CN105446328A - 发电机组远程故障诊断和健康监测系统及数据捕获方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种发电机组远程故障诊断和健康监测系统，包括发电机组数据采集器模块、云服务器模块。该系统通过发电机组数据采集器模块连接到发电机组控制器和发电机组周边的辅助电控设备，采集发电机组的各种运行数据和状态及周边的辅助电控设备数据，通过互联网传送给云服务器模块进行运行数据的记录，诊断出故障原因，定期对符合特征的数据进行性能分析计算，得出发电机组的性能数据和潜在故障信息，并通过互联网连接到数据监控中心和用户终端，实现一个云服务器同时对1000台以上的发电机组进行远程在线故障诊断、潜在故障报警、性能分析的功能，提高诊断效率和准确度，减少人工成本和出差成本，提前发现潜在故障，让发电机组始终保持健康状态。

Description

发电机组远程故障诊断和健康监测系统及数据捕获方法

技术领域

本发明涉及发电机组远程在线健康监测和故障诊断的数据采集技术和云服务诊断技术领域，具体的说，涉及到一种实现发电机组的远程数据采集、捕获机组在故障发生瞬间的数据、监测和控制控发电机组周边电控部件以及将数据连接到互联网的系统及数据捕获方法。

背景技术

内燃机发电机组在通讯工程、消防和工业应用领域中被广泛的作为重要备用电源。在机组运行的过程中总会出现各种故障，如何提前发现各种潜在问题以防需要使用时才发现存在故障，以及当运行中发生故障时如何再现故障场景，以便能快速分析故障原因并解决之是当前的难题。具体的说，因现有的发电机组控制器所使用的故障记录方法是：在故障发生时仅记录某个被触发的保护阀值名和故障发生的时间。它不能为维修人员提供故障发生瞬间的其它数据，比如：故障发生时发电机组处于哪个工作流程、相关的其它参数是否也存在异常、开关量输入接口处于什么状态、输出接口处于什么状态、调速驱动是否正常、励磁电压是否正常、机油油量是否合适......，它们之间有着千丝万缕的因果逻辑关系，如果没有这些信息或数据，会导致故障诊断上的难度，维修人员必须到现场反复启动机组测量分析，重现故障场景，才能诊断出具体故障原因。而现实中很多的故障，可以通过远程指导，用户自己快速解决，比如：简单的调节，部件的更换等。这样可以节省大量的人力和差旅费，提高厂商的售后服务水平。

现有的发电机组控制器无法监测机组的性能，导致机组存在带病工作，最后导致严重故障的现象。比如：机组在负载变化时转速或电压响应慢，频率或电压波动大，导致负载受到严重冲击，甚至影响安全生产。而云服务器虽然可以接收采集到的机组数据并做性能分析计算，但在现有的网络速度下，特别是在2G、3G网络下仍无法实现一台服务器同时为上百台发电机组做实时数据记录、故障诊断、性能分析、潜在故障的发现等工作，因为任何的网络不稳定性，都会影响到实时数据的传输，最终造成数据不完整，无法正常分析的问题。

另外，作为直接连接到发电机组的远程数据采集和控制装置，连入互联网时存在安全性问题，比如：黑客通过改写程序代码进行攻击等。此外，现有的发电机组控制器或监控系统不能提前发现潜在故障，没有健康监测的能力，这些都是长久以来存在而又没能被很好解决的问题。

有鉴于此，在不改变发电机组控制器的情况下，通过本发明产品弥补现有发电机组控制器的不足，并连接到互联网端的服务器上，再经过服务器的监测和分析诊断程序，以实现人们一直在寻求的理想解决方案。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种能在故障发生瞬间全面采集发电机组数据的发电机组远程故障诊断和健康监测系统及数据捕获方法，本发明可以捕获为在线分析机组性能所需数据和故障发生瞬间数据且传输数据到互联网以及对发电机组周边电控装置进行辅助监控,本发明实现了对发电机组数据的采集和数据的监测，实现了故障诊断、潜在故障的诊断、性能分析的功能，以及与用户交互的功能。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种发电机组远程故障诊断和健康监测系统，其包括与发电机组控制器和周边电控设备相连接的发电机组数据采集器模块，以及与网络客户端相连接的云服务器模块，所述发电机组数据采集器模块和云服务器模块之间通过以太网或WIFI或GPRS网络或3G网络或4G网络通讯方式相连接以传输数据。

本发明的进一步改进为，所述云服务器模块包括数据计算分析模块、WEB监控服务器模块、微信数据接口模块、APP应用数据接口模块、短信数据接口模块;其中数据计算分析模块将来自发电机组数据采集器模块的数据进行实时数据的记录，用潜在故障诊断专家经验系统规则对历史数据进行分析，得到发电机组的潜在故障警报信息，用故障诊断专家经验规则对故障发生瞬间的特定数据进行分析，诊断出故障原因，还对特定的历史数据进行计算得出发电机组的性能信息;所述WEB监控服务器模块用于连接用户PC终端和数据计算分析模块进行数据交互和管理;所述微信数据接口模块、APP应用数据接口模块、短信数据接口模块都是用于连接用户的移动终端和数据计算分析模块进行数据交互管理。

