CN115190379B - 一种分体式风电振动监测数据传输方法及监测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及风电技术领域，尤其涉及一种分体式风电振动监测数据传输方法及监测装置。分体式风电振动监测数据传输方法，包括：装置I型接收内网数据，按照协商协议对所述内网数据进行解析后转换为归一化模型，然后将归一化模型转成二进制byte数组，其中所述内网数据为振动传感器监测的现场数据，所述归一化模型包括参数、波形数据及事件；通过PCI‑e总线将二进制byte数组发送到装置II型，装置II型对二进制byte数组进行解析得到归一化模型并发送到外网，解决了传感器种类繁多，传输数据量大、传输效率低，以及无法满足安全性要求等问题。

Description

一种分体式风电振动监测数据传输方法及监测装置
技术领域
本发明涉及风电技术领域，尤其涉及一种分体式风电振动监测数据传输方法及监测装置。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
随着风电机组国产化、大功率化的快速推进，风电机组的试错周期严重压缩，导致风机故障一直偏高。其中，风机振动异常是运行中常见的问题，振动监测点位遍布于塔基、塔筒、机舱、叶片等多处，由于监测部位不同，传感器的种类比较多样化，振动监测传感器厂家也比较多，而振动波形本身存在数据量大的特点(一轴加速度传感器一个波形2M左右，二轴、三轴的数据量接近10M)。
目前数据的汇集转发一般通过物联网关和隔离网闸两种方式。
物联网关能够实现不同类型的数据接入及转发，但是存在网络安全性差的问题，不能满足电力对于高安全性的要求。
隔离网闸是通过断开内外网TCP/IP链路的方式来实现数据的安全性，满足电力网络安全要求，但是由于网闸中间的数据摆渡一般采用R232、R485等串口方式及一系列复杂的数据检查方法，导致数据摆渡效率低，无法满足风电监测点位多、数据量大的应用。
因此，存在传感器种类繁多，传输数据量大、传输效率低，以及无法满足安全性要求等问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明实施例的目的是提供一种分体式风电振动监测数据传输方法，以解决上述提到的至少一个问题。
为了实现上述目的，本发明实施例提供了如下技术方案：
一种分体式风电振动监测数据传输方法，包括：装置I型接收内网数据，按照协商协议对所述内网数据进行解析后转换为归一化模型，然后将归一化模型转成二进制byte数组，其中所述内网数据为振动传感器监测的现场数据，所述归一化模型包括参数、波形数据及事件；通过PCI-e总线将二进制byte数组发送到装置II型，装置II型对二进制byte数组进行解析得到归一化模型并发送到外网。
本发明另一优选的实施方式中，装置I型在接收内网数据后，将内网数据缓存在消息队列。
本发明另一优选的实施方式中，装置I型在接收内网数据后，向振动传感器返回响应消息。
本发明另一优选的实施方式中，装置I型对内网数据解析后，检查数据的类型及结构，如果不属于所述归一化模型，则直接丢弃。
本发明另一优选的实施方式中，所述参数包括参数类型标识、参数类型名称、权限定义、参数项。
本发明另一优选的实施方式中，所述波形数据包括风机编码、监测点位编码、采样时间、信号类型、采样值、运行转速、采样频率、单位、base64格式的byte数组。
本发明另一优选的实施方式中，所述事件包括事件时间、事件代码、内容。
本发明另一优选的实施方式中，装置I型将归一化模型转成二进制byte数组后，添加消息关键字、长度、校验和，关键字3个字节0x681414，长度3个字节，校验和1个字节；装置II型接收二进制byte数组后，去掉关键字、长度、校验和，再将剩余的byte数组进行解析。
本发明实施例还提供了一种分体式风电振动监测装置，包括装置I型和装置II型，所述装置I型与装置II型通过PCI-e总线；装置I型接收内网数据，按照协商协议对所述内网数据进行解析后转换为归一化模型，然后将归一化模型转成二进制byte数组，其中所述内网数据为振动传感器监测的现场数据，所述归一化模型包括参数、波形数据及事件；通过PCI-e总线将二进制byte数组发送到装置II型，装置II型对二进制byte数组进行解析得到归一化模型并发送到外网。
本发明另一优选的实施方式中，一个装置II型，通过PCI-e总线对接四个装置Ⅰ型。
本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
