JP7341702B2 - 状態監視装置および状態監視方法 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
次に、試験信号R(x)について説明する。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
Claims (7)
- 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、
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、
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、状態監視装置。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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4記載の状態監視装置。
- 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5記載の状態監視装置。
- 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、
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、
前記変換回路へ試験信号を供給するステップは、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ステップと、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ステップと、を含む、状態監視方法。
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