（化工过程机械专业论文）动设备状态监测与诊断信号采集系统研发与应用.pdf

学位论文数据集 中图分类号 t k l 学科分类号4 7 0 3 0 9 9 论文编号 1 0 0 10 2 0 11 0 6 7 8 密级公开 学位授予单位代码 1 0 0 1 0 学位授予单位名称北京化工大学 作者姓名徐水军学号 2 0 0 8 0 0 0 6 7 8 获学位专业名称化工过程机械获学位专业代码 0 8 0 7 0 6 课题来源国家8 6 3 计划研究方向动设备状态监测与诊断系统研究 论文题目动设备状态监测与诊断信号采集系统研发与应用 关键词数据采集，整周期，重采样，状态监测，冲击次数，断网保存 论文答辩日期 2 0 1 1 年5 月2 6 日奎论文类型 开发研究 学位论文评阅及答辩委员会情况 姓名职称 工作单位学科专长 指导教师高金吉教授北京化：【= 大学设备诊断与故障自愈工程 指导教师江志农研究员北京化工大学设备故障与远程实时监控 评阅人l何立东研究员北京化工大学动力机械 北京昆仑天辰仪表 评阅人2 吴海琦高级工程师自控 科技有限公司 评阅人3 评阅人4 评阅人5 答辩委员会主席 何立东研究员北京化工大学动力机械 答辩委员1 杨国安教授北京化上人学动力机械 北京昆仑天辰仪表 答辩委员2吴海琦高级1 ：程师臼控 科技有限公司 答辩委员3杨剑锋研究员北京化l ：人学安全分析评价 答辩委员4干维民 副研究员北京化1 ：人学故障诊断 答辩委员5马波副研究员北京化工大学故障诊断 注：一论文类型：1 基础研究2 应用研究3 开发研究4 其它 二中图分类号在中国图书资料分类法查询。 三学科分类号在中华人民共和国国家标准( g b 厂r1 3 7 4 5 9 ) 学科分类与代码中查询。 四论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成。 3删0 堇堇弛删8 脚1胂y 摘要 动设备状态监测与诊断信号采集系统研发与应用 摘要 近年来状态监测技术在石化、电力行业得到快速推广，大大提高了 设备的稳定性，有效推进了状态监测维修技术的发展。信号采集处于状 态监测系统的前端，其准确性与可靠性直接关系着整套系统的性能，因 此对信号采集技术的研究十分必要。 本课题论述了信号采集系统的整体框架、处理逻辑和现场应用，并 开发了支持旋转机械、往复机械和风电机泵等动设备的信号采集系统。 信号采集系统采用面向对象技术，将系统功能进行合理的分类，对相似 功能模块进行抽象，并通过w i n d o w s 事件机制实现了信号采集、数据 处理和数据发送三大线程的并行处理。 在总结前人研究成果的基础上，本文对信号采集系统的一些关键技 术进行了深入研究，并取得了一定的进展。在信号采集方面，系统融入 了触发采集、整周期重采样、采样频率修正和虚拟采样频率技术；在信 号处理方面，系统支持日常数据和启停车数据处理，拓展了虚拟通道处 理和相位补偿技术；在数据发送方面，系统可以发送日常数据、启停车 数据和系统运行状态，并且允许断网保存及断网数据发送。 状态监测系统被成功推广到石化、炼化、海上石油钻井平台和风力 发电场，实践证明，信号采集系统具有较好的准确性与可靠性。 关键词：信号采集，整周期重采样，冲击次数，状态监测，断网保存 北京化工人学硕。 ：学位论文 摘要 d e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o no f t h es i g n a l a c q u i s i t i o ns y s t e m f o rc o n d i t i o nm o n i t o r i n g a n dd i a g n o s i so nm o v i n ge q u i p m e n t s a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，c o n d i t i o nm o n i t o r i n gt e c h n o l o g yh a sb e e np r o m o t e d r a p i d l yi nt h ep e t r o c h e m i c a la n dp o w e ri n d u s t r y i tg r e a t l yi m p r o v e st h e s t a b i l i t yo ft h ee q u i p m e n ta n dh a se f f e c t i v e l yp r o m o t e dt h ed e v e l o p m e n to f c o n d i t i o nm o n i t o r i n gm a i n t e n a n c et e c h n o l o g y s i g n a la c q u i