一种柴油发电机组健康状态评估与显示仪
阅读：751发布：2024-01-31
专利汇可以提供一种柴油发电机组健康状态评估与显示仪专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型涉及一种柴油发 电机 组 健康状态 评估与显示仪(200)，包括： 数据采集 器(201)，用于采集用于所述柴油 发电机组 设备的多个特征参量；数据 存储器 (202)，用于存储所述采集的特征参量； 中央处理器 (203)，用于对所述获取的特征参量进行归一化处理、加权和求和处理，以便获取用于所述柴油发电机组设备的健康指数；显示器(204)，用于显示所述获取的健康指数；其中，所述中央处理器与数据采集器、数据存储器和显示器分别电连接。，下面是一种柴油发电机组健康状态评估与显示仪专利的具体信息内容。
1.一种柴油发电机组健康状态评估与显示仪(200)，包括：
数据采集器(201)，用于采集用于所述柴油发电机组设备的多个特征参量；
数据存储器(202)，用于存储所述采集的特征参量；
中央处理器(203)；
显示器(204)，用于显示所述获取的健康指数；
其中所述中央处理器与数据采集器、数据存储器和显示器分别电连接。
2.根据权利要求1所述的评估与显示仪(200)，其特征在于，通过所述中央处理器(203)对所述经加权处理之后的特征参量绘制雷达图，并且通过所述显示器(204)显示所述雷达图。
3.根据权利要求1或2所述的评估与显示仪(200)，其特征在于，还包括云通信接口用于与云服务器连接。
4.根据权利要求1或2所述的评估与显示仪(200)，其特征在于，还包括用于操作人员与所述评估与显示仪进行交互的触摸屏。
5.根据权利要求1或2所述的评估与显示仪(200)，其特征在于，还包括参数设置器，用于设置所述评估与显示仪和相应柴油发电机组的运行参数。
6.根据权利要求1或2所述的评估与显示仪(200)，其特征在于，所述评估与显示仪(200)通过现场总线与柴油发电机组的进行数据通信并且获取所述柴油发电机组设备的特征参量。
一种柴油发电机组健康状态评估与显示仪
技术领域
背景技术
[0002] 柴油发电机组是金融系统大型数据中心、移动通讯系统、武器装备系统和消防系统的重要应急电力设备，已经成为基础设施和工程建设的必备设备。柴油发电机组主要由柴油发动机、交流发电机、机组控制器、底盘和连接件组成，是典型的机电自动化成套设备。设备健康检测是衡量复杂机电设备健康水平，保障成套设备可靠启停和稳定运行、保障电力供应、提升设备管控水平和预防设备潜在隐患的前瞻性技术。
[0003] 目前，尚未出现对于柴油发电机组的设备健康检测技术，多数技术研究仍停留在机组运行保护和评价阶段，主要包括两个方向：一方面，基于机组控制器数据传感的故障报警与保护，该技术较为成熟和普遍；此外还有，基于静态数据统计的设备可靠性度量,基于建筑电气设计规范的各类继电保护软硬件管控措施以及柴油发电机组在线频率特性。综上所述，尚未见较为成熟的机组设备在线健康检测技术。
[0004] 国内外柴油发电机组的运行保护和评价技术所存在的不足目前主要在于：
[0005] 依赖控制器的故障报警和保护，控制器通过传感器直接采集发动机和发电机运行状态数据，通过在控制器内设置每一个机组状态特征物理量的警告或者报警停机的上下限。确定物理量的运行范围，超出运行范围后，则给出警告提示或者报警停机。该技术停留在故障保护阶段，无法有效反映机组的设备健康程度；
[0006] 柴油发电机组可靠性度量技术缺乏在线时变性。现有的机组可靠性度量是基于发动机、发电机、控制箱、电压调节器(AVR)、机组保护控制器等主要部件的静态可靠性数值的乘积，不具备实时在线计算和时变特性，无法满足大型柴油发电机组可靠性度量的实时性技术要求。
[0007] 专利内容
[0008] 本实用新型提出一种柴油发电机组健康状态评估与显示仪，包括：
[0009] 数据采集器，用于采集用于所述柴油发电机组设备的多个特征参量；
[0010] 数据存储器，用于存储所述采集的特征参量；
[0012] 显示器，用于显示所述获取的健康指数；
[0013] 并且所述中央处理器与数据采集器、数据存储器和显示器分别电连接。
[0014] 本实用新型的构思在于，通过数据采集器对柴油发电机组实时检测到的多个特征参量的实时采集之后存储在数据存储器中，然后通过中央处理器对其进行归一化处理，归一化处理的作用在于消除物理量纲的影响。然后，各个特征参量在对柴油发电机组设备的健康方面的影响的权重是不同的，因此随后通过中央处理器对其进行加权然后求和的方式，可以获得比较客观的机组设备的健康指数。
[0015] 有利地，通过所述中央处理器对所述经加权处理之后的特征参量绘制雷达图，并且通过所述显示器显示所述雷达图。通过显示器以雷达图的形式对特征参量进行的可视化表示，可以非常直观地提供柴油发电机组设备的健康情况的掌握。
