【摘要】：造紙機是將紙料纖維懸浮液制成成品紙的重要聯(lián)合裝備,在整個造紙過程中起著不可替代的地位。然而,一旦造紙機出現(xiàn)局部安全故障就會造成大面積停產(chǎn),給造紙機企業(yè)帶來破壞性的事故和高額的維修費用等問題。為避免這些問題的出現(xiàn),就需要對造紙機的現(xiàn)場運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測、突發(fā)故障進行快速診斷、健康狀態(tài)進行準確預(yù)測、維護策略進行及時決策、系統(tǒng)資源進行合理管理等。然而我國造紙企業(yè)規(guī)模龐大,據(jù)國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù),截至2017年,僅全國規(guī)模的造紙企業(yè)就有2328家,針對我國規(guī)模如此龐大的造紙行業(yè),對其造紙機設(shè)備進行健康管理,傳統(tǒng)的健康管理系統(tǒng)很難滿足需求,所以需要設(shè)計一種具備強大計算能力和存儲能力的造紙機遠程健康管理系統(tǒng)。本文針對上述造紙行業(yè)存在的問題,通過健康管理技術(shù)和云計算技術(shù)的結(jié)合,設(shè)計了一種基于云平臺的造紙機遠程健康管理系統(tǒng),本文工作內(nèi)容如下:(1)分析了造紙機遠程健康管理系統(tǒng)的需求,設(shè)計了可以實時采集造紙機相關(guān)參數(shù)并上傳到健康管理中心的現(xiàn)場采集終端。該終端可以對造紙機易損部位等的相關(guān)數(shù)據(jù)(比如:溫度信號、濕度信號以及振動信號等)進行采集,然后通過全球移動通信系統(tǒng)將這些數(shù)據(jù)實時傳送到云平臺資源層的數(shù)據(jù)庫中,進而通過平臺層提供的云服務(wù),使這些數(shù)據(jù)可以被該系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯層使用。該終端提供了友好的人機交互界面,方便現(xiàn)場工作人員對該終端進行管理和維護。(2)針對本文系統(tǒng)的故障診斷模塊在使用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對造紙機滾動軸承進行故障診斷時,由于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)初始權(quán)值和閾值的選取不當,而導(dǎo)致該方法的故障識別率低的問題,本文提出了一種基于粒子群優(yōu)化算法(Particle Swarm Optimization,PSO)和萬有引力搜索算法(Gravitational Search Algorithm,GSA)優(yōu)化的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軸承故障診斷方法。該方法先從造紙機滾動軸承的原始振動信號中提取特征向量,再利用PSO的記憶能力和信息共享能力對GSA進行改進,并以此雙優(yōu)化算法來優(yōu)化BP(Back Propagation)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的初始權(quán)值及閾值,形成一種適用于軸承故障診斷的雙優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。實驗結(jié)果表明,該方法能較準確地識別出造紙機多種滾動軸承故障,可為本文所設(shè)計系統(tǒng)的故障診斷模塊提供解決方案。(3)基于云平臺對健康管理中心(即系統(tǒng)的遠程服務(wù)端)進行設(shè)計與實現(xiàn)。以云平臺的資源層和平臺層所提供的云服務(wù)為基礎(chǔ),以MYSQL作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫,通過JSP+Servlert+JavaBean技術(shù),來完成對整個健康管理中心業(yè)務(wù)邏輯層的開發(fā),進而完成該系統(tǒng)健康管理中心的建立。另外該系統(tǒng)健康管理中心的狀態(tài)監(jiān)測模塊在對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行展示時,利用了百度公司最新推出的開源數(shù)據(jù)圖表設(shè)計工具——商業(yè)級數(shù)據(jù)圖表(Enterprise Charts,Echarts)實現(xiàn)對造紙機現(xiàn)場數(shù)據(jù)的個性化展示,增加用戶體驗度。(4)為方便用戶通過移動終端使用該造紙機遠程健康管理系統(tǒng),本設(shè)計還采用Android技術(shù)為本文所設(shè)計系統(tǒng)的移動客戶端開發(fā)了移動終端應(yīng)用程序(Application,APP)。在實現(xiàn)本系統(tǒng)移動終端APP時,先對APP的功能結(jié)構(gòu)進行設(shè)計,然后實現(xiàn)APP與該系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)同步、交互等功能,最后對APP的登錄/注冊、狀態(tài)監(jiān)測、資源管理等功能模塊的界面及界面跳轉(zhuǎn)進行設(shè)計與開發(fā)。(5)對本文所設(shè)計的整個系統(tǒng)及各個功能模塊進行了測試和調(diào)試,驗證了基于云平臺的造紙機遠程健康管理系統(tǒng)的正確性和可行性。實驗結(jié)果表明,本文利用云平臺和健康管理技術(shù),已基本實現(xiàn)了對造紙機的遠程健康管理,完成了基于云平臺的造紙機遠程健康管理系統(tǒng)的原型開發(fā)�？傊�,基于云平臺的造紙機遠程健康管理系統(tǒng)的采集終端可對造紙機現(xiàn)場參數(shù)進行采集,并通過移動通信技術(shù)傳送給健康管理中心(即系統(tǒng)的服務(wù)端)。健康管理中心以云平臺的資源層和平臺層為基礎(chǔ),重點為實現(xiàn)其業(yè)務(wù)邏輯層而建立,提高整個系統(tǒng)計算、儲存、分析和共享能力。系統(tǒng)遠程客戶端以移動終端應(yīng)用程序和PC(Personal Computer)客戶端兩種形式實現(xiàn)。和傳統(tǒng)造紙機維護和管理方法不同,該系統(tǒng)通過云計算技術(shù)和健康管理技術(shù)相結(jié)合的方式對造紙機進行管理,不僅實現(xiàn)了造紙機遠程狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷、資源管理等功能,而且管理造紙機設(shè)備的數(shù)量多,規(guī)模大。另外,通過本文提出的基于PSO和GSA優(yōu)化的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷方法,實現(xiàn)該系統(tǒng)故障診斷功能,提高整個系統(tǒng)的診斷精度和健康管理水平。
【圖文】：

