往复泵泵阀故障智能诊断系统
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钻井 、注水 （ 聚合 物）驱 油和 压裂 等工艺 ，还可 用
被 采 样 往复 泵 的 当前 工 作 频 率
被 采 样 往 复泵 被 采 样 的 柱 塞 号 码 数据 采 集 系 统 的采 样 周 期 数 据 采集 系统 的采 样 时 间
于油 田注水 和煤矿层 注水 、洗井 ，并 可作 为水力 活
复泵 系统 工况综 合诊 断监控 仪 。监控仪 主体部 分 由
２个数 据 采 集 和 处 理 模 块 组 成 ，其 中 主要 模 块 是
ＡＤ ＡＭ一 ４ １ ０ ７八 路 模 拟 量 输 入 模 块 和 隔 离 Ｒ Ｓ一
２ ２到 ＲＳ ２ ／ ８ ３ ～４ ２ ４ ５转 换 器 ＡＤ ＡＭ 一 ４ ２ 。监 控 ５０ 仪负 责采集 现场数 据 ，并在概 念模 型级对 压力 信号 进行各 种运 算 、处 理 ， 同时 负责 向主 机传 送 数 据 。 在确 定 了神经 网络模 型 的结 构 和参数之 后 ，用
预测 。
来对 网络进 行训练 。通过 试验 验证 的方 法确 定 了网 络 的初 始 值 ，即选 择学 习率初 始 值 为 １８ ． ，惯 性 因
子选为 １０ ． ；网络的结构为 ３层 的 Ｂ Ｐ网络 ，其 中隐
１ 智 能 诊 断 系统 的实 现
（ ）系统 的总体 设计 。在诊 断系统 中 ，硬件部 １
仪 通讯 ；③将 监控 仪处理 完 的数据加 以保 存 ；④ 动 态 显示监 控仪 传送来 的数 据 。其 中参 数设定 、采样
数 据 的同步 动态显示 、数 据库 管理 以及多线 程技术
是 本系统 的设计 重点 。
参数 ，从 而 实现 对往 复泵 泵 阀故 障的智 能故
障诊 断功 能 。
参数设定就 是输 入被 采样 往复 泵 的工况参 数 和 数据采集 系统的采样参数 。对应 参数的意义见表 １ 。
表 １ 采 集 系 统 的 参 数 值
频率／ Ｈｚ
柱 塞 号 周 期／ ｍｓ 采 样 时 间设 定 ／ ｓ
关键词 ：小 波包 ；神经 网络 ；故障诊 断 往 复泵是 石油 矿场 中的重要 设备 ，广 泛应用 于
３层 的共轭梯 度 法 Ｂ Ｐ算 法 ，采 用 成 批处 理 的方法
的泵 缸 内 的压 力 信 号 作 为样 本 数 据 进 行 分 解 和 重
构 ，然后再 利用 重构 的信 号来 提 取 故 障特 征 向量 ； 建立 神经 网络 ，确定 网络结构 ，然 后利 用所提 取 的 特征 向量作 为训练 样本 对神经 网络进 行训 练 以确 定 神经 网络 的参 数 。确 定 神 经 网络 的结 构 和参 数 后 ， 就可 用 此 网 络 对 往 复 泵 的 泵 阀 故 障 进 行 诊 断 和
能很 好地 检验 出故 障 ，则要 重新 训练神 经 网络 ，得 到好 的 网络结构 。
油气 田地 面工 程 第 ２ ９卷 第 ４期 （００ ４ ２ １． ）
６ ３
ｄ ｉ １ ． ９ ９ ｊ ｉｓ ． ０ ６ ６ ９ ． ０ ０ ０ ． ３ ｏ ： ０ ３ ６ ／．ｓｎ １ ０ — ８ ６ ２ １ ． ４ ０ ５
分 主要 包 括 １台 主机 以及 基 于 Ｒ 一４ ５端 口的往 Ｓ ８
含层 的节点数 为 １ ，即网络 的结构 是 ８ ７ 。 ７个 —１ —３
利用上 面 的网络结 构和 参数 ，以小 波分析 所得
到 的故障特 征 向量 作 为训练 样本数 据 ，网络训 练 的
结 果 见 表 ２ 。
表 ２ 网 络训 练所 得 数 据
采样 数据 同步地显 示 在 数 据 采集 系统 的 主界 面 上 。
在 主界 面上共 有 ２块显 示面板 ，分别 用 于显示 压力
和流量 的实 时采样 数据 曲线 ，这 主要是 为了方便 用 户 对数据 进行 在线 分析 。
２ 诊 断 结果
经小 波包 分析 所得 到的故 障特征 向量 的维数 为 ８ ，而对应 的故 障 有 ３种 ，所 以选 用 的 神经 网络结 构 的输入 向量 维 数 为 ８ ，输 出向量 维 数 是 ３ 。根据 上 面的分 析 ，神经 网络 的层 数确 定为 ３层 ，即采用
