大型机组远程监测与故障诊断系统的研究与开发
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摘要
故障监测与诊断系统的开发是一门跨学科、跨研究领域的综合技术。包括了传感器技术、数据采集技术、信号分析与数据处理技术以及数据库、网络信息传输等计算机相关学科技术。一个完善的故障诊断系统可以有效的将故障机理、监测分析、趋势预测等理论应用于现场机组的生产之中。从而避免故障灾害的发生，提高生产的安全性以及生产效率，对国民生产具有现实的指导意义。
本论文从实践出发，首先提出了一套Intranet下旋转机械监测与故障诊断系统的开发方案。整套系统实现了数据采集、现场监测、信号分析、故障诊断以及网络通讯等多项功能。系统在Visual C++环境下，将Socket网络编程，多线程、数据库、MATLAB数学函数库接口以及DAQ高速实时采样技术融于一体，实现了系统高速的开发模式以及稳定、高效的工作性能。其中，采用NI-DAQ开发的数据采集系统，采样率达到了1.5MHz，充分发挥了采样卡的性能；利用MATLAB数学库的扩展功能，可靠、快捷的实现了十几种信号分析技术，为故障诊断提供了有利的依据；将多线程与Socket网络编程相结合，实现了服务器、客户端之间监测数据的实时传输，历史及趋势数据的下载、分析，从而将整个企业的监测机组、车间、办公室连成一体，达到了统一管理、远程诊断、监测的目的；整套系统后台采用数据库统一管理，利用Microsoft Jet引擎，提供了众多的智能化管理手段；同时，系统还提供了完备的报表、帮助系统，增加了系统的交互性，使用的方便性。目前整套系统已在锦州石化旋转机组中投入监测运行，具有工程实际应用价值。
论文第二部分以下一代网络体系核心技术Web Service为基础，通过与现有远程诊断系统的分析、比较，提出了一组构建远程故障诊断中心的思想。将远程组件服务、诊断服务、Web Service组件服务以及样本库构建等远程监测、诊断要求集成为远程诊断中心的主体构架。并利用.NET平台下C#语言、ASRNET、ADO.NET以及OWC、Crystal Reports组件工具具体描述了该远程故障诊断中心实现方案。论文对整个远程诊断服务中心进行了整体框架结构的设计，并对其中关键技术的实现细节，举例进行了详细的说明。
论文最后对整部方案的开发、运行性能进行了总结。提出了利用Web服务，构建诊断系统接口服务，从而在网络环境下将当前流行的客户机、服务器模式的诊断系统与新兴的B／S诊断系统统一起来，实现整个广域范围内的故障诊断资源的共享，联合工作，提高故障诊断的整体效益与可靠性。
The development of online monitoring and fault diagnosis system is an integrated technology involved in different subject and domain. Some technologies cooperated with diagnosis are included, such as sensor, data collection, signal analysis, data processing, database, and net transmission. A perfect fault diagnosis system should be joined with the technology of fault theory, monitoring and trend anticipation and so on. With these efforts, we can reduce the accidents, improve the work efficiency and contribute more to the nation.
An online monitoring and fault diagnosis system based on Intranet was introduced in the paper. This system realized real-time data acquisition, online monitoring, the signal processing and fault diagnosis with the aid of computers. VC++, the Socket net programming, multithreading, database, MATLAB API interface and DAQ in-time data collection system were combined as a whole. Among the above, the data collection system developed with NI-DAQ can work at a frequency of 1.5MHz, and the data collection card is in full use. By using the expended function of MATLAB API, more than 10 kind of signal analysis technology have been realized. The server and client can transmit data in-time by the program of multithreading and Socket net programming, so the whole enterprise can get data anywhere, anytime, and easy to be managed. At the same time, the report and FAQ are provided in order to make the system more convenient to use. At present, the system has been successfully applied to a refinery.
Compared with current remote faulty diagnosis system, the kernel technology of next generation network frame, web service, is proposed to construct the remote faulty diagnosis center. The design of the remote faulty diagnosis center is realized by C# language, ASP.NET, ADO.NET technology and OWC, Crystal Reports tools under .NET platform. The frame of remote faulty diagnosis center is shown in this paper and some critical technology details are shown in the form of example.
