专利名称：一种全自动智能盘车系统及盘车方法
技术领域：
本发明涉及电力系统技术领域，特别涉及一种全自动智能盘车系统及盘车方法。
背景技术：
目前国内外采用较多盘车方式有以下几种情况一是靠众多人力在统一号令指挥下，直接驱动转子的人力驱动方式；二是将钢丝绳绕转子的吊车牵引驱动方式；三是采用电机线圈充电驱动的电动盘车方式。但是它们共同的缺点是测数不准，无法一步调整到位，造成反复和无效的劳动多，劳动强度大，工作效率低，并且现场布置繁杂，安全生产与劳动质量存在一定问题。传统的盘车方式使转子不能在自由状态下旋转，并在停点时处于充分自由状态，影响测量数据的精度，更为严重的是因轴系折线而产生巨大的反抗应力和阻力矩，造成超负荷驱动，其事故隐患令人担忧。最近市场上出现电气自动盘车装置技术，该装置将减速增矩及力偶矩的力学原理结合起来，充分合理地利用机组几何关系，通过有效的技术过渡，实现力偶矩驱动转子到位，联轴器灵便离合，保证轴向、径向无干扰。尽管该装置技术的出现在一定程度上改善了盘车条件，优化了劳动强度，但是受限于目前的盘车方法，其效率提高并不是很明显。在水电厂盘车领域，目前无论是国内，还是国外，绝大多数水电机组，如三峡左岸电站700MW机组，其盘车过程仍是采用传统的8点等角盘车方法，即是在每个典型测量部位，将圆周统一等分为8点，并按顺时针方向依次编号，盘车时依次在每个编号处停留，读取主轴在每个编号处的百分表读数，然后通过描点计算出每个编号部位的最大摆度和方位。但这种方法跟技术人员的业务水平和现场经验关系很大，计算结果往往因人而异，常常产生争议。因此造成计算盘车摆度的大小及方位具有一定的盲目性，直接影响了下一步主要旋转部件找中心及轴线处理量的大小和方向确定。在计算机及光电传感器测量技术飞速发展的今天，这些测量方法在一定程度上阻碍和制约了水电安装质量的提高，具体体现在(1)传统测量方法效率低。如用百分表测量机组各转动部分摆度时，需要在每个测量位置设置人工来监视百分表的变化；(2)传统测量方法可信度相对较低。同是一块百分表，每个人因为感觉的不同， 测量出的数据往往存在或多或少的差异，有时会因为这些测量差异导致测量结果有很大差已升。(3)传统测量方法测点较少。由于采用的百分表读数，目前盘车的测点一般都是等角8点，测量结果显得有些粗糙。(4)传统测量方法停点不准。目前的盘车工具往往难以控制转速，停点要么超前， 要么滞后，从而导致测数不准，致使测得的数据误差大。此外，从盘车数据处理方法上来看，目前国内外采用的方法主要有一是盘车数据手工描图，二是采用最小二乘法对数据进行拟合分析处理。但是它们的基础都是基于等相位8点或16点盘车数据，对于任意相位、任意点数的盘车数据，就显得无能为力。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺点，提供一种全自动智能盘车系统及盘车方法，不受盘车方式的影响，与盘车点数、相位以及盘车旋转速度关系无关，能够适应任意相位、任意点数的盘车要求，智能性强、盘车方法新颖，不仅大大提高了盘车的效率，还显著提高了测量的精度。为达上述目的，本发明的一种全自动智能盘车系统及盘车方法，采用以下的技术方案所述盘车系统包括传感器标定系统、盘车动力系统、并行采样系统、相位识别系统、实时显示系统、数据滤波系统和数据处理系统；所述传感器标定系统连接盘车动力系统，所述盘车动力系统连接并行采样系统，所述并行采样系统分别连接相位识别系统和实时显示系统，所述相位识别系统连接于数据处理系统，所述数据处理系统和实时显示系统之间设有数据滤波系统；所述传感器标定系统是对盘车前各通道的传感器进行标定的单元；所述盘车动力系统是使转子完全处于悬吊