CN103541948B - 液压元件试验台分布式状态监测网络系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液压元件试验台分布式状态监测网络系统，包括多个传感器、与多个传感器一一对应的滤波电路、服务器、现场工控机、数据采集卡以及远程客户端，其中在现场工控机上设置有数据采集模块、数据计算模块、数据分析模块、显示模块、数据存储模块、网络监控模块；多个传感器分别设置在液压元件试验台上需要采集信号的位置；本发明对液压元件状态监测的实时性、准确性有着很好的改进，采集到的数据也能够完整、有序的进行储存。

Description

液压元件试验台分布式状态监测网络系统

技术领域

本发明涉及液压元件状态监测技术领域，具体涉及一种基于液压元件试验台分布式状态监测网络系统。

背景技术

液压系统是以油液作为工作介质，利用油液的压力能并通过控制阀门等附件操纵液压执行机构工作的整套装置。随着科学技术的迅猛发展，液压系统对液压元件的性能要求越来越高，液压试验在液压系统研制过程中起着举足轻重的作用，对液压系统全过程的试验任务、数据、质量记录实行实时综合管理、综合处理、综合分析，已成为对液压系统性能与质量全寿命周期综合监测、管理、评估和改进的重要手段。

一直以来我国车液压系统试验技术都比较落后，这主要表现在对零部件、组件和系统在加工、检测、试验和系统调试过程中每个阶段的定量监控和评价，更缺乏全寿命周期监控和定量、全面、综合的监测与控制。造成的直接后果是全部关键部件都要进行试验，产品性能只能根据试验结果评价，也就是末端评价。致使产品研制生产周期长、试验次数多、产品性能不稳定；同时增加了成本、严重浪费了资源，增加了环境负担。和发达国家相比差距很大，要想真正提高液压系统研制与试验水平，还需要对目前的液压系统研制与试验技术与装备进行网络化、自动化、智能化改造。

我国现有的试验与检测方法主要还是采用机械式监测仪器，主要缺点有：1、试验数据靠人工读取并手工记录，这样不仅效率低下，而且给数据的进一步处理带来很多不便。2、各个试验台之间是彼此孤立的，没有统一的数据库对其进行管理，因此对系统的整体分析受到一定的限制，无法充分利用试验数据的价值。3、对数据缺乏长期的存储与管理，很多情况下每次的试验数据只在当次分析中被使用，不能从多次数据中发现液压系统中隐藏的规律。

近年来，有部分科研工作者对液压监控试验台进行了研究和改进，采用传感器采集液压元件信号，将信号传输至数据采集卡，然后通过上位机软件实现数据采集、分析等功能。这些研究改善了液压元件的监测技术，但仍然存在许多不足的地方需要改进。

首先，现有的液压元件状态监测系统无法将采集到的多路信号在波形图控件上分别予以显示，而只能在同一个波形图内以横轴为时间轴，纵轴为电压轴来表示温度、压力和流量的监控，这样不能直接表示出温度值、压力值和流量值。

其次，现有的液压元件状态监测系统对采集到数据进行数据分析时是将采集到的数据直接输入到数据计算模块之中，由于数据采集是每单位时间采集到一个数组，并将此模式不断循环，如果将数据计算模块放置在循环结构之中，就有可能导致采集模块速度与分析模块速度不一致而导致数据不能实现连续的采集。

再次，现有的存储方式为将产生的数据通过网络直接发送给远程数据库进行存储，如果网速受限，程序的运行速度将会得不到保障；

最后，现有的液压元件状态检测系统只是单一的一台监测仪器，没有实现网络化监测技术，无法在其他地点实现监控，在厂区内使用有一定的局限性。

发明内容

针对以上提出的问题，本发明提出了一种基于液压元件试验台分布式状态监测网络系统，可以对液压元件进行高速数据采集、数据分析、数据存储，并具备远程监控以及报警等功能，对液压元件状态监测的实时性、准确性有着很好的改进，采集到的数据也能够完整、有序的进行储存。

本发明包括多个传感器、与多个传感器一一对应的滤波电路、服务器、现场工控机、数据采集卡以及远程客户端，其中在现场工控机上设置有数据采集模块、数据计算模块、数据分析模块、显示模块、数据存储模块、网络监控模块；多个传感器分别设置在液压元件试验台上需要采集信号的位置；

多个传感器包括第一温度传感器、第二温度传感器、第一压力传感器、第二压力传感器和流量传感器，每个传感器输出一路信号，每路信号分别由与传感器一一对应的滤波电路进行滤波；

