JP2020170258A - 状態監視装置および状態監視方法 - Google Patents

Abstract

【課題】センサの出力信号をデジタルデータに変換する変換回路の故障を検出することができる状態監視装置および状態監視方法を提供する。【解決手段】変換回路ｃｈ１〜ｃｈｍは、入力されるアナログ信号をＡＤ変換する。クロスポイントスイッチＣＳＷは、複数個のセンサＳの出力信号を受ける複数個の第１の入力ポートと、少なくとも１つの基準電圧Ｖｒｅｆ、ＧＤＮを受ける少なくとも１つの第２の入力ポートと、複数個の変換回路ｃｈ１〜ｃｈｍと接続される複数個の出力ポートとを有する。ＣＰＵ４２は、変換回路ｃｈｊの故障診断時に、第２の入力ポートと、出力ポートとを接続させることによって、変換回路ｃｈｊへ試験信号を供給させて、変換回路ｃｈｊから出力される試験信号のＡＤ変換信号と試験信号の理想的なデジタル信号とを比較することによって、変換回路ｃｈｊの故障を判断する。【選択図】図４

Description

本発明は、状態監視装置および状態監視方法に関し、たとえば風力発電装置内の機器の状態を監視する状態監視装置および状態監視方法に関する。

風力発電装置に設けられた機器の異常を診断する状態監視システムが知られている。たとえば、特許文献１に記載の状態監視システムは、機器の状態を測定する複数のセンサと、センサの測定データから診断パラメータを算出するモニタ装置と、診断パラメータに基づいて機器の異常を診断する監視側制御装置とを含む。

特許文献２には、風力発電装置に設けられた機器の状態を測定するセンサの異常を検出することができる状態監視システムが記載されている。特許文献２に記載の状態監視システムは、設備に生じる加速度を検知することによって検出される振動をバイアス電圧からの電圧変化として出力する振動検出部と、動検出部の出力電圧からバイアス電圧を除去するように構成された電圧処理回路と、電圧処理回路の出力に基づいて設備の状態を監視するように構成された監視装置と、電圧処理回路を介さずに振動検出部の出力を監視装置に接続するように構成された接続回路とを備える。監視装置は、接続回路を通じて受ける出力電圧がバイアス電圧を含む所定範囲に含まれない場合に、振動検出部を異常であると診断する。

特開２０１３−１８５５０７号公報 特開２０１８−１７９７５３号公報

センサの出力信号をデジタル信号に変換する変換回路が落雷などの影響で故障することがある。特許文献１および特許文献２のシステムは、変換回路が故障すると、センサの出力信号をデジタル信号に正常に変換できなくなる。変換回路が故障したのにも係わらず、状態監視を継続した場合、風力発電設備の異常を見逃す場合がある。

それゆえに、本発明の目的は、センサの出力信号をデジタルデータに変換する変換回路の故障を検出することができる状態監視装置および状態監視方法を提供することである。

本発明は、機器の状態を監視する状態監視装置であって、各々が、入力されるアナログ信号をＡＤ変換する複数個の変換回路と、複数個のセンサの出力信号を受ける複数個の第１の入力ポートと、少なくとも１つの基準電圧を受ける少なくとも１つの第２の入力ポートと、複数個の変換回路と接続される複数個の出力ポートとを有するクロスポイントスイッチと、変換回路の故障診断時に、第２の入力ポートと、出力ポートとを接続させることによって、変換回路へ試験信号を供給させて、変換回路から出力される試験信号のＡＤ変換信号と試験信号の理想的なデジタル信号とを比較することによって、変換回路の故障を判断するプロセッサとを備える。

好ましくは、クロスポイントスイッチは、複数個の基準電圧を受ける複数個の第２の入力ポートを備える。プロセッサは、変換回路の故障診断時に、複数個の第２の入力ポートのうち、出力ポートと接続される第２の入力ポートを時間的に切り替える。

好ましくは、プロセッサは、出力ポートと接続される第２の入力ポートの切り替え周期を変化させる。

好ましくは、プロセッサは、機器の状態監視時に、複数個の第１の入力ポートと、複数個の変換回路のうち故障と判断された変換回路を除く複数個の変換回路と接続する複数個の出力ポートとを１対１で接続する。

好ましくは、プロセッサは、機器の状態監視時に、複数個の変換回路のうち故障と判断された変換回路以外の変換回路と接続する１つの出力ポートと、複数個の第１の入力ポートのうちの２個以上とを時間的に切り替えて接続する。

好ましくは、プロセッサは、変換回路の故障診断時に、試験信号のＡＤ変換信号と試験信号の理想的なデジタル信号との類似度に基づいて、変換回路の故障を判断する。類似度は、差分二乗和、正規化された差分二乗和、差分絶対値和、正規化された差分絶対値和、正規化相互相関、および零平均正規化相互相関のうちのいずれかによって表される。

好ましくは、プロセッサは、試験信号の理想的なデジタル信号を異なる時間量だけずらすことによって得られる複数個の類似度のうち最も高い類似度に基づいて、変換回路の故障を判断する。

好ましくは、プロセッサは、さらに、複数個の類似度のうち最も高い類似度に対応する時間量に基づいて、変換回路の故障を判断する。

本発明は、機器の状態を監視する状態監視装置による状態監視方法であって、状態監視装置は、各々が、入力されるアナログ信号をＡＤ変換する複数個の変換回路と、複数個のセンサの出力信号を受ける複数個の第１の入力ポートと、少なくとも１つの基準電圧を受ける少なくとも１つの第２の入力ポートと、複数個の変換回路と接続される複数個の出力ポートとを有するクロスポイントスイッチとを備える。状態監視方法は、変換回路の故障診断時に、第２の入力ポートと、出力ポートとを接続させることによって、変換回路へ試験信号を供給するステップと、変換回路から出力される試験信号のＡＤ変換信号と試験信号の理想的なデジタル信号とを比較することによって、変換回路の故障を判断するステップとを備える。

本発明によれば、センサの出力信号をデジタル信号に変換する変換回路の故障を検出することができる。

実施の形態の状態監視システムの全体構成を概略的に示す図である。 風力発電装置の構成を概略的に示す図である。 参考例の状態監視装置の構成を表わす図である。 実施の形態の状態監視装置の構成を表わす図である。 クロスポイントスイッチの構成の一例を表わす図である。 実施の形態の状態監視装置の基本的な動作手順を表わすフローチャートである。 試験信号Ｒ（ｘ）の第１例を表わす図である。 試験信号Ｒ（ｘ）の第２例を表わす図である。 試験信号Ｒ（ｘ）の第３例を表わす図である。 実施の形態の状態監視装置による変換回路ｃｈの故障診断および状態監視の手順の第１例を表わすフローチャートである。 実施の形態の状態監視装置による変換回路ｃｈの故障診断および状態監視の手順の第２例を表わすフローチャートである。 実施の形態の状態監視装置８０による変換回路ｃｈの故障診断および状態監視の手順の第２例を表わすフローチャートである。

以下、本発明について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一の符号を付してその説明は繰り返さない。

＜状態監視システムの全体構成＞
図１は、実施の形態の状態監視システムの全体構成を概略的に示す図である。図１を参照して、状態監視システムは、状態監視装置８０と、データサーバ（監視側制御装置）３３０と、監視用端末３４０とを備える。

状態監視装置８０は、センサＳ１〜Ｓｎの検出信号から実効値、ピーク値、クレストファクター、エンベロープ処理後の実効値、およびエンベロープ処理後のピーク値等を算出し、インターネット３２０を介してデータサーバ３３０へ送信する。

ここでは、状態監視装置８０とデータサーバ３３０との通信は有線によって行われるとして説明したが、これに限定されることなく、無線によって通信が行われてもよい。

データサーバ３３０と監視用端末３４０とは、たとえば社内ＬＡＮ（Local Area Network）によって接続される。監視用端末３４０は、データサーバ３３０が受信した測定データを閲覧、測定データの詳細な解析、モニタ装置の設定変更、風力発電装置の各機器の状態を表示させる。