s i t i o ns y s t e m w o r k sa tt h ef r o n tp a r to ft h ec o n d i t i o nm o n i t o r i n gs y s t e ma n di t sa c c u r a c y a n dr e l i a b i l i t yd i r e c t l ya f f e c t st h ep e r f o r m a n c eo ft h ee n t i r e s y s t e m t h e r e f o r e ，i ti sn e c e s s a r yt os t u d yo nt h es i g n a la c q u i s i t i o nt e c h n o l o g y t h i st o p i cd i s c u s s e st h es i g n a la c q u i s i t i o ns y s t e m so v e r a l lf r a m e w o r k a n dp r o c e s s i n gl o g i c a n di th a sc o m p l e t e dt h ed e v e l o p m e n to ft h ed a t a a c q u i s i t i o ns y s t e mf o rr o t a t i n gm a c h i n e r y , r e c i p r o c a t i n gm a c h i n e r y , w i n d t u r b i n ea n dp u m p t h es y s t e mu s e st h eo b j e c t o r i e n t e dt e c h n o l o g yt o c l a s s i f yt h ev a r i o u sf u n c t i o n sa n da b s t r a c t st h es i m i l a rf u n c t i o nm o d u l e s b y t h eu s eo fw i n d o w se v e n tm e c h a n i s m ，i ta c h i e v e sp a r a l l e lp r o c e s s i n gf o r s i g n a la c q u i s i t i o n ，d a t ap r o c e s s i n ga n d t r a n s m i s s i o n i i i 北京化t 人学硕1 ：学位论文 b a s e do nt h e p r e v i o u sr e s e a r c h ，t h e a r t i c l es t u d i e ss o m e k e y t e c h n o l o g i e sf o rs i g n a la c q u i s i t i o ns y s t e ma n dh a so b t a i n e ds o m er e s u l t s i n s i g n a la c q u i s i t i o n ，s o m et e c h n o l o g i e sa r ea d d e di n t ot h es y s t e m ，s u c ha s t r i g g e r e da c q u i s i t i o n ，f u l lp e r i o dr e s a m p l i n g ，c o r r e c t i o no fs a m p l i n g f r e q u e n c ya n dv i r t u a ls a m p l i n gf r e q u e n c y i nd a t ap r o c e s s i n g ，t h es y s t e mn o t o n l ys u p p o r t sf o rn o r m a ld a t aa n ds t a r t - u p a n d - d o w nd a t ap r o c e s s i n g ，b u t a l s oe x t e n d st h ef u n c t i o no fv i r t u a lc h a n n e l p r o c e s s i n g a n d p h a s e c o m p e n s a t i o n i nd a t at r a n s m i s s i o n ，t h es y s t e mc a ns e n dn o r m a ld a t a ， s t a r t - u p - a n d d o