用于旋轉(zhuǎn)類機(jī)械早期故障預(yù)警分析的計算機(jī)程序產(chǎn)品的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于旋轉(zhuǎn)類機(jī)械早期故障預(yù)警分析的計算機(jī)程序產(chǎn)品。
【背景技術(shù)】
[0002] 用于旋轉(zhuǎn)類機(jī)械早期故障預(yù)警分析的計算機(jī)程序產(chǎn)品是針對旋轉(zhuǎn)類機(jī)械，如發(fā)動 機(jī)、變速箱、汽輪機(jī)、電機(jī)、風(fēng)電齒輪箱等旋轉(zhuǎn)類的機(jī)器進(jìn)行早期故障預(yù)警和故障分析的系 統(tǒng)。該系統(tǒng)具備長時間、實時在線監(jiān)控和分析功能，既可以捕捉微小異常沖擊能量，如齒面 點蝕，軸承滾動體疲勞剝落、發(fā)動機(jī)活塞環(huán)過度磨損、曲軸滑動軸承刮擦等故障；也可以實 時監(jiān)控大能量故障，如斷齒、斷軸等嚴(yán)重故障，并立即停機(jī)，防止深度破壞。該系統(tǒng)不僅可以 實時監(jiān)控機(jī)器故障，還可以對故障進(jìn)行分析，指出故障位置和可能的故障形式，方便檢驗人 員進(jìn)行故障排除和修復(fù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種用于旋轉(zhuǎn)類機(jī)械早期故障預(yù)警分析的計算 機(jī)程序產(chǎn)品。
[0004] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：用于旋轉(zhuǎn)類機(jī)械早期故障預(yù) 警分析的計算機(jī)程序產(chǎn)品，包括以下步驟：
[0005] -、狀態(tài)學(xué)習(xí)
[0006] 所述狀態(tài)學(xué)習(xí)采用自學(xué)習(xí)機(jī)器特征參數(shù)方式，步驟如下：
[0007] (1)選擇自學(xué)習(xí)開始觸發(fā)的方式，包括內(nèi)部觸發(fā)和外部觸發(fā)；所述外部觸發(fā)由外 部給定變換工況信號，如換擋信號；所述內(nèi)部觸發(fā)包括：內(nèi)部工況運行時間變換信號，或其 它工況變換特征如轉(zhuǎn)速/扭矩信號的變換；
[0008] (2)選擇振動傳感器的監(jiān)控通道數(shù)量、采樣頻率，以及編碼器脈沖當(dāng)量，編碼器監(jiān) 控通道；用戶也可以選擇通過輔助監(jiān)控傳感器所采集的輔助監(jiān)控信息，所述輔助監(jiān)控信息 包括扭矩、溫度、壓力、流量信號；輔助監(jiān)控信息可以作為后續(xù)故障分析時的輔助判定指標(biāo)， 幫助使用者快速尋找故障原因；
[0009] (3)選擇自學(xué)習(xí)的機(jī)器特征參數(shù)，所述機(jī)器特征參數(shù)包括均值、均方根、峭度、絕對 階次趨勢指數(shù)、相對階次趨勢譜、小波能量譜、時間序列譜；
[0010] (4)系統(tǒng)開始運行后，自動采集振動傳感器、編碼器的數(shù)據(jù)信號，以及來自輔助監(jiān) 控傳感器的數(shù)據(jù)信號；
[0011] (5)系統(tǒng)采集振動傳感器和編碼器數(shù)據(jù)信號后，對數(shù)據(jù)信號進(jìn)行濾波，根據(jù)步驟 (3)中需要學(xué)習(xí)的機(jī)器特征參數(shù)，對數(shù)據(jù)信號進(jìn)行計算；機(jī)器的每個運行工況采集不少于 50組樣本，對各組樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，剔除異常參數(shù)，對各組樣本計算的特征參數(shù)去均值， 作為后續(xù)的監(jiān)控指標(biāo)，保存在數(shù)據(jù)文件中；