＜風力発電装置の構成＞
図２は、風力発電装置１０の構成を概略的に示す図である。図２を参照して、風力発電装置１０は、主軸２０と、ブレード３０と、増速機４０と、発電機５０と、主軸受６０を備える。風力発電装置１０は、センサＳ１〜Ｓｎと、状態監視装置８０とを備える。増速機４０、発電機５０、主軸受６０、センサＳ１〜Ｓｎおよび状態監視装置８０は、ナセル９０に格納される。ナセル９０は、タワー１００によって支持される。

主軸２０は、ナセル９０内に進入して増速機４０の入力軸に接続され、主軸受６０によって回転自在に支持される。主軸２０は、風力を受けたブレード３０により発生する回転トルクを増速機４０の入力軸へ伝達する。ブレード３０は、主軸２０の先端に設けられ、風力を回転トルクに変換して主軸２０に伝達する。

主軸受６０は、ナセル９０内において固設され、主軸２０を回転自在に支持する。主軸受６０は、転がり軸受によって構成される。主軸受６０は、たとえば、自動調芯ころ軸受、円すいころ軸受、円筒ころ軸受、または玉軸受等によって構成される。なお、これらの軸受は、単列のものでも複列のものでもよい。

センサＳ１〜Ｓｎは、ナセル９０の内部の各機器に固設される。たとえば、センサＳ１は、主軸受６０の上面に固設され、主軸受６０の状態を監視する。センサＳ２〜Ｓ４は、増速機４０の上面に固設され、増速機４０の状態を監視する。センサＳ５、Ｓ６は、発電機５０の上面に固設され、発電機５０の状態を監視する。センサＳ７は、主軸受６０に固設され、ミスアライメントとナセルの異常振動を監視する。センサＳｎは、主軸受６０に固設され、アンバランスとナセルの異常振動を監視する。

増速機４０は、主軸２０と発電機５０との間に設けられ、主軸２０の回転速度を増速して発電機５０へ出力する。一例として、増速機４０は、遊星ギヤおよび中間軸、高速軸等を含む歯車増速機構によって構成される。なお、特に図示しないが、この増速機４０内にも、複数の軸を回転自在に支持する複数の軸受が設けられている。発電機５０は、増速機４０の出力軸に接続され、増速機４０から受ける回転トルクによって発電する。発電機５０は、たとえば、誘導発電機によって構成される。なお、この発電機５０内にも、ロータを回転自在に支持する軸受が設けられている。

状態監視装置８０は、風力発電装置１０の各機器の状態を監視する。状態監視装置８０は、ナセル９０の内部に設けられ、センサＳ１〜Ｓｎが検出した各機器の振動、音、ＡＥ（Acoustic Emission）等の信号を受ける。なお、図示はしていないが、センサＳ１〜Ｓｎと状態監視装置８０とは、有線ケーブルで接続されている。

監視用端末３４０には、少なくとも、データサーバ３３０に格納されている測定データを閲覧、詳細な解析、モニタ装置の設定変更、風力発電装置１０の各機器の状態について表示させるプログラムが予め格納されている。監視用端末３４０には風力発電装置１０の専門家が判断するのに役立つ風力発電装置１０の各機器についてのデータが表示される。

なお、監視用端末３４０を構成する各構成要素は、一般的なものである。したがって、本発明の本質的な部分は、記憶媒体に格納された上述したソフトウエア（プログラム）であるともいえる。

＜状態監視装置の構成＞
図３は、参考例の状態監視装置８０の構成を表わす図である。

参考例の状態監視装置８０は、センサＳ１〜Ｓｎと接続される。参考例の状態監視装置８０は、変換回路ｃｈ１〜ｃｈｎと、コンピュータ４１とを備える。コンピュータ４１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）４２と、メモリ４３とを備える。

センサＳｉ（ｉ＝１〜ｎ）は、監視対象の振動または温度などを検出して、検出値を表わす信号を出力する。

変換回路Ｃｈｉ（ｉ＝１〜ｎ）と、センサＳｉ（ｉ＝１〜ｎ）とが１対１で接続する。
変換回路ｃｈｉ（ｉ＝１〜ｎ）は、センサＳｉ（ｉ＝１〜ｎ）の出力信号をデジタル信号に変換する。変換回路ｃｈｉ（ｉ＝１〜ｎ）は、アナログ回路Ａｇｉ（ｉ＝１〜ｎ）と、ＡＤ変換回路ＡＤＣｉ（ｉ＝１〜ｎ）とを備える。アナログ回路Ａｇｉ（ｉ＝１〜ｎ）は、増幅回路、保護回路、フィルタ回路、および安定化回路などを備える。

メモリ４３は、状態監視プログラム、状態監視に必要なデータ、および状態監視の結果を表わすセンサＳ１〜Ｓｎの出力信号のデジタル信号を記憶する。

ＣＰＵ４２は、メモリ４３に記憶されている状態監視プログラムを実行する。ＣＰＵ４２は、変換回路ｃｈ１〜ｃｈｎから出力されるデジタル信号を受けて、所定の処理を実行する。

状態監視装置８０において、変換回路ｃｈｉ（ｉ＝１〜ｎ）は、コンピュータ４１に比べて、落雷などの影響で故障しやすい。参考例の状態監視装置８０では、変換回路ｃｈｉ（ｉ＝１〜ｎ）が故障すると、変換回路ｃｈｉ（ｉ＝１〜ｎ）に接続されるセンサＳｉ（ｉ＝１〜ｎ）の出力信号は正常なデジタル信号に変換されず、正常なデータ収集および監視ができなくなる。

変換回路ｃｈｉ（ｉ＝１〜ｎ）の故障を検知するためには、変換回路ｃｈｉ（ｉ＝１〜ｎ）の入力と出力とを比較する必要がある。しかしながら、参考例の状態監視装置８０では、ＣＰＵ４２は、変換回路ｃｈｉ（ｉ＝１〜ｎ）の入力であるセンサＳｉ（ｉ＝１〜ｎ）の出力信号を取得できないため、変換回路ｃｈｉ（ｉ＝１〜ｎ）の入力と変換回路ｃｈｉ（ｉ＝１〜ｎ）の出力とを比較できず、変換回路ｃｈｉ（ｉ＝１〜ｎ）の故障を検知できない。

したがって、参考例の状態監視装置８０を使用する場合には、変換回路ｃｈｉ（ｉ＝１〜ｎ）に故障が発生している可能性がある場合に、専門家を現地に派遣しなければ変換回路ｃｈｉ（ｉ＝１〜ｎ）の故障を診断できない。更に、変換回路ｃｈｉ（ｉ＝１〜ｎ）の故障の復旧のために現地での作業が必須であり、多くの工数が要求されるととともに、復旧作業中の風車の停止が必要となる。

図４は、実施の形態の状態監視装置８０の構成を表わす図である。
実施の形態の状態監視装置８０は、変換回路ｃｈ１〜ｃｈｍと、クロスポイントスイッチＣＳＷと、コンピュータ４１とを備える。コンピュータ４１は、ＣＰＵ４２と、メモリ４３とを備える。

ｎとｍの大きさについては、ｎ＜ｍが望ましい。ただし、ｎ＞ｍであっても、同じ変換回路ｃｈが別個のタイミングで複数のセンサＳの出力信号をＡＤ変換するようにすることができる。

センサＳｉ（ｉ＝１〜ｎ）は、監視対象の振動または温度などを検出して、検出値を表わす信号を出力する。

変換回路ｃｈｉ（ｉ＝１〜ｍ）は、風力発電装置１０内の機器の状態監視時には、クロスポイントスイッチＣＳＷによるスイッチングに従って伝送されるセンサＳｉ（ｉ＝１〜ｎ）の出力信号（アナログ信号）のいずれかをＡＤ変換する。変換回路ｃｈｉは、変換回路ｃｈｉの故障診断時には、クロスポイントスイッチＣＳＷによるスイッチングに従って伝送される、基準電圧ＶｒｅｆまたはＧＮＤの大きさを有する試験信号Ｒ（ｘ）をＡＤ変換する。

変換回路ｃｈｉ（ｉ＝１〜ｍ）は、アナログ回路Ａｇｉ（ｉ＝１〜ｍ）と、ＡＤ変換回路ＡＤＣｉ（ｉ＝１〜ｍ）とを備える。アナログ回路Ａｇｉ（ｉ＝１〜ｍ）は、増幅回路、保護回路、フィルタ回路、および安定化回路などを備える。ＡＤＣｉ（ｉ＝１〜ｍ）は、アナログ回路Ａｇｉ（ｉ＝１〜ｍ）の出力信号をＡＤ変換して、ＡＤ変換信号を出力する。

