CN113294327A - 一种基于电力载波的屏蔽泵运行监测系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于自动控制系统领域，具体涉及一种基于电力载波的屏蔽泵运行监测系统及其方法。该系统包括：地址编码模块、数据采集模块、数据发送模块、混沌信号发生器、同步混沌信号发生器、数据接收模块、数据处理模块、显示模块，以及运维终端。地址编码模块用于对屏蔽泵的位置信息进行编码，数据采集模块根据屏蔽泵中不同位置的温度、湿度和压力数据，对屏蔽泵的运行状态进行评估；该监测系统中的数据发送模块和数据接收模块利用电力载波通信技术进行数据传输，通信载体为屏蔽泵中的电力线；混沌信号发生器和同步混沌信号发生器用于对数据传输过程进行加密。该系统解决了传统方法需要额外布线，工程实现难度高、以及系统安全性不足的缺点。

Description

一种基于电力载波的屏蔽泵运行监测系统及其方法

技术领域

本发明属于自动控制系统领域，具体涉及一种基于电力载波的屏蔽泵运行监测系统及其方法。

背景技术

屏蔽泵是一种将泵体和驱动电机都密封在一个被泵送介质充满的压力容器内的无密封泵。屏蔽泵中的压力容器通常只有静密封，因此具有极佳的“屏蔽”效果，故称为屏蔽泵。屏蔽泵由一个电线组来提供旋转磁场并驱动转子，这种结构取消了传统离心泵具有的旋转轴密封装置，故能做到完全无泄漏。

屏蔽泵的运行环境较为严苛，甚至可能用于输送危险化学品等物质，因此设备的稳定性运行对于生产安全性的影响较大。在屏蔽泵运行过程中，通常通过相关的监测设备需要对电机压力容器等组件的状态进行监控，便于及时发现存在的安全隐患。目前很多的屏蔽泵监测过程需要人工进行定期检修，抄录相关的设备运行参数，这种工作耗时费力，而且部分设备的运行现场难以到达或者存在安全风险，这给设备的人工检测带来了难度。

除了人工检测，还通过安装各类监控设备对屏蔽的运行状态进行远程监测，这种监测系统克服人工检测的安全性和可及性难题。但是传统的远程监测系统需要架设相关的监测线路，这既具有一定的工程难度，还可能会对屏蔽泵的安装和运行过程产生影响。

此外，远程监控系统在运行过程中还需要考虑到信号传输过程的保密性和安全性问题，如果没有办法保障监控系统的保密性，监控系统被破解后相关的监控数据可能会被篡改，这会给监控系统的正常运行带来危害。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明提供一种基于电力载波的屏蔽泵运行监测系统及其方法，该系统和方法解决了传统监测方法需要额外布线，工程实现难度高，以及安全性和保密性不足的缺点。

为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种基于电力载波的屏蔽泵运行监测系统，该屏蔽泵运行监测系统包括：地址编码模块、数据采集模块、混沌信号发生器、混沌信号发生器、数据发送模块、同步混沌信号发生器、数据接收模块，以及数据处理模块。

其中，地址编码模块用于对多个屏蔽泵进行编码，使每个屏蔽泵具有唯一确定的专属地址编码，每个专属地址编码包含相应屏蔽泵的经度、纬度、高度信息；

数据采集模块用于针对每个具有专属地址编码的屏蔽泵采集数据信号，数据信号包含相应屏蔽泵中不同位置的温度、湿度和压力数据。

混沌信号发生器，其用于生成加密信号。

数据发送模块用于获取混沌信号发生器生成的加密信号，并将数据信号和专属地址编码打包成表征不同专属地址编码的数据信号的传输信号，然后将传输信号叠加加密信号后得到密文信号，再将密文信号耦合到屏蔽泵内电力线上的交流信号中以电力载波的方式进行发送。

同步混沌信号发生器用于生成同步解密信号。

数据接收模块用于接收屏蔽泵内电力线上耦合传输的密文信号，并获取同步混沌信号发生器生成的同步解密信号，将密文信号与同步解密信号进行逆运算完成信号解密，然后对解密后的传输信号进行解调，得到与不同专属地址编码相对应的屏蔽泵中不同位置的温度、湿度和压力数据；

数据处理模块用于根据同一屏蔽泵中不同位置的温度、湿度和压力数据，对相应屏蔽泵的运行状态进行评估，且在评估结果为异常状态时诊断出相应屏蔽泵当前的故障类型；数据处理模块还根据故障类型，将专属地址编码，不同位置的温度、湿度和压力数据，故障类型发送至一个远程监测中心；

其中，地址编码模块、数据采集模块、数据发送模块安装于屏蔽泵的设备现场；数据接收模块、数据处理模块安装在远离设备现场的远程监测中心；

混沌信号发生器为分数阶驱动网络，混沌信号发生器生成的加密信号的表达式为：

上式中，x_i(t)为驱动网络的状态变量，α是分数阶的阶次，c是网络的自反馈系数，f_ij(x_j(t))表示驱动网络中跟忆阻器相关的不带时滞的激活函数，g_ij(x_j(t-τ_i))表示驱动网络中跟忆阻器相关的带时滞的激活函数；所述激活函数f_ij(x_j(t))和g_ij(x_j(t-τ_i))满足f_i(x_i(t))＝tanh(x_i),g_i(x_i)＝sin(x_i)i＝1,2；τ_i是由于神经元信息传递和处理的不一致而导致的多时滞，I_i为驱动网络中的外部干扰，满足I_i＝sint i＝1,2；a_ij和b_ij为驱动网络中忆阻相关的连接权重；

