CN105159253A - 设备转速和振动数据的采集方法、装置及采集系统 - Google Patents

设备转速和振动数据的采集方法、装置及采集系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了设备转速和振动数据的采集方法、装置及采集系统。本发明公开的一种设备转速采集装置包括转速传感器和控制单元。其中，转速传感器用于采集设备的转速。控制单元包括定时器，适于提供关于转速数据采集的定时。转速匹配控制器，适于在第一转速匹配周期根据转速所处的转速级别确定对设备的振动数据采集策略，以及向至少一个设备振动数据采集装置发送包含振动数据采集策略的命令。

Description

设备转速和振动数据的采集方法、装置及采集系统
技术领域
本发明涉及机械设备领域，尤其涉及设备转速和振动数据的采集方法、装置及采集系统。
背景技术
目前，大型旋转机械设备广泛应用在化工、风电、冶金等领域中。诸如风力发电机组和输油泵等旋转设备的结构和应用环境也越来越复杂。旋转设备的故障也很可能造成事故和巨大损失。随着振动故障诊断特征技术的发展，越来越多的振动监测设备被用于监测机械设备的振动故障。现有的振动监测技术方案主要采用有线监测方式。有线监测方式需要在现场布置线缆，进而对振动数据进行全采样方式的采集，以便在远程服务器进行对所采集的振动数据进行诊断分析。随着无线传输技术的发展，对振动数据进行无线监测的监测方案也逐渐被应用。这样，无线监测设备可以避免现场布线的麻烦，尤其在例如防爆等级高等环境中避免了有线监测的安全隐患。
然而，无线监测的采集装置通常分布在所要监控区域的多个位置，并且采用电池供电。这样，如何使得无线监测设备保持尽可能低的功耗，同时又能采集到充足、准确的振动数据是现在所面临的问题。
发明内容
为此，本发明提供一种新的无线振动数据采集方案，有效的解决了上面至少一个问题。
根据本发明的一个方面，提供一种设备转速采集方法，包括：在第一转速匹配周期中，通过转速传感器采集设备的转速；根据所采集的转速确定设备所处的转速级别；根据转速级别确定对设备的振动数据采集策略；向至少一个设备振动数据采集装置发送包含振动数据采集策略的命令。
可选地，在根据本发明的设备转速采集方法中，转速级别包括第一级别、第二级别和第三级别，根据所述转速级别确定对应的振动数据采集策略包括：当所述转速级别处于第一级别时，确定振动数据采集策略为设备振动数据采集装置不采集振动数据的第一策略；当所述转速级别处于第二级别时，确定振动数据采集策略为设备振动采集装置采集时域振动数据的第二策略；以及当所述转速级别处于第三级别时，确定振动采集策略为设备振动数据采集装置采集用于阶次分析振动数据的第三策略。
可选地，在根据本发明的设备转速采集方法中，第一级别包括0至第一转速阈值的范围，第二级别包括第一转速阈值至第二转速阈值的范围，第三级别包括第二转速阈值至第三转速阈值的范围，第一转速阈值<第二转速阈值<第三转速阈值。
可选地，在根据本发明的设备转速采集方法中，第一转速阈值在700-900RPM之间，第二转速阈值在1200-1400RPM之间，第三转速阈值在1600-2000RPM之间。
可选地，在根据本发明的设备转速采集方法中，在第一转速匹配周期中，通过转速传感器采集设备的转速包括：采集至少两个转速采集周期中的设备转速；以及所述根据所采集的转速确定设备所处的转速级别包括：计算这至少两个转速采集周期中转速的平均值，并根据该平均值确定设备所处的转速级别。
可选地，在根据本发明的设备转速采集方法中，采集至少两个转速采集周期中设备的转速包括：如果在一个转速采集周期内没有采集到完整的转速脉冲，则认为该转速采集周期中设备的转速为0。
可选地，根据本发明的设备转速采集方法还包括：在通过转速传感器采集设备的转速之前，将转速传感器从休眠状态唤醒；以及在向设备振动数据采集装置发送包含振动数据采集策略的命令之后，使转速传感器进入休眠状态。
可选地，根据本发明的设备转速采集方法还包括：如果振动数据采集策略为第一策略，则在下一转速匹配周期中，重复所述唤醒、采集转速、确定转速级别、确定采集策略、发送命令和进入休眠状态的步骤。
可选地，根据本发明的设备转速采集方法还包括：如果振动数据采集策略为第二策略，则在后继转速匹配周期中，重复所述唤醒、采集转速和进入休眠状态的步骤，直到振动数据与转速数据完整上传周期结束。
可选地，在根据本发明的设备转速采集方法中，还包括：在预定转速数据上传时间点向采集站发送转速数据。
根据本发明又一个方面，还提供一种设备振动数据采集方法，包括：在第一振动数据采集周期中，从设备转速采集装置接收包含振动数据采集策略的命令；从所述命令中提取振动数据采集策略；指示振动传感器按照振动数据采集策略采集设备的振动数据。
可选地，在根据本发明的设备振动数据采集方法中，振动数据采集策略包括设备振动数据采集装置不采集振动数据的第一策略、设备振动数据采集装置采集时域振动数据的第二策略、以及设备振动数据采集装置采集用于阶次分析振动数据的第三策略。
可选地，根据本发明的设备振动数据采集方法还包括：在从设备转速采集装置接收包含振动数据采集策略的命令之前，将振动传感器从休眠状态唤醒；以及在振动传感器采集设备的振动数据之后，使振动传感器进入休眠状态。
可选地，根据本发明的设备振动数据采集方法还包括：如果所述振动数据采集策略为第一策略，则在下一振动数据采集周期中重复所述唤醒、接收命令、提取振动数据采集策略、指示振动传感器和进入休眠状态的步骤。
可选地，根据本发明的设备振动数据采集方法还包括：如果振动数据采集策略为第二策略，则在后继转速匹配周期中保持振动传感器休眠状态，直到振动数据与转速数据完整上传周期结束。
可选地，根据本发明的设备振动数据采集方法还包括：在预定振动数据上传时间点向采集站发送振动数据。
