CN218760249U - 风机机组状态监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种风机机组状态监测系统。该风机机组状态监测系统包括依次连接的数据采集模块、数据预处理模块和上位机；数据采集模块安装于风机机组，实时采集风机机组的运行数据，并将运行数据发送到数据预处理模块；数据预处理模块对运行数据进行降噪处理，并将降噪后的运行数据发送到上位机；上位机基于降噪后的运行数据判断风机机组的状态。本实用新型在数据采集模块和上位机之间设置了数据预处理模块，能够对采集到的运行数据进行降噪处理，使得上位机基于降噪后的运行数据判断风机机组的状态，减少了噪音对判断结果的干扰，从而提高了风机机组运行状态监测的准确性。

Description

风机机组状态监测系统

技术领域

本实用新型涉及设备监测技术领域，尤其涉及一种风机机组状态监测系统。

背景技术

风机机组的电机一旦发生故障，风机机组无法正常工作，会导致企业停工停产，严重影响企业生产进度，如果故障严重，甚至会对企业以及员工生命财产安全造成严重威胁。电机发生故障前，对于电动机转子故障、轴承故障、动态偏心、静态偏心等电机各个部件的故障程度，工作人员肉眼无法察觉，不能对故障进行预判，进行预知性维修，同时，对于供电电源的电压不平衡、电压偏差、电源质量、电动机的电流不平衡等，也会严重影响电机的使用寿命。

为了在故障发生前及时预警、快速定位故障点，目前会通过各类传感器对风机机组的各部位进行监测。然而，风机机组的运行环境嘈杂，传感器直接监测的数据中包含大量的干扰数据，直接用于状态监测容易误判故障，占用系统监测资源和人工排查资源。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种风机机组状态监测系统，以解决目前进行风机机组状态监测不准确的问题。

本实用新型实施例提供了一种风机机组状态监测系统，包括依次连接的数据采集模块、数据预处理模块和上位机；

数据采集模块安装于风机机组，实时采集风机机组的运行数据，并将运行数据发送到数据预处理模块；

数据预处理模块对运行数据进行降噪处理，并将降噪后的运行数据发送到上位机；

上位机基于降噪后的运行数据判断风机机组的状态。

在一种可能的实现方式中，风机机组包括风轮、电机、储能装置、MCC控制室仪表、MCC柜和连接轴，电流传感器、电压传感器、温度传感器、脉冲传感器和转速传感器的输出端均与数据预处理模块的输入端连接；

数据采集模块包括电流传感器、电压传感器、温度传感器、脉冲传感器和转速传感器；

电流传感器采集MCC控制室仪表的测量回路的输入端子电流；

电压传感器采集MCC柜的母线电压；

温度传感器采集风轮的温度、电机的温度、储能装置的温度和连接轴的温度；

脉冲传感器采集风轮和电机机械振动产生的脉冲；

转速传感器采集风轮的转速。

在一种可能的实现方式中，数据预处理模块包括信号调理芯片、模数转换电路和DSP控制器；

信号调理芯片对运行数据进行滤波和放大，得到降噪后的运行数据，并将降噪后的运行数据发送到模数转换电路；

模数转换电路将降噪后的运行数据转换为数字信号，并将数字信号发送到DSP控制器；

DSP控制器将数字信号转发到上位机。

在一种可能的实现方式中，数据预处理模块还包括延迟电路和减法器；延迟电路的输入端与模数转换电路的输出端连接，输出端与减法器的第一输入端连接，减法器的第二输入端与模数转换电路的输出端连接，输出端与DSP控制器连接；

