一种用于振动保护的数据同步方法及系统与流程

1.本技术一般涉及振动监测技术领域，具体涉及一种用于振动保护的数据同步方法及系统。


背景技术：

2.在机械设备故障诊断领域中，通常会借助采集的实时信号来分析判断机械设备的工作状况。对于含有振动装置的设备来说，需要实时采集振动信号传感器所输出的各种物理量以及电信号，包括：转速、加速度、速度以及电涡流。
3.传统的对传感器数据的同步采集方案通常会借助安装在设备传感器上的键相信号实现同步。但传统方法下设计的振动保护系统是独立于智能预警系统的，这种独立的振动保护存在一定的安全隐患，同时给现场设备的安装与维修增加了工作量的同时还增加了成本。


技术实现要素：

4.鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种用于振动保护的数据同步方法及系统，可以解决现有振动保护系统与智能预警系统相互独立产生的安全问题。
5.第一方面，本技术提供了一种用于振动保护的数据同步方法，包括：
6.预设参考振动信号以及定点点数；
7.通过第一采集模块实时采集振动信息，基于所述振动信息统计与所述振动参考信号同步的同步点数；
8.当所述同步点数与所述定点点数相同时，所述第一采集模块向各第二采集模块发送同步采集指令；
9.所述第二采集模块在接收到所述同步采集指令后开始实时采样，直至所述第二采集模块再次接收到所述同步采集指令完成单个采样周期内信息的采集。
10.可选地，所述第一采集模块的数量为一个，所述预设参考振动信号以及定点点数，包括：
11.通过所述第一采集模块采集单个采样周期内振动信息作为参考振动信号，基于所述参考振动信号设置定点点数。
12.进一步地，所述基于所述振动信息统计与所述参考振动信号同步的同步点数，包括：
13.获取第一采集模块在当前采样时刻的采样序号及与所述采样序号对应的采样数据；
14.判断所述采样数据与所述参考振动信号中相同采样序号对应的振动值是否相同；
15.若相同，则将该采样序号作为同步点数进行统计。
16.可选地，所述第一采集模块的数量为多个，所述预设参考振动信号以及定点点数，包括：
17.选择多个所述第一采集模块中的一个作为参考采集模块，预设所述参考采集模块进行实时采集单个采样周期内振动信息作为参考振动信号，基于所述参考采集模块预设定点点数。
18.进一步地，所述基于所述振动信息统计与所述参考振动信号同步的同步点数，包括：
19.基于所述参考采集模块实时采集的振动信息获取采样序号及与所述采样序号对应的参考采样数据；
20.基于其余第一参考采集模块实时采集的振动信息获取相同采样序号的实时振动值；
21.判断所述基准采样数据与所述实时振动值是否相同；
22.若相同，则将该采样序号作为同步点数进行统计。
23.可选地，所述第一采集模块通过广播帧的形式向各所述第二采集模块发送所述同步采集指令，所述广播帧中包括时间戳和数据长度。
24.进一步地，所述方法还包括：
25.预设所述第一采集模块的保护点数；
26.将所述保护点数作为数据长度通过同步采集指令发送至各所述第二采集模块；
27.基于所述保护点数获取第一采集模块采集的预设长度振动信息和第二采集模块采集的预设长度采样信息；
28.基于所述预设长度振动信息和所述预设长度采样信息，判断所述振动信息和所述采样信息是否达到预设报警阈值；
29.若达到，则开启振动保护机制。
30.进一步地，所述方法还包括：
31.预设所述第二采集模块的最大保护点数；
32.若所述接收到所述同步采集指令，则将所述最大保护点数作为数据长度获取所述第二采集模块的采集的最大长度采样信息；
33.基于所述最大长度采样信息，判断所述采样信息是否达到预设报警阈值；
34.若达到，则开启振动保护机制。
35.可选地，所述采样信息包括速度信息、加速度信息和电涡流信息中的一种或多种。
36.第二方面，本技术提供了一种用于振动保护的数据同步系统，包括：
37.机控模块，被配置为预设参考振动信号以及定点点数；
38.第一采集模块，被配置为实时采集振动信息，基于所述振动信息统计与所述振动参考信号同步的同步点数；以及被配置为当所述同步点数与所述定点点数相同时，所述第一采集模块向各第二采集模块发送同步采集指令；
39.第二采集模块，被配置为在接收到所述同步采集指令后开始实时采样，直至所述第二采集模块再次接收到所述同步采集指令完成单个采样周期内信息的采集；
40.保护模块400，被配置为基于所述第一采集模块采集的振动信息和第二采集模块采集的采样信息对被保护设备执行保护机制。
41.本技术的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
42.本技术实施例提供的用于振动保护的数据同步方法，通过第一采集模块对于实际
