CN205401168U - 基于物联网的分布式火电厂风机状态监测与故障诊断系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于物联网的分布式火电厂风机状态监测与故障诊断系统，有助于提高风机的可靠性和利用率。所述系统包括：传感器组、信号调理电路、模数转换模块、控制器、监控中心、远程预警中心及通信单元；所述传感器组，用于获取风机的状态信息及键相信号；所述信号调理电路，用于将采集到的风机的状态信息及键相信号转换为电信号；所述模数转换模块，用于将采样后的风机的状态信息进行模数转换；所述控制器，用于对风机的潜在故障进行诊断；所述监控中心，用于显示风机状态的监测信息；所述远程预警中心，用于根据接收到的故障诊断结果对风机进行故障预警。本实用新型适用于火电厂监控技术领域。

Description

基于物联网的分布式火电厂风机状态监测与故障诊断系统

技术领域

本实用新型涉及火电厂监控技术领域，特别是指一种基于物联网的分布式火电厂风机状态监测与故障诊断系统。

背景技术

随着自动化技术、通信技术和信息化技术的发展目前我国火电厂厂级监控信息系统已得到普及，火电厂中的风机的性能管理包括参数级、设备级和系统级的设备在线监测与性能诊断，风机包括大型风机、小型风机，其中，大型风机包括：引风机、送风机、一次风机，脱硫增压风机等；小型风机包括：密封风机、氧化风机、灭火保护风机、轴抽风机等，风机在火电厂安全稳定运行中起到非常重要的作用，随着风机运行时间和运行环境的改变，风机的动态性能也在随时发生变化，准确了解当前所有风机的运行状态和实际性能也是实现风机故障诊断、预警的基础，通过故障诊断、预警可以对设备的潜在故障进行预警，使得火电厂的维护人员能够及时地对可能发生的故障进行检修。

现有技术中，不少火电厂都已经开始重视起对风机状态的监测，引入多种状态监测与诊断技术，如离线的振动检测、油液分析等技术，在实际应用中这些技术或工具往往都是应用于事后分析中，因为这些技术无法做到预估、预判哪些设备存在异常需要进行检修，只能按照全年的生产计划安排检修计划，计划检修的模式可以有效的降低设备的非计划停机时间，但也存在着不能完全避免非计划停机事故的发生以及存在资源浪费等缺点，这样，只能在风机出现故障后进行维修，导致风机的可靠性和利用率低。且目前使用的风机状态监测系统对传感器组采集的风机状态信息大多采用模拟处理方法，系统的诊断精度低、诊断值稳定性低和诊断结果的可用性差，且监测点单一、没有形成分布式。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种基于物联网的分布式火电厂风机状态监测与故障诊断系统，以解决现有技术所存在的监测点单一、诊断精度低、风机的可靠性和利用率低的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型实施例提供一种基于物联网的分布式火电厂风机状态监测与故障诊断系统，包括：传感器组、信号调理电路、模数转换模块、控制器、监控中心、远程预警中心及通信单元；

所述传感器组，用于获取风机的状态信息及键相信号；

所述信号调理电路，用于将获取到的风机的状态信息及键相信号进行放大、滤波处理；

所述模数转换模块，用于根据处理后的键相信号的频率，对处理后的风机的状态信息进行同步采样，并将采样后的风机的状态信息进行模数转换；

所述控制器，用于根据模数转换后的风机的状态信息，生成风机状态的监测信息和风机潜在故障诊断结果，并将风机状态的监测信息通过通信单元发送至监控中心，将故障诊断结果通过通信单元发送至远程预警中心；

所述监控中心，用于显示风机状态的监测信息；

所述远程预警中心，用于根据接收到的故障诊断结果对风机进行故障预警。

可选地，所述模数转换模块包括：模数转换器和模数转换控制电路；

所述模数转换控制电路，用于启动模数转换器进行模数转换，当模数转换器各个通道的采集的风机的状态信息转换完成后，向控制器发出中断请求通知控制器读取转换后的风机的状态信息；