[0016] 有利地，还包括云通信接口用于与云服务器连接。本仪器设有云通信接口可用于将采集到的柴油发电机组运行数据和机组健康状态评估结果数据及时同步到云服务器。特别是该云通信接口可以是主流云通讯接口并且可以按照JSON(JavaScript Object Notation,JS对象标记)格式，实现完全独立于编程语言的文本格式进行数据存储和表示，同时与云服务器建立云通信。
[0017] 有利地，还包括用于操作人员与所述评估与显示仪进行交互的触摸屏。该仪器通过设有触控屏幕可以实现人机交互，同时可以节省键盘、鼠标、电脑机箱等主要外围设备。在实际应用中，该触控屏幕可以直接与嵌入式工控机主板相连接。
[0018] 有利地，该仪器还包括参数设置器，用于设置所述评估与显示仪和相应柴油发电机组的运行参数。这些参数可以包括系统语言、机组信息、屏幕待机时延参数等。
[0019] 有利地，所述评估与显示仪通过现场总线与柴油发电机组的进行数据通信并且获取所述柴油发电机组设备的特征参量。这些现场总线可以广泛支持国内外主流机组控制器所兼容的RS232/RS485/CAN总线通讯协议等，使用可靠并且高效。附图说明
[0020] 为了更清楚地说明本专利实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅描述本专利的一部分实施例。这些附图对于本专利来说并不是限制性的，而是起示例性的作用。其中：
[0021] 图1示出按照本实用新型提出的柴油发电机组健康状态评估与显示仪的结构方框图；
[0022] 图2示出一个示例性的柴油发电机组设备状态的原始数值的雷达图；
[0023] 图3示出一个示例性的柴油发电机组设备状态的归一化数值的雷达图。
[0024] 图4示出按照本实用新型提出的柴油发电机组健康状态评估与显示仪的示例性使用场景。
具体实施方式
[0025] 图1示出按照本实用新型提出的柴油发电机组健康状态评估与显示仪200的结构方框图。该评估与显示仪200可以包括：数据采集器201，用于采集用于柴油发电机组设备的多个特征参量；数据存储器202，用于存储采集的特征参量；中央处理器203，用于对获取的特征参量进行归一化处理、加权和求和处理，以便获取用于柴油发电机组设备的健康指数；显示器204，用于显示获取的健康指数；中央处理器与数据采集器、数据存储器和显示器分别电连接。
[0026] 以下根据一个柴油发电机组健康状态评估与显示仪的具体应用实施例对其进行阐明。图4示出按照本实用新型提出的柴油发电机组健康状态评估与显示仪的示例性使用场景。
[0027] 在图4中，评估与显示仪除了数据采集器、数据存储器、中央处理器和显示器之外，还包括触摸屏、云通信接口以及参数设置器。云通信接口用于与云服务器连接；触摸屏用于操作人员与评估与显示仪进行必要的交互。参数设置器用于设置评估与显示仪和相应柴油发电机组的运行参数。
[0028] 在图4的实施例中示例性的柴油发电机组中，评估与显示仪通过现场总线与柴油发电机组的进行数据通信并且获取柴油发电机组设备的特征参量。柴油发电机组可以包括多个运行状态特征参量(即物理量)，其中包括的发动机测量参数有：发动机冷却水位，发动机冷却水温，润滑油压力，转速，燃油液位，电瓶电压等；其中包括的发电机测量参数有：发电机相电压，发电机相电压，发电机相电压，发电机线电压，发电机线电压，发电机线电压，负载电流，负载电流，负载电流，发电频率，功率因数，视在功率，有功功率和漏电电流等；其中包括的机组测量参数有：累计发电量，启动次数，启动成功率，维保次数，按时维保率以及运行小时数。
[0030] 这8个重要物理量可以通过数据采集器采集并且通常可以存储在数据存储器中。中央处理器可以对获取的特征参量进行归一化处理、加权和求和处理，以便获取用于柴油发电机组设备的健康指数。其中，特别是，通过中央处理器可以对经加权处理之后的特征参量绘制雷达图，并且通过显示器可以显示雷达图。
[0031] 如图2可见上述8个特征参量的原始采集数据在雷达图中的表示。
[0032] 雷达图法可用图形的形式表达评估中各项指标的数量关系，评估的结果形象、直接，结合对图像特征的数学处理，可以客观地进行多物理量综合评估。其基本原理如下：
[0033] 假设评估对象(在此为柴油发电机组设备)的评估指标亦即特征参量(即物理量)为n个(在此n＝8)，传统的雷达图法首先作一个单位圆，并将其等分为8个扇形区域，以扇形半径作为各个指标对应的指标轴，然后将指标值向量归一化，并按比例与指标轴上距离圆心一定长度的点相对应，依次连接指标轴上各个点，获得的封闭多边形即为评估对象的雷达图。利用雷达图进行评估时，一般主要利用封闭多边形的面积、边长这两个量。封闭多边形的面积越大，评估结果越向指标值所代表的方向发展，面积相同时，多边形越接近于圆(即周长越小)，各指标发展越均衡。对比雷达图的面积和周长，通过一定的数学处理，可以得到最终的评估结果。如图2所示。
