(57)【要約】      （修正有）【課題】特に隣接する大きな騒音に囲まれた中で機械の衝撃事象を判定する上での問題を解決し、大量のデータ記憶域を必要とする問題を解決し、且つ高周波成分と付随する機械の衝撃事象の消失を生じる信号処理上の問題を解決する装置及び方法。【解決手段】変換器を用いて機械をモニタリングする段階と、前記電気信号をサンプリングしてデジタル化信号にする段階と、取得された前記デジタル化信号の最大値及び最小値を、前記電気信号がサンプリングされた回転要素の相関付けられた所定の回転角度によって定められる位置を有する複数のデジタルパケットの各々に対して求めることによって、複数のデジタルパケットに変換し、最大及び最大デジタルパケットとこれらの回転角度のみを格納する段階と、前記複数の最大及び最小デジタルパケットの値及びこれらの回転角度と、既知の値とを比較する段階と、前記比較段階に基づき衝撃事象を判定する段階と、を含む。【選択図】図２
2011027744.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械の状態に対して相関性のある機械の衝撃事象を判定する方法であって、
機械の状態に対して相関性のある電気信号を出力する少なくとも１つの変換器（２０）を用いて機械をモニタリングする段階と、
前記電気信号をサンプリングしてデジタル化信号にする段階と、
機械の回転要素の所定の回転角度に対して相関性のあるサンプリング範囲にわたり取得された前記デジタル化信号の最大値及び最小値を、前記電気信号がサンプリングされた回転要素の相関付けられた所定の回転角度によって定められる位置を有する複数のデジタルパケットの各々に対して求めることによって、前記デジタル化信号を前記複数のデジタルパケットに変換し、最大及び最大デジタルパケットとこれらの回転角度のみを格納する段階と、
格納された前記複数の最大及び最小デジタルパケットの値及びこれらの回転角度と、既知の値とを比較する段階と、
前記比較段階に基づき衝撃事象を判定する段階と、
を含む方法。
【請求項２】
前記比較段階の基準によって保証されたものとして各判定された衝撃事象に対して警報を出す段階を更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
フィルタ処理されたデジタル化信号を定めるために、前記変換段階の前に前記デジタル化信号をフィルタ処理する段階を更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記フィルタ処理済みのデジタル化信号から変換された前記複数のデジタルパケットを保存してデジタル波形にし、コンピュータ上に前記デジタル波形を表示し、前記表示されたデジタル波形を少なくとも１つの既知の表示された波形と比較して、前記比較段階に基づき衝撃事象を判定する段階を更に含む請求項３に記載の方法。
【請求項５】
機械の保護に対して保証されたものとして各決定された衝撃事象に対し警報を出す段階を更に含む請求項４に記載の方法。
【請求項６】
機械の保護に対して保証されたものとして各決定された衝撃事象に対しプラント要員へ通報する手段を更に含む請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記モニタリングする段階が、回転機械の状態に対して相関性のある電気信号を出力する少なくとも１つの加速度変換器を用いて回転機械の振動をモニタリングする段階を含む請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記変換段階が、他の機械事象に対する事象相関付けを可能とする事象タイミングを求める際に使用するために、各々が回転機械の回転要素の回転位置である前記位置を有し、且つ事象の相対的大きさを維持して該相対的大きさを過去の記録と履歴的に比較可能となるようにするために、各々が前記最大値及び最小値を有する前記複数のデジタルパケットに前記デジタル化信号を変換する段階を含む
請求項７に記載の方法。
【請求項９】
モニタリングする段階が、往復式機械の状態に対して相関性のある電気信号を出力する少なくとも１つの加速度変換器を用いて往復式機械の振動をモニタリングする段階を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記変換段階が、他の機械事象に対する事象相関付けを可能とする事象タイミングの決定に使用するために、各々が往復式機械のストローク位置である前記位置を有し、且つ事象の相対的大きさを維持して該相対的大きさを過去の記録と履歴的に比較可能となるようにするために、各々が前記最大値と最小値を有する前記複数のデジタルパケットに前記デジタル化信号を変換する段階を含む請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的に、資産モニタリングの信号処理システムに関し、具体的には、回転機械及び往復機械などの資産の衝撃事象をモニタリングする衝撃モニタリングシステム、方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
