机泵群状态在线监测系统及其监测方法
【专利摘要】本发明涉及一种机泵群状态在线监测系统及其监测方法，监测系统包括多个机泵状态传感器、若干个机泵状态数据汇聚装置和作为监控终端的工控机，机泵状态传感器一一对应地安装在机泵上，每个机泵状态数据汇聚装置和多个机泵状态传感器无线相连，机泵状态数据汇聚装置和工控机无线或有线相连。监测方法为，由机泵状态传感器实时采集机泵的振动及温度信息，并无线传输给机泵状态数据汇聚装置，集中处理后，再传输给工控机，经过工控机的计算和处理，显示机泵的实时状态、历史运行状态及故障诊断报告，实现监控中心对机泵的在线实时状态监测，便于及时发现故障并及时作出处理，确保企业生产正常进行。
【专利说明】机泵群状态在线监测系统及其监测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种监测系统，尤其涉及一种监测石化企业机泵群是否正常工作的机泵群状态在线监测系统及其监测方法。
【背景技术】
[0002]石化行业由于其流程工艺的特点，设备都处于高温高压环境下，需要应用实时状态监测的方法来实现管理。实时状态监测是加强石化行业大机组专业化管理的一项重要内容，它直接反映出机组运行状态的好坏。目前，国内石化企业在线监测的重点往往是相当关键的大型机组，如催化裂化装置的主风机组和气压组，动力车间的空压机组以及其他装置的大型压缩机等，对于现场的一些小型关键旋转设备(如机泵、压缩机、小型风机、小型电机等)，由于其价值低而不被重视。对于这些小型设备，多数企业还停留在离线监测或者人工巡检、定期维修的阶段。而这些机组和小型设备，一般所处工作环境恶劣，属于故障多发设备，其运转的好坏关系到企业的生产状况，对企业经济效益亦有直接的影响。
【发明内容】
[0003]本发明主要解决原有石化企业对小型关键旋转设备还停留在离线监测或者人工巡检、定期维修的阶段，无法实现在线实时状态监测，影响企业正常生产的技术问题；提供一种机泵群状态在线监测系统及其监测方法，其能实时采集机泵的振动及温度信息，自动对机泵进行故障诊断，在监控终端上显示机泵的实时状态、历史运行状态及故障诊断报告，实现机泵群状态在线实时监测，便于及时发现故障并及时作出处理，确保企业生产正常进行。
[0004]本发明另一目的是提供一种机泵群状态在线监测系统，其前端采集到的机泵的振动及温度信息以无线通讯方式传输给后端，省略了大量电缆的辅设，安装和维护都很方便。
[0005]本发明又一目的是提供一种机泵群状态在线监测系统，其所用的机泵状态传感器及机泵状态数据汇聚装置均具有防爆防尘防水性能，适合在石化企业的高温高压环境下工作，提高工作可靠性。
[0006]本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的:本发明的机泵群状态在线监测系统，包括多个机泵状态传感器、若干个机泵状态数据汇聚装置和作为监控终端的工控机，每个需要监测的机泵上安装有一个所述的机泵状态传感器，每个机泵状态数据汇聚装置和多个机泵状态传感器无线相连，所述的机泵状态数据汇聚装置和所述的工控机无线或有线相连。每个需要监测的机泵上安装有一个机泵状态传感器，机泵状态传感器实时采集机泵的工作状态信息，包括振动信息及温度信息，并无线发送给与其有一定距离的机泵状态数据汇聚装置，每台机泵状态数据汇聚装置可以管理多台机泵状态传感器，机泵状态数据汇聚装置对接收到的数据进行处理和汇总，再以有线或无线的方式传输给工控机，工控机可以管理多台机泵状态数据汇聚装置，工控机对接收到的所有机泵的状态数据进行处理和分析，得出机泵故障诊断报告。工控机上的控制信号也可以通过机泵状态数据汇聚装置再无线下传给机泵状态传感器，传感器会根据得到的信息进行采集传送。本技术方案实现监控中心对机泵的在线实时状态监测，便于及时发现故障并及时作出处理，确保企业生产正常进行。而且机泵状态传感器采集到的机泵的振动及温度信息以无线通讯方式传输给机泵状态数据汇聚装置，省略了大量电缆的辅设，安装和维护都很方便。
