CN113624321B - 一种基于振动监测的实时在线保护系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于振动监测的实时在线保护系统及方法，其中，一种基于振动监测的实时在线保护系统包括：采集单元，采集不同位置的振动信息，并将振动信息传送至微控单元；微控单元，基于振动信息判断是否对被保护设备采取保护措施，并向机控单元传送报警信息；机控单元，基于报警信息向表决单元传送控制信号，基于报警信息判断是否向监测单元发送周期性的脉冲信号；监测单元，基于周期性的脉冲信号判断是否向表决单元发送联锁信号；表决单元，基于接收到的控制信号和联锁信号通过二取一表决方式生成表决控制信号，将表决控制信号发送给保护单元；保护单元，基于表决控制信号对被保护设备进行实时保护。

Description

一种基于振动监测的实时在线保护系统及方法

技术领域

本申请一般涉及监测保护技术领域，具体涉及一种基于振动监测的实时在线保护系统及方法。

背景技术

设备的振动状态进行监测和保护对于保证设备的正常运行具有重要意义。在相关的功能安全标准中指出振动保护设备在所保护设备的振动值超过设定阈值时，应产生联锁停机信号，使所保护设备尽快停止运转。

因此，如何提高被保护设备的安全性，是目前有待解决的技术问题。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种基于振动监测的实时在线保护系统及方法，可以对被保护设备提供实时在线保护。

第一方面，本申请提供了一种基于振动监测的实时在线保护系统，包括：

采集单元，被配置为采集不同位置处的振动信息，并将所述振动信息传送至微控单元；

微控单元，被配置为基于所述振动信息判断是否对被保护设备采取保护措施，并向机控单元传送报警信息；

机控单元，被配置为基于所述报警信息向表决单元传送控制信号，以及被配置为基于所述报警信息判断是否向监测单元发送周期性的脉冲信号；

监测单元，被配置为基于是否接收到所述周期性的脉冲信号判断是否向所述表决单元发送联锁信号；

表决单元，被配置为基于接收到的控制信号和联锁信号通过二取一表决方式生成表决控制信号，并将所述表决控制信号发送给保护单元；

保护单元，被配置为基于所述表决控制信号对被保护设备进行实时在线保护。

可选地，所述微控单元和所述微控单元之间均通过通讯单元进行通讯连接，所述通讯单元包括多个通讯总线。

可选地，所述机控单元被配置为判断由所述通讯单元传输至所述微控单元数据的准确性，所述机控单元通过超时判断、帧序号检查数和CRC校验中的一种或多种方式进行判断。

可选地，本申请提供的基于振动监测的实时在线保护系统，还包括：

电压监测单元，被配置为监测不同位置处的工作电压，并将监测到的电压传送至所述机控单元。

进一步地，所述机控单元被配置为基于所述报警信息和所述工作电压向表决单元传送控制信号，以及被配置为基于所述报警信息和所述工作电压判断是否向监测单元发送周期性的脉冲信号。

进一步地，所述机控单元被配置为判断接收到的报警信息和所述工作电压是否异常，若异常，则停止向所述监测单元发送周期性的脉冲信号。

进一步地，所述监测单元被配置为在未接收到所述机控单元发送的周期性的脉冲信号后，产生所述联锁信号，所述联锁信号被配置为使所述保护单元对被保护设备执行实时在线保护。

进一步地，同一所述微控单元对应多个采集单元，所述微控单元被配置为基于多个所述振动信息判断是否对被保护设备采取保护措施，并向机控单元传送报警信息。

进一步地，所述保护单元包括继电器输出单元，所述继电器输出单元包括三个继电器，所述继电器输出单元在所述表决控制信号下输出三取二的表决关系，以对被保护设备进行实时在线保护。

