CN116973667A - 一种基于数据分析的变频设备运行故障诊断系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于故障诊断领域，涉及数据分析技术，用于解决现有的变频设备运行故障诊断系统无法根据故障特征进行处理决策分析的问题，具体是一种基于数据分析的变频设备运行故障诊断系统，包括故障诊断平台，故障诊断平台通信连接有运行监测模块、故障分析模块、周期管理模块以及存储模块；运行监测模块用于对变频设备的运行状态进行监测分析：生成监测周期，将监测周期分割为若干个监测时段，获取监测时段内变频设备的流差值LC、压差值YC、流高值LG以及压高值YG；本发明可以对变频设备的运行状态进行监测分析，通过对变频设备运行过程中的各项线路参数进行综合分析与计算得到运行系数，从而在运行状态异常时及时切断供电线路。

Description

一种基于数据分析的变频设备运行故障诊断系统

技术领域

本发明属于故障诊断领域，涉及数据分析技术，具体是一种基于数据分析的变频设备运行故障诊断系统。

背景技术

变频器是在工业自动化领域中常见的电气设备，它通过控制电机转速的大小和频率，实现对工业生产流程中相关的机电设备的控制和优化；现使用的变频器主要先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。

现有的变频设备运行故障诊断系统无法根据变频设备的运行数据进行故障特征分析，从而无法根据故障特征进行处理决策分析，变频设备在需要报废更新的状态下工作，导致变频设备故障率升高且存在安全隐患的问题。

针对上述技术问题，本申请提出一种解决方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于数据分析的变频设备运行故障诊断系统，用于解决现有的变频设备运行故障诊断系统无法根据故障特征进行处理决策分析的问题；

本发明需要解决的技术问题为：如何提供一种可以根据故障特征进行处理决策分析的基于数据分析的变频设备运行故障诊断系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种基于数据分析的变频设备运行故障诊断系统，包括故障诊断平台，所述故障诊断平台通信连接有运行监测模块、故障分析模块、周期管理模块以及存储模块；

所述运行监测模块用于对变频设备的运行状态进行监测分析：生成监测周期，将监测周期分割为若干个监测时段，获取监测时段内变频设备的流差值LC、压差值YC、流高值LG以及压高值YG；通过对流差值LC、压差值YC、流高值LG以及压高值YG进行数值计算得到变频设备的运行系数YX；通过存储模块获取到运行阈值YXmax，将变频设备的运行系数YX与运行阈值YXmax进行比较：并通过比较结果对变频设备在监测时段内的运行状态是否满足要求进行判定；

所述故障分析模块用于对监测周期内变频设备的故障因素进行特征分析：将故障分析模块在监测周期内接收到故障因素的次数标记为故障值，获取监测周期的集中值，通过存储模块获取到故障阈值与集中阈值，将故障值、集中值分别与故障阈值、集中阈值进行比较并通过比较结果对监测周期的故障特征进行标记；

所述周期管理模块用于对监测周期的故障特征进行管理分析。

作为本发明的一种优选实施方式，流差值LC的获取过程包括：获取变频设备供电线路在监测时段内的电流最大值与电流最小值，将电流最大值与电流最小值的差值标记为流差值LC；

压差值YC的获取过程包括：获取变频设备供电线路在监测时段内的电压最大值与电压最小值，将电压最大值与电压最小值的差值标记为压差值YC；

流高值LG的获取过程包括：获取变频设备的额定电流值，将额定电流值与电流最大值的差值标记为流高值LG；压高值YG的获取过程包括：获取变频设备的额定电压值，将额定电压值与电压最大值的差值标记为压高值YG。

作为本发明的一种优选实施方式，将变频设备的运行系数YX与运行阈值YXmax进行比较的具体过程包括：

若运行系数YX小于运行阈值YXmax：若运行系数YX小于运行阈值YXmax，则判定变频设备在监测时段内的运行状态满足要求；

若运行系数YX大于等于运行阈值YXmax，则判定变频设备在监测时段内的运行状态不满足要求，生成状态预警信号并将状态预警信号发送至故障诊断平台，故障诊断平台接收到状态预警信号后将状态预警信号发送至控制器以及检修人员的手机终端，控制器接收到状态预警信号后切断变频设备的供电线路，检修人员接收到状态预警信号后对变频设备的故障因素进行排查并将排查得到的故障因素上传至故障分析模块，故障因素包括过流故障、过压故障、过热故障以及短路故障。

