CN112198835A - 一种高温超导磁体运行数据的检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温超导磁体运行数据的检测方法及系统，所述方法包括：PLC按照预设时序向磁感应强度传感器、温度传感器和电压传感器发送控制指令，并接收磁体的感知数据，感知数据包括磁感应强度传感器发送的第一信号、温度传感器发送的第二信号和电压传感器发送的第三信号；PLC基于预设滤波算法对各感知数据进行滤波确定所述磁体的运行数据，PLC将运行数据与预设阈值表进行对比，若存在超过预设阈值表的设定阈值的运行数据，将对应的告警信息通过所述串口服务器发送到所述上位机，从而提高了对高温超导磁体运行数据进行检测的准确性和效率。

Description

一种高温超导磁体运行数据的检测方法及系统

技术领域

本申请涉及高温超导感应加热技术领域，更具体地，涉及一种高温超导磁体运行数据的检测方法及系统。

背景技术

高温超导感应加热系统中，核心部件之一的磁源是由超导材料制备而成的磁体产生。磁体被封装在真空杜瓦容器中，采用适当的制冷，使磁体在高于物理绝对零度的温度下，仍能处于超导态，这是高温超导感应加热系统实施和运行的基本原理和前提。超导材料的超导态由临界温度、临界磁感应强度和临界电流三个主要参数确定，只有三个参数之间满足较为复杂的相互关系和约束条件，才能使磁体始终工作在超导态。在实际工业应用中，受复杂的电磁环境和感应加热工况的影响，磁体的状态随时可能受到干扰，导致失超故障甚至事故。应实时监测磁体的状态，当判断磁体面临失超的可能，及时停止励磁，这是高温超导感应加热工业现场必要的保护措施之一。

现有技术中对高温超导磁体运行数据的检测方式有温度检测或电压检测。

对传统温度检测，是在超导磁体的表面布置电阻温度计，由于超导磁体运行参数较高，基于电阻的温度计在直接布置时候容易受到高压破坏的影响。基于电阻温度计可以达到很好的精确度，但是对于超导磁体来说面临的问题很明显：电阻温度计属于点测方式，只能测试某个点的温度变化，对于需要检测一定区域的磁体来说需要布置大量温度计，这显然难度较大，其次是受高压与电磁噪声的影响，其次由于检测的不是磁体实际的温度，具有一定的滞后性，不利于超导磁体的失超检测，只可以作为后备参考。

传统的基于电压信号检测方法使用方便，需要失超检测电路少，但需要克服高运行参数带来的强电磁干扰问题。同时失超后的电压信号比较微弱，相对于磁体本身的温度或应变变化可能出现一定的滞后时间，尤其是高温超导磁体，仅仅通过检测电压信号是无法及时反映导体的实际失超情况。

因此，如何提高对高温超导磁体运行数据进行检测的准确性和效率，是目前有待解决的技术问题。

发明内容

本发明公开了一种高温超导磁体运行数据的检测方法，用于解决现有技术中对高温超导磁体运行数据进行检测的准确性和效率较低的技术问题，应用于包括上位机、PLC、串口服务器、磁感应强度传感器、温度传感器和电压传感器的检测系统中，所述方法包括：

所述PLC按照预设时序向所述磁感应强度传感器、所述温度传感器和所述电压传感器发送控制指令，并接收磁体的感知数据，所述感知数据包括所述磁感应强度传感器发送的第一信号、所述温度传感器发送的第二信号和所述电压传感器发送的第三信号；

所述PLC基于预设滤波算法对各所述感知数据进行滤波确定所述磁体的运行数据，所述运行数据包括与所述第一信号对应的所述磁体的磁感应强度，与所述第二信号对应的所述磁体的环境温度，与所述第三信号对应的所述磁体的电压；

所述PLC将所述运行数据与预设阈值表进行对比，若存在超过所述预设阈值表的设定阈值的运行数据，将对应的告警信息通过所述串口服务器发送到所述上位机。

一些实施例中，所述方法还包括：

若不存在超过所述预设阈值表的设定阈值的运行数据，所述PLC通过所述串口服务器向所述上位机发送数据上传请求；

所述PLC接收所述上位机通过所述串口服务器返回的状态信息，所述状态信息为CPU占用率不高于预设占用率的第一状态或所述CPU占用率高于所述预设占用率的第二状态；

若所述状态信息为所述第一状态，所述PLC通过所述串口服务器将所述运行数据发送到所述上位机；

若所述状态信息为所述第二状态，所述PLC保存所述运行数据，并通过所述串口服务器定时向所述上位机发送所述数据上传请求，直至将所述运行数据发送到所述上位机。

一些实施例中，所述预设滤波算法为中值滤波算法，所述第一信号为预设数量的磁感应强度值序列，所述第二信号为所述预设数量的温度值序列，所述第三信号为所述预设数量的电压值序列，所述PLC基于预设滤波算法对各所述感知数据进行滤波确定所述磁体的运行数据，具体为：

