CN116296316A - 一种旋转设备的在线监测与故障诊断系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋转设备的在线监测与故障诊断系统，对于需要监测的旋转设备，通过数据采集模块，实现对信号的采集和初步处理分析，并与提前预设在采集模块内部的设备特征报警阈值比较，并及时将设备报警信息上传至服务器端及设备运维人员，方便设备管理人员通过电脑或移动端（pad、手机等）及时获取设备的状态信息，实现实时、动态、有效的监测和报警。直观的运行状态描述方式，便于实时准确把握设备现场工况。本发明可以完整记录设备故障的产生和发展历史，自动生成设备健康报告，定期为所有看护设备出具健康状态报告，并且提供了必要的诊断手段以方便设备管理人员或专业诊断工程师进行设备故障诊断。

Description

一种旋转设备的在线监测与故障诊断系统

技术领域

本发明属于设备检测技术领域，具体的是一种旋转设备的在线监测与故障诊断系统。

背景技术

工业企业实施预测性维护的基础是全面掌控设备的实时运行状态。一方面对于工厂的一些大型主机设备来说，其造价昂贵，一旦故障停机将造成经济损失或安全事故；另一方面大型动设备结构与运行机制复杂，其实际运行状态的准确把握需要借助先进的状态监测技术手段和丰富的故障诊断经验。

发明内容

本发明提供了一种旋转设备的在线监测与故障诊断系统用以解决背景技术中提出的技术问题。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：

一种旋转设备的在线监测与故障诊断系统，包括：

数据采集模块，所述数据采集模块采集被监测设备的实时运行数据，并进行预处理获取状态数据的实时值与特征值；

数据处理模块，所述数据处理模块与数据采集模块通讯连接；所述数据处理模块用于对实时数据和特征数据进行初步分析和整理，提供实时数据的查看功能，并有选择地将数据上传至数据库服务器；

数据分析模块，所述数据分析模块与数据库服务器互通讯连接；所述数据分析模块对数据库服务器中的数据进行查找和分析，并提供对应的图谱分析和诊断方法；

所述数据采集模块通过网络与数据库服务器连接；数据采集模块在连续循环的采集过程中，数据通过独立的采集进程存储至本地或数据库服务器中。

作为本发明的进一步优选，所述数据采集模块采集的数据可以基于不同的测量标准存储至本地或数据库服务器中。

作为本发明的进一步优选，所述数据采集模块传输少量的在线状态信息数据；当与数据库服务器网络连接失败时，数据采集继续并在本地存储；当与数据库服务器恢复网络连接时，系统将采集的数据传输至数据库服务器。

作为本发明的进一步优选，所述数据采集模块与数据库服务器在线连接时，可以通过使用低速率的调制解调器进行网络优化，避免出现网络连接失败。

作为本发明的进一步优选，所述调制解调器为GSM或ADSL。

作为本发明的进一步优选，所述数据采集模块与数据库服务器的连接方式为间断连接，即在系统中设定固定的时间值，数据采集模块根据设定的时间与数据库服务器网络连接，待数据传输至数据库服务器后，网络可再次断开。

作为本发明的进一步优选，所述数据采集模块通过采集硬件获取被监测设备的信号，提取特征值和运行状态数据，并进行系统配置和管理；所述系统配置包括配置管理、数据显示和诊断分析；所述配置管理用于关键设备的柔性监测和集成监测，所述数据显示给出设备运行状态的总貌图，用于参数配置或实时运行数据的直观显示，所述诊断分析用于实时监测、趋势分析和故障诊断；

所述系统管理包括数据通讯与存储和报警管理；所述数据通讯与存储用于接收设备状态数据，并将数据存储至数据库服务器中，所述报警管理用于检测目标设备振动量，并对异常状态进行报警。

