JP7408519B2 - Condition monitoring device and condition monitoring method - Google Patents
Condition monitoring device and condition monitoring method Download PDFInfo
- Publication number
- JP7408519B2 JP7408519B2 JP2020156855A JP2020156855A JP7408519B2 JP 7408519 B2 JP7408519 B2 JP 7408519B2 JP 2020156855 A JP2020156855 A JP 2020156855A JP 2020156855 A JP2020156855 A JP 2020156855A JP 7408519 B2 JP7408519 B2 JP 7408519B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- raw
- correction
- intensity
- correction function
- signal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 title claims description 45
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 21
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims description 10
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 200
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 50
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 claims description 46
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims description 27
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 claims description 13
- 238000005315 distribution function Methods 0.000 claims description 13
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 10
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 10
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 9
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 4
- 230000006870 function Effects 0.000 description 137
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 46
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 18
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 16
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 10
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 10
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 7
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 7
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 3
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 2
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 2
- 238000007476 Maximum Likelihood Methods 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Images
Description
本開示は、対象物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。 The present disclosure relates to a condition monitoring device and a condition monitoring method that monitor the condition of an object.
従来、回転機械等の対象物に設置されたセンサからの信号に基づいて、対象物の状態が監視される。具体的には、信号の強度の経時変化を示す時間波形を解析することにより、対象物の異常が診断される。 BACKGROUND ART Conventionally, the state of an object such as a rotating machine is monitored based on a signal from a sensor installed on the object. Specifically, an abnormality in the object is diagnosed by analyzing a temporal waveform indicating a change in signal intensity over time.
たとえば、特開2011-154020号公報(特許文献1)は、振動センサによって測定された振動波形にエンベロープ処理を行なうことによって生成されるエンベロープ波形に基づいて、対象物の異常を診断する技術を開示している。エンベロープ処理として、たとえばローパスフィルタ処理が利用される。 For example, Japanese Patent Laid-Open No. 2011-154020 (Patent Document 1) discloses a technique for diagnosing an abnormality in an object based on an envelope waveform generated by performing envelope processing on a vibration waveform measured by a vibration sensor. are doing. For example, low-pass filter processing is used as the envelope processing.
特開2016-75563号公報(特許文献2)は、対象物の振動波形データと複数のノイズデータとを合成することにより得られる複数の合成波形を解析することにより、対象物の異常を診断する技術を開示している。 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-75563 (Patent Document 2) diagnoses an abnormality in an object by analyzing a plurality of composite waveforms obtained by combining vibration waveform data of the object and a plurality of noise data. The technology is disclosed.
回転機械の回転速度が低いとき、回転速度が高いときと比較して、回転機械の振動の大きさが小さくなることが知られている。そのため、回転速度が低くなるにつれて、センサから出力される信号に含まれるノイズ成分が相対的に大きくなる。さらに、回転速度が低くなるにつれて、回転機械の異常に起因する振動の大きさが減少するとともに、異常に起因する振動の発生周期が長くなる。結果として、測定された信号強度の時間波形において、異常に起因する成分がノイズ成分に対して小さくなる。つまり、S/N比が低下する。 It is known that when the rotational speed of a rotating machine is low, the magnitude of vibration of the rotating machine becomes smaller compared to when the rotational speed is high. Therefore, as the rotation speed decreases, the noise component included in the signal output from the sensor becomes relatively large. Furthermore, as the rotational speed decreases, the magnitude of vibrations caused by abnormalities in the rotating machine decreases, and the period of occurrence of vibrations caused by abnormalities increases. As a result, in the time waveform of the measured signal strength, the component caused by the abnormality becomes smaller than the noise component. In other words, the S/N ratio decreases.
特許文献1に記載の技術では、ローパスフィルタ処理のようなエンベロープ処理により、信号強度の時間波形から対象物の異常に起因する特定の周波数帯域の成分が抽出される。しかしながら、回転速度が低下し、異常に起因する成分と同じ帯域に存在するノイズの影響が大きくなり、当該帯域におけるS/N比が低下すると、対象物の異常を精度良く診断できない。
In the technique described in
特許文献2に記載の技術では、S/N比の向上のために、振動波形データとノイズデータとの合成処理の回数を増加させる必要がある。そのため、計算コストが高くなる。計算コストとは、計算時間および計算に要するメモリ容量である。 In the technique described in Patent Document 2, in order to improve the S/N ratio, it is necessary to increase the number of times of synthesis processing of vibration waveform data and noise data. Therefore, the calculation cost increases. Computation cost is computation time and memory capacity required for computation.
本開示は、上記の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、対象物に設置されたセンサから取得される信号のS/N比が低い場合であっても、低い計測コストで対象物の異常を診断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。 The present disclosure has been made in order to solve the above-mentioned problems, and the purpose is to reduce measurement accuracy even when the S/N ratio of the signal acquired from the sensor installed on the object is low. It is an object of the present invention to provide a condition monitoring device and a condition monitoring method capable of diagnosing an abnormality in an object at low cost.
本開示の状態監視装置は、対象物の状態を監視する。状態監視装置は、補正部と診断部とを備える。補正部は、第1期間において対象物に設置したセンサから取得した第1信号の強度に、当該強度に応じた補正係数を乗算することにより第2信号を生成する。診断部は、第2信号の強度の経時変化を示す時間波形に基づいて、対象物の異常を診断する。第1信号または第1期間よりも過去の第2期間においてセンサから取得された第3信号の強度分布の期待値をμとし、第1信号の強度をxrawとすると、補正係数は、第1条件および第2条件の少なくとも1つを満たすように設定される。第1条件は、μ<xrawのときに(xraw-μ)が大きくなるほど補正係数が大きくなるという条件である。第2条件は、μ>xrawのときに(μ-xraw)が大きくなるほど補正係数が大きくなるという条件である。 The condition monitoring device of the present disclosure monitors the condition of an object. The condition monitoring device includes a correction section and a diagnosis section. The correction unit generates the second signal by multiplying the intensity of the first signal acquired from the sensor installed on the object in the first period by a correction coefficient corresponding to the intensity. The diagnosis unit diagnoses an abnormality in the object based on a time waveform indicating a change over time in the intensity of the second signal. If the expected value of the intensity distribution of the third signal acquired from the sensor in the second period in the past than the first signal or the first period is μ, and the intensity of the first signal is x raw , then the correction coefficient is The setting is made to satisfy at least one of the condition and the second condition. The first condition is that when μ<x raw , the correction coefficient increases as (x raw −μ) increases. The second condition is that when μ>x raw , the correction coefficient increases as (μ−x raw ) increases.
