CN105139473B - 机械设备运行数据主动检测记录器及记录方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机械设备运行数据主动检测记录器及记录方法。记录器用于对机械设备产生的随机故障信号以及相关数据进行主动记录，并能够抗强电破坏和外力破坏,用于保护其内所记录的数据安全。相当于机械设备运行数据的黑匣子。所记录的故障数据便于进行技术分析，以对变量的可能发展趋势做进一步的预测。通过对机械设备运行数据进行技术分析与预测，来取代以往的定期检修方式。可以预见的，机械设备的故障维修不再局限某一部件或故障点，而是基于整体可能存在的问题进行分析解决，把以往会忽略或发现不了的隐藏故障一次性解决，消除续发损坏。本发明能够解决以往机械设备运行数据记录的局限性与庞大的冗余数据量问题。

Description

机械设备运行数据主动检测记录器及记录方法

技术领域

本发明关于机械设备的运行数据处理技术，具体地讲是一种机械设备运行数据主动检测记录器及记录方法。

背景技术

在现代工业中，机械设备向大型化、连续化、高速化和自动化的方向不断发展。随着机械设备的大型化与多功能化，大型机械设备的结构越来越复杂，功能越来越完善，自动化程度也越来越高，各子系统的关系也越来越密切，一旦机械设备的某个部分在运转过程中出现故障，就很可能中断生产，造成巨大的经济损失，甚至带来灾难性的后果。因此，所记录的故障数据是否能够进行技术分析，对变量的可能发展趋势做进一步的预测，是改变以往维护方法中存在不足与局限的有效解决途径，直接关系到机械设备状态检测及故障诊断方案的科学合理性。

在机械设备故障诊断的发展过程中，人们发现最重要、也是最困难的问题之一就是故障特征信号的特征提取。从某种意义上说，特征提取可以说是当前机械设备故障诊断研究中的瓶颈问题，它直接关系到故障诊断的准确性、故障早期预报的可靠性和变量的可能发展趋势。

通常，机械设备上配套有控制系统，能用于运行状态的检测与故障预警。以往技术中，控制系统通过对机械设备全程运行数据的记录，进行随机故障数据的记录，记录方案不够科学合理，所记录到的数据量非常庞大，故障特征提取困难。而且，这过程中，当检测到随机故障信号时即停机检修，控制系统为被动机制进行对运行数据的记录，由于缺乏对产生随机故障前因的有效数据的分析依据，机械设备的故障诊断也往往不准确，因而机械设备损坏等恶性循环事故时有发生，因停机维修而造成的经济损失往往十分严重。

目前，业界急需解决的关键问题是：机械设备的故障维修不再局限某一部件或故障点，而是基于整体可能存在的问题进行分析解决，把以往会忽略或发现不了的隐藏故障一次性解决，消除续发损坏。

有关于机械设备运行数据的保存安全问题：当机械设备尤其是大型机械设备产生随机故障时，通常伴随出现电流电压异常，瞬时高温以及产生外力破坏。而控制系统中的电气部分因此处于恶劣的环境中，易受瞬间高电压和强电流烧毁，或者，控制系统中的数据存储设备在受到强烈的外力破坏时，易造成所记录的运行数据被破坏。

