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技術 配管ネットワーク診断装置

出願人 株式会社日立産機システム
発明者 矢敷達朗劉雅萍片桐幸徳松本久功
出願日 2015年3月13日 (5年0ヶ月経過) 出願番号 2015-050157
公開日 2016年9月23日 (3年6ヶ月経過) 公開番号 2016-170638
状態 特許登録済
技術分野 管路系 制御系の試験・監視
主要キーワード 流体供給機 配管ネットワーク 空気プレス 漏れ位置 空気漏れ量 末端機器 超音波厚み計 計測値取得
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (16)

課題

空気漏れ位置候補の入力を必要とせず、短い計算時間で、空気漏れ位置、機器詰まり状態を把握できる配管ネットワーク診断装置を提供する。

解決手段

圧力計測値を取得・記憶し、空気圧縮機末端機器、および配管経路の途中に設置されている圧力計の設置位置において、配管ネットワークをサブネットワークに分割し、サブネットワークモデルを生成し、圧力計を共有する2つのサブネットワークで構成される共有サブネットワークを対象に、共有サブネットワークの端部における圧力計測値を計算条件として、共有サブネットワーク内の空気の流れを計算・記憶し、共有サブネットワーク内の2つのサブネットワークが共有する圧力計測点である共有圧力計測点を対象に、共有圧力計測点における圧力計測値と圧力計算値を比較し、空気漏れ発生、および機器詰まり有無を判定し、空気漏れ、および機器詰まりが発生していると判定されたサブネットワークを表示する。

概要

背景

近年、地球温暖化防止、省エネ法といった消費電力削減の流れのなかで、工場に対しても消費電力を削減することが求められている。大気中の空気を圧縮した圧縮空気は、身近に利用出来るため、空気工具空気プレス空気ブレーキスプレーガン等を駆動するための動力源として幅広く用いられている。以降、圧縮空気にて駆動する機器を総称して末端機器と呼ぶ。圧縮空気は空気圧縮機によって圧縮され、工場内に設けられた配管ネットワークを経由して、末端機器に供給される。空気圧縮機の消費電力は、工場全体消費電力の20〜30%を占めるといわれており、工場の省エネ化のために空気圧縮機の消費電力を削減する必要がある。

圧縮空気が圧縮機から配管ネットワークを通って末端機器に供給される過程において、空気配管経年劣化配管継手・曲部に生じる隙間等が原因となり、配管ネットワーク中で空気漏れが生じることがある。空気漏れ量は、工場空気使用量の10〜20%に達する場合があり、空気圧縮機の消費電力削減には、空気漏れ量、漏れ位置を把握し、漏れ防止対策をとることが重要となる。

このような配管ネットワーク中の空気漏れ量、漏れ位置を把握するための空気漏れ診断装置に関し、特許文献1では、配管ネットワーク内の空気の流れを計算し、この計算値計測値から定義される目的関数が最小となる最適化問題解くことにより、空気漏れ量、漏れ位置を計算する空気漏れ診断技術が開示されている。

概要

空気漏れ位置候補の入力を必要とせず、短い計算時間で、空気漏れ位置、機器詰まり状態を把握できる配管ネットワーク診断装置を提供する。圧力計測値を取得・記憶し、空気圧縮機、末端機器、および配管経路の途中に設置されている圧力計の設置位置において、配管ネットワークをサブネットワークに分割し、サブネットワークモデルを生成し、圧力計を共有する2つのサブネットワークで構成される共有サブネットワークを対象に、共有サブネットワークの端部における圧力計測値を計算条件として、共有サブネットワーク内の空気の流れを計算・記憶し、共有サブネットワーク内の2つのサブネットワークが共有する圧力計測点である共有圧力計測点を対象に、共有圧力計測点における圧力計測値と圧力計算値を比較し、空気漏れ発生、および機器詰まり有無を判定し、空気漏れ、および機器詰まりが発生していると判定されたサブネットワークを表示する。

目的

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、利用者による空気漏れ位置候補の入力を必要とせず、かつ大規模な配管ネットワークに対しても短い計算時間で、配管ネットワーク内の空気漏れ位置、および機器詰まり状態を把握できる配管ネットワーク診断装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

配管ネットワーク内に設置されている圧力計より圧力計測値を取得する計測値取得部と、前記圧力計測値を記憶する計測値記憶部と、前記配管ネットワークを対象として、流体供給機器、流体消費機器、および前記配管ネットワーク内の配管経路の途中に設置されている前記圧力計の設置位置において、前記配管ネットワークを、その部分領域であるサブネットワークに分割する配管ネットワーク分割部と、前記サブネットワークごとに、前記サブネットワーク内の流体の流れを計算するためのデータで構成されるサブネットワークモデルを生成するサブネットワークモデル生成部と、前記サブネットワークモデルを記憶するサブネットワークモデル記憶部と、前記圧力計測値と前記サブネットワークモデルより、前記配管ネットワーク内の配管経路の途中に設置されている前記圧力計を共有する2つの前記サブネットワークで構成される部分領域である共有サブネットワークを対象に、前記共有サブネットワークの端部における前記圧力計測値を計算条件として、前記共有サブネットワーク内の流体の流れを計算し、圧力計測点における圧力計算値を出力する圧力・流量計算部と、前記圧力計算値を記憶する計算値記憶部と、前記共有サブネットワーク内の2つの前記サブネットワークが共有する圧力計測点である共有圧力計測点を対象に、前記共有圧力計測点における前記圧力計測値と前記圧力計算値を比較し、前記サブネットワークごとに、流体漏れ発生、および機器詰まり有無を判定し、判定結果を出力する流体漏れ発生・機器詰まり領域判定部と、表示装置を備え、前記判定結果を用いて、流体漏れ発生、および機器詰まりが発生していると判定された前記サブネットワークを前記表示装置に表示する流体漏れ発生・機器詰まり領域表示部とを備えたことを特徴とする配管ネットワーク診断装置

