毕业答辩-330MW热电汽轮机故障诊断系统研究

2018年毕业论文答辩330MW热电汽轮机故障诊断系统研究学生：班级：机械141学号：一、本课题的主要研究内容●研究意义：通过有效的故障诊断对汽轮机设备进行相应的维护维修，对保证其安全、可靠性持续运行具有重要意义。●研究方向：如何对汽轮机故障做出快速、准确、有效的诊断。●研究方法：采用人工神经网络的研究方法。●研究过程：以MATLAB软件为开发平台，设计开发了330MW热电汽轮机故障诊断系统。●系统介绍：该系统能够实现对汽轮机振动信号采集、信号滤波去噪、信号FFT处理、时频域分析、故障数据提取、故障数据文件读取、利用BP网络和Elman网络进行故障诊断、显示诊断结果和故障诊断类型。●研究结果：通过十组测试数据对该汽轮机故障诊断系统进行试验验证，结果表明该系统能够实现快速、准确、有效的诊断。二、本课题研究完成的内容

1.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、训练函数的选择，算法流程图等。

2.系统硬件设计：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。

3.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、BP网络诊断模块、Elman网络诊断模块。故障诊断系统流程图。编写系统程序清单。4.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、模式识别率和准确率。1.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BP神经网络结构模型图Elman神经网络结构模型图1.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:9个隐含层神经元节点数:22个输出层神经元节点数:10个不同节点数误差曲线图激活函数：输入层采用tansig()函数，隐含层采用logsig()函数，输出层采用纯线性的purelin()函数。1.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traingd函数traingdm函数traingdx函数trainlm函数1.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

通过比较，系统神经网络的训练函数选择trainlm函数。

函数traingd函数traingdm函数traingdx函数trainlm函数均方误差0.05990.06760.0009990.000987训练时间4s4s1s1s训练步数1000100017661.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的算法流程图神经网络网络的算法流程图三、330MW热电汽轮机故障诊断系统2.系统硬件设计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三、330MW热电汽轮机故障诊断系统2.系统硬件设计三、330MW热电汽轮机故障诊断系统2.系统硬件设计三、330MW热电汽轮机故障诊断系统2.系统硬件设计瓦振测量传感器：AD100-1H压电式加速度传感器AD100-1H图优点：灵敏度高、稳定性好、重量轻、频响快三、330MW热电汽轮机故障诊断系统2.系统硬件设计轴振测量传感器：HZ-891XL电涡流位移传感器传感器HZ-891XL图优点：灵敏度高、互换性误差小、线性量程宽、基本不受介质影响，适用于一些非接触测量场合三、330MW热电汽轮机故障诊断系统2.系统硬件设计前置器：与HZ-891XL电涡流位移传感器匹配的前置器HZ-891XL图

被测金属导体与探头之间发生相对位移，产生电涡流效应，使得探头的参数发生改变，前置器就能产生和探头参数成一定线性变化的电信号三、330MW热电汽轮机故障诊断系统2.系统硬件设计信号调理器：选择与AD100-1H压电式加速度传感器匹配的XK343L-8通道信号调理器XK343L-8通道信号调理器图

它为压电式加速度传感器线圈提供24VDC、4mA恒流电源；将电路中的直流部分去除；增益范围在[1,100]内；频率在1-100kHz；并行输出BNC插座。三、330MW热电汽轮机故障诊断系统2.系统硬件设计数据采集卡：PCI8757数据采集卡阿尔泰PCI数据采集卡PCI8757图优点：非线性误差小、系统测量精度高、脉冲和边沿均可触发、工作可靠、稳定性好、误差小、不受周围介质影响，差分式模拟量的输入保证了信号采集的有效性

三、330MW热电汽轮机故障诊断系统2.系统硬件设计工控机：嵌入式平板电脑PPC-151Q嵌入式平板电脑PPC-151Q图优点：适合用于复杂、干扰严重的场合，工作稳定可靠，人机界面良好三、330MW热电汽轮机故障诊断系统3.系统软件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三、330MW热电汽轮机故障诊断系统3.系统软件设计安全登录模块设计三、330MW热电汽轮机故障诊断系统3.系统软件设计汽轮机故障诊断系统主界面三、330MW热电汽轮机故障诊断系统3.系统软件设计信号采集系统硬件和滤波去噪模块三、330MW热电汽轮机故障诊断系统3.系统软件设计巴特沃斯滤波去噪三、330MW热电汽轮机故障诊断系统3.系统软件设计FIR滤波去噪三、330MW热电汽轮机故障诊断系统3.系统软件设计移动平均滤波去噪三、330MW热电汽轮机故障诊断系统3.系统软件设计中值滤波去噪三、330MW热电汽轮机故障诊断系统3.系统软件设计维纳滤波去噪三、330MW热电汽轮机故障诊断系统3.系统软件设计自适应滤波去噪三、330MW热电汽轮机故障诊断系统3.系统软件设计小波滤波去噪三、330MW热电汽轮机故障诊断系统3.系统软件设计振动信号模拟模块三、330MW热电汽轮机故障诊断系统3.系统软件设计时频域分析模块三、330MW热电汽轮机故障诊断系统3.系统软件设计幅值分析模块三、330MW热电汽轮机故障诊断系统3.系统软件设计BP网络故障诊断模块三、330MW热电汽轮机故障诊断系统3.系统软件设计Elman网络故障诊断模块三、330MW热电汽轮机故障诊断系统3.系统软件设计故障诊断系统流程图三、330MW热电汽轮机故障诊断系统4.系统试验验证训练样本：90组目标输出如下：三、330MW热电汽轮机故障诊断系统4.系统试验验证测试样本：10组，如下4.系统试验验证三、330MW热电汽轮机故障诊断系统诊断结果第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1.trainlm函数训练时间较短、均方误差不大、训练步数很少，能够适应和调整学习速率并增加系统的稳定性，提高了网络学习训练的速度和精度。四、结论2.七种滤波方法中小波滤波效果非常不错。3.BP网络比Elman网络训练所需步数少，收敛