(57)【要約】      （修正有）【課題】設備診断システムの導入コストを低下すると共に、精度の良い設備診断システムを提供する。【解決手段】工場に設置される設備のうち回転機械を含む振動発生機械を被診断設備とし、被診断設備に付設され、該被診断設備の振動等の状態を測定するセンサ２０と、センサと電線を介して接続して被診断設備に取り付けられる無線ユニット３０と、無線ユニットからの解析データを受信して集計し、被診断設備の状態診断を行うデータ集計解析装置を備え、無線ユニットは、電源供給部と、センサから測定信号を信号線を介して受信する受信部２８と、Ａ／Ｄ変換部３３と、該ディジタル化した測定信号の大きさと周波数解析によって得られるスペクトルの演算値からなる解析データを作成する処理部３５と、解析データとディジタル化した測定信号のディジタル波形とをＩＤコードを付して無線送信する送受信部３７を備えていることを特徴とする。【選択図】図２
2008232934.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工場に設置される設備のうち回転機械を含む振動発生機械を被診断設備とし、
前記被診断設備に付設され、該被診断設備の振動、音響、アコーステイックエミッション、温度のいずれか１種または複数種の状態を測定するセンサと、
前記センサと電線を介して接続して前記被診断設備に取り付けられる無線ユニットと、
前記無線ユニットからの解析データを受信して集計し、前記被診断設備の状態診断を行うデータ集計解析装置を備え、
前記無線ユニットは、
内蔵するバッテリから前記センサに電源線を介して駆動電源を供給する電源供給部と、
前記センサから測定信号を信号線を介して受信する受信部と、
受信した測定信号をディジタル化するＡ／Ｄ変換部と、
該ディジタル化した測定信号の大きさと周波数解析によって得られるスペクトルの演算値からなる解析データを作成する処理部と、
前記解析データとディジタル化した測定信号のディジタル波形とをＩＤコードを付して無線送信する送受信部を備えていることを特徴とする設備診断システム。
【請求項２】
前記データ集計解析装置が集計した診断結果あるいは／および解析データを定期的に受信してデータベースに蓄積する監視装置を備えている請求項１に記載の設備診断システム。
【請求項３】
前記１つのセンサに１つの無線ユニットを電線を介して連結して組み合わせ、該組み合わせたセンサと無線ユニットの複数組を１つの被診断設備の複数箇所に搭載し、
あるいは、１つの被診断設備の複数箇所に前記センサを搭載し、これら複数のセンサを前記被診断設備に取り付けた１つの無線ユニットを電線を介して接続している請求項１または請求項２に記載の設備診断システム。
【請求項４】
前記無線ユニットに前記複数のセンサが接続され、
該無線ユニットは、接続された複数のセンサのうち測定データを送信させるセンサを選択するスイッチ部を備えている請求項３に記載の設備診断システム。
【請求項５】
前記無線ユニットは、少なくとも前記周波数解析の条件、前記Ａ／Ｄ変換の条件のいずれかを含む条件を記憶したメモリ手段を備えており、前記条件は書き換え可能である請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の設備診断システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、設備診断システムに関し、詳しくは、診断設備に取り付けたセンサで設備の状態を検出し、該センサからの測定信号から設備の健全性と劣化状態を評価し、かつ、設備に発生した異常を検出することによって、設備の突発故障を防止し、設備の状態監視基準による保全活動を支援するものであり、特に、センサで検出した信号の処理データを無線でデータ集計解析装置に送信してケーブル敷設コストの低減を図ると共に、保守点検時にセンサ等の取り外しを不要とするものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、素材産業では、安定した製品を生産するためには工場設備を適切な状態で運転しなければならないが、運転を継続する限り設備は必ず劣化するものであり、また突発的な故障も発生しうるものである。そのため、設備を良好な状態で維持するためには保全活動が必要である。
設備が故障する前に実行する所謂予防保全活動には大きく分けて、次の二つの方法がある。
（１）設備を定期的に停止して点検し（場合によっては設備を分解して点検し）、劣化、故障箇所が見つかれば、その補修作業を行う保全方式で、時間計画保全と称されている。
（２）設備の状態を常時監視して当該設備が正常状態であるのか、異常が発生しているのかを判断し、異常が発見された場合にのみ該当箇所を修理、あるいは部品を交換する設備保全方式で、状態監視保全と称されている。
【０００３】
前記（１）の時間計画保全では、設備が正常状態であっても一定時間が経過すれば必ず保全活動を行うものであるから、その活動に無駄が生じることは避けられない。
