回転機の振動監視装置および振動監視方法
【課題】回転機の回転数を計測するための専用の付帯設備を設けることなく回転機の回転数を正確に判定し、当該回転数に基づいて回転機の一定回転速度における振動状態の判定を可能にする振動監視装置および振動監視方法を提供する。
【解決手段】振動加速度センサ２は回転機の振動を検出する。増幅部３は、振動加速度センサ２から振動の検出結果として出力されたアナログ信号を増幅する。Ａ／Ｄ変換部４は、増幅部３により増幅されたアナログ信号をデジタル変換する。周波数分析部８２は、Ａ／Ｄ変換部４により変換されたデジタル信号をＦＦＴ処理により周波数分析を行い、周波数分析データを出力する。回転数判定部８３１は周波数分析データに基づいて回転機の回転数を判定する。状態判定部８３２は、回転数判定部８３１により判定された回転数に基づいて、回転機の振動の状態判定を行う。
【解決手段】振動加速度センサ２は回転機の振動を検出する。増幅部３は、振動加速度センサ２から振動の検出結果として出力されたアナログ信号を増幅する。Ａ／Ｄ変換部４は、増幅部３により増幅されたアナログ信号をデジタル変換する。周波数分析部８２は、Ａ／Ｄ変換部４により変換されたデジタル信号をＦＦＴ処理により周波数分析を行い、周波数分析データを出力する。回転数判定部８３１は周波数分析データに基づいて回転機の回転数を判定する。状態判定部８３２は、回転数判定部８３１により判定された回転数に基づいて、回転機の振動の状態判定を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラント等における回転機の振動状態を無線通信により遠隔監視する振動監視装置および振動監視方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、多くの回転機が設置されているプラントでは、設備の異常による操業停止を防止するため、主要な回転機の振動の監視が行われている。その監視の周期としては、回転機の振動の変化をオンラインで常時監視したり、或いはオフラインで定期的に監視する方法がとられている。また、解析手法としては、コンピュータ等によるデータ収集装置で回転機の振動波形の信号を収集し、当該収集された信号に対してＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）等の解析処理が行われている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特に、大規模なシステムでは長距離のケーブル布設を避けるため、無線タグを検出部に設置した異常監視システムなどもある（例えば、特許文献２、３参照）。
ここで、振動の異常状態判定は、検出した振動波形からＦＦＴ処理によって振動速度や振動変位等を示す周波数解析データを算出し、それらのトレンドの変化や周波数解析データから検知された判定データと予め設定した閾値との比較判定で行われる。その判定データとして用いられる代表的な振動周波数としては、回転軸のアンバランスや負荷機とのミスアライメント等によって発生する回転周波数成分ｆｎおよびその２倍、３倍成分と、駆動電源周波数の２倍の周波数で振動する電磁振動である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−８３９７２号公報
【特許文献２】特開２００５−２４４４１号公報
【特許文献３】特開平１０−１９６５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、前記判定データをＦＦＴ処理した振動の周波数解析データから検知するには、回転機の回転数や駆動電源周波数が事前に判明している必要がある。このため、可変速運転される回転機では、計測時の回転数を制御電源から得るか、回転計を回転機に取り付け、その出力を監視システムに取り込む必要があった。このため、設備コストの増大や既存回転機への取り付けができないといった問題があった。
【０００６】
その他、計測振動の周波数スペクトルから回転数を自動検出する方法として、周波数スペクトルの最大値を回転周波数として検出する最大ピーク周波数法や、ピーク周波数の各次数成分の周波数間隔を順次求めていき、その中で最も多く現れた周波数間隔を回転速度の１次成分と判断し回転周波数を決定する、周波数間隔法がある。
しかし、必ずしも回転周波数成分が最大値になるとは限らず、例えば回転周波数成分の２次高調波成分（回転周波数の２倍成分）の方が１次成分より大きくなることや、外乱成分によるノイズレベルが最大ピークになる場合もあり、誤判定する事がある。
【０００７】
また、回転数間隔法では、１次成分と２次成分のどちらかのレベルが小さく、ピークとして検出できない場合がある。更に、ピークと見なす条件が明確でなく、多くの外乱ノイズがピークとなる場合は正確な判定ができないといった問題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、回転機の回転数を計測するための専用の付帯設備を設けることなく回転機の回転数を正確に判定し、当該回転数に基づいて回転機の一定回転速度における振動状態の判定を可能にする振動監視装置および振動監視方法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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の振動監視装置は、回転機の直交する２方向の振動をそれぞれ個別に検出する振動加速度センサと、前記振動加速度センサから前記振動の検出結果として出力されたアナログ信号を増幅する増幅部と、前記増幅部により増幅されたアナログ信号をデジタル変換するＡ／Ｄ変換部と、前記Ａ／Ｄ変換部により変換されたデジタル信号を周波数分析し、該周波数分析の結果として前記振動の周波数分析データを出力する周波数分析部と、前記周波数分析部から出力された周波数分析データに基づいて前記回転機の回転数を判定する回転数判定部と、前記回転数判定部により判定された回転数に基づいて、前記回転機の振動の状態判定を行う状態判定部とを備え、前記回転数判定部は、前記振動の周波数分析データから検知される周波数のうち、前記回転機の最大回転周波数の２以上である整数倍の周波数以下で、かつ、ピーク振幅の大きさの順番が所定の順番までに含まれる複数の周波数に基づいて、前記回転機の回転数を判定することを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、ノイズによるピーク振幅がある場合でも、１番目からｎ番目（ｎは整数）に大きいピーク振幅の何れかに回転周波数成分が含まれるため、回転機の回転数を計測するための専用の付帯設備を設けることなく、周波数分析データに基づいて回転機の回転数を正確に判定し、当該回転数に基づいて回転機の振動状態の判定を行うことが可能となる。また、回転制御信号や回転検出器などの外部信号で検出した回転数と比較して、時間差がない回転数検知が可能であり、変速運転される回転機の振動状態監視を正確に行うことができ、コスト低減にも貢献できる。
また、上記の構成において、前記回転数判定部は、連続して２回以上前記周波数分析部から出力された前記周波数分析データに基づいて、前記回転機の回転数を判定することを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、複数の周波数分析データに基づく判定結果をもとに、回転数を比較判定することができるため、回転が停止している場合や回転速度変化中の判定が可能となる。
