基于網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的故障診斷技術(shù)與應(yīng)用

林水泉 胡勤 覃愛淞

摘 要：隨著機(jī)械設(shè)備的長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，可能會(huì)出現(xiàn)不同的故障類型，不但影響設(shè)備的正常運(yùn)行，嚴(yán)重的可能會(huì)危及人類生命的安全。然而，隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，機(jī)械設(shè)備的故障診斷與檢測技術(shù)越來越成熟，利用網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)與故障診斷技術(shù)相結(jié)合，能夠很好地檢測出機(jī)械設(shè)備故障的各種問題，為機(jī)械行業(yè)的發(fā)展起了重大的作用。本文以某實(shí)驗(yàn)室中的機(jī)組仿真與智能故障診斷實(shí)驗(yàn)室的多級(jí)離心風(fēng)機(jī)為例，對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的故障診斷技術(shù)方面的探討。

關(guān)鍵詞：離心風(fēng)機(jī)；故障診斷；控制系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)控制

中圖分類號(hào)：TP399 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract：With the long running of mechanical equipment，different fault types may occur，which not only affect the normal operation of the equipment， but the serious would endanger the safety of human life.However，with the continuous development of society，the mechanical equipment fault diagnosis and detection technology becomes more mature，and that use of network control system and fault diagnosis technology， which is able to detect all of the mechanical equipment fault， and play a major role in the development of machinery industry. In this paper， the multistage centrifugal fan in the laboratory of unit simulation and intelligent fault diagnosis in a laboratory is taken as an example， and the fault diagnosis technology of the network control system is discussed.

Key words：Centrifugal fan；Fault diagnosis；Control system；Network control

一、背景

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械設(shè)備在石化行業(yè)、化工企業(yè)、機(jī)械廠等企業(yè)中廣泛使用，為其發(fā)展作出了很大的貢獻(xiàn)。但是，由于設(shè)備長期運(yùn)行，難免會(huì)出現(xiàn)不同的問題，給企業(yè)造成了很大的麻煩。一旦設(shè)備出現(xiàn)故障問題，如果沒能及時(shí)地檢測出來，一方面可能會(huì)造成設(shè)備生產(chǎn)效率低；另一方面可能造成企業(yè)的停產(chǎn)；重要的還可能會(huì)出現(xiàn)危及人類生命的安全事故。因此，為了減少不必要的損失，避免安全事故的發(fā)生，同時(shí)也為了企業(yè)得到更大的發(fā)展，對(duì)各機(jī)械設(shè)備進(jìn)行定期或者長期監(jiān)測與檢測很重要也很有必要。

二、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)描述

網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，顧名思義指的是通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的閉環(huán)回路的空間分布式控制系統(tǒng)[ 1 ]，英文名為：Networked Control Systems，簡稱為：NCS。在某個(gè)區(qū)域內(nèi)的現(xiàn)場檢測與控制及操作設(shè)備和通信線路的集合，可用來提供設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送，為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備與用戶之間的資源共享和協(xié)調(diào)操作[ 2 ]。

總之，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)是一個(gè)包含網(wǎng)絡(luò)與控制的整體，其性能包括網(wǎng)絡(luò)性能和控制性能，最終目的是為了更好地優(yōu)化與提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的性能[ 3 ]。

在工程實(shí)踐中，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)對(duì)安全性和可靠性要求很高，如果設(shè)備出現(xiàn)微小的故障不能及時(shí)檢測出來，將會(huì)造成很大的災(zāi)難和損失。目前，我國很多石化、機(jī)械等行業(yè)出現(xiàn)不同的設(shè)備故障問題，嚴(yán)重影響了企業(yè)的生產(chǎn)效益，造成了很多不必要的損失。然而，近年來隨著網(wǎng)絡(luò)控制的發(fā)展，運(yùn)用到故障診斷技術(shù)上，對(duì)設(shè)備的檢測與監(jiān)測帶來很大的幫助。本文就關(guān)于網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)與風(fēng)機(jī)故障診斷相結(jié)合，為風(fēng)機(jī)不同故障類型的檢測與監(jiān)測提供了參考價(jià)值，并應(yīng)用到企業(yè)中去。

三、故障診斷技術(shù)

故障診斷，顧名思義就是對(duì)設(shè)備某部件的故障問題進(jìn)行檢測，確保設(shè)備的安全運(yùn)行。同時(shí)，故障診斷技術(shù)通常用在機(jī)械設(shè)備上，主要任務(wù)是監(jiān)測機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行過程中的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)，確定是否異常，并且通過早期發(fā)現(xiàn)故障問題，從而確定造成故障的原因，最終預(yù)測故障發(fā)展趨勢的技術(shù)。

