KR101966270B1

KR101966270B1 - Method for removing electromagnetic vibration component, method for diagnosing rotary machine, and rotary machine diagnostic device

Info

Publication number: KR101966270B1
Application number: KR1020180112090A
Authority: KR
Inventors: 다케시 모치다
Original assignee: 제이에프이 어드밴테크 가부시키가이샤
Priority date: 2017-11-29
Filing date: 2018-09-19
Publication date: 2019-04-05
Anticipated expiration: 2038-09-19
Also published as: JP2019100761A; CN108956117A; CN108956117B; JP6420885B1

Abstract

A frequency component of an electromagnetic vibration caused by inverter power is removed with high precision from a signal of a vibration sensor mounted on a rotating machine driven by the inverter power. A vibration time waveform acquired by the vibration sensor is subjected to Fourier transform to calculate a frequency spectrum. A frequency of a maximum peak around the integer multiple of a carrier frequency of the inverter power is made to be a reference frequency. An autocorrelation function of the frequency spectrum around the reference frequency is calculated. An interval of a peak of the autocorrelation function around the reference frequency is obtained. A peak existing at each peak interval, which is an interval peak, exists around the reference frequency and is extracted as a target peak. A level of the frequency component of the target peak in the frequency spectrum is reduced.

Description

TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a method for removing electromagnetic vibration components, a method for diagnosing a rotating machine, and a diagnostic apparatus for rotating machines. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001]

본 발명은, 전자(電磁) 진동 성분의 제거 방법, 회전 기계 진단 방법, 및 회전 기계 진단 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a method for removing electromagnetic vibration components, a rotating machine diagnostic method, and a rotating machine diagnostic apparatus.

공장 등에 있어서의 설비 정지(停止)를 방지하기 위해, 회전 기계의 진동을 측정하여 이상(異常)을 감시하는 설비 진단이 예로부터 행해져 왔다(예를 들면, 비특허문헌 1 참조). In order to prevent a facility stoppage (stoppage) in a factory or the like, a facility diagnosis for monitoring the abnormality by measuring the vibration of a rotating machine has been done for some time (see, for example, Non-Patent Document 1).

최근, 인버터로 구동하는 모터가 많이 사용되고 있다. 인버터 방식 구동의 모터는, 설정값(인버터 전원의 변조 신호 주파수)을 변경시키는 것만으로, 간단하게 회전수를 바꾸어 운전할 수 있는 장점이 있다. 그러나, 인버터로 구동하는 모터는, 정상(正常) 운전 시에도 캐리어 주파수(carrier frequency)에 기인하는 전자 진동이 발생하고, 이것이 진동 진단에 있어서 노이즈로 되어, 진동의 이상 감시의 방해가 된다. 그래서, 회전 기계의 진동 감시 장치에 있어서, 측정된 진동 센서의 신호로부터, 인버터에 기인하는 전자 진동의 주파수 성분을 제거하여, 진동을 진단한다는 방법이 고안되어 있다. Recently, a motor driven by an inverter has been widely used. The inverter-driven motor is advantageous in that it can be operated simply by changing the number of revolutions by merely changing the set value (the modulation signal frequency of the inverter power supply). However, the motor driven by the inverter generates electromagnetic vibration due to the carrier frequency even during normal operation, which becomes noise in the vibration diagnosis and interferes with abnormal monitoring of the vibration. Thus, in a vibration monitoring apparatus for a rotating machine, a method of diagnosing vibration by removing a frequency component of an electromagnetic vibration caused by an inverter from a signal of the measured vibration sensor is devised.

특허문헌 1에는, 이하의 처리를 포함하는 전자 진동 성분의 제거 방법이 개시되어 있다. Patent Document 1 discloses a method for removing an electromagnetic vibration component including the following processes.

* 인버터 전원에 의해 결정되는 캐리어 주파수의 정수배(整數倍)로 되는 주파수를 기준으로 한 소정의 주파수 범위에서의 복수의 피크값을 검출한다. * Detect a plurality of peak values in a predetermined frequency range based on a frequency that is an integral multiple of the carrier frequency determined by the inverter power supply.

* 캐리어 주파수의 정수배에 가장 가까운 피크값을 기준 피크값으로 하고, 이 기준 피크값과 각각의 피크값의 주파수 간격을 모두 구한다. * The peak value closest to an integral multiple of the carrier frequency is set as a reference peak value, and both the reference peak value and the frequency interval of each peak value are obtained.

* 주파수 간격으로부터 기준 주파수 간격을 결정하고, 주파수 간격이 기준 주파수 간격의 정수배인 피크값을 제거 대상 피크값으로서 추출한다. * The reference frequency interval is determined from the frequency interval, and the peak value whose frequency interval is an integral multiple of the reference frequency interval is extracted as the removal target peak value.

특허문헌 1의 방법은, 위로 볼록인 점을 피크라고 정의하여 피크를 먼저 찾아내고, 그 피크 위치로부터 피크 간격을 구함으로써, 이상적(理想的)인 스펙트럼 파형으로는 유효한 것이지만, 실제의 데이터는, 진동 센서의 신호를 일정 시간의 샘플링 레이트로 A/D 변환한 것이며 스펙트럼도 또한 이산적(離散的) 데이터인 것이므로, FFT 리키지(누출) 등의 문제에 의해 각 피크 위치에 오차가 표현되고, 그것이 적산되어 오차가 커지게 될 우려가 있다. 또한, 특허문헌 1의 방법은, 단순한 노이즈나, 인버터 전자 진동에 기인하지 않는 피크도, 제거 대상 피크로서 검출해 버릴 우려도 있다. The method of Patent Document 1 is effective for an ideal (ideal) spectral waveform by first finding a peak with a convex point as a peak and finding a peak interval from the peak position. However, D conversion of the signal of the vibration sensor at a sampling rate of a predetermined time. Since the spectrum is also discrete data, an error is expressed at each peak position due to a problem such as FFT leak (leaking) There is a possibility that the error will increase due to the integration. In addition, the method of Patent Document 1 may also detect a peak, which is not caused by simple noise or inverter electron oscillation, as a removal target peak.

