設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷綜述

1、-. z.設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷綜述：摘要 從設(shè)備管理的角度，介紹了典型的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的診斷理論、技術(shù)手段和具體方法。首先對設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的意義、開展，根底理論和現(xiàn)狀進(jìn)展了介紹，闡述了設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷與設(shè)備管理的關(guān)系。進(jìn)而對振動監(jiān)測、溫度檢測、無損檢測等根本監(jiān)測手段的原理及診斷方法。關(guān)鍵字：狀態(tài)監(jiān)測；故障診斷；振動；設(shè)備設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷概述設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的意義和開展歷史1.1.1設(shè)備故障及故障診斷的意義隨著現(xiàn)代化工業(yè)的開展，設(shè)備能否平安可靠地以最正確狀態(tài)運(yùn)行，對于確保產(chǎn)品質(zhì)量、提高企業(yè)生產(chǎn)能力、保障平安生產(chǎn)都具有十分重要的意義。設(shè)備的故障就是指設(shè)備在規(guī)定時(shí)

2、間內(nèi)、規(guī)定條件下喪失規(guī)定功能的狀況，通常這種故障是從*一零部件的失效引起的。設(shè)備的故障診斷則是發(fā)現(xiàn)并確定故障的部位和性質(zhì)。尋找故障的起因，預(yù)報(bào)故障的趨勢并提出相應(yīng)的對策。1.1.2 設(shè)備故障診斷技術(shù)開展歷史設(shè)備故障診斷技術(shù)的開展是與設(shè)備的維修方式嚴(yán)密相連的?？梢詫⒐收显\斷技術(shù)按測試手段分為六個階段，即感官診斷、簡易診斷、綜合診斷、在線監(jiān)測、精細(xì)診斷和遠(yuǎn)程監(jiān)測。從時(shí)間考察，故障診斷技術(shù)大致可以分為20世紀(jì)60年代以前、60年代到80年代和80年代以后幾個階段。現(xiàn)代設(shè)備故障診斷技術(shù)在故障診斷學(xué)建立之前，傳統(tǒng)的故障診斷方法主要是依靠經(jīng)歷的積累。將反映設(shè)備故障的特殊信號，從信息論角度出發(fā)對其進(jìn)展分析，

3、是現(xiàn)代設(shè)備故障診斷技術(shù)的特點(diǎn)。可以分為統(tǒng)計(jì)診斷、邏輯診斷、模糊診斷。其中有幾種方法做簡單的介紹。貝葉斯法,此方法是基于概率統(tǒng)計(jì)的推理方法，以概率密度函數(shù)為根底，綜合設(shè)備的故障信息來描述設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)展故障分析。此外還有最大似然法、時(shí)間序列、法灰色系統(tǒng)法和故障樹分析法。故障樹分析法模型是一個基于被診斷對象構(gòu)造、功能特性的行為模型，是一種定性的因果模型?；谥R的故障診斷方法基于知識的故障診斷方法，不需要待測對象準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，而且具有智能特性。目前，這種故障診斷方法主要有：專家系統(tǒng)故障診斷方法；模糊故障診斷方法，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷方法，信息融合故障診斷方法；基于Agent的故障診斷方法等。1.

4、3.1專家系統(tǒng)故障診斷方法專家系統(tǒng)故障診斷方法，是指計(jì)算機(jī)在采集被診斷對象的信息后，綜合運(yùn)用各種專家經(jīng)歷，進(jìn)展一系列的推理，以便快速地找到最終故障或最有可能的故障，再由用戶來證實(shí)。此種方法國內(nèi)外已有不少應(yīng)用實(shí)例。、1.3.2 模糊故障診斷方法所謂模糊，是指一種邊界不清楚，在質(zhì)上沒有確切的含義，在量上又沒有明確的界限的概念，磨損狀態(tài)的轉(zhuǎn)變，正是典型的、帶有明顯中介過渡性的模糊現(xiàn)象。對于這種事物是不能用經(jīng)典數(shù)學(xué)的二值邏輯方法的，即以0，1區(qū)間的邏輯代替?zhèn)鹘y(tǒng)的二值0,1邏輯，而且要用能綜合事物內(nèi)涵與外延性態(tài)的合理數(shù)學(xué)模型隸屬度函數(shù)，來定量處理模糊現(xiàn)象。典型的模糊故障診斷方法是向量的識別法。1.3.3

