(57)【要約】【課題】  いつ予防保守を行うかを決めるために循環システムの評価を可能とするとともに、データの収集量を最小限にして容易にかつ安価に提供可能な方法及び装置を提供すること。【解決手段】  循環システムのサービス寿命を決めるための方法及び装置であって、特性値を決めるために少なくとも一つのシステムの特性を決めて、システムのサイクル時間を決める工程を備えている。この少なくとも一つのシステム特性は、診断値を決めるためにアルゴリズムによって積分され、得られた診断値と所定の特性値とを比較してシステムの稼動状態を判定するものとされている。装置は、システムの特性を検知するセンサと、センサと作動可能に接続された演算部とを備えている。演算部は、診断値を決めるためにシステム特性を積分する回路を備えて、システムの稼動状態を決めるために診断値と所定の値とを比較するものとされている。【選択図】  図１
2005063443.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
循環システムのサービス寿命を決めるための方法であって、
特性値を決めるために少なくとも一つのシステムの特性を決定する工程と、
前記システムのサイクル時間を決定する工程と、
少なくとも一つの前記特性値を該積分値を積分するアルゴリズムに適用して診断値を決定する工程と、
前記診断値と所定の特性値とを比較して前記システムの稼動状態を判定する工程と、
を備えていることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
前記特性値が流量Ｑであることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、
前記システムの状態を決めるためのアルゴリズムが、Ｑを流量、Ｔをサイクル時間、かつ、Ｋを診断値とするとき、
【数１】
2005063443.tif 000008
とされていることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項２に記載の方法であって、
前記流量値を測定するために流量センサを備える工程をさらに有していることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、
サイクル時間を決めるためにＰＬＣを備える工程をさらに有していることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、
ユーザに診断情報を表示する工程をさらに備えていることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、
前記診断値の変化を判定ために複数のシステムに係るサイクルにわたって前記診断値を求める工程と、
前記サイクル時間の変化を判定するために複数のシステムに係るサイクルにわたってサイクル時間を求める工程と、
前記診断値の変化と前記サイクル時間の変化とを比較して前記システムの稼動状態を判定する工程と、
を備えていることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項３に記載の方法であって、
アクチュエータの移動開始時間と移動終了時間とを決めるために前記流量Ｑを時間ｔで微分してｄＱ／ｄｔを求める工程をさらに備えていることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項３に記載の方法であって、
前記流量の微分によって積分のための時間間隔を決める工程をさらに備えていることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項３に記載の方法であって、
アクチュエータの移動開始時間と移動終了時間とによって決まる時間間隔によって前記流量が積分されることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項３に記載の方法であって、
前記システムが、シリンダ内でピストンを作動可能に接続された流体動力バルブを備え、
前記バルブの作動時と前記ピストンが初期位置に戻る時との間で定義される時間間隔にわたって前記流量Ｑを積分する工程をさらに備えていることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項１２】
請求項３に記載の方法であって、
