[摘 要]當(dāng)前火力發(fā)電廠鍋爐風(fēng)機(jī)葉片故障診斷結(jié)果與實(shí)際故障數(shù)目差異較大，為此研究基于機(jī)器視覺的火力發(fā)電廠鍋爐風(fēng)機(jī)葉片故障診斷方法。首先，對葉片振動(dòng)信號進(jìn)行分析，確定故障特征的信息，以此為基礎(chǔ)來提取葉片故障特征。然后消除圖像噪聲，保留圖像細(xì)節(jié)特征并構(gòu)建基于機(jī)器視覺的火力發(fā)電廠鍋爐風(fēng)機(jī)葉片故障診斷模型，利用損失函數(shù)對生成的診斷結(jié)果展開優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，與基于紅外熱成像技術(shù)的火力發(fā)電廠鍋爐風(fēng)機(jī)葉片故障診斷方法和基于聲發(fā)射技術(shù)的火力發(fā)電廠鍋爐風(fēng)機(jī)葉片故障診斷方法相比，基于機(jī)器視覺的火力發(fā)電廠鍋爐風(fēng)機(jī)葉片故障診斷損失值最低，維持在0.2左右。這表明基于機(jī)器視覺的火力發(fā)電廠鍋爐風(fēng)機(jī)葉片故障診斷方法的效果更好，在實(shí)際應(yīng)用中具有更大的優(yōu)勢。

[關(guān)鍵詞]機(jī)器視角；火力發(fā)電廠；鍋爐風(fēng)機(jī)葉片；葉片故障診斷；風(fēng)機(jī)葉片故障診斷

[中圖分類號]TM621.2 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2024）06–0099–03

Machine Vision Based Fault Diagnosis Method For Boiler Fan Blades in Thermal Power Plants

LI Yang

[Abstract]The current fault diagnosis results of boiler fan blades in thermal power plants differ significantly from the actual number of faults. To study a machine vision based fault diagnosis method for boiler fan blades in thermal power plants. Firstly， analyze the vibration signals of the blades to determine the information of fault characteristics， and based on this， extract the fault characteristics of the blades. Then， image noise is eliminated， image detail features are retained， and a machine vision based fault diagnosis model for boiler fan blades in thermal power plants is constructed. The generated diagnostic results are optimized using a loss function. The experimental results show that compared with the infrared thermal imaging technology and the acoustic emission technology for diagnosing faults in boiler fan blades in thermal power plants， the machine vision based method has the lowest loss value for diagnosing faults in boiler fan blades in thermal power plants， with a loss value maintained at around 0.2. This indicates that the machine vision based fault diagnosis method for boiler fan blades in thermal power plants is more effective and has greater advantages in pracical applications.

[Keywords]machine perspective； thermal power plants； boiler fan blades； blade fault diagnosis； fault diagnosis of fan blades

風(fēng)機(jī)葉片是火力發(fā)電廠鍋爐風(fēng)機(jī)的關(guān)鍵部件，是確保機(jī)組正常排風(fēng)的重要組成部分。風(fēng)機(jī)葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)過程存在一定程度的振動(dòng)，但異常振動(dòng)會(huì)影響鍋爐風(fēng)機(jī)的工作效率。在鍋爐風(fēng)機(jī)的具體工作過程中，當(dāng)火力發(fā)電廠鍋爐工作產(chǎn)生的含有雜質(zhì)的煙塵進(jìn)入鍋爐風(fēng)機(jī)后，會(huì)使葉片磨損、積灰。這些磨損和灰塵的積累，直接影響到火力發(fā)電廠鍋爐風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，從而降低風(fēng)機(jī)的工作效率。本文提出基于機(jī)器視覺的火力發(fā)電廠鍋爐風(fēng)機(jī)葉片故障診斷方法，借助相機(jī)代替人眼獲取風(fēng)機(jī)葉片圖像，將所獲得的圖像信息應(yīng)用于葉片的檢測過程，通過對圖像信息的分析，對風(fēng)機(jī)葉片進(jìn)行故障診斷。