請求項2

前記流体漏れ発生・機器詰まり領域判定部の前記サブネットワークごとの流体漏れ発生、および機器詰まり有無の判定過程は、前記サブネットワークに含まれる全ての前記共有圧力計測点に対して、前記圧力計測値から前記圧力計算値を減算した減算値閾値より大きい場合は、前記サブネットワークにて流体漏れ発生有と判断し、前記サブネットワークに含まれる全ての前記共有圧力計測点に対して、前記圧力計算値から前記圧力計測値を減算した減算値が閾値より大きい場合は、前記サブネットワークにて機器詰まり有と判断し、前記サブネットワークに含まれるいずれかの前記共有圧力計測点に対して、前記圧力計測値から前記圧力計算値を減算した前記減算値が閾値以下となり、かつ前記圧力計算値から前記圧力計測値を減算した前記減算値が閾値以下となる場合は、前記サブネットワークにて流体漏れ発生・機器詰まり無と判断することでなされることを特徴とする請求項1記載の配管ネットワーク診断装置。

請求項3

配管ネットワーク内に設置されている圧力計より圧力計測値を取得する計測値取得部と、現在時刻が、計測値取得タイミングと一致しているか否かを判定し、一致する場合は前記計測値取得部に対して、計測値取得指令を出す計測値取得タイミング判定部と、前記圧力計測値を記憶する計測値記憶部と、前記配管ネットワークを対象として、流体供給機器、流体消費機器、および前記配管ネットワーク内の配管経路の途中に設置されている前記圧力計の設置位置において、前記配管ネットワークを、サブネットワークに分割する配管ネットワーク分割部と、前記サブネットワークごとに、サブネットワークモデルを生成するサブネットワークモデル生成部と、前記サブネットワークモデルを記憶するサブネットワークモデル記憶部と、前記圧力計測値と前記サブネットワークモデルより、共有サブネットワークを対象に、前記共有サブネットワークの端部における前記圧力計測値を計算条件として、前記共有サブネットワーク内の流体の流れを計算し、圧力計測点における圧力計算値を出力する圧力・流量計算部と、前記圧力計算値を記憶する計算値記憶部と、前記サブネットワークごとに、前記サブネットワークに含まれる前記共有圧力計測点に対して、前記圧力計測値から前記圧力計算値を減算するとともに、前記圧力計測値から圧力計算値を減算し、減算結果を出力する計測値・計算値比較部と、前記サブネットワークと、前記サブネットワークに含まれる前記共有圧力計測点と、前記圧力計測値が取得された時刻と、前記減算結果とを対応づけて構成されるデータである比較結果履歴を記憶する計測値・計算値比較結果履歴記憶部と、前記比較結果履歴をもとに、前記サブネットワークごとに、流体漏れ発生および機器詰まりの進行度推定し、進行度推定結果を出力する流体漏れ発生・機器詰まり進行度推定部と、表示装置を備え、前記進行度推定結果を用いて、前記サブネットワークごとに、流体漏れ発生、および機器詰まりの進行度を表示装置に表示する流体漏れ発生・機器詰まり進行度表示部と、入力装置を備え、入力装置より診断終了命令が入力された場合、配管ネットワーク診断の処理を終了する診断終了判定部とを備えたことを特徴とする配管ネットワーク診断装置。

技術分野

背景技術

0002

近年、地球温暖化防止、省エネ法といった消費電力削減の流れのなかで、工場に対しても消費電力を削減することが求められている。大気中の空気を圧縮した圧縮空気は、身近に利用出来るため、空気工具空気プレス空気ブレーキスプレーガン等を駆動するための動力源として幅広く用いられている。以降、圧縮空気にて駆動する機器を総称して末端機器と呼ぶ。圧縮空気は空気圧縮機によって圧縮され、工場内に設けられた配管ネットワークを経由して、末端機器に供給される。空気圧縮機の消費電力は、工場全体消費電力の20〜30%を占めるといわれており、工場の省エネ化のために空気圧縮機の消費電力を削減する必要がある。

0003

圧縮空気が圧縮機から配管ネットワークを通って末端機器に供給される過程において、空気配管の経年劣化配管継手・曲部に生じる隙間等が原因となり、配管ネットワーク中で空気漏れが生じることがある。空気漏れ量は、工場空気使用量の10〜20%に達する場合があり、空気圧縮機の消費電力削減には、空気漏れ量、漏れ位置を把握し、漏れ防止対策をとることが重要となる。

0004

このような配管ネットワーク中の空気漏れ量、漏れ位置を把握するための空気漏れ診断装置に関し、特許文献1では、配管ネットワーク内の空気の流れを計算し、この計算値計測値から定義される目的関数が最小となる最適化問題解くことにより、空気漏れ量、漏れ位置を計算する空気漏れ診断技術が開示されている。

先行技術

0005

特開2011−54209号公報

発明が解決しようとする課題

0006

特許文献1では、利用者が配管ネットワークにおける空気漏れ位置候補を入力し、上述した最適化問題を解くことにより、空気漏れ位置を決定している。しかしながら、利用者が空気漏れ位置の候補を適切に入力するためには、対象とする配管ネットワーク設備の経年劣化の状況、隙間が生じ得る箇所等を事前に把握しておくことが要求される。また、最適化問題の解法には、遺伝的アルゴリズム等の収束計算に基づく解法が用いられることが通常であり、大規模な配管ネットワークを対象とする場合、空気漏れ量、漏れ位置を計算するための時間が長くなるという問題があった。

0007

また、配管ネットワークに対して要求される診断項目として、上述の空気漏れの他に、フィルタドライヤ等の機器詰まりがある。圧縮空気には、大気中の微粒子、空気圧縮機から出るオイル分配管内に発生するサビ等が混入するため、これらの混入成分を除去する目的で配管ネットワーク内にフィルタが設置される。フィルタ内部では、時間経過ともに混入成分の付着により目詰まりが進行し、圧力損失が増大していく。また、フィルタ以外に、圧縮空気中の水分を除去する目的でドライヤが設置される。ドライヤ内部でも、時間経過ともに水分を吸着する吸着剤劣化し、圧力損失が増大していく。圧力損失が0.1MPa増大すると、空気圧縮機の消費電力は7%程度増加してしまうため、空気圧縮機の消費電力削減には、フィルタ、ドライヤ等の機器詰まり状態を把握することが重要である。しかしながら、特許文献1で開示されている技術では、機器詰まり状態を把握できないという問題があった。