また、上記の構成において、前記回転数判定部で前記振動の周波数分析データから検知される回転周波数のピーク振幅は、該ピーク振幅の周波数における予め定められた第１の前後所定周波数間の振幅の２乗和平方根に対し、該第１の前後所定周波数間よりも狭い予め定められた第２の前後所定周波数間の振幅の２乗和平方根が占有する割合が、予め定められた所定値以上であることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、ノイズによる誤判定を防ぐことができる。
また、上記の構成において、前記回転数判定部は、前記ピーク振幅を示す周波数の１／２倍および２倍の周波数におけるピーク振幅を検出し、該検出したピーク振幅の周波数の中で最も低い周波数を、前記回転機の回転周波数として算出することを特徴とする。
本発明によれば、最大ピーク値が回転数成分の１次成分ではなく、２次成分の場合でも、１次成分を回転周波数と判定することができる。
【００１２】
また、上記の構成において、前記状態判定部は、前記回転機の最大回転数を前記回転数判定部により判定された回転数で除算した後に２乗した係数を、前記判定された回転数の振動値に乗算した値を、前記最大回転数の振動値として算出することを特徴とする。
本発明によれば、最大回転数で運転する前に、回転機を最大回転数で運転した場合の振動状態を把握することができ、トラブルを未然に防ぐことができる。
また、上記の構成において、前記状態判定部は、回転周波数と前記回転機の極数との関係から求めた駆動電源周波数の２倍成分の振動値を、電磁振動成分の振動値として算出することを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、可変速運転される回転機の電磁振動も状態監視することができる。
また、本発明の振動監視方法は、振動監視装置が行う回転機の振動監視方法であって、振動加速度センサによりそれぞれ個別に検出された回転機の直交する２方向の振動を示すデジタル信号を、高速フーリエ変換処理により周波数分析を行い、該周波数分析の結果として前記振動の周波数分析データを出力する周波数分析ステップと、前記周波数分析ステップにおいて出力された周波数分析データに基づいて前記回転機の回転数を判定する回転数判定ステップと、前記回転数判定ステップにおいて判定された回転数に基づいて、前記回転機の振動の状態判定を行う状態判定ステップとを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の振動監視装置によれば、高速フーリエ変換処理により回転機の振動の周波数分析を行い、該周波数分析の結果としての振動の周波数分析データから検知される周波数のうち、前記回転機の最大回転周波数の２倍の周波数以下で、かつ、１番目からｎ番目（ｎは整数）に大きいピーク振幅を示す周波数に基づいて回転機の回転数を判定し、該判定された回転数に基づいて回転機の振動の状態判定を行うため、回転機の回転数を計測するための専用の付帯設備を設けることなく回転機の回転数を正確に判定し、当該回転数に基づいて回転機の振動状態の判定を行うことが可能となる。また、回転制御信号や回転検出器などの外部信号で検出した回転数と比較して、時間差がない回転数検知が可能であり、変速運転される回転機の振動状態監視を正確に行うことができ、コスト低減にも貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係るＲＦＩＤタグと振動監視部とで構成された振動監視装置の機能構成を示すブロック図である。
【図２】同実施形態に係る振動監視装置が行う振動監視処理の手順を示す全体フロー図である。
【図３】同実施形態に係る回転周波数判定処理の手順を示すフロー図である。
【図４】同実施形態に係る回転周波数判定処理の手順を詳細に示すフロー図である。
【図５】同実施形態に係るピーク占有周波数を説明するための周波数スペクトルを示す図である。
【図６】同実施形態に係るピーク振幅のピーク占有率を示す度数分布図である。
【図７】同実施形態に係る回転周波数判定方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（振動監視装置の構成）
図１は、本発明の実施の形態に係る振動監視装置の構成を示すブロック図である。振動監視装置は、ＲＦＩＤタグ１と、振動監視部８とで構成される。
図において、ＲＦＩＤタグ１は、圧電素子で構成され図示せぬ回転機の振動を検出するための振動加速度センサ２と、その振動加速度センサ２から出力されたアナログ信号を増幅する増幅部３と、増幅部３から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するためのＡ／Ｄ変換部４と、変換されたデジタル信号を一旦記憶するデータ記憶部５と、外部からの指令に基づいて、データ記憶部５に記憶されたデジタル信号を無線伝送するための無線送受信部６と、バッテリーで構成された電源供給部７とを備えている。ここで、振動加速度センサ２は、少なくとも２つの圧電素子が直交する２方向に設けられており、回転機の直交する２方向の振動をそれぞれ個別に検出できる。なお、振動加速度センサ２は、３つの圧電素子がそれぞれ直交する３方向に設けられ、回転機のそれぞれ直交する３方向の振動をそれぞれ個別に検出できるようにしても良い。
【００１７】
増幅部３は、振動加速度センサ２の電荷出力を電圧に変換するチャージアンプ３１と、チャージアンプ３１の出力信号に振動監視周波数範囲の上限付近をカットオフ周波数としたローパスフィルタ３２と、その出力電圧信号を増幅する電圧増幅器３３とを備えている。
また、振動監視部８は、ＲＦＩＤタグ１のデータ記憶部５に記憶されているデジタル信号を無線送受信部６を介して伝送させるための送受信部８１と、ＣＰＵとプログラムとで構成され、送受信部８１を介して受信したデジタル信号をＦＦＴ処理により周波数分析を行う周波数分析部８２と、ＣＰＵとプログラムとで構成され、その周波数分析の結果として出力された振動変位、振動速度、振動加速度等を示す振動の周波数スペクトルを示す周波数分析データから、回転機の回転数を算出し、回転機の振動状態の判定を行う演算部８３と、演算結果、判定結果、レベルのトレンドグラフ等を表示する表示部８４とを備えている。また、演算部８３は、回転機の回転数を判定する回転数判定部８３１と、回転機の振動状態判定を行う状態判定部８３２とで備えている。
【００１８】
（振動監視処理）
以上のような構成の振動監視装置が行う、回転機の振動監視処理の全体の手順について、図２を参照して説明する。
ＦＲＩＤタグ１から振動監視部８に伝送されたデジタル信号は、周波数分析部８２でＦＦＴによる周波数分析が行われ（ステップＳ１０１）、周波数分析データが出力される。
その後、ステップＳ１０２においては、演算部８３の回転数判定部８３１は、周波数分析部８２から出力された周波数分析データに基づいて、回転機の回転数を判定する。なお、ステップＳ１０２における回転数判定の詳細な手順については、後述する。
ステップＳ１０３においては、判定結果に基づいて、回転機が定速度で回転しているか否かを判定する。定速度で回転していると判定した場合に、次のステップに進む。
