本發明涉(she)及(ji)動設備的故障診斷(duan)，尤其涉(she)及(ji)一種基于多傳感器的動設備健康評(ping)估方(fang)法。

背景技術：

1、動(dong)(dong)設(she)(she)備(bei)(bei)(bei)是指有驅動(dong)(dong)機帶動(dong)(dong)的(de)轉動(dong)(dong)設(she)(she)備(bei)(bei)(bei)或往復(fu)式設(she)(she)備(bei)(bei)(bei)(亦即(ji)有能(neng)源(yuan)消(xiao)耗的(de)設(she)(she)備(bei)(bei)(bei))，如(ru)泵、壓縮機、風機等(deng)，其能(neng)源(yuan)可以是電動(dong)(dong)力、氣動(dong)(dong)力、蒸(zheng)汽(qi)動(dong)(dong)力等(deng)。動(dong)(dong)設(she)(she)備(bei)(bei)(bei)的(de)運行效率和可靠性對于現(xian)代工業生產(chan)至(zhi)關重要，生產(chan)過程中設(she)(she)備(bei)(bei)(bei)出(chu)現(xian)故障，不僅會影(ying)響(xiang)產(chan)量(liang)、質量(liang)，還要停產(chan)檢修，嚴重影(ying)響(xiang)生產(chan)效率。

2、設(she)備(bei)(bei)(bei)健(jian)康(kang)度評估是指對(dui)(dui)設(she)備(bei)(bei)(bei)運行狀(zhuang)態、性能指標(biao)等進行分(fen)析(xi)、評估和(he)(he)診(zhen)斷(duan)的過程(cheng)。通(tong)過對(dui)(dui)設(she)備(bei)(bei)(bei)健(jian)康(kang)度評估的實施(shi)，可以及(ji)早發現和(he)(he)排除設(she)備(bei)(bei)(bei)的故(gu)障和(he)(he)隱患，提高(gao)(gao)設(she)備(bei)(bei)(bei)的可靠(kao)性和(he)(he)使用壽命，降低生產成本和(he)(he)風險，提高(gao)(gao)生產效率和(he)(he)經(jing)濟(ji)效益。而健(jian)康(kang)評估過程(cheng)中(zhong)，傳統(tong)的設(she)備(bei)(bei)(bei)診(zhen)斷(duan)通(tong)常依賴單一類型(xing)的傳感器數據(ju)，這在一定程(cheng)度上限(xian)制了故(gu)障診(zhen)斷(duan)的準確性和(he)(he)可靠(kao)性，也(ye)會影響健(jian)康(kang)評估的準確性，無可避免的導致(zhi)設(she)備(bei)(bei)(bei)停產檢修。

技術實現思路

1、本發明(ming)的目的之一在(zai)于提供一種基于多傳(chuan)感器的動設備健康(kang)(kang)評(ping)(ping)估(gu)方法，通過(guo)多傳(chuan)感器數(shu)據對動設備進行故障分析和健康(kang)(kang)評(ping)(ping)估(gu)，以解決背景技(ji)術(shu)中提出的傳(chuan)統利用單一類傳(chuan)感器數(shu)據的健康(kang)(kang)評(ping)(ping)估(gu)技(ji)術(shu)準(zhun)確率不高的問題。

2、為實現(xian)上述(shu)目的，本發明提供技術方案如下(xia)：

3、一(yi)種基于多傳感器的動設備健康評估方法(fa)，所述方法(fa)包括以下步(bu)驟：

4、通(tong)過多個傳感器采集動(dong)設備不同時刻的運行(xing)參(can)數(shu)(shu)組，并進行(xing)健康分數(shu)(shu)標定，其中的運行(xing)參(can)數(shu)(shu)組包括溫(wen)度數(shu)(shu)據(ju)(ju)、噪聲數(shu)(shu)據(ju)(ju)、磁通(tong)量(liang)數(shu)(shu)據(ju)(ju)及振(zhen)動(dong)加速度數(shu)(shu)據(ju)(ju)；