1、本发明可以设置多装置I型，多个装置I型之间相互独立，保证了网络间的安全性，利用装置I型和装置II型进行分体式传输，实现数据物理隔离安全，满足电力数据高安全性的要求；通过PCI-e总线将装置I型和装置II型进行连接，而PCI-e总线的传输速率高达G级别，保证了数据传输效率。
2、一个装置II型，通过PCI-e总线可以对接多个装置I型，每个装置Ⅰ型可以拥有各自独立的内网IP地址，能够实现跨多个内网段的数据接入，每个装置Ⅰ型也可以通过配置不同的通信协议插件进行数据接入，提高了网络及协议的适应能力。
3、装置I型将数据缓存在消息队列，采用消息队列机制能够实现内部处理与接口程序的解耦，充分保证数据的传输效率。
4、装置Ⅰ型对数据的类型及结构进行检查，对不合法数据直接丢弃，减少了数量处理量，提高了传输速度。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明实施例的装置组成示意图；
图2是本发明实施例的通信传输示意图示意图；
图3是本发明实施例的数据传输流程图；
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
1.装置组成：
如图1所示，整个装置分Ⅰ型和Ⅱ型两种，两种装置组合应用实现数据从内网至外网的单向安全传输，其中Ⅰ型主要用于内网数据的接入、检查及归一化准换；Ⅱ型主要用于将归一化数据转发至外网。
1)装置Ⅰ型：通过网口实现内网数据的接入，再通过PCI-e总线将数据转发至装置Ⅱ型；
2)装置Ⅱ型：通过PCI-e总线接收装置Ⅰ型数据，再通过网口将数据发送至外网；
3)R232串口主要用于装置的配置及维护，根据现场情况采用Ⅰ型、Ⅱ型装置组合部署方式。
2.归一化模型：
归一化模型主要由参数、波形数据及事件三种模型构成，装置Ⅰ型在内网数据接入时提供IEC104、Modbus、REST自定义协议等多种数据接入协议，完成数据接入后，统一归一化处理为三种模型。
3.装置安全：
1)数据隔离安全
通过断开内外网TCP/IP链路的方式来实现数据物理隔离安全，满足电力数据高安全性的要求；
2)高速传输安全
现场数据传输多为多个监测点位的波形数据，一个最大的三轴波形数据包大约为10M，而PCI-e总线的传输速率高达G级别，保证了数据传输效率；
3)程序安全
采用看门狗设计，确保程序在发生异常情况下的快速恢复；
4)局域网独立安全
如图2所示，此种装置采用一拖四设计，一个Ⅱ型装置，通过PCI-e总线可以对接四个Ⅰ型装置，每个Ⅰ型装置可以拥有各自独立的内网IP地址，能够实现跨多个内网段的数据接入，每个Ⅰ型装置也可以通过配置不同的通信协议插件进行数据接入，提高了网络及协议的适应能力。
多个内网之间相互独立，保证了网络间的安全性，通过采用一拖四的设计，可以节省Ⅱ型装置的现场部署，大幅度节约了制造成本，根据现场情况也可以采取一拖一、一拖二等多种灵活的部署方式。
4.数据传输流程：
参数、波形数据、事件三种消息的传输过程基本一样，从内网经过装置Ⅰ型、Ⅱ型单向传输到外网，装置Ⅱ型对网口进行限制，禁止反向数据的传输，如图3所示：
步骤1：装置Ⅰ型按照协议接口接收布置在内网中振动传感器数据，并向振动传感器返回响应消息。装置将数据缓存在消息队列，采用消息队列机制能够实现内部处理与接口程序的解耦，充分保证数据的传输效率；
步骤2：装置Ⅰ型按照协商协议对数据进行解析，不同Ⅰ型装置可以采用不同的协议及IP地址与内网不同厂家、不同型号的传感器进行数据对接，实现了跨多个网络组网，提高了装置的网络适应性及数据接入能力；
步骤3：装置Ⅰ型对数据的结构等进行检查，主要检查数据的类型及结构，通过数据节点获取及反序列化方式检查是否是归一化模型中定义的三种模型及是否满足归一化模型转化要求，对不合法数据(网络包)直接丢弃；
步骤4：装置Ⅰ型将传感器数据转换成归一化模型，数据类型不同模型不同，对于同一种数据类型模型相同；
步骤5：装置I型将归一化模型转成二进制byte数组，添加消息关键字、长度、校验和，关键字3个字节0x681414，长度3个字节(小端在前)，校验和1个字节，关键字用于区分归一化模型数据包与其他数据包(串口包)，长度用于拆分成多个独立完整的数据包，校验和用于保证传输过程中的数据完整性；在串行总线传输过程中多个包有可能会混在一起，两个包在读取时得到的有可能是一个包，通过添加长度便于拆分成多个独立完整的数据包。
68 14 14 长度 长度 长度 数据1 …… 数据n 校验和
步骤6：装置Ⅰ型通过PCI-e总线将消息发送到装置Ⅱ型，PCI-e总线传输速率可以达到G级别，满足风电振动大数据包的高速传输要求；
