專利名稱：水力機組振動擺度參量的監(jiān)測和分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水力機組振動擺度參量的監(jiān)測和分析方法，特別是以振擺監(jiān)測儀和工控機系統(tǒng)為基礎(chǔ)，構(gòu)成現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通過相關(guān)被測量的采集與信號的傳遞及軟件系統(tǒng)對所有被測數(shù)據(jù)的處理、分析和顯示，直接面向用戶服務(wù)的監(jiān)測分析系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前用于水力發(fā)電機振動擺度監(jiān)測的大多采用DCS(分散控制系統(tǒng))系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，由模/數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)備采集現(xiàn)場模擬信號，并輸入至上位機進行數(shù)據(jù)分析，主要問題是1、測量速度慢，當測點增加時難以實現(xiàn)實時監(jiān)測；2、抗干擾能力差，模擬信號在長距離傳輸時難以保證信號質(zhì)量；3、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)靈活性差，可擴展能力非常弱。
4、系統(tǒng)監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析手段單一，難以實現(xiàn)綜合有效的性能評估。
經(jīng)過檢索，有申請?zhí)枮?7102397，申請名稱為“大型旋轉(zhuǎn)機組在線狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)”的發(fā)明專利與本發(fā)明所述系統(tǒng)類似，但存在以下幾點明顯不同1、97102397號專利所述系統(tǒng)包括1路鍵相信號、12路快變量、1路自檢信號、24路開關(guān)量信號和46路慢變量，與本發(fā)明所述系統(tǒng)相比，監(jiān)測對象不同，所采用的監(jiān)測方法和數(shù)據(jù)分析方法也不同。
2、97102397號專利所述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為典型DCS結(jié)構(gòu)，由下位工控機、信號預處理板、鍵相板、開關(guān)量信號采集板和多塊數(shù)據(jù)采集板構(gòu)成現(xiàn)地信號采集單元，由下位機通過網(wǎng)卡與上位工控機通訊，上位機負責信號信號處理和故障診斷。與本發(fā)明所述系統(tǒng)相比，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，運行穩(wěn)定性差、監(jiān)測的可靠性以及系統(tǒng)規(guī)模的可擴展性不高。
技術(shù)方案本發(fā)明的目的是針對水力機組振動擺度參量進行監(jiān)測和分析的需要，由振擺監(jiān)測儀連接前端傳感器和上位工控機，在振擺監(jiān)測儀內(nèi)部由神經(jīng)元芯片構(gòu)成現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)，以現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)代替DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，針對DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及其他諸多現(xiàn)場總線的缺點和局限，力圖解決下列技術(shù)問題1、明顯提高測量速度，實現(xiàn)大數(shù)據(jù)量的傳輸；2、突破模擬量傳輸?shù)木嚯x和精度的局限，大幅提高信號傳輸?shù)目垢蓴_能力；3、可方便地實現(xiàn)系統(tǒng)的更新?lián)Q代，即改善系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，增強系統(tǒng)的擴展能力。
4、采用多種監(jiān)測方法和數(shù)據(jù)分析方法，從多方面以各種形式直觀地反映機組振擺狀況。
本發(fā)明的水力機組振動擺度參量的監(jiān)測和分析方法的技術(shù)方案是把水力機組某些部位的振動、擺度劇烈程度由傳感器采集模擬電信號，由振擺監(jiān)測儀收集這些模擬信號并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，實測數(shù)據(jù)和故障數(shù)據(jù)全面記錄機組運行時的振擺狀況以及工作狀態(tài)的參數(shù)、對上述數(shù)據(jù)進行處理分析的各種有關(guān)數(shù)據(jù)、數(shù)表及公式、以及調(diào)用程序均存儲在工控機的內(nèi)、外部存儲器中，由工控機控制振擺監(jiān)測儀實現(xiàn)信號的采集和傳輸，并在工控機上實現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理、分析、存儲以及數(shù)據(jù)調(diào)用等功能。
