故障預測支援裝置的製作方法
2023-05-11 05:25:41 1
專利名稱：故障預測支援裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及以調節流體流量的調節閥等作為故障預測對象物，支援該故障預測對象物的故障預測的故障預測支援裝置。
背景技術：
歷來，在化學成套設備等中，對調節閥設置有定位器，由該定位器調整調節閥的閥開度，從而控制通過調節閥的流體的流量。在這種情況下，定位器求出來自上位裝置的設定開度與來自調節閥的實際開度的偏差，生成使該偏差為零的驅動控制信號，將該驅動控制信號變換為空氣壓信號提供給調節閥。
使用這種成套設備，為了避免由於調節閥的故障而引起的設備停止等最壞事態的發生，需要在現場進行調節閥的定期檢查與保養。由此能夠進行長期穩定的工作。但是，在這種方法中，由於對於即使是未發生異常的調節閥也進行現場的檢查，所以引起保養管理的費用上升。
因此，實行了使用定位器測量調節閥的各種閥參數，將該測量的結果送給上位裝置。更具體地講，使用裝載於定位器的CPU(中央計算處理裝置)，測量調節閥的閥部總動作距離及動作速度的變化，將所得到的測量數據送到上位裝置，在上位裝置的監控畫面中顯示出曲線圖等，根據該顯示能夠進行調節閥的故障預測，由於不需要在現場對調節閥進行定期的檢查，所以能夠減低保養管理的費用。
但是，以往是在上位裝置的監控畫面中各種閥參數的測量數據僅以曲線圖等形式來顯示，必須綜合地判斷這些測量數據，根據獨自的經驗進行調節閥的故障預測。因此，必須依賴於具有高度的專業知識及經驗豐富的管理技術人員，或從廠家派遣的技術人員進行分析，存在有由一般的操作員不能進行調節閥的故障預測等問題。還有，例如即使委託經驗豐富的管理技術人員進行分析，也存在對調節閥的故障預測需要相當時間的問題。
發明內容
本發明是為了解決這樣的問題而提出的，其目的在於提供即使是由不具有高度的專業知識及豐富經驗的管理技術人員，也能夠正確且在短時間內進行故障預測的故障預測支援裝置。
為了達到上述目的，本發明的故障預測支援裝置的特徵在於，設置有作為故障預測曲線而存儲基於統計數據而製作的、表示故障預測對象物的使用時間與故障率之間關係的曲線的故障預測曲線存儲裝置，以及基於故障預測對象物的使用時間通知故障預測對象物的故障預測曲線中現在位置的現在位置通知單元。
該故障預測支援裝置還可以進而設置有對應於故障預測對象物的使用環境而修正故障預測曲線的故障預測曲線修正裝置，所述現在位置通知單元通知故障預測對象物的修正了的故障預測曲線中的現在位置。
而且，還可以進而設置有對應於故障預測對象物的現在使用狀況而修正故障預測曲線的故障預測曲線修正裝置，所述現在位置通知單元通知故障預測對象物的修正了的故障預測曲線中的現在位置。
而且，所述現在位置通知單元在表示故障預測曲線的同時，還可以表示出顯示故障預測對象物的故障預測曲線中現在位置的指標。
而且，還可以進而設置有基於故障預測對象物的使用時間與故障預測曲線而計算出故障預測對象物的剩餘壽命時間的剩餘壽命時間計算裝置，所述現在位置通知單元通知由剩餘壽命時間計算裝置所計算出的剩餘壽命時間作為故障預測曲線中的現在位置。
還有，作為故障預測曲線的一例，可以列舉出分為故障預測對象物的故障率從其使用開始隨時間的經過而降低的初期故障期間，故障預測對象物的故障率穩定的偶發故障期間，以及故障預測對象物的故障率隨時間的經過而上升的磨耗故障期間的故障率曲線。
圖1是使用了本發明中故障預測支援裝置的一個實施例的流量控制系統的系統結構圖。
圖2是該流量控制系統中定位器的方框圖。
圖3是表示該定位器的存儲部中保存的故障預測曲線(故障率曲線S0)的一例的圖。
圖4是表示根據故障預測支援程序的處理動作的一例(例1)的流程圖。
圖5是表示根據故障預測支援程序的處理動作的另一例(例2)的流程圖。
