CN110849461A - 一种调相机振动信号采集与存储方法、*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种调相机振动信号采集与存储方法，包括：对振动信号进行采集，将振动信号由物理信号变换成相应的电信号；对变换成电信号进行预处理；将预处理后的电信号转换成相应的数字信号；采用单向传输技术将转换成数字信号的振动信号输送至缓存区，继而输送至下位机；驱使下位机根据振动信号的特征筛选出符合预设筛选规则的数据进行存储。本发明通过合理设定数据长度，同时按设备状态变化量为特征量判定数据是否需要被存储，实现了支撑各类结构化疏解、非结构化数据，以及线性增长的海量实时数据的存储和访问需求，能够对大规模实时感知数据实现高速传感数据流的实时计算，为建立调相机在线监测以及故障诊断***奠定了良好基础。

Description

一种调相机振动信号采集与存储方法、***

技术领域

本发明涉及调相机故障检测技术领域，具体而言涉及一种调相机振动信号采集与存储方法、***。

背景技术

调相机作为一种无功补偿设备，具有跟踪速度快，补偿范围广，故障率低等优点，能有效支撑电网电压和提高电网的稳定性。其主要功能由旋转部件实现，转子是其中最主要的部件。旋转设备发生故障的主要特征是机器伴有异常的振动和噪声，其振动信号从幅值、频域和时域反映了机器的故障信息。由于机组设备的复杂性、运行环境的特殊性、安装与检修中影响振动因素的不确定性，容易产生各类振动故障，需要对机组振动状态进行了实时监测。

海量实时数据存储、计算及分析技术是限制设备在线监测技术发展的一大因素。调相机机组的监测***需要实时采集大量数据，这些数据包括了旋转设备各个位置的运行状态数据。大量测点的存在以及数据密集采集的特点决定了海量数据的存储以及高速计算的需求。高速大数据流的数据量异常庞大，生成速度非常快，在目前数据处理技术中，针对于大数据量的高速数据流的处理，基本上是利用单点的内存计算或流计算技术，其响应速度和处理能力并不能达到实际应用的要求，使得大并发环境下难以对实时性要求极高的复杂数据进行分析。本文通过设计符合电力数据流特点的流计算方法和并行处理机制，针对大规模实时感知数据实现高速传感数据流的实时计算。

发明内容

本发明目的在于提供一种调相机振动信号采集与存储方法、***，针对调相机机组故障诊断***中，存在数据处理规模大、实时性差等问题，通过合理设定数据长度，同时按设备状态变化量为特征量判定数据是否需要被存储，实现了支撑各类结构化疏解、非结构化数据，以及线性增长的海量实时数据的存储和放温需求，能够对大规模实时感知数据实现高速传感数据流的实时计算，为建立调相机在线监测以及故障诊断***奠定了良好基础。