前記システムにおける機器の動きから時間間隔Ｔを決め、該Ｔにわたって前記流量を積分する工程をさらに備えていることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項３に記載の方法であって、
前記システムにおける一つのシステム全体にわたる時間と同一とされる時間間隔Ｔ全体にわたって前記流量Ｑを積分することを特徴とする方法。
【請求項１４】
循環する流体動力システムのサービス寿命を決めるための方法であって、
流体動力システムの流量を決定する工程と、
前記システムのサイクル時間を決定する工程と、
診断値を決めるために前記流量を前記サイクル時間にわたって積分する工程と、
前記診断値と所定の特性値とを比較してシステムの稼動状態を判定する工程と、
を備えていることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であって、
第一の時間間隔Ｔ１にて算出した診断値を保存し、
該診断値と、第二の時間間隔Ｔ２にて算出した診断値とを比較して診断値差分ΔＫを決める工程をさらに備えていることを特貯とする方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法であって、
サイクル時間差分ΔＴを得るために、前記Ｔ１と前記Ｔ２との間におけるサイクル時間の変化を算出する工程をさらに備えていることを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法であって、
システムの稼動状態を判定するために、診断値の差分ΔＫと、サイクル時間の差分ΔＴとを比較する工程をさらに備えていることを特徴とする方法。
【請求項１８】
循環システムのサービス寿命を決めるための方法であって、
前記システムの特性を検出して特性値を求める工程と、
前記特性値をサイクルの開始時間Ｔ１と終了時間Ｔ２とを決めるための第一のアルゴリズムに適用する工程と、
診断値Ｋを決めるために、前記Ｔ１と前記Ｔ２とにかけて算出する第二のアルゴリズムに前記特性値を適用する工程と、
前記システムの実施状態を決めるために前記診断値と一組の周知の値とを比較する工程と、
を備えていることを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法であって、
前記特性値が流量Ｑとされ、
前記第一のアルゴリズムが、ｄＱ／ｄＴとされ、
前記第二のアルゴリズムが、
【数２】
2005063443.tif 000009
とされていることを特徴とする方法。
【請求項２０】
循環する流体動力システムの稼動状態を診断する装置であって、
前記システムの特性を検知するセンサと、
該センサと作動可能に接続され、診断値を決めるためにシステム特性を積分する回路を備えて、前記システムの稼動状態を決めるために前記診断値と所定の値とを比較する演算部と、
該演算部と作動可能に接続されてシステムの稼動状態を示す表示部と、
を備えていることを特徴とする装置。
【請求項２１】
請求項２０に記載の装置であって、
前記システム特性が流量とされていることを特徴とする装置。
【請求項２２】
請求項２１に記載の方法であって、
前記演算部が、前記診断値を流量信号にのみ基づいて算出するものとされていることを特徴とする装置。
【請求項２３】
請求項２１に記載の装置であって、
前記演算部の回路が、前記システム特性を積分可能なプロセッサを備えていることを特徴とする装置。
【請求項２４】
請求項２３に記載の装置であって、
前記プロセッサが、前記システム特性の生じる時間にわたって値を決めるために前記システム特性を微分するものとされていることを特徴とする装置。
【請求項２５】
請求項２３に記載の装置であって、
前記演算部と作動可能に接続され、サイクル時間の情報を発生させるとともに、該情報を使用して前記プロセッサに前記システム特性を積分させる制御部を備えていることを特徴とする装置。
【請求項２６】
性有効２５に記載の装置であって、
前記プロセッサが、算出した診断値と所定の値とを比較して表示部に警告を表示させることを特徴とする装置。
【請求項２７】
稼動状態モニタを有する循環流体動力システムであって、
流体源と連通された流体用バルブと、
該バルブと作動可能に接続されたアクチュエータと、
システム特性を計測するセンサと、
該センサと作動可能に接続され、前記診断値を決めるために前記システム特性を積分する回路を有して、前記システムの稼動状態を判定するために前記診断値と所定の値とを比較する演算部と、