所述PLC确定所述磁感应强度值序列中，除最大磁感应强度值和最小磁感应强度值外各磁感应强度值的磁感应强度算术平均值，根据所述磁感应强度算术平均值确定所述磁感应强度；

所述PLC确定所述温度值序列中，除最大温度值和最小温度值外各温度值的温度算术平均值，根据所述温度算术平均值确定所述环境温度；

所述PLC确定所述电压值序列中，除最大电压值和最小电压值外各电压值的电压算术平均值，根据所述电压算术平均值确定所述电压。

一些实施例中，所述预设数量为3到14之间的任一整数。

一些实施例中，所述上位机为基于Labview的上位机，所述上位机的显示界面显示磁体电压曲线图表、磁体温度分布图表、磁感应强度分布图表和报警信息，所述磁感应强度传感器为安装在真空杜瓦容器内部所述磁体周围的霍尔传感器，所述温度传感器为安装在所述真空杜瓦容器内壁且面向所述磁体的红外温度传感器，所述电压传感器为纳伏表。

一些实施例中，所述方法还包括：

若接收到所述PLC通过所述串口服务器发送的告警信息，所述上位机触发与所述告警信息对应的保护进行动作；

若接收到所述PLC通过所述串口服务器发送的运行数据，所述上位机将所述运行数据与所述预设阈值表进行对比，并在存在超过所述预设阈值表的设定阈值的运行数据时触发所述保护进行动作，否则保存所述运行数据。

相应的，本发明还公开了一种高温超导磁体运行数据的检测系统，所述系统包括：

串口服务器，用于提供串口转网络功能；

磁感应强度传感器，安装在真空杜瓦容器内部磁体周围的位置，用于实时检测磁体周围磁感应强度及其变化；

温度传感器，安装在所述真空杜瓦容器的内壁上并面向所述磁体，用于进行磁体环境温度感知和故障点识别；

电压传感器，实时监测所述磁体两端的电压值；

PLC，被配置为：

按照预设时序向所述磁感应强度传感器、所述温度传感器和所述电压传感器发送控制指令，并接收磁体的感知数据，所述感知数据包括所述磁感应强度传感器发送的第一信号、所述温度传感器发送的第二信号和所述电压传感器发送的第三信号；

基于预设滤波算法对各所述感知数据进行滤波确定所述磁体的运行数据，所述运行数据包括与所述第一信号对应的所述磁体的磁感应强度，与所述第二信号对应的所述磁体的环境温度，与所述第三信号对应的所述磁体的电压；

将所述运行数据与预设阈值表进行对比，若存在超过所述预设阈值表的设定阈值的运行数据，将对应的告警信息通过所述串口服务器发送到上位机；

上位机，被配置为：

若接收到所述PLC通过所述串口服务器发送的告警信息，触发与所述告警信息对应的保护进行动作；

若接收到所述PLC通过所述串口服务器发送的运行数据，将所述运行数据与预设阈值表进行对比，并在存在超过所述预设阈值表的设定阈值的运行数据时触发所述保护进行动作，否则保存所述运行数据。

一些实施例中，所述PLC包括：

数据采集模块，用于按照预设时序向所述磁感应强度传感器、所述温度传感器和所述电压传感器发送控制指令，并接收磁体的感知数据，所述感知数据包括所述磁感应强度传感器发送的第一信号、所述温度传感器发送的第二信号和所述电压传感器发送的第三信号；

确定模块，用于基于预设滤波算法对各所述感知数据进行滤波确定所述磁体的运行数据，所述运行数据包括与所述第一信号对应的所述磁体的磁感应强度，与所述第二信号对应的所述磁体的环境温度，与所述第三信号对应的所述磁体的电压；

发送模块，用于将所述运行数据与预设阈值表进行对比，若存在超过所述预设阈值表的设定阈值的运行数据，将对应的告警信息通过所述串口服务器发送到所述上位机。

一些实施例中，所述上位机包括：

第一处理模块，用于若接收到所述PLC通过所述串口服务器发送的告警信息，触发与所述告警信息对应的保护进行动作；

第二处理模块，用于若接收到所述PLC通过所述串口服务器发送的运行数据，将所述运行数据与预设阈值表进行对比，并在存在超过所述预设阈值表的设定阈值的运行数据时触发所述保护进行动作，否则，保存所述运行数据。

