一種可攜式泵站機組狀態檢測與數據處理裝置的製作方法

2023-04-25 21:17:11

專利名稱：一種可攜式泵站機組狀態檢測與數據處理裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及屬於水利水電工程領域，特別是涉及一種基於測試信號的泵站機 組狀態檢測與數據處理裝置。
背景技術：
狀態檢測是未來水泵行業發展的關鍵技術之一，這種泵站機組維護方法的安排 是以設備的實際工作狀況為依據，通過設備的監測結果來實施。具體視有沒有異常的機 械振動，軸承部位溫度是否過高，潤滑情況如何，以及其它異常現象等決定。如果某個選 定的參量達到了預定的臨界值，設備就要停機檢修，從而避免更嚴重的事故發生。這種方 案，由具有豐富經驗和技術的維護人員來做這項測量預警工作時，其優點是明顯的。整個 工作可以有條不紊地進行，而且購買零配件時間充裕，不用預先選購好各種備用部件。由 於這種方案檢修目標明確，按需要進行檢修，所以對提高生產效率是相當有益的。它決定 了整個泵站機組能否及時的得到維護，並且直接影響著機組的整體性能。這幾乎在所有有 關檢測的技術文獻和研究論文中均有所論述，Breining, Christina. State detection for hands-free telephone setsby means of fuzzy LVQ and SOM. In :Signal Processing, ν 80, n7, ρ 1361-1372, July2000 ；Ku, Shao-Ping ；Hu, Ye-Fa ；Zhou, Zu-De. State detection of the sensors ofmagnetic bearings. In Proceedings of the 2004 International Conference onlnformation Acquisition,ICIA 2004,ρ 80—83,2004,Proceedings of the 2004International Conference on Information Acquisition, ICIA 2004.張魏等.基 於噪聲檢測的水輪機組故障診斷系統.廣東水利水電，2009 No. 7.董濤等.基於虛擬儀器 的變頻機組在線檢測裝置設計.電機與控制應用，2009 Vo36 No. 9。採集的數據是機組狀態檢測非常重要信息來源。為了適應機組狀態檢測的的需 求，信號處理的不同的方法出現在了狀態檢測中。對各輸入信號進行多方式頻譜分析、軸心 軌跡分析、相關分析、三維分析、小波變換、小波分解等處理。傳統的頻譜分析方法是以傅立 葉變換(FFT)為核心的經典信號處理方法，一般僅適用於水泵各信號是平穩隨機信號的情 形。當水泵振動信號中還含有大量的非平穩成分，用經典的信號處理方法很難達到有效的 效果。在信號的兩種描述中，時域信號在時域範圍內的每個時刻都對應一個幅度值，即在時 域範圍內是完全局部化的，但不包含任何頻域信息，而傅立葉變換所刻劃的頻域信號，在頻 域範圍內的每個頻率都對應一個幅度值，即在頻域範圍內是局部化的，但不包含任何時域 信息。也就是說，傅立葉變換存在時域和頻域局部化矛盾。由於小波變換同時具有時域和 頻域局部化特性，這就決定了小波變換在信號監測和故障診斷過程中的特殊地位，它是一 種新的、強有力的分析手段。小波分解主要用於信號的去噪聲或濾波，同時，在某分解層次上，也可突出故障信 號的存在。其理論基礎是多分辨分析算法(Muti-Resolution Analysis) 0它的基本原理 是將原時域波形從高頻到低頻分解為一系列的由小波係數構成的小波域波形。然後，在小 波域上，按某種準則，去掉某些不希望的成分，並進行小波重構，則可實現原時域波形降噪。
