基于传感器信号小波能谱熵值计算的板卡故障诊断方法技术

本发明专利技术提供一种基于传感器信号小波能谱熵值计算的板卡故障诊断方法，涉及电子控制器故障诊断技术领域。该方法包括：从燃气轮机控制器系统中，获取原始传感器过程信号，进行数据处理，形成原始数据集；将原始数据集输入到传感器小波能谱熵计算模型中，获得传感器小波能谱熵值；选取与IO板卡相关联的所有传感器的小波能谱熵数值，输入到IO板卡小波能谱熵计算模型中，获得IO板卡的小波能谱熵值；计算IO板卡的小波能谱熵值与预设正常范围边界的差值，判断IO板卡是否发生故障。该方法以工程化方式快速对IO板卡进行故障状态诊断，为及时识别IO板卡故障提供了一种可工程应用的手段，为燃气轮机控制系统回路故障诊断提供重要支撑。轮机控制系统回路故障诊断提供重要支撑。轮机控制系统回路故障诊断提供重要支撑。

【技术实现步骤摘要】
基于传感器信号小波能谱熵值计算的板卡故障诊断方法


[0001]本专利技术涉及电子控制器故障诊断
，具体涉及一种基于传感器信号小波能谱熵值计算的板卡故障诊断方法。

技术介绍

[0002]燃气轮机控制系统是由大量的零部件按一定的方式、功能和要求集合而成的复杂非线性动态系统。燃气轮机控制系统中的电子控制器(DCS系统)，是整个燃机控制系统的核心和关键。如何对燃机控制系统的电子控制器进行有效地故障诊断，一直是工业界的难题。传统的基于BIT技术的电子控制器故障诊断方法，需要在电子部件内增加大量冗余诊断电路，这一方面增加了系统成本，另一方面也增加了新的故障点。不同燃机控制系统的生产厂家，在各自的DCS系统中内置了很多专业的系统诊断功能，这些功能必须在具有相应权限的工程师操作站中才能查看到，并且信息获取的过程都是被动式的，需要操作人员自己到不同位置查找各种报警信息，然后再结合纸质版的各种图纸资料，甚至需要到DCS机柜内实际查看硬件指示状态，才能判断系统的故障点。要进一步判断发生故障的原因，则更多是工程师的个人能力和经验程度。这严重制约了燃机电厂在出现系统故障的快速判断，其结果是经常性出现因电子控制器系统误报警而导致的非计划停机，给电厂造成极大的经济损失。
[0003]目前，在对工厂的工业设备进行维护时，采用的方式为“预防为主、计划检修为主，临时抢修为辅”的方式。具体地说，工厂根据工业设备新旧情况，设定三年到五年为期，对工厂中的全部工业设备进行一次大修，即对全部工业设备进行停运、拆解、保养及回装的操作，而不具体考虑某台工业设备是否需要维修，一般一次大修为期两个月以上，需要专业维修人员百余名，各类施工人员总和近千人。在两次大修期间，每一到两年对工业设备进行一次小修，即对工厂中的辅助工作设备，比如电厂中的汽轮发电机组及其他大型核心设备以外的绝大部分工业设备进行拆解、保养和回装，一般为期十几天到两个月不等。同时，工厂在进行“计划检修”的同时，辅助以“临时抢修”，即针对已出现故障而无法运转的工业设备进行临时抢修。
[0004]在燃机发电行业，这种例行检修的工作方式，对以DCS为代表的电子控制器系统并不适合。DCS系统有高精度和高密度的电子元器件/芯片构成，各种元器件的工作原理和失效机制完全不同，其失效模式经常是
‘
突然式
’
，仅仅凭借日常的检查手段和测试手段根本无法有效解决故障检测问题。在燃气轮机的日常运行过程中，燃烧室的温度是最重要的控制监测参数，该组参数(9F机组是31个圆周型排布的测点)的稳定性和一致性，直接关系到机组是否可以继续运行；一旦出现因模拟量IO板卡故障造成测量值失真，就可能需要立刻停机，后果非常严重。
[0005]研究电子控制器IO板卡的数据驱动故障诊断方法，如何方便快捷地判定电子控制器的IO板卡故障、找到一种可工程实现的故障诊断方法，一直是工业界的难题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种基于传感器信号小波能谱熵值计算的板卡故障诊断方法，以解决燃气轮机控制系统中电子控制器的模拟量IO板卡的工程化故障诊断问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0008]本专利技术提供了一种基于传感器信号小波能谱熵值计算的板卡故障诊断方法，该方法用于对燃气轮机电子控制器模拟量IO板卡进行故障诊断，该方法包括：
[0009]从燃气轮机电子控制器系统中，获取原始的传感器过程信号，进行数据预处理，形成原始信号数据集，传感器过程信号包括温度过程信号、压力过程信号以及流量过程信号；
[0010]将原始信号数据集中的信号输入到传感器小波能谱熵计算模型中，获得各个传感器的信号小波能谱熵值；
[0011]选取与模拟量IO板卡相关联的所有传感器的信号小波能谱熵数值，并将选出的信号小波能谱熵数值输入到模拟量IO板卡小波能谱熵计算模型中，以获得模拟量IO板卡的小波能谱熵值；