数据采集卡，通过各滤波电路采集各传感器信号，并将采集到的各路传感器信号发送给数据采集模块；

数据采集模块，接收数据采集卡发送的各路传感器信号，并将各路传感器信号放置在队列中，并将队列中的各路传感器信号发送给数据计算模块和数据存储模块；

数据计算模块，1.接收各路传感器信号，各路传感器信号均包括一个波形文件，波形文件由时间点和数组组成，其中数组为在对应的时间点上采集到的一系列数据，此时该数据为电压值；各路传感器信号处理方式相同：用“索引数组”函数按照各路传感器信号的标号进行索引，进而得到各单路传感器信号；

将电压值利用下面的公式转化为具体的温度值、压力值和流量值，最终得到是各单路传感器信号的时间点与其对应的温度值、压力值和流量值，并输出给数据分析模块；

根据每个传感器量程的不同，数据计算模块中所述公式为：第一温度传感器温度值T₁=212.5V-412.5；第二温度传感器温度值T2=62.5V-112.5;第一压力传感器压力值P₁=15V-15;第二压力传感器压力值P₂=15V-15；流量传感器流量值f=10V-10；V为电压值；

数据分析模块，接收各单路传感器信号的时间点与其对应的温度值、压力值和流量值进行分析，得到各单路传感器信号的分析结果，包括时间与瞬态特性分析、频谱分析、失真分析、统计分析、功率谱分析；

显示模块，将数据采集模块、数据计算模块、数据分析模块的数据及计算过程进行显示；

数据存储模块，分为工控机存储端和服务器存储端，工控机存储端接收数据采集模块队列中的各路传感器信号的数据进行存储，服务器存储端通过网络自动更新工控机存储端的数据；

网络监控模块，对数据计算模块计算出的温度值、压力值和流量值进行监控，当任何一个超出设定值时，将发出报警提示；

远程客户端，与现场工控机相连，通过浏览器对现场工控机进行实时监控；

本发明还包括可移动机柜，用于放置现场工控机、数据采集卡这些硬件；

本发明的有益效果：

1.在数据计算模块中将电压值转化为具体的温度值、压力值和流量值，最终得到是各单路传感器信号的时间点与其对应的温度值、压力值和流量值，这样就可以将采集到的多路信号在波形图控件上分别予以显示，且能够直观的表示出温度值、压力值和流量值；

2.数据采集模块首先将各路传感器信号放置在队列中，然后将队列中的各路传感器信号发送给数据计算模块，通过队列的设置可以有效的解决数据采集与数据计算不同步所带来的问题，当数据分析与数据采集不同步时，不会出现采集中断的现象；

3.将数据存储模块分为工控机存储端和服务器存储端，并利用服务器存储端自动更新工控机存储端的数据，与现有的存储相比，能够保证主程序的流畅运行；这样采集到的数据在写入工控机存储端时就不会影响到采集的速度，而且数据也会很快的同步到服务器存储端上。

4.通过远程客户端的设置，实现了网络化监测，通过在其他地点实现监控，更加方便安全。

附图说明

图1为本发明的总体结构框图；

具体实施方式

为了更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细描述。

本发明包括多个传感器、与多个传感器一一对应的滤波电路、服务器、现场工控机、数据采集卡以及远程客户端，本发明的总体结构框图如图1所示；其中在现场工控机上设置有数据采集模块、数据计算模块、数据分析模块、显示模块、数据存储模块、网络监控模块；多个传感器分别设置在液压元件试验台上需要采集信号的位置；

多个传感器包括第一温度传感器、第二温度传感器、第一压力传感器、第二压力传感器和流量传感器，每个传感器输出一路信号，每路信号分别由与传感器一一对应的滤波电路进行滤波；还可以根据需要增加其他类型的传感器；

数据采集卡，通过各滤波电路采集各传感器信号，并将采集到的各路传感器信号发送给数据采集模块；本实施例选用凌华PCI-9114数据采集卡；

数据采集模块，接收数据采集卡发送的各路传感器信号，并将各路传感器信号放置在队列中，并将队列中的各路传感器信号发送给数据计算模块和数据存储模块；

数据计算模块，1.接收各路传感器信号，各路传感器信号均包括一个波形文件，波形文件由时间点和数组组成，其中数组为在对应的时间点上采集到的一系列数据，此时该数据为电压值；各路传感器信号处理方式相同：用“索引数组”函数按照各路传感器信号的标号进行索引，进而得到各单路传感器信号；2.将电压值利用下面的公式转化为具体的温度值、压力值和流量值，最终得到是各单路传感器信号的时间点与其对应的温度值、压力值和流量值，并输出给数据分析模块；

