風(fēng)機(jī)能耗監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種風(fēng)機(jī)能耗監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)，獲取訓(xùn)練樣本時(shí)，通過人為制造各種類型的故障，使風(fēng)機(jī)能耗增加，并采用國標(biāo)規(guī)定的能效檢測(cè)方法和系統(tǒng)，測(cè)試各種故障下風(fēng)機(jī)能耗的增加值，對(duì)不同故障引起的能耗增加大小進(jìn)行分類，將振動(dòng)特征樣本和軌跡特征樣本組合，作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練樣本，構(gòu)建高維空間多權(quán)值神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)。在全天候能耗監(jiān)測(cè)中，只需在風(fēng)機(jī)上加裝低成本三軸加速度傳感器及渦流傳感器，將三維振動(dòng)信號(hào)及軸心軌跡特征向量輸入多權(quán)值神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)輸出即是能耗增加分類。
【專利說明】風(fēng)機(jī)能耗監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種風(fēng)機(jī)能耗監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)機(jī)、電機(jī)、水泵、壓縮機(jī)被國際能源署(IEA)統(tǒng)稱為“工業(yè)電機(jī)系統(tǒng)”。國家發(fā)改委“十一五”節(jié)能規(guī)劃中指出，工業(yè)電機(jī)系統(tǒng)是中國的主要電力用戶，占全部用電量的50%以上，其中風(fēng)機(jī)的用電量占全國用電量的10.4%。因此，風(fēng)機(jī)效率的提高，對(duì)節(jié)約電能意義十分重大。
[0003]風(fēng)機(jī)系統(tǒng)量大面廣，節(jié)電潛力巨大?！巴L(fēng)機(jī)能效限定值及能效等級(jí)”國家標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)，規(guī)定了通風(fēng)機(jī)的能效等級(jí)、能效限定值、節(jié)能評(píng)價(jià)值及試驗(yàn)方法，為我國高效風(fēng)機(jī)能效工作的研究與開展提供了依據(jù)。也標(biāo)志著我國高效風(fēng)機(jī)能效標(biāo)識(shí)工作的開始。2010年11月I日風(fēng)機(jī)將正式列入中華人民共和國實(shí)行能源效率標(biāo)識(shí)的產(chǎn)品目錄(第六批)，并已開始著手實(shí)施。
[0004]風(fēng)機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生很多故障，如動(dòng)態(tài)不平衡引起的振動(dòng)(包括轉(zhuǎn)子系統(tǒng)制造過程剩余不平衡；風(fēng)機(jī)葉片在旋轉(zhuǎn)過程中，由于局部磨損或腐蝕，以及局部損壞或堵塞異物等原因；鼓風(fēng)機(jī)在高溫高壓下工作，因熱變形和熱膨脹造成彎軸現(xiàn)象等);不對(duì)中引起的振動(dòng)(資料表明，30 %?50 %的設(shè)備存在不對(duì)中問題。不對(duì)中既可產(chǎn)生徑向振動(dòng)，又會(huì)產(chǎn)生軸向振動(dòng)；既會(huì)造成臨近聯(lián)軸節(jié)支承處的振動(dòng)，也會(huì)造成遠(yuǎn)離聯(lián)軸節(jié)的自由端的振動(dòng))；機(jī)械松動(dòng)(松動(dòng)既可能導(dǎo)致機(jī)器的其它故障也可能因其它故障所引起，機(jī)械部件的磨損變形、軸系的不對(duì)中、不平衡等與松動(dòng)相互影響)；油膜振蕩引起的振動(dòng)；氣體沖擊引起的振動(dòng)；氣體壓力波動(dòng)引起的振動(dòng)；諧波成份引起的振動(dòng)；風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)用電機(jī)的各種故障，此外如軸、皮帶鏈、齒輪、軸承等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)故障、電機(jī)灰塵凝結(jié)造成的散熱不佳、運(yùn)行時(shí)間過長(zhǎng)或污垢及水的污染造成的潤滑不佳等都會(huì)引起效率降低和能耗提高。這些故障，普遍會(huì)造成電機(jī)及風(fēng)機(jī)系統(tǒng)發(fā)熱、各種損耗增加，從而降低系統(tǒng)效率，增大系統(tǒng)能耗。因此，各種故障的存在與能效值降低(能耗值升高)存在因果關(guān)系，挖掘各種故障特征與能效降低值(能耗升高值)之間的數(shù)值關(guān)系，可作為能耗監(jiān)測(cè)的依據(jù)。對(duì)于企業(yè)能效管理、及時(shí)淘汰和更換高能耗設(shè)備、有針對(duì)性的實(shí)現(xiàn)高能耗設(shè)備檢修具有重要意義。
