記憶する異常部位情報とを比較し、比較結果に基づいて推定結果情報を生成する。上述したように、推定結果情報には、データベース107が記憶するいずれかの異常部位情報の部位情報、または、「不明」を示す部位情報が含まれる。当該異常部位の推定処理は、異常部位推定部108によって実行される。
When the processes of steps S4 to S6 for each of the N peaks are completed, the
2N個の異常マップの全てに対するステップS7の処理が終了すると、次にステップS8において、データ処理装置80は、推定結果情報に含まれる第1評価値の総和を第2評価値として算出する。当該第2評価値の算出処理は、第2評価値算出部109によって実行される。
When the process of step S7 for all the 2N abnormality maps is finished, next, in step S8, the
最後に、データ処理装置80は、推定結果情報および第2評価値をユーザの端末装置に出力し(ステップS9)、処理を終了する。当該出力処理は、出力処理部110によって実行される。
Finally, the
<ピーク検出処理の流れ>
次に図16を参照して、図15に示すピーク検出処理(ステップS3)のサブルーチンの流れについて説明する。図16は、ピーク検出処理のサブルーチンの流れを示すフローチャートである。
<Flow of peak detection process>
Next, with reference to FIG. 16, the flow of a subroutine of the peak detection process (step S3) shown in FIG. 15 will be described. FIG. 16 is a flowchart showing the flow of a subroutine of peak detection processing.
まずステップS31において、データ処理装置80は、周波数スペクトルにおいて凸状部分の頂点を構成する単位データを特定する。具体的には、データ処理装置80は、周波数スペクトルを示すデータ配列を構成する単位データの中から、PSDが極大値である単位データを特定する(図6参照)。
First, in step S31, the
次にステップS32において、データ処理装置80は、ステップS31において特定された単位データの全てのPSDの値に基づいて第1閾値を設定する。たとえば、データ処理装置80は、ステップS31において特定された単位データの全てのPSDの中央値の10倍を第1閾値として設定する。
Next, in step S32, the
次にステップS33において、データ処理装置80は、ステップS31において特定された単位データの中から、第1閾値を超えるPSDを有する単位データを抽出し、抽出した単位データをピークとして検出する。これにより、ステップS3のサブルーチンが終了する。
Next, in step S33, the
<利点>
上記の実施の形態に係るデータ処理装置(状態監視装置)80は、ピーク検出部103と、マップ生成部104と、異常ピーク抽出部105と、第1評価値算出部106とを備える。ピーク検出部103は、振動波形データを周波数解析することにより得られた周波数スペクトルから少なくとも1つのピークを検出する。マップ生成部104は、振動波形データに対して少なくとも1つの異常マップを生成する。異常ピーク抽出部105は、少なくとも1つの異常マップの中から1つの異常マップを対象マップとして選択し、検出されたピークから、対象マップに含まれる異常成分のいずれかとの周波数差が所定値以内のピークを異常ピークとして抽出する。第1評価値算出部106は、異常ピークのスペクトル密度に基づいて、対象マップに対応する異常の発生度を示す第1評価値を算出する。
<Advantage>
The data processing apparatus (state monitoring apparatus) 80 according to the above embodiment includes a
上記の構成によれば、周波数スペクトルから検出されたピークに基づいて生成された異常マップごとに、当該対象マップに対応する異常の発生度を示す第1評価値が算出される。つまり、従来のように、予め算出された異常周波数の理論値に対応する周波数成分だけでなく、周波数スペクトルに現れる全てのピークが考慮され、各々のピークに対して生成された異常マップごとに第1評価値が算出される。これにより、何等かの影響によって、理論値からずれた周波数にピークが生じた場合であっても、当該ピークに対して生成された異常マップに対応する第1評価値を確認することにより、当該ピークを生じさせる異常の有無を精度良く判断できる。さらに、第1評価値を確認することにより、原因となる部位が不明である異常の有無についても判断できる。 According to the above configuration, for each abnormality map generated based on the peak detected from the frequency spectrum, the first evaluation value indicating the degree of occurrence of the abnormality corresponding to the target map is calculated. That is, as in the prior art, not only frequency components corresponding to theoretical values of the abnormal frequency calculated in advance but all peaks appearing in the frequency spectrum are considered, and for each error map generated for each peak, 1 Evaluation value is calculated. Thereby, even if a peak is generated at a frequency deviated from the theoretical value due to some influence, the first evaluation value corresponding to the anomaly map generated for the peak is confirmed by checking the first evaluation value. The presence or absence of an abnormality causing a peak can be accurately determined. Furthermore, by checking the first evaluation value, it is possible to determine the presence or absence of an abnormality whose cause is unknown.