与现有技术相比，本发明具体有以下有益效果：

本发明公开了一种高温超导磁体运行数据的检测方法及系统，应用于包括上位机、PLC、串口服务器、磁感应强度传感器、温度传感器和电压传感器的检测系统中，所述方法包括：所述PLC按照预设时序向所述磁感应强度传感器、所述温度传感器和所述电压传感器发送控制指令，并接收磁体的感知数据，所述感知数据包括所述磁感应强度传感器发送的第一信号、所述温度传感器发送的第二信号和所述电压传感器发送的第三信号；所述PLC基于预设滤波算法对各所述感知数据进行滤波确定所述磁体的运行数据，所述运行数据包括与所述第一信号对应的所述磁体的磁感应强度，与所述第二信号对应的所述磁体的环境温度，与所述第三信号对应的所述磁体的电压；所述PLC将所述运行数据与预设阈值表进行对比，若存在超过所述预设阈值表的设定阈值的运行数据，将对应的告警信息通过所述串口服务器发送到所述上位机，从而提高了对高温超导磁体运行数据进行检测的准确性和效率，并通过多级报警机制，保证了高温超导磁体的安全运行。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地 ，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明实施例提出的一种高温超导磁体运行数据的检测方法的流程示意图；

图2示出了本发明另一实施例提出的一种高温超导磁体运行数据的检测方法的流程示意图；

图3示出了本发明又一实施例提出的一种高温超导磁体运行数据的检测方法的流程示意图；

图4示出了本发明实施例提出的一种高温超导磁体运行数据的检测PLC的结构示意图；

图5示出了本发明实施例提出的一种高温超导磁体运行数据的检测上位机的结构示意图；

图6示出了本发明实施例提出的一种高温超导磁体运行数据的检测系统的结构示意图；

图7示出了本发明实施例提出的PLC与传感器组件的接口电路示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

如图1所示本发明实施例提出的一种高温超导磁体运行数据的检测方法的流程示意图，应用于包括上位机、PLC、串口服务器、磁感应强度传感器、温度传感器和电压传感器的检测系统中，所述方法包括：

S101，所述PLC按照预设时序向所述磁感应强度传感器、所述温度传感器和所述电压传感器发送控制指令，并接收磁体的感知数据，所述感知数据包括所述磁感应强度传感器发送的第一信号、所述温度传感器发送的第二信号和所述电压传感器发送的第三信号。

本步骤中，PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）是一种具有微处理器的用于自动化控制的数字运算控制器，可以将控制指令随时载入内存进行储存与执行。串口服务器可以提供串口转网络功能，能够将RS-232/485/422串口转换成TCP/IP网络接口，实现RS-232/485/422串口与TCP/IP网络接口的数据双向透明传输，使得串口设备能够具备TCP/IP网络接口的功能，进行网络数据通信，极大的扩展了串口设备的通信距离。PLC根据数据采样频率的需求，按照预设时序向磁感应强度传感器、温度传感器和电压传感器发送控制指令，磁感应强度传感器、温度传感器和电压传感器根据该控制指令实时采集磁体的感知数据，并将该感知数据发送给PLC，PLC接收该感知数据。感知数据包括：磁感应强度传感器发送的第一信号、温度传感器发送的第二信号和电压传感器发送的第三信号。

本申请的优选实施例中，能够实现对多种类型磁体的多源数据采集与处理，具备良好的兼容性和扩展性，可以通过柔性编程的方式，对不同类型磁体所对应的多种类型传感元器件进行增加、删除和管理；同时，可以方便地与高温超导感应加热系统的总系统及其他感知子系统实现低成本、高性能的系统集成。如图7所示，a为PLC与两线式传感器连接的电路图，b为PLC与三线式传感器连接的电路图；X0、X1、X2 ......代表PLC可以根据需要选择连接多个传感元器件。

S102，所述PLC基于预设滤波算法对各所述感知数据进行滤波确定所述磁体的运行数据，所述运行数据包括与所述第一信号对应的所述磁体的磁感应强度，与所述第二信号对应的所述磁体的环境温度，与所述第三信号对应的所述磁体的电压。

本步骤中，在复杂的电磁环境中，需要在保证感知数据采集值的灵敏度、保真度的同时去除其中的噪声干扰，PLC根据预设滤波算法对各个感知数据进行滤波，从而得到去除噪声的磁体的运行数据。该运行数据包括与所述第一信号对应的所述磁体的磁感应强度，与所述第二信号对应的所述磁体的环境温度，与所述第三信号对应的所述磁体的电压。

为了消除偶然出现的脉冲干扰并保留必要的信号检测灵敏度，在本申请的一些实施例中，所述预设滤波算法为中值滤波算法，所述第一信号为预设数量的磁感应强度值序列，所述第二信号为所述预设数量的温度值序列，所述第三信号为所述预设数量的电压值序列，所述PLC基于预设滤波算法对各所述感知数据进行滤波确定所述磁体的运行数据，具体为：

所述PLC确定所述磁感应强度值序列中，除最大磁感应强度值和最小磁感应强度值外各磁感应强度值的磁感应强度算术平均值，根据所述磁感应强度算术平均值确定所述磁感应强度；