5、對振(zhen)動(dong)加速度(du)(du)(du)數據(ju)提取(qu)振(zhen)動(dong)速度(du)(du)(du)有效值，并根據(ju)動(dong)設備的(de)功率大小和安裝方式在振(zhen)動(dong)烈度(du)(du)(du)指標中(zhong)查(cha)詢對應(ying)時刻的(de)振(zhen)動(dong)烈度(du)(du)(du)；

6、利用基(ji)于(yu)振動加速度數據和磁通(tong)量數據的(de)轉(zhuan)速計(ji)算策略(lve)，計(ji)算動設備在對應時刻的(de)實際轉(zhuan)速；

7、對(dui)振動加(jia)速度(du)數(shu)據和實際轉(zhuan)速采用(yong)頻(pin)譜分析技術進行對(dui)應(ying)時刻的動設備故(gu)障診斷(duan)；

8、對運行參(can)數組(zu)提取多個測度(du)特征(zheng)，對每一(yi)對應時刻的(de)測度(du)特征(zheng)進行基于spc的(de)趨勢分(fen)析并進行數據融(rong)合(he)，得(de)到對應時刻的(de)spc分(fen)數；

9、利(li)用基于時(shi)間(jian)序列的(de)(de)振(zhen)動(dong)烈度、故障診斷結果得到(dao)對應時(shi)刻的(de)(de)振(zhen)動(dong)烈度因(yin)子和(he)故障嚴重程度因(yin)子，并結合spc分數(shu)和(he)健康分數(shu)構(gou)建數(shu)據樣本；

10、基(ji)于(yu)不(bu)同(tong)時刻的數據樣本構建健康評估(gu)模型(xing)并訓練；

11、使(shi)用訓練后的健康(kang)(kang)評估模(mo)型對動設備進(jin)行健康(kang)(kang)分數評估。

12、優選地，所述振動(dong)加速(su)(su)度(du)數(shu)(shu)(shu)據(ju)包括振動(dong)加速(su)(su)度(du)低頻(pin)數(shu)(shu)(shu)據(ju)、振動(dong)加速(su)(su)度(du)中(zhong)頻(pin)數(shu)(shu)(shu)據(ju)、振動(dong)加速(su)(su)度(du)低頻(pin)數(shu)(shu)(shu)據(ju)。

13、優(you)選地(di)，所述轉速計(ji)算(suan)策略以(yi)振(zhen)動加速度低頻數據(ju)和磁通量數據(ju)作為(wei)計(ji)算(suan)參數，對不同動設備進行(xing)轉速計(ji)算(suan)；所述轉速計(ji)算(suan)策略包括以(yi)下步驟：

14、判斷動設備的(de)驅(qu)動機(ji)是否(fou)為電機(ji)，若是，以振動加速(su)度低頻數據和磁(ci)通量數據為計算參數，通過第(di)一轉速(su)計算方式獲取(qu)動設備的(de)實際轉速(su)，否(fou)則(ze)進行(xing)第(di)二判斷邏輯；

15、所述(shu)第(di)二判(pan)斷邏輯為動(dong)(dong)(dong)設(she)備(bei)是否與電機(ji)(ji)在同一(yi)機(ji)(ji)組且電機(ji)(ji)轉速(su)(su)、動(dong)(dong)(dong)設(she)備(bei)與電機(ji)(ji)的(de)轉速(su)(su)比均(jun)已(yi)知，若(ruo)是，利(li)用電機(ji)(ji)轉速(su)(su)、動(dong)(dong)(dong)設(she)備(bei)與電機(ji)(ji)的(de)轉速(su)(su)比計(ji)算(suan)(suan)(suan)得到動(dong)(dong)(dong)設(she)備(bei)轉速(su)(su)，否則(ze)以振動(dong)(dong)(dong)加速(su)(su)度低頻數據為計(ji)算(suan)(suan)(suan)參數，通過第(di)三轉速(su)(su)計(ji)算(suan)(suan)(suan)方(fang)式(shi)獲取動(dong)(dong)(dong)設(she)備(bei)的(de)實際(ji)轉速(su)(su)。

