CN113722376B - 一种用于船用发电机组瞬态转速采集的数据处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于船用发电机组瞬态转速采集的数据处理方法，涉及发电机组检测技术领域，该方法利用数据采集板卡连续采集三次转速脉冲信息，作为转速滤波算法的起点，接着每采集到一个转速脉冲就将采集系统跳转至中断程序，并进行一次转速计算、自动滤波处理和虚拟数据插值，然后利用数据采集板块的通讯功能定时将转速数据输出至显示终端。该方法能够在保留实际瞬态数据的前提下，有效、自动的滤除瞬态跳变干扰信号，对离散的转速数据进行实时的数据采集和等时间间隔的连续显示，为瞬态转速测试的自动计算功能创造条件。

Description

一种用于船用发电机组瞬态转速采集的数据处理方法
技术领域
本发明涉及发电机组检测技术领域，尤其是一种用于船用发电机组瞬态转速采集的数据处理方法。
背景技术
发电机组是船舶行业的关键设备，一旦发生故障，造成的损失非常严重。机组转速是设备安全运行的最重要参数之一，转速测量的精度、稳定性以及测量速度都极为重要。船用发电机组在新造或出舱时，都需要进行负载的瞬态突加、突卸试验，以验证船用发电机组的瞬态转速调节性能。
在传统的船用发电机组瞬态调速性能测试中，为了便于现场的安装，大多采用光电式或磁电式转速传感器，根据传统的测周法，通过测量转速传感器的脉冲频率实现瞬态转速的采集。
在实际使用过程中，由于工业现场环境复杂，配套的传感器种类繁多，各种干扰也较为严重，传统的转速传感器信号调理模块在抑制干扰以及传感器的适应性上均存在一些不足，导致某些工况下转速信号质量较差，使得转速数据中总会存在一些干扰或跳变信号。尤为重要的是，现有信号滤波技术，往往会对真实需要的瞬态转速信号进行平滑处理，不能有效甄别真实瞬态转速信号和干扰信号，严重影响船用发电机组的瞬态测试结果。同时，所测得的转速均为离散信号，现有的测试软件不能进行实时、等时间间隔的连续数据显示，无法进行转速的瞬态参数自动计算，极大增加了测试人员的工作量。
发明内容
本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种用于船用发电机组瞬态转速采集的数据处理方法，本发明的技术方案如下：
一种用于船用发电机组瞬态转速采集的数据处理方法，该方法包括：
S1，在船用发电机组工作过程中，利用数据采集板块在第p个采样时刻Tp对船用发电机组进行数据采集得到一个转速脉冲；
S2，根据采样时刻Tp对应的采集时刻数组T[Ta、Tb、Tc]得到当前实时转速rp，采集时刻数组T[Ta、Tb、Tc]包括采样时刻Tp之前最近的连续三个采样时刻Ta、Tb、Tc；
S3，根据采样时刻Tp对应的转速数据数组r[r1、r2]和当前实时转速rp检测实时转速r2是否为干扰信号，转速数据数组r[r1、r2]包括采样时刻Tb、Tc分别对应的实时转速r1、r2；
S4，若确定实时转速r2为干扰信号，则根据当前实时转速rp和采样时刻Tp更新转速数据数组r[r1、r2]和采集时刻数组T[Ta、Tb、Tc]，并执行步骤S5；否则直接执行步骤S5；
S5，根据转速数据的显示时间间隔△c对转速数据数组r[r1、r2]进行插值处理得到转速数组，将转速数组输出至显示终端连续显示转速数据；
S6，根据当前实时转速rp和采样时刻Tp更新得到第p+1个采样时刻对应的转速数据数组r[r1、r2]和采集时刻数组T[Ta、Tb、Tc]。
进一步的，S2的根据采样时刻Tp对应的采集时刻数组T[Ta、Tb、Tc]得到当前实时转速rp，包括：
对采样时刻Tp和采集时刻数组T[Ta、Tb、Tc]中的Tc进行差值运算，记为△Tc＝Tp-Tc，计算出当前实时转速rp＝60*△Tc。