发明内容

本发明提供了一种机械设备运行数据主动检测记录器及记录方法，以解决机械设备运行数据记录的局限性与庞大的冗余数据量问题。

本发明的目的之一是，提供一种机械设备运行数据主动检测记录器，该记录器包括：取样工作模组,由多个传感器从待检测机械设备上检出反映设备状态的实时物理量，并将其转换为合适的原始电信号，向后续单元传送；测量模组,用于对多个传感器变送来的原始电信号进行预处理，对混杂在原始电信号中的干扰进行抑制以提高信噪比，经过预处理的电信号进行A/D转换；循环数据缓存模组,用于将测量模组变送来的数字信号即时写入数据存储器中,以及进行数据存储器中的历史数据擦除工作，完成对一段足够数据处理所需长度的机械设备运行数据的缓存；其中,所述数据存储器的缓存空间大于所述机械设备运行数据所设定的长度；主动监测比较模组,用于将测量模组同步变送来的数字信号与预先设定的检测阀值进行对比，进行判断出随机故障信号作业，为采取进一步措施提供依据，并提供实时预警信号；记录模组，连接在触发电路上,并通过触发电路与所述循环数据缓存模组和主动监测比较模组电连接,记录模组受控于主动监测比较模组，用于主动监测比较模组判断出所述随机故障信号时，接收保存所述数据存储器中的机械设备运行数据在非易失性存储器单元中，随之对非易失性存储器单元进行数据输入隔离以及电源隔离；其中，所述触发电路的触发源为所述随机故障信号；其中，所述机械设备运行数据包括随机故障信号的绝对时间数据，以及一段预先设定数据长度与该绝对时间数据相连续的历史数据；其中，记录模组设有用于建立人机交互的通讯接口；所述记录模组还包括：保护外壳，用于将所述微控制单元、非易失性存储器单元、隔离数据传输IC和隔离电源模块密封保护，保护外壳的内表面设有防火绝热层，保护外壳为耐高温和抗外力破坏设计。

本发明的目的之一是，提供一种机械设备运行数据的记录方法，该方法包括：将取样工作模组从待检测的机械设备上不间断进行获取反映设备状态的实时物理量,形成采样循环,并将其转换为合适的原始电信号,向后续单元传送；使测量模组对变送来的实时原始电信号进行预处理，对混杂在原始电信号中的干扰源进行抑制以提高信噪比，经过预处理的电信号进行A/D转换为实时数字信号；将测量模组变送来的实时数字信号即时写入循环数据缓存模组的数据存储器中，以及同步进行数据存储器中的历史数据擦除工作，使数据存储器中总保留一段预先设定数据长度的历史数据,完成对一段足够数据处理所需长度的机械设备运行数据的缓存。其中,所述数据存储器的缓存空间大于所述机械设备运行数据所设定的长度；同步将测量模组变送来的实时数字信号传送至主动监测比较模组,主动监测比较模组用于将实时数字信号与预先设定的检测阀值进行对比,进行主动判断出随机故障信号作业，为采取进一步措施提供依据，并提供实时预警信号；将记录模组连接在触发电路上,并通过触发电路与所述循环数据缓存模组和主动监测比较模组电连接,将主动监测比较模组判断出的随机故障信号作为触发源，由所述触发电路根据随机故障信号，使循环数据缓存模组与记录模组形成数据通路，记录模组进行接收保存所述数据存储器中的机械设备运行数据在非易失性存储器单元中，随之对非易失性存储器单元进行数据输入隔离以及电源隔离，形成对随机故障信号以及相关数据的主动记录，便于进行故障数据技术分析，以对变量的可能发展趋势做进一步的预测；其中，将非易失性存储器单元以及记录模组中的其它电气部分进行密封设置在保护外壳中，用以在恶劣环境中耐高温和抗外力破坏；其中，所述机械设备运行数据包括随机故障信号的绝对时间数据，以及一段预先设定数据长度与该绝对时间数据相连续的历史数据；其中，使记录模组设有用于建立人机交互的通讯接口；所述历史数据的数据长度由等于或长于三十秒记录时间的字节数据组成。

本发明的有益效果为：通过对随机故障信号以及相关数据的主动记录，进行提取一段足够数据处理所需长度的机械设备运行数据，便于进行故障数据技术分析，以对变量的可能发展趋势做进一步的预测。并且，通过对机械设备运行数据进行技术分析，能按判别出的故障的性质和部位，有目的地进行检修，以及分析机械设备的历史状态和当前的状态，并预测随后的发展，利于掌握研究机械设备常见故障特征，建立故障原因集以及故障推理机制。

通过对机械设备运行数据进行技术分析与预测，用来取代以往的定期检修方式。可以预见的，机械设备的故障维修不再局限某一部件或故障点，而是基于整体可能存在的问题进行分析解决，把以往会忽略或发现不了的隐藏故障一次性解决，消除续发损坏。

记录器用于对机械设备产生的随机故障信号以及相关数据进行主动记录，记录器能够抗强电破坏和外力破坏,用于保护其内所记录的数据安全。相当于机械设备运行数据的黑匣子。

本发明能够解决以往机械设备运行数据记录的局限性与庞大的冗余数据量问题。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制，在附图中。

