一种TSI调试方法及系统与流程

本发明涉及工业过程自动控制，特别涉及一种tsi调试方法及系统。

背景技术：

1、随着工业自动化和智能化的发展，汽轮发电机组的监测和保护系统—tsi（turbine supervisory instruments）系统在电厂生产运行中扮演着越来越重要的角色。tsi系统主要键相测量模件、扭振分析模件、振动测量模件、超速保护模件、差动位移模件、继电输出模件以及继电器输出模件、振动分析模件等热工参数监控仪表，实现对汽轮发电机组旋转设备的全面监测和保护。

2、目前，国内大型机组tsi系统市场仍以国外产品为主，主要包括美国本特利公司的系统、德国epro公司的mms6000系列，以及瑞士韦伯米特公司的vm600系列；然而，现有的tsi调试系统存在诸多问题。首先，缺乏高效、灵活的模件参数配置和机组保护逻辑设置功能，导致调试工作量大、效率较低。其次，在模件固件升级后，往往需要进行参数重新设定、保护逻辑重新调整等工作，增加了现场调试的复杂性。此外，现有tsi调试系统缺乏数据分析功能，难以满足运行状态评估、故障诊断及调试优化等方面的实际需求。

3、为了解决这些问题，亟须一种集配置调试、保护分析以及版本管理于一体的tsi系统调试方法及系统。该方法应能够有效解决tsi多版本固件兼容性配置问题，实现调试系统与tsi模件之间的可靠双向数据交互，提高保护逻辑的在线配置效率，并解决固件升级导致的版本兼容性问题。同时，增加tsi的数据采集分析能力，满足对旋转机械设备的运行状态评估、故障诊断及调试优化等方面的实际需求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中tsi参数配置与装置底层寄存器或对象缺乏统一映射的问题，提供一种tsi调试方法及系统，通过建立统一的tsi模件配置参数数据结构，实现不同类型模件的统一建模、统一存储和统一调用，为后续参数映射、组态下载、状态监视和版本管理提供标准化数据基础，减少人工配置错误，提高系统扩展性和一致性。

2、为解决上述技术问题，本发明是采用下述技术方案实现的：

3、第一方面，本发明提供一种tsi调试系统，包括：

4、数据结构构建模块，用于建立tsi模件配置参数的数据结构；

5、通讯与映射模块，用于初始化所述tsi调试系统与目标tsi装置的通讯链路，并基于所述数据结构和通讯链路建立tsi调试系统逻辑参数对象与目标tsi装置底层参数对象之间的数据结构映射模型；

6、组态调试引擎模块，用于根据所述数据结构映射模型，构建tsi继电器模件可视化保护逻辑组态调试引擎，以得到继电器模件可识别的指令序列；

7、参数下载模块，用于根据所述数据结构映射模型和组态调试引擎模块输出的指令序列，生成tsi模件的配置下载包，并通过所述通讯链路下载至tsi模件；

8、模件状态监视模块，用于在下载完成后，通过所述通讯链路实时采集目标tsi装置中各模件的运行状态信息；

9、通道参数监视模块，用于根据所述数据结构映射模型，对tsi模件中各测量通道的运行参数进行实时采集和解析，得到解析后的通道运行参数；

10、振动分析数据处理模块，用于根据所述各模件的运行状态信息和解析后的通道运行参数，采集tsi振动分析模件输出的振动相关数据，并对所述振动相关数据执行特征提取和运行状态分析，生成旋转机械运行状态分析结果。

11、可选的，所述tsi模件包括tsi键相测量模件、扭振分析模件、振动测量模件、超速保护模件、差动位移模件、继电输出模件、继电器输出模件以及振动分析模件；

12、所述建立tsi模件配置参数的数据结构，包括：

13、定义各tsi模件版本信息的数据结构，保存为模件版本信息表；其中，所述模件版本信息包括模件类型、固件版本号以及模件对应装置槽位的有效范围；

14、定义各tsi模件通道信息的数据结构，保存为模件通道信息表；其中，所述模件通道信息包括模件类型、通道地址、通道名称、通道参数值、通道参数值单位和通道参数值的校准参数；

15、定义各tsi模件基础信息的数据结构，保存为模件基础信息表；其中，所述模件基础信息包括模件类型、模件编号、槽位地址、模件属性名以及属性数据类型；

16、根据所述模件类型建立模件版本信息表、模件通道信息表和模件基础信息表之间的键值映射关系，用于通过模件类型查找对应的对象化结构；

17、在所述模件版本信息表、模件通道信息表和模件基础信息表中设置模件参数字段之间的属性约束规则；其中，所述属性约束规则包括依赖约束、互斥约束、范围约束和默认值规则。