0008

また、上述の通り、空気漏れ発生は空気配管の劣化、機器詰まりは機器の経年劣化が原因となって発生することが多い。空気配管・機器の経年劣化が原因となる場合、空気漏れ発生および機器詰まりは、時間経過とともに徐々に進んでいくため、適切なタイミングで経年劣化が進んだ空気配管・機器を補修あるいは交換することが重要である。しかしながら、特許文献1で開示されている技術では、空気配管・機器の経年劣化の進行状況を把握できないという課題もあった。既存技術(例えば、超音波厚み計等の非破壊検査装置)により、空気配管・機器の経年劣化の進行状況を診断することも可能であるが、配管ネットワーク全体を対象として、空気配管・機器の経年劣化を診断するには多大な時間を必要とするという問題があった。

0009

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、利用者による空気漏れ位置候補の入力を必要とせず、かつ大規模な配管ネットワークに対しても短い計算時間で、配管ネットワーク内の空気漏れ位置、および機器詰まり状態を把握できる配管ネットワーク診断装置を提供することを目的とする。さらに、空気配管・機器の経年劣化の進行状況を把握し、空気配管・機器の補修あるいは交換タイミングを判断できる配管ネットワーク診断装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0010

上記目的を達成するために、本発明は、配管ネットワーク内に設置されている圧力計より圧力計測値を取得する計測値取得部と、圧力計測値を記憶する計測値記憶部と、配管ネットワークを対象として、空気圧縮機、末端機器、および配管ネットワーク内の配管経路の途中に設置されている圧力計の設置位置において、配管ネットワークを、その部分領域であるサブネットワークに分割する配管ネットワーク分割部と、サブネットワークごとに、サブネットワーク内の空気の流れを計算するためのデータで構成されるサブネットワークモデルを生成するサブネットワークモデル生成部と、サブネットワークモデルを記憶するサブネットワークモデル記憶部と、圧力計測値とサブネットワークモデルより、配管ネットワーク内の配管経路の途中に設置されている圧力計を共有する2つのサブネットワークで構成される部分領域である共有サブネットワークを対象に、共有サブネットワークの端部における圧力計測値を計算条件として、共有サブネットワーク内の空気の流れを計算し、圧力計測点における圧力計算値を出力する圧力・流量計算部と、圧力計算値を記憶する計算値記憶部と、共有サブネットワーク内の2つのサブネットワークが共有する圧力計測点である共有圧力計測点を対象に、共有圧力計測点における圧力計測値と圧力計算値を比較し、サブネットワークごとに、空気漏れ発生、および機器詰まり有無を判定し、判定結果を出力する空気漏れ発生・機器詰まり領域判定部と、表示装置を備え、判定結果を用いて、空気漏れ発生、および機器詰まりが発生していると判定されたサブネットワークを表示装置に表示する空気漏れ発生・機器詰まり領域表示部とを備えたことを特徴とする配管ネットワーク診断装置を提供する。

0011

また、上記目的を達成するために、本発明は、配管ネットワーク内に設置されている圧力計より圧力計測値を取得する計測値取得部と、現在時刻が、計測値取得タイミングと一致しているか否かを判定し、一致する場合は計測値取得部に対して、計測値取得指令を出す計測値取得タイミング判定部と、圧力計測値を記憶する計測値記憶部と、配管ネットワークを対象として、空気圧縮機、末端機器、および配管ネットワーク内の配管経路の途中に設置されている圧力計の設置位置において、配管ネットワークをサブネットワークに分割する配管ネットワーク分割部と、サブネットワークごとにサブネットワークモデルを生成するサブネットワークモデル生成部と、サブネットワークモデルを記憶するサブネットワークモデル記憶部と、圧力計測値とサブネットワークモデルより、共有サブネットワークを対象に、共有サブネットワークの端部における圧力計測値を計算条件として、共有サブネットワーク内の空気の流れを計算し、圧力計測点における圧力計算値を出力する圧力・流量計算部と、圧力計算値を記憶する計算値記憶部と、サブネットワークごとに、サブネットワークに含まれる共有圧力計測点に対して、圧力計測値から圧力計算値を減算するとともに、圧力計測値から圧力計算値を減算し、減算結果を出力する計測値・計算値比較部と、サブネットワークと、サブネットワークに含まれる共有圧力計測点と、圧力計測値が取得された時刻と、減算結果とを対応づけて構成されるデータである比較結果履歴を記憶する計測値・計算値比較結果履歴記憶部と、比較結果履歴をもとに、サブネットワークごとに、空気漏れ発生および機器詰まりの進行度推定し、進行度推定結果を出力する空気漏れ発生・機器詰まり進行度推定部と、表示装置を備え、進行度推定結果を用いて、サブネットワークごとに、空気漏れ発生、および機器詰まりの進行度を表示装置に表示する空気漏れ発生・機器詰まり進行度表示部と、入力装置を備え、入力装置より診断終了命令が入力された場合、配管ネットワーク診断の処理を終了する診断終了判定部とを備えたことを特徴とする配管ネットワーク診断装置を提供する。

発明の効果

0012

本発明によれば、利用者による空気漏れ位置候補の入力を必要とせず、かつ大規模な配管ネットワークに対しても短い計算時間で、配管ネットワーク内の空気漏れ位置、および機器詰まり状態を把握できる。さらに、空気配管・機器の経年劣化の進行状況を把握し、空気配管・機器の交換タイミングを判断できる。