所述的水力機組振動擺度參量的監(jiān)測和分析方法，其振擺監(jiān)測儀采用神經(jīng)元芯片與工控機進行通訊，振擺監(jiān)測儀內(nèi)的神經(jīng)元芯片構(gòu)成現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)，振擺數(shù)據(jù)按照現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議進行傳輸，并由神經(jīng)元芯片通過串行接口與工控機進行數(shù)據(jù)通訊。
所述的水力機組振動擺度參量的監(jiān)測和分析方法，是由用戶通過工控機控制手動或自動地從前端振擺監(jiān)測儀存儲器獲取機組振擺的實時數(shù)據(jù)，采用時域、頻域、軸心軌跡等數(shù)據(jù)分析方法進行實時數(shù)據(jù)的分析、比較和判斷，進行機組故障特征量的提取和機組運行穩(wěn)定性狀況的綜合評估。
所述的水力機組振動擺度參量的監(jiān)測和分析方法，其時域分析是通過繪制振擺時域波形來獲取被測機組轉(zhuǎn)動一個周期內(nèi)振擺的最大幅值與最小幅值之間的差值，即峰峰值，峰峰值表征了在采樣周期內(nèi)被測點振動的最大位移量，反映了當前振動會對機組造成的最大危害。
所述的水力機組振動擺度參量的監(jiān)測和分析方法，其頻域分析是把振擺時域波形經(jīng)過傅立葉變換后，變換為頻域波形，振擺數(shù)據(jù)的頻域波形表征各次諧波分量對振擺幅度的貢獻大小，由頻域分析可獲得振擺綜合值以及主頻和次主頻等故障特征。
所述的水力機組振動擺度參量的監(jiān)測和分析方法，其系統(tǒng)軸心軌跡數(shù)據(jù)分析方法是在標準配置中測量上導和水導軸承的X、Y方向的擺度量，并以X、Y方向構(gòu)成直角坐標系，在其中綜合繪制這兩個相互垂直方向的擺度量，形成上導和水導軸承偏心運動的運動軌跡，以及整個大軸的整體運動狀況。
所述的水力機組振動擺度參量的監(jiān)測和分析方法，其數(shù)據(jù)存儲和調(diào)用使用到了本地數(shù)據(jù)庫的二進制數(shù)據(jù)對象字段；在系統(tǒng)運行時動態(tài)創(chuàng)建二進制數(shù)據(jù)對象，存儲在本地數(shù)據(jù)庫的二進制數(shù)據(jù)對象字段中，在存儲工作完成時及時釋放動態(tài)創(chuàng)建的二進制數(shù)據(jù)對象。
本發(fā)明的優(yōu)點是系統(tǒng)由振擺監(jiān)測儀連接前端傳感器和上位工控機，在振擺監(jiān)測儀內(nèi)部由神經(jīng)元芯片構(gòu)成現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)；以現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)代替DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，大大的簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)運行穩(wěn)定性、監(jiān)測的可靠性以及系統(tǒng)規(guī)模的可擴展性。
本發(fā)明針對目前國內(nèi)水電廠所使用的振擺監(jiān)測系統(tǒng)的現(xiàn)狀，系統(tǒng)軟件是使用面向?qū)ο笳Z言C++開發(fā)的。該C++語言同時具有C++語言的靈活和可視化編程的便利，功能豐富強大，界面友好，使用方便，是C或C++程序員首選的編程工具；它在ActiveX、數(shù)據(jù)庫等方面增加了許多新的功能，同時也對編程環(huán)境做了進一步的完善，使用戶在使用時更加的得心應(yīng)手。將Lonworks總線技術(shù)計算機管理監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用于水輪機設(shè)備振動在線監(jiān)測，并解決了下列技術(shù)問題1、明顯提高測量速度，實現(xiàn)大數(shù)據(jù)量的傳輸；2、突破模擬量傳輸?shù)木嚯x和精度的局限，大幅提高信號傳輸?shù)目垢蓴_能力；3、可方便地實現(xiàn)更新?lián)Q代、改善結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)擴展。大大的簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)運行穩(wěn)定性、監(jiān)測的可靠性以及系統(tǒng)規(guī)模的可擴展性。


圖1是自動實時監(jiān)測程序流程圖，圖2是同步采樣流程圖，圖3是手動監(jiān)測程序流程圖，圖4是報警程序流程圖，圖5是數(shù)據(jù)存儲流程圖，圖6是數(shù)據(jù)調(diào)用和回放流程圖，圖7是支持該方法的硬件系統(tǒng)示意圖，圖8是神經(jīng)元芯片(信號采集節(jié)點)電路，圖9是支持該方法的硬件系統(tǒng)框圖。
具體實施例方式
