CN115639765B - 一种燃气轮机传感器故障模拟方法及监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于燃气轮机监控领域，公开了一种燃气轮机传感器故障模拟装置、方法及监控系统；所述模拟装置包含综合监控台，用于在对传感器进行的信号进行模拟控制，并显示全系统的运行状态；模拟量传感器仿真机柜，用于仿真燃气轮机及其附属系统中主要模拟量传感器信号；开关量传感器仿真机柜，用于仿真燃气轮机及其附属系统中主要开关量传感器。本发明通过传感器实物模拟和信号仿真，在软件和硬件融合的基础上，能够高效、便捷模拟多种典型的燃气轮机传感器及其主要故障类型，弥补现有燃气轮机传感器故障模拟和维修训练模式、方法和设备功能上的不足，有效解决燃气轮机传感器故障训练装置信号来源不可控、故障模拟类型单一的问题。

Description

一种燃气轮机传感器故障模拟方法及监控系统

技术领域

本发明属于燃气轮机监控领域，尤其涉及一种燃气轮机传感器故障模拟装置、方法及监控系统。

背景技术

目前，监测和控制系统是燃气轮机的核心部件，信息化和自动化程度高。在燃气轮机实际运行过程中，监测和控制功能依靠大量的传感器、信号器和执行机构来实现。因此，各类传感器对燃气轮机来说是非常重要的附属部件。燃气轮机的传感器一旦发生故障，直接影响燃气轮机的监测和控制状态，进而影响燃机的安全运行。如何对燃气轮机传感器的实物故障进行真实模拟并开展维修训练，从而提升燃气轮机运行管理人员的维修保障能力，是当前燃气轮机装备保障和运行维护领域的重要问题。

燃气轮机作为高温、高速运行的动力机械，使用的传感器种类较多，包括模拟量传感器、开关量传感器和电磁阀等执行机构。常用的模拟量传感器类型包括压力传感器、PT100温度传感器、PT1000温度传感器、热电偶传感器、转速传感器等；开关量传感器包括压力信号器、位置信号器、接近开关等；执行机构包括作动器、电磁阀等动作部件等。传感器和执行机构的典型故障类型包括敏感元件故障、变送信号偏移、电气线路短路、断路、绝缘不良等。

燃气轮机装备保障和运行维护人员在进行日常的传感器原理教学和故障维修训练过程中，传统的方法一般是依托传感器结构原理虚拟训练软件或者燃气轮机传感器实物来开展，这些方法虽然能够满足基本的传感器故障模拟和维修训练需求，但是也存在明显的不足之处。主要体现在三个方面。第一，利用传感器结构原理虚拟训练软件开展训练，在进行结构原理方面教学训练时，能够充分发挥虚拟系统的优势，教学效果比较好；但是在进行故障模拟和维修训练时，训练过程中的故障现象及其影响难以真实复现，维修时装备环境沉浸感不强，人员进行故障判断和排除操作的流程性和规范性不足。第二，利用传感器实物来开展训练时，故障检修排查比较直观；但是，由于燃气轮机传感器属于精密器件，且集成度比较高，实装的传感器无法支持高强度的拆装和维修训练。而且，由于传感器与燃机的运行控制密切相关，传感器的状态变化会直接影响燃气轮机的运行，因此一般难以利用实装传感器直接复现传感器故障；另外，对于部分复杂故障项目而言，由于其对燃机造成的影响具有不可逆性，也无法用实装进行模拟，进而造成部分传感器维修类训练科目难以在实际装备上实现，影响整体训练的效果。第三，传感器的状态和参数与燃气轮机的工况密切相关，不同工况下，传感器采集的参数都不相同，实际出现的故障模式也有较大差异，模拟训练的难度较大。

因此，在燃气轮机运行维护和装备保障领域，如何便捷、有效地模拟出实装传感器在不同工况下的监测参数及典型故障，是当前存在的一个技术难题。

在燃气轮机传感器故障模拟和排查训练器材和设备方面，在当前公开文献和资料中，尚无专门的燃气轮机传感器故障模拟和维修训练装置的相关报道。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)在燃气轮机运行维护和装备保障领域，如何便捷、有效地模拟出实装传感器在不同工况下的监测参数及典型故障，是当前存在的一个技术难题。

(2)在燃气轮机传感器故障模拟和排查训练器材和设备方面，现有技术尚无专门的燃气轮机传感器故障模拟和维修训练装置的相关研究。

(3)现有的燃气轮机传感器故障训练过程中存在信号来源不可控、故障模拟类型单一的问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种燃气轮机传感器故障模拟装置、方法及监控系统。

本发明是这样实现的，一种燃气轮机传感器故障模拟装置，所述燃气轮机传感器故障模拟装置包括：

综合监控台，用于安装模型工作站和监控计算机，从功能上实现传感器故障模拟装置全系统的监测和控制，包括信号模拟控制、运行状态显示和故障控制功能；所述模型工作站，用于运行燃气轮机仿真模型，在系统运行过程中与仿真机柜和监控计算机通信，模拟发动机的运行，对外输出运行参数和运行状态；所述监控计算机，用于运行传感器监控软件，与仿真机柜和模型工作站通信，实现传感器运行状态监测、传感器信号模拟和故障模拟的功能；

模拟量传感器仿真机柜，用于仿真燃气轮机及其附属系统中主要模拟量传感器信号；通过内置数据处理模块与模型工作站和监控计算机进行数据通信，接受外部的传感器模拟和控制信号；该数据处理模块同时作为信号源输出信号，驱动模拟量智能传感器组件，对外输出标准的传感器信号；

开关量传感器仿真机柜，用于仿真燃气轮机及其附属系统中主要开关量传感器。通过内置数据处理模块与模型工作站和监控计算机进行数据通信，接受外部的传感器模拟和控制信号；该数据处理模块同时作为信号源输出信号，驱动模拟量智能传感器组件，对外输出标准的传感器信号；

进一步，所述模型工作站通过CAN总线将仿真的参数值发送至所述模拟量传感器仿真机柜和所述开关量传感器仿真机柜中的数据处理模块，数据处理模块作为信号源输出信号，并驱动开关量和模拟量智能传感器组件。

进一步，所述监控计算机包括传感器运行参数监测、传感器信号设置、传感器故障设置、故障排查情况记录、网络通信状态检测功能；

所述运行参数监测功能由传感器监控软件的参数监测界面实现，所述参数监测界面用于显示全部传感器的设定值、反馈值和状态；

所述传感器信号设置和传感器故障设置功能由传感器监控软件的传感器设置界面实现，所述传感器设置界面用于控制传感器的输出参数值，同时模拟设置传感器故障；

所述故障排查情况记录功能由传感器监控软件实施，具备基本的智能判别和人机交互功能；

所述网络通信状态检测由传感器监控软件的通信状态检测界面实现，所述通信状态检测用于监测模型工作站、监控计算机、模拟量传感器仿真机柜、开关量传感器仿真机柜之间的数据通信状态。

进一步，所述模拟量传感器仿真机柜内部设置模拟量传感器和数据处理模块，用于实现传感器的信号模拟和故障模拟功能；

所述模拟量传感器仿真机柜外侧正面布置触摸屏，用于显示所有模拟量仿真传感器的工作状态；

所述模拟量传感器仿真机柜内侧正面布置传感器组件，传感器组件实现模拟量信号的输出；所述模拟量传感器仿真机柜内侧背面布置数据处理模块和网络通信模块；

所述模拟量信号的类型包括压力信号、热电阻信号、热电偶信号、频率等信号类型。

模拟量传感器的类型包括一体式压力传感器、分体式PT1000传感器、分体式PT100传感器、分体式热偶传感器、一体式热偶传感器、霍尔式转速传感器。

进一步，所述开关量传感器仿真机柜内部设置开关量传感器和数据处理模块，用于实现传感器的信号模拟和故障模拟功能；

所述开关量传感器仿真机柜外侧正面布置触摸屏；

所述开关量传感器仿真机柜内侧正面布置开关量传感器组件和执行机构组件，主要开关量传感器和执行机构的类型包括压力开关、压差信号器、金属屑信号器、空气电磁阀、燃油电磁阀；

