CN116104773B - 一种水泵故障综合检测设备及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水泵检测系统领域，具体涉及一种水泵故障综合检测设备及检测方法，通过获取正常水泵和故障水泵的信号样本，基于信号样本生成每类信号的判断特征值和拟合数据库；实时获取水泵数据信号和驱动电机信号；对水泵数据信号进行过滤，得到水泵信号；基于驱动电机信号、水泵信号和判断特征值、拟合数据库进行匹配，得到判断结果，从而可以结合工作过程中的多种参数对水电机组的工作状况进行判断，辅助人力进行监测和决策，从而可以提高反应效率，及时关停故障的水泵机组。
Description
技术领域
本发明涉及水泵检测系统领域，尤其涉及一种水泵故障综合检测设备及检测方法。
背景技术
水泵机组的典型特点为：工作为机械回转运动，在出现机械故障时有明显的振动和噪声；水泵都要求长时间不间断的无人职守运行，随机出现的故障不能被及时发现和处置；水泵故障如果不能及时处理，会影响到社会民生。供水现场的水泵的机械故障一般出现在轴承、叶轮、机械密封、连轴器上，还有一些电气故障也可以造成声音和振动现象如：缺相、过流等。为了避免此类问题出现，一般都是采用的定期人工巡检的方式，费时费力还存在管理漏洞。
水泵作为回转类设备，机械故障是其常见故障，其振动和噪声数据都具有比较明显的特征，如果结合其运行参数，比如水泵工作温度，水泵运行频率，工作电流，出水压力，出水流量，可以进一步准确诊断故障。本发明基于多中那个参数综合对水泵的功率进行判断，以提高判断的准确性和效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水泵故障综合检测设备及检测方法，旨在结合多种参数对水泵的故障进行判断，提高工作效率，节省工作成本。
为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种水泵故障综合检测方法，包括：获取正常水泵和故障水泵的信号样本，基于信号样本生成每类信号的判断特征值和拟合数据库；
实时获取水泵数据信号和驱动电机信号；
对水泵数据信号进行过滤，得到水泵信号；
基于驱动电机信号、水泵信号和判断特征值、拟合数据库进行匹配，得到判断结果。
其中，所述基于驱动电机信号、水泵信号和判断特征值、拟合数据库进行匹配，得到判断结果之后，所述方法还包括：对判断结果进行可视化显示。
其中，所述对判断结果进行可视化显示之后，所述方法还包括：基于判断结果输出分级预警信号，并基于分级预警信号关停相应水泵或通知相关人员进行处理。
其中，所述获取正常水泵和故障水泵的信号样本，基于信号样本生成每类信号的判断特征值和拟合数据库的具体方式为：
采用有故障的水泵进进行数据监测，并生成相应的故障数据库；
采用正常的水泵进行数据监测，并生成相应的常规数据库；
基于故障数据库和常规数据库生成每类数据类别的拟合数据库。
其中，所述水泵数据信号包括噪声信号、振动信号、流量信号和出水压力信号，所述驱动电机信号包括电流信号和电机温度信号。
其中，所述采用有故障的水泵进进行数据监测，并生成相应的故障数据库的具体方式为：
以预设方式控制所述水泵进行循环；
采用数据收集模块收集水泵运行数据；
将水泵运行数据上传，得到故障数据库。
其中，所述基于故障数据库和常规数据库生成每类数据类别的拟合数据库的具体方式为：
基于常规数据库采用最小二乘法的方式生成第一拟合曲线；
基于第一拟合曲线生成第一特征值；
基于故障数据库采用最小二乘法的方式生成第二拟合曲线；
基于第二拟合曲线生成第二特征值。
第二方面，本发明还提供一种水泵故障综合检测设备，包括：数据库模块，水泵数据采集模块、驱动电机数据采集模块、信号处理模块和判断模块，所述水泵数据采集模块和所述驱动电机数据采集模块与所述信号处理模块，所述判断模块与所述信号处理模块和所述数据库模块连接；
