CN111060302A - 多参数设备状态综合监测诊断装置和诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多参数设备状态综合监测诊断装置和多参数设备状态综合监测诊断方法，涉及旋转机械状态检测领域。该多参数设备状态综合监测诊断装置包括多参数设备状态诊断仪、外部供电装置和多种传感器；多参数设备状态诊断仪包括壳体和电路装置；多参数设备状态诊断仪的电路装置包括A/D转换模块、DSP数据分析模块、存储模块、显示模块和通讯模块；多种所述传感器均与所述A/D转换模块信号连接；所述A/D转换模块与DSP数据分析模块信号连接；所述DSP数据分析模块分别与所述存储模块、所述通讯模块、所述显示模块信号连接。所述多参数设备状态综合监测诊断方法包括使用该装置的诊断步骤。本发明提供一种可满足高自动化程度的旋转设备多参数综合状态诊断装置及方法。

Description

多参数设备状态综合监测诊断装置和诊断方法

技术领域

本发明涉及旋转机械状态检测技术领域，尤其是涉及一种多参数设备状态综合监测诊断装置和诊断方法。

背景技术

旋转机械是煤矿大型生产设备，其工作环境差、载荷重，运行时容易发生各种故障，甚至导致设备损坏及引发安全事故，影响煤矿安全生产。因此，对旋转设备的工作状态进行检测和故障诊断是非常重要的。目前，对于煤矿大型设备中的检测一般是通过人工的方式来进行，检测人员通过人工检测或通过一些辅助仪器上显示的参数或曲线，凭经验来判断设备的状态，这样对检测人员的素质要求高，检测过程不够智能化，检测效率低下。

基于此，本发明提供了一种多参数设备状态综合监测诊断装置和多参数设备状态综合监测诊断方法以解决上述的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单紧凑、成本低廉、操作方便快速、诊断精度高、可满足高自动化程度的旋转设备多参数综合状态诊断装置及方法。

基于上述目的，本发明提供了一种多参数设备状态综合监测诊断装置，包括多参数设备状态诊断仪、外部供电装置和多种传感器；

多参数设备状态诊断仪包括壳体和电路装置；多参数设备状态诊断仪的电路装置包括A/D转换模块、DSP数据分析模块、存储模块、显示模块和通讯模块；

多种所述传感器均与所述A/D转换模块信号连接；所述A/D转换模块与DSP数据分析模块信号连接；所述DSP数据分析模块分别与所述存储模块、所述通讯模块、所述显示模块信号连接。

另外，根据本发明的多参数设备状态综合监测诊断装置，还可具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，多种所述传感器包括振动传感器、温度传感器、压力传感器、流量传感器、液位传感器、电流传感器。

在本发明的一些实施例中，所述振动传感器为振动加速度传感器；所述温度传感器为PT100制式温度传感器。

在本发明的一些实施例中，所述振动传感器和所述温度传感器设置由粘贴结构，所述粘贴结构采用吸盘。

本发明的目的还在于提供一种多参数设备状态综合监测诊断方法，所述多参数设备状态综合监测诊断方法，主要包括以下步骤：

传感器获取信号：安装于设备上的振动传感器、温度传感器和其它传感器实时接收设备的设备振动、温度及其他状态信号，并将接收到的信号传送给多参数设备状态综合监测诊断装置的A/D转换模块；

A/D转换模块信号采集：多参数设备状态综合监测诊断装置的A/D转换模块采集振动传感器、温度传感器和其它传感器上传的信号进行模数转换模块后将信号上传给DSP数据分析模块；

DSP数据分析模块分析处理：DSP数据分析模块内置有包括设备的轴承内圈故障、外圈故障、滚动体故障、保持架故障等的故障集合，以及与设备的故障集合相对应的故障特征频率集合；

DSP数据分析模块内置有对设备的故障特征频率计算公式：

a、内圈转频：

式中：N为转速；

b、一个滚动体(或保持架)通过内环上一损伤点的频率：

式中，Z为滚动体个数，d为滚动体直径，D为轴承节径，α为压力角；

c、一个滚动体(或保持架)通过外环上一损伤点的频率：

d、滚动体上的一损点通过内环或外环的频率：

e、保持架的旋转频率(即滚动体的公转频率)：

上述计算式中所涉及的物理参数值根据设备的实测数据输入到DSP数据分析模块中；DSP数据分析模块依据上述公式进行计算，获得轴承内圈故障、外圈故障、滚动体故障、保持架故障的特征频率值T1、T2、T3、T4，即振动故障特征频率集合；

