CN105043729A - 一种悬挂设备松动故障的监测预警方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明适用于风机监测领域，提供了一种悬挂设备松动故障的监测预警方法，所述方法包括：悬挂设备上安装有三轴向加速度传感器，所述三轴向加速度传感器采集悬挂设备的振动信息，并将所述振动信息上报给信号处理器；所述信号处理器获取所述振动信息，并根据发送所述振动信息的消息中携带的悬挂设备标识，查找用于参考的振动数据；所述信号处理器根据所述振动数据，分析所述振动信息，并确定所述悬挂设备的工作状态。本发明实施例可远程在线实时监测风机的紧固情况，无需监测单台悬挂设备的多个紧固点，节约大量人工检测所耗费的时间和人力，并为风机检修加固提供丰富的数据支持，真正做到按需、定位检修，具有较强的实施性。

Description

一种悬挂设备松动故障的监测预警方法和系统

技术领域

本发明属于风机监测领域，尤其涉及一种悬挂设备松动故障的监测预警方法和系统。

背景技术

悬挂设备是一种特殊的轴流风机，由集流器、消声器、整流罩、叶轮、叶轮段等组成，主要用于公路、铁路及地铁等隧道的纵向通风系统中，提供全部的推力；也可用于半横向通风系统或横向通风系统中的敏感部位，如隧道的进、出口，起诱导气流或排烟等作用。由于悬挂设备的通风功能和效果要求，绝大部分悬挂设备安装位置在隧道顶部，位于隧道中公路、轨道正上方。

悬挂设备经常启停并产生旋转振动，且数量大、分布广，目前国内外均无相关技术和产品对该类吊装风机的松动情况进行实时监控。风机一旦出现松动，不易为检修人员察觉，故当前设备维护依靠人工定期巡检，效率低、准确性差，不能及时预警，造成巨大的人工负担。如果风机松动没有及时预警并进行加固，它将时刻威胁着下方的交通工具和乘客人生安全，掉落冲撞汽车、列车将造成重大事故。

现有松动检测技术主要依靠压电感应元件，直接检测螺栓连接处的变化，从而直接反应该处螺栓的紧固情况，直观判断松动故障。现有技术仅可检测螺栓紧固部位，焊接部位无法实现检测，且对于由多个螺栓固定的设备，监测点数量多，监控难度大；因此针对于隧道领域的悬挂设备，其安装连接结构多样化，紧固螺栓多，松动情况复杂，风机数量多、分布广，需设计一种安装简单、检测高效的故障监测预警方法。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种悬挂设备松动故障的监测预警方法，以解决现有技术的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种悬挂设备松动故障的监测预警方法，所述方法包括以下步骤：

悬挂设备上安装有三轴向加速度传感器，所述三轴向加速度传感器采集悬挂设备的振动信息，并将所述振动信息上报给信号处理器；所述信号处理器获取所述振动信息，并根据发送所述振动信息的消息中携带的悬挂设备标识，查找用于参考的振动数据；所述信号处理器根据所述振动数据，分析所述振动信息，并确定所述悬挂设备的工作状态。

优选的，确定所述悬挂设备的工作状态后，还包括：

确定所述悬挂设备的工作状态为正常时，将当前确定的状态记录为历史信息；确定所述悬挂设备的工作状态为非正常时，发出预警消息。

优选的，所述将所述振动信息发送给信号处理器，具体包括：

所述振动信息首先发送给信号采集器，所述信号采集器负责采集其管辖范围内的一个或者多个悬挂设备上的振动信息；所述信号采集器将采集到的一个或者多个悬挂设备的振动信息发送给所述信号处理器。

优选的，所述三轴向加速度传感器采集悬挂设备的振动信息，具体包括：

采集悬挂设备三方向振动信号，并完成相应的调理、放大、滤波和数字化。

优选的，所述参考的振动数据是通过预先测试获得并存储在所述信号处理器中，其中，所述预先测试具体包括：

测试悬挂设备在实际使用中会出现的各种状态，并记录在相应状态下三轴向加速度传感器返回的振动信息，根据所述振动信息生成参考的振动数据；其中，所述各种状态包括：正常状态、连接处松动状态和产生断裂状态。

优选的，所述根据所述振动数据，分析所述振动信息，其中，所述振动数据包括：松动模型和断裂模型，以及所述悬挂设备的历史数据，则所述分析具体包括：

根据所述三轴向加速度传感器上报的振动信息，分析其与松动模型和断裂模型的匹配度；进一步的根据所述振动信息和相应悬挂设备的历史数据，分析所述悬挂设备的状态趋势，根据匹配结果和状态趋势结果，判断是否针对所述悬挂设备发出预警消息。