定点点数的统计并与设置的定点点数比较，能够实现在主振动采集模块无法产生同步信号时，完成对数据的截取和采集；节省了成本，提高了安全性和稳定性，同时将预警与振动保护集成在同一个框架之中，降低现场设备安装与维修的工作量。
附图说明
43.通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
44.图1为本技术的实施例提供的一种用于振动保护的数据同步方法的流程图；
45.图2为本技术的实施例提供的一种同步点数统计方法的流程图；
46.图3为本技术的实施例提供的一种振动信号的波形示意图；
47.图4为本技术的实施例提供的另一种同步点数统计方法的流程图；
48.图5为本技术的实施例提供的第一种保护机制方法的流程图；
49.图6为本技术的实施例提供的第二种保护机制方法的流程图；
50.图7为本技术的实施例提供的保护机制执行方法的流程图；
51.图8为本技术的实施例提供的一种用于振动保护的数据同步系统的连接示意图。
具体实施方式
52.下面结合附图和实施例对本技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
53.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
54.不同传感器数据进行同步采集时，通过通道传递同步信号。但在信号传送过程中，可能会因此系统时间误差产生同步精度差等问题。
55.系统时间误差包括时钟误差、程序时差与丢包时差。时钟误差为时钟源相对于卫星标准时间的误差，程序时差为所述编译程序的运行时间相对于标准运行时间的误差，丢包时差为由各个子系统中的采集模块与主机之间数据传输的丢包率差异引起的时间误差。
56.请详见图1，本技术提供了一种用于振动保护的数据同步方法，包括：
57.s02、预设参考振动信号以及定点点数；
58.s04、通过第一采集模块实时采集振动信息，基于所述振动信息统计与所述振动参考信号同步的同步点数；
59.s06、当所述同步点数与所述定点点数相同时，所述第一采集模块向各第二采集模块发送同步采集指令；
60.s08、所述第二采集模块在接收到所述同步采集指令后开始实时采样，直至所述第二采集模块再次接收到所述同步采集指令完成单个采样周期内信息的采集。
61.在本技术实施中，第一采集模块200用以采集振动信号，第二采集模块300用以采集包括振动信号在内各种信号，示例性的，所述采样信息包括速度信息、加速度信息和电涡流信息中的一种或多种。本技术实施例中对于第二采集模块300的采集信息不限制，无论是何种采样信息方式，均可采用本技术提供的方式进行同步采集。
62.本技术中的各采集模块包括采集单元10与传感器，所述采集单元10用于根据控制指令执行编译程序以驱动所述传感器并向微控单元20传输对应测量点的振动数据，所述传感器用于采集所述对应测量点的振动数据。
63.机控模块100通过can总线给第一采集模块200发送开始采集数据的指令后，第一振动采集模块开始动作，数字逻辑单元通过调理电路和a/d转化电路对振动信号进行采集。
64.在具体设置时，示例性地，但由于所述物理量为很小的电压、电流或电阻变化量，先要进行处理，否则无法直接将测量得到的结果转换为数字数据。通过放大、缓冲或标定模拟信号的方式对其进行调理，调理后送入a/d转换器，把模拟信号转换成数字信号，将采集到的振动信号数据进行数字滤波，所述数字滤波不依赖设备，通过一定的计算或者判断程序减少干扰在有用信号中的比重，并且能够根据不同的信号采用不同的滤波方法或滤波参数。滤波完成后进行信号的计算校正，并统计同步点数。
65.本技术对于采集模块的采集方式以及信号处理方式还可以通过现有技术中的多种方式实现，本技术在此不再赘述。
66.本技术实施例中，第一采集模块200作为同步信号的产生模块，在具体应用时，可以采用一个或多个发送同步信号，防止第一采集模块200发生故障等问题时，导致同步信号无法产生或者无法发送。对于第一采集模块200不同数量时，本技术实施例中可以通过不同的方式产生同步信号，当然在具体应用时，在一个实施方式中描述的特征可以单独地或与其它特征结合地应用于另一个实施方式，除非该特征在该另一个实施方式中不适用或是另有说明。
67.请详见图2，在本技术的一个实施例中，当所述第一采集模块200的数量为一个时，所述预设参考振动信号以及定点点数，包括：
68.s11、通过所述第一采集模块200采集单个采样周期内振动信息作为参考振动信号，基于所述参考振动信号设置定点点数。
69.继续参考图2，所述基于所述振动信息统计与所述参考振动信号同步的同步点数，包括：
70.s12、获取第一采集模块200在当前采样时刻的采样序号及与所述采样序号对应的采样数据；