3系統通過數據採集檢測到的各種信號，從某種意義上說，可以認為是參雜一些幹擾的隨機 信號，且數據量較大。對於有些分析方法來說，如，頻譜分析、小波分析等，這些數據是必要 的，但對於信號的應用來說，如故障診斷，如此大量的數據應用是很困難的。為達到去粗取 精，去偽存真的目的，工程上，常採用一些方法，來提取表徵信號某些特徵的量，這裡我們就 稱之為信號的基本特徵參數。這些方法實質上是指對所採集的原始數據進行一定的計算處 理而得到的與信號相關的一些基本參數。從數學上說，它們實際上是一些統計量，取決於隨 機信號的概率密度函數，反映了信號本身的一些基本性質。頻譜分析的目的是把複雜的時 間歷程波形，分解為若干單一的諧波分量來研究，以獲得信號的頻率結構以及各諧波幅值 和相位信息。頻域分析是機械故障診斷中用得最廣泛的信號處理方法之一。頻譜圖形有離 散譜(譜線圖)與連續譜之分，前者與周期性及準周期信號相對應，後者與非周期信號及隨 機信號相對應。對於連續譜，用的是「譜密度」概念。頻譜的基本方法之一就是通過連續的 或離散的傅立葉變換。一般來說，譜分析包括頻譜分析及功率譜分析兩部分。傳統的頻譜分析方法是以傅立葉變換(FFT)為核心的經典信號處理方法，一般僅 適用於水泵各信號是平穩隨機信號的情形。然而在實測和研究中發現，由於水泵機組存在 高頻電磁噪聲、泵內有嚴重的摩擦、產生氣蝕、泵內存留空氣、軸承磨損、聯軸器不同心或泵 軸彎曲、基礎鬆軟以及地腳螺釘鬆動等原因，水泵振動信號中還含有大量的非平穩成分，用 經典的信號處理方法很難達到有效的效果。在信號的兩種描述中，時域信號在時域範圍內 的每個時刻都對應一個幅度值，即在時域範圍內是完全局部化的，但不包含任何頻域信息， 而傅立葉變換所刻劃的頻域信號，在頻域範圍內的每個頻率都對應一個幅度值，即在頻域 範圍內是局部化的，但不包含任何時域信息。也就是說，傅立葉變換存在時域和頻域局部化 矛盾。由於小波變換同時具有時域和頻域局部化特性，這就決定了小波變換在信號監測和 故障診斷過程中的特殊地位，它是一種新的、強有力的分析手段。有 關文獻Cornejo, J ；Torres，Y.Fractional Fourier transform of two-dimensionalsignal with DSP device. In-Proceedings of SPIE-The International Society forOptical Engineering，v5622，η PART3，pl310_1315，2004 ；Cai，De. Using opticalseparable wavelet transform to construct oriented optical filter.In Proceedingsof SPIE-The International Society for Optical Engineering, ν 5642, p507_514，2005，Information Optics and Photonics Technology ；Qi, Li-Mei. Wavelet transform theoryand its application in signal processing. In :Dianzi Keji Daxue Xuebao/Journal ofthe University of Electronic Science and Technology of China, ν 37，n3，p386_388，May 2008 ；Barbu，Madalina. ；Kaminsky, Edit J ；Trahan, Russel Ε.Fractional fouriertransform for sonar signal processing. In-Proceedings of MTS/IEEE OCEANS，2005，v2005，2005，Proceedings of MTS/IEEE OCEANS, 2005.