优选的，所述悬挂设备上安装有三轴向加速度传感器，具体包括：所述悬挂设备的入风口和出风口分别安装有三轴向加速度传感器。

另一方面，本发明实施例还提供了一种悬挂设备松动故障的监测预警系统，所述系统包括悬挂设备、安装在所述悬挂设备上的三轴向加速度传感器、信号处理器，具体的：

所述三轴向加速度传感器采集悬挂设备的振动信息，并将所述振动信息上报给信号处理器；所述信号处理器获取所述振动信息，并根据发送所述振动信息的消息中携带的悬挂设备标识，查找用于参考的振动数据；所述信号处理器根据所述振动数据，分析所述振动信息，并确定所述悬挂设备的工作状态。

优选的，确定所述悬挂设备的工作状态后，还包括：

确定所述悬挂设备的工作状态为正常时，所述信号处理器将当前确定的状态记录为历史信息；确定所述悬挂设备的工作状态为非正常时，所述信号处理器发出预警消息。

优选的，所述系统还包括信号采集器，则所述将所述振动信息发送给信号处理器，具体包括：

所述振动信息首先发送给信号采集器，所述信号采集器负责采集其管辖范围内的一个或者多个悬挂设备上的振动信息；所述信号采集器将采集到的一个或者多个悬挂设备的振动信息发送给所述信号处理器。

另一方面，本发明实施例还提供了一种悬挂设备松动故障的监测预警系统，所述系统包括悬挂设备、三轴向加速度传感器、信号采集器和信号处理器：

两个三轴向加速度传感器,分别用于采集悬挂设备的入风口和出风口处相对应位置的X、Y、Z三个方向上的振动信息；所述信号采集器，用于接收风机入风口和出风口上三轴向加速度传感器反馈的振动信息，所述信号采集器还用于将所述振动信息转化为数字信号，并发送给信号处理器；所述信号处理器接收信号采集器发送的振动信息，并根据发送所述振动信息的消息中携带的悬挂设备标识，查找用于参考的振动数据；根据所述振动数据，分析所述振动信息，并确定所述悬挂设备的工作状态。

优选的，所述信号采集器还用于将所述振动信息转化为数字信号，具体包括：

所述信号采集器根据所述振动信息，进行信号调理、放大、积分、抗混滤波和A/D转换，将振动信息数字化。

优选的，所述振动信息包括入风口的X、Y、Z三个方向的振动信息，以及出风口的X、Y、Z三个方向的振动信息，一共6组振动信息。

优选的，确定所述悬挂设备的工作状态后，还包括：

确定所述悬挂设备的工作状态为正常时，所述信号处理器将当前确定的状态记录为历史信息；确定所述悬挂设备的工作状态为非正常时，所述信号处理器发出预警消息。

优选的，所述系统还包括信号采集器，则所述将所述振动信息发送给信号处理器，具体包括：

所述振动信息首先发送给信号采集器，所述信号采集器负责采集其管辖范围内的一个或者多个悬挂设备上的振动信息；所述信号采集器将采集到的一个或者多个悬挂设备的振动信息发送给所述信号处理器。

优选的，所述三轴向加速度传感器和信号采集器之间通过无线传输网络连接，所述信号采集器和信号处理器之间通过以太网建立连接。

优选的，所述信息处理器需要预先存储由各悬挂设备型号的振动数据构成的数据库，其中所述振动数据具体包括：

各悬挂设备在紧固状态下的模态特性，分别存下运行风机紧固状态下的模态即6组振动、频谱分布的互相关模型。

优选的，在启动所述系统工作时，设置预警的灵敏度，具体为：

根据松动故障特征数据库，实时模态属性与紧固状态下比较超出的阀值区域。

优选的，所述根据所述振动数据，分析所述振动信息，并确定所述悬挂设备的工作状态，具体包括：

信息处理器根据接收的振动信息生成实际模态，并将所述实际模态和初始模态进行比较，当实际模态符合故障模态数据库特征、并超过设置的灵敏度阀值区域，系统发出预警信息。

优选的，所述预警信息具体包括：悬挂设备编号、该风机模态属性、灵敏度、实时值、报警状态。

本发明实施例提供的一种悬挂设备松动故障的监测预警方法的有益效果包括：本发明实施例可远程在线实时监测风机的紧固情况，无需监测单台悬挂设备的多个紧固点，节约大量人工检测所耗费的时间和人力，并为风机检修加固提供丰富的数据支持，真正做到按需、定位检修，具有较强的实施性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种悬挂设备松动故障的监测预警方法的流程图示意图；