所述开关量传感器仿真机柜内侧背面布置数据处理模块和网络通信模块。

本发明的另一目的在于提供一种实施上述燃气轮机传感器故障模拟装置的燃气轮机传感器故障模拟方法，其特征在于，所述燃气轮机传感器故障模拟方法包括：

步骤一，通过数据处理模块，接收模型工作站所运行仿真模型中的燃气轮机参数，并将燃机参数转化为智能传感器组件的信号输入；

步骤二，通过智能传感器组件，将模拟的燃气轮机传感器信号转化为实际的传感器信号，包括4～20mA电流信号、电压mV、频率信号；由外部的数据采集系统将信号进行采集处理，提供给各个监控部位进行监测和显示；

步骤三，通过传感器监控软件，基于燃气轮的运行工况和故障设置需求，设置特定类型和数量传感器的输出参数值，通过调整传感器输出参数值和控制故障设置模块来模拟相应传感器的典型故障；

步骤四，通过监控软件和相应的参数监测界面，实现对燃气轮机全部传感器设定值、反馈值和故障状态的监测；

步骤五，当设定燃气轮机故障时，数据处理模块和智能传感器组件按照设定逻辑投入运行，此时参数监测软件和外围监控系统显示传感器的相关参数，同时进行报警和声光提示；

步骤六，利用系统的报警情况，结合传感器故障模拟装置的组成和原理，进行故障排查训练；基于故障排查记录软件和人机交互，完成故障处置和排查，故障排查情况记录软件对操作情况进行初步的智能判别。

进一步，所述燃气轮机传感器故障模拟方法的故障模拟和维修训练方法为：

1)首先点击到监控软件的故障设置模式，从考题故障列表选择需要设置的故障类型，右键点击选择的考题移至右边已出考题列表，选择完毕后，点击注入故障，然后再点击开始答题则所选择的题目会移至答题模式界面；

2)在考题移至训练模式界面后，考生在训练模式界面点击开始答题，考试正式开始，此时考生开始解决故障；

3)若故障解决完毕则在训练界面会显示所设置故障已处理，反之则显示未处理；

4)在训练考核考试过程中若有事需要暂停训练，可点击暂停答题则训练倒计时则会停止，如果考生需要提交答卷则可直接点击提交答卷，但是在提交完后不能再继续考试。

进一步，所述燃气轮机传感器故障模拟方法的燃气轮机传感器监控系统的运行方法为：

首先，启动系统进行自检，若存在故障点击复位按钮，若不存在或点击复位按钮后选择训练模式，选择在线则接收模型数据，若不在线则设置仿真参数；

然后，模拟数据输出，并设置故障，并发送故障命令；进行数据采集，若故障恢复则考试结束；如未恢复，则检测考试是否超时，若超时则考试结束，若未超时则重新采集数据，重复检测故障是否恢复，直至故障恢复或已达考试时间，考试结束；

最后，于考试结束后，点击提交答卷，软件将进行评估并存档答卷。

本发明的另一目的在于提供一种实施上述方法的燃气轮机传感器监控系统，所述燃气轮机传感器监控系统包括传感器监控界面、故障设置界面及训练模式界面；

所述传感器监控界面用于校验数据及通信，在进入监控界面后先观察各点通信，其次观察传感器状态，若有异常请点击复位按钮，设置值和反馈值误差在2％范围内皆为正常；

所述故障设置界面用于进行故障模拟，进入故障设置界面后先填写学员信息，包括姓名、编号及答题时间，其次选择故障考题，于界面显示已出考题，选中后右键移动，分值均可直接编辑；

所述训练模式界面用于进行维修训练，进入训练模式界面开始答题，在界面显示答题倒计时以及当前故障列表。

进一步，所述故障设置界面内的故障类型包括自动线路故障、敏感元器件故障、采集卡故障、手动故障；

所述自动线路故障，通过上位机发送线路故障命令，断开对应的继电器常闭触点从而达到模拟线路故障的情况，每个模拟量点和开关量点都配有一个继电器来控制线路是否正常工作，开关量继电器为常开状态，模拟量继电器为常闭状态；

所述敏感元器件故障，通过上位机发送命令从而模拟传感器的发生故障的一种故障类型；

所述采集卡故障，模拟控制机或者监测机故障从而使反馈数据不正确的一种故障类型；

所述手动故障，通过上位机发送线路故障手动信号，此时上位机实际未发布控制指令，需要人为操作对传感器线路进行故障设置。

结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

本发明所述燃气轮机传感器故障模拟装置包括了模拟量传感、开关量传感器和执行机构等类别。涵盖了转速、温度、压力、振动、压力信号器、位置信号器、接近开关、金属屑信号器、电磁阀等典型传感器件。传感器信号种类丰富，有利于完善整体的训练功能，便于操作人员开展实际的教学和训练。

本装置能够有效模拟燃气轮机传感器系统的主要故障类别，包括敏感元件故障、变送信号偏移、电气线路短路、断路、绝缘不良等。模拟的故障与燃气轮机实装传感器的故障类型高度一致，便于开展故障维修排查训练，丰富故障模式，提升训练的实际效果。

本装置涉及的传感器在实际模拟信号的过程中，各个智能传感器组件与数据处理模块和模型工作站一起，构成了一个智能化的传感器系统，实现不同类型的参数值数值(温度、压力、转速等)向标准电信号(4～20mA、mV等信号)的转换，并实现燃机参数信号的精准模拟。同时，各个传感器外观与时装传感器一致，但是其参数和信号可根据模拟的工况实时动态调节，极大地提升了故障模拟的便捷性和有效性。

本发明所述燃气轮机传感器故障模拟装置基于一体化结构和功能设计，使用便捷。它既可作为独立的燃气轮机传感器故障训练装置，用于对操作人员进行传感器结构原理和故障排查训练。也可作为燃气轮机信号模拟和故障模拟装置，应用于硬件在环仿真系统或船舶动力装置训练模拟器，便于开展实际的运行管理、应急处置和故障维修训练。

本发明模拟的传感器种类丰富，模拟的传感器故障类别全面，调节传感器信号方便，提供的软件平台便于拓展应用。

本发明的技术方案转化后的预期收益和商业价值为：

应用本发明的技术方案，已设计并制造了燃气轮机传感器故障模拟装置样机1套。该样机装置应用于申请人所在海军工程大学“能源与动力工程”本科专业《船舶燃气轮机维修》、《船舶燃气轮机监测与控制运行》等课程实践教学，发挥了很好的教学效果。

本发明所述燃气轮机传感器故障模拟装置、方法及监控系统，可应用于能源动力和交通运输行业，作为专用训练装备，对船舶推进燃气轮机、船舶发电燃气轮机、陆用发电燃气轮机等相关操作人员开展传感器故障模拟和维修培训，提升相关操作人员的专业水平和装备保障能力；也可应用于大专院校，作为能源与动力工程、轮机工程、电气工程及自动化等专业的教学训练设备，供相关专业的学生开展机械、电气基础教学和训练。因此，本发明具有良好的应用前景和应用价值，预期能够获得较好的社会效益和经济效益。

本发明的技术方案填补了国内外业内技术空白：在国内外公开的文献中，尚无燃气轮机传感器故障模拟装置、方法的相关报道。传统的燃气轮机传感器故障模拟维修训练实施难度比较大。而本发明的技术方案通过传感器故障模拟和维修训练功能一体化设计和实施，弥补了现有燃气轮机传感器故障模拟和维修训练方法、设备功能等方面的不足，有效填补了该领域的技术空白。

