1、东北电力大学机械工程学院东北电力大学机械工程学院 2018年毕业论文答辩年毕业论文答辩 330MW热电汽轮机故障诊断系统研究热电汽轮机故障诊断系统研究 学学 生生：东北电力大学机械工程学院东北电力大学机械工程学院 一、本课题的主要研究内容一、本课题的主要研究内容 东北电力大学机械工程学院东北电力大学机械工程学院 二、本课题研究完成的内容 1.1.系统神经网络的设计：系统神经网络的设计：神经网络模型，输入层、隐含层、输出层的设计，激活函数、训练函神经网络模型，输入层、隐含层、输出层的设计，激活函数、训练函数的选择，算法流程图等。数的选择，算法流程图等。2.2.系统硬件设计：系统硬件设计：系统硬件
2、组成，传感器、前置器、信号调理器、数据采集卡、工控机系统硬件组成，传感器、前置器、信号调理器、数据采集卡、工控机等。汽轮机轴系振动测点的传感器位置示意图。等。汽轮机轴系振动测点的传感器位置示意图。3.3.系统软件设计：系统软件设计：安全登录模块、信号采集模块、信号模拟模块、时频域分析模块、安全登录模块、信号采集模块、信号模拟模块、时频域分析模块、BPBP网络诊断模块、网络诊断模块、ElmanElman网络诊断模块。故障诊断系统流程图。编写系统程网络诊断模块。故障诊断系统流程图。编写系统程序清单。序清单。4.4.系统试验验证：系统试验验证：训练样本、目标输出、测试样本、诊断结果、误差分析、模式识
3、别率训练样本、目标输出、测试样本、诊断结果、误差分析、模式识别率和准确率。和准确率。东北电力大学机械工程学院东北电力大学机械工程学院 1.1.系统神经网络的设计系统神经网络的设计 三、330MW热电汽轮机故障诊断系统 神经网络结果模型神经网络结果模型 BPBP神经网络结构模型图神经网络结构模型图 ElmanElman神经网络结构模型图神经网络结构模型图 东北电力大学机械工程学院东北电力大学机械工程学院 1.1.系统神经网络的设计系统神经网络的设计 三、330MW热电汽轮机故障诊断系统 输入层神经元节点数输入层神经元节点数:9:9个个 隐含层神经元节点数隐含层神经元节点数:22:22个个 输出层
4、神经元节点数输出层神经元节点数:10:10个个 不同节点数误差曲线图不同节点数误差曲线图 激活函数：输入层采用激活函数：输入层采用tansig()tansig()函数，隐含层采用函数，隐含层采用logsig()logsig()函函数，输出层采用纯线性的数，输出层采用纯线性的purelin()purelin()函数。函数。东北电力大学机械工程学院东北电力大学机械工程学院 1.1.系统神经网络的设计系统神经网络的设计 三、330MW热电汽轮机故障诊断系统 四种训练函数的收敛曲线四种训练函数的收敛曲线 traingd函数 traingdm函数 traingdx函数 trainlm函数 东北电力大学机
5、械工程学院东北电力大学机械工程学院 1.1.系统神经网络的设计系统神经网络的设计 三、330MW热电汽轮机故障诊断系统 四种训练函数的比较四种训练函数的比较 通过比较，系统神经网络的训练函数选择通过比较，系统神经网络的训练函数选择trainlmtrainlm函数。函数。函数 traingd函数 traingdm函数 traingdx函数 trainlm函数 均方误差 0.0599 0.0676 0.000999 0.000987 训练时间 4s 4s 1s 1s 训练步数 1000 1000 176 6 东北电力大学机械工程学院东北电力大学机械工程学院 1.1.系统神经网络的设计系统神经网络的
6、设计 三、330MW热电汽轮机故障诊断系统 神经网络的算法流程图神经网络的算法流程图 神经网络网络的算法流程图神经网络网络的算法流程图 东北电力大学机械工程学院东北电力大学机械工程学院 三、330MW热电汽轮机故障诊断系统 2.2.系统硬件设计系统硬件设计 信号采集系统的组成信号采集系统的组成 汽轮发电机组振动信号采集系统硬件组成图汽轮发电机组振动信号采集系统硬件组成图 东北电力大学机械工程学院东北电力大学机械工程学院 三、330MW热电汽轮机故障诊断系统 2.2.系统硬件设计系统硬件设计 东北电力大学机械工程学院东北电力大学机械工程学院 三、330MW热电汽轮机故障诊断系统 2.2.系统硬件
