实时状态监测系统的开发与研究Word下载.docx
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它采用了面向对象编程思想和多线程技术，负责对采集的数据进行实时显示、存储和管理等。
该系统由6个功能模块组成：
通信模块、口令管理模块、名称管理模块、数据库管理模块、单机模式模块和多机模式模块。
其中单机和多机模式是监测系统运行的两种工作状态。
实时数据监测系统采用客户端/服务器体系结构对数据进行管理。
客户端指的是实时数据监测系统本身，而服务器则是指数据库服务器，系统采用SQLServer作为数据库服务器来管理数据信息。
上位机监测系统向数据库服务器发出数据存储、更新等请求。
数据库服务器根据不同的命令执行相应的数据管理操作，同时把结果反映给上位机监测系统。
这种体系结构能够很好的保证数据存储的有效性。
数据采集系统负责数据的采集和处理。
它接受并响应上位机不同的请求命令，通过串口将相应的数据信息传输给上位机，并由上位机对这些数据进行处理。
系统实现了轨道电路实时状态监测，为轨道电路进一步的检测提供了依据。
关键词：
C++Builder;
面向对象;
多线程;
ADO;
数据库;
状态监测系统
III
Abstract
Inrecentyears,variousequipmentisdevelopedinthewayoflarge-scale,complicationandintelligence.Thelevelofautomatizationbecomesmuchhigher.Butsomeproblemsappearedalongwiththetrend.Ifsomeimportantequipmentisintroubleinsometime,theconsequentresultcouldnotonlythreatenpeople’slives,butalsocouldbringhugeeconomylossandhugeimpacttothesociety.Underthisbackground,thepeople’srequirementsthatresearchanddevelopingconditionbasedmonitoringsystembecomemoreandmoreurgent.
Thedevelopmentofconditionbasedmonitoringsystemstartedin1970slastcentury.Inthefollowingyears,alongwiththeappearanceofmuchnewtechnology,theconditionbasedmonitoringsystemsaredevelopingfastandbeingusedinmanyareas.Basedintheresearchthedissertationbringsuprailwayreal-timeconditionbasedmonitoringsystembasedinrailwaysystem.
Thissystemiscomposedoftwoparts,thereal-timedatamonitoringsystemandthedatacollectingsystem.Thereal-timedatamonitoringsystemisdevelopedintheplatformofC++Builder.ItadoptsObjectOrientedthinkingandmulti-threadtechnology.Ithasthefunctionofdisplay,storageandmanagementdata.Thereal-timedatamonitoringsystemisdividedintosixmodules:
thecommunicationmodule,passwordmanagementmodule,namemanagementmodule,databasemanagementmodule,singlemodemoduleandmultiplymodemodule.Andthesinglemodeandmultiplymodearethetwoworkingstatesofthesystem.
Thereal-timedatamonitoringsystemadopttheClient/Serverstructure.Theclientpartisthedatamonitoringsystemitself.Andtheserverpartisthedatabaseserver.ThesystemadoptsSQLServerasthedatabaseservertostoredata.Thedatamonitoringsystemsendsrequestssuchasstoringdata,updatedataandsoontothedatabaseserver.Thedatabaseserverexecutesdifferentcommandsdependingonthedifferentrequestsandreturnstheresulttothedatamonitoringsystem.TheC/Sstructurecandowellin
storingdataefficiently.
Thefunctionofthedatacollectionpartiscollectinganddisposingdata.Thispartreceivesthevariousinstrumentstransformedfromthereal-timedatamonitoringsystemandresponsetotheseinstruments.Itreturnsdatatothereal-timedatamonitoringsystemthroughserialcommunication.AndtheReal-timedatamonitoringsystemdisposesthesedata.
Thissystemimplementstherailwayreal-timeconditionbasedmonitoring.Anditoffersbasisforthefurtherdetectinginrailway.