本发明的技术方案是否解决了人们一直渴望解决、但始终未能获得成功的技术难题：在燃气轮机传感器故障模拟和维修领域，现有的技术主要存在三个方面问题：第一，利用传感器结构原理虚拟训练软件开展训练，训练过程中的故障现象及其影响难以真实复现，维修时装备环境沉浸感不强，人员进行故障判断和排除操作的流程性和规范性不足，故障模拟和维修训练效果受到较大限制；第二，利用传感器实物来开展训练时，故障检修排查比较直观；但是，由于燃气轮机传感器属于精密器件，且集成度比较高，实装的传感器无法支持高强度的拆装和维修训练；第三，传感器的状态和参数与燃气轮机的工况密切相关，不同工况下，传感器采集的参数都不相同，实际出现的故障模式也有较大差异，模拟训练的难度较大。本发明的技术方案通过完善的传感器故障模拟和维修训练方法和装置，有效地解决了上述技术难题。

附图说明

图1是本发明实施例提供的燃气轮机传感器故障模拟装置外形图；

图2是本发明实施例提供的综合控制台外形图；

图3是本发明实施例提供的模拟量传感器内部图；

图4是本发明实施例提供的开关量传感器内部图；

图5是本发明实施例提供的压力传感器信号模拟流程图；

图6是本发明实施例提供的PT100温度传感器信号模拟流程图；

图7是本发明实施例提供的PT1000温度传感器信号模拟流程图；

图8是本发明实施例提供的热电偶传感器信号模拟流程图；

图9是本发明实施例提供的热电偶变送传感器信号模拟流程图；

图10是本发明实施例提供的开关量传感器信号模拟流程图；

图11是本发明实施例提供的转速信号模拟流程图；

图12是本发明实施例提供的电磁阀电路图；

图13是本发明实施例提供的压力传感器外形图；

图14是本发明实施例提供的压力传感器接线设计图；

图15是本发明实施例提供的两线制温度传感器外形图；

图16是本发明实施例提供的两线制温度传感器接线设计图；

图17是本发明实施例提供的三线制温度传感器外形图；

图18是本发明实施例提供的三线制温度传感器接线设计图；

图19是本发明实施例提供的热电偶传感器外形图；

图20是本发明实施例提供的热电偶传感器接线设计图；

图21是本发明实施例提供的热电偶变送传感器外形图；

图22是本发明实施例提供的热电偶变送传感器接线设计图；

图23是本发明实施例提供的开关量传感器外形图；

图24是本发明实施例提供的开关量传感器接线设计图；

图25是本发明实施例提供的监控界面图；

图26是本发明实施例提供的出题界面图；

图27是本发明实施例提供的训练界面图；

图28是本发明实施例提供的软件功能流程图。

图1中：1、综合监控台；2、模拟量传感器仿真机；3、开关量传感器仿真机柜。

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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供了一种燃气轮机传感器故障模拟装置，所述燃气轮机传感器故障模拟装置包括综合监控台、模拟量传感器仿真机柜、开关量传感器仿真机柜；

综合监控台，前双开门，内置模型工作站和监控计算机，用于在对传感器进行的信号进行模拟控制，并显示全系统的运行状态，所述模型工作站，用于运行燃气轮机仿真模型，在系统运行过程中模拟发动机的运行参数和运行状态；所述监控计算机，用于运行传感器监控软件，实现传感器运行状态监测、传感器信号模拟和故障模拟的功能；

模拟量传感器仿真机柜，用于仿真燃气轮机及其附属系统中主要模拟量传感器信号；

开关量传感器仿真机柜，用于仿真燃气轮机及其附属系统中主要开关量传感器。

进一步，所述模型工作站通过CAN总线将仿真的参数值发送至所述模拟量传感器仿真机柜和所述开关量传感器仿真机柜中的数据处理模块，数据处理模块作为信号源输出信号，并驱动模拟量和开关量智能传感器组件。

进一步，所述监控计算机包括传感器运行参数监测、传感器信号设置、传感器故障设置、故障排查情况记录、网络通信状态检测功能；

所述运行参数监测功能由传感器监控软件的参数监测界面实现，所述参数监测界面用于显示全部传感器的设定值、反馈值和状态；

所述传感器信号设置和传感器故障设置功能由传感器监控软件的传感器设置界面实现，所述传感器设置界面用于控制传感器的输出参数值，同时模拟设置传感器故障；

所述故障排查情况记录功能由传感器监控软件实施，具备基本的智能判别和人机交互功能；

所述网络通信状态检测由传感器监控软件的通信状态检测界面实现，所述通信状态检测用于监测模型工作站、监控计算机、模拟量传感器仿真机柜、开关量传感器仿真机柜之间的数据通信状态。

进一步，所述模拟量传感器仿真机柜内部设置模拟传感器和数据处理模块，用于实现传感器的信号模拟和故障模拟功能；

所述模拟量传感器仿真机柜外侧正面布置触摸屏，用于显示所有模拟量仿真传感器的工作状态；

所述模拟量传感器仿真机柜内侧正面布置传感器组件，传感器组件实现模拟量信号的输出；

所述模拟量传感器仿真机柜内侧背面布置数据处理模块和网络通信模块。

进一步，所述模拟量信号的类型包括压力信号、热电阻信号、热电偶信号。

进一步，所述模拟量传感器由一体式压力传感器、分体式PT1000传感器、分体式PT100传感器、分体式热偶传感器、一体式热偶传感器、霍尔式转速传感器等组成；

所述一体式压力传感器，十六个，输出4～20mA电流；

所述分体式PT1000温度传感器，六个，输出1K～1.8K电阻；

所述一体式PT100温度传感器，两个，输出4～20mA电流；

所述一体式热电偶变送传感器，四个，输出4～20mA电流；

所述分体式热电偶传感器，四个，输出0～50mV电压；

所述模拟量传感器仿真机柜内侧每行等距布置4个传感器，共8行。

进一步，所述模拟量传感器还包括一CAN转以太网网关、两个CAN总线32路开关量采集模块、三个CAN总线6路PT100输出模块、一CAN总线6路PT1000输出模块、一CAN总线热电偶输出模块、一12寸触摸屏以及三十二个两位转换开关、自复位按钮；

所述CAN总线6路PT100输出模块为DCM2033，用于仿真PT100传感器的电阻信号；

所述CAN总线6路PT1000输出模块为DCM2034，用于仿真PT1000传感器的电阻信号；

所述CAN总线热电偶输出模块为DCM2035，用于仿真热电偶信号；

所述12寸触摸屏，用于显示数据采集模块各通道及传感器的数据；

所述两位转换开关，用于模拟旁通传感器的操作；

所述自复位按钮，用于模拟传感器更换的操作。

进一步，所述开关量传感器仿真机柜内部设置开关量传感器和数据处理模块，用于实现传感器的信号模拟和故障模拟功能；

所述开关量传感器仿真机柜外侧正面布置触摸屏；

所述开关量传感器仿真机柜内侧正面布置开关量传感器组件和执行机构组件，包括压力开关、压差信号器、金属屑信号器、燃油电磁阀、空气电磁阀；

所述开关量传感器仿真机柜内侧背面布置数据处理模块和网络通信模块。

进一步，所述开关量传感器仿真机柜内部还包括两个CAN转以太网网关、三个CAN总线开关量采集模块、一个CAN总线开关量输出模块、一12寸触摸屏以及三十二个两位转换开关、自复位按钮；

所述CAN转以太网网关为DAM9022，用于数据采集模块与计算机、触摸屏的连接；

所述CAN总线开关量采集模块为DCM2011，用于读取传感器的旁通和复位按钮；

所述CAN总线开关量输出模块为DCM2012，用于模拟传感器的开关触点信号；

所述12寸触摸屏，用于显示燃油系统、滑油系统、空气系统管系中各传感器的安装位置及显示值；

所述两位转换开关，用于模拟旁通传感器的操作；

所述自复位按钮，用于模拟传感器更换的操作。

进一步，所述数据处理模块用于接收仿真计算机的信号，与传感器配合工作，用于模拟所述模拟量传感器的输入信号模拟；所述网络通信模块用于仿真机柜与综合控制台仿真计算机的数据通信.