1 基于機(jī)器視覺的火力發(fā)電廠鍋爐風(fēng)機(jī)葉片故障診斷流程

1.1 葉片振動(dòng)信號分析

2 實(shí)驗(yàn)

結(jié)合實(shí)際情況，對本文提出的故障診斷方法的效果進(jìn)行驗(yàn)證。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性與可靠性角度出發(fā)，將基于機(jī)器視覺的火力發(fā)電廠鍋爐風(fēng)機(jī)葉片故障診斷方法與基于紅外熱成像技術(shù)的火力發(fā)電廠鍋爐風(fēng)機(jī)葉片故障診斷方法和基于聲發(fā)射技術(shù)的火力發(fā)電廠鍋爐風(fēng)機(jī)葉片故障診斷方法進(jìn)行比較。

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

此次實(shí)驗(yàn)以鍋爐風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1 800 r/min、鍋爐電機(jī)功率為600 W、鍋爐風(fēng)機(jī)的額定流量為61 000 m3/h的某火力發(fā)電廠鍋爐風(fēng)機(jī)葉片為例。選取該鍋爐風(fēng)機(jī)葉片某一時(shí)間段內(nèi)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，在該運(yùn)行時(shí)段內(nèi)，風(fēng)機(jī)葉片的纖維布出現(xiàn)了褶皺現(xiàn)象，導(dǎo)致變槳系統(tǒng)載荷電流超出限定值并引發(fā)了報(bào)警，最終葉片的主梁發(fā)生了斷裂故障。本次實(shí)驗(yàn)共使用1 500條信號，單個(gè)信號包含11 000個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，初始數(shù)據(jù)在原火力發(fā)電廠數(shù)據(jù)中心。初始數(shù)據(jù)中故障數(shù)目共140個(gè)。

對風(fēng)機(jī)葉片進(jìn)行故障診斷時(shí)，設(shè)置的實(shí)驗(yàn)環(huán)境如圖1所示，包括葉片、直流電動(dòng)機(jī)、CCD攝像機(jī)、光電傳感器、西門子57-200 PLC、圖像采集卡、PC機(jī)等。光電傳感器通過西門子57-200 PLC為CCD攝像機(jī)提供觸發(fā)信號，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

為了突出基于機(jī)器視覺的火力發(fā)電廠鍋爐風(fēng)機(jī)葉片的故障診斷效果，將其與基于紅外熱成像技術(shù)的火力發(fā)電廠鍋爐風(fēng)機(jī)葉片故障診斷方法和基于聲發(fā)射技術(shù)的火力發(fā)電廠鍋爐風(fēng)機(jī)葉片故障診斷方法的損失值進(jìn)行比較，損失值越低，表明效果越好。3種方法的損失值如圖2所示。

由圖2可知，基于機(jī)器視覺的火力發(fā)電廠鍋爐風(fēng)機(jī)葉片故障診斷方法的效果最好。綜上所述，基于機(jī)器視覺的火力發(fā)電廠鍋爐風(fēng)機(jī)葉片診斷方法提供了有效的手段來進(jìn)行火力發(fā)電廠鍋爐風(fēng)機(jī)葉片的故障診斷，也為類似設(shè)備的診斷帶來了參考。

3 結(jié)束語

隨著我國制造鍋爐風(fēng)機(jī)工藝水平的飛速發(fā)展，風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率得到了較大改善。但是鍋爐風(fēng)機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中，仍有各個(gè)部位的故障未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，因此將機(jī)器視覺技術(shù)應(yīng)用于工廠設(shè)備生產(chǎn)是新的研究方向。本文對火力發(fā)電廠鍋爐風(fēng)機(jī)葉片故障診斷方法進(jìn)行研究，提出基于機(jī)器視覺的火力發(fā)電廠風(fēng)機(jī)葉片故障診斷方法，并針對該方法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，效果較好。但受時(shí)間和現(xiàn)實(shí)條件限制，本研究無法在故障發(fā)生初期及時(shí)檢測出故障，為此還需繼續(xù)研究。

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