機械の運転は、機械運動、軸受表面上に作用する力、並びに流体及びガスが流れるプロセスの結果として生じる特有の音を引き起こす。これらの音は、機械内でのエネルギー消費の結果である。従って、衝撃事象という用語は、部品の緩み、過大間隙、部品固着、不慮の金属間接触、及び他の事象が、機械内で生じ得る多数の破壊的事象を引き起こすことに由来して使用される。これらの事象は、機械的な問題を示す打音、衝撃音、金属音をもたらす。従ってこれらの音は、機械がハンマーで打撃されものと同様の衝撃特性がある。
【０００３】
これまでは、これらの音が正常か異常であるかの判定は、人間の耳での聴き取り、及び現在の音と過去の記憶された音との比較によって行われた。人間の耳は、広い周波数領域の音を検出し、相対的な大きさを検出し、音のパターン又は音のパターンの異常を識別することが極めて得意である。しかしながら、耳は、隣接する大きな騒音に囲まれた中で、特に低レベルの音を識別するのがとりわけ困難である。
【０００４】
技術により、例えば機械の機械ケーシングの加速度又は速度を検出する慣性センサの使用により、又は機械に近接して音圧を検出するマイクロフォンの使用によって機械の運転音を検出して、人間の耳の不整合を排除することが可能となった。システムは、これらのセンサを使用して、人間の耳では検知できない音、特に隣接する大きな騒音に囲まれた中で低レベルの音を検知し且つ記録することができる。
【０００５】
しかしながら、音を連続的にサンプリングして放射される完全な周波数領域を検出し、これらを機械の完全な周期にわたり比較して、比較のための履歴を保持するには、膨大な量のデータ記憶域を必要とするという問題がある。履歴データと比較を行うのに十分なデータを有する周期的な音のサンプルを採取するだけでも大量の記憶域を必要とする。
【０００６】
正常時に騒音的な運転を示す機械の１つの具体的な実施例は往復式圧縮機であり、これは典型的には、圧縮機で問題が生じていることを示す大きな衝撃事象を検知するために、クロスヘッド上の加速度計とクランクケース上の速度センサの設置を含む。これらの事象を検出するには、検出レベルは圧縮機の正常運転レベルより上に設定すべきである。正常運転レベルより上に設定された検出レベルを用いると、新たに生起している問題の識別は、動的な波形データを観察してより低レベルの衝撃事象を識別し、これを圧縮機運転に相関付けて推定原因を判定しようとすることによって行われる。
【０００７】
しかしながら、加速度波形は有意な高周波成分を有し、その結果、全周期の波形が波形のエリアジングを発生させるのに十分な低いサンプリングレートで観測された場合には、高周波部分及びこれに付随する衝撃事象が消失する可能性があるので、この方法には問題がある。一方、高周波成分を見るためにサンプリングレートが増大した場合には、全周期を見ることはできなくなり、周期の極めて最初の部分だけを見ることができる。これらの双方の場合において、波形を観察する際に衝撃事象を見逃す可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭60-18729号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、特に隣接する大きな騒音に囲まれた中で機械の衝撃事象を判定する上での問題を解決し、大量のデータ記憶域を必要とする問題を解決し、且つ高周波成分と付随する機械の衝撃事象の消失を生じる信号処理上の問題を解決する装置及び方法に対するニーズがある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、公知の先行技術より優れた複数の方法で特徴付けられる。１つは、本発明の１つの実施形態は、資産の衝撃事象の位置を求めることによって特に隣接する大きな騒音に囲まれた機械の衝撃事象を判定し、他の機械事象（吸入弁及び排気弁の作動、ロッド逆転等のような）に対する事象相関付けを可能とする事象タイミングを求め、事象の相対的大きさが過去の記録と履歴的に比較可能となるように該事象の相対的大きさを求めるためのシステム、装置及び方法を提供する。加えて本発明の１つの実施形態は、大量のデータ記憶域を必要とする問題を解決するためのデータ圧縮の装置及び方法を提供する。更に、本発明の１つの実施形態は、信号処理中の機械の衝撃事象を保持するための装置及び方法を提供する。
【００１１】
本発明の１つの実施形態では、機械の状態に対して相関性のある機械の衝撃事象を判定する方法は、機械の状態に対して相関性のある電気的信号を出力する少なくとも１つの変換器を用いて機械をモニタリングする段階と、電気的信号をサンプリングしてデジタル化信号にする段階と、機械の回転要素の所定の回転角度に対して相関性のあるサンプリング範囲にわたり取得されたデジタル化信号の最大値及び最小値を、電気信号がサンプリングされた回転要素の相関付けられた所定の回転角度によって定められる位置を有する複数のデジタルパケットの各々に対して求めることによって、デジタル化信号を複数のデジタルパケットに変換する段階と、複数のデジタルパケットの値と既知の値とを比較する段階と、比較段階に基づいて機械の衝撃事象を判定する段階とを含む。上記方法は、変換段階の前にデジタル化信号をフィルタ処理する段階を更に含むことができる。上記方法は、比較段階の基準によって保証されたものとして各衝撃事象に対して警報を出す段階を更に含む。
【００１２】
