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公開番号2024161669
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-20
出願番号2023076519
出願日2023-05-08
発明の名称PIO装置およびPIO装置の寿命判定方法
出願人三菱電機株式会社
代理人弁理士法人ぱるも特許事務所
主分類G01M 99/00 20110101AFI20241113BHJP(測定;試験)
要約【課題】コストの増加を防ぎながらPIO装置の寿命判定を実現する。
【解決手段】PIO装置100は、プロセス入出力処理を行う入出力部110と、PIO装置100の寿命判定を行う寿命判定部120を備える。寿命判定部120は、プロセス入出力処理に伴って入出力部110が発する動作音Xを収音するマイク121と、動作音Xのアナログ波形XAをデジタル波形XDに変換するA/D変換器122と、プロセス入出力処理の制御の演算を行うとともに、正常時における動作音Xの波形である正常時波形と判定時における動作音Xの波形である判定時波形との乖離度を演算するマイコン123とを備え、乖離度の大きさに基づいてPIO装置の寿命を判定する。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
上位コントローラと現場機器との間に接続され、プロセス入出力処理を行う入出力部と、ＰＩＯ装置の寿命判定を行う寿命判定部とを備えるＰＩＯ装置であって、
前記入出力部は、前記プロセス入出力処理において、前記現場機器からの信号をプロセス信号に変換して前記上位コントローラに送信するとともに前記上位コントローラからの前記プロセス信号を前記現場機器に対応する形式の信号に変換して前記現場機器に送信し、
前記寿命判定部は、
前記入出力部が発する動作音を収音する収音部と、
アナログ波形である前記動作音の波形をデジタル波形に変換するアナログデジタル変換部と、
前記プロセス入出力処理の制御演算を行うとともに、正常時における前記動作音の波形である正常時波形と判定時における前記動作音の波形である判定時波形との乖離度を演算する演算部とを備え、
前記乖離度の大きさに基づいて前記ＰＩＯ装置の寿命を判定することを特徴とするＰＩＯ装置。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記演算部は、前記正常時波形と前記判定時波形をそれぞれ時間波形から周波数波形に変換し、各周波数成分における前記正常時波形と前記判定時波形の差の大きさの合計を前記乖離度として演算する請求項１に記載のＰＩＯ装置。
【請求項３】
前記演算部は、前記正常時波形と前記判定時波形をそれぞれ時間波形から周波数波形に変換し、前記正常時波形のピーク位置と前記判定時波形のピーク位置との距離を前記乖離度として演算する請求項１に記載のＰＩＯ装置。
【請求項４】
前記入出力部は、それぞれオンオフを切り替え可能な複数点の入出力チャンネルを有し、
前記寿命判定部は、前記入出力部の正常時において、前記入出力チャンネルが全点オフの状態から全点オンの状態までの各状態の前記動作音の波形を周波数波形に変換する処理を複数回繰り返して複数の周波数波形を取得し、前記複数の周波数波形の平均を演算することにより、前記正常時波形を取得する請求項１から３のいずれか１項に記載のＰＩＯ装置。
【請求項５】
前記寿命判定部による判定の結果を前記上位コントローラに送信し、前記判定の結果を外部の監視用表示装置に表示させる請求項１から３のいずれか１項に記載のＰＩＯ装置。
【請求項６】
前記寿命判定部は、寿命判定用の閾値と前記乖離度との大小関係に基づいて前記ＰＩＯ装置の寿命を判定する請求項１から３のいずれか１項に記載のＰＩＯ装置。
【請求項７】
前記寿命判定部は、前記寿命判定用の閾値よりも大きい異常検出用の閾値と前記乖離度を比較し、前記乖離度が前記異常検出用の閾値以上である場合に、前記入出力部に異常が発生していると判定する請求項６に記載のＰＩＯ装置。
【請求項８】
警報を発報させる発報部をさらに備え、
前記寿命判定部は、前記異常が発生していると判定された場合に、前記発報部に発報させる請求項７に記載のＰＩＯ装置。
【請求項９】
上位コントローラと現場機器との間に接続され、前記現場機器からの信号をプロセス信号に変換して前記上位コントローラに送信するとともに、前記上位コントローラからの前記プロセス信号を前記現場機器に対応する形式の信号に変換して前記現場機器に送信するプロセス入出力処理を行うＰＩＯ装置の寿命を判定するＰＩＯ装置の寿命判定方法であって、
前記プロセス入出力処理に伴って発せられる動作音を収音するステップと、
アナログ波形である前記動作音の波形をデジタル波形に変換するステップと、
前記プロセス入出力処理の制御演算を行う演算部によって、正常時における前記動作音の波形である正常時波形と判定時における前記動作音の波形である判定時波形との乖離度を演算するステップと、
前記乖離度の大きさに基づいて前記ＰＩＯ装置の寿命を判定するステップとを備えたことを特徴とするＰＩＯ装置の寿命判定方法。
【請求項１０】
前記正常時波形と前記判定時波形をそれぞれ時間波形から周波数波形に変換し、各周波数成分における前記正常時波形と前記判定時波形の差の大きさの合計を前記乖離度として演算する請求項９に記載のＰＩＯ装置の寿命判定方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本願は、ＰＩＯ装置およびＰＩＯ装置の寿命判定方法に関するものである。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