进一步，所述燃气轮机传感器故障模拟装置的核心功能是实现燃气轮机典型传感器组件的实物模拟和典型传感器信号的自动转换。

进一步，所述压力传感器的故障模拟原理包括：

模型工作站运行燃气轮机系统仿真模型，其中燃气轮机压力参数通过网络通信，传输给数据处理模块，数据处理模块内置信号处理程序，根据输入的压力信号输出相对应的电阻信号，压力传感器组件将电阻信号转换为可变的4～20mA信号，供外部的监控系统进行处理。

所述压力传感器组件与所述数据处理模块、所述模型工作站一起，构成了一个智能化的压力传感器系统，实现模型中的压力数值向4～20mA标准电信号的转换以及压力信号的精准模拟。

进一步，所述压力传感器的接线设计为：

DCM2033模块仿真压力变送器中的敏感元件-薄膜应变片，模型工作站通过CAN总线将仿真的压力值发送至DCM2033，DCM2033根据输入的压力信号输出相对应的电阻信号，然后经过智能压力传感器产生可变的4～20mA信号，该信号经模拟量输入板卡采集处理。

进一步，所述PT100温度传感器的故障模拟原理为：

模型工作站运行燃气轮机系统仿真模型，其中燃气轮机温度参数通过网络通信，传输给数据处理模块，数据处理模块内置信号处理程序，根据输入的温度信号输出相对应的电阻信号，PT100温度组件将电阻信号转换为可变的4～20mA信号，供外部的监控系统进行处理；

所述PT100温度组件与所述数据处理模块、所述模型工作站一起构成了智能化的PT100温度传感器系统，实现模型中的温度数值向4～20mA标准电信号的转换，并实现了PT100温度信号的精准模拟。

进一步，所述PT100温度传感器接线设计为：

DCM2033模块仿真PT100传感器中的PT100铂丝，模型工作站通过CAN总线将仿真的温度值发送至DCM2033，DCM2033根据输入的温度信号输出相对应的电阻信号，然后经过PT100智能传感器产生可变的4～20mA信号，该信号经模拟量输入板卡采集处理。

进一步，所述PT1000温度传感器的故障模拟原理为：

模型工作站运行燃气轮机系统仿真模型，其中燃气轮机温度参数通过网络通信，传输给数据处理模块，数据处理模块内置信号处理程序，根据输入的温度信号输出相对应的电阻信号，PT1000温度组件将电阻信号转换为可变的4～20mA信号，供外部的监控系统进行处理；

所述PT1000度组件与数据处理模块和模型工作站一起，构成了一个智能化的传感器系统，实现模型中的温度数值向4～20mA标准电信号的转换，并实现了PT1000温度信号的精准模拟。

进一步，所述PT1000温度传感器接线设计为：

DCM2034模块仿真PT1000传感器中的PT1000铂丝，模型工作站通过CAN总线将仿真的温度值发送至DCM2034，DCM2034根据输入的温度信号输出相对应的电阻信号，经过外置的PT1000智能传感器产生可变的4～20mA信号，该信号经模拟量输入板卡采集处理。

进一步，所述热电偶传感器的故障模拟原理为：

模型工作站运行燃气轮机系统仿真模型，其中燃气轮机燃气温度参数通过网络通信，传输给数据处理模块，数据处理模块内置信号处理程序，根据输入的温度信号输出相对应的电压信号，热电偶传感器组件将mV电压信号转换为可变的4～20mA信号，供外部的监控系统进行处理。

所述热电偶传感器组件与所述数据处理模块、所述模型工作站和所述热电偶隔离变送器一起，构成了智能化的传感器系统，实现模型中的燃气温度数值向4～20mA标准电信号的转换，并实现了燃气温度信号的精准模拟。

进一步，所述热电偶传感器的接线设计为：

DCM2035模块仿真热电偶传感器中的K型热电偶，模型工作站通过CAN总线将仿真的温度值发送至DCM2035，DCM2035根据输入的温度信号输出相对应的mV电压信号，经过外置的热电偶变送器产生可变的4～20mA信号，该信号经模拟量输入板卡采集处理。

进一步，所述热电偶变送传感器的故障模拟原理为：

模型工作站运行燃气轮机系统仿真模型，其中燃气轮机燃气温度参数通过网络通信，传输给数据处理模块，数据处理模块内置信号处理程序，根据输入的温度信号输出相对应的电压mV信号，热电偶变送传感器组件将mV电压信号转换为可变的4～20mA信号，供外部的监控系统进行处理；所述热电偶变送传感器组件与所述数据处理模块、所述模型工作站一起构成了传感器系统，实现模型中的燃气温度数值向4～20mA标准电信号的转换和燃气温度信号的精准模拟。

进一步，所述热电偶变送传感器的接线设计为：

DCM2035模块仿真热电偶传感器中的K型热电偶，模型工作站通过CAN总线将仿真的温度值发送至DCM2035，DCM2035根据输入的温度信号输出相对应的0～50mV电压信号，经过智能K型热电偶变送器产生可变的4～20mA信号，该信号经模拟量输入板卡采集处理。

进一步，所述开关量传感器的故障模拟原理为：

模型工作站运行燃气轮机系统仿真模型，其中燃气轮机开关量状态信号通过网络通信，传输给数据处理模块，数据处理模块内置信号处理程序，根据输入的状态信号输出相对应的开关量信号，开关量传感器组件将仿真的开关量信号转换为实际的开关量信号，供外部的监控系统进行处理。

所述开关量传感器组件与所述数据处理模块、所述模型工作站一起，构成了智能化的传感器系统，实现模型中的开关状态向标准电信号的转换以及燃气轮机开关状态的精准模拟。

进一步，所述开关量传感器的接线设计为：

所述开关量传感器均由继电器无源触点进行模拟，DCM2012可接收模型机的信号命令，控制继电器的通断，从而模拟开关量传感器的动作。

进一步，所述转速传感器的故障模拟原理为：

模型工作站运行燃气轮机系统仿真模型，其中燃气轮机转速信号通过网络通信，传输给数据处理模块，数据处理模块内置信号处理程序，根据输入的状态信号输出相对应的频率信号，转速传感器组件将仿真的频率信号转换为实际的频率信号，供外部的数据采集系统进行处理。

所述转速传感器组件与所述数据处理模块、模型工作站一起，构成了智能化的传感器系统，实现模型中的转速信号向标准电信号的转换以及燃气轮机转速的精准模拟。

进一步，所述空气电磁阀的故障模拟原理为：

所述电磁阀支持DC24V电压，使用压力在1.5-8kgf/cm^2,最大耐压力12kgf/cm^2,工作温度在-5～60℃，电压范围为-1.5％～10％。

进一步，所述燃油电磁阀的故障模拟原理为：

所述电磁阀主要采用二线制电动二通球阀，支持DC12V、DC24V电压，常开式：通电阀关，断电自动复位阀门开启，常闭式：通电阀开，断电自动复位阀门关闭。

进一步，所述燃油电磁阀的故障设计为：

此款电磁阀主要采用二线制电动二通球阀，支持DC12V、DC24V电压，常开式：通电阀关，断电自动复位阀门开启，常闭式：通电阀开，断电自动复位阀门关闭。

本发明的另一目的在于提供一种实施所述燃气轮机传感器故障模拟装置的燃气轮机传感器故障模拟方法，所述燃气轮机传感器故障模拟方法包括：

步骤一，通过数据处理模块，接收模型工作站所运行仿真模型中的燃气轮机参数，并将燃机参数转化为智能传感器组件的信号输入；

步骤二，通过智能传感器组件，将模拟的燃气轮机传感器信号转化为实际的传感器信号，包括4～20mA电流信号、电压mV、频率信号；由外部的数据采集系统将信号进行采集处理，提供给各个监控部位进行监测和显示；