メモリ４３は、状態監視プログラム、状態監視に必要なデータ、変換回路ｃｈの故障判定に必要なデータ、および状態監視の結果を表わすセンサＳ１〜Ｓｎの出力信号のデジタル信号などを記憶する。

ＣＰＵ４２は、メモリ４３に記憶されている状態監視プログラムを実行する。ＣＰＵ４２は、変換回路ｃｈ１〜ｃｈｍから出力されるデジタル信号を受けて、所定の処理を実行する。ＣＰＵ４２は、制御信号ＣＴによって、クロスポイントスイッチＣＳＷのスイッチングを制御する。ＣＰＵ４２は、変換回路ｃｈ１〜ｃｈｍの故障診断の結果を表わす信号をインターネット３２０を介してデータサーバ３３０へ送信する。

クロスポイントスイッチＣＳＷは、接続先を電気的に任意に設定可能なスイッチである。クロスポイントスイッチＣＳＷは、マトリクススイッチ、マルチプレクサ、デマルチプレクサ、またはそれらの組み合わせによって構成される。

＜クロスポイントスイッチ＞
図５は、クロスポイントスイッチＣＳＷの構成の一例を表わす図である。

クロスポイントスイッチＣＳＷは、ｎ個の第１の入力ポートＩｎ（１）〜Ｉｎ（ｎ）と、２個の第２の入力ポートＩｎ（ｎ＋１）、Ｉｎ（ｎ＋２）と、ｍ個の出力ポートＯｕｔ（１）〜Ｏｕｔ（ｍ）とを備える。

第１の入力ポートＩｎ（ｉ）は、センサＳｉの出力と接続され、センサＳｉの出力信号を受ける。ただし、ｉ＝１〜ｎである。

第２の入力ポートＩｎ（ｎ＋１）は、第１の基準電圧Ｖｒｅｆを受ける。第２の入力ポートＩｎ（ｎ＋２）は、第２の基準電圧ＧＮＤを受ける。

第１の基準電圧Ｖｒｅｆは、たとえばアナログ回路Ａｇ１〜Ａｇｍの電源電圧である。第１の基準電圧Ｖｒｅｆは、状態監視装置８０内の図示しない基準電圧回路によって生成される電圧、またはそれらの電圧を分圧した電圧であってもよい。第２の基準電圧ＧＮＤは、アナログ回路Ａｇ１〜Ａｇｍのグランド電圧として利用される。

出力ポートＯｕｔ（ｊ）は、変換回路ｃｈｊと接続される。ただし、ｊ＝１〜ｍである。

スイッチＳ（ｉ，ｊ）は、入力ポートＩｎ（ｉ）と、出力ポートＯｕｔ（ｊ）とを接続する。ただし、ｉ＝１〜ｎ＋２、ｊ＝１〜ｍである。たとえば、スイッチＳ（１，１）がオンのときには、第１の入力ポートＩｎ（１）と出力ポートＯｕｔ（１）とが接続されて、センサＳ１の出力信号が、変換回路ｃｈ１に送られる。スイッチＳ（１，２）がオンのときには、第１の入力ポートＩｎ（１）と出力ポートＯｕｔ（２）とが接続されて、センサＳ１の出力信号が、変換回路ｃｈ２に送られる。スイッチ（ｎ＋１，１）がオンのときには、第２の入力ポートＩｎ（ｎ＋１）と出力ポートＯｕｔ（１）とが接続されて、第１の基準電圧Ｖｒｅｆが変換回路ｃｈ１に送られる。スイッチ（ｎ＋２，１）がオンのときには、第２の入力ポートＩｎ（ｎ＋２）と出力ポートＯｕｔ（１）とが接続されて、第２の基準電圧ＧＮＤが変換回路ｃｈ１に送られる。

ｍ個のスイッチＳ（ｋ１，１）、Ｓ（ｋ２，２）、・・・Ｓ（ｋｍ，ｍ）を同時にオンとすることができる。ただし、ｋ１、ｋ２、・・・ｋｍは、互いに異なる数である。

第１の基準電圧Ｖｒｅｆは、変換回路ｃｈが正常な場合に、変換回路ｃｈによってデジタル信号「１」に変換される。第２の基準電圧ＧＮＤは、変換回路ｃｈが正常な場合に、変換回路ｃｈによってデジタル信号「０」に変換される。

＜状態監視装置の基本的な動作＞
図６は、実施の形態の状態監視装置８０の基本的な動作手順を表わすフローチャートである。

ステップＳ１００において、ｉ＝１に設定される。
ステップＳ１０１において、クロスポイントスイッチＣＳＷによって、変換回路ｃｈｉへ試験信号Ｒ（ｘ）が送られる。クロスポイントスイッチＣＳＷが、変換回路ｃｈｉが接続される出力ポートＯｕｔ（ｉ）と、第１の基準電圧Ｖｒｅｆを受ける第１の入力ポートＩｎ（ｎ＋１）または第２の基準電圧ＧＮＤを受ける第２の入力ポートＩｎ（ｎ＋２）とを接続する。これによって、Ｖｒｅｆまたは０の大きさを有する試験信号Ｒ（ｘ）が変換回路ｃｈｉへ供給される。

ステップＳ１０２において、変換回路ｃｈｉが、試験信号Ｒ（ｘ）をＡＤ変換して、ＡＤ変換信号Ｂ（ｘ）をＣＰＵ４２に送る。ＣＰＵ４２は、ＡＤ変換信号Ｂ（ｘ）をメモリ４３に格納する。

ステップＳ１０３において、ＣＰＵ４２が、メモリ４３から試験信号Ｒ（ｘ）の理想デジタル信号Ａ（ｘ）と、ＡＤ変換信号Ｂ（ｘ）とを読出す。

ステップＳ１０４において、ＣＰＵ４２が、試験信号Ｒ（ｘ）の理想デジタル信号Ａ（ｘ）と、試験信号Ｒ（ｘ）のＡＤ変換信号Ｂ（ｘ）とが類似しているか否かを判定する。類似している場合には、処理がステップＳ１０５に進み、類似していない場合には、処理がステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０５において、ＣＰＵ４２が、変換回路ｃｈｉが正常であると判定する。ＣＰＵ４２は、変換回路ｃｈｉが正常である旨を表わす信号をインターネット３２０を介してデータサーバ３３０へ送信する。

ステップＳ１０６において、ＣＰＵ４２が、変換回路ｃｈｉが故障であると判定する。ＣＰＵ４２は、変換回路ｃｈｉが故障である旨を表わす信号をインターネット３２０を介してデータサーバ３３０へ送信する。

ステップＳ１０７において、ｉ＝ｍのときには、処理がステップＳ１０９に進む。ｉ＝ｍでないときには、処理がステップＳ１０８に進む。

ステップＳ１０８において、ｉがインクリメントされる。その後、処理がステップＳ１０１に戻る。

ステップＳ１０９およびＳ１１０において、風力発電装置１０内の機器の状態監視が実行される。

ステップＳ１０９において、ＣＰＵ４２は、クロスポイントスイッチＣＳＷ内のスイッチを設定する。クロスポイントスイッチＣＳＷは、ｎ個のセンサＳ１〜Ｓｎと接続される第１の入力ポートＩｎ（１）〜Ｉｎ（ｎ）と、変換回路ｃｈ１〜ｃｈｍのうちの正常なｎ個の変換回路ｃｈと接続されるｎ個の出力ポートＯｕｔを１対１で接続する。

ステップＳ１１０において、正常な変換回路ｃｈが、センサＳの出力信号のデジタル信号への変換を実行する。たとえば、正常な変換回路ｃｈｊが、接続されるセンサＳｋの出力信号をＡＤ変換して、ＡＤ変換信号ＤＧｊをＣＰＵ４２へ出力する。ＣＰＵ４２は、センサＳｋの識別番号と、ＡＤ変換信号ＤＧｊとを対応づけてメモリ４３に記憶する。