5、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷方法人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)源于1943年，是模仿人的大腦神經(jīng)元構(gòu)造特性建立起來的一種非線性動力學(xué)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，它由大量的簡單的非線性處理單元高度并聯(lián)、互聯(lián)而成。由于故障診斷的核心技術(shù)是故障模式識別，而人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)本身具有信息處理的特點(diǎn)，如并行性、自學(xué)習(xí)、自組織性、聯(lián)想記憶功能等，所以能夠解決傳統(tǒng)模式識別方法不能解決的問題。設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)簡易振動診斷技術(shù)在機(jī)械設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)中，振動監(jiān)測及診斷技術(shù)是普遍采用的根本方法。在工業(yè)領(lǐng)域中，機(jī)械振動是普遍存在并作為衡量設(shè)備狀態(tài)的重要指標(biāo)之一。當(dāng)機(jī)械內(nèi)部發(fā)生異常時(shí)，隨之會出現(xiàn)振動加大。2.1.1.機(jī)械振動的一般描述機(jī)械振動，從

6、物理意義上來說，是指物體在平衡位置附近來回往復(fù)的運(yùn)動。機(jī)械振動表示機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動的位移、速度、加速度量值的大小隨時(shí)間在其平均值上下交替重復(fù)變化的過程。各種機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行中，都不同程度地存在振動，這是機(jī)械運(yùn)行的共性。按振動規(guī)律分類，可將機(jī)械振動分為確定性振動、瞬態(tài)振動和隨機(jī)振動。按產(chǎn)生振動的原因分類，可以分為自由振動、受迫振動、自激振動。按振動頻率分類，可以分為低頻振動、中頻振動和高頻振動。2.1.2 簡易振動診斷的常用儀器設(shè)備 振動監(jiān)測及故障診斷所用的典型儀器設(shè)備包括測振傳感器、信號調(diào)理器、信號記錄儀、信號分析與處理設(shè)備等。傳感器將機(jī)械振動量轉(zhuǎn)換為適于電測的電參量，經(jīng)信號調(diào)理器進(jìn)展放大、濾波、阻

7、抗變換后，可用信號記錄儀將所測振動信號記錄、存儲下來，也可直接輸入到信號分析與處理設(shè)備，對振動信號進(jìn)展各種分析、處理、取得所要的數(shù)據(jù)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的開展，信號分析與處理己逐漸由以計(jì)算機(jī)為核心的監(jiān)視、分析系統(tǒng)來完成。2.1.3簡易振動監(jiān)測參數(shù)的測量 通常用于描述機(jī)械振動響應(yīng)的三個參數(shù)是位移、速度、加速度。從測量的靈敏度和動態(tài)*圍考慮，高頻時(shí)的振動強(qiáng)度由加速度值度量，中頻時(shí)的振動強(qiáng)度由速度值度量，低頻時(shí)的振動強(qiáng)度由位移值度量。從異類種類考慮，沖擊是主要問題時(shí)測量加速度；振動能量和疲勞是主要問題時(shí)測量速度；振動的幅度和位移是主要問題時(shí)應(yīng)測量位移。實(shí)際測量中，可由所測得的振動頻譜來決定應(yīng)采用的最正確

8、參數(shù)。對于大多數(shù)機(jī)器來說，最正確參數(shù)是速度，這是許多振動標(biāo)準(zhǔn)采用該參數(shù)的原因之一。首先確定測量軸振動還是軸承振動。一般來說，監(jiān)測軸比測試軸承座或機(jī)殼的振動信息更為直接和有效。在出現(xiàn)故障時(shí)，轉(zhuǎn)子上振動的變化比軸承座或機(jī)殼要敏感得多。其次是確定測點(diǎn)位置。一般情況下，測量點(diǎn)選擇的總原則是：能對設(shè)備振動狀態(tài)作出全面的描述；應(yīng)是設(shè)備振動的敏感點(diǎn)；應(yīng)是離機(jī)械設(shè)備核心部位最近的關(guān)鍵點(diǎn)；應(yīng)是容易產(chǎn)生劣化現(xiàn)象的易損點(diǎn)。并且要進(jìn)展定期檢測，在早期發(fā)現(xiàn)故障，以免故障迅速開展到嚴(yán)重的程度，檢測的周期應(yīng)盡可能短一些；但如果檢測周期定得過短，則在經(jīng)濟(jì)上可能是不合理的。因此，應(yīng)綜合考慮技術(shù)上的需要和經(jīng)濟(jì)上的合理性來確定合理