所述配置管理、数据显示、诊断分析、数据通讯与存储和报警管理均与数据库服务器通讯连接。

作为本发明的进一步优选，所述配置管理利用配置向导的方式对设备信息逐一进行配置，生成设备数据库。

作为本发明的进一步优选，所述数据通讯与存储可实现7*24小时不间断接收设备状态数据。

作为本发明的进一步优选，所述实时监测包括时域波形监测、波形频谱监测和数据列表监测；所述趋势分析包括振动趋势分析、振动参数分析和振动状态列表分析；所述故障诊断包括傅里叶分析、倒谱分析和包络解调分析。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

对于需要监测的旋转设备，通过数据采集模块，实现对信号的采集和初步处理分析，并与提前预设在采集模块内部的设备特征报警阈值比较，并及时将设备报警信息上传至服务器端及设备运维人员，方便设备管理人员通过电脑或移动端（pad、手机等）及时获取设备的状态信息，实现实时、动态、有效的监测和报警。直观的运行状态描述方式，便于实时准确把握设备现场工况。本发明可以完整记录设备故障的产生和发展历史，自动生成设备健康报告，定期为所有看护设备出具健康状态报告，并且提供了必要的诊断手段以方便设备管理人员或专业诊断工程师进行设备故障诊断。

附图说明

图1为一种旋转设备的在线监测与故障诊断系统结构示意图；

图2为系统配置和管理结构示意图。

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确，以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所做的修改和替换，拘束于本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。

如图1所示，一种旋转设备的在线监测与故障诊断系统，包括数据采集模块200、数据处理模块300和数据分析模块400。数据采集模块200采集被监测设备100的实时运行数据，并进行预处理获取状态数据的实时值与特征值。数据处理模块300与数据采集模块200通讯连接，用于对实时数据和特征数据进行初步分析和整理，提供实时数据的查看功能，并有选择地将数据上传至数据库服务器500。数据分析模块400与数据库服务器500互通讯连接，对数据库服务器500中的数据进行查找和分析，并提供对应的图谱分析和诊断方法。数据采集模块200通过网络与数据库服务器500连接，数据采集模块200在连续循环的采集过程中，数据通过独立的采集进程存储至本地或数据库服务器500中。

进一步说明，数据采集模块200采集的数据可以基于不同的测量标准存储至本地或数据库服务器500中，如报警、时间间隔、诊断分析等。数据采集模块200只传输少量的在线状态信息数据，另外当报警触发时，系统会储存趋势数据。数据网络的负载取决于数据采集模块200的系统设置，通常情况下数据传输量较小。当与数据库服务器500网络连接失败时，数据采集继续并在本地存储；当与数据库服务器500恢复网络连接时，系统将采集的数据传输至数据库服务器500中。

进一步说明，数据采集模块200与数据库服务器500在线连接时，可以通过使用低速率的调制解调器进行网络优化，避免出现网络连接失败。调制解调器可以选用GSM、ADSL、普通互联网连接或其他任何提供网口连接的通讯网络，对网络宽带要求较小。

进一步说明，数据采集模块200与数据库服务器500的连接方式为间断连接，在系统中设定固定的时间值，数据采集模块200根据设定的时间与数据库服务器500网络连接。比如，设定时间为一天，数据采集模块200每天定点与数据库服务器500网络连接，数据传输至数据库服务器500后，网络可再断开。

如图2所示，数据采集模块200通过采集硬件获取被监测设备的信号，提取特征值和运行状态数据，并进行系统配置和管理。

系统配置包括配置管理210、数据显示220和诊断分析230。配置管理210用于关键设备的柔性监测和集成监测，一方面适应企业多变的状态监测需求，另一方面有效降低状态监测的实施费用；数据显示220给出设备运行状态的总貌图，用于参数配置或实时运行数据的直观显示。诊断分析230用于实时监测、趋势分析和故障诊断。其中，实时监测模块包括时域波形、波形频谱图、数据列表等功能；趋势分析模块包括振动趋势图、振动参数列表、振动状态列表以及报表功能；故障诊断模块则提供了傅里叶分析、倒谱分析、瀑布图、包络解调分析、阶次跟踪、信号分离、智能诊断等数据分析手段。