[0012]计算模拟量IO板卡的小波能谱熵值与预设的小波能谱熵值正常区间范围边界线的差值，并根据差值判断模拟量IO板卡是否发生故障，从而实现对模拟量IO板卡的故障诊断。
[0013]可选地，从燃气轮机电子控制器系统中，以OPC UA工业协议，获取各个温度传感器的原始的温度过程信号。
[0014]可选地，从燃气轮机电子控制器系统中，以OPC UA工业协议接口，从燃气轮机电子控制器DCS系统中获取与热电偶IO板卡相关联的所有温度传感器的实时温度过程信号，数据预处理包括剔除冗余样本操作、去除异常样本操作以及数据归一化操作。
[0015]可选地，传感器小波能谱熵计算模型如下：
[0016]将任意信号x(t)向不同尺度的小波空间投影，则得到不同尺度下的细节信号：
[0017][0018]上式中，C
j
(k)和d
j
(k)分别为低频分量系数和高频分量系数；
[0019]设时间序列长度为N，则信号x(t)在第j层k时刻各小波变换的结果表示为：
[0020]D＝{D
j
(k)},k＝1,
…
,N,j＝1,
…
,J
[0021]E
jk
＝|D
j
(k)|2为相应的小波能谱，则j分解尺度上的小波能谱熵为E
j
＝∑
j
|D
j
(k)|2，时间间隔为T，进而得到功率P
j
，
[0022]根据小波变换系数在不同尺度内的能量分布情况，计算出传感器信号在不同尺度的小波能谱熵值W
EE
为：
[0023]W
EE
＝
‑
∑
j
P
j
log2P
j
。
[0024]可选地，模拟量IO板卡小波能谱熵计算模型如下：
[0025][0026]其中，W
IO
‑
card
为模拟量IO板卡的小波能谱熵值，是模拟量IO板卡的第i个通道所对应的传感器的小波能谱熵值，k
i
是第i个通道的加权权重，m为与模拟量IO板卡相关联的传感器的总数。
[0027]可选地，根据下式判断所述模拟量IO板卡是否发生故障：
[0028]F
IOcard
＝1，如果W
IO
‑
card
>W
highlimit
[0029]其中，F
IOcard
为模拟量IO板卡的故障判断标识位，在F
IOcard
＝1时，判定模拟量IO板卡发生故障；
[0030]W
high limit
为预先设置的小波能谱熵值正常区间范围最高限，在模拟量IO板卡的小波能谱熵值与预设的小波能谱熵值正常区间范围边界线的差值大于零，也就是W
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于传感器信号小波能谱熵值计算的板卡故障诊断方法，其特征在于，所述方法用于对燃气轮机电子控制器模拟量IO板卡进行故障诊断，所述方法包括：从燃气轮机电子控制器系统中，获取原始的传感器过程信号，进行数据预处理，形成原始信号数据集，所述传感器过程信号包括温度过程信号、压力过程信号以及流量过程信号；将所述原始信号数据集中的信号输入到传感器小波能谱熵计算模型中，获得各个传感器的信号小波能谱熵值；选取与模拟量IO板卡相关联的所有传感器的信号小波能谱熵数值，并将选出的信号小波能谱熵数值输入到模拟量IO板卡小波能谱熵计算模型中，以获得所述模拟量IO板卡的小波能谱熵值；计算所述模拟量IO板卡的小波能谱熵值与预设的小波能谱熵值正常区间范围边界线的差值，并根据所述差值判断所述模拟量IO板卡是否发生故障，从而实现对所述模拟量IO板卡的故障诊断。2.根据权利要求1所述的基于传感器信号小波能谱熵值计算的板卡故障诊断方法，其特征在于，从所述燃气轮机电子控制器系统中，以OPC UA工业协议，获取各个温度传感器的原始的温度过程信号。3.根据权利要求2所述的基于传感器信号小波能谱熵值计算的板卡故障诊断方法，其特征在于，从所述燃气轮机电子控制器系统中，以OPC UA工业协议接口，从燃气轮机电子控制器DCS系统中获取与热电偶IO板卡相关联的所有温度传感器的实时温度过程信号，所述数据预处理包括剔除冗余样本操作、去除异常样本操作以及数据归一化操作。4.根据权利要求1所述的基于传感器信号小波能谱熵值计算的板卡故障诊断方法，其特征在于，传感器小波能谱熵计算模型如下：将任意信号x(t)向不同尺度的小波空间投影，则得到不同尺度下的细节信号：上式中，C
j
(k)和d
j
(k)分别为低频分量系数和高频分量系数；设时间序列长度为N，则信号x(t)在第j层k时刻各小波变换的结果表示为：D＝{D
j
(k)},k＝1,
…
,N,j＝1,
…
,JE
jk
＝|D
j

【专利技术属性】
技术研发人员：尹德斌，李卓然，朱州，
申请(专利权)人：上海工业自动化仪表研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：