專利名稱：基于網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障檢測(cè)系統(tǒng)及其在線檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域的裝置及方法，具體是一種基于網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn) 的旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障檢測(cè)系統(tǒng)及其在線檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)最早起源于美國(guó)，1967年，在美國(guó)國(guó)家宇航局 (NASA)的創(chuàng)導(dǎo)下，由美國(guó)海軍研究室(ONR)主持成立了美國(guó)“機(jī)械故障預(yù)防小組(MFPG) ”。 現(xiàn)有的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)的主要為三種典型形式定期監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)、單機(jī)在線 故障監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)和分布式監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的不足分析如下1)定期監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)定期監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)通過(guò)監(jiān)測(cè)傳感器采集設(shè)備運(yùn)行信 息，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析和診斷。當(dāng)需要監(jiān)測(cè)的機(jī)械設(shè)備數(shù)量較多，但又不屬于關(guān)鍵設(shè)備時(shí)， 可采用此類系統(tǒng)。其優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)、靈活方便。但系統(tǒng)的工作效率低，占用大量的人力和物 力，而且由于只是定期監(jiān)測(cè)，故一般不能監(jiān)測(cè)到機(jī)組發(fā)生故障前后的信號(hào)，因而起不到“黑 匣子”作用，難以正確判斷故障和預(yù)報(bào)機(jī)組的運(yùn)行趨勢(shì)。2)單機(jī)在線故障監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)對(duì)每一臺(tái)設(shè)備安裝一套故障監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)。這 種方式實(shí)時(shí)性好，可靠性高。該模式適合于早期的小規(guī)模工廠。它是一個(gè)封閉的系統(tǒng)，信息 只在系統(tǒng)內(nèi)部流動(dòng)和處理，各監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)之間信息難以共享，隨著工廠規(guī)模的擴(kuò)大，設(shè)備 數(shù)量的增加，該類系統(tǒng)越來(lái)越顯示出其局限性。3)分布式監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)隨著大規(guī)模企業(yè)和大型機(jī)電設(shè)備的出現(xiàn)，單機(jī)在線故 障監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)已不能滿足生產(chǎn)需要，人們根據(jù)設(shè)備的功能分布和地域分布的特點(diǎn)，實(shí) 現(xiàn)了基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的分布式監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)。該類系統(tǒng)將各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的計(jì)算機(jī)組成局域 網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)資源共享、分散監(jiān)控和集中診斷，提高了系統(tǒng)的效率，是一個(gè)相對(duì)開放的系統(tǒng)。不足 之處是各個(gè)企業(yè)均建立相對(duì)獨(dú)立的監(jiān)測(cè)與診斷局域網(wǎng)，僅能做到企業(yè)內(nèi)部各監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng) 的信息共享，而企業(yè)之間毫無(wú)聯(lián)系。同時(shí)，在當(dāng)前的旋轉(zhuǎn)機(jī)械在線監(jiān)測(cè)及故障診斷應(yīng)用發(fā)展過(guò)程中，設(shè)備的故障報(bào)警 問(wèn)題一直是困擾在線監(jiān)測(cè)機(jī)故障診斷技術(shù)發(fā)展的瓶頸問(wèn)題，傳統(tǒng)的應(yīng)用比較廣泛較成熟的 方法有振動(dòng)能量超標(biāo)報(bào)警，振動(dòng)有效值報(bào)警等，這些方法都存在對(duì)故障不敏感，報(bào)警反應(yīng)慢 等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種基于網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障檢 測(cè)系統(tǒng)及其在線檢測(cè)方法，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)信號(hào)的數(shù)據(jù)采集，以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通信，六頻段能量 分析報(bào)警的處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)行狀況的在線監(jiān)測(cè)及快速有效的報(bào)警。