DSP数据分析模块对接收的设备的实时信号进行门限比对分析，门限值由外部输入给定，多个不同状态参数组成一组判定门限集合A1、A2、A3、A4……；DSP数据分析模块存储有一组故障特征知识专家库S和振动特征库T，专家库S包含有S1、S2、S3……Sn,振动特征库T包含有T1、T2、T3······Tn,首先由DSP数据分析模块根据门限集合对实时采集的信号进行对比分析，超过门限则给出故障值S，若信号为振动信号则进行信号二次判断，首先振动信号采用傅立叶变换算法进行频谱特征进行计算，获得时域波形下对应的频谱特征集Z(n)＝(m₁，m₂……m_n)，式中n＝0.5p，且p＝采样点数，m为对应序列下的频率幅值对应的分贝db值，Z(m)即为有效信号包含的设备振动频率值集合；以特征频率值T为基准值确定Z(t)对应的m值，若mt<1,判断相应的故障特征不存在；若mt>1，则判断存在相应故障特征，故障分析结果输出时特征频率值T替代S输出，即最终判断分析结果输出时默认输出S，若分析信号为振动类时用T替换S进行输出。

故障分析结果存储和显示：DSP数据分析模块将其传输给存储模块进行存储；传输给通讯模块进行对外传输，同时分析处理结果传输给显示模块进行实时显示。

本发明提供的所述多参数设备状态综合监测诊断装置，通过多种传感器，来检测设备的各种信息，将信息传给多参数设备状态诊断仪，通过诊断仪的诊断后，可以直接给出故障检测结果，方便快捷，通过仪器给出诊断结果，准确度高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。显而易见地，附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例提供的多参数设备状态综合监测诊断装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的多参数设备状态综合监测诊断方法的流程示意图。

图标：1-振动传感器；2-温度传感器；3-其它传感器；4-A/D转换模块；5-DSP数据分析模块；6-存储模块；7-通讯模块；8-显示模块；9-外部供电装置；10-多参数设备状态诊断仪。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。

尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。

多参数设备状态综合监测诊断装置实施例一

如图1所示，在本实施例中提供了一种多参数设备状态综合监测诊断装置，所述多参数设备状态综合监测诊断装置主要由传感器1、温度传感器2和多参数设备状态诊断仪10组成，用于对被检设备11进行故障检测。优选还设置有压力、流量、液位、电流等反应设备状态参数的其它传感器3，这些设备传感器安置在设备需检测的位置。

振动传感器1、温度传感器2本实施例中优选采用振动加速度传感器和PT100温度传感器。振动传感器1、温度传感器2使用时固定安装在被检设备11上。工作时，振动传感器1、温度传感器2用于接收被检设备11的振动信号和温度信号并将其上传给多参数设备状态诊断仪10。

多参数设备状态诊断仪10为一体件。多参数设备状态诊断仪10包括壳体和电路装置。多参数设备状态诊断仪10的电路装置主要由A/D转换模块4、DSP数据分析模块5、存储模块6、通讯模块7和显示模块8组成。

A/D转换模块4和DSP数据分析模块5分别设有信号输入端和信号输出端，DSP数据分析模块5设有分析结果信号输入端、存储通信端和显示信号输出端；通讯模块7设有通信端；显示模块8设有信号输入端；

A/D转换模块4的信号输入端与振动传感器1、温度传感器2、其它传感器3电连接；DSP数据分析模块5的信号输入端与A/D转换模块4的信号输出端信号电连接；存储模块6的通信端与DSP数据分析模块5的存储通信端双向信号电连接；通讯模块7与DSP数据分析模块5双向信号电连接；显示模块8的信号输入端与DSP数据分析模块5的显示信号输出端信号电连接；外部供电装置9用于提供工作电源。

A/D转换模块4用于对振动传感器1、温度传感器2、其它传感器3采集传输的信号进行数据采集转换和滤波降噪；DSP数据分析模块5对振动信号进行处理分析和特征提取：对振动信号进行频谱计算、故障频率计算、振动峰值计算并提取下述特征：频谱特征、故障频率特征、峰值特征并进行故障判断；最后将处理结果数据进行显示、存储和传输。

多参数设备状态综合监测诊断方法实施例

如图1和图2所示，该实施例提供了一种多参数设备状态综合监测诊断方法，所述多参数设备状态综合监测诊断方法，主要包括以步骤：

传感器获取信号：安装于设备11上的振动传感器1、温度传感器2、其它传感器3实时接收设备11的振动信号和温度信号，并将接收到的振动信号、温度信号和其他信号传送给多参数设备状态诊断仪10的A/D转换模块4；