延迟电路将数字信号延迟预设时长，得到延迟信号；

减法器计算延迟信号与数字信号的差值，得到运行数据的纵向比较结果；

DSP控制器将纵向比较结果发送到上位机。

在一种可能的实现方式中，系统还包括无线通信模块；无线通信模块与DSP控制器连接；

DSP控制器通过无线通信模块，将数字信号转发到上位机。

在一种可能的实现方式中，系统还包括防火墙；防火墙与无线通信模块连接。

在一种可能的实现方式中，无线通信模块为以太网交换机。

在一种可能的实现方式中，系统还包括示波器；示波器与上位机连接，显示降噪后的运行数据。

在一种可能的实现方式中，数据采集模块的数量为多个，各个数据采集模块分别安装于不同的风机机组；

每个数据采集模块与一个数据预处理模块连接，各个数据预处理模块与上位机通信连接；

各个数据预处理模块将各自对应的风机机组的运行数据发送到上位机。

在一种可能的实现方式中，系统还包括横向比较模块；横向比较模块的第一输入端与第一DSP控制器连接，第二输入端与第二DSP控制器连接，输出端与上位机连接，其中，第一DSP控制器所属的数据预处理模块对应于第一风机机组，第二DSP控制器所属的数据预处理模块对应于第二风机机组；

横向比较模块将第一风机机组的运行数据与第二风机机组的运行数据相除，得到第一风机机组与第二风机机组的横向比较结果，并将横向比较结果发送到上位机。

本实用新型实施例提供的风机机组状态监测系统的有益效果在于：

本实用新型在数据采集模块和上位机之间设置了数据预处理模块，能够对采集到的运行数据进行降噪处理，使得上位机基于降噪后的运行数据判断风机机组的状态，减少了噪音对判断结果的干扰，从而提高了风机机组运行状态监测的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型一实施例提供的风机机组状态监测系统的结构示意图；

图2是本实用新型一实施例提供的数据采集模块的结构示意图；

图3是本实用新型一实施例提供的数据预处理模块的结构示意图；

图4是本实用新型一实施例提供的横向比较模块的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本方案，下面将结合本方案实施例中的附图，对本方案实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本方案一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本方案中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本方案保护的范围。

本方案的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及其他任何变形，是指“包括但不限于”，意图在于覆盖不排他的包含，并不仅限于文中列举的示例。此外，术语“第一”和“第二”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。

以下结合具体附图对本实用新型的实现进行详细的描述：

图1为本实用新型实施例提供的一种风机机组状态监测系统的结构示意图。参照图1，该风机机组状态监测系统，包括依次连接的数据采集模块11、数据预处理模块12和上位机13；

数据采集模块11安装于风机机组，实时采集风机机组的运行数据，并将运行数据发送到数据预处理模块12；

数据预处理模块12对运行数据进行降噪处理，并将降噪后的运行数据发送到上位机13；

上位机13基于降噪后的运行数据判断风机机组的状态。

在本实施例中，数据采集模块11可以包含各类传感器，安装于风机机组中的多个位置处，实时采集风机机组的运行数据，以实时监测风机机组的工作状态。由于数据采集模块11采集的信号并非都是需要的信号，存在高频噪声信号夹杂在其中，因此需要通过数据预处理模块12对运行数据进行滤波、降噪等预处理，以提高采集数据的准确性，减少上位机13进行数据处理的工作量。上位机13基于降噪后的运行数据判断风机机组的状态，在风机机组的工作状态异常时及时进行报警。

上位机13中可以搭建经过训练的神经网络模型，对各种故障进行识别和分类，实现对风机电机的智能诊断，显著提高准确效率和精度，克服因故障诊断精度误差大而导致诊断效率低的问题。通过上位机13中的用户软件，可显示和配置风机机组的工作参数，能够实时检测风机电机的工作状态，在上位机13中添加警报功能，利用智能算法进行报警阈值优化，当检测的数据超过阈值时，系统及时响应。同时，客户端采用浏览器和服务器架构模式即B/S架构实现交互，客户端可以采用web浏览器的形式对服务器进行访问，即可使用客户端通过浏览器实现远程访问监测数据、故障数据、历史数据以及设备状态数据等。

在一种可能的实现方式中，风机机组包括风轮、电机、储能装置、MCC控制室仪表、MCC柜和连接轴；

如图2所示，数据采集模块11包括电流传感器111、电压传感器112、温度传感器113、脉冲传感器114和转速传感器115，电流传感器111、电压传感器112、温度传感器113、脉冲传感器114和转速传感器115的输出端均与数据预处理模块12的输入端连接；

