一种整合各风电机组CMS解析软件的方法

【摘要】目前风电机组的功率越来越大，对主轴、齿轮箱、发电机等关重件的健康状态的检测越来越受到重视，及早发现发现这些关重件的早期损伤、及时进行修复或更换损坏的关重件可以避免重大事故的发生，目前已广泛应用的技术是在线cms（状态监测系统），其原理是在这些关重件的相关部位加装传感器，定期分析这些传感器检测的位移、速度、加速度值，出一份状态监测报告，对这些传感器测量的数据首先要通过解析软件解析为各种图表或指标，然后由专业的振动分析师对这些解析出来的图表或指标进行分析，从而得出结论。各cms厂家使用的传感器不同、测量的数据存储格式不同、解析软件不同、解析出的图表和指标不同、专业分析师的水平不同导致各cms厂家分析报告的准确性各不相同，本文介绍一种用一台服务器解析众多不同的cms厂家测量数据，对已报警关重件的运行情况进行持续跟踪、防止重大事故发生，并对各cms厂家解析的准确性进行自动测评的方法。【关键词】cms解析软件01引言目前在风力发电机上安装在线cms（状态监测系统）已十分普遍，但目前技术还不十分成熟，常常出现误报、漏报现象，很多cms供应商出具的报警报告得不到被测设备供应商的认可，各CMS厂家对数据的解析指标互不相同，分析能力参差不齐，作为风机厂商或关重件提供商，除了定期得到一份报告外，对分析报告中已报警部件在运行过程中是否存在持续劣化并可能产生重大安全风险，没有一种持续的跟踪分析并及时报警机制；各cms供应商分析报告的准确性如何？没有建立评估的体系，因此站在风机厂商或关重件提供商的角度有必要就此类问题，进行一些探索，下面就介绍一下如何在一台服务器上安装多个cms供应商的解析软件，并用这些解析软件解析各自的数据，对分析报告中已报警的部件进行劣化指标的持续追踪，并用matlab程序自动计算各cms供应商报告的准确性的方法。02服务器的选择和解析软件的安装要将各自不同的cms解析软件安装在一台服务器上，首先就要确定服务器的配置，为此必须调查各cms解析软件对操作系统、数据库、计算机硬件的要求，表1为调查结果（隐去了cms供应商真实名称）。表1：各cms供应商解析软件的硬件、操作系统、数据库要求从表1可看出，各供应商对硬件的要求大致相同，但对操作系统、数据库的要求不同，有的供应商要求纯英文版的操作系统、有的供应商要指定某个中文版的操作系统、有的对操作系统要求宽松，因此用常规的方法，在一个操作系统中是不能完成这些程序的安装的。可以用虚拟机的方法完成这些解析软件的安装，在主操作系统中安装虚拟机软件vmware，在vmware中为每一个cms解析软件建一个虚拟机，每个虚拟机安装cms软件需要的操作系统和数据库，在硬件上，我们选择了戴尔7920服务器，cpu为2颗银牌4114、20核、2.2GH，内存64G，配8T的硬盘。可以为每个虚拟机分配8G的内存和1T的硬盘。03cms解析软件应用例举每个cms供应商都提供了解析软件和相关数据库的安装说明，完成虚拟机的安装后，按照供应商提供的安装说明，就可以完成解析软件和相关数据库的安装；每个解析软件要求的数据导入、导出的方法不同，各供应商都提供了相关说明，按照cms供应商提供的说明就可以完成数据的导入、导出工作，并用相应的解析软件进行解析。软件的安装和数据的导入导出在这里不做介绍，下面例举2个解析软件进行简单的介绍。3.1cms供应商A解析软件供应商A提供了设备健康预警系统（MWatchPort）和设备健康诊断系统（MDiag）两个软件，打开设备健康预警系统，选取需要分析的某风场、某风机、某部位（如齿轮箱高速轴）、某传感器的某时间段数据，设备健康预警系统会显示该传感器测量值在选择的时间段的趋势图，如图1所示。图1：供应商A设备健康预警系统作为风机或关重件供应商，可以随时从风机获取数据，对需关注的数据进行持续关注。双击趋势图上的点，可以弹出“启动诊断分析”按钮，如图2所示。图2：供应商A从设备健康预警系统启动诊断系统点击“启动诊断分析”按钮，可启动设备健康诊断系统（MDiag）。如图3所示。图3：供应商A设备健康诊断系统设备健康诊断系统可以进行趋势分析、幅-频曲线分析、瀑布图分析、频谱趋势分析、频谱波形分析、频谱堆分析、10个最大峰值分析等。