【００１９】
ステップＳ１０４においては、演算部８３の状態判定部８３２は、回転機の性能として予め設定されている最大回転数における振動振幅（振動値）を推定する。回転軸の固有振動数が最大回転周波数以上にある剛性軸からなる回転機の場合、回転周波数成分の振動は、回転周波数の２乗に概略比例することから、状態判定部８３２は、回転数判定出部８３１で判定された回転数で最大回転数を除算した値の２乗を求め、それを算出された回転周波数の振動振幅に乗算することで、最大回転数における振動振幅を推定する。これにより、最大回転数で運転する前に、回転機を最大回転数で運転した場合の振動状態を把握することができ、トラブルを未然に防ぐことができる。
【００２０】
ステップＳ１０５においては、状態判定部８３２は、電磁振動振幅（電磁振動成分の振動値）を算出する。回転機が交流電動機の場合は、回転数Ｎと回転機の極数Ｐ、および駆動電源周波数ｆとの間に、Ｎ＝（１２０・ｆ）／Ｐの関係がある。これを利用して、状態判定部８３２は、回転数から駆動電源周波数ｆを求めることで、可変速運転の回転機においても、駆動電源周波数ｆの２倍の周波数で励振される電磁振動振幅を求めることができる。これにより、可変速運転される回転機の電磁振動も状態監視することができる。
【００２１】
ステップＳ１０６においては、状態判定部８３２は、回転機の回転周波数成分ｆｎの２ｆｎ，３ｆｎにおける振動変位を検出し、振動速度実効値（ＩＳＯ１０８１６−１、ＪＩＳ Ｂ ０９０６に規定）などと予め設定された判定基準値（閾値）とを比較する。比較した結果、回転機のアンバランスやミスアライメント等の回転機の振動の状態判定を行う。
ステップＳ１０７においては、ステップ１０６に行った状態判定の結果を表示部８４で表示する（ステップＳ１０７）。
また、ステップＳ１０８で、表示部８４では算出された実効値、振動変位をメモリに記憶し、ステップＳ１０９で図示しないトレンド画面にその数値グラフを表示する。
このように、回転機の回転数を、計測した複数回の振動の周波数分析データから求めることで、ステップ状に変化する可変速で運転される回転機の一定速度における回転周波数成分の振動を求めることができ、回転機の振動の状態判定が可能になる。
【００２２】
（回転数判定処理）
ここで、図３に示すフロー図を参照して、図２のステップＳ１０２において演算部８３の回転数判定部８３１が実行する回転数判定処理について説明する。
ここでは、振動加速度センサ２は、回転機の垂直方向及び水平方向の振動を各２回計測する。これにより、振動監視部８の送受信部８１は、１回目及び２回目の計測によりＲＦＩＤ１から送信されたデジタル信号を続けて２回受信する。周波数分析部８２は、続けて２回受信された各回のデジタル信号をＦＦＴにより解析して、垂直方向及び水平方向の振動の周波数スペクトルデータを示す周波数分析データを生成する（ステップＳ２０１）。なお、ここで回転機の垂直方向と水平方向とは、回転機の回転軸に直交する面における垂直方向と水平方向、回転機の回転軸のラジアル方向とアキシャル方向、の２つのパターンが含まれる。
【００２３】
演算部８３の回転数判定部８３１は、周波数分析部８２から２回続けて出力される周波数分析データに基づいて、回転機の回転数を判定する。
まず、回転数判定部８３１は、その振動の周波数スペクトルから、それぞれ、振動振幅の最大ピーク値と２番目のピーク値とを検出する（ステップＳ２０２）。なお、本実施形態では２番目までのピーク値としているが、予め定めた３番目以降のピーク値まで検出するようにしても良い。
回転数判定部８３１は、検出したピーク値に対して、レベル判定と（ステップＳ２０３）スペクトルのパターン判定を行うことにより（ステップＳ２０４）、ノイズとの判別を行う。
【００２４】
その後、ステップＳ２０５における回転次数判定で、回転基本成分（１次成分）とその２倍成分（２次成分）を判別し、１次成分を回転周波数として検出する。
以上のステップＳ２０２〜Ｓ２０５までの処理を、垂直方向及び水平方向各々２回分（Ｖ１：垂直１回目、Ｖ２：垂直２回目、Ｈ１：水平１回目、Ｈ２：水平２回目）の、全部で４つの振動の周波数スペクトルについて行う。
全ての振幅スペクトルについて処理が終了した場合（ステップＳ２０６：Ｙｅｓ）、ステップＳ２０７の回転数判定において、ステップＳ２０５で得られた４つの回転周波数（ｆＶ１：垂直１回目の回転周波数、ｆＶ２：垂直２回目の回転周波数、ｆＨ１：水平１回目の回転周波数、ｆＨ２：水平２回面の回転周波数）の検出結果を例えば図７に示すように最終判定し、回転周波数を決定し、回転数を判定する。
【００２５】
図７に示すような判定を行ことで、以下のようなメリットがある。
（１）複数回の回転周波数の検出結果をもとに回転周波数を決定しているので、回転が停止している場合や回転速度変化中の判定が可能である。
（２）最大ピーク振幅が回転２次成分で、２番目のピーク振幅がノイズ成分の場合、又はその逆の場合、回転次数判定では回転周波数を回転２次成分（又はノイズ成分）と判定するが、どれか１つあるいは２つが異なる結果になると、その回転周波数にピーク振幅がないか再検出するので、誤判定を避けることができる。
なお、図７では、複数個の検出結果を一致とみなす範囲を、±１．８７５Ｈｚとしているが、計測の目的や対象回転機の運用に応じて適宜設定することができる。
【００２６】
（回転数判定処理の詳細）
次に、図４に示すフロー図を参照して、図３のステップＳ２０２〜Ｓ２０６までの処理の詳細について説明する。
まず、回転機の性能に関する情報として予め最低回転周波数と最大回転周波数とが設定されており、ステップＳ３０１においては、当該最低回転周波数から、当該最大回転周波数の２倍の周波数間における、最大ピーク振幅Ａｍａｘとその周波数Ｆｍａｘ、および２番目のピーク振幅Ａｍａｘ２とその周波数Ｆｍａｘ２を検出する。ここで、振幅は変位振幅（μｍ）で表示しているが、加速度振幅でもよい。なお、検出した最大ピーク振幅が複数ある時は、最も周波数が低いピーク振幅をＡｍａｘおよびＦｍａｘとし、２番目のピークは少なくともＦｍａｘより±１．８７５Ｈｚ以上離れているピークとする。ここで、最大ピーク振幅と２番目のピーク振幅とを検出するのは、ノイズによるピーク値がある場合でも、どちらかに回転周波数成分が含まれるという前提に則っている。もちろん、繁雑でない範囲で３番目、４番目のピーク振幅を検出してもよいが、通常の回転機では、回転周波数成分およびその高調波成分がピーク振幅を示すことから問題はない。
【００２７】
ステップＳ３０２におけるピークレベル判定では、Ａｍａｘを、事前に設定した最大ピーク振幅の閾値と比較し、閾値以下の場合は、回転周波数ｆｎを０として終了する（ステップＳ３１７）。これにより、回転中か停止中かを判定する。なお、この閾値は、周波数スペクトルの振幅分解能以上とし、ここでは変位振幅１μｍとしている。
Ａｍａｘが閾値以上の場合（ステップＳ３０２：Ｙｅｓ）、ピークパターン判定では、Ｆｍａｘの±１．８７５Ｈｚ間における２乗和平方根Ｐｏａ１を求めるとともに（ステップＳ３０３）、Ｆｍａｘの±０．６２５Ｈｚ間の２乗和平方根Ｐｏａ２を求め（ステップＳ３０４）、ピーク占有率Ｐｏａ２／Ｐｏａ１が８０％以上の値の時にピーク振幅と判定し、ステップＳ３０６に進む。そうでない場合はノイズと判定し、２番目のピーク振幅について、同様にピーク値判定を行う（ステップＳ３１４、Ｓ３１６、Ｓ３０２、・・・）。