本发明的进一步改进为，所述数据计算分析模块包括性能分析模块、故障诊断模块、潜在故障诊断模块、实时数据记录模块;其中所述性能分析模块用于对来自发电机组数据采集上传的特定历史数据进行计算，得出发电机组的性能信息;所述故障诊断模块用故障诊断专家经验规则对来自发电机组数据采集上传的故障发生瞬间的特定历史数据进行分析，诊断出故障原因;所述潜在故障诊断模块用来自于数据库中的发电机组运行历史数据，再用潜在故障诊断专家经验规则对其进行分析，得出发电机组的潜在故障警报信息;所述实时数据记录模块用于将来自于发电机组数据采集上传的实时数据，按预设间隔时间记录到数据计算分析模块的数据库中。

本发明的进一步改进为，所述性能分析模块用于计算分析发电机组的转速波动率、负载转速下降率、负载转速响应时间、发电电压波动率、负载电压下降率、负载电压响应时间，并记录性能计算结果到数据库中，同时还检查性能计算结果数据，当侦测到性能计算结果的数据超过预设阀值时发出报警信息到报警处理模块中，提示用户需要调整或维护机组以获得最佳的性能。

本发明的进一步改进为，所述故障诊断模块用于诊断机组的故障原因，具体地，将来自发电机组数据采集器上传的故障发生瞬间的特征数据，用故障诊断的专家经验规则进行查找和对比，并给出诊断结果。

本发明的进一步改进为，所述潜在故障诊断模块用于提前发现机组的潜在故障和故障原因，具体地，将来自发电机组数据采集器上传的历史数据，用潜在故障诊断的专家经验规则进行查找和对比，并给出诊断结果。

本发明的进一步改进为，所述发电机组数据采集器模块包括中央处理器模块、通讯处理器模块、开关量输入采集模块、模拟量输入采集模块、开关量输出模块、励磁电压采集模块、调速驱动电压采集模块、交流电压采集模块、交流电流采集模块、机油油量采集模块、配置数据存储模块、USB通讯接口模块、LED指示模块、通讯输入模块、GPS定位模块、通讯输出模块、电源管理模块;其中所述中央处理器模块和开关量输入采集模块、模拟量输入采集模块、开关量输出模块、励磁电压采集模块、调速驱动电压采集模块、交流电压采集模块、交流电流采集模块、机油油量采集模块、配置数据存储模块、USB通讯接口模块、LED指示模块相连接，组成一个集数据采集、状态指示、输出控制系统，用于采集发电机组的励磁电压、调速器的驱动电压、发电机组周边电控装置的状态和数据，以及对周边电控装置的开关量控制和模块本身运行状态的指示;所述励磁电压采集模块用于采集发电机组励磁调节器的输出电压，作为故障诊断时的依据;所述调速驱动电压采集模块用于采集发电机组的电子调速器的驱动输出电压，作为故障诊断时的依据;所述机油油量采集模块用于采集发动机的机油油量，作为潜在故障诊断时的依据;所述通讯处理器模块包含了通讯协议转换功能，用于连接到不同的发电机组控制器时，先解析发电机组控制器的数据和命令，然后再转换成国家标准的通讯行业专用通讯协议;另外，在发电机组控制器没有数据接口或不是可编程型控制器时，通过开关量输入采集模块、模拟量输入采集模块、励磁电压采集模块、调速驱动电压采集模块、交流电压采集模块、交流电流采集模块和机油油量采集模块可以直接采集发电机组的各种运行数据，并通过开关量输出模块控制发电机组的启动和停止，也能达到远程监测和控制发电机组;所述通讯处理器模块和通讯输入模块、通讯输出模块相连接，组成一个转换通讯协议的系统，用于将来自于各种不同的发电机组控制器协议解析后再转换成国标的通讯行业协议;所述GPS定位模块与通讯处理器模块相连接，用于获取整个模块的地理位置信息;所述通讯输入模块与发电机组控制器相连接，用于采集发电机组的运行数据;所述中央处理器模块与通讯处理器模块相连接，用于之间的数据交互;所述电源管理模块和GPS定位模块、通讯输出模块相连接，用于在待机时减少功耗。

本发明还提供了一种应用上述所述的发电机组远程故障诊断和健康监测系统的数据捕获方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1).所述通讯处理器模块以每秒2次以上的速率向连接到通讯输入模块的发电机组控制器发出数据查询命令;

(2).所述通讯处理器模块接收来自通讯输入模块的发电机组控制器的数据，并放到环形数据缓存模块中，同时根据性能分析数据捕获规则，不断在环形数据缓存中检查是否存在性能分析所需的特征数据，当检查到性能分析所需特征数据时，迅速将环形数据缓存模块中的数据上传到云服务器中，作为机组性能分析的数据依据;

(3).所述通讯处理器模块接收来自通讯输入模块的发电机组控制器的数据，并放到环形数据缓存模块中，同时侦测最新数据中是否存在警报信息，当侦测到警报信息时，迅速将环形数据缓存模块中的数据上传到云服务器中，作为故障原因诊断的数据依据。