根据本发明又一方面，提供一种设备转速采集装置，包括：转速传感器，用于采集设备的转速。控制单元包括：定时器，适于提供关于转速数据采集的定时；转速匹配控制器，适于根据转速所处的转速级别确定对设备的振动数据采集策略，以及向至少一个设备振动数据采集装置发送包含振动数据采集策略的命令。
可选地，在根据本发明的设备转速采集装置中，转速级别包括第一级别、第二级别和第三级别。转速匹配控制器适于：当所述转速级别处于第一级别时，确定振动数据采集策略为设备振动数据采集装置不采集振动数据的第一策略；当所述转速级别处于第二级别时，确定振动数据采集策略为设备振动数据采集装置采集时域振动数据的第二策略；以及当所述转速级别处于第三级别时，确定振动数据采集策略为设备振动数据采集装置采集用于阶次分析振动数据的第三策略。
可选地，在根据本发明的设备转速采集装置中，所述第一级别包括0至第一转速阈值的范围，所述第二级别包括第一转速阈值至第二转速阈值的范围，所述第三级别包括第二转速阈值至第三转速阈值的范围，第一转速阈值(<第二转速阈值<第三转速阈值。
可选地，在根据本发明的设备转速采集装置中，第一转速阈值在700-900RPM之间，第二转速阈值在1200-1400RPM之间，第三转速阈值在1600-2000RPM之间。
可选地，在根据本发明的设备转速采集装置中，转速传感器适于在第一转速匹配周期内采集至少两个转速采集周期中设备的转速，所述转速匹配控制器适于根据这至少两个转速采集周期中设备的转速的平均值确定设备在第一转速匹配周期内的转速级别。
可选地，在根据本发明的设备转速采集装置中，转速匹配控制器还适于，如果在一个转速采集周期内没有采集到完整的转速脉冲，则认为该转速采集周期中的设备转速为0。
可选地，在根据本发明的设备转速采集装置中，转速匹配控制器还适于利用定时器，在通过转速传感器采集设备的转速之前将转速传感器从休眠状态唤醒，以及在向设备振动数据采集装置发送包含振动数据采集策略的命令之后，使转速传感器进入休眠状态。
可选地，在根据本发明的设备转速采集装置中，转速匹配控制器还适于，如果振动采集策略为第一策略，则在下一转速匹配周期中，重复所述唤醒、采集转速、确定转速级别、确定采集策略、发送命令和进入休眠状态的操作。
可选地，在根据本发明的设备转速采集装置中，转速匹配控制器还适于，如果振动采集策略为第二策略，则在后继转速匹配周期中，重复所述唤醒、采集转速和进入休眠状态的操作，直到振动数据与转速数据完整上传周期结束。
可选地，在根据本发明的设备转速采集装置中，转速匹配控制器还适于利用定时器，在预定转速数据上传时间点向采集站发送转速数据。
根据本发明的又一个方面，提供一种设备振动数据采集装置，包括：振动传感器，用于采集设备的振动数据。控制单元，包括：定时器，适于提供关于振动数据采集的定时；振动数据采集控制器，适于在第一振动数据采集周期中从设备转速采集装置接收包含振动数据采集策略的命令，从所述命令中提取振动数据采集策略，以及指示振动传感器按照振动数据采集策略采集设备的振动数据。
可选地，在根据本发明的设备振动数据采集装置中，振动采集策略包括设备振动数据采集装置不采集振动数据的第一策略、设备振动数据采集装置采集时域振动数据的第二策略、以及设备振动数据采集装置采集用于阶次分析振动数据的第三策略。
可选地，在根据本发明的设备振动数据采集装置中，振动数据采集控制器还适于利用定时器，在从设备转速采集装置接收包含振动数据采集策略的命令之前，将振动传感器从休眠状态唤醒，以及在振动传感器采集设备的振动数据之后，使振动传感器进入休眠状态。
可选地，在根据本发明的设备振动数据采集装置中，振动数据采集控制器还适于：如果所述振动采集策略为第一策略，则在下一振动数据采集周期中重复所述唤醒、接收命令、提取振动数据采集策略、指示振动传感器和进入休眠状态的操作。
可选地，在根据本发明的设备振动数据采集装置中，振动数据采集控制器还适于：如果振动采集策略为第二策略，则在后继振动数据采集周期中保持振动传感器休眠状态，直到振动数据与转速数据完整上传周期结束。
可选地，在根据本发明的设备振动数据采集装置中，振动数据采集控制器还适于利用定时器，在预定振动数据上传时间点向采集站发送振动数据。
根据本发明的又一个方面，提供一种设备振动数据采集系统，包括根据本发明的设备转速采集装置、设备振动数据采集控制器和接收采集的设备振动数据和转速数据的采集站。
可选地，根据本发明的设备振动数据采集系统还包括服务器，适于通过采集站设置设备转速采集装置和设备振动数据采集装置的定时。
根据本发明的振动采集方案，实现了通过无线方式对振动数据进行采集。在本发明的采集方案中，通过根据转速级别来控制振动采集装置的数据采集，实现了对振动采集策略的实时调整，这样本发明的采集方案能够获取到对应转速级别的不同类型数据，极大调高数据的有效性。并且，根据转速级别间歇性采集数据和传输数据，极大降低的振动采集系统的功耗。总而言之，本发明的采集方案，为后续的故障诊断分析提供了有效的原始数据，从而极大提高了诊断分析的准确度。另外，根据本发明的设备有较长的续航能力，避免了频繁更换电池的麻烦，极大节省了人力、物力消耗。
附图说明
为了实现上述以及相关目的，本文结合下面的描述和附图来描述某些说明性方面，这些方面指示了可以实践本文所公开的原理的各种方式，并且所有方面及其等效方面旨在落入所要求保护的主题的范围内。通过结合附图阅读下面的详细描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。遍及本公开，相同的附图标记通常指代相同的部件或元素。
图1示出了根据本发明一个实施例的振动采集系统100的示意图；
图2示出了根据本发明一个实施例的振动采集系统100的工作时序图；
图3示出了根据本发明一个实施例的设备转速采集装置300的示意图；