【００２８】
ここで、Ｐｏａは、例えば、サンプリング周波数２５６０Ｈｚ，サンプリング点数４０９６のデータによる周波数スペクトルの場合、周波数分解能は０．６２５Ｈｚとなり、図５に示すように、Ｐｏａ１，Ｐｏａ２として、Ｆｍａｘからそれぞれ±３ポイントと±１ポイント間の振幅の２乗和平方根を求め、ピークパターン判定を行うこととなる。
これは、振動加速度センサ２で振動を検出する場合、変位変換することにより、２０Ｈｚ以下の低い周波数成分のノイズレベルが、最大ピーク値になる場合などに有効となる。
【００２９】
実験調査によると、図６に示す度数分布のように、ピーク占有率（Ｐｏａ２／Ｐｏａ１）は、回転周波数成分が８０％以上に分布しており、ノイズによるピーク占有率と分離できることが分かる。これにより、特に低域のノイズによる誤判定を防ぐことができる。
なお、ピーク占有率は、計測の目的や対象回転機の運用に応じて適宜設定することができる。また、Ｐｏａ１，Ｐｏａ２のバンド幅は、周波数分解能によって異なるが、Ｐｏａ２を数Ｈｚ間にすると回転周波数成分以外の外乱ノイズが入り込む可能性があり、±１Ｈｚ以下がよくＰｏａ１はその２倍程度でよい。
【００３０】
最大ピーク値がピーク振幅と判定されなかった場合は（ステップＳ３０５：Ｎｏ）、２番目のピーク値を判定し（ステップＳ３１４：Ｎｏ、ステップＳ３１６、ステップＳ３０２、・・・）、そこでもピーク振幅と判定されなかった場合は（ステップＳ３０５：Ｎｏ）ｆｎ＝０として終了する（ステップＳ３１４：Ｙｅｓ、ステップＳ３１５）。
一方、ピーク振幅と判定された場合は（ステップＳ３０５：Ｙｅｓ）、ステップＳ３０６に進み、回転次数判定を行う。
【００３１】
ステップＳ３０６〜Ｓ３１３においては、判定されたピーク振幅のＦｍａｘの２倍および１／２の周波数について、同様にピーク振幅の判定を行い、ピーク振幅と判定された最も周波数が低いＡｍａｘにおけるＦｍａｘを、回転周波数ｆｎおよび振幅ｆａとして検出する。これにより、最大ピーク値が回転数成分の１次成分ではなく、２次成分の場合でも、１次成分を回転周波数と決定し、回転数を判定することができる。
【００３２】
以上の回転数検出を、少なくとも順次２回以上計測した振動データで行う。
なお、上記回転数判定処理の詳細説明においては、最大回転周波数の２倍の周波数間における、最大ピーク振幅Ａｍａｘとその周波数Ｆｍａｘ、および２番目のピーク振幅Ａｍａｘ２とその周波数Ｆｍａｘ２を検出しているが、最大回転周波数のＮ倍（Ｎは２以上の整数）の周波数間における、Ｍ番目（Ｍ２以上の整数）のピーク振幅ＡｍａｘＭとその周波数ＦｍａｘＭｍで検出するようにしても良い。ここで、ＮおよびＭは予め定めておくこととする。
【００３３】
以上説明したように、振動監視装置は、ＦＦＴ処理後の振動周波数成分から、回転数を判定するようにしているので、回転機の回転数を計測するための専用の付帯設備を設けることなく、周波数分析データに基づいて回転機の回転数を算出し、当該回転数に基づいて回転機の振動状態の判定を行うことが可能となる。また、回転制御信号や回転検出器などの外部信号で検出した回転数と比較して、時間差がない回転数検知が可能であり、変速運転される回転機の振動状態監視を正確に行うことができ、コスト低減にも貢献できる。さらに、最大回転数における振動値を、低速度回転での振動値から推定し、状態判定するようにしているので、回転数に関係ない状態判定が可能になる。また、回転数から駆動電源周波数を算出し電磁振動成分を検出していることから、常時監視が可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１ ＲＦＩＤタグ
２ 振動加速度センサ
３ 増幅部
３１ チャージアンプ
３２ ローパスフィルタ
３３ 電圧増幅器
４ Ａ／Ｄ変換部
５ データ記憶部
６ 無線送受信部
７ 電源供給部
８ 振動監視部
８１ 送受信部
８２ 周波数分析部
８３ 演算部
８４ 表示部
８３１ 回転数判定部
８３２ 状態判定部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラント等における回転機の振動状態を無線通信により遠隔監視する振動監視装置および振動監視方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、多くの回転機が設置されているプラントでは、設備の異常による操業停止を防止するため、主要な回転機の振動の監視が行われている。その監視の周期としては、回転機の振動の変化をオンラインで常時監視したり、或いはオフラインで定期的に監視する方法がとられている。また、解析手法としては、コンピュータ等によるデータ収集装置で回転機の振動波形の信号を収集し、当該収集された信号に対してＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）等の解析処理が行われている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特に、大規模なシステムでは長距離のケーブル布設を避けるため、無線タグを検出部に設置した異常監視システムなどもある（例えば、特許文献２、３参照）。
ここで、振動の異常状態判定は、検出した振動波形からＦＦＴ処理によって振動速度や振動変位等を示す周波数解析データを算出し、それらのトレンドの変化や周波数解析データから検知された判定データと予め設定した閾値との比較判定で行われる。その判定データとして用いられる代表的な振動周波数としては、回転軸のアンバランスや負荷機とのミスアライメント等によって発生する回転周波数成分ｆｎおよびその２倍、３倍成分と、駆動電源周波数の２倍の周波数で振動する電磁振動である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−８３９７２号公報
【特許文献２】特開２００５−２４４４１号公報
【特許文献３】特開平１０−１９６５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、前記判定データをＦＦＴ処理した振動の周波数解析データから検知するには、回転機の回転数や駆動電源周波数が事前に判明している必要がある。このため、可変速運転される回転機では、計測時の回転数を制御電源から得るか、回転計を回転機に取り付け、その出力を監視システムに取り込む必要があった。このため、設備コストの増大や既存回転機への取り付けができないといった問題があった。
【０００６】
その他、計測振動の周波数スペクトルから回転数を自動検出する方法として、周波数スペクトルの最大値を回転周波数として検出する最大ピーク周波数法や、ピーク周波数の各次数成分の周波数間隔を順次求めていき、その中で最も多く現れた周波数間隔を回転速度の１次成分と判断し回転周波数を決定する、周波数間隔法がある。
しかし、必ずしも回転周波数成分が最大値になるとは限らず、例えば回転周波数成分の２次高調波成分（回転周波数の２倍成分）の方が１次成分より大きくなることや、外乱成分によるノイズレベルが最大ピークになる場合もあり、誤判定する事がある。
【０００７】
