门式起重机状态监测及故障诊断系统研究

摘要

随着国民经济的快速发展，起重机械越来越多的被应用到造船、冶金、港口、机械等行业中。据统计所有起重机中85％以上为桥门式起重机。目前，我国的桥门式起重机只要求装有起重量限制器等简单的安全保护装置，没有在线的智能监控和故障诊断系统，安全隐患严重。在日常使用和巡检时，操作者和管理者不能直观观察到起重机的实时运行状态，只能凭借肉眼和经验进行判断，为起重机的日常管理、检验检测和维修策略的制定带来很大的盲目性。国家出台了《GBT28264-2012起重机械安全监控管理系统》规范，要求加强对起重机械的检测检验及日常维护，确保设备安全运行，当前已有相关监测诊断产品出现，但针对门式起重机进行针对性监测和故障诊断的产品却鲜有报道，因此，本文针对门式起重机研制了状态监测及故障诊断系统。基于网络socket通信、故障树分析法、专家系统、时间序列建模、遗传算法和神经网络技术展开系统研制，相关工作如下:
　　首先，分析当前国内外研究现状。从门式起重机状态监测技术方面分析了当前的国内外起重机状态监测研究现状。从起重机故障诊断产品应用及故障诊断方法研究两方面分析了当前国内外对于起重机故障诊断技术的研究现状。
　　其次，设计监测方案及关键技术研究。针对《GBT28264-2012起重机械安全监控管理系统》中规定的起重机安全运行应监测的参数及门式起重机的特点，对门式起重机各监测参数的监测方案进行了详细设计，并针对状态监测系统中要用到的关键技术进行研究，并给出软件开发流程。
　　进一步，研究门式起重机故障诊断方法。对故障树技术、专家系统、时间序列、遗传算法、神经网络诊断方法进行详细研究，根据门式起重机的特点将所研究的故障诊断方法应用于系统开发。
　　进一步，进行系统总体方案设计及软件设计实现。对门式起重机状态监测及故障诊断系统进行功能需求分析，确定系统整体架构，设计各子系统的功能模块及各子系统之间的通信协议。针对系统设计方案及软件设计流程，以C++作为软件开发语言，以VS2010作为开发环境对各子系统进行软件实现，并进行功能整合、优化、调试。
　　最后，系统安装测试及实验验证。对研制的门式起重机状态监测及故障诊断系统进行安装测试，依据各参数的监测方案进行传感器安装及数据采集器布置。对系统运行稳定性进行测试，并收集门式起重机故障样本数据对故障诊断系统进行实验验证。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景及意义

1．2 起重机状态监测技术研究现状

1．3 起重机故障诊断技术研究现状

1．3．1 起重机故障诊断产品研究现状

1．3．2 起重机故障诊断方法研究现状

1．4 论文工作安排

第二章 门式起重机状态监测方案设计及关键技术研究

2．1 门式起重机结构及运行特点概述

2．2 监测方案设计

2．2．1 状态量监测方案设计

2．2．2 减速箱振动状态监测方案设计

2．2．3 主要钢结构应变状态监测方案设计

2．3 关键技术研究

2．3．1 网络通信技术研究

2．3．2 视频监控技术研究

2．3．3 数据管理技术研究

2．4 本章小结

第三章 基于故障树技术的行车电气设备专家系统诊断方法研究

3．1 故障树分析法

3．1．1 故障树基本概念

3．1．2 故障树的数学表示

3．1．3 故障树建立及预处理

3．2 专家系统诊断原理

3．2．1 专家系统原理

3．2．2 专家系统知识获取

3．2．3 专家系统知识表示

3．2．4 专家系统推理机制

3．2．5 故障树分析与专家系统的联系

3．3 基于故障树的门式起重机故障诊断专家系统知识库设计

3．3．1 门式起重机故障树

3．3．2 专家系统知识库设计

3．4 基于故障树的专家系统故障诊断推理机设计

3．4．1 专家系统推理机设计

3．4．2 故障树的定性定量分析查找最小割集实例

3．5 本章小结

第四章 基于AR建模的减速箱GA-BP神经网络诊断方法研究

4．1 基于AR建模的起升机构减速箱振动信号特征提取方法研究

4．1．1 AR时间序列理论

4．1．2 基于AR模型的特征提取步骤

4．1．3 特征提取实例分析

4．2 基于GA算法优化的BP神经网络故障诊断方法研究

4．2．1 BP神经网络算法概述

4．2．2 GA算法概述

4．2．3 BP神经网络与GA结合

4．3 基于AR模型的GA-BP减速箱故障诊断模块算法设计

4．4 本章小结

第五章 门式起重机监测及故障诊断系统软件总体设计及实现

5．1 系统功能需求分析

5．2 系统总体设计及功能架构设计

5．2．1 系统总体结构设计

5．2．2 通信协议方案设计

5．2．3 门式起重机状态监测系统功能架构

5．2．4 门式起重机数据传输存储服务器功能架构

5．2．5 门式起重机远程状态监测及故障诊断系统功能架构

5．3 门式起重机状态监测及故障诊断系统软件实现

5．3．1 门式起重机状态监测系统软件实现

5．3．2 基于故障树的门式起重机专家系统故障诊断模块软件实现

5．3．3 基于AR-GA-BP的起升机构减速箱故障诊断模块软件实现

5．3．4 服务器软件设计实现

5．4 本章小结

第六章 门式起重机状态监测及故障诊断系统验证测试及应用

6．1 门式起重机状态监测系统安装测试

6．2 门式起重机故障诊断系统实例分析及验证

6．2．1 基于故障树的门式起重机专家系统诊断实例分析

6．2．2 基于AR建模的GA-BP神经网络故障诊断模块实验验证

6．3 数据传输服务器功能测试

6．4 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间获得成果