図面の簡単な説明

0013

本発明の第1の実施の形態に係る配管ネットワーク診断装置の概略構成図である。
本発明の第1の実施の形態に係る配管ネットワークの系統図である。
本発明の第1の実施の形態に係るサブネットワーク分割の系統図である。
(a)(b)(c)本発明の第1の実施の形態に係る計算対象の共有サブネットワーク、共有サブネットワークを構成するサブネットワーク、計算条件として用いる圧力計測点、共有圧力計測点の関係図である。
本発明の第1の実施の形態に係る配管ネットワーク診断の処理手順フローである。
本発明の第1の実施の形態に係る空気漏れ発生・機器詰まりが発生していると判断されたサブネットワークに対する表示装置の表示図である。
本発明の第1の実施の形態に係る空気漏れ発生・機器詰まり領域判定過程の処理の詳細フローである。
(a)(b)(c)本発明の第1の実施の形態に係る空気漏れが発生しているケースでの、配管ネットワーク内の流量変化圧力変化図である。
本発明の第1の実施の形態に係る空気漏れが発生しているケースでの、空気漏れ発生・機器詰まり領域を判定図である。
(a)(b)本発明の第1の実施の形態に係る機器詰まりが有るケースでの、配管ネットワーク内の流量変化、圧力変化図である。
本発明の第1の実施の形態に係る機器詰まりが有るケースでの、空気漏れ発生・機器詰まり領域を判定図である。
本発明の第2の実施の形態に係る配管ネットワーク診断装置の概略構成図である。
本発明の第2の実施の形態に係る比較結果履歴のデータ構成図である。
本発明の第2の実施の形態に係る配管ネットワーク診断の処理手順フローである。
本発明の第2の実施の形態に係る空気漏れ発生及び機器詰まりの進行度の表示図である。

0014

以下に図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。

0015

図1は本発明の第1の実施の形態に係る配管ネットワーク診断装置の概略構成図である。

0016

図1に示した配管ネットワーク診断装置は、計測値取得部1、計測値記憶部2、配管ネットワーク分割部3、サブネットワークモデル生成部4、サブネットワークモデル記憶部5、圧力・流量計算部6、計算値記憶部7、空気漏れ発生・機器詰まり領域判定部8、空気漏れ発生・機器詰まり領域表示部9を備えている。

0017

計測値取得部1は、配管ネットワーク内に設置されている圧力計より圧力計測値101を取得する。

0018

計測値記憶部2は、メモリハードディスクで構成されており、計測値取得部1で取得した圧力計測値101を格納する。

0019

配管ネットワーク分割部3は、空気圧縮機、末端機器、および配管ネットワーク内の配管経路の途中に設置されている圧力計の設置位置において、配管ネットワークをサブネットワークに分割する。ここで、サブネットワークとは、圧力計設置位置を端部とする、配管ネットワークの部分領域である。配管ネットワークの任意の領域は、必ずいずれか一つのサブネットワークに属する。

0020

図2図3を用いて、配管ネットワークをサブネットワークに分割する具体例を説明する。図2は、配管ネットワークの具体例である。この配管ネットワークは、空気圧縮機51、末端機器52、53、フィルタ54、分岐55、エルボ56、配管57〜61にて構成される。圧縮空気は空気圧縮機51によって圧縮され、フィルタ54、分岐55、エルボ56、配管57〜61を経由して末端機器52、53に供給される。また、この配管ネットワークには、圧力計62〜66が設置されている。

0021

図2の配管ネットワークは、配管ネットワーク分割部3により、圧力計62〜66の設置位置において、図3に示す3つのサブネットワーク67〜69に分割される。サブネットワーク67は圧力計62、65、66を端部とする、配管ネットワークの部分領域である。同様にして、サブネットワーク68は圧力計63、65、サブネットワーク69は圧力計64、66を端部とする、配管ネットワークの部分領域である。

0022

サブネットワークモデル生成部4は、配管ネットワーク分割部3から出力されるサブネットワークごとに、サブネットワークモデル102を生成する。サブネットワークモデル102には、サブネットワーク内の空気の流れを計算するために必要となるデータが設定される。具体的には、サブネットワークを構成する機器間接続関係を定義するデータと、機器の属性(例えば、配管に対しては配管長さ、配管口径等)を定義するデータである。

0023

サブネットワークモデル記憶部5は、メモリやハードディスクで構成されており、サブネットワークモデル生成部4で生成したサブネットワークモデル102を格納する。

0024

圧力・流量計算部6は、圧力計測値101、サブネットワークモデル102より、配管ネットワークの部分領域内の空気の流れを計算し、圧力計測点における圧力計算値103を出力する。圧力・流量計算部6が計算対象とする部分領域は、配管ネットワーク内の配管経路の途中に設置されている圧力計を共有する2つのサブネットワークであり、この部分領域の端部における圧力計測値101を計算条件(境界条件)として、空気の流れを計算する。以降、この部分領域を共有サブネットワークと呼び、部分領域内の2つのサブネットワークが共有する圧力計測点を共有圧力計測点と呼ぶ。

0025

図4は、図2図3で示した配管ネットワーク、サブネットワークに対して、計算対象の共有サブネットワーク、共有サブネットワークを構成するサブネットワーク、計算条件として用いる圧力計測点、共有圧力計測点の関係を表す図である。図4(a)、図4(c)に示すように、共有サブネットワーク70はサブネットワーク67、サブネットワーク68から構成され、計算条件として圧力計62、63、66の圧力計測値101を用いる。また、圧力計65が共有圧力計測点となる。同様に、図4(b)、図4(c)に示すように、共有サブネットワーク71はサブネットワーク67、サブネットワーク69から構成され、計算条件として圧力計62、64、65の圧力計測値101を用い、圧力計66が共有圧力計測点となる。

0026

計算値記憶部7は、メモリやハードディスクで構成されており、圧力・流量計算部6が出力した圧力計算値103を格納する。

0027

空気漏れ発生・機器詰まり領域判定部8は、共有圧力計測点における圧力計測値101と圧力計算値103を比較し、サブネットワークごとに、空気漏れ発生、および機器詰まり有無を判定し、判定結果104を出力する。空気漏れ発生、および機器詰まり有無判定の詳細については図7図11を用いて後述する。

0028

判定結果104は、各サブネットワークに対して、“空気漏れ発生有”、“機器詰まり有”、”空気漏れ発生・機器詰まり無“のいずれかの属性が設定される。判定結果104は、例えば次のようなデータ構成となっている。

サブネットワーク1:機器漏れ発生有
サブネットワーク2:機器詰まり有
:
サブネットワークn:空気漏れ発生・機器詰まり無

0029

空気漏れ発生・機器詰まり領域表示部9は、表示装置(ディスプレイ)を備えており、空気漏れ発生・機器詰まり領域判定部8が出力した判定結果104を用いて、空気漏れ発生、および機器詰まりが発生していると判定されたサブネットワークを表示装置に表示する。

0030

以上が、配管ネットワーク診断装置の構成である。次に、配管ネットワーク診断装置における処理の内容を詳細に説明する。図5は、本発明の第1の実施の形態に係る配管ネットワーク診断の処理手順を示す。

