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技術 音点検システムおよび音点検方法

出願人 株式会社日立製作所
発明者 佐々木麗双西村卓真山田崇弘藤森司
出願日 2018年9月14日 (2年2ヶ月経過) 出願番号 2018-172931
公開日 2020年3月26日 (8ヶ月経過) 公開番号 2020-046771
状態 未査定
技術分野 機械部品、その他の構造物または装置の試験 機械的振動・音波の測定
主要キーワード データ判定装置 消費電源 監視処理装置 点検対象設備 稼働音 アラート処理 点検対象物 現場設備
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2020年3月26日)のものです。
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図面 (9)

課題

消費電力を低減できるようにした音点検システムを提供すること。

解決手段

点検対象物2の音に基づいて状態を判定する音点検システム1は、点検対象物2の音を収集し、収集した音を解析して解析結果を送信する音センサ装置10と、音センサ装置からの解析結果に基づいて点検対象物の状態を判定する音データ判定装置30とを備え、音センサ装置は、収集した音について、予め設定された所定の周波数毎の強度を解析結果として送信する。

概要

背景

発電プラント化学プラント鉄鋼プラントなどの現場では、作業員設備稼動音を聞いて正常かどうかを判断することがある。しかし、異音を聞き分けることができるためには、経験が必要である。さらに、広い現場をあちこち歩き回って点検するため、作業員の負荷も大きい。しかも近年では、熟練作業員の高齢化が進み、新たな作業員の確保も難しい。そこで、特許文献1に記載のように、監視対象物音響データマイクロフォンで検出し、監視対象物から離れた場所の監視処理装置無線伝送するシステムが提案されている。

概要

消費電力を低減できるようにした音点検システムを提供すること。点検対象物2の音に基づいて状態を判定する音点検システム1は、点検対象物2の音を収集し、収集した音を解析して解析結果を送信する音センサ装置10と、音センサ装置からの解析結果に基づいて点検対象物の状態を判定する音データ判定装置30とを備え、音センサ装置は、収集した音について、予め設定された所定の周波数毎の強度を解析結果として送信する。

目的

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたもので、その目的は、消費電力を低減することができるようにした音点検システムおよび音点検方法を提供する

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

点検対象物の音に基づいて状態を判定する音点検システムであって、前記点検対象物の音を収集し、前記収集した音を解析して解析結果を送信する音センサ装置と、前記音センサ装置からの前記解析結果に基づいて前記点検対象物の状態を判定する音データ判定装置とを備え、前記音センサ装置は、前記収集した音について、予め設定された所定の周波数毎の強度を前記解析結果として送信する、音点検システム。

請求項2

前記音センサ装置は、前記収集した音を前記所定の周波数について解析することにより、前記収集した音が予め用意された所定の擬音のうちいずれの擬音に分類されるかを判定し、その分類結果を前記解析結果として送信する、請求項1に記載の音点検システム。

請求項3

前記音センサ装置は、前記音データ判定装置からの指示に応じて、アラートを出力するアラート部をさらに備える、請求項1に記載の音点検システム。

請求項4

前記音センサ装置は、無線親局を介して、前記音データ判定装置と無線通信可能に接続される、請求項1に記載の音点検システム。

請求項5

前記音センサ装置は、内蔵電池により動作する、請求項1に記載の音点検システム。

請求項6

前記音センサ装置は、前記点検対象物の音または振動電力に変換する発電部をさらに備える、請求項1〜5のいずれか一項に記載の音点検システム。

請求項7

点検対象物の音に基づいて状態を判定する音点検方法であって、前記点検対象物の音を収集する音センサ装置から、前記収集された音についての所定の周波数毎の強度を解析結果として、音データ判定装置へ送信させ、前記音データ判定装置は、前記音センサ装置から受信した前記解析結果に基づいて、前記点検対象物の状態を判定する、音点検方法。