步骤三，通过传感器监控软件，基于燃气轮的运行工况和故障设置需求，设置特定类型和数量传感器的输出参数值，通过调整传感器输出参数值和控制故障设置模块来模拟相应传感器的典型故障；

步骤四，通过监控软件和相应的参数监测界面，实现对燃气轮机全部传感器设定值、反馈值和故障状态的监测；

步骤五，当设定燃气轮机故障时，数据处理模块和智能传感器组件按照设定逻辑投入运行，此时参数监测软件和外围监控系统显示传感器的相关参数，同时进行报警和声光提示；

步骤六，利用系统的报警情况，结合传感器故障模拟装置的组成和原理，进行故障排查训练；基于故障排查记录软件和人机交互，完成故障处置和排查，故障排查情况记录软件对操作情况进行初步的智能判别。

本发明的另一目的在于提供一种实施所述燃气轮机传感器故障模拟方法的燃气轮机传感器监控软件，所述燃气轮机传感器监控系统包括传感器监控界面、故障设置界面及训练模式界面。

所述传感器监控界面用于校验数据及通信，在进入监控界面后先观察各点通信，其次观察传感器状态，若有异常请点击复位按钮，设置值和反馈值误差在2％范围内皆为正常；

所述故障设置界面用于进行故障模拟，进入故障设置界面后先填写学员信息，包括姓名、编号及答题时间，其次选择故障考题，于界面显示已出考题，选中后右键移动，分值均可直接编辑；

所述训练模式界面用于进行维修训练，进入训练模式界面开始答题，在界面显示答题倒计时以及当前故障列表。

进一步，所述故障设置界面内的故障类型包括自动线路故障、敏感元器件故障、采集卡故障、手动故障；

所述自动线路故障，通过上位机发送线路故障命令，断开对应的继电器常闭触点从而达到模拟线路故障的情况，每个模拟量点和开关量点都配有一个继电器来控制线路是否正常工作，开关量继电器为常开状态，模拟量继电器为常闭状态；

所述敏感元器件故障，通过上位机发送命令从而模拟传感器的发生故障的一种故障类型；

所述采集卡故障，模拟控制机或者监测机故障从而使反馈数据不正确的一种故障类型；

所述手动故障，通过上位机发送线路故障手动信号，此时上位机实际未发布控制指令，需要人为操作对传感器线路进行故障设置。

进一步，所述故障模拟和维修训练流程为：

1)首先点击到监控软件的故障设置模式，从考题故障列表选择需要设置的故障类型，右键点击选择的考题移至右边已出考题列表，选择完毕后，点击注入故障，然后再点击开始答题则所选择的题目会移至答题模式界面；

2)在考题移至训练模式界面后，考生在训练模式界面点击开始答题，考试正式开始，此时考生开始解决故障；

3)若故障解决完毕则在训练界面会显示所设置故障已处理，反之则显示未处理；

4)在训练考核考试过程中若需要暂停训练，可点击暂停答题则训练倒计时则会停止，如果考生需要提交答卷则可直接点击提交答卷，但是在提交完后不能再继续考试。

进一步，所述燃气轮机传感器监控系统的运行过程为：

首先，启动系统进行自检，若存在故障点击复位按钮，若不存在或点击复位按钮后选择训练模式，选择在线则接收模型数据，若不在线则设置仿真参数；

然后，模拟数据输出并设置故障并发送故障命令，进行数据采集，若故障恢复则考试结束；如未恢复，则检测考试是否超时，若超时则考试结束，若未超时则重新采集数据，重复检测故障是否恢复，直至故障恢复或已达考试时间，考试结束；

最后，于考试结束后，点击提交答卷，软件将进行评估并存档答卷。

为了使本领域技术人员充分了解本发明如何具体实现，该部分是对权利要求技术方案进行展开说明的解释说明实施例。

如图1所示，本发明实施例提供的燃气轮机传感器故障模拟装置包括综合监控台、模拟量传感器仿真机柜、开关量传感器仿真机柜；

如图2所示，综合监控台，前双开门，内置模型工作站和监控计算机，用于在对传感器进行的信号进行模拟控制，并显示全系统的运行状态，所述模型工作站，用于运行燃气轮机仿真模型，在系统运行过程中模拟发动机的运行参数和运行状态；所述监控计算机，用于运行传感器监控软件、传感器运行状态监测、传感器信号模拟和故障模拟；

模拟量传感器仿真机柜，用于仿真燃气轮机及其附属系统中主要模拟量传感器信号；

开关量传感器仿真机柜，用于仿真燃气轮机及其附属系统中主要开关量传感器。

进一步，所述模型工作站通过CAN总线将仿真的参数值发送至所述模拟量传感器仿真机柜和所述开关量传感器仿真机柜中的数据处理模块，数据处理模块作为信号源输出信号，并驱动开关量和模拟量智能传感器组件。

进一步，所述监控计算机包括传感器运行参数监测、传感器信号设置、传感器故障设置、故障排查情况记录、网络通信状态检测功能；

所述运行参数监测功能由传感器监控软件的参数监测界面实现，所述参数监测界面用于显示全部传感器的设定值、反馈值和状态；

所述传感器信号设置和传感器故障设置功能由传感器监控软件的传感器设置界面实现，所述传感器设置界面用于控制传感器的输出参数值，同时模拟设置传感器故障；

所述故障排查情况记录功能由传感器监控软件实施，具备基本的智能判别和人机交互功能；

所述网络通信状态检测由传感器监控软件的通信状态检测界面实现，所述通信状态检测用于监测模型工作站、监控计算机、模拟量传感器仿真机柜、开关量传感器仿真机柜之间的数据通信状态。

进一步，所述模拟量传感器仿真机柜内部设置模拟传感器和数据处理模块，用于实现传感器的信号模拟和故障模拟功能；

所述模拟量传感器仿真机柜外侧正面布置触摸屏，用于显示所有模拟量仿真传感器的工作状态；

所述模拟量传感器仿真机柜内侧正面布置传感器组件，传感器组件实现模拟量信号的输出；

所述模拟量传感器仿真机柜内侧背面布置数据处理模块和网络通信模块。

进一步，所述模拟量信号的类型包括压力信号、热电阻信号、热电偶信号。

如图3所示，所述模拟量传感器由一体式压力传感器、分体式PT1000传感器、分体式PT100传感器、分体式热偶传感器、一体式热偶传感器、霍尔式转速传感器等组成；

所述一体式压力传感器，十六个，输出4～20mA电流；

所述分体式PT1000温度传感器，六个，输出1K～1.8K电阻；

所述一体式PT100温度传感器，两个，输出4～20mA电流；

所述一体式热电偶变送传感器，四个，输出4～20mA电流；

所述分体式热电偶传感器，四个，输出0～50mV电压；

所述模拟量传感器仿真机柜内侧每行等距布置4个传感器，共8行。

进一步，所述模拟量传感器还包括一CAN转以太网网关、两个CAN总线32路开关量采集模块、三个CAN总线6路PT100输出模块、一CAN总线6路PT1000输出模块、一CAN总线热电偶输出模块、一12寸触摸屏以及三十二个两位转换开关、自复位按钮；

所述CAN总线6路PT100输出模块为DCM2033，用于仿真PT100传感器的电阻信号；

所述CAN总线6路PT1000输出模块为DCM2034，用于仿真PT1000传感器的电阻信号；

所述CAN总线热电偶输出模块为DCM2035，用于热电偶信号；

所述12寸触摸屏，用于显示数据采集模块各通道及传感器的数据；

所述两位转换开关，用于模拟旁通传感器的操作；

所述自复位按钮，用于模拟传感器更换的操作。

进一步，所述开关量传感器仿真机柜内部设置开关量传感器和数据处理模块，用于实现传感器的信号模拟和故障模拟功能；

所述开关量传感器仿真机柜外侧正面布置触摸屏；

所述开关量传感器仿真机柜内侧正面布置开关量传感器组件和执行机构组件，包括压力开关、压差信号器、金属屑信号器、燃油电磁阀、空气电磁阀，布置如图4所示；

所述开关量传感器仿真机柜内侧背面布置数据处理模块和网络通信模块。

进一步，所述开关量传感器仿真机柜内部还包括两个CAN转以太网网关、三个CAN总线开关量采集模块、一CAN总线开关量输出模块、一12寸触摸屏以及三十二个两位转换开关、自复位按钮；

所述CAN转以太网网关为DAM9022，用于数据采集模块与计算机、触摸屏的连接；

所述CAN总线开关量采集模块为DCM2011，用于读取传感器的旁通和复位按钮；

所述CAN总线开关量输出模块为DCM2012，用于模拟传感器的开关触点信号；

所述12寸触摸屏，用于显示燃油系统、滑油系统、空气系统管系中各传感器的安装位置及显示值；

所述两位转换开关，用于模拟旁通传感器的操作；

所述自复位按钮，用于模拟传感器更换的操作。

进一步，所述数据处理模块用于接收仿真计算机的信号，与传感器配合工作，用于模拟所述模拟量传感器的输入信号模拟；所述网络通信模块用于仿真机柜与综合控制台仿真计算机的数据通信.