At the end of the paper, the development and running performance of the whole design were summarized. The idea of building a diagnosis system with the use of web is shown in the paper. So we can unite the popular C/S diagnosis system with the new coming B/S diagnosis system, realize the fault diagnosis system in large area and improve the efficiency and reliability of the diagnosis.
本论文从实践出发，首先提出了一套Intranet下旋转机械监测与故障诊断系统的开发方案。整套系统实现了数据采集、现场监测、信号分析、故障诊断以及网络通讯等多项功能。系统在Visual C++环境下，将Socket网络编程，多线程、数据库、MATLAB数学函数库接口以及DAQ高速实时采样技术融于一体，实现了系统高速的开发模式以及稳定、高效的工作性能。其中，采用NI-DAQ开发的数据采集系统，采样率达到了1.5MHz，充分发挥了采样卡的性能；利用MATLAB数学库的扩展功能，可靠、快捷的实现了十几种信号分析技术，为故障诊断提供了有利的依据；将多线程与Socket网络编程相结合，实现了服务器、客户端之间监测数据的实时传输，历史及趋势数据的下载、分析，从而将整个企业的监测机组、车间、办公室连成一体，达到了统一管理、远程诊断、监测的目的；整套系统后台采用数据库统一管理，利用Microsoft Jet引擎，提供了众多的智能化管理手段；同时，系统还提供了完备的报表、帮助系统，增加了系统的交互性，使用的方便性。目前整套系统已在锦州石化旋转机组中投入监测运行，具有工程实际应用价值。
论文第二部分以下一代网络体系核心技术Web Service为基础，通过与现有远程诊断系统的分析、比较，提出了一组构建远程故障诊断中心的思想。将远程组件服务、诊断服务、Web Service组件服务以及样本库构建等远程监测、诊断要求集成为远程诊断中心的主体构架。并利用.NET平台下C#语言、ASRNET、ADO.NET以及OWC、Crystal Reports组件工具具体描述了该远程故障诊断中心实现方案。论文对整个远程诊断服务中心进行了整体框架结构的设计，并对其中关键技术的实现细节，举例进行了详细的说明。
论文最后对整部方案的开发、运行性能进行了总结。提出了利用Web服务，构建诊断系统接口服务，从而在网络环境下将当前流行的客户机、服务器模式的诊断系统与新兴的B／S诊断系统统一起来，实现整个广域范围内的故障诊断资源的共享，联合工作，提高故障诊断的整体效益与可靠性。
The development of online monitoring and fault diagnosis system is an integrated technology involved in different subject and domain. Some technologies cooperated with diagnosis are included, such as sensor, data collection, signal analysis, data processing, database, and net transmission. A perfect fault diagnosis system should be joined with the technology of fault theory, monitoring and trend anticipation and so on. With these efforts, we can reduce the accidents, improve the work efficiency and contribute more to the nation.
An online monitoring and fault diagnosis system based on Intranet was introduced in the paper. This system realized real-time data acquisition, online monitoring, the signal processing and fault diagnosis with the aid of computers. VC++, the Socket net programming, multithreading, database, MATLAB API interface and DAQ in-time data collection system were combined as a whole. Among the above, the data collection system developed with NI-DAQ can work at a frequency of 1.5MHz, and the data collection card is in full use. By using the expended function of MATLAB API, more than 10 kind of signal analysis technology have been realized. The server and client can transmit data in-time by the program of multithreading and Socket net programming, so the whole enterprise can get data anywhere, anytime, and easy to be managed. At the same time, the report and FAQ are provided in order to make the system more convenient to use. At present, the system has been successfully applied to a refinery.
Compared with current remote faulty diagnosis system, the kernel technology of next generation network frame, web service, is proposed to construct the remote faulty diagnosis center. The design of the remote faulty diagnosis center is realized by C# language, ASP.NET, ADO.NET technology and OWC, Crystal Reports tools under .NET platform. The frame of remote faulty diagnosis center is shown in this paper and some critical technology details are shown in the form of example.