71.s13、判断所述采样数据与所述参考振动信号中相同采样序号对应的振动值是否相同；
72.s14、若相同，则将该采样序号作为同步点数进行统计。
73.需要说明的是，当所述第一采集模块200的数量为一个时，以其自身采集到的单个周期的振动信号作为参照，如图3所示，同时通过机控模块100向第一采集模块200发送作为产生同步信号的定点点数，当同步点数达到预设的定点点数时产生同步信号，并向第二采集模块300发送该同步信号。在本技术实施例中，通过自身作为参照，无需考虑系统时间误差产生的同步信号误差问题。
74.请参考图4，在本技术的一个实施例中，当所述第一采集模块200的数量为多个时，所述预设参考振动信号以及定点点数，包括：
75.s21、选择多个所述第一采集模块200中的一个作为参考采集模块，预设所述参考采集模块进行实时采集单个采样周期内振动信息作为参考振动信号，基于所述参考采集模
块预设定点点数。
76.请继续参考图4，所述基于所述振动信息统计与所述参考振动信号同步的同步点数，包括：
77.s22、基于所述参考采集模块实时采集的振动信息获取采样序号及与所述采样序号对应的参考采样数据；
78.s23、基于其余第一参考采集模块实时采集的振动信息获取相同采样序号的实时振动值；判断所述基准采样数据与所述实时振动值是否相同；
79.s24、若相同，则将该采样序号作为同步点数进行统计。
80.需要说明的是，当所述第一采集模块200的数量为多个时，为使该同步过程有效，所有第一采集模块200的采样频率应相同。通过多个第一采集模块200之间进行相互验证，通过机控模块100向第一采集模块200发送作为产生同步信号的定点点数，当同步点数达到预设的定点点数时产生同步信号，并向第二采集模块300发送该同步信号。本技术实施例中，通过设置多个第一采集模块200产生同步信号，防止第一采集模块200发生异常时导致第二采集模块300无法接收到同步信号。
81.无需考虑通道时差和采样时差问题导致的采样点数同步的问题，不依赖于额外的对时系统，也不需要同步等待延时，具有良好的同步采样精度。
82.在本技术实施例中，所述第一采集模块200通过广播帧的形式向各所述第二采集模块300发送所述同步采集指令，所述广播帧中包括时间戳和数据长度。
83.采集模块中的微控单元20将截取的数据进行处理，计算多种信号的特征值，所述特征值包括：有效值、均值、峰峰值和峰值，以实现数据同步。同时将计算得到的特征值与设置好的报警阈值进行比较，若特征值在报警阈值范围内，则说明系统运行正常无需启动振动保护；若特征值超出报警阈值，说明系统运行异常，需要启动振动保护以保障系统设备的安全。通过微控单元20向机控模块100传送报警信息。
84.请参考图5，在本技术的一个实施例中，所述方法还包括施行的第一种保护机制，具体包括：
85.s301、预设所述第一采集模块200的保护点数；
86.s302、将所述保护点数作为数据长度通过同步采集指令发送至各所述第二采集模块300；
87.s303、基于所述保护点数获取第一采集模块200采集的预设长度振动信息和第二采集模块300采集的预设长度采样信息；
88.s304、基于所述预设长度振动信息和所述预设长度采样信息，判断所述振动信息和所述采样信息是否达到预设报警阈值；
89.s305、若达到，则开启振动保护机制。
90.在本技术实施例中，通过机控模块100对于第一采集模块200进行配置，第一采集模块200在传送同步信号时将保护点数同时发送给第二采集模块300，在此基础上对其采集到的信息进行分析，判断采样信息是否达到预设报警阈值。需要说明的是，对于不同的采样信号，可以进行不同预设报警阈值的设置。
91.请参考图6，在本技术的另一个实施例中，所述方法还包括施行的第二种保护机制；具体包括：
92.s311、预设所述第二采集模块300的最大保护点数；
93.s312、若所述接收到所述同步采集指令，则将所述最大保护点数作为数据长度获取所述第二采集模块300的采集的最大长度采样信息；
94.s313、基于所述最大长度采样信息，判断所述采样信息是否达到预设报警阈值；
95.s314、若达到，则开启振动保护机制。
96.在本技术实施例中，通过机控模块100对于第二采集模块300进行配置，当出现第二采集模块300无法接收到同步信号时，启动保护机制，对于第二采集模块300设置最大保护点数作为最大长度采样信息，在此基础上对其采集到的信息进行分析，判断采样信息是否达到预设报警阈值。需要说明的是，对于不同的采样信号，可以进行不同的预设报警阈值设置。本技术实施例中所述的异常不限于第一采集模块200出现故障、第二采集模块300故障、通讯总线出现故障等。
97.本技术实施例中还提供了对于出现采样信息达到预设报警阈值时进行的保护机制。本技术实施例中的保护模块400包括监测单元401、表决单元402、执行单元。