本発明の他の実施形態では、機械をモニタリングする変換器によって出力された電気信号から機械の衝撃事象を判定する装置は、電気信号をサンプリングしてデジタル化しデジタル化電気信号にするために変換器に動作可能に接続されたアナログデジタル変換器と、デジタル化電気信号を受け取り、各々が機械の回転要素の所定の回転角度に対して相関付けられたサンプリング範囲わたり取得された最大値及び最小値を有し且つ各々が電気信号がサンプリングされた回転要素の相関付けられた所定の回転角度によって定められる位置を有する複数のデジタルパケットへデジタル化電気信号を変換する手段を含む、サンプリング装置に動作可能に接続されたプロセッサとから構成され、プロセッサは更に、複数のデジタルパケットの複数の最大値及び最小値とこれらのそれぞれの位置を既知の値と比較する手段と、比較段階に基づき衝撃事象を判定する手段とを含む。上記方法は更に、デジタル化電気信号を前記複数のデジタルパケットに変換する前に、デジタル化電気信号をフィルタ処理するための、プロセッサに動作可能に接続されたフィルタを含むことができる。上記方法は更に、機械を保護するために保証されたものとして、各決定された各衝撃に対して警報を出すために前記プロセッサに動作可能に接続された警報装置を含むことができ、該警報装置は、機械を保護するために保証されたものとして、決定された各衝撃をプラント要員へ報知する手段を含むことができる。
【００１３】
本発明の他の実施形態では、システムは、物理的資産パラメータを計測して資産状態に対して相関性のある電気信号を出力するために資産に動作可能に接続された少なくとも１つの変換器と、電気信号をサンプリングしてデジタル化しデジタル化電気信号にするために変換器に動作可能に接続されたサンプリング装置と、デジタル化電気信号を受け取り、各々が資産の運動要素の所定の移動の程度を有するサンプリング範囲にわたり取得された最大値及び最小値を有し且つ各々が電気信号がサンプリングされた運動要素の所定の移動の程度によって定められた位置を有する複数のデジタルパケットにデジタル化電気信号を変換するためにサンプリング装置に動作可能に接続された第１のプロセッサと、第１のプロセッサに動作可能に接続されて、複数のデジタルパケット及びこれらのそれぞれの位置を既知の値と比較するための手段と該比較段階に基づいて機械の衝撃事象を判定する手段とを含む第２のプロセッサとから構成される。
【００１４】
更に、このように本発明を要約してきたが、上記及び本明細書の冒頭の請求項で述べる本特許の技術的範囲並びに公正に意図するものから逸脱することなく多数の変形及び適合を行使することができることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】衝撃モニタリングシステムの機能ブロック図。
【図２】衝撃モニタリング方法の一般的なフローチャート。
【図３】毎秒２６２，１００サンプルのベースラインサンプリングレートでサンプリングされた２つの変換器からの２つの信号を電圧値対クランク角度（度）でプロットしたグラフ。
【図４】毎秒６４，０００サンプルでサンプリングされた２つの変換器からの２つの信号を電圧値対クランク角度（度）でプロットしたグラフ。
【図５】図４に示す回転当たり６４，０００サンプルの２つのプロットの各々から７２０サンプルを採取して得られた２つの７２０点サンプルのプロットのグラフ図。
【図６】図３に示す回転当たり２６２，１００サンプルの２つのプロットの各々を変換する衝撃モニタリングシステムの結果から採取された７２０サンプルによって得られた２つの７２０点サンプルのプロットのグラフ図。
【図７】図４に示す６４，０００サンプルデータのプロット上に図５に示すサンプル採取データプロットを重ねた状態で回転角度２７０度から３００度までのデータを抽出したグラフ。
【図８】図４に示す６４，０００サンプルデータのプロット上に図６に示す変換されたデータのプロットを重ねた状態で回転角度２７０度から３００度までのデータを抽出したグラフ。
【図９】図４に示す６４，０００サンプルデータプロット無しで、図６に示す変換されたデータのプロットを回転角度２７０度から３００度までのデータを抽出したグラフ。
【図１０】図４に示す６４，０００サンプルデータのプロットを１ｋＨｚローパスフィルタを介して通過させて得られた２つのプロットのグラフ。
【図１１】１ｋＨｚローパスフィルタ通過した回転当たり６４，０００サンプルの２つのプロットの各々から７２０サンプルを採取することにより得られた２つの７２０点サンプルのプロットグラフ。
【図１２】１ｋＨｚのローパスフィルタを通過させた回転当たり２６２，１００サンプルの２つの各々を変換する衝撃モニタリングシステムからの２つの結果の各々から７２０のサンプルを採取することによって得られた、５０度付近のデータは、サンプル抽出法におけるよりも良好に保存されたものとなっている２つの７２０点サンプルのプロットのグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
同じ参照番号が種々の図面の図全体を通じて同じ部品を示す各図面を考察すると、参照番号１０は、例えば、回転機械及び／又は往復機械の形態の資産の衝撃事象を判定するための衝撃モニタリングシステム、装置、及び方法を示す。
【００１７】