同步混沌信号发生器为分数阶响应网络，所述同步混沌信号发生器生成的同步解密信号的表达式为：

上式中，y_i(t)为响应网络的状态变量，α是分数阶的阶次，c是响应网络的自反馈系数，f_ij(y_j(t))表示响应网络中跟忆阻器相关的不带时滞的激活函数，g_ij(y_j(t-τ_i))表示响应网络中跟忆阻器相关的带时滞的激活函数；所述激活函数f_ij(y_j(t))和g_ij(y_j(t-τ_i))满足f_i(y_i(t))＝tanh(y_i),g_i(y_i)＝sin(y_i)i＝1,2；τ_i是由于神经元信息传递和处理的不一致而导致的多时滞，u(t)是所需设计的使得驱动系统和响应系统达到同步的同步控制器，I_i为响应网络中的外部干扰，满足I_i＝sint i＝1,2；a_ij和b_ij为响应网络中忆阻相关的连接权重。

进一步地，屏蔽泵运行监测系统还包括显示模块和运维终端；显示模块接收数据处理模块发送的数据；显示模块用于在屏蔽泵处于正常状态时显示屏蔽泵不同位置采集的温度、湿度、压力数据；以及用于在屏蔽泵处于异常状态时，同时显示屏蔽泵不同位置采集的温度、湿度、压力数据，以及评估出的故障类型。

每个屏蔽泵均与一个运维终端对应，运维终端用于在屏蔽泵运行过程中出现异常状况时，接收数据处理模块发出的屏蔽泵的故障类型，屏蔽泵不同位置采集的温度、湿度、压力数据，以及屏蔽泵专属地址编码中包含的地址信息。便于运维管理人员分析运维需求；运维终端分别由不同的设备负责人管理。

进一步地，数据处理模块中还包括第一数据存储子模块，第一数据存储子模块中存储有屏蔽泵正常运行状态下的各采集位置的温度、湿度和压力的阈值，数据处理模块通过将获取的屏蔽泵实时运行状态下各参数的测量值与该阈值进行对比，判断屏蔽泵中各采集位置的温度、湿度和压力是否处理正常限度内；数据处理模块对屏蔽泵运行状态评估的异常状态结果包括温度越限、湿度越限、压力越限三种类型。

进一步地，屏蔽泵运行监测系统中还包括报警模块；报警模块接收数据处理模块发出的指令，报警模块用于在屏蔽泵运行过程出现异常状况时发出警报信号；报警模块发出的警报信号包括语音提醒警报和频闪灯光警报。

显示模块中还含有显示温度越限、湿度越限、压力越限的指示灯，当数据处理模块评估当前屏蔽泵中出现其中任意一种异常的越限状态时，则向显示模块发出控制指令，使得显示模块中对应的指示灯闪烁。

进一步地，第一数据存储子模块中还存储有故障状态诊断表，故障状态诊断表中建立有屏蔽泵中各位置的温度、湿度和压力的不同的异常状态与屏蔽泵各类故障诊断结果的对应关系；数据处理模块通过查表法获取屏蔽泵当前运行状态对应的初步的故障诊断结果。

进一步地，第一数据存储子模块中还存储有运维人员对照表，运维人员对照表中建立有各屏蔽泵专属地址编码与设备负责人的对应关系；数据处理模块在评估设备处于异常状态时，通过查表法获取当前出现故障的屏蔽泵对应的设备负责人，并向其发出相应的运维需求。

进一步地，数据处理模块和运维终端中均包括通信子模块，通信子模块用于在数据处理模块和运维终端间建立通讯连接，由数据处理模块根据出现故障的屏蔽泵的专属地址编码，向对应的运维终端发出初步诊断的故障类型，以及屏蔽泵设备中各采集位置的温度、湿度、压力数据。

进一步地，运维终端中包括第二数据存储子模块，第二数据存储子模块用于对接收到的故障类型，屏蔽泵中不同位置的温度、湿度、压力数据，以及屏蔽泵专属地址编码中包含的相关地址信息进行存储。

本发明还包括一种基于电力载波的屏蔽泵运行监测方法，该方法应用于前述的基于电力载波的屏蔽泵运行监测系统，屏蔽泵运行监测方法包括如下步骤：

S1：通过数据采集模块实时获取某个屏蔽泵中多个不同位置的温度、湿度、压力的数据，其中，屏蔽泵中的各数据采集位置为采样点；并由地址编码模块给出当前屏蔽泵的专属地址编码；

S2：基于获取的数据，构建包含多个温度、湿度、压力的数据，以及专属地址编码的监测数据集；

S3：由数据发送模块对监测数据集进行编码得到明文信号，在明文信号上叠加混沌信号发生器生成的加密信号得到密文信号，数据发送模块将密文信号通过电力载波通讯技术发送到数据接收模块；数据接收模块先将接收到的密文信号与同步混沌信号发生器生成的同步解密信号进行逆运算解密，然后对解密得到的明文信号进行解码，得到监测数据集；并将监测数据集发送给数据处理模块；