技術分野

0001

本発明は、音点検システムおよび音点検方法に関する。

背景技術

0002

発電プラント化学プラント鉄鋼プラントなどの現場では、作業員設備稼動音を聞いて正常かどうかを判断することがある。しかし、異音を聞き分けることができるためには、経験が必要である。さらに、広い現場をあちこち歩き回って点検するため、作業員の負荷も大きい。しかも近年では、熟練作業員の高齢化が進み、新たな作業員の確保も難しい。そこで、特許文献1に記載のように、監視対象物音響データマイクロフォンで検出し、監視対象物から離れた場所の監視処理装置無線伝送するシステムが提案されている。

先行技術

0003

特開2009−273113号公報

発明が解決しようとする課題

0004

特許文献1に記載の従来技術では、監視処理装置は、現場の監視装置から受信した音響データから周波数スペクトルを算出し、ニューラルネットワークモデルにより監視対象物の異常発生を検知する(特許文献1 段落0066)。しかし、測定対象周波数等によっても異なるが、一般に、音データはそのままではデータサイズが大きいため、その測定および解析の処理が重く、消費電源力が増大する。

0005

プラント現場設備にいわゆる後付けでセンサ装置を設置する場合、有線電源を得ることが難しい。したがって、センサ装置は内蔵電池動力源として作動するため、消費電力の大きい処理を実行すると、すぐに電池切れてしまい、電池交換頻度が高くなり、使い勝手が低い。

0006

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたもので、その目的は、消費電力を低減することができるようにした音点検システムおよび音点検方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

0007

上記課題を解決すべく、本発明に従う音点検システムは、点検対象物の音に基づいて状態を判定する音点検システムであって、点検対象物の音を収集し、収集した音を解析して解析結果を送信する音センサ装置と、音センサ装置からの解析結果に基づいて点検対象物の状態を判定する音データ判定装置とを備え、音センサ装置は、収集した音について、予め設定された所定の周波数毎の強度を解析結果として送信する。

発明の効果

0008

本発明によれば、収集した音の周波数帯域の全体のデータを解析結果として送信するのではなく、所定の周波数毎の強度を解析結果として送信するため、データサイズを低減することができ、消費電力を低減させることができる。

図面の簡単な説明

0009

第1実施例に係る音点検システムの全体説明図。
無線子局の処理を示すフローチャート
無線親局の処理と音データ判定装置の処理とを示すフローチャート。
所定の周波数毎の強度の時間変化を示すグラフ
データのフォーマット例。
無線子局でアラートを出力する処理のフローチャート。
第2実施例に係り、無線子局の処理を示すフローチャート。
第3実施例に係り、音点検システムの全体説明図。

0010

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。本実施形態では、以下に詳述するように、プラントなどの現場設備で発生する音(稼働音)データを収集し、収集した音データを解析し、音データについての所定の周波数毎の強度を解析結果として、判定装置へ送信する。

0011

本実施形態では、無線子局10にマイク11を設け、一定時間ごとにマイク11を起動させ、点検対象設備2の稼動音を収集させる。無線子局10は、収集した稼動音データを解析し、稼動音の所定の周波数毎の強度を解析結果として、音データ判定装置30へ向けて送信する。無線子局10の間欠駆動最低限のサイズのデータ送信とにより、消費電力を低下させることができる。これにより、無線子局10の電源部14の寿命を増大し、長期間にわたって設備2の状態を遠隔監視でき、運用コストを低減できる。

0012

図1図6を用いて第1実施例を説明する。図1は、音点検システム1の全体構成図を示す。本実施例の音点検システム1は、例えば、発電プラント、化学プラント、鉄鋼プラント等のプラントに適用される。

0013

プラントには、例えば、モータポンプコンプレッサタービンボイラ等の音を発生させる設備2が設けられている。それら音を発生させる設備2の少なくとも一部は、音点検システム1による監視対象点検対象)となる。以下、監視対象の設備2を点検対象物2と呼ぶ。

0014

点検対象物2の近傍には、無線子局10が設けられている。無線子局10は、点検対象物2に接触して設けられてもよいし、点検対象物2から離れて設けられてもよい。無線子局10は、一つの点検対象物2に複数設けられてもよい。