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國的故障診斷技術(shù)經(jīng)過不斷的實(shí)踐與探索。一方面我們不斷地總結(jié)過去的成功經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過大膽的嘗試與創(chuàng)新，肯定科學(xué)客觀規(guī)律，進(jìn)行新的探索；另一方面我們通過更加努力的學(xué)習(xí)，做到揚(yáng)長避短，引進(jìn)外國先進(jìn)的技術(shù)以及科學(xué)的成果，使之與我國的機(jī)械設(shè)備工程結(jié)合起來?？偟膩碚f，機(jī)械設(shè)備診斷技術(shù)包括了設(shè)備狀態(tài)檢測和故障診斷的總稱，不但能夠保障設(shè)備的安全，同時(shí)也提高了生產(chǎn)效率，降低了設(shè)備的維修費(fèi)用，給公司企業(yè)帶來較大的經(jīng)濟(jì)效益；而且在機(jī)械設(shè)備維修管理上，是一種可靠性很高的工程技術(shù)。所以說，故障診斷技術(shù)對(duì)我國機(jī)械設(shè)備的監(jiān)測提供了很大的幫助，并且為檢測行業(yè)的發(fā)展立下了重要的鋪墊。

四、離心風(fēng)機(jī)簡述

機(jī)組多級(jí)離心風(fēng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)機(jī)組（如圖1所示），主要構(gòu)成部件為：11KW的5級(jí)離心風(fēng)機(jī)加變速箱、扭力傳感器、變頻電機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)平板以及各種故障軸、齒輪、軸承件等。此外，離心風(fēng)機(jī)所發(fā)生的故障類型很多，其中常見的單一故障分為兩大類，一是風(fēng)機(jī)里面的故障問題，包括：風(fēng)機(jī)軸承缺滾珠、風(fēng)機(jī)軸承滾珠磨損、風(fēng)機(jī)軸承外圈磨損、風(fēng)機(jī)軸承內(nèi)圈磨損、風(fēng)機(jī)裂軸、風(fēng)機(jī)彎軸；二是變速箱的故障問題，包括：軸承缺滾珠、軸承滾珠磨損、軸承外圈磨損、軸承內(nèi)圈磨損、裂軸、彎軸、齒輪缺齒、齒輪磨損、齒輪裂齒等。然而，風(fēng)機(jī)也會(huì)出現(xiàn)不同的復(fù)合故障，出現(xiàn)的情況為以上故障的組合，例如：風(fēng)機(jī)軸承外圈磨損與齒輪缺齒的復(fù)合故障。

總的來說，離心風(fēng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，可能會(huì)出現(xiàn)不同的故障類型，每一種不同的故障產(chǎn)生的振動(dòng)值、噪音都不一樣；因此，只要提取不同故障的特征值，進(jìn)行仿真與模擬分析，便可得到不同故障類型的數(shù)值；對(duì)風(fēng)機(jī)故障診斷離線與在線監(jiān)測提供了扎實(shí)的基礎(chǔ)。多級(jí)離心風(fēng)機(jī)常見的故障更換件，如圖2所示。

五、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)與故障診斷技術(shù)

在網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中，如何與設(shè)備的故障診斷技術(shù)相結(jié)合，對(duì)故障診斷有著非常重要的作用。所謂的故障診斷技術(shù)，就是通過被診斷系統(tǒng)的各種狀態(tài)信息，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的作用下，進(jìn)行采集數(shù)據(jù)信息的綜合處理，最后獲得有關(guān)設(shè)備運(yùn)行和故障狀況的綜合評(píng)價(jià)過程。近年來，大部分學(xué)者針對(duì)設(shè)備故障展開網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的研究，并取得了一系列的研究成果[ 4 ]。

此外，我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，監(jiān)測技術(shù)越來越高，與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)相比，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步，不但能夠?qū)崟r(shí)顯示被控對(duì)象的工作情況和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)過程及結(jié)果，而且所測監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)十分精準(zhǔn)[ 5 ]?；诰W(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，將其與設(shè)備的故障診斷技術(shù)結(jié)合起來，不但能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測著機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，而且通過對(duì)所采集數(shù)據(jù)的后處理，也能夠預(yù)測設(shè)備故障未來的發(fā)展趨勢，從而能夠?yàn)楣收显\斷技術(shù)帶來更加準(zhǔn)確的檢測數(shù)據(jù)。從而有利于設(shè)備安全有序地運(yùn)行，減少不必要的損失，同時(shí)也避免企業(yè)重大安全事故的發(fā)生。因此，機(jī)械設(shè)備的故障診斷技術(shù)的不斷進(jìn)步，與網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)所起的作用是密不可分的。對(duì)于機(jī)械設(shè)備的故障診斷檢測，下面與網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)相結(jié)合，進(jìn)行以下的簡述。