Computer）客戶端兩種形式實現(xiàn)。和傳統(tǒng)造紙機維護和管理方法不同，該系統(tǒng)通過云計算技術(shù)和健康管理技術(shù)相結(jié)合的方式對造紙機進行管理，不僅實現(xiàn)了造紙機遠程狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷、資源管理等功能，而且管理造紙機設(shè)備數(shù)量多，規(guī)模大。另外，通過本文提出的基于 PSO 和 GSA 優(yōu)化的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷方法，，實現(xiàn)該系統(tǒng)故障診斷功能，提高整個系統(tǒng)的診斷精度和健康管理水平。1.2 造紙機設(shè)備維護管理現(xiàn)狀造紙機是一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價昂貴、實行 24 小時連續(xù)生產(chǎn)、系統(tǒng)性強的機械設(shè)備，典型的造紙機工藝流程示意圖如圖 1-1 所示，其中大體包括如下幾個主要部分：流漿箱、成型部、壓榨部、干燥部、壓光機和卷紙機[13]。其中成型部又稱網(wǎng)部，是造紙機上最重要、最復(fù)雜的一部分，紙料懸浮液可在其上形成紙頁，成紙質(zhì)量和造紙機的正常生產(chǎn)都與其有著密切的關(guān)系，它的動力消耗和維修費用在整個造紙機中占有相當大的比重。對造紙機進行維護和管理的最佳途徑是管理造紙機所有設(shè)備，然而由于造紙機本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜、涉及設(shè)備眾多等問題，對其所有設(shè)備健康管理比較困難，所以本文所設(shè)系統(tǒng)將重點管理造紙機最重要、最復(fù)雜的成型部。

基于云平臺的造紙機遠程健康管理系統(tǒng)設(shè)計設(shè)備的監(jiān)測和檢查[14]，這些動設(shè)備由于長時間不間歇運作，因此成為了造發(fā)地帶，也是對其維護和管理的重點；所謂靜設(shè)備巡檢就是對造紙機的管備的監(jiān)測和檢查。公共介質(zhì)巡檢主要指：對造紙機設(shè)備的液壓油、潤滑油造紙機設(shè)備的密封水、清洗水、白水等的巡檢；對造紙機設(shè)備的壓縮空氣機設(shè)備的中、低壓蒸汽的巡檢[14]。現(xiàn)場維護主要依靠現(xiàn)場維護人員對造紙且，據(jù)統(tǒng)計，一臺造紙機中大約有 500 個軸承，而像造紙機這樣的大型機由滾動軸承（即：動設(shè)備）故障引起的[15]。如圖 1-2 所示為造紙機設(shè)備維。
【學(xué)位授予單位】：陜西科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP311.52;TP393.09

【參考文獻】

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本文編號：2610677