劉希靈 等.基於離散小波變換的巖石SHPB測試信號去噪.爆炸與衝擊，2009 No. LCelikiTurgay. Facial feature extraction usingcomplex dual-tree wavelet transform. In Computer Vision and Image Understanding, vl 11,n2,p229-246,August 2008 ；宋振華等.貫流泵壓 力脈動測試信號的採集及處理分析.揚州大學學報自然科學版，2009 No. 2.陳燕等.基於 LabVIEW的測試信號預處理方法研究.國外電子測量技術，2008，No. 10.羅忠輝等.測試信 號的小波包降噪技術及其應用研究.廣東技術師範學院學報，2007，No. 12.潘志義.小口徑
4高炮隨動系統測試信號的採集與數據處理.四川兵工學報，2008，No.3.張登峰等.一種改 進的基於VC維的非平穩信號小波消噪方法.南京理工大學學報自然科學版，2009 No. 5。機組運行過程中的軸心軌跡形狀特徵對判別整個轉子軸系的故障非常重要，其 形狀是判斷軸系運行狀態和故障的重要依據，其中隱含著機組的各種故障信息。比如由 轉動部件不平衡或大軸軸線不直引起的擺度過大，軸心軌跡為橢圓形；出水管渦引起的軸 心軌跡為規則或不規則花瓣形；油膜渦動引起的軸心軌跡為內「8」字形；不對中引起的 軸心軌跡為香蕉形或外「8」字形等。軸心軌跡的判斷也是當前研究的熱點問題。有關文 獻:Hu M K. Visual patternrecognition by moment invariant. IRE Trans Information Theory. 1962, (8) :197_187.王儼剴等.基於傅立葉描述子自動識別軸心軌跡.機械科學 與技術，2009 No. 6.馮勝強等.基於頻譜與軸心軌跡圖的汽輪機RBF神經網絡故障診斷研 究.機械與電子，2009 No. 9.桂中華等.小波包特徵熵提取水電機組軸心軌跡形狀.水力 發電，2009 No. 8.肖聖光等.旋轉機械軸心軌跡識別方法研究.中國測試，2009 No. 2.沙盛 中等.基於數學形態學的軸心軌跡濾波提純法.蘇州大學學報工科版，2007 No. 4.江志農 等.旋轉機械軸心軌跡特徵提取技術研究.振動.測試與診斷，2007 No. 2. 丁克北等.基 於圖像處理方法的軸心軌跡識別方法.風機技2006，No. 5.付波等.基於仿射不變矩的軸心軌跡自動識別方法.華中科技大學學報自然科 學版，2007NO. 3.陳喜陽等.一種新矩在水電機組軸心軌跡識別中的應用.華中科技大學學 報自然科學版，2006 No. 3. 丁克北等.基於模糊-小波神經網絡的軸心軌跡識別方法.熱 能動力工程，2005 No. 3.彭兵等.徑向基神經網絡在水輪發電機組故障診斷中的應用.水 電自動化與大壩監測，2006 No. 5.李允公等.基於復值過程高階累積量譜的軸心軌跡分析 的研究.機械工程學報，2005 No. 1.葉大鵬等.基於曲線不變矩和2d-HMM的軸心軌跡自動 識別系統.機電技術，2003 No. B09.倪傳坤等.基於SVD的水電機組軸心軌跡自動識別.水 電自動化與大壩監測2003 No. 6。目前，就其故障診斷方面研究者提出了基於神經網絡、模糊推理和專家系統等方 法，也有綜合各種方法的優點對其進行推理的。但是，由於泵站機組方面故障診斷專家知識 庫缺乏和泵站機組的徵兆與故障之間的對應關係較複雜，在一定程度上限制了專家系統的 建立和神經網絡的利用。現有的一些實現故障診斷的手段都在一定程度上受到限制，但是 進過近十幾年的發展，在故障診斷方面還是得到了非常大的提高。