w nd a t aa n ds y s t e ms t a t u s i tc a l lp r e s e r v el o s t n e td a t a a n ds e n di tw h e nt h ec o m m u n i c a t i o np r o b l e mi sr e s o l v e d c o n d i t i o n m o n i t o r i n gs y s t e m h a sb e e n s u c c e s s f u l l ye x t e n d e d t ot h e p e t r o c h e m i c a l ，r e f i n i n g ，o f f s h o r eo i ld r i l l i n gp l a t f o r m sa n dw i n df a r m s i t h a sp r o v e dt h a tt h es i g n a l a c q u i s i t i o ns y s t e mh a sg o o da c c u r a c ya n d r e l i a b i l i t y k e y w o r d s ：s i g n a la c q u i s i t i o n ，f u l lp e r i o dr e - s a m p l i n g ，i m p a c tn u m b e r , c o n d i t i o n m o n i t o r i n g ，l o s t n e t - s a v i n g 目录 目录 第一章绪论1 1 1 课题背景和研究意义1 1 1 1 课题背景1 1 1 2 研究意义1 1 2 国内外状态监测与诊断技术的发展2 1 3 远程状态监测与诊断系统结构3 1 4 论文的主要研究内容4 第二章信号采集系统总体设计5 2 1 信号采集系统框架正 2 2 系统硬件概述8 2 2 1 传感器8 2 2 2 信号调理卡8 2 2 3 数据采集卡1 0 2 2 4 数采器。1 1 2 2 5 耐温测试。1 1 2 3 开发平台的选择。13 第三章信号采集技术。1 5 3 1 实际采集。l 5 3 1 1 基本概念及定理1 5 3 1 2 实际采集流程17 3 1 3 采样信息配置18 3 1 4 触发采样1 9 3 1 5 转速采集2 0 3 1 5 1 有键相测速2 l 3 1 5 2 无键相测速2 l 3 1 6 信号还原。2 2 3 1 7 整周期重采样2 3 v 北京化工人学硕上学位论文 3 3 3 3 3 1 1 2 2 2 7 1 技术方案 7 2 仿真实验 虚拟采集 l 仿真信号 2 数据回放 2 3 2 5 2 8 2 8 2 9 第四章信号处理技术3 1 4 1 日常信号处理。3 1 4 1 1r 常信号处理流程3 2 4 1 2 时域分析3 3 4 1 3 频域分析3 4 4 1 4 相位补偿。3 4 4 1 5 冲击次数3 5 4 1 5 1 冲击信号提取。3 6 4 1 5 2 门限自学习。3 7 4 1 5 3 冲击次数计算3 8 4 1 5 4 冲击诊断实验3 9 4 1 6 活塞杆载荷4 1 4 1 6 1 力学原理4 l 4 1 6 2 系统实现4 3 4 2 启停车信号处理4 4 4 2 1 设计思路4 5 4 2 2 启停车处理逻辑4 5 4 2 3 启停车模块验证4 7 第五章数据通讯及断网保存技术4 9 5 1 通讯机制4 9 5 2 实时数据发送及断网保存5 0 5 2 1 数据库介绍5 0 5 2 2 数据库结构。51 5 2 3 日常数据发送及断网保存51 5 2 4 启停车数据发送及断网保存5 2 5 3 断网数据发送5 3 v i 目录 5 3 1 断网同常数据发送5 4 5 3 2 断网启停车数据发送5 4 5 4 状态发送5 5 第六章应用案例、总结与展望5 7 6 1 应用案例5 7 6 1 1 机组概述与测点布置5 7 6 1 2 叶片脱落5 8 6 2 总结6 0 6 3 展望6 0 参考文献6 1 致谢6 3 研究成果及发表的学术论文6 5 作者简介6 7 v i i 北京化t 人学硕一l j 学位论文 v i co n t e n t s c h a p t e r ii n t r o d u c t i o n 1 1 1b a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c e l 1 1 1b a c k g r o u n d ”1 1 1 2s i g n i f i c a n c e ”1 1 21 1 1 觚a t i o n a ls t a ：t u so fc o n d i t i o nm o n i t o r i n ga