chap7-故障診斷新技術和狀態(tài)監(jiān)測

2024/5/12工業(yè)裝備故障診斷技術1故障診斷新技術基于近場聲全息的結構故障振動技術

12五月20242可視化聲源定位技術通過重建設備輻射的噪聲場以直觀的動態(tài)圖像來進行噪聲源的識別和定位，為噪聲控制、預測及故障診斷等提供依據(jù)12五月20243常用的聲場可視化方法近場聲全息（NAH）－傳統(tǒng)方法基于邊界元建模（BEM）的NAHHELS方法（Helmholtz方程最小平方誤差）波疊加方法（WaveSuperposition）波束形成（Beamforming）12五月20244可視化聲源定位實例SurfacevelocityofthediscbrakeassemblyMicrophonearrayalignedagainstadiscbrakeassembly12五月20245可視化聲源定位實例IntensityplotshowingtransmissionpathsthroughacardoorMicrophonearrayalignedagainstacardoor12五月20246可視化聲源定位實例汽車發(fā)動機電機12五月202476300HzR

5cm3150HzR

10cm4000HzR

8cm5000HzR

6cm汽車發(fā)動機聲場圖近場聲全息需要約3300個測點，才能識別這樣的高頻2024/5/12工業(yè)裝備故障診斷技術8計算機輔助狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷

石油、化工、冶金、能源等行業(yè)的許多大型設備，如壓縮機，汽輪機、發(fā)電機組、軋鋼機、轉爐、風機、水泵等都是生產線的關鍵設備，這些設備一旦發(fā)生故障停機，輕者影響產量，重者會導致整個生產線、整個裝置、整個工廠停止生產，甚至會造成人員傷亡事故，造成環(huán)境污染或產生不良的社會影響。大型關鍵設備的安全、穩(wěn)定、長周期、滿負荷、優(yōu)質運行不僅關系到企業(yè)的經(jīng)濟效率，而且關系到安全和社會問題。因此，世界各國都在致力于推廣設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷工作，一些國際知名的大公司、大企業(yè)在體會到狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷工作給企業(yè)帶來的經(jīng)濟效益后，也自覺地投入大量資金開展這方面的工作，這就是設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術在國內外蓬勃發(fā)展的主要原因。

2024/5/12工業(yè)裝備故障診斷技術9計算機輔助狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷

設備在線監(jiān)測與故障診斷系技術以現(xiàn)代科學中的系統(tǒng)論、控制論、可靠性理論、失效理論、信息論為理論基礎，以包括傳感器在內的儀器設備和計算機為技術手段，結合監(jiān)測對象的特殊性，有針對性地對各設備運行參數(shù)進行連續(xù)監(jiān)測，對設備運行狀態(tài)做出實時評估，對故障提前預報并作出診斷，變故障停機為計劃停機，減少停機或避免事故擴大化，使企業(yè)對設備的維修管理從計劃性維修、事故性維修逐步過渡到以狀態(tài)監(jiān)測為基礎的預防性維修，提高了企業(yè)設備管理現(xiàn)代化水平，刨造了巨大的經(jīng)濟效益。2024/5/12工業(yè)裝備故障診斷技術10計算機輔助狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷振動信號PC總線PC總線PC總線轉速信號

溫度

壓力等振動信號同步采集轉度采集定時觸發(fā)非振動信號智能采集卡IPC工業(yè)計算機數(shù)據(jù)采集實時監(jiān)控系統(tǒng)