有關文獻:Wang, Zihao ；Mo，Yimin. Fault diagnosis expert system for diesellocomotive based on fault diagnosis binary tree. In Zhongguo Tiedao Kexue/ChinaRaiIway Science，v29，n5，p98_101，September 2008 ；Zhang, Sheng ；Asakura, Toshiyuki ；Xu,Xiaoli ；Xu,Baojie. Fault diagnosis system for rotary machine based on fuzzy neuralnetworks. InJSME International Journal，Series C :Mechanical Systems, MachineElements and Manufacturing， v46， n3， pl035_1041， September 2003 ； Hayashi, Shoji ；Asakura，Toshiyuki ；Zhang，Sheng. Study of machine fault diagnosis system using neuralnetworks. In -Proceedings of the International Joint Conference on Neural Networks, vl，p956_961，2002 ；周剛等.集成神經網絡方法在蒸汽 發生器故障診斷中的應用.原子能科學技術，2009 No. 11 ；曹祥宇等.小波分析在動態系統 故障診斷中的應用.彈箭與制導學報，2009 No. 5;魏偉等.電機故障診斷技術研究現狀與發展趨勢.微電機，2009 Vo42No. 10 ；常攀等.基于振動測試的離心泵故障診斷.機械研究 與應用，2009 No.5;唐貴基等.旋轉機械故障診斷中的振動信號自適應分形壓縮算法.振 動.測試與診斷，2009 No. 3。

實用新型內容本實用新型目的在於，克服現有技術的缺點，提供一種可攜式泵站機組狀態檢測 與數據處理裝置，能根據實際的泵站機組運行情況對機組進行檢測，提高機組的安全運行 時間和運行效率。為了達到上述目的，本實用新型提供一種可攜式泵站機組狀態檢測與數據處理裝 置，包括前置機和上位機，所述前置機包含有主控板，及以主控板為中心設置的模擬信號通 道、轉速通道和開關量通道，經各通道採集的信號送入主控板處理後，所得結果送入上位 機。而且，設置有16個模擬信號通道、2個轉速通道和4個開關量通道。而且，每個模擬信號通道包括依次連接的模擬信號適配器、隔離放大器和增益及 偏移調整電路；每個轉速通道包括依次連接的整形電路、光隔離器和緩衝器；4個開關量通 道包括一個依次連接的4路開關量輸入端子、光隔離器和緩衝器。而且，所述主控板採用基於TMS320F28335晶片實現的浮點DSP系統，該系統以 TMS320F28335晶片為控制中心設置了兩個模擬輸入接口、兩組8通道信號調理電路、複雜 可編程邏輯器件及網絡協議棧接口，16個模擬信號通道通過兩個模擬輸入接口連接到兩組 8通道信號調理電路；設置開關量接口和串行數模轉換器，轉速通道和開關量通道經開關 量接口與複雜可編程邏輯器件連接，複雜可編程邏輯器件經串行數模轉換器連接到8通道 信號調理電路。而且，所述上位機採用PC機或便攜機。本實用新型電路設計集中度高，可以利用現有電路晶片方便地組裝製造，便攜性 高。使用簡單、執行效率高，適用於各種泵站機組，可有效提高機組檢測的工作效率，減小維 修成本，避免重大事故的發生。

圖1為本實用新型實施例的總體結構示意圖；圖2為本實用新型實施例的調理板結構示意圖；圖3為本實用新型實施例的主控板結構示意圖。
具體實施方式