所述模数转换器：用于对通过信号调理电路处理后的风机的至少一路状态信息进行同步采样，并对采样后所述状态信息进行模数转换。

可选地，所述模数转换器的每个采样通道都包括采样保持器，所述采样保持器，用于保证每个采样通道采集的为同一时刻的风机的状态信息。

可选地，所述模数转换控制电路包括：键相信号隔直平移电路、键相信号整形电路、锁相环倍频电路及采样点控制电路；

所述采样点控制电路，用于根据通过信号调理电路处理后的键相信号的频率，确定一个周期的采样点N；

所述键相信号隔直平移电路，用于将通过信号调理电路处理后的键相信号进行隔直平移，并将隔直平移后的键相信号接入键相信号整形电路；

所述键相信号整形电路，用于将接入的隔直平移后的键相信号进行整形，并将输出的整形后的键相信号接入锁相环倍频电路；

所述锁相环倍频电路，用于根据已确定一个周期的采样点N，将接入的整形后的键相信号作N倍频处理、相位差不变，N倍频后的键相信号作为所述模数转换器的启动信号。

可选地，所述控制器，还用于根据模数转换控制电路发来的中断请求，依次读取模数转换器各个通道的模数转换值，并生成风机状态的监测信息和风机的潜在故障的诊断结果，同时将风机状态的监测信息通过通信单元发送至监控中心，将故障诊断结果通过通信单元发送至远程预警中心。

可选地，所述系统还包括：数据库，所述数据库包括：稳态数据库、瞬态数据库、故障数据库及预警应对措施数据库；

所述稳态数据库，用于存储控制器发来的风机稳态运行状态下的监测信息；

所述瞬态数据库，用于存储控制器发来的风机启停时刻的监测信息；

所述故障数据库，用于存储控制器发来的风机潜在故障的诊断结果；

所述预警应对措施数据库，用于存储远程预警中心发来的风机潜在故障的预警信息及存储故障预警信息对应的早期处理方法。

可选地，所述监控中心包括：本地监控中心和远程监控中心；

所述控制器通过厂内局域网向所述本地监控中心发布风机状态的监测信息；

所述控制器通过厂内局域网连接因特网或广域网，并通过所述因特网或广域网向所述远程监控中心发布风机状态的监测信息。

可选地，所述远程预警中心包括：指示灯预警器和/或音频预警器。

可选地，所述系统还包括：电源模块，用于为所述传感器组、信号调理电路、模数转换模块、控制器、监控中心、远程预警中心及通信单元及数据库提供工作电压。

本实用新型的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，通过传感器组获取风机的状态信息及键相信号，所述传感器组包括至少1个传感器，分布在各个预设的监测点，再由信号调理电路将获取到的风机的状态信息及键相信号进行放大、滤波处理，并通过模数转换模块根据处理后的键相信号的频率，对处理后的风机的状态信息进行同步采样，同时将采样后的风机的状态信息进行模数转换，再通过控制器根据模数转换后的风机的状态信息，生成风机状态的监测信息，同时对风机的潜在故障进行诊断，并将风机状态的监测信息通过通信单元发送至监控中心，将故障诊断结果通过通信单元发送至远程预警中心，最后通过远程预警中心根据接收到的故障诊断结果对风机进行故障预警。这样，通过分布在不同监测点的传感器获取风机的状态信息形成分布式，并通过模数转换模块将为模拟信号的风机的状态信息转化为数字信号，再由控制器诊断风机的潜在故障，其诊断精度高，最后，由远程预警中心对风机的潜在故障进行预警，从而能够提高风机的可靠性、可利用度、运行寿命及生产效率。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的基于物联网的分布式火电厂风机状态监测与故障诊断系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的AD7874的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的同步整周期采样原理图；

图4为本实用新型实施例提供的锁相环倍频电路原理图；

图5为本实用新型实施例提供的AD7874的电路原理图。

具体实施方式

为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本实用新型针对现有的监测点单一、诊断精度低、风机的可靠性和利用率低的问题，提供一种基于物联网的分布式火电厂风机状态监测与故障诊断系统。

实施例一

参看图1所示，本实用新型实施例提供的基于物联网的分布式火电厂风机状态监测与故障诊断系统，包括：传感器组、信号调理电路、模数转换模块、控制器、监控中心、远程预警中心及通信单元；

所述传感器组，用于获取风机的状态信息及键相信号；

所述信号调理电路，用于将获取到的风机的状态信息及键相信号进行放大、滤波处理；

所述模数转换模块，用于根据处理后的键相信号的频率，对处理后的风机的状态信息进行同步采样，并将采样后的风机的状态信息进行模数转换；

所述控制器，用于根据模数转换后的风机的状态信息，生成风机状态的监测信息和风机潜在故障诊断结果，并将风机状态的监测信息通过通信单元发送至监控中心，将故障诊断结果通过通信单元发送至远程预警中心；