9、的檢測周期。精細(xì)振動診斷技術(shù) 精細(xì)診斷技術(shù)是使用精細(xì)的儀器和方法，對簡易診斷難以確診的設(shè)備做出詳細(xì)評價(jià)的技術(shù)。近年開發(fā)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)備診斷系統(tǒng)和人工智能與診斷專家系統(tǒng)等，也都屬于精細(xì)診斷技術(shù)*疇，一般多用于關(guān)鍵機(jī)組和診斷比擬復(fù)雜的故障原因。精細(xì)診斷除用于設(shè)備的開發(fā)研制過程外，更多用于使用維修階段。2.2.1 精細(xì)振動診斷的常用儀器設(shè)備 精細(xì)振動診斷所用的典型儀器設(shè)備包括測振傳感器、信號傳感器、信號記錄儀、信號分析與處理設(shè)備等幾大局部。信號分析儀種類很多，一般由信號放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換、顯示、存儲、分析等局部組成，有的還配有軟盤驅(qū)動器，可以與計(jì)算機(jī)進(jìn)展通信。離線監(jiān)測與巡檢系統(tǒng)一般由傳感器、采集

10、器、監(jiān)測診斷軟件和微機(jī)組成，有時(shí)也稱為設(shè)備預(yù)測維修系統(tǒng)。2.2.2 機(jī)械振動信號的分析方法 信息中包含對診斷有用的信息，但是也存在一些無用的東西，為了提取有用信息，我們必須對信號進(jìn)展處理。任何信號都不可能是純粹的，去偽求真處理的最終目的，就是要提取與狀態(tài)有關(guān)的特征參數(shù)。任何信息的采集都是以信號的形勢存在，如果沒有信號的分析處理，就不可能得到正確的診斷結(jié)果，因此信號處理廣泛地應(yīng)用于各種各樣的領(lǐng)域，信號處理是設(shè)備診斷中不可缺少的重要手段。機(jī)械故障診斷與監(jiān)測所需的各種機(jī)械物理量一般用相應(yīng)的傳感器轉(zhuǎn)換為電信號在進(jìn)展深處理。幅域分析盡管也是用樣本時(shí)間的波形來計(jì)算，但它不關(guān)心數(shù)據(jù)產(chǎn)生的先后順序，將數(shù)據(jù)次序

11、任意排序，所得結(jié)果一樣。對于機(jī)械故障的診斷而言，時(shí)域分析所能提供的信息量是非常有限的。時(shí)域分析往往只能粗略地答復(fù)機(jī)械設(shè)備是否有故障，有時(shí)也能得到故障嚴(yán)重程度的信息，但不能提供故障發(fā)生部位等信息。溫度監(jiān)測診斷技術(shù) 溫度是工業(yè)生產(chǎn)中的重要工藝參數(shù)，為保證生產(chǎn)工藝在規(guī)定的溫度條件下完成，需要對溫度進(jìn)展監(jiān)測和調(diào)節(jié)；另一方面，溫度也是表征設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的一個重要指標(biāo)，設(shè)備出現(xiàn)機(jī)械、電氣故障的一個明顯特征就是溫度的升高，同時(shí)溫度的異常變化又是引發(fā)設(shè)備故障的一個重要因素。2.3.1接觸式溫度測量 在日常生活和生產(chǎn)中，測量溫度的方式大量的是接觸式測量，即必須把溫度計(jì)和被測物的外表很好地接觸，方可得出正確的的結(jié)果