該演算部と作動可能に接続されて前記システムの稼動状態を示す表示部と、
を備えていることを特徴とするシステム。
【請求項２８】
請求項２７に記載の流体動力システムであって、
前記システム状態を決めるための数学的積分式が、Ｑを流量、Ｔをサイクル時間とするとき、診断値Ｋが、
【数３】
2005063443.tif 000010
とされていることを特徴とするシステム。
【請求項２９】
請求項２８に記載の流体動力システムであって、
前記アクチュエータが、初期位置から作動位置まで移動し再び初期位置まで戻ることができる可動部を備え、
前記Ｔが、前記バルブの作動時と前記アクチュエータが前記初期位置に戻る時との間で定義される時間間隔と同一とされていることを特徴とするシステム。  
【請求項３０】
請求項２８に記載のシステムであって、
前記アクチュエータが、初期位置から作動位置まで移動可能な可動部を備え、
前記Ｔが、前記可動部が前記初期位置から前記作動位置に移動する時間間隔と同一とされていることを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、循環システムの診断方法及びその装置、とりわけ、流体動力システムの稼動状態の診断に関する。
【背景技術】
【０００２】
製造環境において、機械の操作や物の移動のために、様々なシステムが採用されている。様々なシステムにおいて一環した生産を連続的に行うために、頻繁な保守とトラブルシューティングがしばしば要求される。機械保守の一つの方法としては、個々の機器の不具合が発生するまで待って、必要に応じてその機器を交換する方法がある。しかしながら、そのような保守方法は、しばしば製造工程を不測に中断してその中断時間に伴うコスト増を招いてしまう。
【０００３】
従って、機械保守において、機械の予期せぬ不具合を削減する保守防止処置の採用が増加している。代わりに、計画的な中断時間を設けてその間に様々な機器を効率良く提供する保守も行われている。しかしながら、このような保守防止方法は、交換や修理をしなければならない真の不具合に至る前に機器を交換することになるので、どの部品をいつ交換又は修理すべきかを決めておかなければならない。機器の交換時期を決定する一つの方法として、機器のサイクル寿命を特定しておいてその時期に至った際、その機器を単純に交換するというものである。しかしながら、機器が有効に操作される期間は様々な要因に依存する。例えば、空気圧システムの場合、高圧空気の汚染度、使用されている潤滑剤、操作圧力、周囲の環境、サイクル速度といったものがサイクル寿命に影響する要因となり得る。従って、この保守予防方法は、結果的には良好に稼動中の部品を交換するため、無駄を生みコストのかかるものとなり得る。
【０００４】
個々のシステムにおいて機器がいつ不具合を起こすかを予期するためのより高度な方法の採用が試みられてきた。予め機器の不具合を想定しておく方法の一つが特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載されているシステムでは、トランスデューサ、学習モード、所定の運転サイクル中の複数の箇所におけるデータ収集、及び、学習モード期間中に稼動可能なメモリとを使用している。そして、運転サイクル中、サイクル内の１００から１０００箇所の信号をデジタルサンプリングする。この方法はまた、所定の箇所における実測データと学習モードにおけるデータとを比較して許容範囲を定め、所定の箇所における実測データが許容値を越えた場合に信号を出力するものとされている。しかしながらこの方法は、運転サイクル中の多くのデータを保存しておくために大規模なメモリ領域を要する。さらに、運転サイクル中の各箇所におけるデータと所定のデータ範囲とを比較するために高速な処理を行う必要がある。複雑な統計数学的評価も必要とされる。
【０００５】
また、オンラインのバルブ診断監視システムが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。このシステムでは、バルブの操作特性を検出し、システム特性の異常を診断するものとされている。複数のセンサが使用され、離れた場所に配されたデータ取得システムに転送される。空圧調整弁の場合、バルブ操作に要する空気圧を検出するために圧力センサ又は流量計が使用される。バルブステムの引張と圧縮とを直接検出してステムの強度を検出する場合は、バルブの位置とバルブステムの作動量を検出する必要がある。従って，多くのセンサが使用され、莫大なデータ量が収集される。