특허문헌 2는, 인버터에 기인하는 전자 진동의 주파수 성분을 특정하는 방법을 개시하고 있다. 그러나, 이 방법에서는, 인버터 전원의 캐리어 주파수와 변조 주파수로부터, 인버터에 기인하는 전자 진동의 주파수를 계산하여, 제거 대상 피크로 하고 있으므로, 변조 주파수 즉 모터의 회전수가 불명하면 제거 대상 피크를 특정할 수 없다. Patent Document 2 discloses a method of specifying a frequency component of an electromagnetic vibration caused by an inverter. However, in this method, the frequency of the electromagnetic oscillation attributable to the inverter is calculated from the carrier frequency and the modulation frequency of the inverter power source to set the peak to be removed. Therefore, if the modulation frequency, that is, the number of rotations of the motor is unknown, I can not.

일본 특허 제5565120호Japanese Patent No. 5565120 일본 공개특허 제2016―116251호Japanese Laid-Open Patent Application No. 2016-116251

이노우에 노리아키(井上紀明)저, 「현장의 의문에 답하는 실천 진동법에 의한 설비 진단」, 일본 플랜트 유지보수 협회, 1998년 9월Noriaki Inoue, "Facility Diagnosis by Practical Vibration Method to Answer the Question of the Site", Japan Plant Maintenance Association, September 1998

본 발명은, 인버터 전원으로 구동되는 회전 기계에 장착된 진동 센서의 신호로부터, 인버터 전원에 기인하는 전자 진동의 주파수 성분을 고정밀도로 제거하는 것을 과제로 한다. 또한, 본 발명은, 이러한 전자 진동 성분의 제거에 기초하여 고정밀도로 회전 기계 진단을 행하는 것을 과제로 한다. An object of the present invention is to highly precisely remove a frequency component of an electromagnetic vibration caused by an inverter power source from a signal of a vibration sensor mounted on a rotating machine driven by an inverter power source. In addition, the present invention aims to perform highly accurate rotary machine diagnosis based on removal of such an electromagnetic vibration component.

본 발명의 제1 태양(態樣)은, 인버터 전원으로 구동되는 회전 기계에 장착된 진동 센서에 의해 상기 회전 기계의 진동 시간 파형(波形)을 취득하고, 진동 시간 파형을 푸리에 변환(Fourier transform)하여, 주파수 스펙트럼을 계산하고, 상기 주파수 스펙트럼에서의 상기 인버터 전원의 캐리어 주파수의 정수배의 주변의 최대 피크의 주파수를 기준 주파수로 하고, 상기 기준 주파수 주변의 상기 주파수 스펙트럼의 자기(自己) 상관 함수를 계산하여, 상기 기준 주파수 주변의 상기 자기 상관 함수의 피크의 간격을 구함으로써, 상기 기준 주파수 주변에 존재하는 등 간격(等間隔) 피크인 피크 간격을 구하고, 상기 기준 주파수 전후에서 상기 피크 간격마다 존재하는 피크를 대상 피크로서 추출하여, 상기 주파수 스펙트럼에 있어서 상기 대상 피크의 주파수 성분의 레벨을 저감시키는, 전자 진동 성분의 제거 방법을 제공한다. 상기 대상 피크의 주파수 성분의 레벨의 저감은, 예를 들면, 상기 대상 피크를 피크의 단(peak hem)의 레벨까지 저감시키는 것이다. According to a first aspect of the present invention, there is provided a vibration sensor comprising: a vibration sensor mounted on a rotating machine driven by an inverter power source to acquire a vibration time waveform (waveform) of the rotating machine; and a vibration time waveform to a Fourier transform Calculating a frequency spectrum of the carrier frequency of the inverter power source in the frequency spectrum by using a frequency of a maximum peak in the vicinity of an integer multiple of the carrier frequency of the inverter power source as a reference frequency, And obtaining a peak interval of equally spaced (equally spaced) peaks existing around the reference frequency by obtaining a peak interval of the autocorrelation function around the reference frequency, As a target peak, and extracts a frequency component of the target peak in the frequency spectrum For reducing the level, there is provided a method for removing the electronic component vibrating. The reduction of the level of the frequency component of the target peak is, for example, to reduce the target peak to the level of the peak hem.

본 발명의 제2 태양은, 상기 전자 진동 성분의 제거 방법에 의해 전자 진동 성분을 제거한 상기 주파수 스펙트럼을 역(逆)푸리에 변환하여 진동 시간 파형을 계산하고, 상기 역푸리에 변환에 의해 얻어진 진동 시간 파형에 기초하여, 회전 기계 상태를 판정하는, 회전 기계 진단 방법을 제공한다. In a second aspect of the present invention, there is provided a method for calculating a vibration time waveform, comprising the steps of: calculating a vibration time waveform by performing inverse Fourier transform on the frequency spectrum from which an electromagnetic vibration component is removed by the method of removing the electromagnetic vibration component; And determining a state of the rotating machine on the basis of the detected state of the rotating machine.