本質的には、各図面を参照すると、本発明の実施形態は、機械の状態に対して相関性のある変換器計測データを、受け取り、デジタル化し、変換し、圧縮し、保存し、送信し、且つ表示するシステム１０、装置及び方法を提供し、ここでは計測データは、少なくとも１つの変換器２０によって連続的に感知されて、モニタ３０及びコンピュータモニタリングシステム１００によってデジタル化され、変換され、圧縮され、且つ表示され、例えば、他の既知の大きさ又は他の機械の計測値に対する相対的大きさを比較、及び／又は自己履歴に対して（例えば、強度が向上したか又は低下したか）比較して新たに生起している問題を識別することにより機械の衝撃事象を判定し、これらを機械運転に相関付けて推定原因を求めて、ある事前対応措置を策定して問題を軽減する。システム１０はまた、他の機械事象（吸入弁及び吐出弁の動作、ロッド逆転等などのような）に対する事象相関付けを可能とする事象タイミングを求め、事象の相対的大きさを求めて、該相対的大きさを過去の記録と履歴的に比較できるようにする。
【００１８】
より具体的には、図１を参照すると、システム１０の１つの実施形態は、サンプリング／デジタル化装置又はアナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器４０を含むモニタ３０と、処理装置５０と、関連メモリ６０とから構成される。アナログデジタル変換器４０は、接続部２２を介して少なくとも１つの変換器２０に動作可能に接続されており、同様に接続部４２を介して処理装置５０に動作可能に接続されている。次に、処理装置５０は、以下に説明する関連メモリ６０に動作可能に接続され、且つ最大最小（ＭＡＸ／ＭＩＮ）変換手段７０及びフィルタ手段７２を含む。
各変換器２０、２４は、サイズモ型又は慣性型変換器の形態を取ることが可能であり、該変換器は、例えば、機械からの軸受ハウジング、ケーシング、又は構造物の振動計測値を測定して各々が機械の状態を示すアナログ変換器計測値又はアナログ電気信号を出力する機械Ｍのような資産に動作可能に接続されている。サイズモ型変換器は当該技術分野では良く知られており、速度変換器及び加速度変換器などの広範な種類のサイズモ型変換器は、１６３１ＢｅｎｔｌｙＰａｒｋｗａｙ Ｓｏｕｔｈ，Ｍｉｎｄｅｎ，Ｎｅｖａｄａ，ＵＳＡ８９４２３に所在のＢｅｎｔｌｙＮｅｖａｄａ，ＬＬＣによって製造されている。
【００１９】
少なくとも１つの変換器２０は、接続部２２を介してアナログデジタル変換器４０に動作可能に接続されており、該変換器４０は、少なくとも１つの変換器２０からの資産又は機械の状態を示すアナログ信号を受け取り、サンプリングし、デジタル化して、該デジタル化信号を接続部４２を介して処理装置５０へ送信する。処理装置５０は、アナログ信号を例えば既知のサンプリングレートでサンプリングするためにアナログデジタル変換器４０に制御信号を供給することができる。加えて、処理装置５０は、１つ又はそれ以上のデジタル信号処理プロセッサ（ＤＳＰ）５０及び関連メモリ６０などの各々が関連メモリを有する、１つ又はそれ以上のプロセッサから構成することができる。
【００２０】
処理装置５０は、接続部４２を介してアナログデジタル変換器４０から出力されたデジタル化信号を受け取り、次いで、好ましくはフィルタ７２を用いてサンプリングされた波形を、例えばバターワースフィルタなどのローパスフィルタによりフィルタ処理し、次いで、処理手段は、最大／最小変換手段７０を使用して複数の最大及び最小サンプル又はデジタルパケットを求め、資産の回転要素が所定の回転角度を回転する間に取得されたフィルタ処理済みデジタル信号の複数のサンプルからの最大値及び最小値を各々が含み、複数のデジタルパケットの各々に対する位置と最大値及び最小値を定め、各デジタルパケットの位置は回転要素の所定の各回転角度によって定められ、これにより、少なくとも１つの変換器２０によって出力されたアナログ信号を、各々が固有の識別位置を有する複数の最大及び最小サンプル又はデジタルパケットに変換する。
【００２１】
次いで更に、システム１０は、各デジタルパケット及びその関連する位置の各最大値及び最小値を好ましくは連続的にメモリ６０内に単に格納する（例えば、各所定の回転角度当たりの最大値を最初に格納し次いで最小値を格納する）ことによって、変換器２０によって出力されたアナログ信号を圧縮し、固有の位置又は所定の回転角度と関連する最大値及び最小値の波形を定める。モニタ３０を用いて、過去の既知の値に対する最大値及び最小値と位置を比較して、例えば、特定の位置において過去の既知の値に基づく所定の基準に一致するか又は上回る最大値及び／又は最小値を有するなどの比較段階に基づいて衝撃事象を判定することができる。
【００２２】
更に、本発明の１つの実施形態において、図１は、モニタ３０がまた、処理装置５０及び関連メモリ６０が接続部８２（データバス）、接続部８４（アドレスバス）、及び接続部８６（制御配線）を介して互いに且つ制御装置８０に接続されるように処理装置５０に動作可能に接続されたコントローラ又はマイクロコントローラ８０を含むことができることが示されている。モニタリングシステム３０、従ってＭＡＸ／ＭＩＮ変換手段７０とフィルタ７２を含むプロセッサ５０は、マイクロコントローラ８０又は他の外部コンピュータを介してプログラムすることができる。
【００２３】