また、回転数間隔法では、１次成分と２次成分のどちらかのレベルが小さく、ピークとして検出できない場合がある。更に、ピークと見なす条件が明確でなく、多くの外乱ノイズがピークとなる場合は正確な判定ができないといった問題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、回転機の回転数を計測するための専用の付帯設備を設けることなく回転機の回転数を正確に判定し、当該回転数に基づいて回転機の一定回転速度における振動状態の判定を可能にする振動監視装置および振動監視方法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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の振動監視装置は、回転機の直交する２方向の振動をそれぞれ個別に検出する振動加速度センサと、前記振動加速度センサから前記振動の検出結果として出力されたアナログ信号を増幅する増幅部と、前記増幅部により増幅されたアナログ信号をデジタル変換するＡ／Ｄ変換部と、前記Ａ／Ｄ変換部により変換されたデジタル信号を周波数分析し、該周波数分析の結果として前記振動の周波数分析データを出力する周波数分析部と、前記周波数分析部から出力された周波数分析データに基づいて前記回転機の回転数を判定する回転数判定部と、前記回転数判定部により判定された回転数に基づいて、前記回転機の振動の状態判定を行う状態判定部とを備え、前記回転数判定部は、前記振動の周波数分析データから検知される周波数のうち、前記回転機の最大回転周波数の２以上である整数倍の周波数以下で、かつ、ピーク振幅の大きさの順番が所定の順番までに含まれる複数の周波数に基づいて、前記回転機の回転数を判定することを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、ノイズによるピーク振幅がある場合でも、１番目からｎ番目（ｎは整数）に大きいピーク振幅の何れかに回転周波数成分が含まれるため、回転機の回転数を計測するための専用の付帯設備を設けることなく、周波数分析データに基づいて回転機の回転数を正確に判定し、当該回転数に基づいて回転機の振動状態の判定を行うことが可能となる。また、回転制御信号や回転検出器などの外部信号で検出した回転数と比較して、時間差がない回転数検知が可能であり、変速運転される回転機の振動状態監視を正確に行うことができ、コスト低減にも貢献できる。
また、上記の構成において、前記回転数判定部は、連続して２回以上前記周波数分析部から出力された前記周波数分析データに基づいて、前記回転機の回転数を判定することを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、複数の周波数分析データに基づく判定結果をもとに、回転数を比較判定することができるため、回転が停止している場合や回転速度変化中の判定が可能となる。
また、上記の構成において、前記回転数判定部で前記振動の周波数分析データから検知される回転周波数のピーク振幅は、該ピーク振幅の周波数における予め定められた第１の前後所定周波数間の振幅の２乗和平方根に対し、該第１の前後所定周波数間よりも狭い予め定められた第２の前後所定周波数間の振幅の２乗和平方根が占有する割合が、予め定められた所定値以上であることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、ノイズによる誤判定を防ぐことができる。
また、上記の構成において、前記回転数判定部は、前記ピーク振幅を示す周波数の１／２倍および２倍の周波数におけるピーク振幅を検出し、該検出したピーク振幅の周波数の中で最も低い周波数を、前記回転機の回転周波数として算出することを特徴とする。
本発明によれば、最大ピーク値が回転数成分の１次成分ではなく、２次成分の場合でも、１次成分を回転周波数と判定することができる。
【００１２】
また、上記の構成において、前記状態判定部は、前記回転機の最大回転数を前記回転数判定部により判定された回転数で除算した後に２乗した係数を、前記判定された回転数の振動値に乗算した値を、前記最大回転数の振動値として算出することを特徴とする。
本発明によれば、最大回転数で運転する前に、回転機を最大回転数で運転した場合の振動状態を把握することができ、トラブルを未然に防ぐことができる。
また、上記の構成において、前記状態判定部は、回転周波数と前記回転機の極数との関係から求めた駆動電源周波数の２倍成分の振動値を、電磁振動成分の振動値として算出することを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、可変速運転される回転機の電磁振動も状態監視することができる。
また、本発明の振動監視方法は、振動監視装置が行う回転機の振動監視方法であって、振動加速度センサによりそれぞれ個別に検出された回転機の直交する２方向の振動を示すデジタル信号を、高速フーリエ変換処理により周波数分析を行い、該周波数分析の結果として前記振動の周波数分析データを出力する周波数分析ステップと、前記周波数分析ステップにおいて出力された周波数分析データに基づいて前記回転機の回転数を判定する回転数判定ステップと、前記回転数判定ステップにおいて判定された回転数に基づいて、前記回転機の振動の状態判定を行う状態判定ステップとを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の振動監視装置によれば、高速フーリエ変換処理により回転機の振動の周波数分析を行い、該周波数分析の結果としての振動の周波数分析データから検知される周波数のうち、前記回転機の最大回転周波数の２倍の周波数以下で、かつ、１番目からｎ番目（ｎは整数）に大きいピーク振幅を示す周波数に基づいて回転機の回転数を判定し、該判定された回転数に基づいて回転機の振動の状態判定を行うため、回転機の回転数を計測するための専用の付帯設備を設けることなく回転機の回転数を正確に判定し、当該回転数に基づいて回転機の振動状態の判定を行うことが可能となる。また、回転制御信号や回転検出器などの外部信号で検出した回転数と比較して、時間差がない回転数検知が可能であり、変速運転される回転機の振動状態監視を正確に行うことができ、コスト低減にも貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係るＲＦＩＤタグと振動監視部とで構成された振動監視装置の機能構成を示すブロック図である。
【図２】同実施形態に係る振動監視装置が行う振動監視処理の手順を示す全体フロー図である。
【図３】同実施形態に係る回転周波数判定処理の手順を示すフロー図である。
【図４】同実施形態に係る回転周波数判定処理の手順を詳細に示すフロー図である。
【図５】同実施形態に係るピーク占有周波数を説明するための周波数スペクトルを示す図である。
【図６】同実施形態に係るピーク振幅のピーク占有率を示す度数分布図である。
【図７】同実施形態に係る回転周波数判定方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（振動監視装置の構成）
図１は、本発明の実施の形態に係る振動監視装置の構成を示すブロック図である。振動監視装置は、ＲＦＩＤタグ１と、振動監視部８とで構成される。