0031

テップS1(計測値取得過程)として、計測値取得部1は、配管ネットワーク内に設置されている圧力計より圧力計測値101を取得する。圧力計測値101は、計測値記憶部2により、メモリやハードディスクに格納される。

0032

ステップS2(配管ネットワーク分割過程)として、配管ネットワーク分割部3は、空気圧縮機、末端機器、および配管ネットワーク内の配管経路の途中に設置されている圧力計の設置位置において、配管ネットワークをサブネットワークに分割する。

0033

ステップS3(サブネットワークモデル生成過程)として、サブネットワークモデル生成部4は、ステップ2にて配管ネットワーク分割部3から出力されるサブネットワークごとに、サブネットワークモデル102を生成する。サブネットワークモデル102は、サブネットワークモデル記憶部5により、メモリやハードディスクに格納される。

0034

ステップS4(圧力・流量計算過程)として、圧力・流量計算部6は、圧力計測値101、サブネットワークモデル102より、共有サブネットワーク内の空気の流れを計算し、圧力計測点における圧力計算値103を出力する。圧力計算値103は、計算値記憶部7により、メモリやハードディスクに格納される。

0035

ステップS5(空気漏れ発生・機器詰まり領域判定過程)として、空気漏れ発生・機器詰まり領域判定部8は、共有圧力計測点における圧力計測値101と圧力計算値103を比較し、サブネットワークごとに、空気漏れ発生、および機器詰まり有無を判定し、判定結果104を出力する。ステップS5の処理の詳細については、図7を用いて後述する。

0036

ステップS6(空気漏れ発生・機器詰まり領域表示過程)として、空気漏れ発生・機器詰まり領域表示部9は、判定結果104を用いて、空気漏れ発生、および機器詰まりが有ると判定されたサブネットワークを表示装置に表示する。図6は、図2に示す配管ネットワークを対象として、図3中のサブネットワーク68において空気漏れ発生有と判定されたケースに対する表示例を示している。表示画面上側には、サブネットワーク67〜69に対するサブネットワークモデルが表示され、そのうち空気漏れ発生有と判定されたサブネットワーク68が強調表示されている。表示画面下側には、空気漏れ発生領域として、サブネットワーク68を構成する空気配管・機器が表示されている。図6に示した表示例の他に、図6中の表示画面上側のみ、あるいは表示画面下側のみが表示されていてもよい。

0037

次に、ステップS5(空気漏れ発生・機器詰まり領域判定過程)の処理の詳細について、図7を用いて説明する。ステップS5は、ステップS51〜ステップS57の7つの処理過程を含む。

0038

ステップS51(判定対象サブネットワーク設定過程)として、空気漏れ発生、および機器詰まりを判定するサブネットワークを設定する。以降、このサブネットワークを判定対象サブネットワークと呼ぶ。

0039

ステップS52(空気漏れ発生判定過程)として、空気漏れ発生・機器詰まり領域判定部8は、判定対象サブネットワークに含まれる全ての共有圧力計測点に対して、圧力計測値101から圧力計算値103を減算し、その減算値閾値105より大きいか否かを判定する。判定結果がYesならばステップS53(空気漏れ有設定過程)に進み、Noの場合は、ステップS54(機器詰まり判定過程)へ進む。閾値105は、圧力計の計測精度に基づいて、計測精度の数倍程度の値に設定される。

0040

ステップS53(空気漏れ有設定過程)として、判定対象サブネットワークに対する判定結果104の属性値を“空気漏れ有”とする。

0041

ステップS54(機器詰まり判定過程)として、空気漏れ発生・機器詰まり領域判定部8は、判定対象サブネットワークに含まれる全ての共有圧力計測点に対して、圧力計算値103から圧力計測値101を減算し、その減算値が閾値105より大きいか否かを判定する。判定結果がYesならばステップS55(機器詰まり有設定過程)に進み、Noの場合は、ステップS56(空気漏れ発生・機器詰まり無設定過程)へ進む。

0042

ステップS55(機器詰まり有設定過程)として、判定対象サブネットワークに対する判定結果104の属性値を“機器詰まり有”とする。

0043

ステップS56(空気漏れ発生・機器詰まり無設定過程)として、判定対象サブネットワークに対する判定結果104の属性値を“空気漏れ発生・機器詰まり無”とする。

0044

ステップS57(サブネットワーク判定完了確認過程)として、空気漏れ発生・機器詰まり領域判定部8は、配管ネットワークに含まる全てのサブネットワークに対して、空気漏れ発生、および機器詰まりの判定を完了したか否かを確認する。確認結果がNoならばステップS51に戻り、Yesならば図5に示したステップS6(空気漏れ発生・機器詰まり領域表示過程)に進む。

0045

以上が、ステップS5の処理の詳細に関する説明である。次に、図8図9を用いて、空気漏れが発生しているケースでのステップS51〜ステップS57の処理過程の具体例を説明する。図2に示した配管ネットワークに対して、図8(a)に示すように、配管59内部の部位72で空気漏れが発生しているケースを考える。図8(b)は、空気圧縮機51で圧縮された圧縮機空気が配管57、分岐55、配管58、フィルタ54、配管59を経て、末端機器52に至るまでの流量変化を示す図であり、図8(c)は圧力変化を示す図である。実線は、図4中の共有サブネットワーク70を計算対象として、圧力・流量計算部6により得られる計算値を示し、点線は計測値を示す。また、L1は圧縮機51出口、L2は分岐55出口、L3はフィルタ54、L4は部位72、L5は末端機器52入口である。

0046

実際の配管ネットワークでは、共有サブネットワーク70内で空気漏れが発生しているが、圧力・流量計算部6は空気漏れが発生しない条件で計算するため、計算値と計測値では差異が生じる。以下では、その差異について説明する。

0047

流量計算値は図8(b)中の実線にて変化する。L1〜L2での流量はG1である。分岐55にて圧縮空気の一部は配管60に流れるため、L2〜L4での流量はG1より減少しG2となる。圧力・流量計算部6は、部位72にて空気漏れが発生しない条件で計算するため、L4〜L5での流量はL2〜L4と同量のG2となる。一方、流量計測値図8(b)中の点線にて変化する。部位72にて空気漏れが発生するため、L1〜L2での流量はG1より多いG3となる。分岐55にて圧縮空気の一部は配管60に流れるため、L2〜L4での流量はG3より減少しG4となる。さらに、部位72にて空気が漏れるため、L4〜L5での流量はG4より減少しG5となる。