本開示の状態監視方法は、対象物の状態を監視する。状態監視方法は、第1期間において対象物に設置したセンサから取得した第1信号の強度に、当該強度に応じた補正係数を乗算することにより第2信号を生成するステップと、第2信号の強度の経時変化を示す時間波形に基づいて、対象物の異常を診断するステップとを備える。第1信号または第1期間よりも過去の第2期間においてセンサから取得された第3信号の強度分布の期待値をμとし、第1信号の強度をxrawとすると、補正係数は、第1条件および第2条件の少なくとも1つを満たすように設定される。第1条件は、μ<xrawのときに(xraw-μ)が大きくなるほど補正係数が大きくなるという条件である。第2条件は、μ>xrawのときに(μ-xraw)が大きくなるほど補正係数が大きくなるという条件である。 A state monitoring method of the present disclosure monitors the state of an object. The condition monitoring method includes the steps of: generating a second signal by multiplying the intensity of the first signal acquired from a sensor installed on the object in a first period by a correction coefficient corresponding to the intensity; diagnosing an abnormality in the object based on a time waveform showing a change in intensity over time. If the expected value of the intensity distribution of the third signal acquired from the sensor in the second period in the past than the first signal or the first period is μ, and the intensity of the first signal is x raw , then the correction coefficient is The setting is made to satisfy at least one of the condition and the second condition. The first condition is that when μ<x raw , the correction coefficient increases as (x raw −μ) increases. The second condition is that when μ>x raw , the correction coefficient increases as (μ−x raw ) increases.
本開示によれば、対象物に設置されたセンサから取得される信号のS/N比が低い場合であっても、低い計測コストで対象物の異常を診断できる。 According to the present disclosure, even if the S/N ratio of a signal acquired from a sensor installed on the target object is low, an abnormality in the target object can be diagnosed at low measurement cost.
以下、本開示の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。また、以下で説明する変形例は、適宜選択的に組み合わされてもよい。 Embodiments of the present disclosure will be described below with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are given the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated. Further, the modified examples described below may be selectively combined as appropriate.
以下では、状態監視装置によって状態が監視される対象物の一例として、風力発電装置の増速機を説明する。ただし、対象物は、風力発電装置の増速機に限定されるものではなく、異常によって振動、音、アコースティックエミッション(AE:Acoustic Emission)などの信号強度の経時変化を示す時間波形に変化が生じるものであればよい。たとえば、対象物には、工場および発電所などに設置された各種機器、鉄道車両なども含まれる。 In the following, a speed increaser of a wind power generator will be described as an example of an object whose state is monitored by the state monitoring device. However, the target object is not limited to the speed increaser of a wind power generator, and abnormalities can cause changes in the temporal waveform that indicates changes in signal strength over time such as vibration, sound, acoustic emission (AE), etc. It is fine as long as it is something. For example, the objects include various types of equipment installed in factories, power plants, etc., and railway vehicles.
<風力発電装置の構成>
図1は、実施の形態に係る状態監視装置が適用される風力発電装置の構成を概略的に示した図である。図1を参照して、風力発電装置10は、主軸20と、ハブ25と、ブレード30と、増速機40と、発電機50と、主軸用軸受60と、センサ70と状態監視装置80とを備える。増速機40、発電機50、主軸用軸受60、センサ70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。
<Configuration of wind power generator>
FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of a wind power generator to which a condition monitoring device according to an embodiment is applied. Referring to FIG. 1, the
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、主軸用軸受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、ハブ25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。主軸用軸受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。
The
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、中間軸および高速軸等を含む歯車増速機構によって構成される。増速機40内には、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。当該複数の軸受は、たとえば転がり軸受によって構成され、外輪(固定輪)と、転動体と、内輪(回転輪)とを有する。
The
センサ70は、増速機40に固設され、増速機40の状態を示す物理量を計測する。本実施の形態では、センサ70は、増速機40の振動を計測し、計測した振動の大きさに応じた強度を有する信号(以下、「センサ信号」と称する。)を状態監視装置80へ出力する。すなわち、センサ70から出力されるセンサ信号の強度は、増速機40の振動の大きさを示す。センサ70は、たとえば、圧電素子を用いた加速度ピックアップである。
The
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、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。
The
状態監視装置80は、ナセル90内に設けられ、センサ70からセンサ信号を受ける。状態監視装置80は、センサ信号に基づいて増速機40の状態を監視する。状態監視装置80とセンサ70とは、増速機40の状態を監視する状態監視システムを構成する。
風力発電装置10では、風力に応じて主軸20の回転速度が変動する。そのため、主軸20の回転速度は、100min-1以下になり得る。
In the
<状態監視装置のハードウェア構成>
図2は、実施の形態に係る状態監視装置のハードウェア構成の一例を示す図である。状態監視装置80は、たとえば汎用のコンピュータによって構成される。
<Hardware configuration of status monitoring device>
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the hardware configuration of the status monitoring device according to the embodiment. The
図2に示されるように、状態監視装置80は、CPU(Central Processing Unit)801と、RAM(Random Access Memory)802と、ストレージ803と、通信インターフェイス804とを備える。これらのコンポーネントは、バス805を介してデータ通信可能に接続される。
As shown in FIG. 2, the
CPU801は、ストレージ803に格納された各種プログラムを実行する。RAM802は、CPU801のプログラム実行に必要なデータを格納するための作業領域を提供する。ストレージ803は、たとえばHDD(Hard Disk Drive)またはSSD(Flash Solid State Drive)などで構成され、増速機40の状態を監視するための監視プログラム806を記憶する。
The
通信インターフェイス804は、各種信号を入出力するための入出力ポートを有する。たとえば、通信インターフェイス804は、センサ70からのセンサ信号を受ける。また、通信インターフェイス804は、監視プログラム806の実行によって生成される各種の信号を外部装置に出力してもよい。外部装置は、風力発電装置10の外部に設置される。通信インターフェイス804は、無線あるいは有線回線を介して外部装置と通信する。
<状態監視装置の機能構成>
図3は、実施の形態に係る状態監視装置の機能構成を示すブロック図である。図3に示されるように、状態監視装置80は、保存処理部81と、補正関数生成部82と、補正部83と、診断部84と、記憶部87とを備える。保存処理部81、補正関数生成部82、補正部83および診断部84は、たとえば図2に示すCPU801が監視プログラム806を実行することにより実現される。あるいは、保存処理部81、補正関数生成部82、補正部83および診断部84は、専用のハードウェア(電子回路)によって実現されてもよい。記憶部87は、たとえば図2に示すRAM802およびストレージ803によって実現される。
<Functional configuration of status monitoring device>
FIG. 3 is a block diagram showing the functional configuration of the condition monitoring device according to the embodiment. As shown in FIG. 3, the
保存処理部81は、センサ70からセンサ信号を取得するたびに、センサ信号の強度とセンサ信号を取得した時刻とを対応付けた単位データを記憶部87に書き込む。これにより、記憶部87には、時刻毎の単位データが蓄積される。以下、時刻tにおいて取得したセンサ信号の強度をxraw(t)とする。
Every time the
補正関数生成部82は、センサ信号の強度xraw(t)を説明変数とし、補正係数k(t)を目的変数とする補正関数p(xraw(t))を生成する。k(t)は、時刻tにおいて取得したセンサ信号の強度xraw(t)に対する補正係数を表す。補正係数k(t)は、センサ信号の強度分布の期待値をμとすると、以下の第1条件および第2条件を満たす。第1条件は、μ<xraw(t)のときに(xraw(t)-μ)が大きくなるほど補正係数k(t)が大きくなるという条件である。第2条件は、μ>xraw(t)のときに(μ-xraw(t))が大きくなるほど補正係数k(t)が大きくなるという条件である。補正関数生成部82の詳細な処理については後述する。
The correction
補正部83は、センサ信号の強度xraw(t)に、当該強度xraw(t)に応じた補正係数k(t)を乗算することにより、新たな信号(以下、「補正済信号」と称する。)を生成する。
The
具体的には、補正部83は、診断対象となる期間(以下、「診断期間」と称する。)において取得されたセンサ信号に対応する補正済信号を生成する。補正部83は、診断期間に取得されたセンサ信号の強度xraw(t)を補正関数p(xraw(t))に代入することにより、補正係数k(t)(=p(xraw(t)))を決定する。補正部83は、k(t)×xraw(t)を強度とする補正済信号を生成する。
Specifically, the
補正部83は、診断期間中において、リアルタイムで補正済信号を生成してもよい。あるいは、補正部83は、診断期間の終了後に、診断期間内の時刻tに対応する強度xraw(t)を記憶部87から読み出し、当該強度xraw(t)に補正係数k(t)を乗算することにより補正済信号を生成してもよい。
The
診断部84は、診断期間における補正済信号の強度の経時変化を示す時間波形に基づいて、異常を診断する。診断部84は、時間波形から評価値を算出する評価値算出部85と、評価値を用いて、増速機40の異常の有無を判定する判定部86とを含む。
The
<補正関数生成部>
図4は、実施の形態に係る補正関数生成部における処理の流れを示すフローチャートである。
<Correction function generation unit>
FIG. 4 is a flowchart showing the flow of processing in the correction function generation unit according to the embodiment.