0015

「音センサ装置」としての無線子局10は、例えば、マイク11、解析部12、無線通信部13、電源部14、アラート部15を備える。ここでは、センサ機能無線通信機能とを一体化した装置を示すが、それぞれ別々に構成されたセンサ機能と無線通信機能とを接続してもよい。

0016

マイク11は、点検対象物2の発する音を収集し、電気信号として出力する。マイク11の出力する電気信号は、解析部12へ入力される。解析部12は、後述するように、マイク11の収集した音のうち所定の周波数毎の強度を解析して、その解析結果を無線通信部13へ送る。

0017

無線通信部13は、無線親局20の無線通信部21と通信することにより、解析部12で生成された解析結果のパケットを音データ判定装置30へ送信する。解析結果のパケット(図5で後述)は、無線通信経路L1に示すように無線親局20に送信され、さらに無線通信経路L2に示すように無線親局20から音データ判定装置30へ送信される。

0018

電源部14は、無線子局10のマイク11,解析部12,無線通信部13,アラート部15へ内蔵電池の電力を供給する。内蔵電池の種類は問わない。また、後述の実施例のように、電源部14に給電する発電部を設けてもよい。

0019

アラート部15は、音データ判定装置30の指示に応じてアラートを出力する。アラート部15は、例えば、LEDランプ(不図示)を点灯させることにより、点検に訪れた作業員の注意喚起する。作業員は、アラート部15を視認することにより、点検対象物2に異常が生じていることを現場で容易に確認することができる。LEDランプの点灯または点滅に代えて、ブザー鳴動させてもよい。

0020

無線親局20は、プラントに張り巡らされたセンサネットワークの一部を構成する中継装置である。センサネットワークの一部に音センサネットワークが含まれてもよい。この場合は、センサネットワークは、異音を検出して診断する音センサネットワークのほかに、温度、湿度、圧力、電圧値電流値、周波数、抵抗値、流量、流速、色、画像等を検出するセンサネットワークが含まれてもよい。あるいは、プラント内のセンサネットワークの全てが音センサネットワークであってもよい。

0021

無線親局20は、複数の無線子局10と無線通信し、各無線子局10からのパケット(解析結果データ)を音データ判定装置30へ送信することができる。近接する各無線子局10間では、いわゆるバケツリレー方式でパケットを転送することもできる。

0022

なお、無線親局20の機能を音データ判定装置30が備えてもよい。この場合、無線子局10は音データ判定装置30と直接無線通信することもできる。

0023

音データ判定装置30は、無線子局10から受信した解析結果に基づいて、点検対象物2の状態を判定し、その判定結果を出力する。音データ判定装置30は、例えば、マイクロプロセッサ主記憶装置補助記憶装置入出力回路通信回路ユーザインターフェース装置(いずれも不図示)等を備えるコンピュータとして構成されてもよい。

0024

音データ判定装置30は、例えば、無線通信部31と、データ化部32と、異常検知部33と、出力部34とを備える。

0025

無線通信部31は、無線親局20と通信する機能である。データ化部32は、無線子局10から受信した解析結果のパケットからデータを取り出して所定の順序並び替えることにより、解析結果を復元する機能である。

0026

異常検知部33は、復元された解析結果に基づいて、正常時の音から外れた異音が発生しているか否か判定し、異音の有無および程度等に基づいて、点検対象物2に異常が生じたか検知する機能である。

0027

出力部34は、異常検知部33による検知結果(判定結果)を、例えば、ディスプレイプリンタ音声合成装置等へ出力させる機能である。出力部34は、異常検知部33による検知結果を電子メールのような電子的手段を通じて、作業員(管理者を含む)へ通知してもよい。あるいは、出力部34は、プラント制御システム等のような他の装置に対して、異常検知部33による検知結果を通知してもよい。さらに、出力部34は、異常検知部33による検知結果を無線子局10へ通知することにより、アラート部15からアラートを出力させることもできる。

0028

図2は、無線子局10で実行される処理を示すフローチャートである。無線子局10は、所定のタイミングが到来したか監視しており(S11)、所定のタイミングが到来すると(S11:YES)、マイク11を起動させる(S12)。所定のタイミングは、一定の周期でもよいし、あるいは不定でもよい。さらには、音データ判定装置30からの指示にしたがって所定のタイミングを設定してもよい。