[0005]通風(fēng)機(jī)的總效率定義為風(fēng)機(jī)傳遞給氣體的動(dòng)能和靜壓能之和與電機(jī)所傳遞的能量之比?，F(xiàn)在使用于質(zhì)檢部門等其他機(jī)構(gòu)的風(fēng)機(jī)能耗檢測(cè)系統(tǒng)，采用GB/T 1236-2000《工業(yè)通風(fēng)機(jī)用標(biāo)準(zhǔn)化風(fēng)道進(jìn)行性能試驗(yàn)》及GB-19761-2009《通風(fēng)機(jī)能效限定值及能效等級(jí)》國標(biāo)中有關(guān)通風(fēng)機(jī)的試驗(yàn)方法構(gòu)建測(cè)試系統(tǒng)，需對(duì)轉(zhuǎn)速、壓差、流量、功率、溫度、轉(zhuǎn)矩等多參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，構(gòu)建的系統(tǒng)價(jià)格昂貴。且現(xiàn)有風(fēng)機(jī)能耗檢測(cè)設(shè)備針對(duì)不同類型的風(fēng)機(jī)，要額外加裝風(fēng)筒等結(jié)構(gòu)以方便流量和風(fēng)壓測(cè)量，且需安裝差壓傳感器、扭矩傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器等多種傳感器。由于風(fēng)機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行后，各種故障會(huì)造成能耗增加，因此對(duì)風(fēng)機(jī)能耗監(jiān)測(cè)有利于企業(yè)能效管理、及時(shí)淘汰和更換高能耗設(shè)備、有針對(duì)性的實(shí)現(xiàn)高能耗設(shè)備檢修。而以上能耗檢測(cè)方法造成現(xiàn)有設(shè)備不適合于風(fēng)機(jī)應(yīng)用企業(yè)進(jìn)行能耗監(jiān)測(cè)，現(xiàn)有的昂貴設(shè)備更不適于為每臺(tái)風(fēng)機(jī)匹配實(shí)現(xiàn)全天候能效監(jiān)測(cè)。
[0006]隨著節(jié)能減排基本國策的推進(jìn)，風(fēng)機(jī)的各種故障引起的效率降低及能耗提高需引起各風(fēng)機(jī)應(yīng)用企業(yè)的重視，此外外部電網(wǎng)參數(shù)變化引起的能效降低和能耗增加，也可以通過風(fēng)機(jī)振動(dòng)信號(hào)分析出來。在設(shè)備具有高性價(jià)比的前提下，為每臺(tái)大功率風(fēng)機(jī)配備能耗監(jiān)測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)能效長(zhǎng)期實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)由于各種機(jī)械故障、電氣故障或供電電網(wǎng)參數(shù)變化引起的效率降低現(xiàn)象，對(duì)于企業(yè)能效管理、及時(shí)淘汰和更換高能耗設(shè)備、有針對(duì)性的實(shí)現(xiàn)高能耗設(shè)備檢修具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種利于企業(yè)能效管理、及時(shí)淘汰和更換高能耗設(shè)備、有針對(duì)性的實(shí)現(xiàn)高能耗設(shè)備故障檢修的風(fēng)機(jī)能耗監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
一種風(fēng)機(jī)能耗監(jiān)測(cè)方法，其特征是:包括下列步驟:
(一)首先進(jìn)行離線訓(xùn)練樣本采集:
(O離線訓(xùn)練樣本采集系統(tǒng)構(gòu)建
構(gòu)建能耗測(cè)試系統(tǒng)，采用包括扭矩傳感器、差壓傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器的多種傳感器，檢測(cè)風(fēng)機(jī)流量、通風(fēng)機(jī)全壓、通風(fēng)機(jī)靜壓、容積流量、風(fēng)機(jī)軸功率，最終得通風(fēng)機(jī)效率，從而得知通風(fēng)機(jī)能耗大??；