異常マップは、対象ピークの周波数だけでなく、当該対象ピークが増速機40の異常に起因したピークであると仮定したときに対象ピークとともに現れるピークの周波数も異常成分として含む。そのため、第1評価値は、対象ピークだけでなく、対象ピークに付随するピークも考慮して算出される。これにより、仮に対象ピークにノイズ等が含まれている場合であっても、対象ピークに付随するピークも考慮して算出される第1評価値を確認することにより、当該対象ピークに対応する異常の有無を精度良く判断することができる。
The abnormality map includes not only the frequency of the target peak but also the frequency of the peak appearing together with the target peak when it is assumed that the target peak is a peak caused by the abnormality of the
このように、上記の構成のデータ処理装置80は、対象物である増速機40の異常の有無を精度良く判断するための第1評価値を出力することができる。
As described above, the
さらに、周波数スペクトルは、周波数と、当該周波数におけるスペクトル密度とを対応付けた単位データが周波数に従って順に配列されたデータ配列によって示される。ピーク検出部103は、データ配列の中から、極大値を示し、かつ第1閾値を超えるスペクトル密度を有する単位データをピークとして検出する。第1閾値は、たとえば、ノイズよりも大きい値が設定される。これにより、ノイズが誤ってピークとして検出されることを抑制できる。
Further, the frequency spectrum is indicated by a data arrangement in which unit data in which the frequency and the spectral density at the frequency are associated are sequentially arranged according to the frequency. The
さらに、ピーク検出部103は、周波数スペクトルに基づいて、一定値である第1閾値を設定する。これにより、ピーク検出部103によるピーク検出の処理の負荷を低減することができる。
Furthermore, the
さらに、マップ生成部104は、対象ピークの周波数を基本周波数とし、当該基本周波数と当該基本周波数を有する基本波の高調波の周波数とを異常成分とする第1異常マップと、当該基本周波数と基本波のサイドバンド波の周波数と高調波の周波数と高調波のサイドバンド波の周波数とを異常成分とする第2異常マップとを生成する。一般に、転がり軸受の固定輪に異常が発生した場合には、当該異常に応じた周波数の基本波とその高調波とが発生する。一方、回転輪に異常が発生した場合、当該異常に応じた周波数の基本波とその高調波と基本波および高調波のサイドバンド波とが発生する。その他の多くの異常によっても、基本波とその高調波とが発生するか、基本波とその高調波とそれらのサイドバンド波とが発生することが多い。そのため、上記の構成によれば、生成された異常マップに対応する第1評価値を確認することにより、様々な部位の異常の有無を判断することができる。
Furthermore, the
さらに、異常マップは、周波数ごとに、当該周波数と0または1の値とを対応付けた情報であり、異常成分である周波数に対応する値が1に設定され、異常成分ではない周波数に対応する値が0に設定される。異常ピーク抽出部105は、ピーク検出部103によってピークとして検出された単位データと対象マップとをAND処理して、異常成分ではない周波数のピークをマスクすることにより異常ピークを抽出する。これにより、異常ピーク抽出部105は、容易に異常ピークを抽出することができる。
Furthermore, the abnormality map is information in which the frequency is associated with the value of 0 or 1 for each frequency, the value corresponding to the frequency that is the abnormal component is set to 1, and it corresponds to the frequency that is not the abnormal component. The value is set to 0. The abnormal
さらに、第1評価値算出部106は、異常ピークのスペクトル密度の総和を第1評価値として算出する。一般に、異常の程度が大きくなると、当該異常に起因して生じたピークのスペクトル密度が大きくなる。そのため、スペクトル密度の総和である第1評価値を確認することによって、異常の程度を容易に判断することができる。
Furthermore, the first evaluation
さらに、データ処理装置80は、データベース107と異常部位推定部108とを備える。データベース107は、増速機40の部位ごとに、第2閾値と、当該部位を識別する部位情報と、当該部位の異常に起因する基本波の基本周波数と、異常モデルを識別するモデル情報とを対応付けた異常部位情報を記憶する。異常部位推定部108は、データベース107から、対象マップに対応する第1評価値未満の第2閾値を示し、当該対象マップに対応する対象ピークとの周波数差が所定値以内の基本周波数を示し、当該対象マップに対応する異常モデルを識別するモデル情報を示す異常部位情報を同定情報として抽出する。異常部位推定部108は、抽出した同定情報の部位情報によって識別される部位に異常が発生していることを示す推定結果情報(第1推定結果情報)を生成する。これにより、データ処理装置80は、予めデータベース107に登録された異常部位情報に基づいて、異常が発生している部位を精度良く推定することができる。
Furthermore, the
さらに、異常部位推定部108は、対象マップについて同定情報を抽出できず、かつ、当該対象マップに対応する第1評価値が第3閾値を超える場合に、データベース107に未登録の異常が発生している旨を示す推定結果情報(第2推定結果情報)を生成する。このように、データ処理装置80は、原因となる部位が不明の異常についても検出することができる。
Furthermore, the abnormal
さらに、データ処理装置80は、第2評価値算出部109を備える。第2評価値算出部109は、異常部位推定部108によって同定情報が抽出された対象マップの第1評価値と、同定情報が抽出されず、かつ、対応する第1評価値が第3閾値を超える対象マップの第1評価値との総和を第2評価値として算出する。第2評価値を確認することにより、増速機40の全部位の異常の程度を総合的に判断することができる。
Furthermore, the
本実施の形態の状態監視方法は、図15に示すように、ステップS3と、ステップS4と、ステップS5と、ステップS6とを備える。ステップS3では、振動波形データを周波数解析することにより得られた周波数スペクトルから少なくとも1つのピークが検出される。ステップS4では、振動波形データに対して少なくとも1つの異常マップが生成される。ステップS5では、1つの異常マップが対象マップとして選択され、ステップS3において検出されたピークから、対象マップに含まれる異常成分のいずれかとの周波数差が所定値以内のピークが異常ピークとして抽出される。ステップS6において、異常ピークのスペクトル密度に基づいて、対象マップに対応する異常の発生度を示す第1評価値が算出される。上記の方法によっても、対象物である増速機40の異常の有無を精度良く判断するための第1評価値を出力することができる。