的自由状态的自动盘车动力设备；所述并行采样系统是采集测量数据的单元，采用多通道独立并行方式进行采集；所述相位识别系统是采用测点相位识别技术对采样测点相位及初始相位分别进行标记和识别的单元，；所述实时显示系统是用于将相邻两次采集的数据连续显示的单元；所述数据滤波系统是采用软硬件滤波技术，通过滤波电路以及FFT滤波技术滤除各类电磁干扰信号后把数据送到数据处理系统的单元；所述数据处理系统是采集数据进行处理的单元，采用改进的遗传算法GA获取摆度正弦波曲线的三个参数，所述参数为摆度幅值、摆度初相位和摆度直流分量。进一步地，所述传感器标定系统标定的传感器包含光电鉴相传感器、上导涡流传感器、法兰涡流传感器和水导涡流传感器，所述光电鉴相传感器、上导涡流传感器、法兰涡流传感器和水导涡流传感器分别设置于不同的通道上。进一步地，所述并行采样系统设有多个采集模块，每个采集模块均设有一个时基控制器、多个采集通道和用以对输入模拟信号进行放大和滤波的程控放大器，每个程控放大器的通道是独立的。进一步地，所述采集模块之间通过时钟触发总线来连接，所述采集通道均同时触发和记录；所述程控放大器连接AD转换模块，所述AD转换模块将放大后的模拟信号数字化后存入存储器中。进一步地，所述实时显示系统中设有数据缓冲器。进一步地，所述数据滤波系统设有低通滤波器，所述低通滤波器的信号采样调理电路包含由第一个运算放大器和其外围电路组成的放大电路，由第二个运算放大器和其外围电路组成的低通滤波电路和由第三个运算放大器和其外围电路组成的射极跟随电路。进一步地，本发明所述盘车方法包括如下步骤①、传感器标定系统通过标定台对每个通道的传感器进行标定，并存储相关数据；②、传感器标定完毕后，启动盘车动力系统，随着盘车动力系统的转动，并行采样系统开始采集数据，所有独立并行通道由时钟触发总线来同步，同时触发和记录数据。③、所述并行采样系统采集的数据传送至相位识别系统和实时显示系统，所述相位识别系统采用相位识别技术，通过光带纸位置识别核心算法并配合同步采样确定采样点的初始相位和每个采样点的相位；④、所述实时显示系统将并行采样系统采集的数据通过实时显示系统的软件系统所设置的数据缓冲器连续显示在实时显示系统的采样界面上，并将数据传至数据滤波系统；⑤、所述数据通过数据滤波系统的低通滤波器和FFT数字滤波器滤除干扰信号， 所述数据滤波系统将滤波后的数据传至所述数据处理系统；⑥、所述数据处理系统接收经数据滤波系统处理的数据和经所述相位识别系统处理的数据，所述数据处理系统通过改进的遗传算法GA对数据进行处理并获取摆度曲线。进一步地，所述步骤①中对传感器的标定包括如下步骤①-1、首先选择标定通道，安装传感器并选定量程；①_2、测量位移，把测量好的位移作为标准值输入标准值栏，开始采集输出位移对应的电压值并根据位移和电压值绘出采样曲线；①_3、确定采样是否完毕，若是则通过最小二乘法拟合传感器线性曲线，得到需要的标定系数；若否则返回步骤①-2 ；①_4、验证标定系数并验证是否有效，若是有效则标定完毕；若无效则返回步骤 ①-2;①_5、确定标定是否完毕，若是则保存所有通道的标定系数，若否则返回步骤 ①-4。