n dd i a g n o s t i ct e c h n o l o g y ”2 1 3s t r u c t l l r eo f r e m o t ec o n d i t i o nm o n i t o r i n ga n dd i a g n o s i ss y s t e m “3 1 4m a i nc o n t e n t 4 c h a p t e r2o v e r a l ld e s i g no fs i g n a la c q u i s i t i o ns y s t e m 5 2 1f r a m e w o r ko fs i g n a la c q u i s i t i o ns y s t e m o 2 2o v e r v i e wo fs y s t e m sd e v i c e s 8 2 2 1s e n s o r s 8 2 2 2s i g n a lc o n d i t i o n i n gc a r d 8 2 2 3d a t aa c q u i s i t i o nc a r d 1 0 2 2 4d a t aa c q u i s i t i o nb o x 一11 2 2 5t e m p e r a t u r et e s t ”1 1 2 3c h o i c eo fd e v e l o p m e n tp l a t f o r m - 1 3 c h a p t e r 3s i g n a la c q u i s i t i o nt e c h n o l o g y 1 5 3 1a c t u a la c q u i s i t i o n 1 5 3 1 1b a s i cc o n c e p t sa n dt h e o r e m s 1 5 3 1 2p r o c e s so f a c t u a la c q u i s i t i o n 1 7 3 1 3c o n f i g u r a t i o no f s a m p l ei n f o r m a t i o n 1 8 3 1 4t r i g g e rs a m p l i n g 1 9 3 1 5s p e e dt e s t 2 0 3 1 5 1s p e e dt e s tw i t hk e y - p h a s e “2 1 3 1 5 2s p e e dt e s tw i t h o u tk e y - p h a s e 2 1 3 1 6s i g n a lr e d u c t i o n 2 2 3 1 7f u l lp e r i o dr e s a m p l i n g 2 3 3 1 7 1t e c h n i c a lp r o g r a m 2 3 i x ! ! 塞些三叁堂堡生兰垡堡奎 一一 一一 3 1 7 2s i m u l a t i o n 。2 5 3 2v i r m a lc o l l e c t i o n 2 8 3 2 1s i g n a ls i m u l a t i o n 2 8 3 2 2d a t ap l a y b a c k 2 9 c h a p t e r4s i g n a lp r o c e s s i n gt e c h n o l o g y 3 1 4 1n o r m a ls i g n a lp r o c e s s i n g 3 1 4 1 1f l o wc h a r to fn o r m a ls i g n a lp r o c e s s i n g ”3 2 4 1 2t i m ed o m a i na n a l y s i s 3 3 4 1 3f r e q u e n c yd o m a i na n a l y s i s 3 4 4 1 4p h a s ec o m p e n s a t i o n 。3 4 4 1 5i m p a c tn u m b e r 3 5 4 1 5 1i m p a c ts i g n a la c q u i s i t i o no nc r o s s h e a d 3 6 4 1 5 2t h r e s h o l ds e l f - l e a r n i n g 3 7 4 1 5 3i m p a c tn u m b e rc a l c u l a t i o n 3 8 4 1 5 4i m p a c tt e s t 。