摘 要 ：通 过 小波分析提 取往 复 泵泵 阀的 故 障特征 ，以能量 为元 素可 以构 造一 个特征 向量 。然后 建立合适 的神 经 网络 ，并采用 通 过 小波 包 变换得 到 的特征 向量作 为样本 数据
对神 经 网 络 进 行 训 练 ，确 定 其 网 络 结 构 及 其
（ ）软 件设计 。数 据采集 系统 的软件 设计部 分 ２ 完 成 的功能 ：①建 立程序 框架 ；②建 立 主机与监控
检 验数据 对神 经 网络 进行 检验 ，看训 练 出的神经 网
络 是否满 足实 际的需 要 ，诊断结 果是 否理想 。若不
主机 负责处 理监控 仪传来 的数 据 ，并 保存 数据 ，而
后 利用 小波包 对压 力信号 进行 处理并 提取 故障 特征 向量 ，利用 神经 网络进行 故 障诊断 。
塞 泵地 面泵 、热采锅 炉 给水泵 、注微 生物溶 液泵 以
wenku.baidu.com
采 样数 据 的同步 动态显示 是 指将监 控仪采集 的
及 用于 以液压 为动力 的各 型设备 。泵 阀组件 作为其 液力 端关 键部 件 ，因工况恶 劣经 常发生 失效 ，对其 进行 状态 的监测 和故 障诊 断具有 重要意 义 。 设备 故障诊 断 的内容包 括状 态监测 、分析 诊断 和故 障预测 。从 这三个 方 面出发 ，利用 小波包 分析 方法 进行故 障特 征提取 ，也 就是在 频域 内将采集 到
６ ２
油气田地面工程第 ２ ９卷 第 ４ 期 ｆ ００ ４ ２１． ）
ｄ ｉ１ ． ９ ９ ｊ ｉｓ ． ０ ６ ６ ９ ． ０ ０ ０ ． ３ ｏ ： ０ ３ ６ ／ ．ｓｎ １ ０ — ８ ６ ２ １ ． ４ ０ ４
往复泵泵 阀故障智 能诊断 系统
田 丽 刘 宝 军 尚 廷 义
（ ．黑龙 江八一 农垦 大学信 息技 术学 院 ；２ １ ．大庆 油 田矿 区服 务事业 部 ）
被 采 样 往复 泵 的 当前 工 作 频 率
被 采 样 往 复泵 被 采 样 的 柱 塞 号 码 数据 采 集 系 统 的采 样 周 期 数 据 采集 系统 的采 样 时 间
于油 田注水 和煤矿层 注水 、洗井 ，并 可作 为水力 活
复泵 系统 工况综 合诊 断监控 仪 。监控仪 主体部 分 由
２个数 据 采 集 和 处 理 模 块 组 成 ，其 中 主要 模 块 是
ＡＤ ＡＭ一 ４ １ ０ ７八 路 模 拟 量 输 入 模 块 和 隔 离 Ｒ Ｓ一
２ ２到 ＲＳ ２ ／ ８ ３ ～４ ２ ４ ５转 换 器 ＡＤ ＡＭ 一 ４ ２ 。监 控 ５０ 仪负 责采集 现场数 据 ，并在概 念模 型级对 压力 信号 进行各 种运 算 、处 理 ， 同时 负责 向主 机传 送 数 据 。 在确 定 了神经 网络模 型 的结 构 和参数之 后 ，用
预测 。
来对 网络进 行训练 。通过 试验 验证 的方 法确 定 了网 络 的初 始 值 ，即选 择学 习率初 始 值 为 １８ ． ，惯 性 因
子选为 １０ ． ；网络的结构为 ３层 的 Ｂ Ｐ网络 ，其 中隐
１ 智 能 诊 断 系统 的实 现
（ ）系统 的总体 设计 。在诊 断系统 中 ，硬件部 １
仪 通讯 ；③将 监控 仪处理 完 的数据加 以保 存 ；④ 动 态 显示监 控仪 传送来 的数 据 。其 中参 数设定 、采样
数 据 的同步 动态显示 、数 据库 管理 以及多线 程技术
是 本系统 的设计 重点 。
参数 ，从 而 实现 对往 复泵 泵 阀故 障的智 能故
障诊 断功 能 。
参数设定就 是输 入被 采样 往复 泵 的工况参 数 和 数据采集 系统的采样参数 。对应 参数的意义见表 １ 。
表 １ 采 集 系 统 的 参 数 值
频率／ Ｈｚ
柱 塞 号 周 期／ ｍｓ 采 样 时 间设 定 ／ ｓ
关键词 ：小 波包 ；神经 网络 ；故障诊 断 往 复泵是 石油 矿场 中的重要 设备 ，广 泛应用 于
３层 的共轭梯 度 法 Ｂ Ｐ算 法 ，采 用 成 批处 理 的方法