图4示出了根据本发明一个实施例的设备振动数据采集装置400的示意图；
图5示出了根据本发明一个实施例的设备转速采集方法500的流程图；以及
图6示出了根据本发明一个实施例的设备振动数据采集方法600的流程图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
图1示出了根据本发明一个实施例的振动采集系统100的示意图。振动采集系统100包括采集站110、设备转速采集装置120、设备振动数据采集装置130和服务器140。设备振动数据和转速采集装置通常布置在该区域内的旋转设备上，采集设备的振动数据和转速数据。布置在该区域的采集站110获取到所采集数据后，可以进行处理并将经过处理的数据传输到服务器140，以进行设备状态诊断分析。旋转设备包括但不限于输油泵、风力发电机、燃气轮机等旋转设备。为了对一个监控区域内一台或者多台旋转设备进行全面监测，一个振动采集系统100中通常包括多台设备振动数据采集装置130。例如，每台电机配置一个设备转速采集装置120，以及在电机外壳的不同位置处配置有设备振动数据采集装置130，以便测量电机的峭度、歪度等监测指标。在根据本发明一个实施例中，对于同种类型的旋转设备，在多台设备的相同结构位置处布置设备振动采集装置130和转速采集装置120，以便对同类型的电机进行振动数据的对比分析。采集站110能够与设备转速采集装置120和设备振动数据采集装置130进行无线通信。这样，采集站110可以接收转速采集装置120采集的转速数据和振动采集装置130所采集的振动数据。例如，采集站110与振动、转速采集装置之间可以采用Zigbee等无线方式进行数据传输。采集站110可以采用3G/4G等无线通信方式或者光纤等有线方式与服务器140进行通信。该服务器140例如可以是第三方的用于远程诊断分析的服务器，也可以是被监测设备的企业内部服务器。
根据本发明的无线振动采集系统100应用场景广泛。通常无线振动采集系统100中采集装置数量较大且分布位置复杂。例如，采集装置布置在野外工作的旋转设备靠近顶部位置。
在根据本发明一个实施例中，为了对一台旋转设备进行监测，振动采集系统100包括一个采集站110、布置在设备主轴外的一个设备转速采集装置120以及布置在该设备不同位置的多个设备振动数据采集装置130-1，…，130-N。
图2示出了根据本发明一个实施例的振动采集系统100的工作时序图。该振动采集系统100包括了1个采集站110、2个设备振动数据采集装置130-1、130-2、1个设备转速采集装置120和服务器140(未示出)。
采集站110可以配置上传周期T。该上传周期T为采集站110向服务器140(未示出)上传振动和转速数据的发送周期。服务器140适于向采集站110发送配置信息。该配置信息包括上传周期T的配置参数。当然采集站110也可以通过接收终端(例如键盘和触摸屏等)输入信息等方式来确定上传周期T。这里对上传周期T的确定方式不做限定。采集站110可以在每次上传周期T更新后，向设备转速采集装置120和设备振动数据采集装置130广播该配置信息。另外，在转速采集装置120或振动采集装置130第一次上电接入到振动采集系统100时，采集站110可以向新接入的装置发送配置信息。这里，采集站110、设备转速采集装置120和设备振动数据采集装置130分别具有ID序号。在转速或振动采集装置被布置在设备上时，服务器140能将采集装置的ID序号与旋转设备建立关联。这样，服务器140可以在采集站110上传转速数据和振动数据后，根据转速数据和振动数据对应的ID序号，将转速数据、振动数据和设备对应，以便针对该设备进行故障诊断分析。
如图2所示，图2中示出了一个采集站110完整的上传周期T和下一个上传周期T的部分。完整上传周期T的开始点为ts0，结束点为ts1。采集站110适于在上传周期T内在不同时间点接收振动数据和转速数据。根据本发明一个实施例，采集站110从服务器140获取的配置信息包括采集站110接收振动和转速数据的数据接收时间点。例如，t1、t2和t3。这里所指的振动数据为设备振动数据采集装置130-1、130-2采集的振动相关数据。转速数据为设备转速采集装置120采集的转速相关数据。采集站110在ts1时间点向服务器140上传振动数据和转速数据。在采集站110广播包含数据接收时间点的配置信息后，设备振动数据采集装置130-1、130-2和转速采集装置120会在采集站110的数据接收时间点上传数据。为了简化描述，这里不再区分设备振动数据采集装置130和转速采集装置120向采集站110上传数据的时间点与采集站110的数据接收时间点，尽管它们有可能并不完全一致。在图2所示的实施例中，采集站110在t1时间点接收设备振动数据采集装置130-1的振动数据，即t1为设备振动数据采集装置130-1的预定振动数据上传时间点。同样，t2为设备振动数据采集装置130-2的预定振动数据上传时间点，t3为设备转速采集装置120的预定转速数据上传时间点。
根据本发明一个实施例，数据接收时间点的分配可以根据下述公式进行计算：
tx＝t0+x*T/(N+1)
其中，t0为采集站110一个上传周期T的开始时间，x为数据接收接收点的序号。N为数据采集装置的数量(设备转速采集装置120和设备振动数据采集装置130的总数)。在图2所示例子中，振动数据采集装置130-1的振动数据上传时间点t1＝t0+T/4，依此类推。需要注意的是，采集站110的数据接收时间点分布方式不受限于图2所示的等间隔方式，也可以根据需要采用不等间隔的方式。例如转速采集装置120的转速数据上传周期可以不同于设备振动数据采集装置130-1、130-2的振动数据上传周期。
