基于CAN的燃氣輪機遠程監測與診斷系統

GTD一350燃氣輪機是國內首次引進(jìn)的一個(gè)獨特設計、帶自由渦輪的航空燃氣渦輪發(fā)動(dòng)機。它是設計用作Mi2型輕量級直升飛機的動(dòng)力裝置。為了在實(shí)驗室進(jìn)一步研究其作為聯(lián)合動(dòng)力裝置原動(dòng)機的動(dòng)態(tài)特性，設計遠程監測診斷系統是GTD一350燃機安全、可靠運行的重要保證。遠程故障診斷技術(shù)是在故障診斷技術(shù)、計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)發(fā)展的基礎上，由于工業(yè)過(guò)程對遠程監測與控制的急切需求而迅速發(fā)展起來(lái)的應用技術(shù)。它通過(guò)工業(yè)局域網(wǎng)/廣域網(wǎng)把分布于各個(gè)局部現場(chǎng)、獨立完成特定功能的設備互聯(lián)起來(lái)，以達到協(xié)同工作、集中監測的目的，最大限度地發(fā)揮網(wǎng)絡(luò )的實(shí)時(shí)性和高效性來(lái)完成遠程設備的監測與故障診斷。

　　1 監測診斷系統設計

　　1.1 監測診斷系統的組成

　　本文設計了一種簡(jiǎn)捷、可靠的基于CAN總線(xiàn)的燃氣輪機分布式監測和故障診斷系統，可以方便地調用各種故障診斷方法，實(shí)現燃氣輪機的狀態(tài)監測和故障診斷。它主要由傳感器子系統、現場(chǎng)采集處理與監測子系統、遠程監視子系統、分析診斷子系統和網(wǎng)絡(luò )子系統等部分組成。綜合了信號處理、人工智能、通信、DSP（Digital signal processing）、數據庫、計算機網(wǎng)絡(luò )等成熟的技術(shù)，將一個(gè)完整的在線(xiàn)監測和診斷任務(wù)分解到不同層的計算機上，相互配合，共同實(shí)現分布式的監測過(guò)程。

　　1.1.1 遠程監視子系統

　　子系統在設備層，由多個(gè)以DSP為核心的嵌人式系統等智能采集處理單元組元。DSP具有高速數字信號處理能力，配合外圍的智能傳感器和濾波、放大、A/D轉換等采集處理電路，采集到燃氣輪機的各種在線(xiàn)狀態(tài)信號，再經(jīng)過(guò)軟件濾波等預處理，可獲得需要的狀態(tài)原始數據。然后，根據相關(guān)監測算法對這些數據加以處理，最終通過(guò)設備層的總線(xiàn)將數據上傳到監測診斷層，而某個(gè)DSP監測算法要從其他DSP子系統獲得相關(guān)數據，需要各采集處理子系統之間能相互通信。采用CAN總線(xiàn)將各個(gè)現場(chǎng)采集與監測子系統連接起來(lái)，組成分布式的現場(chǎng)采集處理與監測子系統。

　　1.1.2 傳感器及信號調理子系統

　　GTD350燃氣輪機信號調理子系統實(shí)現信號的隔離、放大、濾波、轉換等預處理，采用模塊化、總體式設計。由測速模塊，振動(dòng)信號濾波放大模塊，溫度信號放大模塊，壓力和流量信號直通模塊等模塊組成。各模塊實(shí)現專(zhuān)一的信號調理任務(wù)，根據測試信號的不同，可以自由組合，實(shí)現信號調理硬件的組態(tài)化。

　　1.1.3 現場(chǎng)采集處理與監測子系統

　　現場(chǎng)采集處理與監測子系統由DSP、高速A/D數據采集卡和慢變信號A/D采集卡組成。轉速和振動(dòng)信號選用高速A/D同時(shí)對通道模擬信號進(jìn)行同步采樣；溫度、壓力、流量、用慢變信號AID采集卡采集。

　　現場(chǎng)采集監測子系統實(shí)現數據采集、監測、報警和數據存儲等功能。采集的數據通過(guò)局域網(wǎng)絡(luò )存儲在文件服務(wù)器，當網(wǎng)絡(luò )中斷時(shí)，數據存人本地磁盤(pán)，網(wǎng)絡(luò )恢復正常后由服務(wù)器調用。

　　1.1.4 分析診斷子系統和網(wǎng)絡(luò )子系統

　　在監測診斷層，利用以太網(wǎng)將監測主機、文件服務(wù)器、多個(gè)診斷控制計算機、數據庫等設備連接起來(lái)。分析診斷系統包含豐富的分析診斷軟件，實(shí)現故障的精密診斷、自動(dòng)診斷和趨勢報表分析。監測主機通過(guò)通信計算機接收設備層采集的原始數據和處理后的數據，可調用監測界面模塊將其顯示出來(lái)，并進(jìn)行及時(shí)的報警和常規的數據分析。