專(zhuān)利名稱(chēng)：可組網(wǎng)便攜式汽輪機(jī)組振動(dòng)數(shù)據(jù)采集與故障分析系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于汽輪機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)局部測(cè)點(diǎn)振動(dòng)數(shù)據(jù)采集與故障分析系統(tǒng)，屬于 汽輪機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
火力發(fā)電占我國(guó)總發(fā)電量的大部分，而承擔(dān)火力發(fā)電的汽輪機(jī)主要是超臨界、超 超臨界汽輪機(jī)組。汽輪機(jī)組的運(yùn)行情況，將直接關(guān)系到人們正常的生產(chǎn)生活。以一臺(tái)600MW 汽輪機(jī)為例，一旦發(fā)生故障而停機(jī)，可能會(huì)影響到60萬(wàn)居民的照明用電。因此，對(duì)汽輪機(jī)的 運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)其出現(xiàn)的故障進(jìn)行分析診斷，對(duì)于保證汽輪機(jī)良好運(yùn)行，降低企 業(yè)成本，保證人們正常的日常生活，有著非常重大的意義。超臨界、超超臨界大型汽輪發(fā)電機(jī)組是我國(guó)中長(zhǎng)期科技發(fā)展規(guī)劃中的能源領(lǐng)域的 重點(diǎn)研究課題。超臨界、超超臨界汽輪機(jī)組，在運(yùn)行時(shí)通常發(fā)生的故障包括轉(zhuǎn)子不對(duì)中、斷 裂、磨碰、油膜渦動(dòng)、過(guò)熱、過(guò)壓等等，因此需要對(duì)汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速、軸振、瓦振、脹差、偏心、溫 度、壓力等等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。這些參數(shù)按照變化快慢可以分為快變信號(hào)、慢變信號(hào)以及開(kāi)關(guān) 量信號(hào)。對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，然后進(jìn)行分析診斷，可以及早發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)存在的故障，然后 作出處理，以避免出現(xiàn)重大損失。在汽輪機(jī)組調(diào)試現(xiàn)場(chǎng)局部測(cè)點(diǎn)采集振動(dòng)數(shù)據(jù)時(shí)，提供一種能方便現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試人員使 用的便攜式汽輪機(jī)組振動(dòng)數(shù)據(jù)采集與故障分析系統(tǒng)顯得很有必要。而現(xiàn)有的汽輪機(jī)組振動(dòng) 數(shù)據(jù)采集與故障分析系統(tǒng)大致可分為兩類(lèi)一類(lèi)是與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)(IPC)配合使用的汽 輪機(jī)組振動(dòng)數(shù)據(jù)采集與故障分析系統(tǒng)，IPC是一種基于串行總線(xiàn)的多模塊組成的工業(yè)控制 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，由于采用串行總線(xiàn)，存在體積不夠緊湊小巧的不足，而且，大多是獨(dú)立的單個(gè) 系統(tǒng)，不便于與其他系統(tǒng)組網(wǎng)以動(dòng)態(tài)分配任務(wù)，因此處理效率欠佳，使用靈活性不夠。另一 類(lèi)是基于嵌入式系統(tǒng)的汽輪機(jī)組振動(dòng)數(shù)據(jù)采集與故障分析系統(tǒng)，這類(lèi)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊功 耗低的特點(diǎn)，但是系統(tǒng)處理能力較弱，單臺(tái)設(shè)備只能處理預(yù)先設(shè)定好的單一的任務(wù)。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有的汽輪機(jī)組振動(dòng)數(shù)據(jù)采集與故障分析系統(tǒng)存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明 提供一種結(jié)構(gòu)緊湊小巧、方便攜帶、能夠與其他系統(tǒng)組網(wǎng)以動(dòng)態(tài)分配任務(wù)、處理效率高、使 用靈活性好的汽輪機(jī)組振動(dòng)數(shù)據(jù)采集與故障分析系統(tǒng)?？