系统管理包括数据通讯与存储240和报警管理250。数据通讯与存储240可实现7*24小时不间断接收设备状态数据，并将数据存储至数据库服务器500中，报警管理250提供监测目标设备振动量的实时图像化显示，并对异常状态进行报警，从而实现监测设备各个通道的运行状态。配置管理、数据显示、诊断分析、数据通讯与存储和报警管理均与数据库服务器通讯连接。

进一步说明，配置管理210利用配置向导的方式对设备信息逐一进行配置，生成设备数据库。本模块可以独立运行，主要进行被检测设备的管理、配置，并提供数据采集硬件和系统用户的管理功能。数据采集硬件必须进行现场配置后才能正常运行，包括对传感器进行配置，如连接方式、采集通道、采集频率和报警门限等。可采用现场配置的方式，在系统部署时输入相关参数；也可使用“配置管理程序”的方式交由最终用户完成应用配置。

进一步说明，数据通讯与存储240在采集硬件的基础上完成数据采集硬件的配置，并对上传数据进行预处理和存储。主要配置参数包括采样频率、采样点数、时间分辨率（1/采样频率）、频率分辨率（采样频率/采样点数）、采样时长（采样点数/采样频率）。本模块可以独立运行（不包括数据分析功能），采用开机自启动的 Windows 服务形式，数据传输与通讯状态监控由后台进程自动完成，不需要人为干预；用户界面采用 Windows任务栏通知区域图标形式，提供模块配置及状态显示功能。

数据通讯接口的主要功能为：定时上传数据以 FTP 方式获取，实时数据以Modbus TCP方式获取，数据格式与通讯协议待定。 数据采集硬件与Mondiag Scanner通过Modbus/TCP连接，连接方式可配置，例如网络连接服务器IP、端口号设置，通信协议，超时时间重新连接设置。数据入库策略：

1、根据文件名使用不同的写库程序，写入对应的数据库表。

2、数据传输控制：时间驱动或事件驱动可选。

3、时间驱动：可以采用定时写库。如：原始振动数据一般实时性不太高，而且数据量比较大，则可以考虑采用每隔一段时间写一次数据库。

4、事件驱动：对于实时性要求比较高的一些数据（如报警数据），可以考虑使用数据一到就写入数据库的事件驱动方法。

定时数据入库的主要功能为：监控指定文件夹（FTP 方式），出现新数据时将数据存入数据库，由 DAQAdmin 负责配置与管理。

定时上传数据分为原始数据和解析数据：

1、原始数据每隔 N 小时上传一次，内容为原始时域波形数据和转速；其中，N≥4h。

2、解析数据每隔 M 小时上传一次，内容为原始信号有效值、滤波后包络信号有效值、转速；其中，M≥0.5h。

报警数据处理的主要功能为：用于采集端以 Modbus/TCP 方式实时上传报警数据时，服务器立即进行响应，将数据存入数据库并实时更新用户监测界面。由 DAQAdmin 负责配置与管理。由 AM.1（报警设定）设定报警阈值；数采硬件计算振动特征值；并与预先设置的阈值比较判断测点报警状态，当出现超限时立即上传相关的报警信息。

网络连接管理的主要功能为：当采集端网络通信异常时，进行网络连接恢复；若恢复失败，采集端进行短时间的数据缓存，服务器端进行通讯异常告警。由 DAQAdmin 负责配置与管理。实时提供网络连接和硬件状态显示，如“网络连接正常”、“网络连接异常”、“硬件线缆断线”等。重新连接设置：重新连接时间间隔（1s~24h）；可以设定每天时间点连接（列表方式、可使用多个）；每设备每天最大重连次数（可设为频率如每秒钟重连多少次）：可以保证出现故障的设备不会长时间连接占用资源；连接最小时间间隔：可设置两次失败的连接间隔，建议为 5min 以上；MondiagScanner 的 IP 和端口列表：为保证数据不丢失，可以使用多个Scanner 收集数据的策略。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (10)