由于温度、压力、流量等5个信号表达的参数不同，其量程和精度的要求也不尽相同，如第一温度传感器的范围是-20～650C，而第二温度传感器的范围是-50～200℃，但经过传感器转换为电压信号后，电压的范围都是1～5V，因此转换的公式会不相同。压力、流量信号也是这样，根据各自所要表达参数的范围和精度进行与电压信号之间的相互转换。本实施例中各传感器的量程、型号和精度分别如下：第一温度传感器：-200--650度，PT100，精度±0.1%；第二温度传感器：-50--200度，海德HYDRO，精度±0.1%；压力传感器：0--60Mpa，海德HYDRO，精度±0.1%；流量传感器：0--40L/min，KRACHT齿轮流量计，精度：±0.3%；

各传感器转换公式如下：

第一温度传感器温度值T₁=212.5V-412.5；第二温度传感器温度值T₂=60.5V-110.5;第一压力传感器压力值P₁=15V-15;第二压力传感器压力值P₂=15V-15；流量传感器流量值f=10V-10；V为电压值；

数据分析模块，接收各单路传感器信号的时间点与其对应的温度值、压力值和流量值进行分析，得到各单路传感器信号的分析结果，包括时间与瞬态特性分析、频谱分析、失真分析、统计分析、功率谱分析；

显示模块，将数据采集模块、数据计算模块、数据分析模块的数据及计算过程进行显示；

数据存储模块，分为工控机存储端和服务器存储端，工控机存储端接收数据采集模块队列中的各路传感器信号的数据进行存储，服务器存储端通过网络自动更新工控机存储端的数据；

网络监控模块，对数据计算模块计算出的温度值、压力值和流量值进行监控，当任何一个超出设定值时，将发出报警提示；

远程客户端，与现场工控机相连，通过浏览器对现场工控机进行实时监控；

本发明还包括可移动机柜，用于放置现场工控机、数据采集卡这些硬件；

本发明通过远程客户端实现了远程实时监控，当数据在本地进行采集时，通过网络访问现场工控机的IP地址，可以在任何地点实时查看数据采集和分析的情况，并且可以请求现场工控机的控制权。这项技术客户端非常精简，只需要安装labviEWruntimeengine便可以通过浏览器输入相应的网址查看实时采集到的数据。

本发明的传感器分别采集到温度、压力、流量信号并经过滤波器进行滤波处理，由凌华PCI-9114数据采集卡进行数据采集，信号经数据采集卡模数转换后送到本地工控机（上位机）中进行处理，工控机中软件由labviEW编写；

该系统可以同时将采集到的多台套、多路不同信号显示在不同的波形图内，并且在台套、通道数量上具有可扩展性，扩展数量没有限制，单通道最高采样率可以达到250K/S。当同时采集多路信号时，数据采集模块采集到的是一个带有时间信息的二维数组及波形文件，索引数组函数可以返回二维数组在索引位置的子数组，通过对N路信号分别进行索引，并分别接入波形图控件，可将多路信号分别显示在示波器内。

数据分析模块又分为时间与瞬态特性分析、频谱分析、失真分析、统计分析、功率谱分析五个子模块，可以实时的获取信号的幅值、周期、信噪比、均方根等18个参数。数据采集模块的特点是采用了“生产者消费者”模式，将数据采集模块比喻为生产者，数据计算模块比喻为消费者，在生产者与消费者之间在加个缓冲区，形象的称之为仓库，生产者负责往仓库了进商品，而消费者负责从仓库里拿商品，这就构成了生产者消费者模式，每一次循环采集一组波形数据，显示到波形图上，并且储存到队列之中。然后将队列中的数据依次提取出来，送至数据分析模块中进行分析，这样便避免了因为数据计算与数据采集模块运行速度不一致而导致的延时或者失真。分析与采集同步进行，这样有助于随时查看这些有用信息并及时作出相应的判断。

数据存储采用了mysql数据库进行存储。如果不借助数据库的帮助，本系统采集到的数据将变得冗长乏味，无法提取出规律进行复现与对比。这里要用到的mysql数据库是众多的关系型数据库中的一个，相比其他系统而言，mysql数据库算得上是目前运行速度最快的SQL语言数据库。它主要有以下几个特点：1.同时访问数据库的用户数量不受限制；2.可以保存超过50,000,000条记录；3.是目前市场上现有产品中运行速度最快的数据库系统；4.用户权限设置简单、有效。对于采样率达到10000kb/s的数据采集系统，数据存储量很大，对运行速度也有一定的要求，因此选择mysql数据库作为数据存储的工具。