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明涉及一種基于網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障檢測(cè)系統(tǒng)，包括企業(yè)監(jiān)測(cè)站、企業(yè) 監(jiān)測(cè)中心和遠(yuǎn)程診斷中心，其中企業(yè)監(jiān)測(cè)站由數(shù)據(jù)采集裝置、傳感器和主控計(jì)算機(jī)組成，企業(yè)監(jiān)測(cè)中心由企業(yè)服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器組成；數(shù)據(jù)采集裝置的輸入端通過(guò)傳感器與現(xiàn) 場(chǎng)設(shè)備相連并采集設(shè)備信息，數(shù)據(jù)采集裝置的輸出端通過(guò)VXI協(xié)議將振動(dòng)數(shù)據(jù)輸出至主控 計(jì)算機(jī)，主控計(jì)算機(jī)將振動(dòng)數(shù)據(jù)分別輸出至企業(yè)監(jiān)測(cè)中心的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器及企業(yè)服務(wù)器， 遠(yuǎn)程診斷中心通過(guò)web服務(wù)器獲取振動(dòng)數(shù)據(jù)并實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)。所述的數(shù)據(jù)采集裝置為具有數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)據(jù)采集控制計(jì)算機(jī)。所述的遠(yuǎn)程診斷中心包括遠(yuǎn)程診斷數(shù)據(jù)庫(kù)和web服務(wù)器，其中遠(yuǎn)程診斷中心 通過(guò)web服務(wù)器將帶診斷設(shè)備數(shù)據(jù)送入遠(yuǎn)程診斷數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行診斷，同時(shí)將診斷結(jié)果發(fā)布到 internet上進(jìn)行診斷共享。本發(fā)明涉及上述檢測(cè)系統(tǒng)的在線檢測(cè)方法，包括以下步驟第一步、對(duì)振動(dòng)信號(hào)的頻域向量進(jìn)行歸一化操作，定義六頻段的能量及其上限分 別為一倍至五倍頻能量。第二步、設(shè)置上述六頻段的報(bào)警限值分別為0. 4,0. 2,0. 1,0. 3,0. 6和0. 4倍能量 并通過(guò)對(duì)采集數(shù)據(jù)的六頻段計(jì)算能量與報(bào)警限值比較即可檢測(cè)設(shè)備是否存在故障。本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于1)企業(yè)監(jiān)測(cè)站、企業(yè)監(jiān)測(cè)中心、遠(yuǎn)程故障診斷中心之間通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信， 他可以充分利用公共性的internet網(wǎng)絡(luò)，電話交換網(wǎng)或綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)(ISDN)等，不僅 建設(shè)成本及運(yùn)行成本都很低，同時(shí)生產(chǎn)、安裝及維護(hù)管理極為簡(jiǎn)單，易于普及。2)解決了企業(yè)內(nèi)部專家數(shù)量有限問(wèn)題。由于企業(yè)內(nèi)部專業(yè)技術(shù)人員比較少，設(shè)備 出現(xiàn)故障時(shí)專家又由于地域原因不能及時(shí)到位，往往會(huì)因?yàn)闀r(shí)間的延誤造成巨大的經(jīng)濟(jì)損 失。而采取遠(yuǎn)程診斷這種經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便的方法通過(guò)計(jì)算機(jī)把現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)及時(shí)送到專家手中，就可 以像專家在現(xiàn)場(chǎng)一樣準(zhǔn)確、及時(shí)地作出判斷、采取有效措施解決問(wèn)題。3)實(shí)現(xiàn)了診斷知識(shí)的共享，避免了知識(shí)的重復(fù)獲取。在大型全球企業(yè)中，具有相似 設(shè)備的企業(yè)經(jīng)常分布在不同地區(qū)，他們完全可以使用相同的基于知識(shí)的診斷系統(tǒng)，在工作 過(guò)程中，在一個(gè)企業(yè)中發(fā)現(xiàn)的新規(guī)則可能對(duì)于另一個(gè)企業(yè)完全是未知的，這將導(dǎo)致同樣的 知識(shí)獲取過(guò)程要在許多不同的地區(qū)重復(fù)，時(shí)間被浪費(fèi)了。而本系統(tǒng)可以使不同的監(jiān)測(cè)診斷 現(xiàn)場(chǎng)與同一個(gè)診斷中心建立聯(lián)系，所有的診斷信息都可由網(wǎng)絡(luò)獲得，使在不同企業(yè)的用戶 共享同樣的診斷知識(shí)，通過(guò)hternet可以搜集盡可能多的知識(shí)，僅需獲取診斷知識(shí)一次便 可以使所有的企業(yè)都使用它。4)本發(fā)明提出的六頻段能量分報(bào)警方法，克服了傳統(tǒng)故障診斷報(bào)警方法對(duì)故障不 敏感、報(bào)警反應(yīng)慢等缺點(diǎn)，能夠有效及準(zhǔn)確識(shí)別旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障狀態(tài)，作出報(bào)警。


圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是企業(yè)監(jiān)測(cè)站的構(gòu)成圖。圖3是企業(yè)監(jiān)測(cè)中心的構(gòu)成圖。圖4是遠(yuǎn)程故障診斷中心示意圖。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施 例。實(shí)施例1如圖1所示，本實(shí)施例包括數(shù)據(jù)采集裝置、傳感器、主控計(jì)算機(jī)和遠(yuǎn)程診斷中心， 其中數(shù)據(jù)采集裝置的輸入端通過(guò)傳感器與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備相連并采集設(shè)備信息，數(shù)據(jù)采集裝置 的輸出端通過(guò)VXI協(xié)議將振動(dòng)數(shù)據(jù)輸出至主控計(jì)算機(jī)，主控計(jì)算機(jī)將振動(dòng)數(shù)據(jù)分別輸出至 數(shù)據(jù)庫(kù)及Web服務(wù)器，遠(yuǎn)程診斷中心通過(guò)web服務(wù)器獲取振動(dòng)數(shù)據(jù)并實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)。所述的數(shù)據(jù)采集裝置包括如圖4所示，所述的遠(yuǎn)程診斷中心包括本實(shí)施例涉及上述遠(yuǎn)程診斷中心的在線檢測(cè)方法，包括以下步驟第一步、對(duì)振動(dòng)信號(hào)的頻域向量進(jìn)行歸一化操作，定義六頻段的能量及其上限分 別為一倍至五倍頻能量。第二步、設(shè)置上述六頻段的報(bào)警限值分別為0. 4,0. 2,0. 1,0. 3,0. 6和0. 4倍能量 并通過(guò)對(duì)采集數(shù)據(jù)的六頻段計(jì)算能量與報(bào)警限值比較即可檢測(cè)設(shè)備是否存在故障。實(shí)施例2Bently轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái)RK4，主要部件包括馬達(dá)、基座裝置、馬達(dá)速度控制裝置、傳感 器裝置以及一些可選件。利用此轉(zhuǎn)子試驗(yàn)臺(tái)可模擬產(chǎn)生轉(zhuǎn)子的很多常見故障，在轉(zhuǎn)子輪盤 上安裝3. 2mg的配重螺釘，來(lái)模擬轉(zhuǎn)子的不平衡故障，通過(guò)信號(hào)采集工作站將本實(shí)驗(yàn)臺(tái)的 振動(dòng)信號(hào)傳輸進(jìn)入遠(yuǎn)程診斷中心，最后對(duì)信號(hào)進(jìn)行六頻段分析，得出的六頻段能量分別為 0. 6,0. 1,0. 08，0. 2,0. 7,0. 3，對(duì)比閾值可知在1和5設(shè)置頻段能量超標(biāo)，而若使用常規(guī)的頻 譜分析方法，只能通過(guò)人為的觀測(cè)，憑借經(jīng)驗(yàn)判斷此旋轉(zhuǎn)機(jī)械處于非正常故障狀態(tài)。實(shí)施例3利用實(shí)施例1的Bently轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái)，可在轉(zhuǎn)子側(cè)面安裝螺釘來(lái)模擬碰摩故障。通 過(guò)按照實(shí)施例1的步驟，最后得到的六頻段能量分別為0. 3,0. 15，0. 07,0. 25，0. 5,0. 4，對(duì) 比閾值可知此轉(zhuǎn)子信號(hào)在2和4設(shè)置頻段能量超標(biāo)，可知本實(shí)施例成功診斷除了旋轉(zhuǎn)機(jī)械 的故障狀態(tài)。實(shí)施例4將本實(shí)施例所提出的技術(shù)方法應(yīng)用于某鋼鐵集團(tuán)煤焦化廠重大設(shè)備鼓風(fēng)機(jī)的在 線監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)中，取得了良好的監(jiān)測(cè)及診斷效果。現(xiàn)場(chǎng)共有兩臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)機(jī)組，在 正常工作狀態(tài)下是一開一備，本系統(tǒng)在兩臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)上都裝有傳感器，現(xiàn)場(chǎng)企業(yè)監(jiān)測(cè)站有兩 臺(tái)數(shù)據(jù)采集裝置，分別對(duì)兩臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)數(shù)據(jù)的分析，兩臺(tái)鼓風(fēng) 機(jī)的六頻段能量分別為 0. 35,0. 12,0. 05,0. 21,0. 42,0. 22 和 0. 3,0. 11,0. 03,0. 15,0. 36， 0. 0. 21，與報(bào)警門限值對(duì)比均為超標(biāo)，可知此鼓風(fēng)機(jī)組未出現(xiàn)故障。通過(guò)本實(shí)施例提供的六頻段能量分析技術(shù)方法，可時(shí)企業(yè)對(duì)于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障進(jìn) 行有效監(jiān)測(cè)與判斷，克服了傳統(tǒng)的依賴于維護(hù)人員經(jīng)驗(yàn)的診斷方法的缺點(diǎn)，大大提高了診 斷效率。