在本發(fā)明的系統(tǒng)中，硬件如圖7、圖8、圖9所示包括傳感器、振擺監(jiān)測儀和工控機是系統(tǒng)的基礎(chǔ)——負責相關(guān)被測量的采集與信號的傳遞；由振擺監(jiān)測儀連接前端傳感器和上位工控機，在振擺監(jiān)測儀內(nèi)部由神經(jīng)元芯片構(gòu)成現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)；軟件主要是指水力機組在線監(jiān)測分析系統(tǒng)軟件——是系統(tǒng)的核心，負責所有被測數(shù)據(jù)的處理，分析和顯示，直接面向用戶，是連接用戶與現(xiàn)場的有效手段與橋梁。
本系統(tǒng)軟件為用戶提供如下功能1、狀態(tài)監(jiān)測功能保證準確，迅速地將現(xiàn)場信號傳到人機界面和數(shù)據(jù)庫；及時、真實地反映現(xiàn)場情況。
2、數(shù)據(jù)處理功能包括時域分析、頻域分析、軸心軌跡分析和趨勢分析等快捷有效地數(shù)據(jù)分析手段，從多角度評估機組運行的穩(wěn)定性，幫助用戶綜合掌握機組振擺水平。以及分析故障隱患和機組缺陷。
3、數(shù)據(jù)管理功能大容量的數(shù)據(jù)存儲能力，快捷可靠數(shù)據(jù)庫存儲方式，以及簡單方便的數(shù)據(jù)調(diào)用方式使得用戶在管理和使用機組振擺數(shù)據(jù)時十分得心應(yīng)手。
下面對主要系統(tǒng)軟件進行說明一、監(jiān)測功能本系統(tǒng)為用戶提供了16個通道的3種監(jiān)測模式自動定時監(jiān)測、手動受控監(jiān)測和通道測試。1、自動實時監(jiān)測自動實時監(jiān)測用于在無人值守的情況下，系統(tǒng)自動地、持續(xù)地對機組各測點振擺情況進行監(jiān)測，力圖在發(fā)現(xiàn)問題后在最短的時間內(nèi)將現(xiàn)場實際情況報告結(jié)用戶。
自動實時監(jiān)測工作流程如圖1所示定時自動監(jiān)測工作流程由用戶發(fā)出“開始自動監(jiān)測”的命令，系統(tǒng)開始進入自動監(jiān)測流程，由軟件定時器控制系統(tǒng)工作周期。首先由工控機控制振擺監(jiān)測儀進行同步數(shù)據(jù)采樣，工控機通過串行接口獲得振擺數(shù)據(jù)后，進行相關(guān)的時域、頻域、軸心軌跡等數(shù)據(jù)分析工作，并將分析結(jié)果數(shù)據(jù)和曲線向用戶顯示，同時比較相關(guān)數(shù)據(jù)，判斷系統(tǒng)設(shè)置的報警判據(jù)是否成立，如果判據(jù)不成立，則判斷定時器是否時間到；如果報警判據(jù)成立，則激活報警處理子程序，進行相應(yīng)的報警處理，然后再判斷定時器條件。如果定時器時間到，則立刻重新進行實時數(shù)據(jù)采樣，重復上述工作過程；如果定時器時間未到，則系統(tǒng)一直等待直至時間到，用戶可利用這段時間進行各畫面的瀏覽、打印等操作，因為在數(shù)據(jù)采樣期間系統(tǒng)禁止用戶進行任何操作。
同步采樣的工作流程見圖2本系統(tǒng)中的同步采樣是一種近似的同步，是指對1～12號快變量通道而言。當采樣定時器激活，數(shù)據(jù)采樣的命令到達后，立刻由第1號通道開始順序采集12個通道數(shù)據(jù)各一次，獲得12個數(shù)據(jù)，12次采樣時間的時間間隔盡量短，以達到“同步采樣”的要求。然后等待采樣定時器時間到則進行下一輪12個通道共12個數(shù)據(jù)的同步采樣，如此循環(huán)，直至每個通道采集的數(shù)據(jù)量達到要求后，快變量同步采樣停止，然后對13～16號通道的慢變量分別采樣1次，至此，1～16通道數(shù)據(jù)采集結(jié)束。2、手動受控監(jiān)測在機組經(jīng)過檢修或技術(shù)改造之后，或有特定目的時，希望對機組進行一系列現(xiàn)場試驗，則可用手動受控監(jiān)測功能，其目的就是將數(shù)據(jù)采樣操作交給用戶進行把握，在數(shù)據(jù)采集結(jié)束后，用戶可選擇打印當前頁面中的曲線，或者存儲本次采集得到的數(shù)據(jù)，以便日后調(diào)用查看。
手動受控監(jiān)測的數(shù)據(jù)采集流程相當于實時自動監(jiān)測采樣定時器的一個工作周期，即在手動監(jiān)測工作模式下，每完成一次數(shù)據(jù)采集、分析和處理過程都會等待用戶操作，如進行數(shù)據(jù)存儲、圖形打印或再發(fā)數(shù)據(jù)采集命令重復進行數(shù)據(jù)采集等操作，在用戶進行任何操作前，系統(tǒng)將一直處于等待狀態(tài)。其工作流程如圖3所示。3、報警子程序運行流程如圖4
在數(shù)據(jù)處理完成后，系統(tǒng)根據(jù)用戶設(shè)置獲取各報警通道的實時數(shù)據(jù)，計算器峰峰值或綜合值，然后判斷報警判據(jù)成立與否，若連續(xù)多次(次數(shù)由用戶設(shè)定)采樣所得的峰峰值或綜合值均使報警判據(jù)成立，則報警處理子程序被激活，即進行聲、光等形式的報警，并向用戶顯示報警點的故障位置、故障值等故障信息，同時將當前所有通道的實測數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，最后返回到主工作流程。
