(57)【要約】【課題】監視対象の状態変化を確認し易くするとともに、当該状態変化を記録可能な期間の短縮を抑制する。【解決手段】本発明に係る状態監視装置は、監視対象に設置された加速度センサによって測定された複数の物理量を受ける。状態監視装置は、記憶部と、制御部とを備える。制御部は、加速度センサによって測定されたＮ個（Ｎ≧２）の物理量が、測定された時刻順に順序付けられた第１波形データを作成する。制御部は、第１波形データのＮ個の物理量の順序に従って、当該Ｎ個の物理量をＭ個（Ｎ＞Ｍ）のグループに分ける。制御部は、Ｍ個のグループの各々について絶対値が最も大きい物理量と当該物理量の第１波形データにおける順番とのペアの集合を、第２波形データとして記憶部に保存する。【選択図】図４
2020012647.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
監視対象に設置された加速度センサによって測定された複数の物理量を受ける状態監視装置であって、
記憶部と、
前記加速度センサによって測定されたＮ個（Ｎ≧２）の物理量が、測定された時刻順に順序付けられた第１波形データを作成する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記第１波形データのＮ個の物理量の順序に従って、当該Ｎ個の物理量をＭ個（Ｎ＞Ｍ）のグループに分け、
前記Ｍ個のグループの各々について絶対値が最も大きい物理量と当該物理量の前記第１波形データにおける順番とのペアの集合を、第２波形データとして前記記憶部に保存する、状態監視装置。
【請求項２】
表示部をさらに備え、
前記制御部は、
Ｎ個の物理量が順序付けられた第３波形データを作成し、
前記第３波形データのＮ個の物理量のうち、前記第２波形データの各ペアに含まれる順番の物理量は当該順番に関連付けられた物理量とし、前記第２波形データの各ペアに含まれていない順番の物理量は予め定められた値とし、
前記第３波形データを前記表示部に表示する、請求項１に記載の状態監視装置。
【請求項３】
前記制御部は、
初回の第１波形データの特徴量を参照特徴量の初期値として設定し、
今回の参照特徴量に対する今回の第１波形データの特徴量の変化率が基準値より大きい場合、前記今回の第１波形データを前記記憶部に保存するとともに、次回の参照特徴量を前記今回の第１波形データの特徴量に更新し、
前記変化率が前記基準値よりも小さい場合、今回の第２波形データを前記記憶部に保存する、請求項１または２に記載の状態監視装置。
【請求項４】
前記制御部は、
前記今回の第１波形データの周波数解析によって得られたＫ個（Ｋ≧２）の物理量が周波数によって順序付けられた第４波形データを作成し、
前記変化率が前記基準値よりも小さい場合、
前記Ｋ個の物理量の順序に従って、前記Ｋ個の物理量をＬ個（Ｌ＜Ｋ）のグループに分け、
前記Ｌ個のグループの各々について絶対値が最も大きい物理量と当該物理量の前記第４波形データにおける順番とのペアの集合を、第５波形データとして前記記憶部に保存する、請求項３に記載の状態監視装置。
【請求項５】
前記加速度センサと、
前記加速度センサによって測定された複数の物理量を受ける請求項１〜４のいずれか１項に記載の状態監視装置とを備える、状態監視システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、状態監視装置、および当該状態監視装置を備える状態監視システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、監視対象に設置された加速度センサによって測定された複数の物理量を受ける状態監視装置が知られている。たとえば、特開２０１３−１８５５０７号公報（特許文献１）には、加速度センサの測定データから算出される診断パラメータ（特徴量）と、しきい値とを比較することにより、風力発電装置に設けられた機器（監視対象）の異常を診断する状態監視システムが開示されている。当該状態監視システムにおいては、各測定タイミングにおける特徴量が記憶部に保存され、特徴量の経時的な変化が表示される。ユーザは、特徴量の経時的な傾向（トレンド）を視覚的に確認することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１８５５０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
或る測定時刻から一定時間が経過するまでの測定時間間隔において加速度センサによって測定された全ての加速度の時系列データ（生波形データ）の形状を視覚的に確認することにより、監視対象の状態変化の有無を簡易的に確認することができる。しかし、測定時間間隔経過後に生波形データの形状を確認することができるように、生波形データを記憶部に保存すると記憶部の容量が不足するタイミングの到来が早まり、監視対象の状態の変化を記録可能な期間が短くなる。
【０００５】
特許文献１においては、生波形データの特徴量が記憶部に保存されている。しかし、記憶部に保存されている特徴量から生波形データの形状を再現することは困難である。