7、设计系统硬件设计 东北电力大学机械工程学院东北电力大学机械工程学院 三、330MW热电汽轮机故障诊断系统 2.2.系统硬件设计系统硬件设计 瓦振测量传感器：瓦振测量传感器：AD100AD100-1H1H压电式加速度传感器压电式加速度传感器 AD100AD100-1H1H图图 优点：灵敏度高、稳定性好、重优点：灵敏度高、稳定性好、重量轻、频响快量轻、频响快 东北电力大学机械工程学院东北电力大学机械工程学院 三、330MW热电汽轮机故障诊断系统 2.2.系统硬件设计系统硬件设计 轴振测量传感器：轴振测量传感器：HZHZ-891XL891XL电涡流位移传感器传感器电涡流位移传感器传感器 HZHZ-8
8、91XL891XL图图 优点：灵敏度高、互换性误差小、优点：灵敏度高、互换性误差小、线性量程宽、基本不受介质影响，线性量程宽、基本不受介质影响，适用于一些非接触测量场合适用于一些非接触测量场合 东北电力大学机械工程学院东北电力大学机械工程学院 三、330MW热电汽轮机故障诊断系统 2.2.系统硬件设计系统硬件设计 前置器：与前置器：与HZHZ-891XL891XL电涡流位移传感器匹配的前置器电涡流位移传感器匹配的前置器 HZHZ-891XL891XL图图 被测被测金属导体金属导体与探头之间发与探头之间发生相对位移，产生电涡流效应，生相对位移，产生电涡流效应，使得探头的参数发生改变，前置使得探头
9、的参数发生改变，前置器就能产生和探头参数成一定线器就能产生和探头参数成一定线性变化的电信号性变化的电信号 东北电力大学机械工程学院东北电力大学机械工程学院 三、330MW热电汽轮机故障诊断系统 2.2.系统硬件设计系统硬件设计 信号调理器信号调理器：选择与：选择与AD100AD100-1H1H压电式加速度传感器匹压电式加速度传感器匹配的配的XK343LXK343L-8 8通道信号调理器通道信号调理器 XK343LXK343L-8 8通道信号调理器通道信号调理器图图 它为压电式加速度传感器线圈提它为压电式加速度传感器线圈提供供24VDC24VDC、4m A 4m A 恒流电源；将电路恒流电源；将
10、电路中的直流部分去除；增益中的直流部分去除；增益范围范围在在1,1001,100内；频率在内；频率在1 1-100kHz100kHz；并；并行输出行输出BNCBNC插座。插座。东北电力大学机械工程学院东北电力大学机械工程学院 三、330MW热电汽轮机故障诊断系统 2.2.系统硬件设计系统硬件设计 数据采集卡：数据采集卡：PCI8757PCI8757数据采集卡数据采集卡 阿尔泰阿尔泰PCIPCI数据采集卡数据采集卡PCI8757PCI8757图图 优点：非线性误差小、系统测量精优点：非线性误差小、系统测量精度高、脉冲和边沿均可触发、工作度高、脉冲和边沿均可触发、工作可靠、稳定性好、可靠、稳定性好
11、、误差小、误差小、不受周不受周围介质影响，差分式模拟量的输入围介质影响，差分式模拟量的输入保证了信号采集的有效性保证了信号采集的有效性 东北电力大学机械工程学院东北电力大学机械工程学院 三、330MW热电汽轮机故障诊断系统 2.2.系统硬件设计系统硬件设计 工控机：嵌入式平板电脑工控机：嵌入式平板电脑PPCPPC-151Q151Q 嵌入式平板电脑嵌入式平板电脑PPCPPC-151Q151Q图图 优点：适合用于复杂、干扰严重的优点：适合用于复杂、干扰严重的场合，工作稳定可靠，人机界面良场合，工作稳定可靠，人机界面良好好 东北电力大学机械工程学院东北电力大学机械工程学院 三、330MW热电汽轮机故