与现有技术相比，本发明集成了各种本地数据采集模块和开关量输出模块以及各种通讯模块，足以应付各种需求，同时实现了发电机组和互联网的连接、更全面的采集发电机组数据;通过监测采集到的数据，实现捕获机组发生故障瞬间的特征数据，以及捕获机组性能分析所需的特征数据，还实现对发电机组周边电控装置的监测和控制。其具有智能信息化、灵活度高、实用性强、集成度高等优点，为发电机组的在线健康监测和远程故障诊断应用奠定了坚实的基础。本发明可以捕获为在线分析机组性能所需数据和故障发生瞬间数据且传输数据到互联网以及对发电机组周边电控装置进行辅助监控,本发明实现了对发电机组数据的采集和数据的监测，实现了故障诊断、潜在故障的诊断、性能分析的功能，以及与用户交互的功能。

附图说明

图1是本发明的系统结构示意图;

图2是本发明的系统数据流程示意图;

图3是本发明的发电机组数据采集器模块结构示意图。

图中各部件名称如下：

1—发电机组数据采集器模块;

101—中央处理器模块;

102—通讯处理器模块;

103—开关量输入采集模块;

104—模拟量输入采集模块;

105—开关量输出模块;

106—励磁电压采集模块;

107—调速驱动电压采集模块;

108—交流电压采集模块;

109—交流电流采集模块;

110—机油油量采集模块;

111—配置数据存储模块;

112—USB通讯接口模块;

113—LED指示模块;

114—通讯输入模块;

115—GPS定位模块;

116—通讯输出模块;

117—电源管理模块;

118—测量数据缓存区;

119—实时数据缓存器;

120—故障诊断的特征条件过滤器;

121—性能分析的特征条件过滤器;

122—待发送数据缓存器;

2—云服务器模块;

21—数据计算分析模块;

211—性能分析模块;

212—故障诊断模块;

213—潜在故障诊断模块;

214—实时数据记录模块;

22—WEB监控服务器模块;

23—微信数据接口模块;

24—APP应用数据接口模块;

25—短信数据接口模块;

26—数据收发和分包模块;

27—报警处理模块;

28—数据库服务模块;

29—WEB维修商服务器模块。

具体实施方式

下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1所示，一种发电机组远程故障诊断和健康监测系统，其包括适用于发电机组远程故障诊断和健康监测的数据采集器（以下简称：发电机组数据采集器模块1），和一个具有故障诊断、潜在故障诊断、性能分析、运行历史数据记录、WEB服务的云服务器模块2，组成一个远程在线健康监测和故障诊断的系统。

具体地，本发明提供了一种内燃机发电机组远程在线健康监测和故障诊断系统，其包括发电机组数据采集器模块1，和云服务器模块2，其中发电机组数据采集器模块1是一个集发电机组数据采集和控制以及可以根据预设条件捕获特征数据的一个装置，具体结构如图3所示。

发电机组数据采集器模块1包括中央处理器模块101、通讯处理器模块102、开关量输入采集模块103、模拟量输入采集模块104、开关量输出模块105、励磁电压采集模块106、调速驱动电压采集模块107、交流电流采集模块109、交流电压采集模块108、机油油量采集模块110、配置数据存储模块111、USB通讯接口模块112、LED指示模块113、（RS232，RS485，USB）通讯输入模块114、GPS定位模块115、（以太网，WIFI，GPRS，3G，4G）通讯输出模块116、电源管理模块117。所述发电机组数据采集器模块1包含了2个处理器，一个是中央处理器，用于采集各种信号数据，另一个是通讯处理器；之所以分开为2个处理器的目的是为了防止当遭到黑客改写程序的攻击时，通过双处理器之间的相互验证，大大降低被黑客攻击的几率。

中央处理器模块101为ARM微处理器，其与开关量输入采集模块103、模拟量输入采集模块104、开关量输出模块105、励磁电压采集模块106、调速驱动电压采集模块107、交流电压采集模块108、交流电流采集模块109、配置数据存储模块111、USB通讯接口模块112、LED指示模块113相连接，组成一个集数据采集、状态指示、输出控制的系统，用于采集发电机组的励磁电压、调速器的驱动电压、机油油量以及发电机组周边电控装置的状态和数据，同时对机组周边电控装置进行开关量控制以及指示模块本身的运行状态；其中模拟量输入采集模块104可以设置为测量环境温度、机油量、电池组电压等;配置数据存储模块111用于存储配置数据和报警阀值数据以及测量校准数据;USB通讯接口模块112用于连接PC端做配置和调试;LED指示模块113用于指示整个数据采集模块的工作状态，包括通讯输入接口的状态、GPS卫星信号搜索信息、和互联网的连接状态、数据传输状态、电源状态、监测/控制状态。

中央处理器模块101和通讯处理器模块102相连接，用于之间的数据交互，中央处理器模块101将采集到的各种机组运行数据传送给通讯处理器模块102，也接收通讯处理器模块102的命令，并输出到开关量输出端口，例如：远程启动输出、远程停机输出、公共报警输出等。