98.机控模块100是系统的核心根据一定的逻辑运算要求发出指令以控制系统的运作。机控模块100在接收到微控单元20的报警信息后，向保护模块400发出控制指令以使保护模块400运行保护机制。为了防止出现机控模块100出现故障等情况，本技术实施例中提出双重保护控制。
99.机控模块100连接有监测单元401，在未出现异常的情况下向监测单元401发送周期性的脉冲信号，该周期性的脉冲信号不带有具体的命令，在一些实施例中，脉冲信号可以为0,1，
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1等固定值，本技术在此不进行限制。通过周期性的脉冲信号表明异常是否发生，需要说明的是，本技术实施中的异常包括振动信息的异常或者自身的其他异常的情况。
100.机控模块100在异常发生的情况下，停止向监测单元401发送周期性的脉冲信号。当监测单元401接收到周期性的脉冲信号时，判断出现异常情况，此时，监测单元401产生联锁信号，并向表决单元402发送联锁信号。
101.具体而言，当系统正常工作时，机控模块100周期性的向监测单元401发送脉冲信号，并向表决单元402发送控制信号，驱动接收信号的设备根据机控单元的控制命令动作；当系统中出现异常时，示例性的，机控模块100通过通信单元向机控模块100传输信息数据过程中出现通信异常，或者监测到模块的工作电压不在正常范围内，即模块出现故障时，机控模块100将停止向监测单元401发送周期性脉冲信号，使被控设备导向安全状态。
102.需要说明的是，本技术实施中，联锁信号的执行方式包括但不限于将多套锁定装置控制电路交叉连接一个打开另一个锁定，或者同时锁定。无论是哪种执行方式，使得保护模块400按照设定范围和按照设定动作顺序均属于本技术的保护范围内。
103.另外值得注意的是，本技术实施例中，机控模块100向表决单元402发送的控制信号和监测单元401发送的联锁信号的执行方式可以相同，也可以不同，本技术实施例中并不进行限制，在不同的工况环境和不同的应用设备上可以进行不同的设置。
104.表决单元402接收控制信号和联锁信号，在接收控制信号和联锁信号中通过二取一的表决方式进行处理，生成表决控制信号，并将表决控制信号发送给保护执行单元403，以供保护执行单元403执行保护机制。表决控制信号可以为所述控制信号和所述联锁信号中的一个，本技术对于表决控制信号的选择执行哪种信号可以根据不同的工况环境和不同
的设备进行适应性的调整。保护执行单元403接收表决控制信号并基于相应的控制方式对系统进行保护。在本技术实施中，通过继电器作为保护执行单元403的执行机构将执行表决控制信号发出的命令，最终使得被控设备转向安全状态。
105.请参照图7，在具体实施时，在执行保护机制时，所述方法包括：
106.步骤s401，所述微控单元20基于所述振动信息判断是否对被保护设备采取保护措施，并向机控单元传送报警信息。
107.微控单元20监测设备的振动是否超过阈值，当振动超过阈值时需对设备采取保护措施，并向机控单元传送报警信息。
108.步骤s402，所述机控单元基于所述报警信息并向表决单元402传送控制信号。
109.机控单元接收微控单元20的报警信息，机控单元根据报警信息向表决单元402发送控制信号；并根据报警信息选择是否向监测单元发送脉冲信号。
110.步骤s403，所述机控单元基于所述报警信息判断是否向监测单元401发送周期性的脉冲信号。
111.基于报警信息当模块出现故障等异常情况时机控单元停止发出脉冲信号。
112.步骤s404，所述监测单元401基于所述周期性的脉冲信号判断是否向所述表决单元402发送联锁信号。
113.监测单元401根据周期性的脉冲信号判断是否向所述表决单元402发送联锁信号。当监测单元401接收不到机控单元的信号时，发出联锁信号，使2个微控单元20停止工作，通过联锁信号使被控设备进入安全状态，保证系统的安全性。
114.步骤s405，所述表决单元402基于接收到的控制信号和联锁信号通过二取一表决方式生成表决控制信号，并将所述表决控制信号发送给保护执行单元403。
115.表决单元402接收控制信号和联锁信号，在接收控制信号和联锁信号中通过二取一的表决方式进行处理，生成表决控制信号。并将表决控制信号发送给保护执行单元403。
116.步骤s406，所述保护模块400基于所述表决控制信号对被保护设备进行实时在线保护。
117.如图8所示，本技术还提供了一种用于振动保护的数据同步系统，包括：
118.机控模块100，被配置为预设参考振动信号以及定点点数；
119.第一采集模块200，被配置为实时采集振动信息，基于所述振动信息统计与所述振动参考信号同步的同步点数；以及被配置为当所述同步点数与所述定点点数相同时，所述第一采集模块200向各第二采集模块300发送同步采集指令；
