[发明专利]流程工业分布式设备故障诊断系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种设备故障诊断系统，尤其涉及一种分布式设备故障诊断系统，该系统应用于流程工业机电设备的故障诊断中。

背景技术

随着现代工业和科学技术的发展以及自动化程度的进一步提高，流程工业中的生产机组正朝着大型化、高速化、连续化、集中化、自动化方向发展，它们主要的特点是设备环节多且各设备环节相互关联，设备之间的联系也越来越紧密。一旦设备发生故障，系统将通过物质流、能量流、信息流把故障传递给另一设备，引起整个生产过程的瘫痪。若故障不能被及时诊断和排除将造成重大事故，因此故障诊断对于流程工业尤为重要。

由于各种随机因素的影响，这些机械很难免出现一些异常故障现象，即降低或失去一定的功能。机组一旦出现故障就可能引起连锁反应，导致整个设备甚至整个生产过程无法正常工作，造成巨大的经济损失，甚至还会引起严重的灾难性人员伤亡事故。尽管在故障诊断系统方面做了一定的研究工作，包括许多基础理论的研究，但实践证明，这一技术本身发展还远远不能满足实际生产的需要，尚未形成一个比较系统而完善的理论体系。目前已投入运行且应用比较成功的复杂机电设备故障诊断系统也并不多见。因此，开展复杂机电状态监测与故障诊断技术和实用化研究仍是当今科技发展的一个重要研究内容。

丹麦技术大学的Morten Lind于1990年提出了多级流模型(Multilevel Flow Models，MFM)的建模方式，能建立起复杂分布式系统的物质、能量、信息的相互关系模型，为分布式智能系统的分析提供了有效的工具。MFM是一种图形表达的、形式化的建模方法。MFM包括系统的目标(Goals)和功能(Functions)模型，目标描述系统或子系统的用途，目标可以是生产目标、安全目标、经济或优化目标；功能则通过物质流、能量流和信息流来描述系统的性能。MFM也描述目标和激活这些目标的功能之间、功能和提供这些功能的子系统之间的关系。一个目标可能通过条件关系与一个或多个功能相联系，意味者目标是这些功能的条件。功能通过获得关系与一个或几个目标相联系，意味着由这些功能来获得目标。瑞典Lund技术学院Jan Eric和Larsson领导的研究小组开展了MFM在故障诊断方面的方法和应用研究工作，认为MFM方法比传统的基于模型的和基于规则的标准专家具有更高的效率和实时性。

MFM技术已经国外得到成功应用在核电等领域，流程工业尚未见报道。

发明内容

基于复杂分布式机电设备故障分析定位的特殊要求，本发明的目的在于提供一种流程工业分布式设备故障诊断系统。

将MFM应用到复杂系统故障定位，并以简单的矩阵运算方法在嵌入式系统中实现故障源快速搜索。多个分布的数据采集与处理单元之间可以交互，以多级流模型来进行诊断任务的分配，可以方便地实现联合诊断。实现故障的快速定位后，能够有针对性地开展故障的详细诊断。

本发明所述的分布式设备故障诊断系统，包括与分布式设备连接的各嵌入式信号采集处理单元和与嵌入式信号采集处理单元网络联接的远程故障诊断系统。嵌入式信号采集处理单元将收集到的设备信号传送到远程故障诊断系统，远程故障诊断系统采用多级流模型方式将这些设备之间的关系以节点定义信息来表达并将节点定义信息传给嵌入式信号采集处理单元，嵌入式信号采集处理单元根据接收的节点定义信息，建立故障推衍关系，初步判断出故障源后传送至远程故障诊断系统进一步进行诊断、监控、存储和显示。

所述嵌入式信号采集处理单元包括快变信号数据采集单元、缓变信号数据采集单元、开关信号数据采集单元和含有故障分析模块的中央控制单元。各数据采集单元的信号采集通道可依据对象对快变信号、缓变信号和开关信号的数量进行裁剪；各设备信号在中央控制单元内被处理并做归一化处理：快变信号经FFT(快速傅立叶变换)转换后以特征信号量化表达，缓变信号经A/D将模拟信号转换为数字信号，即转化后量化表达。将这些经过转化的快变信号和缓变信号以及采集到的开关信号经过中央控制单元之后实时传送给远程故障诊断系统。

远程故障诊断系统采用多级流模型(MFM)的建模方式，将从嵌入式信号采集处理单元传送的各类分布式设备的设备信号以物质流、能量流和信息流的角度进行描述，从而使各采集信号以模型描述的逻辑关系建立映射关系并形成节点定义信息，该节点定义信息再传给嵌入式信号采集处理单元。

所述的节点定义信息包括：节点号、节点网络、节点的条件网络、信号特点(快慢)、上下游节点。