第二方面，本申请提供了一种基于振动监测的实时在线保护方法，包括：

采集不同位置处的振动信息，并将所述振动信息传送至微控单元；

所述微控单元基于所述振动信息判断是否对被保护设备采取保护措施，并向机控单元传送报警信息；

所述机控单元基于所述报警信息并向表决单元传送控制信号；

所述机控单元基于所述报警信息判断是否向监测单元发送周期性的脉冲信号；

所述监测单元基于是否接收到所述周期性的脉冲信号判断是否向所述表决单元发送联锁信号；

所述表决单元基于接收到的控制信号和联锁信号通过二取一表决方式生成表决控制信号，并将所述表决控制信号发送给保护单元；

所述保护单元基于所述表决控制信号对被保护设备进行实时在线保护。

与现有技术对比，本发明具备以下有益效果：

本申请公开了一种基于振动监测的实时在线保护系统，通过机控单元和监测单元之间周期性的信息传输，保证控制的实时性；在出现异常的情况下，表决单元基于接收到的控制信号和联锁信号通过二取一表决方式生成表决控制信号，仍能向继电器输出单元输出联锁信号，使得被控设备进入安全状态，保证系统的安全性；系统可以根据振动情况对设备提供保护，提高了设备运行时的安全性和实时性。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本申请的实施例提供的一种基于振动监测的实时在线保护系统的结构示意图；

图2为本申请的实施例提供的一种基于振动监测的实时在线保护方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

为了提高保护效果，可以对振动保护设备进行冗余控制，例如，采用两个控制单元同时对保护设备进行控制，当其中任何一个控制单元监测到异样时，通过通信协议将出现的故障状态传输给另一个控制单元，并发出控制信号以实现联锁输出控制。但是冗余控制方案在安全性存在漏洞，若两个冗余控制单元同时故障，设备将无法进入安全状态。

请详见图1，本申请提供了一种基于振动监测的实时在线保护系统包括：采集单元100、微控单元200、机控单元300、监测单元400、表决单元500、保护单元600。

本申请实施中以被保护设备为某机械传动系统作为示例性描述，以采集发动机输出轴作为振动信息的采集点，在具体设置时，例如通过3个传感器分别粘贴于输出轴表面3个不同的关键点位置进行振动信息的采集。需要说明的是，本申请的基于振动监测的实时在线保护系统可以适用不同设备以及采集不同信息。

采集单元100，被配置为采集不同位置处的振动信息，并将所述振动信息传送至微控单元200。

微控单元200，被配置为基于所述振动信息判断是否对被保护设备采取保护措施，并向机控单元300传送报警信息。

机控单元300，被配置为基于所述报警信息向表决单元500传送控制信号，以及被配置为基于所述报警信息判断是否向监测单元400发送周期性的脉冲信号。

监测单元400，被配置为基于是否接收到所述周期性的脉冲信号判断是否向所述表决单元500发送联锁信号。

表决单元500，被配置为基于接收到的控制信号和联锁信号通过二取一表决方式生成表决控制信号，并将所述表决控制信号发送给保护单元600。

保护单元600，被配置为基于所述表决控制信号对被保护设备进行实时在线保护。

在本申请实施中，为了精准测量振动信息，可以增加采集单元100的个数用来测量各个位置的状态，以获取不同位置处的振动信息，在多个采集单元100的情况下，还可以选择其中部分采集信息，其中部分作为备用采集点。

所述采集单元100中传感器信号输入接口电路主要包括输入信号放大、信号调节、滤波等单元电路，为采集中的A/D采样模块提供满足要求的信号。

驱动机械系统工作，在发动机输出轴旋转过程中，采集单元100中A/D数据采集通道对传感器信号采样，采样点数据存储到所述微控单元200内的SDRAM存储器中。需要说明的是，本申请实施例中，所述微控单元200的数量可以为一个或多个，例如一个微控单元对应各个采集单元100，还可以一个微控单元对应一个或多个采集单元100，本申请并不限制，对于微控单元对应多个采集单元100时，可以将获取的采样点数据存储到不同的文件夹内以进行区分。

进一步地，微控单元200对获取到的振动信息进行分析，分析振动信息中是否出现异常情况以判断是否对被保护设备采取保护措施，若出现异常，则通过微控单元200向机控单元300传送报警信息。

其中，微控单元200和机控单元300之间通过通信单元700实现数据通讯连接。一方面，微控单元200可以将获取的振动信息以及分析获得的报警信息发送给机控单元300，另一方面，机控单元300还可以将配置的采样信息等发送给微控单元200。