为达成上述目的，结合图1，本发明提出一种调相机振动信号采集与存储方法，所述采集与存储方法包括：

S1：由安装在机组轴承座上的涡流传感器、速度传感器以及加速度传感器对振动信号进行采集，将振动信号由物理信号变换成相应的电信号；

S2：对变换成电信号进行预处理；

S3：将预处理后的电信号转换成相应的数字信号；

S4：采用单向传输技术将转换成数字信号的振动信号输送至缓存区，继而输送至下位机；

S5：驱使下位机根据振动信号的特征筛选出符合预设筛选规则的数据进行存储：

S51：判断相对于上次存储的信号，当前振动信号的变化幅度是否大于设定幅度阈值，如果大于，生成数据存储指令，进入步骤S52，否则，忽略本次采集信号，进入步骤S1；

S52：根据时频特性，简化振动数据存储，将所有的振动数据乘以参数M，将浮点数据转换为整数数据；

S53：从振动数据按照由大到小的顺序排列，选取前N个数据；

S54：针对选取的前N个数据中的重复波形，截取其中部分波形进行存储；

S55：建立设定长度的数据文件进行存储以平衡读写速度。

进一步的实施例中，步骤S3中，所述将预处理后的电信号转换成相应的数字信号是指，采用MAX1308数模转换器将预处理后的电信号转换成相应的数字信号。

进一步的实施例中，所述设定幅度阈值为4％。

进一步的实施例中，步骤S54中，所述针对选取的前N个数据中的重复波形，截取其中部分波形进行存储是指，

截取其中一半波形进行存储。

进一步的实施例中，步骤S2中，所述预处理包括进行滤波、隔直。

进一步的实施例中，所述采集与存储方法还包括：

S6：通过专线网络，采用OPC UA接口技术实现数据采集层与数据处理层的数据交换。

进一步的实施例中，步骤S6中，所述通过专线网络，采用OPC UA接口技术实现数据采集层与数据处理层的数据交换包括：

设置OPC UA服务器和OPC UA客户端，其中：

OPC UA服务器用于实现对底层设备数据的采集和封装，并将历史数据存放于外加的数据库内，使得一个或多个客户端可以用统一的方式获取不同底层设备的数据；

OPC UA客户端用于搜索并连接OPC UA服务器，浏览OPC UA服务器的地址空间并读取其中存放的实时数据，通过客户端显示界面将实时或历史数据以图表的形式展示给用户。

基于前述调相机振动信号采集与存储方法，本发明还提及一种调相机振动信号采集与存储***，所述采集与存储***包括数据采集层、数据处理层、消息服务器；

所述数据采集层包括信号测量单元和采集服务器，用于同步调相机电气设备数据的采集并发送到数据处理层，所述数据处理层包括电站监控中心和数据库服务器，用于收集各数据采集层收集到的调相机电气设备数据，发送至上层应用服务器；

所述信号测量单元、采集服务器、电站监控中心、数据库服务器均与消息服务器连接，通过消息服务器的转发功能完成相互之间消息的发送和接收，其中，所述信号测量单元、采集服务器、电站监控中心、数据库服务器被抽象为独立的通信节点，采用分布式消息中间件进行数据传输；

所述信号测量单元包括安装在机组轴承座上的涡流传感器、速度传感器以及加速度传感器，用于对振动信号进行采集，将振动信号由物理信号变换成相应的电信号，发送至采集服务器；

所述采集服务器对振动信号预处理后，将之转换成相应的数字信号，采用单向传输技术输送至缓存区，继而输送至电站监控中心；

所述电站监控中心根据振动信号的特征筛选出符合预设筛选规则的数据发送至数据库服务器；

所述数据库服务器包括实时数据库和关系型数据库；所述实时数据库用于存储数据采集层发送的原始性能数据，包括涡流传感器信号、速度传感器信号以及加速度传感器信号，所述关系型数据库用于存储调相机电气设备的基础信息和经过分析的有效数据。

进一步的实施例中，所述有效数据包括用户权限、资源数据以及各类统计汇总数据。

以上本发明的技术方案，与现有相比，其显著的有益效果在于：

(1)通过合理设定数据长度，同时按设备状态变化量为特征量判定数据是否需要被存储，实现了支撑各类结构化疏解、非结构化数据，以及线性增长的海量实时数据的存储和访问需求，能够对大规模实时感知数据实现高速传感数据流的实时计算，为建立调相机在线监测以及故障诊断***奠定了良好基础。

(2)信号传输部分采用适应于DCS***的低带宽高频率的机组数据实时单向传送技术，解决不同类型机组设备、不同控制***品牌下的DCS数据采集技术难题，实现DCS数据快速实时刷新。

(3)根据相关技术标准和规范，利用分布式数据仓库技术，建设分布式集群文件***，大幅提高服务器和存储***的资源利用率，降低***建设成本。

(4)关系型数据库的大数据选型为分布式存储方式(HDFS、HBASE)，既可以增强采集数据实时存储的实时性，提高***性能；同时利用空闲时间的Oracle数据导入，又可以及时处理有用的实时数据并存储在历史数据表中，方便应用层各类程序的调用。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：

