[发明专利]一种基于油田现场设备运转音频监控系统及故障检测方法

权利要求书

1.一种基于油田现场设备运转音频监控系统，其特征在于，包括：检测主机和服务器；

检测主机设有数据处理模块，储存器，振动采集模块，无线通信模块，音频采集模块以及用于给检测主机供电的供电机构；

储存器，振动采集模块，无线通信模块和音频采集模块分别与数据处理模块通信连接；

数据处理模块通过振动采集模块获取待测设备的振动量；

数据处理模块通过音频采集模块获取待测设备的运行音频数据信息；

数据处理模块将获取的待测设备数据信息与预设阈值进行比对，判断是否超阈值，如超过阈值范围，进行报警提示；

数据处理模块还将持续获取的音频数据信息配置成音频数据曲线，并显示平均功率以及频谱异常状态；将获取的振动量配置成振动数据曲线，并显示平均振幅以及振动强度；

数据处理模块还将获取的待测设备数据信息储存至储存器中，并通过无线通信模块上传至服务器；

服务器设有参数设置模块和终端配置模块；

参数设置模块用于提供参数设置操作端口，使用户通过参数设置操作端口修改显示的待测设备名称和待测设备数据采集的密集度；提供待测设备报警的历史记录；

终端配置模块用于提供检测主机的连接通信接口：在设备管理器中查看，检测主机所连接的通信接口，还提供选择连接的COM口；

提供对检测主机的波特率的设置端口；

提供检测主机的ID列表，以及基于检测主机ID列表的操作端口；通过输入所要显示检测主机的ID，调取检测主机数据信息；

提供监测设备名称列表，以及基于监测设备列表的操作端口：

提供数据读取超时时间设置端口，设置读取检测主机的时间；如设置超时时间为3秒，当主控终端向检测主机发送信号请求后，3秒内没有收到主机的答复时，判断为信号超时；

服务器还设有时间轴设置模块，设备选择模块，图表导出模块以及出错和恢复模块；

时间轴设置模块用于提供配置音频数据曲线和振动数据曲线端口，

根据设置的时间轴，显示曲线界面；显示发生报警的信息，报警信息包括报警时间，设备，原因，确认人和确认时间；还以柱状图的形式显示所选时间内各个设备的报警次数；

设备选择模块用于提供选择检测主机的操作端口，以及选择待测设备的操作端口，使用户通过设备选择模块选择待查询的检测主机或待测设备；

数据导出模块用于将服务器的数据信息进行导出，导出PNG，或JPEG或SVG格式，以及导出文件为报警记录的数据，分为CSV文件和XLS文件；

出错和恢复模块用于出现系统连接失败和数据读取超时，发出报警提示；

供电机构设有供电电源，过流保护器F1，二极管D1，电感L1，电阻R1，12V转5V电路以及5V转3.3V电路；

供电电源正极通过过流保护器F1分别与电感L1第一端和二极管D1阴极连接；

供电电源负极，二极管D1阳极以及电阻R1第一端分别接地；

电感L1第二端和电阻R1第二端分别与12V转5V电路输入端连接；

12V转5V电路输出端与5V转3.3V电路连接；

检测主机还设有数据采集电路；

数据采集电路包括：电容C1，电容C2，电容C3，电阻R2，二极管D2，运放器U1以及WM8978转换芯片；

数据采集电路的振动输入端口连接振动采集模块；电容C1第一端和电阻R2第一端分别与振动输入端口连接；电容C1第二端接地；电阻R2第二端连接数据处理模块；

数据采集电路的音频输入端口连接音频采集模块；运放器U1的正极输入端和电容C3第一端连接音频输入端口；

电容C3第二端和二极管D2阳极分别接地；

运放器U1的负极输入端，运放器U1的输出端以及二极管D2阴极分别连接电容C2第一端；电容C2第二端通过WM8978转换芯片连接数据处理模块；

无线通信模块包括：WIFI模块，TXS0108EPWR电平转换模块和EC20模块；

数据处理模块通过WIFI模块连接服务器；

数据处理模块还依次通过TXS0108EPWR电平转换模块和EC20模块连接服务器。

2.一种故障检测方法，其特征在于，方法采用如权利要求1所述的基于油田现场设备运转音频监控系统；方法包括：

检测主机上电后，执行初始化程序，包括对4G接口、串口、定时器的初始化，并向服务器进行注册，以得到设备ID号，阈值；

检测主机向服务器发送PING命令以保持与服务器的TCP连接，同时接收服务器的数据，对数据内容进行分析，判断是否包含命令；

如果包含命令则执行该命令对应的操作；

如果未收到命令或者执行命令完毕则通过标志位判断待测设备的音频和振动数据是否采样完毕；

如果数据未采样完毕，则回到上一步继续与服务器通信传输；

检测主机对实时采集待测设备的音频和振动数据进行处理，判断数据是否超出阈值；

如果超出阈值则将超出阈值的数据上传至服务器；

如果未发现超出阈值数据，则向服务器上传预设关键点数据，上传结束即结束整个工作循环，待开始下个工作循环；

步骤检测主机对实时采集待测设备的音频和振动数据进行处理，判断数据是否超出阈值包括：

获取待测设备的音频功率以及音频功率采样时间序列；

计算时间段内的平均功率；

当平均功率小于阈值时，判定待测设备处于停机状态；否则处于运行状态；

当平均功率大于阈值时，判定待测设备处于异常状态，或者处于开机转换状态；

当平均功率处于阈值和阈值之间时，通过功率谱进行判决待测设备的状态；

计算时间段内的平均功率方式为

当下采样率为16时，；

当功率估计处于阈值和阈值之间时，方法还包括：

设备状态估计模块利用初步判决的结果进行判决；

当连续地5秒中，不小于3秒初步判定设备处于停机状态时，判定系统处于停机状态；

否则5秒以前处在停机状态时，当连续地5秒中，不小于3秒初步判定设备处于异常状态时，判定系统处于工作状态；

否则当连续地5秒中，不小于3秒初步判定设备处于异常状态时，判定系统处于异常状态；

否则设备处在工作状态；

对获取待测设备的音频功率通过滤波器进行滤波处理；

滤波处理后，对数据进行FFT变换；FFT变换包括：

每次取时间序列缓存中预设个数据点，进行功率归一化，

然后进行FFT变换，得到；

从而得到功率谱；

方法还包括：对功率谱掩模的生成和比较；

当设备在持续运行状态下，收集预设时长的采样数据；

设定, 当足够大时，确定门限, 使得仅有或者少于个数量的, 满足；

选择的应该满足3原理；

将实时计算的结果和功率谱掩码比较，如果超出功率谱掩码，或者在某个频率上功率过小，则输出异常指示，还输出异常频率点的数值。