通讯处理器模块102为ARM微处理器，其与（RS232，RS485，USB）通讯输入模块114相连接，通过（RS232，RS485，USB）通讯输入模块114采集来自于发电机组控制器102的机组数据，因不同发电机组控制器的通讯协议也不同，所以还要将采集到的数据解析后再转换成国标YD/T1363.3-2005第三部分（前端智能设备协议）协议数据，然后和来自中央处理器模块101采集的机组数据按预设格式组合，再保存到测量数据缓存区118;同时通讯处理器模块102与（以太网，WIFI，GPRS，3G，4G）通讯输出模块116相连接，通过（以太网，WIFI，GPRS，3G，4G）通讯输出模块116连接到互联网；GPS定位模块115也和通讯处理器模块102相连接，用于获取发电机组数据采集器模块1的地理位置信息，并传送给通讯处理器模块102；所述电源管理模块117和GPS定位模块115、（以太网，WIFI，GPRS，3G，4G）通讯输出模块116相连接，用于在待机时关掉其电源，以减少功耗。

通讯处理器模块102包含了通讯协议转换功能，用于连接到不同的发电机组控制器时，先解析发电机组控制器的数据和命令，然后再转换成国家标准的通讯行业专用通讯协议；另外，为了实现兼容更多不同的发电机组控制器通讯协议，通过保存来自云服务器的协议转换配置内容到配置数据存储模块中，这样就可以不断提高其兼容性，实现高灵活性和实用性。

励磁电压采集模块106用于采集发电机组励磁调节器的输出电压，作为故障诊断时的依据，现有发电机组控制器都没有此电压采集功能，因此在这个发电机组数据采集器中增加了这个功能模块。

调速驱动电压采集模块107采集发电机组的电子调速器的驱动输出电压，作为故障诊断时的依据，现有发电机组控制器都没有此电压采集功能，因此在这个发电机组数据采集器中增加了这个功能模块。

机油油量采集模块110用于采集发动机的机油油量，作为潜在故障诊断时的依据，现有发电机组控制器都没有此电压采集功能，因此在这个发电机组数据采集器中增加了这个功能模块。

另外，当通讯处理器模块102接收到来自云服务器模块2的控制命令时，将根据中央处理器模块101的禁止外部控制端口的状态，以及通讯处理器模块102和中央处理器模块101之间的关键程序代码验证，最后决定是否允许写入命令到发电机组控制器102和开关量输出模块105，以保证发电机组的运行安全性。

（以太网，WIFI，GPRS，3G，4G）通讯输出模块116包括以太网接口模块、WIFI通讯模块和（GPRS、3G、4G三选一）模块，用于将通讯处理器模块102输出的数据通过上述各种通讯接口方式联入到互联网，实现远程监测和控制。优选地，在实际生产时，将只会在以太网接口模块、WIFI通讯模块、GPRS、3G、4G中选装一种通讯模块。

云服务器模块2包括数据计算分析模块21、WEB监控服务器模块22、微信数据接口模块23、APP应用数据接口模块24、短信数据接口模块25、数据收发和分包模块26、报警处理模块27、数据库服务模块28、WEB维修商服务器模块29;所述数据计算分析模块21包括性能分析模块211、故障诊断模块212、潜在故障诊断模块213、实时数据记录模块214;其中故障诊断模块212对来自发电机组数据采集器模块1采集的故障诊断特征数据包，用专家经验系统进行模糊推理，诊断出精确的故障原因，然后保存到数据库。

所述故障诊断模块212用于诊断机组的故障原因，具体地，将来自发电机组数据采集器上传的故障发生瞬间的特征数据，用故障诊断的专家经验规则进行查找和对比，并给出诊断结果。另外，故障诊断的专家经验诊断规则可以被不断的扩充和完善，实现一套专家经验系统为千万家发电机组服务。故障诊断模块212对采集到的故障诊断特征数据包用专家经验系统进行模糊推理，诊断出精确的故障原因。所述故障诊断的专家经验系统模块中包含了专家知识库和相应的逻辑，可以进行模糊推理，其在分析启动失败的过程中，将发动机是否旋转、转速和机油压力以及电池电压相关联作为判断依据，在分析发电电压低的过程中，将发电电压的偏离度和机组的运行流程状态、励磁电压相关联作为判断依据。

潜在故障诊断模块213对来自数据库的最近历史数据信息用专家经验系统进行模糊推理，诊断出精确的潜在故障信息，然后保存潜在故障报警信息到数据库。所述潜在故障诊断模块213用于提前发现机组的潜在故障和故障原因，具体地，将来自发电机组数据采集器上传的历史数据，用潜在故障诊断的专家经验规则进行查找和对比，并给出诊断结果。另外，故障诊断的专家经验诊断规则可以被不断的扩充和完善。潜在故障诊断模块213对数据库中最近的历史数据信息用专家经验系统进行模糊推理，诊断出精确的潜在故障原因。所述潜在故障诊断的专家经验系统模块中包含了专家知识库和相应的推理逻辑，可以进行模糊推理，其在分析启动后的温度上升过程中，将温度升高和启动后运行时间以及负载电流的大小作为水箱或节温器故障的判断依据，将温度升高和机油压力以及转速作为机油是否很脏的判断依据。