进一步，所述燃气轮机传感器故障模拟装置的核心功能是实现燃气轮机典型传感器组件的实物模拟和典型传感器信号的自动转换。

如图5所示，所述压力传感器的故障模拟原理包括：

模型工作站运行燃气轮机系统仿真模型，其中燃气轮机压力参数通过网络通信，传输给数据处理模块，数据处理模块内置信号处理程序，根据输入的压力信号输出相对应的电阻信号，压力传感器组件将电阻信号转换为可变的4～20mA信号，供外部的监控系统进行处理；所述压力传感器组件与所述数据处理模块、所述模型工作站一起，构成了一个智能化的压力传感器系统，实现模型中的压力数值向4～20mA标准电信号的转换以及压力信号的精准模拟。

如图6所示，所述PT100温度传感器的故障模拟原理为：

模型工作站运行燃气轮机系统仿真模型，其中燃气轮机温度参数通过网络通信，传输给数据处理模块，数据处理模块内置信号处理程序，根据输入的温度信号输出相对应的电阻信号，PT100温度组件将电阻信号转换为可变的4～20mA信号，供外部的监控系统进行处理；

所述PT100温度组件与所述数据处理模块、所述模型工作站一起构成了智能化的PT100温度传感器系统，实现模型中的温度数值向4～20mA标准电信号的转换，并实现了PT100温度信号的精准模拟。

如图7所示，所述PT1000温度传感器的故障模拟原理为：

模型工作站运行燃气轮机系统仿真模型，其中燃气轮机温度参数通过网络通信，传输给数据处理模块，数据处理模块内置信号处理程序，根据输入的温度信号输出相对应的电阻信号，PT1000温度组件将电阻信号转换为可变的4～20mA信号，供外部的监控系统进行处理；

所述PT1000度组件与数据处理模块和模型工作站一起，构成了一个智能化的传感器系统，实现模型中的温度数值向4～20mA标准电信号的转换，并实现了PT1000温度信号的精准模拟。

如图8所示，所述热电偶传感器的故障模拟原理为：

模型工作站运行燃气轮机系统仿真模型，其中燃气轮机燃气温度参数通过网络通信，传输给数据处理模块，数据处理模块内置信号处理程序，根据输入的温度信号输出相对应的电压信号，热电偶传感器组件将mV电压信号转换为可变的4～20mA信号，供外部的监控系统进行处理；所述热电偶传感器组件与所述数据处理模块、所述模型工作站和所述热电偶隔离变送器一起，构成了智能化的传感器系统，实现模型中的燃气温度数值向4～20mA标准电信号的转换，并实现了燃气温度信号的精准模拟。

如图9所示，所述热电偶变送传感器的故障模拟原理为：

模型工作站运行燃气轮机系统仿真模型，其中燃气轮机燃气温度参数通过网络通信，传输给数据处理模块，数据处理模块内置信号处理程序，根据输入的温度信号输出相对应的电压mV信号，热电偶变送传感器组件将mV电压信号转换为可变的4～20mA信号，供外部的监控系统进行处理；所述热电偶变送传感器组件与所述数据处理模块、所述模型工作站一起构成了传感器系统，实现模型中的燃气温度数值向4～20mA标准电信号的转换和燃气温度信号的精准模拟。

如图10所示，所述开关量传感器的故障模拟原理为：

模型工作站运行燃气轮机系统仿真模型，其中燃气轮机开关量状态信号通过网络通信，传输给数据处理模块，数据处理模块内置信号处理程序，根据输入的状态信号输出相对应的开关量信号，开关量传感器组件将仿真的开关量信号转换为实际的开关量信号，供外部的监控系统进行处理；所述开关量传感器组件与所述数据处理模块、所述模型工作站一起，构成了智能化的传感器系统，实现模型中的开关状态向标准电信号的转换以及燃气轮机开关状态的精准模拟。

如图11所示，所述转速传感器的故障模拟原理为：

模型工作站运行燃气轮机系统仿真模型，其中燃气轮机转速信号通过网络通信，传输给数据处理模块，数据处理模块内置信号处理程序，根据输入的状态信号输出相对应的频率信号，转速传感器组件将仿真的频率信号转换为实际的频率信号，供外部的数据采集系统进行处理；所述转速传感器组件与所述数据处理模块、模型工作站一起，构成了智能化的传感器系统，实现模型中的转速信号向标准电信号的转换以及燃气轮机转速的精准模拟。

所述空气电磁阀的故障模拟原理为：

所述电磁阀支持DC24V电压，使用压力在1.5-8kgf/cm^2,最大耐压力12kgf/cm^2,工作温度在-5—60℃，电压范围为-1.5％-10％。

如图12所示，所述燃油电磁阀的故障模拟原理为：

所述电磁阀主要采用二线制电动二通球阀，支持DC12V、DC24V电压，常开式：通电阀关，断电自动复位阀门开启，常闭式：通电阀开，断电自动复位阀门关闭。

所述压力传感器外形图如图13所示，所述压力传感器接线设计图如图14所示，所述压力传感器的接线设计过程为：

DCM2033模块仿真压力变送器中的敏感元件-薄膜应变片，模型工作站通过CAN总线将仿真的压力值发送至DCM2033，DCM2033根据输入的压力信号输出相对应的电阻信号，然后经过智能压力传感器产生可变的4～20mA信号，该信号经模拟量输入板卡采集处理。

所述两线制温度传感器外形图如图15所示，所述两线制温度传感器接线设计图如图16所示，所述PT100温度传感器接线设计为：

DCM2033模块仿真PT100传感器中的PT100铂丝，模型工作站通过CAN总线将仿真的温度值发送至DCM2033，DCM2033根据输入的温度信号输出相对应的电阻信号，然后经过PT100智能传感器产生可变的4～20mA信号，该信号经模拟量输入板卡采集处理。

所述三线制温度传感器外形图如图17所示，所述三线制温度传感器接线设计图如图18所示，所述PT1000温度传感器接线设计为：

DCM2034模块仿真PT1000传感器中的PT1000铂丝，模型工作站通过CAN总线将仿真的温度值发送至DCM2034，DCM2034根据输入的温度信号输出相对应的电阻信号，经过外置的PT1000智能传感器产生可变的4～20mA信号，该信号经模拟量输入板卡采集处理。

所述热电偶传感器外形图如图19所示，所述热电偶传感器接线设计图如图20所示，所述热电偶传感器的接线设计为：

DCM2035模块仿真热电偶传感器中的K型热电偶，模型工作站通过CAN总线将仿真的温度值发送至DCM2035，DCM2035根据输入的温度信号输出相对应的mV电压信号，经过外置的热电偶变送器产生可变的4～20mA信号，该信号经模拟量输入板卡采集处理。