（一）離心風(fēng)機(jī)離線檢測

離心風(fēng)機(jī)的離線檢測，顧名思義就是采用檢測儀對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)的風(fēng)機(jī)進(jìn)行手動(dòng)的檢測。本研究對(duì)離心風(fēng)機(jī)離線檢測所用的儀器為EMT390、EMT490測試儀（如圖3所示），風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)為1000r/min，額定電壓為220V，測試儀的頻率設(shè)為1024HZ。為了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，選用同一臺(tái)離心風(fēng)機(jī)、同一位置進(jìn)行模擬仿真實(shí)驗(yàn)。首先，在風(fēng)機(jī)變速箱上標(biāo)示出探頭的位置，所選的位置盡量表面平整，并且盡可能讓探頭接近變速箱軸承與齒輪處，避免采集的傳遞信號(hào)失真；接著，將采集儀EMT390或EMT490的探頭按照標(biāo)示的位置貼上去，如下圖4所示。并檢查探頭的位置是否松動(dòng)；然后，將啟動(dòng)設(shè)置好參數(shù)的采集儀，進(jìn)行風(fēng)機(jī)振動(dòng)信號(hào)的采集；最后，將采集到的信號(hào)值進(jìn)行后處理，便于數(shù)據(jù)的分析。通過多次故障件的更換、測試與處理后，得到正常狀態(tài)、軸承外圈磨損、軸承內(nèi)圈磨損、齒輪缺齒、滾珠磨損5個(gè)類型的振動(dòng)值。通過各自振動(dòng)值的不同，可以判斷為不同類型的故障。

（二）離心風(fēng)機(jī)在線檢測

離心風(fēng)機(jī)在線檢測，指的是在離心風(fēng)機(jī)不停機(jī)的條件下，長時(shí)間利用采集系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行信號(hào)檢測。為了離心風(fēng)機(jī)離線與在線數(shù)據(jù)的檢測準(zhǔn)確性，兩者的探頭都貼在變速箱的相同位置上。在線檢測系統(tǒng)主要由加速度傳感器、速度傳感器、信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置、采集系統(tǒng)、控制系統(tǒng)主界面等組成（如圖5所示）。通過多次故障件的更換、測試與處理后，得到正常狀態(tài)、軸承外圈磨損、軸承內(nèi)圈磨損、齒輪缺齒、滾珠磨損5個(gè)類型的振動(dòng)值。也可以通過各自振動(dòng)值的不同，判斷為不同類型的故障。經(jīng)過離線與在線的結(jié)果分析，同一個(gè)的振動(dòng)值都接近，從而說明了離線與在線的檢測數(shù)據(jù)的可靠性高。

（三）離心風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程檢測

離心風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程檢測，顧名思義就是脫離風(fēng)機(jī)現(xiàn)場，利用互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，對(duì)風(fēng)機(jī)的檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。其實(shí)，遠(yuǎn)程檢測控制系統(tǒng)就是由在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過電腦遠(yuǎn)程控制，將其信號(hào)反映到其它電腦上。也可以說是，在線檢測經(jīng)過遠(yuǎn)程控制演變?yōu)檫h(yuǎn)程檢測系統(tǒng)，其工作原理與在線監(jiān)測一樣。因此，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)主要應(yīng)用在遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)與復(fù)雜的控制系統(tǒng)中，因?yàn)槠渚哂胁季€簡單和資源共享等優(yōu)點(diǎn)[ 6 ]。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控與智能故障診斷拓?fù)鋱D，如上圖6所示。