所述数据库模块，用于获取正常水泵和故障水泵的信号样本，基于信号样本生成每类信号的判断特征值和拟合数据库；
所述水泵数据采集模块，用于实时获取水泵数据信号
所述驱动电机数据采集模块，用于实时获取驱动电机信号；
所述信号处理模块，用于对水泵数据信号进行过滤，得到水泵信号；
所述判断模块，用于基于驱动电机信号、水泵信号和判断特征值、拟合数据库进行匹配，得到判断结果。
其中，所述的水泵故障综合检测设备还包括显示模块，所述显示模块用于对判断结果进行可视化显示。
本发明的一种水泵故障综合检测设备及检测方法，通过获取正常水泵和故障水泵的信号样本，基于信号样本生成每类信号的判断特征值和拟合数据库；实时获取水泵数据信号和驱动电机信号；对水泵数据信号进行过滤，得到水泵信号；基于驱动电机信号、水泵信号和判断特征值、拟合数据库进行匹配，得到判断结果，从而可以结合工作过程中的多种参数对水电机组的工作状况进行判断，辅助人力进行监测和决策，从而可以提高反应效率，及时关停故障的水泵机组。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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是本发明的第一实施例的一种水泵故障综合检测方法的流程图。
图2是本发明的第一实施例的获取正常水泵和故障水泵的信号样本，基于信号样本生成每类信号的判断特征值和拟合数据库的流程图。
图3是本发明的第一实施例的采用有故障的水泵进进行数据监测，并生成相应的故障数据库的流程图。
图4是本发明的第一实施例的基于故障数据库和常规数据库生成每类数据类别的拟合数据库的流程图。
图5是本发明的第一实施例的基于驱动电机信号、水泵信号和判断特征值、拟合数据库进行匹配，得到判断结果的流程图。
图6是本发明的第一实施例的对判断结果进行可视化显示的流程图。
图7是本发明的第二实施例的一种水泵故障综合检测设备的结构图。
201-数据库模块、202-水泵数据采集模块、203-驱动电机数据采集模块、204-信号处理模块、205-判断模块、206-显示模块。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
请参阅图1～图6，本发明提供一种水泵故障综合检测方法：
包括：
S101获取正常水泵和故障水泵的信号样本，基于信号样本生成每类信号的判断特征值和拟合数据库；
具体方式为：
S201采用有故障的水泵进进行数据监测，并生成相应的故障数据库；
预先收集有各类故障的同型号水泵机组，然后通过这些水泵机组对故障数据进行研究，具体方式为：
S301以预设方式控制所述水泵进行循环；
以预设的统一控制方式控制水泵进行工作循环。
S302采用数据收集模块收集水泵运行数据；
其中，采用数据收集模块收集水泵运行过程中产生的数据，从而生成水泵运行数据。
S303将水泵运行数据上传，得到故障数据库。
然后将采集到的水泵运行数据上传到数据库中，从而得到故障数据库。
S202采用正常的水泵进行数据监测，并生成相应的常规数据库；
采用检测正常的水泵，并采用相同的检测模块和控制方式获取水泵运行数据，从而可以生成常规数据库。
S203基于故障数据库和常规数据库生成每类数据类别的拟合数据库。
所述水泵数据信号包括噪声信号、振动信号、流量信号和出水压力信号，所述驱动电机信号包括电流信号和电机温度信号。对收集到的信号进行分类整理，形成每类数据的数据集合，并基于这些数据集合判断现有水泵机组的工作是否正常。
具体方式为：
S401基于常规数据库采用最小二乘法的方式生成第一拟合曲线；
最小二乘法(又称最小平方法)是一种数学优化技术。它通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数匹配。利用最小二乘法可以简便地求得未知的数据，并使得这些求得的数据与实际数据之间误差的平方和为最小，通过采用最小二乘法，可以对当前型号的水泵数据进行拟合，从而可以得到正常水泵的拟合运行曲线。