例えば発電プラントなどのプラントでは、現場機器が出力する信号をデジタルデータに変換して上位のコントローラに送信するとともに、上位のコントローラが発するプロセス信号を現場機器の信号形式に変換して現場機器に入力するＰＩＯ装置（ＰｒｏｃｅｓｓＩｎｐｕｔＯｕｔｐｕｔ装置）が用いられている。このようなＰＩＯ装置は、高い信頼性が求められるとともに、適切な時期に交換し、不具合による停止期間を短くする必要がある。このため、ＰＩＯ装置の異常を早期に検出する必要がある。また、異常が検出されなかった場合でも、ＰＩＯ装置の寿命がどの程度であるかを予測し、異常が発生する前に適時にＰＩＯ装置の交換を行う必要がある。
【０００３】
従来、電子機器またはその機構部品の異常あるいは異常の兆候を判定するものとして、機構部品から発せられる動作音を周波数分析するものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１０－１６９４３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の技術では、主にサーバの筐体内の機構部品を対象とした、異常などの判定を実現している。しかしながら、これをＰＩＯ装置に適用する場合、高い演算能力を持つＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）の追加が必要となり、判定装置をＰＩＯ装置の外部に設ける必要があるため、大型化を招きコストが増加する虞があるという問題点がある。
本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、コストの増加を防ぎながらＰＩＯ装置の寿命判定を実現するＰＩＯ装置およびＰＩＯ装置の寿命判定方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願に開示されるＰＩＯ装置は、上位コントローラと現場機器との間に接続され、プロセス入出力処理を行う入出力部と、ＰＩＯ装置の寿命判定を行う寿命判定部とを備えるＰＩＯ装置であって、入出力部は、プロセス入出力処理において、現場機器からの信号をプロセス信号に変換して上位コントローラに送信するとともに上位コントローラからのプロセス信号を現場機器に対応する形式の信号に変換して現場機器に送信し、寿命判定部は、入出力部が発する動作音を収音する収音部と、アナログ波形である動作音の波形をデジタル波形に変換するアナログデジタル変換部と、プロセス入出力処理の制御演算を行うとともに、正常時における動作音の波形である正常時波形と判定時における動作音の波形である判定時波形との乖離度を演算する演算部とを備え、乖離度の大きさに基づいてＰＩＯ装置の寿命を判定するものである。
【０００７】
また、本願に開示されるＰＩＯ装置の寿命判定方法は、上位コントローラと現場機器との間に接続され、現場機器からの信号をプロセス信号に変換して上位コントローラに送信するとともに、上位コントローラからのプロセス信号を現場機器に対応する形式の信号に変換して現場機器に送信するプロセス入出力処理を行うＰＩＯ装置の寿命を判定するＰＩＯ装置の寿命判定方法であって、プロセス入出力処理に伴って発せられる動作音を収音するステップと、アナログ波形である動作音の波形をデジタル波形に変換するステップと、プロセス入出力処理の制御演算を行う演算部によって、正常時における動作音の波形である正常時波形と判定時における動作音の波形である判定時波形との乖離度を演算するステップと、乖離度の大きさに基づいてＰＩＯ装置の寿命を判定するステップとを備えるものである。
【発明の効果】
【０００８】
本願に開示されるＰＩＯ装置またはＰＩＯ装置の寿命判定方法によれば、コストの増加を防ぎながらＰＩＯ装置の寿命判定を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
実施の形態１におけるＰＩＯ装置の構成を示すブロック図である。
実施の形態１に係る寿命判定部の構成を示すブロック図である。
実施の形態１における正常時波形と判定時波形との乖離度について説明する図である。
実施の形態１におけるＰＩＯ装置による正常時波形の取得処理を示すフロー図である。
実施の形態１におけるＰＩＯ装置の寿命判定時の動作を示すフロー図である。
実施の形態１におけるＰＩＯ装置の寿命判定処理を示すフロー図である。
実施の形態２における正常時波形と判定時波形との乖離度について説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
以下に、実施の形態１を図１から図６に基づいて説明する。図１は、実施の形態１におけるＰＩＯ装置の構成を示すブロック図である。ＰＩＯ装置１００は、例えば発電プラントなどのプラントの監視制御システムを構成するものであり、センサ、バルブ、各種測定器、およびアクチュエータなどを含む現場機器９０１と、監視制御システムの上位コントローラ９０２との間に接続されて、現場機器９０１からの信号Ｓ１をプロセス信号Ｓ１Ｄに変換して上位コントローラ９０２に送信するとともに、上位コントローラ９０２からのプロセス信号Ｓ２Ｄを信号Ｓ２に変換して現場機器９０１に送信する。
（【００１１】以降は省略されています）

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