S4：数据处理模块利用屏蔽泵的监测数据集中的所有采样点的温度、湿度和压力的检测值，完成对屏蔽泵运行状态的评估，其评估过程包括如下步骤：

S41：将监测数据集中的所有采样点的数据依次与第一数据存储子模块中内置的正常状态的阈值进行比对，判断检测值是否完全位于阈范围内：

(1)当所有的采样点的温度、湿度、压力的值均处于正常状态的阈值范围内时，则判断此时屏蔽泵处于正常运行状态；由数据处理中心将当前各采样点的温度、湿度、压力的数据发送到显示模块中进行显示；等待固定采样周期后，返回执行步骤S1；

(2)当任意一个或多个采样点中，温度、湿度或压力中的至少一个值超过正常状态的阈值范围时，则认为屏蔽泵存在发生故障的风险，执行下一步骤；

S42：将屏蔽泵中存在异常的项目与第一数据存储子模块中故障状态诊断表进行比对，得出当前屏蔽泵运行状态的故障等级，判断和决策过程如下：

(1)当数据处理模块评估屏蔽泵故障风险等级为零，则由数据处理模块将相关各项检测指标发送到显示模块进行显示，并使得存在越限状态的指标对应的指示灯闪烁；等待固定采样周期后，返回执行步骤S1；

(2)当数据处理模块评估屏蔽泵的故障风险等级为高风险时，则执行下一步骤；

S43：由数据处理模块根据故障状态诊断表获得当前运行状态下的故障类型；然后将故障类型和采样点的温度、湿度、压力；以及对应的屏蔽泵的地址编码的数据发送到显示模块进行显示，并由报警模块发出警报信号；同时将屏蔽泵运行状态数据、屏蔽泵故障状态，以及当前处于故障状态的屏蔽泵对应的设备负责人的信息发送给运维终端；

S5：循环执行步骤S1-S4，依次完成所有屏蔽泵的状态监测；各运维终端接收到故障类型、屏蔽泵的地址编码和采样点的温度、湿度、压力数据后；由相应的设备负责人分析出当前运维需求的处理方法，并安排处理。

进一步地，步骤S1中数据采集模块的数据采集方式为按照规定的采样周期定期采集数据。

本发明提供一种基于电力载波的屏蔽泵运行监测系统及其方法，具有如下的有益效果：

1、本发明提供的系统通过电力载波通信技术将现场采集的设备运行数据传输到远端进行分析处理；电力载波通信技术直接利用屏蔽泵现有的电力线实现数据的高速传输；因此该系统的安装成本较低，不需要重新架设监测线路网络；工程实现的难度很小，对屏蔽泵的安装或运行过程影响也较小，适合进行大规模推广应用。

2、本发明的屏蔽泵运行监测系统中还设置了混沌信号发生器和同步混沌信号发生器，二者用于对电力线上传输的明文信号进行加密和解密，从而实现电力线上传输的信号的保密，降低了监测系统被破解或者监测数据被篡改的可能性，从而在保障屏蔽泵运行监测系统效率的基础上，提高监测系统的安全性；同时，本发明的信号加密系统基于分数阶网络设计，这大幅度提高了信号被破解的难度。

3、本发明提供的屏蔽泵运行监测系统和方法可以直接获取、记录运行中屏蔽泵不同位置的温度、湿度、压力等非电量信息，综合屏蔽泵中各采样点的状态信息获得对屏蔽泵的整体运行状态的预测，得到初步的诊断结论。同时运维人员结合自身经验对故障和处理方案进行分析和总结。其中，利于温湿度等对非电量参数异常对有效预防局部发热、流量压力不稳、轴承异常磨损等原因引起的电机故障，具有重要价值，既能有效减少计量故障发生次数并缩短故障处理周期，又节省了监测成本。

4、本发明提供的监测系统中通过对不同的屏蔽泵设置专门的地址编码，实现监测数据和屏蔽泵位置的一一对应；从而使得数据处理模块识别和诊断出屏蔽泵的故障后，可以将相应的运维需求发送到相应的设备负责人。保证问题和责任清晰，有利于及时解决屏蔽泵出现的问题，保障设备运行的稳定性。

附图说明

附图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，与本发明的实施例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为本发明实施例1中基于电力载波的屏蔽泵运行监测系统的模块示意图；

图2为本发明实施例2中基于电力载波的屏蔽泵运行监测系统的模块示意图；

图3为本发明实施例3中基于电力载波的屏蔽泵运行监测系统的模块示意图；

图4为本发明实施例3中显示模块中显示内容的结构布局示意图；

图5为本发明实施例4中基于电力载波的屏蔽泵运行监测系统的模块示意图；

图6为本发明实施例5中基于电力载波的屏蔽泵运行监测方法的流程图；

图中标记为：

1、地址编码模块；2、数据采集模块；3、数据发送模块；4、数据接收模块；5、数据处理模块；6、显示模块；7、报警模块；8、运维终端；9、混沌信号发生器；10、同步混沌信号发生器；51、第一数据存储子模块；52、通信子模块；61、指示灯；81、第二数据存储子模块。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种基于电力载波的屏蔽泵运行监测系统，该监测系统包括：

一种基于电力载波的屏蔽泵运行监测系统，该屏蔽泵运行监测系统包括：地址编码模块1、数据采集模块2、混沌信号发生器9、数据发送模块3、同步混沌信号发生器109、数据接收模块4，以及数据处理模块5。