(ステップS1)
まず、補正関数生成部82は、センサ信号の強度がとる値の確率を表す確率分布の種別を選択する(ステップS1)。確率分布の種類として、正規分布、一様分布、ラプラス分布などが挙げられる。補正関数生成部82は、これら複数の種類の確率分布の中から1つの種類の確率分布を選択する。
(Step S1)
First, the correction
補正関数生成部82は、複数の種類の確率分布の中から、予め定められた1つの種類の確率分布を選択してもよい。たとえば、センサ信号の強度がとる値の確率分布の種類が既に分析されている場合には、当該種類の確率分布が選択対象として予め定められる。
The correction
補正関数生成部82は、ユーザ入力に従って、複数の種類の確率分布の中から1つの種類の確率分布を選択してもよい。この場合、ユーザは、センサ70に応じて確率分布の種類を入力すればよい。
The correction
診断期間の終了後に診断期間内に取得されたセンサ信号に対応する補正済信号が生成される場合、補正関数生成部82は、診断期間においてセンサ70から取得されたセンサ信号の強度の分布の形状にフィットする1つの種類の確率分布を選択してもよい。具体的には、補正関数生成部82は、診断期間に含まれる時刻に対応する強度を記憶部87から抽出し、抽出した強度の分布の形状との類似度が最も高い1つの種類の確率分布を選択する。
When a corrected signal corresponding to the sensor signal acquired within the diagnosis period is generated after the end of the diagnosis period, the correction
診断期間中においてリアルタイムで補正済信号が生成される場合、補正関数生成部82は、診断期間より過去の期間においてセンサ70から取得されたセンサ信号の強度の分布の形状にフィットする1つの種類の確率分布を選択してもよい。具体的には、補正関数生成部82は、過去の期間に含まれる時刻に対応する強度を記憶部87から抽出し、抽出した強度の分布の形状との類似度が最も高い1つの種類の確率分布を選択する。
When a corrected signal is generated in real time during the diagnosis period, the correction
以下、選択された確率分布が正規分布である場合を例にとり説明する。正規分布に対応する確率密度関数PDF(x)は、以下の式(1)で表される。確率密度関数PDF(x)は、確率変数Xがxとなる確率密度を表す関数である。式(1)において、μは期待値、σは標準偏差を表す。 Hereinafter, a case where the selected probability distribution is a normal distribution will be explained as an example. The probability density function PDF(x) corresponding to the normal distribution is expressed by the following equation (1). The probability density function PDF(x) is a function representing the probability density that the random variable X becomes x. In equation (1), μ represents the expected value and σ represents the standard deviation.
(ステップS2)
次に、補正関数生成部82は、ステップS1で選択された確率分布の種類に応じたパラメータの値を設定し、確率密度関数PDF(x)を生成する(ステップS2)。式(1)に示す正規分布の場合、期待値μおよび標準偏差σの値が設定される。
(Step S2)
Next, the correction
補正関数生成部82は、パラメータの値として、予め定められた値を設定してもよい。たとえば、センサ信号の強度がとる値の確率分布の形状が既に分析されている場合には、当該形状に応じたパラメータの値が予め定められる。
The correction
補正関数生成部82は、ユーザ入力に従って、パラメータの値を設定してもよい。この場合、ユーザは、センサ信号の強度がとる値の確率分布の形状に応じてパラメータの値を入力すればよい。
The correction
診断期間の終了後に診断期間内に取得されたセンサ信号に対応する補正済信号が生成される場合、補正関数生成部82は、診断期間においてセンサ70から取得されたセンサ信号の強度の分布の形状にフィットするようにパラメータの値を設定してもよい。あるいは、診断期間中においてリアルタイムで補正済信号が生成される場合、補正関数生成部82は、診断期間より過去の期間においてセンサ70から取得されたセンサ信号の強度の分布の形状にフィットするようにパラメータの値を設定してもよい。具体的には、補正関数生成部82は、診断期間または過去の期間に含まれる時刻に対応する強度を記憶部87から抽出し、抽出した強度の分布の形状と確率密度関数PDF(x)との類似度が最も高くなるように、パラメータの値を設定する。パラメータの値は、たとえば最尤推定、カーネル密度推定などを用いて算出され得る。ただし、パラメータの値の算出方法は、これに限定されない。
When a corrected signal corresponding to the sensor signal acquired within the diagnosis period is generated after the end of the diagnosis period, the correction
式(1)において、期待値μ=0、分散σ2=1が設定されると、確率密度関数PDF(x)は、以下の式(2)によって表される。 In equation (1), when the expected value μ=0 and the variance σ 2 =1 are set, the probability density function PDF(x) is expressed by the following equation (2).
ステップS1において、式(1)のような連続型確率分布が選択された場合、補正関数生成部82は、確率変数Xのとりうる範囲を設定してもよい。たとえば、式(2)において、確率変数Xのとりうる範囲として、下限値x_minから上限値x_maxまでの範囲が設定された場合、確率密度関数PDF(x)は、以下の式(3)によって表される。
In step S1, when a continuous probability distribution as shown in equation (1) is selected, the correction
図5は、確率密度関数PDF(x)の一例を示す図である。図5には、上記の式(3)に従った確率密度関数PDF(x)が示されている。式(3)および図5に示されるように、確率変数Xが下限値x_minから上限値x_maxまでの範囲内の値をとるとき、確率密度関数PDF(x)は式(2)で表され、確率変数Xがこの範囲外の値をとるとき、確率密度関数PDF(x)は0である。 FIG. 5 is a diagram showing an example of the probability density function PDF(x). FIG. 5 shows the probability density function PDF(x) according to the above equation (3). As shown in equation (3) and FIG. 5, when the random variable X takes a value within the range from the lower limit value x_min to the upper limit value x_max, the probability density function PDF(x) is expressed by equation (2), When the random variable X takes a value outside this range, the probability density function PDF(x) is zero.