所述监控中心，用于显示风机状态的监测信息；

所述远程预警中心，用于根据接收到的故障诊断结果对风机进行故障预警。

本实用新型实施例所述的基于物联网的分布式火电厂风机状态监测与故障诊断系统，通过传感器组获取风机的状态信息及键相信号，所述传感器组包括至少1个传感器，分布在各个预设的监测点，再由信号调理电路将获取到的风机的状态信息及键相信号进行放大、滤波处理，并通过模数转换模块根据处理后的键相信号的频率，对处理后的风机的状态信息进行同步采样，同时将采样后的风机的状态信息进行模数转换，再通过控制器根据模数转换后的风机的状态信息，生成风机状态的监测信息，同时对风机的潜在故障进行诊断，并将风机状态的监测信息通过通信单元发送至监控中心，将故障诊断结果通过通信单元发送至远程预警中心，最后通过远程预警中心根据接收到的故障诊断结果对风机进行故障预警。这样，通过分布在不同监测点的传感器获取风机的状态信息形成分布式，并通过模数转换模块将为模拟信号的风机的状态信息转化为数字信号，再由控制器诊断风机的潜在故障，其诊断精度高，最后，由远程预警中心对风机的潜在故障进行预警，从而能够提高风机的可靠性、可利用度、运行寿命及生产效率。

本实用新型实施例中，能够表征风机运行状态的信号很多，例如转速、电涡流振动位移，磁电式振动速度信号、温度信号、压力信号等，根据故障的特征不同，各种信号对风机故障的敏感性也不相同。风机属于高速旋转机械，振动是其在运行过程中必然发生的现象,它包含了风机运行过程中大量的信息，当风机发生故障时，故障信息必然包含在振动信号中，因此通过对振动信号的检测与分析，可以确定风机的故障状况。当然，火电厂风机的状态监测参量以振动参数为主，同时兼顾温度、压力等工艺参数及电压、电流等电量参数。因此，所述传感器组可以包括：温度传感器、压力传感器、噪声传感器、振动传感器、键相器等等。

在前述基于物联网的分布式火电厂风机状态监测与故障诊断系统的具体实施方式中，可选地，所述模数转换模块包括：模数转换器和模数转换控制电路；

所述模数转换控制电路，用于启动模数转换器进行模数转换，当模数转换器各个通道的采集的风机的状态信息转换完成后，向控制器发出中断请求通知控制器读取转换后的风机的状态信息；

所述模数转换器：用于对通过信号调理电路处理后的风机的至少一路状态信息进行同步采样，并对采样后所述状态信息进行模数转换。

本实用新型实施例中，主要通过对各个预设的分散监测点的振动检测来监测风机的状态和对风机故障进行预警，多点振动检测需要对多路信号进行相位相关特性分析，所以要求对多个传感器通道迸行多路同步采样。模数转换模块用于保证全部测量的多路信号是在同一时刻下获得，所述模数转换模块包括模数转换控制电路和模数转换器。所述模数转换控制电路用于控制模数转换器将各个通道的采集的风机的状态信息进行模数转换，并向控制器发出中断请求通知控制器读取转换后的风机的状态信息。

在前述基于物联网的分布式火电厂风机状态监测与故障诊断系统的具体实施方式中，可选地，所述模数转换器的每个采样通道都包括采样保持器，所述采样保持器，用于保证每个采样通道采集的为同一时刻的风机的状态信息。

参看图2所示，本实用新型实施例中，例如，所述模数转换模块可以为AD7874芯片，AD7874芯片的四个采样通道都带有采样保持器，采样时可以保证每个通道采集的为同一时刻的信号，没有相位误差，且每个通道的采样频率高达29KHz。通过一个多路开关来逐一选择对四个通道分别进行模数转换，转换后的数据存储在片内的数据寄存器里，当四个通道全部转换完成后，向控制器发出中断请求通知控制器读取转换后的风机的状态信息。这种读取数据的方式大大的节省了控制器的资源。

在前述基于物联网的分布式火电厂风机状态监测与故障诊断系统的具体实施方式中，可选地，所述模数转换控制电路包括：键相信号隔直平移电路、键相信号整形电路、锁相环倍频电路及采样点控制电路；