进一步地，所述步骤③中光带位置识别核心算法包括如下步骤③-1、设置全局静态变量，设置时钟周期的采样长度，并启动时钟；③-2、接收并行采样系统后台读取并行通道的数据，把并行采样系统中的FIFO缓冲器读数的实际返回值数目存入变量ActualNum中，并判断变量ActualNum是否为零，若为零则等待下一时钟周期触发，继续存入变量ActualNum ；若不为零则分解记录本次时钟周期的每个采样通道的数据；③_3、记录整个采样期间每个通道的采样数据，提取光电通道本次时钟周期的采样数据chData [n] DO，并设置循环变量Cycle = 0，将循环变量Cycle与变量ActualNum/ ChannelNum比较，若循环变量Cycle大则返回步骤③_2，若循环变量Cycle小则进入步骤 ③-4;③_4、依次循环提取光电通道相邻两个数据并转换成电压值保存在第一个光电数据FirstData和相邻的第二个光电数据kcondData中，再判断Cycle是否为零，若为零则进入步骤③_5，若不为零则进入步骤③-6 ；③-5、判断本次周期光电通道是一个采样数据是否时光带纸LastData < 0. 5且 FirstData > 3，即前一个时钟周期最后一个光电数据为低电平，本次时钟第一个光电数据为高电平，则记录所有光带位置如下公式paperLocation[Count++] = Acc/ChannelNum并标记本次时钟周期光带位置如下公式CN 102570728 A说明书4/10 页mark [marknum++] = 0,否则进入步骤③-7;③-6、判断本次时钟周期光电通道光带纸位置FirstData < 0. 5且kcondData > 3，即前一个光电数据为低电平，相邻后一个光电数据为高电平，若是则记录所有光带位置如下公式paperLocation[Count++] = Acc/ChanneINum+Cyc1e+1并标记本次时钟周期光带位置如下公式mark [marknum++] = Cycle+1否则进入步骤③-7;③-7、计算器加1，进入下一次取数循环，并记录本时钟周期最后一个光电数据 LastData，更新至当前时钟累计采样点Acc = Acc+ActualNum ；其中Acc为至当前时钟的累计采样点数，ActualNum为采样数据实际返回值数目，chDatafc] [k]储存了本次时钟周期光电通道的采样数据，η代表光电通道，k为本次时钟周期从FIFO缓冲器中读出的所有数据除以所有的通道数；Cycle为所采集光电数据下标；ChanneINum为通道总数。进一步地，所述步骤⑥中改进的遗传算法GA包括如下步骤⑥-1、参数初始化；⑥_2、确定初始种群，可以根据上次盘车最大摆度数据，初步确定一个基准点，然后分别向左右两边展开，形成遗传算法的搜索空间；⑥_3、对初始种群编码，本发明采用二进制编码；⑥_4、解码，根据每个参数的搜索范围分别进行解码，其解码公式如下
权利要求
1.一种全自动智能盘车系统，其特征在于所述盘车系统包括传感器标定系统(1)、盘车动力系统O)、并行采样系统(3)、相位识别系统G)、实时显示系统(5)、数据滤波系统 (6)和数据处理系统(7)；所述传感器标定系统(1)连接盘车动力系统O)，所述盘车动力系统(2)连接并行采样系统(3)，所述并行采样系统(3)分别连接相位识别系统(4)和实时显示系统(5)，所述相位识别系统(4)连接于数据处理系统(7)，所述数据处理系统(7)和实时显示系统(5)之间设有数据滤波系统(6)；所述传感器标定系统(1)是对盘车前各通道的传感器进行标定的单元； 所述盘车动力系统( 是使转子完全处于悬吊的自由状态的自动盘车动力设备； 所述并行采样系统( 是采集测量数据的单元，采用多通道独立并行方式进行采集； 所述相位识别系统(4)是采用测点相位识别技术对采样测点相位及初始相位分别进行标记和识别的单元；所述实时显示系统(5)是用于将相邻两次采集的数据连续显示的单元； 所述数据滤波系统(6)是采用软硬件滤波技术，通过滤波电路以及FFT滤波技术滤除各类电磁干扰信号后把数据送到数据处理系统(7)的单元；所述数据处理系统(7)是对其所接收数据进行处理的单元，采用改进的遗传算法GA获取摆度正弦波曲线的三个参数，所述参数为摆度幅值、摆度初相位和摆度直流分量。