圖6是表示由圖5的處理動作而修正的故障率曲線S1與修正前的故障率曲線S0的對比的圖。
圖7是表示根據故障預測支援程序的處理動作的另一例(例3)的流程圖。
圖8是表示故障率曲線及該故障率曲線中現在位置的表示指標的表示例的圖。
具體實施例方式
以下結合附圖對本發明的實施方式詳細說明。
圖1是使用了本發明中故障預測支援裝置的一個實施例的流量控制系統的系統結構圖。
在該圖中，1是化學成套設備等中的液體輸送管道，2是在液體輸送管道1的中途所設置的調節閥，3是調節閥2中附設的定位器，4是在中央操作室內所設置的監視裝置，定位器3與監視裝置4通過現場總線5而相互連接。
在該系統中，預先收存有測量液體輸送管道1中流體壓力的壓力計6-1、6-2，測量液體輸送管道1中流體溫度的溫度計7-1、7-2，測量液體輸送管道1中流體流量的流量計8，測量液體輸送管道1的振動(管道振動)的振動計9，測量調節閥2周圍溫度的溫度計10等的各種傳感器，這些傳感器通過現場總線5與監視裝置4及定位器3相互連接。還有，11是操作人員攜帶的手持電腦，根據需要與現場總線5相連接使用。
圖2是定位器3的方框圖。
定位器3設置有現場總線模塊3-1，分離器3-2，控制部3-3，電動氣壓變換部3-4，以及閥開度檢測器3-5。控制部3-3，設置有CPU3A，存儲部3B，診斷模塊3D，A/D變換器3E，電源部3F，以及通信接口3G，存儲部3B，診斷模塊3D，及A/D變換器3E通過總線3C與CPU3A相連接。
在定位器3中，現場總線模塊3-1通過現場總線5分離供與的電源及信號，將電源給予控制部3-3，另一方面，通過分離器3-2將送向控制部3-3。而且，通過分離器3-2來自控制部3-3的信號，通過現場總線5而送向監視裝置4。
在控制部3-3中，電源部3F將來自現場總線模塊3-1的電源作為既定的電壓值，供給到控制部3-3內的各部。通信接口3G設置在分離器3-2與CPU3A、存儲部3B、及診斷模塊3D之間，轉接向控制部3-3的信號輸入及從控制部3-3的信號輸出。A/D變換器3E將由閥開度檢測器3-5所檢測出的調節閥2的閥開度(實際開度模擬值)變換為數碼值，通過總線3C送向CPU3A。診斷模塊3D測量調節閥2的閥部總動作距離及動作速度的變化等各種閥參數，將該測量數據作為診斷結果通過通信接口3G定期地送向監視裝置4。
在控制部3-3的存儲部3B中，除了存儲有CPU3A的實行程序之外，還存儲有基於統計數據而製作、作為故障預測曲線S0的、表示調節閥2的使用時間與故障的發生率(故障率)關係的曲線。圖3表示了該故障曲線S0的一例。還有，故障率p表示為p＝(該時刻的故障個數)/(殘留的個數)。
這裡，對使用時間與故障率的關係加以簡單說明。在可靠性工程學中，故障率根據使用時間而大體分為初期故障期間、偶發故障期間、及磨耗故障期間，在每一個期間，都會發生由設計、製作、施工、運行、環境等因素而引起的故障。其結果是，在初期故障期間從使用開始隨著時間的經過故障率緩慢下降，在偶發故障期間故障率穩定，在磨耗故障期間隨著時間的經過故障率又緩慢上升。以使用時間t為橫坐標，由於以故障率p為縱坐標做圖時，曲線的形狀類似於浴盆形，所以將其稱為浴盆形曲線(故障率曲線)(文獻1「可靠性工程學的話題」，大村平著，(株)日科技連出版社，1995年3月15日第四版發行，23～37頁)。
本發明者分析的現場積蓄的數據，對於調節閥2所發生的各種各樣的狀態，調查了何種因素的何種內容相關，基於統計數據製作了表示調節閥2的使用時間與故障率關係的故障率曲線。在該故障率曲線中，僅單純從測定的數據所不能知道的現場經驗也從隱式知識升華到形式(顯性)知識，並得以反映。在本實施例中，這樣對調節閥2製作的故障率曲線作為故障預測曲線S0存儲於存儲部3B內，在後述的故障預測支援程序實行時使用。還有，為了以下說明的方便，在故障預測曲線S0中，將初期故障期間T1與偶發故障期間T2的邊界點設為A點、偶發故障期間T2與磨耗故障期間的邊界點設為B點、初期故障期間T1的開始點設為C點、磨耗故障期間的終了點設為D點。