性能分析模块211对来自发电机组数据采集器模块1采集的性能分析特征数据包，用性能分析公式定期进行分析计算，得出性能数据信息，当性能数据超过预设阀值时，产生报警输出，然后保存性能数据和报警信息到数据库。所述性能分析模块211用于计算分析发电机组的转速波动率、负载转速下降率、负载转速响应时间、发电电压波动率、负载电压下降率、负载电压响应时间，并记录性能计算结果到数据库中，同时还检查性能计算结果数据，当侦测到性能计算结果的数据超过预设阀值时发出报警信息到报警处理模块中，提示用户需要调整或维护机组以获得最佳的性能。性能分析模块211对采集到的性能分析特征数据包用性能分析公式定期进行分析计算，得到性能数据，当性能数据超过预设阀值时，产生报警输出。性能分析模块211中包含了转速波动率、负载转速下降率、负载转速响应时间、发电电压波动率、负载电压下降率、负载电压响应时间共6个计算公式。

数据库服务模块28用于保存和访问机组性能信息、潜在故障信息、故障原因信息、历史数据信息、发电机组数据采集器模块1的各种配置信息、发电机组信息、用户信息、维修商信息等，还用于和APP应用数据接口模块24、微信数据接口模块23、短信数据接口模块25、WEB监控服务器模块22、WEB维修商服务器模块29之间进行数据交互与管理，以及和发电机组数据采集器模块1之间进行管理信息的交互。

各种移动终端服务的数据接口模块包括APP应用数据接口模块24、微信数据接口模块23、短信数据接口模块25，用于在数据库服务模块28与用户的移动终端之间建立数据通道，进行数据交互和信息管理。

WEB监控服务器模块22用于生成发电机组用户、发电机组监控中心的监控界面和管理各种用户信息，包括用户基础信息、权限信息、发电机组信息等，让各种用户都可以通过互联网和数据库服务模块28之间进行数据交互。WEB监控服务器模块22，用于生成发电机组用户、发电机组监控中心的监控界面和管理各种用户信息，包括用户基础信息、权限信息、发电机组信息等，让各种用户都可以通过互联网和数据库服务模块之间进行数据交互，实现发电机组的智能信息化的组网管理服务，让发电机组用户随时了解自己的机组健康情况和故障原因，保证自己的发电机组处于良好的状态，同时监控中心可以为用户进行人工协助判断故障原因和潜在故障点，为用户提供更专业的服务。

WEB维修商服务器模块29用于生成维修商用户、发电机组用户的界面和管理各种用户信息，包括用户基础信息、维修商认证信息、维修商评级信息、等，让各种用户都可以通过互联网和数据库服务模块28之间进行数据交互。WEB维修商服务器模块29，用于生成维修商用户、发电机组用户的界面和管理各种用户信息，包括用户基础信息、维修商认证信息、维修商评级信息、等，让各种用户都可以通过互联网和数据库服务模块之间进行数据交互，实现发电机组用户可以快速的在这个WEB服务网站上找到自己附近的最佳维修商。

下面对本内燃机发电机组远程在线健康监测和故障诊断系统的工作原理和数据流做进一步的详细说明：

一、当发电机组本身的控制器是智能型控制器，且其通讯协议能被本发明的发电机组数据采集器模块1所兼容解析时，如图3所示，本系统将通过发电机组数据采集器模块1的（RS232、RS485、USB之一）通讯输入模块114，以2秒以上的预设速率向发电机组控制器发出机组运行数据查询命令，然后接收发电机组控制器回传的机组运行数据传到通讯处理器模块102，在通讯处理器模块102中经过协议解析和转换，再和来自中央处理器1所采集的各种机组数据按预设格式进行重组，形成对发电机组和周边电控装置的全面数据采集。当发电机组本身的控制器不是智能型时，本系统将通过中央处理器1采集各种数据，包括开关量输入（可编程为机油少报警开关、机房门禁开关、禁止远程控制等）、模拟量输入（可编程为水温感应、机油压力感应等）、调速驱动电压输入、励磁电压输入、发电电压输入、发电电流输入、机油油量输入，并配合发电机组的启动和停止，输出开关量信号，实现对发电机组的数据采集和控制，此时因采集的数据中不包含警报信息，所以中央处理器1还将采集到的数据和报警阀值进行对比，当超过预设阀值时立即输出报警信号，并通知图2中故障诊断的特征条件过滤器120以截取故障特征数据，同时输出采集到的全部数据到通讯处理器模块102（此时通讯输入模块是没有数据的）。