一方、前記（２）の状態監視保全では、上記なような無駄が発生することを抑えることはできるが、設備の状態を的確に把握できる状態量を測定し、その測定データを解析して設備が正常であるか異常であるかを判断できる技術が必須となり、このような技術が設備診断技術である。
【０００４】
前記設備診断技術として、回転機械からなる設備では、振動、音響、アコーステイックエミッション、温度などを測定し、その特徴量の増加傾向や周波数情報から軸受の傷、回転軸のアンバランスやミスアライメント、基礎架台のゆるみなどを検出する設備診断が提案されている。
例えば、特開平１１−３４４３３２号公報（特許文献１）では２つの距離センサと１つの位置センサを用いた車輪軸受部のガタ検出方法が提案されている。
【０００５】
前記特許文献１のガタ検出方法は、図１０に示すように、軌道１から等距離であって車輪２の車軸３を挟んで対向する車輪２の上部および下部にそれぞれ対応する高さの位置Ｕ、Ｌに２つのレーザ方式距離センサ４、５を配置し、２つの距離センサ４、５から同じ距離だけ離れた位置であって車輪２の車軸３の位置に相当する高さの位置Ｐにレーザ方式位置センサ６を配置している。
前記構成において、車輪２が回転すると、位置センサ６により車輪２の上部および下部が２つの距離センサ４、５に対応する位置Ｕ、Ｌに来たことを検知し、このとき２つの距離センサ４、５は車輪２との距離Ｘ、Ｙを測定している。
距離センサ４、５はデータ送受信線７で演算処理装置９と接続されており、距離データＸ、Ｙは増幅器８を介して演算処理装置９に送られ、演算処理装置９では車輪２の車軸３に対する傾斜量（Ｘ−Ｙ）および軸方向の移動変化量（Ｘ＋Ｙ）／２を演算して、車輪２のガタの発生を診断している。また、演算結果はパソコン９ａに蓄積して劣化状態を経時的に監視している。
【０００６】
前記ガタ検出方法では、演算処理装置は測定場所とは離れた場所に配置される場合が多く、かつ、特許文献１では、センサから演算処理装置までデータ送受信線で接続されているため、データ送受信線のケーブル敷設工事が必要であり、設備診断システムのコストが上昇するという問題がある。
さらに、特許文献１では、演算結果をパソコン等に蓄積して時系列に表示しているが、測定データや演算結果を用いた周波数解析や蓄積したデータを用いた異常診断等は行っておらず、詳細な解析がなされていないという問題がある。
また、ケーブルの先端にセンサを取り付け、センサを設備に設置して測定を行う設備診断システムの場合には、設備の修理や部品交換時にケーブルとセンサが邪魔になり、ケーブルをセンサごと取り外して修理や部品交換を行わなければならず、センサが破損したりケーブルを断線するという問題もある。
【０００７】
また、工場設備の設備診断システムとしては、図１１に示すように、振動センサ１００を被診断設備である回転機械の軸受１０１の付近に多数取り付け、その測定信号を中継箱１０１に送信し、中継箱１０１からローカルのデータ集計解析装置１０２に送信して、センサの測定信号を処理して設備状態を診断し、さらに、前記集計・解析装置１０２からセントラルの監視装置１０３にデータを送信し、該監視装置１０３で工場設備を一括監視する設備診断システムが提供されている。
【０００８】
前記設備診断システムでは、各センサ１００から中継箱１０１を介してローカルのデータ集計解析装置１０２までのケーブル敷設、ローカルのデータ集計解析装置１０２からセントラルの監視装置１０３までのケーブル敷設が必要である。このようにケーブルの敷設が必要となるため、設備診断システムの導入コストの上昇を招いている。さらに、センサ１００とローカルのデータ集計解析装置１０２が中継箱１０１を介してケーブルで接続されていることから、設備の補修作業時にはセンサ１００を一旦設備から取り外さなければ修理や部品交換ができないという問題が発生する。其の際、センサ１００の破損、ケーブルの断線等のミスが発生しうる。また、センサ１００とケーブルをコネクタで接続して、センサとケーブルを容易に取り外せるような手段が採用されることもあるが、防水、防塵、耐食性が要求される環境ではコネクタそのものが劣化するために長期に渡って安定してセンサを使うことができない問題がある。
特に、振動センサではコネクタの重みをセンサで支えなければならないので、センサの共振周波数が低くなり、回転機械の診断に必要な周波数域の振動データを正確に採取することができなくなる。
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−３４４３３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、前記した問題に鑑みてなされたもので、設備診断システムの導入に伴うケーブル敷設コストを削減すると共に、設備の修理および保守点検時にセンサおよび該センサと接続したケーブルを設備から取り外すことなく設備の修理および保守点検ができるようにし、かつ、設備の状態を高精度に診断できる設備診断システムを提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するため、本発明は、工場に設置される設備のうち回転機械を含む振動発生機械を被診断設備とし、
