CN111044270A - 一种振动故障在线诊断系统及其诊断方法 - Google Patents

一种振动故障在线诊断系统及其诊断方法 Download PDF

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王永胜
丁杰
陈俊
徐绍龙
甘韦韦
李学明
郭维
彭宣霖
臧晓斌
侯招文
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Abstract

本发明提供了一种振动故障在线诊断系统，包括：信号采集装置，用于实时采集诊断对象的振动信号；数据传输装置，用于传输所述振动信号；控制器，用于接收所述数据传输装置传输的振动信号并对其进行分析和处理，根据处理的结果诊断诊断对象是否出现故障，并且在诊断对象出现故障时输出诊断结果；显示器，用于显示所述控制器输出的诊断结果。本发明利用车辆上现有的控制和数据平台实现本发明的技术方案，相比于现有技术中的系统，不需要安装额外的设备，大大减少了成本，同时提高了系统应用的可靠性。

Description

一种振动故障在线诊断系统及其诊断方法
技术领域
本发明属于轨道交通设备领域，尤其涉及一种振动故障在线诊断系统及其诊断方法。
背景技术
随着我国以高速铁路为代表的轨道交通的发展日趋完善，轨道交通车辆的行车安全及寿命预测已经成为轨道交通车辆运行过程中最重要的环节。对轨道交通车辆开展故障诊断和状态监测，提高设备的运维状况，保证设备可靠、安全的运行，避免因设备故障而导致的安全事故，是轨道交通装备技术的主要发展方向之一。时下智能运维已成为设备运行维护的主题，作为其关键技术的故障诊断技术，已然成为工业领域的一个技术热点。其中，基于振动的故障诊断技术具有早期发现、特征明显的优势，其在轨道交通领域有着广泛的应用前景和发展空间，能够对风机、电机、齿轮箱、轮对等旋转部件进行有效的故障诊断及预测。
目前，国内的相关高校、企业都在开展此类技术研究，已形成大量相关论文、专利成果，并有部分产品实现了装车应用，例如唐智科技基于共振解调技术开发的轨道交通车辆走行部的故障诊断产品，已经得到批量生产和实际应用。但现有已公开的技术研究和已应用的产品都是基于独立的振动数据采集、分析和处理平台来实现对车辆部件的故障诊断，从技术实现来说，一般需要传感器、数据处理器、主机、显示器等设备。因此，在轨道车辆上安装此类系统一方面需要成本投入，增加客户经济压力；另一方面，设备的增加会降低产品可靠性，提高技术应用风险。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的主要目的在于提供一种振动故障在线诊断系统及其诊断方法，以解决现有技术中该类产品成本较高和可靠性较低的技术问题。
本发明的技术方案是通过以下方式实现的：
一种振动故障在线诊断系统，包括：
信号采集装置，用于实时采集诊断对象的振动信号；
数据传输装置，用于传输所述信号采集装置采集的振动信号；
控制器，用于接收由所述数据传输装置传输的振动信号并对其进行分析和处理，根据处理的结果诊断诊断对象是否出现故障，并且在诊断对象出现故障时输出诊断结果；
显示器，用于显示所述控制器输出的诊断结果。
优选地，所述控制器包括：
存储器，用于存储诊断对象的故障特征信息；
信号处理器，用于对接收的振动信号进行分析和处理，从中提取特征数据并将所述特征数据与所述存储器中的故障特征信息进行对比，根据对比结果判断诊断对象是否出现故障，并且在诊断对象出现故障时输出诊断结果。
优选地，所述特征数据包括振动量级、特征频率和峰值中的至少一种参数。
优选地，所述故障、故障特征信息和诊断结果均包括故障发生的位置以及故障的严重程度。
优选地，所述控制器还包括：
A/D转换器，用于将接收的振动信号由模拟信号转换为数字信号，并将转换后的振动信号传输给所述信号处理器；
数据暂存器，用于存储所述诊断对象是否出现故障的诊断信息。
优选地，所述信号采集装置为振动传感器，所述振动传感器实时采集的诊断对象的振动信号为振动加速度信号，所述振动加速度信号为模拟信号。
一种基于振动故障在线诊断系统的诊断方法，包括以下步骤：