0029

マイク11は、点検対象物2の稼働音を収集する(S13)。マイク11により収集されて電気信号に変換された稼働音は、解析部12へ入力される(S14)。

0030

解析部12は、マイク11から入力された稼働音を解析し、予め設定された所定の周波数毎の強度を解析結果として検出する(S15)。そして、解析部12は、解析結果を無線通信部13へ送信する(S16)。

0031

無線通信部13は、解析部12から受領した解析結果に基づいてパケットを生成し、無線親局20へ送信する(S17)。

0032

図3は、無線親局20で実行される処理と音データ判定装置30で実行される処理とを示すフローチャートである。

0033

先に無線親局20の処理を説明すると、無線親局20は、無線子局10から解析結果を含むパケットを受信すると(S21)、その解析結果を含むパケットを音データ判定装置30へ転送する(S22)。解析結果を含むパケットのヘッダには、最終目的地である音データ判定装置30を特定するネットワークアドレスまたは識別情報が含まれているため、無線子局10から送信された解析結果のパケットは、途中で他の装置を経由した場合でも、音データ判定装置30へ到達する。

0034

音データ判定装置30は、無線親局20を介して無線子局10からの解析結果を含むパケットを受信すると(S31)、そのパケットから解析結果を取り出して、データ化する(S32)。データ化とは、図4に示すように、所定の周波数毎の強度を順番に並べた時系列データとすることである。

0035

図3に戻って、音データ判定装置30は、データ化された解析結果に基づいて、点検対象物2に異常が生じているかを検知する(S33)。音データ判定装置30は、点検対象物2に異常が発生していると判定すると(S33:YES)、その判定結果を出力する(S34)。判定結果の出力先は、上述の通り、例えば、音データ判定装置30に接続されたユーザインターフェース装置(ディスプレイ、プリンタ等)、プラント管理システム等の他の装置、判定結果を作成する基礎となった解析結果の送信元である無線子局10の、少なくともいずれか一つである。

0036

音データ判定装置30は、点検対象物2の異常を検知できない場合(S33:NO)、本処理を終了する。なお、点検対象物2に異常を検知した場合だけでなく、点検対象物2が正常であると判定した場合も判定結果を出力する構成としてもよい。

0037

図4は、解析結果の構成と異常を検知する様子を示すグラフである。ここでは、説明の便宜上、複数の特定の周波数f1〜f4を一つのグラフとして並べて示すが、周波数毎にそれぞれグラフ化してもよい。図4縦軸は特定の周波数毎の強度を示し、図4横軸は時間を示す。

0038

図4では、特定の周波数f1〜f4の4つの周波数を例示するが、これに限らず、3個以下、あるいは5個以上の周波数について解析してもよい。各周波数から横に延びる点線は、例えば、強度の平均値を示す。

0039

図4の上側に示すように、例えば周波数f4の強度が平均値から所定値以上外れた場合には、異常が発生したと判定することができる。強度の変化は、例えば、最大値または最小値の変化、微分した場合の変化、積分した場合のずれ量など、一つまたは複数の観点から判定することができる。図4に示すグラフは例示であって、異常の検出方法図4で述べた例に限定されない。

0040

図5は、解析結果を含むパケットD1の構成例を示す。パケットD1は、各周波数f1〜f4それぞれの強度を格納する。パケットD1に宛先等を格納したヘッダ等が加えられて、無線親局20へ送信される。パケットに格納される所定の周波数毎の強度は、単位時間内の強度の平均値でもよいし、単位時間内での最大値でもよい。

0041

図6は、無線子局10で実行されるアラート処理を示すフローチャートである。無線子局10は、音データ判定装置30からのアラート指示を無線親局20を介して受信すると(S41)、LEDランプを点灯させる等してアラートを出力する(S42)。