12、，顧稱為接觸式溫度。常用于設(shè)備診斷的接觸式溫度監(jiān)測儀器有熱膨脹式溫度計(jì)，電阻式溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)。2.3.2非接觸式溫度測量接觸式測溫由于沿著測溫元件有熱量導(dǎo)出而破壞被測物的溫度場，從而造成誤差；測量時(shí)還需要有一個同溫過程。隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的開展，對溫度監(jiān)測提出了越來越高的要求，接觸式測溫方法已遠(yuǎn)不能滿足許多場合的測溫要求。 近年來非接觸式測溫獲得迅速開展，除了敏感元件技術(shù)的開展外，還由于它不會破壞被測物的溫度場，適用*圍也大大拓寬許多接觸式測溫?zé)o法測量的場合和物體，采用非接觸式測溫，得到很好的解決。無損檢測 無損檢測以不改變被檢測對象的狀態(tài)和使用性能為前提，應(yīng)用物理和化學(xué)理論，對各種工程材

13、料、零部件和產(chǎn)品進(jìn)展有效的檢驗(yàn)和測試，借以評價(jià)它們的完整性、連續(xù)性、平安可靠性及力學(xué)、物理性能等，是一門新興的綜合性應(yīng)用科學(xué)。無損檢測主要包括三個內(nèi)容：無損探傷、測試和監(jiān)控。目前，無損檢測技術(shù)已在機(jī)械制造、冶金、石油化工、航空航天、核能電力、交通等行業(yè)獲得廣泛應(yīng)用，成為控制產(chǎn)品質(zhì)量、保證設(shè)備平安運(yùn)行的重要技術(shù)手段。2.4.1 滲透檢測 滲透檢測是用黃綠色的熒光滲透液或者紅色的著色滲透液來顯示放大了的缺陷圖像的痕跡，從而能夠用肉眼檢查出試件外表的開口缺陷的一種檢測方法。根據(jù)不同色調(diào)的滲透液和不同的清洗方式，滲透檢測方法可以分為熒光和著色滲透檢測法、水洗型、后乳化型和溶劑去除型滲透檢測法和濕式、快

14、干式、干式和無顯像滲透檢測法。滲透檢測裝置有便攜式裝置和內(nèi)壓式噴罐。 滲透檢測的根本操作程序包括試件外表的預(yù)處理、滲透劑的施加和滴落、滲透劑的去除及枯燥、顯像劑等環(huán)節(jié)。2.4.2聲發(fā)射檢測 當(dāng)材料受力作用產(chǎn)生變形或斷裂時(shí)，或者構(gòu)件在受力狀態(tài)下使用時(shí)，以彈性波形式釋放出應(yīng)變能的現(xiàn)象稱為聲發(fā)射。聲發(fā)射的頻率*圍從次聲波、聲頻到超聲頻，幅度從微觀位錯運(yùn)動到宏觀斷裂。結(jié)論機(jī)械設(shè)備狀態(tài)將直接關(guān)系到生產(chǎn)質(zhì)量、生產(chǎn)效益和生產(chǎn)平安。為此，一是要采用先進(jìn)的設(shè)備維護(hù)管理方式，對設(shè)備實(shí)行安康狀況連續(xù)監(jiān)測，二是要針對設(shè)備轉(zhuǎn)速低、負(fù)載重、沖擊大、移動頻繁，工作環(huán)境惡劣等特點(diǎn)，開發(fā)具有針對性的監(jiān)控技術(shù)，三是要建立起新的設(shè)備維修與維護(hù)管理體系，實(shí)行狀態(tài)監(jiān)測、點(diǎn)檢維護(hù)、故障診斷、預(yù)測維修等系列內(nèi)容，從根本上解決現(xiàn)有設(shè)備管理中存在的問題，延長設(shè)備的使用壽命，做到科學(xué)管理、合理使用、預(yù)知檢修和平安運(yùn)轉(zhuǎn)。參考文獻(xiàn)1 廖伯琦.機(jī)械故障診斷根底M.：冶金工業(yè)，2002.2 陳大禧, 朱鐵光.大型回轉(zhuǎn)機(jī)械診斷現(xiàn)場實(shí)用技術(shù)M.:機(jī)械工業(yè),2002.3 楊志伊.工業(yè)設(shè)備管理中的油液分析與狀態(tài)監(jiān)測M.:煤炭工業(yè),2002.4 戴紹誠, 等. 高產(chǎn)高效綜合機(jī)械化采煤技術(shù)裝備M. : 煤炭工業(yè), 1998.5沈復(fù)，李陽初石油加工單元過程原理(下冊)M：*出版社，2005：91-