(57)【要約】【課題】  複雑な判定アルゴリズムを用いることのない詰まり診断装置及び詰まり診断方法を提供する。【解決手段】  導圧管を介して圧力ＰＨ，ＰＬを検出し、圧力信号ＳＨ，ＳＬに含まれる揺動信号ｄに基づいて、導圧管の詰まりを検出する詰まり診断装置において、圧力信号ＳＨ，ＳＬについて周波数スペクトルＰを演算し周波数ｆとの関係について近似線パラメータα，βを演算して揺動検出信号αＨ，βＨ，αＬ，βＬとして出力する演算部２１と、揺動検出信号αＨ，βＨ，αＬ，βＬを所定の基準値と比較して前記導圧管の詰まりを検出する診断部２２とを備えたことを特徴とする。【選択図】  図１
2008203000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導圧管を介して圧力を検出し、圧力信号に含まれる揺動信号に基づいて、前記導圧管の詰まりを検出する詰まり診断装置において、
前記圧力信号について周波数スペクトルを演算し、前記周波数スペクトルと周波数との関係について近似線パラメータを演算して揺動検出信号として出力する演算部と、
前記揺動検出信号を所定の基準値と比較して前記導圧管の詰まりを検出する診断部と
を備えたことを特徴とする詰まり診断装置。
【請求項２】
前記演算部は周波数スペクトルとしてパワースペクトル密度を演算する
ことを特徴とする請求項１記載の詰まり診断装置。
【請求項３】
前記圧力信号は差圧伝送器により検出される静圧信号である
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の詰まり診断装置。
【請求項４】
導圧管を介して圧力を検出し、圧力信号に含まれる揺動信号に基づいて、前記導圧管の詰まりを検出する詰まり診断方法において、
前記圧力信号について周波数スペクトルを演算するステップと、
前記周波数スペクトルと周波数の関係について近似線パラメータを演算するステップと、
前記近似線パラメータを所定の基準値と比較して前記導圧管の詰まりを検出するステップと
を含むことを特徴とする詰まり診断方法。
【請求項５】
前記周波数スペクトルとしてパワースペクトル密度を演算する
ことを特徴とする請求項４記載の詰まり診断方法。
【請求項６】
前記圧力信号は差圧伝送器により検出される静圧信号である
ことを特徴とする請求項４又は請求項５記載の詰まり診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、差圧伝送器などの圧力検出器における導圧管の詰まりを検出する詰まり診断装置及び詰まり診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
差圧伝送器を用いたプロセス流体の流量測定では、流体が流れる配管の途中にオリフィスが設置され、オリフィスの高圧側と低圧側の圧力は導圧管によって差圧伝送器に導かれて差圧が測定される。この場合、導圧管に異物が詰まると、正確な差圧を測定することができなくなる。また、差圧信号が異常になった場合、差圧伝送器の故障であるか、導圧管の詰まりや漏れが原因であるかを特定することが困難である。したがって、導圧管の詰まりを検出する必要があった。
【０００３】
図４は従来の詰まり診断方法の例で、測定した高圧側の静圧ＰＨ、低圧側の静圧ＰＬ、差圧ＰＤの揺動の振幅から導圧管の詰まりを検出する手法を示す図である。どちらの導圧管も詰まっていない通常運転時では、高圧側静圧ＰＨ、低圧側の静圧ＰＬ、差圧ＰＤ共に一定値以上の揺動が生じる。図５はこの場合の揺動の様子を示す静圧データの一例を示すタイムチャートである。
【０００４】
それに対して、高圧側導圧管が詰まると高圧側からの揺動が伝わりにくくなるので、高圧側静圧の揺動振幅は小さくなり、低圧側の静圧と差圧の揺動は通常時と同程度になる。低圧側の導圧管が詰まると低圧側からの揺動が伝わり難くなるので、低圧側の静圧の揺動振幅が小さくなり、高圧側静圧と差圧の揺動振幅は通常時と同程度になる。両方の導圧管が詰まると、高圧側、低圧側からの揺動が共に伝わり難くなるので、両方の静圧と差圧の揺動振幅が小さくなる。
【０００５】