基于故障診斷的遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，主要是通過遠(yuǎn)程控制，把監(jiān)測中心的數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程診斷中心上來。首先，中控室監(jiān)測站連接著GY6204、GY6205裝置，并且通過HTTP將其與設(shè)備車間的設(shè)備連接起來；接著把測試探頭、傳感器接在設(shè)備上，通過數(shù)據(jù)線、數(shù)據(jù)采集處理器基站等把所測的信號(hào)反饋到監(jiān)測中心上；然后，通過萬維網(wǎng)、數(shù)據(jù)庫、遠(yuǎn)程服務(wù)器、互聯(lián)網(wǎng)等構(gòu)建遠(yuǎn)程診斷中心；最后，遠(yuǎn)程診斷中心通過數(shù)據(jù)庫、中心服務(wù)器、防火墻等中間站，把監(jiān)測中心所采集的數(shù)據(jù)信號(hào)傳送到遠(yuǎn)程診斷中心（如圖7所示）。這就實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備的故障診斷的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與信息。遠(yuǎn)程在線監(jiān)測與故障診斷智能診斷機(jī)組現(xiàn)場圖，如圖8所示。

（四）離心風(fēng)機(jī)離線與在線、遠(yuǎn)程控制檢測區(qū)別

綜述所述，離心風(fēng)機(jī)故障診斷分別采用了離線檢測、在線檢測、遠(yuǎn)程檢測三種方法，雖然都可以起到故障診斷檢測的作用；但是，每一種適用的場合都不一樣，各自方法都有其優(yōu)缺點(diǎn)。

離線檢測，適用于對(duì)現(xiàn)場某機(jī)械設(shè)備局部異常時(shí)，利用EMT390、EMT490對(duì)其進(jìn)行檢測。其優(yōu)點(diǎn)為：第一，針對(duì)性強(qiáng)；第二，便于快速采集信號(hào)的獲??；第三，準(zhǔn)確性較高。其不足之處為：第一，現(xiàn)場噪音干擾，影響信號(hào)的采集；第二，要到現(xiàn)場去測試；第三，數(shù)據(jù)需要后處理，不能馬上得出比較的結(jié)果；第四，測試費(fèi)時(shí)、費(fèi)力。

在線檢測，適用于現(xiàn)場，也可以通過傳輸數(shù)據(jù)線遠(yuǎn)離現(xiàn)場進(jìn)行檢測，利用在線檢測系統(tǒng)對(duì)設(shè)備實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)測。其優(yōu)點(diǎn)為：第一，采集信號(hào)準(zhǔn)確性高；第二，信號(hào)值易于獲取，結(jié)果在電腦上直接顯示；第三，測試省時(shí)省力。然而，其不足之處為：第一，靈活性不強(qiáng)；第二，信號(hào)傳輸中要確保線路、裝置等完好。

遠(yuǎn)程控制檢測，一般用于非現(xiàn)場場合，例如在辦公室、監(jiān)控室、家里等地方，對(duì)現(xiàn)場的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測。其優(yōu)點(diǎn)為：第一，隨時(shí)都可以了解設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)；第二，靈活性強(qiáng)，很方便；然而，不足之處為：發(fā)現(xiàn)故障問題處理不夠及時(shí)。

綜上所述，可見離心風(fēng)機(jī)離線與在線、遠(yuǎn)程控制檢測各有各自的優(yōu)勢，根據(jù)不同的場合，選擇合適的檢測方式很重要，以便于我們基站對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理。對(duì)于所采集到的數(shù)據(jù)，通過智能故障診斷系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集處理器基站進(jìn)行數(shù)據(jù)后處理，如下圖9所示。

六、控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與故障診斷存在問題

（一）造成網(wǎng)絡(luò)信息時(shí)滯

在控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與故障診斷結(jié)合中，網(wǎng)絡(luò)發(fā)生時(shí)滯是它們存在的關(guān)鍵性問題。在控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)造成的時(shí)間延遲會(huì)直接影響其性能[ 7 ]。然而，造成網(wǎng)絡(luò)信息交換時(shí)間延遲的主要原因?yàn)椋簲?shù)據(jù)信息碰撞、傳輸途徑的多樣化、信號(hào)連接中斷、網(wǎng)絡(luò)擁塞等。如果存在控制器是線性時(shí)不變系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)產(chǎn)生的時(shí)滯就會(huì)結(jié)合在一起，給控制系統(tǒng)帶來了時(shí)間滯后，將會(huì)影響傳統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)的性能，不利于故障診斷的檢測[ 8 ]。如下圖10所示，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖為典型的網(wǎng)絡(luò)閉環(huán)系統(tǒng)，系統(tǒng)中存在著兩個(gè)時(shí)間滯后，分別為：一是控制器與執(zhí)行器之間產(chǎn)生的時(shí)間滯后；二是傳感器到控制器之間產(chǎn)生的時(shí)間滯后。這兩種時(shí)間滯后都影響著傳統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)的檢測性能。