加えて、本発明の１つの実施形態では、システム１０は更に、モニタリングシステム３０に接続部１０２を介して動作可能に接続されたコンピュータ制御状態モニタ１００から構成される。コンピュータ制御状態モニタ１００は、ラップトップ型、ノートブック型、デスクトップ型、ネットワーク型、及び／又は分散型コンピュータ又は同様のものとすることができる。コンピュータ制御状態モニタ１００は一般に、プロセッサ、メモリ及び記憶媒体から構成される処理及び記憶手段又は装置上で動作するソフトウエアから構成される。処理装置及び記憶装置１０４は、選択又はマウス装置１０６及び／又はキーボード１０８などの少なくとも１つの入力装置と、ディスプレイ１１２を含むグラフィカルユーザインターフェイス１１０に動作可能に接続される。ユーザと、処理及び記憶装置１０４と、モニタ３０との間の通信は、グラフィカルユーザインターフェイス１１０を介して行われ、その結果、コンピュータ制御状態モニタ１００は、定められた最大値及び最小値波形を既知の波形及び／又は基準値と共に表示し且つ比較して、コンピュータ制御状態モニタ１００によって視覚的又は計算的に行うことができる比較段階に基づいて任意の衝撃事象を判定するために使用することができる。
【００２４】
コンピュータ制御状態モニタ１００及びモニタ３０は、接続部１０２を介して双方向通信を提供し、従って、とりわけ変換器２０から発生し、モニタ３０によって変換され、且つコンピュータ制御状態モニタ１００へ表示するために送信されたデジタル化アナログ電気信号を通信するための手段と、定められた最大値及び最小値波形を既知の波形と比較する目的で表示する手段と、既知の波形上の同一位置に対する所定の基準に一致するか又は上回るある位置での最大値及び／又は最小値を有することによるなどの比較段階に基づいて衝撃事象を判定する手段を提供するようにプログラムすることが可能である。このようにして、衝撃事象はシステム１０によって視覚的又は計算的に求めることができる。
【００２５】
モニタ３０は更に、接続部９１を介してコントローラ８０に、接続部９２を介して処理装置５０に、及び／又は接続部１０２を介してコンピュータ制御状態モニタ１００に動作可能に接続されたデジタルアナログ変換器９０を含むことができ、例えば、リレー出力、−２０ｍＡ出力のような電流出力、プロセッサ又はモニタと他の外部プラットフォームとの間の通信リンクなどの物理的出力装置９４との接続部９３を介した情報の送受を行う手段と、とりわけ、求められた衝撃事象に基づく警報９６を発生し、該警報を使用して少なくとも１つの変換器２０によってモニタリングされている機械Ｍを自動的に停止させ、及び／又は機械的問題をオペレータ及び他のプラント要員へ自動的に報知する手段を提供する。
【００２６】
１つ又はそれ以上の電源９８は、変換器２０、２４、モニタ３０、物理的出力装置９４、及び／又はコンピュータ制御状態モニタ１００に任意の必要な電力を供給するように動作可能に接続されている。
【００２７】
図１と組み合わせて図２を参照し、且つ上記に説明した観点から見ると、機械の状態に対して相関性のある機械の衝撃事象を判定するための本発明の１つの方法の実施形態は、１）少なくとも１つの変換器を用いて機械をモニタリングして機械の状態に対して相関性のある電気信号を出力する段階と、２）電気信号をサンプリングしてデジタル信号にする段階と、３）機械の回転要素の所定の回転角度と相関するサンプリング範囲にわたり取得されたデジタル信号の最大値と最小値を、電気信号がサンプリングされた回転要素の相関付けられた所定の回転角度によって定められた位置を有する複数のデジタルパケットの各々に対して求めることによりデジタル化信号を複数のデジタルパケットへ変換して、アナログ変換器測定値を各々が固有の位置を有する複数のデジタルパケットに変換して圧縮する段階と、４）複数のデジタルパケットの値を既知の値と比較する段階と、５）機械保護のために比較段階に基づき衝撃事象を判定する段階とを含む。
【００２８】
上記方法の上記段階は更に、以下の任意の１つ又はそれ以上の段階から構成することが可能であり、段階１は、機械の状態に対して相関性のある電気信号を出力する少なくとも１つの変換器を備える往復又は回転機械の振動をモニタリングする段階を更に含むことができ、段階２は、電気信号を既知のサンプリングレートでサンプリングし且つデジタル化してデジタル化振動信号とする段階を更に含むことができ、段階３は、デジタル信号プロセッサと関連メモリを使用して、デジタル化振動信号をフィルタ処理して、次いで機械の回転要素の所定の回転角度と相関するサンプリング範囲にわたり取得されたフィルタ処理済みデジタル化振動信号の最大値と最小値とを電気信号がサンプリングされた回転要素の相関付けられた所定の回転角度によって定められた位置を有する複数のデジタルパケットの各々に対して求めることにより、デジタル化振動信号を複数のデジタルパケットに変換して、アナログ変換器測定値又は出力を比較段階に基づいて衝撃事象を識別する際に使用するための固有の位置を各々が有する複数のデジタルパケットに変換し圧縮する段階を更に含むことができ、段階３は更に、各固有の所定回転角度に対する最大値／最小値の波形を定めるために、複数のデジタルパケットの各々とその関連位置、例えば各所定の回転角度当たりの最大値を最初に格納し次いで最小値を連続的に格納する段階を含み、段階４は、視覚的又は計算的に衝撃事象を判定するために、比較用に定められた波形を既知の波形と共に表示し、既知の波形に基づく所定基準に一致するか又は上回る最大値及び最小値を有することによるなどの比較段階に基づいて任意の衝撃事象を判定する段階を更に含み、段階５は、特定の位置における最大値及び最小値を過去の既知の値と比較する比較段階に基づき決定された衝撃事象に基づいて警報を発生し、該警報を使用して変換器によってモニタリングされている機械を自動的に停止させ、及び／又は機械的問題をオペレータ及び他のプラント要員へ自動的に報知する段階を更に含むことができる。