下限値x_minは、確率密度関数PDF(x)において、期待値μより小さく、かつ、確率密度が十分に小さくなる値が設定される。上限値x_maxは、確率密度関数PDF(x)において、期待値μより大きく、かつ、確率密度が十分に小さくなる値が設定される。 The lower limit value x_min is set to a value that is smaller than the expected value μ and that makes the probability density sufficiently small in the probability density function PDF(x). The upper limit value x_max is set to a value that is larger than the expected value μ and that makes the probability density sufficiently small in the probability density function PDF(x).
(ステップS3)
次に、図4に示されるように、補正関数生成部82は、ステップS2において生成された確率密度関数PDF(x)から累積分布関数CDF(x)を算出する(ステップS3)。累積分布関数CDF(x)は、確率変数Xがx以下になる確率の関数である。
(Step S3)
Next, as shown in FIG. 4, the correction
たとえば、補正関数生成部82は、上記の式(3)に従った確率密度関数PDF(x)から、以下の式(4)によって表される累積分布関数CDF(x)を算出する。
For example, the correction
図6は、累積分布関数CDF(x)の一例を示す図である。図6には、上記の式(4)に従った累積分布関数CDF(x)が示されている。 FIG. 6 is a diagram showing an example of the cumulative distribution function CDF(x). FIG. 6 shows the cumulative distribution function CDF(x) according to the above equation (4).
なお、確率分布の種類によっては、確率変数Xが下限値x_minの近傍または上限値x_maxの近傍において、累積分布関数CDF(x)が非線形となり得る。しかしながら、確率密度が十分に小さくなる値が上限値x_maxおよび下限値x_minとして設定されることにより、累積分布関数CDF(x)の非線形は問題とならない。 Note that depending on the type of probability distribution, the cumulative distribution function CDF(x) may become nonlinear when the random variable X is near the lower limit value x_min or near the upper limit value x_max. However, by setting the upper limit value x_max and the lower limit value x_min to values at which the probability density is sufficiently small, the nonlinearity of the cumulative distribution function CDF(x) does not become a problem.
(ステップS4)
次に、補正関数生成部82は、累積分布関数CDF(x)と閾値th1,th2(th1>th2)とを用いて、補正関数p(xraw(t))を算出する(ステップS4)。
(Step S4)
Next, the correction
図7は、増速機内の軸受に損傷があるときのセンサ信号の時間波形の一例を示す図である。図7では、軸受の損傷に起因する振動が約0.3秒の周期で現われている。図7に示されるように、閾値th1は、ノイズ成分の正側のピーク強度よりも僅かに大きくなるように定められることが好ましい。閾値th2は、ノイズ成分の負側のピーク強度よりも僅かに小さくなるように定められることが好ましい。 FIG. 7 is a diagram showing an example of a time waveform of a sensor signal when a bearing in the speed increaser is damaged. In FIG. 7, vibrations caused by damage to the bearing appear at a period of about 0.3 seconds. As shown in FIG. 7, the threshold th1 is preferably set to be slightly larger than the positive peak intensity of the noise component. It is preferable that the threshold th2 is set to be slightly smaller than the negative peak intensity of the noise component.
閾値th1,th2は、センサ70の種類に応じて予め定められていてもよい。診断期間の終了後に診断期間内に取得されたセンサ信号に対応する補正済信号が生成される場合、補正関数生成部82は、診断期間においてセンサ70から取得されたセンサ信号の強度分布に応じて閾値th1,th2を設定してもよい。あるいは、診断期間中においてリアルタイムで補正済信号が生成される場合、補正関数生成部82は、診断期間より過去の期間においてセンサ70から取得されたセンサ信号の強度分布に応じて閾値th1,th2を設定してもよい。
The threshold values th1 and th2 may be determined in advance depending on the type of
たとえば、補正関数生成部82は、診断期間または過去の期間においてセンサ70から取得されたセンサ信号の強度分布から算出した標準偏差σと平均値AVEとを用いて、AVE+cσを閾値th1として設定し、AVE-cσを閾値th2として設定してもよい。cは、予め定められる定数である。
For example, the correction
補正関数生成部82は、累積分布関数CDF(x)のxに、閾値th1,th2と時刻tに取得したセンサ信号の強度xraw(t)との差を代入することにより、補正関数p(xraw(t))を算出する。具体的には、補正関数生成部82は、以下の式(5)に従って、補正関数p(xraw(t))を算出する。
p(xraw(t))=1-CDF(th1-xraw(t))+CDF(th2-xraw(t))
・・・式(5)。
The correction function generation unit 82 generates a correction function p( x raw (t)). Specifically, the correction
p(x raw (t))=1-CDF(th1-x raw (t))+CDF(th2-x raw (t))
...Equation (5).
図8は、補正関数p(xraw(t))の一例を示す図である。図8に示されるように、補正関数p(xraw(t))は、センサ信号の強度xraw(t)が期待値μ(図8では0)付近において略0となる。しかしながら、強度xraw(t)が期待値μより大きい場合、(xraw(t)-μ)が大きくなるほど補正関数p(xraw(t))が大きくなる。補正関数p(xraw(t))の傾きは、閾値th1のときに最大となる。また、強度xraw(t)が期待値μより小さい場合、(μ-xraw(t))が大きくなるほど補正関数p(xraw(t))が大きくなる。補正関数p(xraw(t))の傾きは、閾値th2のときに最小となる。 FIG. 8 is a diagram showing an example of the correction function p(x raw (t)). As shown in FIG. 8, the correction function p(x raw (t)) becomes approximately 0 when the intensity x raw (t) of the sensor signal is around the expected value μ (0 in FIG. 8). However, when the intensity x raw (t) is larger than the expected value μ, the correction function p(x raw (t)) increases as (x raw (t)−μ) increases. The slope of the correction function p(x raw (t)) is maximum at the threshold value th1. Further, when the intensity x raw (t) is smaller than the expected value μ, the correction function p(x raw (t)) increases as (μ−x raw (t)) increases. The slope of the correction function p(x raw (t)) is minimum at the threshold value th2.
図9は、図8に示す補正関数p(xraw(t))の1階の導関数を示す図である。図9に示されるように、補正関数p(xraw(t))の1階の導関数は、閾値th1において極大値を有し、閾値th2において極小値を有する。 FIG. 9 is a diagram showing the first-order derivative of the correction function p(x raw (t)) shown in FIG. 8. As shown in FIG. 9, the first-order derivative of the correction function p(x raw (t)) has a maximum value at the threshold th1 and a minimum value at the threshold th2.
<補正済信号の例>
図10は、補正部から出力される補正済信号の一例を示す図である。図10には、図7に示すセンサ信号を図8に示す補正関数p(xraw(t))を用いて補正することにより得られる補正済信号の時間波形が示される。
<Example of corrected signal>
FIG. 10 is a diagram showing an example of a corrected signal output from the correction section. FIG. 10 shows a time waveform of a corrected signal obtained by correcting the sensor signal shown in FIG. 7 using the correction function p(x raw (t)) shown in FIG.
図10に示されるように、ノイズである確率の高い信号成分が効果的に低減され、S/N比が改善されている。これにより、軸受の損傷に起因する振動(約0.3秒周期の衝撃振動)のピークが明瞭となっている。 As shown in FIG. 10, signal components with a high probability of being noise are effectively reduced, and the S/N ratio is improved. As a result, the peak of vibration (impact vibration with a period of about 0.3 seconds) caused by damage to the bearing becomes clear.