[0012] (6)系統(tǒng)自學(xué)習(xí)結(jié)束后，自動切換到監(jiān)控狀態(tài)，開始對機(jī)器進(jìn)行實時監(jiān)控；
[0013] 為了保證監(jiān)控時評判標(biāo)志的一致性，自學(xué)習(xí)機(jī)器特征參數(shù)時所用的信號處理方法 與后續(xù)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控中所用的信號處理方法相同，均采用了中值濾波的方法。
[0014] 二、狀態(tài)監(jiān)控
[0015] (7)參數(shù)初始化：進(jìn)入狀態(tài)監(jiān)控時，需先對監(jiān)控參數(shù)進(jìn)行初始化，監(jiān)控參數(shù)為自學(xué) 習(xí)機(jī)器狀態(tài)特征時的機(jī)器特征參數(shù)，系統(tǒng)將各監(jiān)控參數(shù)清空置零；
[0016] (8)讀取自學(xué)習(xí)參考值：系統(tǒng)將自學(xué)階段保存的機(jī)器特征參數(shù)讀取到內(nèi)存空間 中，避免每次將監(jiān)控值與之相比較時都需要從數(shù)據(jù)文件中讀取，提高系統(tǒng)運行效率；
[0017] (9)自學(xué)習(xí)參考值容差比選擇：自學(xué)習(xí)學(xué)階段學(xué)習(xí)的機(jī)器狀態(tài)特征參數(shù)是機(jī)器當(dāng) 前的狀態(tài)，后續(xù)的監(jiān)控值與之比較時，需要給出一定的分布區(qū)間，系統(tǒng)對均值、均方根、峭 度、絕對階次趨勢指數(shù)、小波能量譜給出了上限比較區(qū)間，用戶可以選擇容差比，該容差比 與上述參數(shù)求積，即可得到上限值；系統(tǒng)對相對階次譜趨勢和時間序列譜給出了上限和下 限比較區(qū)間，用戶可以選擇上限容差比和下限容差比，該容差比與上述參數(shù)求積，即可得到 上限值和下限值；
[0018] (10)進(jìn)行實時監(jiān)控：進(jìn)入實時監(jiān)控階段，系統(tǒng)自動實時采集振動傳感器、編碼器 以及輔助監(jiān)控傳感器的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行相應(yīng)濾波降噪處理；
[0019] (11)監(jiān)控值比較：系統(tǒng)將實時采集的振動傳感器和編碼器數(shù)據(jù)信號，計算出機(jī)器 特征參數(shù)（與自學(xué)習(xí)階段選取的機(jī)器特征參數(shù)類型相同），并與步驟（9)中得到的自學(xué)習(xí)階 段機(jī)器特征參數(shù)的容差范圍進(jìn)行比較，如果監(jiān)控值超出容差范圍，則發(fā)出報警，如果沒有則 表明系統(tǒng)正常。
[0020] 作為優(yōu)選，自學(xué)習(xí)機(jī)器特征參數(shù)采用統(tǒng)計學(xué)原理，學(xué)習(xí)不同工況下對應(yīng)的各種數(shù) 字處理方法的特征參數(shù)。
[0021] 作為優(yōu)選，系統(tǒng)對每次出現(xiàn)的故障數(shù)據(jù)進(jìn)行累積，逐漸形成龐大的專家診斷數(shù)據(jù) 庫。
[0022] 作為優(yōu)選，編碼器的脈沖分辨率高達(dá)218。
[0023] 本發(fā)明的有益效果是：
[0024] 用于旋轉(zhuǎn)類機(jī)械早期故障預(yù)警分析的計算機(jī)程序產(chǎn)品是針對旋轉(zhuǎn)類機(jī)械，如發(fā)動 機(jī)、變速箱、汽輪機(jī)、電機(jī)、風(fēng)電齒輪箱等旋轉(zhuǎn)類的機(jī)器進(jìn)行早期故障預(yù)警和故障分析的系 統(tǒng)。該系統(tǒng)具備長時間、實時在線監(jiān)控和分析功能，既可以捕捉微小異常沖擊能量，如齒面 點蝕，軸承滾動體疲勞剝落、發(fā)動機(jī)活塞環(huán)過度磨損、曲軸滑動軸承刮擦等故障；也可以實 時監(jiān)控大能量故障，如斷齒、斷軸等嚴(yán)重故障，并立即停機(jī)，防止深度破壞。該系統(tǒng)不僅可以 實時監(jiān)控機(jī)器故障，還可以對故障進(jìn)行分析，指出故障位置和可能的故障形式，方便檢驗人 員進(jìn)行故障排除和修復(fù)。