作为本发明的一种优选实施方式，监测周期的集中值的获取过程包括：将故障分析模块在监测周期内接收到故障因素为过流故障、过压故障、过热故障以及短路故障的次数分别标记为过流数据、过压数据、过热数据以及短路数据，由过流数据、过压数据、过热数据以及短路数据构成故障集合，对故障集合进行方差计算得到集中值。

作为本发明的一种优选实施方式，将故障值、集中值分别与故障阈值、集中阈值进行比较的具体过程包括：

若故障值小于故障阈值且集中值小于集中阈值，则判定变频设备在监测周期内的运行故障满足要求，将变频设备在监测周期内的故障特征标记为正常；

若故障值大于等于故障阈值且集中值小于集中阈值，则判定变频设备在监测周期内的运行故障不满足要求，将变频设备在监测周期内的故障特征标记为老化故障；

若集中值大于等于集中阈值，则判定变频设备在监测周期内的运行故障不满足要求，将变频设备在监测周期内的故障特征标记为集中故障；

将变频设备在监测周期内的故障特征发送至故障诊断平台，故障诊断平台接收到故障特征后将故障特征发送至周期管理模块以及检修人员的手机终端。

作为本发明的一种优选实施方式，周期管理模块对监测周期的故障特征进行管理分析的具体过程包括：将故障特征为正常的监测周期的特征值标记为0，将故障特征为老化故障的监测周期的特征值标记为1，将故障特征为集中故障的监测周期的特征值标记为2，截取最近L1个监测周期的特征值形成分析序列，对分析序列的特征值进行求和取平均值得到更换系数，通过存储模块获取到更换阈值，将更换系数与更换阈值进行比较：若更换系数小于更换阈值，则判定变频设备不需要进行更换；若更换系数大于等于更换阈值，则判定变频设备需要进行更换，生成更换信号并将更换信号发送至故障诊断平台，故障诊断平台接收到更换信号后将更换信号发送至管理人员的手机终端。

作为本发明的一种优选实施方式，该基于数据分析的变频设备运行故障诊断系统的工作方法，包括以下步骤：

步骤一：对变频设备的运行状态进行监测分析：生成监测周期，将监测周期分割为若干个监测时段，获取监测时段内变频设备的流差值LC、压差值YC、流高值LG以及压高值YG并进行数值计算得到运行系数YX，通过运行系数YX对检测对象在监测时段内的运行状态是否满足要求进行判定；

步骤二：对监测周期内变频设备的故障因素进行特征分析：获取监测周期的故障值与集中值，通过故障值与集中值将监测周期的故障特征标记为老化故障、集中故障或正常；

步骤三：对监测周期的故障特征进行管理分析：截取最近L1个监测周期的特征值形成分析序列，对分析序列的特征值进行求和取平均值得到更换系数，通过更换系数对变频设备是否需要更换进行判定。

本发明具备下述有益效果：

1、通过运行监测模块可以对变频设备的运行状态进行监测分析，通过对变频设备运行过程中的各项线路参数进行综合分析与计算得到运行系数，通过运行系数的数值对变频设备的运行状态异常程度进行反馈，从而在运行状态异常时及时切断供电线路，提高变频设备的运行安全性；

2、通过故障分析模块可以对监测周期内变频设备的故障因素进行特征分析，通过对监测周期内故障因素的数据分布进行分析得到集中值，然后结合故障值与集中值对监测周期的故障特征进行标记，通过故障特征为检修人员提供故障处理措施决策的数据支撑；

3、通过周期管理模块可以对监测周期的故障特征进行管理分析，通过对近期监测周期的特征值进行计算得到更换系数，从而根据更新系数的数值对变频设备是否能够满足正常工作强度进行判定，在变频设备需要报废更换时及时进行提醒，降低变频设备的故障率的同时避免安全事故的发生。

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为本发明实施例一的系统框图；

图2为本发明实施例二的方法流程图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1所示，一种基于数据分析的变频设备运行故障诊断系统，包括故障诊断平台，故障诊断平台通信连接有运行监测模块、故障分析模块、周期管理模块以及存储模块。

运行监测模块用于对变频设备的运行状态进行监测分析：生成监测周期，将监测周期分割为若干个监测时段，获取监测时段内变频设备的流差值LC、压差值YC、流高值LG以及压高值YG，流差值LC的获取过程包括：获取变频设备供电线路在监测时段内的电流最大值与电流最小值，将电流最大值与电流最小值的差值标记为流差值LC；压差值YC的获取过程包括：获取变频设备供电线路在监测时段内的电压最大值与电压最小值，将电压最大值与电压最小值的差值标记为压差值YC；流高值LG的获取过程包括：获取变频设备的额定电流值，将额定电流值与电流最大值的差值标记为流高值LG；压高值YG的获取过程包括：获取变频设备的额定电压值，将额定电压值与电压最大值的差值标记为压高值YG；通过公式YX＝(a1*LC+a2*YC)/(a3*LG+a4*YG)得到变频设备的运行系数YX，运行系数YX是一个反映变频设备运行状态好坏程度的数值，运行系数YX的数值越大，则表示变频设备在监测时段内的运行状态越差；其中a1、a2、a3以及a4均为比例系数，且a1＞a2＞a3＞a4＞1；通过存储模块获取到运行阈值YXmax，将变频设备的运行系数YX与运行阈值YXmax进行比较：

若运行系数YX小于运行阈值YXmax：若运行系数YX小于运行阈值YXmax，则判定变频设备在监测时段内的运行状态满足要求；

若运行系数YX大于等于运行阈值YXmax，则判定变频设备在监测时段内的运行状态不满足要求，生成状态预警信号并将状态预警信号发送至故障诊断平台，故障诊断平台接收到状态预警信号后将状态预警信号发送至控制器以及检修人员的手机终端，控制器接收到状态预警信号后切断变频设备的供电线路，检修人员接收到状态预警信号后对变频设备的故障因素进行排查并将排查得到的故障因素上传至故障分析模块，故障因素包括过流故障、过压故障、过热故障以及短路故障；对变频设备的运行状态进行监测分析，通过对变频设备运行过程中的各项线路参数进行综合分析与计算得到运行系数，通过运行系数的数值对变频设备的运行状态异常程度进行反馈，从而在运行状态异常时及时切断供电线路，提高变频设备的运行安全性。

故障分析模块用于对监测周期内变频设备的故障因素进行特征分析：将故障分析模块在监测周期内接收到故障因素的次数标记为故障值，将故障分析模块在监测周期内接收到故障因素为过流故障、过压故障、过热故障以及短路故障的次数分别标记为过流数据、过压数据、过热数据以及短路数据，由过流数据、过压数据、过热数据以及短路数据构成故障集合，对故障集合进行方差计算得到集中值，通过存储模块获取到故障阈值与集中阈值，将故障值、集中值分别与故障阈值、集中阈值进行比较：

若故障值小于故障阈值且集中值小于集中阈值，则判定变频设备在监测周期内的运行故障满足要求，将变频设备在监测周期内的故障特征标记为正常；

若故障值大于等于故障阈值且集中值小于集中阈值，则判定变频设备在监测周期内的运行故障不满足要求，将变频设备在监测周期内的故障特征标记为老化故障；

若集中值大于等于集中阈值，则判定变频设备在监测周期内的运行故障不满足要求，将变频设备在监测周期内的故障特征标记为集中故障；将变频设备在监测周期内的故障特征发送至故障诊断平台，故障诊断平台接收到故障特征后将故障特征发送至周期管理模块以及检修人员的手机终端；对监测周期内变频设备的故障因素进行特征分析，通过对监测周期内故障因素的数据分布进行分析得到集中值，然后结合故障值与集中值对监测周期的故障特征进行标记，通过故障特征为检修人员提供故障处理措施决策的数据支撑。

周期管理模块用于对监测周期的故障特征进行管理分析：将故障特征为正常的监测周期的特征值标记为0，将故障特征为老化故障的监测周期的特征值标记为1，将故障特征为集中故障的监测周期的特征值标记为2，截取最近L1个监测周期的特征值形成分析序列，L1为数值常量，L1的具体数值由管理人员自行设置；对分析序列的特征值进行求和取平均值得到更换系数，通过存储模块获取到更换阈值，将更换系数与更换阈值进行比较：若更换系数小于更换阈值，则判定变频设备不需要进行更换；若更换系数大于等于更换阈值，则判定变频设备需要进行更换，生成更换信号并将更换信号发送至故障诊断平台，故障诊断平台接收到更换信号后将更换信号发送至管理人员的手机终端；对监测周期的故障特征进行管理分析，通过对近期监测周期的特征值进行计算得到更换系数，从而根据更新系数的数值对变频设备是否能够满足正常工作强度进行判定，在变频设备需要报废更换时及时进行提醒，降低变频设备的故障率的同时避免安全事故的发生。