網(wǎng)絡光隔電流環(huán)PC計算機在線故障診斷系統(tǒng)機組2024/5/12工業(yè)裝備故障診斷技術11計算機輔助狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷2024/5/12工業(yè)裝備故障診斷技術12計算機輔助狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷12五月202413監(jiān)測與診斷系統(tǒng)在完成狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的過程中，通常需要依靠一定的監(jiān)測與診斷工具和手段，即需要有相應的計算機化的自動監(jiān)測與診斷裝置、儀器或系統(tǒng)12五月202414監(jiān)測與診斷系統(tǒng)前的考慮建立監(jiān)測與診斷系統(tǒng)之前應考慮如下問題：經(jīng)濟性-應能夠盡可能地節(jié)省投資；可靠性-自身應具有更高的可靠性；實用性-實用的功能，操作簡便；有效性-分析、診斷結果有效；擴展性-較好的可擴展性和自開發(fā)性能。一般情況下，根據(jù)經(jīng)驗企業(yè)用于設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的投資應占其固定資產的1％~5％。并且，隨著設備復雜程度和技術先進性的增加，此項投資的額度還應有相應的增加12五月202415監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的分類與選用離線系統(tǒng)(巡檢系統(tǒng))在線系統(tǒng)(集中式、分布式)遠程系統(tǒng)(C/S結構、B/S結構)12五月202416離線系統(tǒng)也稱為機械故障巡檢系統(tǒng)，通常由傳感器、便攜式數(shù)據(jù)采集器和計算機軟件組成采用定期巡回檢測和離線分析的方式工作適合于對工廠中量大面廣的中、小型機械設備，尤其是那些尚無固定監(jiān)測點的機器進行定期的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷12五月202417在線系統(tǒng)在線監(jiān)測與診斷系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集連續(xù)、快速、數(shù)據(jù)處理實時性好、分析診斷功能全面、豐富等特點適用于具有固定監(jiān)測點的大型連續(xù)運轉的關鍵機械設備這類系統(tǒng)又可分為集中式單機系統(tǒng)、集散式系統(tǒng)以及分布式系統(tǒng)12五月202418集中式結構是以單一(微型)計算機為主體的監(jiān)測與診斷系統(tǒng)由計算機主控完成現(xiàn)場工況監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集、信號處理與分析、故障診斷等全部工作優(yōu)點：便于管理控制，具有較高的穩(wěn)定性和可靠性;系統(tǒng)具備信號處理、特征提取、狀態(tài)分類、趨勢分析以及分析報告生成、數(shù)據(jù)庫管理等多方面的功能12五月202419集散式結構利用多臺計算機來聯(lián)合實施監(jiān)測與診斷，但這里的每臺計算機彼此相互獨立，基本上沒有聯(lián)系，其實質是集中式結構的簡單迭加通過RS232或RS422串行通訊方式把一臺主控計算機與若干臺從屬計算機聯(lián)接起來協(xié)同工作的主從式結構。其中，從屬計算機(或稱輔助計算機)分別獨立地完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集與狀態(tài)監(jiān)測并共享主機，而主機則負責完成分析與診斷功能并始終肩負對從屬機進行管理和控制的任務12五月202420分布式結構-遠程系統(tǒng)的雛形針對地域分布較廣的多臺機器設備，通過計算機網(wǎng)絡把分布于各局部現(xiàn)場、獨立完成特定功能的本地計算機互聯(lián)接起來，并在一臺主控計算機的控制下，構成分級管理模式，最終達到資源共享、協(xié)同工作、分散監(jiān)測與集中管理、診斷的目的12五月202421分布式結構-遠程系統(tǒng)的雛形分布式結構具有資源分散、結構模塊性、工作并行性、協(xié)作自治性、系統(tǒng)透明性等優(yōu)點。此外：分散數(shù)據(jù)采集，集中狀態(tài)監(jiān)測、診斷和管理可靠性高各現(xiàn)場工作站均能夠獨立完成分布式處理，各節(jié)點具有相對獨立性，當某一節(jié)點發(fā)生問題時，并不影響其它節(jié)點的正常工作可護展性和靈活性好由于采用了網(wǎng)絡化結構，系統(tǒng)能在適應新技術的發(fā)展過程中，方便地將落后設備從網(wǎng)上卸下、將更新設備掛到網(wǎng)上功能強系統(tǒng)支持多用戶、多任務，可承擔較多的工作負荷成本低網(wǎng)絡接口集成度高，網(wǎng)絡基礎設施可與生產管理控制系統(tǒng)、MIS系統(tǒng)等共享，系統(tǒng)的整體性能價格比高12五月202422遠程故障診斷的基本概念基于Internet/Intranet的遠程故障診斷是設備診斷技術與通信技術、網(wǎng)絡技術、計算機技術以及控制技術相結合的產物遠程診斷跨越了企業(yè)與研究機構、企業(yè)與企業(yè)在時間和空間上的距離學術界可以利用網(wǎng)上診斷服務器開設技術知識講座，對企業(yè)技術人員進行輔導和技術培訓，同時發(fā)表有關的最新研究成果企業(yè)界則可以利用監(jiān)測服務器為研究機構提供寶貴的