3 9 4 1 6r o dl o a d 4 l 4 1 6 1m e c h a n i c s 4 1 4 1 6 2s y s t e mp r o c e s s 4 3 4 2s t a r t u p a n d d o w ns i g n a lp r o c e s s i n g 4 4 4 2 1d e s i g ni d e a s 一4 5 4 2 2p r o c e s s i n gl o g i c 4 5 4 2 3v a l i da ：t i o n 4 7 c h a p t e r 5d a t ac o m m u n i c a t i o na n dl o s t - n e td a t as a v i n gt e c h n o l o g y 4 9 5 1c o m m l l n j c a t i o nm e c h a n i s m s 4 9 5 2r e a l t i m ed a t at r a n s m i s s i o na n dl o s t - n e td a t as a v i n g 5 0 5 2 1d a t a b a s ed e s c r i p t i o n ”5 0 5 2 2d a t a b a s es m l c t i l r e 5 1 5 2 3n o n n a ld a t at r a n s m i s s i o na n ds a v i n g 5 1 5 2 4s t a r t - u p - a n d - d o w nd a t at r a n s m i s s i o na n ds a v i n g 5 2 5 3l o s t - n e td a t at r a n s m i s s i o n 5 3 5 x r e s e a r c hr e s u l t sa n dp u b l i s h e da c a d e m i cp a p e r s 6 5 b r i e fi n t r o d u c t i o no fa u t h o r 6 7 北京化工人学硕：l 学位论文 i 第一章绪论 1 1 课题背景和研究意义 1 1 1 课题背景 第一章绪论 随着工业化程度的提高，动设备的应用越来越广，这些设备在石化、电力等 行业起着至关重要的作用，它们的高效、稳定运行是企业最为关心的问题。然而 由于机组长期工作在高负荷条件下，如果故障未能及时发现和排除，将会导致设 备损坏，严重时会出现车间停产，甚至会造成灾难性事故。 目前，我国的危险化学品生产安全形势比较严峻，调研表明，危险化学品重 大生产事故大都属于小概率大危害事故，约7 0 的事故与人员失误有关【l 】。据统 计，中国在1 9 7 7 年和1 9 8 7 年投产的6 7 个大化肥厂中，仅在这两年内由于故障 停机损失的化肥产量，相当于一个大型化肥厂的全年产量，主要原因是对初期引 进装置的技术管理水平不高，缺乏设备故障诊断知识和手段；2 0 世纪8 0 年代中国 发生两起2 0 0 m w 汽轮发电机机组破坏性事故，其中一台机组由于剧烈振动，转子 断成7 段，联轴节飞出厂房，机组遭到彻底破坏【2 】。 当前我国风电行业处于高速发展时期，但是也存在着很多安全隐患，仅2 0 1 0 年就出现多起重大事故，如2 0 1 0 年1 月2 0 日，大唐左云项目的风机倒塌；2 0 1 0 年1 月2 4 日，东汽风机在华能宝龙山风场烧毁；2 0 1 0 年4 月2 日，苏司兰风机在 内蒙巴音锡勒风场着火；2 0 1 0 年7 月，丹东海洋红风电场8 号风机齿轮箱异常； 2 0 1 0 年8 月，甘肃瓜州在建风机组发生倒塌。 因此，对动设备实施状态监测，研究故障机理，减少故障停机损失，避免机 毁人亡事故是非常必要的。 1 1 2 研究意义 为保证动设备的长期稳定运行，传统采用定期维修的方法，然而这种方法普 遍存在“维修不足”或“过剩维修”的现象，甚至造成“维修性故障”的问题【3 】。 随着机组复杂性地不断增加，进行状态监测、诊断、维修与保障的要求也越来越 高，根据先兆，进行状态监测维修或预知性维修，保证机组的健康高效运行，防 止突发故障，提高产品质量，节约维修费用，避免设备事故 4 1 。 信号采集作为状态监测与诊断系统的前端，其主要功能是通过传感器将现场 物理信号转换为模拟信号，再经过调理、采样、量化、编码等步骤转化为数字信 号，并由计算机进行处理、存储、发送【5 j 。信号采集的准确性、可靠性直接影响监 北京化工人学硕：学位论文 测诊断系统的整体性能，是状态监测和诊断系统的首要环节，因此对于信号采集 系统的研究十分必要，并且有着广阔的应用前景。 1 2 国内外状态监测与诊断技术的发展 状态监测与诊断是一个多学科多行业交叉的研究方向，随着信息技术、计算 机技术、人工智能、专家系统以及机械故障机理研究的深入和发展，新的技术不 断地被移植、应用到状态监测和故障诊断之中【6 】。机械故障诊断方法根据测试手段 可以分为直接观察法、振动噪声测定法、无损检测法、磨损残余物测定法等【7 1 。 