CN108318230A - 一种石化旋转机组故障诊断装置及其诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种石化旋转机组故障诊断装置，包括机组机座，机组机座上设置有9个平行的T形槽，T形槽上设置有垫座，9个垫座上依次设置有报警器、监控装置、采集器与服务器、信号处理模块、变频电机控制器、电动机、扭力传器、变速箱和空气压缩机，电动机和扭力传器之间以及扭力传器和变速箱之间分别通过弹性联轴器连接，变速箱和空气压缩机之间通过可调式联轴器连接，变速箱上设置有温度传感器，温度传感器与信号处理模块连接。本发明还公开了一种石化旋转机组故障诊断方法。本发明提供的一种石化旋转机组故障诊断装置及其诊断方法，能够智能诊断石化机组的故障，判断其所处状态，并作出准确处理。

Description

一种石化旋转机组故障诊断装置及其诊断方法

技术领域

本发明具体涉及一种石化旋转机组故障诊断装置及其诊断方法，属于石化旋转设备的故障诊断领域。

背景技术

随着旋转机械设备在石化行业中广泛使用，石化机组日益趋向于自动化、大型化、高速化发展，且其组成与结构变得越来越复杂。目前，国内外针对石化机组的故障诊断技术方法很多，但是由于石化机组所处的环境比较特殊，现场影响的因素很多，且具有不确定性等特点，对故障诊断的准确率、及时性等造成影响。然而，假如机组发生故障问题不能及时地发现，加上机组的长时间运转，必会造成故障越来越严重，此时如果机组不能马上停机进行校正与修复，一方面可能会造成机械设备生产效率低；另一方面可能造成企业车间的停产，影响企业的经济效益和社会效益，造成巨大的损失；重要的可能会发生危及人类生命安全的重大事故。这表明机组故障诊断技术的重要性，石化机组的故障问题必须早发现早治疗，避免悲剧的发生。因此，为了保证石化机组可靠安全的运行，减少不必要的损失，预防安全事故的发生，对石化旋转机械设备进行定期或长期进行故障诊断很重要也很有必要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种能够智能诊断石化机组的故障，判断其所处状态，并作出准确处理的石化旋转机组故障诊断装置及其诊断方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种石化旋转机组故障诊断装置，包括机组机座，所述机组机座上设置有9 个平行的T形槽，所述T形槽上设置有垫座，9个所述垫座上依次设置有报警器、监控装置、采集器与服务器、信号处理模块、变频电机控制器、电动机、扭力传器、变速箱和空气压缩机，所述电动机和扭力传器之间以及所述扭力传器和变速箱之间分别通过弹性联轴器连接，所述变速箱和空气压缩机之间通过可调式联轴器连接，所述变频电机控制器与所述电动机连接，所述变频电机控制器与所述监控装置连接，所述采集器与服务器与所述信号处理模块连接，所述监控装置与所述报警器连接，所述监控装置与采集器和服务器连接，所述变速箱上设置有温度传感器，所述温度传感器与所述信号处理模块连接。

所述变频电机控制器通过PLC控制系统与所述监控装置连接。

所述机组机座的外圈设置有防振圈。

所述温度传感器的个数为5个，分别设置在所述变速箱的上面、前面、后面、左面与右面。

所述变速箱上设置有横向加速度传感器、纵向加速度传感器和速度传感器，所述横向加速度传感器、纵向加速度传感器和速度传感器与所述信号处理模块连接。

所述垫座上设置有振动传感器和压力传感器，所述振动传感器和压力传感器与所述信号处理模块连接。

一种石化旋转机组故障诊断装置诊断方法，包括以下步骤：

S01，设置在变速箱的上面、前面、后面、左面与右面上的5个温度传感器采集变速箱的温度；

S02，温度传感器采集的温度数据经过信号处理模块到达采集器和服务器进行数据分析，采集器和服务器将分析好的温度数据传输给监控装置；

S03，监控装置根据采集器和服务器传输的温度数据判断机组所处的状态，按照温度从低到高分为正常期、观察期、过渡期、报警期与危险期；‘

S04，当机组所处报警期时，监控装置通过报警器控制报警器发出报警信号，当机组处于危险期时，监控装置通过变频电机控制器停止电动机的启动。

S02包括以下步骤：

a、五个温度传感器以采集频率f对变速箱(9)进行温度采集，采集周期间隔为 t₀，那么在一个周期里温度传感器采集的次数为n，其中n＝t_o/f，分别将五个温度传感器测量的n次温度归一化至[0,1]，具体方式为：