通常，采集站110在不执行上传和接收数据的操作时，处于休眠状态。因此在上传时间点ts1和数据接收时间点t1、t2和t3时刻附近，采集站110从休眠状态进入唤醒状态，以便执行数据上传或者接收操作。这样，根据本发明的采集站110，可以有序的进行数据汇集、上传的操作，同时能够很好的节省功耗。
可选地，如果一次数据接收操作时间过长，并靠近采集站110向服务器140上传数据的上传时间点ts1，则采集站110会停止当前的接收操作，以免影响采集站110的上传操作。例如，采集站110在t3时刻开始数据接收，如果距离ts1的间隔小于阈值Tsafe时还未完成接收，则停止当前的接收操作。
转速采集装置120适于以转速采集周期Tr进行转速采集，即每隔周期Tr采集一次转速数据。例如，Tr为5min。每次采集的时长M例如为200ms。由于采集时间很短，所以图2中不再区分采集开始时间点和结束时间点，而是用采集时间点统一表示。如图2所示，转速采集时间点为tr1,…,tr6。在每个转速采集时间点，转速采集装置120适于获取转速采集时长M内的转速脉冲数Nr(Nm脉冲代表设备转动一圈)。在一个实施例中根据下述公式计算一个转速采集周期Tr对应的转速。
60000*Nr/(M*Nm)转/分RPM
其中，第一预定时长为M毫秒(例如200毫秒)，在M毫秒内采集的键相脉冲数量为Nr(Nm个脉冲表示转动1圈)。
为了节省功耗，设备转速采集装置120在不需要采集转速时，处于休眠状态。在转速采集时间点附近，设备转速采集装置120从休眠状态唤醒。唤醒操作时间相对于一个转速采集周期Tr很短。在本发明中，以“唤醒时间点”统一表示唤醒操作的开始时间点和结束时间点。由于唤醒操作与转速采集操作时隙很小，采集时间点(例如tr1)也可以视为唤醒时间点。另外，如果在转速采集时长M内未获取到完整转速脉冲，设备转速采集装置120认为转速为0。
根据本发明的一个实施例，设备转速采集装置120通过转速所处的转速级别来确定设备振动数据采集策略。考虑到功耗和数据有效性的原则，设备转速采集装置120通过采集站110从服务器140获取的配置信息包括对转速匹配周期Tp的配置。上传周期T中包括多个转速匹配周期Tp。设备转速采集装置120通常一个转速匹配周期Tp进行一次转速级别的判断。一个转速匹配周期Tp可以包括一个或更多个转速采集周期Tr，在图2的示例中转速匹配周期Tp包括两个转速采集周期Tr。在第一个转速匹配周期Tp中，设备转速采集装置120基于转速采集时间点tr1和tr2分别采集的两个转速的平均值确定该转速匹配周期Tp内转速所处的转速级别。由于计算平均值进而确定转速级别的时间很短，在本发明中，转速匹配点被用于统一表示转速匹配操作从开始到完成的时间段。例如设备转速采集装置120在转速采集点tr2进行转速采集后进行了一次转速匹配操作。转速采集点tr2可视为一个转速匹配点。设备转速采集装置120在转速匹配点(例如tr2)还可以根据转速级别确定设备振动数据采集策略后，将所确定的采集策略向设备振动采集装置130发送，以便设备振动采集装置130根据不同的采集策略采集有效振动数据。
如上所述，设备振动数据采集装置130适于根据转速来采集不同类型的振动数据。下面以图2中设备振动数据采集装置130-1为例进行说明。设备振动数据采集装置130-1在一个上传周期T内包括多个振动数据采集周期Tv。设备振动数据采集装置130-1通过采集站110从服务器140获取的配置信息包括振动数据采集周期Tv。设备振动数据采集装置130-1需要在接收到振动数据采集策略后进行振动数据采集操作。因此，振动数据采集周期Tv与转速匹配周期Tp相同。例如，转速采集装置120在转速匹配点tr2对外广播振动数据采集策略。振动数据采集装置130-1在tv1时间点接收该采集策略。为了简化描述，这里对转速匹配点与采集策略接收时间点不做区分，尽管它们可能并不完全一致。为了节省功耗，设备振动数据采集装置130-1在不执行操作时处于休眠状态。因此在转速匹配点(例如tr2)附近，设备振动数据采集装置130-1从休眠状态唤醒。由于唤醒操作时间很短，这里对唤醒时间点与采集策略接收时间点不做区分。例如tv1为唤醒时间点。设备振动数据采集装置130-1适于在接收到振动数据采集策略后执行采集操作。
如上所述，振动数据采集策略是根据设备转速生成的。转轴的通常转速级别可以分为三级。第一级别对应0-R1的区间，第二级别为R1-R2，第三级别为R2-R3，其中0<R1<R2<R3。例如，第一转速阈值R1在700-900RPM之间，第二转速阈值R2在1200-1400RPM之间，第三转速阈值R3在1600-2000RPM之间。需要说明的是，本发明的保护范围不受限于此，根据本发明的实施例还可以根据数据采集需要对转速级别进行任意配置(例如转速级别为2级或者4级等)。
其中，第一级别为低转速级别。由于转速较低，所采集的振动数据很难提取到有效的诊断特征。设备转速采集装置120在tr2时间点确定转速级别为第一级别时，则确定的采集策略为不采集振动数据的第一策略，从而避免了设备振动数据采集装置130-1采集、存储和传输诊断意义不大的数据，也极大降低了设备功耗。例如，在采集策略接收时间点tv1，振动数据采集装置130-1接收到第一策略。随后，设备振动数据采集装置130-1不采集振动数据并进入休眠状态。另外，设备转速采集装置120在转速匹配点tr2确定的采集策略为第一策略时，那在下一个转速匹配周期Tp中，重复唤醒、采集转速、确定转速级别、确定采集策略、发送包含采集策略命令和进入休眠状态的操作。具体地，设备转速采集装置120在tr3和tr4都执行唤醒和采集转速操作。并且，设备转速采集装置120在tr4时间点确定转速级别和采集策略，以及向设备振动数据采集装置130-1广播采集策略，然后进入休眠状态。相应地，设备振动数据采集装置130-1在下一个振动数据采集周期Tv中，重复唤醒、接收采集策略、执行对应采集策略的采集操作和进入休眠状态的操作。具体地，设备振动数据采集装置130-1在tv2时间点进入唤醒状态，然后接收包含振动数据采集策略的命令，从该命令中提取振动数据采集策略，执行相应采集策略和进入休眠状态。