米用三個(gè)三軸加速度傳感器，分別置于軸承座外殼、電機(jī)外殼、通風(fēng)機(jī)外殼上，獲取三個(gè)測(cè)試點(diǎn)的X、Y、Z三軸正交振動(dòng)信號(hào)；通過與轉(zhuǎn)軸垂直平面內(nèi)的兩個(gè)相互垂直的渦流傳感器同時(shí)采集振動(dòng)信號(hào)，并分別將所采集的數(shù)據(jù)作為橫、縱坐標(biāo)擬合成的圖形，即為軸心軌跡；
(2)風(fēng)機(jī)無故障時(shí)訓(xùn)練樣本離線獲取
采用“信號(hào)處理及特征提取模塊”進(jìn)行特征提取，經(jīng)過多次測(cè)量，獲得多組無故障時(shí)的特征樣本；將無故障時(shí)的特征樣本對(duì)應(yīng)的效率值定位為“能耗低”；
(3)風(fēng)機(jī)有故障時(shí)訓(xùn)練樣本離線獲取
人為制造多種故障及多種故障的組合，采用三個(gè)三軸加速度傳感器檢測(cè)風(fēng)機(jī)軸承座外殼、電機(jī)外殼、通風(fēng)機(jī)外殼三點(diǎn)的三維振動(dòng)信號(hào)，采用雙渦流傳感器檢測(cè)軸心軌跡信號(hào)，采用“信號(hào)處理及特征提取模塊”進(jìn)行特征提取，對(duì)每一種故障進(jìn)行多次測(cè)量，獲得每一種故障下的特征樣本；將不同故障情況下的效率值與無故障時(shí)的效率值進(jìn)行比較，按照差值從大到小，均分為四種類型，分別定義為“能耗高”、“能耗偏高”、“能耗中等”、“能耗偏低”；
(二)在線能耗監(jiān)測(cè)
米用三個(gè)三軸加速度傳感器檢測(cè)風(fēng)機(jī)軸承座外殼、電機(jī)外殼、通風(fēng)機(jī)外殼三點(diǎn)的三維振動(dòng)信號(hào)，采用雙渦流傳感器檢測(cè)軸心軌跡信號(hào)，采用“信號(hào)處理及特征提取模塊”對(duì)信號(hào)進(jìn)行特征提取，得到被測(cè)樣本；采用多權(quán)值神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為“基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的分類識(shí)別模塊”的核心算法，采用“能耗檢測(cè)用訓(xùn)練樣本離線獲取模塊”獲取的訓(xùn)練樣本構(gòu)造高維空間中的多自由度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，在完成多權(quán)值神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建之后，獲得“能耗高”、“能耗偏高”、“能耗中等”、“能耗偏低”、“能耗低”五個(gè)表征不同能耗級(jí)別的多權(quán)值神經(jīng)元覆蓋區(qū)；計(jì)算待識(shí)別的樣本與表征每類能耗級(jí)別的多權(quán)值神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)之間的歐式距離，將與待識(shí)別樣本的歐式距離最短的那一類能耗級(jí)別，當(dāng)作待識(shí)別樣本的所屬的能耗級(jí)別，并將風(fēng)機(jī)能耗級(jí)別分類作為多權(quán)值神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出。
[0009]風(fēng)機(jī)無故障時(shí)訓(xùn)練樣本離線獲取的具體方法是:
將無故障時(shí)三個(gè)三軸加速度傳感器輸出的時(shí)域信號(hào)，進(jìn)行去噪，并采用四元數(shù)PCA進(jìn)行主元分析，在保持三軸輸出信號(hào)相關(guān)性的前提下，獲取無故障時(shí)的振動(dòng)特征向量；
風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子無故障正常運(yùn)行時(shí)，采用雙渦流傳感器提取軸心軌跡，無故障時(shí)渦流傳感器其振動(dòng)信號(hào)的時(shí)域波形為正弦曲線，將兩個(gè)相互垂直的正弦信號(hào)進(jìn)行合成，便得到了圓或橢圓，提取軸心軌跡圖像的幾何尺寸特征、或灰度直方圖特征、或紋理特征作為特征參數(shù)，并與加速度傳感器獲取的振動(dòng)特征向量結(jié)合，得到無故障時(shí)樣本；采用上述方法，進(jìn)行多次測(cè)試，獲取多組“能耗低”時(shí)的樣本。
