(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024161669
(43)【公開日】2024-11-20
(54)【発明の名称】ＰＩＯ装置およびＰＩＯ装置の寿命判定方法
(51)【国際特許分類】
G01M 99/00 20110101AFI20241113BHJP
G01H 17/00 20060101ALI20241113BHJP
G05B 19/042 20060101ALI20241113BHJP
【ＦＩ】
G01M99/00 Z
G01H17/00 Z
G05B19/042
【審査請求】未請求
【請求項の数】16
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023076519
(22)【出願日】2023-05-08
(71)【出願人】
【識別番号】000006013
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002941
【氏名又は名称】弁理士法人ぱるも特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】村嶋 千帆里
【テーマコード（参考）】
2G024
2G064
5H220
【Ｆターム（参考）】
2G024AD21
2G024BA12
2G024CA13
2G024FA04
2G024FA06
2G024FA15
2G064AA01
2G064AA11
2G064AB01
2G064AB02
2G064AB13
2G064BA02
2G064BD02
2G064CC41
2G064DD02
5H220AA02
5H220BB09
5H220CC06
5H220CX05
5H220HH01
5H220JJ12
5H220JJ28
(57)【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
【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。
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。
【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。
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。
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。
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】
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９に記載のＰＩＯ装置の寿命判定方法。
【請求項12】
前記ＰＩＯ装置の正常時において、前記ＰＩＯ装置の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９から１１のいずれか１項に記載のＰＩＯ装置の寿命判定方法。
【請求項13】
前記ＰＩＯ装置の寿命判定の結果を前記上位コントローラに送信し、前記寿命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９から１１のいずれか１項に記載のＰＩＯ装置の寿命判定方法。
【請求項14】
前記ＰＩＯ装置の寿命を判定するステップにおいて、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９から１１のいずれか１項に記載のＰＩＯ装置の寿命判定方法。
【請求項15】
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ＰＩＯ装置に異常が発生していると判定する請求項１４に記載のＰＩＯ装置の寿命判定方法。
【請求項16】
前記異常が発生していると判定した場合に、警報を発報する請求項１５に記載のＰＩＯ装置の寿命判定方法。
【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。
【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（Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｉｎｐｕｔ Ｏｕｔｐｕｔ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】
【特許文献1】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（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）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。
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】
【図1】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。