【０００６】
さらに、個々のシステム特性の使用は、定期的な保守スケジュールを決める際に十分な信頼性が得られないことが今までに確認されている。例えば、空気圧システムでは、バルブ又はシリンダの吸入配管及び排気配管内の圧力を計測しても、多くの場合、シリンダの機能がバルブ機能とは独立したものであることについての情報を提供するのみとされる。圧力測定は、シリンダに関する診断情報を提供する一方、バルブ機能に関しては十分な診断情報を提供できない。
【０００７】
空気圧回路の吸入配管内の流量を計測することによって、空気圧回路全体の機能についての情報が得られる。シリンダ機能についての情報は、時間に依存する機能に制約される。そのため、シリンダ機能の不具合と、例えば、バルブの誤動作や消音器の詰まりといった他の考えられる不具合とを識別することができない。流量測定は、空気圧回路の診断を改善することができるが、全ての機能に対する十分な診断データを提供することができない。
【０００８】
また、回路の完全なサイクルのためにサイクル時間を計測する方法が行われている。サイクル時間の計測は、シリンダ及びバルブ機能についての情報を含む空気圧回路全体の機能についての情報を提供する。しかしながら、このサイクル時間は、特定の機器が不具合間近かどうかについて決定するための十分な診断データを提供することができない。
【特許文献１】欧州特許公開第０７４０８０５Ａ１号公報
【特許文献２】米国特許第５，３２９，４６５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、いつ予防保守を行うかを決めるために循環システムの評価を可能とするとともに、データの収集量を最小限にして容易にかつ安価に提供可能な方法及び装置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】
本発明は、循環システムの診断に関する方法及び装置に有利なものとされている。
【００１１】
また、本発明は、このようなシステムとして、流体動力システムの稼動状態の診断方法に有利なものとされている。
【００１２】
また、本発明の他の効果としては、循環システムの使用寿命を決める方法及び装置に有効なものとされる。この方法は、特性値を決めるために少なくともシステムの一つの特性を決定することとシステムのサイクル時間を決定することとに関する工程を有している。少なくとも一つの特性値が、特性値を診断値の決定に統合し、システムの稼動状態を決めるために診断値を所定の値と比較する際のアルゴリズムに適用される。
【００１３】
装置は、システム特性を決定するためのセンサと、センサと作動可能に接続された演算部とを備えている。演算部は、診断値を決めるためにシステム特性を積分する回路を備えており、システムの稼動状態を決めるためにこの診断値と所定の値とを比較するものとされている。この演算部には、システムの稼動状態を示す表示部が作動可能に接続されている。
【００１４】
本発明の好ましい形態としては、特性値は流量Ｑとされ、システムの状態を決めるアルゴリズムは、以下の式でとされる。ここで、Ｑは流量、Ｔはサイクル時間、Ｋは診断値を表すものとする。
【００１５】
【数１】
2005063443.tif 000003
【００１６】
この発明は、さらに、流体源と連通されたバルブ等の稼動状態のモニタを有する循環性の流体動力システムに供される。アクチュエータがバルブに作動可能に接続されている。センサがシステム特性を決めるために配されている。演算部がセンサに作動可能に接続されている。演算部は、診断値を決めるためにシステム特性に関する数学的アルゴリズムを実行するための回路を備えており、システムの稼動状態を決めるために診断値と所定の値とを比較するものとされている。システムの稼動状態を示す表示部が演算部に作動可能に接続されている。
【００１７】