본 발명의 제3 태양은, 인버터 전원으로 구동되는 회전 기계에 장착된 진동 센서와, 상기 진동 센서에 의해 취득된 상기 회전 기계의 진동 시간 파형을 푸리에 변환하여 주파수 스펙트럼을 계산하는 푸리에 변환부와, 상기 주파수 스펙트럼에서의 상기 인버터 전원의 캐리어 주파수의 정수배의 주변의 최대 피크의 주파수인 기준 주파수 주변의, 상기 주파수 스펙트럼의 자기 상관 함수를 계산하는 자기 상관 함수 계산부와, 상기 기준 주파수 주변의 상기 자기 상관 함수의 피크의 간격을 구함으로써, 상기 기준 주파수 주변에 존재하는 등 간격 피크인 피크 간격을 구하는 피크 간격 검출부와, 상기 기준 주파수 전후에서 상기 피크 간격마다 존재하는 피크를 대상 피크로서 추출하는 대상 피크 검출부와, 상기 주파수 스펙트럼에 있어서 상기 대상 피크의 주파수 성분의 레벨을 저감시키는 레벨 저감부와, 상기 레벨 저감부에 의해 상기 대상 피크의 주파수 성분의 레벨을 저감시킨 상기 주파수 스펙트럼을 역푸리에 변환하는 역푸리에 변환부와, 상기 역푸리에 변환에 의해 얻어진 진동 시간 파형에 기초하여, 회전 기계 상태를 판정하는 판정부를 포함하는, 회전 기계 진단 장치를 제공한다. 상기 레벨 저감부에서의 상기 대상 피크의 주파수 성분의 레벨의 저감은, 예를 들면, 상기 대상 피크를 피크의 단의 레벨까지 저감시키는 것이다. A third aspect of the present invention is a vibration damping apparatus comprising: a vibration sensor mounted on a rotating machine driven by an inverter power source; a Fourier transform unit for Fourier-transforming the vibration time waveform of the rotating machine acquired by the vibration sensor to calculate a frequency spectrum; An autocorrelation function calculator for calculating an autocorrelation function of the frequency spectrum around a reference frequency which is a frequency of a maximum peak of a periphery of an integer multiple of a carrier frequency of the inverter power source in the frequency spectrum; A peak interval detection unit for obtaining a peak interval that is an equi-interval peak existing around the reference frequency by obtaining a peak interval of the correlation function; A detection unit configured to detect, in the frequency spectrum, An inverse fast Fourier transform section for performing inverse fast Fourier transform on the frequency spectrum in which the level of the frequency component of the target peak is reduced by the level reduction section by reducing the level of the frequency component; And a judging section for judging the state of the rotating machine based on the vibration time waveform. The reduction of the level of the frequency component of the target peak in the level reduction unit reduces the target peak to the level of the peak level, for example.

본 발명에 관한 전자 진동 성분의 제거 방법에 의하면, 인버터 전원으로 구동되는 회전 기계에 장착된 진동 센서의 신호로부터, 인버터 전원에 기인하는 전자 진동의 주파수 성분을 고정밀도로 제거할 수 있다. 또한, 본 발명에 관한 회전 기계 진단 방법 및 회전 기계 진단 장치에 의하면, 인버터 전원에 의한 전자 진동 성분을 고정밀도로 제거함으로써, 고정밀도에서의 회전 기계 진단을 실현할 수 있다. According to the method for removing an electromagnetic vibration component according to the present invention, the frequency component of the electromagnetic vibration caused by the inverter power source can be removed with high accuracy from the signal of the vibration sensor mounted on the rotating machine driven by the inverter power source. Further, according to the rotating machine diagnostic method and the rotating machine diagnostic apparatus of the present invention, it is possible to realize the rotating machine diagnosis at a high accuracy by removing the electromagnetic vibration component by the inverter power source with high accuracy.

도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 회전 기계 진단 장치의 구성도이다.
도 2는 회전 기계 진단 장치에 의해 실행되는 처리를 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 3a는 가속도 시간 파형을 나타낸 그래프이다.
도 3b는 가속도 시간 파형의 FFT에 의해 얻어지는 주파수 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 3c는 기준 주파수 부근의 주파수 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 4는 기준 주파수 부근의 주파수 스펙트럼로부터 계산한 자기 상관 함수를 나타낸 그래프이다.
도 5는 대상 피크의 추출을 설명하기 위한, 기준 주파수 부근의 주파수 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 6은 피크 성분 커팅 후의 기준 주파수 부근의 주파수 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 7은 피크 성분 커팅 후의 기준 주파수 부근의 주파수 스펙트럼의 역FFT에 의해 얻어지는 가속도 시간 파형을 나타낸 그래프이다.
도 8은 피크 성분 커팅을 설명하기 위한 모식도이다. 1 is a configuration diagram of a rotating machine diagnostic apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart for explaining processing executed by the rotating machine diagnostic apparatus.
FIG. 3A is a graph showing an acceleration time waveform. FIG.
3B is a graph showing a frequency spectrum obtained by the FFT of the acceleration time waveform.
3C is a graph showing a frequency spectrum in the vicinity of the reference frequency.
4 is a graph showing an autocorrelation function calculated from the frequency spectrum near the reference frequency.
5 is a graph showing a frequency spectrum in the vicinity of a reference frequency for explaining extraction of a target peak.
6 is a graph showing a frequency spectrum in the vicinity of the reference frequency after peak component cutting.
7 is a graph showing an acceleration time waveform obtained by an inverse FFT of a frequency spectrum near a reference frequency after peak component cutting.
8 is a schematic diagram for explaining peak component cutting.

이하에 설명하는 본 발명의 실시형태는, 인버터 전원으로 구동되는 회전 기계에 장착된 진동 센서의 신호에 포함되는 인버터 전원에 의한 전자 진동 성분을 제거하는 방법을 포함한다. 이 방법에서는, 인버터 전원에 의한 전자 진동의 주파수 성분을 특정하기 위해, 어떤 주파수 범위의 피크를 모두 추출하고 그 위치 관계로부터 피크 간격을 구하지 않고, 또한 변조 주파수를 입력으로 하지 않고도 레벨 저감의 대상이 되는 피크의 간격을 특정하고 있다. 즉, 이 방법은, 인버터 전원에 기인하는 피크 검색에 관하여, 이하의 특징을 가진다. An embodiment of the present invention described below includes a method of removing an electromagnetic vibration component by an inverter power source included in a signal of a vibration sensor mounted on a rotating machine driven by an inverter power source. In this method, in order to specify the frequency component of the electromagnetic oscillation by the inverter power source, it is necessary to extract all the peaks in a certain frequency range, obtain the peak interval from the positional relationship, The interval between the peaks is specified. That is, this method has the following characteristics with respect to the peak search due to the inverter power supply.

