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的一個獨特設計、帶自由渦輪的航空燃氣渦輪發動機。它是設計用作Mi2型輕量級直升飛機的動力裝置。為了在實驗室進一步研究其作為聯合動力裝置原動機的動態特性，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。遠程故障診斷技術是在故障診斷技術、計算機技術和網絡通信技術發展的基礎上，由于工業過程對遠程監測與控制的急切需求而迅速發展起來的應用技術。它通過工業局域網/廣域網把分布于各個局部現場、獨立完成特定功能的設備互聯起來，以達到協同工作、集中監測的目的，最大限度地發揮網絡的實時性和高效性來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

　　本文設計了一種簡捷、可靠的基于CAN總線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，實現燃氣輪機的狀態監測和故障診斷。它主要由傳感器子系統、現場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絡子系統等部分組成。綜合了信號處理、人工智能、通信、DSP（Digital signal processing）、數據庫、計算機網絡等成熟的技術，將一個完整的在線監測和診斷任務分解到不同層的計算機上，相互配合，共同實現分布式的監測過程。

　　1.1.1 遠程監視子系統

　　子系統在設備層，由多個以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狀態信號，再經過軟件濾波等預處理，可獲得需要的狀態原始數據。然后，根據相關監測算法對這些數據加以處理，最終通過設備層的總線將數據上傳到監測診斷層，而某個DSP監測算法要從其他DSP子系統獲得相關數據，需要各采集處理子系統之間能相互通信。采用CAN總線將各個現場采集與監測子系統連接起來，組成分布式的現場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。各模塊實現專一的信號調理任務，根據測試信號的不同，可以自由組合，實現信號調理硬件的組態化。

　　1.1.3 現場采集處理與監測子系統

　　現場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。轉速和振動信號選用高速A/D同時對通道模擬信號進行同步采樣；溫度、壓力、流量、用慢變信號AID采集卡采集。

　　現場采集監測子系統實現數據采集、監測、報警和數據存儲等功能。采集的數據通過局域網絡存儲在文件服務器，當網絡中斷時，數據存人本地磁盤，網絡恢復正常后由服務器調用。

　　1.1.4 分析診斷子系統和網絡子系統

　　在監測診斷層，利用以太網將監測主機、文件服務器、多個診斷控制計算機、數據庫等設備連接起來。分析診斷系統包含豐富的分析診斷軟件，實現故障的精密診斷、自動診斷和趨勢報表分析。監測主機通過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，并進行及時的報警和常規的數據分析。