以下將結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。參見圖1，為了能夠採集泵站機組或電動機狀態，本實用新型包括前置機和上位 機，所述前置機包含有主控板，及以主控板為中心設置的模擬信號通道、轉速通道和開關量 通道，經各通道採集的信號送入主控板處理後，所得結果送入上位機。考慮到實際應用需 要，實施例設置有16個模擬信號通道、2個轉速通道和4個開關量通道。從採集信號的角度 看，16個模擬信號通道用於採集時，16路模擬信號輸入與16個模擬信號適配器0、1、2、3···12、13、14、15—一對應，經模擬信號適配器轉換為Ov IOv後，由16路隔離模擬輸入0、1、 2,3- 12、13、14、15調整為Ov 3v信號電平，然後輸入主控板；同樣，2個轉速通道用於2 路頻率信號輸入，4個開關量通道用於4路開關量接點輸入。模擬信號適配器可根據採集模 擬信號的傳感器信號靈活配置，例如可選UB5、UB1、U10、1420或I420P，以便將不同的輸入 信號形式和大小轉換為統一的0 IOv電壓信號，同時起到一定的濾波作用。其中，UB5的 輸入範圍為-5V +5V，UBl的輸入範圍為-IV +IV，UlO的輸入範圍為0 10V，1420和 I420P的輸入範圍為4 20mA。其中I420P有內部提供的24V傳感器供電電源。為了便於實施，本實用新型提供了各種通道具體實現方式每個模擬信號通道包 括依次連接的模擬信號適配器、隔離放大器和增益及偏移調整電路；每個轉速通道包括依 次連接的整形電路、光隔離器和緩衝器；4個開關量通道包括一個依次連接的4路開關量輸 入端子、光隔離器和緩衝器。除模擬信號適配器以外，其他電路可以集成到一個信號調理板 上，以便製造安裝。實施例的通道具體實現方式參見圖2 模擬信號通道0的隔離模擬輸入 包括隔離放大器和增益及偏移調整電路，模擬信號適配器0的輸出(0 IOv)接入到隔離 放大器後，再經增益及偏移調整電路調整為Ov 3v後，才輸出到主控板。實施例的隔離放 大器採用IS024P晶片。隔離的DC/DC電源模塊採用KDYD241212，其輸入為裝置提供的統 一 24V獨立電源(500w)，輸出為獨立的+/-12V供電電源。因此實施例採用該電源向隔離放 大器IS024P輸入端提供必需的操作電源。增益及偏移調整電路則採用+/-12V系統電源。 模擬信號通道1到15結構與模擬信號通道0相同，不予贅述。這16個模擬信號通道0 15輸出的16路模擬信號接入主控板的兩個模擬輸入接口 Jl和J2。轉速通道0包括依次 連接的整形電路、光隔離器和緩衝器，頻率輸入信號0(AC 0. 2^240V)經過整形電路、光隔 離器和緩衝器後，成為5v方波信號。轉速通道1的結構相同，頻率輸入信號1也轉換為5v 方波信號。4個開關量通道由依次連接的一個4路開關量輸入端子(記為J5)、光隔離器和 緩衝器實現，4路開關量輸入通過J5接入光隔離器後，經緩衝器調整到0 5V。2個轉速通 道0、1輸出的2路方波信號和開關量通道輸出的4路信號，一起接入主控板的一個模擬輸 入接口 J1。實用新型的光隔離器採用ITL117，緩衝器採用74ACT14，緩衝器採用5V系統電 源。如圖3，實施例的主控板採用基於TMS320F28335晶片實現的浮點DSP系統，該系統 以TMS320F28335晶片為控制中心設置了兩個模擬輸入接口 Jl和J2、兩組8通道信號調理 電路、複雜可編程邏輯器件(CPLD)及網絡協議棧接口(W5100A TCPIF)，16個模擬信號通道 通過兩個模擬輸入接口 Jl和J2連接到兩組8通道信號調理電路，即可向DSP系統提供傳 感器所得模擬採樣數據。主控板處理後所得結果通過支持乙太網和TCP/IP協議的網絡協 議棧接口，即可送到上位機。實施例還設置了開關量接口 J3和串行數模轉換器(TLV5638)。實施例的複雜可 編程邏輯器件採用XC95144XL-144。