所述PLC确定所述温度值序列中，除最大温度值和最小温度值外各温度值的温度算术平均值，根据所述温度算术平均值确定所述环境温度；

所述PLC确定所述电压值序列中，除最大电压值和最小电压值外各电压值的电压算术平均值，根据所述电压算术平均值确定所述电压。

具体的，预设滤波算法为中值滤波算法，该中值滤波算法是在N个数据中，去掉一个最高值，去掉一个最低值，然后计算N-2个数据的算术平均值。根据该预设算法针对不同的感知数据分别做滤波处理，其中第一信号是预设数量的磁感应强度值的数值序列，第二信号是所述预设数量的温度值的数值序列，第三信号为所述预设数量的电压的数值序列，所述预设数量可以根据实际情况进行设置。当感知数据为第一信号时，PLC在预设数量的磁感应强度值的数值序列中，去除最大磁感应强度值和最小磁感应强度值后，计算剩余磁感应强度值的算术平均值，根据该磁感应强度值的算术平均值确定第一信号对应的所述磁体的磁感应强度。

当感知数据为第二信号时，PLC在预设数量的磁体环境温度的数值序列中，去除最大温度值和最小温度值后，计算剩余温度值的算术平均值，根据该温度值的算术平均值确定第二信号对应的所述磁体的环境温度。

当感知数据为第三信号时，PLC在预设数量的磁体的电压的数值序列中，去除最大电压值和最小电压值后，计算剩余电压值的算术平均值，根据该电压值的算术平均值确定第三信号对应的所述磁体的电压。

需要说明的是，以上优选实施例的方案仅为本申请所提出的一种具体实现方案，其他基于预设滤波算法对各所述感知数据进行滤波确定所述磁体的运行数据的方法均属于本申请的保护范围。

为了同时保证信号的平滑度和灵敏度，在本申请的一些实施例中，，所述预设数量为3到14之间的任一整数。

具体的，预设数量较大时信号的平滑度较高，但灵敏度较低；预设数量较小时信号的平滑度较低，但灵敏度较高，预设数量一般取3~14的整数。

需要说明的是，以上优选实施例的方案仅为本申请所提出的一种具体实现方案，也可以根据需要选择其他的预设数量范围，这些都属于本申请的保护范围。

S103，所述PLC将所述运行数据与预设阈值表进行对比，若存在超过所述预设阈值表的设定阈值的运行数据，将对应的告警信息通过所述串口服务器发送到所述上位机。

本步骤中，PLC在得到运行数据后，将该运行数据和预设阈值表进行对比，该预设阈值表根据高温超导磁体在运行过程中磁体的超导态不稳定的临界值来确定，如果存在超过所述预设阈值表的设定阈值的运行数据，说明磁体的超导态不稳定，此时将对应的告警信息通过串口服务器发送到所述上位机，使上位机能及时发现故障并进行处理。可选的，当存在超过所述预设阈值表的设定阈值的运行数据，则立即通过RS485串口通信模块，将告警信息传送给串口服务器，由串口服务器转换成RJ45网口信号，向上位机发出警报，使上位机能及时发现故障并进行处理；如判断所述运行数据属于正常范围，则通过RS485串口通信模块，由串口服务器转换成RJ45网口信号，与上位机进行运行数据的传输，方便上位机检测系统进一步检测磁体的工作状态，并形成磁体运行数据记录。

为了准确的获得磁体的感知数据，在本申请的一些实施例中，所述上位机为基于Labview的上位机，所述上位机的显示界面显示磁体电压曲线图表、磁体温度分布图表、磁感应强度分布图表和报警信息，所述磁感应强度传感器为安装在真空杜瓦容器内部所述磁体周围的霍尔传感器，所述温度传感器为安装在所述真空杜瓦容器内壁且面向所述磁体的红外温度传感器，所述电压传感器为纳伏表。

具体的，Labview（实验室虚拟仪器工程平台），是一种程序开发环境，Labview使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式。在本实施例中，上位机为基于Labview的上位机，所述上位机的显示界面显示磁体电压曲线图表、磁体温度分布图表、磁感应强度分布图表和报警信息。可选的，上位机建立一个属性为可拓展的表格，用于存储数据和信息，合理选择并设定一个固定的时间周期，使一个周期内表格不会产生数据溢出，并在每个周期结束时将表格内的数据写入检测日志文件中。

所述磁感应强度传感器为安装在真空杜瓦容器内部所述磁体周围的霍尔传感器，该霍尔传感器实时检测磁体周围磁感应强度及其变化，起到故障预警的作用，并可提供大量的磁感应强度的原始数据，为高温超导磁体运行数据的检测提供依据。