进一步的，S3的根据转速数据数组r[r1、r2]和当前实时转速rp检测实时转速r2是否为干扰信号，包括：
计算转速数据数组r[r1、r2]中r2与r1的差值绝对值│r2-r1│、转速数据数组r[r1、r2]中r2与当前实时转速rp的差值绝对值│rp-r2│，并将计算结果分别记为△1和△2；
比较△1、△2与转速正常波动阈值△a，若△1≥△a且△2≥△a，则判定实时转速r2为干扰信号；若△1＜△a或△2＜△a，则判定实时转速r2为正常信号。
进一步的，S4的根据当前实时转速rp和采样时刻Tp更新转速数据数组r[r1、r2]和采集时刻数组T[Ta、Tb、Tc]，包括：
计算当前实时转速rp和转速数据数组r[r1、r2]中r1的均值，将转速数据数组r[r1、r2]中的r2更新为(r1+rp)/2；
计算采样时刻Tp和采集时刻数组T[Ta、Tb、Tc]中Tb的均值，将采集时刻数组T[Ta、Tb、Tc]中的Tc更新为(Tb+Tp)/2。
进一步的，在执行步骤S3之前，还包括：
根据瞬态转速的最大阈值△b检测当前实时转速rp是否为干扰信号，若rp≥△b，则确定当前实时转速rp为干扰信号，并返回步骤S1继续采集下一个转速脉冲；否则，继续执行步骤S3。
进一步的，S5的根据转速数据的显示时间间隔△c对转速数据数组r[r1、r2]进行插值处理得到转速数组，包括：
计算转速数据数组r[r1、r2]中r2与r1的差值△r，计算采集时刻数组T[Ta、Tb、Tc]中Tc和Tb的差值△t；
根据△t和转速数据的显示时间间隔△c计算需要在实时转速r1、r2之间插值的虚拟转速数量N＝(△t/△c)-1；
以△r/(N+1)为间隔在实时转速r1、r2之间插值得到N个虚拟转速，由N个虚拟转速
和实时转速r2，总计N+1个数据放入转速数组R[n1、n2、n3……nN、nN+1]中。
进一步的，S5的将转速数组输出至显示终端连续显示转速数据，包括：
将转速数组R[n1、n2、n3……nN、nN+1]中的数据放置于具有存储空间的缓冲数组队列中；
利用数据采集板卡的定时通讯功能，将缓冲数组队列中的所有数据定时发送至显示终端显示转速数据，并清空缓冲数组队列中已经发送的数据。
进一步的，S6的根据当前实时转速rp和采样时刻Tp更新得到第p+1个采样时刻对应的转速数据数组r[r1、r2]和采集时刻数组T[Ta、Tb、Tc]，包括：
将转速数据数组r[r1、r2]中r2的值赋值于r1，将当前实时转速rp的值赋值于转速数据数组r[r1、r2]中的r2；
将转速脉冲的检测时刻数组T[Ta、Tb、Tc]中Tb的值赋值于Ta、将转速脉冲的检测时刻数组T[Ta、Tb、Tc]中Tc的值赋值于Tb、将Tp的值赋值于转速脉冲的检测时刻数组T[Ta、Tb、Tc]中的Tc。
进一步的，在第一个工作循环中，方法还包括：对第一个工作循环的采样时刻对应的采集时刻数组T[Ta、Tb、Tc]计算△Ta＝Tb-Ta和△Tb＝Tc-Tb，再根据公式r1＝60*△Ta和r2＝60*△Tb计算出Tb对应的实时转速r1和Tc对应的实时转速r2，得到第一个工作循环的采样时刻对应的转速数据数组r[r1、r2]。
本发明的有益技术效果是：
本申请公开了一种用于船用发电机组瞬态转速采集的数据处理方法，该方法能够在保留实际瞬态数据的前提下，有效、自动的滤除瞬态跳变干扰信号，对离散的转速数据进行实时的数据采集和等时间间隔的连续显示，为瞬态转速测试的自动计算功能创造条件。同时，只要适当改变运算参数，就可满足船用发电机组瞬态转速测试在不同应用场合下的滤波需求，抗干扰能力强。进一步的，该方法算法简单、智能化程度高，易于在市场上现有的各类型数据采集板块上实现。