16、優選(xuan)地(di)，所述第一轉(zhuan)速計算方式包括以下步(bu)驟：

17、對(dui)磁(ci)通(tong)量數據進行(xing)頻譜(pu)分析得到磁(ci)通(tong)量頻譜(pu)圖，將磁(ci)通(tong)量頻譜(pu)圖中最高尖峰點對(dui)應的頻率確(que)定為(wei)電流頻率；

18、根據(ju)電流頻率(lv)計算電機額(e)定(ding)轉速，基(ji)于電機額(e)定(ding)轉速確定(ding)轉速范圍；

19、對振動(dong)加速(su)度低頻(pin)數據進(jin)行(xing)頻(pin)譜分析(xi)得到頻(pin)譜圖，根據頻(pin)譜圖轉(zhuan)速(su)范圍內的(de)最高尖峰確定動(dong)設(she)備(bei)的(de)實際轉(zhuan)速(su)；

20、所述第三轉速計算(suan)方式為：對振(zhen)(zhen)動加速度低頻(pin)數據進(jin)行頻(pin)譜分析得到振(zhen)(zhen)動頻(pin)譜圖(tu)，根據頻(pin)譜圖(tu)中第一個尖(jian)峰確定動設備的實際轉速。

21、優選(xuan)地，所(suo)述振動(dong)速度(du)(du)有效值(zhi)(zhi)的(de)提(ti)取中，對振動(dong)加速度(du)(du)中頻數(shu)據(ju)去除趨勢并進(jin)行(xing)積(ji)分得到(dao)時域(yu)的(de)振動(dong)速度(du)(du)數(shu)據(ju)，對振動(dong)速度(du)(du)數(shu)據(ju)進(jin)行(xing)有效值(zhi)(zhi)計算得到(dao)振動(dong)速度(du)(du)有效值(zhi)(zhi)。

22、優選地，所(suo)述運行參數組提取(qu)的多個測度特征包括(kuo)振(zhen)動加速(su)度峰(feng)值(zhi)、振(zhen)動速(su)度有效(xiao)值(zhi)、位移峰(feng)峰(feng)值(zhi)、溫度值(zhi)、響度值(zhi)。

23、優(you)選地(di)，所(suo)述故(gu)(gu)障診(zhen)斷(duan)(duan)(duan)包括第一故(gu)(gu)障診(zhen)斷(duan)(duan)(duan)和(he)/或(huo)第二故(gu)(gu)障診(zhen)斷(duan)(duan)(duan)，所(suo)述第一故(gu)(gu)障診(zhen)斷(duan)(duan)(duan)為結構性故(gu)(gu)障診(zhen)斷(duan)(duan)(duan)，所(suo)述第二故(gu)(gu)障診(zhen)斷(duan)(duan)(duan)根據不同傳動部(bu)件診(zhen)斷(duan)(duan)(duan)不同的故(gu)(gu)障類(lei)型(xing)。

24、優(you)選地，所述第(di)二故(gu)障(zhang)(zhang)診斷(duan)中，若(ruo)動(dong)(dong)設備為齒輪傳動(dong)(dong)，執行(xing)齒輪故(gu)障(zhang)(zhang)分(fen)(fen)類(lei)方法，若(ruo)動(dong)(dong)設備為軸承傳動(dong)(dong)，通過(guo)傳動(dong)(dong)的軸承類(lei)型選擇執行(xing)滾動(dong)(dong)軸承故(gu)障(zhang)(zhang)分(fen)(fen)類(lei)方法或滑動(dong)(dong)軸承故(gu)障(zhang)(zhang)分(fen)(fen)類(lei)方法。

25、優選(xuan)地(di)，所述(shu)基于spc的(de)趨(qu)勢分析包(bao)括以下步驟(zou)：

26、獲(huo)取歷史時段內的所有測度，計算均值和標準差(cha)；

27、計算(suan)預警(jing)值為(wei)測度值均(jun)值與3倍(bei)的(de)測度標(biao)準(zhun)差之(zhi)和(he)、報警(jing)值為(wei)測度值均(jun)值與6倍(bei)的(de)測度標(biao)準(zhun)差之(zhi)和(he)；