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，向研究機構或其它企業(yè)提出咨詢12五月202423遠程故障診斷的基本概念遠程診斷系統(tǒng)能夠方便地實現(xiàn)企業(yè)內部、行業(yè)內部、甚至更大范圍的診斷數(shù)據(jù)和知識的共享，能夠有效地組織異地專家會診等遠程診斷系統(tǒng)還是一個集咨詢、培訓、討論、數(shù)據(jù)交換等于一體的全方位的信息交流系統(tǒng)這樣既解決了生產企業(yè)技術力量不足和技術水平提高的問題又有利于研究機構更準確、更有效的獲得設備運行的第一手資料，充實理論和技術研究12五月202424遠程故障診斷系統(tǒng)的結構一個完整的遠程故障診斷系統(tǒng)通常應當包括三個主要子系統(tǒng)遠程診斷中心：在高性能WEB服務器和數(shù)據(jù)庫服務器的支撐下?lián)撜麄€系統(tǒng)的控制協(xié)調任務企業(yè)監(jiān)測分析中心(初級診斷中心)：主要負責企業(yè)內部的監(jiān)測、分析和診斷，以及設備管理工作，同時負責對下屬監(jiān)測工作站的控制及管理現(xiàn)場監(jiān)測工作站：由網(wǎng)絡化的高性能再線數(shù)據(jù)采集器或便攜式數(shù)據(jù)采集器所構成，主要負責數(shù)據(jù)采集、預處理以及報警監(jiān)控等工作12五月202425遠程故障診斷系統(tǒng)的模型12五月202426遠程故障診斷系統(tǒng)的基本要求無成本客戶端：客戶端軟件應當是一般用戶桌面系統(tǒng)都具有的瀏覽器廉價的系統(tǒng)維護：系統(tǒng)功能可以由用戶添加組件進行擴展；系統(tǒng)性能可以通過遠程升級組件獲得提高低廉的網(wǎng)絡投資：用戶可以充分利用企業(yè)內部已建立的Intranet，進行整個系統(tǒng)的構建低廉的監(jiān)測和診斷費用：各種(關鍵)設備可以共享同一套系統(tǒng)12五月202427遠程故障診斷系統(tǒng)的基本要求知識共享：對于地域分布的大型企業(yè)集團，允許在一個地區(qū)獲取診斷知識，然后通過中心知識庫，讓整個企業(yè)共享相同或相近知識專家共享：能夠通過網(wǎng)絡匯集同行專家完成數(shù)據(jù)分析和故障原因會診及評價協(xié)作診斷：不同地區(qū)的診斷系統(tǒng)和專家可以在遠程診斷中心的協(xié)調下組成一個大的診斷網(wǎng)絡，通過對不同來源的診斷結果進行融合的形式，最終給出協(xié)作診斷的結論12五月202428遠程故障診斷系統(tǒng)的體系結構三層B/S結構體系表示層(應用層)邏輯層數(shù)據(jù)層工作模式12五月202429遠程在線監(jiān)測與診斷系統(tǒng)示例VSN-NetMDS現(xiàn)場監(jiān)測站DBServerWebServer分析工作站企業(yè)監(jiān)測中心現(xiàn)場監(jiān)測站DBServerWebServer企業(yè)監(jiān)測中心DBServerWebServer遠程診斷中心Internet診斷計算工作站計算工作站分析工作站計算工作站領域專家領域專家ADSLModemISDNISDNCERNETVXI系統(tǒng)主控機VXI系統(tǒng)主控機防火墻防火墻防火墻遠程診斷中心企業(yè)監(jiān)測中心現(xiàn)場監(jiān)測站12五月202430示例：VSN-NetMDS系統(tǒng)結構框圖12五月202431示例：VSNsNetEMC企業(yè)監(jiān)測中心狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)分析故障診斷專家系統(tǒng)設備管理系統(tǒng)用戶管理系統(tǒng)啟停車過程監(jiān)測用戶幫助系統(tǒng)12五月202432示例：VSNsNetDAU監(jiān)測工作站硬件：基于VXI總線、并受DSP處理器支撐的多通道并行數(shù)據(jù)采集與預處理裝置；可實現(xiàn)振動信號8Ch至64Ch的靈活組織，慢變（溫度、壓力、流量）信號1Ch至24Ch自由組態(tài)快變（振動）信號完全同步采樣。在內時鐘控制采樣模式時，系統(tǒng)采樣頻率可設定為：128kHz、51.2kHz、25.6kHz、12.8kHz、…(按1:2:5分頻)；在倍頻器控制采樣模式下，系統(tǒng)采樣頻率等于倍頻器所提供的采樣脈沖的頻率12五月202433示例：VSNsNetDAU監(jiān)測工作站軟件：基于NI公司的LabWindows/CVI、VISA開發(fā)環(huán)境、Microsoft公司的VisualC++和DSP過程支持開發(fā)環(huán)境完成的具有管理控制、參數(shù)設置、預處理、特征提取、報警處理、追憶數(shù)據(jù)存儲和監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ艿亩鄠€子系統(tǒng)12五月202434示例：VSNsNetDB網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫SQLServerOracle診斷知識庫確診故障庫臨時庫歷史庫測點管理庫用戶管理庫報警數(shù)據(jù)庫機器簡圖庫啟停車庫VSNsNetDB網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫12五月202435示例：監(jiān)測與分析界面匯集12五月202436遠程巡檢(離線)系統(tǒng)示例12五月202437示例：PMS巡檢系統(tǒng)功能框圖12五月202438示例：圖片導航式設備信息瀏覽