其中，地址编码模块1用于对多个屏蔽泵进行编码，使每个屏蔽泵具有唯一确定的专属地址编码，每个专属地址编码包含相应屏蔽泵的经度、纬度、高度信息；

数据采集模块2用于针对每个具有专属地址编码的屏蔽泵采集数据信号，数据信号包含相应屏蔽泵中不同位置的温度、湿度和压力数据。

混沌信号发生器9，其用于生成加密信号。

数据发送模块3用于获取混沌信号发生器9生成的加密信号，并将数据信号和专属地址编码打包成表征不同专属地址编码的数据信号的传输信号，然后将传输信号叠加加密信号后得到密文信号，再将密文信号耦合到屏蔽泵内电力线上的交流信号中以电力载波的方式进行发送。

同步混沌信号发生器109用于生成同步解密信号。

数据接收模块4用于接收屏蔽泵内电力线上耦合传输的密文信号，并获取同步混沌信号发生器109生成的同步解密信号，将密文信号与同步解密信号进行逆运算完成信号解密，然后对解密后的传输信号进行解调，得到与不同专属地址编码相对应的屏蔽泵中不同位置的温度、湿度和压力数据；

数据处理模块5用于根据同一屏蔽泵中不同位置的温度、湿度和压力数据，对相应屏蔽泵的运行状态进行评估，且在评估结果为异常状态时诊断出相应屏蔽泵当前的故障类型；数据处理模块5还根据故障类型，将专属地址编码，不同位置的温度、湿度和压力数据，故障类型发送至一个远程监测中心；

其中，地址编码模块1、数据采集模块2、数据发送模块3安装于屏蔽泵的设备现场；数据接收模块4、数据处理模块5安装在远离设备现场的远程监测中心；

混沌信号发生器9为分数阶驱动网络，混沌信号发生器9生成的加密信号的表达式为：

上式中，x_i(t)为驱动网络的状态变量，α是分数阶的阶次，c是网络的自反馈系数，f_ij(x_j(t))表示驱动网络中跟忆阻器相关的不带时滞的激活函数，g_ij(x_j(t-τ_i))表示驱动网络中跟忆阻器相关的带时滞的激活函数；所述激活函数f_ij(x_j(t))和g_ij(x_j(t-τ_i))满足f_i(x_i(t))＝tanh(x_i),g_i(x_i)＝sin(x_i)i＝1,2；τ_i是由于神经元信息传递和处理的不一致而导致的多时滞，I_i为驱动网络中的外部干扰，满足I_i＝sint i＝1,2；a_ij和b_ij为驱动网络中忆阻相关的连接权重；

同步混沌信号发生器109为分数阶响应网络，所述同步混沌信号发生器109生成的同步解密信号的表达式为：

上式中，y_i(t)为响应网络的状态变量，α是分数阶的阶次，c是响应网络的自反馈系数，f_ij(y_j(t))表示响应网络中跟忆阻器相关的不带时滞的激活函数，g_ij(y_j(t-τ_i))表示响应网络中跟忆阻器相关的带时滞的激活函数；所述激活函数f_ij(y_j(t))和g_ij(y_j(t-τ_i))满足f_i(y_i(t))＝tanh(y_i),g_i(y_i)＝sin(y_i)i＝1,2；τ_i是由于神经元信息传递和处理的不一致而导致的多时滞，u(t)是所需设计的使得驱动系统和响应系统达到同步的同步控制器，I_i为响应网络中的外部干扰，满足I_i＝sint i＝1,2；a_ij和b_ij为响应网络中忆阻相关的连接权重。

本实施例中，数据处理模块5中还包括第一数据存储子模块51，第一数据存储子模块51中存储有屏蔽泵正常运行状态下的各采集位置的温度、湿度和压力的阈值，数据处理模块5通过将获取的屏蔽泵实时运行状态下各参数的测量值与该阈值进行对比，判断屏蔽泵中各采集位置的温度、湿度和压力是否处理正常限度内；数据处理模块5对屏蔽泵运行状态评估的异常状态结果包括温度越限、湿度越限、压力越限三种类型。

第一数据存储子模块51中还存储有故障状态诊断表，故障状态诊断表中建立有屏蔽泵中各位置的温度、湿度和压力的不同的异常状态与屏蔽泵各类故障诊断结果的对应关系；数据处理模块5通过查表法获取屏蔽泵当前运行状态对应的初步的故障诊断结果。

本实施提供的基于电力载波的屏蔽泵运行检测系统的目的和运行原理分别如下：

在屏蔽泵运行过程中，除了电参数的影响之外；泵体局部发热、流量压力不稳和轴承异常磨损等原因也会引起的电机故障，这些电机故障可以通过屏蔽泵温、湿度和压力的指标状态进行判断和排除。因此，实施例提供的监测系统主要用于监测温度、湿度、压力指标，并对可能存在的故障进行识别、预测和主动排除。

在该系统中，地址编码模块1可以是一种只读电子标签，其存储的信息就是屏蔽泵的专属地址编码，这种专属地址编码实际上相当于表征屏蔽泵地址的身份信息。

数据采集模块2中包括安装在屏蔽泵不同位置的传感器，这些传感器的安装位置就是屏蔽泵的采样点。由于需要检测和分析的故障是明确的，因此对于同一型号的屏蔽泵，这些采样点数量是有限的，位置也是固定的。这些传感器在屏蔽泵的不同位置采集相应的温度、湿度和压力数据；为了降低设备功耗，数据采集模块2中的各种传感器可采用固定周期采集的方式完成数据检测。