＜試験信号＞
次に、試験信号Ｒ（ｘ）について説明する。

クロスポイントスイッチＣＳＷによって、変換回路ｃｈと、第１の基準電圧Ｖｒｅｆまたは第２の基準電圧ＧＮＤとを接続することによって、変換回路ｃｈへ試験信号Ｒ（ｘ）を供給することができる。

図７は、試験信号Ｒ（ｘ）の第１例を表わす図である。
ＣＰＵ４２は、クロスポイントスイッチＣＳＷのスイッチＳ（ｎ＋１，ｊ）をオンとすることによって、第２の入力ポートＩｎ（ｎ＋１）と、出力ポートＯｕｔ（ｊ）とを接続する。これによって、一定値（Ｖｒｅｆ）を大きさとする試験信号Ｒ（ｘ）が変換回路ｃｈｊへ送られる。ｊは、１〜ｍのうちのいずれか１つである。この場合には、試験信号Ｒ（ｘ）が１つの変換回路ｃｈに供給される。あるいは、ｊは、１〜ｍのうちの複数個としてもよい。この場合には、試験信号Ｒ（ｘ）が複数個の変換回路ｃｈに同時に供給される。クロスポイントスイッチＣＳＷとしてリレーなどを用いた場合、スイッチング速度が遅くて、所望の周期でスイッチの切り替えができなかったり、スイッチングによって寿命が短くなる場合がある。第１例では、スイッチを周期的に切り替えないので、このようなクロスポイントスイッチＣＳＷを用いた場合にも、試験信号Ｒ（ｘ）を生成することができる。

図８は、試験信号Ｒ（ｘ）の第２例を表わす図である。
ＣＰＵ４２は、クロスポイントスイッチＣＳＷのスイッチＳ（ｎ＋２，ｊ）をオンとすることによって、第２の入力ポートＩｎ（ｎ＋２）と、出力ポートＯｕｔ（ｊ）とを接続する。これによって、一定値（ＧＮＤ）を大きさとする試験信号Ｒ（ｘ）が変換回路ｃｈｊへ送られる。ｊは、１〜ｍのうちのいずれか１つである。この場合には、試験信号Ｒ（ｘ）が１つの変換回路ｃｈに供給される。あるいは、ｊは、１〜ｍのうちの複数個としてもよい。この場合には、試験信号Ｒ（ｘ）が複数個の変換回路ｃｈに同時に供給される。第２例では、第１例と同様に、クロスポイントスイッチＣＳＷとしてリレーなどを用いた場合でも、試験信号Ｒ（ｘ）を生成することができる。

図９は、試験信号Ｒ（ｘ）の第３例を表わす図である。
ＣＰＵ４２は、クロスポイントスイッチＣＳＷのスイッチＳ（ｎ＋１，ｊ）とスイッチＳ（ｎ＋２，ｊ）とをＴ／２の間隔でオン／オフを切り替えることによって、第２の入力ポートＩｎ（ｎ＋１）と出力ポートＯｕｔ（ｊ）との接続状態と、第２の入力ポートＩｎ（ｎ＋２）と出力ポートＯｕｔ（ｊ）との接続状態とがＴ／２の周期で時間的に切り替わる。これによって、第２の入力ポートＩｎ（ｎ＋１）とＩｎ（ｎ＋２）のうち、出力ポートＯｕｔ（ｊ）と接続される第２の入力ポートがＴ／２の周期で切り替わる。その結果、周期Ｔの矩形波の試験信号Ｒ（ｘ）が変換回路ｃｈｊへ送られる。ｊは、１〜ｍのうちのいずれか１つである。この場合には、試験信号Ｒ（ｘ）が１つの変換回路ｃｈに供給される。あるいは、ｊは、１〜ｍのうちの複数個としてもよい。この場合には、試験信号Ｒ（ｘ）が複数個の変換回路ｃｈに同時に供給される。

矩形波の周波数ｆ（＝１／Ｔ）は、クロスポイントスイッチＣＳＷの動作周波数以下に設定することが必要である。変換回路ｃｈの周波数特性を検証するためには、矩形波の周波数ｆの範囲は、高調波の入力を考慮して、ＡＤ変換器ＡＤＣ〜ＡＤＣｍのサンプリング周波数の１／２０〜１／５程度であることが望ましい。

図９に示すような矩形波によって、一定値を入力しただけでは分からないような変換回路ｃｈの周波数特性の評価が可能となる。また、直流成分を除いたデジタル信号を出力するような変換回路ｃｈの評価も可能となる。

さらに、クロスポイントスイッチＣＳＷの切り替え周期（Ｔ／２）を変動させることによって、さまざまな周波数成分の試験信号を変換回路ｃｈに入力することができ、変換回路ｃｈの周波数特性をより精密および広範囲に検査することができる。

＜類似度＞
試験信号Ｒ（ｘ）として矩形波を用いた場合、試験信号Ｒ（ｘ）のＡＤ変換信号Ｂ（ｘ）と、試験信号Ｒ（ｘ）の理想デジタル信号Ａ（ｘ）とは、時間的に変化する。本実施の形態では、時間的に変化するＡ（ｘ）とＢ（ｘ）との類似度ＳＲを算出して、類似度ＳＲと閾値とを比較することによって、故障の有無を判断する。類似度ＳＲとして、差分二乗和、正規化された差分二乗和、差分絶対値和、正規化された差分絶対値和、正規化相互相関、または零平均正規化相互相関などを用いることができる。

試験対象の変換回路ｃｈが、試験信号Ｒ（ｘ）をＡＤ変換する時間（以下、測定時間）をｔとする。つまり、変換回路ｃｈが、時刻０から時刻ｔまで試験信号Ｒ（ｘ）をＡＤ変換する。時刻ｘにおける、変換回路ｃｈから出力される試験信号Ｒ（ｘ）のＡＤ変換信号をＢ（ｘ）とする。時刻ｘにおける、変換回路ｃｈに入力される試験信号Ｒ（ｘ）の理想デジタル信号をＡ（ｘ）とする。

理想デジタル信号Ａ（ｘ）は、試験信号Ｒ（ｘ）の論理的なデジタル値を表わす信号である。つまり、理想デジタル信号Ａ（ｘ）は、Ｒ（ｘ）の大きさがＧＮＤのときには、「０」となり、Ｒ（ｘ）の大きさがＶｒｅｆのときには、「１」となる。理想デジタル信号Ａ（ｘ）は、事前に正常な変換回路に試験信号Ｒ（ｘ）を入力することによって得られたＡＤ変換信号（実測値）であってもよい。理想デジタル信号Ａ（ｘ）は、メモリ４３に記憶されていてもよいし、ＣＰＵ４２が故障診断時に生成してもよい。

（１）差分二乗和ＳＳＤ
差分二乗和ＳＳＤによって類似度ＳＲを表わすことができる。差分二乗和ＳＳＤが小さいほど類似度ＳＲが大きい。差分二乗和ＳＳＤを用いると、正常な変換回路ｃｈからの出力へのノイズの重畳が少なくなり、外れ値がない場合に、変換回路ｃｈの故障検出の感度がよくなる。

ＣＰＵ４２は、以下の式に従って、差分二乗和ＳＳＤを算出する。

さらに、ＣＰＵ４２は、次のように測定時間ｔで除算して正規化することによって、正規化差分二乗和ＳＳＤを算出する。正規化差分二乗和ＳＳＤを用いると、測定時間ｔが変化しても、同じ閾値で評価することができる。

さらに、次のように処理することで、理想デジタル信号Ａ（ｘ）が周期Ｔ(Ｔ＜ｔ）の繰り返し信号の場合に、以下の効果がある。

試験信号Ｒ（ｘ）の測定の開始のタイミング（ＣＰＵ４２に取り込まれて保存されるＡＤ変換信号Ｂ（ｘ）の最も早い時刻）が試験信号Ｒ（ｘ）の位相に対して一定でない測定系（変換回路ｃｈ＋ＣＰＵ４２）での診断が可能となる。つまり、ＣＰＵ４２の最大応答時間が決まっていないなどの理由により、試験信号Ｒ（ｘ）の生成のタイミングと、試験信号Ｒ（ｘ）の測定の開始タイミングとが一定ではない測定系（変換回路ｃｈ＋ＣＰＵ４２）での故障診断が可能となる。また、変換回路ｃｈ内の増幅回路の劣化、またはキャパシタの短絡などによって、アナログ回路Ａｇの特性が変化して、測定信号である試験信号Ｒ（ｘ）の立上がりおよび立下り時間が変化することによって生じる変換回路ｃｈにおける試験信号Ｒ（ｘ）の位相遅れの増減の診断が可能となる。