图1是本发明的调相机振动信号采集与存储方法的流程图。

图2是本发明的调相机振动信号采集与存储的总体设计方案图。

图3是本发明的传感信号预处理原理框图。

图4是本发明的调相机振动信号采集与存储***的结构图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

具体实施例一

结合图1、图2，本发明提及一种调相机振动信号采集与存储方法，所述采集与存储方法包括：

S1：经由安装在机组轴承座上的涡流传感器、速度传感器以及加速度传感器对振动信号进行采集，将振动信号由物理信号变换成相应的电信号。

S2：对变换成电信号进行预处理。优选的，所述预处理包括进行滤波、隔直等。图3是其中一种传感信号预处理原理框图。

S3：将预处理后的电信号转换成相应的数字信号。优选的，采用MAX1308数模转换器将预处理后的电信号转换成相应的数字信号。

S4：采用单向传输技术将转换成数字信号的振动信号输送至缓存区，继而输送至下位机。

S5：驱使下位机根据振动信号的特征筛选出符合预设筛选规则的数据进行存储：

S51：判断相对于上次存储的信号，当前振动信号的变化幅度是否大于设定幅度阈值(例如4％)，如果大于，生成数据存储指令，进入步骤S52，否则，忽略本次采集信号，进入步骤S1。

S52：根据时频特性，简化振动数据存储，将所有的振动数据乘以参数M，将浮点数据转换为整数数据。

S53：从振动数据按照由大到小的顺序排列，选取前N个数据。

S54：针对选取的前N个数据中的重复波形，截取其中部分波形进行存储，例如截取其中一半波形进行存储或者能够反映波形特性的其他任意部分波形。

S55：建立设定长度的数据文件进行存储以平衡读写速度。

调相机振动信号采集与存储方法主要用于调相机旋转部分进行信号采集与存储，因此将传感器安装在机组轴承座上，以便于采集到最准确的振动信号。数据采集层通过前端传感器采集振动所产生的振动加速度原始信号，采用单相传送技术将信号传输到数据处理层，数据处理层将数据采集层采集到的数据，通过统一时标、描述、分类处理后存储在实时数据库和关系型数据库中，以供后续查询和调用。

在一些例子中，所述采集与存储方法还包括：

S6：通过专线网络，采用OPC UA接口技术实现数据采集层与数据处理层的数据交换。其中，设置的OPC UA服务器和OPC UA客户端具有以下特性：

OPC UA服务器用于实现对底层设备数据的采集和封装，并将历史数据存放于外加的数据库内，使得一个或多个客户端可以用统一的方式获取不同底层设备的数据。

OPC UA客户端用于搜索并连接OPC UA服务器，浏览OPC UA服务器的地址空间并读取其中存放的实时数据，通过客户端显示界面将实时或历史数据以图表的形式展示给用户。

结合图4，基于前述采集与存储方法，本发明还提及一种调相机振动信号采集与存储***，所述采集与存储***包括数据采集层、数据处理层、消息服务器。

所述数据采集层包括信号测量单元和采集服务器，用于同步调相机电气设备数据的采集并发送到数据处理层，所述数据处理层包括电站监控中心和数据库服务器，用于收集各数据采集层收集到的调相机电气设备数据，发送至上层应用服务器。

所述信号测量单元、采集服务器、电站监控中心、数据库服务器均与消息服务器连接，通过消息服务器的转发功能完成相互之间消息的发送和接收，其中，所述信号测量单元、采集服务器、电站监控中心、数据库服务器被抽象为独立的通信节点，采用分布式消息中间件进行数据传输。

所述信号测量单元包括安装在机组轴承座上的涡流传感器、速度传感器以及加速度传感器，用于对振动信号进行采集，将振动信号由物理信号变换成相应的电信号，发送至采集服务器。

所述采集服务器对振动信号预处理后，将之转换成相应的数字信号，采用单向传输技术输送至缓存区，继而输送至电站监控中心。

所述电站监控中心根据振动信号的特征筛选出符合预设筛选规则的数据发送至数据库服务器。

所述数据库服务器包括实时数据库和关系型数据库；所述实时数据库用于存储数据采集层发送的原始性能数据，包括涡流传感器信号、速度传感器信号以及加速度传感器信号，所述关系型数据库用于存储调相机电气设备的基础信息和经过分析的有效数据。优选的，所述有效数据包括用户权限、资源数据以及各类统计汇总数据。