【図2】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。
【図3】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。
【図4】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。
【図5】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。
【図6】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。
【図7】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。
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】
ＰＩＯ装置１００は、入出力部１１０と寿命判定部１２０を備える。入出力部１１０は、ＰＩＯ装置１００としての本来の機能であるプロセス入出力処理を行うものであり、後述する入出力制御信号Ｙに従ってプロセス入出力処理を行う。
【0012】
入出力部１１０は、プロセス入出力処理において、現場機器９０１から主にアナログの信号Ｓ１が入力されると、入力された信号Ｓ１をデジタルのプロセス信号Ｓ１Ｄに変換し、通信回路１３０を介して上位コントローラ９０２に送信する。また、デジタル信号であるプロセス信号Ｓ２Ｄを、通信回路１３０を介して上位コントローラ９０２から受信し、受信したプロセス信号Ｓ２Ｄを現場機器９０１に対応する形式（主にアナログ）の信号Ｓ２に変換して現場機器９０１に出力する。
【0013】
入出力部１１０は、複数点（例えば３２点）の入出力チャンネル（図示無し）を有し、それぞれの入出力チャンネルにはそれぞれ対応する現場機器９０１が接続されている。また、それぞれのチャンネルはリレーによりオンオフの切り替えが可能になっている。入出力部１１０には、上記の入出力チャンネルおよびリレーに加え、リレーを操作するためのスイッチング電源、およびファンが設けられている。なお、リレー、スイッチング電源、およびファンも図示を省略している。
【0014】
寿命判定部１２０は、プロセス入出力処理の実行に伴って入出力部１１０が発する動作音Ｘ、すなわち、リレー、スイッチング電源およびファンが発する動作音Ｘに基づき、入出力部１１０の寿命を判定するとともに、既に入出力部１１０に異常が発生していないかを判定するものである。入出力部１１０は、ＰＩＯ装置１００の本来の機能を担うものであるので、入出力部１１０の寿命の判定および異常の検出をすることは、ＰＩＯ装置１００の寿命の判定および異常の検出をすることを意味する。このため以降では、寿命判定部１２０はＰＩＯ装置１００の寿命判定および異常検出をするものとして説明する。
【0015】
寿命判定部１２０は、入出力部１１０の入出力制御も担っており、通信回路１３０を介して上位コントローラ９０２から受信する制御信号Ｓ３に応じて、入出力部１１０に対する入出力制御信号Ｙを生成する。入出力部１１０は、寿命判定部１２０から受信する入出力制御信号Ｙに従って上述したプロセス入出力処理を実行する。
【0016】
寿命判定部１２０は、通信回路１３０を介してＰＩＯ装置１００の寿命判定の判定結果Ｚを上位コントローラ９０２に送信し、判定結果Ｚを監視用表示装置９０３に表示させる。
【0017】
ＰＩＯ装置１００は、警報手段としてのＬＥＤ９０４と接続されており、寿命判定部１２０がＰＩＯ装置１００の異常を検出した場合に、警報としてＬＥＤを点灯させる発報部１４０を備えている。寿命判定部１２０は、動作音ＸからＰＩＯ装置１００（入出力部１１０）の異常を検出した場合、発報部１４０に対して発報指令Ｗ１を送信する。発報指令Ｗ１を受信した発報部１４０は、点灯信号Ｗ２をＬＥＤ９０４に送信し、ＬＥＤ９０４を点灯させる。なお、実施の形態１ではＬＥＤ９０４を警報手段として用いているが、警報手段はこれに限定されない。例えば、監視用表示装置９０３などの表示装置を警報手段として、警報情報を表示させてもよい。また、スピーカーなどの音声出力装置を警報手段として、異常検出時に警告音を発する構成にしてもよい。
【0018】
寿命判定部１２０の詳細について説明する。図２は、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。寿命判定部１２０は、入出力部１１０が発する動作音Ｘを収音するマイク１２１、すなわち収音部と、マイク１２１により収音された動作音Ｘの波形をアナログからデジタルに変換するＡ／Ｄ変換器（アナログデジタル変換器）１２２、すなわちアナログデジタル変換部と、Ａ／Ｄ変換器１２２により生成されたデジタル波形ＸＤを解析することにより、ＰＩＯ装置１００の寿命を判定するとともに、入出力部１１０のプロセス入出力処理の制御をするマイクロコンピュータ（以下、マイコン）１２３、すなわち演算部と、マイコン１２３による演算に必要なデータを保持するメモリ１２４、すなわち記憶部とを備える。
【0019】