図において、ＲＦＩＤタグ１は、圧電素子で構成され図示せぬ回転機の振動を検出するための振動加速度センサ２と、その振動加速度センサ２から出力されたアナログ信号を増幅する増幅部３と、増幅部３から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するためのＡ／Ｄ変換部４と、変換されたデジタル信号を一旦記憶するデータ記憶部５と、外部からの指令に基づいて、データ記憶部５に記憶されたデジタル信号を無線伝送するための無線送受信部６と、バッテリーで構成された電源供給部７とを備えている。ここで、振動加速度センサ２は、少なくとも２つの圧電素子が直交する２方向に設けられており、回転機の直交する２方向の振動をそれぞれ個別に検出できる。なお、振動加速度センサ２は、３つの圧電素子がそれぞれ直交する３方向に設けられ、回転機のそれぞれ直交する３方向の振動をそれぞれ個別に検出できるようにしても良い。
【００１７】
増幅部３は、振動加速度センサ２の電荷出力を電圧に変換するチャージアンプ３１と、チャージアンプ３１の出力信号に振動監視周波数範囲の上限付近をカットオフ周波数としたローパスフィルタ３２と、その出力電圧信号を増幅する電圧増幅器３３とを備えている。
また、振動監視部８は、ＲＦＩＤタグ１のデータ記憶部５に記憶されているデジタル信号を無線送受信部６を介して伝送させるための送受信部８１と、ＣＰＵとプログラムとで構成され、送受信部８１を介して受信したデジタル信号をＦＦＴ処理により周波数分析を行う周波数分析部８２と、ＣＰＵとプログラムとで構成され、その周波数分析の結果として出力された振動変位、振動速度、振動加速度等を示す振動の周波数スペクトルを示す周波数分析データから、回転機の回転数を算出し、回転機の振動状態の判定を行う演算部８３と、演算結果、判定結果、レベルのトレンドグラフ等を表示する表示部８４とを備えている。また、演算部８３は、回転機の回転数を判定する回転数判定部８３１と、回転機の振動状態判定を行う状態判定部８３２とで備えている。
【００１８】
（振動監視処理）
以上のような構成の振動監視装置が行う、回転機の振動監視処理の全体の手順について、図２を参照して説明する。
ＦＲＩＤタグ１から振動監視部８に伝送されたデジタル信号は、周波数分析部８２でＦＦＴによる周波数分析が行われ（ステップＳ１０１）、周波数分析データが出力される。
その後、ステップＳ１０２においては、演算部８３の回転数判定部８３１は、周波数分析部８２から出力された周波数分析データに基づいて、回転機の回転数を判定する。なお、ステップＳ１０２における回転数判定の詳細な手順については、後述する。
ステップＳ１０３においては、判定結果に基づいて、回転機が定速度で回転しているか否かを判定する。定速度で回転していると判定した場合に、次のステップに進む。
【００１９】
ステップＳ１０４においては、演算部８３の状態判定部８３２は、回転機の性能として予め設定されている最大回転数における振動振幅（振動値）を推定する。回転軸の固有振動数が最大回転周波数以上にある剛性軸からなる回転機の場合、回転周波数成分の振動は、回転周波数の２乗に概略比例することから、状態判定部８３２は、回転数判定出部８３１で判定された回転数で最大回転数を除算した値の２乗を求め、それを算出された回転周波数の振動振幅に乗算することで、最大回転数における振動振幅を推定する。これにより、最大回転数で運転する前に、回転機を最大回転数で運転した場合の振動状態を把握することができ、トラブルを未然に防ぐことができる。
【００２０】
ステップＳ１０５においては、状態判定部８３２は、電磁振動振幅（電磁振動成分の振動値）を算出する。回転機が交流電動機の場合は、回転数Ｎと回転機の極数Ｐ、および駆動電源周波数ｆとの間に、Ｎ＝（１２０・ｆ）／Ｐの関係がある。これを利用して、状態判定部８３２は、回転数から駆動電源周波数ｆを求めることで、可変速運転の回転機においても、駆動電源周波数ｆの２倍の周波数で励振される電磁振動振幅を求めることができる。これにより、可変速運転される回転機の電磁振動も状態監視することができる。
【００２１】
ステップＳ１０６においては、状態判定部８３２は、回転機の回転周波数成分ｆｎの２ｆｎ，３ｆｎにおける振動変位を検出し、振動速度実効値（ＩＳＯ１０８１６−１、ＪＩＳ Ｂ ０９０６に規定）などと予め設定された判定基準値（閾値）とを比較する。比較した結果、回転機のアンバランスやミスアライメント等の回転機の振動の状態判定を行う。
ステップＳ１０７においては、ステップ１０６に行った状態判定の結果を表示部８４で表示する（ステップＳ１０７）。
また、ステップＳ１０８で、表示部８４では算出された実効値、振動変位をメモリに記憶し、ステップＳ１０９で図示しないトレンド画面にその数値グラフを表示する。
このように、回転機の回転数を、計測した複数回の振動の周波数分析データから求めることで、ステップ状に変化する可変速で運転される回転機の一定速度における回転周波数成分の振動を求めることができ、回転機の振動の状態判定が可能になる。
【００２２】
（回転数判定処理）
ここで、図３に示すフロー図を参照して、図２のステップＳ１０２において演算部８３の回転数判定部８３１が実行する回転数判定処理について説明する。
ここでは、振動加速度センサ２は、回転機の垂直方向及び水平方向の振動を各２回計測する。これにより、振動監視部８の送受信部８１は、１回目及び２回目の計測によりＲＦＩＤ１から送信されたデジタル信号を続けて２回受信する。周波数分析部８２は、続けて２回受信された各回のデジタル信号をＦＦＴにより解析して、垂直方向及び水平方向の振動の周波数スペクトルデータを示す周波数分析データを生成する（ステップＳ２０１）。なお、ここで回転機の垂直方向と水平方向とは、回転機の回転軸に直交する面における垂直方向と水平方向、回転機の回転軸のラジアル方向とアキシャル方向、の２つのパターンが含まれる。
【００２３】
演算部８３の回転数判定部８３１は、周波数分析部８２から２回続けて出力される周波数分析データに基づいて、回転機の回転数を判定する。
まず、回転数判定部８３１は、その振動の周波数スペクトルから、それぞれ、振動振幅の最大ピーク値と２番目のピーク値とを検出する（ステップＳ２０２）。なお、本実施形態では２番目までのピーク値としているが、予め定めた３番目以降のピーク値まで検出するようにしても良い。
回転数判定部８３１は、検出したピーク値に対して、レベル判定と（ステップＳ２０３）スペクトルのパターン判定を行うことにより（ステップＳ２０４）、ノイズとの判別を行う。
【００２４】
その後、ステップＳ２０５における回転次数判定で、回転基本成分（１次成分）とその２倍成分（２次成分）を判別し、１次成分を回転周波数として検出する。
以上のステップＳ２０２〜Ｓ２０５までの処理を、垂直方向及び水平方向各々２回分（Ｖ１：垂直１回目、Ｖ２：垂直２回目、Ｈ１：水平１回目、Ｈ２：水平２回目）の、全部で４つの振動の周波数スペクトルについて行う。
全ての振幅スペクトルについて処理が終了した場合（ステップＳ２０６：Ｙｅｓ）、ステップＳ２０７の回転数判定において、ステップＳ２０５で得られた４つの回転周波数（ｆＶ１：垂直１回目の回転周波数、ｆＶ２：垂直２回目の回転周波数、ｆＨ１：水平１回目の回転周波数、ｆＨ２：水平２回面の回転周波数）の検出結果を例えば図７に示すように最終判定し、回転周波数を決定し、回転数を判定する。
【００２５】
図７に示すような判定を行ことで、以下のようなメリットがある。