电流传感器111采集MCC控制室仪表的测量回路的输入端子电流；

电压传感器112采集MCC柜的母线电压；

温度传感器113采集风轮的温度、电机的温度、储能装置的温度和连接轴的温度；

脉冲传感器114采集风轮和电机机械振动产生的脉冲；

转速传感器115采集风轮的转速。

在本实施例中，电流传感器111可以是无线电流传感器111，电压传感器112可以是无线电压传感器112。温度传感器113采集风轮的温度、电机的温度、储能装置的温度和连接轴的温度，便于及时通过风机机组温度数据判断风机机组的异常状态。对于风机振动产生的脉冲信号，由于低频信号的方向性较为敏感，高频信号的方向性较差，所以在测点方向选择上，低频信号一般选择水平、垂直和轴向三个方向。脉冲传感器114采用打孔、倒角、攻丝方式进行安装，安装在风机输入端和自由端以及电动机的自由端和输出端，分别在水平和垂直方向各布置一个脉冲传感器114，用于检测风机冲击脉冲信号以及振动信号。转速传感器115连接于风机轴承位置，安装方式可根据传感器类型的不同灵活选择。

本实施例中通过多个传感器对风机机械部位进行检测，不仅可以检测风机机械系统振动情况，还可检测轴承、轴等零件的振动幅度和频率，分析风机机械故障、螺栓松动故障，提高风机检测的准确性以及使用的安全性，降低投入成本和人力成本。各传感器均通过无线传输协议与数据预处理模块12连接，将采集到的数据发送给数据预处理模块12。

进一步的，上位机13中可以建立三个数据库，用于对主要数据的存储及后续的故障分析。三个数据库分别为运行状态库、子数据库和总数据库。运行状态库用于存放设备实时的运行状态监测记录，并以日志的方式实时更新，以便于工作人员了解设备对应时间点的运行状态，有利于设备的运行监测。子数据库用于存放具有代表性的振动信号数据及其处理后的时域特征值和频域特征值，信号的性质可为非故障信号，也可为故障信号。总数据库用来存放实验中采集的振动信号和温度信号，以及振动信号处理后的时域特征值和频域特征值。

工作人员可以通过软件进一步对上述数据库中的数据进行频谱分析、专家系统分析、特征库对比，实现多种风机机械故障诊断，如：叶片故障、轴承故障、螺栓松动故障，转子偏心故障等。

如图3所示，在一种可能的实现方式中，数据预处理模块12包括信号调理芯片121、模数转换电路122和DSP控制器123；

信号调理芯片121对运行数据进行滤波和放大，得到降噪后的运行数据，并将降噪后的运行数据发送到模数转换电路122；

模数转换电路122将降噪后的运行数据转换为数字信号，并将数字信号发送到DSP控制器123；

DSP控制器123将数字信号转发到上位机13。

在本实施例中，信号调理芯片121可以是DC102芯片，带有数字信号处理电路，能够对运行数据进行处理。模数转换电路122可以采用8/10位的AD7813模数转换芯片，转换时间为2.3微秒，采用+2.7V至5.5V单电源供电，利用并行接口与DSP控制器123连接。DSP控制器123选用TMS320F2812的数字信号处理芯片作为主控芯片，包括电源电路、时钟电路、JTAG仿真接口电路以及复位电路，处理速度较快，系统稳定性更强，可实现大运算量。DSP控制器123中可以设置有智能算法，对运行数据进行分析处理后再发送至上位机13，减少上位机13的计算量。

在一种可能的实现方式中，数据预处理模块12还包括延迟电路124和减法器125；延迟电路124的输入端与模数转换电路122的输出端连接，输出端与减法器125的第一输入端连接，减法器125的第二输入端与模数转换电路122的输出端连接，输出端与DSP控制器123连接；

延迟电路124将数字信号延迟预设时长，得到延迟信号；

减法器125计算延迟信号与数字信号的差值，得到运行数据的纵向比较结果；

DSP控制器123将纵向比较结果发送到上位机13。

在本实施例中，数字信号对应于被测风机机组的实时运行数据，延迟信号对应于被测风机机组在预设时长之前的运行数据，将二者作差得到的运行数据的纵向比较结果对应于被测风机机组在预设时长的时间段内运行数据的变化情况。在纵向比较结果较大时，说明被测风机机组在预设时长的时间段内运行数据的变化较大，风机机组的运行状态可能出现异常。可以根据具体情况在DSP控制器123中设置纵向比较结果阈值，对纵向比较结果进行筛选，将筛选后的纵向比较结果发送到上位机13，能够减少上位机13的计算量，并且减少发送给上位机13的数据量，提高数据传输速度。