的泵 缸 内 的压 力 信 号 作 为样 本 数 据 进 行 分 解 和 重
构 ，然后再 利用 重构 的信 号来 提 取 故 障特 征 向量 ； 建立 神经 网络 ，确定 网络结构 ，然 后利 用所提 取 的 特征 向量作 为训练 样本 对神经 网络进 行训 练 以确 定 神经 网络 的参 数 。确 定 神 经 网络 的结 构 和参 数 后 ， 就可 用 此 网 络 对 往 复 泵 的 泵 阀 故 障 进 行 诊 断 和
能很 好地 检验 出故 障 ，则要 重新 训练神 经 网络 ，得 到好 的 网络结构 。
油气 田地 面工 程 第 ２ ９卷 第 ４期 （００ ４ ２ １． ）
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ｄ ｉ １ ． ９ ９ ｊ ｉｓ ． ０ ６ ６ ９ ． ０ ０ ０ ． ３ ｏ ： ０ ３ ６ ／．ｓｎ １ ０ — ８ ６ ２ １ ． ４ ０ ５
分 主要 包 括 １台 主机 以及 基 于 Ｒ 一４ ５端 口的往 Ｓ ８
含层 的节点数 为 １ ，即网络 的结构 是 ８ ７ 。 ７个 —１ —３
利用上 面 的网络结 构和 参数 ，以小 波分析 所得
到 的故障特 征 向量 作 为训练 样本数 据 ，网络训 练 的
结 果 见 表 ２ 。
表 ２ 网 络训 练所 得 数 据
采样 数据 同步地显 示 在 数 据 采集 系统 的 主界 面 上 。
在 主界 面上共 有 ２块显 示面板 ，分别 用 于显示 压力
和流量 的实 时采样 数据 曲线 ，这 主要是 为了方便 用 户 对数据 进行 在线 分析 。
２ 诊 断 结果
经小 波包 分析 所得 到的故 障特征 向量 的维数 为 ８ ，而对应 的故 障 有 ３种 ，所 以选 用 的 神经 网络结 构 的输入 向量 维 数 为 ８ ，输 出向量 维 数 是 ３ 。根据 上 面的分 析 ，神经 网络 的层 数确 定为 ３层 ，即采用
摘 要 ：通 过 小波分析提 取往 复 泵泵 阀的 故 障特征 ，以能量 为元 素可 以构 造一 个特征 向量 。然后 建立合适 的神 经 网络 ，并采用 通 过 小波 包 变换得 到 的特征 向量作 为样本 数据
对神 经 网 络 进 行 训 练 ，确 定 其 网 络 结 构 及 其
（ ）软 件设计 。数 据采集 系统 的软件 设计部 分 ２ 完 成 的功能 ：①建 立程序 框架 ；②建 立 主机与监控
检 验数据 对神 经 网络 进行 检验 ，看训 练 出的神经 网
络 是否满 足实 际的需 要 ，诊断结 果是 否理想 。若不
主机 负责处 理监控 仪传来 的数 据 ，并 保存 数据 ，而
后 利用 小波包 对压 力信号 进行 处理并 提取 故障 特征 向量 ，利用 神经 网络进行 故 障诊断 。
塞 泵地 面泵 、热采锅 炉 给水泵 、注微 生物溶 液泵 以
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采 样数 据 的同步 动态显示 是 指将监 控仪采集 的
及 用于 以液压 为动力 的各 型设备 。泵 阀组件 作为其 液力 端关 键部 件 ，因工况恶 劣经 常发生 失效 ，对其 进行 状态 的监测 和故 障诊 断具有 重要意 义 。 设备 故障诊 断 的内容包 括状 态监测 、分析 诊断 和故 障预测 。从 这三个 方 面出发 ，利用 小波包 分析 方法 进行故 障特 征提取 ，也 就是在 频域 内将采集 到
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油气田地面工程第 ２ ９卷 第 ４ 期 ｆ ００ ４ ２１． ）
ｄ ｉ１ ． ９ ９ ｊ ｉｓ ． ０ ６ ６ ９ ． ０ ０ ０ ． ３ ｏ ： ０ ３ ６ ／ ．ｓｎ １ ０ — ８ ６ ２ １ ． ４ ０ ４
往复泵泵 阀故障智 能诊断 系统
田 丽 刘 宝 军 尚 廷 义
（ ．黑龙 江八一 农垦 大学信 息技 术学 院 ；２ １ ．大庆 油 田矿 区服 务事业 部 ）