毕业答辩-火电厂凝汽器系统故障诊断系统研究

2018毕业论文答辩Loremipsumdolorsitamet,consecteturadipisicingelit.题目：火电厂凝汽器系统故障诊断系统研究学院：机械工程学院专业：机械设计制造及其自动化姓名：班级：机械卓越141班学号目录课题背景及意义12人工神经网络BP诊断机理3硬件部分及解决方案4软件部分及关键技术难点5结论6国内外研究现状课题背景及意义凝汽设备主要有凝汽器、循环水泵、凝结水泵、抽气设备以及它们之间的连接管道和附件组成,右图为最简单的凝汽设备原则性系统图。凝汽设备的工作过程是汽轮机做完工的排气进入凝汽器并在其中凝结成水,排气凝结出释放出的热量被循环水泵送入凝汽器冷却管中被冷却水带出进入冷却设备,凝结水通过凝结水泵从凝汽器底部的集水箱中抽出,升压后送入主凝结水系统。当比体积很大的排气在密闭的凝汽其中凝结成水时,其体积骤然缩小,使凝汽器形成高度真空。凝汽器内形成高度的真空,外界空气就会通过处于真空状态下的不严密处漏人凝汽器的汽侧空间,为了防止这些不凝结气体在凝汽器中逐渐积累,使凝汽器的真空下降,需要采用抽气设备将空气不断地从凝汽器中抽出,从而维持凝汽器的真空,保证机组安全经济运行。综上所述,凝汽设备的主要任务是(1)在汽轮机排气口建立并维持高度真空度；(2)将汽轮机排气凝结成洁净的凝结水作为锅炉给水重复利用。原理图课题背景及意义研究意义课题背景

凝汽设备是汽轮发电机组的重要辅机之一，其主要功能是保证汽轮机排汽在凝汽器中不断地凝结，并使凝汽器达到所要求的真空值，是火电厂热力循环中的重要一环，对于整个火电厂的安全经济运行都有重要影响。

凝汽器的故障包括低真空、凝结水过冷、冷却管泄露、冷却管振动等，其中，最常见的故障是低真空，这是本课题研究的重点。引起凝汽器低真空的原因很多，有时几种因素同时出现，这给故障诊断带来了困难。本课题就是想在详细分析影响凝汽器真空的各种因素及征兆的基础上，借助于计算机，利用模糊神经网络的诊断方法，能使一般的运行人员也可以准确快速地找出故障原因，并采取正确的措施进行处理。国内外研究状况美国已发展成为网络化的汽轮发电机组智能化故障诊断专家系统，其三套人工智能诊断软件（汽轮机TurbineAID，发电机GenAID，水化学ChemAID)共有近万条诊断规则；日本在火电厂故障诊断技术研究方面亦处于世界领先水平，日本的日立公司研制出了指导火电厂运行和维护的专家系统；国内在智能诊断方面的研究已蓬勃展开，国内多所大学、研究所、电厂和有关生产厂家纷纷投入人力、物力进行这方面的研究，并取得了一定的研究成果。有关大型旋转机械故障诊断技术，已开发出近20套多种类型的故障诊断装置，并用于电厂各大型汽轮发电机组和石化企业压缩机组的状态监测和故障诊断。人工神经网络BP诊断机理BP网络是一种多层前馈性神经网络,其神经元的传递函数S型函数,输出量位0到1之间的连续量,它利用误差反向传播算法对网络进行训练，其可靠性强，故在函数逼近，模式识别，信息分类及数据压缩等领域得到了广泛的应用。。由于它的数学意义明确，学习算法步骤分明，使得应用背景更加广泛，可以实现输入到输出的任意非线性映射。目前,在人工神经网络的实际应用中,绝大部分的神经网络模型都采用BP网络及其变化形势，它也是前向网络网络的核心部分,体现了人工神经网络的精华。BP网络主要用于以下四个方面(1)函数逼近用输入向量和相应的输出向量训练一个网络逼近一个函数；(2)模式识别用一个待定的输出向量将它与输入向量联系；(3)分类把输入向量所定义的合适方式进行分类；(4)数据压缩减少输出向量为数以便于传输或存储。

BP诊断流程图硬件部分及解决方案

本课题通过检测凝汽器真空度、凝结水泵出口压力、凝结水泵电动机电流、循环水温、循环水泵电动机电流、循环水泵出口压力、凝结水电导率、凝结水过冷度此8方面来检测凝汽器故障,此8方面可用压力传感器、电流表、凝结水电导仪、温度传感器、智能传感器来监测。具体故障诊断参数采集整理过程如右图所示。BP网络诊断以及难点内容

本文在熟悉和掌握火电厂凝汽器运行机理特点、了解其故障过程本质的基础上，搜集凝汽器常见故障参数数据，设置人工神经网络凝汽器故障诊断，本文采用BP诊断进行故障类型识别。利用MATLAB数学建模软件，并对其进行二次开发，对上述模型进行人工智能培训，记忆各故障数据，并着重分析凝汽器故障产生的可能参数，从真空度、凝结水泵出口压力、凝结水泵电动机电流、循环水温，循环水泵电动机电流、循环水泵出口压力、凝结水电导率、凝结水过冷度等8个主要参数分析，对常见的循环水泵严重事故、凝汽水管脏污、凝汽器满水、真空系统不严密、凝汽器铜管破裂5种故障类型进行准确的识别。学会MATLAB神经网络工具箱的应用设计；特征数据的筛选，模拟故障信号，实现系统的故障识别功能；学习调用函数与创建诊断GUI界面；对最终的故障诊断系统进行准确率的提高。BP网络数据采集函数function[train_data,test_data]=ReadData()data=load('data.txt');data1=data(find(data(:,9)==1),:);data2=data(find(data(:,10)==1),:);data3=data(find(data(:,11)==1),:);data4=data(find(data(:,12)==1),:);data5=data(find(data(:,13)==1),:);train=[data1(1:12,:);data2(1:12,:);data3(1:12,:);data4(1:12,:);data5(1:12,:)];train_data=train(:,1:8);test=[data1(13:16,:);data2(13:16,:);data3(13:16,:);data4(13:16,:);data5(13:16,:)];test_data=test(:,1:8);End数据表格BP网络创建函数pn为归一化处理后的训练集向量空间