S402基于第一拟合曲线生成第一特征值；
在第一拟合曲线上按照一定方式抽取其在一个周期内的数值可以作为第一特征值。
S403基于故障数据库采用最小二乘法的方式生成第二拟合曲线；
S404基于第二拟合曲线生成第二特征值。
在第二拟合曲线上按照一定方式抽取其在一个周期内的数值可以作为第二特征值。其中第二特征值区别于第一特征值，从而可以首先通过对第一特征值和第二特征值的判断，以预先判断机组是否故障，然后再和对应的拟合取曲线进行比较，以进一步确认故障类型。
S102实时获取水泵数据信号和驱动电机信号。
具体方式为将水泵数据采集模块、驱动电机数据采集模块安装到水泵机组上，分别间隔预设时间获取水泵数据信号和驱动电机信号。
S103对水泵数据信号进行过滤，得到水泵信号；
具体方式为采集到的水泵数据信号为周期信号，而夹杂其间的人声，外来噪声等可以通过FFT进行滤除。在有多台水泵机组同时工作的情况下，还可以通过对时域图进行傅利叶分量过滤出单台水泵的声音进行分析，从而可以提高数据的准确度。
但持续而无周期性的信号，其幅值也会用作故障判断的特征值进行参考对照。
S104基于驱动电机信号、水泵信号和判断特征值、拟合数据库进行匹配，得到判断结果。
具体方式为：
S501获取驱动电机信号、水泵信号的实时特征值；
其中实时特征值可以是判断信号的周期长度，峰值、谷值、变化率等，可以根据情况进行组合选用。
S502将实时特征值与第一特征值和第二特征值进行匹配，得到特征判断结果；
以实时特征值进行匹配，具体可以是看是否在对应区间内，从而得到特征判断结果。
S503基于特征判断结果和拟合曲线进行匹配；
S504基于匹配结果生成判断结果。
搜索匹配结果对应的判断结果，从而可以进行判断。
S105对判断结果进行可视化显示。
具体方式为：
S601对水泵机组进行编组建模，得到建模数据；
对区域内的所有水泵机组进行编组，然后根据其可能故障的模块进行建模，从而可以得到建模数据，所述建模数据包括编组号和各个模块的状态图。
S602将建模数据显示到显示屏上；
将建模数据进行渲染后显示到对应的显示屏上。
S603基于判断结果对对应部位进行着色显示；
S106基于判断结果输出分级预警信号，并基于分级预警信号关停相应水泵或通知相关人员进行处理。
本发明的一种水泵故障综合检测方法，通过获取正常水泵和故障水泵的信号样本，基于信号样本生成每类信号的判断特征值和拟合数据库；实时获取水泵数据信号和驱动电机信号；对水泵数据信号进行过滤，得到水泵信号；基于驱动电机信号、水泵信号和判断特征值、拟合数据库进行匹配，得到判断结果，从而可以结合工作过程中的多种参数对水电机组的工作状况进行判断，辅助人力进行监测和决策，从而可以提高反应效率，及时关停故障的水泵机组。
第二实施例
请参阅图7，本发明还提供一种水泵故障综合检测设备，包括：数据库模块201，水泵数据采集模块202、驱动电机数据采集模块203、信号处理模块204和判断模块205，所述水泵数据采集模块202和所述驱动电机数据采集模块203与所述信号处理模块204，所述判断模块205与所述信号处理模块204和所述数据库模块201连接；
所述数据库模块201，用于获取正常水泵和故障水泵的信号样本，基于信号样本生成每类信号的判断特征值和拟合数据库；
所述水泵数据采集模块202，用于实时获取水泵数据信号
所述驱动电机数据采集模块203，用于实时获取驱动电机信号；
所述信号处理模块204，用于对水泵数据信号进行过滤，得到水泵信号；
所述判断模块205，用于基于驱动电机信号、水泵信号和判断特征值、拟合数据库进行匹配，得到判断结果。
所述水泵故障综合检测设备还包括显示模块206，所述显示模块206用于对判断结果进行可视化显示。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。
Claims (7)