* 인버터에 기인하는 주파수 성분의 특징인 캐리어 주파수 주변의 등 간격인 복수의 피크(선스펙트럼)의 간격을 구한다. * Find the interval of a plurality of peaks (line spectrum) equidistant around the carrier frequency which is characteristic of the frequency component caused by the inverter.

* 상기 피크의 간격 산출에 변조 주파수를 사용하지 않는다. * Do not use the modulation frequency to calculate the interval of the peaks.

도 1은, 본 발명의 실시형태에 관한 회전 기계 진단 장치(1)를 나타낸다. 본 실시형태에 있어서 진단 대상이 되는 회전 기계는, 인버터 전원(2)에 의해 구동되는 모터(3)이다. Fig. 1 shows a rotating machine diagnostic apparatus 1 according to an embodiment of the present invention. In this embodiment, the rotating machine to be diagnosed is the motor 3 driven by the inverter power supply 2. [

본 실시형태에 있어서의 회전 기계 진단 장치(1)는, 모터(3)의 베어링부에 장착된 압전(壓電) 가속도 센서(진동 센서)(4)와, 압전 가속도 센서(4)로부터의 신호를 처리하는 처리부(5)를 구비한다. The rotating machine diagnosis apparatus 1 according to the present embodiment includes a piezoelectric acceleration sensor (vibration sensor) 4 mounted on a bearing portion of a motor 3, a signal from the piezoelectric acceleration sensor 4 And a processing unit 5 for processing the image data.

처리부(5)는, 압전 가속도 센서(4)로부터의 출력에 대하여 필요한 전처리(前處理)를 행하는 전처리부(6)에 더하여, 기억부(7), 연산부(8), 입력부(9), 및 출력부(10)를 구비한다. 처리부(5)는, CPU에 더하여 RAM, ROM과 같은 기억 장치를 포함하는 하드웨어와, 거기에 실장(實裝)된 소프트웨어에 의해 구축할 수 있다. The processing section 5 includes a storage section 7, an arithmetic section 8, an input section 9, and a storage section 8 in addition to a preprocessing section 6 for performing necessary preprocessing on the output from the piezoelectric acceleration sensor 4 And an output unit 10. The processing unit 5 can be constructed by hardware including a storage device such as a RAM and a ROM, and software implemented thereon in addition to the CPU.

전처리부(前處理部)(6)에 있어서, 압전 가속도 센서(4)로부터의 출력은, 앰프(11)에서 증폭된 후, 노이즈 제거를 위한 밴드패스 필터(band pass filter)(12)를 추가하고, 또한 A/D 변환기(13)에서 A/D 변환된다. 이들 처리를 거친 압전 가속도 센서(4)에 의해 취득된 모터(3)의 가속도 시간 파형은, 기억부(7)에 기억된다. In the preprocessing section 6, the output from the piezoelectric acceleration sensor 4 is amplified by the amplifier 11 and then added to a band pass filter 12 for removing noise And is A / D converted by the A / D converter 13. The acceleration time waveform of the motor 3 acquired by the piezoelectric acceleration sensor 4 after these processes is stored in the storage unit 7. [

연산부(8)는, 기억부(7)에 기억된 가속도 시간 파형으로부터 인버터 전원(2)에 유래하는 전자 진동 성분을 제거하고, 또한 전자 진동 성분을 제거한 가속도 시간 파형으로부터 모터(3)의 상태의 판정을 실행한다. 판정 결과는, 예를 들면, 디스플레이인 출력부(10)에 출력된다. The operation unit 8 removes an electromagnetic vibration component originating from the inverter power source 2 from the acceleration time waveform stored in the storage unit 7 and removes the electromagnetic vibration component from the acceleration time waveform, And executes the determination. The determination result is output to the output unit 10, which is a display, for example.

본 실시형태에 있어서의 연산부(8)는, 고속 푸리에 변환부(푸리에 변환부)(21), 자기 상관 함수 계산부(22), 피크 간격 검출부(23), 대상 피크 추출부(24), 피크 성분 커팅부(레벨 저감부)(25), 역고속 푸리에 변환부(역푸리에 변환부)(26), 및 판정부(27)를 구비한다. The operation unit 8 in the present embodiment includes a fast Fourier transform unit (Fourier transform unit) 21, an autocorrelation function calculation unit 22, a peak interval detection unit 23, a target peak extraction unit 24, A component cutting unit (level reduction unit) 25, an inverse fast Fourier transform unit (inverse Fourier transform unit) 26, and a determination unit 27. [

연산부(8)에 의해 실행되는 처리의 개요는, 도 2의 플로우차트(스텝 S1∼S13)에 나타나 있다. 고속 푸리에 변환부(21)는, 스텝 S1을 실행한다. 자기 상관 함수 계산부(22)는, 스텝 S3을 실행한다. 피크 간격 검출부(23)는 스텝 S4를 실행한다. 대상 피크 추출부(24)는, 스텝 S5, S8을 실행한다. 피크 성분 커팅부(25)는 스텝 S6, S9를 실행한다. 역고속 푸리에 변환부(26)는, 스텝 S12를 실행한다. 판정부(27)는, 스텝 S13을 실행한다. The outline of the process executed by the calculation section 8 is shown in the flowchart of FIG. 2 (steps S1 to S13). The fast Fourier transform section 21 executes step S1. The autocorrelation function calculation unit 22 executes step S3. The peak interval detecting section 23 executes step S4. The target peak extracting section 24 executes steps S5 and S8. The peak component cutting unit 25 executes steps S6 and S9. The inverse fast Fourier transform unit 26 executes step S12. The judgment section 27 executes step S13.