二、如图2所示，将上述采集的数据保存到一个预设时间长度的测量数据缓存区118,以最新数据覆盖最老数据的方式循环覆盖，然后将测量数据缓存区118的最新数据分成3路分别送到实时数据缓存器119、故障诊断的特征条件过滤器120、性能分析的特征条件过滤器121，其中故障诊断的特征条件过滤器120根据预设的过滤条件，时刻监视来自测量数据缓存区118的最新数据，当发现符合预设特征条件的数据后，从测量数据缓存区118中截取预设长度的一段数据，并输出到待发送数据缓存器122中等待发送；性能分析的特征条件过滤器121在接收到上位机的性能分析命令后，开始根据预设的过滤条件，监视来自测量数据缓存区118的最新数据，当发现符合预设采集条件的数据后，从测量数据缓存区118中截取预设长度的一段数据，并输出到待发送数据缓存器122中等待发送；实时数据缓存器119根据预设的间隔时间，保存来自测量数据缓存区118的最新数据，再放到待发送数据缓存器122中等待发送。

三、待发送数据缓存器122对前述采集的数据进行压缩，然后再按TLS协议进行加密，最后通过图3中的（以太网、WIFI、GPRS、3G、4G）通讯输出模块116传到互联网。

四、如图2所示，云服务器模块2中的数据收发和分包模块26将接收到的来自发电机组数据采集器模块1的数据进行TLS解密和解压缩，然后按特征数据包的标识将数据分包给相关模块，在这个过程中如果存在性能分析的特征数据包标识，性能分析模块211在收到数据后开始进行性能分析计算，并输出性能指标的数据保存到数据库服务模块28，同时将输出的性能数据和报警阀值进行比较，当超过预设阀值时产生的报警信息也保存到数据库服务模块28，并通知报警处理模块202进行处理；

五、在分包数据的过程中如果存在故障诊断的特征数据包标识时，将故障诊断特征数据包（可以再现故障现场的一段发电机组运行数据）输出给故障诊断模块212，并开始根据专家经验系统进行模糊推理，输出诊断的故障原因和故障现场数据保存到数据库服务模块28中；

六、在分包数据的同时，将接收到的发电机组最新运行数据输入到实时数据记录模块214中，实时数据记录模块214将各种数据按规则保存到数据库服务模块28中。

七、潜在故障诊断模块213根据潜在故障的分析逻辑规则，定期访问数据库服务模块28中的最新机组运行数据，比如：从启动开始的水温升高过程数据、对应的油压变化数据、对应的转速变化数据，以及负载电流的变化数据所引起的水温变化数据等，然后根据按专家知识库的推理逻辑对这些数据进行模糊逻辑推理，如果推理结果中存在潜在故障信息时，将此信息保存到数据库服务模块28中，并通知报警处理模块202进行处理。

八、WEB监控服务器模块22用于生成发电机组用户、发电机组监控中心的监控界面和管理各种用户信息，包括用户基础信息、权限信息、发电机组信息等，让各种用户都可以使用PC终端通过互联网和数据库服务模块28之间进行数据交互，让发电机组用户随时了解自己的机组健康情况和故障原因，保证自己的发电机组处于良好的状态，同时监控中心也可以为用户进行人工协助判断故障原因和潜在故障点，为用户提供更专业的服务。

九、WEB维修商服务器模块29连接到数据库服务模块28，用于生成维修商用户和发电机组用户的用户界面以及管理各种用户信息，包括发电机组用户基础信息、维修商认证信息、维修商评级信息、等，让各种用户都可以使用PC终端通过互联网和数据库服务模块28之间进行数据交互，让发电机组用户可以快速的在这个WEB服务网站上找到离自己最近且服务评级最高的维修商。

十、短信数据接口模块25的一边连接到数据库服务模块28，另一边通过互联网连接到通讯公司的短信公众服务平台，形成一个短信数据通道，当系统监测到机组的报警信息时，通过这个短信数据通道用短信方式通知用户，用户也可以使用这个短信数据通道随时随地查询机组的运行信息，控制机组的运行和停止，管理用户的机组信息。

十一、微信数据接口模块23的一边连接到数据库服务模块28，另一边通过互联网连接到腾讯公司的微信服务平台，形成一个微信数据通道，当系统监测到机组的报警信息时，通过这个微信数据通道用微信方式通知用户，用户也可以使用这个微信数据通道随时随地查询机组的运行信息，管理用户的机组信息，还可以通过微信拍现场照片保存到数据库服务模块28中。

十二、APP应用数据接口模块24的一边连接到数据库服务模块28，另一边通过互联网连接到用户的移动终端APP应用，形成一个APP应用数据通道，当系统监测到机组的报警信息时，通过这个APP应用数据通道通知用户，用户也可以使用这个APP应用数据通道随时随地查询机组的运行信息，控制机组的运行和停止，管理用户的机组信息。

十三、当任何用户通过任何通讯方式向机组发出控制命令时，首先经过数据库服务模块记录命令痕迹（包括时间、命令、用户等信息），然后经过互联网传送到发电机组数据采集器模块11中，如图3所示，在发电机组数据采集器模块11的通讯处理器模块102接收到控制命令时，将根据中央处理器模块101的禁止外部控制端口的状态，以及通讯处理器模块102和中央处理器模块101之间的关键程序代码验证，最后决定是否允许写入命令到发电机组控制器102或开关量输出模块105，以保证发电机组的运行安全性问题。