图1是本发明的方法流程图。

图2是本发明中记录模组的电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本说明，并不用于限制本发明。

如图1所示，本实施例的机械设备运行数据主动检测记录器包括:

取样工作模组,由多个传感器从待检测机械设备上检出反映设备状态的实时物理量，并将其转换为合适的原始电信号，向后续单元传送；测量模组,用于对多个传感器变送来的原始电信号进行预处理，对混杂在原始电信号中的干扰进行抑制以提高信噪比，经过预处理的电信号进行A/D转换；循环数据缓存模组,用于将测量模组变送来的数字信号即时写入数据存储器中,以及进行数据存储器中的历史数据擦除工作，完成对一段足够数据处理所需长度的机械设备运行数据的缓存；其中,所述数据存储器的缓存空间大于所述机械设备运行数据所设定的长度；主动监测比较模组,用于将测量模组同步变送来的数字信号与预先设定的检测阀值进行对比，进行判断出随机故障信号作业，为采取进一步措施提供依据，并提供实时预警信号；记录模组100，连接在触发电路上,并通过触发电路与所述循环数据缓存模组和主动监测比较模组电连接,记录模组100受控于主动监测比较模组，用于主动监测比较模组判断出所述随机故障信号时，接收保存所述数据存储器中的机械设备运行数据在非易失性存储器单元中，随之对非易失性存储器单元进行数据输入隔离以及电源隔离；其中，所述触发电路的触发源为所述随机故障信号；其中，所述机械设备运行数据包括随机故障信号的绝对时间数据，以及一段预先设定数据长度与该绝对时间数据相连续的历史数据；其中，记录模组100设有用于建立人机交互的通讯接口。

作为本实施例的一种优选方案，所述通讯接口优选为通用USB接口106，用予与PC终端200建立数据连接，工作时，利用安装在PC终端200的相应软件和外设设备(警报触发电路模块)进行工作，根据预先设定的通知策略生成与发出预警信息。连接简便，通用性高。在实际使用中，根据数据传输需求与传输条件，可同时设有RS232接口和RS485接口，用于与PC终端200建立较远距离的布线连接。

作为本实施例的一种优选方案，所述数据存储器的缓存空间小于或等于10Mb。无需采用大容量的存储设备，总体拥有成本低。

本实施例的机械设备运行数据的记录方法包括：将取样工作模组从待检测的机械设备上不间断进行获取反映设备状态的实时物理量,形成采样循环,并将其转换为合适的原始电信号,向后续单元传送；使测量模组对变送来的实时原始电信号进行预处理，对混杂在原始电信号中的干扰源进行抑制以提高信噪比，经过预处理的电信号进行A/D转换为实时数字信号；将测量模组变送来的实时数字信号实时写入循环数据缓存模组的数据存储器中，以及同步进行数据存储器中的历史数据擦除工作，使数据存储器中总保留一段预先设定数据长度的历史数据,完成对一段足够数据处理所需长度的机械设备运行数据的缓存(即是：缓存所述实时数字信号,并同时缓存一段预先设定数据长度且与最新的实时数字信号相连续的历史数据，同步进行不间断更新所述历史数据，使在数据存储器中总保留一段最新的机械设备运行数据)；其中,所述数据存储器的缓存空间大于所述机械设备运行数据所设定的长度；同步将测量模组变送来的实时数字信号传送至主动监测比较模组,主动监测比较模组用于将实时数字信号与预先设定的检测阀值进行对比,进行主动判断出随机故障信号作业，为采取进一步措施提供依据，并提供实时预警信号；将记录模组100连接在触发电路上,并通过触发电路与所述循环数据缓存模组和主动监测比较模组电连接,将主动监测比较模组判断出的随机故障信号作为触发源，由所述触发电路根据随机故障信号，使循环数据缓存模组与记录模组100形成数据通路，记录模组100进行接收保存所述数据存储器中的机械设备运行数据在非易失性存储器单元中，随之对非易失性存储器单元进行数据输入隔离以及电源隔离，形成对随机故障信号以及相关数据的主动记录，便于进行故障数据技术分析，以对变量的可能发展趋势做进一步的预测；其中，将非易失性存储器单元以及记录模组100中的其它电气部分进行密封设置在保护外壳中，用以在恶劣环境中耐高温和抗外力破坏；其中，所述机械设备运行数据包括随机故障信号的绝对时间数据，以及一段预先设定数据长度与该绝对时间数据相连续的历史数据；其中，使记录模组100设有用于建立人机交互的通讯接口。