【０００６】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、監視対象の状態変化を確認し易くするとともに、当該状態変化を記録可能な期間の短縮を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る状態監視装置は、監視対象に設置された加速度センサによって測定された複数の物理量を受ける。状態監視装置は、記憶部と、制御部とを備える。制御部は、加速度センサによって測定されたＮ個（Ｎ≧２）の物理量が、測定された時刻順に順序付けられた第１波形データを作成する。制御部は、第１波形データのＮ個の物理量の順序に従って、当該Ｎ個の物理量をＭ個（Ｎ＞Ｍ）のグループに分ける。制御部は、Ｍ個のグループの各々について絶対値が最も大きい物理量と当該物理量の第１波形データにおける順番とのペアの集合を、第２波形データとして記憶部に保存する。
【０００８】
好ましくは、状態監視装置は、表示部をさらに備える。制御部は、Ｎ個の物理量が順序付けられた第３波形データを作成する。制御部は、第３波形データのＮ個の物理量のうち、第２波形データの各ペアに含まれる順番の物理量は当該順番に関連付けられた物理量とする。制御部は、第２波形データの各ペアに含まれていない順番の物理量は予め定められた値とする。制御部は、第３波形データを表示部に表示する。
【０００９】
好ましくは、制御部は、初回の第１波形データの特徴量を参照特徴量の初期値として設定する。制御部は、今回の参照特徴量に対する今回の第１波形データの特徴量の変化率が基準値より大きい場合、今回の第１波形データを記憶部に保存するとともに、次回の参照特徴量を今回の第１波形データの特徴量に更新する。制御部は、当該変化率が基準値よりも小さい場合、今回の第２波形データを記憶部に保存する。
【００１０】
より好ましくは、制御部は、今回の第１波形データの周波数解析によって得られたＫ個（Ｋ≧２）の物理量が周波数によって順序付けられた第４波形データを作成する。制御部は、変化率が基準値よりも小さい場合、Ｋ個の物理量の順序に従って、Ｋ個の物理量をＬ個（Ｌ＜Ｋ）のグループに分ける。制御部は、Ｌ個のグループの各々について絶対値が最も大きい物理量と当該物理量の第４波形データにおける順番とのペアの集合を、第５波形データとして記憶部に保存する。
【００１１】
本発明に係る状態監視システムは、加速度センサと、上記の状態監視装置とを備える。状態監視装置は、加速度センサによって測定された複数の物理量を受ける。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る異常監視装置によれば、第１波形データのＭ個のグループの各々について絶対値が最も大きい物理量と当該物理量の第１波形データにおける順番とのペアの集合を第２波形データとして記憶部に保存することにより、監視対象の状態変化を確認し易くするとともに、当該状態変化を記録可能な期間の短縮を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態に係る状態監視システムの監視対象である風力発電装置の構成を概略的に示した図である。
【図２】実施の形態に係る状態監視システムの機能構成を示す機能ブロック図である。
【図３】図２の制御部によって行なわれる振動測定の処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】（ａ）オリジナル波形データの概略的なデータ構造、（ｂ）簡略波形データの概略的なデータ構造、および（ｃ）表示用波形データの概略的なデータ構造を併せて示す図である。
【図５】図３の簡略波形データの保存処理の具体的な処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【図６】図２の制御部によって行なわれる簡略波形データを表示部に表示する処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】表示部に表示された０秒から５秒までの生波形データおよび生波形データの概略波形データを併せて示す図である。
【図８】図７に示される生波形データおよび概略波形データ各々の１秒から１．１秒までの部分を拡大した図である。
【図９】表示部に表示されたスペクトル波形データおよびスペクトル波形データの概略波形データを併せて示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００１５】
図１は、実施の形態に係る状態監視システムの監視対象である風力発電装置１０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２２と、ブレード３０と、増速機４０と、発電機５０と、主軸受６０と、加速度センサ７０と、状態監視装置８０とを備える。増速機４０、発電機５０、主軸受６０、加速度センサ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。
