一种带式焙烧产线设备故障检测方法及装置与流程

本发明涉及领域，特别涉及一种带式焙烧产线设备故障检测方法及装置。

背景技术：

1、带式焙烧产线在国内钢铁工业的球团矿生产中有着广泛的应用。它的推广应用可以为钢铁工业提供工艺合理、能耗低、环保的生产线，并有助于带动我国矿业加工设备制造业的发展。同时，由于其原料适应性强，可以降低钢铁产业对原料品种限制的风险。此外，带式焙烧产线热系统的合理设置和管路短的特点，为实现焙烧气体的循环利用以及降低热耗和电耗创造了有利条件，有助于降低钢铁产业的能耗水平。

2、传统的设备状态感知方法较多是接触式，非接触式的包括摄像头等视觉分析方式，但缺乏以音频分析方式捕捉到设备在故障发生前的细微声音变化，从而实现对设备故障的早期预警，有助于及时发现潜在问题，避免设备故障导致的生产中断和损失。

技术实现思路

1、本发明实施例的目的是提供一种带式焙烧产线设备故障检测方法及装置，通过对采集到的预设位置的音频信号进行处理，得到各个预设频段的分频信号，将各个分频信号分别与音频特征库预存的故障音频信号进行对比，判断二者的相似度，当相似度满足预设要求时判定设备存在故障或故障症候，具备故障检测精度高、故障症候发现早、无需停机检修等诸多优点。

2、为解决上述技术问题，本发明实施例的第一方面提供了一种带式焙烧产线设备故障检测方法，所述带式焙烧设备上的若干个预设位置分别设置有音频采集组件，包括如下步骤：

3、基于所述音频采集组件获取所述预设位置处当前音频采样周期的实时音频信号；

4、将当前音频采样周期的所述实时音频信号依据若干个预设频段进行音频信号提取，得到与所述预设频段分别对应的若干个分频信号；

5、基于所述音频信号识别模型，提取每一所述分频信号的特征向量，将所述特征向量与音频特征库中相应预设频段的若干个故障音频信号的特征向量分别进行对比，如相似则判定带式焙烧产线设备存在故障，并记录所述分频信号的特征向量。

6、进一步地，所述提取每一所述分频信号的特征向量，将所述特征向量与所述音频特征库中相应预设频段的若干个故障音频信号的特征向量分别进行对比，包括：

7、对所述分频信号进行加窗处理并进行快速傅里叶变换，得到所述当前音频采样周期内的若干个音频帧；

8、获取每一所述音频帧的带宽及频谱质心；

9、基于所述音频帧的带宽及频谱质心，分别计算所述分频信号每一帧与所述音频特征库中相应预设频段的若干个所述故障音频信号对应帧的相似度；

10、当所述相似度的平均值大于相似度阈值时，判定所述分频信号与所述故障音频信号相似。

11、进一步地，所述分频信号的帧数与相应预设频段对应的所述故障音频信号的帧数相同；

12、所述相似度的平均值计算公式为：

13、

14、

15、其中，n为所述分频信号中的音频帧的个数,cos(θi)为所述分频信号第i个音频帧与所述故障音频信号第i个音频帧的相似度值，bwri为所述分频信号中第i个音频帧的带宽值，bwti为所述故障音频信号中第i个音频帧的带宽值，scri为所述分频信号中第i个音频帧的频谱质心值，scti为所述故障音频信号中第i个音频帧的频谱质心值；

16、所述分频信号第i个音频帧与所述故障音频信号第i个音频帧的相似度值cos(θi)的设置范围为(-1,1)，数值越大，二者的相似度越高；数值越小，二者的相似度越低。

17、进一步地，所述将所述特征向量与所述音频特征库中相应预设频段的若干个故障音频信号的特征向量分别进行对比之后，还包括：

18、当所述特征向量与所述音频特征库中相应预设频段的若干个故障音频信号的均不相似时，将所述特征向量与所述音频特征库中相应预设频段的若干个正常音频信号进行对比；

19、如所述实时音频信号中每一分频信号的特征向量与相应所述正常音频信号的一特征向量相似，则判定所述带式焙烧产线设备正常运行；

20、如所述实时音频信号中每一分频信号的特征向量与相应所述正常音频信号的一特征向量均不相似，则判定所述带式焙烧产线设备存在故障，并记录所述分频信号的特征向量。

21、进一步地，所述记录所述分频信号的特征向量之后，还包括：

22、获取所述分频信号的特征向量记录次数；

23、当所述记录次数大于第一预设次数时，向所述带式焙烧产线的控制系统发出设备故障第一告警信号；

24、当所述记录次数大于第二预设次数时，向所述带式焙烧产线的控制系统发出设备紧急停机信号。

25、进一步地，所述若干个预设位置分别设置有图像采集组件，每一所述预设位置均设置有图像识别基点，所述预设位置的周围环境中设有与所述图像识别基点距离相同的若干个图像识别参考点；

26、所述判定所述带式焙烧产线设备存在故障之后，还包括：

27、基于所述图像采集组件获取每一个所述预设位置中的图像识别基点与相应的若干个图像识别参考点的距离值，判断每一所述距离值小于或等于第一距离阈值；

28、如是，则判定所述预设位置的图像识别基点处于初始位置；

29、如否，则判定所述预设位置的图像识别基点已偏离所述初始位置，向所述带式焙烧产线设备控制系统发出设备故障第二告警信号。

30、进一步地，所述判断每一所述距离值小于或等于第一距离阈值之后，还包括：

31、判断所述距离值是否大于第二距离阈值；

32、如是，则向所述带式焙烧产线的控制系统发出设备紧急停机信号。

33、相应地，本发明实施例的第一方面提供了一种带式焙烧产线设备故障检测装置，所述带式焙烧设备上的若干个预设位置分别设置有音频采集组件，包括：

34、音频接收模块，其用于基于所述音频采集组件获取所述预设位置处当前音频采样周期的实时音频信号；

35、信号提取模块，其用于将当前音频采样周期的所述实时音频信号依据若干个预设频段进行音频信号提取，得到与所述预设频段分别对应的若干个分频信号；

36、第一特征比对模块，其用于基于所述音频信号识别模型，提取每一所述分频信号的特征向量，将所述特征向量与音频特征库中相应预设频段的若干个故障音频信号的特征向量分别进行对比，如相似则判定带式焙烧产线设备存在故障，并记录所述分频信号的特征向量。

37、进一步地，所述第一特征比对模块包括：

38、音频帧获取单元，其用于对所述分频信号进行加窗处理并进行快速傅里叶变换，得到所述当前音频采样周期内的若干个音频帧；

39、特征提取单元，其用于获取每一所述音频帧的带宽及频谱质心；

40、相似度计算单元，其用于基于所述音频帧的带宽及频谱质心，分别计算所述分频信号每一帧与所述音频特征库中相应预设频段的若干个所述故障音频信号对应帧的相似度；

41、第一相似度判定单元，其用于当所述相似度的平均值大于相似度阈值时，判定所述分频信号与所述故障音频信号相似。

42、进一步地，所述分频信号的帧数与相应预设频段对应的所述故障音频信号的帧数相同；

43、所述相似度的平均值计算公式为：

44、

45、

46、其中，n为所述分频信号中的音频帧的个数,cos(θi)为所述分频信号第i个音频帧与所述故障音频信号第i个音频帧的相似度值，bwri为所述分频信号中第i个音频帧的带宽值，bwti为所述故障音频信号中第i个音频帧的带宽值，scri为所述分频信号中第i个音频帧的频谱质心值，scti为所述故障音频信号中第i个音频帧的频谱质心值；

47、所述分频信号第i个音频帧与所述故障音频信号第i个音频帧的相似度值cos(θi)的设置范围为(-1,1)，数值越大，二者的相似度越高；数值越小，二者的相似度越低。

48、进一步地，还包括：第二特征比对模块，所述第二特征比对模块包括：

49、相似度对比单元，其用于当所述分频信号与所述音频特征库中相应预设频段的若干个故障音频信号均不相似时，将所述分频信号与所述音频特征库中相应预设频段的若干个正常音频信号进行对比；

50、第二相似度判定单元，其用于在所述实时音频信号中每一分频信号均分别与一所述正常音频信号相似时，判定所述带式焙烧产线设备正常运行；

51、所述第二相似度判定单元还用于在所述实时音频信号中任一分频信号与所述若干个正常音频信号均不相似时，判定分频信号为异常音频信号，并记录所述分频信号。

52、进一步地，所述第二特征比对模块还包括：

53、异常信号记录单元，其用于异常获取所述分频信号记录次数；

54、异常信号告警单元，其用于当所述记录次数大于第一预设次数时，向所述带式焙烧产线的控制系统发出设备故障第一告警信号；

55、所述异常信号告警单元还用于当所述记录次数大于第二预设次数时，向所述带式焙烧产线的控制系统发出设备紧急停机信号。

56、进一步地，所述若干个预设位置分别设置有图像采集组件，每一所述预设位置均设置有图像识别基点，所述预设位置的周围环境中设有与所述图像识别基点距离相同的若干个图像识别参考点；

57、所述带式焙烧产线设备故障检测装置还包括：

58、图像接收模块，其用于基于所述图像采集组件获取每一个所述预设位置中的图像识别基点与相应的若干个图像识别参考点的距离值，判断每一所述距离值小于或等于第一距离阈值；

59、图像判断模块，其用于在所述距离值小于或等于所述第一距离阈值时，判定所述预设位置的图像识别基点处于初始位置；

60、所述图像判断模块还用于在所述距离值大于所述第一距离阈值时，判定所述预设位置的图像识别基点已偏离所述初始位置，向所述带式焙烧产线设备控制系统发出设备故障第二告警信号。

61、进一步地，所述图像判断模块还用于判断所述距离值是否大于第二距离阈值，如是则向所述带式焙烧产线的控制系统发出设备紧急停机信号。

62、相应地，本发明实施例的第三方面提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行上述带式焙烧产线设备故障检测方法。

63、相应地，本发明实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现上述带式焙烧产线设备故障检测方法。

64、本发明实施例的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

65、1.通过音频分析技术，能够捕捉到设备在故障发生前的细微声音变化，从而实现对设备故障的早期预警，有助于及时发现潜在问题，避免设备故障导致的生产中断和损失；

66、2.基于音频分析设备故障通常不需要对设备进行拆卸或停机，不会干预设备的正常运行；非接触式的检测方式可以确保生产的连续性，同时降低维修成本；

67、3.音频分析技术可以实现设备的实时监测和故障诊断，使得管理人员和作业人员能够随时掌握设备的运行状态，有助于及时发现并解决设备故障，提高生产效率；

68、4.音频分析设备故障能够利用先进的信号处理和人工智能技术，对设备的声音信号进行高精度识别和分析，有助于准确判断设备故障的类型和位置，为维修人员提供有针对性的维修建议。

69、5.通过音频分析设备故障，可以实现对设备的预防性维护，减少因设备故障导致的停机时间和维修成本，音频分析技术还可以帮助优化设备的运行参数，提高设备的运行效率和使用寿命。