所述热电偶变送传感器外形图如图21所示，所述热电偶变送传感器接线设计图如图22所示，所述热电偶变送传感器的接线设计为：

DCM2035模块仿真热电偶传感器中的K型热电偶，模型工作站通过CAN总线将仿真的温度值发送至DCM2035，DCM2035根据输入的温度信号输出相对应的0～50mV电压信号，经过智能K型热电偶变送器产生可变的4～20mA信号，该信号经模拟量输入板卡采集处理。

所述开关量传感器外形图如图23所示，所述开关量传感器接线设计图如图24所示，所述开关量传感器的接线设计为：

所述开关量传感器均由继电器无源触点进行模拟，DCM2012可接收模型机的信号命令，控制继电器的通断，从而模拟开关量传感器的动作。

进一步，所述燃油电磁阀的故障设计为：

此款电磁阀主要采用二线制电动二通球阀，支持DC12V、DC24V电压，常开式：通电阀关，断电自动复位阀门开启，常闭式：通电阀开，断电自动复位阀门关闭。

为了证明本发明的技术方案的创造性和技术价值，该部分是对权利要求技术方案进行具体产品上或相关技术上的应用实施例。

本发明实施例还提供一种实施所述燃气轮机传感器故障模拟装置的燃气轮机传感器故障模拟方法，所述燃气轮机传感器故障模拟方法包括：

步骤一，通过数据处理模块，接收模型工作站所运行仿真模型中的燃气轮机参数，并将燃机参数转化为智能传感器组件的信号输入；

步骤二，通过智能传感器组件，将模拟的燃气轮机传感器信号转化为实际的传感器信号，包括4～20mA电流信号、电压mV、频率信号；由外部的数据采集系统将信号进行采集处理，提供给各个监控部位进行监测和显示；

步骤三，通过传感器监控软件，基于燃气轮的运行工况和故障设置需求，设置特定类型和数量传感器的输出参数值，通过调整传感器输出参数值和控制故障设置模块来模拟相应传感器的典型故障；

步骤四，通过监控软件和相应的参数监测界面，实现对燃气轮机全部传感器设定值、反馈值和故障状态的监测；

步骤五，当设定燃气轮机故障时，数据处理模块和智能传感器组件按照设定逻辑投入运行，此时参数监测软件和外围监控系统显示传感器的相关参数，同时进行报警和声光提示；

步骤六，利用系统的报警情况，结合传感器故障模拟装置的组成和原理，进行故障排查训练；基于故障排查记录软件和人机交互，完成故障处置和排查，故障排查情况记录软件对操作情况进行初步的智能判别。

本发明实施例还提供一种实施所述燃气轮机传感器故障模拟方法的燃气轮机传感器监控软件，所述燃气轮机传感器监控系统包括传感器监控界面、故障设置界面及训练模式界面，

如图25所示，所述传感器监控界面用于校验数据及通信，在进入监控界面后先观察各点通信，其次观察传感器状态，若有异常请点击复位按钮，设置值和反馈值误差在2％范围内皆为正常；

如图26所示，所述故障设置界面用于进行故障模拟，进入故障设置界面后先填写学员信息，包括姓名、编号及答题时间，其次选择故障考题，于界面显示已出考题，选中后右键移动，分值均可直接编辑；

如图27所示，所述训练模式界面用于进行维修训练，进入训练模式界面开始答题，在界面显示答题倒计时以及当前故障列表。

进一步，所述故障设置界面内的故障类型包括自动线路故障、敏感元器件故障、采集卡故障、手动故障；

所述自动线路故障，通过上位机发送线路故障命令，断开对应的继电器常闭触点从而达到模拟线路故障的情况，每个模拟量点和开关量点都配有一个继电器来控制线路是否正常工作，开关量继电器为常开状态，模拟量继电器为常闭状态；

所述敏感元器件故障，通过上位机发送命令从而模拟传感器的发生故障的一种故障类型；

所述采集卡故障，模拟控制机或者监测机故障从而使反馈数据不正确的一种故障类型；

所述手动故障，通过上位机发送线路故障手动信号，此时上位机实际未发布控制指令，需要人为操作对传感器线路进行故障设置。

进一步，所述故障模拟和维修训练流程为：

1)首先点击到监控软件的故障设置模式，从考题故障列表选择需要设置的故障类型，右键点击选择的考题移至右边已出考题列表，选择完毕后，点击注入故障，然后再点击开始答题则所选择的题目会移至答题模式界面；

2)在考题移至训练模式界面后，考生在训练模式界面点击开始答题，考试正式开始，此时考生开始解决故障；

3)若故障解决完毕则在训练界面会显示所设置故障已处理，反之则显示未处理；

4)在训练考核考试过程中若有事需要暂停训练，可点击暂停答题则训练倒计时则会停止，如果考生需要提交答卷则可直接点击提交答卷，但是在提交完后不能再继续考试。

如图28所示，所述燃气轮机传感器监控系统的运行过程为：

首先，启动系统进行自检，若存在故障点击复位按钮，若不存在或点击复位按钮后选择训练模式，选择在线则接收模型数据，若不在线则设置仿真参数；

然后，模拟数据输出并设置故障并发送故障命令，进行数据采集，若故障恢复则考试结束；如未恢复，则检测考试是否超时，若超时则考试结束，若未超时则重新采集数据，重复检测故障是否恢复，直至故障恢复或已达考试时间，考试结束；

最后，于考试结束后，点击提交答卷，软件将进行评估并存档答卷。

本发明实施例在研发或者使用过程中取得了一些积极效果，和现有技术相比的确具备很大的优势，下面内容结合试验过程的数据、图表等进行描述。

应用本发明的技术方案，已设计并制造了燃气轮机传感器故障模拟装置样机1套。该样机装置应用于申请人所在海军工程大学“能源与动力工程”本科专业《船舶燃气轮机维修》、《船舶燃气轮机监测与控制运行》等课程实践教学，发挥了很好的教学效果。

该样机装置在实际教学验证和使用过程中的效果主要体现在以下三个方面：

一是传感器种类齐全，便于开展教学使用和训练。样机装置包括一体式压力传感器、分体式PT1000传感器、分体式PT100传感器、分体式热偶传感器、一体式热偶传感器、霍尔式转速传感器、压力开关、压差信号器、金属屑信号器、空气电磁阀、燃油电磁阀等各类传感器器件十一种，涵盖了燃气轮机典型的传感器器件，实际使用过程可根据需要，任意选取不同类型的传感器进行故障模拟和设置，使用方便。

二是传感器故障模式丰富，故障模拟和故障控制方法便捷，易于实现。样机装置可实现故障类型包括传感器敏感元件故障、变送信号偏移、电路故障、电气线路短路、电气线路断路、电气线路绝缘不良、数据处理模块故障等典型故障。针对不同传感器、不同故障模式，可通过传感器监控系统自动实现传感器故障模拟、故障控制和传感器信号监测，同时还可以人工的方法手动设置传感器的典型故障；即可进行单系统的简单故障的模拟，还可进行多系统耦合、复杂故障的模拟，使用非常便捷。

三是使用模式多样，融合性和扩展性比较好。该样机装置可独立使用，进行燃气轮机传感器结构原理和故障模拟的教学训练；也可与已有的船舶动力装置训练模拟器融合使用，进行传感器的故障模拟和排查训练。同时，在现有装置的基础上，还可进行传感器种类和故障模式的扩展，提升装置的性能。

应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种燃气轮机传感器故障模拟方法，其特征在于，所述燃气轮机传感器故障模拟方法包括：

步骤一，通过数据处理模块，接收模型工作站所运行仿真模型中的燃气轮机参数，并将燃气轮机参数转化为智能传感器组件的信号输入；

步骤二，通过智能传感器组件，将模拟的燃气轮机传感器信号转化为实际的传感器信号，包括4～20mA电流信号、电压mV、频率信号；由外部的数据采集系统将信号进行采集处理，提供给各个监控部位进行监测和显示；