【００１６】
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る。主軸２０は、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、ハブ２２を介して、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。
【００１７】
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、たとえば、自動調芯ころ軸受や円すいころ軸受、円筒ころ軸受、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。
【００１８】
加速度センサ７０は、ナセル９０の内部の機器（監視対象）に固設される。たとえば、主軸受６０の上面に設置された加速度センサ７０は、主軸受６０の状態を監視する。増速機４０の上面に設置された加速度センサ７０は、増速機４０の状態を監視する。発電機５０の上面に設置された加速度センサ７０は、発電機５０の状態を監視する。
【００１９】
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。なお、特に図示しないが、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。
【００２０】
状態監視装置８０は、ナセル９０の内部に設けられ、加速度センサ７０が検出した各機器の振動データを受ける。図示はしていないが、加速度センサ７０と状態監視装置８０とは、有線ケーブルで接続されている。
【００２１】
図２は、実施の形態に係る状態監視システム１の機能構成を示す機能ブロック図である。図２に示されるように、状態監視システム１は、加速度センサ７０と、状態監視装置８０とを備える。状態監視装置８０は、制御部８１と、記憶部８２と、表示部８３とを含む。
【００２２】
加速度センサ７０は、測定時間間隔において監視対象の加速度を複数回測定し、制御部８１に出力する。
【００２３】
制御部８１は、或る測定時間間隔において加速度センサ７０によって測定された生波形データを解析して、異常振動を検知する。制御部８１は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）のようなコンピュータを含む。
【００２４】
記憶部８２は、不揮発性のメモリを含む。記憶部８２には、加速度センサ７０によって測定された複数の加速度が保存される。
【００２５】
或る測定時間間隔において加速度センサ７０によって測定された生波形データの形状を視覚的に確認することにより、監視対象の状態変化の有無を簡易的に確認することができる。しかし、測定時間間隔経過後に生波形データの形状を確認することができるように、生波形データを記憶部８２に保存すると記憶部の容量が不足するタイミングの到来が早まる。その結果、監視対象の状態の変化を記録可能な期間が短くなる。
【００２６】
特徴量が急激に増加した場合等、特徴量のトレンドに変化が生じた場合、監視対象の状態に変化が生じた可能性が高い。そのため、当該特徴量に対応する生波形データを用いた詳細な診断を行なって、異常発生の有無を高精度に判定する必要性が高い。一方、特徴量のトレンドにほとんど変化がない場合、監視対象の状態に変化がないことを生波形データの形状を視覚的に確認することで簡易的に判定することが多い。
【００２７】
そこで、実施の形態においては、特徴量のトレンドに変化が生じた場合に生波形データが記憶部８２に保存される。一方、特徴量のトレンドに変化が生じていない場合には、簡略波形データが記憶部８２に保存される。簡略波形データは、生波形データの容量が削減されたデータであるとともに、生波形データの形状を表示部８３において再現可能なデータである。
【００２８】
生波形データをそのまま記憶部に保存するか、あるいは生波形データの容量を削減して記憶部に保存するかを特徴量のトレンドに応じて切り替えることにより、記憶部の容量の減少を抑制することができるとともに、監視対象の状態変化に対する詳細判定あるいは簡易判定を必要に応じて使い分けることができる。その結果、監視対象の状態変化を確認し易くするとともに、当該状態変化を記録可能な期間の短縮を抑制することができる。
【００２９】
図３は、図２の制御部８１によって行なわれる振動測定の処理の流れを示すフローチャートである。図３に示される処理は、不図示のメインルーチンによって測定開始時刻毎に呼び出される。以下ではステップを単にＳと記載する。
【００３０】
図３に示されるように、制御部８１は、Ｓ１１において、風力発電装置１０の現在の運転状況が有効な運転条件を満たすか否かを判定する。たとえば、主軸２０（ブレード３０）の回転速度が基準速度よりも低い場合、あるいは発電機５０の発電電力が基準電力よりも低い場合には、風力発電装置１０の現在の運転状況が有効な運転条件を満たしていないと判定される。風力発電装置１０の現在の運転状況が有効な運転条件を満たしていない場合（Ｓ１１においてＮＯ）、制御部８１は、メインルーチンに処理を返す。