数据存储模块，如果将采集到的数据直接写入远程数据库，由于采样率高，采集到的数据量比较大，而网络传输具有一定的延时，就很可能影响到程序的总体运行速度。本发明写入远程数据库采用数据库同步更新的方法来实现，其原理是首先将数据采集到本地工控机，同时远程数据库与本地工控机进行同步更新，从而避免了程序运行时的网络延时现象，能够保证程序运行的流畅。

远程监控及远程报警采用的是labviEW的web发布技术，需要将web选项中的web服务器打开，设置好存储html文件的储存目录，并对客户端操作权限进行设置。远程监控采用B/S结构，B/S结构即浏览器/服务器，是相对于C/S的登陆方式的不同而命名的，具有分布性广、灵活方便以及维护简单方便的优点。

Web发布远程实时监控中最重要的一点就是要用主机的绝对ip地址，替换labviEW自动生成的网址中“计算机名”中的字符，客户端才能够正确访问到主机，当然，如果只是想在内网之间进行访问，只需用内网ip即可。本系统为了方便用户使用，将数据采集与数据分析页面web发布网址做成超链接形式。如果主机某一通道的数据正在采集并显示，此时点击超链接，便会弹出新网页对主机的采集情况进行实时监控。在实时监控网页点击鼠标右键，选择请求vi控制权，便可以获得主机的控制权限，对vi进行控制。主机也可以锁定vi控制权，此时客户端将智能进行查看，而没有操作的权限。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.液压元件试验台分布式状态监测网络系统，其特征在于，包括多个传感器、与多个传感器一一对应的滤波电路、服务器、现场工控机、数据采集卡以及远程客户端，其中在现场工控机上设置有数据采集模块、数据计算模块、数据分析模块、显示模块、数据存储模块、网络监控模块；多个传感器分别设置在液压元件试验台上需要采集信号的位置；

多个传感器包括第一温度传感器、第二温度传感器、第一压力传感器、第二压力传感器和流量传感器，每个传感器输出一路信号，每路信号分别由与传感器一一对应的滤波电路进行滤波；

数据采集卡，通过各滤波电路采集各传感器信号，并将采集到的各路传感器信号发送给数据采集模块；

数据采集模块，接收数据采集卡发送的各路传感器信号，并将各路传感器信号放置在队列中，并将队列中的各路传感器信号发送给数据计算模块和数据存储模块；

数据计算模块，(1).接收各路传感器信号，各路传感器信号均包括一个波形文件，波形文件由时间点和数组组成，其中数组为在对应的时间点上采集到的一系列数据，此时该数据为电压值；各路传感器信号处理方式相同：用索引数组函数按照各路传感器信号的标号进行索引，进而得到各单路传感器信号；(2).将电压值利用公式转化为具体的温度值、压力值和流量值，最终得到各单路传感器信号的时间点与其对应的温度值、压力值和流量值，并输出给数据分析模块；

数据分析模块，接收各单路传感器信号的时间点与其对应的温度值、压力值和流量值进行分析，得到各单路传感器信号的分析结果，包括时间与瞬态特性分析、频谱分析、失真分析、统计分析、功率谱分析；

显示模块，将数据采集模块、数据计算模块、数据分析模块的数据及计算过程进行显示；

数据存储模块，分为工控机存储端和服务器的存储端，工控机存储端接收数据采集模块队列中的各路传感器信号的数据进行存储，服务器存储端通过网络自动更新工控机存储端的数据；

网络监控模块，对数据计算模块计算出的温度值、压力值和流量值进行监控，当任何一个超出设定值时，将发出报警提示；

远程客户端，与现场工控机相连，通过浏览器对现场工控机进行实时监控。

2.如权利要求1所述的液压元件试验台分布式状态监测网络系统，其特征在于，根据每个传感器量程的不同，数据计算模块中所述公式为：第一温度传感器温度值T₁＝212.5V-412.5；第二温度传感器温度值T2＝62.5V-112.5；第一压力传感器压力值P₁＝15V-15；第二压力传感器压力值P₂＝15V-15；流量传感器流量值f＝10V-10；V为电压值。

3.如权利要求1所述的液压元件试验台分布式状态监测网络系统，其特征在于，所述数据采集卡采用凌华PCI-9114数据采集卡。