一種基於無線傳感器的設備故障的診斷系統及方法與流程
2023-05-29 18:04:36 1
本發明涉及設備故障診斷領域，特別是涉及一種基於無線傳感器的設備故障的診斷系統及方法。
背景技術：
隨著現代工業的迅猛發展，各種機械設備廣泛應用於各工業領域。設備的正常運轉，關係著設備能否安全、高效的長期運行，也是整個企業正常生產的重要保障。因此，對設備進行檢測和故障診斷有著至關重要的作用，通過設備檢測及故障診斷，可以提早檢查出設備問題，避免機械設備出現事故停機，從而減少停機損失，提高人員的作業安全。
傳統的設備測量及診斷分析手段是：使用一款專用的振動採集器與傳感器連接，通過採集設備振動信號，並進行狀態值、時域波形和頻譜分析，確定設備的故障原因，制定對應的維修策略。但是傳統的設備測量及診斷分析手段存在以下問題：
傳統儀器在進行數據測量前需要根據設備結構和參數制定並配置測量方案，測量完成後需要分析狀態值及圖譜數據；此過程不僅需要很強的專業知識，而且操作步驟繁瑣，所以傳統儀器的受眾人群少；
設備檢測及故障診斷分析除需要測量數據外還需要記錄設備運行工況，傳統儀器文字輸入方式困難，不便於設備運行工況的記錄；
當用戶遇到自己不能解決的疑難問題需要求助專家時，一方面，不具備行業專家資源；另一方面，不能直接完成測量方案、被測設備信息、測量數據的溝通交互，而是要藉助於電話、社交軟體的溝通形式，對這些信息難以進行匯總描述，效率低下。當用戶需要與他人分享溝通時，由於傳統儀器上不能安裝社交軟體，所以需要將信息導出到電腦或者通過拍照的方式將信息轉述一遍，再通過社交軟體或者電話將信息分享出去，此操作步驟繁瑣、信息零散且容易缺失；
現場使用需配備單獨的磁座與傳感器連接，增加了系統的複雜性，單臺儀器價格昂貴，且數據查看和分析受限於儀器性能及屏幕大小，儀器的信號處理往往採用模擬電路實現，優化和升級困難，儀器的操作說明、檢測診斷專業知識的培訓，往往採用紙質說明書的方式，或人工一次性授課的方式，用戶短時間內往往難以理解，傳統測量儀器用戶必須在同一儀器上查看數據，而且不便於數據的保存和管理。
因此，目前傳統的設備測量及診斷分析手段在測量設備之前要先確定測量信息，即：存在針對不同的被測設備如何進行測量，測量點在哪的問題，因此，傳統的測量診斷手段只能在有專業人士在場的情況下才能進行，存在著受眾人群少，信息向外界發送及時性低從而導致無法及時向場外求助等問題。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種基於無線傳感器的設備故障的診斷系統及方法，以解決目前受眾人群少，普通用戶無法對設備進行測量，信息向外界發送的及時性低等問題。
為實現上述目的，本發明提供了如下方案：
一種基於無線傳感器的設備故障的診斷系統，包括：客戶端、無線傳感器、雲伺服器；
所述無線傳感器用於對被測設備的不同測量位置進行測量，獲得測量數據；
所述雲伺服器用於存儲多個設備模版、用戶數據以及用戶發布的專業知識；所述專業知識包括機械設備基礎知識、故障診斷基礎知識、現場診斷案例、產品培訓材料；
所述客戶端分別與所述雲伺服器及無線傳感器連接，用於從所述雲伺服器上獲取設定的設備模版，並根據所述設備模板結合輸入的被測設備信息生成測量方案和測量值的報警閾值，並將測量方案發送給所述無線傳感器，以控制所述無線傳感器對所述被測設備進行測量；並接收所述測量數據，根據所述測量數據生成所述被測設備不同測量位置的實際故障圖譜，對所述實際故障圖譜與根據模板結合被測設備信息生成的標準故障圖譜對比和分析得出所述被測設備的故障類型；所述標準故障圖譜是根據所述被測設備的模板和輸入的被測設備信息生成的；其中，所述輸入被測設備信息包括設備標準轉速、設備標準功率、設備軸承類型、設備基礎支撐類型。
可選的，所述雲伺服器還包括：
雲模版模塊，用於創建、存儲、發布所述設備模版。
可選的，所述雲伺服器還包括：
