本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種穩(wěn)定可靠、可提前預(yù)警并且預(yù)報(bào)精度高的機(jī)械設(shè)備故障組合預(yù)測系統(tǒng)及方法，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的科學(xué)規(guī)劃與健康管理。通過在機(jī)械設(shè)備合適的測點(diǎn)安裝傳感器采集設(shè)備的振動頻率、幅度、機(jī)軸及軸瓦的溫度等參數(shù)信息，將采集的信號進(jìn)行調(diào)理和放大，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換變換成適當(dāng)?shù)臄?shù)字信號送至上位機(jī)進(jìn)行處理。在上位機(jī)中，通過Labviw軟件建立人機(jī)交互界面，對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理和存儲，并融合多項(xiàng)式回歸預(yù)測、小波灰色預(yù)測、小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測以及粒子群優(yōu)化支持向量機(jī)的預(yù)測方法進(jìn)行組合預(yù)測，不僅可以為分析、預(yù)報(bào)機(jī)體故障提供切實(shí)可行的方法，對提高旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備的監(jiān)控分析功能和故障診斷的準(zhǔn)確率、對故障預(yù)測理論的豐富和發(fā)展，都將具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于機(jī)械設(shè)備的故障診斷
，具體涉及一種機(jī)械設(shè)備故障組合預(yù)測 系統(tǒng)及方法，在設(shè)備發(fā)生故障前，提前對設(shè)備故障發(fā)出預(yù)警，避免人員傷亡和企業(yè)巨大的經(jīng) 濟(jì)損失。
技術(shù)介紹
機(jī)械設(shè)備是現(xiàn)代工礦企業(yè)中大量使用的關(guān)鍵設(shè)備，在企業(yè)生產(chǎn)中起到重要的作 用。一旦這些設(shè)備出現(xiàn)故障，不僅會造成設(shè)備自身的損壞，而且可能會導(dǎo)致生產(chǎn)中斷，引起 嚴(yán)重的安全事故。此外，機(jī)械設(shè)備關(guān)鍵部件的維修費(fèi)用也比較高，這些因素都直接或間接的 給企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。 多年來，機(jī)械設(shè)備機(jī)軸的振動及溫度問題，一直是日常維護(hù)和檢修的重點(diǎn)與難點(diǎn)， 理論分析與實(shí)際機(jī)體故障表明，機(jī)械發(fā)生故障之前都會出現(xiàn)振動異常與溫升異常等前兆。 因此，及時的發(fā)現(xiàn)并預(yù)測機(jī)軸及軸瓦的異常振動及異常溫升，是將隱患消除于萌芽之中的 關(guān)鍵所在。 由于機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，具有強(qiáng)耦合、參數(shù)時變等嚴(yán)重非線性特征，其數(shù)學(xué)模型難 以建立，任何單一的方法都不可能很好的解決問題。本專利技術(shù)通過組合預(yù)測的方法，融合多項(xiàng) 式回歸預(yù)測、小波灰色預(yù)測、小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測以及小波支持向量機(jī)的預(yù)測方法，不僅可以 為分析、預(yù)報(bào)機(jī)體故障提供切實(shí)可行的方法，對提高旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備的監(jiān)控分析功能和故障 診斷的準(zhǔn)確率、對故障預(yù)測理論的豐富和發(fā)展，都將具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。 本專利技術(shù)的機(jī)械設(shè)備故障組合預(yù)測系統(tǒng)及方法可到達(dá)以下目的： (1)檢測機(jī)體振動頻率、幅度等振動特征參數(shù)并實(shí)時顯示； (2)檢測機(jī)軸及軸瓦的溫度并實(shí)時顯示； (3)將采集信號進(jìn)行處理和組合分析預(yù)測，進(jìn)行異常報(bào)警，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)預(yù)報(bào)時間誤差 小、預(yù)報(bào)精確度高、誤報(bào)率低和漏報(bào)率低等故障預(yù)測性能指標(biāo)。 (4)建立基于Labview的可視化平臺，為數(shù)據(jù)的存儲、處理和軟件的實(shí)現(xiàn)提供可靠 的支撐平臺。