在具体设置时，通信单元700采用冗余通信总线，两条通信数据总线所传输的控制输出命令通过二取一的表决方式进行处理，同时通过超时判断、帧序号检查数和CRC校验(Cyclic Redundancy Check，循环冗余校验码)的方式确保传输数据的准确性。

示例性地，机控单元300通过数据响应时间是否超过预设的阈值，当超过阈值时则认为此时通讯单元传输至微控单元数据可靠性不高；帧序号检查数即让接收帧的网卡或接口判断是否发生了错误；CRC校验即循环冗余校验，根据网络数据包或计算机文件等数据产生简短固定位数校验码的一种信道编码技术，利用除法及余数的原理来监测或校验数据传输或者保存后可能出现的错误。

机控单元300是系统的核心根据一定的逻辑运算要求发出指令以控制系统的运作。机控单元300在接收到微控单元200的报警信息后，向保护单元600发出控制指令以使保护单元600运行保护机制。为了防止出现机控单元300出现故障等情况，本申请实施例中提出双重保护控制。

机控单元300连接有监测单元400，在未出现异常的情况下向监测单元400发送周期性的脉冲信号，该周期性的脉冲信号不带有具体的命令，在一些实施例中，脉冲信号可以为0,1，-1等固定值，本申请在此不进行限制。通过周期性的脉冲信号表明异常是否发生，需要说明的是，本申请实施中的异常包括振动信息的异常或者自身的其他异常的情况。

示例性地，本申请实施例中，为了进一步提高振动监测系统保护效果，在一些实施例中，还包括：电压监测单元800，被配置为监测不同位置处的工作电压，并将监测到的电压传送至所述机控单元300。

例如，机控单元周期性的分别对设备上的5.5V、3.3V和1.2V工作电压进行自检，当工作电压超出规定的正常范围时，机控单元认为此时设备出现故障，应当立即停止设备以保证安全。

机控单元300在异常发生的情况下，停止向监测单元400发送周期性的脉冲信号。当监测单元400接收到周期性的脉冲信号时，判断出现异常情况，此时，监测单元400产生联锁信号，并向表决单元500发送联锁信号。

具体而言，当系统正常工作时，机控单元300周期性的向监测单元400发送脉冲信号，并向表决单元500发送控制信号，驱动接收信号的设备根据机控单元的控制命令动作；当系统中出现异常时，示例性的，机控单元300通过通信单元700向机控单元300传输信息数据过程中出现通信异常，或者工作电压自检单元600监测到模块的工作电压不在正常范围内，即模块出现故障时，机控单元300将停止向监测单元400发送周期性脉冲信号，使被控设备导向安全状态。

需要说明的是，本申请实施中，联锁信号的执行方式包括但不限于将多套锁定装置控制电路交叉连接一个打开另一个锁定，或者同时锁定。无论是哪种执行方式，使得保护单元600按照设定范围和按照设定动作顺序均属于本申请的保护范围内。

另外值得注意的是，本申请实施例中，机控单元300向表决单元500发送的控制信号和监测单元400发送的联锁信号的执行方式可以相同，也可以不同，本申请实施例中并不进行限制，在不同的工况环境和不同的应用设备上可以进行不同的设置。

表决单元500接收控制信号和联锁信号，在接收控制信号和联锁信号中通过二取一的表决方式进行处理，生成表决控制信号，并将表决控制信号发送给保护单元600，以供保护单元600执行保护机制。表决控制信号可以为所述控制信号和所述联锁信号中的一个，本申请对于表决控制信号的选择执行哪种信号可以根据不同的工况环境和不同的设备进行适应性的调整。保护单元600接收表决控制信号并基于相应的控制方式对系统进行保护。在本申请实施中，通过继电器作为保护单元600的执行机构将执行表决控制信号发出的命令，最终使得被控设备转向安全状态。

为了进一步提高振动监测系统保护效果，在一些实施例中，所述保护单元600包括继电器输出单元，所述继电器输出单元包括三个继电器，所述继电器输出单元在所述表决控制信号下输出三取二的表决关系，以对被保护设备进行实时在线保护。三取二是指三个测点，取用其中的两个测点，留一个以备用。

