2018年畢業論文答辯330MW熱電汽輪機故障診斷系統研究學生：班級：機械141學號：一、本課題的主要研究內容●研究意義：通過有效的故障診斷對汽輪機設備進行相應的維護維修，對保證其安全、可靠性持續運行具有重要意義。●研究方向：如何對汽輪機故障做出快速、準確、有效的診斷。●研究方法：采用人工神經網絡的研究方法。●研究過程：以MATLAB軟件為開發平臺，設計開發了330MW熱電汽輪機故障診斷系統。●系統介紹：該系統能夠實現對汽輪機振動信號采集、信號濾波去噪、信號FFT處理、時頻域分析、故障數據提取、故障數據文件讀取、利用BP網絡和Elman網絡進行故障診斷、顯示診斷結果和故障診斷類型。●研究結果：通過十組測試數據對該汽輪機故障診斷系統進行試驗驗證，結果表明該系統能夠實現快速、準確、有效的診斷。二、本課題研究完成的內容

1.系統神經網絡的設計：神經網絡模型，輸入層、隱含層、輸出層的設計，激活函數、訓練函數的選擇，算法流程圖等。

2.系統硬件設計：系統硬件組成，傳感器、前置器、信號調理器、數據采集卡、工控機等。汽輪機軸系振動測點的傳感器位置示意圖。

3.系統軟件設計：安全登錄模塊、信號采集模塊、信號模擬模塊、時頻域分析模塊、BP網絡診斷模塊、Elman網絡診斷模塊。故障診斷系統流程圖。編寫系統程序清單。4.系統試驗驗證：訓練樣本、目標輸出、測試樣本、診斷結果、誤差分析、模式識別率和準確率。1.系統神經網絡的設計三、330MW熱電汽輪機故障診斷系統神經網絡結果模型BP神經網絡結構模型圖Elman神經網絡結構模型圖1.系統神經網絡的設計三、330MW熱電汽輪機故障診斷系統輸入層神經元節點數:9個隱含層神經元節點數:22個輸出層神經元節點數:10個不同節點數誤差曲線圖激活函數：輸入層采用tansig()函數，隱含層采用logsig()函數，輸出層采用純線性的purelin()函數。1.系統神經網絡的設計三、330MW熱電汽輪機故障診斷系統四種訓練函數的收斂曲線traingd函數traingdm函數traingdx函數trainlm函數1.系統神經網絡的設計三、330MW熱電汽輪機故障診斷系統四種訓練函數的比較

通過比較，系統神經網絡的訓練函數選擇trainlm函數。

函數traingd函數traingdm函數traingdx函數trainlm函數均方誤差0.05990.06760.0009990.000987訓練時間4s4s1s1s訓練步數1000100017661.系統神經網絡的設計三、330MW熱電汽輪機故障診斷系統神經網絡的算法流程圖神經網絡網絡的算法流程圖三、330MW熱電汽輪機故障診斷系統2.系統硬件設計信號采集系統的組成汽輪發電機組振動信號采集系統硬件組成圖三、330MW熱電汽輪機故障診斷系統2.系統硬件設計三、330MW熱電汽輪機故障診斷系統2.系統硬件設計三、330MW熱電汽輪機故障診斷系統2.系統硬件設計瓦振測量傳感器：AD100-1H壓電式加速度傳感器AD100-1H圖優點：靈敏度高、穩定性好、重量輕、頻響快三、330MW熱電汽輪機故障診斷系統2.系統硬件設計軸振測量傳感器：HZ-891XL電渦流位移傳感器傳感器HZ-891XL圖優點：靈敏度高、互換性誤差小、線性量程寬、基本不受介質影響，適用于一些非接觸測量場合三、330MW熱電汽輪機故障診斷系統2.系統硬件設計前置器：與HZ-891XL電渦流位移傳感器匹配的前置器HZ-891XL圖

被測金屬導體與探頭之間發生相對位移，產生電渦流效應，使得探頭的參數發生改變，前置器就能產生和探頭參數成一定線性變化的電信號三、330MW熱電汽輪機故障診斷系統2.系統硬件設計信號調理器：選擇與AD100-1H壓電式加速度傳感器匹配的XK343L-8通道信號調理器XK343L-8通道信號調理器圖

它為壓電式加速度傳感器線圈提供24VDC、4mA恒流電源；將電路中的直流部分去除；增益范圍在[1,100]內；頻率在1-100kHz；并行輸出BNC插座。三、330MW熱電汽輪機故障診斷系統2.系統硬件設計數據采集卡：PCI8757數據采集卡阿爾泰PCI數據采集卡PCI8757圖優點：非線性誤差小、系統測量精度高、脈沖和邊沿均可觸發、工作可靠、穩定性好、誤差小、不受周圍介質影響，差分式模擬量的輸入保證了信號采集的有效性

三、330MW熱電汽輪機故障診斷系統2.系統硬件設計工控機：嵌入式平板電腦PPC-151Q嵌入式平板電腦PPC-151Q圖優點：適合用于復雜、干擾嚴重的場合，工作穩定可靠，人機界面良好三、330MW熱電汽輪機故障診斷系統3.系統軟件設計軟件系統的總體結構設計汽輪軟件系統的總體結構設計三、330MW熱電汽輪機故障診斷系統3.系統軟件設計安全登錄模塊設計三、330MW熱電汽輪機故障診斷系統3.系統軟件設計汽輪機故障診斷系統主界面三、330MW熱電汽輪機故障診斷系統3.系統軟件設計信號采集系統硬件和濾波去噪模塊三、330MW熱電汽輪機故障診斷系統3.系統軟件設計巴特沃斯濾波去噪三、330MW熱電汽輪機故障診斷系統3.系統軟件設計FIR濾波去噪三、330MW熱電汽輪機故障診斷系統3.系統軟件設計移動平均濾波去噪三、330MW熱電汽輪機故障診斷系統3.系統軟件設計中值濾波去噪三、330MW熱電汽輪機故障診斷系統3.系統軟件設計維納濾波去噪三、330MW熱電汽輪機故障診斷系統3.系統軟件設計自適應濾波去噪三、330MW熱電汽輪機故障診斷系統3.系統軟件設計小波濾波去噪三、330MW熱電汽輪機故障診斷系統3.系統軟件設計振動信號模擬模塊三、330MW熱電汽輪機故障診斷系統3.系統軟件設計時頻域分析模塊三、330MW熱電汽輪機故障診斷系統3.系統軟件設計幅值分析模塊三、330MW熱電汽輪機故障診斷系統3.系統軟件設計BP網絡故障診斷模塊三、330MW熱電汽輪機故障診斷系統3.系統軟件設計Elman網絡故障診斷模塊三、330MW熱電汽輪機故障診斷系統3.系統軟件設計故障診斷系統流程圖三、330MW熱電汽輪機故障診斷系統4.系統試驗驗證訓練樣本：90組目標輸出如下：三、330MW熱電汽輪機故障診斷系統4.系統試驗驗證測試樣本：10組，如下4.系統試驗驗證三、330MW熱電汽輪機故障診斷系統診斷結果第1組：不平衡第2組：氣動力偶第3組：不對中第4組：油膜渦動第5組：轉子徑向碰磨第6組：共生松動第7組：推力軸承損壞第8組：喘振第9組：軸承座松動第10組：不等軸承剛度1.trainlm函數訓練時間較短、均方誤差不大、訓練步數很少，能夠適應和調整學習速率并增加系統的穩定性，提高了網絡學習訓練的速度和精度。四、結論2.七種濾波方法中小波濾波效果非常不錯。3.BP網絡比Elman網絡訓練所需步數少，收斂