山M網(wǎng)便攜式汽輪機(jī)組振動(dòng)數(shù)據(jù)采集與故障分析系統(tǒng)，包括ARM主控模塊、電源 模塊、故障診斷模塊、對(duì)傳感器傳遞的快變及鍵相信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理的信號(hào)調(diào)理模塊，所述信 號(hào)調(diào)理模塊的輸出端連接可對(duì)多路同步快變信號(hào)進(jìn)行鍵相采集的同步快變信號(hào)采集模塊， 所述同步快變信號(hào)采集模塊的輸出端與ARM主控模塊通過(guò)總線(xiàn)通訊連接，ARM主控模塊內(nèi) 設(shè)有對(duì)同步快變信號(hào)采集模塊的傳遞數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、通訊、分析、診斷以及人機(jī)交互的系統(tǒng) 設(shè)置及狀態(tài)監(jiān)測(cè)分析程序，以及通過(guò)有線(xiàn)通訊或/和無(wú)線(xiàn)通訊方式將多臺(tái)系統(tǒng)組網(wǎng)以動(dòng)態(tài) 分配采集和診斷任務(wù)的分布式組網(wǎng)程序；所述故障診斷模塊接收ARM主控模塊通過(guò)總線(xiàn)傳遞的數(shù)據(jù)并診斷，診斷結(jié)果通過(guò)總線(xiàn)反饋給ARM主控模塊；所述電源模塊通過(guò)總線(xiàn)為信號(hào) 調(diào)理模塊、同步快變信號(hào)采集模塊以及ARM主控模塊提供電源；所述總線(xiàn)為PC/104并行總 線(xiàn)。進(jìn)一步，所述ARM主控模塊包括中央處理子模塊、用于安裝操作系統(tǒng)和存儲(chǔ)數(shù)據(jù) 的存儲(chǔ)子模塊、用于以有線(xiàn)通訊或/和無(wú)線(xiàn)通訊方式接入局域網(wǎng)或Internet網(wǎng)的通訊子模 塊、以及人機(jī)交互子模塊；所述中央處理子模塊通過(guò)總線(xiàn)接收、處理和分析數(shù)據(jù)，并對(duì)通訊 子模塊、存儲(chǔ)子模塊、人機(jī)交互子模塊進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。所述有線(xiàn)通訊包括工業(yè)以太網(wǎng)通訊， 無(wú)線(xiàn)通訊包括GPRS無(wú)線(xiàn)通訊和3G無(wú)線(xiàn)通訊。所述存儲(chǔ)子模塊包括外擴(kuò)的用于安裝操作系 統(tǒng)的SDRAM和FLASH、以及用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的HDD硬盤(pán)。更進(jìn)一步，所述ARM主控模塊、電源模塊、故障診斷模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、同步快變 信號(hào)采集模塊均有獨(dú)立的處理器。所述同步快變信號(hào)采集模塊內(nèi)設(shè)FPGA(Field-Programmable GateArray)采樣控 制程序，所述FPGA采樣控制程序與ARM主控模塊之間通過(guò)支持查詢(xún)及中斷的DMA方式傳遞 數(shù)據(jù)。所述故障診斷模塊(3)包括可選擇使用的小波診斷模塊、EMD(EmpiricalMode Decomposition,經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分角軍)診斷模塊、以及 ICA (independentcomponent analysis,獨(dú) 立分量分析)診斷模塊。優(yōu)選的，所述電源模塊包括主電源模塊、冗余電源模塊，以及控制轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)在主電 源模塊與冗余電源模塊之間切換的電源控制模塊。本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思在于汽輪機(jī)現(xiàn)場(chǎng)，由傳感器變送過(guò)來(lái)的信號(hào)，首先經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào) 理模塊預(yù)處理，將傳感器傳進(jìn)來(lái)的非標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)。然后經(jīng)過(guò)同步快變信 號(hào)采集模塊整周期鍵相采集后，傳送給ARM主控模塊。