マイク１２１は、入出力部１１０の動作音Ｘを収音できるものであれば特に制限されない。マイク１２１により収音された動作音Ｘのアナログ波形ＸＡはＡ／Ｄ変換器１２２に出力される。Ａ／Ｄ変換器１２２は、アナログ波形ＸＡをデジタル波形ＸＤに変換し、マイコン１２３に出力する。
【0020】
マイコン１２３は、ＰＩＯ装置１００の寿命判定に加えて、入出力部１１０のプロセス入出力処理の制御演算も行う。マイコン１２３は、上位コントローラ９０２からの制御信号Ｓ３に応じた入出力制御信号Ｙを演算し、入出力制御信号Ｙを入出力部１１０に送信する。マイコン１２３は、ＰＩＯ装置１００に内蔵可能、もしくは設置可能であり、デジタル波形ＸＤを時間波形から周波数波形に変換し、正常時の波形である正常時波形と判定時の波形である判定時波形の乖離度の大きさを算出できる程度の演算能力があればよく、上記の条件を満たすのであれば、マイコン以外の演算装置または演算回路を用いてもよい。なお、寿命判定における演算の詳細は後述する。
【0021】
マイコン１２３は、通信回路１３０を介して制御信号Ｓ３を上位コントローラ９０２（図２では図示を省略）から受信するとともに、通信回路１３０を介して寿命判定の判定結果Ｚを上位コントローラ９０２に送信する。またマイコン１２３は、ＰＩＯ装置１００に既に異常が発生していると判定した場合、発報指令Ｗ１を発報部１４０に送信し、発報部１４０にＬＥＤ９０４を点灯させる。
【0022】
メモリ１２４は、動作音Ｘの正常時波形を判定時まで記憶可能なメモリであり、例えばフラッシュメモリなどの不揮発性メモリを含む。また、演算時の一時的なデータの保存のため、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）またはＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等の揮発性または不揮発性メモリを含んでもよい。マイコン１２３は、演算により得られたデータＤ１を必要に応じてメモリ１２４に記憶させ、また、メモリ１２４に記憶されているデータＤ２を必要に応じて読み出す。データＤ１には、例えば正常時波形を演算するために用いるデジタル波形ＸＤのデータまたはデジタル波形ＸＤから変換された周波数波形のデータなどが含まれる。データＤ２には、正常時波形のデータ、寿命判定用の各閾値のデータなどが含まれる。
【0023】
マイコン１２３による入出力部１１０の寿命判定について説明する。マイコン１２３は、動作音Ｘの正常時波形と動作音Ｘの判定時波形とを比較し、両者のずれを示す「乖離度」を演算して、上記乖離度の大きさに応じてＰＩＯ装置１００の寿命を判定する。図３は、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。動作音Ｘのデジタル波形ＸＤを時系列波形から周波数波形に変形すると、図３に示すように特定の周波数でピークを持つ波形が得られる。また、ＰＩＯ装置１００の使用を継続した場合、経年劣化などにより動作音Ｘに変化が生じることから、正常時波形（図３では実線）と判定時波形（図３では破線）は一致しない。実施の形態１では、正常時波形と判定時波形との各周波数成分における差Ｅの大きさを全周波数で合計したものを「乖離度」とする。なお、全周波数で合計するのではなく、一定の周波数範囲のみについて合計したものを「乖離度」としてもよい。
【0024】
マイコン１２３は、上記のようにして得た正常時波形と判定時波形との乖離度を閾値と比較することにより入出力部１１０の寿命を判定するともに、入出力部１１０の異常を検出する。すなわち、閾値として異常検出用の第１の閾値と、寿命判定用の第２の閾値（第１の閾値よりも小さい）とを設け、乖離度が第１の閾値以上である場合、正常時からの乖離が非常に大きく、既に異常が発生していると判定し、異常を検出したとして警報を発報させる（ＬＥＤ９０４を点灯させる）とともに、異常を検出した事を監視用表示装置９０３に表示させる。
【0025】
乖離度が第１の閾値未満であるが第２の閾値以上である場合、正常時からの乖離は中程度として、寿命は短期間（例えば１週間）と判定し、判定結果（１週間後交換必要）を監視用表示装置９０３に表示させる。乖離度が第２の閾値未満である場合、正常時からの乖離は小さいとして、判定結果（交換が必要になるのは１週間後以降）を監視用表示装置９０３に表示させる。第２の閾値よりも小さい第３の閾値をさらに設け、乖離度との比較により寿命が１ヶ月後か否かを判定してもよい。
【0026】
それぞれの閾値は、ＰＩＯ装置１００が故障した時の前後のデータを収集し、全体としての傾向をつかむことで設定する。それぞれの閾値は、メモリ１２４に予め記憶される。
【0027】
なお、正常時波形は以下のようにして取得する。すなわち、正常時において、動作音Ｘの収音と動作音Ｘの波形のＡ／Ｄ変換（デジタル波形ＸＤの取得）を、入出力部１１０の全てのオンオフの状態、すなわち、３２点ある入出力チャンネルの全点オンから全点オフまでの各状態について実施し、得られた波形を変換することで１つの周波数波形を得る。上記の処理を繰り返して得られる複数の周波数波形のアンサンブル平均を演算することにより、正常時波形とする。
【0028】
判定時波形は、判定時において、上述の正常時波形の場合と同様にして周波数波形を得る。ただし、正常時波形と比較するための周波数波形が少なくとも１つあればよいので、演算する周波数波形は１つであってもよいし、複数の周波数波形を演算して平均をとってもよい。
