船舶內(nèi)燃機(jī)遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)

靳良真

（濰柴重機(jī)股份有限公司，山東濰坊 261061）

0 引言

隨著遠(yuǎn)洋運(yùn)輸行業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)船舶內(nèi)燃機(jī)的應(yīng)用質(zhì)量要求也在逐漸提升，作為船舶主要部分，內(nèi)燃機(jī)可以為船舶行駛提供動(dòng)力，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，將會(huì)直接影響船舶整體應(yīng)用效率。因此，圍繞船舶內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)與故障診斷制定科學(xué)合理的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，融合現(xiàn)代化技術(shù)，這樣可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)解決多種船舶故障。針對(duì)船舶內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)進(jìn)行研究，合理應(yīng)用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)與測(cè)控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，并且將多層信息傳感器與信息融合方式作為基礎(chǔ)，這對(duì)提升船舶內(nèi)燃機(jī)應(yīng)用效果具有重要意義。

1 基于振動(dòng)的船舶動(dòng)力設(shè)備監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)

船舶內(nèi)燃機(jī)遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)在運(yùn)行中需要依靠動(dòng)力振動(dòng)原理，通過(guò)將實(shí)時(shí)運(yùn)行的振動(dòng)情況與正常狀態(tài)下的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行對(duì)比分析，根據(jù)振動(dòng)效應(yīng)之間的差異情況，能夠準(zhǔn)確判定出船舶運(yùn)行時(shí)的異常情況與故障發(fā)生區(qū)域。對(duì)于船舶動(dòng)力設(shè)備來(lái)說(shuō)，內(nèi)燃機(jī)是主要的部分，采用振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以將設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)作為依據(jù)。這樣在主動(dòng)振動(dòng)技術(shù)的支持下，可以進(jìn)一步將振動(dòng)烈度、振動(dòng)速度、相應(yīng)的均方根值進(jìn)行計(jì)算，并且與船舶動(dòng)力設(shè)備的具體作業(yè)參數(shù)進(jìn)行結(jié)合分析，這樣能夠?qū)υO(shè)備運(yùn)行機(jī)理進(jìn)行正確分析，以此來(lái)提升故障診斷系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與科學(xué)性。

在船舶內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)，可以采用振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)船舶運(yùn)行狀態(tài)分析，其作業(yè)原理為在振動(dòng)法的作用下，內(nèi)燃機(jī)內(nèi)部的缸套與活塞環(huán)之間的間隙會(huì)影響到振動(dòng)幅度，根據(jù)缸套的外部表現(xiàn)特征能夠看出，在傳遞作用下如果內(nèi)燃機(jī)內(nèi)部的運(yùn)行失衡，會(huì)改變缸套與活塞環(huán)之間的運(yùn)行特征，例如加劇活塞環(huán)的磨損程度，有時(shí)候雖然不會(huì)馬上在外表特征中得以體現(xiàn)，但是卻會(huì)嚴(yán)重影響到后期的應(yīng)用效果。此外，在齒輪箱振動(dòng)診斷環(huán)節(jié)，利用振動(dòng)系數(shù)與穩(wěn)定情況能夠?qū)X輪箱的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確診斷，并且對(duì)振動(dòng)所產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析，可以對(duì)內(nèi)燃機(jī)的故障情況進(jìn)行診斷。在對(duì)設(shè)備振動(dòng)頻率進(jìn)行計(jì)算時(shí)，全面了解內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行機(jī)理與參數(shù)，在設(shè)備發(fā)生故障時(shí)能夠準(zhǔn)確辨析出差異，這樣能夠?qū)υO(shè)備的振動(dòng)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行科學(xué)化處理。

2 遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)

2.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

船舶內(nèi)燃機(jī)遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要由船舶本體與企業(yè)兩方面組成，二者之間通過(guò)國(guó)際海事衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信，這樣可以將船舶內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)傳遞給船舶企業(yè)，相關(guān)維修人員能夠根據(jù)數(shù)據(jù)信息準(zhǔn)確判定船舶的運(yùn)行狀態(tài)。因此，需要在船舶內(nèi)燃機(jī)與部分機(jī)艙中利用局部診斷裝置與測(cè)控傳感器，這樣能夠?qū)Υ斑\(yùn)行狀態(tài)下的各類(lèi)信息進(jìn)行準(zhǔn)確捕捉，例如振動(dòng)參數(shù)、溫度以及油液等。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)將數(shù)據(jù)信息傳輸至船舶信息中心微機(jī)處理系統(tǒng)中，通過(guò)與數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息進(jìn)行對(duì)比分析，以此來(lái)獲得更加準(zhǔn)確的診斷結(jié)果。