在发电机组数据采集器模块1中包括有机组性能分析所需特征数据的捕获方法和机组故障发生瞬间特征数据的捕获方法；其中性能分析所需特征数据的捕获方法，用于在来自（RS232，RS485，USB）通讯输入模块114的发电机组控制器数据和中央处理器模块101采集到的发电机组数据，通过在线快速的过滤计算以捕获性能分析所需的特征数据，并上传到云服务器中以作为性能分析计算的依据；所述故障发生瞬间特征数据的捕获方法，用于在线不断侦测来自发电机组控制器的故障报警信息和侦测来自中央处理器的报警信息，当发现有报警信息出现时，迅速捕获故障诊断所需的特征数据，并上传到云服务器中以作为故障诊断的依据。

本发明还提供一种应用上述所述的发电机组远程故障诊断和健康监测系统的数据捕获方法，包括以下步骤：

(1).所述通讯处理器模块102以每秒2次以上的速率向连接到通讯输入模块(114)的发电机组控制器发出数据查询命令；

(2).所述通讯处理器模块102接收来自通讯输入模块114的发电机组控制器的数据，并放到环形数据缓存模块中，同时根据性能分析数据捕获规则，不断在环形数据缓存中检查是否存在性能分析所需的特征数据，当检查到性能分析所需特征数据时，迅速将环形数据缓存模块中的数据上传到云服务器中，作为机组性能分析的数据依据;

(3).所述通讯处理器模块102接收来自通讯输入模块114的发电机组控制器的数据，并放到环形数据缓存模块中，同时侦测最新数据中是否存在警报信息，当侦测到警报信息时，迅速将环形数据缓存模块中的数据上传到云服务器中，作为故障原因诊断的数据依据。

本发明的发电机组远程故障诊断和健康监测系统通过发电机组数据采集器模块1连接到发电机组控制器和发电机组周边的辅助电控设备，采集发电机组的各种运行数据和状态以及周边的辅助电控设备数据，再通过互联网传送给云服务器模块2进行运行数据的记录，用专家经验系统规则对故障发生瞬间的特征数据进行模糊推理，诊断出故障原因，定期对符合特征的数据进行性能分析计算，得出发电机组的性能数据，还用专家经验系统规则对历史数据的相关性原理进行模糊推理，得到发电机组的潜在故障信息，最后通过互联网连接到数据监控中心和用户终端，实现了用一个云服务器同时对1000台以上的发电机组进行远程在线故障诊断、潜在故障报警、性能分析的功能，提高诊断效率和准确度，减少人工成本和出差成本，提前发现潜在故障，让发电机组始终保持在健康状态。本发明具有设计新颖、通讯接口丰富、兼容性强、灵活度高、智能化、实用性强等特点，为发电机组的在线健康监测和远程故障诊断的物联网应用奠定了坚实的基础。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解；依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (8)

1.一种发电机组远程故障诊断和健康监测系统，其特征在于：包括与发电机组控制器和周边电控设备相连接的发电机组数据采集器模块(1)，以及与网络客户端相连接的云服务器模块(2)，所述发电机组数据采集器模块(1)和云服务器模块(2)之间通过以太网或WIFI或GPRS网络或3G网络或4G网络通讯方式相连接以传输数据。

2.根据权利要求1所述的发电机组远程故障诊断和健康监测系统，其特征在于：所述云服务器模块(2)包括数据计算分析模块(21)、WEB监控服务器模块(22)、微信数据接口模块(23)、APP应用数据接口模块(24)、短信数据接口模块(25);其中数据计算分析模块(21)将来自发电机组数据采集器模块(1)的数据进行实时数据的记录，用潜在故障诊断专家经验系统规则对历史数据进行分析，得到发电机组的潜在故障警报信息，用故障诊断专家经验规则对故障发生瞬间的特定数据进行分析，诊断出故障原因，还对特定的历史数据进行计算得出发电机组的性能信息;所述WEB监控服务器模块(22)用于连接用户PC终端和数据计算分析模块(21)进行数据交互和管理;所述微信数据接口模块(23)、APP应用数据接口模块(24)、短信数据接口模块(25)都是用于连接用户的移动终端和数据计算分析模块(21)进行数据交互管理。

3.根据权利要求2所述的发电机组远程故障诊断和健康监测系统，其特征在于：所述数据计算分析模块(21)包括性能分析模块(211)、故障诊断模块(212)、潜在故障诊断模块(213)、实时数据记录模块(214);其中所述性能分析模块(211)用于对来自发电机组数据采集上传的特定历史数据进行计算，得出发电机组的性能信息;所述故障诊断模块(212)用故障诊断专家经验规则对来自发电机组数据采集上传的故障发生瞬间的特定历史数据进行分析，诊断出故障原因;所述潜在故障诊断模块(213)用来自于数据库中的发电机组运行历史数据，再用潜在故障诊断专家经验规则对其进行分析，得出发电机组的潜在故障警报信息;所述实时数据记录模块(214)用于将来自于发电机组数据采集上传的实时数据，按预设间隔时间记录到数据计算分析模块(21)的数据库中。