Keywords:
C++Builder;
ObjectOriented;
multithreading;
database;
conditionbasedmonitoringsystem
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。
对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。
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1绪论
1.1课题目的与意义
随着现代科学技术的进步和发展，各行各业的产业结构以及生产方式都发生了巨大的变革，设备功能越来越多、结构越来越复杂、自动化程度越来越高。
都朝着系统化、模块化、自动化的方向发展。
系统与系统之间都有着相互密切的联系和相互制约的关系[1~2]。
随之而来的问题是，一旦其中某一零部件或设备发生了错误而又未能及时发现和排除，其结果不仅可能导致系统设备本身的损坏，甚至可能危机人身安全，造成重大的社会影响。
特别是在流程生产线系统中，如果某一关键设备因故障不能继续运行，往往涉及到整个流程生产线的运行，造成巨大经济损失[3~4]。
因此，人们对设备的高可靠、稳定、长周期运行的要求也就越来越紧迫，希望能及时了解到设备的运行状态，延长设备运行周期。
因此，状态监测系统[5]也就应运而生了。
状态监测系统是指利用实时监测技术和先进的传感技术，采集设备的各种动态信息[6~7]，然后对这些信息进行处理，处理完后提出设备的各种运行动态参数，以供下一步的分析。
设备状态监测系统是保证大型机组安全有效运行，防止重大事故发生的有效手段[8~9]。
它可以及时发现机组的运行故障，并分析判断出故障原因，这样就能避免由于故障所导致的生产停止，从而可以带来重大的经济效益。
另外在前面提到过，现在的设备结构越来越复杂、功能越来越强、实时性要求越来越高。
因此需要采集和控制的数据信息也变的越来越多，要求也变的越来越高。
如果单纯依靠操作人员手工对生产过程进行监控，迅速而准确的对错误做出判断的话，将变得非常不现实[10]。
因此，研究和开发适合各个行业领域的状态监测系统作为操作人员的可靠帮手将是非常紧迫和必要的。
将状态监测系统应用于生产实践中，将会给企业社会的生产生活带来重大的影响，使企业社会获得更大的收益[11]。
41
1.2国内外研究发展概括
设备状态监测[12]系统的开发开始于上世纪七十年代，电子测量技术的应用使设备状态监测技术进入了实用阶段。
上世纪八十年代，在传感技术和信号分析技术飞速发展的背景下，形成了以传感器，信号分析为中心的设备状态监测系统。
80年代后期，由于计算机硬件和软件技术的快速发展，使设备状态监测系统信息化，智能化成为可能[13]。
总体来说，状态监测方式的发展主要经历了以下几个阶段：
（1）人工离线监测方式
离线监测主要是由有经验的设备维护人员或工程技术人员利用常规的监测仪表或者较复杂的分析仪器对设备进行人工巡检，根据自己的经验对设备的状态以及发展趋势等做出判断。
这种监测方式，只能对设备作一些简易的判断。
（2）单机式在线监测系统
设备1
传感器
采集监测系统1
分析诊断系统1
设备2
采集监测系统2
分析诊断系统2
设备N
采集监测系统N
分析诊断系统N
这种形式的监测系统主要是由一台计算机来完成数据的采集、信号处理和特征提取。
单机式监测模式具有实时性好，可靠性高等优点，但是这种方式投资较大，各个监测系统之间信息难以实现共享，且不利于统一操作和维护。
主要用于大型主体设备的监测[14]。
如图2-1所示：
图2-1单机监测系统
（3）集中式监测系统
集中式监测方式克服了单机式监测模式的部分缺点，但当测试点过多时，则会由于采集监测系统负担过重而导致采集实时性差。
如果需要增加监测设备，采集监测系统的软硬件都必须调整，扩展性能较差[15]。
如图2-2所示：
采集监测系统
分析诊断系统
图2-2集中式监测系统
（4）分布式监测系统
这类系统吸收了单机式监测系统和集中式监测系统的优点，如果要增加监测设备，只需新增加传感器和采集监测工作站，较容易实现系统规模的扩充。
另外，把一个或多个部门的设备运行信息集中起来进行分析，有利于搜集丰富的运行材料，从而能够建立比较完备的状态监测体系。
如图2-3所示：
传感器
分析诊断系统
图2-3分布式监测系统
状态监测是一项复杂的工作，在实际运行过程中有时也会出现一些异常状况。
只有经验丰富的专家们才能从众多现象中分离解析出问题的本质，但是要想在短时间内，尽快地集中各方面的经验和智慧，解决设备中突然出现的异常问题，只有在网络时代才可能实现。