检测得到各类监测数据和专属地址编码信息由数据发送模块3打包、编码后得到明文信号，明文信号与混沌信号发生器9生成的加密信号叠加后就得到加密信号，加密信号由数据发送模块3利用电力载波通讯技术发送出去，加密信号发送到数据接收模块4，在该系统中，电力载波通讯技术的数据传播载体是屏蔽泵的电力线，而电力线缆是在屏蔽泵安装过程中就已经搭建完成，本系统无需进行额外布设，只需要的分别在设备现场安装数据发送模块3，并在远程监测中心安装数据接收模块4即可。

数据接收模块4接收到加密信号后，同时获取同步混沌信号发生器109产生的同步解密信号；加密信号和同步解密信号进行逆运算后可以完成信号解密，重新获得明文信号。然后由数据接收模块4接着对明文信号进行解码，获得包含各类所需监测数据以及屏蔽泵地址编码信息的数据包，数据接收模块4将得到的数据包传输给数据处理模块5，数据处理模块5可以是一种专用处理器或经过编程的通用处理器，数据处理模块5将实时获取的屏蔽泵中各项指标的检测数值与参考的阈值进行比对，当所有采样点数据均位于正常范围的阈值之内，则可以认为该屏蔽泵的运行状态良好，无需进行处理。

当数据处理模块5发现某些采样点中的某些指标的测量值与阈值差距较大，测量值超过阈值的范围后，则需要判断是否会出现故障，通常来说，在一个屏蔽泵上，温湿度和压力的采样点数量均为多个，因此只有极少数的单一指标存在超限范围时，通常认为屏蔽泵仍然是不会出现故障的，但是如果异常的指标的数量较多，则屏蔽泵出现故障的风险大大增加。因此，本实施例中，根据专家经验在数据处理模块5中内置了异常状态与故障诊断结果的对应关系，使得数据处理模块5就可以及时对该状态下的故障类型进行预测。当存在少数指标超限但是预测结果为非故障时，运维管理人员可以根据指标的异常情况和当前屏蔽泵运行的实际工况(如流量、转速、电机功率、额定电流和介质类型)以及近期的维护情况对设备的运行状态进行进一步分析，决定这些超限状态是否需要处理。

当预测结果显示屏蔽泵存在故障时，数据处理模块5会将初步诊断的故障类型、屏蔽泵的地址信息，以及屏蔽泵中各采样点的检测值发送到出去。

实施例2

如图2所示，本实施例提供一种基于电力载波的屏蔽泵运行监测系统，本实施例与实施例1的区别在于：本实例中，屏蔽泵运行监测系统还包显示模块6和运维终端8，显示模块6安装在远程监测中心。显示模块6接收数据处理模块5发送的数据；显示模块6用于在屏蔽泵处于正常状态时显示各采样点的温度、湿度、压力数据；以及用于在屏蔽泵处于异常状态时，同时显示各采样点的温度、湿度、压力数据以及当前评估的故障类型。

显示模块6将数据采集模块2获取的关于屏蔽泵的各项数据进行直观展示，便于远程监控中心的根据相关数据对屏蔽泵运行状态进行直观的了解。同时在远程监测中心，相关的管理人员还可以基于各项数据对数据处理模块5判断出的屏蔽泵的运行状态进行人工复核，进一步提升屏蔽泵运行监测的准确性和安全性。

运维终端8用于在屏蔽泵运行过程中出现异常状况时，接收数据处理模块5发出的故障类型，采样点的温度、湿度、压力数据，以及屏蔽泵的地址信息；便于运维管理人员分析运维需求。其中，运维终端8分别由不同的设备负责人管理。

同时，数据处理模块5和运维终端8中均包括通信子模块52，通信子模块52用于在数据处理模块5和运维终端8间建立通讯连接，由数据处理模块5根据出现故障的屏蔽泵的地址编码，向对应的运维终端8发出初步诊断的故障类型，以及屏蔽泵设备中各采样点的温度、湿度、压力数据。

运维终端8是一种保存在运维管理人员手中的终端，每个屏蔽泵都与一个运维终端8对应，这意味着，当某个屏蔽泵出现故障，这种故障状态的运维需求会被直接送达到相应的设备负责人。当然，在实际应用过程中，多个屏蔽泵可能对应同一个运维终端8，即一个负责人同时负责其中的多个屏蔽泵。因此运维终端8关联的地址编码实际上还起到了判别具体是哪一个屏蔽泵发生故障的作用。使得运维管理人员可以有针对性地及时到达现场进行处理。运维终端8可以是一种硬件形式的产品，也可以是软件形式的产品，当采用硬件形式的产品时，其中需要内通信子模块52，从而与数据处理模块5完成通信连接，便于进行数据传输。而当采用软件形式时，其可以是一种APP形式，这种APP安装在手机、平板等电子设备上，并利用这些设备的内置的通信单元作为通信模块，与数据处理模块5完成通信连接。

实施例3

本实施例提供一种基于电力载波的屏蔽泵运行监测系统，本实施例与实施例2的区别在于：本实施例中，如图3和图4所示，系统内还包括报警模块7，报警模块7与数据处理模块5电连接；报警模块7用于在屏蔽泵运行过程出现异常状况时发出警报信号。报警模块7发出的警报信号包括语音提醒警报和频闪灯光警报。