[0010]一種風(fēng)機(jī)能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是:包括三個(gè)分別置于軸承座外殼、電機(jī)外殼、通風(fēng)機(jī)外殼上的三軸加速度傳感器及轉(zhuǎn)軸垂直平面內(nèi)的兩個(gè)相互垂直的渦流傳感器，三軸加速度傳感器、渦流傳感器與信號(hào)處理及特征提取模塊連接，信號(hào)處理及特征提取模塊和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的分類識(shí)別模塊連接。
[0011]本發(fā)明提出基于振動(dòng)信號(hào)及軸心軌跡信號(hào)分析的風(fēng)機(jī)能耗監(jiān)測(cè)方法。該方法在應(yīng)用中不需要加裝風(fēng)筒等結(jié)構(gòu)，采用三個(gè)三軸加速度傳感器檢測(cè)通風(fēng)機(jī)多點(diǎn)三維振動(dòng)信號(hào)(檢測(cè)電機(jī)外殼、軸承座外殼、通風(fēng)機(jī)外殼的振動(dòng)信號(hào))，采用兩個(gè)渦流傳感器檢測(cè)通風(fēng)機(jī)主軸偏心造成的位移，并得到軸心軌跡。由大量實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，得到風(fēng)機(jī)不同類型的故障與風(fēng)機(jī)能耗增加之間的關(guān)系，并通過多權(quán)值神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)不同故障引起的能耗增加級(jí)別進(jìn)行分類識(shí)別。
[0012]縱觀國內(nèi)現(xiàn)有的風(fēng)機(jī)能耗監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)，本發(fā)明所提的設(shè)計(jì)目標(biāo)尚無單位實(shí)現(xiàn)。
[0013]本發(fā)明在于提供一種新型能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，僅僅采用三軸加速度傳感器、渦流傳感器，即可實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)能耗增加程度的在線識(shí)別和監(jiān)測(cè)，避免了現(xiàn)有能耗檢測(cè)系統(tǒng)的成本高、安裝困難等問題，有利于企業(yè)實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)日常能耗監(jiān)測(cè)，從而利于企業(yè)能效管理、及時(shí)淘汰和更換高能耗設(shè)備、有針對(duì)性的實(shí)現(xiàn)高能耗設(shè)備故障檢修。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0015]圖1是本發(fā)明的能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。其中有三軸加速度傳感器、渦流傳感器、能耗檢測(cè)用訓(xùn)練樣本離線獲取模塊、信號(hào)處理及特征提取模塊、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的分類識(shí)別模塊?！靶盘?hào)處理及特征提取模塊”由軟件實(shí)現(xiàn)，包括去噪、四元數(shù)PCA特征提取、軸心軌跡特征提取(幾何尺寸特征，或灰度直方圖特征，或紋理特征)?！盎谏窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)的分類識(shí)別模塊”由多權(quán)值神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)能耗增加級(jí)別分類。
[0016]圖2是本發(fā)明的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練樣本的離線獲取方法示意圖。
[0017]圖3是的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練樣本獲取的實(shí)驗(yàn)方法示意圖。