<評価値算出部>
評価値算出部85は、診断期間における補正済信号の時間波形の特徴を示す評価値を算出する。増速機40に異常が発生した場合、補正済信号の時間波形が変化する。そのため、評価値は、増速機40の異常の特徴を数値的に表す。SN比の改善された補正済信号の時間波形を用いることにより、異常に対する評価値の感度が向上する。これにより、異常検出の早期化および高精度化が実現される。特に、SN比の低下しやすい低回転速度条件(たとえば100min-1以下)であっても、異常に対する評価値の感度が良好である。
<Evaluation value calculation section>
The evaluation
評価値として、たとえば、以下の式(6)によって算出される実効値(RMS(Root Mean Square value))、式(7)によって算出される波高率(CF(Crest Factor))、式(8)によって算出される尖度(Kurtosis)などが採用され得る。 As evaluation values, for example, the root mean square value (RMS) calculated by the following formula (6), the crest factor (CF) calculated by the formula (7), and the formula (8) Kurtosis calculated by the above method may be used.
SN比の改善された補正済信号を用いることにより、振動レベルを表す実効値は、軸受の損傷部位で発生する異常振動に対して良好な感度を有する。同様の理由により、信号のピーク値と実効値との比である波高率、および信号の頻度分布の鋭さ(「とがり」ともいう)を表す尖度についても、異常振動に対して良好な感度を有する。 By using a corrected signal with an improved signal-to-noise ratio, the effective value representing the vibration level has good sensitivity to abnormal vibrations occurring at the damaged area of the bearing. For the same reason, the crest factor, which is the ratio between the peak value and the effective value of the signal, and the kurtosis, which indicates the sharpness of the frequency distribution of the signal (also called ``sharpness''), also have good sensitivity to abnormal vibrations. have
あるいは、評価値算出部85は、補正済信号を周波数解析(フーリエ変換)した周波数スペクトルから評価値を算出してもよい。周波数スペクトルから評価値を算出する手法として、たとえば特開2018-179977号公報(特許文献3)に記載の公知の技術が採用され得る。周波数スペクトル上においてもノイズ成分が低減されるため、軸受の損傷に関連する周波数ピークが明確に現われる。そのため、評価値は、異常振動に対して良好な感度を有する。
Alternatively, the evaluation
評価値算出部85は、複数種類の評価値を算出してもよい。たとえば、評価値算出部85は、実効値および尖度を算出してもよい。
The evaluation
<判定部>
判定部86は、評価値を用いて、異常の有無を判定する。典型的には、判定部86は、評価値と予め定められた閾値とを比較して、比較結果に応じて異常の有無を判定する。複数種類の評価値が算出されている場合、判定部86は、複数種類の評価値の各々と閾値とを比較し、複数の比較結果の組み合わせに応じて異常の有無を判定すればよい。
<Judgment section>
The
さらに、判定部86は、異常有りと判定した場合に、異常の発生している部位を推定してもよい。異常の発生している部位の推定方法として、たとえば特許文献3に記載の公知の技術が採用され得る。
Furthermore, when determining that there is an abnormality, the
判定部86は、判定結果を外部装置に出力してもよい。これにより、外部装置を操作する作業者は、風力発電装置10の増速機40の異常の有無を確認できる。
The
<作用効果>
以上のように、本開示の状態監視装置80は、対象物の一例である増速機40の状態を監視する。状態監視装置80は、補正部83と、診断部84とを備える。補正部83は、診断期間(第1期間)において増速機40に設置したセンサ70から取得したセンサ信号の強度xraw(t)に、当該強度xraw(t)に応じた補正係数k(t)を乗算することにより補正済信号(第2信号)を生成する。診断部84は、補正済信号の強度の経時変化を示す時間波形に基づいて、増速機40の異常を診断する。診断期間または診断期間よりも過去の期間(第2期間)においてセンサ70から取得されたセンサ信号の強度分布の期待値をμとすると、補正係数は、第1条件および第2条件を満たす。第1条件は、μ<xraw(t)のときに(xraw(t)-μ)が大きくなるほど補正係数k(t)が大きくなるという条件である。第2条件は、μ>xraw(t)のときに(μ-xraw(t))が大きくなるほど補正係数k(t)が大きくなるという条件である。
<Effect>
As described above, the
多くのノイズ成分の強度は、期待値μに近い。そのため、μ<xraw(t)の場合、ノイズ成分よりも、増速機40の異常に起因する成分の強度が強調される。同様に、μ>xraw(t)の場合にも、ノイズ成分よりも、増速機40の異常に起因する成分の強度が強調される。そのため、センサ信号のS/N比が低い場合であっても、補正済信号の強度の経時変化を示す時間波形に基づいて、増速機40の異常を精度良く診断できる。
The intensity of many noise components is close to the expected value μ. Therefore, when μ<x raw (t), the intensity of the component caused by the abnormality of the
さらに、上記の構成によれば、特許文献2のように、振動波形データとノイズデータとの合成処理の回数を複数回実行する必要がない。そのため、計測コストが抑制される。 Furthermore, according to the above configuration, unlike Patent Document 2, there is no need to perform the synthesis process of vibration waveform data and noise data multiple times. Therefore, measurement costs are suppressed.
このように、センサ70から取得されるセンサ信号のS/N比が低い場合であっても、低い計測コストで増速機40の異常を診断できる。
In this way, even if the S/N ratio of the sensor signal obtained from the
状態監視装置80は、センサ信号の強度xraw(t)を説明変数とし、補正係数k(t)を目的変数とする補正関数p(xraw(t))を生成する補正関数生成部82をさらに備える。補正部83は、補正関数p(xraw(t))にセンサ信号の強度xraw(t)を代入することにより補正係数k(t)を決定する。これにより、補正関数p(xraw(t))を用いて、容易に補正係数k(t)を決定できる。
The
補正関数p(xraw(t))の1階の導関数は、期待値μよりも大きい閾値th1において極大値を有する。これにより、強度xraw(t)が期待値μから閾値th1に近づくにつれ、補正係数k(t)が急峻に大きくなる。そのため、期待値μから閾値th1までの強度を有するノイズ成分が低減され、増速機40の異常に起因する、閾値th1を超える強度の成分がより強調される。
The first-order derivative of the correction function p(x raw (t)) has a maximum value at a threshold value th1 that is larger than the expected value μ. As a result, as the intensity x raw (t) approaches the threshold value th1 from the expected value μ, the correction coefficient k(t) sharply increases. Therefore, noise components having an intensity from the expected value μ to the threshold th1 are reduced, and components with an intensity exceeding the threshold th1, which are caused by an abnormality in the
同様に、補正関数p(xraw(t))の1階の導関数は、期待値μよりも小さい閾値th2において極小値を有する。これにより、強度xraw(t)が期待値μから閾値th2に近づくにつれ、補正係数k(t)が急峻に大きくなる。そのため、期待値μから閾値th2までの強度を有するノイズ成分が低減され、増速機40の異常に起因する、閾値th2を超える強度の成分がより強調される。
Similarly, the first-order derivative of the correction function p(x raw (t)) has a minimum value at a threshold value th2 that is smaller than the expected value μ. As a result, as the intensity x raw (t) approaches the threshold value th2 from the expected value μ, the correction coefficient k(t) sharply increases. Therefore, noise components having an intensity from the expected value μ to the threshold th2 are reduced, and components with an intensity exceeding the threshold th2, which are caused by an abnormality in the
補正関数生成部82は、診断期間または診断期間よりも過去の期間に取得されたセンサ信号の強度分布に応じた確率密度関数PDF(x)を設定する。さらに、補正関数生成部82は、期待値μよりも大きい閾値th1と、期待値μよりも小さい閾値th2との少なくとも1つを設定する。閾値th1,th2の両者を設定した場合に、補正関数生成部82は、確率密度関数PDF(x)から算出される累積分布関数CDF(x)を用いて、上記の式(5)を補正関数p(xraw(t))として設定する。
The correction
上記の構成によれば、上記の第1条件および第2条件を満たす補正係数k(t)を算出するための補正関数p(xraw(t))が容易に設定される。 According to the above configuration, the correction function p(x raw (t)) for calculating the correction coefficient k(t) that satisfies the first and second conditions described above can be easily set.