3.2cms供应商B解析软件供应商B提供了风电机组振动分析软件，该软件可以进行时域、频谱、包络、包络谱、阶次、阶次谱、阶次包络谱、高频包络、高频包络谱分析等等。如果要对在cms供应商提供的分析报告中已报警部件进行持续的跟踪，就需要持续的分析每天的数据，得出该部件是否在持续劣化的结论。图4：供应商B解析软件3.3使用供应商解析软件B进行大部件振动数据持续跟踪举例3.3.1以发电机轴承振动数据为例，收集正常机组运行的时域波形，如图5所示。图5：发电机轴承正常时域波形图5显示了三个传感器的时域波形，分别是发电机前轴承轴向（蓝色）、径向（红色）、后轴承径向（黄色），从图可知：正常机组发电机前轴承轴向、径向以及后轴承径向运行数据解析出的时域波形幅值大致相同，不超过30m/s2。收集正常机组运行的包络谱图如图6。图6：发电机轴承正常包络谱波形图6显示了将三个传感器的数据解析为包络谱波形并分别用三个颜色（蓝色、红色、黄色）显示，三个传感器分别是发电机前轴承轴向、径向、后轴承径向，从图可知：正常机组发电机前轴承轴向、径向以及后轴承径向运行数据解析出的包络谱波形幅值大致相同，不超过1m/s2。我们收集到一台风机时域波形和包络谱波形与正常机组不同，如图7、图8。图7：后轴承振动幅值偏大的时域波形图8：后轴承振动幅值偏大的包络谱波形从图7、图8可知，该机组后轴承振动值时域波形和包络谱波形都明显大于前轴承传感器的同类波形，对改机组进行持续的跟踪，如图9。图9：后轴承振动幅值进一步增大的时域波形图10：后轴承振动幅值进一步增大的包络谱波形从上图可知，相比图7、图8，图9和图10发电机后轴承振动幅值进一步增大，说明该轴承故障在进一步劣化，需要立即更换。04cms报告准确性评估方法通过上面的介绍，无论这些解析软件有何特殊要求，我们已可以将各种不同的cms解析软件安装在一个服务器上，从而实现了用一台服务器解析各种不同cms数据的能力。但无论哪种解析软件都是将数据展示为各种图形，是对数据的不同深加工和形象化的展示，这些图形不会自动告知我们大部件是否损坏以及损坏的程度，需要由经验丰富的专业振动分析师分析这些图片，出具振动分析报告。从上面的介绍可看出，解析软件不同、分析的方法也不相同，如何评价各cms供应商提供的分析报告的准确性，下面提供一种评估方法，如图11。图11：cms分析报告准确度评估方案在某一段时间内各cms供应商提供的分析报告中包含报警部件的数量为N，在一个验证时间内（验证时间可以为报告提供后半年，也可以根据情况定义）报警得到验证的数量为X，报警未得到验证的数量为L（L=N-X），未报警但在验证时间内部件发生损坏的数量未Y，则可以计算出各cms供应商故障报警的准确率、误报率和漏报率，计算方法见上面的图片，从而可以客观的对各cms供应商分析报告的质量进行评估。05整合软件简介通过上面的介绍，我们已能够用一台服务器解析各种cms数据，也知道如何评估cms供应商的报告，当面对上百个风场发回的数据，如何快速的找到用哪一个软件来解析，以及对各供应商出具的振动分析报告的准确性如何实现自动评判，我们可以用一个软件来完成，这里简要介绍一下用matlab编的一个小软件：在matlab中，图形用户界面是一种包含多种对象的图形窗口。用户必须对每一个对象进行界面布局和编程，从而使用户激活GUI每个对象时都能够执行相应的行为。我们可以创建如下的图形用户界面，如图12。图12该图形界面包含4个按钮，分别是：①CMS数据录入或录入说明：用来自动录入cms数据或提供说明，人工录入数据。②供应商解析软件启动：当输入风场名后，提供如何启动解析软件说明。③报警信息劣化指标跟踪：提供不同的cms软件如何跟踪报警信息的说明。④CMS供应商评估：自动对cms报告报警的准确率、误报率、漏报率做出统计。每个图形界面生成后都会产生一个m文件，该文件就是程序的源代码，该图形界面有4个按钮，matlab会自动产生4个回调函数对应这4个按钮，我们只需要编写每个回调函数程序就能实现想要的功能，这里以CMS供应商评估按钮为例进行说明。用“delete(gcf)”命令关闭目前的活动窗口，直接输入要打开的函数名，可以打开下一个窗口，这样实现了关闭当前窗口，打开