At the end of the paper, the development and running performance of the whole design were summarized. The idea of building a diagnosis system with the use of web is shown in the paper. So we can unite the popular C/S diagnosis system with the new coming B/S diagnosis system, realize the fault diagnosis system in large area and improve the efficiency and reliability of the diagnosis.
引文
[1] 施圣康．汽轮发电机组振动故障诊断技术的发展现状．动力工程，2001，21(3)：1295-1299
[2] 汪家铭．机器设备状态监测和故障诊断网络系统及应用．化工装备技术，1995，16(4)：17-20
[3] 李太福，陈渝光，杨奕，陈鸿雁．基于互联网的远程状态监测与故障诊断系统研究．西南师范大学学报，2002，27(1)：53-56
[4] 杨叔子，史铁林，李东晓．分布式监测诊断系统的开发与设计．振动、测试与诊断，1997，17(1)：1-6
[5] 李东晓，刘世元，史铁林，杨叔子．设备监测与诊断系统构成技术的研究和实践．华中理工大学学报，1996，24(9)：39-41
[6] 徐德炳，徐兴．数据采集与总线技术的发展．测控技术，2002，21(6)：1-6
[7] 徐科军，全书海，王建华．信号处理技术．武汉：武汉理工大学出版社，2001．
[8] 杨若峰．大型机组控制系统误报警、误联锁的原因分析．石油化工设备技术，1997，18(5)：43-46
[9] 季文美，方同，陈松淇．机械振动．北京：科学出版社，1985．
[10] NI-DAQ Function Reference Help.National Instruments Corporation.http://www.ni.com
[11] 吴道虎，王绪军．具有高可靠性的高速连续数据采集的设计与实施方法．电子技术应用，2002，(6)：13-15
[12] 张玉强，刘生春．一种基于实时数据采集系统的数据处理方法．计算机自动测量与控制，2001，(2)：46-47
[13] 龙志强，吕治国．LabVIEW与通用数据采集卡的接口方法研究．微计算机信息，2001，17(9)
[14] 宗孔德，胡广书．数字信号处理．北京：清华大学出版社，1988．
[15] 殷福亮，宋爱军．数字信号处理C语言程序集．辽宁：辽宁科学技术出版社，1997．
[16] 冷建华，李萍，王良红．数字信号处理．北京：国防工业出版社，2002．
[17] 刘志俭．MATLAB6.5应用接口编程．北京：电子工业出版社，2003
[18] Matlab Online Documentations and User Manual.The Matlab Corpration. http://www.mathswork.com
[19] 薛年喜．MATLAB在数字信号处理中的应用．北京：清华大学出版社，2003．
[20] DAEIMI, DIIE. A DSP-based FFT-Analyzer for the Fault Diagnosis of Rotating Machine Based on Vibration Analysis. IEEE Instrumentation and Measurement, 2001, 572-577
[21] 汪蒲阳．因特网应用编程．北京：清华大学出版社，2000
[22] 潘爱民，王国印译．Visual C++技术内幕．第四版．北京：清华大学出版社，1999．
[23] 史挺进，缪思恩，邱忠宇，顾晃，胡协和，郑玉金，分布式网络化状态监测与故障诊断系统．发电设备．1999，2：22-26
[24] 赵冲冲，廖明夫．旋转机械状态监测与故障诊断的网络化实现．机械科学与技术，2002．21(2)：291-294
[25] 熊良才，史铁林，杨叔子．基于Intranet状态监测与故障诊断系统的设计及实现．中国机械工程，2001，12：134-138
[26] Jiang Dongxiang, Ni Weidou. Network system of remote on-line monitoring and diagnosis for thermal system in power plant. Journal of Tsinghua University, 2000, 40(2):70-80
[27] 萨师煊，王珊．数据库系统概论．北京：高等教育出版社，1998．
[28] 冯华．Visual C++数据库开发技巧与实例．北京：机械工业出版社，2000
[29] 吴旭东，夏志澜．状态监测数据管理与故障诊断专家系统研究．江苏船舶，2002，19(3)：10-12
[30] Wang Xuea, Yang Shuzia. A parallel distributed knowledge-based system for turbine generator fault diagnosis. Artificial Intelligence in Engineering , 1996 , 10(4):335-341