所述采样点控制电路，用于根据通过信号调理电路处理后的键相信号的频率，确定一个周期的采样点N；

所述键相信号隔直平移电路，用于将通过信号调理电路处理后的键相信号进行隔直平移，并将隔直平移后的键相信号接入键相信号整形电路；

所述键相信号整形电路，用于将接入的隔直平移后的键相信号进行整形，并将输出的整形后的键相信号接入锁相环倍频电路；

所述锁相环倍频电路，用于根据已确定一个周期的采样点N，将接入的整形后的键相信号作N倍频处理、相位差不变，N倍频后的键相信号作为所述模数转换器的启动信号。

本实用新型实施例中，鉴于风机振动信号频率成分主要集中在转动频率的整数倍这一事实，采用整周期采样能够方便地实现以数量经济的时域数据获得准确可靠的谱分析结果，避免离散傅立叶变换时的泄漏效应与栅栏效应。所以本系统要求采用同相位整周期采样。本系统要求键相信号频率10Hz以上(包括10Hz)时一个周期采样64点，连续采样16个周期；10Hz以下时一个周期采样128点，连续采样8个周期。实现整周期采样的关键是如何将一个完整的周期均匀地分成N等分进行采样，即实现N倍频(N为一个周期内的采样点数)。参看图3所示为风机旋转一周所需的时间为键相信号周期，将此周期做N等分，即可实现一个信号周期内采样N点数据。在转速恒定，即信号频率不变的情况下，可以用软件算出采样的时间间隔，但是在转速变化的情况下，尤其在转速变化较快时用软件计算很难预测转速变化的趋势及大小，即实现很困难，为此采用了硬件的分析方法，即使用模数转换控制电路，所述模数转换控制电路包括：键相信号隔直平移电路、键相信号整形电路、锁相环倍频电路及采样点控制电路。

本实用新型实施例中，将隔直平移电路输出的键相信号PULSE_OUTPUT接入键相信号整形电路进行整形，并将键相信号整形电路输出的键相信号PLL_INPUT作为锁相环倍频电路的输入信号，参看图4所示，所述锁相环倍频电路采用锁相环芯片CD4046，PLL_INPUT来自于键相信号整形电路，PUBLICK_CLK由采样点控制电路产生，在本系统中，由采样点控制电路来判别键相信号的频率是在10HZ以上还是在10HZ以下，确定一个周期的采样点N。CD4046的输入信号频率f1与输出信号频率f2之间的关系为f2＝N*fl，从而，实现对输入信号频率fl的N倍频，而相位差保持同步，通过采样点控制电路和锁相环倍频电路完成实现了同步整周期采样。

本实用新型实施例中，参看图5所示，先将信号调理电路的4路模拟信号接入到AD7874的模拟信号输入端，同时将一路键相信号接入采样点控制电路确定频率范围，最终确定一个周期的采样点N，再由锁相环倍频电路进行N倍频，N倍频后的键相信号触发AD7874进行模数转换，模数转换结束后，AD7878的第4引脚INT由高电平变成低电平，表明转换结束，向控制器申请中断，将转换好的数据从AD7874的数据缓冲器读走。这样，通过使用锁相环倍频电路触发模数转换能够大大节省了控制器的资源开销，此时，控制器只需将转换好的数据读走再处理。

在前述基于物联网的分布式火电厂风机状态监测与故障诊断系统的具体实施方式中，可选地，所述控制器，还用于根据模数转换控制电路发来的中断请求，依次读取模数转换器各个通道的模数转换值，并生成风机状态的监测信息和风机的潜在故障的诊断结果，同时将风机状态的监测信息通过通信单元发送至监控中心，将故障诊断结果通过通信单元发送至远程预警中心。

本实用新型实施例中，通过控制器将风机状态的监测信息发布至监控中心，同时将风机的故障诊断结果发布至远程预警中心，由远程预警中心根据风机的故障诊断结果发布预警信息，便于工作人员能够实时、直观的了解风机的运行状态。

在前述基于物联网的分布式火电厂风机状态监测与故障诊断系统的具体实施方式中，可选地，所述系统还包括：数据库，所述数据库包括：稳态数据库、瞬态数据库、故障数据库及预警应对措施数据库；

所述稳态数据库，用于存储控制器发来的风机稳态运行状态下的监测信息；

所述瞬态数据库，用于存储控制器发来的风机启停时刻的监测信息；

所述故障数据库，用于存储控制器发来的风机潜在故障的诊断结果；

所述预警应对措施数据库，用于存储远程预警中心发来的风机潜在故障的预警信息及存储故障预警信息对应的早期处理方法。

本实用新型实施例中，将风机状态的监测信息、风机潜在故障的诊断结果、预警信息及故障预警信息对应的早期处理方法用不同的数据库分别存储，能够提高工作人员访问数据库的速度，节约访问数据库的时间、提高访问速度。

在前述基于物联网的分布式火电厂风机状态监测与故障诊断系统的具体实施方式中，可选地，所述监控中心包括：本地监控中心和远程监控中心；

所述控制器通过厂内局域网向所述本地监控中心发布风机状态的监测信息；

所述控制器通过厂内局域网连接因特网或广域网，并通过所述因特网或广域网向所述远程监控中心发布风机状态的监测信息。

本实用新型实施例中，控制器不仅向本地监控中心发布风机状态的监测信息，同时还向远程监控中心发布风机状态的监测信息，确保工作人员能够实时的监测风机的状态信息，提高风机运行的可靠性。