在一种可能的实现方式中，该系统还包括无线通信模块；无线通信模块与DSP控制器连接；

DSP控制器通过无线通信模块，将数字信号转发到上位机13。

在本实施例中，DSP控制器与上位机13采用无线通信方式进行数据传输，使得监测系统不受空间、地域限制。一旦存在风机机组出现故障，报警装置立即启动，工作人员可随时接收报警信息并远程控制风机机组电机的启停，可在第一时间排除故障，避免因风机机组电机故障而造成的损失，同时可对风机机组电机故障进行追溯和查询。

本实施例可以通过DC-DC电源模块为各模块供电。DC-DC电源模块的输入端口接入220V交流电，DC-DC电源模块的输出端口与各模块的供电引脚进行电连接。DC-DC电源模块具体为常规的DC-DC电源电路，可将接入的220交流电进行整流降压，输出5V直流电为各模块进行供电。

无线通信模块包括信号接收端、信号发射端和数据集中协议单元，信号接收端电连接至DSP控制器的输出端，信号发射端与上位机13通信连接，数据集中协议单元将信号接收端接收到的数字信号集中转换后，信号发射端将数据发送至上位机13。

在一种可能的实现方式中，系统还包括防火墙；防火墙与无线通信模块连接。

在本实施例中，可以采用CDKY-FW3000工控防火墙，可防止数据信息泄漏，极大提高系统运维的安全性，支持识别多种工控协议，可按照IP地址和协议类型等对通过防护墙的实时数据进行实时显示并生成相应日志。

在一种可能的实现方式中，无线通信模块为以太网交换机。

在本实施例中，以太网交换机是基于以太网传输数据的交换机，以太网采用共享总线型传输媒体方式的局域网。以太网交换机的结构是每个端口都直接与主机相连，并且一般都工作在全双工方式。以太网交换机能同时连通许多对端口，使每一对相互通信的主机都能像独占通信媒体那样，进行无冲突地传输数据。

在一种可能的实现方式中，系统还包括示波器；示波器与上位机13连接，显示降噪后的运行数据。

在本实施例中，示波器可以显示数据波形图，便于工作人员查看。上位机13还可以连接显示器，通过显示器显示数据波形图以及电机故障情况，将分析结果呈现给工作人员。

在一种可能的实现方式中，数据采集模块11的数量为多个，各个数据采集模块11分别安装于不同的风机机组；

每个数据采集模块11与一个数据预处理模块12连接，各个数据预处理模块12与上位机13通信连接；

各个数据预处理模块12将各自对应的风机机组的运行数据发送到上位机13。

在本实施例中，可在多个现场的风机机组中分别设置数据采集模块11和数据预处理模块12，通过一个上位机13对多个风机机组进行实时监控，可实时、智能地对数据进行分析处理。

如图4所示，在一种可能的实现方式中，该系统还包括横向比较模块14；横向比较模块14的第一输入端与第一DSP控制器123连接，第二输入端与第二DSP控制器123连接，输出端与上位机13连接，其中，第一DSP控制器123所属的数据预处理模块12对应于第一风机机组，第二DSP控制器123所属的数据预处理模块12对应于第二风机机组；

横向比较模块14将第一风机机组的运行数据与第二风机机组的运行数据相除，得到第一风机机组与第二风机机组的横向比较结果，并将横向比较结果发送到上位机13。

在本实施例中，不同风机机组的设备参数可能不同，也可能运行于不同工况中，直接将两个风机机组的运行数据作差得到的比较结果受到上述区别的影响较大，准确性较差。因此可以将两个风机机组的运行数据相除，如果两个风机机组的设备参数和运行工况都相同，那二者的运行数据应该接近，相除后得到的横向比较结果应该接近于1，如果两个风机机组的设备参数存在较大区别，则可以在上位机13中预先设置两个风机机组的设备参数的关系，并通过这一预设关系，基于横向比较结果判断两个风机机组的运行状态是否异常。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种风机机组状态监测系统，其特征在于，包括依次连接的数据采集模块、数据预处理模块和上位机；

