chap7_故障診斷新技術和狀態(tài)監(jiān)測

1、2022-3-28工業(yè)裝備故障診斷技術1故障診斷新技術故障診斷新技術基于近場聲全息的結構故障振動技術基于近場聲全息的結構故障振動技術 2022年3月28日星期一2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)噪聲控制、預測及故障診斷等提供依據(jù)2022年3月28日星期一3常用的聲場可視化方法近場聲全息近場聲全息（NAH）傳統(tǒng)方法基于邊界元建?；谶吔缭＃˙EM）的NAHHELS方法方法（Helmholtz方程最小平方誤差方程最小平方誤差）波疊加方法波疊

2、加方法（Wave Superposition）波束形成波束形成（Beamforming）2022年3月28日星期一4可視化聲源定位實例Surface velocity of the disc brake assemblyMicrophone array aligned against a disc brake assembly2022年3月28日星期一5可視化聲源定位實例Intensity plot showing transmission paths through a car doorMicrophone array aligned against a car door2022年3月28日

3、星期一6可視化聲源定位實例汽車發(fā)動機電機2022年3月28日星期一76300 HzR 5 cm3150 HzR 10 cm4000 HzR 8 cm5000 HzR 6 cm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2022-3-28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、水泵等縮機，汽輪機、發(fā)電機組、軋鋼機、轉爐、風機、水泵等都是生產(chǎn)線的關鍵設備，這些設備一旦發(fā)生故障停機，輕都是生產(chǎn)線的

4、關鍵設備，這些設備一旦發(fā)生故障停機，輕者影響產(chǎn)量，重者會導致整個生產(chǎn)線、整個裝置、整個工者影響產(chǎn)量，重者會導致整個生產(chǎn)線、整個裝置、整個工廠停止生產(chǎn)，甚至會造成人員傷亡事故，造成環(huán)境污染或廠停止生產(chǎn)，甚至會造成人員傷亡事故，造成環(huán)境污染或產(chǎn)生不良的社會影響。產(chǎn)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(zhì)大型關鍵設備的安全、穩(wěn)定、長周期、滿負荷、優(yōu)質(zhì)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

5、公司、大企業(yè)在體會到狀障診斷工作，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(nèi)外蓬勃發(fā)展的主要原因。與故障診斷技術在國內(nèi)外蓬勃發(fā)展的主要原因。 2022-3-28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)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、信息論為理論基礎論

6、、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(nèi)的儀器設備和計算機為技術手段，結，以包括傳感器在內(nèi)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，提故

7、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。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。2022-3-28工業(yè)裝備故障診斷技術10計算機輔助狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷計算機輔助狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷振動信號振動信號PC總線總線PC總線總線PC總線總線轉速信號轉速信號 溫度溫度 壓力等壓力等振動信號振動信號同步采集同步采集轉度采集轉度采集定時觸發(fā)定時觸發(fā)非振動信號非振動信號智能采集卡智能采集卡 IPC工業(yè)計算機工業(yè)計算機數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集實時監(jiān)控實時監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng) 網(wǎng)絡網(wǎng)絡光隔電流環(huán)光隔電流環(huán) PC計算機計算機在線故障在線故障診斷系統(tǒng)診斷系統(tǒng)機機組組2

8、022-3-28工業(yè)裝備故障診斷技術11計算機輔助狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷計算機輔助狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷2022-3-28工業(yè)裝備故障診斷技術12計算機輔助狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷計算機輔助狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷2022年3月28日星期一13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)2022年3月28日星期一14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

9、 - 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(chǎn)的15。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2022年3月28日星期一15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)設備類型一般設備重要設備關鍵設備損壞后果小部分停產(chǎn)或不停產(chǎn)大部分停產(chǎn)(50-100%)完全停產(chǎn)監(jiān)測系統(tǒng)類型離線監(jiān)測系統(tǒng)一般在線系統(tǒng)計算機化在線系統(tǒng)便攜式測量儀器推薦選用至少選用2022年3月28日星期一16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

10、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(手持式)傳感器便攜式數(shù)據(jù)采集器PC計算機+監(jiān)測、分析與診斷軟件RS-232c2022年3月28日星期一17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)2022年3月28日星期一18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

11、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2022年3月28日星期一19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(zhì)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2022年3月28日星期一20分布式結構-遠程系統(tǒng)的雛形

12、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、診斷的目的主計算機輔 助 計 算 機輔 助 計 算 機輔 助 計 算 機網(wǎng) 絡網(wǎng)絡網(wǎng)絡網(wǎng)絡主計算機輔 助 計 算 機輔 助 計 算 機網(wǎng) 絡(a)(b)2022年3月28日星期一21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

13、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(chǎn)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2022年3月28日星期一22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(chǎn)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

14、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2022年3月28日星期一23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(nèi)部、行業(yè)內(nèi)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(chǎn)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2022年3月28日星期一24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

15、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(diào)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(nèi)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2022年3月28日星期一25遠程故障診斷系統(tǒng)的模型Internet遠程診斷中心企業(yè)監(jiān)測中心數(shù)據(jù)庫現(xiàn)場工作站防火墻防火墻打印機HubHubHub數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫HubPRINTHELPALPHASHIFTENTERRUNDGERFIAJBKCL7M8N9ODGDGDGD