0048

配管内を流れる空気の圧力は、概ね一定の変化率で減少し、その変化率は流量の2乗に比例するという特性に従い、圧力計算値は図8(c)中の実線にて変化する。L1〜L2では圧力は変化率A1で減少し、L2〜L5では変化率A2で減少する。また、L3ではフィルタ54で発生する圧損のため圧力が減少する。一方、圧力計測値は図8(c)中の点線にて変化する。L1〜L2で圧力は変化率A3で減少し、L2〜L4では変化率A4で減少し、L4〜L5では変化率A5で減少する。また、L3ではフィルタ54で発生する圧損のため圧力が減少する。ここで、流量に対して、G3>G1>G4>G2>G5という関係があるため、圧力変化率はA3>A1>A4>A2>A5という関係となる。その結果、圧力計65の設置点(L2)において、圧力計算値103は圧力計測値101よりも大きい値をとる。

0049

一方で、図4中の共有サブネットワーク71内では空気漏れが発生していないため、共有サブネットワーク71を計算対象として、圧力・流量計算部6により得られる計算値と計測値に差異は生じない。その結果、圧力計66の設置点において、力計算値103と圧力計測値101は同じ値をとる。

0050

図9を用いて、図8(a)に示す配管ネットワークを対象として、ステップS51〜ステップS57の処理過程に基づいて、空気漏れ発生・機器詰まり領域を判定した例を説明する。図9には、各サブネットワークに対して、サブネットワークに含まれる共有圧力計測点、共有圧力計測点での圧力計算値103と圧力計測値101の関係、判定結果が示されている。サブネットワーク67は、共有圧力計測点として圧力計65と圧力計66を含む。上述したように、圧力計65では、圧力計算値—圧力計測値>閾値であり、圧力計66では、圧力計算値—圧力計測値≦閾値、かつ圧力計測値—圧力計算値≦閾値である。その結果、ステップS52の判定結果はNoであり、続くステップS54の判定結果もNoとなるため、ステップS56にてサブネットワーク67に対する判定結果104の属性値は、“空気漏れ発生・機器詰まり無”に設定される。次に、サブネットワーク68は、共有圧力計測点として圧力計65を含む。サブネットワーク68に対するステップS52の判定結果はYesであるため、ステップS53にてサブネットワーク68に対する判定結果104の属性値は、“空気漏れ発生有”に設定される。次に、サブネットワーク69は、共有圧力計測点として圧力計66を含む。サブネットワーク69に対するステップS52の判定結果はNoであり、続くステップS54の判定結果もNoとなるため、ステップS56にてサブネットワーク69に対する判定結果104の属性値は、“空気漏れ発生・機器詰まり無”に設定される。

0051

以上が、空気漏れが発生しているケースでのステップS51〜ステップS57の処理過程の具体例である。次に、図10図11を用いて、機器詰まりが有るケースでのステップS51〜ステップS57の処理過程の具体例を説明する。図2に示した配管ネットワークに対して、フィルタ54で詰まりが有るケースを考える。図10(a)は、空気圧縮機51で圧縮された圧縮機空気が配管57、分岐55、配管58、フィルタ54、配管59を経て、末端機器52に至るまでの流量変化を示す図であり、図10(b)は圧力変化を示す図である。実線は、図4中の共有サブネットワーク70を計算対象として、圧力・流量計算部6により得られる計算値を示し、点線は計測値を示す。

0052

実際の配管ネットワークでは、共有サブネットワーク70内のフィルタ54で詰まりが有るが、圧力・流量計算部6は詰まりがない条件で計算するため、計算値と計測値では差異が生じる。以下では、その差異について説明する。

0053

流量計算値は図10(a)中の実線にて変化する。L1〜L2での流量はG1である。分岐55にて圧縮空気の一部は配管60に流れるため、L2〜L5での流量はG1より減少しG2となる。一方、流量計測値は図10(a)中の点線にて変化する。フィルタ54の詰まりにより、フィルタ54での圧損が増加するため、L1〜L2での流量はG1より少ないG3となる。分岐55にて圧縮空気の一部は配管60に流れるため、L2〜L5での流量はG3より減少しG4となる。

0054

圧力計算値は図10(b)中の実線にて変化する。L1〜L2では圧力は変化率A1で減少し、L2〜L5では変化率A2で減少する。また、L3ではフィルタ54で発生する圧損のため圧力が減少する。一方、圧力計測値は図10(b)中の点線にて変化する。L1〜L2で圧力は変化率A3で減少し、L2〜L5では変化率A4で減少する。また、L3ではフィルタ54で発生する圧損のため圧力が減少する。フィルタ54での圧力減少幅は、計算値より計測値の方が大きい。ここで、流量に対して、G1>G3>G2>G4という関係があるため、圧力変化率はA1>A3>A2>A4という関係となる。その結果、圧力計65の設置点(L2)において、圧力計算値103は圧力計測値101よりも小さい値をとる。

0055

一方で、図4中の共有サブネットワーク71内では機器詰まりが無いため、共有サブネットワーク71を計算対象として、圧力・流量計算部6により得られる計算値と計測値に差異は生じない。その結果、圧力計66の設置点において、圧力計算値103と圧力計測値101は同じ値をとる。