报警模块7的设置可以及时发出警报信号提醒相关的运维监控和维修等管理人员及时注意到屏蔽泵的一异常工作状态，并在发生异常时及时处理。使得管理人员可以在屏蔽泵预测可能出现故障时就完成设备的检修或维护，避免预测故障演化为实际安全生产事故。

同时，在本实施例中，显示模块6中含有显示温度越限、湿度越限、压力越限的指示灯61，当数据处理模块5评估当前屏蔽泵中出现其中任意一种异常状态时，则向显示模块6发出控制指令，使得显示模块6中对应的指示灯61闪烁。

分析该监测系统的运行过程可以发现，对设备运行过程的监控结果存在三种状态：第一是所有指标正常，此时显示模块6只显示指标在运行过程中的检测数值，运维人员无需做出处理；第二是大量指标异常，数据处理模块5预测设备存在故障，此时则通过报警模块7发出警报，同时通过运维终端8提醒设备负责人处理；第三是少数指标超限，但是整体状态正常，未达到出现故障的预测可能性，这时则可以通过这些位于显示模块6上的显示灯的闪烁进行提示；运维管理人员观察到显示灯后，可以立刻对相关的指标数据进行分析，根据经验做出进一步判断，判断是否需要进行处理。

实施例4

本实施例提供一种基于电力载波的屏蔽泵运行监测系统，本实施例与实施例3的区别在于：如图5所示，运维终端8中包括第二数据存储子模块81，所述第二数据存储子模块81用于对接收到的故障类型，屏蔽泵中不同位置的温度、湿度、压力数据，以及屏蔽泵专属地址编码中包含的相关地址信息进行存储。

这些分类记录的历史数据实际上是设备运行的历史档案，运维管理人员将上述数据从第二存储子模块中导出，从而利用这些数据对屏蔽泵的性能、运维处理方法等进行综合分析处理，保证设备运行稳定性和使用寿命，对设备进行评估，同时提高运维管理水平。

实施例5

如图6所示，本实施例提供一种基于电力载波的屏蔽泵运行监测方法，该方法应用于实施例4的基于电力载波的屏蔽泵运行监测系统，该方法包括如下步骤：

S1：通过数据采集模块2实时获取某个屏蔽泵中多个不同位置的温度、湿度、压力的数据，其中，屏蔽泵中的各数据采集位置为采样点；并由地址编码模块1给出当前屏蔽泵的专属地址编码；

S2：基于获取的数据，构建包含多个温度、湿度、压力的数据，以及专属地址编码的监测数据集；

S3：由数据发送模块3对监测数据集进行编码得到明文信号，在明文信号上叠加混沌信号发生器9生成的加密信号得到密文信号，数据发送模块3将密文信号通过电力载波通讯技术发送到数据接收模块4；数据接收模块4先将接收到的密文信号与同步混沌信号发生器109生成的同步解密信号进行逆运算解密，然后对解密得到的明文信号进行解码，得到监测数据集；并将监测数据集发送给数据处理模块5；

S4：数据处理模块5利用屏蔽泵的监测数据集中的所有采样点的温度、湿度和压力的检测值，完成对屏蔽泵运行状态的评估，其评估过程包括如下步骤：

S41：将监测数据集中的所有采样点的数据依次与第一数据存储子模块51中内置的正常状态的阈值进行比对，判断检测值是否完全位于阈范围内：

(1)当所有的采样点的温度、湿度、压力的值均处于正常状态的阈值范围内时，则判断此时屏蔽泵处于正常运行状态；由数据处理中心将当前各采样点的温度、湿度、压力的数据发送到显示模块6中进行显示；等待固定采样周期后，返回执行步骤S1；

(2)当任意一个或多个采样点中，温度、湿度或压力中的至少一个值超过正常状态的阈值范围时，则认为屏蔽泵存在发生故障的风险，执行下一步骤；

S42：将屏蔽泵中存在异常的项目与第一数据存储子模块51中故障状态诊断表进行比对，得出当前屏蔽泵运行状态的故障等级，判断和决策过程如下：

(1)当数据处理模块5评估屏蔽泵故障风险等级为零，则由数据处理模块5将相关各项检测指标发送到显示模块6进行显示，并使得存在越限状态的指标对应的指示灯61闪烁；等待固定采样周期后，返回执行步骤S1；

(2)当数据处理模块5评估屏蔽泵的故障风险等级为高风险时，则执行下一步骤；

S43：由数据处理模块5根据故障状态诊断表获得当前运行状态下的故障类型；然后将故障类型和采样点的温度、湿度、压力；以及对应的屏蔽泵的地址编码的数据发送到显示模块6进行显示，并由报警模块7发出警报信号；同时将屏蔽泵运行状态数据、屏蔽泵故障状态，以及当前处于故障状态的屏蔽泵对应的设备负责人的信息发送给运维终端8；

S5：循环执行步骤S1-S4，依次完成所有屏蔽泵的状态监测；各运维终端8接收到故障类型、屏蔽泵的地址编码和采样点的温度、湿度、压力数据后；由相应的设备负责人分析出当前运维需求的处理方法，并安排处理。

其中，步骤S1中数据采集模块2的数据采集方式为按照规定的采样周期定期采集数据。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改。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 (10)