实施例二

一种基于数据分析的变频设备运行故障诊断方法，包括以下步骤：

步骤一：对变频设备的运行状态进行监测分析：生成监测周期，将监测周期分割为若干个监测时段，获取监测时段内变频设备的流差值LC、压差值YC、流高值LG以及压高值YG并进行数值计算得到运行系数YX，通过运行系数YX对检测对象在监测时段内的运行状态是否满足要求进行判定；

步骤二：对监测周期内变频设备的故障因素进行特征分析：获取监测周期的故障值与集中值，通过故障值与集中值将监测周期的故障特征标记为老化故障、集中故障或正常；

步骤三：对监测周期的故障特征进行管理分析：截取最近L1个监测周期的特征值形成分析序列，对分析序列的特征值进行求和取平均值得到更换系数，通过更换系数对变频设备是否需要更换进行判定。

一种基于数据分析的变频设备运行故障诊断系统，工作时，生成监测周期，将监测周期分割为若干个监测时段，获取监测时段内变频设备的流差值LC、压差值YC、流高值LG以及压高值YG并进行数值计算得到运行系数YX，通过运行系数YX对检测对象在监测时段内的运行状态是否满足要求进行判定；获取监测周期的故障值与集中值，通过故障值与集中值将监测周期的故障特征标记为老化故障、集中故障或正常；截取最近L1个监测周期的特征值形成分析序列，对分析序列的特征值进行求和取平均值得到更换系数，通过更换系数对变频设备是否需要更换进行判定。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

上述公式均是采集大量数据进行软件模拟得出且选取与真实值接近的一个公式，公式中的系数是由本领域技术人员根据实际情况进行设置；如：公式YX＝(a1*LC+a2*YC)/(a3*LG+a4*YG)；由本领域技术人员采集多组样本数据并对每一组样本数据设定对应的运行系数；将设定的运行系数和采集的样本数据代入公式，任意四个公式构成四元一次方程组，将计算得到的系数进行筛选并取均值，得到a1、a2、a3以及a4的取值分别为4.47、4.25、2.83和2.65；

系数的大小是为了将各个参数进行量化得到的一个具体的数值，便于后续比较，关于系数的大小，取决于样本数据的多少及本领域技术人员对每一组样本数据初步设定对应的运行系数；只要不影响参数与量化后数值的比例关系即可，如运行系数与流差值的数值成正比。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (7)

1.一种基于数据分析的变频设备运行故障诊断系统，其特征在于，包括故障诊断平台，所述故障诊断平台通信连接有运行监测模块、故障分析模块、周期管理模块以及存储模块；

所述运行监测模块用于对变频设备的运行状态进行监测分析：生成监测周期，将监测周期分割为若干个监测时段，获取监测时段内变频设备的流差值LC、压差值YC、流高值LG以及压高值YG；通过对流差值LC、压差值YC、流高值LG以及压高值YG进行数值计算得到变频设备的运行系数YX；通过存储模块获取到运行阈值YXmax，将变频设备的运行系数YX与运行阈值YXmax进行比较：并通过比较结果对变频设备在监测时段内的运行状态是否满足要求进行判定；

所述故障分析模块用于对监测周期内变频设备的故障因素进行特征分析：将故障分析模块在监测周期内接收到故障因素的次数标记为故障值，获取监测周期的集中值，通过存储模块获取到故障阈值与集中阈值，将故障值、集中值分别与故障阈值、集中阈值进行比较并通过比较结果对监测周期的故障特征进行标记；

所述周期管理模块用于对监测周期的故障特征进行管理分析。

2.根据权利要求1所述的一种基于数据分析的变频设备运行故障诊断系统，其特征在于，流差值LC的获取过程包括：获取变频设备供电线路在监测时段内的电流最大值与电流最小值，将电流最大值与电流最小值的差值标记为流差值LC；