<変形例1>
上記の説明では、補正関数生成部82は、閾値th1,th2を設定し、閾値th1,th2を用いて補正関数p(xraw(t))を算出する。しかしながら、補正関数生成部82は、閾値th1,th2のうちの一方のみを設定してもよい。
<
In the above description, the correction
期待値μより大きい閾値th1のみを設定する場合、補正関数生成部82は、以下の式(9)に従って補正関数p(xraw(t))を算出する。
p(xraw(t))=1-CDF(th1-xraw(t))・・・式(9)
式(9)に従って算出される補正関数p(xraw(t))は、上記の第1条件(μ<xraw(t)のときに(xraw(t)-μ)が大きくなるほど補正係数k(t)が大きくなるという条件)を満たす。しかしながら、式(9)に従って算出される補正関数p(xraw(t))は、上記の第2条件(μ>xraw(t)のときに(μ-xraw(t))が大きくなるほど補正係数k(t)が大きくなるという条件)を満たさない。
When setting only the threshold value th1 larger than the expected value μ, the correction
p(x raw (t)) = 1-CDF(th1-x raw (t))...Equation (9)
The correction function p(x raw (t ) ) calculated according to equation (9) is calculated by the correction coefficient The condition that k(t) becomes large) is satisfied. However, the correction function p(x raw (t)) calculated according to equation ( 9 ) is (the condition that the correction coefficient k(t) becomes large) is not satisfied.
期待値μよりも小さい閾値th2のみを設定する場合、補正関数生成部82は、以下の式(10)に従って補正関数p(xraw(t))を算出する。
p(xraw(t))=1+CDF(th2-xraw(t))・・・式(10)
式(10)に従って算出される補正関数p(xraw(t))は、上記の第2条件を満たす。しかしながら、式(10)に従って算出される補正関数p(xraw(t))は、上記の第1条件を満たさない。
When setting only the threshold value th2 smaller than the expected value μ, the correction
p(x raw (t))=1+CDF(th2-x raw (t))...Equation (10)
The correction function p(x raw (t)) calculated according to equation (10) satisfies the above second condition. However, the correction function p(x raw (t)) calculated according to equation (10) does not satisfy the above first condition.
増速機40に異常が発生した場合、センサ信号の強度の振幅が大きくなる。そのため、式(9)に従って補正関数p(xraw(t))が算出された場合、補正済信号の強度の時間波形において、異常の発生に起因する正側のピークが明確に現われる。一方、式(10)に従って補正関数p(xraw(t))が算出された場合、補正済信号の強度の時間波形において、異常の発生に起因する負側のピークが明確に現われる。そのため、式(9)または式(10)を用いて補正関数p(xraw(t))が算出されたとしても、増速機40の異常を精度良く診断できる。
When an abnormality occurs in the
<変形例2>
風力発電装置10では、風向き、風力などの環境の変化によって、負荷の大きさ、回転速度が刻々と変化し得る。このような場合、増速機40の振動の大きさ、センサ信号のノイズの大きさも刻々と変化し得る。そのため、補正関数生成部82は、補正関数p(xraw(t))を周期的に更新することが好ましい。
<Modification 2>
In the wind
図11は、変形例2に係る状態監視装置の補正関数の更新タイミングを模式的に示す図である。図11には、周期T毎に補正関数p(xraw(t))を更新する例が示される。 FIG. 11 is a diagram schematically showing the update timing of the correction function of the condition monitoring device according to the second modification. FIG. 11 shows an example in which the correction function p(x raw (t)) is updated every cycle T.
補正関数生成部82は、周期Tと同じ時間長さを有する区間毎に、補正係数を決定するための補正関数p(xraw(t))を更新する。図11に示されるように、補正関数生成部82は、時刻t1~t2の区間Aに取得したセンサ信号の強度xraw(t1)~xraw(t2)を示すデータが記憶部87に蓄積されると、強度xraw(t1)~xraw(t2)を用いて補正関数pa(xraw(t))を生成する。
The correction
具体的には、図4に示すステップS1において、補正関数生成部82は、強度xraw(t1)~xraw(t2)の分布の形状にフィットする1つの種類の確率分布を選択する。ステップS2において、補正関数生成部82は、強度xraw(t1)~xraw(t2)の分布の形状にフィットするように、確率分布のパラメータの値を設定し、確率密度関数PDF(x)を算出する。それから、補正関数生成部82は、確率密度関数PDF(x)から累積分布関数CDF(x)を算出する。ステップS4において、補正関数生成部82は、たとえば、強度xraw(t1)~xraw(t2)の分布から算出した標準偏差σと平均値AVEとを用いて、AVE+cσを閾値th1として設定し、AVE-cσを閾値th2として設定する。補正関数生成部82は、累積分布関数CDF(x)と閾値th1,th2とを用いて、上記の式(5)に従って補正関数pa(xraw(t))を算出する。
Specifically, in step S1 shown in FIG. 4, the correction
補正関数pa(xraw(t))が算出されると、補正部83は、補正関数pa(xraw(t))を用いて、時刻t1~t3の各時刻における補正係数k(t)を決定する。補正部83は、補正係数k(t)を強度xraw(t)に乗算することにより、時刻t1~t2における補正済信号を生成する。
When the correction function p a (x raw (t)) is calculated, the
時刻t1~t2の補正済信号が生成されると、診断部84は、当該補正済信号を用いて、対象物の異常を診断する。なお、区間Aの時間長さは、診断期間と同じであってもよいし、診断期間の複数倍であってもよい。区間Aの時間長さが診断期間の複数倍である場合、診断部84は、区間Aを複数の診断期間に分割し、診断期間毎に対象物の異常を診断すればよい。
When the corrected signal from time t1 to t2 is generated, the
区間Aの次の区間Bについても、同様に、区間Bの終了後に、区間Bに取得したセンサ信号の強度xraw(t2)~xraw(t4)を用いて補正関数pb(xraw(t))が生成される。その後、補正部83は、補正関数pb(xraw(t))を用いて、時刻t2~t4の各時刻における補正係数k(t)を決定する。補正部83は、補正係数k(t)を強度xraw(t)に乗算することにより、時刻t2~t4における補正済信号を生成する。診断部84は、当該補正済信号を用いて、対象物の異常を診断する。
Similarly, for the next section B after section A, after the end of section B, the correction function p b ( x raw ( t)) is generated. Thereafter, the
変形例2に係る状態監視装置によれば、対象物の状態(たとえば回転速度)に応じて、補正関数p(xraw(t))が周期的に更新される。その結果、精度良く異常を診断できる。 According to the state monitoring device according to the second modification, the correction function p(x raw (t)) is periodically updated depending on the state of the object (eg, rotational speed). As a result, abnormalities can be diagnosed with high accuracy.