【0029】
次に、動作について説明する。まず、事前準備となる正常時波形の取得の流れを説明する。図４は、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。上述したように、正常時波形は、動作音Ｘの波形から複数の周波数波形を演算し、演算した複数の周波数波形のアンサンブル平均をとることにより取得する。図４では、１つの周波数波形を演算するの処理の繰り返しをループＬ１とし、入出力チャンネルのオンオフの状態を変化させながらデジタル波形ＸＤのデータを蓄積していく処理をループＬ２としている。ここでは一例として、全点オフの状態から、任意の入出力チャンネルのリレーを１つずつオンに切り替えていき、全点オンまでの各状態の動作音Ｘの収音およびよびＡ／Ｄ変換を行うとする。
【0030】
まず、正常時において、入出力部１１０の入出力チャンネル３２点を全てオフにしておき、全点オフの状態で動作音Ｘをマイク１２１により収音する（ステップＳＴ００１）。次に、収音した動作音Ｘのアナログ波形ＸＡをＡ／Ｄ変換器１２２によりＡ／Ｄ変換し、デジタル波形ＸＤを得る（ステップＳＴ００２）。マイコン１２３は、デジタル波形ＸＤをメモリ１２４に記憶させる。
【0031】
次に、入出力部１１０の入出力チャンネルのうちの１つをオンに切り替え（ステップＳＴ００３）、１点オン、３１点オフの状態にする。その後、ステップＳＴ００１に戻る。このように、入出力チャンネルを１点ずつオンに切り替えながら、全点オフから全点オンまでの全ての状態について動作音Ｘのデジタル波形ＸＤを得る。ループＬ２が終了した段階で、全点オフから全点オンまでの全ての状態のデジタル波形ＸＤのデータがメモリ１２４に記憶されることとなる。なお、全ての状態についてのデジタル波形ＸＤが取得できればよいので、その順序は図４に示すものに限定されない。例えば、全点オンから初めて全点オフまでのデジタル波形ＸＤを取得するようにしてもよい。この場合、図４のステップＳＴ００３は「入出力チャンネル１つをオフに切替」になる。
【0032】
ループＬ２の処理を全て完了したら、マイコン１２３により、全点オフから全点オンまでの全てのデジタル波形ＸＤを重ね合わせたものを周波数波形に変換する（ステップＳＴ００４）。マイコン１２３は、上記のようにして演算した周波数波形をメモリ１２４に記憶させる。その後、ステップＳＴ００１に戻り、ループＬ１の処理を複数回繰り返す。ループＬ１の処理を繰り返す回数は予め設定しておく。
【0033】
ステップＬ１の処理を設定された回数繰り返した後、マイコン１２３は、演算した全ての周波数波形のアンサンブル平均を演算し（ステップＳＴ００５）、その結果を正常時波形としてメモリ１２４に記憶させる。
【0034】
次に、寿命判定時の動作について説明する。図５は、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。なお、正常時波形は既に取得し、メモリ１２４に記憶されているものとする。まず、動作音Ｘをマイク１２１により収音し（ステップＳＴ１０１）、収音した動作音Ｘのアナログ波形ＸＡをＡ／Ｄ変換器１２２によりＡ／Ｄ変換し、動作音Ｘのデジタル波形ＸＤを得る（ステップＳＴ１０２）。
【0035】
次に、マイコン１２３により、デジタル波形ＸＤを周波数波形に変換する（ステップＳＴ１０３）。マイコン１２３は、周波数波形のデータをメモリ１２４に記憶させる。
【0036】
次に、寿命判定処理を実施し（ステップＳＴ１０４）、判定結果Ｚを得る。寿命判定処理の詳細は後述する。
【0037】
次に、判定結果Ｚを上位コントローラ９０２に送信し、監視用表示装置９０３に表示させる（ステップＳＴ１０５）。また、寿命判定処理においてＰＩＯ装置１００の異常が検出された場合は警報としてのＬＥＤ９０４を点灯させる
【0038】
寿命判定処理の詳細を説明する。図６は、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。まず、いずれも周波数波形である正常時波形と判定時波形とを比較し、判定時波形の乖離度を演算する（ステップＳＴ１０４１）。上述したとおり、実施の形態１における「乖離度」は、正常時波形と判定時波形との各周波数成分における差の大きさを全周波数で合計したものである。
【0039】
次に、ステップＳＴ１０４１で演算した乖離度と第１の閾値とを比較し、乖離度が第１の閾値以上であればステップＳＴ１０４３に進み、乖離度が第１の閾値未満であればステップＳＴ１０４４に進む（ステップＳＴ１０４２）。上述したように、第１の閾値は異常検出用の閾値である。
【0040】
乖離度が第１の閾値以上である場合、ＰＩＯ装置１００には既に異常があると判定し（ステップＳＴ１０４３）、判定結果を「異常検出（今すぐ交換が必要）」として処理を終了する。
【0041】
乖離度が第１の閾値未満である場合、乖離度と第２の閾値とを比較し、乖離度が第２の閾値以上であればステップＳＴ１０４５に進み、乖離度が第２の閾値未満であればステップＳＴ１０４６に進む（ステップＳＴ１０４４）。上述したように、第２の閾値は寿命判定用の閾値であり、第１の閾値よりも小さい。
【0042】