所述温度传感器为安装在所述真空杜瓦容器内壁且面向所述磁体的红外温度传感器，该红外温度传感器用于磁体环境温度感知和故障点识别，当纳伏表判断出超导磁体的两端电阻值增大时，说明至少有部分超导磁体出现了失超状况，该部分的超导磁体由于电阻值增大，会产生发热现象，通过温度传感器，识别并判断出故障的位置，有利于迅速准确的排除故障。

所述电压传感器为纳伏表，该纳伏表实时监测磁体超导磁体两端的电压值，当磁体处于超导态时，超导磁体的电阻值接近于零，从而两端的电压值也接近零；出现故障时，超导磁体的电阻值会增大，在电流不超过临界电流值的情况下，由电压值可以判断出磁体的总体工作状态，从而采取相应措施，防止故障扩散。

需要说明的是，以上优选实施例的方案仅为本申请所提出的一种具体实现方案，可以根据需要选择其他类型的传感器这些属于本申请的保护范围。

本发明公开了一种高温超导磁体运行数据的检测方法，应用于包括上位机、PLC、串口服务器、磁感应强度传感器、温度传感器和电压传感器的检测系统中，所述方法包括：所述PLC按照预设时序向所述磁感应强度传感器、所述温度传感器和所述电压传感器发送控制指令，并接收磁体的感知数据，所述感知数据包括所述磁感应强度传感器发送的第一信号、所述温度传感器发送的第二信号和所述电压传感器发送的第三信号；所述PLC基于预设滤波算法对各所述感知数据进行滤波确定所述磁体的运行数据，所述运行数据包括与所述第一信号对应的所述磁体的磁感应强度，与所述第二信号对应的所述磁体的环境温度，与所述第三信号对应的所述磁体的电压；所述PLC将所述运行数据与预设阈值表进行对比，若存在超过所述预设阈值表的设定阈值的运行数据，将对应的告警信息通过所述串口服务器发送到所述上位机，从而提高了对高温超导磁体运行数据进行检测的准确性和效率，同时采用PLC进行数据采集和预处理，而非通用的数据采集卡，适应于处于极端条件下的磁体的监控。

如图2所示本发明另一实施例提出的一种高温超导磁体运行数据的检测方法的流程示意图，应用于包括上位机、PLC、串口服务器、磁感应强度传感器、温度传感器和电压传感器的检测系统中，所述方法包括：

S201，若接收到所述PLC通过所述串口服务器发送的告警信息，所述上位机触发与所述告警信息对应的保护进行动作。

本步骤中，当PLC将运行数据与预设阈值表进行对比后，发现存在超过所述预设阈值表的设定阈值的运行数据，将对应的告警信息通过所述串口服务器发送到上位机，上位机在接收到该警告信息后，立即触发与该告警信息对应的保护进行动作，如当判断磁体面临失超的可能，及时停止励磁。上位机也可以通过高温超导感应加热系统的总系统，采取相应的安全保护措施，可选的，安全保护措施具体步骤为：关断电源，同时利用外置的卸能电阻或去磁电路，将超导线圈的能量泄放掉。

S202，若接收到所述PLC通过所述串口服务器发送的运行数据，所述上位机将所述运行数据与预设阈值表进行对比，并在存在超过所述预设阈值表的设定阈值的运行数据时触发所述保护进行动作，否则保存所述运行数据。

本步骤中，当上位机接收到所述PLC通过所述串口服务器发送的运行数据，所述上位机将该运行数据与预设阈值表进行对比，当存在超过所述预设阈值表的设定阈值的运行数据时，说明磁体的超导态不稳定，记录该运行数据并立即触发保护进行动作，当不存在超过所述预设阈值表的设定阈值的运行数据时，上位机将运行数据保存。需要说明的是，本申请通过多级报警机制，进一步保证了磁体设备的安全运行。

为了避免影响上位机的运行，在本申请的优选实施例中，所述方法还包括：

当接收到所述PLC通过所述串口服务器发送的数据上传请求时，所述上位机通过所述串口服务器返回状态信息，所述状态信息为CPU占用率不高于预设占用率的第一状态或所述CPU占用率高于所述预设占用率的第二状态。

如上所述，当接收到所述PLC通过所述串口服务器发送的数据上传请求时，上位机会判断自身的状态信息，并通过所述串口服务器向PLC返回状态信息，所述状态信息包括CPU占用率不高于预设占用率的第一状态和所述CPU占用率高于所述预设占用率的第二状态。可选的，当状态信息为CPU占用率不高于预设占用率的第一状态时，此时接收PLC通过所述串口服务器发送的数据上传请求，当状态信息为CPU占用率高于预设占用率的第二状态时，拒绝接收PLC通过所述串口服务器发送的数据上传请求，并在状态信息为CPU占用率不高于预设占用率的第一状态时，重新接收该数据信息。