ARM主控模塊內(nèi)設(shè)有將多臺(tái)系統(tǒng)組網(wǎng) 以動(dòng)態(tài)分配采集和診斷任務(wù)的分布式組網(wǎng)程序，于是ARM主控模塊通過(guò)PC/104并行總線(xiàn)讀 取同步快變信號(hào)采集模塊采集后的數(shù)據(jù)后，可以把這些數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)服務(wù)器，或者與其 它分布式組網(wǎng)的系統(tǒng)共享，以動(dòng)態(tài)分配采集和診斷任務(wù)，完成對(duì)汽輪機(jī)組的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故 障診斷，單臺(tái)設(shè)備可以與其它設(shè)備平行運(yùn)行，也可作為服務(wù)器運(yùn)行。同步快變信號(hào)采集模塊中，F(xiàn)PGA采樣控制模塊主要負(fù)責(zé)對(duì)所采信號(hào)進(jìn)行分析、運(yùn) 算，并把處理后的信號(hào)通過(guò)PC/104并行總線(xiàn)上傳給ARM主控模塊。FPGA采樣控制模塊與 ARM主控模塊之間數(shù)據(jù)的傳遞，擬首選用DMA方式，支持查詢(xún)或者中斷的方式。采用DMA方 式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，可以大大減輕ARM主控模塊的負(fù)荷，以便ARM能有更多的資源處理其它任 務(wù)。電源模塊按照PC/104并行總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)PC/104并行總線(xiàn)為系統(tǒng)的其 它模塊供電。配備冗余電源模塊，當(dāng)主電源模塊出現(xiàn)供電故障后，電源控制模塊立即將轉(zhuǎn)換 開(kāi)關(guān)從主電源模塊斷開(kāi)，而后將開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)向冗余電源模塊，保證系統(tǒng)的正常供電。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于(1)基于可擴(kuò)展PC/104并行總線(xiàn)，采用一主多從的嵌入式多CPU構(gòu)架方式，各模塊 均有相對(duì)獨(dú)立的處理器(CPU)，ARM主控模塊作為控制核心，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)、管理系統(tǒng)的各個(gè)模 塊。各功能模塊采用PC/104工業(yè)總線(xiàn)架構(gòu)，總線(xiàn)規(guī)范、可靠性高、在保持IPC總線(xiàn)性能的同 時(shí)還緊湊小巧、是普通IPC體積的十分之一，非常適用現(xiàn)場(chǎng)便攜操作。
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(2)借助于有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，單個(gè)小系統(tǒng)能夠和其它系統(tǒng)進(jìn)行分布式組 網(wǎng)。多個(gè)小系統(tǒng)可以組成一個(gè)大系統(tǒng)。大系統(tǒng)可以動(dòng)態(tài)為每一個(gè)小系統(tǒng)分配任務(wù)，待小系統(tǒng) 完成各自任務(wù)后，大系統(tǒng)再將任務(wù)綜合求解。分布式組網(wǎng)后所形成的系統(tǒng)在穩(wěn)定性方面， 繼承了小系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)；在功能方面，由于可以動(dòng)態(tài)分配任務(wù)，然后再將任務(wù)綜合求 解，因此能夠協(xié)同完成較復(fù)雜的監(jiān)測(cè)與診斷任務(wù)，可與其它類(lèi)似集中式大系統(tǒng)相媲美。(3)系統(tǒng)的各個(gè)模塊均有各自相對(duì)獨(dú)立的處理器(CPU)。各模塊相對(duì)獨(dú)立的處理 器(CPU)，在ARM主控模塊的統(tǒng)一調(diào)配下運(yùn)行。各模塊單獨(dú)的CPU使得各個(gè)模塊在功能方面 有了很大提升，同時(shí)也大大減輕了 ARM主控模塊的運(yùn)算壓力，系統(tǒng)整體性能提高。(4)故障診斷模塊可以選擇小波診斷模塊、EMD診斷模塊、ICA診斷模塊中的一種 或者幾種對(duì)汽輪機(jī)的各類(lèi)故障進(jìn)行診斷，故障診斷覆蓋面寬，診斷靈活性高。(5)開(kāi)發(fā)FPGA采樣控制模塊用于同步快變的采集，功能專(zhuān)一、可靠性高；(6) ARM主控模塊的通訊子模塊，加入了 3G通訊方式。