總的來說，控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)造成各節(jié)點(diǎn)在數(shù)據(jù)處理中的時(shí)間延遲原因?yàn)椋壕W(wǎng)絡(luò)協(xié)議、負(fù)載狀況、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等因素。但是，數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)傳輸中不可避免地發(fā)生時(shí)延，其主要的原因是：網(wǎng)絡(luò)寬帶和服務(wù)能力的物理限制[ 9 ]。如果出現(xiàn)信號(hào)時(shí)滯情況，就會(huì)表現(xiàn)出隨機(jī)、有界、無界、固定等特征，為控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)減少時(shí)延提供了參考的意義。

（二）造成網(wǎng)絡(luò)信息數(shù)據(jù)包丟失

在控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，如果出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)故障，或數(shù)據(jù)信息發(fā)生沖突時(shí)，可能會(huì)發(fā)生網(wǎng)絡(luò)信息數(shù)據(jù)包丟失的現(xiàn)象。根據(jù)丟包的特點(diǎn)，可分為主動(dòng)丟包和被動(dòng)丟包[ 10 ]。同時(shí)，造成信息數(shù)據(jù)包丟失的主要原因?yàn)椋壕W(wǎng)絡(luò)的擁塞、信號(hào)連接的中斷、信息節(jié)點(diǎn)的發(fā)送權(quán)競爭失敗等。總之，丟包現(xiàn)象受網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、負(fù)載狀況等多個(gè)因素方面的綜合影響，且具有隨機(jī)性、突發(fā)性等特點(diǎn)。一般來說，一個(gè)穩(wěn)定運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)都允許一定量的數(shù)據(jù)包丟失，但是數(shù)據(jù)包丟失率不能超過其穩(wěn)定值，否則將會(huì)讓控制系統(tǒng)失去穩(wěn)定性[ 11 ]。

（三）造成網(wǎng)絡(luò)信息數(shù)據(jù)包時(shí)序錯(cuò)亂

在控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，時(shí)序錯(cuò)亂也是經(jīng)常出現(xiàn)的主要問題。造成網(wǎng)絡(luò)時(shí)序錯(cuò)亂的原因?yàn)椋?/p>

一是多個(gè)路徑傳輸路徑不唯一，且不同路徑的傳輸時(shí)延也不相同；系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)包會(huì)經(jīng)過不同的網(wǎng)絡(luò)傳輸路線到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)，并且數(shù)據(jù)包在中繼環(huán)節(jié)中的等待時(shí)間不相同，因而容易導(dǎo)致數(shù)據(jù)包的時(shí)序錯(cuò)亂；

二是數(shù)據(jù)包傳輸過程中，網(wǎng)絡(luò)發(fā)生節(jié)點(diǎn)的沖突、網(wǎng)絡(luò)的擁塞、網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的連接中斷等現(xiàn)象，以上可能造成數(shù)據(jù)包出現(xiàn)時(shí)序錯(cuò)亂的現(xiàn)象。從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸率降低，增加了網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延，造成網(wǎng)絡(luò)控制性能的惡化，嚴(yán)重的可能讓控制系統(tǒng)不穩(wěn)定[ 12 ]。

（四）造成網(wǎng)絡(luò)信息數(shù)據(jù)包單包傳輸和多包傳輸

在控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，基于數(shù)據(jù)傳輸策略的不同分為：單包傳輸與多包傳輸。單包傳輸指的是：系統(tǒng)中傳感器和控制器將要發(fā)送的信息打包為單獨(dú)的一個(gè)數(shù)據(jù)包進(jìn)行傳送；多包傳輸指的是：系統(tǒng)中傳感器把要發(fā)送的信息與采樣信號(hào)打包為多個(gè)數(shù)據(jù)包進(jìn)行多次傳送[ 13 ]。由于數(shù)據(jù)包的傳輸信息形式不同，這就讓網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)不一樣?？偟膩碚f，在網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中，根據(jù)不同的需求，雖然單包與多包傳輸都能夠滿足各自的需求，但是在傳輸過程中也會(huì)造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，造成對(duì)系統(tǒng)性能的影響。