设备转速采集装置120在tr2时间点确定转速级别为第二级别(中速级别)时，确定采集策略为采集时域振动数据的第二策略。时域振动数据例如为振动总值、峭度值、峰峰值等。该时域振动数据适于经过频域变换后进行故障诊断分析。设备振动数据采集装置130-1在tv1时间点接收到第二策略后，采集时域振动数据。具体采集时域振动数据的时长可以根据配置信息进行确定，例如为5s。随后，在完整上传周期T内后继的转速匹配周期Tp中，设备转速采集装置120不再发送振动数据采集策略，而只是采集设备的转速。具体地，在tr3至ts1的时间段内，设备转速采集装置120会在转速采集时间点(tr3，…,tr6，…)进行转速采集和在t3预定转速上传时间点上传转速数据，而其余时间保持休眠状态。相应地，振动数据采集装置130-1在完整上传周期T内后继的振动数据采集周期Tv中，不会再执行振动数据采集操作。具体地，在从tv2至ts1的时间段内，设备振动数据采集装置130-1除了在t1时间点上传振动数据外，其余时间保持休眠状态。
设备转速采集装置120在tr2时间点确定转速级别为第三级别(高速级别)时，则确定采集策略为采集用于阶次分析振动数据的第三策略。这里所指的用于阶次分析振动数据是指被用于等角域重采样的振动数据。设备转速采集装置120除了向振动采集装置130-1发送包含第三策略的命令之外，还会根据配置信息中第三策略的采集时长和采集频率确定采集结束时间，并且在采集结束时间向设备振动采集装置130-1发送采集结束命令。另外，设备转速采集装置120在发送第三策略到采集结束时间的期间内，还会记录转轴的键相脉冲和每个脉冲采集时间。并且，设备转速采集装置120每捕获一个键相脉冲，会记录当前时间为一个脉冲采集时间，然后向设备振动数据采集装置130-1发送。相应地，设备振动数据采集装置130-1会在接收到第三策略到接收到采集结束命令的期间，采集用于阶次分析振动数据。具体地，设备振动数据采集装置130-1在这个期间内，采集用于阶次分析振动数据和记录采集时间。例如，设备振动数据采集装置130-1每隔固定长度(例如2048个采样点)记录一次时间值作为一个振动采集时间。另外，设备振动数据采集装置130-1还会接收设备转速采集装置120所发送的脉冲采集时刻，以及记录接收到该脉冲时刻的脉冲接收时间。这样，设备振动数据采集装置130-1可以建立设备转速采集装置120中时间基准和设备振动数据采集装置130中时间基准的映射。换而言之，服务器140在获取到脉冲采集时间、脉冲接收时间、用于阶次分析振动数据和振动采集时间后，可以将用于阶次分析振动数据与键相脉冲建立同时基的映射关系，进而可以进行等角度重采样和阶次分析操作。因此，设备振动数据采集装置130-1可以振动数据采集周期Tv中获取的脉冲采集时间、脉冲接收时间、用于阶次分析振动数据和振动采集时间关联存储为一条有效阶次分析数据。随后，在后继的转速匹配周期Tp中，一直到本上传周期T结束(结束点为ts1)之前，设备转速采集装置120的所执行操作与第二策略时相同，这里不再赘述。相应地，振动数据采集装置130-1在后继的振动数据采集周期Tv中，一直到本上传周期结束(结束点为ts1)之前所做操作与第二策略时相同，这里不再赘述。因此，在执行不同的振动采集策略后，振动数据采集装置130-1在t1时间点向采集站110上传的振动数据不同。振动数据种类包括时域振动数据和有效阶次分析数据。
这样，根据本发明的振动监测系统100可以根据转速情况，对振动数据的采集策略进行调整。由此，根据本发明的振动采集方案，既可以避免对于诊断分析意义不大的采集、存储和传输消耗，又可以获取到充分的诊断敏感数据(例如有效阶次分析数据)。根据本发明的振动采集系统100所采用的采集策略既可以降低功耗又能够采集充分的、多种类型的有效数据，从而极大提高系统的稳定工作时长和采集数据的有效性。
图3示出了根据本发明一个实施例的设备转速采集装置300的示意图。该设备转速采集装置300为一个无线采集转轴的转动速度的装置示例。
如图3所示，该设备转速采集装置300包括采集设备转速的转速传感器310和控制单元320。转速传感器310通过采集的脉冲数量来确定转轴的转速。转速传感器310包括但不限于模数转换电路和调理电路(未示出)。模数转换电路适于将转速传感器采集的信号进行数字化。调理电路适于对模数转换器电路的数字信号进行滤波和增益调节。控制单元320包括定时器321和转速匹配控制器322。其中，定时器321适于提供关于转速数据采集的定时。换而言之，控制单元320在不同的时间点执行操作是通过定时器321实现的。转速匹配控制器322适于根据转速所处的转速级别确定对设备的振动数据采集策略，以及向至少一个设备振动采集装置发送包含振动数据采集策略的命令。需要说明的是，控制单元320所完成操作可以通过硬件电路实现，也可以通过硬件(例如存储器、微处理器)和软件(例如转速采集代码)共同实现。其中定时器321可以通过专用的定时电路实现。当然，定时器321也可以是微处理器执行一个计数任务来实现。同理，转速匹配控制器322也可以通过控制电路部分和采集代码共同来实现。另外，控制单元320还可以将转速数据存储到存储器中，以及以Zigbee等方式与采集站和设备振动采集装置进行无线通信。