系統內部所需的操作邏輯，引入到外部的所有開關量 輸入輸出信號、轉速信號、流速儀流量信號，以及串行通訊控制信號、數模轉換換器TLV5638 的控制信號均通過複雜可編程邏輯器件產生。採用XC95144XL-144晶片可以大大地提高系 統硬體的靈活性，可以方便地通過編程改變系統的功能、邏輯和引腳配置。轉速通道和開 關量通道經開關量接口 J3與複雜可編程邏輯器件連接，實現輸入輸出開關量、頻率量。實 施例還另外設置了一個備用的開關量接口 J4以便進一步的功能擴展。實施例的串行數模
7轉換器採用提供了 2通道的TLV5638，複雜可編程邏輯器件經串行數模轉換器，可以輸出兩 路信號分別連接到兩組8通道信號調理電路。這樣可以將DSP產生的數字量轉換為模擬 量，再經由設放大調理電路進一步轉換為系統輸出的模擬信號。此外，為了保證主控板正常 運行，具體實施時還需要提供時鐘、電源、調試接口等外圍電路。例如，為網絡協議棧接口 和TMS320F28335晶片提供25MHz晶振，為8通道信號調理電路和複雜可編程邏輯器件提 供ONSl 117-3. 3電源晶片(提供3. 3V工作電源)；在TMS320F28335晶片的外圍設置SRAM、 TPS70351PWP低壓差電源晶片(提供1. 8和3. 3V工作電源)、TI JTAG調試口，SRAM可採 用IS61LV25616AL/IS61LV51216AL ；在複雜可編程邏輯器件的外圍設置16MHz時鐘發生器、 Xilinx JTAG調試口、MAX3221 (提供串口通訊)和系統輔助通訊接口 J6(支持SCI，SPI, CAN, I2C, RS232)。這些外圍電路的具體設置屬於本領域技術人員公知常識(例如SRAM和 TMS320F28335之間、W5100A TCPIF和TMS320F28335之間分別進行了數據線DB、地址線AB、 控制線CB的連接)，實施時可參考相關晶片產品說明書，本實用新型不予贅述。本實用新型所提供裝置的前置機支持數據的雙向通信，支持對採集到的輸入信號 進行硬體濾波、進一步的電平變換、實時數據採集、簡單的信號分析處理以及軟體濾波等， 並將採集到的信息和必要的分析處理結果通過區域網和TCP/IP協議發送給上位機(PC機 或便攜機)。而上位機則可以安裝應用軟體系統，提供各種功能。上位機可以通過網絡協議 棧接口向前置機發布相應的命令，進而從前置機獲得各種數據和分析的結果，以多種方式 進行數據存儲、顯示、分析和診斷。從網絡結構上看，前置機的功能類似於數據伺服器，是整 個系統的數據核心，其採集和處理的數據是實現系統各功能的基本依據。而上位機的作用 類似於客戶機，提供了實現系統各種功能的工具、方法和人機界面。由於前置機與上位機間 採用網絡通訊方式，因此，可以藉助Internet實現遠程測試，即前置機與上位機的通訊距 離不受限制，只要中間有區域網或Internet聯接即可。為了便於實施參考，本實用新型提供在上位機安裝的應用軟體系統設計方案(1)、應用軟體系統包括通道參數設置、通道監視、讀取設置文件和保存設置文件4 項功能。分別由「系統操作」菜單引導項下的「通道參數設置」、「系統通道監視」、「讀取設置 文件」和「保存設置文件」菜單選項啟動。其中的讀取設置文件和保存設置文件功能較為簡 單，主要用於讀取或保存系統的參數設置文件(包括通道設置參數)。(2)、通道參數設置功能包含有3個子界面，前兩個子界面的每一個可以設置8個 模擬輸入通道，後一個子界面用於設置兩個轉速輸入通道，不同的子界面可通過點擊界面 下的標籤方便地切換。通道設置功能用於對數據採集通道的相關參數進行定義和設置(即 常說的通道率定功能)。為增加系統軟體的靈活性、可移植性和可擴展性，系統所有通道的 測試對象及參數均可自行定義。因此，當系統第一次運行或硬體進行調整後必須對每一通 道進行通道設置以滿足系統運行的要求。