As shown in FIG. 15, the state monitoring method according to the present embodiment includes step S3, step S4, step S5, and step S6. In step S3, at least one peak is detected from the frequency spectrum obtained by frequency analysis of the vibration waveform data. At step S4, at least one anomaly map is generated for the vibration waveform data. In step S5, one abnormality map is selected as a target map, and a peak having a frequency difference with any of the abnormal components included in the target map within a predetermined value is extracted as an abnormal peak from the peaks detected in step S3. . In step S6, a first evaluation value indicating the degree of occurrence of an abnormality corresponding to the target map is calculated based on the spectral density of the abnormal peak. Also by the above-described method, it is possible to output the first evaluation value for accurately determining the presence or absence of abnormality of the
<変形例1>
上記の説明では、マップ生成部104は、1個の対象ピークに対して2個の異常マップを生成するものとした。しかしながら、1個の対象ピークに対して生成される異常マップの数は、1個であってもよいし、3個以上であってもよい。
<
In the above description, the
状態監視の対象物によっては、1種類の異常モデル(たとえば第1異常モデルまたは第2異常モデル)に従った異常が支配的である場合がある。この場合、マップ生成部104は、1個の対象ピークに対して1個の異常マップ(たとえば、第1異常マップまたは第2異常マップ)のみを生成すればよい。データベース107は、当該異常マップを生成する際に用いた異常モデルを識別するモデル情報を含む異常部位情報のみを記憶すればよい。そのため、異常部位推定部108は、データベース107の中から、対象マップに対応する第1評価値未満の第2閾値を示し、対象マップに対応する対象ピークとの周波数差が所定値以内の基本周波数を示す異常部位情報を同定情報として抽出すればよい。
Depending on the target of state monitoring, an anomaly according to one type of anomaly model (for example, a first anomaly model or a second anomaly model) may be dominant. In this case, the
あるいは、状態監視の対象物によっては、上記の第1異常モデルおよび第2異常モデルに加えて、別の異常モデルの異常が生じる場合がある。たとえば、軸受に激しい摩耗が生じた場合、所定の周波数帯域においてPSDが増加することがある。PSDが増大する周波数帯域は、軸受の諸元、摩耗が生じている箇所等によって異なる。以下では、所定の周波数帯域においてPSDが増大する異常モデルを「第3異常モデル」という。 Alternatively, depending on the target of the state monitoring, in addition to the first and second anomaly models described above, another anomaly model's anomaly may occur. For example, if the bearing is heavily worn, the PSD may increase in a predetermined frequency band. The frequency band in which the PSD increases varies depending on the specifications of the bearing, the location where wear is occurring, and the like. Hereinafter, an abnormal model in which the PSD increases in a predetermined frequency band is referred to as a “third abnormal model”.
対象物が第3異常モデルに従った異常を発生する可能性がある場合、マップ生成部104は、当該第3異常モデルに対応する所定の周波数帯域を予め記憶しておく。マップ生成部104は、ピーク検出部103によって検出されたピークのいずれかが第3異常モデルの所定の周波数帯域に含まれる場合に、当該所定の周波数帯域内の周波数を異常成分とする第3異常マップを生成する。
When there is a possibility that the object may generate an abnormality according to the third abnormality model, the
マップ生成部104は、以下の式(6)に示されるような第3異常マップM(3)を生成する。
M(3)=[・・00011・・1100・・] 式(6)
第3異常マップM(3)において、異常成分である周波数に対応する値が1に設定され、異常成分ではない周波数に対応する値が0に設定される。なお、マップ生成部104は、PSDが増大する周波数帯域の異なる複数の第3異常マップを生成してもよい。たとえば、マップ生成部104は、M_1(3)〜M_x(3)のx種類の第3異常マップを生成してもよい。M_1(3)〜M_x(3)の各々は、上記の式(6)と同様の式により示される。
The
M (3) = [· · · · · · · · · · · · formula (6)