【００２９】
システム１０（装置及び方法）と上記に説明した問題点のシステム１０による解決法を更に説明するために具体的な実施例を以下に述べる。
【００３０】
例証を用いて解決方法を説明するために、水素圧縮機のクロスヘッド及びバルブカバーから、水素圧縮機資産Ｍに接続された変換器２０、２２のような加速度計を使用してデータが取られた。データは、これらの場所から毎秒２６２．１ｋサンプルのサンプリングレートで集積された。機械は２７６ｒｐｍで運転したので、１回転では、
(262.1ksamples/sec)/276rpm=262100*60samples/276rev=56980samples/rev
となる。
【００３１】
このデータは絶対的に真と考えられ、指導原理又はシステムのベースラインとして使用された。図３は、スロー数２の１回転に対するベースラインデータのグラフ図を示す。グラフ上の２つのプロットは、クロスヘッド上と吸入弁上の加速度計のデータを表わす。具体的には、図３は、毎秒２６２，１００サンプルのベースラインサンプリングレート又は１回転当たり５６，９８０サンプルでサンプリングされ、電圧値とクランク角度（度）でプロットされたそれぞれの変換器２０、２４からの２つの信号の２つのプロット１２０、１２２を示している。図３のグラフ上の２つのプロット１２０，１２２は、夫々水素圧縮機Ｍのクロスヘッド上と吸入バルブ上の加速度計データを表わす。
【００３２】
一般的に使用されるモニタリングシステムのデータサンプリングレートは毎秒６４，０００サンプルであり、ベースラインデータは毎秒６４，０００サンプルより高速度でサンプリングされていることを認識すると、未処理のアナログサンプルをこの一般的なモニタが処理し得るであろうデジタルサンプルで示すには、入力データを大量に破棄しなければならない結果となる。このデータは図４に示すプロットになる。
【００３３】
具体的には、図４は、２つのそれぞれの変換器２０、２４からの２つの信号の２つのプロット１２４、１２６のグラフ表示であり、毎秒６４，０００サンプルでサンプリングされ、電圧値とクランク角度（度）でプロットされている。図３との比較において図４から、このサンプリングレートでさえも、−７．５ボルトと−９．５ボルト近辺の大きさが大きいデータの幾つかは、毎秒６４，０００サンプルのデータでは示されていないことが分かる。
【００３４】
クランクシャフトの各回転に対して全てのサンプルをプロット可能である場合には、図４のプロットは得ようとしているものであり、モニタがクランクシャフトの１回転に対して各Ａ／Ｄサンプルを保存可能である場合に、この一般的モニタが実施可能な最良のものを表わしている。しかしながら、これを実施するには、モニタには１３，９１３点の波形に対応することが必要となる。
【００３５】
対照的に、往復式圧縮機適用における他の計測点から一般的に得られたデータは、回転当たり３６０点又は７２０点で設定される。７２０点の設定では、波形は、全体の７２０点に対してクランクシャフトの回転角度の１／２毎にサンプルを採取することによって集積される。従って、上記サイクルに対して７２０点が戻ることだけを認める場合には、回転当たり６４，０００サンプルから７２０点のサンプルを採取することによって、これをシミュレートすることができ、図５に示す波形が得られることになる。
【００３６】
図５は、図４に示す回転当たり６４，０００サンプルの２つのプロット１２４、１２６の各々から７２０サンプルを採取することによりそれぞれ得られた、２つの７２０点サンプルのプロット１２８，１３０のグラフ図である。理解されるように、データサンプリングレートは、データにエリアジングを生じる結果、原波形と成分が、極度に変化している。衝撃事象を圧縮機における運転事象へ相関付ける機能を有することが要求される。２つのプロットを比較することによって、ピークの大きさが変化し且つ波形の大半の形が消失していることが分かる。これは、主としてサンプリングのエリアジング作用に起因する。このプロットからでは、実際の衝撃事象であるもの及びエリアジングが事象の影響を与えている時点を判断するのは困難である。このプロットは、データの形状を適切に記述するには１回転でのアナログの全てをデジタルベースラインサンプルにするほど十分なサンプルを考慮しなければならないといった発明者らの結論を強調している。
【００３７】
発明者らの目的は、衝撃事象の大きさと位置を求めることであるが、それでもわずかに７２０点のデータのような縮小されたデータ点のセットでデータを表すことができる点に留意されたい。従って、１つの態様では、本発明は、情報を保存し、全ベースラインサンプルのような十分なサンプルを調べるプロセスを実行し、クランクシャフトの各回転角度（又はその一部）に対して最大値及び最小値を決定し、これを記録する方法を含む。これにより、変調の最高点及び最低点を１度の分解能（又はその分数）に対してまで得られ、従って１度以内（又はその分数）までの位置及び衝撃事象の大きさを正確に評価することができる。次いで、このデータは、モニタ３０及び／又はコンピュータ１００のメモリ内の波形ファイルに交互に格納（例えば、最初に最大値を格納し次に最小値を格納）され、結果として圧縮された７２０点データファイルが得られる。次に、この結果は、往復式圧縮機プロット群内で使用される他の回転当たり７２０点波形などと比較するために他の波形と同様の方法でプロットすることができる。図６に結果として得られたプロットを示す。