在底層網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建過(guò)程中需要將CAN 總線(xiàn)作為基礎(chǔ)，并且將船舶內(nèi)燃機(jī)監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)劃分為很多個(gè)分支，通過(guò)對(duì)多區(qū)域的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行收集，這樣在整合后能夠使數(shù)據(jù)信息更具客觀(guān)性，在得到現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與診斷數(shù)據(jù)結(jié)論時(shí)，需要與獨(dú)立的顯示與報(bào)警體系相連接，并且最終向船舶信息監(jiān)控中心進(jìn)行傳遞，進(jìn)而在船舶二級(jí)融合信息處理后對(duì)故障情況進(jìn)行分析，如果有需要，維修人員還要針對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析，以此來(lái)形成對(duì)診斷結(jié)果的三次融合分析，利用傳輸系統(tǒng)將最終的維修決策傳回到船舶現(xiàn)場(chǎng)處理中，能夠體現(xiàn)出高效融合的設(shè)計(jì)思想。

2.2 軟件組成情況

船舶內(nèi)燃機(jī)遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)在設(shè)計(jì)軟件結(jié)構(gòu)時(shí)，采用服務(wù)器與客戶(hù)機(jī)相互傳輸?shù)慕Y(jié)合模式，并且主要分為對(duì)船舶內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷，利用各類(lèi)信息采集裝置，對(duì)船舶的實(shí)際運(yùn)行信息進(jìn)行采集分析。首先要應(yīng)用信號(hào)特征分析模塊，也就是針對(duì)信息類(lèi)型進(jìn)行整理分析，如果信息類(lèi)型為狀態(tài)信息，則需要將此類(lèi)信息與日常運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，如果信息類(lèi)型為故障信號(hào)，則需要將此類(lèi)信息與無(wú)故障時(shí)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)對(duì)信息類(lèi)別進(jìn)行分類(lèi)，可以合理降低后臺(tái)處理系統(tǒng)的計(jì)算壓力，以此來(lái)提升診斷系統(tǒng)對(duì)各類(lèi)信息的處理能力。

其次是針對(duì)數(shù)據(jù)信息的采集模塊與處理功能進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，需要將各類(lèi)傳感器裝置與現(xiàn)場(chǎng)總成裝置相連接，并且分別與聲振信號(hào)、轉(zhuǎn)速信號(hào)以及油液信號(hào)等信息進(jìn)行在線(xiàn)采集，同時(shí)進(jìn)行相關(guān)的預(yù)處理將各類(lèi)信息轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)形式。信號(hào)特征分析模塊分別對(duì)相應(yīng)的有效數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)頻分析，以此來(lái)提取出船舶內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行中的特征信息，并且在此基礎(chǔ)上進(jìn)行第一次融合分析，針對(duì)各局部數(shù)據(jù)信息進(jìn)行對(duì)比，隨后將局部信息進(jìn)行整合，從整體方面再進(jìn)行全局分析。

在針對(duì)數(shù)據(jù)信息處理與管理環(huán)節(jié)，也要對(duì)故障診斷系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體要對(duì)數(shù)據(jù)信息的修改、錄入、刪除以及查詢(xún)記錄作出保證，而且以上信息還要體現(xiàn)在船舶與管理中心的數(shù)據(jù)交互中，也就是船舶操作與企業(yè)信息管理中心都能夠?qū)崟r(shí)掌握上述信息，這樣在針對(duì)船舶內(nèi)燃機(jī)的故障與運(yùn)行情況進(jìn)行偵測(cè)時(shí)，能夠有效結(jié)合以前的維修與保養(yǎng)記錄，以此來(lái)促進(jìn)船舶管理維護(hù)方案的可行性。