优选的，数据库服务器主要将数据采集层采集到的数据，通过统一时标、描述、分类处理后存储在实时数据库和关系型数据库。

本发明所述的调相机组的数据采集与存储***可以区分为两个部分，分别为数据采集层(信号采集模块)以及数据处理层(信号存储模块)。信号采集模块包括信号测量单元以及采集服务器，负责同步调相机电气设备数据的采集并发送到电站监控中心。信号存储模块包括电站监控中心以及数据库服务器，负责收集各信号采集模块收集到的性能数据，发送应用服务器、数据服务器，供上层应用使用。

数据采集层(信号采集模块)包括信号测量与信号传输两个功能。信号测量部分能够测量、记录和存储各个测量电的振动加速度原始信号。信号传输部分采用适应于DCS***的低带宽高频率的机组数据实时单向传送技术，解决不同类型机组设备、不同控制***品牌下的DCS数据采集技术难题，实现DCS数据快速实时刷新。

数据处理层(信号存储模块)采用流计算方法和并行处理机制，构建可靠、安全、线性扩展的大数据平台，统一管理，实现数据资源的安全共享，扩展信息展现方式；根据相关技术标准和规范，利用分布式数据仓库技术，建设分布式集群文件***，大幅提高服务器和存储***的资源利用率，降低***建设成本。

调相机组的数据采集与存储***中的电站监控中心、各信号测量单元、采集服务器、应用服务器和数据库服务器抽象为独立的通信节点，采用分布式(DCS)消息中间件进行数据传输。每个应用程序使用通信节点连接在一起，形成一个完整的消息通信网络，并通过消息服务器的转发功能完成消息的发送和接收。

具体实施例二

本发明提及的调相机振动信号采集与存储***，所述采集与存储***包括数据采集层(信号采集模块)、数据处理层(信号存储模块)、消息服务器。

一、信号采集模块

该模块是计算机与调相机本体设备连接的桥梁，是调相机振动故障诊断的基础。

在数据采集***中，振动信号经由安装于机组轴承座上的涡流、速度以及加速度传感器进行信号变换，变换后的信号送至信号预处理板，进行滤波、隔直等处理。紧接着采用MAX1308数模转换器将预处理后的数据转换成数字信号，采用单向传输技术输送至缓存区，乃至下位机。

同时下位机在接收数据时，将根据振动信号的特征合理的存储有用的数据，如图3所示。首先根据时频特性，简化振动数据存储，将所有的振动数据乘以10，从而浮点数据转换为整数；由于波形的重复性，可只存***形的一半；并且大部分振动数据为零或接近于零，可只存储前30个振动较大的数据。然后平衡读写速度，建立合适长度的数据文件。同时根据设备状态的变化进行数据存储，当传感器的变化大于4％时，发出数据存储的指令。

下位机向上位机传输信号时，通过不低于5M的专线网络，采用OPC UA接口技术实现数据采集层与数据处理层的数据交换。OPC UA服务器主要用于实现对底层设备数据的采集和封装，并将历史数据存放于外加的数据库内，使得一个或多个客户端可以用统一的方式获取不同底层设备的数据。OPC UA客户端的主要功能是搜索并连接OPC UA服务器，浏览服务器的地址空间并读取其中存放的实时数据，并通过客户端显示界面将实时或历史数据以图表的形式展示给工作人员。

二、信号存储模块

本模块主要将数据采集层采集到的数据，通过统一时标、描述、分类处理后存储在实时数据库和关系型数据库。

实时数据库采用OSI Soft公司PI实时数据库，负责存储信号采集模块传送来的原始性能数据，包括涡流传感器信号、速度传感器信号以及加速度传感器型号。

关系型数据库选型为Oracle公司企业版数据库，负责存储基础信息和经过分析的有效数据，例如用户权限、资源数据以及各类统计汇总数据等。大数据选型为分布式存储方式(HDFS、HBASE)，既可以增强采集数据实时存储的实时性，提高***性能；同时利用空闲时间的Oracle数据导入，又可以及时处理有用的实时数据并存储在历史数据表中，方便应用层各类程序的调用。

在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定义在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (9)