[0007]机泵群状态在线监测系统还可包括连接到局域网上的服务器，工控机也和局域网相连。在这种技术方案中，工控机接收到的机泵的所有状态数据再通过局域网传输给服务器，最后由服务器对所有机泵的状态数据进行处理和分析，形成所有机泵的实时数据列表和历史数据列表及各种图谱，得出机泵故障诊断报告。通过局域网还可挂接其他工控机作为监控终端，实现多台工控机可同时对机泵进行实时监测，便于更好地完成监测任务。服务器上可进行用户权限设置，包括超级管理员、管理员和操作员等权限设置，不同权限有不同的操作功能和查看功能。
[0008]作为优选，所述的机泵状态传感器包括壳体及设于壳体中的线路板，线路板上焊接有机泵状态检测电路，所述的机泵状态检测电路包括中央处理单元、振动信号采集单元、温度信号采集单元、电压检测单元和无线通讯单元及为整个机泵状态检测电路提供工作电压的电源单元，所述的电源单元由电池供电，振动信号采集单元、温度信号采集单元及无线通讯单元分别和所述的中央处理单元相连，所述的电压检测单元的输入端和所述的电池的正极相连，电压检测单元的输出端和所述的中央处理单元相连。振动信号采集单元可采用三轴加速度传感器实现，无线通讯单元可采用433MHz的工作频率，避免了 2.4GHz频率穿透力差、易受雨雪等异常天气影响及易受别的电子设备干扰等问题。机泵状态传感器安装在被监测的机泵上，振动信号采集单元采集机泵三轴振动信号，温度信号采集单元采集机泵工作环境温度信号，监测到的振动数据及温度数据分别传输给中央处理单元，经过中央处理单元的分析和处理，再将数据通过无线通讯单元发送给机泵状态数据汇聚装置。采用电池供电方式，避免外接电源线，安装和使用更加方便。通过电压检测单元实时采集电池电量，并输送给中央处理单元，再由中央处理单元将测得的电量值通过无线通讯单元发送给远端的数据汇聚装置和监控终端，使监控人员通过监控终端可及时发现传感器的工作电量，一旦发现电量不足，可及时作出相应处理，确保传感器一直在正常的工作电压下工作，确保所监测到的数据的准确性。
[0009]作为优选，所述的壳体包括底座和罩在底座上的盖体，所述的线路板安装在底座内，所述的电源单元由电池供电，电池装在电池安装盒中，电池安装盒位于线路板上，所述的盖体将电池罩在电池安装盒中，底座顶部设有防爆外螺纹，盖体底部设有防爆内螺纹，底座和盖体螺纹连接，所述的底座两侧各设有一个互相对称的安装耳，安装耳上设有安装孔。底座和盖体通过防爆螺纹连接，线路板和电池被密封在壳体中，达到防爆防尘防水的效果。底座和盖体可采用不锈钢材质或铝材质，电池安装盒采用ABS材质。
[0010]作为优选，所述的电池安装盒的内壁上对称地设有两条径向外凸的凹槽，电池安装盒的底部中心及凹槽中各设有一个弹簧，电池安装盒的外壁上对称地设有两条安装柱，电池安装盒通过安装柱安装在所述的底座上，电池安装盒的外壁上还设有多个沿外壁圆周均布的凸头。底部中心的弹簧抵在电池电极上，其他两个弹簧抵在电池的侧面，起到防震防摩擦的作用。凸头的设置，便于电池安装盒和底座卡接，进一步提高电池安装盒和底座稳固连接。
[0011]作为优选，所述的机泵状态数据汇聚装置包括盒体及设于盒体中的机泵状态数据汇聚电路，机泵状态数据汇聚电路包括无线通讯模块、中央处理模块和串口转换模块及为整个机泵状态数据汇聚电路提供工作电压的电源模块，无线通讯模块和中央处理模块相连，中央处理模块又和串口转换模块相连，无线通讯模块和所述的机泵状态传感器无线相连，串口转换模块通过485通讯电缆和所述的工控机相连。串口转换模块采用485转换芯片，无线通讯模块采用433MHz射频无线收发芯片和八木天线实现，433MHz的工作频率，避免了 2.46Hz频率穿透力差、易受雨雪等异常天气影响及易受别的电子设备干扰等问题，八木天线有很好的方向性，较偶极天线有高的增益，远距离通信效果特别好。