S100：利用信号采集装置实时采集诊断对象的振动信号；
S200：利用数据传输装置将信号采集装置采集的振动信号传输给控制器；
S300：控制器对接收的振动信号进行分析和处理，提取特征数据并将其与故障特征信息进行对比，从而诊断诊断对象是否出现故障，并且在诊断对象出现故障时输出诊断结果；
S400：将诊断结果通过显示器进行显示。
优选地，所述步骤S300中的分析和处理的方法包括时域统计指标提取方法、共振解调方法或包络分析方法。
优选地，所述特征数据包括振动量级、特征频率和峰值中的至少一种参数；
所述故障、故障特征信息和诊断结果均包括故障发生的位置以及故障的严重程度。
优选地，在步骤S400之后还包括：根据显示器显示的诊断结果对诊断对象进行检查，确认诊断对象是否存在与诊断结果相同的故障，并将确认信息反馈至存储器，从而对存储器进行完善。
与现有技术相比，本发明振动故障在线诊断系统及其诊断方法具有如下优点或有益效果：
1)本发明利用信号采集装置实时采集诊断对象的振动信号，然后通过数据传输装置将振动信号传输至控制器，控制器接收所述数据传输装置传输的振动信号并对其进行分析和处理，根据处理的结果诊断诊断对象是否出现故障，并且在诊断对象出现故障时输出诊断结果至显示器，将诊断结果进行显示。
2)本发明利用车辆上现有的控制和数据平台实现本发明的技术方案，相比于现有技术中的系统，不需要安装额外的设备，大大减少了成本，同时提高了系统应用的可靠性。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
图1为本发明实施例的系统结构示意图；
图2为本发明实施例中诊断方法流程示意图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
同时，在以下说明中，出于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本发明实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本发明可以不用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。
结合附图对进行进一步说明。
如图1所示，为本发明实施例的振动故障在线诊断系统的结构示意图，该系统主要包括：信号采集装置、数据传输装置、控制器和显示器。其中：
所述信号采集装置，用于实时采集诊断对象的振动信号。
进一步地，所述信号采集装置可以是振动传感器，振动传感器一般通过螺栓等固定在诊断对象上，安装位置尽量位于故障发生概率较高的位置，通过振动传感器实时采集诊断对象运行时的振动信号。振动传感器采集的诊断对象运行时的振动信号可以是振动加速度信号，所述振动加速度信号为模拟信号。其中，诊断对象可以是轨道交通车辆的走行部(轮对)、牵引系统中的旋转部件(例如电机、齿轮箱)或者车辆其他部分的旋转部件(例如风机)等。
所述数据传输装置的一端与信号采集装置连接，用于传输信号采集装置采集的诊断对象在运行时的振动加速度信号。该数据传输装置可以是数据线或者无线数据传输设备。
所述控制器与所述数据传输装置的另一端连接，所述数据传输装置将信号采集装置采集的诊断对象在运行时的振动加速度信号传输到所述控制器。所述控制器用于接收由所述数据传输装置传输的振动信号并对其进行分析和处理，根据处理的结果诊断诊断对象是否出现故障，并且在诊断对象出现故障时输出诊断结果。
进一步地，所述控制器包括A/D转换器、存储器、信号处理器和数据暂存器。所述A/D转换器、存储器、信号处理器和数据暂存器均为车辆控制箱内现有的设备，不需要额外安装，节省成本。其中：
所述A/D转换器的输入端与所述数据传输装置连接，用于将所述数据传输装置传输的诊断对象在运行时的振动加速度信号进行转换。由于信号采集装置采集的诊断对象在运行时的振动加速度信号为模拟信号，所以需要A/D转换器对其进行A/D转换，将其从模拟信号转换为数字信号，并通过输出端将转换后的数字信号传输至所述信号处理器。
所述存储器与所述信号处理器连接，该存储器存储有诊断对象的故障特征信息，故障特征信息包括诊断对象故障发生的位置以及故障的严重程度。存储器中存储的故障特征信息是可以根据最后的诊断结果以及对诊断对象出现的故障的检测和确认结果进行补充和完善的，以便保证存储器存储更多更准确的故障特征信息。