前記被診断設備に付設され、該被診断設備の振動、音響、アコーステイックエミッション、温度のいずれか１種または複数種の状態を測定するセンサと、
前記センサと電線を介して接続して前記被診断設備に取り付けられる無線ユニットと、
前記無線ユニットからの解析データを受信して集計し、前記被診断設備の状態診断を行うデータ集計解析装置を備え、
前記無線ユニットは、
内蔵するバッテリから前記センサに電源線を介して駆動電源を供給する電源供給部と、
前記センサから測定信号を信号線を介して受信する受信部と、
受信した測定信号をディジタル化するＡ／Ｄ変換部と、
該ディジタル化した測定信号の大きさと周波数解析によって得られるスペクトルの演算値からなる解析データを作成する処理部と、
前記解析データとディジタル化した測定信号のディジタル波形とをＩＤコードを付して無線送信する送受信部を備えていることを特徴とする設備診断システムを提供している。
【００１２】
前記のように、本発明の設備診断システムでは、被診断設備にセンサに取り付けて設備の状態を測定すると共に、該センサに電線を介して接続する無線ユニットも該被診断設備に取り付け、電線で接続したセンサと無線ユニットとの組み合わせを被診断設備に所要位置に取り付けている。
このように各被診断設備にセンサと無線ユニットと電線を介して接続して搭載し、無線ユニットからデータ集計解析装置へ無線送信しているため、前記従来技術のシステムにおいて必要とされたセンサからデータ集計解析装置までのケーブルの敷設が不要となり、設備診断システムのコストを下げることができると共に、被診断設備の修理や保守点検時にケーブルが邪魔になることはなく、電線を介して接続したセンサと無線ユニットを被診断設備に取り付けた状態のままで修理や保守点検が可能となる。
【００１３】
前記被診断設備に搭載してセンサと電線を介して接続した無線ユニットでは、前記のように、センサから受信するアナログ信号からなる測定信号（測定データ）をＡ／Ｄ変換部でディジタル化し、該ディジタル化した測定信号（ディジタル波形）の大きさ及び周波数解析によって得られるスペクトルの演算値からなる解析データを処理部で作成し、このディジタル化した解析データをディジタル波形と共にＩＤコードを付してデータ集計解析装置へ無線送信している。
前記無線ユニットで行う周波数解析方法として、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）解析が好適に用いられる。
また、ディジタル化した測定信号（ディジタル波形）の大きさとは、ディジタル波形の振幅方向の大きさを表す値であり、ＲＭＳ値（Ｒｏｏｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ：二乗平方根値、実効値）や等価ピーク値（波形の平均値を求めて、該平均値が正弦波の片振幅に相当するように係数をかけた値）を演算することにより求めている。ＲＭＳ値や等価ピーク値が高いほど、ディジタル波形の大きさが大きくなる。
【００１４】
即ち、前記従来例では、センサからの測定データをアナログ信号でデータ集計解析装置へ送信し、該データ集計解析装置でセンサの測定データを解析しているが、本発明では、被診断設備に搭載した無線ユニット内でセンサの測定データを解析データとして作成し、該解析データをディジタル信号でデータ集計解析装置へ無線送信している。
回転機械の設備診断における振動、音響、アコーステイックエミッションの信号は数Ｈｚから数１００ｋＨｚの広帯域周波数信号で解析する必要があり、特に、１０ｋＨｚを越える高周波アナログ信号を無線ユニットからデータ集計解析装置に低電力で無線送信すると、送信帯域の制限を受けるために実用化することができない。
しかしながら、本発明では無線ユニットからデータ集計解析装置へディジタル波形と解析データとをディジタル信号として無線送信しているため、１０ｋＨｚ以上の高周波アナログの波形をそのまま送信する場合と比較して、低電力で安定して送信することができ実用化することができる。
このように、センサの測定データを無線ユニットでディジタル化し、測定信号の大きさと周波数スペクトルを演算し、取得した演算値の解析データとディジタル波形とをデータ集計解析装置へ無線送信しているため、該データ集計解析装置では蓄積した解析データとディジタル波形を用いて状態診断を行うことができる。
【００１５】
回転機械等の被診断設備の状態を的確に判定するためには、１回の測定結果から設備の異常の有無を判断するだけでは不十分であり、過去のデータを比較して状態信号の変化（相対判定法と呼ばれる）を調べることが重要である。
例えば、振動値が低位レベルであっても最近の数日は上昇傾向が見られるならば、回転機械に何らかの異常が発生していると判断しなければならない。さらに、同一型式の回転機械が複数台運転している場合では、相互に状態信号を比較して突出した違いを有する機械には異常が発生していると判断することもある（機器相互比較と呼ばれる診断方法）。
