一种基于dsp的监测系统分析与开发-analysis and development of a monitoring system based on dsp.docxVIP

1绪论1.1引言改革开放以来，我国经济快速发展，尤其电力行业取得了令人注目的成就，总装机容量不断增加，电源结构逐步优化。随着二滩、三峡等一批大型电站投入运行，水电站单机容量已经达到70万千瓦以上。如何充分发挥现有电力设备的作用，特别是大型电力设备的作用，如何管好、用好、维护好这些设备，对设备的检修提出了新的要求。水轮发电机组是水电厂最关键的主设备，它的运行状态如何直接关系到水电厂能否安全、经济地提供可靠的电力，也直接关系到水电厂的安全。对机组运行状态的实时监测和正确评估是保证机组安全、经济运行的重要措施之一，也是电厂实现“无人值班、少人值守”的必须手段之一[1]。传统的检修主要是定期检修，对安全性和经济性的考虑是笼统的，存在“检修过剩”或“检修不足”问题。在这种背景下，发电设备的状态检修应运而生。状态检修（condition-basedmaintenance），又称预知维修（predictivemaintenance），是一种以设备技术状态为基础、以预测状态发展趋势为依据的检修方式。它根据对设备的日常检查、定期重点检查、实时在线观测等获取大量的信息，然后经过变换、处理，分析设备的健康状况，及时发现设备的早期征兆，并跟踪其发展趋势，在设备故障发生前及性能降低到不允许极限前有计划地安排检修[2]。这种维修方式对设备的维修具有很强的针对性，经济性很高，且能保证设备经常处于良好的性能状态。如何获得大量而广泛的状态量（电压、转速、振动、力、位移、噪声、温度和流量等）是状态检修的关键，而获取这些状态量的核心即是设备的状态监测技术。状态监测是通过各种测量、检测和分析方法，结合系统运行的历史和现状，对设备的运行状态进行评估，以便了解和掌握设备的运行状况，并且对设备状态进行显示和记录，对异常情况进行处理，并为设备的故障分析、性能评估提供基础数据[3]。现代监测技术的发展主要经历了两个阶段[4]：第一阶段：常规技术发展阶段。这一阶段，以传感器技术和动态测试技术为基础，以信号处理技术为手段。传感器技术的飞速进步和信息处理技术的发展，使噪声、力、电、温度等信号的观测变得越来越容易，设备的噪声、无损检测等监测技术应运而生。第二阶段：智能化发展阶段。这一阶段，由于计算机技术、电子技术等技术的进步，相关软件的功能也越来越强大，实时在线监测成为其重要特征。同时，监测起主导作用的是人类专家具有的解决问题的办法和专业领域知识，处理的的核心已经变为知识处理，而非数据处理。目前采用的状态监测方式大体可以分为三类：（1）离线定期监测方式。工作人员定期到现场利用传感器测试各测点数据，数据处理直接在便携式内置微机的仪器上或在专用计算机上完成。这是当前进口监测仪器主要采用的方式。（2）在线检测离线分析的监测方式。设备分为主机系统和从机系统两部分，现场完成设备各测点数据采集和处理的微处理器为从机，专业人员在主机系统上对数据进行分析和判断。这种方式是近年在大型旋转机械上常采用的方式。（3）自动在线监测方式。该方式不需要专门的测试人员和技术分析人员，不仅能自动在线监测设备的工作状态，而且能在线地进行数据处理、分析判断并及时进行故障预报。这种方式最先进，主要问题是软硬件的研制工作量很大。状态监测技术的发展趋势是从前面介绍的方式（1）、（2）向（3）发展。另外，随着网络技术、人工智能、计算机等技术的发展和专用软件的大量开发，状态监测技术还表现为向远距离、多层次、多功能监测的网络化、智能化方向发展。需要强调的是，高精度、高速度的数据采集，是信号获取的基础。所以，它的发展对于状态监测来说，十分重要。1.2数据采集技术及其研究现状数据采集就是将被测对象（外界、现场）的各种参量通过各种传感元件进行适当转换后，再经采样、量化、编码等步骤，最后传送到控制器中进行处理和存储的过程[5]。它是微机与外界联系的纽带。数据采集技术是信息科学的重要组成部分，在国民经济和国防建设等各领域均具有广泛的应用[6]。以前的采集系统大多采用单片机作为主控芯片，信号的采集通过专门的采样子模块及其辅助电路实现，最后通过RS-232、RS-485等串口、ISA总线或者并口完成数据传输。这种系统，开发非常简单，时间较短，成本也很低。它被广泛用于传感器信号采集处理、家电设备等领域。现在其发展趋向专一化，即根据特定的应用需要，量身打造单片机及其外围电路。随着数字信号处理器（DSP）的大力发展和广泛应用，这种系统的不足表现的越来越明显：由于其处理器体系结构是传统的冯氏结构，程序和数据共用一个存储空间，统一编址，影响了指令的提取和执行速度；它的接口功能简单，但和上位机的通信速度较慢。所以，传统的基于单片机的系统限用于数据处理精度、传输速度等都比较低的场合。电子技术的不断进步和微型计算机的广泛应用，对高速数据采集技术的发展产生了深远