[發明專利]一種旋轉機械關鍵零部件遠程運維方法及其系統

在審

• 申請號: 202110248552.4
• 申請日: 2021-03-08
• 公開（公告）號: CN112964304A
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 齊曉軒;洪振麒;劉英英;張博;卞永釗;董海
• 申請（專利權）人: 沈陽大學
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02;G01M13/00;G08B19/00;H04W84/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本文公開了一種旋轉機械關鍵零部件遠程運維方法及其系統，包括布設于旋轉機械待監測關鍵零部件周邊的現場數據采集終端、遠程運維中心和移動終端三部分。該系統通過窄帶物聯網技術，將工業環境下的若干現場數據采集終端與遠程運維中心一一連接。對于越來越大型化、集成化、復雜化的機械裝備來說，布設用于測量其關鍵零部件振動信號的振動傳感器也變得困難起來，而采集聲信號的麥克風傳感器具有非接觸、安裝靈活的特點，不影響機械裝備的正常運行，可以很好地解決振動傳感器布設空間的限制問題。本發明采用NB?IoT技術對旋轉機械關鍵零部件進行遠程運維管理，并輔助以聲紋特征，增加監測結果的可靠性和準確性。

技術領域

本發明涉及物聯網技術以及裝備制造業領域，具體涉及一種旋轉機械關鍵零部件遠程運維方法及其系統。

背景技術

裝備制造業正在向全球化、服務化方向發展，旋轉機械是重要的制造裝備，應用廣泛。在制造業企業全球化經營的背景下，其產品分布世界各地，售后維修難度大，難以在設備發生故障后第一時間維修，并且大批維護人員外出服務的出差成本也居高不下；另一方面，最終稿用戶對服務的要求也在不斷提升。利用物聯網技術和云服務平臺，將旋轉機械、傳感器和裝備健康管理融合為一體，對銷往全球各地的裝備的運行狀態進行監測，實現遠程健康管理，為最終用戶提供優質服務，是促進制造業轉型升級、邁向產業鏈高端的一個重要途徑。

窄帶物聯網（NB-IoT）是新一代物聯網通信技術，具有覆蓋廣、功耗低、成本低、海量連接，以及維護成本低、適用于電池供電等特點，為設備的遠程實時運維提供了有力的技術支持。關于旋轉機械及其關鍵零部件健康監測的研究多是基于振動信號，但是，隨著對旋轉機械大型化、復雜化和高轉速要求的不斷提高，振動信號表現出高信噪比、強非平穩性和非線性特點，對其分析也面臨更大挑戰；同時，對越來越大型化、集成化、復雜化的機械裝備來說，布設用于測量其關鍵零部件振動信號的振動傳感器也越來越困難，而采集聲信號的麥克風傳感器具有非接觸、安裝靈活的特點，不影響機械裝備的正常運行，可以很好地解決振動傳感器布設空間的限制問題。

目前，對旋轉機械及其關鍵零部件進行遠程運維或健康監測的研究已經有了一些，但是利用NB-IoT技術及聲紋特征進行遠程運維的研究還不多見。

發明內容

本發明的目的在于提供一種旋轉機械關鍵零部件遠程運維方法及其系統。該方法和系統可以基于NB-IoT網絡實現旋轉機械關鍵零部件的遠程運維。工業現場環境下布設振動、聲發射等接觸式傳感器難度大，而聲傳感器具有非接觸、安裝靈活、不影響裝備正常運行的特點，從聲信號中提取出的聲紋特征可以很好地反應裝備故障的本體特征；同時，采用聲傳感器也克服了傳感器布點位置偏移導致測量結果產生很大的變化，便于統一化銷往世界各地的不同用戶、不同型號裝備的測量數據。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種旋轉機械關鍵零部件遠程運維方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1. 將振動傳感器、麥克風陣列、聲發射傳感器布設在現場需要監測的旋轉機械關鍵零部件所在位置處；

S2. 獲得旋轉機械關鍵零部件正常運行工況下以及各類故障運行工況下的聲信號、振動信號、聲發射信號歷史數據，建立包含正常運行工況下及各類故障運行工況下的聲、振動、聲發射數據子集在內的數據庫；

S3. 實時采集現場的振動傳感器、麥克風陣列、聲發射傳感器數據；

S4. 對麥克風陣列實時采集到的測點的聲信號進行去噪處理，消除工業環境中強背景噪聲干擾；對消除噪聲干擾后的聲信號進行加窗、分幀處理，并對各幀信號進行S變換，得到各幀信號對應的時頻譜圖序列；

S5. 將S4中得到的各幀信號的時頻譜圖序列兩兩分成一組進行相關性分析，找出其中互相關系數最大的兩幀信號，將兩個信號的時頻譜圖相減，得到其誤差信號；同時，在S4中得到的各幀信號的時頻譜圖序列中找出自相關系數最大的那幀信號，將其時頻譜圖與誤差信號相減，得到聲信號的強化時頻譜圖；