A/D转换模块4信号采集：多参数设备状态诊断仪10的A/D转换模块4采集振动传感器1和温度传感器2上传的信号进行模数转换模块后将信号上传给DSP数据分析模块5；

DSP数据分析模块5分析处理：DSP数据分析模块5内置有设备故障集合库以及与设备故障集合相对应的振动故障特征频率集合，具体如表1所示：

以设备11的传动部件滚动轴承内圈故障、外圈故障、滚动体故障、保持架故障、润滑不良故障及缺油故障为例，具体的诊断过程如下：

首先多参数设备状态诊断仪10的DSP数据分析模块5根据外部输入的门限值进行比对分析，若温度传感器2测量结果值超过其门限值，则直接从故障库中查取对应故障描述。

当设备11的传动部件滚动轴承产生缺陷时，滚动体和滚道接触处碰到一个局部缺陷就会产生一个冲击脉冲。缺陷在滚动轴承不同位置时，接触点通过缺陷时产生的冲击脉冲频率不同，该频率称之为特征频率。振动传感器1将检测到的含有该特征频率的复杂振动信号上传给故障诊断仪10内的A/D转换模块4，A/D转换模块4进行信号的物理滤波去除干扰信号并进行模数转换后，将有效的数字信号传送给DSP数据分析模块5对信号进行计算分析，DSP数据分析模块5内置的故障特征频率计算的公式如下：

a、内圈转频：

式中：N为转速；

b、一个滚动体(或保持架)通过内环上一损伤点的频率：

式中，Z为滚动体个数，d为滚动体直径，D为轴承节径，α为压力角；

c、一个滚动体(或保持架)通过外环上一损伤点的频率：

d、滚动体上的一损点通过内环或外环的频率：

e、保持架的旋转频率(即滚动体的公转频率)：

上述计算式中所涉及的物理参数值根据设备11的实测数据输入到DSP数据分析模块5中。DSP数据分析模块5依据上述公式进行计算，获得基于振动特征频率值T1、T2、T3、T4、T5，即振动故障特征频率集合。

DSP数据分析模块5对振动传感器1获取的振动信号采用傅立叶变换算法进行频谱特征计算处理，获得时域波形下对应的频谱特征集Z(n)＝(m₀，m₁，m₂……m_n)，式中n＝0.5p，且p＝采样点数，m为对应序列下的频率幅值，Z(m)即为有效信号包含的设备振动频率值集合。以特征频率值T为基准值确定Z(t)对应的m值，若mt<1,则认为T1故障特征不存在；若mt>1，则认为T1故障特征存在，对应故障类型样本库中A1内圈故障为设备存在的故障,分析结果输出时，直接给出T1特征。同样，以T2,T3,T4,T5为基准值，比对Z(n)特征集合中的mn值，即可判定样本库中故障类型T2、T3、T4、T5是否存在，从而完成设备的故障诊断；

故障分析结果存储和显示：DSP数据分析模块5将其传输给存储模块6进行存储；传输给通讯模块7进行对外传输，同时分析处理结果传输给显示模块8进行实时显示。

以上实施例是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变换和变化而得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应该归入本发明的专利保护范围。

最后应说明的是：对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种多参数设备状态综合监测诊断装置，其特征在于，包括多参数设备状态诊断仪、外部供电装置和多种传感器；

多参数设备状态诊断仪包括壳体和电路装置；多参数设备状态诊断仪的电路装置包括A/D转换模块、DSP数据分析模块、存储模块、显示模块和通讯模块；

多种所述传感器均与所述A/D转换模块信号连接；所述A/D转换模块与DSP数据分析模块信号连接；所述DSP数据分析模块分别与所述存储模块、所述通讯模块、所述显示模块信号连接。

2.根据权利要求1所述的多参数设备状态综合监测诊断装置，其特征在于，多种所述传感器包括振动传感器、温度传感器、压力传感器、流量传感器、液位传感器、电流传感器。

3.根据权利要求2所述的多参数设备状态综合监测诊断装置，其特征在于，所述振动传感器为振动加速度传感器；所述温度传感器为PT100制式温度传感器。

4.根据权利要求2所述的多参数设备状态综合监测诊断装置，其特征在于，所述振动传感器和所述温度传感器设置由粘贴结构，所述粘贴结构采用吸盘。

5.一种使用如权利要求1-4任一项所述的多参数设备状态综合监测诊断装置进行的诊断方法，其特征在于，包括如下步骤；

S₁，传感器获取信号：安装于设备上的多种传感器实时接收设备多种状态信号，并将接收到的信号传送给多参数设备状态诊断仪的A/D转换模块；

S₂，A/D转换模块信号采集：所述A/D转换模块采集多种所述传感器上传的信号进行模数转换后将信号上传给DSP数据分析模块；

S₃，DSP数据分析模块对接收的设备的实时信号进行分析；

S₄，DSP数据分析模块将分析结果传输给存储模块进行存储，同时传输给显示模块进行实时显示，还传输给通讯模块进行对外传输。

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