12五月202439示例：巡檢計劃組態(tài)12五月202440示例：監(jiān)測與分析結果報表12五月202441示例：監(jiān)測與分析結果12五月202442B/S模式在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)-總體功能12五月202443B/S模式在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)-監(jiān)測界面波形監(jiān)測頻譜監(jiān)測波形頻譜監(jiān)測12五月202444B/S模式在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)-分析界面12五月202445監(jiān)測與診斷技術發(fā)展趨勢離線系統(tǒng)與在線系統(tǒng)相互交融，最終形成基于Internet/Intranet的一體化遠程監(jiān)測與診斷系統(tǒng)，其中：分析方法和算法等共享數(shù)據(jù)庫、知識庫共享設備管理機制共享在線系統(tǒng)負責關鍵機組設備巡檢系統(tǒng)面向尚無固定測點的中小設備12五月202446監(jiān)測與診斷技術發(fā)展趨勢監(jiān)測與分析新技術的不斷引入硬件方面功能強化–便攜式數(shù)采增加整周期采樣、雙通道可靠性提高–在線系統(tǒng)采用VXI或PXI總線性能提高–高速多通道并行，DSP器件軟件方面功能更加豐富完善、準確有效現(xiàn)代信號處理技術成果實用化分布式計算技術運用12五月202447監(jiān)測與診斷技術發(fā)展趨勢系統(tǒng)中故障診斷功能完善故障分析指導系統(tǒng)：針對有關的機械設備及參數(shù)，給出若干可能故障的說明和分析依據(jù)，最后由操作者或分析人員來確定結論故障診斷輔助系統(tǒng)：在給出分析處理結果和故障特征提示的情況下，利用人機結合的方式進行故障分析與判斷故障診斷專家系統(tǒng)：利用知識庫和推理機由計算機自主（配合一定的人機交互）完成故障分析與診斷，并提出相應的處理措施12五月202448監(jiān)測與診斷技術發(fā)展趨勢設備管理功能占重要地位開發(fā)智能維護系統(tǒng)(IMS,IntelligentMaintenanceSystem)

IMS是指采用性能衰退分析和預測分析方法，結合信息電子技術(包括：互聯(lián)網(wǎng)、非接觸式通訊技術、嵌入式智能電子技術)，使設備達到近乎零故障的性能的一種新型維護系統(tǒng)該系統(tǒng)將企業(yè)的設備管理、備品備件管理、以及設備信息化管理等融為一體12五月202449結束語機械設備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術在保障石化、冶金、鋼鐵和電力等流程工業(yè)中的機械設備安全、可靠和高效運行方面起到了重要的作用，近年來一直是一個重要的研究方向伴隨著信息時代的到來，基于Internet/

Intranet的遠程設備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術展露出無可比擬的優(yōu)勢相信監(jiān)測與診斷技術和系統(tǒng)必將在監(jiān)護設備的過程中，獲得自身