報警參數(shù)設(shè)定由用戶在軟件中根據(jù)實際需要進行自定義，主要由下面幾個參數(shù)報警通道本系統(tǒng)同時支持4路通道的報警監(jiān)測，這4個通道可由用戶在16個監(jiān)測通道中任選。
報警限值包括報警類型和閥值兩個參量，前者是由用戶選定的用來作為報警判據(jù)的參量類型峰峰值和綜合值；閥值是指定峰峰值或綜合值的具體數(shù)值。
重復次數(shù)為了降低報警現(xiàn)象出現(xiàn)的偶然性，本系統(tǒng)采用多次測量重復確認的方式來確定越限狀態(tài)，即當連續(xù)多次測量均滿足報警判據(jù)時即確認為越限狀態(tài)。系統(tǒng)默認為4次，用戶也可根據(jù)實際需要進行靈活調(diào)整。
二、數(shù)據(jù)分析對于影響機組穩(wěn)定性的振動、擺度、壓力脈動等參量，本系統(tǒng)機組從采樣實時數(shù)據(jù)中提取出峰峰值、綜合值、主頻和次主頻四個參量，用以描述機組振擺劇烈程度以及初步判斷故障部位及原因。主要采用的分析方法有1、時域分析時域分析通過繪制振擺時域波形來獲取被測機組轉(zhuǎn)動一個周期內(nèi)振擺的最大幅值與最小幅值之間的差值，即峰峰值。峰峰值表征了在采樣周期內(nèi)被測點振動的最大位移量，反映了當前振動會對機組造成的最大危害。2、頻域分析頻域分析是本系統(tǒng)的主要分析手段。頻域分析是把振擺時域波形經(jīng)過快速傅立葉變換(FFT)后，變換為頻域波形。振擺數(shù)據(jù)的頻波形表征各次諧波分量對振擺幅度的貢獻大小。由頻域分析可獲得振擺綜合值以及振擺的主頻和次主頻。
●綜合值綜合值是指振擺頻譜中各次諧波幅值的平方平均值的平方根。綜合值相當于振擺的有效值，該值反映了各次諧波綜合作用的效果，由此可得到機組振擺的總體水平。
●主頻和次頻這兩個值的提取作用有兩個，一是獲得了對該測點振擺幅度影響最大的兩個諧波的頻率值，由此可初步判斷出誘發(fā)振動的因素，在一般情況下，主頻應(yīng)等于機組轉(zhuǎn)頻，次主頻應(yīng)等于機組轉(zhuǎn)頻的整數(shù)倍或50Hz倍頻。二是由主頻和次頻幅值的大小可判斷該誘發(fā)振動的因素對機組正常運轉(zhuǎn)的影響程度，用戶可以此作為是否應(yīng)該停機檢修的重要依據(jù)。
傅立葉變換的作用是將任意曲線分解為無窮多個不同頻率和幅值的正弦信號序列。對于連續(xù)時間信號x(t)，若x(t)滿足∫-∞+∞|x(t)|dt<∞]]>那么，x(t)的傅立葉變換存在，定義為X(jΩ)=∫-∞+∞x(t)e-jΩtdt]]>其反變換為x(t)=12π∫-∞+∞X(jΩ)ejΩtdΩ]]>式中Ω＝2πf為角頻率，單位是rad/s。X(jΩ)是Ω的連續(xù)函數(shù)，稱為信號x(t)的頻譜密度函數(shù)，或簡稱為頻譜。它又可以進一步分成實部和虛部、幅部譜和相位譜。
對于在時域和頻域都是離散且是有限長的信號，應(yīng)采用離散傅立葉變換(DFT)，定義如下{x(t)=1NΣk=0N-1X(k)ej2πN=1NΣk=0N-1X(k)WN-nk--n=0,1,…,N-1X(k)=Σn=0N-1x(n)e-j2πNnk=Σn=0N-1x(n)WNnk---k=0,1,…,N-1]]>在實際應(yīng)用中，對離散的時域信號通常采用快速傅立葉變換(FFT)算法在計算機上完成離散傅立葉變換，這種算法使N點DFT的計算量 下降為次，從而使DFT成為信號處理中最方便和最快捷的手段。本產(chǎn)品軟件中使用的是時間抽取(DIT)基2FFT算法。3、趨勢分析水力機組的運轉(zhuǎn)都是一個長期的過程，故障隱患也總是隨著機組的老化而以不同的速度發(fā)展著，因此對機組穩(wěn)定性的長期趨勢監(jiān)測也是本系統(tǒng)重要的任務(wù)之一。
由于是長期趨勢分析，所以振擺數(shù)據(jù)抽取時間間隔通常以小時計，可由用戶自行定義。存儲數(shù)據(jù)的內(nèi)容包括當前采樣周期內(nèi)，當前日期、時間，12路穩(wěn)定性參數(shù)的峰峰值、綜合值、機組轉(zhuǎn)頻和50Hz頻率對應(yīng)4路狀態(tài)參量的實測值。
趨勢分析以長時間段的峰峰值——時間曲線、綜合值——時間曲線、轉(zhuǎn)頻幅值——時間曲線、50HZ幅值——時間曲線來反映機組各測點振擺發(fā)展狀況。4、軸心軌跡系統(tǒng)標準配置中將測量上導和水導軸承的X、Y方向(X是指沿廠房方向)四個擺度量。
由于對同一水平面的兩個測點而言，它們分別從兩個相互垂直的方向描述被測對象的偏移中心點的程度，將被測對象這兩個方向上的偏移量在直角坐標系中合成后即可獲得被測物在該水平面內(nèi)的運動軌跡，也即是軸心的偏心運動軌跡。由這軌跡可非常直觀地觀測到大軸的偏心運動，從而給用戶提供了最為直接的故障依據(jù)。
將上導和水導兩處的軸心軌跡在同一坐標系下同時給出，即可很直觀地看到整個大軸的整體運動狀況。三、歷史數(shù)據(jù)的存儲及調(diào)用在本系統(tǒng)中歷史數(shù)據(jù)分兩種，手動受控監(jiān)測存儲數(shù)據(jù)和報警自動存儲數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)都是對用戶有特殊意義和用途的，它們都應(yīng)在需要的時候隨時可以調(diào)用和回放。1、數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)表中存放著每一個通道的實測數(shù)據(jù)，因此數(shù)據(jù)量較大，手動存儲和報警存儲使用獨立的本地數(shù)據(jù)表存放，數(shù)據(jù)存儲流程如圖5，具體描述如下