1.一种水泵故障综合检测设备的检测方法，其特征在于，
包括：获取正常水泵和故障水泵的信号样本，基于信号样本生成每类信号的判断特征值和拟合数据库，具体为采用有故障的水泵进进行数据监测，并生成相应的故障数据库；采用正常的水泵进行数据监测，并生成相应的常规数据库；基于故障数据库和常规数据库生成每类数据类别的拟合数据库，包括基于常规数据库采用最小二乘法的方式生成第一拟合曲线；基于第一拟合曲线生成第一特征值；基于故障数据库采用最小二乘法的方式生成第二拟合曲线；基于第二拟合曲线生成第二特征值，其中第一特征值和第二特征值为判断特征值，第一拟合曲线和第二拟合曲线为拟合数据库；
实时获取水泵数据信号和驱动电机信号；
对水泵数据信号进行过滤，得到水泵信号；
基于驱动电机信号、水泵信号和判断特征值进行匹配，根据匹配情况再与拟合数据库进行匹配，得到判断结果，具体包括获取驱动电机信号、水泵信号的实时特征值，所述实时特征值包括信号的周期长度、峰值、谷值和变化率；将实时特征值与第一特征值和第二特征值进行匹配，得到特征判断结果；基于特征判断结果和拟合数据库进行匹配；基于匹配结果生成判断结果。
2.如权利要求1所述的一种水泵故障综合检测设备的检测方法，其特征在于，
所述检测方法还包括：对判断结果进行可视化显示。
3.如权利要求2所述的一种水泵故障综合检测设备的检测方法，其特征在于，
所述对判断结果进行可视化显示之后，所述方法还包括：基于判断结果输出分级预警信号，并基于分级预警信号关停相应水泵或通知相关人员进行处理。
4.如权利要求3所述的一种水泵故障综合检测设备的检测方法，其特征在于，
所述水泵数据信号包括噪声信号、振动信号、流量信号和出水压力信号，所述驱动电机信号包括电流信号和电机温度信号。
5.如权利要求4所述的一种水泵故障综合检测设备的检测方法，其特征在于，
所述采用有故障的水泵进行数据监测，并生成相应的故障数据库的具体方式为：
以预设方式控制所述水泵进行循环；
采用数据收集模块收集水泵运行数据；
将水泵运行数据上传，得到故障数据库。
6.一种水泵故障综合检测设备，应用于权利要求1～5任意一项所述的水泵故障综合检测设备的检测方法，其特征在于，
包括：数据库模块，水泵数据采集模块、驱动电机数据采集模块、信号处理模块和判断模块，所述水泵数据采集模块和所述驱动电机数据采集模块与所述信号处理模块，所述判断模块与所述信号处理模块连接，所述数据库模块与所述信号处理模块连接；
所述数据库模块，用于获取正常水泵和故障水泵的信号样本，基于信号样本生成每类信号的判断特征值和拟合数据库，具体为采用有故障的水泵进进行数据监测，并生成相应的故障数据库；采用正常的水泵进行数据监测，并生成相应的常规数据库；基于故障数据库和常规数据库生成每类数据类别的拟合数据库，包括基于常规数据库采用最小二乘法的方式生成第一拟合曲线；基于第一拟合曲线生成第一特征值；基于故障数据库采用最小二乘法的方式生成第二拟合曲线；基于第二拟合曲线生成第二特征值，其中第一特征值和第二特征值为判断特征值，第一拟合曲线和第二拟合曲线为拟合数据库；
所述水泵数据采集模块，用于实时获取水泵数据信号
所述驱动电机数据采集模块，用于实时获取驱动电机信号；
所述信号处理模块，用于对水泵数据信号进行过滤，得到水泵信号；
所述判断模块，用于基于驱动电机信号、水泵信号和判断特征值进行匹配，之后根据结果再与拟合数据库进行匹配，得到判断结果，具体包括获取驱动电机信号、水泵信号的实时特征值，所述实时特征值包括信号的周期长度、峰值、谷值和变化率；将实时特征值与第一特征值和第二特征值进行匹配，得到特征判断结果；基于特征判断结果和拟合曲线进行匹配；基于匹配结果生成判断结果。
7.如权利要求6所述的水泵故障综合检测设备，其特征在于，
还包括显示模块，所述显示模块用于对判断结果进行可视化显示。
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