<変形例3>
変形例2に係る状態監視装置では、区間Aから区間Bに変わるときに、補正関数がpa(xraw(t))からpb(xraw(t))に更新される。そのため、補正係数も非線形に変化する。このような非線形の変化を緩和させるために、補正関数生成部82は、補正関数p(xraw(t))のスムージング処理を行なってもよい。
<Modification 3>
In the state monitoring device according to the second modification, when changing from section A to section B, the correction function is updated from p a (x raw (t)) to p b (x raw (t)). Therefore, the correction coefficient also changes nonlinearly. In order to alleviate such nonlinear changes, the correction
図12は、変形例3に係る補正関数生成部の処理の流れを示すフローチャートである。図12に示すフローチャートは、図4に示すフローチャートと比較して、ステップS5に示すスムージング処理を備える点で相違する。 FIG. 12 is a flowchart showing the process flow of the correction function generation unit according to the third modification. The flowchart shown in FIG. 12 is different from the flowchart shown in FIG. 4 in that it includes a smoothing process shown in step S5.
ステップS5において、補正関数生成部82は、補正関数を更新するときに移行期間を設定する。たとえば、補正関数生成部82は、図11に示す補正関数pa(xraw(t))を補正関数pb(xraw(t))に更新するときに、時刻t2から時刻t2~t4の区間B内の時刻t3までの期間を移行期間として設定する。時刻t3は、たとえば区間Bの中間時点である。
In step S5, the correction
補正関数生成部82は、移行期間において、補正関数pa(xraw(t))を補正関数pb(xraw(t))に徐々に変化させる。たとえば、補正関数生成部82は、時刻t2~t3内の時刻tの補正関数p(xraw(t))を以下の式(11)に従って算出する。
The correction
図13は、移行期間における補正関数の変化を示す図である。図13に示されるように、移行期間において、補正関数は、pa(xraw(t))からpb(xraw(t))に徐々に変化する。 FIG. 13 is a diagram showing changes in the correction function during the transition period. As shown in FIG. 13, during the transition period, the correction function gradually changes from p a (x raw (t)) to p b (x raw (t)).
なお、移行期間は、時刻t2~t3までの期間に限定されない。たとえば、区間Aの中間時刻から時刻t3までの期間が移行期間として設定されてもよい。この場合、区間A内の診断期間に取得されたセンサ信号の強度xraw(t)に対する補正および診断は、区間Bに対応する補正関数pb(xraw(t))が算出された後に実施される。 Note that the transition period is not limited to the period from time t2 to time t3. For example, the period from the middle time of section A to time t3 may be set as the transition period. In this case, correction and diagnosis for the sensor signal intensity x raw (t) acquired during the diagnosis period in section A are performed after the correction function p b (x raw (t)) corresponding to section B is calculated. be done.
<変形例4>
上記の説明では、状態監視装置80が補正関数生成部82を備えるものとした。しかしながら、補正関数生成部82は、外部装置に備えられていてもよい。この場合、状態監視装置80は、外部装置から補正関数p(xraw(t))を取得する。状態監視装置80の補正部83は、取得した補正関数p(xraw(t))を用いて補正係数を決定すればよい。
<Modification 4>
In the above description, it is assumed that the
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、上記した実施の形態の説明で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。 The embodiments disclosed this time should be considered to be illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the claims rather than the description of the embodiments described above, and it is intended that all changes within the meaning and scope equivalent to the claims are included.
10 風力発電装置、20 主軸、25 ハブ、30 ブレード、40 増速機、50 発電機、60 主軸用軸受、70 センサ、80 状態監視装置、81 保存処理部、82 補正関数生成部、83 補正部、84 診断部、85 評価値算出部、86 判定部、87 記憶部、90 ナセル、100 タワー、801 CPU、802 RAM、803 ストレージ、804 通信インターフェイス、805 バス、806 監視プログラム。 10 wind power generator, 20 main shaft, 25 hub, 30 blade, 40 speed increaser, 50 generator, 60 main shaft bearing, 70 sensor, 80 condition monitoring device, 81 storage processing section, 82 correction function generation section, 83 correction section , 84 diagnosis section, 85 evaluation value calculation section, 86 judgment section, 87 storage section, 90 nacelle, 100 tower, 801 CPU, 802 RAM, 803 storage, 804 communication interface, 805 bus, 806 monitoring program.
Claims (11)
第1期間において前記対象物に設置したセンサから取得した第1信号の強度に、当該強度に応じた補正係数を乗算することにより第2信号を生成する補正部と、
前記第2信号の強度の経時変化を示す時間波形に基づいて、前記対象物の異常を診断する診断部とを備え、
前記第1信号または前記第1期間よりも過去の第2期間において前記センサから取得された第3信号の強度分布の期待値をμとし、前記第1信号の強度をxrawとすると、前記補正係数は、μ<xrawのときに(xraw-μ)が大きくなるほど前記補正係数が大きくなるという第1条件、および、μ>xrawのときに(μ-xraw)が大きくなるほど前記補正係数が大きくなるという第2条件の少なくとも1つを満たすように設定される、状態監視装置。 A condition monitoring device that monitors the condition of an object,
a correction unit that generates a second signal by multiplying the intensity of the first signal acquired from the sensor installed on the object in the first period by a correction coefficient according to the intensity;
a diagnostic unit that diagnoses an abnormality in the object based on a time waveform indicating a change in intensity of the second signal over time;
If the expected value of the intensity distribution of the first signal or the third signal acquired from the sensor in a second period in the past than the first period is μ, and the intensity of the first signal is x raw , then the correction The first condition is that the correction coefficient increases as (x raw - μ) increases when μ<x raw , and the correction coefficient increases as (μ-x raw ) increases when μ>x raw . A condition monitoring device configured to satisfy at least one of the second conditions that the coefficient becomes large.
前記補正部は、前記補正関数に前記第1信号の強度を代入することにより前記補正係数を決定する、請求項1に記載の状態監視装置。 Further comprising a generation unit that generates a correction function using the intensity of the first signal as an explanatory variable and the correction coefficient as an objective variable,
The state monitoring device according to claim 1, wherein the correction unit determines the correction coefficient by substituting the intensity of the first signal into the correction function.
前記補正関数の1階の導関数は、前記期待値よりも大きい第1閾値において極大値を有する、請求項2に記載の状態監視装置。 the correction coefficient satisfies the first condition;
The condition monitoring device according to claim 2, wherein the first-order derivative of the correction function has a maximum value at a first threshold value that is larger than the expected value.
前記補正関数の1階の導関数は、前記期待値よりも小さい第2閾値において極小値を有する、請求項2または3に記載の状態監視装置。 the correction coefficient satisfies the second condition;
The condition monitoring device according to claim 2 or 3, wherein the first-order derivative of the correction function has a minimum value at a second threshold value that is smaller than the expected value.