如图2所示，本实施例的检测记录器中的记录模组100包括：隔离数据传输IC，用于连通或隔离微控制单元与所述非易失性存储器单元之间的数字信号连接，为光电隔离模块；隔离电源模块104，用于为所述微控制单元提供备用电源，保护所述非易失性存储器单元中的数据不因电源异常而受破坏；保护外壳，用于将所述微控制单元、非易失性存储器单元、隔离数据传输IC和隔离电源模块104密封保护，保护外壳的内表面设有防火绝热层，保护外壳为耐高温和抗外力破坏设计。

本实施例的保护外壳为封闭结构，为耐高温及耐外力冲击的合成材料或合金制成，保护外壳的内表面上设有防火绝热层，用于内置保护外壳中的微控制单元、非易失性存储器单元、隔离数据传输IC和隔离电源模块104能耐受260摄氏度以下的持续高温；同时，保护外壳用于能承受各个轴向外冲击力的冲击不产生明显形变，保护上述电气部分能够抵抗强烈外力破坏，从而对非易失性存储器单元中的机械设备运行数据构成可靠的保护。

本实施例的记录方法通过从待检测的机械设备进行采样循环(例如：一秒钟为一次采样周期不间断循环)，将获取的原始电信号转换为实时数字信号，实时数字信号进行缓存在数据存储器中，同时，将预先设定的以N个采样循环组成的一段历史数据一并缓存在数据存储器中，使数据存储器中总保留一段预先设定数据长度的历史数据,当主动监测比较模组判断出随机故障信号时，该随机故障信号与该历史数据相连续，达到对一段足够数据处理所需长度的机械设备运行数据的缓存，用于进行故障数据技术分析，以对变量的可能发展趋势做进一步的预测。进一步的，利用产生随机故障的信号突变形成对需保留的数据的主动记录，随之进行非易失性存储器单元中的机械设备运行数据光电隔离与备用电源供电。

本实施例的记录方法通过对随机故障信号以及相关数据的主动记录，便于进行故障数据技术分析，以对变量的可能发展趋势做进一步的预测。通过对机械设备运行数据进行技术分析与预测，来取代以往的定期检修方式，其原则是：只有当监测、分析和预测结果表明有必要维修时才进行维修。并且，通过对机械设备运行数据进行技术分析，能按判别出的故障的性质和部位，有目的地进行检修，以及分析机械设备的历史状态和当前的状态，并预测随后的发展，利于掌握研究机械设备常见故障特征，建立故障原因集以及故障推理机制。

本实施例的记录方法中，所述历史数据的数据长度由等于或长于三十秒记录时间的字节数据组成；实际应用中，根据不同的机械设备，历史数据的数据长度另进行预先设定。达到所记录的机械设备运行数据所具有的数据量大大缩小，解决了以往机械设备运行数据记录的局限性与庞大的冗余数据量问题。

经多次实验证明，本发明的应用使机械设备的故障维修不再局限某一部件或某一故障点，而是基于整体可能存在的问题进行分析解决，把以往会忽略或发现不了的隐藏故障一次性解决，消除续发损坏，节约大量维护费用，大大提升维修的效用，使机械设备保持最佳运转性能，延长机械设备的使用寿命。

本实施例的隔离数据传输IC也可以为其它具有同等功能的硬件,如光电隔离模块或光电耦合器103；微控制单元是指MCU101；非易失性存储器单元是指EEPROM102。

以上具体实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (5)

1.一种机械设备运行数据主动检测记录器，其特征在于，所述的检测记录器包括:

取样工作模组,由多个传感器从待检测机械设备上检出反映设备状态的实时物理量，并将其转换为合适的原始电信号，向后续单元传送；

测量模组,用于对多个传感器变送来的原始电信号进行预处理，对混杂在原始电信号中的干扰进行抑制以提高信噪比，经过预处理的电信号进行A/D转换；

循环数据缓存模组,用于将测量模组变送来的数字信号即时写入数据存储器中,以及进行数据存储器中的历史数据擦除工作，完成对一段足够数据处理所需长度的机械设备运行数据的缓存；其中,所述数据存储器的缓存空间大于所述机械设备运行数据所设定的长度；

主动监测比较模组,用于将测量模组同步变送来的数字信号与预先设定的检测阀值进行对比，进行判断出随机故障信号作业，为采取进一步措施提供依据，并提供实时预警信号；

记录模组，通过触发电路与所述循环数据缓存模组和主动监测比较模组电连接,记录模组受控于主动监测比较模组，用于主动监测比较模组判断出所述随机故障信号时，接收保存所述数据存储器中的机械设备运行数据在非易失性存储器单元中，随之对非易失性存储器单元进行数据输入隔离；其中，所述触发电路的触发源为所述随机故障信号；所述机械设备运行数据包括随机故障信号的绝对时间数据，以及一段预先设定数据长度与该绝对时间数据相连续的历史数据；记录模组设有用于建立人机交互的通讯接口。

2.根据权利要求1所述的检测记录器，其特征在于，所述通讯接口为通用USB接口、RS232接口或RS485接口。

3.根据权利要求1所述的检测记录器，其特征在于，所述记录模组包括：

隔离数据传输IC，用于连通或隔离微控制单元与所述非易失性存储器单元之间的数字信号连接，为光电隔离模块；

隔离电源模块，用于为所述微控制单元提供备用电源，保护所述非易失性存储器单元中的数据不因电源异常而受破坏；

保护外壳，用于将所述微控制单元、非易失性存储器单元、隔离数据传输IC和隔离电源模块密封保护，保护外壳的内表面设有防火绝热层，保护外壳为耐高温和抗外力破坏设计。

4.一种机械设备运行数据的记录方法，其特征在于，所述的方法包括：

将取样工作模组从待检测的机械设备上不间断进行获取反映设备状态的实时物理量,形成采样循环,并将其转换为合适的原始电信号,向后续单元传送；

使测量模组对变送来的实时原始电信号进行预处理，对混杂在原始电信号中的干扰源进行抑制以提高信噪比，经过预处理的电信号进行A/D转换为实时数字信号；

将测量模组变送来的实时数字信号即时写入循环数据缓存模组的数据存储器中，以及同步进行数据存储器中的历史数据擦除工作，使数据存储器中总保留一段预先设定数据长度的历史数据,完成对一段足够数据处理所需长度的机械设备运行数据的缓存；其中,所述数据存储器的缓存空间大于所述机械设备运行数据所设定的长度；

同步将测量模组变送来的实时数字信号传送至主动监测比较模组,主动监测比较模组用于将实时数字信号与预先设定的检测阀值进行对比,进行主动判断出随机故障信号作业，为采取进一步措施提供依据，并提供实时预警信号；

将记录模组连接在触发电路上,并通过触发电路与所述循环数据缓存模组和主动监测比较模组电连接,将主动监测比较模组判断出的随机故障信号作为触发源，由所述触发电路根据随机故障信号，使循环数据缓存模组与记录模组形成数据通路，记录模组进行接收保存所述数据存储器中的机械设备运行数据在非易失性存储器单元中，随之对非易失性存储器单元进行数据输入隔离以及电源隔离，形成对随机故障信号以及相关数据的主动记录，便于进行故障数据技术分析，以对变量的可能发展趋势做进一步的预测；其中，将非易失性存储器单元以及记录模组中的其它电气部分进行密封设置在保护外壳中，用以在恶劣环境中耐高温和抗外力破坏；所述机械设备运行数据包括随机故障信号的绝对时间数据，以及一段预先设定数据长度与该绝对时间数据相连续的历史数据；使记录模组设有用于建立人机交互的通讯接口。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述历史数据的数据长度由等于或长于三十秒记录时间的字节数据组成。