[0012]作为优选，所述的盒体包括盒底和盒盖，盒底和盒盖通过防爆螺纹连接，所述的盒底的侧面设有伸入到盒体中的输入接线端子和输出接线端子，输入接线端子及输出接线端子分别和所述的盒底通过防爆螺纹连接；所述的盒底的背面设有四个安装耳，四个安装耳分别位于底座的四个角落处，安装耳上设有安装孔；所述的盒盖的顶面上设有两个凸台和两个紧固螺钉，两个凸台分别位于盒盖的左侧和右侧，所述的凸台设有U型槽，两个凸台的U型槽在一条直线上，两个紧固螺钉分别位于左侧凸台的左边及右侧凸台的右边。输入接线端子、输出接线端子的内端头分别连接无线通讯模块、串口转换模块，输入接线端子的外端头通过通讯电缆连接八木天线，输出接线端子的外端头通过485通讯电缆连接工控机。盒盖及输入、输出接线端子均采用防爆螺纹连接结构，达到防爆防尘防水的效果。盒底和盒盖均采用不锈钢材质或铝材质或铝合金材质。通过安装耳，便于将机泵状态数据汇聚装置安装到墙体上或其他设备上，安装方便，安装牢固。
[0013]本发明机泵群状态在线监测系统的监测方法为:由所述的机泵状态传感器实时采集机泵的状态信息，状态信息包含机泵的三轴振动数据和温度数据，并经缓存处理和数据打包，再无线发送给所述的机泵状态数据汇聚装置，机泵状态数据汇聚装置对接收到的数据进行解析和处理，再传输给所述的工控机，工控机对接收到的机泵状态数据进行处理和分析，显示出机泵的实时状态和历史运行状态，再通过故障诊断方法，判断出机泵在正常状态还是故障状态并进行正常状态显示或故障状态显示。本发明实时采集机泵的三轴振动信息及温度信息，自动对机泵进行故障诊断，在监控终端上显示机泵的实时状态、历史运行状态及故障诊断报告，实现机泵群状态在线实时监测，便于及时发现故障并及时作出处理，确保企业生产正常进行。
[0014]作为优选，所述的工控机对接收到的机泵状态数据进行处理，形成数据分析图谱，数据分析图谱包括总貌图、趋势图、波形频谱图、包络谱图、三维频谱图、全息频谱图、全息包络图和单值棒图，再通过故障诊断方法，形成每个机泵的状态诊断报告。总貌图显示一个风场下的所有机泵的运行状态，从报警状态上可直观地看出机泵是否存在故障。趋势图显示单个机泵的振动趋势，也可以同时显示多个机泵的趋势图，以放在一起进行对比查看。波形频谱图显示单个机泵的振动波形图和频谱图，通过查看分析图谱，同时还可以将实时波形和历史波形进行比较分析。包络谱图显示机泵振动的包络谱图，可查看分析图谱，同时还可以将实时包络波形和历史包络波形进行比较分析。三维频谱图:可选择是振动还是包络三维谱图，同时还可以查看三维图谱中的某个点的波形频谱图，实现图谱与图谱之间的关联，简单、方便查看。全息频谱图，实现一个机泵的X轴、Y轴以及Z轴三个方向的振动频谱的对比，从对比中得到机泵的某一个方向存在不正常振动，从而判断出故障出现的位置。全息包络图，实现一个待测机泵的X轴、Y轴以及Z轴三个方向的振动包络图谱的对比，从对比中得到测点的某一个方向存在不正常振动，从而判断出故障出现的位置。单值棒图，显示所有测点的三个方向的实时振动状态，图文结合，左边以表格明了显示测点某个方向的振动相关信息，右边以油桶形状显示三个方向的振动状态，同时可进行图谱与图谱之间的关联，实现多个单图谱与多个图谱的切换查看。机泵状态信息显示直观、清楚，还能进行各种对比，便于发现故障，及时判断出故障位置。
[0015]作为优选，所述的故障诊断方法包括:设置每个机泵的报警门限，报警门限包括高报值和高高报值，将采集到的机泵状态数据和设定的高报值、高高报值进行比较，当机泵状态数据小于高报值时，则判断为机泵正常运行，不存在故障，工控机上显示的机泵图标呈绿色；当机泵状态数据大于高报值而小于高高报值时，则判断为高报报警，工控机上显示的机泵图标呈黄色；当机泵状态数据大于高高报值时，则判断为高高报报警，工控机上显示的机泵图标呈红色。机泵状态显示直观、清楚，便于及时发现故障。