這些參數包括通道測試對象名稱、測試對象的物 理單位、所選用的信號是配器型號、通道靈敏度K及通道偏移量B。其中靈敏度是對輸入信 號電壓值轉換為物理單位的乘係數，偏移量是在物理單位下的加係數。(3)、系統通道監視功能是為了檢查各通道信號接線是否正確，檢查各通道信號輸 入是否正常，並為硬體電路的靈敏度整定提供必要的信息。當要選擇系統的通道系統通道 監視功能時，相應的畫面上出現18塊虛擬電壓表，其中包括16塊模擬電壓表，用於顯示當 前16個模擬輸入通道所採集的原始信號值(傳感器的輸出電量值)，以及2個數字式轉速表，用於顯示2個轉速輸入通道所採集的脈衝數/每秒。從這些虛擬的模擬表或數字表上， 可以方便地判斷儀器各通道的運行情況，從而作為判斷儀器及傳感器工作正常的依據。(4)、數據採集與分析功能啟動後，首先進入數據採集界面。界面可同時顯示兩個 通道的波形和數據(上下兩部分)。其中，右半部為虛擬示波器，用於顯示某通道的時域波 形，左半部為一系列的選擇控制項和數據框，用於選擇當前要顯示波形的通道號和波形繪製 顏色，及顯示波形的物理單位、實時值、最大值、最小值、峰峰值、平均值、有效值、平均絕對 幅值、偏度值及峭度值。(5)、頻譜分析功能界面可同時顯示兩個通道的頻譜圖(上下兩部分)。右半部為 虛擬示波器，用於顯示某通道頻譜圖，左半部為一系列的選擇控制項和數據框，用於選擇當前 要顯示頻譜的通道號、頻譜繪製顏色、分析方法(包括幅值譜、相對幅值譜分析、功率譜分 析以及相對功率譜分析)、波形橫坐標的繪製方法(線性坐標或對數坐標)，以及顯示頻譜 的物理單位、最大譜線的高度及發生的頻率。選擇要分析的通道、分析方法及橫坐標的繪製 方法後，點擊分析按鍵，則相應的頻譜圖就出現在相應的虛擬示波器中。(6)、軸心軌跡功能用於繪製泵機組在運行時軸心的運動軌跡，從而為泵的故障診 斷提供依據。界面包含3個主要的虛擬示波器區域。其中，右側大示波器用於繪製軸心軌跡 圖；左側2個小示波器及其周圍的控制項用於選擇、載入和顯示相應的擺度測量波形。此外， 為保證軸心軌跡的相對光滑，還可實現對擺度實時波形進行制定截止頻率的濾波。當反映 X軸、Y軸的擺度波形已經載入，並已經過適當的濾波(如果必要)，點擊界面左下方的軸心 軌跡繪製按鍵，則泵機組的軸心運行軌跡將出現在右側的軸心軌跡示波器中。當然，遊標分 析功能、波形局部放大功能和軸心軌跡的圖形拷貝功能也在該示波器上提供。略有不同的 是，軸心軌跡的圖形拷貝功能需點擊界面左下方的複製按鍵.(7)、相關分析功能用於檢驗任意兩通道信號的相關性。通常有助於查找產生泵在 運行過程中的振動源。界面由上至下包含3個主要的虛擬示波器。其中第一個虛擬示波器 及其對應的控制項用於選擇、顯示參與相關分析的第一個變量。第二個虛擬示波器及其對應 的控制項用於選擇、顯示參與相關分析的第二個變量。第三個示波器用於顯示相關分析的結 果波形。在第三個示波器的左側，布置了一系列的按鍵，用於啟動不同的相關分析方法。(8)、三維分析主要有兩個的功能。其中之一用於將每個模擬輸入通道信號的頻譜 圖繪製在一個三維圖形上，便於比較不同通道信號的頻譜特性。另一個功能用於將某個通 道在不同時間的頻譜圖繪製在一個三維圖形上，用於比較該信號頻譜隨時間的變化趨勢。(9)、小波分解主要用於信號的去噪聲或濾波，同時，在某分解層次上，也可突出故 障信號的存在。其理論基礎是多分辨分析算法。它的基本原理是將原時域波形從高頻到低 頻分解為一系列的由小波係數構成的小波域波形。然後，在小波域上，按某種準則，去掉某 些不希望的成分，並進行小波重構，則可實現原時域波形降噪(類似於低通濾波)或其餘各 種方式的靈活濾波。(10)、本系統的BP神經網絡模型是由輸入層、輸出層和一個隱含層組成的前饋網 絡，同層各神經元互不連接，相鄰層的神經元通過權連接。BP學習算法由兩部分組成信息 的正向傳遞與誤差的反向傳播。在正向傳遞過程中，輸入樣本信息從輸入層經隱含層逐層 計算傳向輸出層，每一層節點的狀態只影響下一層節點的狀態。如果在輸出層沒有得到期 望的輸出，則計算輸出層的誤差變化值，然後轉向反向傳播，通過網絡將誤差信號沿原來的