In the third abnormality map M (3), the value corresponding to the frequency that is the abnormal component is set to 1, and the value corresponding to the frequency that is not the abnormal component is set to 0. The
図17は、検出されたピークと、第3異常マップと、異常ピークとの関係を示す図である。図17を参照して、異常ピーク抽出部105は、ピーク検出部103によって検出されたピークの中から、第3異常マップM(3)に示される所定の周波数帯域(周波数fa〜fbの帯域)に含まれるピークを異常ピークとして抽出する。
FIG. 17 is a diagram showing a relationship between a detected peak, a third abnormality map, and an abnormal peak. Referring to FIG. 17, abnormal
マップ生成部104が第1〜第3異常マップを生成する場合も、データ処理装置80は、図15に示すフローチャートに従って処理を行なう。ただし、第3異常マップの異常成分の周波数は、予め定められており、ピーク検出部103によって検出されたピークの周波数に依存しない。そのため、データ処理装置80は、第3異常モデルの所定の周波数帯域内の周波数を有する複数のピークがステップS3において検出された場合、当該複数のピークのうちのいずれか1個を対象ピークとするステップS4においてのみ、第3異常マップを生成すればよい。当該ステップS4に続くステップS6においてのみ、第3異常マップに対する第1評価値が算出される。
Even when the
さらに、対象物が第3異常モデルに従った異常を発生する可能性がある場合、データベース107は、第3異常モデルを示すモデル情報を含む異常部位情報を記憶する。
Furthermore, in the case where the object may generate an abnormality according to the third abnormality model, the
図18は、対象物が第1〜第3異常モデルに従った異常を発生する可能性がある場合における、第1評価値の算出結果と、データベース107が記憶する異常部位情報と、推定結果情報との例を示す図である。図18(a)には第1評価値の算出結果の例が示され、図18(b)には異常部位情報の例が示され、図18(c)には推定結果情報の例が示される。
FIG. 18 shows the calculation result of the first evaluation value, the abnormal part information stored in the
図18(a)に示す例では、マップ生成部104は、100〜200Hzを異常成分とする第3異常マップと、200〜500Hzを異常成分とする第3異常マップとを生成する。第1評価値算出部106は、100〜200Hzを異常成分とする第3異常マップに対して第1評価値「600」を算出し、200〜500Hzを異常成分とする第3異常マップに対して第1評価値「150」を算出する。
In the example shown to Fig.18 (a), the map production |
データベース107には、所定の周波数帯域を100〜200Hzとする第3異常モデルに対応する異常部位情報と、所定の周波数帯域を200〜500Hzとする第3異常モデルに対応する異常部位情報とが格納されている。
The
図18に示す例では、100〜200Hzを異常成分とする第3異常マップに対して算出された第1評価値「600」が、所定の周波数帯域を100〜200Hzとする第3異常モデルに対応する異常部位情報の第2閾値「300」を超えている。そのため、異常部位推定部108は、図18(c)に示されるように、所定の周波数帯域を100〜200Hzとする第3異常モデルに対応する異常部位情報の部位情報によって識別される軸受を、摩耗異常が生じている部位として推定する。
In the example shown in FIG. 18, the first evaluation value “600” calculated for the third abnormality map having 100 to 200 Hz as the abnormal component corresponds to the third abnormality model in which the predetermined frequency band is 100 to 200 Hz. The second threshold “300” of the abnormal part information to be Therefore, as shown in FIG. 18C, the abnormal
<変形例2>
上記の説明では、ピーク検出部103は、一定値である第1閾値を設定するものとした。しかしながら、ピーク検出部103は、周波数スペクトルに基づいて、周波数に応じて変動する第1閾値を設定してもよい。たとえば、ピーク検出部103は、ある周波数の単位データのPSDと比較する第1閾値を、当該周波数を含む周波数帯域(たとえば、当該周波数±50Hz内の帯域)内の周波数を有する単位データのPSDの中央値の10倍に設定する。
<
In the above description, the
図19は、周波数に応じて変動する第1閾値を用いて検出されたピークの例を示す図である。図19に示されるように、周波数に応じてノイズレベルが変動する場合であっても、ノイズレベルに応じて第1閾値が変動するため、ノイズがピークとして誤検出されることを防止できる。 FIG. 19 is a diagram illustrating an example of a peak detected using a first threshold that varies with frequency. As shown in FIG. 19, even when the noise level fluctuates according to the frequency, the first threshold fluctuates according to the noise level, so that false detection of noise as a peak can be prevented.
<変形例3>
一般に、異常の程度が大きいほど、周波数スペクトルに現れる異常ピークの高調波の数が増える。ただし、次数が高くなるほど、高調波のPSDが小さくなる。そのため、高次の高調波が過小に評価されないように、次数に応じて高調波のPSDに重み付けしてもよい。
<
Generally, the greater the degree of anomaly, the greater the number of harmonics of the anomalous peak that appear in the frequency spectrum. However, the higher the order, the smaller the PSD of the harmonics. Therefore, the PSDs of the harmonics may be weighted according to the order so that the higher harmonics are not underestimated.