이하, 도 2를 참조하면서, 연산부(8)에 의해 실행되는 처리를 설명한다. 이하의 설명에서는, 필요에 따라 도 3a 내지 도 7을 합하여 참조한다. 도 3a는, 압전 가속도 센서(4)에 의해 취득된 가속도 시간 파형의 일례이며, 인버터 전원(2)의 캐리어 주파수는 12 kHz이며, 인버터 전원(2)의 변조 주파수(출력 주파수)는 20 Hz의 경우이다. 도 3b 내지 도 7은, 도 3a의 가속도 시간 파형에 대한 연산부(8)에서의 처리에 의해 얻어지는 각종 파형이다. 이하의 설명에서는, 도 3a 내지 도 7을 총칭하여 「참고예」라고 하는 경우가 있다. Hereinafter, the processing executed by the arithmetic unit 8 will be described with reference to Fig. In the following description, reference is made to Figs. 3A to 7 as necessary. 3A shows an example of the acceleration time waveform acquired by the piezoelectric acceleration sensor 4. The carrier frequency of the inverter power supply 2 is 12 kHz and the modulation frequency (output frequency) of the inverter power supply 2 is 20 Hz . Fig. 3B to Fig. 7 are various waveforms obtained by the processing in the calculating section 8 with respect to the acceleration time waveform in Fig. 3A. In the following description, FIG. 3A to FIG. 7 are collectively referred to as " reference example ".

먼저, 스텝 S1에서, 가속도 시간 파형을 고속 푸리에 변환하여, 주파수 스펙트럼을 계산한다. 도 3b는, 도 3a의 가속도 시간 파형의 고속 푸리에 변환에 의해 얻어진 주파수 스펙트럼이며, 캐리어 주파수인 12 kHz와, 그 2배의 24 kHz의 주파수대 주변에 선스펙트럼이 나타나 있다. 도 3b는, 도 3a의 스펙트럼의 12 kHz 부근을 확대한 것이며, 인버터 전원(2)의 변조 주파수 20 Hz의 2배인 40 Hz 간격의 피크가 복수 출현하고 있다. 그리고, 인버터 전원의 변조 주파수의 정수배의 간격으로 피크가 출현하는 것은, 예를 들면, 특허문헌 2에 기재되어 있다. First, in step S1, the acceleration time waveform is subjected to fast Fourier transform to calculate a frequency spectrum. FIG. 3B is a frequency spectrum obtained by the fast Fourier transform of the acceleration time waveform of FIG. 3A, and the line spectrum is shown around the carrier frequency of 12 kHz and twice the frequency band of 24 kHz. FIG. 3B is an enlarged view of the vicinity of 12 kHz in the spectrum of FIG. 3A, and a plurality of peaks at intervals of 40 Hz, which is twice the modulation frequency 20 Hz of the inverter power supply 2, appear. It is described in Patent Document 2, for example, that a peak appears at intervals of an integral multiple of the modulation frequency of the inverter power supply.

다음에, 스텝 S2에서, 기준 주파수 fc가 결정된다. 여기서 기준 주파수 fc란, 주파수 스펙트럼에서의 인버터 전원(2)의 캐리어 주파수의 정수배의 주변(예를 들면, 12 kHz ± 0.2 kHz의 범위)의 최대 피크의 주파수이다. 캐리어 주파수는 인버터 전원(2)의 사양으로부터 명백하므로, 대략적인 주파수를 유저(user)가 지정, 즉 입력부(9)를 사용하여 입력할 수 있다. 출력부(10)에 주파수 스펙트럼을 화상으로서 표시하고, 그에 기초하여 캐리어 주파수의 정수배의 주변의 최대 피크의 주파수를, 유저가 지정해도 된다. 참고예에서는, 지정한 캐리어 주파수 주변의 가장 큰 피크의 주파수는, 정확하게는 11984.25 Hz이며, 이것을 기준 주파수 fc로 하고 있다. Next, in step S2, the reference frequency fc is determined. Here, the reference frequency fc is the maximum peak frequency in the periphery (for example, in the range of 12 kHz ± 0.2 kHz) which is an integer multiple of the carrier frequency of the inverter power supply 2 in the frequency spectrum. Since the carrier frequency is apparent from the specifications of the inverter power supply 2, the approximate frequency can be specified by the user, that is, input using the input unit 9. [ The frequency spectrum may be displayed on the output unit 10 as an image and the user may specify the frequency of the maximum peak around the integer multiple of the carrier frequency based on the frequency spectrum. In the reference example, the frequency of the largest peak around the specified carrier frequency is exactly 11984.25 Hz, which is referred to as a reference frequency fc.

스텝 S3에서는, 주파수 스펙트럼에 대하여 자기 상관 함수를 계산한다. 자기 상관 함수는 일반적으로 시간 파형의 주기성(周期性)을 찾아내는 데 사용되는 경우가 많지만, 여기서는 주파수 스펙트럼에 대하여 자기 상관을 계산한다. 주파수 스펙트럼의 자기 상관 함수를 계산하면, 주파수 스펙트럼에 있는 등 간격의 피크의 피크 간격마다 자기 상관 함수의 값이 예리한 피크로 되고, 피크 간격을 프로그램 처리에 의해 구하는 것이 용이하게 된다. In step S3, an autocorrelation function is calculated for the frequency spectrum. An autocorrelation function is often used to find the periodicity (periodicity) of a time waveform, but here autocorrelation is calculated for the frequency spectrum. When the autocorrelation function of the frequency spectrum is calculated, the value of the autocorrelation function becomes a sharp peak at every peak interval of equidistant peaks in the frequency spectrum, and it is easy to obtain the peak interval by the program processing.