0056

図11を用いて、図2に示す配管ネットワーク中のフィルタ54で詰まりが有るケースを対象として、ステップS51〜ステップS57の処理過程に基づいて、空気漏れ発生・機器詰まり領域を判定した例を説明する。図11には、各サブネットワークに対して、サブネットワークに含まれる共有圧力計測点、共有圧力計測点での圧力計測値101と圧力計算値103の関係、判定結果が示されている。サブネットワーク67は、共有圧力計測点として圧力計65と圧力計66を含む。上述したように、圧力計65では、圧力計測値—圧力計算値>閾値であり、圧力計66では、圧力計算値—圧力計測値≦閾値、かつ圧力計測値—圧力計算値≦閾値である。その結果、ステップS52の判定結果はNoであり、続くステップS54の判定結果もNoとなるため、ステップS56にてサブネットワーク67に対する判定結果104の属性値は、“空気漏れ発生・機器詰まり無”に設定される。次に、サブネットワーク68は、共有圧力計測点として圧力計65を含む。サブネットワーク68に対するステップS52の判定結果はNoであり、続くステップS54の判定結果はYesであるため、ステップS55にてサブネットワーク68に対する判定結果104の属性値は、“機器詰まり有”に設定される。次に、サブネットワーク69は、共有圧力計測点として圧力計66を含む。サブネットワーク69に対するステップS52の判定結果はNoであり、続くステップS54の判定結果もNoとなるため、ステップS56にてサブネットワーク69に対する判定結果104の属性値は、“空気漏れ発生・機器詰まり無”に設定される。

0057

以上が、機器詰まりが有るケースでのステップS51〜ステップS57の処理過程の具体例である。

0058

本実施形態では、図5に示した配管ネットワーク診断の処理手順に従って、配管ネットワークにおける空気漏れ発生・機器詰まり領域を判定する。利用者による空気漏れ位置候補の入力処理は不用であり、利用者が対象とする配管ネットワーク設備の経年劣化の状況、隙間が生じ得る箇所等を事前に把握する必要はない。

0059

また、本実施形態では、図7に示した空気漏れ発生・機器詰まり領域判定処理手順に従って、共有圧力計測点における圧力計測値と圧力計算値を比較することにより空気漏れ発生・機器詰まり領域を判定する。収束計算に基づいて最適化問題を解く必要はないため、
大規模な配管ネットワークを対象とする場合でも、短い計算時間で空気漏れ発生・機器詰まり領域を判定することが可能である。

0060

さらに、特許文献1で開示されている技術では、機器詰まり状態を把握できないという課題があったが、本実施形態では、機器詰まり領域を判定することが可能である。

0061

上述の通り、本実施形態では、利用者による空気漏れ位置候補の入力を必要とせず、かつ大規模な配管ネットワークに対しても短い計算時間で、配管ネットワーク内の空気漏れ位置、および機器詰まり状態を把握できる。

0062

図12は本発明の第2の実施の形態に係る配管ネットワーク診断装置の概略構成図である。第1の実施の形態と同様の部分については同図において既出図面と同符号を付して説明を省略する。

0063

本実施の形態が第1の実施の形態と相違する点は、共有圧力計測点における圧力計測値101と圧力計算値103の比較結果の履歴を保存し、上記履歴をもとに、時間経過にともなう配管ネットワーク内の空気漏れ発生および機器詰まりの進行状況を推定することで、空気配管・機器の経年劣化の進行状況を把握する点である。具体的には、本実施の形態における配管ネットワーク診断装置は、空気漏れ発生・機器詰まり領域判定部8、空気漏れ発生・機器詰まり領域表示部9の代わりに、計測値取得タイミング判定部10、計測値・計算値比較部11、計測値・計算値比較結果履歴記憶部12、空気漏れ発生・機器詰まり進行度推定部13、空気漏れ発生・機器詰まり進行度表示部14、診断終了判定部15を備える。

0064

計測値取得タイミング判定部10は、現在時刻が、あらかじめ設定されている計測値取得タイミングと一致しているか否かを判定し、一致する場合は計測値取得部1に対して、計測値取得指令を出す。計測値取得タイミングは、空気漏れ発生・機器詰まり進行度を判定する上で必要となる時間間隔が設定される。例えば、空気圧縮機が稼働している時間帯を対象として、“毎日午前11時および午後3時に計測値取得”、といった値を設定する。

0065

計測値・計算値比較部11は、サブネットワークごとに、サブネットワークに含まれる共有圧力計測点に対して、圧力計測値101から圧力計算値103の減算結果107と、圧力計算値103から圧力計測値101の減算結果108を計算し、出力する。圧力計測値101をPM、圧力計算値103をPAとすると、減算結果107ΔP1、減算結果108ΔP2は以下の式より計算される。

ΔP1=Max(PM−PA, 0)・・・(式1)

ΔP2=Max(PA−PM, 0)・・・(式2)

0066

計測値・計算値比較結果履歴記憶部12は、メモリやハードディスクで構成されており、計測値・計算値比較部11にて出力される減算結果107、減算結果108をもとに、比較結果履歴105を格納する。比較結果履歴105は、例えば図13に示すようなデータ構成となっており、サブネットワーク、共有圧力計測点、計測時刻、減算結果とを対応づけて構成される。

0067

共有圧力計測点は、サブネットワークに含まれる共有圧力計測点を示すデータである。

0068

計測時刻は、圧力計測値101が取得された時刻を示すデータである。

0069

減算結果は、計測時刻における減算結果107、減算結果108を示すデータである。

0070

空気漏れ発生・機器詰まり進行度推定部13は、比較結果履歴105をもとに、サブネットワークごとに、空気漏れ発生および機器詰まりの進行度を推定し、進行度推定結果106を出力する。サブネットワークに含まれる共有圧力計測点数をN、i番目の共有圧力計測点に対する減算結果107をΔP1_i、空気漏れ発生許容値をEP1とすると、空気漏れ発生進行度W1は以下の式より計算される。

W1=Max(ΔP1_1,ΔP1_2,…,ΔP1_N)/EP1×100・・・(式3)

ここで、空気漏れ発生許容値EP1は、経年劣化により空気配管を補修・交換するタイミングに応じて定める、圧力を単位とする値である。EP1を小さくすると、空気配管補修・交換のタイミングは早くなり、大きくするとタイミングは遅くなる。

0071

同様にして、共有圧力計測点に対する減算結果108をΔP2_i、機器詰まり許容値をEP2とすると、機器詰まり進行度W2は以下の式より計算される。

W2=Max(ΔP2_1,ΔP2_2,…,ΔP2_N)/EP2×100・・・(式4)

ここで、機器詰まり許容値EP2は、経年劣化により機器を補修・交換するタイミングに応じて定める、圧力を単位とする値である。EP2を小さくすると、機器補修・交換のタイミングは早くなり、大きくするとタイミングは遅くなる。