0042

このように構成される本実施例によれば、マイク11で集音可能な周波数帯域の全体に関する音データを無線子局10から音データ判定装置30へ送信するのではなく、そのごく一部である所定の周波数の強度だけを送信するため、無線子局10から音データ判定装置30へ送信する解析結果のパケットのデータサイズを低減できる。したがって、無線子局10は、解析結果を一回送信するのに要する電力エネルギを少なくすることができるため、電源部14の内蔵電池の消耗を抑制することができる。この結果、無線子局10の電池交換頻度を少なくし、長期間にわたって点検対象物2を監視することができる。本実施例の音点検システム1では、電池交換の頻度を少なくできるため、音点検システム1の運用コストを低減できるばかりか、使い勝手が向上する。

0043

図7を用いて第2実施例を説明する。本実施例を含む以下の各実施例は、第1実施例の変形例に該当するため、第1実施例との相違を中心に説明する。本実施例では、無線子局10の解析結果として擬音の番号を出力する。

0044

図7は、本実施例に係る音点検システム1Aの無線子局10の処理を示すフローチャートである。図7の処理は、図2で述べた処理のうちステップS11〜S14,S16,S17を含む。図7の処理では、ステップS15Aが図2のステップ15と相違する。

0045

すなわち本実施例の無線子局10は、所定の周波数毎の強度を解析することにより、稼働音の擬音を特定する擬音番号を特定する(S15A)。本実施例では、点検対象物2の稼働音を「ザザー」「ガーガー」「ギュンギュン」等の擬音で表現する。無線子局10は、擬音の種類を特定する番号を含むパケットD2を、無線親局20を介して音データ判定装置30へ送信する(S16,S17)。擬音の種類と周波数の強度との関係を示す情報は、予め無線子局10の解析部12に登録されているものとする(図示省略)。

0046

なお、ステップ15Aでは、所定の周波数毎の強度から擬音番号に変換するのではなく、マイク11で集音した全周波数帯域の稼働音から擬音番号に変換してもよい。

0047

このように構成される本実施例も第1実施例と同様の作用効果を奏する。本実施例では、稼働音の解析結果を音データとして音データ判定装置30へ送信するのではなく、対応する擬音の番号だけを送信する。したがって、データサイズを低減して、無線子局10の消費電力を低下させることができる。

0048

図8を用いて第3実施例を説明する。本実施例では、無線子局10に発電部16を設けることにより、電源部14の内蔵電池の消耗を抑制する。

0049

図8は、本実施例に係る音点検システム1Bの全体説明図である。本実施例の無線子局10Bは、発電部16をさらに備えている。発電部16は、例えば、圧電振動子等を含んで構成されており、点検対象物2から発せられる音または振動電気エネルギへ変換する装置である。発電部16で発電された電力は、電源部14に供給される。

0050

電源部14は、発電部16から受領した電力と内蔵電池の電力との両方を、マイク11、解析部12、無線通信部13は、アラート部15へ給電することができる。内蔵電池を充電可能な二次電池として構成し、発電部16で発電された電力で内蔵電池を充電してもよい。発電部16からの電力だけでは足りない場合に、内蔵電池からの電力を供給する構成でもよい。発電部16の発電方式は問わない。ただし、点検対象物2に由来する音や振動等のエネルギを利用する発電方式であるのが好ましい。

0051

このように構成される本実施例も第1実施例と同様の作用効果を奏する。さらに本実施例によれば、発電部16を備えているため、電源部14の内蔵電池の交換頻度をさらに低減することができる。

0052

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。上述の実施形態において、添付図面に図示した構成例に限定されない。本発明の目的を達成する範囲内で、実施形態の構成や処理方法は適宜変更することが可能である。

実施例

0053

また、本発明の各構成要素は、任意に取捨選択することができ、取捨選択した構成を具備する発明も本発明に含まれる。さらに特許請求の範囲に記載された構成は、特許請求の範囲で明示している組合せ以外にも組み合わせることができる。

0054

1,1A,1B:音点検システム、2:点検対象物、10,10B:無線子局、11:マイク、12:解析部、13:無線通信部、14:電源部、15:アラート部、16:発電部、20:無線親局、21:無線通信部、30:音データ判定装置、31:無線通信部、32:データ化部、33:異常検知部、34:出力部

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