[0016]作为优选，所述的故障诊断方法为:采用多元统计分析，将主分量分析、独立分量分析、核主分量分析和盲源分离四种方法统一于高阶统计信息提取、多元冗余特征融合和多维测量信号分离三个子体系下，用多元统计分析对所述的机泵状态信息进行特征提取、信号分析和状态辨识的分析处理，针对多元统计特征评价和选取问题，以低维主分量特征表示机泵的状态信息，建立一种平均相关度法则来评估每个主分量刻画出机泵的状态，并选取低维主分量特征表示机泵状态特征的综合。本发明利用多元统计分析方法对混合信号分离和分析处理以及对多维信号中提取更加有效的新统计特征来表达和分类机泵的机械状态模式，从而实现对机泵状态的故障诊断，具有好的规律性和强的敏感性。将主分量分析(PCA)、独立分量分析(ICA)、核主分量分析(KPCA)和盲源分离(BSS)四种多元分析方法应用在本发明中，并统一于高阶统计信息提取、多元冗余特征融合和多维测量信号分离这三个子体系下。高阶统计信息提取可以提取多维或一维测量信号的高阶统计信息，而这种统计信息体现了机泵状态模式的本质属性，比原始测量信号能够更敏感的体现设备运行状态。多元冗余特征融合可以从多元原始特征中提取出新的统计结构，这些新特征比原始特征更稳健、聚类性更好，实现了对机泵运行状态的更精确诊断。多维测量信号分离则可以从多维测量信号中分离出反映某个关键部件的信号成分，据此可以更轻易地判断该部件的故障情况，是一种新的机泵状态分析途径。机泵的振动信号总是表现出了多通道传递信号的混合，每个机泵状态传感器获取的信号并不是所测位置部件的实际振动信号，而是多个振动源信号的耦合。通过主分量分析、独立分量分析及核主分量分析等多元统计分析方法对混合信号分离和分析处理以及对多维信号中提取更加有效的新统计特征来表达和分类机泵状态模式，从而实现对机泵状态的故障诊断。本技术方案可以发现机泵早期故障并准确判断故障情况，提高了机泵的可利用率，尽可能的减少了维护和保养的周期及财务成本，还可以从根本上解决设备定期维修中的维修不足和过剩维修的问题。可以保障石化企业机泵的安全可靠高效运行，预防和避免出现故障，杜绝事故发生。
[0017]本发明的有益效果是:通过机泵状态传感器实时采集机泵的振动及温度信息，并无线传输给机泵状态数据汇聚装置，集中处理后再传输给监控中心的工控机，由工控机对机泵进行故障诊断，在工控机上显示机泵的实时状态、历史运行状态及故障诊断报告，实现机泵群状态在线实时监测，便于及时发现故障并及时作出处理，确保企业生产正常进行。而且机泵状态传感器和机泵状态数据汇聚装置之间以无线方式进行通讯，省略了大量电缆的辅设，安装和维护都很方便。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本发明中机泵群状态在线监测系统的一种系统连接结构框图。
[0019]图2是本发明中机泵状态传感器的一种立体分解结构示意图。
[0020]图3是本发明中机泵状态传感器的底座的一种俯视结构示意图。
[0021]图4是本发明中机泵状态传感器的电池安装盒的一种立体结构示意图。
[0022]图5是本发明中机泵状态传感器的一种电路原理连接结构框图。
[0023]图6是本发明中机泵状态数据汇聚装置的一种主视结构示意图。
[0024]图7是本发明中机泵状态数据汇聚装置的一种侧视结构示意图。
[0025]图8是本发明中机泵状态数据汇聚装置的一种电路原理连接结构框图。
[0026]图中1.线路板，2.中央处理单元，3.振动信号采集单元，4.温度信号采集单元，
5.无线通讯单元，6.电源单元，7.天线，8.电压检测单元，9.底座，10.盖体，11.电池安装盒，12.电池，13.防爆外螺纹，14.防爆内螺纹，15.安装耳，16.安装孔，17.凹槽，18.弹簧，19.安装柱，20.凸头，21.无线通讯模块，22.中央处理模块，23.串口转换模块，24.电源模块，27.八木天线，28.485通讯电缆，29.盒底，30.盒盖，31.输入接线端子，32.输出接线端子，33.安装耳，34.安装孔，35.凸台，36.U型槽，37.紧固螺钉，100.机泵状态传感器，200.机泵状态数据汇聚装置，300.工控机，400.服务器，500.局域网。