[0034] 图2中示出按照本实施例的示例性的型号为NT855-G的重庆康明斯发动机的特征参数雷达图。其中，润滑油压力上限报警值是3.8bar，下限报警值是1.03bar；冷却水的温度上限报警值是110摄氏度，下限报警值是80摄氏度；燃油液位上限值是100％，下限报警值是10％；发动机转速上限报警值是1650r/min，下限报警值是1350r/min；发电频率上限报警值是52Hz，下限报警值是48Hz；发电电压上限报警值是437VAC，下限报警值是342VAC；电瓶电压上限报警值是29.5VDC，下限报警值是22VDC。其中，图2中示出的各参量的理想运行值分别为：启动成功率为100％，润滑油压力为2.5bar，冷却水温度为90摄氏度，燃油液位为
90％，发动机转速为1500r/min，发电频率为50Hz,发电电压为380VAC，电瓶电压为24VDC。此外，图2中还示出在此获取的上述8个特征参量的实际值：启动成功率为100％，润滑油压力为2.6bar，冷却水温度为92摄氏度，燃油液位为80％，发动机转速为1520r/min，发电频率为
50.1Hz,发电电压为381VAC，电瓶电压为26VDC。表示实际值的各个点连接在一起，形成一个多边形。
90％，发动机转速为1500r/min，发电频率为50Hz,发电电压为380VAC，电瓶电压为24VDC。此外，图2中还示出在此获取的上述8个特征参量的实际值：启动成功率为100％，润滑油压力为2.6bar，冷却水温度为92摄氏度，燃油液位为80％，发动机转速为1520r/min，发电频率为
50.1Hz,发电电压为381VAC，电瓶电压为26VDC。表示实际值的各个点连接在一起，形成一个多边形。
[0035] 此外图2中还示出包括作为第一上阈值和第一下阈值的上限报警值和下限报警值的第一阈值范围以及包括作为第二上阈值和第二下阈值的上限警告值和下限警告值的第二阈值范围。通常，如果特征参数位于在第一阈值范围之外，则得出上述柴油发电机组设备不健康；如果特征参量位于在第一阈值范围之内但是在第二阈值范围之外，则得出柴油发电机组设备亚健康，否则得出柴油发电机组健康。
[0037] 具体来说，将柴油发电机组的8项特征参量v＝(v1,v2,v3,v4,v5,v6,v7,v8)归一化为同一量纲，得到v'＝(v1',v'2,v'3,v'4,v'5,v'6,v'7,v'8)。
[0038] 归一化是一种无量纲处理手段，使物理系统数值的绝对值变成某种相对值关系，是简化计算，缩小量值的有效办法。在此对提取出的特征物理量进行归一化处理，将这些物理量转化为无量纲的参量，便于进行后续的健康系数的计算。计算公式如下：
[0039] Qi＝(Qreal-Qmin)/(Qmax-Qmin)(1)
[0040] 其中，Qi是第i个特征物理量归一化之后的值。例如，发动机冷却水温值从最低温度80℃到最高温度110℃作归一化为0到1，水温都转化为无量纲的相对值，当实际水温值为95℃时,归一化的参数值为0.5。
[0041] 将归一化的特征参量同样如上表示在雷达图中，以等角度显示原则，画出的经归一化的特征参量的雷达图通过显示器显示如图3所示。
[0042] 通过中央处理器的归一化处理之后还要对其进行加权求和处理，以便获取用于柴油发电机组设备的健康指数。
[0043] 具体来说，运用专家打分法等赋权方法对电能质量各指标进行赋权，从而得到权值为α＝(α1,α2,α3,α4,α5,α6,α7,α8)。按照本实施例在此参照GJB450-1988《装备研制与生产的可靠性通用大纲》的规定,可靠性的基本特征参量中的累积故障概率F(t)作为设备故障数据统计依据，在确保权值总和为1的前提下，将特征物理量对应的累计故障率线性映射计算得到权系数。当然，以其他任何适合的方式获得权值也是可以考虑的。
[0044] 其中，根据故障率线性映射方法，对于上述8个特征参量计算出的权系数分别为：0.12、0.15、0.1、0.08、0.05、0.1、0.2、0.2。
[0045] 最后，经加权求和之后便可以获得用于柴油发电机组设备的健康指数并且通过显示器输出。
[0046] 在本实施例中具体来说，通过报警上下限值和机组测得的实际值，将实际值进行归一化处理，再根据各权系数值将带入到健康指数公式，计算出健康指数为：0.92，状态指示为绿色，该机组目前的设备状况是健康的，各个点连接的多边形也位于在第二阈值范围之内也形象直观地说明了这一点。
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