18、可选的，所述初始化所述tsi调试系统与目标tsi装置的通讯链路，并基于所述数据结构和通讯链路建立tsi调试系统逻辑参数对象与目标tsi装置底层参数对象之间的数据结构映射模型，包括：

19、读取目标tsi装置的通信参数，并根据所述通信参数与目标tsi装置建立通讯链路；

20、通过所述通讯链路向所述目标tsi装置广播查询模件信息的报文，并接收所述目标tsi装置返回的模件类型；

21、根据接收到的模件类型，通过所述数据结构中的键值映射关系查找对应的模件基础信息数据结构和模件通道信息数据结构；

22、根据查找到的所述模件基础信息数据结构和模件通道信息数据结构，建立调试参数对象与目标tsi装置底层参数对象之间的数据结构映射模型。

23、可选的，所述tsi继电器模件可视化保护逻辑组态调试引擎包括逻辑元件库、图形化组态单元、规则校验单元、逻辑仿真单元和配置生成单元；

24、所述逻辑元件库用于提供逻辑构造基础元件；其中，所述逻辑构造基础元件包括比较器、阈值判断器、与门、或门、非门、延时器、三取中、三取二以及输入输出信号取反；

25、所述图形化组态单元用于从所述逻辑元件库中调取相应的逻辑构造基础元件，并通过拖拽连接方式建立输入信号、逻辑判断节点和继电器输出节点之间的逻辑关系，以得到图形化逻辑模型；

26、所述规则校验单用于对所述图形化逻辑模型执行回路检测、输入互斥冲突检测、输出冲突检测和参数完整性检测；

27、所述逻辑仿真单用于在检测通过后连接目标tsi装置获取实时采样数据，以对所述图形化逻辑模型的动作过程进行仿真验证；

28、所述配置生成单元用于在仿真验证通过后将所述图形化逻辑模型转换为继电器模件可识别的指令序列。

29、可选的，所述根据所述数据结构映射模型和组态调试引擎模块输出的指令序列，生成tsi模件的配置下载包，并通过所述通讯链路下载至tsi模件，包括：

30、根据所述数据结构映射模型以及指令序列，按照模件类型、参数模板和映射规则生成对应模件的参数写入数据；

31、对所述参数写入数据执行完整性校验、格式校验和版本兼容性校验；

32、校验通过后，按照模件级和通道级对校验通过后的参数写入数据进行组包，得到配置下载包；

33、通过所述通讯链路按照模件地址从小到大的顺序将所述配置下载包依次下发至tsi模件；

34、接收目标tsi装置返回的写入应答和校验应答；

35、根据所述写入应答和校验应答，读取目标参数进行回读比对，确认装置实际参数与下载参数一致；

36、当部分模件数据写入失败或校验不一致时，执行告警操作，并对失败的模件执行重试操作。

37、可选的，所述在下载完成后，实时采集目标tsi装置中各模件的运行状态信息，包括：

38、通过所述通讯链路向tsi模件发送状态查询报文；

39、接收tsi模件返回的模件状态信息；其中，所述模件状态信息包括模件在线状态、供电状态、通信状态、自检状态、故障状态、内部温度、处理器工作状态、存储状态、时间同步状态、固件版本、模件配置状态、通讯错误计数以及模件运行时间；

40、解析所述模件状态信息，并通过数据地址、数据类型以及字段长度将解析结果转换为tsi调试系统可识别的参数对象；

41、根据所述固件版本，向固件版本管理模块提供固件版本判断依据；

42、根据所述通讯状态检查模件状态，根据所述模件配置状态检查模件是否插错槽位，根据所述通讯错误计数检查模件采集状态，根据所述模件运行时间检查模件运行时长。

43、可选的，所述根据所述数据结构映射模型，对tsi模件中各测量通道的运行参数进行实时采集和解析，得到解析后的通道运行参数，包括：

44、读取tsi模件中各测量通道的原始数据和状态字；其中，所述原始数据包括原始采样值、偏置量、峰峰值、均方根值、频率特征量，所述状态字包括报警状态、危险状态、传感器断线状态、短路状态和超量程状态；

45、根据所述数据结构映射模型，对所述原始数据进行单位换算和含义解析，得到解析后的通道运行参数。

46、可选的，所述根据所述各模件的运行状态信息和解析后的通道运行参数，采集tsi振动分析模件输出的振动相关数据，并对所述振动相关数据执行特征提取和运行状态分析，生成旋转机械运行状态分析结果，包括：

47、根据所述模件运行状态信息和所述解析后的通道运行参数，按照设定采样频率采集目标tsi振动分析模件输出的原始振动数据，存放在临时内存区域；

48、当采集的数据量达到模件配置采集率的阈值时，将所述临时内存区域中的原始振动数据写入共享内存区；

49、对共享内存区中的原始振动数据执行特征值计算，得到振动分析特征值数据；其中，所述振动分析特征值数据包括通频幅值、瞬时通频、去1倍通频、间隙电压、有效值、1倍频相位、均值、方差、峭度、倾斜度、波形因子、波峰因子和低频能量；

