大型机组关键设备状态的实时监测系统及方法与流程

本发明涉及设备监测与诊断，尤其涉及一种大型机组关键设备状态的实时监测系统及方法。

背景技术：

1、随着现代化工业的不断发展，大型机组(如发电机组、压缩机组等)在各个工业领域中扮演着重要的角色，如电力发电、制造业等。大型机组通常是高价值、高负荷的设备，其稳定运行对于保障生产和服务的连续性至关重要。因此为大型机组提供可靠的保护和实时状态监测变得至关重要。

2、传统大型机组保护系统主要依赖于有线通信技术和结构化数据采集手段，然而，这些传统技术存在一些局限性：

3、无法获取实时非结构波形数据：生产现场大型机组大量使用欧美以及日本的保护系统，例如新川，本特利系列的产品，该类保护系统仅提供结构化数据以及plc控制系统的连锁保护，无法提供非结构化波形数据，进行更加细致的设备状态分析；

4、传输速率限制：传统工业通信技术的传输速率有限，通常由rs485总线或者工业以太网组成，目前仅仅适用于结构化数据传输，例如幅值数据，对于非结构化数据，例如波形无法满足高带宽、高并发的要求，尤其对于需要实时数据监测和保护的大型机组而言。随着大型机组在现代工业中的应用越来越广泛，对数据传输速度的要求也越来越高，特别是在面对高负荷和复杂运行环境时的数据传输；

5、数据特征完整风险：传统采集数据技术仅提供结构化数据，相当于将传统的非结构化数据进行简单提炼，无法提供原始数据，只能做最基础的状态判断，这可能导致监测数据的不完整，影响对大型机组设备状态的准确判断和故障诊断；

6、保护系统基准信号多态问题：大多大型机组进口保护系统基本依托于结构化数据分析，实现机组的连锁保护，不提供实时的非结构化波形数据，并且不同的厂商品牌对于基准信号定义不同，在一套系统中无法解决数据采集的基准信号多态问题，没有单独一套厂商系统可以采集多种厂家的产品，但是现场使用保护系统的时候会使用多种厂家产品，所以需要对不同厂商的产品进行采集和归一化处理；

7、远程监控与控制问题：对于大型机组，特别是分布在远程地区的机组，实时监控和远程控制变得尤为重要，传统通信技术在长距离传输和大规模连接方面存在一定的限制，无法满足远程监控与控制的需求。

8、侵入式部署安装问题：对于大型机组特别是传统制造业的生产现场，通常无法实现停机部署新增设备状态监测系统，现场存在大量设备电缆，施工难度大，对于现场部署信号线路以及安装装置存在一定的限制，无法实现非侵入式的部署安装。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种大型机组关键设备状态的实时监测系统及方法，本系统及方法克服传统大型机组保护系统的缺陷，获取设备实时非结构化波形数据，实现数据的高速传输，实时监测机组设备状态的异常，为工业生产和设备运行的稳定性和安全性提供有力支持。

2、为解决上述技术问题，本发明大型机组关键设备状态的实时监测系统包括大型机组保护系统提供的bnc缓冲数据接口、数据采集单元、信号处理单元、5g通信传输单元、远程监测和警报单元；所述bnc缓冲数据接口提供设备传感器的电压模拟信号，所述数据采集单元连接所述bnc缓冲数据接口并接收电压模拟信号；所述信号处理单元连接所述数据采集单元，并对电压模拟信号进行a/d转换，分别处理电压模拟信号的交流电压信号和直流电压信号，通过交流电压信号获取加速度、速度、位移振动数据，通过直流信号获取转速、传感器状态信号，完成接收传感器传输的缓冲波形数据，并进行滤波和格式调整初步处理；所述5g通信传输单元连接所述信号处理单元，并将缓冲波形数据传输至所述远程监测和警报单元；所述远程监测和警报单元接收缓冲波形数据，通过缓冲波形数据实时监测大型机组设备状态，并在检测到异常时触发警报。

3、进一步，所述电压模拟信号包括传感器采集的设备电流、电压、振动参数。

4、进一步，所述5g通信传输单元为5g物联网通信单元。

5、进一步，所述远程监测和警报单元包括波形数据库和数据分析模块，所述波形数据库用于接收和存储缓冲波形数据；所述数据分析模块用于分析波形数据以监测设备状态和识别故障信息。

6、一种基于上述监测系统的大型机组关键设备状态的实时监测方法包括如下步骤：

7、步骤一、采用数据采集单元连接大型机组保护系统提供的bnc缓冲数据接口，接收bnc缓冲数据接口输出的电压模拟信号；

8、步骤二、信号处理单元对电压模拟信号进行处理，

9、电压模拟信号的离散采样表示为：a[n]＝a(tn)

10、其中，a[n]是第n个采样点的电压，a(tn)是时刻tn的实时电压；

11、电压模拟信号的a/d转换：

12、其中，aad(f)表示a/d转换的模拟量，disp表示位移传感器灵敏度，vel表示速度传感器灵敏度，acc表示加速度传感器灵敏度；

13、去除电压模拟信号中的直流分量：其中，是模拟量信号的平均值，adc_removed[n]是除去电压模拟信号中的直流分量；

14、滤波：采用数字滤波器对信号进行滤波，

15、afiltered[n]＝filter(adc_removed[n])

16、其中，adc_removed[n]表示除去电压模拟信号中的直流分量；afiltered[n]表示滤波结果；

17、或采用低通滤波器对信号进行滤波，

18、

19、其中，filter(s)是传递函数，s是复平面中的复频率，sc是截止频率，n是低通滤波器的阶数；

20、幅值计算：

21、

22、其中，max是最大函数，min是最小函数；

23、电压模拟信号根据传感器类型所输出的缓冲波形数据包含位移、加速度、速度信号；

24、如果缓冲波形数据是位移信号，则幅值计算是计算滤波结果的峰峰值，即为最大值减去最小值；

25、如果缓冲波形数据是速度信号，则幅值计算是计算滤波结果的均方根值；

26、如果缓冲波形数据是加速度信号，则幅值计算是计算滤波结果的峰值，为最大值减去最小值一半；

27、频率分析：通过离散傅里叶变换将信号从时域信号转换为频域信号，获得信号的频率成分，

28、

29、dft[k]是频域中的第k个频率分量，afitered[n]是时域信号的第n个采样点，n是信号的采样点数量，j是虚数单位；

30、步骤三、5g通信传输单元将信号处理单元的缓冲波形数据的频域信号传输至远程监测和警报单元；

31、步骤四、远程监测和警报单元存储缓冲波形数据的频域信号，并经数据清洗后进行设备状态特征提取，依据特征数据诊断设备状态，并在检测到异常时触发警报。

32、由于本发明大型机组关键设备状态的实时监测系统及方法采用了上述技术方案，即本系统的数据采集单元连接bnc缓冲数据接口并接收电压模拟信号；信号处理单元连接数据采集单元，并对电压模拟信号进行处理，完成接收传感器传输的缓冲波形数据；5g通信传输单元连接信号处理单元，并将缓冲波形数据传输至远程监测和警报单元；远程监测和警报单元接收缓冲波形数据，通过缓冲波形数据实时监测大型机组设备状态，并在检测到异常时触发警报。本方法通过信号处理单元将传感器采集的结构化数据转化为非结构化的缓冲波形数据，并经5g通信传输单元及远程监测和警报单元进行信号传输及分析，实现更为细致的设备状态分析，实时监测机组设备状态的异常，为工业生产和设备运行的稳定性和安全性提供有力支持。