而且，通過實行定位器3的CPU3A中的故障預測支援程序，圖1所示的流量控制系統作為故障預測支援裝置的功能，實現通知基於調節閥2的使用時間調節閥2的故障預測曲線S0中現在位置的現在位置通知單元。調節閥2的故障預測曲線S0中的現在位置，也可以與故障預測曲線S0上表示現在位置的指標相重疊表示，也可以由調節閥2的剩餘壽命時間tx來表示。這裡，剩餘壽命時間tx，定義為故障預測曲線S0中從現在到B點(偶發故障期間T2與磨耗故障期間T3的邊界點)的時間，及從現在到故障率p超出既定值的時間。還有，在上述現在位置的通知中，不僅是表示現在位置的意義，而且還包含將表示現在位置的信號向定位器3的外部裝置發送。
CPU3A求出從通過現場總線5的監視裝置4的對於調節閥2的設定開度與從閥開度檢測器3-5的通過A/D變換器3E的調節閥2的實際開度的偏差，生成使該偏差為零的驅動控制信號，送向電動氣壓變換部3-4。電動氣壓變換部3-4將來自CPU3A的驅動控制信號變換為空氣壓信號，將該空氣壓信號給予調節閥2。由此，控制流過調節閥2的流體的流量為所希望的流量值，調整調節閥2的實際開度為設定的開度。
還有，在該基本動作中，診斷模塊3D將調節閥2的閥部總動作距離及動作速度的變化等測量數據通過通信接口3G等定期向監視裝置4發送。從該診斷模塊3D發送測量數據的周期，在初期故障期間T1內較短，在偶發故障期間T2中較長，在磨耗期間T3中較短。而且，在偶發故障期間T2中，在異常發生的情況下，使原來長的發生周期變短。
[例1]圖4是表示根據故障預測支援程序的CPU3A的處理動作的一例。CPU3A在配置有調節閥2的流量控制系統的試運行開始的同時，即與調節閥2的開始使用同時，開始軟體記時，開始調節閥2的使用時間tT的記時(步驟401)。
而且，CPU3A讀出存儲部3B中所存儲的調節閥2的故障預測曲線(浴盆形曲線)S0(步驟402)，求出到達該故障預測曲線S0中偶發故障期間與磨耗故障期間的邊界點(圖3所示B點)的時間tb與調節閥2現在的使用時間tT的差tx，將該差tx作為對於B點的剩餘壽命時間(步驟403)。
這樣，將該求得的對於B點的剩餘壽命時間tx作為故障預測結果，通過通信接口3G發送向監視裝置4(步驟404)。監視裝置4從定位器3接收到對於B點的剩餘壽命時間tx時，將這些在監控器圖像4-1上顯示。CPU3A對該步驟402～404的處理動作進行定期的重複。
圖5是表示根據故障預測支援程序的CPU3A的處理動作的另一例。CPU3A與調節閥2的使用開始同時開始軟體記時，在開始調節閥2的使用時間tT的記時開始的同時(步驟501)，讀出存儲部3B中所存儲的調節閥2的故障預測曲線(浴盆形曲線)S0(步驟502)。
而且，對於該讀出的調節閥2的故障預測曲線S0，考慮此時調節閥2的使用環境、即壓力計6-1、6-2，溫度計7-1、7-2，流量計8，振動計9，溫度計10等各種傳感器所決定的使用時的運行條件(例如流體的壓力及壓差，流體溫度及周圍溫度，壓力變動，流體狀況(空隙率、漿濃度等)，管道振動，其他)，調節閥2的閥部總動作距離及動作速度的變化等故障率曲線的各期間中測量數據的使用開始時間的發送周期，使用開始後的保養計劃等，對故障率曲線S0進行修正，得到故障率曲線S1(步驟503)。而且，將該修正的故障率曲線S1存儲於存儲部3B(步驟504)。