それ故、設備の状態を正確に判定するためには、単一箇所の状態信号を１回の測定結果から異常の有無やその原因を判定することはできず、設備に取り付けてその状態信号を測定するセンサと、過去のデータを記憶するデータベースを備え、他設備の信号と比較できる機能を有する手段を組合さなければ信頼のおける設備診断装置として成り立たない。
本発明では、該データ集計解析装置で状態診断を行い、データ集計解析装置に過去のデータを記憶するデータベースを設けて診断結果をデータベースの過去のデータと比較し、さらに他設備の信号と比較できる機能を設けることにより、信頼性の高い設備診断を行うことができる。
さらに、データ集計解析装置で周波数解析と異常診断を行う場合に比べて、データ集計解析装置に高度な演算手段を必要としないため、安価なＣＰＵを用いることができる。
【００１６】
前記のように、被診断設備に付設するセンサとしては、振動センサ、温度センサ、音響センサ（マイク等）、アコースティックエミッション計測用センサが好適に用いられる。
例えば、前記センサが振動センサの場合には、ベアリングの振動を測定して内輪キズ、外輪キズ、転動体キズ、保持器欠陥を診断することができ、ギヤの振動を測定して片当たり、軸芯ズレ、歯の磨耗を診断することができる。さらに、ポンプやファンの振動を測定して圧力脈動、一様磨耗を診断することができ、モータの振動を測定して高周波振動、電源不平衡を診断することができる。
前記センサを温度センサとした場合、モータやポンプ、ファン等の温度の上昇を検知して設備の状態診断を行うことができる。
さらに、前記センサをマイクあるいはアコースティックエミッション計測用センサとして、ベアリングやポンプ、ファンの振動音、アコースティックエミッションを測定して異常を診断することができる。
また、前記センサを１つの被診断設備の複数箇所に付設し、組み合わせて用いてもよい。
【００１７】
前記データ集計解析装置が集計した診断結果あるいは／および解析データを定期的に受信してデータベースに蓄積する監視装置を備えてもよい。
即ち、被診断設備が１つである場合は、該被診断設備の複数箇所に取り付けたセンサと接続した無線ユニットから解析データを受信する前記データ集計解析装置を１つ設け、該データ集計解析装置にデータベースを設けて監視装置を兼ねる構成とすることができる。
しかしながら、工場内の複数の被診断設備の診断を行う場合、各被診断設備毎に設けたデータ集計解析装置を更に監視装置と接続し、各データ集計解析装置が集計した診断結果あるいは／および解析データを定期的にデータベースを備えた監視装置に送信する構成としている。この場合には、データ集計解析装置は中継点となり、無線ユニットから受信する解析データを蓄積して定期的に監視装置へ送信する機能だけを持たせておけばよい。
【００１８】
監視装置（監視装置が無い場合にはデータ集計解析装置）は診断結果あるいは／および解析データを用いて設備の状態を管理者等の操作により画面に表示させることができる。
また、診断結果あるいは／および解析データをデータベースに蓄積し、蓄積したデータを用いてより詳細な解析を行っている。
具体的には、前記したように、データベースに蓄積された過去の解析データ等と現在の解析データ等とを比較し、変化が大きい場合は異常が発生していると判断する相対判定法を行うことができる。さらに、各設備からの解析データ等をデータ集計解析装置から受信する監視装置では、同種同一型の設備が複数接続されている場合は、相互の解析データ等を比較し、突出した違いを有する設備は異常と判断する機器相互比較法を行うことができる。
【００１９】
前記被診断設備に取り付けるセンサは、１つのセンサに１つの無線ユニットを電線を介して連結して組み合わせ、該組み合わせたセンサと無線ユニットの複数組を１つの被診断設備の複数箇所に搭載している。
あるいは、１つの被診断設備の複数箇所に前記センサを搭載し、これら複数のセンサを前記被診断設備に取り付けた１つの無線ユニットを電線を介して接続している。
前記いずれのタイプでも良いが、被診断設備の修理、保守点検時の分解等を考慮すると、１つのセンサに１つの無線ユニットを近接位置に配置して短尺な電線を介して接続しておくことが好ましい。
【００２０】
また、前記無線ユニットに前記複数のセンサが接続された場合、該無線ユニットは、接続された複数のセンサのうち測定データを送信させるセンサを選択するスイッチ部を備えていることが好ましい。
スイッチ部の接点には複数のセンサが夫々接続されると共に無線ユニットの処理部が接続されるので、無線ユニットの処理部は、複数のセンサのうち測定データを受信したいセンサをスイッチ部により選択して測定データを受信することができる。
複数のセンサを１つの無線ユニットに接続することで、センサごとに無線ユニットを設ける必要がなく、設備診断システムのコストを下げることができる。
【００２１】
前記無線ユニットは、少なくとも前記周波数解析の条件、前記Ａ／Ｄ変換の条件のいずれかを含む条件を記憶したメモリ手段を備えており、前記条件は書き換え可能であってもよい。