用戶數據模塊，用於存儲所述客戶端發送過來的所述被測設備的實際故障圖譜、測量數據、輸入被測設備的信息以及被測設備的工況備註信息；
專業知識存儲模塊，用於存儲用戶發布的專業知識。
查看模塊，用於查看所述用戶數據模塊、所述專業知識存儲模塊的存儲內容；
可選的，所述客戶端還包括：
模版選擇模塊，用於根據所述被測設備的類型選擇設定的設備模版；所述設備模版包括模版信息，所述模版信息包括設備結構類型、設備結構圖形、測量位置信息。
設備測量方案生成模塊，用於根據選擇的設備模板和輸入所述被測設備的信息生成測量方案、測量值報警閾值；
對比模塊，用於對比所述實際故障圖譜與多個標準故障圖譜，自動分析所述被測設備的故障類型；所述標準故障圖譜是根據選擇的設備模板和輸入所述被測設備信息自動生成的。
可選的，所述客戶端還包括：
工況備註單元，用於在測量所述被測設備過程中對所述被測設備的現場運行工況進行備註，得到工況備註信息。
可選的，所述客戶端還包括：
上傳子單元，用於將輸入的所述被測設備信息、測量數據以及所述工況備註信息上傳至所述雲伺服器。
可選的，所述客戶端還包括：
分享子單元，用於將輸入的所述被測設備信息、測量數據以及所述工況備註信息分享至第三方社交工具。
可選的，所述客戶端還包括:
遠程專家協助子單元，用戶將所述測量設備的工況備註信息、被測設備信息以及測量數據上傳至雲伺服器後，遠程專家即可調用查看這些信息，以協助分析。
可選的，所述無線傳感器包括：無線通訊模塊、低能耗處理晶片、加速度計；
所述無線通訊模塊接收所述客戶端的測量信息指令，並將所述測量信息指令發送至所述低能耗處理晶片；
所述低能耗處理晶片與所述加速度計連接，所述低能耗處理晶片用於對所述加速度計採集到的所述測量數據進行預處理，並將預處理後的測量數據發送至所述無線通訊模塊，再由所述無線通訊模塊發送至所述客戶端。
一種基於無線傳感器的設備故障的診斷方法，包括：
通過所述客戶端獲取所述雲伺服器上的設備模版，根據所述設備模板結合輸入的被測設備信息生成測量方案和測量值的報警閾值，並將測量方案發送給所述無線傳感器和獲取所述無線傳感器返回的測量數據；根據所述測量數據生成被測設備不同測量位置的實際故障圖譜，對所述實際故障譜圖圖譜與標準故障圖譜做對比和分析得出所述被測設備的故障類型；並將所述實際故障圖譜和測量數據上傳至所述雲伺服器；
通過無線傳感器根據所述客戶端發送的測量信息指令對所述被測設備的不同測量位置進行測量，並將測量數據發送給所述客戶端；
通過雲伺服器創建、存儲、發布多個設備模版。
根據本發明提供的具體實施例，本發明公開了以下技術效果：本發明提供了一種基於無線傳感器的設備故障的診斷系統及方法，通過客戶端、無線傳感器之間進行數據交互，客戶端獲取雲伺服器上的設備模版，從而生成針對被測設備的測量信息指令，無線傳感器根據所述測量信息指令對所述被測設備進行數據信息採集，無需在檢測被測設備前採用人為方式確定被測設備的測量點等測量信息，使得普通非專業人員也能夠對被測設備進行測量，將無線傳感器採集到的測量數據發送到客戶端，由客戶端對採集的測量數據進行處理髮送至雲伺服器上，能夠實時將測量數據以及處理過程發送出去，避免了將測量數據先導入電腦或者通過拍照的方式將測量信息再轉述一遍，再者，通過社交軟體或者電話將信息分享出去，導致複述的測量信息零散而且容易缺失的問題，實現遠程協助。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發明實施例設備故障的診斷系統結構圖；
圖2為本發明實施例雲伺服器的結構示意圖；
圖3為本發明實施例客戶端功能模塊圖；
圖4為本發明實施例設備故障的診斷方法流程圖。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
本發明的目的是提供一種基於無線傳感器的設備故障的診斷系統及方法，能夠使得普通用戶對設備直接進行測量，並實時將測量的信息向外界發送，從而提高信息向外傳輸時的準確性，提高遠程協助的效率。