附图说明
图1是本申请实施例中得到转速滤波算法起始数据的流程示意图。
图2是本申请实施例中对转速脉冲进行一次采集、计算、自动滤波、数据插值的流程示意图。
图3是本申请实施例中的数据通讯输出的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
本申请公开了一种用于船用发电机组瞬态转速采集的数据处理方法，该方法包括如下步骤，请参考图1-3所示的流程示意图：
第一步，根据船用发电机组的运行参数，设定转速的正常波动阈值△a、瞬态转速的最大阈值△b和转速数据的显示时间间隔△c，利用数据采集板卡连续采集三次转速脉冲信息，作为转速滤波算法的初始值，具体参考图1所示的流程示意图：
(1)根据船用发电机组的正常波动范围，设定转速的正常波动阈值△a；根据船用发电机组的瞬态转速特性，设定瞬态转速的最大阈值△b；根据船用发电机组的额定转速，设定转速数据的显示时间间隔△c；
其中，转速的正常波动阈值△a和瞬态转速的最大阈值△b的单位为rpm，转速数据的连续显示时间间隔△c的单位为ms。
(2)在数据采集板块中新建3个数组，分别对应计算出的转速数据、转速脉冲的采集时刻和等显示时间间隔的转速数据，分别记为r[r1、r2]、T[Ta、Tb、Tc]和R[n1、n2、n3……nN、nN+1]；
(3)利用数据采集板块的采集功能，连续采集一设定时间，本实施例中该设定时间为3秒，记录设定时间内所有转速脉冲对应的采集时刻T1、T2、T3……Tn-1、Tn，将最新的3个转速脉冲对应的采集时刻Tn-2、Tn-1、Tn重新定义为Ta、Tb、Tc，并放入转速脉冲的采集时刻数组T[Ta、Tb、Tc]中，该采集时刻数组T[Ta、Tb、Tc]为接下来第一个工作循环的采样时刻所对应的采集时刻组；
(4)对采集时刻数组T[Ta、Tb、Tc]计算△Ta＝Tb-Ta以及△Tb＝Tc-Tb，再根据公式r1＝60*△T1以及r2＝60*△T2计算出Tb、Tc时刻分别对应的实时转速r1、r2，并将实时转速r1、r2放入转速数据数组r[r1、r2]中，该转速数据组r[r1、r2]为第一个工作循环的采样时刻所对应的转速数据组。
第二步，开始工作循环，利用数据采集板块的中断功能，每采集到一个转速脉冲，将采集系统跳转至中断程序，并进行一次转速计算、自动滤波处理和虚拟数据插值，具体参考图2所示的流程示意图：
(1)在采集时刻Tc之后，采集到一个转速脉冲，立即将采集系统跳转至中断程序并进行转速的实时运算，将采集到该转速脉冲的时刻记录为Tp；
(2)进行Tp与采集时刻数组T[Ta、Tb、Tc]中Tc的差值运算，记为△Tc＝Tp-Tc，根据公式r＝60*△T计算出当前的实时转速rp＝60*△Tc；
(3)比较当前的实时转速rp与瞬态转速的最大阈值△b，若rp≥△b，则判定当前的实时转速rp为干扰信号，返回步骤(1)继续采集下一个转速脉冲，否则继续执行步骤(4)；
(4)计算转速数据数组r[r1、r2]中r2与r1的差值绝对值│r2-r1│、转速数据数组r[r1、r2]中r2与当前的实时转速rp的差值绝对值│rp-r2│，并将计算结果分别记为△1和△2；
(5)比较△1、△2与转速的正常波动阈值△a，若△1≥△a且△2≥△a，则判定转速r2为干扰信号，将r2更新为(r1+rp)/2，将采集时刻数组T[Ta、Tb、Tc]中的Tc更新为(Tb+Tp)/2，并继续执行步骤(6)；若△1＜△a或△2＜△a，则判定转速r2为正常信号，直接执行步骤(6)；
(6)计算转速数据数组r[r1、r2]中r2与r1的差值△r，计算采集时刻数组T[Ta、Tb、Tc]中Tc和Tb的差值△t；
