聯(lián)合動力實驗臺遠程監(jiān)控與故障診斷系統(tǒng)開發(fā)

孫傳恒，劉明碩，肖 翠

聯(lián)合動力實驗臺遠程監(jiān)控與故障診斷系統(tǒng)開發(fā)

孫傳恒1，劉明碩2，肖 翠3

（1.哈爾濱軸承集團公司 經(jīng)營發(fā)展部，黑龍江 哈爾濱150036；2.東北煉化吉林機械公司，吉林 吉林132021；3.吉林石化公司研究院，吉林 吉林132021）

針對聯(lián)合動力裝置實驗臺結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障原因多樣的特點，提出了一種以虛擬儀器為開發(fā)平臺，結(jié)合先進智能診斷算法的遠程狀態(tài)監(jiān)視與故障診斷系統(tǒng)。在分析虛擬儀器應(yīng)用特點的基礎(chǔ)上，詳細闡述了系統(tǒng)遠程狀態(tài)監(jiān)視、故障診斷以及故障信息管理的設(shè)計方案。該系統(tǒng)在提高機組安全運行，實現(xiàn)重大故障快速響應(yīng)與處理的同時，大幅度降低維修費用，具有重要的應(yīng)用價值。

虛擬儀器；聯(lián)合動力裝置；遠程監(jiān)視；故障診斷

1 前言

目前僅依靠提高單一機型動力裝置的性能已經(jīng)不能滿足某些新型船舶的需求，以聯(lián)合動力裝置為代表的新型船舶動力裝置不斷涌現(xiàn)。聯(lián)合動力裝置形式多樣，主要有柴-燃（CODAG或CODOG）、燃-燃（COGAG或COGOG）、燃-蒸（COSAG或COGAS）[1]。但是，由于整個聯(lián)合動力裝置的控制實現(xiàn)方式相對較為復(fù)雜，監(jiān)測點種類雜、數(shù)量多，使得部件發(fā)生故障的原因形式多樣，需要現(xiàn)場專業(yè)技術(shù)人員與故障診斷專家共同解決，才能避免造成嚴(yán)重的經(jīng)濟損失[2-4]。

基于虛擬儀器思想的LabVIEW標(biāo)準(zhǔn)圖形化編程軟件，不僅能夠方便地實現(xiàn)與各種軟硬件的連接以及強大的網(wǎng)絡(luò)通訊功能，更能夠提供強大的后續(xù)數(shù)據(jù)分析處理能力，通過各種交互式的控件、對話框、菜單以及函數(shù)模塊編程，實現(xiàn)直觀友好的人機交互界面，具有較強的數(shù)據(jù)可視化分析特點[5]。

2 聯(lián)合動力裝置實驗臺組成

聯(lián)合動力裝置物理模擬實驗臺是根據(jù)實船的布置情況，按照物理相似的原則建立而成。實驗臺由GTD-350燃氣輪機、N6135柴油機、S1A-02燃氣輪機、STF426蒸汽輪機、輔助系統(tǒng)等組成。聯(lián)合動力裝置實驗臺可以實現(xiàn)的運行方式有：

（1）柴-燃試驗，由N6135柴油機和GTD-350燃氣輪機組合，其中包括四種運行方式：N6135單獨工作、GTD-350單獨工作、N6135和GTD-350交替工作、N6135和GTD-350共同工作。

（2）燃-燃試驗，由S1A-02燃氣輪機和GTD-350燃氣輪機組合，其中包括四種運行方式：S1A-02單獨工作、GTD-350單獨工作、S1A-02和GTD-350交替工作、S1A-02和GTD-350共同工作。

（3）燃-蒸試驗，由GTD-350燃氣輪機和STF426蒸汽輪機組合，其中包括兩種運行方式，STF426單獨運行、GTD-350和STF426共同工作。

3 遠程狀態(tài)監(jiān)視與故障診斷系統(tǒng)設(shè)計

3.1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)主要由現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡(luò)通訊層和診斷中心層三大部分組成。聯(lián)合動力裝置遠程狀態(tài)監(jiān)視與故障診斷系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1所示。

現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集層主要是指通過在柴油機、燃氣輪機、蒸汽輪機、輔助系統(tǒng)等相關(guān)測點上安裝各類傳感器，實現(xiàn)相關(guān)運行狀態(tài)參數(shù)的數(shù)據(jù)采集，采集的信號經(jīng)現(xiàn)場狀態(tài)采集服務(wù)器匯集到本地數(shù)據(jù)庫，并且連接發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)通訊服務(wù)器。

由于LabVIEW針對不同的應(yīng)用與不同的層次，可以提供多種網(wǎng)絡(luò)通信方式[5],因此網(wǎng)絡(luò)通訊層可通過TCP/IP局域網(wǎng)等方式建立現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集層中數(shù)據(jù)庫與遠程診斷中心的Internet連接，以方便地實現(xiàn)跨地域遠程監(jiān)測數(shù)據(jù)與報警信息的遠程實時信息交互。