このようにして、高圧側と低圧側の静圧および差圧の揺動振幅を計算して正常時の値と比較することにより、どの導圧管が詰まっているかを特定することができる。揺動振幅の演算は、例えば両方の静圧と差圧の値をそれぞれＮ個メモリに保存し、各々の最大値と最小値の差を揺動振幅とすることによって行うことができる。また、揺動振幅の二乗平均値を用いることもある。
【０００６】
詰まり診断方法に関連する先行技術文献としては次のようなものがある。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１４４４９１号公報
【特許文献２】特開２００６−１０５７０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の詰まり診断方法では、両方の静圧と差圧を監視する必要があり、例えば、低圧側静圧が詰まった場合を検出するためでも、低圧側静圧だけでなく、他の出力揺動（差圧、高圧側静圧）も監視して判定する必要がある。したがって、判定アルゴリズムが複雑となり、コストアップ、応答特性の低下をもたらすという問題がある。また、流量、動作点の変動の影響を受けるという問題もある。
【０００９】
本発明はこのような課題を解決しようとするもので、複雑な判定アルゴリズムを用いることのない詰まり診断装置及び詰まり診断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】
【００１０】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明に係る詰まり診断装置は、
導圧管を介して圧力を検出し、圧力信号に含まれる揺動信号に基づいて、前記導圧管の詰まりを検出する詰まり診断装置において、
前記圧力信号について周波数スペクトルを演算し、前記周波数スペクトルと周波数との関係について近似線パラメータを演算して揺動検出信号として出力する演算部と、
前記揺動検出信号を基準値と比較して前記導圧管の詰まりを検出する診断部と
を備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の発明は、
請求項１記載の詰まり診断装置において、
前記演算部は周波数スペクトルとしてパワースペクトル密度を演算する
ことを特徴とする。
【００１２】
請求項３記載の発明は、
請求項１又は請求項２記載の詰まり診断装置において、
前記圧力信号は差圧伝送器により検出される静圧信号である
ことを特徴とする。
【００１３】
請求項４記載の発明は、
導圧管を介して圧力を検出し、圧力信号に含まれる揺動信号に基づいて、前記導圧管の詰まりを検出する詰まり診断方法において、
前記圧力信号について周波数スペクトルを演算するステップと、
前記周波数スペクトルと周波数の関係について近似線パラメータを演算するステップと、
前記近似線パラメータを所定の基準値と比較して前記導圧管の詰まりを検出するステップと
を含むことを特徴とする。
【００１４】
請求項５記載の発明は、
請求項４記載の詰まり診断方法において、
前記周波数スペクトルとしてパワースペクトル密度を演算する
ことを特徴とする。
【００１５】
請求項６記載の発明は、
請求項４又は請求項５記載の詰まり診断方法において、
前記圧力信号は差圧伝送器により検出される静圧信号である
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば、導圧管を介して圧力を検出し、圧力信号に含まれる揺動信号に基づいて、前記導圧管の詰まりを検出する詰まり診断装置において、前記圧力信号について周波数スペクトルを演算し、前記周波数スペクトルと周波数との関係について近似線パラメータを演算して揺動検出信号として出力する演算部と、前記揺動検出信号を所定の基準値と比較して前記導圧管の詰まりを検出する診断部とを備えたことにより、複雑な判定アルゴリズムを用いることのない、コストダウンが可能な詰まり診断装置及び詰まり診断方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。
【００１８】