其中i代表第i个温度传感器，j代表温度传感器第j次测量，式中1≤i≤5，

1≤j≤n，T_ij代表第i个温度传感器第j次测量温度，m_ij代表第i个温度传感器第j次测量温度归一化后的数值；

b、运用D-S证据理论将上述归一化后的结果m_ij进行融合，计算出归一化常数，分别计算出第j次融合后的概率分布m_总j，具体方式为：

分别用c₁到c₅分别代表第1个到第5个温度传感器，用K₁₂、K₁₂₃、K₁₂₃₄、K₁₂₃₄₅分别表示为传感器c₁c₂、c₁c₂c₃、c₁c₂c₃c₄、c₁c₂c₃c₄c₅的归一化常数，用c₁c_2(j)代表c₁c₂第j次测量温度归一化后的数值，用c₁c₂c_3(j)代表c₁c₂c₃第j次测量温度归一化后的数值，用c₁c₂c₃c_4(j)代表c₁c₂c₃c₄第j次测量温度归一化后的数值，用c₁c₂c₃c₄c_5(j)代表c₁c₂c₃c₄c₅第j次测量温度归一化后的数值，

K₁₂＝m₁₁×m₂₁+m₁₂×m₂₂+m₁₃×m₂₃ (2)

K₁₂₃＝c₁c_2(j)×m₃₁+c₁c_2(j)×m₃₂+c₁c_2(j)×m₃₃ (4)

K₁₂₃₄＝c₁c₂c_3(j)×m₄₁+c₁c₂c_3(j)×m₄₂+c₁c₂c_3(j)×m₄₃ (6)

K₁₂₃₄₅＝c₁c₂c₃c_4(j)×m₅₁+c₁c₂c₃c_4(j)×m₅₂+c₁c₂c₃c_4(j)×m₅₃ (8)

其中，m_总j＝c₁c₂c₃c₄c_5(j)；

c、选定m_总j最大值对应的5个传感器第j次测量温度作为故障的决策判断，计算5个温度的传感器温度的平均值T_总；

d、将T_总与正常期、观察期、过渡期、报警期与危险期对应的温度区间作比较，判断系统处于哪个期，并将T_总显示在监控装置(2)的显示屏上。

正常期、观察期、过渡期、报警期与危险期对应的温度区间分别为小于45°、大于等于45°且小于55°、大于等于55°且小于60°、大于等于60°且小于65°和大于65°。

采集周期间隔t0为3s，采集周期间隔为1s/次。

本发明的有益效果：

(1)对机组各部件进行实时在线数据采集，确保采集信号的可靠性；

(2)当机组故障达到临界值，报警器便会自动发出预警信号；当故障超过上限值，装置便会通过电动机对机组进行自动停机，实现机组智能实时控制，避免事故的发生；

(3)通过D-S证据理论对温度传感器采集的温度进行融合处理，选取合适的融合后温度，提高了装置判断的准确性。

附图说明

图1为本发明的一种石化旋转机组故障诊断装置的结构示意图；

图2为本发明的一种石化旋转机组故障诊断装置中机组机座的结构示意图；

图3为本发明的一种石化旋转机组故障诊断方法的流程图；

图4为本发明的一种石化旋转机组故障诊断装置的模块连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1和图2所示，一种石化旋转机组故障诊断装置，包括机组机座21，机组机座21上设置有9个平行的T形槽23，T形槽23上设置有垫座12，9个垫座12上依次设置有报警器1、监控装置2、采集器与服务器3、信号处理模块 4、变频电机控制器5、电动机6、扭力传器8、变速箱9和空气压缩机11，电动机6和扭力传器8之间以及所述扭力传器8和变速箱9之间分别通过弹性联轴器 7连接，变速箱9和空气压缩机11之间通过可调式联轴器10连接，通过启动电动机6、经过扭力传器8与变速箱9，从而带动空气压缩机11运转。

变频电机控制器5与电动机6连接，变频电机控制器5通过PLC控制系统与所述监控装置2连接，采集器与服务器3与信号处理模块4连接，监控装置2与报警器1连接，监控装置2与采集器和服务器3连接，变速箱9上设置有温度传感器，温度传感器与信号处理模块4连接。机组机座21的外圈设置有防振圈24，防振圈24的形状为长方形结构，不但可以减少机组对相邻机组或设备的振动；而且能够吸收部分废弃的机油。温度传感器的个数为5个，分别设置在变速箱9 的上面、前面、后面、左面与右面。变速箱9上设置有横向加速度传感器、纵向加速度传感器和速度传感器，横向加速度传感器、纵向加速度传感器和速度传感器与信号处理模块4连接。垫座12上设置有振动传感器和压力传感器，振动传感器和压力传感器与信号处理模块4连接。