ＣＰＵ４２は、ｔ＜ｘ＜２ｔの区間の理想デジタル信号をＡ（ｘ＋ｔ）＝Ａ（ｘ）として拡張する。ＣＰＵ４２は、時間量ｄ（０≦ｄ＜ｔ）だけ進めた理想デジタル信号Ａ（ｘ＋ｄ）と、Ｂ（ｘ）とを比較する。ＣＰＵ４２は、以下の式に従って、時間量ｄを変化させたときのＳＳＤ（ｄ）を算出する。

ＣＰＵ４２は、複数個のＳＳＤ（ｄ）のうち、類似度ＳＲが最も高いＳＳＤ（ｄ）の最小値ＳＳＤｍｉｎを用いて、変換回路ｃｈの故障を判断する。これによって、試験信号Ｒ（ｘ）の測定の開始のタイミングが試験信号Ｒ（ｘ）の位相に対して一定でない測定系の診断が可能となる。

また、ＣＰＵ４２は、ＳＳＤ（ｄ）が最小となるときの時間量ｄ（すなわち、ＳＳＤｍｉｎに対応する時間量ｄ）が所定の範囲内か否かによって、変換回路ｃｈの位相遅れによる故障を診断することができる。

（２）差分絶対値和ＳＡＤ
差分絶対値和ＳＡＤによって類似度ＳＲを表わすことができる。差分絶対値和ＳＡＤが小さいほど類似度ＳＲが大きい。差分絶対値和ＳＡＤを用いると、正常な変換回路ｃｈからの出力に外れ値が含まれる場合であっても、外れ値による異常の誤検出を抑制できる。

ＣＰＵ４２は、以下の式に従って、差分絶対値和ＳＡＤを算出する。

さらに、ＣＰＵ４２は、次のように測定時間ｔで除算して正規化することによって、正規化差分絶対値和ＳＡＤを算出する。正規化差分絶対値和ＳＡＤを用いると、測定時間ｔが変化しても、同じ閾値で評価することができる。

さらに、次のように処理することで、理想デジタル信号Ａ（ｘ）が周期Ｔ(Ｔ＜ｔ）の繰り返し信号の場合に、差分二乗和ＳＳＤの場合と同様の効果がある。

ＣＰＵ４２は、ｔ＜ｘ＜２ｔの区間の理想デジタル信号をＡ（ｘ＋ｔ）＝Ａ（ｘ）として拡張する。ＣＰＵ４２は、時間量ｄ（０≦ｄ＜ｔ）だけ進めた理想デジタル信号Ａ（ｘ＋ｄ）と、Ｂ（ｘ）とを比較する。ＣＰＵ４２は、以下の式に従って、時間量ｄを変化させたときのＳＡＤ（ｄ）を算出する。

ＣＰＵ４２は、複数個のＳＡＤ（ｄ）のうち、類似度ＳＲが最も高いＳＡＤ（ｄ）の最小値ＳＡＤｍｉｎを用いて、変換回路ｃｈの故障を判断する。これによって、試験信号Ｒ（ｘ）の測定の開始のタイミングが試験信号Ｒ（ｘ）の位相に対して一定でない測定系の診断が可能となる。

また、ＣＰＵ４２は、ＳＡＤ（ｄ）が最小となるときの時間量ｄ（すなわち、ＳＡＤｍｉｎに対応する時間量ｄ）が所定の範囲内か否かによって、変換回路ｃｈの位相遅れによる故障を診断することができる。

（３）正規化相互相関ＮＣＣ
正規化相互相関ＮＣＣによって類似度ＳＲを表わすことができる。正規化相互相関ＮＣＣが大きい（１に近い)ほど、類似度ＳＲが大きい。次のような場合に、利点がある。

変換回路ｃｈの入力に対するデジタル値の比率が、温度変化などで変化した場合の故障の誤検出を抑制できる。Ａ（ｘ）＝αＢ（ｘ）のように、ＣＰＵ４２またはアナログ回路Ａｇの設定により、変換回路ｃｈの出力に一定の係数が乗算されている場合の診断を、係数に関わらず行うことができる。また、測定時間ｔが変化した場合でも、同じ閾値で評価ですることができる。

ＣＰＵ４２は、以下の式に従って、正規化相互相関ＮＣＣを算出する。

さらに、次のように処理することで、理想デジタル信号Ａ（ｘ）が周期Ｔ(Ｔ＜ｔ）の繰り返し信号の場合に、差分二乗和ＳＳＤの場合と同様の効果がある。

ＣＰＵ４２は、ｔ＜ｘ＜２ｔの区間の理想デジタル信号をＡ（ｘ＋ｔ）＝Ａ（ｘ）として拡張する。ＣＰＵ４２は、時間量ｄ（０≦ｄ＜ｔ）だけ進めた理想デジタル信号Ａ（ｘ＋ｄ）と、Ｂ（ｘ）とを比較する。ＣＰＵ４２は、以下の式に従って、時間量ｄを変化させたときのＮＣＣ（ｄ）を算出する。

ＣＰＵ４２は、複数個のＮＣＣ（ｄ）のうち、類似度ＳＲが最も高いＮＣＣ（ｄ）の最大値ＮＣＣｍａｘを用いて、変換回路ｃｈの故障を判断する。これによって、試験信号Ｒ（ｘ）の測定の開始のタイミングが試験信号Ｒ（ｘ）の位相に対して一定でない測定系の診断が可能となる。

また、ＣＰＵ４２は、ＮＣＣ（ｄ）が最大となるときの時間量ｄ（すなわち、ＮＣＣｍａｘに対応する時間量ｄ）が所定の範囲内か否かによって、変換回路ｃｈの位相遅れによる故障を診断することができる。

（４）零平均正規化相互相関ＺＮＣＣ
零平均正規化相互相関ＺＮＣＣによって類似度ＳＲを表わすことができる。零平均正規化相互相関ＺＮＣＣが大きい（１に近い)ほど、類似度ＳＲが大きい。零平均正規化相互相関ＺＮＣＣを類似度ＳＲに用いると、正規化相互相関ＮＣＣの利点に加えて、変換回路ｃｈにＡＣカップリングがある場合などにおいて、Ａ（ｘ）とＢ（ｘ）のＤＣ成分に差異があったとしても、ＤＣ成分を無視して診断を行うことができる。

Ａ（ｘ）の平均値をＡａｖｅ、Ｂ（ｘ）の平均値をＢａｖｅとしたときに、ＣＰＵ４２は、以下の式に従って零平均正規化相互相関ＺＮＣＣを算出する。

さらに、次のように処理することで、理想デジタル信号Ａ（ｘ）が周期Ｔ(Ｔ＜ｔ）の繰り返し信号の場合に、差分二乗和ＳＳＤの場合と同様の効果がある。

ＣＰＵ４２は、ｔ＜ｘ＜２ｔの区間の理想デジタル信号をＡ（ｘ＋ｔ）＝Ａ（ｘ）として拡張する。ＣＰＵ４２は、ｄ（０≦ｄ＜ｔ）だけ進めた理想デジタル信号Ａ（ｘ＋ｄ）と、Ｂ（ｘ）とを比較する。ＣＰＵ４２は、以下の式に従って、時間量ｄを変化させたときのＺＮＣＣ（ｄ）を算出する。

ＣＰＵ４２は、複数個のＺＮＣＣ（ｄ）のうち、類似度ＳＲが最も高いＺＮＣＣ（ｄ）の最大値ＺＮＣＣｍａｘを用いて、変換回路ｃｈの故障を判断する。これによって、試験信号Ｒ（ｘ）の測定の開始のタイミングが試験信号Ｒ（ｘ）の位相に対して一定でない測定系の診断が可能となる。