【００３１】
風力発電装置１０の現在の運転状況が有効な運転条件を満たしている場合（Ｓ１１においてＹＥＳ）、制御部８１は、Ｓ１２において、一定時間の間、加速度センサ７０から加速度を複数回受けて今回の生波形データ（第１波形データ）を作成し、処理をＳ１３に進める。制御部８１は、Ｓ１３において、生波形データから特徴量として実効値を算出し、処理をＳ１４に進める。制御部８１は、Ｓ１４において、生波形データを周波数解析してスペクトル波形データ（第４波形データ）を作成し、処理をＳ１５に進める。
【００３２】
制御部８１は、Ｓ１５において、状態監視装置８０にとって今回の振動測定が初回の振動測定か否かを判定する。今回の振動測定が初回の振動測定である場合（Ｓ１５においてＹＥＳ）、制御部８１は、Ｓ１６において、今回の生波形データを記憶部８２に保存し、処理をＳ１７に進める。制御部８１は、Ｓ１７において、今回の特徴量を参照特徴量に設定し、処理をメインルーチンに返す。
【００３３】
今回の振動測定が初回の振動測定ではない場合（Ｓ１５においてＮＯ）、制御部８１は、Ｓ１８において、参照特徴量に対する今回の特徴量の変化率が基準値（たとえば５％）以上であるか否かを判定する。なお、参照特徴量に対する今回の特徴量の変化率とは、今回の特徴量と参照特徴量との差の絶対値を参照特徴量で除した値である。
【００３４】
参照特徴量に対する今回の特徴量の変化率が基準値以上である場合（Ｓ１８においてＹＥＳ）、制御部８１は、特徴量のトレンドが変化したとして、Ｓ１６において、生波形データを記憶部８２に保存するとともに、Ｓ１７において参照特徴量を今回の特徴量に更新して、処理をメインルーチンに戻す。
【００３５】
参照特徴量に対する今回の特徴量の変化率が基準値未満である場合（Ｓ１８においてＮＯ）、制御部８１は、特徴量のトレンドが変化していないとして、Ｓ１９において、生波形データの簡略波形データ（第２波形データ）およびスペクトル波形データの簡略波形データ（第５波形データ）を作成して記憶部８２に保存し、処理をメインルーチンに返す。Ｓ１９の具体的な処理内容については、図４を用いて生波形データと簡略波形データとの関係を説明した後、図５を用いて説明する。
【００３６】
図４は、（ａ）オリジナル波形データの概略的なデータ構造、（ｂ）簡略波形データの概略的なデータ構造、および（ｃ）表示用波形データの概略的なデータ構造を併せて示す図である。オリジナル波形データとは、容量削減の対象となるデータであり、図３の生波形データおよびスペクトル波形データがオリジナル波形データに該当する。
【００３７】
図４（ａ）を参照しながら、オリジナル波形データは、同じ次元（無次元を含む）の複数の物理量が順序付けられたデータである。生波形データにおいては複数の加速度（ｍ／ｓ２）が測定時刻順に順序付けられている。スペクトル波形データにおいては、生波形データの周波数解析によって得られた複数の加速度（ｍ／ｓ２）が周波数によって順序付けられている。実施の形態においてオリジナル波形データは、１２８００個の物理量が順序付けられたデータである。オリジナル波形データは、たとえば１２８００個の１次元配列に格納される。オリジナル波形データに含まれる物理量の数は、１２８００個に限定されない。
【００３８】
実施の形態において、生波形データは、物理量の順序に従って、１２８００個の物理量を１６００個のグループに分けられる。各グループに含まれる物理量の個数は８個である。グループの数は、１６００個に限定されない。
【００３９】
各グループについて絶対値が最も大きい代表物理量が特定される。たとえば、グループ１の代表物理量は４番目の物理量ａ４であり、グループ２の代表物理量は１２番目の物理量ａ１２であり、グループ１６００の代表物理量は１２７９８番目のｚ６である。
【００４０】
図４（ｂ）を参照しながら、簡略波形データは、各グループの代表物理量と当該代表物理量のオリジナル波形データにおける順番とのペアの集合である。たとえば、グループ１のペア（４，ａ４）、グループ２のペア（１２，ａ１２）、およびグループ１６００のペア（１２７９８，ｚ６）が、簡略波形データに含まれる。簡略波形データにオリジナル波形データの各グループの代表物理量が含まれることにより、オリジナル波形データの形状において特徴的なピークを形成する物理量が簡略波形データに含まれる。その結果、オリジナル波形データの特徴的な形状を簡略波形データによって再現することができる。
【００４１】
なお、簡略波形データに格納される物理量の数は、オリジナル波形データに格納される物理量よりも少ない。しかし、簡略波形データには、物理量に加えて順番が格納される必要がある。１つの物理量を格納するのに必要な容量と１つの順番を格納するのに必要な容量が同じである場合、簡略波形データの容量をオリジナル波形データの容量よりも小さくするためには、生波形データの各グループに含まれる物理量の数を３以上にする必要がある。
【００４２】