图2是本发明实施例提供的一种悬挂设备松动故障的监测预警方法的流程图示意图；

图3是本发明实施例提供的一种悬挂设备上安装三轴向加速度传感器的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的悬挂设备未松动情况下进风端Y方向上的加速度频谱图；

图5是本发明实施例提供的悬挂设备松动情况下进风端Y方向上的加速度频谱图；

图6是本发明实施例提供的风机未松动状态下进风端Y向振动位移量状态趋势示意图；

图7是本发明实施例提供的风机松动状态下进风端Y向振动位移量状态趋势示意图；

图8是本发明实施例提供的一种悬挂设备松动故障的监测预警系统的结构示意图；

图9是本发明实施例提供的一种悬挂设备松动故障的监测预警系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

实施例1：

如图1所示为本发明提供的一种悬挂设备松动故障的监测预警方法，所述方法包括以下步骤：

在步骤201中，射流风1机上安装有三轴向加速度传感器，所述三轴向加速度传感器采集悬挂设备的振动信息，并将所述振动信息上报给信号处理器。

优选的安装方案是在悬挂设备的入风口和出风口处各安装一个三轴向加速度传感器。之所以在悬挂设备的入风口和出风口处安装，是因为整个悬挂设备振动在该位置最为明显，即便是细微的松动，也能够在入风口和出风口处得到较明显的体现。如图3所示，为本发明实施例提供的一种悬挂设备上安装有三轴向加速度传感器的结构示意图。由于风机整体为刚性连接，故由风机进/出口两端的三方向振动可反映出风机整体的振动状态。

在步骤202中，所述信号处理器获取所述振动信息，并根据发送所述振动信息的消息中携带的悬挂设备标识，查找用于参考的振动数据。

通常所述振动信息和悬挂设备标识会携带在一条消息中，由所述三轴向加速度传感器上报给信号处理器。以便信号处理器能够根据所述悬挂设备标识识别该消息中携带的振动信息时属于哪个悬挂设备的，并进一步调取该悬挂设备的历史数据和各种振动模型数据，即所述振动数据。

在步骤203中，所述信号处理器根据所述振动数据，分析所述振动信息，并确定所述悬挂设备的工作状态。

本发明实施例提供的一种悬挂设备松动故障的监测预警方法的有益效果包括：本发明实施例可远程在线实时监测风机的紧固情况，无需监测单台悬挂设备的多个紧固点，节约大量人工检测所耗费的时间和人力，并为风机检修加固提供丰富的数据支持，真正做到按需、定位检修，具有较强的实施性。

结合本发明实施例，其中，确定所述悬挂设备的工作状态后，所述方法还包括：

确定所述悬挂设备的工作状态为正常时，将当前确定的状态记录为历史信息；确定所述悬挂设备的工作状态为非正常时，发出预警消息。

由于，实际应用中，悬挂设备的数据和分布情况会很零散，因此，直接将振动信息发送给信号处理器的话，会增加信号处理器的执行效率，因此，结合本发明实施例，在优选的方案中，在三轴向加速度传感器和信号处理器之间的信号传递过程还涉及信号采集器，则在步骤201中执行的将所述振动信息上报给信号处理器，具体实现为以下步骤：

在步骤2011中，所述振动信息首先发送给信号采集器，所述信号采集器负责采集其管辖范围内的一个或者多个悬挂设备上的振动信息；

在步骤2012中，所述信号采集器将采集到的一个或者多个悬挂设备的振动信息发送给所述信号处理器。

在本发明各实施例中，所述三轴向加速度传感器采集悬挂设备的振动信息，具体包括：

采集悬挂设备三方向(x轴方向、Y轴方向和z轴方向)振动信号，并完成相应的调理、放大、滤波和数字化。然后，将所述数字化后的振动信息发送给所述信号处理器。

实施例2：

实施例1给予了如何实现一种悬挂设备松动故障的监测预警方法，其中涉及到参考的振动数据的，本实施例将针对所述参考的振动数据做进一步的阐述。其中，所述参考的振动数据是通过预先测试获得并存储在所述信号处理器中，具体包括：

测试悬挂设备在实际使用中会出现的各种状态，并记录在相应状态下三轴向加速度传感器返回的振动信息，根据所述振动信息生成参考的振动数据；其中，所述各种状态包括：正常状态、连接处松动状态和产生断裂状态。