本发明公开了一种高温超导磁体运行数据的检测方法，应用于包括上位机、PLC、串口服务器、磁感应强度传感器、温度传感器和电压传感器的检测系统中，所述方法包括：所述PLC按照预设时序向所述磁感应强度传感器、所述温度传感器和所述电压传感器发送控制指令，并接收磁体的感知数据，所述感知数据包括所述磁感应强度传感器发送的第一信号、所述温度传感器发送的第二信号和所述电压传感器发送的第三信号；所述PLC基于预设滤波算法对各所述感知数据进行滤波确定所述磁体的运行数据，所述运行数据包括与所述第一信号对应的所述磁体的磁感应强度，与所述第二信号对应的所述磁体的环境温度，与所述第三信号对应的所述磁体的电压；所述PLC将所述运行数据与预设阈值表进行对比，若存在超过所述预设阈值表的设定阈值的运行数据，将对应的告警信息通过所述串口服务器发送到所述上位机，从而提高了对高温超导磁体运行数据进行检测的准确性和效率，并通过多级报警机制，保证了高温超导磁体的安全运行。

如图3所示本发明又一实施例提出的一种高温超导磁体运行数据的检测方法的流程示意图，应用于包括上位机、PLC、串口服务器、磁感应强度传感器、温度传感器和电压传感器的检测系统中，所述方法包括：

S301，PLC根据数据采样频率的需求，通过预设时序发送控制指令，控制输入端的多个传感器进行感知数据采集，并接收所述感知数据。

PLC根据数据采样频率的需求，按照预设时序发送控制指令，通过该控制指令控制输入端的多个传感器进行感知数据采集并接收所述感知数据，所述感知数据包括：所述磁感应强度传感器采集的所述磁体的磁感应强度、所述温度传感器采集的所述磁体的环境温度和所述电压传感器采集的的所述磁体的电压。

S302，所述PLC基于预设滤波算法对各所述感知数据进行滤波确定所述磁体的运行数据。

由于处于复杂的电磁环境中，需要在保证数据采集值的灵敏度、保真度的同时去除其中的噪声干扰，根据本方案应用场合噪声信号的特性，预设滤波算法为中位值平均滤波法的软件滤波形式，即连续采用N个信号，去掉一个最高值，去掉一个最低值，然后计算N-2个数据的算术平均值，这样可以消除偶然出现的脉冲干扰对采样值产生的偏差，同时保留必要的信号检测灵敏度。N值较大时信号的平滑度较高，但灵敏度较低；N值较小时信号的平滑度较低，但灵敏度较高，N值一般取3~14的整数。对感知数据进行滤波后，得到所述磁体的运行数据。

S303，判断是否存在超过所述预设阈值表的设定阈值的运行数据。

PLC对经过滤波之后的电压、温度和磁感应强度的运行数据与进行预设阈值表的设定阈值比对，判断是否存在超过所述预设阈值表的设定阈值的运行数据。若是，则初步判断磁体的超导态不稳定，立即执行S305，若否，则执行S304。

S304，PLC通过所述串口服务器向上位机发送所述运行数据。

当不存在超过所述预设阈值表的设定阈值的运行数据，初步判定磁体的超导态稳定，通过RS485串口通信模块，由串口服务器转换成RJ45网口信号，与上位机进行运行数据的传输，方便上位机检测系统进一步检测磁体的工作状态，并形成磁体运行数据记录。

S305，将对应的告警信息通过所述串口服务器发送到所述上位机。

当存在超过所述预设阈值表的设定阈值的运行数据时，将告警信息传送给串口服务器，由串口服务器转换成RJ45网口信号，向上位机发出警报，使上位机能及时发现故障并进行处理。

S306，判断磁体是否处于稳定的超导态工作状态。

上位机收到PLC发送的运行数据后，进一步判断磁体是否处于稳定的超导态工作状态，可选的，依据电流、磁感应强度和温度之间的相互关系和约束条件，进一步准确判断磁体是否处于稳定的超导态工作状态，也可以通过将所述运行数据与预设阈值表进行对比来判断磁体是否处于稳定的超导态工作状态，若否，则执行S307，若是，则执行S308。

S307，记录该数据，并通过高温超导感应加热系统的总系统，采取相应的安全保护措施。

当判断磁体的超导态不稳定或收到告警信息，记录该数据，并通过高温超导感应加热系统的总系统，采取相应的安全保护措施，具体的安全保护措施可以是关断电源，同时利用外置的卸能电阻或去磁电路，将超导线圈的能量泄放掉。