在前述基于物联网的分布式火电厂风机状态监测与故障诊断系统的具体实施方式中，可选地，所述远程预警中心包括：指示灯预警器和/或音频预警器。

本实用新型实施例中，为了使得工作人员能够在第一时间发现预警信息，可以在远程预警中心内设置指示灯预警器、或者音频预警器、或者同时设置指示灯预警器和音频预警器。

本实用新型实施例中，所述风机的潜在故障预警信息包括：故障种类，所述故障种类包括：转子不平衡、转子不对中、转子弯曲、油膜涡动、油膜振荡、喘振、动静件摩擦、转轴裂纹、转子支承件松动等。

本实用新型实施例中，所述系统通过提供的电源模块为所述传感器组、信号调理电路、模数转换模块、控制器、监控中心、远程预警中心及通信单元及数据库提供工作电压。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于物联网的分布式火电厂风机状态监测与故障诊断系统，其特征在于，包括：传感器组、信号调理电路、模数转换模块、控制器、监控中心、远程预警中心及通信单元；

所述传感器组，用于获取风机的状态信息及键相信号；

所述信号调理电路，用于将获取到的风机的状态信息及键相信号进行放大、滤波处理；

所述模数转换模块，用于根据处理后的键相信号的频率，对处理后的风机的状态信息进行同步采样，并将采样后的风机的状态信息进行模数转换；

所述控制器，用于根据模数转换后的风机的状态信息，生成风机状态的监测信息和风机潜在故障诊断结果，并将风机状态的监测信息通过通信单元发送至监控中心，将故障诊断结果通过通信单元发送至远程预警中心；

所述监控中心，用于显示风机状态的监测信息；

所述远程预警中心，用于根据接收到的故障诊断结果对风机进行故障预警。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述模数转换模块包括：模数转换器和模数转换控制电路；

所述模数转换控制电路，用于启动模数转换器进行模数转换，当模数转换器各个通道的采集的风机的状态信息转换完成后，向控制器发出中断请求通知控制器读取转换后的风机的状态信息；

所述模数转换器：用于对通过信号调理电路处理后的风机的至少一路状态信息进行同步采样，并对采样后所述状态信息进行模数转换。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述模数转换器的每个采样通道都包括采样保持器，所述采样保持器，用于保证每个采样通道采集的为同一时刻的风机的状态信息。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述模数转换控制电路包括：键相信号隔直平移电路、键相信号整形电路、锁相环倍频电路及采样点控制电路；

所述采样点控制电路，用于根据通过信号调理电路处理后的键相信号的频率，确定一个周期的采样点N；

所述键相信号隔直平移电路，用于将通过信号调理电路处理后的键相信号进行隔直平移，并将隔直平移后的键相信号接入键相信号整形电路；

所述键相信号整形电路，用于将接入的隔直平移后的键相信号进行整形，并将输出的整形后的键相信号接入锁相环倍频电路；

所述锁相环倍频电路，用于根据已确定一个周期的采样点N，将接入的整形后的键相信号作N倍频处理、相位差不变，N倍频后的键相信号作为所述模数转换器的启动信号。

5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述控制器，还用于根据模数转换控制电路发来的中断请求，依次读取模数转换器各个通道的模数转换值，并生成风机状态的监测信息和风机的潜在故障的诊断结果，同时将风机状态的监测信息通过通信单元发送至监控中心，将故障诊断结果通过通信单元发送至远程预警中心。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，还包括：数据库，所述数据库包括：稳态数据库、瞬态数据库、故障数据库及预警应对措施数据库；

所述稳态数据库，用于存储控制器发来的风机稳态运行状态下的监测信息；

所述瞬态数据库，用于存储控制器发来的风机启停时刻的监测信息；

所述故障数据库，用于存储控制器发来的风机潜在故障的诊断结果；

所述预警应对措施数据库，用于存储远程预警中心发来的风机潜在故障的预警信息及存储故障预警信息对应的早期处理方法。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述监控中心包括：本地监控中心和远程监控中心；

所述控制器通过厂内局域网向所述本地监控中心发布风机状态的监测信息；

所述控制器通过厂内局域网连接因特网或广域网，并通过所述因特网或广域网向所述远程监控中心发布风机状态的监测信息。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述远程预警中心包括：指示灯预警器和/或音频预警器。

9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括：电源模块，用于为所述传感器组、信号调理电路、模数转换模块、控制器、监控中心、远程预警中心及通信单元及数据库提供工作电压。