也只有在网络上，才有可能建立一个大型的分布式数据库和诊断知识库。
在这个库中存放着每一种型号设备的各种数据。
这些数据通常是分布式的存放于该设备的制造厂的网络计算机中。
所以随着互联网的快速发展，形成了远程分布式状态监测系统，这种系统采用Internet技术，充分利用更多的技术和数据的共享，能大大提高监测的效率和准确度。
1.2.1状态监测技术的研究现状
设备状态监测技术是一门融合了信息技术、控制技术和计算机技术等先进前沿技术的综合型学科。
近些年来，随着信息技术和控制技术的不断发展更新，设备状态监测技术也得到了迅猛发展，产生了许多新理论、新技术和新方法。
设备状态监测技术与信号采集技术、信号分析处理技术和状态监测软件系统密切相关。
信号采集技术、信号分析处理技术和状态监测软件系统的发展，更新直接影响到设备状态监测技术的发展。
（1）传感技术和信号采集技术
通过传感器获得的原始信号的可靠性和完备性是状态监测结果正确与否的前提。
同时也是对设备进行进一步分析研究的重要依据。
因此，原始数据的准确性在设备状态监测中占据重要的地位。
所以，在不断提高传感器性能的同时，需要研制新型传感器来测量设备的各种物理参数。
美国实业家Bently先生发明的非接触式电涡流传感器可获得转轴的振动幅值、相位、轴心轨迹和轴心位置等参数，逼真地反映了转轴的整体振动信息，为转子动力学，滑动轴承的研究做出了卓越贡献。
振动加速度和速度传感器的性能也在不断的改善，特别是超低频传感器的出现，使水轮机，炼钢包回转台等低速回转机械设备的低频振动测量成为可能。
另外，用于测量温度、压力、流量、粉尘度、化学气体、声音、电流等物理量的传感器也不断被应用到工程实践。
目前，传感器的发展向复合化，智能化的趋势发展。
随着大规模集成电路，计算机技术和网络技术的进步，使多机组，大规模的信号采集、存储和传输得以实现。
为了获得机械设备全方位的运行信息，大部分监测系统都采用多传感器组合方式来实施设备信号采集和状态监测。
获取的信号包括震动量、位移量、运行工艺量和状态变量等。
（2）信号分析，处理方法和特征提取技术
对采集到的信号进行有效的分析，处理来提取故障特征信息，是对机组运行状态进行合理估计和分类的关键。
可用于机械设备状态监测与故障诊断的信号有振动、噪声、温度、压力、流量等。
但目前使用最方便，最常用的是振动信号。
信号分析处理的目的是对这些信号进行加工，变换，提取出能反映设备故障的特
征量。
以傅立叶分析为核心的经典信号处理方法在状态监测中发挥了巨大的作用。
（3）状态监测系统的研究开发
状态监测系统在生产生活中具有重大的现实意义，开发实用的状态监测系统是设备状态监测技术发展的必然趋势。
随着电子技术和计算机技术的发展，状态监测系统经历了从离线式、在线单机式、在线集中式、在线分布式到远程在线分布式的发展历程。
计算机网络技术和现代信号处理等技术的发展，使状态监测系统从体系结构、产品系列、人机协助等方面都发生了重大变化，监测系统必将更多，更深层次地渗透通讯和网络技术。
1.2.2国外研究发展概况
美国是最早开展设备状态监测系统的国家之一，1961年开始执行阿波罗计划后，发生了一系列由于设备故障酿成的悲剧，引起了美国政府和军方有关部门的重视。
此后在美国宇航局的倡导下，召开了美国机械故障预防小组（MFPG）成立大会。
会议的中心议题是：
组织问题和明确课题的含义，有组织的开发监测技术。
除MFPG外，美国机械工程学会领导下的锅炉压力容器检测中心在应用声发射技术对静设备诊断方面也取得了重要成果。
其他还有JohnsMitchel公司的超低温水泵和空压机监测技术，SPIRE公司在军用机械轴与轴承方面的监测技术等在国际上都处于领先地位。
在航空运输方面，美国在可靠性维修管理的基础上，大规模地对大型飞机进行状态监测，研制并应用了以计算机为基础的飞行器数据综合系统，采集，分析处理大量飞行中的信息来判断飞机各部位的故障并能发出排除故障指令。
这些技术在B747和DC9等巨型客机上的成功应用，大大提高了飞行的安全性。
目前，美国的军用飞机也都装备了功能强大的状态监测系统。
其他国家在设备状态监测技术方面也有很大的发展。
例如，英国以R.A.Collacott为首的英国机械保健中心于20世纪60年代末70年代初开始研究状态监测技术。
1982年英国曼彻斯特大学成立了沃福森工业维修公司，主要从事状态监测的研究工作和教育培训工作。
除此之外，在核电站，钢铁等行业也成立了相应的组织，开展这方面的研究工作。
日本也不例外，日本的状态监测技术研究在民用工业，如钢铁、化工、铁路等行业发展的较快，占有明显优势。