3 遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)的信息融合方式

由于船舶內(nèi)燃機(jī)遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)可以針對(duì)各類(lèi)故障情況進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估，并且在船舶行駛中可以對(duì)運(yùn)行情況進(jìn)行全程監(jiān)測(cè)，因此對(duì)故障傳感器與信息傳輸設(shè)備的要求較高。不是所有傳感器裝置都能夠符合該系統(tǒng)的要求，需要圍繞傳感器的特定需求展開(kāi)分析，將常見(jiàn)故障類(lèi)型作為主要核心參考，這樣才能強(qiáng)化系統(tǒng)對(duì)故障的診斷質(zhì)量與效率。此外，要提升某類(lèi)故障在系統(tǒng)中的識(shí)別效果，也要針對(duì)系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)特性進(jìn)行研究，這樣才能提升系統(tǒng)對(duì)各類(lèi)故障情況的準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)，并且保證這種關(guān)聯(lián)模式能夠通過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證。

多傳感器融合方式是船舶內(nèi)燃機(jī)遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)的亮點(diǎn)，通過(guò)將各類(lèi)傳感器進(jìn)行結(jié)合應(yīng)用，不僅能夠保證各種傳感器的作業(yè)精準(zhǔn)程度，還能夠?qū)φw監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化。首先，在局部融合階段，將若干傳感器裝置關(guān)聯(lián)到故障診斷系統(tǒng)中，并且與特征向量進(jìn)行融合，以此來(lái)促進(jìn)局部診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性，同時(shí)將各類(lèi)傳感器裝置的布局診斷結(jié)果相融合，針對(duì)船舶內(nèi)燃機(jī)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測(cè)與診斷，通過(guò)將局部信息進(jìn)行整合，例如油液、振動(dòng)、溫度等因素，這樣在融合分析后能夠以整體形勢(shì)呈現(xiàn)出來(lái)，最終產(chǎn)生全局評(píng)定結(jié)果。其次，進(jìn)行故障判定與對(duì)比分析時(shí)主要取決于知識(shí)庫(kù)，也就是需要將各類(lèi)故障情況與內(nèi)燃機(jī)的正常運(yùn)行參數(shù)輸入到系統(tǒng)中，這樣傳感器在接收到油液、振動(dòng)以及溫度等方面的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)時(shí)，能夠?qū)?shí)時(shí)信息與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行對(duì)比，這樣可以針對(duì)局部整合信息進(jìn)行二次對(duì)比，進(jìn)而得到船舶內(nèi)燃機(jī)的全局融合結(jié)果。

船舶內(nèi)燃機(jī)遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)在制定現(xiàn)場(chǎng)維修決策時(shí)，也需要根據(jù)船舶內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行情況與故障隱患進(jìn)行綜合分析，進(jìn)而根據(jù)正常運(yùn)行數(shù)據(jù)參數(shù)提供科學(xué)合理的維修方案，并且采用遠(yuǎn)程傳輸?shù)姆绞綄?shù)據(jù)信息第一時(shí)間反饋給維修人員，結(jié)合維修人員的判定完成三級(jí)融合，最終形成船舶內(nèi)燃機(jī)的診斷結(jié)果。但是對(duì)于行駛中的船舶來(lái)說(shuō)，由于遠(yuǎn)程維修人員的意見(jiàn)具有一定的客觀(guān)性，因此可以將現(xiàn)場(chǎng)維修決策作為首要參考，這樣能夠針對(duì)船舶內(nèi)燃機(jī)遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)體現(xiàn)出的故障采取針對(duì)性的解決措施，及時(shí)解決各類(lèi)內(nèi)燃機(jī)故障。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著船舶運(yùn)輸行業(yè)的飛速發(fā)展，能夠有效滿(mǎn)足社會(huì)與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需求，船舶內(nèi)燃機(jī)的故障也逐漸引起人們的關(guān)注。只有合理降低船舶內(nèi)燃機(jī)的故障概率，才能提升船舶的運(yùn)輸效率。因此，將微機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與先進(jìn)的診斷技術(shù)相結(jié)合，通過(guò)將多層傳感器融入到故障診斷環(huán)節(jié)，以此推出一款全新的船舶內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)，具體采用微機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息融合技術(shù)、故障分析以及狀態(tài)監(jiān)測(cè)等技術(shù)，這樣能夠準(zhǔn)確掌握船舶行駛過(guò)程中內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行情況，并且可以在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)的各類(lèi)故障，以此來(lái)及時(shí)制定解決措施，進(jìn)一步提升船舶應(yīng)用質(zhì)量與效率。