周波数解析の条件とは周波数解析レンジあるいは／および平均化回数の設定であり、Ａ／Ｄ変換の条件とはサンプリング周波数あるいは／およびサンプリング数の設定である。また、データ測定時間等のデータ測定条件やセンサの測定信号のうち不要な周波数帯域を除去するフィルタリング条件を含んでいてもよい。
該条件を書き換え可能なメモリ手段に記憶しておくことで、設備診断システムを他の設備に取り付けた場合であっても、周波数解析やＡ／Ｄ変換の条件を他の設備に最適な設定に容易に変更することができる。
【発明の効果】
【００２２】
前述したように、本発明の設備診断システムによれば、被診断設備にセンサと無線ユニットとを組み合わせて搭載し、センサから送信されるアナログ信号を無線ユニットでディジタル化すると共に、該ディジタル化した測定信号の大きさ及び周波数解析によって得られるスペクトルの演算値からなる解析データを作成し、ディジタル波形と解析データをデータ集計解析装置へディジタル信号で無線送信しているため、被診断設備からデータ集計解析装置までのケーブルの敷設が不要となり、設備診断システムのコストを下げることができる。
また、ケーブルが敷設されていないためセンサおよび無線ユニットが取り付けられた被診断設備の修理や保守点検時にケーブルが邪魔にならず、センサを取り付けた現状の状態で修理や保守点検が可能となる。
さらに、前記センサの測定データを用いて無線ユニット内で周波数解析を行い、データ集計解析装置で解析データを用いて状態診断を行っているので、状態診断の精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１乃至図６に本発明の第１実施形態を示す。
本実施形態の設備診断システム１０は、工場内に設置する回転機械のひとつであるポンプの状態を連続的に監視してその状態を診断するものである。
図１に示すように、被診断設備であるポンプ設備１１に１個の振動センサ２０と１個の無線ユニット３０とを電線２１を介して接続した組み合わせ体を複数組搭載し、各無線ユニット３０からの無線送信を受信する１個のデータ集計解析装置４０と、データ集計解析装置４０とネットワーク５１を介して接続したセントラル監視装置５０を備えている。
【００２４】
詳細には、前記ポンプ設備１１は基礎架台１１ａ上に設けたポンプ駆動用モータの反負荷側軸受１１ｂ、負荷側軸受１１ｃ、カップリング側軸受架台１１ｄ、反カップリング側軸受架台１１ｅの上部にそれぞれ振動センサ２０Ａ〜２０Ｄを取り付けている。
無線ユニット３０Ａ〜３０Ｄは前記振動センサ２０Ａ〜２０Ｄに夫々接続し、振動センサ２０Ａ〜２０Ｄの測定データを受信してディジタル信号に変換した後、周波数解析を行うと共にディジタル波形の大きさを求めて解析データとし、該解析データを振動のディジタル波形と共にデータ集計解析装置４０に無線送信している。
また、データ集計解析装置４０では該解析データからポンプ設備１１の状態診断を行うと共に、診断結果と解析データを定期的にセントラル監視装置５０に送信している。
セントラル監視装置５０は診断結果と解析データをデータベースに保存すると共に、データベースに蓄積された過去の該解析データを用いて設備の異常の有無や異常の度合いを診断している。
【００２５】
無線ユニット３０は、図２に示すように、振動センサ２０と信号線２１を介して接続した受信部２８、アンプ部３１、フィルタ部３２、Ａ／Ｄ変換部３３、バッファ部３４、処理部３５、記憶部３６、送受信部３７、アンテナ３８、バッテリ３９、電源線２２を介して振動センサ２０と接続した電源供給部２９を備えている。
【００２６】
アンプ部３１は受信部２８と接続し、振動センサ２０から受信部２８を介して受信するアナログ信号の測定データを増幅している。
フィルタ部３２はアンプ部３１と接続し、測定データからノイズを除去している。
Ａ／Ｄ変換部３３はフィルタ部３２と接続し、測定データをアナログ信号からディジタル信号に変換し、ディジタル波形を作成している。
バッファ部３４はＡ／Ｄ変換部３３と接続し、Ａ／Ｄ変換された振動のディジタル波形を一時的に保存すると共に、該ディジタル波形から求めた解析データを一時的に保存する。
【００２７】
処理部（ＣＰＵ）３５はバッファ部３４と接続し、バッファ部３４に一時的に記憶されたディジタル波形を順次読み出して、振動のディジタル波形の大きさを求めると共に周波数解析を行っている。本実施形態では高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を行って測定データのスペクトルを演算して解析データを所得している。
記憶部３６は処理部３５と接続し、無線ユニット３０のＩＤを記憶している。
送受信部３７は処理部３５と接続し、データ集計解析装置４０から解析データ送信の指示をアンテナ３８を介して受信すると、振動センサ２０が測定した測定データの演算値からなる解析データとディジタル波形とを記憶部３６から読み出した無線ユニット３０のＩＤをアンテナ３８を介してデータ集計解析装置４０に無線送信している。