以下の詳細な記載を図面とともに参照することにより本発明のより良い理解が図られる。また、本発明の目的を特許請求の範囲に記載する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、予防保守のためにシステムの稼動状態を決めるための診断情報を提供可能な方法及び装置を提供することができる。また、本発明によれば、不具合が予測される部品やその原因の特定といった、流体動力回路における不具合予測を行うことができる。さらに、個々の状態におけるシステム或いは部品のサイクル寿命を予測してもよい。本発明によれば、システムにおいて必要な情報を提供するためのセンサの数を最小限にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１に示すように、流体動力システムとしての空気圧システム１０は、バルブ１２と、バルブ１２が作動可能に接続されたアクチュエータ１４とを備えている。アクチュエータ１４は、ピストンロッド１４ｂに装着されたピストンとされる可動部１４ａを備えている。アクチュエータ１４を駆動させたい所定の時間に、バルブ１２を駆動させるための制御部１６からの信号をバルブ１２が受信する。システムは、所望のアクチュエータを駆動させるために、様々なバルブの駆動を調整する制御部とともに多くのバルブやアクチュエータを備えている。循環システムにおいては、システムは所定の繰り返し回数にわたって稼動するように設計される。従って、バルブ操作やこれに対応するアクチュエータの移動が何回も繰り返される。本発明では、システムやその構成機器の最適操作性を決定するために、時の経過に伴うシステム特性の変化を利用する。
【００２０】
本発明では、不具合を予測するために１つのシステム特性を利用することが好ましい。具体的な実施形態としてのシステム特性は流量Ｑである。流量Ｑをサイクル時間Ｔにわたって積分することによって、流量の積分値によって定義され予防保守要求を予測するのに使用される診断値Ｋを得る。特に、診断値Ｋは、式（１）に示されるアルゴリズムを使って算出される。
【００２１】
【数２】
2005063443.tif 000004
ここで、Ｑは流量、Ｔはサイクル時間とする。
【００２２】
流量のようなシステムの特性値は、周知のトランスデューサ又はセンサで計測される。ある一定の時間にわたって流量Ｑを積分することによって、その期間で消費される流体の体積が決められる。流体の消費量の変化は、システムの稼動状態の変化となって表れる。例えば、空気の漏れのあるシステムでは、空気の漏れのないシステムに比べてより多くの空気が消費されることがＫ値の増加によってわかる。この診断値の変化が保守の必要性を示すものとして用いられる。
【００２３】
積分は、図１に示される演算部２０にて行われる。演算部２０は、マイクロプロセッサとされ、又は、オペアンプやレジスタといった個々の部品からなるプロセッサ２０ａを備えることもできる。デジタルマイクロプロセッサを使用する場合には、センサからのアナログデータをデジタル信号に変換するためにＡＤコンバータ２０ｃを使用してもよい。また、演算部２０は、演算過程において一時的に情報を保存するためのメモリーストレージ２０ｂを備えていてもよい。
【００２４】
Ｑの積分値は、サイクル時間Ｔ全体でなされるのが好ましい。ここで、サイクル時間Ｔは、循環システムにおける１回あたりの完全なサイクルに要する時間とする。例えば、図２に示すように、バルブやピストンが駆動されるシリンダを有する空気圧システムの１サイクルでは、Ｔは、バルブが駆動される時間ｔ１からシリンダのピストンが初期位置に戻る時間ｔ５までの時間を含む。サイクル時間Ｔは、流体動力システム全体をも制御するプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）によって計測され演算されてもよい。サイクル時間Ｔは、１サイクルが完了するまでの時間とする。一方、サイクル時間Ｔは、シリンダの両端位置を指示し、ピストンが一方の端部から他方の端部に移動して再び戻ることにより１サイクルとされる、直線状に駆動するような流体アクチュエータのリミットスイッチを使用して算出してもよい。サイクル時間Ｔは、図２に示すように、完全な１サイクルの時間全体と等しいものとされるのが好ましい。完全な１サイクルとは、バルブが駆動される時間ｔ１からピストンが初期位置に戻る時間ｔ５までの時間をいう。サイクル時間全体にわたって積分することによって、通常状態からのパラメータのどのようなずれも、サイクル中のどこで問題が発生したかにかかわらず診断され得る。このようなずれは、漏れや過剰な摩擦を含むものとする。
【００２５】
また、サイクル全体の一部のみを選択して積分時間としても構わない。例えば、ピストンが距離ｓ移動する、図２に示す時間ｔ２からｔ３までの時間全体にわたって積分してもよい。この場合のアルゴリズムは、Ｑを時間ｔ２からｔ３まで積分した式（２）とされる。
【００２６】
【数３】