S308，保存所述运行数据。

当判断磁体的超导态稳定，则将该运行数据进行保存。

本发明公开了一种高温超导磁体运行数据的检测方法，应用于包括上位机、PLC、串口服务器、磁感应强度传感器、温度传感器和电压传感器的检测系统中，上位机采用Labview程序开发环境，充分保留了后期二次设计开发和设备升级的空间，通过网口与串口服务器进行数据交换，可通过添加交换机的方式，与高温超导系统的其他模块实现高效集成，简化控制系统的结构；采用PLC进行数据采集和预处理，而非通用的数据采集卡，适应于处于极端条件下的磁体的监控，多级报警机制，保证了高温超导磁体的安全运行。

为达到以上目的，本申请实施例提出了一种高温超导磁体运行数据的检测系统，如图6所示，所述系统包括：

串口服务器605用于提供串口转网络功能；

磁感应强度传感器601，安装在真空杜瓦容器内部磁体周围的位置，用于实时检测磁体周围磁感应强度及其变化；

温度传感器602，安装在所述真空杜瓦容器的内壁上并面向所述磁体，用于进行磁体环境温度感知和故障点识别；

电压传感器603，实时监测所述磁体两端的电压值；

PLC 604，被配置为：

按照预设时序向所述磁感应强度传感器、所述温度传感器和所述电压传感器发送控制指令，并接收磁体的感知数据，所述感知数据包括所述磁感应强度传感器发送的第一信号、所述温度传感器发送的第二信号和所述电压传感器发送的第三信号；

基于预设滤波算法对各所述感知数据进行滤波确定所述磁体的运行数据，所述运行数据包括与所述第一信号对应的所述磁体的磁感应强度，与所述第二信号对应的所述磁体的环境温度，与所述第三信号对应的所述磁体的电压；

将所述运行数据与预设阈值表进行对比，若存在超过所述预设阈值表的设定阈值的运行数据，将对应的告警信息通过所述串口服务器发送到上位机；

上位机606，被配置为：

若接收到所述PLC通过所述串口服务器发送的告警信息，触发与所述告警信息对应的保护进行动作；

若接收到所述PLC通过所述串口服务器发送的运行数据，将所述运行数据与预设阈值表进行对比，并在存在超过所述预设阈值表的设定阈值的运行数据时触发所述保护进行动作，否则保存所述运行数据。

如图4所示，所述PLC包括：

数据采集模块401，用于按照预设时序向所述磁感应强度传感器、所述温度传感器和所述电压传感器发送控制指令，并接收磁体的感知数据，所述感知数据包括所述磁感应强度传感器发送的第一信号、所述温度传感器发送的第二信号和所述电压传感器发送的第三信号；

确定模块402，用于基于预设滤波算法对各所述感知数据进行滤波确定所述磁体的运行数据，所述运行数据包括与所述第一信号对应的所述磁体的磁感应强度，与所述第二信号对应的所述磁体的环境温度，与所述第三信号对应的所述磁体的电压；

发送模块403，用于将所述运行数据与预设阈值表进行对比，若存在超过所述预设阈值表的设定阈值的运行数据，将对应的告警信息通过所述串口服务器发送到所述上位机。

如图5所示，所述上位机包括：

第一处理模块501，用于若接收到所述PLC通过所述串口服务器发送的告警信息，触发与所述告警信息对应的保护进行动作；

第二处理模块502，用于若接收到所述PLC通过所述串口服务器发送的运行数据，将所述运行数据与预设阈值表进行对比，并在存在超过所述预设阈值表的设定阈值的运行数据时触发所述保护进行动作，否则，保存所述运行数据。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不驱使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种高温超导磁体运行数据的检测方法，其特征在于，应用于包括上位机、PLC、串口服务器、磁感应强度传感器、温度传感器和电压传感器的检测系统中，所述方法包括：

所述PLC按照预设时序向所述磁感应强度传感器、所述温度传感器和所述电压传感器发送控制指令，并接收磁体的感知数据，所述感知数据包括所述磁感应强度传感器发送的第一信号、所述温度传感器发送的第二信号和所述电压传感器发送的第三信号；

所述PLC基于预设滤波算法对各所述感知数据进行滤波确定所述磁体的运行数据，所述运行数据包括与所述第一信号对应的所述磁体的磁感应强度，与所述第二信号对应的所述磁体的环境温度，与所述第三信号对应的所述磁体的电压；

所述PLC将所述运行数据与预设阈值表进行对比，若存在超过所述预设阈值表的设定阈值的运行数据，将对应的告警信息通过所述串口服务器发送到所述上位机。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

若不存在超过所述预设阈值表的设定阈值的运行数据，所述PLC通过所述串口服务器向所述上位机发送数据上传请求；

所述PLC接收所述上位机通过所述串口服务器返回的状态信息，所述状态信息为CPU占用率不高于预设占用率的第一状态或所述CPU占用率高于所述预设占用率的第二状态；

若所述状态信息为所述第一状态，所述PLC通过所述串口服务器将所述运行数据发送到所述上位机；

若所述状态信息为所述第二状态，所述PLC保存所述运行数据，并通过所述串口服务器定时向所述上位机发送所述数据上传请求，直至将所述运行数据发送到所述上位机。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设滤波算法为中值滤波算法，所述第一信号为预设数量的磁感应强度值序列，所述第二信号为所述预设数量的温度值序列，所述第三信号为所述预设数量的电压值序列，所述PLC基于预设滤波算法对各所述感知数据进行滤波确定所述磁体的运行数据，具体为：

