便携式船舶电站检测专家分析仪的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种船舶电站及自动化技术领域，具体涉及一种便携式船舶电站检测 专家分析仪。
【背景技术】
[0002] 以船舶电站为核心的船舶电力系统是船舶安全航行的重要保障。目前，船舶电力 系统越来越复杂，普遍存在运行过程实时测量、在线检测与分析、故障预测与查找等难题， 既无法做出事前故障预警，也无法在故障出现后迅速定位，更不能提供故障信息和解决方 案。
[0003] 虽然船舶电站配电装置具有测量、显示和检测功能，包括指针式功率表、电压表、 电流表、频率表、功率因数表、兆欧表，还配置有数字式监控单元如DEIF的GPU和PPU、 SIEMENSGEN0P、SELC0SIGMA等等，负载控制箱上设置有指针式电压表和电流表，达到监 控和保护作用；但是，其只具有检测功能，不具有对船舶电力设备的工作状态深入分析和故 障诊断功能。广泛使用的万用表，FLUKE系列、Tektronix系列、Keithley系列、ERLPhase PowerTechnologies系列数字式仪表、poweranalysisrecorder电源分析仪等，具有支持 信号类型单一以及不具有故障诊断的功能。
[0004] 另外，现有技术中，在对船舶电站及其自动化系统进行管理和维修时，普遍采用手 持式仪表如万用表进行测量，高档数字式仪表包括Tektronix系列、Keithley系列、ERL PhasePowerTechnologies系列、FLUKE系列。该类手持式仪表具有以下不足：产品功能单 一，为支持每个产品需单独开发，不具有开放性、可扩展性和灵活性。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种便携式船舶电站检测专家分析仪，具 有开放性、可扩展性、易修改性、测量多样性和可并行测量的优点；还集信号处理、动态递归 模糊神经网络和HHT算法于一体，可方便、快速和准确地确定故障性质和原因，节省维修时 间，降低对维修人员的专业要求。
[0006] 本发明采用的技术方案如下：
[0007] 本发明提供一种便携式船舶电站检测专家分析仪，包括：主机（1)、以太网高速同 步数据采集终端（4)、USB高速同步数据采集终端（5)、稳压电源（6)、第1三单相交流电流 变送器（7. 1)、第1三相交流电压变送器（8. 1)、第2三单相交流电流变送器（7. 2)和三单相 交流电压变送器（8.2);所述主机（1)通过以太网通讯线（2)与所述以太网高速同步数据 采集终端（4)连接，所述主机（1)通过USB数据线（3)与所述USB高速同步数据采集终端 (5)连接；所述稳压电源（6)分别与所述主机（1)、所述以太网高速同步数据采集终端（4)、 所述USB高速同步数据采集终端（5)、所述第1三单相交流电流变送器（7. 1)、所述第1三 相交流电压变送器（8. 1)、所述第2三单相交流电流变送器（7. 2)和所述三单相交流电压变 送器（8. 2)电连接；
[0008] 所述以太网高速同步数据采集终端（4)配置有三个采样接口，分别为第1采样接 口、第2采样接口和第3采样接口；其中，所述第1采样接口通过第1模拟与数字信号线 (15. 1)与第1弱电信号直接输入接口M连接；所述第2采样接口通过所述第1三单相交流 电流变送器（7. 1)与第1变送器输入航空插头F连接；所述第3采样接口通过所述第1三 相交流电压变送器（8. 1)与第2变送器输入航空插头G连接；其中，所述第1变送器输入航 空插头F用于与电流互感器连接，接收所述电流互感器输出的交流电流信号；所述第2变送 器输入航空插头G用于与电压互感器连接，接收所述电压互感器输出的交流电压信号；
[0009] 所述USB高速同步数据采集终端（5)配置有三个采样接口，分别为第4采样接口、 第5采样接口和第6采样接口；其中，所述第4采样接口通过第2模拟与数字信号线（15. 2) 与第2弱电信号直接输入接口N连接；所述第5采样接口通过所述第2三单相交流电流变 送器（7. 2)与第3变送器输入航空插头C连接；所述第6采样接口通过所述三单相交流电 压变送器（8. 2)与第4变送器输入航空插头D连接；其中，所述第3变送器输入航空插头 C用于与电流互感器连接，接收所述电流互感器输出的交流电流信号；所述第4变送器输入 航空插头D用于与电压互感器连接，接收所述电压互感器输出的交流电压信号。
[0010] 优选的，所述第1三相交流电压变送器（8. 1)的输出端接至所述以太网高速同步 数据采集终端（4)的Ain点，所述第1三相交流电压变送器（8. 1)的GND点与所述以太网 高速同步数据采集终端（4)的AIGND点和所述稳压电源（6)的GND点连接；