在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中采用TBlobField字段，即無大小限制的二進制大數(shù)據(jù)對象字段(Binary Large Object Field)，理論長度為2GB，因此在本系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)存儲采用動態(tài)二進制大數(shù)據(jù)對象(TBlob)來完成。具體方法是首先將12采樣數(shù)據(jù)以二維數(shù)組顯示保存，對每一路數(shù)據(jù)均在系統(tǒng)運行時創(chuàng)建一個TBlob對象，將數(shù)組中該路數(shù)據(jù)導入TBlob對象中，然后該TBlob對象向數(shù)據(jù)庫中對應(yīng)該通道的TBlobField字段賦值，最后將TBlob對象釋放。以此類推將所有12路快變量存入數(shù)據(jù)庫，最后將13～16路狀態(tài)量(慢變量)存入數(shù)據(jù)庫中相應(yīng)的浮點型字段中。2、數(shù)據(jù)調(diào)用數(shù)據(jù)庫中的存放的歷史數(shù)據(jù)必須能夠方便地由用戶調(diào)用和回放才會具備其應(yīng)有的價值，因此數(shù)據(jù)調(diào)用的方法和數(shù)據(jù)回放的形式直接影響歷史數(shù)據(jù)的價值。
在本系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的調(diào)用和回放仍然使用動態(tài)TBlob對象的途徑進行相當于數(shù)據(jù)存儲過程的逆過程，其具體方法是首先由用戶從數(shù)據(jù)庫中選擇要調(diào)用的數(shù)據(jù)記錄，系統(tǒng)定位該數(shù)據(jù)記錄并從中順序讀取12路快變量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)以TBlobField字段存儲，讀取數(shù)據(jù)時限創(chuàng)建TBlob對象，然后將數(shù)據(jù)庫中TBlobField字段內(nèi)容賦值給TBlob對象，在從TBlob對象中提取數(shù)據(jù)存入二維數(shù)組，系統(tǒng)根據(jù)二維數(shù)組中的數(shù)據(jù)完成計算、分析及繪制曲線等工作。TBlob對象在完成數(shù)據(jù)提取后即可釋放。當12路快變量讀取結(jié)束后，讀取13～16號通道的慢變量，其工作流程如圖63、輔助功能1)傳感器率定本系統(tǒng)中傳感器的測量參數(shù)為位移量或壓力量，工控機所獲得的則是從傳感器送來的經(jīng)過預處理后的0～+10V直流模擬電信號，因此，在數(shù)據(jù)處理前必須將電信號還原為位移量或壓力量。由于在系統(tǒng)正常工作情況下，0～+10V電信號與原始位移量之間是近似線性關(guān)系。所以只要知道兩者間的線性變換參數(shù)(靈敏度a和偏移量b)即可還原始值。
系統(tǒng)獲取率定參數(shù)的方法有兩種，分別適用于不同的情況離線率定當已知傳感器的率定參數(shù)時，可直接在系統(tǒng)軟件中輸入。離線率定適用于新裝或新率定傳感器。
在線率定當傳感器安裝在機組上并已長期工作一段時間后，由于器件老化因素影響，其電氣特性率定參數(shù)會發(fā)生難以預知的偏移，必定會產(chǎn)生越來越大的系統(tǒng)誤差。因此當誤差達到一定程度時，必須對傳感器進行重新率定。在線率定即是在無須拆裝本系統(tǒng)任何軟硬件情況下，在現(xiàn)場標準儀表的幫助下在線地計算并修改傳感器的率定參數(shù)。根據(jù)傳感器率定公式V＝a×A+b其中V傳感器輸出電壓信號A傳感器測量的位移量或壓力量a靈敏度b偏移量多次同時把記錄傳感器讀數(shù)和現(xiàn)場標準儀表讀數(shù)，獲得一一對應(yīng)的系列V、A的值，構(gòu)成試驗樣本集合{(Vn，An)，N為試驗次數(shù)}，利用最小二乘法擬合即可獲得最佳的a、b值。
2)權(quán)限控制對影響本系統(tǒng)運行參數(shù)的某些功能設(shè)置權(quán)限保護是保證本系統(tǒng)正常運行的必要手段，這些功能只應(yīng)有特定的用戶名和正確的密碼才能對本系統(tǒng)的運行參數(shù)進行設(shè)置?！皺?quán)限設(shè)置”即是對這些用戶賬號和密碼的管理和設(shè)置。利用該功能，定義單獨的數(shù)據(jù)表存儲用戶信息，可以安全方便地添加新用戶和刪除已有用戶。
3)人機界面人機界面也就是用戶的操作界面，它直接面對用戶，主要有兩方面的內(nèi)容，一是用戶操作的方便性，主要是指用戶應(yīng)能很方便的實現(xiàn)希望完成的功能；二是系統(tǒng)信息反饋的詳細程度，指系統(tǒng)必須及時詳細地將系統(tǒng)當前狀態(tài)，發(fā)生異常情況的各種信息以及各種操作提示信息等重要信息提供給用戶。