【具体实施方式】
[0027]下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
[0028]实施例:本实施例的机泵群状态在线监测系统，如图1所示，包括机泵状态传感器100、机泵状态数据汇聚装置200、服务器400和作为监控终端的工控机300，机泵状态传感器根据需监测的机泵多少可以设置多个，机泵状态数据汇聚装置根据机泵状态传感器的多少也可以设置多个。一个机泵上安装有一个机泵状态传感器100，一个机泵状态数据汇聚装置200可以和多个机泵状态传感器100进行无线相连，图1中虚线指代无线连接，多个机泵状态数据汇聚装置200通过485通讯电缆和工控机300相连，工控机300及服务器400均连接到局域网500。
[0029]如图2、图3所示，机泵状态传感器100包括壳体，壳体中安装有线路板1、电池安装盒11和电池12，线路板I上焊接有机泵状态检测电路。壳体包括底座9和罩在底座9上的盖体10，底座9顶部有防爆外螺纹13，盖体10底部有防爆内螺纹14，底座9和盖体10通过防爆螺纹紧密连接，底座9两侧各有一个互相对称的安装耳15，安装耳15上有腰形安装孔16，便于安装到被监测的机泵上。底座9侧面安装有垂直向上的天线7。线路板I安装在底座9内，电池安装盒11位于线路板I上，电池12装在电池安装盒11中，如图4所示，电池安装盒11的内壁上对称地有两条径向外凸的凹槽17，电池安装盒11的底部中心及凹槽17中各有一个圆锥形弹簧18，底部中心的弹簧抵在电池电极上，其他两个弹簧抵在电池的侧面，起到防震防摩擦的作用，电池安装盒11的外壁上对称地有两条安装柱19，电池安装盒11通过安装柱19安装在底座9上，电池安装盒11的外壁上还有四个沿外壁圆周均布的凸头20，以和底座卡接，提高安装稳固性，盖体和底座螺纹连接，同时盖体10将电池12罩在电池安装盒11中。底座和盖体采用不锈钢材质，电池安装盒采用ABS材质。如图5所示，机泵状态检测电路包括中央处理单元2、振动信号采集单元3、温度信号采集单元4、无线通讯单元5和电压检测单元8及为整个机泵状态检测电路提供工作电压的电源单元6，电源单元6由电池12供电，振动信号采集单元3、温度信号采集单元4及无线通讯单元5分别和中央处理单元2相连，电压检测单元8的输入端和电池的正极相连，电压检测单元8的输出端和中央处理单元2相连。中央处理单元采用单片机，无线通讯单元采用433MHz射频无线收发芯片，433MHz射频无线收发芯片的相应管脚和天线7相连，振动信号采集单元采用三轴加速度传感器，温度信号采集单元采用温度传感器。电压检测单元包括比较器，采用电阻分压，采集充电电池电压，将比较器接成电压跟随器的方式，再配置到单片机内置AD输入通道。
[0030]如图6、图7所示，机泵状态数据汇聚装置200包括盒体及安装在盒体中的机泵状态数据汇聚电路。盒体包括方形盒底29和圆形盒盖30，方形盒底的开口也呈圆形，盒盖30通过防爆螺纹和盒底29的圆形开口密封连接。盒底29的侧面有伸入到盒体中的输入接线端子31和输出接线端子32，输入接线端子31及输出接线端子32分别和盒底29通过防爆螺纹连接。盒底29的背面连接有四个安装耳33，四个安装耳33分别位于盒底29的四个角落处，安装耳33上有安装孔34，以便于将机泵状态数据汇聚装置安装到墙壁上。盒盖30的顶面上有两个凸台35和两个紧固螺钉37，两个凸台35分别位于盒盖30的左侧和右侧，凸台35上有U型槽36，两个凸台35的U型槽36在一条直线上，两个紧固螺钉37分别位于左侧凸台35的左边及右侧凸台35的右边。本实施例中，盒底和盒盖均采用加厚型不锈钢材质。