4.根据权利要求3所述的发电机组远程故障诊断和健康监测系统，其特征在于：所述性能分析模块(211)用于计算分析发电机组的转速波动率、负载转速下降率、负载转速响应时间、发电电压波动率、负载电压下降率、负载电压响应时间，并记录性能计算结果到数据库中，同时还检查性能计算结果数据，当侦测到性能计算结果的数据超过预设阀值时发出报警信息到报警处理模块中，提示用户需要调整或维护机组以获得最佳的性能。

5.根据权利要求3所述的发电机组远程故障诊断和健康监测系统，其特征在于：所述故障诊断模块(212)用于诊断机组的故障原因，具体地，将来自发电机组数据采集器上传的故障发生瞬间的特征数据，用故障诊断的专家经验规则进行查找和对比，并给出诊断结果。

6.根据权利要求3所述的发电机组远程故障诊断和健康监测系统，其特征在于：所述潜在故障诊断模块(213)用于提前发现机组的潜在故障和故障原因，具体地，将来自发电机组数据采集器上传的历史数据，用潜在故障诊断的专家经验规则进行查找和对比，并给出诊断结果。

7.根据权利要求1所述的发电机组远程故障诊断和健康监测系统，其特征在于：所述发电机组数据采集器模块(1)包括中央处理器模块(101)、通讯处理器模块(102)、开关量输入采集模块(103)、模拟量输入采集模块(104)、开关量输出模块(105)、励磁电压采集模块(106)、调速驱动电压采集模块(107)、交流电压采集模块(108)、交流电流采集模块(109)、机油油量采集模块(110)、配置数据存储模块(111)、USB通讯接口模块(112)、LED指示模块(113)、通讯输入模块(114)、GPS定位模块(115)、通讯输出模块(116)、电源管理模块(117);其中所述中央处理器模块(101)和开关量输入采集模块(103)、模拟量输入采集模块(104)、开关量输出模块(105)、励磁电压采集模块(106)、调速驱动电压采集模块(107)、交流电压采集模块(108)、交流电流采集模块(109)、机油油量采集模块(110)、配置数据存储模块(111)、USB通讯接口模块(112)、LED指示模块(113)相连接，组成一个集数据采集、状态指示、输出控制系统，用于采集发电机组的励磁电压、调速器的驱动电压、发电机组周边电控装置的状态和数据，以及对周边电控装置的开关量控制和模块本身运行状态的指示;所述励磁电压采集模块(106)用于采集发电机组励磁调节器的输出电压，作为故障诊断时的依据;所述调速驱动电压采集模块(107)用于采集发电机组的电子调速器的驱动输出电压，作为故障诊断时的依据;所述机油油量采集模块(110)用于采集发动机的机油油量，作为潜在故障诊断时的依据;所述通讯处理器模块(102)包含了通讯协议转换功能，用于连接到不同的发电机组控制器时，先解析发电机组控制器的数据和命令，然后再转换成国家标准的通讯行业专用通讯协议;另外，在发电机组控制器没有数据接口或不是可编程型控制器时，通过开关量输入采集模块(103)、模拟量输入采集模块(104)、励磁电压采集模块(106)、调速驱动电压采集模块(107)、交流电压采集模块(108)、交流电流采集模块(109)和机油油量采集模块(110)可以直接采集发电机组的各种运行数据，并通过开关量输出模块(105)控制发电机组的启动和停止，也能达到远程监测和控制发电机组;所述通讯处理器模块(102)和通讯输入模块(114)、通讯输出模块(116)相连接，组成一个转换通讯协议的系统，用于将来自于各种不同的发电机组控制器协议解析后再转换成国标的通讯行业协议;所述GPS定位模块(115)与通讯处理器模块(102)相连接，用于获取整个模块的地理位置信息;所述通讯输入模块(114)与发电机组控制器相连接，用于采集发电机组的运行数据;所述中央处理器模块(101)与通讯处理器模块(102)相连接，用于之间的数据交互;所述电源管理模块(117)和GPS定位模块(115)、通讯输出模块(116)相连接，用于在待机时减少功耗。

8.应用如权利要求7所述的发电机组远程故障诊断和健康监测系统的数据捕获方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1).所述通讯处理器模块(102)以每秒2次以上的速率向连接到通讯输入模块(114)的发电机组控制器发出数据查询命令；

(2).所述通讯处理器模块(102)接收来自通讯输入模块(114)的发电机组控制器的数据，并放到环形数据缓存模块中，同时根据性能分析数据捕获规则，不断在环形数据缓存中检查是否存在性能分析所需的特征数据，当检查到性能分析所需特征数据时，迅速将环形数据缓存模块中的数据上传到云服务器中，作为机组性能分析的数据依据;

(3).所述通讯处理器模块(102)接收来自通讯输入模块(114)的发电机组控制器的数据，并放到环形数据缓存模块中，同时侦测最新数据中是否存在警报信息，当侦测到警报信息时，迅速将环形数据缓存模块中的数据上传到云服务器中，作为故障原因诊断的数据依据。