一种基于多传感器信息融合的一体化污水泵站堵塞故障诊断方法与流程

本发明涉及水力机械故障诊断，特别涉及一种基于多传感器信息融合的一体化污水泵站堵塞故障诊断方法。

背景技术：

1、传统的混凝土泵站存在无法移动、占地大、耗费人力物力较大和自动化程度低的缺点，并且会产生废气和噪音污染环境。随着一体化污水泵站在河道排污、水务整治、生态修复等领域的广泛应用，泵站在工作时每时每刻要处理包含大量的废弃物的污水，对泵站的实时监控和故障诊断成为刚需，目前国内应用的很多泵站监控系统采用传统的半自动化模式，其存在测量精度低、实时性差和可靠性差的缺点。一体化泵站可以很好解决上述问题，凭着机动灵活，建设时间短，安装和维修方便的优点已经在国内外得到了广泛应用。随着远程智能控制技术的不断发展，一体化泵站也向着高度自动化的方向发展。开发一套远程智能监控系统实现远程数据采集和监控势在必行，可以有效节约成本。在实际工程情况中，泵站的液位会随着水文、气象等素发生变化，随着泵站运行一段时间，泵内部会发生密封环磨损等故障，泵站的能耗会发生变化。因此对泵运行的能耗也要进行监控及预测，注意对泵的提前检修，有利于节约泵站运行成本。

2、多传感器信息融合技术便是基于计算机软硬件基础、人工智能技术、数据采集与处理方法以及互联网通讯等多学科交叉发展形成的，专门针对多信息源综合处理的技术；其基本原则和出发点在于将多种传感器测得的单一维度的互补或冗余信息从时间序列和空间序列上集合成多维信息，获得被观测对象的一致性描述或解释，并从中推导出更充分的信息量，以提高整个系统的有效性能；其功能主要包括增加目标对象的特征矢量的维数，优化可探测性能，增强时空分辨率；增强信息的准确性和置信度；增强系统的容错能力和自适应能力，降低推理的模糊程度，使决策的针对性更强。

3、在现有公开的故障诊断系统中，针对一体化污水泵站故障的诊断技术较少，且大多只依据单一的传感器信息已经无法满足系统精确判断一体化污水泵站堵塞故障模式的需要，并且有很大的概率会造成误判、虚假信息，遗漏等情况。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种基于多传感器信息融合的一体化污水泵站堵塞故障诊断方法，通过监测一体化污水泵站各项特征参数指标，利用模糊推理加权融合的方法将影响诊断堵塞故障的各个要素赋值计算出评判泵站堵塞情况的综合评价指标。

2、本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

3、一种基于多传感器信息融合的一体化污水泵站堵塞故障诊断方法，包括如下步骤：

4、采集电气柜的电流信号；采集一体化污水泵站的管路交汇点的振动信号；分别采集进口管、出口管和止回阀处的空气通量信号；采集潜污泵进出口压力脉动信号；分别采集进口管和出口管流体介质粘度信号；分别采集流体介质和潜污泵的温度信号；

5、设定评判指标：所述评判指标包括一体化污水泵站堵塞特征指标和潜污泵特征参数指标；所述一体化污水泵站堵塞特征指标d包括进口管空气通量d1、进口管流体介质温度d2、进口管流体介质粘度d3、出口管空气通量d4、出口管流体介质温度d5、出口管流体介质粘度d6、止回阀空气通量d7、潜污泵温度d8；潜污泵特征参数指标b包括电流特征参数b1、潜污泵压力脉动特征参数b2和一体化污水泵站振动特征参数b3；

6、根据一体化污水泵站堵塞特征指标和潜污泵特征参数指标确定对应的赋值；

7、分别确定一体化污水泵站堵塞特征指标和潜污泵特征参数指标的权重系数；

8、根据一体化污水泵站堵塞特征指标和潜污泵特征参数指标的赋值乘以对应的权重系数之和判断是否堵塞。

9、进一步，将电流信号的方差作为电流特征参数b1；将管路交汇点振动信号的标准差作为一体化污水泵站振动特征参数b3；将潜污泵进出口压力脉动信号的信息熵值作为潜污泵压力脉动特征参数b2。

10、进一步，根据一体化污水泵站堵塞特征指标确定对应的赋值，具体为：

11、分别设定3个参数m1、m2和m3，且m1<m2<m3；

12、对于进口管空气通量d1、出口管空气通量d4和止回阀空气通量d7：当进口管空气通量d1或出口管空气通量d4或止回阀空气通量d7的空气通量为0时，进口管空气通量d1或出口管空气通量d4或止回阀空气通量d7赋值为m1；当进口管空气通量d1或出口管空气通量d4或止回阀空气通量d7的空气通量在0～0.1q之间时，进口管空气通量d1或出口管空气通量d4或止回阀空气通量d7赋值为m2；当进口管空气通量d1或出口管空气通量d4或止回阀空气通量d7的空气通量大于0.1q时，进口管空气通量d1或出口管空气通量d4或止回阀空气通量d7赋值为m3；其中q为泵站标况下流量；