请参考图2，本申请还提出了一种基于振动监测的实时在线保护方法，所述方法包括：

步骤S101，采集不同位置处的振动信息，并将所述振动信息传送至微控单元。

采集单元100负责采集设备的不同位置的振动信息，将不同位置的振动信息发送至微控单元进行处理。

步骤S102，所述微控单元基于所述振动信息判断是否对被保护设备采取保护措施，并向机控单元传送报警信息。

微控单元监测设备的振动是否超过阈值，当振动超过阈值时需对设备采取保护措施，并向机控单元传送报警信息。

步骤S103，所述机控单元基于所述报警信息并向表决单元传送控制信号。

机控单元接收微控单元的报警信息，机控单元根据报警信息向表决单元发送控制信号；并根据报警信息选择是否向监测单元发送脉冲信号。

步骤S104，所述机控单元基于所述报警信息判断是否向监测单元发送周期性的脉冲信号。

基于报警信息当模块出现故障等异常情况时机控单元停止发出脉冲信号。

步骤S105，所述监测单元基于是否接收到所述周期性的脉冲信号判断是否向所述表决单元发送联锁信号。

监测单元根据周期性的脉冲信号判断是否向所述表决单元发送联锁信号。当监测单元接收不到机控单元的信号时，发出联锁信号，使2个微控单元停止工作，通过联锁信号使被控设备进入安全状态，保证系统的安全性。

步骤S106，所述表决单元基于接收到的控制信号和联锁信号通过二取一表决方式生成表决控制信号，并将所述表决控制信号发送给保护单元600。

表决单元接收控制信号和联锁信号，在接收控制信号和联锁信号中通过二取一的表决方式进行处理，生成表决控制信号。并将表决控制信号发送给保护单元600。

步骤S107，所述保护单元600基于所述表决控制信号对被保护设备进行实时在线保护。

保护单元600接收表决控制信号并基于相应的控制方式对系统进行保护。

在本申请实施例中，处理器是具有执行逻辑运算的处理器件，例如中央处理器(CPU)、现场可编程逻辑阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、单片机(MCU)、专用逻辑电路(ASIC)、图像处理器(GPU)等具有数据处理能力和/或程序执行能力的器件。容易理解，处理器通常通讯连接存储器，在存储器上存储一个或多个计算机程序产品的任意组合，存储器可以包括各种形式的计算机可读存储介质，例如易失性存储器和/或非易失性存储器。易失性存储器例如可以包括随机存取存储器(RAM)和/或高速缓冲存储器(cache)等。非易失性存储器例如可以包括只读存储器(ROM)、硬盘、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、USB存储器、闪存等。在存储器上可以存储一个或多个计算机指令，处理器可以运行所述计算机指令，以实现相关的分析功能。在计算机可读存储介质中还可以存储各种应用程序和各种数据，例如应用程序使用和/或产生的各种数据等。

在本申请实施例中，各模块、单元都可以通过处理器执行相关计算机指令实现，例如采集单元100通过处理器执行采集振动信息的指令实现等。在本申请实施例中，各单元可以运行在同一个处理器上，也可以运行在多个处理器上；各单元可以运行在同一架构的处理器上，例如均在X86体系的处理器上运行，也可以运行在不同架构的处理器上。

各模块可以封装在一个计算机产品中，例如各模块封装在一个计算机软件并运行在一台计算机(服务器)，也可以各自或部分封装在不同的计算机产品，例如图像处理模块封装在一个计算机软件中并运行在一台计算机(服务器)，机器学习模块分别封装在单独的计算机软件中并运行在另一台或多台计算机(服务器)；各模块执行时的计算平台可以是本地计算，也可以是云计算，还可以是本地计算与云计算构成的混合计算。

附图中的流程图和框图，图示了按照本申请各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作指令。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，前述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连接表示的方框实际上可以基本并行地执行，他们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作指令的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。

本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的公开范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离前述公开构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其他技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“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发明和简化描述，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发明的限制。