0072

進行度推定結果106は、各サブネットワークに対して、空気漏れ発生および機器詰まりの進行度が設定される。進行度推定結果106は、例えば次のようなデータ構成となっている。

サブネットワーク1
計測時刻=XX1、空気漏れ発生進行度= 0%、機器詰まり進行度= 1%
計測時刻=XX2、空気漏れ発生進行度= 0%、機器詰まり進行度= 1%
:
計測時刻=XXm、空気漏れ発生進行度= 6%、機器詰まり進行度=38%

サブネットワーク2
計測時刻=XX1、空気漏れ発生進行度= 0%、機器詰まり進行度= 0%
計測時刻=XX2、空気漏れ発生進行度= 0%、機器詰まり進行度= 0%
:
計測時刻=XXm、空気漏れ発生進行度= 2%、機器詰まり進行度= 5%
:

サブネットワークn
計測時刻=XX1、空気漏れ発生進行度= 0%、機器詰まり進行度= 2%
計測時刻=XX2、空気漏れ発生進行度= 1%、機器詰まり進行度= 3%
:
計測時刻=XXm、空気漏れ発生進行度=12%、機器詰まり進行度=45%

0073

空気漏れ発生・機器詰まり進行度表示部14は、表示装置(ディスプレイ)を備えており、空気漏れ発生・機器詰まり進行度推定部13が出力した進行度推定結果106を用いて、サブネットワークごとに、空気漏れ発生、および機器詰まりの進行度を表示装置に表示する。

0074

診断終了判定部15は、入力装置(キーボートマウスなど)を備えており、入力装置より診断終了命令が入力された場合、配管ネットワーク診断の処理を終了する。

0075

以上が、本実施の形態が第1の実施の形態と相違する点であり、その他の点は第1の実施の形態と同様である。次に、配管ネットワーク診断装置における処理の内容を詳細に説明する。図14は、本発明の第2の実施の形態に係る配管ネットワーク診断の処理手順を示す。第1の実施の形態と同様の部分については同図において既出図面と同符号を付して説明を省略する。

0076

本実施の形態の処理手順が第1の実施の形態の処理手順と相違する点は、ステップS5、ステップS6の過程の代わりに、ステップS7〜ステップS11の処理過程を含む点である。

0077

ステップS7(計測値取得タイミング判定過程)として、計測値取得タイミング判定部10は、現在時刻が、あらかじめ設定されている計測値取得タイミングと一致しているか否かを判定する。判定結果がYesならば、ステップS1(計測値取得過程)に進み、Noならば、ステップS7の処理を継続する。

0078

ステップS8(計測値・計算値比較過程)として、計測値・計算値比較部11は、サブネットワークごとに、サブネットワークに含まれる共有圧力計測点に対して、圧力計測値101から圧力計算値103を減算するとともに、圧力計測値103から圧力計算値101を減算し、減算結果107、108を出力する。減算結果107、108は、計測値・計算値比較結果履歴記憶部12により、比較結果履歴105としてメモリやハードディスクに格納される。

0079

ステップS9(空気漏れ発生・機器詰まり進行度推定過程)として、空気漏れ発生・機器詰まり進行度推定部13は、比較結果履歴105をもとに、サブネットワークごとに、空気漏れ発生、および機器詰まり進行度を判定し、進行度推定結果106を出力する。

0080

ステップS10(空気漏れ発生・機器詰まり進行度表示過程)として、空気漏れ発生・機器詰まり進行度表示部14は、進行度推定結果106を用いて、サブネットワークごとに、空気漏れ発生、および機器詰まりの進行度を表示装置に表示する。図15は、図2に示す配管ネットワークを対象として、図3中のサブネットワーク67〜69ごとに空気漏れ発生、および機器詰まりの進行度を表示した例を示している。サブネットワークごとに、空気漏れ発生進行度(実線)、および機器詰まり進行度(点線)の時間推移グラフ表示される。進行度が100%に達している場合は、そのグラフが強調表示されている。利用者は、進行度が100%に達しているサブネットワークを構成する空気配管・機器を補修・交換するか、あるいは既存の技術(例えば、超音波厚み計等の非破壊検査装置)により、上記の空気配管・機器のみを対象として経年劣化の進行状況を詳細に診断することが可能である。

0081

ステップS11(診断終了判定過程)として、診断終了判定部15は、入力装置より診断終了命令が入力されたか否かを判定する。判定結果がNoならば、ステップS7(計測値取得タイミング判定過程)に進み、Yesならば処理を終了する。

0082

以上が、本実施の形態の処理手順が第1の実施の形態と相違する点であり、その他の点は第1の実施の形態の処理手順と同様である。

0083

上述の通り、本実施形態では第1実施形態で得られる各効果に加えて、時間経過にともなう配管ネットワーク内の空気漏れ発生および機器詰まりの進行状況を推定することで、空気配管・機器の経年劣化の進行状況を把握し、空気配管・機器の補修あるいは交換タイミングを判断できる。

実施例

0084

本発明における上記実施の形態では、配管ネットワーク内に流れる流体が、空気圧縮機により圧縮された圧縮空気である形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、配管ネットワーク内を蒸気、水、空調用空気油圧用の油等が流れる形態としてよい。

0085

1計測値取得部
2計測値記憶部
3配管ネットワーク分割部
4サブネットワークモデル生成部
5 サブネットワークモデル記憶部
6 圧力・流量計算部、
7計算値記憶部
8空気漏れ発生・機器詰まり領域判定部
9 空気漏れ発生・機器詰まり領域表示部
10 計測値取得タイミング判定部
11 計測値・計算値比較部
12 計測値・計算値比較結果履歴記憶部
13 空気漏れ発生・機器詰まり進行度推定部
14 空気漏れ発生・機器詰まり進行度表示部
15診断終了判定部
51空気圧縮機、
52、53末端機器
54フィルタ
55分岐
56エルボ
57〜61配管
62〜66圧力計
67〜69 サブネットワーク
70、71共有サブネットワーク
101圧力計測値
102 サブネットワークモデル
103圧力計算値
104 判定結果
105 比較結果履歴
106 進行度推定結果
107 圧力計測値から圧力計算値の減算結果
108 圧力計算値から圧力計測値の減算結果

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