可选地，转速匹配控制器322在转速级别处于第一级别时，确定振动采集策略为设备振动数据采集装置不采集振动数据的第一策略。当转速级别处于第二级别时，确定振动采集策略为设备振动数据采集装置采集时域振动数据的第二策略。以及当转速级别处于第三级别时，确定振动采集策略为设备振动数据采集装置采集用于阶次分析振动数据的第三策略。其中对于第一、第二和第三级别的具体转速范围与图2中描述一致，这里不再赘述。转速传感器310适于在第一转速匹配周期Tp采集至少两个转速采集周期Tr中设备的转速。这里第一转速匹配周期Tp为图2中tr1至tr2的时间段。转速匹配控制器322适于根据这至少两个转速采集周期Tr中设备的转速的平均值确定设备在第一转速匹配周期Tp内的转速级别。如果在一个转速采集周期内没有采集到完整的转速脉冲，则认为该转速采集周期中的设备转速为0。
可选地，转速匹配控制器322还适于利用定时器321，在通过转速传感器310采集设备的转速之前将转速传感器310从休眠状态唤醒，以及在向设备振动数据采集装置发送包含振动数据采集策略的命令之后，使转速传感器310进入休眠状态。如果振动数据采集策略为第一策略，转速匹配控制器322则在下一转速匹配周期Tp中，重复所述唤醒、采集转速、确定转速级别、确定采集策略、发送命令和进入休眠状态的操作。振动数据采集策略为第二策略，则在后继转速匹配周期Tp中，重复所述唤醒、采集转速和进入休眠状态的操作，直到振动数据与转速数据的完整上传周期T结束。另外，转速匹配控制器322还适于利用定时器321，在预定转速数据上传时间点t3向采集站110发送转速数据。
图4示出了根据本发明一个实施例的设备振动数据采集装置400的示意图。如图4所示，该振动数据采集装置400包括振动传感器410和控制单元420。控制单元420包括定时器421和振动数据采集控制器422。振动传感器410适于测量设备振动的加速度值。可选地，振动传感器410还可以计算振动位移、振动幅度等参数中一个或多个。定时器421适于提供关于振动数据采集的定时。即，设备振动数据采集装置400通过定时器421对各种周期、时间点进行计时。振动数据采集控制器422适于在第一振动数据采集周期Tv中从设备转速采集装置120接收包含振动数据采集策略的命令，从该命令中提取振动数据采集策略，以及指示振动传感器410按照振动数据采集策略采集设备的振动数据。这里的第一振动数据采集周期Tv对应图2中tv0至tv1的时间段。振动传感器410包括但不限于模数转换电路和调理电路(未示出)。模数转换电路适于将振动传感器410采集的信号进行数字化。调理电路适于对模数转换器电路的数字信号进行滤波和增益调节。需要说明的是，控制单元420所完成操作可以通过硬件电路实现，也可以通过硬件(例如存储器、微处理器)和软件(例如转速采集代码)共同实现。其中定时器421可以通过专用的定时电路实现。当然，定时器421也可以是微处理器执行一个计数任务来实现。同理，振动数据采集控制器422也可以通过控制电路部分和采集代码共同来实现。另外，振动数据采集控制器422还适于以Zigbee或5G等无线通信方式与采集站110和设备转速采集装置120进行无线通信。
可选地，振动数据采集控制器422从转速采集装置300获取的采集策略包括第一、第二和第三策略。采集策略具体内同与图2中描述一致，这里不再赘述。振动数据采集控制器422还适于利用定时器421，在从设备转速采集装置300接收包含振动数据采集策略的命令之前，将振动传感器410从休眠状态唤醒，以及在振动传感器410采集设备的振动数据之后，使振动传感器410进入休眠状态。
可选地，如果振动数据采集策略为第一策略，振动数据采集控制器422在下一振动数据采集周期Tv中重复所述唤醒、接收命令、提取振动数据采集策略、指示振动传感器和进入休眠状态的操作。如果振动采集策略为第二策略，振动数据采集控制器422则在后继振动数据采集周期Tv中使振动传感器410进入休眠状态，直到振动数据与转速数据完整上传周期T结束。另外，振动数据采集控制器422还适于利用定时器410，在预定振动数据上传时间点(例如t1，t2)向采集站发送振动数据。
图5示出了根据本发明一个实施例的设备转速采集方法500的流程图。
方法500始于步骤S510，将转速传感器310从休眠状态唤醒。随后，方法进入步骤S520，通过转速传感器310采集设备的转速。随后，方法500进入步骤S530，根据所采集的转速确定设备所处的转速级别。随后，方法500执行步骤S540，根据转速级别确定对设备的振动数据采集策略。随后，方法进入步骤S550，向至少一个设备振动数据采集装置400发送包含振动数据采集策略的命令。在向设备振动数据采集装置400发送包含振动数据采集策略的命令之后，方法还包括步骤S560，使转速传感器310进入休眠状态。应当注意，转速传感器310的休眠机制对于本发明的实施并不是必须的。
可选地，在第一转速匹配周期Tp中，如果在步骤S540中确定振动数据采集策略为第一策略，在下一个转速匹配周期Tp，方法500会重复执行步骤S510、S520、S530、S540、S550和S560。
在第一转速匹配周期Tp中，如果在步骤S540中，确定振动数据采集策略为第二或者第三策略。在完整上传周期T中的后继转速匹配周期Tp中，，方法会重复执行步骤S510、S520和S560。
另外，方法还包括步骤S570，在预定转速数据上传时间点t3向采集站发送转速数据。
图6示出了根据本发明一个实施例的设备振动数据采集方法600的流程图。
如图6所示，在第一振动数据采集周期Tv中，方法600首先执行步骤S610，将振动传感器从休眠状态唤醒。随后，方法进入步骤S620，从设备转速采集装置300接收包含振动数据采集策略的命令。随后方法进入步骤S630，从所述命令中提取振动数据采集策略。振动数据采集策略的具体内容与图2中振动数据采集策略一致，这里不再赘述。随后方法进入步骤S640，指示振动传感器410按照振动数据采集策略采集设备的振动数据。在振动传感器410采集设备的振动数据之后，方法执行步骤S650，使振动传感器410进入休眠状态。应当注意，转速传感器310的休眠机制对于本发明的实施并不是必须的。