2.根据权利要求1所述的一种全自动智能盘车系统，其特征在于所述传感器标定系统(1)标定的传感器包含光电鉴相传感器、上导涡流传感器、法兰涡流传感器和水导涡流传感器，所述光电鉴相传感器、上导涡流传感器、法兰涡流传感器和水导涡流传感器分别设置于不同的通道上。
3.根据权利要求1所述的一种全自动智能盘车系统，其特征在于所述并行采样系统 (3)设有多个采集模块(8)，每个采集模块(8)均设有一个时基控制器、多个采集通道和用以对输入模拟信号进行放大和滤波的程控放大器(10)，每个程控放大器(10)的通道独立。
4.根据权利要求3所述的一种全自动智能盘车系统，其特征在于所述采集模块(8) 之间通过时钟触发总线来连接，所述采集通道均同时触发和记录；所述程控放大器(10)连接AD转换模块(9)，所述AD转换模块(9)将放大后的模拟信号数字化后存入存储器中。
5.根据权利要求1所述的一种全自动智能盘车系统，其特征在于所述实时显示系统(5)设有数据缓冲器。
6.根据权利要求1所述的一种全自动智能盘车系统，其特征在于所述数据滤波系统(6)设有低通滤波器，所述低通滤波器的信号采样调理电路包含由第一个运算放大器和其外围电路组成的放大电路，由第二个运算放大器和其外围电路组成的低通滤波电路和由第三个运算放大器和其外围电路组成的射极跟随电路。
7.根据权利要求1所述的一种全自动智能盘车系统的盘车方法，其特征在于所述盘车方法包括如下步骤①、传感器标定系统(1)通过标定台对每个通道的传感器进行标定，并存储相关数据；②、传感器标定完毕后，启动盘车动力系统O)，随着盘车动力系统O)的转动，并行采样系统(3)开始采集数据，所有独立并行通道由时钟触发总线来同步，同时触发和记录数据。③、所述并行采样系统(3)采集的数据传送至相位识别系统(4)和实时显示系统(5)，所述相位识别系统(4)采用相位识别技术，通过光带纸位置识别核心算法并配合同步采样确定采样点的初始相位和每个采样点的相位；④、所述实时显示系统(5)将并行采样系统(3)采集的数据通过实时显示系统(5)的软件系统所设置的数据缓冲器连续显示在实时显示系统(5)的采样界面上，并将数据传至数据滤波系统(6)；⑤、所述数据通过数据滤波系统(6)的低通滤波器和FFT数字滤波器滤除干扰信号，所述数据滤波系统(6)将滤波后的数据传至所述数据处理系统(7)；⑥、所述数据处理系统(7)接收经数据滤波系统(6)处理的数据和经所述相位识别系统(4)处理的数据，所述数据处理系统(7)通过改进的遗传算法GA对数据进行处理并获取摆度曲线。
8.根据权利要求7所述的一种全自动智能盘车方法，其特征在于所述步骤①中对传感器的标定包括如下步骤①-1、首先选择标定通道，安装传感器并选定量程；①-2、测量位移，把测量好的位移作为标准值输入标准值栏，开始采集输出位移对应的电压值并根据位移和电压值绘出采样曲线；①-3、确定采样是否完毕，若是则通过最小二乘法拟合传感器线性曲线，得到需要的标定系数；若否则返回步骤①-2;①_4、验证标定系数并验证是否有效，若是有效则标定完毕；若无效则返回步骤①-2 ； ①_5、确定标定是否完毕，若是则保存所有通道的标定系数，若否则返回步骤①_4。