(7)根据△t和转速数据的显示时间间隔△c计算需要在转速r1、r2之间插值的虚拟转速数量N为(△t/△c)-1，根据△r和虚拟转速数量N计算出需要在转速r1、r2之间插值的虚拟转速为r1+△r/(N+1)、r1+2*△r/(N+1)、r1+3*△r/(N+1)……r1+N*△r/(N+1)；
(8)将虚拟转速r1+△r/(N+1)、r1+2*△r/(N+1)、r1+3*△r/(N+1)……r1+N*△r/(N+1)和转速r2，总计N+1个数据放入转速数组R[n1、n2、n3……nN、nN+1]中；
(9)将转速数据数组r[r1、r2]中r2的值赋值于r1，将当前的实时转速rp的值赋值于转速数据数组r[r1、r2]中的r2；
(10)将采集时刻数组T[Ta、Tb、Tc]中Tb的值赋值于Ta、将采集时刻数组T[Ta、Tb、Tc]中Tc的值赋值于Tb、将Tp的值赋值于采集时刻数组T[Ta、Tb、Tc]中的Tc；
(11)返回步骤(1)继续循环执行。
第三步，利用数据采集板块的通讯功能，定时将转速数据输出至显示终端，具体参考图3所示的流程示意图：
(1)将转速数组R[n1、n2、n3……nN、nN+1]中的数据放置于具有存储空间的缓冲数组队列中；
(2)利用数据采集板卡的定时通讯功能，将缓冲数组队列中的所有数据定时发送至显示终端，本实施例中设定每0.2秒发送一次，并清空缓冲数组队列中已经发送的数据。
以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于船用发电机组瞬态转速采集的数据处理方法，其特征在于，所述方法包括：
S1，在船用发电机组工作过程中，利用数据采集板块在第p个采样时刻Tp对所述船用发电机组进行数据采集得到一个转速脉冲；
S2，根据所述采样时刻Tp对应的采集时刻数组T[Ta、Tb、Tc]得到当前实时转速rp，所述采集时刻数组T[Ta、Tb、Tc]包括所述采样时刻Tp之前最近的连续三个采样时刻Ta、Tb、Tc；
S3，根据所述采样时刻Tp对应的转速数据数组r[r1、r2]和当前实时转速rp检测实时转速r2是否为干扰信号，所述转速数据数组r[r1、r2]包括采样时刻Tb、Tc分别对应的实时转速r1、r2；
S4，若确定实时转速r2为干扰信号，则根据所述当前实时转速rp和采样时刻Tp更新所述转速数据数组r[r1、r2]和采集时刻数组T[Ta、Tb、Tc]，并执行步骤S5；否则直接执行步骤S5；
S5，根据转速数据的显示时间间隔△c对所述转速数据数组r[r1、r2]进行插值处理得到转速数组，将所述转速数组输出至显示终端连续显示转速数据；
S6，根据所述当前实时转速rp和采样时刻Tp更新得到第p+1个采样时刻对应的转速数据数组r[r1、r2]和采集时刻数组T[Ta、Tb、Tc]。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S2的根据所述采样时刻Tp对应的采集时刻数组T[Ta、Tb、Tc]得到当前实时转速rp，包括：
对采样时刻Tp和采集时刻数组T[Ta、Tb、Tc]中的Tc进行差值运算，记为△Tc＝Tp-Tc，计算出当前实时转速rp＝60*△Tc。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S3的根据所述转速数据数组r[r1、r2]和当前实时转速rp检测实时转速r2是否为干扰信号，包括：
计算所述转速数据数组r[r1、r2]中r2与r1的差值绝对值│r2-r1│、所述转速数据数组r[r1、r2]中r2与所述当前实时转速rp的差值绝对值│rp-r2│，并将计算结果分别记为△1和△2；