所述PLC确定所述磁感应强度值序列中，除最大磁感应强度值和最小磁感应强度值外各磁感应强度值的磁感应强度算术平均值，根据所述磁感应强度算术平均值确定所述磁感应强度；

所述PLC确定所述温度值序列中，除最大温度值和最小温度值外各温度值的温度算术平均值，根据所述温度算术平均值确定所述环境温度；

所述PLC确定所述电压值序列中，除最大电压值和最小电压值外各电压值的电压算术平均值，根据所述电压算术平均值确定所述电压。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述预设数量为3到14之间的任一整数。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述上位机为基于Labview的上位机，所述上位机的显示界面显示磁体电压曲线图表、磁体温度分布图表、磁感应强度分布图表和报警信息，所述磁感应强度传感器为安装在真空杜瓦容器内部所述磁体周围的霍尔传感器，所述温度传感器为安装在所述真空杜瓦容器内壁且面向所述磁体的红外温度传感器，所述电压传感器为纳伏表。

6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

若接收到所述PLC通过所述串口服务器发送的告警信息，所述上位机触发与所述告警信息对应的保护进行动作；

若接收到所述PLC通过所述串口服务器发送的运行数据，所述上位机将所述运行数据与所述预设阈值表进行对比，并在存在超过所述预设阈值表的设定阈值的运行数据时触发所述保护进行动作，否则保存所述运行数据。

7.一种高温超导磁体运行数据的检测系统，其特征在于，所述系统包括：

串口服务器，用于提供串口转网络功能；

磁感应强度传感器，安装在真空杜瓦容器内部磁体周围的位置，用于实时检测磁体周围磁感应强度及其变化；

温度传感器，安装在所述真空杜瓦容器的内壁上并面向所述磁体，用于进行磁体环境温度感知和故障点识别；

电压传感器，实时监测所述磁体两端的电压值；

PLC，被配置为：

按照预设时序向所述磁感应强度传感器、所述温度传感器和所述电压传感器发送控制指令，并接收磁体的感知数据，所述感知数据包括所述磁感应强度传感器发送的第一信号、所述温度传感器发送的第二信号和所述电压传感器发送的第三信号；

基于预设滤波算法对各所述感知数据进行滤波确定所述磁体的运行数据，所述运行数据包括与所述第一信号对应的所述磁体的磁感应强度，与所述第二信号对应的所述磁体的环境温度，与所述第三信号对应的所述磁体的电压；

将所述运行数据与预设阈值表进行对比，若存在超过所述预设阈值表的设定阈值的运行数据，将对应的告警信息通过所述串口服务器发送到上位机；

上位机，被配置为：

若接收到所述PLC通过所述串口服务器发送的告警信息，触发与所述告警信息对应的保护进行动作；

若接收到所述PLC通过所述串口服务器发送的运行数据，将所述运行数据与预设阈值表进行对比，并在存在超过所述预设阈值表的设定阈值的运行数据时触发所述保护进行动作，否则保存所述运行数据。

8.如权利要求7所述的检测系统，其特征在于，所述PLC包括：

数据采集模块，用于按照预设时序向所述磁感应强度传感器、所述温度传感器和所述电压传感器发送控制指令，并接收磁体的感知数据，所述感知数据包括所述磁感应强度传感器发送的第一信号、所述温度传感器发送的第二信号和所述电压传感器发送的第三信号；

确定模块，用于基于预设滤波算法对各所述感知数据进行滤波确定所述磁体的运行数据，所述运行数据包括与所述第一信号对应的所述磁体的磁感应强度，与所述第二信号对应的所述磁体的环境温度，与所述第三信号对应的所述磁体的电压；

发送模块，用于将所述运行数据与预设阈值表进行对比，若存在超过所述预设阈值表的设定阈值的运行数据，将对应的告警信息通过所述串口服务器发送到所述上位机。

9.如权利要求7所述的检测系统，其特征在于，所述上位机包括：

第一处理模块，用于若接收到所述PLC通过所述串口服务器发送的告警信息，触发与所述告警信息对应的保护进行动作；

第二处理模块，用于若接收到所述PLC通过所述串口服务器发送的运行数据，将所述运行数据与预设阈值表进行对比，并在存在超过所述预设阈值表的设定阈值的运行数据时触发所述保护进行动作，否则，保存所述运行数据。

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