權(quán)利要求
1.一種基于網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括企業(yè)監(jiān)測(cè)站、企業(yè) 監(jiān)測(cè)中心和遠(yuǎn)程診斷中心，其中企業(yè)監(jiān)測(cè)站由數(shù)據(jù)采集裝置、傳感器和主控計(jì)算機(jī)組成， 企業(yè)監(jiān)測(cè)中心由企業(yè)服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器組成；數(shù)據(jù)采集裝置的輸入端通過(guò)傳感器與現(xiàn) 場(chǎng)設(shè)備相連并采集設(shè)備信息，數(shù)據(jù)采集裝置的輸出端通過(guò)VXI協(xié)議將振動(dòng)數(shù)據(jù)輸出至主控 計(jì)算機(jī)，主控計(jì)算機(jī)將振動(dòng)數(shù)據(jù)分別輸出至企業(yè)監(jiān)測(cè)中心的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器及企業(yè)服務(wù)器， 遠(yuǎn)程診斷中心通過(guò)web服務(wù)器獲取振動(dòng)數(shù)據(jù)并實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障檢測(cè)系統(tǒng)，其特征是，所述的 數(shù)據(jù)采集裝置為具有數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)據(jù)采集控制計(jì)算機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障檢測(cè)系統(tǒng)，其特征是，所述的 遠(yuǎn)程診斷中心包括遠(yuǎn)程診斷數(shù)據(jù)庫(kù)和web服務(wù)器，其中遠(yuǎn)程診斷中心通過(guò)web服務(wù)器將 帶診斷設(shè)備數(shù)據(jù)送入遠(yuǎn)程診斷數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行診斷，同時(shí)將診斷結(jié)果發(fā)布到internet上進(jìn)行 診斷共享。
4.一種根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述檢測(cè)系統(tǒng)的在線檢測(cè)方法，其特征在于，包括以下 步驟第一步、對(duì)振動(dòng)信號(hào)的頻域向量進(jìn)行歸一化操作，定義六頻段的能量及其上限分別為一倍至五倍頻能量；第二步、設(shè)置上述六頻段的報(bào)警限值分別為0. 4,0. 2,0. 1,0. 3,0. 6和0. 4倍能量并通 過(guò)對(duì)采集數(shù)據(jù)的六頻段計(jì)算能量與報(bào)警限值比較即可檢測(cè)設(shè)備是否存在故障。
全文摘要
一種信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域的基于網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障檢測(cè)系統(tǒng)及其在線檢測(cè)方法，該系統(tǒng)包括企業(yè)監(jiān)測(cè)站、企業(yè)監(jiān)測(cè)中心和遠(yuǎn)程診斷中心，企業(yè)監(jiān)測(cè)站由數(shù)據(jù)采集裝置、傳感器和主控計(jì)算機(jī)組成，企業(yè)監(jiān)測(cè)中心由企業(yè)服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器組成；數(shù)據(jù)采集裝置的輸入端通過(guò)傳感器與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備相連并采集設(shè)備信息，數(shù)據(jù)采集裝置的輸出端通過(guò)VXI協(xié)議將振動(dòng)數(shù)據(jù)輸出至主控計(jì)算機(jī)，主控計(jì)算機(jī)將振動(dòng)數(shù)據(jù)分別輸出至企業(yè)監(jiān)測(cè)中心的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器及企業(yè)服務(wù)器，遠(yuǎn)程診斷中心通過(guò)web服務(wù)器獲取振動(dòng)數(shù)據(jù)并實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)。本發(fā)明通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)信號(hào)的數(shù)據(jù)采集，以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通信，六頻段能量分析報(bào)警的處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)行狀況的在線監(jiān)測(cè)及快速有效的報(bào)警。
文檔編號(hào)H04L12/24GK102123177SQ20111006881
公開日2011年7月13日 申請(qǐng)日期2011年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月22日
發(fā)明者從飛云, 劉韜, 唐海峰, 王志陽(yáng), 王曉玲, 肖文斌, 董廣明, 陳進(jìn) 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)