[0018]圖4是傳感器的布局示意圖。兩個(gè)渦流傳感器中心線均與風(fēng)機(jī)主軸軸心線相交，兩個(gè)渦流傳感器中心線均垂直于風(fēng)機(jī)主軸軸心線，兩渦流傳感器中心線相互垂直。三個(gè)加速度傳感器分別固定安裝在電機(jī)表面、軸承座外殼、通風(fēng)機(jī)外殼。[0019]圖5是多權(quán)值神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別過程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]—種風(fēng)機(jī)能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括三個(gè)分別置于軸承座外殼、電機(jī)外殼、通風(fēng)機(jī)外殼上的三軸加速度傳感器I及轉(zhuǎn)軸垂直平面內(nèi)的兩個(gè)相互垂直的渦流傳感器2，三軸加速度傳感器、渦流傳感器與信號(hào)處理及特征提取模塊連接，信號(hào)處理及特征提取模塊和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的分類識(shí)別模塊連接?！靶盘?hào)處理及特征提取模塊”、“基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的分類識(shí)別模塊”均依托PC機(jī)或者高性能控制器(如FPGA等)等硬件設(shè)施，由軟件實(shí)現(xiàn)去噪、四元數(shù)PCA特征提取、軸心軌跡特征提取、基于多權(quán)值神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模式識(shí)別。
[0021]1、首先進(jìn)行離線訓(xùn)練樣本采集，具體實(shí)現(xiàn)過程為:
該系統(tǒng)僅僅用于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練樣本的離線采集，采集完成后，該系統(tǒng)在日常能效監(jiān)測(cè)中不再使用。
[0022]1.1離線訓(xùn)練樣本采集系統(tǒng)構(gòu)建
依據(jù)GB/T 1236-2000《工業(yè)通風(fēng)機(jī)用標(biāo)準(zhǔn)化風(fēng)道進(jìn)行性能試驗(yàn)》及GB-19761-2009《通風(fēng)機(jī)能效限定值及能效等級(jí)》國家標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建能耗測(cè)試系統(tǒng)，采用扭矩傳感器、差壓傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器等多種傳感器，檢測(cè)風(fēng)機(jī)流量、通風(fēng)機(jī)全壓、通風(fēng)機(jī)靜壓、容積流量、風(fēng)機(jī)軸功率，最終可得通風(fēng)機(jī)效率，從而得知通風(fēng)機(jī)能耗大小。
[0023]按照?qǐng)D4所示布局方式，采用三個(gè)三軸加速度傳感器，分別置于軸承座外殼、電機(jī)外殼、通風(fēng)機(jī)外殼上，獲取三個(gè)測(cè)試點(diǎn)的x、y、z三軸正交振動(dòng)信號(hào)。通過與轉(zhuǎn)軸垂直平面內(nèi)的兩個(gè)相互垂直的渦流傳感器同時(shí)采集振動(dòng)信號(hào)，并分別將所采集的數(shù)據(jù)作為橫、縱坐標(biāo)擬合成的圖形，即為軸心軌跡。
[0024]1.2風(fēng)機(jī)無故障時(shí)訓(xùn)練樣本離線獲取
采用GB/T 1236-2000《工業(yè)通風(fēng)機(jī)用標(biāo)準(zhǔn)化風(fēng)道進(jìn)行性能試驗(yàn)》及GB-19761-2009《通風(fēng)機(jī)能效限定值及能效等級(jí)》國標(biāo)方法進(jìn)行通風(fēng)機(jī)效率檢測(cè)，得到無故障時(shí)的效率值，將此狀態(tài)能耗定義為“能耗低”。將無故障時(shí)三個(gè)三軸加速度傳感器輸出的時(shí)域信號(hào)，進(jìn)行去噪，并采用四元數(shù)PCA進(jìn)行主元分析，在保持三軸輸出信號(hào)相關(guān)性的前提下，獲取無故障時(shí)的振動(dòng)特征向量。
[0025]風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子無故障正常運(yùn)行時(shí)，采用雙渦流傳感器提取軸心軌跡，無故障時(shí)渦流傳感器其振動(dòng)信號(hào)的時(shí)域波形為正弦曲線，將兩個(gè)相互垂直的正弦信號(hào)進(jìn)行合成，便得到了圓或橢圓，提取軸心軌跡圖像的幾何尺寸特征、或灰度直方圖特征、或紋理特征作為特征參數(shù)，并與加速度傳感器獲取的振動(dòng)特征向量結(jié)合，得到無故障時(shí)樣本。采用上述方法，進(jìn)行多次測(cè)試，獲取多組“能耗低”時(shí)的樣本。
[0026]1.3風(fēng)機(jī)有故障時(shí)訓(xùn)練樣本離線獲取