（五）造成網(wǎng)絡(luò)信息調(diào)度問題

基于網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)本身的特點(diǎn)，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載一般沒有什么規(guī)則性的，常處于繁忙或空閑兩種狀態(tài)。然而，由于網(wǎng)絡(luò)寬帶是有限的，為了提高系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行效率，不同的實(shí)時(shí)性要求與實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷要與網(wǎng)絡(luò)寬帶、合理調(diào)度系統(tǒng)中的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行相互利用。只有這樣，才能夠讓網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行合適的調(diào)度，在最大限度地降低網(wǎng)絡(luò)擁塞的同時(shí)又可以降低信息丟失對(duì)控制系統(tǒng)的影響[ 14 ]。從而能夠降低數(shù)據(jù)的丟包現(xiàn)象，減少網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的時(shí)間延遲，以及避免了網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生的沖突和擁塞等現(xiàn)象，最終為系統(tǒng)的性能與穩(wěn)定性立下鋪墊。

（六）造成網(wǎng)絡(luò)控制信息的其它問題

基于網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，除了上述問題外，控制系統(tǒng)中還存在其它問題，例如：節(jié)點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)；通信約束；量化效應(yīng)；多采樣率等一系列問題[ 15 ]。這些問題并不是獨(dú)立存在的，而是一直存在于網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)以及實(shí)現(xiàn)的過程中。

因此，在網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的研究與開發(fā)中，要根據(jù)各自的需求，綜合考慮上述多種因素的影響，從而能夠讓網(wǎng)絡(luò)控制信號(hào)的測試更加準(zhǔn)確。

七、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的故障診斷技術(shù)之應(yīng)用

基于網(wǎng)絡(luò)信息與故障診斷技術(shù)的發(fā)展，取得的突破廣泛應(yīng)用于各行業(yè)中。例如，故障診斷檢測系統(tǒng)，如今已經(jīng)投入到中國石化集團(tuán)公司旗下的茂名石油化工公司、湛江東興石油化工公司、惠州煉化、廣州石油化工公司等企業(yè)。

據(jù)了解，茂名石油化工公司一臺(tái)設(shè)備假如出現(xiàn)故障問題，需要停機(jī)一天的話，造成其它設(shè)備也要停下來，估計(jì)一天的損失接近1000萬左右。所以說，實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)十分重要。不但能夠及時(shí)地檢測出設(shè)備的故障問題；而且可以實(shí)時(shí)監(jiān)測設(shè)備的運(yùn)行情況，減少了很多不必要的損失，大大提高了各企業(yè)的生產(chǎn)效率；重要的是，緊緊圍繞華南地區(qū)石化產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)過程裝備安全和先進(jìn)控制關(guān)鍵共性問題，開展科技創(chuàng)新、團(tuán)隊(duì)建設(shè)和人才培養(yǎng)，加快成果轉(zhuǎn)化，提升產(chǎn)業(yè)核心競爭力，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，為石化、化工等行業(yè)的發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。

目前，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的故障診斷應(yīng)用十分廣泛，為石化行業(yè)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控提供了保障。以下為本實(shí)驗(yàn)室的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的故障診斷應(yīng)用，如下圖11、圖12、圖13、圖14、圖15、圖16所示。

八、總結(jié)

綜上所述，隨著社會(huì)的發(fā)展，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)與故障診斷技術(shù)，對(duì)機(jī)械設(shè)備的故障診斷進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控與檢測十分重要。如今，雖然兩者的結(jié)合存在著一些問題，但是網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)對(duì)故障診斷技術(shù)的發(fā)展做出了很大的貢獻(xiàn)。目前，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)在故障診斷技術(shù)上已經(jīng)取得了很大突破，為石化、化工等行業(yè)的設(shè)備檢測與實(shí)時(shí)監(jiān)測提供了很大的作用幫助。一方面確保企業(yè)機(jī)械設(shè)備安全有序地運(yùn)行，同時(shí)提供了對(duì)設(shè)備運(yùn)行的實(shí)時(shí)檢測與監(jiān)測數(shù)據(jù)，便于對(duì)設(shè)備目前與未來趨勢的了解；另一方面為企業(yè)減少了不必要的損失，提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率，創(chuàng)造了更大的經(jīng)濟(jì)效益。

總的來說，基于網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的故障診斷技術(shù)已經(jīng)普遍應(yīng)用到各領(lǐng)域，為我國設(shè)備檢測與監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展提供了很大的幫助，對(duì)故障診斷技術(shù)的進(jìn)步起到了舉足輕重的作用。

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項(xiàng)目基金：國家自然科學(xué)基金（No.61473094；No.61673127）；廣東省石化裝備故障診斷重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金（No.GDUPTKLAB

201604）

作者簡介：林水泉（1988-），男，廣東茂名人，助理實(shí)驗(yàn)師，主要研究方向?yàn)檗D(zhuǎn)子動(dòng)平衡，旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障檢測與診斷等內(nèi)容。