たとえば、マップ生成部104は、第1異常マップおよび第2異常マップを生成する際に、各異常成分に対して重み付け係数を設定する。具体的には、マップ生成部104は、高調波およびそのサイドバンド波の周波数である異常成分に対して、次数が高くなるほど大きい重み付け係数を設定する。たとえば、マップ生成部104は、次数pの高調波(第p高調波)およびそのサイドバンド波の周波数である異常成分に対して、重み係数Wp=pを設定する。なお、マップ生成部104は、基本波およびそのサイドバンド波の周波数である異常成分に対して、重み係数W1=1を設定する。
For example, when generating the first abnormality map and the second abnormality map, the
図20は、第2異常マップを用いて抽出された異常ピークの例を示す図である。図20において、周波数がfex1 0,PSDがpsdex1 0である異常ピークは、第2異常マップにおける基本波を示す異常成分に対応するピークである。周波数がfexp 0,PSDがpsdexp 0である異常ピークは、第2異常マップにおける第p高調波を示す異常成分に対応するピークである。周波数がfex1 b,PSDがpsdex1 b(b=・・・,−2,−1,1,2,・・・)である異常ピークは、第2異常マップにおける基本波のサイドバンド波を示す異常成分に対応するピークである。周波数がfexp b,PSDがpsdexp b(b=・・・,−2,−1,1,2,・・・)である異常ピークは、第2異常マップにおける第p高調波のサイドバンド波を示す異常成分に対応するピークである。
FIG. 20 is a diagram showing an example of the abnormal peak extracted using the second abnormality map. In Figure 20, the
図20に示されるように、第p高調波とそのサイドバンド波とのPSDは、基本波未とそのサイドバンド波とのPSDよりも小さい。そのため、第1評価値算出部106は、以下の式(7)(8)に従って、第2異常マップに対する第1評価値Eを算出すればよい。
As shown in FIG. 20, the PSDs of the p-th harmonic and its sidebands are smaller than the PSDs of the fundamental wave and their sidebands. Therefore, the first evaluation
なお、サイドバンド波がない第1異常マップについて、第1評価値算出部106は、式(8)においてb=0とし、式(7)(8)に従って第1評価値を算出すればよい。
Note that the first evaluation
<変形例4>
上記の説明では、状態監視センサ70は、振動波形データを計測するものとした。しかしながら、状態監視センサ70は、AE(Acoustic Emission)センサであり、超音波領域の波形データを計測してもよい。もしくは、状態監視センサ70は、超音波領域以外の音の波形データを計測してもよい。その他、状態監視センサ70は、軸回転速度、負荷トルク、モータ電力等の波形データを計測するセンサであってもよい。これらの波形データも対象物の異常に応じて変化するため、当該波形データに基づいて異常の有無を判断することができる。
<
In the above description, the
<変形例5>
上記の説明では、データ処理装置80が風力発電装置10の内部に設置されるものとした。しかしながら、データ処理装置80は、風力発電装置10の外部に設置され、有線または無線通信システムによって、状態監視センサ70が計測した振動波形データを受信し、上記のデータ処理を実行してもよい。
<
In the above description, the
<変形例6>
データベース107は、データ処理装置80の内部ではなく、データ処理装置80の外部に設置され、データ処理装置80と有線または無線通信システムによって通信可能であってもよい。この場合、異常部位推定部108は、通信システムを介してデータベース107にアクセスすればよい。
<Modification 6>
The
さらに、データ処理装置80は、異常部位推定部108、データベース107、第2評価値算出部109および出力処理部110を備えていなくてもよい。この場合、データ処理装置80は、異常部位推定部108、データベース107、第2評価値算出部109および出力処理部110を備える外部装置に対して、第1評価値を出力すればよい。もしくは、ユーザは、データ処理装置80によって算出された第1評価値を確認して、増速機40の異常の有無を判断してもよい。
Furthermore, the
<変形例7>
上記の説明では、第2評価値算出部109は、異常部位推定部108によって同定情報が抽出された対象マップの第1評価値と、同定情報が抽出されず、かつ、対応する第1評価値が第3閾値を超える対象マップの第1評価値との総和を第2評価値として算出するものとした。しかしながら、第2評価値算出部109は、異常部位推定部108によって同定情報が抽出された対象マップの第1評価値の総和を第2評価値として算出してもよい。この構成は、原因となる部位が不明の異常が生じる可能性の低い対象物の場合に有効である。
<
In the above description, the second evaluation
<変形例8>
出力処理部110は、異常部位推定部108によって生成された推定結果情報を示す画面を端末装置の表示部(表示装置)に表示させてもよい。
<Modification 8>
The
図21は、端末装置の構成を示す概略ブロック図である。データ処理装置80と状態監視センサ70と図21に示す端末装置95とは状態監視システムを構成する。端末装置95は、CPUと、処理プログラム等を記憶するROMおよびデータを一時的に記憶するRAMとを備え、さらに各種信号を入出力するための入出力ポート等を備える(いずれも図示せず)。端末装置95は、ROMに記憶されたプログラムに従って、各種のデータ処理を実行する。図21に示されるように、端末装置95は、記憶部96と表示部97と選択部98とを備える。
FIG. 21 is a schematic block diagram showing the configuration of the terminal device. The
記憶部96は、データ処理装置80から取得された周波数スペクトル、推定結果情報などを記憶する。表示部97は、たとえばタッチパネル、液晶ディスプレイである。選択部98は、ユーザからの入力指示に応じて、表示部97に表示する画面を切り替える。
The
図22は、端末装置95の表示部97に表示される画面の一例を示す図である。図22に示されるように、選択部98は、推定結果情報を示すテーブルと、周波数解析部102によって得られた周波数スペクトルの少なくとも一部を示すグラフとを表示部97に表示させる。これにより、ユーザ(作業者)は、状態監視センサ70によって計測された振動波形から得られた分析結果を確認することができる。
FIG. 22 is a diagram showing an example of a screen displayed on the
