CN109347952A - 旋转设备轴承振动异常智能提示系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了旋转设备轴承振动异常智能提示系统，该系统包括用于采集旋转设备轴承振动数据的数据获取子系统、用于存储旋转设备轴承振动数据的存储子系统和用于分析所述旋转设备轴承振动数据的服务器；所述数据获取子系统、服务器皆与所述存储子系统连接；所述旋转设备轴承振动数据包括待检测轴承在不同工作状态下垂直方向的振动加速度信号；所述系统还包括与服务器通信的用户终端，所述服务器在所述旋转设备轴承振动数据异常时向用户终端发送提示信息。

Description

旋转设备轴承振动异常智能提示系统
技术领域
本发明涉及轴承振动监测技术领域，具体涉及旋转设备轴承振动异常智能提示系统。
背景技术
轴承作为旋转设备的关键零部件，其工作状态的好坏将直接影响到整台旋转设备的工作状态。轴承故障是导致旋转设备发生故障的主要原因之一，严重时甚至可能导致重大财产损失。因此，有必要对轴承的振动情况进行监测。
发明内容
针对上述问题，本发明提供旋转设备轴承振动异常智能提示系统。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
提供了旋转设备轴承振动异常智能提示系统，该系统包括用于采集旋转设备轴承振动数据的数据获取子系统、用于存储旋转设备轴承振动数据的存储子系统和用于分析所述旋转设备轴承振动数据的服务器；所述数据获取子系统、服务器皆与所述存储子系统连接；所述数据获取子系统包括汇聚节点和多个用于采集所监测位置的旋转设备轴承振动数据的传感器节点，传感器节点将采集的旋转设备轴承振动数据发送至汇聚节点，以由汇聚节点将旋转设备轴承振动数据传输到存储子系统；
所述系统还包括与服务器通信的用户终端，所述服务器在所述旋转设备轴承振动数据异常时向用户终端发送提示信息。
其中，所述旋转设备轴承振动数据包括待检测轴承在不同工作状态下垂直方向的振动加速度信号。
优选地，所述传感器节点包括传感器和用于将传感器信号转换为对应的旋转设备轴承振动数据的信号适配器，所述信号适配器与传感器连接；还包括用于控制采集频率的控制器，所述控制器与传感器连接。
其中，服务器对存储子系统中的旋转设备轴承振动数据进行分析，包括：对所述旋转设备轴承振动数据进行预处理，所述预处理包括去除数据异常点和数据归一化处理。
进一步地，服务器对存储子系统中的旋转设备轴承振动数据进行分析，还包括：检测预处理后的旋转设备轴承振动数据是否超出对应的预设阈值范围，并输出检测结果。
本发明的有益效果为：本发明能够智能实时获取旋转设备轴承振动数据，并进行相应的数据分析，便于监测人员及时了解轴承振动信息，并进一步分析轴承状态，对可能发生故障的轴承及时进行检查，减少因轴承故障所造成的损失。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明一个示例性实施例的旋转设备轴承振动异常智能提示系统的结构示意框图；
图2是本发明一个示例性实施例的传感器节点的结构示意框图。
附图标记：
数据获取子系统1、存储子系统2、服务器3、用户终端4、传感器10、信号适配器20、控制器30。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
图1示出了本发明一个示例性实施例的旋转设备轴承振动异常智能提示系统的结构示意框图。
如图1所示，本发明实施例提供了旋转设备轴承振动异常智能提示系统，该系统包括用于采集旋转设备轴承振动数据的数据获取子系统1、用于存储旋转设备轴承振动数据的存储子系统2和用于分析所述旋转设备轴承振动数据的服务器3；所述数据获取子系统1、服务器3皆与所述存储子系统2连接。
所述系统还包括与服务器3通信的用户终端4，所述服务器3在所述旋转设备轴承振动数据异常时向用户终端4发送提示信息。所述旋转设备轴承振动数据异常，可以是旋转设备轴承振动数据超出对应预设阈值范围。所述提示信息包括异常的旋转设备轴承振动数据和对应的传感器节点标识信息。用户可以根据预先设置的传感器节点位置设置列表和该传感器节点标识信息获取到对应的旋转设备信息。
或者，所述提示信息包括异常的旋转设备轴承振动数据和对应的旋转设备信息。
其中，服务器3对存储子系统2中的旋转设备轴承振动数据进行分析，包括：对所述旋转设备轴承振动数据进行预处理，所述预处理包括去除数据异常点和数据归一化处理。
进一步地，服务器3对存储子系统2中的旋转设备轴承振动数据进行分析，还包括：检测预处理后的旋转设备轴承振动数据是否超出对应的预设阈值范围，并输出检测结果。