如图8所示，机泵状态数据汇聚电路包括无线通讯模块21、中央处理模块22和串口转换模块23及为整个机泵状态数据汇聚电路提供工作电压的电源模块24，无线通讯模块21和中央处理模块22相连，中央处理模块22又和串口转换模块23相连，串口转换模块23和输出接线端子32相连，输出接线端子32再和485通讯电缆28的一端相连，485通讯电缆28的另一端和工控机200相连。中央处理模块采用单片机，串口转换模块采用485转换芯片，无线通讯模块21和多个机泵状态传感器100无线相连，无线通讯模块21包括433MHz射频无线收发芯片，433MHz射频无线收发芯片的相应管脚和输入接线端子31相连，输入接线端子31上连接通讯电缆，该通讯电缆再和八木天线27相连，八木天线27卡装在盒盖30的两个U型槽36中，再通过两个紧固螺钉37将八木天线27紧固在盒盖30上，确保天线安装方便，安装稳固。
[0031]上述机泵群状态在线监测系统的监测方法为:由机泵状态传感器100实时采集机泵的状态信息，状态信息包含机泵的三轴振动数据和温度数据，并经缓存处理和数据打包，再无线发送给机泵状态数据汇聚装置200，机泵状态数据汇聚装置200对接收到的数据进行解析和处理，再传输给工控机300，工控机300对接收到的机泵状态数据进行处理和分析，采用多元统计分析，将主分量分析、独立分量分析、核主分量分析和盲源分离四种方法统一于高阶统计信息提取、多元冗余特征融合和多维测量信号分离三个子体系下，用多元统计分析对所述的机泵状态信息进行特征提取、信号分析和状态辨识的分析处理，针对多元统计特征评价和选取问题，以低维主分量特征表示机泵的状态信息，建立一种平均相关度法则来评估每个主分量刻画出机泵的状态，并选取低维主分量特征表示机泵状态特征的综合，形成数据分析图谱，数据分析图谱包括总貌图、趋势图、波形频谱图、包络谱图、三维频谱图、全息频谱图、全息包络图和单值棒图，通过各图谱可以查看机泵的实时运行状态及历史运行状态；另外，在工控机中设置每个机泵的报警门限，报警门限包括高报值和高高报值，将采集到的机泵状态数据和设定的高报值、高高报值进行比较，当机泵状态数据小于高报值时，则判断为机泵正常运行，不存在故障，工控机上显示的机泵图标呈绿色；当机泵状态数据大于高报值而小于高高报值时，则判断为高报报警，工控机上显示的机泵图标呈黄色；当机泵状态数据大于高高报值时，则判断为高高报报警，工控机上显示的机泵图标呈红色。此外，还有一个机泵状态传感器的电量报警，当机泵状态传感器的电池电量低于某一个电量值时，就会出现电量报警，电池图标会在工控机显示的界面中闪烁，提示电量不足，便于及时作出处理，以获得可靠的监测值。最后对每个机泵的运行状态自动形成一个诊断报告，便于整体查看机泵信息。
[0032]本实施例中，波形频谱图的计算采用FFT傅里叶快速变换算法。算法原理及计算公式如下:非周期性连续时间信号x(t)的傅里叶变换可以表示为
[0033]X(f|))=
w —CO
[0034]式中计算出来的是信号x(t)的连续频谱。但是，在实际的控制系统中能够得到的是连续信号X(t)的离散采样值X (nT)。因此需要利用离散信号X (ηΤ)来计算信号x(t)的频谱。
[0035]有限长离散信号x(n)，n = 0，1，…，N-1的DFT定义为:
mi^
[0036]-Πλ—…ν.【.Wm=Cjij
[0037]可以看出，DFT需要计算大约Ν2次乘法和Ν2次加法。当N较大时，这个计算量是很大的。利用WN的对称性和周期性，将N点DFT分解为两个Ν/2点的DFT，这样两个Ν/2点DFT总的计算量只是原来的一半，S卩(Ν/2)2+(Ν/2)2 = Ν2/2，这样可以继续分解下去，将Ν/2再分解为Ν/4点DFT等。对于N = 2m点的DFT都可以分解为2点的DFT，这样其计算量可以减少为(N/2) log2N次乘法和Nlog2N次加法。
[0038]将X(n)分解为偶数与奇数的两个序列之和，即