図１は本発明の実施の形態に係る詰まり診断装置の一実施例で、差圧伝送器に設けられたものを示す構成ブロック図である。差圧・圧力検出部１は導圧管によって導かれたオリフィスの高圧側圧力ＰＨと低圧側圧力ＰＬとに基づいて差圧及び静圧を検出し、差圧信号ＳＤ、高静圧信号ＳＨ及び低静圧信号ＳＬを出力する。揺動検出部２は演算部２１と診断部２２から構成される。演算部２１は高静圧信号ＳＨ及び低静圧信号ＳＬを入力して各信号のパワースペクトル密度を演算し、パワースペクトル密度と周波数の関係を線形近似する近似線（回帰直線とも呼ぶ。以下同様）のパラメータ（近似線パラメータ又は回帰係数とも呼ぶ。以下同様）を最小二乗法などにより演算し、揺動検出信号として出力する。診断部２２は演算部２１から揺動検出信号を入力し、前記パラメータに基づいて導圧管の詰まりを検出する。
【００１９】
図１の装置の動作を以下に説明する。差圧・圧力検出部１はオリフィスの高圧側圧力ＰＨと低圧側圧力ＰＬとに基づいて差圧及び静圧を検出し、差圧信号ＳＤ、高静圧信号ＳＨ及び低静圧信号ＳＬを出力する。差圧信号ＳＤについては流量演算処理などが行われる。揺動検出部２において、演算部２１は高静圧信号ＳＨ及び低静圧信号ＳＬの波形データからそれぞれパワースペクトル密度を演算し、パワースペクトル密度と周波数の関係を線形近似する近似線のパラメータαＨ，βＨ，αＬ，βＬを演算する。ここでαＨ，βＨは高静圧信号ＳＨに関する線形近似パラメータ、αＬ，βＬは低静圧信号ＳＬに関する線形近似パラメータである。診断部２２はこれらのパラメータを基準値と比較して導圧管の詰まりが生じているかを判定し、詰まりを検出すると警報信号を発生する。
【００２０】
図２のフローチャート例を用いて揺動検出部２の動作の詳細を以下に示す。
（１）差圧・圧力検出部１から出力された静圧信号（ＳＨ，ＳＬ）を演算部２１においてサンプリング間隔Δt、サンプリング周期Ｔでサンプリングし（図５）、Ｎ個の時系列データＤ（０），Ｄ（Δｔ／Ｔ），Ｄ（２Δｔ／Ｔ），・・・，Ｄ（（Ｎ−１）Δｔ／Ｔ）を得る（ステップＳ１）。
（２）サンプリングデータＤ（０），Ｄ（Δｔ／Ｔ），Ｄ（２Δｔ／Ｔ），・・・，Ｄ（（Ｎ−１）Δｔ／Ｔ）の平均値Ｄｍを次式で演算する（ステップＳ２）。
Ｄｍ＝｛Ｄ（０）＋Ｄ（Δｔ／Ｔ）＋Ｄ（２Δｔ／Ｔ）＋・・・＋Ｄ（（Ｎ−１）Δｔ／Ｔ）｝／Ｎ
（３）サンプリングデータＤ（０），Ｄ（Δｔ／Ｔ），Ｄ（２Δｔ／Ｔ），・・・，Ｄ（（Ｎ−１）Δｔ／Ｔ）から下式のように平均値Ｄｍを減算して揺動成分ｄを演算する（ステップＳ３）。
ｄ（０）  ＝  Ｄ（０）−Ｄｍ
ｄ（Δｔ／Ｔ）＝Ｄ（Δｔ／Ｔ）−Ｄｍ
ｄ（２Δｔ／Ｔ）＝Ｄ（２Δｔ／Ｔ）−Ｄｍ
・
・
ｄ（（Ｎ−１）Δｔ／Ｔ）＝Ｄ（（Ｎ−１）Δｔ／Ｔ）−Ｄｍ              （１）
（４）揺動成分の時系列データｄ（０），ｄ（Δｔ／Ｔ），ｄ（２Δｔ／Ｔ），・・・，ｄ（（Ｎ−１）Δｔ／Ｔ）についてＦＦＴ（高速フーリエ変換）等によりフーリエ変換し、変換値の二乗平均値を求めてパワースペクトル密度Ｐを算出する（ステップＳ４）。
（５）図３に示すように、パワースペクトル密度と周波数の関係について、最小二乗法を用いて近似線６
ｙ＝Ｆ（ｘ）＝−αｘ＋β                （２）
を算出する（ステップＳ５）。ここで、αは傾きパラメータ、βはｙ切片パラメータ、ｘ＝ｌｎｆ、ｙ＝ｌｎＰである。
（６）近似線６のパラメータ（α，β）を揺動検出信号として出力する（ステップＳ６）。
（７）診断部２２において、揺動検出信号（α，β）を基準値（αr，βr）と比較し、比較結果に対応してアラーム（警報信号）を出力する（ステップ７）。
【００２１】
上記ステップ７における比較・判定の詳細について、以下に説明する。図３のグラフに示すように、揺動信号のパワースペクトル密度の周波数特性３はＲＣフィルタと同様に高域減衰特性を有している。導圧管の詰まりが進行していくと揺動信号の高周波成分が減ってゆき、揺動成分が点線４のように低周波側へ（矢印Ａの方向）シフトする。これに伴い、揺動信号の高域減衰特性における、パワースペクトル密度と周波数の関係を表す近似式（２）で示される近似線６も低周波側へ（矢印Ａの方向）シフトする。図３に示すように、基準値（α1，β1）に対応するアラーム判定基準線５を
ｙ1＝−α1ｘ＋β1                            （３）
とし、揺動検出信号（α，β）に対応する近似線６がこれより内側（周波数の小さくなる方向）にシフトしたときに診断部２２から詰まり検出のアラームを出すようにする。
【００２２】