為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。
圖1為本發明實施例設備故障的診斷系統結構圖，如圖1所示，一種基於無線傳感器的設備故障的診斷系統，包括：客戶端101、無線傳感器102、雲伺服器103；
所述無線傳感器102用於對被測設備的不同測量位置進行測量，獲得測量數據；
所述雲伺服器103用於存儲多個設備模版、用戶數據以及用戶發布的專業知識；所述專業知識包括機械設備基礎知識、故障診斷基礎知識、現場診斷案例、產品培訓材料；
所述客戶端101分別與所述雲伺服器103及無線傳感器102連接，用於從所述雲伺服器103上獲取設定的設備模版，並模板結合輸入的被測設備信息生成測量方案和測量值的報警閾值，並將測量方案發送給所述無線傳感器，以控制所述無線傳感器對所述被測設備進行測量；並接收所述測量數據，根據所述測量數據生成所述被測設備不同測量位置的實際故障圖譜，對所述實際故障圖譜與根據模板結合被測設備信息生成的標準故障圖譜對比和分析得出所述被測設備的故障類型；所述標準故障圖譜是根據所述被測設備的模板和輸入的被測設備信息生成的；其中，所述輸入被測設備信息包括設備標準轉速、設備標準功率、設備軸承類型、設備基礎支撐類型。
本發明採用上述基於無線傳感器的設備故障的診斷系統，採用模板化測量方式，測量前直接生成測量方案和狀態值的報警閾值，測量完成後直接展示狀態值的報警狀態並採用智能圖譜分析方式分析數據，將需要專業知識和繁瑣的操作步驟封裝到了後臺，擴大了受眾人群。
在實際應用中，所述無線傳感器102包括：無線通訊模塊、低能耗處理晶片、加速度計；
所述無線通訊模塊接收所述客戶端101的測量信息指令，並將所述測量信息指令發送至所述低能耗處理晶片；
所述低能耗處理晶片與所述加速度計連接，所述低能耗處理晶片用於對所述加速度計採集到的所述測量數據進行預處理，並將預處理後的測量數據發送至所述無線通訊模塊，再由所述無線通訊模塊發送至所述客戶端101。
傳統設備檢測及診斷分析儀器是將傳感器安裝在機械設備上，傳感器負責測量數據，單機儀器負責計算、存儲數據，並且用戶以此為平臺分析數據，若用戶無法確定機械設備存在何種故障，則無法及時向外界求助，而且及時通過電話或者電腦的形式傳輸，也可能會丟失測量的數據，或者測量表徵描述不準確，從而影響故障類型診斷的精確性。而本發明中的所述無線傳感器102通過無線方式直接(或者通過中間路由器)與客戶端101連接，客戶端101通過網際網路與雲伺服器103連接；客戶端101從雲伺服器103中獲取測量模板結合輸入的被測設備信息生成測量方案(也可以在客戶端101中創建)後將測量方案下發到無線傳感器，無線傳感器啟動測量計算，測量計算完成後將數據傳輸至客戶端101；用戶通過客戶端101進行數據分析，同時將數據同步至雲伺服器備份供後續查閱，也可以將數據分享給他人進行討論或者請求遠程專家協助分析；通過雲伺服器103及時對無線傳感器和客戶端101的軟體升級，從而能夠實時同步至雲伺服器，提高故障類型診斷的精確性。
所述無線傳感器102由加速度計、低功耗無線通信模塊、可充電鋰電池、低功耗mcu、低功耗fram、低功耗電量管理晶片、振動信號數據硬體和軟體處理算法，標準充電接口組成，無線傳感器102採用數位訊號的處理方式，支持在線升級，內置磁環，支持磁吸、膠粘、螺栓等多種安裝方式；所述加速度計，可替換為三軸加速度計、速度傳感器、位移傳感器、溫度傳感器，壓力傳感器等其他類型傳感器；所述低功耗無線通信模塊，根據客戶的需求和現場使用環境，採用低功耗型無線2.4ghz802.11b/g/n標準模塊，包括藍牙，zigbee，lora，nb-iot，z-wave，smartmeship，wirelesshart等低功耗型無線通信模塊；本發明採用無線傳輸的方式，不受限於電纜的長度，提高了信息傳輸效率。