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是提供一種穩(wěn)定可靠、可提前預(yù)警并且預(yù)報(bào)精度高的 機(jī)械設(shè)備故障組合預(yù)測系統(tǒng)及方法，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的科學(xué)規(guī)劃與健康管理。 本專利技術(shù)所述的機(jī)械設(shè)備故障預(yù)測系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和人機(jī)交互系統(tǒng)組成， 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。 1)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由傳感器模塊、信號調(diào)理模塊以及A/D轉(zhuǎn)換模塊組成。 傳感器模塊:傳感器包括測振傳感器(又稱拾振器)和溫度傳感器。測振傳感器安 裝在支撐端軸瓦X方向和Y方向的測振點(diǎn)上，通過傳感器選擇合適的測點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)機(jī)械信號 到電信號的轉(zhuǎn)變;機(jī)軸和定子各安裝一個溫度傳感器進(jìn)行溫度測量。 信號調(diào)理模塊：當(dāng)測振傳感器的輸出信號比較微弱，摻雜較大噪聲或輸出阻抗較 大時，則需要對信號進(jìn)行前置放大、微積分、調(diào)制與解調(diào)、濾波、阻抗匹配等轉(zhuǎn)換和處理，信 號調(diào)理電路就是為了實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)換而設(shè)置的。其中多路模擬開關(guān)可以進(jìn)行多路模擬量采集 和分時轉(zhuǎn)換;程控放大器通過調(diào)節(jié)倍數(shù)來使采樣信號滿足實(shí)際要求。 A/D轉(zhuǎn)換模塊:該模塊實(shí)現(xiàn)模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，在完成模數(shù)轉(zhuǎn)換時，轉(zhuǎn)換器 需要使輸入的模擬信號在一段時間內(nèi)保持不變，這就需要采樣和保持器來完成這個工作。 2)人機(jī)交互系統(tǒng)主要是把數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集的信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后送至工控機(jī)進(jìn)行分析處理。上 位機(jī)主要采用工控機(jī)，將現(xiàn)場的信號儲存下來，并利用組合預(yù)測的分析方法對采集到的信 號進(jìn)行去噪和分析，對機(jī)械設(shè)備的下一個運(yùn)行周期進(jìn)行預(yù)測，準(zhǔn)確地確定目前風(fēng)機(jī)的健康 狀態(tài)。 本專利技術(shù)所述的機(jī)械設(shè)備故障預(yù)測方法是:通過采集機(jī)體振動及軸瓦溫度信號，結(jié) 合傳感器融合技術(shù)、信號處理技術(shù)以及組合故障預(yù)測技術(shù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)傳輸、特 征提取、數(shù)據(jù)融合以及狀態(tài)監(jiān)測，快速地把握設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。具體預(yù)測流程見圖2。 1)特征向量提取 機(jī)械設(shè)備故障預(yù)測中的突發(fā)信號往往帶有重要的信息特征，與設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)時的 信號相比有很大的不同，這些點(diǎn)就是信號的突變點(diǎn)或者是奇異點(diǎn)，其信號的能量與正常信 號的能量也不同。故障振動信號和溫度變化信號的信息就存在于突變信號的某個頻段里。 采用特征向量值提取的主要思想為： (1)信號消噪。實(shí)際工程中，噪聲主要表現(xiàn)為高頻信號，而有用的信號通常是低頻 信號或者較為平穩(wěn)的信號。對采集的信號進(jìn)行小波分解，得到各層高頻的分解系數(shù)，使用 Matlab中的"wthresh"函數(shù)對得到的高頻系數(shù)做閾值處理和小波消噪。 (2)信號重構(gòu)。對小波處理過的分解系數(shù)進(jìn)行信號重構(gòu)，得到各頻帶的信號，從而 在含有噪聲的信號中恢復(fù)出真實(shí)信號。 (3)計(jì)算能量。求出各個頻帶信號的能量為第i層高頻小波分解系數(shù)cU的能量，式中i為di中離散點(diǎn)的數(shù)目。 (4)建立特征向量。根據(jù)各個頻帶內(nèi)的能量構(gòu)建特征向量，通常情況下，如果能量 比較大會很大，這樣增加了數(shù)據(jù)分析的復(fù)雜程度。為了解決這個問題，對特征向量進(jìn)行 歸一化處理，這樣就能夠提取出故障信息的特征值并作為下一步支持向量機(jī)預(yù)測模型的輸 入向量。 2)主分量分析預(yù)處理分析數(shù)據(jù)組合之前，應(yīng)用主分量技術(shù)對個單項(xiàng)方法的結(jié)果進(jìn)行預(yù)處理。