[0039]X (n) = X1 (η) +X2 (η)
[0040]xl (η)和χ2 (η)的长度都是Ν/2，χ? (η)是偶数序列，χ2 (η)是奇数序列，则
[0041]
N IN
XikJ^x^W^^x^njWl2^ (k=0，"'N—I)
所以Γ:μ ,,,
，...1-f.-1
l(k) = Xx1(W)^rfw + riXx2InWsin (k=0, I，…,Μ-1)
n
[0042]由于=e—42<W= ,最-=f 则
iV-l:v I
[0043]m) = JdXi InW^l + r* YdX2 WW^2 = X1 (k) + X2(k)
Λ=0-!?0(k=0, I,…，N—I)
[0044]其中Xl (k)和 X2 (k)分别为 xl (n)和 χ2 (η)的 Ν/2 点 DFT。由于 Xl (k)和 X2 (k)均以N/2为周期，且WN k+N/2 = -WN k，所以X(k)又可表示为:
= +Ck=O, I,…，N/2-1)
[0045],N,
xik,^ = xm^x2m ik=0Ar.%m^}
[0046]上式的运算称之为蝶形运算。依此类推，经过m-Ι次分解，最后将N点DFT分解为N/2个两点DFT。FFT算法的原理是通过许多小的更加容易进行的变换去实现大规模的变换，降低了运算要求，提高了运算速度。
[0047]当然对接收到的机泵状态信息可以在工控机上处理也可以在服务器上处理，通过局域网还可挂接其他工控机作为监控终端，实现多台工控机可同时对机泵进行实时监测，便于更好地完成监测任务。服务器上可进行用户权限设置，包括超级管理员、管理员和操作员等权限设置，不同权限有不同的操作功能和查看功能。
【权利要求】
1.一种机泵群状态在线监测系统，其特征在于包括多个机泵状态传感器(100)、若干个机泵状态数据汇聚装置(200)和作为监控终端的工控机(300)，每个需要监测的机泵上安装有一个所述的机泵状态传感器(100)，每个机泵状态数据汇聚装置(200)和多个机泵状态传感器(100)无线相连，所述的机泵状态数据汇聚装置(200)和所述的工控机(300)无线或有线相连。
2.根据权利要求1所述的机泵群状态在线监测系统，其特征在于所述的机泵状态传感器(100)包括壳体及设于壳体中的线路板(1)，线路板(I)上焊接有机泵状态检测电路，所述的机泵状态检测电路包括中央处理单元(2)、振动信号采集单元(3)、温度信号采集单元(4)、电压检测单元(8)和无线通讯单元(5)及为整个机泵状态检测电路提供工作电压的电源单元￠)，所述的电源单元￠)由电池供电，振动信号采集单元(3)、温度信号采集单元(4)及无线通讯单元(5)分别和所述的中央处理单元(2)相连，所述的电压检测单元⑶的输入端和所述的电池的正极相连，电压检测单元(8)的输出端和所述的中央处理单元(2)相连。
3.根据权利要求2所述的机泵群状态在线监测系统，其特征在于所述的壳体包括底座(9)和罩在底座(9)上的盖体(10)，所述的线路板(I)安装在底座(9)内，所述的电源单元(6)由电池(12)供电，电池(12)装在电池安装盒(11)中，电池安装盒(11)位于线路板(I)上，所述的盖体(10)将电池(12)罩在电池安装盒(11)中，底座(9)顶部设有防爆外螺纹(13)，盖体(10)底部设有防爆内螺纹(14)，底座(9)和盖体(10)螺纹连接，所述的底座(9)两侧各设有一个互相对称的安装耳(15)，安装耳(15)上设有安装孔(16)。
4.根据权利要求3所述的机泵群状态在线监测系统，其特征在于所述的电池安装盒(II)的内壁上对称地设有两条径向外凸的凹槽(17)，电池安装盒(11)的底部中心及凹槽(17)中各设有一个弹簧(18)，电池安装盒(11)的外壁上对称地设有两条安装柱(19)，电池安装盒(11)通过安装柱(19)安装在所述的底座(9)上，电池安装盒(11)的外壁上还设有多个沿外壁圆周均布的凸头(20)。