選択部98は、図22に示されるように、周波数スペクトルのうち、複数の異常マップの中から選択された異常マップに対応する異常ピークの部分を残りの部分と異なる表示形式で表示させる。図22に示す例では、選択部98は、選択された1つ異常マップに対して白三角印を付けて表示し、選択された別の1つの異常マップに対して黒丸印を付けて表示する。これにより、選択された異常マップに対応する異常ピークが強調され、ユーザは、選択された異常マップに対応する異常ピークの大きさなどを容易に把握することができる。
As shown in FIG. 22, the
選択部98は、ユーザから異常マップの選択指示を受け付ける。たとえば、選択部98は、第1評価値、部位情報およびモデル情報をドロップダウン等で受け付け可能であり、入力指示に従って、異常マップを選択する。たとえば、選択部98は、第1評価値が500以上の異常マップを選択したり、部位情報が「不明」である異常マップを選択したり、モデル情報が「1」である異常マップを選択する。
The
もしくは、選択部98は、自動的に異常マップを選択してもよい。たとえば、選択部98は、第1評価値が最も高い異常マップを自動的に選択する。もしくは、選択部98は、特定のモデル情報の異常マップを自動的に選択してもよい。
Alternatively, the
図22に示す例では、選択された異常マップに対して印を付けることで表示形式を異ならせている。しかしながら、表示形式を異ならせる方法はこれに限定されない。たとえば、選択された異常マップに対応する異常ピークの部分と残りの部分との、色、線の太さ、線種(破線、点線など)などを異ならせてもよい。 In the example shown in FIG. 22, the display format is made different by marking the selected anomaly map. However, the method of changing the display format is not limited to this. For example, the color, the thickness of the line, the line type (such as a broken line or a dotted line) may be made different between the portion of the abnormal peak corresponding to the selected abnormal map and the remaining portion.
図23は、端末装置95の表示部97に表示される画面の別の例を示す図である。図23に示されるように、選択部98は、周波数スペクトルのうち、複数の異常マップの中から選択された異常マップに対応する異常ピークを除去してもよい。図23に示す例では、モデル情報が「1」の異常マップに対応する異常ピークが除去されている。
FIG. 23 is a view showing another example of the screen displayed on the
図24は、端末装置95の表示部97に表示される画面のさらに別の例を示す図である。図24に示されるように、選択部98は、周波数スペクトルのうち、複数の異常マップの中から選択された異常マップに対応する異常ピークのみを表示させてもよい。図24に示す例では、選択部98は、モデル情報が「1」の異常マップに対応する異常ピークのみ表示されている。すなわち、周波数スペクトルのうち、モデル情報が「1」の異常マップに対応する異常ピーク以外が除去されている。
FIG. 24 is a diagram showing still another example of the screen displayed on the
図22〜24に示す画面によれば、複数の異常マップの高調波およびサイドバンドが複雑に入り組んでいる場合であっても、選択した異常マップに対応する異常ピークを強調させたり、もしくは、除去できる。これにより、ユーザは、異常の有無を判断しやすくなる。 According to the screens shown in FIGS. 22-24, even if the harmonics and sidebands of a plurality of anomaly maps are complexly intricate, the anomaly peaks corresponding to the selected anomaly map are emphasized or eliminated. it can. Thus, the user can easily determine the presence or absence of an abnormality.
選択部98は、以下のようにして、特定の異常ピークの表示形式を異ならせたり、特定の異常ピークを除去したり、特定の異常ピーク以外を除去したりする。
The
図25は、異常ピーク近傍の周波数スペクトルを示す図である。選択部98は、選択された異常マップに対応する異常ピークよりも周波数が低く、かつ、PSDが極小値となる単位データの中から、周波数が最大の単位データPaを特定する。さらに、選択部98は、選択された異常マップに対応する異常ピークよりも周波数が高く、かつ、PSDが極小値となる単位データの中から、周波数が最小の単位データPbを特定する。
FIG. 25 is a diagram showing a frequency spectrum near the abnormal peak. The
図26は、異常ピークを除去する方法の一例を示す図である。図27は、異常ピークを除去する別の例を示す図である。図26に示されるように、選択部98は、特定した単位データPa,Pb間のPSDをゼロにすることにより、異常ピークを除去する。もしくは、図27に示されるように、選択部98は、特定した単位データPa,Pb間を線分で結ぶことにより、異常ピークを除去してもよい。
FIG. 26 is a diagram illustrating an example of a method of removing an abnormal peak. FIG. 27 is a diagram showing another example of removing an abnormal peak. As shown in FIG. 26, the selecting
図28は、異常ピーク以外を除去する方法の一例を示す図である。図28に示されるように、選択部98は、特定した単位データPaと単位データPbとの間以外の領域のPSDをゼロにする。
FIG. 28 is a diagram showing an example of a method for removing other than the abnormal peak. As shown in FIG. 28, the
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明でなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be understood that the embodiments disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is indicated not by the description of the embodiment described above but by the scope of the claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of the claims.