また、ＣＰＵ４２は、ＺＮＣＣ（ｄ）が最大となるときの時間量ｄ（すなわち、ＺＮＣＣｍａｘに対応する時間量ｄ）が所定の範囲内か否かによって、変換回路ｃｈの位相遅れによる故障を診断することができる。

＜センサと変換回路の対応づけ＞
センサＳに対して順番に変換回路ｃｈを割り当てることができる。つまり、センサＳｉ（ｉ＝１〜ｎ）を変換回路ｃｈｉ（ｉ＝１〜ｎ）を割り当てることができる。

あるいは、センサＳに対して、割り当てられる変換回路ｃｈの優先順位が定められているものとしてもよい。複数のセンサＳの出力信号の振幅の間に差があり、かつ複数の変換回路ｃｈ内のアナログ回路Ａｇの増幅回路のゲインの間に差がある場合に、出力信号の振幅が小さいセンサＳに対しては、ゲインが大きい増幅回路が含まれる変換回路ｃｈを優先的に割り当てるようにすることができる。

あるいは、特定のセンサＳに対して、特定の変換回路ｃｈを固定的に割り振るものとしてもよい。変換回路ｃｈまたはセンサＳにおいて、ゲインなどの特性の違いがある場合に、変換回路ｃｈのゲインが高すぎて変換されたデジタル値がオーバフローするなどの特性による不具合を抑止できる。

変換回路の故障判定の結果、センサＳに通常割り当てる変換回路ｃｈが故障した場合には、そのセンサＳを他の正常な変換回路ｃｈに割り当てることとしてもよい。すなわち、ＣＰＵ４２は、故障と判断された変換回路ｃｈ以外のｎ個の変換回路ｃｈと接続するｎ個の出力ポートＯｕｔと、センサＳ１〜Ｓｎと接続されるｎ個の第１の入力ポートＩｎ（１）〜Ｉｎ（ｎ）とを１対１で接続するようにすることができる。

あるいは、ＣＰＵ４２は、センサＳに通常割り当てる変換回路ｃｈが故障した場合に、そのセンサＳからの信号の取得を停止するようにしてもよい。

ＣＰＵ４２は、センサＳに対して、正常な変換回路ｃｈの数が少ない場合は、状態監視装置８０が故障したものとして状態監視を停止してもよい。あるいは、サンプリングの同時性を問題としない場合は、ＣＰＵ４２は、正常な変換回路ｃｈに接続するセンサＳを時間的に切り替えて、複数回に分けて測定することによって、状態監視を継続するものとしてもよい。すなわち、ＣＰＵ４２は、故障と判断された変換回路ｃｈ以外の１つの変換回路ｃｈｋと接続する１つの出力ポートＯｕｔ（ｋ）と、センサＳ１〜Ｓｎと接続されるｎ個の第１の入力ポートＩｎ（１）〜Ｉｎ（ｎ）のうち２個以上とを時間的に切り替えて接続する。１つのセンサの出力信号のＡＤ変換が終了した後に、スイッチを切り替えるものとしてもよいし、１つのセンサの出力信号のＡＤ変換に要する時間よりも短い時間間隔でスイッチを切り替えることによって、見かけ上、複数のセンサの出力信号のＡＤ変換を同時に実行しているようにしてもよい。

たとえば、センサＳの数が１０個で、１６個の変換回路ｃｈのうち８個が故障した場合に、ＣＰＵ４２は、次のようにクロスポイントスイッチＣＳＷを設定することができる。

ＣＰＵ４２は、８個の正常な変換回路のうち７個の正常な変換回路と接続される７個の出力ポートと、７個のセンサＳ１〜Ｓ７と接続される７個の第１の入力ポートとを１対１で接続し、残りの１個の正常な変換回路と接続される１個の出力ポートと、３個のセンサＳ８〜Ｓ１０と接続される３個の第１の入力ポートとを時間的に切り替えて接続するものとしてもよい。あるいは、ＣＰＵ４２は、８個の正常な変換回路のうち６個の正常な変換回路と接続される６個の出力ポートと、６個のセンサＳ１〜Ｓ６と接続される６個の第１の入力ポートとを１対１で接続し、残りの２個のうち一方の正常な変換回路ｃｈと接続される１個の出力ポートと、２個のセンサＳ７、Ｓ８と接続される２個の第１の入力ポートとを時間的に切り替えて接続し、残りの２個のうち他方の正常な変換回路ｃｈと接続される１個の出力ポートと、２個のセンサＳ９、Ｓ１０と接続される２個の第１の入力ポートとを時間的に切り替えて接続するものとしてもよい。

＜具体的な動作＞
次に、実施の形態の状態監視装置における測定および診断の動作の具体例を説明する。

図１０は、実施の形態の状態監視装置８０による変換回路ｃｈの故障診断および状態監視の手順の第１例を表わすフローチャートである。このフローチャートは、試験信号Ｒ（ｘ）の測定の開始タイミングが、試験信号Ｒ（ｘ）の位相に対して変化しない場合を対象としている。もしも、試験信号Ｒ（ｘ）の測定の開始タイミングが、試験信号Ｒ（ｘ）の位相に対して変化する場合には、全変換回路ｃｈｊ（ｊ＝１〜ｍ）が故障と判断される。

ステップＳ２０１において、現在時刻が、状態監視装置８０による風力発電装置１０内の機器の状態監視実行時刻の直前になった場合に、処理がステップＳ２０２に進む。

ステップＳ２０２〜Ｓ２０９の処理が、前回の故障診断において正常と判定された全変換回路ｃｈについて実行される。すなわち、正常と判断された変換回路ｃｈが１つずつ順番に選択されて、選択された変換回路ｃｈについて、ステップＳ２０３〜Ｓ２０８の処理が実行される。

ステップＳ２０３において、ＣＰＵ４２が、クロスポイントスイッチＣＳＷの設定を変更することによって、図９に示すような矩形波の試験信号Ｒ（ｘ）を選択した変換回路ｃｈに供給する。すなわち、ＣＰＵ４２は、第１の基準電圧Ｖｒｅｆを受ける第２の入力ポートＩｎ（ｎ＋１）と、第２の基準電圧ＧＮＤを受ける第２の入力ポートＩｎ（ｎ＋２）のうち、出力ポートＯｕｔ（ｉ）と接続される第２の入力ポートがＴ／２の周期で交互に切り替わるように制御する。

ステップＳ２０４において、試験信号Ｒ（ｘ）のｔ秒間の測定が実行される。選択した変換回路ｃｈが、試験信号Ｒ（ｘ）をＡＤ変換して、ＡＤ変換信号Ｂ（ｘ）をＣＰＵ４２に出力する。ＣＰＵ４２は、メモリ４３にＡＤ変換信号Ｂ（ｘ）を記憶する。測定時間ｔは、矩形波である試験信号Ｒ（ｘ）の周期Ｔの２倍以上に設定することができる。

ステップＳ２０５において、ＣＰＵ４２が、メモリ４３から試験信号Ｒ（ｘ）の理想デジタル信号Ａ（ｘ）と、ＡＤ変換信号Ｂ（ｘ）とを読出す。

ステップＳ２０６において、ＣＰＵ４２が、式（１）に従って、理想デジタル信号Ａ（ｘ）と、ＡＤ変換信号Ｂ（ｘ）との差分二乗和ＳＳＤを算出する。

ステップＳ２０７において、差分二乗和ＳＳＤが閾値ＴＨ未満の場合に、処理がステップＳ２０９に進み、差分二乗和ＳＳＤが閾値ＴＨ以上の場合に、処理がステップＳ２０７に進む。閾値ＴＨは、事前に設定されている。閾値ＴＨは、選択した変換回路ｃｈの特性などを考慮して設定される。

ステップＳ２０７において、ＣＰＵ４２は、選択した変換回路ｃｈを故障と判定して、その旨を通知するアラームを出力する。ＣＰＵ４２は、さらに、選択した変換回路ｃｈが故障である旨を表わす信号をインターネット３２０を介してデータサーバ３３０へ送信する。

ステップＳ２０８において、正常な変換回路を定めたリストから選択した変換回路ｃｈを除外する。

ステップＳ２１０において、正常な変換回路ｃｈの数がセンサＳ１〜Ｓｎの総数ｎ以上の場合に、処理がステップＳ２１２に進み、正常な変換回路ｃｈの数がセンサＳ１〜Ｓｎの総数ｎ未満の場合に、処理がステップＳ２１１に進む。