所述数据采集模块安装于风机机组，实时采集所述风机机组的运行数据，并将所述运行数据发送到所述数据预处理模块；

所述数据预处理模块对所述运行数据进行降噪处理，并将降噪后的运行数据发送到所述上位机；

所述上位机基于降噪后的运行数据判断所述风机机组的状态。

2.根据权利要求1所述的风机机组状态监测系统，其特征在于，所述风机机组包括风轮、电机、储能装置、MCC控制室仪表、MCC柜和连接轴；

所述数据采集模块包括电流传感器、电压传感器、温度传感器、脉冲传感器和转速传感器，所述电流传感器、所述电压传感器、所述温度传感器、所述脉冲传感器和所述转速传感器的输出端均与所述数据预处理模块的输入端连接；

所述电流传感器采集所述MCC控制室仪表的测量回路的输入端子电流；

所述电压传感器采集所述MCC柜的母线电压；

所述温度传感器采集所述风轮的温度、所述电机的温度、所述储能装置的温度和所述连接轴的温度；

所述脉冲传感器采集所述风轮和所述电机机械振动产生的脉冲；

所述转速传感器采集所述风轮的转速。

3.根据权利要求1所述的风机机组状态监测系统，其特征在于，所述数据预处理模块包括信号调理芯片、模数转换电路和DSP控制器；

所述信号调理芯片对所述运行数据进行滤波和放大，得到降噪后的运行数据，并将降噪后的运行数据发送到所述模数转换电路；

所述模数转换电路将降噪后的运行数据转换为数字信号，并将所述数字信号发送到所述DSP控制器；

所述DSP控制器将所述数字信号转发到所述上位机。

4.根据权利要求3所述的风机机组状态监测系统，其特征在于，所述数据预处理模块还包括延迟电路和减法器；所述延迟电路的输入端与所述模数转换电路的输出端连接，输出端与所述减法器的第一输入端连接，所述减法器的第二输入端与所述模数转换电路的输出端连接，输出端与所述DSP控制器连接；

所述延迟电路将所述数字信号延迟预设时长，得到延迟信号；

所述减法器计算所述延迟信号与所述数字信号的差值，得到所述运行数据的纵向比较结果；

所述DSP控制器将所述纵向比较结果发送到所述上位机。

5.根据权利要求3所述的风机机组状态监测系统，其特征在于，所述系统还包括无线通信模块；所述无线通信模块与所述DSP控制器连接；

所述DSP控制器通过所述无线通信模块，将所述数字信号转发到所述上位机。

6.根据权利要求5所述的风机机组状态监测系统，其特征在于，所述系统还包括防火墙；所述防火墙与所述无线通信模块连接。

7.根据权利要求5所述的风机机组状态监测系统，其特征在于，所述无线通信模块为以太网交换机。

8.根据权利要求1至7任一项所述的风机机组状态监测系统，其特征在于，所述系统还包括示波器；所述示波器与所述上位机连接，显示降噪后的运行数据。

9.根据权利要求1至7任一项所述的风机机组状态监测系统，其特征在于，数据采集模块的数量为多个，各个数据采集模块分别安装于不同的风机机组；

每个数据采集模块与一个数据预处理模块连接，各个数据预处理模块与所述上位机通信连接；

各个数据预处理模块将各自对应的风机机组的运行数据发送到所述上位机。

10.根据权利要求9所述的风机机组状态监测系统，其特征在于，所述系统还包括横向比较模块；所述横向比较模块的第一输入端与第一DSP控制器连接，第二输入端与第二DSP控制器连接，输出端与所述上位机连接，其中，所述第一DSP控制器所属的数据预处理模块对应于第一风机机组，所述第二DSP控制器所属的数据预处理模块对应于第二风机机组；

所述横向比较模块将所述第一风机机组的运行数据与所述第二风机机组的运行数据相除，得到所述第一风机机组与所述第二风机机组的横向比较结果，并将所述横向比较结果发送到所述上位机。

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