前記強度分布に応じた確率密度関数を設定し、
前記期待値よりも大きい第1閾値と、前記期待値よりも小さい第2閾値との少なくとも1つを設定し、
前記確率密度関数から算出される累積分布関数をCDF(x)、前記第1閾値をth1、前記第2閾値をth2とすると、前記第1閾値および前記第2閾値の両者を設定した場合に、1-CDF(th1-xraw)+CDF(th2-xraw)を前記補正関数として設定し、
前記第1閾値を設定し、前記第2閾値を設定しない場合に、1-CDF(th1-xraw)を前記補正関数として設定し、
前記第1閾値を設定せず、前記第2閾値を設定した場合に、1+CDF(th2-xraw)を前記補正関数として設定する、請求項2に記載の状態監視装置。 The generation unit is
Setting a probability density function according to the intensity distribution,
setting at least one of a first threshold larger than the expected value and a second threshold smaller than the expected value,
Assuming that the cumulative distribution function calculated from the probability density function is CDF(x), the first threshold is th1, and the second threshold is th2, when both the first threshold and the second threshold are set, 1-CDF(th1-x raw )+CDF(th2-x raw ) is set as the correction function,
When the first threshold is set and the second threshold is not set, 1-CDF (th1-x raw ) is set as the correction function,
The condition monitoring device according to claim 2, wherein when the first threshold value is not set and the second threshold value is set, 1+CDF(th2-x raw ) is set as the correction function.
第1補正関数を第2補正関数に更新するときに移行期間を設定し、
前記移行期間において、前記第1補正関数を前記第2補正関数に徐々に変化させる、請求項6に記載の状態監視装置。 The generation unit is
Setting a transition period when updating the first correction function to the second correction function,
The condition monitoring device according to claim 6, wherein the first correction function is gradually changed to the second correction function during the transition period.
前記時間波形の特徴を示す評価値を算出する評価値算出部と、
前記評価値を用いて、前記対象物の異常の有無を判定する判定部とを含む、請求項1から7のいずれか1項に記載の状態監視装置。 The diagnostic department includes:
an evaluation value calculation unit that calculates an evaluation value indicating the characteristics of the time waveform;
The condition monitoring device according to any one of claims 1 to 7, further comprising a determination unit that uses the evaluation value to determine whether or not there is an abnormality in the object.
第1期間において前記対象物に設置したセンサから取得した第1信号の強度に、当該強度に応じた補正係数を乗算することにより第2信号を生成するステップと、
前記第2信号の強度の経時変化を示す時間波形に基づいて、前記対象物の異常を診断するステップとを備え、
前記第1信号または前記第1期間よりも過去の第2期間において前記センサから取得された第3信号の強度分布の期待値をμとし、前記第1信号の強度をxrawとすると、前記補正係数は、μ<xrawのときに(xraw-μ)が大きくなるほど前記補正係数が大きくなるという第1条件、および、μ>xrawのときに(μ-xraw)が大きくなるほど前記補正係数が大きくなるという第2条件の少なくとも1つを満たすように設定される、状態監視方法。 A condition monitoring method for monitoring the condition of an object, the method comprising:
generating a second signal by multiplying the intensity of the first signal acquired from the sensor installed on the object in the first period by a correction coefficient according to the intensity;
diagnosing an abnormality in the object based on a time waveform indicating a change in intensity of the second signal over time,
If the expected value of the intensity distribution of the first signal or the third signal acquired from the sensor in a second period in the past than the first period is μ, and the intensity of the first signal is x raw , then the correction The first condition is that the correction coefficient increases as (x raw - μ) increases when μ<x raw , and the correction coefficient increases as (μ-x raw ) increases when μ>x raw . A state monitoring method configured to satisfy at least one of the second conditions that the coefficient becomes large.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020156855A JP7408519B2 (en) | 2020-09-18 | 2020-09-18 | Condition monitoring device and condition monitoring method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020156855A JP7408519B2 (en) | 2020-09-18 | 2020-09-18 | Condition monitoring device and condition monitoring method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2022050753A JP2022050753A (en) | 2022-03-31 |
JP7408519B2 true JP7408519B2 (en) | 2024-01-05 |
Family
ID=80854594
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020156855A Active JP7408519B2 (en) | 2020-09-18 | 2020-09-18 | Condition monitoring device and condition monitoring method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7408519B2 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102792240A (en) | 2009-11-16 | 2012-11-21 | Nrg系统股份有限公司 | Data acquisition system for condition-based maintenance |
JP2016008536A (en) | 2014-06-24 | 2016-01-18 | Ntn株式会社 | State monitoring system and wind generator system mounted with the same |
JP2016045151A (en) | 2014-08-26 | 2016-04-04 | オークマ株式会社 | Machine tool |
-
2020
- 2020-09-18 JP JP2020156855A patent/JP7408519B2/en active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102792240A (en) | 2009-11-16 | 2012-11-21 | Nrg系统股份有限公司 | Data acquisition system for condition-based maintenance |
JP2016008536A (en) | 2014-06-24 | 2016-01-18 | Ntn株式会社 | State monitoring system and wind generator system mounted with the same |
JP2016045151A (en) | 2014-08-26 | 2016-04-04 | オークマ株式会社 | Machine tool |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2022050753A (en) | 2022-03-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108780025B (en) | State monitoring system and wind power generation device | |
EP3631205B1 (en) | Wind turbine fault detection using acoustic, vibration, and electrical signals | |
JP6196093B2 (en) | Vibration analysis method for bearing device, vibration analysis device for bearing device, and state monitoring device for rolling bearing | |
WO2017159784A1 (en) | Condition monitoring system and wind power generation device | |
JP6665062B2 (en) | Condition monitoring device | |
JP6820771B2 (en) | Condition monitoring system and wind power generator | |
US11441940B2 (en) | Condition monitoring apparatus, condition monitoring system, and condition monitoring method | |
WO2015015987A1 (en) | Bearing-device vibration analysis method, bearing-device vibration analysis device, and rolling-bearing status-monitoring device | |
JP6885833B2 (en) | Condition monitoring system and data processing equipment | |
WO2012023383A1 (en) | Fault diagnosis device for rolling bearing | |
JP2010271073A (en) | Diagnosis device of abnormality in equipment | |
JP6728808B2 (en) | Measuring and diagnosing device and measuring and diagnosing method | |
JP2018124117A (en) | State monitoring system and wind force power generator | |
US8355879B2 (en) | Trending of vibration data taking into account torque effect | |
JP6824076B2 (en) | Condition monitoring system and wind power generator | |
JP7408519B2 (en) | Condition monitoring device and condition monitoring method | |
JP6192413B2 (en) | Vibration analysis method for bearing device, vibration analysis device for bearing device, and state monitoring device for rolling bearing | |
JP7083293B2 (en) | Status monitoring method and status monitoring device | |
JP7098399B2 (en) | Status monitoring device and status monitoring method | |
JP6934832B2 (en) | Status monitoring device, status monitoring system and status monitoring method | |
JP6192414B2 (en) | Rolling bearing condition monitoring device | |
JP6639288B2 (en) | Condition monitoring system and wind power generator | |
WO2019044575A1 (en) | State-monitoring device and state-monitoring method | |
WO2024043051A1 (en) | Monitoring device and monitoring method | |
CN116696681A (en) | Method and related device for early warning of abnormal acceleration of wind generating set |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230306 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20231128 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20231220 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7408519 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |