CN116399565A - 一种设备启停机监测方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种设备启停机监测方法及系统，包括：获取设备历史停机时的振动烈度，为停机值；根据所述停机值预测下一个停机值，为预测值；实时采集设备的振动烈度，为采集值；将所述采集值与所述停机值进行比较，并根据比较结果判断出设备当前时刻的启机状态。本发明的设备启停机监测方法，通过获取设备历史停机时的振动烈度，即能够判断设备的启停机状态，无需通过设置采集设备的转速、电流、电压等信号，采集元器件更加简单，且转速、电压、电流传感器价格昂贵，本方案采集成本低。通过根据历史停机值预测下一个停机值，将随着设备的运行可能引起的振动烈度的变化考虑进来进行预测，利用预测值进行启停机判断，具有状态判断准确的优势。

Description

一种设备启停机监测方法和系统

技术领域

本发明属于设备状态监测技术领域，具体地说，涉及一种设备启停机监测方法和系统。

背景技术

旋转类设备的启停机状态监测是设备全生命周期管理中的重要环节，设备启停行为能够为设备的运行时长、设备寿命、无故障间隔时间等关键指标的计算提供数据支撑，从而加强企业对设备的精细化管理，减少设备非计划停机带来的风险损失。

现有的旋转类设备启停机监测方案主要通过监测设备的转速、电流、电压等信号来完成，但多数情况下，旋转类设备都是哑设备，即没有安装相关的传感器收集相关信号，且转速、电压、电流传感器价格昂贵，很少有设备会安装该传感器。

发明内容

本发明针对现有技术中对设备启停机状态难以监测，以及监测成本高的技术问题，提出了一种设备启停机监测方法，可以解决上述问题。

为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：

一种设备启停机监测方法，包括：

获取设备历史停机时的振动烈度，为停机值；

根据所述停机值预测下一个停机值，为预测值；

实时采集设备的振动烈度，为采集值；

将所述采集值与所述停机值进行比较，并根据比较结果判断出设备当前时刻的启机状态。

在一些实施例中，获取设备历史停机时的振动烈度步骤之前，还包括：

获取设备类型；

从历史数据库获取对应设备类型的振动烈度,检查是否存在停机值；

当已存在停机值时，直接使用该停机值；

当不存在停机值时，根据所述设备类型获取初始值作为停机值。

在一些实施例中，采用指数平滑法预测下一个停机值：

S_t＝a·y_t+(1-a)S_t-1；

其中，a为常系数，y_t为设备历史停机时的振动烈度数据集合，S_t-1为设备最近一次停机时的振动烈度，S_t为预测值。

在一些实施例中，获取设备历史停机时的振动烈度数据集合的方法包括：

获取设备的历史振动烈度；

将所述历史振动烈度进行处理,至少把工况为停机时的振动烈度提取出来，得到设备历史停机时的振动烈度数据集合。

在一些实施例中，将所述历史振动烈度进行处理步骤之前还包括获取误差系数，将所述历史振动烈度进行处理步骤中，采用差异归类算法利用所述误差系数将不同工况的振动烈度进行分类，并且从所述分类中提取出类型为停机时的振动烈度，即为设备历史停机时的振动烈度数据集合。

在一些实施例中，所述误差系数的获取方法为：

根据设备类型查找国际标准ISO10816表，获取该国际标准中所述设备类型所对应的级别为A的振动烈度最大值，所述振动烈度最大值即为误差系数。

在一些实施例中，所述振动烈度包括振动加速度或者振动速度。

在一些实施例中，设备当前时刻的启机状态的判断方法为：

当采集值不大于所述预测值时，判断为设备处于停机状态；

当采集值大于所述预测值时，判断为设备处于启机状态。

在一些实施例中，当采集值大于所述预测值时，还包括通过分析振动烈度频域波形进行校验所述预测值的准确性，如果频域波形中的倍频位置出现尖峰则判断为启机状态,保留所述预测值，否则判断为停机状态,否则重新计算预测值。

本发明同时提出了一种设备启停机监测系统，包括：

振动传感器，其设置在设备上，用于检测设备的振动烈度；

智能网关设备，其通过无线网络与所述振动传感器连接，用于接收所述振动烈度数据并发送至服务器；

服务器，其配置为按照权利要求1-9任一项所述的设备启停机监测方法监测设备的启停机状态。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：

本发明的设备启停机监测方法，通过获取设备历史停机时的振动烈度，即能够判断设备的启停机状态，无需通过设置采集设备的转速、电流、电压等信号，采集元器件更加简单，且转速、电压、电流传感器价格昂贵，本方案采集成本低。通过根据历史停机值预测下一个停机值，将随着设备的运行可能引起的振动烈度的变化考虑进来进行预测，利用预测值进行启停机判断，具有状态判断准确的优势。

结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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是本发明提出的设备启停机监测方法的一种实施例的流程图；

图2是本发明提出的设备启停机监测方法的一种实施例中设备的振动烈度数据分类示意图；

图3是本发明提出的设备启停机监测方法的一种实施例中差异归类算法流程图；

图4是本发明提出的设备启停机监测方法的一种实施例中设备的历史振动烈度数据示意图；

图5是本发明提出的设备启停机监测方法的一种实施例中国际标准ISO10816表示意图；

图6是本发明提出的设备启停机监测系统的一种实施例的系统原理图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖”、“横”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

旋转类设备的轴承使用寿命和振动故障分析受设备运行时长的影响，国际标准IOS10816定义了设备在不同运行状态下设备健康的振动速率准则，而设备的寿命，无故障运行时间等关键指标的计算都需要有设备运行状态数据的支撑，即设备的启停机时间间隔，频率次数等数据。现有的设备管理，对于设备启停机的准确监测缺乏低成本有效的手段，通常需要操作工人进行人工记录，这种方式缺乏准确性，且耗时耗力；或者要求设备出厂时预装转速、电流、电压等数字化接口，导致设备采购成本增加，而且部分已有设备加装难度高，不便于实施。基于此，本发明采用在设备上加装振动传感器的方式，通过采集设备的振动信息，经过算法分析精确监测设备启停机时刻，有效的解决了设备管理中的监测难题，加强了设备的精细管理，提升了设备管理水平，从而帮助企业减少设备故障发生率，降低企业设备运维成本，提升设备管理效率。

本申请的监测方法尤其针对企业已有的不具有任何监测功能的旋转类哑设备，通过后期加装振动传感器获取设备的振动烈度信息，实现对设备启动和停止的监测。设备启动和停止的监测的数据可用于计算设备运行时长，从而估算设备寿命，进行设备全生命周期管理；基于设备启停机频率和间隔时长，提供设备运行工艺优化，为设备运行能耗的节能减排提供优化建议等。

物体在自然界中没有绝对的静止，即便是不动作，仍然会为微弱的振动，只是人的感官无法直接觉察。因此，设备在启机时会由于旋转等原因产生振动，其在停机时仍然会有微弱的振动，本方案即根据设备在启机工况与停机工况下具有不同的振动特征进行判断设备的启停机。

为了解决现有设备尤其旋转类设备无法进行启停自动监测的技术问题，本方案提出了一种设备启停机监测方法，如图1所示，包括：

获取设备历史停机时的振动烈度，为停机值；

根据停机值预测下一个停机值，为预测值；

实时采集设备的振动烈度，为采集值；

将采集值与停机值进行比较，并根据比较结果判断出设备当前时刻的启机状态。

本实施例的设备启停机监测方法，通过获取设备历史停机时的振动烈度，即能够判断设备的启停机状态，无需通过设置采集设备的转速、电流、电压等信号，采集元器件更加简单，且转速、电压、电流传感器价格昂贵，本方案采集成本低。通过根据历史停机值预测下一个停机值，将随着设备的运行可能引起的振动烈度的变化考虑进来进行预测，利用预测值进行启停机判断，具有状态判断准确的优势。

在一些实施例中，获取设备历史停机时的振动烈度步骤之前，还包括：

获取设备类型；

从历史数据库获取对应设备类型的振动烈度,检查是否存在停机值；

当已存在停机值时，直接使用该停机值；

当不存在停机值时，根据设备类型获取初始值作为停机值。系统中存储有各设备类型所对应的初始值。

随着设备的运行,设备振动烈度也会随之变化,本实施例中通过指数平滑法根据数据变化趋势对未来停机值的预策,也即预测下一个停机值，并将计算结果输出,指数平滑计算公式如下式：

S_t＝a·y_t+(1-a)S_t-1；

其中，a为常系数，y_t为设备历史停机时的振动烈度数据集合，S_t-1为设备最近一次停机时的振动烈度，S_t为预测值。

在一些实施例中，获取设备历史停机时的振动烈度数据集合的方法包括：

获取设备的历史振动烈度；

将历史振动烈度进行处理,至少把工况为停机时的振动烈度提取出来，得到设备历史停机时的振动烈度数据集合。

振动传感器将振动烈度数据按照上传时间进行积累,当系统/人工确认数据积累到包含各种工况信息时,系统根据历史数据积累将数据拆分。设备的振动烈度数据主要分为设备正常运行数据,设备异常运行数据,设备停机数据,如图2所示。

在一些实施例中，将历史振动烈度进行处理步骤之前还包括获取误差系数，将历史振动烈度进行处理步骤中，采用差异归类算法利用误差系数将不同工况的振动烈度进行分类，并且从分类中提取出类型为停机时的振动烈度，即为设备历史停机时的振动烈度数据集合。

例如，通过差异归类算法将数据进行拆分,将不同工况特征数据提取出来，包括：

获取设备的历史振动烈度Data_set数据集；

获取误差系数diff；

原始数据输入＝[1,1.1,0.9,-5,2,100,99,-4.2,10000,0]

经过差异归类算法后，输出结果＝[[1.0,1.1,0.9,2.0,0.0],[-5.0,-4.2],[100.0,99.0],[10000.0]]。其中，数据集合[1.0,1.1,0.9,2.0,0.0]即为设备历史停机时的振动烈度数据集合。

设备的历史振动烈度数据如图4所示，包括停机时数据和运行时数据。

具体而言，差异归类算法如图3所示，获取误差系数之后,确立回归方程，根据离散数据进行图像拟合，获取最终方程，根据方程结果进行结果归类。

在一些实施例中，误差系数的获取方法为：

根据设备类型查找国际标准ISO10816表，获取该国际标准中设备类型所对应的级别为A的振动烈度最大值，振动烈度最大值即为误差系数。国际标准ISO10816表如图5所示，设备类型包括I类，II类，III类，以及IV类，级别包括A、B、C、D，其中A表示良好，B表示可接受，C表示注意，D表示不允许。本方案中通过获取该国际标准中设备类型所对应的级别为A的振动烈度最大值。

在一些实施例中，振动烈度包括振动加速度或者振动速度。

在一些实施例中，设备当前时刻的启机状态的判断方法为：

当采集值不大于预测值时，判断为设备处于停机状态；

当采集值大于预测值时，判断为设备处于启机状态。

在一些实施例中，当采集值大于预测值时，还包括通过分析振动烈度频域波形进行校验预测值的准确性，如果频域波形中的倍频位置出现尖峰则判断为启机状态,保留预测值，否则判断为停机状态,否则重新计算预测值。以提高检测判断精度。

本方案通过振动传感器采集旋转类设备的振动数据，并基于设备的历史积累的振动数据进行设备启停状态的测定。本方案具备如下的优点：

①旋转类设备的改造成本小，仅需在设备壳体安装振动传感器，采集数据。

②振动数据上传智能网关后，可以通过算法测算设备启停机状态。

③设备启停机状态测算算法，在设备上线后就可以应用，具备快速应用的优势。

④设备启停机状态的识别，将随设备历史数据的积累而不断优化，将启停机状态的识别率提升到99.5％以上。

实施例二

本实施例提出了一种设备启停机监测系统，如图6所示，包括振动传感器11、智能网关设备12以及服务器(图中未示出)，其中，振动传感器11设置在设备13上，用于检测设备13的振动烈度。