2005063443.tif 000005
【００２７】
一方、Ｔは、時間ｔ１からｔ４までとして図２に示されるバルブ駆動時間ｕと等しくてもよく、この場合のＫ値は式（３）とされる。
【００２８】
【数４】
2005063443.tif 000006
【００２９】
積分時間をある時間に制限することによって、例えば、シリンダといった特定の機器についてより厳密にモニタされる。例えば、時間ｔ２からｔ３にわたって流量Ｑを積分することによって、ピストンが前進する間の流体体積とされる診断値Ｋが得られる。この値が許容パラメータを越える場合には、漏れといったシリンダの異常が診断され得る。サイクル全体とサイクルの一部とを両方計測してシステム状態に関する情報を提供するとしても構わない。
【００３０】
本発明では、流量の積分の際に使用するサイクル時間を流量Ｑそのものから導出することができる。この場合、センサ１８から得られる流量Ｑを式（４）によって微分できる。
【００３１】
Ｌ＝ｄＱ／ｄｔ  ・・・・・・・（４）
【００３２】
このＬは、所定時間における流量の変化量を示す。シリンダのようなアクチュエータを有するシステムにおいては、シリンダの移動開始時間から移動終了時間までとされる。サイクルの上記期間にわたって流量Ｑを積分するのが望ましい。シリンダの移動開始から移動終了までの時間を決めることは、診断値Ｋを決めるために流量Ｑを積分する時間を決めるのに役立つ。空気圧システムの挙動を図２にグラフにして示す。このグラフは、時間中のバルブの駆動、信号、電圧ｕ、圧力ｐ、流量Ｑ、シリンダのピストン位置ｓの応答を示している。
【００３３】
時間ｔ１にて、バルブの駆動電圧ｕを印加してバルブを開ける。このとき、微小流れがシリンダに向かって発生して配管内が空気で満たされる。そして、空気圧がピストンの摩擦力や外力よりも大きくなるまで、システム内の圧力ｐが上昇する。時間ｔ２になったとき、シリンダのピストンが移動し始める（ｓ＞０）。圧力ｐは、空気の供給量と適量の空気を供給する能力とに僅かしか依存せずに変化する。流量Ｑは、シリンダ内に空気が満たされるにつれて急激に上昇する。時間ｔ３になってピストンが終端位置に到達したときに流量が再び急激に変化するが、このときは、時間ｔ３からｔ４にかけて減少する。時間ｔ３からｔ４の間、シリンダはその終端位置（ｓ＝最大到達位置）に留まり、シリンダのピストンには最大圧力ｐが加圧される。流量Ｑは圧縮率、漏れ及び他の要素によって０になるまで減少する。ｔ４の後、ソレノイド電圧ｕが０になる。そして、圧力ｐが０に減少し、ピストンが無視できる程度の流量で変化しながら元の位置（ｓ＝０）に戻るであろう。時間ｔ５のとき、ピストンは初期位置に戻る。
【００３４】
図２のグラフに示すように、流量Ｑは、ピストンが移動する時間ｔ２からｔ３の間、勾配或いは変化率に沿って変化する。流体力によるシリンダピストンが移動し始めるとき、ピストンの移動によって徐々に増加する空間に流体が満たされるにつれて流量が急激に変化する。ピストンの移動によるこの急激な流量変化は、変化率とされる流量の微分によって検出される。同様に、シリンダのピストンが終端位置に移動したとき、シリンダ体積が固定されるにつれて流量が急激に減少する。時間ｔ３での流量の変化率は、流量の微分によって容易に算出される。演算部は、ソフトウェアとされるが、ある値又はそれを超える値における流量Ｑ、ｄＱ／ｄｔの所定変化率を検出するように設定される。例えば、所定の流量増加が式（２）の積分の際の時間ｔ２を示し、所定の流量減少が式（２）の積分の際の時間ｔ３を示している。この場合、Ｔはｔ３−ｔ２と同一とされる。従って，流体動力シリンダの開始及び停止時間を流量Ｑの微分値で定義することができる。ピストンの移動を位置センサで測定することができる一方、値Ｌの使用が、コスト増や複雑さにつながる他のセンサを不要とする。本発明では、診断値Ｋを決めるために流量がすでに検出されているので、さらなるセンサは必要ない。流量の積分を行うものとされる演算部は、流量の微分値Ｌをも算出できるものとされている。
【００３５】
【数５】
2005063443.tif 000007
【００３６】