αの変化が小さく図３の例のように、近似線６がほとんど周波数軸と平行にシフトする場合は、ｙ切片パラメータβは詰まりが進行するにしたがって小さくなるので、基準値 βr＝β1 を設け、ｙ切片パラメータβがそれ以上小さくなったとき、すなわち β<β1 になったときに診断部２２からアラームを出すようにしてもよい。この場合、勾配αは系の安定度確認のために監視する。
【００２３】
また、初期詰まり判定用基準値(α2,β2)を設けて詰まりの初期診断を行うこともできる。すなわち、アラーム判定基準線５より高い周波数領域において、図示しない新たなアラーム判定基準線を設け、その式を
ｙ2＝−α2ｘ＋β2                             （４）
とし、揺動検出信号（α，β）に対応する近似線６がこれより内側（周波数の小さくなる方向）にシフトしたときに診断部２２から初期詰まりのアラームを出すようにする。
【００２４】
αの変化が小さい場合は、前述のβ1の場合と同様に、β<β2になったときに診断部２２から初期詰まりのアラームを出すようにする。この場合、下記のように詰まりの進行度合によって異なるアラームを発生することができる。
β<β2になったときに初期詰まりのアラームを出力
β<β1になったときに中期詰まりのアラームを出力
【００２５】
上記のような構成の詰まり診断装置によれば、低圧側の詰まりは低圧側静圧信号の揺動信号の観測のみから検出でき、高圧側の詰まりは高圧側静圧信号の揺動信号の観測のみから検出できる。すなわち、高圧側、低圧側の詰まり検出を独立に行うことができるので、両側詰まり診断が容易であり、流量、動作点の変動の影響が少ない。したがって、診断アルゴリズムが単純となり、内部処理量が少なくて済むので、詰まり診断装置のコストダウンを図ることができ、演算時間を短く、消費電力を小さくすることができる。
【００２６】
また、感度が高く、低い詰まり度で検出することができる。
【００２７】
また、線形近似式のパラメータを揺動検出信号としているので、診断部２２における判定アルゴリズムを単純化でき、高速処理が実現できる。
【００２８】
なお、上記の実施例ではパワースペクトル密度と周波数の関係を１次関数で近似したが、これに限らず、２次以上の任意の次数の曲線からなる近似線（回帰曲線）をあてはめて、そのパラメータを揺動検出信号としてもよい。
【００２９】
また、演算部２１におけるパワースペクトル密度の演算には、上記の方法に限らず、波形の自己相関関数をフーリエ変換する方法など他の方法を用いてもよい。この場合は、コンピュータによる計算が容易という利点がある。
【００３０】
また、周波数スペクトルはパワースペクトル密度に限らず、波形に含まれる周波数成分の強さの周波数スペクトル（フーリエスペクトル）やその近似線パラメータを揺動検出信号として、診断部２２で基準値と比較してもよい。
【００３１】
また、上記の実施例では揺動検出部を差圧伝送器内に設けているが、別置きとしてもよく、離れた場所にある中央監視装置内に設けてもよい。
【００３２】
また、差圧伝送器に限らず、導圧管を用いる各種の圧力検出器に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態に係る詰まり診断装置の一実施例を示す構成ブロック図である。
【図２】揺動検出部２の動作の詳細を示すフローチャートである。
【図３】図２のステップＳ７の動作を示すための動作説明図である。
【図４】従来の詰まり診断方法の例を示す図である。
【図５】揺動信号の様子を示す静圧データの例とサンプリングの様子を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００３４】
６  近似線
２１  演算部
２２  診断部
α，β  近似線パラメータ
αＨ，βＨ，αＬ，βＬ  揺動検出信号
ｆ  周波数
Ｐ  パワースペクトル密度
ＰＨ，ＰＬ  圧力
ＳＨ，ＳＬ  圧力信号
【図１】
2008203000.tif 000003
【図２】
2008203000.tif 000004
【図３】
2008203000.tif 000005
【図４】
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【図５】
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