ステップＳ２１１において、ＣＰＵ４２は、正常な変換回路ｃｈが不足している旨のアラームを出力する。

ステップＳ２１３〜Ｓ２１４において、状態監視装置８０による風力発電装置１０内の機器の状態監視が実行される。

ステップＳ２１２において、ＣＰＵ４２は、クロスポイントスイッチＣＳＷ内のスイッチを設定する。クロスポイントスイッチＣＳＷは、ｎ個のセンサＳ１〜Ｓｎと接続される第１の入力ポートＩｎ（１）〜Ｉｎ（ｎ）と、変換回路ｃｈ１〜ｃｈｍのうちの正常なｎ個の変換回路ｃｈと接続されるｎ個の出力ポートＯｕｔとを１対１で接続する。

ステップＳ２１３において、正常な変換回路ｃｈが、センサＳの出力信号をＡＤ変換する。たとえば、正常な変換回路ｃｈｊが、接続されるセンサＳｋの出力信号をＡＤ変換して、ＡＤ変換信号ＤＧｊを出力する。

ステップＳ２１４において、ＣＰＵ４２は、センサＳｋの識別番号と、ＡＤ変換信号ＤＧｊとを対応づけてメモリ４３に格納する。

図１１および図１２は、実施の形態の状態監視装置８０による変換回路ｃｈの故障診断および状態監視の手順の第２例を表わすフローチャートである。このフローチャートは、試験信号Ｒ（ｘ）の測定の開始タイミングが、試験信号Ｒ（ｘ）の位相に対して変化する場合も対象としている。第２例では、変換回路ｃｈの故障診断と、状態監視装置８０による風力発電装置１０内の機器の状態監視とは、別個に設定された時刻に実施される。また、第２例では、センサＳの総数よりも正常な変換回路ｃｈの総数が少ない場合には、状態監視装置８０は、複数回に分けて状態監視を実行する。

ステップＳ３０１において、現在時刻が、状態監視装置８０の変換回路ｃｈの故障診断時刻になった場合に、処理がステップＳ３０２に進む。

ステップＳ３０２において、ＣＰＵ４２が、クロスポイントスイッチＣＳＷの設定を変更することによって、以下の式（１３）で表される試験信号Ｒ（ｘ）を全変換回路ｃｈｊ（ｊ＝１〜ｍ）に供給する。試験信号Ｒ（ｘ）は、式（１３）で示されるように、矩形波の周期が変化する。ｆは、ＡＤ変換器ＡＤＣ１〜ＡＤＣｍのサンプリング周波数である。試験信号Ｒ（ｘ）は、周期が３１２０／ｆの信号である。

ステップＳ３０３において、全変換回路ｃｈｊ（ｊ＝１〜ｍ）において試験信号Ｒ（ｘ）のｔ秒間の測定が実行される。全変換回路ｃｈｊ（ｊ＝１〜ｍ）が、試験信号Ｒ（ｘ）のＡＤ変換信号Ｂｊ（ｘ）（ｊ＝１〜ｍ）をＣＰＵ４２に出力する。ＣＰＵ４２がメモリ４３にＡＤ変換信号Ｂｊ（ｘ）（ｊ＝１〜ｍ）を記憶する。測定時間ｔは、矩形波である試験信号Ｒ（ｘ）の周期Ｔの２倍以上に設定することができる。

ステップＳ３０４において、ＣＰＵ４２が、全変換回路ｃｈｊ（ｊ＝１〜ｍ）について、メモリ４３から試験信号Ｒ（ｘ）の理想デジタル信号Ａｊ（ｘ）（ｊ＝１〜ｍ）と、ＡＤ変換信号Ｂｊ（ｘ）（ｊ＝１〜ｍ）とを読出す。

ステップＳ３０５において、ＣＰＵ４２が、全変換回路ｃｈｊ（ｊ＝１〜ｍ）について、理想デジタル信号Ａｊ（ｘ）を時間量ｄだけずらした信号（ｊ＝１〜ｍ）と、ＡＤ変換信号Ｂｊ（ｘ）（ｊ＝１〜ｍ）との正規化相互相関関数ＮＣＣｊ（ｄ）を算出する。正規化相互相関関数ＮＣＣｊ（ｄ）は、式（１４）によって算出することが可能である。ここで、時間量ｄは、０〜ｔの範囲で変化させる。

ステップＳ３０６において、ＣＰＵ４２が、全変換回路ｃｈｊ（ｊ〜１〜ｍ）について、時間量ｄを変化させたときに得られる複数個の正規化相互相関関数ＮＣＣｊ（ｄ）うち最大となるときの時間量ｄを位相遅れＤｊとして特定するとともに、正規化相互相関関数ＮＣＣｊ（ｄ）の最大値をＭＡＸ＿ＮＣＣｊとして特定する。

ステップＳ３０７において、ＣＰＵ４２は、全変換回路ｃｈｊ（ｊ＝１〜ｍ）のＭＡＸ＿ＮＣＣｊ（ｊ＝１〜ｍ）と比較するための閾値αｊ（ｊ＝１〜ｍ）、位相遅れＤｊ（ｊ＝１〜ｍ）と比較するための下限閾値βｊ（ｊ＝１〜ｍ）および上限閾値γｊ（ｊ＝１〜ｍ）を設定する。閾値αｊ（ｊ＝１〜ｍ）、下限閾値βｊ（ｊ＝１〜ｍ）および上限閾値γｊ（ｊ＝１〜ｍ）は、変換回路ｃｈｊ（ｊ＝１〜ｍ）の特性、ＣＰＵ４２の応答時間などを考慮して設定される。

ステップＳ３０８において、変換回路ｃｈｊ（ｊ＝１〜ｍ）について、ＭＡＸ＿ＮＣＣｊ（ｊ＝１〜ｍ）が閾値αｊ（ｊ＝１〜ｍ）以上の場合に、処理がステップＳ３０９に進み、ＭＡＸ＿ＮＣＣｊ（ｊ＝１〜ｍ）が閾値αｊ（ｊ＝１〜ｍ）未満の場合に、処理がステップＳ３１０に進む。

ステップＳ３０９において、変換回路ｃｈｊ（ｊ＝１〜ｍ）について、βｊ≦Ｄｊ≦γｊ（ｊ＝１〜ｍ）の場合に、処理がステップＳ３１１に進み、βｊ＞Ｄｊ、またはＤｊ＞γｊ（ｊ＝１〜ｍ）の場合に、処理がステップＳ３１０に進む。

ステップＳ３１０において、ＣＰＵ４２は、該当する変換回路ｃｈｊを故障と判定して、その旨を通知するアラームを出力する。ＣＰＵ４２は、該当する変換回路ｃｈｊが故障である旨を表わす信号をインターネット３２０を介してデータサーバ３３０へ送信する。

ステップＳ３１１において、正常な変換回路を定めたリストから該当する変換回路ｃｈｊを除外する。

ステップＳ３１２において、正常な変換回路ｃｈが存在しない場合には、処理がステップＳ３１４に進む。正常な変換回路ｃｈが存在する場合には、処理がステップＳ３１３に進む。

ステップＳ３１４において、ＣＰＵ４２は、全変換回路ｃｈｊ（ｊ＝１〜ｍ）が故障である旨のアラームを出力する。ＣＰＵ４２は、全変換回路ｃｈｊ（ｊ＝１〜ｍ）が故障である旨を表わす信号をインターネット３２０を介してデータサーバ３３０へ送信する。

ステップＳ３１３において、現在時刻が、状態監視装置８０による風力発電装置１０内の機器の状態監視時刻になった場合に、処理がステップＳ３１５に進む。

ステップＳ３１５〜Ｓ３１８において、状態監視装置８０による風力発電装置１０内の機器の状態監視が実行される。

ステップＳ３１５において、ＣＰＵ４２は、クロスポイントスイッチＣＳＷ内のスイッチを設定する。クロスポイントスイッチＣＳＷは、ｎ個のセンサＳ１〜Ｓｎのうち未測定のセンサと接続される１個以上の第１の入力ポートＩｎをできるだけ多く、変換回路ｃｈ１〜ｃｈｍのうちの１個以上の正常な変換回路と接続される１個以上の出力ポートＯｕｔに１対１で接続する。