如图3所示，本发明的工作流程为：首先横向加速度传感器、纵向加速度传感器和速度传感器、振动传感器、压力传感器和温度传感器采集石化旋转机组的工作状态数据，将数据传输给信号处理模块，采集器与服务器接收信号处理模块不同传感器采集到的数据信号，从而通过后处理传送到监控装置。监控装置根据采集器和服务器传输的温度数据判断机组所处的状态，按照温度从低到高分为正常期、观察期、过渡期、报警期与危险期，并将采集的数据经处理后显示在监控装置的界面上，可通过监控界面实时了解机组各部件的运行状态。此外，监控装置拥有机组不同状态的大量数据库，对每种单一故障或复合故障的临界值划分为正常期、观察期、过渡期、报警期与危险期，系统界面上分别显示为绿色、蓝色、橙色、黄色与红色。当机组处于观察期时，一般为早期发生的故障，观测其发展趋势；当机组处于过渡期时，要时刻留意机组的运行状态，准确找出故障的具体位置；当机组处于报警期时，监控装置发出报警信号，提醒技术人员要及时对机组的故障进行校正与修复；当机组处于危险期时，变频电机控制器通过PLC系统获取监测装置的指令，马上停止电动机的启动，从而让机组停机，避免了安全事故的发生。

本发明还公开了一种石化旋转机组故障诊断装置的诊断方法，包括以下步骤：

步骤一，设置在变速箱9的上面、前面、后面、左面与右面上的5个温度传感器采集变速箱9的温度；

步骤二，温度传感器采集的温度数据经过信号处理模块4到达采集器和服务器3进行数据分析，采集器和服务器3将分析好的温度数据传输给监控装置2；

步骤三，监控装置2根据采集器和服务器3传输的温度数据判断机组所处的状态，按照温度从低到高分为正常期、观察期、过渡期、报警期与危险期；‘

步骤四，当机组所处报警期时，监控装置2通过报警器1控制报警器1发出报警信号，当机组处于危险期时，监控装置2通过变频电机控制器5停止电动机6 的启动。

其中步骤二包括以下几个小步骤，

a、五个温度传感器以采集频率f对变速箱9进行温度采集，采集周期间隔为t₀，那么在一个周期里温度传感器采集的次数为n，其中n＝t_o/f。

分别将五个温度传感器测量的n次温度归一化至[0,1]，具体方式为：

其中i代表第i个温度传感器，j代表温度传感器第j次测量，式中1≤i≤5，

1≤j≤n，T_ij代表第i个温度传感器第j次测量温度，m_ij代表第i个温度传感器第j次测量温度归一化后的数值。

本发明中采集周期间隔t₀选为3s，采集周期间隔为1s/次，一个周期里温度传感器采集的次数为n＝3。分别用c₁到c₅分别代表第1个到第5个温度传感器,5 c₁到c₅一个采集周期中采集到的温度记录分别为T₁到T₅，本发明选取一个具体的实施例，其中T₁＝{35,38,37}；T₂＝{55,52,54}；T₃＝{60,62,60}；T₄＝{45,44,47}； T₅＝{50,49,51}，根据公式(1)计算出来的m_ij如表1所示。

m11＝0.318	m12＝0.346	m13＝0.336
			m21＝0.342	m22＝0.323	m23＝0.335
m31＝0.330	m32＝0.340	m33＝0.330
			m41＝0.331	m42＝0.323	m43＝0.346
m51＝0.333	m52＝0.327	m53＝0.340
			m总1＝0.321	m总2＝0.326	m总3＝0.354

表1

b、运用D-S证据理论将上述归一化后的结果m_ij进行融合，计算出归一化常数，分别计算出第j次融合后的概率分布m_总j，具体方式为：用K₁₂、K₁₂₃、K₁₂₃₄、K₁₂₃₄₅分别表示为传感器c₁c₂、c₁c₂c₃、c₁c₂c₃c₄、c₁c₂c₃c₄c₅的归一化常数，用c₁c_2(j)代表c₁c₂第j次测量温度归一化后的数值，用c₁c₂c_3(j)代表c₁c₂c₃第j次测量温度归一化后的数值，用c₁c₂c₃c_4(j)代表c₁c₂c₃c₄第j次测量温度归一化后的数值，用c₁c₂c₃c₄c_5(j)代表c₁c₂c₃c₄c₅第j次测量温度归一化后的数值，