人為設(shè)置多種故障，如散熱不佳、潤滑不佳、轉(zhuǎn)軸偏心、電網(wǎng)電壓降低或頻率不穩(wěn)(尤其在風(fēng)電等新能源供電時(shí))、葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)不平衡、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)故障(如皮帶鏈、齒輪、軸承等故障)、電機(jī)油膜振蕩等。出現(xiàn)故障時(shí)，振動(dòng)信號(hào)頻域會(huì)發(fā)生變化。軸心軌跡會(huì)出現(xiàn)芭蕉圖、8字形、內(nèi)環(huán)圖、不規(guī)則圖等情況。將提取的振動(dòng)信號(hào)特征和軸心軌跡特征組合起來，可表征不同的故障或者故障組合。離線訓(xùn)練樣本獲取時(shí)，對(duì)每種故障、多種故障的組合均分別進(jìn)行多次能效檢測(cè)和特征提取，獲取每種故障、多種故障的組合情況下的多組樣本。[0027]對(duì)每種故障、多種故障的組合，采用1.2節(jié)的方法建立通風(fēng)機(jī)效率檢測(cè)系統(tǒng)，將不同故障情況下的效率值與無故障時(shí)的效率值進(jìn)行比較，按照差值從大到小，均分為四種類型，分別定義為“能耗高”、“能耗偏高”、“能耗中等”、“能耗偏低”。
[0028]2、在線能耗監(jiān)測(cè)，具體實(shí)現(xiàn)方法為:
在線能耗監(jiān)測(cè)時(shí)，1.2和1.3節(jié)所用“能耗檢測(cè)用訓(xùn)練樣本離線獲取模塊”不再使用。僅僅采用三個(gè)三軸加速度傳感器、兩個(gè)渦流傳感器。加速度傳感器和渦流傳感器依然按照?qǐng)D4所示方法安裝。
[0029]采用1.2和1.3中離線采集的訓(xùn)練樣本構(gòu)造高維空間中的多自由度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。在完成多權(quán)值神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建之后，可以獲得“能耗高”、“能耗偏高”、“能耗中等”、“能耗偏低“、”能耗低”五個(gè)表征不同能耗級(jí)別的多權(quán)值神經(jīng)元覆蓋區(qū)。當(dāng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行后，采用圖5所示的基于多權(quán)值神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的識(shí)別算法，以三軸加速度傳感器和渦流傳感器采集的信號(hào)，經(jīng)過特征提取后的樣本作為輸入，計(jì)算待識(shí)別的樣本與表征每類能耗級(jí)別的多權(quán)值神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)之間的歐式距離，將與待識(shí)別樣本的歐式距離最短的那一類能耗級(jí)別，當(dāng)作待識(shí)別樣本的所屬的能耗級(jí)別。并將風(fēng)機(jī)能耗級(jí)別分類作為多權(quán)值神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出。
【權(quán)利要求】
1.一種風(fēng)機(jī)能耗監(jiān)測(cè)方法，其特征是:包括下列步驟: (一)首先進(jìn)行離線訓(xùn)練樣本采集: (1)離線訓(xùn)練樣本采集系統(tǒng)構(gòu)建 構(gòu)建能耗測(cè)試系統(tǒng)，采用包括扭矩傳感器、差壓傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器的多種傳感器，檢測(cè)風(fēng)機(jī)流量、通風(fēng)機(jī)全壓、通風(fēng)機(jī)靜壓、容積流量、風(fēng)機(jī)軸功率，最終得通風(fēng)機(jī)效率，從而得知通風(fēng)機(jī)能耗大?。? 米用三個(gè)三軸加速度傳感器，分別置于軸承座外殼、電機(jī)外殼、通風(fēng)機(jī)外殼上，獲取三個(gè)測(cè)試點(diǎn)的X、Y、Z三軸正交振動(dòng)信號(hào)；通過與轉(zhuǎn)軸垂直平面內(nèi)的兩個(gè)相互垂直的渦流傳感器同時(shí)采集振動(dòng)信號(hào)，并分別將所采集的數(shù)據(jù)作為橫、縱坐標(biāo)擬合成的圖形，即為軸心軌跡； (2)風(fēng)機(jī)無故障時(shí)訓(xùn)練樣本離線獲取 采用“信號(hào)處理及特征提取模塊”進(jìn)行特征提取，經(jīng)過多次測(cè)量，獲得多組無故障時(shí)的特征樣本；將無故障時(shí)的特征樣本對(duì)應(yīng)的效率值定位為“能耗低”； (3)風(fēng)機(jī)有故障時(shí)訓(xùn)練樣本離線獲取 