乖離度が第２の閾値以上である場合、ＰＩＯ装置１００の寿命を１週間と判定し（ステップＳＴ１０４５）、判定結果を「１週間後交換が必要」として処理を終了する。
【0043】
乖離度が第２の閾値未満である場合、ＰＩＯ装置１００の寿命は１週間超と判定し（ステップＳＴ１０４５）、判定結果を「交換が必要になるのは１週間後以降（１週間は交換不要）」として処理を終了する。
【0044】
なお、上述したとおり、乖離度が第２の閾値未満である場合、第２の閾値よりもさらに小さい第３の閾値と乖離度とを比較し、例えば１か月後の交換の要否について判定してもよい。
【0045】
以上説明したようにＰＩＯ装置１００の寿命判定を行うことにより、ＰＩＯ装置の適切な交換時期を事前に把握し、ＰＩＯ装置１００が故障する前に交換を行うことができる。また、不要な交換を防ぎ、ＰＩＯ装置１００の停止時間を短縮することができるとともに、予備品を削減することができる。
【0046】
実施の形態１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。より具体的には、ＰＩＯ装置は、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、寿命判定部は、プロセス入出力処理に伴って入出力部が発する動作音を収音するマイクと、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Ａ／Ｄ変換器と、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マイコンとを備え、乖離度の大きさに基づいてＰＩＯ装置の寿命を判定する構成とした。寿命判定のために追加が必要なハードウェアはマイクとＡ／Ｄ変換器のみであり、従来よりも抑えられており大型化を招くこともない。このため、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。
【0047】
実施の形態２．
次に、実施の形態２を図７に基づいて説明する。実施の形態２は、正常時波形と判定時波形との乖離度が実施の形態１と異なる。図７は、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。動作音Ｘを周波数波形に変換したときのピーク位置（ピーク高さおよびピーク周波数）は、正常時と寿命判定時とでは異なる。このため、実施の形態２では、正常時波形（図７では実線）のピーク位置と判定時波形（図７では破線）のピーク位置との間の距離Ｅ＊を演算し、距離Ｅ＊を乖離度とする。なお、ピーク周波数のずれを簡便的に距離Ｅ＊とすることも考えられる。
その他については実施の形態１と同様である。
次に、実施の形態２を図７に基づいて説明する。実施の形態２は、正常時波形と判定時波形との乖離度が実施の形態１と異なる。図７は、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。動作音Ｘを周波数波形に変換したときのピーク位置（ピーク高さおよびピーク周波数）は、正常時と寿命判定時とでは異なる。このため、実施の形態２では、正常時波形（図７では実線）のピーク位置と判定時波形（図７では破線）のピーク位置との間の距離Ｅ＊を演算し、距離Ｅ＊を乖離度とする。なお、ピーク周波数のずれを簡便的に距離Ｅ＊とすることも考えられる。
その他については実施の形態１と同様である。
【0048】
実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
また、正常時波形のピーク位置と判定時波形のピーク位置との間の距離を乖離度として用いるので、乖離度の演算が実施の形態１も簡単である。
また、正常時波形のピーク位置と判定時波形のピーク位置との間の距離を乖離度として用いるので、乖離度の演算が実施の形態１も簡単である。
【0049】
本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
【0050】
以下、本開示の諸態様を付記としてまとめて記載する。
（付記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。
（付記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付記１に記載のＰＩＯ装置。
（付記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付記１に記載のＰＩＯ装置。
（付記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付記１から３のいずれか１項に記載のＰＩＯ装置。
（付記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付記１から４のいずれか１項に記載のＰＩＯ装置。
（付記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付記１から５のいずれか１項に記載のＰＩＯ装置。
（付記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付記６に記載のＰＩＯ装置。
