設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷

張冀星

摘 要：隨著現(xiàn)代生產(chǎn)的發(fā)展和科學技術(shù)的進步，現(xiàn)代設備的結(jié)構(gòu)越來越復雜、自動化程度越來越高、故障類型會越來越多、處理難度越來越大。本文就實施設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷，保證設備安全可靠進行了詳細論述。

關(guān)鍵詞：狀態(tài)；監(jiān)測；故障與診斷

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.04.191

0 引言

設備狀態(tài)的監(jiān)測就是人們應用某些專用的儀器和方法對設備的局部或整體進行監(jiān)視測定，以獲取設備的技術(shù)性能狀態(tài)參數(shù)。故障診斷技術(shù)是指在設備運行中或基本不拆卸的情況下，根據(jù)設備的運行技術(shù)狀態(tài)來判斷故障的部位和原因，并預測設備今后的技術(shù)狀態(tài)變化。

設備狀態(tài)監(jiān)測和診斷技術(shù)是兩項既有區(qū)別又密切聯(lián)系的設備管理技術(shù)，是實施狀態(tài)維修、預知維修的重要基礎。狀態(tài)監(jiān)測描述反映的是設備運行狀態(tài)的好與壞，而故障診斷是狀態(tài)監(jiān)測后的識別和判斷階段，能夠確定設備故障的部位與原因，二者相輔相成。

1 設備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)發(fā)展歷史

設備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)是一門新興技術(shù)，它是多學科交叉發(fā)展的結(jié)果。上世紀60年代前，人們往往采用事后維修和定期維修，但是所定的時間間隔難以掌握，過度維修和突發(fā)停機事故時有發(fā)生，在20世紀60年代，美國軍方改定期維修為預知維修，也就是定期檢查、視情維修。

20世紀60年代到80年代是狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)迅速發(fā)展的年代，那時把診斷技術(shù)分為簡易診斷和精密診斷兩類，前者相當于狀態(tài)監(jiān)測，主要監(jiān)控設備的運行狀態(tài)；后者則要求定量掌握設備的狀態(tài)，了解故障的部位和原因，預測故障對設備未來的影響。

20世紀80年代中期以后，人工智能理論得到迅猛發(fā)展，人工智能和網(wǎng)絡化已成為監(jiān)測和故障診斷的主要發(fā)展方向，陸續(xù)涌現(xiàn)出許多新型的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷方法。出現(xiàn)了振動測量儀、溫度檢測儀、軸承檢測儀等各種便攜式的檢測儀器和分析儀器。

2 設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷方法

設備監(jiān)測與故障診斷的基本方法可按不同的觀點來分類，目前流行的分類方法有兩種；一是按機械故障診斷方法的難易程度分為簡易診斷法和精密診斷法；二是按機械故障診斷的測試手段分為直接觀察法、振動噪聲測試法、無損檢測法、磨損物測定法、機器性能參數(shù)測定法。

（1）簡易診斷法。它主要采用便攜式的簡易診斷儀器，如測振儀、聲級計、工業(yè)內(nèi)窺鏡、紅外點溫儀對設備進行人工巡回監(jiān)測，根據(jù)設定的標準或人的經(jīng)驗分析，了解設備是否處于正常狀態(tài)。若發(fā)現(xiàn)異常，通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)分析進一步了解其發(fā)展的趨勢，它主要解決的是狀態(tài)監(jiān)測和一般的趨勢預報問題。

（2）精密診斷法。對已產(chǎn)生異常狀態(tài)的原因采用精密診斷儀器和各種分析手段進行綜合分析，以期了解故障的類型、程度、部位和產(chǎn)生的原因及故障發(fā)展的趨勢等問題，它主要解決的問題是分析故障部位、程度、原因和較準確的確定發(fā)展趨勢。

（3）直接觀察法。傳統(tǒng)的直接觀察法是指“聽、摸、看、聞”，它一直沿用到現(xiàn)在，在一些情況下仍然十分有效，但因其主要依靠人的感覺和經(jīng)驗，故有較大的局限性，目前出現(xiàn)的便攜式測振儀、泄漏聽診儀、光纖內(nèi)窺鏡、紅外熱像儀、激光全息攝影等現(xiàn)代手段，大大延長了人的感觀器官，成為一種有效的診斷方法。