1.一种旋转设备的在线监测与故障诊断系统，其特征在于，包括：

数据采集模块，所述数据采集模块采集被监测设备的实时运行数据，并进行预处理获取状态数据的实时值与特征值；

数据处理模块，所述数据处理模块与数据采集模块通讯连接；所述数据处理模块用于对实时数据和特征数据进行初步分析和整理，提供实时数据的查看功能，并有选择地将数据上传至数据库服务器；

数据分析模块，所述数据分析模块与数据库服务器互通讯连接；所述数据分析模块对数据库服务器中的数据进行查找和分析，并提供对应的图谱分析和诊断方法；

所述数据采集模块通过网络与数据库服务器连接；数据采集模块在连续循环的采集过程中，数据通过独立的采集进程存储至本地或数据库服务器中。

2.根据权利要求1所述的一种旋转设备的在线监测与故障诊断系统，其特征在于，所述数据采集模块采集的数据可以基于不同的测量标准存储至本地或数据库服务器中。

3.根据权利要求2所述的一种旋转设备的在线监测与故障诊断系统，其特征在于，所述数据采集模块传输少量的在线状态信息数据；当与数据库服务器网络连接失败时，数据采集继续并在本地存储；当与数据库服务器恢复网络连接时，系统将采集的数据传输至数据库服务器。

4.根据权利要求3所述的一种旋转设备的在线监测与故障诊断系统，其特征在于，所述数据采集模块与数据库服务器在线连接时，可以通过使用低速率的调制解调器进行网络优化，避免出现网络连接失败。

5.根据权利要求4所述的一种旋转设备的在线监测与故障诊断系统，其特征在于，所述调制解调器为GSM或ADSL。

6.根据权利要求5所述的一种旋转设备的在线监测与故障诊断系统，其特征在于，所述数据采集模块与数据库服务器的连接方式为间断连接，即在系统中设定固定的时间值，数据采集模块根据设定的时间与数据库服务器网络连接，待数据传输至数据库服务器后，网络可再次断开。

7.根据权利要求1所述的一种旋转设备的在线监测与故障诊断系统，其特征在于，所述数据采集模块通过采集硬件获取被监测设备的信号，提取特征值和运行状态数据，并进行系统配置和管理；所述系统配置包括配置管理、数据显示和诊断分析；所述配置管理用于关键设备的柔性监测和集成监测，所述数据显示给出设备运行状态的总貌图，用于参数配置或实时运行数据的直观显示，所述诊断分析用于实时监测、趋势分析和故障诊断；

所述系统管理包括数据通讯与存储和报警管理；所述数据通讯与存储用于接收设备状态数据，并将数据存储至数据库服务器中，所述报警管理用于检测目标设备振动量，并对异常状态进行报警；

所述配置管理、数据显示、诊断分析、数据通讯与存储和报警管理均与数据库服务器通讯连接。

8.根据权利要求7所述的一种旋转设备的在线监测与故障诊断系统，其特征在于，所述配置管理利用配置向导的方式对设备信息逐一进行配置，生成设备数据库。

9.根据权利要求7所述的一种旋转设备的在线监测与故障诊断系统，其特征在于，所述数据通讯与存储可实现7*24小时不间断接收设备状态数据。

10.根据权利要求7所述的一种旋转设备的在线监测与故障诊断系统，其特征在于，所述实时监测包括时域波形监测、波形频谱监测和数据列表监测；所述趋势分析包括振动趋势分析、振动参数分析和振动状态列表分析；所述故障诊断包括傅里叶分析、倒谱分析和包络解调分析。

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