智能网关设备12通过无线网络与振动传感器连11接，用于接收振动传感器11发送的振动烈度数据并发送至服务器。

服务器配置为按照实施例一中所记载的设备启停机监测方法监测设备的启停机状态。

具体而言，服务器包括：

获取设备历史停机时的振动烈度，为停机值；

根据所述停机值预测下一个停机值，为预测值；

实时采集设备的振动烈度，为采集值；

将所述采集值与所述停机值进行比较，并根据比较结果判断出设备当前时刻的启机状态。

该设备启停机监测方法可参见实施例一中记载，在此不做赘述。需要说明的是，本实施例的设备启停机监测系统，通过获取设备历史停机时的振动烈度，即能够判断设备的启停机状态，无需通过设置采集设备的转速、电流、电压等信号，采集元器件更加简单，且转速、电压、电流传感器价格昂贵，本方案采集成本低。通过根据历史停机值预测下一个停机值，将随着设备的运行可能引起的振动烈度的变化考虑进来进行预测，利用预测值进行启停机判断，具有状态判断准确的优势。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种设备启停机监测方法，其特征在于，包括：

获取设备历史停机时的振动烈度，为停机值；

根据所述停机值预测下一个停机值，为预测值；

实时采集设备的振动烈度，为采集值；

将所述采集值与所述停机值进行比较，并根据比较结果判断出设备当前时刻的启机状态。

2.根据权利要求1所述的设备启停机监测方法，其特征在于，获取设备历史停机时的振动烈度步骤之前，还包括：

获取设备类型；

从历史数据库获取对应设备类型的振动烈度,检查是否存在停机值；

当已存在停机值时，直接使用该停机值；

当不存在停机值时，根据所述设备类型获取初始值作为停机值。

3.根据权利要求1所述的设备启停机监测方法，其特征在于，采用指数平滑法预测下一个停机值：

S_t＝a·y_t+(1-a)S_t-1；

其中，a为常系数，y_t为设备历史停机时的振动烈度数据集合，S_t-1为设备最近一次停机时的振动烈度，S_t为预测值。

4.根据权利要求3所述的设备启停机监测方法，其特征在于，获取设备历史停机时的振动烈度数据集合的方法包括：

获取设备的历史振动烈度；

将所述历史振动烈度进行处理,至少把工况为停机时的振动烈度提取出来，得到设备历史停机时的振动烈度数据集合。

5.根据权利要求4所述的设备启停机监测方法，其特征在于，将所述历史振动烈度进行处理步骤之前还包括获取误差系数，将所述历史振动烈度进行处理步骤中，采用差异归类算法利用所述误差系数将不同工况的振动烈度进行分类，并且从所述分类中提取出类型为停机时的振动烈度，即为设备历史停机时的振动烈度数据集合。

6.根据权利要求5所述的设备启停机监测方法，其特征在于，所述误差系数的获取方法为：

根据设备类型查找国际标准ISO10816表，获取该国际标准中所述设备类型所对应的级别为A的振动烈度最大值，所述振动烈度最大值即为误差系数。

7.根据权利要求1-6任一项所述的设备启停机监测方法，其特征在于，所述振动烈度包括振动加速度或者振动速度。

8.根据权利要求1-6任一项所述的设备启停机监测方法，其特征在于，设备当前时刻的启机状态的判断方法为：

当采集值不大于所述预测值时，判断为设备处于停机状态；

当采集值大于所述预测值时，判断为设备处于启机状态。

9.根据权利要求8所述的设备启停机监测方法，其特征在于，当采集值大于所述预测值时，还包括通过分析振动烈度频域波形进行校验所述预测值的准确性，如果频域波形中的倍频位置出现尖峰则判断为启机状态,保留所述预测值，否则判断为停机状态,否则重新计算预测值。

10.一种设备启停机监测系统，其特征在于，包括：

振动传感器，其设置在设备上，用于检测设备的振动烈度；

智能网关设备，其通过无线网络与所述振动传感器连接，用于接收所述振动烈度数据并发送至服务器；

服务器，其配置为按照权利要求1-9任一项所述的设备启停机监测方法监测设备的启停机状态。

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