28、在當前測(ce)度(du)值(zhi)大于或等于報警值(zhi)時，相應(ying)測(ce)度(du)的spc分(fen)數(shu)置(zhi)(zhi)為(wei)0；在當前測(ce)度(du)值(zhi)小(xiao)于預(yu)警值(zhi)時，相應(ying)測(ce)度(du)的spc分(fen)數(shu)置(zhi)(zhi)為(wei)100；在當前測(ce)度(du)值(zhi)在預(yu)警值(zhi)和報警值(zhi)之間時，使(shi)用插值(zhi)法計算得到在0-100間的spc分(fen)數(shu)。

29、與(yu)現有技術相比，本發明的有益(yi)效果為(wei)：

30、本發明結(jie)合多種傳(chuan)感器(qi)數(shu)據，從不同角度(du)分(fen)析動(dong)設(she)(she)(she)備(bei)的(de)工作狀(zhuang)態，增(zeng)強動(dong)設(she)(she)(she)備(bei)健康評估(gu)結(jie)果的(de)準確(que)性；同時(shi)通過持續監控和(he)健康評估(gu)，可(ke)以持續跟蹤設(she)(she)(she)備(bei)的(de)性能變(bian)化，及時(shi)發現異(yi)常，提高動(dong)設(she)(she)(she)備(bei)整體運行的(de)可(ke)靠性；通過設(she)(she)(she)置動(dong)設(she)(she)(she)備(bei)的(de)轉速計(ji)算(suan)(suan)策(ce)略(lve)實現動(dong)設(she)(she)(she)備(bei)轉速的(de)精確(que)計(ji)算(suan)(suan)，為(wei)后(hou)期(qi)動(dong)設(she)(she)(she)備(bei)的(de)故障(zhang)診斷(duan)提供準確(que)的(de)數(shu)據支持，保證(zheng)(zheng)故障(zhang)診斷(duan)的(de)可(ke)靠性，進一(yi)步保證(zheng)(zheng)動(dong)設(she)(she)(she)備(bei)健康評估(gu)結(jie)果的(de)可(ke)靠性。

技術特征：

1.一(yi)種基(ji)于多傳感器的動設備健(jian)康評估方(fang)法，其(qi)特(te)征在于，所(suo)述方(fang)法包(bao)括以(yi)下步(bu)驟：

2.如權(quan)利要求1所述(shu)的(de)一種(zhong)基于多傳感器(qi)的(de)動設備健康評估方法，其特征在于，所述(shu)振動加(jia)(jia)(jia)速(su)度數(shu)據(ju)包括振動加(jia)(jia)(jia)速(su)度低頻(pin)數(shu)據(ju)、振動加(jia)(jia)(jia)速(su)度中(zhong)頻(pin)數(shu)據(ju)、振動加(jia)(jia)(jia)速(su)度低頻(pin)數(shu)據(ju)。

3.如權利要求2所(suo)述的一種(zhong)基(ji)于多(duo)傳感器的動設(she)備健(jian)康評估方法，其特(te)征在于，所(suo)述轉速(su)計(ji)算策略(lve)以振動加速(su)度低(di)頻(pin)數據和磁(ci)通量(liang)數據作為計(ji)算參數，對不同動設(she)備進行(xing)轉速(su)計(ji)算；所(suo)述轉速(su)計(ji)算策略(lve)包括(kuo)以下步驟：

4.如權利要求(qiu)3所述的一(yi)(yi)種基于(yu)多傳感器(qi)的動設備健康評估方法，其特(te)征在于(yu)，所述第一(yi)(yi)轉速計(ji)算(suan)方式包(bao)括以(yi)下步驟：