자기 상관 함수의 계산 대상의 주파수 스펙트럼은, 전체 범위로 할 필요는 없고, 그 피크가 현저한 기준 주파수 fc의 주변 범위를 대상으로 하면 된다. 참고예의 경우, 인버터 전원(2)의 변조 주파수(출력 주파수)의 설정 최대값이 60 Hz이므로, 취할 수 있는 피크의 간격은 최대라도 120 Hz이다. 이 때라도, 기준 주파수 fc의 전후 600 Hz의 범위를 인출하여 계산하였다. 또한, 자기 상관 함수의 래그의 범위도 마찬가지로 기준 주파수 fc의 전후 600 Hz 상당, 인덱스로 하여 200 점분(点分)으로 하였다(참고예에서의 고속 푸리에 변환의 주파수 분해능은 3.05 Hz). The frequency spectrum of the object of calculation of the autocorrelation function is not necessarily the entire range but may be the peripheral range of the reference frequency fc whose peak is remarkable. In the reference example, since the maximum setting value of the modulation frequency (output frequency) of the inverter power supply 2 is 60 Hz, the interval of the peaks that can be taken is at most 120 Hz. At this time, a range of 600 Hz before and after the reference frequency fc was calculated by taking out. Also, the range of the lag of the autocorrelation function is similarly set to 600 points before and after the reference frequency fc and 200 points (points) as an index (the frequency resolution of fast Fourier transform in the reference example is 3.05 Hz).

다음에, 스텝 S4에서, 스텝 S3에서 얻어진 자기 상관 함수로부터, 기준 주파수 fc의 주변에 존재하는 등 간격 피크인 피크 간격 P를 구한다. Next, in step S4, a peak interval P which is an equi-interval peak existing around the reference frequency fc is obtained from the autocorrelation function obtained in step S3.

도 4는, 참고예에서의, 주파수 스펙트럼(도 3b, 도 3c)의 기준 주파수 fc 스펙트럼 주변에서의 자기 상관 함수의 플러스의 래그 측을 작성한(plot) 것이다. 이 자기 상관 함수의 피크(위로 볼록)의 위치의 인덱스(래그)의 차분을 순차로 구하여 가면, 13, 13, 13, 13, 14, 13 …로 되었다. 참고예에서는, 최빈값(最頻値) 13을 피크 간격 P로 하고 있다. 피크 간격 P는, 자기 상관 함수의 피크의 위치의 인덱스 차분의 평균값이라도 된다. 참고예에서는, 고속 푸리에 변환의 주파수 분해능은 3.05 Hz이므로, 피크 간격 주파수는 3.05×13=39.65 Hz 간격으로 되고, 인버터의 변조 주파수 20 Hz의 2배의 40 Hz에 거의 일치하는 것을 확인할 수 있다. Fig. 4 plots the positive lag side of the autocorrelation function around the reference frequency fc spectrum of the frequency spectrum (Fig. 3B, Fig. 3C) in the reference example. (13), (13), (13), (13), (13), (13), (13), (13), and Respectively. In the reference example, the peak value (peak value) 13 is set as the mode value (peak value). The peak interval P may be the average value of the index differences of the positions of the peaks of the autocorrelation function. In the reference example, since the frequency resolution of the fast Fourier transform is 3.05 Hz, the peak interval frequency is 3.05 × 13 = 39.65 Hz, which is almost identical to 40 Hz which is twice the modulation frequency 20 Hz of the inverter.

이어서, 스텝 S5에서, 주파수 스펙트럼에 대하여, 기준 주파수 fc보다도 주파수가 커지게 되는 측에서 피크 간격 P마다 있는 피크를 대상 피크로서 추출한다. 피크 간격 P는, 이산값(離散値)(인덱스 단위)이며 ±1의 오차를 가지므로, 인덱스를 피크 간격 P(참고예에서는 13) 진행한 ±1의 범위에 피크가 있으면, 대상 피크로 된다. Subsequently, at step S5, a peak in the frequency spectrum is extracted as the target peak at the peak interval P on the side where the frequency becomes higher than the reference frequency fc. Since the peak interval P is a discrete value (index unit) and has an error of +/- 1, if there is a peak in the range of +/- 1 in which the index is advanced to the peak interval P (reference example 13), the peak becomes the target peak .

다음에, 주파수 스펙트럼에 있어서 대상 피크의 주파수 성분의 레벨의 저감, 즉 대상 피크점과 그 전후의 점의 주파수 성분의 커팅(피크 성분 커팅)을 실행한다. Next, in the frequency spectrum, reduction of the level of the frequency component of the target peak, that is, cutting of the frequency components of the target peak point and the points before and after the target peak point (peak component cutting) is performed.