アンプ部３１と、フィルタ部３２と、Ａ／Ｄ変換部３３と、バッファ部３４と、処理部３５と、記憶部３６と、送受信部３７はプリント基板上にＩＣチップ等で構成している。
【００２８】
バッテリ３９はプリント基板上の前記ＩＣチップ等に電力供給を行っている。また、バッテリ３９は処理部３５と接続すると共に電源供給部２９から電源線２２を介して振動センサ２０と接続している。処理部３５がデータ集計解析装置４０から解析データ送信の指示を受信すると、処理部３５はバッテリ３９に指示を出して、バッテリ３９から振動センサ２０に電力供給を行わせている。
【００２９】
データ集計解析装置４０は、振動の大きさを所定の許容レベル値と比較することで設備状態の一次判定を行うものである。
図３に示すように、アンテナ４１と、送受信部４２と、処理部４３と、記録部４４と、インターフェース部（Ｉ／Ｆ部）４５からなっており、アンテナ４１と、アンテナ４１に接続された送受信部４２は、無線ユニット３０から送信された解析データを受信して処理部４３に送信している。
記録部４４は解析データとディジタル波形を記録すると共に、解析データとディジタル波形から設備の状態を判断するための基準値を記録している。
処理部４３は記録部４４から読み出した基準値の振動の大きさと受信した解析データを比較して、設備に異常がないか一次診断し、診断結果をＩ／Ｆ部４５を介してネットワーク５１に送信している。また、無線ユニット３０に解析データを送信するよう指令を出している。
【００３０】
セントラル監視装置５０は、例えば、運転管理用パソコンからなり、データベースＢを備えている。該セントラル監視装置５０は他の被診断設備に搭載されたセンサと接続された無線ユニットからの解析データを無線受信している他のデータ集計解析装置ともネットワークを介して接続している。
即ち、データ集計解析装置４０は各被診断設備に１個づつ設け、これらデータ集計解析装置４０からのデータをセントラル監視装置５０内に集めている。
セントラルの監視装置５０は、データ集計解析装置４０が集計した振動データや判定結果を定期的に集計し、図示しない他のポンプの診断結果と合わせて工場設備の状態を一括して保全担当者へ表示している。また、セントラルの監視装置５０はデータベースＢに記録された各振動センサ２０のデータより傾向管理グラフを作成し、たとえば、前々回、前回の結果と比較した振動の上昇度合いや、同一型式の他のポンプと比較して特異的に外れた振動を示す設備があれば、その突出度合いを判断し、ローカルのデータ集計解析装置４０から受信した周波数スペクトルをさらに詳細に解析して設備の異常の有無や、異常の程度を最終的に判定し、その判定結果と劣化予測グラフを表示している。
【００３１】
前記構成からなる本発明の設備診断システム１０の動作を図４および図５のフローチャートを用いて説明する。
本システムにおいては、データ集計解析装置４０は複数の振動センサ２０を順次走査しながら、その測定信号を集計している。そのため、無線ユニット３０はデータ集計解析装置４０らの指示に応じて振動センサ２０への電源供給を開始し、電源状態が安定した後に、振動のディジタル波形、解析データ、振動センサ２０を識別するＩＤコードを無線で送信するようにしている。
【００３２】
即ち、データ集計解析装置４０の処理部４３は、４つの無線ユニット３０（３０Ａ〜３０Ｄ）に対して、順次解析データを送信するように指令を出す（図５（Ａ）のＳ３１）。
無線ユニット３０が指令を受信すると（図４のＳ２１）、無線ユニット３０の処理部３５はバッテリ３９に指令を出して、振動センサ２０へ電力を供給する（Ｓ２２）。このとき、処理部３５は、振動センサ２０の測定継続時間を、例えば３秒間と設定し、測定継続時間だけ振動センサ２０へ電力を供給するようバッテリ３９に指令を出している。
電力を供給された振動センサ２０は振動の測定を行い、無線ユニット３０は振動センサ２０から信号線２１を介して測定データをアナログ信号で受信する（Ｓ２３）。
【００３３】
無線ユニット３０が信号線２１、受信部２８を介して受信した測定データは、アンプ部３１で増幅された後、フィルタ部３２でノイズを除去され（Ｓ２４）、Ａ／Ｄ変換部３３でディジタル信号に変換される（Ｓ２５）。例えば、図６（Ａ）は、サンプリング周波数５１．２ｋＨｚで１０２４点のデータをサンプリングしたディジタル波形の一例である。該ディジタル波形はバッファ部３４に一時保存され、処理部３５において振動の大きさを演算する。
本実施形態では、ディジタル波形の振動の大きさとしてＲＭＳ値を演算している。ＲＭＳ値は、ディジタル波形の測定時間をＴとすると、式（１）で表される。
また、ＲＭＳ値ではなく平均値を求めてもよい。平均値は式（２）で表される。
【数１】
2008232934.tif 000003
【数２】
2008232934.tif 000004
【００３４】
また、ベアリング（転がり軸受）を診断する場合は、フィルタ部３２によってさらに測定データの検波処理が行われる（Ｓ２４）。検波処理とは波形の輪郭情報を抽出する処理であり、包絡線処理、エンベロープ処理などとも称される。