%%net建立的BP神经网络

function[net]=createBP(pn,num_hidden,func_hidden,func_out,trainfunc,goal,epochs,learn_rate)

fprintf('开始构建BP神经网络');

%%输入隐含层单元数，num_hidden储存该值的变量

num_hidden=input('输入隐含层神经元个数:(40:20:100)');

%%输入输入层与隐含层之间的传递函数，func_hidden储存该字符串的变量，func_hidden=input('请输入输入层与隐含层之间的传递函数；

%%(tansig,purelin)','s')，输入隐含层与输出层之间的传递函数；

%%func_out储存该字符串的变量，func_out=input('请输入隐含层与输出层之间的传递函数；

%%输入BP训练函数，trainfunc储存该字符串的变量，trainfunc=input('请输入BP网络训练函数:(trainrp)','s')；

%%输入训练目标，goal储存该值的变量，goal=input('请输入训练目标（<0.01）(1e－5):');

%%输入训练次数，epochs储存该值的变量，epochs=input('请输入训练次数:(8000)');

%%输入学习速率，learn_rate储存该值的变量，learn_rate=input('请输入学习速率(<0.1):(0.005)');

fprintf(开始构建BP神经网络,请等待.);

net=newff(minmax(pn),[num_hidden,5],{func_hidden,func_out},trainfunc);

%%调用MATLAB神经网络工具箱，构建BP神经网络

net.trainParam.goal=goal;%%设置训练目标

net.trainParam.epochs=epochs;%%训练迭代数

net.trainParam.lr=learn_rate;%%设置学习速率

fprintf(BP神经网络搭建结束！);

BP网络训练函数%netBP神经网络%pn为归一化处理后的训练集%t训练集对应的目标集%返回参数%net训练后的神经网络%tr训练过程记录function[net,tr]=trainBP(net,pn,t)disp('开始训练BP神经网络，这个过程比较长，需耐心等待..........');[net,tr]=train(net,pn,t);disp('神经网络训练结束！');

BP网络准确率统计函数%net已经训练好的神经网络%pnewn归一化处理后的测试集向量空间%pn归一化处理后的训练集向量空间%num_train每个用于训练的图片数目%num_test每个用于测试的图片数目%返回参数%result_test测试的输出结果向量空间%result_train训练的输出结果向量空间%count_test分类正确的测试集数目整型%count_train分类正确的训练集数目整型%Test_reg测试集识别率%Train_reg训练集识别率%Total_reg总识别率functionTest_reg=result(net,pnewn,pn,num_train,num_test)fprintf('测试神经网络,统计识别正确的图片数\n\n');%测试模拟结果%计算在得出的结果中，被正确识别出来的测试集图片数目if(I(1,(f-1)*num_test+g)==f)count_test=count_test+1;endendforh=1:num_train%计算在得出的结果中，被正确识别出来的训练集图片数目if(B(1,(f-1)*num_train+h)==f)count_train=count_train+1;endendend%计算出所有测试集的图片总数GUI界面创建函数edit4=uicontrol(h_f,'style','edit','position',[126,360,60,40],'string','','backgroundcolor','g');......edit11=uicontrol(h_f,'style','edit','position',[574,360,60,40],'string','','backgroundcolor','g');以上为对8个数据参数的文本框及内容字符串数字高度等进行编程；button_recg=uicontrol(h_f,'style','push','string','训练','position',[205015050],'callback','train');%训练按钮调用程序为GUIrecg里面的函数button_match=uicontrol(h_f,'style','push','string','bp识别','position',[4005018050],'callback','GUIrecg');%bp识别按钮调用程序为GUIrecg里面的函数；

最终GUI界面效果

实验证明为验证前文设立的故障诊断学习状态模型是否可靠以及最终编程模拟是否准确，故在本课题进行试验来对前文进行的模拟结果进行验证，通过检测各故障的分析数据状态，来与模拟结果进行对比来确定模型的可靠性和准确性。本章将分具体故障类型将试验过程进行完整分析。试验步骤为依次进行真空系统不严密、凝汽管脏污、循环水泵严重事故、凝汽器满水、凝汽管破裂五种故障进行数据模拟分析，每种故障随机选取5组故障数据参数，将其带入故障诊断界面，并依次进行训练和BP诊断，在训练完成后观察器图象的重合性是否达到要求，如果达到要求则进行BP诊断；否则，进行再次训练学习，直到达到标准进行BP诊断。真空系统不严密故障数据验证以下数据依次带入测试数据框内，点击bp识别，判断出结果，结果若为均为真空系统不严密，验证此类故障诊断准确性可靠。凝汽管铜管脏污故障数据验证以上数据依次带入测试数据框内，点击bp识别，判断出结果，结果为均为凝汽管铜管脏污，验证此类故障诊断准确性可靠。

结论本文根据基本神经网络的原理，对火电厂凝汽器系统各具体特征参数进行了分析，探究了凝汽器系统工作原理，对各故障参数影响进行了分析，对故障类型判别进行了研究。在研究过后，文章根据故障诊断机理，建立了