如图4所示，为悬挂设备未松动情况下进风端Y方向上的加速度频谱图；如图5所示，为所示松动案例，对比风机未松动时模态属性，松动后，频谱能量分布发生变化或移动，振动总能量增大。相应的如图6和图7所示，分别为风机未松动和发生松动状态下进风端Y向振动位移量状态趋势。测试并记录出不同松动点情况下，构成振动数据库。

优选的，所述根据所述振动数据，分析所述振动信息，其中，所述振动数据包括：松动模型和断裂模型，以及所述悬挂设备的历史数据，则所述分析具体包括：

根据所述三轴向加速度传感器上报的振动信息，分析其与松动模型和断裂模型的匹配度；进一步的根据所述振动信息和相应悬挂设备的历史数据，分析所述悬挂设备的状态趋势，根据匹配结果和状态趋势结果，判断是否针对所述悬挂设备发出预警消息。

优选的，所述悬挂设备上安装有三轴向加速度传感器，具体包括：所述悬挂设备的入风口和出风口分别安装有三轴向加速度传感器。

在一种具体测试实例中，需要完成对风机进/出口两端三方向振动的采样，一台悬挂设备的6组振动信息进入信号采集器，经信号采集器进行信号调理、放大、积分、抗混滤波、A/D转换，将振动信号数字化，同时信号采集器将数字信号统计传输至信号处理器。

实施例3：

本发明实施例还提供了一种悬挂设备松动故障的监测预警系统，如图8所示，所述系统包括一台或者多台悬挂设备、安装在所述悬挂设备上的三轴向加速度传感器、信号处理器，如图8所示，具体的：

所述三轴向加速度传感器采集悬挂设备的振动信息，并将所述振动信息上报给信号处理器；所述信号处理器获取所述振动信息，并根据发送所述振动信息的消息中携带的悬挂设备标识，查找用于参考的振动数据；所述信号处理器根据所述振动数据，分析所述振动信息，并确定所述悬挂设备的工作状态。

优选的，确定所述悬挂设备的工作状态后，还包括：

确定所述悬挂设备的工作状态为正常时，所述信号处理器将当前确定的状态记录为历史信息；确定所述悬挂设备的工作状态为非正常时，所述信号处理器发出预警消息。如图8所示，可选的将预警消息发送给服务器；可选的，还可以将预警消息以短信消息、邮件或者网络消息的型式发送给智能终端；在结合本发明实施例提供的方案基础上，常规可采用的通知方式来完成所述预警消息的发送的，都属于本发明的保护范围。

优选的，所述系统还包括信号采集器，则所述将所述振动信息发送给信号处理器，具体包括：

所述振动信息首先发送给信号采集器，所述信号采集器负责采集其管辖范围内的一个或者多个悬挂设备上的振动信息；所述信号采集器将采集到的一个或者多个悬挂设备的振动信息发送给所述信号处理器。

实施例4：

本发明实施例还提供了一种悬挂设备松动故障的监测预警系统，如图9所示，所述系统包括悬挂设备、三轴向加速度传感器、信号采集器和信号处理器：

两个三轴向加速度传感器,分别用于采集悬挂设备的入风口和出风口处相对应位置的X、Y、Z三个方向上的振动信息；所述信号采集器，用于接收风机入风口和出风口上三轴向加速度传感器反馈的振动信息，所述信号采集器还用于将所述振动信息转化为数字信号，并发送给信号处理器；所述信号处理器接收信号采集器发送的振动信息，并根据发送所述振动信息的消息中携带的悬挂设备标识，查找用于参考的振动数据；根据所述振动数据，分析所述振动信息，并确定所述悬挂设备的工作状态。

优选的，所述信号采集器还用于将所述振动信息转化为数字信号，具体包括：

所述信号采集器根据所述振动信息，进行信号调理、放大、积分、抗混滤波和A/D转换，将振动信息数字化。

优选的，所述振动信息包括入风口的X、Y、Z三个方向的振动信息，以及出风口的X、Y、Z三个方向的振动信息，一共6组振动信息。

优选的，确定所述悬挂设备的工作状态后，还包括：

确定所述悬挂设备的工作状态为正常时，所述信号处理器将当前确定的状态记录为历史信息；确定所述悬挂设备的工作状态为非正常时，所述信号处理器发出预警消息。

优选的，所述系统还包括信号采集器，则所述将所述振动信息发送给信号处理器，具体包括：

所述振动信息首先发送给信号采集器，所述信号采集器负责采集其管辖范围内的一个或者多个悬挂设备上的振动信息；所述信号采集器将采集到的一个或者多个悬挂设备的振动信息发送给所述信号处理器。