本系統(tǒng)軟件設(shè)計平臺為C++/Windows9x，使得系統(tǒng)操作方法非常適合普通用戶的使用習慣。另外，系統(tǒng)軟件在設(shè)計中充分采用了異常處理方式，包含了所有可能出現(xiàn)的錯誤或誤操作提示信息。下面給出部分程序語言摘錄
<pre listing-type="program-listing"><![CDATA[//數(shù)據(jù)采集--------------------------------------------if((hBuf＝(USHORT far*)GlobalAlloc(GHND，sizeof(USHORT)*gulConvNum))＝0)　　 {　　lstrcpy((char*)szErrMsg，″Not enough memory for buffer″)；　　DRV_DeviceClose((LONG far*)&amp;DriverHandle)；　　Application-＞MessageBox((char*)szErrMsg，″Driver Message″，MB_OK)；　　exit(0)； } //allocate memory　　if((hUserBuf＝(FLOAT far*)GlobalAlloc(GHND，sizeof(FLOAT)*gulConvNum))＝0)　　 {　　lstrcpy((char*)szErrMsg，″Not enough memory for buffer″)；　　DRV_DeviceClose((LONG far*)&amp;DriverHandle)；　　Application-＞MessageBox((char*)szErrMsg，″Driver Message″，MB_OK)；　　exit(0)； } ptFAIIntScanStart.buffer ＝(USHORT far*)GlobalLock(hBuf)； ptFAITransfer.DataBuffer＝(FLOAT far*)GlobalLock(hUserBuf)；Err＝DRV_FAIIntScanStart(DriverHandle，(LPT_FAIIntScanStart)&amp;　　 ptFAIIntScanStart)；　　StatusBarl-＞Panels-＞Items[1]-＞Text＝″系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集正在進　　行...″；Shape2-＞Brush-＞Color＝clIRed，//開始采樣為紅色　　BitBtn1-＞Enabled＝false；　　BitBtn2-＞Enabled＝false；　　BitBtn3-＞Enabled＝false；　　ProgressForm-＞ShowModal()；　　do　　{　　Err＝DRV_FAICheck(DriverHandle，　　(LPT_FAICheck)&amp;ptFAICheck)；　　}while(gwstop＝0)；Err＝DRV_FAITransfer(DriverHandle，　　 (LPT_FAITransfer)&amp;ptFAITransfer)； temp＝(FLOAT far*)ptFAITransfer.DataBuffer；//以下為數(shù)據(jù)分離到Chan RealData及數(shù)據(jù)率定　　for(i＝0；i＜gwChlCount；i++)　　 for(j＝0；j＜AdNumber；j++)　　Chan_RealData[i][j]＝((FLOAT far*)temp)[i+j*gwChlCount]；//unlock buffer　　 GlobalUnlock(hBuf)；　　 GlobalUnlock(hUserBuf)；//free buf　　 GlobalFree(hBuf)；　　 GlobalFree(hUserBuf)；//FAIStopErr＝DRV_FAIStop(DriverHandle)；StatusBarl-＞Panels-＞Items[1]-＞Text＝″系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集結(jié)束，點　　 擊“數(shù)據(jù)″+″存儲”保存本次數(shù)據(jù)″；　　Shape2-＞Brush-＞Color＝clLime； //采集結(jié)束為綠色　　BitBm1-＞Enabled＝true；　　BitBtn2-＞Enabled＝true；　　BitBtn3-＞Enabled＝true；　　dataflag＝true；//數(shù)組率定　　 for(k＝0；k＜gwChlCount；k++)　　{　　 for(j＝0；j＜AdNumber；j++)　　 Chan_RealData[k][j]＝Chan_RealData[k][j]*Chan_M[k]+Chan_A[k]；　　}//以下為數(shù)據(jù)FFT及濾波----------------------------------------//創(chuàng)建用于FFT的新數(shù)組　　 tr＝new float[AdNumber]；　　 ti＝new float[AdNumber]；　　 fr＝new float[AdNumber]；　　 fi＝new float[AdNumber]；//濾波相關(guān)變量計算　　 lit＝0；　　 Delt Freq＝1/Samp_Time；　　 if(is_flt＝true)　　 {　　 freq＝0；　　 while(freq＜Cut_Freq)　　 {　　 lit＝lit+1；　　 freq＝freq+Delt Freq；　　 }//end of while}//end of if，濾波時，F(xiàn)FT結(jié)果數(shù)組中區(qū)間[lit，AdNummber-lit+l]應(yīng)　　 請//零if(lit＞＝AdNumber/2)　　{　　ShowMessage((AnsiString)″非法濾波器截止頻率″)；　　is_flt＝false；　　}for(i＝0；i＜gwChlCount；i++)　　{　　for(j＝0；j＜AdNumber；j++)//形成待變換數(shù)組　　{　　tr[j]＝Chan_RealData[i][j]；　　ti[j]＝0；　　} ReFFT(tr，ti，AdNumber，0，fr，fi)； //FFT Chan_FftData[i]
＝sqrt(fr
*fr
+fi
*fi
)/(AdNumber*1.0)； for(j＝1；j＜AdNumber/2；j++) //求FFT幅值，并送入FFT幅　　 值//存儲數(shù)組 Chan_FftData[i][j]＝2*sqrt(fr[j]*fr[j]+fi[j]*fi[j])/(AdNumber*1.0)；if(is_flt) //濾波{for(j＝lit；j＜＝AdNumber-lit；j++){fr[j]＝0；fi[j]＝0；}ReFFT(fr，fi，AdNumber，1，tr，ti)； //反FFT，并將結(jié)果送入　　 //FFT濾波后時域數(shù)據(jù)存儲數(shù)組for(j＝0；j＜AdNumber；j++)Chan_LbData[i][j]＝tr[j]；　　 }//end ofif }//end of for　　//deletet tr，ti，fr，fi　　delete tr；　　delete ti；　　delete fr；　　delete fi；//------------------計算峰-峰值和綜合值(略)----------------for(i＝0；i＜16；i++) Gainarry[i]＝4；//從0到15通道每個通道采一個數(shù)據(jù)然后從中選出以上要求的四個量 strchannel＝0； channelcount＝16； MaiConfig.NumChan＝channelcount； MaiConfig.StartChan＝strchannel； MaiConfig.GainArray＝(USHORT far*)Gainarry； Maivoltage.NumChan＝channelcount； Maivoltage.StartChan＝strchannel； Maivoltage.GainArray＝(USHORT far*)Gainarry； Maivoltage.TrigMode＝0； Maivoltage.VoltageArray＝(float far*)&amp;voltagein； Err＝DRV_MAIConfig(DriverHandle，(PT_MAIConfig far*)&amp;MaiConfig)； Err＝DRV_MAIVoltageIn(DriverHandle，(PT_MAIVoltageIn　　 far*)&amp;Maivoltage)；//上游水位 status
＝Chan_M[ChanNo[12]]*voltagein[ChanNo[12]]+Chan_A[ChanNo[12]]； //下游水位 status[1] ＝Chan_M[ChanNo[13]]*voltagein[ChanNo[13]]+Chan_A[ChanNo[13]]； //出力 status[2] ＝Chan_M[ChanNo[14]]*voltagein[ChanNo[14]]+Chan_A[ChanNo[14]]； //轉(zhuǎn)速 status[3] ＝Chan_M[ChanNo[15]]*voltagein[ChanNo[15]]+Chan_A[ChanNo[15]]；Label35-＞Caption＝FormatFloat(″0.00″，status
)；//上游水位Label36-＞Caption＝FormatFloat(″0.00″，status[1])；//下游水位Label37-＞Caption＝FormatFloat(″0.00″，status[2])；//出力Label38-＞Caption＝FormatFloat(″0.00″，status[3])；//轉(zhuǎn)速Label266-＞Caption＝FormatFloat(″0.00″，status
-status[1])；//----------------以下為所有圖形顯示(略)--------------------------//----------------報警處理(略)------------------------------------}]]></pre>
權(quán)利要求