【００３８】
具体的には、図６は、図３に示す回転当たり２６２，１００サンプルの２つのプロットの各々を変換する衝撃モニタリングシステムの結果から採取された７２０のサンプルによって得られた２つの７２０点サンプルプロットのグラフ図を示す。即ち、システム１０は、例えば全てのベースラインサンプルを使用して、各クランクシャフト回転角度（又はその分数）について複数の最大及び最小のサンプル又はデジタルパケットを取得するために最大値及び最小値を求め、次にこれらを記録して、図６に示すようなサイクル内の衝撃データ位置又は衝撃事象として保存される変調包絡線が得られる。従って、各最大及び最小サンプルパケットは、回転要素の各所定の回転角度によって定められた固有の位置を含み、これによりシステム１０は、アナログ変換器測定値を各々が固有の位置を有する複数の最大及び最小サンプルパケットに変換し、次いで、最大及び最小サンプルパケットとこれらの関連位置だけを連続的に格納（例えば、最初に最大値を格納し次に最小値を格納）することにより、アナログ変換器測定値を継続的に圧縮して、各固有の所定の回転角度についての最大及び最小値の波形を定めて、この最大／最小値を過去の既知の値と比較するなど更に分析をして、例えば過去の既知の値に基づく所定の基準に一致するか又は上回る最大及び最小を有することによる比較段階に基づいて衝撃事象を判定する。加えて、本発明の１つの実施形態では、システム１０は更に、比較用に定められた波形を既知の波形と共に表示して、既知の波形に基づく所定基準に一致するか又は上回る最大値及び最小値を有することによるなどの比較段階に基づいて任意の衝撃事象を判定するモニタリングシステム３０に動作可能に接続されたコンピュータ制御状態モニタ１００から構成される。従って、衝撃事象は、コンピュータ制御状態モニタ１００及びモニタ３０によって視覚的及び／又は計算的に判定することができる。
【００３９】
図７は、図４に示す６４，０００サンプルデータのプロット１２４、１２６上に図５に示すサンプル採取データプロット１２８、１３０を重ねた状態で回転角度２７０度から３００度までのデータを抽出して示すことによって本発明の１つの実施形態をより理解するためのグラフである。
【００４０】
図８は、図４に示す６４，０００サンプルデータのプロット１２４、１２６上に図６に示す変換されたデータプロット１３２、１３４を重ねた状態で回転角度２７０度から３００度までのデータを抽出して示すことによって本発明の１つの実施形態をより理解するためのグラフである。各回転角度に対する最大値及び最小値は、図９に示すプロット内に反映されている。
【００４１】
具体的には、図９は、図６に示す変換されたデータプロット１３２、１３４を、図４に示す６４，０００サンプルデータのプロット１２４、１２６無しに回転角度２７０度から３００度までのデータを抽出して示すグラフであり、これにより図４に示す６４，０００サンプルデータのプロット１２４、１２６を除外することによって、図８でプロットされた交互する最大値及び最小値がより明確に示されている。
【００４２】
資産の衝撃事象を判定するための本発明の１つの方法実施形態は、機械管理の措置を取ることができるように衝撃の原因を識別することである。高周波信号の大半が、配管、バルブ及びシリンダー内を通過するプロセス流の音響雑音として発生する。高周波信号は、ケーシングを介して伝達され、バルブリーク、絞り、又は金属間摩擦に関する価値ある情報を提供することができる。自然共鳴を励起する衝撃事象は、低周波で発生し、高周波音響騒音によって隠される可能性がある。１つの方法は、フィルタ処理された波形内で衝撃事象を調べる方法である。共鳴周波数は数百ヘルツ領域で発生するので、データを１ｋＨｚの遮断周波数でフィルタ処理すると、音響信号はフィルタ除外されて、衝撃事象の位置を特定し易くなるはずである。
【００４３】
図１０を参照すると、図４に示したのと同一の６４，０００サンプルデータのプロットを１ｋＨｚのローパスフィルタ（バターワース）を介して通過させて得られた２つのプロットのグラフを示す。図１１を参照すると、１ｋＨｚのローパスフィルタを通過した回転当たり６４，０００のサンプルの２つの各々から７２０のサンプルを採取することによって得られた、２つの７２０点サンプルのプロットのグラフを示している。図１０及び図１１を参照すると、幾つかの事象はフィルタ処理後の波形内に保持されているように見えるが、モニタにおいて現在行われた７２０サンプル抽出をこのデータに対して適用する際には、プロットは回転角度５０度付近でプロット間（クロスヘッド曲線）での差異を示すことが分かる。
【００４４】
図１２を参照すると、グラフ図は、１ｋＨｚのローパスフィルタを通過させた回転当たり２６２，１００サンプルの２つの各々を変換する衝撃モニタリングシステムからの２つの結果の各々から７２０のサンプルを採取することによって得られた、２つの７２０点サンプルのプロットを示しており、結果として、５０度付近のデータは、サンプル抽出法におけるよりも良好に保存されたものとなっている。
【００４５】
周波数成分か低い故に、フィルタ処理していない信号を調べたときに比べてエリアジングはかなり少ない。
【００４６】