【具體實施方式】
[0025] -種用于旋轉(zhuǎn)類機(jī)械早期故障預(yù)警分析的計算機(jī)程序產(chǎn)品，包括狀態(tài)學(xué)習(xí)和狀 態(tài)監(jiān)控兩大部分。
[0026] 旋轉(zhuǎn)類機(jī)器運轉(zhuǎn)狀態(tài)包括穩(wěn)態(tài)運行、加速運行、減速運行、變工況運行（如變速箱 換不同檔位）等，不同的運行狀態(tài)（不同轉(zhuǎn)速、不同扭矩）等，其特征值是不同的，監(jiān)控系統(tǒng) 要具備自學(xué)習(xí)機(jī)器在不同運行工況下的特征值，以此作為故障監(jiān)控和分析的依據(jù)。同時，該 系統(tǒng)還具備自動積累專家診斷數(shù)據(jù)庫的功能，可以對每次出現(xiàn)的故障數(shù)據(jù)和進(jìn)行累積，逐 漸形成龐大的專家診斷數(shù)據(jù)庫。
[0027] 一、狀態(tài)學(xué)習(xí)
[0028] 旋轉(zhuǎn)類機(jī)器運轉(zhuǎn)狀態(tài)包括穩(wěn)態(tài)運行、加速運行、減速運行、變工況運行，不同的運 轉(zhuǎn)狀態(tài)，其特征值是不同的，本系統(tǒng)能夠自學(xué)習(xí)機(jī)器在不同運行工況下的特征值，以此作為 故障監(jiān)控和分析的依據(jù)；
[0029] 所述狀態(tài)學(xué)習(xí)采用自學(xué)習(xí)機(jī)器特征參數(shù)方式，步驟如下：
[0030] (1)選擇自學(xué)習(xí)開始觸發(fā)的方式，包括內(nèi)部觸發(fā)和外部觸發(fā)；所述外部觸發(fā)由外 部給定變換工況信號，如換擋信號；所述內(nèi)部觸發(fā)包括：內(nèi)部工況運行時間變換信號，或其 它工況變換特征如轉(zhuǎn)速/扭矩等信號的變換；
[0031] (2)選擇振動傳感器監(jiān)控通道數(shù)量、采樣頻率，編碼器脈沖當(dāng)量，編碼器監(jiān)控通道， 用戶也可以選擇通過輔助監(jiān)控傳感器采集的輔助監(jiān)控信息，包括扭矩、溫度、壓力、流量信 號，這些輔助監(jiān)控信息可以作為后續(xù)故障分析時的輔助判定指標(biāo)，幫助使用者快速尋找故 障原因；
[0032] (3)選擇自學(xué)習(xí)的機(jī)器特征參數(shù)，機(jī)器特征參數(shù)包括：均值、均方根、峭度、絕對階 次趨勢指數(shù)、相對階次趨勢譜、小波能量譜、時間序列譜；
[0033] (4)系統(tǒng)開始運行后，自動采集振動傳感器、編碼器的數(shù)據(jù)信號，以及來自輔助監(jiān) 控傳感器的數(shù)據(jù)信號；
[0034] (5)系統(tǒng)采振動傳感器和編碼器的數(shù)據(jù)信號后，對信數(shù)據(jù)號進(jìn)行濾波，根據(jù)步驟 (3)中需要學(xué)習(xí)的機(jī)器特征參數(shù)，對數(shù)據(jù)信號進(jìn)行計算；每個工況采集不少于50組樣本，對 各組樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，剔除異常參數(shù)，對各組樣本計算的特征參數(shù)去均值，作為后續(xù)的監(jiān) 控指標(biāo)，保存在數(shù)據(jù)文件中；
[0035] (6)系統(tǒng)自學(xué)習(xí)結(jié)束后，可以自動切換到監(jiān)控狀態(tài)，開始對機(jī)器進(jìn)行實時監(jiān)控；
