锻压机床运行状态检测及故障诊断方法研究

论文摘要

随着智能制造领域的迅速发展,锻压机床作为制造业重要的基础设备,国家采取许多有效措施促进智能制造领域的发展,每年投入工业制造机床行业的重大专项资金高达100亿以上。锻压机床的技术发展直接关系到汽车、机械、航空、船舶等领域众多基础型产业的发展,因此,锻压机床的智能化运行状态检测及故障诊断水平已经成为体现一个国家工业现代化水平的重要标志。工业4.0是由德国提出的十大未来项目之一,该项目由德国联邦教育局及研究部和联邦经济技术部联合资助,投资预计高达2亿欧元,旨在提升工业制造的智能化水平,建立具有适应性、资源效率及基因工程学的智能工厂。结合中国制造2025旨在建立制造业强国的目标,锻压机床运行状态检测及故障诊断在智能制造领域具有互联网背景下的新时代意义。首先,针对现场JB39-630/3型闭式四点锻压机床的结构和功能进行研究。以划分研究对象状态检测为多个子部分为目的,根据现场状态检测的需求,安装多种类型的传感器,采集机床温度、振动以及压强等数据,并提出由PLC、交换机、路由器、摄像头等设备构成的检测系统;同时针对现场提出的三个工程型问题,提出对应的解决方案。其次,设计了锻压机床运行状态的多源诊断体系,同时搭建了由传感器压力机状态采集、多源信息融合状态检测硬件装置、人机交互软件3部分构成的运行状态检测系统。其中传感器压力机状态采集、多源信息融合状态检测硬件装置,负责锻压过程中数据提取;人机交互软件设计负责锻压机床数据显示、报警,并具备数据库存储功能以用于后续数据分析。上位机组态软件采用B/S框架的互联网远程检测模式,整套系统通过TCP/IP协议,可以实现互联网IP地址方式远程访问。接着,完成锻压机床运行状态检测系统的硬件及软件设计。针对硬件装置选择西门子S7-300PLC作为控制器,配合电源模块、扩展模块以及I/O采集模块,设计规格为1m×2m、由18个模块组成的状态检测柜,应用于现场制造厂,其中采用STEP7软件对PLC进行梯形图编程控制与TCP/IP信息通讯。同时根据检测系统的开发目标,以系统功能划分的方式开发系统的软件,采用WebAccess组态软件编程设计锻压机床运行状态检测界面,并实现互联网发布;采用SQL Server 2008数据库实时存储,用于锻压机床数据的存储与后续分析。然后,完成锻压机床多源信息融合智能故障树方法研究。首先,利用主电机控制的三级传动轮的振动、温度及润滑次数信号,构建12维高低频结合的特征空间,其中振动信号处于复杂环境中,采用小波包滤波去噪处理、能量归一化提取、PCA预处理。其次,自主设计了复杂属性的多源信息融合结构,同时提出锻压机床多源信息融合智能故障树诊断体系。然后,建立锻压机床故障树模型,并进行定性分析求最小分割集。最后,采用改进的递归神经网络求解12维高输入下的故障树枝杈权重,并将此结果作为局部证据,结合专家经验,利用改进的D-S证据进行输出层的信息融合,提高诊断精度并解决单点数据突变带来的影响。最后,进行锻压机床运行状态检测系统的试验验证,并展示试验结果。分别对用户账号管理模块、状态检测及报警模块、SQL Server 2008数据库模块的试验验证,试验结果证明了检测系统的稳定性。同时对多源信息融合智能故障树进行了试验验证,试验结果证明了诊断方法的可行性。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 课题研究的背景及意义
•   1.2 锻压机床状态检测及故障诊断国内外研究现状
•     1.2.1 状态检测现状与热点研究
•     1.2.2 故障诊断研究现状及发展趋势
•   1.3 状态检测技术概况及故障诊断方法概况
•     1.3.1 传感器应用技术概况
•     1.3.2 TCP/IP远程检测技术概况
•     1.3.3 智能故障诊断方法概况
•     1.3.4 故障树分析方法概况
•   1.4 课题主要研究内容及工作安排
• 第2章 锻压机床运行状态检测系统技术方案设计研究
•   2.1 锻压机床状态检测系统整体结构设计
•     2.1.1 锻压机床状态检测系统设计目标
•     2.1.2 多源信息融合诊断体系设计
•     2.1.3 锻压机床状态检测系统组成结构划分
•   2.2 检测系统传感器选型方案设计
•     2.2.1 温度传感器
•     2.2.2 压力传感器
•     2.2.3 开关位置传感器
•   2.3 其它硬件设备选型
•   2.4 锻压机床状态检测系统组成结构设计
•     2.4.1 状态数据采集硬件设计
•     2.4.2 上位机检测软件TCP/IP信息传输设计
•   2.5 大型齿轮运行状态检测问题
•   2.6 气垫内部气压平衡性问题
•   2.7 高吨位压力机的锻压吨位检测问题
•   2.8 本章小结
• 第3章 锻压机床运行状态检测系统的硬件及软件设计
•   3.1 锻压机床状态检测系统硬件装置设计
•     3.1.1 S7-300PLC硬件整体设计
•     3.1.2 电源模块硬件设计
•     3.1.3 CPU模块硬件设计
•     3.1.4 I/O点数据采集模块硬件设计
•   3.2 锻压机床状态检测系统硬件程序设计
•     3.2.1 检测系统程序设计总流程
•     3.2.2 多传感器数据采集程序设计
•     3.2.3 机床数据TCP/IP传输程序设计
•   3.3 锻压机床状态检测系统软件总体设计
•     3.3.1 状态检测系统软件开发目标
•     3.3.2 状态检测系统软件开发设计及开发环境
•   3.4 锻压机床状态检测系统软件功能模块化开发
•   3.5 本章小结
• 第4章 锻压机床多源信息融合智能故障树方法研究
•   4.1 锻压机床多类型传感器数据预处理
•     4.1.1 小波包滤波去噪处理
•     4.1.2 能量归一化特征提取
•     4.1.3 主元降维分析
•     4.1.4 锻压机床高低频结合特征向量的建立
•   4.2 锻压机床故障树建模及定性分析
•     4.2.1 常规故障树分析方法的应用与不足
•     4.2.2 故障树事件与符号
•   4.3 锻压机床多源信息融合智能故障树建模
•     4.3.1 多源信息融合结构模型设计研究
•     4.3.2 多源信息融合智能故障树结构设计研究
•     4.3.3 递归神经元及递归网络结构
•     4.3.4 锻压机床修正递归神经网络建模
•     4.3.5 改进D-S证据理论的多源信息融合
•   4.4 本章小结
• 第5章 锻压机床运行状态检测系统试验及试验结果
•   5.1 锻压机床运行状态检测系统试验及试验结果
•     5.1.1 用户账号管理模块试验及实验结果
•     5.1.2 状态检测及报警模块试验及结果
•     5.1.3 SQL Server2008 数据库模块试验及结果
•   5.2 多源信息融合智能故障树诊断试验结果及分析
•     5.2.1 基于网络的故障树诊断试验结果及分析
•     5.2.2 多源信息融合智能故障树诊断试验结果及分析
•   5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 吴迪

导师: 刘胜

关键词: 锻压机床,状态检测,多源信息融合,智能故障树

来源: 哈尔滨工程大学

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅰ辑

专业: 金属学及金属工艺

单位: 哈尔滨工程大学

分类号: TG315

总页数: 86

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