[31] 杨世锡，胡小平．大型旋转机械状态监测与故障诊断系统的面向对象建模研究．故障诊断技术，1999，(3)：43-47
[32] 袁振东．大型机组状态监测系统常见故障及维修．化工自动化及仪表，2001，28(3)：70-72
[33] 冯志鹏，宋希庚．计算智能在机械设备故障诊断中的应用．汽轮机技术，2002，44(4)：196-198
[34] 冯志鹏，宋希庚，薛冬新．基于广义回归神经网络的大型机组振动趋势预测．东北大学学报，2003，24(S2)：1-4
[35] 韩西京，张锦棉．智能诊断中的状态监测与趋势分析．数据采集与处理，1999，14(1)：115-118
[36] Frederic D. McKenzie. An integrated model-based approach for real-time on-line diagnosis of complex systems. Artificial Intelligence, 1998, 279-291
[37] Dr. Somnath Deb, Dr. Sudipto Ghoshal. Remote Diagnosis Server Architecture. IEEE, 988-999
[38] N.B. John. A Review on Condition Monitoring and Fault Diagnosis for Diesel Engine. Condition Monitoring 97, 1997
[39] 杜亮．亲密接触ASP．NET．北京：清华大学出版社，2002
[40] An N, Nee A. Y.C. Web-based fault diagnostic and learning system. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2001, 18(7): 502-511
[41] Li Hongsheng, Shi Tielin, Yang Shuzi. Internet-based Remote Diagnosis: Concept, System Architecture and Prototype. Proceedings of the 3nd World Congress on Intelligent Control and Automation, 2000, 723-727
[42] M.P. de, Albuquerque. Remote monitoring over the Internet. Nuclear Instruments & Methods in Physics Research, 1998, 140-145
[43] Tom Archer．C#技术内幕．北京：清华大学出版社，2002
[44] Dale Rogerson．COM技术内幕．北京：清华大学出版社，1999
[45] 何成兵，顾煜炯，杨昆．分布式汽轮发电机组振动监测与远程诊断系统研究．汽轮机技术，2002，44(1)：8-10
[2] 汪家铭．机器设备状态监测和故障诊断网络系统及应用．化工装备技术，1995，16(4)：17-20
[3] 李太福，陈渝光，杨奕，陈鸿雁．基于互联网的远程状态监测与故障诊断系统研究．西南师范大学学报，2002，27(1)：53-56
[4] 杨叔子，史铁林，李东晓．分布式监测诊断系统的开发与设计．振动、测试与诊断，1997，17(1)：1-6
[5] 李东晓，刘世元，史铁林，杨叔子．设备监测与诊断系统构成技术的研究和实践．华中理工大学学报，1996，24(9)：39-41
[6] 徐德炳，徐兴．数据采集与总线技术的发展．测控技术，2002，21(6)：1-6
[7] 徐科军，全书海，王建华．信号处理技术．武汉：武汉理工大学出版社，2001．
[8] 杨若峰．大型机组控制系统误报警、误联锁的原因分析．石油化工设备技术，1997，18(5)：43-46
[9] 季文美，方同，陈松淇．机械振动．北京：科学出版社，1985．
[10] NI-DAQ Function Reference Help.National Instruments Corporation.http://www.ni.com
[11] 吴道虎，王绪军．具有高可靠性的高速连续数据采集的设计与实施方法．电子技术应用，2002，(6)：13-15
[12] 张玉强，刘生春．一种基于实时数据采集系统的数据处理方法．计算机自动测量与控制，2001，(2)：46-47
[13] 龙志强，吕治国．LabVIEW与通用数据采集卡的接口方法研究．微计算机信息，2001，17(9)
[14] 宗孔德，胡广书．数字信号处理．北京：清华大学出版社，1988．
[15] 殷福亮，宋爱军．数字信号处理C语言程序集．辽宁：辽宁科学技术出版社，1997．
[16] 冷建华，李萍，王良红．数字信号处理．北京：国防工业出版社，2002．
[17] 刘志俭．MATLAB6.5应用接口编程．北京：电子工业出版社，2003
[18] Matlab Online Documentations and User Manual.The Matlab Corpration. http://www.mathswork.com