圖1為汽輪機(jī)組振動(dòng)數(shù)據(jù)采集與故障分析系統(tǒng)的模塊結(jié)構(gòu)圖。圖2為ARM主控模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為ARM主控模塊軟件功能框圖。圖4為電源模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為FPGA采樣控制程序功能框圖。
具體實(shí)施例方式參見(jiàn)圖1，一種可組網(wǎng)便攜式的汽輪機(jī)組振動(dòng)數(shù)據(jù)采集與故障分析系統(tǒng)，由ARM主 控模塊1、電源模塊2、故障診斷模塊3、對(duì)傳感器傳遞的快變及鍵相信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理的信號(hào) 調(diào)理模塊4、以及可對(duì)同步快變信號(hào)進(jìn)行鍵相采集的8路同步快變信號(hào)采集模塊5組成，各 模塊均基于PC/104并行總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，所述信號(hào)調(diào)理模塊4的輸出端連接同步快變信號(hào)采 集模塊5，所述同步快變信號(hào)采集模塊5的輸出端與ARM主控模塊1通過(guò)PC/104并行總線(xiàn) 通訊連接，ARM主控模塊1內(nèi)設(shè)有對(duì)同步快變信號(hào)采集模塊5的傳遞數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、通訊、 分析、診斷以及人機(jī)交互的系統(tǒng)設(shè)置及狀態(tài)監(jiān)測(cè)分析程序，以及通過(guò)有線(xiàn)通訊及無(wú)線(xiàn)通訊 方式將多臺(tái)系統(tǒng)組網(wǎng)以動(dòng)態(tài)分配采集和診斷任務(wù)的分布式組網(wǎng)程序，有線(xiàn)通訊及無(wú)線(xiàn)通訊 是分布式組網(wǎng)的硬件基礎(chǔ)，當(dāng)然，分布式組網(wǎng)程序也可采用單一的有通訊線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)通訊方 式。所述故障診斷模塊3接收ARM主控模塊1通過(guò)總線(xiàn)傳遞的數(shù)據(jù)并診斷，診斷結(jié)果通過(guò) PC/104并行總線(xiàn)反饋給ARM主控模塊1 ；所述電源模塊2通過(guò)PC/104并行總線(xiàn)為信號(hào)調(diào)理 模塊4、同步快變信號(hào)采集模塊5以及ARM主控模塊1提供電源。信號(hào)調(diào)理模塊4主要任務(wù)是把傳感器傳進(jìn)來(lái)的非標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，進(jìn)行一定的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn) 化成士5V的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)。在不同的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，傳感器的類(lèi)型可能不一樣，則傳感器輸出 的信號(hào)也就不一樣，例如電渦流傳感器、加速度傳感器等。為了使系統(tǒng)能夠接收不同類(lèi)型傳 感器的信號(hào)，系統(tǒng)的信號(hào)調(diào)理模塊能夠調(diào)理常用傳感器的輸出信號(hào)，在現(xiàn)場(chǎng)，用戶(hù)可以根據(jù) 不同的傳感器，挑選帶不同的預(yù)處理電路的信號(hào)調(diào)理模塊4。所述ARM主控模塊1、電源模塊2、故障診斷模塊3、信號(hào)調(diào)理模塊4、同步快變信號(hào)采集模塊5均有獨(dú)立的處理器。ARM主控模塊1以微處理器ARM9 (ATMEL AT91SAM9263)芯 片為核心，同步快變信號(hào)采集模塊5以現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯陣列器件FPGA為核心，電源模塊2 以AT89S52作為控制核心，信號(hào)調(diào)理模塊4以AT89S52為核心，故障診斷模塊3以DSP芯片 為處理核心。ARM主控模塊1作為控制核心，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)、管理系統(tǒng)的各個(gè)模塊。各模塊單獨(dú) 的CPU使得各個(gè)模塊在功能方面有了很大提升，同時(shí)也大大減輕了 ARM主控模塊1的運(yùn)算 壓力，系統(tǒng)整體性能提高。