（１）複数回の回転周波数の検出結果をもとに回転周波数を決定しているので、回転が停止している場合や回転速度変化中の判定が可能である。
（２）最大ピーク振幅が回転２次成分で、２番目のピーク振幅がノイズ成分の場合、又はその逆の場合、回転次数判定では回転周波数を回転２次成分（又はノイズ成分）と判定するが、どれか１つあるいは２つが異なる結果になると、その回転周波数にピーク振幅がないか再検出するので、誤判定を避けることができる。
なお、図７では、複数個の検出結果を一致とみなす範囲を、±１．８７５Ｈｚとしているが、計測の目的や対象回転機の運用に応じて適宜設定することができる。
【００２６】
（回転数判定処理の詳細）
次に、図４に示すフロー図を参照して、図３のステップＳ２０２〜Ｓ２０６までの処理の詳細について説明する。
まず、回転機の性能に関する情報として予め最低回転周波数と最大回転周波数とが設定されており、ステップＳ３０１においては、当該最低回転周波数から、当該最大回転周波数の２倍の周波数間における、最大ピーク振幅Ａｍａｘとその周波数Ｆｍａｘ、および２番目のピーク振幅Ａｍａｘ２とその周波数Ｆｍａｘ２を検出する。ここで、振幅は変位振幅（μｍ）で表示しているが、加速度振幅でもよい。なお、検出した最大ピーク振幅が複数ある時は、最も周波数が低いピーク振幅をＡｍａｘおよびＦｍａｘとし、２番目のピークは少なくともＦｍａｘより±１．８７５Ｈｚ以上離れているピークとする。ここで、最大ピーク振幅と２番目のピーク振幅とを検出するのは、ノイズによるピーク値がある場合でも、どちらかに回転周波数成分が含まれるという前提に則っている。もちろん、繁雑でない範囲で３番目、４番目のピーク振幅を検出してもよいが、通常の回転機では、回転周波数成分およびその高調波成分がピーク振幅を示すことから問題はない。
【００２７】
ステップＳ３０２におけるピークレベル判定では、Ａｍａｘを、事前に設定した最大ピーク振幅の閾値と比較し、閾値以下の場合は、回転周波数ｆｎを０として終了する（ステップＳ３１７）。これにより、回転中か停止中かを判定する。なお、この閾値は、周波数スペクトルの振幅分解能以上とし、ここでは変位振幅１μｍとしている。
Ａｍａｘが閾値以上の場合（ステップＳ３０２：Ｙｅｓ）、ピークパターン判定では、Ｆｍａｘの±１．８７５Ｈｚ間における２乗和平方根Ｐｏａ１を求めるとともに（ステップＳ３０３）、Ｆｍａｘの±０．６２５Ｈｚ間の２乗和平方根Ｐｏａ２を求め（ステップＳ３０４）、ピーク占有率Ｐｏａ２／Ｐｏａ１が８０％以上の値の時にピーク振幅と判定し、ステップＳ３０６に進む。そうでない場合はノイズと判定し、２番目のピーク振幅について、同様にピーク値判定を行う（ステップＳ３１４、Ｓ３１６、Ｓ３０２、・・・）。
【００２８】
ここで、Ｐｏａは、例えば、サンプリング周波数２５６０Ｈｚ，サンプリング点数４０９６のデータによる周波数スペクトルの場合、周波数分解能は０．６２５Ｈｚとなり、図５に示すように、Ｐｏａ１，Ｐｏａ２として、Ｆｍａｘからそれぞれ±３ポイントと±１ポイント間の振幅の２乗和平方根を求め、ピークパターン判定を行うこととなる。
これは、振動加速度センサ２で振動を検出する場合、変位変換することにより、２０Ｈｚ以下の低い周波数成分のノイズレベルが、最大ピーク値になる場合などに有効となる。
【００２９】
実験調査によると、図６に示す度数分布のように、ピーク占有率（Ｐｏａ２／Ｐｏａ１）は、回転周波数成分が８０％以上に分布しており、ノイズによるピーク占有率と分離できることが分かる。これにより、特に低域のノイズによる誤判定を防ぐことができる。
なお、ピーク占有率は、計測の目的や対象回転機の運用に応じて適宜設定することができる。また、Ｐｏａ１，Ｐｏａ２のバンド幅は、周波数分解能によって異なるが、Ｐｏａ２を数Ｈｚ間にすると回転周波数成分以外の外乱ノイズが入り込む可能性があり、±１Ｈｚ以下がよくＰｏａ１はその２倍程度でよい。
【００３０】
最大ピーク値がピーク振幅と判定されなかった場合は（ステップＳ３０５：Ｎｏ）、２番目のピーク値を判定し（ステップＳ３１４：Ｎｏ、ステップＳ３１６、ステップＳ３０２、・・・）、そこでもピーク振幅と判定されなかった場合は（ステップＳ３０５：Ｎｏ）ｆｎ＝０として終了する（ステップＳ３１４：Ｙｅｓ、ステップＳ３１５）。
一方、ピーク振幅と判定された場合は（ステップＳ３０５：Ｙｅｓ）、ステップＳ３０６に進み、回転次数判定を行う。
【００３１】
ステップＳ３０６〜Ｓ３１３においては、判定されたピーク振幅のＦｍａｘの２倍および１／２の周波数について、同様にピーク振幅の判定を行い、ピーク振幅と判定された最も周波数が低いＡｍａｘにおけるＦｍａｘを、回転周波数ｆｎおよび振幅ｆａとして検出する。これにより、最大ピーク値が回転数成分の１次成分ではなく、２次成分の場合でも、１次成分を回転周波数と決定し、回転数を判定することができる。
【００３２】
以上の回転数検出を、少なくとも順次２回以上計測した振動データで行う。
なお、上記回転数判定処理の詳細説明においては、最大回転周波数の２倍の周波数間における、最大ピーク振幅Ａｍａｘとその周波数Ｆｍａｘ、および２番目のピーク振幅Ａｍａｘ２とその周波数Ｆｍａｘ２を検出しているが、最大回転周波数のＮ倍（Ｎは２以上の整数）の周波数間における、Ｍ番目（Ｍ２以上の整数）のピーク振幅ＡｍａｘＭとその周波数ＦｍａｘＭｍで検出するようにしても良い。ここで、ＮおよびＭは予め定めておくこととする。
【００３３】
以上説明したように、振動監視装置は、ＦＦＴ処理後の振動周波数成分から、回転数を判定するようにしているので、回転機の回転数を計測するための専用の付帯設備を設けることなく、周波数分析データに基づいて回転機の回転数を算出し、当該回転数に基づいて回転機の振動状態の判定を行うことが可能となる。また、回転制御信号や回転検出器などの外部信号で検出した回転数と比較して、時間差がない回転数検知が可能であり、変速運転される回転機の振動状態監視を正確に行うことができ、コスト低減にも貢献できる。さらに、最大回転数における振動値を、低速度回転での振動値から推定し、状態判定するようにしているので、回転数に関係ない状態判定が可能になる。また、回転数から駆動電源周波数を算出し電磁振動成分を検出していることから、常時監視が可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１ ＲＦＩＤタグ
２ 振動加速度センサ
３ 増幅部
３１ チャージアンプ
３２ ローパスフィルタ
３３ 電圧増幅器
４ Ａ／Ｄ変換部
５ データ記憶部
６ 無線送受信部
７ 電源供給部
８ 振動監視部
８１ 送受信部
８２ 周波数分析部
８３ 演算部
８４ 表示部
８３１ 回転数判定部
８３２ 状態判定部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転機の直交する２方向の振動をそれぞれ個別に検出する振動加速度センサと、
前記振動加速度センサから前記振動の検出結果として出力されたアナログ信号を増幅する増幅部と、
前記増幅部により増幅されたアナログ信号をデジタル変換するＡ／Ｄ変換部と、
前記Ａ／Ｄ変換部により変換されたデジタル信号を周波数分析し、該周波数分析の結果として前記振動の周波数分析データを出力する周波数分析部と、
前記周波数分析部から出力された周波数分析データに基づいて前記回転機の回転数を判定する回転数判定部と、