ステップＳ３１６において、正常な変換回路ｃｈが、接続されるセンサの出力信号のＡＤ変換を実行する。たとえば、正常な変換回路ｃｈｊが、接続されるセンサＳｋの出力信号をＡＤ変換して、ＡＤ変換信号ＤＧｊを出力する。

ステップＳ３１７において、ＣＰＵ４２は、センサＳｋの識別番号と、ＡＤ変換信号ＤＧｊとを対応づけてメモリ４３に格納する。

ステップＳ３１８において、未測定のセンサがない場合には、処理を終了し、未測定のセンサがある場合には、処理がステップＳ３１５に戻る。

以上のような実施の形態によって、以下の効果が得られる。
（１）クロスポイントスイッチＣＳＷが変換回路ｃｈへ試験信号Ｒ（ｘ）を供給することによって、変換回路ｃｈの入力と出力とが比較できるようになり、変換回路ｃｈの故障を検出できる。

（２）変換回路ｃｈの故障を検出することによって、不正確なデータに基づいて、風力発電設備などの状態監視が実行されることを回避できるので、風力発電設備などの状態監視の正確さが向上する。

（３）従来は、変換回路の故障は、状態監視装置の他の部分(例えばセンサ)の故障、および風力発電装置の機器の状態変化と区別できない場合があった。状態監視装置の故障した場所が特定できないと、専門家を現地に派遣して調査する必要があり、適切な修理を行うまでに時間がかかってしまう。本実施の形態によれば、クロスポイントスイッチＣＳＷが変換回路ｃｈへ試験信号を直接供給することによって、専門家が現地に行かなくとも、変換回路ｃｈの故障を検出することができる。

（４）クロスポイントスイッチＣＳＷを利用して、矩形波を生成し、故障診断用の試験信号を変換回路に供給することができる。これにより、一定電圧を入力しただけでは分からない故障モード（たとえば増幅回路の周波数特性の劣化)の検出、ＤＣ成分を除去するフィルタ（ＡＣカップリングなど)を有するアナログ回路の診断が可能となる。

（５）基準電圧ＶｒｅｆとＧＮＤは、状態監視装置８０内の既存の回路において利用されているものを利用できる。また、変換回路ｃｈの診断およびクロスポイントスイッチＣＳＷのスイッチの切り替えの制御は、ソフトウエアでＣＰＵを動作させることによって実現することができる。そのため、状態監視装置８０内に追加する構成部品は、クロスポイントスイッチＣＳＷのみである。よって、正確な状態監視を安価に実現できる。

（６）ある変換回路ｃｈが故障した場合でも、クロスポイントスイッチＣＳＷによって、センサＳと正常な変換回路ｃｈとを接続することによって、状態監視を継続できる。

（７）一般的に、風力発電装置は居住地区から離れた場所、特に山地や洋上に建設されるため、アクセスが悪く、現地でのメンテナンスを頻繁に実施できない。更に、風車内でのメンテナンス作業は、風車の停止が要求されるため、メンテナンス時期を選ばなければならない。本実施の形態では、クロスポイントスイッチＣＳＷを電気的に制御できるため、遠隔地から状態監視装置８０を復旧させること、および自動的に状態監視装置８０を復旧させることができる。

（８）正常な変換回路ｃｈが残っている限り状態監視を継続できるため、メンテナンス回数が低減できると同時に、メンテナンス時期の選定の自由度が向上する。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０ 風力発電装置、２０ 主軸、３０ ブレード、４０ 増速機、４１ コンピュータ、４２ ＣＰＵ、４３ メモリ、５０ 発電機、６０ 主軸受、８０ 状態監視装置、９０ ナセル、１００ タワー、３２０ インターネット、３３０ データサーバ（監視側制御装置）、３４０ 監視用端末、Ｓ１〜Ｓｎ センサ、ｃｈ１〜ｃｈｎ，ｃｈｍ 変換回路、ＣＳＷ クロスポイントスイッチ、Ａｇ１〜ＡＧｎ，Ａｇｍ アナログ回路、ＡＤＣ１〜ＡＤＣｎ，ＡＤＣｎ ＡＤ変換回路、Ｉｎ（１）〜Ｉｎ（ｎ） 第１の入力ポート、Ｉｎ（ｎ＋１），Ｉｎ（ｎ＋２） 第２の入力ポート、Ｏｕｔ（１）〜Ｏｕｔ（ｍ） 出力ポート、Ｓ（１，１）〜Ｓ（ｎ＋２，ｍ） スイッチ。

Claims (9)

1. 機器の状態を監視する状態監視装置であって、
   各々が、入力されるアナログ信号をＡＤ変換する複数個の変換回路と、
   複数個のセンサの出力信号を受ける複数個の第１の入力ポートと、少なくとも１つの基準電圧を受ける少なくとも１つの第２の入力ポートと、前記複数個の変換回路と接続される複数個の出力ポートとを有するクロスポイントスイッチと、
   前記変換回路の故障診断時に、前記第２の入力ポートと、前記出力ポートとを接続させることによって、前記変換回路へ試験信号を供給させて、前記変換回路から出力される前記試験信号のＡＤ変換信号と前記試験信号の理想的なデジタル信号とを比較することによって、前記変換回路の故障を判断するプロセッサとを備えた、状態監視装置。
2. 前記クロスポイントスイッチは、複数個の前記基準電圧を受ける複数個の前記第２の入力ポートを備え、
   前記プロセッサは、前記変換回路の故障診断時に、複数個の前記第２の入力ポートのうち、前記出力ポートと接続される前記第２の入力ポートを時間的に切り替える、請求項１記載の状態監視装置。
3. 前記プロセッサは、前記出力ポートと接続される前記第２の入力ポートの切り替え周期を変化させる、請求項２記載の状態監視装置。
4. 前記プロセッサは、前記機器の状態監視時に、前記複数個の第１の入力ポートと、前記複数個の変換回路のうち故障と判断された変換回路を除く複数個の変換回路と接続する複数個の前記出力ポートとを１対１で接続する、請求項１記載の状態監視装置。
5. 前記プロセッサは、前記機器の状態監視時に、前記複数個の変換回路のうち故障と判断された変換回路以外の変換回路と接続する１つの出力ポートと、前記複数個の前記第１の入力ポートのうちの２個以上とを時間的に切り替えて接続する、請求項１記載の状態監視装置。
6. 前記プロセッサは、前記変換回路の故障診断時に、前記試験信号のＡＤ変換信号と前記試験信号の理想的なデジタル信号との類似度に基づいて、前記変換回路の故障を判断し、前記類似度は、差分二乗和、正規化された差分二乗和、差分絶対値和、正規化された差分絶対値和、正規化相互相関、および零平均正規化相互相関のうちのいずれかによって表される、請求項１記載の状態監視装置。
7. 前記プロセッサは、前記試験信号の理想的なデジタル信号を異なる時間量だけずらすことによって得られる複数個の前記類似度のうち最も高い類似度に基づいて、前記変換回路の故障を判断する、請求項６記載の状態監視装置。
8. 前記プロセッサは、さらに、前記複数個の類似度のうち最も高い類似度に対応する前記時間量に基づいて、前記変換回路の故障を判断する、請求項７記載の状態監視装置。
9. 機器の状態を監視する状態監視装置による状態監視方法であって、
   前記状態監視装置は、
   各々が、入力されるアナログ信号をＡＤ変換する複数個の変換回路と、
   複数個のセンサの出力信号を受ける複数個の第１の入力ポートと、少なくとも１つの基準電圧を受ける少なくとも１つの第２の入力ポートと、前記複数個の変換回路と接続される複数個の出力ポートとを有するクロスポイントスイッチとを備え、
   前記状態監視方法は、
   前記変換回路の故障診断時に、前記第２の入力ポートと、前記出力ポートとを接続させることによって、前記変換回路へ試験信号を供給するステップと、
   前記変換回路から出力される前記試験信号のＡＤ変換信号と前記試験信号の理想的なデジタル信号とを比較することによって、前記変換回路の故障を判断するステップとを備えた、状態監視方法。

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