所述故障診斷模塊3包括可選擇使用的小波診斷模塊、EMD (EmpiricalMode Decomposition,經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分角軍)診斷模塊、以及 ICA (independentcomponent analysis,獨(dú) 立分量分析)診斷模塊。單系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)際需求，添加滿(mǎn)足其需求的單個(gè)或多個(gè)故障診斷 模塊3。開(kāi)始診斷后，ARM主控模塊1將所采集到的數(shù)據(jù)利用通過(guò)PC/104并行總線(xiàn)傳給故 障診斷模塊3，故障診斷模塊3接收數(shù)據(jù)后，開(kāi)始診斷，待診斷完成后將診斷結(jié)果反饋給ARM 主控模塊1。參見(jiàn)圖2，ARM主控模塊1由中央處理子模塊11、存儲(chǔ)子模塊12、通訊子模塊13、 人機(jī)交互子模塊14構(gòu)成。在存儲(chǔ)子模塊12中，移植裁剪后的linux-2. 6. 27操作系統(tǒng)以及 文件系統(tǒng)。ARM9中央處理子模塊11是控制核心，負(fù)責(zé)利用PC/104并行總線(xiàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)的接 受，然后進(jìn)行處理和分析，同時(shí)對(duì)通訊子模塊13、存儲(chǔ)子模塊12、人機(jī)交互子模塊14進(jìn)行協(xié) 調(diào)控制；通訊子模塊13包括有線(xiàn)通訊和無(wú)線(xiàn)通訊。有線(xiàn)通訊包括工業(yè)以太網(wǎng)通訊，無(wú)線(xiàn)通 訊包括串口通訊、USB通訊、GPRS無(wú)線(xiàn)通訊和3G無(wú)線(xiàn)通訊。系統(tǒng)可以通過(guò)有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)通訊 模塊，接入企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)、Internet網(wǎng)。存儲(chǔ)子模塊12包括外擴(kuò)的SDRAM、FLASH、以及 HDD硬盤(pán)等，SDRAM和FLASH主要用來(lái)安裝操作系統(tǒng)，HDD硬盤(pán)用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。人機(jī)交互子模塊14內(nèi)設(shè)置人機(jī)界面和GPIO(通用輸入/輸出)按鍵，人機(jī)界面采 用ARM9中央處理子模塊11驅(qū)動(dòng)LCD驅(qū)動(dòng)器、LCD驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)LCD液晶屏的方式，LCD液晶 屏可以選配觸摸LCD液晶屏，此時(shí)還需要增加觸摸屏處理器。ARM9中央處理子模塊11和鍵 盤(pán)、報(bào)警燈之間通過(guò)GPIO按鍵連接。用戶(hù)通過(guò)鼠標(biāo)和鍵盤(pán)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)如采樣速率、報(bào) 警值等進(jìn)行設(shè)置。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，用戶(hù)能夠利用系統(tǒng)的觸摸LCD液晶屏，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)汽輪機(jī)的運(yùn) 行狀態(tài)，用戶(hù)可以查看各通道信號(hào)的波形、峰-峰值、頻譜，并且可以動(dòng)態(tài)顯示轉(zhuǎn)子軸心軌 跡。當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到某項(xiàng)指標(biāo)超過(guò)系統(tǒng)設(shè)定的報(bào)警值后，系統(tǒng)會(huì)點(diǎn)亮報(bào)警燈。系統(tǒng)具有人機(jī) 互動(dòng)性好、操作方便的優(yōu)點(diǎn)。圖3為ARM主控模塊軟件功能框圖，ARM主控模塊軟件包括系統(tǒng)設(shè)置、實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān) 測(cè)、故障診斷、重要參數(shù)設(shè)置四個(gè)功能模塊；系統(tǒng)設(shè)置功能包括系統(tǒng)自檢、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)置， 信號(hào)通道配置、信號(hào)標(biāo)定、LCD屏亮度配置、IP設(shè)置以及配置報(bào)告。