本發明的無線傳感器102採用內置磁環設計，無線傳感器102可以直接吸附在設備表面，用戶無需再額外購置磁座；無線傳感器還支持磁吸、膠粘、螺栓等多種安裝方式；無線傳感器102中的數據處理採用數位訊號處理技術，系統升級僅需要升級軟體即可，無需變更硬體；客戶端進行升級也比傳統的儀器更加方便；本發明採用標準充電接口，替代簡單。
在實際應用中，所述雲伺服器103還包括：
雲模版模塊，用於存儲所述設備模版；
用戶數據模塊，用於存儲所述客戶端發送過來的所述被測設備的實際故障圖譜、測量數據、輸入被測設備的信息以及被測設備的工況備註信息；
專業知識存儲模塊，用於存儲用戶發布的專業知識。查看模塊，用於查看所述所述雲模板模塊、所述用戶數據模塊、所述專業知識存儲模塊的存儲內容；圖2為本發明實施例雲伺服器的結構示意圖，如圖2所示，所述雲伺服器103還包括：專家團隊，既有內部專家也有用戶認證成為專家，用戶現場測量的數據無法分析時可選擇專家申請遠程協助；用戶數據，包括用戶測量數據和備註信息，當用戶更換硬體設備時可同步之前的歷史數據；專業知識、案例，包括內部原創和用戶投稿；測量雲模板，包括常用測量模板和根據用戶需求定製測量模板，用戶可直接在客戶端101下載使用模板對應現場設備進行測量；基於雲伺服器數據同步功能，藉助專家服務系統，選擇在線專家，可以快速完整的將測量方案、被測設備信息以及測量數據分享給專家進行分析；用戶將數據同步到雲伺服器後，支持同一帳號的數據同步，用戶更換設備不會導致歷史數據丟失。
客戶端101可調用手機多媒體(文字、語音、圖片、視頻等)功能記錄設備運行工況，協助後期數據分析；使用手機和pad這些量產的硬體平臺，價格較低，且數據查看和分析不受硬體性能和屏幕大小的限制；藉助於客戶端101內的溝通工具或者第三方社交工具，可以快速完整的將測量方案、被測設備信息以及測量數據分享給朋友進行溝通或者求助；客戶端101使用引導式的操作說明，簡單直接，集成診斷知識、診斷案例相關內容，更新及時，可隨時獲取最新的培訓資料。
圖3為本發明實施例客戶端功能模塊圖，如圖3所示，所述客戶端101包括數據測量、社區、附屬配套3大板塊。數據測量包括測振筆、模板化測量、自由測量、數據流盤4種功能；社區包括溝通交互、專業知識、現場案例、培訓入口，用戶可直接通過文字、語音、視頻進行溝通交流，可查看專業知識和現場案例並通過客戶端內的溝通工具或者第三方社交軟體分享給他人，用戶還可接受培訓；附屬配套包括帳號管理、消息管理、歷史數據、設置；所述客戶端101支持ios、android、windowsphone等作業系統；
例如：
(1)採用測振筆功能，該功能採用默認測量方案，測量狀態值，並自帶狀態值的報警閾值及意義說明，快速獲取測量狀態值以反映設備當前運行狀態。
(2)採用模板化測量功能，用戶對應現場設備選擇測量模版，輸入基本信息後動態生成測量方案和報警閾值，數據測量時可使用手機多媒體功能對設備現場運行工況進行備註；數據測量完成後，直接可得到測量數據狀態，對於報警的數據，使用智能圖譜分析方式，使用者無需利用專業知識，即可完成簡單的分析診斷；對於不能分析診斷出的問題，可以通過求助在線專家，由專家遠程協助解決現場問題。用戶也可將測量結果通過客戶端內的溝通工具或者第三方社交軟體分享給他人。
(3)採用自由測量功能，自由配置測量方案測量設備數據，測量時可備註現場設備運行工況，後期分析狀態值和圖譜並結合備註信息可得出設備故障原因，也可將測量結果通過客戶端內的溝通工具或者第三方社交軟體分享給他人。
(4)採用數據流盤功能，自由配置測量方案並長時間測量設備振動數據，測量時可備註現場設備運行工況，數據測量完成後，一方面將長時間測量的振動數據分段計算出狀態值，生成振動趨勢，分析趨勢用於判斷設備偶發性故障，另一方面用戶可測量大量數據，以此為原始數據，導出到電腦或者其他終端用於專業研究。