优选的，所述三轴向加速度传感器和信号采集器之间通过无线传输网络连接，所述信号采集器和信号处理器之间通过以太网建立连接。

优选的，所述信息处理器需要预先存储由各悬挂设备型号的振动数据构成的数据库，其中所述振动数据具体包括：

各悬挂设备在紧固状态下的模态特性，分别存下运行风机紧固状态下的模态即6组振动、频谱分布的互相关模型。

优选的，在启动所述系统工作时，设置预警的灵敏度，具体为：

根据松动故障特征数据库，实时模态属性与紧固状态下比较超出的阀值区域。

优选的，所述根据所述振动数据，分析所述振动信息，并确定所述悬挂设备的工作状态，具体包括：

信息处理器根据接收的振动信息生成实际模态，并将所述实际模态和初始模态进行比较，当实际模态符合故障模态数据库特征、并超过设置的灵敏度阀值区域，系统发出预警信息。

优选的，所述预警信息具体包括：悬挂设备编号、该风机模态属性、灵敏度、实时值、报警状态。

如上所述的监测预警系统，通过各信息处理器、大量的现场信号采集器，对大量广域分布的风机实现了远程网络化在线实时监控，对所有风机的状态趋势、松动故障实现统一管理，并有效指导设备维护工作，有针对性的开展维修工作，大大提高工作效率节约人工，实现风机的安全管理和按需维护。有利于提高隧道通风系统运行的安全性和可靠性。

本领域普通技术人员还可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，包括ROM/RAM、磁盘、光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种悬挂设备松动故障的监测预警方法，其特征在于，所述方法包括：

悬挂设备上安装有三轴向加速度传感器，所述三轴向加速度传感器采集悬挂设备的振动信息，并将所述振动信息上报给信号处理器；

所述信号处理器获取所述振动信息，并根据发送所述振动信息的消息中携带的悬挂设备标识，查找用于参考的振动数据；

所述信号处理器根据所述振动数据，分析所述振动信息，并确定所述悬挂设备的工作状态。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述悬挂设备的工作状态后，还包括：

确定所述悬挂设备的工作状态为正常时，将当前确定的状态记录为历史信息；

确定所述悬挂设备的工作状态为非正常时，发出预警消息。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述将所述振动信息发送给信号处理器，具体包括：

所述振动信息首先发送给信号采集器，所述信号采集器负责采集其管辖范围内的一个或者多个悬挂设备上的振动信息；

所述信号采集器将采集到的一个或者多个悬挂设备的振动信息发送给所述信号处理器。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述三轴向加速度传感器采集悬挂设备的振动信息，具体包括：

采集悬挂设备三方向振动信号，并完成相应的调理、放大、滤波和数字化。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述参考的振动数据是通过预先测试获得并存储在所述信号处理器中，其中，所述预先测试具体包括：

测试悬挂设备在实际使用中会出现的各种状态，并记录在相应状态下三轴向加速度传感器返回的振动信息，根据所述振动信息生成参考的振动数据；

其中，所述各种状态包括：正常状态、连接处松动状态和产生断裂状态。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述振动数据，分析所述振动信息，其中，所述振动数据包括：松动模型和断裂模型，以及所述悬挂设备的历史数据，则所述分析具体包括：

根据所述三轴向加速度传感器上报的振动信息，分析其与松动模型和断裂模型的匹配度；

进一步的根据所述振动信息和相应悬挂设备的历史数据，分析所述悬挂设备的状态趋势，根据匹配结果和状态趋势结果，判断是否针对所述悬挂设备发出预警消息。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述悬挂设备上安装有三轴向加速度传感器，具体包括：

所述悬挂设备的入风口和出风口分别安装有三轴向加速度传感器。

8.一种悬挂设备松动故障的监测预警系统，其特征在于，所述系统包括悬挂设备、安装在所述悬挂设备上的三轴向加速度传感器、信号处理器，具体的：

所述三轴向加速度传感器采集悬挂设备的振动信息，并将所述振动信息上报给信号处理器；

所述信号处理器获取所述振动信息，并根据发送所述振动信息的消息中携带的悬挂设备标识，查找用于参考的振动数据；

所述信号处理器根据所述振动数据，分析所述振动信息，并确定所述悬挂设备的工作状态。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，确定所述悬挂设备的工作状态后，还包括：

确定所述悬挂设备的工作状态为正常时，所述信号处理器将当前确定的状态记录为历史信息；

确定所述悬挂设备的工作状态为非正常时，所述信号处理器发出预警消息。