1.一种基于电力载波的屏蔽泵运行监测系统，其特征在于：所述屏蔽泵运行监测系统包括：

地址编码模块，其用于对多个屏蔽泵进行编码，使每个屏蔽泵具有唯一确定的专属地址编码，每个专属地址编码包含相应屏蔽泵的经度、纬度、高度信息；

数据采集模块，其用于针对每个具有专属地址编码的屏蔽泵采集数据信号，所述数据信号包含相应屏蔽泵中不同位置的温度、湿度和压力数据；

混沌信号发生器，其用于生成加密信号；

数据发送模块，其用于获取混沌信号发生器生成的加密信号，并将所述数据信号和所述专属地址编码打包成表征不同专属地址编码的数据信号的传输信号，然后将所述传输信号叠加加密信号后得到密文信号，再将密文信号耦合到屏蔽泵内电力线上的交流信号中以电力载波的方式进行发送；

同步混沌信号发生器，其用于生成同步解密信号；

数据接收模块，其用于接收屏蔽泵内电力线上耦合传输的所述密文信号，并获取同步混沌信号发生器生成的同步解密信号，将密文信号与同步解密信号进行逆运算完成信号解密，然后对解密后的传输信号进行解调，得到与不同专属地址编码相对应的屏蔽泵中不同位置的温度、湿度和压力数据；以及

数据处理模块，其用于根据同一屏蔽泵中不同位置的温度、湿度和压力数据，对相应屏蔽泵的运行状态进行评估，且在评估结果为异常状态时诊断出相应屏蔽泵当前的故障类型；所述数据处理模块还根据所述故障类型，将专属地址编码，不同位置的温度、湿度和压力数据，故障类型发送至一个远程监测中心；

其中，所述地址编码模块、数据采集模块、数据发送模块安装于屏蔽泵的设备现场；所述数据接收模块、数据处理模块安装在远离所述设备现场的所述远程监测中心；

所述混沌信号发生器为分数阶驱动网络，混沌信号发生器生成的加密信号的表达式为：

上式中，x_i(t)为驱动网络的状态变量，α是分数阶的阶次，c是网络的自反馈系数，f_ij(x_j(t))表示驱动网络中跟忆阻器相关的不带时滞的激活函数，g_ij(x_j(t-τ_i))表示驱动网络中跟忆阻器相关的带时滞的激活函数；所述激活函数f_ij(x_j(t))和g_ij(x_j(t-τ_i))满足f_i(x_i(t))＝tanh(x_i),g_i(x_i)＝sin(x_i)i＝1,2；τ_i是由于神经元信息传递和处理的不一致而导致的多时滞，I_i为驱动网络中的外部干扰，满足I_i＝sint i＝1,2；a_ij和b_ij为驱动网络中忆阻相关的连接权重；

所述同步混沌信号发生器为分数阶响应网络，所述同步混沌信号发生器生成的同步解密信号的表达式为：

上式中，y_i(t)为响应网络的状态变量，α是分数阶的阶次，c是响应网络的自反馈系数，f_ij(y_j(t))表示响应网络中跟忆阻器相关的不带时滞的激活函数，g_ij(y_j(t-τ_i))表示响应网络中跟忆阻器相关的带时滞的激活函数；所述激活函数f_ij(y_j(t))和g_ij(y_j(t-τ_i))满足f_i(y_i(t))＝tanh(y_i),g_i(y_i)＝sin(y_i)i＝1,2；τ_i是由于神经元信息传递和处理的不一致而导致的多时滞，u(t)是所需设计的使得驱动系统和响应系统达到同步的同步控制器，I_i为响应网络中的外部干扰，满足I_i＝sint i＝1,2；a_ij和b_ij为响应网络中忆阻相关的连接权重。

2.如权利要求1所述的基于电力载波的屏蔽泵运行监测系统，其特征在于：所述屏蔽泵运行监测系统还包括显示模块和运维终端；所述显示模块接收所述数据处理模块发送的数据；显示模块用于在屏蔽泵处于正常状态时显示屏蔽泵不同位置采集的温度、湿度、压力数据；以及用于在屏蔽泵处于异常状态时，同时显示屏蔽泵不同位置采集的温度、湿度、压力数据，以及评估出的故障类型；

每个屏蔽泵均与一个所述运维终端对应，所述运维终端用于在屏蔽泵运行过程中出现异常状况时，接收数据处理模块发出的屏蔽泵的故障类型，屏蔽泵不同位置采集的温度、湿度、压力数据，以及屏蔽泵专属地址编码中包含的地址信息。

3.如权利要求1所述的基于电力载波的屏蔽泵运行监测系统，其特征在于：所述数据处理模块中还包括第一数据存储子模块，所述第一数据存储子模块中存储有屏蔽泵正常运行状态下的各采集位置的温度、湿度和压力的阈值，所述数据处理模块通过将获取的屏蔽泵实时运行状态下各参数的测量值与该阈值进行对比，判断屏蔽泵中各采集位置的温度、湿度和压力是否处理正常限度内；所述数据处理模块对屏蔽泵运行状态评估的异常状态结果包括温度越限、湿度越限、压力越限三种类型。

4.如权利要求2或3所述的基于电力载波的屏蔽泵运行监测系统，其特征在于：所述屏蔽泵运行监测系统中还包括报警模块；所述报警模块接收数据处理模块发出的指令，所述报警模块用于在屏蔽泵运行过程出现异常状况时发出警报信号；所述报警模块发出的警报信号包括语音提醒警报和频闪灯光警报；