實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)包括顯 示設(shè)置、時(shí)域監(jiān)測(cè)、頻域監(jiān)測(cè)以及監(jiān)測(cè)報(bào)告。故障診斷包括超閾值診斷、超超閾值診斷、常 見(jiàn)故障診斷以及診斷報(bào)告。重要參數(shù)設(shè)置包括系統(tǒng)密碼更改、存儲(chǔ)策略、AD觸發(fā)方式、報(bào) 警設(shè)置、通訊設(shè)置、模塊增減以及分布式組網(wǎng)。參見(jiàn)圖4，電源模塊2按照PC/104并行總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)PC/104并行總線(xiàn) 為系統(tǒng)的其它模塊供電。電源模塊2包括主電源模塊21、冗余電源模塊22，以及控制轉(zhuǎn)換 開(kāi)關(guān)在主電源模塊21與冗余電源模塊22之間切換的電源控制模塊23。當(dāng)主電源模塊21 出現(xiàn)供電故障后，電源控制模塊23立即將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)24從主電源模塊21斷開(kāi)，而后將轉(zhuǎn)換 開(kāi)關(guān)24轉(zhuǎn)向冗余電源模塊22，保證系統(tǒng)的正常供電。
8路同步快變信號(hào)采集模塊5內(nèi)設(shè)置有FPGA采樣控制程序，圖5為FPGA采樣控制 程序功能框圖，F(xiàn)PGA采樣控制程序與ARM主控模塊之間通過(guò)支持查詢(xún)及中斷的DMA方式傳 遞數(shù)據(jù)。同步快變信號(hào)采集模塊2帶有鍵相控制功能。在ARM主控模塊的控制下，根據(jù)主 板上運(yùn)行的驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行多通道同步數(shù)據(jù)采集、保存與通信等工作。FPGA采樣控制程序與 ARM主控模塊通過(guò)PC/104并行總線(xiàn)進(jìn)行通信。當(dāng)ARM主控模塊運(yùn)行采集程序時(shí)，首先對(duì) FPGA采樣控制程序進(jìn)行初始化工作，設(shè)定采樣點(diǎn)數(shù)與采樣觸發(fā)方式，采樣觸發(fā)方式分為定 時(shí)觸發(fā)和鍵相觸發(fā)。鍵相觸發(fā)方式可以實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)振動(dòng)信號(hào)的整周期采樣。初始化工作完 成后，上位機(jī)啟動(dòng)AD采集，F(xiàn)PGA采樣控制程序相應(yīng)進(jìn)入數(shù)據(jù)采集進(jìn)程。FPGA的采集與通信 控制程序采用雙進(jìn)程狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)數(shù)據(jù)采集達(dá)到FIFO (先進(jìn)先出)半滿(mǎn)時(shí)，F(xiàn)PGA停止AD 轉(zhuǎn)換，等待上位機(jī)讀取FIFO中保存的采樣數(shù)據(jù)，當(dāng)FIFO中的數(shù)據(jù)讀空時(shí)，若上位機(jī)未停止 數(shù)據(jù)采集，則FPGA開(kāi)啟新的采集進(jìn)程，直到FIFO半滿(mǎn)，否則停止采集進(jìn)程，狀態(tài)機(jī)回歸初始 態(tài)。本實(shí)施例的工作原理如下汽輪機(jī)現(xiàn)場(chǎng)，由傳感器變送過(guò)來(lái)的信號(hào)，首先經(jīng)過(guò)信號(hào) 調(diào)理模塊4預(yù)處理，將傳感器傳進(jìn)來(lái)的非標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)。然后經(jīng)過(guò)同步 快變信號(hào)采集模塊5整周期鍵相采集后，傳送給ARM主控模塊1。ARM主控模塊1內(nèi)設(shè)有 將多臺(tái)系統(tǒng)組網(wǎng)以動(dòng)態(tài)分配采集和診斷任務(wù)的分布式組網(wǎng)程序，于是ARM主控模塊1通過(guò) PC/104并行總線(xiàn)讀取同步快變信號(hào)采集模塊5采集后的數(shù)據(jù)后，可以把這些數(shù)據(jù)上傳至數(shù) 據(jù)服務(wù)器，或者與其它分布式組網(wǎng)的系統(tǒng)共享，以動(dòng)態(tài)分配采集和診斷任務(wù)，完成對(duì)汽輪機(jī) 組的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷，單臺(tái)設(shè)備可以與其它設(shè)備平行運(yùn)行，也可作為服務(wù)器運(yùn)行。