基于CAN的燃气轮机远程监测与诊断系统

GTD一350燃气轮机是国内首次引进的一个独特设计、带自由涡轮的航空燃气涡轮发动机。它是设计用作Mi2型轻量级直升飞机的动力装置。为了在实验室进一步研究其作为联合动力装置原动机的动态特性，设计远程监测诊断系统是GTD一350燃机安全、可靠运行的重要保证。远程故障诊断技术是在故障诊断技术、计算机技术和网络通信技术发展的基础上，由于工业过程对远程监测与控制的急切需求而迅速发展起来的应用技术。它通过工业局域网/广域网把分布于各个局部现场、独立完成特定功能的设备互联起来，以达到协同工作、集中监测的目的，最大限度地发挥网络的实时性和高效性来完成远程设备的监测与故障诊断。

1 监测诊断系统设计

1.1 监测诊断系统的组成

本文设计了一种简捷、可靠的基于CAN总线的燃气轮机分布式监测和故障诊断系统，可以方便地调用各种故障诊断方法，实现燃气轮机的状态监测和故障诊断。它主要由传感器子系统、现场采集处理与监测子系统、远程监视子系统、分析诊断子系统和网络子系统等部分组成。综合了信号处理、人工智能、通信、DSP（Digital signal processing）、数据库、计算机网络等成熟的技术，将一个完整的在线监测和诊断任务分解到不同层的计算机上，相互配合，共同实现分布式的监测过程。

1.1.1 远程监视子系统

子系统在设备层，由多个以DSP为核心的嵌人式系统等智能采集处理单元组元。DSP具有高速数字信号处理能力，配合外围的智能传感器和滤波、放大、A/D转换等采集处理电路，采集到燃气轮机的各种在线状态信号，再经过软件滤波等预处理，可获得需要的状态原始数据。然后，根据相关监测算法对这些数据加以处理，最终通过设备层的总线将数据上传到监测诊断层，而某个DSP监测算法要从其他DSP子系统获得相关数据，需要各采集处理子系统之间能相互通信。采用CAN总线将各个现场采集与监测子系统连接起来，组成分布式的现场采集处理与监测子系统。

1.1.2 传感器及信号调理子系统

GTD350燃气轮机信号调理子系统实现信号的隔离、放大、滤波、转换等预处理，采用模块化、总体式设计。由测速模块，振动信号滤波放大模块，温度信号放大模块，压力和流量信号直通模块等模块组成。各模块实现专一的信号调理任务，根据测试信号的不同，可以自由组合，实现信号调理硬件的组态化。

1.1.3 现场采集处理与监测子系统

现场采集处理与监测子系统由DSP、高速A/D数据采集卡和慢变信号A/D采集卡组成。转速和振动信号选用高速A/D同时对通道模拟信号进行同步采样；温度、压力、流量、用慢变信号AID采集卡采集。

现场采集监测子系统实现数据采集、监测、报警和数据存储等功能。采集的数据通过局域网络存储在文件服务器，当网络中断时，数据存人本地磁盘，网络恢复正常后由服务器调用。

1.1.4 分析诊断子系统和网络子系统

在监测诊断层，利用以太网将监测主机、文件服务器、多个诊断控制计算机、数据库等设备连接起来。分析诊断系统包含丰富的分析诊断软件，实现故障的精密诊断、自动诊断和趋势报表分析。监测主机通过通信计算机接收设备层采集的原始数据和处理后的数据，可调用监测界面模块将其显示出来，并进行及时的报警和常规的数据分析。

1.2 监测诊断系统功能

现场采集处理与监测子系统模块：完成该系统的初始化，现场数据的采集和预处理，与CAN总线数据通信。

1.2.1 网络通信模块

通讯任务包括现场采集站定时将机组当前运行参数发送到工程师站。工程师站将控制、采集等运行参数设置命令发送至数据采集站。

　工程师站与MIS系统的通讯采用服务器把MIS、工程师连接起来，可用Windows NT命名管道传送实时数据，使MIS站上的工程师可以监视燃气轮机的各种状态。远程网络连接将MIS通过Web服务器建立Intemet连接，可以使现场工程师和诊断中心专家进行在线交流，及时掌握更多的信息，由专家提供诊断结论和治理措施，再将这些结论通过对话服务发送给现场工程师。

1.2.2 数据库模块

数据库模块的设计应采用分散和集中相结合的原则，可以将数据库模块分成两部分：

数据采集站的数据库和诊断中心数据库。数据采集站的数据库设计原则是设计实时数据库，包括振动的各种特征参数、波形数据、频谱数据、温度、压力、转速等。实时数据库采用单链表数据结构设计。诊断中心的数据库按照不同的诊断建立相应的实时、历史数据库，历史数据库采用大型数据库管理系统。

实时数据库接收客户端实时发送的数据，实现远程监测。而历史数据库则主要收集一些与故障相关的特征数据，主要包括：机组启停、升降速、增减负荷时的状态