測定データを検波処理した検波波形はアナログ信号であり、Ａ／Ｄ変換部３３でディジタル信号に変換される（Ｓ２５）。例えば、図６（Ｂ）は、検波波形をサンプリング周波数５１２Ｈｚで１０２４点サンプリングしたディジタル波形の一例である。
図６（Ｂ）のディジタル波形となった検波波形は、バッファ部３４に一時保存され、処理部３５においてＦＦＴ（高速フーリエ変換）による周波数解析を行い、図６（Ｃ）に示すように横軸に周波数、縦軸に各周波数の強度（パワー）を表示した周波数スペクトルが作成される（Ｓ２６）。図６（Ｃ）の例は、ＦＦＴの周波数解析レンジは２００Ｈｚであり、４回のスペクトルを平均化した周波数スペクトルである。
【００３５】
処理部３５は、記憶部３６に記憶された無線ユニット３０のＩＤを読み出し（Ｓ２７）、図６（Ａ）に示す振動のディジタル波形、図６（Ｃ）に示す周波数スペクトル、前記演算した振動の大きさ（ＲＭＳ値）を前記ＩＤと共に送受信部３７を介してデータ集計解析装置４０に無線送信する（Ｓ２８）。
このように、振動波形をディジタル信号として無線で送信するために、１０ｋＨｚから２０ｋＨｚ前後の高周波アナログの振動波形をそのまま送信する場合と比較すると、低電力の無線ユニットを用いても安定して信号を送信することができる。
送信が終了すると、処理部３５は振動センサ２０への電源供給を停止させ、バッテリの消耗を防いでいる。
【００３６】
データ集計解析装置４０は、解析データと無線ユニット３０のＩＤを受信すると（図５（Ａ）のＳ３２）、記録部４４に記録する（Ｓ３３）。
さらに、記録部４４に記録された基準値を読み出し（Ｓ３４）、解析データと比較して、設備が異常か否かを判断している（Ｓ３５）。
例えば、ベアリングの診断の場合、ベアリングに傷が発生する箇所に応じて、軸の回転数とベアリングの定格によって定まる特性周波数を一意に決めることができるので、前記基準値と受信した解析データの該特性周波数の値を比較して、設備の状態を判断することができる。データ集計解析装置４０が受信する図６（Ｃ）に示すベアリングの周波数スペクトルにおいては、およそ８０Ｈｚでピークが表れており、８０Ｈｚとはベアリングに外輪傷が発生した場合の特性周波数である。８０Ｈｚでの振動の強さを基準値と比較することで、ベアリングに外輪傷が発生したことが診断できる。なお、１６０Ｈｚ付近のピークは特性周波数の２次成分である。
また、データ集計解析装置４０は４つの無線ユニット３０からそれぞれ解析データを受信しているので、それぞれの解析データについて記録部４４に記録すると共に状態診断を行っている。これら状態診断結果を記録部４４に記録する（Ｓ３６）。
【００３７】
処理部４３は解析データと診断結果を、例えば、１時間ごとの所定間隔でセントラル監視装置５０に送信している（Ｓ３７）。
セントラル監視装置５０への送信が完了すると、記録部４４に記録した解析データと診断結果はクリアされる（Ｓ３８）。
【００３８】
セントラル監視装置５０はデータ集計解析装置４０が集積した診断結果と解析データを受信する（図５（Ｂ）のＳ４１）。
該診断結果と解析データをデータベースに記録し（Ｓ４２）、管理者等の操作によりポンプ設備の状態及び振動のディジタル波形、振動の大きさ（ＲＭＳ値）、周波数スペクトル等を画面に表示させている（Ｓ４３）。その結果、ポンプ設備１１の振動状態を管理者等が把握するに十分なデータを提示することができる。
また、データベースに蓄積された過去の解析データ等と現在の解析データ等とを比較して、振動の上昇度合いを求め（Ｓ４４）、ポンプ設備１１を詳細に診断して画面に表示させている（Ｓ４５）。図６（Ｄ）は、過去の振動の大きさと現在の振動の大きさとを合わせて振動の変化を示す傾向管理グラフの例である。このような傾向管理グラフにおいて、振動の大きさが所定のレベルを超えた時や、直近で振動の大きさの上昇傾向が見られる時、同一型式の他の設備と比較して振動の大きさが突出した時等に、セントラル監視装置５０は警報を発する。
【００３９】
本発明の設備診断システム１０によれば、振動センサ２０と無線ユニット３０を搭載した被診断設備からデータ集計解析装置４０までのケーブルの敷設が不要となり、設備診断システムのコストを下げることができると共に被診断設備の修理や保守点検時にケーブルが邪魔にならず、センサを取り付けた現状の状態で修理や保守点検が可能となる。
さらに、前記センサの測定データを用いて被診断設備に付設した無線ユニット３０で測定データをディジタル変換し、周波数解析を行うと共に振動のディジタル波形の大きさを求めて解析データを取得し、該解析データと振動のディジタル波形とをデータ集計解析装置４０へ無線送信しているため、低電力での無線送信が可能となる。かつ、無線ユニット３０が状態信号の大きさと周波数スペクトルを演算しているため、監視装置では、傾向管理、機器相互の比較、劣化予測などを駆使して的確に設備を診断することができ、状態診断の精度を向上させることができる。
【００４０】