本實(shí)施例可組網(wǎng)便攜式的汽輪機(jī)組振動(dòng)數(shù)據(jù)采集與故障分析系統(tǒng)基于可擴(kuò)展 PC/104并行總線(xiàn)，采用一主多從的嵌入式多CPU構(gòu)架方式，各模塊均有相對(duì)獨(dú)立的處理 器(CPU)，ARM主控模塊作為控制核心，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)、管理系統(tǒng)的各個(gè)模塊。各功能模塊采用 PC/104工業(yè)總線(xiàn)架構(gòu)，總線(xiàn)規(guī)范、可靠性高、在保持IPC總線(xiàn)性能的同時(shí)還緊湊小巧、是普 通IPC體積的十分之一，非常適用現(xiàn)場(chǎng)便攜操作。本實(shí)施例可組網(wǎng)便攜式的汽輪機(jī)組振動(dòng)數(shù)據(jù)采集與故障分析系統(tǒng)借助于有線(xiàn)和 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，單個(gè)小系統(tǒng)能夠和其它系統(tǒng)進(jìn)行分布式組網(wǎng)。多個(gè)小系統(tǒng)可以組成一 個(gè)大系統(tǒng)。大系統(tǒng)可以動(dòng)態(tài)為每一個(gè)小系統(tǒng)分配任務(wù)，待小系統(tǒng)完成各自任務(wù)后，大系統(tǒng)再 將任務(wù)綜合求解。分布式組網(wǎng)后所形成的系統(tǒng)在穩(wěn)定性方面，繼承了小系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的特 點(diǎn)；在功能方面，由于可以動(dòng)態(tài)分配任務(wù)，然后再將任務(wù)綜合求解，因此能夠協(xié)同完成較復(fù) 雜的監(jiān)測(cè)與診斷任務(wù)，可與其它類(lèi)似集中式大系統(tǒng)相媲美。上述實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明技術(shù)內(nèi)容實(shí)現(xiàn)構(gòu)思的列舉，本發(fā)明的保護(hù)范圍不僅限 于上述實(shí)施例，本發(fā)明的保護(hù)范圍可延伸至本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思所能想 到的等同技術(shù)手段。
權(quán)利要求
可組網(wǎng)便攜式汽輪機(jī)組振動(dòng)數(shù)據(jù)采集與故障分析系統(tǒng)，其特征在于包括ARM主控模塊(1)、電源模塊(2)、故障診斷模塊(3)、對(duì)傳感器傳遞的快變及鍵相信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理的信號(hào)調(diào)理模塊(4)，所述信號(hào)調(diào)理模塊(4)的輸出端連接可對(duì)多路同步快變信號(hào)進(jìn)行鍵相采集的同步快變信號(hào)采集模塊(5)，所述同步快變信號(hào)采集模塊(5)的輸出端與ARM主控模塊(1)通過(guò)總線(xiàn)通訊連接，ARM主控模塊(1)內(nèi)設(shè)有對(duì)同步快變信號(hào)采集模塊(5)的傳遞數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、通訊、分析、診斷以及人機(jī)交互的系統(tǒng)設(shè)置及狀態(tài)監(jiān)測(cè)分析程序，以及通過(guò)有線(xiàn)通訊或/和無(wú)線(xiàn)通訊方式將多臺(tái)系統(tǒng)組網(wǎng)以動(dòng)態(tài)分配采集和診斷任務(wù)的分布式組網(wǎng)程序；所述故障診斷模塊(3)接收ARM主控模塊(1)通過(guò)總線(xiàn)傳遞的數(shù)據(jù)并診斷，診斷結(jié)果通過(guò)總線(xiàn)反饋給ARM主控模塊(1)；所述電源模塊(2)通過(guò)總線(xiàn)為信號(hào)調(diào)理模塊(3)、同步快變信號(hào)采集模塊(4)以及ARM主控模塊(1)提供電源；所述總線(xiàn)為PC/104并行總線(xiàn)。