120.第二采集模块300，被配置为在接收到所述同步采集指令后开始实时采样，直至所述第二采集模块300再次接收到所述同步采集指令完成单个采样周期内信息的采集；
121.保护模块400，被配置为基于所述第一采集模块200采集的振动信息和第二采集模块300采集的采样信息对被保护设备执行保护机制。
122.在本技术实施例中，处理器是具有执行逻辑运算的处理器件，例如中央处理器(cpu)、现场可编程逻辑阵列(fpga)、数字信号处理器(dsp)、单片机(mcu)、专用逻辑电路(asic)、图像处理器(gpu)等具有数据处理能力和/或程序执行能力的器件。容易理解，处理器通常通讯连接存储器，在存储器上存储一个或多个计算机程序产品的任意组合，存储器可以包括各种形式的计算机可读存储介质，例如易失性存储器和/或非易失性存储器。易失
性存储器例如可以包括随机存取存储器(ram)和/或高速缓冲存储器(cache)等。非易失性存储器例如可以包括只读存储器(rom)、硬盘、可擦除可编程只读存储器(eprom)、usb存储器、闪存等。在存储器上可以存储一个或多个计算机指令，处理器可以运行所述计算机指令，以实现相关的分析功能。在计算机可读存储介质中还可以存储各种应用程序和各种数据，例如应用程序使用和/或产生的各种数据等。
123.在本技术实施例中，各模块、单元都可以通过处理器执行相关计算机指令实现，例如采集单元通过处理器执行采集振动信息的指令实现等。在本技术实施例中，各单元可以运行在同一个处理器上，也可以运行在多个处理器上；各单元可以运行在同一架构的处理器上，例如均在x86体系的处理器上运行，也可以运行在不同架构的处理器上。
124.各模块可以封装在一个计算机产品中，例如各模块封装在一个计算机软件并运行在一台计算机(服务器)，也可以各自或部分封装在不同的计算机产品，例如图像处理模块封装在一个计算机软件中并运行在一台计算机(服务器)，机器学习模块分别封装在单独的计算机软件中并运行在另一台或多台计算机(服务器)；各模块执行时的计算平台可以是本地计算，也可以是云计算，还可以是本地计算与云计算构成的混合计算。
125.附图中的流程图和框图，图示了按照本技术各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作指令。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，前述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连接表示的方框实际上可以基本并行地执行，他们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作指令的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。以上描述仅为本技术的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。
126.本领域技术人员应当理解，本技术中所涉及的公开范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离前述公开构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其他技术方案。例如上述特征与本技术中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
127.需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
128.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
129.除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在限制本发明。本文中出现的诸如“设置”等术语既可以表示一个部件直接附接至另一个部件，也可以表示一个部件通过中间件附接至另一个部件。本文中在一个实施方式中描述的特征可以
单独地或与其它特征结合地应用于另一个实施方式，除非该特征在该另一个实施方式中不适用或是另有说明。
130.本发明已经通过上述实施方式进行了说明，但应当理解的是，上述实施方式只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施方式范围内。本领域技术人员可以理解的是，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。