（4）振動噪聲測定法。機械設備在運動狀態(tài)下都會產(chǎn)生振動和噪聲，通過進一步的研究發(fā)現(xiàn)：振動和噪聲的強弱及其包含的主要頻率成分和故障的類型、程度、部位和原因等有著密切聯(lián)系。大多數(shù)機械設備是定速運轉(zhuǎn)設備，各零部件的運動規(guī)律決定了它的振動頻率。由于是定速運轉(zhuǎn)，其振動頻率即為該零件的特征頻率，觀測特征頻率的振動幅值變化，可以了解該零部件的運動狀態(tài)和劣化程度。因此利用這種信息進行故障診斷是比較有效的方法，也是目前發(fā)展比較成熟的方法，特別是振動法，由于不受背景噪聲干擾的影響，使信號處理比較容易，故應用更普遍。

（5）無損檢驗。無損檢驗是一種從材料和產(chǎn)品的無損檢驗技術(shù)中發(fā)展起來的方法，是在不破壞材料表面及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的情況下檢驗機械零部件缺陷的方法。它使用的手段包括超聲、紅外、x射線、γ射線、聲發(fā)射、摻透染色等。此方法目前已發(fā)展成一個獨立的分支，用于檢驗由裂紋、砂眼、縮孔等缺陷造成的設備故障。此方法也具有局限性，主要為某些方法如超聲、射線檢測等不便于在動態(tài)下進行。

（6）磨損殘余物測定法。機器的潤滑系統(tǒng)或液壓系統(tǒng)的循環(huán)油路中攜帶著大量的磨損殘余物（磨粒），其數(shù)量、大小、幾何形狀及成分反映了機器的磨損部位、程度和性質(zhì)，根據(jù)這些信息可有效地診斷設備的磨損狀態(tài)，目前磨損殘余物測定方法在工程機械及汽車、飛機發(fā)動機監(jiān)測方面已取得了良好效果。

（7）機器性能參數(shù)測定法。機器的性能參數(shù)主要包括顯示機器主要功能的一些數(shù)據(jù)，如泵的揚程、機床的精度、壓縮機的壓力、流量等，這些數(shù)據(jù)可以直接從機器的儀表上讀出，由此可以判定機器的運行狀態(tài)是否離開正常范圍，該方法主要用于狀態(tài)監(jiān)測或作為故障診斷的輔助手段。

3 狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的基本環(huán)節(jié)

在日常生產(chǎn)中，狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷工作有三個基本環(huán)節(jié)，分別為信號采集環(huán)節(jié)、信號處理環(huán)節(jié)、故障識別和排除環(huán)節(jié)。

信號采集：設備劣化或發(fā)生故障后，會伴隨各種狀態(tài)信號出現(xiàn)，它們是故障信息的載體，采集包含異?；蚬收闲畔⒌臓顟B(tài)信號是設備診斷技術(shù)的首要環(huán)節(jié)，因此采用合適的傳感器和測量方法來采集信號十分重要。

信息處理：在采集設備有用信息的時候，很多干擾信號也會被采集，會使那些有用信號變的不明顯或雜亂無章，如何去除干擾，使有用信號突出表現(xiàn)出來，這就是信息處理的任務。

故障識別和排除：得到有用設備信息后，需要經(jīng)過與標準或樣板模式進行對比，才能確定或判斷設備處于何種狀態(tài)，這一過程需要以識別技術(shù)作為理論基礎。在簡易診斷中可以參照某些標準，加上運用已有的知識和經(jīng)驗，即可做出判斷，在精密診斷中必須通過計算機技術(shù)和各種分析技術(shù)，提取故障特征信號來對設備狀態(tài)做出判斷，判斷出故障類型后，根據(jù)設備及生產(chǎn)實際情況排除故障。

4 結(jié)束語

隨著設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)的廣泛應用，維修方式正在發(fā)生著深刻的變化，現(xiàn)代的預知性視情維修已成為今后企業(yè)設備維修的發(fā)展方向，這使得設備故障在未發(fā)生前得到恰當?shù)奶幚?，大大?jié)省了維修時間和維修成本，可以預知，設備監(jiān)測與故障診斷技術(shù)在未來我國經(jīng)濟建設中會發(fā)揮越來越大的作用。