在絕大多數情況下，修正的故障率曲線S1如圖6所示，與修正前的故障率曲線S0相比，是故障率降低且B點向前延伸的曲線。也就是說，來自診斷模塊3D的測量數據，在監視裝置4的監控畫面4-1中表示為曲線圖等。如前所述，在該監控畫面4-1中所表示的檢測數據中，雖然不能簡單地進行調節閥2的故障預測，但可以立即知道異常狀態。所以，通過對該異常狀態採取適當的措施，能夠使故障率下降，使到達功能界限的時期儘量地向前延伸。而且，調節閥2的故障率受流體壓力、流體溫度等運行條件很大的影響。運行條件苛刻，則故障率上升，運行條件寬鬆，則故障率下降。而且，壽命也會相應的縮短或延長。而且，如果基於由本發明特有的故障預測支援功能所表示的剩餘壽命時間而制定保養計劃，可以使故障率下降，壽命延長。其結果是，修正後的故障率曲線S1與修正前的故障率曲線S0相比，是故障率降低且B點向前延伸的曲線。
接著，CPU3A讀出存儲部3B中所存儲的修正後的故障率曲線S1(步驟505)，求出到達該故障率曲線S1中偶發故障期間與磨耗故障期間的邊界點(圖6所示B點)的時間tb與調節閥2的現在使用時間tT的差tx，將該差tx作為對於B點的剩餘壽命時間(步驟506)。
而且，將該求得的對於B點的剩餘壽命時間tx作為故障預測結果，通過通信接口3G送向監視裝置4(步驟507)。監視裝置4接收了來自定位器3的對於B點的剩餘壽命時間tx時，將其顯示在監控畫面4-1上。CPU3A定期重複該步驟505～507的處理動作。
圖7是表示根據故障預測支援程序的處理動作的另一例。CPU3A與調節閥2的使用開始同時開始軟體記時，在開始調節閥2的使用時間tT的記時開始的同時(步驟701)，讀出存儲部3B中所存儲的調節閥2的故障預測曲線(浴盆形曲線)S0(步驟702)。
而且，對於該讀出的調節閥2的故障預測曲線S0，考慮此時調節閥2的使用狀況、即壓力計6-1、6-2，溫度計7-1、7-2，流量計8，振動計9，溫度計10等各種傳感器所決定的使用時的運行條件(例如流體的壓力及壓差，流體溫度及周圍溫度，壓力變動，流體狀況(空隙率、漿濃度等)，管道振動，其他)，閥開度，輸入信號，閥軸滑動距離，閥軸位置分布等現在的閥參數，調節閥2的閥部總動作距離及動作速度的變化等故障率曲線的各期間中測量數據的現在發送周期，現在保養計劃等，對故障率曲線S0進行修正，得到故障率曲線S2(步驟703)。
接著，CPU3A求出到達該故障率曲線S2中偶發故障期間與磨耗故障期間的邊界點(圖6所示B點)的時間tb與調節閥2的現在使用時間tT的差tx，將該差tx作為對於B點的剩餘壽命時間(步驟704)。
而且，將該求得的對於B點的剩餘壽命時間tx作為故障預測結果，通過通信接口3G送向監視裝置4(步驟705)。監視裝置4接收了來自定位器3的對於B點的剩餘壽命時間tx時，將其在監控畫面4-1上表示。CPU3A定期重複這些步驟702～705的處理動作。
由上述的例1～例3的處理動作可知，在本實施例中，由於將對故障率曲線S0(例1)、故障率曲線S1(例2)、故障率曲線S2(例3)中B點的剩餘壽命tx作為故障預測結果通知監視裝置4，在監視裝置4的監控畫面4-1中表示，所以即使是不具有高度的專業知識及豐富經驗的操作人員也能夠根據該表示的剩餘壽命tx正確且在短時間地進行調節閥2的故障預測。由此，即使不依賴於具有高度的專業知識及豐富經驗的操作人員及從廠家派遣的技術人員的分析，由一般的操作人員也能夠制定確實的維護計劃。
還有，在上述例1(例2、例3)中，是從定位器3對於監視裝置4僅發送對於B點的剩餘壽命時間tx，但也可以是將剩餘壽命時間tx與故障率曲線S0(S1、S2)一起發送，表示故障率曲線S0(S1、S2)。圖8中給出了這種情況下的表示例。在該例中，以□標誌P1作為指標，表示調節閥2的故障率曲線S0(S1、S2)中的現在位置。在這種情況下，由指標P1的位置與B點(偶發故障期間與磨耗故障期間的邊界點)的時間差，可知對於B點的剩餘壽命時間。
而且，在上述例2中，是通過由調節閥2的使用開始時的環境對故障率曲線S0進行修正而得到的故障率曲線S1，但調節閥2的使用開始時的環境為已知的情況很多，在這樣的情況下，也可以在產品的出廠階段將修正後的故障率曲線S1取代S0存儲於存儲部3B，使用該存儲部3B內存儲的故障率曲線S1進行如同例1的處理動作。