[19] 薛年喜．MATLAB在数字信号处理中的应用．北京：清华大学出版社，2003．
[20] DAEIMI, DIIE. A DSP-based FFT-Analyzer for the Fault Diagnosis of Rotating Machine Based on Vibration Analysis. IEEE Instrumentation and Measurement, 2001, 572-577
[21] 汪蒲阳．因特网应用编程．北京：清华大学出版社，2000
[22] 潘爱民，王国印译．Visual C++技术内幕．第四版．北京：清华大学出版社，1999．
[23] 史挺进，缪思恩，邱忠宇，顾晃，胡协和，郑玉金，分布式网络化状态监测与故障诊断系统．发电设备．1999，2：22-26
[24] 赵冲冲，廖明夫．旋转机械状态监测与故障诊断的网络化实现．机械科学与技术，2002．21(2)：291-294
[25] 熊良才，史铁林，杨叔子．基于Intranet状态监测与故障诊断系统的设计及实现．中国机械工程，2001，12：134-138
[26] Jiang Dongxiang, Ni Weidou. Network system of remote on-line monitoring and diagnosis for thermal system in power plant. Journal of Tsinghua University, 2000, 40(2):70-80
[27] 萨师煊，王珊．数据库系统概论．北京：高等教育出版社，1998．
[28] 冯华．Visual C++数据库开发技巧与实例．北京：机械工业出版社，2000
[29] 吴旭东，夏志澜．状态监测数据管理与故障诊断专家系统研究．江苏船舶，2002，19(3)：10-12
[30] Wang Xuea, Yang Shuzia. A parallel distributed knowledge-based system for turbine generator fault diagnosis. Artificial Intelligence in Engineering , 1996 , 10(4):335-341
[31] 杨世锡，胡小平．大型旋转机械状态监测与故障诊断系统的面向对象建模研究．故障诊断技术，1999，(3)：43-47
[32] 袁振东．大型机组状态监测系统常见故障及维修．化工自动化及仪表，2001，28(3)：70-72
[33] 冯志鹏，宋希庚．计算智能在机械设备故障诊断中的应用．汽轮机技术，2002，44(4)：196-198
[34] 冯志鹏，宋希庚，薛冬新．基于广义回归神经网络的大型机组振动趋势预测．东北大学学报，2003，24(S2)：1-4
[35] 韩西京，张锦棉．智能诊断中的状态监测与趋势分析．数据采集与处理，1999，14(1)：115-118
[36] Frederic D. McKenzie. An integrated model-based approach for real-time on-line diagnosis of complex systems. Artificial Intelligence, 1998, 279-291
[37] Dr. Somnath Deb, Dr. Sudipto Ghoshal. Remote Diagnosis Server Architecture. IEEE, 988-999
[38] N.B. John. A Review on Condition Monitoring and Fault Diagnosis for Diesel Engine. Condition Monitoring 97, 1997
[39] 杜亮．亲密接触ASP．NET．北京：清华大学出版社，2002
[40] An N, Nee A. Y.C. Web-based fault diagnostic and learning system. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2001, 18(7): 502-511
[41] Li Hongsheng, Shi Tielin, Yang Shuzi. Internet-based Remote Diagnosis: Concept, System Architecture and Prototype. Proceedings of the 3nd World Congress on Intelligent Control and Automation, 2000, 723-727
[42] M.P. de, Albuquerque. Remote monitoring over the Internet. Nuclear Instruments & Methods in Physics Research, 1998, 140-145
[43] Tom Archer．C#技术内幕．北京：清华大学出版社，2002
[44] Dale Rogerson．COM技术内幕．北京：清华大学出版社，1999
[45] 何成兵，顾煜炯，杨昆．分布式汽轮发电机组振动监测与远程诊断系统研究．汽轮机技术，2002，44(1)：8-10