比较所述△1、△2与转速正常波动阈值△a，若△1≥△a且△2≥△a，则判定所述实时转速r2为干扰信号；若△1＜△a或△2＜△a，则判定所述实时转速r2为正常信号。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S4的根据所述当前实时转速rp和采样时刻Tp更新所述转速数据数组r[r1、r2]和采集时刻数组T[Ta、Tb、Tc]，包括：
计算所述当前实时转速rp和所述转速数据数组r[r1、r2]中r1的均值，将所述转速数据数组r[r1、r2]中的r2更新为(r1+rp)/2；
计算所述采样时刻Tp和所述采集时刻数组T[Ta、Tb、Tc]中Tb的均值，将所述采集时刻数组T[Ta、Tb、Tc]中的Tc更新为(Tb+Tp)/2。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在执行步骤S3之前，还包括：
根据瞬态转速的最大阈值△b检测所述当前实时转速rp是否为干扰信号，若rp≥△b，则确定所述当前实时转速rp为干扰信号，并返回步骤S1继续采集下一个转速脉冲；否则，继续执行步骤S3。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S5的根据转速数据的显示时间间隔△c对所述转速数据数组r[r1、r2]进行插值处理得到转速数组，包括：
计算所述转速数据数组r[r1、r2]中r2与r1的差值△r，计算所述采集时刻数组T[Ta、Tb、Tc]中Tc和Tb的差值△t；
根据所述△t和转速数据的显示时间间隔△c计算需要在所述实时转速r1、r2之间插值的虚拟转速数量N＝(△t/△c)-1；
以△r/(N+1)为间隔在实时转速r1、r2之间插值得到N个虚拟转速，由N个虚拟转速
和所述实时转速r2，总计N+1个数据放入转速数组R[n1、n2、n3……nN、nN+1]中。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S5的将所述转速数组输出至显示终端连续显示转速数据，包括：
将所述转速数组R[n1、n2、n3……nN、nN+1]中的数据放置于具有存储空间的缓冲数组队列中；
利用所述数据采集板卡的定时通讯功能，将所述缓冲数组队列中的所有数据定时发送至显示终端显示转速数据，并清空所述缓冲数组队列中已经发送的数据。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S6的根据所述当前实时转速rp和采样时刻Tp更新得到第p+1个采样时刻对应的转速数据数组r[r1、r2]和采集时刻数组T[Ta、Tb、Tc]，包括：
将所述转速数据数组r[r1、r2]中r2的值赋值于r1，将所述当前实时转速rp的值赋值于所述转速数据数组r[r1、r2]中的r2；
将所述转速脉冲的检测时刻数组T[Ta、Tb、Tc]中Tb的值赋值于Ta、将所述转速脉冲的检测时刻数组T[Ta、Tb、Tc]中Tc的值赋值于Tb、将所述Tp的值赋值于所述转速脉冲的检测时刻数组T[Ta、Tb、Tc]中的Tc。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在第一个工作循环中，所述方法还包括：对第一个工作循环的采样时刻对应的采集时刻数组T[Ta、Tb、Tc]计算△Ta＝Tb-Ta和△Tb＝Tc-Tb，再根据公式r1＝60*△Ta和r2＝60*△Tb计算出Tb对应的实时转速r1和Tc对应的实时转速r2，得到第一个工作循环的采样时刻对应的转速数据数组r[r1、r2]。
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