10 風力発電装置、20 主軸、25 ハブ、30 ブレード、40 増速機、50 発電機、60 主軸用軸受、70 状態監視センサ、80 データ処理装置、90 ナセル、95 端末装置、96 記憶部、97 表示部、98 選択部、100 タワー、101 フィルタ部、102 周波数解析部、103 ピーク検出部、104 マップ生成部、105 異常ピーク抽出部、106 第1評価値算出部、107 データベース、108 異常部位推定部、109 第2評価値算出部、110 出力処理部。
DESCRIPTION OF
Claims (18)
前記対象物に設置されたセンサによって計測された波形データを周波数解析することにより得られた周波数スペクトルからピークを検出するピーク検出部と、
前記周波数スペクトルに対して少なくとも1つの異常マップを生成するマップ生成部とを備え、
前記少なくとも1つの異常マップは、前記検出されたピークの中から選択された1つの対象ピークの周波数と、当該対象ピークが前記対象物の異常に起因したピークであると仮定したときに前記対象ピークとともに現れるピークの周波数とを異常成分として含み、
前記状態監視装置は、
前記少なくとも1つの異常マップの中から1つの対象マップを選択し、前記検出されたピークから、前記対象マップに含まれる異常成分のいずれかとの周波数差が所定値以内のピークを異常ピークとして抽出する異常ピーク抽出部と、
前記異常ピークのスペクトル密度に基づいて、前記対象マップに対応する異常の発生度を示す第1評価値を算出する第1評価値算出部とをさらに備える、状態監視装置。 A condition monitoring device for monitoring the condition of an object, comprising:
A peak detection unit that detects a peak from a frequency spectrum obtained by performing frequency analysis on waveform data measured by a sensor installed on the object;
And a map generator for generating at least one anomaly map for the frequency spectrum,
The at least one anomaly map includes the frequency of one target peak selected from among the detected peaks, and the target peak when it is assumed that the target peak is a peak due to an abnormality of the target. Containing the frequency of the peak that appears with
The condition monitoring device
One target map is selected from the at least one abnormal map, and a peak having a frequency difference with any of the abnormal components included in the target map within a predetermined value is extracted as an abnormal peak from the detected peaks. An abnormal peak extraction unit,
And a first evaluation value calculator configured to calculate a first evaluation value indicating a degree of occurrence of an abnormality corresponding to the target map based on a spectral density of the abnormal peak.
前記ピーク検出部は、前記データ配列の中から、極大値を示し、かつ、第1閾値を超えるスペクトル密度を有する単位データをピークとして検出する、請求項1に記載の状態監視装置。 The frequency spectrum is indicated by a data array in which unit data in which a frequency and a spectral density at the frequency are associated are sequentially arranged according to the frequency,
The state monitoring device according to claim 1, wherein the peak detection unit detects, as a peak, unit data having a spectral density that indicates a maximum value and exceeds a first threshold value from the data array.
前記異常ピーク抽出部は、前記ピーク検出部によってピークとして検出された単位データと前記対象マップとをAND処理して、異常成分ではない周波数のピークをマスクすることにより前記異常ピークを抽出する、請求項2に記載の状態監視装置。 The at least one anomaly map is information in which the frequency is associated with a value of 0 or 1 for each frequency, and a value corresponding to a frequency that is an anomaly component is set to 1 and a frequency that is not an anomaly component. The corresponding value is set to 0
The abnormal peak extraction unit extracts the abnormal peak by ANDing the unit data detected as a peak by the peak detection unit and the target map to mask a peak of a frequency that is not an abnormal component. The state monitoring device according to Item 2.
前記状態監視装置は、さらに、前記対象物の部位ごとに、異常モデルを識別するモデル情報と、当該部位を識別する部位情報と、当該部位の異常に起因する周波数と、第2閾値とを対応付けた異常部位情報を記憶するデータベースの中から、前記対象マップに対応する異常モデルを識別するモデル情報を示し、当該対象マップに対応する前記対象ピークとの周波数差が所定値以内の周波数を示し、かつ当該対象マップに対応する前記第1評価値未満の前記第2閾値を示す異常部位情報を同定情報として抽出し、前記同定情報の部位情報によって識別される部位に異常が発生していることを示す第1推定結果情報を生成する異常部位推定部をさらに備える、請求項1から8のいずれか1項に記載の状態監視装置。 The at least one anomaly map includes two or more anomaly maps generated for the target peak based on two or more anomaly models in which the appearance of an anomaly component is different from each other,
The state monitoring apparatus further corresponds, for each part of the object, model information for identifying an abnormal model, part information for identifying the part, a frequency caused by an abnormality for the part, and a second threshold. Shows the model information for identifying the abnormal model corresponding to the target map from the database storing the attached abnormal part information, and the frequency difference with the target peak corresponding to the target map indicates the frequency within the predetermined value And, abnormal part information indicating the second threshold value less than the first evaluation value corresponding to the target map is extracted as identification information, and abnormality occurs in the part identified by the part information of the identification information The state monitoring device according to any one of claims 1 to 8, further comprising an abnormal part estimation unit that generates first estimation result information indicating.
前記第1評価値算出部は、前記複数の異常マップの各々を順に前記対象マップとして選択し、前記複数の異常マップの各々に対して前記第1評価値を算出し、
前記状態監視装置は、前記異常部位推定部によって前記同定情報が抽出された前記対象マップの前記第1評価値の総和を第2評価値として算出する第2評価値算出部をさらに備える、請求項9または10に記載の状態監視装置。 The at least one anomaly map comprises a plurality of anomaly maps,
The first evaluation value calculation unit sequentially selects each of the plurality of abnormality maps as the target map, and calculates the first evaluation value for each of the plurality of abnormality maps.