前記回転数判定部により判定された回転数に基づいて、前記回転機の振動の状態判定を行う状態判定部とを備え、
前記回転数判定部は、
前記振動の周波数分析データから検知される周波数のうち、前記回転機の最大回転周波数の２以上である整数倍の周波数以下で、かつ、ピーク振幅の大きさの順番が所定の順番までに含まれる複数の周波数に基づいて、前記回転機の回転数を判定することを特徴とする振動監視装置。
【請求項２】
請求項１に記載の振動監視装置において、
前記回転数判定部は、連続して２回以上前記周波数分析部から出力された前記周波数分析データに基づいて、前記回転機の回転数を判定することを特徴とする振動監視装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の振動監視装置において、
前記回転数判定部で前記振動の周波数分析データから検知される前記ピーク振幅は、該ピーク振幅の周波数における予め定められた第１の前後所定周波数間の振幅の２乗和平方根に対し、該第１の前後所定周波数間よりも狭い予め定められた第２の前後所定周波数間の振幅の２乗和平方根が占有する割合が、予め定められた所定値以上であることを特徴とする振動監視装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１項に記載の振動監視装置において、
前記回転数判定部は、前記ピーク振幅を示す周波数の１／２倍および２倍の周波数におけるピーク振幅を検出し、該検出したピーク振幅の周波数の中で最も低い周波数を、前記回転機の回転周波数として算出することを特徴とする振動監視装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１項に記載の振動監視装置において、
前記状態判定部は、前記回転機の最大回転数を前記回転数判定部により判定された回転数で除算した後に２乗した係数を、前記判定された回転数の振動値に乗算した値を、前記最大回転数の振動値として算出することを特徴とする振動監視装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１項に記載の振動監視装置において、
前記状態判定部は、回転周波数と前記回転機の極数との関係から求めた駆動電源周波数の２倍成分の振動値を、電磁振動成分の振動値として算出することを特徴とする振動監視装置。
【請求項７】
振動監視装置が行う回転機の振動監視方法であって、
振動加速度センサによりそれぞれ個別に検出された回転機の直交する２方向の振動を示すデジタル信号を、周波数分析を行い、該周波数分析の結果として前記振動の周波数分析データを出力する周波数分析ステップと、
前記周波数分析ステップにおいて出力された周波数分析データに基づいて前記回転機の回転数を判定する回転数判定ステップと、
前記回転数判定ステップにおいて判定された回転数に基づいて、前記回転機の振動の状態判定を行う状態判定ステップとを備えたことを特徴とする振動監視方法。
【請求項１】
回転機の直交する２方向の振動をそれぞれ個別に検出する振動加速度センサと、
前記振動加速度センサから前記振動の検出結果として出力されたアナログ信号を増幅する増幅部と、
前記増幅部により増幅されたアナログ信号をデジタル変換するＡ／Ｄ変換部と、
前記Ａ／Ｄ変換部により変換されたデジタル信号を周波数分析し、該周波数分析の結果として前記振動の周波数分析データを出力する周波数分析部と、
前記周波数分析部から出力された周波数分析データに基づいて前記回転機の回転数を判定する回転数判定部と、
前記回転数判定部により判定された回転数に基づいて、前記回転機の振動の状態判定を行う状態判定部とを備え、
前記回転数判定部は、
前記振動の周波数分析データから検知される周波数のうち、前記回転機の最大回転周波数の２以上である整数倍の周波数以下で、かつ、ピーク振幅の大きさの順番が所定の順番までに含まれる複数の周波数に基づいて、前記回転機の回転数を判定することを特徴とする振動監視装置。
【請求項２】
請求項１に記載の振動監視装置において、
前記回転数判定部は、連続して２回以上前記周波数分析部から出力された前記周波数分析データに基づいて、前記回転機の回転数を判定することを特徴とする振動監視装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の振動監視装置において、
前記回転数判定部で前記振動の周波数分析データから検知される前記ピーク振幅は、該ピーク振幅の周波数における予め定められた第１の前後所定周波数間の振幅の２乗和平方根に対し、該第１の前後所定周波数間よりも狭い予め定められた第２の前後所定周波数間の振幅の２乗和平方根が占有する割合が、予め定められた所定値以上であることを特徴とする振動監視装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１項に記載の振動監視装置において、
前記回転数判定部は、前記ピーク振幅を示す周波数の１／２倍および２倍の周波数におけるピーク振幅を検出し、該検出したピーク振幅の周波数の中で最も低い周波数を、前記回転機の回転周波数として算出することを特徴とする振動監視装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１項に記載の振動監視装置において、
前記状態判定部は、前記回転機の最大回転数を前記回転数判定部により判定された回転数で除算した後に２乗した係数を、前記判定された回転数の振動値に乗算した値を、前記最大回転数の振動値として算出することを特徴とする振動監視装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１項に記載の振動監視装置において、
前記状態判定部は、回転周波数と前記回転機の極数との関係から求めた駆動電源周波数の２倍成分の振動値を、電磁振動成分の振動値として算出することを特徴とする振動監視装置。
【請求項７】
振動監視装置が行う回転機の振動監視方法であって、
振動加速度センサによりそれぞれ個別に検出された回転機の直交する２方向の振動を示すデジタル信号を、周波数分析を行い、該周波数分析の結果として前記振動の周波数分析データを出力する周波数分析ステップと、
前記周波数分析ステップにおいて出力された周波数分析データに基づいて前記回転機の回転数を判定する回転数判定ステップと、
前記回転数判定ステップにおいて判定された回転数に基づいて、前記回転機の振動の状態判定を行う状態判定ステップとを備えたことを特徴とする振動監視方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−２１６９３８（Ｐ２０１０−２１６９３８Ａ）
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−６２９３７（Ｐ２００９−６２９３７）
【出願日】平成２１年３月１６日（２００９．３．１６）
【出願人】（５９１０８３２４４）富士電機システムズ株式会社 (1,717)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１６日（２００９．３．１６）
【出願人】（５９１０８３２４４）富士電機システムズ株式会社 (1,717)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]