在一种能够实施的方式中，所述数据获取子系统1包括汇聚节点和多个用于采集所监测位置的旋转设备轴承振动数据的传感器节点，传感器节点将采集的旋转设备轴承振动数据发送至汇聚节点，以由汇聚节点将旋转设备轴承振动数据传输到存储子系统2。
其中，所述旋转设备轴承振动数据包括待检测轴承在不同工作状态下垂直方向的振动加速度信号。
其中，如图2所示，所述传感器节点包括传感器10和用于将传感器10的信号转换为对应的旋转设备轴承振动数据的信号适配器20，所述信号适配器20与传感器10连接；还包括用于控制采集频率的控制器30，所述控制器30与传感器10连接。
本发明上述实施例设置的旋转设备轴承振动异常智能提示系统，能够智能实时获取旋转设备轴承振动数据，并进行相应的数据分析，便于监测人员及时了解轴承振动信息，并进一步分析轴承状态，对可能发生故障的轴承及时进行检查，减少因轴承故障所造成的损失。
在一个实施例中，网络初始化时，传感器节点接收汇聚节点的广播信息，通过广播信息进行网络泛洪，传感器节点添加所有邻居节点到自身的邻居表，其中邻居节点为位于传感器节点通信范围内的其他传感器节点；在旋转设备轴承振动数据传输阶段，传感器节点与汇聚节点的距离为单跳距离时，直接将采集的旋转设备轴承振动数据发送至汇聚节点，传感器节点与汇聚节点的距离不为单跳距离时，传感器节点通过多跳的形式将采集的旋转设备轴承振动数据发送至汇聚节点。
在一种实施方式中，传感器节点通过信息交互获取邻居表中各邻居节点的相关信息，所述相关信息包括到汇聚节点的跳数、当前剩余能量、初始能量；
设传感器节点i到汇聚节点的跳数为xi，传感器节点i通过多跳的形式将采集的旋转设备轴承振动数据发送至汇聚节点时，传感器节点i计算其邻居表中各邻居节点的权值，并将权值大于0的邻居节点作为备选中继节点，构建备选中继节点列表并定期更新；
当备选中继节点的数目为0且传感器节点i具有与xi相同跳数的邻居节点时，传感器节点i在与xi相同跳数的邻居节点中选择当前剩余能量最高的邻居节点作为下一跳；
当备选中继节点的数目为0且传感器节点i没有与xi相同跳数的邻居节点时，传感器节点将采集的旋转设备轴承振动数据丢弃；
当备选中继节点的数目不为0时，传感器节点i随机选择一个备选中继节点作为下一跳；
其中，设定权值的计算公式为：
式中，xij为传感器节点i的第j个邻居节点到汇聚节点的跳数，Uij为所述第j个邻居节点的当前剩余能量，Uie0为传感器节点i的第e个邻居节点的当前剩余能量，ni为传感器节点i的邻居节点数量，Umin为预设的最小能量值；为取值函数，满足：当时， 当时，
其中，备选中继节点列表的定期更新，具体为：定期计算备选中继节点的权值，将计算出的权值小于0的备选中继节点信息从备选中继节点列表中删除。
本实施例提出了一种新的路由协议，传感器节点根据该路由协议将采集的旋转设备轴承振动数据发送至汇聚节点。该路由协议简单，拓展性强，其中，本实施例提出了权值的计算公式，并将权值大于0的邻居节点作为备选中继节点，使得传感器节点根据备选中继节点的数量来选择合适的下一跳中继节点，有利于使得网络中的所有传感器节点的能量能够按照近似相同的比例减小，进一步延长无线传感器网络的生命周期。
在一个实施例中，初始时，传感器节点设定对其下一跳的信任度为1，每经过一个时间段ΔT，传感器节点与其下一跳进行信息交互，获取该下一跳的能量信息以及能量信息的反馈时间，并根据获取的信息更新对其下一跳的信任度，当更新后信任度低于设定的信任度下限时，传感器节点重新选择下一跳；
其中设定信任度的更新公式为：
式中，Pia(y)表示传感器节点i在第y个时间段ΔT后更新的对其下一跳a的信任度，Pia(y-1)表示传感器节点i在第y-1个时间段ΔT后更新的对其下一跳a的信任度，ΔUmin为预设的单位时间段能耗下限，Umax为预设的能量最大值，Umin为预设的能量最小值，Tia为下一跳a向传感器节点i反馈能量信息的时间，Tmin为预设的反馈时间下限，v1为基于能量的信任度衰减因子，v2为基于反馈速率的信任度衰减因子，v1∈(0.1,0.2],v2∈(0.05,0.1]。
本实施例基于能量和反馈速率两方面因素，创新性地提出了信任度的更新公式，该更新公式能够较好地反映能量衰减以及反馈速率对信任度的影响。传感器节点基于时间的推移不断更新其对下一跳节点的信任度，具有一定的鲁棒性。根据该更新公式更新下一跳节点的信任度，将有利于促使传感器节点选择能耗速率较小且响应速度更高的邻居节点作为下一跳，进而避免承担中继任务的下一跳节点快速失效，且有效提高旋转设备轴承振动数据转发的速率，进一步提高旋转设备轴承振动数据传输至汇聚节点的可靠性。