K₁₂＝m₁₁×m₂₁+m₁₂×m₂₂+m₁₃×m₂₃ (2)

K₁₂₃＝c₁c_2(j)×m₃₁+c₁c_2(j)×m₃₂+c₁c_2(j)×m₃₃ (4)

K₁₂₃₄＝c₁c₂c_3(j)×m₄₁+c₁c₂c_3(j)×m₄₂+c₁c₂c_3(j)×m₄₃ (6)

K₁₂₃₄₅＝c₁c₂c₃c_4(j)×m₅₁+c₁c₂c₃c_4(j)×m₅₂+c₁c₂c₃c_4(j)×m₅₃ (8)

其中，m_总j＝c₁c₂c₃c₄c_5(j)；

具体带入表1的数据，计算过程如下；

K₁₂＝0.318*0.342+0.346*0.323+0.336*0.335＝0.333074 (10)

K₁₂₃＝0.326*0.330+0.336*0.340+0.338*0.330＝0.33336 (14)

K₁₂₃₄＝0.323*0.331+0.343*0.323+0.334*0.346＝0.333266 (18)

K₁₂₃₄₅＝0.321*0.333+0.332*0.327+0.347*0.340＝0.333437 (22)

c、选定m_总j最大值对应的5个传感器第j次测量温度作为故障的决策判断，计算5个温度的传感器温度的平均值T_总；m_总1＝c₁c₂c₃c₄c₅₍₁₎＝0.321,m_总2＝ c₁c₂c₃c₄c₅₍₂₎＝0.326,m_总3＝c₁c₂c₃c₄c₅₍₂₎＝0.354，0.354>0.326>0.321，因此以m_总3对应的数据为温度融合参考依据，也就是以5个传感器测量的第3次数据为准。此时

当多温度传感器融合后的温度T_总<45°时，此时机组为正常运行状态，监控系统显示机组的状态处于正常期时，继续对机组进行监测；

当多温度传感器融合后的温度45°≤T_总<55°时，此时监控系统显示机组的状态处于观察期，则要求技术人员作出相应的预测与判断，否则继续对机组进行监测；

当多温度传感器融合后的温度55°≤T_总<60°时，此时监控系统显示机组的状态处于过渡期，技术人员要时刻留意机组的动态信息，除了预测与判断外，还需要确定故障的具体位置，随时做好机组停机的准备；

当多温度传感器融合后的温度60°≤T_总<65°时，此时监控系统显示机组的状态处于报警期，同时报警器会自动发出报警声音，此时说明机组已发生了某种故障，需要马上人工对其进行停机与修复；

当多温度传感器融合后的温度65°≤T_总时，表明监控系统显示机组的状态处于报警期，说明机组的故障问题已达到了危险阶段，随时会发生有关安全事故，此时机组会自动停机，避免了事故的发生。

本实施例中，由于45°≤T_总<55°，所以本实施例旋转机械对应的运行状态为观察期，将T_总显示在监控装置2的显示屏上。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种石化旋转机组故障诊断装置，其特征在于：包括机组机座(21)，所述机组机座(21)上设置有9个平行的T形槽(23)，所述T形槽(23)上设置有垫座(12)，9个所述垫座(12)上依次设置有报警器(1)、监控装置(2)、采集器与服务器(3)、信号处理模块(4)、变频电机控制器(5)、电动机(6)、扭力传器(8)、变速箱(9)和空气压缩机(11)，所述电动机(6)和扭力传器(8)之间以及所述扭力传器(8)和变速箱(9)之间分别通过弹性联轴器(7)连接，所述变速箱(9)和空气压缩机(11)之间通过可调式联轴器(10)连接，所述变频电机控制器(5)与所述电动机(6)连接，所述变频电机控制器(5)与所述监控装置(2)连接，所述采集器与服务器(3)与所述信号处理模块(4)连接，所述监控装置(2)与所述报警器(1)连接，所述监控装置(2)与采集器和服务器(3)连接，所述变速箱(9)上设置有温度传感器，所述温度传感器与所述信号处理模块(4)连接。