The state monitoring apparatus further includes a second evaluation value calculation unit configured to calculate, as a second evaluation value, a sum of the first evaluation values of the target map for which the identification information has been extracted by the abnormal part estimation unit. The condition monitoring device according to 9 or 10.
前記第1評価値算出部は、前記複数の異常マップの各々を順に前記対象マップとして選択し、前記複数の異常マップの各々に対して前記第1評価値を算出し、
前記状態監視装置は、前記異常部位推定部によって前記同定情報が抽出された前記対象マップの前記第1評価値と、前記同定情報が抽出されず、かつ対応する前記第1評価値が前記第3閾値を超える前記対象マップの前記第1評価値との総和を第2評価値として算出する第2評価値算出部をさらに備える、請求項11に記載の状態監視装置。 The at least one anomaly map comprises a plurality of anomaly maps,
The first evaluation value calculation unit sequentially selects each of the plurality of abnormality maps as the target map, and calculates the first evaluation value for each of the plurality of abnormality maps.
In the state monitoring apparatus, the first evaluation value of the target map from which the identification information is extracted by the abnormal part estimation unit and the identification information are not extracted, and the corresponding first evaluation value is the third. The state monitoring device according to claim 11, further comprising: a second evaluation value calculation unit configured to calculate, as a second evaluation value, a sum of the target map exceeding the threshold value and the first evaluation value.
前記端末装置は、前記周波数スペクトルを示すグラフを表示部に表示させる、状態監視システム。 A state monitoring system comprising the state monitoring device according to any one of claims 1 to 13 and a terminal device,
The state monitoring system, wherein the terminal device displays a graph indicating the frequency spectrum on a display unit.
前記対象物に設置されたセンサによって計測された波形データを周波数解析することにより得られた周波数スペクトルからピークを検出するステップと、
前記周波数スペクトルに対して少なくとも1つの異常マップを生成するステップとを備え、
前記少なくとも1つの異常マップは、前記検出されたピークの中から選択された1つの対象ピークの周波数と、当該対象ピークが前記対象物の異常に起因したピークであると仮定したときに前記対象ピークとともに現れるピークの周波数とを異常成分として含み、
前記状態監視方法は、
前記少なくとも1つの異常マップの中から1つの対象マップを選択し、前記検出されたピークから、前記対象マップに含まれる異常成分のいずれかとの周波数差が所定値以内のピークを異常ピークとして抽出するステップと、
前記異常ピークのスペクトル密度に基づいて、前記対象マップに対応する異常の発生度を示す第1評価値を算出するステップとをさらに備える、状態監視方法。 A state monitoring method for monitoring the state of an object, comprising:
Detecting a peak from a frequency spectrum obtained by performing frequency analysis on waveform data measured by a sensor installed on the object;
Generating at least one anomaly map for the frequency spectrum;
The at least one anomaly map includes the frequency of one target peak selected from among the detected peaks, and the target peak when it is assumed that the target peak is a peak due to an abnormality of the target. Containing the frequency of the peak that appears with
The state monitoring method is
One target map is selected from the at least one abnormal map, and a peak having a frequency difference with any of the abnormal components included in the target map within a predetermined value is extracted as an abnormal peak from the detected peaks. Step and
Calculating a first evaluation value indicating the degree of occurrence of an abnormality corresponding to the target map based on the spectral density of the abnormal peak.
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|---|---|---|---|---|
| CN113826128A (en) * | 2019-05-20 | 2021-12-21 | 三菱电机株式会社 | State estimating device and state estimating method |
| JP2024501761A (en) * | 2020-12-31 | 2024-01-15 | コリア ハイドロ アンド ニュークリアー パワー カンパニー リミテッド | Method and system for comprehensively diagnosing defects in rotating machinery |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001255241A (en) * | 2000-03-10 | 2001-09-21 | Toshiba Corp | Diagnosis device for rotating machine bearings |
| WO2009096551A1 (en) * | 2008-01-30 | 2009-08-06 | Jfe Advantech Co., Ltd. | Diagnostic system for bearing |
| US20100145639A1 (en) * | 2008-12-10 | 2010-06-10 | Industrial Technology Research Institute | Diagnosis method of defects in a motor and diagnosis device thereof |
-
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001255241A (en) * | 2000-03-10 | 2001-09-21 | Toshiba Corp | Diagnosis device for rotating machine bearings |
| WO2009096551A1 (en) * | 2008-01-30 | 2009-08-06 | Jfe Advantech Co., Ltd. | Diagnostic system for bearing |
| US20100145639A1 (en) * | 2008-12-10 | 2010-06-10 | Industrial Technology Research Institute | Diagnosis method of defects in a motor and diagnosis device thereof |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113826128A (en) * | 2019-05-20 | 2021-12-21 | 三菱电机株式会社 | State estimating device and state estimating method |
| CN113826128B (en) * | 2019-05-20 | 2023-08-08 | 三菱电机株式会社 | State estimation device and state estimation method |
| JP2024501761A (en) * | 2020-12-31 | 2024-01-15 | コリア ハイドロ アンド ニュークリアー パワー カンパニー リミテッド | Method and system for comprehensively diagnosing defects in rotating machinery |
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