13、对于进口管流体介质温度d2、出口管流体介质温度d5和潜污泵温度d8：当进口管流体介质温度d2或出口管流体介质温度d5或潜污泵温度d8的单位时间内温升率为0℃/min时，进口管流体介质温度d2或出口管流体介质温度d5或潜污泵温度d8赋值为m1；当进口管流体介质温度d2或出口管流体介质温度d5或潜污泵温度d8的单位时间内温升率在0～0.1℃/min之间时，进口管流体介质温度d2或出口管流体介质温度d5或潜污泵温度d8赋值为m2；当进口管流体介质温度d2或出口管流体介质温度d5或潜污泵温度d8的单位时间内温升率大于0.1℃/min时，进口管流体介质温度d2或出口管流体介质温度d5或潜污泵温度d8赋值为m3；

14、对于进口管流体介质粘度d3和出口管流体介质粘度d6：当进口管流体介质粘度d3或出口管流体介质粘度d6的粘度≤20时，进口管流体介质粘度d3或出口管流体介质粘度d6赋值为m1；当进口管流体介质粘度d3或出口管流体介质粘度d6的粘度在20～100之间时，进口管流体介质粘度d3或出口管流体介质粘度d6赋值为m2；当进口管流体介质粘度d3或出口管流体介质粘度d6的粘度≥100时，进口管流体介质粘度d3或出口管流体介质粘度d6赋值为m3。

15、进一步，根据潜污泵特征参数指标确定对应的赋值，具体为：

16、对于电流特征参数b1：当电流特征参数b1＝0时，电流特征参数b1赋值为m1；当电流特征参数b1∈(0，1]时，电流特征参数b1赋值为m2；当电流特征参数b1>1时，电流特征参数b1赋值为m3；

17、对于潜污泵压力脉动特征参数b2：当潜污泵压力脉动特征参数b2＝0时，潜污泵压力脉动特征参数b2赋值为m1；当潜污泵压力脉动特征参数b2∈(0，10]时，潜污泵压力脉动特征参数b2赋值为m2；当潜污泵压力脉动特征参数b2>10时，潜污泵压力脉动特征参数b2赋值为m3；

18、对于一体化污水泵站振动特征参数b3：当一体化污水泵站振动特征参数b3＝0时，一体化污水泵站振动特征参数b3赋值为m1；当一体化污水泵站振动特征参数b3∈(0，0.05]时，一体化污水泵站振动特征参数b3赋值为m2；当一体化污水泵站振动特征参数b3>0.05时，一体化污水泵站振动特征参数b3赋值为m3。

19、进一步，根据一体化污水泵站堵塞特征指标确定权重系数关系，具体为：

20、其中设定进口管空气通量d1的权重系数、出口管空气通量d4的权重系数和止回阀空气通量d7的权重系数均为空气通量权重系数；设定进口管流体介质温度d2的权重系数、出口管流体介质温度d5的权重系数和潜污泵温度d8的权重系数均为介质温度权重系数；设定进口管流体介质粘度d3的权重系数和出口管流体介质粘度d6的权重系数均为介质粘度权重系数；所述空气通量权重系数>介质粘度权重系数>介质温度权重系数。

21、进一步，根据潜污泵特征参数指标确定权重系数关系，具体为：潜污泵压力脉动特征参数b2权重系数>电流特征参数b1权重系数>一体化污水泵站振动特征参数b3权重系数。

22、进一步，空气通量权重系数为0.6；介质粘度权重系数为0.4；介质温度权重系数为0.2；潜污泵压力脉动特征参数b2权重系数为0.4；电流特征参数b1权重系数为0.3；一体化污水泵站振动特征参数b3权重系数为0.2。

23、进一步，将一体化污水泵站堵塞特征指标和潜污泵特征参数指标的赋值乘以对应的权重系数之和设有堵塞故障综合评价指标s，若s<1.5时，则一体化污水泵站未发生堵塞或堵塞程度不影响泵站运行；若1.5≤s<2.5时，则一体化污水泵站发生堵塞且影响泵站工作效率；若2.5≤s<3.5时，则一体化污水泵站严重堵塞且工作效率大幅下降。

24、本发明的有益效果在于：

25、1、本发明所述的基于多传感器信息融合的一体化污水泵站堵塞故障诊断方法，充分发挥了多传感器信息融合在故障诊断领域的优越性，改善了传统利用单一物理信号判断精度不足，信息丢失严重的缺点，能够实现一体化污水泵站堵塞故障模式高效精确的诊断。

26、2、本发明所述的基于多传感器信息融合的一体化污水泵站堵塞故障诊断方法，能够实现一体化污水泵站在发生堵塞时其堵塞位置和堵塞程度的综合评价判断。