压差值YC的获取过程包括：获取变频设备供电线路在监测时段内的电压最大值与电压最小值，将电压最大值与电压最小值的差值标记为压差值YC；

流高值LG的获取过程包括：获取变频设备的额定电流值，将额定电流值与电流最大值的差值标记为流高值LG；压高值YG的获取过程包括：获取变频设备的额定电压值，将额定电压值与电压最大值的差值标记为压高值YG。

3.根据权利要求2所述的一种基于数据分析的变频设备运行故障诊断系统，其特征在于，将变频设备的运行系数YX与运行阈值YXmax进行比较的具体过程包括：

若运行系数YX小于运行阈值YXmax：若运行系数YX小于运行阈值YXmax，则判定变频设备在监测时段内的运行状态满足要求；

若运行系数YX大于等于运行阈值YXmax，则判定变频设备在监测时段内的运行状态不满足要求，生成状态预警信号并将状态预警信号发送至故障诊断平台，故障诊断平台接收到状态预警信号后将状态预警信号发送至控制器以及检修人员的手机终端，控制器接收到状态预警信号后切断变频设备的供电线路，检修人员接收到状态预警信号后对变频设备的故障因素进行排查并将排查得到的故障因素上传至故障分析模块，故障因素包括过流故障、过压故障、过热故障以及短路故障。

4.根据权利要求3所述的一种基于数据分析的变频设备运行故障诊断系统，其特征在于，监测周期的集中值的获取过程包括：将故障分析模块在监测周期内接收到故障因素为过流故障、过压故障、过热故障以及短路故障的次数分别标记为过流数据、过压数据、过热数据以及短路数据，由过流数据、过压数据、过热数据以及短路数据构成故障集合，对故障集合进行方差计算得到集中值。

5.根据权利要求4所述的一种基于数据分析的变频设备运行故障诊断系统，其特征在于，将故障值、集中值分别与故障阈值、集中阈值进行比较的具体过程包括：

若故障值小于故障阈值且集中值小于集中阈值，则判定变频设备在监测周期内的运行故障满足要求，将变频设备在监测周期内的故障特征标记为正常；

若故障值大于等于故障阈值且集中值小于集中阈值，则判定变频设备在监测周期内的运行故障不满足要求，将变频设备在监测周期内的故障特征标记为老化故障；

若集中值大于等于集中阈值，则判定变频设备在监测周期内的运行故障不满足要求，将变频设备在监测周期内的故障特征标记为集中故障；

将变频设备在监测周期内的故障特征发送至故障诊断平台，故障诊断平台接收到故障特征后将故障特征发送至周期管理模块以及检修人员的手机终端。

6.根据权利要求5所述的一种基于数据分析的变频设备运行故障诊断系统，其特征在于，周期管理模块对监测周期的故障特征进行管理分析的具体过程包括：将故障特征为正常的监测周期的特征值标记为0，将故障特征为老化故障的监测周期的特征值标记为1，将故障特征为集中故障的监测周期的特征值标记为2，截取最近L1个监测周期的特征值形成分析序列，对分析序列的特征值进行求和取平均值得到更换系数，通过存储模块获取到更换阈值，将更换系数与更换阈值进行比较：若更换系数小于更换阈值，则判定变频设备不需要进行更换；若更换系数大于等于更换阈值，则判定变频设备需要进行更换，生成更换信号并将更换信号发送至故障诊断平台，故障诊断平台接收到更换信号后将更换信号发送至管理人员的手机终端。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种基于数据分析的变频设备运行故障诊断系统，其特征在于，该基于数据分析的变频设备运行故障诊断系统的工作方法，包括以下步骤：

步骤一：对变频设备的运行状态进行监测分析：生成监测周期，将监测周期分割为若干个监测时段，获取监测时段内变频设备的流差值LC、压差值YC、流高值LG以及压高值YG并进行数值计算得到运行系数YX，通过运行系数YX对检测对象在监测时段内的运行状态是否满足要求进行判定；

步骤二：对监测周期内变频设备的故障因素进行特征分析：获取监测周期的故障值与集中值，通过故障值与集中值将监测周期的故障特征标记为老化故障、集中故障或正常；

步骤三：对监测周期的故障特征进行管理分析：截取最近L1个监测周期的特征值形成分析序列，对分析序列的特征值进行求和取平均值得到更换系数，通过更换系数对变频设备是否需要更换进行判定。