人為制造多種故障及多種故障的組合，采用三個(gè)三軸加速度傳感器檢測(cè)風(fēng)機(jī)軸承座外殼、電機(jī)外殼、通 風(fēng)機(jī)外殼三點(diǎn)的三維振動(dòng)信號(hào)，采用雙渦流傳感器檢測(cè)軸心軌跡信號(hào)，采用“信號(hào)處理及特征提取模塊”進(jìn)行特征提取，對(duì)每一種故障進(jìn)行多次測(cè)量，獲得每一種故障下的特征樣本；將不同故障情況下的效率值與無故障時(shí)的效率值進(jìn)行比較，按照差值從大到小，均分為四種類型，分別定義為“能耗高”、“能耗偏高”、“能耗中等”、“能耗偏低”； (二)在線能耗監(jiān)測(cè) 米用三個(gè)三軸加速度傳感器檢測(cè)風(fēng)機(jī)軸承座外殼、電機(jī)外殼、通風(fēng)機(jī)外殼三點(diǎn)的三維振動(dòng)信號(hào)，采用雙渦流傳感器檢測(cè)軸心軌跡信號(hào)，采用“信號(hào)處理及特征提取模塊”對(duì)信號(hào)進(jìn)行特征提取，得到被測(cè)樣本；采用多權(quán)值神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為“基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的分類識(shí)別模塊”的核心算法，采用“能耗檢測(cè)用訓(xùn)練樣本離線獲取模塊”獲取的訓(xùn)練樣本構(gòu)造高維空間中的多自由度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，在完成多權(quán)值神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建之后，獲得“能耗高”、“能耗偏高”、“能耗中等”、“能耗偏低”、“能耗低”五個(gè)表征不同能耗級(jí)別的多權(quán)值神經(jīng)元覆蓋區(qū)；計(jì)算待識(shí)別的樣本與表征每類能耗級(jí)別的多權(quán)值神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)之間的歐式距離，將與待識(shí)別樣本的歐式距離最短的那一類能耗級(jí)別，當(dāng)作待識(shí)別樣本的所屬的能耗級(jí)別，并將風(fēng)機(jī)能耗級(jí)別分類作為多權(quán)值神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)機(jī)能耗監(jiān)測(cè)方法，其特征是:風(fēng)機(jī)無故障時(shí)訓(xùn)練樣本離線獲取的具體方法是: 將無故障時(shí)三個(gè)三軸加速度傳感器輸出的時(shí)域信號(hào)，進(jìn)行去噪，并采用四元數(shù)PCA進(jìn)行主元分析，在保持三軸輸出信號(hào)相關(guān)性的前提下，獲取無故障時(shí)的振動(dòng)特征向量； 風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子無故障正常運(yùn)行時(shí)，采用雙渦流傳感器提取軸心軌跡，無故障時(shí)渦流傳感器其振動(dòng)信號(hào)的時(shí)域波形為正弦曲線，將兩個(gè)相互垂直的正弦信號(hào)進(jìn)行合成，便得到了圓或橢圓，提取軸心軌跡圖像的幾何尺寸特征、或灰度直方圖特征、或紋理特征作為特征參數(shù)，并與加速度傳感器獲取的振動(dòng)特征向量結(jié)合，得到無故障時(shí)樣本；采用上述方法，進(jìn)行多次測(cè)試，獲取多組“能耗低”時(shí)的樣本。
3.—種風(fēng)機(jī)能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是:包括三個(gè)分別置于軸承座外殼、電機(jī)外殼、通風(fēng)機(jī)外殼上的三軸加速度傳感器及轉(zhuǎn)軸垂直平面內(nèi)的兩個(gè)相互垂直的渦流傳感器，三軸加速度傳感器、渦流傳感器與信號(hào)處理及特征提取模塊連接，信號(hào)處理及特征提取模塊和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的 分類識(shí)別模塊連接。
【文檔編號(hào)】G01L3/26GK104006908SQ201410257423
【公開日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年6月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月11日
【發(fā)明者】華亮, 顧菊平, 羌予踐, 李俊紅, 張齊, 吳曉, 張新松, 徐一鳴, 張華 , 華俊豪, 蔣凌 申請(qǐng)人:南通大學(xué)