図４（ｃ）を参照しながら、表示用波形データ（第３波形データ）は、オリジナル波形データと同じ個数の物理量が順序付けられたデータである。表示用波形データに含まれる物理量のうち、簡略波形データの各ペアに含まれる順番の物理量は当該順番に関連付けられた代表物理量に設定される。簡略波形データの各ペアに含まれていない順番の物理量は予め定められた値ｃｎに設定される。実施の形態において値ｃｎは０とする。予め定めされた値ｃｎは、たとえば生波形データの平均値であってもよい。
【００４３】
表示用波形データに含まれる物理量のうち、簡略波形データのペア（４，ａ４）に含まれる順番４の物理量は代表物理量ａ４とし、ペア（１２，ａ１２）に含まれる順番１２の物理量は代表物理量ａ１２とし、ペア（１２７９８，ｚ６）に含まれる順番１２７９８の物理用は代表物理量ｚ６とする。また、たとえば順番７は代表物理量の順番ではないため、簡略波形データの各ペアに含まれていない。そのため、表示用波形データの順番７の物理量は値ｃｎとなる。
【００４４】
図５は、図３の簡略波形データの保存処理（Ｓ１９）の具体的な処理の流れを説明するためのフローチャートである。図５に示される処理は、図３のＳ１２，Ｓ１４においてそれぞれ作成された生波形データおよびスペクトル波形データの各々をオリジナル波形データとして行なわれる。
【００４５】
図５に示されるように、制御部８１は、Ｓ１９１において、オリジナル波形データを複数のグループに分割して処理をＳ１９２に処理を進める。制御部８１は、Ｓ１９２において各グループの代表物理量を特定し、処理をＳ１９３に進める。制御部８１は、Ｓ１９３において、代表物理量およびオリジナル波形データにおける代表物理量の順番のペアの集合を簡略波形データとして記憶部８２に保存し、処理をメインルーチンに返す。
【００４６】
図６は、図２の制御部８１によって行なわれる簡略波形データを表示部８３に表示する処理の流れを示すフローチャートである。図６に示されるように、制御部８１は、Ｓ２０１において、表示用波形データに含まれる物理量のうち、簡略波形データの各ペアに含まれる順番の物理量を当該順番に関連付けられた代表物理量に設定し、処理をＳ２０２に進める。制御部８１は、Ｓ２０２において、表示用波形データに含まれる物理量のうち、簡略波形データの各ペアに含まれていない順番の物理量を０に設定し、処理をＳ２０３に進める。制御部８１は、Ｓ２０３において、表示用波形データを表示部８３に表示し、処理をメインルーチンに返す。
【００４７】
以下では、図７〜図９を用いて、表示部８３に表示されたオリジナル波形データの形状と概略波形データの形状との比較を行なう。
【００４８】
図７は、表示部８３に表示された０秒から５秒までの生波形データおよび生波形データの概略波形データを併せて示す図である。図７に示されるように、（ａ）生波形データの形状および（ｂ）概略波形データの形状は、視覚的にはほとんど同じである。
【００４９】
図８は、図７に示される生波形データおよび概略波形データ各々の１秒から１．１秒までの部分を拡大した図である。図８においては、（ａ）生波形データの形状および（ｂ）概略波形データの形状の差異を視覚的に確認することができる。図８（ａ）に示されている特徴的なピークは、図８（ｂ）においても再現されている。たとえば、図８（ａ）に示されるピークＰ１，Ｐ２，Ｐ３は、図８（ｂ）においてピークＰ１ａ，Ｐ２ａ，Ｐ３ａとしてそれぞれ再現されている。
【００５０】
図９は、表示部８３に表示されたスペクトル波形データおよびスペクトル波形データの概略波形データを併せて示す図である。図９に示されるように、図９（ａ）に示されるスペクトル波形データの特徴的なピークは、図９（ｂ）に示される概略波形データにおいても再現されており、両者の形状は視覚的にほとんど同じである。たとえば、図９（ａ）に示されるピークＰ１１，Ｐ１２，Ｐ１３は、図９（ｂ）においてピークＰ１１ａ，Ｐ１２ａ，Ｐ１３ａとしてそれぞれ再現されている。
【００５１】
簡略波形データには、オリジナル波形データの特徴的なピークを示す物理量が残されているため、オリジナル波形データの形状の特徴が含まれている。簡略波形データの形状を視覚的に確認することにより、オリジナル波形データの形状の特徴に変化があるかないかを簡易的に判定することができる。
【００５２】
以上、実施の形態に係る状態監視システムによれば、監視対象の状態変化を確認し易くするとともに、当該状態変化を記録可能な期間の短縮を抑制することができる。
【００５３】
今回開示された各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。
【符号の説明】
【００５４】
１  状態監視システム、１０  風力発電装置、２０  主軸、２２  ハブ、３０  ブレード、４０  増速機、５０  発電機、６０  主軸受、７０  加速度センサ、８０  状態監視装置、８１  制御部、８２  記憶部、８３  表示部、９０  ナセル、１００  タワー。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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