通過坐標(biāo) 變換，使樣本分解為互相獨(dú)立的主分量，從而最大程度地保存了原來樣本的有效信息，突出 了，突出了各樣本之間的差異。一方面可以提高參與組合預(yù)測序列的信息含量和信息的有 效性;另一方面由于各分量之間相互獨(dú)立，避免了冗余信息的存在;最后主分量分析預(yù)處理 可以通過選擇適當(dāng)?shù)闹鞣至縼肀苊庠肼暩蓴_成分參與組合預(yù)測。對于現(xiàn)場條件復(fù)雜的風(fēng)機(jī) 的預(yù)測，主分量分析對于提高組合預(yù)測的精度是十分有益的。 對多項(xiàng)式回歸、灰色模型、粒子群算法以及SVM預(yù)測每種方法所得預(yù)測值，通過主 分量分析進(jìn)行處理，處理后的結(jié)果作為最后的支持向量機(jī)的訓(xùn)練樣本。最終通過訓(xùn)練好的 組合預(yù)測模型預(yù)測風(fēng)機(jī)未來狀態(tài)及未來發(fā)生故障的時間與故障類型。 本專利技術(shù)所述的機(jī)械設(shè)備故障組合預(yù)測系統(tǒng)方法的軟件平臺的實(shí)現(xiàn)：利用虛擬器 (Labview)將應(yīng)用程序軟件、硬件和計(jì)算機(jī)結(jié)合起來，用戶根據(jù)自己的需要對人機(jī)交互界面 進(jìn)行操作來實(shí)現(xiàn)對被測信號的采集、分析、判斷和存儲等。軟件系統(tǒng)框圖見圖3。主要包括進(jìn) 入程序和主程序兩個部分。 進(jìn)入程序:主要是給用戶提供密碼驗(yàn)證模塊和清晰界面，此目的是為了保護(hù)系統(tǒng) 的安全，防止非法操作者進(jìn)入篡改或盜取系統(tǒng)數(shù)據(jù)。 主程序設(shè)計(jì):主程序是整個軟件系統(tǒng)的核心部分，主要包括數(shù)據(jù)采集卡驅(qū)動模塊、 數(shù)據(jù)處理模塊以及數(shù)據(jù)處理模塊，其中數(shù)據(jù)處理模塊由小波去噪模塊、小波分解重構(gòu)和組 合預(yù)測及結(jié)果顯示模塊組成。【附圖說明】 圖1是機(jī)械設(shè)備故障組合預(yù)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。主要包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和人機(jī)交 互系統(tǒng)。 圖2是機(jī)械設(shè)備故障組合預(yù)測方法實(shí)現(xiàn)過程示意圖。主要是通過訓(xùn)練好的組合預(yù) 測模型預(yù)測設(shè)備未來狀態(tài)及可能發(fā)生故障的時間與故障類型。 圖3是機(jī)械設(shè)備故障組合預(yù)測方法軟件平臺實(shí)現(xiàn)的示意圖。主要是為用戶提供操 作，實(shí)現(xiàn)對被測信號的采集、分析、判斷和存儲等。【具體實(shí)施方式】 按照圖1所示的機(jī)械設(shè)備故障組合預(yù)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，將各類型傳感器分別安裝在被 監(jiān)控設(shè)備的適當(dāng)測試點(diǎn)，這些傳感器輸出的信號是4mA~20mA或者0V~5V的模擬信號，用屏 蔽電纜將傳感器的輸出信號與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對應(yīng)輸入端連接，實(shí)現(xiàn)被測參數(shù)的采集。將采 集的信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，選擇合適的采樣頻率和精度，根據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量和傳輸距離，選擇 現(xiàn)場總線、無線或以太網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)傳輸形式，將數(shù)據(jù)傳送到上位工控機(jī)中。 在上位機(jī)中，將采集到的信號按照圖本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種機(jī)械設(shè)備故障組合預(yù)測系統(tǒng)及方法，包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和人機(jī)交互系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包含傳感器模塊、信號調(diào)理模塊以及A/D轉(zhuǎn)換模塊；人機(jī)交互系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲、分析、處理和預(yù)測。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：于水娟，李瑩，劉偉，于水平，秦振翔，黃亮亮，
申請(專利權(quán))人：安徽理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：安徽;34
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