2.根据权利要求1所述的一种石化旋转机组故障诊断装置，其特征在于：所述变频电机控制器(5)通过PLC控制系统与所述监控装置(2)连接。

3.根据权利要求1所述的一种石化旋转机组故障诊断装置，其特征在于：所述机组机座(21)的外圈设置有防振圈(24)。

4.根据权利要求1所述的一种石化旋转机组故障诊断装置，其特征在于：所述温度传感器的个数为5个，分别设置在所述变速箱(9)的上面、前面、后面、左面与右面。

5.根据权利要求1所述的一种石化旋转机组故障诊断装置，其特征在于：所述变速箱(9)上设置有横向加速度传感器、纵向加速度传感器和速度传感器，所述横向加速度传感器、纵向加速度传感器和速度传感器与所述信号处理模块(4)连接。

6.根据权利要求1所述的一种石化旋转机组故障诊断装置，其特征在于：所述垫座(12)上设置有振动传感器和压力传感器，所述振动传感器和压力传感器与所述信号处理模块(4)连接。

7.一种石化旋转机组故障诊断装置的诊断方法，其特征在于：包括以下步骤：

S01，设置在变速箱(9)的上面、前面、后面、左面与右面上的5个温度传感器采集变速箱(9)的温度；

S02，温度传感器采集的温度数据经过信号处理模块(4)到达采集器和服务器(3)进行数据分析，采集器和服务器(3)将分析好的温度数据传输给监控装置(2)；

S03，监控装置(2)根据采集器和服务器(3)传输的温度数据判断机组所处的状态，按照温度从低到高分为正常期、观察期、过渡期、报警期与危险期；‘

S04，当机组所处报警期时，监控装置(2)通过报警器(1)控制报警器(1)发出报警信号，当机组处于危险期时，监控装置(2)通过变频电机控制器(5)停止电动机(6)的启动。

8.根据权利要求7所述的一种石化旋转机组故障诊断装置诊断方法，其特征在于：S02包括以下步骤：

a、五个温度传感器以采集频率f对变速箱(9)进行温度采集，采集周期间隔为t₀，那么在一个周期里温度传感器采集的次数为n，其中n＝t_o/f，分别将五个温度传感器测量的n次温度归一化至[0,1]，具体方式为：

其中i代表第i个温度传感器，j代表温度传感器第j次测量，式中1≤i≤5，1≤j≤n，T_ij代表第i个温度传感器第j次测量温度，m_ij代表第i个温度传感器第j次测量温度归一化后的数值；

b、运用D-S证据理论将上述归一化后的结果m_ij进行融合，计算出归一化常数，分别计算出第j次融合后的概率分布m_总j，具体方式为：

分别用c₁到c₅分别代表第1个到第5个温度传感器，用K₁₂、K₁₂₃、K₁₂₃₄、K₁₂₃₄₅分别表示为传感器c₁c₂、c₁c₂c₃、c₁c₂c₃c₄、c₁c₂c₃c₄c₅的归一化常数，用c₁c_2(j)代表c₁c₂第j次测量温度归一化后的数值，用c₁c₂c_3(j)代表c₁c₂c₃第j次测量温度归一化后的数值，用c₁c₂c₃c_4(j)代表c₁c₂c₃c₄第j次测量温度归一化后的数值，用c₁c₂c₃c₄c_5(j)代表c₁c₂c₃c₄c₅第j次测量温度归一化后的数值，

K₁₂＝m₁₁×m₂₁+m₁₂×m₂₂+m₁₃×m₂₃ (2)

K₁₂₃＝c₁c_2(j)×m₃₁+c₁c_2(j)×m₃₂+c₁c_2(j)×m₃₃ (4)

K₁₂₃₄＝c₁c₂c_3(j)×m₄₁+c₁c₂c_3(j)×m₄₂+c₁c₂c_3(j)×m₄₃ (6)

K₁₂₃₄₅＝c₁c₂c₃c_4(j)×m₅₁+c₁c₂c₃c_4(j)×m₅₂+c₁c₂c₃c_4(j)×m₅₃ (8)

其中，m_总j＝c₁c₂c₃c₄c_5(j)；

c、选定m_总j最大值对应的5个传感器第j次测量温度作为故障的决策判断，计算5个温度的传感器温度的平均值T_总；

d、将T_总与正常期、观察期、过渡期、报警期与危险期对应的温度区间作比较，判断系统处于哪个期，并将T_总显示在监控装置(2)的显示屏上。

9.根据权利要求8所述的一种石化旋转机组故障诊断装置诊断方法，其特征在于：正常期、观察期、过渡期、报警期与危险期对应的温度区间分别为小于45°、大于等于45°且小于55°、大于等于55°且小于60°、大于等于60°且小于65°和大于65°。

10.根据权利要求8所述的一种石化旋转机组故障诊断装置诊断方法，其特征在于：采集周期间隔t₀为3s，采集周期间隔为1s/次。