도 8을 참조하여, 피크 성분 커팅의 일례를 설명한다. 도 8은 주파수 스펙트럼의 일부를 모식적으로 나타낸 것이다. 또한, 도 8에 있어서, 부호 Xk는 대상 피크를 나타낸다. 먼저, 대상 피크 Xk의 인접점(adjacent point) Xk＋1로부터 Xk＋n까지의 n개(이 예에서는 5개)의 평균값 A와 표준 편차 σ를 구한다. Xk＋1과 평균값 A의 차의 절대값이 표준 편차 σ보다도 크면, 다음에, Xk＋2로부터 Xk＋n＋1에 대하여 동일한 계산, 판정을 행하고, 이것을 반복하여, 평균값과의 차이가 표준 편차를 하회하는 점이 나타난 시점에서 그 점을 피크의 단의 1점으로 한다. 동일한 처리를 대상 피크의 인접점 Xk―1로부터 Xk―n에 대하여도 행하여, 다른 한쪽의 추출 피크의 단의 점을 결정한다. 도 8에서는, 피크 Xk＋2, Xk―2가 단점(hem point)이다. 다음에, 양 단(both hem)의 점(피크 Xk＋2, Xk―2)을 직선 보간(補間)하여, 양 단 사이의 주파수 성분을 커팅한다. 아래의 푸리에 변환 결과의[절대값을 취하기 전의 복소수(複素數)의] 실수(實數; real number)와 허수(虛數)의 성분을 보간에 의해 저감시킨 비율을 곱하여 저감시킨다. 부호 L은, 보간한 직선을 나타낸다. An example of peak component cutting will be described with reference to Fig. 8 schematically shows a part of the frequency spectrum. In Fig. 8, reference character Xk denotes a target peak. First, an average value A and a standard deviation? Of n (five in this example) from the adjacent points Xk + 1 to Xk + n of the target peak Xk are obtained. If the absolute value of the difference between Xk + 1 and the average value A is larger than the standard deviation sigma, then the same calculation and determination are performed for Xk + 2 to Xk + n + 1, and this is repeated. At the point when the difference from the average value is smaller than the standard deviation, The point is the point of the peak. The same processing is also performed on the adjacent peaks Xk-1 to Xk-n of the target peaks, and the points of the other extracted peaks are determined. In Fig. 8, the peaks Xk + 2 and Xk-2 are both points. Next, the points (peaks Xk + 2, Xk-2) of both hem are linearly interpolated (interpolated), and the frequency components between both ends are cut. The real number and the imaginary number of the complex number of the Fourier transform result of the following Fourier transformation result are multiplied by the ratio of the reduction of the real number and the imaginary number by the interpolation. The sign L indicates a straight line interpolated.

스텝 S5, S6는, 지정 개수 반복된다. 즉, 대상 피크의 모두에 대하여, 스텝 S5, S6이 실행된다. Steps S5 and S6 are repeated a specified number of times. That is, steps S5 and S6 are performed for all the target peaks.

다음에, 주파수 스펙트럼에 대하여, 기준 주파수 fc보다도 주파수가 작아지게 되는 측에 대하여, 스텝 S5, S6와 같은 처리, 즉 대상 피크의 추출과, 피크 성분의 커팅이 실행된다(스텝 S8∼S10). Next, with respect to the frequency spectrum, processing similar to steps S5 and S6, that is, extraction of the target peak and cutting of the peak component are performed on the side where the frequency becomes smaller than the reference frequency fc (steps S8 to S10).

기준 주파수 fc가 그 밖에 설정되어 있으면, 상기 기준 주파수 fc에 대하여, 스텝 S2∼S11의 처리가 실행된다(스텝 S11). If the reference frequency fc is set to any other value, the processing of steps S2 to S11 is executed for the reference frequency fc (step S11).

도 5에서는, 주파수 스펙트럼에서의 대상 피크를 ○표를 부여하여 나타내고 있다. In Fig. 5, the target peak in the frequency spectrum is indicated with a circle mark.

도 6은, 추출한 피크를 저감시키고, 양 단을 직선 보간하여, 양 단 사이의 주파수 성분을 커팅한 후의 주파수 스펙트럼이다. 아래의 주파수 스펙트럼도 파선(破線)으로 얇게 나타낸다. 이상에서 전자 진동 성분의 제거가 완료된다. Fig. 6 is a frequency spectrum after reducing the extracted peak, linearly interpolating both ends, and cutting the frequency components between both ends. The frequency spectrum below is also shown thinly in broken lines. In this way, the removal of the electron oscillation component is completed.

다음에, 스텝 S12에서는, 피크 성분 커팅 후의 주파수 스펙트럼(참고예에서는 도 6)을 역고속 푸리에 변환하여, 가속도 시간 파형으로 되돌린다. 도 7은, 참고예에서의 전자 진동 성분 제거 처리 후의 가속도 파형을 나타내고, 제거 처리 전의 가속도 시간 파형을 엷게 나타냈다. 제거 처리 전후의 가속도 진폭의 RMS 값을 비교하면, 제거 처리 전이 2.48 m/s²였지만, 제거 처리 후에는 0.64 m/s²이며, 74%도 저감되어 있는 것을 확인할 수 있다. Next, in step S12, the inverse fast Fourier transform is performed on the frequency spectrum after the peak component cutting (in the reference example, Fig. 6), and the result is returned to the acceleration time waveform. Fig. 7 shows the acceleration waveform after the electromagnetic vibration component removal processing in the reference example, and the acceleration time waveform before the removal processing is shown in a thin state. Comparing the RMS values of the acceleration amplitudes before and after the removal process shows that the removal process time is 2.48 m / s ^2, but after the removal process it is 0.64 m / s ² and 74% is reduced.

다음에, 스텝 S13에서, 전자 진동 성분 제거 처리 후의 가속도 시간 파형(참고예에서는 도 7)을 사용하여, 모터(3)의 진동 상태에 관한 판정이 실행된다. 이와 같은 판정의 예는, 여러 가지 알려져 있고, 예를 들면, 가속도 진폭이 미리 설정된 임계값을 초과한 경우에 이상 진동이 발생하고 있는 것으로 판단된다. 판정 결과를 출력부(10)에 출력해도 된다. 전자 진동 성분 제거 처리 후의 가속도 시간 파형은, 각종 필터 처리를 거쳐, 간이 진단, 정밀 진단에 이용해도 된다(비특허문헌 1 등에, 이와 같은 진단이 기재되어 있다). Next, in step S13, determination as to the vibration state of the motor 3 is performed using the acceleration time waveform after the electromagnetic vibration component removal processing (in the reference example, Fig. 7). Various examples of such determination are known. For example, when the acceleration amplitude exceeds a predetermined threshold value, it is determined that abnormal vibration is occurring. And output the determination result to the output unit 10. The acceleration time waveform after the electromagnetic vibration component removal processing may be used for simple diagnosis and fine diagnosis through various filter processing. (Such a diagnosis is described in Non-Patent Document 1, etc.).