診断値Ｋは、流量の積分値ともされるが、システムの稼動環境によって変化する。それゆえ、診断の際に使用され、空気圧システム或いは回路の不具合診断の簡単な統計学的解析及び／又はパターン認識を可能とする。サイクル全体にわたるシステムの流量の積分は、１サイクル当たりの流体の体積とされる。流体動力システムにおいては、機器が摩耗してサイクル寿命に近づくにつれてシールの劣化が始まる。このような劣化によって空気がシール部を流れて漏れの原因となる。図３は、通常の漏れのないシステムにおける体積を越えて流体の体積が増加した漏れ状態をグラフにしたものである。この体積の増加は、流量Ｑの積分である診断値Ｋに反映される。空気圧シリンダにおいて、シールが漏れの許容量を越えるほどに摩耗した場合、シリンダを所定量移動させるための流量が増加する。さらに、システムの負荷が増えて空気圧シリンダのベアリングが摩耗し始めた場合には、シリンダの移動の際により大きな圧力が必要になる。このような圧力を増加させるために空気量もより必要になる。そのため流量も増加する。従って、１サイクルあたりの流体体積の変化が、どの機器に不具合が生じ始めているかをシステムに示すこととなる。サイクル時間全体にわたって流量を積分することが、計測の際の不要な影響を排除して所定の時間内で生じる山谷を平均化することとなる。従って，診断値Ｋの変化が、システムの稼動状態の変化を示して保守を行う必要性をオペレータに警告することとなる。
【００３７】
算出したＫ値は、Ｋ値の変化傾向を割り出すために統計学的な解析がなさてもよい。例えば、創出されたＫ値は、所定の回数のサイクルにわたって収集されて平均化され、逸脱許容範囲と比較され得る。この例では、１００サイクル毎にＫ値を算出し、１０００サイクル以上にわたって平均化することができるであろう。Ｋ値の平均値がシステム状態を決定するために求められる。Ｋ値の平均値Ｋaveを周知の統計学的方法によって算出することができる。
【００３８】
所定のシステムのＫ値の許容限界値を決めるために、新規の部品を有するシステムの場合、そのシステムの診断値Ｋを決めるために初期運転を行ってもよい。これは個々のシステム毎に行われ得る。いくつかのシステムが同一設計によるシステムとされている場合には、診断値は、あるシステムで決められたものを他の類似のシステムにも適用することができる。システムに依存して許容可能なＫ値の範囲が設定される。この変動範囲は数パーセントの範囲とされ得る。診断値Ｋが特定のパーセントで変化して特定の範囲をはみ出した場合、回路の保守が必要であることを表す信号をオペレータに送ることができる。
【００３９】
本発明は、広範囲の循環システムに使用可能とされる。特に、図１のブロック図に示すような流体動力システムに採用されるのが好ましい。流体動力システム１０は、流体吸入配管１５によってアクチュエータ１４を操作可能に接続された様々なバルブ１２を備えていてもよい。そのようなバルブとアクチュエータの１つを図１に示す。システム１０は、ＰＬＣや当業者には周知の他の制御機器とされる制御部１６によって駆動されてもよい。制御部１６は、システムを構成するバルブやシリンダに作動可能に接続され、バルブ１２を駆動する信号１７を出力してもよい。センサ１８は、計測すべき部品に基づき配設することができる。バルブやシリンダを含む空気圧システムでは、センサがバルブへ流体を供給するための配管内の流量を計測するために配設された場合、バルブ及びシリンダの状態がＫ値に反映される。一方、センサがバルブとシリンダとの間の流れを計測するために配設された場合、シリンダの状態がＫ値に反映される。本発明では、システムや機器の状態を決めるために、１つ又はそれ以上の流量計をシステム全体にわたって様々な場所に配することができる。
【００４０】
操作の際には、本発明に係る装置は、システムの流量を計測して流量信号１９を出力する流量計１８を備えていてもよい。流量計１８は、インライン型のタービン流量計のような市販されている周知のものでよく、検出する流量に比例する電圧を出力する。流量計１８をバルブ１２に空気を供給する吸入配管１５に配設することができる。流量信号１９は、演算部２０に入力され。好ましい実施例では、この演算部２０は、デジタルマイクロプロセッサ２０ａ、メモリーストレージ２０ｂ、及び、ＡＤコンバータ２０ｃを備えている。流量信号１９は事実上アナログなので、ＡＤコンバータ２０ｃによってデジタル変換される。演算部は制御部１６に接続することができる。制御部１６は、演算部２０にサイクル時間信号２２を出力する。演算部２０は、周知のオペアンプとレジスターとからなる積分回路を備えたものとすることができる。
【００４１】