步骤三，通过传感器监控软件，基于燃气轮的运行工况和故障设置需求，设置特定类型和数量传感器的输出参数值，通过调整传感器输出参数值和控制故障设置模块来模拟相应传感器的典型故障；

步骤四，通过监控软件和相应的参数监测界面，实现对燃气轮机全部传感器设定值、反馈值和故障状态的监测；

步骤五，当设定燃气轮机故障时，数据处理模块和智能传感器组件按照设定逻辑投入运行，此时参数监测软件和外围监控系统显示传感器的相关参数，同时进行报警和声光提示；

步骤六，利用系统的报警情况，结合传感器故障模拟装置的组成和原理，进行故障排查训练；基于故障排查记录软件和人机交互，完成故障处置和排查，故障排查情况记录软件对操作情况进行初步的智能判别；

所述燃气轮机传感器故障模拟方法采用的模拟装置，包括：

综合监控台，用于安装模型工作站和监控计算机，从功能上实现传感器故障模拟装置全系统的监测和控制，包括信号模拟控制、运行状态显示和故障控制功能；所述模型工作站，用于运行燃气轮机仿真模型，在系统运行过程中与仿真机柜和监控计算机通信，模拟发动机的运行，对外输出运行参数和运行状态；所述监控计算机，用于运行传感器监控软件，与仿真机柜和模型工作站通信，实现传感器运行状态监测、传感器信号模拟和故障模拟的功能；

模拟量传感器仿真机柜，用于仿真燃气轮机及其附属系统中主要模拟量传感器信号；通过内置数据处理模块与模型工作站和监控计算机进行数据通信，接受外部的传感器模拟和控制信号；该数据处理模块同时作为信号源输出信号，驱动模拟量智能传感器组件，对外输出标准的传感器信号；

开关量传感器仿真机柜，用于仿真燃气轮机及其附属系统中主要开关量传感器；通过内置数据处理模块与模型工作站和监控计算机进行数据通信，接受外部的传感器模拟和控制信号；该数据处理模块同时作为信号源输出信号，驱动开关量智能传感器组件，对外输出标准的传感器信号。

2.如权利要求1所述燃气轮机传感器故障模拟方法，其特征在于，所述模型工作站通过CAN总线将仿真的参数值发送至所述模拟量传感器仿真机柜和所述开关量传感器仿真机柜中的数据处理模块，数据处理模块作为信号源输出信号，并驱动开关量和模拟量智能传感器组件。

3.如权利要求1所述燃气轮机传感器故障模拟方法，其特征在于，所述监控计算机包括传感器运行参数监测、传感器信号设置、传感器故障设置、故障排查情况记录、网络通信状态检测功能；

所述传感器运行参数监测功能由传感器监控软件的参数监测界面实现，所述参数监测界面用于显示全部传感器的设定值、反馈值和状态；

所述传感器信号设置和传感器故障设置功能由传感器监控软件的传感器设置界面实现，所述传感器设置界面用于控制传感器的输出参数值，同时模拟设置传感器故障；

所述故障排查情况记录功能由传感器监控软件实施，具备基本的智能判别和人机交互功能；

所述网络通信状态检测由传感器监控软件的通信状态检测界面实现，所述通信状态检测用于监测模型工作站、监控计算机、模拟量传感器仿真机柜、开关量传感器仿真机柜之间的数据通信状态。

4.如权利要求1所述燃气轮机传感器故障模拟方法，其特征在于，所述模拟量传感器仿真机柜内部设置模拟量传感器和数据处理模块，用于实现传感器的信号模拟和故障模拟功能；故障类型包括传感器敏感元件故障、变送信号偏移、电路故障、电气线路短路、电气线路断路、电气线路绝缘不良、数据处理模块故障；

所述模拟量传感器仿真机柜外侧正面布置触摸屏，用于显示所有模拟量仿真传感器的工作状态；

所述模拟量传感器仿真机柜内侧正面布置传感器组件，传感器组件实现模拟量信号的输出；所述模拟量传感器仿真机柜内侧背面布置数据处理模块和网络通信模块；

所述模拟量信号的类型包括压力信号、热电阻信号、热电偶信号、频率信号类型；模拟量传感器的类型包括一体式压力传感器、分体式PT1000传感器、分体式PT100传感器、分体式热偶传感器、一体式热偶传感器、霍尔式转速传感器。

5.如权利要求1所述燃气轮机传感器故障模拟方法，其特征在于，所述开关量传感器仿真机柜内部设置开关量传感器和数据处理模块，用于实现传感器的信号模拟和故障模拟功能；

所述开关量传感器仿真机柜外侧正面布置触摸屏；

所述开关量传感器仿真机柜内侧正面布置开关量传感器组件和执行机构组件，主要开关量传感器和执行机构的类型包括压力开关、压差信号器、金属屑信号器、空气电磁阀、燃油电磁阀；

所述开关量传感器仿真机柜内侧背面布置数据处理模块和网络通信模块。

6.如权利要求1所述的燃气轮机传感器故障模拟方法，其特征在于，所述燃气轮机传感器故障模拟方法的故障模拟和维修训练方法为：

1)首先点击到监控软件的故障设置模式，从考题故障列表选择需要设置的故障类型，右键点击选择的考题移至右边已出考题列表，选择完毕后，点击注入故障，然后再点击开始答题则所选择的题目会移至答题模式界面；

2)在考题移至训练模式界面后，考生在训练模式界面点击开始答题，考试正式开始，此时考生开始解决故障；

3)若故障解决完毕则在训练界面会显示所设置故障已处理，反之则显示未处理；

4)在训练考核考试过程中若有事需要暂停训练，可点击暂停答题则训练倒计时会停止，如果考生需要提交答卷则可直接点击提交答卷，但是在提交完后不能再继续考试。

7.如权利要求1所述的燃气轮机传感器故障模拟方法，其特征在于，所述燃气轮机传感器故障模拟方法的燃气轮机传感器监控系统的运行方法为：

首先，启动系统进行自检，若存在故障点击复位按钮，若不存在或点击复位按钮后选择训练模式，选择在线则接收模型数据，若不在线则设置仿真参数；

然后，模拟数据输出，并设置故障，并发送故障命令；进行数据采集，若故障恢复则考试结束；如未恢复，则检测考试是否超时，若超时则考试结束，若未超时则重新采集数据，重复检测故障是否恢复，直至故障恢复或已达考试时间，考试结束；

最后，于考试结束后，点击提交答卷，软件将进行评估并存档答卷。

8.一种实施如权利要求1-7所述方法的燃气轮机传感器监控系统，其特征在于，所述燃气轮机传感器监控系统包括传感器监控界面、故障设置界面及训练模式界面；

所述传感器监控界面用于校验数据及通信，在进入监控界面后先观察各点通信，其次观察传感器状态，若有异常请点击复位按钮，设置值和反馈值误差在2％范围内皆为正常；

所述故障设置界面用于进行故障模拟，进入故障设置界面后先填写学员信息，包括姓名、编号及答题时间，其次选择故障考题，于界面显示已出考题，选中后右键移动，分值均可直接编辑；

所述训练模式界面用于进行维修训练，进入训练模式界面开始答题，在界面显示答题倒计时以及当前故障列表。

9.如权利要求8所述燃气轮机传感器监控系统，其特征在于，所述故障设置界面内的故障类型包括自动线路故障、敏感元器件故障、采集卡故障、手动故障；

所述自动线路故障，通过上位机发送线路故障命令，断开对应的继电器常闭触点从而达到模拟线路故障的情况，每个模拟量点和开关量点都配有一个继电器来控制线路是否正常工作，开关量继电器为常开状态，模拟量继电器为常闭状态；

所述敏感元器件故障，通过上位机发送命令从而模拟传感器的发生故障的一种故障类型；

所述采集卡故障，模拟控制机或者监测机故障从而使反馈数据不正确的一种故障类型；

所述手动故障，通过上位机发送线路故障手动信号，此时上位机实际未发布控制指令，需要人为操作对传感器线路进行故障设置。

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