（付記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付記７に記載のＰＩＯ装置。
（付記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。
（付記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付記９に記載のＰＩＯ装置の寿命判定方法。
（付記１１）
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付記９に記載のＰＩＯ装置の寿命判定方法。
（付記１２）
前記ＰＩＯ装置の正常時において、前記ＰＩＯ装置の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付記９から１１のいずれか１項に記載のＰＩＯ装置の寿命判定方法。
（付記１３）
前記ＰＩＯ装置の寿命判定の結果を前記上位コントローラに送信し、前記寿命判定の結果を外部の監視用表示装置に表示させる付記９から１２のいずれか１項に記載のＰＩＯ装置の寿命判定方法。
（付記１４）
前記ＰＩＯ装置の寿命を判定するステップにおいて、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付記９から１３のいずれか１項に記載のＰＩＯ装置の寿命判定方法。
（付記１５）
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ＰＩＯ装置に異常が発生していると判定する付記１４に記載のＰＩＯ装置の寿命判定方法。
（付記１６）
前記異常が発生していると判定した場合に、警報を発報する付記１５に記載のＰＩＯ装置の寿命判定方法。
（付記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。
（付記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付記１に記載のＰＩＯ装置。
（付記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付記１に記載のＰＩＯ装置。
（付記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付記１から３のいずれか１項に記載のＰＩＯ装置。
（付記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付記１から４のいずれか１項に記載のＰＩＯ装置。
（付記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付記１から５のいずれか１項に記載のＰＩＯ装置。
（付記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付記６に記載のＰＩＯ装置。
（付記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付記７に記載のＰＩＯ装置。
（付記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。
（付記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付記９に記載のＰＩＯ装置の寿命判定方法。
（付記１１）
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付記９に記載のＰＩＯ装置の寿命判定方法。
（付記１２）
前記ＰＩＯ装置の正常時において、前記ＰＩＯ装置の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付記９から１１のいずれか１項に記載のＰＩＯ装置の寿命判定方法。
（付記１３）
前記ＰＩＯ装置の寿命判定の結果を前記上位コントローラに送信し、前記寿命判定の結果を外部の監視用表示装置に表示させる付記９から１２のいずれか１項に記載のＰＩＯ装置の寿命判定方法。
（付記１４）
前記ＰＩＯ装置の寿命を判定するステップにおいて、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付記９から１３のいずれか１項に記載のＰＩＯ装置の寿命判定方法。
（付記１５）
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ＰＩＯ装置に異常が発生していると判定する付記１４に記載のＰＩＯ装置の寿命判定方法。
（付記１６）
前記異常が発生していると判定した場合に、警報を発報する付記１５に記載のＰＩＯ装置の寿命判定方法。
【符号の説明】
【0051】
１００ ＰＩＯ装置、１１０ 入出力部、１２０ 寿命判定部、１２１ マイク、１２２ Ａ／Ｄ変換器、１２３ マイコン、１２４ メモリ、１４０ 発報部、９０１ 現場機器、９０２ 上位コントローラ、９０４ ＬＥＤ、Ｓ１、Ｓ２ 信号、Ｓ１Ｄ、Ｓ２Ｄ プロセス信号、Ｗ１ 発報指令、Ｘ 動作音、ＸＡ アナログ波形、ＸＤ デジタル波形、Ｙ 入出力制御信号、Ｚ 判定結果
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】