近4 0 多年来，监测与诊断系统无论是在理论研究还是在实际应用方面都取得 了巨大的进展，尤其是在监测系统的开发与研制方面成绩斐然。早在2 0 世纪6 0 年代末，美国宇航局首先推出了机械故障诊断研究；2 0 世纪7 0 年代，国外学者将 状态监测与诊断技术推广到实用化阶段；到了2 0 世纪8 0 年代中期，计算机的应 用使机械故障诊断技术得到迅猛发展，计算机辅助监测和故障诊断系统逐渐走向 商业化阶段；2 0 世纪9 0 年代中期以后，现代机械故障诊断技术与计算机网络技术 实现了完美的融合，诞生了基于i n t e m e t 的远程应用系统【8 - 9 1 。 在众多从事在线监测与诊断系统研究的机构和企业中，b e n t l y 长期处于此领域 的前沿，在过去的5 0 多年里，b e n t l y 已成为了先进的机械保护和状态监测技术的 代名词，并且已成为了先进、高质量机械监测解决方案的专家，从而帮助客户优 化工厂安全性、最大程度保障设备无故障运行，最终有效地提高生产效率。 8 0 年代中后期以来，国内众多研究机构也进行了相关探索和尝试，在理论研 究和现场应用方面都取得了突破，并成功开发出状态监测与诊断系统。比较有代 表性的是北京化工大学的b h 5 0 0 0 在线监测系统，该系统可提供一整套从传感器现 场安装到i n t e r n e t 网络化监测系统的解决方案，可应用于防爆厂区，能满足用户监 测、诊断、设备运行状态管理和开展状态维修的需求。 对于旋转机械设备，b h 5 0 0 0 系统可以灵活可靠地监测设备的运行状态，包括 历史和实时两种方式。实时监测部分，可以在机器稳态和瞬态( 启停车) 工况下 提供数据采集和监测、分析、诊断功能；历史监测部分，可以方便、灵活地对过 去的任意时间段做任意测点的各种图谱比较、分析和诊断，帮助了解目前运行状 态和设备历史状态，为精确判断和诊断设备故障提供必要的依据；对于往复机械， b h 5 0 0 0 系统通过振动监测、动态压力监测、缓变量监测手段，可以实现往复压缩 机全方位、多参数监测分析与诊断，保证设备能够在透明的状态下运行。 2 第一章绪论 1 3 远程状态监测与诊断系统结构 振动信号监测与诊断系统主要分为离线和在线系统，对于关键机组，一般采 用在线系统【l0 1 。在线监测与诊断系统由电子技术、测试技术、通讯技术等综合构 成，专业人员可获取设备的实时以及历史工况信息，包括机组频谱相位信息，启 停车分析，报表分析，专家系统等多种功能，且能长时间保存机组运行状态。 在线监测系统的发展经历了单机式和分布式远程系统两类。单机式系统虽具 有较好的实时性和可靠性，但不利于信息共享；分布式远程系统虽然解决了信息 共享的问题，但又影响了实时性和数据传输性，为了克服传统系统的不足，出现 了当前比较流行的基于中间件技术的分布式系绀【1 卜乃j 。 图1 - 1 远程状态监测系统总体结构 f i g 1 - 1s t r u c t u r eo ft h er e m o t em o n i t o r i n gs y s t e m 本课题所研究的状态监测与诊断系统总体结构如图1 1 所示。根据数据流向， 状态监测系统可以分为三个子系统：信号采集系统、中间件应用服务器系统、客 户监测与诊断系统【1 4 1 。此三个子系统完成了对现场机组的信号采集与处理、数据 保存与发送、状态监测与诊断等功能，并且可以实现远程协作和远程会诊，指导 现场生产和维修。 3 兰 北京化_ t 大学硕 ：学位论文 1 4 论文的主要研究内容 本论文主要研究在线监测与诊断系信号采集系统，包括信号采集、简易特征 值处理、数据发送和断网保存，并完成了信号采集系统的开发、调试及优化工作。 信号采集系统经过旋转实验台和往复压缩机实验台的测试与改进，成功推广到石 化、炼化、海上石油钻井平台及风力发电机组的在线监测与诊断应用中。本论文 主要研发的内容如下： 1 信号采集 信号采集系统主要采集电压和频率信号，并且采集过程可以由外部键相信号 触发或软件定时触发。为了减小频谱泄漏和栅栏效应，提高信号特征值处理精度， 采集模块中添加了整周期重采样功能；为了在各种转速下有足够的频域分辨率分 析故障信号，采集模块实现了采样频率随转速实时调整；为了实现不同测点拥有 不同的采样频率，采集模块添加了软件抗混叠低通滤波及重采样功能。 2 数据处理 信号采集系统主要对现场信号进行预处理及特征值计算。为了解决因数据采 集卡循环采样产生的相位误差，系统对测点的相位特征值进行补偿；为了提高经 济性指标，系统预处理模块添加虚拟通道技术，使单个传感器实现多种功能；为 了完整记录旋转机械启停车过程，系统专门设置启停车处理模块，设置启停车队 列。 3 数据发送 发送的数据按时间可以分为实时数据和历史数据，按数据类型可以分为日常 数据和启停车数据。