日本的做法是密切关注世界各国在状态监测领域的最新动向，积极的引进这些先进技术，并且很快的理解、消化这些国外的技术，并投入到本国状态监测技术的研究中去，努力发展本国的监测仪器和系统。
日本开展状态监测技术的研究有两个主要层面：
一个是高等院校，例如，东京大学、东京工业大学、早稻田大学等，它们都发表了许多具有建设性的论文；
另一个层面是一些大型企业，如三菱重工、东京芝浦电气、东京小野测器等，它们的研究工作主要是在企业实际的生产中进行的，具有较高的实用价值[16]。
1.2.3国内研究发展概括
我国对状态监测系统技术的认识和发展也经历了与国外同样的过程。
在上世纪八十年代，一些高等院校和科研单位结合，逐渐开始进行机械设备状态监测系统的理论研究和小范围的工程实际应用研究。
特别是随着一批大型设备装置频繁发生事故，促进了对这项技术研究的重视。
从上世纪七十年代末到八十年代初，设备状态监测系统技术从初步认识进入到初步实践阶段，在此阶段，主要以学习美国、欧洲和日本等国家的先进技术和经验为主。
对一些简易的监测仪器和系统进行研究和研制。
同时利用一些国外的监测设备，在研究的同时直接应用于实际生产，取得了一些成就，为加快我国设备状态监测技术开发研究争取了时间。
在八十年代，我国的相关部委成立了专门的研究机构，如化工部振动检测中心，中国石化总公司设备状态检测中心。
与此同时，一些高等院校和科研单位也成立了专门的组织和科研机构。
这些都为我国设备状态监测技术的开发、研究、发展奠定了良好的基础，使我国的设备状态监测工作开始走向深入研究和蓬勃发展阶段。
1984年7月在北京成立中国设备管理协会；
1985年11月在上海召开了设备状态监测技术推广会议；
1985年5月在郑州成立中国机械设备诊断技术协会。
这些组织致力于广泛交流我国在该领域的各方面发展，并且深入的探讨设备状态监测技术在国内外的发展动向，有力的推动了这一学科的发展，使其有效地为我国经济建设服务[16]。
我国进入二十一世纪以来，由于世界高新科技的发展极为迅速，国际学术交流分外活跃，仪器厂家系列产品不断推陈出新，从而有力的推动了状态监测工作，无论从理论上还是实践上，都进入了一个新的历史阶段。
在这个时期内，一些经
得起时间考验的传统技术与现在的智能技术、分布式及网络监测技术相融合，互为补充，呈现出百花齐放的大好局面。
目前我国的设备状态监测技术水平同一些发达国家相比，差距已经大大缩短了。
在其中某些方面，已经可以满足生产生活的要求，并且达到国际先进水平。
1.2.4未来发展趋势
近些年来，随着计算机软件和硬件技术的迅猛发展，以及网络技术的日益普
及。
计算机状态监测系统的开发和应用具有以下发展趋势：
（1）各种新型的计算机技术如面向对象程序设计，分布式计算机技术等在未来
必定会应用于监测控制系统的开发中去，从而大大改进监测系统的编写方式，提高监测系统的应用能力。
（2）由于Internet技术的迅猛发展，监测系统与计算机网络技术的结合将成为未来发展的趋势。
到时候计算机监测系统所依赖的网络技术会提供统一的接口标准，以利于各个系统之间的信息共享。
只要遵循统一的标准，监测系统将可以通过网络连接成为一个监测控制网络，实现信息的协同共享。
同时借助于Internet，监测系统的应用范围将空前的扩大，深入应用于包括航空航天、机械制造、电力监控、环境监控等领域。
（3）监测系统的更新必将进一步促进测试仪器的发展更新，虚拟仪器技术的出现，将会更加广泛的应用到计算机监测领域，反过来进一步推进监测系统技术的发展，两者相互促进，共同发展[17]。
1.3课题应用背景
状态监测[18]是在设备运行中，对特定的特征信号进行监测、记录、分析处理并显示和记录。
状态监测的主要任务就是采用各种监测、测量、监视、分析和判别方法，结合系统的历史和现状，考虑环境因素，对设备运行时的参数进行显示和记录。
对于异常的情况要给予提示，以便操作人员及时加以处理。
并为进一步的性能评估，合理实用和安全工作提供基础数据。
状态监测系统在我国虽然起步较晚，历史不长，但发展很快，特别是近20
年来，在国内得到前所未有的发展和重视，其应用领域也十分广泛。
（1）石化行业
石化行业是我国开展设备状态监测工作最早的行业，也是最成功的行业之一。
大，中型企业普遍采用了状态监测技术，监测技术水平普遍较高，关键设备普遍达到连续运行300天以上的水平，平均大修周期为制造厂规定的2倍以上，维修时间和费用大大降低，经济效益
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