而且，在上述實施例中，是從定位器3向監視裝置4發送故障預測結果，但也可以在監視裝置4一側進行與定位器3一側進行的同樣的故障預測處理，也可以在監視裝置4一側與定位器3一側分散進行。在這種情況下，監視裝置4與定位器3一起作為故障預測支援裝置。
而且，在上述實施例中，故障預測對象是調節閥，但故障預測對象並不限於調節閥。例如，可以是包含調節閥的流量控制系統全體，也可以是包含該流量控制系統的設備全體。而且，還可以考慮空調設備及熱源設備等設備，包含這些設備的建築物，各種的部件等多種多樣的對象作為故障預測對象物。
而且，在上述實施例中，故障預測曲線是故障率曲線，但故障預測曲線並不限於是故障率曲線。例如，也可以是如圖3中省略從C點到A點的線的曲線。
而且，是表示了表示對於B點的剩餘壽命時間的例，但也可以是在對於B點的剩餘壽命時間超過規定的時間的情況下蜂鳴器發出聲音。而且，還可以是在對於B點的剩餘壽命為負值的情況下，就是使用時間tT超過tb的情況下，蜂鳴器發出聲音，告知已經進入了磨耗故障期間。
而且，在上述實施例中，定位器3與監視裝置4之間的通信協議是現場總線的方式，但也可以是HART及LON等通信協議，還可以利用其他各種通信協議。
而且，在上述實施例中，是在監視裝置4的監控畫面4-1中表示對於B點的剩餘壽命時間，但也可以在操作人員攜帶的手持電腦11的顯示器上表示。而且，還可以在定位器3上設置表示器，在該表示器的顯示器上表示。
而且，在上述實施例中，是由軟體計時器對調節閥2的使用時間tT進行計時，但計時裝置並非一定必要。例如，由於如果同時存儲了調節閥2的標籤編號與該調節閥2的開始使用時刻，通過從手持電腦11輸入標籤編號，就能夠求出從現在時刻的使用時間tT，所以也可以使用這樣得到的使用時間tT。
權利要求
1.一種故障預測支援裝置，其特徵在於設置有作為故障預測曲線而存儲有基於統計數據而製作的、表示故障預測對象物的使用時間與故障率之間關係的曲線的故障預測曲線存儲單元，以及基於所述故障預測對象物的使用時間通知所述故障預測對象物的所述故障預測曲線中現在位置的現在位置通知單元。
2.根據權利要求1所述的故障預測支援裝置，其特徵在於進而設置有對應於所述故障預測對象物的使用環境而修正所述故障預測曲線的故障預測曲線修正單元，所述現在位置通知單元通知所述故障預測對象物的修正了的所述故障預測曲線中的現在位置。
3.根據權利要求1所述的故障預測支援裝置，其特徵在於進而設置有對應於所述故障預測對象物的現在使用狀況而修正所述故障預測曲線的故障預測曲線修正單元，所述現在位置通知單元通知所述故障預測對象物的修正了的所述故障預測曲線中的現在位置。
4.根據權利要求1所述的故障預測支援裝置，其特徵在於所述現在位置通知單元在表示所述故障預測曲線的同時，還表示出顯示所述故障預測對象物的所述故障預測曲線中現在位置的指標。
5.根據權利要求1所述的故障預測支援裝置，其特徵在於進而設置有基於所述故障預測對象物的使用時間與所述故障預測曲線而計算出所述故障預測對象物的剩餘壽命時間的剩餘壽命時間計算單元，所述現在位置通知單元通知由所述剩餘壽命時間計算單元所計算出的所述剩餘壽命時間作為所述故障預測曲線中的現在位置。
6.根據權利要求1所述的故障預測支援裝置，其特徵在於所述故障預測曲線是分為所述故障預測對象物的故障率從其使用開始隨時間的經過而降低的初期故障期間，所述故障預測對象物的故障率穩定的偶發故障期間，以及所述故障預測對象物的故障率隨時間的經過而上升的磨耗故障期間的故障率曲線。
全文摘要
本發明提供一種故障預測支援裝置，在存儲部中存儲有基於統計數據而製作的、表示調節閥的使用時間(t
文檔編號G05B23/02GK1552007SQ0281731
公開日2004年12月1日 申請日期2002年9月9日 優先權日2001年9月7日
發明者奧津良之, 黑田正人, 人 申請人:株式會社山武