16、GT3U0V.WXYZTAB% UTILIZATIONHUB/MAUNIC2BNC4Mb/sPRINTHELPALPHASHIFTENTERRUNDGERFIAJBKCL7M8N9ODGDGDGDGT3U0V.WXYZTAB% UTILIZATIONHUB/MAUNIC2BNC4Mb/sPRINTHELPALPHASHIFTENTERRUNDGERFIAJBKCL7M8N9ODGDGDGDGT3U0V.WXYZTAB% UTILIZATIONHUB/MAUNIC2BNC4Mb/s2022年3月28日星期一26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

17、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(nèi)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)2022年3月28日星期一27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(diào)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

18、斷的結論2022年3月28日星期一28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Internet服 務 器 組 件W eb服 務 器 /IIS 4.0A SPJavaScript/V B Script基 于 瀏 覽 器 的 客 戶 工 作 站數(shù) 據(jù) 庫H TM LJavaScript/V B ScriptA ctiveX /Java A pplet2022年3月28日星期一29遠程在線監(jiān)測與診斷系統(tǒng)示例VSN-NetMDS遠程診斷中心企業(yè)監(jiān)測中心現(xiàn)場監(jiān)測站2022年3月28日星期一30示例：VSN-NetMDS系統(tǒng)結構框圖基于網(wǎng)絡的遠程監(jiān)測基于網(wǎng)絡的遠程監(jiān)

19、測與故障診斷系統(tǒng)與故障診斷系統(tǒng)VSN-NetMDS基于基于VXI總線的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總線的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)VSNsNetDAU企業(yè)監(jiān)測中心企業(yè)監(jiān)測中心VSNsNetEMC遠程診斷中心遠程診斷中心VSNsNetRDC數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫VSNsNetDB用戶管理系統(tǒng)用戶管理系統(tǒng)UMS狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)CMS設備管理系統(tǒng)設備管理系統(tǒng)EMS故障診斷系統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)FDS用戶管理系統(tǒng)用戶管理系統(tǒng)UMS遠程分析系統(tǒng)遠程分析系統(tǒng)RAS組件庫系統(tǒng)組件庫系統(tǒng)CLS2022年3月28日星期一31示例：VSNsNetEMC企業(yè)監(jiān)測中心2022年3月28日星期一32示例：VSNsNetDAU監(jiān)測工作站。128 kHz、51

20、.2 kHz、25.6 kHz、12.8 kHz、 (按1:2:5抗混濾波器A/D數(shù)字抗混濾波器DSP預處理器JV53112SCSI硬盤RAMDSP處理板網(wǎng)絡主控計算機數(shù)據(jù)庫服務器100M振動信號倍頻器采樣脈沖序列轉速JV53413慢變信號適配器VXI總線2022年3月28日星期一33示例：VSNsNetDAU監(jiān)測工作站2022年3月28日星期一34示例：VSNsNetDB網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫SQL ServerOracle2022年3月28日星期一35示例：監(jiān)測與分析界面匯集2022年3月28日星期一36遠程巡檢(離線)系統(tǒng)示例Internet或Intranet企業(yè)監(jiān)測診斷中心監(jiān)測分析工作站數(shù)據(jù)庫防火

21、墻防火墻打印機數(shù)據(jù)庫HubPRINTHELPALPHASHIFTENTERRUNDGERFIAJBKCL7M8N9ODGDGDGDGT3U0V.WXYZTAB% UTILIZATIONHUB/MAUNIC2BNC4Mb/sHY-106數(shù)采器監(jiān)測分析工作站數(shù)據(jù)庫PRINTHELPALPHASHIFTENTERRUNDGERFIAJBKCL7M8N9ODGDGDGDGT3U0V.WXYZTAB% UTILIZATIONHUB/MAUNIC2BNC4Mb/sHY-106數(shù)采器防火墻2022年3月28日星期一37示例：PMS巡檢系統(tǒng)功能框圖PMS設備巡檢系統(tǒng)用戶管理設備管理數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)庫管理結

22、果報告用戶信息管理用戶系統(tǒng)設置設備信息瀏覽設備基本信息測點參數(shù)設置機器簡圖設計用戶信息設置巡檢計劃組態(tài)巡檢計劃下載巡檢數(shù)據(jù)回收波形分析頻譜分析差譜分析窄帶包絡生成趨勢分析瀑布圖顯示參數(shù)臨時數(shù)據(jù)轉移數(shù)據(jù)刪除機器監(jiān)測報表最新巡檢報表報警記錄報表測點報表設備報表波形頻譜報表巡檢數(shù)據(jù)報表2022年3月28日星期一38示例：圖片導航式設備信息瀏覽 2022年3月28日星期一39示例：巡檢計劃組態(tài)2022年3月28日星期一40示例：監(jiān)測與分析結果報表2022年3月28日星期一41示例：監(jiān)測與分析結果2022年3月28日星期一42B/S模式在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)-總體功能2022年3月28日星期一43B/S模式在

23、線監(jiān)測診斷系統(tǒng)-監(jiān)測界面2022年3月28日星期一44B/S模式在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)-分析界面2022年3月28日星期一45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2022年3月28日星期一46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

24、效現(xiàn)代信號處理技術成果實用化分布式計算技術運用2022年3月28日星期一47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 2022年3月28日星期一48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, Intelligent Maintenance System) 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2022年3月28日星期一49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