50、将所述振动分析特征值数据进行持久化存储；

51、根据存储的所述振动分析特征值数据，执行时域分析，用趋势图显示各特征参数；执行频域分析，进行快速傅里叶变换、频谱分析、谐波分析和主频提取；执行相位分析，根据键相信号获取相位角、同步分量和相位变化趋势；执行轨迹分析，生成轴心轨迹、波德图、极坐标图或瀑布图，得到旋转机械运行状态信息。

52、可选的，还包括固件版本管理模块；

53、所述固件版本管理模块根据所述模件状态监视模块实时监测到的所述模件固件版本信息，执行固件版本的自动管理，包括：

54、读取各模件当前固件版本号、硬件版本号、配置版本号和升级状态；

55、根据预设适配规则，判断目标固件包是否与当前模件硬件版本、模件类型和配置模板兼容；

56、若兼容，则根据机组运行状态、停机窗口、模件优先级和风险等级生成升级任务；

57、执行升级任务前，备份当前固件版本信息、关键配置参数和回滚索引；

58、通过所述通讯链路分包发送固件数据，并执行分段校验、完整性校验和写入确认；

59、固件数据写入完成后，校验升级后版本号、执行自检、读取模件状态并验证关键功能；

60、当升级中断、校验失败或自检异常时，根据所述回滚索引自动恢复至备份版本并恢复关键配置参数；

61、升级完成后，记录升级时间、升级对象、升级结果、失败原因和回滚记录。

62、第二方面，本发明提供一种tsi调试方法，基于第一方面任一项所述的tsi调试系统，包括：

63、利用数据结构构建模块建立tsi模件配置参数的数据结构；

64、通过通讯与映射模块初始化tsi调试系统与目标tsi装置的通讯链路，并基于所述数据结构和通讯链路建立tsi调试系统逻辑参数对象与目标tsi装置底层参数对象之间的数据结构映射模型；

65、根据所述数据结构映射模型，通过组态调试引擎模块构建tsi继电器模件可视化保护逻辑组态调试引擎，以得到继电器模件可识别的指令序列；

66、根据所述数据结构映射模型和指令序列，通过参数下载模块生成tsi模件的配置下载包，并下载至tsi模件；

67、在下载完成后，通过模件状态监视模块实时采集目标tsi装置中各模件的运行状态信息；

68、根据所述数据结构映射模型，通过通道参数监视模块对tsi模件中各测量通道的运行参数进行实时采集，并对采集到的所述运行参数进行解析，以得到解析后的通道运行参数；

69、根据所述模件运行状态信息和所述解析后的通道运行参数，通过振动分析数据处理模块采集目标tsi振动分析模件输出的振动相关数据，并对所述振动相关数据进行特征提取和状态分析，以生成旋转机械运行状态信息。

70、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

71、1、通过建立统一的tsi模件配置参数数据结构，实现不同类型模件的统一建模、统一存储和统一调用，为后续参数映射、组态下载、状态监视和版本管理提供标准化数据基础，减少人工配置错误，提高系统扩展性和一致性；

72、2、建立tsi调试系统与tsi模件之间的双向参数通信链路，tsi调试系统根据配置模型生成参数报文并下发至模件，模件完成参数写入后返回确认帧，tsi调试系统接收确认帧后再下发下一个模件的配置信息，所有模件配置信息下发完成后，调试系统接收到模件发送下发完成的确认帧结束下发，提高调试效率和运行可靠性；

73、3、针对目前tsi继电器模件保护逻辑配置方式不直观，调试效率低，结合各测量模件的报警信号，构建可视化保护逻辑组态引擎，将模件的测量参数的报警状态和计算模件的中间输出量相结合，可以按照实际机组运行现状生成保护信号结果集，提高保护信号的可靠性；

74、4、针对tsi固件升级依赖人工判断和操作，存在兼容性和失败风险，建立基于版本标识的参数兼容处理机制：在通信报文中携带固件版本号与参数版本号，系统根据版本映射规则对参数项执行识别、转换、补缺和弃用处理，并通过下发前校验、装置侧回读比对及异常回退策略，保证不同固件版本下配置参数的一致解析与正确生效，从而解决固件升级导致的版本兼容性问题；

75、5、针对tsi为了消除io阻塞对振动分析模件实时性的影响，在高频采样的时候建立双缓冲机制，实现振动分析数据的配置、采样、计算以及存储功能；基于采集的数据实现振动分析的能力。