1.一種水力機組振動擺度參量的監(jiān)測和分析方法，其特征在于采用傳感器采集水力機組相關(guān)部位的振動、擺度模擬量，由振擺監(jiān)測儀收集這些模擬信號，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，傳輸至工控機，在工控機的內(nèi)、外部存儲器中全面記錄機組運行時的上述振擺參數(shù)、工作狀態(tài)參數(shù)以及對這些數(shù)據(jù)進行分析處理的各種有關(guān)數(shù)據(jù)、數(shù)表、公式結(jié)果和程序，由工控機控制振擺監(jiān)測儀實現(xiàn)信號的采集和傳輸，并在工控機上實現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理、分析、存儲以及數(shù)據(jù)調(diào)用功能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水力機組振動擺度參量的監(jiān)測和分析方法，其特征在于振擺監(jiān)測儀采用神經(jīng)元芯片與工控機進行通訊，振擺監(jiān)測儀內(nèi)的神經(jīng)元芯片構(gòu)成現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，振擺數(shù)據(jù)按照現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸，并由神經(jīng)元芯片通過串行接口與工控機進行數(shù)據(jù)通訊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的水力機組振動擺度參量的監(jiān)測和分析方法，其特征在于由用戶通過工控機控制，手動或自動地從振擺監(jiān)測儀存儲器獲取機組振擺的實時數(shù)據(jù)，采用時域、頻域、軸心軌跡數(shù)據(jù)分析和表達方法進行實時數(shù)據(jù)的分析、比較和判斷，進行機組故障特征量的提取和機組運行穩(wěn)定性狀況的綜合評估。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水力機組振動擺度參量的監(jiān)測和分析方法，其特征在于時域分析是通過繪制振擺時域波形來獲取被測機組轉(zhuǎn)動一個周期內(nèi)振擺的最大幅值與最小幅值之間的差值，即峰峰值，峰峰值表征了在采樣周期內(nèi)被測點振動的最大位移量，反映了當前振動會對機組造成的最大危害。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水力機組振動擺度參量的監(jiān)測和分析方法，其特征在于頻域分析是把振擺時域波形經(jīng)過傅立葉變換后，變換為頻域波形，振擺數(shù)據(jù)的頻域波形表征各次諧波分量對振擺幅度的貢獻大小，由頻域分析可獲得振擺綜合值以及主頻和次頻等故障特征數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水力機組振動擺度參量的監(jiān)測和分析方法，其特征在于系統(tǒng)軸心軌跡數(shù)據(jù)分析方法是在標準配置中測量上導、下導或水導軸承的X、Y方向的擺度量，并以X、Y方向構(gòu)成直角坐標系，在其中綜合繪制這兩個相互垂直方向的擺度量，形成上導和水導軸承偏心運動的運動軌跡，以及整個大軸的整體運動狀況。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的水力機組振動擺度參量的監(jiān)測和分析方法，其特征在于數(shù)據(jù)存儲和調(diào)用使用到了本地數(shù)據(jù)庫的二進制數(shù)據(jù)對象字段，在系統(tǒng)運行時動態(tài)創(chuàng)建二進制數(shù)據(jù)對象，存儲在本地數(shù)據(jù)庫的二進制數(shù)據(jù)對象字段中，在存儲工作完成時及時釋放動態(tài)創(chuàng)建的二進制數(shù)據(jù)對象。
全文摘要
本發(fā)明提供一種水力機組振動擺度參量的監(jiān)測和分析方法,采用傳感器采集水力機組相關(guān)部位的振動、擺度等模擬量,由振擺監(jiān)測儀收集這些模擬信號,并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,傳輸至工控機,在工控機的內(nèi)、外部存儲器中全面記錄機組運行時的振擺參數(shù)、工作狀態(tài)參數(shù)以及對這些數(shù)據(jù)進行分析處理的各種有關(guān)數(shù)據(jù)、數(shù)表、公式結(jié)果和程序;由工控機控制振擺監(jiān)測儀實現(xiàn)信號的采集和傳輸,并在工控機上實現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理、分析、存儲以及數(shù)據(jù)調(diào)用等功能。振擺監(jiān)測儀采用神經(jīng)元芯片構(gòu)成現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),振擺數(shù)據(jù)按照現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸,并由神經(jīng)元芯片通過串行接口與工控機進行數(shù)據(jù)通訊。
文檔編號G06F11/30GK1361480SQ0211544
公開日2002年7月31日 申請日期2002年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月18日
發(fā)明者黃綿華, 于曉東, 周磊 申請人:武漢武水電力有限公司