流量信号１９とサイクル時間信号２２とによってもたらされる情報に基づいて、演算部２０は０からＴまでのサイクル時間全体にわたって流量Ｑを積分してＫ値を算出する。Ｋ値の算出は、所定の回数のサイクル分行われ、さらに所定の回数のサイクルにわたって平均化されてもよい。Ｋの平均値であるＫaveは、演算部２０にて算出され得る。算出したＫave値は、保存されたＫ値の許容範囲を含むであろう情報に対して、許容範囲内にあるかどうか比較される。比較の結果によって、演算部に作動可能に接続された表示部２４に表示されるシステムの診断情報を創出してもよい。Ｋaveが制限内の場合、通常運転状態についての情報を創出して表示してもよい。Ｋave値を表示してもよい。Ｋave値が制限値から外れた場合、システムの保守が必要であることをユーザーに警告するために、表示部２４に警告信号を創出することもできる。掲示方法は、信号灯や音声信号、或いは、ディスプレイ上で視認可能なメッセージとされる。この掲示は、装置に表示され、及び／又は、プラントオペレータの端末のような中枢部に伝達される。
【００４２】
また、他の実施形態としては、演算部２０が、上述の図２に記載されているように、サイクルの開始と終了とを決めるため、流量Ｑを微分するようにしてもよい。この形態の場合には、演算部２０にサイクル時間信号２２を入力させる必要はない。
【００４３】
追跡を要するシステム特性値が１つのみであるため、システムの残存するサイクル寿命を予測するために収集かつ保存されるデータ量は少なくて済む。
【００４４】
他の形態では、診断値の変化量とサイクル時間の変化量とを算出して、システムのサービス寿命に関する情報が提供可能とされる。診断値は、変化量を決めるために複数のサイクルにわたって求められる。サイクル時間を満たす時間についても、変化量を決めるために複数のサイクルにわたって求められる。所定の回数で、システムの稼動状態を決めるために診断値の変化量とサイクル時間の変化量とを比較してもよい。この具体例では、診断値Ｋは上述のように流量Ｑの積分値とされる。この値が増加してもサイクル時間が同様に維持されている場合、システムに漏れの問題が生じてくる。また、サイクルの診断値Ｋが増加してサイクル時間が増加するにつれて、機械的な負荷又はシリンダの摩擦が増加する。
【００４５】
この工程を実行する場合には、演算部２０は、算出したＫ値と１つのサイクル全体にわたる時間とされたサイクル時間Ｔとをメモリーストレージ２０ｂに保存しておく。所定のサイクル数で、診断値の変化量ΔＫとしてサイクル時間の変化量ΔＴが算出される。そして、ΔＴ値及びΔＫ値は上記の算出結果と比較されて、漏れ又は機械的負荷の増大といった特定の問題についてユーザーに警告するためのディスプレイや他の信号機器に出力される。例えば、診断値Ｋ１は第一の時間Ｔ１で算出される。Ｔ１におけるこの診断値Ｋ１は、第二の時間Ｔ２から算出される診断値Ｋ２と比較され、Ｋ２−Ｋ１なる診断値差分ΔＫが決められる。第一の時間Ｔ１におけるサイクル時間は第二の時間Ｔ２におけるサイクル時間と比較され、Ｔ２−Ｔ１なる診断値差分ΔＴが得られる。診断値差分ΔＫは、システムの稼動状態を把握するためにサイクル時間差分ΔＴと比較される。この方法は、流量計と制御部によってつくられる時間信号とのみによるものとされ、他のセンサや機器の追加は不要とされる。
【００４６】
本発明の実施形態として現状想定される最良のものを記述しているが、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。また、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施形態に係る装置を有する循環システムを示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るシステムパラメータとしての、バルブの駆動電圧ｕ、圧力ｐ、流量Ｑ、そしてピストンの移動距離ｓの時間変化を示すグラフである。
【図３】本発明の一実施形態に係るバルブの通常状態と漏れのある状態とにおける時間Ｔに対する流量Ｑの変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４８】
１０  空気圧システム
１２  バルブ
１４  アクチュエータ
１４ａ  可動部
１６  制御部
１８  流量計（センサ）
２０  演算部
２０ａ  プロセッサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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