如上所述，在第一振动数据采集周期Tv中，如果步骤S640中执行的振动数据采集策略为不采集振动数据的第一策略，那么在下一振动数据采集周期Tv中，方法600继续执行步骤S610、S620、S630、S640和步骤S650。如果在第一振动数据采集周期Tv中步骤S640执行的振动数据采集策略为第二策略或者第三策略，那么在上传周期T中的后继振动采集周期Tv中，保持振动传感器的休眠状态。
另外，方法还包括步骤S660，在预定振动数据上传时间点(例如t1，t2)向采集站发送振动数据。方法600每个步骤的具体执行方式，与图2所示的设备振动数据采集装置的具体实现相对应，这里不再赘述。
A7、根据本发明的转速采集方法还包括：在通过转速传感器采集设备的转速之前，将转速传感器从休眠状态唤醒。在向设备振动采集装置发送包含振动数据采集策略的命令之后，使转速传感器进入休眠状态。A8、根据A7所述的方法，还包括：如果振动数据采集策略为第一策略，则在下一转速匹配周期(Tp)中，重复所述唤醒、采集转速、确定转速级别、确定采集策略、发送命令和进入休眠状态的步骤。A9、如A8所述的方法还包括：如果振动数据采集策略为第二策略，则在后继转速匹配周期(Tp)中，重复所述唤醒、采集转速和进入休眠状态的步骤，直到振动数据与转速数据的完整上传周期(T)结束。A10、如A7所述的方法，还包括：在预定转速数据上传时间点(t3)向采集站发送转速数据。
B12、在根据本发明的振动数据采集方法中，所述振动数据采集策略包括设备振动数据采集装置不采集振动数据的第一策略、设备振动数据采集装置采集时域振动数据的第二策略、以及设备振动数据采集装置采集用于阶次分析振动数据的第三策略。B13、根据本发明的振动数据采集方法还包括：在从设备转速采集装置接收包含振动数据采集策略的命令之前，将振动传感器从休眠状态唤醒；以及在振动传感器采集设备的振动数据之后，使振动传感器进入休眠状态。B14、如B13所述的方法，还包括：如果所述振动数据采集策略为第一策略，则在下一振动数据采集周期(Tv)中，重复所述唤醒、接收命令、提取振动数据采集策略、指示振动传感器和进入休眠状态的步骤。B15、如B13所述的方法，还包括：如果振动数据采集策略为第二策略，则在后继转速匹配周期(Tv)中保持振动传感器休眠状态，直到振动数据与转速数据完整上传周期(T)结束。B16、如B13所述的方法，还包括：在预定振动数据上传时间点(t1，t2)向采集站发送振动数据。
C18、根据本发明的设备转速采集装置，其中所述转速级别包括第一级别、第二级别和第三级别，所述转速匹配控制器适于：当所述转速级别处于第一级别时，确定振动数据采集策略为设备振动数据采集装置不采集振动数据的第一策略；当所述转速级别处于第二级别时，确定振动数据采集策略为设备振动数据采集装置采集时域振动数据的第二策略；以及当所述转速级别处于第三级别时，确定振动数据采集策略为设备振动数据采集装置采集用于阶次分析振动数据的第三策略。C19、如C18所述的设备转速采集装置，其中所述第一级别包括0至第一转速阈值(R1)的范围，所述第二级别包括第一转速阈值(R1)至第二转速阈值(R2)的范围，所述第三级别包括第二转速阈值(R2)至第三转速阈值(R3)的范围，第一转速阈值(R1)<第二转速阈值(R2)<第三转速阈值(R3)。C20、如C19所述的设备转速采集装置，其中第一转速阈值(R1)在700-900RPM之间，第二转速阈值(R2)在1200-1400RPM之间，第三转速阈值(R3)在1600-2000RPM之间。C21、根据本发明的设备转速采集装置，其中所述转速传感器适于采集至少两个转速采集周期(Tr)中设备的转速，所述转速匹配控制器适于根据这至少两个转速采集周期(Tr)中设备的转速的平均值确定设备在第一转速匹配周期(Tp)内的转速级别。C22、如权利要求C21所述的设备转速采集装置，其中所述转速匹配控制器还适于，如果在一个转速采集周期内没有采集到完整的转速脉冲，则认为该转速采集周期中的设备转速为0。C23、根据本发明的设备转速采集装置，其中所述转速匹配控制器还适于利用定时器，在通过转速传感器采集设备的转速之前将转速传感器从休眠状态唤醒，以及在向振动数据采集装置发送包含振动数据采集策略的命令之后，使转速传感器进入休眠状态。C24、如C23所述的设备转速采集装置，其中所述转速匹配控制器还适于，如果振动数据采集策略为第一策略，则在下一转速匹配周期(Tp)中，重复所述唤醒、采集转速、确定转速级别、确定采集策略、发送命令和进入休眠状态的操作。C25、如C23所述的设备转速采集装置，其中所述转速匹配控制器还适于，如果振动数据采集策略为第二策略，则在后继转速匹配周期(Tp)中，重复所述唤醒、采集转速和进入休眠状态的操作，直到振动数据与转速数据的完整上传周期(T)结束。C26、如C23所述的设备转速采集装置，其中所述转速匹配控制器还适于利用定时器，在预定转速数据上传时间点(t3)向采集站发送转速数据。
D28、根据本发明的设备振动数据采集装置，其中所述振动数据采集策略包括设备振动数据采集装置不采集振动数据的第一策略、设备振动数据采集装置采集时域振动数据的第二策略、以及设备振动数据采集装置采集用于阶次分析振动数据的第三策略。D29、根据本发明的设备振动数据采集装置，其中所述振动数据采集控制器还适于利用定时器，在从设备转速采集装置接收包含振动数据采集策略的命令之前，将振动传感器从休眠状态唤醒，以及在振动传感器采集设备的振动数据之后，使振动传感器进入休眠状态。D30、如D29所述的设备振动数据采集装置，其中所述振动数据采集控制器还适于：如果所述振动数据采集策略为第一策略，则在下一振动数据采集周期(Tv)中重复所述唤醒、接收命令、提取振动数据采集策略、指示振动传感器和进入休眠状态的操作。D31、如D29所述的设备振动数据采集装置，其中所述振动数据采集控制器还适于：如果振动采集策略为第二策略，则在后继振动数据采集周期(Tv)中保持振动传感器休眠状态，直到振动数据与转速数据完整上传周期(T)结束。D32、如权利要求D29所述的设备振动数据采集装置，其中所述振动数据采集控制器还适于利用定时器，在预定振动数据上传时间点(t1，t2)向采集站发送振动数据。