在一个实施例中，传感器节点定期根据当前剩余能量计算其通信距离阈值，当计算的通信距离阈值小于其与上一跳传感器节点的距离时，传感器节点向上一跳传感器节点发送信息，以使上一跳传感器节点重新选择下一跳；
其中，设定通信距离阈值的计算公式为：
式中，Ri(t)为传感器节点i在第t个周期计算的通信距离阈值，为传感器节点i可调节的最大通信距离，为传感器节点i可调节的最小通信距离，Ui为传感器节点i的当前剩余能量，Ui0为传感器节点i的初始能量，d为预设的调节因子，d的取值范围为[0.85,0.95]。
本实施例中传感器节点定期根据当前剩余能量计算其通信距离阈值，当计算的通信距离阈值小于其与上一跳传感器节点的距离时，传感器节点向上一跳传感器节点发送信息，以使上一跳传感器节点重新选择下一跳，其中根据传感器节点的当前剩余能量设定了通信距离阈值的设定公式。本实施例通过让能量较低的传感器节点避免承担中继转发的任务，有利于降低传感器节点消耗能量的速率，避免传感器节点快速失效，有效延长了传感器节点的工作周期，保障旋转设备轴承振动数据收集的稳定性，从而为后续的大型拦水坝结构损伤的分析奠定良好的数据基础。
通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解应当理解，可以以硬件、软件、固件、中间件、代码或其任何恰当组合来实现这里描述的实施例。对于硬件实现，处理器可以在一个或多个下列单元中实现：专用集成电路、数字信号处理器、数字信号处理设备、可编程逻辑器件、现场可编程门阵列、处理器、控制器、微控制器、微处理器、设计用于实现这里所描述功能的其他电子单元或其组合。对于软件实现，实施例的部分或全部流程可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成。实现时，可以将上述程序存储在计算机可读介质中或作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质。计算机可读介质可以包括但不限于随机存取存储器、只读内存镜像、带电可擦可编程只读存储器或其他光盘存储、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (6)

1.旋转设备轴承振动异常智能提示系统，其特征是，包括：
用于采集旋转设备轴承振动数据的数据获取子系统；
用于存储旋转设备轴承振动数据的存储子系统；
以及用于分析所述旋转设备轴承振动数据的服务器；所述数据获取子系统、服务器皆与所述存储子系统连接；
所述数据获取子系统包括汇聚节点和多个用于采集所监测位置的旋转设备轴承振动数据的传感器节点，传感器节点将采集的旋转设备轴承振动数据发送至汇聚节点，以由汇聚节点将旋转设备轴承振动数据传输到存储子系统；所述旋转设备轴承振动数据包括待检测轴承在不同工作状态下垂直方向的振动加速度信号；
所述系统还包括与服务器通信的用户终端，所述服务器在所述旋转设备轴承振动数据异常时向用户终端发送提示信息。
2.根据权利要求1所述的旋转设备轴承振动异常智能提示系统，其特征是，所述传感器节点包括传感器，还包括用于将传感器信号转换为对应的旋转设备轴承振动数据的信号适配器，所述信号适配器与传感器连接。
3.根据权利要求2所述的旋转设备轴承振动异常智能提示系统，其特征是，所述传感器节点还包括用于控制采集频率的控制器，所述控制器与传感器连接。
4.根据权利要求1所述的旋转设备轴承振动异常智能提示系统，其特征是，服务器对存储子系统中的旋转设备轴承振动数据进行分析，包括：对所述旋转设备轴承振动数据进行预处理，所述预处理包括去除数据异常点和数据归一化处理。
5.根据权利要求4所述的旋转设备轴承振动异常智能提示系统，其特征是，服务器对存储子系统中的旋转设备轴承振动数据进行分析，还包括：检测预处理后的旋转设备轴承振动数据是否超出对应的预设阈值范围，并输出检测结果。
6.根据权利要求1所述的旋转设备轴承振动异常智能提示系统，其特征是，网络初始化时，传感器节点接收汇聚节点的广播信息，通过广播信息进行网络泛洪，传感器节点添加所有邻居节点到自身的邻居表，其中邻居节点为位于传感器节点通信范围内的其他传感器节点；在旋转设备轴承振动数据传输阶段，传感器节点与汇聚节点的距离为单跳距离时，直接将采集的旋转设备轴承振动数据发送至汇聚节点，传感器节点与汇聚节点的距离不为单跳距离时，传感器节点通过多跳的形式将采集的旋转设备轴承振动数据发送至汇聚节点。
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