5.根据权利要求1所述的机泵群状态在线监测系统，其特征在于所述的机泵状态数据汇聚装置(200)包括盒体及设于盒体中的机泵状态数据汇聚电路，机泵状态数据汇聚电路包括无线通讯模块(21)、中央处理模块(22)和串口转换模块(23)及为整个机泵状态数据汇聚电路提供工作电压的电源模块(24)，无线通讯模块(21)和中央处理模块(22)相连，中央处理模块(22)又和串口转换模块(23)相连，无线通讯模块(21)和所述的机泵状态传感器(100)无线相连，串口转换模块(23)通过485通讯电缆(28)和所述的工控机(300)相连。
6.根据权利要求5所述的机泵群状态在线监测系统，其特征在于所述的盒体包括盒底(29)和盒盖(30)，盒底(29)和盒盖(30)通过防爆螺纹连接，所述的盒底(29)的侧面设有伸入到盒体中的输入接线端子(31)和输出接线端子(32)，输入接线端子(31)及输出接线端子(32)分别和所述的盒底(29)通过防爆螺纹连接；所述的盒底(29)的背面设有四个安装耳(33)，四个安装耳(33)分别位于底座(29)的四个角落处，安装耳(33)上设有安装孔(34);所述的盒盖(30)的顶面上设有两个凸台(35)和两个紧固螺钉(37)，两个凸台(35)分别位于盒盖(30)的左侧和右侧，所述的凸台(35)设有U型槽(36)，两个凸台(35)的U型槽(36)在一条直线上，两个紧固螺钉(37)分别位于左侧凸台(35)的左边及右侧凸台(35)的右边。
7.—种如权利要求1所述的机泵群状态在线监测系统的监测方法，其特征在于由所述的机泵状态传感器(100)实时采集机泵的状态信息，状态信息包含机泵的三轴振动数据和温度数据，并经缓存处理和数据打包，再无线发送给所述的机泵状态数据汇聚装置(200)，机泵状态数据汇聚装置(200)对接收到的数据进行解析和处理，再传输给所述的工控机(300)，工控机(300)对接收到的机泵状态数据进行处理和分析，显示出机泵的实时状态和历史运行状态，再通过故障诊断方法，判断出机泵在正常状态还是故障状态并进行正常状态显示或故障状态显示。
8.根据权利要求7所述的机泵群状态在线监测方法，其特征在于所述的工控机(300)对接收到的机泵状态数据进行处理，形成数据分析图谱，数据分析图谱包括总貌图、趋势图、波形频谱图、包络谱图、三维频谱图、全息频谱图、全息包络图和单值棒图，再通过故障诊断方法，形成每个机泵的状态诊断报告。
9.根据权利要求7或8所述的机泵群状态在线监测方法，其特征在于所述的故障诊断方法包括:设置每个机泵的报警门限，报警门限包括高报值和高高报值，将采集到的机泵状态数据和设定的高报值、高高报值进行比较，当机泵状态数据小于高报值时，则判断为机泵正常运行，不存在故障，所述的工控机(300)上显示的机泵图标呈绿色；当机泵状态数据大于高报值而小于高高报值时，则判断为高报报警，工控机(300)上显示的机泵图标呈黄色；当机泵状态数据大于高高报值时，则判断为高高报报警，工控机(300)上显示的机泵图标呈红色。
10.根据权利要求7或8所述的机泵群状态在线监测方法，其特征在于所述的故障诊断方法为:采用多元统计分析，将主分量分析、独立分量分析、核主分量分析和盲源分离四种方法统一于高阶统计信息提取、多元冗余特征融合和多维测量信号分离三个子体系下，用多元统计分析对所述的机泵状态信息进行特征提取、信号分析和状态辨识的分析处理，针对多元统计特征评价和选取问题，以低维主分量特征表示机泵的状态信息，建立一种平均相关度法则来评估每个主分量刻画出机泵的状态，并选取低维主分量特征表示机泵状态特征的综合。
【文档编号】F04B51/00GK104165138SQ201410314088
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年7月3日 优先权日:2014年7月3日
【发明者】林子晗 申请人:浙江中自庆安新能源技术有限公司