在實際應用中，所述客戶端101還包括：
設備確定模塊，用於確定被測設備的類型；
模版選擇模塊，用於根據所述被測設備的類型選擇設定的設備模版；所述設備模版包括模版信息，所述模版信息包括設備類型、測量位置信息、測量定義信息、閾值信息；
實際故障圖譜生成模塊，用於根據所述特徵頻率生成實際故障譜圖；對比模塊，用於對比所述實際故障譜圖與多個標準故障譜圖，自動分析所述被測設備的故障類型；所述標準故障譜圖是在所述被測設備發生故障時，根據不同測量位置所對應的特徵頻率生成；
上傳模塊，在對比模塊之後，用於將所述實際故障圖譜傳送至所述雲伺服器103。
在實際應用中，所述客戶端101還包括：
工況備註單元，用於在測量所述被測設備過程中對所述被測設備的現場運行工況進行備註，得到工況備註信息。
上傳子單元，用於將輸入的所述被測設備信息、測量數據以及所述工況備註信息上傳至所述雲伺服器。
分享子單元，用於將輸入的所述被測設備信息、測量數據以及所述工況備註信息分享至第三方社交工具。
遠程專家協助子單元，用戶將所述測量設備的工況備註信息、被測設備信息以及測量數據上傳至雲伺服器後，遠程專家即可調用查看這些信息，以協助分析。
圖4為本發明實施例設備故障的診斷方法流程圖，如圖4所示，一種基於無線傳感器的設備故障的診斷方法，包括：
步驟401：通過所述客戶端獲取所述雲伺服器上的設備模版；
步驟402：客戶端根據所述設備模板結合輸入的被測設備信息生成測量方案和測量值的報警閾值，並將測量方案發送給所述無線傳感器和獲取無線傳感器返回的測量數據；
步驟403：客戶端根據測量數據生成被測設備不同測量位置的實際故障圖譜，實際故障圖譜與標準故障圖譜對比並進行分析得出被測設備的故障類型；步驟404：通過無線傳感器根據客戶端發送的測量信息指令對被測設備的不同測量位置進行測量，並將測量數據發送給客戶端；
步驟405：通過雲伺服器創建、存儲、發布多個設備模版。
在實際應用中，步驟403具體包括：
確定被測設備的類型；
根據所述被測設備的類型選擇設定的設備模版；所述設備模版包括模版信息，所述模版信息包括設備結構、設備圖形、測量位置信息；根據所述特徵頻率生成實際故障圖譜；
對比所述實際故障圖譜與多個標準故障圖譜，自動分析所述被測設備的故障類型；所述標準故障圖譜是由在所述被測設備發生故障時，不同測量位置所對應的特徵頻率生成的，所述特徵頻率是由輸入的設備信息計算出來的，所述輸入設備信息包括軸承型號、設備標準轉速、設備標準功率、齒輪數等。
在實際應用中，在步驟405之後，還包括：
接收所述客戶端發送過來的所述測量數據以及所述實際故障圖譜，供用戶和專家隨時查看，實現遠程協助。
採用本發明上述基於無線傳感器的設備故障的診斷方法，無需在檢測被測設備前採用人工方式確定被測設備的測量點等測量信息，使得普通用戶也能夠對被測設備進行測量，將採集的測量數據進行處理髮送至雲伺服器上，能夠實時將測量數據以及處理過程發送出去，避免了將測量數據先導入電腦或者通過拍照的方式將測量信息再轉述一遍，再者，通過社交軟體或者電話將信息分享出去，導致複述的測量信息零散而且容易缺失的問題，實現遠程協助。
本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對於實施例公開的系統而言，由於其與實施例公開的方法相對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法部分說明即可。
本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時，對於本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式及應用範圍上均會有改變之處。綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。