1.一种调相机振动信号采集与存储方法，其特征在于，所述采集与存储方法包括：

S1：由安装在机组轴承座上的涡流传感器、速度传感器以及加速度传感器对振动信号进行采集，将振动信号由物理信号变换成相应的电信号；

S2：对变换成电信号进行预处理；

S3：将预处理后的电信号转换成相应的数字信号；

S4：采用单向传输技术将转换成数字信号的振动信号输送至缓存区，继而输送至下位机；

S5：驱使下位机根据振动信号的特征筛选出符合预设筛选规则的数据进行存储：

S51：判断相对于上次存储的信号，当前振动信号的变化幅度是否大于设定幅度阈值，如果大于，生成数据存储指令，进入步骤S52，否则，忽略本次采集信号，进入步骤S1；

S52：根据时频特性，简化振动数据存储，将所有的振动数据乘以参数M，将浮点数据转换为整数数据；

S53：从振动数据按照由大到小的顺序排列，选取前N个数据；

S54：针对选取的前N个数据中的重复波形，截取其中部分波形进行存储；

S55：建立设定长度的数据文件进行存储以平衡读写速度。

2.根据权利要求1所述的调相机振动信号采集与存储方法，其特征在于，步骤S3中，所述将预处理后的电信号转换成相应的数字信号是指，

采用MAX1308数模转换器将预处理后的电信号转换成相应的数字信号。

3.根据权利要求1所述的调相机振动信号采集与存储方法，其特征在于，所述设定幅度阈值为4％。

4.根据权利要求1所述的调相机振动信号采集与存储方法，其特征在于，步骤S54中，所述针对选取的前N个数据中的重复波形，截取其中部分波形进行存储是指，

截取其中一半波形进行存储。

5.根据权利要求1所述的调相机振动信号采集与存储方法，其特征在于，步骤S2中，所述预处理包括进行滤波、隔直。

6.根据权利要求1所述的调相机振动信号采集与存储方法，其特征在于，所述采集与存储方法还包括：

S6：通过专线网络，采用OPC UA接口技术实现数据采集层与数据处理层的数据交换。

7.根据权利要求6所述的调相机振动信号采集与存储方法，其特征在于，步骤S6中，所述通过专线网络，采用OPC UA接口技术实现数据采集层与数据处理层的数据交换包括：

设置OPC UA服务器和OPC UA客户端，其中：

OPC UA服务器用于实现对底层设备数据的采集和封装，并将历史数据存放于外加的数据库内，使得一个或多个客户端可以用统一的方式获取不同底层设备的数据；

OPC UA客户端用于搜索并连接OPC UA服务器，浏览OPC UA服务器的地址空间并读取其中存放的实时数据，通过客户端显示界面将实时或历史数据以图表的形式展示给用户。

8.一种调相机振动信号采集与存储***，其特征在于，所述采集与存储***包括数据采集层、数据处理层、消息服务器；

所述数据采集层包括信号测量单元和采集服务器，用于同步调相机电气设备数据的采集并发送到数据处理层，所述数据处理层包括电站监控中心和数据库服务器，用于收集各数据采集层收集到的调相机电气设备数据，发送至上层应用服务器；

所述信号测量单元、采集服务器、电站监控中心、数据库服务器均与消息服务器连接，通过消息服务器的转发功能完成相互之间消息的发送和接收，其中，所述信号测量单元、采集服务器、电站监控中心、数据库服务器被抽象为独立的通信节点，采用分布式消息中间件进行数据传输；

所述信号测量单元包括安装在机组轴承座上的涡流传感器、速度传感器以及加速度传感器，用于对振动信号进行采集，将振动信号由物理信号变换成相应的电信号，发送至采集服务器；

所述采集服务器对振动信号预处理后，将之转换成相应的数字信号，采用单向传输技术输送至缓存区，继而输送至电站监控中心；

所述电站监控中心根据振动信号的特征筛选出符合预设筛选规则的数据发送至数据库服务器；

所述数据库服务器包括实时数据库和关系型数据库；所述实时数据库用于存储数据采集层发送的原始性能数据，包括涡流传感器信号、速度传感器信号以及加速度传感器信号，所述关系型数据库用于存储调相机电气设备的基础信息和经过分析的有效数据。

9.根据权利要求8所述的调相机振动信号采集与存储***，其特征在于，所述有效数据包括用户权限、资源数据以及各类统计汇总数据。

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