なお、本発明は本実施形態に限定されるものではなく、振動センサ２０に代えて温度センサあるいは／およびマイクあるいは／およびアコースティックエミッション計測用センサを用いてもよい。
例えば、すべり軸受で磨耗、剥離、焼き付きなどの異常が発生すると、異常が初期の段階ではアコーステイックエミッションや音響信号に顕著な変化が現れるし、軸受の温度も急激に上昇する。それ故、軸受の種類によっては、振動センサの代わりに音響センサ、アコーステイックエミッションセンサ、温度センサを取り付けてもよい。
【００４１】
また、セントラル監視装置５０はポンプ設備が設置された工場内にある他の設備や、他場所にある設備と接続されていてもよく、各設備からの解析データを受信して、振動測定中のポンプ設備の異常診断結果を含めた工場設備の異常診断結果を一括して表示するものであってもよい。さらに、同種同一型の設備が複数接続されている場合は、相互の解析データ等を比較し、突出した違いを有する設備は異常と判断して画面に表示させてもよい。
また、データベースに蓄積された解析データを元にして劣化予想グラフなどを画面に表示させてもよい。
【００４２】
図７および図８に本発明の第２実施形態を示す。
第２実施形態の設備診断システム１０は、前記第１実施形態と同様な１つのポンプ設備に無線ユニット３０を１つ付設し、第１実施形態と同様にポンプ設備の複数位置に取り付けた４つの振動センサ２０（２０Ａ〜２０Ｄ）を前記１つの無線ユニット３０に信号線２１Ａ〜２１Ｄ（電源線２２Ａ〜２２Ｄ）を介して接続している。無線ユニット３０は軸受架台１１ｅの上面に取り付けている。
図８に示すように、無線ユニット３０にはスイッチ部７０を設け、スイッチ部７０の４つの入力接点７０ａ−１〜７０ａ−４を各振動センサ２０と接続すると共に、出力接点７０ｂをアンプ部３１と接続している。また、処理部３５はスイッチ部７０と接続している。
【００４３】
データ集計解析装置４０の処理部４３が、４つの振動センサ２０Ａ〜２０Ｄのうち例えば振動センサ２０Ａについての解析データを送信するように指令を出すと、無線ユニット３０の処理部３５は、スイッチ部７０に入力接点７０ａ−１と出力接点７０ｂを接続するよう指令を出し、振動センサ２０Ａを選択させる。
本実施形態によれば、無線ユニット３０は１つ設ければよいため設備診断システム１０の部品点数を削減することができ低コストとなる。
なお、他の構成および作用効果は第１実施形態と同様のため、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４４】
図９に本発明の第３実施形態を示す。
第３実施形態の設備診断システム１０の無線ユニット３０の処理部３５にメモリ手段であるメモリカード７１を接続している。
該メモリカード７１には、振動データの測定継続時間やフィルタ部３２のフィルタリング条件等の測定条件やＡ／Ｄ変換部３３のサンプリング周波数等の設定条件、ＦＦＴの解析条件などを記録させており、記録内容はパソコン（図示せず）等により任意に書き換えが可能である。
本発明によれば、設備診断システム１０をポンプ設備ではなく他の設備に取り付けた場合であっても、メモリカード７１の測定条件や解析条件等を他の設備に最適な設定に容易に変更することができる。
なお、他の構成および作用効果は第１実施形態と同様のため、同一の符号を付して説明を省略する。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明である設備診断システムの第１実施形態を示す構成図である。
【図２】無線ユニットのブロック図である。
【図３】データ集計解析装置のブロック図である。
【図４】無線ユニットの動作を示すフローチャートである。
【図５】（Ａ）はデータ集計解析装置の動作を示すフローチャート、（Ｂ）はセントラル監視装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】（Ａ）はディジタル波形の例、（Ｂ）は検波処理波形の例、（Ｃ）は周波数スペクトルの例、（Ｄ）は傾向管理グラフの例である。
【図７】第２実施形態を示す構成図である。
【図８】無線ユニットのブロック図である。
【図９】第３実施形態を示す無線ユニットのブロック図である。
【図１０】従来例を示す図である。
【図１１】他の従来例を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０  設備診断システム
２０（２０Ａ〜２０Ｄ）  振動センサ
２１  信号線
２２  電源線
３０（３０Ａ〜３０Ｄ）  無線ユニット
３３  Ａ／Ｄ変換部
３５  処理部
３６  記憶部
３７  送受信部
４０  データ集計解析装置
４３  処理部
５０  セントラル監視装置
５１  ネットワーク
７０  スイッチ部
７１  メモリカード
【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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