9連接通路反傳回來修改各層節點的權值與閾值直至達到期望目標。該網絡本質上是實現了 一個從輸入層到輸出層的映射。對於軸心軌跡自動識別系統來說，就是從軸心軌跡特徵矩 向量到軸心軌跡庫分類編碼向量的映射。神經網絡是通過對樣本的學習，將這種映射關係 信息以權值和閾值的形式分布到網絡內部，並且利用神經網絡的信息保持性來完成軸心軌 跡自動識別的。該神經網絡還具有極強的自學習能力，對於新的軸心軌跡樣本，可以通過權 值、閾值的改變進行學習、記憶、存儲，進而在以後的系統運行中能夠自動識別這些新的軸 心軌跡類型。(11)、泵站機組的故障診斷是通過研究故障原因與徵兆之間的對應關係進行判斷 和識別的。模糊集理論能夠利用模糊集合的運算和變換進行複雜故障的自動診斷和推理。 模糊產生式規則是對傳統產生式規則的模糊化，規則前提事實中可以包含諸多不同類型的 故障徵兆，反映出故障不同方面的信息，模糊產生式規則的使用體現了多症兆的綜合作用 和對診斷知識的不確定性表示。模糊產生式規則具有以下特徵是前提條件和結論模糊化， 即前提條件用模糊狀態量詞表達模糊關係和狀態，並按一定原則進行匹配；規則的結論和 動作具有0-1之間的可信度；設置規則的激活閾值τ，只有前提條件的真值大於等於τ 時，規則才被激活。具體實施時，本領域技術人員可根據需要自行設計應用軟體系統。本實用新型的 保護範圍不限於以上實施例。
權利要求一種可攜式泵站機組狀態檢測與數據處理裝置，其特徵在於包括前置機和上位機，所述前置機包含有主控板，及以主控板為中心設置的模擬信號通道、轉速通道和開關量通道，經各通道採集的信號送入主控板處理後，所得結果送入上位機。
2.根據權利要求1所述的可攜式泵站機組狀態檢測與數據處理裝置，其特徵在於設 置有16個模擬信號通道、2個轉速通道和4個開關量通道。
3.根據權利要求2所述的可攜式泵站機組狀態檢測與數據處理裝置，其特徵在於每 個模擬信號通道包括依次連接的模擬信號適配器、隔離放大器和增益及偏移調整電路；每 個轉速通道包括依次連接的整形電路、光隔離器和緩衝器；4個開關量通道包括一個依次 連接的4路開關量輸入端子、光隔離器和緩衝器。
4.根據權利要求3所述的可攜式泵站機組狀態檢測與數據處理裝置，其特徵在於所 述主控板採用基於TMS320F28335晶片實現的浮點DSP系統，該系統以TMS320F28335晶片 為控制中心設置了兩個模擬輸入接口、兩組8通道信號調理電路、複雜可編程邏輯器件及 網絡協議棧接口，16個模擬信號通道通過兩個模擬輸入接口連接到兩組8通道信號調理電 路；設置開關量接口和串行數模轉換器，轉速通道和開關量通道經開關量接口與複雜可編 程邏輯器件連接，複雜可編程邏輯器件經串行數模轉換器連接到8通道信號調理電路。
5.根據權利要求1或2或3或4所述的可攜式泵站機組狀態檢測與數據處理裝置，其 特徵在於所述上位機採用PC機或便攜機。
專利摘要本實用新型提供一種可攜式泵站機組狀態檢測與數據處理裝置，包括前置機和上位機，所述前置機包含有主控板，及以主控板為中心設置的模擬信號通道、轉速通道和開關量通道，經各通道採集的信號送入主控板處理後，所得結果送入上位機。本實用新型電路設計集中度高，可以利用現有電路晶片方便地組裝製造，便攜性高。使用簡單、執行效率高，適用於各種泵站機組，可有效提高機組檢測的工作效率，減小維修成本，避免重大事故的發生。
文檔編號F04B51/00GK201687699SQ201020177919
公開日2010年12月29日 申請日期2010年4月26日 優先權日2010年4月26日
發明者葉淵傑, 陳光大, 陳堅 申請人:武漢大學