所述显示模块中还含有显示温度越限、湿度越限、压力越限的指示灯，当所述数据处理模块评估当前屏蔽泵中出现其中任意一种异常的越限状态时，则向所述显示模块发出控制指令，使得显示模块中对应的指示灯闪烁。

5.如权利要求3所述的基于电力载波的屏蔽泵运行监测系统，其特征在于：所述第一数据存储子模块中还存储有故障状态诊断表，所述故障状态诊断表中建立有屏蔽泵中各位置的温度、湿度和压力的不同的异常状态与屏蔽泵各类故障诊断结果的对应关系；所述数据处理模块通过查表法获取屏蔽泵当前运行状态对应的初步的故障诊断结果。

6.如权利要求5所述的基于电力载波的屏蔽泵运行监测系统，其特征在于：所述第一数据存储子模块中还存储有运维人员对照表，运维人员对照表中建立有各屏蔽泵专属地址编码与设备负责人的对应关系；所述数据处理模块在评估设备处于异常状态时，通过查表法获取当前出现故障的屏蔽泵对应的设备负责人，并向其发出相应的运维需求。

7.如权利要求1或2所述的基于电力载波的屏蔽泵运行监测系统，其特征在于：所述数据处理模块和运维终端中均包括通信子模块，所述通信子模块用于在数据处理模块和运维终端间建立通讯连接，由数据处理模块根据出现故障的屏蔽泵的专属地址编码，向对应的运维终端发出初步诊断的故障类型，以及屏蔽泵设备中各采集位置的温度、湿度、压力数据。

8.如权利要求7所述的基于电力载波的屏蔽泵运行监测系统，其特征在于：所述运维终端中包括第二数据存储子模块，所述第二数据存储子模块用于对接收到的故障类型，屏蔽泵中不同位置的温度、湿度、压力数据，以及屏蔽泵专属地址编码中包含的相关地址信息进行存储。

9.一种基于电力载波的屏蔽泵运行监测方法，其特征在于：所述方法应用于权利要1-8任意一项所述的基于电力载波的屏蔽泵运行监测系统，所述屏蔽泵运行监测方法包括如下步骤：

S1：通过数据采集模块实时获取某个屏蔽泵中多个不同位置的温度、湿度、压力的数据，屏蔽泵中的各数据采集位置为采样点；并由地址编码模块给出当前屏蔽泵的专属地址编码；

S2：基于获取的数据，构建包含多个温度、湿度、压力的数据，以及专属地址编码的监测数据集；

S3：由数据发送模块对所述监测数据集进行编码得到明文信号，在明文信号上叠加混沌信号发生器生成的加密信号得到密文信号，数据发送模块将密文信号通过电力载波通讯技术发送到数据接收模块；数据接收模块先将接收到的密文信号与同步混沌信号发生器生成的同步解密信号进行逆运算解密，然后对解密得到的明文信号进行解码，得到监测数据集；并将监测数据集发送给数据处理模块；

S4：所述数据处理模块利用屏蔽泵的监测数据集中的所有采样点的温度、湿度和压力的检测值，完成对屏蔽泵运行状态的评估，其评估过程包括如下步骤：

S41：将监测数据集中的所有采样点的数据依次与第一数据存储子模块中内置的正常状态的阈值进行比对，判断检测值是否完全位于阈范围内：

(1)当所有的采样点的温度、湿度、压力的值均处于正常状态的阈值范围内时，则判断此时屏蔽泵处于正常运行状态；由数据处理中心将当前各采样点的温度、湿度、压力的数据发送到显示模块中进行显示；等待固定采样周期后，返回执行步骤S1；

(2)当任意一个或多个采样点中，温度、湿度或压力中的至少一个值超过正常状态的阈值范围时，则认为屏蔽泵存在发生故障的风险，执行下一步骤；

S42：将屏蔽泵中存在异常的项目与第一数据存储子模块中故障状态诊断表进行比对，得出当前屏蔽泵运行状态的故障等级，判断和决策过程如下：

(1)当数据处理模块评估屏蔽泵故障风险等级为零，则由数据处理模块将相关各项检测指标发送到显示模块进行显示，并使得存在越限状态的指标对应的指示灯闪烁；等待固定采样周期后，返回执行步骤S1；

(2)当数据处理模块评估屏蔽泵的故障风险等级为高风险时，则执行下一步骤；

S43：由数据处理模块根据故障状态诊断表获得当前运行状态下的故障类型；然后将故障类型和采样点的温度、湿度、压力；以及对应的屏蔽泵的地址编码的数据发送到显示模块进行显示，并由报警模块发出警报信号；同时将屏蔽泵运行状态数据、屏蔽泵故障状态，以及当前处于故障状态的屏蔽泵对应的设备负责人的信息发送给运维终端；

S5：循环执行步骤S1-S4，依次完成所有屏蔽泵的状态监测；各运维终端接收到故障类型、屏蔽泵的地址编码和采样点的温度、湿度、压力数据后；由相应的设备负责人分析出当前运维需求的处理方法，并安排处理。

10.如权利要求9所述的基于电力载波的屏蔽泵运行监测方法，其特征在于：所述步骤S1中数据采集模块的采集方式为按照规定的采样周期定期采集数据。

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