診斷中心層主要包括網(wǎng)絡(luò)通訊服務(wù)器、診斷中心數(shù)據(jù)庫、專家支持系統(tǒng)三大部分。網(wǎng)絡(luò)通訊服務(wù)器實現(xiàn)現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)接收、報警故障信息、維修策略信息的發(fā)布；診斷中心數(shù)據(jù)庫采用大型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，按照不同的使用層次保存相關(guān)信息，分為運行數(shù)據(jù)庫和案例數(shù)據(jù)庫，專家支持系統(tǒng)是指對聯(lián)合動力裝置的當(dāng)前工作狀態(tài)進行實時監(jiān)視，當(dāng)某參數(shù)發(fā)生報警時自動載入故障診斷推理模塊，調(diào)用先進的智能算法進行故障定位并給出相應(yīng)的維修策略。

3.2系統(tǒng)功能

本系統(tǒng)功能主要包括：用戶管理、數(shù)據(jù)處理、狀態(tài)監(jiān)視與故障診斷和信息處理四大模塊。

（1）用戶管理：對軟件系統(tǒng)進行安全設(shè)置，針對不同的用戶采用了不同的權(quán)限設(shè)置，只有擁有相應(yīng)權(quán)限的用戶才能訪問相應(yīng)的功能。

（2）數(shù)據(jù)處理：主要是指進入故障診斷之前的數(shù)據(jù)歸一化處理與粗糙集的數(shù)據(jù)離散化處理。

（3）狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷模塊：通過采用在線和離線兩種運行方式相互繼承、相互啟發(fā)的綜合預(yù)測診斷方法，實現(xiàn)各系統(tǒng)相關(guān)典型故障的診斷，對故障的診斷方法及維修策略給出相關(guān)的專家建議。

（4）信息管理：主要包括運行日志、案例編輯、報表生成和幫助說明。運行日志能夠?qū)ο到y(tǒng)所發(fā)生的全部運行狀態(tài)（相關(guān)故障）的發(fā)生、發(fā)展、診斷、處理的全過程以及錯誤歷史信息等以日志的形式進行詳細的記錄，以備用戶隨時進行查詢。

4 結(jié)束語建立了以虛擬儀器---LabVIEW軟件為開發(fā)平臺，結(jié)合先進智能診斷算法的聯(lián)合動力裝置遠程狀態(tài)監(jiān)視與故障診斷系統(tǒng)。該系統(tǒng)是集實時數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)通信、狀態(tài)監(jiān)視、故障診斷、人工智能等于一體的遠程專家支持系統(tǒng)，其強大的軟件功能使異地的故障診斷專家能夠?qū)崟r了解運行設(shè)備的運行狀態(tài)，實現(xiàn)重大故障的快速響應(yīng)與處理，從而避免造成嚴(yán)重的經(jīng)濟損失。

[1]張志華等.船舶動力裝置概論[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，2002.

[2] 蔣德松.基于虛擬儀器的動力裝置實驗臺測控系統(tǒng)研究[J].測控技術(shù)，2006，25（4）.

[3] 劉九七.一種新的船舶燃氣輪機狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)[J].燃氣輪機技術(shù)，2005，18（2）.

[4] 馮蘭君，李建，呂炳朝.燃氣輪機故障診斷專家系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].電子科技大學(xué)學(xué)報，2000，29（3）.

[5] 張桐，陳國順，王正林.精通LabVIEW程序設(shè)計[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[6] 李淑英，李楊，孫聿峰.柴-燃聯(lián)合動力裝(CODAG)的實驗研究[J].燃氣輪機技術(shù)，2007,20（1）.

（編輯：鐘 媛）

Development of combined power experiment platform for remote monitoring and fault diagnosis system

Sun Chuanheng1,Liu Mingshuo2,Xiao Cui3
（1.Business and Development Department, Harbin Bearing Group Corporation, Harbin 150036,China，2. Northeast Refning & Chemical Jilin Machinery Company，Jilin 132021，China，3. Research Institute of Petro China Jilin Petrochemical Company，Jilin 132021，China ）

According to the characteristics of the combined power experiment platform structure being complex, and the fault causes being various, a virtual instrument development platform was presented, combining the remote condition monitoring and fault diagnosis system with the advanced intelligent diagnosis algorithm. Based on the analysis of virtual instrument application characteristics, the design scheme for system remote state monitoring, fault diagnosis and fault information management were elaborated . At the same time of this system improving the safety operation of the unit to achieve major fault fast response and processing, the repair cost was greatly reduced, and having important application value.

virtual instrument; combined power device; remote monitoring; fault diagnosis

U664.16

B

1672-4852（2015）01-0047-02

2014-10-31.

孫傳恒（1981-），男， 助理工程師.