[0036] 為了保證監(jiān)控時評判標(biāo)志的一致性，自學(xué)習(xí)機(jī)器特征參數(shù)的數(shù)字信號方法與后續(xù) 進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控的方法相同。
[0037] 二、狀態(tài)監(jiān)控
[0038] (7)參數(shù)初始化：進(jìn)入狀態(tài)監(jiān)控時，需先對監(jiān)控參數(shù)進(jìn)行初始化，監(jiān)控參數(shù)為自學(xué) 習(xí)機(jī)器狀態(tài)特征時的機(jī)器特征參數(shù)，系統(tǒng)將各監(jiān)控參數(shù)清空置零；
[0039] (8)讀取自學(xué)習(xí)參考值：系統(tǒng)將自學(xué)階段保存的機(jī)器特征參數(shù)讀取到內(nèi)存空間 中，避免每次將監(jiān)控值與之相比較時都需要從數(shù)據(jù)文件中讀取，提高系統(tǒng)運行效率；
[0040] (9)自學(xué)習(xí)參考值容差比選擇：自學(xué)階段學(xué)習(xí)的機(jī)器狀態(tài)特征參數(shù)是機(jī)器當(dāng)前的 狀態(tài)，后續(xù)的監(jiān)控值與之比較時，需要給出一定的分布區(qū)間，系統(tǒng)對均值、均方根、峭度、絕 對階次趨勢指數(shù)、小波能量譜給出了上限比較區(qū)間，用戶可以選擇容差比，該容差比與上述 參數(shù)求積，即可得到上限值；系統(tǒng)對相對階次譜趨勢和時間序列譜給出了上限和下限比較 區(qū)間，用戶可以選擇上限容差比和下限容差比，該容差比與上述參數(shù)求積，即可得到上限值 和下限值；
[0041] (10)進(jìn)行實時監(jiān)控：進(jìn)入實時監(jiān)控階段，系統(tǒng)自動實時采集振動傳感器、高精度 編碼器以及輔助監(jiān)控傳感器的數(shù)據(jù)信號，并進(jìn)行相應(yīng)濾波降噪處理；
[0042] (11)監(jiān)控值比較：系統(tǒng)將實時采集的振動傳感器和編碼器數(shù)據(jù)信號，計算出機(jī)器 特征參數(shù)（與自學(xué)習(xí)階段選取的機(jī)器特征參數(shù)類型相同），并與步驟（9)中得到了自學(xué)習(xí)階 段機(jī)器特征參數(shù)的容差范圍進(jìn)行比較，如果監(jiān)控值超出容差范圍，則發(fā)出報警，如果沒有則 表明系統(tǒng)正常。
[0043] 系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)控參數(shù)主要為振動信號和轉(zhuǎn)速信號，同時系統(tǒng)也為用戶配置了更多 的信號接入通道，如扭矩信號、溫度信號等，用戶可以在此系統(tǒng)中實現(xiàn)對被監(jiān)視系統(tǒng)的各種 參數(shù)的實時監(jiān)控，系統(tǒng)可以將接入的所有信號納入到對系統(tǒng)的狀態(tài)判定中，用戶僅需設(shè)置 系統(tǒng)接入的額外信號的閾值，如溫度的上限和下限等。
[0044] 以下對以振動信號為基礎(chǔ)的主要監(jiān)控指標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)描述：
[0045] A)絕對階次譜趨勢指數(shù)故障識別
[0046] 對于轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，為避免頻譜圖上出現(xiàn)嚴(yán)重的頻譜混疊現(xiàn)象，采用階 次分析法，對信號進(jìn)行頻譜分析。階次分析將等時采樣轉(zhuǎn)換為等角域采樣的頻譜分析法即 為階次分析法，此時的頻譜即為階次譜，其橫坐標(biāo)為階次（轉(zhuǎn)頻的倍數(shù)）。階次分析