5.如權(quan)利要求2所述(shu)的一(yi)種基于多(duo)傳(chuan)感器的動(dong)設備健康評估(gu)方法，其(qi)特征在(zai)于，所述(shu)振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)速(su)(su)度(du)(du)有效值(zhi)的提取中，對(dui)振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)加速(su)(su)度(du)(du)中頻數(shu)據(ju)(ju)去(qu)除趨勢(shi)并進(jin)行積分得到(dao)時域的振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)速(su)(su)度(du)(du)數(shu)據(ju)(ju)，對(dui)振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)速(su)(su)度(du)(du)數(shu)據(ju)(ju)進(jin)行有效值(zhi)計(ji)算得到(dao)振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)速(su)(su)度(du)(du)有效值(zhi)。

6.如權利要求1所(suo)述的一種基于(yu)多傳感器的動(dong)設備(bei)健康評估方法，其特(te)征在于(yu)，所(suo)述運行參數組提取的多個測(ce)度特(te)征包括(kuo)振動(dong)加速度峰值(zhi)、振動(dong)速度有效(xiao)值(zhi)、位(wei)移(yi)峰峰值(zhi)、溫度值(zhi)、響度值(zhi)。

7.如權利要求1所(suo)述(shu)的一種基于(yu)多傳感器的動設備(bei)健(jian)康評估方法，其特征在于(yu)，所(suo)述(shu)故(gu)(gu)障診(zhen)(zhen)斷(duan)(duan)包括第(di)一故(gu)(gu)障診(zhen)(zhen)斷(duan)(duan)和/或第(di)二(er)故(gu)(gu)障診(zhen)(zhen)斷(duan)(duan)，所(suo)述(shu)第(di)一故(gu)(gu)障診(zhen)(zhen)斷(duan)(duan)為結構性故(gu)(gu)障診(zhen)(zhen)斷(duan)(duan)，所(suo)述(shu)第(di)二(er)故(gu)(gu)障診(zhen)(zhen)斷(duan)(duan)根據不同(tong)傳動部件(jian)診(zhen)(zhen)斷(duan)(duan)不同(tong)的故(gu)(gu)障類型(xing)。

8.如(ru)權利(li)要求7所(suo)述(shu)的(de)一種基于(yu)多傳(chuan)感器(qi)的(de)動設(she)備健康評(ping)估方(fang)法(fa)，其特征(zheng)在于(yu)，所(suo)述(shu)第(di)二(er)故(gu)障診斷中，若動設(she)備為(wei)齒(chi)輪傳(chuan)動，執行齒(chi)輪故(gu)障分類(lei)方(fang)法(fa)，若動設(she)備為(wei)軸承(cheng)傳(chuan)動，通過傳(chuan)動的(de)軸承(cheng)類(lei)型選擇執行滾動軸承(cheng)故(gu)障分類(lei)方(fang)法(fa)或滑動軸承(cheng)故(gu)障分類(lei)方(fang)法(fa)。

9.如權利要求1所述(shu)的(de)一種基于多傳感器的(de)動設備健(jian)康評估方法，其特征在于，所述(shu)基于spc的(de)趨(qu)勢分析包(bao)括以(yi)下(xia)步驟：

技術總結
本發明公開了一種基于多傳感器的動設備健康評估方法，包括：通過采集動設備不同時刻的運行參數組，包括溫度數據、噪聲數據、磁通量數據及振動加速度數據，并進行健康分數標定；利用振動加速度數據確定對應時刻的振動烈度；利用振動加速度數據和磁通量數據計算對應時刻的實際轉速；對振動加速度數據和實際轉速采用頻譜分析技術進行對應時刻的故障診斷；對運行參數組提取多個測度特征，并通過趨勢分析得到對應時刻的SPC分數；利用對應時刻的振動烈度因子和故障嚴重程度因子，并結合SPC分數和健康分數構建數據樣本；利用數據樣本構建健康評估模型并訓練以便后續對動設備進行健康分數評估。該基于多傳感器數據的健康評估方法準確率高。

技術研發人員：郎翊東,陳康麟
受保護的技術使用者：杭州朗陽科技有限公司
技術研發日：
技術公布日：2024/9/23