E34、根据本发明的设备振动数据采集系统，还包括服务器，适于通过采集站设置设备转速采集装置和设备振动数据采集装置的定时，以及从采集站获取振动数据和转速数据。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
本领域那些技术人员应当理解在本文所公开的示例中的设备的模块或单元或组件可以布置在如该实施例中所描述的设备中，或者可替换地可以定位在与该示例中的设备不同的一个或多个设备中。前述示例中的模块可以组合为一个模块或者此外可以分成多个子模块。
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
此外，所述实施例中的一些在此被描述成可以由计算机系统的处理器或者由执行所述功能的其它装置实施的方法或方法元素的组合。因此，具有用于实施所述方法或方法元素的必要指令的处理器形成用于实施该方法或方法元素的装置。此外，装置实施例的在此所述的元素是如下装置的例子：该装置用于实施由为了实施该发明的目的的元素所执行的功能。
如在此所使用的那样，除非另行规定，使用序数词“第一”、“第二”、“第三”等等来描述普通对象仅仅表示涉及类似对象的不同实例，并且并不意图暗示这样被描述的对象必须具有时间上、空间上、排序方面或者以任意其它方式的给定顺序。
尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，对本发明所做的公开是说明性的，而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。

Claims (10)

1.一种设备转速采集方法，包括：
在第一转速匹配周期(Tp)中，
通过转速传感器采集设备的转速；
根据所采集的转速确定设备所处的转速级别；
根据转速级别确定对设备的振动数据采集策略；
向至少一个设备振动数据采集装置发送包含振动数据采集策略的命令。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述转速级别包括第一级别、第二级别和第三级别，根据所述转速级别确定对设备的振动数据采集策略包括：
当所述转速级别处于第一级别时，确定振动数据采集策略为设备振动采集装置不采集振动数据的第一策略；
当所述转速级别处于第二级别时，确定振动数据采集策略为设备振动采集装置采集时域振动数据的第二策略；以及
当所述转速级别处于第三级别时，确定振动数据采集策略为设备振动采集装置采集用于阶次分析振动数据的第三策略。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述第一级别包括0至第一转速阈值(R1)的范围，所述第二级别包括第一转速阈值(R1)至第二转速阈值(R2)的范围，所述第三级别包括第二转速阈值(R2)至第三转速阈值(R3)的范围，第一转速阈值(R1)<第二转速阈值(R2)<第三转速阈值(R3)。
4.如权利要求3所述的方法，其中第一转速阈值(R1)在700-900RPM之间，第二转速阈值(R2)在1200-1400RPM之间，第三转速阈值(R3)在1600-2000RPM之间。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述通过转速传感器采集设备的转速包括：采集至少两个转速采集周期(Tr)中的设备转速；以及所述根据所采集的转速确定设备所处的转速级别包括：
计算这至少两个转速采集周期(Tr)中转速的平均值，并根据该平均值确定设备所处的转速级别。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述采集至少两个转速采集周期(Tr)中设备的转速包括：
如果在一个转速采集周期内没有采集到完整的转速脉冲，则认为该转速采集周期中设备的转速为0。
7.一种设备振动数据采集方法，包括：
在第一振动数据采集周期(Tv)中，
从设备转速采集装置接收包含振动数据采集策略的命令；
从所述命令中提取振动数据采集策略；
指示振动传感器按照振动数据采集策略采集设备的振动数据。
8.一种设备转速采集装置，包括：
转速传感器，用于采集设备的转速；和
控制单元，包括：
定时器，适于提供关于转速数据采集的定时；和
转速匹配控制器，适于在第一转速匹配周期(Tp)中根据转速所处的转速级别确定对设备的振动数据采集策略，以及向至少一个设备振动数据采集装置发送包含振动数据采集策略的命令。
9.一种设备振动数据采集装置，包括：
振动传感器，用于采集设备的振动数据；和
控制单元，包括：
定时器，适于提供关于振动数据采集的定时；和
振动数据采集控制器，适于在第一振动数据采集周期(Tv)中从设备转速采集装置接收包含振动数据采集策略的命令，从所述命令中提取振动数据采集策略，以及指示振动传感器按照振动数据采集策略采集设备的振动数据。
10.一种设备振动数据采集系统，包括如权利要求8所述的设备转速采集装置、至少一个如权利要求9所述的设备振动数据采集装置和接收振动数据和转速数据的采集站。
CN201510505316.0A 2015-08-17 2015-08-17 设备转速和振动数据的采集方法、装置及采集系统 Active CN105159253B (zh)

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