12、障诊断系统 3.3.系统软件设计系统软件设计 软件系统的总体结构设计软件系统的总体结构设计 汽轮软件系统的总体结构设计汽轮软件系统的总体结构设计 东北电力大学机械工程学院东北电力大学机械工程学院 三、330MW热电汽轮机故障诊断系统 3.3.系统软件设计系统软件设计 安全登录模块设计安全登录模块设计 东北电力大学机械工程学院东北电力大学机械工程学院 三、330MW热电汽轮机故障诊断系统 3.3.系统软件设计系统软件设计 汽轮机故障诊断系统主界面汽轮机故障诊断系统主界面 东北电力大学机械工程学院东北电力大学机械工程学院 三、330MW热电汽轮机故障诊断系统 3.3.系统软件设计系统软件设计 信号
13、采集系统硬件和滤波去噪模块信号采集系统硬件和滤波去噪模块 东北电力大学机械工程学院东北电力大学机械工程学院 三、330MW热电汽轮机故障诊断系统 3.3.系统软件设计系统软件设计 巴特沃斯滤波去噪巴特沃斯滤波去噪 东北电力大学机械工程学院东北电力大学机械工程学院 三、330MW热电汽轮机故障诊断系统 3.3.系统软件设计系统软件设计 FIRFIR滤波去噪滤波去噪 东北电力大学机械工程学院东北电力大学机械工程学院 三、330MW热电汽轮机故障诊断系统 3.3.系统软件设计系统软件设计 移动平均滤波去噪移动平均滤波去噪 东北电力大学机械工程学院东北电力大学机械工程学院 三、330MW热电汽轮机故障
14、诊断系统 3.3.系统软件设计系统软件设计 中值滤波去噪中值滤波去噪 东北电力大学机械工程学院东北电力大学机械工程学院 三、330MW热电汽轮机故障诊断系统 3.3.系统软件设计系统软件设计 维纳滤波去噪维纳滤波去噪 东北电力大学机械工程学院东北电力大学机械工程学院 三、330MW热电汽轮机故障诊断系统 3.3.系统软件设计系统软件设计 自适应滤波去噪自适应滤波去噪 东北电力大学机械工程学院东北电力大学机械工程学院 三、330MW热电汽轮机故障诊断系统 3.3.系统软件设计系统软件设计 小波滤波去噪小波滤波去噪 东北电力大学机械工程学院东北电力大学机械工程学院 三、330MW热电汽轮机故障诊断
15、系统 3.3.系统软件设计系统软件设计 振动信号模拟模块振动信号模拟模块 东北电力大学机械工程学院东北电力大学机械工程学院 三、330MW热电汽轮机故障诊断系统 3.3.系统软件设计系统软件设计 时频域分析模块时频域分析模块 东北电力大学机械工程学院东北电力大学机械工程学院 三、330MW热电汽轮机故障诊断系统 3.3.系统软件设计系统软件设计 幅值分析模块幅值分析模块 东北电力大学机械工程学院东北电力大学机械工程学院 三、330MW热电汽轮机故障诊断系统 3.3.系统软件设计系统软件设计 BPBP网络故障诊断模块网络故障诊断模块 东北电力大学机械工程学院东北电力大学机械工程学院 三、330M
16、W热电汽轮机故障诊断系统 3.3.系统软件设计系统软件设计 ElmanElman网络故障诊断模块网络故障诊断模块 东北电力大学机械工程学院东北电力大学机械工程学院 三、330MW热电汽轮机故障诊断系统 3.3.系统软件设计系统软件设计 故障诊断系统流程图故障诊断系统流程图 东北电力大学机械工程学院东北电力大学机械工程学院 三、330MW热电汽轮机故障诊断系统 4.4.系统试验验证系统试验验证 训练样本：训练样本：9090组组 目标输出如下：目标输出如下：东北电力大学机械工程学院东北电力大学机械工程学院 三、330MW热电汽轮机故障诊断系统 4.4.系统试验验证系统试验验证 测试样本：测试样本：1010组，如下组，如下 东北电力大学机械工程学院东北电力大学机械工程学院 4.4.系统试验验证系统试验验证 三、330MW热电汽轮机故障诊断系统 诊断结果诊断结果 第1组：不平衡 第2组：气动力偶 第3组：不对中 第4组：油膜涡动 第5组：转子径向碰磨 第6组：共生松动 第7组：推力轴承损坏 第8组：喘振 第9组：轴承座松动 第10组：不等轴承刚度 东北电力大学机械工程学院东北电力大学机械工程学