従って、最大／最小変換は、既存の往復式圧縮機のデータ表現についての既存の波形データ形式の範囲内に適合し、良好な変調表示が得られ、これにより最大／最小プロットと往復式圧縮機プロット群内に含まれる他のプロットとの間の相関関係を与えるのに必要とされる分解能での事象検出が可能になる。
【００４７】
上記の実施例で使用された典型的なモニタリングシステムは、米国ネバダ州Ｍｉｎｄｅｎ所在のＢｅｎｔｌｙＮｅｖａｄａ、ＬＬＣによって製造販売されている３５００モニタリングシステムである。
【００４８】
使用及び運転中において、図面を参照すると、本発明の１つの実施形態は、回転及び／又は往復式機械或いは機械システムをモニタリングする機械保護システムで具現化することができる衝撃モニタリングシステム１０、装置及び方法を提供する。この実施形態では、システム１０は、機械をモニタリングして機械状態を示すアナログ信号をシステム１０へ出力するために回転又は往復式機械Ｍに動作可能に接続された少なくとも１つの変換器２０に動作可能に接続される。システム１０のモニタ３０は、出力されたアナログ信号を受け取り、サンプリングしてデジタル化してデジタル信号にするために少なくとも１つの変換器２０に動作可能に接続されたアナログデジタル変換器４０を含む。次いで、Ａ／Ｄ変換器４０は、プロセッサ５０に動作可能に接続され、該プロセッサ５０は、デジタル化信号をフィルタ処理するためのフィルタ７２を含み、且つ、フィルタ処理されたデジタル化信号を複数の最大及び最小サンプル又はデジタルパケットへ変換するためのＭＡＸ／ＭＩＮ変換器７０を更に含み、各デジタルパケットは、資産の回転要素の所定の回転角度を回転する間に取得されたフィルタ処理済みのデジタル化信号の複数のサンプルの値から取得された最大値及び最小値を有し、複数のデジタルパケットの各々に対して位置並びに最大値及び最小値を定め、各デジタルパケットの位置が各所定の回転要素の回転角度によって定められ、これにより少なくとも１つの変換器２０によって出力されたアナログ信号を各々が固有の識別位置を有する複数の最大及び最小サンプル又はデジタルパケットへ変換する。次いで、処理装置５０は、各サンプルパケット及び関連位置の各最大値及び最小値を好ましくは連続的に単に格納する（例えば、所定の各回転角度に当たりの最大値を最初に格納し次いで最小値を格納する）ことによって、変換器２０によって出力されたアナログ信号を継続して圧縮し、固有の所定回転角度に関連する最大及び最小値の波形を定めることができる。モニタリングシステム３０を用いて、特定の位置での最大値及び最小値を同じ位置での過去の既知の値と比較して、比較段階に基づいて衝撃事象を判定し、機械の保護を行うことができる。
【００４９】
比較段階はまた、比較のために定められた波形を既知の波形と共に表示して、コンピュータ制御状態モニタ１００により衝撃事象を視覚的又は計算的に判定する段階を含むことができる。加えて、判定された衝撃事象に基づき、例えば、変換器によってモニタリングされている機械を自動的に停止させる、及び／又は機械的問題をオペレータ及び他のプラント要員へ自動的に報知する形態で警報を発生せることができる。
【００５０】
よって、１つの態様では、本発明は、衝撃事象が発生したときに、モニタ３０及びコンピュータ制御状態モニタ１００と共に慣性センサを使用することによって、機械上の衝撃事象を識別し、衝撃事象による高周波成分の大きさ、及び回転位置（回転機械における）或いはストロークのピストン位置（往復式機械における）を検出するシステム１０、装置及び方法を提供する。加えて、往復式圧縮機の場合については、個々の警報の大きさの設定点限界は、異なるバンド付クランク角の増分に対して設定可能である。更に、バンド付クランク角の増分は、ロッド逆転、吸気バルブ開閉、吐出バルブ開閉等の「トラック」の他の機械事象に対して設定可能である。
【００５１】
他の態様では、本発明は、機械の運転サイクルで発生する衝撃事象を判定し、他の機械事象に対する相対的大きさ及び／又は自己履歴に対して（例えば、それらが増大しつつあるのか、減少しつつあるのか）比較して、新たに生起している問題を識別し、推定原因と相関付けて、事前対応措置によって緩和されるようにするシステム１０、装置及び方法を提供する。
【００５２】
他の態様では、本発明は、資産データを処理して事象相関（吸入弁及び排気弁の作動、ロッド逆転等のような他の機械事象）付けを可能にする事象タイミングを保持し、並びに過去の記録と履歴的に比較して衝撃事象をモニタリング可能にするよう事象の相対的大きさを保持するシステム１０、装置及び方法を提供する。
【００５３】
これらの態様は、とりわけ、本発明の産業的応用示すものである。
【００５４】
加えて、本発明を説明してきたが、上記及び本明細書の冒頭の請求項で述べる本特許の技術的範囲並びに公正に意図するものから逸脱することなく多数の変形及び適合を行使することができることは明らかである。
【符号の説明】
【００５５】
２０、２４ 変換器
４０ アナログデジタル変換器
５０ 処理装置
６０ メモリ
７０ 最大／最小変換
７２ フィルタ
７４ 波形ファイル
８０ コントローラ
９０ デジタルアナログ変換器
９４ 物理的装置
９６ 警報装置
９８ 電源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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