为了便于排除数据采集系统自身异常，数据发送模块不仅要 将所有测点的波形和特征值发送至上层服务器，也需要发送信号采集系统的硬件 和软件状态信息。 4 断网保存 数据发送时，会存在网络不畅的情况，信号采集系统运用断网保存技术保障 现场数据能够完整的发送至上层中间件服务器。 4 第二章数据采集系统的总体设计 第二章信号采集系统总体设计 信号采集作为一门多学科交叉的综合应用技术，是监测与诊断技术的重要组 成部分。随着监测与诊断系统应用的不断扩大，信号采集技术也得到飞速发展。 信号采集处于状态监测与诊断系统的前端，主要是指从传感器或二次仪表等被测 单元中采集信号的过程【1 5 , 1 6 。 本课题所研究的信号采集系统是基于p c 平台，通过软件与硬件相结合，实现 信号的自动化采集、处理和发送。信号采集系统可分为：现场信号、传感器、二 次仪表、信号调理电路、数据采集设备、驱动软件和应用程序，信号采集系统总 体结构如图2 1 所示。 敬宋配筲叻下 、， 极掘累糍软锋 ”j i ”l “j i4 ”：遥；i l 羹越l 。i ：遥 毫一一 ”“ 己：景：”，； 箩：一琴“： ” m 糍j 葡 一一- 爹一瑟 缴歉 簌 逸冒 筹峨。翟 ，。j ：。4 ， 刚国l 蓉 p c i 数葫采集扣、u s b 数搬聚餐kv1 0 4 数搦震褒# 窝上圆 圈圉国 圉 国 圈圈圈 图 圈 图2 - 1 信号采集系统总体结构 f 蟾2 ls 仇l c t u 他o f t h es i g n a la c q u i s i t i o ns y s t e m 5 北京化工人学硕士学位论文 2 1 信号采集系统框架 信号采集系统是本课题的工作重点，主程序包括信号采集、信号处理和数据 发送三大线程，并通过w i n d o w s 事件机制使三大主线程并行执行【1 1 7 1 。信号采集系 统启动时需要读取设备信息、测点信息、采样信息和通讯信息。为了便于配置， 专门为信号采集系统设计了配置助手，配置助手从设备组态软件生成的数据库中 同步设备信息和测点信息，并添加采集信息和通讯信息。信号采集系统的框架如 图2 2 所示。 l 程序启动 l l l 读取配霞怡息 i 俯愆 俯息、测点信息 图2 - 2 信号采集系统框架 f i g 2 2a r c h i t e c t u r eo ft h es i g n a la c q u i s i t i o ns y s t e m 数据采集模块可以进行实际采集和虚拟采集功能，虚拟采集包括数据回放和 信号仿真；数据处理模块可以进行多种测点类型的处理，包括径向振动测点、轴 向振动测点、动态压力测点、活塞杆载荷测点、缸体振动测点、撞击次数测点和 温度测点，且根据设备类型自动调节测点的处理算法；数据发送模块可并行发送 实时数据、启停车数据、断网保存数据和软件运行状态。 从信号采集系统的上述功能来看，各个模块界限清晰，适合使用面向对象技 术对系统进行合理的分解。面向对象是从现实世界中客观存在的事物出发来构造 软件系统，并在系统构造中尽可能运用人类的自然思维方式来思考问题，认识 6 第二章数据采集系统的总体设计 问题，并根据事物本质，把它们抽象为系统中的对象，作为系统的基本构成单 位【1 7 19 1 。通过面向对象技术将相似功能抽象为类，提高系统的可维护性。 信号采集系统定义了设备类( c p l a n t ) ，其对象g 用于存放设备的机组信_plant 息、测点信息和各类数据，它作为公用数据区与其它的各个对象进行数据交互， 是整个软件的核心。t h e a p p 是主程序类的对象，在程序初始化时从硬盘读取设备 信息、测点信息、采集信息、通讯信息，进而对gp l a n t 对象做初始化处理；数据 采集类( c d a t a c o l l e c t o r ) 的对象gp c o l l e c t o r 实现实际采集、数据回放或信号仿 真的功能；数据处理类( c d a t a p r o c e s s o r ) 的对象gp p r o c e s s o r 专门负责对从数据 采集卡获取的原始数据做预处理和特征值计算；启停车处理类( c s u d j u d g e ) 的 对象g j u d g e 负责启停车过程判断、数据缓存和数据存入队列处理；数据通信类 ( c d a t a c o m m ) 的对象g，专门负责向中间件发送实时数据、启停车数据_pcomm 和软件运行状态，另一个对象g负责发送断网时保存的日常数据_plostnetcomm 和启停车数据。除此之外，还有程序窗口对象，负责显示数据采集软件信息、设 备信息、测点信息、采样信息、特征值、信号原始波形、预处理后的波形及频谱 等等。这样，如果需要添加新需求，只需变更相应功能模块即可，维护成本低， 系统扩展方便。 信号采集系统的工作时序是这样的：主进程启动时，首先初始化t h e a p p 对象， 然后再由t h e a p p 对象对g和窗