[0011] 所述三单相交流电压变送器（8. 2)的输出端接至所述USB高速同步数据采集终端 (5)的Ain点，所述三单相交流电压变送器（8. 2)的GND点与所述USB高速同步数据采集终 端（5)的AIGND和所述稳压电源（6)的GND点连接。
[0012] 优选的，所述第1三单相交流电流变送器（7. 1)的输出端接至所述以太网高速同 步数据采集终端（4)的Ain点，所述第1三单相交流电流变送器（7. 1)的GND点与所述以 太网高速同步数据采集终端（4)的AIGND和所述稳压电源（6)的GND点连接；
[0013] 所述第2三单相交流电流变送器（7.2)的输出端接至所述USB高速同步数据采集 终端（5)的Ain点，所述第2三单相交流电流变送器（7. 2)的GND点与所述USB高速同步 数据采集终端（5)的AIGND和所述稳压电源（6)的GND点连接。
[0014] 优选的，还包括机箱（14);所述机箱（14)内部分为两层，上层用于放置所述主 机（1);下层用于放置所述以太网高速同步数据采集终端（4)、所述USB高速同步数据采集 终端（5)、所述稳压电源（6)、所述第1三单相交流电流变送器（7. 1)、所述第1三相交流 电压变送器（8. 1)、所述第2三单相交流电流变送器（7. 2)和所述三单相交流电压变送器 (8. 2)。
[0015] 优选的，还包括冷却风扇（11);所述冷却风扇（11)安装在所述机箱（14)的背面 进气孔内；在所述机箱（14)的两个侧面分别设置有散热孔。
[0016] 优选的，所述主机（1)配置有检测与信号处理模块、动态递归模糊神经网络故障 预报模块以及信号特征HHT分析模块；所述检测与信号处理模块、所述动态递归模糊神经 网络故障预报模块以及所述信号特征HHT分析模块共同对信号进行处理，得到被测电力系 统的运行状态和故障信息。
[0017] 优选的，所述检测与信号处理模块用于：
[0018] 接收被测电力系统的模拟或数字形式的三相电压和三相电流信号，利用Labview 编程和组态操作界面，捕捉所述三相电压和三相电流信号的突变信号、脉冲信号、瞬变信号 和跳频信号；
[0019] 计算并显示被测电力系统的运行参数，所述运行参数包括：电压和电流有效值、Y 型电压和电流值、A型电压和电流值、频率、有功/无功/视在功率、相位角、角速度、功率因 数、阻抗和相序；
[0020] 对所述三相电压和三相电流信号进行电压电流谐波分析、傅里叶分析和小波分 析，并显示谐波分析结果、傅里叶分析和小波分析结果；
[0021] 绘制电压电流向量图，并显示绘制得到的电压电流向量图；
[0022] 还显示采样数、采样率、采样模式和实时趋势曲线图。
[0023] 优选的，所述动态递归模糊神经网络故障预报模块由MATLAB编程并由Labview调 用运行，用于预报故障发生趋势；其中，动态递归模糊神经网络包括输入层、回归层和输出 层；所述输入层的神经元为双极性线性函数，输入层神经元的个数为3个，分别对应被测电 力系统的三相电压信号；所述回归层的神经元个数为9个，其结构能记忆前一时刻的适度 值，学习算法采用梯度下降法，使参数沿着负梯度方向学习，以价值函数最小化为目标；所 述输出层的神经元为阈值型函数，输出层神经元为一个，用于输出实时趋势曲线，预测三相 电压趋势，预报结果包括三相电压正常、三相电压偏离、电源电压高、电源电压过高、电源电 压低、电源电压过低。
[0024] 优选的，动态递归模糊神经网络具体算法示例如下：
[0025] 第一层输入层：#二匕，# = 其中VR、VjPVT为被测三相电压； "广、岭'".、表不第一层三个神经兀对应的三个输入，上标（1)表不第一层；
[0031] 其中，上标（2)表不第二层，（n^i，〇H)、（m2i，〇 2)和（m3i，〇 3i)分别是高斯隶属函 数的中心和基宽，和分别为记忆反馈系统以前的信息，0u、 0 2i和0 3i为反馈记忆部分的连接权；hH、h2i和h3i为弟-层神经兀的输入，i为弟-层神 经元个数；为第一层神经元的输出； 和/^为第二层神经 兀的输出；
[0032] 第三层if-then模糊规则运算层：
[0034] 其中j+Yk = 1，且Yljke[0，1]为补偿算子；qij为第二层神经元到第三层 神经元的连接权；为第三层神经元的输出；j为连接权数，k为第三层神经元数；
[0035] 第四层为推理层：
(18)
[0036] 由输入u(1)到第k的输出为：
[0038] 第五层结果输出层：
_)
[0039] 其中，R为模糊规则数，〇(4)为第四层神经元的模糊推理结果，〇的为网络第一 层的神经元到第四层的神经元的运算结果，为记忆反馈系统t时刻以前的（t_l) 时刻的信息；ct、0和均为大于〇的可调参数，使活化双曲正切函数具有自适应性，（mn， 0h，9h)、〇%，〇21，Q2l)、（m3l, 〇 3l, 0 3l)、（YpYj,Yk,Y