所述信号处理器用于对接收的A/D转换器传输的数字信号进行分析和处理，从中提取特征数据并将所述特征数据与所述存储器中的故障特征信息进行对比，根据对比结果诊断诊断对象是否出现故障，并且在诊断对象出现故障时输出诊断结果。
具体地，分析和处理的方法包括时域统计指标提取方法、共振解调方法或包络分析方法等。所述信号处理器通过上述分析和处理的方法从数字信号中提取诊断对象相关的特征数据，该特征数据包括振动量级、特征频率和峰值中至少一种参数，然后与所述存储器中保存的故障特征信息进行对比。如果两者相吻合，则可以诊断诊断对象存在故障，故障包括诊断对象故障发生的位置以及故障的严重程度。完成故障诊断后，将故障的诊断结果输出至显示器进行显示。
所述数据暂存器同样与所述信号处理器连接，用于存储所述诊断对象是否出现故障的诊断信息。当信号处理器诊断诊断对象存在有故障后，信号处理器在将诊断结果输出至显示器的同时，还将诊断信息的数据传输至所述数据暂存器进行保存，以便后续进行查阅。诊断信息包括故障发生的位置以及故障的严重程度，还包括故障的诊断时间等有关此次故障诊断的信息。
如果信号处理器诊断诊断对象不存在故障，也就是信号处理器从数字信号中提取的诊断对象相关的特征数据与所述存储器中保存的故障特征信息进行对比后两者不相吻合，在这样情况下，信号处理器不输出诊断结果至显示器，但是还会将诊断信息传输至所述数据暂存器进行保存。
数据暂存器属于车辆控制箱内部的自带设备，不需要在车辆上单独安装额外的存储设备。当有需要时，可以通过车辆控制箱的外部接口进行下载数据暂存器存储的诊断信息。数据暂存器的存储空间有限，当存储量达到存储容量后数据自动进行覆盖。
所述显示器与所述信号处理器连接，用于显示所述控制器输出的诊断结果。当信号处理器输出诊断结果时，显示器将会由正常显示转换为将诊断结果进行显示，并以不同颜色等标识进行警示。当信号处理器不输出诊断结果时，显示器将继续正常显示。该显示器为车辆本身配置的车载显示器，不用单独安装额外的显示器，节省成本。
本发明利用信号采集装置实时采集诊断对象的振动信号，然后通过数据传输装置将振动信号传输至控制器，控制器接收所述数据传输装置传输的振动信号并对其进行分析和处理，根据处理的结果诊断诊断对象是否出现故障，并且在诊断对象出现故障时输出诊断结果至显示器，将诊断结果进行显示。
本发明利用车辆上现有的控制和数据平台实现本发明的技术方案，相比于现有技术中的系统，不需要安装额外的设备，大大减少了成本，同时提高了系统应用的可靠性。
如图2所示，为本发明实施例中振动故障在线诊断系统的诊断方法流程示意图。该方法主要包括以下步骤：
S100：利用信号采集装置实时采集诊断对象的振动信号。信号采集装置可以是振动传感器，数据传输装置可以是数据线等。该振动信号是诊断对象在运行过程中的振动加速度信号，为模拟信号。
S200：利用数据传输装置传输将信号采集装置采集的振动信号传输至控制器。
S300：控制器对接收的振动信号进行分析和处理，提取特征数据并将其与故障特征信息进行对比，从而诊断诊断对象是否出现故障，并且在诊断对象出现故障时输出诊断结果。
进一步地，控制器中的A/D转换器将振动信号从模拟信号转换为数字信号，并将数字信号传输至控制器中的信号处理器。信号处理器对数字信号进行分析和处理，提取特征数据并将其与存储器中的故障特征信息进行对比，根据对比结果诊断诊断对象是否出现故障，并且在诊断对象出现故障时输出诊断结果。分析和处理的方法包括时域统计指标提取方法、共振解调方法或包络分析方法等。所述信号处理器通过上述分析和处理的方法从数字信号中提取诊断对象相关的特征数据，该特征数据包括振动量级、特征频率和峰值中的至少一种参数，然后与所述存储器中保存的故障特征信息进行对比，故障特征信息包括故障发生的位置以及故障的严重程度。如果两者相吻合，则可以诊断诊断对象存在故障，故障包括诊断对象故障发生的位置以及故障的严重程度。完成故障诊断后，将故障的诊断结果输出至显示器进行显示。
在步骤S300中诊断诊断对象是否存在故障之后，还包括将诊断对象是/否出现故障的诊断信息存储在控制器中的暂存器中。