步骤7：装置Ⅱ型对接收到的二进制byte数组，去掉PCI-e总线传输过程中为了保证数据完整性增加的关键字、长度、校验和，再将剩余的byte数组进行解析，得到归一化模型；
步骤8：装置Ⅱ型通过MQTT网络总线将归一化模型发送到外网云端，整个流程结束。
最后需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例以及实施例中的各个特征可以相互结合，均在本发明的保护范围之内。另外，上述方法中的全部或部分步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机***中执行，并且，虽然所述步骤按照1、2、3…顺序列出，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种分体式风电振动监测数据传输方法，其特征在于，包括：
装置I型接收内网数据，按照协商协议对所述内网数据进行解析后转换为归一化模型，然后将归一化模型转成二进制byte数组，其中所述内网数据为振动传感器监测的现场数据，所述归一化模型包括参数模型、波形数据模型及事件模型；且装置I型将传感器数据转换成归一化模型，数据类型不同模型不同，同一种数据类型模型相同；
通过PCI-e总线将二进制byte数组发送到装置II型，装置II型对二进制byte数组进行解析得到归一化模型并发送到外网；完成内网数据通过装置I型和装置II型单向传输到外网；
通过断开内外网TCP/IP链路的方式实现数据物理隔离安全，保证电力数据高安全性；
PCI-e总线的传输速率高达G级别，保证数据传输效率和高速传输安全；
采用看门狗设计，确保程序在发生异常情况下的快速恢复，保证程序安全；
每个Ⅰ型装置拥有各自独立的内网IP地址，实现跨多个内网段的数据接入；每个Ⅰ型装置通过配置不同的通信协议插件进行数据接入；多个内网之间相互独立，保证网络间的安全性。
2.如权利要求1所述的分体式风电振动监测数据传输方法，其特征在于，装置I型在接收内网数据后，将内网数据缓存在消息队列。
3.如权利要求1所述的分体式风电振动监测数据传输方法，其特征在于，装置I型在接收内网数据后，向振动传感器返回响应消息。
4.如权利要求1所述的分体式风电振动监测数据传输方法，其特征在于，装置I型对内网数据解析后，检查数据的类型及结构，如果不属于所述归一化模型，则直接丢弃。
5.如权利要求1所述的分体式风电振动监测数据传输方法，其特征在于，所述参数包括参数类型标识、参数类型名称、权限定义、参数项。
6.如权利要求1所述的分体式风电振动监测数据传输方法，其特征在于，所述波形数据包括风机编码、监测点位编码、采样时间、信号类型、采样值、运行转速、采样频率、单位、base64格式的byte数组。
7.如权利要求1所述的分体式风电振动监测数据传输方法，其特征在于，所述事件包括事件时间、事件代码、内容。
8.如权利要求1所述的分体式风电振动监测数据传输方法，其特征在于，装置I型将归一化模型转成二进制byte数组后，添加消息关键字、长度、校验和，关键字3个字节0x681414，长度3个字节，校验和1个字节；
装置II型接收二进制byte数组后，去掉关键字、长度、校验和，再将剩余的byte数组进行解析。
9.一种分体式风电振动监测装置，其特征在于，包括装置I型和装置II型，所述装置I型与装置II型通过PCI-e总线；
装置I型接收内网数据，按照协商协议对所述内网数据进行解析后转换为归一化模型，然后将归一化模型转成二进制byte数组，其中所述内网数据为振动传感器监测的现场数据，所述归一化模型包括参数模型、波形数据模型及事件模型；且装置I型将传感器数据转换成归一化模型，数据类型不同模型不同，同一种数据类型模型相同；
通过PCI-e总线将二进制byte数组发送到装置II型，装置II型对二进制byte数组进行解析得到归一化模型并发送到外网；完成内网数据通过装置I型和装置II型单向传输到外网；
通过断开内外网TCP/IP链路的方式实现数据物理隔离安全，保证电力数据高安全性；
PCI-e总线的传输速率高达G级别，保证数据传输效率和高速传输安全；
采用看门狗设计，确保程序在发生异常情况下的快速恢复，保证程序安全；
每个Ⅰ型装置拥有各自独立的内网IP地址，实现跨多个内网段的数据接入；每个Ⅰ型装置通过配置不同的通信协议插件进行数据接入；多个内网之间相互独立，保证网络间的安全性。
10.如权利要求9所述的分体式风电振动监测装置，其特征在于，一个装置II型，通过PCI-e总线对接四个装置Ⅰ型。
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