9.根据权利要求7所述的一种全自动智能盘车方法，其特征在于所述步骤③中光带位置识别核心算法包括如下步骤③-1、设置全局静态变量，设置时钟周期的采样长度，并启动时钟； ③-2、接收并行采样系统(3)后台读取并行通道的数据，把并行采样系统(3)中的 FIFO缓冲器读数的实际返回值数目存入变量ActualNum中，并判断变量ActualNum是否为零，若为零则等待下一时钟周期触发，继续存入变量ActualNum ；若不为零则分解记录本次时钟周期的每个采样通道的数据；③-3、记录整个采样期间每个通道的采样数据，提取光电通道本次时钟周期的采样数据chData[n] DO，并设置循环变量Cycle = 0，将循环变量Cycle与变量ActualNum/ ChannelNum比较，若循环变量Cycle大则返回步骤③_2，若循环变量Cycle小则进入步骤 ③-4;③-4、依次循环提取光电通道相邻两个数据并转换成电压值保存在第一个光电数据 FirstData和相邻的第二个光电数据kcondData中，再判断Cycle是否为零，若为零则进入步骤③_5，若不为零则进入步骤③-6 ；③-5、判断本次周期光电通道是第一个采样数据是否是光带纸，如LastData < 0. 5且 FirstData > 3，即前一个时钟周期最后一个光电数据为低电平，本次时钟第一个光电数据为高电平，则记录所有光带位置如下公式paperLocation[Count++] = Acc/ChannelNum 并标记本次时钟周期光带位置如下公式 mark[marknum++] = 0，否则进入步骤③-7 ；③_6、判断本次时钟周期光电通道光带纸位置FirstData < 0. 5且kcondData > 3， 即前一个光电数据为低电平，相邻后一个光电数据为高电平，若是则记录所有光带位置如下公式paperLocation[Count++] = Acc/ChanneINum+Cyc1e+1 并标记本次时钟周期光带位置如下公式 mark[marknum++] = Cycle+1 否则进入步骤③-7 ；③-7、计算器加1，进入下一次取数循环，并记录本时钟周期最后一个光电数据 LastData，更新至当前时钟累计采样点 Acc = Acc+ActualNum ；其中Acc为至当前时钟的累计采样点数，ActualNum为采样数据实际返回值数目， chData[n] [k]储存了本次时钟周期光电通道的采样数据，η代表光电通道，k为本次时钟周期从FIFO缓冲器中读出的所有数据除以所有的通道数；Cycle为所采集光电数据下标； ChannelNum为通道总数。
10.根据权利要求7所述的一种全自动智能盘车方法，其特征在于所述步骤⑥中改进的遗传算法GA包括如下步骤 ⑥-1、参数初始化；⑥-2、确定初始种群，可以根据上次盘车最大摆度数据，初步确定一个基准点，然后分别向左右两边展开，形成遗传算法的搜索空间；⑥_3、对初始种群编码，本发明采用二进制编码； ⑥_4、解码，根据每个参数的搜索范围分别进行解码，其解码公式如下 Mn全文摘要
本发明涉及一种全自动智能盘车系统及盘车方法，盘车系统包括传感器标定系统、盘车动力系统、并行采样系统、相位识别系统、实时显示系统、数据滤波系统和数据处理系统；传感器标定系统连接盘车动力系统，盘车动力系统连接并行采样系统，并行采样系统分别连接相位识别系统和实时显示系统，相位识别系统连接于数据处理系统，数据处理系统和实时显示系统之间设有数据滤波系统；该盘车方法通过传感器识别光带相位和测量位移，采用任意转角和点数的自动盘车方式，测量数据丰富且盘车过程连续；本发明与盘车点数、相位以及盘车旋转速度关系无关，可满足任意点数高精度连续盘车的需要，适用范围广，测量精度高，盘车效率高，显著提高了测量精度。
文档编号G01D18/00GK102570728SQ20111028484
公开日2012年7月11日 申请日期2011年9月23日 优先权日2011年9月23日
发明者孟安波, 徐海波, 汪家荣 申请人:广东工业大学, 广东易事特电源股份有限公司