此外，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。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在限制本发明。本文中出现的诸如“设置”等术语既可以表示一个部件直接附接至另一个部件，也可以表示一个部件通过中间件附接至另一个部件。本文中在一个实施方式中描述的特征可以单独地或与其它特征结合地应用于另一个实施方式，除非该特征在该另一个实施方式中不适用或是另有说明。

本发明已经通过上述实施方式进行了说明，但应当理解的是，上述实施方式只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施方式范围内。本领域技术人员可以理解的是，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。

Claims (10)

1.一种基于振动监测的实时在线保护系统，其特征在于，包括：

采集单元，被配置为采集不同位置处的振动信息，并将所述振动信息传送至微控单元；

微控单元，被配置为基于所述振动信息判断是否对被保护设备采取保护措施，并向机控单元传送报警信息；

机控单元，被配置为基于所述报警信息向表决单元传送控制信号，以及被配置为基于所述报警信息判断是否向监测单元发送周期性的脉冲信号；

监测单元，被配置为基于是否接收到所述周期性的脉冲信号判断是否向所述表决单元发送联锁信号；

表决单元，被配置为基于接收到的控制信号和联锁信号通过二取一表决方式生成表决控制信号，并将所述表决控制信号发送给保护单元；

保护单元，被配置为基于所述表决控制信号对被保护设备进行实时在线保护。

2.根据权利要求1所述的基于振动监测的实时在线保护系统，其特征在于，所述微控单元和所述微控单元之间均通过通讯单元进行通讯连接，所述通讯单元包括多个通讯总线。

3.根据权利要求2所述的基于振动监测的实时在线保护系统，其特征在于，所述机控单元被配置为判断由所述通讯单元传输至所述微控单元数据的准确性，所述机控单元通过超时判断、帧序号检查数和CRC校验中的一种或多种方式进行判断。

4.根据权利要求2所述的基于振动监测的实时在线保护系统，其特征在于，还包括：

电压监测单元，被配置为监测不同位置处的工作电压，并将监测到的电压传送至所述机控单元。

5.根据权利要求4所述的基于振动监测的实时在线保护系统，其特征在于，所述机控单元被配置为基于所述报警信息和所述工作电压向表决单元传送控制信号，以及被配置为基于所述报警信息和所述工作电压判断是否向监测单元发送周期性的脉冲信号。

6.根据权利要求5所述的基于振动监测的实时在线保护系统，其特征在于，所述机控单元被配置为判断接收到的报警信息和所述工作电压是否异常，若异常，则停止向所述监测单元发送周期性的脉冲信号。

7.根据权利要求6所述的基于振动监测的实时在线保护系统，其特征在于，所述监测单元被配置为在未接收到所述机控单元发送的周期性的脉冲信号后，产生所述联锁信号，所述联锁信号被配置为使所述保护单元对被保护设备执行实时在线保护。

8.根据权利要求1所述的基于振动监测的实时在线保护系统，其特征在于，同一所述微控单元对应多个采集单元，所述微控单元被配置为基于多个所述振动信息判断是否对被保护设备采取保护措施，并向机控单元传送报警信息。

9.根据权利要求1所述的基于振动监测的实时在线保护系统，其特征在于，所述保护单元包括继电器输出单元，所述继电器输出单元包括三个继电器，所述继电器输出单元在所述表决控制信号下输出三取二的表决关系，以对被保护设备进行实时在线保护。

10.一种基于振动监测的实时在线保护方法，其特征在于，包括：

采集不同位置处的振动信息，并将所述振动信息传送至微控单元；

所述微控单元基于所述振动信息判断是否对被保护设备采取保护措施，并向机控单元传送报警信息；

所述机控单元基于所述报警信息并向表决单元传送控制信号；

所述机控单元基于所述报警信息判断是否向监测单元发送周期性的脉冲信号；

所述监测单元基于是否接收到所述周期性的脉冲信号判断是否向所述表决单元发送联锁信号；

所述表决单元基于接收到的控制信号和联锁信号通过二取一表决方式生成表决控制信号，并将所述表决控制信号发送给保护单元；

所述保护单元基于所述表决控制信号对被保护设备进行实时在线保护。

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