본 실시형태에 의하면, 인버터 전원(2)에서 구동되는 회전 기계의 진동 진단에 있어서, 인버터 전원(2)의 변조 주파수, 즉 모터(3)의 회전수에 관계없이, 압전 가속도 센서(4)의 신호에 포함되는 인버터 전원(2)에 의한 전자 진동 성분을 고정밀도로 제거할 수 있다. 그 결과, 전자 진동 성분을 제거한 데이터에 종래부터 있는 진동 진단의 기준을 그대로 적용할 수 있게 되어, 보다 정확한 설비 진단을 할 수 있다. In the vibration diagnosis of the rotating machine driven by the inverter power supply 2 according to the present embodiment, regardless of the modulation frequency of the inverter power supply 2, that is, the number of revolutions of the motor 3, It is possible to precisely remove the electromagnetic vibration component due to the inverter power supply 2 included in the signal. As a result, it is possible to apply the conventional vibration diagnostic standard to data obtained by removing the electromagnetic vibration component as it is, and more accurate facility diagnosis can be performed.

실시형태에서는, 압전형(壓電型) 가속도 센서(4)를 예로 설명하였으나, 동전형(動電型) 속도 센서, 비접촉식 변위(變位) 센서 등에 대하여도 본 발명을 적용할 수 있다. 실시형태에서는, 진동 센서의 출력 신호가 진동 가속도인 경우를 예로 설명하였으나, 진동 가속도를 적분한 속도, 또는 더 적분한 변위라도 된다. 센서 설치 개소(箇所)는 모터의 베어링부로 하였으나, 모터 이외의 회전 기계라도 되고, 센서 설치 개소는 회전 기계의 견고한 하우징부라도 된다. Although the piezoelectric acceleration sensor 4 is described as an example in the embodiment, the present invention can also be applied to a coin-type speed sensor, a non-contact displacement sensor, and the like. In the embodiment, the case where the output signal of the vibration sensor is the vibration acceleration is described as an example, but it may be a speed obtained by integrating the vibration acceleration or a more integrated displacement. Although the sensor mounting portion is a bearing portion of the motor, it may be a rotating machine other than the motor, and the sensor mounting portion may be a rigid housing portion of the rotating machine.

1: 회전 기계 진단 장치
2: 인버터 전원
3: 모터
4: 압전 가속도 센서
5: 처리부
6: 전처리부
7: 기억부
8: 연산부
9: 입력부
10: 출력부
11: 앰프
12: 밴드패스 필터
13: A/D 변환기
21: 고속 푸리에 변환부(푸리에 변환부)
22: 자기 상관 함수 계산부
23: 피크 간격 검출부
24: 대상 피크 검출부
25: 피크 성분 커팅부(레벨 저감부)
26: 역고속 푸리에 변환부(역푸리에 변환부)
27: 판정부1: Rotating machine diagnostic device
2: Inverter power
3: Motor
4: Piezoelectric acceleration sensor
5:
6:
7:
8:
9: Input
10: Output section
11: Amplifier
12: Bandpass filter
13: A / D converter
21: Fast Fourier transform unit (Fourier transform unit)
22: Autocorrelation function calculation unit
23: Peak interval detector
24: Target peak detector
25: Peak component cutting part (level reduction part)
26: Inverse fast Fourier transform unit (inverse Fourier transform unit)
27:

Claims

Acquiring a vibration time waveform (waveform) of the rotating machine by a vibration sensor mounted on a rotating machine driven by an inverter power supply;
Calculating a frequency spectrum by Fourier transforming the vibration time waveform;
Setting a frequency of a maximum peak in the frequency spectrum as a reference frequency in the vicinity of an integer multiple of a carrier frequency of the inverter power supply;
Calculating a self-correlation function of the frequency spectrum around the reference frequency;
Obtaining an interval of peaks of the autocorrelation function around the reference frequency by obtaining a peak interval that is an equally spaced peak around the reference frequency;
Extracting, as a target peak, a peak existing for each of the equally spaced peak intervals before and after the reference frequency; And
Reducing the level of the frequency component of the target peak in the frequency spectrum;
And removing the electromagnetic vibration component.

The method according to claim 1,
Wherein the reduction of the level of the frequency component of the target peak reduces the target peak to the level of the peak hem.

Calculating a vibration time waveform by inverse Fourier transforming the frequency spectrum from which an electromagnetic vibration component has been removed by the method for removing an electromagnetic vibration component according to claim 1 or 2; And
Determining a rotating machine state based on the vibration time waveform obtained by the inverse Fourier transform;
Wherein the rotating machine diagnostic method comprises:

A vibration sensor mounted on a rotating machine driven by an inverter power supply;
A Fourier transform unit for Fourier-transforming the vibration time waveform of the rotating machine acquired by the vibration sensor to calculate a frequency spectrum;
An autocorrelation function calculator for calculating an autocorrelation function of the frequency spectrum around a reference frequency which is a maximum peak frequency in the frequency spectrum at an integer multiple of a carrier frequency of the inverter power supply;
A peak interval detector for obtaining an interval of peaks of the autocorrelation function around the reference frequency to obtain a peak interval of equi-interval peaks existing around the reference frequency;
A target peak detecting unit for extracting, as a target peak, a peak existing for each of the equally spaced peak intervals before and after the reference frequency;
A level reduction unit for reducing a level of a frequency component of the target peak in the frequency spectrum;
An inverse Fourier transform unit for inverse Fourier transforming the frequency spectrum in which the level of the frequency component of the target peak is reduced by the level reduction unit; And
A judging unit for judging a rotating machine state based on the vibration time waveform obtained by the inverse Fourier transform;
And a rotating machine diagnostic device.

5. The method of claim 4,
And the reduction of the level of the frequency component of the target peak in the level reduction section reduces the target peak to the level of the peak level.