当信号处理器诊断诊断对象存在有故障后，信号处理器在将诊断结果输出至显示器的同时，还将诊断信息的数据传输至所述数据暂存器进行保存，以便后续进行查阅。诊断信息包括故障发生的位置以及故障的严重程度，还包括故障的诊断时间等有关此次故障诊断的信息。
如果信号处理器诊断诊断对象不存在故障，也就是信号处理器从数字信号中提取的诊断对象相关的特征数据与所述存储器中保存的故障特征信息进行对比后两者不相吻合，在这样情况下，信号处理器不输出诊断结果至显示器，但是还会将诊断信息传输至所述数据暂存器进行保存。
S400：将诊断结果通过显示器进行显示。
当信号处理器输出诊断结果时，显示器将会由正常显示转换为故障诊断界面将诊断结果进行显示，并以不同颜色等标识进行警示。当信号处理器不输出诊断结果时，显示器将继续正常显示。
在步骤S400之后还包括：根据显示器显示的诊断结果对诊断对象进行人工检查，确认诊断对象是否存在与诊断结果相同的故障，不论人工检测结果是否与诊断结果相同，都将确认信息人工反馈至存储器对存储器进行完善，以便存储器中存储更多和更准确的故障特征信息。
应当说明的是，虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种振动故障在线诊断系统，其特征在于，包括：
信号采集装置，用于实时采集诊断对象的振动信号；
数据传输装置，用于传输所述信号采集装置采集的振动信号；
控制器，用于接收由所述数据传输装置传输的振动信号并对其进行分析和处理，根据处理的结果诊断诊断对象是否出现故障，并且在诊断对象出现故障时输出诊断结果；
显示器，用于显示所述控制器输出的诊断结果。
2.根据权利要求1所述的振动故障在线诊断系统，其特征在于，所述控制器包括：
存储器，用于存储诊断对象的故障特征信息；
信号处理器，用于对接收的振动信号进行分析和处理，从中提取特征数据并将所述特征数据与所述存储器中的故障特征信息进行对比，根据对比结果判断诊断对象是否出现故障，并且在诊断对象出现故障时输出诊断结果。
3.根据权利要求2所述的振动故障在线诊断系统，其特征在于，所述特征数据包括振动量级、特征频率和峰值中的至少一种参数。
4.根据权利要求2所述的振动故障在线诊断系统，其特征在于，所述故障、故障特征信息和诊断结果均包括故障发生的位置以及故障的严重程度。
5.根据权利要求2所述的振动故障在线诊断系统，其特征在于，所述控制器还包括：
A/D转换器，用于将接收的振动信号由模拟信号转换为数字信号，并将转换后的振动信号传输给所述信号处理器；
数据暂存器，用于存储所述诊断对象是/否出现故障的诊断信息。
6.根据权利要求1所述的振动故障在线诊断系统，其特征在于，所述信号采集装置为振动传感器，所述振动传感器实时采集的诊断对象的振动信号为振动加速度信号，所述振动加速度信号为模拟信号。
7.一种基于权利要求1～6任一项所述的振动故障在线诊断系统的诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：
S100：利用信号采集装置实时采集诊断对象的振动信号；
S200：利用数据传输装置将信号采集装置采集的振动信号传输给控制器；
S300：控制器对接收的振动信号进行分析和处理，提取特征数据并将其与故障特征信息进行对比，从而诊断诊断对象是否出现故障，并且在诊断对象出现故障时输出诊断结果；
S400：将诊断结果通过显示器进行显示。
8.根据权利要求7所述的诊断方法，其特征在于，所述步骤S300中的分析和处理的方法包括时域统计指标提取方法、共振解调方法或包络分析方法。
9.根据权利要求7所述的诊断方法，其特征在于：
所述特征数据包括振动量级、特征频率和峰值中的至少一种参数；
所述故障、故障特征信息和诊断结果均包括故障发生的位置以及故障的严重程度。
10.根据权利要求7所述的诊断方法，其特征在于，在步骤S400之后还包括：根据显示器显示的诊断结果对诊断对象进行检查，确认诊断对象是否存在与诊断结果相同的故障，并将确认信息反馈至存储器，从而对存储器进行完善。
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