2.如權(quán)利要求1所述的可組網(wǎng)便攜式汽輪機(jī)組振動(dòng)數(shù)據(jù)采集與故障分析系統(tǒng)，其特征 在于所述ARM主控模塊(1)包括中央處理子模塊(11)、用于安裝操作系統(tǒng)和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的 存儲(chǔ)子模塊(12)、用于以有線(xiàn)通訊或/和無(wú)線(xiàn)通訊方式接入局域網(wǎng)或Internet網(wǎng)的通訊子 模塊(13)、以及人機(jī)交互子模塊(14)；所述中央處理子模塊(1)通過(guò)總線(xiàn)接收、處理和分析 數(shù)據(jù)，并對(duì)存儲(chǔ)子模塊(12)、通訊子模塊(13)、人機(jī)交互子模塊(14)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。
3.如權(quán)利要求1或2所述的可組網(wǎng)便攜式汽輪機(jī)組振動(dòng)數(shù)據(jù)采集與故障分析系統(tǒng)，其 特征在于所述同步快變信號(hào)采集模塊(5)內(nèi)設(shè)FPGA采樣控制程序，所述FPGA采樣控制程 序與ARM主控模塊(1)之間通過(guò)支持查詢(xún)及中斷的DMA方式傳遞數(shù)據(jù)。
4.如權(quán)利要求3所述的可組網(wǎng)便攜式汽輪機(jī)組振動(dòng)數(shù)據(jù)采集與故障分析系統(tǒng)，其特征 在于所述ARM主控模塊(1)、電源模塊(2)、故障診斷模塊(3)、信號(hào)調(diào)理模塊(4)、同步快 變信號(hào)采集模塊(5)均有獨(dú)立的處理器。
5.如權(quán)利要求4所述的可組網(wǎng)便攜式汽輪機(jī)組振動(dòng)數(shù)據(jù)采集與故障分析系統(tǒng)，其特 征在于所述故障診斷模塊(3)包括可選擇使用的小波診斷模塊、EMD(Empirical Mode Decomposition,經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分角軍)診斷模塊、以及 ICA (Independent component analysis,獨(dú) 立分量分析)診斷模塊。
6.如權(quán)利要求1所述的可組網(wǎng)便攜式汽輪機(jī)組振動(dòng)數(shù)據(jù)采集與故障分析系統(tǒng)，其特 征在于所述電源模塊(2)包括主電源模塊(21)、冗余電源模塊(22)，以及控制轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān) (24)在主電源模塊(21)與冗余電源模塊(22)之間切換的電源控制模塊(23)。
7.如權(quán)利要求2所述的可組網(wǎng)便攜式汽輪機(jī)組振動(dòng)數(shù)據(jù)采集與故障分析系統(tǒng)，其特征 在于所述有線(xiàn)通訊包括工業(yè)以太網(wǎng)通訊，無(wú)線(xiàn)通訊包括GPRS無(wú)線(xiàn)通訊和3G無(wú)線(xiàn)通訊。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種可組網(wǎng)便攜式汽輪機(jī)組振動(dòng)數(shù)據(jù)采集與故障分析系統(tǒng)，包括ARM主控模塊、電源模塊、故障診斷模塊、對(duì)傳感器傳遞的快變及鍵相信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理的信號(hào)調(diào)理模塊，所述信號(hào)調(diào)理模塊的輸出端連接可對(duì)多路同步快變信號(hào)進(jìn)行鍵相采集的同步快變信號(hào)采集模塊，同步快變信號(hào)采集模塊的輸出端與ARM主控模塊通過(guò)總線(xiàn)通訊連接；所述故障診斷模塊接收ARM主控模塊通過(guò)總線(xiàn)傳遞的數(shù)據(jù)并診斷，診斷結(jié)果通過(guò)總線(xiàn)反饋給ARM主控模塊；所述電源模塊通過(guò)總線(xiàn)為信號(hào)調(diào)理模塊、同步快變信號(hào)采集模塊以及ARM主控模塊提供電源。所述總線(xiàn)為PC/104并行總線(xiàn)。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)緊湊小巧、方便攜帶、能夠與其他系統(tǒng)組網(wǎng)以動(dòng)態(tài)分配任務(wù)、處理效率高、使用靈活性好。
文檔編號(hào)F01D19/00GK101956578SQ20101029058
公開(kāi)日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2010年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月25日
發(fā)明者于保華, 楊世錫, 梁文軍, 程健, 魏義敏 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)